Проект цеха по производству мультикремния для солнечных элементов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
?ь, что фотоэлементы являются инерционными приборами, поэтому значение фото-ЭДС значительно уменьшается с увеличением частоты световых импульсов. Это ограничивает использование фотоэлементов для преобразования лишь постоянных световых сигналов в электрические.
Коэффициент полезного действия солнечной батареи зависит от многих факторов. Его теоретическое значение определяется зонной структурой полупроводника (шириной запрещенной зоны, присутствием или отсутствием непрямых переходов). Максимальные теоретические значения КПД составляют около 25% при Eg= 1.4 - 1.5 эВ, поэтому основными материалами для изготовления солнечных батарей является кремний и арсенид галлия.
1.2 Выбор материала для создания солнечных элементов
Кремний (Si) - химический элемент IV группы периодической системы Менделеева, атомный номер - 14.
По распространенности в природе он занимает второе место, уступая только кислороду. Он составляет 27,6 % массы земной коры.
В природе кремний встречается в виде окислов (кремнезем (Si02)n), различных силикатов (солей кремниевых кислот). Кристаллический кремний - темно-серое с металлическим блеском, тугоплавкое, хрупкое кристаллическое вещество, обладающее незначительной проводимостью.
В химических соединениях кремний четырехвалентен. Кремний устойчив ко многим кислотам, нерастворим в воде, но легко растворяется в горячих растворах щелочей, а также в смеси фтористо-водородной и азотной кислот. Почти со всеми металлами кремний образует силициды.
Кремний обладает сравнительно высокой температурой плавления и в расплавленном состоянии отличается высокой химической активностью. Поэтому возникают большие трудности с подбором тигельного материала при выращивании монокристаллов. Наиболее чистые материалы (кварц и графит), из которых обычно изготавливают тигли и нагревательные элементы, при высоких температурах взаимодействуют с кремнием. Физико-химические свойства кремния приведены в табл.1 [16].
Таблица 1. Основные свойства кремния.
№ п/пСВОЙСТВОЗНАЧЕНИЕОПТИЧЕСКИЕ1Диапазон пропускания, мкм1,21,52Показатель преломления, n1,4223 (1=5мкм)3Потери на отражение, ,24dn/dT, К-1160*10-65dn/d = 0, мкм10,46Коэффициент поглощения, см1*10-3ФИЗИЧЕСКИЕ7Параметр решетки, a (300K), нм0,5430728Плотность, Pтв/Pж , г/см32,33/2,539Температура плавления, Тпл, К168810Ширина запрещенной зоны, Eg300K ,эВ1,1211Энтальпия плавления, ?Н, кДж/моль46,4712Энтропия, ?S0 298K, Дж/моль*К18,8413Подвижность носителей заряда. см2/В*с:480Дырок, Upэлектронов, Un145014Коэффициент теплопроводности при 273К, Вт/м*К162,315Коэффициент термического расширения, К-1 4,15*10-616Удельная теплоемкость, Дж/(кг*К)800ХИМИЧЕСКИЕ17РастворимостьВ воде не растворим18Молекулярный вес28,0919Структураалмаза
От очистки кремния зависит возможность его применения для создания солнечных элементов. Различают:
Кремний электронного качества (т. н. "электронный кремний") - наиболее качественный кремний с содержанием кремния свыше 99,999 % по весу, более высокими показателями по времени жизни (свыше 25 мкс), используемый для производства твердотельных электронных приборов, микросхем и т. п. Удельное электрическое сопротивление кремния электронного качества может находиться в интервале примерно от 0,001 до
Ом*см, но при этом величина сопротивления должна быть обеспечена исключительно заданной примесью т. е. попадание в кристалл других примесей, хотя бы и обеспечивающих заданное удельное электрическое сопротивление, как правило, недопустимо. Основная масса кристаллов кремния электронного качества является т.н. "бездислокационными кристаллами", т. е. плотность дислокаций в них не превышает 10 см-2.
Кремний солнечного качества (т. н. "солнечный кремний") - кремний с содержанием кремния свыше 99,99 % по весу, со средними значениями времени жизни неравновесных носителей и удельного электросопротивления (до 25мкс и до 10 Ом*см), используемый для производства фотоэлектрических преобразователей (солнечных батарей);
Технический кремний - блоки кремния поликристаллической структуры, полученного восстановлением из чистого кварцевого песка; содержит 98 % кремния, основная примесь - углерод, отличается высоким содержанием легирующих элементов - бора, фосфора, алюминия; в основном используется для получения поликристаллического кремния; в 2006-2009 гг. в связи с дефицитом кремниевого сырья солнечного качества предпринимались попытки использования этого материала для производства кристаллического кремния солнечного качества: для этого производилась доочистка технического кремния путём дробления по межкристаллитным границам и стравливания примесей, концентрирующихся на границах, затем производилась перекристаллизация одним из вышеупомянутых способов).
Монокристаллический кремний получают с помощью метода Чохральского, и очень часто его используют и для производства солнечных элементов. Меж тем, этот метод достаточно дорог в производстве, а для солнечных элементов монокристаллы кремния не обязательно. Достаточно использовать более дешёвый вариант: столбчатую структуру монокристаллов, так называемый "мультикремний".
Степень необходимой чистоты кремния для производства солнечных элементов на основе мультикремния (до 16,5% в полевых условиях, до 23% в лабораторных) представлена ниже:
Доноры (P, As, Sb)< 1,5*1013
Акцепторы (B, Al)< 5*1012
Углерод (С)< 2,5*1016
Металлы (Fe, Ti, Cr, Ca, Na) < 7*1014
Общее удельное сопротивление (Ом*см) по донорам >100, по акцепторам >1000.
Значения необходимых нам удельных соп
Copyright © 2008-2014 geum.ru рубрикатор по предметам рубрикатор по типам работ пользовательское соглашение