Регистрация / Вход
Прислать материал

14.607.21.0137

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.607.21.0137
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна"
Название доклада
Разработка технологии вакуумного осаждения для серийного производства гибких фотоэлектрических модулей на основе сульфида и теллурида кадмия
Докладчик
Крюков Юрий Алексеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели проекта:
1) Разработка технологии вакуумного осаждения методами конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе экспериментальных образцов гибких пленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе сульфида (CdS) и теллурида (CdTe) кадмия.
2) Разработка технологии изготовления гибких фотоэлектрических модулей (ФЭМ).
3) Разработка экспериментальных образцов автоматизированных вакуумных установок для изготовления базовой гетеросистемы на основе сульфида и теллурида кадмия на гибкой термостабильной полиимидной пленке методом конденсации из квазизамкнутого объема и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе.

Задачи проекта:
1) Разработка оптимального конструктивно-технологического решения (КТР) ФЭП на основе гетеросистемы сульфида и теллурида кадмия на гибкой полиимидной пленке с помощью вакуумных технологий конденсации в квазизамкнутом объеме и нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе.
2) Проведение испытаний экспериментального образца гибкого ФЭП на основе CdS/CdTe на стабильность, долговечность и радиационную стойкость.
3) Разработка конструкторско-технологического решения гибкого ФЭМ на основе сульфида и теллурида кадмия.
4) Разработка оригинальной лабораторной технологии получения гибких ФЭП на основе сульфида и теллурида кадмия с приведенной мощностью свыше 2,5 Вт/кг и КПД не менее 11% и ФЭМ на их основе с КПД не менее 6%.
5) Разработка оснастки вакуумной установки для изготовления приборной гетеросистемы CdS/CdTe на гибкой подложке, которая может быть сопряжена с имеющимися технологическими линиями по производству ФЭП на основе CdS/CdTe на стеклянной подложке, и ее изготовление.
Актуальность и новизна исследования
Актуальность проекта обусловлена возможностью создания гибких тонкопленочных (менее 20 мкм) солнечных элементов (СЭ) с высоким гравиметрическим показателем удельной мощности на основе сульфида и теллурида кадмия. Данные СЭ имеют большую перспективу применения в качестве источников энергии для космических аппаратов, т.к. CdTe обладает наибольшей радиационной стойкостью в сравнении с кремнием и более низкой стоимостью в сравнении с арсенидом галлия и превосходящей их обоих в удельной мощности на единицу массы.
Также тот факт, что солнечные панели CdS/CdTe на стекле уже достигли «сетевого паритета» (отметка, при которой стоимость электрической энергии производимой солнечной электростанцией равна стоимости электрической энергии производимой традиционными источниками электроэнергии) дает основания полагать, что полученная в результате исследования технология получения тонкопленочных гибких СЭ на основе CdS/CdTe будет конкурентоспособной, а продукция найдет широкое распространение в качестве мобильных систем генерации электроэнергии, например, питание беспилотных летательных аппаратов.
Описание исследования

Получение слоев CdS и CdTe в данном проекте проводится двумя принципиально различными методами (метод нереактивного магнетронного распыления на постоянном токе и метод квазизамкнутого объема) для выявления наиболее продуктивного для дальнейшего промышленного применения. Получение слоев проводится на тонкой (7,3 мкм) полиимидной пленке Upilex-S, которая способна выдерживать температуру до 500 0С в течении длительного времени. Поддержание высокой температуры дает возможность формировать наиболее совершенные слои, что приводит к увеличению КПД СЭ.

В работе проводился синтез образцов СЭ и при этом варьировались толщины слоев (в том числе и слоя нелегированного оксида олова), проводилась или нет хлоридная обработка. У всех полученных образцов измерялись световые вольтамперные характеристики, из которых высчитывались: ток КЗ, напряжение холостого хода, фактор заполнения световой ВАХ, КПД, плотность фототока, последовательное и шунтирующее сопротивление, плотность диодного тока и коэффициент идеальности диода. Также исследовалась кристаллическая структура пленок методом рентгеновской дифракции и морфология поверхности методом сканирующей электронной микроскопии для определения влияния на них условий нанесения (температура подложки, напряжение магнетрона, температура зоны испарения, давление в камере и др.). Аккумулируя полученные результаты, и, определяя влияния тех или иных факторов, проводился системный подход к синтезу тонкопленочных солнечных элементов системы «полиимид/ITO/SnO2/CdS/CdTe/Au/Cu» со следующими характеристиками:

1) толщина СЭ не более 20 мкм;

2) удельная пиковая мощность ФЭП не менее 12 мВт/см2;

4) рабочее напряжение СЭ – 0,70±0,05 В;

5) напряжение холостого хода – 0,80±0,05 В;

6) плотность тока короткого замыкания – 21±1 мА/см2;

7) приведенная электрическая мощность СЭ – не менее 2,5 Вт/г;

8) КПД СЭ не менее 11%.

 

Результаты исследования

Для воспроизведения всех технологических этапов нанесения слоев в СЭ «полиимид/ITO/SnO2/CdS/CdTe/Au/Cu» были разработаны и созданы 2 автоматизированных вакуумных установки: установка магнетронного напыления и установка квазизамкнутого объема. Данные установки различаются только способом нанесения активных слоев CdS и CdTe. Остальные схожие слои наносятся методами магнетронного и термического распыления отдельно.

Для каждой из установок разработана эскизная конструкторская документация и изготовлена технологическая оснастка для реализации соответствующего метода (конденсации из квазизамкнутого объема либо магнетронного распыления), разработаны частные технические задания на разработку программного обеспечения для управления режимами работы установки, а также программы и методики испытания данного программного обеспечения.

Разработана эскизная конструкторская документация и изготовлены ФЭП на основе гетеросистемы сульфида и теллурида кадмия. Составлен перечень технологического и контрольно-измерительного оборудования для измерения характеристик ФЭП и ФЭМ на основе гетеросистемы сульфида и теллурида кадмия. Разработана эскизная конструкторская документация экспериментального стенда для проведения исследовательских испытаний экспериментального образца пленочного ФЭП «тыльной» конфигурации на основе гетеросистемы сульфида и теллурида кадмия. Завершается разработка технологической документации на изготовление экспериментальных образцов гибких пленочных ФЭП методами конденсации из квазизамкнутого объема и магнетронного распыления, а также гибких фотоэлектрических модулей.

 

Практическая значимость исследования
Потенциальные потребители результатов проекта – отечественные и зарубежные предприятия, выпускающие ФЭП и ФЭМ на основе CdS/CdTe традиционной конструкции, и фирмы, занимающиеся разработкой автономных источников питания различного типа.

Результаты проекта могут быть использованы для создания промышленной технологии получения гибких ФЭМ на основе CdS/CdTe для экономичных автономных источников электрической энергии, которые обеспечивают электроснабжение космических аппаратов, беспилотных летательных аппаратов, радиоэлектронной аппаратуры, систем кондиционирования. Разработанные ФЭМ, обеспечивающие их монтаж на поверхностях любых форм, будут превосходить все существующие аналоги по величине мощности на единицу веса и позволять их эксплуатировать в условиях радиационного воздействия. Гибкие ФЭМ могут найти применение в космической, авиационной, автомобильной, судостроительной и приборостроительной отраслях.
Постер

Poster_CdTe_0137.ppt