Comisia de atestare
Comisia de acreditare
Comisiile de experţi
Dispoziţii, instrucţiuni
Acte normative
Nomenclator
Instituţii
Consilii
Seminare
Teze
Conducători de doctorat
Deţinători de grad
Doctoranzi
Postdoctoranzi
CNAA logo

 română | русский | english


Obţinerea celulelor solare ITO-Si cu suprafeţe majorate şi studiul proprietăţilor acestora


Autor: Usatîi Iurie
Gradul:doctor în tehnică
Specialitatea: 01.04.10 - Fizica şi ingineria semiconductorilor
Anul:2011
Conducător ştiinţific: Dormidont Şerban
doctor habilitat, profesor universitar, Institutul de Fizică Aplicată al AŞM
Consultant ştiinţific: Alexei Simaşchevici
doctor habilitat, profesor universitar
Instituţia: Institutul de Fizică Aplicată al AŞM
CSS: DH 02-01.04.02
Institutul de Fizică Aplicată al AŞM

Statut

Teza a fost susţinută pe 25 februarie 2011 în CSS
şi aprobată de CNAA pe 31 martie 2011

Autoreferat

Adobe PDF document1.21 Mb / în română

Adnotare

În teză sunt prezentate rezultatele cercetărilor de elaborare a unei tehnologii simple şi puţin costisitoare de fabricare a celulelor solare de uz practic cu suprafeţe active majorate până la 78,5cm2 în baza structurilor de tip SIS nSi/SiO2/n+ITO, inclusiv a unui nou tip de celule solare bilaterale, structura cărora conţine numai joncţiuni izotipe, a celulelor solare tandem microamorfe cu eficienţă majorată în baza straturilor subţiri de Si şi cercetarea proprietăţilor electrice şi fotoelectrice a acestora.

Sunt descrise actualitatea şi importanţa problemei abordate, formulat scopul şi obiectivele tezei, înaintate spre susţinere. Este prezentată noutatea ştiinţifică a rezultatelor obţinute, importanţa teoretică şi valoarea aplicativă a lucrării. Se conţine o analiză amplă şi bine documentată a rezultatelor, expuse în literatura de specialitate privind dezvoltarea celulelor solare în baza siliciului. Este descris procedeul de obţinere a straturilor subţiri SnO2 şi In2O3:SnO2 (ITO) utilizind instalatia de depunere prin metoda pulverizării pirolitice a soluţiilor chimice de In si Sn, cu scopul creării structurilor fotovoltaice ITO/SiO2/nSi în baza plachetelor de siliciu cu diametrul de 100mm. Este cercetată dependenţa parametrilor fotovoltaici ai celulelor solare de valoarea conductibilităţii plachetelor de siliciu. Sunt determinate pierderile optice şi ohmice în dependenţă de valorile grosimii şi conductibilităţii stratului frontal de ITO, cercetate condiţiile de obţinere a stratului oxid SiO2 intermediar în joncţiunea n+ITO/SiO2/nSi şi influenţa acestuia asupra parametrilor fotovoltaici. Optimizarea tehnologiei de obţinere a celulelor solare în baza joncţiunilor n+ITO/SiO2/nSi a condus la elaborarea traseului şi fişelor tehnologice ale procedeului de fabricare a celulelor solare cu eficienţă de 10,25%. Prin fabricarea în condiţii de laborator a seriei mici de elemente fotovoltaice şi asamblarea în baza lor a panourilor solare de o putere de 36W, măsurată in condiţiile iluminării naturale, care varia intre 700-740W/m2, s-a demonstrat viabilitatea tehnologiei elaborate.

În premieră este elaborată concepţia şi designul celulei solare bilaterale cu joncţiuni izotipe. Construcţia celulei solare bilaterale elaborate include două joncţiuni izotipe, una din care este formată pe partea frontală a plachetei de Si, iar alta − pe cea din spate. În primul rând se formează joncţiunea din spate n+-nSi prin difuzia fosforului, impurităţii ce majorează concentraţia electronilor în siliciu, care avea loc din sursa lichidă POCl3 la temperatura 850°C timp de 15 - 105min. După difuzie plachetele sunt supuse unui tratament termic la temperatura de 940°C timp de 180 minute. În rezultat se formează o barieră de potenţial cu înălţimea de 0,1eV, situată la adâncimea de 0,8-1,0m de la suprafaţa din spate a plachetei de siliciu. Joncţiunea frontală n+ITO/SiO2/nSi se obţine prin utilizarea procedeului de pulverizare, menţionat. Este modelată şi evaluată diagrama energetică a celulei solare de acest tip n+ITO/SiO2/nSi/n+Si, preparate componentele şi sistemul fotovoltaic integru menţionat, studiate proprietăţile electrice şi fotoelectrice, demonstrată viabilitatea unui nou tip de dispozitiv fotovoltaic cu fotosensibilitate bilaterală. Este descrisă succesiunea operaţiunilor tehnologice pentru obţinerea celulelor solare bilaterale n+ITO/SiO2/nSi/n+Si de tip nou cu un randament de 15,7%.

Este descris principiul de realizare şi rezultatele cercetării a celulelor solare tandem microamorfe în baza joncţiunilor p-i-n amorfe şi microcristaline, care s-au obţinut folosind metoda depunerii chimice din faza de vapori asistată de plasmă (PECVD).. Aceste structuri combină avantajele siliciului amorf şi tehnologia de stabilizare şi sensibilizare a parametrilor structurilor în baza acestuia. şi posedă o valoare stabilă a eficienţii (η=11,1%). În baza structurilor menţionate, s-au fabricat panouri solare de putere până la 1W, cu suprafaţă de 0,01m2.

Rezultatele obţinute sunt reflectate în 31 lucrări ştiinţifice, un brevet de invenţie, prezentate la 18 Conferinţe internaţionale în domeniu şi 7 Expoziţii şi Saloane internaţionale

Cuprins


1. REVISTA PUBLICAŢIILOR CURENTE PRIVIND CELULELE SOLARE ÎN BAZA SILICIULUI
  • 1.1. Sursele renovabile. Conversiunea fotovoltaică
  • 1.2. Dezvoltarea celulelor solare în baza siliciului
  • 1.3. Straturile TCO
  • 1.4. Straturile ITO şi ZnO
    • 1.4.1. Straturile ITO
    • 1.4.2. StraturileZnO
  • 1.5. Structurile SIS
  • 1.6. Celulele solare bifaciale
  • 1.7. Celule solare cu heterojoncţiuni şi straturi subţiri amorfe şi microcristaline de siliciu
  • 1.8. Concluzii la capitolul 1

2. CARACTERIZAREA DISPOZITIVELOR SOLARE
  • 2.1. Instalaţia de depunere a straturilor subţiri pe plachetele de siliciu cu diametrul de 100mm
  • 2.2. Descrierea instalaţiei de depunere a structurilor microamorfe
  • 2.3. Descrierea măsurării R-T
  • 2.4. Descrierea măsurării Raman
  • 2.5. Descrierea măsurării I-V
  • 2.6. Descrierea măsurării eficienţii cuantice interne
  • 2.7. Concluzii la capitolul 2

3. OBŢINEREA STRUCTURILOR n+ITO/nSiO2/nSi
  • 3.1 Obţinerea straturilor subţiri oxidici prin metoda pulverizării
    • 3.1.1. Succesiunea proceselor de obţinere a straturilor subţiri In2O3:SnO2 (ITO)
    • 3.1.2. Obţinerea joncţiunilor ITO/SiO2/nSi în baza plachetelor de siliciu cu diametrul de 100mm
  • 3.2. Determinarea concentraţiei optimale a purtătorilor de sarcină în Si materialul de bază a celulelor solare n+ITO/SiO2/nSi
    • 3.2.1. Selectarea plachetelor de siliciu
    • 3.2.2. Caracteristicile I-U ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi
    • 3.2.3. Caracteristicile C-U ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi
    • 3.2.4. Proprietăţile fotovoltaice ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi
    • 3.2.5. Fotosensibilitatea celulelor solare n+ITO/SiO2/nSi
  • 3.3. Determinarea grosimii optimale a stratului frontal ITO în celulele solare n+ITO/SiO2/nSi
    • 3.3.1. Proprietăţile optice ale straturilor subţiri ITO
    • 3.3.2. Caracteristicile I-U ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi în dependenţă de grosimea stratului frontal ITO
    • 3.3.3. Caracteristicile C-U ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi în dependenţă de grosimea stratului frontal ITO
    • 3.3.4. Proprietăţile fotovoltaice ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi în dependenta de grosimea stratului frontal ITO
    • 3.3.5. Fotosensibilitatea celulelor solare n+ITO/SiO2/nSi
  • 3.4. Dependenţa parametrilor celulelor solare n+ITO/SiO2/nSi de grosimea stratului SiO2
    • 3.4.1. Metodele de obţinere a straturilor SiO2
    • 3.4.2. Determinarea grosimii straturilor SiO2
    • 3.4.3. Caracteristicile I-U ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi cu diverse grosimi ale stratului intermediar SiO2
    • 3.4.4. Caracteristicile C-U şi cinetice ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi cu diverse grosimi ale stratului intermediar SiO2
    • 3.4.5. Proprietăţile fotovoltaice ale structurilor n+ITO/SiO2/nSi cu diverse grosimi ale stratului intermediar SiO2
    • 3.4.6. Fotosensibilitatea celulelor solare n+ITO/SiO2/nSi
  • 3.5. Panouri solare în baza structurilor n+ITO/SiO2/nSi
    • 3.5.1. Particularităţile formării joncţiunii n+ITO/SiO2/nSi
    • 3.5.2. Tăierea celulelor solare din plachetele de siliciu
    • 3.5.3. Parametrii celulelor solare obţinute
    • 3.5.4. Asamblarea panoului solar
    3.6. Concluzii la capitolul 3
4. OBŢINEREA ŞI CERCETAREA CELULELOR SOLARE BILATERALEn+Si/nSi/iSiO2/n+ITO
  • 4.1. Modelarea diagramei energetice
  • 4.1.1. Diagrama energetică a structurii n+Si/nSi/iSiO2/n+ITO
  • 4.1.2. Evaluarea parametrilor ai structurii n+Si/nSi/iSiO2/n+ITO
  • 4.2. Procedee de obţinere a joncţiunilor puţin adânci
  • 4.2.1. Surse de impuritate ne contactate cu placheta de siliciu
  • 4.2.2. Surse de impuritate contactate cu placheta de siliciu
  • 4.3. Prepararea şi studiul celulelor solare bilaterale Cu/n+Si/nSi/SiO2/n+ITO/Cu
  • 4.3.1. Obţinerea structurilor n+Si/nSi/iSiO2/n+ITO 117
  • 4.3.2. Principiul de funcţionare al celulei solare elaborate Cu/n+Si/nSi/SiO2/n+ITO/Cu
  • 4.4. Optimizarea parametrilor celulelor solare elaborate
  • 4.4.1. Influenţa adâncimii joncţiunii din spate asupra parametrilor fotoelectrofizici ai celulei solare Cu/n+Si/nSi/SiO2/n+ITO/Cu în dependenţă de parametrii siliciului utilizat
  • 4.4.2. Proprietăţile electrice ale celulei solare bilaterale Cu/n+Si/nSi/SiO2/n+ITO/Cu
  • 4.4.3. Studiul proprietăţilor fotoelectrice ale celulelor solare bilaterale obţinute
  • 4.4.4. Fotosensibilitatea celulelor solare bilaterale Cu/n+Si/nSi/SiO2/n+ITO/Cu
  • 4.5. Concluzii la capitolul 4

5. REALIZAREA ŞI CARACTERIZAREA CELULELOR SOLARE MICROAMORFE DIN STRATURI SUBŢIRI DE SILICIU
  • 5.1. Obţinerea structurilor microamorfe
  • 5.1.1. Descrierea substratelor
  • 5.1.2. Evaporarea grilelor metalice
  • 5.1.3. Depunerea materialului
  • 5.1.4. Realizarea contactelor posterioare
  • 5.2. Celulă amorfă p-i-n
  • 5.3. Celulă microcristalină p-i-n
  • 5.4. Celulă solară tandem microamorfă
  • 5.5. Realizarea modulelor tandem microamorfe
  • 5.6. Concluzii la capitolul 5

CONCLUZII GENERALE ŞI RECOMANDĂRI