UA77251C2 - Thin-film solar cell - Google Patents
Thin-film solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- UA77251C2 UA77251C2 UA20040806418A UA20040806418A UA77251C2 UA 77251 C2 UA77251 C2 UA 77251C2 UA 20040806418 A UA20040806418 A UA 20040806418A UA 20040806418 A UA20040806418 A UA 20040806418A UA 77251 C2 UA77251 C2 UA 77251C2
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- layer
- solar cell
- thin
- type conductivity
- film
- Prior art date
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 12
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 abstract description 5
- 239000011368 organic material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N [O].[Ar] Chemical compound [O].[Ar] VVTSZOCINPYFDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Опис винаходуDescription of the invention
Даний винахід відноситься до пристроїв перетворення світлової енергії в електричну, а саме, до 2 тонкоплівкових сонячних фотоелектричних елементів.The present invention relates to devices for converting light energy into electrical energy, namely, to 2 thin-film solar photovoltaic cells.
Тонкоплівковий фотоелектричний елемент у загальному вигляді являє собою систему з двох напівпровідникових плівок п- та р-типу провідності, що мають між собою електричний контакт по всій площині плівок, та дві системи електричних контактів (електродів) до п- та р-типу плівок відповідно. Така структура формується на ізолюючій підкладці. У якості підкладки може бути використаним прозорий або непрозорий для 70 видимого випромінювання матеріал. Як правило, один з електродів виконується з прозорого матеріалу структури, що поглинає.A thin-film photovoltaic element in its general form is a system of two semiconductor films of p- and p-type conductivity, which have electrical contact with each other along the entire plane of the films, and two systems of electrical contacts (electrodes) to p- and p-type films, respectively. Such a structure is formed on an insulating substrate. Transparent or opaque material for visible radiation can be used as a substrate. As a rule, one of the electrodes is made of a transparent material of an absorbing structure.
Для підвищення ефективності роботи фотоелектричного перетворювача між плівками п- та р-типу вводять розділовий і-шар, який виконується з напівпровідника власної провідності. При цьому одержують так звану р-і-п структуру. Крім того, на прозорому провідному електроді для підвищення його провідності утворюється растр електродів у вигляді металічної сітки.To increase the efficiency of the photoelectric converter, a separating i-layer is introduced between the p- and p-type films, which is made of a semi-conductor of its own conductivity. At the same time, the so-called p-i-p structure is obtained. In addition, a grid of electrodes in the form of a metal grid is formed on the transparent conductive electrode to increase its conductivity.
В теперішній час широко відома велика кількість плівкових елементів з р-і-п структурою на основі різноманітних напівпровідникових матеріалів. Так наприклад, у (патенті Японії Мо3-63229| описана типова р-і-п структура на основі ще та дедех Більш удосконаленим пристроєм є структура, що запропонована у Іпатенті на винахід ЕР, Мео0536738|. Структура сонячного елемента, що приведена у даному патенті, наступна: на підкладку нанесені послідовно металічний електрод далі - шар р-о-5і, шар і-о-Зі, шар п-о-Зі:Н та прозорий провідний шар ше фо ері ле! на який нанесена прозора провідна сітка електродів. Структура ов Герметизується епоксидним полімером.Currently, a large number of film elements with p-i-p structure based on various semiconductor materials are widely known. For example, the Japanese patent Мо3-63229| describes a typical p-i-p structure on the basis of still and grandfathers. A more advanced device is the structure proposed in the EP patent for the invention, Мео0536738|. The structure of the solar cell given in this patent , the following: a metal electrode is successively applied to the substrate - a p-o-5i layer, an i-o-Zi layer, a p-o-Zi:N layer and a transparent conductive layer, on which a transparent conductive grid of electrodes is applied. The structure is sealed with an epoxy polymer.
Сонячні елементи, які створені на основі р-і-п структур з аморфним кремнієм, мають гарні показники о) вихідних параметрів. Так значення к.к.д. лежать у межах 10-12905. В той же час створення сонячних елементів на основі багатошарових структур надзвичайно складне технічно і технологічно: чим більша кількість шарів тим більша вірогідність розкиду вихідних параметрів структури та, відповідно, вищий відсоток браку. Тим більше, «-- зо що аналогічні значення параметрів коефіцієнту корисної дії можна одержати, використовуючи технічно більш прості структури. Щео,Solar cells, which are created on the basis of p-i-n structures with amorphous silicon, have good indicators o) initial parameters. Yes, the value of k.k.d. lie within 10-12905. At the same time, the creation of solar cells based on multilayer structures is technically and technologically extremely difficult: the greater the number of layers, the greater the probability of dispersion of the initial parameters of the structure and, accordingly, the higher percentage of defects. Moreover, "-- because similar values of the efficiency coefficient parameters can be obtained using technically simpler structures. Shit,
Найбільш близьким за технічним рішенням до того, що пропонується, є (патент Японії Мо2-32285), в якому на сч прозору скляну підкладку наносять прозорий провідний електрод зе зухоко сп ж-кеще бяКий одночасно йThe closest technical solution to what is proposed is (Japanese patent Mo2-32285), in which a transparent conductive electrode with a dry black-white color is applied to a transparent glass substrate at the same time and
Ск сатин вка ме виконує роль п-шару) та шар аморфного кремнію р-типу (Фіг.1). Між цими двома шарами утворюється р-п - перехід. На шар аморфного кремнію наносять другий електрод. Технічне рішення такої структури достатньо просте, але за умови одержання шарів вакуумним магнетронним напиленням к.к.д. стає стабільним, хоча й невисоким (6-8)90. «Sk satin vkame acts as a p-layer) and a p-type amorphous silicon layer (Fig. 1). Between these two layers, a p-p transition is formed. A second electrode is applied to the layer of amorphous silicon. The technical solution of such a structure is quite simple, but provided that the layers are obtained by vacuum magnetron sputtering, k.k.d. becomes stable, although not high (6-8)90. "
В основу винаходу поставлено завдання створення тонкоплівкового сонячного елемента, в якому завдяки використанню сучасних технологій та якісному підбору матеріалів, що використовуються в структурах, - с забезпечується покращення вихідних параметрів сонячного елемента, підвищення к.к.д., зниження енергетичних и витрат і за рахунок цього підвищення надійності та довговічності пристрою. ,» Поставлене завдання вирішується тим, що тонкоплівковий сонячний елемент, який містить прозору діелектричну підкладку з послідовно нанесеними на неї: прозорим провідним шаром щ 45 шк НУК п-типу провідності, шаром напівпровідника р-типу провідності, металічного електродного шару, згідно до -І винаходу в якості діелектричної підкладки обрана прозора органічна плівка, на яку послідовно нанесені: тонкі юю металічні шини вздовж всієї довжини плівки, шар п-типу провідності, шарThe invention is based on the task of creating a thin-film solar cell, in which, thanks to the use of modern technologies and the quality selection of materials used in the structures, the improvement of the initial parameters of the solar cell, the increase of efficiency, the reduction of energy and costs, and due to this increases the reliability and durability of the device. ,» The task is solved by the fact that a thin-film solar cell, which contains a transparent dielectric substrate with successively deposited on it: a transparent conductive layer of 45 sh NUK of p-type conductivity, a semiconductor layer of p-type conductivity, a metal electrode layer, according to -I according to the invention, a transparent organic film is selected as a dielectric substrate, on which the following are successively applied: thin metal bars along the entire length of the film, a layer of n-type conductivity, a layer
ТК Кн ЕК и СЕ іні р-типу провідності, між яким та наступним другим (металічним) електродним шаром розташовують шар гуде. з ЖTK Kn EK and SE are of p-type conductivity, between which and the next second (metallic) electrode layer, a hum layer is placed. with J
В якості другого електроду можуть бути обрані метали са, здиечіся о» дети: сжуєт Та ІНШІ.As the second electrode, metals can be chosen, such as: szhuet and OTHERS.
Конструктивне рішення структури сонячного елемента, що пропонується, зображено на Фіг.2. ЙThe proposed design solution of the structure of the solar cell is shown in Fig.2. AND
Порівняємо технічне рішення, що пропонується, Кк! прототипом, де прозорийLet's compare the proposed technical solution, Kk! a prototype where transparent
Ф) іме) електрод ( ще це ері дев) наноситься прямо на підкладку і при цьому має достатньо високий опір с ї 60 150-БОбом/кв. При великих розмірах структури це приводить до значних додаткових втрат електричної енергії.Ф) име) electrode (it's also an eri dev) is applied directly to the substrate and at the same time has a sufficiently high resistance of 60-150-BOB/sq. With large structure sizes, this leads to significant additional losses of electrical energy.
Винахід, що пропонується усуває недоліки, які має вищеописаний прототип. Тонкі металічні смуги (Фіг.2) - канали провідності, котрі нанесені вздовж прозорої органічної плівки, та які мають електричний і механічний контакти з прозорим провідним електродом, дозволяють вирішити завдання усунення суттєвої втрати енергії під час роботи сонячного елемента. 65 Другою суттєвою перевагою конструкції сонячного елемента, що пропонується, є вибір напівпровідникового матеріалу р-типу провідності, а саме ЖЕтя легованого в В структурі, що пропонується, у зв'язку з тим, Що має достатньо широку заборонену зону утворюється р-п перехід з більш крутим бар'єром, 95 відповідно при цьому відбувається кращий розподіл носіїв, що покращує вихідні параметри роботи сонячного елемента. Крім того, фосфід індію, легований цинком, що застосовується під час реалізації структури, яка заявляється, є напівпровідниковим матеріалом більш стійким до впливу високих рівнів ддяк-- радіації таThe proposed invention eliminates the shortcomings of the above-described prototype. Thin metal strips (Fig. 2) - conduction channels, which are applied along a transparent organic film, and which have electrical and mechanical contact with a transparent conductive electrode, allow solving the task of eliminating significant energy loss during the operation of the solar cell. 65 The second significant advantage of the proposed solar cell design is the choice of a semiconductor material of p-type conductivity, namely ZTE doped in the proposed structure, due to the fact that it has a sufficiently wide band gap, a p-p transition is formed with a steeper barrier, 95, respectively, at the same time, a better distribution of carriers occurs, which improves the initial parameters of the solar cell. In addition, zinc-doped indium phosphide used in the implementation of the claimed structure is a semiconductor material more resistant to high levels of radiation and
Я температур, ніж, наприклад, аморфний кремній, що використовується в прототипі. Таким чином, в р-п переході, 70 який пропонується, відсутнє взаємолегування при високих рівнях освітленості та підвищеної температури, що покращує значення вихідних параметрів при роботі сонячного елемента (часова стабільність, строк дії, надійність та довговічність).I temperatures than, for example, amorphous silicon used in the prototype. Thus, in the p-p transition, 70 which is proposed, there is no mutual doping at high levels of illumination and elevated temperature, which improves the value of the initial parameters during the operation of the solar cell (temporal stability, validity period, reliability and durability).
Введення підшару цинка між шаром напівпровідника та другим металічним електродом 75 покращує адгезію, створює гарний омічний контакт з електродом та виключає автолегування шару напівпровідника сторонніми матеріалами, що призводить до підвищення стабільності електричних параметрів сонячного елемента, а це, в свою чергу, стабілізує к.к.д. сонячного елемента в процесі його роботи.The introduction of a zinc sublayer between the semiconductor layer and the second metal electrode 75 improves adhesion, creates a good ohmic contact with the electrode, and eliminates auto-doping of the semiconductor layer with foreign materials, which leads to an increase in the stability of the electrical parameters of the solar cell, and this, in turn, stabilizes the CC. d. solar cell during its operation.
Структура тонкоплівкового елемента, що пропонується, може бути одержана наступним чином.The structure of the proposed thin film element can be obtained as follows.
Вздовж довжини органічної плівки (поліпропілен, поліетілентерефталат, полістирол, поліамід та ін.) наносять металічні смуги товщиною (20-100)мкм, на відстані одна від одної (5-20)мм, шириною (0,3-3,0)мм та товщиною (0,2-1,0)мкм. Матеріалом для смуг можуть бути обрані Яд: це "ой є ек ВЕ: Далі методом реактивного ВЧ-катодного (або магнетронного) розпилення мішені зняхе звше:, Де Зп(7-15)мас.Оо, вAlong the length of the organic film (polypropylene, polyethylene terephthalate, polystyrene, polyamide, etc.), metal strips with a thickness of (20-100) microns, at a distance of (5-20) mm from each other, and a width of (0.3-3.0) mm are applied and thickness (0.2-1.0) microns. The material for the stripes can be Yad: this is "oi" is ek VE: Next, by the method of reactive HF-cathode (or magnetron) sputtering of the target, sneheh zveshe:, Where Zp(7-15)mass.Oo, in
Я и сч ов атмосфері аргон-кисневої суміші наносять прозорий провідний шар шк зро ді, за який одночасно є о с ї напівпровідником п-типу для структури р-п переходу. Товщина прозорого провідного шару (0,05-0,50)мкм, опір (5-500)Ом/кв. Далі ВЧ-магнетронним напиленням осаджують шар » - товщиною (0,2-2)мкм, легований за з концентрацією (1015-10719)см, Далі на шар скзесниисеюяяю наносять шар сжже товщиною (0,05-0,10)мкм з й о послідовним нанесенням шару металічного електроду товщиною (0,2-1,0)мкм. сIn the atmosphere of an argon-oxygen mixture, a transparent conductive layer of the source is applied, which at the same time serves as a p-type semiconductor for the p-p junction structure. The thickness of the transparent conductive layer is (0.05-0.50) microns, the resistance is (5-500) Ohm/sq. Next, a layer with a thickness of (0.2-2) μm, doped with a concentration of (1015-10719)cm is deposited by RF magnetron sputtering. Next, a layer of (0.05-0.10) μm thick with about sequential application of a metal electrode layer with a thickness of (0.2-1.0) microns. with
Конкретний приклад реалізації.A concrete example of implementation.
Технічні характеристики тонко плівкового сонячного елемента. геTechnical characteristics of a thin film solar cell. hey
Товщина прозорої поліамідної плівки - 5ХОмкм. ї-The thickness of the transparent polyamide film is 50 μm. uh-
Товщина шару ІпР»Оз:5ПпО» - 0,1мкм.The thickness of the IpR»Oz:5PpO» layer is 0.1 μm.
Прозорість разом з підкладкою 8590 у діапазоні (400-1500)пт та провідність (100-150)Ом/кв.Transparency together with substrate 8590 in the range (400-1500) pt and conductivity (100-150) Ohm/sq.
Товщина шару ІпР(2п) - 0,7мкм. «The thickness of the IpR(2n) layer is 0.7 μm. "
Товщина шару (7п) - 0,1мкм.The thickness of the layer (7p) is 0.1 μm.
Товщина шару металічного електроду (А!) - 0,2мкм. - с При цьому вихідні параметри мали значення: ч» при легуванні шару ІпР цинком, коли його концентрація складала п-(1-3)х10 "см, " Іка х2ЗмА/см?,The thickness of the metal electrode layer (A!) is 0.2 μm. - с At the same time, the initial parameters had the following values: h" when doping the IpR layer with zinc, when its concentration was n-(1-3)x10 "cm, " Ika x2ZmA/cm?,
Их х -0,77ММ, к.к.д.-13905; і при легуванні шару ІпР цинком, коли його концентрація складала п-3х10бсм У, -і Ікз х27мА/см, юю Их х -0,74ММ, к.к.д.-1590; с 50Ih x -0.77MM, k.k.d.-13905; and when doping the IpR layer with zinc, when its concentration was n-3x10bsm U, -i Ikz x27mA/cm, yuyu Ih x -0.74MM, k.k.d.-1590; with 50
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040806418A UA77251C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Thin-film solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UA20040806418A UA77251C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Thin-film solar cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA77251C2 true UA77251C2 (en) | 2006-11-15 |
Family
ID=37506345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UA20040806418A UA77251C2 (en) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Thin-film solar cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA77251C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455730C2 (en) * | 2008-04-25 | 2012-07-10 | Улвак, Инк. | Solar cell |
-
2004
- 2004-08-02 UA UA20040806418A patent/UA77251C2/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2455730C2 (en) * | 2008-04-25 | 2012-07-10 | Улвак, Инк. | Solar cell |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8278549B2 (en) | TCO-based hybrid solar photovoltaic energy conversion apparatus | |
| US4315097A (en) | Back contacted MIS photovoltaic cell | |
| US4281208A (en) | Photovoltaic device and method of manufacturing thereof | |
| KR100974226B1 (en) | Backside surface passivation and reflection layer for Si solar cell by high-k dielectrics | |
| US3433677A (en) | Flexible sheet thin-film photovoltaic generator | |
| KR101895025B1 (en) | Solar cell module and manufacturing method thereof | |
| US8362354B2 (en) | Photovoltaic apparatus and method of manufacturing the same | |
| GB2077038A (en) | Fabrication of a solar battery using laserscribing | |
| CN102983209A (en) | Selective emitter solar cell and manufacturing method thereof | |
| KR20150116706A (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| WO2023151209A1 (en) | Thin-film solar cell module and manufacturing method therefor, and electrical device | |
| KR20160084261A (en) | Solar cell and manufacturing method thereof | |
| KR20180050020A (en) | Solar cell | |
| CN103928567B (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
| US7687870B2 (en) | Laterally configured electrooptical devices | |
| KR101920639B1 (en) | Back contact solar cell and manufacturing methode thereof | |
| KR101863068B1 (en) | Solar Cell and method of manufacturing the same | |
| UA77251C2 (en) | Thin-film solar cell | |
| CN113889554A (en) | Solar cell device and manufacturing method thereof | |
| KR20150060415A (en) | Solar cell module | |
| KR20110039777A (en) | Solar cell and method of fabricating the same | |
| KR101854236B1 (en) | Solar Cell and method of manufacturing the same | |
| KR20130030902A (en) | Solar cell module and method of fabricating the same | |
| KR101765922B1 (en) | Solar cell apparatus and method of fabricating the same | |
| KR101875741B1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same |