Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Орехов Дмитрий Львович

Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения
<
Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Орехов Дмитрий Львович. Разработка технологии гетероструктурных солнечных элементов на кристаллическом кремнии с использованием промышленных реакторов плазмохимического осаждения: диссертация ... кандидата технических наук: 05.27.06 / Орехов Дмитрий Львович;[Место защиты: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)].- Санкт-Петербург, 2015.- 123 с.

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Литературный обзор 11

1.1 Общие сведения 11

1.2 Концепция гетероструктурных элементов .14

1.3 Подложки и приготовление поверхности 19

1.4 Осаждение тонких пленок a-Si:H .21

1.4.1. Собственные тонкие пленки a-Si:H .21

1.4.2. Легированные слои a-Si:H 25

1.4.3. Поглощение в a-Si:H тонких пленках 28

1.5. Прозрачный проводящий оксид 30

1.6. Металлизация 33

1.7. Результаты по кремниевым гетероструктурным СЭ 35

ГЛАВА 2. Оптимизация параметров hit элементов 37

2.1. Основные физические соотношения, определяющие эффективность HIT СЭ .37

2.2. Оптимизация характеристик HIT элемента 40

ГЛАВА 3. Разработка технологического процесса изготовления гетероструктурных фэп на кремнии 48

3.1 Пассивация пластин монокристаллического кремния 48

3.1.1 Оптимизация режимов пассивации и определение эффективной площади реактора KAI 48

3.1.2 Определение допустимого времени хранения пластин после хим. обработки .52

3.1.3 Разработка прозрачного контакта .53

3.2 Разработка контактной сетки 58

3.2.1 Контактное сопротивление материалов к ITO 58

3.2.2 Сопротивление паст на ITO 63

3.2.3 Нанесение контактной сетки методом трафаретной печати .63

3.2.4 Пайка металлических лент 67

3.2.5 Контактирование тыльной стороны 68

3.3. Разработка прототипа паллеты для загрузки пластин в реакторы KAI .70

3.3.1 Требования к паллете .70

3.3.2 Материалы для изготовления паллет 71

3.3.3 Конструкция паллет 73

3.3.4 Макет упрощенной паллеты 77

3.4 Разработка процедуры текстурирования поверхности пластин 79

3.4.1 Обработка кремниевых подложек в химических растворах .79

3.4.1.1 Химическая очистка в растворах RCA 81

3.4.1.2 Удаление нарушенного слоя (химическое полирование) 81

3.4.1.3 Текстурирование .82

3.4.1.4 Пассивация 82 3.4.2 Экспериментальные работы 83

3.4.2.1 Очистка текстурированных пластин .83

3.4.2.2 Процедуры изготовления текстурированной кремниевой подложки 84

3.5. Изготовление HIT элементов с эффективностью свыше 20 % 89

3.5.1 Изготовление образцов HIT элементов 89

3.5.2. Исследование стабильности параметров HIT структур 94

3.5.3. Изготовление прототипов солнечных элементов HIT .96

3.5.3.1 Химическая обработка и текстурирование 96

3.5.3.2 Формирование гетеропереходов при помощи реакторов KAI 99

3.5.3.3 Завершение изготовления прототипов

и измерения их параметров .103

3.5.3.4. Анализ результатов изготовления

прототипов 105

Основные результаты и выводы 110

Список литературы

Осаждение тонких пленок a-Si:H

Фотоэлектрические устройства напрямую преобразуют энергию солнца в электрическую энергию. На сегодня солнечное излучение, падающее на Землю, может обеспечить человечество энергией в 10 000 раз превышающим потребности. Поэтому фотовольтаика имеет большой потенциал и к тому же является экологически чистым источником энергии [1]. Долгое время стоимость солнечной энергии была выше стоимости традиционных видов энергии. Однако на сегодня стоимость снизилась до 0,1 – 0,2 Евро/кВт, что позволяет этому источнику энергии конкурировать с традиционными. Это связано с постоянным снижением цен на солнечную энергию, которое обусловлено увеличением производственных мощностей, а также усовершенствованием технологии [2], [3]. Фотоэлектрические свойства кристаллического кремния (c-Si) были открыты в лабораториях Белла в Нью-Джерси в 1941 году, а первые концепции формирования фотовольтаических устройств на основе кремния описаны в [4]. К 1954 году был разработан элемент на основе c-Si к КПД 6% с использованием диффузионных p-n переходов [5]. Это устройство можно считать первым современным солнечным элементом. Оно было предназначено для питания повторителя на телефонной станции, но стоимость устройства была слишком высока и первые его применения были осуществлены на спутниках. Развитие масштабных наземных солнечных электростанций началось в 1970-х годах, что было связано с резким подорожанием стоимости ископаемых источников энергии и возникновению опасений по поводу влияния их использования на экологию. С тех пор c-Si доминировал на рынке фотовольтаики и сегодня занимает около 90% доли рынка. Это определяется двумя факторами: с-Si обладает стабильность, нетоксичен и распространённый полупроводник с хорошо изученными физическими свойствами. К тому же этот материал успешно использовался в микроэлектронной промышленности и, таким образом, накопленные ранее знания начали использовать применительно к солнечным элементам. Доля стоимости пластин кристаллического кремния в стоимости готового фотовольтаического модуля составляет порядка 40-50%, таким образом, повышение эффективности модуля – это основной путь к снижению стоимости за счет использования меньших количеств кремния из расчета на Ватт энергии. Вместе с этим снижение стоимости комплектующих и работ по инсталляции приводит к большому интересу к технологии высокоэффективных солнечных элементов.

Постоянно улучшающееся электронное качество кремниевых пластин и слитков, из которых их изготавливают, стало основным фактором для улучшения КПД монокристаллических кремниевых элементов. Процесс изготовления фотовольтаических устройств также усложнился [2]. В общем, солнечные элементы должны генерировать носители заряда за счет оптимального поглощения во всем спектре солнечного излучения, но также возникает необходимость, чтобы эти избыточные носители заряда эффективно собирались с минимальными потерями на рекомбинации на их пути к выводам устройства. При использовании тонких пластин возникает необходимость снизить рекомбинацию на поверхности солнечного элемента. Это достигается за счет пассивации. За последние годы было развито большое количество методов поверхностной пассивации. Исторически используемые сегодня пассивирующие слои получили развитие для применения в затворных диэлектриках для микроэлектроники. Среди пассивирующих слоев наиболее изученным является полученный методом термического синтеза диоксид кремния (SiO2). В солнечном элементе на основе монокристаллического кремния с максимальным КПД 25 % (при AM 1,5 1000 Вт/м2) также использовались тонкие пленки SiO2 [6], [7]. Уменьшение размеров в микроэлектронной промышленности требует поиска альтернативного SiO2 диэлектрика [8]. В фотовольтаике поиск альтернативных пассивирующих слоев связан с температурными ограничениями [9]. Эффективность применения полученных при более низких температурах методом влажного термического окисления пленок [10] в солнечных элементах показана в [11], [12]. Другими пригодными для применения в фотовольтаике диэлектриками являются аморфный оксид кремния (a-SiNx:H) [13], [14], SiO2/aSiNx:H структуры [15], или оксид алюминия (Al2O3) [16], [17], [18]. Так как пассивирующий слой с фронтальной стороны является изолирующим, контакты к эмиттеру осуществлены «прокалыванием» металлом (чаще всего серебром), за счет чего получается непосредственный контакт с активным поглощающим слоем [19], [20], [21]. На рис. 1.1 схематически изображен устройство с пассивированной фронтальной поверхностью и полностью металлизированной тыльной поверхностью. Высокоэффективные солнечные элементы на основе диффузионных переходов в массовом производстве чаще всего также включают в себя пассивирующий слой с тыльной стороны, который также «прокалывается» основным контактом [22], [23].

Несмотря на практически безрекомбинационную поверхность, полученную с помощью пассивирующих слоев, описанных выше, присутствие высокой степени рекомбинации на металлических контактах остается лимитирующим фактором для получения высокого КПД монокристаллических солнечных ячеек. В лучшем случае, при игнорировании ценового аспекта, компромисс между полным контактированием и поверхностной пассивацией достигается за счет локального удаления диэлектрических слоев. Рекомбинацию можно снизить еще больше определяя локально диффузионные участки с более высокой степенью легирования под металлическими контактами [6]. Однако такой подход приводит к увеличению количества операций при изготовлении элементов, что делает его менее привлекательным для масштабного производства.

Более элегантным решением является использование пассивирующих (гетероструктурных) контактов, которые выполняют двойную роль: пассивируют и контактируют. В обзоре приведены данные по самым заметным достижениям в данной области и обсуждаются текущий статус и будущие направления. Обзор последовательно описывает шаги изготовления кремниевых гетероструктурных солнечных элементов.

Оптимизация характеристик HIT элемента

Для изготовления гетероструктурных приборов легированнные слои должны формировать эмиттер и поле тыльной поверхности. Легированные слои a-Si:H обычно осаждаются в тех же системах что и собственные буферные слои. Для легирования в p-тип применяют триметил бор (TMB) или биборан (B2H6), для легирования в n-тип применяют фосфин (PH3). Оба легироующих газа обычно сильно разбавлены в водороде. Так как внедрение легирующих газов в процессные камеры может привести к появлению устойчивых эффектов памяти в ходе последовательных осаждений, для изготовления высокоэффективных приборов необходимо использовать системы с несколькими камерами (кластерные системы) или системы с эффективной процедурой чистки камер.

Хотя легированные слои в принципе способствуют появлению полевого эффекта на поверхности пластины, их свойства электронной пассивации часто оказываются хуже, чем в случае применения собственных слоев [72]. Пример разницы в качестве пассивации легированными и собственным слоями a-Si:H приведен на рис. 1.5. На графике показаны образцов осажденными в Швейцарском федеральном институте технологии в Лозанне (EPFL) слоями с толщиной, соответствующей толщине в приборах. Все слои были осаждены по отработанной технологии. Все результаты представлены для пленок неподвергавшихся пост-ростовой обработке (отжигу). Пленки осаждены на пластины с беспорядочной пирамидальной структурой толщиной 200 мкм. Несмотря на большую плотность дефектов в более тонких слоях были достигнуты времена жизни носителей до 7 мс (при избыточной плотности носителей 1015 см"3) для собственных слоев толщиной всего 15 нм. Избыточная плотность носителей образцов при облучении одним солнцем при напряжении холостого хода (Uxx) отмечены на графике кружками. Если определять Uxx, как энергетическое расстояние между уровнем электронов и квази-Ферми уровнем дырок

Получим значение 738 мВ при облучении одним солнцем для представленных собственных слоев. В выражении (2), к - постоянная Больцмана, Т - температура, q - заряд электрона, По и р0 - плотности электронов и дырок при отсутствии облучения, определяемые уровнем легирования пластины, а n и р - избыточные плотности носителей при возбуждении (обычно n = р). Легированные слои, осажденные непосредственно на поверхность пластины приводят к худшей пассивации. На рис. 5 показаны кривые времени жизни для образцов 15-ти нанометровых слоев р- и п- типа, осажденных на пластины. При избыточной концентрации носителей 1015 см"3, получено время жизни менее 0,1 мс. При облучении одним солнцем это соответствует напряжению всего в 613 мВ. Аналогично для приборов на основе кремниевых гетероструктур с легированными слоями, осажденными непосредственно на монокристаллические пластины имели ограничение по Uxx [73]. Такое ухудшение пассивации скорее всего связано с дефектами, образующимися из-за введения лигатуры в матрице аморфного кремния. Этот эффект особенно ярко наблюдается в случае слоев р-типа, но также может играть роль и в случае слоев n-типа. Стоит отметить, что этот эффект обусловлен в основном не присутствием атомов легирующих элементов, а скорее сдвигом уровня Ферми от середины запрещенной зоны [74]. Такой сдвиг может существенно снизить энергию образования собственных дефектов, которая противодействует намеренному легированию. Увеличение степени легирования может привести к более высокой плотности дефектов, что приводит к сдвигу уровня Ферми. Значительное увеличение энергии Урбаха при увеличении уровня легирования скорее всего связано с тем же феноменом [75]. Связь между уровнем легирования и формированием дефектов отмечена для толстых слоев a-Si:H в работе [76].

В связи с формированием таких дефектов, становится сложно одновременно добиться хорошей пассивации и требований по легированию. В связи с этим между поверхностью кристаллического кремния и легированного слоя a-Si создаётся буферный нелегированный слой a-Si, толщиной несколько нанометров, что впервые было продемонстрировано фирмой Sanyo. Польза от внедрения такого нелегированного слоя ясно видна из графика на рис. 5. В этом случае также была сформирована ассиметричная структура, в которой с одной стороны кристаллической пластины осаждался a-Si слой p-типа, а с другой a-Si слой n-типа. При избыточной плотности носителей 1015 см-3 достигались времена жизни носителей более 3 мс. При освещении мощностью одно солнце это приводит к Uxx 729 мВ. Чуть более низкое качество пассивации по сравнению с собственным a-Si слоем без последующего осаждения легированных слоев может быть объяснено либо формированием дефектов в собственном слое за счет осаждения слоя p-типа, либо зондированием электронной волновой функцией через ультратонкий собственный слой в дефектные легированные слои [77].

Пассивация, достигаемая за счет собственных буферных слоев a-Si:H, способствует долгому эффективному времени жизни носителей, как показано на рис. 1.5. Факт того, что носители заряда могут просачиваться через такие тонкие слои позволяет исключить необходимость формирования контактов напрямую к пластине с помощью активной к рекомбинации металлизации. Эти два фактора способствуют получению высоких значений Uxx, которые обычно получают для гетероструктурных солнечных элементов. Однако время жизни неосновных носителей, сформированных в слоях a-Si:H (особенно в легированных слоях), очень мало, что приводит к паразитическому характеру поглощения в этих слоях. Это не влияет тыльную сторону ячейки, так как весь видимый свет поглощается в пластине, но поглощение света в слоях a-Si:H на фронтальной стороне солнечного элемента приводит потерям в токе короткого замыкания [78]. Тигучи и др. впервые показали, что насыщенный дефектами p-слой в гетероструктурном солнечном элементе, снижает коротковолновую внешнюю квантовую эффективность и соответственно ток короткого замыкания [79]. Утоньшение p-слоя приводит к практически линейному характеру увеличения тока короткого замыкания. Однако, Uхх и фактор заполнения резко снижаются для p-слоев толщиной до 3 нм, которая задается как минимально допустимая толщина слоя [80].

Аналогично коротковолновое паразитное поглощение во фронтальном собственном слое также приводит к стабильному снижению Iкз в готовых устройствах, хотя детальный анализ изменений Iкз в зависимости от толщины собственного слоя показывает, что примерно 30% образованных в собственном слое носителей собираются. Опять же минимально допустимая толщина задается значением Uхх. Этот параметр резко падает при толщине слоя менее 5 нм, что приводит также к снижению фактора заполнения [78]. Эта тенденция определяется плохой пассивацией поверхности пластины, которая определяется близостью легированного слоя к поверхности пластины кристаллического кремния

Контактное сопротивление материалов к ITO

К сожалению, в литературе нет однозначных данных о времени окисления тех или иных c-Si пластин, особенно в условиях чистой комнаты с контролируемым уровнем влажности. По этой причине был проведен ряд экспериментов, в котором пластины TOPSIL с ориентацией 100 после их обработки в HF находились разное время в атмосфере чистой комнаты класса чистоты ISO-7 до ее загрузки в KAI реактор для пассивации собственными слоями a-Si:H. Как видно из Рис. 3.3, качество пассивации остается тем же даже в случае нахождения пластины на воздухе в течении 40 мин после HF обработки.[105] 3.1.3 Разработка прозрачного контакта

Прозрачный верхний контакт на основе проводящего оксида (transparent conductive oxide (TCO)) является важным элементом конструкции тонкопленочного СЭ. С одной стороны, TCO должен быть достаточно прозрачным, чтобы пропускать сквозь себя большую часть солнечного света. С другой стороны, TCO должен обладать достаточной проводимостью (т.е. низким удельным сопротивлением) для собирания тока СЭ без омических потерь. Очевидно, что оба этих факторов влияют на эффективность СЭ.).

Пленка неравномерна по толщине Пленка равномерна; толщина пленки 0,79-0,85 мкм; толщина пленки 0.98 мкм; удельное сопротивление 140-220 Ом см удельное сопротивление 90 Ом см Рис. 3.4. Слои ZnO:B нанесенные на кремниевые пластины TOPSIL и их эллипсометрические спектры. Слева: нанесение без использования затеняющей металлической маски. Справа: нанесение с использованием затеняющей маски в форме квадрата. Технологическая линия TEL Solar использует оксид цинка легированный бором (ZnO:B) в качестве TCO для микроморфных СЭ. Слои ZnO:B наносятся на стеклом методом газофазного химического осаждения при низком давлении (low-pressure chemical vapor deposition (LPCVD))

На Рис. 3.4 показаны результаты процесса осаждения оксида цинка на кремниевые пластины используя стандартный рецепт применяемый для изготовления ZnO:B на стекле в микроморфных модулях. Слева на рисунке показаны результаты для процесса нанесения без использования затеняющей металлической маски, справа с использованием маски в форме квадрата. Видно, что использование квадратной затеняющей маски не приводит к формированию четкой формы квадрата на c-Si пластине, что связано с диффузионной природой процесса LPCVD. Таким образом, затенение краев HIT СЭ, необходимое для предотвращения электрических закороток по краям c-Si пластины, является в этом случае проблематичным. Более того исследования показали, что процесс нанесения ZnO:B на c-Si пластины существенно отличается от процесса на стекле, что связано с разницей в нагреве c-Si пластин в процессе осаждения. Если стандартный LPCVD рецепт на стекле приводит к формированию равномерного ZnO:B слоя с толщиной порядка 2 мкм, то на c-Si пластинах слой получается неравномерный с значительно меньшей толщиной и соответственно большим удельным сопротивлением (Рис. 3.4).

Следующим типом TCO, который широко исследуется для применения в тонкопленочных СЭ является оксид цинка изготавливаемый методом магнетронного распыления. Для изготовления данных слоев в настояшей работе использовалась магнетронная распылительная система Oxford Instruments, позволяющая наносить равномерные слои на образцы площадью 10х10 см2. В качестве материала мишени использовался оксид цинка легированный галлием (ZnO:Ga). Из Рис. 3.5 видно, что использование слоя ZnO:Ga в качестве верхнего TCO контакта HIT СЭ на плоской c-Si подложке (TOPSIL) приводит к току короткого замыкания = 28.5 мА/см2. Тем не менее, при толщине = 800 нм данный слой обладает достаточно высоким удельным сопротивлением = 150 Ом см. Также видно, что данный слой имеет достаточно высокую отражающую способность 25% в диапазоне 380-1100 нм. Снижение сопротивления слоя за счет Рис. 3.5. Внешняя квантовая эффективность HIT СЭ с 800 нм ZnO:Ga слоем в качестве верхнего ТСО контакта и отражающая способность этого слоя (нижняя кривая). увеличения его толщины приводило к уменьшению тока короткого замыкания за счет большего поглощения света в слое. По этим причинам была приобретена магнетронная мишень, состоящая из оксида индия (90%) и оксида олова (10%) (indium tin oxide (ITO)). Следует заметить, что ITO является стандартом в HIT технологии, т.к. позволяет создавать ТСО слои толщиной всего 80-100 нм, которые могут выполнять также роль антиотражающего покрытия. Оптимизация параметров ITO слоя позволила получить 80 нм ITO слои с удельным сопротивлением 50 Ом см и средним оптическим пропусканием в области поглощения кремния 82% (нижний график на Рис. 3.6), что позволило увеличить ток короткого замыкания до 34 мА/см2 на плоской поверхности (пунктирная черная линия на Рис. 6). Дальнейшая разработка процедуры текстурирования c-Si пластин позволила увеличить ток до 37.5 мА/см2, т.е. на 24% по сравнению с ТСО на основе ZnO на плоской поверхности.

Изготовление образцов HIT элементов

Для формирования гетеропереходов в солнечных элементах, изготовленных по технологии HIT, используют слои аморфного кремния. Под действием света в собственных пленках аморфного кремния происходит увеличение концентрации дефектов (эффект Стеблера-Вронского), что приводит к фотоиндуцированной деградации параметров тонкопленочных солнечных элементов. Известно, что фотоиндуцированная деградация солнечных элементов на основе аморфного кремния уменьшается со снижением толщины собственного слоя. Несмотря на то, что используемые в HIT технологии собственные слои примерно на 2 порядка тоньше, чем собственные слои pin структур, используемых в тонкопленочной технологии, и в литературе отсутствуют данные о фотоиндуцированной деградации HIT элементов изготовленных на основе пластин кристаллического кремния n 95 типа, консультантами был поставлен вопрос о стабильности параметров HIT структур, изготавленных в ходе настоящей работы.

Исследование стабильности проводилось путем длительного (600 ч) облучения образцов при температуре 50 0C и интенсивности света 100 мВт/см2. Для исследования были использованы два типа образцов:[104] 1) Образцы кристаллического кремния, пассивированного аморфным кремнием. Исследовалось влияние длительного освещения на величину времени жизни неравновесных носителей. Предполагалось, что использование такого типа образцов позволит отделить деградацию, связанную с аморфным кремнием, от других типов деградации, связанных, например, с окислением подверженных воздействию атмосферного воздуха и влаги контактов незагерметизированных лабораторных солнечных элементов; 2) Образцы лабораторных ячеек HIT с конструкцией, приведенной на рис. 26. На рис. 3.28 приведены зависимости времени жизни пассивированных пластин (а) и эффективности лабораторных ячеек HIT (б) от времени освещения. Из рисунка видно, что время жизни увеличивалось в течение первых 100 ч облучения, что скорее связано с медленным отжигом образца при температуре 50 0C, чем с фотоиндуцированными изменениями, а затем оставалось неизменным при длительности освещения до 600 ч. Изменений в эффективности лабораторной НIT ячейки после 600 ч не наблюдалось. Для дополнительной проверки стабильности образцы прототипов солнечных элементов HIT (см. следующий раздел) были отосланы для независимой экспертизы в компанию TUV Rheinland (Германия).

Прототипом солнечного элемента HIT в данной работе называется солнечный элемент изготовленный из псевдоквадратной пластины размером 156х156 см2. Для изготовления прототипов были использованы пластины кремния n-типа производства компании NEXOLON толщиной 180 мкм, сопротивлением 3-4 Ом/квадрат и временем жизни измеренном в кристалле перед раскройкой на пластины свыше 1 мс. Поскольку в НТЦ отсутствует оборудование для жидкостной химической обработки и осаждения ITO для пластин такого размера, большая часть операций по изготовлению прототипов была проведена в сторонних лабораториях. Ниже приведена информация по основным шагам изготовления прототипов.

Химическая обработка и текстурирование пластин проводились в лаборатории компании Singulus (Мюнхен, Германия). Фотография системы использованной для обработки пластин приведена на рис.3.29. Обработка проводилась при помощи тефлоновых кассет, вмещавших 23 пластины. Всего было обработано 46 пластин разбитых на 2 партии. Перед началом обработки были проверены параметры процесса при помощи трех пластин, обработка которых прерывалась на разных этапах процесса. Основными методами контроля качества обработки пластин являлись взвешивание, оптическая микроскопия и измерение отражения.

Изображения пластины после удаления нарушенного слоя (а) и текстурирования (б), полученные при помощи оптического микроскопа.

Последним шагом процесса была обработка в концентрированной азотной кислоте с целью создания на поверхности пластин защитного оксидного слоя. После завершения обработки пластины были помещены в транспортировочную коробку. Разделение пластин в коробке осуществлялось при помощи прокладки специальной бумаги между пластинами.

Для формирования гетеропереходов прототипов солнечных элементов HIT были использованы условия, полученные ранее при разработке технологии изготовления лабораторных HIT ячеек с эффективностью свыше 16 % (см. Раздел 7.1). Перед началом изготовления серии прототипов была проведена серия контрольных экспериментов с целью оптимизации процедуры подготовки пластин к формированию гетеропереходов. Контроль качества подготовки осуществлялся при помощи измерения времени жизни на пассивированных пластинах.

Для удаления оксида, которым были запассивированны пластины после химической обработки и текстурирования, применялась обработка в 5% растворе плавиковой кислоты в течение 30 секунд. Затем для предотвращения разбрызгивания плавиковой кислоты при сушке пластины полоскались в ДИ воде. Для полоскания и подготовки растворов использовалась вода с удельным сопротивлением 18 Ом см. Поскольку в НТЦ отсутствовали специализированные кассеты для химической обработки и оборудование для осушки (обнаружено, что применение сушилки, встроенной в систему ультразвуковую мойку Crest, ведет к снижению времени жизни до величин менее 1 мс), то обработка пластин проводилась поштучно. Известно, что поверхность кремния имеет низкое смачивание (гидрофобная поверхность). Поэтому, в случае идеальной обработки пластин, вся поверхность после удаления пассивирующего слоя должна иметь низкое смачивание (не должно оставаться влаги на поверхности после извлечения из ванны для полоскания). При подготовке к формированию гетеропереходов было обнаружено, что часть пластин имело дефекты в очистке поверхности. На рис. 3.31 приведены фотографии пластин без существенных дефектов (а) и с дефектом, образовавшимся после касания поверхности пластины безворсовой салфеткой с целью удаления частицы бумаги с поверхности (б). Из рисунка видно, что трение бумаги о поверхность привело к формированию значительной области с высоким смачиванием, что связано с остаточным загрязненнием области или неполным удалением оксида.