Влияние ультразвуковой обработки поверхностей пластин кристаллического кремния на физические свойства устройств солнечной энергетики

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. 

1. Зайнабидинов, 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.

2. 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.

3. 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.2015.21.003

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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)

8. 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).

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Фотопроводимость и поглощение света полуупроводниками. – 2017 [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://poznayka.org/s84837t1.html – (Дата обращения: 22.06.2016.).

15. 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).

16. 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).

17. 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.).

18. 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.