![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Проект направлен на решение фундаментальной задачи фотоволь-таики – снижение стоимости электричества, вырабатываемого солнечными элементами (СЭ) из кристаллического кремния (c-Si). С этой целью разрабатывают различные подходы, направленные на: (i) повышение КПД СЭ; (ii) уменьшение толщины СЭ, т.к. более половины стоимости солнечного модуля составляет стоимость c-Si пластин; (iii) изготовление СЭ из кремния n-типа, т.к. их КПД выше и оно не деградирует по сравнению с СЭ из кремния р-типа, которые сейчас доми-нируют в производстве; (iv) исключение из металлизации, т.к. рост цен на серебро и ограниченность запасов являются препятствием на пути развития кремниевой фотоволь-таики до тераваттного масштаба; (v) разработку СЭ с контактами на тыльной стороне для повышения КПД и удешевления сборки модуля; (vi) разработку двусторонних СЭ, энерго-выработка которых выше, чем у односторонних СЭ той же номинальной мощности за счет освещения тыльной стороны; (vii) развитие концентраторного подхода, основанного на концентрировании солнечного света с помощью более дешевых линз и отражателей. При этом показано, что в наибольшей степени преимущество двусторонних СМ раскрывается в концентраторных системах за счет меньшей на рабочей температуры. Отметим, что эти разработки зачастую развиваются параллельно. Например, на рынке нет двусторонних концентраторных СЭ, т.е. таких СЭ, КПД которых не уменьшался бы при концентрации света 3–5Х. Авторы проекта ранее предложили конструкцию СЭ Laminated Grid Cell (LGCell), ко-торая состоит из: (1) электродов из пленок прозрачных проводящих оксидов (TCO), нане-сенных на обе поверхности СЭ c [n+(n или p)p+]Si структурой, которые одновременно вы-полняют роль антиотражающего и пассивирующего покрытия; а также (2) контактной сетки из проволоки, прикрепленной к поверхности ТСО низкотемпературным ламиниро-ванием. СЭ LGCell имеет потенциал реализовать все перечисленные выше подходы. Та-ким образом, предлагаемая в проекте разработка двустороннего концентраторного крем-ниевого СЭ элемента является актуальной задачей. В ходе выполнения предыдущего гранта РФФИ 11-08-01301-а были получены двусто-ронние низкоконцентраторные СЭ конструкции LGCell, которые не имеют аналогов (ри-сунок). В проекте предлагается продолжить работы в этом направлении с целью увеличения КПД двустороннего концентраторного СЭ конструкции LGCell и максимальной концен-трации света. С этой целью необходимо провести большой объем разработок и исследова-ний с учетом специфики разрабатываемого СЭ (низкое последовательное сопротивление) Для этого необходимо оптимизировать процессы диффузии, исследовать новые варианты обработки и пассивации поверхности, а также формирования контактной системы. Для выполнения проекта будут привлечены специалисты из НИИ ядерной физики МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Москва), ФТИ им. А.Ф. Иоффе (г. Санкт-Петербург), ИПЛИТ РАН (г. Шатура), Института физики молекул и кристаллов УНЦ РАН (г. Уфа), Института элементоорганических соединений РАН (г. Москва).
Проект был направлен на улучшение параметров концентраторных двусторонних солнечных элементов (СЭ) из кристаллического кремния (Cz-Si) на основе разрабатываемой авторами проекта конструкции СЭ Laminated Grid Cell (LGCell). В LGCell пленки прозрачных проводящих оксидов (ТСО) одновременно выполняют функцию антиотражающего покрытия и прозрачного токосъемного электрода, а электрические контакты к ТСО не содержат серебро и формируются с помощью ламинированных проволок. Цели проекта достигнуты, план работы выполнен. В частности, исследовано – применение 4-х технологических маршрутов изготовления (p+nn+)Cz-Si структуры; – влияние травления p+ эмиттера на параметры солнечных элементов LGCell; – удельное сопротивление ρС контактов проволока/ТСО (ТСО: IFO, ITO и AZO) в зависимости от морфологии поверхности Si и от удельного сопротивления ТСО (метод измерения ρС был модифицирован с учетом специфики ламинированных контактов); – сопротивление контактов пленок ITO и IFO к диффузионным слоям (использован разработанный авторами подход. Режим выращивания пленок IFO был модифицирован с целью уменьшения сопротивления контакта IFO/n+-Si); – влияние толщины пленок IFO и ITO на их электрические и оптические свойства; – применение прозрачных проводящих полимерных материалов для прикрепления проволок к ТСО. В результате исследований был получен ряд солнечных элементов LGCell, параметры которых (КПД, верхняя граница рабочего диапазона концентрирования света Сmax) непрерывно улучшались в ходе Проекта. Как показал анализ литературы, полученные результаты находятся на самом высоком мировом уровне.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Высокоэффективный двусторонний концентраторный кремниевый солнечный элемент с электродами из тонких пленок прозрачных проводящих оксидов |
Результаты этапа: План на 2014 год выполнен полностью. 1. Описаны и исследованы четыре технологических маршрута изготовления (p+nn+)Cz-Si структур для солнечных элементов (СЭ) из кремния n-типа. Для полученных 4-х групп структур: - измерены слоевые сопротивления; - измерены спектры отражения, внешнего (EQE(λ)) и внутреннего (IQE(λ)) квантового выхода при лицевом и тыльном освещении; - вычислены величины фототоков из спектров EQE(λ) и IQE(λ), измеренных при лицевом и тыльном освещении; - исследованы зависимости Suns-Voc, из которых определены величины напряжения холостого и псевдо-фактора заполнения; - определена псевдо-эффективность структур; - исследованы спектры отражения, внешнего и внутреннего квантового выхода при лицевом и тыльном освещении для структур после удаления с них пленок ФСС, БСС и SiNx и нанесения пленки IFO на n+-поверхность и пленки ITO на p+-поверхность. 2. Исследовано влияние глубины подтравливания диффузионного p+-эмиттера на параметры четырех групп структур ITO/(p+nn+)Cz-Si/IFO. 3. Из 4-х групп (p+nn+)Cz-Si структур изготовлены и исследованы параметры СЭ конструкции LGCell при лицевом и тыльном освещении, включая их изменение при увеличении степени концентрирования света. Получен концентраторный, двусторонний СЭ, причем, из рутинного кремния Чохральского n-типа, который показал лицевую/тыльную эффективность 17.7-18.0%/17.6-17.8% при освещенности 1-5X. Как показывает анализ литературы, этот результат является уникальным, поскольку разработка двусторонних концентраторных СЭ не имеет аналогов. По результатам проекта опубликованы 2 статьи, из них одна – в высокорейтинговом журнале Vacuum, 1 статья послана в печать в высокорейтинговый журнал Solar Energy Materials and Solar Cells. Сделано 4 доклада на научных мероприятиях по тематике Проекта | ||
2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Высокоэффективный двусторонний концентраторный кремниевый солнечный элемент с электродами из тонких пленок прозрачных проводящих оксидов |
Результаты этапа: 1) Изучено влияние морфологии поверхности кремния (текстурированная или планарная) на ρс контактов проволока/IFO (In2O3:F) и проволока/ITO (In2O3:Sn). Сверх запланированных работ исследовали две разновидности IFO, IFO(25) и IFO(40), которые синтезировали из пленкообразующих растворов с соотношением F|In 25 и 40 ат%, соответственно. Также изучены две пленки ITO, ITO(Ar) и ITO(Ox), которые выращивали в атмосфере аргон и кислорода, соответственно. Установлено, что (1) ρс значительно меньше в случае текстурированной поверхности, до 2 3 раз; (2) сопротивление контакта проволоки к IFO меньше, чем к ITO; (3) к IFO(40) меньше, чем к IFO(25); (4) к ITO(Ar) меньше, чем к ITO(Ox). Показано, что ρс контакта коррелирует с удельным сопротивлением ТСО ρ . 2) Исследовано влияние толщины пленки AZO (ZnO:Al) d на ρ и на ρс контактов проволока/AZO. Установлено, что с ростом d от ~260 нм до 770 нм существенно уменьшается и ρ и ρс. (ρ: с ~50 до 13 мΩ см, ρс: с 2100 до 14 мΩ см2). 3) Изготовлены СЭ LGCell на основе (p+nn+)Cz-Si структур c планарной и текстурированной лицевой поверхностью. Тыльные стороны обоих СЭ были текстурированы. Исследованы параметры СЭ при лицевом и тыльном освещении, и их изменение при увеличении степени концентрирования света. Установлено, что СЭ с двумя текстурированными поверхностями имеет меньшее последовательное сопротивление, чем СЭ с планарной лицевой поверхностью, что привело к росту Смах с 3.7 до 4.5. | ||
3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Высокоэффективный двусторонний концентраторный кремниевый солнечный элемент с электродами из тонких пленок прозрачных проводящих оксидов |
Результаты этапа: В ходе этапа 3 в 2016 году исследовано влияние толщины пленок IFO и ITO на: удельное сопротивление пленок ТСО; сопротивление контактов проволока/ТСО; сопротивление контактов ТСО/Si; спектры отражения (для пленок на кремнии); показатель преломления (для пленок на кремнии); спектры поглощения (для пленок на стекле); оптическую ширину запрещенной зоны пленок TCO. Выработан оптимальный вариант применения пленок IFO и ITO различной толщины в качестве прозрачных антиотражающих электродов в двусторонних концентраторных кремниевых солнечных элементах. Изготовлен и исследован образец двустороннего концентраторного кремниевого СЭ с использованием проводящего полимерного материала в контактной системе СЭ. В результате исследований был получен ряд двусторонних солнечных элементов LGCell, параметры которых (КПД, верхняя граница рабочего диапазона концентрирования света Сmax) находятся на самом высоком мировом уровне: КПД 18.2–18.8 / 14.9–15.4 и Cmax 6.0×/7.3× (лицо/тыл). |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".