Практичное нанесение оксида кремния на поверхность солнечных элементов

Найденное решение заключается в воздействии на кремний диоксида углерода в состоянии плазмы - низкотемпературного ионизированного газа. Это позволяет производить контролируемое нанесение слоев оксида кремния в определенном порядке, необходимом для создания заданной архитектуры солнечного элемента

Крупномасштабное производство пассивированных контактных поверхностей на основе поликремния с целью создания высокоэффективных кремниевых солнечных элементов с квантово-механическим туннелированием, требует несложного изготовления термостабильных пленок SiОₓ с точно заданной микроструктурой наноразмерной толщины.

Упрощенный процесс нанесения оксида кремния на пластины может стать большим шагом вперед при создании солнечных элементов на кремниевой основе. Исследователи из KAUST использовали метод, называемый плазменной обработкой, осуществляемой в камере, заполненной газообразным диоксидом углерода.

Обнаружено, что плазменная обработка материала позволяет с необходимой точностью контролировать толщину и структурную целостность при нанесении оксидной пленки на его поверхность. Получаемые контакты из поликремния обретают отличную пассивацию поверхности.

Полупроводниковый элемент кремний используется в качестве наиболее предпочтительного материала для производства примерно 90 процентов всех солнечных элементов. Когда кремний легируют нужными примесями, энергия солнечного света побуждает электроны к генерации электрического тока.

Однако незащищенная поверхность кремния влечет за собой появление технических проблем. Сниженный уровень связей атомов кремния на поверхности материала создает излишний простор для высвобожденных световой энергией электронов, которые должны рекомбинировать с положительно заряженными «дырками».

Эта проблема может быть решена путем создания слоя оксида кремния на участках поверхности, используемых для формирования электрических контактов, через химический процесс, называемый пассивацией. Этого можно добиться несколькими методами, но все они сопряжены с различными трудностями и ограничениями. Они также становятся причиной появления дополнительного и дорогостоящего этапа в производстве изделий. «Проблемы с существующими методами побудили исследователей вести поиск более простого и практичного процесса».

Найденное решение заключается в воздействии на кремний диоксида углерода в состоянии плазмы - низкотемпературного ионизированного газа. Это позволяет производить контролируемое нанесение слоев оксида кремния в определенном порядке, необходимом для создания заданной архитектуры солнечного элемента. Выполнение нескольких этапов в одной камере значительно снижает производственные затраты. «Этот простой и понятный процесс может быть очень полезен для индустрии солнечных батарей».

Исследователи были удивлены достигнутой контролируемостью процесса при нанесении сверхтонкого слоя оксида кремния с необходимой микроструктурой. С помощью этого метода также можно получать более стабильные при высоких температурах оксидные пленки.

Связанная статья журнала Advanced Materials Interfaces:

https://doi.org/10.1002/admi.202000589

Источник: KAUST