Sposób wytwarzania krzemowego ogniwa fotowoltaicznego z dodatkowym poziomem energetycznym w paśmie zabronionym w cyklu 3 wynalazków

Przedmiotem wynalazku jest cykl trzech zgłoszeń patentowych 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. W ten sposób jest zapewniony wieloetapowy mechanizm absorpcji fotonów o energiach poniżej szerokości pasma zabronionego, co wpływa na zwiększenie efektywności fotokonwersji energii słonecznej. Wykorzystując metodę TAS (Termiczna Spektroskopia Admitancyjna) oraz analizę empirycznie wyznaczonych krzywych Arrheniusa zidentyfikowano dodatkowe poziomy energetyczne w paśmie zabronionym krzemu domieszkowanego borem, fosforem i antymonem odpowiednio o energiach: EB = 0,46 eV, EP = 0,36 eV, ESb = 0,33 eV.

Korzystnym skutkiem wynalazków, biorąc pod uwagę kierunek rozwoju technologii wytwarzania ogniw krzemowych, polegający na coraz szerszym wykorzystaniu implantacji jonowej w procesie produkcji, jest obniżenie kosztów wdrożenia wynalazku oraz zwiększenie opłacalności stosowania ogniw krzemowych, poprzez zwiększenie ich sprawności. Zastosowanie technologii implantacji jonowej zapewnia zwiększenie precyzji domieszkowania warstw krzemu oraz generowania dodatkowych poziomów energetycznych
w paśmie zabronionym, co ostatecznie przekłada się na poprawę jakości i obniżenie kosztów produkcji.
Obecnie na polskim rynku wyróżniamy trzech głównych producentów ogniw i paneli fotowoltaicznych, których możemy zaliczyć do potencjalnych odbiorców. Firma SELFA GE S.A. posiada duże doświadczenie
w zakresie technologii produkcji krzemowych ogniw fotowoltaicznych, poparte wieloletnią współpracą
z instytucjami naukowymi i specjalistami z całej Europy. Głównym surowcem do produkcji ogniw fotowoltaicznych jest wysokiej czystości krzem krystaliczny (c-Si). Firma SELFA GE S.A. posiada już przestarzałą technologię produkcji ogniw fotowoltaicznych i może być zainteresowana współpracą
z ośrodkiem naukowym, dzięki której powstanie nowe na rynku, innowacyjne ogniwo o zwiększonej sprawności z dodatkowym poziomem energetycznym.
Produkty firmy Bruk-Bet Fotowoltaika powstają przy wykorzystaniu najnowszych technologii do produkcji krzemowych ogniw fotowoltaicznych, m.in. na sprzęcie szwajcarskiej firmy Meyer Burger. Kompletne moduły fotowoltaiczne produkują z krzemowymi ogniwami typu PERC oraz PERT. W celu poprawy efektywności produkcji, firma Bruk-Bet Fotowoltaika może zostać potencjalnym odbiorcą, ze względu na to,
że prezentowany wynalazek jest polskim produktem, co pozwoli na obniżenie kosztów produkcji i transportu, przy jednoczesnym zwiększeniu jakości.
Firma ML System to producent oraz dystrybutor ogniw i paneli fotowoltaicznych. Na polskim rynku jest jednym z pionierów w branży fotowoltaicznej. Firma ML System jako jedyna w Polsce wśród firm komercyjnych prowadzi własne badania naukowe. Dzięki współpracy badawczej z Politechniką Lubelską oraz praktycznemu wykorzystaniu wynalazku, możliwe będzie wytworzenie prototypu ogniwa fotowoltaiczne opartego na nowym materiale, który będzie można wykorzystać w przygotowaniu kompletnych paneli. Produkt ten może się cieszyć dużą popularnością i stanowić dużą konkurencję na polskim rynku, ze względu na zwiększoną sprawność finalnego produktu oraz wysoką jakość całego panelu fotowoltaicznego.

Fotowoltaika; energia odnawialna; ogniwa fotowoltaiczne; technologie wytwarzania ogniw fotowoltaicznych; sprawność ogniw; generacje ogniw; dodatkowy poziom energetyczny; implantacja jonów; defekty; parametry elektryczne krzemu; energia aktywacji.

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, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów wytworzenia całych modułów 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 inplantacji jonowej w procesie produkcji. Wynalazek wpisuje się w ten kierunek i jest konsekwencją wieloletnich badań nad identyfikacją i opracowaniem sposobu generowania dodatkowych poziomów energetycznych w krzemie, co pozwoliło na wytworzenie prototypu wysokosprawnego ogniwa fotowoltaicznego.
Zastosowanie technologii implantacji jonowej zapewnia wyższą wydajność i obniża koszty, nie tylko poprzez zwiększenie precyzji domieszkowania, ale także przez skrócenie poszczególnych etapów wytwarzania ogniwa. W przeprowadzonych dotychczas pracach badawczych, wykazano istnienie takiej konfiguracji warunków implantacji jonowej, wygrzewania poimplantacyjnego oraz parametrów implantowanego materiału, która umożliwia generowanie dodatkowych poziomów energetycznych w paśmie zabronionym krzemu o energiach aktywacji mieszczących się w zakresie energii pasma zabronionego krzemu (EG=1,12 eV) przeznaczonego do zastosowań w fotowoltaice. To wszystko pozwoli
na wytworzenie techniką implantacji jonowej krzemowego ogniwa PV oraz przeprowadzenie badań umożliwiających określenie jego parametrów, w szczególności sprawności, co zrewolucjonizuje rynek PV.

- Twórca jest zainteresowany nawiązaniem współpracy w celu dalszych badań nad wynalazkiem
- Twórca jest zainteresowany wdrożeniem wynalazku
- Twórca wyraża zgodę na udział w Spotkaniu Brokerskim
- Twórca jest zainteresowany zbyciem praw majątkowych do wynalazku