"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8714
ETF8714 "Hübriidsed aluskontaktid CdTe päikeseelementidele (1.01.2011−31.12.2013)", Sergei Bereznev, Tallinna Tehnikaülikool, Keemia ja materjalitehnoloogia teaduskond.
ETF8714
Hübriidsed aluskontaktid CdTe päikeseelementidele
Hybrid back-contacts for CdTe solar cells
1.01.2011
31.12.2013
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
4. Loodusteadused ja tehnika4.11. Keemia ja keemiatehnikaP400 Füüsikaline keemia1.3. Keemiateadused (keemia ja muud seotud teadused)50,0
4. Loodusteadused ja tehnika4.12. Protsessitehnoloogia ja materjaliteadusT140 Energeetika 2.3. Teised tehnika- ja inseneriteadused (keemiatehnika, lennundustehnika, mehaanika, metallurgia, materjaliteadus ning teised seotud erialad: puidutehnoloogia, geodeesia, tööstuskeemia, toiduainete tehnoloogia, süsteemianalüüs, metallurgia, mäendus, tekstiilitehnoloogia ja teised seotud teadused).50,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.20118 880,00 EUR
01.01.2012−31.12.20128 880,00 EUR
01.01.2013−31.12.20138 880,00 EUR
26 640,00 EUR

CdTe on üks kõige enam kasutust leidnud materjale, mida kasutatakse õhukesekileliste päikeselementide tööstuslikul tootmisel. Selle põhjuseks on materjali otsene optiline keelutsoon, mis on päikeseenergeetika rakendusteks peaaegu ideaalselt sobiliku laiusega (1.45 eV), suur absorptsioonikoefitsient ( >104 cm-1), tundlikkus nõrgale valgusele ja vastupidavus. Üheks CdTe tehnoloogia lahendust nõudvaks probleemiks on CdTe kihile efektiivse, vastupidava ja lihtsasti teostatava elektrilise aluskontakti valmistamine. Väljumistöö suure väärtuse tõttu osutub CdTe materjaliks, millele on keeruline leida oomilist kontakti. Laengukandjate transpordiks läbi tunnelkontaki on p-CdTe korral kasutatud kvaasioomilise kontakti saamiseks erinevaid meetodeid. Tavapäraste aluskontaktimaterjalidena kasutatakse metalle või õhukesi (5–50 nm) suure aktseptorite kontsentratsiooniga metallhalkogeniidist puhverkihte, mis on kaetud sekundaarse metallkontaktiga. Lihtne lahendus aluskontakti efektiivseks ja stabiilseks dopeerimiseks seni puudub. Käesoleva projekti peamine eesmärk on suure väljumistööga orgaaniliste pooljuhtide kasutamine CdTe päikeseelementide efektiivse ja stabiilse aluskontakti funktsionaalsete kihtidena. Projekt on suunitletud vaakumaurustusmeetodil valmistatud suure fototundlikuse ja orgaanliliste funktsionaalsete kihtide sadestamiseks sobivate klaas/TCO/CdS/CdTe päikeseelementide uurimisele ja arendamisele. CdS ja CdTe funktsionaalsete kihtide jaoks selgitatakse välja sobiv paksus ja dopeerimismeetod, mis arvestab orgaaniliste aluskontaktide eriomadusi, eelkõige Cu ja Au aatomite aeglast diffusiooni läbi orgaaniliste kovalentsete ühendite vahekihi. Hübriidsete struktuuride korral on võimalik kasutada mitmeid perspektiivseid materjale, nt stabiilseid suure elektrijuhtivusega juhtivaid polümere (EJP), samuti UV-töödeldud suurenenud väljumistööga EJP ja mitmesuguseid elektronaktseptoromadustega fullereene (asendusrühmadega ja ilma), mis tõhustavad laengutransporti nanokomposiitidena EJP kihtides. Väärib tähelepanu, et orgaaniliste aluskontaktide kasutamine võimaldaks vähendada CdTe päikeseelementide maksumust ning pikendada nende kasutuskestust. Maksumuse vähenemine on seotud odavamate aluskontaktimaterjalide ja sadestusmeetodite kasutamisega, samuti ka CdTe fotoabsorberkihi paksuse võimaliku vähendamisega, mida võimaldaks diffusiooni blokeerivate orgaaniliste kihtide kasutamine, mis väldiks taga- ja eeskontaktide vahel toimuvat soovimatut diffusiooni CdTe päikeseelemendis
CdTe is a one of the most dominating materials for the large-scale production of thin film photovoltaic modules, due to its nearly ideal direct optical band-gap (1.45 eV), high absorption coefficient ( >104 cm-1), sensitivity at low-light conditions and durability. One of the most important issues in CdTe technology is to develop simple processing of highly efficient and long term stable electrical back contact to CdTe layer. Due to high work-function value, CdTe is a difficult material to form an ohmic contact. Various methods have been applied to develop quasi-ohmic contact on p-CdTe for carrier transport through tunneling contacts. The most commonly used back contact materials are either metals or a thin (5–50 nm) buffer layer of metal chalcogenide with high acceptor density combined with a secondary metallic contact. No robust recipe for efficient and stable back surface doping has yet been developed. The application of high work function organic semiconductors as effective and stable back contact functional layers for CdTe solar cells is the main idea of current Project. Also the Project will be devoted to the research and development of highly photosensitive glass/TCO/CdS/CdTe PV substrates prepared by high vacuum evaporation technique and appropriate for deposition of organic functional layers. Appropriate thickness and doping technology will be determined for the CdS and CdTe functional layers with taking into account specific properties of organic back-contacts e.g. low diffusion of the Cu and Au atoms through intermediate layer of covalent organic compounds. A number of prospective organic materials will be applied for these hybrid structures, e.g. stable highly-conductive electrically conductive polymers (ECP) and UV-treated ECP with increased work function values; various electron acceptors from the fullerenes family (substituted and non-substituted fullerenes) to improve the charge transport in the nanocomposite layers with ECP etc. It should be noted that positive results connected with using of organic back-contacts give a very good perspectives to decrease of the cost and increase the life-time of CdTe solar cells. Decrease of cost is connected with using of cheaper back-contact materials and deposition technology and also with possible decrease of the thickness of CdTe photoabsorber layer on the basis of using the “diffusion-blocking” organic layers to decrease undesirable diffusion between the front and back contacts in CdTe solar cells.