Спосіб покращення електрофізичних характеристик сонячних елементів

Реферат: Винахід належить до галузі сонячної енергетики і може бути використаний для покращення електрофізичних характеристик сонячних елементів (СЕ), виготовлених на основі кристалів "сонячного" кремнію з епоксиуретановими нанокомпозитними покриттями. Спосіб покращення електрофізичних характеристик сонячних елементів полягає у нанесенні на поверхню кремнію сонячної якості полімерної епоксиуретанової плівки з крменмістким наповнювачем. Після цього проводять витримку елементів у магнітному полі. Технічний результат полягає в зменшенні тривалості магнітної обробки ~ в 10 разів в порівнянні з ненаповненими полімерними покриттями та збільшенні часу життя носіїв заряду ~ в 5 разів за рахунок нанесення на поверхню "сонячного" кремнію покриттів, що складаються з полімерної епоксиуретанової матриці, в яку вводяться кремнієвмісні нанонаповнювачі. UA 110584 C2 (12) UA 110584 C2 UA 110584 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до галузі сонячної енергетики і може бути використаний для покращення електрофізичних характеристик сонячних елементів (СЕ), виготовлених на основі кристалів "сонячного" кремнію з епоксиуретановими нанокомпозитними покриттями. Відомо, що нанесення на фронтальну поверхню СЕ антивідбиваючих (просвітляючих) плівок є технологічним і ефективним методом підвищення їх коефіцієнта корисної дії (ККД). 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, що умови осадження плівок впливають на просвітляючі властивості алмазоподібних вуглецевих плівок для СЕ на основі кремнію. 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 SiOx на границі IFO/Si. Найбільш близьким аналогом способу покращення електрофізичних характеристик "сонячного" кремнію (СК), який приймається за прототип, є спосіб підвищення ККД СЕ за рахунок нанесення на поверхню СК полімерного епоксиуретанового покриття і подальшої витримки сформованих таким чином структур в магнітному полі [Патент України UA № 106862, від 10.10.2014 р., Бюл. № 19, 2014 р Спосіб підвищення коефіцієнта корисної дії сонячних елементів Л.П. Стебленко; В.А. Макара; А.О. Подолян; Т.Т. Тодосійчук; Л.М. Ященко; Д.В. Калініченко; Ю.Л. Кобзар; А.М. Курилюк]. Недоліком даного аналогу є тривалий час (180-220 діб) магнітної обробки кремнію та незначне підвищення часу життя носіїв заряду на поверхні кристалу кремнію та в його приповерхневих шарах. В основу даного винаходу поставлено задачу вдосконалення способу покращення електрофізичних характеристик сонячних елементів. Поставлена задача вирішується за рахунок нанесення на поверхню кремнію композитних нанонаповнених полімерних покриттів та завдяки скороченню ~ в 10 разів часу магнітної обробки сформованих структур. Вирішення цієї задачі дозволило збільшити час життя носіїв заряду ~ в 5 разів. Технічна суть винаходу пояснюється кресленнями: Фіг 1а, б. Фіг. 1а: залежність магнітостимульованої зміни короткотривалої 1 (крива 1) компоненти спаду фото-ЕРС в структурі "СК + полімерне покриття з нанонаповнювачем"; пунктиром (залежність 2) позначена базова лінія, яка відповідає значенням параметра 1 в кристалах "сонячного" кремнію, на які не наносились полімерні покриття і які не піддавались магнітній обробці. Фіг. 1б: залежність магнітостимульованої зміни довготривалої 2 (крива 3) компоненти спаду фото-ЕРС в структурі "СК + полімерне покриття з нанонаповнювачем"; пунктиром (залежність 4) позначена базова лінія, яка відповідає значенням параметра 2 в кристалах "сонячного" кремнію, на які не наносились полімерні покриття і які не піддавались магнітній обробці. Приклад практичної реалізації, запропонованого способу покращення електрофізичних характеристик сонячних елементів, виготовлених на основі кристалів СК: 1. Використовувались кристали "сонячного" кремнію, леговані бором до питомого опору 5 Омсм, які мали кристалографічну орієнтацію {100}. На поверхню зразків кремнію були нанесені покриття з нанонаповнених епоксиуретанових полімерів. Синтез неорганічного наповнювача проводили золь-гель методом по реакції гідроліз-конденсація тетраетоксисилану (ТЕОС). Введення кремнієвмісного неорганічного наповнювача (н) в эпоксиуретановий олігомер (ЕУО) здійснювали, вводячи його в поліоксипропіленгліколь (ПОПГ). При введенні наповнювача в нПОПГ формуються дві структури - органічна і органонеорганічна, між якими існує хімічна взаємодія. Методом спектрів мутності були визначені середні розміри введених в ЕУО полісилоксанових частинок (ПСЧ). Показано, що розмір ПСЧ в нЕУ змінюється в межах (580) нм. Концентрації наповнювача в перерахунку на масові % складали величину С 1=0,001 %, С2=0,5 % і С3=1 %. Товщина покриттів, які наносились на поверхню СК, була рівною 20 мкм. Магнітна обробка (МО) зразків СК з полімерними нанокомпозитними покриттями полягала у витримці досліджуваних зразків в слабкому стаціонарному магнітному полі з індукцією В=0,150,19 Тл протягом tMО=2025 діб. По кінетичних залежностях спаду фото-ЕРС визначались дві компоненти спаду - короткотривала (1) і довготривала (2). Ці компоненти 1 UA 110584 C2 5 10 15 20 визначались перед початком і зразу після завершення магнітної обробки. Спад фото-ЕРС вимірювався за допомогою конденсаторного методу. Для збудження фото-ЕРС в кристалах СК використовувався лазерний фотодіод з довжиною хвилі 650 нм. При цьому тривалість імпульсів, які подавались з генератора і збуджували фото-ЕРС, була рівною t=14 мкс. Обрахунки проведених вимірювань показали, що при концентраціях наповнювача С0,5 % величина часу життя носіїв в зразках СК з нанонаповненими покриттями зростає ~ в 5 разів, а при концентрації С=1 % - в ~ 2 рази в порівнянні зі зразками кремнію без покриттів та без магнітної обробки. 2. На основі прикладу реалізації заявлений технічний результат полягає в зменшенні тривалості магнітної обробки ~ в 10 разів в порівнянні з ненаповненими полімерними покриттями та збільшенні часу життя носіїв заряду ~ в 5 разів за рахунок нанесення на поверхню "сонячного" кремнію покриттів, що складаються з полімерної епоксиуретанової матриці, в яку вводяться кремнієвмісні нанонаповнювачі. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Спосіб покращення електрофізичних характеристик сонячних елементів, який полягає в нанесенні на поверхню кремнію сонячної якості полімерної епоксиуретанової плівки та витримці сформованої структури в стаціонарному магнітному полі при кімнатній температурі, який відрізняється тим, що до складу полімерної епоксиуретанової плівки включають кремнієвмісний наповнювач з концентрацією С=0,001-1 мас. % і час витримки в стаціонарному магнітному полі встановлюють 20-25 діб. Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2