НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ СОЗДАНИЯ КРЕМНИЕВЫХ
СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Координатор: член-корр. РАН Асеев А. Л.

Исполнители: ИФП, ИТ, ИГХ, КТИПМ, ОФП БНЦ СО РАН, НГУ

Cконструирована и смонтирована опытно-промышленная линия для производства солнечных элементов на дешевых подложках из нержавеющей стали (технология roll to roll). Главное преимущество линии — использование нового метода осаждения слоев кремния, позволяющего получать с очень высокой скоростью пленки кремния различной структуры (аморфные, микрокристаллические и эпитаксиальные). Метод базируется на создании электронно-пучковой плазмы в сверхзвуковом потоке исходных газовых смесей; обеспечивает высокие скорости роста слоев кремния и низкие энергозатраты на процесс, что позволит снизить стоимость фотоэлектрических преобразователей. Уникальные особенности метода:

условия в струе не зависят от условий в вакуумной камере, что дало возможность получать эпитаксиальные пленки кремния без высоковакуумного реактора;

высокая эффективность процессов активации исходных молекул;

быстрый перенос активных частиц от зоны активации к зоне осаждения, что сокращает нежелательные столкновения молекул и радикалов в потоке.

На основании исследований структурных, оптических и электрофизических свойств слоев кремния определены оптимальные условия получения аморфных и микрокристаллических пленок приборного качества с рекордными скоростями роста (до 15 нм/с). Применение аморфных и микрокристаллических слоев для создания различных структур солнечных элементов (см. рисунок) проводится в рамках совместных работ с предприятием СОВЛАКС (Россия) и с IMEC (Бельгия).

Структура фотоэлектрического преобразователя. Figure. Structure of the photo-electric converter.

При 600—700 ° С на подложках из монокристаллического Si без высоковакуумной камеры и без предварительных высокотемпературных отжигов исходных образцов получены эпитаксиальные пленки со скоростями 10—15 нм/с. То есть скорости роста в десятки раз превышают традиционные для молекулярно-лучевой эпитаксии.

Разработаны физико-химические основы технологии прямого получения (минуя стадию химического передела) из металлургического кремния мультикремния, пригодного для создания солнечных элементов (СЭ).

По единой технологии получены опытные образцы мультикремния как из рафинированного металлургического кремния, так и из СКРАПа. Изготовлены первые образцы СЭ на мультикремнии. По эффективности СЭ на мультикремнии практически не отличаются от СЭ на монокристалле.

1. R. G. Sharafutdinov, S. Ya. Khmel. “Abnormal optical emissions in a condensing monosilane-argon gas jet activated by electron beam plasma”, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2003, V. 23, N 3, P. 461—468.
2. R. Sharafutdinov, S. Khmel, O. Semenova, S. Svitasheva, R. Bilyalov, J. Poortmans. “a new high-rate deposition method for thin film crystalline si solar cells”, Proceeding of the 29 IEEE Photovoltaic Specialists Conference, 20—24 May 2002, New Orleans (4 pages).

Всего по результатам работы в рамках Интеграционного проекта получены три патента, опубликованы 17 статей в рецензируемых изданиях.

В оглавление

Далее