Doctorandus/a PhD student

Naam: Loic Tous

Partners

KU Leuven

Promotor / Supervisor

  •   Prof. dr. ir. Robert Pierre Mertens (promotor)
  •   Prof. dr. ir. Jozef Poortmans (mede-promotor)

Samenvatting van het onderzoek / Summary of Research

De opwekking van zonne-energie wordt gedomineerd door fotovoltaïsche systemen (PV) die zonlicht direct converteren naar elektriciteit. Ondanks de snelle daling van prijzen voor PV systemen, is een verdere reductie van productiekosten noodzakelijk om de financiële toestand van de PV fabrikanten van substraten, cellen en panelen te verbeteren. Aangezien het grootste deel van de kosten van PV systemen oppervlakte gerelateerd is, kan de hoogste impact op deze kosten gerealiseerd worden door het verhogen van de efficiëntie van de zonnecellen in de PV panelen tezamen met eendaling van de productiekosten. Het doel van deze thesis is om de conventionele zilver (Ag) zeefdruk (SP) contacten op de voorzijde van industriële silicium zonnecellen te vervangen door elektrochemisch aangebrachte nikkel/koper (Ni/Cu) contacten. De motivatie hierachter is niet alleen de beperkingen die SP-Ag voorzijde contacten hebben met betrekking tot efficiëntie (hoge schaduwverliezen, beperkte geleidbaarheid en hoge contactweestand voor laag gedopeerde emitters) weg te werken, maar ook het zilvergebruik te beperken tot maximaal 50 mg/cel tegen 2017 omwille van de kostprijs van het metaal.


Ondanks de potentiële voordelen van Ni/Cu contacten is de commercialisering nog eerder beperkt, met uitzonderingvan de panelen geproduceerd door BP Solar tussen 1992 en 2008. De redenen voor deze beperking zijn het meer complexe proces, het ontbreken van goedkope productietechnieken/systemen en onzekerheid over het kostenplaatje en lange termijn betrouwbaarheid. Om deze problemen aan te pakken hebben we in deze thesis een relatief simpel productieproces ontwikkeld voor elektrochemisch gedeponeerde en gealigneerde Ni/Cu contacten. Hiervoor was het nodig de interacties tussen het doperingsprofiel van de emitter, het patroon van de laser ablatie van de diëlektrische lagen, de depositie van de metaallagen en finaal de sintering leidend tot nikkel silicidatie te onderzoeken en te beschrijven. Toepassing van het nieuwe ontwikkelde celproces heeft geleid tot een hoog gemiddeld rendement van 20.5% (109 p-type PERC cellen op 156x156 mm2 monokristallijne silicium substraten) met een lage spreiding. Hierbij werd gebruik gemaakt van meer industriële metallisatie technieken/systemen die niet beschikbaar waren voor vroegere Ni/Cu adopters zoals BP Solar. De eerste PV-modules gemaakt metdergelijke cellen zijn onderworpen aan thermische cycli, aan vocht/warmte testen, (beide 1.5x zo streng als gedefinieerd in IEC61215) en aan versnelde thermische verouderingstesten. Deze geven aan dat betrouwbaarheid op lange termijn (25+ jaar bij 85˚C) haalbaar is. Een >kostenberekening voor het aanbrengen van de Ni/Cu contacten resulteerde in een kostenbesparing van ~4.4 €c/>cel in vergelijking met gezeefdrukte Ag contacten. Dit maakt dat deze technologie één van de weinige is die zowel het rendement als de kosten kan verbeteren in vergelijking met de technologie die ze beoogt te vervangen. 

Parallel hieraan werden de Ni/Cu contacten aangebracht op de voorzijde van n-type PERT cellen met een achterzijde emitter en een nieuwe silicidatie techniek gebaseerd op excimer laser annealing (ELA) werd onderzocht. Voor de eerste technologie koneen rendement tot 20.5% behaald worden. Een vermogensverlies analyse bevestigde het hogere potentieel van dit soort cellen t.o.v. p-type PERC cellen. Nog meer veelbelovende resultaten werden verkregen bij toepassingvan ELA op hybride n-type PERT cellen gebaseerd op een heterojunctie achterzijde emitter.

Volledige tekst van het doctoraat / full text

Examencommissie / Board of examiners

  •   Prof. dr. ir. Robert Pierre Mertens (promotor)
  •   Prof. dr. ir. Jozef Poortmans (mede-promotor)
  •   Prof. dr. ir. Paul Van Houtte (voorzitter/chairman)
  •   Prof. dr. ir. Johan Driesen (secretaris/secretary)
  •   Prof. dr. ir. Jozef Vleugels
  •   De heer Richard Russell , IMEC
  •   Prof. dr. Wim Sinke , ECN Solar Energy / University of Amsterdam
  •   Dr. Tim M. Bruton , TMB Consulting