Исследователи из университета Ханчжоу Дяньцзы изобрели монокристаллический солнечный элемент толщиной 20 мкм с эффективностью 21.1%, используя инновационный метод, называемый послойным переносом (LT). Они достигли невероятных улучшений в токе короткого замыкания, напряжении холостого хода, коэффициенте заполнения и общей эффективности элемента, поднявшись с 16.5% до исключительных 21.1%, путем внедрения пассивирующих слоев и использования различных конфигураций контактов. Это еще больше улучшит производительность солнечных элементов, позволит экономически эффективно использовать кремниевую солнечную энергию и произведет революцию в производстве панелей.
Исследователи из Ханчжоуского университета электроники в Китае успешно разработали тонкопленочный монокристаллический солнечный элемент p-типа с эффективностью преобразования энергии, сопоставимой с его промышленными толстопленочными аналогами.
Леонидас Палилис сказал: «В целом, результаты этого исследования представляют собой новый способ создания высокоэффективных тонких кристаллических кремниевых солнечных элементов с использованием гораздо меньшего количества кремния — для элемента толщиной 20 мкм это примерно одна восьмая часть количества, необходимого для толстого элемента толщиной 160 мкм на панели заданного размера».
В своей опубликованной научной статье ученые объяснили, что вместо резки кремниевых слитков для производства пластин для солнечных элементов они использовали метод, называемый переносом слоя (LT). Метод LT позволяет переносить слой полупроводникового материала с одной подложки на другую.
Этот метод включает в себя:
- Начальная электрохимический использование плавиковой (HF) кислоты для травления пор в толстой кремниевой пластине, создавая пористую кремниевую подложку.
- Затем этот субстрат используется для эпитаксиального роста монокристаллический кремний слой.
- Наконец, эпитаксиальный тонкий слой кремния отделяется от пористой кремниевой подложки.
Используя этот метод, ученые успешно получили тонкую монокристаллическую кремниевую пластину p-типа толщиной 20 мкм . Для повышения производительности ячейки они нанесли на переднюю поверхность ячейки ряд пассивирующих слоев, состоящих из оксида алюминия (Al2O3), нитрида кремния (SiO2) и монооксида кремния (SiOx), с помощью плазменно-усиленного химического осаждения из газовой фазы (PECVD).
Контакты поставляются в двух различных конфигурациях и, как говорят, усиливают поглощение света как на более коротких, так и на более длинных волнах. Следовательно, это приводит к значительному улучшению тока короткого замыкания и напряжения холостого хода ячейки. Конфигурации следующие:
- SiO2/SiNx/SiOx
- Al2O3/SiNx/SiOx
«По сравнению со стандартным солнечным элементом, используемым в качестве эталона, плотность тока увеличилась с 34.3 мА/см² до 38.2 мА/см²», — сказал исследователь, добавив, что пассивирующие слои также способствовали повышению напряжения холостого хода элемента с 632 мВ до 684 мВ.
В результате коэффициент заполнения устройства и эффективность ячеек значительно возросли:
- Поднявшись с 76.2% до впечатляющего показателя 80.8%.
- Поднявшись со скромных 16.5% до выдающихся 21.1%.
Леонидас Палилис пояснил: «Этот прогресс, вероятно, будет способствовать более широкому и экономически эффективному внедрению кремниевой солнечной энергетики благодаря снижению стоимости и, как следствие, расширению производственных мощностей по выпуску солнечных панелей».
