Спосіб підвищення коефіцієнта корисної дії сонячних елементів

Реферат: Винахід належить до галузі сонячної енергетики і може бути використаний для підвищення коефіцієнту корисної дії сонячних елементів, виготовлених на основі кристалів "сонячного" кремнію. Спосіб підвищення коефіцієнта корисної дії сонячних елементів полягає у використанні просвітляючого полімерного епоксіуретанового покриття товщиною 15-25 мкм, нанесеного на поверхню "сонячного" кремнію, та витримці сформованих вказаним способом структур в стаціонарному магнітному полі з індукцією В = 0,15-0,19 Тл протягом 180-220 діб або в модульованому магнітному полі з індукцією В = 0,30-0,35 Тл протягом 2-3 годин при Т = 285296 К. Технічним результатом винаходу є зростання часу життя носіїв на поверхні кристалу "сонячного" кремнію на 25 %, а в його приповерхневих шарах - на 52 %, і, як наслідок, підвищення коефіцієнта корисної дії сонячних елементів. UA 106862 C2 (12) UA 106862 C2 UA 106862 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі сонячної енергетики і може бути використаний для підвищення коефіцієнту корисної дії (ККД) сонячних елементів (СЕ), виготовлених на основі кристалів "сонячного" кремнію (СК), які використовуються для потреб сонячної енергетики. Відомо, що технологічним і ефективним методом підвищення ККД сонячних елементів є нанесення на їх фронтальну поверхню антивідбиваючих (просвітляючих) плівок, які одночасно можуть виконувати функції захисних та пасивуючих покриттів. Як просвітляючі покриття для сонячних елементів на основі кремнію пропонувались різноманітні матеріали та способи їх осадження. Так, автори роботи (ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ОСАЖДЕНИЯ НА ПРОСВЕТЛЯЮЩИЕ СВОЙСТВА АЛМАЗОПОДОБНЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК ДЛЯ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ. Н.И. Клюй; В.Г. Литовченко; А.Н. Лукьянов; Л.В. Неселевская; А.В. Сариков; В.Г. Дыскин; У.Х. Газиев; З.С. Сеттарова; М.Н. Турсунов. ЖТФ, 2006, - т. 76, вып. 5, С. 122-126) показали можливість впливу на просвітляючі властивості алмазоподібних вуглецевих плівок для СЕ на основі кремнію умов осадження плівок. Одержані в роботі (ОПТИМИЗАЦИЯ УСЛОВИЙ ОСАЖДЕНИЯ И ОТЖИГА ПЛЕНОК ЛЕГИРОВАННОГО ФТОРОМ ОКСИДА ИНДИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К КРЕМНИЕВЫМ СОЛНЕЧНЫМ ЭЛЕМЕНТАМ. Г.Г. Унтила; Т.Н. Кост; А.Б. Чеботарева; М.А. Тимофеев. ФТП, 2013, - т. 47, вып. 3, - С. 392-398) результати дозволили оптимізувати умови виготовлення сонячних елементів на основі плівок легованого фтором оксиду індію (IFO) та модифікувати властивості перехідного шару SiO x на границі IFO/Si. Досягнення зазначених робіт полягає в тому, що розроблені умови формування плівок дозволяють покращити оптичні параметри за рахунок підвищення просвітляючого ефекту. Проте, в запропонованих способах осадження плівок не розглядається вплив зовнішніх факторів на деградацію просвітляючих властивостей і, відповідно, на ККД сонячних елементів. Найбільш близьким аналогом способу підвищення ККД СЕ, який приймається за прототип, є спосіб підвищення ККД фотоелектричних перетворювачів (ФЕП), виготовлених на основі кремнію (Si-ФЕП), який включає використання антивідбиваючої (просвітляючої) плівки (ТіО 2), пасивуючого покриття з SiO2 та обробку стаціонарним магнітним полем (СМП) з індукцією більше 0,1 Тл і який відрізняється тим, що після магнітної обробки в СМП на тильну поверхню монокристалічного кремнієвого фотоелектричного перетворювача наносять магнітний вініл з індукцією В=0,05-0,1 Тл (СПОСІБ ПІДВИЩЕННЯ ККД МОНОКРИСТАЛІЧНОГО КРЕМНІЄВОГО ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА. Зайцев Р.В.; Копач В.Р.; Кіріченко М.В.; Хрипунов Т.С.; Лісачук Г.В. Патент України UA №60406, опублікований 25.06.2011 р., Бюл. № 12, 2011 р.). Згідно даного аналогу, попередня обробка кремнієвих фотоелектричних перетворювачів сонячної енергії у СМП протягом 7-14 діб забезпечує зниження концентрації рекомбінаційних центрів в об'ємі базового кристалу кремнію і, як наслідок, викликає подовження часу життя нерівноважних носіїв заряду та підвищення ККД Si-ФЕП, при цьому магнітний вініл забезпечує стабілізацію ефекту зростання ККД. Недоліком зазначеного аналогу є деградація ефекту підвищення ККД кремнієвого фотоелектричного перетворювача при використанні часу магнітної обробки, що перевищує 7-14 діб. Задача даного винаходу - більш оптимальне поєднання пасивуючого покриття та магнітного впливу, при якому деградація електрофізичних параметрів в кристалах кремнію не відбувається і при тривалій магнітній дії. Поставлена задача вирішується за рахунок використання полімерного епоксіуретанового покриття, яке наноситься на поверхню кристалів СК, та за рахунок витримки сформованих таким чином структур "СК + полімерне покриття" в слабкому магнітному полі. Приклад реалізації, запропонованого у винаході способу підвищення ККД сонячних елементів, виготовлених на основі кристалів СК, підтверджується наступними експериментально зафіксованими в структурах "СК + полімерне покриття" фактами: 1. Нанесення полімерних епоксіуретанових покриттів на поверхню СК приводить до позитивних з практичної точки зору результатів, зокрема, до появи в структурах "СК + полімерне покриття" ефекту зростання короткотривалої 1 та довготривалої  2 компонент спаду фотоЕРС відносно зразків без покриттів. При цьому компонента 1 яка співвідноситься з часом життя носіїв на поверхні СК, збільшується на 86 %, компонента  2 , яка відповідає часу життя носіїв в приповерхневій області СК, збільшується на 30 %. 2. Застосування до структур "СК + полімерне епоксіуретанове покриття" магнітної обробки в СМП з індукцією В = 0,15-0,19 Тл протягом 180-220 діб також викликає ефект зростання обох компонент спаду фото-ЕРС. При цьому короткотривала компонента ( 1 ) зростає на 25 %, а довготривала компонента (  2 ) зростає на 52 %. Отже, нанесення полімерного покриття на 1 UA 106862 C2 5 поверхню кристалів "сонячного" кремнію та проведення магнітної обробки сформованих таким чином структур подовжує час життя носіїв заряду як на поверхні, так і в приповерхневій області. 3. На кресленні представлена магнітостимульована зміна короткотривалої 1 (крива 1) та довготривалої  2 (крива 2) компонент спаду фото-ЕРС в структурі "СК + полімерне покриття" (  - величина відносної зміни часу спаду фото-ЕРС в контрольних структурах (  ) та в структурах, що зазнали магнітного впливу (  * )). Як видно з Фіг. 1, впродовж часу, що минув після завершення магнітного впливу ( t рел ), змінена в результаті магнітного впливу 10 15 20 короткотривала компонента 1 в структурах СК з полімерним епоксіуретановим покриттям через певний час після завершення магнітної обробки деградувала на 20 %. Між тим в кристалах СК без покриття ефект деградації параметра 1 досягав 90 %. В структурах СК з полімерним епоксіуретановим покриттям змінена в магнітному полі довготривала компонента  2 після завершення магнітної обробки деградувала на 25 %, в кристалах СК без покриття - на 66 %. Таким чином, наявність на поверхні СК полімерного покриття в умовах магнітного впливу сповільнює процес деградації електрофізичних параметрів. 4. Ефекти зростання часу життя носіїв в зразках СК після нанесення полімерного епоксіуретанового покриття та після магнітного впливу були виявлені не лише при тривалій магнітній обробці у СМП протягом 180-220 діб, але й при короткотривалій магнітній обробці у модульованому магнітному полі з індукцією В = 0,17-0,35 Тл протягом 2-3 годин. Відповідно до цього, технічний результат винаходу полягає в тому, що за рахунок нанесення на поверхню "сонячного" кремнію полімерного покриття і за рахунок застосування до сформованих таким чином структур магнітного впливу можна досягти зростання часу життя носіїв на поверхні кристалу "сонячного" кремнію на 25 %, а в його при поверхневих шарах - на 52 %, і, як наслідок, можна досягти підвищення коефіцієнта корисної дії сонячних елементів. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 Спосіб підвищення коефіцієнта корисної дії сонячних елементів, виготовлених на основі кристалів кремнію сонячної якості, що використовуються для потреб сонячної енергетики, який відрізняється тим, що спочатку на поверхню кремнію сонячної якості наносять полімерну епоксіуретанову плівку товщиною 15-25 мкм, а потім витримують сформовані структури в стаціонарному магнітному полі з індукцією В = 0,15-0,19 Тл протягом 180-220 діб або в модульованому магнітному полі з індукцією В = 0,30-0,35 Тл протягом 2-3 годин при Т = 285296°К. Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 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 2