JP2015531582A - 超音波トランスデューサを用いてシリコン系太陽電池を回復させる装置および方法 - Google Patents
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Abstract
超音波トランスデューサを用いてシリコン系太陽電池を回復させる装置および方法である。少なくとも１つのシリコン系太陽光電池の回復装置は、前記電池（２）の支持部（１）と、前記太陽光電池（２）を加熱するように構成された熱源（２０）と、前記電池（２）に電荷キャリアを生成するための手段（３）と、を備える。前記太陽電池（２）の回復運動をより良く促進するために、装置は、前記太陽光電池（２）内に伝播する超音波を生成するための超音波トランスデューサ（２０）を備える。
Description
本発明は、シリコン系太陽光電池の光照射下における効率の劣化影響を除去するための装置および方法に関する。
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、単結晶シリコン（ｓｃ−Ｓｉ）または多結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）で作られた基板から製造される太陽光電池は、光照射下にて効率の劣化影響を受けることがある。この現象は、太陽光電池の使用の初期に起こり、これは通常、ＬＩＤ効果（ＬＩＤはLight Induced Degradation（光誘起劣化）の略）と呼ばれる。しかし、この光照射下の太陽光電池の効率の劣化の起点における物理的メカニズムは、未だ十分に知られていない。さらに、シリコン内に存在する光元素、特にハロゲン（Ｈ）、ボロン（Ｂ）および酸素（Ｏ）の原子は、一般的に、太陽光電池が光照射される際の欠陥の形成および活性化に関係することを、いくつかの科学的研究は示している。
ＬＩＤ効果は、太陽光電池に電荷キャリアを注入しつつ、前記電池を加熱することにより除去できる。国際特許出願第ＷＯ２００７／１０７３５１号は、太陽光電池に光照射される際に、太陽光電池の効率の安定化の達成を図る方法を開示している。この文献において、電池の回復方法は、太陽光電池の光照射または順方向の極性化を介した、電荷キャリア注入ステップと、５０℃〜２３０℃の間に含まれる温度までの基板の加熱ステップとを含む。この回復方法は、処理された太陽光電池が、通常の動作条件下の安定した性能を回復することを可能にした。回復効果は、太陽光電池の温度が、一定の制限温度を超えない場合にのみ発生し、この温度は、典型的には約２００℃、またはさらに低い温度である。特定のシリコン系太陽光電池の性能は、実際に、これら電池が１５０℃を超える温度に維持される場合に影響され得る。
さらに、上記で参照した文献に記載の方法は、太陽光電池の完全な回復に、非常に長い処理時間を必要とする。処理時間とは、電池内の電荷キャリアの生成を行う際に、太陽電池を特定の温度に維持する時間を意味する。処理時間は、この文献に記載の方法によれば、数十時間か、あるいは百時間もの長さとなる場合があり、これは、この方法を、従来の太陽光電池の工業的な製造方法と相容れないものにする。
実際に、この文献に記載の方法によって処理を行い、冶金的な手段により精製されたシリコンで作られた基板から作製された太陽電池を回復させることが行われてきた。この種の太陽光電池のために、回復メカニズムは、１５０〜１８０℃の間に含まれる高い温度で１０〜４０時間を要していた。
さらに、太陽光電池の回復運動は、処理される太陽光電池に注入される電荷キャリアの量を増加させることにより促進することができる。この増加は、特に、入射光のパワー、または電池に入力される電流の強度を増加させることによって、達成することができる。このような増加は、結果として、太陽光電池の温度の上昇をもたらし、太陽光電池の回復効果を制限または完全に防ぐことが認められている。
中国実用新案出願第ＣＮ２０１４５００１５号は、シリコン系太陽電池を加熱および光照射して、これらを回復させる装置を述べている。この装置は、処理を行う際に、太陽光電池を冷却するファンのシステムを備える。しかし、ファン系のシステムの使用は、良質の太陽電池を得ることを可能としない。特に、この種の装置は、機械的ストレスの問題を発生させることがあり、これにより、太陽光電池内にマイクロクラックを生じさせることが認められている。
光照射下における効率の劣化を抑制しつつ、処理される電池の機械的一体性および光起電性能を維持する、シリコン系太陽光電池の効率的な回復に有効な装置を提供する要求がある。
この要求は、少なくとも１つのシリコン系太陽光電池の回復装置であって、太陽光電池を加熱するように構成された熱源と、太陽光電池内に電荷キャリアを生成する手段と、を備える回復装置を提供することにより満たされる傾向がある。その装置は、太陽光電池内に伝播する超音波を生成するための超音波トランスデューサをさらに備える。
好適には、装置は、太陽光電池の温度を、５０℃〜２３０℃の範囲に含まれる目標の温度値または範囲に調整するように構成された要素を備える。太陽光電池の温度調整を行う要素は、液体が満たされるタンクと、液体の中に太陽光電池を設置するための太陽光電池の支持部と、をさらに好適に備える。
タンクの好適な態様は、太陽光電池の温度を、目標の温度値または範囲に調整するように構成された液体の温度レギュレータをさらに備えることである。
光照射下における効率の劣化に対抗する、少なくとも１つのシリコン系太陽光電池の回復を行う方法も提供され、この方法は、
太陽光電池を加熱するステップと、
太陽光電池内に電荷キャリアを生成するステップと、
太陽光電池内に定常型の超音波を生成するステップと、
を備える。
太陽光電池を加熱するステップと、
太陽光電池内に電荷キャリアを生成するステップと、
太陽光電池内に定常型の超音波を生成するステップと、
を備える。
他の利点および特徴は、非限定の例の目的だけのために与えられ添付の図面に示されている以下の本発明の特定の実施形態の説明から、よりはっきりと明瞭になるであろう。
種々の実施形態に係る装置を断面で模式的に示す図である。
特定の実施形態に係る装置の上面図を模式的に示す図である。
種々の実施形態に係る装置を断面で模式的に示す図である。
種々の実施形態に係る装置を断面で模式的に示す図である。
種々の実施形態に係る装置を断面で模式的に示す図である。
種々の実施形態に係る装置を断面で模式的に示す図である。
図６の装置の上面図および側面図を模式的に示す図である。
図６の装置の上面図および側面図を模式的に示す図である。
種々の実施形態に係る装置を断面で模式的に示す図である。
種々の実施形態に係る装置を断面で模式的に示す図である。
以下に説明するシリコン系太陽光電池の回復装置は、特に、処理される電池内にて定常型の超音波の生成を可能にし、処理された電池の回復運動を強化する要素を提供する点が、従来技術と異なっている。
図１に示されている特定の実施形態によれば、シリコン系太陽光電池の回復装置は、少なくとも１つの太陽光電池２の支持部１を備える。回復装置は、また、太陽光電池２内に電荷キャリアを生成するための手段３と、太陽光電池２を加熱するように構成された熱源（図示せず）と、を備える。選択的に、熱源は、太陽光電池２を５０℃〜２３０℃の間に含まれる温度に加熱するように構成される。好適には、装置は、太陽光電池２の温度を５０℃〜２３０℃の範囲に含まれる目標の温度値または範囲に制御および調整するように構成された要素を備える。
電荷キャリア生成手段３は、例えば、太陽光電池２に光照射する光源、または、太陽光電池２内に電流を注入するための手段を備えることができる。換言すれば、太陽光電池２内に電荷キャリアを生成するための手段３は、前記電池２内に電流を注入するための手段を備える。注入手段は、例えば、電源に接続されたポイントプローブを備えることができる。前記ポイントプローブは、太陽光電池２と接触して、太陽光電池に電流を注入するように構成される。
図１において、電荷キャリア生成手段３は、光線３ｆにより太陽光電池２に光照射する光源３ｂとして示されている。電荷キャリア生成手段３は、また、回復装置の熱源を構成することもできる。例えば、ハロゲンランプは、電荷キャリア生成手段と、熱源との両方を構成することができる。
回復装置は、太陽光電池２を加熱しつつ、電荷キャリアを電池に注入して、光照射下における効率の劣化の影響から前記電池を回復させることができる。回復の効率を増加させ、その運動を促進するために、装置は、太陽光電池２内にて伝播する定常型の超音波を生成するための少なくとも１つの超音波トランスデューサ２０を備える。選択的に、超音波トランスデューサは、１０〜３０００ｋＨｚの間に含まれる周波数と、数Ｗ．ｃｍ−２のパワー、典型的には０．１〜８０Ｗ．ｃｍ−２の間に含まれるパワーとを有する超音波を生成する。
好適な方法での太陽光電池内の超音波の伝播は、欠陥や不純物複合体の拡散、再配向および分離の効果を高める。さらに、回復装置は、太陽光電池内の電荷キャリアの生成と、好適に制御および調整された前記電池の加熱と、電池内の超音波の生成との効果を組み合わせる。これらの効果のこの組み合わせは、このように太陽光電池の回復運動を好適に強化し、結果として、太陽光電池の処理時間の短縮をもたらす。
好適には、超音波トランスデューサ２０は、支持部１と、太陽光電池２との間に装着される。この配置は、太陽光電池２内で得られるトランスデューサ２０により生成される超音波のより良い伝播を可能にする。同様の方法で、熱源は、支持部１に好適に配置され、この配置は、太陽光電池の温度の効率的な拡散および制御を可能にする。例えば、熱源は、支持部１に配置された電気抵抗ヒーターまたは熱電装置を備えることができる。
図２に示されている特定の実施形態によれば、超音波トランスデューサ２０は、太陽光電池２を受け止めるように形成されている。換言すれば、トランスデューサ２０は、太陽光電池２と直接接触するように構成され、これにより、太陽光電池を、超音波トランスデューサ２０の上に直接配置することができる。この場合、超音波トランスデューサ２０は、太陽光電池２の支持部として機能し、これにより支持部１の代わりとなる。
選択的に、前記トランスデューサ２０の超音波の伝達面２０ｔは、正方形であり、太陽光電池２と、超音波トランスデューサ２０との間における全ての接触面を含む。伝達面とは、その各点が、この点にて前記面に垂直な波ベクトルを有して超音波を伝達させることを可能とする、幾何学面を意味する。好適には、超音波トランスデューサ２０は、太陽光電池２に受け取られるエネルギーが、約数Ｗ．ｃｍ−２、典型的には０．１〜１０Ｗ．ｃｍ−２の間に含まれる受け取りエネルギーであるように構成される。超音波トランスデューサ２０は、このように０．１〜１０Ｗ．ｃｍ−２の間に含まれるパワーを有するものが好適に選択される。
図３に示されている特定の実施形態によれば、太陽光電池２の温度を調整するように構成された要素は、太陽光電池２の温度を５０℃〜２３０℃の範囲に含まれる目標の温度値または範囲に調整することを可能な液体５が満たされるタンク４を含む。さらに、支持部１は、液体５の中に太陽光電池２を設置するように構成される。その電池は、特に、液体５に完全に浸漬される。タンク４は、底部４−ｆと側壁部とを備える。特定の実施形態において、側壁部は、タンク４の第１の端部に位置する第１の側壁部４−１と、前記電池２の配置の長手方向軸４−ａの方向において第１の端部の反対側の第２の端部に位置する第２の側壁部４−２とを備える。
液体５の中に太陽光電池２を配置することは、特に電荷キャリア注入が行われる際に、前記電池２の温度上昇の効率的かつ均一な拡散を可能にする。強い電荷キャリア注入は、回復運動の促進を可能にし、これにより太陽光電池の処理時間を短縮させる。太陽光電池２を液体５に浸漬するため、電荷キャリアの注入量により生じる温度上昇は効率的に拡散され、これが、太陽光電池２の温度の調整を可能にしつつ、熱機械的応力の問題を回避する。超音波トランスデューサ２０とタンク４とを備える回復装置は、このように電荷キャリアの生成の増加時のストレスを緩和すること、および、超音波を用いてシリコン系太陽光電池の迅速かつ効率的な回復を達成することの両方を好適に可能にしつつ、前記電池の機械的一体性を維持する。加えて、定常的な超音波の生成は、液体５の撹拌を強化する。
図４に示されている特定の実施形態によれば、回復装置のタンク４は、液体５の温度のレギュレータ６を備える。例えば、レギュレータ６は、タンク４の壁に配置され、図３には示されない制御回路によって制御される熱電装置を備えることができる。
レギュレータ６は、タンク４内の液体５の温度を正確に制御でき、よって太陽光電池２の温度を正確に制御できる。レギュレータ６は、このように電荷キャリア注入が行われる際に、太陽光電池２の温度を、目標の温度値または温度範囲に調整することを可能にする。好適には、液体５の温度レギュレータ６は、太陽光電池２の温度を、５０℃〜２３０℃の範囲に含まれる目標の温度値（例えば１７０℃）または温度範囲（例えば１２０℃〜１９０℃の間）に調整するよう構成される。換言すれば、調整が、所与の温度値または温度範囲に関わらず、温度値または範囲は、好適に５０℃〜２３０℃の範囲内のままとなる。シリコン系太陽光電池に関しては、回復効果は、電池の温度がこの温度範囲内に含まれる場合に最大となる。５０℃〜２３０℃の温度範囲は、このように光照射下における効率の劣化の影響からの太陽光電池２の迅速かつ効率的な回復を達成することを可能にしつつ、前記電池の光起電性能を維持する。
図５に示されている特定の実施形態において、タンク４は、液体５をタンク４内で循環させる循環手段７を備える。液体５の循環手段７は、好ましくは、それぞれの端部の１つで互いに接続された第１のパイプ７ｃ−１と、第２のパイプ７ｃ−２とを備える。第１のパイプ７ｃ−１は、第１の側壁部４−１に形成された開口部を介して、タンク４に接続できる。第２のパイプは、第２の側壁部４−２に選択的に形成された開口部を介してタンク４に接続される。液体５をタンク４で循環させるために、第１のパイプ７ｃ−１は、例えば、タンク４から第２のパイプ７ｃ−２まで液体５を吸引するように構成された第１のポンプ７ｐ−１を備えることが可能であり、第２のパイプ７ｃ−２は、第２のポンプ７ｐ−２を備える。第２のポンプ７ｐ−２は、タンク４に液体５を注入させるように構成される。この第１のパイプ７ｃ−１および第２のパイプ７ｃ−２の構成は、タンク４内にて長手方向軸４−ａに沿う液体５の流れを可能にする。
タンク４内の液体５の流れは、好適には、タンク４内の液体５の温度のより良い均一化を可能にし、これは、太陽光電池２から液体５へのより良い熱の拡散を可能にする。好適な方法で、循環手段７は、液体５の温度レギュレータ６に接続される。この実施形態によれば、温度レギュレータ６は、第２のパイプ７ｃ−２を介してタンク４に注入される液体５の温度を制御するように構成される。選択的に、温度レギュレータ６の制御回路もまた、第１の７ｐ−１および第２の７ｐ−２のポンプを制御する。好適には、制御回路は、太陽光電池２の温度または電池２に許容される温度範囲を規定するように構成される。
図６、図７Ａおよび図７Ｂに示されている実施形態によれば、回復装置は、タンク４内の支持部１を移動させる移動装置９を備える。移動装置９は、タンク４内の液体５の表面に対して平行な方向に太陽光電池２を移動させるように構成される。支持部１は、その表面にて太陽光電池２の安定した固定を確保するように形成される。支持部１の移動装置９は、ベルトコンベヤ型とすることができる。好ましくは、移動装置９は、第１の９ｒ−１および第２の９ｒ−２のメインローラを備えることができ、これらのローラの周りに支持部１は巻かれ、閉ループ９ｂを形成する。移動装置９は、閉ループ９ｂの経路に沿って支持部の移動が行われる際に、支持部１の平行移動の軸を変えるように構成された２次ローラ９ｓをさらに備える。図７Ａに示すように、２次ローラ９ｓは、支持部１の端部のみと接触する。この配置は、支持部１の移動が生じた際の、２次ローラ９ｓと太陽光電池２の間のいかなる接触も防止する。さらに、２つのメインローラ９ｒ−１および９ｒ−２の少なくとも１つは、支持部１を閉ループ９ｂの経路に従って移動させるように構成された駆動ローラである。
この回復装置の構成は、これにより支持部１のローリングに際して、例えば連続的にまたは横に並べて配置された、いくつかの太陽光電池の回復の促進を可能にする。回復装置は、このように大規模製造ラインを容易に統合することができる。
好ましくは、第１のメインローラ９ｒ−１は、アイドルローラであり、第２のメインローラ９ｒ−２は、タンク４内の液体５の移動方向と反対に支持部１の移動方向を得るように構成された駆動ローラである。これらの支持部１および液体５の反対の移動は、このように、太陽光電池２から液体５までのより良い熱拡散と、液体５の撹拌の強化とを可能にする。
好適には、超音波トランスデューサ２０は、タンク４内に配置され、液体５内で定常型の超音波を作る。選択的に、超音波トランスデューサ２０は、処理される太陽光電池２に可能な限り近くなるように、タンク内に配置される。太陽光電池２に対する超音波の伝播を乱さないようにするために、超音波トランスデューサ２０は、好ましくは、超音波トランスデューサ２０と前記電池２との間に、支持部１等の固体の障害物があることを避けるような方法で配置される。図７Ａに示すように、超音波トランスデューサ２０は、好適な方法で、支持部１の端部および太陽光電池２の端部に対向するようにタンク４の壁部に配置される。このように、タンク内で支持部１の移動が行われる際、太陽光電池は、超音波トランスデューサ２０の前を通過する。この好適な配置は、太陽光電池２の全ての領域を、均一な方法で超音波により掃引することを可能にする。好適な方法で、かつ図７Ｂに示すように、超音波トランスデューサ２０は、矩形形状を有し、この形状は、太陽光電池２の厚さｅ２よりも大きな幅Ｉ２０を有する超音波の伝達面２０ｔを備える。超音波ベクトルの方向Δは、このように、太陽光電池２の端部に対して実質的に垂直であり、換言すれば、長手軸４−ａに対して垂直である。
さらに、超音波トランスデューサ２０は、液体５内の対流移動の発生を好適に可能にし、これにより、結果として、液体の撹拌およびその温度の均一化をもたらす。この特定の実施形態は、このように、処理される太陽光電池の温度のより良い調整、および、前記電池内の定常型の超音波の生成の両方を好適に可能にする。
タンク４は、タンク４内の液体５の機械的な撹拌回路を備えることもできる。選択的に、この撹拌回路は、タンク４内の液体５の循環手段７と関連付けられる。撹拌回路は、タンク４内にて、例えば側壁部の１つに配置された少なくとも１つのプロペラ８を備えることができる。
図７Ａに示す実施形態によれば、支持部１は、支持部１に配置された太陽光電池２の表面に液体５が接触するように、通過孔１０を備える。この支持部１の構成は、電池がタンク４に浸漬される際に、太陽光電池２と液体５の間の接触面を増加させることを可能にする。液体５と太陽光電池の間の接触面の増加は、このとき、太陽光電池２と液体５の間でより良い熱交換を確保することを、好適に可能にする。さらにまた、支持部１を、太陽光電池の熱伝導率λＣよりも高い熱伝導率λＳを有する材料で形成することも、好適である。支持部１は、選択的に、柔軟なステンレス鋼メッシュにより形成される。
図８に示されている特定の実施形態によれば、回復装置は、タンク４内で支持部１を移動させるための移動装置９を備えており、かつ好適には、超音波トランスデューサ２０は、支持部１の下に位置する。換言すれば、超音波トランスデューサ２０は、タンクの底部４−ｆと支持部１の間に位置する。
好適には、回復装置は、統括制御回路（不図示）を備え、統括制御回路は、
太陽光電池２に注入する電荷キャリアを生成するための手段３と、
超音波トランスデューサ２０と、
好適には、タンク４内の液体５の温度レギュレータ６と、
を制御するように構成される。
太陽光電池２に注入する電荷キャリアを生成するための手段３と、
超音波トランスデューサ２０と、
好適には、タンク４内の液体５の温度レギュレータ６と、
を制御するように構成される。
統括制御回路は、このように太陽光電池２の温度を５０℃〜２３０℃の間、好適には１２０℃〜２１０℃の間に含まれる目標の温度または温度範囲に調整するように構成することができる。統括制御回路は、選択的には、また、タンク４内における支持部１の移動速度と、撹拌手段とを制御する。
種々の図に示したように、電荷キャリア生成手段３は、太陽光電池２に光照射するための光源３ｂを備える。光源３ｂは、３００〜１３００ｎｍの間に含まれる波長を有する入射光線を生成する単色ランプを備えることができる。光源３ｂは、また、白色光を生成することを可能にするハロゲンまたはキセノンランプを備えることもできる。光源３ｂは、太陽光電池が０．０５Ｗ．ｃｍ−２よりも強い光照射を受けるように、強い光照射を提供するように選択的に構成される。光源３ｂは、強い光照射を好適に生成するレーザ光源をさらに備えることができる。レーザ光源の使用は、他の光源と比べて、消費電力の削減を達成することを好適に可能にする。
図９に示されている特定の実施形態によれば、光源３ｂは、太陽光電池２と光源３ｂの間に配置される光学系３ｂ’を備える。例えば、光源３ｂがレーザ光源である場合、光学系３ｂ’として発散レンズを使用することが好適である。発散レンズは、このように、光照射を受ける太陽光電池の表面を増加させることを可能とする。光源が、他方で、ハロゲンランプまたは単色ランプにより形成される場合、光学系として集束レンズを使用して、光線を集光させ、太陽光電池２が受ける光照射を増加させることが好適である。
太陽光電池の従来の回復方法は、従来の炉内（または加熱板上）で電池を加熱し、一方で電池内に一定量の電荷キャリアを生成することにより行われる。
光照射下における効率の劣化の影響からのシリコン系太陽光電池の回復方法の特定の実施形態によれば、定常型の超音波を生成するために回復運動を促進する。
選択的に、方法は、上記に説明しかつ図１〜図８に示した回復装置の１つを使用する。回復方法は、非晶質、単結晶または多結晶シリコン系基板あるいは活性層により作製された太陽光電池２を提供するステップを含む。
回復方法は、太陽光電池２の加熱ステップと、前記電池２内に電荷キャリアを生成するステップと、を備える。方法は、また、太陽光電池２内に定常型の超音波を生成するステップを備える。さらに、このような方法は、太陽光電池の温度を、５０℃〜２３０℃の範囲、好適には１２０℃〜２１０℃の範囲に含まれる目標の温度値または範囲に調整して、好適に実施することができる。
温度調整は、前記電池２内の電荷キャリアの生成を行う際に、太陽光電池２を液体５に浸漬するステップにより、さらに行うことができる。選択的に、方法を実行するために、液体５の温度レギュレータ６を備える回復装置が使用される。
実際には、生成手段３のタイプに応じて、光照射または電流入力によって、液体５は、放射された光線を透過させるか、または電気的に絶縁することができる。選択的に、電荷キャリアは、光源３ｂを備える生成手段３によって太陽光電池２に注入され、液体５は、前記光源３ｂにより放射される光線３ｆを透過させる。
液体５は、その物理化学的特性、特に音響インピーダンス、特定の熱容量、蒸発潜熱、熱伝導性、および粘度に応じて選択することができる。
選択的に、液体５は、非中毒性であり、シリコン系太陽光電池の性能に影響を及ぼさない。さらに、太陽光電池２に対する液体５の濡れ性基準も、考慮に入れるべき基準である。この基準は、実際には、液体５と太陽光電池２の間の効率的な熱伝達を確保する役割を果たすことができる。好適には、液体５は、前記電池２に対して、９０°未満、好ましくは約４５°の接触角を有する。
回復方法を行うために、太陽光電池の温度を調整するために用いられる液体５は、好適には、回復処理の間に蒸発しないものが選択される。使用される液体の選択は、このように、上記に設定した基準のほか、回復方法が行われる温度範囲にも密接に関係する。上述したように、回復方法は、好適には、５０℃〜２３０℃の間に含まれる温度で行われる。好適な方法で、液体５は、このように、１００℃よりも厳密に高く、かつ好適には約２３０℃以上である沸点を有するものが選択される。
例えば、液体５は、伝熱液体のファミリーから選択することができる。この種の液体は、その環境の温度を調整するその能力により、それ自体を区別する。好適には、液体５は、エチレングリコール（ethylene glycol）またはグリセロール（glycerol）を含む。エチレングリコール（ethylene glycol）は、１９８℃の沸点を有する非中毒性の伝熱液体である。グリセロール（glycerol）は、２９０℃の沸点を有する非中毒性の液体であるが、１７１℃を超える温度で変質し始める。
さらに、液体５は、水溶性切削油（soluble cutting oil）を含むことができ、水溶性切削油（soluble cutting oil）は、鉱物油（mineral oil）、乳化剤（emulsifier）および水を特に含む。切削油は、興味深い物理的特性を有する。切削油は、実際に、一般的に透明であり、かつ水の粘度に近い粘度を有する。加えて、この種の液体は、興味深い冷却力を有し、１００℃を超える温度でも、液体状態のままである。
さらに、液体５は、好適には、シリコン系太陽光電池２の音響インピーダンスに可能な限り近い音響インピーダンスを有するものが選択される。液体５の音響インピーダンスに関わるこの条件は、液体５と前記電池２の間で最適なエネルギー結合を可能にし、これにより、超音波トランスデューサ２０から太陽光電池２までの超音波の最適な伝播を生じさせる。２つの環境ＡおよびＢの間の界面の超音波の伝達係数Ｔは、実際に、これら２つの環境のそれぞれの音響インピーダンスに依存する。伝達係数Ｔは、以下の関係により与えられる。
ただし、
ＩｔおよびＩｉは、それぞれ、伝達および入射の音響強度（またはパワー）を表し、
ＺＡおよびＺＢは、それぞれ、環境ＡおよびＢの音響インピーダンスを表す。
ＩｔおよびＩｉは、それぞれ、伝達および入射の音響強度（またはパワー）を表し、
ＺＡおよびＺＢは、それぞれ、環境ＡおよびＢの音響インピーダンスを表す。
太陽光電池２は、主に、シリコン系で作製される。前記電池２の音響インピーダンスは、これにより、シリコンの音響インピーダンスと実質的に等しくすることができる。さらに、超音波トランスデューサ２０と液体５の間の界面における伝達係数が、液体５と前記電池２の間の界面における伝達係数と実質的に同じ大きさであることを考慮すると、電池２が受ける超音波の発生源のエネルギーを指定するようにトランスデューサのパワーを調整できる。
太陽光電池内の超音波の伝播が、欠陥および不純物複合体に作用することを可能とするために、前記電池２が受ける”超音波”エネルギーは、好ましくは、０．１〜１０Ｗ．ｃｍ−２の間に含まれる。超音波トランスデューサ２０のパワーおよび液体５と前記電池２の間の界面における超音波の伝達係数は、これにより、回復されるべき太陽光電池が、０．１〜１０Ｗ．ｃｍ−２の間に含まれるエネルギーを受けるように好適に調整される。超音波トランスデューサのパワーを調整すること、および／または最適な音響インピーダンスを有する液体５を選択する（すなわち、液体５と前記電池２の間の界面において最大の伝達係数Ｔを可能とする）ことにより、電池に受け取られるエネルギーは、実際に、０．１〜１０Ｗ．ｃｍ−２の間に含まれる値に、好適に固定することができる。
シリコンの音響インピーダンスは、その結晶学的配向に依存し、１１＊１０６〜２２＊１０６Ｎ．ｓ．ｍ−３の間に含まれることができる。例えば、温度調整液体５として、グリコール（Ｚｇｌｙｃｏｌ＝２．３４＊１０６Ｎ．ｓ．ｍ−３）を選択することにより、グリコールと太陽光電池２の間の界面における伝達係数は、０．３５〜０．５８の間に含まれる値として推定することができる。よって、太陽光電池２が０．１〜１０Ｗ．ｃｍ−２の間に含まれるエネルギーを受けるためには、超音波トランスデューサ２０のパワーは、０．３〜８０Ｗ．ｃｍ−２の間に含まれる値に好適に調整される。
回復方法は、好適に、超音波を用いることができ、かつ電荷キャリア生成ステップにおける応力を緩和することができる。その方法は、このように、欠陥の拡散、再配向および分離の効果を高め、かつ、電池内の電荷キャリア生成の強度増加を可能にする一方で、その温度を適切な温度に調整して、迅速かつ効率的な回復を得る。
例えば、超音波トランスデューサを備える太陽光電池回復装置が作製された。電荷キャリア生成手段は、ハロゲンランプにより形成され、太陽光電池が３Ｗ．ｃｍ−２の強度の光照射を受けることを可能にする。従来の回復装置を用いると、太陽光電池が数十Ｗ．ｃｍ−２よりも強い光照射強度を受ける場合に、前記電池の温度を１４５℃未満に維持することはできない。
回復方法のために、温度調整されたエチレングリコール（ethylene glycol）を用いて、処理される電池の温度を実質的に１４５℃に等しい温度に調整した。本発明に係る方法は、３Ｗ．ｃｍ−２の強い光照射を用いて、ほんの４分の処理の後に電池を回復することを可能にした。比較の目的で、従来技術に係る回復方法は、回復メカニズムが１０〜４０時間の処理の間に生じることを示した。これらのテストは、０．１Ｗ．ｃｍ−２の光照射により、１５０℃〜１８０℃の間に含まれる温度に電池を加熱することにより実行された。
上述した回復装置および方法は、１つまたは複数の太陽光電池に適用することができ、太陽光電池は、モジュールで設置することも、しないことも可能である。
Claims (14)
- 少なくとも１つのシリコン系太陽光電池の回復装置であって、
前記太陽光電池（２）を加熱するように構成された熱源と、
前記太陽光電池（２）内に電荷キャリアを生成するための手段（３）と、
を備える回復装置において、
前記太陽光電池（２）内に伝播する超音波を生成するための超音波トランスデューサ（２０）を備える、ことを特徴とする回復装置。 - 前記電荷キャリア生成手段（３）は、前記太陽光電池（２）に電流を注入するための手段を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記太陽光電池（２）の温度を、５０℃〜２３０℃の範囲に含まれる目標の温度値または範囲に調整するように構成された要素を備える、ことを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の装置。
- 前記太陽光電池（２）の温度を調整するための前記要素は、液体（５）が満たされるタンク（４）と、前記液体（５）の中に前記太陽光電池（２）を配置するための前記太陽光電池（２）の支持部（１）と、を備える、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
- 前記タンク（４）は、前記太陽光電池（２）の温度を前記目標の温度値または範囲に調整するための前記液体（５）の温度のレギュレータ（６）を備える、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
- 前記太陽光電池（２）を、前記タンク（４）内の液体（６）の表面に平行な方向に移動させるように構成された、前記タンク（４）内の前記支持部（１）の移動手段（９）を備える、ことを特徴とする請求項４および請求項５のいずれかに記載の装置。
- 前記超音波トランスデューサ（２０）は、前記タンク（４）内に配置されており、かつ前記液体（５）内および前記太陽光電池（２）内にて定常型の超音波を生成するように構成されている、ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の装置。
- 前記超音波トランスデューサ（２０）は、前記太陽光電池（２）と前記太陽光電池（２）の支持部（１）との間に配置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記超音波トランスデューサ（２０）は、前記太陽光電池（２）を受け止めるように形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 光照射下における効率の劣化に対抗する、少なくとも１つのシリコン系太陽光電池（２）の回復方法であって、
前記太陽光電池（２）を加熱するステップと、
前記太陽光電池（２）内に電荷キャリアを生成するステップと、
前記太陽光電池（２）内に定常型の超音波を生成するステップと、
を備えることを特徴とする回復方法。 - 前記太陽光電池（２）の温度を、５０℃〜２３０℃の範囲に含まれる目標の温度値または範囲に調整するステップを備える、ことを特徴とする請求項１０に記載の回復方法。
- 前記太陽光電池（２）の温度を調整する前記ステップは、前記電荷キャリア生成ステップを行う際に、前記電池（２）を液体（５）に浸漬することにより行われる、ことを特徴とする請求項１１に記載の回復方法。
- 前記液体（５）は、厳密に１００℃を超える沸点を有する液体である、ことを特徴とする請求項１２に記載の回復方法。
- 前記液体（５）は、エチレングリコール（ethylene glycol）またはグリセロール（glycerol）あるいは水溶性切削油（soluble cutting oil）を含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の回復方法。
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