Так называемые бифациальные (двусторонние) фотоэлементы могут преобразовывать падающий на них свет в электрический ток как на фронтальной, так и на тыльной сторонах. Они на 30% мощнее обычных односторонних фотоэлементов. Бывшее ранее очень сложным производство таких двухсторонних фотоэлементов стало проще и дешевле благодаря недавно разработанному методу легирования.
Целью исследователей из отделения солнечной энергетики в Университете Констанца было упрощение производства двусторонних фотоэлементов с помощью одновременного легирования фотоэлементов с двух сторон за одну операцию. Они разработали диффузионный процесс, основанный на процессе APCVD — Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition, химическом осаждении пара при атмосферном давлении. Для этого химического осаждения из паровой фазы при атмосферном давлении они использовали новую установку производства Schmid Group. В процессе диффузии они наносили на кремниевые пластины различные функциональные слои. Университет Констанца и производитель оборудования совместно довели разработку процесс нанесения покрытия до серийной зрелости.
Пластины проходят через недавно созданную установку APCVD по пяти параллельным дорожкам, что обеспечивает производительность до 4000 пластин в час. В настоящее время в производстве фотоэлементов уже используются более 100 таких печей APCVD непрерывного потока.
Двустороннее легирование методом APCVD
Двусторонность требует дополнительного р-слоя, обычно это осуществляется за счет диффузии бора. Однако, использованная ранее диффузия бора из газовой фазы является относительно дорогостоящим и трудно контролируемым шагом технологического процесса; для нее требуется вакуум, высокая температура и длительный период времени.
Преимущество метода APCVD заключается в том, что химическое осаждение из паровой фазы происходит не в вакууме, а при атмосферном давлении, что значительно эффективнее с точки зрения энергозатраты и времени, чем при вакууме: нет необходимости вакуумировать технологическую камеру, химически активные газы попадают в инжекционной камере непосредственно на пластину. Кроме того, метод APCVD является прямоточным. Это означает, что через установку непрерывно может проходить квази-неограниченное количество пластин. Несколько нагнетательных головок последовательно исходный и покрывающий слои. Из отдельных каналов вводятся химически активные газы, которые наносят однородный слой стекла при контакте с предварительно нагретыми пластинами.
В отличие от предыдущих методов, в которых отдельные слои наносились поэтапно в условиях вакуума, новая система работает непрерывно и последовательно наносит различные легированные слои на пластины за один проход. Такой метод легирования позволяет одновременно создавать фронтальный и тыльный профили двустороннего фотоэлемента.
Двусторонние фотоэлементы
Двусторонние фотоэлементы позволяют увеличить выработку электроэнергии ресурсосберегающим образом. По сравнению с односторонними фотоэлементами выработка на естественном грунте на 8-15% выше, и на 15-30% выше за счет белых отражателей, а также при благоприятной геометрии солнечной электростанции. Наиболее важными факторами, влияющими на мощность двусторонних солнечных батарей в составе солнечной электростанции, являются отражательная способность грунта, высота, расстояние между рядами, наклон, затенение из-за опорной конструкции, а также доля рассеянного света.
Доминирующие сегодня на рынке фотоэлементы основаны на кремниевой подложке p-типа с фронтальным эмиттером, созданным диффузией POCl3 (оксихлорида фосфора), и прозрачным алюминиевым поверхностным слоем с тыльной стороны (Al-BSF). В случае с двусторонними фотоэлементами вместо этого полноповерхностного контакта используется локальный контакт с гребенчатой структурой, аналогичный металлизации фронтальной стороны. Кроме того, в качестве базового субстрата можно использовать более качественный и не разрушающийся кремний n-типа.
В то время как в случае со стандартными фотоэлементами попадание света на тыльную поверхность невозможно из-за полноповерхностного контакта слоя алюминиевой пасты, то более современные фотоэлементы типа PERC (пассивированый эмиттер и контакт с тыльной стороны) можно изготовить в двустороннем варианте. У таких двусторонних фотоэлементов типа PERC + имеется алюминиевая гребенчатая решетка на тыльной стороне вместо полноповерхностной алюминиевой металлизации. В результате тыльная сторона фотоэлемента также может поглощать падающий свет и преобразовывать его в электроэнергию. Солнечные батареи, состоящие из фотоэлементов типа PERC +, способны производить на 5-10% электрической энергии больше, чем обычные односторонние солнечные батареи.
Фотоэлементы легче производить в комплексе
Шаги технологического процесса на основе APCVD позволят удешевить производство фотоэлементов в будущем. Исследователи продолжили разработку установки для нанесения покрытий, а также разработку шагов технологического процесса. Их целью было повышение мощности слоев, легированных бором, а также повышение производительности установки, что позволит снизить затраты на производство. В настоящее время ученые сконцентрированы на том, чтобы создавать все легированные профили для двусторонних фотоэлементов одновременно и при этом как можно более рентабельно. Кроме того, они планируют уменьшить рекомбинационные потери и потери последовательного сопротивления при контакте с поверхностями, легированными бором.
В рамках следующего проекта MuSkAD партнеры по проекту SCHMID Group и Университет Констанца намерены исследовать влияние совместной диффузии на качество материала. Их цель — разработать последовательности технологических процессов для наибольшего количества поликристаллических кремниевых материалов. Они планируют использовать APCVD и совместную диффузию поликристаллического кремния для производства недорогих двусторонних фотоэлементов. Другая цель исследователей заключается в том, чтобы значительно упростить необходимую диффузионного процесса технологию термической печи. Используемые в настоящее время, сравнительно сложные печи и системы автоматизации будут больше не нужны, если пластины для диффузионного процесса можно будет просто укладывать друг на друга.
Источник: http://www.bine.info/newsuebersicht/news/solarzelle-nutzt-vorder-und-rueckseite/