РАЗДЕЛ 2
Разработка моделей управления технологическими процессами
изготовления твердотельных ФЭП
В настоящем разделе описаны новые математические модели, позволяющие обосновано
подойти к решению задачи управления параметрами твердотельных ФЭП для систем
энергообеспечения необслуживаемых РЭСВ. Под термином «управление» в данном
случае подразумевается такое обоснованное воздействие на конструкцию,
технологию изготовления или условия работы твердотельных ФЭП, которое основано
на исследованных зависимостях и разработанных математических моделях и приводит
к заданному изменению свойств фотопреобразователей.
В п. 2.1. рассмотрены результаты экспериментальных исследований влияния
параметров технологического процесса на информативные параметры качества
твердотельных ФЭП, проведено математическое моделирование полученных
зависимостей. В п. 2.2. на основании положений неравновесной термодинамики и
методов теории подобия рассмотрены основные методы ускорения развития скрытых и
потенциальных дефектов твердотельных ФЭП. В п. 2.3. рассмотрены вопросы
моделирования свойств композиционных материалов, которые характеризуются
высокой прочностью и теплопроводностью, что делает их перспективными при
использовании в качестве защитных покрытий фотоэлектрических модулей.
2.1. Модели управления параметрами технологического процесса изготовления
твердотельных ФЭП
Управление параметрами твердотельных ФЭП базируется на описанной в [78] модели
управления технологическим процессом. Эта модель предполагает управление
исходными параметрами, технологическим процессом и выходным результатом на
основании определения степени влияния на результат исходных параметров и
параметров технологического процесса. В нашем случае это означает установление
связей между параметрами технологического процесса и информативными параметрами
качества твердотельных ФЭП.
Проведенный анализ научно-технической информации не позволил найти ни одной
модели влияния параметров технологического процесса tj на качество и надежность
ФЭП. Ниже представлены результаты экспериментальных исследований и предложены
новые математические модели влияния параметров технологического процесса на
информативные параметры качества твердотельных ФЭП.
2.1.1. Экспериментальные исследования влияния параметров технологического
процесса на информативные параметры качества твердотельных ФЭП
Для определения влияния технологического процесса на качество ФЭП в большинстве
случаев исследовались такие параметры как m-параметр, JўОБР и UXX, что
обусловлено их высокой информативностью, а также довольно простыми и
экспрессными методиками измерения [88]. Также учитывались такие параметры
вольтамперной характеристики ФЭП, как коэффициент заполнения, последовательное
и шунтирующее сопротивление, максимальная генерируемая мощность и эффективность
фотопреобразования.
Фотопреобразователи изготавливались из легированного бором кремния p-типа,
выращенного по методу Чохральского. Удельное сопротивление находилось в
диапазоне 0,5–2,0 ОмЧсм, концентрация углерода не превышала 5Ч1016 см-3, а
концентрация кислорода 1Ч1018 см–3, время жизни неосновных носителей заряда
составляло порядка 20 мкс.
В качестве базового технологического цикла изготовления ФЭП был выбран
стандартный промышленный цикл (см. рис. 1.8), усовершенствованный авторами и
состоящий из следующих технологических операций:
химическое травление нарушенного слоя кремния [25];
анизотропное текстурирование поверхности пластин в слабых концентрированных
щелочных растворах [25, 82];
химическая очистка поверхности кремниевых пластин [25];
формирование эмиттерного p-n перехода при помощи диффузии фосфора [1]
изоляция p-n перехода на лицевой и тыльной сторонах методом плазмохимического
травления [30];
нанесение антиотражающего покрытия методом центрифугирования титансодержащих
эмульсий с последующей высокотемпературной обработкой полученного покрытия [32,
43, 109];
формирование контактной металлизации при помощи трафаретной печати специальных
композиционных проводящих паст с последующей сушкой и вжиганием [83, 110].
Нарушенный слой кремния удалялся в 30% растворе NaОН, длительность травления
tТР составляла 60 с. Текстурирование проводилось в 2% растворе NaОН при
температуре +80 оС в течение времени tТ = 50 мин. После щелочных обработок
пластины очищались в перекисно-аммиачном растворе, перекисно-соляном растворе и
обрабатывались в 1% растворе плавиковой кислоты. Диффузия фосфора проводилась
при температуре ТДИФ = +850 оС, длительность разгонки tГЕТ составляла 90 мин.
ПХТ торцов проводилось в плазме CF4 + O2 в течение времени tПХТ = 10 мин, при
этом объем одновременной загрузки NПХТ составлял 400 пластин. Антиотражающее
покрытие наносилось на поверхность пластин вращающихся со скоростью w =
5000 об/мин, длительность созревания исходного раствора tАОП = 24 ч. Вжигание
металлических паст проходило при температуре ТПИК = +820 оС, при этом пластины
выдерживались при температуре выше +600 оС в течение времени tПИК = 20 с.
Также исследовалось влияние пористого кремния на качество и надежность ФЭП. В
зависимости от технологии (травитель, температура и время обработки)
формировался пористый кремний с различной структурой и свойствами.
Обозначим информативные параметры качества твердотельных ФЭП как qi. Для
исследования влияния технологических операций на параметры qi изготавливались
опытные партии ФЭП, и варьировался один или несколько параметров
технологического процесса tj. Относительная погрешность измерений не превышала
5%.
2.1.1.1. Влияние изотропного травления нарушенного слоя на параметры качества
твердотельных ФЭП. Результаты
- Київ+380960830922