Direcciones de investigación del laboratorio clave provincial de materiales fotovoltaicos de Henan
1: Investigación sobre tecnología de purificación de silicio policristalino
La investigación sobre tecnología de purificación física de silicio policristalino incluye dos temas: (1) Investigación sobre tecnología de purificación de silicio policristalino por fusión por haz de electrones (2) Investigación; sobre tecnología regional de purificación de silicio policristalino por fusión.
El plan de implementación del método de fusión por haz de electrones en horno de arco eléctrico es: primero, utilizar un horno de arco eléctrico de alto vacío para sinterizar repetidamente para hacer que la pureza del polisilicio alcance más de 5N en la etapa final del haz de electrones. fusión, se agrega oxígeno, el hidrógeno y el gas que contiene cloro reaccionan con las impurezas B para formar sustancias volátiles para lograr el propósito de eliminar las impurezas. Los materiales inicialmente purificados se purifican aún más en el horno monocristalino de fundición regional a un horno monocristalino encima del; nivel solar.
La clave de la tecnología de fusión por haz de electrones en horno de arco eléctrico es solidificar direccionalmente la masa fundida de silicio policristalino en el vacío para que las impurezas puedan volatilizarse en la superficie. El principal problema es cómo transportar las impurezas dentro de la masa fundida. a la superficie fundida para que se evapore de la superficie. Cuando la masa fundida es mayor, las impurezas internas a menudo no pueden transportarse a la superficie a tiempo. Para resolver este problema, el gas protector se puede extraer rápidamente para mantener muy baja la concentración de impurezas en la fase gaseosa, provocando que las impurezas en la masa fundida se volatilicen lo antes posible. Otro problema es que el polisilicio está en contacto directo con el; El crisol no está completamente derretido, lo que no favorece la transferencia de impurezas al crisol. Transferencia de fase líquida y vapor. Este problema se puede resolver utilizando el método de plasma electromagnético. Evita que la masa fundida entre en contacto directo con los alrededores de la pared del crisol, aumentando así el área de superficie de la masa fundida y permitiendo que las impurezas de la masa fundida se volatilicen lo más rápido posible. lo más posible. Dado que la presión de vapor saturado del elemento B (10-4 Pa) es mucho menor que la presión de vapor saturado del elemento Si (10-1 Pa), este método no puede eliminar las impurezas B y es necesario soplar la masa fundida a la misma velocidad. etapa final de purificación. Aumentar la presión de vapor saturado de B.
La característica distintiva del método de fundición por zonas es que no utiliza un crisol para contener el silicio fundido, sino que se basa en la tensión superficial y la fuerza electromagnética del silicio para soportar la fusión local del silicio líquido bajo la acción de campos electromagnéticos de alta frecuencia. Por lo tanto, el método de fundición por zonas también se denomina método de fundición por zonas suspendidas. El principio de la purificación por fusión por zonas es eliminar impurezas como el carbono y el fósforo contenidos en el polisilicio en función de las diferentes concentraciones de impurezas en la fase sólida y la fase líquida durante el proceso de recristalización del cristal fundido. La mayor ventaja del método de purificación por fusión por zonas es que el consumo de energía se reduce en más del 60% en comparación con el método tradicional. Actualmente, la purificación por fusión por zonas es la alternativa más prometedora a los procesos tradicionales para producir materiales de polisilicio de grado solar, y REC comenzó a utilizar la purificación por fusión por zonas en una nueva planta en 2006.
El objetivo de esta dirección de investigación es desarrollar tecnología física de purificación de polisilicio de grado solar con derechos de propiedad intelectual independientes y lograr la industrialización, reducir la contaminación ambiental y el consumo de energía durante el proceso de purificación de polisilicio y reducir los costos de generación de energía fotovoltaica. .
En tres años, obtuvimos de 3 a 5 proyectos de investigación científica, solicitamos de 2 a 3 patentes nacionales, publicamos de 3 a 5 artículos de investigación en revistas nacionales importantes y superiores, y capacitamos a 6 estudiantes de doctorado y maestría.
2. Investigación sobre materiales de células solares de película delgada de silicio
La investigación sobre materiales de células solares de película delgada de silicio incluye 1) investigación sobre películas delgadas de silicio amorfo 2) investigación sobre película delgada de silicio policristalino; materiales.
Actualmente, los materiales de células solares más utilizados son el silicio monocristalino y el silicio policristalino. Sin embargo, debido a la complejidad del proceso de crecimiento del silicio cristalino y al desperdicio de materiales de silicio, el coste sigue siendo elevado. Por lo tanto, las células solares de silicio de película delgada se consideran la forma fundamental de reducir significativamente los costos. Son el punto de acceso de investigación y la dirección principal de las células solares de silicio en el futuro y dominarán el mercado de materiales de células solares de película delgada a base de silicio. Incluyen principalmente películas delgadas de silicio amorfo y películas de silicio microcristalino.
1. Investigación sobre películas delgadas de silicio amorfo
Las células solares de película delgada de silicio amorfo tienen un gran coeficiente de absorción de luz y el espesor de película requerido es mucho menor que el de otros materiales; es simple, consume menos energía y puede lograr una producción continua en grandes superficies; puede utilizar materiales como vidrio o acero inoxidable como sustratos para reducir fácilmente los costos; puede convertirse en una estructura laminada para mejorar la eficiencia y otras ventajas; Sin embargo, las células solares de película delgada de silicio amorfo también tienen problemas importantes, como el efecto Staebler-Wronsk, la baja tasa de deposición y la presencia de una gran cantidad de impurezas durante el proceso de deposición de la película, lo que afecta la calidad de la película y la estabilidad de la batería.
En respuesta a los problemas anteriores, el laboratorio planea explorar más a fondo el proceso de crecimiento de películas de óxido de zinc mediante pulverización catódica o PECVD sobre sustratos de vidrio, para obtener películas policristalinas de óxido de zinc de alta calidad con tamaño de grano controlable y propiedades fotoeléctricas superiores, y para estudiar el efecto del dopaje de elementos sobre los cambios de oxidación en el índice de refracción de las películas de zinc y sus efectos sobre la conductividad, la transmitancia de la luz y las propiedades antirreflectantes y mejorar aún más el proceso de producción de PECVD de las películas de silicio, afectando la temperatura (T) y la presión (P); ), frecuencia (f), voltaje (V), fuente química (S) y otros parámetros para reducir la concentración de trampa de electrones o huecos, reducir el centro de recombinación de huecos de electrones y la probabilidad de recombinación, y mejorar aún más la eficiencia de conversión de la batería; estudiar el proceso de tratamiento de la superficie de la película de óxido de zinc y la capa amortiguadora Diseñado para reducir el efecto de atenuación de la fotoluminiscencia de la batería, mejorar el proceso de preparación y mejorar la estabilidad de las películas de silicio amorfo de gran superficie;
2. Investigación sobre películas delgadas de silicio microcristalino
La inestabilidad de la eficiencia fotostática de las células solares de película delgada de silicio amorfo está determinada por las propiedades metaestables de la microestructura del material, por lo que se produce el efecto S-W. No es fácil de eliminar por completo. En los últimos años, ha aparecido una batería de película delgada de silicio poli (micro) cristalino. Se utiliza una película de silicio policristalino en lugar de una película de silicio amorfo como capa activa de la batería. No hay ningún fenómeno de degradación evidente bajo exposición a la luz a largo plazo. Es una película de silicio policristalino cultivada sobre un material de sustrato de bajo costo. Utiliza una capa de silicio cristalino más delgada como capa activa de la batería, que no solo mantiene el alto rendimiento y la estabilidad de la batería de silicio cristalino, sino que también evita el SW. Efecto, reduciendo efectivamente el costo de la batería.
En la actualidad, los principales problemas de las células de silicio policristalino son el bajo rendimiento fotovoltaico y la baja tasa de deposición del propio material. Por lo tanto, la investigación del laboratorio en esta área se centra principalmente en mejorar la tasa de deposición de películas delgadas y mejorar los datos del diagrama de fase de deposición de alta velocidad y alta calidad de películas delgadas de polisilicio, estudiando los efectos de la presión de deposición y el caudal en las propiedades fotoeléctricas; y microestructura de películas delgadas, así como las propiedades fotoeléctricas y la relación de estabilidad, optimizan el proceso de formación de películas y obtienen dispositivos de alta calidad y películas de polisilicio con propiedades optoelectrónicas estables. Cómo preparar una capa intrínseca con una densidad de defectos extremadamente baja y preparar una película de silicio microcristalino con un contenido de silicio amorfo extremadamente bajo en un nivel de procesamiento relativamente bajo es la clave para mejorar aún más la eficiencia de conversión de las células solares de silicio microcristalino.
Objetivos de la investigación: sobre la base del estudio de materiales de película delgada de silicio amorfo y silicio microcristalino, ampliar el área de absorción de luz, aumentar el coeficiente de absorción de luz, mejorar la eficiencia de conversión fotoeléctrica y optimizar el proceso de formación de película para garantizar una estabilidad. Rendimiento de preparación. Células solares de bajo coste basadas en silicio.
En tres años, esforzarse por obtener de 3 a 5 proyectos de investigación científica de diversos tipos, solicitar de 2 a 3 patentes nacionales, publicar más de 8 artículos de investigación en revistas nacionales principales y capacitar a 9 estudiantes de doctorado y maestría. .
Tres: Investigación sobre materiales y tecnologías solares fotovoltaicas sin silicio.
La investigación sobre células solares de película delgada sin silicio incluye 1. Células solares nanocristalinas sensibilizadas con tintes; 2. Células solares de película delgada compuestas orgánico-inorgánicas; 3. Investigación sobre células solares de película delgada de la CEI;
1. Células solares nanocristalinas sensibilizadas con colorante
Actualmente, existen dos problemas principales en torno a las células solares nanocristalinas sensibilizadas con colorante, a saber, la estabilidad de las baterías líquidas y la mejora del rendimiento fotovoltaico de las mismas. Eficiencia de conversión de baterías de estado sólido. El laboratorio prevé realizar investigaciones sobre sensibilizadores de colorantes, electrolitos sólidos y nuevos materiales para electrodos. En términos de sensibilizadores de tintes, exploramos principalmente nuevos tintes orgánicos para reemplazar los sensibilizadores compuestos de Ru comúnmente utilizados; sintetizamos materiales compuestos de TiO2 y otros compuestos semiconductores inorgánicos para lograr la sensibilización compuesta inorgánica y cambiar efectivamente las propiedades del TiO2 mediante dopaje iónico. ; la sensibilización al dopaje se consigue mediante dopaje simple o doble de metales o no metales. En términos de investigación de electrolitos sólidos, utilizando las propiedades conductoras únicas y las funciones de almacenamiento de material de los nanotubos de carbono, el llenado de nanotubos de carbono con sal de Li y CuI juega un papel importante en la mejora del rendimiento de la batería, como el uso de carbono modificado con injerto de polímero. del nanotubo mejora su compatibilidad con la matriz, y los nanotubos de carbono injertados se combinan aún más con el polímero de la matriz para formar una capa de electrolito sólido.
Al estudiar nuevos materiales de electrodos, membranas porosas de nano-TiO2 sensibilizadas con tintes funcionalizados, se utilizaron polímeros conjugados con **** como medios de transporte de orificios para mejorar la compatibilidad entre el polímero y la superficie del tinte y mejorar la inyección de carga de la interfaz y la velocidad de transferencia. introduciendo una capa de barrera densa en la interfaz entre el vidrio conductor y el TiO2 poroso para reducir la tasa de transferencia de electrones, estudiar el proceso de formación de la película de polímero y mejorar la eficiencia de llenado de los poros de TiO2 sensibilizados con colorantes. Estudiar el proceso de formación de película polimérica para mejorar la eficiencia de llenado de los poros de TiO2 sensibilizados con colorantes. Las nanoestructuras de TiO2, como los nanotubos y las nanopartículas núcleo-cubierta, se sintetizan mediante métodos hidrotermales y electroquímicos para mejorar la eficiencia de conversión de las baterías. Explore materiales de nanoelectrodos inorgánicos que no sean TiO2, como ZnO, BaSnO3, Zn2SnO4, etc.
2. Células solares de película delgada compuestas orgánico-inorgánicas
Los materiales semiconductores compuestos orgánicos-inorgánicos desarrollados en la década de 1980 tienen una variedad de diseños de materiales orgánicos mediante composición estructural y composición funcional. Tiene las dos principales ventajas de sexo, flexibilidad, fácil procesabilidad y alta movilidad del portador y alta estabilidad de los materiales inorgánicos, y a menudo produce un efecto de optimización sinérgico. Es un tipo de energía solar de película delgada que contiene dos o más materiales orgánicos e inorgánicos. . Batería. Los nuevos materiales funcionales compuestos con dos o más componentes orgánicos e inorgánicos y propiedades semiconductoras son uno de los materiales clave para el futuro desarrollo energético.
La estructura de las células solares compuestas orgánico-inorgánicas es simple. Generalmente, se utiliza un proceso simple de recubrimiento por rotación o tecnología de evaporación al vacío para hacer que la capa orgánica y la capa inorgánica sobre vidrio conductor transparente formen una estructura de heterounión masiva. , y luego evaporación al vacío Electrodo de aluminio. La función principal de la capa orgánica es lograr una absorción de luz de amplio espectro y alta eficiencia, mientras que la función del material semiconductor inorgánico es lograr la separación de cargas y mejorar el rendimiento de la transmisión. Este principio evita la limitación de que se deben utilizar materiales semiconductores de banda prohibida para lograr una absorción de amplio espectro. Se pueden utilizar materiales semiconductores de banda ancha con estabilidad óptica, térmica y química. Por un lado, puede resolver la fotocorrosión común y la atenuación de la luz en la banda prohibida estrecha. Por otro lado, los materiales semiconductores de banda ancha de bajo costo y respetuosos con el medio ambiente, como ZnO, TiO2 y otros materiales semiconductores de banda ancha, se pueden utilizar para reducir la contaminación ambiental causada por los desechos generados durante el proceso de producción. Sin embargo, los semiconductores orgánicos tienen una baja movilidad del portador y una estabilidad deficiente, y los materiales semiconductores compuestos orgánicos-inorgánicos tienen una estabilidad estructural deficiente, lo que resulta en un rendimiento de la batería y una repetibilidad del proceso deficientes.
Este laboratorio se centrará en la evolución estructural, regulación y estabilización de materiales semiconductores compuestos orgánicos-inorgánicos bajo la acción de campos externos como la luz y el calor. Materiales semiconductores compuestos orgánicos-inorgánicos de alta movilidad de portadores. materiales semiconductores compuestos inorgánicos, materiales semiconductores compuestos orgánicos-inorgánicos, la relación entre la estructura y las propiedades de transporte de portadores de largo alcance, y formas de lograr una alta movilidad del portador, sintetizar una variedad de nuevas moléculas orgánicas pequeñas y detectar un alto rendimiento cuántico usando moléculas orgánicas Como capas absorbentes de luz, se estudian sistemáticamente diversos sistemas compuestos de materiales semiconductores orgánicos y materiales semiconductores inorgánicos.
3. Investigación sobre películas delgadas CIS
Las células solares de película delgada CIS son materiales semiconductores compuestos de banda prohibida directa compuestos de cobre, indio, selenio y otros elementos metálicos. La luz es la más alta entre todos los materiales de batería de película delgada (a-Si, CdTe, etc.), y el consumo de materia prima es mucho menor que el de las células solares de silicio cristalino tradicionales, por lo que tiene amplias perspectivas de desarrollo. Las células solares CIS tienen tres características destacadas: alta eficiencia de conversión. CIS es el material fotovoltaico más prometedor para convertirse en una célula solar de película delgada de alta eficiencia. Bajo costo de fabricación: la película de capa absorbente CuInSe2 es un material de banda prohibida directa con una tasa de absorción de luz de hasta 105 órdenes de magnitud. Es más adecuado para películas de células solares. El espesor de la celda puede ser de 2 a 3 μm, lo que reduce el consumo. de materiales caros. Su coste es de 1/2 a 1/3 del de las células solares de silicio cristalino. iii) El rendimiento de la batería es estable. El sistema de crecimiento de película delgada del laboratorio se está utilizando actualmente para desarrollar células solares de película delgada. Al cambiar los materiales de las ventanas de las células solares de película delgada del CIS, se puede mejorar aún más la eficiencia de conversión. Actualmente, las películas de óxido de zinc se utilizan como materiales para ventanas para aumentar la eficiencia de conversión de 6,5 a 9,5.
Objetivos de la investigación: mejorar la eficiencia de conversión de las células solares de película fina CIS, mejorar el proceso de preparación y sentar las bases para la industrialización. Continuar mejorando el rendimiento de los componentes de las células solares sensibilizados por el combustible y la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las células. Investigar y desarrollar células solares de película delgada basadas en materiales semiconductores compuestos orgánicos-inorgánicos para mejorar su estabilidad estructural y eficiencia de conversión fotoeléctrica y reducir los costos de producción de materiales.
En tres años, esforzarse por obtener 2-3 proyectos de investigación científica de diversos tipos, solicitar 3 patentes nacionales, publicar más de 10 artículos de investigación en revistas nacionales principales y superiores y capacitar a 12 estudiantes de doctorado y maestría. .
El objetivo general del Laboratorio Provincial Clave de Materiales Fotovoltaicos es crear continuamente nuevos resultados, desarrollar nuevas tecnologías y llevar a cabo investigaciones de ingeniería en torno a los principales problemas técnicos en el desarrollo de la industria "Materiales y Tecnología Fotovoltaicos". "Proporcionar industrialización proporciona tecnologías de soporte maduras, procesos, equipos y nuevos productos. Productos; implementar servicios abiertos, aceptar investigaciones, diseños, pruebas y conjuntos completos de servicios técnicos de tecnología de ingeniería confiados por industrias o departamentos, empresas e instituciones de investigación científica, y brindar consultas para la promoción de sus resultados, cultivar y reunir ingeniería y tecnología de alto nivel; talentos técnicos y gestión de especialidades relacionadas Talentos, brindar capacitación en ingeniería y talentos técnicos para industrias y empresas de nuestra provincia, llevar a cabo diversas formas de cooperación e intercambios científicos y tecnológicos nacionales e internacionales, llevar a cabo trabajos de estandarización y servicios de información industriales relevantes, y promover; desarrollo tecnológico en industrias y campos.