Кремниевый концентраторный солнечный элемент на основе конструкции LGCellНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2008 г.-31 декабря 2008 г. Кремниевый концентраторный солнечный элемент на основе конструкции LGCell
Результаты этапа: Разработан концентраторный СЭ на основе эпитаксиальной структуры (n+np+)Cz-Si/Al cSiTF с конструкцией токособирающей системы LGCell использующей тонкую пленку IFO (Indium-Fluorine-Oxide) в качестве прозрачного проводящего электрода и проволочную контактную сетку. Стандартная конструкция LGCell была оптимизирована для уменьшения последовательного сопротивления. СЭ cSiTF продемонстрировал эффективность 15.9% при одном солнце and 17.0% при концентрации 10 солнц. Изготовлены LGCell на базе кремниевой диффузионной структуры IFO/(n+pp+)Cz-Si и протестированы под концентрированным светом. Эффективность увеличилась с 18% при 1X до 18.3-18.5% при степени концентрации 3-4X. По результатам проведенных исследований в 2008 году опубликована статья в журнале "Физика и техника полупроводников" и приняты в печать 2 статьи в журнал "Thin Solid Films", сделано 3 доклада на 23й Европейской Конференции по фотовольтаическому преобразованию солнечной энергии (Валенсия, сентябрь 2008г.) и 2 доклада на 2-м Международном симпозиуме по прозрачным проводящим оксидам (Крит, октябрь 2008 г.)
2 1 января 2009 г.-31 декабря 2009 г. Кремниевый концентраторный солнечный элемент на основе конструкции LGCell
Результаты этапа: В 2008 г., используя тонкие пленки легированного фтором оксида индия (IFO) в качестве прозрачного электрода в сочетании с контактной сеткой из медной проволоки, т.е. так называемую конструкцию Laminated Grid Cell (LGCell), мы получили концентраторный солнечный элемент (СЭ) на основе структуры IFO/(n+pp+)Cz-Si, который показал последовательное сопротивление 0.24 Ω∙cм2. Эффективность СЭ при освещенности 1Х оставляла 18.0% и достигала величины 18.5% при 3-4Х. При этом значительная часть последовательного сопротивления была связана с сопротивлением кремниевой пластины (5 Ω∙cм). Было предположено, что применение пластин кремния с меньшим удельным сопротивлением приведет к уменьшению последовательного сопротивления и, соответственно, к увеличению оптимального уровня концентрации. В 2009 г. для изготовления концентраторного LGCell мы использовали пластины Cz-Si с удельным сопротивлением 0.5 Ω∙cм. В результате последовательное сопротивление СЭ уменьшилось до 0.13 Ω∙cм2 и оптимальный рабочий уровень увеличился до ~7Х. Полученный LGCell показал эффективность 15.25% при 1Х и 16.25% при 7Х. Таким образом, мы доказали, что СЭ конструкции LGCell пригодны для использования в концентраторных системах с уровнем концентрации 7Х. Из таблицы видно, что в сопоставимом классе солнечных элементов из кремния Чохральского полученные в проекте результаты превосходят мировой уровень. Организация Структура Eff C=1X Cmax Eff Cmax НИИЯФ МГУ, ООО "Солнечный ветер" (Краснодар), [1] IFO/(n+pp+)Cz-Si, ρSi ~ 5 Ω∙см, проволочные контакты (LGCell) 18.0% 3-4 18.5% НИИЯФ МГУ, ООО "Солнечный ветер" (Краснодар), [2] IFO/(n+pp+)Cz-Si, ρSi ~ 0.5 Ω∙см, LGCell, (проволочные контакты) 15.3% 7-8 16.3% Universidad Politecnica de Madrid (Spain) [3] (n+p)Cz-Si, Screen Printing + Plating 14% 3-5 15.4% Dobon's Techn., Univ. de la Laguna (Spain), Fraunhofer ISE (Germany) [4] (n+pp+)Cz-Si, Screen Printing 9.9% ? ? [1] G. Untila et. al., Proc. 23rd EPVSEC, Valencia, Spain, 2008, 799–802. [2] G. Untila et. al., Proc. 24th EPVSEC, Hamburg, Germany, 2009, 1702-1704. [3] J Coello et. al., Proc. 19th EPVSEC, Paris, France, 2004, 666-669. [4] F. Dobon et. al., Proc. 22nd EPVSEC, Milan, Italy, 2007, 787-789. По результатам проведенных исследований в 2009 гг. были опубликованы 1 статья в журнале "Thin Solid Films", 1 статья в журнале "Нанотехнологии: Наука и производство", 1 статья в сборнике статей "Физика молекул и кристаллов", 3 статьи в сборнике статей 24-й Европейской Конференциях по фотовольтаическому преобразованию солнечной энергии (сентябрь, Гамбург, Германия) и сделан 1 доклад на Всероссийской конференции "Нелинейные и резонансные явления в конденсированных средах" (2009г., октябрь, Уфа).
3 1 января 2010 г.-31 декабря 2010 г. Кремниевый концентраторный солнечный элемент на основе конструкции LGCell
Результаты этапа: В ходе выполнения проекта в 2008-2010 гг., используя новую оригинальную конструкцию кремниевого солнечного элемента (СЭ) Laminated Grid Cell (LGCell), основанную на применении пленок прозрачных проводящих оксидов в качестве прозрачных электродов в сочетании с контактной сеткой из медной проволоки, были проведены фундаментальные исследования, в результате которых получены три важных, уникальных результата, причем, выше мирового уровня. 1. Низкоконцентраторный односторонний кремниевый СЭ. На основе структуры Indium-Fluorine-Oxide/(n+pp+)Cz-Si из кремния Чохральского (Cz) 5 Ω∙сm получен СЭ с кпд 18% при концентрации света С=1Х, который вырастает до 18.5% при 3-4Х. Из более низкоомного 0.5 Ω∙сm и, соответственно, низко-качественного кремния получен СЭ с кпд 15.3% (1Х) и 16.3% (7-8Х). В сопоставимом классе СЭ из кремния Чохральского результаты превосходят мировой уровень. Для сравнения, в политехническом университета Мадрида технологией screen print-ing получен кремниевый СЭ с кпд 14% (1Х) и 15.4% (3-5Х) [19th EPVSEC, с. 666], а в Fraunhofer ISE (Германия) в результате попыток адаптировать стандартную технологию screen printing к концентраторным задачам получен СЭ с кпд всего 9.9% (1Х), который еще и деградировал при концентрировании [22nd EPVSEC, c, 787]. И только благодаря использованию высококачественного низкоомного 0.5 Ω∙см кремния Float zone в сочетании с сложной конструкцией Metal-Wrap-Through (MWT) в Fraunhofer ISE был получен СЭ с кпд 18.2% (1Х) и 19.5% (6Х) [24th EPVSEC, c. 711]. 2. Концентраторный СЭ на основе тонкопленочной cSiTF структуры. Разработан СЭ LGCell, который соединил в себе два направления фотовольтаики: концентраторное и тонкопленочное cSiTF (Crystalline Silicon Thin Film). Тонкопленочное направление cSiTF активно развивается, в том числе, ведущими центрами (IMEC, Fraunhofer ISE), в мире с целью уменьшения расхода дорогостоящего качественного кремния. Структура cSiTF представляет собой тонкий (20-50 мкм) слой высококачественного эпитаксиального слоя кремния, выращенного на низкоомной низкосортной кремниевой подложке. Сравнение результатов (таблица) показывает, что с помощью контактной системы конструкции LGCell нами получен результат выше мирового и при одном солнце, причем, наш СЭ является концентраторным, а СЭ, разработанные в IMEC и Fraunhofer ISE – нет. IMEC Fraunhofer ISE НИИЯФ МГУ Контакты вакуумное напыление вакуумное напыление screen printing LGCell Eff (C=1X) 14.9% 15.1% 11.7% 16.1% Rs,, Ω•cm2 0.3-0.7 0.6 0.28 Copt - - - 4-11 Eff (Copt) - - - 16.9-17.0 3. Двусторонний концентраторный СЭ. Получен результат, который не имеет аналогов, а именно, разработан двусторонний низкоконцентраторный СЭ с параметрами, приведенными в таблице: Структура Eff (C=1X) Coptimal Eff (Coptimal) bifacial IFO/(n+pp+)Cz-Si/ITO* LGCell Cz-Si 6 Ω∙cm front: 17.7% rear: 13.3% 1-6 17.7-18.0% * IFO – Indium Fluorine Oxide, ITO – Indium Tin Oxide, Cz – кремний Чохральского. Двусторонность низкоконцентраторного СЭ важна по двум причинам. Во-первых, некоторые низкоконцентраторные системы, например TRAXLETM фирмы Poulek Solar, сконструированы таким образом, что освещаются обе поверхности. Во-вторых, как показали наши результаты, а также опыт фирмы Poulek Solar, двусторонние СЭ при интенсивном освещении нагреваются значительно меньше, чем односторонние, и поэтому при интенсивном освещении их параметры деградируют меньше. Однако, на рынке двусторонних концентраторных СЭ нет, а все разработки направлены на получение одностороннего концентраторного СЭ.

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".