Спосіб виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента

Реферат: UA 67830 U UA 67830 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до геліоенергетики і може бути використана у виробництві сонячних елементів. Відомий спосіб виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента [Патент РФ № 2185688 С2, МПК 7, H01L31/0236, H01L31/18. 20.07.2002], що містить операцію утворення пазів на тильній стороні кремнієвої підкладки кристалоорієнтованим травленням паралельно площинам (111). Однак такий спосіб виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента має недостатню механічну міцність, а також слід зазначити низьку ефективність через підвищену швидкість поверхневої рекомбінації на тильному омічному контакті. Відомий спосіб виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента [Патент РФ № 2122259 С1, МПК 6 H01L31/18, H01L31/04. 20.11.1998], що містить операцію механічного видалення або травлення кремнієвої підкладки для утворення структури паралельно розташованих канавок, що відділені одна від одної височинами, які звужуються до вершин. Далі пластина піддається операції окислення для утворення пасивуючого шару, після чого вершини височин зрізують на глибину пасивуючого шару, в результаті чого утворюються паралельно розташовані платоподібні області, від яких відходять скоси. На платоподібні області, а також на один зі скосів кожної області наноситься матеріал, що утворює електропровідні контакти. Спосіб виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента є високозатратним, малоефективним і потребує виконання великої кількості операцій, що призводять до утворення дефектів і низького проценту виходу придатних приладів. Найбільш близьким по сукупності ознак до заявлюваного є спосіб виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента [Патент США № 5067985 С1, МПК 5 H01L31/068, H01L31/18. 26.11.1991], що містить операцію травлення з маскуванням на лицьовій стороні кремнієвої підкладки з кристалографічною орієнтацією (110), що приведе до утворення поглиблень обмежених площинами (111) або еквівалентними площинами. Після чого пластина піддається легуванню для утворення p-n переходу. Але даний спосіб виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента має деякі недоліки. Серед них слід зазначити складність процесу виготовлення. Це пов’язано з використанням декількох операцій маскування. Крім того, всі носії зарядів повинні попадати до зворотної сторони сонячного елемента, що підвищує ймовірність об’ємної рекомбінації носіїв зарядів і знижує ККД сонячного елемента. В основу корисної моделі поставлено задачу створення способу виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемент, в якому за рахунок нових операцій забезпечується спрощення виготовлення і зниження вартості, зменшення втрат на затінення сонячного елемента, оптичних втрат на відбивання світла, технологічних операцій маскування і збільшення збирання носіїв заряду і коефіцієнта корисної дії. Для вирішення поставленої задачі в способі виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента, що включає електрохімічне травлення на лицьовій стороні кремнієвої підкладки для утворення антивідбиттєвого покриття і нанесення контактної сітки, згідно з корисною моделлю, після електрохімічного травлення підкладку просушують і наносять фталоціанін міді або фталоціанін алюмінію, після чого сушать протягом не більше 2 годин і відпалюють при температурах 250-300 °C на повітрі впродовж 5-10 хвилин. Може бути також використаний фталоціанін міді як розчин 1 г очищеного фталоціаніну міді у С3Н6О:Н2О = 20:30 ваг. ч., а фталоціанін алюмінію як розчин 1 г очищеного фталоціаніну алюмінію у С2Н5ОН:Н2О = 30:20 ваг. ч. За даною методикою можлива розробка технологічно ефективного розташування електропровідних контактів з обох сторін сонячного елемента, що використовується для неконцентрованих систем з великою площею, де освітлення з двох сторін приводить 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 відпрацювання способу замість антивідбиттєвого покриття використовували скло К-8. Спосіб здійснюється таким чином, що на скло осаджено методом пульверизації фталоціанін міді або фталоціанін алюмінію у концентраціях навішення 1 г очищеного фталоціаніну міді в розчинниках С3Н6О:Н2О = 20:30 ваг. ч. і 1 г фталоціаніну алюмінію в розчинниках С 2Н5ОН:Н2О = 30:20 ваг. ч., операцію сушіння розчину в ексикаторі до 2 годин і відпаленні при температурах 250-300 °C на повітрі впродовж 5-10 хвилин для утворення наноструктурованої контактної сітки з міді або алюмінію на поверхні антивідбиттєвого покриття з поруватого кремнію. 1 UA 67830 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відмітною здатністю способу виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента є концентрації розчинів фталоціаніну міді і фталоціаніну алюмінію. Використання концентрацій розчинів навішення 1 г очищеного фталоціаніну міді в розчинниках С3Н6О:Н2О = 20:30 ваг. ч. обґрунтовується створенням структури сітки з міді розмірами 200-1000 нм або 1 г очищеного фталоціаніну алюмінію в розчинниках С 2Н5ОН:Н2О = 30:20 ваг. ч. створенням структури сітки з алюмінію з розмірами 500-1200 нм (рис 1, 2). Морфологія сітчастої структури контакту з фталоціаніну міді і фталоціаніну алюмінію досліджувалась за допомогою мікроінтерферометра Лінника МII-4. Дана концентрація розчинника обумовлена тим, що при концентрації навішення 1 г фталоціаніну міді і С 3Н6О:Н2О = 5:45 ваг. ч. на мікрофотографіях зразків спостерігали утворення фталоціаніну міді острівцевого типу, а при концентрації навішення 1 г фталоціаніну міді і С 3Н6О:Н2О = 35:15 ваг. ч. пульверизація неможлива, тому що нагрітий ацетон випаровується, сопло пульверизатора забивається і операція пульверизації стає неможливою. Запропоновані концентрації розчинів дозволять одержати металеву сітку з найменшим затіненням і найбільшим збиранням носіїв заряду і забезпечать рішення поставленої задачі. За механізмом реакції на поверхні підкладки при приєднанні води до диметилкетону (С 3Н6О) утворюються нестійкі гем-діоли. Реакція оборотна, гем-діоли легко утворюються і знову розпадаються з відщепленням води, виділити їх вдається дуже рідко. Стійкість гем-діолів істотно підвищується при наявності електронно-акцепторних замісників, пов'язаних з карбонільним атомом вуглецю, яким є фталоціанін міді або фталоціанін алюмінію. Спосіб було опробовано у лабораторних умовах. Використовували пластини монокристалічного кремнію p-типу провідності з орієнтацією (100). Після операції стравлення порушеного шару в розчині гідроокису натрію або калію пластини відмивались в пероксидних розчинах. На лицьову і тильну сторони пластини наносилися склоподібні пасти, що складаються з легованих домішок п'ятиокису фосфору і окису бору відповідно. Проводилась дифузія в аргоні при температурі 980 °C впродовж 20-хвилин. + Отриманий р -шар має опір 25-35 Ом. Окисні плівки з поверхні пластини видаляються в розчині HF і проходить процес структурування поверхні за методом Унно-Імаі з обох сторін кремнію для утворення антивідбиттєвого покриття. Як антивідбиттєве покриття використовували поруватий кремній, плівки якого на тильній і фронтальній стороні пластин сонячних елементів 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 від фронтальної поверхні і багаторазового повного внутрішнього відбивання від меж поділу. Таким чином, збільшується ефективна довжина оптичного шляху всередині сонячного елемента, 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 фталоціаніну міді з товщиною 600 нм. Товщина (d) виготовлених плівок фталоціаніну вимірювалась за допомогою п’єзорезонансного мікрозважування. Пульверизація здійснювалась на експериментальному устаткуванні, яке складається з трьох елементів: системи пульверизації, нагрівника, системи вентиляції. Система пульверизації складається з компресора, манометрів, трубопроводів, системи подавання розчину, реакційної камери з кварцу, розпилювача, системи пересування розпилювача. До нагрівника належать: термостат, нагрівний елемент, термопара хромельалюмелева, контролер температури. Вентиляція реакційної камери здійснюється за допомогою системи трубопроводів та вентилятора. Фталоціанін міді і фталоціанін алюмінію попередньо очищали перекристалізацією з розчину в сірчаній кислоті за наступною методикою: 100 г фталоціаніну розчиняють в 1 л концентрованої сірчаноїкислоти, а потім кристалізують, виливаючи розчин в 3 л гарячої води. Суспензію, що утворилася нагрівають при перемішуванні до кипіння, відстоюють і фільтрують. Осад промивають водою до нейтральної реакції фільтрату, після чого висушують у сушильній шафі при температурі 430 K. Головні параметри процесу осадження плівок наступні: точність вимірювання температури становила не гірше ± 5 %; тиск кисню на виході з балона складав 0,1 МПа; швидкість потоку розчину під час пульверизації підтримувалась на рівні 7-10 мл/хв.; відстань від сопла розпилювача до поверхні пластини була встановлена експериментальним шляхом 28 см; діаметр отвору сопла, з якого розпилюється розчин, не перевищував 0,5 мм. Кисень використовувався як газ-носій і подавався переривчасто через 3-4 с для запобігання 2 UA 67830 U 5 10 15 20 охолодженню поверхні пластини. Процес пульверизації тривав протягом 25-40 с. Осадження плівок відбувалось при температурах від 0 до 100 °C. Товщина досліджуваних у роботі плівок варіювалася, виходячи з товщини поруватого кремнію. Приготування розчинів здійснювали розчиненням у наступних концентраціях навішення 1 г очищеного фталоціаніну міді в розчинниках С3Н6О:Н2О = 20:30 ваг. ч. або 1 г фталоціаніну алюмінію в розчинниках С2Н5ОН:Н2О = 30:20 ваг. ч. Після нанесення фталоціаніну міді на тильну поверхню напівпровідника підкладку переміщали в ексикатор, де впродовж до 2 годин розчин фталоціаніну міді насичував поруватий кремній. Потім підкладка піддавалась відпалу при температурі 250-300 °C впродовж 5-10 хвилин для утворення сітчастої структури мідного контакту з розмірами 600 нм. На фронтальну поверхню кремнієвої підкладки методом пульверизації наносили контакт з розчину фталоціаніну алюмінію, проводили сушіння в ексикаторі впродовж до 2 годин і відпалення в муфельній печі 5-10 хвилин. Одержана наноструктурована сітка з алюмінію мала товщину 800 нм. В результаті отримано сонячні елементи, що мають коефіцієнт корисної дії до 18,3 %, з гарним зовнішнім виглядом і високим процентом виходу придатних виробів (не менше 90 %). Плівки фталоціанінів міді або алюмінію при термічному впливі утворюють контактні сітки з міді або алюмінію, які за якістю не поступаються електролітичній міді та розташовані на нанокристалітах поруватого кремнію. За даною корисною моделлю сонячні елементи, що виконані за способом, мають високий коефіцієнт корисної дії і призначені для перетворення енергії сонячного світла на електроенергію. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 1. Спосіб виготовлення контактного шару на антивідбиттєвому покритті сонячного елемента, що включає електрохімічне травлення на лицьовій стороні кремнієвої підкладки для утворення антивідбиттєвого покриття і нанесення контактної сітки, який відрізняється тим, що після електрохімічного травлення просушують підкладку і наносять фталоціанін міді або фталоціанін алюмінію, після чого сушать протягом не більше 2 годин і відпалюють при температурах 250300 °C на повітрі впродовж 5-10 хвилин. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що фталоціанін міді використовують як розчин 1 г очищеного фталоціаніну міді у С3Н6О:Н2О = 20:30 ваг. ч., а фталоціанін алюмінію як розчин 1 г очищеного фталоціаніну алюмінію у С2Н5ОН:Н2О = 30:20 ваг. ч. 3 UA 67830 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 4