Crystalline silicon Heterojunction solar cells

Abstract

This work is a slight research on silicon heterojunction solar cells which have been of great interest recently. The aim is to span fabrication, characterization and simulation and to reach a broad but shallow knowledge about this devices. Within heterojunction solar cells, this work is particularly focused on amorphous silicon/crystalline silicon (a-Si/c-Si) heterojunction solar cells and Transition-Metal-Oxide (TMO) silicon heterojunction solar cells (TMO/c-Si). TMO started being of interest very recently because they can substitute a-Si in a solar cell lowering fabrication costs while achieving relatively good performance. Unlikely, it is not clear why it can play the same role as a-Si since they are very different materials. Therefore simulating TMO based devices is still far from being reliable. Simulations of a-Si heterojunction solar cells have been performed since it seems to be the starting point of the road to simulating TMO. The fabrication and characterization processes are almost the same for the two types of solar cell. Since the final aim is to understand TMO heterojunction solar cells, this part is dedicated to them. Three different TMOs heterojunction solar cells have been fabricated and characterized which are M oOx , W Ox and V2 O5 while the simulation has focused on a-Si. The work has been carried out collaborating with a research group from electronics department of the UPC (Universitat Politèctica de Cataunya). Silvaco ATLAS electronic device simulator has been used to reproduce the a-Si HIT (Heterojuntion with Intrinsic Thin layer) solar cell figures of merit.

En este proyecto se estudian células solares de heterounión de silicio cristalino. El objetivo es hacer un seguimiento de su fabricación, caracterización y llevar a cabo una simulación para conseguir una amplia pincelada de conocimiento sobre estos dispositivos. En concreto, los dos tipos de células solares en las que nos centraremos son células de heterounión silicio cristalino (c-Si) con silicio amorfo (a-Si) y c-Si con diferentes óxidos de metales de transición (TMO). La idea es utilizar metales de transición en vez de silicio amorfo (a-Si) para abaratar el proceso de fabricación manteniendo una buena eficiencia. Desgraciadamente, todavía no se conoce el funcionamiento exacto de las células con TMOs, por lo tanto en la simulación nos centraremos en las células de a-Si / c-Si. En cambio el proceso de fabricación y caracterización está dedicado mayoritariamente a las células TMO / c-Si con el objectivo de entender major la interacción que hay entre ellos.

En aquest projecte s’estudien cèl·lules solars d’heterounió de silici cristal·lí. L’objectiu és fer un seguiment de la seva fabricació, caracterització i dur a terme una simulació per aconseguir un amplia pinzellada de coneixement sobre aquests dispositius. En concret, els dos tipus de cèl·lules solars en les que ens centrarem són cèl·lules d’heterounió silici cristal·lí (c-Si) amb silici amorf (a-Si) i c-Si amb diferents òxids de metalls de transició (TMO). La idea és utilitzar metalls de transició en comptes de silici amorf (a-Si) per abaratir el procés de fabricació mantenint una bona eficiència. Malauradament, encara no es coneix el funcionament exacte de les cèl·lules amb TMOs, per tant en la part de simulació ens centrarem en les cèl·lules de a-Si/c-Si. En canvi el procés de fabricació i caracterització està dedicat majoritàriament a les cèl·lules TMO/c-Si per entendre millor la interacció que hi ha entre ells.