es.wedoany.com Noticia: Investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) y del fabricante chino de módulos solares Trina Solar han diseñado una célula solar de contacto posterior con pasivación de óxido de túnel de silicio (TBC) libre de plata, mediante una estrategia de ingeniería de contactos bipolares de aluminio, pastas de aluminio especializadas y condiciones de sinterización optimizadas.
El autor de correspondencia, Song Ning, explicó a pv magazine que la investigación demuestra la aplicación de contactos de aluminio serigrafiados sobre contactos pasivados de polisilicio/SiOx tipo n y tipo p, ofreciendo una ruta potencial para desarrollar células solares de contacto posterior sin plata. El equipo también descubrió diferencias significativas en el comportamiento del aluminio sobre polisilicio tipo n y tipo p, proporcionando nuevas perspectivas para la formación de contactos y su optimización futura. Desde una perspectiva industrial, reducir el consumo de plata es cada vez más importante para la fabricación fotovoltaica a gran escala, y el aluminio podría convertirse en un material alternativo de bajo costo para las células de contacto posterior de alta eficiencia.
El equipo de investigación utilizó una pasta de Al-Si no penetrante (nFT) que contiene una aleación de Al-Si diseñada y un sistema de frita de vidrio mejorado, destinado a suprimir la aleación excesiva de Al-Si en la interfaz y evitar la formación de regiones profundas y grandes de Al-p⁺. Este método ayuda a lograr una baja resistividad de contacto mientras se mantiene la excelente calidad de pasivación del contacto de polisilicio/SiOx.
Para evaluar la aplicabilidad de esta tecnología en la estructura TBC, los investigadores prepararon muestras de vida simétrica que imitan contactos pasivados de polisilicio/SiOx de grado industrial tipo n y tipo p. Las muestras consisten en capas de polisilicio fuertemente dopadas con fósforo o boro, una capa delgada de SiOx en la parte superior y un apilamiento de AlOx/SiNx. Las muestras se dividieron en dos grupos: uno para extraer parámetros de contacto como la densidad de corriente de recombinación, y el otro para estudiar el mecanismo de formación de contactos.
El proceso de caracterización empleó una serie de técnicas integrales, que incluyen microscopía óptica, espectroscopía Raman, imágenes de fotoluminiscencia y mediciones de resistencia de contacto mediante el método de línea de transmisión. Se utilizaron microscopía electrónica de barrido y microscopía de fuerza atómica para examinar la morfología del contacto y las características de la interfaz, mientras que las curvas de capacitancia-voltaje electroquímico proporcionaron información sobre la profundidad del dopaje. Las simulaciones numéricas realizadas con Quokka 3 evaluaron el potencial de eficiencia de la célula y respaldaron el análisis del impacto a nivel del dispositivo.
Los resultados de la simulación mostraron que un láser ultravioleta de femtosegundo de 257 nm puede eliminar selectivamente la capa dieléctrica apilada de óxido de aluminio y nitruro de silicio (AlOx/SiNx) para formar contactos locales, sin dañar la capa pasivadora de polisilicio/SiOx subyacente. Posteriormente, se evaluaron células solares TBC sin plata con contactos locales de aluminio, utilizando capas gruesas de polisilicio tipo n y tipo p y una sinterización optimizada a 700 °C. Esta condición de sinterización produce baja resistividad de contacto y baja recombinación en el contacto.
El análisis de la interfaz reveló una fuerte dependencia de la polaridad, con el polisilicio tipo n mostrando un ataque limitado. La pasta de Al-Si especializada puede moderar la cinética general de la reacción, pero debido a la falta de una barrera de dopaje inverso, la interfaz tipo p sigue siendo más reactiva, por lo que la optimización de la sinterización es particularmente crucial para evitar la pérdida de pasivación.
Las simulaciones del dispositivo confirmaron la viabilidad de la tecnología, pero también señalaron las limitaciones derivadas de la alta recombinación en el contacto. La eficiencia de la célula disminuyó del 26,8 % en las células basadas en plata al 25,9 % en los dispositivos basados en aluminio. Los científicos indicaron que la pérdida de recombinación relativamente alta en la interfaz aluminio/polisilicio es un desafío clave para la aplicación industrial, y que es necesario reducir significativamente la densidad de corriente de recombinación en el contacto antes de que el aluminio pueda considerarse un sustituto viable de la plata. Lograr una baja resistividad de contacto tanto para contactos tipo n como tipo p, y al mismo tiempo reducir la recombinación, es esencial para cerrar la brecha de eficiencia.
El diseño de la nueva célula se publicó en la revista Solar Energy Materials and Solar Cells, con el artículo titulado "Hacia células solares de silicio de contacto posterior sin plata: contactos de aluminio serigrafiados bipolares sobre contactos pasivados de polisilicio/SiOx". El equipo de investigación planea mejorar la ingeniería de pastas e introducir capas de barrera interfacial en el futuro.
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