RU2815653C1 - Method of forming solar battery cell - Google Patents
Method of forming solar battery cell Download PDFInfo
- Publication number
- RU2815653C1 RU2815653C1 RU2023129322A RU2023129322A RU2815653C1 RU 2815653 C1 RU2815653 C1 RU 2815653C1 RU 2023129322 A RU2023129322 A RU 2023129322A RU 2023129322 A RU2023129322 A RU 2023129322A RU 2815653 C1 RU2815653 C1 RU 2815653C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- battery cell
- solar battery
- texturing
- power density
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 11
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 4
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000005224 laser annealing Methods 0.000 description 1
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к лазерной физике и оптоэлектронике и может быть использовано для формирования ячейки солнечной батареи из монокристаллического кремния, сверхлегированного примесями.The invention relates to laser physics and optoelectronics and can be used to form a solar battery cell from monocrystalline silicon superdoped with impurities.
Известен способ формирования ячейки солнечной батареи, включающий получение пластины монокристаллического кремния р-типа, текстурирование обеих ее поверхностей и формирование на них токопроводящих контактов (см., в частности, С.Wen, Y.J. Yang, Y.J. Ma et al. Sulfur-hyperdoped silicon nanocrystalline layer prepared on polycrystalline silicon solar cell substrate by thin film deposition and nanosecond-pulsed laser irradiation, Applied Surface Science 476 (2019), pp. 49-60 [1]). В известном способе текстурирование задней (относительно падения солнечных лучей) поверхности пластины осуществляют одновременно со сверхлегированием кремния серой, а затем покрывают заднюю поверхность пластины алюминиевой пастой.There is a known method for forming a solar battery cell, which includes obtaining a p-type monocrystalline silicon wafer, texturing both of its surfaces and forming conductive contacts on them (see, in particular, S. Wen, Y. J. Yang, Y. J. Ma et al. Sulfur-hyperdoped silicon nanocrystalline layer prepared on polycrystalline silicon solar cell substrate by thin film deposition and nanosecond-pulsed laser irradiation, Applied Surface Science 476 (2019), pp. 49-60 [1]). In the known method, texturing of the rear (relative to the incidence of sunlight) surface of the wafer is carried out simultaneously with superalloying of silicon with sulfur, and then the rear surface of the wafer is coated with aluminum paste.
Недостаток известного способа состоит в том, что рабочий диапазон сформированной им ячейки ограничен 1,1 мкм, что снижает ее эффективность, т.к. длина волны солнечного излучения достигает 2,5 мкм.The disadvantage of this known method is that the operating range of the cell formed by it is limited to 1.1 microns, which reduces its efficiency, because The wavelength of solar radiation reaches 2.5 microns.
Известный из [1] способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.The method known from [1] is accepted as the closest analogue of the claimed method.
Техническая проблема, решаемая заявленным изобретением, состоит в создании способа формирования ячейки солнечной батареи из монокристаллического кремния, обладающей повышенной эффективностью в широком диапазоне длин волн.The technical problem solved by the claimed invention is to create a method for forming a solar battery cell from monocrystalline silicon, which has increased efficiency over a wide range of wavelengths.
При этом достигается технический результат, заключающийся в возможности формирования ячейки солнечной батареи из монокристаллического кремния с высокой поглощательной способностью в диапазоне всего солнечного спектра (250-2500 нм) при одновременном упрощении технологического процесса ее формирования и сокращения его продолжительности.In this case, a technical result is achieved, which consists in the possibility of forming a solar battery cell from monocrystalline silicon with high absorption capacity in the range of the entire solar spectrum (250-2500 nm) while simultaneously simplifying the technological process of its formation and reducing its duration.
Техническая проблема решается, а указанный технический результат достигается в результате создания способа формирования ячейки солнечной батареи, в котором получают пластину монокристаллического кремния р-типа и осуществляют текстурирование обеих ее поверхностей и формирование на них токопроводящих контактов. Текстурирование осуществляют химическим травлением в 2%-ном растворе гидроксида калия при температуре 80°С в течение 25 минут. Затем на одну из поверхностей упомянутой пластины в инертной атмосфере наносят алюминий с образованием слоя толщиной 5 нм, после чего подвергают его воздействию пучка лазерного излучения с длительностью импульса 120 нс и плотностью мощности 8 Дж/см2, а противоположную поверхность упомянутой пластины подвергают отжигу в результате воздействия на нее пучка лазерного излучения с длительностью импульса 120 нс и плотностью мощности 2,2 Дж/см2 в инертной атмосфере с образованием области n-типа.The technical problem is solved, and the specified technical result is achieved as a result of creating a method for forming a solar battery cell, in which a p-type monocrystalline silicon wafer is obtained and both of its surfaces are textured and conductive contacts are formed on them. Texturing is carried out by chemical etching in a 2% solution of potassium hydroxide at a temperature of 80°C for 25 minutes. Then, aluminum is applied to one of the surfaces of the said plate in an inert atmosphere to form a layer 5 nm thick, after which it is exposed to a laser beam with a pulse duration of 120 ns and a power density of 8 J/cm 2 , and the opposite surface of the said plate is annealed as a result exposure of it to a laser beam with a pulse duration of 120 ns and a power density of 2.2 J/cm 2 in an inert atmosphere with the formation of an n-type region.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение ячейки солнечной батареи, полученной заявленным способом.In fig. Figure 1 shows a schematic representation of a solar battery cell obtained by the claimed method.
На фиг. 2 представлена зависимость поглощательной способности ячеек солнечных батарей, сформированных различными способами, от длины волны (1 - пластина монокристаллического кремния р-типа без текстурирования, 2 - пластина монокристаллического кремния р-типа с текстурированием ее поверхностей без лазерной обработки, 3 - пластина монокристаллического кремния р-типа, обработанная, согласно заявленному способу).In fig. Figure 2 shows the dependence of the absorption capacity of solar cell cells formed in various ways on the wavelength (1 - p-type monocrystalline silicon wafer without texturing, 2 - p-type monocrystalline silicon wafer with texturing of its surfaces without laser treatment, 3 - p-type monocrystalline silicon wafer -type, processed according to the stated method).
Заявленный способ реализуют посредством выполнения следующей последовательности действий (см. фиг. 1).The claimed method is implemented by performing the following sequence of actions (see Fig. 1).
1. Получают пластину монокристаллического кремния р-типа (1) (см. ГОСТ 19658-81 [2]).1. A p-type monocrystalline silicon wafer is obtained (1) (see GOST 19658-81 [2]).
2. Осуществляют текстурирование обеих поверхностей пластины (1) химическим травлением в 2%-ном растворе гидроксида калия (KOH) при температуре 80°С в течение 25 минут. В результате травления по всей площади поверхностей образуются пирамидальные структуры (2) и (3).2. Texturing of both surfaces of the plate (1) is carried out by chemical etching in a 2% solution of potassium hydroxide (KOH) at a temperature of 80°C for 25 minutes. As a result of etching, pyramidal structures (2) and (3) are formed over the entire surface area.
3. Наносят на одну из поверхностей пластины (1) (в рабочем положении ячейки она является задней относительно падения солнечных лучей) в инертной атмосфере (любой инертный газ или смесь инертных газов) алюминий с образованием слоя (4) толщиной 5 нм, после чего подвергают его воздействию пучка лазерного излучения с длительностью импульса 120 нс и плотностью мощности 8 Дж/см2.3. Aluminum is applied to one of the surfaces of the plate (1) (in the working position of the cell relative to the incidence of sunlight) in an inert atmosphere (any inert gas or a mixture of inert gases) to form a layer (4) 5 nm thick, and then subjected to exposed to a laser beam with a pulse duration of 120 ns and a power density of 8 J/cm 2 .
4. Противоположную поверхность пластины (1) подвергают отжигу в результате воздействия на нее пучка лазерного излучения с длительностью импульса 120 нс и плотностью мощности 2,2 Дж/см2 в инертной атмосфере (любой инертный газ или смесь инертных газов) с образованием области n-типа.4. The opposite surface of the plate (1) is subjected to annealing as a result of exposure to a laser beam with a pulse duration of 120 ns and a power density of 2.2 J/cm 2 in an inert atmosphere (any inert gas or mixture of inert gases) with the formation of the n- region type.
5. Формируют (типовым способом, раскрытым, например, в A.S. Abramov, D.A. Andronikov, S.N. Abolmasov, E.I. Terukov. Silicon Heterojunction Technology: A Key to High Efficiency Solar Cells at Low Cost, High-Efficient Low-Cost Photovoltaics, pp.113-132 [3]) на обоих поверхностях пластины (1) токопроводящие контакты (5) и (6).5. Formed (in a typical manner, disclosed, for example, in A.S. Abramov, D.A. Andronikov, S.N. Abolmasov, E.I. Terukov. Silicon Heterojunction Technology: A Key to High Efficiency Solar Cells at Low Cost, High-Efficient Low-Cost Photovoltaics, pp.113 -132 [3]) on both surfaces of the plate (1) there are conductive contacts (5) and (6).
Возможность реализации заявленного способа подтверждена следующим экспериментом, принятым в качестве примера.The possibility of implementing the claimed method is confirmed by the following experiment, taken as an example.
Использовалась пластина монокристаллического кремния (бор-легированного), выращенная методом Чохральского. Пластина имела кристаллографическую ориентацию <100>, удельное сопротивление составляло 1-3 Ом⋅см, толщина - 120 мкм, размеры - 157×157 мм2.A wafer of monocrystalline silicon (boron-doped) grown by the Czochralski method was used. The plate had a crystallographic orientation <100>, the resistivity was 1-3 Ohm⋅cm, the thickness was 120 μm, and the dimensions were 157×157 mm 2 .
Дальнейшая обработка пластины осуществлялась следующим образом.Further processing of the plate was carried out as follows.
Сначала осуществлялось химическое травление обеих поверхностей пластины в 2%-ном растворе KOH при температуре 80°С в течение 25 минут. Затем на одну из поверхностей пластины наносился алюминий с образованием пленки толщиной 5 нм с помощью установки магнетронного распыления в инертной атмосфере (аргон).First, chemical etching of both surfaces of the plate was carried out in a 2% KOH solution at a temperature of 80°C for 25 minutes. Then aluminum was deposited onto one of the surfaces of the plate to form a 5 nm thick film using a magnetron sputtering setup in an inert atmosphere (argon).
После этого данная поверхность подвергалась воздействию пучка лазерного излучения с длительностью импульса 120 нс и мощностью 0,1 мДж, сфокусированного на поверхности пластины в пятно с радиусом ≈20 мкм, что соответствовало пиковой плотности мощности лазера 8 Дж/см2.After this, this surface was exposed to a laser beam with a pulse duration of 120 ns and a power of 0.1 mJ, focused on the surface of the plate into a spot with a radius of ≈20 μm, which corresponded to a peak laser power density of 8 J/cm 2 .
Противоположная поверхность пластины подвергалась лазерному отжигу в инертной атмосфере (аргон) в результате воздействия на нее пучка лазерного излучения с длительностью импульса 120 нс и плотностью мощности 2,2 Дж/см2. Пучок лазерного излучения фокусировался на поверхности пластины в пятно с радиусом ≈0,5 мм, что соответствовало пиковой плотности мощности лазера 2,2 Дж/см2.The opposite surface of the plate was subjected to laser annealing in an inert atmosphere (argon) as a result of exposure to a laser beam with a pulse duration of 120 ns and a power density of 2.2 J/cm 2 . The laser beam was focused on the surface of the plate into a spot with a radius of ≈0.5 mm, which corresponded to a peak laser power density of 2.2 J/cm 2 .
В обоих случаях использовался волоконный наносекундный лазер на основе иттербия HTF Mark, разработанный ОКБ «Булат» (Москва, Россия). Лазер имел центральную длину волны λ=1064 нм, максимальную энергию в импульсе Emax до 1 мДж. Частота следования импульсов равнялась 20-80 кГц.In both cases, a nanosecond ytterbium-based fiber laser HTF Mark, developed by the Bulat Design Bureau (Moscow, Russia), was used. The laser had a central wavelength λ = 1064 nm, a maximum pulse energy E max of up to 1 mJ. The pulse repetition rate was 20-80 kHz.
Заявленный способ обеспечивает возможность создания ячейки солнечной батареи, обладающей повышенной эффективностью как следствие возрастания поглощательной способности такой ячейки в широком диапазоне солнечного спектра (250-2500 нм) (см. фиг. 2).The claimed method makes it possible to create a solar battery cell with increased efficiency as a result of an increase in the absorption capacity of such a cell in a wide range of the solar spectrum (250-2500 nm) (see Fig. 2).
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2815653C1 true RU2815653C1 (en) | 2024-03-19 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2608302C1 (en) * | 2015-10-22 | 2017-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Design of monolithic silicon photoelectric converter and its manufacturing method |
| US9691918B2 (en) * | 2014-01-31 | 2017-06-27 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Solar battery cell and manufacturing method for the solar battery cell |
| US20170236954A1 (en) * | 2011-08-05 | 2017-08-17 | Beamreach | High efficiency solar cell structures and manufacturing methods |
| RU2683941C1 (en) * | 2018-03-30 | 2019-04-03 | ООО "Инжиниринговый центр микроспутниковых компетенций" | Semiconductor solar battery based on concentrator of photosensitive refined mirrors using thermoelectric conversion |
| CN109844960A (en) * | 2016-10-05 | 2019-06-04 | 信越化学工业株式会社 | The manufacturing method of high photoelectricity conversion efficiency solar battery and high photoelectricity conversion efficiency solar battery |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170236954A1 (en) * | 2011-08-05 | 2017-08-17 | Beamreach | High efficiency solar cell structures and manufacturing methods |
| US9691918B2 (en) * | 2014-01-31 | 2017-06-27 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Solar battery cell and manufacturing method for the solar battery cell |
| RU2608302C1 (en) * | 2015-10-22 | 2017-01-17 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Design of monolithic silicon photoelectric converter and its manufacturing method |
| CN109844960A (en) * | 2016-10-05 | 2019-06-04 | 信越化学工业株式会社 | The manufacturing method of high photoelectricity conversion efficiency solar battery and high photoelectricity conversion efficiency solar battery |
| RU2683941C1 (en) * | 2018-03-30 | 2019-04-03 | ООО "Инжиниринговый центр микроспутниковых компетенций" | Semiconductor solar battery based on concentrator of photosensitive refined mirrors using thermoelectric conversion |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4468853A (en) | Method of manufacturing a solar cell | |
| JP5459901B2 (en) | Method for manufacturing photoelectric conversion device module | |
| US8895839B2 (en) | Multijunction photovoltaic device | |
| US8313975B2 (en) | Method for manufacturing photoelectric conversion device | |
| KR20090113227A (en) | Method for manufacturing photoelectric conversion device | |
| US20110143480A1 (en) | Microwave anneal of a thin lamina for use in a photovoltaic cell | |
| Wen et al. | Sulfur-hyperdoped silicon nanocrystalline layer prepared on polycrystalline silicon solar cell substrate by thin film deposition and nanosecond-pulsed laser irradiation | |
| CN104362219B (en) | Crystalline solar cell production process | |
| CN112054086A (en) | Method for preparing silicon-based photoelectric detector with transverse junction | |
| WO2012040917A1 (en) | Shallow junction solar battery and manufacturing method thereof | |
| FR2956924A1 (en) | PHOTOVOLTAIC CELL INCORPORATING A NEW TCO LAYER | |
| JP4248793B2 (en) | Method for manufacturing thin film solar cell | |
| Kwon et al. | Investigation of antireflective porous silicon coating for solar cells | |
| RU2815653C1 (en) | Method of forming solar battery cell | |
| JP2011243855A (en) | Solar cell element and method of manufacturing the same and solar cell module | |
| KR101076355B1 (en) | Solar cell and manufacturing method of the same | |
| JP2002164555A (en) | Solar battery and forming method | |
| Bothwell et al. | CdMgTe as an electron reflector for MgZnO/CdSeTe/CdTe solar cells | |
| TW201201396A (en) | Method for manufacturing a solar panel | |
| JP3346907B2 (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
| Thornton et al. | High performance all‐sputter deposited Cu2S/CdS junctions | |
| RU2619446C1 (en) | Method for production of re-emitting textured thin films based on amorphous hydrogenated silicon with silicon nanocrystals | |
| FR3003089A1 (en) | MONOLITHIC SILICON PLATE WITH MULTI-JOINT P / N VERTICAL. | |
| Stolberg et al. | Ablation of SiN Passivation Layers on Photovoltaic Cells with Femtosecond Laser Source | |
| Meeth et al. | Pulsed laser deposition of thin film CdTe/CdS solar cells with CdS/ZnS superlattice windows |