Wyniki wyszukiwania

PIOTR PANEK

Przyrządy półprzewodnikowe, jakimi są ogniwa fotowoltaiczne, muszą być zabezpieczone przed szkodliwym wpływem czynników zewnętrznych. Stosuje się do tego celu różnego rodzaju warstwy zabezpieczające. Obecnie najpopularniejsze warstwy zabezpieczające to wszelkiego typu polimery. Najczęściej stosuje się octan polietylenowo winylowy EVA (Ethylene-Vinyl-Acetate). Ogniwa słoneczne zabezpiecza się w postaci modułów, które powstają w procesie laminacji w podwyższonej temperaturze i w obecności próżni. Innym ważnym elementem modułu jest przednia szyba zabezpieczająca moduł mechanicznie. Szyba taka jest bardzo odporna mechanicznie (szkło hartowane), ale jednocześnie jest bardzo ciężka. Z tego powodu czasami jest ona eliminowana z modułu fotowoltaicznego. Zastępowana jest innym materiałem, na przykład blachą aluminiową na tylnej części modułu. Eksperyment Wszystkie badania dotyczące przedsta-wionych sposobów laminacji niskotempera-turowej przeprowadzono w Laboratorium Fotowoltaicznym Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN (LF IMIM PAN) w Kozach. Ogniwo referencyjne stosowane do pomiarów charakterystyk prądowo-napięciowych skalibrowano w Institute für Solarenergieforschung w Hameln Emmerthal (Niemcy). Typowy proces laminacji ogniw słonecznych składa się z 7 etapów, zależnych od stosowanej technologii, sprzętu oraz użytych materiałów. Natomiast prowadzone badania składały się z 4 zasadniczych kroków pokazanych na rys. 1. Materiałem bazowym użytym do badań w niniejszej pracy były: płyty [...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/3

» Wpływ rodzaju materiałów stosowanych do laminacji ogniw fotowoltaicznych na ich charakterystykę I-V

PAWEŁ ZIĘBA

Ogniwa fotowoltaiczne postrzegane są jako bardzo nowoczesne i - co najważniejsze - ekologiczne źródła energii. Z wielu powodów wydają się być wręcz idealnym źródłem energii. Jednym z nich jest fakt, iż Słońce, którego energię ogniwa fotowoltaiczne konwertują na energię elektryczną można uznać za źródło "nieskończone". Wiek Słońca szacuje się na 4,6 miliarda lat, jest ono w połowie swojego życia a to oznacza, że świecić będzie jeszcze przez około 5 miliardów lat [1]. Same ogniwa także wydają się być konwerterami energii o żywotności sięgającej kilkudziesięciu lat, pod warunkiem, że zostaną prawidłowo zabezpieczone przed wpływem czynników zewnętrznych. Czynniki te mogą prowadzić nie tyle do uszkodzenia ogniw, co do znaczącego spadku ich wydajności oraz mają wpływ na estetykę samych ogniw. Z tego powodu stosuje się bardzo wyrafinowane i trwałe materiały zabezpieczające, wśród których najpopularniejszym jest obecnie polimer EVA (Ethylene-Vinyl-Acetate). Standardowo łączy się ten materiał z wysokiej jakości szkłem hartowanym, które spełnia także funkcje ochrony przed czynnikami pogodowymi. Tak powstała warstwa zapewnia ogniwom żywotność (rozumianą jako odpowiednio wysoka sprawność konwersji) na poziomie 25 do 30 lat. Szyba jest najbardziej popularnym rozwiązaniem gdyż łączy w sobie najwięcej zalet, jednak zdarzają się sytuacje, w których stosowanie szyby jest niepożądane. Wówczas jedynym rozwiązaniem jest umieszczenie podłoża nośnego pod ogniwami. Podłożem takim mogą być blachy stalowe, aluminiowe bądź kompozyty plastikowe. Przednią stronę ogniw zabezpieczyć wtedy można przy użyciu materiałów takich jak:[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/4

» Badanie właściwości cienkich warstw antyrefleksyjnych z dwutlenku tytanu w strukturze ogniwa fotowoltaicznego

W strukturze klasycznego jednozłączowego ogniwa słonecznego istotną rolę pełni warstwa antyrefleksyjna (ARC-Anti Reflection Coating). Obecność na powierzchni struktury ogniwa cienkiej, przezroczystej dla promieniowania słonecznego warstwy z materiału o współczynniku załamania światła w przedziale 1,3 ≤ n ≤ 2,5 sprawia, że część promieni świetlnych, które uległy odbiciu od powierzchni krzemu jest zawracana do wnętrza ogniwa. Dążenie do opracowania prostych i tanich technologii wytwarzania warstw ARC doprowadziło do przebadania wielu substancji pod ich kątem zastosowania, jako warstwy antyrefleksyjne. Poniżej w tabeli 1 przedstawiono materiały wykorzystywane do wytwarzania warstw antyrefleksyjnych.Jednym z ważnych materiałów, który może być wykorzystany do wytworzenia cienkiej antyrefleksyjnej warstwy w technologii jednozłączowych krzemowych ogniw fotowoltaicznych jest dwutlenek tytanu. Pokrycie powierzchni ogniwa warstwą dwutlenku tytanu znacznie poprawia parametry struktury fotowoltaicznej. Poniżej w tabeli 2 przedstawiono możliwości poprawy parametrów ogniwa fotowoltaicznego przy zastosowaniu dodatkowej operacji technologicznej, jaką jest wytworzenie warstwy ARC. Tab. 2. Porównanie parametrów jednozłączowego krzemowego ogniwa słonecznego z warstwą antyrefleksyjną wytworzoną na powierzchni struktury metodą CVD (Chemical Vapor Deposition) (zaczerpnięto z [2]) Tabl. 2. Comparison of single-junction silicon solar cell with ARC on the surface structure produced by CVD method (Chemical Vapor Deposition) (taken from [2]) Antyrefleksyjną warstwę z dwutlenku tytanu wykonano przy wykorzystaniu technologii polegającej na nanoszeniu metodą druku sitowego specjalnie spreparowanych past na bazie wybranych związków tytanowych [3]. Prace wykonano Instytucie Chemii i Technologii Organicznej Politechniki Śląskiej, w laboratoriach technologicznych Instytutu Elektroniki Politechniki Śląskiej w Gliwicach oraz w Laboratorium Fotowolta[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/4

» Wykorzystanie mikroskopii sił atomowych w badaniach nad formowaniem powierzchni krzemowych ogniw słonecznych

Olbrzymi wpływ na sprawność krzemowych ogniw słonecznych ma stan powierzchni płytki podłożowej. Powszechnie stosowanym zabiegiem podnoszącym stopień konwersji energii słonecznej na elektryczną jest teksturyzacja powierzchni krzemu. Jednak tego typu strukturę można przede wszystkim wytworzyć poddając procesowi trawienia krzem monokrystaliczny. W przypadku powszechnie stosowanego obecnie do w[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2008/1

» Wytwarzane metodą laserową kontakty punktowe Al-Si w aspekcie zastosowania w ogniwach słonecznych na bazie krzemu krystalicznego

PIOTR PANEK

JADWIGA KWIATKOWSKA

PIOTR ROBERT SOCHA

Najważniejszym obszarem prac rozwojowo-badawczych w dziedzinie krzemowych ogniw słonecznych jest osiągnięcie jak najwyższego współczynnika konwersji fotowoltaicznej przy minimalizacji grubości płytki krystalicznej. Redukcja grubości stwarza istotny problem wynikający z faktu, że używana do uzyskania tylnego kontaktu cienka warstwa aluminium o grubości około 25 μm, nanoszona metodą sitodruku, w związku z różnicą współczynnika rozszerzalności cieplnej wynoszącego dla Si - 2,35·10-6 K-1 a dla Al - 25,3·10-6 K- 1, powoduje wyginanie się płytki, przez co limit jej grubości umożliwiającej wytworzenie ogniwa w tej technologii jest określany na 200 μm [1]. Ponadto wytwarzana tylna warstwa Al posiada w zakresie fal długich współczynnik odbicia zaledwie na poziomie 70…80% oraz umożliwia jedynie redukcję prędkości rekombinacji powierzchniowej (SRV) na tylnej powierzchni do wartości około 500 cm/s [2]. Biorąc pod uwagę powyższe fakty, jednym z rozwiązań jest pasywacja tylnej powierzchni ogniwa i wytwarzanie kontaktów punktowych, co pozwala na zachowanie dużej frakcji tylnej powierzchni z warstwą pasywującą. Uwodorniona warstwa krzemu amorficznego (a-Si) zastosowana na Cz-Si, typu p, o rezystywności 6…9 Ωcm, umożliwia po wygrzaniu niskotemperaturowym redukcję SRV do 30 cm/s [3], a nawet jest możliwe uzyskanie wartości na niewiarygodnie niskim poziomie 3 cm/s na Si typu p o rezystywności 1,6 Ωcm i 7 cm/s na Si typu p o rezystywności 3,4 Ωcm [4]. Aplikacja a-Si w strukturę ogniwa krystalicznego pociąga jednak za sobą komplikacje w sekwencyjności jego wytwarzania, a mianowicie konieczność eliminacji dalszych procesów wysokotemperaturowych w których warstwa a-Si ulega mikrokrystalizacji. Jedynym rozsądnym rozwiązaniem wydaje się w tym przypadku wytworzenie kontaktów punktowych metodą laserową (rys. 1). Rys. 1. Schemat ogniwa słonecznego z sekwencją kontaktów punktowych wytworzonych impulsem prom[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/5

» Badania nad możliwościami jednorodnego domieszkowania warstwy emiterowej struktury fotowoltaicznej w niskiej temperaturze procesu dyfuzji

EDYTA WRÓBEL

W przeprowadzonych badaniach skupiono się na domieszkowaniu dyfuzyjnym podłoży krzemowych typu "p" z wykorzystaniem jako źródła donorów fosforu. Fosfor jako domieszka dyfundująca pozwala na szybkie obniżenie kosztów produkcji masowej ogniw słonecznych, co w pełni uzasadnia kontynuację wybranego kierunku badań. Jako pierwsze źródło domieszki wykorzystano rozwirowywane szkliwa domieszkowe, w których źródłem domieszki był kwas ortofosforowy. Ich skład jest przedmiotem wieloletnich badań prowadzonych w Instytucie Elektroniki Politechniki Śląskiej [1-3]. Drugim źródłem domieszki była pasta fosforowa P101 firmy Soltech. Technologia wytwarzania roztworów domieszkowo-krzemowych Przygotowanie roztworu domieszkowego składało się z dwóch etapów. W pierwszym przygotowano roztwór bazowy, w drugim właściwy roztwór domieszkowy. Taki podział jest niezwykle istotny, gdyż na podstawie tego samego roztworu bazowego można przygotować różne roztwory domieszkowe. Badany roztwór domieszkowy został przygotowany w oparciu o kwas ortofosforowy. Kolejne etapy wytwarzania roztworu domieszkowego przedstawiono w tabeli 1. Następnie szkliwo było nanoszone na płytki krzemowe metodą spin-off. Na każdą płytkę nanie[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/5

» Model dyfuzji fosforu w krzemie wykorzystywany do wyznaczania profilu koncentracji domieszki w warstwie emiterowej ogniwa słonecznego

EDYTA WRÓBEL

Celem prowadzonych przez autorów badań było opracowanie modelu opisującego proces dyfuzji i pozwalającego na wyznaczenie profilu koncentracji fosforu (domieszki szybkodyfundującej) w technologii wytwarzania warstwy emiterowej jednozłączowego krystalicznego krzemowego ogniwa fotowoltaicznego. Złącze w takiej strukturze jest złączem położonym na głębokości kilku dziesiątych mikrometra. Wytworzenie tak płytko położonego złącza z wykorzystaniem fosforu jako domieszki donorowej wymaga stosowania niskich temperatur procesu i krótkich czasów dyfuzji (rzędu 5-10 minut). Takie warunki wytwarzania warstwy emiterowej są wymagane w technologii wytwarzania tanich ogniw słonecznych wykorzystującej nanoszenie źródła domieszki w postaci pasty na płytkę krzemową metodą sitodruku. Ze względu na bardzo duże rozbieżności pomiędzy profilami wyznaczonymi na podstawie opisywanych w literaturze modeli [1-15], a pomiarami rzeczywistych struktur konieczne stało się opracowanie modelu pozwalającego na wyznaczenie rozkładu koncentracji domieszki zbliżonego do wyników uzyskanych z pomiarów. Parametry procesu dyfuzji Dyfuzje prowadzono z użyciem, jako źródła domieszki, pasty fosforowej o symbolu P101 wyprodukowanej przez znanego producenta, firmę Soltech. Pasta ta zapewnia: - dobrą stabilność parametrów i długoterminową trwałość, - dużą zawartość domieszki, - dobre właściwości związane ze sposobem nakładania (sitodruk). Naniesiona na pytki krzemowe warstwa pasty stanowiła wydajne źródło fosforu dla całego procesu domieszkowania dyfuzyjnego. Sposób nanoszenia pozwala na obniżenie kosztów co ma szczególne znaczenie dla produkcji wielkoskalowej [16]. W tabeli 1 przedstawiono parametry procesów domieszkowania dyfuzyjnego prowadzonych w strefie grzejnej pieca oporowego z jednostronnie otwartą rurą (w atmosferze ochronnej azotu). Dla każdej z próbek, na podstawie profilu rozkładu domieszki w emiterze ogniwa fotowoltaicznego, wyznaczono głębokość położenia[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/5

» Ogniwa fotowoltaiczne na bazie krzemu krystalicznego w aspekcie technologii przemysłowych

PIOTR PANEK

MAREK LIPIŃSKI

PAWEŁ ZIĘBA

Obecnie na świecie dominującym materiałem bazowym do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest krzem krystaliczny. Powodów takiej sytuacji jest wiele, warto wymienić tylko kilka z nich. Produkcja materiału krystalicznego na dużą skalę o dobrych parametrach technologicznych jest dobrze opanowana. Krzem jest szeroko rozpowszechniony w przyrodzie, dlatego też nie istnieje niebezpieczeństwo, że zabraknie go podczas zwiększania skali produkcji. Technologie, które wykorzystuje się do produkcji ogniw fotowoltaicznych opartych o krzem krystaliczny, są znane od wielu lat i rozwijane także w innych dziedzinach techniki, takich jak przemysł półprzewodnikowy. Ponadto ogniwa na bazie krzemu krystalicznego osiągają wysokie sprawności przy wciąż malejących kosztach. Motorem ciągłego wzrostu produkcji oraz postępu w badaniach nad technologią ogniw fotowoltaicznych jest zapotrzebowanie ze strony odbiorców. W roku 2008 moc systemów fotowoltaicznych zainstalowanych na całym świecie wyniosła 14 730 MW. Warto także podkreślić, iż skala pojedynczych przedsięwzięć w dziedzinie pozyskiwania energii ze słońca z użyciem ogniw fotowoltaicznych jest coraz większa. Przykładem może być oddana do użytku, druga co do wielkości na świecie, elektrownia słoneczna w Lieberose we wschodnich Niemczech. Elektrownia ta docelowo będzie miała moc 53 MW. Pozwoli to na zaopatrzenie w energię elektryczną nawet 50 tysięcy mieszkańców. Koszt inwestycji wyniósł 160 milionów euro. Śmiało można powiedzieć, że technologia krystalicznych ogniw słonecznych będzie dominująca w fotowoltaice przez wiele najbliższych lat. Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk (IMIM PAN) w Krakowie posiada opracowaną technologię wytwarzania ogniw słonecznych na krzemie krystalicznym realizowaną na doświadczalnej linii w Laboratorium Fotowoltaicznym Instytutu Metalurgii i Inżynierii Materiałowej Polskiej Akademii Nauk w Kozach (LF IMIM PAN) [1]. Poszczególne kroki techno[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2010/5

» Efektywne wartości współczynnika dyfuzji dla modelu domieszkowania dyfuzyjnego warstwy emiterowej ogniwa słonecznego

Głównym celem przeprowadzonych badań było wyznaczenie efektywnych wartości współczynnika dyfuzji dla modelu procesu dyfuzji zakładającego niezależność współczynnika dyfuzji od koncentracji dyfundującej domieszki. Ze względu na bardzo duże rozbieżności pomiędzy profilami wyznaczanymi na podstawie opisywanych w literaturze modeli [1-8], a pomiarami rzeczywistych profili koncentracji metodą SIMS konieczne stało się wyznaczenie współczynników modelu pozwalających na wyznaczenie rozkładu koncentracji domieszki zbliżonego do wyników uzyskanych z pomiarów. Matematyczny opis procesu dyfuzji - prawa Ficka Ilość domieszki dyfundującej w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni przekroju jest proporcjonalna do gradientu koncentracji, przy czym przesuwanie się domieszki zachodzi w kierunku mniejszych koncentracji. W przypadku dyfuzji izotropowej, co zachodzi dla półprzewodników monokrystalicznych, można napisać tzw. pierwsze prawo Ficka: (1) gdzie: J - strumień dyfundujących atomów domieszki, N - koncentracja atomów domieszki, D - współczynnik dyfuzji. J = -D⋅ gradN Stosując równanie ciągłości do (1) otrzymuje się tzw. drugie prawo Ficka: (2) gdzie: t - czas. W technologii ogniw słonecznych wytwarza się na ogół struktury płaskorównoległe i dlate[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/4

» Badanie właściwości cienkich warstw pasywujących z SiO2 w strukturze ogniwa fotowoltaicznego

EDYTA WRÓBEL

NATALIA WACZYŃSKA

Opracowano wiele technologii wytwarzania krzemowych, jednozłączowych ogniw fotowoltaicznych. Na rysunku 1 przedstawiono jeden z wariantów taniej technologii wytwarzania z wykorzystaniem techniki druku sitowego. W strukturze klasycznego krzemowego jednozłączowego ogniwa słonecznego (rys. 1) istotną rolę pełni warstwa pasywująca, wykonana najczęściej z ditlenku krzemu SiO2. Warstwy tego typu wytwarzane są standardowo przy wykorzystaniu procesu utleniania termicznego w klasycznych piecach do obróbki termicznej półprzewodników (rys. 2). Dozowniki gazów, wyposażone są w saturatory umożliwiające wykonanie procesu utleniania termicznego w tlenie "suchym" lub "mokrym". W saturatorze jest stosowana woda dejonizowana o rezystywności na poziomie18 MΩcm. Obecność na powierzchni krzemu cienkiej warstwy dielektrycznej poprawia parametry ogniwa. W tabeli 1 przedstawiono wyniki ilustrujące wpływ obecności warstwy pasywującej powierzchnię krzemu na parametry struktury fotowoltaicznej. Tab. 1. Porównanie parametrów jednozłączowego krzemowego ogniwa słonecznego z war[...] więcej»
w zeszycie ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA 2011/4