Pályázat azonosítója: Ferenczi György Emlékdíj (2017)

Pályázat futamideje: 2017

Pályázó PhD hallgató: Soha Márton

Témavezető: Vad Kálmán

N-típusú szilícium napelemek tisztításának optimalizálása, ipari felhasználás számára

A napelemek által nyert energia felhasználás egyik legnagyobb előnye, hogy piaci árának ráfordítása után akár 20-30 évig képesek hiba nélkül üzemelni és folyamatos szintű energia ellátást biztosítani a háztartások számára.  Nagy potenciált látok a technológia gyártásban, hiszen még megoldatlan az a kérdés, hogy lehetséges-e magas hatékonyságú napelemeket vásárolni viszonylag alacsony áron. Emellett a kimagasló hatásfokú napelemek előállítása nemcsak költséges, de környezetszennyező is. Ennek a problémának a megoldása is a jövő feladata lesz. A napenergia mennyisége, ami eléri a földet 1 órán belül az a teljes energia igény minden emberi tevékenységnek egy évre. Azon a napon, amikor a Nap megszűnik és az üzemanyaga véget ér, az mintegy 6 milliárd év múlva lesz, ez azt jelenti, hogy a napenergia valóban végtelen mennyiségű emberi léptékben. Sőt, ez az energiaforrás lehet megoldás a környezeti problémákra és a globális felmelegedésre is. Ezért a különféle megújuló energiaforrások közül, a napenergiát úgy lehet tekinteni, mint egy erős forrást a jövő energiájára. Hosszú ideig, a napenergia drágább volt, mint a fosszilis üzemanyagok. Azonban hála a folyamatos nagyüzemi növekedésnek és fontos technológiai fejlődésnek, az ára a napenergiának egyre összehasonlíthatóvá vált a hagyományos energiaforrásokkal. Mióta felfedezték a 1940-es években, Bell laboratóriumában New Jersey-ben, a szilícium alapú napelem eszközöket, soha nem hagyták abba a fejlesztését és ez marad napjainkban is a legnagyobb rész a PV (Photo voltage) piacon (~ 90%-os piaci részesedéssel 2013-ban).

Általában a fémek diffúziója a félvezető anyagokban 100,000-szer vagy 1,000,000-szor gyorsabb, mint az általános dópolt anyagoknak. Ezek a szennyeződések mély csapdákat kreálnak a szilíciumban, ami gyors élettartam csökkenéshez vezet. Vas, nátrium, kálium, réz, nikkel, ezüst, arany, palládium, titánium, krómium a leggyakoribb szennyezők. Általános gyakorlat, hogy a fémszennyeződés bárhol előfordulhat. A szilícium cellák esetében ezek a szennyeződések károsítják azok minőségét úgy, hogy megölik a kisebbségi töltéshordozókat. Ezért kell használni vegyszereket a tisztításuk során, hogy ezektől a nem kívánt összetevőktől megszabaduljunk. Különböző szilícium napelem cellákat szándékosan beszennyeztem különböző fémekkel, (Fe, Cu, Cr, Co, W, Zn, Ti) ezután vizsgáltam a szennyeződés mértékét rajtuk koncentrációban, a cellák élettartamát (1. ábra), és végül különböző tisztítási folyamatokkal próbáltam eltávolítani a szennyeződéseket a felületről.

Manapság ipari gyártásban nem tisztítanak szilícium alapú napelemek így csak 18% körüli hatásfokot érnek el. Kutatási, fejlesztési munkákban, prémium termékek előállításakor tisztítanak, így 20% fölötti hatásfok is elérhető. Ezek a folyamatok hosszadalmasak, költségesek, sok vegyszert használnak így környezet károsítóak. A programom fő célja csökkenteni a költségeket, a vegyszer felhasználást és a tisztításra fordított időt. Az irányított szennyezési tapasztalatok szenvednek a környezeti hatásoktól és súlyosan befolyásolják azt. Nagyon óvatos fertőtlenítő eljárást kell végezni, hogy megóvjuk sikeresen a mintákat a környezeti hatásoktól. A kísérletek optimalizálva lettek a magasabb teljesítmény és reprodukálhatóság miatt. A célja a szennyezésnek, hogy létrehozzunk egy tisztító adatbázist, ami egy minimális tisztítási hatást nyújt ahhoz, hogy nyomon lehessen követni a napelem cella munka folyamatait a gyártás során [1], [2].

Célkitűzés

Három adatbázist sikerült létrehozni a munkám során. Az első a töltés és visszatöltés (feed/bleed) adtabázis, amelyben, a tartály kicserélési térfogatot nyertem ki az (outplating) kibocsájtás tapasztalatokból, ami végre volt hajtva a HF/HCl tartályban különböző fémekkel. A második az élettartam degradációs eredmények, ahol a kisebbségi töltéshordozók élettartama volt kinyerve, különböző Si felületi koncentrációkból különböző fémekkel. Végül a harmadik a tisztítás hatékonyság adatbázis, amelynél szintén a kisebbségi töltéshordozók élettartama volt kinyerve különböző tisztítási eljárások során, különböző fémeken.

Irodalomjegyzék

[1] M Haslinger, M Soha, S Jambaldinni, A Hajjiah, J Szlufcik, J Poortmans, J John Novel wet chemical cleaning concepts for high efficiency silicon solar cells 33rd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition. Brussels: WIP – Edizioni Scietifiche, (2017). pp. 628-630.

[2] Haslinger M, Soha M, Robert S, Claes M, Mertens PW, John J ‘Just-clean-enough’: Optimization of wet chemical cleaning processes for crystalline silicon solar cells SOLID STATE PHENOMENA 255: pp. 344-347. (2016)

Kapcsolódó weboldal: http://www.mikroalap.hu/Ferenczi