Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ SIO2 : ME НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОТОГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ'

ВЛИЯНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ SIO2 : ME НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОТОГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
39
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТОНКИЕ ПЛЕНКИ / ИОНЫ МЕДИ / ИОНЫ НИКЕЛЯ / ФОТОЭЛЕМЕНТ / ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА / ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ / КПД

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Бойко А. А., Зализный Д. И., Марван Ф. С. Х. Аль-Камали, Подденежный Е. Н., Алексеенко Ю. А.

Представлены результаты исследований влияния тонкопленочных покрытий на основе SiO2 : Cux и SiO2 : Nix на КПД фотоэлементов (использовались фотоэлементы Aoshike). Отработаны технологические режимы получения мишеней, содержащих наночастицы ионов переходных металлов, и определены режимы нанесения тонких пленок на подложки методом импульсного лазерного испарения. Результаты исследований вольт-амперных характеристик показали, что покрытия с применением никеля, а также покрытия с минимальной концентрацией меди являются наилучшими. Эффективность фотоэлементов с этими покрытиями практически такая же, как у чистых образцов. Значения Pmax у них даже несколько выше, однако о явном увеличении КПД говорить преждевременно, так как полученные отклонения Pmax находятся в рамках погрешности измерений и разброса параметров покрытий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Бойко А. А., Зализный Д. И., Марван Ф. С. Х. Аль-Камали, Подденежный Е. Н., Алексеенко Ю. А.

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

INFLUENCE OF SIO2 THIN FILM COATINGS : ME ON EFFICIENCY OF PHOTOGENERATING ELEMENTS

The results of studies of the influence of thin film coatings based on SiO2 : Cux and SiO2 : Nix on the efficiency of photocells (Aoshike photocells were used) are presented. Technological modes of obtaining targets containing nanoparticles of transition metal ions were worked out, and modes of applying thin films to substrates were determined by pulse laser evaporation. The results of studies of voltage-ampere characteristics showed that coatings using nickel, as well as coatings with a minimum copper concentration, are the best. The efficiency of photocells with these coatings is practically the same as that of pure samples. They have even slightly higher Pmax values, but it is premature to talk about a clear increase in efficiency, since the resulting Pmax deviations are within the measurement error and spread of coating parameters.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ SIO2 : ME НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОТОГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ»

УДК 621.311.001.57

ВЛИЯНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ SiO2 : ME НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОТОГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

А. А. БОЙКО, Д. И. ЗАЛИЗНЫЙ, МАРВАН Ф. С. Х. АЛЬ-КАМАЛИ, Е. Н. ПОДДЕНЕЖНЫЙ, Ю. А. АЛЕКСЕЕНКО, Н. Е. ДРОБЫШЕВСКАЯ

Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого», Республика Беларусь

НИВАЗИ А. С. АЛЬ-АРИКИ

Кафедра химии, факультет прикладных наук, Таизский университет, Республика Йемен

Д. А. ГОЛОСОВ, Х. Т. ДОАН

Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», г. Минск

Представлены результаты исследований влияния тонкопленочных покрытий на основе SiO2 : Cux и SiO2: Nix на КПД фотоэлементов (использовались фотоэлементы Aoshike). Отработаны технологические режимы получения мишеней, содержащих наночастицы ионов переходных металлов, и определены режимы нанесения тонких пленок на подложки методом импульсного лазерного испарения. Результаты исследований вольт-амперных характеристик показали, что покрытия с применением никеля, а также покрытия с минимальной концентрацией меди являются наилучшими. Эффективность фотоэлементов с этими покрытиями практически такая же, как у чистых образцов. Значения P„lax у них даже несколько выше, однако о явном увеличении КПД говорить преждевременно, так как полученные отклонения Pmax находятся в рамках погрешности измерений и разброса параметров покрытий.

Ключевые слова: тонкие пленки, ионы меди, ионы никеля, фотоэлемент, вольт-амперная характеристика, последовательное сопротивление, КПД.

INFLUENCE OF SIO2 THIN FILM COATINGS : ME ON EFFICIENCY OF PHOTOGENERATING ELEMENTS

A. A. BOIKO, D. I. ZALIZNY, MARWAN F. S. Н. AL-KAMALI, E. N. PODDENEZHNY, Y. A. ALEKSEENKO, N. E. DROBYSHEVSKAYA

Educational institution "Sukhoi State Technical University of Gomel", the Republic of Belarus

NIAYAZI A. S. AL-AREKI

Department of Chemistry, Faculty of Applied Science, Taiz University, the Republic of Yemen

D. A. HOLOSOV, H. T. DOAN

Educational institution "Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics ", Minsk

The results of studies of the influence of thin film coatings based on SiO2 : Cux and SiO2 : Nix on the efficiency of photocells (Aoshike photocells were used) are presented. Technological modes of obtaining targets containing nanoparticles of transition metal ions were worked out, and modes of applying thin films to substrates were determined by pulse laser evaporation. The results of studies of voltage-ampere characteristics showed that coatings us-

ing nickel, as well as coatings with a minimum copper concentration, are the best. The efficiency of photocells with these coatings is practically the same as that of pure samples. They have even slightly higher Pmax values, but it is premature to talk about a clear increase in efficiency, since the resulting Pmax deviations are within the measurement error and spread of coating parameters.

Keywords: thin films, copper ions, nickel ions, photocell, voltage-ampere characteristic, serial resistance, efficiency.

Введение

Полупроводниковые фотоэлементы являются основой для фотоэлектрических модулей (солнечных батарей), применяющихся для построения солнечных электростанций. Каждый фотоэлектрический модуль состоит из нескольких десятков фотоэлементов, соединенных последовательно [1], [2]. Коэффициент полезного действия (КПД) современных модулей составляет от 10 до 15 % и, естественно, зависит от эффективности отдельных фотоэлементов, а также от качества электрических контактов между ними [3].

В научной литературе присутствует множество публикаций, в которых предлагаются способы увеличения КПД фотоэлементов. Так, в [4] изучаются защитные покрытия для фотоэлементов из перовскита (оксида титаната кальция). Указана их максимальная эффективность в 16,7 %. Однако такие фотоэлементы не нашли пока широкого распространения из-за относительно высокой стоимости.

В [5] предложены тонкопленочные покрытия на основе соединений Cu2ZnSnSxSex и раствора гидразина, позволившие, по утверждению авторов, повысить КПД классических полупроводниковых фотоэлементов с 11,1 до 12,6 %. При этом в статье не раскрываются подробности производства покрытий и теоретические предпосылки их влияния на эффективность фотогенерации.

В [6] разработана методика теоретического анализа эффективности c-Si гетеро-структурных фотоэлементов с двойными антибликовыми покрытиями. Показано, что применение покрытий может повысить КПД фотоэлементов до 20 %. Вместе с тем в публикации отсутствуют какие-либо практические подтверждения полученных выводов.

В [7] рассматриваются широко распространенные покрытия из метиламмония, покрытого иодидом свинца. Предложено для повышения устойчивости этих покрытий вместо PbI3 использовать PbI2. Экспериментально показано, что КПД фотоэлементов возрастает с 16,7 до 17,2 %.

Различные антибликовые покрытия изучаются и в [8]-[10].

Таким образом, задача повышения КПД фотоэлементов за счет нанесения тонкопленочных покрытий актуальна и перспективна.

В последние годы в ГГТУ им. П. О. Сухого в сотрудничестве с ГГУ им. Ф. Скори-ны разрабатываются тонкопленочные покрытия на основе SiO2 : Cux и SiO2 : Nix [11]. Целью данных исследований является изучение влияния таких покрытий на КПД фотоэлементов.

Теоретический анализ возможного влияния медьсодержащих покрытий на КПД фотоэлементов

Mедьсодержащие силикатные материалы находят широкое практическое применение как в качестве оптически активных сред (люминофоров, фильтров, фотохром-ных стекол), так и в виде материалов, используемых при фотокатализе органических соединений, а также как антибактериальные покрытия. Например, в работе [12] показано, что фототропными средами для электрофотографических и фототермопластических носителей информации, а также нелинейно-оптическими материалами могут служить термостойкие органические комплекы переходных металлов типа Cu+, Cd , Pt2+, Ru с дипиридильными лигандами, сформированные в виде свето-

чувствительных наногибридов на поверхности или в системе открытых пор БЮ2-каркаса ксерогеля. Комплексообразование подобного рода для ионов Си(11) на поверхности силикагеля, соактивированной амино- и меркаптопропильными группами, изучалось в работе [13]. Установлено, что комплексообразование меди имеет «двухъярусный» характер: в области БЮ2-групп медь имеет координацию Си(11) (с амино-пропильными группами и водой или силанольными группами), а сверху имеет место координация Си(1) с меркаптопропильными группами. Авторы [13] показали, что модифицированные кремнеземы подобного рода могут быть использованы в качестве комплексообразующих сорбентов, применяемых в аналитической химии и катализе.

В работе [14] сообщается о синтезе и характеристике высокоэффективного фо-топроводящего нанокомпозита, состоящего из двух обычных оксидов металлов: оксида меди (СиО) и диоксида кремния (БЮ2). Нанокомпозит СиО/БЮ2 получали, используя золь-гель метод. Авторами изучены структурные, химические и оптические свойства нанокомпозита. Исследование фотопроводимости нанокомпозита показало повышенный фототок, что делает такие материалы перспективными для применения в солнечных элементах, особенно в качестве материала фотоанода в сенсибилизированных ионами солнечных элементах.

Авторами работы [15] установлено, что для тонких пленок, содержащих СиО, оптическая ширина запрещенной зоны уменьшается с 3,68 до 2,44 эВ, когда молярная концентрация растворов предшественников увеличивается с 0,1 до 0,5 М. Электрические измерения показывают, что удельное сопротивление пленок незначительно изменяется от 84 до 124 Ом • см при увеличении молярной концентрации.

Методика нанесения 8Ю2 : Сих и 8Ю2 : покрытий на поверхность фотоэлементов

В качестве исходных образцов были использованы поликристаллические фотоэлементы АовЫке со следующими параметрами:

- напряжение при максимальной мощности: 0,5 В;

- ток при максимальной мощности: 0,3 А;

- максимальная отдаваемая мощность: 0,16 Вт;

- площадь поверхности: 52 х 19 мм.

Для получения покрытий использовался метод импульсного лазерного испарения, а в качестве источника лазерного излучения применялся лазер Ь-2137Ц+НО-5 (фирма «Лотисс-ТИИ», Беларусь). Диаметр пятна лазерного излучения на мишени составлял ~ 7 мм. Мишень испаряли импульсным излучением с длиной волны X = 532 нм, длительностью - 6 нс, частотой следования импульсов - 10 Гц и энергией в импульсе - 448 мДж. Время испарения составляло 40 мин. Покрытия осаждали на подложки из высоколегированного монокристаллического кремния ЭКЭС 0,01(100).

Мишени для формирования пленок были синтезированы с использованием золь-гель метода. Исходными компонентами служили пирогенный кремнезем марки А-380 (техническое название - аэросил); нитрат меди: ТУ 6-09-3757-74 (Си(КОз)2 • 3Н2О); нитрат цинка: ГОСТ 5106-77 (2п(Шэ)2 • 6Н2О); сернокислый никель: ГОСТ 4465-74 (№2БО4 • 7Н2О).

Получение мишеней включало проведение следующих операций.

На первом этапе исходный золь получался при ультразвуковом диспергировании (п = 18 кГц) кремнезема марки А-380, что приводило к его однородному перемешиванию.

После этапа УЗ-обработки в полученный золь добавлялись соли легирующих элементов с различным массовым отношением относительно 1 моля БЮ2. После полного растворения нитрата меди проводилась его стабилизация: при нормальных условиях путем гелирования в пластиковых литьевых формах.

Последующая сушка получившегося геля осуществлялась в электрическом термошкафу при Т = 50-80 °С (до образования состояния ксерогеля). Отжиг ксерогелей до формирования жесткого кремний-кислородного каркаса проводился в муфельной электропечи на воздухе при Т = 800 °С (время выдержки на указанной температуре составляло 1 ч). При этом получались ксерогельные заготовки структурно-фазового состава БЮг : МеО (Ме = Си, N1, 2п) [16]. Далее ксерогели размалывались в фарфоровой ступке до состояния микропорошков и методом одноосного прессования формировались в мишени диаметром 20 мм, толщиной 10 мм.

Отжиг полученных мишеней проводили в потоке осушенного водорода при Т = 800 °С (время выдержки - 1 ч, степень химической чистоты Н2 соответствовала марке ОСЧ), в результате чего формировались композиционные мишени состава

Порядок проведения экспериментальных исследований

Для экспериментальных исследований было использовано следующее оборудование: светодиодный прожектор, прибор Solar I-Vw IT Italia, электронный милливольтметр, электронный миллиамперметр, стенд с нагрузочными сопротивлениями. Схема установки показана на рис. 1.

Схема работает следующим образом. Светодиодный прожектор 1 является источником излучения, которое попадает на датчик излучения 2 и исследуемый фотоэлемент 6, находящийся на подставке 5, предназначенной для размещения поверхности фотоэлемента на одном уровне с поверхностью датчика излучения.

Датчик излучения 2 и датчик температуры 3 подключены к соответствующим входам прибора Solar I-Vw 4. Стенд с нагрузочными сопротивлениями 7 соединен последовательно с миллиамперметром и исследуемым образцом 6. Милливольтметр подключен непосредственно к выходам исследуемого образца. Стенд 7 позволяет изменять значения нагрузочных сопротивлений с помощью переключателей.

Описанная установка имеет следующую особенность: в процессе работы прожектора температура образца повышалась, а значение излучения несколько снижалось. Это объясняется особенностью работы светодиодов прожектора: при повышении температуры их излучательная способность падает.

В процессе измерений излучение от окружающей среды практически не влияло на результаты, так как измерения проводились в помещении с зашторенными окнами.

SiÜ2 : Ме° [17].

1

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - прожектор; 2 - датчик излучения; 3 - датчик температуры; 4 - прибор Solar I-Vw; 5 - подставка; 6 - исследуемый фотоэлемент; 7 - стенд с нагрузочными сопротивлениями

Обработка результатов измерений

Таким образом, для каждого образца выполнялись измерения значений излучения, температуры, напряжения и тока при разных значениях сопротивления нагрузки.

На рис. 2 приведены вольт-амперные характеристики (ВАХ) для образца без покрытия и для образца с покрытием БЮ2 : Си° (1 : 1) при высоком и при низком уровнях излучения.

I, А

I, А

0,3 0,2 0,1 0

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

и, В

а)

0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

Рис. 2. Вольт-амперные характеристики фотоэлементов: а - при высоком уровне излучения; б - при низком уровне излучения: --с покрытием; - без покрытия

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

и, В б)

0

Ломаный характер ВАХ объясняется ограниченным количеством нагрузочных сопротивлений в процессе измерений.

В табл. 1 приведены условия, при которых проводились измерения для рассматриваемых образцов.

Таблица 1

Условия при измерениях ВАХ фотоэлементов

Образец Диапазон излучения, Вт/м2 Диапазон температуры, °С

Без покрытия От 844 до 832 От 33,5 до 35,8

С покрытием 8Ю2 : Си° (1 : 1) От 845 до 833 От 32,7 до 36,7

Без покрытия От 218 до 217 От 36,3 до 34,7

С покрытием 8Ю2 : Си° (1 : 1) От 218 до 217 От 36,5 до 35,2

Из табл. 1 следует, что измерения осуществлялись при разных условиях и по этой причине непосредственно по результатам сравнение эффективности фотоэлементов проводить нельзя.

Для того чтобы провести сравнение эффективности различных образцов, разработаем методику нормировки ВАХ, т. е. методику их приведения к единым условиям.

В соответствии с [1], [12], ВАХ фотоэлемента описывается формулой

(

I = -10

е

дУ

Кв {Т+273)

Л

-1

(

= К- 10

11594,2У ^ (Т+273) - 1

(1)

е

где I - ток через фотоэлемент, А; Крк - коэффициент фототока, А • м /Вт; £ - солнечное излучение; Вт/м2; 10 - обратный ток фотоэлемента при отсутствии солнечного излучения, А; q - заряд электрона, Кл; и - напряжение на фотоэлементе, В; Кв - постоянная Больцмана, Кл • В/К, В; Т - температура фотоэлемента, °С.

Параметры 10 и Крк являются расчетными для конкретного типа фотоэлемента. Чтобы их определить, необходимы два уравнения, которые можно получить для крайних точек экспериментальной ВАХ при значениях величин 11, и1, £ и Т1 для первой точки и соответственно 12, и2, £2 и Т2 - для второй точки. Тогда, решив систему на основе (1) относительно неизвестных, получим:

10 =■

I - А- I

1 £212

( 11594,2и2 11594,2^ Л

£ £ 2

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

е (Т2+273) - е (Т1+273)

(2)

11 + 10

Крк —

( 11594,2^ Л , (Т1+273) - 1

_ 0

£1

Однако в [1], [18] показано, что теоретическая ВАХ существенно отличается от экспериментальной, даже если значения 10 и Крк получены на основе экспериментальных данных. Для более точного приближения расчетной ВАХ к экспериментальной следует учесть влияние последовательного сопротивления фотоэлемента Я.. В [18] дана методика расчета этого сопротивления. Суть данной методики заключается в том, что из расчетных значений тока, полученных по (1), необходимо вычитать корректирующие значения тока по формуле

1са1с 1 1согг К рИ£ 10

Л

( 11594,2и е (Т+273) - 1

V 0

итах - и

я..

(3)

где 1са1с - расчетный ток; 1согг - корректирующий ток; итах - максимальное значение напряжения (режим холостого хода); Я. - эквивалентное последовательное сопротивление фотоэлемента.

Значение Я. определяется следующим образом [12]:

я — ли я— дГ

(4)

где Ли - приращение напряжения на участке ВАХ, где отсутствует насыщение по току (стремление ВАХ к горизонтали); Л1 - соответствующее приращение тока на том же участке ВАХ.

Отметим, что вычитать значения 1согг в выражении (3) необходимо только на

участке ВАХ, где определялось значение Я., на оставшемся участке ВАХ 1согг — 0 .

В качестве примера в табл. 2 даны расчетные значения 10, Крк и , соответствующие условиям в табл. 1 и рассчитанные по формулам (2) и (4).

Таблица 2

Расчетные значения 10, Кри и Я,

Образец Условие 1о, а Кри А • м2/Вт Я„, Ом

Без покрытия Высокое излучение 12,4 • 10-11 3,4 • 10-4 0,463

С покрытием 8Ю2 : Си°(1 : 1) Высокое излучение 8,81 • 10-11 3,09 • 10-4 0,551

Без покрытия Низкое излучение 14,8 • 10-11 1,84 • 10-4 3,37

С покрытием 8Ю2 : Си°(1 : 1) Низкое излучение 22,8 • 10-11 1,66 • 10-4 4,78

Рассмотрим пример построения ВАХ для образца без покрытия (рис. 3).

В расчетных ВАХ на рис. 2 использовались такие же значения излучения и температуры, как и в соответствующих точках экспериментальных кривых.

Из ВАХ на рис. 2 видно, что расчет без учета сопротивления дает значительные отклонения от эксперимента. Если влияние учитывается, то расчетная кривая находится очень близко к экспериментальной кривой. Это позволяет сделать вывод, что экспериментальная кривая может быть заменена соответствующей расчетной кривой, при этом значения излучения и температуры можно принять фиксированными для всех точек с целью нормировки ВАХ для всех образцов.

I, А

I, А

0,2

0,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

и, В

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

и, В

а)

б)

Рис. 3. Вольт-амперные характеристики фотоэлемента без покрытия: а - при высоком уровне излучения; б - при низком уровне излучения: -- эксперимент; - расчет без учета Я/;----- расчет с учетом Ях

0

0

В качестве фиксированных примем средние значения излучения и температуры, которые были получены в процессе экспериментов:

- для высокого излучения: S = 840 Вт/м2; Т = 35 °С;

- для низкого излучения: S = 220 Вт/м2; Т = 35 °С.

На рис. 4 показаны ВАХ, соответствующие ВАХ на рис. 1, но после операции нормировки. На рис. 5 приведены вольт-ваттные характеристики, полученные на основе ВАХ.

I, А

I, А

0,3

0,2

0,1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

У в

а)

0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0

• \ •

•\

1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

У, в б)

Рис. 4. Вольт-амперные характеристики фотоэлементов после операции нормировки: а - при высоком уровне излучения; б - при низком уровне излучения: --без покрытия; - с покрытием

Р, Вт

Р, Вт

0,15

0,1

0,05

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

У, В

а)

0,02 0,015 0,01 0,005 0

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

У, В

б)

Рис. 5. Вольт-ваттные характеристики фотоэлементов после операции нормировки: а - при высоком уровне излучения; б - при низком уровне излучения: --без покрытия; - с покрытием

0

0

Отсюда следует, что после операции нормировки можно выполнять сравнение эффективности исследованных фотоэлементов. Поскольку все образцы имели одинаковую площадь поверхности и значения излучения и температуры были нормированы, то в качестве критерия эффективности будем использовать максимальное значение мощности Ртах, отдаваемой в нагрузку, которое, очевидно, будет соответствовать КПД фотоэлемента. На рис. 5 эти максимумы явно видны и характеризуют фотоэлемент без покрытия как имеющий более высокую эффективность.

Результаты расчетов Ртах, полученные в соответствии с экспериментальными данными и разработанной методикой нормировки, приведены в табл. 3.

Таблица 3

Расчетные значения максимальной мощности фотоэлементов

Тип покрытия фотоэлемента Р Вт Л max9 при £ = 840 Вт/м2; Т = 35 °С Р Вт max? "1 при £ = 220 Вт/м2; Т = 35 °С

Образец № 1 Образец № 2 Образец № 1 Образец № 2

Без покрытия 0,109 (рис. 5, а) 0,112 0,016 (рис. 5, б) 0,012

8x02 Си° (1 : 1) 0,1 (рис. 5, а) 0,1 0,012 (рис. 5, б) 0,013

8x02 Си° (1 : 1,25) 0,099 0,094 0,012 0,012

8x02 Си° (1 1,5) 0,089 0,091 0,013 0,011

8x02 Си° (1 1,75) 0,092 0,089 0,012 0,012

8x02 Си° (1 2) 0,088 0,08 0,011 0,0095

8x02 N1° (1 : 0,4) 0,115 0,114 0,013 0,012

8x02 Си° /вЮ2 : №° (1 : 0,4) 0,105 0,113 0,011 0,014

8x02 Си° (1 : 0,4) 0,114 0,102 0,012 0,014

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

8Ю2 : Си0 : 2п0 (1 : 0,4 : 0,4) 100 % Лг 0,073 0,079 0,0064 0,0087

8Ю2 : Си0 : 2п0 (1 : 0,4 : 0,4) 50 % Лг 0,086 0,077 0,0097 0,012

8Ю2 : Си0м2п0 (1: 0,4 : 0,4) 100 % 02 0,084 0,086 0,0098 0,0083

Измерения выполнялись для двух образцов каждого типа покрытия, обозначенных в табл. 3 как образец № 1 и образец № 2.

Из табл. 3 видно, что существует некоторый разброс значений для одних и тех же типов покрытий. Этот разброс обусловлен наличием методической погрешности измерений, а также отличием уровня интенсивности покрытий на поверхности образцов, что наблюдается даже визуально по различию цвета их поверхностей.

Из табл. 3 следует, что большинство исследованных покрытий приводят к некоторому снижению эффективности фотоэлементов. Наилучшие результаты показали покрытия с применением никеля, а также покрытия с минимальной концентрацией меди. Таким образом установлено, что КПД для фотоэлементов с нанесенными нами покрытиями ниже, чем у образцов без покрытий.

Заключение

Исходя из результатов проведенных исследований, можно сделать следующие выводы:

1. Отработаны технологические режимы получения мишеней, содержащих нано-частицы ионов переходных металлов, и определены режимы нанесения тонких пленок на подложки методом импульсного лазерного испарения.

2. В процессе измерения ВАХ фотоэлементов обнаружено, что значения излучения и температуры могут изменяться, поэтому для сравнения эффективности различных образцов необходимо выполнять операцию нормировки. Исследование ВАХ следует проводить при фиксированных значениях мощности излучения и температуры. Предложено для нормировки ВАХ учитывать значение эквивалентного последовательного сопротивления фотоэлемента.

3. Показано, что большинство исследованных покрытий привели к снижению эффективности фотоэлементов, поскольку пленки наносились на фотоэлементы,

имеющие защитное покрытие. Считаем, что эффект усиления будет наблюдаться

при нанесении пленки на рабочий слой фотоэлемента.

4. Установлено, что наиболее перспективными для дальнейших исследований являются покрытия на основе никеля, а также покрытия с малой концентрацией меди.

Литература

1. Foster, R. Solar Energy: Renewable Energy and the Environment / R. Foster, M. Ghas-semi, Alma Cota. - Boca Raton : CRC Press : Taylor & Francis Group, 2010. - 382 p.

2. Зализный, Д. И. Модель фотоэлектрического модуля для библиотеки SimPower-Systems пакета MatLab/Simulink / Д. И. Зализный // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энергет. об-ний СНГ. - 2020. - Т. 63, № 6. - С. 513-523.

3. Зализный, Д. И. Контроль эффективности фотоэлектрических модулей / Д. И. Зализный // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. - 2021. - № 12. - С. 23-29.

4. Improving efficiency and stability of perovskite solar cells with photocurable fluoro-polymers / F. Bella [et al.] // Science. - 2016. - № 10. - P. 1126-1136.

5. Device Characteristics of CZTSSe Thin-Film Solar Cells with 12.6% Efficiency / W. Wang [et al.] // Advanced Energy Materials. - 2014. - Vol. 4, № 7. - P. 1301465.

6. Improving the efficiency of a-Si : H/c-Si thin heterojunction solar cells by using both antireflection coating engineering and diffraction grating / H. Bencherif [et al.] // Optik. -2019. - Vol. 182. - P. 682-693.

7. Coating Evaporated MAPI Thin Films with Organic Molecules: Improved Stability at High Temperature and Implementation in High-Efficiency Solar Cells / F. Palazon [et al.] // ACS Energy Letters. - 2018. - Vol. 3, № 4. - P. 835-839.

8. Aiken, D. J. High performance anti-reflection coatings for broadband multi-junction solar cells / D. J. Aiken // Solar Energy Materials and Solar Cells. - 2000. - Vol. 64, № 4. -P. 393-404.

9. Improved efficiency of multicrystalline silicon solar cells by TiO2 antireflection coatings derived by APCVD process / D. Hocine [et al.] // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2013. - Vol. 16, № 1. - P. 113-117.

10. Processing additives for improved efficiency from bulk heterojunction solar cells / J. K. Lee [et al.] // Journal of the American Chemical Society. - 2008. - Т. 130, № 11. -С.3619-3623.

11. Электрические свойства тонких пленок SiO2 : Cu°, нанесенных методом импульсного лазерного испарения / М. Ф. С. Х. Аль-Камали [и др.] // Проблемы физики, математики и техники. - 2022. - № 2. - С. 7-11.

12. Синтез, структура и фотофизические свойства нанокомпозитов в системе органический комплекс Cu-SiO2 / Н. Н. Химич [и др.] // Физика и химия стекла. - 2003. -Т. 29, № 4. - С. 555-561.

13. Особенности взаимодействия Cu(II) на поверхности силикагеля, активированной одновременно амино- и меркаптопропильными группами / А. К. Трофимчук [и др.] // Журн. неорган. химии. - 2005. - Т. 50, № 3. - С. 424-430.

14. Investigation of sol-gel processed CuO/SiO2 nanocomposite as a potential photoanode material / T. Tenkyong [et al.] // Materials Science-Poland. - 2015. - № 33 (4). -P. 826-834. - Mode of access: http://www.materialsscience.pwr.wroc.pl/. - DOI: 10.1515/msp-2015-009.

15 Physical Properties of Copper Oxide Thin Films Prepared by Sol-Gel Spin-Coating Method / M. Dhaouadi [et al.] // American Journal of Physics and Applications. - 2018. -Vol. 6, № 2. - P. 43-50.

16. Аль-Камали, М. Ф. С. Х. Структурообразование SiO2-ксерогелей, содержащих соединения меди различного фазового состава / М. Ф. С. Х Аль-Камали, А. А. Алексеенко, О. А. Титенков // Проблемы физики, математики и техники. Сер.: Физика. - 2020. - № 3 (44). - С. 7-12.

17. Алексеенко, А. А. Синтез и свойства ксерогелей состава SiO2 : Cu°, предназначенных для применения в биомедицинских исследованиях / А. А. Алексеенко, М. Ф. С. Х. Аль-Камали, О. А. Титенков // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. - 2020. - № 1 (80). - С. 40-47.

18. Зализный, Д. И. Модель фотоэлемента для библиотеки SimPowerSystems пакета MatLab/Simulink / Д. И. Зализный // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энергет. об-ний СНГ. - 2019. - Т. 62, № 2. - С. 135-145.

Получено 25.08.2022

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.