Солнечные элементы - CIGS технология
Для производства тонкопленочных солнечных элементов одним из наиболее эффективных материалов-абсорберов солнечного света является соединение Cu(In,Ga)Se2 (CIGS). К настоящему времени достигнуты высокие значения эффективности единичных солнечных элементов (СЭ) с использованием данного материала. Рекордная эффективность преобразования (~19,9%) характерна для CIGS СЭ с площадью всего ~ 0,4 см2. Эта эффективность, на сегодняшний день, обеспечивается только технологией одновременного соиспарения четырех элементов – Cu, In, Ga и Se. Требуемый конечный результат в технологии пленок CIGS состоит в получении пленочного слоя с толщиной в пределах 1- 2 мкм, с поликристаллической крупнозернистой структурой типа халькопирита с определенной кристаллографической ориентацией. При этом должен быть обеспечен определенный профиль по толщине в соотношении концентраций Cu/(In+Ga) и Ga/(In+Ga), а содержанием селена близко соответствовать формуле Cu(In,Ga)Se2. Для удовлетворения этим требованиям приходится использовать очень сложную технику контроля и процедуры управления процессом.
Монолитно-интегрированный модуль солнечных элементов (МИМ СЭ), как основной продукт тонкопленочной солнечной энергетики представляет собой, чаще всего, стеклянную подложку, на которой тонкими пленками в единую батарею соединены десятки и сотни единичных СЭ, выполненных в геометрии узких и длинных полос -стрипов. Также как и в микроэлектронике, где с ростом размера чипа и пластин-подложек, резко снижается себестоимость производства приборов, так и в производстве МИМ СЭ с ростом размера подложки - носителя и ширины стрипа снижается стоимость производства одного ватта мощности, генерируемой под действием солнечного света.
Современные технологии плазмохимического нанесения пленок аморфного кремния на стеклянные подложки, привнесенные из производства ЖК позволили наладить выпуск МИМ СЭ с размерами подложки 2,2х2,6м (5,7 м2). Однако, не смотря на столь впечатляющие размеры, данный тип МИМ СЭ позволяет получать всего 515 Вт электрической мощности в условиях стандартного освещения, в виду низкой квантовой эффективности аморфного кремния – как материала-абсорбера.
В отличие от аморфного кремния, материал CIGS намного более эффективен в качестве абсорбера солнечного света. Однако технология соиспарения не только сложна в части воспроизводимости, но практически не приемлема для подложек большого размера.
Вместе с тем, в технологии производства ЖК дисплеев, кроме плазмохимического нанесения однородных на большой площади пленок аморфного кремния, хорошо отработаны и применяются процессы нанесения прозрачных проводящих слоев типа ITO и ZnO:Al методами реактивного магнетронного распыления. При этом состав пленок обеспечивается, во-первых, правильным составом и режимами распыления исходной металлической сплавной мишени (например, сплав In-Sn для ITO и Zn-Al для ZnO:Al), во- вторых, правильным управлением процессами подачи аргона и кислорода в зону разряда.
Идея реализации процесса реактивного распыления для формирования пленок CIGS была положена в основу успешно завершенного проекта в компании «Изовак».
В результате была создана технология, которая позволила уверенно и воспроизводимо получать пленки CIGS с качеством, необходимым для использования в производстве МИМ СЭ.
Пленки CIGS сформированные методом реактивного магнетронного распыления демонстрируют параметры, позволяющие изготавливать тонкопленочные МИМ СЭ с уровнем эффективности не хуже средних в современном производстве аналогичных приборов. Поскольку для метода отсутствуют серьезные ограничения в масштабировании, можно полагать, что он займет достойное место в производстве в ближайшее время.
Помимо технологии получения CIGS пленок, компанией Изовак был разработан комплекс лабораторного оборудования для производства солнечных элементов.
