Selective contacts for undoped photovoltaic cells fabricated by high-pressure sputtering

Abstract

The most widely adopted silicon solar cell architectures, such as TOPCon and HJT, rely on doped layers to serve as carrier-selective contacts that facilitate the extraction of photogenerated charge carriers. However, the fabrication of these doped layers typically requires high-temperature processes and the use of toxic precursor gases (e.g., POCl3, PH3, or BBr3), which increase manufacturing complexity and require strict safety protocols. From a technological perspective, heavily doped silicon layers generally exhibit relatively low bandgaps, which lead to parasitic optical absorption, particularly in the short-wavelength range. In addition, high doping concentrations can enhance Auger recombination, contributing to increased recombination losses. Both effects ultimately reduce the efficiency of the solar cell. Therefore, the investigation of undoped wide-bandgap materials as selective contacts presents a promising strategy to enhance device performance while simplifying the fabrication process and improving environmental compatibility...

Las arquitecturas de célula solar de silicio más ampliamente utilizadas, como TOPCon y HJT, se basan en capas dopadas que actúan como contactos selectivos para facilitar la extracción de cargas fotogeneradas. Sin embargo, la fabricación de estas capas dopadas generalmente requiere procesos a alta temperatura y el uso de gases precursores tóxicos (por ejemplo, POCl3, PH3 o BBr3), lo que incrementa la complejidad del proceso de fabricación y exige estrictos protocolos de seguridad. Desde una perspectiva tecnológica, las capas de silicio fuertemente dopado presentan en general bandas prohibidas relativamente bajas, lo que conduce a una absorción óptica parasitaria, particularmente en el rango de longitud de onda corta. Además, altas concentraciones de dopado pueden potenciar la recombinación Auger, contribuyendo a un aumento de las pérdidas por recombinación. Ambos efectos reducen finalmente la eficiencia de la célula solar. Por tanto, la investigación de materiales no dopados con bandas prohibidas amplias como contactos selectivos representa una estrategia prometedora para mejorar el rendimiento del dispositivo, simplificar su fabricación y aumentar su compatibilidad medioambiental...