Vékonyréteg Si napelemek, technológia fejlesztési irányok

CÉL: GYÁRTÁSI KÖLTSÉGEK CSÖKKENTÉSE (0.6$/Wp ) Eszközök: • munkaerő csökkentése – automatizálás • kapacitás növelése • fajlagos beruházási költség csökkentése • hatásfok és kihozatal növelése – technológia fejlesztés • anyagköltség csökkentése

NAGYOBB KAPACITÁSÚ, AUTOMATIZÁLT GYÁRTÓSOR

SAM MWp/év gyártósor (6% stab. hatásfok)

SAM-840 TCO 36MWp/év gyártósor (6% stab. hatásfok)

HATÁSFOK NÖVELÉSE ÉS ANYAGKÖLTSÉG CSÖKKENTÉSE

LEHETŐSÉGEK: 1/ Fény hasznosítása Fehér üveg („low iron glass” v.„white glass”) 7-8%-kal nagyobb transzparencia a 400nm -1100nm tartományban még drága -üveggyár TCO • Transzparencia • Fénycsapdázás sokszoros belső reflexió • Előállítási költség vásárolt TCO-s üveg vs. helyszíni előállítás ARC • Leválasztott réteg Nanotechnológia •Nanostrukrurált üveg •Nanostrukturált TCO •Nanokristály QD

LEHETŐSÉGEK: 2/ Abszorber réteg (Si) α-Si /µc-Si (micromorph® ) • felső dióda α-Si 1,75eV • alsó µc-Si 1,1eV • triple junction •Diódák illesztése •α-Si degradáció vs. vastagság •Vastagság vs. fényabszorpció Rétegek tulajdonsága: •Egyenletesség (m 2 !) •Rétegleválasztási sebesség •Szennyezés, •H-passziválás α-Si • Single – junction • Double junction •Sávszélesség – abszorpció •Diódák illesztése •Degradáció vs. vastagság •Vastagság vs. fényabszorpció

α-Si kettős átmenet α-Si/µ-Si tandem

T=76-80% normál üveg, ˇ~90% low iron glass (<100ppmFe x O y ) ÜVEG

Üveg ARC TCO α-Si v. µ-Si kontaktus FÉNY HASZNOSÍTÁSA

TCO - SnO 2 :F Felület strukturálása – diffúz transzmisszió Asahi TCO (SnO 2 :F) a: standard (U-type), b:kettős struktúráltságú c,d: kettős struktúráltságú struktúrált űveghordozón. →5-20%-kal nagyobb fényút a Si-ban

TCO - ZnO:Al, ZnO:B ZnO vs. SnO 2 : • Kisebb α (λ > 400nm) • Nagyobb kémiai stabilitás H 2 plazmában • beállítható felületi érdesség • alacsony T dep Leválasztási technikák • porlasztás ZnO:Al-ból (+ HCl-es visszamarás) • reaktív porlasztás (+ HCl-es visszamarás) • LPCVD ZnO:Al/B In-situ érdesség • PECVD ZnO:/Al/B

LPCVD ZnO

ABSZORBER – Si Tandem cella: • + U oc, - I sc, → • vékonyabb rétegek, kisebb degradáció (Staebler-Wronski) • Két dióda közötti kontaktus : tunnel recombination, illesztés • Band gap: a-Si ~1,75eV, a-SiGe 1,3-1,5eV (Ge tartalom), u-Si, 1,1eV → a spektrum nagyobb része hasznosul • 1-2%-kal nagyobb hatásfok Nehézségek: •bonyolultabb technológia, •hosszabb leválasztási idő, •drága GeH 4

Tandem cella • α-Si:H/µ-Si:H (IMT) Optimális működés feltételei: µ-Si:H: kis α (λ =1,1-1,7 µm )→ nagy fényút → 8-10 µm → irreális leválasztási idők (v dep, µ-Si <1/2 v dep a-Si ) anyagfelhasználás és beruházás („cluster tool” típusú PECVD reaktor) Megoldás: • TCO érdesítése, szórt fény arány növelése → ~ 1,5-2 µm µ-Si • µ-Si leválasztási paraméterek v dep : 5-10 A/sec • és reaktortípus: lehetőleg egykamrás rendszer Üveg ARC TCO α-Si µ-Si kontaktus Tandem cella áramkorlátja: α-Si:H vs. degradáció → minél vékonyabb α-Si:H → köztes reflektor alkalmazása

Tandem cella • α-SiC:H/α-Si:H • α-Si:H/µ-Si:H (IMT)

NANOTECHNOLÓGIAI ÍGÉRETEK NANOSTRUKTURÁLT ÜVEG • antireflexió Θ>150 o, - szuperhidrofób felület • öntisztuló felület Molylepke szeme: nm-es tartományban periodikus strukturáltság → ARC széles hullámhossz tartományban Előállítási technika: nagy sebességű/teljesítményű laser SiOx nanoszemcsék sol-gel leválasztása Várt eredmény 20-25%-kal nagyobb fényhasznosítás

NANOTECHNOLÓGIAI ÍGÉRETEK Sno 2 :F ZnO NANOSTRUKTURÁLT TCO Szórt fény arányának növelése → megnövelt úthossz a Si-ban, → vékonyabb Si réteg, α-Si és α-Si/µ-Si-nál egyaránt Technológia: SnO 2 :multistep CVD+ plazmás visszamarás ZnO: - „litográfia”+hidrothermal dep v. akt.centrum + CVD (bottom up -laser interferencia marás (top down)

NANOTECHNOLÓGIAI ÍGÉRETEK „QUANTUM DOT – UPCONVERSION” α-Si α-Si/µ-Si Multiple exciton generation • NaYF 4 :Er X IR → látható emisszió 4,3nm az ideális méret Si-ra Sol-gél technika (Technion) PbSe PbSe 1-x S x • IR lumineszcencia

Technológia fejlesztési terv R & D Technológia Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4 α-Si tandemeff. 7%+ mirokristalyos-Sieff. 8%eff. 10+% ZnO TCOPorlasztott és LPCVD BIPV, színes„tetszőleges” szín fényszűrő vékonyrétegek BIPVNem átlátszó és, semi-transzparens - ábra semi transzparens-TCO automatizálássemi→full

„ÚJGENERÁCIÓS, KÖRNYEZETBARÁT VÉKONYRÉTEG NAPELEMEK” TECH08-2 Célok: • laboratórium • α-Si: min. 7% • mikrokristályos Si technológia – egykamrás megoldás • a-Si/u-Si : 8%+ • ZnO TCO (porlasztott és CVD) • BIPV, színezett napelem Konzorcium: OPTILAB Kft. Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet MTA Atommagkutató Intézete