Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech y la Universidad de Waseda han producido con éxito silicio monocristalino de película delgada de alta calidad con una densidad de defectos de cristal reducida hasta el nivel de la oblea de silicio a una tasa de crecimiento que es más de 10 veces mayorque antes. En principio, este método puede mejorar el rendimiento de la materia prima hasta casi el 100%. Por lo tanto, se puede esperar que esta tecnología permita reducir drásticamente los costos de fabricación manteniendo la eficiencia de generación de energía de las células solares de silicio monocristalino, quese utilizan en la mayoría de las células solares de alta eficiencia.
fondo
La generación de energía solar es un método de generación de energía en el que la energía de la luz solar se convierte directamente en electricidad utilizando un dispositivo llamado "célula solar". Convertir de manera eficiente la energía solar que golpea constantemente la Tierra para generar electricidad es una solución eficaz al problemadel calentamiento global relacionado con el CO 2 emisiones. Al hacer que las células solares monocristalinas de Si que se encuentran en el núcleo de los sistemas de generación de energía solar sean más delgadas, es posible reducir en gran medida los costos de materias primas, que representan aproximadamente el 40% del módulo actual, y al hacerlas flexibles ymás ligero, se puede esperar que el uso se expanda y los costos de instalación disminuyan.
Además, como método para reducir el costo de fabricación, las células solares de Si monocristalino de película delgada que utilizan silicio poroso capa de silicio poroso doble: DPSL a través del despegue están atrayendo la atención por tener una ventaja competitiva en el futuro.
Entre los desafíos técnicos relacionados con las células solares monocristalinas de Si que utilizan el despegue están 1 la formación de una película delgada de Si de alta calidad al nivel de la oblea de Si, 2 lograr una estructura porosa que se pueda levantar fácilmente pelado, 3 mejorar la tasa de crecimiento y el rendimiento de la materia prima de Si los costos de equipo necesarios están determinados por la tasa de crecimiento, y 4 poder usar el sustrato después del despegue sin desperdicio.
Para superar el desafío 1, fue necesario aclarar los principales factores que determinan la calidad de los cristales de película delgada que crecen en silicio poroso y desarrollar una técnica para controlarlos.
Resumen de los logros de la investigación
Un equipo de investigación conjunto formado por el profesor Manabu Ihara y el profesor asistente Kei Hasegawa del Tokyo Tech, y el profesor Suguru Noda de la Universidad de Waseda ha desarrollado un silicio monocristalino de película fina de alta calidad con un grosor de aproximadamente 10 μm y un defecto cristalino reducidodensidad hasta el nivel de la oblea de silicio a una tasa de crecimiento que es más de 10 veces mayor que antes. Primero, se genera silicio poroso de nanoorden de doble capa en la superficie de una oblea monocristalina mediante una técnica electroquímica. A continuación, la superficie sese suavizó a una rugosidad de 0,2 a 0,3 nm a través de un método de recristalización por calentamiento de zona único método ZHR, y este sustrato se utilizó para un crecimiento a alta velocidad para obtener una película fina cristalina lunar con una alta calidad de cristal. La película desarrollada se puede despegar fácilmenteutilizando la capa de Si poroso de doble capa, y el sustrato se puede reutilizar o utilizar como una fuente de evaporación para el crecimiento de película delgada, lo que reduce en gran medida la pérdida de material.La densidad del sustrato subyacente se reduce cambiando las condiciones del método ZHR, la densidad del defecto del cristal de película delgada que creció disminuyó, y el equipo finalmente logró reducirlo al nivel de oblea de Si de aproximadamente 1/10.Esto muestra cuantitativamente que una rugosidad de la superficie en el rango de solo 0.1-0.2 nm nivel de átomos a varias decenas de capas tiene un impacto importante en la formación de defectos cristalinos, que también es de interés como mecanismo de crecimiento de cristales.
La tasa de formación de película y la tasa de conversión de la fuente de Si a la película delgada de Si son cuellos de botella en la producción de Si monocristalino de película delgada. Con deposición química de vapor CVD, que se utiliza principalmente para la epitaxia, la máxima formación de películaLa velocidad es de unos pocos μm / hy el rendimiento es de aproximadamente el 10%. En el Laboratorio Noda de la Universidad de Waseda, en lugar de la deposición física de vapor regular PVD donde el Si crudo se vaporiza alrededor de su punto de fusión de 1414 ºC, vaporizando elSi crudo a una temperatura mucho más alta de> 2000 ºC, se desarrolló un método de evaporación rápida RVD con una alta presión de vapor de Si capaz de depositar Si a 10 μm / min.
Se descubrió que la tecnología ZHR desarrollada esta vez puede resolver problemas técnicos y reducir drásticamente el costo de fabricación del proceso de despegue.
Desarrollo futuro
Con base en los resultados de este estudio, el equipo no solo descubrió los principales factores para mejorar la calidad de los cristales durante el crecimiento rápido en silicio poroso utilizado para el proceso de despegue, sino que también logró controlarlos. En el futuro, la mediciónde la vida útil del portador de la película delgada, que está directamente relacionada con el rendimiento de las células solares, y la fabricación de células solares se llevará a cabo con el objetivo de poner la tecnología en uso práctico. El uso de estas películas delgadas de Si como bajo costoTambién se considerarán las celdas inferiores en celdas solares tipo tándem con una eficiencia superior al 30%.
Los resultados se publican en la revista Royal Society of Chemistry RSC CrystEngComm y aparecerá en el interior de la portada del número.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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