Share on Facebook Share on Twitter

Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn Share on Google+
Thin Film Silicon Solar Cells on Glass


Group members:

Dr. F. Sculati-Meillaud, S. Hänni, Dr. E. Moulin, Dr. B. Niesen, Dr. J.-W. Schüttauf

Running projects: OFEN, CTI, EU - Cheetah, FP7-Fast-Track
Keywords: thin film silicon, amorphous silicon, microcrystalline silicon, micromorph, solar cells

Background
The "Thin Film Silicon Solar Cells on glass" group focuses on the development of high efficiency hydrogenated amorphous (a-Si:H) and microcrystalline (µc-Si:H) silicon single-junctions and multi-junctions solar cells in the superstrate configuration (p-i-n). The first µc-Si:H solar cells were pioneered at the PV-Lab in 1994. Microcrystalline silicon is of particular interest when combined with amorphous silicon in a solar cell tandem configuration, commonly called "micromorph", as the different optical band gaps of these materials allow for the active conversion of a larger part of the solar spectrum. In such combination, a top a-Si:H cell absorbs light with wavelengths up to 800 nm while the µc-Si:H bottom cell can absorb light in the near infrared region, allowing for larger attainable conversion efficiencies. This "micromorph" serially connected tandem cell was first introduced at the PV-Lab in the mid 1990s, and since then, an increasing number of research institutes and companies have adopted this concept.


Figure 1. SEM image (left) and schematic (right) of the cross section of a micromorph solar cell in the superstrate configuration. From bottom to top: glass - LPCVD textured ZnO - thin a-Si:H top cell (250 nm) - thin ZnO based intermediate reflector (200 nm) - 1.5 μm thick μc-Si:H bottom cell and back contact in LPCVD ZnO.

Microcrystalline silicon is a complex material that exhibits a wide range of possible microstructures depending on both the deposition conditions and substrate material. Many efforts have been laid in the past years in understanding the growth mechanisms of this material and the relationship between microstructure and solar cell efficiency. On the other hand, the amorphous nature and the metastable properties of hydrogenated amorphous silicon material also lead to different controversial issues remaining discussed, so that research remains active in this domain too. Finally, in order to achieve high efficiency with thin films of silicon, a high light confinement is fundamental and advanced cell designs integrating textured front-electrodes obtained via LPCVD deposition of ZnO or via the nano-imprinting fabrication of transparent nanostructures covered by highly transparent conductive oxides are developed, together with advanced solar cell designs allowing for high electrical properties on such rough substrates.
The main research areas of the group are as follows:

Increasing thin film silicon solar cells efficiency by:
Characterizing and improving the material quality (by modifying e.g. deposition processes) of microcrystalline silicon deposited in small-area laboratory PECVD systems and in semi-large area industrial PECVD systems.
Improving the stability of a-Si:H solar cells to achieve larger stabilized efficiencies: protocrystalline materials and low deposition rate material to reduce the material degradation, or reduction of the impact onto the cell performance of the Staebler-Wronski effect.
Implementing and assessing the light trapping potential in single to multi-junctions solar cells of new morphologies. Developments of novel concepts and materials to realize textured front electrode and substrate.
Developing advanced concepts for optical confinement in the multi-junctions solar cells
Improving the cell design to retain high electrical properties for cells deposited on highly textured substrates
Testing different multi-junctions combinations and in that respect developing high-gap and low-gap materials
Improving the solar cell design to ensure reduced cost of ownership for thin film silicon solar modules. One of the focus is for example on the development of high quality high deposition rate µc-Si:H material to decrease deposition time and hence production costs (strong collaboration with industries).
Developing a better understanding of the relationship between plasma conditions, material quality and solar cell efficiency (in collaboration with the plasma group).
Developing and implementing material and solar cell and modules characterization techniques

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ร่วมร่วม Facebook Twitter ร่วมร่วมอย่างไร LinkedIn บน Google +เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนฟิล์มบางบนกระจก กลุ่มสมาชิก:ดร.เอฟ Sculati-Meillaud, Hänni s ได้ ดร. E. แรมมูแลง ดร.เกิด Niesen ดร. J. W. Schüttaufเรียกใช้โครงการ: OFEN, CTI, EU - เสือชีตาห์ FP7--เร่งด่วนคำสำคัญ: บางฟิล์มซิลิคอน ซิลิคอนไป ซิลิคอนจุล micromorph เซลล์แสงอาทิตย์พื้นหลังเน้นที่กลุ่ม "บางฟิล์มซิลิคอนเซลล์แสงอาทิตย์บนแก้ว" พัฒนาประสิทธิภาพสูง hydrogenated ไป (เป็น-Si:H) และจุล (µc-Si:H) ซิลิคอน junctions เดียวและ junctions หลายเซลล์แสงอาทิตย์ในการกำหนดค่า superstrate (p-i-n) µC แรก-เซลล์แสงอาทิตย์ Si:H ได้เป็นผู้บุกเบิกที่แล็บ PV ในปี 1994 จุลซิลิคอนสนใจโดยเฉพาะเมื่อรวมกับซิลิคอนไปในการการกำหนดค่าตัวตามกันไปในเซลล์แสงอาทิตย์ โดยทั่วไปเรียกว่า "micromorph" เป็นช่องวงแสงที่แตกต่างกันของวัสดุเหล่านี้อนุญาตให้สำหรับการแปลงใช้งานส่วนใหญ่ของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ ในชุดดังกล่าว ด้านบนเป็น-Si:H เซลล์ดูดซับแสงที่ มีความยาวคลื่นสูงสุด 800 nm ในขณะ µc-เซลล์ด้านล่าง Si:H สามารถดูดซับแสงในภูมิภาคอินฟราเรดใกล้ อนุญาตให้ประสิทธิภาพตามแปลงใหญ่ได้ ครั้งแรกถูกนำในปฏิบัติการวิศวกรรมเซลล์เชื่อมต่อ serially ตัวตามกันไปนี้ "micromorph" ในกลางปี 1990 และหลังจากนั้น การเพิ่มจำนวนสถาบันวิจัยและบริษัทได้นำแนวคิดนี้ รูปที่ 1 รูป SEM (ซ้าย) และมัน (ขวา) ส่วนขนของเซลล์แสงอาทิตย์ micromorph ในการกำหนดค่า superstrate จากด้านล่างสู่ด้านบน: แก้ว - LPCVD พื้นผิว ZnO - บาง-Si:H เซลล์ด้านบน (250 nm) -บาง ZnO ตามราคากลางหรือ (200 nm) - 1.5 μm μc หนา-ติดต่อใน LPCVD ZnO Si:H เซลล์ด้านล่างและหลังจุลซิลิคอนเป็นวัสดุพื้นผิวและวัสดุซับซ้อนที่จัดแสดงหลากหลายของ microstructures ได้ตามทั้งสะสมเงื่อนไข มีการวางความพยายามมากมายในปีผ่านมาในการทำความเข้าใจกลไกการเจริญเติบโตของวัสดุนี้และความสัมพันธ์ระหว่างประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์และต่อโครงสร้างจุลภาค บนมืออื่น ๆ ธรรมชาติไปและคุณสมบัติของ metastable hydrogenated ซิลิคอนไปวัสดุยังนำไปแย้งประเด็นต่าง ๆ ที่เหลือกล่าวถึง เพื่อให้งานวิจัยยังคงใช้งานอยู่ในโดเมนนี้เกินไป ในที่สุด เป็นพื้นฐานเพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพสูง ด้วยฟิล์มบางซิลิคอน ถูกควบคุมตัวเบาที่สูง และเซลล์ขั้นสูงแบบบูรณาการผิวหน้าหุงตผ่าน LPCVD สะสมของ ZnO หรือได้ผ่านการผลิตนาโน imprinting ของ nanostructures โปร่งใสครอบคลุมออกไซด์สูงโปร่งไฟฟ้า พัฒนา พร้อมออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ขั้นสูงที่อนุญาตให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าสูงบนพื้นผิวหยาบเช่น วิจัยหลักของกลุ่มมีดังนี้:เพิ่มฟิล์มบางซิลิคอนเซลล์แสงอาทิตย์ประสิทธิภาพ:กำหนดลักษณะ และการปรับปรุงคุณภาพวัสดุ (โดยการปรับเปลี่ยนกระบวนการสะสมเช่น) ซิลิคอนจุลฝาก ในระบบปฏิบัติการขนาดเล็กที่ตั้ง PECVD และระบบ PECVD พื้นที่ใหญ่กึ่งอุตสาหกรรมปรับปรุงเสถียรภาพของการ-Si:H เซลล์แสงอาทิตย์เพื่อให้ใหญ่เสถียรประสิทธิภาพ: วัสดุ protocrystalline และสะสมต่ำอัตราวัสดุเพื่อลดการย่อยสลายวัสดุ หรือลดผลกระทบลงประสิทธิภาพการทำงานของเซลล์ของผล Staebler-Wronskiใช้ และประเมินศักยภาพดักแสงเดียวกับเซลล์แสงอาทิตย์หลาย junctions morphologies ใหม่ พัฒนาของนวนิยายแนวคิดและตระหนักถึงวัสดุพื้นผิวอิเล็กโทรดหน้าและพื้นผิว พัฒนาแนวคิดขั้นสูงสำหรับแสงเข้าในเซลล์แสงอาทิตย์หลาย junctionsปรับปรุงการออกแบบเซลล์รักษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าสูงสำหรับเซลล์ฝากบนพื้นผิวพื้นผิวสูง ทดสอบ junctions หลายชุด และในการพัฒนาวัสดุสูงช่องว่าง และช่อง ว่างต่ำปรับปรุงการออกแบบพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อลดต้นทุนของเจ้าของสำหรับฟิล์มบางซิลิคอนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ โฟกัสเป็นตัวพัฒนาคุณภาพสูงสะสมอัตรา µc-Si:H วัสดุเพื่อลดการสะสมเวลา และดังนั้น ต้นทุนการผลิต (แข็งแรงร่วมกับอุตสาหกรรม)พัฒนาความเข้าใจของความสัมพันธ์ระหว่างเงื่อนไขพลาสมา วัสดุคุณภาพ และประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ (ในความร่วมมือกับกลุ่มพลาสม่า)พัฒนาและนำเทคนิคการจำแนกวัสดุ และพลังงานแสงอาทิตย์ และโมดูล

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แบ่งปันบน Facebook แบ่งปันบน Twitter แบ่งปันใน LinkedIn Share on Google+ ฟิล์มบางซิลิคอนเซลล์แสงอาทิตย์บนแก้วสมาชิกกลุ่ม: ดร. เอฟ Sculati-Meillaud เอส Hanni, ดร. อี Moulin, ดร. บี Niesen ดร J.-W. Schüttaufโครงการวิ่ง: OFEN, CTI สหภาพยุโรป - เสือชีต้า FP7 อย่างรวดเร็ว-Track คำสำคัญ: ฟิล์มบางซิลิคอนซิลิคอนอสัณฐานซิลิคอน microcrystalline, micromorph เซลล์แสงอาทิตย์ประวัติความเป็นมาว่า"ฟิล์มบางซิลิคอนเซลล์แสงอาทิตย์บนกระจก" กลุ่มมุ่งเน้นไปที่การพัฒนาของ ที่มีประสิทธิภาพสูงไฮโดรเจนสัณฐาน (a-Si: H) และ microcrystalline (μc-Si: H) ซิลิกอนแยกเดี่ยวและทางแยกหลายเซลล์แสงอาทิตย์ในการกำหนดค่า superstrate (ขา) ครั้งแรกμc-Si: H เซลล์แสงอาทิตย์เป็นหัวหอกใน PV-Lab ในปี 1994 ไมโครซิลิกอนเป็นที่น่าสนใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมกับซิลิกอนอสัณฐานในเซลล์แสงอาทิตย์กำหนดค่าควบคู่เรียกกันว่า "micromorph" ในขณะที่ช่องว่างวงแสงที่แตกต่างกัน วัสดุเหล่านี้ช่วยให้การใช้งานของการแปลงเป็นส่วนหนึ่งที่มีขนาดใหญ่ของสเปกตรัมแสงอาทิตย์ ในการรวมกันดังกล่าวด้านบน-Si: H เซลล์ดูดซับแสงมีความยาวคลื่นได้ถึง 800 นาโนเมตรในขณะที่μc-Si: H เซลล์ด้านล่างสามารถดูดซับแสงในภูมิภาคอินฟาเรดที่อยู่ใกล้เพื่อให้สามารถบรรลุประสิทธิภาพการแปลงขนาดใหญ่ นี้ "micromorph" เซลล์ควบคู่เชื่อมต่อลำดับเป็นครั้งแรกใน PV-Lab ในกลางปี ​​1990 และตั้งแต่นั้นมาเป็นจำนวนที่เพิ่มขึ้นของสถาบันการวิจัยและ บริษัท ได้นำแนวคิดนี้. รูปที่ 1 ภาพ SEM (ซ้าย) และวงจร (ขวา ) ของภาคตัดขวางของเซลล์แสงอาทิตย์ micromorph ในการกำหนดค่า superstrate จากล่างขึ้นด้านบน: กระจก - LPCVD พื้นผิวซิงค์ออกไซด์ - บาง-Si: เซลล์ด้านบน H (250 นาโนเมตร) - ซิงค์ออกไซด์บางสะท้อนกลางตาม (200 นาโนเมตร) - 1.5 ไมครอนหนาμc-Si: H เซลล์ด้านล่างและติดต่อกลับมาใน LPCVD ซิงค์ออกไซด์ . ซิลิกอนไมโครเป็นวัสดุที่มีความซับซ้อนที่แสดงความหลากหลายของจุลภาคที่เป็นไปได้ขึ้นอยู่กับทั้งสองเงื่อนไขการสะสมและวัสดุพื้นผิว ความพยายามของหลายคนได้รับการวางในปีที่ผ่านมาในการทำความเข้าใจกลไกการเจริญเติบโตของวัสดุนี้และความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์ ในทางกลับกันลักษณะสัณฐานและคุณสมบัติของ metastable ของวัสดุซิลิกอนอสัณฐานไฮโดรเจนยังนำไปสู่ปัญหาความขัดแย้งที่แตกต่างกันกล่าวถึงส่วนที่เหลือเพื่อให้งานวิจัยที่ยังคงใช้งานในโดเมนนี้มากเกินไป สุดท้ายในการสั่งซื้อเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงที่มีฟิล์มบางซิลิคอนซึ่งเป็นที่คุมขังแสงสูงเป็นพื้นฐานและขั้นสูงการออกแบบมือถือการบูรณาขั้วไฟฟ้าด้านหน้าพื้นผิวที่ได้รับผ่านการสะสม LPCVD ของซิงค์ออกไซด์หรือผ่านทางผลิตนาโน imprinting ของโครงสร้างนาโนโปร่งใสครอบคลุมโดยสูงโปร่งใสเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ออกไซด์ได้รับการพัฒนาร่วมกับการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ที่ทันสมัยเพื่อให้คุณสมบัติทางไฟฟ้าสูงบนพื้นผิวที่หยาบกร้านเช่น. พื้นที่วิจัยหลักของกลุ่มมีดังนี้การเพิ่มขึ้นของฟิล์มบางซิลิคอนเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพโดย: พัฒนาการและการปรับปรุงคุณภาพวัสดุ (โดยการปรับเปลี่ยนเช่น กระบวนการการสะสม) ของซิลิกอน microcrystalline ฝากไว้ในห้องปฏิบัติการในพื้นที่ขนาดเล็กระบบ PECVD และในพื้นที่กึ่งอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ระบบ PECVD. การปรับปรุงเสถียรภาพของ-ศรี: H เซลล์แสงอาทิตย์เพื่อให้บรรลุขนาดใหญ่ที่มีประสิทธิภาพมีความเสถียร: วัสดุ protocrystalline และวัสดุอัตราการสะสมต่ำเพื่อลด การย่อยสลายวัสดุหรือลดผลกระทบต่อผลการดำเนินงานบนมือถือของ Staebler Wronski-ผล. การดำเนินการและการประเมินศักยภาพการวางกับดักแสงไฟในการเดียวที่จะแยกหลายเซลล์แสงอาทิตย์ของรูปร่างลักษณะใหม่ การพัฒนาแนวความคิดที่แปลกใหม่และวัสดุที่จะตระหนักถึงขั้วไฟฟ้าด้านหน้าพื้นผิวและพื้นผิว. การพัฒนาแนวความคิดขั้นสูงสำหรับการคุมขังแสงในทางแยกหลายเซลล์แสงอาทิตย์ปรับปรุงการออกแบบมือถือที่จะรักษาสมบัติทางไฟฟ้าสูงสำหรับเซลล์วางลงบนพื้นผิวพื้นผิวสูงทดสอบแตกต่างกันทางแยกหลายและในส่วนที่เกี่ยวกับการพัฒนาช่องว่างสูงและวัสดุที่ต่ำช่องว่างการปรับปรุงการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อให้แน่ใจว่าค่าใช้จ่ายที่ลดลงของความเป็นเจ้าของสำหรับฟิล์มบางซิลิคอนแผงเซลล์แสงอาทิตย์ หนึ่งของการมุ่งเน้นเป็นตัวอย่างในการพัฒนาที่มีคุณภาพสูงอัตราการสะสมสูงμc-Si:. วัสดุ H เพื่อลดเวลาในการสะสมและด้วยเหตุนี้ค่าใช้จ่ายในการผลิต (การทำงานร่วมกันที่ดีกับอุตสาหกรรม) การพัฒนาความเข้าใจที่ดีของความสัมพันธ์ระหว่างสภาพพลาสม่าที่มีคุณภาพวัสดุ และมีประสิทธิภาพเซลล์แสงอาทิตย์ (ในความร่วมมือกับกลุ่มพลาสม่า). การพัฒนาและการใช้วัสดุและเซลล์แสงอาทิตย์และโมดูลลักษณะเทคนิค

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

แบ่งปันใน Facebook แบ่งปันบน Twitter แบ่งปันใน LinkedIn แบ่งปันบน Google
ฟิล์มบางซิลิคอนเซลล์แสงอาทิตย์บนแก้ว




สมาชิกกลุ่ม : ดร. F . sculati meillaud , S . H และ nni ดร. อี มูแลง ดร. บี niesen ดร. เจ - ดับบลิว Sch ü ttauf

วิ่งโครงการ : ofen CTI สหภาพยุโรปชีต้า fp7 ติดตาม
อย่างรวดเร็วคำสำคัญ : ฟิล์มบางซิลิคอน , ซิลิคอนแบบเซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนอสัณฐาน micromorph

, พื้นหลัง" เซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางซิลิคอนบนกระจก " เน้นการพัฒนาประสิทธิภาพสูงสำหรับไฮโดรจิเนต ( อะมอร์ฟัสซิลิคอน ( H ) และแบบµ c-si : H ) ซิลิคอนแบบแยกเดี่ยวและหลายเซลล์แสงอาทิตย์ใน superstrate ค่า ( p-i-n ) การ c-si µแรก : H เซลล์แสงอาทิตย์เป็นหัวหอกใน PV Lab ใน 1994แบบซิลิโคน เป็นประโยชน์เฉพาะเมื่อรวมกับซิลิคอนอสัณฐานในเซลล์แสงอาทิตย์จากการตั้งค่าทั่วไปเรียกว่า " micromorph " เป็นวงแสงที่แตกต่างกัน ช่องว่างของวัสดุเหล่านี้อนุญาตให้มีการแปลง งานส่วนใหญ่ของสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ ในการรวมกันเป็นอะมอร์ฟัสซิลิคอนบน : H เซลล์ดูดซึมแสงที่มีความยาวคลื่น 800 nm ขึ้นในขณะที่µ c-si :H ด้านล่างเซลล์สามารถดูดซับแสงในใกล้เขตอินฟราเรด ช่วยให้บรรลุประสิทธิภาพการแปลงขนาดใหญ่ . " micromorph " เป็นครั้งแรกที่เชื่อมต่อจากเซลล์เซลล์ Lab ในช่วงกลางทศวรรษ 1990 และตั้งแต่ นั้น การเพิ่มจำนวนของ บริษัท วิจัยสถาบัน และได้นำแนวคิดนี้


รูปที่ 1จากภาพ ( ซ้าย ) และแผนผัง ( ขวา ) ของภาคตัดขวางของเซลล์แสงอาทิตย์ micromorph ใน superstrate การกำหนดค่า จากล่างขึ้นบน : แก้ว - lpcvd พื้นผิวสังกะสี - บางอะมอร์ฟัสซิลิคอนเซลล์ด้านบน H ( 250 nm ) - ซิงค์ออกไซด์บาง สะท้อนจากระดับกลาง ( 200 nm ) - 1.5 μเมตร หนาμ c-si : H ด้านล่างเซลล์และกลับมาติดต่อใน lpcvd P .

แบบซิลิโคนเป็นวัสดุที่จัดแสดงที่หลากหลายและเป็นไปได้ขึ้นอยู่กับทั้งการเงื่อนไขและวัสดุพื้นผิว ความพยายามมากมายได้ถูกวางในปีที่ผ่านมาในการเข้าใจกลไกของวัสดุนี้ และความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างจุลภาคและประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์ บนมืออื่น ๆลักษณะสัณฐานและคุณสมบัติเมตาสเตเบิลของไฮโดรเจนซิลิคอนอสัณฐานวัสดุยังก่อให้เกิดประเด็นขัดแย้งที่เหลือต่างกล่าวถึง ดังนั้นงานวิจัยที่ยังคงใช้งานในเกมนี้ด้วย สุดท้ายเพื่อให้บรรลุประสิทธิภาพสูงด้วยฟิล์มบางซิลิคอน