Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Технологии изготовления компонентов оксидных солнечных батарей

Солнечные батареи с пленками ZnO

Сегодня пленки Zn0/Al203 обычно используются в качестве прозрачного контакта в солнечных элементах, а также в производстве теплоизоляционного архитектурного стекла. За счет сочетания CIGS с Си(1п,Оа)8е2-слоями поглотителя были получены солнечные элементы высокой производительности (рис. 4.32).

Структура солнечной ячейки с проводящим электродом ZnAlO

Рис. 4.32. Структура солнечной ячейки с проводящим электродом ZnAlO

Есть несколько основных препятствий, которые помешали прозрачным проводящим пленкам ZnO принять на себя инициативу. Во-первых, оборудование для осаждения пленок, используемое для пленок 1ТО, не может быть использовано для пленок оксида цинка. Если существующее оборудование использовать для пленок оксида цинка, его пленка ZnO будет иметь сопротивление в 7-8 раз выше, чем пленки 1ТО, а это смертный приговор для прозрачных проводящих пленок.

Хотя ZnO имеет преимущество, когда речь заходит о стоимости, коммерческое применение оксида цинка прозрачных проводящих пленок не может быть реализовано, пока их значения сопротивления не будут доведены до двух- или трёхкратного сопротивления пленок 1ТО. На самом деле удалось добиться этого после двух лет исследований.

Для того чтобы приблизить сопротивление к уровню 1ТО, мы должны выйти за рамки границ технологии и смотреть на параметры осаждения и распыления материалов. Некоторые исследовательские группы в настоящее время работают над массовым производством цинк-оксидных пленок, и, предполагаем, скоро начнется его практическое применение.

Другой недостаток оксида цинка прозрачных проводящих пленок заключается в том, что они чувствительны к влажности и температуре. Когда пленка сделана с толщиной 500 нм для использования в солнечных батареях, она обеспечивает удовлетворительные результаты, сопоставимые с 1ТО-пленками. Когда толщина уменьшается до 100 нм или менее для использования в плоских панелях (РРБз) и сенсорных экранах монитора, то слабые характеристики оксида цинка делают его восприимчивым к влажности и температуре. Не вдаваясь в технический аспект, можно сказать, что водород и кислород из воды легко проникают в структуру кристаллов оксида цинка, вступают в реакцию с пленкой, нарушая нормальный баланс между цинком и кислородом из-за реакции окислительновосстановительного ингибирования проводящих свойств.

Еще одним важным препятствием является тепло. При использовании солнечных батарей в холодных регионах или жарких пустынях прозрачные проводящие пленки оксида цинка не продемонстрировали какой- либо проблемы, связанной с удельным сопротивлением при высоких или низких температурах, они способны функционировать в различных температурных диапазонах. Большой проблема заключается в том, что максимальная температура оксида цинка прозрачной проводящей пленки, которую он может выдержать в течение процесса осаждения, составляет около 300 °С, что является довольно низким показателем по сравнению с 400 °С для 1ТО-пленок и 500 °С для пленок оксида олова.

Главное преимущество оксида цинка прозрачных проводящих пленок в том, что они имеют лучшие оптические характеристики, чем любые другие материалы. Превосходная передача света обусловлена их лучшим балансом белого при использовании в БРЭз и других устройствах отображения информации. 1ТО имеет слегка желтоватый цвет, который может сделать цвета менее яркими. Прозрачные проводящие пленки, на основе оксида цинка выглядят голубоватым. Это большой плюс, так как для человеческого глаза синее делает белый цвет еще более четким. Если практическое применение прозрачных проводящих пленок ZnO с толщиной 100 нм или меньше станет возможным, они будут предлагать гораздо более высокие свойства для полной цветовой гаммы в дисплейных приложениях, чем пленки 1ТО.

Низкоомные прозрачные проводящие пленки, в том числе пленки оксида цинка, также обладают уникальными свойствами, связанными с инфракрасными лучами. При увеличении толщины пленки снижается электрическое сопротивление и блокируются инфракрасные лучи. Это означает, что если они будут использоваться для солнечных окон, то они будут предлагать дополнительные функции реагирования на флуктуации наружной температуры. Сочетание электрических и оптических свойств пленок оксида цинка расширяет горизонт возможностей их применения дальше, чем мы можем себе представить.

Уже удалось добиться наиболее низкого сопротивления прозрачной проводящей пленки на основе оксида цинка, измеренного как 8,45* 10 5 Ом см. Эффективное использование прозрачных пленок ZnO для сохранения ресурсов и окружающей среды действительно начнется тогда, когда мы определим конкретные области применения, где будут востребованы их уникальные особенности. Наиболее перспективная область применения - солнечные батареи.

Прозрачные проводящие пленки на основе оксида цинка совершенны для солнечных ячеек по ряду причин. Прозрачные проводящие пленки на панели сенсорного экрана имеют толщину от 20 до 30 нм. Пленка, используемая на телевизорах БРЭ, в ЖК и плазменных телевизорах, около 100 нм толщиной. В солнечных батареях толщина пленки 500 нм или больше. Причина, почему солнечные элементы требуют более толстые пленки по сравнению с другими типами устройств, связана с выработкой электроэнергии. Чем толще пленка, тем меньше сопротивление она имеет, тем меньше электроэнергии затрачивается впустую и повышается эффективность производства электроэнергии.

Солнечные батареи, как правило, установленные на крышах домов, требуют прозрачных проводящих пленок больших размеров.

На современном этапе прозрачные проводящие пленки ZnO толщиной 100 нм или менее демонстрируют ряд проблем, а при толщине 500 нм или больше, как и в случае пленок, используемых для солнечных ячеек, они работают отлично. Если посмотреть на это с точки зрения наличия природных ресурсов, то оксида цинка в 10 000 раз больше, чем оксида олова и в 100 000 раз больше, чем оксида индия. Если весь запас индия приравнять к году, то оксида цинка хватит на 100 000 лет. Оксид цинка также стоит менее одного процента к общей цене индия.

В настоящее время исследователи [151] активно работают над гибридной многослойной прозрачной проводящей пленкой с использованием

1ТО и цинк-оксидных материалов ZnO для реализации недорогих прозрачных проводящих пленок для солнечных батарей (рис. 4.33).

Гибридная солнечная батарея с электродами А20 и 1ТО

Рис. 4.33. Гибридная солнечная батарея с электродами А20 и 1ТО

Это гибрид 10IAZ0, в котором пленка 1ТО с толщиной 20 нм контактирует с более чем 280 нм толстой прозрачной проводящей пленкой ZnO на стеклянной подложке. Эти гибридные пленки характеризуются низким сопротивлением 1,78-10 4 Ом-см. Это ниже, чем сопротивление 2,07-10-4 Ом-см, которое достигли с пленками 1ТО толщиной 300 нм.

Поверхностное сопротивление гибридных прозрачных проводящих пленок было 6,07 Ом на квадрат по сравнению с 6,56 Ом на квадрат для одного слоя 1ТО-пленки. Пропускание видимого света (длины волн от 400 до 700 нм) было 90,8 % для гибридных пленок и 89,4 % для 1ТО-пленок. Гибридные прозрачные проводящие пленки показали лучшие свойства во всех аспектах по сравнению с однослойными 1ТО-пленками.

В дополнение к применению в солнечной ячейке ученые добились низкого сопротивления 2,18* 10-4 Ом-см в 50 нм ультратонких оксида цинка прозрачных проводящих пленках на стеклянной подложке. Когда прозрачные проводящие пленки на основе оксида цинка наносили при низких температурах на подслой зародышей алюминия, а затем лазером отжигали пленку, ее свойства улучшились в результате слияния с диффузионным слоем зародышей алюминия. Хотя эти свойства были получены на малой площади РиЭ-пленок, результаты исследования многообещающи.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы