Yupqa plyonkali quyosh modullari, lazerli mikroprotsessor, lazerli tavlanish, lazer

Yupqa plyonkali quyosh modullari, lazerli mikroprotsessor, lazerli tavlanish, lazer
skriping, lazer tuzilishi
Eng dinamik rivojlanayotganlardan biri
So'nggi yillarda elektronika sohalari aylandi
fotovoltaiklar [1]. Bunga birinchi navbatda sabab bo'ladi
insoniyat qazib olinadigan energiya manbalarining kamayishi tufayli yuqori o'rinlarni egallashi haqiqatdir
qayta tiklanadigan energiya manbalariga umid,
ulardan biri quyosh energiyasidir.
Hozirgi vaqtda fotoelektrik konvertorlarni (PVX) yaratishda lazerlarni qo'llashning ikkita asosiy yo'nalishi:
1. Lazerli skriping [2].
2. Fotovoltaik elementlarning fotosensitiv elementlari yuzasini lazerli strukturalash (tavlash).
Yuqoridagi sohalarda lazerlardan foydalanish nuqtai nazaridan bir qator muhim afzalliklarga ega
FEPni qayta ishlashning boshqa turlari bilan solishtirganda:
– kichik hajmdagi mahsulotlarni yuqori sifatli qayta ishlash imkoniyati;
- mahsulot strukturasining deformatsiyasiga olib keladigan mexanik aloqaning yo'qligi;
- minimal issiqlik ta'siri bilan jarayonni yuqori darajada boshqarish;
- joylashishni aniqlashning juda yuqori aniqligi
qayta ishlash jarayonida (o'nlab-yuzlab mikrometrlar);
- murakkab mahsulotlarni qayta ishlash qobiliyati
shakllari.
Quyosh xujayralarini ishlab chiqarishda lazerlarni qo'llashning asosiy yo'nalishlaridan biri qalinligi o'tkazuvchan qatlamlar uchun amalga oshiriladigan yupqa plyonkali quyosh modullarini (TFSM) markalash va tuzilishidir.
yuzlab nanometrlarni tashkil etadi [1]. Ushbu turdagi fotokonvertorlar so'nggi yillarda faol ishlab chiqilgan, chunki TPSM ning faol qatlamlari mavjud
qalinligi bir necha mikrometrga teng, bu esa PV hujayralarining narxini sezilarli darajada kamaytirishi mumkin
[4]. Yupqa plyonkali quyosh energiyasini ishlab chiqarishda lazerli skripkadan foydalanishga misol
lazer yordamida silikon asosidagi modul
chizish rasmda ko'rsatilgan. 12].
TPSMni tuzilishning asosiy maqsadlari
quyidagilardir: hosil qiluvchi hujayralarni ajratish va ularning
alohida elementlarni ketma-ket ulash orqali chiqish kuchlanishini oshirish uchun keyingi kommutatsiya. Modullarni tuzishda hosil bo'lgan ajratish yo'llari energiya konvertorining samarali maydonini qisqartirganligi sababli, u shunday bo'ladi.
ichida kesish kengligini optimallashtirishning dolzarb masalasi
Supero'tkazuvchilar materiallar plyonkalari. To `liq
Mumkin bo'lgan darajada, bu muammoni hal qilish operatsiyaga ham tegishli
ega bo'lgan TPSM lazerli yozuv
modul ishlab chiqarish texnologiyasiga qarab ma'lum xususiyatlar.
TPSM ning bir-biridan asosiy farqi ularni ishlab chiqarishda turli xil materiallardan foydalanish bo'lib, bu texnologiyalarni qismlarga bo'lish imkonini beradi.
yupqa plyonkali nanotexnologiya CdTe;
– CIGS (CopperIndium-Gallium-Diselenide) yupqa plyonka texnologiyasi;
– a-Si yupqa plyonka texnologiyasi.
Yaratish texnologiyasiga qarab
TPSM, modullarning o'tkazuvchan qatlamlarini lazer bilan chizish turli usullar bilan amalga oshirilishi mumkin. Bir holatda, dastur va lazerli tuzilish ketma-ket ravishda almashadi
tok o'tkazuvchi va fotokonvertatsiya qiluvchi qatlamlar
(faol) modul materiallari (bunday texnologiya
amorfdan TPSM yaratish uchun xarakterlidir
kremniy [1]). Boshqa holatda, lazerli struktura qo'llashdan keyin amalga oshiriladi.
barcha qatlamlar (odatda bu yondashuv qo'llaniladi
metall yoki polimer bilan ishlaganda
substratlar) [5].
Asosiy materialning turiga qarab, ustiga
qaysi quyosh modullari tuzilgan, siz mumkin
metall, polimer va shisha tagliklarda quyosh modullarini ajratib ko'rsatish. Barcha holatlarda
fotoaktiv tuzilmalarni yaratish uchun bir xil texnologiya qo'llaniladi, ammo amaliy nuqtai nazardan
Polimer asosda FEP hosil bo'lishi eng katta qiziqish uyg'otadi, chunki shunday
qurilmalar sezilarli darajada kamroq vaznga ega va
Deyarli har qanday sirtga osongina o'rnatiladi. Buning sababi, ular takrorlashlari mumkin
substrat yuzasining shakli va kichik tufayli
massa yuk ko'taruvchi kuchlarni mustahkamlashning hojati yo'q
dizaynlar. Shunga o'xshash texnologiyani topish mumkin
bilan maxsus matolar yaratishda qo'llanilishi
fotoelektrik konvertor tomonidan yaratilgan bo'lib, u turli xil mahsulotlarni ishlab chiqarishda (kiyimdan tortib to
murakkab texnologiyaga) [6].
Kristalli quyosh xujayralari uchun zamonaviy dizayn variantlarini ishlab chiqishda muhim vazifalardan biri bu chiqadigan sirt tufayli soya effektini kamaytirishdir.
aloqa tizimi substratining yuzasi. Uchun
Ushbu muammoni hal qilish uchun aloqalarni chuqurlashtirish mumkin
substrat yuzasiga yoki orqa tomoniga qo'ying
fotosel yuzasi. Ikkala holatda ham
qattiq nazorat ostida yaratish zarur
yivning geometrik parametrlari yoki substratda juda ko'p teshiklarni tikish. Undan keyin
va boshqalarni lazerli ishlov berish yordamida eng samarali bajarish mumkin [5].
Mumkin bo'lgan variantlardan biri sifatida, asos sifatida plastik substratdan foydalanishni o'z ichiga olgan texnologiya ishlab chiqilmoqda va
ishchi qatlam sifatida - amorf yarimo'tkazgich. Moslashuvchan plastik tayanchning har ikki tomonida
metallar qatlamlari yotqiziladi, ulardan biri metall elektrod, ikkinchisi esa orqa elektroddir. Bular
qatlamlar substratdan gaz evolyutsiyasini oldini oladi va
yarimo'tkazgich qatlamlarini buzilishdan himoya qilish. Substratning har ikki tomonida lazerli struktura individual shakllanishiga imkon beradi
o'rtasida ketma-ket bog'langan elementlar
o'zingiz. Moslashuvchan substratda quyosh modullarini shakllantirish rulon texnologiyasidan foydalangan holda mumkin [4].
Guruch. 1
Birinchi lazer yozish
Ikkinchi lazer yozish
Uchinchi lazer yozish
Hujayra ulanishining yo'qolishi
Faol
hujayra
l = 532 nm
l = 1064 nm
TSO
TSO
a-Si
Modul
Sankt-Peterburg elektrotexnika universiteti yangiliklari "LETI" No 8/2016
75
Barcha turdagi quyosh modullarida, qo'shimcha ravishda
radiatsiya energiyasini konvertatsiya qilish samaradorligi
modul materialining o'zi tomonidan elektr energiyasiga kirishda sirt tuzilishi muhim rol o'ynaydi
modul - fotokonvertatsiya qiluvchi material yuzasining ishlab chiqilgan morfologiyasini yaratish, uning texnik xususiyatlarini yo'nalishda o'zgartirish. Lazerlarning tubdan yangi ilovalaridan biri
TPSM ishlab chiqarishda o'tkazuvchan qatlamlarning sirt tuzilishi texnologiyasi mavjud bo'lib, bu fotovoltaikni o'zgartirishga imkon beradi.
materiallarning xossalari. Elementlarning o'lchamlari
tuzilmalar odatda bir necha mikrometrdir [7]. Lazerli tavlanishdan so'ng sirt morfologiyasidagi o'zgarishlarga misol rasmda ko'rsatilgan. 2,
bu erda a - pikosekundlik ablasyon; b - pikosekund
ablasyon + nanosekundli tavlanish [3].
a
b
Guruch. 2
Bunday ishlarning bir misoli qora kremniy deb ataladigan ishlab chiqarishdir [8]
oltingugurt o'z ichiga olgan atmosferada femtosekund lazer pulslari bilan standart kremniyni nurlantirish orqali. Bunday holda, kremniy oltingugurt molekulalarini o'zlashtiradi, natijada material paydo bo'ladi
xarakterli qora rangga ega bo'ladi. An'anaviy silikon quyosh xujayralarida, infraqizil
ulardagi radiatsiya hodisasining komponenti emas
hayajonlanish uchun yetarli energiyaga ega
zarur bo'lgan o'tkazuvchanlik zonasida elektronlar
elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun. Biroq, bilan
oltingugurt molekulalarining atom panjarasiga kiritilishi
kremniy o'rta energiya hosil bo'ladi
tarjima qilish imkonini beruvchi daraja
elektronlar o'tkazuvchanlik zonasiga kiradi [8].
Guruch. 3
Femtosekund lazer pulslari bilan ishlov berilgandan so'ng, fotoselning yuzasi
heterojen bo'ladi: konus shaklidagi balandliklar yorug'likni aks ettirish ehtimolini kamaytiradi va
uning energiyasini yo'qotish (3-rasm) [8].
Fotovoltaiklarda lazerlarni qo'llash sohasidagi ilmiy tadqiqotlarning alohida yo'nalishi bu plyonkalarni lazer bilan tavlashdir.
FEP tarkibiga (4-rasm, bu erda a - plyonkani lazer bilan chizish; b - lazer bilan tavlanish). [9]–[11] da
tomonidan lazer bilan ishlov berishdan keyin SiC: H plyonkalarining bog'lanishi va tuzilishining qayta konfiguratsiyasini ko'rsatadi
dastlab qamal qilingan bilan solishtirganda
va filmlar. Filmlarning tuzilishi amorfdan o'zgaradi
fazalarni kremniy va amorfning aralash fazalariga aylantiradi
kremniy karbid. Filmlar tuzilishini o'zgartirish
o'tkazuvchanlik mexanizmining o'zgarishiga olib keladi.
Natijada, xona haroratida nurlangan plyonkalarning qorong'i o'tkazuvchanligi
taxminan 10–7…10–6 S/sm, bu 6–7 darajali kattalik
original filmlardan ko'ra ko'proq. Plyonkalarni lazer bilan nurlantirish nafaqat yuqori o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan keng bo'shliqli tuzilmalarni olish imkonini beradi, balki
va duch kelgan substratlarga zarar yetkazmaslik
an'anaviy termal tavlanish bilan.
Shuni ta'kidlash kerakki, quyosh modullarini ishlab chiqarish uchun yangi texnologiyalarni ishlab chiqish bilan bir qatorda, mavjud ishlov berish rejimlarini optimallashtirishga ham katta e'tibor qaratilmoqda.
(shu jumladan optimal quvvat darajasini tanlash).
radiatsiya, ta'sir qilish muddati, chastotasi
impulsni kuzatish, radiatsiya fokuslash) bilan
qayta ishlash sifatini oshirish maqsadida. TPSM ishlab chiqarish uchun bu qo'shimcha imkoniyatlarni ochadi
Asboblar va axborot o'lchash texnologiyalari
76
ishlab chiqarish jarayonini takomillashtirish imkoniyatlari, chunki lazerni qayta ishlash rejimlarini o'zgartirish orqali quyosh energiyasini konversiyalash samaradorligini oshirish mumkin.
Ushbu maqsadga erishish uchun lazer mikroprosessining fizik jarayonlarini tahlil qilish [12], lazerlarni tanlash, lazer nurlanishining parametrlarini hisoblash va lazerli skriping sifatini nazorat qilish usullarini tanlash kerak.
Lazerdan foydalanishni optimallashtirish masalalari
Hozirgi texnologik jarayonlar
ikkalasiga ham katta e’tibor qaratdi
tadqiqotchilar va ishlab chiqaruvchilar.
Maqola mualliflarining ishlariga e'tibor qaratilgan
chiqish parametrlarini optimallashtirishga e'tibor qaratdi
qayta ishlash natijasida yuzaga keladigan o'tkazuvchan ulanishlardagi mumkin bo'lgan nuqsonlarni (uzilishlar, manyovrlar va boshqalar) bartaraf etish uchun lazerlar. Natijada, lazer impulslarining fokuslash va quvvat qiymatlari olindi, ulardan foydalanish bilan qayta ishlash
geometrik o'lchamlari shisha ustiga yotqizilgan qatlamning notekis qalinligidan deyarli mustaqil bo'lgan to'g'ri geometrik shakldagi kesmalarni ishlab chiqarishni ta'minlashga qodir.
Supero'tkazuvchilar qatlamning substrati (xato bilan
0,5 mikron), minimal miqdordagi chiplar va
shunt elementlarining yo'qligi. Tayyor
mikroprotsessorda lazer nurlanishining optimal parametrlari yordamida olingan yupqa plyonkali TPSM kamroq raqamga ega
shunt elementlari va undan yuqori chiqish oqimi
lazer egallagan maydonni kamaytirish orqali
belgilar (ingichka plyonka texnologiyasidan foydalangan holda ishlab chiqarilgan standart TPSM bilan solishtirganda) [13].
Mualliflar, shuningdek, lazerli tavlanishning oksid plyonkalarining elektr va optik xususiyatlariga ta'sirini eksperimental ravishda o'rganishdi.
sink (ZnO) yordamida plazma-kimyoviy yotqizish yo'li bilan shisha substratga yotqiziladi
past bosimli LPCVD. Quyidagi parametrlar avval ellipsometr, multimetr va spektrofotometr yordamida o‘rganilgan.
qalinligi, sirt qarshiligi, o'tkazuvchanlik va Haze omili kabi namuna.
Filmlar uzunlikdagi radiatsiya bilan ishlov berildi
40...200 mVt quvvatga ega 355 nm to'lqinlar. Filmlarning tuzilishi Raman spektroskopiyasi tomonidan o'rganildi. Optik
Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ZnO plyonkalarining lazer bilan tavlanishi elektr va nazorat qilish imkonini beradi
materialning optik xususiyatlari. Balki
sirt qarshiligining pasayishi va yorug'lik tarqalishining kuchayishi, bu ijobiy ta'sir ko'rsatadi
quyosh batareyasining samaradorligi to'g'risida. Yorug'likning tarqalishining ortishi amorfizatsiya tufayli ekanligi aniqlandi
sink oksidi plyonkasining kristallitlari [14].
So'nggi yillarda boshqa mualliflarning bir qator ishlari ultraqisqa impulslardan foydalanish imkoniyatlarini o'rganishga bag'ishlangan [15],
[16], shuningdek, yorug'lik maydonining kesmada fazoviy taqsimlanishini nazorat qilish
kesish geometriyasini optimallashtirish uchun nurni ishlating [17].
Masalan, [18] da yupqa plyonkalarni lazer yordamida ablatsiya qilish imkoniyatlari
pikosekundlik lazer nurlanishi. Lazerli mikro ishlov berishning afzalliklari
pikosoniya impulslari bo'lgan filmlar
nm
40
20
0
nm
40
20
0
-20
a b
Guruch. 4
Sankt-Peterburg elektrotexnika universiteti yangiliklari "LETI" No 8/2016
77
misol sifatida fotoelementlar yordamida ko'rsatildi
a-Si dan, shuningdek, CIGS quyosh xujayralari asosida
moslashuvchan substratlar. Ultra qisqa lazer impulslari yuqori kirish tezligini ta'minlaydi
energiyani materialga aylantiradi, shuning uchun substrat materialiga ta'sir qilmasdan o'tkazuvchan materialning qatlamlarini bug'lash yoki tozalash mumkin. To'g'ri to'lqin uzunligini tanlash
lazer energiya to'planishini qat'iy cheklangan hajmda saqlashga yordam beradi
qatlam interfeysi va bu tanlab olib tashlashga erishish uchun ishlatilishi mumkin
qatlamlar hatto Supero'tkazuvchilar qatlamdan nurlanish holatida ham, masalan, egiluvchan substratlarda quyosh xujayralari ishlab chiqarish uchun.
Geometrik transformatsiya va lazer nurlarini homogenlashtirishning boshqa usullari lazerni qayta ishlashning turli usullarini optimallashtirish, shu jumladan lazer nurlanishining materiallar bilan o'zaro ta'sir qilish mexanizmlarini o'rganish uchun qiziqish uyg'otadi. Difraksion optik elementlar (DOE) muhim rol o'ynaydi
shakllar jarayonini ta'minlash
lazer
nur. [17] da shakllantirish imkoniyati
yordamida lazer nurining yorug'lik maydoni
TOPAG Lasertechnik GmbH (Germaniya) ishlab chiqaruvchi kompaniyasining DOE. Gauss nuri tekislik bilan kvadrat nurga aylantirildi
fokusdagi intensivlik profilining yuqori qismi
linza tekisligi. Bunday shaklda
Shunday qilib, lazer nurlari to'g'ridan-to'g'ri ishlatilgan
shisha taglikdagi metall plyonkani lazer bilan ablatsiya qilish, shuningdek, kremniy gofretda mikro teshiklarni burg'ulash, chizish.
yupqa plyonkali quyosh xujayralari va boshqalar
materiallarni qayta ishlash turlari. Ushbu usul materiallarni lazer bilan qayta ishlash sifatini sezilarli darajada yaxshiladi.
Maqolada quyosh modullarini ishlab chiqarishda lazerlardan foydalanishning qisqacha tavsifi keltirilgan
lazerli ishlov berishdan foydalanish orqali ularni ishlab chiqarish texnologiyasini optimallashtirish uchun muhim imkoniyatlarni ko'rsatadi. Bu ish samaradorligini oshirish va kamaytirish istiqbollarini ochadi
quyosh energiyasi elementlarining narxi.