Двусторонний концентраторный кремниевый солнечный элементНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 10 января 2011 г.-31 декабря 2011 г. Двусторонний концентраторный кремниевый солнечный элемент
Результаты этапа: Разрабатываются различные подходы, направленные на уменьшение стоимости солнечного электричества. В кремниевой фотовольтаике наиболее важными из них являются: (i) увеличение эффективности солнечных элементов (СЭ) в массовом производстве; (ii) переход от кремния p-типа на кремний n-типа; (iii) концентраторный подход; (iv) использование двусторонних вместо обычных односторонних СЭ. Целью работы 2011 г. было совместить все эти подходы в одном СЭ, т.е. разработать высокоэффективный, двусторонний СЭ из кремния n- типа для использования в низкоконцентраторной системе. Разработанный СЭ основан на конструкции Laminated Grid Cell (LGCell) Indium-Tin-Oxide (ITO)/(p+nn+)Cz-Si/Indium-Fluorine-Oxide (IFO), изготовленной из рутинного Cz кремния n-типа. Гомогенный эмиттер, легированный бором, и легированный фосфором BSF со слоевыми сопротивлениями ~95 Ω/□ и ~50 Ω/□, соответственно, были получены диффузией и подтравливанием. Слои ITO и IFO были осаждены методом ультразвукового спрей пиролиза. Проволочная контактная сет-ка была прикреплена низкотемпературным процессом ламинирования. Получена лицевая/тыльная эффективность 17.2%/15.25% при освещенности 2-5X. Этот результат является уникальным, поскольку разработанный LGCell не уступает мировому уровню, во-первых, как в классе двусторонних СЭ, так и, во-вторых, в классе концентраторных СЭ. Как показывает анализ литературы, до сих пор не было сообщений о разработке двусторонних концентраторных СЭ и из n-типа. По результатам проведенных в 2011 г. исследований одна статья опубликована, одна статья послана в печать и одна статья подготовлена к печати. Четыре статьи опубликованы в трудах 26-й Европейской конференции по фотовольтаическому преобразованию солнечной энергии (Гамбург, 5-9 сентября 2011 г.)
2 1 января 2012 г.-31 декабря 2012 г. Двусторонний концентраторный кремниевый солнечный элемент
Результаты этапа: Разрабатываются различные подходы, направленные на уменьшение стоимости солнечного электричества. В кремниевой фотовольтаике наиболее важными из них являются семь: (i) увеличение эффективности солнечных элементов (СЭ) в массовом производстве; (ii) уменьшение толщины СЭ; (iii) разработка новых методов формирования контактов с уменьшенным содержанием серебра или без него; (iv) разработка новых конструкций СЭ с контактами на тыле; (v) разработка СЭ из кремния n-типа; также предпочтительно, чтобы СЭ были (vi) двусторонними и (vii) концентраторными. Цели всех этих направлений могут быть реализованы в разрабатываемой в данном проекте конструкции СЭ Laminated Grid Cell (LGCell), основанной на структуре Indium-Tin-Oxide (ITO)/(p+nn+)Cz-Si/Indium-Fluorine-Oxide (IFO) с проволочной контактной гребенкой. В 2011 г. был получен двусторонний концентраторный LGCell из n-Si с лице-вой/тыльной эффективностью, соответственно, 16.6–17.3%/14.6–15.3% при концентрации света с = 1–7Х. При 20–50% альбедо даже без концентрирования света (с = 1Х) энерговыработка такого двустороннего СЭ будет соответствовать энерговыработке одностороннего СЭ с эффективностью 19.5–23.9% (Таблица). Параметры двусторонних СЭ LGCell 2011 год 2012 год эффективность при освещении с лица ηF с = 1–7Х 16.6–17.3% 16.7–16.9% эффективность при освещении с тыла ηR с = 1–3Х 14.6–15.3% 16.3–16.5% ηF + 0.2×ηR (альбедо 20%, с = 1Х) 19.5% 20.0% ηF + 0.5×ηR (альбедо 50%, с = 1Х) 23.9% 24.9% Целью проекта в 2012 г. было оптимизировать диффузионные n+ и p+ слои в (p+nn+)Cz-Si структуре применительно к двустороннему концентраторному СЭ с целью повышения его эффективности. В результате такой оптимизации был полу-чен СЭ c лицевой/тыльной эффективностью, соответственно, 16.7–16.9%/16.3–16.5% при освещенности 1–3 солнца. При 20–50 % альбедо даже без концентрирования света энерговыработка такого двустороннего СЭ будет соответствовать энерговыработке одностороннего СЭ с эффективностью 20–24.9% (Таблица). Результат 2012 года значительно превышает результат 2011 года (особенно по величине тыльной эффективности), не имеет аналогов и является уникальным, по-скольку разработанный LGCell не уступает мировому уровню, во-первых, как в классе двусторонних СЭ, так и, во-вторых, в классе концентраторных СЭ. Заметим, что в литературе нет данных о разработках подобных СЭ, которые являются одно-временно и двусторонними, и концентраторными. В 2012 г. опубликованы 4 статьи в реферируемых журналах, две статья опубликована в трудах 27-й Европейской конференции по фотовольтаическому преобразованию солнечной энергии (Франкфурт,24-28 сентября 2012 г.), и еще одна статья подготовлена к печати.
3 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. Двусторонний концентраторный кремниевый солнечный элемент
Результаты этапа: К началу выполнения данного проекта авторами была разработана инновационная конструкция кремниевого солнечного элемента (СЭ) Laminated Grid Cell (LGCell), на основе которой был получен не имеющий аналогов двусторонний концентраторный СЭ из кремния Чохральского р-типа (p-Si) с лицевым/тыльным КПД 17.7–18.0/13.3–13.6% при освещенности 1–6Х (грант РФФИ 08-08-00914-а) [ ]. В данном проекте (грант РФФИ 11-08-01301) предполагалось продолжить работу в этом направлении с целью увеличения КПД двустороннего концентраторного СЭ конструкции LGCell, причем, особое внимание должно было быть уделено увеличению двусторонности. Цель проекта выполнена полностью. Полученные результаты представлены на рисунке. Тыльный КПД увеличен почти на 5% (абс), с 13.3% до 18.1%, при этом лицевой остался практически на том же уровне. Кроме того, мы перешли от разработки СЭ из кремния p-Si на кремний n-типа (n-Si), что соответствует мировой тенденции и важно, поскольку КПД СЭ из p-Si деградирует со временем, а у СЭ из n-Si КПД стабилен. (a) (b) (c) Полученные ходе выполнения гранта РФФИ 11-08-01301 результаты: (a) история изменения КПД СЭ LGCell при освещении с лица (ηF) и с тыла (ηR), а также предельной концентрации света Сmax (при Сmax КПД СЭ равно его КПД при С = 1Х); (b) история изменения величин А20% и А50%. Величина А20% (А50%) соответствует КПД одностороннего СЭ, энерговыработка которого равна энерговыработке двустороннего СЭ, у которого лицевая сторона освещ-на светом интенсивностью 1Х, а тыльная – 0.2 Х (0.5Х) за счет альбедо окружающей среды. (c) изменение КПД с ростом концентрации света для двух двусторонних СЭ из кремния n-типа: LGCell и коммерчески доступного СЭ (Reference Cell). Видно, что при C = 1X КПД у LGCell ниже, чем у Reference Cell, однако при C = 4–5X КПД у LGCell значительно выше. Полученные результаты, во-первых, не уступают мировому уровню как в классе двусторонних СЭ, так и в классе концентраторных СЭ, и, во-вторых, сочетание в СЭ свойств двусторонности и концентраторности является уникальным и не имеет аналогов. Из рисунка прослеживается динамика изменения параметров разрабатываемого СЭ LGCell. Видно, что результаты, полученные к концу данного проекта значительно выше тех, которые были получены в 2010 году, до начала данного проекта. Поскольку форма кривых пока еще не обнаруживает тенденцию к насыщению, то есть все основания ожидать дальнейшего прогресса. По результатам проекта подготовлено и послано в печать 18 работ, из них опубликовано 17 (одна статья принята к печати в журнале Progress in Photovoltaics: Research and Appli-cations), из них 8 – в реферируемых журналах и 10 – в трудах международных конференций.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".