Достоинства и недостатки Siemens-процесса

Достоинства:

Недостатки:

длительное время применяемый, хо­рошо отработанный процесс; технологически возможно произ­водство высокочистого кремния, вплоть до «электронной» степени чистоты; полезные (продаваемые) побочные продукты.

формируется большое количество примесей, если жидкие или твердые химические соедине­ния растворимы в хлоридах; потребность в неоднократной очистке ректификацией; высокое энергопотребление процесса разложе­ния трихлорсилана при температуре около 1150 ºС; малый выход кремния за один цикл осаждения; потребность в переработке больших объемов материала; высокая материалоемкость оснастки процесса; большие объемы газообразных отходов.

10. Солнечные элементы на основе кремния - технология. Изготовление фотоэлектрических преобразователей

В настоящее время более 80% производимых в мире солнечных фотоэлементов (ФЭП) изготавливается на основе кристаллического кремния. В 2009 г. 34% ФЭП были изготовлены на основе монокристаллического кремния, 47% - на основе поли- или мультикристаллического кремния, 1,5% - в виде микрокристаллических кремниевых лент. Около 17% мирового рынка солнечных фотоэлементов сегодня составляют ФЭП, производимые в виде тонких пленок таких материалов, как аморфный кремний, теллурид кадмия, диселенид меди и индия (CIS) и других, нанесенных на различные подложки.

Технологии производства ФЭП

В основу технологий производства монокристаллического кремния и PV-пластин на его основе положены два метода:

• метод Чохральского (Czochralski method, CZ) – выращивание монокристалла кремния из расплава поликристаллического кремния, с последующим его распилом на пластины и их полировкой;

• метод бестигельной зонной плавки (Float-Zone method, FZ) – выращивание монокристалла по направлению перемещения узкой зоны его расплава, созданной индукционным нагревом, с последующим распилом на пластины и их полировкой.

Производство мультикристаллического кремния и PV-пластин основано на методе направленной кристаллизации с последующим распилом мультикристалла кремния на прямоугольные блоки и далее – на пластины.

Большинство производимых в настоящее время кремниевых PV-пластин имеют толщину 210-240 мкм (лучшие показатели – 180 мкм) и размер пластин 100Х100 мм (4 дюйма), 125Х125 мм (5 дюймов), 150Х150 мм (6 дюймов), 210Х210 мм (8 дюймов). Согласно прогнозам, к 2010 г. толщина пластин уменьшится до 150 мкм, что должно привести к снижению коэффициента расхода кремния с 9 г/Вт до 7,5 г/Вт.

11. Потери мощности в солнечном элементе

Анализ потерь энергии важен при оптимизации параметров солнечных элементов. Потери в солнечных элементах подразделяются на две основные группы:

- оптические;

- электрические.

Оптические потери включают в себя потери на отражение, затенение и неполное использование энергии спектра.

Электрические потери делятся на омические потери, то есть потери на активном сопротивлении базы и эмиттера полупроводниковой структуры, на сопротивлении токосъемных покрытий и шин. Другой составляющей электрических потерь являются потери на рекомбинацию электронно-дырочных пар в полупроводниковой структуре солнечного элемента и особенно вблизи поверхности, в результате чего не все фотоны, поглощенные в структуре дают свой вклад в электрический ток.

По физике процесса потери энергии можно разделить на следующие составляющие:

1. hν > Eg – термализация (передача энергии решетке) горячих носителей заряда с энергией, близкой к ширине запрещенной зоны.

2. hν < Eg – прохождение через элемент фотонов с низкой энергией, меньшей ширины запрещенной зоны, не сопровождающееся генерацией электронно-дырочных пар.

3. η_Q - неполное собирание фотогенерированных носителей заряда;

4. qV_oc < Eg – рекомбинационные потери носителей заряда в переходе;

5. ff – потери мощности в диоде при прямом напряжении смещения, равном Vm (включает в себя потери энергии на последовательном и шунтирующем напряжениях.

6. потери на отражение

7. потери на затенение поверхности элемента контактной сеткой

8. потери на нефотоактивное поглощение (поглощение света просветляющим покрытием, дефектами и т.д.)

Распределение потерь энергии в типовых кремниевых солнечных элементах (при условиях АМ 1,5)