ИСТИНА

Проект направлен на решение фундаментальной задачи полупроводниковой солнечной фотоэнергетики – повышение эффективности и снижение стоимости солнечного элемента (СЭ). Одно из перспективных направлений для достижения этой цели состоит в переходе от использования "толстых" пластин кристаллического кремния к тонкопленочным СЭ из мультикристаллического кремния или выращенных эпитаксиально. Для повышения эффективности этих структур за счет уменьшения отражения света необходимы новые методы текстурирования, которые бы структурировали поверхность кремния на субмикронном, а лучше на нано-размерном уровне, поскольку существующие технологии либо неприменимы, либо малоэффективны. Проект направлен на решение конкретной актуальной задачи фотоэнергетики: разработку метода микро- и наноструктурирования поверхности СЭ из мультикристаллического кремния, а также тонкопленочных кремниевых СЭ, в том числе на основе эпитаксиальных слоев, с целью повышения их эффективности. Для реализации целей проекта предлагается применить лазерный метод. В последние годы была продемонстрирована возможность микро- и нано-структурирования поверхности кремния с помощью импульсного лазерного излучения, и при этом была лишь продекларирована возможность применения этого метода к СЭ. Лазерные технологии все более интенсивно разрабатываются в ведущих зарубежных научных институтах для использования практически на всех стадиях по изготовлению СЭ, однако, возможно, единственной нишей, которая пока еще не охвачена лазерными технологиями является процесс текстурирования поверхности кремниевых СЭ, из чего следует вывод, что результаты предлагаемого проекта будут иметь приоритетный характер мирового уровня. Для выполнения проекта будут привлечены ведущие специалисты из НИИ ядерной физики МГУ им. М.В. Ломоносова (г. Москва), НПФ Кварк (г. Краснодар) и Учреждения РАН Институт проблем лазерных и информационных технологий (ИПЛИТ)

В ходе выполнения проекта в 2009-2010 гг., используя новую оригинальную конструк-цию кремниевого солнечного элемента (СЭ) Laminated Grid Cell (LGCell), основанную на применении пленок прозрачных проводящих оксидов в качестве прозрачных элек-тродов в сочетании с контактной сеткой из медной проволоки, были проведены фун-даментальные исследования, в результате которых получены два важных, уникальных результата, причем, выше мирового уровня. 1. Tекстурированные на большой площади пластины mc-Si с уникально низким отражением. Высокоэффективно текстурированные пластины mc-Si были получены при помощи разработанного в ходе выполнения проекта лазерного метода. Исследованы образцы текстурированных с аспектным отношением >3 по большой площади пластин mc-Si, с уникально низким отражением (менее 3%) в диапазоне длин волн 300-1100 нм, что превосходит мировой уровень (6-20%). Эти результаты были представлены авторами проекта на 5-й мировой конференции по фотовольтаике и вызвали большой интерес не только у научной общественности из таких институтов, как Fraunhofer-ISE, ISC (Kon-stanz), IHT (Aachen), CNRS (France) и др., но и у промышленности (Roth&Rau, Rena, Schmid, Q.Cells, Bosch, Centroterm, Solarworld и др.). В таблице приведены сравнительные результаты коэффициента отражения текстуриро-ванных пластин, полученных в разных лабораториях мира при лазерном текстурирова-нии кремниевых пластин. Критерием эффективности текстурирования является коэф-фициента отражения, взвешенный по солнечному спектру. Лаборатория; параметры образцов Reff [%] НИИЯФ МГУ, mc-Si, "pillar aray" нетравленный 300-1100 nm щелочное травление 300-1100 nm кислотное травление 300-1100 nm кислотное травление + пленка IFO 300-1100 nm кислотное травление 350-950 nm кислотное травление 350-1200 nm кислотное травление 300-1200 nm 2.4-3.0 13.4 5.5 2.9 5.0 7.2 7.3 Silesian Univ. of Technology 2009 mc-Si, parallel ablated grooves, 300-1100nm нетравленный щелочное травление 12.4 21.2 Laboratoire LP3 CNRS 2008 350-950 nm spikes, нетравленный "penguin-like", нетравленный 6 9 University of New South Wales 2006 FZ-Si, upright random pyramids 350-1200 nm щелочное травление + кислотное травление <15 Fraunhofer ISE 2005, mc-Si 300-1200 nm ablated honeycombs + плазменное травление <20 Сравнение: mc-Si 300-1100 nm c-Si random pyramids 300-1100 nm 34.0 10.2 Результаты полученные авторами проекта по эффективному уменьшению отражения методом лазерного текстурирования, превышают мировой уровень. 2. СЭ из текстурированных лазерным методом кремниевых пластин. Разработан СЭ конструкции LGCell на основе высокоэффективно текстурированных по большой площади пластин mc-Si, с уникально низким отражением Были изготовлены СЭ, которые показали величину фототока 33.7 мА/см2, что выше результатов анало-гичных разработок, в частности, проводимых в Fraunhofer ISE (31 мА/см2). Таким об-разом, нами была продемонстрирована возможность высокоэффективного, с точки зрения подавления отражения и "пленения света", микротекстурирования поверхности кремния с помощью импульсного лазерного излучения, пригодного для создания СЭ. В таблице приведены параметры СЭ с поверхностью, текстурированной лазерным ме-тодом, полученные авторами проекта в сравнении с результатами, полученными в Fraunhofer-ISE и Silesian University of Technology. организация Voc [mV] Jsc [mA/cm2] НИИЯФ МГУ, лазерное текстурирование 576 33.7 НИИЯФ МГУ, нетекстурированный 606 28.5 Silesian University of Technology 576 28.8 Fraunhofer ISE 595 31.0 Видно, что по величине тока короткого замыкания Jsc, наиболее тесно связанным с ка-чеством текстурирования, результаты авторов проекта превосходят мировой уровень. Пониженное значение фотонапряжения Voc связано с процессом диффузии, который для изготовления СЭ с лазерной текстурой еще неоптимизирован. Это проявилось в значительно более высоком слоевом сопротивлении n+ слоя (~200 Ω/квадрат) по срав-нению с нетекстурированными планарными пластинами (40 Ω/sq).