alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2020.07-18.12-23alternative-1917Research ArticleI. ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА 1. Солнечная энергетикаI. RENEWABLE ENERGY 1. Solar EnergyВлияние ультразвуковой обработки поверхностей пластин кристаллического кремния на физические свойства устройств солнечной энергетикиInfluence of Ultrasonic Vibration Machining of Surface of the Crystalline Silicon Plates Physical Properties of the Solar Energy Deviceshttps://orcid.org/0000-0003-1986-2199АлиевР.AlievR.

Райимжон Алиев, д-р техн. наук, профессор кафедры физики

д. 129, ул. Университетская, г. Андижан, 170100

Rayimjon Aliev, DSc. in Engineering, Professor of Physics Department 

129 University Str., Andijan, 170100, Uzbekistan 

alievuz@yahoo.comЗиёитдиновЖ.ZiyoitdinovJ.

Жахонгир Зиёитдинов, докторант по специальности «Физика полупроводников»

д. 129, ул. Университетская, г. Андижан, 170100

Jakhongir Ziyoitdinov, hD student on Physics of Semiconductors specialty

129 University Str., Andijan, 170100, Uzbekistan 

УрмановБ.UrmanovB.

Бахтиёр Урманов, исследователь по специальности «Физика полупроводников»

д. 129, ул. Университетская, г. Андижан, 170100

Bakhtiyor Urmanov, Researcher on Physics of Semiconductors

129 University Str., Andijan, 170100, Uzbekistan 

Андижанский государственный университет им. З.М. БабураУзбекистанAndijan State University named after Z.M. BaburUzbekistan20201908202007-181223Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20202020Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1917

Работа относится к технологиям альтернативной энергетики, а именно солнечной энергетики. Анализировались результаты изменения оптических параметров кремниевых пластин вследствие ультразвуковой обработки  (разновидность  механической  обработки). Для  экспериментов  выбраны  монокристаллические  кремниевые пластины р-типа проводимости, используемые для изготовления солнечных элементов. Ультразвуковая обработка поверхности пластин кремния проводилась при помощи специального устройства, которое состоит  из:  основного  блока  механического  воздействия,  компрессора  воздуха  и  генератора  ультразвуковой частоты. Основной блок механического воздействия снабжен системой регулировки давления воздуха, вибратором, рабочими цилиндрами передачи механического колебания, шарообразным микрозондом из  твердого металла и каналом передачи давления на вибратор. Измерены шероховатость поверхности и коэффициент отражения от поверхности в зависимости от длины волны  падающего  света  до  и  после  механической  обработки.  На  основе  полученных  LSM-изображений  и оценки шероховатости поверхности, а также измерения коэффициента отражения света предложен механизм текстурирования, который может быть использован для создания высокоэффективных солнечных элементов. Исследовано воздействие ультразвуковой обработки поверхности пластин кремния на время жизни неравновесных носителей заряда в кремниевых пластинах до и после обработки при помощи специального устройства. Для измерения времени жизни неравновесных носителей заряда в кремниевых пластинах до и после обработки применялся метод квазистационарной фотопроводимости, который основан на бесконтактном измерении проводимости пластины при  воздействии импульсного излучения, позволяющий проводить  оценку  эффективного времени жизни неосновных носителей  заряда. Полученные  экспериментальные результаты, физическое обоснование процессов поглощения света в пластинах, подвергнутых поверхностной механической обработке, и изменение времени жизни фотогенерированных носителей заряда позволяют рекомендовать новый способ повышения эффективности кремниевых солнечных элементов. 

The paper concerns technologies of alternative energy, in particular, solar energy. The research discusses the results change in optical parameters of silicon plates influences due to ultrasonic machining. For experiments, the crystalline con plates of p-type of the conductivity are used for solar cells manufacturing are chosen. We have made ultrasonic chining of a surface of silicon plates by means of the special device. The device consists of the mainframe of mechanl influence, the air compressor and the of ultrasonic frequency generator. The mainframe of mechanical influence is pplied by system of adjustment of air pressure, a vibrator, working cylinders of mechanical vibration transmission, a herical micro-probe from firm metal, the channel of pressure transfer upon the vibrator. The roughness of a surface and factor of  reflexing from a surface depending on length of a wave of an incident ht before and after machining are measured. On the basis of LSM-images received and an estimation of roughness d also measurements of light reflexing factor, the surface texturing mechanism which can be used for production of gh effective solar cells is offered. Moreover, we have researched the influence of ultrasonic machining of a surface silicon plates for life period of the minority charge carriers in silicon plates before processing by means of the spel device. For measurement of life time of minority charge carriers in silicon plates before machining, we have emoyed the method of quasi-stationary photoconductivity based on contactless measurement of conductivity of a plate influence of pulse radiation allowing to spend an estimation of sizes of effective life time of minority charge carri. The received experimental results, physical interpretation of processes of light absorption in the plates subjected ultrasonic machining and change of life time of the photo-generated carriers of a charge allow us to recommend a w way of increase of silicon solar cells efficiency.

кремнийLSM-изображениешероховатость поверхностикоэффициент отражения светатекстурированиесолнечные элементыsiliconLSM imagesroughnesssurfacelight reflexing factortexturesolar cellsРабота выполнена при финансовой поддержке Все-мирного Банка в рамках научного проекта Министерства высшего и среднеспециального образования Республики Узбекистан № АИФ-2/7.Authors express gratitude to colleagues on «Renewable energy sources» Lab at Andijan State University for those technical support. Research is executed under financial sup-port of World Bank through № AIF-2/7 Project of UZ MHSSE.ReferencesЗайнабидинов, С. Особенности поглощения излучения в кремнии с поверхностной текстурой и его влияние на свойства фотоэлектрических преобразователей / С. Зайнабидинов, Р. Алиев, М. Муйдинова // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2019. – № 28–33. – С. 312–317.Zainabidinov S., Aliev R, Muydinova М. Features of radiation absorption in silicon with a surfaces structure and its influence on properties of photoelectric converters (Osobennosti pogloshcheniya izlucheniya v kremnii s poverkhnostnoi teksturoi i ego vliyanie na svoistva fotoelektricheskikh preobrazovatelei). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2019;28–33:312–317 (in Russ.).Никитин, Б.А. Экспериментальная оценка коэффициента отражения кремниевых фотоэлектрических преобразователей / Б.А. Никитин, В.А. Гусаров // Международный научный журнал «Альтернатив-ная энергетика и экология» (ISJAEE). –2016. – Т. 7–8. – С. 12–18; https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.07-08.012-018.Nikitin B.A., Gusarov V.А. Experimental estimation of factor of reflexing of silicon photoelectric converters (Eksperimental'naya otsenka koeffitsienta otrazheniya kremnievykh fotoelektricheskikh preobrazovatelei). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2016;7–8:12–18; https://doi.org/10.15518/isjaee.2016.07-08.012-018 (in Russ.).Никитин, Б.А. Оценка оптимальных параметров и предельных характеристик каскадных кремниевых фотопреобразователей. / Б.А. Никитин, В.А. Гусаров // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2015. – № 21. – С. 24–29; https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.21.003Nikitin B.A., Gusarov V.А. Estimation of optimum parameters and limiting characteristics of silicon cascade photoconverters (Otsenka of optimum parametres and limiting characteristics of cascade silicon photoconverters). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2015;21:24–29; https://doi.org/10.15518/isjaee.2015.21.003 (in Russ.)Зайнабидинов, С. Об оптической эффективности кремниевых фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии / С. Зайнабидинов, Р. Али-ев, М. Муйдинова, Б. Урманов // Гелиотехника. (Applied Solar Energy). – 2018. – № 6. – С. 12–17.Zainabidinov S., Aliev R., Muydinova М., Urmanov B. About optical efficiency of silicon photoelectric converters of solar energy (Ob opticheskoi effektivnosti kremnievykh fotoelektricheskikh preobrazovatelei solnechnoi energii). Geliotehnika (Applied Solar Energy), 2018;6:12–17 (in Russ.).Лизункова, Д.А. Исследование электрических и оптических свойств фоточувствительных структур на наноструктурированном кремнии. Диссертация на соискание ученой степени канд. физ.-мат. наук по специальности 01.04.10 – Физика полупроводников. Самара, 2018. – 150 с.Lizunkova D.A. Investigation on the electrical and optical properties of photosensitive structures on nanostructured silicon. PhD thesis on Physics and mathematics speciality (Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni kand, fiz.-mat. nauk po spetsialnosti fizika poluprovodnikov. Issledovanie elektricheskih i optocheskih svoystv fotochuvstvitelnih strultur na nanostruktrirovannom kremnii). Samara, 2018, 150 p. (in Russ.).Никитин, С.Е. Текстура поверхности моно-кристаллического кремния, окисленного под тонким слоем V2O5 / С.Е. Никитин [и др.] // Физика и техника полупроводников. – 2017. – Т. 51. – Вып. 1. – С. 105–110.Nikitin S.E., Nashekin A.V., Terukova, E.E., Trapeznikova, I.N., Bobil, A.V., Verbitskiy V.N. Surfacestexture of crystalline silicon oxidised under thinLayer V2O5 (Textura poverhnosti monokristallicheskogo kremniya, okislennogo pod tonkim sloem V2O5). Fizika poluprovodnikov, 2017;51(1):105–110 (in Russ.).Основы технологии изготовления кремниевых солнечных фотопреобразователей [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://avenston.com/ru/articles/fundamentals-of-the-technology-of-production-of-silicon-solar-cells/ – (Дата обращения: 26.11.2017)Fundamentals of manufacturing technology of silicon solar photoconverters (Osnovy tehnologii izgotovleniya kremnievih solnechnih fotopreobrazovateley) [Eresource]. Available on: https://avenston.com/ru/articles/fundamentals-of-thetechnology-of-production-of-silicon-solar-cells/ (11.26.2017) (in Russ.).Алдашкин, Г.В. Исследование пористого кремния методом РЭМ / Г.В. Алдашкин // Молодой ученый. – 2016. – № 10. – С. 337–340. – Режим доступа: https://moluch.ru/archive/114/30315/ – (Дата об-ращения: 06.04.2020).Aldashkin G.V. SEM study of porous silicon (Issledovaniye poristogo kremniya metodom REM). Molodoy ucheniy, 2016;10:337–340 [E-resource]. Available on: https://moluch.ru/archive/114/30315/ (04.06.2020) (in Russ.).Орехов, В. Ю. Кремний мультипористой текстуры для фотоэлектрических преобразователей солнечной энергии / В.Ю. Орехов, А.А. Дружинин. // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2009. – № 3. – С. 21–23.Orehov V.Yu., Drujinin A.A. Silicon multiporous texture for solar energy photovoltaic converters (Kremniy multiporistiy texture dlya fotoelektricheskih preobrazovateley solnechnoy energii). Tehnologiya i konstruirovaniye v elektronnoy apparature, 2009;3:21– 23 (in Russ.).Kwon, H. Investigation of Antireflective Porous Silicon Coating for Solar Cells / H. Kwon [et al.] // International Scholarly Research Network ISRN Nanotechnology. – 2011. – Vol. 2011. – P. 1–4.Kwon H., Lee J., Kim M., Lee S. Investigation of Antireflective Porous Silicon Coating for Solar Cells. International Scholarly Research Network ISRN Nanotechnology, 2011;2011:1–4; Article ID 716409, doi: 10.5402/2011/716409. .Хайдуков, Е.В. Лазерное текстурирование кремния для создания солнечных элементов / Е.В. Хайдуков [и др.] // Известия вузов. Приборостроение. – 2011. – Т. 54. – № 2. – С. 26–32.Haydukov E.V., Hramova O.D., Rocheva V.V., Zuev D.A, Novodvorskiy O.A., Lotin A.A., Parshina L.S., Poroykov A.Yu., Timofeev M.A., Untila G.G. Silicon Laser Texturing for Solar Cells (Lazernoe texturirovaniye kremniya dlya sozdaniya solnechnih elementov). Izvestiya vuzov. Priborostroenie, 2011;54(2):26–32 (in Russ.).Dobrzanski, L.A. Development of the laser method of multicrystalline silicon surface texturization / L.A. Dobrzanski [и др.] // Arhives of Mater. Sci. and Eng. – 2009. – Vol. 38. – P. 5–11.Dobrzanski L.A., Drygala A., Panek P., Lipinsky M., Zieba P. Development of the laser method of multicrystalline silicon surface texturization. Arhives of Mater. Sci. and Eng., 2009;38:5–11.Abbott, M. Optical and electrical properties of laser texturing for high-efficiency solar cells / M. Abbott, J. Cotter // Prog. Photovolt: Res. Appl. – 2006. – Vol. 14. – P. 225–235.Abbott M., Cotter J. Optical and electrical properties of laser texturing for high-efficiency solar cells. Prog. Photovolt: Res. Appl., 2006;14:225–235.Фотопроводимость и поглощение света полуупроводниками. – 2017 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://poznayka.org/s84837t1.html – (Дата обращения: 22.06.2016.).Semiconductor photoconductivity and light absorption (Fotoprovodimost i pogloshenie sveta poluprovodnikami), 2017 [E-resource]. Available on: https://poznayka.org/s84837t1.html (06.22.2016.) (in Russ.).Aouida, S. Effective minority carrier lifetime measured in qss mode and Silicon surface treatments [Электронный ресурс] / S. Aouida [et al.] // 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. – Режим доступа: https://www.researchgate.net/publication/286455363 – (Дата обращения: 15.09.2015).Aouida S., Zaghouani R.B., Bachtouli N., Bessais B. Effective minority carrier lifetime measured in qss mode and Silicon surface treatments. 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. [E-resource]. Available on: https://www.researchgate.net/publication/286455363 (15/09.2015.).Mark Garlick. Flexo-photovoltaic effect. Science. – 2018. – Vol. 360. – Iss. 6391. – P. 904–907 [Электронный ресурс]; DOI: 10.1126/Science. aan3256. – Режим доступа: https://nplus1.ru/news/2018/04/20/flexo-photovoltaic-effect. – (Дата обращения: 25.05.2018).Garlick M. Flexo-photovoltaic effect. Science, 2018:360(6391):904-907; DOI: 10.1126/Science. aan3256 [E-resource]. Available on: https://nplus1.ru/news/2018/04/20/flexo-photovoltaiceffect. (25.04.2018).Yang, M.-M. New type of silicon promises cheaper solar technology / M.-M. Yang, D. J. Kim, M. Alexe // Physical Review Letters, Apr., 24, 2019. Режим доступа: https://phys.org/news/2019-04-silicon-cheaper-solar-technology.html. – (Дата обращения: 24.04.2019.).Yang M.-M., Kim D.J., Alexe M. New type of silicon promises cheaper solar technology. Physical Review Letters, Apr., 24, 2019 [E-resource]. Available on: https://phys.org/news/2019-04-silicon-cheaper-solartechnology.html. (04.24.2019).Алиев, Р. Стимулирование времени жизни носителей заряда за счет флексоэлектрического эффекта на поверхности кремния / Р. Алиев, Б. Урманов, М. Муйдинова, Ж. Каххаров // Материалы IV Международной конференции по «Оптическим и фотоэлектрическим явлениям в полупроводниковых микро- и наноструктурах» ФерПИ, 26–27 май 2018, Фергана. – 2018. – С. 277–279.Aliev R., Urmanov B., Muydinova M., Kahharov J. Stimulation of the lifetime of charge carriers due to the flexoelectric effect on the silicon surface (Stimulirovaniye vremeni jizni nositeley zaryada za chet flexo-elektricheskogo effekta na poverhnosti kremniya. Materialy IV Mejdunarodnoy konferentsii po “Opticheskim I fotoelektricheskim yavleniyam v poluprovodnikovyh mikro- i nanostrukturah”), May 26–27, 2018, pp. 277–279 (in Russ.).

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