Improvement of highly-doped regions from laser processed dielectric films

Abstract

This TFG is focused on the development of high quality n+ and p+ regions based on laser processed dielectric films. The involved films consist of a thin intrinsic amorphous silicon layer (a-Si:H(i)) capped with a doped (phosphorus for n+ and boron for p+ regions, respectively) amorphous silicon film (a-Si:H(n) or a-Si:H(p)). Finally, a dielectric silicon carbide layer (SiCx) is deposited on top. All these films are deposited by PECVD. This approach has already applied in finished c-Si solar cells for n+ regions with very thin aSi:H(i) in the range of 4-5 nm. Based on this results, this work has two main goals. Firstly, we explore the effects of increasing the thickness of the a-Si:H(i) layer on the surface passivation properties of the stack. As a figure of merit, we will use the effective surface recombination velocity (Seff): the lower the value, the better the passivation quality. The experimental results demonstrate that Seff is reduced to 1-3 cm/s when the a-Si:H(i) layer thickness is increased to 28 nm. Secondly, we develop good quality n + regions to create contacts on n-type c-Si substrates (n+/N) using this thicker a-Si:H(i) layers. The goal is to improve the performance of the n+ regions already developed in MNT group. We deduce a specific contact resistance in the 10-3 -10-4 ·cm2 range, which is an excellent result. Next, we use dummy n+/P junction to determine the optimum laser power which is 910-1160 mW. On the other hand a surface recombination velocity of 8500 cm/s is obtained at the n+ contacts. Despite this value is higher than expected, it still low enough to allow highefficiency solar cells. Finally, we explore the case of p + regions by changing the doping atoms in the intermediate a-Si:H film from phosphorus to boron. This is done by replacing phosphine (PH3) gas by Trimethilboron (TMB, (CH3)3B) gas during the film deposition. These regions create p+/N junctions in the final device. The characterization of test devices lead to an optimum laser power of 1010-1070 mW with a saturation current density of 1.58 pA/cm2 , which is a result comparable to the state of the art of similar junctions.

Aquest TFG està enfocat en el desenvolupament de regions n+ i p+ d’alta qualitat basades en capes de dielèctric processades mitjançant làser. Les capes involucrades consten d’una fina capa intrínseca de silici amorf (a-Si:H(i)) coberta amb una capa de silici amorf dopat (amb fòsfor per als n+ i bor per a les regions p+ respectivament) (aSi:H(n) o a-Si:H(p)). Finalment una capa de carbur de silici dielèctric (SiCx ) es diposita al damunt de tot. Totes les capes es generaran per deposició mitjançant PECVD. Aquesta aproximació ja s’ha aplicat per al cas de cèl·lules solars de c-Si per a regions n+ amb una capa molt prima de a-Si:H(i) en un rang de grossor d’entre 4-5 nm. Basant-se en aquests resultats, aquest treball consta de dos objectius principals. En primer lloc, explorar els efectes que té incrementar el grossor de la capa de a-Si:H(i) sobre les propietats de passivació del “stack”. Com a figura de mèrit, s’utilitzarà la velocitat de recombinació efectiva (Seff): com més baix en sigui el valor, millor serà la passivació. Els resultats experiments demostren que Seff es redueix fins a 1-3 cm/s a l’incrementar-se el grossor de la capa de a-Si:H(i) fins a 28 nm. En segon lloc, desenvolupar regions n+ per a crear contactes en substrats de c-Si de tipus n (n+ /N) mitjançant capes de a-Si:H(i) més gruixudes. L’objectiu és millorar les especificacions de les regions n+ prèviament desenvolupades pel grup MNT. S’obté una resistència de contacte específica de en el range de 10-3 -10-4 ·cm2 , el qual es un resultat excel·lent. Seguidament utilitzarem unions n+ /P de prova per a determinar la potència òptima de làser que és de 910-1160 mW. D’altra banda, s’obté una velocitat de recombinació superficial de 8500 cm/s en els contactes n+ . A pesar que aquest valor és més alt de l’esperat, segueix sent suficientment baix com per a permetre cèl·lules solars d’altra eficiència. Finalment, s’explora el cas de regions p+ substituint els àtoms de fòsfor dopants en la capa intermitja a-Si:H per àtoms de bor. Això es podrà dur a terme substituint gas fosfina (PH3) per trimetilbor (CH3)3B) en el procés de deposició. Aquestes regions generaran unions p+ /N en el dispositiu final. La caracterització dels dispositius de prova ens porta a una potencia de làser òptima de 1010-1070 mW amb una densitat de corrent de saturació de 1,58 pA/cm2 , el qual és un resultat comparable a l’estat de l’art per a un unions similars.

Este TFG está enfocado al desarrollo de regiones n+ y p+ de alta calidad basadas en capas de dieléctrico procesadas mediante laser. Las capas involucradas constan de una fina capa intrínseca de silicio amorfo (a-Si:H(i)) cubierta con una capa de silicio amorfo dopado (con fósforo para los n+ y boro para las regiones p+ respectivamente) (a-Si:H(n) o a-Si:H(p)). Finalmente, una capa de carburo de silicio dieléctrico (SiCx) se deposita en la parte superior de todo. Todas las capas se van a generar por deposición mediante PECVD. Esta aproximación ya se ha aplicado para el caso de células solares de c-Si para regiones n+ con una capa muy delgada de a-Si:H(i) en un rango de grosor de entre 4-5 nm. Basándose en estos resultados, este trabajo consta de dos objetivos principales. En primer lugar, explorar los efectos que tiene incrementar el grosor de la capa de a-Si:H(i) sobre las propiedades de pasivación del “stack”. Como figura de mérito, se va a utilizar la velocidad de recombinación efectiva (Seff): cuanto más bajo sea su valor, mejor va a ser la pasivación. Los resultados experimentados demuestran que Seff se reducen hasta 1-3 cm/s al incrementarse el grosor de la capa de a-Si:H(i) hasta 28 nm. En segundo lugar, desarrollar regiones n+ para crear contactos en sustratos de c-Si de tipo n (n+ /N) mediante capas de a-Si:H(i) más gruesas. El objetivo es mejorar las especificaciones de las regiones n+ previamente desarrolladas por el grupo MNT. Se obtiene una resistencia de contacto específica en el rango de 10-3 -10-4 ·cm2 , el cual es un resultado excelente. Seguidamente se van a utilizar uniones n+ /P de prueba para determinar la potencia optima de laser que es de 910-1160 mW. En paralelo, se obtiene una velocidad de recombinación superficial de 8500 cm/s en los contactos n+ . a pesar de que este valor es más alto de lo esperado, sigue siendo suficientemente bajo como para permitir células solares de alta eficiencia. Finalmente, se explora el caso de regiones p+ sustituyendo los átomos de fosforo dopantes en la capa intermedia de a-Si:H para átomos de boro. Esto se podrá llevar a cabo sustituyendo gas fosfina (PH3) por trimetilboro ((CH3)3B) en el proceso de deposición. Estas regiones van a generar uniones p+ /N en el dispositivo final. La caracterización de los dispositivos de prueba nos lleva a una potencia de laser óptima de 1010-1070 mW con una densidad de corriente de saturación de 1,58 pA/cm2 , lo cual es un resultado comparable al estado del arte para uniones similares.