Láminas delgadas de silicio policristalino tipo n y celdas solares sobre sustratos de silicio cristalino depositadas por CVD

BENVENUTO, A. G.; BUITRAGO, R. H.; SCHMIDT, J. A.

San Carlos de Bariloche

Congreso; 98º Reunión Nacional de la Asociación Física Argentina; 2013

Asociación Física Argentina

Las celdas solares basadas en láminas delgadas de silicio policristalino (pc-Si) podrían reducir sustancialmente el costo de la electricidad fotovoltaica, ya que combinan el bajo costo de las películas delgadas con la confiabilidad probada del silicio cristalino (c-Si). La deposición química desde la fase vapor a presión atmosférica (AP-CVD) es una técnica muy sencilla para la producción de láminas delgadas de pc-Si, y los costos de producción son relativamente bajos si se usa triclorosilano (TCS) como fuente de silicio. Recientemente hemos demostrado la posibilidad de depositar por AP-CVD láminas delgadas de pc-Si intrínseco y dopado tipo p sobre sustratos comerciales de vidrio de bajo costo [1,2]. En este trabajo depositamos pc-Si tipo n+, usando TCS como fuente de silicio y PCl3 como fuente de fósforo. La caracterización eléctrica y estructural de las muestras, que involucró mediciones de difracción de rayos X, reflectancia en la región UV, microscopía SEM, medición de conductividad eléctrica en función de la temperatura y mediciones de Efecto Hall, revela un material apto para ser utilizado como emisor en una celda solar. Para probar el concepto, depositamos junturas del tipo c-Si (p) / pc-Si (n+), y las caracterizamos a través de mediciones de la curva característica I-V y de respuesta espectral. Las mediciones de difracción de rayos X muestran una estructura policristalina sin orientación preferencial alguna, en contraposición con los resultados obtenidos para materiales intrínsecos y tipo p, los cuales crecían con orientación preferencial (2 2 0). Los espectros de reflectancia en el UV descartan la presencia de fases amorfas y confirman la alta cristalinidad. Las imágenes SEM muestran una estructura compacta con un tamaño de grano promedio de 0,25 um. Las mediciones de conductividad eléctrica en función de la temperatura muestran un comportamiento tipo metálico, con una conductividad a temperatura ambiente del orden de 900 (Ohm.cm)^-1. Las mediciones de Efecto Hall confirman la característica tipo n de las muestras, con una concentración de electrones de ~3×10^20 cm-3 y una movilidad Hall de ~19 cm2V-1cm-1. Por lo tanto, el material parece adecuado para conformar la capa n+ de una celda solar. Las celdas solares se fabricaron depositando pc-Si (n+) sobre obleas de c-Si dopadas con boro, de resistividad ~ 5 Ohm.cm. Los contactos se depositaron por evaporación de oro sobre la capa n+ y de aluminio sobre la oblea tipo p. Las mediciones de la curva I-V muestran la presencia de una elevada resistencia en serie, evidenciando un deficiente esquema de contactos, lo cual deteriora el factor de llenado. Sin embargo, los valores obtenidos de tensión de circuito abierto (~500 mV) y de corriente de cortocircuito (~25 mA/cm2) indican la presencia de una buena juntura entre los materiales, lo cual podría dar lugar a buenas celdas solares. Las eficiencias del orden de 10 % obtenidas en estos experimentos preliminares, sin atrapamiento de la luz ni pasivación de las superficies, constituyen un resultado interesante. Más aún, las curvas de eficiencia cuántica externa muestran una respuesta ancha, similar a la de las celdas convencionales de c-Si excepto por una respuesta levemente menor en el azul, lo cual probablemente se deba a un espesor no-optimizado de la capa n+. [1] A. Benvenuto, R.H. Buitrago and J.A. Schmidt, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 58, 20101, 2012. [2] A. Benvenuto, R. H. Buitrago, A. Bhaduri, C. Longeaud and J. A. Schmidt, Semicond. Sci. Technol. 27, 125013, 2012.