Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/HardWare/Honeywell/A19790719Elc008.shtml

Нанесение кремниевой пленки на керамические листовые подложки

Протягивание тонкого прямоугольного листа из покрытой углеродом керамики над поверхностью желобообразного тигля с расплавленным кремнием может стать существенным технологическим достижением в области производства фотоэлектрических устройств: на базе этого метода возможно создание процесса производства дешевого материала для солнечных элементов. Подобная экспериментальная технология разрабатывается сейчас корпоративным технологическим центром компании Honeywell Inc. (Блумингтон, шт.Миннесота). Не исключено, что в дальнейшем на основе этой технологии будет создана промышленная технология непрерывного выращивания листового материала с крупнозернистым поликремниевым покрытием.

Основная идея, заложенная фирмой Honeywell в эту разработку, — это возможность получения более дешевого кремния при его выращивании на опорной подложке. Суть состоит в том, что на подложке из дешевого материала, например керамики, можно получать исходный материал для изготовления солнечных элементов с большой площадью. Кроме того, выполненные в технологическом центре фирмы исследования позволили почти в два раза повысить к.п.д. изготавливаемых солнечных элементов по сравнению с 5,5%, которые специалисты фирмы Honeywell получали прежде.

Дж. Дэвид Зук, руководитель группы, выполняющей программу разработки дешевых солнечных элементов, сообщил, что по существу новая технология осаждения кремния протягиванием подложки над расплавом представляет собой шаг вперед по сравнению с методом осаждения кремниевой пленки погружением подложки в расплав, также разработанным в центре. В этом методе куски листовой керамики размером примерно 60*75 мм погружаются в тигель с расплавленным кремнием, который смачивает покрытую углеродом нижнюю поверхность керамики и осаждается на ней.

Однако использование в качестве ванны для расплавленного кремния длинного и узкого желобообразного тигля из плавленого кварца позволяет получить кремниевое покрытие на более крупных листовых подложках. Уже сейчас специалисты фирмы Honeywell обрабатывают по новому методу керамические подложки размером 50*500 мм.

Зук сообщил, что благодаря большому поверхностному натяжению при смачивании керамики расплавленный кремний поднимается над поверхностью тигля на высоту до 1 см. Это позволяет осуществить непрерывный процесс осаждения протягиванием, так как фактически кремний не стекает с поверхности керамической подложки обратно в тигель. (По этой же причине новый процесс получил сокращенное наименование КППМ — акроним от слов «кремниевое покрытие с помощью перевернутого мениска».)

Вместе с методом выращивания кремниевых лент данный метод изготовления листов с кремниевым покрытием представляет собой альтернативу методу выращивания слитков монокристаллического кремния. Однако метод с использованием опорной листовой подложки обладает присущей ему устойчивостью, тогда как, по словам Зука, процесс выращивания кремниевых лент неустойчив. Поэтому в новом методе остановка производственного процесса по какой-либо причине не требует при его возобновлении возвращаться к исходному положению, как при выращивании ленточного кремния; отсутствие углеродного покрытия на каком-либо участке подложки также не вызывает ухудшения качества покрытия остальных ее областей.

Идея нового процесса формирования кремниевого покрытия была выдвинута в 1975г. сотрудником группы разработки солнечных элементов фирмы Honeywell Дж. Доном Хипсом и нынешним начальником Зука Обертом Н.Тафтом. Финансирование этих исследований осуществлялось из федеральных фондов через Лабораторию реактивного движения; работу Хипса над КППМ-процессом в течение двух последних лет финансировала фирма Honeywell.

Повышенная производительность. Цель, которую ставит перед собой группа Зука, — это получение производительности процесса 0,15 см2/с, что превышает производительность процесса выращивания ленточного кремния. С учетом того что КППМ-процесс к тому же обеспечивает минимальный расход (и потери) кремния и обладает свойствами непрерывности и устойчивости, вполне возможно, что его разработчики смогут в конечном итоге получить солнечные элементы с удельной стоимостью всего 30 цент/Вт. Эта цифра вполне соответствует намеченным министерством энергетики на 1990г. контрольным показателям, составляющим от 15 до 50 цент/Вт (в ценах 1975г.).

При протягивании керамической подложки над поверхностью тигля с расплавленным кремнием на ее поверхности образуется слой кристаллического материала. П
При протягивании керамической подложки над поверхностью тигля с расплавленным кремнием на ее поверхности образуется слой кристаллического материала. Полученные таким образом пластины с кремниевым покрытием можно использовать для изготовления солнечных элементов.

Группа исследователей фирмы Honeywell намерена использовать еще более крупную листовую алюминиево-силикатную керамику. Ее поставщик, фирма Coors Porcelain Co., уже изготавливает подложки размером 100*1000 мм, и Зук сообщил, что при их использовании можно будет получать солнечные элементы размером до 100*100 мм.

Важная особенность КППМ-процесса состоит в том, что при его использовании примеси, имеющиеся в керамике, не попадают в расплав кремния, тогда как в технологии осаждения погружением в расплав такие проблемы могут возникать. Меньшее количество примесей наверняка позволит увеличить к.п.д. изготавливаемых на таком исходном материале солнечных элементов.

Зук сообщил, что еще одним фактором, обеспечивающим повышение к.п.д. элементов, является модифицированная структура подложки. В прежних вариантах приборов использовались монолитные керамические подложки, а электрические соединения наносились сверху на кремний. Теперь в подложке имеются прорези, через которые можно осуществить соответствующие соединения.

Исследователи фирмы Honeywell, работая с керамическими подложками толщиной 1 мм, используют прорези шириной 1 мм с расстоянием между ними также около 1 мм. Чем больше это открытое пространство, тем меньше, по словам Зука, последовательное сопротивление монолитного кремния влияет на отбор тока. Он сообщил, что в настоящее время они получают в солнечных элементах площадью 10 см2 к.п.д. около 9,9 % [pp.44,46].

Бенджамин Мейсон

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 52, No.15 (567), 1979г - пер. с англ. М.: Мир, 1979, стр.10

Electronics Vol.52 No.15 July 19, 1979 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ОБОЗРЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема:     Фотоэлектрические устройства





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:44 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/HardWare/Honeywell/A19790719Elc008.shtml