Elektronika 2011-06 II.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych ...

i jego praktycznej eksploatacji. Dla przykładu, dla ogniwa Siprzy V ocwynoszącym 0,6 V, wzrost temperatury o jeden stopieńCelsjusza spowoduje spadek V oco 1,7 mV.2.2. Odbicie i absorpcja promieniowaniaelektromagnetycznegoDla promieniowania padającego na powierzchnię ogniwa słonecznego,koniecznością jest zminimalizowanie współczynnikaodbicia R refi transmisji T tak, aby całość promieniowaniabyła absorbowana w objętości aktywnego materiału ogniwa.Współczynnik absorpcji α = 4πνξ/c jest równy odwrotności grubościx warstwy materiału, w której moc promieniowania padającegoP(0) o częstotliwości ν zmniejsza się e razy przyjmującwartość P(x) zgodnie z zależnością P(x) = P(0)e -αx . Wielkośćξ jest współczynnikiem ekstynkcji, związanym z współczynnikiemzałamania światła n wzorem n * = n-iξ gdzie n * oznaczazespolony współczynnik załamania. W przypadku przejśćskośnych, tak jak ma to miejsce dla krzemu, α przyjmuje wartośćA(ν)[hν-E g±E p] 2 /{±exp(±E p/kT)-(±1)} gdzie: E pjest wartościąenergii fononu, A(ν) funkcją energii i masy zredukowanejnośników ładunku, ± określa czy fonon jest pochłaniany (+),czy też emitowany (-) [18]. Dla krzemu krystalicznego R refmawartość około 0,35 i dlatego konieczna jest jego redukcja, corealizowane jest przez pokrycie przedniej powierzchni ogniwawarstwą antyrefleksyjną (ARC) lub poprzez teksturyzacjępowierzchni ogniwa skutkującą możliwością absorpcji częścijuż raz odbitego promieniowania. Odpowiednia teksturyzacja,wykonana przed procesem formowania złącza p-n, pozwalana rozwinięcie jego powierzchni i zwiększenie prawdopodobieństwarozdzielenia par elektron – dziura generowanychw obszarze w pobliżu złącza [19]. W przypadku ogniw cienkowarstwowychtzn. ogniw o grubości od kilku do kilkudziesięciumikrometrów, teksturyzacja tylnej powierzchni powodujezwiększenie prawdopodobieństwa odbicia od niej promieniowanianiezaabsorbowanego pod kątem Ф, większym od kątaspełniającego zależność podaną przez Lamberta: sinФ = 1/n 2 , która określa kąt, pod którym odbite od tylnej powierzchnifotony opuszczą materiał o współczynniku załamania światłan, nie ulegając odbiciu od powierzchni przedniej w kierunkuwnętrza płytki. Dla Si zależność Lamberta daje kąt Ф = 17 o .W celu precyzyjnego określenia wpływu warstwy ARC lubtekstury powierzchni ogniwa na redukcję odbicia promieniowaniawprowadzono w fotowoltaice wielkość, określoną jakowspółczynnik odbicia efektywnego R eff. Jest on zdefiniowanywzorem [20]:1100∫( )ph( ) ∫ ph( ) R = R λ N λ dλ N λ dλ (7)eff400refgdzie: N ph(λ) – ilość fotonów padających na jednostkę powierzchnidla danej długości fali w czasie jednej sekundy (dlawidma słonecznego w warunkach AM1.5).Metody teksturyzacji powierzchni krzemu multikrystalicznego,stosowane w badaniach i produkcji ogniw przedstawionow tab. 6. Wartość R effpodano dla przedziału 400…1100 nmdługości fali promieniowania padającego na powierzchniępłytki nie pokrytej dodatkową warstwą ARC. Dla porównaniaR effdla krzemu multikrystalicznego po cięciu z bloku przyjmujewartość 34,8% [21].Część metod opisanych w tab. 6 nie nadaje się do zastosowaniaw produkcji, uwzględniając ich małą wydajność, jakchociażby w przypadku metody nr 1, 2 czy 8, lub problemytechnologiczne, jak chociażby trudności z uzyskaniem kontaktuelektrody przedniej do powierzchni trawionych, co występujeprzy metodzie nr 6. Metoda nr 7 – trawienia chemicznegow roztworach KOH lub NaOH jest stosowana przemysłowodo teksturyzacji krzemu Cz-Si o orientacji krystalograficznejpowierzchni (100) natomiast metoda nr 4 – trawienia kwasowegow roztworach na bazie HF jest stosowana w masowejprodukcji ogniw mc-Si. Prace badawcze wskazują także namożliwość zastosowania tej metody do usuwania warstwyuszkodzonej z powierzchni płytek mc-Si, pociętych z blokówz jednoczesną teksturyzacją ich powierzchni [33].W ogniwach słonecznych o najwyższych sprawnościachteksturyzacja powierzchni jest stosowania równocześniez warstwą ARC, co daje możliwości maksymalnej redukcjiR eff. Dla warstwy ARC ogniwa wymagane jest spełnienie kilkupodstawowych warunków. Pierwszym z nich jest jak najniższawartość współczynnika ekstynkcji ξ, co skutkuje wysoką wartościąwspółczynnika transmisji natomiast wartość współczynnikazałamania warstwy n arcmożna wyznaczyć ze związku:n arcd = λ opt/4 (8)w którym d jest grubością warstwy a λ optdługością fali dlaktórej strumień fotonów osiąga maksimum [17]. Korzystającz zależności Fresnela można obliczyć minimalną wartośćwspółczynnika odbicia promieniowania padającego z ośrodkao współczynniku załamania światła n ona ogniwo słonecznez materiału o współczynniku załamania światła n pokryte war-1100400Tab. 6. Metody teksturyzacji powierzchni krzemu polikrystalicznego stosowane w przemyśle i w pracach badawczo-rozwojowychNrMetoda teksturyzacji1 Trawienie w roztworach NaOH lub KOH z maskowaniem fotolitograficznym2 Teksturyzacja mechaniczna piłą diamentową3 Teksturyzacja laserowaR eff[%]~20~5~10Rodzaj teksturyOdwrócone regularne piramidy[22]Regularne piramidy lub rowki [23] [24]Regularne piramidy lub rowki [25] [26]4 Trawienie w roztworach kwasowych na bazie HF ~ 9 Warstwy makroporowate typu gąbki [27]5 Anodyzacja elktrochemiczna w roztworach HF ~10 Warstwy makroporowate [28]6 Trawienie w plaźmie ~3 Nieregularne piramidy typu iglic [21] [29]7 Trawienie w roztworach KOH, NaOH bez maskowania8 Trawienie w roztworach HNO 3-HF z maskowaniem fotolitograficznym~24~3Nieregularne i regularne formy geometryczne[30]Regularna tekstura w formie plastra miodu[31] [32]9 Trawienie w plaźmie z dodatkowym trawieniem w roztworze KOH ~21 Nieregularne piramidy [21]Elektronika 6/2011 77