RU2648341C2 - Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления - Google Patents
Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648341C2 RU2648341C2 RU2016119794A RU2016119794A RU2648341C2 RU 2648341 C2 RU2648341 C2 RU 2648341C2 RU 2016119794 A RU2016119794 A RU 2016119794A RU 2016119794 A RU2016119794 A RU 2016119794A RU 2648341 C2 RU2648341 C2 RU 2648341C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- silicon
- amorphous
- cascade
- microcrystalline
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 title description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 28
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 25
- 229910021423 nanocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910021424 microcrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000005543 nano-size silicon particle Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000005234 chemical deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical group [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 6
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N trimethylborane Chemical compound CB(C)C WXRGABKACDFXMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 5
- 238000001782 photodegradation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000005431 greenhouse gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N oxide(2-) Chemical compound [O-2] AHKZTVQIVOEVFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/20—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof such devices or parts thereof comprising amorphous semiconductor materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/513—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
- H01L31/075—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PIN type, e.g. amorphous silicon PIN solar cells
- H01L31/076—Multiple junction or tandem solar cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/548—Amorphous silicon PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к структуре двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля (фотопреобразователя) на основе аморфного и микрокристаллического кремния. Тонкопленочный солнечный модуль состоит из последовательно расположенных: фронтальной стеклянной подложки, фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида, подслоя из нестехиометрического карбида кремния р-типа, аморфного и микрокристаллического каскадов, соединенных последовательно. Аморфный каскад состоит из р-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного бором (nc-Si/SiOx:H), являющегося широкозонным окном, собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:H) и n-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), являющегося промежуточным отражателем. Микрокристаллический каскад состоит из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H), тыльного контактного слоя из прозрачного проводящего оксида, продольных и поперечных электрических контактных шин, тыльного отражателя, выполняющего герметизирующую функцию, установленного вместе с тыльным стеклом и коммутационной коробки. Способ изготовления тонкопленочного солнечного модуля включает нанесение на фронтальную стеклянную подложку слоя прозрачного проводящего оксида, нанесение подслоя из нестехиометрического карбида кремния методом плазмохимического осаждения из газовой фазы в силан-водородной плазме, на подслой методом плазмохимического осаждения из газовой фазы наносят аморфный каскад. На слой аморфного каскада наносят слой микрокристаллического каскада, затем наносят тыльный контактный слой из прозрачного проводящего оксида, после чего наносят продольные и поперечные электрические шины, поверх которых наносят тыльный отражатель, выполняющий герметизирующую функцию, на который устанавливают тыльное стекло и коммутационную коробку. Обеспечивается снижение фотодеградации при снижении толщины собственного слоя аморфного кремния, повышение стабилизированной эффективности, повышение квантовой эффективности за счет снижения потерь от поглощения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к структуре двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля (фотопреобразователя) на основе аморфного и микрокристаллического кремния.
Уровень техники
Классические источники энергии, такие как нефть, газ и уголь, выделяют в атмосферу большое количество углекислого и других парниковых газов, сажи и прочих загрязняющих окружающую среду веществ. В связи с эти перспективными сегментами рынка становятся альтернативные источники энергии.
Среди возобновляемых источников энергии фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии в настоящее время признано самым перспективным. Дальнейшее развитие солнечной энергетики требует постоянного совершенствования характеристик фотопреобразовательных устройств (солнечных элементов). В связи с активным развитием отрасли альтернативной энергетики технологии, связанные с этим направлением, становятся особенно актуальны. Это определяется в первую очередь экологичностью данного вида энергии и возможностью электрификации удаленных труднодоступных районов, что немаловажно в условиях России (65% страны имеет децентрализованное энергоснабжение). В связи с этим активно развивается солнечная энергетика, растет эффективность фотопреобразователей и снижается стоимость получаемой от них энергии.
В последнее время большой прогресс достигнут в разработке двухкаскадных тонкопленочных солнечных модулей на основе аморфного и микрокристаллического кремния. Системы, базирующиеся на данных модулях, являются одними из наиболее рентабельных по стоимости энергии, что связано с низкой стоимостью их изготовления. Одной из проблем двухкаскадных тонкопленочных солнечных фотопреобразователей на основе кремния является фотодеградация широкозонного аморфного каскада. Процесс деградации связан с эффектом Стеблера-Вронского и большой толщиной собственного слоя данного каскада. Под воздействием солнечного света происходит увеличение рекомбинационных центров, что в условиях слабого встроенного поля приводит к тому, что часть носителей не доходит до легированных слоев. Такие носители не дают вклад в генерируемый фототок, в результате чего эффективность фотопреобразователя снижается.
Наиболее близким аналогом, взятым за прототип, является способ плазменного осаждения слоя микрокристаллического полупроводникового материала на подложку и солнечный элемент, полученный данным способом (см. [1] международную заявку WO 2012027857, МПК С23С 16/24, опубл. 08.03.2012), включающий осаждение на подложку прозрачного проводящего оксида, далее при помощи плазменного напыления наносят верхний и нижний проводящие слои с p-i-n переходами и покрывают их проводящим оксидом и задним отражателем. Верхний слой состоит из легированного кремниевого слоя р-типа, поглощающего слоя аморфного кремния i-типа и легированного кремниевого слоя n-типа; нижний слой состоит из легированного кремниевого слоя р-типа, поглощающего слоя микрокристаллического кремния i-типа и легированного кремниевого слоя n-типа. В нижнем слое с двух сторон от поглощающего слоя микрокристаллического кремния i-типа выполнен разделительный слой.
Недостатком прототипа является сильная фотоиндуцированная деградация аморфного каскада, связанная с эффектом Стеблера-Вронского.
Сущность изобретения
Задачей заявленного изобретения является борьба с эффектом Стеблера-Вронского, снижение толщины аморфного каскада при увеличении эффективности двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля на основе аморфного и микрокристаллического кремния, за счет применения в структуре промежуточного отражателя и широкозонного входного окна на основе nc-Si/SiOx:H.
Техническим результатом является снижение фотодеградации при снижении толщины собственного слоя аморфного кремния, повышение стабилизированной эффективности, повышение квантовой эффективности за счет снижения потерь от поглощения.
Применение в структуре солнечного модуля входного широкозонного окна и промежуточного отражателя на основе слоев SiOx с наночастицами кремния позволяет уменьшить толщину собственного слоя аморфного каскада без снижения его эффективности, что позволяет уменьшить влияние эффекта Стеблера-Вронского.
Для решения поставленной задачи и достижения заявленного результата предлагается тонкопленочный солнечный модуль, состоящий из последовательно расположенных: фронтальной стеклянной подложки; фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида; подслоя из нестехиометрического карбида кремния р-типа; аморфного и микрокристаллического каскадов, соединенных последовательно, при этом аморфный каскад состоит из р-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного бором (nc-Si/SiOx:H), являющегося широкозонным окном, собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) и n-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), являющегося промежуточным отражателем, а микрокристаллический каскад состоит из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H), тыльного контактного слоя из прозрачного проводящего оксида, продольных и поперечных электрических контактных шин, тыльного отражателя, выполняющего герметизирующую функцию, установленного вместе с тыльным стеклом, и коммутационной коробки.
В частном случае реализации конструкции фронтальный контактный слой и тыльный контактный слой выполнены из оксида цинка или оксида олова.
Поставленная задача и технический результат достигается также за счет способа изготовления тонкопленочного солнечного модуля, включающего нанесение на фронтальную стеклянную подложку слоя прозрачного проводящего оксида; нанесение подслоя из нестехиометрического карбида кремния методом плазмохимического осаждения из газовой фазы в силан-водородной плазме; на подслой методом плазмохимического осаждения из газовой фазы наносят аморфный каскад, состоящий из р-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния р-типа, легированного бором (nc-Si/SiOx:H), являющегося широкозонным окном, собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) и n-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния n-типа, легированного фосфором (nс-Si/SiOx:H), являющегося промежуточным отражателем; на слой аморфного каскада наносят слой микрокристаллического каскада, состоящего из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H), затем наносят тыльный контактный слой из прозрачного проводящего оксида, после чего наносят продольные и поперечные электрические шины, поверх которых наносят тыльный отражатель, выполняющий герметизирующую функцию, на который устанавливают тыльное стекло и коммутационную коробку.
В частном случае реализации способа в состав силановой плазмы при плазмохимическом осаждении, при нанесении слоя р-типа введен углекислый газ в соотношении к силану 1 к 1, водород в соотношении к силану 1 к 300 и триметилбор в соотношении к силану 6 к 1000.
В частном случае реализации способа в состав силан-водородной плазмы при плазмохимическом осаждении при нанесении подслоя из нестехиометрического карбида кремния вводят метан.
В частном случае реализации способа фронтальный контактный слой и тыльный контактный слой выполнены из оксида цинка или оксида олова.
В частном случае реализации способа после нанесения слоя прозрачного проводящего оксида, слоя микрокристаллического каскада и тыльного контактного слоя выполняют скрайбирование слоев на отдельные элементы и изоляцию по периметру.
Краткое описание чертежей
Фигура 1 - Структура солнечного модуля.
На фигуре обозначены следующие позиции:
1 - фронтальное стекло; 2 - фронтальный контактный слой; 3 - первый каскад (широкозонный каскад на основе аморфного кремния); 4 - второй каскад (узкозонный каскад на основе микрокристаллического кремния); 5 - тыльный контактный слой; 6 - тыльный отражатель; 7 - тыльное стекло; 8 - входное широкозонное окно на основе nc-Si/SiOx:H р-типа; 9 - промежуточный отражатель на основе nc-Si/SiOx:H n-типа.
Осуществление изобретения
Поставленная задача решается путем изменения оптического дизайна структуры фотопреобразователя и снижения толщины собственного слоя аморфного каскада. Для этого в структуре можно применить входное широкозонное окно и промежуточный отражатель. Данные слои могут быть изготовлены на основе наноструктурированных материалов, например nс-Si/SiOx:H.
Конструкция тонкопленочного солнечного модуля на основе кремния состоит из:
- фронтального стекла (1), выполняющего в процессе производства тонкопленочного солнечного модуля роль подложки. В качестве фронтального стекла используется специализированное стекло с пониженным содержанием железа, что обеспечивает более широкий спектр оптического пропускания;
- фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида (2), полученного методом осаждения из газовой фазы при пониженном давления и толщиной порядка 1700 нм. Чаще всего в качестве прозрачного проводящего оксида используется оксид цинка или оксид олова. Данный слой выполняет роль электрода (необходимого для токосъема со структуры). При этом он должен быть прозрачен для оптического излучения;
- подслоя нестехиометрического карбида кремния р-типа;
- аморфного каскада (3) состоящего из р-слоя (8) на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного бором (nc-Si/SiOx:H), собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) и n-слоя (9) на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H);
- микрокристаллического каскада (4), состоящего из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H);
- тыльного контактного слоя (5) прозрачного проводящего оксида так же выполняет функцию электрода и, как правило, изготавливается по той же технологии, что и фронтальный контактный слой, но его оптические качества менее важны;
- для снижения электрических потерь дополнительно применяются продольные и поперечные электрические шины. Это связано с большой площадью солнечного модуля (нет на схеме);
- тыльного отражателя (6), выступающего так же в роли герметика и устанавливаемого вместе с тыльным стеклом (7) в процессе ламинирования (инкапсуляции модуля);
- коммутационная коробка используется для последующей коммутации солнечных модулей в электрических системах. Как правило, содержит в себе шунтирующий диод или диоды (нет на схеме).
При этом нанесение слоев идет в изложенном порядке, а рабочей стороной модуля является сторона подложки.
Одной из причин снижения эффективности двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля на основе аморфного и микрокристаллического кремния является фотодеградация аморфного каскада. Под воздействием оптического излучения в собственном слое аморфного каскада генерируются неравновесные носители заряда. Часть сгенерированных носителей не разделяется встроенным полем и рекомбинируют. Выделяющаяся в результате рекомбинация энергия может разрушать слабые связи кремния и водорода. Образовавшиеся оборванные связи выступают при этом в качестве рекомбинационных центров, что уменьшает время жизни неравновесных носителей заряда и повышает их скорость рекомбинации в собственном слое. Количество носителей заряда, не дошедших до легированных слоев каскада (рекомбинировавших), увеличивается. Неравновесные носители, рекомбинировавшие в пределах собственного слоя, не дают вклад в генерируемую каскадом ЭДС.
Снижение фотодеградации возможно за счет уменьшения толщины собственного слоя аморфного каскада. Однако в связи с тем что в структуре двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля аморфный и микрокристаллический каскады соединены последовательно (вследствие чего величины токов каскадов взаимосвязаны), а величина тока аморфного каскада зависит от толщины его собственного слоя, нельзя внести данную модификацию без изменения оптического дизайна солнечного модуля.
Для внесения данной коррекции возможно применение промежуточного отражателя и входного широкозонного окна. Промежуточный отражатель представляет из себя слой полупроводникового материала n-типа с коэффициентом преломления, отличным от коэффициента преломления собственного слоя аморфного каскада (в данном случае, приблизительно в 1.7-2 раза, но в общем случае это не принципиально, отражение будет при любом отличие, но чем больше разница, тем больше отражение) и располагается вместо n-слоя аморфного каскада. Входное широкозонное окно представляет из себя слой полупроводникового материала р-типа, с шириной запрещенной зоны больше, чем ширина р-слоя аморфного каскада. В качестве этих материалов может быть использованы слои наночастиц кремния в матрице нестехиометрического оксида кремния (nc-Si/SiOx:H), легированные соответствующим типом примеси.
Применение этих слоев на основе nc-Si/SiOx:H в структуре двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля на основе кремния позволяют снизить толщину собственного слоя аморфного каскада до 50%, что в значительной мере снижает деградацию (до 50%).
При изготовлении/производстве тонкопленочного солнечного модуля наносят на фронтальную стеклянную подложку слой прозрачного проводящего оксида, поверх которого наносят подслой нестехиометрического карбида кремния методом плазмохимического осаждения из газовой фазы с добавлением в состав силан-водородной плазмы метана. На подслой методом плазмохимического осаждения из газовой фазы наносят аморфный каскад, при этом сначала наносят слой наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния р-типа, легированного бором (nc-Si/SiOx:H), выполняющего роль входного широкозонного окна, затем наносят слой на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) и далее слой наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния n-типа, легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), выполняющего роль промежуточного отражателя. На слой аморфного каскада наносят слой микрокристаллического каскада. Толщина собственного слоя подбирается из расчета согласования токов аморфного и микрокристаллического каскадов. Затем наносят тыльный контактный слой, после чего наносят продольные и поперечные электрические шины, поверх которых наносят тыльный отражатель, выполняющий герметизирующую функцию, на который установлено тыльное стекло и коммутационная коробка. В состав силановой плазмы при плазмохимическом осаждении, при нанесении слоя р-типа, введен углекислый газ в соотношении к силану 1 к 1, водород в соотношении к силану 1 к 300 и триметилбор в соотношении к силану 6 к 1000. При этом ширина запрещенной зоны получаемого слоя составляет более 2 эВ. Введение CO2 в состав газовой смеси, содержащей силан и водород, в процессе плазмохимического осаждения слоев кремния из газовой фазы приводит к формированию нестехиометрического оксида кремния и изменению механизма формирования наночастиц. Фронтальный контактный слой из прозрачного проводящего оксида и тыльный контактный слой выполнены из оксида цинка или оксида олова. После нанесения слоя прозрачного проводящего оксида, слоя микрокристаллического каскада и тыльного контактного слоя выполняют скрайбирование слоев на отдельные элементы и изоляцию по периметру.
Применение промежуточного отражателя на основе nc-Si/SiOx:H в структуре двухкаскадного тонкопленочного фотопреобразователя на основе аморфного и микрокристаллического кремния позволяет снизить толщину аморфного каскада, что снижает его деградацию и повышает стабилизированную эффективность.
Применение слоя nc-Si/SiOx:H в качестве входного широкозонного р-окна верхнего каскада позволяет повысить квантовую эффективность аморфного каскада двухкаскадного тонкопленочного фотопреобразователя на основе аморфного и микрокристаллического кремния, за счет снижения потерь от поглощения.
Уменьшение влияния эффекта Стеблера-Вронского происходит за счет уменьшения толщины собственного слоя. Уменьшение влияния данного эффекта повышает стабилизированную мощность двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля. Компенсация падения тока аморфного каскада производится за счет использования широкозонного материала р-слоя аморфного каскада (входного широкозонного р-окна) и промежуточного отражателя, переотражающего часть излучения обратно в аморфный каскад. Уменьшение количества излучения, проходящего в микрокристаллический каскад после введения промежуточного отражателя, компенсируется при уменьшении толщины аморфного каскада. В совокупности происходит уменьшение толщины аморфного каскада с сохранением токов аморфного и микрокристаллического каскадов, вследствие чего исходная мощность сохраняется, а стабилизированная мощность повышается.
Claims (19)
1. Тонкопленочный солнечный модуль, состоящий из последовательно расположенных:
фронтальной стеклянной подложки;
фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида;
подслоя из нестехиометрического карбида кремния р-типа;
аморфного и микрокристаллического каскадов, соединенных последовательно, при этом аморфный каскад состоит из р-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного бором (nc-Si/SiOx:H), являющегося широкозонным окном, собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:H) и n-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), являющегося промежуточным отражателем, а микрокристаллический каскад состоит из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H);
тыльного контактного слоя из прозрачного проводящего оксида;
продольных и поперечных электрических контактных шин;
тыльного отражателя, выполняющего герметизирующую функцию, установленного вместе с тыльным стеклом; и
коммутационной коробки.
2. Тонкопленочный солнечный модуль по п. 1, отличающийся тем, что фронтальный контактный слой и тыльный контактный слой выполнены из оксида цинка или оксида олова.
3. Способ изготовления тонкопленочного солнечного модуля, включающий
нанесение на фронтальную стеклянную подложку слоя прозрачного проводящего оксида;
нанесение подслоя из нестехиометрического карбида кремния методом плазмохимического осаждения из газовой фазы в силан-водородной плазме;
на подслой методом плазмохимического осаждения из газовой фазы наносят аморфный каскад, состоящий из р-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния р-типа, легированного бором (nc-Si/SiOx:H), являющегося широкозонным окном, собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) и n-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния n-типа, легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), являющегося промежуточным отражателем;
на слой аморфного каскада наносят слой микрокристаллического каскада, состоящего из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H), затем наносят тыльный контактный слой из прозрачного проводящего оксида, после чего наносят продольные и поперечные электрические шины, поверх которых наносят тыльный отражатель, выполняющий герметизирующую функцию, на который устанавливают тыльное стекло и коммутационную коробку.
4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в состав силановой плазмы при плазмохимическом осаждении, при нанесении слоя р-типа, введен углекислый газ в соотношении к силану 1 к 1, водород в соотношении к силану 1 к 300 и триметилбор в соотношении к силану 6 к 1000.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в состав силан-водородной плазмы при плазмохимическом осаждении при нанесении подслоя из нестехиометрического карбида кремния вводят метан.
6. Способ по п. 3, отличающийся тем, что фронтальный контактный слой и тыльный контактный слой выполнены из оксида цинка или оксида олова.
7. Способ по п. 3, отличающийся тем, что после нанесения слоя прозрачного проводящего оксида, слоя микрокристаллического каскада и тыльного контактного слоя выполняют скрайбирование слоев на отдельные элементы и изоляцию по периметру.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016119794A RU2648341C2 (ru) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления |
| PCT/RU2016/000384 WO2017204676A1 (ru) | 2016-05-23 | 2016-06-23 | Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016119794A RU2648341C2 (ru) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016119794A RU2016119794A (ru) | 2017-11-28 |
| RU2648341C2 true RU2648341C2 (ru) | 2018-03-23 |
Family
ID=60411458
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016119794A RU2648341C2 (ru) | 2016-05-23 | 2016-05-23 | Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648341C2 (ru) |
| WO (1) | WO2017204676A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2715088C1 (ru) * | 2019-03-14 | 2020-02-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц Тонкопленочных Технологий В Энергетике" | Способ изготовления тонкопленочного солнечного модуля с скрайбированием слоев |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050092357A1 (en) * | 2003-10-29 | 2005-05-05 | Xunming Deng | Hybrid window layer for photovoltaic cells |
| WO2013102576A1 (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-11 | Tel Solar Ag | Intermediate reflection structure in thin film solar cells |
| RU2535235C2 (ru) * | 2009-08-07 | 2014-12-10 | Гардиан Индастриз Корп. | Электронное устройство, включающее в себя слой(и) на основе графена, и/или способ его изготовления |
-
2016
- 2016-05-23 RU RU2016119794A patent/RU2648341C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2016-06-23 WO PCT/RU2016/000384 patent/WO2017204676A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050092357A1 (en) * | 2003-10-29 | 2005-05-05 | Xunming Deng | Hybrid window layer for photovoltaic cells |
| US20110111550A1 (en) * | 2003-10-29 | 2011-05-12 | Xunming Deng | Hybrid window layer for photovoltaic cells |
| RU2535235C2 (ru) * | 2009-08-07 | 2014-12-10 | Гардиан Индастриз Корп. | Электронное устройство, включающее в себя слой(и) на основе графена, и/или способ его изготовления |
| WO2013102576A1 (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-11 | Tel Solar Ag | Intermediate reflection structure in thin film solar cells |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2715088C1 (ru) * | 2019-03-14 | 2020-02-25 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц Тонкопленочных Технологий В Энергетике" | Способ изготовления тонкопленочного солнечного модуля с скрайбированием слоев |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2017204676A1 (ru) | 2017-11-30 |
| RU2016119794A (ru) | 2017-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI455338B (zh) | 超晶格結構的太陽能電池 | |
| CN101872793B (zh) | 叠层太阳能电池及其制造方法 | |
| AU3799999A (en) | Producing thin film photovoltaic modules with high integrity interconnects and dual layer contacts | |
| EP2467882B1 (en) | Solar cell | |
| US20120204936A1 (en) | Color building-integrated photovoltaic (bipv) panel | |
| Zeman | Thin-film silicon PV technology | |
| Schicho et al. | High potential of thin (< 1 µm) a‐Si: H/µc‐Si: H tandem solar cells | |
| JP2012186415A (ja) | 光電変換素子の製造方法、光電変換素子およびタンデム型光電変換素子 | |
| Fang et al. | Amorphous silicon/crystal silicon heterojunction double-junction tandem solar cell with open-circuit voltage above 1.5 V and high short-circuit current density | |
| Chang et al. | Development of high efficiency p–i–n amorphous silicon solar cells with the p-μc-Si: H/pa-SiC: H double window layer | |
| JP2001267598A (ja) | 積層型太陽電池 | |
| Yang et al. | All pin hydrogenated amorphous silicon oxide thin film solar cells for semi-transparent solar cells | |
| Chang et al. | High efficiency a-Si: H/a-Si: H solar cell with a tunnel recombination junction and a n-type μc-Si: H layer | |
| Fang et al. | High-efficiency micromorph solar cell with light management in tunnel recombination junction | |
| Shin et al. | Development of highly conducting n-type micro-crystalline silicon oxide thin film and its application in high efficiency amorphous silicon solar cell | |
| RU2648341C2 (ru) | Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления | |
| KR101770267B1 (ko) | 박막 태양전지 모듈 | |
| US9224886B2 (en) | Silicon thin film solar cell | |
| CN102157596B (zh) | 一种势垒型硅基薄膜半叠层太阳电池 | |
| de Vrijer et al. | Chemical stability and performance of doped silicon oxide layers for use in thin-film silicon solar cells | |
| KR20110093046A (ko) | 실리콘 박막 태양전지 및 그 제조 방법 | |
| KR20090076638A (ko) | 박막형 태양전지 및 그 제조방법 | |
| US20120180855A1 (en) | Photovoltaic devices and methods of forming the same | |
| JP4110713B2 (ja) | 薄膜太陽電池 | |
| CN101901847B (zh) | 一种薄膜太阳能电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180524 |