Разработка и исследование перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из нано-структурированных пленок прозрачных проводящих оксидовНИР

Источник финансирования НИР

ФЦП: Федеральная целевая программа, Научные и научно-педагогические кадры инновационной России

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 июня 2009 г.-31 декабря 2009 г. Разработка и исследование перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из нано-структурированных пленок прозрачных проводящих оксидов
Результаты этапа: На 1 этапе выполнены следующие работы: - Проведен анализ научно-технической и патентной литературы в области солнечных элементов (СЭ). - Разработан лабораторный метод получения столбчатых структур (вискеров) кремния методом магнетронного распыления. - Проведен анализ лазерного метода для формирования проникающего эмиттера и текстурирования СЭ из кристаллического кремния. - Разработаны, изготовлены и исследованы экспериментальные образцы СЭ конструкции LGCell, полученные с применением плазмохимического метода пассивации. - Разработаны электроды из прозрачных проводящих оксидов для высокоэффективных двусторонних кремниевых солнечных элементов (внебюджет – грант РФФИ № 07-08-00378-а). - Исследованы нано-, микроструктурирование поверхности кремния лазерным методом и его применение к солнечным элементам (внебюджет – грант РФФИ № 09-08-01053-а). Анализ научно-технической литературы показал, что проводимые в проекте работы находятся в русле основных направлений исследований, проводимых в мире. Проведенный анализ патентной информации позволил выявить существующие аналоги, прототип и возможность создания новых объектов интеллектуальной собственности, а так же обосновать патентную чистоту создаваемого в процессе разработки объекта техники. Впервые получены и исследованы экспериментальные образцы СЭ из мультикристаллического кремния конструкции LGCell, а также изготовленные с применением плазмохимического метода пассивации в водородной плазме. Обнаружено, что обработка исходной (n+pp+)mc-Si структуры из мультикристаллического в водородной плазме приводит, как и ожидалось, к увеличению длинноволновой (> 700 нм) чувствительности СЭ. Однако, при этом обнаружен эффект появления "провала" на кривой спектральной чувствительность в области коротких длин волн (350-700 нм). В результате фототок СЭ уменьшается на 0.8-1.4 мА/см2 (3-4%). В ходе работ удалось разработать способ удаления "провала" на основе тонкого травления поверхности кремниевой структуры. В результате такого травления коротковолновая чувствительность восстанавливается, и фототок увеличивается на ~ 11%. В итоге, комбинация плазмохимической пассивации в водороде с тонким стравливанием приводит к увеличению фототока на ~7%. Эффект "провала" требует дальнейшего исследования. В ходе проведенных работ получены образцы СЭ из мультикристаллического кремния конструкции LGCell с КПД 15.9%, что находится на уровне лучших мировых результатов в сопоставимом классе СЭ из нетекстурированного мультикристаллического кремния, изготовленных методом Screen-Printing (~16%). В процессе выполнения 1 этапа НИР собран экспериментальный стенд для выращивания столбчатых структур (вискеров) кремния методом магнетронного распыления и разработан лабораторный метод получения столбчатых структур (вискеров) кремния методом магнетронного распыления. Исследовалась возможность формирования на поверхности кристаллического кремния методом магнетронного распыления столбчатых структур кремния; влияние основных параметров и типа плазмохимического реактора на основные функциональные характеристики пассивации экспериментальных образцов СЭ конструкции LGCell. Получены электроды из тонких пленок In2O3:F (IFO – Indium Fluorine Oxide) на кремниевых тестовых структурах методом pyrosol. Исследованы электрические, оптические и барьерные свойства IFO на структурах IFO/(nn+)Si и IFO/(pp+)Si. Исследованы пассивирующие свойства IFO на структурах IFO/(p+nn+)Si и IFO/(n+pp+)Si. Изучено влияние концентрации фтора, температуры осаждения, состава газа-носителя и последующих отжигов на электрические, барьерные и пассивирующие свойства. Получены и исследованы солнечные элементы (СЭ) с оптимизированными пленками In2O3:F. Проведено исследование морфологии, электрических и оптических свойств ITO(Indium-Tin-Oxide), осажденных на кремниевые и стеклянные подложки при различных температурах. Изучено влияние соотношения метанол/вода в пленкообразующем растворе на свойства ITO. Создание объектов интеллектуальной собственности на отчетном этапе не планировалось и не проводилось. К выполнению работ привлечены студенты физического факультета МГУ, аспиранты физического факультета МГУ и РАН, а также молодые специалисты – сотрудники НИИЯФ МГУ. Результаты НИР внедряются в образовательный процесс, в том числе они будут включены в программу спецкурсов, читаемых в рамках НОЦ "Плазма в микро и нанотехнологии" и ведущей научной школы НШ-133.2008.2, использоваться при выполнении преддипломных и дипломных работ и, в дальнейшем, подготовки диссертаций на соискание научной степени кандидата физико-математических наук. Таким образом, можно ожидать, что полученные результаты представляют большой практический интерес и создает существенный технологический задел для разработки перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из наноструктурированных пленок прозрачных проводящих оксидов. Полученные результаты соответствуют требованиям ТЗ и КП. По результатам проведенных исследований в 2009 году сделано 3 доклада на 24-й Европейской Конференции по фотовольтаическому преобразованию солнечной энергии (Гамбург, сентябрь 2009г.) и опубликована 1 статья в журнале Thin Solid Films.
2 1 января 2010 г.-31 декабря 2010 г. Разработка и исследование перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из нано-структурированных пленок прозрачных проводящих оксидов
Результаты этапа: На этапе НИР "Разработка и исследование перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из нано-структурированных пленок прозрачных проводящих оксидов" выполнены следующие работы: - Изготовлены и исследованы экспериментальные образцы СЭ на основе вискеров кремния; - Изготовлены и исследованы экспериментальные образцы СЭ с поверхностью, текстурированной лазерным методом - Отработаны оптимальные режимы и параметры травления кремния в DF CCP и DF ICP реакторах с целью минимизации коэффициента отражения. Созданы и исследованы экспериментальные образцы СЭ с поверхностью, текстурированной плазменным методом; - Исследовано нано-, микроструктурирование поверхности кремния лазер-ным методом и его применение к солнечным элементам. Анализ научно-технической литературы показал, что проводимые в проекте работы находятся в русле основных направлений исследований, проводимых в мире. Предложен и разработан лазерный метод формирования матрицы столбчатых структур (вискеров) для создания солнечного элемента (СЭ), основанный на лазерном скрайбировании двух перпендикулярных массивов параллельных канавок сначала вдоль оси Х, а затем вдоль оси Y, в результате чего формируется матрица столбчатых структур, которые имеют пирамидальную форму. Для скрайбирования использовали промышленный импульсный иттербиевый волоконный лазер с длиной волны излучения 1.06 мкм фирмы "ЭСТО" (г. Зелено-град). Исследованы важные закономерности изменения формы, геометрических параметров и спектров отражения получаемых структур в зависимости от: - скорости и шага сканирования, а также от количества проходов лазерного луча; - типа травителя (кислотный и щелочной), использованного для удаления индуцированного нарушенного слоя, а также от длительности травления; - от нанесения пленки легированного фтором оксида индия (IFO), которая в конструкции солнечного элемента служит прозрачным электродом и одновременно просветляющим покрытием. В результате получены структуры в виде V-образных канавок и матрицы пирамидальных столбчатых структур (вискеров), которые после оптимального кислотного травления и нанесения пленки IFO показали эффективное отражение света 3.4% (вискеры) и 2.5% (канавки), что даже меньше, чем отражение от обычной пирамидальной текстуры (3.6%). Результат, который не имеет аналогов, состоит в том, что впервые получены и исследованы солнечные элементы (СЭ) из кристаллического кремния, структурированного матрицей столбчатых структур методом лазерного скрайбирования, конструкции Laminated Grid Cell (LGCell) на основе гетероперехода IFO/р-Si. Установлено, что в длинноволновой области чувствительность полученных СЭ оказалась выше, чем у СЭ из кремния 0.4 Ом∙см, текстурированного стандартными пирамидами. Фототок полученных СЭ составил 30.1 мА/см2. Сделан вывод, что введение диффузии фосфора для формирования сплошного p-n перехода, а также адаптация процесса нанесения пленки IFO с целью обеспечения равномерного роста пленки IFO по всей поверхности столбчатой структуры должно привести к деактивации участков поверхности, на которых не прошел синтез пленки IFO и, соответственно, увеличению параметров преобразования СЭ. Разработан лазерный метод текстурирования пластин мультикристаллического кремния, на основе которых получены СЭ с параметрами мирового уровня. Показано, что импульсное лазерное излучение длиной волны 532 нм с плотностью энергии 3.5 J/cm2 позволяет сформировать матрицу типичных структур типа "пингвинов" ("penguin-like") с аспектным отношением ≥3 (глубина к ширине). Взвешенное отражение достигает значений менее 3 % непосредственно после текстурирования и увеличивается до 5.5 % после кислотного травления, но за-тем опять уменьшается до ~3% в результате нанесения пленки IFO. В результате фототок вырос 33.7 mA/cm2 (+18%). Это наименьшее отражение и наибольший фототок, которые были достигнуты до настоящего времени с помощью лазерных методов текстурирования другими группами, включая Fraunhofer ISE и University of New South Wales.Дальнейшие работы по адаптации процесса диффузии должны привести к значительному увеличению эффективности СЭ. Впервые получены СЭ из кристаллического кремния, нанотекстурированные плазмохимическим методом с применением наномаски из нитрида кремния, которую получали скользящей бомбардировкой кремниевой пластины ионами азота. Параметрами процесса можно управлять периодом и высотой получаемых наноструктур. Для изготовления СЭ использовали структуры высотой ~150 нм с аспектным отношением (высота к ширине) ~2. В сочетании с конструкцией LGCell это позволило получить СЭ с эффективностью ~17.5%. Однако, полученные результаты обнаружили, что нанотекстурирование поверхности кремния, которое в данной работе получено плазменным методом с применением наномаски, не приводит к ожидаемому значительному увеличению эффективности СЭ, которое выросло всего на ~0.1% за счет увеличения фототока. Возможно, эффект будет более значимым, если увеличить геометрические размеры формируемых структур. Тем не менее, основной результат – СЭ с нанотекстурированной поверхностью – не имеет аналогов. Создание объектов интеллектуальной собственности на отчетном этапе не планировалось и не проводилось. К выполнению работ привлечены студенты физического факультета МГУ, аспиранты физического факультета МГУ и РАН, а также молодые специалисты – сотрудники НИИЯФ МГУ. Результаты НИР внедряются в образовательный процесс, в том числе они будут включены в программу спецкурсов, читаемых в рамках НОЦ "Плазма в микро и нанотехнологии" и ведущей научной школы НШ-3322.2010.2, использоваться при выполнении преддипломных и дипломных работ и, в дальнейшем, подготовки диссертаций на соискание научной степени кандидата физико-математических наук. Таким образом, можно ожидать, что полученные результаты представляют большой практический интерес и создает существенный технологический задел для разработки перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из наноструктурированных пленок прозрачных проводящих оксидов. Полученные результаты соответствуют требованиям ТЗ и КП. По результатам проведенных исследований исполнители проекта, в том числе молодые ученые, аспиранты и студенты сделали 17 докладов на 10 конференциях, в том числе: - 4 доклада на 25-й Европейской Конференции по фотовольтаическому преобразованию солнечной энергии (Валенсия, сентябрь 2010 г.); - 3 доклада на 3-м Международном симпозиуме по прозрачным проводящим материалам ISTCM 2010 (Греция, Крит, октябрь 2010 г.); - 3 доклада на VIII-й Курчатовской молодежной научной школе (22-25 ноября 2010); - 1 доклад на 16-й Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых ВНКСФ-16 (Волгоград, 2010); - 1 доклад на международной конференции “Fundamentals of Laser Assisted Mi-cro- and Nanotechnologies” (FLAMN-10), (Санкт-Петербург, Пушкин, 2010); - 1 доклад на International Conference on Coherent and Nonlinear Optics (ICONO) and The Lasers, Applications, and Technologies (LAT) conference (ICONO/LAT 2010), (Казань, 2010); - 1 докдад на международной конференции Advanced Laser Technologies (ALT’10) (Egmond aan Zee, the Netherlands, 2010); - 1 доклад на 25й Международной Конференции студентов физиков (ICPS) (Австрия, июль 2010 г.) - 1 доклад на III Международном форуме по нанотехнологиям RUSNANOTECH (Москва, 2010); - 1 доклад на XIII Школе молодых ученых «Актуальные проблемы физики» и IV Всероссийской Школе-семинаре «Инновационные аспекты фундаментальных исследований»" (Пансионат «Звенигородский», 14−18 ноября, ФИАН, Москва, 18-19 ноября 2010 года) Кроме того, посланы и приняты к печати 5 статей, в том числе: - 1 статья в журнале Thin Solid Films, - 1 статья в журнале Appl. Phys. B, - 2 статья в журнале SPIE Proceedings, - 1 статья в журнале Известия вузов. Приборостроение
3 1 января 2011 г.-1 сентября 2011 г. Разработка и исследование перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из нано-структурированных пленок прозрачных проводящих оксидов
Результаты этапа: На этапе НИР "Разработка и исследование перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из нано-структурированных пленок прозрачных проводящих оксидов" выполнены следующие работы: - Оптимизация структуры СЭ на основе вискеров с использованием результаов, полученных на предыдущих этапах. - Изготовление и исследование экспериментальных образцов СЭ с проникающим эмиттером, сформированным лазерным методом. - Разработка плазмохимического метода легирования поверхности кремния, изготовление и исследование экспериментальных образцов СЭ, полученных с применением плазменного легирования. - Составление отчета о НИР. - Проведение технико-экономической оценки полученных результатов. - Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс. - Экспериментальное и теоретическое исследование механизмов образования дефектов при взаимодействии плазмы с новыми пористыми материалами с низ-кой диэлектрической константой. Анализ научно-технической литературы показывает, что проводимые в проекте работы находятся в русле основных направлений исследований, проводимых в мире. Для формирования матрицы столбчатых структур (вискеров) исследовано применение метода на основе фотоэлектрохимического травления пластин кристаллического кремния с целью создания солнечного элемента (СЭ). Исследовано влияние основных параметров режима фотоэлектрохимического травления кремниевых пластин (температура, величина тока, длительность процесса) на морфологию получаемой поверхности и спектры отражения света в рабочем диапазоне длин волн кремниевого солнечного элемента 300-1100 нм. Установлено, что повышение температуры раствора приводит к увеличению отражения света. Возможно, это связано с тем, что увеличение температуры приводит к увеличению скорости травления и формируемые на начальных эта-пах структуры (рисунок 1.6а) затем деградируют в результате перетравливания. Оптимальное время травления с точки зрения минимизации отражения света для токов 50, 20 и 10 мА (на площадь диаметром 2 см) составляет, соответственно, ~ 10 мин, 10-20 мин и 30-40 мин, а эффективное отражение оптимальных образцов составило 5.1%, 3.1-4.6% и 3.6-4.3%. Однако, при фотоэлектрохимическом структурировании пластин кристаллического кремния могут получаться механически хрупкие структуры. Хрупкость структур возрастает при увеличении тока и продолжительности травления. Наиболее прочными оказались структуры, полученные при токе 20 мА и дли-тельности травления 5 минут. Результат, который не имеет аналогов, состоит в том, что впервые получены и исследованы солнечные элементы конструкции LGCell на основе гетероперехода IFO/р-Si из кристаллического кремния, структурированного матрицей столбчатых структур методом фотоэлектрохимического травления при токе 20 мА длительностью 5 минут. Полученные для спектра АМ 1.5 G величины фото-тока СЭ составили 38.88 и 38.94 мА/см2, что на 9% больше, чем у СЭ сравнения, текстурированного стандартными пирамидами (35.7 мА/см2). Увеличение тока получен исключительно за счет прироста длинноволновой чувствительно-сти, который в области длин волн 1000-1060 нм превысил 20%. Такое поведение кривых спектрального отклика свидетельствует, что столбчатые структуры, которые получены фотоэлектрохимическим травлением, более эффективно преломляют падающий свет, чем стандартные пирамиды, поскольку обладают более высоким аспектным отношением, что приводит к усилению эффекта пленения света, к которому максимально чувствителен именно длинноволновой отклик. Разработаны режимы процесса изготовления и исследованы солнечные элементы конструкции LGCell из кристаллического кремния с глубоким (> 100 мкм) проникающим эмиттером в виде V-образных канавок, сформированных методом лазерного скрайбирования параллельных канавок с последующим химическим травлением. Установлено, что структуры, сформированные лазерным скрайбированием кристаллического кремния с последующим кислотным травлением, имеют явно выраженную форму V-образной канавки. Глубина канавок растет с увеличением количества проходов по логарифмическому закону. Глубина порядка 100 мкм формируется уже за 15-20 проходов при тех параметрах процесса лазерного скрайбирования, которые были использованы в эксперименте: длина волны 1.06 мкм, мощность 20 Вт, частота 80 кГц, скорость сканирования 1500 мм/с. Исследовано влияние времени травления структур с V-образными канавками, скрайбированными лазерным методом, на спектры отражения света. Получено, что структура из кристаллического кремния с V-образными канавками после оптимального кислотного траления имеет эффективное отражение на уровне 7% (взвешенное по солнечному спектру в диапазоне длин волн 300-1100 нм). Оптимальное травление соответствует точке исчезновения плато между канавками с образованием остроконечных "лезвийных" стенок и V-образных канавок с аспектным отношением 1.2-1.6. Дальнейшее травление уменьшает аспектное отношение до 0.7-1.0 и, соответственно, отражение увеличивается. Изучение влияния количества проходов лазерного луча при формировании канавок в пластинах кристаллического кремния лазерным скрайбированием на параметры канавок и на спектры отражения кремниевых пластин показало, что по мере увеличения количества проходов от 5 до 20 происходит изменение формы канавок от цилиндрообразных с округлым дном (5 проходов) до V-образных (15, 20 проходов). Одновременно аспектное отношение канавок рас-тет с ~1 до 1.3-1.8, а плато между канавками, которое для пяти проходов составляет ~15 мкм исчезает при 15 проходах с образованием остроконечных "лезвийных" стенок. Эффективное отражение уменьшается с ~20% (5 проходов) до ~7% уже при 15 проходах и остается на этом уровне при 20 проходах. Таким образом, при лазерном формировании V-образных канавок для достижения минимального отражения света достаточно 15-20 проходов при тех параметра процесса, которые были использованы в данном эксперименте. Исследовано влияние энергии импульса лазерного излучения на аспектное отношение формируемых канавок и на спектр отражения света как до, так и после нанесения пленки просветляющего покрытия (IFO). Установлено, что увеличение энергии импульса лазерного излучения на 25% с 250 мкДж (частота 64 кГц, скорость сканирования 1200 мм/с) до 312 мкДж (частота 51.2 кГц, скорость сканирования 900 мм/с) приводит к увеличению аспектного отношения канавок в среднем на 20% с 1.3-1.7 до 1.4-2.2. Непосредственно после скрайбирования и травления пластина, которая была структурирована канавками с более высоким аспектным отношением, т.е. большей энергией импульса (#10-2, 312 мкДж), показала отражение меньше на ~1.5%, чем пластина, структурированная меньшей энергией импульса (#10 1, 250 мкДж). Однако, после нанесения пленки IFO эффективное отражение этих образцов становится практически одинаковым (2.09 и 2.14%). Отметим, что отражение от образца сравнения, текстурированного стандартными пирамидами и также с пленкой IFO, выше и составило 3.34%. Причем, особенно сильно стандартные пирамиды уступают V-образным канавкам по величине отражения в коротковолновой области (350-600 нм). Изготовлены и исследованы СЭ из кремниевых пластин, структурированных глубоким (> 100 мкм) проникающим эмиттером в виде V-образных канавок, сформированных лазерным методом. Использовали энергию импульса 312 и 400 мкДж, канавки скрайбировали с шагом 60 и 70 мкм, в результате плотность вложенной при лазерном скрайбировании энергии составила 357, 417, 457 и 533 Дж/см2. Установлено, что уменьшение плотности вложенной энергии приводит к улучшению всех параметров СЭ (таблица): Таблица: параметры СЭ с проникающим V-образным эмиттером и СЭ сравнения, текстурированного стандартными пирамидами. параметр V-канавки пирамиды # СЭ #11-1 #11-2 #11-4 #11-5 #11-0 шаг, мкм 70 70 60 60 - энергия импульса, мкДж 312 400 312 400 - вложенная энергия, Дж/см2 357 457 417 533 - глубина V-канавки, мкм 110 120 110 120 аспектное отношение 1.56 1.7 1.85 2.0 0.71 эффективное отражение,.% 2.7 3.3 2.9 3.8 3 фактор неидеальности n* 1.9 2.1 2.2 2.3 1.7 фототок EQE, мА/см2 40.7 40.1 40.3 39.8 38.0 фототок IQE, мА/см2 41.7 41.5 41.4 41.3 40.9 Uoc, мВ 616.0 616.6 610.5 617.3 635.4 псевдо-FF, % 77.9 77.0 76.2 75.7 80.2 псевдо-КПД, % 19.5 19.0 18.7 18.6 19.4 Сравнение показывает, что полученный в данной работе СЭ LGCell, изготовленный из пластин кремния Чохральского, структурированных лазерным методом V-образным проникающим эмиттером, показал фототок 40.7 мА/см2 на активную площадь и 39.5 мА/см2 на полную площадь, что выше, чем СЭ фирмы Sanyo, и не уступает параметрам СЭ фирмы Sun Power. Однако, отметим, что СЭ SunPower изготовлен из кремния Float zone (дорогого и самого высококачественного), а наш СЭ – из обычного кремния Чохральского. Это наиболее важный, результат данной работы. Кроме того, показано, что из пластин кристаллического кремния, структурированных глубоким проникающим эмиттером в виде V-образных канавок лазерным методом можно получить СЭ с КПД до 19.5%, что является чрезвычайно высоким уровнем для данного класса СЭ. Причем этот результат является предварительным и очевидно, что дальнейшая оптимизация режима лазерного скрайбирования позволит значительно повысить этот результат за счет увеличения как напряжения холостого хода, так и фактора заполнения. Разработан плазмохимический метод легирования поверхности кремния водородом в водородной плазме для получения СЭ из кристаллического кремния. Изготовлены и исследованы экспериментальные образцы СЭ, полученные с применением плазменного легирования. Изучено влияние обработки водородной плазмой DFCCP разряда структур (pp+)Cz-Si. Получены p-n переходы на поверхности p-Si c Uoc~400мВ и FF ~80%. Сделан вывод о нецелесообразности напыления пленки IFO на обрабо-танные структуры с целью создания СЭ из-за эффекта уменьшения итоговых Uoc и FF структуры. Впервые исследовано влияние обработки в водородной плазме на свойства гетероперехода IFO/(pp+)Cz-Si. Подобран режим обработки в водородной плазме DFCCP разряда, обеспечивающий существенное увеличение фотонапряжения и FF структуры. В ходе плазмохимической обработки улучшены параметры пре-образования СЭ со структурой IFO/(pp+)Si/ITO: так кпд СЭ выросло на 0.6% . Исследовано влияние обработки в водородной плазме DFCCP разряда на свойства солнечного элемента на базе (n+pp+)Cz-Si структуры. Обнаружен эффект резкого увеличения слоевого сопротивления эмиттера во всех режимах обработки. Определен оптимальный режим обработки для улучшения пассивации поверхности n+ эмиттера. Созданы экспериментальные образцы СЭ со структурой IFO/(n+pp+)Si/ITO, проведено сравнение их параметров преобразования с СЭ из необработанных в плазме структур. В ходе плазмохимической обработки улучшена спектральная чувствительность СЭ со структурой IFO/(pp+)Si/ITO на 0.22 мА/см2. Проведено экспериментальное и теоретическое исследование механизмов образования дефектов при взаимодействии плазмы с новыми пористыми материалами с низкой диэлектрической константой. Показано, что кислородная плазма приводит к удалению углерода и таким образом индуцирует модификацию O-Si-O матрицы пленки, образуя свободные связи, на которых происходит адсорбция радикалов (в обычной атмосфере это О-Н группы). Избежать образования и накопления дефектов, т.е. изменения структуры за счет удаления атомов и образования свободных связей, возможно благодаря эффекту "запечатывания» пор в верхнем слоя SiOCH пленок в Не плазме высокой частоты. "Запечатывание» пор происходит за счет уплотнения верхнего слоя и образования новых прочных С-С и Si-С связей на границах и внутри пор вследствие ионной бомбардировки, что препятствуют проникновению радикалов внутрь пленки. Для определения перспективности применения материалов с пониженным значением диэлектрической постоянной в конструкциях солнечных элементов необходимо провести дополнительные исследования материалов различной пористости и состава. Создание объектов интеллектуальной собственности на отчетном этапе не планировалось и не проводилось. К выполнению работ привлечены студенты физического факультета МГУ, аспиранты физического факультета МГУ и РАН, а также молодые специалисты – сотрудники НИИЯФ МГУ. Результаты НИР внедряются в образовательный процесс, в том числе они будут включены в программу спецкурсов, читаемых в рамках НОЦ "Плазма в микро и нанотехнологии" и ведущей научной школы НШ-3322.2010.2, использоваться при выполнении преддипломных и дипломных работ и, в дальнейшем, подготовки диссертаций на соискание научной степени кандидата физико-математических наук. Таким образом, можно ожидать, что полученные результаты представляют большой практический интерес и создает существенный технологический задел для разработки перспективных конструкций кремниевых солнечных фотоэлектрических преобразователей с использованием плазмохимических и лазерных технологических методов и электродов из наноструктурированных пленок прозрачных проводящих оксидов. Полученные результаты соответствуют требованиям ТЗ и КП. По результатам проведенных исследований исполнители проекта подготовили 5 докладов на 26-й Европейской Конференции по фотовольтаическому преобразованию солнечной энергии (Гамбург, сентябрь 2011 г.); Кроме того, в 2011 г. опубликованы 5 статей в журналах: - Физика и техника полупроводников, 45 (10) (2011) 1410-1416. Г.Г. Унтила, А.П. Палов, А.Ю. Поройков, Т.В. Рахимова, Ю.А. Манкелевич, Т.Н. Кост, А.Б. Чеботарева, В.В. Дворкин. Моделирование оптических свойств кремние-вых солнечных элементов, текстурированных V-образными проникающими канавками. - Физика и техника полупроводников, 45 (3) (2011) 379-386. Г.Г. Унтила, Т.Н. Кост, А.Б. Чеботарева, М.Э. Белоусов, В.А. Самородов, А.Ю. Поройков, М.А. Тимофеев, М.Б. Закс, А.М. Ситников, О.И. Солодуха. Солнечные элементы конструкции LGCell из мультикристаллического кремния. Применение обработки атомарным водородом. - Теплоэнергетика, 11 (2011) 47-60. Г.Г. Унтила, М.Б. Закс. Кремниевая фото-энергетика: состояние и основные направления развития. - Известия вузов. Приборостроение. 2011, т. 54, №2. с. 26-32. Хайдуков, Е.В., Храмова, О.Д., Рочева, В.В., Зуев, Д.А., Новодворский, О.А., Лотин, А.А., Паршина, Л.С., Поройков, А.Ю., Тимофеев, М.А., Унтила Г.Г. Лазерное текстурирование кремния для создания солнечных элементов. - Proc. of SPIE. 2011. Vol. 7994 79940V. doi: 10.1117/12.881756. D.A. Zuev, O.A. Novodvorsky, E.V. Khaydukov, O.D. Khramova, A.A. Lotin, L.S. Parshina, V.V. Rocheva, V.Ya. Panchenko, A.Yu. Poroykov, G.G. Untila, A.B. Chebotareva, T.N. Kost, M.A. Timofeev. Formation of low-reflection multicrystalline silicon surface by laser– induced structuring for application on silicon solar cells.

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".