fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs de l'Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) et du fabricant chinois de panneaux solaires Trina Solar ont conçu une cellule à contact arrière passivé par oxyde de silicium à tunnel (TBC) sans argent, en utilisant une stratégie d'ingénierie des contacts bipolaires à l'aluminium, une pâte d'aluminium spécialisée et des conditions de frittage optimisées.
Song Ning, auteur correspondant, a expliqué à pv magazine que l'étude démontre l'application de contacts en aluminium sérigraphiés sur des contacts passivés au polysilicium/SiOx de type n et de type p, offrant une voie potentielle pour le développement de cellules solaires à contact arrière sans argent. L'équipe a également constaté des différences significatives dans le comportement de l'aluminium sur le polysilicium de type n et de type p, apportant de nouvelles perspectives sur la formation des contacts et leur optimisation future. D'un point de vue industriel, la réduction de la consommation d'argent devient de plus en plus cruciale pour la fabrication photovoltaïque à grande échelle, et l'aluminium pourrait constituer un matériau alternatif à faible coût pour les cellules à contact arrière à haut rendement.
L'équipe de recherche a utilisé une pâte Al-Si non traversante (nFT) contenant un alliage Al-Si conçu et un système de fritte de verre amélioré, visant à inhiber une alliage excessive Al-Si à l'interface et à éviter la formation de régions Al-p⁺ profondes et larges. Cette approche permet d'obtenir une faible résistance de contact tout en préservant l'excellente qualité de passivation des contacts polysilicium/SiOx.
Pour évaluer l'applicabilité de cette technologie dans une structure TBC, les chercheurs ont préparé des échantillons de durée de vie symétriques simulant des contacts passivés au polysilicium/SiOx de type n et de type p à l'échelle industrielle. Les échantillons sont constitués d'une couche de polysilicium fortement dopée au phosphore ou au bore, d'une fine couche de SiOx en surface et d'un empilement AlOx/SiNx. Les échantillons ont été divisés en deux groupes : l'un pour extraire les paramètres de contact tels que la densité de courant de recombinaison, et l'autre pour étudier le mécanisme de formation des contacts.
Le processus de caractérisation a utilisé une série de techniques complètes, notamment la microscopie optique, la spectroscopie Raman, l'imagerie par photoluminescence et la méthode de la ligne de transmission pour mesurer la résistance de contact. La microscopie électronique à balayage et la microscopie à force atomique ont été utilisées pour examiner la morphologie des contacts et les caractéristiques interfaciales, tandis que les courbes capacité-tension électrochimiques ont fourni des informations sur la profondeur de dopage. Des simulations numériques réalisées avec Quokka 3 ont évalué le potentiel de rendement des cellules et ont soutenu l'analyse de l'impact au niveau du dispositif.
Les résultats de simulation montrent qu'un laser ultraviolet femtoseconde de 257 nm peut éliminer sélectivement la couche diélectrique empilée d'oxyde d'aluminium et de nitrure de silicium (AlOx/SiNx) pour former des contacts locaux, sans endommager la couche de passivation polysilicium/SiOx sous-jacente. Ensuite, en utilisant des couches épaisses de polysilicium de type n et de type p et un frittage optimisé à 700 °C, des cellules solaires TBC sans argent avec des contacts locaux en aluminium ont été évaluées. Ces conditions de frittage permettent d'obtenir une faible résistivité de contact et une faible recombinaison de contact.
L'analyse interfaciale a révélé une forte dépendance à la polarité, le polysilicium de type n présentant une gravure limitée. La pâte Al-Si spécialisée peut modérer la cinétique globale de la réaction, mais en raison de l'absence de barrière de dopage inverse, l'interface de type p reste plus réactive, ce qui rend l'optimisation du frittage particulièrement cruciale pour éviter une perte de passivation.
Les simulations de dispositifs ont confirmé la faisabilité de la technologie, mais ont également souligné les limitations dues à une recombinaison de contact élevée. Le rendement des cellules est passé de 26,8 % pour les cellules à base d'argent à 25,9 % pour les dispositifs à base d'aluminium. Les scientifiques indiquent que la perte par recombinaison relativement élevée à l'interface aluminium/polysilicium constitue un défi clé pour les applications industrielles, et que la densité de courant de recombinaison de contact doit être considérablement réduite avant que l'aluminium puisse être considéré comme une alternative viable à l'argent. Atteindre une faible résistivité de contact pour les contacts de type n et de type p tout en réduisant la recombinaison est essentiel pour réduire l'écart de rendement.
La conception de cette nouvelle cellule a été publiée dans la revue Solar Energy Materials and Solar Cells, sous le titre « Vers des cellules solaires en silicium à contact arrière sans argent : contacts en aluminium sérigraphiés bipolaires sur contacts passivés au polysilicium/SiOx ». L'équipe de recherche prévoit d'améliorer l'ingénierie des pâtes et d'introduire des couches barrières interfaciales à l'avenir.
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