Орг вироб сон елемент ALL / Орг вироб сон елемент ALL / До лекц по Орг Вироб Кремн Фотопер / Технолошгія створення Si модулів

76

Науковий вісник Чернівецького університету. 2000. Випуск 86. Фізика.Електроніка.

використати для виготовлення СЕ ділянки

причому оптимальні розміри контактної сітки

мікроелектронного виробництва.

можна забезпечити тільки з використанням про-

Розроблений технологічний маршрут, з враху-

цесів фотолітографії. Для виготовлення СБ се-

ванням етапів гетерування, складається з таких

редньої і великої потужності оптимальною ви-

основних операцій:

явилась конструкція контактної сітки, що зобра-

- реставрація дешевих некондиційних кремнієвих

жена на рис 2б. У даному випадку з технологіч-

пластин (включаючи відходи виробництва ін-

ного процесу виготовлення СЕ були вилучені

тегральних мікросхем), яка включає процеси:

операції фотолітографії і травлення мезаструк-

а) зняття порушених, у тому числі сформова-

тур, а контакти наносились на лицеву сторону

них на попередніх етапах виготовлення мікро-

методом трафаретного друку, що значно знизило

схем різного роду плівок і дифузійних та епітак-

вартість технологічного процесу.

сійних шарів,

Al

б) гетерування домішок у пластинах;

АПП

- плазмохімічне осадження SiO2 на робочу сто-

n+

рону пластини;

- дифузія бору у зворотну сторону пластини при

p

температурі 980°С з метою формування

ізотипного р+-р переходу;

p+

- зняття Sі02 і боросилікатного скла, плазмохі-

Гетер

мічне осадження SіO2 на тильну сторону плас-

(Ge)

тини;

Технологічні та конструктивні особливості створення модулів сонячних фотоперетворювачів

- створення мілкого р-n переходу на робочій сто-

Al

Рис.1. Переріз сонячного елемента.

роні методом дифузії фосфору з РОСl3 при

- напилення Аl товщиною 4-6 мкм. на робочу

сторону;

- формування методом фотолітографії контакт-

ної сітки на робочій стороні пластин;

- напилення А1 товщиною 4-6 мкм. на тильну

сторону;

- впалювання А1 при температурі 450°С протя-

гом 30 хв.;

a)

- нанесення алмазоподібної вуглецевої плівки

на робочу сторону для створення просвітлюю-

чого і пасивуючого покриття.

На рис.1 зображено поперечний переріз виго-

товленого сонячного елемента.

Оскільки нами використовувались круглі плас-

тини Si діаметром 100 мм, то особлива увага при-

ділялась розробці фотошаблона для створення

контактної сітки до емітерної області, яка надала

б можливість максимально використати площу

такої пластини, а також не допустити закороток

на периферії. У результаті проведених розрахун-

ків, досліджень і випробувань різних конструк-

цій ми прийшли до висновку, що оптимальною

для створення СБ малої потужності є конфігу-

б)

рація контактної сітки, зображена на рис.2а,

Рис.2. Конфігурація контактної сітки.

Науковий вісник Чернівецького університету. 2000. Випуск 86. Фізика.Електроніка.

77

Номер

Площа елемента,

Густина струму

Напруга

Фактор заповнення

Ефективність,

зразка

см2

короткого зами-

холостого ходу, В

вольт-амперної

%

кання, мА/см2

характеристики

1

2

31,3

0,611

0,795

15,0

2

2

30,2

0,611

0,793

14,4

3

2

31,7

0,613

0,764

14,6

4

2

30,6

0,619

0,806

15,1

5

2

31,6

0,612

0,781

14,9

б) ФМ2

г) ФМ4

Рис.3. Типи розроблених модулів фотоперетворювачів.

Параметри СЕ, що були виготовлені нами з

На основі виготовлених СЕ зібрано декілька

використанням описаної технології на неконди-

експериментальних фотоелектричних модулів

ційних кремнієвих пластинах (вихідна довжина

(ФМ) різної потужності. Конструкції модулів

дифузії нерівноважних носіїв заряду не переви-

відрізнялись розмірами і формою сонячних еле-

щувала 30 мкм), наведено у таблиці 1.

ментів а також способом їх компонування у мо-

При збільшенні площі елемента його харак-

дулях. На рис.3 зображено типи модулів, що роз-

теристики дещо погіршуються, що є типовим і

робленіу процесі виконання даної роботи.

пояснюється планарною неоднорідністю пара-

Слід зауважити, що різке збільшення струму

метрів і недосконалістю технологічних процесів.

сонячної батареї, що відбирається зовнішнім на-

78

Науковий вісник Чернівецького університету. 2000. Випуск 86. Фізика.Електроніка.

вантаженням, може привести до тимчасового

батареї є мінімальним у порівнянні з випадками

падіння вихідної напруги СБ. У зв’язку з цим,

її компонування з фрагментів пластин. Перевагою

як правило, паралельно вмикають акумуляторну

використання для складання модуля половинок

батарею (АБ), яка працює у перехідних режимах.

пластин є те, що можна досягти значно більшої

Крім того, потреба в електроенергії існує і при

щільності упаковки пластин, а отже зменшити

відсутності сонячного випромінювання. Тому

загальну площу модуля при тій же вихідній по-

для безперебійної роботи фотоелектричних сис-

тужності. Додаткові затрати при цьому, крім

тем необхідно використовувати АБ. В даний час

затрат на порізку пластин, включають також за-

значна кількість споживачів електроенергії роз-

трати на пасивацію бокових граней. Найбільш

рахована на напругу 12 В. Щоб забезпечити ак-

щільне компонування досягається при викорис-

тивний струм зарядки 12-вольтових АБ, сонячні

танні прямокутних пластин. Однак при цьому

батареї проектуються на номінальну робочу на-

нераціонально використовується площа круглих

пругу 16-17 В, тому розрахунки робочих характе-

пластин при розділенні на окремі прямокутні СЕ.

ристик ФМ проводили, виходячи з номінальної

Важливим параметром, який характеризує опти-

напруги ФМ, рівної 16 В.

мальність компонування СЕ на панелі, є коефі-

Також слід мати на увазі, що основний об'єм

цієнт заповнення площі, який визначається як

процесу збірки СБ займають операції електрич-

відношення

ного з'єднання СЕ. Щоб уникнути паралельних

Fзап = (N Sел)/Sn,

з'єднань сонячних елементів (а з ними й додат-

де N – загальна кількість сонячних елементів у

кових електричних втрат на міжелементних з'єд-

даному ФМ, Sел – повна площа СЕ, Sn – площа

наннях і ускладнення і подорожчання технології

монтажу СЕ у модуль), СЕ з'єднували тільки у

несучої поверхні панелі. У залежності від харак-

послідовний ланцюжок, паралельні з'єднання

теру подальших розрахунків, Sn може означати:

були відсутні. Таким чином при проектуванні

1. Площу, що зайнята тільки сонячними елемен-

ФМ задавали не вихідну потужність модуля, а

тами з міжелементними з’єднаннями;

величину струму при заданій робочій напрузі

2. Всю, так звану, доступну для використання

(16 В), виходячи з міркувань найбільш раціональ-

площу, яку займають сонячні елементи, вклю-

ного використання площі кремнієвої підкладки

чаючи їх електричні з’єднання і проводку;

діаметром 100 мм при розділенні її на елементи.

3. Загальну площу панелі за виключенням отво-

Параметри виготовлених модулів наведено у

рів у ній і площі, що зайнята шарнірами та

таблиці 2.

іншими подібними конструктивними елеме-

Найбільш просте – використання круглих

нтами;

пластин, що звільняє від додаткових витрат на

4. Всю загальну площу, включаючи розміщення

порізку пластин. Разом з тим, відношення корис-

електропроводки і частини панелі, що не ви-

ної (зайнятої СЕ) площі до загальної площі такої

користовується активно.

Таблиця 2. Параметри виготовлених модулів фотоперетворювачів.

Загальна площа

Корисна площа

Потужність,

Робоча

Ефективність,

Тип

Коефіцієнт за-

напруга,

модуля

модуля,

модуля,

повнення площі

Вт

В

%

см2

см2

*

**

*

**

*

**

ФМ1

4170

2808

0,67

–

28,3

–

17,4

–

10,1

ФМ2

1800

1404

0,78

11,13

16,66

18,1

18,1

12,3

11,9

ФМ3

1170

702

0,6

6,28

7,79

17,4

17,3

11,9

11,1

ФМ4

820

594

0,72

4,73

6,97

18,0

17,4

12,7

12,1

Науковий вісник Чернівецького університету. 2000. Випуск 86. Фізика.Електроніка.

79

80

Науковий вісник Чернівецького університету. 2000. Випуск 86. Фізика.Електроніка.