Development and Characterisation of Silicon Solar Cells with Recombination Interconnects for Future Tandem Solar Cell

In this project commercial BSF Si solar cells have been processed in order to develop a suitable interconnect for a possible tandem solar cell. The Ag original top contacts have been removed and replaced with TiSi2 formed using the SALICIDE process at 3 different temperatures: 500 ◦C, 650 ◦C and 750 ◦C. Raman spectroscopy and EDS maps have been used to prove the successful formation of the TiSi2 contacts for the 750 ◦C temperature. As part of this work we also developed a MATLAB script which successfully fits the measured IV curve of a Si solar cell and extrapolates the values of the components of the equivalent circuit. The script also identifies and quantifies the energy losses percentage for different loss mechanisms. The script was used to characterize commercial BSF Si solar cells and to simulate their behavior in a tandem configuration by IV measurements under filtered light. The results of this characterization was used to predict the requirements of a possible top solar cell for a tandem configuration. Populärvetenskaplig Sammanfattning Kiselbaserade solceller är den vanligaste typen av solceller och solcellsmarknaden best̊ar ungefär av 90% kiselceller. Men, kiselbaserade solceller n̊ar snart sin begränsning i form av effektivitet. I Bild 1 ses rekord uppmätta effektivitetsmätning per år och vi ser att de kiselbaserade cellerna närmar sig 27%. Den teoretiska effektiviteten benämns p̊a engelska som Shockley-Queisser limit och utstakas till ungefär 33%. Däremot, om man kombinerar flera celler p̊a varandra (s̊a att de arbetar i en tandemkonfiguration) eller koncentrerar ljuset s̊a kan högre effektivitet uppn̊as. En väg att g̊a för att tillverka en s̊adan tandemcell kan vara att använda sig av en kiselcell som bas och kombinera denna med en tunnfilms solcell som toppcell. För att lyckas med en s̊adan konstellation s̊a finns det framförallt tv̊a hinder att komma igenom. Den första sv̊arigheten är att tillverka en toppcell med lämpliga bandgapsegenskaper och den andra sv̊arigheten är att utveckla en passande kontaktytan mellan de tv̊a cellerna. Det finns m̊anga fördelar med att använda en kiselcell som tandembas, kisel är välkänt, billigt och begränsar utvecklingskostnaderna till tunnfilmscellen. Ytterligare, ekonomiska och miljövänliga vinster kan inhämtas om man kan återvinna och upparbeta gamla solceller som tandembas. När solceller för̊aldras syns det som en förlust i effektivitet d̊a enstaka celler i en PV-modul tappar effektivitet eller helt slutar fungera, ofta s̊a är det dock själva PVmodulen som för̊aldrats och i s̊adant fall, med nya mellankontakter (”recombination interconnects”), kan cellen användas som en bas i en tandemkonfiguration. Mellankontakten fungerar som en transportväg för elektroner som skapas i bascellen och l̊ater dem rekombineras med h̊al fr̊an toppcellen, detta är viktigt för att skapa en ström genom cellstapeln. Särskilt viktigt blir det d̊a att ersätta den silverblypasta som vanligtvis kopplar ihop en PVmoduls toppsida med en mellankontakt som klarar av de tuffa processerna som generellt används vid tunnfilmstillverkning. Vid höga temperaturer diffunderar silvret i pastan in i kiselbasen och förstör den. Fokuspunkten i det här projektet kommer vara att ersätta silver-blykontakterna med en titansilicid som är känd för att skapa bra kontakt mellan b̊ade poch ntyps kiseldopningar utan att förstöra dem vid högre temperaturer likt silver-blypastan. För att tillverka silicider, som är en metal-kiselblandning, s̊a behöver kisel och titan hettas upp i kontakt med varandra. Därför, var det väldigt viktigt att helt avlägsna silver-blypastan för att exponera kislet under och för att åstadkomma detta var en rengöringsrutin utvecklad och tillämpad i det här projektet. Vilket leder oss till m̊alet med projektet som var att först utveckla just denna rutin, optimera silicidbildningen och sedan förhoppningsvis skapa en bra mellankontakt.