توسط : پژوهشگران سیلیکون نوع n آلایش‌یافته با آنتیموان را برای افزایش استحکام مکانیکی پنل‌های خورشیدی توسعه دادند.
به گزارش pv magazine، تیم بین‌المللی استفاده از سیلیکون رشد‌یافته به روش چکرالسکی با آنتیموان (Sb) را به‌عنوان جایگزینی برای سیلیکون نوع n در کاربردهای فتوولتائیک پیشنهاد کرده است. نتایج بررسی‌ها نشان داد که ویفرهای تخت ۱۴۰ میکرومتری آلایش‌یافته با آنتیموان از استحکام مکانیکی بالاتر نسبت به ویفرهای رایج آلایش‌یافته با فسفر برخوردارند.
سیلیکون دوپ‌شده با آنتیموان برای افزایش استحکام مکانیکی پنل‌های خورشیدی
تیمی از دانشگاه ملی استرالیا (ANU) در این پژوهش، سیلیکون نوع n رشد‌یافته به روش چکرالسکی و آلایش‌یافته با آنتیموان را به‌عنوان زیرلایه‌ای جایگزین برای سلول‌های خورشیدی بررسی کرد. این مطالعه شامل تحلیل توزیع مقاومت الکتریکی در راستای محور بلور، ویژگی‌های دهنده‌های الکترونی و استحکام مکانیکی نمونه‌ها بود.
«رابین بسنت»، نویسنده مسئول مقاله، توضیح داد:
«این پژوهش روشن کرد که چرا شمش‌های سیلیکونی نوع n آلایش‌یافته با آنتیموان می‌توانند توزیع یکنواختی از مقاومت ویژه داشته باشند، با وجود اینکه ضریب جدایش آنتیموان بسیار پایین است. ما نشان دادیم عامل کلیدی، نرخ تبخیر کنترل‌شده آنتیموان در حین فرایند رشد چکرالسکی است، نه دوپینگ با فسفر.»
پژوهشگران خاطرنشان کردند که هرچند استفاده از آنتیموان برای آلایش ویفرها در کاربردهای فتوولتائیک رویکردی نو محسوب می‌شود، اما این عنصر از مدت‌ها پیش به‌عنوان آلاینده نوع n شناخته‌شده در صنعت ساخت نیمه‌هادی‌ها به کار رفته است.
به گفته دکتر بسنت، «آلایش با آنتیموان موجب دستیابی به مقاومت الکتریکی بسیار یکنواخت در امتداد محور شمش‌های سیلیکون نوع n رشد‌یافته به روش چکرالسکی می‌شود. این نتایج درمجموع نشان می‌دهد که ویفرهای نوع n آلایش‌یافته با آنتیموان می‌توانند به گزینه‌ای مطلوب برای تبدیل‌شدن به استاندارد صنعتی نسل آینده ویفرهای نوع n بدل شوند.»
در این پژوهش، ویفرهای سیلیکونی آلایش‌یافته با آنتیموان (Sb) و فسفر (P) که به روش رشد مجدد شمش چکرالسکی تولید شده بودند، توسط شرکت چینی Longi Green Energy Technology تأمین شدند. برای ارزیابی ویژگی‌های دهنده و مشخصات مربوط به آلاینده‌ها و مقاومت الکتریکی، از طیف‌سنجی تشدید پارامغناطیسی الکترونی (EPR) استفاده شد. همچنین، آزمون مقاومت خمشی با روش استاندارد سه‌نقطه‌ای انجام گرفت.
در بخش مدل‌سازی نیز پژوهشگران توضیح دادند که برای بررسی امکان‌سنجی استفاده از آنتیموان در این کاربرد، مدل متداول مبتنی بر معادله شیل (Scheil) باید اصلاح می‌شد تا تأثیر هم‌زمان دو پدیده «جدایش» و «تبخیر» به‌عنوان مکانیزم‌های مؤثر در فرایند آلایش در نظر گرفته شود. بسنت توضیح داد:
«در ابتدا برای ما شگفت‌انگیز بود که شرکت لانگی توانسته تنها با استفاده از آنتیموان، توزیع مقاومت الکتریکی یکنواختی به‌دست آورد. از آنجا که ضریب جدایش آنتیموان تقریباً یک مرتبه بزرگی کمتر از فسفر است، انتظار می‌رفت تغییرات محوری قابل توجهی رخ دهد. اما تحلیل ما نشان داد که این یکنواختی حاصل کنترل دقیق میزان تبخیر آنتیموان در طول رشد بلور است، نه آلایش هم‌زمان با عناصر دیگر (مطابق نتایج حاصل از طیف‌سنجی EPR). این راه‌حل غیرمنتظره و از نظر فنی بسیار ظریف است.»
یکنواختی مقاومت در ویفرهای نوع n
به گفته بسنت، اهمیت این یافته برای تولیدکنندگان در آن است که توزیع یکنواخت مقاومت الکتریکی باعث افزایش بازده قابل استفاده از شمش‌ها، بهبود بهره‌وری تولید ویفر و کاهش هزینه مواد اولیه می‌شود. همچنین، افزایش استحکام مکانیکی ویفرهای آلایش‌یافته با آنتیموان منجر به کاهش شکستگی در مراحل تولید سلول خورشیدی شده و راندمان و بازده فرایند را بالا می‌برد.
این گروه پژوهشی قصد دارد مطالعات خود را درباره آلایش با آنتیموان ادامه دهد؛ ازجمله بررسی تأثیر آن بر طول‌عمر حامل‌ها، شکل‌گیری نقص‌های ساختاری و رفتار بازترکیب حامل‌های اقلیت. همچنین برنامه‌هایی برای مقایسه پایداری حرارتی ویفرهای آلایش‌یافته با آنتیموان و فسفر در طول فرایند تولید و ارزیابی عملکرد الکتریکی و قابلیت اطمینان ویفرهای آنتیموانی در سلول‌های خورشیدی پربازده در دست انجام است.
این پژوهش در مجله Solar Energy Materials and Solar Cells منتشر شده است.
بیشتر بخوانید: دستاورد جدید محققان: ساخت کامپوزیتی که عملکرد پنل‌های خورشیدی را افزایش می‌دهد
