Formazione di pinholes tramite Pulsed Laser Melting per celle fotovoltaiche di c-Si ad alta efficienza

The optimization of passivation represents a crucial challenge in increasing the efficiency of crystalline silicon photovoltaic cells. A promising solution involves the use of a polycrystalline silicon (poly-Si) coating on a thin (just over 2 nm) layer of silicon oxide (SiO2), which acts as both a passivating layer and a selective tunneling barrier for charges. However, to facilitate carrier transport through the oxide, it is necessary to create controlled microfractures (pinholes). This thesis explores the formation of pinholes at the c-Si/SiO2/poly-Si interface via Pulsed Laser Melting (PLM), a technique for ultra-fast laser annealing. Through the analysis of morphological maps obtained with Atomic Force Microscopy (AFM), the evolution of localized melting phenomena at the tips of the textured surface pyramids was studied by varying parameters such as laser energy density and pulse count. The results demonstrate the ability to precisely control the melted area and the reduction of pyramid peaks, thus identifying process conditions capable of forming pinholes to improve the electrical performance of photovoltaic cells.

L'ottimizzazione della passivazione rappresenta una sfida cruciale per incrementare l'efficienza delle celle fotovoltaiche al silicio cristallino. Una soluzione promettente prevede l'impiego di un rivestimento di silicio policristallino (poly-Si) su un sottile (poco più di 2 nm) strato di ossido di silicio (SiO2), che funge da strato passivante e barriera di tunneling selettiva per le cariche. Tuttavia, per agevolare il trasporto dei portatori attraverso l'ossido, è necessario creare microfratture (pinholes) controllate. Questa tesi esplora la formazione di pinholes all'interfaccia c-Si/SiO2/poly-Si mediante Pulsed Laser Melting (PLM), una tecnica di annealing laser ultra-rapido. Attraverso l'analisi di mappe morfologiche ottenute con microscopia a forza atomica (AFM), è stata studiata l'evoluzione dei fenomeni di liquefazione localizzata ai vertici delle piramidi della superficie texturizzata al variare di parametri come la densità di energia laser e il numero di impulsi. I risultati dimostrano la capacità di controllare con precisione l'area di fusione e l'abbassamento dei picchi delle piramidi, individuando così delle condizioni di processo in grado di portare alla formazione di pinholes per migliorare le prestazioni elettriche delle celle fotovoltaiche.