1. PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE FÍSICA
NÚCLEO DE TECNOLOGIA EM ENERGIA SOLAR
RELATÓRIO FINAL DE ATIVIDADES
BOLSA DE INICIAÇÃO TECNOLÓGICA INDUSTRIAL – ITI-A
Bolsista: Samara Oliveira Pinto
Orientadora: Profa
. Dra. Izete Zanesco
Período: 01/09/2009 a 31/03/2011
Convênio FINEP: 01.08.0635.00 Ref.1359/08
Projeto: Desenvolvimento de Tecnologias Industriais de Fabricação de Células
Solares e Módulos Fotovoltaicos

2. 2
Sumário
1. Introdução e Justificativas........................................................................................3
2. Objetivos.....................................................................................................................4
3. Célula Solar ................................................................................................................5
4. Implementação e Otimização da Difusão de Boro para Formação das
Regiões Altamente Dopadas ...................................................................................6
5. Metalização pela Técnica de Serigrafia....................................................................8
6. Caracterização de Células Solares...........................................................................9
7. Conclusões...............................................................................................................10

3. 1. Introdução e Justificativas
O aumento das necessidades energéticas da sociedade atual e a importância
do impacto da política adotada para a sociedade e o meio ambiente, leva a optar por
uma fonte de energia inesgotável e que sirva de base para um desenvolvimento
sustentável. No contexto atual, a produção da energia elétrica a partir da conversão
da energia solar ganha destaque devido às suas características intrínsecas. Esta
tecnologia é denominada de energia fotovoltaica e se caracteriza por sua
modularidade, simplicidade e rapidez de instalação bem como por ser silenciosa,
necessitar de pouquíssima manutenção, estar disponível na maior parte do planeta e
principalmente, por não contaminar o meio ambiente [1], [2].
Por meio da conversão de energia proveniente do Sol diretamente em elétrica,
sem ruído e sem emissão de poluentes, a sociedade tem uma alternativa de geração
de energia, com muito baixo impacto ambiental.
A energia solar representa um grande potencial energético, pois a intensidade
de radiação solar na superfície terrestre pode chegar até 1.000 watts por metro
quadrado.
Há inúmeras vantagens para se investir em energia solar. Entre elas é que
além de ser uma energia limpa e renovável, a eficiência das células solares aumenta
cada vez mais através de investimento em pesquisas para o aperfeiçoamento das
técnicas de produção de células fotovoltaicas.
O objetivo da bolsa de iniciação tecnologia industrial foi participar do
desenvolvimento de processos de fabricação de células solares em base n e na
caracterização elétrica das mesmas, sob condições padrão estabelecidas
internacionalmente.

4. 2. Objetivos
O objetivo desta bolsa de iniciação tecnologia industrial foi o desenvolvimento
de processos de fabricação de células solares. As atividades centraram-se em:
- Implementação do processo de produção de células solares de base n, com foco na
implementação e otimização da difusão de boro para formação das regiões altamente
dopadas e na etapa de metalização das células solares.
- Caracterização de células solares de grande área, especificamente na medição de
curvas I-V das células solares.
Desta forma, a bolsista adquiriu conhecimentos básicos sobre a estrutura,
processamentos e funcionamento de células solares.

5. 3. Célula Solar
O dispositivo responsável pela conversão da energia solar em elétrica é
denominado de célula solar.
O objetivo de uma célula solar é transformar energia solar em elétrica. Estas
células são feitas de um material semicondutor, normalmente silício.
Basicamente, a célula solar é uma junção p-n que ao incidir radiação solar irá produzir
uma corrente elétrica e uma diferença de potencial, ou seja potência elétrica.
As etapas básicas para fabricação de células solares são: em uma lâmina de
silício na qual são introduzidas impurezas doadoras, denominadas de tipo n, ou
aceitadoras, denominadas de tipo p, e de contatos metálicos na face frontal e
posterior.
Devido a junção p-n é formado um campo elétrico no interior do material.
Então, deposita-se sobre a superfície da célula um filme antirreflexo, a fim de reduzir
a reflexão dos raios solares. Ao incidir radiação solar, produz-se tensão e corrente
elétrica se o dispositivo for conectado a um circuito externo.
Figura 1: Célula solar que está sendo desenvolvida.

6. 4. Implementação e Otimização da Difusão de Boro para Formação das
Regiões Altamente Dopadas
A difusão é o método mais empregado para introduzir, no silício, impurezas tais
como o boro e o fósforo para controlar o tipo de portador majoritário, a forma do
emissor e a resistividade das camadas superficiais na lâmina de silício. Em altas
temperaturas, entre 700 ºC e 1200 ºC, os átomos da impureza penetram no cristal de
silício por meio dos mecanismos substitucionais ou intersticiais da difusão.
Para realizar a difusão de boro para formar o emissor em lâminas de silício tipo
n foi depositado um líquido dopante em um das superfícies da lâmina de silício. Nas
lâminas tipo p, o dopante forma a região do campo retrodifusor, também denominado
de BSF (back surfuce field).
Para depositar o filme sobre a lâmina de silício, é usada a técnica de spin-on
utilizando o equipamento denominado spinner, ilustrado na Figura 2. Deposita-se, por
centrifugação, o líquido que contém o dopante no centro do substrato. Rapidamente a
lâmina é colocada em alta rotação e o líquido irá formar uma película homogênea
sobre a superfície da lâmina. A velocidade angular depende do tamanho da lâmina e
da viscosidade do dopante. A secagem do dopante foi realizada durante 20 min a
temperatura de 200 °C. A Figura 3 ilustra as principais etapas deste processo.
Figura 2: Spinner utilizado para a deposição de líquido dopante com boro.

7. (a) (b) (c)
Figura 3: Deposição do filme dopante pela técnica de spin-on, (a) o substrato é
submetido a altas rotações, (b) evaporação dos solventes na estufa, (c) difusão [40].
A espessura final do filme e outras propriedades dependem de algumas
informações do dopante a ser depositado, como a viscosidade do dopante e dos
parâmetros escolhidos para o processo de rotação, tais como aceleração, velocidade
final de rotação, entre outros.
As vantagens de utilização dos dopantes líquidos são a fácil aplicação e
controle da dopagem, profundidade da junção, concentração do dopante na
superfície, além de ser uma técnica de difusão de baixo custo. A maioria dos
dopantes necessitam ser armazenados em baixa temperatura em um refrigerador e
devem ser retirados no mínimo 24 horas antes de realizar o processo de deposição
na lâmina para que o mesmo possa entrar em equilíbrio térmico com o ambiente, não
ocorrendo condensação da umidade do ar ambiente dentro do recipiente e o mesmo
deve ser agitado para homogeneizar a solução minutos antes de seu uso.
Nesse processo foram utilizados os líquidos dopantes com boro, PBF-1 PBF-2,
PBF-5, PBF-10, PBF-15 e PBF-20, para avaliar a influência das diferentes
concentrações de boro no líquido dopante.

8. 5. Metalização pela Técnica de Serigrafia
A técnica mais utilizada na indústria é a serigrafia de pastas de prata e
prata/alumínio, por ser mais rápida e não perder significativamente em qualidade para
as outras técnicas existentes. O equipamento utilizado para depositar as pastas
chama-se screen-printer e está ilustrado na Figura 4 [3].
Figura 4: Screen-printer utilizado para deposição da malha de metalização em células
solares.
A metalização consiste em garantir um bom contato ôhmico na face posterior
da célula, resultando um acréscimo na eficiência da célula.
O processo de metalização é feito da seguinte maneira: 1) a lâmina de silício é
posicionada em uma porta-amostra provido de vácuo para a fixação desta; 2) o porta-
amostra é deslocado para baixo de uma máscara que contêm o desenho transferido;
3) um rodo distribui a pasta sobre a máscara sendo depositada sobre a lâmina
através das regiões permeáveis da máscara. Em seguida, as pastas são secas e
recozidas sob ambiente controlado. Neste passo do processo os contatos são
consolidados junto ao substrato [3].
Uma questão importante na metalização é a área metálica a ser aplicada sobre
a lâmina. Quanto maior a área aplicada menor a resistência elétrica da célula solar,
gerando maior potência. Entretanto, ao aumentarmos essa área, perde-se em
irradiância solar sobre o dispositivo, havendo assim a necessidade de um ponto ideal
para alcançar menor resistência elétrica e menor fator de sombra possível. Para isso,
é usada uma malha que tem um desenho específico. Essa malha possui trilhas cuja
finalidade é atingir esse ponto ideal entre os fatores contrastantes (resistência elétrica
e fator de sombra) [3-5].

9. 6. Caracterização de Células Solares
A fabricação de células solares consiste basicamente nas seguintes etapas:
limpeza do silício, difusão de fósforo e de boro, deposição do filme antirreflexo,
metalização, isolamento das bordas, clivagem e caracterização das células.
Através da utilização de um simulador solar foi possível fazer a caracterização
de todas as células solares fabricadas no âmbito deste trabalho e obter curvas de
corrente elétrica versus a tensão elétrica aplicada para cada uma delas. Na Figura 5
mostra-se o simulador solar utilizado para fazer as medidas.
Figura 5: Simulador solar utilizado para a medição das células solares em base n.
Com a caracterização elétrica das células solares podemos obter parâmetros
como:
Voc(mV): Tensão de circuito aberto. Nesta situação os processos de geração e de
recombinação se igualam, ou seja, a corrente que a célula produz é nula. É a máxima
tensão que pode se obter da célula solar.
Isc(mA): É a maxima corrente elétrica que se pode obter de uma célula solar.
Acontece quando a tensão entre suas extremidades é igual a zero.
Pmp(mW): Potência máxima da célula solar. É igual ao produto da corrente pela
tensão no ponto de máxima potência.
Vmp(mV): Tensão no ponto de máxima potência.
Imp(mA): Corrente no ponto de máxima potência.
Jsc(mA): Densidade de corrente, isto é, a corrente elétrica gerada por unidade de
área.
FF: Fator de forma. Um dos indicadores de quanto eficiente será a célula solar.
Eficiência (η): É a relação entre a potência que se obtém de uma célula solar e a
potência da radiação solar incidente [6].

10. 7. Conclusões
A bolsa de iniciação tecnologia industrial proporcionou-me uma oportunidade
de qualificação profissional e crescimento.
Com o trabalho desenvolvido foi possível aprender sobre o processamento e
funcionamento das células solar.
Através do grupo de pesquisa NT-Solar da PUCRS pude relacionar os
conhecimentos adquiridos da graduação com os conhecimentos adquiridos na
pesquisa.
Só tenho a agradecer ao grupo que tanto me ensinou, e os meus professores
coordenadores Izete Zanesco e Adriano Moehlecke que me apoiaram.

11. Referências Bibliográficas
[1] L. Partain. Solar cels and their applications. John Wiley & Sons. New York. 561p.
(1995).
[2] O. Hohmeyer. The social costs of eletricity-renewables versus fóssil and nuclear
energy. Int. J. Solar Energy, Vol 11, 231-250p. (1992)
[3] A. P. Mallman, “Metalização Serigráfica de Células Solares Bifaciais
Fabricadas por Processos Térmicos Rápidos.” Dissertação para obtenção de título
de Mestre em Engenharia e Tecnologia de Materiais, pp.74, Porto Alegre 2006.
[4] A. Luque, S. Hegedus, “Handbook of Photovoltaic Science and Engineering
Applications”, John Wiley and Sons, pp 1115, 2003.
[5] G. Wehr, “Otimização e Desenvolvimento de Células Solares Industriais em
Substratos de Silício Multicristalino”, Dissertação para obtenção de título de
Mestre em Engenharia e Tecnologia de Materiais, pp.102, Porto Alegre 2008.
[6] D. Eberhardt, “Desenvolvimento de um Sistema Completo para
Caracterização de Células Solares”, Dissertação para obtenção de título de Mestre
em Engenharia e Tecnologia de materiais, pp. 104, Porto Alegre 2005.
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Samara Oliveira Pinto
Bolsista de iniciação tecnológica industrial – ITI-A