ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
Проект предполагает проведение научно-исследовательских работ, направленных на прорыв в фотовольтаике путем использования наноструктур для повышения эффективности и снижения стоимости кремниевых солнечных элементов (СЭ). Основной целью данного проекта является развитие подходов, которые могут повысить эффективность кремниевых СЭ и снизить затраты на их создание за счет использования наноэффектов, обеспечиваемых применением наноматериалов. Применение наночастиц (НЧ) может повысить эффективность СЭ (например, путем более эффективного использования солнечного спектра за счет эффектов down-conversion, up-conversion, плазмонного резонанса, а также рассеяния излучения на НЧ), а также снизить нагрев СЭ в процессе эксплуатации, при этом уменьшить затраты и сделать фотоэлектрическое преобразование энергии более конкурентоспособным по сравнению с другими источниками энергии. Предлагается исследовать применение НЧ в кремниевых СЭ с гетеропереходом на основе структур ITO/(nn+)c-Si (ITO – Indium Tin Oxide) и/или IFO/(pp+)c-Si IFO (IFO – Indium Fluorine Oxide), а также в СЭ с p–n переходом на основе структур (p+nn+)c-Si и/или (n+pp+)c-Si. Солнечные элементы предлагается изготавливать согласно конструкции LGCell – Laminated Grid Cell: с антиотражающим покрытием из пленок ТСО (Transparent Conducting Oxides) и проволочными контактами, прикрепляемыми к поверхности ТСО с помощью ламинационной пленки низкотемпературным методом ламиниро-вания. Будут использованы такие наноматериалы, как 1. кремниевые НЧ, в частности, сильнолегированные (n+ и p+), и 2. металлические НЧ, в частности, из золота и серебра. Для нанесения слоя НЧ (полупроводниковых и металлических) предлагается впервые использовать безвакуумный экономичный метод ультразвукового спрей-пиролиза (pyrosol). Для нанесения пленок TCO также будет использован метод pyrosol. Следует отметить, что спрей пиролиз является наиболее простым и дешевым из известных методов. НЧ будут вводится между кремниевой подложной и пленкой ТСО и/или в пленку ТСО, и/или в ламинационную пленку.
В ходе работ по проекту были исследованы и оптимизированы параметры нанесения кремниевых наночастиц (НЧ) из сильнолегированного кремния n-типа (nano-n+) и p-типа (nano-p+), а также НЧ серебра на кремниевые подложки методом ультразвукового спрей-пиролиза. Была создана установка с возможностью применения электростатического поля в процессе нанесения НЧ методом ультразвукового спрей пиролиза. Применение электростатического поля позволило сократить длительность осаждения и уменьшить расход раствора для достижения необходимого покрытия НЧ поверхности кремниевой подложки. Введение НЧ сильнолегированного кремния между кремниевой подложкой и пленкой TCO привело к улучшению фотоэлектрических свойств полученных структур по сравнению со структурами на гетеропереходах IFO/(pp+)с-Si и ITO/(nn+)с-Si. Исследовано применение различных пленок прозрачных проводящих оксидов TCO (оксида индия легированного оловом-ITO, оксида индия легированного фтором-IFO и легированного фтором и индием оксида цинка - FIZO) для создания гетероперехода на кремниевой подложке с нанесенным слоем НЧ Ag. Созданы и исследованы лабораторные образцы кремниевых солнечных элементов на основе гетеропереходов IFO/nano-Ag/p-Si, FIZO/nano-Ag/p-Si, а также ITO/nano-Ag/n-Si.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Разработка и исследование наногетероструктур для применения в перспективных конструкциях кремниевых солнечных элементов |
Результаты этапа: В ходе работ по проекту в 2014 году были исследованы и оптимизированы параметры нанесения кремниевых наночастиц (НЧ) из сильнолегированного кремния n-типа (nano-n+) и p-типа (nano-p+), а также НЧ серебра на кремниевые подложки методом ультразвукового спрей-пиролиза. Распределение и размер НЧ исследовались с помощью электронной микроскопии. Нанесение кремниевых НЧ (n+) и (p+) производилось на подложки (nn+)с-Si и (pp+)с-Si с последующим осаждением пленки TCO (Transparent Conducting Oxide) для создания солнечных элементов на гетеропереходах co структурой IFO/(nano-n+/pp+)с-Si (IFO – Indium Fluorine Oxide) и ITO/(nano-p+/nn+) с-Si (ITO –Indium Tin Oxide). Средний размер НЧ составлял 3?6 нм. Введение НЧ сильнолегированного кремния между кремниевой подложкой и пленкой TCO привело к улучшению фотоэлектрических свойств полученных структур по сравнению со структурами на гетеропереходах IFO/(pp+)с-Si и ITO/(nn+)с-Si. НЧ серебра осаждались на кремниевые подложки методом спрей-пиролиза из раствора нитрата серебра (AgNO3). Изучено влияние концентрации раствора AgNO3, температуры и времени осаждения на размер и распределение НЧ по кремниевой подложке, как полированной, так и текстурированной. Размер НЧ варьировался в пределах 2?50 нм в зависимости от условий осаждения. Исследовано влияние нанесения НЧ серебра поверх ITO на фотоэлектрические и оптические параметры структур ITO/(p+nn+)с-Si/IFO, ITO/(nn+)с-Si. Также исследован эффект от введения НЧ серебра между кремниевой подложкой и слоем AZO (Aluminum Zinc Oxide) для структуры на гетеропереходе AZO/(nn+)Si. Основной положительный эффект от введения НЧ серебра заключался в увеличении фотонапряжения структур, при этом спектральная чувствительность структур не улучшалась. В 2014 г.: опубликована 1 статья в журнале Vacuum, одна статья – в Материалах Второго международного форума «Возобновляемая энергетика. Пути повышения энергетической и экономической эффективности REENFOR–2014» (Москва, 2014) | ||
2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Разработка и исследование наногетероструктур для применения в перспективных конструкциях кремниевых солнечных элементов |
Результаты этапа: В ходе работ по проекту в 2015 году была создана установка с возможностью применения электростатического поля в процессе нанесения наночастиц (НЧ) методом ультразвукового спрей пиролиза. Применение электростатического поля позволило сократить длительность осаждения и уменьшить расход раствора для достижения необходимого покрытия НЧ поверхности кремниевой подложки. Распределение и размер НЧ исследовались с помощью электронной микроскопии. НЧ серебра на поверхности кремниевых подложек получали методом ультразвукового спрея из раствора нитрата серебра (AgNO3) в электростатическом поле с последующим отжигом - пиролизом. Изучена зависимость степени разложения AgNO3 от температуры отжига; исследовано влияние длительности отжига на форму и размер НЧ. Определены оптимальные параметры отжига – температура 400 ºС и длительность 5 минут. Было выявлено, что гидрофильная поверхность кремниевой подложки способствует улучшению равномерности распределения НЧ. Изучено влияние концентрации спиртового раствора AgNO3 и длительности осаждения на размер и распределение НЧ по кремниевой подложке. Средний размер НЧ варьировался в пределах 60÷290 нм в зависимости от условий осаждения. Покрытие НЧ поверхности кремния достигало 23%. Максимальная поверхностная концентрация НЧ ~109 см-2. Выявлено, что уменьшение концентрации раствора не приводило к заметному уменьшению размера НЧ. Увеличение длительности процесса нанесения НЧ приводило к увеличению размера НЧ, причем, иногда это сопровождалось уменьшением концентрации НЧ. Исследована зависимость интенсивности генерации второй гармоники от длины волны накачки титан-сапфирового фемтосекундного лазера для образцов НЧ на кремнии. Максимальная интенсивность второй гармоники наблюдалась у образца с концентрацией НЧ около 8×108 см-2 и покрытием ~10%. Оптимизированы параметры нанесения пленок AZO(Aluminum Zinc Oxide) при осаждении на кремниевую подложку с нанесенным слоем НЧ. Введение НЧ серебра между кремниевой подложкой и слоем AZO для структуры на гетеропереходе AZO/(nn+)Si привело к увеличении фотонапряжения структуры на 38 мВ. | ||
3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Разработка и исследование наногетероструктур для применения в перспективных конструкциях кремниевых солнечных элементов |
Результаты этапа: Исследованы зависимости параметров (размер, концентрация, элементный состав, морфология) слоя наночастиц серебра (НЧ Ag) на кремнии, полученного методом электростатического ультразвукового спрея с последующим пиролизом, от параметров процесса: температуры кремниевой подложки, скорости подачи аэрозоли, режима включения электростатического поля, длительности нанесения, количества повторений процесса «нанесение-отжиг». Исследовано применение различных пленок прозрачных проводящих оксидов TCO (оксида индия легированного оловом - ITO, оксида индия легированного фтором - IFO и легированного фтором и индием оксида цинка - FIZO) для создания гетероперехода на кремниевой подложке с нанесенным слоем НЧ Ag. Созданы и исследованы лабораторные образцы кремниевых солнечных элементов на основе гетеропереходов IFO/НЧ-Ag/p-Si, FIZO/ НЧ-Ag/p-Si, а также ITO/НЧ-Ag/n-Si. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".