Научная статья на тему 'ОКСИДНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПЛЕНКИ ДЛЯ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ'

ОКСИДНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПЛЕНКИ ДЛЯ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
192
41
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТОНКИЕ ПЛЕНКИ / THIN FILMS / ОКСИД ТИТАНА / TITANIUM OXIDE / ОКСИД ТИТАНА-ЦИНКА / ПОРИСТЫЙ КРЕМНИЙ / POROUS SILICON / ЭКСТРАКЦИОННО-ПИРОЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД / СОЛНЕЧНЫЕ ЯЧЕЙКИ / SOLAR CELLS / TITANIUM-ZINC OXIDE / EXTRACTION-PYROLYSIS TECHNIQUE

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Патрушева Т.Н., Шелованова Г.Н., Снежко Н.Ю., Полюшкевич А.В., Холькин А.И.

В статье рассмотрены материалы для защиты кремниевых солнечных батарей от воздействия УФ излучения. Антиотражающие покрытия повышают адсорбцию света и, следовательно, конверсионную эффективность солнечных батарей. Представлены результаты исследований по влиянию защитной пленки оксида титана-цинка на значения фототока пористого кремния, выбранного в качестве модельного образца с ускоренной деградацией. Полученные по растворной технологии экстракционно-пиролитическим методом нанокристаллические тонкие пленки Ti2ZnO5 обеспечили защиту кремния от УФ света и антиотражающие свойства поверхности, что привело к повышению фототока короткого замыкания.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Патрушева Т.Н., Шелованова Г.Н., Снежко Н.Ю., Полюшкевич А.В., Холькин А.И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Protective oxide films for silicon solar batteries

The article deals with materials for protection of silicon solar cells from UV radiation. Antireflection coatings increase the adsorption of light and, therefore, a conversion efficiency of solar cells. Results of investigation of Ti2ZnO5 thin films on the porous Si chosen as a model sample are presented. Obtained by the solution-extraction-pyrolysis method nanocrystalline thin films Ti2ZnO5 with thickness 50-100 nm provided the protection of Si from UV light and antireflection properties of the surface, which led to an increase in short-circuit photocurrent.

Текст научной работы на тему «ОКСИДНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПЛЕНКИ ДЛЯ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ»

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

SOLAR ENERGY

Статья поступила в редакцию 12.03.11. Ред. рег. № 957 The article has entered in publishing office 12.03.11. Ed. reg. No. 957

УДК 66.048.6-542.41

ОКСИДНЫЕ ЗАЩИТНЫЕ ПЛЕНКИ ДЛЯ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ

Т.Н. Патрушева1, Г.Н. Шелованова1, Н.Ю. Снежко1,

1 2 А.В. Полюшкевич , А.И. Холькин

1Сибирский федеральный университет 660041 Красноярск, пр. Свободный, д. 79 E-mail: pat55@mail.ru 2Институт общей и неорганической химии РАН 117901 Москва, Ленинский пр., д. 31

Заключение совета рецензентов: 25.03.11 Заключение совета экспертов: 10.04.11 Принято к публикации: 15.04.11

В статье рассмотрены материалы для защиты кремниевых солнечных батарей от воздействия УФ излучения. Антиот-ражающие покрытия повышают адсорбцию света и, следовательно, конверсионную эффективность солнечных батарей. Представлены результаты исследований по влиянию защитной пленки оксида титана-цинка на значения фототока пористого кремния, выбранного в качестве модельного образца с ускоренной деградацией. Полученные по растворной технологии экстракционно-пиролитическим методом нанокристаллические тонкие пленки Ti2ZnO5 обеспечили защиту кремния от УФ света и антиотражающие свойства поверхности, что привело к повышению фототока короткого замыкания.

Ключевые слова: тонкие пленки, оксид титана, оксид титана-цинка, пористый кремний, экстракционно-пиролитический метод, солнечные ячейки.

PROTECTIVE OXIDE FILMS FOR SILICON SOLAR BATTERIES T.N. Patrusheva1, G.N. Shelovanova1, N.Yu. Snezhko1, A.V. Polyushkevich1, A.I. Khol'kin2

'Siberian Federal University 79 Svobodny ave., Krasnoyarsk, 660041, Russia E-mail: pat55@mail.ru 2Institute of General and Inorganic Chemistry 31 Leninsky ave., Moscow, 117901, Russia

Referred: 25.03.11 Expertise: 10.04.11 Accepted: 15.04.11

The article deals with materials for protection of silicon solar cells from UV radiation. Antireflection coatings increase the adsorption of light and, therefore, a conversion efficiency of solar cells. Results of investigation of Ti2ZnO5 thin films on the porous Si chosen as a model sample are presented. Obtained by the solution-extraction-pyrolysis method nanocrystalline thin films Ti2ZnO5 with thickness 50-100 nm provided the protection of Si from UV light and antireflection properties of the surface, which led to an increase in short-circuit photocurrent.

Keywords: thin films, titanium oxide, titanium-zinc oxide, porous silicon, extraction-pyrolysis technique, solar cells.

Введение

Одной из проблем полупроводниковой солнечной энергетики является проблема деградации кремния. Как было установлено [1], за последние 10 лет более чем у 71% искусственных спутников Земли (ИСЗ) неполадки произошли на геостационарной орбите.

Одним из основных факторов деградации космических солнечных элементов (СЭ) является солнечное УФ облучение, которое вызывает снижение концентрации носителей базовой области 81, в дополнение к уменьшению времени жизни неосновных носителей заряда [1]. Необходимо найти метод по защите от воздействия УФ излучения на солнечные элементы.

Кремниевые солнечные батареи, работающие на поверхности Земли, подвергаются воздействию пыли, влаги и ветра, которые вызывают деградацию их поверхности. Поэтому целесообразно использование защитных пленок и покрытий, не снижающих эффективности преобразования солнечной энергии.

Материалы защитных покрытий солнечных батарей

Космические СЭ длительного действия защищают покровным стеклом или защитными пленками. Толщина покровного стекла обычно около нескольких сотен микрометров. Однако очень важно снижение веса СЭ, поэтому относительно тонкие защитные пленки предпочтительнее для использования. В настоящее время проходят испытания солнечных батарей с системой линейных преломляющих линз Френеля (Stretched-Lens Photovoltaic Concentrator Array-SLA) [2], которые изготовлены из тонкого (140 мкм) гибкого силиконового материала (ДС-93-500). Оксидные тонкие пленки представляют интерес для использования в качестве защитных покрытий кремниевых солнечных батарей благодаря их высокой химической и механической прочности и поглощению УФ излучения.

Просветляющие и антиотражающие свет видимой области спектра покрытия наносили на защитные стекла или непосредственно на фронтальную поверхность солнечных элементов [3-5]. В качестве материалов с низким показателем преломления использовали пленку SiO2, полученную в различных условиях [3]. На подложки из флоат-стекла, покрывающего кремниевые пластины со сформированным /»-^-переходом и контактами, были нанесены покрытия из 10%-го раствора тетраэтоксисилана (ТЭОС) с использованием соляной кислоты в качестве катализатора. Затем они подверглись термообработке при температуре 350 °С. Для образцов, полученных из 10%-го раствора ТЭОС, значение показателя преломления составило 1,44. С целью дальнейшего снижения коэффициента отражения пленкообразующий раствор был приготовлен с использованием ТЭОС, абсолютного спирта и 25%-го водного раствора аммиака. Для более полного завершения физико-химических процессов на поверхности образца и для повышения механической прочности образец с покрытием подвергается инерционной термообработке. Были получены образцы покрытий из растворов с различным временем созревания. С увеличением срока созревания раствора происходит увеличение его вязкости, что увеличивает толщину получаемых из него пленок. Увеличение температуры обработки увеличивает плотность пленок, что ведет к уменьшению их толщины. Показатель преломления покрытия достиг 2,25, но высокая пористость слоя по-прежнему препятствовала увеличению механической прочности. Однако SiO2 пленка не является оптимальной для антиотражения, поскольку

имеет недостаточно высокий показатель преломления и является прозрачной для ультрафиолетового излучения с энергией до 10 эВ, а также имеет недостаточную твердость к действию абразивной пыли.

Значительные усилия были предприняты в направлении сокращения отражения через сочетание геометрической текстурированности поверхности кремния и просветления покрытием нитрида кремния (БШ*) [4]. При плазменном воздействии с использованием малой мощности процесс текстурирования преобладает над химическим травлением. В результате поверхность пластины показывает низкое отражение (< 10% в диапазоне длин волн 350-800 нм) и низкую плотность дефектов, что приводит к повышению времени жизни неосновных носителей заряда. БМ пленки имеют показатель преломления, близкий к оптимальному, и используются для антиотражения и пассивации кремниевых СЭ. Но такие пленки имеют достаточно высокое поглощение в диапазоне фоточувствительности СЭ, особенно в коротковолновом спектральном диапазоне. Например, на длине волны 440-450 нм БМ пленки толщиной 61 нм поглощают до 5% падающего света. Для обеспечения оптимального антиотражения на рабочую поверхность СЭ до осаждения Б1М пленки дополнительно должна быть нанесена М£р2 пленка. Такие осложнения в технологии приводят к увеличению стоимости СЭ.

Поликристаллические тонкие пленки нитрида бора (ВМД нанесенные при низких температурах (< 200 °С), являются хорошим антибликовым покрытием для солнечных элементов из-за их спектральной стабильности, прочного керамического характера и достаточно широкой запрещенной зоны (6,2 эВ) [5]. Анализ оптических свойств выявил почти постоянное значение показателя преломления (~2,8) и незначительные потери при передаче наиболее полезного диапазона солнечного спектра. Испытания изготовленного двойного слоя MgF2/BN антибликового покрытия на ваАБ и Б1 показали минимальные потери отражения (< 5%) в широком окне солнечного излучения (1,1-3 эВ).

Ранее было показано [6], что ТЮ2 пленка может быть использована в качестве защитного материала для проводящего слоя 1пБпО при изготовлении Б1 тонкопленочных солнечных элементов методом СУО с горячей нитью.

Нами проведено исследование возможности применения тонких пленок Т122пО4 в качестве защитного и антиотражательного материала в Б1 тонкопленочных солнечных элементах. Введение цинка в состав пленок диоксида титана должно способствовать повышению прозрачности в наиболее эффективной для солнечного элемента зеленой области спектра.

Методика эксперимента

Кремниевые СЭ имеют достаточно низкое сопротивление излучению. В качестве модельного образца был выбран пористый кремний, который особенно

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011

© Scientific Technical Centre «TATA», 2011

Т.Н. Патрушева, Г.Н. Шелованова, Н.Ю. Снежко и др. Оксидные защитные пленки для кремниевых солнечных батарей

подвержен окислению и деградации свойств. Многие исследователи отмечают склонность к деградации образцов пористого кремния, которая возрастает с увеличением пористости. Об этом свидетельствует снижение эффекта люминесценции по мере выдерживания на воздухе образцов пористого кремния. Пористый кремний был получен электрохимическим методом. Его очевидные достоинства в простоте, малозатратности, проведении процесса при комнатной температуре.

Тонкие пленки нанокристаллов получаются в процессе, известном как «спин-покрытие». Он включает размещение квантовых ячеек в виде раствора на плоском субстрате, который затем вращается с большой скоростью. Раствор распределяется равномерно, а субстрат вращается до тех пор, пока не будет достигнута требуемая толщина слоя. Для осуществления этих процессов нами разработан экстрак-ционно-пиролитический метод, использующий органические растворы с высокой степенью смачивания. Формирование наноразмерных слоев и нано-материалов требует использования высокочистых исходных веществ, которые имеют высокую стоимость. Экстракционно-пиролитический метод обеспечивает очистку прекурсоров от примесей в процессе их приготовления посредством экстракции и позволяет использовать исходные вещества невысокой степени чистоты, включая вторичные растворы различных производств.

Экстракционно-пиролитический метод [7] заключается в экстракции металлов из неорганических растворов, нанесении экстрактов на подложку и последующем пиролизе смачивающих пленок с формированием твердых наноразмерных оксидных слоев. Циклическое повторение процессов нанесения смачивающих пленок и пиролиза обеспечивает контролируемое нанесение слоев определенной толщины. Смешивание экстрактов с точно определенной концентрацией в растворе приводит к формированию гомогенных стехиометрических материалов с заданным составом. Такой подход к формированию наноструктурных покрытий не осложняется использованием вакуума и плазмы и не требует высоких затрат энергии. Для нанесения органических растворов на подложки применяются методы микроэлектроники: погружение с медленным вытягиванием, или центрифугирование для выравнивания толщины слоев, или пульверизация с использованием ультразвуковых форсунок и роботов-автоматов.

Экстракционно-пиролитический метод был использован нами для пассивации поверхности кремния фотоактивными оксидными пленками, которые обладают также и самоочищающим эффектом.

Для получения защитных пленок на пористом кремнии были приготовлены экстракты отдельных металлов с использованием в качестве исходных растворов неорганических солей металлов, а в качестве экстрагента - смесь монокарбоновых кислот

(каприновой, капроновой, энантовой, малоновой, пеларгоновой), которые входят в состав вторичного продукта нефтепереработки. В результате экстракции атомы металла переходят из неорганической фазы в органическую, очищаясь при этом от примесей. После уточнения концентрации металлов органические экстракты смешивали в заданных стехио-метрических соотношениях. Полученные растворы наносили на стеклянные подложки методами вращения и погружения, при этом более качественные пленки получаются при использовании растворов, разбавленных до концентрации 2% по металлам, и скорости вращения подложки 2,5-3 тыс. об/мин. После каждого нанесения следовал пиролиз смачивающей пленки, в результате которого на подложке формировалась оксидная пленка. Температура пиролиза, согласно данным термогравиметрии, составила 450-500 °С. После получения 10-20 слоев следовал заключительный отжиг в муфельной печи в течение 15 минут при различных температурах в интервале 400-500 °С.

Толщина пленки оценивалась на основании расклинивающего давления смачивающей пленки, определяемого по поверхностному натяжению раствора экстрактов и результатам термического анализа, она составляла 10-30 нм. В многослойных пленках учитывался эффект взаимопроникновения слоев. Результаты оценки толщин совпадали с измерениями физическими методами.

Микроструктуру пленок исследовали методом атомно-силовой микроскопии (АСМ), изображения получены на воздухе с использованием мультимодо-вого сканирующего зондового микроскопа Solver P47 (НТ-МДТ, Россия) в полуконтактном режиме (tapping mode) с кремниевым кантилевером с постоянной жесткостью около 5 Н/м.

Фотоотклик пленок был измерен с использованием микроамперметра в темноте и под воздействием излучения электрической лампы мощностью 50-300 Вт. Засветка проводилась в специальной установке, имеющей колоколообразную форму для направленного излучения светового потока и для ограничения попадания света из сторонних источников. С помощью этого увеличивается точность и качество измерения.

Результаты и их обсуждение

При электрохимическом формировании пористого полупроводника дырки, как носители заряда, под действием электрического поля уходят из полупроводника в электролит. Происходит «вымывание» материала и образование пор. Если полупроводник /»-типа, то концентрации дырок достаточно для анодного процесса, т. к. дырки являются основными носителями. В случае полупроводника и-типа концентрации дырок недостаточно и их приходится генерировать искусственно, осуществляя подсветку. Способ электрохимического формирования пористого крем-

ния позволяет получать низкоразмерные полупроводниковые среды, обладающие свойством фотопреобразования, что перспективно для создания солнечных элементов.

На рис. 1 приведена вольт-амперная характеристика (ВАХ) пористого (Б1/Б1рог) и кристаллического (Б1) кремния. Структура е-Б1/рог-Б1 генерирует больше носителей, чем Б1. При одном и том же значении

напряжения значение структуры Si/Sipor-

светового тока больше у

Рис. 1. ВАХ пористого кремния (Sipor) и кристаллического кремния (Si) Fig. 1. I-V characteristics of porous silicon (por-Si) and crystalline silicon (Si)

В гетероструктуре Б1/Б1рог толщина и удельное сопротивление пористого слоя (Б1рог) очень важны. Поскольку носители должны дойти до следующего каскада - толщина должна быть минимальной. Однако чем выше рабочая площадь, тем больше генерируется носителей, поэтому толщина пористого слоя должна быть достаточной. Исследована зависимость плотности тока от толщины слоя пористого кремния (рис. 2). Удельное сопротивление р = 10 Омсм. Поскольку пористый кремний обладает высоким сопротивлением, то его толщина должна соответствовать 3-5 мкм.

Рис. 2. Зависимость плотности тока Jc от температуры отжига для гетероструктур: 1 - Si/Ti2ZnO5, 2 - Si/Sipor/Ti2Zn( Fig. 2. Dependence of current density Jc on the annealing temperature for heterostructures: 1 - Si/Ti2ZnO5, 2 - Si/Sipor/Ti2ZnO5

В работе [8] исследовались закономерности переноса носителей в пористых материалах, а именно, в пористом кремнии и пористом анатазе (ТЮ2). Для них характерно высокое значение диэлектрической проницаемости, сильное электрон-фононное взаимо-

действие, большая вероятность поляронного механизма переноса. В качестве эффективного способа определения дрейфовой подвижности использовался переходный ток, ограниченный пространственным зарядом (ПТОПЗ). Образцы для измерений имели структуру типа «сэндвич». Фототок электронов, близкий по форме к ПТОПЗ, наблюдался в пористом кремнии и в пористом анатазе. Времена задержки и пролета в пористом ТЮ2 соответствуют диапазону частот, в котором диэлектрическая проницаемость значительно превышает значение е = 10, определенное при частоте выше 103 Гц, что приводит к завышенной оценке подвижности из величины тока.

Можно ожидать усиления фотоактивности при создании гетероструктур на основе пористого кремния и фотоактивных оксидных пленок. Предполагается, что ширина запрещенной зоны ТЮ2 составляет 3,2 эВ [9], а барьер для электронов на границе Б1/ТЮ2 - 1,0 эВ. Тогда при ширине запрещенной зоны кремния 1,12 эВ барьер для дырок на границе Б1/ТЮ2 составляет 1,1 эВ. Разница ширины запрещенной зоны кремния и оксида титана способствует прохождению света без поглощения через широкозонное «окно» оксида.

При усложнении структуры кремниевого солнечного элемента добавлением слоев оксида титана-цинка носителей генерируется больше - значение светового тока больше. Фотоактивные оксидные пленки выполняют также защитную функцию.

Тонкие пленки Т122пО5 были нанесены на пористый кремний экстракционно-пиролитическим методом с использованием центрифугирования. Органические растворы прекурсоров - карбоксилатов титана и цинка были приготовлены из растворов их неорганических солей, в частности сульфата титана и хлорида цинка, с использованием карбоновых кислот в качестве экстрагента. Концентрация металлов в экстрактах уточнялась методом атомной адсорбции. Далее растворы экстрактов смешивали в соотношении Т1:2п = 2:1. Органические растворы с низким поверхностным натяжением легко образуют смачивающие пленки на различных поверхностях, в том числе способны проникать в пористые среды. Формирование оксидной пленки осуществлялось в процессе пиролиза органического раствора экстрактов титана и цинка на подложке. При этом повторение процессов нанесения раствора и вращения способствовало повышению толщины пленки.

Проведены исследования по определению оптимальных параметров отжига гетероструктуры пористый кремний - пленка Т122пО5. Установлено, что оптимальная температура отжига Б1/Б1рог/Т122пО5 гетеростуктуры составляет 450 °С. При увеличении температуры отжига эффективность структуры падает (рис. 2). Это объясняется тем, что больший вклад в эффективность структуры е-Б1/Б1рог/Т122пО5 вносит пористый кремний, а он при температурах больше 450 °С начинает деградировать и теряет свои фотоэлектрические свойства.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011

© Scientific Technical Centre «TATA», 2011

Т.Н. Патрушева, Г.Н. Шелованова, НЮ. Снежко и др. Оксидные защитные пленки для кремниевых солнечных батарей

Оптические спектры пропускания Ti2ZnO5 пленок (рис. 3) на стеклянной подложке показали, что средний коэффициент пропускания пленки Ti2ZnO5 превысил 90% в видимой и ближней инфракрасной области. Пленки Ti2ZnO5 более прозрачны, чем пленки TiO2, и могут быть использованы в качестве материала окна в солнечных батареях.

6(30 800 [ООО 1200 1400

Рис. 3. Оптические спектры пропускания Ti2ZnO5 пленки Fig. 3. Optical spectras of transmission of Ti2ZnO5 film

Показатель преломления пленки Ti2ZnO5, как и TiO2 [6], колебался от 2,2 и 3,4 в диапазоне длин волн 4001400 нм, как показано на рис. 4. Например, показатель преломления составил 2,3 на 550 нм, а это промежуточное значение по сравнению с SnO2 (2,0) и Si тонкими пленками (3,5). Таким образом, пленка Ti2ZnO5 может действовать как просветляющая пленка.

Коэффициент преломления, и

1 _I_I_1_:_I_1_

400 600 в00 1000 1200 1400 Длин;! волны, нм

Рис. 4. Показатель преломления (n) Ti2ZnO5 пленки Fig. 4. Refractive index (n) of Ti2ZnO5 film

Были проведены исследования по определению оптимальной толщины оксидной пленки. Минимальная толщина нашей пленки TiO2, установленная экспериментально для защиты материала ТСО, составила 10 нм.

Из формулы Френеля 4n1d = X, где n1 - показатель преломления TiO2 пленки; d - толщина TiO2 пленки; X - длина волны 550 нм, оптимальная толщина d пленки TiO2 оказывается 50-60 нм.

В наших экспериментах установлено, что однослойное покрытие толщиной 30 нм менее эффективно, чем покрытие толщиной 50-70 нм. Это обусловлено тем, что пиролиз тонкого слоя приводит к формированию пористого оксида, а последующее нанесение раствора смеси экстрактов Ti и Zn приводит к заполнению пор и формированию сплошной пленки. Применение тонкого защитного слоя не препятствует работе кремниевого солнечного элемента,

тогда как дальнейшее повышение толщины защитной пленки на пористом кремнии приводит к снижению конверсионной эффективности.

Микроструктура тонкой пленки Т122п04 представлена однородными зернами размером около 30 нм. Использование исходных растворов различной концентрации позволяет регулировать размер зерна в пленке и получать компактные слои либо пористую пленку (рис. 5). Для формирования сплошных защитных пленок был использован раствор экстракта титана с концентрацией 0,03 м/л.

Пig11 л 1 Instrument! NU >. :cjn ill* HSiQ ™

5С*Л ■ J« 1.041 HS

Рис. 5. AdVI изображение пленки Ti2ZnO4 Fig. 5. AFM image of Ti2ZnO4 film

Рис. 6. Зависимость плотности тока Jc от световой мощности для гетероструктуры Si/Sipor/Ti2ZnO5 Fig. 6. Dependence of current density Jc on the light power for heterostructure Si/Sipor/Ti2ZnO5

Зависимость плотности тока ^ от световой мощности для гетероструктур с-81/81ро/П22п04 показана на рис. 6. С повышением мощности светового потока засветки до 150 Вт плотность фототока быстро возрастает, а дальнейшее увеличение мощности светового потока приводит к замедленному росту количества носителей. Подсветка приводит к увеличению темпа генерации неосновных носителей и, следовательно, к возрастанию проводимости диэлектрика. Таким образом, основной вклад в проводимость вносит инжекция электронов из кремния, а также собственная фотопроводимость полупроводникового ок-

сида. Перенос заряда в диэлектрике осуществляется также дырками, инжектированными из кремния. Таким образом, суммарная проводимость гетерострук-туры повышается.

Сравнительные фотовольтаические исследования структур Б1\Б1рог и Б1\Б1ро/П22пО4 показали (рис. 7), что плотность тока короткого замыкания в защищенной тонкой пленкой Т^пО4 гетероструктуре увеличивается на 14%.

Jc.mkAi.in"' 1.6 т

1,2

0,8 -0,4 -

0 -------

Sipor

Рис. 7. Диаграмма плотности светового тока пористого кремния и гетероструктуры пористый Si - фотоактивный оксид

Fig. 7. Chart of light current density for the porous silicon and porous heterostructure Si - photoactive oxide

Использование пористого кремния в качестве элементов солнечных батарей требует применения защитного покрытия. Выбор в качестве такого покрытия фотоактивного оксида Ti2ZnO4 является целесообразным, что подтвердили результаты проведенных исследований.

Заключение

Показана возможность повышения эффективности солнечных ячеек на основе гетероструктур пористый кремний - фотоактивный оксид. Пленка Ti2ZnO4 кристаллизуется округлыми зернами диаметром около 30 нм, однородными по форме и размеру. Оптимальная толщина оксидной пленки составляет 50-100 нм. Оптимальной температурой отжига для гетероструктуры c-Si/Sipor/Ti2ZnO5 признана температура 450 °С. При увеличении мощности засветки гетероструктуры c-Si/Sipor/Ti2ZnO5 значение плотности тока возрастает.

Список литературы

1. Акишин А.И., Байкальцев В.Б., Тютрин Ю.И. Воздействие электронных потоков на защитные покрытия солнечных батарей // ФХОМ. 1991. № 4. С. 68-71.

2. O'Neil M.J. 1,000 w/kg Solar Concentrator Arrays for Far-Term Space Missions. Space Technology Applications International Forum ( STAIF) -Albuquerque-Febr. 2004. P. 1-8.

3. Немкова А.А. Просветляющие покрытия для защитных стекол солнечных элементов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Санкт-Петербург, 2009.

4. Prasad B., Bhattacharya S., Saxena A.K., Reddy S.R., Bhogra R.K. Performance enhancement of mc-Si solar cells due to synergetic effect of plasma texturization and SiNx:H AR coating // Solar Energy Materials & Solar Cells. 94. 2010. Р. 1329-1332.

5. Alemu A., Freundlich A., Badi N., Boney C., Bensaoula A. Low temperature deposited boronnitride thin films for a robust anti-reflection coating of solar cells // Solar Energy Materials & Solar Cells. 94. 2010. Р. 921-923.

6. Natsuharaa H., Matsumotoa K., Yoshidaa N., Itohb T., Nonomuraa S., Fukawac M., Satoc K. TiO2 thin films as protective material for transparent-conducting oxides used in Si thin film solar cells // Solar Energy Materials & Solar Cells. 90. 2006. P. 2867-2880.

7. Холькин А.И., Патрушева Т.Н. Экстракционно-пиролитический способ получения оксидных функциональных материалов. М: Экросс, 2006.

8. Лебедев Э.А. Ток, ограниченный пространственным зарядом в пористом кремнии и анатазе (TiO2) // Физика и техника полупроводников. 2002. Т. 36. № 10. С. 1268-1271.

9. Гриценко Д.В., Гриценко Д.В., Шаймеев С.С., Атучин В.В., Григорьева Т.И., Покровский Л. Д., Пчеляков О.П., Гриценко В.А., Асеев А.Л., Лифшиц В.Г. Двухзонная проводимость TiO2 / ЖТФ. 2006. Т. 68, Вып. 2. С. 455-458.

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 3 (95) 2011

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

© Scientific Technical Centre «TATA», 2011

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.