ФонПроизводство солнечной энергии — это метод производства энергии, при котором энергия солнечного света преобразуется непосредственно в электричество с помощью устройства, называемого «солнечным элементом».
Эффективное преобразование солнечной энергии, постоянно падающей на Землю, для выработки электроэнергии — эффективное решение проблемы глобального потепления, связанной с выбросами CO2. Сделав более тонкие солнечные элементы из монокристаллического кремния, которые лежат в основе систем производства солнечной энергии, можно значительно снизить затраты на сырье, которые составляют около 40% от текущего модуля, и, сделав их более гибкими и легкими, можно использовать можно ожидать расширения и снижения затрат на установку.Кроме того, в качестве метода снижения стоимости производства тонкопленочные солнечные элементы из монокристаллического кремния, в которых используется пористый кремний (Double Porous Silicon Layer: DPSL) посредством отрыва, привлекают внимание как имеющие конкурентное преимущество в будущем.Среди технических проблем, связанных с монокристаллическими кремниевыми солнечными элементами с использованием отрыва, являются (1) формирование высококачественной тонкой пленки Si на уровне кремниевой пластины, (2) достижение пористой структуры, которую можно легко снять (отслоить). ), (3) повышение скорости роста и выхода сырья Si (необходимое оборудование определяется скоростью роста), и (4) возможность использовать подложку после подъема без каких-либо отходов.
Чтобы преодолеть проблему (1), необходимо было выяснить основные факторы, определяющие качество тонкопленочных кристаллов, выращенных на пористом кремнии, и разработать методику их контроля.Обзор достижений исследований
Совместная исследовательская группа, состоящая из профессора Манабу Ихара и доцента Кей Хасегава из Токийского технологического института, и профессора Сугуру Нода из Университета Васэда, разработала высококачественный тонкопленочный монокристаллический кремний толщиной около 10 мкм и уменьшенной плотностью кристаллических дефектов. до уровня кремниевой пластины со скоростью роста более чем в 10 раз выше, чем раньше. Во-первых, двухслойный пористый кремний нанопорядка генерируется на поверхности монокристаллической пластины с использованием электрохимической техники.
Затем поверхность была сглажена до шероховатости от 0,2 до 0,3 нм с помощью уникального метода рекристаллизации с зонным нагревом (метод ZHR), и эта подложка использовалась для высокоскоростного роста, чтобы получить лунокристаллическую тонкую пленку с высоким качеством кристаллов. Выращенную пленку можно легко снять с помощью двухслойного пористого слоя Si, а подложку можно повторно использовать или использовать в качестве источника испарения для роста тонкой пленки, что значительно снижает потери материала. Когда шероховатость поверхности подстилающей подложки уменьшается за счет изменения условий метода ZHR, плотность дефектов выращенного тонкопленочного кристалла снижается, и команде в конечном итоге удалось снизить ее до уровня кремниевой пластины примерно 1/10. Это количественно показывает, что шероховатость поверхности в диапазоне всего 0,1-0,2 нм (от уровня атомов до нескольких десятков слоев) оказывает важное влияние на образование дефектов кристаллов, что также представляет интерес как механизм роста кристаллов.
Скорость формирования пленки и скорость преобразования источника Si в тонкую пленку Si являются узкими местами в производстве тонкопленочного монокристаллического Si. При химическом осаждении из паровой фазы (CVD), которое в основном используется для эпитаксии, максимальная скорость формирования пленки составляет несколько мкм / ч, а выход составляет около 10%.
В лаборатории Нода Университета Васэда вместо обычного физического осаждения из паровой фазы (PVD), когда неочищенный Si испаряется при температуре около 1414 ºC, путем испарения сырого Si при гораздо более высокой температуре> 2000 ºC используется метод быстрого испарения (RVD) был разработан с высоким давлением паров Si, способным осаждать Si со скоростью 10 мкм / мин.Было обнаружено, что технология ZHR, разработанная на этот раз, может решить технические проблемы и значительно снизить производственную стоимость процесса отрыва.Дальнейшее развитиеОсновываясь на результатах этого исследования, команда не только обнаружила основные факторы улучшения качества кристаллов во время быстрого роста на пористом кремнии, используемом для процесса отрыва, но и смогла их контролировать.
В будущем измерение срока службы носителя тонкой пленки, которое напрямую связано с характеристиками солнечных элементов, и производство солнечных элементов будет проводиться с целью практического использования этой технологии. Также будет рассмотрено использование этих тонких пленок Si в качестве недорогих нижних элементов в солнечных элементах тандемного типа с КПД более 30%.
Результаты опубликованы в журнале CrystEngComm Королевского химического общества (RSC) и будут размещены на внутренней стороне обложки выпуска.