Тонкоплівковий сонячний елемент

Тонкоплівковий сонячний елемент, який містить прозору діелектричну підкладку з послідовно розташованими на ній шаром прозорого провідного електрода, шаром напівпровідникового матеріалу р+-типу провідності, шаром напівпровідникового матеріалу р-типу провідності, шаром власного напівпровідника, шаром напівпровідникового матеріалу n-типу провідності, металічного електродного шару, який відрізняється тим, що за діелектричну підкладку вибрана прозора органічна плівка, на яку вздовж всієї довжини нанесені металічні шини, як напівпровідниковий шар р-типу провідності використовують a - SiC - р-типу, як напівпровідниковий шар n-типу провідності використовують a - SiC - n-типу, між яким і металічним електродним шаром розташовують шар a - Si n+типу провідності. Даний винахід відноситься до пристроїв перетворення світлової енергії в електричну, а саме, до тонкоплівкових сонячних фотоелектричних елементів. Тонкоплівковий фотоелектричний елемент у загальному вигляді являє собою систему з двох напівпровідникових плівок п- та р- типу провідності, що мають між собою електричний контакт по всій площині плівок та дві системи електричних контактів (електродів) до п- та р- типу плівок відповідно. Така структура формується на ізолюючій підкладці. У якості підкладки може бути використаним прозорий або непрозорий для видимого випромінювання матеріал. Як правило, один з електродів виконується з прозорого матеріалу стр уктури, що поглинає. Для підвищення ефективності роботи фотоелектричного перетворювача між плівками п- та ртипу вводять розділовий і-шар, який виконується з напівпровідника власної провідності. При цьому одержують так звану р-і-п структур у. Крім того, на прозорому провідному електроді для підвищення його провідності утворюється растр електродів у вигляді металічної сітки. В теперішній час широко відома велика кількість плівкових елементів з р-і-п структурою на основі різноманітних напівпровідникових матеріалів. Так наприклад, у [патенті Японії № 363229] описана типова р-і-п структура на основі Si та SiC. Більш удосконаленим пристроєм є структура, що запропонована у патенті ЕР №0536738 (Фіг.1). Структура сонячного елемента, що приведена у даному патенті, наступна: на підкладку нанесені послідовно металічний електрод, далі - шар p-a-Si, шар i-a-Si, шар n-a-Si:H та прозорий провідний шар Іn2О3 : SnO2, на який нанесена прозора провідна сітка електродів. Структура герметизується епоксидним полімером. Переваги такого пристрою в порівнянні з вищеописаним явні: використання аморфного кремнію (Si) підвищує к.к-д. сонячного елементу і оскільки цей матеріал достатньо дешевий знижуються витрати на виробництво. У даному технічному рішенні до недоліків структури з аморфним кремнієм можна віднести нестійкість цього матеріалу (його автолегування) та, як слідство, погіршення вихідних параметрів сонячних елементів від часу. (19) UA (11) 77743 (13) C2 (21) 20040806420 (22) 02.08.2004 (24) 15.01.2007 (46) 15.01.2007, Бюл. № 1, 2007 р. (72) Родіонов Валерій Євгенович (73) Родіонов Валерій Євгенович (56) JP 60170269, 03.09.1985 JP 2164079, 25.06.1990 JP 62165375, 21.07.1987 JP 9129905, 16.05.1997 JP 10144942, 29.05.1998 JP 1145875, 07.06.1989 JP 1253282, 09.10.1989 JP 4094171, 26.03.1992 JP 63152177, 24.06.1988 JP 3208376, 11.09.1991 UA 22098 A, 30.04.1998 EP 0536738, 14.04.1993 3 77743 4 Найбільш близьким за суттю до те хнічного провідності використовують a-SiC – п - типу, між рішення, яке пропонується, є [патент Японії № яким і металічним електродним шаром розташо63550], у якому описано сонячний елемент на освують шар a-Si п + - типу провідності. нові аморфного кремнію зі структурою, яка зобраКонструкція структури сонячного елемента, жена на Фіг.2. Запровадження додаткового шару яка пропонується, зображена на Фіг.3. напівпровідникового матеріалу a-Si p+-типу дозвоЗапропоноване технічне рішення усуває неляє зробити дещо більш стійким електронний доліки, які має вищеописаний прототип. Тонкі мебар'єр і таким чином підвищити ефективність роталічні полоски - канали провідності, які нанесені боти сонячного елемента. вздовж прозорої органічної плівки, і які мають До недоліків вище приведеної структури можелектричний та механічний контакти з прозорим на віднести невисоку надійність пристрою, а саме: провідним електродом, дозволяють вирішити запід час роботи структури в умовах високого рівня дачу усунення суттєвої втрати енергії під час роосвітленості та підвищеної температури боти сонячного елементу. погіршуються вихідні параметри. Це пов'язано з У зв'язку з тим, що автолегування або термотим, що в шарах, які виконуються з аморфного легування шару a-SiC відбувається при значно кремнію п- та р- типу провідності в умовах високої більш високих температурах, ніж у освітленості та підвищених температур напівпровідникового матеріалу a-Si, використовідбувається взаємна термодифузія домішок, яка вуючи a-SiC у якості розділового шару між власзмінює оптимальні параметри роботи сонячного ним напівпровідником a-Si і - типу та шаром a-Si р+ елемента, тобто змінюється співвідношення контипу, у вина ході, що пропонується вирішується центрацій р+- шару та р-- шару, при цьому завдання значного зниження термодифузії відбувається додаткове легування і - шару, домішок одного шару в др угий, при цьому бар'єри змінюються товщинні залежності шарів і в першу між шарами залишаються достатньо високими. чергу і-шар у. Таким чином згладжуються бар 'єри Таким чином, вихідні параметри сонячного елеміж шарами, що у свою чергу, призводить до мента, а саме к.к.д., залишаються стабільними від погіршення вихідних параметрів сонячного елечасу. Крім того, шар п - типу провідності пропомента, зокрема к.к.д. Крім того, прозорий елекнується розділити на два шари п -a-SiC та п+ - aтрод, що нанесений на підкладку, має достатньо Si. Таким чином у даному винаході вирішується високий опір (20 - 50) Ом/см. завдання виключення дифузії домішок і отже Таким чином при великих розмірах структури згладжування бар'єру між шарами п - a-SiC та і це призводить до додаткових втрат електричної a-Si аналогічно шарам р - типу провідності. енергії. Реалізація даної конструкції відбувається В основу винаходу поставлено завдання ствослідуючим чином. Рулон прозорої органічної рення тонкоплівкового сонячного елемента, в якоплівки підкладки розміщують у вакуумній камері, в му завдяки використанню сучасних те хнологій та якій відбувається осаджування металічних смуг. якісному підбору напівпровідникових матеріалів, Далі плівка послідовно надходить до камери, в забезпечується покращення вихідних параметрів якій осаджується решта шарів структури. При цьороботи сонячного елемента, підвищення к.к.д., му товщина шарів вибирається слідуюча: зниження енергетичних втрат і за рахунок цього шар № 2 - (0,2 - 0,8) мкм; підвищення надійності та довговічності. шар № 3 -(0,2 - 0,5) мкм; Поставлене завдання вирішується тим, що шар № 4 -(0,2 - 0,4) мкм; тонкоплівковий сонячний елемент, який містить шар № 5 -(0,1 - 0,5) мкм; прозору діелектричну підкладку з послідовно розшар № 6 -(0,2 - 0,8) мкм; ташованими на ній шаром прозорого провідного шар № 7 -(0,1 - 0,5) мкм; електрода, шаром напівпровідникового матеріалу шар № 8 -(0,2 - 0,8) мкм; + р - типу провідності, шаром напівпровідникового шар № 9 - 0,5 мкм. матеріалу р-типу провідності, шаром власного Провідність шарів складає: напівпровідника, шаром напівпровідникового машар№3-(10 - 50) Ом/см; теріалу п-типу провідності, металічного електродшар№5-(1 - 10) Ом/см; ного шару, згідно винаходу в якості діелектричної шар №4-(0,1 - 1,0) Ом/см; підкладки обрана прозора органічна плівка, на яку шар №6-(102 - 106) Ом/см; вздовж всієї довжини нанесені тонкі металічні шишар №7 -(1,0 - 10) Ом/см; ни, в якості напівпровідникового шару р - типу шар № 8 - (0,01 - 1,0) Ом/см. провідності використовують a-SiC - р - типу, в якості напівпровідникового шару п - типу 5 77743 6 7 Комп’ютерна в ерстка М. Клюкін 77743 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601