Повышение эффективности промышленного кремниевого солнечного элемента легированием никелем

  • Мухаммад Кабир Бахадырханов Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, ул. Университетская, 2, 100095, г. Ташкент, Узбекистан
  • Зоир Тохир Кенжаев Каракалпакский государственный университет им. Бердаха, ул. Ч. Абдирова, 1, 230112, г. Нукус, Узбекистан
  • Байрамбай Канатбаевич Исмайлов Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, ул. Университетская, 2, 100095, г. Ташкент, Узбекистан
  • Владимир Борисович Оджаев Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владислав Савельевич Просолович Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Юрий Николаевич Янковский Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-3-4-12

Аннотация

Исследована возможность корректировки эксплуатационных характеристик промышленных фотоэлементов производства фирмы Suniva на основе монокристаллического кремния посредством дополнительного диффузионного легирования их примесью никеля в интервале температур 700–1200 °С. Показано, что оптимальная температура диффузии никеля Тдиф = 800–850 °С, в этом случае значение максимальной мощности Рmax возрастает на 20–28 % по отношению к параметрам исходного промышленного фотоэлемента. При температурах диффузии Тдиф > 1000 °С происходит резкое уменьшение Рmax, что связано с увеличением глубины залегания р–n-перехода вследствие разгонки атомов фосфора при проведении высокотемпературной диффузии никеля. Положительный эффект диффузионного легирования никелем на электрофизические свойства фотоэлементов является наибольшим в том случае, когда примесные кластеры никеля находятся в области р–n-перехода, т. е. при диффузионном легировании в лицевую сторону пластины. Действие электрически нейтральных кластеров никеля менее выражено при их расположении в области изотипного p–p+-перехода, т. е. при диффузионном легировании в обратную сторону пластины.

Биографии авторов

Мухаммад Кабир Бахадырханов, Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, ул. Университетская, 2, 100095, г. Ташкент, Узбекистан

академик АН Республики Узбекистан, доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры цифровой электроники и микроэлектроники факультета электроники и автоматики

Зоир Тохир Кенжаев, Каракалпакский государственный университет им. Бердаха, ул. Ч. Абдирова, 1, 230112, г. Нукус, Узбекистан

базовый докторант кафедры физики полупроводников физического факультета. Научный руководитель – доктор физико-математических наук, профессор К. А. Исмайлов

Байрамбай Канатбаевич Исмайлов, Ташкентский государственный технический университет им. Ислама Каримова, ул. Университетская, 2, 100095, г. Ташкент, Узбекистан

кандидат физико-математических наук; старший преподаватель кафедры цифровой электроники и микроэлектроники факультета электроники и автоматики

Владимир Борисович Оджаев, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Владислав Савельевич Просолович, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; заведующий научно-исследовательской лабораторией спектроскопии полупроводников кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Юрий Николаевич Янковский, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; ведущий научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории спектроскопии полупроводников кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета

Литература

  1. Gremenok VF, Tivanov MS, Zalecskii VB. Solnechnye elementy na osnove poluprovodnikovykh materialov [Solar cells based on semiconductor materials]. Minsk: Publishing Center of the Belarusian State University; 2007. 222 p. Russian.
  2. Seredin PV, Len’shin AS. [The main problems of the formation of nano- and heterostructures based on silicon and A3B5 semiconductors for modern optoelectronics]. Molodoi uchenyi. 2013;11:28–31. Russian.
  3. Brinkevich DI, Vabishchevich SA, Prosolovich VS, Yankovskii YuN. Redkozemel’nye elementy v monokristallicheskom kremnii [Rare earth elements in monocrystalline silicon]. Novopolotsk: Polotsk State University; 2003. 203 p. Russian.
  4. Bakhadirkhanov MK, Isamov SB, Kenzhaev ZT, Koveshnikov SV. Studying the effect of doping with nickel on silicon-based solar cells with a deep p–n-junction. Technical Physics Letters. 2019;45(10):959–962. DOI: 10.1134/S1063785019100031.
  5. Bakhadirkhanov MK, Isamov SB, Kenzhaev ZT, Melebaev D, Zikrillayev KhF, Ikhtiyarova GA. Silicon photovoltaic cells with deep p–n-junction. Applied Solar Energy. 2020;56(1):13–17. DOI: 10.3103/S0003701X2001003X.
  6. Bakhadirkhanov MK, Kenzhaev ZT. [Optimal conditions for nickel alloying to increase the efficiency of silicon solar cells]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2021;91(6):981–986. Russian. DOI: 10.21883/jtf.2021.06.50868.332-20.
  7. Kalinkin IP, Kukushkin SA, Osipov AV. Effect of chemical treatment of a silicon surface on the quality and structure of siliconcarbide epitaxial films synthesized by atom substitution. Semiconductors. 2018;52(6):802–808. DOI: 10.1134/S1063782618060118.
  8. Vorob’eva TN, Kobets AV, Reva OV, Vrublevskaya ON. [Deposition of multilayer metal films from solutions on silicon]. In: Ivashkevich OA, Vorob’eva TN, Arshanskii EYa, Branitskii GA, Vasilevskaya EI, editors. Sviridovskie chteniya. Vypusk 7 [Sviridov readings. Issue 7]. Minsk: Belarusian State University; 2011. p. 34–43. Russian.
  9. Stapf A, Gondek C, Kroke E, Roewer G. Wafer cleaning, etching, and texturization. In: Yang D, editor. Handbook of photovoltaic silicon. Berlin: Springer; 2018. p. 1–47. DOI: 10.1007/978-3-662-52735-1_17-1.
  10. Lindroos J, Fenning DP, Backlund DJ, Verlage E, Gorgulla A, Estreicher SK, et al. Nickel: a very fast diffuser in silicon. Journal of Applied Physics. 2013;113(20):204906. DOI: 10.1063/1.4807799.
  11. Boltaks BI. Diffuziya i tochechnye defekty v poluprovodnikakh [Diffusion and point defects in semiconductors]. Leningrad: Nauka; 1972. 384 p. Russian.
  12. Vu Van Hung, Phan Thi Thanh Hong, Bui Van Khue. Boron and phosphorus diffusion in silicon: interstitial, vacancy and combination mechanisms. Proceedings of the National Conference on Theoretical Physics. 2010;35:73–79.
  13. Chistokhin IB, Fritsler KB. [Influence of getter formation conditions in high-resistance silicon on the characteristics of PIN photodiodes]. Pis’ma v zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2020;46(21):11–13. Russian. DOI: 10.21883/PJTF.2020.21.50188.18455.
  14. Bakhadirkhanov MK, Ismaylov BK. [Gettering properties of nickel atom clusters in a silicon lattice]. Pribory. 2020;6:44–48. Russian.
  15. Khvostikov VP, Sorokina SV, Khvostikova OA, Timoshina NKh, Potapovich NS, Ber BYa, et al. High efficient photocells based on GaSb. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2013:47(2);273–279. Russian.
  16. Bakhadirkhanov MK, Ismaylov BK, Ismailov KA, Zikrillaev NF, Isamov SB. On how thermal annealing affects the state of clusters of nickel atoms in crystal lattice of silicon. International Journal of Advanced Science and Technology. 2020;29(9s):6308–6312.
  17. Astashenkov AS, Brinkevich DI, Petrov VV. [Properties of silicon doped with nickel admixture by diffusion]. Doklady Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta informatiki i radioelektroniki. 2008;38(8):37–43. Russian.
  18. Panaiotti IE, Terukov EI, Shakhrai IS. [Method for calculating the performance characteristics of silicon heterojunction solar cells with arbitrary parameters of the crystal substrate]. Pis’ma v zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2020;46(17):3–5. Russian. DOI: 10.21883/PJTF.2020.17.49883.18377.
  19. Green M, Dunlop E, Hohl-Ebinger J, Yoshita M, Kopidakis N, Hao X. Solar cell efficiency tables (version 57). Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2021;29(1):3–15. DOI: 10.1002/pip.3371.
  20. Sachenko AV, Shkrebtii AI, Korkishko RM, Kostylyov VP, Kulish NR, Sokolovskyi IO. Features of phototransformation in the high-efficiency silicon solar cells. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2015;49(2):271–277. Russian.
  21. Kryukov VL, Furmanov GP, Brinkevich DI, Vabishchevich NV, Prosolovich VS, Yankovskii YuN. [Properties of nickel diffusion-doped silicon]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Materialy elektronnoi tekhniki. 2002;1:22–24. Russian.
  22. Vasil’ev YuB, Verezub NA, Mezhennyi MV, Prosolovich VS, Prostomolotov AI, Reznik VYa. [Features of defect formation in the process of heat treatment of dislocation-free single-crystal silicon wafers of large diameter with a given distribution in the volume of oxygen-containing gettering center]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Materialy elektronnoi tekhniki. 2012;2:43–51. Russian.
  23. Dhar S, Chakrabarti S. Electroless Ni plating on n- and p-type porous Si for ohmic and rectifying contacts. Semiconductor Science and Technology. 1996;11(8):1231–1234.
Опубликован
2021-09-29
Ключевые слова: кремниевый фотоэлемент, максимальная мощность, диффузия никеля, обогащенный никелем слой
Как цитировать
Бахадырханов, М. К., Кенжаев, З. Т., Исмайлов, Б. К., Оджаев, В. Б., Просолович, В. С., & Янковский, Ю. Н. (2021). Повышение эффективности промышленного кремниевого солнечного элемента легированием никелем. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 32-39. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-3-4-12
Выпуск
№ 3 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика и техника полупроводников

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).