alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.10-12.094-103alternative-1026Research ArticleИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ , ТЕХНОЛОГИИ, УCТРОЙСТВА И ИХ ВНЕДРЕНИЕINNOVATIONSOLUTIONS, TECHNOLOGIES , FACILITIES AND THEIR INNOVATIONИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕАКТОРОВ ПЛАЗМОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ 5-ГО ПОКОЛЕНИЯ (GEN5 PECVD) ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ГЕТЕРОПЕРЕХОДНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЯЧЕЕКSTUDY ON THE USE OF GEN5 PECVD REACTORS FOR PRODUCTION OF HIGH-EFFICIENCY SILICON HETEROJUNCTION SOLAR CELLSАболмасовС.AbolmasovS.e.terukov@hevelsolar.comАбрамовА.AbramovA.

канд. физ.-мат. наук, руководитель отдела по солнечной энергетике ООО «НТЦ ТПТ», старший научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

Ph.D. (physics and mathematics), Head of Photovoltaics Department at TFTE LLC, Senior Researcher at A.F. Ioffe Physical-Technical Institute

e.terukov@hevelsolar.comАндрониковД.AndronikovD.

канд. физ.-мат. наук, главный технолог ООО «НТЦ ТПТ», научный сотрудник ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

Ph.D. (physics and mathematics), Chief Process Engineer at TFTE LLC, Research Scientist at A.F. Ioffe Institute

e.terukov@hevelsolar.comЕмцевК.EmtsevK.e.terukov@hevelsolar.comИвановГ.IvanovG.e.terukov@hevelsolar.comНяпшаевИ.NyapshaevI.e.terukov@hevelsolar.comОреховД.OrekhovD.

канд. техн. наук, генеральный директор

Ph.D. (engineering), TFTE LLC, CEO

e.terukov@hevelsolar.comСеменовА.SemenovA.e.terukov@hevelsolar.comТеруковЕ.TerukovE.

д-р техн. наук, зам. генерального директора по научной работе

D.Sc. (engineering), Professor, Deputy Director for science of TF TE R&D Center LLC

e.terukov@hevelsolar.comТитовА.TitovA.

аспирант ФТИ Иоффе РАН, сотрудник ООО НТЦ ТПТ

Postgraduate Student at the Ioffe Institute, works at R&D TFTE LLC

e.terukov@hevelsolar.comШахрайИ.ShakhraiI.e.terukov@hevelsolar.comШелопинГ.ShelopinG.e.terukov@hevelsolar.comНТЦ тонкопленочных технологий в энергетикеРоссияR&D Center of Thin Film Technologies in EnergeticsRussian FederationНТЦ тонкопленочных технологий в энергетике Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАНRussian FederationR&D Center of Thin Film Technologies in Energetics The Ioffe InstituteRussian Federation201717052017010-1294103Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1026

В рамках работы производится оценка потенциала использования реакторов плазмохимического осаждения из газовой фазы 5-го поколения (Gen5 (1.4 m2) KAI PECVD), которые изначально разрабатывались в целях создания двухкаскадных тонкопленочных кремниевых (микроморфных) модулей, для производства высокоэффективных гетероструктурных кремниевых (Si-HJ) солнечных ячеек. Показано, что данные реакторы могут обеспечивать отличную равномерность как оптических, так и электрических свойств слоёв гидрогенизированного аморфного кремния по всей поверхности подложкодержателя, размеры которой составляют 110 130 см2. На кремниевых подложках n-типа, изготовленных методом зонной плавки (n-type FZ c-Si), достигается пассивация поверхности с низкой скоростью поверхностной рекомбинации (<4 см/с). Первая часть работы проводилась на пилотной линии ООО «НТЦ ТПТ» (ФТИ им. Иоффе, Россия, Санкт-Петербург), где >были получены гетероструктурные кремниевые солнечные ячейки со средней эффективностью, составляю-щей более 21,5 %. В дальнейшем данные результаты были перенесены на производственную линию завода ООО «Хевел» (Россия, Чебоксары), где при использовании коммерческих 6-дюймовых CZ c-Si подложек и плазмохимических реакторов Gen5 KAI PECVD также были получены Si-HJ солнечные ячейки со средней эффективностью более 21,5 %. Показано, что данные реакторы потенциально могут быть успешно применены для производства солнечных ячеек с эффективностью преобразования более 22 %. Из полученных высокоэффективных гетероструктурных кремниевых солнечных ячеек были собраны солнечные модули. Продемонстрирован потенциал для получения солнечных модулей с вырабатываемой мощностью более 300 Ватт.

 

 

 

 

In this study, we evaluate the potential of using Gen5 (1.4 m2 ) KAI PECVD reactors, originally designed for production of double-junction thin film silicon (micromorph) modules, for manufacturing of high-efficiency silicon heterojunction (Si-HJ) solar cells. It is shown that Gen5 KAI PECVD reactors can provide an excellent uniformity of optical and electrical properties of hydrogenated amorphous silicon layers across entire surface of a 110 130 cm2 wafer carrier. Surface passivation with low surface recombination velocity (< 4 cm/s) is achieved on n-type FZ c-Si wafers. First part of the study was conducted on the pilot line at the R&D Center TFTE LLC (Ioffe Institute, St. Petersburg, Russia), where Si-HJ solar cells, with a mean efficiency over 21,5%, were made. Further, these results were transferred on the production line of the Hevel LLC factory, where cells with mean efficiency over 21,5% are produced using commercial 6-inch n-type CZ c-Si wafers and Gen5 KAI PECVD reactors. The potential to reach the efficiency above 22% and solar panels with output power over 300 Watt is also demonstrated.

 

высокоэффективные гетероструктурные кремниевые солнечные ячейкиреакторы плазмохимического осаждения из газовой фазы 5-го поколенияслои гидрогенизированного аморфного кремнияSI-HJ solar cellsGen5 KAI PECVD reactorshydrogenated amorphous silicon layersReferencesDas, U.K. Surface passivation and heterojunction cells on Si (100) and (111) wafers using dc and rf plasma deposited Si: H thin films / U.K. Das [et al.] // Applied Physics Letters. – 2008. – Vol. 92. – P. 063504.Das U.K., Burrows M.Z., Lu M., Bowden S., Birkmire R.W. Surface passivation and heterojunction cells on Si (100) and (111) wafers using dc and rf plasma deposited Si: H thin films. Applied Physics Letters, 2008;92:063504 (in Eng.).Descoeudres, A. Improved amorphous/crystalline silicon interface passivation by hydrogen plasma treatment / A. Descoeudres [et al.] // Appl. Phys. Lett. – 2011. – Vol. 99. – P. 123506-1–123506-3.Descoeudres A., Barraud L., De Wolf S., et al. Improved amorphous/crystalline silicon interface pas-sivation by hydrogen plasma treatment. Appl. Phys. Lett., 2011;99:123506-1-123506-3 (in Eng.).Wolf, S.D. High-efficiency silicon heterojunction solar cells: A review / S.D. Wolf [et al.] // Green. – 2012. – Vol. 2 – P. 7.De Wolf S., Descoeudres A., Holman Z.C., Ballif C. High-efficiency silicon heterojunction solar cells: A review. Green, 2012;2:7 (in Eng.).Korte, L. Advances in a-Si: H/c-Si heterojunction solar cell fabrication and characterization / L. Korte [et al.] // Solar Energy Materials & Solar Cells. – 2009. – Vol. 93. – P. 905–910.Korte L., Conrad E., et al. Advances in a-Si: H/c-Si heterojunction solar cell fabrication and characterization. Solar Energy Materials & Solar Cells, 2009;93:905-910 (in Eng.).Taguchi, M. Obtaining a higher Voc in HIT cells / Taguchi, M. [et al.] // Prog. Photovolt: Res. Appl. – 2005. – Vol. 13. – P. 481–488; doi:10.1002/pip.646.Taguchi M., Terakawa, et al. Obtaining a higher Voc in HIT cells. Prog. Photovolt: Res. Appl., 2005;13:481–488; doi:10.1002/pip.646 (in Eng.).Tanaka, M. Development of a new heterojunction structure (ACJ -HIT) and its application to polycrystalline silicon solar cells / M. Tanaka [et al.] // Progress in Photovoltaics. – 1993. – Vol. 1. – P. 85.Tanaka M. et al. Development of a new heterojunction structure (ACJ -HIT) and its application to polycrystalline silicon solar cells. Progress in Photovoltaics, 1993;1:85 (in Eng.).Green, M.A. Commercial progress and challenges for photovoltaics / M.A. Green // Nature Energy. – 2016. – Vol. 1. – No. 1. – P. 1–4.Green M.A. Commercial progress and challenges for photovoltaics, Nature Energy, 2016;1(1):1–4 (in Eng.).Taguchi, M. 24.7% Record Efficiency HIT Solar Cell on Thin Silicon Wafer / M. Taguchi [et al.] // IEEE Journal of Photovoltaics. – 2014. – Vol. 4. – P. 96.Taguchi M., Yano A., et al. 24.7% Record Efficiency HIT Solar Cell on Thin Silicon Wafer. IEEE Journal of Photovoltaics, 2014;4:96 (in Eng.).Masuko, K. Achievement of More Than 25% Conversion Efficiency with crystalline Si Heterojunction Solar Cell / K. Masuko [et al.] // IEEE J. Photovoltaics. – 2014. – Vol. 4. – No. 6. – P. 1433–1435.Masuko K., Shigematsu M., et al. Achievement of More Than 25% Conversion Efficiency with crystalline Si Heterojunction Solar Cell. IEEE J. Photovoltaics, 2014;4(6):1433–1435 (in Eng.).Descoeudres, A. >21% efficient silicon heterojunction solar cells on n- and p-type wafers compared / A. Descoeudres [et al.] // IEEE Journal of Photovoltaics. – 2013. – Vol. 3. – P. 83.Descoeudres A., Z. Holman, et al. >21% efficient silicon heterojunction solar cells on n- and p-type wafers compared. IEEE Journal of Photovoltaics, 2013;3:83 (in Eng.).Sinton, R.A. Contactless determination of current–voltage characteristics and minority-carrier lifetimes in semiconductors from quasi-steady-state photoconductance data / R.A. Sinton, A. Guevas // Applied Physics Letters. – 1996. – Vol. 69. – P. 2510.Sinton R.A., Guevas A. Contactless determination of current-voltage characteristics and minority-carrier lifetimes in semiconductors from quasi-steady-state photoconductance data. Applied Physics Letters, 1996;69:2510 (in Eng.).Nagel, H. Generalized analysis of quasi-steady-state and quasi-transient measurements of carrier lifetimes in semiconductors / H. Nagel, C. Berge, A.G. Aberle // Journal of Applied Physics. – 1999. – Vol. 86. – P. 6218.Nagel H., Berge C., Aberle A.G. Generalized analysis of quasi-steady-state and quasi-transient measurements of carrier lifetimes in semiconductors. Journal of Applied Physics, 1999;86:6218 (in Eng.).Kampwerth, H. Measurement of Carrier Lifetime, Surface Recombination Velocity and Emitter Recombination Parameters / H. Kampwerth. – Photovoltaic Solar Energy. – 2017. – P. 339–349.Kampwerth H. Measurement of Carrier Lifetime, Surface Recombination Velocity and Emitter Recombination Parameters. Photovoltaic Solar Energy, 2017, pp. 339–349 (in Eng.).Ballif, C. Smartwire solar cell interconnection technology / C. Ballif [et al.] // Proceedings of the 29th European Photovoltaic Specialist Conference and Exhibition. – 2014. – P. 2555–2561.Ballif C., et al. Smartwire solar cell interconnection technology. Proceedings of the 29th European Photovoltaic Specialist Conference and Exhibition, 2014, pp. 2555–2561 (in Eng.).Papet, P. New Cell Metallization Patterns for Heterojunction Solar Cells Interconnected by the Smart Wire Connection Technology / P. Papet [et al.] // Energy Procedia. – 2015. – Vol. 67. – P. 203.Papet P., Andreetta L., et al. New Cell Metallization Patterns for Heterojunction Solar Cells Interconnected by the Smart Wire Connection Technology. Energy Procedia, 2015;67:203 (in Eng.).Bassi, N. GridTOUCH: Innovative Solution for Accurate IV Measurement of Busbarless Cells in Production and Laboratory Environments / N. Bassi [et al.] // Proceedings 29th European Photovoltaic Solar Energy Conference. – 2014. – Vol. I. – P. 1180.Bassi N., et al. GridTOUCH: Innovative Solution for Accurate IV Measurement of Busbarless Cells in Production and Laboratory Environments. Proceedings 29th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2014;I:1180 (in Eng.).Fujiwara, H.Impact of epitaxial growth at the heterointerface of a-Si:H∕c-Si solar cells / H. Fujiwara, M. Kondo // Applied Physics Letters. – 2007. – Vol. 90. – P. 013503.Fujiwara H., Kondo M. Impact of epitaxial growth at the heterointerface of a-Si:H∕c-Si solar cells / H. Fujiwara. Applied Physics Letters, 2007;90:013503 (in Eng.).Descoeudres, A.The silane depletion fraction as an indicator for the amorphous/crystalline silicon interface passivation quality / A. Descoeudres [et al.] // Applied Physics Letters. – 2010. – Vol. 97. – P. 183505.Descoeudres A., L. Barraud, et al. The silane depletion fraction as an indicator for the amorphous/crystalline silicon interface passivation quality. Applied Physics Letters, 2010;97:183505 (in Eng.).De Wolf, S. High-efficiency silicon heterojunction solar cells: From physics to production lines / S. De Wolf [et al.] // Proceedings 10th Solid-State and Integrated Circuit Technology IEEE Conference. – 2010. – Vol. 1. – P. 1986.S. De Wolf, et al. High-efficiency silicon heterojunction solar cells: From physics to production lines. Proceedings 10th Solid-State and Integrated Circuit Technology IEEE Conference, 2010;1:1986 (in Eng.).Strahm, B. Uniformity and Quality of Monocrystalline Silicon Passivation by Thin Intrinsic Amorphous Silicon in a New Generation Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition Reactor / B. Strahm [et al.] // Proceedings Materials Research Society Symposium. – 2010. – Vol. 1245. – P. A01-04.Strahm B., Andrault Y., et al. Uniformity and Quality of Monocrystalline Silicon Passivation by Thin Intrinsic Amorphous Silicon in a New Generation Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition Reactor. Proceedings Materials Research Society Symposium, 2010;1245:A01–04 (in Eng.).Abolmasov, S.N. Use of industrial KAI-1200 PECVD reactors for manufacturing of high-efficiency silicon heterojunction solar cells / S.N. Abolmasov [et al.] // submitted to Technical Physics.Abolmasov S.N., Abramov A.S., et al. Use of industrial KAI-1200 PECVD reactors for manufacturing of high-efficiency silicon heterojunction solar cells // submitted to Technical Physics (in Eng.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.