автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Исследование и разработка кремниевых солнечных элементов для фотоэлектрических станций и батарей наземного применения

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И АВТОМАТИКИ

РГб од

• - ! У На правах рукописи

АЛЬ-ОРАН БШ1АЛ ФУ АД

Исследоват»? я разработка крешиевых солнечных элементов для фотоэлектрических станций и батарей казенного применения

Специальность 05.14.08 - Преобразование возобновляемых

видов энергии и установки на их основе

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТАШШП-1Э95

Работа выполнена в Института отергетики и автоматики Академи наук Республики Узбекистан

Научный' руководитель

Научный консультант

Официальные оппоненты:'

-член-корр.АН РУз., доктор физико-математических Еаук, профессор

■ ШШНОВ P.A.

-кандидат физико-математических нау ТУРСУНОВ М.Н.

-доктор физико-математических наук, профессор,член.корр.АН РУз. ШШДАЛЙМОВ А.Т.'

-доктор физико-математических наук, профессор САИДОЗ A.C.

Ведущая организация :

-Институт Электроники im АРИФОВА У. АН РУз.

Защита состоится " час.

на заседании специализированного совета К 015.28.21 в Институте энергетики и автоматики Академии наук Республики Узбекистан по адресу:7000143,Ташкент-143.Академгородок.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института энергетики и автоматики АН РУ.

ан" Ж

Автореферат разослан" ОС- " vAA Ix vJ) I995r.

Ученый секретарь специализированного совета

К.Т.Н. АБДУРАЖАНОЗЗД С.Ф.

г 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теки; Одной из характерных- особенностей современного этапа развитая человечества является быстрый рост энергопотребления. однако ограниченность запасов топливных энерго-ресурсоз требует освоения альтернативных источников энергии.

НаzZor.ee перспективным, для решения возникающих проблем, является солнечное излучение, представлящее собой практически неисчерпаемый источник энергии. Солнечное излучение является экологически чистом, доступным источником энергии, обладавшим высоким энергетическим потенциалом.

Метод преобразования солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых солнечных элементов (СЭ) является в настоящее время наиболее разработанным в научном и практическом плане. Нынезний уровень развития технологии изготовления СЭ и возможности создания солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС) на их основе уже сегодня позволяет использовать их для решения задач энергообеспечения различных наземных объектов, в особенности находящихся з удаленных и труднодоступных районах,вдали от централизованных систем электроснабжения: объектов связи, малоэнергоёмкие пром:з!леннае и сельскохозяйственные объекты, автоматические метеостанции, переносная бытовая радиоаппаратура и др.

Тем не менее высокая стоимость СЭ является основной причиной, сдерживающей на сегодня создание СФЭС в промышленно значимых мощностей на основе кремния. Если рассмотреть структуру себестоимости СЭ, то стоимость исходного материала в ней составляет до 83.?.

Возможны различные пути снижения стоимости СЭ для прямого' преобразования солнечного излучения:

1) Совершенствование технологического процесса изготовления СЭ наземного применения, использование новых технологических приемов, белее ооЕершенного оборудования, разработки принципиально новых технологических процессов;.

2) использование з качестве исходного материала менее дорогах материалов, таких как поликристаллический или тонкопленсчзнП аморфный кремЕий.

Если первый путь снижения стоимости СЭ практически ксчерпз-л. свои возможности (КПД кремниевых СЭ наземного применения приближается к теоретически обоснованному для пленарной структуры СЭ), то ещб недостаточно полно изучены потенциальные возможности пелшсристаллического и аморфного кремния. К настоящему времни нет единого объяснения механизмов деградации СЭ из этих материалов.

Другим достаточно перспективным направлением снижения стоимости СЭ, применяемых в наземных условиях, является использование отходов полупроводникового кремния заводов электронной промышленности. Этот путь создает предпосылки к использованию отбракованных при полупроводниковом производстве пластин монокристаллического кремния для выпуска более дешевых СЭ. Количество таких отходов хотя ограничено, однако, для применения в мелкосерийном производстве вполне достаточно.

Недостаточная изученность возможностей использования отходов полупроводникового кремния для прямого преобразования солнечного излучения, не изученность влияния различных его неодно-родвостей на КЦЦ преобразования и другие выходные электрические характеристики, практическое отсутствие технологии изготовления СЭ, учитывающей специфические факторы таких материалов, отсутствие непосредственно изготовленных солнечных батарей и СФЭС обуславливает актуальность исследований в этом направлении.

Целью работы; является разработка высокопроизводительной технологии изготовления СЭ и батарей на основе утилизации отходов монокремния; исследование возможности применения солнечных фотоэлектрических станций для хозяйственно-бытовых нужд населения.

Для достижения основной цели в диссертации решается следующий задачи:

I.Разработка методики отбора и группирования пластин кремния, согласно . предложенному групповому методу изготовления СЭ; 2-Разработка высокопроизводительной технологии формирования мелкозалетающих р-п-переходов методом диффузии из твердотельных источников-бора;

3.Исследование особенностей изменения коэффициентов отражения ¿злучезия от поверхности . СЭ при формировании просветляющих покрытий из различных материалов и текстуркровании;

4.Исследование влияния свойств исходного материала на вгаодяые

фстс-электрические' характеристики солнечных элементов; о.Разработка технологии изготовления солнечных батарей и станций различной мощности для хозяйственно-бытовых нужд населения на основе кремниевых СЭ.

Методы исследований. В процессе выполнения работы применялись экспериментальные методы исследований. Для подтверждения полученных результатов были проведены натурные, испытания в лабо рзторных условиях.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Выявлены основные факторы, оказывающие отрицательное влияние на фотоэлектрические характеристики СЭ из отбракованных пластин монокремния;

2. Установлено, что требованию изготовления СЭ с КЩ ГОЖ и более на больших площадях (до 44 см2).удовлетворяют отбракованные электронной промышленностью пластины кремния КЭФ-4.5 и подструктура с толщиной эпитаксиального п-слоя > 35 мкм;

3. Разработана методика по изучению влияния неоднородвостей исходного креудия на нагрузочные вольт-амперные характеристики солнечник элементов, основанная на использовании особенностей распределения параметров микро-СЭ на одной пластине;

4. Исследовано влияние веоднородностей исходного кремния на нагрузочные характеристики СЭ и показан различный характер изменения фотоэлектрических параметров (тока короткого замыкания, напряжения холостого хода, коэффициента заполнения ВАХ и КПД) для пластин К8Ф-4.5 и п+-п-структур;.

5. Исследованы и разработаны высокопроизводительные технологические приемы изготовления многослойных токосъемных омичес-кгх контактов, эффективных просветляющих покрытий, текстуриро-взния поверхности для СЭ различной площади в условиях мелкосерийного производства.

6. На основе анализа результатов проведенных исследований разработана технология изготовления высокоэффективных СЭ с КПД 15% и более на больших площадях неоднородных материалов на основе монокремния.

?. Разработана технология герметизации солнечных батарей плоской конструкции вакуумно-термическим методом на основе поливинил: бутераловой пленки и методом заливки на основе синтетического каучука СКТН на стекле с площадью от нескольких см2 до

I м2. Определены технологические возможности улучшения коэффициента адгезии герметика к защитному стеклу.

8. Разработаны и изготовлены солнечные фотоэлектрические станции и батареи различной мощности и назначения для энергообеспечения производственно-хозяйственных и бытовых нукд.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработка высокопроизводительной технологии изготовления эффективных СЭ различной площади на основе отбракованных пластин монокремния с КПД 14% (площадь СЭ 36 см2) до более 18% (площадь СЭ 3.5 см2).

2. Установлены физические причины влияния неоднородности параметров кремния на выходные энергетические характеристики СЭ и показан различный характер их изменения для пластин КЭФ-4,5 и п+-п-структур.

3. Технология герметизации солнечных батарей различной площади на основе ПВБ-пленки и синтетического каучука на стекле и в корпусе из различных матералов.

4. Разработаны переносные, автономные СФЭС и СБ различной мощности (от 0.5 Вт до более чем 100 Ватт), на базе СЭ из отходов электронной промышленности

- для электропитания бытовой радиоаппаратуры мощностью 0.5-3 Вт;

- для подзарядки аккумуляторных батарей мощностью 20-25 Вт; а также для обеспечения энергией переносные телевизионные и радиоприемники, холодильники и др;

- для энергообеспечения хозяйственно-бытовых потребителей отдельно стоящих сельскохозяйственных объектов или аналогичных потребителей мощностью 100 Вт и более.

Практическая ценность работы. ^ • - Результаты проведенных исследований по разработке ряда технологий - по формированию мелкозалегавдих р-п переходов, по изготовлению низкоомннх многослойных контактов различной площади, по получению просветляющих покрытий, по герметизации СЭ и батарей и др. представляют интерес при разработке полупроводниковых приборов для нузд микроэлектроники, высокоэффективных СЭ и станций наземного применения.

Результаты разработанной високопроизводательной технологии изготовления СЭ могут применяться для серийного выпуска СЭ

?.а. предприятиях электронной промышленности.

Проведенные экспериментальные исследования и полученные ре-. зулыатп позволяю? оценить работоспособность СФЭС и батарей в н дурных условиях их эксплуатации.

Аигл балия сабсты.

Основные положения и результаты диссертационной работы дол^енг: и обсуждены на:ежегодных научных семинарах Института энергетики;: автоматики АЙ РУ;и-Международном семинаре по проблемам "Многослойные,варизонные и периодические полупрово-¿.пко-рые структуры приборы на их основе "Нукус 1993г.'^Республиканской научно-практической конференций,посвященной 600-летному юбилею М.Улугбека,Гу листан, 1334?,сентябрь,часть 1,131с; сигарах Физико-технического института НПО "Физика-Солнце"АН РУ; Международной конференции молодых физиков по "Твердотельной электронике" Наманган, 1Э94г, октябрь, стр.51.

Публикации.До материалам диссертационной работы опубликовано ? работ з научно-технических журналах международного ранга,.3 тезиса доклада в материалах научно-технических конференций.

Сттуктуса :: обь5м диссертации.Диссертационвзя работа состоит из __/денкя,четырех глав,заключения,списка цитированной лптерзтургт.Обгпя сбъ5м работы 146 страниц машинописного текста, БК.ТС...: основной материал из 96 страниц, 32 рисунков, 9 таблиц, описка етжрягзвноа литературы из 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Зо введении обоснованы актуальность темы, выбор объектов исследования и определены цель и задачи работы. Сформулирована научная новизна, практическая ценность, защищаемые положения. Кратко излагаются содержание и основные результаты.

Первая глава диссертационной работы включает в себя обзор работ, пссвяленных фотоэлектрическому методу преобразования солнечной энергии з электрическую, современное состояние наиболее эффективных структур СЗ для прямого преобразования на основе чонскоемния.

Проанализированы свойства исходного материала кремния: структурные, электрофизические и оптические свойства, а также физические процессы, гооисходяпше. пси работе з наземных условиям.

- а -

Подробно рассмотрены технологические аспекты изготовления СЭ с точки зрения уменьшения стоимости изготовления и увеличения их производительности.

Изучены факторы, ограничивавшие эффективность преобразования солнечной энергии в наиболее перспективных структурах СЭ для наземного применения и анализированы возможные пути их устранения за счет оптимизации конструкции, выбора соответствующей технологии изготовления СЭ.

- В результате анализа научно-технической литературы был сделан вывод о "недостаточной изученности проблемы уменьшения стоимости СЭ, применяемых в наземных условиях на основе некоторые дешевых отходов монокремния, и сформулированы основные задачи предстоящих исследований, заключающихся в разработке высокопроизводительной технологии изготовления солнечных элеменов, батарея и станций на основе утилизации отходов полупроводникового монокремния, пути повышения эффективности преобразования на осяове изучения свойств материала и характеристик СЭ и изучения возможности применения для нужд народного хозяйства и населения..

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке высокопроизводительной технологии изготовления высокоэффективных СЭ с КПД не ниже 10-1595 различной площади на основе монокремякя в условиях опытного мелкосерийного производства.

Обсуждаются некоторые необходимые условия разработки высокопроизводительной технологии'изготовления СЭ, возможности и условия, применения стандартного технологического оборудования для производства изделий электронной промышленности для изготовления СЭ. Исходя из условия достижения высоких КПД обсуждаются свойства отходов монокремния электронной промышленности и обосновывается предлагаемая методика группового изготовления СЭ. Приводятся технологические данные по предлагаемым методикам очистки поверхности пластин кремния.

Для формирования Р-П переходов на выбранных в качестве исходного сырья пластинах КЭФ-4,5 и П^-П-структуры использовалась диффузия бора из твердотельных источников нитрида бора в специально разработанных высокопроизводительных кварцевых оснастках (производительность 60 пластин за один технологический процесс). Исследовано влияние температуры и времени процесса диффузии,а такзе расстояние источник да£фузии-кремний на глубину и качес-

- з -

¡■ъзэ&лзъяхх. слоев. Выявлено »что оютмальаой лс..т;чйгая диффузионных слоев с.максимальной концсн-гпацны: легпрукдеп примеси, при оптимальных расстояниях источник 2-2,5 ш, является 1050-1070°С при времени про-¿едекпя процесса 30-45 минут. Приводится методика определения то-.тли-ш диффузионного слоя.

контакты изготовлены методом вакуумно-термиче-ского иакесекия титана (40-50 нм),никеля (50-70 нм) и меди(80-"> ОС нм) через напылительные маски заданной топологии из нержа-векдег* стали на фронтальную сторону и сплошным на тыльную сторону структур. Отжиг контактов производился при температуре. 550°С ь течение 5-7 мин. в вакууме.Лужение контактов производилось при Т=й80^С в припое ПОС-61 методом окунания.

Фронтальная контактная сетка имеет вид параллельных линий с расстояниями между ниш 1-4 мм и шириной 0,10-0,3 мм и одной йли двух коллекторных пята,расположенных перпендикулярно к параллель-г-?; -даиям.Шйрина коллекторной шины составляла 0,5-1 мм.Плошадь ?зт:-аг<.«нк»» контактов 8-19%. Площадь полученных солнечных злемен-

3 о

гд» составляла от 0,7 см* до 44 см .

О целью уменьшения коэффициента отражения солнечного излучения с поверхности СЭ.были использованы в качестве просветляю-5Ш штютрах?т« покрмтий окиси кремния 5Ю2 или олова 3п02. Голгтео покрытий составляла 950-П00°А. Била также отработана те-

хнология текстурировония поверхности кремния с плоскость» (100) при травлении в растворах щелочей.

Приводятся спектральные зависимости коэффициента отражения (К) от длин волн излучения для СЭ с полированной и текстурирова-яз.;й везорхностями с просветлением и без него.Показано.что значение коэффициента отражения излучения уменьшается от 40 - 50 X Iполированная поверхность без просветления), до 6 - 8 % ""А7:стур;:роратоая поверхность с просветлением).Диапазон спек-

-сн '•.•1,ст1?ительности СЭ 0,4-1,1 мкм,при максимуме чувствите-л;.,...а у..,?срвале 0,7-0,9 мкм.

; ••'-".»тся методика измерения параметров СЭ па имитаторе о;;-,ЙЗЛУЧЙНИЛ в условиях Ш 1 - г.

Ксследовсп:-! гаходные электрические параметры СЭ разлкчкоЯ плодагзиот о,7 см?' до 44 смй) а условиях АМ 1,5 и показано,"то йяпряшпге холостого §ода зкмеет значение 0,54-0,£6 В.ток •'р-;,г-

-10 -р

кого замыкания 29-32 мА/см и имеет некоторую тенденцию сжижения с увеличением площади СЭ.Коэффициент заполнения ВАХ и в конечном итоге коэфипиент полезного действия уменьшается с увеличением площади.

Приведены гистограммы процента выхода для 300 СЭ от КПП для образцов с размерами 60x60 мм2 и 7x10 мм2.Выявлено смещение максимума процента выхода в сторону больших КПД для обоих размеров СЭ Максимальное КПД для СЭ большой площади составляет 13-14%,а для малых СЭ 18-192.

Количество СЭ с КДЦ более 102 для СЭ большого размера составляет до 75% от общего количестве СЭ.а для малых СЭ до 95%. Третья глава посвящена исследованию влияния свойств исходных ма- . териадов и неоднородностей монокремния на выходные электрические характеристики СЭ.

Рассмотрены основные структурные дефекты исходного материала, используемого для изготовления СЭ. Приведены некоторые механизмы образования структуршх дефектов при росте монокристаллического кремния .зшгтаксиальных слоев и в процессе диффузии.

Влияние свойств материала на выходные электрические параметры СЭ рассмотрены на примере изготовления СЭ на следующих четырех группах исходного материала:

1-КЭФ-4,5;11,111-эштаксиальные однослойные структуры с толщинами П-слоя соответственно ^<20 мкм и ^>35 мкм.с р=4-7,5 ом.см; зт-кремниевые пластины П-типа фирмы нВаккер",с р=16-24 ом.см. Технологические процессы изготовления СЭ всех 4~хгрупп идентичны. При групповом изготовлении СЭ в каждую технологическую грушу включали по 15 пластин. Влияние свойств исходного материала на параметры СЭ изучалась на образцах следующих размеров 56x56 мм2, 56x24 мм^и 25x14 мм2 .которые были спроектированы на одной пластике по одному, два и восемь соответственно.

Из нагрузочных ВАХ выявлено,что характеристики СЭ зависят как от параметров исходного материала,так и размеров образцов.Примем при несущественных отличиях 1кз и ц^. у разных групп материалов, значения £ и т) в значительной степени зависят как от исходного материала,так и размера СЭ.Выявлено,что наиболее подходящим для изготовления СЭ являются пластины КЭФ-4,5 и П+-П-структурд с толщиной П-слоя более 35 мкм.

Знспэнкя £ :: т) уменьшаются для каждой группы с увеличением площади СЗ.Выявлена также корреляция изменения этих параметров для 03 одазковнх размеров от р материала.Относительно низкие значения % к т] связываются с неоднородностью материала по электрофизическим параметрам.

Для более существенного изучения влияния неоднородностей параметров исходного материала на характеристики СЭ предложена методика изучения распределения параметров микро-СЭ (34 СЭ), изготовленных иг одной пластине из КЭФ-4,5 и П+-П-структуры с ^>35 тем.

Из анализа топологии распределения параметров микро-СЭ »изготовленных на 20 пластинах КЭФ-4,5 и П+-П-етруктурн было выявлено, что изменения 1кз составляют до 22%, по о^до 82S.no 4 ДоШ и по т| до 33% от максимального их значения для каждой пластины.

Выявлено,что если для СЭ на п+-п-структурах с ^>35 мкм наблюдается тенденция увеличения указанных параметров по отношению к срезу пластин (минимальное значение параметров в его вияней части, а коксймальнов значение в верхней части),то для пластин КЭЗ-4,5 корреляция параметров микро-СЭ наблюдается относительно геометрического центра пластхши.

Для выявления причин такого поведения параметров били сопоставлены нагрузочные ВАХ СЭ с размерам! 56x56 мм с параметрами микро СЭ.получеюшх в едином технологическом процессе.После скрайбировзния микро-СЭ и снятая характеристик было исследовано влияние увеличения площади микро-СЭ при параллельной коммутации на их характеристики в сопоставлении с СЭ равной площади, полученных в том же процессе.

Выявлено,что параметры СЭ, полученных параллельной коммутацией из микро-СЭ, лучше,причем с увеличением площади разница в параметрах растет.Таким образом,допускается,что при увеличении площади СЭ из-за влияния неоднородностей полупроводника параметры СЭ ниже. - ; -. . . . •

На основе проведении исследований построена зависимость. КПД от площади для СЭ, изготовленных из КЭФ-4,5 и П+-П-структу-ры. Выявлено.что для изготовления СЭ с площадью до 30 см2 д;лпые материалы обеспечивают получение сЗфоктишости более 10%.

Анализируя результаты проведенных исследований длиной глава, исходя из принципа сведения к минимуму вдаш ес<гх источи л -ков рекомбинации носителей заряда в объйме,аа поверхности и ип

границах раздела структуры СЭ предложена технология изготовления СЭ на неоднородных материалах и показана возможность увеличения КПД СЭ до 1656. •

В четвертой главе диссертационной работы рассмотрены вопросы разработки технологии изготовления солнечных батарей, фотоэлектрических станций и их применения в наземных условиях.

Проведен анализ нескольких вариантов технологии изготовления солнечных батарей разной модности на основе последовательно ском-мутированных кремниевых солнечных элементов различной площади, исходя из учета минимальных потерь мощности, обусловленных электрическими и оптическими неоднородностями.

. Отработана методика разбраковки СЭ по точке оптимальной нагрузки при заданном значении внешней нагрузки в условиях АМ-1,5 с разбросом значений тока 1-4% для СБ с последовательной коммутацией элементов. Отработана технология распайки элементов при помои: медных шин с применением шаблонов различной геометрии и показано, что расчетные значения последовательно «коммутированных СЭ в блоке практически не различаются от реально измеренного.

Проанализировгаы различные варианты конструкции и герметизации СБ, применяемых в наземных условиях с учетом коэффициента упаковки СЭ, удльной мощности, а также изготовления, транспортировки и эксплуатации.- Показана предпочтительность плоской конструкции СБ, позволяющая получение больших коэффициентов упаковки СЭ (до 0.3 и более) и удельной мощности батареи.

Приводятся результаты исследования по разработке технологии герметизации СБ различной мощности площадью от нескольких см" до I с применением корпусов из различных материалов и без корпуса непосредственно на стекле.

Разработаны технологии герметй&ации СЭ с помощью полимерной поливинилбутераловой пленки (ПВБ) толщиной 0.7-0.8 мм и кремний-органического термостойкого синтетического каучука (СКТН). В случае применения ПВБ пленки СЭ монтировались меаду двумя её слоями, а с лтронтальной стороны элементов в качестве эж:лдаго покрытия использовалось стекло толщиной 2-5 мм.

Сравнением параметров СБ до и после герметизации установлено, что в осеовном ш. изменения (уменьиение тока'короткого смыкания) происходят за счет свойств фронтального защитного ссекла. Лучшие результаты получека з случае -пряи&а&ю пслдройзн-

кг-: или от фотопластинок с толщиной до 2 мм.

? >вульгате эксплуатации и испытаний в натурных условиях т-ч-гн^ 4-5 ле? показано, что адгезия герметика, в случае применения СКТН к стеклу, зависит от состава композита, температуры •полимеризации и площади батареи. Установлено, что для улучшения азгезпп необходило ввести между стеклом и герметиком дополнитель. ный слой клешего состава на основе кремнийорганических лаков К0-98Э И К0-921.

В завергзяцей части работы рассматриваются возможности применения сэ в качестве альтернативных источников электропитания. В зависимости от характера потребителей электроэнергии условно Фотоэлектрические батареи к станции разбиты на две группы:

I) Переносжте и передвижные станции и батареи, предназна-чекнке для электроснабжения маломощных рассредоточенных потребителей энергии, удаленных от центролизованннх источников электроснабжения. Такие источники питания в основном используются для бетг.зых Н7жя.

?,) Стационарные станции большой мощности (более 0.5 - I кВт)

и более, работающие в автономном режиме, применяемые для электроснабжения производственно-хозяйственных и бытовых нужд.

Приводятся в качестве примеров результаты испытания и эксплуатации разработанных и изготовленных следующих СФЭС и СБ различной мощности и назначения:

I) переносная солнечная батарея для электропитания бытовой радиоаппаратуры на основе СЭ двух типоразмеров 15X24 и 25X27 мм", имеющие соответственно следующие характеристики при 12^=850 Вт/м~, Т = 20°С, 1КЗ=Ю0 МА; 1опт=85 мА; ип=0.585 В,'0ОПГ=0.45 В.

4=0.67, т)=1зГо2

11^. ^=170 МА; 1опт=140 мА: 11^=0.585 В, Яопт=0.45 В, 5=0.64, 17=11.5 95.

Для полного удовлетворения входных параметров радиоприемЕи-коэ с напряжением питания 9 В и токами до 50 мА ("Сельга", "Хазар") и до 140 ма (ВЭФ, "Океан") показана достаточность последовательной коммутации 20 СЭ. Приводится технология изготовления указанных СБ с корпусом из ударопрочного полистирола. Выходные электрические параметры СБ измеряли в натурных условиях г.Ташкента при Едад=850 Вт/м2,Т = 21°С. Показано, что в зависимости от толщины и кзчес^гва стекла потери мощности батааек состаалгс?

от 8 до 20 %. КПД соответственно составляет 9,6 и 9 % для СБ на основе СЭ с размерами 25X14 мм2 и 25X27 мм2.

2) Переносная солнечная батарея для подзарядки аккумуляторных батарей (АБ). Мощность и электрические параметры такой СБ должны быть достаточны для совместного использования е5 с АБ, либо для подзарядки АБ, либо непосредственного электроснабжения хозяйственных или бытовых приборов с напряжением 12 В и мощностью до 20 Вт.

Приводятся конструкция и технология изготовления переносясь СБ. СБ состоит из четырех модулей, разворачивающихся вокруг одной оси благодаря разновысоким шарнирам. В собранном вице СЕ представляет собой чемодан размером 450X370X80 мм3, общая масса 12 кг. Параметры СБ испытаны в натурных условиях и показано, что мощность батареи составляет 20 Вт. Разработанная СБ является надехнгм пол-зарядным устройством для автомобильных АБ типа СТ-50, С?-55, С!--'".

3) Переносная СФЭС мощностью 100 Вт, для электроснабжения отдельно стоящих сельскохозяйственных объектов.

Приводится технология изготовления СФЭС» состоящей га унифицированной-транспортабельной модульной конструкции. Отдельный унифицированный модульный блок состоит из 36 последовательно ссег;:-ненных кремниевых СЭ размером 60X60 мм2. Модульный блок герметизировался при помощи СКТН на стекле толщиной 3 мм. В качестве корпуса использовалась оцинкованная жесть или нержавеющая сталь толщиной 0.7-0.8 мм. Размер модульного блока 385X385X3 мм3. СФЭС состоит из 15 блоков.

Приведена нагрузочная ВАХ отдельного модульного блока и всей^ СФЭС, измеренная в натурных условиях г.Ташкента при Едал=850 Втлг. Т = 13°с. При этом мощность отдельного блока и СФЭС составляет соответственно 7.2 Вт и 101 Вт.

СФЭС комплектуется 2-3 АБ ёмкостью по 50 А/час каждый, блоком контроля заряд-разряд АБ, двумя газонаполненными светильными лампами мощностью 13 Вт с инвертором. Сборка станции проводится в течение 10-15 минут без специальных инструментов.

Несущая арматура переносной СФЭС изготовлена из отходов производства алшиния. Вес стаЕЦШ (без АБ) около 60 кг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом выполненной работы, направленной на решение

поставленных задач, являются следувдие научные и практические результаты:

1. Определены необходимые условия, обеспечивающие разработку высокопроизводительной технологии изготовления СЭ групповым методом из отбракованных пластин монокремния. Отработана методика грушевого отбора исходного материала с учетом электрофизических параметров, обеспечиваших изготовление высокоэффективных СЭ.

2. Разработаны высокопроизводительные технологии изготовления (для мелкосерийного производства):

- мелкозалегавдих слоев, полученных диффузией из твердотельных источников нитрида бора, обеспечивающие оптимальное сопротивление фронтального слоя за счет регулирования толщины слоя в широком диапазоне при заданных высоких концентрациях носителей заряда.

- эффективных многослойных токосъемник контактов на основе гитана, никеля и меди вакуумно-термическим напылением с помощью масок для структур различной площади.;

- просветляющих покрытий на полированной и текстурированной

поверхностях для спектров солнечного излучения в диапазоне

0.4 т 1.1 мкм, позволяющих уменьшить коэффициент отражения

от поверхности до 5 + 10% на основе моноокиси креншкя и дву-

0

окиси олова с толщиной 950 + 1100 А.

3. На основе проведенных исследований изготовлены эффективные

СЭ различной площади (до 44 см2) с КпД 14%, (площадь 36 см'')~ до 18% (площадь 3.5 см3) с выходом годных изделий (с КПД более 10%) с 7556 до 96% соответственно.

4. Показано влияние свойств исходных материалов (на примере отходов из кремния КЭФ-4,5 и п+-п~структурн с толщиной п-слоя менее 20 мкм и более 35 мкм) на характеристика СЭ. Установлено, что при изготовлении СЭ на площади менее 14 см2 КПД более 10% обеспечивают все материалы, в случае, когда площадь элемента 20 см2 и более (до 44 см2) КПД более 10% обеспечивает КЭЗ-4,5 и структура с толщиной п-слоя более 25 ккм.

5. Исследовано влияние неоднородиостсй исходного кр-.-млия на нагрузочные характеристики СЭ при помощи пр.длоценней уатодй-.;: изучения распределения параметров шфо-СЗ, пътг.тж.г/. г.г-у

одной пластине (34 шт.) и показан разный характер изменения фотоэлектрических параметров (тока короткого замыкания, напряжения холостого хода, коэффициента заполнения ВАХ, КЦД) для пластин КЭФ-4,5 и п+-п-структуры.

6. Разработана технология изготовления высокоэффективных СЭ на неоднородных пластинах кремния с КЦД более 15% на площадях до 44 см2.

7. Создана технология герметизации СБ на основе поливинилбутерэ-ловой (ПВВ) пленки и синтетического каучука СКТН на стекле и в

' корпусе из различных материалов с площадью от нескольких см" до одного квадратного метра. Показано, что адгезия герметика в случае применения синтетического каучука к стеклу зависит от состава композита, тешературы полимеризации, площади батареи. Для улучшения адгезии предложено ввести между стеклом и герметиком дополнительный слой клевдего состава на ссяове кремнийорганических лаков КО-989 и KQ-92I.

8. Разработаны и изготовлены СФЭО и СБ различной мощности и назначения: ■ _ ■ »

- солнечная батарея для электропитания бытовой радиоаппаратуры на основе СЭ двух типоразмеров 15X24 мм2 и 25X27 мм2 с КПД 13 и 11% соответственно. КПД СБ йа основе этих СЭ составляет 9.6 и соответственно.

- переносная складная солнечная батарея (типа дипломат) мощностью до 20 Вт, позволяющая обеспечить энергией переносные телевизионные и радиоприемники, холодильники и другие аналогичные бытовые приборы.

- переносная СФЭС мощностью 100 Вт на основе унифицированных солнечных батарей для энергоснабжения производственно-хозяйственных и бытовых нужд отдельно стоящих сельскохозяйственных объектов совместно с АБ или без подключения АБ. Конструкция СФЭС обеспечивает мобильность, надежность в работе и удобство в эксплуатации.

Основное содержание диссертационной работы опубликозано в следующих работах:

I. Аль-Сран Б.Ф., Мумияов P.A., Турсуаов М.Н. Влияние свойств исходного кремния на характеристики солнечных элементов// Гелио-технлкз, IS33 г.-J64.-21-23 стр.

2. Аль-Оран Б.Ф., Ахмедов Ф.А., Ззхидов P.A., Муминов P.A.. Автономные фотоэлектрические установки в усл'овиях жаркого климата //Гелиотехника, 1993 г.-№5.-10-13 стр.

3. Аль-Оран Б.Ф., Дадамухамедов С., Мумшов P.A., Турсунов М.Н. Исследование фотоэлектрических свойств п+-п-структур, как фактора увеличения кпд солнечного элемента//Тезисы докладов второго международного научного семинара "Многослойные, варизонные, периодические полупроводниковые структуры и приборы на их основе", Нукус,

1993 г.- 73-74 стр.

4. Аль-Оран Б.Ф., Аль-Сауд М.С., Каримов A.B., Муминов P.A., Турсунов М.Н. О герметизации фотоэлектрических батарей// Гелиотехника, 1994 г.-Ш. -12-14 стр.

5. Аль-Оран Б.Ф., Ануфриев Г.Г., Дадамухамедов С., Мумшов F.A.Турсунов М.Н. Переносная солнечная батарея// Гелиотехника,

1994 r.-JS3.-75-76 стр.

6. Аль-Оран Б.Ф., Дадамухамедов С., Муминов P.A., Турсунов М.Н. Фотоэлектрическая батарей для электропитания бытовой радиоаппаратуры// Гелиотехника, 1994 г.-йЗ.-15-17 стр.

7. Аль-Оран Б.Ф., Дадамухамедов С., Муминов P.A., Турсунов М.Н., Умурзаков А. Влияние неоднородаостей исходного кремвая на выходные характеристики фотопреобразователей// Республиканская научно-практическая конференция, посвященная 600-летаю М.Улугбек.а, г.Гулйстан.-1994 г.-139 стр.

8. Аль-Оран Б.Ф., Муминов P.A., Очилоз С. М.,'Турсунов М.Н. Влияние неоднородаостей исходного кремния на нагрузочные вольт-амперные характеристики солнечных элементов//Гелиотехяика, 1934 r.-J.vS.-4-7 стр.

9. Аль-Оран Б.Ф., Аль-Сауд М.С., Ануфриев Г;Г., Муминов P.A., Турсунов М.Н. Переносная солнечная фотоэлектрическая станция на основе кремниевых ^солнечных элементов// Гелиотехника, 1994 г.-М.-39-42 стр.

10. Аль-Оран Б.Ф., Муминов P.A., Турсунов М.Н. Влияние неоднородаостей исходного кремния на электрические' параметры . солнечных элементсв/Лозисы докладов Международной когфэрелаии молодях физиков по "Твердотельной электронике".-Некангян.-5• -7 октября 1994 г.-51 с.

"Ер шароитида кУляаниладагая фотоэиергетик батареялар ва станцияяар учун крешийли кубш элементларини ишлаб чикиш ва тадкик гдадиш"

Ал-Ораи Билол Фуад

Диссертация ш катта самарадррликка эга бУлган кубш эле-мвнтларинл тажрибавнй серия шароитида тайбрлаш, хайда шу элемент-лар асосида тайбрланган жар хил кувватли к?чма кубш батареялари ва фотоалектрик станцияларни ишлаб чикяш ва амалда кУллатга ба-лашлангая.

Тадкикот давомвда куйвдаги технологии жарабнларни яратиа, Узлаштириш ва самарадорлигини оширшга эришшгган:

каттик жисм холатидаги бор нитрида манбаи аосида гожа даф-фуз катламлар олинган; вакууы-термик услуб брдамида титаа-ни-квл-иис асосидаги куп катлашш токолгич катламлар тайёрлаш уз-латтирилган; сайкал&нган ва текстураланган кремний юзаларидаа кубш нурининг аксланишиии камайтириш максадада, нур кайтиргс коаффяцаентияи 5-10% гача камайтарувчи кремний оксид ва калай 11-оксид катламлар олиш технологияси ишлаб чикилган; кубш эле-мэнтларини коммутация килиш услубя яратилгая, ГОБ-катлам ва суз-ъий каучук асосида бар нзча см2 дзщ I м^ гача болтан зюадагз хар хил матеряалларда кубш батарвяларини гермвтизациялаш масаласи ечилган;

Кубш влемэ нтлариназг фойдали ия коэффициентная ошириш мак-садяда материаллар хусусиятларининг алементлар фотоалектрик хос-саларига таъсири Урганилган. Материаллар ножиаслигиня хисобга олган холда ишлаб чшдалган технология натижасида фойдали иш коэффициента 14% (юзаси 36 см2) ва"20% гачэ (юзаси 0.84 см2) бул-ган кубш злвмоятлари тайЭрлангаа.

Куйидаги параметрларга ara булган кУчма кубш батареялари ва фотоалектрик станциялар тайбрланган ва амалда тажрдбадан ут-казалган:

- 0.6-1 Вт кувватли радио асбойлар учун манбалар;

- 20-25 8т кувватли аккумулятор батареяларни зарядааш манбаларн;

- 100 Вт ва ундаа шора кувватли хужаляк ва уй-рузгор дастгота ва асбобларини энергия билан таъмияловчи манбалар.

KRRRiKCH AKD DBTELC-PMEi?E 0? SILICEOUS SOLAR KI-E-U?K*D5 iCK PUOl'DEtiECTRIG SIASIOKS AJiD EA!H?I31XE3 FOR GROUND APPLICATION

Al-Oran Bilal Fuad

Th'i thesis deal with results of investigation arid development or. high-productive tt-ciinology of prodootion oi effective colarelenw.-its in eouuttiona of Krall-acale Indus try,aa well aa colnr butteries and photoeleatrio station of different power for household noedp, on ths baai3'of ohear rejcoted siliceous single -crystal waters.

HIgh-effco t ive technologies of production as folio.va :olo~;«j -occuring 1ay era, obtained by diffusion of solid sources of boroi nitrides, effective rcultilayer current pick-off contaotaon the bagis of titanium and riicfcelcopper, obtained by vacuum-heat method with the hiJp of spraying mate; low-reflection coatings at polished texture surfaces, allowing to reduce reflectivity up to 5~1G£ on the basis of silicon monoxide and tin diohloride; tech-iiflody of unsoldering and ooainutation with the help of gauges; garni ti sat ion of solar batteries on the basis of PTE-film and

synthetic rubber on different rr.aterial3 with ai'ea from several

2 ° sx to lm~.

With til« view of effectiveness inoreaac of solnr radiation convershion influence of properties of souroe rraa investigated. Sfithredard for the non-uniformity of the source itaterial by the area on the basis of conducted researches SK trith efficiency fro::> 143 (area 36 sir. ) to 20% (area 0.84 lia ) respectively.

Portative solar batteries and photoelectric stations of different power were manufactured and tested in natural condition of Uzbekistan: .. . ...

-0.6 - 1 Kt for radio equipment supply; -20-25 Wt forflcating charge;

-100 Wt sore lov power supply of household ousfcoa&rs, object ts, remoted fro® centralized sources of powr supply.