RU2477905C1 - Тонкопленочный кремниевый фотоэлектрический преобразователь - Google Patents
Тонкопленочный кремниевый фотоэлектрический преобразователь Download PDFInfo
- Publication number
- RU2477905C1 RU2477905C1 RU2011137951/28A RU2011137951A RU2477905C1 RU 2477905 C1 RU2477905 C1 RU 2477905C1 RU 2011137951/28 A RU2011137951/28 A RU 2011137951/28A RU 2011137951 A RU2011137951 A RU 2011137951A RU 2477905 C1 RU2477905 C1 RU 2477905C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thin
- substrate
- steel
- film photovoltaic
- silicon
- Prior art date
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 12
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000975 Carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000677 High-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к устройствам для генерирования электрической энергии из светового излучения Солнца, в частности к конструкции фотоэлектрических преобразователей (ФЭП). Устройство представляет собой тонкопленочный кремниевый ФЭП, состоящий из стальной подложки заданного химического состава, напиленных на нее слоев кремния и контактной сетки. Стальная подложка содержит С, Аl, Сu, Сr и Ni в малых количествах. Технический результат изобретения заключается в максимизации КПД и срока службы тонкопленочных ФЭП путем подбора материала токопроводящей металлической подложки. 5 пр., 1 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для генерирования электрической энергии из светового излучения Солнца, в частности к конструкции фотоэлектрических преобразователей (ФЭП).
Технический результат изобретения заключается в максимизации КПД и срока службы тонкопленочных ФЭП путем подбора материала токопроводящей металлической подложки.
Известна конструкция тонкопленочного электрического элемента, выполненного с применением токопроводящей пленки из благородного металла [1]. В силу высокой стоимости материала такая конструкция может применяться в качестве не силового прибора - генератора энергии, а лишь маломощного прибора (датчика). Именно такой способ применения предусматривают авторы данного изобретения.
Для изготовления силовых тонкопленочных ФЭП на основе аморфного кремния применяют токопроводящие подложки из хрома, титана, ванадия, ниобия, тантала и молибдена [2]. Они пригодны для напыления на них кремния при температуре до 400°C, при более высокой температуре диффузия этих металлов в кремний становится недопустимо интенсивной. Подложки из алюминия и железа можно применять при температуре до 300°C по этой же причине. Применение медных подложек нецелесообразно из-за сильной взаимной диффузии меди и кремния даже при комнатной температуре. Использование же алюминиевых подложек затруднено из-за наличия на их поверхности плотной окисной пленки, удаление которой весьма затруднительно.
Поэтому на основании приведенных в [2] данных можно сделать однозначный вывод о том, что для низкотемпературного (ниже 300°C) напыления кремния целесообразно применение наиболее дешевой железной подложки, а тонкопленочный ФЭП на железной подложке следует считать ближайшим аналогом предлагаемого изобретения.
Однако вследствие высокой цены применение химически чистого железа для изготовления подложек ФЭП нецелесообразно - железо должно быть применено в виде стали той или иной марки. Но источник [2] не дает информации для выбора марки стали, используемой в подложке ФЭП.
Исходя из приведенных в [2] данных можно ограничить поле выбора, исключив из рассмотрения стали, легированные медью (вследствие интенсивной взаимной диффузии меди и кремния). Высоколегированные марки стали применять в качестве материала электропроводных подложек нецелесообразно вследствие их высокого удельного сопротивления [3]. Низко- и микролегированные, а также высокоуглеродистые стали характеризуются высокими механическими свойствами, резка их затруднена, поэтому их применение для электропроводных подложек неоправданно. Из рассмотрения должны быть также исключены низкоуглеродистые стали для глубокой вытяжки, раскисленные алюминием. Поскольку подобные стали содержат большое количество частиц оксида алюминия, это приводит к неконтролируемому росту контактного сопротивления на границе «подложка-полупроводник».
Изложенные выше соображения позволяют сформулировать сущность предлагаемого изобретения - в тонкопленочном кремниевом ФЭП слой аморфного кремния должен быть нанесен на электропроводную подложку из низкоуглеродистой нелегированной стали следующего химического состава: C менее 0,22%, Al менее 0,02%, Cu менее 0,3%, Cr менее 0,2%, Ni менее 0,3%.
Предлагаемый тонкопленочный ФЭП (фиг.1) состоит из токопроводящей подложки 1, изготовленной из низкоуглеродистой нелегированной стали, не содержащей алюминия. На подложку нанесены слои аморфного кремния 2, покрытые контактной сеткой 3.
Устройство работает следующим образом. При попадании солнечных лучей на поверхность ФЭП между контактной сеткой и токопроводящей подложкой возникает разность потенциалов, а при подключении к выводам ФЭП полезной нагрузки через нее протекает электрический ток.
Особенности работы предлагаемого изобретения с токопроводящими подложками из сталей различного химического состава показаны в следующих примерах.
Пример 1
В тонкопленочном ФЭП кремний напылен на подложку толщиной 0,3 мм из высоколегированной стали 08Х18Н10Т следующего химического состава: C 0,07%, Cr 18%, Ni 10%, Cu 0,25%, Аl - следы. Временное сопротивление разрыву σв=510 МПа.
КПД ФЭП при стандартных условиях испытания - 5,5%, время работы ФЭП до снижения КПД на 10% (относительных) - 43800 ч.
Пример 2
ФЭП с подложкой той же толщины из раскисленной алюминием низкоуглеродистой стали 08Ю следующего химического состава: C 0,09%, Cr 0,03%, Ni 0,06%, Cu 0,06%, Al 0,05%. Временное сопротивление разрыву σв=270 МПа.
КПД ФЭП при стандартных условиях испытания - 5,8%, время работы ФЭП до снижения КПД на 10% (относительных) - 44000 ч.
Пример 3
ФЭП с подложкой той же толщины из низколегированной (в т.ч. медью) стали 10ХСНД следующего химического состава: C 0,1%, Cr 0,8%, Ni 0,7%, Cu 0,6%, Al - следы. Временное сопротивление разрыву σв=530 МПа.
КПД ФЭП при стандартных условиях испытания - 7,1%, время работы ФЭП до снижения КПД на 10% (относительных) - 21100 ч.
Пример 4
ФЭП с подложкой той же толщины из низкоуглеродистой стали 08кп следующего химического состава: C 0,21%, Cr 0,25%, Ni 0,2%, Cu 0,25%, Al 0,01%. Временное сопротивление разрыву σв=320 МПа.
КПД ФЭП при стандартных условиях испытания - 7,1%, время работы ФЭП до снижения КПД на 10% (относительных) - 44000 ч.
Пример 5
ФЭП с подложкой той же толщины из высокоуглеродистой стали 65 следующего химического состава: C 0,67%, Cr 0,22%, Ni 0,19%, Cu 0,18%, Al - следы. Временное сопротивление разрыву σв=810 МПа.
КПД ФЭП при стандартных условиях испытания - 7,0%, время работы ФЭП до снижения КПД на 10% (относительных) - 44500 ч.
Из приведенных примеров следует, что наличие в стали таких легирующих элементов, как хром и никель, сверх допустимых концентраций ведет к снижению КПД ФЭП вследствие увеличения удельного сопротивления стали и усиления выделения джоулева тепла в толще подложки. Повышенная концентрация алюминия также ведет к повышению потерь энергии, но уже не в толще подложки, а на границе «сталь-кремний», что объясняется влиянием частиц окиси алюминия, содержащихся в стали. Примесь меди сверх допустимых концентраций ведет к быстрой деградации ФЭП вследствие взаимной диффузии меди и кремния, что вызывает сокращение срока службы устройства.
Подложки из сталей, не содержащих перечисленные примеси в недопустимых высоких концентрациях (ст.65 и 08кп), одинаково успешно обеспечивают высокий КПД и длительный срок службы ФЭП. Из этих двух марок наиболее целесообразно применение в качестве материала подложки стали 08кп, легко обрабатываемой вследствие высокой пластичности, обусловленной низким содержанием углерода.
Источники информации
1. RU 2049365 C1 Тонкопленочный электрический элемент и способ его изготовления. Заявка 4894779/25 от 12.02.91 г., патентообладатель «Эли Лилли энд Компани», США.
2. Чопра К., Дас С. Тонкопленочные солнечные элементы: пер. с английского с сокращениями. - М.: Мир, 1986. - 435 с., с ил.
3. Марочник сталей и сплавов. Под общ. ред. В.Г.Сорокина. - М.: Машиностроение, 1989. - 640 с.
Claims (1)
- Тонкопленочный кремниевый фотоэлектрический преобразователь, состоящий из стальной подложки с нанесенными на нее слоями полупроводника, покрытыми контактной сеткой, отличающийся тем, что сталь подложки содержит С менее 0,22%, Аl менее 0,02%, Сu менее 0,3%, Сr менее 0,2%, Ni менее 0,3%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137951/28A RU2477905C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Тонкопленочный кремниевый фотоэлектрический преобразователь |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137951/28A RU2477905C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Тонкопленочный кремниевый фотоэлектрический преобразователь |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011137951A RU2011137951A (ru) | 2013-03-20 |
| RU2477905C1 true RU2477905C1 (ru) | 2013-03-20 |
Family
ID=49123506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011137951/28A RU2477905C1 (ru) | 2011-09-15 | 2011-09-15 | Тонкопленочный кремниевый фотоэлектрический преобразователь |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2477905C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1405712A3 (ru) * | 1975-07-28 | 1988-06-23 | Ркакорпорейшн (Фирма) | Полупроводниковое устройство |
| JPH06334207A (ja) * | 1993-05-27 | 1994-12-02 | Canon Inc | 太陽電池モジュール |
| US6121541A (en) * | 1997-07-28 | 2000-09-19 | Bp Solarex | Monolithic multi-junction solar cells with amorphous silicon and CIS and their alloys |
| EA006755B1 (ru) * | 2002-03-05 | 2006-04-28 | Акцо Нобель Н. В. | Способ изготовления блока солнечного элемента с использованием временной подложки |
-
2011
- 2011-09-15 RU RU2011137951/28A patent/RU2477905C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1405712A3 (ru) * | 1975-07-28 | 1988-06-23 | Ркакорпорейшн (Фирма) | Полупроводниковое устройство |
| JPH06334207A (ja) * | 1993-05-27 | 1994-12-02 | Canon Inc | 太陽電池モジュール |
| US6121541A (en) * | 1997-07-28 | 2000-09-19 | Bp Solarex | Monolithic multi-junction solar cells with amorphous silicon and CIS and their alloys |
| EA006755B1 (ru) * | 2002-03-05 | 2006-04-28 | Акцо Нобель Н. В. | Способ изготовления блока солнечного элемента с использованием временной подложки |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011137951A (ru) | 2013-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2124278B1 (en) | Fuel cell separator, fuel cell separator manufacturing method and fuel cell | |
| KR102029648B1 (ko) | 고체 고분자형 연료 전지의 세퍼레이터용 금속판 및 그 제조용 금속판 | |
| CN105226123B (zh) | 具有背保护层的钛箔太阳能电池及其制备方法 | |
| US8987587B2 (en) | Metal barrier-doped metal contact layer | |
| KR101418323B1 (ko) | 고체 고분자형 연료 전지 세퍼레이터용 금속판 | |
| US10033052B2 (en) | Titanium material or titanium alloy material having surface electrical conductivity, and fuel cell separator and fuel cell using the same | |
| JP5192908B2 (ja) | 燃料電池セパレータ用チタン基材、および、燃料電池セパレータ、ならびに燃料電池セパレータの製造方法 | |
| JP5437155B2 (ja) | ２次電池用負極、電極用銅箔、２次電池および２次電池用負極の製造方法 | |
| TWI610490B (zh) | 固體高分子形燃料電池之分隔件用金屬板 | |
| WO2015059857A1 (ja) | 固体高分子形燃料電池のセパレータ用ステンレス箔 | |
| TWI570997B (zh) | Stainless steel foil for separator for solid polymer fuel cell | |
| CN103681952B (zh) | 空间飞行器用钼/铂/银层状金属基复合材料的制备工艺 | |
| Lee et al. | Self-aligned Ni-P ohmic contact scheme for silicon solar cells by electroless deposition | |
| US20100307561A1 (en) | Doped metal contact | |
| RU2477905C1 (ru) | Тонкопленочный кремниевый фотоэлектрический преобразователь | |
| Lee et al. | Review of conductive copper paste for c-Si solar cells | |
| CN102441717A (zh) | 高效薄膜太阳能电池的焊接方法 | |
| WO2003092139A3 (en) | Durable bipolar plates for fuel cells | |
| Kure-Chu et al. | Corrosion resistance of multilayered Sn/Ag3Sn films electroplated on Cu alloys for highly reliable automotive connectors | |
| JP5699624B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池セパレータ用金属板およびその製造方法 | |
| JP2015198141A (ja) | 太陽電池の製造方法 | |
| CN105226118B (zh) | 柔性太阳能电池及其制备方法 | |
| Hsiao et al. | Electroplated and light-induced plated Sn-Bi alloys for silicon photovoltaic applications | |
| Duchatelet et al. | Mechanism of Electrochemical Deposition of Cu-In-Ga Mixed Oxide/Hydroxide Thin Films for Cu (In, Ga) Se2 Solar Cells | |
| JP2012142186A (ja) | 固体高分子形燃料電池セパレータ用ステンレス鋼およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130916 |