Влияние примеси никеля на эксплуатационные параметры кремниевого солнечного элемента
- Авторы: Кенжаев З.Т.1, Зикриллаев Н.Ф.1, Оджаев В.Б.2, Исмайлов К.А.3, Просолович В.С.2, Зикриллаев Х.Ф.1, Ковешников С.В.1
-
Учреждения:
- Ташкентский государственный технический университет
- Белорусский государственный университет
- Каракалпакский государственный университет
- Выпуск: Том 53, № 2 (2024)
- Страницы: 169-178
- Раздел: ТЕХНОЛОГИИ
- URL: https://journals.rcsi.science/0544-1269/article/view/262768
- ID: 262768
Цитировать
Аннотация
Представлены результаты исследований влияния примеси никеля, введенного методом диффузии в монокристаллический кремний, на характеристики солнечных элементов. Установлено, что легирование атомами никеля позволяет увеличить время жизни неосновных носителей заряда в материале до 2 раз, а эффективность солнечных элементов на 20–25%. Показано, что распределение кластеров никеля в объеме материала является практически однородным, а их размер не превышает 0.5 мкм. Концентрация кластеров в объеме составляет ~1011–1013 см–3, а в приповерхностном слое — ~1013–1015 см–3. Выявлены физические механизмы влияния “объемных” и “приповерхностных” кластеров атомов никеля на эффективность кремниевых солнечных элементов. Экспериментально установлено, что в повышении их эффективности определяющую роль играют процессы геттерирования кластерами никеля рекомбинационно-активных технологических примесей, происходящие в обогащенной никелем лицевой приповерхностной области солнечных элементов.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
З. Т. Кенжаев
Ташкентский государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: zoir1991@bk.ru
Узбекистан, Ташкент
Н. Ф. Зикриллаев
Ташкентский государственный технический университет
Email: zoir1991@bk.ru
Узбекистан, Ташкент
В. Б. Оджаев
Белорусский государственный университет
Email: zoir1991@bk.ru
Белоруссия, Минск
К. А. Исмайлов
Каракалпакский государственный университет
Email: zoir1991@bk.ru
Узбекистан, Нукус
В. С. Просолович
Белорусский государственный университет
Email: zoir1991@bk.ru
Белоруссия, Минск
Х. Ф. Зикриллаев
Ташкентский государственный технический университет
Email: zoir1991@bk.ru
Узбекистан, Ташкент
С. В. Ковешников
Ташкентский государственный технический университет
Email: zoir1991@bk.ru
Узбекистан, Ташкент
Список литературы
- Green M., Dunlop E., Hohl-Ebinger J., Yoshita M., Kopidakis N., Hao X. Solar cell efficiency tables (version 58) // Prog Photovolt Res Appl. 2021. V. 29. P. 657–667. https://doi.org/10.1002/pip.3444
- Ikhmayies Sh. Advances in Silicon Solar Cells // Springer International Publishing. 2018. P. 337. https://doi.org/10.1007/978-3-319-69703-1
- Panaiotti I.E., Terukov E.I. A Study of the Effect of Radiation on Recombination Loss in Heterojunction Solar Cells Based on Single-Crystal Silicon // Tech. Phys. Lett. 2019. V. 45. No. 3. P. 193–196. https://doi.org/10.1134/S106378501903012X
- Richter A., Müller R., Benick J., Feldmann F., Steinhauser B., Reichel Ch., Fell A., Bivour M., Hermle M., Glunz S.W. Design rules for high-efficiency both-sides-contacted silicon solar cells with balanced charge carrier transport and recombination losses // Nature Energy. 2021. V. 6. P. 429–438. https://doi.org/10.1038/s41560-021-00805-w
- Koval’chuk N.S., Lastovskii S.B., Odzhaev V.B., Petlitskii A.N., Prosolovich V.S., Shestovsky D.V., Yavid V.Yu., Yankovskii Yu.N. Influence of Structural Defects on the Electrophysical Parameters of pin-Photodiodes // Russian Microelectronics. 2023. V. 52. No. 4. Р. 276–282. DOI: S054412692370045X.
- Yatsukhnenko S., Druzhinin A., Ostrovskii I., Khoverko Yu., Chernetskiy M. Nanoscale Conductive Channels in Silicon Whiskers with Nickel Impurity // Nanoscale Res Lett. 2017. V. 12. Nо. 78. P. 1–7. https://doi.org/10.1186/s11671-017-1855-9
- Liu A., Phang S.P., Macdonald D. Gettering in silicon photovoltaics: A review // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2022. V. 234. P. 111447. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2021.111447
- Chistyakova A.A., Bazhanov D.I. The Study of Nickel Impurity Segregation on LSNT Perovskite Open Surfaces by Ab Initio Molecular Dynamics // Russ Microelectron. 2022. V. 51. P. 654–658. https://doi.org/10.1134/S1063739722080121
- Bayrambay I., Kanatbay I., Khayratdin K., Gulbadan S. Suppression of harmful impurity atoms with clusters of nickel impurity atoms in a silicon lattice // AIP Conference Proceedings. 2022. V. 2552. P. 060015. https://doi.org/10.1063/5.0129486
- Spit F.H.M., Gupta D., Tu K.N. Diffusivity and solubility of Ni (63Ni) in monocrystalline Si // Phys. Review B. 1989. V. 39. P. 1255–1260.
- Lindroos J., Fenning D.P., Backlund D.J., Verlage E., Gorgulla A., Estreicher S.K., Savin H., Buonassisi T. Nickel: A very fast diffuser in silicon // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 204906. https://doi.org/10.1063/1.4807799
- Bakhadyrkhanov M.K., Isamov S.B., Kenzhaev Z.T., Koveshnikov S.V. Studying the Effect of Doping with Nickel on Silicon-Based Solar Cells with a Deep p–n-Junction // Tech. Phys. Lett. 2019. V. 45. Nо. 10. P. 959–962. https://doi.org/10.1134/S1063785019100031
- Bakhadyrkhanov M.K., Isamov S.B., Kenzhaev Z.T., Melebaev D., Zikrillayev Kh.F., Ikhtiyarova G.A. Silicon Photovoltaic Cells with Deep p–n-Junction // Appl. Sol. Energy. 2020. V. 56. Nо. 1. P. 13–17. https://doi.org/10.3103/S0003701X2001003X
- Bakhadyrkhanov M.K., Kenzhaev Z.T. Optimal Conditions for Nickel Doping to Improve the Efficiency of Silicon Photoelectric Cells // Tech. Phys. 2021. V. 66. Nо. 7. P. 851–856. https://doi.org/10.1134/S1063784221060049
- Bakhadirkhanov M.K., Kenzhaev Z.T., Turekeev Kh.S., Isakov B.O., Usmonov A.A. Gettering properties of nickel in silicon photocells // Tech. Phys. 2022. V. 67. Nо. 14. P. 2217–2220. doi: 10.21883/TP.2022.14.55221.99-21.
- Zikrillayev N., Kenzhaev Z., Ismailov T., Kurbanova U., Aliyev B. Effect of nickel doping on the spectral sensitivity of silicon solar cells // E3S Web of Conferences. 2023. V. 434. P. 01036 (1–3). https://doi.org/10.1051/e3sconf/202343401036
- Kenzhaev Z.T., Zikrillaev N.F., Ayupov K.S., Ismailov K.A., Koveshnikov S.V. & Ismailov T.B. Enhancing the Efficiency of Silicon Solar Cells through Nickel Doping // Surf. Engin. Appl. Electrochem. 2023. V. 59. Nо. 6. P. 858–866. https://doi.org/10.3103/S1068375523060108
- Kerimov E.A. Study of Photodetectors with Schottky Barriers Based on the IrSi – Si Contact // Russ Microelectron. 2023. V. 52. P. 32–34. https://doi.org/10.1134/S1063739722030040
- Dubovikov K.M., Garin A.S., Marchenko E.S., Baigonakova G.A., Shishelova A.A., Kovaleva M.A. Effect of Annealing Temperature on the Surface Structure and Properties of Porous TiNi // Inorg. Mater. 2021. Nо. 57. P. 1242–1249. https://doi.org/10.1134/S0020168521120050
- Koveshnikov S., Kononchuk O. Gettering of Cu and Ni in mega-electron-volt ion-implanted epitaxial silicon // Appl. Phys. Lett. 1998. V. 73. Nо. 16. P. 2340. https://doi.org/10.1063/1.122455
- Togatov V.V., Gnatyuk P.A. A method for measuring the lifetime of charge carriers in the base regions of high-speed diode structures // Semiconductors. 2005. V. 39. P. 360–363. https://doi.org/10.1134/1.1882802
- Mil’vidskii M.G., Chaldyshev V.V. Nanometer-size atomic clusters in semiconductors – a new approach to tailoring material properties // Semiconductors. 1998. V. 32. Nо. 5. P. 457–465. https://doi.org/10.1063/1.4807799
- Gafner Y.Y., Gafner S.L., Entel P. Formation of an icosahedral structure during crystallization of nickel nanoclusters // Phys. Solid State. 2004. V. 46. No. 7. P. 1327–1330. https://doi.org/10.1134/1.1778460
- Tanaka Sh., Ikari T., Kitagawa H. In-Diffusion and Annealing Processes of Substitutional Nickel Atoms in Dislocation-Free Silicon // Jpn. J. Appl. Phys. 2001. V. 40. No. 5R. P. 3063–3068. doi: 10.1143/JJAP.40.3063.
- Ismaylov B.K., Zikrillayev N.F., Ismailov K.A., Kenzhaev Z.T. Clusters of impurity nickel atoms and their migration in the crystal lattice of silicon // Physical Sciences and Technology. 2023. V. 10. Nо. 1. P. 13–18. https://doi.org/10.26577/phst.2023.v10.i1.02
- Серафина Б. Преобразование солнечной энергии. М.: Энергоиздат, 1982. 320 с.
- Эмсли Дж. Элементы. Справочник: пер. с. англ. М.: Мир, 1993. 256 с.
- Афанасьева Н.П., Бринкевич Д.И., Просолович В.С., Янковский Ю.Н. Легирование кремния лантаноидами как способ оптимизации параметров детекторов ионизирующих излучений // Приборы и техника эксперимента. 2002. № 2. С. 24–26.
- Дутов А.Г., Комар В.А., Петров В.В., Просолович В.С., Чесноков С.А., Янковский Ю.Н. Геттерирование технологических примесей редкоземельными элементами в кремнии // Материалы 7-й междунар. конф. по микроэлектронике. Минск, 1990. Т. 1. С. 34–36.
- Егоров С.Н. Расчет поверхностной энергии металлов в твердом состоянии // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. 2003. № 3. С. 132–136.
- Dellis S., Christoulaki A., Spiliopoulos N., Anastassopoulos D.L., Vradis A.A. Electrochemical synthesis of large diameter monocrystalline nickel nanowires in porous alumina membranes // J. Appl. Phys. 2013. V. 114. P. 164308. https://doi.org/10.1063/1.4826900