Development of thin films deposited by ALD for c-Si solar cells

Abstract

In this work, we have developed thin layers deposited by Atomic Layer Deposition (ALD) technique to be applied in high-efficiency crystalline silicon solar cells. In particular, we selected to study the aluminium oxide (Al2O3) as a surface passivation mechanism and the titanium dioxide (TiO2) as a selective contact for electrons. To characterize the Al2O3 we have done two studies: deposition thickness and pre-deposition cleaning process. In both studies we have measured the effective surface recombination velocity (Seff), where we get results comparable to the state of the art with Seff < 10 cm/s. In addition, we demonstrate that less aggressive cleanings of the silicon surface before layer deposition lead to similar results. On the other hand, to characterize the TiO2, we have studied the Seff depending on the deposited film thickness and also depending on the deposition temperature. For the 0.6 nm layer we get a specific contact resistance below 100 mOhm·cm2. This results together with a Seff value in the 100 cm/s demonstrates that this layer is a promising candidate to be used in the development of high-efficiency solar cells.

En este trabajo hemos desarrollado finas capas, depositadas mediante la técnica ALD (Atomic Layer Deposition), para aplicarlas en células solares de silicio cristalino de alta eficiencia. En particular, hemos elegido para el estudio óxido de aluminio (Al2O3), más conocido como alúmina, para usarlo como mecanismo de pasivación de la superficie, y dióxido de titanio (TiO2) como contacto selectivo para electrones. Para la caracterización de la alúmina hemos realizado dos estudios: grosor de deposición y proceso de limpieza pre-deposición. En ambos casos hemos medido la velocidad efectiva de recombinación en la superficie (Seff), donde obtuvimos resultados parecidos a los mencionados en el apartado 2 de este documento, con Seff < 10 cm/s. Además, hemos demostrado que con limpiezas menos agresivas, obtenemos valores muy similares a los que se obtienen con un proceso de limpieza estándar. Por otra parte, para caracterizar el dióxido de titanio, hemos estudiado la Seff en función del grosor de la capa depositada y en función de la temperatura de deposición. Para la muestra de 0,6 nm de grosor hemos obtenido una resistencia de contacto específica por debajo 100 mOhm·cm2. Esto, junto con una Seff de 100 cm/s, demuestra que esta capa es una candidata prometedora para ser usada en el desarrollo de células solares de alta eficiencia.

En aquest treball hem desenvolupat fines capes, dipositades usant la tècnica de la ALD (Atomic Layer Deposition), per aplicar-les a cèl·lules solars de silici cristal·lí d’alta eficiència. Per fer l’estudi hem seleccionat l’òxid d’alumini (Al2O3), més conegut com a alúmina, per usar-ho com a mecanisme de passivació de la superfície, i el diòxid de titani (TiO2) com a contacte selectiu d’electrons. Per a la caracterització de l’alúmina hem realitzat dos estudis: grossor de la deposició i procés de neteja previ a la deposició. En tots dos casos hem mesurat la velocitat efectiva de recombinació a la superfície (Seff), en els quals vam obtenir resultats semblants als de l’apartat 2 d’aquest document, amb una Seff < 10 cm/s. A més, hem demostrat que amb neteges menys agressives obtenim valors molt semblants als que s’obtenen amb un procés de neteja normal. Per altra banda, per caracteritzar el diòxid de titani, hem estudiat la Seff depenent del grossor de la capa depositada i en funció de la temperatura de depòsit. Per a la mostra de 0,6 nm de grossor hem obtingut una resistència de contacte específica per sota de 100 m·cm2 . Això, juntament amb una Seff de 100 cm/s, demostra que aquesta capa és una capa prometedora per utilitzar-se en el desenvolupament de cèl·lules solars d’alta eficiència.