Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych"

Aleksander Przybylski
7 lat temu
Przeglądów:

1 WPŁYW TRAWIENIA CHEMICZNEGO NA PARAMETRY ELEKTROOPTYCZNE KRAWĘDZIOWYCH OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH Joanna Kalbarczyk, Marian Teodorczyk, Elżbieta Dąbrowska, Konrad Krzyżak, Jerzy Sarnecki

2 kontakt srebrowy kontakt srebrowy powierzchnia oświetlana powierzchnia oświetlana Rys. 1. Od lewej: ogniwo planarne, pojedyncze ogniwo krawędziowe, bateria z ogniw krawędziowych.

CHARAKTERYSTYKA OGNIWO KRAWĘDZIOWE -oświetlana krawędź płytki (bardzo mała powierzchnia czynna), kontakty na powierzchniach bocznych ogniwa OGNIWO PLANARNE -oświetlana powierzchnia płytki, kontakty

3 CHARAKTERYSTYKA OGNIWO KRAWĘDZIOWE -oświetlana krawędź płytki (bardzo mała powierzchnia czynna), kontakty na powierzchniach bocznych ogniwa OGNIWO PLANARNE -oświetlana powierzchnia płytki, kontakty na powierzchni czynnej, krawędzie nie biorą udziału w procesie ZALETY WADY OBRÓBKA CHEMICZNA - absorpcja fotonów z zakresu podczerwieni; możliwość eksploatacji przy dużych gęstościach mocy - mały prąd z pojedynczego ogniwa, konieczność łączenia ogniw celem uzyskania większych napięć; małe rozmiary utrudniające obróbkę płytek; obniżona sprawność w zakresie krótkofalowym spowodowana rekombinacją na czynnej powierzchni ogniwa wymagana specyficzna obróbka chemiczna powierzchni oświetlanej w celu eliminacji zjawisk rekombinacyjnych - teksturyzacja krawędzi, trawienie musi być nieinwazyjne - krawędzie mogą ulegać przewężaniu - stosunkowo łatwa obróbka chemiczna -nagrzewanie się ogniw - konieczność odprowadzania ciepła; zaburzenia pracy ogniw spowodowane nawet drobnymi zabrudzeniami na powierzchni; upływności krawędziowe, trudności z lutowaniem kontaktów, część powierzchni zajęta przez kontakty; obniżona sprawność przetwarzania fotonów o energii bliskiej krawędzi absorpcji spowodowana odległością absorpcji większą niż długość drogi dyfuzyjnej nośników mniejszościowych - teksturyzacja powierzchni czynnej, nakładanie warswty pasywacyjnej i antyrefleksyjnej, konieczność odizolowania krawędzi poprzez ich trawienie lub pasywację

4 Prace badawcze obejmowały trzy etapy: I optymalizacja warunków trawienia w roztworach kwasowych II optymalizacja warunków trawienia w roztworach zasadowych III połączenie obu procesów trawienia Do badań użyte zostały krzemowe epitaksjalne krawędziowe ogniwa słoneczne w postaci pasków o szerokości 3 mm, długościach mm i grubości krawędzi 100 μm wyciętych z płytek o średnicy 100 mm. Ogniwa miały naniesione kontakty elektryczne w postaci napylonych metodą sputteringu warstw Al/Ni/Au.

5 TRAWIENIE KWASOWE -WYNIKI Wykres 1. Zależność sprawności w funkcji składu roztworu trawiącego dla poszczególnych czasów trawienia ogniw.

6 Widać wyraźnie, że najlepsze wyniki uzyskane zostały dla trawienia trzyminutowego w roztworze HF:HNO 3 1:2. a) b) Rys. 2. Struktura krawędzi ogniwa: a) przed trawieniem; b) po trzyminutowym trawieniu w roztworze HF:HNO 3 1:2.

7 TRAWIENIE ZASADOWE -WYNIKI Wykres 2. Zależność natężenia prądu od napięcia (charakterystyka jasna) przykładowego ogniwa: - po trawieniu zasadowym (30% KOH 60 0 C, 10 min) i nałożeniu kontaktu Ag (niebieska krzywa); - po wtopieniu kontaktu Ag ( czerwona linia). Wykres 3. Zależność natężenia prądu od napięcia (charakterystyka jasna) przykładowego ogniwa: - po trawieniu zasadowym (30% KOH 70 0 C, 10 min) i nałożeniu kontaktu Ag (niebieska krzywa); - po wtopieniu kontaktu Ag (czerwona krzywa).

8 Najlepsze wyniki uzyskane zostały dla dziesięciominutowego trawienia w 30% roztworze KOH w temperaturze C. Maksymalne uzyskane napięcie układu otwartego wynosiło 0,49 V, przy prądzie zwarcia około 0,8 ma. Uzyskany w tym przypadku współczynnik wypełnienia wynosił 0,65. a) b) Rys. 3. Struktura krawędzi ogniwa: a) przed trawieniem; b) po dziesięciominutowym procesie trawienia zasadowego w 30% roztworze KOH, w temperaturze 60 0 C.

20% roztworze KOH, w temperaturze 80 0 C, w ciągu 10 minut; b) w 30% roztworze KOH, w temperaturze 60 0 C, w ciągu 10 minut a) b) Rys. 4.

9 TRAWIENIE DWUETAPOWE (KWASOWO-ZASADOWE) -WYNIKI Kolejnym etapem było połączenie obu procesów: trawienia w warunkach kwaśnych i alkalicznych. Ogniwa zostały wytrawione w roztworze HF:HNO 3 1:2 w czasie 180 sekund, a następnie dokonano trawienia alkalicznego w warunkach dających najlepsze efekty w poprawie parametrów elektrooptycznych: a) w 20% roztworze KOH, w temperaturze 80 0 C, w ciągu 10 minut; b) w 30% roztworze KOH, w temperaturze 60 0 C, w ciągu 10 minut a) b) Rys. 4. Struktura krawędzi ogniwa po trzyminutowym trawieniu w roztworze HF: HNO 3 1:2 oraz: a) po dziesięciominutowym trawieniu w 20% roztworze KOH, w temperaturze 80 0 C; b) po dziesięciominutowym procesie trawienia zasadowego w 30% roztworze KOH, w temperaturze 60 0 C. Trawienie mieszane daje wyraźną poprawę zarówno napięcia, jak i prądu ogniwa, tym samym poprawia się także współczynnik wypełnienia. Maksymalne osiągnięte w tym przypadku parametry: 0,44 V (napięcie układu otwartego) i 0,7 ma (prąd zwarcia). Osiągnięty dla tych parametrów współczynnik wypełnienia wynosi 0,64.

10 a) b) Wykres 4. Zależność natężenia prądu od napięcia ogniwa trawionego przez 10 minut w 30% roztworze KOH, a następnie odtleniona w roztworze HF:H 2 O 1:1 w czasie 1 minuty: a) charakterystyka jasna; b) charakterystyka ciemna Pomiar wykonany w Laboratorium Fotowoltaicznym IMIM PAN w Kozach

11 MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWAŃ APLIKACYJNYCH - poprawa parametrów elektrooptycznych ogniw ze względu na duży udział prądów krawędziowych -możliwość zastosowania ogniw krawędziowych w połączeniu z koncentratorami fluorescencyjnymi

12 TRAWIENIE KWASOWE: Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych WNIOSKI - najlepsze wyniki dla trawienia w roztworze HF:HNO 3 1:2 w czasie 3 minut - poprawa parametrów ogniw wraz ze wzrostem stosunku HF:HNO 3 - zbyt duże rozwinięcie powierzchni podczas zbyt długiego trawienia powoduje spadek sprawności TRAWIENIE ZASADOWE: -znacząca poprawa parametrów elektrooptycznych ogniw - najlepsze wyniki dla trawienia w 30% roztworze KOH w temperaturze C - wzrost temperatury powoduje wzrost szybkości trawienia; szybsze trawienie powoduje przewężanie krawędzi ogniw TRAWIENIE MIESZANE (KWASOWO-ZASADOWE): -duża ingerencja chemiczna w powierzchnię płytki spowodowała liczne przewężenia krawędzi oraz problemy z pomiarem - trawienie mieszane daje lepsze efekty niż trawienie kwasowe, ale nie poprawia parametrów ogniw tak korzystnie, jak trawienie zasadowe

13 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ

Podobne dokumenty

Sposób i urządzenie do odzysku materiałów krzemowych z ogniw fotowoltaicznych

Sposób i urządzenie do odzysku materiałów krzemowych z ogniw fotowoltaicznych 5 30 Przedmiotem wynalazku jest sposób i urządzenie do kontrolowanego i automatycznego odzysku materiałów krzemowych z ogniw