Разработка и тестирование прототипа гибкой солнечной батареи, созданного с применением методики низкотемпературной галогенидной активации (заключительный отчет)

РАЗРАБОТКА И ТЕСТИРОВАНИЕ ПРОТОТИПА ГИБКОЙ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ, СОЗДАННОГО С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДИКИ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ГАЛОГЕНИДНОЙ АКТИВАЦИИ В данном исследовании осуществляется поиск возможности практического использования легких, недорогих и нетермостойких полимерных пленок в качестве гибкой основы солнечных батарей, а также влияние условий синтеза слоев солнечной батареи на технические характеристики получаемого устройства. Цель работы – создание прототипа гибкой солнечной батареи с гетеропереходом CdTe/CdS на основе разработанной ранее методики низкотемпературной галогенидной активации фотопроводимости (пат. RU2699033C1). Был проведен поиск, исследование и сравнение механических характеристик различных полимерных пленок отечественных производителей. Установлено, что механические свойства и структура отечественных полиимидных пленок ПМ поставщика Изолит Трейд, ПМ-А и ПМ-БУ производства Эстроком отличаются от таковых для «Kapton» DuPont и Liren зарубежного производства, применяющихся при создании солнечных элементов на гибкой основе. Была проведена оптимизация нанесения методом магнетронного напыления слоя Мо с низким удельным сопротивлением на полимерную пленку. Была исследована адгезия слоя нижнего контакта по отношению к полимерной пленке. Установлено, что технология, заключающаяся в последовательном нанесении Mo при двух различных давлениях позволяет получать слой нижнего контакта с удовлетворительной адгезией по отношению к пленкам ПМ, ПМ-А и ПМ-БУ. Проведено вакуумное нанесение пленок теллурида кадмия на получившиеся подложки. Осуществлена апробация и совершенствование ранее разработанного метода низкотемпературной активации фотопроводимости пленок CdTe. Установлено, что электрофизические свойства пленки после активации определяются уровнем легирования исходного теллурида кадмия. Поэтому для создания пленки с требуемыми свойтвами необходимо оптимизировать соотношение CdTe:активаторы в зависимости от использованного исходного теллурида кадмия. Установлено что адгезия пленок CdTe на подложках PI/Mo (PI = полиимид ПМ, ПМ-А, ПМ-БУ) ниже, чем на ранее исследованных Kapton/Mo/CdTe, что обусловлено различием их механических свойств. Проведена оптимизация нанесения на полученные прекурсоры буферного слоя CdS, оптического окна батареи i-ZnO методом реактивного магнетронного напыления и верхнего прозрачного контакта солнечной батареи ZnO:Al методом магнетронного напыления из мишеней AZO. Установлено, что для получения низкоомных пленок CdS необходимо использовать высокие концентрации тиомочевины в растворе (>0,1 моль/л). Показано, что скорость осаждения пленок ZnO и AZO возрастает при увеличении рабочего давления в камере магнетрона, при этом их удельное сопротивление уменьшается. Проведена оптимизация конструкции солнечной батареи (толщины слоев и дополнительного отжига) для повышения ее эффективности. Установлено, что дополнительный отжиг не оказывает существенного влияние на адгезию слоистой структуры элемента по отношению к полиимидной пленке. Однако нанесение дополнительного покрытия - слоя MoOx поверх слоя нижнего контакта (Мо) приводит к улучшению адгезии. Тем не менее, отечественные полиимидные пленки на данный момент не обладают характеристиками зарубежного полиимида «Kapton», в связи с чем, в случае промышленного производства таких батарей может потребоваться инкапсуляция. На основании разработанной методики изготовлен прототип гибкой солнечной батареи размером более чем 2х2 см. Исследованы характеристики прототипа гибкой солнечной батареи в условиях АМ 1,5. Установлено, что для создания солнечного элемента оптимально использовать метод сборки, предполагающий использование дополнительного слоя NaF при активации, при этом необходимо увеличить время отжига перед нанесением верхнего контакта. Проведено тестирование прототипа гибкой солнечной батареи. Установлены следующие характеристики: максимальное UOC ≈ 0,54В при плотности тока короткого замыкания ≈40 мА/см2. Фактор заполнения при этом ff=0.36, что соответствует КПД ≈7,7%. Все запланированные работы выполнены в полном объеме.