Введение к работе
Актуальность тета: Одной из характерных- особенностей современного этапа развития человечества является быстрый рост энергопотребления, однако ограниченность запасов топливных энерго-ресурсоз требует освоения альтернативных источников энергии.
Наиболее перспективным, для решеїшя возникающих проблем, является солнечное излучение, представлящее собой практически неисчерпаемый источник энергии. Солнечное излучение является экологически чистил, доступном источником энергии, обладающим i-нсоким энергетическим потенциалом.
Метод преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых солнечных элементов (СЭ) является в настоящее время наиболее разработанным в научном и практическом плане. Ньщезнкй уровень развития технологии изготовления СЭ и возможности создания солнечных фотоэлектрических станций (ОТЭС) на их основе уже сегодня позволяет использовать их для решения задач энергообеспечения различных наземних объектов, в особенности находящихся з удаленных и труднодоступных районах,вдали от централизованных систем электроснабжения: объектов связи, малоэнергоёмкие пром::дленные и сельскохозяйственные объекты, автоматические метеостанции, переносная бытовая радиоаппаратура и др.
Тем не менее високая стоимость СЭ является основной причиной, сдерживающей на сегодня создание СФЭС в промышленно значимих мощностей на основе кремния. Если рассмотреть структуру себестоимости СЭ, то стоимость исходного материала в ней составляет до SO.?.
Возможны различные пути снижения стоимости СЭ для прямого' преобразования солнечного излучения:
-
Совершенствование технологического процесса изготовления СЭ наземною применения, ислользованиз новых технологических приемов. Солее ооЕершенного оборудования, разработки принципиально новых технологических процессов;.
-
использование з качестве исходного материала менее дорогих материалов, таких как поликристаллический иди тонкопденсчный аморфный кремЕИй.
_ 4 -
Если первый путь снижения стоимости СЭ практически ксчерпз-л. свои возможности (КПД кремниевых СЭ наземного применения приближается к теоретически обоснованному для пленарной структуры СЭ), то ещб недостаточно полно изучены потенциальные возможности поликристаллического и аморфного кремния. К настоящему времни нет единого объяснения механизмов деградации СЭ из этих материалов.
Другим достаточно перспективным направлением снижения стоимости СЭ, применяемых в наземных условиях, является использование отходов полупроводникового кремния заводов электронной промышленности. Этот путь создает предпосылки к использованию отбракованных при полупроводниковом производстве пластин моно-кристаллического кремния для выпуска более дешевых СЭ. Количество таких отходов хотя ограничено, однако, для применения в мелкосерийном производстве вполне достаточно.
Недостаточная изученность возможностей использования отходов полупроводникового кремния для прямого преобразования солнечного излучения, не изученность влияния различных его неодно-родноетей на КПД преобразования и другие выходные электрические характеристики, практическое отсутствие технологии изготовления СЭ, учитывающей специфические факторы таких материалов, отсутствие непосредственно изготовленных солнечных батарей и СФЭС обуславлюает,актуалшость.исследованШ_в^этом_напввленш.
Целью работы: является разработка высокопроизводительной технологии изготовления СЭ и батарей на основе утилизации отходов монокремния; исследование возможности применения солнечных фотоэлектрических станций для хозяйственно-бытовых нужд населения.
Для достижения основной цели в диссертации решаются следующий задачи:
І.Разработка методики отбора и группирования пластин кремния, согласно . предложенному групповому методу изготовления СЭ; 2.Разработка высокопроизводительной технологии формирования мелкозалегащих p-n-переходов методом диффузии из твердогель-ных источников-бора;
3.Исследование особенностей изменения коэффициентов отражения излучения от поверхности . СЭ при формировании ПрОСЕОТЛЯЩИХ покрытий из различных материалов и текстуркровании; 4.исследование влияния свойств исходного материала на выходные
фст&электрическио' характеристики солнечных элементов; о.Разработка технологии изготовления солнечных батарей и станций различной мощности для хозяйственно-бытовых нужд населения на основе кремниевых СЭ.
Методы исследований. В процессе выполнения работы применялась экспериментальные методы исследований. Для подтверждения полученных результатов были проведены натурные, испытания в лабо раторных условиях.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Выявлены основные факторы, оказывающие отрицательное влияние на фотоэлектрические характеристики СЭ из отбракованных пластин монокремния;
-
Установлено, что требованию изготовления СЭ с КІШ ІОЖ и более на больших площадях (до 44 см2).удовлетворяют отбракованные электронной промышленностью пластины кремния КЭФ-4.5 и подструктура с толщиной эпитаксиального п-слоя > 35 мкм;
-
Разработана методика по изучению влияния неоднородностей исходного креузия на нагрузочные вольт-амперные характеристики солнетлкх элементов, основанная на использовании особенностей распределенкя параметров микро-СЭ на одной пластине;
-
Исследовано влияние неоднородностей исходного кремния на нагрузочные характеристики СЭ и показан различный характер изменения фотоэлектрических параметров (тока короткого замыкания, напряжения холостого хода, коэффициента заполнения ВАХ и КОД) для пластин КЭФ-4,5 и п+-п-структур;.
-
Исследованы и разработаны высокопроизводительные технологические приемы изготовления многослойных токосъемных омичес-К5Х контактов, эффективных просветляющих покрытий, текстуриро-взния поверхности для СЭ различной площади в условиях мелкосерийного производства.
-
На основе анализа результатов проведенных исследований разработана технология изготовления высокоэффективных СЭ с КПД 15% и более на больших площадях неоднородных материалов на основе монокремния.
?. Разработана технология герметизации солнечных батарей плоской конструкции вакуумно-термическим методом на основе поливинил: бутераловой пленки и Методом заливки на основе синтетического каучука СКТН на стекле с площадью от нескольких см2 до
.-6-
I м2. Определены технологические возможности улучшения коэффициента адгезии герметика к защитному стеклу.
8. Разработаны и изготовлены солнечные фотоэлектрические станции и батареи различной мощности и назначения для энергообеспечения производственно-хозяйственных и бытовых нуед.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Разработка высокопроизводительной технологии изготовления эффективных СЭ различной площади на основе отбракованных пластин монокремния с КПД 14 (площадь СЭ 36 см2) до более 18% (площадь СЭ 3.5 см2).
-
Установлены физические причины влияния неоднородности параметров кремния на выходные энергетические характеристики СЭ и показан различный характер их изменения для пластин КЭФ-4,5 и п+-п-структур.
-
Технология герметизации солнечных батарей различной площади на основе ПВБ-пленки и синтетического каучука на стекле и в корпусе из различных матералов.
-
Разработаны переносные, автономные СФЭС и СБ различной мощности (от 0.5 Вт до более чем 100 Ватт), на базе СЭ из отходов электронной промышленности
для электропитания бытовой радиоаппаратуры мощностью 0.5-3 Вт;
для подзарядки аккумуляторных батарей мощностью 20-25 Вт; а также для обеспечения энергией переносные телевизионные и радиоприемники, холодильники и др;
для энергообеспечения хозяйственно-бытовых потребителей отдельно стоящих сельскохозяйственных объектов или аналогичных потребителей мощностью 100 Вт и более.
Практическая ценность работы. < - Результаты проведенных исследований по разработке ряда технологий - по формированию мелкозалегавдих р-п переходов, по изготовлению низкоомннх шогослЬйных контактов различной площади, по получению просветляющих покрытий, по герметизации СЭ и батарей и др. представляют интерес при разработке полупроводниковых приборов для нузд микроэлектроники, высокоэффективных СЭ и станций наземного применения.
Результаты разработанной высокопроизводительной технологии изготовления СЭ могут применяться для серийного выпуска СЭ
. - 7 -
у.". предприятиях электронной промышленности.
Проведенные экспериментальные исследования и полученные ре-. зулыаты позволяю? оценить работоспособность СФЭС и батарей в ну;7ряъ:х условиях их эксплуатации.
Апробация сабсти.
Основные положения и результаты диссертационной работы дол^їєні: и обсуждены на:ежегодных научных семинарах Института энергетики;: автоматики АН РУ;11-Международном семинаре по прзбл&мам "Многослойные,варизонные и периодические полупрово-о.::тко-рие структуры и приборы на их основе "Нукус 1993г.'^Республиканской научно-практической конференций.посвященной 600-летному юбилею М.Улугбека,Гулистан,1Э94г,сентябрь,часть 1,131с; семинарах Физико-технического института НПО "Физика-Солнце"АН РУ; Международной конференции молодых физиков по "Твердотельной электрокике" Наманган, 1Э94г, октябрь, стр.51.
Публикации.Ло материалам диссертационной работы опубликовано ? работ з научно-технических журналах международного ранга,.3 тезиса доклала в материалах научно-технических конференций.
Структура л обь5м диссертации.Диссертациоивая работа состоит из _.;денпя,четырех глав,заключения,списка цитированной ^тгературы.Обгпй сбъ5м работы 146 страшщ машинописного текста, Екл-г...". основной материал из 96 страниц, 32 рисунков, 9 таблиц, списка стогованной литературы из 106 наименований.
