Mejora del rendimiento de las células solares de silicio con contactos pasivantes de polisilicio dopado con aluminio

Científicos de Australia y el Reino Unido han desarrollado un novedoso método para construir contactos posteriores localizados en absorbedores de silicio tipo p. El proceso propuesto utiliza silicio policristalino (poli-Si) dopado con aluminio (Al) e inducido, formado a bajas temperaturas.

“Este enfoque evita los procesos de alta temperatura necesarios para la formación de poli-Si y los gases tóxicos implicados en el dopaje in situ mediante deposición química de vapor”, subrayaron. “En los sistemas en los que la fabricación de contactos a alta temperatura podría comprometer los materiales de las células superiores -como en las células solares multiunión III-V/Si formadas mediante crecimiento epitaxial- esta técnica ofrece una valiosa alternativa”.

Los investigadores construyeron los contactos utilizando obleas de p-Si y sustratos de p-Si, sobre los que depositaron una capa de 45 nm de silicio amorfo intrínseco hidrogenado [a-Si:H(i)]. A continuación, depositaron 400 nm de contactos de Al y recocieron las muestras a 190 ºC durante 5 minutos.

“La pasivación superficial está dañada debido a la presencia de dopantes de Al. Por consiguiente, en lugar de utilizar un contacto a-Si:H(i)/Al de área completa, se optó por una estructura de contacto localizada para combinar las ventajas de la pasivación superficial superior de a-Si:H(i) y la baja resistividad de contacto introducida por el poli-Si dopado con Al”, explicaron los investigadores.

Antes del recocido, las muestras mostraban un comportamiento “similar al de un aislante”. Sin embargo, una vez recocida, la muestra mostraba una resistividad de contacto de 13,17 mΩ⋅cm2. Cuando se comprobó la calidad de la pasivación, la zona directamente debajo de los contactos de Al se degradó significativamente tras el recocido.

“Cabe señalar que, sin embargo, la capa a-Si:H(i) sigue proporcionando pasivación para las áreas no cubiertas por los contactos de Al, a pesar de la calidad de pasivación reducida”, destacaron los académicos. “Tras el recocido, la caída de tensión en circuito abierto implícita calculada es de unos 12,7 mV para las regiones sin Al. La pasivación conservada y la caída de tensión razonable indican la viabilidad de aplicar esta técnica de contacto como contactos pasivados localizados”.

Tras esos resultados, los investigadores avanzaron en la creación de células solares de prueba de concepto. Se fabricaron a partir de precursores de células PERC de p-Si con un emisor de tipo n convencional. La superficie frontal se pasivó con nitruro de silicio (SiNx), que también actuó como revestimiento antirreflectante (ARC). Además, se depositó una capa de Al de 400 nm encima para formar un contacto de Al de área completa.

Para la construcción de la parte trasera, se eliminó la estructura posterior del precursor de la célula PERC. A continuación se depositó una capa de a-Si:H(i) de 45 nm, seguida de contactos de Al circulares localizados. El proceso fue seguido de un recocido a 190 ºC durante 5 minutos.

“A modo de comparación, también se fabricó una célula de referencia basada en el precursor PERC con un contacto posterior de Al de área completa”, explican los científicos. “Se obtuvieron eficiencias de conversión de potencia del 17% y el 13,9% para las células con el contacto a-Si:H(i)/Al y un contacto posterior de Al de área completa, respectivamente, lo que indica una mejora de la eficiencia absoluta del 3%”.

Sus hallazgos se presentaron en el estudio “Low-temperature aluminum doped and induced polysilicon and its application as partial rear contacts on p-type silicon solar cells” (Polisilicio inducido y dopado con aluminio a baja temperatura y su aplicación como contactos traseros parciales en células solares de silicio tipo p), publicado en Solar Energy Materials and Solar Cells. El grupo estaba formado por investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) de Sydney y la Universidad de Oxford.