ALD Grown Al2O3 as Interfacial Layer in ITO Based SIS Solar Cells

Abstract

Звичайний процес дифузії для формування емітера сонячного елементу c-Si – це складний процес з високими тепловими та матеріальними витратами. Альтернативою для уникнення цього процесу є створення структурованих сонячних елементів MIS/SIS, де для формування емітерної частини сонячного елементу використовується інший процес. У дослідженні розроблено структурований елемент SIS розміром 3 × 3 (ITO-Al2O3-n-Si), де n-Si є вихідним матеріалом, Al2O3 та шар ITO виконують відповідно ролі селективного шару дірок та емітерного шару. Розпилений шар ITO товщиною 150 нм виконує роль виродженого напівпровідника так само як і ARC. Для сонячного елементу, вкритого шаром ITO, середня відбивна здатність зменшується з 13,63 % до 4,54 % порівняно з лише текстурованим елементом. Металізація проводиться за допомогою Ag з обох боків на лицьовій стороні над шаром ITO і постійним контактом на тильній стороні блоком для нанесення вакуумного покриття. Окрім тунелювання дірок, дуже тонкий шар Al2O3 (1,5 нм), вирощений методом ALD, виступає в ролі пасиваційного шару і збільшує час життя неосновних носіїв заряду з 9,732 мкс до 17,548 мкс. Досягнуті напруга холостого ходу (Voc) і струм короткого замикання (Isc) становлять відповідно 684 мВ і 35 мА.

Conventional diffusion process to form the emitter of a c-Si solar cell is a complicated process with high thermal as well as economic budget. An alternative to avoid this process is to form MIS/SIS structured solar cells, where different process is used to form the emitter portion of the cell. In this study, 3 × 3 (ITOAl2O3-n-Si) structured SIS cell is developed, where n-Si is the base material, Al2O3 and ITO layer act as hole selective layer and emitter layer, respectively. Sputtered ITO layer of thickness 150 nm acts as a degenerative semiconductor as well as ARC. For ITO coated cell, average reflectance reduced to 4.54 % from 13.63% compared with only textured cell. Metallization is done using Ag on both the sides on the front side above the ITO layer and a continuous contact on the back side by vacuum coating unit. Apart from hole tunnelling, ALD grown very thin 1.5 nm layer of Al2O3 acts as a passivation layer and increases minority carrier lifetime from 9.732 µS to 17.548 µS. Achieved open circuit voltage (Voc) and short circuit current (Isc) are 684 mV and 35 mA, respectively.