Розглянуто деякі результати дослідження впливу лазерного випромінювання на поверхню кремнієвих сонячних елементів (Чорніння), покритих тонкими шарами діелектричних плівок.

Анотація наукової статті з нанотехнологій, автор наукової роботи - Тюнін Дмитро Геннадійович, Щелушкін Віктор Миколайович, Рибін Микола Борисович, Толкач Микита Михайлович


Some results of studying the effect of laser radiation on the surface of silicon solar cells (blacking) covered with thin layers of dielectric films are considered.


Область наук:
  • нанотехнології
  • Рік видавництва: 2018
    Журнал: Євразійський Союз Вчених

    Наукова стаття на тему 'ЛАЗЕРНАЯ МОДИФІКАЦІЯ ПОВЕРХНІ КРЕМНІЄВИХ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЧЕРЕЗ ПЛІВКУ діелектриків'

    Текст наукової роботи на тему «Лазерна МОДИФІКАЦІЯ ПОВЕРХНІ КРЕМНІЄВИХ СОНЯЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЧЕРЕЗ ПЛІВКУ діелектриків»

    ?Список літератури

    1. Горбацкий Г.В. Проблеми, пов'язані з ліквідацією наслідків розливів нафти в арктичних морях / Г.В.Горбацкій. - Ленінград .: Вид-во Ленінградського університету, 1973. - Ч.3, -70С.

    2. Іванов, А.Ю. Поведінка і моніторинг розливів нафти у водах арктичних морів (на прикладі Баренцева моря) / А.Ю. Іванов, Н.В. Турло-єва, Д.В. Ивонин, А.А. Кучейко // Журн .: Захист навколишнього середовища в нафтогазовому комплексі. -2015. №5. - С. 5-15.

    3. Ізмайлов В.В. Трансформація нафтових плівок в системі океан-лід-атмосфера // Проблеми хімічного забруднення вод Світового океану / В.В. Ізмайлов. - Л .: Гидрометеоиздат, 1988. - Т. 9. - 145С.

    4. Немирівська І.А. Нафта в океані: забруднення і природні потоки / під ред. А.П. Лісіцина. - М .: Науковий світ, 2013. - 428с.

    5. Патина С.А. Нафта і екологія континентального шельфу. - М .: Изд-во ВНИРО, 2001. -247с.

    6. Поттер, С. Ліквідація розливів нафти на арктичному шельфі. передовий міжнародний

    досвід: пров. з англ. / С. Поттер, І. Бьюст, К. Трудель і ін .; під загальною ред. Д. Шольца; - М., 2013. - 139с.

    7. Ліквідація надзвичайних ситуацій та створення в арктичній зоні Далекосхідного федерального округу спеціальних пошуково-рятувальних заходів: Матеріали міжнародної конференції «Проблеми попередження та ліквідації надзвичайних ситуацій в Арктиці, включаючи питання аварійних розливів нафти»., 2022 серпня 2013 м.Москва / редкол .: І.В. Плато-ненко. - Москва: ФГБУ ВНДІ ГОЧС (ФЦ), 2013. -C. 70-77.

    8. Розливи нафти: проблеми, пов'язані з ліквідацією наслідків розливів нафти в арктичних морях. - М .: Изд-во WWF, 2011.

    9. Технології ліквідації розливів нафти в льодових морях в умовах Арктики: Матеріали XVI науково-практичної конф., «Технології забезпечення комплексної безпеки, захисту населення і територій від надзвичайних ситуацій

    - проблеми, перспективи, інновації »., 17-19 травня 2011 м.Москва / редкол .: А.В. Оіспов, П.А. Попов.

    - Москва: Всеросійський НДІ з проблем цивільної оборони та надзвичайних ситуацій МНС Росії, 2011. - С. 261-270.

    Лазерна МОДИФІКАЦІЯ ПОВЕРХНІ КРЕМНІЄВИХ _СОЛНЕЧНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЧЕРЕЗ ПЛІВКУ ДІЕЛЕКТРІКА_

    Тюнін Дмитро Геннадійович

    аспірант 2 курсу кафедри мікро- та наноелектроніки (МНЕЛ) Рязанський державний радіотехнічний університет (РГРТУ), м Рязань

    Щелушкін Віктор Миколайович головний спеціаліст, ТОВ «СОЛЕКС-С», м Рязань Рибін Микола Борисович к.ф-м.н., Доцент кафедри МНЕЛ РГРТУ, м Рязань Толкач Микита Михайлович аспірант, м.н.с. кафедри МНЕЛ РГРТУ, м Рязань

    АНОТАЦІЯ.

    Розглянуто деякі результати дослідження впливу лазерного випромінювання на поверхню кремнієвих сонячних елементів (чорніння), покритих тонкими шарами діелектричних плівок.

    ABSTRACT.

    Some results of studying the effect of laser radiation on the surface of silicon solar cells (blacking) covered with thin layers of dielectric films are considered.

    Ключові слова. Нановіскери, сонячний елемент, лазерна обробка, діелектрична плівка, модифікація поверхні, підвищення ККД сонячного елементу.

    Keywords. Nanowhiskers, solar module, laser processing, dielectric film, surface modification, increase efficiency of solar module.

    1. Введення

    Сонячна енергетика - важливе і перспективний напрямок альтернативної енергетики сучасності. Один з напрямків розвитку даної сфери пов'язано з отриманням нових матеріалів, типів, моделей сонячних елементів, а також поліпшенням вже використовуваних. Основне завдання науки в розвитку сонячної енергетики - підвищення ефективності перетворюючої здатності кожного доступного міліметра сонячного елемента. Сучасний рівень ККД промислових зразків сонячних елементів знаходиться на рівні 9-24%,

    лабораторні зразки дозволяють досягати значень до 46% [1]. Вченим доводиться буквально битися за кожну десяту частину відсотка ККД в промислових зразках.

    Один із способів підвищення ККД сонячного елементу - структурування поверхні зразка з метою підвищення площі поглинаючої поверхні елемента. Зазначеної тематики присвячено багато робіт [2-4], Мета цієї роботи -аналіз результатів спільних досліджень співробітників кафедри МНЕЛ РГРТУ і ТОВ «СОЛЕКС-С» (м Рязань).

    2. Опис проведених досліджень

    Дослідження проводилися на зразках монокристалічного р-кремнію, покритого тонким

    шаром діелектрика (рис. 1).

    Малюнок 1. Схема структури досліджуваного зразка

    Досліджуваний зразок піддавався впливу імпульсного лазерного випромінювання з довжиною хвилі 266 нм, питомою потужністю 0,3 Дж / см2 і тривалістю імпульсу 20 наносекунд без гомогенізатора, кількість імпульсів - 1000. В результаті описаного впливу на поверхні зразка сформувалися нановіскери (рис. 2, 3) . Відмінною рисою даних віскерів є те, що в аналогічних роботах з лазерної модифікацією поверхні [3-6], їх освіту відбувалося в процесі плавлення кремнію.

    Новизна наших досліджень полягає в тому, що процес утворення віскерів йде без плавлення кремнію під шаром діелектрика. Поверхня зразка покривається тонким шаром діелектрика, який майже прозорий для лазера (збільшення поглинання лазерного випромінювання спостерігається з зменшенням його довжини хвилі). Даний процес протікає при менших значеннях

    питомої потужності лазерного випромінювання, а також дозволяє зменшити кількість впливають імпульсів.

    Механізм утворення віскерів в даних умовах в літературі не описаний і до кінця не зрозумілий. Нами висловлено припущення, що спостережувана зміна структури поверхні відбувається за рахунок твердофазного випаровування. Однак встановлено, що присутність на поверхні плівки діелектрика на кремнії є важливим фактором.

    Дослідження проведені з плівками 8Ю2 різної товщини (70, 140, 210, 280, 350, 420 нм) і плівками У всіх випадках були отримані ідентичні вискер, але методом візуального аналізу виявлено, що максимально однорідний і рівномірно вдається модифікувати поверхню, покриту шаром плівки 8Ю2 товщиною 70 нм.

    Малюнок 2. вискер на гладкій поверхні зразка в різних масштабах (вид зверху)

    Малюнок 3. вискер на гладкій поверхні зразка в різних масштабах (вид збоку)

    У наших експериментах лазерній обробці піддавалася структурована і не структурована поверхню кремнію. Аналіз отриманих результатів показав, що на структурованій «пірамідками» поверхні також відбувається формування нановіскеров, проте в даному випадку вони «виростають» на вершинах «Піраміда»

    (Рис. 4). Таким чином, щільність віскерів виявилася вищою на необробленої поверхні, оскільки в цьому випадку вони «виростають» більш рівномірно. Також виявлено, що на відміну від хімічно структурованої поверхні, покрита нановіскерамі поверхня має нульовий кут блиску, що добре спостерігається візуально.

    ч / h

    | Wl "УСГ 1

    Малюнок 4. вискер на структурованій поверхні зразка в різних масштабах (вид збоку і види

    зверху)

    3. Висновок

    Аналіз отриманих експериментальних результатів показав, що описаний метод «чернения» поверхні сонячного елементу є вельми перспективним і вимагає подальших досліджень. Завданням подальших досліджень є зіставлення технологічних режимів обробки поверхні з характеристиками оброблених зразків і виявлення основних переваг методу лазерної модифікації поверхні сонячних елементів.

    бібліографічний список

    1. «Сонячна батарея» // Вікіпедія. Вільна енциклопедія [Електронний ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D 0% BB% D0% BD% D0% B5% D1% 87% D0% BD% D0% B0% D1% 8F_% D0% B1% D0% B0% D1% 82% D0% B0% D1% 80% D0% B5% D1% 8F (дата звернення: 01.04.2018).

    2. Кремньов А. Ю. Лазерна генерація структурних дефектів і твердофазної руйнування поверхні кремнію: дис. канд. ф.-м. наук. Інститут проблем лазерних та інформаційних технологій РАН, Шатура, 2003 - 117 с.

    3. Хайдуков Є.В. Лазерне текстурирование кремнію для створення сонячних елементів // Известия вищих навчальних закладів. Приладобудування - 2011, Т. 54. - № 2. - С. 26 - 32.

    4. Банішев А.Ф., Голубєв В.С., Кремньов А.Ю. Генерація та накопичення дислокацій на поверхні кремнію при впливі імпульсно-пе-періодичного випромінювання Nd: YAG лазера // Журнал технічної фізики - 2001, - Т. 71. - № 8. - 33 с.

    5. Pedraza A. J., Fowlkes J. D., Lowndes D. H. Laser ablation and column formation in silicon under oxygen-rich atmospheres // Applied Physics Letters -2000, V. 77. - No. 19. - P. 3018.

    6. Dehghanpour H.R., Parvinb P., Abdolahi S. Performance enhancement of solar panel by surface texturing using ArF excimer laser // Optik - International Journal for Light and Electron Optics - 2015-го, V. 112. - P. 5496.

    7. Спосіб отримання наномодіфіцірован-ної структури на поверхні кремнію // Патент України № 2649223. 2018. Бюл. № 10. / Хілов С.І., Худиш А.І., Щелушкін В.Н.


    Ключові слова: НАНОВІСКЕРИ / NANOWHISKERS / СОНЯЧНИЙ ЕЛЕМЕНТ / Лазерна обробка / LASER PROCESSING / ДІЕЛЕКТРИЧНА ПЛЕНКА / DIELECTRIC FILM / МОДИФІКАЦІЯ ПОВЕРХНІ / SURFACE MODIFICATION / ПІДВИЩЕННЯ ККД СОЛНЕЧНОГО ЕЛЕМЕНТА / INCREASE EFFICIENCY OF SOLAR MODULE / SOLAR MODULE

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити