Transcript Přednáška 4

Technologie tenkovrstvých článků a modulů
A5M13FVS-4
Základní typy článků:
Články z krystalického Si
a ntir e fle c tio n
c on ta c t
c o a tin g
N -ty p e
P - ty p e
Tenkovrstvé články
Tenkovstvé články
CIS
CdTe/CdS
Amorfní Si
600nm
1%
substrate
<12%
TCO
TCO
Ag or Al contact
Antireflexní vrstva
(Light trapping)
TCO pro „light trapping effect“
ZnO naprášená
vrstva leptaná v HCl
ZnO připravená CVD
(Chemical Vapour Deposition)
Porovnání článků z krystalického Si a
tenkovrstvých článků
Krystalický Si
tloušťka
cca 200 mm
struktura
n+-p(-p+)
technologie
osvícení
tenkovrstvý
0.3 až 3 mm
p+-i-n+
n+-difúze do substrátu
ze strany n+
přední kontakt mřížka a sběrnice
zadní kontakt
nedůležitý
antirefexní
vrstva
texturace
plasmatické procesy
ze strany p+
celoplošný kontakt s TCO
zpětný reflektor
TCO „light trapping effect“
Tandemové články
Wg1> Wg2
irradiation
Technologie tenkovrstvých článků
A) Vakuové deposice
Napařování
Naprašování
B) CVD (Chemical vapour deposition )
- Chemická depozice z plynné fáze
CVD vytvoření stabilní sloučeniny na vyhřívané
podložce chemickou reakcí nebo rozkladem směsi
plynů
• Reakční komora
• Složení plynné směsi
• Řízení technologického postupu
• Řízení teploty podložky
• Výměna substrátů
Chemická depozice z plynné fáze (CVD)
Za atmosférického tlaku
Za sníženého tlaku (LPCVD -Low Pressure CVD)
LPCVD se užívá
depozice nitridu kemíku
depozice křemíku
3SiH4 + 3NH3 → Si3N4 + 12H2
SiH4 → Si + 2H2.
Plasmatická depozice
(PECVD)
VF elektroda a substrát
tvoří kapacitor.
V tomto objemu vzniká
(za sníženého tlaku)
plasma spojená s reakcí
složek plynné směsi a
depozici produktů reakce
na povrch substrátu
Rychlost depozice je vyšší než v případě
LPCVD, kvalita vrstev je nižší
Struktura deponované vrstvy závisí na složení
plynu a na teplotě substrátu
zředění
rH = ([H2] + [SiH4])/[SiH4].
rH < 30, roste amorfní vrstva
rH > 45, roste vrstva c-Si
Technologie tenkovrstvých článků
Články z amorfního (mikrokrystalického) Si
průhledný substrát
(sklo)
TCO
a-Si:H p+ vrstva (20 - 30 nm)
a-Si:H nedotovaný
( 250 nm)
a-Si:H n+ vrstva (20 nm)
TCO (difúzní bariéra)
Ag nebo Al
Tandem solar cell – „micromorph“ (microcrystal + amorphous)
Technologie CdTe článků
Depozice CdTe na substráty s TCO a vrstvou CdS
Tenkovrstvé moduly na skleněném substrátu
TCO
sklo
Rozměr pracovní komory depozičního
zařízení musí odpovídat rozměrům modulu
(maximální dosažená plocha 5 m2)
Kontakty se připojují
pomocí vodivého
lepidla
Ze zadní strany se pomocí EVA přilaminuje krycí vrstva – obvykle sklo,
svorkovnice s vývody opatřenými konektory (bez překlenovacích diod)
Relativně velká hmotnost - 17 až 19 kg/m2
Tenkovrstvé FV články na pružném substrátu
„Roll to roll“ technologie
Po rozčlenění pásu se jednotlivé články
spojí do modulu a zapouzdří polymery
  7%
Články a moduly je možno
realizovat na pružném substrátu
i pomocí technologie CIS
(CIGS)
V porovnání s články z krystalického křemíku – nižší spotřeba materiálů
a nižší energetická náročnost výroby, na druhé straně nižší účinnost,
zásoby některých materiálů (In, Te,..) jsou omezené
V současné době se soustřeďuje pozornost na materiály typu CIGSS
(Cu-In-Ga-Se-S), kde byla na malých vzorcích dosažena účinnost 20%
Závislost účinnosti článků na intenzitě záření
Při nízkých úrovních intenzity dopadajícího
záření účinnost s rostoucí intenzitou roste,
dosahuje maxima a poté s dále rostoucí
intenzitou záření klesá.
Bod maxima účinnosti závisí na Rs
Krystalický Si (malý Rs)
Tenkovrstvé články (velký Rs)
Vývoj podílu jednotlivých technologií na produkci PV modulů
Jednotlivé typy modulů se porovnávají podle různých kritérií (účinnost,
cena, energetická výtěžnost). Jedním ze zajímavých kritérií může být
potřeba plochy na instalaci výkonu 1 kWp
Ve stadiu výzkumu a vývoje je celá řada
dalších materiálů a technologií
• Články na bázi monokrystalických vrstev polovodičů AIIIBV
• Články na bázi organických polovodičů
• Fotochemické články (Gratzel, DSSC)
• Články s využitím nanotechnologií
AIIIBV články s vysokou účinností
• Nejvyšší dosažená účinnost   40%
Koncentrátorové moduly
chladič
FV
články
parabolické zrcadlo
Sluneční záření musí být v optické ose
Musí být zajištěn odvod ztrátového tepla
Předpokládá se rychlý rozvoj koncentrátorových systémů v
zemích „Slunečního pásu“
Organické polovodiče
orbitales 
orbitales 
(a)
S
S
S
S
S
S
BC
S
S
S
BV
(b)
BC
S
S
S
S
+
S
S
S
S
S
BV
Přeskokový mechanismus :
A1- + A2 -> A1 + e- + A2 -> A1 + A2-
Materiály typu P a typu N, FV články
N
N
N
N
Cu
N
N
O
N
N
O
N
N
N
N
Perylen pigment (n)
Cu Phtalocyanin (p)
hn
U
-
Technologické přednosti :
• tisk jednotlivých vrstev
• pružný substrát (plasty)
• Velké plochy
• Nízká cena
• Molekulární materiály
+
+
+
+
+
odrážející elektroda (Al)
organický polovodič typu P
organický polovodič typu N
TCO
průhledná podložka
nevýhoda: účinnost pod 5%
krátká životnost
Fotochemické články (Gratzel, DSSC)
η = 8%
sklo
TCO
Pt
elektrolyt
TCO
barvivo na TiO2
nanokrystalech
sklo
světlo
S + hν → S∗
S∗ → S+ + e−(TiO2)
S+ + e− → S
I3− + 2e− → 3I−
Přítomnost elektrolytu
omezuje maximální
provozní teplotu.
Omezená životnost
Struktury s kvantovými efekty realizované
nanotechnologiemi
Struktury jsou stále ještě ve stadiu
výzkumu a vývoje
V nejbližších pěti letech se
aplikacích nejspíše neuplatní