Investigating the influence of boron diffusion temperature on the performance of n-type PERT monofacial solar cells with reduced thermal steps

• Autorzy: Korichi Hakim , Kezrane Mohamed , Bensdira Ahmed Baha-Eddine

Identyfikatory

DOI

10.35784/iapgos.6599

Warianty tytułu

PL

Badanie wpływu temperatury dyfuzji boru na wydajność jednopowierzchniowych ogniw słonecznych PERT typu n ze zredukowanymi stopniami termicznymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This research work aims to optimise the fabrication of n-based PERT monofacial solar cells of p⁺nn⁺ structure, using a simplified processand standard-sized n-type Czochralski (Si-Cz) monocrystalline silicon wafers. The aim is to achieve a conversion efficiency of 14.3%, comparableto the best performances reported for similar architectures. The study focused on the influence of the boron diffusion temperature on the emitter sheet resistance and the electrical performance of the cells. A diffusion temperature of 970°C was found to be optimal, offering a good compromise betweenlow sheet resistance and uniform boron diffusion. Surface passivation by a layer of silicon oxide, deposited by dry thermal oxidation at 900°Cin a controlled oxygen atmosphere, minimised surface recombination. The incorporation of an 80nm-thick silicon nitride (SiNx) anti-reflection coating (ARC), combined with pyramidal surface texturing, significantly reduced reflectance and optimised the absorption of incident light. The best-performingn-base PERT monofacial solar cell showed a short-circuit current density (Jsc) of 36.8 mA/cm², an open-circuit voltage (Voc) of 635 mV, a form factor (FF) of 0.79 and a conversion efficiency of 14.3%. These promising results confirm the potential of n-based PERT monofacial solar cells to achieve high performance using a simplified manufacturing process and standard wafer sizes, paving the way for low-cost production.

PL

Niniejsza praca badawcza ma na celu optymalizację produkcji jednopowierzchniowych ogniw słonecznych PERT o strukturze p⁺nn⁺, wykorzystujących uproszczony proces i monokrystaliczne płytki krzemowe typu n Czochralskiego (Si-Cz) o standardowych rozmiarach. Celem jest osiągnięcie sprawności konwersji na poziomie 14,3%, porównywalnej z najlepszymi wynikami odnotowanymi dla podobnych architektur. Badania koncentrują się na wpływie temperatury dyfuzji boru na rezystancję obszaru emitera i wydajność elektryczną ogniw. Stwierdzono, że temperatura dyfuzji 970°C jest optymalna, oferując dobry kompromis między niską rezystancją powierzchniową a równomierną dyfuzją boru. Pasywacja powierzchniza pomocą warstwy tlenku krzemu, osadzonej przez suche utlenianie termiczne w temperaturze 900°C w kontrolowanej atmosferze tlenu, zminimalizowała rekombinację powierzchniową. Zastosowanie powłoki antyrefleksyjnej (ARC) z azotku krzemu (SiNx) o grubości 80 nm, w połączeniu z piramidalnym teksturowaniem powierzchni, znacznie zmniejszyło współczynnik odbicia i zoptymalizowało absorpcję padającego światła. Najlepiej działające jednopowierzchniowe ogniwo słoneczne PERT na bazie n wykazało gęstość prądu zwarciowego (Jsc) 36,8 mA/cm², napięcie obwodu otwartego(Voc) 635 mV, współczynnik kształtu (FF) 0,79 i sprawność konwersji 14,3%. Te obiecujące wyniki potwierdzają potencjał jednopowierzchniowych ogniw słonecznych PERT na bazie n do osiągnięcia wysokiej wydajności przy użyciu uproszczonego procesu produkcyjnego i standardowych rozmiarów płytek, torując drogę do taniej produkcji.

Słowa kluczowe

EN

PERT solarcells; n-typesilicon; boron diffusion; surface passivation; conversion efficiency; simplified manufacturing

PL

ogniwa słoneczne typu PERT; krzem typu n; dyfuzja boru; pasywacja powierzchni; sprawność konwersji; uproszczona produkcja

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej
• Czasopismo: Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska
• Rocznik: 2025
• Tom: T. 15, nr 2
• Strony: 61--64
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Korichi Hakim

• Yahia Yahia Fares University, Department of Mechanical Engineering, Mechanics, Physics and Mathematical Modelling Laboratory, Medea, Algeria

• https://orcid.org/0009-0001-3558-4128+

autor

Kezrane Mohamed

• Yahia Yahia Fares University, Department of Mechanical Engineering, Mechanics, Physics and Mathematical Modelling Laboratory, Medea, Algeria

• https://orcid.org/0009-0001-3558-4128+

autor

Bensdira Ahmed Baha-Eddine

• Yahia Yahia Fares University, Department of Mechanical Engineering, Mechanics, Physics and Mathematical Modelling Laboratory, Medea, Algeria

• https://orcid.org/0009-0009-8438-4140+

Bibliografia

• [1] Barbato M., et al.: Potential induced degradation of N- type bifacial silicon solar cells: An investigation based on electrical and optical measurements. Solar Energy Materials and Solar Cells 168, 2017, 51–61.
• [2] Blakers A.: Development of the PERC Solar Cell. IEEE J. Photovoltaics 9(3), 2019, 629–635 [https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2019.2899460].
• [3] Bonilla R. S., et al.: Dielectric surface passivation for silicon solar cells: A review. Physica Status Solidi A: Applications and Materials Science 214, 2017, 1700293 [https://doi.org/10.1002/pssa.201700293].
• [4] Chen C. C., et al.: High efficiency on boron emitter n-type Cz silicon bifacial cells with industrial process. Energy Procedia 38, 2013, 416–422 [https://doi.org/10.1016/j.egypro.2013.07.299].
• [5] Ding D., et al.: High-efficiency n-type silicon PERT bifacial solar cells with selective emitters and poly-Si based passivating contacts. Solar Energy 193, 2019, 494–501 [https://doi.org/10.1016/j.solener.2019.09.066].
• [6] El Amrani A., et al.: Design of solar cells p+/nemitter by spin-on technique. Acta Phys. Pol. A 132(3), 2017, 717–719 [https://doi.org/10.12693/APhysPolA.132.717].
• [7] El Amrani A., et al.: Co- Diffusion Processing of p+/n/n+ Structure for n-Type Silicon Solar Cells Using Boron Doped Paper Sheets. Silicon 14(1), 2022, 223–228 [https://doi.org/10.1007/s12633-020-00809-3].
• [8] Green M. A.: The Passivated Emitter and Rear Cell (PERC): From conception to mass production. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 143, 2015, 190–197 [https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.06.055].
• [9] Kannan N., Vakeesan D.: Solar energy for future world: A review. Renew. Sustain. Energy Rev. 62, 2016, 1092–1105 [https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.05.022].
• [10] Labdelli B., et al.: Influence of Wafer Thickness and Screen-Printing Mesh Counts on the Al-BSF in Crystalline Silicon Solar Cells. J. Nano- Electron. Phys. 15(6), 2023, 1–5 [https://doi.org/10.21272/jnep.15(6).06027].
• [11] Naber R. C. G., et al.: ECN N-type silicon solar cell technology: An industrial process that yields 18.5%. Conf. Rec. IEEE Photovolt. Spec. Conf., 2009, 000990–000992 [https://doi.org/10.1109/PVSC.2009.5411189].
• [12] Rodriguez J., et al.: Towards 22% efficient screen- printed bifacial n-type silicon solar cells. Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 187, 2018, 91–96 [https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.07.020].
• [13] Sampaio P. G. V., González M. O. A.: Photovoltaic solar energy: Conceptual framework. Renew. Sustain. Energy Rev. 74, 2017, 590–601 [https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.02.081].
• [14] Timlelt A. B. E.: Investigation of p+ emitter formation for n-type silicon solar cells application. IOP Publ. Ltd, 2019 [https://doi.org/10.1088/20531591/ab582e].
• [15] Yin H. P., et al.: Bifacial n-type silicon solar cells with selective front surface field and rear emitter. Sol. Energy Mater. Sol. Cells 208, 2020, 110345 [https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110345].
• [16] Zanesco I., et al: Development of the most efficient solar cell in Brazil using an industrial process. Brazilian Journal of Solar Energy IX, 2018, 41–48 [https://doi.org/10.59627/rbens.2018v9i1.233].
• [17] Zhao J., Green M. A.: Optimized Antireflection Coatings for High-Efficiency Silicon Solar Cells. IEEE Transactions on Electron Devices 38(8), 1991, 1925–1934 [https://doi.org/10.1109/16.119035].