Obróbka laserowa powierzchni krzemu polikrystalicznego

• Autorzy: Dobrzański, L. A. , Drygała, A.

Warianty tytułu

EN

Laser processing of polycrystalline silicon surface

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jednym ze sposobów pozyskiwania tzw. „czystej” energii jest zastosowanie ogniw fotowoltaicznych, które umożliwiają bezpośrednie przetwarzanie promieniowania słonecznego na energię elektryczną. Podstawowym celem badań i rozwoju fotowoltaiki jest zwiększenie sprawności ogniw słonecznych. Jednak dalszy rozwój fotowoltaiki jest związany z postępem w dziedzinie nauk materiałowych i technologii. Straty spowodowane odbiciem promieniowania słonecznego od przedniej powierzchni ogniw sprawiają, że na świecie prowadzi się intensywne badania nad jego zmniejszeniem. Standardową metodą teksturowania krzemu monokrystalicznego jest trawienie w alkalicznych roztworach KOH lub NaOH. Kryształ trawi się z różną szybkością w różnych kierunkach krystalograficznych, co stwarza duże możliwości jego przestrzennego kształtowania, a w przypadku krzemu o orientacji (100) na powierzchni uzyskuje się losowo rozmieszczone piramidy. Niestety trawienie w zasadowych roztworach krzemu polikrystalicznego nie przynosi tego samego rezultatu ze względu na dużą selektywność tych odczynników trawiących w odniesieniu do różnych orientacji krystalograficznych poszczególnych ziaren. W związku z tym ogranicza to ich zastosowanie w teksturowaniu krzemu polikrystalicznego. W pracy zbadano możliwość teksturowania powierzchni krzemu polikrystalicznego z wykorzystaniem obróbki laserowej w grubowarstwowej technologii wytwarzania ogniw fotowoltaicznych. Tekstura wytworzona za pomocą lasera neodymowego Nd:YAG umożliwia znaczne zmniejszenie współczynnika odbicia światła dla przygotowanych w ten sposób krzemowych płytek. Laserowa obróbka powierzchni krzemu polikrystalicznego stanowi ciekawą alternatywę w porównaniu z chemicznymi i elektrochemicznymi metodami teksturowania, stwarzając możliwość precyzyjnej obróbki.

EN

One way of obtaining the so-called „clean” energy is the use of photovoltaic cells that allow the direct conversion of sunlight into electricity. The primary objective of the research and development of photovoltaics is to increase the efficiency of solar cells. However, further development of photovoltaics is related to progress in the field of materials and technologies. Intensive studies on the reduction of losses due to reflection of incident radiation from the front surface of solar cells are carried out all over the world. The standard method of texturing monocrystalline silicon is etching in alkaline solutions of KOH or NaOH. Crystal etching proceeds at different speeds in different crystallographic directions, which creates great potential of its spatial forming. For the silicon surface of orientation (100) texture of randomly arranged pyramids is obtained. Unfortunately, the etching of polycrystalline silicon in alkaline solutions does not provide the same result due to the high selectivity of these etchants for different crystallographic orientation of individual grains. Consequently, this limits their use in texturing polycrystalline silicon. The present paper studies the possibility of surface texturing using laser treatment of polycrystalline silicon solar cells produced in thick film technology. Texture produced by Nd:YAG laser can substantially reduce the reflectivity of textured silicon wafers. Laser surface treatment of polycrystalline silicon is an interesting alternative in comparison with chemical and electrochemical texturing methods, making it possible for high-precision processing.

Słowa kluczowe

PL

fotowoltaika; ogniwa fotowoltaiczne; krzem polikrystaliczny; teksturowanie; obróbka laserowa

EN

photovoltaics; solar cells; polycrystalline silicon; texturing; laser processing

• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 6
• Strony: 661--664
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Dobrzański, L. A.

• Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska, Gliwice

autor

Drygała, A.

• Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych, Wydział Mechaniczny Technologiczny, Politechnika Śląska, Gliwice,

Bibliografia

• [1] Sarniak M. T.: Podstawy fotowoltaiki. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa (2008).
• [2] Klugmann-Radziemska E.: Fotowoltaika w teorii i praktyce. Wydawnictwo BTC, Legionowo (2010).
• [3] http://helio.astro.uni.wroc.pl/helio_sundescrip.html.
• [4] Goetzberger A., Hoffmann V. U.: Photovoltaic solar energy generation. Springer Verlag, Berlin (2005).
• [5] Jarzębski Z. M.: Energia słoneczna. Konwersja fotowoltaiczna. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa (1990).
• [6] Ravindra N. M., Demichelis F.: Influence of electrical and optical losses on fundamental solar-cells parameters. Il Nuovo Cimento D 3 (5) (1985) 251÷260.
• [7] Szlufcik J., Sivoththaman S., Nijs J. F., Mertens R. P., van Overstraeten R.: Low-cost industrial technologies of crystalline silicon solar cells. Proceedings of the Institute of Electrical and Electronics Engineers 65 (5) (1997) 711÷730.
• [8] Tiedje T., Yablonovitch E., Cody G., Brooks B. G.: Limiting efficiency of silicon solar cells. IEEE Trans. Electron Devices ED-31 (1984) 711÷716.
• [9] Dobrzański L. A., Szindler M.: Al2O3 antireflection coatings for silicon solar cells. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 59 (1) (2013) 13÷19.
• [10] Sparber W., Schultz O., Biro D., Emanuel G., Preu R., Poddey A., Borchert D.: Comparison of texturing methods for monocrystalline silicon solar cells using KOH and Na2CO3. Proceedings of 3th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Osaka, Japan, May 11th-18th (2003) 122÷125.
• [11] Marstein E. S., Solheim H. J., Wright D. N., Holt A.: Acid texturing of multicrystalline silicon wafers. Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Lake Buena Vista, Florida, January 3th-7th (2005) 1309÷1312.
• [12] Schultz O., Emanuel G., Glunz S. W., Willeke G. P.: Texturing of multicrystalline silicon with acid wet chemical etching and plasma etching. Proceedings of 3th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, Osaka, Japan, May 11th-18th (2003) 118÷121.
• [13] Rentsch J., Kohn N., Bamberg F., Roth K., Peters S., Ludemann R., Preu R.: Isotropic plasma texturing of mc-Si for industrial solar cell fabrication. Photovoltaic Specialists Conference, 2005. Conference Record of the Thirty-first IEEE, Lake Buena Vista, Florida, January 3th‑7th (2005) 1316÷1319.
• [14] Spiegel M., Gerhards C., Huster F., Jooss W., Fath P., Bucher E.: Industrially attractive front contact formation methods for mechanically V-textured multicrystalline silicon solar cells. Solar Energy Materials and Solar Cells 74 (2002) 175÷182.
• [15] Figger H., Meschede D., Zimmermann C.: Laser physics at the limits. Springer Verlag, Berlin (2002).
• [16] Menna P., Di Francia G., La Ferrara V.: Porous silicon in solar cells: A review and a description of its application as an AR coating. Solar Energy Mater. Solar Cells 37 (1995) 13÷24.