авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

«ИЗ ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ Шеповалова, Ольга Вячеславовна Совершенствование конструкции и технологии ...»

-- [ Страница 2 ] --

Приведение математических моделей расчета нараметров МФП к едино му виду и объединение в общую таблицу нозволяет создать единую нрограмму Рис. 3.2. Зависимости тока короткого замыкаиия от геометрических размеров микроэлемента, с = 1см Таблица 3. Коэффициент собирании микроэлемеига МФП —-^^^^ Ь, СЛ 0,016 0,032 0, 0, а, см •— 0,872 0,746 0,692 0, 0, 0,722 0, 0, 0,032 0, 0, 0,857 0,800 0, 0, 0,1 0,876 0,810 0,748 0, Таблица 3. Максима;

нный КПД микроэлемеига МФП л. % в, см с, см а, С1\ 1 12, 0,048 29, 0, 0,011 30, 0,032 13, 1 0, 0,06 13, 0,011 33, 14, 0, оптимизации и выбора, выбрать тип МФП с определенной конфигурацией р-п перехода при проектировании высоковольтных солнечных модулей и систем.

Методы расчета позволяют определить токи, эффективность собирания Q, оценить величину КПД матричного фотопреобразователя в условиях порма льной и высокой освещенности для монохроматического освещения и для сол нечного спектра, оптимизировать геометрию микроэлемента и уровень легиро вания базовой области, что дает возможность повысить КПД нреобразования МФП, получить максимально возможное количество электроэнергии с элемента и минимизировать затраты на получение единицы энергии.

3.2. Исследование выходных параметров больших илаиариых фотопреобразователей Проведенные работы посвящены исследованию электрофизических и фотоэлектрических параметров кремниевых планарных ФП большой площади, разработанных и изготавливаемых в ВИЭСХ, и анализу путей дальнейшего повышения КПД таких элементов [66,67].

Для оценки влияния на выходные нараметры ФП был проведеп апализ составляющих последовательного сопротивления с рабочей и тыльной стороны ФП (рис. 3.3). Омические потери связаны с нереходным контактным сопротивлением металл-кремний и недостаточной толщиной нрипоя ПОС-61.

Полученные значения RnoaS 0,1 Ом, р^^р- ^'^5-10'^ Ом-см^ при а = 2,0 ми;

b = 0,4см;

с = 0,03см. Дальпейщее снижение р^^р дает возможность повысить КПД за счет уменьшения площади контакта металла с кремнием до 1-2 %.

Вольтамнерные характеристики (рис. 3.4) измерялись на имитаторе сол нечного излучения с гагюгенными ламнами типа ИК-1000-3 с цветовой тем пературой 3400К и водяным фильтром (условия AMI.5). Температура образцов поддерживалась во время измерений на уровне 25°С. Освещенность измерялась с помощью концентратора на основе линз Френеля, при Е 1000 Вт/м^ имитатор работал в импульс1юм режиме.

Рис. 3.3. Схема измерения составляющих последовательного сопротивления - а);

зависимость U2 =f(I) - б) Как видно из рис. 3.4а с ростом уровня освещенности увеличивается отклонение формы ВАХ от идеальной из-за влияния Япосл^ в основном, из-за новышенного сопротивлепия контакта Ni - Sj на тыльной новерхности. Учет этого нри дальнейшем совершенствовании разработки даст возможность увеличить коэффициент занолнения и КПД. Значения U,, находят в интервале 440-^471 мВ, изменение и„ в зависимости от освещенности BHOjHie согласуется с теоретическими исследованиями [74].

Графики изменения параметров ФП в зависимости от уровпя ос вещенности приведены на рис. 3.4 б. /„ и /„ пропорциопальпо возрастают с увеличением Е, при этом КПД увеличивается интегрально до освещенности Е = 1000^1500 Вт/м^, с увеличением Е от 1000 до 1500 Вт/м^ наблюдается также замедление роста Ug. Наиболее детально исследованы ФП при Е = 1000 Вт/м^.

В условиях, имитирующих солнечное излучение на поверхпости Земли при атмосферной массе 1,5, температуре 25°С и Е= 800 Вт/м^ фото-ЭДС 540^ мВ. При оптимальном нанряжении КПД rj = 11,0-^11,2%. Коэффициент soo 1Z •ft»

foo Рис. 3.4. а)-ВАХ ФП нри освещенности Е 800 Вт/м^(1), 1000 (2) и Вт/м^ (3);

б) - изменение нараметров ФП в зависимости от уровня освещенности: 1- номинальный ток;

2 - JK.3.;

3 - КПД;

4 -фото-ЭДС Вт/м^ имитатор работал в импульсном режиме.

занолнения ВАХ 0,68-^0,72, 7?„о(?= 1»0"^1, Измерения ФП в естественных условиях проводились на широте Москвы 28,05.1990г, в ясный безоблачный день около 12 часов дня, когда AM было близко к 1,5. Интенсивность солнечного излучения составляла около 800 Вт/м^, что близко к максимальному значении для условий Москвы. ВАХ солнечных элементов (рис. 3.4) лежат между кривыми 1 и 2, величина КПД составляет 10-12%.

Результаты измерения снектральных характеристик нриведсны на рис. 3.5.

Спектральная чувствительность находилась комиенсанионным методом. При определении эффективности собирания измерялся коэффициент отражения исследуемых образцов 1Щ).

Максимум кривой снектральной чувствительности расположен в инфра красной части, спектра в области Я = 990мм и составляет 0,58А/Вт. Эффек тивность собирания имеет максимум на длине волны Я=880мм, который смещен относительно максимума снектральной чувствительности на 100-^ им. Панесение на рабочую сторону ФП пленки просветляющего по-крытия ТагОэ уменьшало интегральный коэффициент отражения до 6%. Паибольнюе снижение коэффициента отражения на длине волны Я=630-^-750мм.

Па рис. 3.5 также показана спектральная чувствительность кремниевых ФП нри идеальных условиях (нулевая скорость новерхностной рекомбинации, бесконечно большое время жизни ППЗ, нулевое значение коэффициента отражения). Анализ теоретической и экспериментальных кривых спектральпой чувствительности показывает, что улучн1ение чувствительности в длинноволновой области может быть достигнуто за счет увеличения времени жизни ППЗ в базовом слое, совершенствования просветляюпц1Х покрытий. Для увеличения снектральной чувствительности в коротковолновой области необхо димо уменьшить скорость поверхностной рекомбинации и онтимизировать профиль распределения примеси в легированном слое.

Анализ нроведенных исследований показывает, что резервы повьниения КПД разработанных и изготавливаемых в ВИЭСХ кремниевых ФП для назем goo 7W) 8OO fOO fOOO f/OO A, I Рис. 3,5. Спектральные характеристики ФП: 1 - спектральная чувстви тельность;

2 - эффективность собирания;

3 —идеальная спектра льная чувствительность кремниевых ФП иого ирименения состоят в изменении нрофиля распределения нримеси и уменьшении толщины легированного слоя, снижении скорости новерхностной рекомбинации, увеличеиии времени жизни ННЗ в базовой области, создании пассивирующей пленки на поверхности кремния и снижении величины последовательного сопротивления.

Выводы по главе 3.

1. Проведены исследования МФП, систематизация методов расчета.

Расчеты параметров МФП приведены к общему виду и объединены в таблицу, что дает возможность создать единую программу онгимизации и выбора, выбирать тин МФП с определенной конфигурацией р-п перехода при проектироваиии солнечных модулей и систем, выбрать модели, подходящие для серийного производства и удовлетворяющие потребпостям российского рынка, определить приоритетность внедрения моделей МФП.

2. Рассмотрен метод расчета модели МФП на нримере микроэлемента с р п переходами на пяти гранях и изотипным р-р"^ переходом на тестой, две нротивоположпые грани с р-п и р-р^ переходом запяты коммутационными контактами для случая трехстороннего освещения. Получены выражения для токов, рассчитаны параметры микроэлемента и онределены его оптимальные размеры: Q^^,^^ =0,876;

7 ^, ^ =14,5%;

77,, „„, =33,8% при а = 0,1см;

в = 0,011см;

7.„ ^ с = 1см.

3. Методы расчета позволяют оптимизировать геометрию микроэлемен тов и уровень легирования базовой области но результатам определения фотото ка j,j,, эффективности собирания Q и по величине КПД матричного ФП, в усло виях нормальной и высокой освещенности для монохроматического оевен1ения и для солнечного спектра, что дает возможность новысить КПД, нолучить максимально возможное количество электроэнергии с элемента и минимизировать затраты.

4. Исследованы выходные параметры нланарных кремниевых фотонреоб разователей большой площади. Анализ результатов показал, что резервы повы шения КПД разработанных и изготавливаемых в ВИЭСХ нла11арных ФП состоят в изменении профиля введенной примеси, уменьшении толщины легирова1нюго слоя и скорости поверхност1юй рекомбинации, снижении величины носледовательного сонротивления. Технологические нроцессы создания планарных ФП большой площади позволяют производить ФП с тех1шческими характеристиками, соответствуюнщми современнг^ш требованиям крупгюмаештабного фотоэлектрического производства.

Глава 4. Конструкции иа основе кремниевых фотонреобразователей 4.1. Бесконтактные фотоднодные матрнцы для унравления электронными устройствамн Кремневые планарные и матричные фотопреобразователи, изготовленные на основе проведенных исследований, могут быть использованы для управления электронными устройствами.

Одним из новых применений ФП является создание бесконтактной клавиатуры. Использование кремниевых ФП повышает точность срабатывания, увеличивает надежность и срок службы клавиатуры, расширяет функциональные возможности.

Разработанные нами клавиатуры для управления электронным устройством приведены на рис. 4.1, 4.2 [79, 80]. Фоточувствительными элементами являются кремниевые ФП.

В клавиатуре на рис. 4.1 при контакте оператора с графическим изображением клавиши свет, поступающий от источников света, через воздушный промежуток и прозрачную оболочку попадает на фоточувствительный элемент, расположенный под изображением клавиши.

Сигнал о срабатывании данной клавиши поступает в цепь управления. В нерабочем положении свет от источников света свободно перемещается по пленочному световоду и не попадает на фоточувствительный элемент.

В клавиатуре на рис. 4.2 при нажатии на упругую оболочку клавиши отражатель опускается из клавиши в воздушный промежуток. Лучи, поступающие по воздушному промежутку от источников света, и распро страняющиеся перпендикулярно оси клавиши, вдоль которой установлен шток, падают на отражатель под углом 45° к оси отражателя и, отражаясь от него, падают на фоточувствительный элемент. Сигнал о срабатывании данной клавиши поступает в цепь управления. После отпуска клавиши упругая оболочка вместе с отражателем возвращается в исходное состояние.

Техническое решение клавиши нозволяет упростить конструкцию, устранив специальные детали, обеспечивающие защиту отражателя, от попадания света в нерабочем состоянии.

ФП имеют толщину не более 0,5мм, с повышенной чувствительностью к вертикально падающему свету высокой интенсивности и нечувствительные к свету, падающему под углом менее 45° к горизонтали. Это дает возмож1юсть выполнять плату с выступами высотой 0,5 -^ 1мм, гарантирует отсутствие нопадапия света на фоточувствительный элемент и его срабатывание при ненажатой клавише.

Фотопреобразователи могут использоваться для автоматизации процесса сборки малогабаритпых изделий: подачи, перемещепия и установки в соответствии с требованиями техпроцесса [81-83].

В разработанном нами устройстве [81], блок-схема которого приведена на риеунке 4.3, нредложено использовать ФП в качестве датчиков положепия: на модулях 3, 5, 6, 8 установлены датчики конечного и промежуточного положеьшй модуля, на позиции 1— датчик счета шагов, на нозиции 2 — датчики нахождения ячеек 14 в начальной точке и совмещения положения ячеек и зажима по вертикальной оси, на зажиме 9 датчики нахождения изделий в пазах зажима.

Как правило, в подобных робототехнических системах используют коптактные датчики ноложения. Так как в данном устройстве необходимы миниатюрные контактные датчики, недостатки, характерные для контактных датчиков, особенно ощутимо влияют па работу устройства, а для датчиков зажима, позиций 1 и 2 вообще не приемлемы.

Рассмотрим, нанример, работу датчиков положения на зажиме 9, в качестве которых используются фотопреобразователи (рис. 4.4).

Свет, поступающий от источника света, расположенного в световом канале, нроходит по каналам зажима и попадает на ФП. При сжатии зажима изделия нажимают на кнопку, состоян1ую из упругой оболочки и расположено Рис. 4.1. Общий вид клавиатуры:

1-фоточувствнтельный элемент;

2-корнус;

З-клавинш;

4-нсточ1Н1к света;

5-воздунп1ый промежуток;

б-плата с ценями управления;

7-световод;

8-нрозрачпая оболочка О.) \ \ \ \ ^"СчУЧУ\Ч\\хУуЧЧУ\\\\ Рис. 4.2. Клавиатура: а) общий вид;

б) - нерабочее положение клавиши, в) - при нажатии клавинш I - фоточувствнтельный элемент;

2 - корпус;

3 - клавиша;

4 - источиик света;

5- воз душный нромежуток;

б-нлата с ценями унравления;

7- выстун платы;

8-нижняя часть корнуса;

9-верхняя часть корнуса;

10-упругая оболочка;

11-шток;

12-отражатель XT г LI Рис. 4.3. Блок-схема устройства В-P), ban. Рис. 4.4. Общий вид датчиков зажима;

19 - паз зажима;

20 — ФП;

21 - источник света;

22- световой канал;

23 - канал;

24 - общая нлата;

25 - кнонка;

26 - исток;

- зеркальный цилиндр го внутри штока. В результате нажатия кнопки шток перекрывает ностунление света на ФП, сигнал с датчика нрерывается. Если в процессе сборки изделия выпадают из какого либо паза, свет поступает на ФП н включается аварийная сигнализация. ФП смонтированы па общей нлате и размещаются в каналах.

Плата герметично крениться к задней стенке зажима и через разъем соединена с системой унравления.

Во втором варианте направленные источники света расноложсны на нротивоноложной части зажима в точках А. ФП размещены внутри зеркальных цилиндров, которые кренятся к нлате. Этот вариант позволяет также коптролировать поступление изделия в зону первого паза и использовать датчик для команды о начале цикла. Технологические особенности автоматизируемого процесса и самого устройства определяют выбор одного из вариантов в каждом конкретном случае.

Иснользование в качестве датчиков ноложения ФП позволяет обеспечить точное позициопирование, точность и достоверность сигнала, увеличить быстродействия, срок службы и надежность работы устройства.

4.2. Солнечные модули на основе илапарпых фогопреобразователей и полутороидальпых концентраторов Солнечные модули с концентраторами - одна из перспективпых областей применения кремниевых ФП и один из основных путей снижения стоимости и пов1п11ения КПД солнечных систем. Актуальной задачей является создание солнечнЕлх модулей с концентраторами на базе нланарных кремниевых ФП с двухсторонней рабочей поверхностью.

Па рис. 4.5 представлен разработанный нами солнечный модуль с цилиндрическим полутороидальным конценратором [84].

Концентратор представляет собой Уг тора, получеппую разрезапием тора но продольной нлоскости симметрии, образуюнщми являются полуокружности поперечного сечения концентратора, внутренняя поверхпость полутора зеркальная. Rx г, где R — расстояние между центром нолуокружности и осью симметрии концентратора. Приёмник излучения с двухсторонней рабочей поверхностью установлен в плоскости миделя, центр симметрии нриемника совнадает с центром симметрии концентратора, габаритные размеры равны диаметру образующих концентратора.

a) Рис.4.5. Солнечный модуль с нолутороидальным концентратором:

а) - общий вид;

б) - ход лучей 1 - нолуторондальный концентратор;

2 - плоскость миделя;

3 - приемник излучения (ПИ) круглой формы;

4 -тыльная поверхпость ПИ;

5 — лицевая поверхность ПИ.

Солнечное излучение ностунает на нолутороидальный зеркальный отражатель и носле одного или нескольких нереотражений нонадает на тыльную поверхность нриемника излучения. Одновременно освенщется лицевая поверхность приемника. Геометрический коэффициент концентрации солнечного модуля равен:

-ДЛЯ нриемника излучения круглой формы диаметром — для квадратного приемника со стороной 4 Dl Если приемник имеет только одну рабочую поверхность, обран^енную к поверхности зеркального отражателя, то,, D 11 D ^к = Ц^\ -\ = n-\ -1 = K = \^^\ D2=2D, D D Теоретически R=r и D2= 2D\. В реальных конструкциях R = г + а, где а — технологический коэффициент, т.е. R =г 0. в каждой конкретной а= конструкции а —^ min и, в общем случае, зависит от размеров приемника излучения (расстояние между элементами в центральном ряду, расстояние от крайних элементов до края корпуса и т.д.) и способа крепления приёмпика.

При изготовлении СМ задающими являются размеры ФП, размеры СБ на их основе D2 = 2Di = 2( Di + а ) D2 = 2( и(1фп + а ), = где D2 - внутренний диаметр изготавливаемого концентратора, с ф - размер ФП, п -количество ФП в 1„ цептральпом ряду по оси симметрии СМ. Для достижепия теоретического соотнощения R, г и Dj, D2, т.е. для достижения максимальных характеристик модуля, расстояние между ФП — min и плотность заполнения —^ max.

Онтимальный вывод контактов приемника излучения — в центре модуля.

Для выбора онтимапьного варианта конструкции модуля было исследовано влияние формы приёмника излучения и ФП на выходные характеристики СМ. Соотнощение коэффициентов концентрации и электрической монцюсти СМ с квадратным и круглым приёмником излучения при одипаковой плотности заполнения следующие:

Форма О П 0/D приёмпика К 4 3,14 27,39% 0,7"^l 1—i,t 28 ^7— элемент элемент в общем случае приёмник в форме описанного квадрата даёт выходные параметры на 1,18 ^ 2,61% больше. В силу технологических особенностей заполнение приёмпика излучения круглой формы при DI=^100MM более ИЛИ трудоёмкое со сложной схемой коммутации или менее плотное, чем квадрат ной, что также уменьшает выходные характеристики.

Исследования показывают, что круглая форма приёмпика излучепия даёт больший коэффициент концентрации и может быть предпочтительна при использовапии едипичпого ФП круглой формы, а также с точки зрения эстетического восприятия потребителя. Квадратная форма на основе псевдо квадратных ФП более технологична, и, в обн1ем случае, даёт большую выходную мощность.

Для экспериментальных исследований были изготовлены три варианта модуля с D2 = 0,1м;

0,2м и 0,8м и нриёмниками излучения, соответственно, 0,05м;

0,1м и 0,4м.

На рис. 4.6, 4.7 представлены фотографии разработанных и изгото вленных полутороидальпых концентраторов с внутренним диаметром 0,8м, 0,2м и 0,1м и солнечных модулей на их основе.

В СМ D 2 = 0, 1 M зеркальный концентратор выполнен штамновкой из листа нолированного алюминия, нриёмником излучения является 'Л псевдо квадратпого ФП 100x100, размер приёмника О,О5хО,О5м, вариант крепления 3. В СМ D2 = 0,2м конце1гтратор выполнен из стали и установлен один ФП круглой формы 0 100мм или пссвдоквадратпой 100x100, вариант крепления 3. В СМ D = 0,8м концентратор выполнен штамповкой из алюмипиевого листа и покрыт внутри отражаюпщм нокрытием. В качестве отражаюн1его нокрытия была использована зеркальная плёпка фирмы «Kodac» (Япония) с коэффициентом отражения - 0,98. Приёмник излучения - квадратный, размером 400х400х8мм^, состоянщй из 16 ФП 100x100 (0100), вариант креплепня 2. Круглый приемник излучения 0 400х8мм^, состоит из 14 ФП, размером ЮОхЮОмм и 12 ФП фигурной формы двух типов.

Приёмпики излучения вынолнены из изготовленных в ВИЭСХе плапарпЕлх ФП с двухсторопней чувствительностью. ПИ с DI=0,4M вглполпены в Рис.4.6. Полутороидальные концентраторы с внутрен1шм диаметром:

а) 0,8м;

б) 0,2м;

в) 0,1м;

г) 0,8м фацетный Рис.4.7. Солнечные модули на основе нолутороидальных концетра торов с BHyrpeiHiHM диаметром: а) 0,8м;

б) 0,1м;

в) 0,2м лаборатории солнечных фотоэлектрических модулей нод руководством Потапова В.Н. Зеркальные концентраторы вынолнены совместно с Ерховым М.В. на ОПО АОМЗ ВИЭСХ. Разработаннгле нами варианты крепления приёмника излучения представлены на рис.4,8.

Па рис. 4.9 показаны фотографии СМ с нолутороидальным концентратором D2= 0,8 и 0,1м во время лабораторных испытаний.

Измерение вольтамперных характеристик (ВАХ) нронзводилось при помощи амперметра Ml 104 и вольтметра Ml 106 с регулируемой активной нагрузкой, в качестве которой иснользовались реостаты. Электрические параметры солнечного модуля определены расчётным нугём по даппым иснытаний в условиях естественного солнечного облучения.

Па рис. 4.10 ноказаны схемы размен1ення и соединения ФП 100x100 в приёмнике излучения квадратной и круглой формы (шах заполнение) для СМ с полутороидальным концентратором, D2=0,8M, ВАХ квадратных приемников излучения и СМ на их основе. Графики подтверждают теоретические выводы.

Па рис.4.11 приведепы ВАХ внутренней и внешней рабочих новерхностей для СМ с D2=0,8M И приемником излучепия квадратной формы с последовательным и последовательно-нараллельн1^1М (рис.4.10, схемы 1, 2) соединением ФП. Зависимость мощности от напряжения, генерируемого СМ с цилиндрическим нолутороидальным концентратором D2= 0,8м (линия 1), и аналогичная зависимость без концентратора (линия 2) ноказаны на рис.4.12.

Па рис. 4.13 ноказаны ВАХ солнечного модуля, D2=0,2M С приемпиком излучения в виде ФП 0100мм и 100x100мм, а также ВАХ этих нриемников излучения без концентратора, на рис. 4.14 — вольтамнерные характеристики СМ с полутороидальным концентратором при разном внутре1Н1ем диаметре D концентратора.

При проведении экспериментов работа модуля при разных высотах Солнца моделировалась посредством изменения угла между нлоскостью миделя и плоскостью горизонта (рис.4.15). Положение нормали плоскости миделя концентратора по азимуту и зениту задавалось в соответствии с перемещением Солнца но небосводу.

апехм) Sap. Рис.4.8. Варианты крепления приемника излучения б) Рис.4.9. СМ с полутороилальным концентратором во время лабораторных испытаний: а) D2=0,1M;

б) D2=0,8M • / \ s / ^—^ Y) J Рие. 4.10. Схемы размещения и соединения ФП в нриемнике излучения СМ е D2=0,8M И ВАХ нриемников излучения 1 и 2 (линии 1;

2) и СМ на их основе (линии Г;

2'), нриведенные к стандартным условиям освещенности Е=1 кВт/м ;

Т=25°С Рис.4.11. Вольтамперная характеристика лицевой (—) и тыльной (-•-) рабочих поверхностей СМ 0,8м: 1 — последовательное соединение ФП;

2 — носледовательпо-параллельное, Е=1 кВт/м^;

Т=25° С / a 3 ^ 3 6 7 6 Рис. 4.12. Зависимость мощности от напряжения СМ с полутороидаль пым концентратором, D2=0,8M (1) И приемника излучения без концентратора (2), Е=1 кВт/м^;

Т=25°С в Ofi 0. 0,t OJi 0. Рис.4.13. Вольтамперные характеристики CM 0,2м с приемником излучения в виде ФП 0 100мм (1), ФП 100x100мм (2) и приемников излучения без концентратора, Е=1 кВт/м^;

Т=25°С i 2 3 4 5 6 7 в Рис.4.14. Вольтамперные характеристики СМ с нолутороидальным концентратором при разном внутреннем диаметре концентратора, Е=1 кВт/м^;

Т=25°С Плоскость горизонта б) Рис. 4.15. Схемы изменения положения плоскости миделя концентратора относительно плоскости горизонта: по зепиту (а), по азимуту (б) Зависимости тока короткого замыкания от перемещения Солпца по азимуту (1) и зепиту (2) при моделировапии высоты Солпца приведены на рис.4.16). Зависимость мощности солнечного модуля от генерируемых напряже пий при различпых значениях угла а (рис.4.15, схема 1) ноказана на рис.4.17.

СМ с полутороидальным концентратором обладает максимагп^ной (D2=0,8M) рабочей мощностью Pi max=41,384 Вт ( 77, =8,24%) при последовательпом соедипепии ФП и Рг тах=41,632 Вт ( 772=8,28%) при последовательпо параллельпом соединении при а = 70° и КПД лицевой поверхности ПИ 10%.

При КПД лицевой поверхности 15% 77, =12,36% и 772=12,43%.

Зеркальный концентратор больших размеров возможно изготавливать из стеклянных или металлических зеркальных фацет. Соотношение выходных параметров СМ с цельпым и фацетным концентраторами (рис. 4.2 а) 1 к 0,952.

Почти полпая прозрачпость ФП с двухсторонней чувствительностью для инфракрасного излучения позволяет спизить влияние темнературного фактора на характеристики СМ.

В качестве нриемника излучения могут быть использовапы также металлические абсорберы с просветляющим покрытием.

Апализ предложеппых вариантов креплепия приемника излучепия пока зывает, что вариапт 3 дает возможность исключить затенение концентратора краями приемника излучепия, возможпые искажепия за счет крепежа и устапав ливать размеры СМ, максимальпо приближепные к теоретическим отношениям гориьоитсиыле /iaiiu/семив 60' 45' 30' f5' ГУ 30' ^5* 60' 75 SO Рис,4Л6. Зависимость тока короткого замыкания от изменения иоложе ния Солнца: по зениту(1), по азимуту (2) Рис.4.17. Зависимость мощности солнечного модуля с концентратором (D2=0,8M) ОТ генерируемых напряжений: 1 —а=0°;

2—а=30°;

3—а=45°;

4— а=70°;

5— а=90°. Е=1 кВт/м^;

Т=25°С D2 = 2Di и R = г, CM больше защищен от внешней среды. Если отсутствуют ограничения но массе СМ, вариант 3 нредночтителен. При герметизации стекла по контуру вариант 3 позволяет одновременно с выработкой электроэнергии иснользовать объём отражателя для нагрева воды (рис.4.18).

иркатьтй Oqmpar /имяа кш.

Рис. 4.18. Схема использования объема концентратора для нагрева воды На рис.4.19 представлена схема варианта конструкции СМ с полутороидальным концентратором для установки на поверхностях зданий.

На рис. 4.20 представлена фотография солнечного модуля с полуторо идальным концентратором размером 936ммх908ммх732мм, для работы в стационарном режиме в течение 9 месяцев с максимальным коэффициентом концентрации равном 3,14 и следующими техническими характеристиками:

диаметр концентратора - 0,8м;

высота концентратора - 0,2м;

размеры фотонриемника - 0,4х0,4м;

тип фотоприемника - с 2-х сторонней рабочей поверхностью;

электрическая моицюсть - 40Вт;

напряжепие - 6В;

масса - 4,5кг.

СМ не требуют постоянного слежения за Солнцем и концентрируют прямую и диффузпую солпечную радиацию с апертурным углом ±60°.

Предложенные нами конструктивные решения на основе разработанных солнечных модулей (рис. 4.21) позволяют расширить область применения ФП, решая одновременно задачи энергообеснечения, эстетические и экологические задачи, создать серию устройств автопомпых источников энергии для различного типа потребителей.

Рис. 4.19.Схема конструкции СМ для установки на поверхностях зданий Рис. 4.20. Солнечный фотоэлектрический модуль с нолугороидальным концентратором барийнтЫ.

^V Рие.4.21.Солнечный модуль с полутороидальным концентратором При создании СЭС модульного тина особенность конструкции концентратора позволяет размещать СМ внлотную друг к другу (при D2 1м), не затрудняя обслуживания (рис. 4.22).

Рис. 4.22. Схема СЭС модульного типа на основе СМ с нолутороидальпыми ко1н;

ентрагорами 4.3. Технико-экономический расчет В таблице 4.1 приведены результаты технико-экономического расчета производства СМ с последовательно - параллельным соединением D2=0,8M И ФП в приемнике излучения и технико- экономическое сравнение СМ с плоским фотоэлектрическим модулем (ФЭМ) аналогичпой мощности.

Стоимость концентратора определена на основании анализа предполага емых вариантов изготовления: листовая штамповка из металла с зеркальпой Таблица 4. Техннко-экономические иоказатели нроизводства стационарного солиечного модуля с нолугороидальным коицеитратором Значение КПД ПИ: КПД ПИ:

Параметр лицевая пов. 10 % лицевая пов. 15 % тыльная ИОВ. 8,1 % тыльная нов. 12,15% 3 Коэффициент геометрической коицептрации 41,632 62, Пиковая электрическая моииюеть', Вт 1450,17 2175, Стоимоеть ириёмника излучения^, руб.

1193, 1193, Стоимость концентратора, руб.

Стоимость соединительных и монтажных 380 элементов, руб.

700 Стоимость сборки СМ, руб.

3724,13 4449, Общая стоимость СМ. руб.

Стоимость ФЭМ аналогичной 6994, 4662, Мощности^, руб.

938,65 2544, Экономический эффект^ руб.

Уменьшение стоимости 1Вт ииковой 22,55 40, моинюсти, руб./Вт.

Стоимость 1 Вт никовой мощности 89,45 71, солнечного модуля, руб./Вт.

3 Снижение расхода кремння на 1 Вт никовой мощеноети Характеристика приведена для стандартных условий: плотность потока солиечного излучения 1000Вт/м, температура окружающего воздуха +25°С.

' Стоимость определена из расчёта 112 руб./Вт и 28 руб./$ США.

• При условии одииаковой отпускной цены на СМ и ФЭМ ' поверхностью;

изготовление из незеркального материала (металл, пластик) и покрытие внутренней новерхности зеркальной пленкой;

изготовление из зеркальных стеклянных или металлических фацет, и анализа ориентировочной стоимости вариантов на различных предприятиях - изготовителях. Стоимость определена из расчета производства от 2500шт. СМ в год. Для определения показателей была взята максимальная стоимость.

При расчете из стоимости приемника излучепия исключена стоимость алюминиевого каркаса, составляющая ~ 6,7% от стоимости ПИ. Стоимость соединительных и монтажных элементов включает стоимость стандартных покупных деталей и стоимость специальпых изделий. В стоимость сборки входят трудозатраты на сборку единицы продукции, амортизация оборудования, аренда и обслуживание помещения, затраты на электроэнергию, накладные расходы (табл. 4.2), Таблица 4. Расчет стоимости сборки Налоги Отчисления Элементы Зарплата Накладные Нрочие НДС Стоимость на з/п затрат расходы 17, 319,26 18,3 126, Сумма, 195,73 22,7 руб.

Зависимости, приведепные на рис. 4.23, позволяют проводить корреляцию и оптимизацию осповпых параметров производствеппого процесса:

выходных характеристик СМ (КПД лицевой поверхности приемпика излучепия и коэффициепт геометрической концентрации К) и экономического эффекта, при максимальной стоимости копцеитратора, половиие максимальной стоимости концентратора и Рем = niax.

Определим цену СМ при рептабельпости Рем = 20%.

Ц -С Рентабелыюсть солпечпого модуля где Сем Р,„=—-—^хЮО, стоимость солнечного модуля, Цсм - цена солнечного модуля.

Р хС Тогда Z(^,, = Q - прибыль '". При этом - Сем = производителя СМ и Цфэ^ - Цем - П„ок - прибыль покупателя при покупке солнечного модуля (Цфэм - цена ФЭМ аналогичной мощности).

Цена СМ с Гп = 10% - 4468,98руб.: нроизводитель получает прибыль 1„ 744,80руб./щт. и снижает цену СМ на 193,8 руб./щт. относительно ФЭМ. Цена СМ с г|пи =15 % - 5339,22 руб.: производитель получает прибыль 889,87руб./щт.

и снижает цену СМ на 1654,96 руб./шт. относительно ФЭМ. Т.о. покупатель СМ получает прибыль от 193,80 руб./шт. до 1654,96 руб./шт. и снижает срок окупаемости ФЭС. Ценовые параметры СМ приведепы в таблице 4.3.

Таблица 4. Цеповые параметры солпечпого модуля Прибыль Сиижеиие цепы Вариант Цена, Стоимость 1 кВт пиковой производителя, отпосительпо цепы ФЭМ руб.

мощности, руб. руб. (прибыль покупателя), руб.

744, 4468,98 89,45 193, //пи = 1 0 % 5339,22 889,87 1654, 71, //пи = 1 5 % Для расчета стоимости вырабатываемой электроэнергии скомпопуем СЭС мощностью 1кВт из разработаьшых нами модулей (рис.4.22) и ФЭМ для условий Москвы. В таблице 4.4. нриведены результаты расчета согласно [89].

Обе станции равной мощности вырабатывают за год Еэл = 1034кВт часов электроэнергии.

Таблица 4. Показатели Ыа осиове На осцове СМ ?/„„ =15% ФЭМ Рем =20% Р.,=0% 85489, 112000 И ($ США) 1680 1282,48 1068, Э ($ США) 1034 1034 Еэл. (кВт/год) 0, 0,065979 0, р (t = 2,8%) 19437, Э/р ($ США за 20 лет) 25462,65 16198, 15671,65 15671,65 15671, Ез,,//? (кВт за 20 лет) 6, 8,771 5, С (руб. /кВт.час) 0,313 0,239 (24%) 0,199 (36%) С ($ США/кВт.час) 8f предлагаемый в работе [89] срок службы солнечного ФМ модуля составляет 20 лет. За это время инвестор, вложивший кредит И в установку модуля/должен не только вернуть его с учетом % и инфляции, но и получить донолнительный доход.

Предлагаемый уровень инфляции составляет /=5% в год, а банковская процентная ставка to=S% в год. При этом реальная процентная ставка t вычисляется но формуле: / = -1 и составляет t = 2,8%. Коэффициент 1 +./ окупаемости капитальных вложепий р за п лет с учетом процентной ставки t равен: р{{) = -.— и для п=20, to=8% составляет р=0.10185.

В этом случае, чтобы вернуть инвестиции И и нолучить заложен ную нрибыль, ежегодные выплаты Iij в течепие 20 лет составят: Hj = И • pit^) Стоимость вырабатываемой модулем электроэнергии рассчитывается но формуле: С = — - —, где Э/р - нриведе1Н1ые к первому году эксплутационные Р расходы за п лет с учетом реальной нроцентной ставки /;

Ejjp- сумма нриведен ных к первому году годовых объемов производства электроэнергии, экснлуатациоиные расходы 3=0.015-/f.

Па рис. 4.24 ноказаны зависимости нрибыли нроизводигеля СМ, нрибыли потребителя нри покупке СМ, цепы 1кВт-ч электроэнергии от рентабельности и зависимость прибыли покупателя от прибыли производителя.

Полученные зависимости нозволяют оценить влияние закладываемой нормы рентабельности на конечные экономические параметры СМ и выбирать оптимальные значения параметров.

-fOOO Рис. 4.23. Зависимость экопомического эффекта изготовления СМ от КПД лицевой поверхпости ПИ при разпых коэффицисптах копцеитрации.

Ск =1193,96 руб.;

С;

= V2CK=596,98py6.

то SOD гооо toao SfpuSbiJb, pi/S, Рис. 4.24. Взаимосвязь цеповых параметров СМ. Зависимость рептабельпости от:

прибыли производителя (1), прибыли покупателя (2), стоимости 1кВт-ч (3);

зависимость прибыли покупателя от прибыли производителя (4) Выводы по главе 4.

1, Предложено использование ФП в управляющих системах. Разработаны устройства на базе планарных и матричных ФП для управляющих систем.

Использование ФП новышает технологичность, точность срабатывания, увеличивает надежность и срок службы, расширяет функциональные возможности, обеснечивает точность позиционирования, точность и достоверность сигнала. Разработанные устройства защищены двумя авторскими свидетельствами и тремя патентами, использованы нри создании робототехнического комнлекса.

2. Разработаны стационарные солнечные модули с нолутороидальными концентраторами на основе планарных кремниевых ФП с двухсторонней чувствительностью. Исследованы технологические и электрофизические параметры солнечных модулей. СМ концентрируют прямую и диффузпую солнечную радиацию с апертурным углом ±60°, имеют коэффициент концентрации 3-^4, повышают КПД и снижают стоимость электроэнергии, увеличивают эффективный диаметр ФП до 200-^400мм.

3. Испытаны образцы солнечных модулей с внутренним диаметром концентратора 0,1м;

0,2м;

0,8м. Результаты исследований ноказали, что СМ с полутороидальпым копцентратором обладает максимальной рабочей D2=0,8M мощностью Р] тах=41,384 Вт ( 77, =8,24%) нри носледовательном соедииении ФП и Рг тах=41,632 Вт ( 772-^28%) при послсдовательпо-параллельпом соединении нри а = 70°, КПД лицевой поверхпости ПИ rj ^^ =10% и стапдарт ных условиях освещенности. При rj^^^ =[5%;

Т]^ =12,36% и 7 2 ==12,43%.

4. Исследованы варианты конструкций составляюнщх солнечного модуля с полутороидальным копцентратором. Определены вариапты для различных условий экснлуатации и технологий изготовления. Оптимальным является приемпик излучения квадратной формы с носледовательно-нараллельным соединением ФП 100x100, максимальной плотностью занолнения и выводом контактов в центре. При отсутствии технологических ограничений и ограничений но массе предночтителен вариант кренления 3. Соотношение выходных нараметров цельного и фацетного концентраторов 1 к 0,952, 5. Предложены конструкции на основе солнечных модулей с установкой на земле, на новерхностях зданий, в составе СЭС. Рассмотрены варианты иснользовання солнечных модулей. СМ нозволяют расширить область нрименения фотонреобразователей, новысить нривлекательность и потребительский снрос, более полно удовлетворить запросы потребителей.

Солнечные модули с полутороидальпыми концентраторами могут быть нснользованы как в качестве автономных источников электрической и тенловой энергии, так и в системах электроснабжения при создании высокоэффективных солнечных электростанций.

6. Проведено технико-экономическое обоснование использования и нронзводства разработанных модулей. Использование нолутороидальных концентраторов и нланарных ФП с двухсторонней чувствительностью снижает расход кремния на единицу пиковой мощности модуля в 3 раза, стоимость установленной пиковой мощности на 36,5% с 4 до 2,54 долл. за 1Вт и стоимость 1кВт-ч вырабатываемой энергии на 24% с 31 до 24 центов по сравнению с нлоскими фотоэлектрическими модулями.

Заключение По результатам выполпепной работы были сделаны следующие выводы.

1. Разработан новый способ изготовления кремниевых матричных фотопреобразователей путем создания многослойной энитаксиальной структуры и пробоя обратносмещенных переходов, нозволяющий р-п увеличить плотность микроэлементов в матрице с 10 см''^ до 100-1000 см'^ нри напряжении 0,3-0.6В на микрофотопреобразователь. В результате исследовапий технологических процессов получены экспериментальные зависимости и теоретические выражения для определения напряжения пробоя, определень1 технологические режимы и нараметры нроцесса изготовления. КПД образцов МФП составляет 8-8,6% для МФП с 10 п-р переходами и 8,2-8,5% для МФП с 12 п-р переходами.

2. В результате теоретических исследований электрофизических характеристик матричных фотопреобразователей получены выражения для фототока и темнового тока насыщения, рассчитаны параметры микрофотонреобразователя с р-п переходами па пяти гранях и изотиппым р-р^ переходом на шестой для случая трехстороннего освещения и определены эффективность собирания g ^ ^ =0,876 и КПД;

77^.^,^^ =14,5%;

т],^^,,.^ =33,8%.

^ ^^ Проведена систематизация методов расчета микрофотопреобразователей, что нозволяет выбирать конструкцию МФП с определенной конфигурацией/? п переходов при проектировании солнечных модулей и систем.

3. В результате исследований технологических и электрофизических параметров больших плапарпых фотопреобразователей разработаны методики контроля времени жизни неосновных носителей заряда и слоевого сопротивлепия, которые применяются при производстве ФП 0100мм и 100x100мм на опытном производстве ВИЭСХ.

4. Разработапы оптоэлектронные устройства па базе нланарнг^1х и матричных ФП для унравляющих систем. Использовапие ФП повьнпает технологичность, точность срабатывания, увеличивает надежность и срок службы предложенных устройств но сравнению с устройствами аналогичного назначения, обеспечивает точность позиционирования, точность и достоверность сигнала. Разработанные устройства защищены двумя авторскими свидетельствами и тремя патентами, иснользованы нри создании робототехнического комплекса.

5. Разработаны стационарные солнечные модули па основе нолутороидальных концентраторов и планарпых кремниевых ФП с двухсторонней чувствительностью. В результате исследований технологических п электрофизических параметров солнечных модулей с внутренним диаметром концентратора 0,1м;

0,2м;

0,8м ноказано, что коэффициент концентрации модулей составляет 3-^4, максимальная рабочая мощность 41,632 Вт и КПД 8,28% при КПД лицевой поверхности приемника излучения 10% и стапдартных условиях освещепности. Прп КПД лицевой поверхности приемпика излучения 15% КПД солнечных модулей составляет 12,43%. Использование полутороидальных концентраторов и нланарных ФП с двухсторонней чувствительностью снижает расход кремния на единицу пиковой мощности модуля в 3 раза, стоимость установленной пиковой мощрюсти на 36% с 4 до 2,54 долл. за 1Вт и стоимость 1кВт-ч вырабатываемой энергии на 24% с 31 до 24 центов по сравнению с плоскими фотоэлектрическими модулями.

Список литературы 1. Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика: етратегия, ресурсы, технологии. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005. - 264с.

2. Стребков Д.С. О развитии солнечной энергетики в России // Теплотехника. 1994. J b 2. С. 53-60.

V 3. Bezrukikh P.P., Strebkov D.S., Tyukhov I.I. Reneweable Energy for Russian Economy Problems and Goals // The 4'*^ ISES Europe Solar Congress. June 23-26, 2002, Proceedings Univercity of Bologna, Bologna, Italy. 6p.

4. Стребков Д.С, Пинов А.Б. Развитие фотоэлектричества в России// Возобновляемая энергия. Ежеквартальный информационный бюллетень.

2001.^2 I. e. 6-7.

5. Маусоск Р. Annual review of the PV market // Renewable energy world.

2003, Vol. 6. № 4. P. 20, 84-90, 138.

6. Maycock P.D., Maycock P. PV market update // Renewable energy world.

2004, Vol. 7. №4. P. 78-86.

7. Maycock P. PV market update // Renewable energy world. 2005, Vol. 8. №4.

P. 86-99.

8. Мартиросов СИ. Фотоэнергетика мира // Возобновляемая энергия.

Ежеквартальный информационный бюллетень. 2001. № 1. С 1-5.

9. PV module manufacturing // Renewable energy world. 2004. Vol. 7. №4.

P. 151-159.

10. Strebkov D.S., Zadde V.V., Pinov F.V., Touyryan K., Murphy L. Crystalline Silicon Technologies in CIS Countries // 11^^ workshop on Crystalline Silicon Solar Cells materials and process. Holiday Inn Estes Perk, Colorado, August 19-22, 2001, NREL, 2001, p. 199-207.

11. Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика: для развивающихся стран или для России? // Энергия: экономика, техника, экология. 2002. № 9. С 11-14.

12. Jones J. The growth challenge// Renewable energy world. 2005, Vol. 8. №4.

P. 146-157.

13. Стребков Д.С, Тюхов И.И., Шеповалова О.В. Сравнение характеристик солнечных и тенловых электростанций // Энергообеснечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 4-й Международной научно-технической конференции (12-13 мая 2004 года, Москва). Часть 4. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004. С. 60-64.

14. Лидоренко Н.С, Евдокимов В.М., Милованов А. Ф., Рябиков СВ., Стребков Д.С, Унишков В.А. // Тезисы докладов Всесоюзной конферен ции "Солнечная фотоэлектрическая энергетика". Ашхабад, 1983. С. 8-12.

15. Bureseh М. Photovoltaic energy systems -New York, 1983.

16. Basic photovoltaic principles and methods. New York, 1984.

17. Колтун M.M. Солнечные элементы.-M.: Наука, 1987.-218 с.

18. Лидоренко Н.С, Евдокимов В.М., Стребков Д.С Развитие фотоэлектрической энергетики. - М.: Ннформэлектро, 1988. - 52 с.

19. Sah С Lindholm F., Fossum S. А high low junction emitfer structure for inpoving silicon solar cells efficiency // IEEE Trans, on Electron. Dev. 1978.

VoL25,№l.P. 66-67.

20. Matsuda S., Matsutani Т., Saga T. Suzuki F. Development of ultrathin Si solar cells. Conf. Rec. 17 th IEEE Photovolt. Spec. Conf., Kissinme. Florida, 1984. P. 123-127.

21. Wolf M. How will we get to 20 % (AMI) efficient Si solar cells. // Conf. Rec.

16 th IEEE Photovolt. Spec. Conf. San Diego, Calif., 1982. P. 355-360.

22. Weaver H., Nasby R. High efficiency silicon solar cells. // Conf. Rec. 16 th IEEE Photovolt. Spec. Conf. San Diego, Calif., 1982. P. 361-365.

23. Green M. Blakers A. et al. Towards of 700 mV silicon cells. // Conf. Rec. th IEEE Photovolt. Spec. Conf. San Diego, Calif., 1982. P. 1219-1222.

24. Колтун M.M., Нолисан A.A., Шуров K.A., Оршанский Н.С, Невежин О.А.Солнечнью элементы и батареи // Нтоги науки и техн. ВИННТИ.

Сер. Генераторы нрямого преобразования тенловой и химической энергии в электрическую.-- 1989. Т.9 С. 1-144.

25. Аношин Ю.А., Бордина Н.М. и др. Фотонреобразователь с двусторонней чувствительностью//Гелиотехника. 1979. Яо2. С 3-8.

26. Бордина Н.М.,Головпер Т.М. и др. Работа тонкого кремниевого фотопреобразователя при оевещении его с двух сторон// Гелиотехника.

1975. №6. С. 12-19.

27. Strobl G., Kasper С, Rasch K.D., Roy К. Bifacial space silicon solar cell //18''' IEEE Photovolt. Spec. Conf., Las Vegas, 1985.-N.Y., 1985.-P.454-457.

28. Андреев B.M. и др. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. - Л.: Наука, 1989. - 310с.

29. Лидоренко Ы.С., Евдокимов В.М., Милованов А. Ф., Стребков Д.С. // Известия АН СССР. Энергетика и транснорт. 1977. № 3. С. 110-115.

30. Лидоренко Н.С, Стребков Д.С. // Доклады АН СССР. 1974. №219.

С. 325.

31. Ландсман А.П., Стребков Д.С. // Гелиотехника. 1970. № 8. С. 3-5.

32. Лидоренко Н.С, Евдокимов В.М., Милованов А. Ф., Рябиков СВ., Стребков Д.С, Унишков В.А. // Тезисы докладов Всесоюзной конферен ции "Нспользовапие солнечной энергии". Ашхабад, 1977. С 277.

33. Васильев A.M., Ландсман А.Н. Нолупроводниковые фотонреобразователи.-М.: Советское радио, 1971.-248 с.

34. Лидоренко Н.С, Стребков Д.С. Нетрадиционная энергетика. М.: Знание, 1986.-41 с.

35. Евдокимов В.М., Милованов А. Ф., Рябиков СВ., Стребков Д.С, Нерснективы иснользования высокоэффективных фотонреобразователей с концентрацией нотока солнечной радиации для создания крупных космических электростанций // Труды XVIII Чтений К.Э. Циолковского. Секция "К.Э. Циолковский и нроблемы космического производства". М., 1984. С. 127-135.

36. Diaz - Santanilla, Guillermo. Technik der Solarzelle: Phys. Grundlagen, Eigenschoften u. Applikationen. - Munchen, 1984. - 104 c.

37. Ландсман A.H., Стребков Д.С, Унишков В.А. Расчет и экснериментальные исследования высоковольтных фотоэлектрических генераторов. //ФТН. 1970. Т.4. № 10. С. 1922-1928.

38. Евдокимов В.М. Фототок в солнечных элементах с неоднородными полями // Гелиотехника. 1972. № 5. С. 3-20.

39. Goradia С, Goradia N.G. Recent experimental results of high intensity (HI) edge - illuminated multifunction silicon solar cells. // 12 th IEEE Photovoltaic Specialists Conference - 1978, Baton Ronge, La. Nov. 15-18, 1976, Conf. Res. New York, N.Y. 1976 XXXV, 1004 pp. ill., p.789-790.

40. Goradia, Sater B.L. A first order theory of the p"*"-n-n"^ edge - illuminated silicon solar cells at very high injection levels. // IEEE Tranc. on Electron.

Dev., 1977, EP-24№ 4. P. 343-351.

41. Fossum I. G., Schueler D.O. Design optimization of silicon solar cells for concentrated - sunligt high temperature applications. // International Electron Devices Meeting. Wishington D.C. December 6-8, 1986. Techn. Dig. 1976, New York, 671 pp. ill. P. 453-456.

42. Castle John A. Design criteria for high efficiency silicon solar cells with concentration // 12 th IEEE Photovoltaic Specialists Conference - 1978, Baton Ronge, La. Nov. 15-18, 1976, Conf. Res. New York, N.Y. XXXV, 1004 pp., ill. P. 751-759.

43. Current topics in photovoltaics. - London, 1985.

44. Фаренбрук A., Быоб P. Солнечные элементы. Теория и эксперимент / Пер. с англ./ Под ред. М.М. Колтуна. - М: Энергоатомиздат, 1987.-280 с.

45. Goswani D.Y., Vijayaraghavan S., Lu S., Tamm G. New and emerging developments in solar energy // Solar Energy, 2004, vol. 76, № 1-3.

P. 33-43.

46. Woyte A., De Bradandere K., Van Dommelen D., Belmans R., Nijs J.

International harmonization of grid connection guidelines: adequate requirements for the prevention of unintentional islanding // Progress in Photovoltaics: Research and applications, 2003.

47. Dunlop J.P., Farhi B.N., Post II.N., Szaro J.S., Ventre G.G. Reducing the costs of grid-connected photovoltaic systems. // Presented at Proceedings of Solar Forum 2001: Solar Energy. The Power to Choose. Washington. D.C.

48. News // Renewable energy world, 2004, Vol. 6, №2, p. 11—35.

49. News // Renewable energy world, 2005, Vol.8, №4, p. 14-43.

50. Bonvin J. The Swiss choose - consumers fund green electricity in Switzerland // Renewable energy world, 2004, Vol. 7, №3, p. 98-105.

51. Martinot E. Renewable Energy in developing countries. Lessons for the market // Renewable energy world, 2003, Vol. 6, №4, p. 50-63.

52. Wood E. Chicago green kind of town // Renewable energy world, 2004, Vol.

7, №2, p. 60-69.

53. Planning and installing Photovoltaic systems: a guide for installers, architects and engineers - London, James&James, 2004.-324 p.

54. Nordmann T. Built - in future // Renewable energy world, 2005, Vol.8, №4, p. 236- 55. Jackie J. Time to concentrate. // Renewable energy world, 2005, Vol. N» 5, p.48-53.

56. Зервос A., Лине К., Шафер О. Развитие рынка возобновляемой энергетики в Евроне // Возобновляемая энергия. 2004. №3. С. 5-11.

57. Paul N. Pastures new. Germany's PV market moves into new territory // Renewable energy world, 2004, Vol. 7,.№3, p. 48-59.

58. Патент РФ № 2265915. Снособ изготовления нолунроводникового фотоэлектричеекого генератора. / Стребков Д.С., Заддэ В.В., Шеновалова О.В. // БИ. 2005. № 34.

59. Стребков Д.С., Заддэ В.В., Шеновалова О.В. Исследование нроцессов изготовления матричных фотоиреобразователей на основе кремния // Актуальные проблемы современной науки. 2006. №2(29).С.153-158.

60. Miller S.L. // "Phys. Rev." Vol. 105, 1957, p. 1246—1249.

61. Whitter R.F., Tremere D.A. // "IEEE Trans on Electron. Dev." Vol. ED-16, №1, 1969, p. 64.

62. Чуенков B.A. Теория электрического нробоя полупроводников.// L Физика твердого тела. 4.2. Сб. статей. / Под ред. А.Ф.Иоффе. - М.-Л.:

АП СССР, 1959. С. 200-208.

63. Чуенков В.А. Теория электрического пробоя полупроводников (р-п переходы). // II. Физика твердого тела. 4.2. Сб. статей. / Под ред.

А.Ф.Йоффе-М.-Л.: АНСССР, 1959. С. 209-215.

64. Осповы технологии кремниевых интегральных схем. Окисление.

Диффузия. Эпитаксия. / Под ред. Р.Бургера, Р. Данована / Пер. с англ. М.:Мир, 1969.-452 с.

65. Овсюк В.Н., Сидоров Ю.Г., Васильев В.В., Шашкип В.В. Матричные фотопреобразователи 128x128 на основе IlgCdTe и многослойных гетероструктур с квантовыми ямами GaAs/AlGaAs // Прикладная физика. 2000. №5. С.70-79.

66. Заддэ В.В., Стребков Д.С., Шеповалова О.В. Исследования солнечных элементов большой площади // Гелиотехника. 1992. К^ 4. С. 34-38.


67. Отчет о НИР. Провести исследования солнечных элементов, разработать опытно-промьнпленную технологию и изготовить 1000 штук солнечных элементов автономных средств энергоснабжения для создания производства. М.: ВИЭСХ, 1990. С. 7-47.

68. Дормидонтов А.А. Жучков В.М., Майоров В.А., Поляков В.И., Стребков Д.С, Унишков В.А., Федосова Г.Б., Королев Б.В., Шеповалова О.В.

Методы расчета матричных многонереходных фотопреобразователей // Элекгротехнологии в сельскохозяйственном производстве. Научные труды ВИЭСХ. - М.: ВИЭСХ, 1989. С. 11-34.

69. Стребков Д.С, Унишков В.А., Шеновалова О.В. О модели микрофотопреобразователя, работающего в условиях изотропного освещения //Техника и технология. 2006. №2(14).С. 56-61.

70. Корн Г., Корн Т. Справочпик по математике. - М.: Паука, 1974. - 832 с.

71. Дормидоптов А.А., Стребков Д.С. О применении метода функций Грина и конформных отображений для расчета концентрации неравновесных носителей тока в базе фотопреобразователей // Сб. докл. по фотоэлектрической эпергетике. Новые методы получепия электроэнергии. 1980. № 2 (8). С. 63-66.

72. Heidle К., Beier J. Uncertainty analysis of PV efficiency measurements with a solar simulator: spectral mismatch, nonuniformity and other sources of error // 8th Europ. PV Sol. En. Conf., 9-13 May 1988, Florence, p. 8-16.

73. Евдокимов B.M., Жучков B.M., Майоров B.A. и др. О новом классе фотопреобразователей // Гелиотехника. 1985. № 6. С. 13-16.

74. Жучков В.М., Стребков Д.С., Упишков В.А., Майоров В.Н.

В11соковольтиые многопереходные фотонреобразователи из кремния // Электроника. 1986. № 6. С. 53-55.

75. Лидоренко Н.С., Евдокимов В.М., Милованов А.Ф. и др.

Фотоэлектрические преобразователи концентрированного излучения:

теория и эксперимент // Сб. «Солнечная фотоэлектрическая энергетика».

Ашхабат, 1983. С. 3-12.

76. Галкин Г.Н., Евдокимов В.М., Коваль О.И. и др. Концентрационные зависимости нараметров высоковольтных фотопреобразователей из кремния при высокой освещеппости // Радиотехника и электроника. Т.

26. № I. e. 190-194.

77. Стребков Д.С., Муругов В.П., Алиев Р.К. Фотоэлектрическая энергетика сельского хозяйства//Техника в сельском хозяйстве. 1988. № 1. С. 5-7.

78. Колтун М.М. Онтика и метрология солнечных элементов - М.: Наука, 1985.-260 с.

79. А.с. N2\6\5700. Клавиатура для управления электронным устройством. / Стребков Д.С., Шеповалова О.В. // БИ. 1990. №47.

80. А.с. №1705817. Клавиатура./ Стребков Д.С., Заддэ В.В., Шеповалова О.В.//БИ. 1992. №2.

81. Патент РФ №2049676. Устройство для изготовления изделий./ Шеповалова О.В., Шеновалова Г.А., Шеповалов В.Д., Станишевский А.И. //БИ. 1995. №34.

82. Патент СССР №1725739. Способ изготовления малогабаритных изделий для хранения и подачи пастообразных средств./ Шеповалова О.В., Шеновалова Г.А., Стапишевский А.И. // БИ. 1992. №13.

83. Патент РФ №2053699. Линия по изготовлению малогабаритных изделий для хранения и подачи пастообразных средств./ Шеповалова О.В., Шеповалова Г.А., Станишевский А.И. // БИ. 1996. №4.

84. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Шеповалова О.В. Солнечные модули с полутороидальными концентраторами // Актуальные проблемы современной науки. 2006. №3(30), с. 118-123.

85. Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Тюхов И.И., Иродионов А.Е., Содномов Б.И. Комбинированное производство электроэнергии и тепла на основе фотоэлектрических концентраторных систем // Экология и сельскохозяйственная техника. Т.З. Материалы международной научно технической конференции. С-Пб.: СЗНИМЭСХ, 2002. С. 53-58.

86. Арбузов Ю.Д., Евдокимов В.М., Левинскас А.Л. и др. Разработка фото электрических модулей с параболическими концентраторами и крем ниевыми фотопреобразователями // Гелиотехника. 1996. №4. С. 3-10.

87. Стребков Д.С, Задцэ В.В., Шеповалова О.В. Вакуумные стеклопакеты для окон и солнечных коллекторов // Возобновляемая энергетика.

Ежеквартальный информационный бюллетень. М.,2004, март, с. 12.

88. Шеповалова О.В. Солнечные установки для энергоснабжения сельских потребителей // Сельский механизатор.2006. № 7. с. 29-32.

89. Стребков Д.С, Иродионов А.Е., Тарасов В.П., Тверьянович Э.В., Силаева А.Н. Методика расчета технико-экономических характеристик электростанций в условиях рыночной экономики. - М.:

Россельхозакадемия, ВИЭСХ, 1998. - 29 с.

90. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. - М.: Мысль, 1990.- 637 с.

91. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей. - М.:

Энергоатомиздат, 1983. - 357 с.

92. Пивоварова З.И., Стадник В.В. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР. - Л.:

Гидрометеоиздат, 1988.-292 с.

Математические модели микроэлементов МФП Приложение Пространственная Уравнения фототока и обр1атного тока насыщения Граничные Уравнение модель условия стационарной диффузии varia Одномерные 1. Однозонпая модель с вер An Л тикальным р-п переходом X= a) An •q d^An dAn An e '-" x =d x=d dx т„ ' dx' -go(у) qU An 6) = An x=dr : " -la.e " +a,1 - "a -e ^ e _ =q e " -e " Е„ =0;

S^ = varia._ Jф "^n 7^ pc, = 1 ;

а 2 =.hi L.

= 2, Двузонная модель с верти- Для области I fltL An кальным р-п и изотипным II dAtii D р-р'^ переходами " " " dx т.

dx = An.

X=5 5p dp НУ, dp 5p d = -go(y) -(e^'"+e = An An. dp 5p dp II X = d X=d Для области II " -e d^An,, An,, - n Л„ dx' X =d X=d •(e ^'" ^" - e ^" ^'" dp Sp dp e^'^^[e V" p Jp a P+a2-^ -e " " (SQ H-aj-I)]-'.

- Sp dp 5p' dp dp dp Двумерные _ 3. Модель с вертикальными j9 п и изотипным р-р^ перехо "" * дами ax' 3An(x,y)i ^ при наличии скорости по An(x,y) верхностной рекомбинации = -go(y) -ab Sn на горизонтальных гранях. 1-е +• хДп(х,у)| y=b a 5Дп(х.у) хДп(х,у)|у=о I _ 2vl n= 4. Модель с вертикальным р-п qU переходом и Г-образным/7-/* l^ 5x ду' ab переходом с конечной скоро- Т = стью рекомбинации Sn на X=О Дп(х,у) Эх ^ = ^ 1+ —Д—-cthK-b = -8о(У) тыльной поверхности. ЭДп(х,у) = ду у= K, 5. Модель с вертикальпьм р п переходом и аи Г-образным изотипным,-ab ^ переходом „Го х= I у= ЭДп(х,у) 6. Модель с Г-образным/-w переходом с бесконечной скоростью поверхностной ре комбинации на тыльной и qU вертикальной противополож ной/)-« переходу поверхно стиях. = An(x,y) X = о ^ Дп(х,у) K, A 2 J PY q- + — n=l о 7. Модель с Г-образным/-« и -ab 1 -е изотипными Ап(х,у) j^^Q =Дп(х,у) р-р"^ переходами Дп(х,у) 1 К„ п р ^^^ *• b-thKnb = q- 71 2- ЭДп(х,у) п=о у= У= 5Дп(х,у) 1-е -ab V.

X=а -2К„Ь 1+е а.гср_ 8. Модель с Г-образнымр-и переходом с бесконечной скоростью поверхностной ре комбинации на вертикальной qU противоположной р-п перехо- = Дп(х,у) ду грани.

'а K,b K, 2L Ki n=l Ki(b-Si), Kib shK,(b-Si) K, 9. Модель с р-п переходами на 3-х гранях An(y,z) K3C' y =( и с бесконечной скоростью I ду' dz' qU поверхностной рекомбинации (2п-]Уп' n=l на тыльном контакте. An(y,z) An(y,z) y = b = 2K,(b-8,) 2sh Ю.Модель с [- образным р-п переходом и изотипным р-р'*' переходом Knb K,,b qU th при нулевой скорости по- = An(x,y) V верхностной рекомбинации.

Г 5An(x,y) = x=a 1-е -к„ь 8a.-к„ь K Трехмерные.

11.Модель с вертикальным р п переходом на одной грани и с изотипными р-р"*" перехода- An(x,y,z) 2 = 0 ^ " P ^ ^ ' ' ^ " ' ^ 16No ми на остальных пяти гранях 4=-q (Sn-*-O). 5An(x,y,z) ЭДп(х,у,г) mn z=c ay 5An(x,y,z) aAn(x,y,z) 5An(x,y,z) = X=a Эх 12. Модель с вертикальным р п, противоположными изо-.z)_ Anj(x,y,z) = типными р-р"^ переходами с конечной скоростью по верхностной рекомбинации = на остальных гранях. x=a ап| anj qU z= У = "Т ^= • [(2p =ip=i [(2m an.

с z= ' = 13. Модель с Г-образным р-п переходом и изотипными р-р"^ An(x,y, z =c переходами на остальных гранях.

aAn(x,y,z) _ aAn(x,y,z) ax aAn(x,y,z) aAn(x,y,z) = ay Г -ь— m=On=O 'О 14. Модель с [-образным р-п An(x,y,z) переходом и изотипными пе An(x,y,z)j^^Q = реходами на остальных гра- z= °° °° \6Hl нях.

= An(x,y,z) К mn z=( m=On=O 5An(x,y,z) aAn(x,y,z) X=a ду Эх 2T mn ^ '^mn у "^ m=On=O aAn(x,y,z).= ду 15. Модель с р-п переходами на пяти гранях и изотипным An(x, y, z) jj _ Q = Дп(х, у, z) р-р'*' переходом на шестой грани. m=On=C = Дп(х, у, z) z= Ill к, К, K;

m=On= ЭАп(х, у, z) I = X= a f I ^^^^^^ 16. Модель с вертикальным p n переходом на 3-х гранях и изотипными р-р"^ переходами на остальных гранях.

5An(x,y,z) aAn(x,y,z) = x=a z=c Принятые коэффициенты 2а •\ I [ а +• +• Л +• L 2а;

(2m a (2m ВСЕСОЮЗНЫЙ ИАУ^ИЮ-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И^ЮТИТУТ ЭЛЕКТРИФШАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ) СОРЛАСРВАНбч УТЗЕК1ДАЮ {^^••1 А^З.Шавернев (^ШШ':'^.С.Стребков 1990 г. 1990 г.

. МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ ВРИЛЕНИ ЕИЗНИ НЕОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ З А Р Я М ПРИ ИЗГОТОВ ЛЕНИИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛШЕНТОВ.

СОГЛАСОВАНО, ЦОГКБ Зав,лабораторией 16-1/ Б.С.Глушенков ^ В.В.Зоддэ 1990 г. II Г^^ \\ г.

Начальник участка солнечных элементов В. П. Шепелев 1990 г.

Технолог участка ючнык СОЛ В.И.Щербшин 1990 г.

Ответственный исполнитель О.В.Шеновалова //•(^^— " Ж ? yg-^^ 1990 г.

• •,• • / СОДЕРЖАНИЕ Стр, 1. Назначение...w...... '........... •..... ^ 2. Характеристики установки измерения времени жизни.......

3. Принципы контроля 4. Инструкция по измерению времени жизни неосновных носите лей заряда 4. 1. Регламент измерений'.»... ;

-^ 4.2. Состояние приборов на момент включения установки 4. 3. Порядок проведения измерений •.в.

I. НАЗНАЧШИЕ '.

• • V. ••.•• • •:. • ' ' • • ' '. • ' •:

Маагодика предназначена для контрЪля времени жизни неосновных носителей" заряда при изготовлении планарных кремниевьсс солнечны^с элементов из кремниевых' (марки КПВ, КОД) пластин диаметром ^/=100 вш, Измерение времени жизни неосновных носителей заряда f пеоб ходшло, т.к. оно является параметром,, характеризующим рекомбинацию носителей заряда,в полупроводниковом материале и определяет свойст ва полупроводника. Чем совершеннее монокристалл, тем время жизни больше - возврат к равновесной концентрации медленнее.


Согласно -технологии изготовления солнечных элементов время жиз ни неосновных носителей заряда измеряется:..

- при получении пластин;

'. - перед запуском партии;

- после проведения диффузии бора и фосфора;

- после проведения диффузии бора (норла для фирлы ARCO WJJt^ t^ ?^30 мко);

- на пластшах с удельншл сопротивлением более 4,5 Ом.см перед диффузией и после обеих стадий диффузии;

•.

- после полного стравливания. • ГД ЫЛ считаются цластины с временем жизни 0Н 1И мкс до диф t'^l фузии, и ТУ 10 МКС после диффузии.

времени жизни неосновных носителей заряда проводятся на установке измерения времени жизни.

2.' ХАРАКТЕРИСЗЖИ УСТАНОВКИ ИЗМЕЕЕНйЯ ВРШЕНИ ЖИЗНИ. На рис.1 представлен общий вид установки в рабочем состоянии.

2. 1. Рабочие условия приьюнения установки:

температура окружающей среды 20+5°С;

•' относительная влажность воздуха 25-80^;

ащлосферное давление 85-110 кРа.' Установка работает от аети переменного тока.

Напряжение питания 220 В;

величина тока 5 А;

-.

частота 50 Гц....

• ••,* 2.2. Комплектация. ' ' Установка измерения вреглени жизни включает: • • ' I. Источник питания постоянного тока Б5-47.

. 2.~ Источник питания постоянного тока Б5-50.

3. Генератор иглпульсов Г5-54.

Л. Осциллограф GI-82.

5. Измерительное устройство со съемной версшей металлической площадкой., " 3-^ V' • Данные об измерительных приборах приведены в таблице, I и на рис.2-6;

• • V Рис.I. Общий вид установки измерения времени жизни... в рабочем состоянии Таблица I. Данные/о-приборах, входящих з состав установки измерения времени жизни ^ _ _ _ ^ _Поверен ^_.

Нашленование j-ggg J-99J;

^592 ^993' Х994" I. Источник пита ния постоянного й 82096, тока Б5-47 1985 г.

2. Истоодик питания ;

Й 9II439, постоянного тока • Б 5-50 1988 г.

3. Гзнератрр Ш.1-.

1982 г. пульсов Г5-54 4. Осциллограф ) Й 19. CI-82 5 5. Устройство изме ритёльное 6 1989 г.

Рис, 2. Источник питания постоянного тока Б5- s Рис.3. Источник питания постоянного тока Б5- Генератор импульсов Г5- в d io Рис.5. Осциллограф GI- О~ ИМ iUCUOUvr IViiU.

Рис,6. Устройство нзмерятельное а) обЩ'^к вид, б) шд сбокЙ" в) вид сверху, г) зерП1яя рлотялличеокая площадка 3. 'I Брз1ли лсизпц iujociiOuiiLiJc носителей'заряда/измеряется по кривой.jj:.h)irii'a:ij;

;

;

Gii Б роз.ультатс подачи светового жлпульса ниА р-ншр&т), раоиоло;

:со1ишй в цоптре столика па исоледуагли:] ocjij:-^]oiu ОБО'-'ОДЮД, изглэритолгнюго yoTiiOiiOTib'i ( p i i o. e ), подаст «зэтовой шлпул.ьо па о б разец", па:содлц;

.:пО!:. i:a oTo^MJbO niiriopinoiibnoro устрО|1стБа. При этом на Oi^paiie осциллограс/^а виоБОЧЯБаотси кршзал опол^., WКОПгорои а(ищ& iionnimo "Броии зшзиц иоситолой" харгштерцзуе!' ситуацию, при которое [{OHUOiiTpaLuia злектроноБ и дырок под влиянием некоторых фшс торов (в Hauefi Случае гипульса) отклоняются от своих рав СВОТОБОГО новесных значеимй. Время, необходшоо для аосста11овленг1я равновес ных концентраций поело прекрш^ения действия нарушающего равновесия фа1{тора, и называется Брзгленем кизни ноонтёлей. Воздействие свето В 1 лучогч! в ншем случае тшсз;

ш имитирует условия работы изготавли ЫЛ ваеглых солнечан;

: элитен тов.

Тонкий кристалл '.и;

пользуемого крзглиця и-типа подвергается об лучению сБетог", сиособпш," вызвать возникновение пар электрон-дырка.

Длина сБ(зТОБОЙ волны выбирается такшл образом, чтобы обеспечить у с ловия paj3HOJ/.8p:ioj;

o ноявлоиая указолных пар в объеме образца. Как показало на рас.7-а, внутри кремния будет поглощена только небольшая часть подающей па пего энергии излучения.' Поэтому концентрация носи телей возрастает рлБ'лоуепно, При мгновенном виключонпи источника излучения концентрация но сителей возвратится к своеглу ровновесноглу значению, спадая по э к с поненциал ьному закону с харшперистичесШ'Ш паршетром времени f, называемьил временем зхкзнл носителе,'':.

с с г ( Г г г—с-_с_с:

с с Г ССС гГ С1) • k \?

о ^«— ч \ • \ г г?

О С1сз!латапоокоо лзобрлгеццо обэазда, подаортаоаого де11с2зпЕ) п:5^Ш2-:шдей роддацад ( a ) j экспоаоицяаяь B M спад аобцтошю. iraimenTpamm йооа!шло|! ( U чеапо BiiitniauoHo и глоглеит щ-^итп f «0) (б) Процесс спада описывается форл/улой:

где, /1в- концентрация неосновных носителей в начальный момент вре мени;

Д - концентрация в момент времени t ;

е.^ 2,73.

Отсюда'можно определить величину,проде$еренцировав уравне- • • • ние / I / или графически. Из свойства убывающей'экспоненциальной функции /рис,7-6/ следогет, что Г — э т о абсцисса точки переоече1шк,-:

касательной, проведенной к экспоненте в точке ^=0, с осью врёме№' Другими словами, Т- это время,необходимое для того,.. • (•'••''•'• '."••.•••.•• ная концентрация носителей спала до -J- первоначального значения,-.

Практически значение времени жизни неосновных носителей заряда»

т»е. точку пересечения касательной с осью времени,определяютсле дущшл образом.,.. ' •ч Устанавливают на экране осциллографа амплитуду поступающего импульса равную 4^,73 большие клетки. Тогда 2* будет соответствовать.

точке на кривой спада сйлрдинатой А-2=1, т.е. 1большой клетке,т.к.

согласно теории, С - это время, необходимое для того, чтобы амплиту да сигнала уменьшилась до ~ первоначального знннения, ^.. ' Проведя из точки 1большая клетка прш/:[7ю, параллельную) оси вре-.

мени, опускавт из точки пересечения перпендикуляр на ось времени»•' Полученная точка на оси времени будет соответствовать значению.',: ;

:

При этом - •... ;

V •, где 2-- коэффициент измерительного устойства} М - мастаб оси НИ по ручке осциллографа;

кол.клеток -количество клеток по', мени от начала коордийат до точки пересечения на экране осциллографа!

• 4, ИНОТРЛСЦИЯ П И3^1ЕРЕНИЮ ВЕШЕ11И КИЗНИ О '. '•'.•)'У у.х 4.1. Регла^юнт измерений. '... ' • • Согласно технологии изготовления солне^1ых элементов время-'жиз:

ни неосновных носителей заряда измеряется. '.'. ' ;

.

Выборочно:. •V ' - при получении пластин,.J - перед запуском партии.

Сплошной контроль: ' '., • - после проведения диффузии брра и фосфора,, - ' - после проведения ди(|)фузии бора (при изготовлении полуфабри-' катов, норла для/^/гсо ъош(1 30 мкс), t^ - на пластинах с удельньш сопротивлением болец 4,5 1)м.см перед диффузией и после обеих стадий диффузии. '. •••.

• • i.

4.2. Состояние приборов на момент включения' установки» / '• ' • Источник питания Б5-47: выставленно 12 В и^ 2,63 А. '. Источник питания Б5-50: выставленно 10 В и 150/и А.,.Д ;

••:: v •' Генератор импульсвв Г5-54: • •. :.•, ;

Лч - на шкале "яаотота повторений" выставленйо 2,82;

нажатаубелая кнопка "хЮ^";

.,! : J - на шкале "временной сдвиг" yj/S выставленно 2,4;

н^ажата белая ;

кнопка "х10";

-,/ •,-. • - на шкале "длительность" выставленно 2,0.;

нажата белая 'кнопка:;

"хЮ";

.. ;

'/:':••-i - с правой стороны панели генератора выключены все кнопки,^на-г жаты только кнопки, "хО,3" и "_П" ^.^. ::

- тряблер " -\г " находится в вержнем положении..;

• \ :-У^ - с л е в о й с т о р о н ы п а н е л и н а ж а т а б е л а я к н о п к а " з а п у о к ". ' - '•*;

;

^' Осциллограф CI--82:

" глежду КШГ.ЛОГЛ I и калалог.': Ii пшгата';

кнопка • -^ -^ • " ";

- ХА*&к?р :!а 1санале I в иолозхенгш «' -^ •«;

- тумблер на канале П в положении " ^ ";

- на развертке А наиаты кнопка "внеш." и кнопка "*?Г ".

Измерительное устройство: •..

- при измерении времени жизни после двух диффузий верхняя ме'-' таллическая площадка должна лежать на столике измерительного уотрой-;

ства (рис.^О;

'.

. - во всех остальных случаях измерения проводятся без. верхней металлической площадки (рис.6-*а).-..

• Установка долшш быть ст/юнтирована согласно схеме, приведенной. ".

на рис.9. • '. :

.' Осциллограф работает в, режиме основной развертки - реним Aj;

-/v^f/:

вход которого "'€)-А " соединен с 1выходом''генератора " ^ ",^з^с-^?;

л положенным с левой стороны панели генератора. Вход ка!нала П соединен у-' с выходом генератора " О^ 1:1", расположеннш с правой стороны па-- ;

-J нели генератора. Вход канзда,П соединен либо с верхней металлической.:-;

площадкой измерительного устройства (если V измеряется после двух;

. ^^ ^ диффузий), либо с клешой " ф " измерительного устройства. -,•.

Клеща " ^ " измерительного устройства соединена с выходом ;

'•• генератора" ^ 1 : 1 ". Клемма" /7 " соединена с выходагли источников :^:, Ряс.9. Схема монгака установка измерения арегленн неосновных носи талей заряда, ( • • ПОСТОЯННОГО тока.

f ^ Все приборы должны быть подключены к сети, о8^есшеян " upcioqcm и '^Шшаг л О' 4. 3. Порядок выполнения измерений. ;

'...•;

,•;

Перед началом цзмерений необходигло сделать следующее: : •'.'.:.

1) проверить соответствие состояния приборов п. 4. 2 настоящей' • методики;

. •• • • '.,,.• 2) подключить к входу канала I осциллографа соответствующий вы^ ход измерительного устройства (выход I или выход 2, рис.9);

3) включить приборы (т^1блеры включения'на панелях приборов (рис.2-5) в полокении "вкл", загораются сигнальные лампочки работы :

приборов (рис,2-5). ' • • После прогрева осциллографа на его экра^1е долкен высвечиваться импульс, поступающий от генератора, пряьюугольнойфорлы, аглплитудой 20 мкс;

4) т.утлблерши настройки отрегулировать четкость, масштаб ш - • пульса на экране осциллограхТза! « Шкала генератора должна показывать величину подаваемого напряг' жения ( В )., •. ^• • После подготовки установки к измерениягл мошо приступать if.Гконг^ тролю времени кизни неосновньк носителей заряда.

Для этой дели необходшло произвести следу1сщие операции: '-,..;

;

•;

: J^^ ^^^ ^^ - Протереть SamucwUm ituoimaif смоченным.спиртом, ' поверхность столика или металлической площадки измерительного y o i - ;

ройства.,..

~ Взять пинцетом исследуемый образец.

-Положить исследуемый образец на столиц;

измерительного устройства {що.1О)стошс{кУ,и^0^^^^^^^^ f^ Рио.1Ш, Вид измерительного устройошва о образд^ в процессе измерения без верхней метадли чеокой площадки - Для измерения'после двух диффузий положить образец на верх- ' н ю металлическую площадку измерительного устройства и прижать кон ю такт к верхней стороне пластины (pHC.II).vfl^p««?b 7а^й? 4f^^. ^.«-^ ~ Смотреть на экране осциллографа кривую спада.

Отрегулировать масштаб кривой по оси.йременй: криваяj^gj^^JHa..'. спадать почти'до нуля в пределах экрана,, осциллог^рафа-.ч--- '-п.ч^^.а.

._, - Определить.врегдя кизни.неосновных лоси^е^^йз^рдда.гДлл'^!^^^^^ найти на кривой спада точку, соо.тветствующ^ю точке 1болы11ая-^клетка,, на оси - ординат, и;

определить ее абсциссу' на оси:;

времени*,' :•.••.'2Г=^/ма(^аб ^оси^времени по ручке ' Годными считаются пластины с временем жизни - фузии и Т? 10 кшс после диффузии. •. -• - Положить исследованный образец в годные или брак, - Разделить партию-на годные.и брак. ' • - Результаты измерении'занести в сопроводительный лист (курна^с).

L ^ ^./ ^ Т : HeMfi.'• i ":';

'' ^ 7 ^а»сгс^ f^r^^*, •• •' •..•^'•••''Ш' о ( • • • ',-ч%.'.

Ряс. I I. Ввд йзмерг^тельяого уоч^роиотва с образцом 3 процессе язг.^еренйя о Bepxi^ien металличе ской площадкой j сш ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТаЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФШСАЦЖ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСХ) »л-. УТВЕРЯДЛЮ Д.С.Стребков / А.З.Шавернев 1990 1', 1990 г.

МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ • СЛОЕВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ СОЛ НЕЧНЫХ ЭЛШЕНТОВ СОГЛАСОВАНО Зав.лабораторией I6-I/ ЦОШСБ' ^ — ^ - ^ В. В,3аддэ ^^ В.С.Глушенков 1990 г. 1990 г Начальник учаотка солнечных элементов В.П. Шепелев.

"-S21" ^ 1990 г.

Технолог участка сокцеч[?ых элементов В.И.Щербйндн исполнитель О.В.Шеповалова 1990 г.

СОДЕРЖАНИЕ • ', ' • Стр.

1. Назначение...... •.;

.••».•....;

.,..........•... 3.

2. Характеристики установки изглерения слоевого сопротивления ^ 3. Принципы контроля.».•.... ^ 4..Инструкция по измерению слоевого сопротивления....• // 4. 1. Регламент измерений И. 4. 2. Подготовка пластин '...... // 4. 3. Состояние приборов на момент включения установка...

4. 4. Порядок проведения измерений.............. ;

......., I. НАЗНАЧЕНИЕ.,.... • Методика предназначена для контроля слоевого сопротивления при изготовле'нии планарных кремниевых солнечных элементов из кремниевых (марки ЩВ, КОД) пластин диаметром У= 100 мм на стадии диффузии.

Слоевое сопротивление является одной из двух основных- измеряе мых-характеристик диффузии. На основе результатов измерений слоезо •го сопротивления и глубины залегания перехода можно достаточно точ но количественно оценить диффузионное распределение, оценить качест во диффузионного процесса. Инфор1ация о значении слоевого сопротив ления в течение диффузии"дает возможность постоянно контролировать качество процессов, а именно учитывать вносимые в систему изменения и быстрее обнаруживать причины возникающих отклонений, бршса, дефек тов....

Согласно технологии изготовления солнечных элементов слоевое сопротивление измеряется:..

- после диффузии бора, со стцроны бора (годныгли считаются образ цы с Огл/d ) ;

Яс/1''30..

- после избирательного травления, со стороны ^/г^^годными счи таются образцы с /^С7= 800-1000 Ои/а );

- после диффузии фосфора,, со стороны, легированной фосфором, и ' со стороны, легированной бором (годншли;

считаются образцы с Пел = = 60-80 Qufa со стороны, легированной фосфором, и с ^СА- 'ПО;

стороне, легированной бором);

Ош/а Измерения, слоевого сопротивления проводятся на установке, для измерения слоевого сопротивления.

' i. 2. ХАРМЗЕРИСТИКА УСТАНОВКИ ИШВРЕНЩ СЛОЕВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ •• • • / • • • На рис.1 представлен общий вид установки в рабочем состоянии.

2.1. Рабочие условия'пригленения установки.

Температура окружающей среды 20+5°С;

".• относительная влажность воздуха 25-80%;

аидосферное давление 85-110 кРа..

Установка работает от сети переменного тока.

Напряжение питания 220 В;

величина тока 5 А;

' •.

. частота 50 Гц.

2.2. Комплектация.

Установка измерения слоевого сопротивления включает: v ' 1. Цифровой универсальный, измерительный прибор Ц И 13 МП-0,5 УП -001 с цифровым индикатором Ф212-]/1« 2. 4-зондовое ycTpojacTBO ДШ 3.605.000.

данные об измерительных приборах приведены в таблице I и на рис.2,3.

Таблица I. Данные о приборах, входящих в состав установки измерения слоевого сопротивления Рис.

Нашленование прибора Поверено ibio" I99I~ 199^2 Ц И 13 МП-0,5- УП 2 II. 1. Цифровой индикатор ЦУИП, 12.6. ДШЗ.605. Яи Рис.I. Общий вид уотшовки измерения олоевого 00противления в рабочем состоянии Рис.2. Цифровой универсальный измеоительный прибор Ц ? 13 МЯ-0,5- 7Ш /ш if 3.605. Рис.3. Четырехзондовое У 3. пршцшы кортроля/'. '. • • Слоевое сопротивление измеряется четырехзондовым методом.

Четыре равноотстоящих металлических зоНда образуют контакт с, поверхностью кремния (рис.4). Измеряемый ток I проходит через два крайнЕК зонда и создает глеаду двз^мя средншли зондами падение напря жения и, измеряемое компенсационныгл способом, Kai^.показано на "' рис.4. Из полученных величин тока и напряжения MO:IHO непосредствен но' получить значение слоевого сопротивления, вводя необходимые по правочные множители, учитывающие геометрию образца и зонда.

Для наших измерений пршленшла фор1ула расчета слоевого сопро тивления для бесконечного слоя:

V ' Слоевое сопротивление измеряется в омах на квадрат {,Ои/р ).

Термин квадрат (как и ради с?// ) не является реальной единицей изме рения в геометрическом.смысле, его.обычно вводят при указании вели чины сопротивления слоя для простоты записи.

Слоевое сопротивление ^л* обратно пропорционально произведению плотности доминирующей приглеси на единицу площади слоя А/i\/cuxo в предположении полной ионизации примеси/, •;

где Н - средняя суммарная плотность доминиру]ющей примеси;

jU - со ответствующая средняя подвизкность носителей;

|/i.4^- толщина диффу зионного слоя. • ', • Используя выражение (^) и соотношение BuKutTeuHq t^ =^"^О CJ CJxoiia LI3L5Qрадая слоевого сопротззлеаад II/ для данного случая можно установить связь слоевого сопротивления с коэффициентом диффузии, которая будем иметь шид:

'.4. ИНСТРУКЦИЯ П ИШЕРЕНИЮ СЛОЕВОГО СОПРОТИВЛЕШШ.

О 4 I» Регламент измерений.

Согласно технологии изготовления, солнечных элементов слоевое с о противление измеряется:,;

•. ' • -после проведения диффузии бора, со стороны бора (по 3 контроль ных образца из начала, середины и конца кассеты);

• ^..

- после избирательного травления, со стороны ^^рос - после проведения диффузии фосфора по стороне, легированном борот.

В случае, если значение Яс контрольных образцов не соответству ет н о р е, проводят сплошной контроль».

4»2. Подготовка пластин к измерению слоевого сопротивления»

После остывания с ;

. '.. контрольных образцов удалить окисную пленку, промыть а высушить образцы. •, 43., Состояние приборов на момент включения установки..

ЦУЩ;

нажата кнопка "О, IB".,.

4-зондовое устройство: ручка должна находиться в положении "Установ*" ( р и с З ).

Установка должна, быть смонтирована согласно.рис. I.

Выход 4-зондового устройства подсоединен к входу "ХТ2" на задней папели ЦУЩ (рис.2)..

• ЦУШ должен быть подключен к odTn. ^ щ 44. Порядок выполнения измерений.

Перед началом извлерений необходимо сделать следующее:

1) проверить соответствие состояния приборов п. 4. 2 настоящей м е тодики;

., 2) включить Ц И (•. i^fuutu УП па панели прибора (рис.2).

l!^y-Hfc^ f^tcPJb"\ загорелся цифровой индикато|ф/Ьб^«^ ва/^^ /у^ъоепа^' 3) настроить ЦУШ, для этого нажать кнопку " m А" и с помощью тумблера настройки установить на цифровом индикаторе значение ', что соответствует зна^чению тока во внешней цепи / г / о / • •' • " ' / см,формулу /X/ п,о / ;

4) протереть винипластовый столик 4—х зондового устройства. батистовым тампоном» смоченврам спиртом, ' Для контроля слоевого сопротивления необходимо провести следу ющие операции:..• ' - Взять пинцетом контрольный образец,..

- Положить контрольный образец исследуемой стороной вверх на винипластовый столик 4-х зондового устройства /рис,5/, Перевести, рт^ку 4-х зондового устройства в положение "Измер," /при этом зонды опускаются на ийслелуев/ую сторону образца/,.

- Нажать кнопку "Измер" Ц У Ш а, Провести контроль значения тока /на цифровом индикаторе должно сохранится знняение "-0453/»,И* /, - Нажать кнопку "IB" под цифровым индикатором /при нажатии кно ки "IB" кнопка % А " автоматически отключается/, - Нажать кнопку "Измер" Щ Ш а, - Вели при измерении по стороне, легированной бором,- цифровой индикатор показывает "0000", включить кнопку "0,1В" /кнопка "IB" автоматически отключнатаа/ и нажать кнопку "Измер" Ш Ш а, - Считать значение /?^, Годными,.дчитаются контрольные образцы: •' • после дишф^зши. бора с,^^'30 OM/Q С О стороны бора;

после избирательного V травления с ^^, =800-г1000 Ом/17 со сторон фосфора;

' •. ' " '.

после дБфс^ии фосфора с ^^ =60-^80 Ом/ц со. стороны фосфора и с [с, г 30 Ом/а со стороны бора;



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.