Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка методов комплексной диагностики полупроводниковых материалов, микро- и наноструктур для солнечной энергетики.

Докладчик: Вишняков Николай Владимирович

Должность: Ведущий научный сотрудник, доцент кафедры БМПЭ, к.т.н.

Цель проекта:
Правительством РФ 23 мая 2013 г. был одобрен комплекс нормативных актов, направленных на развитие в стране возобновляемой энергетики, в том числе солнечной энергетики. Было принято решение о создании в России первых крупных солнечных электростанций, которые должны к 2020 году обеспечить дополнительные мощности порядка 6 ГВт и поднять долю возобновляемой энергетики в энергобалансе страны с текущего значения 0,8% до 2,5%. Основу солнечных модулей составляют солнечные элементы (СЭ) на полупроводниковых барьерных структурах. Для эффективной работы СЭ необходимо соблюдение ряда требований: высокий коэффициент оптического поглощения активных слоев полупроводниковых структур во всем спектральном диапазоне солнечного света; высокий коэффициент собирания фотогенерированных носителей заряда на контактных электродах; минимальное полное сопротивление (исключая сопротивление нагрузки) для уменьшения потери мощности за счет выделения джоулева тепла в процессе работы и т.п. Для отработки технологического процесса и конструктивных характеристик СЭ с целью улучшения его эффективности (КПД, стоимость 1 кВт/час вырабатываемой энергии) нужна комплексная методика контроля распределения внутренних электрических полей, электрически активных дефектов, примесей, структуры поверхности и металлургических границ. Таким образом, целью выполнения поисковых научных исследований является разработка методов комплексной диагностики полупроводниковых материалов, микро- и наноструктур для солнечной энергетики для повышения эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую.

Основные планируемые результаты проекта:
При выполнении поисковых научных исследований должны быть получены следующие научно-технические результаты:
1) отчет о патентных исследованиях;
2) эскизная конструкторская документация с требованиями к структуре и свойствам тестовых образцов;
3) эскизная конструкторская документация макетов измерительных установок для комплексной диагностики полупроводниковых материалов, микро- и наноструктур, солнечных элементов;
4) результаты испытаний составных элементов макетов измерительных установок, реализующих комплексную методику диагностики микро- и наноструктур;
5) результаты экспериментальных исследований электрофизических характеристик микро- и наноструктур СЭ;
6) техническая документация на разработанные измерительные ячейки, электронные блоки, схемы сопряжения и др.;
7) алгоритмы работы измерительных установок, вычислений, решений и обработки экспериментальных данных;
8) разработанные программные продукты, обеспечивающие функционирование макетов измерительных установок комплексной диагностики и обработки экспериментальных данных;
9) заявки на получение правоохранных документов объектов РИД, правоохранные документы объектов РИД.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты проекта будут использованы Индустриальным партнером ООО «ХЕЛИОС-Ресурс» (Россия) при отработке технологического процесса и конструктивных характеристик СЭ для солнечных модулей. Результаты проекта будут интересны также ООО «НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе», входящее в группу компаний "Хевел" - отечественного производителя тонкопленочных фотопреобразовательных модулей. Основная деятельность НТЦ направлена на повышение качества тонкопленочных солнечных модулей на основе аморфного и микрокристаллического кремния.
Потенциальными потребителями научных результатов могут стать научно-исследовательские центры и проектно-конструкторские организации РФ, дизайн - центры, специализирующиеся в области микро- и наноэлектроники, а также промышленные предприятия электронной промышленности, обладающие собственными конструкторскими бюро, в том числе предприятия оборонно-промышленного комплекса.

Текущие результаты проекта:
В рамках работ по 1 этапу выполнения проекта в соответствии с Техническим заданием и Планом-графиком исполнения обязательств выполнены и выполняются следующие работы: 1) проведен аналитический обзор научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов по теме проекта, который позволил сформулировать основные направления исследований и возможные способы решения поставленных научно-технических задач;
2) выполнено обоснование основных направлений исследований и способов решения поставленных задач с учетом имеющегося научно-технического и технологического задела, материально-технического и кадрового потенциала Исполнителя.
3)проведены патентные исследования и подготовлен отчет по двум тематическим заданиям:
- Задание №1. Способы измерения встроенных электрических полей в барьерных структурах для СЭ;
- Задание №2 Способы измерения концентрации и состава микро- и нанокристаллических включений, легирующих и неконтролируемых примесей в мульти- и нанокристаллическом кремнии.
3) Продолжается разработка метода исследования электрически и оптически активных дефектов, создающих глубокие уровни в запрещенной зоне (щели подвижности) в диодных структурах солнечных элементов.
4) Продолжаются работы, финансируемые из внебюджетных источников:
- выработаны требования к структуре и свойствам тестовых образцов для проведения апробации разработанных методов комплексной диагностики полупроводниковых материалов, микро- и наноструктур для солнечной энергетики;
- проводится подготовка рабочих мест для проведения исследований и Ресурсное обеспечение работ по разработке метода исследования электрически и оптически активных дефектов.
Результаты работы докладывались на 9-ой Международной научно-технической конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» и Международной молодежной научно-практической школе по солнечной энергетике (Россия, Санкт-Петербург, 7-10 июля 2014 г.), 7-ой Всероссийской школе-семинаре студентов, аспирантов и молодых ученых и демонстрировались на выставке «Нанодиагностика - 2014», проходившей в рамках школы-семинара (Россия, Рязань, 15-19 сентября 2014 г.).
По результатам работ подготовлены и приняты в печать 2 статьи в журнал «Nanoelectronics and Optoelectronics», включенный в индекс научного цитирования Web Of Science и Scopus (импакт-фактор 0,479), и 2 публикации в журнал Вестник РГРТУ, включенный в список ВАК РФ (импакт-фактор РИНЦ 0,124).
При выполнении работ использовались технические и интеллектуальные ресурсы Регионального центра зондовой микроскопии коллективного пользования Рязанского государственного радиотехнического университета (РЦЗМкп РГРТУ) и центра коллективного пользования научным оборудованием «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» Белгородского государственного национального исследовательского университета (ЦКП НИУ «БелГУ»).