ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ. СОЛНЕЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

СЭ на гибкой основе

Интересным с практической точки зрения является формирование фо­тоэлектрических преобразователей на гибкой основе. Такие СЭ имеют су­щественно меньший вес, чем обычные, и легко монтируются фактически на любой поверхности. Они могут повторять поверхность зданий и крыш,

а благодаря малому весу отпадает необходимость в усилении несущих кон-

134

струкций. Подобная технология может найти применение при создании специальной ткани со сформированным фотоэлектрическим преобразова­телем, которая может быть использована при изготовлении парусов, одеж­ды. Из такого материала можно изготавливать сумки и чехлы, например, для сотовых телефонов, плееров и т. д.

Большой интерес к подобной технологии проявляют представители во­енной прмышленности. В современных условиях в армии используется ог­ромное количество электронных устройств, каждое из которых требует обес­печения электричеством. Использование СЭ позволяет решить эту проблему. Легкие солнечные элементы на гибкой основе могут быть расположены на крыше тентов, на рюкзаках, из них может быть изготовлена даже униформа.

В настоящее время разрабатывается технология, предусматривающая использование в качестве основы пластиковой подложки, а в качестве ра­бочего слоя — аморфного полупроводника. На обе стороны гибкой пласти­ковой подложки наносятся слои металлов, один из которых — металличе­ский электрод, а другой — задний электрод. Эти слои предотвращают газо­выделение из подложки и предохраняют слои полупроводников от деграда­ции. Слои на основе a-Si:H осаждаются на металлический электрод, после чего наносится слой прозрачного проводящего электрода на основе оксидов индия и олова. В сформированных СЭ имеются два типа отверстий: одни обеспечивают электрический контакт между прозрачным проводящим элек­тродом и задним электродом, а другие — между металлическим и задним электродами. ITO имеет относительно высокое удельное сопротивление, что приводит к увеличению последовательного сопротивления СЭ. Первый тип отверстий позволяет снизить это сопротивление и увеличить эффективность сбора носителей. Лазерное скрайбирование по обеим сторонам подложки да­ет возможность сформировать отдельные элементы, последовательно соеди­ненные между собой. По такой технологии были сформированы модули на гибкой подложке размером 40 х 80 см2 на основе тандемных СЭ с /-слоями из a-Si:H. Выходное напряжение модуля составило 200 В, КПД — 10,5 %.

Формирование подобных СЭ возможно с использованием рулонной технологии.

Оригинальная технология изготовления гибких фотоэлектрических пре­образователей предложена канадской компанией «Spheral Solar» (Cambridge, Ontario). Основу таких солнечных элементов составляет множество кремние­вых бусинок, расположенных между двумя тонкими пленками алюминие­вой фольги, запечатываемых в пластик. Каждая отдельная бусинка пред­ставляет собой крошечный СЭ, поглощающий солнечный свет и преобра­зующий его в электричество. Слои алюминиевой фольги придают всей структуре необходимую прочность и служат электрическими контактами.

Для изготовления бусинок используется кремний из отходов электрон­ной промышленности. Его расплавляют и кристаллизуют в сферы диамет­ром примерно один миллиметр. Далее кремниевые сферы легируются бором для получения р-типа проводимости, а в приповерхностный слой проводит­ся диффузия фосфора, в результате чего формируется р-и-переход.

Изготовленные таким образом кремниевые шарики помещаются на пер­форированный лист алюминия, который создает контакт с поверхностью, имеющей и-тип проводимости. Далее некоторая часть поверхности сферы стравливается до ядра p-типа проводимости. Второй слой алюминиевой фольги создает контакт к ядру p-типа. После этого вся структура герметизи­руется с помощью пластика. Неровная поверхность сфер позволяет увели­чить площадь, поглощающую свет. Для фотоэлектрического преобразователя с подобной структурой получено значение КПД = 11 %, что сравнимо с эф­фективностью преобразования обычных СЭ и значительно превосходит КПД изготавливаемых в настоящее время солнечных элементов на гибкой основе. Такой материал можно размещать на поверхности любой формы и покрывать любые строения и конструкции.