WO2017204676A1 - Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления - Google Patents

Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления Download PDF

Info

Publication number
WO2017204676A1
WO2017204676A1 PCT/RU2016/000384 RU2016000384W WO2017204676A1 WO 2017204676 A1 WO2017204676 A1 WO 2017204676A1 RU 2016000384 W RU2016000384 W RU 2016000384W WO 2017204676 A1 WO2017204676 A1 WO 2017204676A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
silicon
amorphous
cascade
microcrystalline
Prior art date
Application number
PCT/RU2016/000384
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Алексей Валерьевич КУКИН
Евгений Иванович ТЕРУКОВ
Дмитрий Александрович АНДРОНИКОВ
Алексей Станиславович АБРАМОВ
Александр Вячеславович СЕМЕНОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц Тонкопленочных Технологий В Энергетике"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц Тонкопленочных Технологий В Энергетике" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Нтц Тонкопленочных Технологий В Энергетике"
Publication of WO2017204676A1 publication Critical patent/WO2017204676A1/ru

Links

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
    • 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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to the structure of a two-stage thin-film solar module (photoconverter) based on amorphous and microcrystalline silicon.
  • the closest analogue taken as a prototype is a method of plasma deposition of a layer of microcrystalline semiconductor material on a substrate and a solar cell obtained by this method (see
  • the upper layer consists of a p-type doped silicon layer, an i-type absorbing layer of amorphous silicon and an ⁇ -type doped silicon layer;
  • the lower layer consists of a p-type doped silicon layer, an i-type microcrystalline silicon absorbing layer and a p-type doped silicon layer.
  • a separation layer is made in the lower layer.
  • the disadvantage of the prototype is the strong photoinduced degradation of the amorphous cascade associated with the Stebler-Vronsky effect.
  • the objective of the claimed invention is to combat the Stebler-Wronsky effect, reducing the thickness of the amorphous cascade while increasing the efficiency of a two-stage thin-film solar module based on amorphous and microcrystalline silicon, due to the use of an intermediate reflector and a wide-gap entrance window based on ps-Si / SiOx: H in the structure.
  • the technical result is a reduction in photodegradation with a decrease in the thickness of the intrinsic layer of amorphous silicon, an increase in stabilized efficiency, an increase in quantum efficiency, due to a decrease in absorption losses.
  • a thin-film solar module design consisting of sequentially arranged: front glass substrate; front contact layer of transparent conductive oxide; sub-layer of non-stoichiometric p-type silicon carbide; amorphous and microcrystalline cascades connected in series, while the amorphous cascade consists of a p layer based on a layer of silicon nanoparticles in a matrix of hydrogenated non-stoichiometric silicon oxide doped with boron (nc-Si / SiO x : H), an intrinsic layer based on amorphous hydrogenated silicon (a -Si: H) and the ⁇ -layer silicon-based nanoparticles in the matrix layer of non-stoichiometric hydrogenated silica doped with phosphorus (nc-Si / SiO x: H), a microcrystalline cascade structure consists of a pin through mikrokr -crystal silicon (uc-Si: H); back contact layer; longitudinal
  • the front contact layer of a transparent conductive oxide and the rear contact layer are made of zinc oxide or tin oxide.
  • a method of manufacturing a thin-film solar module design including applying a layer of transparent conductive oxide to the front glass substrate; applying a sublayer of non-stoichiometric silicon carbide by plasma-chemical vapor deposition using methane in the composition of a silane-hydrogen plasma; An amorphous cascade consisting of a layer of silicon nanoparticles in a matrix of hydrogenated non-stoichiometric p-type silicon oxide doped with boron (nc-Si / SiO x : H), which acts as an input wide-gap window, an amorphous hydrogenated layer, is applied to the sublayer by plasma-chemical vapor deposition from the gas phase.
  • a-Si: H silicon
  • ps-Si / SiO x silicon
  • a layer of a microcrystalline cascade is deposited on a layer of an amorphous cascade, a back contact layer is applied, and then longitudinal and transverse electric buses are applied, on top of which a back reflector is applied, performing sealing function on which the rear glass and the junction box are installed.
  • carbon dioxide in the ratio of silane 1: 1, hydrogen in the ratio of silane 1: 300 and trimethylboron in the ratio of silane 6: 1000 were introduced into the silane plasma during plasma-chemical deposition, when a p-type layer was deposited.
  • the front contact layer of a transparent conductive oxide and the back contact layer are made of zinc oxide or tin oxide.
  • Figure 1 The structure of the solar module.
  • the problem is solved by changing the optical design of the photoconverter structure and reducing the thickness of the intrinsic layer of the amorphous cascade.
  • an input wide-gap window and an intermediate reflector can be used.
  • These layers can be made on the basis of nanostructured materials, for example ps-Si / SiOx: H.
  • the design of a silicon thin-film solar module consists of:
  • Front glass (1) which plays the role of a substrate in the production of thin-film solar modules.
  • front glass specialized glass with a lower iron content is used, which provides a wider spectrum of optical transmission;
  • the front contact layer of transparent conductive oxide (2) obtained by vapor deposition at reduced pressure and about 1700 nm thick. Most often, zinc oxide or tin oxide is used as the transparent conductive oxide. This layer acts as an electrode (necessary for current collection from the structure). At the same time, it must be transparent to optical radiation;
  • An amorphous cascade (3) consisting of a p-layer (8) based on a layer of silicon nanoparticles in a matrix of hydrogenated non-stoichiometric silicon oxide doped with boron (nc-Si / SiO x : H), an intrinsic layer based on amorphous hydrogenated silicon (a-Si: H) and p-layer (9) based on a layer of silicon nanoparticles in a matrix of hydrogenated non-stoichiometric phosphorus doped silicon oxide (nc-Si / SiO x : H);
  • Microcrystalline cascade (4) consisting of a pin structure based on microcrystalline silicon (uc-Si: H);
  • the back contact layer (5) of the transparent conductive oxide also acts as an electrode, and is usually manufactured using the same technology as the front contact layer, but its optical properties are less important;
  • the rear reflector (6) also acts as a sealant and is installed together with the rear glass (7) during lamination (module encapsulation);
  • a junction box is used for subsequent switching of solar modules in electrical systems. As a rule, it contains a shunt diode or diodes (not in the diagram);
  • the deposition of layers is in the order described, and the working side of the module is the side of the substrate.
  • a decrease in photodegradation is possible due to a decrease in the thickness of the intrinsic layer of the amorphous cascade.
  • the amorphous and microcrystalline cascades are connected in series in the structure of a two-stage thin-film solar module (as a result of which the cascade current values are interconnected), and the amorphous cascade current value depends on the thickness of its own layer, this modification cannot be made without changing the optical solar module design.
  • the intermediate reflector is a layer of ⁇ -type semiconductor material with a refractive index different from the refractive index of the intrinsic layer of the amorphous cascade (in this case, approximately 1.7-2 times, but in the general case this is not important, the reflection will be for any difference, but what the larger the difference, the greater the reflection) and is located instead of the p-layer of the amorphous cascade.
  • the entrance wide-gap window is a layer of p-type semiconductor material, with a wide forbidden zone greater than the width of the p-layer of the amorphous cascade. As these materials, layers of silicon nanoparticles in a matrix of non-stoichiometric silicon oxide (nc-Si / SiOx: H) doped with the corresponding type of impurity can be used.
  • nc-Si / SiOx H-based layers in the structure of a two-stage thin-film silicon solar module based on silicon makes it possible to reduce the thickness of the intrinsic layer of the amorphous cascade to 50%, which significantly reduces degradation (up to 50%).
  • a layer of transparent conductive oxide is deposited on the front glass substrate, over which a sublayer of non-stoichiometric silicon carbide is deposited by plasma-chemical vapor deposition with the addition of methane in a silane-hydrogen plasma.
  • An amorphous cascade is applied to the sublayer by the method of plasma-chemical vapor deposition, while first, a layer of silicon nanoparticles is deposited in a matrix of hydrogenated non-stoichiometric p-type silicon oxide doped with boron (nc-Si / SiO x : H), which acts as an input wide-gap window, then layer based on a hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), and a further layer of silicon nanoparticles in a matrix of silicon oxide of non-stoichiometric hydrogenated n-type doped with phosphorus (nc-Si / SiO x: H), performing the role promezhutochnog reflector.
  • a layer of a microcrystalline cascade is applied to the amorphous cascade layer.
  • the thickness of the intrinsic layer is selected from the calculation of the coordination of the currents of amorphous and microcrystalline cascades.
  • a back contact layer is applied, after which longitudinal and transverse busbars are applied, on top of which a back reflector is applied, which performs a sealing function, on which the rear glass and the junction box are installed.
  • the composition of a silane plasma during plasma-chemical deposition, when applying a p-type layer introduced carbon dioxide in the ratio of silane 1: 1, hydrogen in the ratio of silane 1: 300 and trimethylboron in the ratio of silane 6: 1000.
  • the band gap of the resulting layer is more than 2 eV.
  • the introduction of CO2 into the composition of a gas mixture containing silane and hydrogen during the plasma-chemical deposition of silicon layers from the gas phase leads to the formation of non-stoichiometric silicon oxide and a change in the mechanism of formation of nanoparticles.
  • the front contact layer of transparent conductive oxide and the back contact layer are made of zinc oxide or tin oxide. After applying a layer of transparent conductive oxide, a layer of a microcrystalline cascade and a back contact layer, scribing of the layers on individual elements and perimeter insulation is performed.
  • nc-Si / SiOx: H layer as an input wide-gap p-window of the upper cascade makes it possible to increase the quantum efficiency of the amorphous cascade of a two-stage thin-film photoconverter based on amorphous and microcrystalline silicon, due to the reduction of absorption losses.
  • the decrease in the effect of the Stebler-Vronsky effect occurs due to a decrease in the thickness of the intrinsic layer. Reducing the effect of this effect increases the stabilized power of a two-stage thin-film solar module.
  • Compensation of the current drop of the amorphous cascade is carried out by using a wide-gap material of the p-layer of the amorphous cascade (input wide-gap p-window) and an intermediate reflector that reflects part of the radiation back to the amorphous cascade.
  • a decrease in the amount of radiation passing into the microcrystalline cascade after the introduction of an intermediate reflector is compensated by a decrease in the thickness of the amorphous cascade.
  • the thickness of the amorphous cascade decreases, while the currents of the amorphous and microcrystalline cascades are preserved, as a result of which the initial power is preserved, and the stabilized power increases.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к структуре двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля (фотопреобразователя) на основе аморфного и микрокристаллического кремния. Конструкция тонкопленочного солнечного модуля состоит из последовательно расположенных: фронтальной стеклянной подложки; фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида; подслоя нестехиометрического карбида кремния р-типа; аморфного и микрокристаллического каскадов, соединенных последовательно, при этом аморфный каскад состоит из p-слоя 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 на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), а микрокристаллический каскад состоит из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H); тыльного контактного слоя; продольных и поперечных электрических контактных шин; тыльного отражателя выполняющего герметизирующую функцию, установленного вместе с тыльным стеклом; коммутационной коробки. Изобретение позволяет снизить деградацию при снижении толщины собственного слоя аморфного кремния, повысить стабилизированную эффективность, повысить квантовую эффективность, за счет снижения потерь от поглощения.

Description

КОНСТРУКЦИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ и
СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
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 с 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 большей 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 WO2012027857, МПК С23С16/24, 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 η-типа; нижний слой состоит из легированного кремниевого слоя р-типа, поглощающего слоя микрокристаллического кремния i-типа и легированного кремниевого слоя п-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 пс- 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 конструкция тонкопленочного солнечного модуля, состоящая из последовательно расположенных: фронтальной стеклянной подложки; фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида; подслоя 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), собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) и η-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), а микрокристаллический каскад состоит из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H); тыльного контактного слоя; продольных и поперечных электрических контактных шин; тыльного отражателя выполняющего герметизирующую функцию, установленного вместе с тыльным стеклом; коммутационной коробки.
В частном случае реализации конструкции, фронтальный контактный слой из прозрачного проводящего оксида и тыльный контактный слой выполнены из оксида цинка или оксида олова.
Поставленная задача и технический результат достигается также за счет способ изготовления конструкции тонкопленочного солнечного модуля, включающий нанесение на фронтальную стеклянную подложку слоя прозрачного проводящего оксида; нанесение подслоя 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 нанесен аморфный каскад, состоящий из слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния р-типа легированного бором (nc-Si/SiOx:H), выполняющего роль входного широкозонного окна, слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H), слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния η-типа легированного фосфором (пс- Si/SiOx:H), выполняющего роль промежуточного отражателя; на слой аморфного каскада нанесен слой микрокристаллического каскада, нанесен тыльный контактный слой, после чего нанесены продольные и поперечные электрические шины, поверх которых нанесен тыльный отражатель, выполняющий герметизирующую функцию, на который установлено тыльное стекло и коммутационная коробка.
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 :1 , водород в соотношении к силану 1 :300 и триметилбор в соотношении к силану 6:1000.
В частном случае реализации способа, фронтальный контактный слой из прозрачного проводящего оксида 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 (ускозонный 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 п-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 пс- 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 п-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 (в следствии 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 η-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 п-слоя аморфного каскада. Входное широкозонное окно представляет из себя слой полупроводникового материала р-типа, с ширеной 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 подслоя 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 п-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 :1 , водород в соотношении к силану 1 :300 и триметилбор в соотношении к силану 6:1000. При этом ширина запрещенной зоны получаемого слоя составляет более 2 эВ. Введение С02 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

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Конструкция тонкопленочного солнечного модуля, состоящая из последовательно расположенных:
• фронтальной стеклянной подложки;
• фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида;
• подслоя 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), собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) и η-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), а микрокристаллический каскад состоит из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (ис- Si:H);
• тыльного контактного слоя;
• продольных и поперечных электрических контактных шин;
• тыльного отражателя выполняющего герметизирующую функцию, установленного вместе с тыльным стеклом;
• коммутационной коробки.
2. Конструкция по п. 1 , отличающаяся тем, что фронтальный контактный слой из прозрачного проводящего оксида и тыльный контактный слой выполнены из оксида цинка или оксида олова.
3. Способ изготовления конструкции тонкопленочного солнечного модуля, включающий
- нанесение на фронтальную стеклянную подложку слоя прозрачного проводящего оксида;
нанесение подслоя 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 нанесен аморфный каскад, состоящий из слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния р-типа легированного бором (nc-Si/SiOx:H), выполняющего роль входного широкозонного окна, слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H), слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния η-типа легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), выполняющего роль промежуточного отражателя;
- на слой аморфного каскада нанесен слой микрокристаллического каскада, нанесен тыльный контактный слой, после чего нанесены продольные и поперечные электрические шины, поверх которых нанесен тыльный отражатель, выполняющий герметизирующую функцию, на который установлено тыльное стекло и коммутационная коробка.
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 :1 , водород в соотношении к силану 1 :300 и триметилбор в соотношении к силану 6:1000.
5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что фронтальный контактный слой из прозрачного проводящего оксида и тыльный контактный слой выполнены из оксида цинка или оксида олова.
6. 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.
PCT/RU2016/000384 2016-05-23 2016-06-23 Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления WO2017204676A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119794 2016-05-23
RU2016119794A RU2648341C2 (ru) 2016-05-23 2016-05-23 Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017204676A1 true WO2017204676A1 (ru) 2017-11-30

Family

ID=60411458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/000384 WO2017204676A1 (ru) 2016-05-23 2016-06-23 Конструкция тонкопленочного солнечного модуля и способ ее изготовления

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2648341C2 (ru)
WO (1) WO2017204676A1 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016119794A (ru) 2017-11-28
RU2648341C2 (ru) 2018-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8628995B2 (en) Tandem thin-film silicon solar cell and method for manufacturing the same
Mazzarella et al. Nanocrystalline n-type silicon oxide front contacts for silicon heterojunction solar cells: photocurrent enhancement on planar and textured substrates
Razykov et al. Solar photovoltaic electricity: Current status and future prospects
US6121541A (en) Monolithic multi-junction solar cells with amorphous silicon and CIS and their alloys
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
EP2467882B1 (en) Solar cell
Zeman Thin-film silicon PV technology
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
JP2001267598A (ja) 積層型太陽電池
Avrutin et al. Amorphous and micromorph Si solar cells: current status and outlook
CN101246926A (zh) 非晶硼碳合金及其光伏应用
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
KR101106480B1 (ko) 광기전력 장치의 제조 방법
KR20130036454A (ko) 박막 태양전지 모듈
KR20110093046A (ko) 실리콘 박막 태양전지 및 그 제조 방법
CN102157596A (zh) 一种势垒型硅基薄膜半叠层太阳电池
US20110220177A1 (en) Tandem photovoltaic device with dual function semiconductor layer
CN101901847B (zh) 一种薄膜太阳能电池
KR101465317B1 (ko) 유무기 하이브리드 적층형 태양전지 및 이의 제조방법
KR101644056B1 (ko) 박막형 태양전지 및 그 제조방법
Krajangsang et al. Hetero-junction microcrystalline silicon solar cells with wide-gap p-μc-Si 1− x O x: H layer

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16903292

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16903292

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1