DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2019.1.159492

ОПТИМІЗАЦІЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРУВАТОГО КРЕМНІЮ ДЛЯ ВИКОРИСТАННЯ В СОНЯЧНИХ БАТАРЕЯХ

В. Ю. Єрохов, Ю. М. Ховерко, С. І. Нічкало

Анотація


Мета роботи – формування антивідбивних шарів поруватого кремнію на поверхні структури сонячних елементів за наявності на робочій поверхні струмозбиральної контактної гребінки, а також дослідження впливу стану фронтальної контактної системи сонячних елементів після травлення на їх основні характеристики.

Аналіз впливу електрохімічного травлення на стан фронтальної контактної системи сонячних елементів без антивідбивного покриття здійснювали на основі залежностей спектру відбивання шару поруватого кремнію від його товщини і показника заломлення. В діапазоні довжин хвиль 550–850 нм виявлено мінімальне відбивання від поверхні поруватого шару за товщини поруватого кремнію від 70 до 100 нм, а його показник заломлення знаходиться в межах від 1,35 до 1,9.

Виявлено критичний час перебування структури сонячного елемента в електроліті, перевищення якого призводить до пошкодження контактних пальців фронтальної струмозбиральної гребінки. При анодуванні в електроліті C2 H5 OH:HF=1:1 критичний час становив 45 с. Зменшення часу анодування до 10 с при густині анодного заряду 0,46 Кл/см2 дозволило отримати шари поруватого кремнію без суттєвого пошкодження контактної струмозбиральної гребінки. При зменшенні тривалості електрохімічного оброблення до 3–6 с і підвищенні анодного струму вдалось повністю запобігти пошкодженню контактної системи.

Результати досліджень основних параметрів сонячних елементів до та після формування на їх поверхні антивідбивного шару на основі поруватого кремнію показали, що для моно- і мультикристалічних сонячних елементів приріст фотоструму перевищував 50%, коефіцієнт корисної дії підвищився на 25% і 22%, відповідно для моно- і мультикристалічних зразків. При цьому для всіх досліджуваних зразків напруга неробочого ходу зменшилась на 2,5%, а коефіцієнт заповнення – на 10,7% та 18,8% для моно- та мультикристалічних зразків, відповідно.


Ключові слова


поруватий кремній; сонячний елемент; антивідбивне покриття; електрохімічне травлення

Повний текст:

PDF

Посилання


L. L. Kazmerski. Photovoltaics: A review of cell and module technologies // Renewable & Sustainable Energy Reviews, 1, pp. 71-170 (1997).

P. Oksanych, V. A. Terban, S. O. Volokhov, M. I. Kliui, V. A. Skryshevskyi, V. P. Kostylov, A.V. Makarov. Suchasni tekhnolohii vyrobnytstva kremniiu ta kremniievykh fotoelektrychnykh peretvoriuvachiv soniachnoi enerhii. Mineral, Kryvyi Rih. 266 s. (2010).

J. Eisenlohr, N. Tucher, H. Hauser, M. Graf, J. Benick, B. Blasi, J.C. Goldschmidt, M. Hermle. Efficiency increase of crystalline silicon solar cells with nanoimprinted rear side gratings for enhanced light trapping // Solar Energy Materials and Solar Cells, 155, pp. 288-293 (2016).

Luque. Will we exceed 50 % efficiency in photovoltaics? // Journal of Applied Physics, 110, pp. 031301-1–031301-19 (2011).

V. Yerokhov, I. Melnyk. Porous silicon in solar cell structures: A review of achievements and modern directions of further use // Renewable & Sustainable Energy Reviews, 3, pp. 291- 322 (1999).

I. Ivanov, V. A. Skryshevsky, T. Nychyporuk, M. Lemiti, A. V. Makarov, N. I. Klyui, O. V. Tretyak. Porous silicon Bragg mirrors on single- and multi-crystalline silicon for solar cells // Renewable Energy, 55, pp. 79-84 (2013).

Ya.O. Sychikova. Zabezpechennia ekolohichnoi bezpeky shliakhom vykorystannia porystykh napivprovidnykiv dlia soniachnoi enerhetyky // Skhidno-Yevropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii, T. 6, No 5, ss. 26-33, (2016).

S. Yuan, D. Hu, X. Yu, L. He, Q. Lei, H. Chen, X. Zhang, Y. Xu, D. Yang. Multicrystalline silicon crystal assisted by silicon flakes as seeds // Solar Energy Materials and Solar Cells, 174, pp. 202-205 (2018).

H. K. Raut, V. A. Ganesh, A. S. Nair, S. Ramakrishna. Anti-reflective coatings: A critical, in-depth review, 4, pp. 3779-3804 (2011).

R. Sharma, A. Gupta, A. Virdi. Effect of single and double layer antireflection coating to enhance photovoltaic efficiency of silicon solar // Journal of Nano- and Electronic Physics, 9, pp. 02001-1–02001-4 (2017).

А. A. Druzhinin, V. Y. Yerokhov, S. I. Nichkalo, Y. I. Berezhanskyi, M. V. Chekaylo. Texturing of the silicon substrate with nanopores and Si nanowires for anti-reflecting surfaces of solar cells // Journal of Nano- and Electronic Physics, 7(2), pp. 1-6 (2015).

M. F. Abdullah, M. A. Alghoul, H. Naser, N. Asim, S. Ahmadi, B. Yatim, K. Sopian. Research and development efforts on texturization to reduce the optical losses at front surface of silicon solar cell // Renewable & Sustainable Energy Reviews, 66, pp. 380-398 (2016).

Druzhinin, V. Yerokhov, S. Nichkalo, Y. Berezhanskyi. Micro- and nanotextured silicon for antireflective coatings of solar cells // Journal of Nano Research, 39, pp. 89-95 (2016).

V. Yerokhov, O. Ierokhova. Development of efficient solar cells with the use of multifunctional multitextures // EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies, 2, pp. 45-51 (2017).

E. Van Kerschaver, G. Beaucarne. Back-contact solar cells: A review // Progress in Photovoltaics Research and Applications, 14, pp. 107-123 (2006).

M. K. Mat Desa, S. Sepeai, A. W. Azhari, K. B. Sopian, M. Y. Sulaiman, N. Amin, S. H. Zaidi. Silicon back contact solar cell configuration: A pathway towards higher efficiency // Renewable & Sustainable Energy Reviews, 60, pp. 1516-1532 (2016).

X. G. Zhang. Morphology and formation mechanisms of porous silicon // Journal of The Electrochemical Society, 151, pp. 69-80 (2004).

K. Omar, K.A. Salman. Effects of electrochemical etching time on the performance of porous silicon solar cells on crystalline n-type (100) and (111) // Journal of Nano Research, 46, pp. 45-56 (2017).

N. H. Maniya, J. Ashokan, D. N. Srivastava. Application of porous silicon in solar cell // AIP Conference Proceedings, 11 May 2018, 1961, 030019 (2018).

R. Suryana, D. K. Sandi, O. Nakatsuka. The morphological study of porous silicon formed by electrochemical anodization method // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 333, 012034 (2018).

V. Yerokhov, O. Ierokhova. Improved porous silicon-based multifunctional materials for the solar cells antireflection coating // 2016 International Conference on Electronics and Information Technology, EIT 2016 - Conference Proceedings, 27 June 2016, 7500990.

M. Ramesh, H. S. Nagaraja. The effect of etching time on structural properties of porous silicon at the room temperature // Materials Today: Proceedings, 3, pp. 2085-2090 (2018).




Copyright (c) 2019 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)