Сонячний елемент

Сонячний елемент, що включає пластину монокристалічного кремнію, на тильну поверхню якої + нанесений р -шар легований бором, на фронталь+ ну поверхню – n -шар легований фосфором, поверх якого створене антивідбиваюче покриття і 3 66569 ного кремнію, на тильну поверхню якої нанесений + р -шар, легований бором, на фронтальну поверх+ ню - n -шар, легований фосфором, поверх якого створене антивідбиваюче покриття і сформована контактна сітка, згідно з корисною моделлю антивідбиваюче покриття утворено шляхом травлення напівпровідникового матеріалу і має структуру модифікованого поруватого кремнію на фронтальній стороні товщиною до 1 мкм, на тильній - до 5 мкм, на яких розташовано електропровідні контакти у формі наноструктурованої сітки з міді на тильній стороні з розмірами до 600 нм, з алюмінію на фронтальній стороні з розмірами до 800 нм і в області між контактами модифікований поруватий кремній покритий пасивуючим матеріалом. Розробка технологічно ефективного розташування електропровідних контактів з обох сторін сонячного елемента використовується для неконцентрованих систем з великою площею, де освітлення з двох сторін призводить до збирання з двох сторін неосновних носіїв заряду. Такий елемент забезпечує найкраще використання навколишнього розсіяного світла, а також дуже ефективне збирання генерованих світлом носіїв заряду. Для виготовлення сонячних елементів були використані пластини монокристалічного кремнію діаметром 100 мм, вирощеного за методом Чохральского марки КДБ - 4, завтовшки 250 мкм з кристалографічною-орієнтацією поверхні (100). Хімічна обробка пластин здійснювалась у перекиснокислотній (HCl:H2O2:H2O=1:1:5) та перекисноаміачній (NH4OH:H2O2:H2O=1:1:5) сумішах. Потім пластини промивались і сушились в центрифузі. + р -шар завтовшки 5 мкм на зворотному боці пластин утворювали дифузією бору з джерела ВВr3 при температурі 1000 °C, n емітер був сформований дифузією фосфору з джерела РОСl3 при температурі 850 °С. Товщина емітеру становила 1 мкм, а поверхневий опір - 60 Ом/п. Плівки поруватого кремнію на тильній і фронтальній стороні пластин утворювались за допомогою методу електролітичного анодування у розчині HF:H2O:HBr = 15:80:5 ваг. ч. Наявність поруватого кремнію обумовлена двома причинами. Перша пов'язана з ефектом багаторазового відбивання 4 від фронтальної поверхні і багаторазового повного внутрішнього відбивання від меж поділу. Таким чином, збільшується ефективна довжина оптичного шляху всередині сонячного елементу, що дозволяє більш ефективно використовувати падаюче випромінювання та керувати відбивальною і поглинальною властивостями матеріалу. Друга причина пов'язана з гетеруючими здатностями поруватого кремнію. На наступному етапі методом пульверизації на тильну сторону напівпровідникової пластини після утворення поруватого кремнію осаджувалась тонка плівка розчину фталоціаніну міді з ацетоном і водою, яка покривала шар поруватого кремнію. Потім пластину було переміщено в ексікатор на 1 годину. Після того її було відпалено при температурі 250 - С в плині 5-10 хвилин в муфельній печі, де в процесі термічного розпаду фталоціаніну міді утворювались мідні наноструктуровані контакти на поверхні поруватого кремнію. Товщина (d) виготовлених контактів вимірювалась за допомогою п'єзорезонансного мікрозважування і становила до 600 нм. Наступним етапом методом пульверизації на фронтальну сторону напівпровідникової пластини після утворення поруватого кремнію осаджували тонку плівку розчину фталоціаніну алюмінію з етиловим спиртом і водою, яка покривала шар поруватого кремнію. Потім пластину було переміщено в ексікатор на 1 годину. Далі її було відпалено при температурі 250-300 °C в плині 5-10 хвилин в муфельній печі, де в процесі термічного розпаду фталоціаніну алюмінію утворювались наноструктуровані контакти з алюмінію на поверхні поруватого кремнію. Товщина (of) виготовлених контактів вимірювалась за допомогою п'єзорезонансного мікрозважування і становила до 800 нм. На рис. 1 зображено схема структури сонячного елемента, що заявляється. Сонячний елемент складається з пластину монокристалічного кремнію 1, на тильну поверхню + якої нанесений р -шар, легований бором 4, на + фронтальну поверхню - n -шар, легований фосфором 3, поверх якого створене антивідбиваюче покриття 2 і сформована контактна сітка 5. Таблиця 1 Параметри сонячних елементів 2 Jsc, мА/см 42,0 42,1 41,2 42,7 39,9 41,7 42,8 42,9 42,1 42,4 42,4 Uoc, мВ 654 656,2 643,0 680,3 662,8 671,5 681,4 681,4 658,4 666,1 673,7 FF 80,00 79,49 78,56 81,33 80,41 81,03 81,54 81,13 81,44 81,44 81,33 , % 18 17,9 17,7 18,3 18,1 18,2 18,3 18,3 18,3 18,3 18,3 В-12 42,2 669,3 80,82 18,2 В-13 42,5 675,9 81,13 18,3 Номер В-1 В-2 В-3 В-4 В-5 В-6 В-7 В-8 В-9 В-10 В-11 5 Для виміру вольт-амперних характеристик за допомогою притискних контактів на електроди подається стабілізована постійна напруга (як правило, в інтервалі 0,1-5 В) і вимірюються струми, що протікають через плівку, за допомогою вимірювача малих струмів ВМТ-05, підключеного до самописного потенціометра КСП-4. Вимірювання ВАХ сонячних елементів здійснювалось за умовою поту2 жності освітлення 500 кВт/см . В табл. 1 наведені електричні характеристики сонячних елементів з ефективністю від 18,3 % та 17,7 %, що на 2 % більш ефективні за промислові зразки. Утворення антивідбиваючого покриття зменшує інтегральний коефіцієнт відбиття від поверхні Комп’ютерна верстка М. Мацело 66569 6 сонячного елемента за рахунок структурування поверхні і утворення модифікованих шарів з контрольованими оптичними і електрофізичними властивостями. Принцип дії заявленого сонячного елемента заснований на законі фотоефекту в неоднорідних напівпровідникових структурах при дії на них сонячного випромінювання. У сонячному елементі створюють р-n-перехід, що є доступним для світла. Під час освітлення між р і n ділянками виникає напруга холостого ходу, яка забезпечує збільшення струму короткого замикання, коефіцієнта заповнення і коефіцієнта корисної дії. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601