La fabbricazione delle celle solari

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1 La fabbricazione delle celle solari Roberta Campesato AEI Giornata di studio 2/12/2004 1

2 Fabbricazione delle celle solari Wafer epitassiale Cella solare n-contacts Monolithic Diode n-contacts AEI Giornata di studio 2/12/2004 2

3 Processo dopo la crescita Realizzazione delle griglie Deposizione dei contatti metallici sul fronte e sul retro Taglio del wafer Processi chimici di pulizia ed attacco Deposizione del rivestimento antiriflettente Misura delle caratteristiche Prove di accettazione AEI Giornata di studio 2/12/2004 3

4 Realizzazione delle griglie Mascheratura metallica Wafer epitassiale (GaAs) Space Quest - SJ 40.3x20.1 Mascheratura fotolitografica Space Quest - SJ 40.3x20.1 AEI Giornata di studio 2/12/2004 4

5 Mascheratura per fotolitografia Stesura fotoresist Giunzione PN Fotoresist Cap di GaAs Spinner Esposizione UV Substrato Ge Giunzione PN maschera Cap di GaAs Mask aligner Substrato Ge Sviluppo Apertura rebbio Fotoresist Giunzione top Giunzione bottom Substrato Ge Cap di GaAs AEI Giornata di studio 2/12/2004 5

6 Deposizione del contatto frontale Wafer con mascheratura fotolitografica Tecniche di deposizione: Evaporazione termica o da cannone elettronico (PVD) Sputtering (non applicabile a celle solari) galvanica (per dispositivi a basso costo) screen printing (per dispositivi a basso costo) Space Quest - SJ 40.3x20.1 Contatto frontale Metallo in eccesso Fotoresist Giunzione PN Substrato Ge Lift off rimozione meccanica o chimica della mascheratura Griglia 8 cells per wafer Giunzione top Giunzione bottom Substrato Ge AEI Giornata di studio 2/12/2004 6

7 Deposizione del contatto sul retro Retro del wafer epitassiale (Ge) Tecniche di deposizione: Evaporazione termica o da cannone elettronico (PVD) Sputtering (non applicabile a celle solari) galvanica (per dispositivi a basso costo) screen printing (per dispositivi a basso costo) Lega per ottenere una bassa resistenza elettrica di contatto ed una buona adesione viene effettuato un processo ad alta temperatura (circa 400 C) AEI Giornata di studio 2/12/2004 7

8 Taglio del wafer Scribing solo per celle al GaAs Dicing saw Per tutti i tipi di celle solari Laser per celle al silicio 8 cells per wafer AEI Giornata di studio 2/12/2004 8

9 Deposizione del rivestimento antiriflettente Riflessione % 40 R (%) No arc Cella solare 5% Darc Cella solare lunghezza d'onda (nm) Il rivestimento antiriflettente, oltre a diminuire la perdita per riflessione, protegge la cella solare nel periodo di immagazzinamento AEI Giornata di studio 2/12/2004 9

10 Misura delle celle solari 60 Spettro solare a diverse am 50 AM0 Power (W/m2) AM1.5 AM2 10 AM wavelength (um) Parametri elettrici tipici di una cella solare a singola giunzione (AM0, mw/cm 2, 25 C, bare cells) Open circuit voltage (Voc): 1024 mv Short circuit current (Jsc): 32 ma/cm 2 Pm 896 mv Pm 30 ma/cm 2 Fill factor: 0.81 Efficiency: 19.5% dvpm/dt: -2.0 mv/ C dimp/dt: ma/cm 2 / C CURRENT (A) I P VOLTAGE (V) AEI Giornata di studio 2/12/

11 Manufacturing flow chart Raw materials MOCVD process Ge wafers MO SD KIP Raw materials Chemicals Solar Cell process BC FC SI TH CT TD CR MA AR CS EM KIP PA Test Incoming inspection Inspection Process Storage AEI Giornata di studio 2/12/

12 Tests su celle solari Process Control Tests For GaAs/Ge Solar Cells Description Doc. Spec. Requirements Method Quantity MOCVD D6 >medium Microscope 100x 10% Deposition Metal Thickness D7 >5µm and <9µm Tali-Step 1 cellx evap. Batch Contact adhesion D13 1.6N 45 Soldering/ Welding 1 cell x evap. & Pull test (after Batch humidity) Coverglass D13 =0% Coverglass C Gain/loss Absorbance D13 Alpha 0.89 Spectral C Reflectance Final Production Tests on GaAs/Ge Solar Cells Dimensions D13 ±0.1mm Jigs 10%SL Weight D13 < 2g ave. Balance 2%SL Visual Inspection D13 Customer SCD Visual 100%SL Electrical D12 Customer SCD Solar Simulator 100%SL performance & reverse C= Certified SL= Shipping Lot SCD: Source Control Drawing AEI Giornata di studio 2/12/