Солнечный элемент и модуль солнечного элемента



Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
Солнечный элемент и модуль солнечного элемента
Солнечный элемент и модуль солнечного элемента

 


Владельцы патента RU 2571167:

СИН-ЭЦУ КЕМИКАЛ КО., ЛТД. (JP)

Солнечный элемент, в котором пассивирующая пленка образована на кристаллической кремниевой подложке, которая имеет, по меньшей мере, p-n переход, а электрод сформирован путем печатания и термообработки проводящей пасты. Упомянутый солнечный элемент имеет: первый электрод, содержащий вытягивающий электрод, который вытягивает фотогенерированные носители из кремниевой подложки, образованный таким образом, чтобы он контактировал с кремниевой подложкой; и второй электрод, содержащий коллекторный электрод, который собирает носители, накопленные на вытягивающем электроде, образованном таким образом, чтобы он контактировал с первым электродом. Помимо точки контакта между первым электродом и вторым электродом, по меньшей мере, второй электрод контактирует с кремниевой подложкой лишь частично или вообще не контактирует. Изобретение снижает потери заряда на границах электрод/кремний, повышает ток короткого замыкания и напряжение разомкнутой цепи, придает солнечному элементу улучшенные характеристики и снижает затраты. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Данное изобретение относится к солнечному элементу и модулю солнечного элемента, обладающему преимуществами, состоящими в низкой стоимости и высокой эффективности.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Фиг.1 иллюстрирует одну обычную модель солнечного элемента массового производства, в котором использована подложка из моно- или поликристаллического кремния. Солнечный элемент включает кремниевую подложку 101, в которой примесь диффундирует при высокой концентрации, с образованием диффузионного слоя 102 и p-n-перехода, и электроды на его светопринимающей поверхности. Электроды включают множество электродов (называемых вытягивающими электродами) 104, шириной от нескольких сотен до нескольких десятков микрон (мкм), и нескольких коллекторных электродов 105 в качестве электрода, объединяющего в себе все вытягивающие электроды и соединяющего между собой солнечные элементы. Тогда как эти электроды могут быть образованы различными способами, причем один способ, обычно используемый с точки зрения стоимости, состоит в печатании металлической пасты, содержащей тонкие частицы металла, такого как Ag, и органические связующие, посредством трафарета, и т.п., и в термообработке при температуре нескольких сотен градусов Цельсия, для создания связи с подложкой. На поверхности подложки, противоположной светопринимающей поверхности, обратный электрод 106 с полярностью, противоположной полярности электрода светопринимающей стороны, образован с использованием металлической пасты, содержащей тонкие частицы металла, такого как Al, и органическое связующее, путем трафаретной печати и прокаливания при температуре примерно 700-850°C. В области падения света на солнечный элемент формируется антиотражающая пленка 103, предназначенная для эффективного собирания света. В качестве антиотражающей пленки обычно используют пленку нитрида кремния, которую создают путем химического осаждения из паровой фазы (chemical vapor deposition, CVD), и т.п.

Антиотражающая пленка также обладает дополнительной важной функцией пассивирования поверхности кремния. Внутри кристалла атомы кремния находятся в стабильном состоянии благодаря ковалентной связи между соседними атомами. Однако на поверхности, соответствующей окончанию расположения атомов, там, где нет никаких соседних связанных атомов, появляется нестабильный уровень энергии, известный как «ненасыщенная связь». Поскольку ненасыщенная связь является электрически активной, она захватывает и гасит заряд, фотогенерированный в кремнии, ухудшая работу солнечного элемента. Для подавления потерь солнечные элементы были подвергнуты пассивационной обработке поверхности или иной обработке для уменьшения числа ненасыщенных связей.

С другой стороны, известно, что ненасыщенные связи не подвергаются пассивации на границе контакта металла и кремния и скорость рекомбинации носителей в этом месте очень высока. То есть электрод должен контактировать с поверхностью кремния для извлечения фотогенерированных носителей, тогда как граница кремний/электрод становится существенным компонентом, привносящим потери в характеристики солнечного элемента. Поэтому для высокоэффективных солнечных элементов используются некоторые способы для минимизации контактной поверхности между кремнием и электродом. Такие способы включают создание структур узкого контакта и точечного контакта. Эти структуры образуют путем частичного удаления пассивирующей пленки путем фотолитографии (см., например, работу J. Knobloch, A. Noel, E. Schaffer, U. Schubert, F. J. Kamerewerd, S. Klussmann, W. Wettling, Proc. 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference, p.271, 1993) или печатания травильной пасты, для обнажения нижележащего кремния, и испарения или печатания на него металла. Альтернативный способ состоит в формировании пленки металла поверх пассивирующей пленки, в облучении лазерным светом пятен на ней, для нагрева металла, и в предоставлении металлу возможности проникать сквозь пассивирующую пленку, для формирования, таким образом, контактов кремний/электрод (см., например, работу S. W. Glunz, R. Preu, S. Schaefer, E. Schneiderlochner, W. Pfleging, R. Ludemann, G. Willeke, Proc. 28th IEEE Photovoltaic Shepcialists Conference, p.168, 2000).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

Однако образование структуры электродов типа узкого контакта или точечного контакта требует повышенных затрат, поскольку задействованы несколько этапов, а также поскольку резист, травильная паста, и т.п. которые вновь являются необходимыми для нанесения рисунка, ослабляют все преимущество от эффекта пассивации. Также, способ, в котором использован лазер, требует наличия дорогой аппаратуры и громоздких этапов испарения и других этапов для формирования металлической пленки, что показывает, что все достоинства труднодостижимы экономически.

Задачей изобретения, которое было создано с учетом вышеупомянутых обстоятельств, состоит в обеспечении солнечного элемента и модуля солнечного элемента, обладающего преимуществами, связанными со сниженными потерями на заряд на границе электрод/кремний, повышенным током короткого замыкания и напряжением разомкнутой цепи, улучшенными характеристиками солнечного элемента и изготовлением при низких затратах.

Решение проблемы

Для достижения вышеуказанной цели изобретение обеспечивает солнечный элемент и модуль солнечного элемента, как указано ниже.

[1] Солнечный элемент, содержащий кристаллическую кремниевую подложку, имеющую, по меньшей мере, p-n переход, сформированную на ней пассивирующую пленку и сформированные на ней электроды, путем печатания и термообработки проводящей пасты, характеризующийся тем, что электроды включают первый электрод, который образован таким образом, чтобы вытягивающий электрод мог контактировать с кремниевой подложкой для вытягивания фотогенерированных носителей из кремниевой подложки, и второй электрод, который сформирован таким образом, чтобы коллекторный электрод мог контактировать с первым электродом для накопления носителей, вытягиваемых первым электродом, а второй электрод и кремниевая подложка контактируют только частично или нигде, по меньшей мере, вне точки контакта между первым и вторым электродом.

[2] Солнечный элемент по п. [1], в котором область за пределами контактной части между вторым электродом и кремниевой подложкой, за исключением области контактной части между первым и вторым электродом, составляет, по меньшей мере, 20% от области, равной области, образованной шириной и общей длиной второго электрода минус область контактной части между первым и вторым электродом.

[3] Солнечный элемент по п. [1] или [2], в котором первый электрод частично контактирует или полностью покрыт вторым электродом.

[4] Солнечный элемент по любому из пп. [1]-[3], в котором первый электрод образован из проводящей пасты, содержащей B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединений, а область, обладающая высокой концентрацией диффундированного в ней элемента, включена в кремниевую подложку под первым электродом.

[5] Солнечный элемент по любому из пп. [1]-[4], в котором пассивирующая пленка содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, аморфный кремний, микрокристаллический кремний или оксид титана или их сочетания.

[6] Солнечный элемент по любому из пп. [1]-[5], в котором коллекторный электрод, содержащий скомбинированные первый и второй электроды, образован на светопринимающей поверхности или несветопринимающей поверхности солнечного элемента, или на них на обеих.

[7] Модуль солнечного элемента, содержащий электрически соединенные солнечные элементы по любому из пп. [1]-[6].

Благоприятные эффекты изобретения

Поскольку пассивирующая пленка полностью или частично оставлена между коллекторным электродом и кремнием, изобретение снижает потери заряда на границе электрод/кремний, повышает ток короткого замыкания и напряжение открытой цепи и улучшает характеристики солнечного элемента. Кроме того, может быть внедрен способ, в котором использована существующая технология трафаретной печати, и т.п., которая крайне эффективна при снижении затрат.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой схематическое перспективное изображение примерной структуры стандартного солнечного элемента.

Фиг.2 представляет собой схематическое перспективное изображение примерной структуры солнечного элемента в одном варианте воплощения изобретения.

Фиг.3 представляет собой схематическое перспективное изображение примерной структуры солнечного элемента в другом варианте воплощения изобретения.

Фиг.4 представляет собой горизонтальную проекцию печатной пластины для использования при образовании электрода согласно изобретению, (A) показывающую изображение одного вытягивающего электрода, (B) показывающую изображение одного коллекторного электрода и (C) показывающую комбинированное изображение вытягивающего и коллекторного электродов.

Фиг.5 представляет собой диаграмму, показывающую одно влияние характеристики солнечного элемента согласно изобретению.

Фиг.6 представляет собой диаграмму, показывающую влияние количества стеклокерамического припоя, добавляемого согласно изобретению.

Фиг.7 представляет собой изображение, иллюстрирующее область пассивирующей пленки под электродами согласно изобретению.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ

Фиг.2 иллюстрирует солнечный элемент в одном варианте воплощения изобретения. Солнечный элемент включает кремниевую подложку 201, в которой примесь диффундирует при высокой концентрации, с образованием диффузионного слоя 202 и p-n перехода, т.е. кремниевую подложку 201, имеющую, по меньшей мере, p-n переход, пассивирующую пленку 203, образованную на ней, и электроды, образованные на ней путем печатания и термообработки проводящей пасты. Электроды включают первый электрод 204, который образован таким образом, чтобы вытягивающий электрод мог контактировать с кремниевой подложкой для вытягивания фотогенерированных носителей из кремниевой подложки, и второй электрод 205, который формируется таким образом, чтобы коллекторный электрод мог контактировать с первым электродом 204, для накопления носителей, вытянутых первым электродом 204, по меньшей мере, второй электрод 205 и сильнолегированный диффузионный слой 202, контактирующий лишь частично, или вообще нигде за пределами контакта между первым и вторым электродом 204 и 205. Это облегчает пассивацию поверхности кремния под вторым электродом 205. Следует обратить внимание, что обратный электрод изображен под позицией 206.

В предпочтительном варианте воплощения область, в которой отсутствует контакт между вторым электродом и кремниевой подложкой, за исключением области контакта между первым и вторым электродом, составляет, по меньшей мере, 20%, особенно 40-100% от области, равной области, образованной шириной и общей длиной второго электрода, минус область контакта между первым и вторым электродом.

Также, является предпочтительным, чтобы второй электрод был образован из проводящей пасты, обладающей меньшим содержанием стеклокерамического припоя, чем содержание стеклокерамического припоя в проводящей пасте, из которой образован первый электрод. В частности, является предпочтительным, чтобы второй электрод был образован из проводящей пасты, обладающей содержанием стеклокерамического припоя до 2 мас.%, более предпочтительно, до 1 мас.%. Содержание стеклокерамического припоя может даже составлять 0 мас.%. В этом варианте воплощения является предпочтительным, чтобы первый электрод был образован из проводящей пасты, обладающей содержанием стеклокерамического припоя 8-20 мас.%, более предпочтительно, 8-10 мас.%. Содержание стеклокерамического припоя менее, чем 8 мас.% может привести к недостаточному контакту с высококонцентрированным диффузионным слоем, который может повысить электрическое сопротивление и ухудшить характеристики солнечного элемента. Содержание стеклокерамического припоя более 20 мас.% указывает на избыток электроизолирующего компонента стекла, что может привести к снижению проводимости самого электрода и к избыточному просачиванию компонента стекла в пространство между электродом и высококонцентрированным диффузионным слоем, что приводит к повышенному электрическому сопротивлению и ухудшенным характеристикам солнечного элемента.

Хотя первый электрод 204 частично контактирует со вторым электродом 205 в солнечном элементе согласно Фиг.2, первый электрод 304 может быть полностью покрыт вторым электродом 305, как показано на Фиг.3. Примечательно, что кремниевая подложка 301, высококонцентрированный диффузионный слой 302, пассивирующая пленка 303 и обратный электрод 306 проиллюстрированы на Фиг.3.

Является предпочтительным, чтобы первый электрод был образован из проводящей пасты, содержащей B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединения. Тогда в кремниевой подложке под первым электродом образуется область, имеющая элемент, диффундированный при высокой концентрации.

Является предпочтительным, чтобы второй электрод обладал более высоким удельным электросопротивлением, чем первый электрод.

Следует отметить, что является предпочтительным, чтобы пассивирующая пленка была образована из оксида кремния, нитрида кремния, карбида кремния, оксида алюминия, аморфного кремния, микрокристаллического кремния или оксида титана или их сочетаний.

Является предпочтительным, чтобы коллекторный электрод, содержащий скомбинированные первый и второй электроды, был образован на светопринимающей поверхности или на несветопринимающей поверхности солнечного элемента, или на них обеих.

Далее будет описан один примерный способ изготовления солнечного элемента согласно изобретению. Изобретение не ограничено солнечным элементом, изготовленным этим способом.

Вырезанную монокристаллическую (100) кремниевую подложку p-типа, в которой кремний высокой чистоты легирован элементом III группы, таким как B или Ga, таким образом, чтобы она приобрела удельное электросопротивление 0,1-5 Ом·см, протравливают концентрированным щелочным раствором гидроксида натрия или гидроксида калия, с концентрацией 5-60 мас.%, или смесью кислот, состоящей из фтороводородной кислоты и азотной кислоты, для удаления обработанного поврежденного поверхностного слоя. Монокристаллическая кремниевая подложка может быть приготовлена методом Чохральского или методом плавающей зоны. Примечательно, что вместо этого может быть использована монокристаллическая (100) кремниевая подложка n-типа, в которой кремний высокой чистоты легирован элементом V группы, таким как P или Sb, таким образом, чтобы придать ей удельное электросопротивление 0,1-5 Ом·см. Помимо монокристаллического кремния, могут быть также использованы поликристаллические кремниевые подложки, приготовленные способом заливки или выращивания ленты.

Впоследствии, поверхность подложки обеспечивают микроскопическими неровностями, известными как текстура. Текстура является эффективным средством для снижения отражательной способности солнечных элементов. Текстура может быть легко обеспечена путем пропитки подложки в горячем щелочном растворе гидроксида натрия, гидроксида калия, карбоната калия, карбоната натрия, гидрокарбоната натрия или гидроксида тетраметиламмония (концентрация 1-10 мас.%) при температуре 60-100°C в течение примерно 10-30 минут. Часто, для контроля реакции в щелочном растворе растворяют надлежащее количество 2-пропанола.

Текстурирование следует за промывкой водным раствором кислоты, такой как хлороводородная кислота, серная кислота, азотная кислота или фтороводородная кислота или их смеси. Промывка хлороводородной кислотой является предпочтительной с точки зрения затрат и свойств. Для повышения чистоты промывку можно осуществлять путем перемешивания 0,5-5 мас.% водного раствора перекиси водорода с водным раствором хлороводородной кислоты и нагрева при 60-90°C.

На подложке высококонцентрированный диффузионный слой формируют за счет диффузии парообразной фазы, с использованием оксихлорида фосфора. В другом варианте воплощения, с использованием подложки n-типа, высококонцентрированный диффузионный слой формируют путем диффузии парообразной фазы бромида бора, или иначе. В обычных кремниевых солнечных элементах p-n переход должен быть образован только на светопринимающей стороне. С этой целью необходимо использовать любое подходящее средство для предотвращения любого p-n перехода на обратной поверхности, например, путем осуществления диффузии, при совмещении двух подложек или путем стравливания диффузионного слоя на одной стороне в водном щелочном растворе, и т.п. В конце диффузии стекло, образованное на поверхности, удаляют с использованием фтороводородной кислоты и т.п.

Затем на светопринимающей поверхности образуется антиотражающая/пассивирующая пленка. С использованием системы химического осаждения из паровой фазы для образования пленки осаждают пленку из нитрида кремния или аналогичную пленку, толщиной, примерно 100 нм. Часто в качестве газа-реагента используют смесь моносилана (SiH4) и аммиака (NH3), хотя вместо NH3 можно использовать азот. Также желаемый показатель преломления может быть получен, с использованием газообразного H2 для разбавления пленкообразующих частиц для регулирования давления процесса или для разбавления газообразного реагента. Пленка не ограничивается нитридом кремния, и вместо него можно использовать оксид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, аморфный кремний, микрокристаллический кремний или оксид титана, которые образуются за счет термообработки, осаждения атомного слоя, и т.п.

Пассивирующая пленка не ограничена пленкой нитрида кремния, и она может содержать оксид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, аморфный кремний, микрокристаллический кремний или оксид титана, или их сочетания, как было указано немного выше. Эти пленки могут быть осаждены с использованием стандартной технологии.

Затем только вытягивающий электрод, соответствующий первому электроду, отпечатывают посредством трафаретной печати на светопринимающей поверхности подложки с использованием печатной пластины, имеющей рисунок, как показано на Фиг.4(А). Сразу после приготовления серебряной пасты путем перемешивания серебряного порошка и стеклокерамического припоя с органическим связующим пасту отпечатывают и подвергают термообработке таким образом, чтобы частицы серебра могли проникать сквозь пассивирующую пленку, как правило, пленку нитрида кремния, для установления электрической проводимости между электродом и кремнием. На Фиг.4 изображено печатное изображение первого электрода под позицией 401, а печатный рисунок второго электрода изображен под позицией 402.

Для повышения коэффициента заполнения солнечного элемента путем снижения омического контакта между первым электродом и кремниевой подложкой для снижения электросопротивления высококонцентрированный примесный диффузионный слой может быть образован в кремниевой подложке под первым электродом. Если B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединения предварительно добавляют к первой электродообразующей проводящей пасте, то высококонцентрированный примесный диффузионный слой может быть образован в кремниевой подложке в то же время, что и этап отжига, вслед за печатанием электродной пасты. Хотя количество примеси, добавляемой к проводящей пасте, изменяется с составом проводящей пасты, как правило, рекомендуется, из соображений работы выхода металла и кремния, для регулирования примеси количества таким образом, чтобы высококонцентрированный примесный диффузионный слой, образованный в кремниевой подложке, мог иметь максимальную концентрацию примеси, по меньшей мере, 2×1019 атомов/см3, более предпочтительно, по меньшей мере, 5×1019 атомов/см3. Верхний предел концентрации примеси составляет 2×1022 атомов/см3.

На первом электроде, сформированном указанным образом, коллекторный электрод, соответствующий второму электроду, отпечатывают трафаретной печатью. Печатная пластина для второго электрода может нести на себе изображение одного коллекторного электрода, как показано на Фиг.4(В), или может быть использована печатная пластина, несущая на себе изображение скомбинированных вытягивающего и коллекторного электродов, как показано на Фиг.4(С), вследствие чего на первый электрод может быть нанесено покрытие. В последнем случае, характеристики солнечного элемента могут быть дополнительно повышены за счет установления проводимости второго электрода более высокой, чем проводимость первого электрода, для снижения, таким образом, омических потерь электрода.

Что касается серебряной пасты для формирования второго электрода, то пасту, в которой добавки модифицированы таким образом, чтобы способность к сквозному прокаливанию пассивирующей пленки из серебряной пасты для формирования второго электрода могла быть ниже, чем способность к сквозному прокаливанию пассивирующей пленки из серебряной пасты для формирования первого электрода, используют в целях удержания пассивирующей пленки иначе, чем первую область формирования электрода.

Способность к сквозному прокаливанию пассивирующей пленки из проводящей пасты можно регулировать за счет содержания стеклокерамического припоя в пасте. Является предпочтительным, чтобы стеклокерамический припой, используемый в настоящей работе, был выбран из стеклокерамических материалов, включающих материалы B-Pb-O, B-Si-Pb-O, B-Si-Pb-Al-O, B-Si-Bi-Pb-O и B-Si-Zn-O.

Обратный электрод формируют путем смешивания алюминиевого порошка с органическим связующим и отпечатывания результирующей пасты путем трафаретной печати. За печатанием следует прокаливание при температуре 700-850°C в течение 5-30 минут для образования обратного электрода и второго электрода. Прокаливание обратного электрода и электрода светопринимающей поверхности может быть осуществлено одновременно. Также порядок формирования электродов на противоположных поверхностях может быть обратным.

Способ формирования электрода не ограничен печатанием посредством трафаретной печати, и он может быть осуществлен с использованием дозатора, аэрозольного распыления, и т.п.

ПРИМЕРЫ

Примеры и Сравнительные примеры приведены ниже в качестве иллюстрации, а не в качестве ограничения.

[Эксперимент]

Исследование области пассивирующей пленки под вторым электродом и содержание стеклокерамического припоя проводящей пасты

Характеристики солнечного элемента были исследованы в зависимости от площади пассивирующей пленки, оставленной под вторым электродом (т.е. площади, не являющейся площадью контакта между вторым электродом и кремнием).

Паста была приготовлена путем перемешивания серебряного порошка, органического связующего и стеклокерамического припоя B-Pb-O. Паста была отпечатана на кремниевую подложку, имеющую сформированный в ней высококонцентрированный диффузионный слой и осажденную на него пленку нитрида кремния (пассивирующую пленку) толщиной 100 нм, а затем прокалена с получением солнечного элемента. Элемент был пропитан в царской водке для растворения всех находящихся на нем электродов. Путем нарезания кристаллов область формирования электрода была вырезана в качестве тестового образца. Напряжение открытой цепи было измерено путем помещения зондов на противоположные поверхности образца и облучения светопринимающей поверхности смоделированным солнечным светом с использованием амплитудной модуляции AM 1,5.

Фиг.5 показывает напряжение открытой цепи в зависимости от процентной доли площади пассивирующей пленки, оставленной под электродом. Процентная доля от площади пассивирующей пленки берется как среднее от 6 образцов для каждой проводящей пасты. Для напряжения открытой цепи среднее, максимальное и минимальное значения отображены на графике.

Как видно из Фиг.5, рост напряжения открытой цепи замедлялся вблизи области пассивации, находящейся под электродом и составляющей 20%, и напряжение становилось по существу насыщенным при площади 40% или более. Исходя из этих результатов, является предпочтительным, чтобы область пассивации под вторым электродом составляла, по меньшей мере, 20%, более предпочтительно, по меньшей мере, 40% от площади второго электрода.

На диаграмме согласно Фиг.6 содержание стеклокерамического припоя серебряной пасты, используемой в испытании, отложено по абсциссе, а процентная доля от площади пассивирующей пленки, оставленной под вторым электродом, отложена по ординате. Содержание стеклокерамического припоя серебряной пасты, которое приводит к образованию под электродом площади пассивации 20% и 40%, составляет, соответственно, примерно 2% и 1 мас.%.

Область пассивации под вторым электродом должна быть понятна из Фиг.7.

Фиг.7 схематически иллюстрирует поверхность образца области формирования второго электрода в солнечном элементе, с которой электроды были удалены путем их растворения. Область пассивации определяется как [площадь, ограниченная внутри области 701 формирования второго электрода, за исключением пересечений 704 первого и второго электродов (т.е. чистая площадь второго электрода)] минус [общая площадь пятен 702, где второй электрод проникает сквозь пассивирующую пленку 705].

Процентная доля области пассивации представляет собой отношение площади области пассивации к чистой площади второго электрода. Площадь области пассивации может быть измерена путем получения изображения поверхности с помощью цифровой камеры и обработки этого изображения.

ПРИМЕРЫ И СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ

Для демонстрации преимуществ изобретения солнечный элемент, имеющий структуру стандартного электрода, и солнечный элемент, имеющий структуру электрода согласно изобретению, были сопоставлены на предмет выявления способности к генерированию электричества.

Были обеспечены вырезанные 100 легированные бором кремниевые подложки (100) p-типа, обладающие глубиной диффузии 250 мкм и удельным электросопротивлением 1 Ом·см. Подложки были пропитаны в горячем концентрированном водном растворе гидроксида калия для удаления слоя, поврежденного во время обработки, пропитаны в водном растворе гидроксид калия/2-пропанол, с образованием текстуры, а затем промыты в смеси хлороводородная кислота/перекись водорода. Затем подложки с их совмещенными обратными поверхностями были подвергнуты термообработке при 870°C в атмосфере оксихлорида фосфора с образованием p-n перехода. После диффузии фосфорсодержащее стекло было удалено с помощью фтороводородной кислоты, с последующей промывкой деионизованной водой и сушкой.

Затем с использованием системы плазменно-химического осаждения из газовой фазы, поверх поверхности образца на светопринимающей стороне, в качестве антиотражающей/пассивирующей пленки была образована пленка нитрида кремния.

На этой стадии подложки были разделены на две группы A и B, каждая из которых состояла из 50 подложек. На подложках группы A с использованием печатной пластины, имеющей изображение первого и второго электродов на общем трафарете, как показано на Фиг.4(С), были одновременно отпечатаны и высушены первый и второй электрод. На подложках группы B с использованием печатной пластины, имеющей изображение одного первого электрода на трафарете, как показано на Фиг.4(А), был отпечатан и высушен только первый электрод. Для групп A и B была использована идентичная серебряная паста, тогда как для формирования высококонцентрированного диффузионного слоя была использована паста, содержащая 3 мас.% стеклокерамического припоя B-Si-Bi-Pb-O и дополнительно содержащая 3 мас.% фосфорсодержащего соединения.

Затем на обратную поверхность всех подложек была отпечатана алюминиевая паста и высушена. После этого было осуществлено прокаливание при 780°C в атмосфере воздуха, заставляющее серебряный электрод проникать сквозь пленку нитрида кремния для установления проводимости для кремния и одновременно заставляющее алюминиевый электрод на обратной поверхности устанавливать проводимость для кремния. В группе A электрод устанавливал проводимость для кремниевой подложки на всем ее протяжении, что указывало на то, что площадь отсутствия контакта между электродом и кремнием составляла 0%. В группе B печатная пластина согласно Фиг.4(С) была использована для формирования второго электрода, а второй электрод был сформирован таким образом, чтобы он лежал поверх первого электрода. Серебряная паста была приготовлена путем регулирования количества стеклокерамического припоя, добавляемого таким образом, чтобы площадь отсутствия контакта между вторым электродом и кремнием могла составлять 80%, и регулирования ингредиентов таким образом, чтобы паста могла обладать более высокой проводимостью, чем паста для формирования первого электрода, и эта серебряная паста была нанесена путем трафаретной печати и термообработки при 750°C в атмосфере воздуха для ее отверждения.

Для того чтобы группа A следовала той же тепловой предыстории, что и группа B, группа A была подвергнута термообработке при 750°C в атмосфере воздуха в той же печи для прокаливания, что и для группы B.

Для солнечных элементов групп A и B были измерены характеристики солнечного элемента тестером тока и напряжения, с использованием смоделированного солнечного света, с использованием амплитудной модуляции AM 1,5. Как видно из Таблицы 1, солнечные элементы группы B согласно изобретению демонстрируют наилучшие характеристики для группы A.

Таблица 1
Ток короткого замыкания
(мА/см2)
Напряжение открытой цепи (В)
Группа A (согласно уровню техники) 36,0 0,622
Группа B (согласно изобретению) 36,2 0,629

1. Солнечный элемент, содержащий кристаллическую кремниевую подложку, имеющую, по меньшей мере, p-n переход, пассивирующую пленку, сформированную на ней, и электроды, сформированные на ней путем печатания и термообработки проводящей пасты, отличающийся тем, что
электроды включают в себя первый электрод, который сформирован таким образом, чтобы вытягивающий электрод мог контактировать с кремниевой подложкой для вытягивания фотогенерированных носителей из кремниевой подложки, и второй электрод, который сформирован таким образом, чтобы коллекторный электрод мог контактировать с первым электродом для накопления носителей вытянутых первым электродом, а второй электрод и кремниевая подложка могли контактировать только частично или вообще нигде, по меньшей мере, вне точки контакта между первым и вторым электродами.

2. Солнечный элемент по п. 1, в котором область, в которой отсутствует контакт между вторым электродом и кремниевой подложкой, за исключением области контакта между первым и вторым электродами, составляет, по меньшей мере, 20% от области, равной области, образованной шириной и общей длиной второго электрода минус область контакта между первым и вторым электродами.

3. Солнечный элемент по п. 1, в котором первый электрод частично контактирует или полностью покрыт вторым электродом.

4. Солнечный элемент по п. 1, в котором первый электрод образован из проводящей пасты, содержащей B, Al, Ga, P, As, In или Sb в свободном состоянии или их соединения, а область, обладающая высокой концентрацией элемента, диффундированного в ней, включена в кремниевую подложку под первым электродом.

5. Солнечный элемент по п. 1, в котором пассивирующая пленка содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбид кремния, оксид алюминия, аморфный кремний, микрокристаллический кремний или оксид титана, или их сочетания.

6. Солнечный элемент по п. 1, в котором коллекторный электрод, содержащий скомбинированные первый и второй электроды, образован на светопринимающей поверхности или несветопринимающей поверхности солнечного элемента, или на них обеих.

7. Модуль солнечного элемента, содержащий электрически соединенные солнечные элементы по любому из пп. 1-6.



 

Похожие патенты:

Коллекторный электрод для солнечного элемента изготавливают трафаретной печатью проводящей пасты, при этом трафаретную печать повторяют многократно. Скорость прокатывания во время второй или последующей трафаретных печатей является больше, чем скорость прокатывания во время первой трафаретной печати.

Согласно изобретению предложена подложка для солнечного элемента, на одном углу кремниевой подложки, имеющей квадратную форму на виде в плане, сформирован скошенный участок или сформировано углубление на углу подложки или вблизи угла.

Изобретение относится к области фотогальванических устройств, в частности тонкопленочных композитных материалов, пригодных для изготовления гибких высокоэффективных преобразователей солнечной энергии, и касается нанокристаллических слоев на основе диоксида титана с низкой температурой отжига для применения в сенсибилизированных красителем солнечных элементах и способов их получения.

Изобретение может быть использовано в электронике, приборостроении и машиностроении при создании автономных устройств с большим сроком службы. Способ преобразования энергии ионизирующего излучения в электрическую энергию включает изготовление полупроводникового материала, состоящего из областей с р- и n-типами проводимости в области р-n перехода, нанесение на поверхность полупроводникового материала в разных его областях слоев различных металлов, присоединение к ним проводников и воздействие на полупроводниковый базовый элемент-преобразователь на основе синтетического алмаза ионизирующим излучением с одновременным снятием электричества с помощью проводников, при этом в качестве ионизирующего излучения используют высокоэнергетические источники альфа-излучения мощностью не менее 0,567 Вт/г, а в качестве полупроводникового материала изготавливают синтетический алмаз р-типа с содержанием бора 1014-1016 атомов на см3 и на его поверхностях в разных областях с р- и n-типами проводимости в вакууме наносят неразрывные металлические контакты, один из которых трехслойная система металлизации вида титан-платина-золото для съема положительного заряда и другой с потенциальным барьером Шоттки - из платины, золота или иридия для снятия отрицательного заряда, на который воздействуют ионизирующим излучением, в результате чего внутри алмаза создают область пространственных зарядов, последние в электрическом поле разлетаются на отрицательные заряды, собираемые на металле контакта Шоттки, и положительные, собираемые на контакте из титана-платины-золота, и с них снимают электричество.

Группа изобретений относится к области медицины. Искусственная сетчатка представляет собой матрицу сенселей, каждый из которых содержит светочувствительный элемент в виде фотодиода и электрод.

Изобретение относится к области светотехники и может быть использовано как источник энергии, создаваемой солнечной панелью и линейной люминесцентной или линейной светодиодной лампами, имеющими высокотемпературные области на обеих сторонах ламповой трубки и низкотемпературную область между ними.

Изобретение относится к 8-алкил-2-(тиофен-2-ил)-8H-тиофен[2,3-6]индол замещенным 2-цианоакриловым кислотам формулы (I) которые могут быть использованы как перспективные красители для сенсибилизации неорганических полупроводников в составе цветосенсибилизированных солнечных батарей, способу их получения, а так же промежуточным соединениям, которые используют для синтеза данных соединений.

Изобретение относится к электротехнике альтернативных источников энергии, в частности к устройствам для генерирования электрической и тепловой энергии путем преобразования энергии светового излучения, и предназначено для использования в конструкциях солнечных панелей.

Солнечный элемент содержит стеклянную подложку; первый проводящий слой на основе CNT, расположенный непосредственно или косвенно на стеклянной подложке; первый полупроводниковый слой в контакте с первым проводящим слоем на основе CNT; по меньшей мере, один поглощающий слой, расположенный непосредственно или косвенно на первом полупроводниковом слое; второй полупроводниковый слой, расположенный непосредственно или косвенно на, по меньшей мере, одном поглощающем слое; второй проводящий слой на основе CNT в контакте со вторым полупроводниковым слоем и контакт к тыльной поверхности, расположенный непосредственно или косвенно на втором проводящем слое на основе CNT.

Изобретение обеспечивает фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства. Фотогальваническое устройство согласно изобретению включает в себя комбинацию полупроводниковых структур и защитный слой.

Изобретение относится к области создания детекторов излучения и касается фотоприемника ик-излучения с диафрагмой. Фотоприемник содержит держатель, фоточувствительный элемент, приклеенный на растре, и диафрагму. Диафрагма состоит из средней конусной детали, крышки, дискового основания и экрана, выполняющего функцию защиты от паразитного излучения. Детали диафрагмы соединены сваркой и криостойким клеем. Диафрагма присоединена к растру криостойким клеем. Детали диафрагмы получают выдавливанием на пресс-форме. Внешние поверхности деталей зеркально полируют, проводят матирование и утоньшение внутренних стенок. Внутренние поверхности деталей подвергают электрохимическому чернению. Среднюю конусную деталь и крышку сваривают между собой, а экран приклеивают к боковой поверхности конусной детали. Технический результат заключается в уменьшении влияния паразитного излучения, уменьшении тепловой массы и увеличении скорости охлаждения. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

Интегрированная слоистая конструкция для применения в гелиотехнике содержит первый несущий компонент, такой как деталь из пластика или стекла, предпочтительно содержащий оптически прозрачный материал, способный пропускать излучение, и второй несущий компонент, снабженный по меньшей мере одним паттерном поверхностного рельефа, который содержит множество элементов поверхностного рельефа, и выполненный с возможностью осуществления по меньшей мере одной заданной оптической функции в отношении падающего излучения. Также интегрированная слоистая конструкция содержит второй несущий компонент содержащий, по существу, оптически прозрачный материал, способный пропускать излучение. При этом первый и второй несущие компоненты соединены посредством ламинирования таким образом, что внутри образованной слоистой конструкции находится по меньшей мере один паттерн поверхностного рельефа, а между первым и вторым несущими компонентами сформированы связанные с указанным паттерном оптически функциональные полости. Причем указанная по меньшей мере одна оптическая функция выбрана из группы, включающей введение излучения, коллимирование излучения и направление излучения, а получение и конфигурирование указанной оптической функции осуществлено посредством размеров, материала, положения и/или согласованности внутренних элементов рельефа и содержания полостей. Изобретение обеспечивает возможность решить одну или несколько из проблем: снижение напряжений под действием различных внешних факторов, таких как загрязнение вследствие присутствия пыли, песка, воды, масел и грязи и т.д., исключить ударные воздействия, что обеспечивает повышение эффективности фотоэлементов. 4 н. и 21 з.п. ф-лы, 13 ил.

Согласно изобретению предложен солнечный элемент, в котором эмиттерный слой со стороны светопринимающей поверхности подложки на основе кристаллического кремния, с легирующей примесью противоположного типа проводимости, образован из кремниевой подложки, добавленной к упомянутому эмиттерному слою, пассивирующая пленка образована на поверхности кремниевой подложки, а также образованы вытягивающий электрод и коллекторный электрод. Упомянутый вытягивающий электрод вытягивает фотогенерированный заряд из кремниевой подложки, а упомянутый коллекторный электрод контактирует с вытягивающим электродом, по меньшей мере частично, и накаплиавает заряд, собранный на вытягивающем электроде. Вытягивающий электрод содержит первый электрод, который состоит из спеченной проводящей пасты, содержащей легирующую примесь, которая делает кремний проводящим. Упомянутый первый электрод, по меньшей мере, сформирован таким образом, чтобы он проходил сквозь вышеупомянутый пассивирующий слой. Коллекторный электрод содержит второй электрод, который обладает более высокой проводимостью, чем вышеупомянутый первый электрод. Данное изобретение снижает потери на электросопротивление контакта между кремнием и электродами, потери на электросопротивление, вызванные электросопротивлением электрода, и оптические и электрические потери в эмиттерном слое, что, таким образом, значительно улучшает характеристики солнечного элемента. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к оптике и касается слоистой интегрированной конструкции с внутренними полостями и способа ее изготовления для применения в гелиотехнике, в технологиях, связанных с получением пластин, в охлаждающих каналах, для освещения теплиц, подсветки окон, уличного освещения, подсветки транспортных потоков, в отражателях транспортных средств или в защитных пленках. Конструкция содержит первый несущий компонент, такой как деталь из пластика или стекла, содержащий оптически прозрачный материал, способный пропускать излучение, и второй несущий компонент, снабженный по меньшей мере одним паттерном поверхностного рельефа, который содержит множество элементов поверхностного рельефа, и выполненный с возможностью осуществления по меньшей мере одной заданной оптической функции в отношении падающего излучения. Второй несущий компонент содержит, в качестве опции, оптически прозрачный материал, способный пропускать излучение. При этом первый и второй несущие компоненты соединены посредством ламинирования таким образом, что внутри образованной слоистой конструкции находится по меньшей мере один паттерн поверхностного рельефа, а между первым и вторым несущими компонентами сформированы связанные с указанным паттерном оптически функциональные полости. Оптическая функция обеспечена и сконфигурирована за счет размеров, материала, положения и/или согласованности внутренних элементов рельефа. Изобретение обеспечивает создание слоистой структуры, позволяющей повысить эффективность подвода излучения. 8 н. и 23 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к способу получения структурированного электропроводящего покрытия на подложке. Технический результат - предоставление способа получения структурированного металлического покрытия на подложке, при реализации которого формируют структурированный металлический слой с четко определенными кантами и краями, что позволяет напечатать картину с высоким разрешением и структурами малых размеров, применимую в солнечных батареях. Достигается тем, что сначала на поверхность подложки наносят монослой или олигослой вещества, гидрофобизирующего поверхность, а затем на подложку наносят вещество, содержащее электропроводящие частицы, в соответствии с заранее заданным узором. Кроме того, изобретение касается применения этого способа для изготовления солнечных батарей или печатных плат, а также электронной детали, включающей в себя подложку, на которую нанесена структурированная электропроводящая поверхность, причем на подложку нанесен монослой или олигослой материала, гидрофобизирующего поверхность, а на монослой или олигослой нанесена структурированная электропроводящая поверхность. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к устройствам энергопитания космического аппарата, предназначенным для преобразования солнечной энергии в электрическую с максимальной эффективностью и удельной мощностью. Панель солнечной батареи содержит верхнюю и нижнюю обшивки и элементы, соединяющие их на требуемом расстоянии друг от друга, обшивки выполнены с ячейками меньшего размера, чем фотоэлектрические преобразователи, на величину, обеспечивающую возможность их крепления к обшивке, и обшивки соединены между собой элементами, выполненными в виде ребер жесткости. Изобретение обеспечивает возможность улучшить тепловой режим фотоэлектрических преобразователей, уменьшить массу и толщину панели за счет перемещения фотоэлектрических преобразователей внутрь несущей конструкции. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области возобновляемых источников энергии, использующих солнечное излучение для генерирования экологически чистой электроэнергии в больших объемах. Объемный фотоэлектрический модуль выполнен в виде плоских фотоэлектрических элементов, вертикально расположенных на внутренних сторонах полого многогранника с соотношением размеров ширины к длине как 1/6. Для выполнения условий максимального использования внутренней поверхности многогранника и площади мест установки объемных фотоэлектрических модулей в качестве основы модуля выбрана трехгранная призма. Внутренние поверхности призмы, за исключением торцов, покрываются фотоэлектрическими элементами. Применение объемных модулей большой мощности позволит: повысить КПД преобразования солнечной энергии в электрическую до 0,8; снизить цены на электроэнергию, генерируемую объемными ФЭП, до уровня 0,1-0,4 евроцента/кВт·ч.; повысить в 10-12 раз эффективность использования площади, занимаемой солнечной электроустановкой; исключить необходимость использования системы слежения за Солнцем. 7 ил.

Изобретение относится к области солнечной энергетики. Фотоэлектрический модуль (1) содержит боковые стенки (2), фронтальную панель (3) с линзами Френеля (4) на ее внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель (5), солнечные фотоэлементы (б) с байпасными диодами, планки (11), выполненные из диэлектрического материала с двусторонним металлическим покрытием (12), (13), и металлические платы (9) с регулярно расположенными углублениями (8) для солнечных фотоэлементов (6) и параллельными канавками (10) для планок (11). Металлические платы (9) прикреплены к светопрозрачной тыльной панели (5), солнечные фотоэлементы (6) установлены в центрах углублений (8) металлических плат (9), служащих нижним контактом солнечных фотоэлементов (6) и нижних металлических покрытий (12) планок (11). Изобретение обеспечивает увеличенный срок эксплуатации при сохранении эффективности преобразования солнечного излучения. 21 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Фотоэлектрохимическая ячейка содержит фотоэлектроды, электролит и электролитный мостик. При этом фотоэлектроды представляют собой растение с листьями, стволом и корнями, насыщенными наночастицами металлов, обладающих свойствами гигантского комбинационного рассеяния, например Au, Сu с размерами 0,2-100 нм. Причем электролит и концентрация наночастиц позволяют растению осуществлять фотосинтез. Растение насыщают искусственным путем, а именно замачиванием семян перед посадкой, посадкой черенков растения в наносодержащую среду или поливом. Использование устройства позволяет упростить конструкцию фотоэлектрохимической ячейки. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Изобретение относится к области гелиоэнергетики и касается конструкции фотоэлектрического модуля космического базирования. Фотоэлектрический модуль включает в себя нижнее защитное покрытие, на котором с помощью полимерной пленки закреплены кремниевые солнечные элементы с антиотражающим покрытием, и расположенное над лицевой поверхностью солнечных элементов верхнее защитное покрытие, которое скреплено с солнечными элементами промежуточной пленкой из оптически прозрачного полимерного материала. Со стороны лицевой поверхности солнечных элементов и в антиотражающее просветляющее покрытие солнечных элементов введен оптически активный прозрачный полимер, содержащий антистоксовый люминофор. Верхнее и нижнее защитные покрытия выполнены из оптически активных кислородосодержащих материалов типа монокристаллического α-Al2O3-x, способных к люминесценции, накоплению и высвечиванию светосумм при естественной оптической и термической стимуляции. Технический результат заключается в повышении эффективности при работе в цикле солнечный свет - темнота. 1 з.п. ф-лы. 9 ил. 1 табл.
Наверх