Computer modeling in cost-efficient solar cell production technology

• Autorzy: Gułkowski S. , Olchowik J. M.

Warianty tytułu

PL

Komputerowe modelowanie w technologii produkcji ekonomicznych ogniw słonecznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

PL

W artykule przedstawione zostały rezultaty symulacji lateralnego wzrostu epitaksjalnego (ELO – Epitaxial Lateral Overgrowth) przeprowadzonych dla krzemowych podłoży wzrostowych o różnych współczynnikach wypełnienia maski (mask-to-window ratio): 70%, 50%, 30% oraz 10%. Zastosowano przy tym następujące parametry: wymiary domeny: 1000 µm × 2000 µm, szybkość chłodzenia: 0,5ºC/min, temperatura początkowa: 920ºC. Przedstawiono przykładową domenę obliczeniową oraz wygenerowaną siatkę numeryczną. W celu zwiększenia precyzji obliczeń w obszarach dużych gradientów koncentracji zastosowano zagęszczenie siatki. Dla wybranych geometrii domen przedstawiono profile koncentracji. Zbadano wpływ geometrii obszaru na kształt pola koncentracji, określającego strumienie masy. Zwiększenie powierzchni krystalizacji składnika spowodowało ukształtowanie się linii stałej koncentracji w objętości roztworu, charakterystyczne dla standardowej metody LPE. Kierunek przepływu Si w objętości jest prostopadły do powierzchni podłoża na całej jego długości. Natomiast przy powierzchni podłoża, na stosunkowo niewielkiej odległości, tworzy się warstwa roztworu, w której linie stałej koncentracji układają się wokół okien Si. Grubość tej warstwy zależy od stopnia wypełnienia i maleje wraz ze wzrostem liczby okien w obszarze domeny. Sąsiadujące ze sobą okna stanowią dla siebie konkurencję pod względem obszaru krystalizacji: tym większą, im bliżej siebie są umiejscowione. Przyczynia się to bezpośrednio do zmniejszenia szybkości wzrostu w kierunku lateralnym przy niewielkiej zmianie wartości szybkości w kierunku normalnym. Skutkuje to również zmniejszeniem wydłużenia względnego otrzymywanych warstw. Z analiz numerycznych wynika, że w celu otrzymania warstw lateralnych o maksymalnym wydłużeniu względnym należy uwzględnić szerokość pasm dielektryka znajdującego się między oknami. Odpowiednie dobranie geometrii podłoża pozwala na uzyskanie możliwie maksymalnych szybkości wzrostu w kierunku lateralnym.

Słowa kluczowe

PL

komputerowe modelowanie; technologia produkcji

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: Tom 15, cz. 1
• Strony: 436--447
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys.

Twórcy

autor

Gułkowski S.

• Lublin University of Technology

autor

Olchowik J. M.

• Lublin University of Technology

Bibliografia

• 1. Ballhorn G. et al.: High-efficiency multicrystalline silicon solar cells by liquid phase epitaxy. Solar Energy Materials and Solar Cells 52 61–68 (1998).
• 2. Beaucarne G. et al.: Epitaxial thin-film Si solar cells. Thin Solid Films 511–512. 533–542 (2006).
• 3. Cholewa T., Pawłowski A.: Zrównoważone użytkowanie energii w sektorze komunalnym. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set of Environment Protection), 11 vol 2, 1165–1177 (2009).
• 4. Dasgupta P., Taneja N.: Low Carbon Growth: An Indian Perspective on Sustainability and Technology Transfer. Problems of Sustainable Development, vol 7, no 1, 65–74 (2012).
• 5. Goetzberger A., Hebling Ch.Photovoltaic materials, past, present, future. Solar Energy Matrials& Solar Cells 62. 1–19 (2000).
• 6. Gulkowski S., Olchowik J., Cieslak K., Moskvin P.: Finite element method simulation of interface evolution during epitaxial growth. Materials Science-Poland, 30 (4), 414–418 (2012).
• 7. Gulkowski S, Olchowik J., Cieslak K., Moskvin P.: Modeling of the Interface Evolution During Si Layer Growth on a Partially Masked Substrate. Task Quarterly 15 No 1, 91–98.
• 8. Gulkowski S, Olchowik J,Jozwik I., Moskvin P.: Modelling of Thin Si Layers Growth on Partially Masked Si Substrate. Task Quarterly 12 No 1 121–126 (2008).
• 9. Gurtowski S.: Green Economy Idea – Limits, Perspectives, Implications. Problems of Sustainable Development, vol 6, no 1, 75–82 (2012).
• 10. Jacobs M, Spencer P.: A thermodynamic evaluation of the system Si-SnCalphad 20 89–91 (1996).
• 11. Jozwik I, Olchowik J.: The epitaxial lateral overgrowth of silicon by two-step liquid phase epitaxy. Journal of Crystal Growth 294 367–372 (2006).
• 12. Kimura M., Djilali N., Dost S.: Convective transport and interface kinetics in liquid phase epitaxy. Journal of Crystal Growth. 334–348 (1994).
• 13. Koch. W et al.: Bulk Crystal Growth and Wafering for PVinHandbook of Photovoltaic Science and Enginieering (ed. Antonio Luque, Steven Hegedus) Wiley, 2003.
• 14. Lebiocka M. et al.: Biometanizacja metodą zrównoważonej utylizacji odpadów. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set of Environment Protection), 11. 1257–1266 (2009).
• 15. Liu Y. C., Zytkiewicz Z.R., Dost S.: Computational analysis of lateral overgrowth of GaAs by liquid-phase epitaxy. Journal of Crystal Growth 275 e953–e957 (2005).
• 16. Liu Y. C, Zytkiewicz Z.R., Dost S.A model for epitaxial lateral overgrowth of GaAs by liquid-phase electroepitaxy. Journal of Crystal Growth 265 (2004) 341 – 350
• 17. Muradoglu M., Tryggvason G.: A front-tracking method for computation of interfacial flows with soluble surfactants. Journal of Computational Physics 227 2238–2262 (2008).
• 18. Nishinaga T.: Microchannelepitaxy: an overview. Journal of Crystal Growth 237–239. 1410–1417 (2002).
• 19. Olesinski R.W., Abbaschian G.J.: The Si-Sn (Silicon-Tin) system. Bull. Alloy Phase Diagrams 5 273–276 (1984).
• 20. Pawłowski A.: Teoretyczne uwarunkowania rozwoju zrównoważonego. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set of Environment Protection), 11, 985–994 (2009).
• 21. Pawłowski L.: Do the Liberal Capitalism and Globalization Enable the Implementation of Sustainable Development Strategy. Problems of Sustainable Development, vol 7, no 2, 7–13 (2012).
• 22. Piecuch T. et al.: Laboratory Investigations on Possibility of Thermal Utilisation of Post-production Waste Polyester. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set of Environment Protection), 11 87–101 (2009).
• 23. Piementel D.: Energy Production from Maize. Problems of Sustainable Development, vol 7, no 2, 15–22 (2012)
• 24. Pieńkowski D.: The Jevons Effect and the Consumption of Energy in the European Union. Problems of Sustainable Development, vol 7, no 1, 105–116 (2012).
• 25. Shan S., Bi X.: Low Carbon Development of China’s Yangtze River Delta Region. Problems of Sustainable Development, vol 7, no 2, 33–41 (2012)
• 26. Staszewska E.et al.: Characteristics of Emisions from Municipal Waste Landfills. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set of Environment Protection), 12, 47–59 (2010).
• 27. Udaykumar H.S., Mittal R., Shyy W.: Computation of Solid–Liquid Phase Fronts in the Sharp Interface Limit on Fixed Grids. Journal of Computational Physics, 153, 534–574.
• 28. Wall G.: Exergy, Life and Sustainable Development. Problems of Sustainable Development, vol 8, no 1, 27–41 (2013)
• 29. Yan Z, Naritsuka S., Nishinaga T.: Two-dimensional numerical calculation of solute diffusion in microchannelepitaxy of InP. Journal of Crystal Growth 209 1–7 (2000).
• 30. Yang Y, Udaykumar H. S.: Sharp interface Cartesian grid method III: Solidification of pure materials and binary solutions. Journal of Computational Physics 210 55–74 (2005).
• 31. Zytkiewicz Z.R.: Laterally overgrown structures as substrates for lattice mismatched epitaxy. Thin Solid Films 412 64–75 (2002).
• 32. Zytkiewicz Z.R.: Recent progress in lateral overgrowth of semiconductor structures from the liquid phase. Cryst. Res. Technol. 40 No. 4/5, 321–328 (2005).