Технология тонкопленочных солнечных модулей большой площади на основе аморфного и микрокристаллического кремния

• Автор: Семенов, Александр Вячеславович
• Шифр специальности: 05.27.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТОНКОПЛЕНОЧНАЯ СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
1.1 Кремниевые тонкопленочные фотоэлектрические преобразователи
1.2 Технология изготовления двухкаскадных тонкопленочных солнечных модулей на основе аморфного и микрокристаллического кремния размером 1100x1300 мм
1.3 Технология получения аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями; полиморфный и протокристаллический кремний
1.4 Влияние технологических параметров на свойства материалов и параметры двухкаскадных фотоэлектрических преобразователей на основе аморфного и микрокристаллического кремния
Выводы по первой главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НЕ ЛЕГИРОВАННЫХ ПЛЕНОК АМОРФНОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ С НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ С УЛУЧШЕННОЙ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ И СТАБИЛЬНОСТЬЮ
2.1 Плазмохимическое осаждение из газовой фазы пленок кремния на установке КА
2.2 Методы исследования тонких пленок кремния и структур на их
основе
2.3 Исследование нелегированного слоя аморфного кремния первого каскада двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля
2.4 Разработка технологии и исследование пленок аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями
Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКИХ НЕЛЕГИРОВАННЫХ ПЛЕНОК МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ
3.1 Условия формирования и методы исследования тонких пленок микрокристаллического кремния
3.2 Исследование влияния толщины слоев микрокристаллического
кремния на их свойства
3.3 Исследование нелегированного слоя микрокристаллического кремния второго каскада двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля..

Выводы по третьей главе
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОКАСКАДНЫХ ФЭП И
ДВУХКАСКАДНЫХ ТСМ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ ОСАЖДЕНИЯ НЕЛЕГИРОВАННЫХ СЛОЕВ КРЕМНИЯ.
4.1 Изготовление образцов однокаскадпых фотоэлектрических преобразователей и двухкаскадных тонкопленочных солнечных
модулей
4.2 Исследование пленки ZnO для прозрачных проводящих электродов
4.3 Исследование однокаскадных тонкопленочных солнечных элементов
на основе аморфного кремния
4.4 Исследование характеристик двухкаскадных тонкопленочных солнечных минимодулей размером 100x100мм
4.5 Исследование деградации двухкаскадных тонкопленочных солнечных минимодулей
4.6 Исследование двухкаскадных тонкопленочных солнечных модулей большой площади, полученных при различных режимах осаждения нелегированного слоя микрокристаллического кремния
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследований. На сегодняшний день фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии является одним из самых перспективных направлений возобновляемой энергетики в мире. В Российской Федерации планируется до 2020 года ввести в строй солнечные электростанции суммарной мощностью 1,5 ГВт. Уже сегодня в эксплуатацию запущен завод по производству тонкопленочных солнечных модулей (ТСМ) большой площади мощностью 90 МВт/год в г. Новочебоксарске. Однако для того, чтобы оставаться конкурентоспособным на рынке фотовольтаики, необходимо постоянное совершенствование характеристик фотопреобразующих устройств, как тонкопленочных солнечных элементов (ТСЭ), так и модулей на их основе.
Тонкопленочные солнечные элементы на основе пленок аморфного и микрокристаллического гидрогенизированного кремния, в отличие от классических кремниевых солнечных элементов, обладают значительными преимуществами, обусловленными использованием низкотемпературных процессов, большой площадью ТСМ и малым расходом материала. Однако у ТСМ существуют и недостатки, в первую очередь связанные с относительно низкой эффективностью и наличием деградации параметров фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) в процессе эксплуатации.
Целью работы является повышение эффективности и стабильности тонкопленочных солнечных модулей большой площади за счет совершенствования технологии плазмохимического осаждения тонких нелегированных пленок аморфного и микрокристаллического гидрогенизированного кремния и исследование свойств пленок и ФЭП на их основе. Для достижения цели работы требуется решить основные задачи:
1. Разработка технологии формирования пленок нелегированного аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями (ьрт-БкН) и исследование их состава, структуры и фотоэлектрических свойств.

Таблица. 1.3 - Структура пленок как функция градиента температуры между подложкой и ВЧ электродом [55]
Sample Temperature СС) d VT Material
RF Substrate (cm) Г/cm)
90317С 200 150 ■s *25 pm-Si:H
903251) 150 150 0 pm-Si:H
903171) НЮ 150 2 -25 pm-Si:H
903 ISA 50 150 т -50 jic-Si:H
91012А 50 150 2.7 -39 pm-Si:H
91 ШЛ 50 250 2.7 -74 pC-Si:ll
“is ihe inter-electrode distance.
Однако получение рт-виН возможно при помощи непрерывной плазмы и без градиента температуры. В работе [56] рт-^ с нанокристаллитами размером 1-2 нм, встроенными в аморфную матрицу, был получен при температуре равной 100 °С. Различные параметры процесса: давление, мощность, разбавление и температура, как показано на рисунке 1.11, могут быть изменены для смещения процесса в сторону преобладания вторичных реакций в плазме. Однако для того, чтобы синтезировать кремниевые нанокристаллиты внутри силановой плазмы, давление в камере и плотность ВЧ разряда должны быть повышены по сравнению с параметрами осаждения а-8кН. Как правило, для предотвращения агломерации наиочастиц, газовую смесь сильно обогащают водородом. Водород в рамках уже известной нам модели травления способен травить поверхность кремния, предотвращая чрезмерный рост частиц в плазме.