Cykl trzech wynalazków pn. „Sposób wytwarzania krzemowego ogniwa fotowoltaicznego z dodatkowym poziomem energetycznym w paśmie zabronionym”
ZESPÓŁ AUTORSKI
Politechnika Lubelska
- dr hab. inż. Paweł Węgierek, profesor uczelni - kierownik zespołu
- mgr inż. Justyna Pastuszak
CO MOŻNA OSIĄGNĄĆ DZIĘKI WYNALAZKOWI?
Podstawową cechą innowacyjności jest zastosowanie technologii implantacji jonowej do wytwarzania dodatkowych poziomów energetycznych w paśmie zabronionym krzemowych ogniw fotowoltaicznych, co poprawia efektywność fotokonwersji w ogniwach PV wytwarzanych z wykorzystaniem implantacji jonowej przy jednoczesnym zwiększeniu ich sprawności. Innowacyjność rozwiązania polega na wprowadzeniu do produkcji krzemowych ogniw fotowoltaicznych dodatkowego procesu technologicznego, polegającego na implantacji jonów neonu o odpowiedniej dawce i energii oraz wygrzewania poimplantacyjnego. Istotne jest to, że nie wymaga to stosowania innych operacji, poza tymi, które już są stosowane w produkcji ogniw.
Korzystnym skutkiem wynalazków, biorąc pod uwagę kierunek rozwoju technologii wytwarzania ogniw krzemowych, polegający na coraz szerszym wykorzystaniu implantacji jonowej w procesie produkcji, jest zwiększenie opłacalności stosowania ogniw krzemowych poprzez podniesienie ich sprawności.
ISTOTA WYNALAZKU
Przedmiotem wynalazku jest cykl trzech wynalzków dotyczących sposobu wytwarzania krzemowych ogniw fotowoltaicznych z dodatkowym poziomem energetycznym w paśmie zabronionym półprzewodnika, wykonanych metodą implantacji jonowej na bazie krzemu domieszkowanego borem, fosforem lub antymonem. Ogniwo składa się z warstwy krzemu typu p i warstwy krzemu typu n, a także elektrody dolnej i górnej wraz z warstwą pasywującą powierzchnię i powłoką antyrefleksyjną, w którym teksturyzuje się, domieszkuje się metodą implantacji jonowej, wygrzewa się poimplantacyjnie i pasywuje, a następnie osadza się powłokę antyrefleksyjną i nanosi się elektrody oraz utwardza w piecu.
Istotą sposobu jest to, że warstwę krzemu typu n lub p, domieszkowaną różnymi pierwiastkami (bor, fosfor lub antymon), o określonej rezystywności ρ, implantuje się jonami neonu o określonej dawce D i energii E, a następnie wygrzewa izochronicznie. Pozwala to na wytworzenie dodatkowego poziomu energetycznego w paśmie zabronionym półprzewodnika, co skutkuje zwiększeniem sprawności ogniwa słonecznego poprzez umożliwienie wieloetapowego przejścia elektronów z pasma walencyjnego do pasma pośredniego, a następnie do pasma przewodnictwa, co wpływa na zwiększenie efektywności fotokonwersji energii słonecznej.
Analiza literatury krajowej, jak i światowej, wykazuje, że znaczna część badań naukowych i prac rozwojowych ukierunkowana jest na opracowanie technologii, która pozwoli na zwiększenie sprawności krzemowych ogniw PV, co ostatecznie przełoży się na zwiększenie opłacalności budowy instalacji fotowoltaicznych. Jedną z aktualnych metod zwiększania sprawności ogniw PV jest wprowadzanie dodatkowych poziomów energetycznych w paśmie zabronionym półprzewodnika (ogniwa IBSC i IPV) oraz coraz szersze wykorzystywanie implantacji jonowej w procesie produkcji. Wynalazki wpisują się w ten kierunek i są konsekwencją wieloletnich badań nad identyfikacją i opracowaniem sposobu generowania dodatkowych poziomów energetycznych w krzemie, co pozwoliło na wytworzenie prototypu wysokosprawnego ogniwa fotowoltaicznego.
Rozwiązania te zostały docenione na arenie międzynarodowej - twórcy otrzymali nagrodę główną targów za najlepszy międzynarodowy wynalazek i innowację oraz złoty medal 48. Międzynarodowej Wystawy Wynalazków w Genewie (26-30.04.2023 r.), a także dodatkowy złoty medal na XVII Międzynarodowej Warszawskie Wystawie Wynalazków IWIS 2023 (12-14.12.2023 r.).
POTENCJAŁ KOMERCJALIZACYJNY WYNALAZKU
Rozwiązanie będące przedmiotem wynalazku, jest przeznaczone do poprawy efektywności zjawiska fotokonwersji, a w konsekwencji sprawności krzemowych ogniw fotowoltaicznych, z których są budowane panele fotowoltaiczne powszechnie stosowane w instalacjach i elektrowniach PV. Na dzień dzisiejszy około 80% wszystkich istniejących instalacji fotowoltaicznych jest zbudowana z paneli krzemowych. Rozwiązanie będące przedmiotem wynalazku, czyli poprawa sprawności krzemowych ogniw fotowoltaicznych, przeznaczonych do produkcji paneli PV, powoduje, że wdrożenie wynalazku przyczyni się do wzrostu opłacalności ich stosowania, poprzez zwiększenie efektywności wytwarzania energii elektrycznej w instalacjach PV, a tym samym do wzrostu popularności fotowoltaiki jako alternatywnego źródła energii. Ogniwa wytworzone według wynalazku pozwolą na zrewolucjonizowanie rynku fotowoltaiki.