Pesquisadores da Universidade de Panjab, na Índia, demonstraram um novo método para dopar células solares de silício usando tecnologia de feixe de íons, obtendo propriedades eletrônicas aprimoradas e reduzindo perdas relacionadas a defeitos.
“Defeitos em células solares TOPCon e PERC frequentemente surgem de processos de fabricação convencionais, como difusão térmica, pulverização catódica por radiofrequência (RF) e técnicas baseadas em plasma, onde o controle limitado sobre a concentração de dopantes leva à formação não uniforme da junção p-n”, disse a autora correspondente Monika Verma à pv magazine. “Esses métodos estabelecidos podem introduzir deformação da rede cristalina, perfis de dopantes irregulares e complexos de defeitos, que degradam a vida útil dos portadores de carga e limitam o transporte de carga, reduzindo, em última análise, a eficiência.”
A implantação por feixe de íons oferece uma maneira de mitigar esses problemas, permitindo um controle preciso da profundidade e da concentração do dopante, reduzindo defeitos relacionados a impurezas e melhorando as propriedades de transporte de portadores. Ela também suporta arquiteturas de dispositivos avançadas por meio da formação de junções uniformes e repetíveis.
A técnica consiste em direcionar íons de alta energia para um material a fim de modificar sua composição e estrutura em nível atômico. É amplamente utilizada na fabricação de semicondutores para implantar dopantes, permitindo a formação controlada de junções p-n com defeitos mínimos e desempenho eletrônico aprimorado.
“A tecnologia de feixe de íons tem sido usada há muito tempo na indústria de circuitos integrados e agora está ressurgindo como uma ferramenta promissora para aplicações fotovoltaicas”, disse o coautor Sanjeev Gautam. “Ela oferece controle preciso sobre a concentração de dopantes, distribuição uniforme de íons e profundidade de junção ajustável com base na energia e fluência dos íons, melhorando a reprodutibilidade.”
Os pesquisadores fabricaram uma junção ap-n implantando íons de boro em wafers de silício tipo n com uma energia de 35 keV. Comparada aos métodos térmicos ou baseados em plasma convencionais, a abordagem com feixe de íons permite um posicionamento altamente controlado do dopante, minimizando os danos estruturais.
Eles confirmaram a incorporação de boro usando espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), observando uma mudança mensurável na energia de ligação do silício. De acordo com o estudo, a XPS mostrou maior sensibilidade do que técnicas tradicionais, como difração de raios X (XRD) e espectrometria de retroespalhamento de Rutherford (RBS), para detectar dopantes implantados. Análises adicionais usando espectroscopia de estrutura fina de absorção de raios X próxima à borda (NEXAFS) revelaram mudanças na estrutura eletrônica local consistentes com a integração do boro na rede cristalina do silício.
“A implantação de boro em Si(100) do tipo n cria uma camada do tipo p, formando a junção p-n”, disse Verma. “Medir a concentração do dopante é um desafio, pois muitas técnicas convencionais não conseguem detectar níveis baixos. A XPS permite a análise direta do ambiente químico na junção, fornecendo detecção de dopantes em níveis de partes por milhão e confirmando a incorporação de boro por meio de deslocamentos na energia de ligação dos níveis de caroço.”
Os testes elétricos revelaram características de corrente-tensão semelhantes às de um diodo, consistentes com o modelo de Shockley, confirmando a formação de uma junção p-n funcional. Os dispositivos apresentaram uma baixa corrente de fuga de cerca de 0,63 mA, indicando perdas por recombinação reduzidas e transporte de carga aprimorado.
Os pesquisadores atribuíram essas melhorias à minimização de defeitos na estrutura cristalina, uma limitação fundamental na fabricação padrão de células solares de silício. Tais defeitos normalmente atuam como centros de recombinação, reduzindo a vida útil dos portadores de carga e a eficiência geral.
“Com este trabalho, demonstramos como a implantação iônica pode ser usada para fabricar junções p-n sob condições controladas”, disse Gautam. “Dopantes são introduzidos em Si(100) com energia e fluência definidas, formando uma camada fina na escala nanométrica. O objetivo é minimizar os danos ao cristal, muitos dos quais podem ser recuperados após a implantação, oferecendo um caminho para células solares de silício de alta eficiência de próxima geração.”
A nova abordagem foi apresentada em “Detecção precisa de dopantes e propriedades de transporte de células solares de silício implantadas com íons de boro”, publicado na RSC Advances .
Este conteúdo é protegido por direitos autorais e não pode ser reutilizado. Se você deseja cooperar conosco e gostaria de reutilizar parte de nosso conteúdo, por favor entre em contato com: editors@pv-magazine.com.
Ao enviar este formulário, você concorda com a pv magazine usar seus dados para o propósito de publicar seu comentário.
Seus dados pessoais serão apenas exibidos ou transmitidos para terceiros com o propósito de filtrar spam, ou se for necessário para manutenção técnica do website. Qualquer outra transferência a terceiros não acontecerá, a menos que seja justificado com base em regulamentações aplicáveis de proteção de dados ou se a pv magazine for legalmente obrigada a fazê-lo.
Você pode revogar esse consentimento a qualquer momento com efeito para o futuro, em cujo caso seus dados serão apagados imediatamente. Ainda, seus dados podem ser apagados se a pv magazine processou seu pedido ou se o propósito de guardar seus dados for cumprido.
Mais informações em privacidade de dados podem ser encontradas em nossa Política de Proteção de Dados.