De acordo com pt.wedoany.com-Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW) e da fabricante chinesa de painéis solares Trina Solar projetaram uma célula de contato traseiro passivado por óxido de silício (TBC) sem prata, utilizando uma estratégia de engenharia de contato bipolar de alumínio, pasta de alumínio especializada e condições otimizadas de sinterização.
O autor correspondente, Song Ning, explicou à pv magazine que o estudo demonstrou a aplicação de contatos de alumínio serigrafados em contatos passivados de polissilício/SiOx tipo n e tipo p, oferecendo um caminho potencial para o desenvolvimento de células solares de contato traseiro sem prata. A equipe também descobriu diferenças significativas no comportamento do alumínio em polissilício tipo n e tipo p, fornecendo novos insights para a formação de contatos e otimizações futuras. Do ponto de vista industrial, a redução do consumo de prata é cada vez mais importante para a fabricação de painéis solares em larga escala, e o alumínio pode se tornar um material alternativo de baixo custo para células de contato traseiro de alta eficiência.
A equipe de pesquisa utilizou uma pasta Al-Si não penetrante (nFT), contendo uma liga Al-Si projetada e um sistema de frita de vidro aprimorado, visando suprimir a liga excessiva de Al-Si na interface e evitar a formação de regiões profundas e grandes de Al-p⁺. Essa abordagem ajuda a alcançar baixa resistência de contato, mantendo a excelente qualidade de passivação dos contatos de polissilício/SiOx.
Para avaliar a aplicabilidade da tecnologia em estruturas TBC, os pesquisadores prepararam amostras de vida útil simétricas simulando contatos passivados de polissilício/SiOx tipo n e tipo p em escala industrial. As amostras consistiam em camadas de polissilício fortemente dopadas com fósforo ou boro, uma fina camada de SiOx no topo e uma pilha de AlOx/SiNx. As amostras foram divididas em dois grupos: um para extrair parâmetros de contato, como densidade de corrente de recombinação, e outro para estudar o mecanismo de formação de contato.
O processo de caracterização empregou uma série de técnicas abrangentes, incluindo microscopia óptica, espectroscopia Raman, imagem de fotoluminescência e medição de resistência de contato pelo método da linha de transmissão. Microscopia eletrônica de varredura e microscopia de força atômica foram usadas para examinar a morfologia do contato e as características da interface, enquanto curvas de capacitância-tensão eletroquímica forneceram informações sobre a profundidade da dopagem. Simulações numéricas realizadas com o Quokka 3 avaliaram o potencial de eficiência da célula e apoiaram a análise de impacto no nível do dispositivo.
Os resultados da simulação mostraram que um laser ultravioleta de femtossegundo de 257 nm pode remover seletivamente a camada dielétrica da pilha de óxido de alumínio-nitrato de silício (AlOx/SiNx) para formar contatos localizados, sem danificar a camada de passivação de polissilício/SiOx subjacente. Em seguida, células solares TBC sem prata com contatos de alumínio localizados foram avaliadas usando camadas espessas de polissilício tipo n e tipo p e sinterização otimizada a 700°C. Essa condição de sinterização produziu baixa resistividade de contato e recombinação de contato.
A análise da interface revelou uma forte dependência de polaridade, com o polissilício tipo n apresentando ataque limitado. A pasta Al-Si especializada conseguiu moderar a cinética geral da reação, mas, devido à falta de uma barreira de dopagem reversa, a interface tipo p permaneceu mais reativa, tornando a otimização da sinterização particularmente crucial para evitar a perda de passivação.
As simulações do dispositivo confirmaram a viabilidade da tecnologia, mas também apontaram limitações devido à maior recombinação de contato. A eficiência da célula caiu de 26,8% para células baseadas em prata para 25,9% para dispositivos baseados em alumínio. Os cientistas afirmaram que a perda de recombinação relativamente alta na interface alumínio/polissilício é um desafio chave para aplicações industriais, e a densidade de corrente de recombinação de contato precisa ser significativamente reduzida antes que o alumínio possa ser considerado uma alternativa viável à prata. Alcançar baixa resistividade de contato tanto para contatos tipo n quanto tipo p, ao mesmo tempo em que se reduz a recombinação, é essencial para diminuir a diferença de eficiência.
O novo design da célula foi publicado na revista Solar Energy Materials and Solar Cells, com o artigo intitulado "Rumo a células solares de silício de contato traseiro sem prata: contatos de alumínio serigrafados bipolares em contatos passivados de polissilício/SiOx". A equipe de pesquisa planeja melhorar a engenharia da pasta no futuro e introduzir camadas de barreira na interface.
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