ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА И ИХ ВНЕДРЕНИЕ
INNOVATION SOLUTIONS TECHNOLOGIES FACILITIES
AND THEIR INNOVATION
ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ В ОБЛАСТИ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИИ
INNOVATIVE SOLUTIONS IN ALTERNATIVE ENERGY AND ECOLOGY
Статья поступила в редакцию 22.09.15. Ред. per. № 2359 The article has entered in publishing office 22.09.15. Ed. reg. No. 2359
УДК 621.383.4
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО КРЕМНИЯ
Я.А. Сычикова
Бердянский государственный педагогический университет Украина, Запорожская обл., г. Бердянск, ул. Шмидта, 4 тел.: +38(066)3387864; e-mail: yanasuchikova@mail.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.19.019
Заключение совета рецензентов: 01.10.15 Заключение совета экспертов: 15.10.15 Принято к публикации: 23.10.15
Пористый кремний целесообразно получать методом электрохимического травления. Пористость полученных образцов составила порядка 70 %. Толщина пористого слоя (150-250) нм. Результаты измерения полного коэффициента отражения для солнечных элементов с различными толщинами слоев пористого кремния показали увеличение поглощающей способности пористого кремния с ростом его толщины, что прямо указывает на возможность использования этого материала в солнечных элементах. Слой пористого кремния толщиной от 70 мкм имеет большую рассеивающую способность, чем слои меньшей толщины.
Таким образом, использование пористого кремния в качестве сырья для получения солнечных элементов имеет широкие перспективы развития. Такие структуры обладают явным преимуществом перед традиционными и позволяют значительно оптимизировать технологию получения фотовольтаических устройств.
Ключевые слова: солнечные элементы, пористый кремний, электрохимическое травление, морфология поверхности, наноструктуры.
RESOURCE AND ENERGY SAVING TECHNOLOGIES BASED ON NANOSTRUCTURED SILICON
Y.A. Suchikova
Berdyansk State Pedagogical University 4 Schmidt st., Berdyansk, Zaporizhia region, Ukraine ph.: +38(066)3387864, e-mail: yanasuchikova@mail.ru
doi: 10.15518/isjaee. 2015.19.019
Referred 1 October 2015 Received in revised form 15 October 2015 Accepted 23 October 2015
Porous silicon is advisable to get by electrochemical etching. The porosity of the obtained samples was about 70%. The thickness of the porous layer is (150-250) nm. The results of measurement of a reflectance of solar cells with different layer thicknesses of porous silicon show increased absorptive capacity of the porous silicon with increasing thickness, which directly indicates the possibility of using this material in solar cells. The porous silicon layer thickness from 70 microns has a greater dispersibility than the layers of lesser thickness.
Thus, the use of porous silicon as a raw material for solar cells has excellent prospects. Such structures have a clear advantage over traditional and greatly improved technology to produce photovoltaic devices.
Keywords: solar cells, the porous silicon, electrochemical etching, the surface morphology, nanostructures.
Сычикова Яна Александровна Yana A. Suchikova
Сведения об авторе: канд. физ.-мат. наук, доцент Бердянского государственного педагогического университета.
Образование: Бердянский государственный педагогический университет.
Область научных интересов: нанотех-нологии, энергетика.
Публикации: 202.
Information about the author: PhD
(physics and mathematics), associate professor of Berdyansk State Pedagogical University.
Education: Berdyansk State Pedagogical University.
Research area: nanotechnology, energy.
Publications: 202.
Введение
В последние десятилетия большое внимание мирового сообщества уделяется альтернативной и возобновляемой энергетике. Среди альтернативных источников наиболее привлекательной выглядит энергия Солнца. Общее количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли только за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. Поэтому развитие солнечной энергетики является одной из первоочередных задач мировой стратегии энергоэффективности.
Солнечная энергетика классифицируется как возобновляемый источник энергии. Во всем мире разрабатываются и поддерживаются программы использования солнечной энергии. В Японии действуют программы «Солнечный свет» и «Лунный свет». В Германии действует правительственная программа, предоставляющая налоговые льготы производителям солнечных батарей, которые монтируются на крышах домов. Одновременно уже несколько лет работает программа «Сто тысяч солнечных крыш». Аналогичную программу «Миллион солнечных крыш» приняли в США.
Однако на практике существуют многочисленные барьеры роста рынка солнечной энергетики. В первую очередь следует выделить экономические проблемы:
- достаточно высокая цена на солнечные системы и длительный период окупаемости;
- отсутствие оборотных средств у предприятий-производителей;
- отсутствие конкретных механизмов стимулирования производства в виде предоставления субсидий, освобождение от налогов, льготной тарифной политики и т.д.
Развитие солнечных технологий также может сдерживать отсутствие:
- благоприятной государственной политики;
- координации в сфере развития солнечных технологий;
- информационной системы для распространения сведений о наличии солнечных технологий, их параметров.
Теоретическая часть
Базисом самых распространенных на сегодня коммерческих фотоэлектрических устройств является твердотельные монокристаллические кремниевые солнечные элементы с /»-«-переходами. Хорошо отработанная технология получения и обработки монокристаллического кремния позволяет ожидать удержания ключевых позиций для солнечных элементов на его основе в ближайшем будущем [1].
Главные конкуренты монокристаллических кремниевых элементов - высокоэффективные фотопреобразователи, основанные на многослойных структурах GalnP, GaAs. Широкому применению фотоэлектрических преобразователей препятствуют в первую очередь высокая стоимость получения монокристаллических пленок кремния и поликомпонентная технология многослойных полупроводниковых структур [2].
Солнечные элементы на mono-Si обладают КПД порядка 15-20 %. В ближайшем будущем техническую и экономическую альтернативу существующим устройствам фотовольтаики могут составить элементы, принцип действия которых базируется на фотоэлектрохимических методах преобразования энергии фотонов в электрическую энергию. Принципиально новые концепты, такие как органические солнечные элементы (ОСЭ), все увереннее завоевывают рынок, поскольку их технологии обладают перспективой значительного снижения стоимости и становятся всё более простыми.
Миссией проектов по энергоэффективности должно быть обеспечение потребностей общества и экономики в энергетических ресурсах технически
надежным и безопасным, экономически эффективным, экологически приемлемым способом, который в результате поможет улучшить условия жизнедеятельности общества.
Для успешной реализации этой стратегии необходимо решить две глобальные задачи [1-5]:
- выработать оптимальную технологию производства солнечных элементов (экономически и экологически приемлемую);
- сформировать целевую траекторию развития энергетического сектора, обеспечивая согласованность его приоритетов с более широкими целями общества и рассматривая развитие энергетического сектора как составляющую устойчивого социально-экономического развития.
Целевое состояние энергетического сектора государства должно определяться, исходя из необходимости:
- удовлетворения потребностей общества в условиях как нормального, так и особого состояния;
- технически надежного и безопасного функционирования систем энергообеспечения общества;
- экономической эффективности функционирования систем энергообеспечения общества;
- энергетической эффективности использования энергоресурсов обществом и национальной экономикой;
- экологически приемлемого решения воздействия энергетики на окружающую среду и климат;
- способности государства формировать и осуществлять политику защиты национальных интересов независимо от существующих и потенциальных угроз внутреннего и внешнего характера в энергетической сфере.
Наряду с проблемой получения энергии в мире остро стоит вопрос о ее накоплении и сохранении. Основной аспект проблемы - колебание потребления электроэнергии и непостоянство производства солнечной энергии, которая напрямую зависит от погодных и сезонных условий. Необходимым является установление баланса между выработкой и потреблением, в связи с этим встает необходимость создания накопителей большого объема. Сегодня существует огромное число всевозможных аккумуляторов, которые отличаются высокой стоимостью и значительной степенью загрязнения окружающей среды. К тому же, традиционные аккумуляторы не способны к длительному хранению энергии и не могут применяться в производственных объёмах.
В этой связи особый интерес представляют суперконденсаторы, которые используются для хранения энергии в гибридных электрических устройствах, питающихся от аккумуляторов, благодаря их высокой удельной мощности, отличной оборачиваемости и большей циклической жизни по сравнению с батареями. Исследования в этой области направлены на развитие материалов электродов, морфологии пористой поверхности и оптимизации некоторых параметров.
Мировой рынок по перспективам использования суперконденсаторов можно условно разделить на три основных сегмента: транспорт, индустрия и электроника (приборы последней с повышением портативности и мобильности все более нуждаются в автономных источниках с высокой плотностью энергии и мощности [6]).
Следует отметить, что суперконденсаторы обладают уникальной комбинацией важных характеристик по сравнению с литиевыми элементами: на порядок большей плотностью мощности, большими сроками хранения (свыше 10 лет), отсутствием токсичных и опасных компонентов, огромным числом циклов перезарядки (до 10 000 000 циклов) без изменения емкости [7, 8].
На сегодня существует потребность в низковольтных конденсаторах с рекордно высокими частотно-емкостными характеристиками.
Суперконденсаторы имеют ря
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.