Application Examples for the Different Measurement Modes of Electrical Properties of the Solar Cells

• Autorzy: Musztyfaga-Staszuk M. , Dobrzański L.A. , Rusz S. , Staszuk M.

Identyfikatory

DOI

10.2478/amm-2014-0040

Warianty tytułu

PL

Przykłady zastosowan różnych trybów pomiaru własności elektrycznych ogniw słonecznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the paper was to apply the newly developed instruments ‘Corescan’ and ‘Sherescan’ in order to measure the essential parameters of producing solar cells in comparison with the standard techniques. The standard technique named the Transmission Line Method (TLM) is one way to monitor contacting process to measure contact resistance locally between the substrate and metallization. Nowadays, contact resistance is measured over the whole photovoltaic cell using Corescanner instrument. The Sherescan device in comparison with standard devices gives a possibility to measure the sheet resistance of the emitter of silicon wafers and determine of both P/N recognition and metal resistance. The Screen Printing (SP) method is the most widely used contact formation technique for commercial silicon solar cells. The contact resistance of manufactured front metallization depends of both the paste composition and co-firing conditions. Screen printed front side metallization and next to co-fired in the infrared conveyor furnace was carried out at various temperature from 770°C to 920°C. The silver paste used in the present paper is commercial. The investigations were carried out on monocrystalline silicon wafers. The topography of co-fired in the infrared belt furnace front metallization was investigated using the atomic force microscope and scanning electron microscope (SEM). There were researched also cross sections of front contacts using SEM microscope. Front contacts of the solar cells were formed on non-textured silicon surface with coated antireflection layer. On one hand, based on electrical properties investigations using Sherescan instrument it was obtained the knowledge of the emitter sheet resistance across the surface of a wafer, what is essential in optimizing the emitter diffusion process. On the other hand, it was found using Corescan instrument that the higher temperature apparently results in a strongly decreased contact resistance.

PL

Celem pracy było zastosowanie niedawno opracowanych urządzeń. Corescan” i „Sherescan” do zmierzenia zasadniczych parametrów wytwarzanych ogniw słonecznych w porównani z standardowymi technikami. Standardowa technika nazywana metodą linii transmisyjnych TLM (ang. Transmission Line Method) jest jednym ze sposobów monitorowania procesu pomiaru rezystancji strefy połączenia elektrody z podłożem. Obecnie, rezystancja kontaktu ogniwa słonecznego jest mierzona przy użyciu urządzenia Corescan. Urządzenie Sherescan w porównaniu ze standardowymi urządzeniami daje możliwość pomiaru rezystancji powierzchniowej warstwy dyfuzyjnej emitera płytek krzemowych i rozpoznania typu przewodności P/N i rezystancji kontaktu. Obecnie większość krzemowych ogniw fotowoltaicznych produkowanych na skalę przemysłową wytwarza się z zastosowaniem metody sitodruku do nanoszenia przedniej i tylnej metalizacji. Rezystancja kontaktu wytworzonej przedniej metalizacji zależy zarówno od składu pasty i warunków wypalania. Elektrodę przednią nadrukowano metodą sitodruku, a na- stępnie wypalano w piecu taśmowym w zakresie temperatury od 770°C do 920°C. W niniejszej pracy zastosowano komercyjną pastę srebrną. Badania wykonano na płytkach krzemowych monokrystalicznych. Topografię powierzchni wypalanej w piecu taśmowym przedniej elektrody wykonano stosując mikroskop sił atomowych i skaningowy mikroskop elektronowy. Zbadano również przekroje poprzeczne przednich elektrod stosując skaningowy mikroskop elektronowy. Elektrody przednie ogniw słonecznych wytworzono na powierzchni krzemowej nieteksturowanej z naniesioną warstwą antyrefleksyjną. Na podstawie uzyskanych badań własności elektrycznych za pomocą urządzenia Sherescan stwierdzono, że w zakresie temperatury od 770°C do 920°C, rezystancja właściwa kontaktu mieści się w zakresie 0.43÷1,01 μ Ω/ i rezystancja warstwowa kontaktu mieści się w zakresie 0,28÷0.67 mΩ/ krzemowego ogniwa fotowoltaicznego. W wyniku badań własności elektrycznych wykonanych z wykorzystaniem urządz.enia Corescan uzyskano szczegółową mapę powierzchni oporu styku pomiędzy emiterem a warstwą metalizacji ogniw słonecznych.

Słowa kluczowe

EN

electrical properties; solar cells; screen printing; contact resistance

PL

właściwości elektryczne; ogniwa słoneczne; sitodruk; rezystancja kontaktu

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 59, iss. 1
• Strony: 247--252
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Musztyfaga-Staszuk M.

• Division of Materials Processing Technology, Management and Computer Techniques in Materials Science, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Dobrzański L.A.

• Division of Materials Processing Technology, Management and Computer Techniques in Materials Science, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

autor

Rusz S.

• VŠB-Technical University of Ostrava, St. 17.Listopadu 15, 708 33 Ostrava, Czech Republic

autor

Staszuk M.

• Division of Materials Processing Technology, Management and Computer Techniques in Materials Science, Institute of Engineering Materials and Biomaterials, Silesian University of Technology, 18a Konarskiego Str., 44-100 Gliwice, Poland

Bibliografia

• [1] http://www.sunlab.nl 03.09.2012.
• [2] A. S. H. Vander Heide, J. H. Bultman, J. Hoornstra, A. Schönecker, G. P. Wyers, W. C. Sinke, Optimizing the front side metallization process using the Corescan - Proceedings 29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, New Orleans (Louisiana, USA), p. 340 (2002).
• [3] A. S. H. Vander Heide, A. Schönecker, G. P. Wyers, W. C. Sinke, Mapping of contact resistance and locating shunts on solar cells using Resistance Analysis by Mapping of Potential (RAMP) techniques - Proceedings 16th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Glasgow (United Kingdom), p. 1438 (2000).
• [4] A. S. H. Vander Heide, M. J. A. A. Goris, Contact optimisation on lowly doped emitters using the corescan on non-uniform emitter cells, Proceedings 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris (France), 701 (2004).
• [5] J. Hoornstra, A. Vander Heide, J. Bultman, A. Weber, Simple, detailed & fast firing furnace temperature profiling for improved efficiency - Proceedings of the conference PVin Europe - From PVtechnology to energy solutions, Rome (Italy), 276 (2002).
• [6] J. Hoornstra, A. Vander Heide, A. Weeber, F. Granek, New approach for firing optimisation in crystalline silicon cell technology - Proceedings 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Paris (France), 1044 (2004).
• [7] D. W. Hamer, J. V. Biggers, Technology of self-contained system, WNT, Warsaw, 1976 (in Polish).
• [8] W. Jung, T. Piotrowski, S. Sikorski, M. Lipinski, P. Panek, P. Zięba, Study of Bulk Photovoltaic Effect and Photovoltaic Barrier Efect Distributions in Multicrystalline Silicon, Phys. Stat. Sol. (c) 4, 8, 2918-2922 (2007).
• [9] L. A. Dobrzański, Engineering Materials and material design: the basis learning about materials and metal science, Scientific and Technical Publishing House, Warsaw, 2006.
• [10] L. A. Dobrzański, M. Musztyfaga, Effect of the front electrode metallization process on electrical parameters of a silicon solar cell, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 48, 2, 2, 115-144 (2011).
• [11] L. A. Dobrzański, M. Musztyfaga, A. Drygała, P. Panek, Investigation of the screen printed contacts of silicon solar cells from Transmissions Line Model, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, JAMME 41 1-2, 57-65 (2010).
• [12] L. A. Dobrzański, M. Musztyfaga, A. Drygała, Comparison of conventional and unconventional methods for the front side metallization of silicon solar cells, 14th International Conference on Advances in materials and processing technologies. AMPT 2011, 284.
• [13] P. Panek, K. Drabczyk, A. Focsa, A. Slaoui, A comparative study of SiO2 deposited by PECVDand thermal method as passivation for multicrystalline silicon solar cells, Materials Science and Engineering B 165, 64-66 (2009).
• [14] P. Panek, K. Drabczyk, H. Czternastek, E. Kusior, P. Zięba, E. Bełtowska-Lehman, The Influence of surface texture and temperature deposition of TiO2 layer on crystalline silicon solar cells parameters, Archives of Metallurgy and Materials 53, 1, 103-106 (2008).
• [15] P. Panek, K. Drabczyk, A. Focsa, A. Slaoui, A comparative study of SiO2 deposited by PECVDand thermal method as passivation for multicrystalline silicon solar cells, Materials Science and Engineering B 165, 64-66 (2009).

Uwagi

Research was financed partially within the framework of the Scholarship No 51200863 of the International Visegrad Fund realized by Dr Małgorzata Musztyfaga.