Электрохимический способ обработки монокристаллических кремниевых пластин для солнечных батарей
Направление по программе: 1.4.3. Физико-химические основы рационального природопользования и охраны окружающей среды на базе принципов «зеленой химии» и высокоэффективных каталитических систем, создание новых ресурсо- и энергосберегающих металлургических и химико-технологических процессов, включая углубленную переработку углеводородного и минерального сырья различных классов и техногенных отходов, а также новые технологии переработки облученного ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами.
Впервые предложен электрохимический способ текстурирования монокристаллических кремниевых пластин в поливольфраматном расплаве с целью увеличения их удельной поверхности и фототока [1,2]. Процедура текстурирования необходима для повышения КПД солнечных батарей.
Катодную обработку кремниевых пластин проводили при 700°C в расплаве K2WO4 – Na2WO4 (1:1) – (35 или 50 мол. %) WO3 при потенциалах от –920 до –1020 мВ относительно Pt электрода сравнения в течение 15 с. Показано, что текстурирование в расплаве приводит к существенному изменению морфологии исходных Si пластин и результат зависит от концентрации WO3 в электролите и величины катодного импульса. При обработке в расплаве, содержащем 50 мол. % WO3, на поверхности Si катода формировались как четырехгранные пирамиды, так и пирамидальные ямки; доля этих структур зависела от предварительного прогрева пластин над расплавом (рис. а, б). Текстурирование в расплаве с 35 мол. % WO3 приводило к образованию восьмигранных пирамид (рис. в). Установлено, что катодная обработка способствует увеличению удельной поверхности Si пластин до 14.3 ± 0.9 м2/г и удельного фототока до 18 мкА/см2, при том что аналогичные показатели для необработанных пластин составляли 5.2 ± 0.6 м2/г и 3 мкА/см2. Полученные результаты подтверждают, что модификация поверхности монокристаллических кремниевых пластин с помощью предложенного способа позволяет улучшить эксплуатационные характеристики пластин, применяемых в фотоэлементах.
Рисунок – Микрофотографии образцов монокристаллического кремния после катодной обработки в расплавах K2WO4 – Na2WO4 (1:1) с 50 мол. % WO3 (а, б) и 35 мол. % WO3 (в) при 700°C в течение 15 с. Предварительный прогрев: нет (а, в), да (б). Катодный потенциал –920 мВ (а, б) и –1020 мВ (в)
Публикации:
Вакарин С.В., Семерикова О.Л., Косов А.В., Панкратов А.А., Трофимов А.А., Леонова А.М., Леонова Н.М., Солодянкина Д.М., Зайков Ю.П. Электрохимический способ обработки монокристаллических кремниевых пластин для солнечных батарей // Патент РФ № 2749534. Приоритет от 27.10.2020. Опубл. 11.06.2021. Бюл. № 17.
Kosov A.V., Semerikova O.L., Vakarin S.V., Grishenkova O.V., Trofimov A.A., Leonova A.M., Leonova N.M., Zaikov Yu.P. Photovoltaic response of silicon wafers treated in the K2WO4-Na2WO4-WO3 melt // Journal of The Electrochemical Society, 2021, V. 168, No. 12, 126503
