Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка технологии атомно-слоевого осаждения нанотолщинных плёночных материалов на поверхность солнечных батарей с целью повышения их генерационных характеристик

Докладчик: Гаврилов Сергей Александрович

Должность: Проректор по научной работе

Цель проекта:
Проект направлен на поиск путей и реализацию способа повышения КПД солнечных батарей. Целью проекта является разработка лабораторной технологии атомно-слоевого осаждения плёнок Al2O3 на поверхность солнечных батарей для формирования антиотражающего покрытия и улучшения их генерационных характеристик не менее чем на 1,5% в абсолютном исчислении.

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе реализации проекта будет проведён научный анализ состояния проблемы повышения КПД солнечных батарей, будет обоснован выбор направления исследований для решения этой задачи путём осаждения на поверхность солнечных батарей и диодных структур антиотражающих покрытий. Будет разработана и реализована программа исследований физических, кристаллографических, оптических, электрофизических, электростатических свойств плёнок Al2O3. Будет исследовано влияние плёнок, осаждённых на поверхность солнечных батарей, на поглощение излучения солнечного света и улучшение генерационных характеристик солнечных батарей.
Будет создан экспериментальный образец установки атомно-слоевого осаждения плёнок Al2O3,проведены его испытания, будет разработана лабораторная технология осаждения плёнок со следующими характеристиками:
- минимальная толщина плёнок Al2O3 - 1 нм.
- максимальная толщина плёнок Al2O3 - 100 нм.
- время цикла процесса осаждения плёнок Al2O3 толщиной до 5 нм - не более 2 минут.
- диапазон давления - от 10 до 100 Па.
- исходное давление в рабочей камере - 10 Па.
- увеличение КПД солнечных батарей (при исходных значениях КПД покупных солнечных батарей в диапазоне 18-19%) - не менее чем на 1,5%.
Новизна разработки заключается в создании основ технологии осаждения плёнок с высокой производительностью процесса атомно-слоевого осаждения плёнок Al2O3 на поверхность кристаллических структур на основе использования принципов групповой обработки.
Ближайшими аналогами разрабатываемой технологии являются разработки компании Beneq Oy (Финляндия). Цель разработки финских специалистов - осаждение пассивирующих и просветляющих покрытий на солнечные элементы с недостаточно высоким КПД с целью повышения процента выхода годных изделий. По результатам из литературных источников среднеквадратичное увеличение КПД составило 1,08% абсолютных процентов.
Компания Roth&Rau использует процессы ALD для увеличения КПД, повышения выхода годных структур, снижения разброса от партии к партии и дрейфа параметров при длительном испытании. Применяемая технология основана на принципе идеального смешения реагентов в процессе и потому продуты реакции необходимо удалять из камеры дважды в течение мономолекулярного цикла, что резко снижает производительность процессов осаждения пассивирующих плёнок и антиотражающих покрытий.
Для достижения заявленных в ПНИ результатов планируется на основе проведённого анализа состояния проблемы повышения КПД солнечных батарей, технологических заделов НИУ МИЭТ и компании "КвинтТех" создать экспериментальный образец установки атомно-слоевого осаждения плёнок Al2O3, разработать технологию атомно-слоевого осаждения плёнок Al2O3, провести комплекс исследований свойств плёнок Al2O3, определить влияние осаждённых плёнок на генерационные характеристики солнечных батарей и сделать опытные образцы солнечных батарей с покрытием плёнками из Al2O3 по разработанной технологии. Ограничения и риски при выполнения ПНИ связаны, в основном, с качеством материалов и реактивов.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Лабораторная технология атомно-слоевого осаждения нанотолщинных плёночных материалов из оксидов металлов, разработанная для экспериментального образца установки атомно-слоевого осаждения плёнок Al2O3, является научно-технологическим заделом для создания промышленной установки атомно-слоевого осаждения нанотолщинных плёночных материалов. Оборудование такого вида востребовано рынком производителей изделий твердотельной электроники, однако промышленных образцов такого оборудования пока не создано ни в России¸ ни за рубежом.
Промышленная установка атомно-слоевого осаждения нанотолщинных плёночных материалов будет востребована производителями солнечных батарей для повышения генерационных характеристик солнечных батарей путём формирования просветляющих и антиотражающих покрытий на их рабочей поверхности.
Также установка атомно-слоевого осаждения нанотолщинных плёночных материалов будет востребована при производстве интегральных схем на технологических операциях формирования подзатворного диэлектрика из Al2O3 толщиной 30 - 50 нм для МОП структур, формирования диэлектрических слоёв для многоуровневой металлизации ИС в качестве подслоя для традиционных диэлектриков.
Применение установки атомно-слоевого осаждения нанотолщинных плёночных материалов возможно также в технологиях производства изделий электровакуумной техники, радиоэлектроники, оптики для нанесения просветляющих покрытий в оптических приборах и других высокотехнологичных направлениях науки и техники. Такое широкое применение установки обусловлено низкой температурой процесса осаждения плёнок, равномерностью толщины плёнок как на горизонтальных, так и на вертикальных плоскостях микрорельефа поверхности обрабатываемых структур. Существенным преимуществом технологии атомно-слоевого осаждения нанотолщинных плёночных материалов является экологическая безопасность её применения в серийном массовом производстве.

Текущие результаты проекта:
В настоящий момент работы в рамках ПНИ проводятся в соответствии с планом-графиком работ и ТЗ. Проведён анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов по тематике ПНИ, проведены патентные исследования и обоснован выбор направлений исследований. Завершена разработка ЭКД на экспериментальный образец установки атомно-слоевого осаждения плёнок Al2O3. Проведены конкурсные процедуры для заключения договоров с компаниями-соисполнителями работ по данному проекту. Проведены патентные исследования. Частично проведена закупка необходимого контрольно-измерительного оборудования.
Разработана программа и определены методики экспериментальных исследований свойств плёнок Al2O3, диодных структур, солнечных батарей с антиотражающим покрытием из плёнок Al2O3 на основе существующих и вновь разрабатываемых методик и оборудования, необходимого для проведения этих исследований. Завершается разработка методики контроля микрошероховатости плёнок Al2O3 для проведения исследования влияния микрорельефа плёнки на генерационные характеристики диодной структуры с осаждённым антиотражающим покрытием. Проект находится в заключительной стадии подготовки для сдачи первого этапа ПНИ.