Теллурид кадмия для высокоэффективных солнечных элементов

Рассмотрены проблемы производства порошков теллурида кадмия заданных чистоты и гранулометрического состава, предназначенных для изготовления высокоэффективных солнечных элементов. Получена опытная партия порошков, на основе которых изготовлены и исследованы образцы пленочных солнечных элементов с параметрами на уровне ведущих мировых стандартов. Методом рентгеновской дифрактометрии определен фазовый состав образцов порошков и пленок, методом растровой электронной микроскопии — структурный анализ и измерение элементного состава. Описано влияние наличия фазы свободного теллура в порошках на ресурсные характеристики полученных приборов. Показано, что в пленках избыток теллура, который расположен преимущественно по границам зерен, может приводить со временем к ухудшению электрофизических характеристик солнечных элементов из-за изменения параметров кристаллической структуры фазы теллурида кадмия, вызванного изменением стехиометрического состава. Структурные исследования пленок не выявили в них отличий до и после ресурсных испытаний. Разработана, обоснована и опробована новая технологическая схема получения порошков теллурида кадмия с учетом преимуществ и недостатков используемой ранее технологии, проведены эксперименты, подтверждающие правильность выбранных решений. 

1. Марончук И.И., Широков И.Б. Методы определения водосодержания в нефти и нефтепродуктах, остаточного содержания нефтепродуктов в воде. Энергетические установки и технологии. 2017; 3(4): 130-145.

2. Марончук И.И., Саникович Д.Д., Мирончук В.И. Солнечные элементы: современное состояние и перспективы развития. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2019; 62(2): 105-123. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-105-123

3. Широков И.Б., Марончук И.И. Современное состояние развития основных типов неатомных анаэробных двигательных и энергетических установок (обзор). Энергетические установки и технологии. 2019; 5(2): 37-50.

4. Jäger-Waldau А. PV status report 2018. Luxembourg: Publications office of the European Union; 2018. 88 p. https://doi.org/10.2760/924363

5. Luceno-Sanchez J.A., Diez-Pascual A.M., Capilla R.P. Materials for photovoltaics: state of art and recent developments. International Journal of Molecular Sciences. 2019; 20(4): 976. https://doi.org/10.3390/ijms20040976

6. Jäger-Waldau А. PV status report 2019. Luxembourg: Publications office of the European Union; 2019. 85 p. https://joint-research-centre.ec.europa.eu/system/files/2019-11/kjna29938enn_1.pdf

7. Jäger-Waldau А. PV status report 2017. Luxembourg: Publications office of the European Union; 2017. 90 p. https://doi.org/10.2760/452611

8. Meyer P.V. Technical and economic optimization for CdTe PV at the turn of the millennium. Progress in Photovoltaics Research and Applications. 2000; 8(1): 161-169. https://doi.org/10.1002/(SICI)1099-159X(200001/02)8:13.0.CO;2-A

9. Cadmium Telluride Solar Cells (данные, представленные Национальной лабораторией по возобновляемой энергетике (NREL, США) о разработках в области получения солнечных батарей на основе теллурида кадмия) URL: https://www.nrel.gov/pv/cadmium-telluride-solar-cells.html (дата обращения: 08.03.2023).

10. Современные проблемы полупроводниковой фотоэнергетики; под ред. Т. Коутса, Дж. Микина / пер. с англ. М.: Мир; 1988. 306 с.

11. Triboulet R., Siffert P. CdTe and related compounds; physics, defects, hetero- and nano-structures, crystal growth, surfaces and applicationsю Elsevier; 2010. 296 p. https://doi.org/10.1016/C2009-0-17817-0

12. Ivanov Y.M. Configuration of the cadmium telluride homogeneity boundaries. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2014;59(14):1705-1714. https://doi.org/10.1134/S0036023614140034

13. Медведев С.А., Мартынов В.Н., Кобелева С.П. О возможности существования антиструктурных дефектов в нелегированном CdTe. Известия АН СССР. Кристаллография. 1983; 28(2): 394.

14. Кобелева С.П. Определение отклонения от стехиометрии в широкозонных полупроводниковых соединениях АIIВVI по составу равновесной паровой фазы. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2022; 25(2): 107-114. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2022-2-107-114

15. National Renewable Energy Laboratory. Best research-cell efficiency chart (данные, представленные Национальной лабораторией по возобновляемой энергетике (NREL, США) о разработках солнечных элементов с максимальной эффективностью за 2022 год). URL: https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html (дата обращения: 08.03.2023).

16. Коломоец А.Г., Хрипко С.Л. Влияние технологии получения тонких пленок теллурида кадмия на эффективность работы солнечных элементов на их основе. Металургія. 2019; (1(41)): 60-63.

17. McCandless B.E., Sites J.R. Cadmium telluride solar cells. In: Handbook of photovoltaic science and engineering; A. Luque, S. Hegedus, eds. John Wiley & Sons, Ltd; 2011. Р. 600–641. https://doi.org/10.1002/9780470974704.ch14

18. Khrypunov G.S., Vambol S., Deyneko N., Suchikova Y. Increasing the efficiency of film solar cells based on cadmium telluride. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2016; 84(6/5): 12-18. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.85617

19. Колтун М.М. Солнечные элементы. М.: Наука; 1987. 191 с.

20. Geisthardt R.M., Topic M., Sites J.R. Status and potential of CdTe solar-cell efficiency. IEEE Journal of Photovoltaic. 2015; 5(4): 1217-1221. https://doi.org/10.1109/JPHOTOV.2015.2434594

21. Патент (РФ) № 2776574, Кл. C01B 19/02 C22B 9/04. Давыдова Е.В., Егоров М.А., Марончук И.И., Саникович Д.Д. Способ глубокой очистки металлов. Заявл.: 17.06.2021, опубл.: 22.07.2022. URL: https://patents.google.com/patent/RU2776574C1/ru

22. Патент (РФ) № 2777064, Кл. C01B 19/02 C22B 9/04. Давыдова Е.В., Егоров М.А., Марончук И.И., Саникович Д.Д. Устройство для глубокой очистки металлов. Заявл.: 17.06.2021; опубл.: 01.08.2022. URL: https://patenton.ru/patent/RU2776574C1

23. Абрютин В.Н., Давыдова Е.В., Егоров М.А., Марончук И.И., Саникович Д.Д. Глубокая очистка теллура, цинка и кадмия для применения в электронике. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2022; 25(2): 164-174. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2022-2-164-174

24. Абрютин В.Н., Марончук И.И., Потолоков Н.А., Саникович Д.Д., Черкашина Н.И. Глубокая очистка теллура: усовершенствование оборудования и технологии с применением моделирования технологического процесса. Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2022; 25(3): 214-226. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2022-3-214-226

25. АДВ-Инжиниринг. Теллурид кадмия. (данные о свойствах порошков теллурида кадмия предоставленные ООО АДВ-Инжиниринг и производимых в организации согласно действующих в компании технических условий). URL: https://www.adv-engineering.ru/metal/?type=a2-b4&title=%D0%A2%D0%B5%D0%BB%D0%BB%D1%83%D1%80%D0%B8%D0%B4%20%D0%BA%D0%B0%D0%B4%D0%BC%D0%B8%D1%8F (дата обращения: 08.03.2023).

26. Calyxo GmbH - CdTe Thin Film Solar Module. (данные предоставленные немецкой компанией Calyxo GmbH в рекламном фильме о получении тонкопленочных солнечных модулей на основе теллурида кадмия). URL: https://www.youtube.com/watch?v=Hj6S1pdnlo8&t=21s (дата обращения: 08.03.2023).