Способ изготовления солнечного элемента

(51) 01 31/052 (2006.01) 82 1/00 (2007.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА(57) Изобретение может быть использовано в производстве оптоэлектронных приборов,в частности,солнечных фотоэлектрических элементов. Способ изготовления солнечного элемента включает нанесение на кремниевую пластину с рпереходом наночастиц оксида никеля, образованных на нихромовой проволоке в противоточном пламени пропана к кислороду, при температуре 950 С, с последующим импульсным световым отжигом при температуре 1 000 С в течение 5 сек. Техническим эффектом заявляемого способа изготовления солнечного элемента является его экономичность, простота в реализации, увеличение срока службы, а также КПД солнечного элемента не ниже 11.(72) Мансуров Зулхаир Аймухаметович Ауелханкызы Молдир Диханбаев Кадыржан Кенжеевич Таурбаев Токтар Искатаевич Лесбаев Бахытжан Тастанович Приходько Николай Георгиевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Институт проблем горения Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан Изобретение может быть использовано в производстве оптоэлектронных приборов,в частности,солнечных фотоэлектрических элементов. Солнечная энергетика признана одним из наиболее перспективных видов альтернативной энергетики в мире, но преобразование солнечной энергии в электричество остается дорогим процессом. Основным материалом,при изготовлении солнечных элементов для широкого пользования,является кремний. Главным недостатком солнечных элементов на основе кремния остается низкая эффективность за счет малого коэффициента поглощения солнечного света. Одним из направлений в решении этой проблемы является получение антиотражающих покрытий, наносимых на солнечные элементы(Российские нанотехнологии / В мире нано,нанотехнология для энергетики // ООО МедиаГранд, 1.2009 с.-47-55). Известен способ получения солнечного элемента, включающий нанесение на архитектурное энергосберегающее стекло золь-гель методом в условиях повышенной влажности экстремально тонких поглощающих слоев на основе гетероструктуры 2/Т 2 / 23 /1- /. Солнечный элемент,получаемый известным способом имеет КПД 2,9(С.А.Гаврилов, А.А. Дронов, В.И. Шевяков, А .А. Белов, Э.А. Полтарацкий / Пути повышения эффективности солнечных элементов с экстремально тонкими поглощающими слоями // Российские нанотехнологии, т.43-4, 2009) Недостатком известного способа является его неэкономичность и сложность реализации, а также пониженный КПД получаемого солнечного элемента. Наиболее близким способом изготовления солнечного элемента к заявляемому техническому решению является способ изготовления солнечного элемента, включающий нанесение на кремниевую пластину с р- переходом наночастиц оксида вольфрама,образованных на вольфрамовой проволоке в противоточном пламени смеси метана и ацетилена к смеси кислорода и азота при температуре 1800 С. Солнечный элемент,получаемый известным способом имеет КПД 11-//88 (2011) 4218-4221). Недостатком известного способа является его неэкономичность и сложность реализации за счет использования дорогостоящего вольфрама и многокомпонентности углеводородного сырья, а также ограниченного срока службы солнечных элементов, изготовляемых известным способом. Задачей заявляемого технического решения является разработка способа изготовления солнечного элемента с антиотражающим покрытием. 2 Техническим эффектом заявляемого способа изготовления солнечного элемента является его экономичность, простота в реализации, увеличение срока службы, а также КПД солнечного элемента не ниже 11. Задача решается тем, что способ изготовления солнечного элемента включает нанесение на кремниевую пластину с р- переходом наночастиц оксида никеля, образованных на нихромовой проволоке в противоточном пламени пропана к кислороду, при температуре 950 С, с последующим импульсным световым отжигом при температуре 1000 С в течение 5 сек. Существенным отличием заявляемого технического решения от известного является то,что на кремниевую пластину с р- переходом наносят наночастицы оксида никеля, образованных на нихромовой проволоке в противоточном пламени пропана к кислороду при температуре 950 С, с последующим импульсным световым отжигом при температуре 1000 С в течение 5 сек. Покрытия, представляющие собой плотно сгруппированные квантовые точки, поглощают даже один единственный фотон, и при правильном концентрировании квантовых точек различных размеров, значительно увеличивают мощность солнечных элементов. Роль квантовых точек могут выполнять наночастицы оксидов металлов. В заявляемом техническом решении наночастицы оксида никеля, образованные при заявляемых условиях, являются квантовыми точками и улучшают степень преобразования всего диапазона солнечного света в солнечных элементах,что подтверждено экспериментально. Таким образом, покрытие кремниевой пластины с рпереходом, сформированное наночастицами оксида никеля, является антиотражающим покрытием. Пропан,используемый в качестве углеводородного сырья, в противотоке к кислороду,обеспечивает образование наночастиц оксида никеля. Температура 950 С необходимая и достаточная для образования наночастиц оксида никеля на нихромовой проволоке, помещенной в противоточное пламя,и рассчитана по стехиометрии. Использование нихромовой проволоки для получения наночастиц оксида никеля определено ее составом (до 60 никеля), доступностью и низкой стоимостью, в отличие от известного способа использование вольфрамовой проволоки. Образование наночастиц оксида никеля на нихромовой проволоке в противоточном пламени пропана к кислороду при температуре 950 С позволяет упростить способ и значительно снизить затраты на его реализацию за счет исключения многокомпонентности углеводородного сырья. Импульсный световой отжиг сформированного покрытия солнечного элемента обеспечивает увеличение плотности наночастиц оксида никеля и их прилипание (закрепление) к кремниевой пластине с р- переходом, таким образом,увеличивая срок службы солнечного элемента. Температура и время светового отжига необходима и достаточна для достижения технического эффекта поставленной задачи и подобрана экспериментально. Таким образом, наночастицы оксида никеля,формирующие антиотражающее покрытие солнечного элемента, образованные на нихромовой проволоке в противоточном пламени пропана к кислороду при температуре 950 С, с последующим импульсным световым отжигом при температуре 1000 С в течение 5 сек, позволяют решить поставленную задачу с достижением требуемого технического эффекта. Способ изготовления солнечного элемента выполняют следующим образом. Наночастицы оксида никеля, образованные на нихромовой проволоке в противоточном пламени пропана к кислороду при температуре 950 С,наносят на кремниевую пластину с р- переходом. Кремниевую пластину с нанесенными на нее наночастицами оксида никеля подвергают импульсному световому отжигу при температуре 1000 С в течение 5 сек. В результате реализации заявляемого технического решения получают солнечный элемент, имеющий КПД не ниже 11. Пример выполнения способа изготовления солнечного элемента. Нихромовую проволоку, содержащую 60,27,25,26,- 14,45 и- 0,0174,обрабатывают 25-тираствором азотной кислоты в течение 20-ти минут для образования зародышей роста наночастиц оксида никеля. Затем обработанную нихромовую проволоку помещают в пропан - кислородное пламя на встречных струях 50 пропана к 50 кислороду на две минуты. Электронно - микроскопические исследования показывают образование наночастиц оксида никеля,средний размер которых составляет 700 нм. Количество пропана и кислорода рассчитывают по стехиометрии для получения температуры пламени 950 С, необходимой и достаточной для образования стабильных наночастиц оксида никеля заданного размера, которые могут в течение длительного времени сохранять высокую активность. Для равномерного покрытия кремниевой пластины с р- переходом распылением наночастиц оксида никеля, создают суспензию наночастиц в этаноле в ультразвуковой бане. Кремниевую пластину с р- переходом с нанесенными на нее наночастицами оксида никеля подвергают импульсному световому отжигу при температуре 1000 С в течение 5 сек. По завершении способа изготовления солнечного элемента получают солнечный элемент с антиотражающим покрытием на кремниевой пластине с р- переходом, имеющий КПД 11,259. Коэффициент полезного действия (КПД) рассчитывают по формуле (С. Зи / Физика полупроводниковых приборов // Москва, Мир,с.407, 1984) КПД/кз хх/0,7527 А 556 В/1000 Вт,где- коэффициент эффективности преобразования светового потока,определяемый экспериментально Р - выходная мощность- входящая мощность кз - ток короткого замыкания на выходе хх - напряжение холостого хода на выходе ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ изготовления солнечного элемента,включающий нанесение на кремниевую пластину с р - переходом наночастиц металла, образованных на металлической проволоке в противоточном пламени углеводородного сырья к кислороду,отличающийся тем, что наносят наночастицы оксида никеля, образованных на нихромовой проволоке в противоточном пламени пропана к кислороду при температуре 950 С, с последующим импульсным световым отжигом при температуре 1000 С в течение 5 с.