автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Разработка технологии и опытное производство эффективных солнечных элементов на основе отходов монокристаллического кремния

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С.В.СТАРОДУБЦЕВА НПО "ФИЗИКА-СОЛНЦЕ" им. С.А.АЗИМОВА

На правах рукописи Для служебного пользования

/V 09

ТУРСУНОВ МУХАМ АД НИШАНОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОПЫТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭФФЕКТИВНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Специальность 05.14.08 - преобразование возобновляемых видов энергии и установки на их основе 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ташкент - 1999

Работа выполнена в Физико-техническом институте км.С.Б.Стародубцева НПО "Физика-Солнце" ис.С.А.Азимова АН РУз

ШШШ1Ы1ЫЕ ОППОНЕНТЫ:

1. докт.физ.-мат.каук, профессор

Андреев В.М.

2. член корр.АН РУз, докт.техн.наук,

профессор Захицов Р.А. ■ 3. докт.физ.-мат.каук, профессор

Абцурахманов К.П.

В2ЦУ!!1АЯ ОРГАЬТЩЦл"3.: Институт Электроники А!! РУз

Защита состоится " IЦ " Сревро п 1999 г. на заседании Специализированного совета Д 0I5.C8.0I при Физико-техническом институте им.С.В.Стародубцева НПО "Физика-Солнце" им.С.А.Азимова ЛН РУз.

С диссертацией можно ознокомиться в библиотеке Физико-технического института им.С.В.Стародубцева НПО "Физика-Солнце" юл.С.А.Азимова АН РУз

Автореферат разослан " 10 " ^ и (¿и р к_1999 г.

Учений секретарь Специализированного совета доктор физика-математических наук

Ф.А.Ахмедов

ОБЩ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Ограниченность запасов топливных энергоресурсов, их постепенное истощение и настающие трудности решения экологических проблем, связанные с развитием энергетики приводит к необходимости поиска новых, нетрадиционных методов получения энергии, среди которых одним из наиболее перспективных является фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии.

Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых солнечных элементов (СЭ) выгодно отлп-.чается от других способов преобразования. Это справедливо как с точки зрения неисчерпаемости солнечной энергии, так и с экологической .

Использование кремниевых СЭ в настоящее время является наиболее обеспеченным в научном и практическом плане. Они широко используются в системах энергопитания космических аппаратов и получает все большее применение в наземных условиях. Нынешний уровень развития технологии изготовления СЭ и возможности создания солнечных фотоэлектрических станций (СФЭС) на их основе уже сегодня позволяет использовать их для решения задач энергообеспечения разлпч-. ных наземных объектов, в особенности находящихся в удаленных и труднодоступных районах, вдали от центгзализованннх систем электроснабжения: объектов связи, малоэнергоемкие промышленные и сельскохозяйственные объекты, в дистанционно управляемых маяках, на релейных телекоммуникационных станциях и другие.

Существенным недостатком солнечного излучения как источника анергии является его низкая плотность. Для выработки заметной электрической мощности необходимо собирать солнечное излучение с больших площадей, покрывая их дорогими полупроводниковыми.СЭ. Стоимость получаемой таким образом электроэнергии несколько раз превышает стоимотсь электроэнергии, вырабатываемой традиционными методами. _ Это является основной причиной, сдергивающей развитие крупномасштабной солнечной электроэнергетики на основе кремния.

Одним из путей решения данной проблемы - снижение стоимости полупроводниковых материалов и СЭ. Если рассмотреть структуру себестоимости элементов, то стоимость исходного монокристаллического креммия в ней монет составлять до 60 %. Возможны различные пути снижения стоимости СЭ для преобразования солнечного излучения

13 Совершенствование ^охнологичепкого процесса изготовления СЭ наземного применения, использование новых технологических приемов, приводящих к повышению эффективности преобразования или объемов производства СЭ;

2) Использование в качестве исходного материала менее дорогих материалов, таких как поликристаллический кремний и кристаллических лент кремния, тонких пленок кремния на различных дешевых лодлош<ах, совместимых с технологией изготовления СЭ на основе монокремния, а также использование аморфного кремния.

Другим достаточно перспективным направлением снижения стоимости (¡!Э при использовании в наземных условиях является применение отходов полупроводникового кремния заводов электронной промышленности в качестве исходного материала. Этот путь 'создает предпосылки к-использованию отбракованных при производстве полупроводниковых пластин монокристалл1г:еского кремния для выпуска более дешевых СЭ. Количество таких пластин хотя ограничено, однако, для применения в мелкосерийном опытном производстве вполне достаточно.

Недостаточная изученность возможностей использования производственных отходов полупроводникового кремния для преобразования солнечного излучения, не изученность влияния различных его неодно-родаостей на эффективность преобразования и другие выходные элек-трическкз характеристики, практическое отсутствие технологии изготовления на основе современных конструкций структур СЭ, учитывающий влияние специфических факторов таких материалов, отсутствие непосредственно изготовленных солнечных батарей (СБ) и СФЭС работающих в различных условиях обуславливает актуальность исследований в этом направлении.

Целью работы является разработка технологических и технических решений по созданию эффективных СЭ, СБ и СФЭС на основе • утилизации отходов монокремния при прямом и концентрированном солнечном излучениях; исследование влияния свойств исходного материала на различные структуры солнечных элементов; исследование технологических возможностей увеличения эффективности преобразования структур; разработка технологии и исследование возможностей применения солнечных батарей и фотоэлектрических станций для нужд потребителей энергш. в условиях республики Узбекистан.

Для достижения основной цели в диссертации решаются следующие зад.чи:

- разработка методики селективного >тбора и группирования исходных пластин из отходов монокремния дам изготовления СЭ;

- разработка технологии форлирования мелкозалегаюцих р-п переходов методом диффузии бора и фосфора из твердотельных источников в условиях опытного производства солнечных элементов;

- исследование возможностей уменьшения оптических потерь путем пассивации и просветления структур СЭ из различных.покрытий и текстурированием;

- исследование возможностей уменьяенеч электрических потерь путем изготовления эффективных многослойных токооьемных контактов и оптимизацией топологии рисунка фронтального контакта структур для различных концентраций солнечного излучения;

- исследование влияния свойств исходного материала, и в том числе неоднородностей на выходные фотоэлектрические характеристики СЭ, полученных в условиях опытного производства;

- комплексное исследование возможности повышения эффективности преобразования СЭ из различных групп отходов монокрзшия применением различных высокоэффективных, в том числе новых конструкций р-п переходов и оптимизацией технологии изготовления СЭ в условиях производства (опытного);

- изучить и выявить основные фякторц, влияющие на эффективность преобразования концентрированного излучения СЭ с пленарной конструкцией р-п перехода. Определить предпочтительных коэффициентов концентрации солнечного излучения при различной топологии рисунка фронтальных контактов и разработать технологию изготовления ковдентраторных СЭ в условиях опытного производства;

- разработать технологию изготовления эффективных кремниевых СЭ различной плошади, СБ и СГОС различной мощности и назначения;

,- исследовать возможностей применения СБ и СФЭС различных конструкций", мощности и назначения в условиях республики Узбекистан и выдать рекомендаций по их практическому использованию.

Методы исследований. Б процессе выполнения работы применялись экспериментальные методы исследований. Для подтверждения полученных результатов били проведены измерения'пасаметров и испытания в натурных условиях. .

Научная новизна.•

1.Установлены необходимые условия, обеспечивающие возможность изготовления эффективных СЭ в условиях опытного производства ка основе предложенной методики селективного отбора отбракованных пластин кремния, обуславливающие применения современных методов создания бездефектной поверхности, формирование р-п перехода методом диЬфузии, изготовления токосьемных контактов, пассивиоующих и просветляющих покрытий методом вакуумного напыления.

2.Разработала технология изготовления эффективных СЭ с пленарной конструкцией р-п перехода основанное на использование: ■

- разработанного нового твердотельного источника диффузии фосфора многократного пользовали на основе селективно травленного кристаллического кремния и соединения фосфора и технологии формирования диффузионных слоев р - и п-типа проводимости, обеспечивающее изменение толщины и концентрации носителей заряда за счет варьирования параметров технологического процесса.

- созданного токосьемного контакта к структурам СЭ из Л1 - Ь г> (1-5 $ А1) - ¿п , обеспечивающее низкое сопротивление за счет подяегирования подконтактных слоев алюминием в случае использования исходного материала р-типа проводимости и образование туннельного перехода в случае использования материала п-типа проводимости.

- технологии текстурирования пластин кремния и нанесения эффективных просветляющих покрытий на основе $пОг , в^Ох и 7,п$ , позволяющих уменьшение коэффициента отражения от поверхности ОЭ до минимального значения.

- методики исследования влияния нео.цн'ородностей исходного кремния на параметры элементов путем создания микро СЭ ка одной пластине и выявленной корреляции фотоэлектрических параметров с параметрами технологического процесса выращивания исходного материала.

- разработанной методики одновременной двухстороннои дийфузпи бора и фосфора из твердотаяышх источников.' обеспечивающие формирование р-п и п+ц - переходов в едином технологическом процессе.

3. Разработана технология изготовления двухсторонно чувствительных СЭ методами одновременной двухсторонной диЬфузии и кидкофаз-ной эпитакскл и показана возможность изготовления эффективных СЭ для случая сопостовимости толшины и длина диффузии неосновных

носителей заряда материала базы, особенно при эпитаксиальном методе изготовления структур на нпзкоомных подложках.

4. Впервые предложена конструкция СЭ с эффектом "захвата" излучения с неоднородной границей раздела и установлена возможность реализации её при яидасс&азяой эпигаксия слоев кремния из ограниченных площадей подложек, позволяющее получения слоев со включениями растворителя на границе раздела, обеспечивающее необходимый коэффициент отражения от паяно;} границы раздела.

5. Впервые преодолены и экспершентально реализованы диффузионная методика получения кремния легированного индием из пленкообразующего источника, покрытого защитным слоем окиси'кремния и экспресс методика определения концентрации носителей в диффузионных слоях.

6. Разработана технология изготовления концентраторных СЭ на дисках кремния с диаметром 76 им с радиально-кольцевой и прямоугольной топологией фронтальных контактов, рассчитанных на работу в . условиях излучения 10-50, 50-75, 75-100 солнц

7. Развита технология герметизации СБ плоской конструкции на основе поливинильбутераловой пленки и синтетического каучука. Установлены возможности увеличения срока службы СБ, обусловленное улучшением коэффициента адгезии герметика с защитным стеклом при помощи формирования "буферных" слоев кремнийорганического лака заданной толшшш меяду герме тиком и защитным стеклом.

8. Разработаны и изготовлены СФЭС и СБ различной мощности, конструкции и назначения для энергообеспечения иузад потребителей:

- ОБ для электропитания бытовой радиоаппаратуры;

- переносная складная СБ мощностью более 20 Вт;

- система электрического освещения от СБ мощностью .30-45 Вт;

- переносные, мобильные СФЭС мощностью 100 Вт и более;

- автономный солнечный фотоэлектрический комплекс для применения '■' в удаленных сельскохозяйственных объектах.

'9. Впервые проанализированы возмо;шости использования СБ и СФЭС различной конструкции и комплектности в условиях республики Узбекистан в зависимости от хозяйственно-географических и физико-экономических особенностей регионов. Проведена оценка потенциальной возможности потребления СБ и СФЭС, которая составляет более 30 МВт, с годовым обновлением более 3 МВт.

Практическая значимость работы.

Результаты проведенных исследований по разработке ряда новых методик и технологий - по изготовлению твердотельных источников диффузии и формированию ыелкозалегающих р-п переходов методом дабфуэии, изготовлению токосъъемных контактов к СЭ прямого и концентрированного излучений, исследованию влияния неоднороднос-тей на характеристики СЭ, изготовлению элементов современных конструкций (двухсторонно чувствительных СЭ, элемента с эффектом "захвата" излучения СЭ с использованием примесную фотопроводимость, концентраторных СЭ и др.) на неоднородных материалах, герметизацию СБ и другие позволили в целом создать технологию изготовления эффективных СЭ, СБ и СФЭС на основе отходов монокремния в условиях опытного производства. В целом результаты исследования могут' быть применены при разработке приборов дая нужд фотоэнергетики, микро- и оптоэлектроники и широкого использования их в реальных условиях республики Узбекистан.

Результаты исследований и разработанной технологии изготовления СЭ внедрены в опытном производстве ФТИ НПО "Физика-Солнце". Разработаны технологические и конструкторские документации по изготовлению СЭ, СБ и СФЭС и может применяться для серийного выпуска в соответствующих предприятиях республики Узбекистан.

По ходу выполнения работы в опытном производстве изготовлены_ более 100000 СЭ, в том числе более 1000 СБ и 15 СфЭС различной чонструкции и мощности для работы в различных условиях, более 2000 концентраторных СЭ на основе арсенида галлия и реализованы предприятиям России, Украшш, Кыргызстана и Узбекистана.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Установлены необходимые условия, обеспечивающие возможность изготовления эффективных СЭ при опытном производстве на основе селективного отбора отбракованных пластин кремния, обуславливающие применения современных методов создания бездефектной фронтальной поверхности, формирование р-п перехода, изготовление токосъемных контактов, пассивирующих и просветляющих покрытий.

2. Твердотельный источник диффузия фосфора многократного пользования на основе селективно травленного кристаллического кремния, для улучшения коэффициента адгезии и соединения фосфора

наносимого на травленную поверхность и разработка технологии формирования мелкозалегащих диффузионных слоев из твердотельных источников диффузии, обеспечивающие оптимальную концентрации носителей тока и толщины диффузионного слоя за счет изменения расстояния источник дк!<т>узии-кремш$, температуры и времени процесса.

3. Токосьемные контакты к кремниевым Г.Э на основе AI -('1-5'$ AI) - S» и облужениа контакта при помощи лучевого нагрева в вакууме в едином процессе нанесения контакта. Обеспечение низкого сопротивления контакта ,за счет подлегирования подконтактных слоев алюминием в случае использования исходного материала р-типа проводимости и формирование туннельногр перехода в случае материала п-типа. 1

4. Методика исследования влияния неоднородноетей исходного материала путем формирования микро СЭ на одной пластике из КЭФ-л-, 5 или п+п-структуры. Исследование их фотоэлектрических характеристик от места расположения и установленная корреляция параметров микро СЭ с технологией иэготоаления исходного материала. Технология изготовления СЭ с КЦД 15 % и более на неоднородных материалах из отбракованных пластин кремния с площадью 30 см2 и более.

5. Солнечны» элемент с эффектом "Захвата" излучения с неоднородной границей раздела, обуславливающее отражения излучения падающего со стороны р-п перехода и технология реализации её при жидкефазной эпитаксии из ограниченных площадей низкоомной подложки кремния.

6. Методика получения слоев кремния легированного индием из пленкообразующих источников диффузии, покрытого защитным слоем, предотвращающая растворение поверхности в процессе Д1ффузнонного отккга и экспресс методика определения концентрации носителей в диффузионных слоях.

7.'Герметизация СБ плоской конструкции с применением синтетического каучука методом заливки с площадью до I м2. Увеличение срока службы СБ введением "буферного слоя из кремнийорганических лаков, толщиной не влияющих на пропускание солнечного излучения, между защитным стеклом и герматиком для предотвращения отслоения герметика во времени из-за колебания температуры окружающей среди.

.8. Разработанные СБ и СФЭС различной мощности и назначения

и выявленные возможности использования в условиях республики.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы домалывались и обсуждались:'

- Во Всесоюзной конференции "Фотоэлектрические явления в полупроводниках" - Ташкент, 1989 г.

- У-Всеспгазная конференция по физическим процессам в полупроводниковых гетероструктурах - Калуга, 1990 г.

- Республиканской конференции "Использование нетрадиционных источ--' ников энергии в народном хозяйства" - Чимкент, 1990 г.

П-Международном научном семинаре "Многослойные варизонные и периодические полупроводниковые структуры и приборы на их осноас"-Нукус, 1993 г. ' •;

- 1-Международный научной конференции "Новые'.материалы и прпборы"-Ташк'ент, 1934 г. .

- Халгаро ан)хутлан "Ярш.1 уткаэгичлар аа диэлектриклар физшсасининг хози£>гн замон муаммолари" - Тошкент, 1995 й.

- П-ВсесогазноЛ конференции "фотоэлектрические явления в полупроводниках" - Ашхабад, 1991 г.

- Международном семинар-совещании "Проблемы производства поли- и монокристаллк' шского кремния для микроэлектроники и солнечной энергетики" - Андижан, 1996 г.

- Международной конференции "Проблемы теоретическом Физики и Физики твердого тела" - Бухара, 1997 г.

- I-Национальной конференция "Рост кристаллов" - Ургенч, тдч? г. -Международной конференции по Гелиотехнике - Ташкент, 1997 г.

Достоверность результатов. Достоверность полученных результатов обеспечивалась применением современных надежных технологических оборудований и приборов для исследования электрических, фотоэлектрических и оптических характеристик полученных структур СЭ. Полученные характеристики сравниваются со значениями, полученными другими авторами и ¡экспериментальными методами, и приводится -их шнерпретация в рамках существующих физических моделей, результатами испытаний их в натурных условиях.

Личный вклад автора является основным на всех этапах научного исследования и заключается в постановке проблемы исследований, непосредственным выполнением основной части работы по разработке современных конструкций и технологии изготовления СЭ, СБ и С&ЭО, разработки методик измерения электрических и Фотоэлектркчос»

' ких параметров элементов, батарей г фотоэлектрических станций и другие.

Часть выполненной работы является частью плановых НИР Физико-технического института НПО "Физика-Солнце" АН РУз по теме "Разработка физика-технических основ современной технология получения эффективных солнечных электростанций мощностью 0,5-1 КВт", зарегистрированный в Государственном Фонде научно-технической информации за номером Гос.per. Js 0003089 от 1994 г.

Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, шести'глав, списка цитированной литературы и прилояешй. Общий объем работы 295 страниц машинописного текста, включая основной материал 191,страниц, 74 рисунка,'¡II таблиц. 2 приложения, списка цитированной'литературы из 209 наименований.

Содержание работы.

Во введении обоснованы актуальность, выбор объектов исследования и определены цель и задачи работы. Сформулирована научная новизна, практическая ценность, защищаемые положения. Кратко излагается содер:;саниб и основные результаты.

Первая глава диссертационной работы посвящена анализу состо-. япил исследована! -и разработок в области преобразования солнечного излучения в электричество на основе полупроводников на примере использования в качестве исходного материала кремния. Рассмотрены некоторые физические факторы,'приводящие к снияеншо эффективности преобразования СЭ, технологические, конструкторские и структурные аспекты создания СЭ, СБ и СФЭС о.точки зрения применения их в наземных условиях.

Изучены и проанализированы физические факторы, ограничивающие эффективность преобразования солнечной энергии на основе которого выявлено, что в технологию изготовления СЭ с максимальным КГЩ должно входить следующие основные технологические операции: создание' бездефектной поверхности высококачественного кремния, формирование мелкозалегающего (0,2-0,4 мкм) р-п перехода использованием "мягких" режимов диффузии, пассивация поверхностей при помощи окислов, получение изотипного барьера на тыльной поверхность, нанесение фронтального и тыльного контактов, минимизация оптических потерь тексгурипованяем фронтальной поверхности- п нанесением просветляющих покрытий.

В результате анализа научно-технической литературы был сд'-

лан вывод о.недостаточной изученности проблемы снижения стоимости СЭ, применяемых в наземных условиях на основе некоторых отходов монокристаллического кремния и сформулированы цель и основные задачи предстоящих исследований.

Вторая глава диссертационной работы посвящена разработке . технологии изготовления СЭ на основе различных отходов монокремния в условиях мелкосерийного опытного производства.

Приводятся сведения о структуре размещения технологического оборудования и коммуникационном обеспечении опытного производства НПО "Физика-Солнце" по производству СЭ на основе кремни и ар-сенида галлия. Обсувдаются вопросы обеспечения необходимыми усло-' виями работы при групповом методе изготовления СЭ. Подробно обсуждены состав, возмояности и условия применения стандартного технологического оборудования, используемого для производства изделий электронной техники, для разработки и производства СЭ.

Исходя из условия достижения высоких КПД обсуждаются свойства таких отходов монокремния электронной промышленности, как -

76 (3.3-20) КЗД> (0.8-7.*) ?6 (20-15) КЭФ (4-20)_

(350-380) ЭКДБ 0,5(111) ' (350-380) ЭКЭС 0,01(111) '

КЭЪ 4,5(100), КЦБ 10(100), ЭКЭС 0,01(100).

Приводится 'методика селективного отбора исходного материала и группирование пластин по электрофизическим параметрам, толщине, качеству обработки поверхности, диаметру и другие

Основные технологические операции по изготовлению СЭ в условиях опытного производства выбраны с учётом их доступности, непрерывности, совместимости с возможностью технологического оборудования и производительности. Формирование мелкозалегащейся р-п переходов планарной конструкции производится методом диЬфузии из твердотельных источников бора и фосфора. Метод позволяет использовать источник диффузии многократно, что обеспечивает высокую производительность и воспроизводимость результатов, большой выход годных структур СЭ, уменьшить трудозатраты. Из-за отсутствия ¿твердотельного источника диффузии фосфора был разработан и изготовлен эффективный источник диффузии на сснове сильнолегпрованного кремни п-типа проводимости, с ориентацией плоскости в направлении (III) и (100). По периметру пластин источников диффузии на обеих поверхностях создают выступы, после селективного травления основной части поверхностей для увеличения коэффициента адгезии, наносимого соединения фосфора. Соединения фосфора наносится на поверх-

ность кремния многократно, центрфугированием. До процесса диффузии производится активация источника прёдварителышм отжигом при температурах на Т00-150 °С ниже температуры диффузии.

Для разработки технологии формирования мелкозалегающих р-п переходов было исследовано влияние температуры диЬфузии, времени и расстояния источник дирфузии-пластина кремния на глубину и качество поверхности слоев. Диффузионный отжиг проводился на установке СДО-125/3, производительность установки 500 пластин с диаметром 76 ш в смену.при использовании одного реактора.

Выявлено, что оптимальный температурой получения диффузионных слоев то.чшшой 0,4-0,7 мкм является для фосфора 940-970 °С, для примеси бота 1050-1070 °С при расстоянии кремний-источник бора 1,5-2,5 мм, при временах отнига 25-40 минут. Концентрация носителей в диффузионных слоях в случае Фосфора 4 101Э- ТО20 см"3, для бора 5 Ю18- 1019 см~3.

Разработанная технология формирования р-п перехода позволяет обеспечить изменение толшины и концентрации носителей яаряда в диффузионных слоях варьированием расстояния кремний-источник диффузии, температуры и времени отжига.

В качестве токосьемных контактов использованы многослойные контакты изготовленные методом вакуумно-терлического нанесения титана (40-60 им), никеля (50-70) нм, меди (80-100) км через на-пылителыше маски заданной топологии из нержавеющей стали или титана на фронтальную сторону после ппедварителыюго нянесения слоя алшиния и сплошным на тыльную сторону структуры Отжиг контактоп производился при температурах 550-В40 °С в течение 5-10 минут в вакууме. Лужение конт~ктов производилось при Т = 280-300 °С в пр)Шое П0С-61 методом окунания

Пругой более дешевый вид контактов разработанная нами к кремниевым структурам-многослоЗная система алюминий-олово (1-5 % А1)-олово Контакты формируются поочередно вакуумным напылением алюминия (30-с0 нм), олово (1-5 % А1) до истощения источника алюминием, затем чистого олова с последующи;,I лучевым прогревом в ваку-*уме поверхности структур до расплавления верхного слоя при визуальном контроле. Первый слой из алюминия напыляется на структуру предварительно нагретой до температуры 550-640 Данная технологи обеспечивает подлегирование подконтактных слоев в случае использования исходного кремния р-типа проводимости и формирование туннельного перехода в случае использования в качестве, исходного

материала п+п-структуры.

Фронтальная контактная сетка имеет вид параллельных линий с расстоянием между ними 1-4 мм и широтой 0,1-0,3 мм и одной или двух коллекторных шш, расположенных перпендикулярно параллельным линиям Ширина коллекторной шипы составляла 0,5-1 мм. Площадь затенения контактов 8-16 %. Разработанная топология контактов позволяла спроектировать на одной пластины кремния с диаметром "6 мм элементы с различными токами, которые затем разделялись, скрайбн-рованием.

С целью уменыления коэффициента отражения солнечного излучения с поверхности структур били использованы в качестве просветляющих покритий окись кремния ¿¿Оа; ', двуокись олова 5« 0г , сульфид цинка . Толщина покрытий состааляла 900-1100 °А.

Отработана технология текстурирования поверхности кремния с плоскостью ориентации (100) при травлении в растворах щелочей.

Приводятся спектральные зависимости коэффициента отражения (Р) от длины волны излучения для структур с полированной и текст-• урировалной поверхностями с просветлением и без неё. Показано, что значение Б уменьшается от 40-50 % для полированной поверхности без просветления до менее 8 % для текстурчрованной поверхности с просветлением. Диапазон спектральной чувствительности СЭ охватывает область 0,4-I.Т глад, при максимуме спектральной чувствительности в интервале 0,75-0,9 мкм.

Исследованы выходные электрические параметры СЭ различной площади от П,7 см? до 44 см2, изготовленных из кремния КЗФ. 4,5 в условиях ЛМ 1,5 V показано, что имеет значение в пределах

о АЛ

0,54-0,58 В, Ткз - 28-36 мЛ/см и имеет некоторую тенденция снижения с увеличением площади структур. Коэффициент заполнения ВЛХ уменьшается с увеличением площади СЭ.

Приведены гистограммы процента выхода для 300 СЭ от ГЛД .для образцов с размерами 60 X 60 мм2 и 7 X 10 мм*". Выявлено, что происходит смещение максимума процента выхода в сторону больших ^КПД для обеих размеров. Максимальный КДД СЭ большой площади составляет 13-14 %, а для малых до 18 %. Количество СЭ с КПД более 10 % для СЭ большого размера составляет по 75 % от общего количества структур, а для малых до 95 %.

Трзтъя глаза посвялена исследованию влияния свойств исходных материалов и неоднородностей на выходные электрические ха-

рактерястики СЭ.

Рассмотрен« основные структурные даЪекти исходного материала, используемого для изготовления СЗ. Приведены некоторые меха • низми образования структурных дефектов при росте монокрпсталличес-кого кремния, эпитаксиальных слоев и в процессе дкйаузии примесей.

Влияние свойств материала на выходные электрические параметры СЭ рассмотрены на примерз изготовления СЭ на следующих четырех групп: 1-КЭФ 4,Г>, П.Ш-эгштаксиалыше однослойные структуры с толщинами п-слоя соответственно 5 20 мкм и ^ 35 иа, су =4-7,5 ' Ом см. Технологические процессы изготовления СЭ всех четырех групп . (1У-группа кремний фирмы "Ваккер") идентичны. При групповом изготовлении СЭ в кандую группу включены по 15 пластин. Влияние свойств 'материала на параметры СЭ издались на структурах следующих размеров 55 X 55 56 X 24 ш , 25 I И'аГ, которые были спроектированы, ча одной пластине по одному, две п восемь соответственно

Из нагрузочных ВАХ выявлено, что характеристики элементов зависят как от параметра исходного материала, так и размеров СЭ. Причем при несущественных отличиях 1к„ (до 15 %) и Ихх (до 12 %) у разных групп материалов, значения коэффициента заполнения ЯАХ ^ н КПЛ £ в значительной степени зависят как от исходного материала, гак и размера СЭ. Выявлено, что наиболее подходящи?.! (по КПД) для изготовления СЭ являются пластины 4,5 и п+п-стртету-ры с толшшой п-слоя более 35 шил.

Значения ^ и £ уменьшаются для каждой, группы с увеличением площади СЭ. Устаноалено также корреляция изменения этих параметров для СЭ одинаковых размеров от удельного сопротивления материала. Относительно низкие значения £ и ¿ связываются, с неоднородностью материала по электрофизическим параметрам.

Для изучения влияния неоднородностей материала на характеристики СЭ предложена методика исследования параметров микро СЭ, изготовленных на одной пластине (34 шт.на одной пдасг.шо) из КЗ? -4,5 и п+п-структуры с 35 мкм.

Из анализа топологии распределения параметров микро СЭ, изготовленных на 20 пластинах Шр 4,5 и п+п-струхтуры выявлено, что изменение 1кз составляет до 22 %, И^ до 8 %, ^ до 17 %, £ до 33 % от максимального их значения для кахдой пластины. •

Установлено, что если для СЭ на п+п-структурах сЬч>, 35 мкм наблюдается тенденция увеличения указанных параметров-по отноше-

нив к срезу пластш. (минимал-иое значение параметров в его ниж-нсйчасти), то для пластин К3<£ 4,5 корреляция параметров микро СЭ наблюдается относительно геометрического центра пластшш.

Для выявления причин такого поведения параметров были сопос-

п

тавчены нагрузочные ВАХ СЭ с размерами 55 X 55 мм с параметрами микро СЭ, полученных в едином технологическом процессе. После скрайбкро^ания микро СЭ, разделения их и снятия характернотик было исследовано'влияние увеличение площади мгкро СЭ при параллельной коммутации на их характеристики в сопоставлении с СЭ равной площади, полученных й том же технологическом процессе. Выявлено, что параметры элементов, полученных параллельной коммутацией из микро СЭ, лучше, причем с увеличением шюнадл разница в параметрах скоммутировашшх СЭ по отношению к целым растет. Таким образом, допускается, что при увеличении площади СЭ из-за влияния не-однороцностей материала параметры СЭ отано&ятпя шгае.

На основе проведенных исследований построена зависимость Ю1Д от площади С>, изготовленных из КЭ'5 4,5 и п+п-структуры. Установлено, что дая изготовления СЭ с площадью до 30 см"" данные материалы обеспечивают получение КПД более 10 %.

Приводятся результаты исследования технологических возможностей увеличения эффективности забракованных структур СЭ из разных материалов. Были систематизированы количества забракованных

ОЭ из 3000С шт., изготовленных на основе КИБ 10, КЗФ 4,5 и п+п- .

р

структуры. СЭ имели размер 6П X СО мм . Общее количество забракованных СЭ около 7000 шт. Из них 1500 шт СЭ.на основе КПБ 10, 1400 из КЭ$ 4,5 и около 4000 шт на основе п+п-стоуктуры. На основе статистических данных выходных параметров забракованный СЭ разделены на три гру.шы: с низкими значениями тока 55П-730 ыЛ, И™.-?

Ко ЛА

0,54 В), с низкими значениями и тока и напряжения (I ~550 мЛ, "хх~0,ь4 В), с очень низкими параметрами (1^-550 мА, Ихх 0,48 В). Определены причины образования низких выходных пара:,ют-ров, заключающиеся в образовании окисннх пятен на поверхности; приводящее к увеличению толщины "мертвого" слоя, у первой группы образцов; дл?. структур И-группы характерны локальные обрывы слоев контакта (особенно слоя титана); .для Ш-группы - неоднородности диффузионного слоя (в основном у СЭ на основе КДБ 10) при диффузии из-спиртовых растворов ?205 центрифугированием.

Предложена методика пов'ячения эффективности забракованных СЭ проведением дополнительных технологических операций. С учетом ре-

зулт.татов исследовали усовершенствовала технологическая оснастка п введены корректива в технологические операции, ответственные за низкие значения параметров, что привело к увеличению выхода годных структур солнечн-п; элементов.

В чручерто'л г.таяе исследована возможность увеличения эффективности СЗ в услоз;шх опытного производства при шпиычзашш электрических п оптических потерь и при использовании современных и новых конструкций солнечных элементов

Исследованы зл;ет;ле температуры ¡1 времени отжига контактов на характерно тики СЭ дтя случал многослойных контактов на основе тптан-кикедь-медъ В отличие от традиционных методов отжига кон- . тактов з вакуоле пли в среде инертного' газа, совмещены процессы термообработки и лужения контактов в срепо лудящего раствора.

Согласно предложенной методики после нанесения многослойных контактов.структура СЭ разрезалась на две половинки размером 60 X 30 мм2. Одна половина подвергалась термообработке при лужении, выцержсоЗ в припое при различных теглпературах и времени, а другая лудмас.ь без выдержки. Лужение проводилось окунанием в припой 60 % олова и 40 £ св!Л{ца при температурах 240-400 °С с длительностью до нескольких минут. Параметр1; СЭ измеряли после нанесения просветляющего покрытия.

Установлено увеличение' 1Ч по сравнении с контрольными образцами в зависимости от температуры и длительности термообработки. Металлографические исследования показали наличия селективного травления поверхности структур, что является своеобразной пассивацией, приводящей уменьшению коэффициента отражения от поверхности и усилению адгезии токос'ьемных контактов.

Степень легирования фронтального слоя в силу его малой толщины и особенностей протекания в нем тока, на перзый взгляд, следует увеличить с целью минимизации слоевого сопротивления. Однако, с увеличением концентрации примесей во фронтальном слое усиливаются-конкурирующие процессы (увеличиваются количества структурных дефектов, вероятны образование "мертвого" слоя, увеличение скорости поверхностной рекомбинации). Снияение скорости поверхностной рекомбинации и "мертвого" слоя на поверхности пластин можно осуществлять применением двухстадийной диффузии, состоящей из процессов "загонки" и "разгонки" примесей.

Исследование процесса двухстацийной диффузии проводилось в двух режимах для случаев диффузии бора в кремний. Б первом случае

- Т8 -

разность температур "загонки" и "разгонки" составляла 50 °С (Т Трдд). Процесс "загонки" проводили при температурах 975985 С в течение 10, 15, 20 минут, "разгонку" - в той г,о печи в отсутствие источника диффузии, в течение 20 и 40 мта. Во втором случае Тзаг=Траз= 1025 - 1035 °С.

В результате исследований установлено:

1) Двухстадпйная дифЬузия дает возможность снизить температуру на 50-70 °С по сравнению с одностадийной диффузией;

2) Уменьшается относительный разброс по КЦЦ при групповом изготовлен™ СЭ и увеличивается выход годных структур;

3) Предпочтительно двухст'адийную диффузию бора проводит при условиях Тзаг=Тшз= 1025-1035 °.С,

С учетом выработанных рекомендаций!скорректирована технология изготовления СЭ.'Введена операция формирования изотипного (п+п) барьера с тыльной стороны пластин кремния КЭЛ 4,5 диффузией фосфора пз разработанных твердотелыпшх источников.

Разработана методика, позво.£шцая одновременную диффузию бора во фронтальную и фосфора на тыльную поверхности структур. Для уменьшения влияния взаимного легирования (бора на тыльную, а фосфора на фронтальную поверхности СЭ), соразмерный источник фосфора механически плотно прижимался по периметру к. тыльной стороне кремния, в то время как источник бора находился на расстоянии 2 ш от фронтальной поверхности кремниевой пластины. Диффузионный от- . жиг проводился в атмосфере азота при 1020-1050 °С в течение 2540 мил. Толшшш диффузионных слоев с фронта составляла 0,3-0,4 щсм, с тыльной стороны 1,2-1,5 мкм.

Пересмотрена прямоугольная топология фронтального контакта в сторону уменьшения коэффициента затенения площади с равномерным распределением токосьемгшх дорожек по поверхности и тремя коллекторными шинами.

Просветление поверхности СЭ проводилось при помощи двухслойного покрытия из ZuS толщиной 670-720 °А, моноокизи кремния тол-шююй 450-500 °А, с показателями преломления 2,3 и 1,6 соответственно.

Измерение фотоэлектрических характеристик СЭ размером 60 X 60 мм*\ изготовленных из К ЭФ 4,5 и п+п-структуры, в условиях AM 1,5 (v=S00 Вт/м^) Т=20°С) показало, что по сравнению с контрольными образцами, Ихх вырос на 10-25 мВ за счет создания .изотипного барьера, ткз увеличился с 28-30 мА/см2 до 32-34 мА/см2, а ^ с

0,48-0,54 до О,6'1-0.69. КПД лучших СЭ составило болев 15 % для элементов ил КЭФ 4,5 и около 13,5 для структур на основе п+п-кремния.

Сравнение спетральных зависимостей показало, что в отличие от предыдущих СЭ (см Главу Ш), коэффициент отражения от просветленной с двухслойным покрытием поверхности минимизирована и составило 8-1С %, практически равной коэффициенту отражения от фронтальной контактной сетки.

Приводится зависимость максимального КПД от площади для материалов КЭТ5 4,5 и ,и+п-структуры. Показано, что уменьшение КПД с увеличением площади стало более равномерным, кроме того КПД СЭ на основе КЭТ> 4,5.во всем интервале площадей стало "больше, чем у СЭ на основе п+п-струхтуры. 1

. Рассматривается возможность создания -СЭ современных конструкций на основе применяемых материалов в сочетании методов диффузии и ¡шдкофазной эпитаксией.

а)Двухотооонно чувстьдтельные солнечные элементы: На основе КДБ 10 изготовлены двухоторонно чувствительные СЭ методом одновремешюй двухсторонней диффузии фосфора из твердотельных источников на текстурированную поверхности при температурах . 930-950°С. На обеих поверхностях .структуры выращивался также.пассивирующей слой из окиси кремния, который также слугил просветляющим покрытием. Токосьемные контакты к базе СЭ создавали напыле- . нием слоев А1- 5« (1-5 % А1)- 5п . Кон такт шел форму концентрических колец шириной 1-1,5 ш, вскрытых при помощи фотолитографии и химического травления на одной из сторон СЭ. Расстояние между кольцами до 10 мм. Контакты к п+-слоям имели топологию двухсторон-ной "гребенки".

Другой способ, использованный нами .для получения структур двухсторонних СЭ является метод жидкофазноЯ эпитаксии кремния из растворов олова. Этот метод позволяет получения идентичных эпитак-сиальных слоев одновременно на обеих поверхностях подложки при выращивании из ограниченных объемов растворов. Слои были выращены на низкоомных подлодках из КДБ 0,01 при температурах 1000-1070°С и имели толшину до 30 мкм. Учитывалась, что высокая концентрация бора на поверхности кремниевой подложки, кроме прочих положительных факторов, способствует в последующем удержанию фотогенериро-ванных неосновных носителей заряда в эпитаксиальном слое. Р-п переход создавался двухсторонней диффузией фосфора в слбй.

Исследованы фотоэлектрические пара;,татры двухсторонних СЭ ппн освещении как с одной, так и с другой и одновременно с обеих сторон. Показано, что увеличение 1кд примерно пропорционально прлращешгэ площади тыльной поверхности и оно составляет до 40 % для случая 03 на основе КДБ 10 к цо 30 % для элементов на основе эпитаксигльных слоев..

"сследозана влияние таилиаы баси двухсторонних СЭ с полированной и текстурирозапной поверхностями на их I в условиях АМ Т,5. Установлено, что т Со растет с уменьшением толшины и виходц? на насыщение при приближения толщины базы к величине 'длины диффузии неосновных носителей заряда. Выявлено, что I для элементов с текотурированной поверхностью больше I СЭ с полированной ¿оверхностъга во всем интервале то.илин базы.

б) Полночные элементы с эффектом "захвата" излучения.

Замена дорогого исходного кремния полупроводникового качества на дешевого низкоомного кремния привело бы к заметному удешевлении стоимости СЭ. Все основ:ше слои конструкции СЭ, ответственные за эффективность преобразования; формировалась бы на материале, которая создана на низкоомной подло.тае с приэмлимшли электрофизическими параметрами .для. изготовления СЭ. В этом случае подложка играло бы роль низкоомного контакта к несущей конструкции. Однако, а этом случае выращенные слои на подложке имели бы ограниченные толщины. Уменьшение толшшш структуры привело бы к снижения доли ' поглощенных фотонов и соответственно низким выходным параметрам. Поэтому необходимо создать условия дет возможности увеличения количества поглощенного излучения в тонкой структуре СЭ, например формированием специальной топологии поверхности, по краткой мере на одной из границ раздела структуры (например, с Фронтальной стороны текстурировать поверхность) и отражающей поверхности с тыльной стороны, то есть на границе раздела пленка-цо.дяогяка. Создастся условия "захвата" и удэруяния основной части излучения.и обеспечивается поглощение большей части падающего излучения л тонкой структуре 03. Так как в тонких эпитаксиалышх слота практически всегда выполняется условие и>с1 , то ооэспочивается максимальный сбор фотоносителей и соответствокно других параметров при освещении СЭ. Последовательное сопротивление тенклденочных структур ыеныке, чем у традиционных структур на толстых подложках кремния, что валю с точки зрения получения максимальной мощности.

Экспериментально рассмотрена возможность создания тонкоплс-

ночных структур методами кпдхофазноЗ зпитакски и диффузии. Для создадим отражающей неоднородной границы раздела :,;зходами фотолитографии на предварительно покрытой окисью поверхности подло:лш из низкоомногп кремния' вскрывались окна определенной топологии. При технологическом процессе выращивания эгптакспальный рост кремния, начинающийся на открытых участках подлежи продолжается з поперечном направлен.!:! над маской так, что при определенных условиях мокет бить выращена сплошная эпитакспальнал пленка. Мелду одлонсой :: пленкой (над участками с окисью кремния) при эте" мо-:лэт образоваться капли растворителя. Такая неоднородная граница раздела подло;хка-пленка креме низкого электрического сопротивления, обычно алеет достаточно большой коэффициент отражения излучения падающего со стороны пленки, что важна для "захвата" и удерг/лния излучения.

Изготовлены структуры на-кремнии ^-типа с удельным сопротивлением 0,01 Ом см и размером 20 X 20 т". Общая площадь, ограниченная окислом составлял на раз;шх подтопках от 30 до 50 %. Р-п переход Формировался .щффузие": фосфора при температурах 900-930°С на тслшину 0,3-0,5 мкм.

Ппиводятся спектральная и нагрузочная ВАХ изготовленных СЭ в сравнении с элементами на п^п-структупах с толшиной п-слоя 35 нкм. Толщина'базы у тонкопленочных СЭ около 20 мкм. Показано, что за счет эффекта "захвата" и удержания излучения параметры СЭ с тонкой базой лучше Произведена оценка коэффициента "захвата" излучения и эффективной толшинк, которые составляли соответственно 3 и 64 шел

в) С? о. использованием зтФекта примесной Аотопропоцнмости.

Еде одной ъозможоегью увеличения тока СЭ является использование многоступенчатого процесса генерация, осуществляемого с помощью примесных уровней, расположенных в запрещенной зоне полупроводника. Для уменьшения процесса рекомбинации носителей необходимо, чтобы генерация носителей заряда происходила с использованием у уровней примесей расположенных к краю, а не к серед:ше запрещенной зоны. Из анализа литературы выяснено, что в качестве материала можно использовать кремний легированный индием. с концентрацией индия примерно' равной концентрации мелких допорных пржосей исходного материала кремния.

Кремний легированный кнд::ям. полученный методом диЗЬуапя.

Разработана технология получения .кремния легированного индием методом диффузии- В качестве источника диффузии использовались • напыленние в вакууме слоп индия,, плотно закрытие окисью кремния сопостоаимой толшины, полученные в едином технологическом процессе. Такая методика позволяет плотно закрыть поверхность слоев индия и предотвращает образование капель и окисление нндия при высоких температурах диИузионного отжига.

Предложена и реализована методика экспрессного определения концентрации индия в диффузионных слоях. Сущность методики в том, что диффузия проводится одновременно на кремниевых пластинах с разными удельными сопротивлениями, например С0,2^, 20, 10, 4,5, I, 0,5 Ом см при температурах 950-ТЮ0°С при различных временах отжига. Затрм пакет пластин с разными удельными сопротивлениями и с дяг^фузярнкыми слоями сортировались по поверхностному сопротивлению и типу проводимости. Для каждой конкретной температуры диффузии определялся образец со значениями наименьшего удельного сопротивления, изменившего тип проводимости в процессе диффузии индия (.Риив Приводится тег,а ера туркая зависимость и концентрации носителей заряда, определенная по данной методике.

Кремний легированный индием. полученный выращиванием из жидкой йазы. Выращивание слоев проводилось из растворов олово-кремний. Предварительно изучена растворимость кремния в олове и зависимости от содержания индия для различных температур и установлено, что растворимость кремния линейно падает с увеличением содержания индия при заданных различных температурах. Определены оптимальные режимы выращивали? эпитаксиалышх слоев кремния.

Исследованы фотоэлектрические характеристики структур типа п+п р+-, где р+-подложка, р-эпитаксиальный слой легированный индием толшшюй 15 шш, п+-диффузионный слой легированный фосфором. Приводятся спектральная характеристика и нагрузочная ВАХ структуры с площадью 2 см2, в сравнении с кремниевыми СЭ, изготовленными на основе материала КДБ 10 с толщиной базы 300 мкм. КПД тонкопленочных СЭ составляет 12 Обсуждаются возможности оптимизации Параметров тонкопленочной структуры.'

Глава У посвящена исследованию фотоэлектрических характеристик СЭ и возможностей их применения в условиях концентрированного излучения.

Исследованы возможности применения кремниевых СЭ с планарной конструкцией р-п перехода в условиях-концентрированного излучения до 5 крат с применением в качестве концентраторов дещевых линз

Френеля л без специальных мер активного охлаждения. В качестве пассивно охлаждающего элемента использованы ребристые теплоотво-ды от серийно выпускаемых тиристоров. СЭ напаивались на теплоот-во.ды через медные компенсаторы различных топологий, соразмерных СЭ. Размер исследуемых СЭ составлял .20 X 30 ш2. Топологшт контактов гребенчатая с двумя коллекторными шш ¡пирпной I мм и перпендикулярными токосьемшгми дорожками шириной 0,25 мм. Расстояние между дорояками 1,5 мгл. Фронтальные контакты утолылалиоь на-папванием залуженных медных шин. ^

В качестве концентраторов использованы лшзы Френеля квадратной формы с площадью 600 см10 с.фокусным расстоянием 320 мм. СЭ с теплоотводом устанавливались за или до фокальной плоскости. -Для достижения равномерности освещения площпдь освещения составила 1,5-1,6 площади элемента.

Приводится нагрузочная-ВАХ СБ, I состоящих из трех и шести СЭ, скоммутированшх параллельно для следующих условий: ВПр= 650 Вт/м", Т=16°С, И. „ =4-5 м/сек. Установлено, что для иссле-

О

дуемого диапазона концентрации излучения (до 3400 Вт/м ) наблюдается линейная зависимость 1КЗ, Ршх и небольшой рост КПД (0,2/0, что позволило судить об эффективности использования предлагаемой системы. Сравнение результатов исследования параметров СБ с применением системы охлаждения и без неё, соответствующих одинаковой плотности потока излучения Е=1400 Вт/м2 показывает, что применение ребристых тептоотводов серийного производства в качестве системы пассивного охлаждения приводит к росту или стабилизации коэффициента полезного действия .

Исследованы также СЭ скоммутированные последовательно из СЭ с отдельными теплоотводами, изолированными друг от друга. Для облегчения коммутации использованы СЭ, изготоалеиныэ из кремния . разного типа проводимости на основе КДБ 10 и п+п-с?рун*уры СБ состояла из 9 СЭ, размер каждого элемента 30 X 30 мм'.

Для выявления потенциальных возможностей кремниевых СЭ на основе планарных р-п перехотос, и предпочтительного коэффициента "концентрации солнечного излучения для случаев активного теплоот-вода была разработана технология изготовления СЭ с различной топологией фронтальных контактов. В качестве исходного материала использованы КЭФ 4,5 и п+п-структуры. Для обеспечения низкого сопротивления фронтального с-лоя диффузия бора проводилась на глубину более I мкм с использованием двухстадийного процесса.

Разработаны и изготовлены четыре типа топологии фронтальных контактных соток, представляющие собой прямоугольную и радиально-кольцевую формы. Контакты рассчитаны на равномерную освещенность.

В случае прямоугольной контактной сетки имеется центральная ш;ша шириной до I мм, шесть шя шириной до 0,5 га, расположенных симметрично относительно центральной шиш и перпек.щкулярние им контактные линия шириной ло I мм. Для СЭ с различными условиями концентрации солнечного излучения (КСИ) расстояние между контактными линиями меняются от 2 до I мм.

Радиально-кольцевая контактная сетка рассчитала на КСИ до 100 крат., прямоугольная с расстояниями меж:;у дорожками 2, 1,5, I мм .соответственно дта КСИ до 50, 50-75, 75-100 крат.

предварительный отбор СЗ проводился измерением нагрузочгшх В.« в условиях А'/1 1,5 (2=900 Вт/и2, Т=20°С). СЭ имели при этом ' 1кз' 0>R_I л- ^хх? 0-56-0,53 В.фг 0,6-0,63. С целью уменьшения сопротивления контактных дорожек в условиях "СП увеличивали их сечение, припаивая дополнительные контактные ш-лны.

Исследование проводилось в установке с двухосной системой сложения. Концентраторы солнечной энергии имели дпамэтр 760 мл, и фокусное расстояние оСО мл Световой поток регулировался при помощи диафрагм, изменяющих апертуру концентраторов и его рабочую площадь. Степень КСИ определялась с помощью калиброванного СЭ. Температура элемента в процессе измерений терпостатировалась ка уровне 60-65°С за счет применения подложки с прлпатнными СЭ и присоединенными к тепловой трубе типа иснарлтелъною термосифона, снабженного рабочей андкостью-ацетом. Это позволило поддержать температуру на заданном уровне при КСй до 100 крат.

Приведены нагрузочные БАХ ся для двух топологий фронтальных контактных сеток при различных геометрических коэффициентах КСИ. Устаноалено преимущество фронтальных контактных сеток с радиально-кольцевой топологией над сетками прямоугольной формы. Кривые до уровня концентрации излучения 60 крат, практически мало различаются. Далее наблюдается рост 1КЗ и Р0ЫХ для СЭ снабженных радиаль-íio кольцевыми контактами, а для СЭ с прямоугольными сетками наблюдается насыщение кривых. При геометрическом КСИ Кс=100, максимальный 1кз дяя СЭ с радиально-кольцевчми сетками более 35 А, в тс время как для элементов с прямоугольной топологией контакта- менее 29,5 А. Мощность, вырабатываемая СЭ с радиально-кольцевой топологией контактов не достигает насыщения даже при геометрическом КСИ

более ТСЛ крат. Прирост мощности для СЭ с радиально-кольцевой топологией контактов по сравнению с прямоугольной контаткной сеткой при Кс=100 составляет около 3 Вт.

Характер изменения в зависимости от степени КСИ показы-

Ко

вает преимущества СО с радиально-кольцевой сеткой над прямоугольной топологией контактов, как по скорости нарастания, так и по абсолютному значению.

В опытном производстве НПО "Физика-Солнце" также разработана технология изготовления концентраторных СЭ на основе арсекпца галлия Производственная линия включает в себя участки подготовки подложек, изготовление р-п перехода методом яидкофазной э пи-такс ии и токосьемных контактов с применением методов фотолитографии и электрохимического осаждения, просветления и измерения параметров солнечных элементов

Технология изготовления СЭ па основе арсенида галлия включает выращивание слоев арсепида галлия и р-ЛР* ётсМх (с Х^ 0,75) на подлогах арсенида галлия из растворов галлм. На под-, ложу арсенида галлия с концентрацией приноси теллура (1-5) 10 см-3 последовательно формируются слой арсенида галлия легированный теллуром до (1.-3) 1017см"3 тслшгаюй до 20 мкм, диффузионный слой р-типа проводимости легированный цинком толщиной 0,9-1,? мкм, слой ЛРг р-типа легированный цинком .до (2-3) Ю13

см толщиной до 2,5 мкм и просветляющее покрытие полученное анодированием .

Использовал графитовый контейнер поршневого типа с вертикальным расположением пакета поцю;хэк, позволяющая одновременно выращивать слои с производительностью до 270 см"'' за один технологически;; цикл. Выращивание производится из ограниченного ебьема раствора, причем толщина раствора между пластинами арсенида галлия площадью 26 X 26 м:/" изменялись с пределах 300-1500 мкм.

фронтальные контакты создавались непосредственно на поверхности арсенида галлия р-типа проводимости после селективного травления ело;. Си,.^5. Такой контакт отличается повышенной прочностью, что делает СЭ устойчивым к повреждении во время пайки или сварки.

О

Приводятся гистограмма процента выхода СЭ размером 5X6 мм'* (спроектирована 1С СЭ ка одной пластине размером 26 X <В м?^), измеренное в условиях Е=550 Вт/м * X 50 и температуре Т=?0°С для 300 СЭ. Среднее значение КПД составляет 17,5 а максимальное

значение до 23 %. Количество СЭ с КПД 15 % и выце составляет более 90 % от общего количества СЭ.

Спектральные характеристики и нагрузочные ВАХ для разных КСН СО показывает перспективу их использования не только в условиях космического пространства но к в наземных условиях.

Для использования концентраторных СЭ в наземных условиях необходимо увеличить их геометрические размеры, чтобы получить больше мощности при относительно низких значениях КСИ, что привело бы к облегченна отвода тепла к стабилизации тепловых условий Однако, увеличение размеров структур пркзодит к более жестким требованиям к режиму изготовления структур.Поэтому, изменения в технологии изготовления структур касались тех операций>(которые дают возможность достижения однородности параметров СЗ и увеличению выхода годных структур из пакета пластин. ¡

Однородность по концентрации носителей заряда базовго слоя и толилшы его достигнуто отжигом раствора при температуре выше, чей температура начала процесса выращивания, в течение 60-70 мин. Толщина выращенного базового слоя увеличено до 25 мкм. Диффузия «инка в базовой слой арсени^а галлия лроводаиаль при температуре вы;це (на 30-40°С) температуры эпитаксии слоя оптического oiaia J¡Cx до контакта структуры с раствором. Таллина диффузк-

ониого слоя составляла до 1,5 мкм.

Выращивание слоя JM?* Ocu-<S¡s проводилось в условиях изменяющейся скорости охлаждения от 0,5 до ОД °С/мин, что привело к улучшению качества поверхности структур.

Формирование фронтальных контактов с применением процессов селективного травления, фотолитографии и электрохимического осаждения ь этом случае стало"легче.увеличатся выход годных структур.

Для улучшения адгезии фронтальные контакты нанесены на селективно вытравленное углубления слоя p-JlP* ¿«u-fis на p-íMs согласно топологии рисунка контактов. Термоотжиг контактов проводился при температурах 550-600°С.в течение 3-7 мин.в атмосфере водорода, после чего повторно контакты (серебро) для утолшения сече-''ния контактов. Лужение контактов проводилось методом окунания в припоП II0C-6I при температурах 240-270°С.

Измеренное значение сопротивления контакта изменялось в пределах (I-C) 10" Ом с;.г в зависимости от условий термоотжига к концентрации дырок з слоях p-ßrJIs . Такая величина сопротивления контакта позволило получить коэффициент заполнения ВАХ СЭ от 0,7 до 0,8 при KCl! (50-70) AM 1,5.

Приводятся результаты измерения параметров СЭ размером 5X6 мм", спроектированных на одной пластине арсенида галлия в условиях Л?! 1,5 (2=850 лт/м~, Т=25°С). Значение КПД составляло от 19,3 до 21,6 Исходя пз этого мо;-но заключить, что п случае изготовления СЭ с площадью до 4 см2 ;.ю;:шо надеяться получение эоИектиБНости преобразования до 18,9

Изготовлены концзнтраторные СЭ с площадью 3 см'". При прямом солнечном освещении Е=800 йг/м2, ?=20°С СЭ имели следующие параметры: 11^=0,93-0.56 В, 1кз=60-80 мА, =0,7-0,73 и КГЩ. до 17, В условиях 70 АМ Т,5 выходная мощность СЭ была около 3 Зт.

На основе проведенных исследований и разработанных СЭ изготовлена фотоэлектрическая станция, содержащая 100 модален. Каждый модуль состоит из .шизы Френеля, СЭ впапшого в герметичный корпус из нержавеющей стали и радиатора для рассеквалия тепла. Конструкция модуля позволяет изменять КСИ в пределах от 30 до 150 крчт за счет перемещения СЭ вдоль оси линзы.

Приведена принципиальная схема конструкции фотоэлектрической станции, которая имеет двухкоордилатиую систему слежения с точностью 3-7 угловых минут и потребляемую мощность 22 Вт. Конструк-' тивно станция состоит из четырех блоков по 25 модулей каадый. Предусмотрена возможность съема и замени любого блока или модуля, чтобы облегчить комбинирование СЭ по параметрам с целью повышения 1ШД станции или замены вышедшего пз строя модуля.

В шестой Главе рассмотрены вопросы разработки технологии изготовления СБ, СФЗС и их применения в наземных условиях республики Узбекистан.

Отработана методика разбраковки СЭ по точке оптимальной нагрузки при заданном значении внешней нагрузки в условиях АМ 1,5 с разбросом значений тока 1-4 %.

Предложена и реализована методика изготовления СБ из СЭ с разными типами проводимости исходного материала и показана возможность увеличена коэффициента упаковки СЭ, приводящее к увеличению вырабатываемой мощности с единицы площади батареи.

Проанализированы различные варианты конструкции и способы герметизации СБ, применяемых в наземных условиях с учетом коэффициента упаковки, удельной мощности, нзготоаления, транспортировки и эксплуатации. Показана предпочтительность плоской конструкции СБ, позволяющая получение больших коэффициентов упаковки СЭ и, упелыюй мощности СБ.

Приводятся результаты исследования по разработке технологии гэрмзтнзацки СБ различной мощности о площадь» от нескольких см" до I м2 с применением корпусов из различных материалов и без корпуса непосредственно па стекле.

Разработана технология герметизации СЭ с помощью ПВБ-пленки топшиюй 0,7-0,8 :.зл и кремнпйорганпческого каучука С'Уп;. в случае применения ПВБ-аяенки СЗ монтировались между двумя ео слоями, а с фронтальной стороны в качестве защитного покрытия использовалось стекло толшшюй 2-5 мм.

Сравнением параметров СЗ до и после гэргдетизации установлено, что в основном уменьшение 'тока 1.<3 происходит за счет частичного отражения падающего солнечного излучения от поверхности стекла. Лучшие результаты подучены в случае применения полированных стекол или фотопластинок с толщиной до 2 мм.

В результате эксплуатации и испытаний СБ в натурных услозиях з течение 4-5 лет установлено, что адгезия герметика, в случае применения СХТК, зависит от состава композита, температуры полимеризации и площади СБ.Устаноадено, что цгя улучшения адгезии неоо-хоцимо ввести ме'хду стеклом и герметиком дополнительны."; слой клз-ющего состава на основе кремшйорганического лаков типа Г.0-9СЯ.

Рассматрилаются возможности применении СЗ в качестве альтернативных источников электропитания В зависимости от характера потребителей электроэнергии условно СБ и С-ЗС разбиты на две группы: а) Пореносныо и'передвижные станции и батареи, предназначенные для электроснабжения маломощных рассредоточенных потребителей, удаленных от централизованных источников электроснабжения. Такие источники питания в основном используются для бытовых нудд потребителей; б) Стационарные СФЭС большой мощности (0,5 КВт и более), работающие в автономном режиме, применяемые для электроснабжения производственно-хозяйственных и бытовых нуад потребителей,

Приводятся в качестве примеров результаты испытания и эксплуатации разработанных и изготовленных следующих СБ и ОФЭС: I. Переносная СБ для электропитания бытовой радиоаппаратуры на ос-'Нове СЭ паух типоразмеров 14 X 25 и 25 л 27 мм", имеющие соответственно следующие характеристики при Е=б50 Вт/'м , Т=20°С; 1,ГШ1 -1ГЗ=1С« мА, Мхх=0,56 В, 1опт=35 МА, ИОПТ0,45 В, ^ =0,67, £ = 13,02 1; ИТШ] - Ткз-,170 !лА, '.1^0,53 3, 1ОПГ=140 мЛ, НОПТ=0,45 В, ^ =0,<Ч, I =Ц,5 %

Лая полного удовлетворения входных параметров радиоприемни-

ков с напряжением питания 9 Е и токами до 50 мА и до 140 мА 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 4=850 Вт/и"1, Т=21°С. Показано, что в зависимости от толпины и качества стекла потери мощности СБ составляет от 8 дс 20 КПД-соответственно составляет 9,6 и 9 % для батарей первого и второго типоразмеров соответственно.

2. Переносные СБ для подзарядки аккумуляторных батарей (АБ). Мощность и электрические паоаметры такой СБ должны быть достаточна для совместного использования её с АБ, либо для подзарядки АБ, либо для непосредственного электроснабжения хозяйственных или бытовых приборов с напряжением 12 В и мощностью до 25 Вт.

Приводятся конструкция и технология'изготовления переносной СБ, которая состоит из четырех модулей, разворачивающиеся вокруг одной осп благодаря разновысоким шарнирам. 3 собранном виде СБ представляет собой чемодан разметом 450 X 370 X 80 мм^, общая масса 12 Гг. Параметры СБ испытаны в натурных условиях л установлено, что мощность батареи составляет более 20 Вт.

3. Система электрического опаешения от СБ. Основным требозанием

к системе электрического освещения от СБ - обеспечение возможности работы в ночное время в течение 4-6 часов, универсальность (обеспечение возможности подключения других потребителей энергии, совместимых по мощности), простота эксплуатации. Система состоит из: 4-6 параллельно ско?,мутированных СБ, высокочастотного инвертора, АБ и опорно-поворотного устройства Разработаны два вица системы электрического освещения переносная и стационарная

Высокочастотный инвертор с частотой генерации 25 КГц для электропитания люминисцентных ламп мощностью 40 Ит имеет КПД около 90 % и защиту от высокочастотных помех.

В качестве АБ исиользозанн кислотные АБ емкостью 50-75 А/ч г. для стационарного варианта системы электрического освещения щелочные АБ емкостью 127 А/ч.

Приводятся нагрузочные ВАХ отдельного модуля и всей системы, измеренная в.натурных условиях г.Ташкента. Параметры системы электрического освещения, состоящего из четырех блоков через ' лет эксплуатации и измеренные в условиях Е=790 Вт/м2 и Т=20ЭС бы ли следующие: Их;,=20,8 В, 1кз=3,6 Л, Иопт=14 В, 1опт=3,3 А.. Изменение электрических параметров (ухудшение мощности в основном объясняется ухудшением оптических свойств защитного стекла.

4 Переносная №ЭС мощностью 100 Вт. для электроснабжения отдельно расположенных объектов.

Приводятся технология изготовления СФЭС, состоящей из унифицированных блоков и транспортабельной модульной конструкции. Отдельный блок (СЕ) состоит из 36 последовательно соединенных СЭ размером 60 X 60 мм Размер блока 385 X 385 X 6 шг. 05ЭС состоит из 15 блоков.

Приведена нагрузочная ВАХ отдельного СБ и всей СФЭС, измеренная в условиях г.Ташкента £=850 Вт/м2 и Т=13°С. При этом мощность СБ и всей СФЭС составляли соответственно 7,3 и 101 Вт.

СФЭС комплектуется 2-3 АБ емкостью по 50 А/ч каждый, блоком контроля уровня заряд-разряда АБ (контроллер), двумя светильниками мощностью' 13 Вт каждый. Сборка' и разборка СФЭС проводится в течение 10-15 мин без специальных инструментов Несущая арматура СФЭС изготовлена из отходов производства алюминия. Вес С<*>ЭС (без АБ) около 60 Кг.

5. Автономный солнечный Фотоэлектрический комплекс (СФК). Ав тоном-нш! С^К является примером станции стационарной конструкции СФК состоит из пяти мобильных солнечных модулей (СМ), трех преобразователей постоянного тока с напряжением на входе 12-14 В и обеспечивающей на выходе переменный ток с.частотой 50 Гц и 25 КГц при напряжении 220 В, водоподъемного насоса типа "Малыш" или аналаги, четырех люминисцентных ламп ЛДС-20, электрической машинки для стрижки овец, АБ суммарной мощностью около 500 А/ч.

Каждый СМ состоит из 15 СБ.Батарея тлеет 40 последовательно соединенных СЭ размером 60 X' 60 мм2. Размер СБ после герметизации составляет 500 X 320 X 6 мм3, вес 2,1 Кг.

Каркас СМ сварной из отдельного стального уголка или дураио-миния, размер его составляет 1750X1450 X 1100 мм3. В зависимости от условий потребления энергии как модули, так и СБ могут коммутироваться внешне параллельно. Приводятся нагрузочные ВАХ отдельной СБ и С!.! Мощность СБ при Е=800 Вт/м2и Т=25°С составляла '-10 Вт, а СМ ~ 140 Вт..

Солнечные модули могут работать автономно, а также в общем электрическом режиме. Испытания СФК в натурных условиях показывает, что конструкция обеспечивает необходимую механическую прочность к устойчивость при ветровой нагрузке до 20 м/сек.

Для комплектации СФК в зависимости от энергетических парат,ют-ров потребителя разработаны три типа инверторов: I ВЧ-инвертор для питания люминисцентных ламп. При частоте генера-

ции 25 КГц расчетный КПД инвертора около 90 % ;

2. Инвертор низкой частота с согласующим электронным блоком Мощность инвертора ¿О и 200 Вт при частоте 50 Гц ;

3. Инвертор для трехфазной коммутации электрической мощности.Выходное напряжение инвертора 36 В при частоте 220 Гц

1 В завершавшей части диссертации проанализированы возможности использования СБ и СТЭС в условиях республики Узбекистан в зависимости от хозяйственно-экономических и физико-географических особенностей регионов. Территория республики условно разбита на 5 регионов исходя из степени энергообеспеченности, развитости гидросооружений и вида занятия населения. Предлагается различные конструкции и комплектности СБ к 0?ЗС для различных видов потребителей энергии в зависимости от мощности, назначения и условий эксплуатации. Рассчитано потенциальное разовое потребление в СБ и СФОС в республ!тке, которое составляет более 30 МВт с годовым обновлением в более, чем 3 МВт

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом выполненной работы, направленной на решение поставленных задач, является следующие научные и практические результаты:

1. Показана возможность достижения высоких КПД, обусловленные высокими электрофизическими параметрами исходного материала, применением современных конструкций СЭ и прецизионных технологических операций на дорогом оборудовании, использованием текскурирования, диффузии, формирования контактов, пассивирующих и просветляющих покрытий методами вакуумного к электрохимического осаждения и.фотолитографии.

2. УстаноЕчены необходимые условия, обеспечивающие возможность изготовления эффективных СЭ в условиях опытного производства на основе'предложенной методике селективного отбора отбракованных пластин кремния, обуславливающие применения современных методов создания бездефектной поверхности, формирование р-п перехода методом диффузии, изготовления токосьемных контактов, пассивирующих и просветляющих покрытий методом вакуумного напыления.

3. Впервые разрабс-аны и изготовлены твердотельные источники диффузии многократного пользования на основе селективно травленного, для улучшения коэффициента адгезии, кристаллического кремния

4 с нанесенным на него соединением фосфора и разработана технология формирования диффузионных слоев, обеспечивающие изменение толшинн и концентрации носителей заряда управлением параметров технологического процесса

4. Впервые созданы эффективные токосъемные контакты на осно-веА1-<5и(1-5Й А1)-5и к кремниевым СЭ, обеспечивающие омический контакт, обусловленное подлегировалием подконтактны;с слоев алюминием в случае исходного кремния р-типа, формирование туннельного перехода в случае кремния п-типа и облуживаьие контакта в вакууме при помощи лучевого нагрева в едином технологическом процессе нанесения Развита технология изготовления контактов на основе системы титан-нгасель-медь, последовательно напыляемые на структуры различной площади через маски с отработанной методикой утолщения методом окунания в припой олово-свинец.

5. Разработаны технологии текстурирования кремниевых пластин химическим методом и вакуумного напыления одно и двухслойных аффективных просветляющих покрытий на основе , 0г , ZnS . позволяющих уменьшение коэффициента отражения от поверхности структур СЭ до минимума, равного коэффициенту отражения фронтальных контактов.

6. Предложена методика исследования неоднородностей исходного кремния путем создания мнкро СЭ на одной пластине и изучением их фотоэлектрических параметров от места расположения по поверхности пластин. Выявлено влияние неоднородностей на нагрузочные ВАХ СЭ и показано, что изменение величин 1кз, И^, ^ , {> микро СЭ коррелирует с параметрами технологии изготовления исходного материала. С учетом результатов исследований разра:бстана технология изготовления СЭ с. КПД 15 % и более на неоднородных материалах из отходов монокремния с площадью 30 см2 и более.

7. С использованием преимуществ методов одновременной .двухсторонней диффузии и щщкофазной эпитаксии из ограниченных объмов

, раствора исследована возможность изготовления двухсторонкно чувствительных- СЭ и показано, что максимальный ток 1кд достигается при сопоставимости толшины и длины диффузии неосновных носителей заряда базового материала Установлено, что значение 1КЗ для СЭ с техстурированной поверхностью больше 1кз СЭ с полированной поверхностью во всем интервале толшины материала базы

8.Впервые предложена конструкция СЭ с эффектом "захвата" из-

лучения и показана возможность реализации прп кидкофазной эпитак-сии слоев кремния из ограниченных площадей подлояек, позволяющее получения эпитаксиальннх слоев с неоднородной границей раздела и обеспечивающее необходимый коэффициент отражения излучения, падающего со стороны р-п перехода.

9. Разработана, технология получения диффузионных слоев кремния легированного индием из предложенного пленкообразующего источника покрытого защитным слоем из окиси кремния, предотвращающего растворение поверхности в процессе диффузионного отжига и экспресс методика определения концентрации носителей в диффузионных слоях.

10. Исследована возмо.тлость изготовления концентраторных СЭ с планарным р-п переходом на дисках отбракованных пластин КЭ1> 4,5 с диамаетром 76 мм. Изучено влияние радиально-кольцевой и прямоугольной топологии фронтальных контактов на выходные электрические параметр!' СЭ в условиях концентрированного излучения. Установлена предпочтительность радиально-кольцевой топологии контактов, позволяющие получить макисмалышй ток IR3 до 36 А и И^ 0,6 В при геометрическом коэффициенте KCI1 Кс=М0 А?Л 1,5.

11. Разработана технология изготовления концентраторных СЭ на основе гетеропереходов системы арсенидгаллия-арсекиц алюминия в условиях опытного производства и изготовлена фотоэлектрическая станция модульной конструкция, состоящая из 100 фотомодулей и рассчитанная на 300 Вт выходной мощности. Ка;да51 модуль собран из СЭ

п

с площадью 3 см и концентрической линзы Френеля и рассчитана на работу в условиях Кс=(60-70) AM 1,5.

12. Создана технология герметизации СБ плоской онструкции методом заливки на основе СКТН и стекла толщиной 2-5 мм с площадью до I мм*\ Показано, что адгезия герметика к стеклу зависит от состава композита, температуры цолшлеризацни и площади СБ. Выявлены возможности улучшения адгезии герметика к стеклу при введении меиду шили "буферного" слоя из кремний органических лакоз.

13. Разработаны и изготовлены СБ и С-^ЭС различной конструкции мощности и назначения, позволяющие обеспечить энергией различных

потребителей.

- СБ для питания бытовой радиоаппаратуры мощностью 0.5-1 Вт,

- переносная складная СБ мощностью 20-25 Вт, позволяющая обэспе--чить энергией переносные бытовые приборы,

- -

- система электрического освещения от СБ (переносной п стационар- ' ный варианты)- мощностью 30 и 45 Вт, обеспечивающее освещение объекта в ночное время суток совместно с АБ;

- переносные СФЗС мощностью ТОО Бт и более (варианты с развертыванием на земле п на ркыше спец.автомобиля) с мобильной конструкцией , обеспечивающий энергией отдельные объекты совместно с АБ или без неё;

- автономный С'ЗХ, состоящий из 5 СМ, 3 инверторов, насоса для глубинного подъема воды, электрической машинки .для стрижки овец и нескольких ЛБ, позволяющий автономную или одновременную эксплуатацию СМ Комплекс предназначен для автономного применения в условиях отдельно расположенных сельхоз объектов для производственных ми бытовых нужд потребителей. 1

14. На основе проведенного анализа выявлены возможности не-' пользования СЭ в условиях республики Узбекистан в зависимости от хозяйственно-экономических и физико-географических особенностей регионов Исходя из степени эисргообеспеченности и развитости гидросооружений, вида занятий населения террирория республика условно разбита на 5 регионов и в зависимости от условий предложено применением СБ к 01>ЭС различных конструкций и комплектности. Проведена' оценка потенциальной возможности потребления СБ и С5Э0, которая составляет более 30 МВт, с годовым обновлением более 3 Ют.

Основное содержание диссертационной работы опубликовало в следующих научных публикациях.

1. Гуламова М.Л , Потаенно К Д , Нигманов 0., Турсунов М.Н., Таш-мухамедова М.З., Якубова М С , Япарова Н.Р., Солнечные элементы

из отходов нонокремния серийного производства, Гелиотехника, 1920, № 4, с 31-34.

2. Гуламова М.А , Потаенко К.Д., Турсунов М.Н., Якубова М.С., Япарова Н Р., Способ легирования полупроводниковых пластин из параллельного источника, авт свид. СССР Ш517665,от 12.08.88 г.

3. Гуламова М.А , Завгороднев Ю.А., Нигманов 0., Потаенко К Д., Турсунов !.! II , Способ изготовления кремниевых солнечных элементов, авт свид. СССР ,'54251394, от 08 10.88 г.

4 РА Мумипов, М Н Турсунов, Опытное производство солнечных элементов на основе отходов монокремни, Гелиотехника, 1991, й 4, с.73-75.

5 P.A.Mji.íhhob, M H Турсунов, Сшткое производство фотоэлектрн- -ческих преобразователе;'! для концентрированного солнечного излучения на основе арсенида галлия, Гелиотехника,. 1991, J26, с.48-49.

6. Бустанов Х.Х., Мирзабаев М., Потаенко д.Д., Турсуноз 1.1.II., Устройство для жидкостной эпитаксии полупроводниковых структур, аЕГ.свид. СССР Ш737Э9, от 15.04.85.

7. Аль-Оран Б.Ф., Муминов РА., Турсунов М.Н., Влияние свойств исходного кремния на характернотики солнечных элементов, Гелиотехника, 1993, ;М,с 21-23.

8.Аль-Сауд М.С., Ахмедов О.А., Турсунов М.Н., Исследование кремниевых солнечных элементов изготовленных на основе забракованных материалов радиоэлектронной промышленности, Гелиотехника, 1994, ЙЗ, с 76-78. -

9. Аль-Оран Б.Ф , Дадамухамедов С., Муминов Р к , Турсунов М.Н., Исследование фотоэлектрических свойств п+п-структур, как фактора увеличения КПД солнечных элементов, тезисы доклада Второго Международного научного семинара "Многослойные, варизонные, периодические полупроводниковые структуры и прибора на их основе", Нукус, 1993, с 73-74

10. Аль-Оран Аль-Сауд М.С , Каримов AB., Муминов Р А., Турсунов М Н., 0 герметизации фотоэлектрических батарей, Гелиотехника, IS94, .•> 2, с 12-14.

II Аль-Оран Б.Ф., Ануфриеэ Г.Г., Дадамухамедов С., Муминов P.A., Турсунов М.Н., Переносная солнечная батарея, Гелиотехника, 1994, .',! 3, с.75-76

12. Аль-Оран Б.Ф., Дадамухамедов С., Мумпноз P.A., Турсунов H.H., Фотоэлектрическая батарея для питания бытовой радиоаппаратуры, Гелиотехника, 1994, 1'3, с. 15-17.

13. Аль-Оран Б.0., Муминов Р.А , Очилов С.Н., Турсунов M.II., Влияние неоднородноетеи исходного кремния па нагрузочные вольт-амперные характеристики солнечных элементов, Гелиотехника, 1994, .'»3, с.4-7.

14. Аль-Оран S.S., Аль-Сауд 1.5 С., Ануфриев Г.Г., Муминов ?.А , Турсунов М.Н., Переносная солнечная фотоэлектр'тчеогая сталям на основе кремниевых солнечных элементов, Гелиотехника, 19?4, !Ь 4, с.39-42,

15. Аль-Оран Б.Ф., Мумикоа P.A., Турсуиов М.Н., Влияние неодно-родностей'исходного кремния на электрические параметры солнечных элементов, тезисы докладов Международной конференции молодых фи- , зиков по "Твердотельной электронике", Наманган, 1994, с.51

16. Ф.А.Али, З.Мухамшд, М.Н.Турсунов, М.Хамрит, Эффективный источник ди*>Ьузии фосфора многократного использования .для солнечных элементов. Гелиотехника, 1996, JM, с 82-84.

IV И АГуламова, Г.А.Захаров, Р А.Муминов, М.Н.Турсунов, Кремниевые солнечные элементы с текстурированной поверхностью, Гелиотехника, 1995, М, с.22 25. .

18. Муминов Р. А , Али ФА., Захаров Г. А | Очилов С.М., Турсунов М., Исследование возможности увеличения эффективности забракованных структур солнечных элементов технологическими методами, Гелиотехника, 1996, ,'55, с 34 -39.

19. О.Дадамухамедов, Р.А.Муминов, З.Мухаммад, М.Н Турсунов, М.Хамрит, Исследование влияния термоотжига токосьемных контактов в жидкой фазе на свойства солнечных элементов, Гелиотехника, 1996, J56, с.73-76.

20. Аль-Оран БФ., Дадамухамедов С., Лайеб Н , Муминов Р.А , Саидов АС., Турсунов 1.1 Н., Кремний легированный индием - материал для фотоэнергетики, Гелиотехншса, 1997, J.M, с 16-20.

21 Ладамухамедов С., Нуминов P.A., Мухаммед 3., Нурбаев K.M., Турсунов М Н , Исследование кремниевых солнечных элеыентоз в условиях концентрированного излучения до 5 крат., Гелиотехншса, 1997-, Ш. с.7-10.

22. Р.А.Муминов, М.Н Турсунов, С М Очилов, Исследование влияния температуры диффузии на характеристики солнечных элементов на основе отходов электронной промышленности, Гелиотехншса, 1936, Гс2, с 19-21.

1,23. Н.Кивалов, Р.А Муминов, 3 Мухашад, У. А.Хаджиев, М.Н.Турсунов, Исследование возможностей использования кремниевых солнечных элементов в условиях концентрированного до 100 излучения, Гелиотехника, 19Э6, .'«3, с 44-43

21 С Дадамухамедов, М Н.Турсунов, 3 Мухаммад, М Якубова, ".опцентраторные со.лнечные элементы на основе арсенида галлия с эффективностью 20 % и более, тезисы докладов Международной конфе-

ренции "Проблемы теоритической физики и физики тзердого тела", Бухара, 1997 г., с 27

25 Дадамухамедов С., Муминов Р А , Туроунов М Н , Хамрит М , Эсенкулов К А., Повышение эффективности солнечных элементов технологическими методами, Гелиотехника, 1997, №2, с 3-7.

26 Мирзабаев М., Расулов К., Турсунов И.II , Комилов А., Тшиход-яаева С , Солнечная фотоэлектрическая станция О^ЭС-ЮО, тезисы докладов I-Международной научной конференции "Новые материалы

и приборы", Ташкент, 1994, с 184

27. Ф.А.Аля,.Р.А Муминов, С М.Очилов, М.Н Турсунов, М.Хамрит, Автономны;! солнечный фотоэлектрически:} комплекс '- источник электропитания сельхоз объектов, Гелиотехника, 1996, №4, с 37-40.

28. Турсунов М Н., Муминов Р А , Очилов С.М , Состояние и перспективы развития солнечных элементов на оснозе кремния, Гелиотехника, 1998, ;«2, с 34-48.

29. Р.А.Муминов, С М.Очилов, Т.Т.Рискиев, М.Н.Турсунов, Некоторые возможности использования солнечных фотоэлектрически станций и батарей в условиях республики Узбекистан; Гелиотехника, 1996, К2, с 32-36.

30 Алъ-Оран Б.'?., Лайеб Н , Саидов А.С., Сапаров Д В., Турсунов М.Н , Исследование возможности жидкофазного выращивания кремния легированного индием для изготовления солнечных элементов, Гелиотехника, 1998, №2, с 66-70.

Кремний монокристалл ч^инцллари асосида эффектпп !г,уёш злементлари тохнологиясини яратиш ва тахркбавий ишлаб чш$арнш.

Турсунов Муцачац Нишанович Гукз^ача мазмунл

Диссертация кремний монокристалл чтушдилари асосица бевоси-та ва зичлаштирилган нурларда ишлай олациган ^уёш злементлари) ЦЭ), батареялари (КБ), фотозлектрик станциялар (<1>ЭС) яратишинг технологии ва техник ечимларшш топ1Шга баиглланган. ■

тайерлаш учун бощлангич хом ашьё булган креший монокрис-тали чициндшгаридан КЭТ> 4,5, ¡-ДБ '10, эпитаксиал п-^атлами цалишш-ги 8-45 мкм ва 4-20 Ом см булган п+п-структураларни селектив саралаш ва группалаы усули штаб чицилган. ^ар хил структурам Г$Э параметрларнга технологии факторлар ва бонлачгич хом ашьё хусу-еиятларининг таъсири Tanjraj ^шншган.

Тадрибавий ишаб чи^ариш шароитида р-п утиши планар туз мшили булган эффектив 1^3 ишлаб чш^ариш технологидсгаш яратиш ^уйида-ги янги ишапмаларга асосланган: фосфор киршмалари асосида диф-Фузион цатлам олиш методикаси ва фосфор дпффузиясишшг манбаи; AI- ¿п (1-5 % kI)-Sn га асосланган ток таиувчи ^ар хил топология-ли контакт системаси; термоишлов, текстуралаш, бир ёяи икки |$ат-лаши антирефлектив тушамалар (,SnDitZ^S асосица) ёрцами-да электрик ва оптик йу^отишларни камайтириш усулларини куллап; р-п ва п+п-утиклари шаклланишини ся$атли тандамаш учун, бор ва фосфорни бирданига цаттик кисши манбаьлардая шски томонлама диффузия 1$илиш методикаси

Кремний монокристали чициндилари асосвда }[Э замонавий конст-ругауиларини (икки томонлшла сезгир ЦЭ, нурни "цамраб олувчи" алементлар, киришмали фотоутказувчанликка асосланган 1$Э, зичлаш-тирилган нурлар билан ишлашга асосланган яратиш имкониятлари урганилган. •

У,ар хил цувватли (0,5 Вт дан 600 Вт гача), конструкциям (кутарма, йигма, з^аракатланувчи, стационар) ва сосали КБ ва ФЭС тайерлаш технологияси ишлаб чшумган. СКТН ва ПВБ-пленкаларни цуллашга асосланган »заси I мигача булган ясси конструкциями ¡¡Б герметизациялаш технологияси яратилган

Узбекистан республикаси шароитида 1$Б ва ФЭС 1$уллашнинг потенциал имкониятлари з^исоблаб чщарилган.

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY AND EXPERIMENTAL PRODUCTION OP EFFECTIVE SOLAR CELLS ON TiiE BASE OF SINGLE CRYSTALLINE SILICON WASTES

TUItSUNOV MUHAMMAD NISHANOVICH •ABSTRACT

The dissertation Is devoted to the development of technological and technical bases oi construction or effective solar cells, fcattsries and photoelectrical stations utilising the single crystalline silicon wastes for direct and concentrated radiation.

Methods of selection and grouping of Initial films of single crystalline'silicon KEF-4.5, KDB-10, single layer n+-n structures with epitaxial n-layer of width 8-45 pa and specific resistance 420 Owen) liave been developed for solar cell fabrication. The effect of properties of the initial material and technological factors on parameters of different structures of solar cells has been Investigated,

Technology or fabrication of effective solar cells with planar construction has been developed for experimental production using the new so] id state source of phosphor diffusion, new Al-Sn (1-5£ Al)-Sn contacts, methods of reduction of electrical'and optical losses by thermal annealing, texturing, bIngle and double layer S10 , Sn02, ZnS enllghtemnenters, methods of simultaneous double-sided dlfru3lon of boron and phosphor from B- lid state sources enabling formation of p-n and n+-n Junctions.

Modern constructions of solar cells utilising the advantages of the impurity photovoltaic effect, the effect of radiation capture, double-sided sensitive and concentrator solar cells were Investigated on the base of the single crystall silicon wastes.

Technology of fabrication of solar batteries and photoelectrical stations of different power from 0.5 to 600 W, construction »and objectives have been developed. Technology of hennetlzatlon of plane construction solar Latteries with area from several cm2 to 1 m2 has been developed using CKIN- end PVB-flLna.

Parameters of solar batteries and photoelectrical station shave been Investigated for natural conditions of Uzbekistan. Possibility of utilization of the solar batteries and photoelectrical stations Is analysed and evaluated that depends on economical, physical and geographical pecularltles of the region.