Чистый кремний — это ключ к повышению эффективности солнечных батарей. В рамках совместного проекта «Synergy» Институт интегральных систем и технологий интегральных элементов в Эрлангене IISB исследовал вопрос о том, как металлические примеси попадают в кристаллы кремния. Такие кристаллы образуются при плавлении сырого кремния в кварцевом тигле, где они затем охлаждаются. При последующем затвердевании плавки образуется кристалл кремния с заданными электрическими свойствами.
Исследование показало, что система, состоящая из кварцевого тигля и покрытия, является крупнейшим источником нежелательных металлических примесей при производстве кристаллов кремния. Тигли изнутри покрыты нитридом кремния. Это покрытие на основе порошка нитрида кремния высокой чистоты, помимо прочего, служит разделительным слоем. В то же время оно предотвращает прилипание кремния к тиглю, из-за которого в кристалле кремния могут появиться трещины при его затвердевании.
Однако во время кристаллизации атомы металла непрерывно переходили в жидкий и твердый кремний. Затем они накапливались в кристалле кремния и ухудшали его качество. Например, в фотоэлементах, изготовленных из них позже, выход электроэнергии и, следовательно, эффективность уменьшаются. Краевые области кристаллов кремния могут быть настолько загрязнены, что их приходится срезать как бракованные.
Чтобы более точно определить, какие металлы присутствуют в кристалле кремния, из какого источника и в какой концентрации, ученые разработали специальную схему испытаний. Исследования показали, что железо, хром и кобальт присутствуют в кристалле кремния в высоких концентрациях и поэтому являются основными ответственными за снижение производительности фотоэлементов.
Исследования также показали, что высокая чистота всех вспомогательных материалов значительно снижает металлическое загрязнение в кристаллах кремния. За счет этого значительно повышается качество кристаллов и значительно увеличивается выработка электроэнергии. Однако, кварцевые тигли, например, нельзя сделать в высоком качестве. Практичным способом при промышленном производстве могло бы быть использование барьерных слоев между тиглем и покрытием из нитрида кремния, которые будут блокировать выход металлов из тигля.
Работа в рамках проекта окажет помощь промышленным производителям полупроводниковых материалов.
Проект финансируется Федеральным министерством экономики и энергетики (BMWi). Партнерами по проекту, кроме IISB Фраунгофера, являются компании AlzChem Group AG и Wacker Chemie AG.
Источник: https://www.solarserver.de/2020/08/18/photovoltaik-reineres-silizium-fuer-mehr-effizienz/