Un equipo internacional propone utilizar silicio cultivado por Czochralski dopado con antimonio como alternativa al silicio tipo n para aplicaciones fotovoltaicas. Su análisis mostró que las obleas planas dopadas con antimonio cortadas de 140 μm exhiben una resistencia mecánica ligeramente mayor en comparación con las obleas comunes dopadas con fósforo.
Un equipo liderado por el Universidad Nacional Australiana ha investigado el silicio cultivado en Czochralski dopado con antimonio (Sb) como sustrato alternativo de tipo n para aplicaciones solares fotovoltaicas en un estudio que incluyó la caracterización de la distribución de resistividad axial, las propiedades del donante y la resistencia mecánica.
«Este estudio aclaró por qué los lingotes de silicio tipo n dopados con antimonio pueden lograr una distribución de resistividad uniforme a pesar del muy bajo coeficiente de segregación del antimonio. Demostramos que el factor clave es la tasa de evaporación controlada de Sb durante el crecimiento de Czochralski, no el co-dopaje con fósforo como a menudo se especula», dijo el autor correspondiente, Rabin Basnet. revistapv.
La investigación, que aparece en “Distribución de resistividad y propiedades donantes de lingotes de silicio Czochralski tipo n dopados con antimonio”, publicado en Materiales de energía solar y células solares, ayuda a «explicar cómo la industria ha logrado producir lingotes uniformes dopados con Sb y proporciona una base científica para optimizar la uniformidad del dopaje en obleas de próxima generación», según Basnet.
Aunque el uso de Sb para el dopaje de obleas en aplicaciones fotovoltaicas es novedoso, según los investigadores, el Sb es un «dopante de tipo n bien establecido» en la fabricación de dispositivos semiconductores.
En trabajos anteriores sobre el tema, “Obleas de silicio tipo n dopadas con antimonio de alta calidad para aplicaciones de células solares”, publicado en RLL solares, El grupo demostró que “cambiar el dopante donante de fósforo a antimonio no compromete la vida útil” de las obleas Czochralski (Cz) de tipo n, según Basent.
«A partir de eso, el presente artículo muestra que el dopaje con antimonio también permite una resistividad altamente uniforme a lo largo de la dirección axial del lingote de Cz-Si. En conjunto, estos hallazgos indican que las obleas de Cz de tipo n dopadas con Sb se consideran un fuerte candidato para convertirse en el estándar de la industria para la próxima generación de obleas de tipo n», dijo Basent.
Los investigadores utilizaron obleas de silicio dopadas con Sb y fósforo (dopadas con P) que se cultivaron mediante el proceso de crecimiento de lingotes de Cz recargados y fueron suministrados por un fabricante chino. Tecnología de energía verde Longi. Para las pruebas, se basó en la espectroscopia de resonancia paramagnética electrónica (EPR) para evaluar las características relacionadas con el donante y el dopante y la resistividad eléctrica. La prueba estándar de resistencia a la flexión se realizó con una configuración de flexión de tres puntos.
En cuanto a la modelización, el equipo observará que para evaluar la viabilidad de Sb para esta aplicación, el modelo convencional basado en la ecuación de Scheil tuvo que modificarse para tener en cuenta tanto «los efectos de segregación y evaporación como los mecanismos de incorporación».
«Inicialmente fue sorprendente que Longi lograra una distribución de resistividad tan uniforme utilizando solo dopaje con Sb. Dado que el antimonio tiene un coeficiente de segregación casi un orden de magnitud menor que el fósforo, uno esperaría una variación axial significativa. Sin embargo, nuestro análisis reveló que el control preciso de la evaporación del Sb durante el crecimiento de los cristales, en lugar del co-dopaje (como lo revela el análisis EPR), explica la uniformidad observada, una solución inesperada y técnicamente elegante», explicó Basnet.
La importancia de los hallazgos para los fabricantes es que la distribución uniforme de la resistividad aumenta el rendimiento de los lingotes utilizables, mejorando la eficiencia de la producción de obleas y reduciendo los costos de material, según Basnet, quien agregó que un beneficio de la resistencia mecánica de las obleas dopadas con Sb es la reducción de la rotura durante el procesamiento de las células, lo que mejora el rendimiento y el rendimiento.
El equipo de investigación tiene la intención de continuar investigando el dopaje con Sb, incluido su impacto en la vida útil del portador, la formación de defectos y el comportamiento de recombinación de portadores minoritarios. Los planos incluyen estudios comparativos de estabilidad térmica entre piezas dopadas con Sb y P durante el procesamiento, junto con una evaluación a nivel de dispositivo de piezas dopadas con Sb en células solares de alta eficiencia para evaluar el rendimiento eléctrico y la confiabilidad, según Basnet.
El equipo de investigación incluyó participantes de Tecnología de energía verde Longi, Escuela de Minas de Coloradoy el Departamento de Energía de EE.UU. Laboratorio Nacional de Energías Renovables.
El año pasado, un equipo de investigación de ANU y Longi informó los resultados de una investigación sobre la obtención de calidad de oblea tipo n mejoras, según informó revistapv.