Pesquisadores da Universidade Nacional Australiana e da fabricante chinesa de módulos fotovoltaicos Longi pesquisaram a qualidade do wafer de lingotes industriais do tipo N produzidos por meio do processo Recharged Czochralski (RCz), aplicando duas estratégias de mitigação de defeitos – Tabula Rasa (TR) e obtenção de difusão de fósforo (PDG) – para melhorar ainda mais a vida útil do volume.
A TR é comumente usada para dissolver quaisquer aglomerados de oxigênio ou precipitados em lingotes de Cz, enquanto a PDG envolve três etapas e é utilizada durante o crescimento do cristal para remover contenções e outras formas de defeitos em wafers. Por meio da obtenção de difusão de fósforo, as impurezas são inicialmente liberadas em uma solução sólida e depois passam por difusão através do silício. Finalmente, eles ficam presos em uma área longe das regiões do circuito ativo do wafer.
“A descoberta mais surpreendente foi até que ponto a recarga por fusão pode produzir consistentemente material de alta qualidade, o que tem implicações positivas para melhorar a eficiência das células solares”, disse o autor correspondente, Afsaneh Kashizadeh, à pv magazine. “O aspecto mais desafiador do estudo foi medir com precisão a vida útil limitada pelo Auger usando equipamentos de laboratório de pesquisa. Isso exigiu calibração meticulosa e validação repetida de nossos filmes de passivação de superfície e técnicas de medição.”
A implementação das duas estratégias foi seguida por uma etapa de difusão de boro em alta temperatura, que a equipe de pesquisa disse ser representativa da etapa de orçamento térmico mais alta no processo de fabricação de células de contato passivado por óxido de túnel (TOPCon).
O processo de crescimento de cristais Recharged Czochralski (RCz), que permite a reutilização do cadinho sem desligar entre as puxadas, é cada vez mais usado para produzir lingotes para wafers do tipo N e P devido à sua produtividade e benefícios de redução de custos.
Para investigar a qualidade dos wafers do tipo RCz N, os pesquisadores primeiro caracterizaram o material crescido antes de submeter o material de teste a processos de alta temperatura. As amostras foram medidas diretamente nos lingotes e wafers passivados.
O grupo cultivou sete lingotes com um único cadinho e, em seguida, selecionou três lingotes para criar wafers cortados de 16 posições diferentes de cada um dos três lingotes, observando que estes tinham diferentes frações solidificadas. Os wafers fornecidos pela Longi foram cortados a laser do centro de wafers de silício RCz tipo N de tamanho pseudo-quadrado M10.
Havia três grupos de amostas, um que permaneceu sem tratamento, um segundo grupo que foi submetido ao tratamento TR em um forno tubular de quartzo convencional por 30 minutos em um ambiente de oxigênio e o terceiro grupo foi tratado com PDG.
“Nosso estudo revela que os wafers industriais do tipo N cultivados via RCz estão próximos do limite do Auger em condições de circuito aberto no estado as-cut e que, após o PDG, eles efetivamente atingem esse limite”, afirmou a equipe. “Nossos resultados mostram que a tensão máxima implícita do ponto de potência melhorou em 5-15 mV, particularmente perto da extremidade traseira, sugerindo que esses wafers se beneficiarão do processo de obtenção fornecido pelos processos TOPCon padrão, embora possam ser um pouco diferentes daqueles empregados neste estudo, ou de uma etapa de pré-obtenção para células de heterojunção. ”
Os pesquisadores também observaram que os wafers “se beneficiarão do processo de obtenção fornecido pelos processos TOPCon padrão, embora possam ser um pouco diferentes daqueles empregados neste estudo, ou de uma etapa de pré-obtenção para células de heterojunção”.
Eles também descobriram que, após a difusão do boro, a vida útil das amostras não diminuiu consideravelmente, o que sugere que esses wafers são resistentes a altos orçamentos térmicos. “Também concluímos que a qualidade dos lingotes cultivados posteriormente não diminui significativamente, mesmo depois que vários lingotes são retirados do fundido recarregado, e lingotes inteiros podem ser adequados para células solares de alta eficiência sem a necessidade de outros processos de alta temperatura”, disseram eles
Os detalhes do experimento, incluindo etapas de wafering, gravação e limpeza, testes e resultados foram descritos em “Auger-limited Bulk Lifetimes in Industrial Czochralski-Grown n-Type Silicon Ingots with Melt Recharging“, publicado em Solar Energy Materials and Solar Cells.
De acordo com Kashizadeh, o interesse dos colegas no estudo centrou-se na notável “capacidade de controlar a concentração de oxigênio em níveis baixos e alcançar altos tempos de vida ao longo do processo sem depender de métodos como o confinamento magnético do fundido.
Olhando para o futuro, ela observou planos para investigar a qualidade das pastilhas de silício tipo n de próxima geração dopadas com antimônio. “Os resultados preliminares indicam que esses wafers têm maior resistência mecânica em comparação com os dopados com fósforo. Além disso, estamos observando uma resistividade mais uniforme em todo o processo de crescimento do lingote”, disse Kashizadeh.
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