Handbook of Photovoltaic Science and Engineering

Figure 8.14
Metal loss due to absorption by an Al back-reflector as a function of thickness for
three different cell structures. Texture height was 1.0
µ
m

---

330
THIN-FILM SILICON SOLAR CELLS
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
R,A
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Wavelength
[
µ
m]
Reflectance
Absorption in metal
Absorption in Si
Si
Al
5 
µ
m
15 
µ
m
15 
µ
m
15 
µ
m
5 
µ
m
5 
µ
m
Figure 8.15
Calculated values of reflectance, Si absorbance, and metal absorbance for two
cells, 5
µ
m and 15
µ
m thick, showing mechanisms of the enhanced absorption. The cells have
front-polished and back-textured configuration. Texture height was 1.0
µ
m
40
38
36
34
32
30
28
26
24
22
20
18
16
14
MA
CD
[mA/cm
2
]
0
5
10
15
20
Cell thickness
[
µ
m]
Front textured/back textured
Front textured/back polished
Front polished/back textured
Experimental data from Kaneka
(a)
(b)
(c)
Si
Al
Al
Al
Si
Si
Figure 8.16
Calculated maximum photocurrent generated in a cell with light-trapping involving
a metal reflector
the film thickness has reached about 10
µ
m. Furthermore, texturing at both interfaces
appears to be the most suitable cell configuration. Figure 8.16 includes experimental data
from Kaneka [45, 46]; the solid points show excellent agreement with calculated results.
One can deduce the effect of light-trapping by comparing
J
SC
values in Figures 8.1 and
8.3 for the same thickness of the cell. In Figure 8.1, the thickness required to generate
a
J
SC
of 34 mA/cm
2
is 80
µ
m. However, the structures of Figure 8.16 can produce the
same values of
J
SC
for a thickness of about 10
µ
m – a factor of 8 thinner.

---

DESIGN CONCEPTS OF TF-SI SOLAR CELLS
331
Figure 8.16 shows that the MACDs in FTBP and DT cells are much higher than
that of FPBT cells, although the metal loss of DT cells is not too different from those of
FPBT cells. It can be seen that, with proper optical design, the MACD tends to saturate
when the cell is in excess of 10
∼
15
µ
m. Thus, from the view of the optical designer,
the thickness of thin-film solar cells should be around 10
∼
20
µ
m to obtain maximum
benefit. Indeed, it is expected that 10
∼
20-
µ
m-thick cells with proper light-trapping will
generate the same
J
SC
as 300-
µ
m-thick cells.
Several processing techniques that can produce texturing in the silicon solar cells
were mentioned earlier. They can produce texture with vastly different shapes. We will
now briefly discuss the influence of different texture shapes on the properties of thin-
film solar cells. For the pyramid-shaped texture pits, three parameters will control the
properties of the texture structure: the depth, the bottom angle, and the density of the
texture pits. A set of calculations is performed on the cell structure shown in Figure 8.13
using different texture configurations. The terminology used in the text is as follows: the
pyramid-shaped pits on the textured surface are simply called
texture pits
. The geometry
parameters of the texture pits, such as the depth and the bottom angle, are illustrated in
Figure 8.17. When the density of the texture pits is investigated, the ratio between the
area of the textured part and the whole area is called area ratio (in which the “area” of a
region is actually the length of the corresponding region).