Proceedings of the European Summer School of Photovoltaics 4 â 7 ...

More documents

Recommendations

Info

ezpośrednio po obróbce laserowej oraz po usunięciu uszkodzeń powstałych w jej wyniku. Laserowe teksturowanie powierzchni krzemu polikrystalicznego pogarsza właściwości elektryczne ogniw fotowoltaicznych wykonanych z przygotowanych w ten sposób płytek (rys. 3). Ogniwa słoneczne wykonane z płytek z laserowo teksturowaną powierzchnią, charakteryzują się bardzo niską sprawnością zależną od warunków obróbki laserowej oraz rodzaju wytworzonej tekstury. W związku z tym wprowadzono dodatkowy etap polegający na trawieniu teksturowanej powierzchni w roztworze 20% KOH w temperaturze 80°C. Usuwano wierzchnią warstwę materiału o grubości w zakresie 20…80 µm. Sprawność ogniw fotowoltaicznych przygotowanych w ten sposób zwiększa się o 1,72% w porównaniu do ogniw wykonanych z płytek nieteksturowanych i trawionych i o 1,11% w stosunku do ogniw wytworzonych z płytek teksturowanych alkalicznie. Selektywne spiekanie laserowe elektrody przedniej Dokonany przegląd piśmiennictwa [5–8] oraz własne badania [9] pozwalają na stwierdzenie, że warstwa elektrody powinna spełniać różne wymogi, aby zapewnić niską rezystancję strefy połączenia elektrody z podłożem. Szczególne znaczenie posiada odpowiedni dobór materiału (elektrody i podłoża), warunki jego wytworzenia, kształt oraz rozmiar elektrody, przyczepność elektrody do podłoża i morfologia podłoża. Materiał do badań Badania wykonano na płytkach z krzemu monokrystalicznego firmy Deutsche Solar AG domieszkowanego borem. Istotnym aspektem pracy było wytworzenie siatki kontaktowej elektrody przedniej na powierzchni ogniwa fotowoltaicznego o różnej morfologii, z zastosowaniem selektywnego spiekania laserowego. Elektrody przednie opracowano w celu określenia przydatności poszczególnych past srebrnych z wykorzystaniem technologii mikroobróbki laserowej. Wyboru składu chemicznego past dokonano doświadczalnie, a mieszanki przygotowano przy użyciu mieszadła mechanicznego. Dobór udziału poszczególnych składników pasty najlepiej dobranej do wytworzenia elektrody przedniej ogniwa fotowoltaicznego przedstawiono w tabeli 1. Układ testowy elektrod wytworzono podczas mikroobróbki laserowej pasty w selektywnie wybranych obszarach na powierzchni ogniwa fotowoltaicznego za pomocą lasera gazowego CO 2 , będącego na wyposażeniu urządzenia EOSINT M 250 Xtended. Do najważniejszych parametrów urządzenia zalicza się: moc lasera (270 W), prędkość skanowania wiązki lasera (max. 3,0 m/s). Tab. 1. Właściwości pasty opartej na bazie proszku srebra Metodyka badań W pracy dotyczącej mikroobróbki laserowej elementów krzemowych ogniw fotowoltaicznych z monokrystalicznego krzemu wykonano następujące badania: ● opracowanie układu testowego elektrod I i II (gdzie rozmiar pasków – elektrod przednich dla układu I: 2 × 10 mm, a odległości pomiędzy nimi: 2,5; 5; 10; 20 mm, natomiast rozmiary elektrod przednich dla układu II wynoszą: 5 × 10 mm, a odległości pomiędzy nimi: 1; 2, 4; 8 mm); ● właściwości elektrycznych elektrody przedniej przy zastosowaniu metody linii transmisyjnych TLM (ang. Transmission Line Model ) na stanowisku opracowanym w Instytucie Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych; ● badania topografii powierzchni wytworzonej elektrody przedniej oraz strefy jej połączenia z podłożem z wykorzystaniem mikroskopii konfokalnej CLSM 5 Exciter firmy Zeiss, wyposażonym w laser diodowy o mocy 25 mW emitujący promieniowanie o długości fali 405 nm. Wyniki badań W tej części pracy dokonano klasyfikacji właściwości elektrycznych układu testowego elektrod przednich ogniw fotowoltaicznych. Jako kryterium doboru warunków pracy lasera przyjęto minimalny przedział wartości rezystancji właściwej (minimum, maksimum) połączenia elektrody przedniej z podłożem krzemowym. Na podstawie wykresów przedstawiających rezystancję w zależności od odległości pomiędzy elektrodami obliczano rezystancję właściwą kontaktów ρ c oraz wyznaczono parametr L T (droga wpływu prądu). W niniejszym artykule ogniwa fotowoltaiczne z elektrodą zbierającą wykonano na podstawie uzyskanych najlepszych rezultatów rezystancji właściwej elektrod przednich zmierzonych metodą linii transmisyjnych TLM. Bazując na wynikach doświadczalnych serii stwierdzono, że spośród analizowanych elektrod przednich metodą linii transmisyjnych najmniejszą wartość rezystancji właściwej uzyskano w przedziale (tab. 2): ● 0,17…0,50 Ω · cm 2 (min. ρ c = 0,17 Ω · cm 2 , P = 37,8 W) w przypadku układu testowego elektrod I, ● 0,53…0,98 Ω · cm 2 (min. ρ c = 0,53 Ω · cm 2 , P = 37,8 W) w przypadku układu testowego elektrod II, na podłożu nieteksturowanym bez naniesionej warstwy antyrefleksyjnej ogniwa fotowoltaicznego o średniej grubości 35 µm. Bazując na wynikach doświadczalnych, stwierdzono że morfologia podłoża krzemowego ma duży wpływ na uzyskiwaną minimalną wartość rezystancji układu testowego elektrod, spiekanego laserowo z pasty A. Dla podłoża z teksturą jest ona większa niż dla podłoża bez tekstury, a związane jest to z występowaniem pustych obszarów pod kontaktami, gdyż średnia wysokość teksturowanej powierzchni dla Si (100) wynosi 3…9 µm. Warstwa antyrefleksyjna zapobiega odbijaniu się światła i stratom energii, ale jednocześnie tworzy barierę Oznaczenie pasty Wielkość bazowego proszku srebra, [nm] Udział masowy składników w wytworzonych pastach, [%] Proszek bazowy Nośnik organiczny Szkliwo ceramiczne Powierzchnia fotoogniwa* Mikroobróbka laserowa A < 40 nm 83 15 2 1– 4 * 1. nieteksturowana z naniesioną warstwą antyrefleksyjną, 2. nieteksturowana bez naniesionej warstwy antyrefleksyjnej, 3. teksturowana z naniesioną warstwą antyrefleksyjną, 4. teksturowana bez naniesionej warstwy antyrefleksyjnej Rys. 4. Trójwymiarowa topografia powierzchni elektrody przedniej wykonanej z pasty A na powierzchni nieteksturowanej z naniesioną warstwą ARC przy mocy wiązki lasera 40,5 W i prędkości skanowania 50 mm/s (CLSM) 90 Elektronika 6/2012
Tab. 2. Wyniki średnie, odchylenia standardowe oraz przedziały ufności dla 1 – α = 0,95 z pomiarów rezystancji właściwej elektrod przednich selektywnie spiekanych laserowo w zależności od mocy wiązki lasera przy prędkości skanowania 50 mm/s na powierzchniach nieteksturowanych bez naniesionych warstw antyrefleksyjnych ogniw fotowoltaicznych Symbol Moc wiązki lasera [W] L16 37,8 Prąd [mA] Rezystancja ρ c [Ω·cm 2 ] 10 0,167 30 0,165 50 0,168 UKŁAD I UKŁAD II Średnia [Ω·cm 2 ] Odch. standard. Przedział ufności 0,17 0,001 0,16 Selektywne spiekanie laserowe elektrody przedniej monokrystalicznego ogniwa fotowoltaicznego stanowi innowacyjne rozwiązanie w porównaniu z konwencjonalną metodą wypalania w piecu taśmowym na podczerwień. Ponadto mikroobróbka laserowa elementów krzemowych ogniw fotowoltaicznych z monokrystalicznego krzemu o różnej morfologii, w tym selektywne spiekanie laserowe elektrody przedniej do jego powierzchni z użyciem lasera CO 2 , wpływa na poprawę jakości ogniwa przez minimalizację rezystancji połączenia elektrody przedniej z podłożem. Tak wytworzone elektrody przednie wykazują lepsze właściwości elektryczne niż nanoszone tradycyjnie metodą sitodruku i wypalania w piecu taśmowym przy minimalnej wartości rezystancji połączenia elektrody przedniej z podłożem krzemowym. Spośród analizowanych elektrod przednich lepszymi właściwościami elektrycznymi oraz strukturalnymi charakteryzują się spiekane laserowo elektrody niż elektrody uzyskane w metodzie klasycznej. L16 37,8 10 0,547 30 0,517 0,53 0,02 0,49 Praca częściowo realizowana jest w ramach projektu NN 508 444 136 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. 50 0,520 Literatura w strefie połączenia między warstwą elektrody i krzemem, co wpływa na zwiększenie rezystancji pomiędzy elektrodą, a krzemowym podłożem. Ponadto grubość nanoszonej warstwy wywiera wpływ na strukturę uzyskiwanej elektrody oraz na wartość rezystancji układu testowego elektrod. Stwierdzono, że spiekane laserowo układy testowe elektrod o średniej grubości 35 µm stanowią zagęszczone i dobrze przylegające do podłoża krzemowego warstwy bez porów i nieciągłości. Natomiast układy testowe elektrod o średniej grubości 15 µm posiadają obszary całkowitego odsłonięcia krzemowego podłoża wewnątrz elektrod oraz uszkodzenia w postaci mikropęknięć powstałych podczas mikroobróbki laserowej. Rysunek 4 przedstawia przykładową topografię powierzchni elektrody przedniej wykonanej z nanopasty i spiekanej laserem przy odpowiednio dobranych zaleceniach technologicznych. Podsumowanie Chemiczna metoda teksturowania powierzchni przez trawienie w wodnych roztworach wodorotlenków stosowanych dla krzemu monokrystalicznego jest nieefektywna w przypadku krzemu polikrystalicznego z uwagi na przypadkową orientację krystaliczną poszczególnych ziarn. Teksturowanie powierzchni krzemu polikrystalicznego z zastosowaniem lasera neodymowego Nd:YAG, zapewnia zwiększenie absorpcji promieniowania słonecznego. Ponadto zastosowanie dodatkowej operacji technologicznej w produkcji ogniw fotowoltaicznych wytworzonych z płytek teksturowanych laserowo, polegającej na chemicznej mikroobróbce powierzchni krzemu w roztworze KOH, pozwala na poprawę właściwości elektrycznych w porównaniu do ogniw wykonanych z płytek nieteksturowanych lub z teksturą wykonaną przez trawienie w roztworze KOH:IPA:DIH 2 O. [1] Dobrzański L.A., Drygała A., Panek P., Lipiński M., Zięba P.: Development of the laser method of multicrystalline silicon surface texturization. Archives of Materials Science and Enginerring 38/1 (2009) 5–11. [2] Dobrzański L.A.: Niemetalowe materiały inżynierskie. WPŚ, Gliwice 2008. [3] Goetzberger A., Hoffmann V.U.: Photovoltaic solar energy generation. Springer, Berlin, 2005. [4] Nositschka W.A., Beneking C., Voigt O., Kurz H.: Texturisation of multicrystalline silicon wafer for solar cells by reactive ion etching through colloidal masks. Solar Energy Materials and Solar Cells, 76 (2003) 151–166. [5] Exner H., Regnefuss P., Hartwig L., Klötzer S., Ebert R.: Selective laser sintering with a Novel Process. Proceedings of 4 th International Symposium on Laser Precision Microfabrication, Munich, 2003, 145–151. [6] Petch T., Regenfuβ P., Ebert R., Hartwig L., Klötzer S., Brabant T., Exner H.: Industrial laser micro sintering, Proceedings of the 23 rd International Congress on Applications of Lasers and Electro-Optics, 2004. [7] Alemán M., Streek A., Regenfuβ P., Mette A., Ebert R., Exner H., Glunz S.W., Willeke G.: Laser micro-sintering as a new metallization technique for silicon solar cells. Proceedings of the 21 st European Photovoltaic Solar Energy Conference, Dresden, Germany, 2006, 705. [8] Gautero L., Hofmann M., Rentsch J., Lemke A., Mack S., Seiffe J., Nekarda J., Biro D., Wolf A., Bitnar B., Sallese J.M., Preu R.: All-screen-printed 120-µm-thin large-area silicon solar cells applying dielectric rear passivation and laser-fired contacts reaching 18% efficiency. Proceedings of Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), 34th IEEE, 2009, 1888–1893. [9] Dobrzański L.A., Musztyfaga M.: Effect of the front electrode metallisation process on electrical parameters of a silicon solar cell., Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, Vol. 48/2, 2011, Issue 2, 115–144. Elektronika 6/2012 91
Page 1 and 2: Proceedings of the European Summer
Page 3 and 4: Spis treści str. 1. Analysis of se
Page 5 and 6: Fig. 4. Spectral reflectance depend
Page 7 and 8: tures in comparison to so far used
Page 9 and 10: Summary The silver nanopowder paste
Page 11 and 12: B A Rys. 5. Modele cząsteczek stos
Page 13: Laser texturing and microtreatment
Page 17 and 18: Tab. 1. Elementy składowe komercyj
Page 19 and 20: Rys. 2. Analizowane kształty tekst
Page 21 and 22: Podsumowanie W wyniku badań doświ
Page 23 and 24: a) b) Fig. 4. ITME image: a) graphe
Page 25 and 26: To obtain the total thickness of th
Page 27 and 28: Optical and electrical parameters o
Page 29 and 30: Antireflection coating with plasmon
Page 31 and 32: Technological issues and optimizati
Page 33 and 34: GaAsN as a photovoltaic material -
Page 35 and 36: AP-MOVPE technology of AIIIBV-N het
Page 37 and 38: optical and structural features wer
Page 39 and 40: chanism, as it provides alternative
Page 41 and 42: The experimental results showed in
Page 43 and 44: de are believed to change the ioniz
Page 45 and 46: pyrrolidone). To 0.04 g of polymer
Page 47 and 48: Fig. 2. Structure of a) Poly(3-hexy
Page 49 and 50: 0,03 0,02 10 Current density (mA/cm
Page 51 and 52: Fig. 1. (A) Schematic representatio
Page 53 and 54: Azaheterocyclic materials for organ
Page 55 and 56: The influence of inclination and az
Page 57 and 58: Fig. 6. Hourly distribution of radi
Page 59 and 60: Fig. 2. CNT layer resistivity chang
Page 62: IV Elektronika 6/2012

Proceedings of the European Summer School of Photovoltaics 4 â 7 ...

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?

Proceedings of the European Summer School of Photovoltaics 4 â 7 ...