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

Технология тонкопленочных солнечных модулей большой площади на основе аморфного и микрокристаллического кремния Семенов, Александр Вячеславович

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

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

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

Семенов, Александр Вячеславович. Технология тонкопленочных солнечных модулей большой площади на основе аморфного и микрокристаллического кремния : диссертация ... кандидата технических наук : 05.27.06 / Семенов Александр Вячеславович; [Место защиты: С.-Петерб. гос. электротехн. ун-т (ЛЭТИ)].- Санкт-Петербург, 2015.- 149 с.: ил. РГБ ОД, 61 15-5/1650

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Тонкопленочная солнечная энергетика 10

1.1 Кремниевые тонкопленочные фотоэлектрические преобразователи 13

1.2 Технология изготовления двухкаскадных тонкопленочных солнечных модулей на основе аморфного и микрокристаллического кремния размером 1100х1300 мм 18

1.3 Технология получения аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями; полиморфный и протокристаллический кремний 28

1.4 Влияние технологических параметров на свойства материалов и параметры фотоэлектрических преобразователей на основе кремния 40

Выводы по первой главе 55

ГЛАВА 2. Разработка технологии аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями с улучшенной фоточувствительностью и стабильностью 56

2.1 Плазмо-химическое осаждение из газовой фазы пленок кремния на установке KAI 56

2.2 Методы исследования тонких пленок кремния и структур на их основе 61

2.3 Исследование нелегированного слоя аморфного кремния первого каскада двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля 65

2.4 Разработка технологии и исследование пленок аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями 69

Выводы по второй главе 84

ГЛАВА 3. Формирование и исследование тонких нелегированных пленок микрокристаллического кремния 85

3.1 Условия формирования и методы исследования тонких пленок микрокристаллического кремния 85

3.2 Исследование собственного слоя микрокристаллического кремния второго каскада тонкопленочного солнечного модуля 86

3.3 Исследование нелегированного слоя микрокристаллического кремния второго каскада двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля.. 90

Выводы по третьей главе 98

4. Исследование двухкаскадных солнечных модулей, полученных при различных режимах осаждения нелегированного слоя микрокристаллического кремния второго каскада 100

4.1 Изготовление образцов однокаскадных фотоэлектрических преобразователей и двухкаскадных тонкопленочных солнечных модулей 104

4.2 Исследование пленки ZnO для прозрачных проводящих электродов 106

4.3 Исследование однокаскадных тонкопленочных солнечных ячеек на основе аморфного кремния 113

4.4 Исследование характеристик двухкаскадных тонкопленочных солнечных минимодулей размером 100х100мм 116

4.5 Исследование деградации двухкаскадных тонкопленочных минимодулей на основе аморфного и микрокристаллического кремния. 123

4.6 Исследование двухкаскадных тонкопленочных солнечных модулей большой площади, полученных при различных режимах осаждения нелегированного слоя микрокристаллического кремния 127

Выводы по четвертой главе

Заключение 132

Список сокращений и условных обозначений 134

Список литературы

Технология получения аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями; полиморфный и протокристаллический кремний

В конце XIX века после начала промышленной революции ученые, инженеры и изобретатели начали задумываться об альтернативах угольному топливу и биомассе, вклад которых к началу XX века составлял почти 100% от мирового потребления энергоресурсов. Освоение технологии нефти и газодобычи в XX веке стало приводить к постепенному снижению вкладов твердого топлива в мировой энергетический баланс, и к началу 70-х годов прошлого века, нефть стала основным энергоресурсом с вкладом в энергетический баланс 47% [1]. Растущая вера в то, что нефть и уголь были ограниченными ресурсами, которые рано или поздно могли закончиться и тем самым привести к глобальному мировому кризису, принуждала многие страны задуматься о развитии альтернативных источников энергии. В итоге, энергетический кризис 70-х годов дал толчок к пересмотру энергетических стратегий многих стран. Стало ясно, что нефть не может быть надежной долговременной основой развития мировой энергетики и необходимо диверсифицировать используемые первичные источники энергии. Начавшее бурное развитие атомной энергетики в мире резко замедлилось в связи с Чернобыльской катастрофой в 1986 году. Отметим, что трагедии, похожие на эту, случаются и по сей день. В 2011 году произошёл взрыв атомного реактора на АЭС Фукусима-1 в Японии. Все это делает будущее атомной энергетики туманным.

Наряду с энергетическими проблемами, в мире стала нарастать озабоченность уровнем воздействия человекам на окружающую среду. В 1992 году была принята Рамочная конференция ООН об изменениях климата (РКИК), признавшая существование проблемы изменения климата, являющейся в значительной мере результатом антропогенной деятельности человека. Во многих странах начались активные исследования и разработки по поиску новых, более экологически безопасных источников энергии, которые минимально влияют на количество выбросов CO2. К таким источникам относятся возобновляемые источники энергии (ВИЭ), в частности, солнечная энергетика. История современной солнечной энергетики уходит к середине XIX века.

Годом заложения физических основ фотовольтаики можно считать открытие А.Е. Беккерелем фотовольтаического эффекта в 1839 году. Лишь в 1954 году Д. Чаплин и др. объявили о создании первой пригодной к использованию фотопреобразовательной ячейки на основе пластин кристаллического кремния с коэффициентом преобразования равным 6% [2]. На сегодняшний день фотоэлектрическое преобразование солнечной энергии является одним из наиболее перспективных направлений возобновляемой энергетики. В большинстве развитых стран приняты законы по государственной поддержке возобновляемой энергетики, способствующие значительному увеличению мощностей солнечных парков. Такие страны, как Германия, Япония, США стали лидерами по количеству различных видов инсталляций от частного использования на крышах домов, до больших солнечных парков, достигших мощности в 100 МВт [3]. В 2012 г. в мире было установлено солнечных парков суммарной мощностью более 31 ГВт при общей мощности установленных к 2013 году более 102 ГВт и ожидаемой к 2020 году - 400-500 ГВт [4].

Существует три основных направления развития фотоэлектрических преобразователей: кремниевое, концентраторное и тонкопленочное. Во многом из за уже имеющейся хорошо отработанной технологии получения высококачественных слитков кремния, используемых для микроэлектронной промышленности, лидирующую позицию на рынке фотоэлектрических преобразователей заняла технология, основанная на использовании подложек из моно- или поликристаллического кремния с большим размером зерен. Кристаллический кремний является непрямозонным полупроводниковым материалом с шириной запрещенной зоны 1,1 эВ и обладает низким коэффициентом оптического поглощения ( 100 cm-1 при E Eg). В связи с этим, для полного поглощения солнечного света необходимо использовать подложки толщиной более 100 мкм. За годы совершенствования технология производства фотоэлектрических преобразователей на основе кристаллического кремния прошла путь от простого p-n перехода к гораздо более совершенным устройствам с пассивацией поверхности кристаллического кремния для уменьшения поверхностной рекомбинации, с использованием текстурирования поверхности для увеличения эффективного оптического пути света в кремниевой подложке с нанесенными антиотражающими покрытиями.

На сегодняшний день эффективность солнечных батарей на основе монокристаллического (c-Si) и поликристаллического кремния (poly-Si) достигла 25% [5] и 20,4% [6], соответственно. Объемы установленных энергетических мощностей на основе данных фотопреобразовательных элементов превышают 90 %. Недостатком данной технологии по-прежнему является относительно высокая цена. Кристаллические кремниевые солнечные модули имеют большой температурный коэффициент, который уменьшает эффективность преобразования солнечного света при высоких рабочих температурах.

Лидерами по эффективности преобразования солнечной энергии в мире являются фотоэлектрические элементы на основе гетеропереходов с концентрированием солнечного излучения. Такие структуры имеют эффективность более 37% [4]. Концентрирование солнечного излучения подразумевает систему слежения за положением солнца, что делает такие системы более дорогими.

Несмотря на доминирующую роль технологии кристаллического и поликристаллического кремния на рынке фотовольтаики и рекордно высокую эффективность фотопреобразователей концентраторного типа, в последнее десятилетие все большее распространение получают технологии производства солнечных элементов на основе тонких пленок различных полупроводниковых материалов. К наиболее развитым технологиям изготовления полупроводниковых тонкопленочных солнечных элементов на сегодняшний день можно отнести следующие: технологию фотоэлементов на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si) [7-9] и ее производные (тандемные фотопреобразовательные элементы на основе аморфного и микрокристаллического кремния (a-Si/jiic-Si)[10], двух- и трехкаскадные элементы на основе сплавов аморфного и микрокристаллического кремния a-SiGe, цс-SiGe, a-SiOx и др. [11]), телурида кадмия (CdTe) [12], диселенида меди и индия (CIGS – copper indium gallium (di) selenide) [13], а также многопереходных солнечных элементов на основе соединений 3-ей и 5-ой группы (A3B5) – GaAs, GaInP, GaInAs и т.д. [14]. В последнее время распространение также получает технология производства тонкопленочных фотопреобразовательных элементов на основе кестерита Cu2ZnSnS4 (CZTS) [15].

Методы исследования тонких пленок кремния и структур на их основе

Для слоев микрокристаллического кремния степень водородного разбавления непосредственно влияет на степень кристалличности получаемых слоев. Так, при значениях степени водородного разбавления более 10-20, начинается осаждение микрокристаллической пленки со степенью кристалличности более 50-60%. Кристалличность пленки микрокристаллического кремния не является постоянной при изменении толщины пленки и возрастает при увеличении ее толщины. Это связано с наличием инкубационного слоя, в котором происходит зарождение кристаллитов в аморфной фазе и степень кристалличности этого слоя всегда меньше степени кристалличности пленки на стадии осаждения, когда произошло полное формирование кристаллитов. Избыточное увеличение степени кристалличности с ростом пленки приводит к образованию трещин в структуре материала, что отрицательно сказывается на характеристиках получаемых ФЭП. В работе [77] предлагается по мере осаждения постепенно менять величину водородного разбавления для того, чтобы поддерживать степень кристалличности микрокристаллического кремния на постоянном уровне по всей толщине слоя. Применение такого метода позволило авторам работы увеличить эффективность однопереходного микрокристаллического ФЭМ на 1,8 % в абсолютных величинах. Степень кристалличности является очень важным параметром собственного слоя микрокристаллической ячейки, т.к. от него сильно зависят такие параметры ФЭП, как напряжение холостого хода, ток короткого замыкания и стабильность относительно долгосрочной деградации [58]. Так, с увеличением степени кристалличности напряжение холостого хода ФЭП падает, ток короткого замыкания растет, стабилизированная эффективность имеет оптимальное значение в среднем диапазоне значений кристалличности (50-60%) [45, 46, 47]. Наличие экстремума связано с тем, что при малых значениях степени кристалличности, наличие большого количества кремния в аморфной фазе приводит к плохому поглощению длинноволновой части оптического спектра и плохому фотоотклику, для больших значений кристалличности характерно понижение напряжения холостого хода и долговременной стабильности материала, вследствие плохой пассивации границ кристаллических зерен и наличия полостей и трещин на границах зерен, способствующих диффузии атомов кислорода и молекул воды вдоль этих дефектов [37, 38]. В работе [62] продемонстрировано, что максимальное значение стабилизированной эффективности ФЭП на основе микрокристаллического кремния достигается при значении степени кристалличности равном 57%. Хорошим показателем для определения зависимости стабилизированной эффективности микрокристаллического ФЭП от степени кристалличности собственного слоя является измерение величины коэффициента внутризонного поглощения на энергии 0,8 эВ, значение которого имеет минимум для оптимальной степени кристалличности [81].

Следует отметить, что степень кристалличности слоев микрокристаллического кремния зависит также и от других технологических параметров, таких, как мощность ВЧ-разряда, давление в реакторе, потоки силана и водорода. Степень кристалличности собственного слоя микрокристаллического перехода тандемного ФЭП является очень важным параметром и его оптимизации была посвящена значительная часть данной работы.

Влияние давления в реакторе на свойства материалов и параметры ФЭП. Давление в ростовой камере, наряду с его объёмом, определяет время нахождения прекурсоров в нем. Время нахождения, например, радикалов силана в реакторе определяет скорость осаждения пленки, степень утилизации газа. Увеличение давления в реакторе ведет к уменьшению энергии ионов, осуществляющих бомбардировку поверхности осаждаемой пленки, в то же время приводит к увеличению вероятности пылеобразования, особенно при больших мощностях разряда, используемых при осаждении слоев микрокристаллического кремния, ухудшению качества материала, и уменьшению скорости осаждения (для микрокристаллического кремния).

Увеличение давления в реакторе приводит к повышению вероятности столкновения ионов с нейтральными радикалами в объеме плазмы и уменьшению потока ионов к электроду, на котором размещена подложка с осаждаемым слоем. Также следствием увеличения давления в реакторе является уменьшение потенциала плазмы, и, как следствие, меньшей энергии ионов, бомбардирующих подложку [82]. Уменьшение ионной бомбардировки в целом положительно отражается на структуре осаждаемой пленки. Однако увеличение давления приводит к увеличению вероятности пылеобразования. Этот эффект можно нейтрализовать только за счет уменьшения межэлектродного расстояния.

Осаждение слоев аморфного кремния, как правило, осуществляется в более узком диапазоне давлений: 0,2-0,7 мбар, для слоев микрокристаллического кремния характерен более широкий диапазон используемых давлений (вплоть до 10 мбар при осаждении в реакторе с малым межэлектродным расстоянием). Следует отметить, что для осаждения слоев кремния с промежуточными между аморфным и микрокристаллическим кремнием свойствами, например полиморфный кремний или протокристаллический кремний, используются более высокие давления (2-2,5 мбар) [74]. Обзор получения и свойств данных материялов будет приведен ниже, в данном параграфе ограничимся рассмотрением зависимостями свойств материалов и ФЭП от параметров процесса только для аморфного и микрокристаллического кремния.

Исследование собственного слоя микрокристаллического кремния второго каскада тонкопленочного солнечного модуля

Из данного рисунка видно, что, помимо характерной для образца c-Si_1 неоднородности толщины по краям подложки, имеется также неоднородность коэффициента экстинкции по краям подложки. Средняя значение коэффициента экстинкции выше, чем для образца c-Si_1, что связано с уменьшенной долей кристаллической фазы (52-54%, см таблицу 3.4). Влияние неоднородности доли кристаллической фазы по площади подложки на характеристики минимодулей исследовано в параграфе 4.4. Несмотря на снижение доли кристаллической фазы до необходимого диапазона 50-60%, сильно ухудшилась неоднородность по коэффициенту экстинкции, который связан с долей кристаллической фазы, что, в свою очередь, может привести к высокой неоднородности тока короткого замыкания ТСМ по площади подложки. Поэтому был подобран режим №3 (модифицированный режим).

На рисунке 3.8 представлены результаты эллипсометрии образца c-Si_3, полученного при модифицированном режиме (№3). В качестве модифицированного режима были выбраны следующие условия: поток силана – 510 ст.см3/мин, поток водорода – 8500 ст.см3/мин, мощность ВЧ излучения – 3300 Вт, температура – 160 С, давление в ростовой камере - 2,5 мбар. Из данного рисунка и таблицы видно, что полученная пленка имеет очень хорошую равномерность по толщине 6,8 и 4,0 для 13x15 и 11х13 точек, соответственно, и относительно высокую скорость роста 5,07 А/c. Существует при этом относительно повышенная неоднородность по коэффициенту экстинкции k (, из-за чего возможно уменьшение тока короткого замыкания ТСМ большой площади, при коммутации ТСЭ.

Образец c-Si_3 В работах [113,117,118] используется метод ИК-Фурье спектроскопии фототока для анализа фототока, связанного с поглощением на дефектах в пленках кремния, находящихся внутри щели подвижности. В частности, в работе [117] при помощи данного метода исследовался коэффициент оптического поглощения в области 0,4 до 1,2 эВ. Именно в этой области энергии располагаются дефектные состояния, связанные с разорванными связями, как в аморфном кремнии. Так микрокристаллический кремний является гетерофазной системой, состоящей также из аморфной фазы, то несомненно поглощение в данной области имеет место быть.

Спектр FTPS сигнала двух образцов полученных при базовом №1 (образец c-Si_1) модернизированном режиме осаждения №3 (образец c-Si_3)

Отметим, что данный график представлен в относительных единицах, поэтому сравнение уровня сигнала данных спектров можно производить только между собой. Уровень внутризонного поглощения для слоев c-Si:H, как правило, определяется на энергии 0,8 эВ. Из данного рисунка видно, что уровень внутризонного поглощения образца c-Si_3, осажденного по модернизированному режиму (№3) в несколько раз ниже, чем для образца c-Si_1, осажденного по базовому режиму (№1). Относительно высокий уровень внитризонного поглощения может быть связан, в первую очередь, с избыточной долей кристаллической фазы базового собственного слоя равной 67%, по сравнению с модифицированным рецептом, для которого уровень доли кристаллической фазы находится на уровне 52-54%. Уменьшение доли кристаллической фазы в пленке i-c-Si способствует улучшению пассивации границ микрокристаллитов, уменьшению дефектов и пор, что приводит к меньшей деградации тонкопленочного солнечного минимодуля. Большая величина внутризонного поглощения свидетельствует о большем количестве внутризонных дефектов, которые приводят к повышенному уровню рекомбинации и, как следствие, уменьшенной величиной напряжения холостого хода ФЭП на основе данного слоя.

Выводы по третьей главе: 1. Неоднородность доли кристаллической фазы по толщине пленки микрокристаллического кремния, осажденного как по базовому, так и по модернизированному режиму, может достигать 6-8%, при толщине пленки, равной 800 нм; 2. Неоднородность распределения связанного водорода по толщине пленки микрокристаллического кремния, осажденного как по базовому, так и по модернизированному режиму, может достигать значения, более, чем 2,5%, при толщине пленки, равной 800 нм; 3. Увеличение парциального давления силана в ростовой камере приводит к увеличению скорости роста, к снижению доли кристаллической фазы, а также к увеличению неоднородности толщины по краям пленки; 4. Снижение мощности ВЧ излучения в ростовой камере приводит к незначительному снижению скорости роста, к снижению доли кристаллической фазы, а также к увеличению неоднородности толщины по краям пленки; 5. Зависимость доли кристаллической фазы от давления в ростовой камере имеет максимум при 2,5 мбар, в то время, как зависимость неоднородности толщины пленки от давления имеет минимум; 6. Увеличение температуры от 160 до 180 С приводит к увеличению скорости роста пленки и уменьшению неоднородности, при этом доля кристаллической фазы практически не меняется; 7. Найдено оптимальное значение давления, равное 2,5 мбар, при котором наблюдается минимальная неоднородность 9% (для 15х13 точек) по толщине пленки c-Si; 8. Был разработан оптимальный, с точки зрения кристалличности, скорости роста и равномерности, режим осаждения (модернизированный режим №3) нелегированного слоя микрокристаллического кремния; 9. Микрокристаллический кремний, осажденный по модернизированному режиму, имеет в несколько раз меньший уровень внутрезонного поглощения по сравнению с микрокристаллическим кремнием, полученным по базовому режиму, что может приводить к сниженному рекомбинации и, как следствие, увеличению значения напряжения холостого хода ФЭП на основе данного слоя.

Исследование характеристик двухкаскадных тонкопленочных солнечных минимодулей размером 100х100мм

Из данных рисунков видно, что в обеих сериях имеется достаточно сильная неоднородность вдоль первого (1.1-7) и шестого (6.1-7) рядов минимодулей, при этом для серии i745, как уже говорилось, она выражена сильнее. Вернувшись к результатам, полученным во второй главе данной работы (см. рисунок 2.15), а именно, карту распределения по подложке толщины и коэффициента экстинкции собственного слоя c-Si, мы увидим неоднородность аналогичного характера. В данном случае неоднородность по Iкз зависит от поглощения в собственном слое c-Si, то есть от его толщины и доли кристаллической фазы в разных точках на поверхности подложки.

В результате снижение ВЧ мощности с 3550 до 3000 W привело увеличению среднего значения эффективности, при этом наблюдается достаточно большая неоднородность по Iкз. Как уже говорилось, неоднородность по Iкз минимодулей в конечном счете при изготовлении модуля большой площади может привести к большим потерям, связанным с коммутацией ФЭП. Поэтому, ниже будет приведен анализ влияния неоднородности Iкз и Uхх на выходные характеристики ТСМ большой площади и оценки влияния различных схем коммутации на выходные параметры модуля большой площади.

Напомним, что базовая технология коммутации ячеек модуля большой площади представляет собой три параллельно соединённые группы, где каждая группа состоит из 55 последовательно соединённых ФЭП. ФЭП представляет собой длинную и узкую ячейку (1264х6,6 мм) площадью равной 83 см2, которая расположена вдоль модуля большой площади. Такая форма ячейки позволяет снизить сопротивление структуры. Известно, что от схемы соединения ФЭП в модуле зависит значение его выходного тока и напряжения. Если все ячейки в модуле соединены последовательно, то напряжение модуля будет равно сумме напряжения каждой ячейки, а ток будет ограничен, т.е. будет равен ячейке с минимальным током. В противоположном случае, когда все ячейки соединены параллельно, то ток модуля будет равен сумме токов каждой ячейки, а напряжение будет ограничено ячейкой с минимальным напряжением. Мы рассмотрели предельные примеры коммутации ФЭП, зачастую для коммутации модулей большой площади используются и последовательные и параллельные соединения ячеек. При помощи параллельных соединений набирается необходимое напряжение модуля, при помощи последовательных - ток. Очевидно, что есть некое оптимальное соотношение параллельно соединённых групп ячеек к последовательно соединённым ячейкам, при этом в каждой группе должно быть одинаковое количество последовательно соединенных ячеек. Данное оптимальное соотношение будет завесеть от многих факторов, например, от равномерности распределения Iкз и Uхх ячеек, которые в свою очередь зависят от равномерности свойств отдельных слоев. Ниже будет представлены результаты оценки эффективности возможных вариантов коммутации ячеек для ТСМ большого размера. Все семь минимодулей с номерами i.1, …, i.j, …, i.7 (i.1-7), лежащие на одной линии вдоль длинной стороны модуля, т.е. вдоль предполагаемой ячейки модуля большой площади, соединены параллельно. Соединяются они параллельно потому, что ток течет перпендикулярно геометрии ФЭП. Всего получается шесть таких подгрупп (1.1-7, …, i, …, 6.1-7). Подгруппы соединены тремя различными способами (см. рисунок 4.11). В таблице 4.7 представлены расчетные параметры скоммутированных минимодулей.

Максимальное значение ц скоммутированных минимодулей для серии ІЗ05 равно 10,1 % для схемы а и б, что на 0,4 % меньше, чем среднее значение ц не коммутированных минимодулей. Максимальное значение ц скоммутированных минимодулей для серии І754 равно 10,45 % для схемы а, что на 0,15 % меньше, чем среднее значение ц не коммутированных минимодулей. Столь низкое снижение ц после коммутации по схеме а обусловлено тем, что серия І754 минимодулей имеет низкое стандартное отклонение по U хх равное всего 0,1 В, с другой стороны высокое стандартное отклонение по IКЗ не вносит большие потери, так как все токи в данной схеме складываются. Отсюда можно сделать вывод, что при данном расположении ФЭП вдоль длинной стороны подложки, неоднородность по напряжению сильней влияет на ц ТСМ большой площади.

Исследование деградации двухкаскадных тонкопленочных минимодулей на основе аморфного и микрокристаллического кремния

В ходе литературного обзора неоднократно упоминался эффект фотоиндуцированной деградации слоев аморфного кремния и микрокристаллического кремния и ФЭП на его основе, а также эффект долговременной деградации слоев микрокристаллического кремния, как следствие диффузии кислорода и воды вдоль трещин в его структуре. Деградация свойств

Помимо фотоиндуцированной деградации аморфных ФЭП также наблюдается темновая деградация микрокристаллических и тандемных ФЭП с течением времени. Для такого рода деградации характерно сильное снижение напряжения холостого хода с течением времени [81]. Деградация объясняется диффузией кислорода и воды вдоль трещин в собственном слое микрокристаллического перехода. Для уменьшения данного эффекта крайне важен подбор степени кристалличности микрокристаллического каскада и температуры осаждения [80], как уже упоминалось выше. Возможен также положительный эффект пассивации собственного слоя микрокристаллического каскада тонким слоем аморфного кремния [79].

Исследование деградации минимодулей осуществлялось при помощи установки Light Soak Beanch фирмы Oerlikon Solar. Данная установка имеет спектр излучения AM1.5 c интенсивностью 1000 Вт/м2, облучая которой ФЭП или ТСМ можно исследовать деградацию данных структур. Минимодули укладывались на алюминиевый столик выдвижного ящика, после чего ящик задвигался. Температура образца поддерживалась одинаковой (50 С) в ходе всего эксперимента. Процесс деградации минимодулей длился 1000 часов. Для осуществления промежуточных измерений характеристик минимодулей образцы минимодулей вынимались из установки, при этом секундомер, отсчитывающий 1000 часов останавливался, производилось охлаждение минимодулей до комнатной температуры и затем проводилось измерение.

Из каждой серии минимодулей i305, i738, i754 и i755 выбиралось по три минимодуля под номерами 3.6, 4.3, 5.2 (номер из схемы на рисунке 4.2). Минимодули i305, i738 были изготовлены по базовому рецепту, а минимодули i754 и i755 были изготовлены по модернизированному рецепту. Далее по тексту речь пойдет в основном о двух сериях минимодулей i305 и i754. Серия i738 дублирует i305, а серия i755 дублирует i754 для набора большей статистики.

Помимо оптимизации качества слоев ФЭП, описанных в предыдущих параграфах, существуют и другие способы уменьшения фотоиндуцированной деградации: существенное снижение величины деградации дает переход к тандемным ФЭП, ограниченным по току нижним микрокристаллическим переходом. Так в работе [141] показано, что исходное значение вырабатываемой мощности для согласованной по току ФЭП, превышает значение вырабатываемой мощности ФЭП с ограничением по нижнему каскаду (величина рассогласования по току короткого замыкания между ячейками составляет 2 мА/см2) на 2%. При этом стабилизированная мощность ограниченного ФЭП превышает мощность согласованного ФЭП на 1,5%. Деградация стабилизированного ФЭП составляет 14,2%, а деградация ограниченного нижним переходом ФЭП составляет 9,6%. Таким образом, только за счет правильного подбора ограничений каскадов деградация снижена на 33% в относительных величинах.