OPTIMASI NILAI KONSENTRASI PUNCAK DOPAN FOSFOR DAN KEDALAMAN JUNCTION UNTUK PROFIL DISTRIBUSI DOPAN ERFC DAN GAUSSIAN PADA SEL SURYA SILIKON MONOKRISTAL

MOHAMMAD RIZALDO ADI GURASTO, Ferdiansjah, S.T., M.Eng.Sc.; Faridah, S.T., M.Sc.

2015 | Skripsi | S1 FISIKA TEKNIK

Efisiensi sel surya silikon monokristal komersial dengan struktur p-n junction tunggal (single junction) berkisar antara 16 - 18%. Nilai tersebut masih jauh dari batas puncak efisiensi teoritis untuk sel surya p-n junction tunggal, yaitu 30%. Untuk dapat mengoptimalkan potensi kinerja sel surya silikon monokristal dengan struktur p-n junction tunggal, penelitian peningkatan kinerja sel surya perlu dilakukan. Salah satu metode peningkatan kinerja sel surya adalah dengan optimasi variabel konsentrasi dopan fosfor puncak (N_D0) dan kedalaman junction (x_j) pada lapisan emiter tipe-n. Pada penelitian ini, simulasi komputer dilakukan untuk mengetahui bagaimana pengaruh N_D0 dan x_j terhadap parameter kinerja dan untuk mendapatkan nilai optimum N_D0 dan x_j. Nilai parameter dasar sel surya pada simulasi antara lain adalah hambatan kontak emiter sebesar 0,3 ohm, ketebalan wafer 300 um, konsentrasi dopan bulk senilai 1,84 x 10e17 cm-3, waktu hidup pembawa muatan bulk 51 us, front-surface recombination velocity (FSRV) 100 cm/s, dan back-surface recombination velocity (BSRV) 1 x 10e5 cm/s. Hasil simulasi menunjukkan bahwa penurunan N_D0 dan x_j secara umum meningkatkan nilai parameter kinerja sel surya. Khusus pada nilai N_D0 rendah (sekitar 1 x 10e18 cm-3), peningkatan nilai x_j sedikit meningkatkan nilai I_SC dan P_MAX. Hasil optimasi tanpa batasan desain menghasilkan nilai N_D0 dan x_j optimum sebesar 5 x 10e17 - 1 x 10e18 cm-3 dan 6,00 - 10,00 um dengan efisiensi 18,30 - 18,32% untuk profil Erfc dan 7 x 10e17 - 8 x 10e17 cm-3 dan 6,20 - 9,80 um dengan efisiensi sekitar 18,30% untuk profil Gaussian. Hasil optimasi dengan batasan desain hambatan kontak spesifik (rho_c) = 1 mohmcm2 dan hambatan keping (R_sheet) = 100 ohm/sq menghasilkan dua kelompok nilai N_D0 dan x_j optimum. Kelompok pertama adalah untuk desain menggunakan kontak logam dengan nilai Schottky barrier (phi_B) sekitar 0,4 eV dan kelompok kedua adalah untuk desain menggunakan kontak logam perak (Ag) dengan phi_B sekitar 0,8 eV. Nilai optimum kelompok pertama menghasilkan efisiensi optimum sebesar sekitar 18,20% baik untuk profil Erfc maupun Gaussian, sedangkan nilai optimum kelompok kedua menghasilkan efisiensi optimum sebesar 17,78% untuk profil Erfc dan 17,72% untuk profil Gaussian.

The efficiency of commercial, single junction monocrystalline silicon solar cell is in the range of 16 - 18%. It is still far from theoretical limit of efficiency for single junction cell, which is around 30%. To optimize the performance of a single junction monocrystalline silicon solar cell, a performance-improvement research is needed. One of the methods for improving the performance of a solar cell is by optimizing the value of peak phosporus dopant concentration (N_D0) and junction depth (x_j) on the n-type emitter layer. In this study, computer simulation is performed to analyze the effect of N_D0 and x_j on performance parameters and to find optimum value for N_D0 and x_j. Solar cell base parameters for the simulation are emitter contact resistance of 0.3 ohm, wafer thickness of 300 um, bulk dopant concentration of 1.84 x 10e17 cm-3, bulk carrier lifetime of 51 us, front-surface recombination velocity (FSRV) of 100 cm/s, and back-surface recombination velocity (BSRV) of 1 x 10e5 cm/s. Result of the simulation shows that lowering N_D0 and x_j generally increases the value of solar cell performance parameters. In special case, on low N_D0 (around 1 x 1018 cm-3), increasing x_j increases I_SC and P_MAX. Optimization without design limitation results in optimum value for N_D0 and x_j of 5 x 10e17 - 1 x 10e18 cm-3 and 6.00 - 10.00 um, with eficiency of 18.30 - 18.32% for Erfc profile and 7 x 10e17 - 8 x 10e17 cm-3 and 6.20 - 9.80 um with eficiency of around 18.30% for Gaussian profile. Optimizing with design limitation of specific contact resistance (rho_c) = 1 mohmcm2 sheet resistance (R_sheet) = 100 ohm/sq results in two groups of optimum value for N_D0 and x_j. The first group is for a design using metal contact which has Schottky barrier value (phi_B) of around 0.4 eV and the second group is for a design using typical silver (Ag) contact with phi_B around 0.8 eV. The optimum value for the first group results in optimum eficiency of around 18.20% for both Erfc and Gaussian profile, while the optimum value for the second group results in optimum eficiency of 17.78% for Erfc profile and 17.72% for Gaussian profile.

Kata Kunci : Peak phosphorus dopant concentration, junction depth, specific contact resistance, sheet resistance, minority carrier