Španělsko-finský výzkumný tým vyrobil solární článek IBC s ultratenkým černým křemíkovým plátkem o tloušťce 40 µm. Zařízení je založeno na oxidu vanadu a laserem zpracovaných svazcích karbidu křemíku dopovaného fosforem jako děrových a elektronových transportních vrstvách.
Mezinárodní výzkumný tým se snažil aplikovat černý křemík (bSi) k vývoji ultratenkých substrátů pro aplikace v solárních článcích s interdigitovaným zadním kontaktem (IBC).
Tento druh křemíku nabízí tu výhodu, že umožňuje výrobu ultratenkých a flexibilních plátků s nižší úrovní nečistot. Což má za následek výjimečné vlastnosti pohlcující světlo a nízké výrobní náklady. „Černý křemík je náhodná nanotextura. Ta snižuje povrchovou odrazivost ze všech směrů na minimum, takže Si zčerná pouhým okem na rozdíl od konvenčních náhodných pyramid v mikronovém měřítku,“ vysvětlili vědci.
Použili hluboké reaktivní iontové leptání (DRIE) při kryogenních teplotách k výrobě Si substrátů s různými tloušťkami až do 10 µm. Tento proces je technika leptání na bázi plazmy, která poskytuje hluboké díry a příkopy se strmými stranami v křemíkových plátcích.
Výzkumníci použili Si substrát o tloušťce 40 µm k vybudování solárního článku s architekturou IBC, o kterém řekli, že může využít optickou výhodu bSi předního povrchu v materiálu. „Použitá struktura solárních článků IBC c-Si se založila na oxidu vanadičném (VOx) a laserem zpracovaných svazcích karbidu křemíku. Ten je dopovaným fosforem jako děrová a elektronová transportní vrstva, v tomto pořadí,“ vysvětlili.
Ultratenký silokonový černý plátek
b) Obrázek zadní plochy hotového zařízení
Články se také spoléhaly na povrchovou pasivační vrstvu vyrobenou z oxidu hlinitého (Al2 O3) a karbidu křemíku (SiC). „Zvolili jsme konformní vrstvu Al2 O3 nanesenou depozicí atomové vrstvy (ALD). Protože nabízí vynikající povrchovou pasivaci nanotextury bSi a dosahuje průměrné životnosti nad 250 µm v našich ultratenkých waferech bSi,“ uvedli vědci.
FV zařízení dosáhlo účinnosti přeměny energie 16,4 %, napětí naprázdno 633 mV, hustoty zkratového proudu 35,4 mA cm−2 a faktoru plnění 73,4 %. Pro srovnání, referenční článek s leštěnou přední plochou a bez černého křemíkového plátku dosáhl účinnosti 11,5 %. Dále napětí naprázdno 600 mV, hustoty zkratového proudu 27,1 mA cm−2 a faktoru plnění 70,7 %.
„Výsledky externí kvantové účinnosti (EQE) s předním povrchem bSi zlepšují identické zařízení s leštěným předním povrchem ve všech měřených rozsazích spektra. A to od blízkého infračerveného (NIR) po ultrafialové (UV). Což dokazuje, že optické vlastnosti lze úspěšně přenášet k elektrickému fotovoltaickému výkonu v konečném, zapouzdřeném článku,“ uzavřeli vědci. A to s tím, že je zapotřebí další práce, aby se zlepšila účinnost zachycování světla přední bSi textury.
Novou technologii waferů a článků představili v článku „Black Ultra-Thin Crystalline Silicon Wafers Reach the 4n 2 Absorption Limit – Application to IBC Solar Cells“. Ten se publikoval v Nano-Micro Small. Výzkumná skupina zahrnuje akademiky z Universitat Politècnica de Catalunya ve Španělsku a univerzity Aalto ve Finsku.
Zdroj: pv-magazine, Vapol
