Resumo: Para a aplicação em células fotovoltaicas baseadas em silício monocristalino (c-Si), esta tese tem como principal objetivo os desenvolvimentos de MATERIAIS – filmes finos de TiO2, Al2O3 e Ta2O3, SiNx, a-Si:H e Al – e de PROCESSOS – deposições por sputtering reativo ou por ECR-CVD, corrosões de silício, úmida, usando solução de NH4OH, ou seca, com sistema de plasma ICP-RIE. Para isto: i) analisou-se a redução da refletância total da superfície do silício (?RTotal), com a respectiva deposição por sputtering reativo ou ECR-CVD dos filmes finos de óxidos (TiO2, Al2O3, Ta2O3) e de nitreto (SiNx), ambos em temperatura ambiente, para uso como camadas antirrefletoras (ARC) e aumento da eficiência da célula; ii) corroeu-se a superfície do c-Si, utilizando uma solução alcalina de NH4OH (CMOS compatível e de baixo custo), obtendo-se estruturas periódicas de canais V-Groove, pirâmides verticais e invertidas. Visando o maior aprisionamento da luz incidente sobre o dispositivo, e consequente aumento de suas eficiências; iii) corroeu-se um substrato de Si para obtenção de microcanais (SiMCs) com 200 µm de profundidade, em um sistema ICP-RIE, com mistura de gases SF6 e Ar. Estes SiMCs serão futuramente utilizados como trocadores de calor na parte inferior das células, possibilitando também o aumento de sua eficiência com a passagem de um líquido refrigerante. Como um tempo muito longo, da ordem de horas, é necessário para a obtenção dos SiMCs com a profundidade desejada, se vê necessário o uso de máscaras físicas (HM) resistentes à remoção pelo plasma. Para isto, elaborou-se padrões de linhas de HM de Al – transferidos por litografia e deposição térmica para a superfície do c-Si – com posteriores tratamentos de nitretação por plasma e/ou recozimento térmico. De modo a melhorar a resistência ao bombardeamento iônico, proveniente do plasma ICP-RIE, durante o processo; iv) por fim, fabricaram-se dois tipos de células fotovoltaicas. A primeira de homojunção, com diferentes formatos de SiMCs nas suas costas e difusão térmica de fósforo como camada emissora. A segunda, de heterojunção, com camada emissora de a-Si:H depositado no ECR-CVD, difundida com Al (Al-Si) com e sem SiO2 como isolamento lateral. Como melhores resultados: i) dos filmes analisados para possível uso como ARC, foram obtidos valores de ?RTotal entre -51,7 % e -58,6 %; ii) com a texturização da superfície do silício, alcançou-se valores de refletância entre -51,6 % e -57,6 %, com alturas ou profundidades das estruturas periódicas variando entre 5,7 µm e 6,9 µm; iii) da mesma forma, para a corrosão dos SiMCs, estabeleceram-se as taxas de corrosão do c-Si de 1,08 µm/min e das HMs de Al entre 17 e 12 nm/min; iv) das células de homojunção fabricadas, obtiveram-se eficiências máximas entre 2,0 % e 7,97 %, após a corrosão dos SiMCs; v) para as de heterojunção, este valor foi de 1,2 % para a primeira série com estrutura c-Si/Al-Si/SiNx, sem o SiO2 como isolação lateral. Enquanto a segunda série, com estrutura c-Si/Al-Si e isolamento lateral de SiO2, obteve uma eficiência máxima de 0,98 % Ver menos

Abstract: For application in photovoltaic cells based on monocrystalline silicon (c-Si), this thesis has as main objective the development of MATERIALS – thin films of TiO2, Al2O3 and Ta2O3, SiNx, a-Si:H and Al – and PROCESSES – depositions by reactive sputtering or by ECR-CVD, silicon etchings, wet, using NH4OH solution, or dry, with ICP-RIE plasma system. For this: i) it was analyzed the reduction of the total reflectance of the silicon surface (?RTotal), with the deposition of thin oxides (TiO2, Al2O3, Ta2O3) and nitride (SiNx) films at room temperature, respectively by reactive sputtering or ECR-CVD, for the increasing of the solar cell efficiency. ii) the etching of the c-Si surface using NH4OH, a low-cost and CMOS compatible alkaline solution, to obtain the periodic structures of V-Groove channels, vertical and inverted pyramids. Aiming to increase trapping of the incident light on the device, and consequent increase in its efficiencies; iii) the etching of the Si substrate to obtain microchannels (SiMCs) with 200 µm depth, in an ICP-RIE system, with a gas mixture of SF6 and Ar. These SiMCs will be used in the future as heat exchangers into the rear side of the solar cells, also making it possible to increase their efficiency with the passage of a coolant liquid. While it is necessary a long time, in order of hours, to obtain the SiMCs with the desired depth, making required the use plasma resistant hardmasks (HM). For this, patterns of Al HM lines were elaborated – transferred by lithography and thermal deposition to the c-Si surface – with subsequent treatments of plasma nitriding and/or thermal annealing. To improve the resistance to ion bombardment from the ICP-RIE plasma during the process; iv) finally, two types of photovoltaic cells were manufactured: the first is a homojunction, with different SiMCs shapes on its rear side and thermal diffusion of phosphorus as the emitting layer. The second is a heterojunction, with a-Si:H emitting layer deposited on the ECR-CVD, Al diffused (Al-Si) with and without SiO2 as lateral isolation. As better results: i) of the analyzed films for possible use as ARC, values ??of ?RTotal between -51.7 % and -58.6 % were obtained; ii) with the texturing of the silicon surface, reflectance values ??between -51.6 % and -57.6 % were reached, with heights or depths of the periodic structures varying between 5.7 µm and 6.9 µm; iii) similarly, for the SiMCs etchings, etching rates of 1.08 µm/min for the c-Si, and between 17 and 12 nm/min Al HMs were established; iv) from the manufactured homojunction cells, maximum efficiencies between 2.0% and 7.97% were obtained after the SiMCs etching; v) for the heterojunctions, this value was 1.2% for the first series with c-Si/Al-Si/SiNx structure, without SiO2 as lateral insulation. While the second series, with c-Si/Al-Si structure and SiO2 side insulation, obtained a maximum efficiency of 0.98% Ver menos