FR3016240A1 - SYSTEM FOR PRODUCING HIGH-PERFORMANCE SOLAR FLEXIBLE FILM FOR PHOTOVOLTAIC CELLS BY ATOMIC CONSTRUCTION, ORGANIC-INORGANIC HYBRID, TANDEM AND MULTI-FACADE HYBRIDIZATION - Google Patents
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Abstract
L'invention propose une solution innovante pour la production des cellules solaires super efficace en couches minces et extra minces sur films flexibles comprenant une hybridation par ajouts de couches ou des chambres de capture tandem et convertisseurs de rayonnements invisibles et thermiques. De conception efficace, il réduit considérablement le coût par watt au mètre carré tout en augmentant de manière significative les efficiences des cellules et systèmes de production d'électricité solaire. L'invention utilise la technique de déposition atomique pour la construction des molécules complexes des composés quaternaires selon une ingénierie en 3D modélisée par une conception innovante, ainsi que des constructions des couches hybrides organique-inorganique par le processus de déposition moléculaire MLD (pour construction des couches hybrides), convertisseurs élévateurs à grande puissance de lumière infrarouge et de composants piézoélectriques pour capturer les calories sur la face arrière. La cellule capture les rayons du soleil arrivant sur sa surface. Celle-ci absorbe la lumière visible et le proche infrarouge. Les rayonnements invisibles traversent la couche absorbante et arrivent sur le convertisseur à grande puissance qui émet la lumière additionnelle. La chaleur et calories sont transformées par la couche piézonanofils. Une variante d la présente invention une construction en double face permettant la capture des rayonnements réfléchit et reçu par l'arrière de la cellule ou de panneaux solaire. Les cellules photovoltaïques peuvent être du type organique ou/et inorganique en couches minces et/ou ETA ou en tandem, apportées par greffes, imprimées ou déposées.The invention proposes an innovative solution for the production of super-efficient solar cells in thin and extra-thin films on flexible films including hybridization by additions of layers or tandem capture chambers and converters of invisible and thermal radiation. Its efficient design significantly reduces the cost per watt per square meter while significantly increasing the efficiency of solar cells and power systems. The invention uses the atomic deposition technique for the construction of complex molecules of quaternary compounds according to a 3D engineering modeled by an innovative design, as well as hybrid organic-inorganic layer constructs by the molecular deposition process MLD (for construction of Hybrid layers), high-power step-up converters of infrared light and piezoelectric components to capture calories on the backside. The cell captures the sun's rays arriving on its surface. This absorbs visible light and the near infrared. Invisible radiation passes through the absorber layer and arrives at the high-power converter that emits additional light. The heat and calories are transformed by the piezonoyl layer. An alternative of the present invention is a double-sided construction for capturing radiation reflected and received from behind the cell or solar panels. The photovoltaic cells may be of the organic and / or inorganic type in thin layers and / or ETA or in tandem, provided by grafts, printed or deposited.
Description
SYSTEME DE PRODUCTION DE FILM FLEXIBLE SOLAIRE A HAUTE RENDEMENT DESTINE A DES CELLULES PHOTOVOLTAÏQUES PAR CONSTRUCTION ATOMIQUE, HYBRIDE ORGANIQUE-INORGANIQUE, TANDEM ET HYBRIDATION MULTI-FACES.SYSTEM FOR PRODUCING HIGH-PERFORMANCE SOLAR FLEXIBLE FILM FOR PHOTOVOLTAIC CELLS BY ATOMIC CONSTRUCTION, ORGANIC-INORGANIC HYBRID, TANDEM AND MULTI-FACADE HYBRIDIZATION
DOMAINE DE L'INVENTION La présente application propose une solution innovante pour la production des cellules solaires en couches minces ou Extra Couches Minces appelé fréquemment ETA (Extremely Thin Absorber) par construction atomique des couches inorganiques ou sur films hybrides organique-inorganique cultivés selon dépôt de couche moléculaire (MLD) et dépôts de couche atomique (ALD) comprenant une hybridation de système de conversion de rayonnement solaire par ajouts de convertisseurs de rayonnements invisibles et thermiques avec ou sans moyen de stockage de l'énergie à bord du (ou intégré au) substrat ainsi que les écrans OLED sur films flexibles. Les cellules photovoltaïques peuvent donc être du type organique ou/et inorganique en couches minces et/ou ETA (Figure 5) et des jonctions organiques électroluminescentes « OLED » (Organic Light Emitting Diode), apportées par greffes, imprimées ou déposées. Le système utilise une pluralité de techniques innovantes y compris (et sans limitation quelconque) : 1) Déposition atomique des couches ALD (Atomic Layer Deposition) pour la construction atomique des molécules complexes des composés quaternaires, 2) Croissance par dépôt de couche moléculaire (MLD), 3) Convertisseurs de rayonnement et de chaleur ainsi que pour les cellules hybrides d'oxyde de titane poreux (TiOx) par dépôt cyclique multiples des couches, 4) Cellules tandem 5) Convertisseurs élévateurs, passivation de surface arrière double facial technique et 6) Système de suivi de soleil intégré à la cellule ainsi que 7) Différentes techniques nouvelles d'anti réflexion et augmentation des efficiences 8) Intégration de batterie de stockage en couche mince au substrat de la cellule solaire par segment sur des grandes surfaces, 9) Augmentation considérable de la capacité de sortie de chaine de production par implantation des procédures de demi-cycle spatial ALD et hybridation MLD. 10) Intégration à grande échelle des énergies renouvelables (photovoltaïques) sur deux faces de surface optimisées de l'installation par bifacialisation de la surface de cellule solaire.FIELD OF THE INVENTION The present application proposes an innovative solution for the production of solar cells in thin or extra thin layers, frequently called ETA (Extremely Thin Absorber) by atomic construction of inorganic layers or on hybrid organic-inorganic films grown according to molecular layer (MLD) and atomic layer deposition (ALD) comprising hybridization of solar radiation conversion system by addition of invisible and thermal radiation converters with or without onboard energy storage means (or integrated with) substrate as well as OLED screens on flexible films. The photovoltaic cells can therefore be of the organic and / or inorganic type in thin layers and / or ETA (FIG. 5) and Organic Light Emitting Diode (OLED) organic electroluminescent junctions, made by grafts, printed or deposited. The system uses a variety of innovative techniques including (and without limitation): 1) Atomic Layer Deposition (ATL) atomic deposition for the atomic construction of complex molecules of quaternary compounds, 2) Molecular layer deposition growth (MLD) ), 3) Radiation and heat converters as well as hybrid cells of porous titanium oxide (TiOx) by multiple cyclic deposition of the layers, 4) Tandem cells 5) Upconverters, double-sided facial surface passivation and 6 ) Solar tracking system integrated into the cell as well as 7) Different new anti-reflection techniques and increased efficiencies 8) Integration of thin-film storage battery with the substrate of the solar cell by segment on large surfaces, 9) Significant increase in production line output capacity by implementing the ALD space half-cycle procedures and MLD hybridization. 10) Large scale integration of renewable energies (photovoltaics) on two optimized surface faces of the installation by bifacialization of the solar cell surface.
L'invention couvre des méthodes d'augmentation de la surface du dépôt et propose un système efficace à grand débit et en flux tendu « rouleau à rouleau » en continue ou en batch (groupé et séquencé) ainsi qu'un contrôle de qualité en temps réel, lors de la production. Autres aspects innovants de la présente invention incluent : 1- Un traitement parallèle d'une ou de plusieurs bobine du film flexible, apportant une diminution considérable de manipulations lors de réalisation capacitaires des bobines des cellules photovoltaïques ou des bobines de film pour la production d'écrans OLED lors des processus de fabrication. 2- Construction atomique des molécules complexes des composés quaternaires (exemple : Cu2 Gax Set ou Cu2 Zn Sn S4) ainsi que les cellules hybrides d'oxyde de titane poreux (TiOx) greffées par des atomes de cuivre, d'Indium et du sélénium (CIS) , avec une stoechiométrie des matériaux et une disposition dans l'espace que seule la présente invention peut y parvenir à grand échelle. 3- Construction moléculaire des couches MLD a. Hybridation des couches interfaces b. Modélisation des textures nanotiques c. Croissance des interfaces inter-couches 4- Optimisation de réalisation des cellules tandems 5- Convertisseurs de rayonnements invisibles 6- Convertisseur de chaleur par la mise en oeuvre des piézonano-éléments 7- Stockage de l'énergie intégré au substrat (appelé aussi à bord) de la cellule L'invention utilise notamment la technique d'hybridation pour augmenter très sensiblement les rendements solaires par : 8- ALD et sALD de déposition atomique pour la construction des molécules selon une ingénierie en 3D par : a. Augmentation de bande gap, voire son doublement et adresser le cas des quasi- particules notamment palier aux phénomènes des « paquets de vibration » des phonons. b. Augmentation de Point Quantum 9- MLD pour permettre la réalisation : a. Couches organiques et inorganique sur le même substrat b. Croissance des structures et textures complexes de capture et de piège photons c. Réalisation des interfaces entre couches bas-coûts (low-cost) 10- Utilisation de MLD en couche interface Piézonanofils (or Piézonanotubes) 11- Utilisation de MLD en couche interface nanotubes cristaux liquides 12- Stockage intégré au substrat a. Utilisation des nano titanate pour augmenter la durée de vie avec MLD en couche mince sur substrat de cellule solaire b. Utilisation des électrolyte-semi gel en impression pour batteries intégrées aux substrats c. Utilisation de MLD en interface couches stockage Cette réalisation moléculaire nanostructurée est rendue possible par la mise en place d'un système innovant de « Solution Nanostructurée Hybride » combinant une technique de dépôt ALD avec une technique de dépôt Sol-gel comme décrit en figure 7.The invention covers methods for increasing the area of the deposit and provides an efficient system with high throughput and continuous flow "roll to roll" continuous or batch (grouped and sequenced) and quality control time real, during production. Other innovative aspects of the present invention include: 1-A parallel processing of one or more coils of the flexible film, providing a considerable reduction in handling when capacitating the coils of the photovoltaic cells or film coils for the production of OLED screens during manufacturing processes. 2- Atomic construction of the complex molecules of the quaternary compounds (example: Cu2 Gax Set or Cu2 Zn Sn S4) as well as the hybrid cells of porous titanium oxide (TiOx) grafted by atoms of copper, indium and selenium ( CIS), with a stoichiometry of materials and a spatial arrangement that only the present invention can achieve on a large scale. 3- Molecular construction of MLD layers a. Hybridization of the interface layers b. Modeling of nanotic textures c. Growth of inter-layer interfaces 4- Optimization of realization of tandem cells 5- Invisible radiation converters 6- Heat converter by the implementation of piezonano-elements 7- Storage of the energy integrated into the substrate (also called on board) The invention uses, in particular, the hybridization technique for very substantially increasing the solar yields by: 8-ALD and sALD of atomic deposition for the construction of the molecules according to 3D engineering by: a. Increase of the gap band, or even its doubling, and address the case of quasipartic particles, notably the so-called "vibration packets" of the phonons. b. Increased Quantum Point 9- MLD to achieve: a. Organic and inorganic layers on the same substrate b. Growth of structures and complex textures of capture and trap photons c. Realization of interfaces between low cost (low-cost) layers 10- Use of MLD in interface layer Piezonanofils (gold Piezonotubes) 11- Use of MLD nanotube interface layer liquid crystal 12- Storage integrated substrate a. Use of nano titanate to increase the lifetime with MLD in thin layer on solar cell substrate b. Use of electrolyte-semi gel printing for batteries integrated into substrates c. Use of MLD in storage layer interface This nanostructured molecular realization is made possible by the implementation of an innovative system of "Hybrid Nanostructured Solution" combining an ALD deposition technique with a Sol-gel deposition technique as described in FIG.
Le contrôle stoechiométrique est alors entièrement maitrisé alors que l'inconvénient de la lenteur de la technique ALD est considérablement compensé par l'augmentation de surface traitée dans les cycles de déposition comme indiqué en Figure 2. Cette application est une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une demande de brevet d'invention numéro 10 00828 déposé le, 01 Mars 2010, elle- même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 09 01503 déposé le, 27 Mars 2009 ; elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 09 00921 déposé le, 02 Mars 2009 ; elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 09 00267 déposé le, 22 Janvier 2009 ; elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 08 06821 déposé le, 5 Déc. 2008 ; Elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 08 06820 déposé le, 5 Décembre 2008 ; Laquelle est une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 08 04598, déposé le, 14 Août 2008 ; Elle-même une extension et une demande de brevet ultérieure avec revendication de la priorité interne d'une première demande de brevet d'invention numéro 08 03019, déposé le, 2 Juin 2008.The stoichiometric control is then fully mastered while the disadvantage of the slowness of the ALD technique is considerably compensated by the surface increase treated in the deposition cycles as shown in Figure 2. This application is an extension and a patent application subsequent claiming the internal priority of an invention patent application number 00828 filed on, 01 March 2010, itself an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first patent application number 09 01503 filed on, 27 March 2009; itself an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first invention patent application number 09 00921 filed on, 02 March 2009; itself an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first invention patent application number 09 00267 filed on, 22 January 2009; itself an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first patent application number 08 06821 filed Dec. 2008; Itself an extension and a subsequent patent application with the claim of the internal priority of a first patent application number 08 06820 filed on, December 5, 2008; Which is an extension and a subsequent patent application claiming the internal priority of a first patent application number 08 04598, filed on, 14 August 2008; Itself an extension and a subsequent patent application with the claim of the internal priority of a first patent application number 08 03019, filed on, 2 June 2008.
INTRODUCTION Le silicium est un élément chimique qui ne manque pas car il constitue 28 % de la masse de la croûte terrestre. Cependant, la purification et la cristallisation dont il doit faire l'objet sont des procédés complexes et coûteux. Les cellules photovoltaïques de la seconde génération, basée sur des matériaux en couches minces, cherchent davantage à diminuer les coûts qu'à augmenter les rendements. Les principaux matériaux employés sont le silicium amorphe (a-Si), le tellurure de cadmium (CdTe) et les séléniures CuInSe2 et CuGaSe2 (dont les diverses combinaisons possibles sont regroupées sous l'appellation CIGS). Les cellules photovoltaïques de la troisième génération doivent donc être à faible coût et à haut rendement.INTRODUCTION Silicon is a chemical element that does not fail because it constitutes 28% of the mass of the earth's crust. However, the purification and crystallization of which it must be subjected are complex and expensive processes. The second-generation photovoltaic cells, based on thin-film materials, are more concerned with reducing costs than increasing yields. The main materials used are amorphous silicon (a-Si), cadmium telluride (CdTe) and CuInSe2 and CuGaSe2 selenides (whose various possible combinations are grouped under the name CIGS). Photovoltaic cells of the third generation must therefore be low cost and high efficiency.
Le phénomène de conversion photovoltaïque s'appuie sur l'interaction entre le rayonnement solaire et les matériaux qu'il pénètre. Dans le dispositif de deuxième génération, l'énergie lumineuse est en partie cédée à des électrons de la couche CIGS (des séléniures) qui devient mobiles.The phenomenon of photovoltaic conversion is based on the interaction between solar radiation and the materials it penetrates. In the second-generation device, the light energy is partly transferred to electrons of the CIGS layer (selenides) which becomes mobile.
Grâce à un champ électrique présent entre la couche ZnO:Al (en oxyde de zinc « dopé » à l'aluminium) et la couche CIGS, les électrons sont attirés vers cette première. Il en résulte une différence de potentiel entre ZnO:Al et la couche Mo (en molybdène). Dans le circuit externe, les électrons reviennent sur la couche Mo. L'énergie lumineuse acquise par les électrons est alors cédée électriquement dans ce circuit. Une structure typique de cellule solaire à base des composés poly-cristallins Cu (In,Ga)Se2, appelé aussi CIGS (Cuivre-Indium-Gallium-Sélénium) inclut généralement une électrode arrière suivie d'une couche de molybdène (Mo). Une couche d'absorption de CIGS prise entre la couche de Mo et une couche de jonction de CdS.Thanks to an electric field present between the ZnO: Al layer (in zinc oxide "doped" with aluminum) and the CIGS layer, the electrons are attracted towards this first one. This results in a potential difference between ZnO: Al and the Mo layer (in molybdenum). In the external circuit, the electrons return to the Mo layer. The light energy acquired by the electrons is then electrically transferred in this circuit. A typical solar cell structure based on Cu (In, Ga) Se2 polycrystalline compounds, also referred to as CIGS (Copper-Indium-Gallium-Selenium) generally includes a back electrode followed by a layer of molybdenum (Mo). A CIGS absorption layer taken between the Mo layer and a CdS junction layer.
Un oxyde conducteur transparent (TCO : Transparente Conductive Oxide) comme l'oxyde de zinc (ZnOx) ou de dioxyde d'étain (Sn02) formé sur la couche de jonction de CdS est typiquement employé comme électrode transparente.A transparent conductive oxide (TCO) such as zinc oxide (ZnOx) or tin dioxide (SnO2) formed on the CdS junction layer is typically employed as a transparent electrode.
En contraste avec certains brevets d'application récemment déposées ou publiés sur les couches ETA (notamment par IBM), les composés quaternaires (exemple : Cu2Inl_x Gax Set ou Cu2 Zn Sn S4) sont connues depuis de nombreuses années pour leur capacité de capture lumineuses, une étude de W. Schâfer et N. Nitsche de l'institut de cristallographie de l'université de Freibourg, traitait déjà les effets de ce type de composés « trahedral quaternary chalcogenides of the type Cu2---II---IV--- S4(Se4) », publiés en 1974. Ce type de composé présente une structure complexe, ce qui explique en partie les difficultés rencontrés par de nombreux centres de recherche pour réaliser ce type de cellules solaires avec une efficacité et une répétabilité sur de grandes surfaces.In contrast with some recently filed or published application patents on the ETA layers (especially by IBM), the quaternary compounds (example: Cu2Inl_x Gax Set or Cu2 Zn Sn S4) have been known for many years for their light capture capacity, a study by W. Schafer and N. Nitsche of the Institute of Crystallography at the University of Freiburg, already dealt with the effects of this type of compound. "Trahedral quaternary chalcogenides of the type Cu2 --- II --- IV-- - S4 (Se4) ", published in 1974. This type of compound has a complex structure, which partly explains the difficulties encountered by many research centers to achieve this type of solar cells with efficiency and repeatability over large surfaces.
La technique de dépôt ALD présente l'avantage de maitriser l'épaisseur de dépôt d'un matériau sur un substrat avec une possibilité de contrôle de la stoechiométrie et l'uniformité de dépôt. La technique ALD combiné avec d'autres techniques de dépôt rapides (Sol-Gel, impression, spin, spin coating etc) s'avère une solution intéressante pour réaliser des structures complexes ou des dépôts difficilement réalisables par les techniques actuelles. Nous savons que le rayonnement solaire est constitué d'un spectre bien plus large que ce que l'oeil peut voir. Par exemple, un coup de soleil est causé par le rayonnement UV invisible, tandis que le rayonnement infrarouge invisible aussi peut être ressenti par de la chaleur sur la peau. Les cellules solaires "voient", elles aussi, seulement une partie du rayonnement solaire. Pour les cellules en silicium, environ 20% de l'énergie du spectre solaire est perdue, car les cellules ne peuvent utiliser qu'une partie du rayonnement infrarouge pour la production d'électricité. ETAT ANTÉRIEUR DE L'ART [00101] Le récent développement et les nouvelles méthodes de réalisation des cellules photovoltaïque en couche mince du type CIGS ont atteint un rendement de 20.8 % (source, NREL National Renewable Energy Labratory, 2011-2012, USA). Ce rendement est de 9.3% pour les cellules Cu2 Zn Sn Sa, publication dans Advanced Material (High-Efficiency Solar Cell with Earth-Abundant Liquid-Processed Absorber par Teodor K. Todorov, Kathleen B. Reuter, David B. Mitzisource IBM, Février 2010). Ces résultats montrent bien le potentiel des composés quaternaires pour réaliser des cellules solaires de grandes efficacité pour les cellules CIGS et de faibles coûts les cellules CZTN). Bien que la Co-évaporation ait donnée les meilleurs rendements, elle présente plusieurs inconvénients au contrôle de l'uniformité sur de grandes surfaces de dépôt. Par exemple, il est difficile de déposer un mixte de composés ou alliage par évaporation. Le dépôt par évaporation est limité aux sources de la ligne de mire et dans des surfaces limitées, ce qui donne par conséquence un faible rendement et une l'irrégularité spatiale de la couche.The ALD deposition technique has the advantage of controlling the thickness of deposition of a material on a substrate with a possibility of controlling the stoichiometry and the uniformity of deposition. The ALD technique combined with other rapid deposition techniques (Sol-Gel, printing, spin, spin coating, etc.) is an interesting solution to achieve complex structures or deposits difficult to achieve by current techniques. We know that solar radiation is made up of a much wider spectrum than the eye can see. For example, a sunburn is caused by invisible UV radiation, while invisible infrared radiation can also be felt by heat on the skin. Solar cells "see", too, only part of the solar radiation. For silicon cells, about 20% of the energy of the solar spectrum is lost, because the cells can only use a part of the infrared radiation for the production of electricity. PRIOR STATE OF THE ART [00101] The recent development and new methods for producing thin-film photovoltaic cells of the CIGS type have reached a yield of 20.8% (source, NREL National Renewable Energy Labratory, 2011-2012, USA). This yield is 9.3% for Cu2 Zn Sn Sa cells, published in Advanced Material (High-Efficiency Solar Cell with Abundant Liquid-Processed Absorber by Teodor K. Todorov, Kathleen B. Reuter, IBM David B. Mitzisource, February 2010). These results clearly show the potential of quaternary compounds for producing high efficiency solar cells for CIGS cells and low cost CZTN cells. Although co-evaporation has given the best yields, it has several disadvantages in controlling uniformity over large areas of deposition. For example, it is difficult to deposit a mixture of compounds or alloy by evaporation. The evaporation deposition is limited to the sources of the line of sight and in limited areas, which consequently gives a low yield and a spatial irregularity of the layer.
De plus, l'utilisation de l'évaporation peut avoir comme conséquence des dépôts irréguliers sur de grandes surfaces qui dégradent le rendement global de la cellule solaire.In addition, the use of evaporation can result in irregular deposits over large areas that degrade the overall efficiency of the solar cell.
D'ailleurs, l'utilisation de l'évaporation comme technique de dépôt ne permet pas une évaluation exacte de la bande interdite. Elle fournit en mieux une valeur approximative. Le défi pour la réalisation d'une cellule CIGS/ CZTN avec un rendement élevé est que les composants élémentaires de la couche de CIGS/CZTN doivent être présents dans un rapport stoechiométrique très étroit afin que la cellule résultante soit fortement efficace. Il est donc difficile de réaliser une production en volume sur de grandes surfaces avec les techniques actuelles (évaporation, Co-évaporation, sputtering (pulvérisation cathodique, par magnétron, etc.,) de l'art, ainsi que la répétabilité de tous ces processus posent problème.Moreover, the use of evaporation as a deposit technique does not allow an exact evaluation of the band gap. It provides a better approximate value. The challenge for achieving a CIGS / CZTN cell with high efficiency is that the elementary components of the CIGS / CZTN layer must be present in a very narrow stoichiometric ratio so that the resulting cell is highly efficient. It is therefore difficult to achieve volume production on large surfaces with current techniques (evaporation, co-evaporation, sputtering (sputtering, magnetron, etc.)), as well as the repeatability of all these processes. are problematic
Plus récemment, le dépôt atomique d'une couche par ALD a été employé dans la fabrication d'une cellule hybride composée des agrégats des sphéroïdes de titane de CIS comme couche active de cellules solaires inorganiques (voir par exemple, Nanu, M., Schoonman, J. et le A. Goossens, 2004, " Nano-composites inorganique des semi-conducteurs de p-type de non-et: Un nouveau type de cellule solaire à trois dimensions, " adv. Mater. 5 (5): pp 453-455 et Nanu, M., Reijnen, L., Meeester, B., Schoonman, J. et A.Goossens, 2004, déposition en phase vapeur 10 (1): 45-49). D'autres brevets d'application d'Applied Materials, de GEC et de KODAK traitent des techniques de dépôts en continue (Continuos Atomic Layer Deposition) CALD respectivement dans les Brevets N° US2004/0067641, US2007/0281089 Al et US2007/0238311A1.More recently, the atomic deposition of a layer by ALD has been employed in the manufacture of a hybrid cell composed of aggregates of CIS titanium spheroids as an active layer of inorganic solar cells (see for example, Nanu, M., Schoonman , J. and A. Goossens, 2004, "Inorganic nano-composites of non-p-type semiconductors: A new type of three-dimensional solar cell," adv Mater 5 (5): pp 453-455 and Nanu, M., Reijnen, L., Meeester, B., Schoonman, J. and A. Goossens, 2004, vapor deposition 10 (1): 45-49). Other application patents from Applied Materials, GEC and KODAK deal with CALD continuous deposition (Continuos Atomic Layer Deposition) techniques respectively in US2004 / 0067641, US2007 / 0281089 A1 and US2007 / 0238311A1.
Ces brevets présentent les inconvénients suivants : Le brevet US2007/0281089 présente un système de déroulement en zigzag de substrat à l'intérieur d'une chambre de traitement qui se caractérise par une grande déperdition des gaz Précurseurs et des gaz réactants ainsi que les gaz de purge ( grand volume de la chambre de réaction ). Cela se traduit par une lenteur de cycle lié aux volumes des gaz à extraire ainsi qu'une perte important de matière première liés à ces mêmes volumes. Le problème de courbure du film se pose dans ce système, surtout pour des substrats sensibles aux craquelures. Le brevet US2004/0067641 présente un système de tête multiple d'ALD réalisant plusieurs couches en un seul passage, diminuant ainsi le temps d'un cycle de réaction mais présente un problème de recouvrement et de maitrise pour des grandes surfaces.These patents have the following drawbacks: US2007 / 0281089 discloses a zigzag unwinding system of the substrate inside a treatment chamber which is characterized by a large loss of precursor gases and reactant gases, as well as purge (large volume of the reaction chamber). This results in a slow cycle linked to the volumes of gases to be extracted as well as a significant loss of raw material related to these same volumes. The problem of curvature of the film arises in this system, especially for substrates sensitive to cracks. The US2004 / 0067641 patent shows an ALD multiple head system producing several layers in a single pass, thus reducing the time of a reaction cycle but presents a problem of recovery and control for large areas.
Dans un autre brevet d'invention US2007/0238311A1, l'application présente un système de séquentiel continue avec arrêt et démarrage fréquent. Ce système présente le problème de recouvrement en début de chaque mouvement qui le rend inapte à des substrats de forme autre que continue et bobine-àbobine.In another patent US2007 / 0238311A1, the application has a continuous sequential system with stop and frequent start. This system has the problem of overlap at the beginning of each movement which renders it unsuitable for substrates of other than continuous and coil-to-roll shape.
Autres problèmes communs de ces méthodes proposées dans les brevets d'application sont : - un flux en discontinue et séquentiel (on traite une bande ou une partie de la bobine de substrat). Temps de chauffe de la globalité des surfaces à traiter (ne sont pas optimisé du faite que les sources de chauffages sont éloignés de substrat et qu'ils sont de grandes dimensions). Problème d'étanchéité dans la chambre de réaction, il faut assurer l'étanchéité à chaque déplacement séquentiel du substrat. Assurer le chauffage de la chambre de réaction à chaque déplacement séquentiel du substrat.Other common problems of these methods proposed in the application patents are: a discontinuous and sequential flow (a strip or part of the substrate coil is treated). Heating time of the totality of the surfaces to be treated (are not optimized by the fact that the heating sources are far from the substrate and they are large). Sealing problem in the reaction chamber, it must be sealed at each sequential displacement of the substrate. Ensure the heating of the reaction chamber with each sequential displacement of the substrate.
Par ailleurs, différentes méthodes et procédés de réalisation des cellules ETA sont décrites dans les publications : Chalcogenide Letters Vol. 6, No. 1, January 2009, p. 17-22 Characteristics of brush plated ZnS FILMS: K. R.MURALI*, S. KUMARESANa, Electrochemical Materials Science Division. Central Electrochemical Research Institute, Karaikudi - 630 006, Indi. A Dept of Physics, national College, Trichy, India.; ainsi que "Nanostructured Materials for Solar Energy Conversion", Edited By, Tetsuo Soga. Department of Environmental Technology and Urban Planning Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan - Elsevier, Radarweg 29, PO Box 211, 1000 AE Amsterdam, The Netherlands. The Boulevard, Langford Lane, Kidlington, Oxford OX5 1GB, UK, First edition 2006.55 es Notons que le défi pour la réalisation d'une cellule CIGS/ CZTN avec un rendement élevé est que les composants élémentaires de la couche de CIGS / CZTN doivent être présents dans un rapport stoechiométrique très étroit afin que la cellule résultante soit fortement efficace.In addition, various methods and methods of making ETA cells are described in the publications: Chalcogenide Letters Vol. 6, No. 1, January 2009, p. 17-22 Characteristics of brushed ZnS FILMS: K.R.MURALI *, S. KUMARESANA, Electrochemical Materials Science Division. Central Electrochemical Research Institute, Karaikudi - 630 006, Ind. A Dept of Physics, National College, Trichy, India .; as well as "Nanostructured Materials for Solar Energy Conversion", Edited By, Tetsuo Soga. Department of Environmental Technology and Urban Planning Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan - Elsevier, Radarweg 29, PO Box 211, 1000 AE Amsterdam, The Netherlands. It should be noted that the challenge for achieving a CIGS / CZTN cell with high efficiency is that the elementary components of the CIGS / CZTN layer must be present in a very narrow stoichiometric ratio so that the resulting cell is highly efficient.
Il est donc difficile de réaliser une production en volume sur de grandes surfaces avec les techniques actuelles (évaporation, Co-évaporation, sputtering par magnétron, etc.,), ainsi que la répétabilité de tous ces processus posent de sérieux problèmes pour l'industrie. [00102] Croissance par déposition moléculaire des couches (appelé aussi Molecular Layer Deposition ou « MLD ») 1. Il y a eu une croissance spectaculaire dans le domaine du dépôt de couche atomique (ALD) sur des 10 dernières années. Une partie de ce développement ALD a été tirée par les besoins de l'l'industrie des semi-conducteurs. D'autres développements ont résulté de l'application des ALD pour arènes non semi-conducteurs. Le contrôle de la couche atomique et conformalité du film ALD épaisseur se sont révélés utiles pour un large éventail d'applications telles que la fabrication de matériaux à bande interdite photonique et des barrières de diffusion gazeuse. En plus des nouveaux développements technologiques, il a également été un élargissement des types de films qui peuvent être cultivées en utilisant des procédés ALD-inspirés. L'introduction de précurseurs organiques à l'aide Dépôt de couche moléculaire (MLD) a considérablement étendu l'identité de la composition de l' film déposé. MLD se distingue des ALD, car un fragment moléculaire peut être ajouté pendant une réaction en auto-limitation de surface séquentielle. 2. Figure 4 représente schématiquement une séquence idéale de croissance par MLD en « des réactions auto limitatives » utilisant deux réactants homobifonctionnels dans un processus ayant la séquence de la chimie spontanément utilisé pour la croissance d'un polymère organique, permettant ainsi le mélange de l'organique précurseurs utilisés pour MLD avec des précurseurs ALD inorganiques de définir de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. 3. La définition originale de MLD décrit la séquence, la chimie spontanément utilisé pour la croissance d'un polymère organique. Le premier système MLD était basé sur la condensation réactions de polymérisation et déposé un polyamide. Plus récemment, le MLD d'une variété de polymères organiques a été démontré notamment polyamide, le polyamide, polyurée, polyuréthane, polythiourée et polythiolene. le organique précurseurs utilisés pour MLD entièrement bio peuvent aussi être mélangés avec des précurseurs ALD inorganiques de définir de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques. Le jeu de base élargie introduit par ces matériaux hybrides a permis d'élargir considérablement les matériaux possibles qui peuvent être cultivées en utilisant ALD et MLD. La grande quantité de précurseurs organiques disponibles à partir de la chimie organique conduit à une grande variété de possibilités pour des films hybrides organiques-inorganiques utilisant MLD. 4. Plusieurs matériaux hybrides organiques-inorganiques ont été développés récemment avec MLD techniques. Ces systèmes ont commencé à définir la large gamme de matériaux qui peuvent être déposés en utilisant MLD. La possibilité de mélanger et assortir organique et inorganique précurseurs et leur part relative dans le film mèneront à un large éventail de films propriétés. En particulier, les propriétés mécaniques peuvent être réglées par le contrôle de l'organique et les proportions inorganiques. Ce bref rapport va d'abord examiner plusieurs systèmes MLD qui ont été démontrés pour illustrer le -of-the - art de l'État actuel. Certains nouveaux systèmes ensuite être présenté à montrer la diversité des chimies qui peut être utilisé pour développer divers films hybrides organiques-inorganiques. Enfin, les spéculations vont être proposés à l'avenir perspectives pour le MLD de matériaux hybrides organiques- inorganiques. 5. Figure 5 illustre la croissance de l'Alucone (film polymère) en deux étapes utilisant triméthylaluminium (TMA) et d'éthylène glycol (EG). TMA est exposé à une surface hydroxylée et produit une surface recouverte d'espèce d'A1CH3, permettant ainsi le mélange de l'organique inorganiques servant de base de nouveaux matériaux hybrides organiques- inorganiques dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. L'état de l'art actuel a déjà démontré l'intérêt d'hybridation organique-inorganique 6 3016240 de film MLD. L'un des premiers matériaux hybrides organiques-inorganiques cultivés selon MLD était un " Alucone " sur la base de la réaction entre le triméthylaluminium (TMA) et d'éthylène glycol (EG). 6. En général, une réaction en deux étapes MLD entre un alkyle de métal, tels que les TMA, et 5 d'un diol, comme, par exemple, peut être écrite comme suit: a. Des études antérieures ont démontré qu'Alucone MLD utilisant TMA et EG est très efficace. Examens radiographiques (XRR) ont montré que le taux de croissance MLD est linéaire par rapport au nombre de cycles TMA / EG. b. Par ailleurs, le taux de croissance MLD était dépendante de la température et d'une 10 diminution de 4,0 A par cycle TMA / EG à 85 ° C à 0,4 A par cycle TMA / EG à 175 ° C. Micro mesures à quartz (QCM) ont également révélé la linéarité de croissance en MLD d' qu'Alucone contre TMA et expositions par exemple. 7. Les récents travaux en MLD ont motivé l'inventeur de considérer la mise en oeuvre de process MLD pour la réalisation des couches interfaces et hybrides Organique-inorganique dans la 15 construction des cellules solaires à haut rendements faisant partie de la présente invention. Autres problèmes communs de ces méthodes proposées dans les brevets d'application traitant de conception des couches Intercalaire pour la croissance épitaxiale de couches minces de semiconducteurs ainsi que le Traitements chimiques pour améliorer la performance photovoltaïque CIGS 20 ou encore Méthode et système pour sélénisation dans la fabrication de cellules solaires CIGS / CIS traitant dues différentes Méthode de dopage de sodium et un système de couche mince à base de forme CIGS / CIS avec utilisation des pigment et des espèces de sodium Bulk traitement de cellule photovoltaïque à film mince comme cités dans les brevets d'application US20090235983 Applied Quantum Technology, LLC; US20090235987 EPV Solar, Inc.; US20090293945 SAINT GOBAIN 25 GLASS FRANCE; US20100087016 Global Solar Energy, Inc.; US20100087026 HELIANTHOS B.V: US20100087027 Stion Corporation.; US20100096007 SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE; US20100101648 Sony Corporation.; US20100101649 SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE; US20100212732* Miasole; US20100224247 Applied Quantum Technology, LLC ne décrivent l'augmentation de bande gap voire son doublement et amélioration des process par augmentation de 30 point quantum et l'utilisation des processes ALD ou sALD et MLD faisant l'objet de la présente invention. [00103] Conversion élévateur (Up-conversion « UC ») et conversion descendante (Down- Conversion « DC ») du soleil sont deux voies possibles pour améliorer la récupération d'énergie sur 35 l'ensemble du spectre solaire. Via tels procédés, il est possible de dépasser la limite de Shockley- Queisser pour un dispositif photovoltaïque (PV) à jonction unique. L'effet de l'addition des et des couches de Conversion descendantes (DC) Conversions élévateurs (UC), respectivement à l'avant et à l'arrière d'une cellule solaire, modifie le spectre du rayonnement solaire incident. L'un des matériaux les plus largement étudiés pour ces propos ont été les lanthanides ou des systèmes de terres rares, en 40 raison de la pertinence de leurs niveaux d'énergie discrets pour la conversion des photons dans une grande variété de matériaux d'accueil (host). Alors que des rendements quantiques élevés de 200% ont été démontrées avec des matériaux de conversion descendante (DC), il reste plusieurs obstacles à la réalisation d'une telle couche applicable à une cellule solaire. 45 Ses obstacles sont, d'une part, faible absorption des ions lanthanides et, d'autre part, le mécanisme de perte croissante de recombinaison non-radiative. Pour Conversion élévateur (UC), à ces deux obstacles s'ajoute toutefois un défi supplémentaire qui est le caractère non linéaire du processus de conversion élévateur UC, favorisant ainsi un fonctionnement sous la lumière concentrée du soleil. Le document (Proc SPIE 8438, Photonics for Solar Energy Systems IV, 843 802 (1 Juin 2012) ; doi: 50 10.1117/12.923298) et différentes publication « Transfert Radiatif sur les Bilans Énergétiques », examinent la demande de Conversion élévateur (Up-conversion « UC ») et conversion descendante (Down-Conversion « DC ») du soleil en relation avec les systèmes photovoltaïques (PV), en discutant des systèmes de matériaux utilisés et la caractérisation optique. La technologie, qui convertit l'infrarouge en lumière utilisable, est connue depuis les années 1960 et 55 est basé sur les convertisseurs élévateurs (un convertisseur élévateur est une échelle/ascenseur pour les particules de lumière). Cependant, elle n'est examinée en conjonction avec des cellules solaires que depuis 1996. "Nous avons réussi à optimiser les cellules solaires et le convertisseur de façon à atteindre le plus grand gain d'efficacité jusqu'à présent", a déclaré Stefan Fischer, scientifique à l'ISE. Le potentiel est important : les cellules solaires en silicium convertissent théoriquement environ 30% de la lumière du soleil qu'elles reçoivent en électricité. Les convertisseurs élévateurs à grande puissance pourraient permettre d'augmenter cette part à 40%.It is therefore difficult to achieve volume production on large surfaces with current techniques (evaporation, co-evaporation, magnetron sputtering, etc.), as well as the repeatability of all these processes pose serious problems for the industry . Molecular deposition growth of the layers (also called Molecular Layer Deposition or "MLD") 1. There has been a spectacular growth in the field of atomic layer deposition (ALD) over the last 10 years. Part of this ALD development has been driven by the needs of the semiconductor industry. Other developments have resulted from the application of ALDs for non-semiconductor arenas. Atomic layer control and conformality of the ALD film thickness have been found to be useful for a wide range of applications such as the fabrication of photonic bandgap materials and gaseous diffusion barriers. In addition to new technological developments, there has also been an expansion of film types that can be grown using ALD-inspired processes. The introduction of organic precursors using Molten Layer Deposition (MLD) has greatly extended the identity of the composition of the deposited film. MLD is distinguished from ALDs because a molecular fragment can be added during a sequential surface self-limiting reaction. Figure 4 schematically represents an ideal MLD growth sequence in "self-limiting reactions" using two homobifunctional reagents in a process having the sequence of chemistry spontaneously used for the growth of an organic polymer, thereby allowing mixing of the Organic precursors used for MLD with inorganic ALD precursors define novel organic-inorganic hybrid materials in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. 3. The original definition of MLD describes the sequence, the chemistry spontaneously used for the growth of an organic polymer. The first MLD system was based on condensation polymerization reactions and deposited a polyamide. More recently, the MLD of a variety of organic polymers has been demonstrated including polyamide, polyamide, polyurea, polyurethane, polythiourea and polythiolene. The organic precursors used for fully organic MLD can also be mixed with inorganic ALD precursors to define new hybrid organic-inorganic materials. The broad base game introduced by these hybrid materials has greatly expanded the possible materials that can be grown using ALD and MLD. The large amount of organic precursors available from organic chemistry leads to a wide variety of possibilities for organic-inorganic hybrid films using MLD. 4. Several hybrid organic-inorganic materials have recently been developed with MLD techniques. These systems have begun to define the wide range of materials that can be deposited using MLD. The ability to mix and match organic and inorganic precursors and their relative share in the film will lead to a wide range of film properties. In particular, the mechanical properties can be regulated by the control of the organic and the inorganic proportions. This brief report will first examine several MLD systems that have been demonstrated to illustrate the state's -of-the-art. Some new systems then be introduced to show the diversity of chemistries that can be used to develop various organic-inorganic hybrid films. Finally, speculations will be proposed in future prospects for the MLD of hybrid organic-inorganic materials. 5. Figure 5 illustrates the growth of Alucone (polymer film) in two stages using trimethylaluminum (TMA) and ethylene glycol (EG). TMA is exposed to a hydroxylated surface and produces a surface covered with A1CH3 species, thus allowing the mixing of the inorganic organic base of new organic-inorganic hybrid materials in a high efficiency solar hybrid cell being subjected to the present invention. The current state of the art has already demonstrated the interest of organic-inorganic hybridization of MLD film. One of the first organic-inorganic hybrid materials grown according to MLD was an "Alucone" based on the reaction between trimethylaluminum (TMA) and ethylene glycol (EG). 6. In general, a two-step reaction MLD between a metal alkyl, such as TMA, and a diol, such as, for example, can be written as follows: a. Previous studies have shown that Alucone MLD using TMA and EG is very effective. Radiographic examinations (XRR) showed that the MLD growth rate is linear compared to the number of TMA / EG cycles. b. On the other hand, the MLD growth rate was temperature dependent and a decrease of 4.0 A per TMA / EG cycle at 85 ° C to 0.4 A per TMA / EG cycle at 175 ° C. Quartz (QCM) also revealed growth linearity in MLD than Alucone versus TMA and exposures for example. 7. The recent work in MLD motivated the inventor to consider the implementation of MLD processes for producing organic-inorganic interface and hybrid layers in the construction of the high-efficiency solar cells forming part of the present invention. Other common problems of these methods proposed in the application patents dealing with the design of interlayer layers for the epitaxial growth of thin layers of semiconductors and the chemical treatments for improving photovoltaic performance CIGS 20 or else method and system for selenization in manufacturing of CIGS / CIS solar cells processing different sodium doping method and a CIGS / CIS-based thin-film system with use of pigment and sodium species Bulk thin-film photovoltaic cell processing as cited in US Pat. application US20090235983 Applied Quantum Technology, LLC; US20090235987 EPV Solar, Inc .; US20090293945 SAINT GOBAIN 25 GLASS FRANCE; US20100087016 Global Solar Energy, Inc .; US20100087026 HELIANTHOS B.V: US20100087027 Stion Corporation .; US20100096007 SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE; US20100101648 Sony Corporation .; US20100101649 SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE; US20100212732 * Miasole; US20100224247 Applied Quantum Technology, LLC discloses the band gap increase or even its doubling and process improvement by increasing quantum dot and using the ALD or sALD and MLD processes subject of the present invention. [00103] Upconverting (UC) and Downconverting (DC) from the sun are two possible ways to improve energy recovery over the entire solar spectrum. Via such methods, it is possible to exceed the Shockley-Queisser limit for a single junction photovoltaic (PV) device. The effect of the addition of the downward conversion (DC) and down converting (DC) layers (UC), respectively to the front and back of a solar cell, modifies the spectrum of incident solar radiation. One of the most widely studied materials for these purposes have been lanthanides or rare earth systems, due to the relevance of their discrete energy levels for photon conversion in a wide variety of host materials (host). While high quantum yields of 200% have been demonstrated with downconverting (DC) materials, there are still several obstacles to achieving such a solar cell-based layer. Its obstacles are, on the one hand, low absorption of lanthanide ions and, on the other hand, the mechanism of increasing loss of non-radiative recombination. For elevator conversion (UC), however, there is an additional challenge to these two obstacles, which is the non-linear nature of the UC lift conversion process, thus favoring operation under the concentrated sunlight. The document (Proc SPIE 8438, Photonics for Solar Energy Systems IV, 843 802 (June 1, 2012), doi: 50 10.1117 / 12.923298) and various publications "Radiative Transfer on Energy Balances", discuss the application of Elevator Conversion (Up- "CPU" conversion) and down-conversion ("DC" down-conversion) of the sun in relation to photovoltaic (PV) systems, by discussing the material systems used and the optical characterization. The technology, which converts infrared to usable light, is known since the 1960s and 55 is based on boost converters (a boost converter is a scale / lift for light particles). However, it has only been tested in conjunction with solar cells since 1996. "We have been able to optimize the solar cells and converter to achieve the greatest efficiency gains so far," said Stefan Fischer. , scientist at ISE. The potential is important: silicon solar cells theoretically convert about 30% of the sunlight they receive into electricity. The high power boost converters could increase this share to 40%.
Figure 6a représente la courbe de diagramme des bandes d'absorption d'énergie (Abs/PL) en fonction de la longueur d'onde dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. [00104] Considérations hybrides Organique / Inorganique et Tandem PV pour augmentation des rendements des cellules. Les cellules tandems et cellules hybrides solaires sont connues depuis des années 1963 ; dont la mise en oeuvre sur du verre en configuration inorganique /organique tandem PV. Les cellules tandems sont bien décrit dans les brevets d'invention ROUSTAEI et al, BOPI-2 932 010 et BOPI-2 932 002 et intégrés dans la présente application dans leur globalité par référencement.Figure 6a shows the graph of the energy absorbing bands (Abs / PL) as a function of the wavelength in a high efficiency solar hybrid cell forming the subject of the present invention. [00104] Organic / Inorganic Hybrid Considerations and PV Tandem for Increasing Cell Yields. Tandem cells and solar hybrid cells have been known for years 1963; whose implementation on glass in inorganic / organic tandem PV configuration. The tandem cells are well described in the patents ROUSTAEI et al, BOPI-2,932,010 and BOPI-2,932,002 and integrated in the present application in their entirety by referencing.
Exemple d cellules hybrides sont néanmoins illustré par les figures 10a, 10b et 10c représentent respectivement ; (10a) une illustration schématisée d'une cellule solaire CIGS munie d'une couche d'interface organique et (10b) une illustration de couches absorbante CIGS et de couche sulphide (couche à sulfure de cadmium) du type n sur une jonction p-n et (10c) une illustration schématisée flexible. Développement de revêtement (coating) et de la modélisation des processus en 3D dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Exemple de cellule hybride offrant des efficiences >22.8% avec les caractéristiques suivantes sont : Cellule supérieur Organique - Eg 1.7-2.0 eV - Voc > 1 V 1.2V - < $10/m2 - Imprimable - Bass température de process 30 Cellule inférieur Inorganique - Si or CIGS - Technologie éprouvée -*0.6V - Eg 1.1 eV, VOC < 0.7 V 35 - Inefficace dans bleue Plus récemment, les brevets US20100096007 et US20100101649 de SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE; US20100101648 Sony Corporation; US20100212732* Miasole; US20100224247 Applied Quantum Technology, LLC ; US20080110491 Solyndra, Inc.; US20080115827 ITN 40 ENERGY SYSTEMS, INC.; US20080121277 ROBINSON MATTHEW R; US20080210303 Guardian Industries Corp.; US20080216886 IWAKURA TADASHI; US20090021157 KIM TAEWOONG; US20090084438 Guardian Industries Corp.; US20090145746 Miasole; décrivent des amélioration de rendements par ajout de couches ou couche poreuse, avec des procédés de fabrication sans proposer de réelles solution d'augmentation significative des rendements de conversion des 45 Processes par hybridation. En contraste avec certains brevets d'application récemment déposées ou publiés sur les couches minces dans les brevets d'application US20080110491 Solyndra, Inc.; US20080115827 ITN ENERGY SYSTEMS, INC.; US20080121277 ROBINSON MATTHEW R.; US20080210303 50 Guardian Industries Corp.; US20080216886 IWAKURA TADASHI.; US20090021157 KIM TAEWOONG.; US20090084438 Guardian Industries Corp.; US20090145746 Miasole; S20090235983 Applied Quantum Technology, LLC; US20090235987 EPV Solar, Inc.; US20090293945 Saint Gobain glass FRANCE; US20100087016 Global Solar Energy, Inc.; US20100087026 HELIANTHOS B.V.; US20100087027 Stion Corporation, traitant plus particulièrement systèmes 55 bains chimiques et la méthode pour le sulfure de cadmium à grande échelle sur les couches minces photovoltaïques, la présente invention tente à remplacer la couche toxique de sulfure de cadmium par une couche non toxique du type ZnO en plusieurs étapes [00105] Cellules solaires doubles faces (appelé aussi bifaciales) et hybrides. Le professeur d'espagnol Andres Cuevas a été le pionnier dans la promotion des cellules doubles faces. Il a d'abord vérifié sa faisabilité avec un rendement de 12,7% obtenue sur une surface de 4 Cm2. Il a également travaillé de nombreuses années avec son groupe en Espagne dans ce domaine. Tout en travaillant en Australie, il a écrit un résumé historique en 2005. Il comprenait de nombreux types de cellules solaires bifaciales. Dans cette section, plusieurs paragraphes seront pris à partir de cet article, ainsi que des publications récentes. En 1977, les premières publications sur les cellules solaires bifaciales sont apparues lors de la première Conférence européenne de l'énergie solaire photovoltaïque. Les appareils ont un rendement de 7 % et il a été présenté par deux groupes en provenance du Mexique et de l'Espagne recherche. Cellules solaires bifaciales peuvent être classées selon le nombre de leurs jonctions (par exemple cellules doubles bifaciales de jonction).Example of hybrid cells are nevertheless illustrated by Figures 10a, 10b and 10c respectively; (10a) a schematic illustration of a CIGS solar cell with an organic interface layer and (10b) an illustration of n-type CIGS and sulphide (n-sulphide) layers on a pn junction and (10c) a flexible schematic illustration. Coating development and modeling of 3D processes in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage on the substrate of the present invention. Hybrid cell example with efficiencies> 22.8% with the following characteristics are: Upper Cell Organic - Eg 1.7-2.0 eV - Voc> 1 V 1.2V - <$ 10 / m2 - Printable - Low Process Temperature 30 Lower Cell Inorganic - Si or CIGS - Proven Technology - * 0.6V - Eg 1.1 eV, VOC <0.7 V 35 - Ineffective in blue More recently, patents US20100096007 and US20100101649 of SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE; US20100101648 Sony Corporation; US20100212732 * Miasole; US20100224247 Applied Quantum Technology, LLC; US20080110491 Solyndra, Inc .; US20080115827 ITN 40 ENERGY SYSTEMS, INC .; US20080121277 ROBINSON MATTHEW R; US20080210303 Guardian Industries Corp .; US20080216886 IWAKURA TADASHI; US20090021157 KIM TAEWOONG; US20090084438 Guardian Industries Corp .; US20090145746 Miasole; describe improved yields by addition of layers or porous layer, with manufacturing methods without providing real solution for significantly increasing the conversion efficiencies of the 45 Processes by hybridization. In contrast to some recently filed or published thin-film application patents in US20080110491 Solyndra, Inc .; US20080115827 ITN ENERGY SYSTEMS, INC .; US20080121277 ROBINSON MATTHEW R .; US20080210303 Guardian Industries Corp .; US20080216886 IWAKURA TADASHI .; US20090021157 KIM TAEWOONG .; US20090084438 Guardian Industries Corp .; US20090145746 Miasole; S20090235983 Applied Quantum Technology, LLC; US20090235987 EPV Solar, Inc .; US20090293945 Saint Gobain glass FRANCE; US20100087016 Global Solar Energy, Inc .; US20100087026 HELIANTHOS B.V .; US20100087027 Stion Corporation, more particularly treating systems 55 chemical baths and the method for large-scale cadmium sulfide on photovoltaic thin layers, the present invention attempts to replace the toxic layer of cadmium sulfide with a non-toxic layer ZnO type in several steps [00105] Double-sided solar cells (also called bifacial) and hybrid cells. Spanish teacher Andres Cuevas has pioneered the promotion of double-sided cells. It first verified its feasibility with a yield of 12.7% obtained on a surface of 4 Cm2. He has also worked for many years with his group in Spain in this area. While working in Australia, he wrote a historical summary in 2005. It included many types of bifacial solar cells. In this section, several paragraphs will be taken from this article, as well as recent publications. In 1977, the first publications on bifacial solar cells appeared at the first European Solar Photovoltaic Conference. The devices have a 7% yield and it has been presented by two groups from Mexico and Spain looking for. Bifacial solar cells can be classified according to the number of their junctions (eg double junction bifacial cells).
Mori (Mori, H., Radiation energy transducing device, in US Patent US 3278811, 1966.), un chercheur japonais a proposé en 1960 une cellule solaire biface avec un collecteur jonction pn sur chaque surface d'une plaquette de silicium, formant ainsi un + p + np de la structure, comme représenté sur la Figure 11 a. Son idée était d'augmenter le rendement de conversion des cellules solaires en silicium, limitée à l'époque par la longueur de diffusion des porteurs minoritaires. Dans ce cas, la deuxième jonction pn à l'arrière serait d'améliorer l'efficacité de collecte des photons grande longueur d'onde (Figure 11b). Selon Cuevas, " le brevet de Mori décrit la possibilité de produire un éclairage double face au moyen d'un vertical et un miroir horizontal, dans un arrangement de dièdre. Dans le même temps, des mesures de cellules solaires avec une jonction pn sur les deux côtés d'une plaquette de silicium de faible résistivité ont été signalés en Russie. De nombreux chercheurs ont travaillé depuis le transistor comme les cellules solaires, dans la plupart des cas avec un n + pn + structure. Dans un affichage de l'artisanat, les chercheurs de la société Hitachi fabriquent en l'an 2000 des cellules à structure transistors avec un 21,3% avant et 19,8% l'efficacité arrière. Si la jonction arrière est laissée en circuit ouvert, l'appareil fonctionne alors comme un champ de surface arrière (appelé aussi Back Surface Field ou BSF) de la cellule solaire, à la jonction flottante en aidant à réduire la recombinaison à la surface. Cellules solaires bifaciales sur le terrain de surface arrière : Ils présentent une homopolaire pp + nn + jonction ou sur la surface opposée à l'endroit où la jonction pn hétéro polaire se trouve (voir Figure 1 lb).Mori (Mori, H., Radiation energy transducing device, in US Patent US 3278811, 1966.), a Japanese researcher proposed in 1960 a two-sided solar cell with a pn junction collector on each surface of a silicon wafer, thus forming a + p + np of the structure, as shown in Figure 11a. His idea was to increase the conversion efficiency of solar cells into silicon, limited at the time by the diffusion length of minority carriers. In this case, the second pn junction at the rear would improve the collection efficiency of the long wavelength photons (Figure 11b). According to Cuevas, "Mori's patent describes the possibility of producing double-sided lighting by means of a vertical and a horizontal mirror, in a dihedral arrangement.At the same time, measurements of solar cells with a pn junction on the two sides of a low resistivity silicon wafer have been reported in Russia.Many researchers have been working since transistor like solar cells, in most cases with a n + pn + structure .In a craft display In 2000, Hitachi researchers produced cells with a transistor structure with a 21.3% front and 19.8% backward efficiency.If the rear junction is left in open circuit, the device then operates as a back surface field (also called the Back Surface Field or BSF) of the solar cell, at the floating junction helping to reduce recombination at the surface Bifacial solar cells on the surface ground Back: They have a homopolar pp + nn + junction or on the opposite surface at the point where the hetero polar pole junction is located (see Figure 1 lb).
En 1970, Iles a publié pour la première fois qu'un champ de dérive produite par une région fortement dopée réduit recombinaison à la surface arrière et amélioré Voc. Aussi en 1970, en Russie, la première cellule de BSF était en fait une cellule biface, qui a été breveté par Bordin et al. Plus tard, les premiers résultats expérimentaux ont été publiés avec une explication théorique du rôle du BSF dans la suppression de la recombinaison de surface. Cellules solaires BSF biface : Pour ce type de dispositif, une combinaison de bore et de phosphore diffusions avait été utilisé pour fabriquer des cellules de la BSF. Plus tard, en 1978, l'importance de la passivation de surface a été démontrée par Fossum et Burges, ce qui augmente considérablement l'efficacité. Cellules bifaciales avec passivation diélectrique (11c) : Une cellule solaire classique est composé d'un type n et une région de type p. Si le métal plein arrière est remplacé par une grille et l'espace intermétallique est passivée avec un diélectrique, il est possible de rendre une cellule biface , comme le montre la Figure 11c. Cette structure simple de n + p a été proposée en 1977 par le chevalier et Chambouleyron. Cellule Bifacial de jonction unique : L'innovation du dispositif est que le métal à l'arrière en contact direct avec le substrat de type p sur une zone restreinte, alors que la plupart de la surface arrière a été passive, qui est l'innovation essentielle attribué au PERC bien connu (passivation de contacts arrières) cellule solaire. Avec le développement de PECVD de nitrure de silicium passivation il a été possible en 1987 pour fabriquer des cellules solaires bifaciales avec des rendements de 15 % et de 13,2% sous l'avant et l'éclairage arrière, respectivement. Dans une nouvelle approche les deux diffusions, p et n ont été faites en utilisant le phosphore et le bore contenant des pâtes. D'autres approches sont liées à des co- diffusions, dans lequel l'une des diffusions été fusionnées à l'autre d'avoir une seule étape à haute température.In 1970, Iles published for the first time that a drift field produced by a heavily doped region reduced recombination to the rear surface and improved Voc. Also in 1970, in Russia, the first cell of BSF was in fact a biface cell, which was patented by Bordin et al. Later, the first experimental results were published with a theoretical explanation of the role of BSF in suppressing surface recombination. Two-sided BSF solar cells: For this type of device, a combination of boron and phosphorus diffusions had been used to make BSF cells. Later, in 1978, the importance of surface passivation was demonstrated by Fossum and Burges, which greatly increases efficiency. Bifacial cells with dielectric passivation (11c): A conventional solar cell is composed of an n type and a p type region. If the rear full metal is replaced by a grid and the intermetallic space is passivated with a dielectric, it is possible to make a cell two-sided, as shown in Figure 11c. This simple structure of n + p was proposed in 1977 by the knight and Chambouleyron. Single Junction Bifacial Cell: The innovation of the device is that the metal at the back in direct contact with the p-type substrate on a restricted area, while most of the back surface has been passive, which is the innovation essential attributed to the well-known PERC (passivation of rear contacts) solar cell. With the development of PECVD silicon nitride passivation it was possible in 1987 to manufacture bifacial solar cells with 15% and 13.2% yields under the front and back lighting, respectively. In a new two diffusion approach, p and n were made using phosphorus and boron containing pastes. Other approaches are related to co-diffusions, in which one of the broadcasts was fused to the other to have a single step at high temperature.
Ce travail a été développé principalement sur des substrats de type P, mais dans certains cas, des exemples de substrats de type N sera présenté. [00106] Super cellule solaire avec haut rendement utilisant un dispositif pour piéger la lumière. La conversion soleil en électricité n'est pas difficile, mais faire cela de manière efficace et à grande échelle est une des raisons pour lesquelles les chercheurs continuent à développer des solutions innovantes afin d'en augmenter le taux de l'efficacité. La technologie des cellules solaires 3D est encore en développement et devrait prendre encore quelques années. Brevetée par la société Solar3D, (Santa Barbara, CA. The patent application filed on Feb.20 under Application No. PCT/US 2013/ 026914 and published on August 29. ), la technologie annonçait de rendre les cellules photovoltaïques beaucoup plus efficaces et rentables que les méthodes traditionnelles utilisées jusqu'à maintenant. Les cellules solaires en 3D sont généralement conçues pour absorber la quasi-totalité du rayonnement solaire "tombant" sur les structures micro-photovoltaïques. Une fois que la cellule a absorbée le rayonnement, ce dernier est emprisonné à l'intérieur de la structure afin que les photons piégés soient utilisés pour produire de l'électricité. Concrètement, les photons rebondissent autour de ces structures afin d'être entièrement convertis en électrons. Cette nouvelle génération de cellules solaires promet d'être plus efficace, abaissant d'autant le coût-par-watt et faire du solaire, une source d'énergie plus abordable pour notre planète avec une augmentation de l'efficacité des cellules solaires de plus de 50%. En plus d'abaisser le coût de l'installation, la taille et le poids des modules solaires seraient également réduits. Mais l'inconvénient de ses systèmes est la partie mécanique servant à la capture et à piéger la lumière qui semble être couteaux. Cette invention tente à plus exploiter le plein potentiel des nano structures dans les cellules solaires. L'invention définie un moyen de créer de grandes feuilles de nano-texturées, créant une structure micro- cellulaires qui offre la caractéristique d'une fabrication simple et légères des cellules solaires, plus efficace, flexible et facile à produire en masse. [00107]Récupération d'énergie cinétique et thermique des rayonnements solaires des cellules photovoltaïques à l'aide des piézonanofils et Hybridation des cellules solaires. L'état de l'art identifie ce qui est considéré comme les trois principales catégories de cellules solaires en termes d'efficacité de conversion solaire et le coût par unité de surface. Figure 8 représente le rapport de cout par m2 standard identifiant ce qui est considéré comme les trois principales catégories de cellules solaires en termes d'efficacité de conversion solaire et le coût par unité de surface dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention.This work has been developed primarily on P-type substrates, but in some cases, examples of N-type substrates will be presented. Super solar cell with high efficiency using a device for trapping light. Sun conversion into electricity is not difficult, but doing so efficiently and on a large scale is one of the reasons why researchers continue to develop innovative solutions to increase the efficiency rate. The 3D solar cell technology is still in development and should take a few more years. Patented by the company Solar3D, (Santa Barbara, CA. Patent Application filed on Feb.20 under Application No. PCT / US 2013/026914 and published on August 29.), the technology announced to make photovoltaic cells much more efficient and profitable than the traditional methods used until now. 3D solar cells are typically designed to absorb almost all solar radiation "falling" on micro-photovoltaic structures. Once the cell has absorbed the radiation, it is trapped inside the structure so that the trapped photons are used to produce electricity. Concretely, photons bounce around these structures to be fully converted into electrons. This new generation of solar cells promises to be more efficient, lowering cost-per-watt and making solar energy a more affordable source of energy for our planet with an increase in the efficiency of more solar cells. 50%. In addition to lowering the cost of installation, the size and weight of the solar modules would also be reduced. But the disadvantage of its systems is the mechanical part used to catch and trap the light that seems to be knives. This invention attempts to further exploit the full potential of nano structures in solar cells. The invention defines a means of creating large nano-textured sheets, creating a micro-cellular structure that offers the characteristic of simple and lightweight manufacture of solar cells, more efficient, flexible and easy to mass produce. [00107] Recovery of kinetic and thermal energy from solar radiation from photovoltaic cells using piezonanil and hybridization of solar cells. The state of the art identifies what is considered to be the top three categories of solar cells in terms of solar conversion efficiency and cost per unit area. Figure 8 shows the cost ratio per standard m2 identifying what are considered to be the top three categories of solar cells in terms of solar conversion efficiency and the cost per unit area in a high efficiency solar hybrid cell being the subject of the present invention.
Les cellules CIGS en couches minces PV sont classés comme des cellules solaires de type II. Ce sont des cellules solaires simples jonction et, à ce titre, avoir un ratio de conversion des photons en électrons ultime fondamentale limitée à un maximum d'environ 33,7% par ce qu'on appelle la limite de Schockley-Queisser (William Shockley and Hans J. Queisser, "Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells", Journal of Applied Physics, Volume 32 (March 1961), pp. 510-519; doi:10.1063/1.1736034). La «perte» d'énergie est principalement converti en treillis vibrations / phonons / chauffage. (Type III) concepts de cellules solaires avancés cherchent à défier la limite Schockley-Queisser en utilisant tandem ou à jonctions multiples approches et d'autres technologies telles que la conversion de support chaud et thermophotonics (à travers, par exemple, le couplage avec approches de récupération de l'énergie thermique, comme les cellules Redox à électrolyte liquide). En général, cependant, de telles approches sont complexes, encombrants, difficiles à fabriquer et coûteux. [00108] Batteries en couche mince intégrées au substrat (appelé aussi On-board Batteries) ; Entre1990 et 1995, principalement sous l'impulsion des constructeurs japonais d'équipements portables (caméscopes, ordinateurs, téléphonie mobile naissante...), deux nouvelles filières de stockage de l'électricité ont émergé, en rupture par rapport aux technologies traditionnelles.CIGS cells in thin PV layers are classified as type II solar cells. They are single junction solar cells and, as such, have a fundamental ultimate photon-to-electron conversion ratio limited to a maximum of about 33.7% by what is known as the Schockley-Queisser boundary (William Shockley and Hans J. Queisser, "Detailed Balance Limit of Efficiency of Pn Junction Solar Cells", Journal of Applied Physics, Volume 32 (March 1961), pp. 510-519, doi: 10.1063 / 1.1736034). The "loss" of energy is mainly converted into lattic vibrations / phonons / heating. (Type III) advanced solar cell concepts seek to challenge the Schockley-Queisser limit by using tandem or multiple-junction approaches and other technologies such as hot support conversion and thermophotonics (through, for example, coupling with approaches recovery of thermal energy, such as redox cells with liquid electrolyte). In general, however, such approaches are complex, bulky, difficult to manufacture and expensive. Thin film batteries integrated into the substrate (also called On-board Batteries); Between 1990 and 1995, mainly driven by Japanese manufacturers of portable equipment (camcorders, computers, nascent mobile telephony ...), two new electricity storage channels emerged, breaking with traditional technologies.
Le développement des accumulateurs nickel-métal hydrure dans un premier temps, puis celui des accumulateurs au lithium ont complètement bouleversé la donne initiale, et pris de surprise la plupart des constructeurs traditionnels (Accumulateurs, piles et batteries proposent des performances en constante amélioration). L'évolution de ces technologies, et essentiellement de la seconde, a de surcroît bénéficié vers le milieu des années quatre-vingt-dix de l'expansion soudaine et considérable du marché de la téléphonie mobile (+ 1 % par mois en 2000, 70 % de taux de pénétration en Europe en 2003 contre quelques pour-cent en 1996). Fortement demandeur de densités massique d'énergie élevées (D=dE/dm) J/kg sous un faible encombrement. C'est ainsi que le marché des accumulateurs au lithium dépassait 4,5 milliards d'euros en 2000 et que les constructeurs japonais (Sony, Sanyo, Matsushita) et coréens (LG, Samsung) se partagent la part du lion (70 %) d'un marché désormais dominé à plus de 95 % par les industriels asiatiques (Japon, Corée et Chine), au détriment des Européens mais également des Américains, pratiquement absents du marché principal que représente l'alimentation en énergie des équipements portables. Certaines initiatives européennes voient néanmoins le jour qui vise au développement de filières particulières d'accumulateurs au lithium, offrant des avantages particuliers par rapport à la filière lithium-ion actuellement développée au Japon et plus généralement en Asie. Les travaux menés au CEA/Grenoble se font en partenariat avec des fabricants tels que SAFT, Batscap (groupe Bolloré), Tadiran, et des universitaires parmi lesquels le LEPMI, l'ICMCB et Les accumulateurs lithium-ion actuels, basés sur une technologie de type cobalt/graphite, sont, ceux qui présentent les meilleures performances en termes de densités massique et volumique d'énergie, respectivement 150 à 170 Wh/kg et plus de 400 Wh/kg (figure 9a illustre le principe d'un cycle de charge et de décharge dans une batterie à électrolyte solide). Charge: <H> + Li+ + e -<HLi> <MLi> <M> + Li + e Décharge : <HLi> -3 <H> + + e <M> + Li+ + e <MLi> En cours d'utilisation, donc lors de la décharge de l'accumulateur, le lithium relâché par charge/décharge l'électrode négative (matériau d'intercalation receveur <H>) sous forme ionique Li+ migre à travers l'électrolyte conducteur ionique et vient s'intercaler dans le réseau cristallin du(Li+)solv(Li+)solv matériau actif de l'électrode positive (composé d'insertion du lithium de type oxyde métallique ). Le passage de chaque ion Li+ dans le circuit interne de l'accumulateur est exactement compensé par le passage d'un électron dans le circuit externe, générant ainsi un courant électrique. Autres types de batteries sont des Electrodes nanométriques. La figure (9b) une illustration de couches mince de l'étage de stockage de l'énergie avec Anode et Cathode sur substrat flexible de l'interface diffusion des couches minces (appelé aussi Thin Film), Batteries composites et flexible. Depuis 2007, des développements de revêtement et de la modélisation des processus en 3D notamment sur les éléments suivants : ^ Électrodes nanométriques (par exemple la capacité, puissance, fiabilité) ^ Inorganique électrolyte Synthèse & caractérisation ^ Optimisation de l'interface de l'Etat solide ^ Composite synthèse de matériaux et caractérisation Ont permis une plus grande compréhension sur les fondamentales de l'interface diffusion des batteries à couches minces (Thin Film, Batteries) composites et flexible. Généralement, dans les micros batteries au lithium, la capacité des couches minces sera rapportée à leur masse (capacité massique exprimée en mA.h.g-1) ou à leur volume (capacité volumique exprimée en p,A.h.cm-2.µm-1) pour l'étude des matériaux d'électrode et à leur surface (capacité surfacique en ,t,A.h.cm-2) pour la caractérisation des systèmes complets. La capacité d'un générateur électrochimique correspond à la quantité d'électricité fournie et son unité usuelle est A.h. Elle est donnée par la relation suivante : td Q = 1(t)dt 055 e-( Où I (A) est le courant traversant le générateur, t (h) est le temps du passage du courant et ta (h) la durée de la décharge. A partir de l'équation précédente, il est possible de calculer le nombre de moles d'électrons x échangés par unité formulaire dans le matériau hôte (souvent assimilé au nombre d'ions Li+ insérés par mole de matériau actif) : x*F*m Q= 3600 * M Où m (g) est la masse du matériau actif, x est le nombre d'électrons échangés par mole de matériau actif, F est la constante de Faraday (9.64853399 C*mo1-1) et M (g*mo1-1) est la masse molaire du matériau actif. L'énergie d'un générateur au lithium exprimée en W*h est donnée par la relation suivante : td W = f U (01(0dt Où U (V) est le potentiel du générateur par rapport au potentiel du couple Li/Li+. Dans la suite du manuscrit, la notation V/Li sera utilisée. I (A) est le courant traversant le générateur, t (h) est le temps du passage du courant et td (h) la durée de la décharge.The development of nickel-metal hydride accumulators at first, then the development of lithium batteries completely upset the original situation, and surprised most traditional manufacturers (Accumulators, batteries and batteries offer performance that is constantly improving). The evolution of these technologies, and essentially the latter, has also benefited in the mid-nineties from the sudden and considerable expansion of the mobile telephony market (+ 1% per month in 2000, 70 % of penetration rate in Europe in 2003 compared to a few percent in 1996). Highly demanding high mass density of energy (D = dE / dm) J / kg under a small footprint. For example, the lithium battery market exceeded 4.5 billion euros in 2000 and the Japanese (Sony, Sanyo, Matsushita) and Korean (LG, Samsung) manufacturers share the lion's share (70%). a market now dominated more than 95% by Asian manufacturers (Japan, Korea and China), to the detriment of Europeans but also Americans, virtually absent from the main market that represents the power supply of portable equipment. Some European initiatives nevertheless see the light of day, which aims to develop specific sectors of lithium batteries, offering particular advantages over the lithium-ion sector currently developed in Japan and more generally in Asia. The work carried out at CEA / Grenoble is done in partnership with manufacturers such as SAFT, Batscap (Bolloré Group), Tadiran, and academics including LEPMI, ICMCB and current Lithium Ion batteries, based on a technology of cobalt / graphite type, are those which have the best performance in terms of densities mass and volume of energy, respectively 150 to 170 Wh / kg and more than 400 Wh / kg (Figure 9a illustrates the principle of a charge cycle) and discharge in a solid electrolyte battery). Load: <H> + Li + + e - <HLi> <MLi> <M> + Li + e Discharge: <HLi> -3 <H> + + e <M> + Li + + e <MLi> In progress use, therefore during the discharge of the accumulator, the lithium released by charge / discharge the negative electrode (recipient intercalation material <H>) in ionic form Li + migrates through the ionic conductive electrolyte and is interposed in the crystal lattice of the (Li +) solv (Li +) solv active material of the positive electrode (metal oxide type lithium insertion compound). The passage of each Li + ion in the internal circuit of the accumulator is exactly compensated by the passage of an electron in the external circuit, thereby generating an electric current. Other types of batteries are nano electrodes. Figure (9b) a thin layer illustration of the energy storage stage with Anode and Cathode on Flexible Thin Film Diffusion Interface (also called Thin Film), Composite and Flexible Batteries. Since 2007, 3D coating and process modeling developments including the following: ^ Nanoscale electrodes (eg capacitance, power, reliability) ^ Inorganic electrolyte Synthesis & characterization ^ Optimization of the interface of the state solid ^ Composite material synthesis and characterization Gave greater insight into the fundamentals of the diffusion interface of thin film (thin film) batteries and flexible. Generally, in micro lithium batteries, the capacity of the thin layers will be related to their mass (mass capacity expressed in mA.hg-1) or to their volume (volumic capacity expressed in p, Ahcm-2.μm-1) for the study of electrode materials and at their surface (surface capacity in, t, Ahcm-2) for the characterization of complete systems. The capacity of an electrochemical generator corresponds to the quantity of electricity supplied and its usual unit is A.h. It is given by the following relation: td Q = 1 (t) dt 055 e- (where I (A) is the current flowing through the generator, t (h) is the time of the passage of the current and ta (h) the duration From the previous equation, it is possible to calculate the number of moles of electrons x exchanged per form unit in the host material (often equated with the number of inserted Li + ions per mole of active material): where m (g) is the mass of the active material, x is the number of electrons exchanged per mole of active material, F is the Faraday constant (9.64853399 C * mo1-1) and M (g * mo1-1) is the molar mass of the active material The energy of a lithium generator expressed in W * h is given by the following relation: td W = f U (01 (0dt Where U ( V) is the potential of the generator with respect to the potential of the Li / Li + couple.Following the manuscript, the notation V / Li will be used I (A) is the current flowing through the generator, t (h) is the time s of the current flow and td (h) the duration of the discharge.
La puissance représente l'aptitude du générateur à fournir rapidement de l'énergie. Elle dépend de la cinétique de la réaction d'insertion, donc de la conductivité électronique et de la mobilité des ions lithium dans la structure. La puissance moyenne pendant le temps de décharge, C'est-à-dire dans l'intervalle : [tdo, td, est définie comme étant l'énergie fournie par unité de temps et s'exprime par la relation suivante : 1ta, P = U (t)dt (tdo - td1) f td. Durée de vie en cycle : du point de vue des applications, la durée de vie en nombre de cycle (cyclage) d'un générateur électrochimique est une grandeur importante. C'est le nombre de cycles décharge/charge pour lequel la capacité est supérieure à la moitié de sa valeur initiale. Cette durée est liée au degré de réversibilité des réactions d'oxydoréduction. Les récents développements ont permis de considérer d'autres types de batteries en lithium titanate ou lithium Nano- titanate. La figure (9c) est une illustration schématisée de micro batteries Lithium nano titanate sans interface électrolyte solide Par exemple, la Super Charge Ion Battery (SCiB), est une batterie développée en grande partie par Toshiba est proche des batteries lithium-ion « standards » pour des appareils informatiques portables (téléphones, ordinateurs etc.) avec cependant des atouts : - Durée de vie : 10 ans - Nombre de cycles de charge/décharge : 6 000 (soit 10 fois plus que pour les batteries « standards ») - Vitesse de rechargement : neuf fois plus vite qu'une batterie lithium-ion (c'est son atout principal) - Plus de sécurité que les batteries lithium-ion - Moins de difficultés à contrôler électroniquement (charge, maintien en charge, capacité à débiter du courant) Mais avec un inconvénient majeur de Trois fois moins de capacité à poids égal qu'une batterie lithium-ion. A titre indicatif l'Historique et caractéristiques de SCiB sont : 2005 : Toshiba publie le principe de la SCiB, 2008 : entrée en service d'une première usine de production (150 000 unités/mois), 2009 :Toshiba projette une nouvelle usine pour 2011 (production espérée : 500 000 unités par mois). Caractéristiques techniques majeurs sont : ^ Anode : Oxide Lithium-Titane ^ Cathode : Matériau à électrode négative ^ Stabilité thermique (chauffe peu) ^ Point éclair élevé (peu de court-circuit) [00109] Etat de l'art des matériaux utilisés dans les batteries de véhicules électriques Pour efficacement et proprement utiliser les énergies renouvelables, l'utilisation de divers dispositifs de création d'énergie (notamment des cellules solaires) en même temps que des systèmes de batteries de stockage, et également des véhicules électriques ou hybrides commencent à se développer dans le marché. Les batteries utilisées dans les systèmes de batterie de stockage et dans les véhicules électriques utilisent généralement des batteries au lithium-ion, mais ont besoin de nouvelles améliorations. Autres constructeurs japonais comme par exemple Sekisui Chemical a développé un matériau pouvant tripler la capacité des batteries à lithium ion, permettant ainsi aux véhicules électriques d'avoir une autonomie aux alentours des 600km. L'entreprise a également développé un nouveau matériau pour conduire l'électricité dans la batterie. Elle estime que ce nouveau matériau peut faire baisser le coût de production des batteries à environ 30.000 yens (217 euros) par kilowattheure, ce qui permettrait d'abaisser le coût total des véhicules électrique et d'approcher le coût d'une voiture essence.Power is the ability of the generator to provide energy quickly. It depends on the kinetics of the insertion reaction, hence the electronic conductivity and the mobility of the lithium ions in the structure. The average power during the discharge time, that is to say in the interval: [tdo, td, is defined as the energy supplied per unit of time and is expressed by the following relation: 1ta, P = U (t) dt (tdo - td1) f td. Cycle life: From the point of view of applications, the life cycle number (cycling) of an electrochemical generator is an important quantity. This is the number of discharge / charge cycles for which the capacity is greater than half of its initial value. This duration is related to the degree of reversibility of oxidation-reduction reactions. Recent developments have made it possible to consider other types of lithium titanate or lithium nanotitanate batteries. Figure (9c) is a schematic illustration of Lithium nano titanate micro batteries without solid electrolyte interface. For example, the Super Charge Ion Battery (SCiB) is a battery developed largely by Toshiba is close to "standard" lithium-ion batteries for portable computing devices (telephones, computers, etc.) with however advantages: - Lifetime: 10 years - Number of charge / discharge cycles: 6,000 (10 times more than for "standard" batteries) - Speed recharging: nine times faster than a lithium-ion battery (this is its main asset) - More security than lithium-ion batteries - Less difficulty to electronically control (load, support, ability to debit the current) But with a major disadvantage of Three times less capacity at equal weight than a lithium-ion battery. As an indication the History and characteristics of SCiB are: 2005: Toshiba publishes the principle of the SCiB, 2008: entry into service of a first production plant (150 000 units / month), 2009: Toshiba plans a new factory for 2011 (expected production: 500,000 units per month). Major technical features are: ^ Anode: Lithium-Titanium Oxide ^ Cathode: Negative electrode material ^ Thermal stability (little heat) ^ High flash point (little short circuit) [00109] State of the art of materials used in electric vehicle batteries To efficiently and properly use renewable energies, the use of various energy-generating devices (including solar cells) together with storage battery systems, and also electric or hybrid vehicles, are beginning to develop in the market. Batteries used in battery storage systems and in electric vehicles generally use lithium-ion batteries, but require further improvements. Other Japanese manufacturers such as Sekisui Chemical has developed a material that can triple the capacity of lithium ion batteries, allowing electric vehicles to have a range of around 600km. The company has also developed a new material to conduct electricity in the battery. It estimates that this new material can reduce the cost of producing batteries to about 30,000 yen (217 euros) per kilowatt hour, which would lower the total cost of electric vehicles and approach the cost of a gasoline car.
Normalement solidification de l'électrolyte liquide conduit à une réduction drastique de la conductivité lithium-ion. Nous avons considéré l'utilisation d'un électrolyte de type gel à haute conductivité lithium -ion (environ dix fois par rapport à d'autres produits), imprimable en R2R sur substrat pour réaliser une productivité élevée avec un procédé de revêtement au lieu de procédé d'infusion sous vide standard.Normally solidification of the liquid electrolyte leads to drastic reduction of the lithium-ion conductivity. We considered the use of a lithium-ion high-conductivity gel electrolyte (about ten times compared to other products), printable on substrate R2R to achieve high productivity with a coating process instead of standard vacuum infusion process.
En ajoutant l'avantage de cette approche nouvellement développé, la technologie des matériaux originaux de haute capacité destiné à la réalisation d'électrode négative dans ce processus, nous pouvons fournir des batteries lithium-ion de type « film de grande capacité, souple, mince et sur une grande surface ». Ils font des économies sans précédent en termes d'espace (un tiers de la taille des produits antérieurs) et peuvent être installés dans n'importe quelle forme que ce soit, donnant lieu à un grand nombre d'applications dans des automobiles, des maisons et des appareils portatifs divers. [00110] Stockage d'hydrogène. L'aluminium, troisième élément de la croûte terrestre Le stockage d'hydrogène sous forme gazeuse ou liquide présente beaucoup de problèmes. Il faut notamment d'énormes pressions et une température allant jusqu'à - 250 ° C pour liquéfier le gaz. Le stockage d'hydrogène peut se faire de façon optimale sous forme d'hydrures. Les hydrures sont intéressants car il s'agit de solides et ils ne sont pas intrinsèquement dangereux. Toutefois, ils présentent également des limites : par exemple, l'hydrure de magnésium ne peut contenir que 7% d'hydrogène en masse (ce qui est le maximum pour ce type d'hydrure). De plus, il est nécessaire de chauffer le minerai à 300°C pour en libérer le gaz. Au contraire l'hydrure d'un alliage de lanthane-nickel (LaNi5H6), stocke moins d'hydrogène par unité de masse, mais peut libérer le gaz à température ambiante. Il y a également des hydrures plus réactifs (borohydrures de métaux alcalins, hydrures alcalins, tétrahydruroaluminate de lithium) qui réagissent avec l'eau pour libérer de l'hydrogène. Le plus répandu est le borohydrure de sodium, peu cher et soluble dans l'eau, mais le rapport hydrogène/masse n'est pas intéressant. De plus, il est nécessaire d'inclure des catalyseurs pour extraire efficacement le gaz du solide. La question d'utilisation de l'aluminium pour stocker de l'hydrogène est donc intéressnte à poser vue l'abondance de l'aluminium. Afin de contourner les limites posées par les hydrures, le groupe du professeur Alon Gany du Technion travaille sur l'utilisation d'aluminium comme moyen de stockage d'hydrogène. L'aluminium métallique ne contient pas d'hydrogène, mais il peut réagir rapidement avec de l'eau pour libérer l'hydrogène voulu. Théoriquement, le rapport hydrogène/masse est de 11%, ce qui est très intéressant. Toutefois, l'aluminium est connu pour former spontanément en présence d'eau ou d'air une couche passive, non réactive. L'équipe du professeur Gany a développé l'utilisation d'additifs à base de lithium pour résoudre ce problème. Ceci leur a permis de mettre au point des cellules énergétiques basées sur la réaction entre l'eau et l'aluminium. En effet, il existe de nombreuses Je 13 3016240 technologies de pile à combustible basées sur l'hydrogène : l'hydrogène et l'oxygène gazeux réagissent au niveau d'une membrane semi-poreuse pour fournir de l'électricité avec comme seul produit secondaire l'eau. Avec une pile à combustible moyenne, d'une efficacité de 50%, on peut espérer obtenir 19,8 kWh à partir d'un seul kilogramme d'hydrogène, ce qui revient avec les méthodes 5 actuelles à 2,2 kWh par kilogramme d'aluminium. Il suffit d'avoir de l'eau, de l'air et de l'aluminium pour générer cette électricité. A titre de comparaison, une famille française consomme à peu près 20 kWh par jour. Somme toute, ce système semble être très intéressant pour des systèmes électriques de secours. 10 Il est alors raisonnable de penser que l'aluminium pourra constituer un métal d'avenir pour l'énergie. Le professeur Gany étudie également l'utilisation de l'aluminium comme propergol (source de propulsion dans un moteur-fusée). Espérons que ce travail permette d'améliorer encore davantage l'efficacité de ces systèmes aluminium-pile à combustible. Car il y a malheureusement aujourd'hui des problèmes de taille : l'aluminium, bien que très courant et utilisé depuis l'Antiquité sous forme de sels 15 d'aluminate, n'est pas aussi facilement accessible que les autres métaux courants comme le fer, l'argent ou le plomb. Il a fallu attendre la fin du 19ème siècle pour que la science puisse extraire l'aluminium de la bauxite, le principal minerai en renfermant. Pour ce faire, deux procédés sont nécessaires : d'abord le procédé Bayer pour isoler l'oxyde d'aluminium (l'alumine), puis le procédé Hall-Héroult (traitement électrochimique) pour le transformer en aluminium pur. Bien que nous ayons tous des 20 rouleaux d'aluminium chez nous, obtenir de l'aluminium métallique pur reste donc un processus énergétiquement onéreux. De plus, il faut bien noter que ce système est intéressant pour des batteries de secours à usage unique. Il n'est pas possible de régénérer l'aluminium autrement qu'industriellement. 25 [00111] Principe de l'éponge (ADSORPTION) : L'adsorption est le phénomène par lequel un solide retient des molécules à sa surface. Stocker l'hydrogène sous forme solide repose ainsi sur la capacité de certains matériaux à adsorber le dihydrogène sur eux-mêmes. Seuls les hydrures formant des liaisons métalliques agissent ainsi, en véritable « éponge à hydrogène ». Parmi eux, l'hydrure de magnésium (de formule MgH2) réduit en très fine poudre est le plus 30 intéressant à utiliser grâce à son importante capacité de stockage, mais aussi et surtout à sa rapidité de restitution au besoin du gaz. Issu d'un minerai disponible en grande quantité un peu partout sur la planète, l'hydrure de magnésium qui se trouverait sous forme d'une poudre blanche dans les réservoirs, est léger, stable, recyclable, et sans impact sur la planète à son utilisation. L'inventeur propose d'utiliser la libération de l'hydrogène par désorption dans un système à base 35 adsorption d'hydrogène pour palier au constant de temps lors des appels de courant comme décrit dans le brevet d'application ROUSTAEI et al, BOPI 2 931 844, DDB 08 03019, déposé le 02/06/2008 et sont intégrés dans la présente application dans sa globalité par référencement. 40 DESCRIPTION DE L'INVENTION Remarque préalable sur la cellule à haut rendement: La compréhension de cette innovation est simplifiée par la description des étapes clés de la réalisation des cellules hybrides organiques et inorganiques d'une part et de l'hybridation à des couts optimaux des solutions existantes et rendues 45 réalisables par les solutions développées et décrites dans la présente invention autour des solutions à base de CIGS / CZTS (appelé aussi, haute efficacité/bas coûts) ou Ti02-CIS à savoir le dépôt de la couche absorbante dont la particularité est la complexité de sa structure moléculaires du type structure tétrapède, structure tétrahydrique ou en tétraèdre (structure cristalline). La mise en oeuvre des techniques ALD semble parfaitement répondre à ce type de problématique (c'est-à-dire, structure 50 complexe). Remarque préalable sur le stockage intégré. Les pointes et les creux de production importants des énergies issues des installations éoliennes et fermes ou panneaux solaires exigent des systèmes de stockage de l'énergie pour lisser la production intermittente et réduire le taux de variation maximum 55 des centrales de moyenne et grande puissance. Les solutions de batteries haute énergie intégrées au substrat ou embarquées de la cellule photovoltaïques, permettent de stabiliser le niveau de puissance et de mieux distribuer l'énergie obtenue, tout en renforçant la capacité de production. L'invention fait des énergies renouvelables, un composant prévisible du bouquet (appelé aussi le MIX) énergétique des opérateurs de réseaux. La technologie décrite dans la présente invention offre également la combinaison idéale d'énergie et de puissance produites pour compenser le comportement dynamique de charge/décharge à des niveaux de décharge variables. [00112] Le processus ALD, sALD ; Le dépôt par couche atomique ALD (Atomic Layer Deposition) est une technique de dépôt chimique en phase gazeuse des couches ultraminces de l'ordre de nm sur la base de l'auto-terminaison des réactions de gaz-solides séquentielles.By adding the advantage of this newly developed, high-capacity original material technology for the realization of negative electrode in this process, we can provide lithium-ion batteries of the type 'high-capacity, flexible, thin film and on a large surface. They make unprecedented savings in terms of space (one-third the size of previous products) and can be installed in any form whatsoever, giving rise to a large number of applications in automobiles, homes and various portable devices. [00110] Storage of hydrogen. Aluminum, third element of the earth's crust The storage of hydrogen in gaseous or liquid form presents many problems. In particular, it requires enormous pressures and a temperature of up to - 250 ° C to liquefy the gas. The storage of hydrogen can be optimally in the form of hydrides. Hydrides are interesting because they are solids and they are not intrinsically dangerous. However, they also have limitations: for example, magnesium hydride can contain only 7% hydrogen by weight (which is the maximum for this type of hydride). In addition, it is necessary to heat the ore to 300 ° C to release the gas. In contrast, the hydride of a lanthanum-nickel alloy (LaNi5H6) stores less hydrogen per unit mass, but can release the gas at room temperature. There are also more reactive hydrides (alkali metal borohydrides, alkali hydrides, lithium tetrahydruroaluminate) that react with water to release hydrogen. The most common is sodium borohydride, inexpensive and soluble in water, but the hydrogen / mass ratio is not interesting. In addition, it is necessary to include catalysts to efficiently extract the gas from the solid. The question of using aluminum to store hydrogen is therefore interesting to look at the abundance of aluminum. In order to circumvent the limits posed by hydrides, the group of Professor Alon Gany du Technion is working on the use of aluminum as a means of storing hydrogen. Aluminum metal does not contain hydrogen, but it can react quickly with water to release the desired hydrogen. Theoretically, the hydrogen / mass ratio is 11%, which is very interesting. However, aluminum is known to spontaneously form in the presence of water or air a passive, non-reactive layer. Professor Gany's team has developed the use of lithium-based additives to solve this problem. This allowed them to develop energy cells based on the reaction between water and aluminum. Indeed, there are many hydrogen-based fuel cell technologies: hydrogen and gaseous oxygen react at a semi-porous membrane to provide electricity with only a secondary product. the water. With a medium fuel cell, with an efficiency of 50%, it is possible to obtain 19.8 kWh from a single kilogram of hydrogen, which amounts, with current methods, to 2.2 kWh per kilogram of electricity. 'aluminum. All you need is water, air and aluminum to generate that electricity. For comparison, a French family consumes about 20 kWh per day. All in all, this system seems to be very interesting for emergency electrical systems. 10 It is reasonable then to think that aluminum can be a metal of the future for energy. Professor Gany is also studying the use of aluminum as propellant (a source of propulsion in a rocket engine). Hopefully this work will further improve the efficiency of these aluminum-fuel cell systems. Unfortunately, there are today major problems: aluminum, although very common and used since antiquity in the form of aluminate salts, is not as easily accessible as other common metals such as aluminum. iron, silver or lead. It was not until the end of the 19th century that science could extract aluminum from bauxite, the main ore containing it. To do this, two processes are necessary: first the Bayer process to isolate aluminum oxide (alumina), then the Hall-Héroult process (electrochemical treatment) to transform it into pure aluminum. Although we all have aluminum rolls here, obtaining pure metallic aluminum is therefore an energy-intensive process. In addition, it should be noted that this system is interesting for single-use backup batteries. It is not possible to regenerate aluminum other than industrially. [00111] Principle of the sponge (ADSORPTION): Adsorption is the phenomenon by which a solid retains molecules on its surface. Storing hydrogen in solid form thus relies on the ability of certain materials to adsorb the hydrogen on themselves. Only the hydrides forming metal bonds act thus, in true "hydrogen sponge". Among them, magnesium hydride (of formula MgH2) reduced to very fine powder is the most interesting to use because of its large storage capacity, but also and especially its speed of return to the need of gas. Magnesium hydride, which comes in the form of a white powder in tanks, is light in weight, stable, recyclable and has no impact on the planet. use. The inventor proposes to use the hydrogen desorption release in a hydrogen adsorption based system to compensate for the constant time during current draws as described in the ROUSTAEI et al, BOPI 2 application patent. 931 844, DDB 08 03019, filed on 02/06/2008 and are integrated in the present application in its entirety by referencing. DESCRIPTION OF THE INVENTION Preliminary remark on the high-efficiency cell: The understanding of this innovation is simplified by the description of the key steps in the production of hybrid organic and inorganic cells on the one hand and hybridization at optimal costs. existing solutions made possible by the solutions developed and described in the present invention around the solutions based on CIGS / CZTS (also called high efficiency / low costs) or TiO 2-CIS namely the deposition of the absorbent layer whose peculiarity is the complexity of its molecular structure such as tetraped structure, tetrahedral structure or tetrahedron (crystalline structure). The implementation of ALD techniques seems to respond perfectly to this type of problem (that is, complex structure 50). Note on built-in storage. Peak production peaks and troughs from wind and farm power or solar panels require energy storage systems to smooth out intermittent production and reduce the maximum rate of change for medium and large power plants. The high-energy battery solutions integrated into the substrate or embedded in the photovoltaic cell make it possible to stabilize the power level and better distribute the energy obtained, while strengthening the production capacity. The invention makes renewable energies, a predictable component of the bouquet (also called the MIX) energy network operators. The technology described in the present invention also provides the ideal combination of power and power produced to compensate for dynamic charge / discharge behavior at varying discharge levels. [00112] The ALD process, sALD; Atomic layer deposition (ALD) is a technique for the chemical vapor deposition of ultrathin layers in the order of nm based on the self-termination of sequential gas-solid reactions.
Il s'agit d'une variante de la technique CVD (Chemical Vapeur Deposition) utilisée dans l'industrie de semi-conducteur pour la fabrication de films minces. Dans le processus général, le substrat est exposé à un ou plusieurs précurseurs qui réagissent ensemble ou se décomposent sur la surface du substrat pour produire le dépôt désiré. Contrairement à CVD, la technique d'ALD bénéficie du phénomène dit auto-saturation de la surface.This is a variation of the CVD (Chemical Vapor Deposition) technique used in the semiconductor industry for the manufacture of thin films. In the general process, the substrate is exposed to one or more precursors that react together or decompose on the surface of the substrate to produce the desired deposit. Unlike CVD, the ALD technique benefits from the so-called surface saturation phenomenon.
Une répartition uniforme et homogène des éléments chimiques réactifs se forme sur la surface du substrat, assurant ainsi un parfait contrôle de l'épaisseur (qui dépend en général du nombre de cycle de réaction ou dépôt). L'ALD est un processus cyclique et répétitif basé sur les principes suivants : - les précurseurs sont introduits alternativement permettant ainsi des réactions séquentielles gaz-solide à la surface du substrat. - la continuité des réactions gaz-solide jusqu'à la saturation de la surface du substrat. D'un point de vu temporel chaque cycle de réaction peut prendre de 0.5 seconde à quelques secondes pour un dépôt de film d'épaisseur entre 0.1 et 3 A°.A uniform and homogeneous distribution of the reactive chemical elements forms on the surface of the substrate, thus ensuring a perfect control of the thickness (which generally depends on the number of reaction or deposit cycles). ALD is a cyclic and repetitive process based on the following principles: precursors are introduced alternately allowing sequential gas-solid reactions on the surface of the substrate. the continuity of the gas-solid reactions until the saturation of the surface of the substrate. From a temporal point of view, each reaction cycle can take from 0.5 seconds to a few seconds for a thickness film deposition between 0.1 and 3 A °.
Les cycles ALD ; Le processus ALD étant un processus cyclique, nous allons donner les détails sur le déroulement temporel d'un cycle de celui-ci : A et B étant deux précurseurs dans ce processus TcycleALD = tA+ tpurge tB tpurge Phase i : Introduction du l' précurseur A. Celui-ci s'adsorbe par la chimisorption jusqu'à saturations tA Phase ii : La purge par un gaz inerte pour éliminer les molécules de A non adsorbées tpurge Phase iii : L'introduction du 2ème précurseur B, sa réaction avec A jusqu'à saturation tB Phase iv : La même que la phase ii mais pour le précurseur B tpurge Un modèle cinétique pour la diffusion des réactifs : Le paramètre temporel joue un rôle crucial dans le processus de dépôt atomique, il s'agit de la vitesse avec laquelle les molécules des précurseurs délivrent leurs atomes dans le film, même si un nombre suffisant d'atomes d'un point de vue stoechiométrique entre dans la chambre de réacteur. Pour un temps trop court il y aurait un risque de recouvrement des précurseurs, par contre un temps trop long serait un gaspillage du temps de cycle avec une éventuelle désorption thermique du précurseur adsorbé. Il faut donc trouver un compromis (tradoff) pour ces paramètres temporels. Un temps minimum sera donc nécessaire avant que ces atomes soient déposés sur la surface entière du substrat. Il s'ensuit qu'une étude cinétique au niveau atomique est indispensable. La théorie cinétique fournit des informations précieuses pour cette étude d'optimisation temporelle : - Temps de pulse donné par :t = S SV2 Trm kT = où I = (la densité de flux d'atomes : leur 1 nombre traversant de part et d'autre du substrat par unité du temps) P est la pression partielle des précurseurs dont le produit par le temps fournit une mesure très utile concernant la quantité de surface du substrat exposée aux précurseurs : Pt = SninkT tpurge - Temps de purge : C(t) = Co e T Soit tpurge = T ln c(tco ) avec m : la masse, k : constante de Boltzman soit kT (l'échelle de l'énergie) = 23*10-3eV = 26 meV et P la pression partielle L'ALD est utilisé depuis environ quarante ans pour la fabrication de couches minces de matériaux inorganiques avec une épaisseur n'excédant pas généralement quelques dizaines de nanomètres. Le processus de croissance des couches par ALD a la capacité de réalisation des couches extrêmement complexes avec un dépôt de matériau uniforme, de haute qualité et une capacité unique parmi les techniques de dépôt de couches minces. Malgré les nombreuses applications réussies de la croissance matérielle par ALD, de nombreux processus physico-chimiques qui contrôlent la croissance ne sont pas encore suffisamment compris.ALD cycles; Since the ALD process is a cyclic process, we will give the details of the time course of a cycle of this cycle: A and B being two precursors in this process TcycleALD = tA + tpurge tB tpurge Phase i: Introduction of the precursor A This is adsorbed by chemisorption up to saturations tA. Phase II: Purge with inert gas to remove non adsorbed A molecules. Phase III: Introduction of 2nd precursor B, reaction with A to at saturation tB Phase iv: The same as phase ii but for the precursor B tpurge A kinetic model for the diffusion of reagents: The temporal parameter plays a crucial role in the atomic deposition process, it is the speed with which the molecules of the precursors deliver their atoms into the film, even if a sufficient number of stoichiometric atoms enter the reactor chamber. For too short a time there would be a risk of recovery of the precursors, however a too long time would be a waste of the cycle time with possible thermal desorption of the adsorbed precursor. We must therefore find a compromise (tradoff) for these temporal parameters. A minimum time will therefore be necessary before these atoms are deposited on the entire surface of the substrate. It follows that a kinetic study at the atomic level is indispensable. The kinetic theory provides valuable information for this temporal optimization study: - Pulse time given by: t = S SV2 Trm kT = where I = (the density of atomic flux: their 1 passing number of part and of other of the substrate per unit of time) P is the partial pressure of the precursors whose product over time provides a very useful measure of the surface area of the substrate exposed to the precursors: Pt = SninkT tpurge - Purge time: C (t) = Coe T Let tpurge = T ln c (tco) with m: the mass, k: Boltzman constant let kT (the scale of the energy) = 23 * 10-3eV = 26 meV and P the partial pressure L ALD has been used for about forty years for the manufacture of thin layers of inorganic materials with a thickness generally not exceeding a few tens of nanometers. The ALD layer growth process has the capability of producing extremely complex layers with uniform, high quality material deposition and unique ability among thin film deposition techniques. Despite the many successful applications of material growth by ALD, many physicochemical processes that control growth are not yet sufficiently understood.
Afin d'accroître la compréhension des processus ALD, des connaissances multiples sont nécessaires non seulement au niveau des processus ALD existants et leurs applications, mais aussi celles de la chimie de la surface des processus liés spécifiquement à l'ALD. Ce document a pour objectif de présenter un aperçu sur les processus ALD spécifiques en examinant les données expérimentales disponibles sur la chimie de surface du processus de tri méthyl-aluminium / eau. Ce processus est généralement connu comme un processus plutôt idéal pour ALD, et beaucoup d'informations sont disponibles sur la chimie de surface. Ce résumé vise également à fournir un aperçu sur l'état actuel de notre besoin de la chimie de surface des ALD, en général du processus dans une optique d'optimisation.In order to increase the understanding of ALD processes, multiple knowledge is needed not only at the level of existing ALD processes and their applications, but also those of the surface chemistry of ALD-specific processes. The purpose of this paper is to provide an overview of specific ALD processes by examining available experimental data on the surface chemistry of the methyl-aluminum / water sorting process. This process is generally known as a rather ideal process for ALD, and a lot of information is available on surface chemistry. This summary is also intended to provide insight into the current state of our need for ALD surface chemistry, typically process optimization.
Sachant que les concepts de base liés à la chimie de surface de l'ALD sont décrits à partir d'un point de vue générique applicable à tous les processus ALD basés sur des réactifs composés, nous cherchons à optimiser nos processus. Notre demande nécessite des compétences physico-chimiques des réactions auto-terminaison, la cinétique de réaction, les mécanismes typiques chimisorption, les facteurs provoquant la saturation, les raisons de la croissance de moins d'une monocouche par cycle, l'effet de la température, le nombre de cycles sur la croissance par cycle (GPC), et le mode de croissance (Figure 12a illustre le principe du processus ALD). [00113] Principe d'ALD-CIGS : La réalisation de la couche absorbante (ingénierie en 3D) préconise particulièrement l'utilisation des précurseurs CuInGa lisses, denses et homogènes qui conduisent à une meilleure qualité cristalline de la couche absorbante comparée à des précurseurs bruts et plus fort granuleux.Knowing that the basic concepts related to surface chemistry of ALD are described from a generic point of view applicable to all ALD processes based on compound reagents, we seek to optimize our processes. Our application requires physicochemical skills of self-terminating reactions, kinetics of reaction, typical mechanisms chemisorption, factors causing saturation, reasons for growth of less than one monolayer per cycle, the effect of temperature , the number of cycles on cycle growth (GPC), and the growth mode (Figure 12a illustrates the principle of the ALD process). Principle of ALD-CIGS: The realization of the absorbent layer (3D engineering) particularly recommends the use of smooth, dense and homogeneous CuInGa precursors which lead to a better crystalline quality of the absorbent layer compared to raw precursors and more granular.
Le point primordial dans la formation de la couche absorbante est la première étape de sélénisation. Celle-ci sera plus facile à contrôler avec des précurseurs lisses, denses et homogènes (Ternary alloyed). [00114] Principe d'ALD-CIGS-R2R : Notre modélisation en terme de performances et QE1 des cellules photovoltaïques à base de CuInGaSe2 (préparées à partir de précurseurs à faible coût) repose sur un modèle mathématique, la simulation et l'analyse des phases de transformation des films multicouches minces permettant de mieux modéliser la couche absorbante CIGS : Le passage de CuInGa vers CuInGaSe2 utilise la technique de Calorimétrie Différentielle à Balayage, et pas de ( X-ray diffraction - XRD).The crucial point in the formation of the absorbent layer is the first stage of selenization. This will be easier to control with smooth, dense and homogeneous precursors (Ternary alloyed). Principle of ALD-CIGS-R2R: Our modeling in terms of performance and QE1 photovoltaic cells based on CuInGaSe2 (prepared from precursors low cost) based on a mathematical model, simulation and analysis of transformation phases of thin multilayer films to better model the absorbent layer CIGS: The transition from CuInGa to CuInGaSe2 uses the Differential Scanning Calorimetry technique, and no (X-ray diffraction - XRD).
Les films multicouches minces de Cu-In, Cu-Ga, et Cu-In-Ga ont été analysées afin de comprendre les transformations de phase des couches utilisées pour la production de cellules solaires photovoltaïques Cu (In, Ga) Se2 (CIGS). Avec la technique de refroidissement par N2, il est possible d'avoir un gradient de concentration en précurseur, par exemple une teneur en Ga plus élevée de précurseur sur la surface du film, ce qui peut également contribuer à des rendements plus élevés. La technologie de faisant l'objet de la présente invention réside dans l'ingénierie de la structure de la cellule CIGS avec le contrôle de la croissance de la molécule lors de sa formation. L'uniformité et la qualité sont des facteurs considérés comme très favorables faisant l'objet de la présente invention pour une cellule solaire hautement efficace et économique. Figure 12b, illustre les paramètres à prendre en compte dans un processus d'ALD FF Facteur de forme (ou rapport d'aspect A/R) FF = h : w Conformalité (ou conformité) ou recouvrement de surface = épaisseur minimale (b)/épaisseur maximale (a) (la valeur visée b/a est généralement =b/a = 100%) 1 Quantum Efficiency : Efficacité Quantique [00115] La Modélisation et la Simulation Numérique : En dépit de leur simple aspect d'un point de vue de fonctionnement, la modélisation et la conception des systèmes photovoltaïques sont des étapes difficiles à affranchir ; ceci est dû en grande partie à la multidisciplinarité de l'ingénierie de ces systèmes exigeant des compétences en plusieurs spécialités, et en particulier : - La physique des solides et semi-conducteurs au niveau théorique et technologique. - La conception et l'analyse des systèmes électroniques. La principale difficulté concerne les composants des systèmes à modéliser car les équations du type à dérivées partielles qui décrivent et gouvernent leurs fonctionnement sont de nature non-linéaire ; il s'ensuit que la solution exacte et analytique n'est pas à la portée de l'ingénieur modélisateur. Par conséquent, le passage par les méthodes numériques et en particulier celles des différences finies et/ou des éléments finis est obligatoire. Un autre aspect de ces systèmes est lié aux caractéristiques des cellules solaires qui dépendent notamment de l'intensité des radiations solaires. Cette dernière est une fonction du temps. La qualité d'un modèle repose sur plusieurs critères, surtout le nombre des paramètres introduits, mais le plus important est la capacité à reproduire exactement les données résultant des mesures effectuées par l'équipe de Métrologie. D'un point de vue informatique, un modèle peut être assimilé à un Système Expert.Thin multilayer films of Cu-In, Cu-Ga, and Cu-In-Ga were analyzed to understand the phase transformations of the layers used for the production of Cu (In, Ga) Se2 (CIGS) photovoltaic solar cells. With the N 2 cooling technique, it is possible to have a precursor concentration gradient, for example a higher Ga content of precursor on the film surface, which can also contribute to higher yields. The technology of the present invention lies in engineering the structure of the CIGS cell with the control of the growth of the molecule during its formation. Uniformity and quality are factors considered very favorable for the purpose of the present invention for a highly efficient and economical solar cell. Figure 12b illustrates the parameters to be taken into account in an ALD process FF Form Factor (or A / R Aspect Ratio) FF = h: w Compliance (or compliance) or surface coverage = minimum thickness (b) / maximum thickness (a) (the target value b / a is generally = b / a = 100%) 1 Quantum Efficiency: Quantum Efficiency [00115] Modeling and Numerical Simulation: In spite of their simple appearance as a point of From the perspective of operation, the modeling and design of photovoltaic systems are difficult steps to frank; this is due in large part to the multidisciplinary engineering of these systems requiring skills in several specialties, and in particular: - The physics of solids and semiconductors at the theoretical and technological level. - Design and analysis of electronic systems. The main difficulty concerns the components of the systems to be modeled because the partial derivative type equations which describe and govern their operation are non-linear in nature; it follows that the exact and analytical solution is not within the grasp of the modeling engineer. Therefore, the passage through numerical methods and in particular those of finite differences and / or finite elements is mandatory. Another aspect of these systems is related to the characteristics of solar cells which depend in particular on the intensity of solar radiation. The latter is a function of time. The quality of a model is based on several criteria, especially the number of parameters introduced, but the most important is the ability to accurately reproduce the data resulting from measurements made by the Metrology team. From a computer point of view, a model can be likened to an Expert System.
Nous utilisons dans ce projet les méthodes ou l'analyse des éléments finis, qui s'adaptent bien à des géométries complexes et qui sont plus flexibles de ce point de vue. La démarche de l'ingénieur en Calcul Scientifique : Bien que tous les ingénieurs emploient une certaine méthodologie dans la conception des systèmes complexes, qui leur est commune, l'ingénieur en Calcul Scientifique se distingue de ses homologues par sa polyvalence qui lui confère des capacités à bien mener et réaliser un projet industriel qui nécessite des compétences dans divers domaines de sciences appliquées : la mécanique, la physique et l'électronique analogique et numérique. [00116] La modélisation et le traitement mathématique : Toute modélisation mathématique d'un phénomène à étudier repose sur un certain nombre de propriétés physiques ainsi que les paramètres qui le décrivent. Le phénomène à étudier étant en l'occurrence une structure de semi-conducteur, il faut prendre en compte ses spécificités physiques comme : D les propriétés du milieu où le phénomène se produit D la permittivité relative, > le potentiel électrique et > la concentration des charges. Le modèle peut être décrit par l'équation de poisson, en effet toute charge spatiale (en 3D) p(x,y,z) est accompagnée d'un champ électrique donné par la loi de poisson : divE = V. E = px, y, z) E Où E est la constante diélectrique du semiconducteur, le champ électrique lui-même étant relié au potentiel par l'équation : E = -grad 4i = -V = -11',1 (en notation tensorielle)'-EiâX fr Il s'ensuit que : thi= AtIJ = p(x,y,z) - Ei 021 £ ôx1 La charge d'espace p(x,y,z) est calculée en tenant compte de toutes les charges existant en un point du semi-conducteur, c'est-à-dire d'une part des charges mobiles (électrons et trous) et d'autre part des charges fixes pouvant être localisées sur les donneurs et accepteurs ionisés. En l'absence de centres profonds ionisés cette charge d'espace est donnée par : p = e(N-dE-N1 + p - n) à la température ambiante tous les donneurs et accepteurs sont ionisés de sorte que la charge spatiale s'écrit de la manière suivante : p = e(Nd -Na + p - n) V(Erej = q(p - n + Nd - Na) go = 4îr * 10-7 : la permittivité du vide et Er : la constante relative du diélectrique Les équations qui régissent le comportement du milieu sont les suivantes : 3,,i, = q(p - n + Nd - Na) G et R taux de génération et recombinaison (Ere0) eJn = -q(G - Rn) Vip = +q(G - Rp) Jn = q(genV lk + DeV'n) Ip = q(p.ppV Ill - DpVp) Jn et sont les densités de courant respectivement des électrons et des trous De et Dp: les constantes de diffusion des électrons et des trous respectivement La résolution numérique de l'équation L'étude et la résolution numérique de l'équation de poisson/Laplace homogène en 2D : .92 tij &IR ax2 ay2= 0 En choisissant un schéma numérique approprié (Euler explicite par exemple) la résolution discrétisée se traduit par un système d'équations matriciel qui se résout par les méthodes classiques propres aux systèmes d'équations linéaires. Nous remplaçons les dérivées partielles du 2ème ordre par leurs équivalentes discrétisées en effectuant le développement de Taylor : Ax et Ay étant le pas de discrétisation donné par : L H Ax = -m et Ay = -n L et H sont respectivement la longueur et la hauteur du rectangle utilisé comme le domaine de discrétisation (voir Figure 12c illustrant le domaine rectangulaire discrétisé). xi = (i - 1)3,x pour i = 1, ..., m+1 yi = - 1)3,y pour j = 1, n + 1 1-1-1,xx = (Ax)2 -21Pu +114,j+1 tijYY = (àY)2 Nous en déduisons l'expression de 1P 114-1 +11Ji+i,j+ P2(41i,j-i +14,j+i) I,J = 2(1 + 132) Ax f3 = (-Ay) La méthode itérative et le critère de la convergence : étant une l' approximation de la vraie solution de l'équation de Poisson/Laplace, en pratique il faut poursuivre une procédure itérative afin d'améliorer la qualité des solutions en terme de leur convergence vers la vraie solution ; c'est la raison (k) pour laquelle on remplace par : k indique l'itération courante, ainsi on calcule la solution itérative du problème posé par : ) (k+i) (k) +11,.(k + n2 (11,(k) 2(1+132) La convergence est atteinte après un nombre suffisant d'itérations en chaque point du domaine discrétisé considéré, le critère de convergence est donné par : Sup (k+1) Li On appelle cette procédure d'itération la méthode de relaxation puisque la valeur dans chaque noeud de domaine de solution est lentement relaxée vers la solution. On pourrait encore améliorer la vitesse de convergence en appliquant la méthode dite de sur relaxation successive ou SOR (Successive Over- Relaxation). Elle consiste à affecter des poids w et (1-co) respectivement à l'itération aux étapes (k) et (k+1), où w est appelé le paramètre de sur relaxation, ce qui donne : (k+1) ,,,çk+9 _L n2 h 11, (k+1) (k) f `FM = W.+' r i,j 2(1+p2) 1-1,i La démarche décrite ci-dessus peut être étendue à 3D sans difficulté majeure sauf que dans ce dernier cas il faut une discrétisation à 3 niveaux. La simulation numérique du modèle : Nous avons développé dans la précédente partie de l'exposé le modèle mathématique définissant le comportement du phénomène physique qui décrit l'effet photovoltaïque. L'équation de Poisson/Laplace étant discrétisée, elle se prête aux calculs et simulations numériques; nous allons donc effectuer des simulations numériques sur le modèle ainsi discrétisé. Le codage informatique du problème sera fait soit en Matlab soit en Scilab (sa version libre ou Open Source) Le programme informatique est fourni en annexe, nous présentons ci-après les résultats de simulations des simulations numériques. Les résultats de simulation numérique par la méthode de relaxation k .(k) +.'(k1 ,j + 02(.,(k) , q.(,k+ 1) ii - 2(1+(32) Figure 12d illustre « Le contour de la fonction de Potentiel v » Figure 12e illustre « La surface de la fonction Potentiel yr » Les résultats de simulation numérique par la méthode de sur relaxation : tijr-1) = (1 ote 2(1+ p2) [44-k+1,P 1Pf+ki,i P2 ei-+11) 1,i1(+) Figure (12f) est une illustration des conditions aux limites et (12g) une illustration de l'allure et le profil de la fonction potentiel électrique w(x,y) par les méthodes de relaxation et de sur relaxation respectivement dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. [00117] Conclusion et commentaires sur les simulations effectuées : Nous avons procédé à la résolution numérique de l'équation de Poisson/Laplace homogène; dans cette démarche de modélisation, nous avons opté pour un schéma numérique explicite en discrétisant l'équation du départ. Cette numérisation nous a amené à une résolution des systèmes matriciels dont la précision et le critère de convergence sont déterminés par la majoration de la norme du vecteur d'erreur tout en respectant un certain degré de tolérance donné par la valeur de E. Nous avons ensuite effectué une simulation de ce modèle avec un nombre maximum d'itérations de 1000. t 1 3016240 La qualité de solution numérique peut être améliorée en adoptant une méthodologie de résolution basée sur celle de sur relaxation. Cette dernière donne une meilleure vitesse de convergence vers la solution désirée. Les résultats de simulations montrent que pour une valeur de (3 fixé à 2 (ix = 1 et Éy = 0.5), le 5 nombre d'itérations diminue pour une valeur de co E [1.5, 1.6] Les figures graphiques illustrent l'allure et le profil de la fonction potentiel électrique w(x,y) par les méthodes de relaxation et de sur relaxation respectivement. 10 Notre approche permet de dépasser le niveau d'une simple diode en parallèle d'un générateur de courant chargeant une capacité (puis une batterie) via une résistance de fuite. Nous poursuivons notamment les aspects suivants: Autres points à voir : 1) Utiliser une approche éléments finis 15 2) Résoudre le problème couplé avec 5 champs 3) Examiner l'influence de la géométrie des cellules par rapport au rendement de charge. En Particulier je pense que des formes hexagonales devraient être intéressantes mais on peut aussi voir l'influence d'anisotropie, etc. 20 [00118] Le cas de Cadmium ; Diminution, voire suppression de toxicité des cellules solaires photovoltaïques. Le sulfure de Cadmium (ou Cds : Cadmium Sulfide) couche Cds 6-4 (Fig. 6b) n'est pas un composé idéal pour la couche tampon dans les cellules solaires à base CIGS. Le Cds est classé toxique et sa faible bande de gap entraine la perte de courant dans la zone dite bleue à cause d'une forte absorption de la couche tampon. 25 L'enjeu majeur actuellement dans le développement des films photovoltaïques à couches minces, est de trouver d'autres composés de remplacement dans la structure des cellules solaires à base de CIGS. Ces composés doivent répondre à un certain nombre de critères pour une performance optimale en terme de production d'énergie électrique, en particulier ces nouvelles composantes chimiques doivent être : transparentes pour les radiations solaires, non toxiques avec une bande de gap optimale. 30 Les recherches récentes dans ce sens ont conduit à une famille de composantes à base de ZnO. Le tableau comparatif suivant résume les propriétés de ces dernières selon différentes caractéristiques de la couche ou de la zone tampon d'une cellule solaire. Couche tampon \Te° (en mV) Jsc (en Acm-2) FF2(en %) Efficience(en%) Zni_. S. Oy 684 35.2 74.9 18.0 Zni_. Mg. 0 668 35.7 75.7 18.1 ZnOi_. S. 689 35.5 75.8 18.5 CdS 717 33.7 77.3 18.7 35 Tableau 1 : Composantes chimiques utilisées pour la zone tampon d'une cellule solaire à base CIGS [00119] Les Cellules à Haut Rendement HYBRIDES Il s'agit d'hybrider la cellule pour produire des SUPER CELLULES SOLAIRES à plus de 30 % de rendement énergétique (brevet d'invention numéro 08 04598, déposé le, 14 Août 2008 ROUSTAEI et 40 al, et brevet d'invention numéro 09 00921 déposé le, 02 Mars 2009 - BOPI n° BOPI-2 932 010 et BOPI-2 932 002) sont à considérer comme étant « insérés » dans la présente application dans leur globalité par référencement et comme étant partie de cette invention mais joint à part en photocopie afin de ne pas alourdir l'application. Figures 13a, 13b et 13c représentent respectivement ; (13a) une illustration schématisée de 45 modélisation de couche haute Organique d'une cellule solaire et (13b) une illustration de modélisation de cellule hybride avec couche absorbante CIGS et (13c) une illustration schématisée flexible. De structure assemblée dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. 2 Facteur de Forme - 20 L'étendu des recherches sur les aspects innovantes de l'invention se divise sur les points suivants : 1) L'interface d'ALD et de s-ALD (interdépendances physico - chimiques) : Mener une étude sur la cinétique des particules au niveau d'interface d'ALD et de s-ALD, notamment leur impact physico-chimique en fonction des paramètres de température et de pression. Modélisation des paramètres en rapport avec la chambre de réaction et des réactants. 2) La définition de spécifications de MSDS : Déterminer les spécifications et les règles relatives aux matériaux inscrits dans la fiche technique des substances dangereuses (MSDS) notamment en ce qui concerne les précurseurs CIGS et Mo. 3) Up & down-Converters (L'influence de l'utilisation des convertisseurs élévateurs et descendants) : Etude des convertisseurs élévateurs du type Erbium par exemple, leurs propriétés et surtout leurs influences d'utilisation sur la couche conductrice et transparente (Molybdène).We use finite element methods or finite element analysis in this project, which adapt well to complex geometries and are more flexible from this point of view. The approach of the engineer in Scientific Computation: Although all the engineers use a certain methodology in the design of the complex systems, which is common to them, the engineer in Scientific Computation differs from his homologues by his versatility which confers him capacities to lead and carry out an industrial project that requires skills in various fields of applied sciences: mechanics, physics and analog and digital electronics. Modeling and mathematical processing: Any mathematical modeling of a phenomenon to be studied relies on a certain number of physical properties as well as the parameters that describe it. Since the phenomenon to be studied is a semiconductor structure, it is necessary to take into account its physical specificities such as: D the properties of the medium where the phenomenon occurs D the relative permittivity,> the electrical potential and> the concentration of the loads. The model can be described by the fish equation, indeed any space charge (in 3D) p (x, y, z) is accompanied by an electric field given by the law of fish: divE = V. E = px , y, z) E Where E is the dielectric constant of the semiconductor, the electric field itself being connected to the potential by the equation: E = -grad 4i = -V = -11 ', 1 (in tensor notation)' -EiâX en It follows that: thi = AtIJ = p (x, y, z) - Ei 021 £ ôx1 The space charge p (x, y, z) is calculated taking into account all the loads existing in a point of the semiconductor, that is to say on the one hand mobile charges (electrons and holes) and secondly fixed charges can be located on ionized donors and acceptors. In the absence of ionized deep centers this space charge is given by: p = e (N-dE-N1 + p-n) at room temperature all donors and acceptors are ionized so that the spatial charge is written as follows: p = e (Nd -Na + p - n) V (Erej = q (p - n + Nd - Na) go = 4Ir * 10-7: the permittivity of the vacuum and Er: the relative constant The equations that govern the behavior of the medium are: 3,, i, = q (p - n + Nd - Na) G and R generation rate and recombination (Ere0) eJn = -q (G - Rn) Vip = + q (G - Rp) Jn = q (genV lk + DeV'n) Ip = q (p.ppV Ill - DpVp) Jn and are the current densities respectively of the electrons and the holes De and Dp: the constants of diffusion of electrons and holes respectively The numerical resolution of the equation The study and the numerical resolution of the fish equation / Laplace homogeneous in 2D: .92 tij & IR ax2 ay2 = 0 By choosing a suitable numerical scheme (Euler expli cite for example) the discretized resolution is translated by a system of matrix equations which is solved by the classical methods specific to the systems of linear equations. We replace the partial derivatives of the 2nd order by their discretized equivalents by carrying out Taylor's development: Ax and Ay being the discretization step given by: LH Ax = -m and Ay = -n L and H are the length and the height respectively of the rectangle used as the discretization domain (see Figure 12c illustrating the discretized rectangular domain). xi = (i - 1) 3, x for i = 1, ..., m + 1 yi = - 1) 3, y for j = 1, n + 1 1-1-1, xx = (Ax) 2 -21Pu + 114, j + 1 tijYY = (toY) 2 We deduce the expression of 1P 114-1 + 11Ji + i, j + P2 (41i, ji + 14, j + i) I, J = 2 (1 + 132) Ax f3 = (-Ay) The iterative method and the criterion of the convergence: being an approximation of the real solution of the Poisson / Laplace equation, in practice it is necessary to continue an iterative procedure in order to improve the quality of the solutions in terms of their convergence towards the real solution; it is the reason (k) for which we replace by: k indicates the current iteration, so we compute the iterative solution of the problem posed by:) (k + i) (k) +11,. (k + n2 ( 11, (k) 2 (1 + 132) The convergence is reached after a sufficient number of iterations at each point of the discretized domain considered, the convergence criterion is given by: Sup (k + 1) Li This procedure is called iteration of the relaxation method since the value in each solution domain node is slowly relaxed towards the solution The convergence rate could be further improved by applying the so-called Successive Over-Relaxation (SOR) method. consists in assigning weights w and (1-co) respectively to the iteration at steps (k) and (k + 1), where w is called the relaxation parameter, which gives: (k + 1) ,, , çk + 9 _L n2 h 11, (k + 1) (k) f `FM = W. + 'ri, j 2 (1 + p2) 1-1, i The approach described above can be extended to 3D without diff major iculty except that in the latter case it requires a discretization at 3 levels. Numerical simulation of the model: We have developed in the previous part of the presentation the mathematical model defining the behavior of the physical phenomenon which describes the photovoltaic effect. The Poisson / Laplace equation being discretized, it lends itself to numerical calculations and simulations; we will therefore perform numerical simulations on the model thus discretized. The computer coding of the problem will be done either in Matlab or in Scilab (its free version or Open Source) The computer program is provided in appendix, we present here the results of simulations of the numerical simulations. Numerical simulation results by the relaxation method k. (K) +. '(K1, j + 02 (., (K), q. (, K + 1) ii - 2 (1+ (32) Figure 12d illustrates "The contour of the function of Potential v" Figure 12e illustrates "The surface of the function Potential yr" The results of numerical simulation by the method of relaxation: tijr-1) = (1 ote 2 (1+ p2) [44 -k + 1, P 1Pf + ki, i P2 ei- + 11) 1, i1 (+) Figure (12f) is an illustration of the boundary conditions and (12g) an illustration of the pace and profile of the function electric potential w (x, y) by the relaxation and relaxation methods, respectively, in a high efficiency solar hybrid cell with storage integrated in the substrate that is the subject of the present invention [00117] Conclusion and comments on the simulations carried out: We proceeded to the numerical resolution of the homogeneous Poisson / Laplace equation: in this modeling approach, we opted for an explicit numerical scheme ite by discretizing the equation of departure. This digitization led us to a resolution of the matrix systems whose precision and the convergence criterion are determined by the increase of the standard of the error vector while respecting a certain degree of tolerance given by the value of E. We have then performed a simulation of this model with a maximum number of iterations of 1000. t 1 3016240 The quality of digital solution can be improved by adopting a resolution methodology based on that of relaxation. The latter gives a better speed of convergence towards the desired solution. The results of simulations show that for a value of (3 fixed at 2 (ix = 1 and Ey = 0.5), the number of iterations decreases for a value of co E [1.5, 1.6]. The graphical figures illustrate the pace and the profile of the electric potential function w (x, y) by the relaxation and relaxation methods respectively Our approach allows to go beyond the level of a simple diode in parallel with a current generator charging a capacitor ( then a battery) via a leakage resistor We pursue the following aspects in particular: Other points to see: 1) Use a finite element approach 15 2) Solve the problem coupled with 5 fields 3) Examine the influence of the geometry of the cells compared to the load efficiency. In particular I think hexagonal shapes should be interesting but we can also see the influence of anisotropy, etc. [00118] The case of Cadmium; Decrease or even elimination of toxicity of photovoltaic solar cells. Cadmium sulphide (or Cds: Cadmium Sulfide) layer Cds 6-4 (Figure 6b) is not an ideal compound for the buffer layer in CIGS-based solar cells. The Cds is classified as toxic and its weak gap band causes the loss of current in the so-called blue zone because of a strong absorption of the buffer layer. The major challenge currently in the development of thin-film photovoltaic films is to find other alternative compounds in the structure of CIGS-based solar cells. These compounds must meet a certain number of criteria for optimum performance in terms of electrical energy production, in particular these new chemical components must be: transparent for solar radiation, non-toxic with an optimum gap band. Recent research in this direction has led to a family of ZnO-based components. The following comparative table summarizes the properties of the latter according to different characteristics of the layer or the buffer zone of a solar cell. Buffer layer Te (in mV) Jsc (in Acm-2) FF2 (in%) Efficiency (in%) Zni_. S. Oy 684 35.2 74.9 18.0 Zni_. Mg. 0 668 35.7 75.7 18.1 ZnOi_. S. 689 35.5 75.8 18.5 CdS 717 33.7 77.3 18.7 Table 1: Chemical components used for the buffer zone of a CIGS-based solar cell HYBRID High-Yield Cells This is to hybridize the cell to produce SOLAR SUPER CELLS with more than 30% energy efficiency (patent number 08 04598, filed on, 14 August 2008 ROUSTAEI and 40 al, and patent number 09 00921 filed on, 02 March 2009 - BOPI no. BOPI-2,932,010 and BOPI-2,932,002) are to be considered as being "inserted" in the present application in their entirety by referencing and as being part of this invention but separately joined in photocopy so as not to burden the application. . Figures 13a, 13b and 13c show respectively; (13a) schematic illustration of organic high layer modeling of a solar cell and (13b) hybrid cell modeling illustration with CIGS absorbent layer and (13c) a flexible schematic illustration. Structure assembled in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage substrate that is the subject of the present invention. 2 Form Factor - 20 The scope of research on the innovative aspects of the invention is divided on the following points: 1) The interface of ALD and s-ALD (physico-chemical interdependencies): Conduct a study on the kinetics of the particles at the ALD and s-ALD interface, in particular their physico-chemical impact as a function of the temperature and pressure parameters. Modeling of parameters related to the reaction chamber and reactants. 2) The definition of specifications of MSDS: Determine the specifications and the rules relating to the materials listed in the MSDS, especially with regard to the precursors CIGS and Mo. 3) Up & down-Converters (L ') influence of the use of up and down converters): Study of Erbium-type boost converters, for example, their properties and especially their use influences on the conductive and transparent layer (molybdenum).
Moyens et possibilités de la mise en oeuvre des mécanismes Up & Down-Conversion pour les cellules solaires à haut rendement. 4) La couche absorbante CIGS et matériaux d'amélioration Efficiences 5) Influence chimique quantifiable de l'utilisation des éléments comme Na et K dans la structure de CIGS3, ainsi que sa modélisation et sa quantification physico-chimique, avec un rendement supérieur à 20%. 6) Etude de comportement d'un type donné de substrat à température élevée lors du processus de traitement. L'objectif visé dans cette étude est de savoir si on peut augmenter le rendement à un niveau dépassant 21% en remplaçant un substrat en verre par un autre type de substrat flexible comme l'inox (stain steel) ou le kaptan. 7) Définition et confirmation des paramètres de modélisation lors des différentes étapes : a) Température, Pression, Electromagnétique, Thermodynamique, Rayonnements, Champ électrique, Conduction thermique, Electromécanique, Réflectance des matériaux, etc. b) changement d'unité de traitement c) changement d'environnement et d'équipement d) manipulation et transport e) stockage de courte et longue durée 8) Contamination et paramètres de risques : Définition des différentes étapes (Inter équipement, matériaux, Processes, Transfert, Etc.) 9) Considérations MLD-ALD et MLD-sALD : Films hybrides organique-inorganique cultivés selon Dépôt de Couche Moléculaire (MLD) et dépôts de couche atomique (ALD), réalisation des interfaces inter couches, Réalisation des couches solaire hybrides a) Films hybrides sur substrat transparents 10) Considérations hybride Organique / Inorganique et Tandem PV avec une efficience >26.8% i) Cellule Tandem Inorganique : 6% ii) Cellule supérieur Organique b) Eg 1.7-2.0 eV c) Voc > 1 V -)1.2V d) < $10/m2 e) Imprimable 3 Détails publiés dans « Advanced Online Publications »50 f) Bass température de process g) Si or CIGS h) Technologie éprouvée ->0.6V i) Eg 7-- 1.1 eV, VOC < 0.7 V j) Inefficace dans bleue [00120] Défaillance intrinsèque et extrinsèque 10 k) Réactions photochimiques. 1) L'inadéquation de dilatation thermique entre les différentes couches. m) Perturbation de morphologie par températures normales de fonctionnement. n) Défaillance partielle emballage/encapsulation 15 [00121] Capture de l'énergie en mode Cellule hybride / Point Quantique / Courbe de Valence: Capture de l'énergie par Cellule photovoltaïques est une demande mondiale dont le besoin en mix énergétique dépasse aujourd'hui 15 TW/an. La grande majorité de cette demande est satisfaite par la consommation de combustibles fossiles sous la forme d'huile (5,3 TW), le charbon (4,2 TW) et de 20 gaz naturel (3,5 TW). Actuellement, le solaires fournit seulement 0,004 TW et pourtant la terre reçoit plus de 120.000 TW de puissance du soleil chaque jour, ce qui signifie que les demandes de puissance Terres pourraient être atteints en couvrant 0,125 % de la surface de la terre avec des cellules solaires avec un rendement 25 de seulement 10%. La demande d'énergie augmente de plus en plus, il est impératif que les nouvelles formes d'énergie solaire à faible coût sont disponibles. Pour répondre à cette demande et à réduire le taux élevé de l'énergie et le coût élevé de dépôt en phase vapeur , qui est actuellement utilisé dans la production de 30 cellules solaires , nous avons a utilisé son expertise dans la synthèse de nano-cristaux ou des points quantiques ( QD ) de développer une gamme de roman cuivre , indium, gallium et sélénium ( CIS , CIGS et CGS ) contenant les points quantiques de composition variable qui peuvent être utilisés pour la fabrication de cellules solaires à bas prix avec de bonnes économies : 35 > Recherche avancée PV à points quantiques de l'invention sont en cours d'élaboration de façon à ce qu'ils sont capables de former des encres imprimables dans une variété de solvants, ouvrant la voie à faible coût, un rouleau à la production de nouvelles technologies de cellules solaires. 40 > L'invention avancées PV- QD comprennent un ' agent de coiffage " exclusif organique ou« ligand », ce qui permet de faciliter l'impression en utilisant une variété de techniques d'impression. Une fois imprimé, l'agent de coiffage organique est éliminé par chauffage à fournir une couche photo-active inorganique de la phase désirée. 45 a) Figures 14a, 14b et 14c représentent respectivement (14a) Le principe de photo génération dans la bande de valence en fonction de dopage et (14b) la courbe de point quantum de CuInSe2 PV- quantum dots (appelé aussi QDs)- Et (14c) réponse spectrale d'efficience quantique de la cellule absorbante CIGS dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. 50 b) des nanoparticules de CIGS sont disponibles. c) Fabrication de la technologie actuelle de la cellule solaire à couche mince implique des techniques d'évaporation coûteux, qui est entravent leur adoption par le marché de masse. En réponse à la demande de nouvelles et d'autres technologies solaires, nous avons développé une gamme de (cuivre indium gallium diséléniures, cuivre indium diséléniures) nano cristaux ou 55 points quantiques (QD) CIGS pour une utilisation dans la prochaine génération de fines i)5 cellules solaires en couches qui peuvent être fabriqués en utilisant des techniques d'impression classiques. d) CIGS et PV- points quantiques sont uniques parmi les nanomatériaux développés pour des applications photovoltaïques en ce qu'ils sont synthétisés à partir de la "terre", qui fournit des matériaux possédant les ratios élémentaires désirées ou stoechiométrie, qui peuvent être ajustés pour répondre à des besoins. Nos PV- points quantiques sont hautement cristallin, (5,0 nm) particules mono-dispersées, qui absorbent la lumière à 800 nm et nos PV- points quantiques sont uniques en ce qu'ils sont plafonnés à un « agent de recouvrement » organique ou « ligand ». e) En raison de la façon unique dont PV- points quantiques d'invention sont synthétisés, ils peuvent être imprimés sur un substrat en utilisant un large éventail de techniques d'impression bien compris, même dans les processus roll-to-roll. Une fois imprimées, les PV- boîtes quantiques sont chauffées pour éliminer l'agent organique de coiffage, ce qui détruit le confinement quantique associée avec les points quantiques, et prévoit un film semi-conducteur de type p qui possède la structure cristalline souhaitée. [00122] Les paramètres caractéristiques de Cellule hybride haute performance Le paramètre le plus important d'une cellule solaire est son efficience, exprimée en % de flux d'énergie solaire incidente.Means and possibilities of implementing Up & Down-Conversion mechanisms for high efficiency solar cells. 4) Absorbent layer CIGS and improvement materials Efficiences 5) Quantifiable chemical influence of the use of elements like Na and K in the CIGS3 structure, as well as its physicochemical modeling and quantification, with a yield greater than 20 %. 6) Study of the behavior of a given type of substrate at high temperature during the treatment process. The objective of this study is to determine if the efficiency can be increased to a level exceeding 21% by replacing a glass substrate with another type of flexible substrate such as stainless steel or kaptan. 7) Definition and confirmation of the modeling parameters during the different stages: a) Temperature, Pressure, Electromagnetic, Thermodynamics, Radiation, Electric Field, Thermal Conduction, Electromechanical, Material Reflectance, etc. b) change of treatment unit c) change of environment and equipment d) handling and transport e) short and long term storage 8) Contamination and risk parameters: Definition of the different steps (Inter equipment, materials, Processes , Transfer, Etc.) 9) MLD-ALD and MLD-sALD considerations: Organic-inorganic hybrid films grown according to Molecular Layer Deposition (MLD) and atomic layer deposition (ALD), realization of inter-layer interfaces, realization of solar layers Hybrids a) Transparent substrate hybrid films 10) Hybrid Organic / Inorganic and Tandem PV with efficiency> 26.8% i) Inorganic Tandem Cell: 6% ii) Upper Cell Organic b) Eg 1.7-2.0 eV c) Voc> 1 V -) 1.2V d) <$ 10 / m2 e) Printable 3 Details published in "Advanced Online Publications" 50 f) Low process temperature g) If or CIGS h) Proven technology -> 0.6V i) Eg 7-- 1.1 eV , VOC <0.7 V j) Ineffective in blue [00120] Intrinsic and extrinsic failure 10 k) Photochemical reactions. 1) Inadequate thermal expansion between the different layers. m) Disturbance of morphology at normal operating temperatures. n) Partial Packaging / Encapsulation Failure 15 [00121] Energy Capture in Hybrid Cell / Quantum Dot / Valence Curve Mode: Energy Capture by Photovoltaic Cell is a global demand whose need in energy mix exceeds today 15 TW / year. The vast majority of this demand is satisfied by the consumption of fossil fuels in the form of oil (5.3 TW), coal (4.2 TW) and 20 natural gas (3.5 TW). Currently, the solar provides only 0.004 TW and yet the earth receives more than 120,000 TW of sun power each day, which means that land power demands could be achieved by covering 0.125% of the Earth's surface with solar cells with a yield of only 10%. As the demand for energy grows more and more, it is imperative that new forms of low cost solar energy are available. To meet this demand and to reduce the high rate of energy and the high cost of vapor deposition, which is currently used in the production of 30 solar cells, we have used its expertise in the synthesis of nano-crystals or quantum dots (QD) to develop a range of novel copper, indium, gallium, and selenium (CIS, CIGS, and CGS) containing quantum dots of varying composition that can be used to manufacture low-cost solar cells with good Savings: 35> Advanced quantum dot PV research of the invention are being developed so that they are able to form printable inks in a variety of solvents, opening the way for low cost, a roll to the production of new solar cell technologies. The advanced PV-QD embodiments include an organic proprietary "styling agent" or "ligand", which facilitates printing using a variety of printing techniques. organic material is removed by heating to provide an inorganic photoactive layer of the desired phase 45 a) Figures 14a, 14b and 14c respectively represent (14a) The principle of photo generation in the valence band as a function of doping and (14b) the quantum dot curve of CuInSe2 PV-quantum dots (also called QDs) - and (14c) quantum efficiency spectral response of the CIGS absorbent cell in a high efficiency solar hybrid cell which is the subject of the present invention. ) CIGS nanoparticles are available c) Manufacture of current thin-film solar cell technology involves costly evaporation techniques, which hinder their adoption by the mass market. At the request of new and other solar technologies, we have developed a range of (copper indium gallium diselenides, copper indium diselenides) nano crystals or 55 quantum dots (QD) CIGS for use in the next generation of fine i) 5 layered solar cells that can be manufactured using conventional printing techniques. d) CIGS and PV-quantum dots are unique among nanomaterials developed for photovoltaic applications in that they are synthesized from the "ground", which provides materials with the desired elemental ratios or stoichiometry, which can be adjusted for meet needs. Our PV-quantum dots are highly crystalline, (5.0 nm) mono-dispersed particles, which absorb light at 800 nm and our PV-quantum dots are unique in that they are capped at an organic "capping agent" or "ligand". e) Because of the unique way in which PV-quantum dots of invention are synthesized, they can be printed on a substrate using a wide range of well-understood printing techniques, even in roll-to-roll processes. Once printed, the quantum PV boxes are heated to remove the organic styling agent, which destroys the quantum confinement associated with the quantum dots, and provides a p-type semiconductor film that has the desired crystal structure. The characteristic parameters of the high performance hybrid cell The most important parameter of a solar cell is its efficiency, expressed in% of incident solar energy flux.
Cette efficience peut être exprimée en fonction de catégories d'efficience suivantes : i. Réflectance : le pourcentage (%) de la puissance électromagnétique incidente. ii. Thermodynamique : le maximum absolu théoriquement possible de conversion des rayonnements solaires en électricité. Cette limite est déterminée par celle de Carnot iii. Séparation de porteurs de charges : elle est subdivisée en 2 principaux modes dans une cellule solaire : - Dérive : sous l'effet du champ électrique crée au niveau de la couche mince absorbante. - Diffusion : due à des mouvements (agitations) thermiques de ces particules. iv. Conduction : il s'agit de conduction thermique comme étant l'un des modes de transfert thermique.This efficiency can be expressed in terms of the following efficiency categories: i. Reflectance: the percentage (%) of the incident electromagnetic power. ii. Thermodynamics: the absolute maximum theoretically possible of conversion of solar radiation into electricity. This limit is determined by that of Carnot iii. Separation of charge carriers: it is subdivided into 2 main modes in a solar cell: - Drift: under the effect of the electric field created at the level of the thin absorbing layer. - Diffusion: due to thermal movements (agitations) of these particles. iv. Conduction: This is thermal conduction as one of the modes of heat transfer.
L'efficience totale est le produit de ces 4 catégories d'efficience. La mesure directe étant directement difficile, en pratique on utilise d'autres paramètres, ceux-ci incluent : a) L'Efficience Quantique (EQ) : qui fournit une mesure de perte due à la réflectance. Ces pertes d'efficience due à la réflectance affectent le « Rendement Quantique Externe » b) Différence de potentiel à circuit ouvert Vco : les pertes dues à la recombinaison des porteurs des charges sont mesurées par l'EQ, V,0 et le facteur de forme (FF). c) Facteur de Forme ou FF [00123] Les Applications liées aux cellules hybrides haute performance Les applications des cellules solaires sont diverses et très variées. L'une de leurs utilisations est de stockage de l'énergie. Les figures suivantes illustrent quelques-unes de ses nombreuses applications. Ces panneaux sont constitués des cellules solaires bifaciales (à double face) qui absorbent la lumière de deux côtés, par conséquent elles sont plus efficaces que leurs équivalentes à une seule face. [00124] La Théorie de physique sous-jacente L'ingénierie de systèmes photovoltaïques s'appuie sur la théorie physique des cellules solaires. Cette théorie décrit le processus physique de conversion de la lumière en courant électrique lorsqu'un dispositif semi-conducteur est exposé à cette lumière. Les études théoriques ont un grand intérêt dans les applications pratiques et industrielles, puisqu'elles donnent des informations très utiles sur les limites théoriques d'efficiences, ainsi que les divers facteurs qui sont à l'origine de pertes de cette efficience. Le spectre fréquentiel solaire fournit une approximation du spectre du corps noir à une température de 5800k. Le corps noir est le modèle physique idéalisé pour un corps qui absorbe toutes les radiations électromagnétiques incidentes indépendamment de la fréquence et l'angle incidents.Total efficiency is the product of these four categories of efficiency. Since direct measurement is directly difficult, in practice other parameters are used, these include: a) Quantum Efficiency (QE): which provides a measure of loss due to reflectance. These efficiency losses due to the reflectance affect the "External Quantum Yield" b) Vco open-circuit potential difference: the losses due to the recombination of the charge carriers are measured by the EQ, V, 0 and the form (FF). c) Form Factor or FF Applications related to high performance hybrid cells The applications of solar cells are diverse and very varied. One of their uses is energy storage. The following figures illustrate some of its many applications. These panels consist of bifacial (double-sided) solar cells that absorb light from two sides, therefore they are more efficient than their single-sided counterparts. The Theory of Underlying Physics The engineering of photovoltaic systems is based on the physical theory of solar cells. This theory describes the physical process of converting light into electric current when a semiconductor device is exposed to this light. Theoretical studies have a great interest in practical and industrial applications, since they give very useful information on the theoretical limits of efficiencies, as well as the various factors which are at the origin of losses of this efficiency. The solar frequency spectrum provides an approximation of the black body spectrum at a temperature of 5800k. The black body is the idealized physical model for a body that absorbs all incident electromagnetic radiation regardless of incident frequency and angle.
A l'équilibre thermodynamique, ce corps noir émet des radiations selon la loi de Planck, et par conséquent son spectre est déterminé par sa température uniquement : - Z w , T) = n(v) , T) wn , T) hh: énergie moyenne par mode (de vibration) ekT-1 Figure (8b) illustre le Spectre de corps noir en fonction de température Les différentes courbes correspondent à la loi de déplacement de Wien, celle-ci donne la distribution des radiations thermiques. Ainsi la longueur d'onde maximale de l'énergie de radiation émise varie inversement proportionnelle avec la température, pour qu'il y ait la relation : IXmax* T= cte Les autres corps physiques émettent les radiations d'énergie qui sont fonction de leurs émissivités e qui est une fraction de celle d'un corps noir pour lequel £=. 1 .At thermodynamic equilibrium, this black body emits radiation according to Planck's law, and consequently its spectrum is determined by its temperature only: - Z w, T) = n (v), T) wn, T) hh: average energy per mode (of vibration) ekT-1 Figure (8b) illustrates the Black body spectrum as a function of temperature The various curves correspond to the law of displacement of Wien, this one gives the distribution of the thermal radiations. Thus the maximum wavelength of the emitted radiation energy varies inversely proportional with the temperature, so that there is the relation: IXmax * T = cte The other physical bodies emit the energy radiations which are function of their emissivities e which is a fraction of that of a black body for which £ =. 1.
Les radiations solaires qui atteignent la terre ont composées de photons dont l'énergie est bien supérieure à la band de gap de la couche absorbante semi-conductrice. Cette grand écart énergétique est à l'origine de perte d'efficience des cellules solaires, puisqu'une grande partie de ces radiations solaires (électromagnétiques) se convertie en chaleur par la vibration de Lattice, appelée aussi Phonon ou quantum d'énergie de vibration.The solar radiation that reaches the earth has composed of photons whose energy is much higher than the gap band of the semiconductive absorbing layer. This large energy gap is at the origin of efficiency loss of the solar cells, since a large part of these solar (electromagnetic) radiations is converted into heat by the vibration of Lattice, also called Phonon or quantum of vibration energy. .
Une Lattice ou Treillis est un modèle physique utilisé dans le domaine de la physique des matières condensées. Il est formé dans ce contexte des atomes d'une structure cristalline. Dans un solide cristallin, pour un mode de vibration de fréquence y, les échanges d'énergies sont discrétisées et s'effectuent par les paquets d'énergie quantifiés par hv. Les phonons peuvent être décrits dans le cadre de la Mécanique Quantique, par le mouvement vibratoire élémentaire dans lequel un lattice d'atomes ou molécules vibre uniformément en mode normal, c'est-à-dire selon une seule fréquence. Figure (8c) illustre la structure d'un lattice Le défi de l'efficience Ainsi qu'il a été auparavant mentionné, le paramètre caractéristique et principal d'une cellule solaire et en général d'un système photovoltaïque est son efficience.A Lattice or Lattice is a physical model used in the field of condensed matter physics. In this context, atoms of a crystalline structure are formed. In a crystalline solid, for a mode of vibration of frequency y, the exchanges of energies are discretized and are carried out by energy packets quantified by hv. Phonons can be described in the context of Quantum Mechanics, by the elementary vibratory motion in which a lattice of atoms or molecules vibrates uniformly in normal mode, that is to say according to a single frequency. Figure (8c) illustrates the structure of a lattice The challenge of efficiency As previously mentioned, the characteristic and principal parameter of a solar cell and in general of a photovoltaic system is its efficiency.
C'est un facteur qui donne la capacité maximale de conversion en courant électrique des radiations solaires ou électromagnétiques incidentes. La théorie des cellules solaires dont nous avons donné les grandes lignes dans les précédentes parties de l'exposé, donne des indications très utiles sur les limitations technologiques de cette efficience et les facteurs qui en sont à l'origine.This is a factor that gives the maximum capacity for converting incident solar or electromagnetic radiation into electrical current. The theory of solar cells, which has been outlined in the preceding parts of the paper, gives very useful indications of the technological limitations of this efficiency and the factors which give rise to it.
Nous allons rappeler dans ce qui suit ces divers facteurs de perte de l'efficience : ^ La limite de Shockley-Queisser : calculée par William Shockley et Hans Queisser en 1961 à Shockley Semiconductor, cette limite fait référence au seuil maximum théorique de l'efficience d'une cellule solaire utilisant une jonction p-n au niveau de la couche absorbante. Elle est fixée à 33.7%. C'est le facteur de perte de l'efficience le plus fondamental et important dans le domaine de production de l'énergie solaire. Figure (8d) indique la courbe représentative de limite de Shockley-Queisser ^ La limite thermodynamique : ce seuil d'efficience appelée aussi la limite de Carnot est fixée à 86%. Elle est due à l'entropie des photons émis par la surface du soleil. ^ Efficience Quantique : il s'agit de taux de conversion des photons incidents au courant électrique. Ces divers facteurs de perte de l'efficience ont conduit les chercheurs à trouver les moyens d'optimisation pour les rendements des celles solaires. ,F2 `I [00125] Le processus de conversion énergétique et la photo génération des porteurs de charges Lorsque les photons d'énergie E = hv, frappent la couche semi-conductrice d'une structure photovoltaïque, les trois phénomènes suivants se produisent : a) les photons de faibles énergies passent à travers de ce dispositif b) Ils sont réfléchis c) Ils sont absorbés Dans ce dernier cas de figure, Les électrons de charge e = 1.6 * 10-19 C, sont arrachés de leurs atomes et se déplacent à l'intérieur de matériel semi-conducteur, laissant vacant une place vide ou trou, on dit que les photons créent un pair d'électrons-trou. Cette transition des électrons de la bande de valence à celle de conduction, s'explique par le fait que l'énergie des radiations solaires est plus grande que la bande gap de la couche semi-conductrice, ce qui suffit largement d'exciter les électrons. La figure (14a) illustre le principe de photo génération dans la bande de valence en fonction de dopage. [[00126] Le spectre solaire, le corps noir et la prise en compte des aspects quantiques : Le spectre fréquentiel solaire fournit une approximation du spectre du corps noir à une température de 5800K.In the following, we will recall these various factors of loss of efficiency: The Shockley-Queisser limit: calculated by William Shockley and Hans Queisser in 1961 at Shockley Semiconductor, this limit refers to the theoretical maximum threshold of efficiency. a solar cell using a pn junction at the absorbing layer. It is set at 33.7%. This is the most fundamental and important factor of efficiency loss in the field of solar energy production. Figure (8d) shows the representative Shockley-Queisser boundary curve. The thermodynamic limit: this efficiency threshold, also called the Carnot limit, is set at 86%. It is due to the entropy of photons emitted by the sun's surface. ^ Quantum Efficiency: this is the rate of conversion of photons incident to the electric current. These various factors of loss of efficiency have led researchers to find ways of optimizing the yields of solar ones. The energy conversion process and the photo generation of the charge carriers When the energy photons E = hv strike the semiconductor layer of a photovoltaic structure, the following three phenomena occur: a ) the low energy photons pass through this device b) They are reflected c) They are absorbed In the latter case, the electrons charge e = 1.6 * 10-19 C, are torn off their atoms and move inside semiconductor material, leaving vacant an empty place or hole, photons are said to create a pair of electron-hole. This transition of the electrons of the valence band to that of conduction is explained by the fact that the energy of the solar radiation is greater than the gap band of the semiconductor layer, which is largely sufficient to excite the electrons . Figure (14a) illustrates the principle of photo generation in the valence band as a function of doping. [00126] The solar spectrum, the black body and the consideration of quantum aspects: The solar frequency spectrum provides an approximation of the spectrum of the black body at a temperature of 5800K.
Les radiations solaires qui atteignent la terre ont composées de photons dont l'énergie est bien supérieure à la band de gap de la couche absorbante semi-conductrice. Cette grand écart énergétique est à l'origine de perte d'efficience des cellules solaires, puisqu'une grande partie de ces radiations solaires (électromagnétiques) se convertie en chaleur par la vibration de Lattice, appelée aussi Phonon ou quantum d'énergie de vibration.The solar radiation that reaches the earth has composed of photons whose energy is much higher than the gap band of the semiconductive absorbing layer. This large energy gap is at the origin of efficiency loss of the solar cells, since a large part of these solar (electromagnetic) radiations is converted into heat by the vibration of Lattice, also called Phonon or quantum of vibration energy. .
Dans un solide cristallin, pour un mode de vibration de fréquence donné v, les échanges d'énergies sont discrétisées et s'effectuent par les paquets d'énergie quantité hv. Exemple de QD est donné en figure 14b : La courbe de point quantum de CuInSe2 PV- quantum dots (appelé aussi QDs) [00127] Substrats ; nous avons notés que le substrat a une importance majeur dans la réalisation des cellules solaires. Notamment, les cellules solaires Cu (In, Ga) Se2 (CIGS) sur des feuilles d'aluminium offrent l'avantage d'être souple, léger et, en raison du substrat à faible coût, pouvant être utilisé pour plusieurs applications, notamment dans les bâtiments, où l'aluminium est déjà couramment utilisée. Il ya des rapports de cellules solaires a-Si sur la feuille d'aluminium, mais le développement des cellules solaires CIGS sur Alu feuilles n'ont pas été signalés. Nous avons développé CIGS cellules solaires sur des échantillons revêtus Alu- fleuret. Lors de l'utilisation Alu comme substrat, des couches de CIGS des propriétés structurales et optoélectroniques appropriés doivent être cultivées à basse (< 450 ° C) des températures de dépôt, en raison de la différence dans le thermo physiques propriétés des couches et des substrats. Nous avons grandi couches de CIGS par évaporation du Cu élémentaire, In, Ga et Se à des températures différentes de substrat et étudié les propriétés de ces couches de CIGS par différentes méthodes. La propriété photovoltaïque des cellules solaires de petites régions sont caractérisées par IV et Les mesures de rendement quantique. Un rendement de 6,6% a été atteint, qui est la plus grande efficacité rapportée à ce jour pour les cellules solaires CIGS sur Alu foils. Nous avons également observé que certains Alu à partir de la feuille se dissout pendant Chemical Déposition de bain (CBD) de la CDS. La présence d'Alu dans le bain semble, dans un certain cas, être bénéfique pour les propriétés électriques des cellules solaires CIGS. Plus fine et plus homogène CDS- couches sont obtenues. recul élastique Analyse de détection ( ADER ) et les mesures SILVIS ont montré incorporation de Alu dans les CdS (D. Brémaud , D. Rudmann , M. Kaelin , G. Bilger , H. Zogg , AN Tiwari , " flexible et léger Cu (In, Ga) Se2 cellules solaires sur des feuilles d'aluminium », Actes du 20ème européen Photovoltaic Solar Energy Conference , Barcelone , p. 152-155 , 2005.). 25 3016240 Tableau 2 A titre d'exemple, l'application présente ci-après la Propriétés de cellules Solaires CIGS sur SS substrats avec ou sans barrières de diffusion ZnO. Eff (%) Voc (V) Jsc (mA/cm2) FF(%) Without ZnO 6.63 0.46 28.68 0.51 With Zn0(1mm) 9.94 0.51 31.76 0.61 With ZnO(2mm) 10.0 40.5 131.80 0.62 With ZnO(3mm) 10.0 40.5 031.16 0.64 10 L'incorporation de Na peut se traduire par une amélioration de l'efficacité et de la fiabilité des cellules solaires CIGS. Ainsi, de nouvelles améliorations dans la performance des cellules sont attendues par incorporation de Potassium (K) et de Sodium (Na). [00128] Passivation de surface arrière de film à couche mince CIGS à l'aide des contacts 15 ponctuels de taille nanométrique. Record de l'efficacité des cellules solaires du monde pour film mince et le silicium (Si) les cellules solaires sont respectivement de 19,6 % et 25,0%, où les meilleurs technologies de films à couche minces les plus performantes sont basées sur les couches absorbante CIGS. Il convient de dire qu'une grande partie de cet écart du record du monde dans la cellule entre la technologie Si et CIGS sur l'efficacité de cette dernière découle directement de leur différence de 20 complexité de la conception de la cellule. Dans l'industrie du photovoltaïque à base de silicium Si, on utilise une passivation plus avancé de l'émetteur et de l'arrière de la cellule (appelé PERC) ou l'émetteur pacifié diffusé à l'arrière localement (appelé PERL) et des cellules analogiques sont introduites et mises en place pour atteindre 25 des rendements élevés avec des wafers plus fins. Les meilleurs résultats sont obtenue par l'utilisation de - couches de passivation surface à l'avant et à l'arrière, - et localement - des contacts ponctuels diffusés à l'arrière. 30 L'arrière de ces conceptions avancées cellulaires de Si est amélioré par une combinaison d'une série suffisante de passivation de surface arrière et des contacts ponctuels locaux de taille de micron. Figure 15 représente une illustration du chemin parcouru par la lumière dans une couche de 35 passivation arrière (passivation diélectrique arrière avec SiO2, Al2 03/ SiNx et low-n) servant de réflecteur interne dans une cellule solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. [00129] Comme décrit en section [00124], selon la théorie de physique sous-jacente. Le spectre solaire, le corps noir et la prise en compte des aspects quantiques nous conduit à regarder 40 de plus près le spectre fréquentiel solaire fournissant une approximation du spectre du corps noir à une température de 5800K. Les autres corps physiques émettent les radiations d'énergie qui sont fonction de leurs émissivités E qui est une fraction de celle d'un corps noir pour lequel s=1. [00130] Principe de l'éponge (Adsorption) 45 L'adsorption est le phénomène par lequel un solide retient des molécules à sa surface. Stocker l'hydrogène sous forme solide repose ainsi sur la capacité de certains matériaux à adsorber le dihydrogène sur eux-mêmes. Des multiples variantes sont actuellement en développement pour permettre un moyen de stockage de l'énergie par l'hydrogène 50 Seuls les hydrures formant des liaisons métalliques agissent ainsi, en véritable « éponge à hydrogène ». Parmi eux, l'hydrure de magnésium (de formule MgH2) réduit en très fine poudre est le plus intéressant à utiliser grâce à son importante capacité de stockage, mais aussi et surtout à sa rapidité de restitution au besoin du gaz. Issu d'un minerai disponible en grande quantité un peu partout sur la planète, l'hydrure de magnésium qui se trouverait sous forme d'une poudre blanche dans les réservoirs, 55 est léger, stable, recyclable, et sans impact sur la planète à son utilisation. 5 La réaction est exothermique qui produit un dégagement de chaleur à l'adsorption de l'hydrogène. A l'inverse, la désorption, par laquelle le gaz est libéré, est endothermique, nécessitant l'apport externe de chaleur pour atteindre les 300°C nécessaires à l'opération. Voilà pourquoi on privilégiera ici l'utilisation de l'hydrogène dans un moteur à explosion dont la chaleur de fonctionnement profitera à la désorption. Cette méthode permettrait de s'affranchir des principaux inconvénients rencontrés lors de la compression ou de la liquéfaction du gaz. Mais il faudra encore attendre longtemps avant de la voir se généraliser. D'autres techniques sont toujours envisagées pour stocker l'hydrogène sous forme solide, nécessitant, aussi et encore, de relativement longues recherches.In a crystalline solid, for a vibration mode of given frequency v, the exchanges of energies are discretized and are carried out by the energy packets quantity hv. Example of QD is given in Figure 14b: The Quantum Point Curve of CuInSe2 PV-quantum dots (also called QDs) [00127] Substrates; we noted that the substrate has a major importance in the realization of solar cells. In particular, Cu (In, Ga) Se2 (CIGS) solar cells on aluminum foils offer the advantage of being flexible, light and, because of the low cost substrate, which can be used for several applications, especially in buildings, where aluminum is already commonly used. There are reports of a-Si solar cells on aluminum foil, but the development of CIGS solar cells on Alu leaves have not been reported. We developed CIGS solar cells on Alu-foil coated samples. When using Alu as a substrate, CIGS layers of suitable structural and optoelectronic properties must be grown at low (<450 ° C) deposition temperatures, due to the difference in the thermo physical properties of the layers and substrates . We have grown layers of CIGS by evaporation of elemental Cu, In, Ga and Se at different substrate temperatures and studied the properties of these CIGS layers by different methods. The photovoltaic property of solar cells in small regions are characterized by IV and quantum efficiency measurements. A yield of 6.6% was achieved, which is the highest efficiency reported to date for CIGS solar cells on Alu foils. We also observed that some Alu from the sheet dissolves during Chemical Bath Deposition (CBD) of the CDS. The presence of Alu in the bath appears, in one case, to be beneficial for the electrical properties of CIGS solar cells. Thinner and more homogeneous CDS-layers are obtained. Elastic Recoil Detection Analysis (ADER) and SILVIS measurements have shown incorporation of Alu into CdS (D. Brémaud, D. Rudmann, M. Kaelin, G. Bilger, H. Zogg, Tiwari AN, flexible and light Cu ( In, Ga) Se2 solar cells on aluminum foils, Proceedings of the 20th European Photovoltaic Solar Energy Conference, Barcelona, pp. 152-155, 2005.) As an example, the present application hereinafter CIGS solar cell properties on SS substrates with or without ZnO scattering barriers Eff (%) Voc (V) Jsc (mA / cm2) FF (%) Without ZnO 6.63 0.46 28.68 0.51 With Zn0 (1mm) 9.94 0.51 31.76 0.61 With ZnO (2mm) 10.0 40.5 131.80 0.62 With ZnO (3mm) 10.0 40.5 031.16 0.64 10 The incorporation of Na can result in an improvement in the efficiency and reliability of CIGS solar cells. Improvements in cell performance are expected by incorporation of Potassium (K) and Sodium (Na). [00128] CIGS thin film film rear surface passivation using nano-sized spot contacts. World solar cell efficiency record for thin film and silicon (Si) solar cells are respectively 19.6% and 25.0%, where the best thin-film technologies perform best are based on the CIGS absorbent layers. It should be said that much of this gap in the world record in the cell between Si and CIGS technology on the effectiveness of the latter stems directly from their difference in the complexity of the design of the cell. In the silicon-based photovoltaic industry Si, a more advanced passivation of the transmitter and the back of the cell (called PERC) or the pacified transmitter diffused at the back locally (called PERL) and analog cells are introduced and put in place to achieve high yields with finer wafers. The best results are obtained by the use of - passivation layers on the front and back, - and locally - spot contacts scattered on the back. The backside of these advanced Si cell designs is enhanced by a combination of a sufficient back surface passivation series and local micron sized spot contacts. Figure 15 is an illustration of the path traveled by light in a rear passivation layer (back dielectric passivation with SiO 2, Al 2 O 3 / SiN x and low-n) as an internal reflector in a high efficiency solar cell subject of the invention. present invention. As described in section [00124], according to the underlying physics theory. The solar spectrum, the black body and the taking into account of the quantum aspects leads us to look more closely at the solar frequency spectrum providing an approximation of the black body spectrum at a temperature of 5800K. The other physical bodies emit radiations of energy which are a function of their emissivities E which is a fraction of that of a black body for which s = 1. Adsorption is the phenomenon by which a solid retains molecules on its surface. Storing hydrogen in solid form thus relies on the ability of certain materials to adsorb the hydrogen on themselves. Multiple variants are currently being developed to allow a means of storing energy with hydrogen. Only hydrides forming metal bonds thus act as true "hydrogen sponges". Among them, magnesium hydride (formula MgH2) reduced in very fine powder is the most interesting to use because of its large storage capacity, but also and especially its speed of return to the need of gas. From magnesium hydride in the form of a white powder in the reservoirs, 55 is light, stable, recyclable, and has no impact on the planet. its use. The reaction is exothermic which produces a release of heat upon hydrogen adsorption. Conversely, the desorption, by which the gas is released, is endothermic, requiring external heat input to reach the 300 ° C required for the operation. This is why we will privilege the use of hydrogen in a combustion engine whose operating heat will benefit the desorption. This method would make it possible to overcome the main disadvantages encountered during compression or liquefaction of the gas. But it will be necessary to wait a long time before seeing it generalize. Other techniques are still envisaged for storing hydrogen in solid form, requiring, again and again, relatively long research.
Tableau 3 est un tableau comparatif des solutions de stockage de 112 Stockage de l'hydrogène par Etat Avantages Inconvénients Compression Forme La plus utilisée, Bien maîtrisée- La moins coûteuse à ce jour Pression pas assez importante pour stocker de grands volumes - Risque d'explosion si trop grande pression gazeuse Liquéfaction Forme liquide - Contraintes mécaniques importantes car risques de fuite - Energie dépensée importante Bien maîtrisée Stocke de plus grands volumes Forme Plus sécurisant, Capacité Adsorption En cours de recherche - Complexe et cher solide de stockage modulable A côté du stockage sous forme solide sur d'autres matériaux, on peut aussi contenir l'hydrogène par compression ou à l'état liquide. De manière synthétique, les avantages et les inconvénients du stockage de l'hydrogène selon son état en Tableau 3. L'inventeur propose d'utiliser la libération de l'hydrogène par désorption dans un système à base adsorption d'hydrogène pour palier au constant de temps lors des appels de courant comme décrit dans le brevet d'application ROUSTAEI et al, BOPI 2 931 844, DDB 08 03019, déposé le, 02/06/2008, et intégré dans la présente application de demande de brevet dans sa globalité par référencement. AVANTAGES DE L'INVENTION Les principaux avantages remarquables de la présente invention sont : 1) Apporter une solution industrielle en traitant un maximum de surface avec une architecture en R2R optimisée et une amélioration considérable dans les temps de cycle, par augmentation simultanée de surface traitée en sALD. 2) Diminution des volumes des gaz dans la chambre de réaction à traiter lors du chargement des précurseurs, des réactants et de la purge en mélangeant les process ALD et MLD. 3) Diminution de la durée du cycle et temps de dépôt par surface traité. 4) Disposition du système de chauffe au plus près des surfaces du substrat à traiter. 5) Une grande pluralité de traitements des bobines par dépôt simultané de plusieurs couches. 6) Un des avantages majeurs de la présente invention est le Dépôt simultané de différents matériaux et cela par le paramétrage individuel des buses d'arrivées des gaz précurseurs et réactant (rendu possible par faible gap / distances entre les têtes et le substrat). 7) Autre avantage de la présente invention est l'augmentation du rendement énergétique des cellules multi spectrales photovoltaïques par la structuration de la molécule lors de construction par dépôt moléculaire successifs organique et inorganique. 8) Autre avantage de la présente invention est la Diminution de temps de Préparation et/ou le prétraitement du support ou du substrat. 9) Un des avantages économiques prépondérants de l'invention est l'utilisation de matériaux de grande disponibilité et peu cher. 10) Autre avantage de la présente invention est Une production en flux tendu sous forme de « rouleaux à rouleaux », à grande capacité de sortie avec des processus en batch 3016240 (séquentiellement programmée). 11) Autre avantage de la présente invention est Une diminution des manipulations du substrat et des bobines. 12) Autre avantage de la présente invention est la possibilité de production de H2 instantanément 5 pour palier au constant de temps lié à la réaction de l'électrolyseur nanotique au démarrage pour un accès immédiat à H2 en phase de l'appel de courant par désorption suite à un étage intermédiaire d'Adsorption évitant le stockage de H2 dans le cas de l'énergie à la demande PPE (voir brevet d'invention DDI3 08 03019, déposé le 02/06/2008 et intégrés dans la présente application dans sa globalité par référencement). 10 13) Autre avantage de la présente invention est de disposer d'Un étage de stockage intégré au support de la cellule solaire offrant une possibilité de production de l'électricité instantanément pour palier à la nature intermittente de lié à la réaction de l'électrolyseur nanotique au passage des nuages ou manque d'ensoleillement ou encore jour/nuit servant de l'étage tampon de stockage d'électricité. 15 14) Autre avantage de la présente invention est l'Utilisation de la superficie entière de la cellule solaire pour un stockage de l'électricité intégré au substrat offrant une autonomie en consommation de l'énergie produite par la cellule elle-même à la demande de l'utilisateur 15) Un des avantages de la présente invention est que selon le domaine d'application, les cellules solaires peuvent être fabriquées sur des films souples en matière plastique ou sur des substrats 20 de verre rigides. L'invention offre une pleine imprimabilité des cellules solaires, et la suppression du recours à l'oxyde d'indium-étain (ITO) en tant que matériau d'électrode. Dans le cas de cellules avec des substrats flexibles, les inventeurs utilisent à la place de l'ITO des films conducteurs transparents. Pour celles avec des substrats en verre, ils utilisent un dépôt d'électrodes transparentes à base de microstructures métalliques et de couches tampons 25 conductrices. En outre, les inventeurs se consacrent à l'étude de cellules solaires et de mini- modules semi-transparents et très efficaces à base de semi-conducteurs organiques. 16) Grande capacité de l'outil de production des cellules photovoltaïques et/ou organique en couches minces et/ou ETA ainsi que des Diode électroluminescente organique (OLED ou d'une manière générale du film en couches minces sur substrat sous forme des films flexibles 30 ou rigides. 17) Adaptabilité de l'innovation à des substrats autres qu'en forme de bobine ou flexible (par exemple des substrats rigides sous forme de plaques rectangulaires ou carrée). 18) Un autre avantage de la présente invention est une pluralité des traitements des bobines en parallèle. 35 19) Autre avantage de la présente invention est la possibilité de hybridation des process sur la même ligne de production et en même temps (à la fois) sur un substrat mobile en en mouvement. 20) Autre avantage de la présente invention est le traitement parallèle d'une ou de plusieurs bobine du film flexible, apportant une diminution considérable de manipulations lors de réalisation 40 capacitaires des bobines des cellules photovoltaïques ou des bobines de film pour la production d'écrans OLED lors des processus de fabrication. 21) Autre avantage de la présente invention est la Construction atomique des molécules complexes ainsi que les cellules hybrides d'oxyde de titane poreux (TiOx) greffées par des atomes de cuivre, d'Indium et du sélénium (CIS) , avec une stoechiométrie des matériaux et une disposition dans l'espace que seule la présente invention peut y parvenir à grand échelle. 22) Autre avantage de la présente invention est la Construction moléculaire des couches MLD a. Hybridation des couches interfaces b. Modélisation des textures nanotiques c. Croissance des interfaces inter-couches 23) Un autre avantage de la présente invention est l'Optimisation de réalisation des cellules tandems par réalisation des couches intercalaires sous forme de film transparent 24) Autre avantage de la présente invention est l'utilisation des couches Convertisseurs de rayonnements invisibles 25) Autre avantage de la présente invention est l'utilisation des couches Convertisseur de chaleur par la mise en oeuvre des piézonano-éléments 26) Un autre avantage de la présente invention est le Stockage de l'énergie intégré au substrat (appelé aussi à bord) de la cellule 3016240 27) Un autre avantage de la présente invention est naturellement l'utilisation notamment la technique d'hybridation pour augmenter très sensiblement les rendements solaires par : a. ALD et sALD de déposition atomique pour la construction des molécules selon une ingénierie en 3D par : 5 b. Augmentation de bande gap, voire son doublement et adresser le cas des quasi- particules notamment palier aux phénomènes des « paquets de vibration » des phonons. c. Augmentation de Point Quantum 28) Un autre avantage de la présente invention est naturellement l'utilisation MLD pour permettre la réalisation : 10 a. Couches organiques et inorganique sur le même substrat b. Croissance des structures et textures complexes de capture et de piège photons c. Réalisation des interfaces entre couches bas-coûts (low-cost) d. Conception des couches Intercalaires pour la croissance épitaxiale de couches minces de semi-conducteurs 15 29) Un autre avantage de la présente invention est l'Utilisation de MLD en couche interface Piézonanofils (or Piézonanotubes) 30) Un autre avantage de la présente invention est l'Utilisation de MLD en couche interface nanotubes cristaux liquides 31) Un autre avantage de la présente invention est le Stockage intégré au substrat par : 20 a. Utilisation des nano titanate pour augmenter la durée de vie avec MLD en couche mince sur substrat de cellule solaire b. Utilisation des électrolyte-semi gel en impression pour batteries intégrées aux substrats c. Utilisation de MLD en interface couches stockage 25 D'un façon générale, l'avantage de la présente invention est d'apporter une solution industrielle en traitant un maximum de surface avec une architecture volumétrique 3D (par exemple en spirale) et optimisée dans les temps de cycle de traitement, augmentant les surfaces des substrats à traiter dans une forme spirale particulière, en disposant les sources de chauffe au plus prés des substrats à traiter d'une part, 30 Et en diminuant les volumes des gaz dans les chambres de réaction, d'autre part. [00131] La démarche avantageuse de la conception de la présente invention Cette disposition particulière de traitement par la technique ALD ou sALD (spatial half reaction) présente l'avantage de traiter de grandes surfaces en un temps réduit. Cette performance est rendu 35 possible par l'architecture même du dispositif (forme /disposition des sources de chauffe et des buses d'arrivée des gaz précurseurs, réactants et leur purge). Nous résumons ci-après les différentes étapes mise en oeuvre dans le processus de conception et de fabrication propre à la présente invention : 40 A) Le processus cible : le développement d'un système (un ensemble) de solutions à base de sélénium qui contient des précurseurs pour la formation de CIGS avec s-ALD afin de produire rapidement des cellules à haute performance / large surface. ^ La particularité et la force de la présente invention résident dans ses processus s-ALD, grâce à ce type de processus la production des cellules solaires à couches minces est 45 optimisée notamment en termes d'efficience et du temps de fabrication : i. 16% d'efficience ii. Une durée de 20 minutes pour un cycle complet de fabrication, produisant une densité de puissance maximale de 150Wc ni2 (en Wc nr2 : Watt-crête par mètre carré). 50 B) Un résumé de processus : le dépôt d'une couche absorbante allant jusqu'à 100nm sur un film P Er avec une uniformité excellente ainsi qu'une vitesse de fabrication de plus de 100nm/min dans le processus R2R s-ALD5 inventé et conçu par la présente invention. C) Capacité de production en output : les ordres de grandeur : I. 500kW/ jour, avec les résultats des tests validés suivants : Polyethylene terephthalate : Poly téréphtalate d'éthylène : Cio H8 04 5 Roll to Roll Spatial-ALD 3016240 II. 600rpm6 et 100nm d'épaisseur d'A/203 en 60sec. D) Une séparation spatiale dans le processus : le concept d'ALD de la présente invention est basé sur la séparation spatiale des demi-réactions : ^ le réacteur est doté des zones séparées qui exposent les précurseurs un par un sur le 5 substrat qui se situe sous le réacteur. ^ un dispositif de palier à gaz entre ces deux zones élimine la diffusion croisée des gaz, par conséquent les étapes de purge sont nécessaires. ^ l'échelle temporelle pour une demi-réaction est de l'ordre de 10ms, cela permet des dépôts à taux très élevés pour une meilleure qualité des films ALD. 10 E) l'interface cinétique transitionnelle : un projet sous le nom de : R2R s-ALDTF/CIGS suit son cours de progression avec les résultats prometteurs et satisfaisants dans la procédure de validation et d'obtention des Brevets F) la variation de la couche tampon d'ALD est contenue par la couche tampon ZnO. Les diverses épaisseurs de cette composante ont été déposés par le processus ALD sur des 15 substrats similaires comme TCO/PS. G) A titre d'exemple, nous pouvons noter quelques absorbantes cibles : / CIGS 1000nm / CZTS 500nm / ZnO/CdSe 80/150nm 20 / ZnO/TiO2 / CuSCN / CdSe 30nm [00132] Résumées de quelques applications les plus courantes du processus ALD dans 25 lequel nous avons indiqué les composantes chimiques utilisées : 1) Les oxydes : A1203, Ti02, Sn02, ZnO, Hf02 a. Couche anticorrosion (nano laminâtes) b. Barrières de diffusion c. Capteurs des gaz 30 d. Circuits intégrés e. Films à couches minces : Optique 2) Les métaux : Cu, Ru, Ir, Pt a. Conducteurs électriques 35 b. la métallisation utilisée dans l'industrie des circuits intégrés c. Couches d'adhésion et de nucléation 3) Le nitrite des métaux : TiN, NbN, AlTiN, TaN et TiA1N a. Barrières de diffusion 40 b. Supraconducteurs c. Matériels biomédicaux [00133] Le défi technologique d'aujourd'hui dans le domaine des énergies renouvelables est d'optimiser les processus de la conception et de la fabrication des modules photovoltaïques afin 45 d'augmenter leur efficience. Les principales avantages techniques et méthodologies de fabrication des films photovoltaïques à couches minces ou TFPV de la présente invention sont : ^ la technologie de rupture nano s-ALD et CIGS associée au processus R2R. ^ utilisation de la technique de dépôt par la couche atomique ALD (Atomic Layer Deposition) 50 beaucoup plus avantageuse que les autres techniques de dépôt comme CVD. ^ la réalisation de la couche absorbante par les précurseurs CIGS. ^ l'ingénierie de la structure de la cellule CIGS avec le contrôle de la croissance de la molécule lors de sa formation. L'uniformité et la qualité sont des facteurs considérés très favorables par l'inventeur pour une cellule solaire hautement efficace et économique. 55 6 Révolution ou tour par minute : 1/60 Hz V [00134] Un des avantages de la présente invention est sa mise en oeuvre sur les cellules solaires hybrides et bifaces. En effet ; le convertisseur (convertisseur élévateur) parvient à utiliser la lumière infrarouge lorsque les rayons du soleil arrivent sur la cellule. Celle-ci absorbe la lumière visible et le proche infrarouge. La majorité de la composante infrarouge n'est cependant pas absorbée et passe à travers la cellule. Sur la face arrière, cette composante arrive sur le convertisseur à grande puissance (convertisseur élévateur) - essentiellement une poudre microcristalline de fluorure de sodium et d'yttrium intégré/enchâssée dans un polymère.Table 3 is a table comparing the storage solutions of 112 Storage of hydrogen by state Advantages Disadvantages Compression Form The most used, Well controlled - The least expensive to date Pressure not large enough to store large volumes - Risk of explosion if too much gas pressure Liquefaction Liquid form - Important mechanical constraints because of risks of leakage - Energy spent important Well mastered Stores larger volumes Safer form, Capacity Adsorption In the course of research - Complex and expensive solid storage modular Beside the storage under solid form on other materials, it can also contain hydrogen by compression or in the liquid state. In a synthetic way, the advantages and the disadvantages of the storage of the hydrogen according to its state in Table 3. The inventor proposes to use the liberation of hydrogen by desorption in a system based on adsorption of hydrogen to pay the constant of time during current calls as described in the patent application ROUSTAEI et al, BOPI 2 931 844, DDB 08 03019, filed on, 02/06/2008, and integrated in the present application of patent application in its entirety by referencing. ADVANTAGES OF THE INVENTION The main outstanding advantages of the present invention are: 1) To provide an industrial solution by treating a maximum area with an optimized R2R architecture and a considerable improvement in cycle times, by simultaneous increase of surface treated in SÅLD. 2) Decrease of the volumes of the gases in the reaction chamber to be treated during the loading of the precursors, the reactants and the purge by mixing the ALD and MLD processes. 3) Decrease in cycle time and deposition time per treated area. 4) Layout of the heating system as close as possible to the surfaces of the substrate to be treated. 5) A large plurality of reel treatments by simultaneous deposition of several layers. 6) One of the major advantages of the present invention is the simultaneous deposition of different materials and this by the individual parameterization of the arrival nozzles of the precursor and reactant gases (made possible by small gap / distances between the heads and the substrate). 7) Another advantage of the present invention is the increase in the energy efficiency of multi spectral photovoltaic cells by the structuring of the molecule during construction by successive molecular organic and inorganic deposition. Another advantage of the present invention is the reduction in preparation time and / or pretreatment of the support or substrate. 9) One of the major economic advantages of the invention is the use of high availability materials and inexpensive. Another advantage of the present invention is a high throughput production in the form of "rollers" with batch processes 3016240 (sequentially programmed). 11) Another advantage of the present invention is a reduction in the handling of the substrate and coils. Another advantage of the present invention is the possibility of producing H2 instantaneously to overcome the constant time associated with the reaction of the nanotech electrolyser at startup for immediate access to H2 in the phase of the current draw by desorption. following an intermediate Adsorption stage avoiding the storage of H2 in the case of energy on demand PPE (see patent of invention DDI3 08 03019, filed 02/06/2008 and integrated in the present application in its entirety by referencing). Another advantage of the present invention is to have a storage stage integrated with the support of the solar cell providing a possibility of producing electricity instantaneously to overcome the intermittent nature of the reaction of the electrolyser. nanotechnology in the passage of clouds or lack of sunshine or day / night serving as the storage buffer of electricity. 14) Another advantage of the present invention is the use of the entire area of the solar cell for a storage of electricity integrated in the substrate providing autonomy in consumption of the energy produced by the cell itself on demand One of the advantages of the present invention is that depending on the field of application, the solar cells can be fabricated on flexible plastic films or on rigid glass substrates. The invention provides full printability of solar cells, and the removal of the use of indium tin oxide (ITO) as the electrode material. In the case of cells with flexible substrates, the inventors use transparent conductive films in place of the ITO. For those with glass substrates, they use a transparent electrode deposit based on metal microstructures and conductive buffer layers. In addition, the inventors are dedicated to the study of solar cells and semi-transparent and highly efficient mini-modules based on organic semiconductors. 16) Large capacity of the production tool of photovoltaic cells and / or organic thin film and / or ETA and organic light-emitting diode (OLED or generally film thin film on substrate in the form of flexible films Or rigid 17) Adaptability of the innovation to non-coil or flexible substrates (eg rigid substrates in the form of rectangular or square plates). Another advantage of the present invention is a plurality of parallel coil processing. Another advantage of the present invention is the possibility of hybridization of processes on the same production line and at the same time (both) on moving moving substrate. Another advantage of the present invention is the parallel processing of one or more coils of the flexible film, providing a considerable reduction in handling when making capacitors 40 of the coils of photovoltaic cells or film coils for the production of screens. OLED during manufacturing processes. Another advantage of the present invention is the Atomic Construction of complex molecules as well as the hybrid cells of porous titanium oxide (TiOx) grafted with copper, indium and selenium (CIS) atoms, with a stoichiometry of materials and a spatial arrangement that only the present invention can achieve on a large scale. Another advantage of the present invention is the molecular construction of MLD layers a. Hybridization of the interface layers b. Modeling of nanotic textures c. Another advantage of the present invention is the optimization of realization of the tandem cells by making the interlayer layers in the form of a transparent film. Another advantage of the present invention is the use of the converters layers. Another advantage of the present invention is the use of heat transfer layers by the use of piezano-elements. Another advantage of the present invention is the storage of the energy integrated in the substrate (also called Another advantage of the present invention is, of course, the use of the hybridization technique for substantially increasing the solar yields by: a. ALD and sALD atomic deposition for the construction of molecules according to 3D engineering by: 5 b. Increase of the gap band, or even its doubling, and address the case of quasipartic particles, notably the so-called "vibration packets" of the phonons. c. Another advantage of the present invention is of course the use of MLD to enable the realization of: a. Organic and inorganic layers on the same substrate b. Growth of structures and complex textures of capture and trap photons c. Realization of interfaces between low-cost layers (low-cost) d. [0009] Another advantage of the present invention is the use of MLD in a Piezonanil (Piezonanotubes) interface layer. Another advantage of the present invention is that of the present invention. Another advantage of the present invention is the storage integrated into the substrate by: a. Use of nano titanate to increase the lifetime with MLD in thin layer on solar cell substrate b. Use of electrolyte-semi gel printing for batteries integrated into substrates c. In general, the advantage of the present invention is to provide an industrial solution by treating a maximum surface with a 3D volumetric architecture (for example spiral) and optimized in time. process cycle, increasing the surfaces of the substrates to be treated in a particular spiral shape, by arranging the heating sources as close to the substrates to be treated on the one hand, and by reducing the volumes of the gases in the reaction chambers, on the other hand. [00131] The advantageous approach of the design of the present invention This particular arrangement of treatment by the ALD technique or sALD (spatial half reaction) has the advantage of treating large areas in a reduced time. This performance is made possible by the very architecture of the device (shape / layout of the heating sources and arrival nozzles of the precursor gases, reactants and their purge). We summarize below the various steps implemented in the design and manufacturing process specific to the present invention: A) The target process: the development of a system (a set) of selenium-based solutions which contains precursors for CIGS formation with s-ALD to rapidly produce high performance / wide surface cells. The peculiarity and strength of the present invention lies in its s-ALD processes, thanks to this type of process the production of thin-film solar cells is optimized especially in terms of efficiency and manufacturing time: i. 16% efficiency ii. A time of 20 minutes for a complete cycle of manufacture, producing a maximum power density of 150Wc ni2 (in Wc nr2: Watt-peak per square meter). B) A process summary: the deposition of an absorbent layer up to 100nm on a P Er film with excellent uniformity as well as a manufacturing speed of more than 100nm / min in the invented R2R s-ALD5 process and designed by the present invention. C) Production capacity in output: orders of magnitude: I. 500kW / day, with the following validated test results: Polyethylene terephthalate: Polyethylene terephthalate: Cio H8 04 5 Roll to Roll Spatial-ALD 3016240 II. 600rpm6 and 100nm thick A / 203 in 60sec. D) Spatial separation in the process: The concept of ALD of the present invention is based on the spatial separation of the half-reactions: the reactor is provided with separate zones which expose the precursors one by one on the substrate which is located under the reactor. A gas bearing device between these two zones eliminates the cross-diffusion of the gases, therefore the purge steps are necessary. The time scale for a half-reaction is of the order of 10 ms, this allows very high rate deposits for a better quality of the ALD films. 10 E) the transitional kinetic interface: a project under the name: R2R s-ALDTF / CIGS is progressing with the promising and satisfactory results in the process of validation and obtaining the patents F) the variation of the Buffer layer of ALD is contained by the ZnO buffer layer. The various thicknesses of this component have been deposited by the ALD process on similar substrates like TCO / PS. G) As an example, we can note some target absorbents: / CIGS 1000nm / CZTS 500nm / ZnO / CdSe 80 / 150nm 20 / ZnO / TiO2 / CuSCN / CdSe 30nm [00132] Summaries of some of the most common applications of the process ALD in which we have indicated the chemical components used: 1) Oxides: Al 2 O 3, TiO 2, SnO 2, ZnO, HfO 2 a. Anticorrosion layer (nano laminates) b. Diffusion barriers c. Gas sensors 30 d. Integrated circuits e. Thin films: Optics 2) Metals: Cu, Ru, Ir, Pt a. Electric conductors 35 b. metallization used in the integrated circuit industry c. Adhesion and nucleation layers 3) Nitrite of metals: TiN, NbN, AlTiN, TaN and TiA1N a. Diffusion barriers 40 b. Superconductors c. Biomedical Materials [00133] Today's technological challenge in the field of renewable energies is to optimize the processes of the design and manufacture of photovoltaic modules in order to increase their efficiency. The main technical advantages and manufacturing methodologies of the thin film photovoltaic films or TFPVs of the present invention are: the nano-ALD and CIGS breaking technology associated with the R2R process. The use of the atomic layer deposition technique ALD (Atomic Layer Deposition) 50 is much more advantageous than other deposition techniques such as CVD. the realization of the absorbing layer by CIGS precursors. ^ engineering the structure of the CIGS cell with the control of the growth of the molecule during its formation. Uniformity and quality are factors considered very favorable by the inventor for a highly efficient and economical solar cell. Revolution or RPM: 1/60 Hz [00134] One of the advantages of the present invention is its implementation on hybrid and biface solar cells. Indeed ; the converter (boost converter) manages to use infrared light when the sun's rays arrive on the cell. This absorbs visible light and the near infrared. The majority of the infrared component, however, is not absorbed and passes through the cell. On the back, this component arrives on the high-power converter (boost converter) - essentially a microcrystalline powder of sodium fluoride and integrated yttrium / embedded in a polymer.
Lorsque la lumière arrive sur ce convertisseur, cela excite les ions erbium et les placent dans un état d'énergie supérieur. Le retour à des niveaux d'énergie inférieurs s'accompagne d'émission de lumière, que la cellule solaire est capable de "voir" et d'utiliser. Un des avantage de la présente invention est la création des films souple transparent permettant une utilisation dans le vitrage, sur surface décorées, véhicules, appareils, matériaux et équipements divers et varié. Pour utiliser un tel convertisseur (élévateur) à grande puissance, nous avons dû optimiser les cellules solaires. Celles-ci sont généralement vaporisées sur la face arrière avec du métal de sorte que le courant peut sortir des cellules solaires - aucune lumière ne peut donc passer à travers. Dans notre cas, une partie de l'yttrium a été remplacée par l'élément erbium optiquement actif, qui est, in fine, responsable de la conversion. Nous avons aussi utilisé un substrat transparent et revêtu les cellules solaires avec des grilles métalliques sur les deux faces, afin que la lumière infrarouge passe à travers la cellule solaire. [00135] Amélioration de rendement par Convertisseurs élévateurs ou Up Convertors . A propos de convertisseur élévateur (up-conversion) des cellules solaires, nous devons citer l'exemple des matériaux qui pourraient être utilisés pour le processus de conversion élévateur. Le meilleur résultat obtenu à ce jour est une amélioration de 20% de rendement quantique d'un processus de conversion pour un éclairage de 5 W/cm2 à 50% de l'intensité du soleil a été confirmé par l'inventeur. Cette amélioration sous-entend bien sûr que si la transmittance de la couche absorbante est suffisante pour les convertisseurs élévateurs des particules de lumière de réagir. Notons cependant que les convertisseurs élévateurs à grande puissance pourraient permettre théoriquement environ 30% de la lumière du soleil qu'elles reçoivent en électricité avec un potentiel maximal de cette part à 40%. [00136] Amélioration de rendement par l'absorption de la lumière (Plasmonique). s'agit de la diffusion à des nanoparticules métalliques à l'avant de la cellule solaire résultant une augmentation de longueur du trajet efficace trajet effectif de la lumière). Figures 16a, 16b, 16c, 16d et 16e représentent respectivement ; (16a) une illustration schématisée de l'amélioration de l'absorption de la lumière (Plasmonique) et (16b) une illustration du Séparation des particules d'Ag de semiconducteur par mince couche de passivation (par exemple A1203) améliore la performance électrique. a) Nanoparticules métalliques noyées dans semiconducteurs -> excitation des transporteurs du champ proche b) Ondulé surface arrière du semiconducteur /métal -> Augmentation de longueur du trajet effective de la lumière plus efficace c) Séparation des particules d'Ag de semi-conducteur par mince couche de passivation (par exemple Al2 03) améliore la performance électrique de la cellule [00137] Amélioration de rendement par cellules bifaces. En outre, la lumière peut être ainsi utilisée depuis les deux faces ; on parle alors d'une cellule biface", qui peuvent être utilisé dans les films transparents solaires à haut rendement. L'avant et l'arrière de la cellule solaire ont été équipés de revêtements anti-réfléchissants spéciaux. Ceux-ci permettent une réduction de la réflexion de la lumière et assurent que la cellule absorbe autant de lumière possible. Nous avons également optimisé les couches antireflets, de l'arrière de la cellule solaire. Cela augmente l'efficacité des modules et leur production d'énergie.When the light arrives on this converter, it excites the erbium ions and places them in a state of higher energy. The return to lower energy levels is accompanied by light emission, which the solar cell is able to "see" and use. One of the advantages of the present invention is the creation of transparent flexible films for use in glazing, on decorated surfaces, vehicles, appliances, materials and various equipment and varied. To use such a converter (elevator) at high power, we had to optimize the solar cells. These are usually vaporized on the back side with metal so that the current can come out of the solar cells - so no light can pass through. In our case, part of the yttrium has been replaced by the optically active erbium element, which is ultimately responsible for the conversion. We also used a transparent substrate and coated the solar cells with metal grids on both sides, so that the infrared light passes through the solar cell. Yield enhancement by upconverters or Up Convertors. About solar cell (up-conversion) converter, we need to cite the example of materials that could be used for the scaling process. The best result obtained to date is a 20% improvement in quantum efficiency of a conversion process for lighting of 5 W / cm 2 at 50% of the intensity of the sun was confirmed by the inventor. This improvement of course implies that if the transmittance of the absorbing layer is sufficient for the upconverters of the light particles to react. It should be noted, however, that high-power step-up converters could theoretically allow about 30% of the sunlight they receive in electricity with a maximum potential of this part at 40%. Efficiency improvement by absorption of light (Plasmonic). this is the diffusion to metal nanoparticles at the front of the solar cell resulting in an increase in effective path length effective path of light). Figures 16a, 16b, 16c, 16d and 16e respectively; (16a) A schematic illustration of the improvement of light absorption (Plasmonic) and (16b) an illustration of Separation of semiconductor Ag particles by thin passivation layer (eg A1203) improves electrical performance. a) Metallic nanoparticles embedded in semiconductors -> excitation of near-field transporters b) Corrugated semiconductor back surface / metal -> Increase in effective light path length more efficient c) Separation of semiconductor Ag particles by passivation thin layer (eg Al2 03) improves the electrical performance of the cell [00137] Performance improvement by biface cells. In addition, the light can thus be used from both sides; it is then referred to as a two-sided cell, which can be used in high-efficiency solar transparent films.The front and back of the solar cell have been equipped with special anti-reflective coatings which reduce the reflection of the light and ensure that the cell absorbs as much light as possible, we have also optimized the antireflection layers of the back of the solar cell, which increases the efficiency of the modules and their energy production.
Il y a deux techniques de double face comme indiqué dans les figures 11a à 11c. La figure l ld donne un exemple de rendement additionnel comparé à une cellule simple face.There are two double-sided techniques as shown in Figures 11a to 11c. Figure 11d gives an example of additional efficiency compared to a single-sided cell.
D Rendement de cellule face au soleil 18.5% D Rendement de cellule dos au soleil 5% ^ Rendement total : 23.5% D Puissance de cellule face au soleil 250W D Puissance de cellule dos au soleil 50W ^ Puissance Totale de la cellule : 300W L'invention apporte un rendement additionnel issu de conversion de radiation thermique reçue par la cellule d'environ 6%+ [[00138] Amélioration de rendement par couche antireflet/ Structures Plasmoniques A la question de « Comment gérer un semi-conducteur indirect? Efficacité théorique absorption limite de la lumière augmentation absorption de la lumière: ^ Approches classiques Pyramides internes couches de réflexion augmentation de l'absorption de la lumière: o nouveaux concepts o structures plasmoniques o optique diffractive o Utilisation de la gamme complète o Up-conversion Figure (16c) est une illustration de « réalisation par structures-opaline auto-organisés, des structures photoniques hexagonaux par dépôt d'ALD A1203 (passivation de surface) revêtement de surface réalisé par rotation (Spin coating) de nanoparticules sphériques (SiO2). Augmentation de plus en plus d'absorption de lumière par diffraction de Surfaces arrière.D Cell efficiency in the sun 18.5% D Back-to-the-sun cell efficiency 5% ^ Total efficiency: 23.5% D Sun-facing cell power 250W D Back-to-the-sun cell power 50W ^ Total cell power: 300W L The invention provides an additional yield resulting from the conversion of thermal radiation received by the cell by about 6% + [[00138] Performance Improvement by Anti-Glare Layer / Plasmonic Structures To the question of "How to manage an indirect semiconductor? Theoretical efficiency absorption limit of light increase absorption of light: ^ Classical approaches Internal pyramids reflection layers increase in light absorption: o new concepts o plasmonic structures o diffractive optics o Full range utilization o Up-conversion Figure (16c) is an illustration of "self-organized opaline structures, hexagonal photonic structures by deposition of ALD A1203 (surface passivation) spin-on surface coating (Spin coating) of spherical nanoparticles (SiO2). Increased increasing light absorption by diffraction of back surfaces.
Réalisation par opaline-structures auto-organisés, des structures photoniques hexagonaaux par dépôt d'ALD Al2 03 (passivation de surface) Spin coating (revêtement de surface réalisé par rotation) de nanoparticules sphériques (SiO2). Structure rempli à l'aide ALD de TiO2 (variante SolGel). Les nanparticules sont donc des ingrédients essentiel pour réaliser des cellules solaires super efficace et bas couts mais ils ne doivent pas degrader la surface de la cellule electriquement [00139] Dispositif de convertisseur élévateur de cellules solaires. Amélioration de rendement par Up Conversion (UC). Un La203 nano-cristallin : Er3 + / Yb3 + échantillon de substance fluorescente a été synthétisée par la voie de la combustion de la solution en utilisant de l'urée comme agent réducteur. Caractérisations thermiques, structurales et optiques ont été menées pour explorer plusieurs de ses propriétés. Par analyse thermique on conclut à la présence d'humidité et d'hydroxyde phases [La (OH) 3 et La 00H] de lanthane dans l'échantillon telle que synthétisée, qui d'autres modifications à la phase La203 supérieures à 600 ° C de température. Upconversion (UC) étude montre les bandes d'émission intense dans l'UV, les régions bleue, verte et rouge. Ce document indique également la première observation de bandes d'émission UC s'étendant jusqu'à la région UV (240 nm) sur excitation 976 nm de longueur d'onde. Le traitement thermique des échantillons montre un changement dans la phase de cristallite en même temps que la croissance des cristallites et par rapport des intensités de luminescence UC. La dépendance de la puissance de pompage d'entrée indique l'implication d'un maximum de quatre photons. A titre d'exemple, nous décrivons ci-après le fonctionnement d'un Convertisseur élévateur à base de Er3+ / Yb3+. Le transfert d'énergie le plus efficace de processus de convertisseur élévateur UC (appelé aussi ETU ou Energy Transfer Upconverter), après absorption de photons (GSA, ESA) UC luminescence due à l'émission spontanée (SPE) engendre une Relaxation multi-phonon (MPR). Extrait des documents par F. Auzel, étude des produits chimiques 104, 139-73 (2004) KW Kràmer, et al., Chimie des Matériaux 16 (7), 1244-1251 (2004).Realization by opaline self-organized structures, hexagonal photonic structures by ALD Al2 03 deposition (surface passivation) Spin coating (spherical surface coating) of spherical nanoparticles (SiO2). Structure filled using ALD of TiO2 (SolGel variant). Nanoparticles are therefore essential ingredients for making solar cells super efficient and low costs but they must not degrade the surface of the cell electrically [00139] Elevator solar cell converter device. Performance improvement by Up Conversion (UC). A nano-crystalline La203: Er3 + / Yb3 + fluorescent substance sample was synthesized by the combustion route of the solution using urea as a reducing agent. Thermal, structural and optical characterizations were conducted to explore several of its properties. By thermal analysis we conclude to the presence of moisture and phase hydroxide [La (OH) 3 and LaOH] of lanthanum in the sample as synthesized, which other modifications to the La 2 O 3 phase greater than 600 ° C. temperature. Upconversion (UC) study shows intense emission bands in the UV, blue, green and red regions. This document also indicates the first observation of UC emission bands extending up to the UV region (240 nm) on excitation 976 nm wavelength. The heat treatment of the samples shows a change in the crystallite phase along with the growth of the crystallites and the UC luminescence intensities. The dependence of the input pump power indicates the involvement of up to four photons. As an example, we describe below the operation of an Er3 + / Yb3 + based elevator converter. The most efficient energy transfer process of CPU up converter (also called ETU or Energy Transfer Upconverter), after absorption of photons (GSA, ESA) UC luminescence due to spontaneous emission (SPE) generates multi-phonon relaxation (MPR). Excerpted from F. Auzel, Chemicals Studies 104, 139-73 (2004) KW Kramer, et al., Chemistry of Materials 16 (7), 1244-1251 (2004).
Figure (16d) est une illustration de la densité de courant de court-circuit. En effet ; la densité de courant de court-circuit est indiqué comme étant 1,79% à 1000W / m 2 (0,179 cm 2 / W) en Monochromatique excitation laser avec une Excitation Large bande excitation de 0,77% à 1,063 W / m 2 (0,072 cm 2 / W), 2.2mA/cm 2 soleils sous 78% ; Comparé au Concentrateur solaire ; la valeur est de 13,3 mA / cm 2 sous 207 soleils Augmentation d'efficacité de 0,19% et (16e) une illustration de valeurs simulées des densités de courant dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention.Figure (16d) is an illustration of the short-circuit current density. Indeed ; The short-circuit current density is reported to be 1.79% at 1000W / m 2 (0.179 cm 2 / W) in Monochromatic Laser excitation with a Broadband excitation excitation of 0.77% at 1.063 W / m 2 ( 0.072 cm 2 / W), 2.2mA / cm 2 sun at 78%; Compared to the Solar Concentrator; the value is 13.3 mA / cm 2 under 207 suns. Efficiency increase of 0.19% and (16e) an illustration of simulated values of current densities in a high efficiency solar hybrid cell with storage integrated into the substrate making the l object of the present invention.
Spécifications relatives aux dispositifs solaires de convertisseurs élévateurs de fréquence cellulaire Cellule solaire double face avec : ^ Grand transmission de la sous-bande interdite photons ^ Grand EQE de photons UC de l'arrière Upconverter (Convertisseur Elevateur) fournit une Grand absorbance ainsi qu'un Grand rendement quantique conversion ascendante (appelé aussi UCQY ou pconversion quantum yield) sur une Large gamme d'absorption. Un Convertisseur élévateur à base de Er 3 + améliore la limite de Shockley-Queisser de 30% à 40% * [*Extrait de T. Trupke, et al., Sol. EnergyMater. Sol. Cellules 30 © Fraunhofer ISE, SWGlunz, septembre 2013, 3327 (2006)]. [00140] Amélioration de rendement par Amélioration des Surfaces arrière de diffraction pour plus d'absorption de lumière et optimisation à l'aide analyse rigoureuse couplée d'onde (RCWA1) de simulation 1 = Surface de la cellule 10 = épaisseur de la cellule [m] 100 = Photo simulé des densités de courant Figures 6d et 16e représentent respectivement ; (16d) une illustration de la densité de courant de court-circuit en différentes concentration de lumière et (16e) une illustration de valeurs simulées des densités de courant dans une cellule hybride solaire haut rendement avec ou sans stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. La légende des valeurs des courbes correspondent respectivement : 16-11 (Fig. 16e) est la courbe de référence AM1.5G (280-1200nm) 16-12 (Fig. 16e) est la courbe de référence ---- avant: plane (pas ARC) - arrière: miroir 16-13 (Fig. 16e) est la courbe de référence ---- avant: plane (DARC) - arrière: miroir 16-14 (Fig. 16e) est la courbe de référence avant: plane (pas ARC) - arrière: parfait 16-15 (Fig. 16e) est la courbe de référence avant de diffuseur: plan (DARC) -arrière avec un diffuseur parfait 16-16 (Fig. 16e) est la courbe de référence *avant: inversé pyramides avec SARC - arrière: miroir 16-17 (Fig. 16e) est la courbe de référence *avant: plane (DARC) - arrière: sphère grilles [00141] Un des avantages de la présente invention est sa mise en oeuvre sur les cellules par déposition moléculaire des couches (MLD). EG est un des nombreux diols organiques qui peuvent être utilisés conjointement avec TMA pour Alucone films croissance. Une difficulté de diols, c'est qu'ils sont précurseurs homobifonctionnels et peut réagir à deux reprises avec les espèces de A1CH3 * de surface. Ces " doubles " réactions conduisent à une perte des sites réactifs de surface et pourrait produire une croissance en baisse par cycle au cours de MLD. Le problème des réactions de double peut être minimisé en utilisant des polyols à assurer qu'un hydroxyle groupe sera disponible pour l'exposition TMA ultérieure. Cette stratégie sera examinée ci-dessous pour le MLD de l'Alucone basé sur TMA et le glycérol. En variante, un précurseur hétérobifonctionnel, tels que l'éthanolamine, HO- CH2-CH2- NH2 (EA) peut être utilisé que montre la réactivité préférentielle entre son groupe hydroxyle et les espèces de surface de A1CH3 *. Cette préférence laisse une amine (- NH2) groupe disponible pour la réaction de surface ultérieur. De même, les réactions d'ouverture de cycle peuvent être employées qui vont réagir et exprimer un nouveau groupe fonctionnel lorsque l'anneau est ouvert. La réaction d'ouverture de cycle a également l'avantage de contenir le fonctionnel groupe sous une forme masquée. La fonctionnalité cachée conduit à des pressions de vapeur plus élevées et temps de purge plus courts par rapport aux précurseurs qui ont la même fonctionnalité exposée. ° Un processus MLD en trois étapes A, B, et C (Figure 17a) qui peut être accompli sans l'aide précurseurs homobifonctionnels est basé sur : (1) TMA, un précurseur minéral homomultifonctionnel, (2) l'éthanolamine (EA), un réactif organique hétéro et (3) maléique anhydride (MA) un réactif organique par ouverture de cycle (appelé aussi ring-opening).Solar Cell Frequency Converters Specification Solar Cell Dual-Sided Solar Cell with: ^ Large photon sub-band transmission ^ Large EQE of UC photons from the rear Upconverter (Elevator Converter) provides high absorbency and Large quantum efficiency upward conversion (also called UCQY or quantum yield pconversion) over a wide absorption range. An Er 3 + boost converter improves the Shockley-Queisser limit by 30% to 40% * [* Extract from T. Trupke, et al., Sol. EnergyMater. Ground. Cells 30 © Fraunhofer ISE, SWGlunz, September 2013, 3327 (2006)]. [00140] Performance Improvement by Improving Diffraction Back Surfaces for More Light Absorption and Optimization Using Rigid Coupled Wave Analysis (RCWA1) Simulation 1 = Cell Surface 10 = Cell Thickness [ m] 100 = Simulated photo of current densities Figures 6d and 16e respectively represent; (16d) an illustration of the short-circuit current density at different light concentrations and (16e) an illustration of simulated values of current densities in a high efficiency solar hybrid cell with or without substrate-integrated storage of the present invention. The legend of the values of the curves correspond respectively: 16-11 (Fig. 16e) is the reference curve AM1.5G (280-1200nm) 16-12 (Fig. 16e) is the reference curve ---- before: plane (not ARC) - back: mirror 16-13 (Fig. 16e) is the reference curve ---- before: plane (DARC) - back: mirror 16-14 (Fig. 16e) is the reference curve before: flat (not ARC) - rear: perfect 16-15 (Fig. 16e) is the diffuser front reference curve: plane (DARC) -back with a perfect diffuser 16-16 (Fig. 16e) is the reference curve * forward: inverted pyramids with SARC - rear: mirror 16-17 (Fig. 16e) is the reference curve * front: plane (DARC) - rear: sphere grids [00141] One of the advantages of the present invention is its implementation on cells by molecular deposition of layers (MLD). EG is one of many organic diols that can be used in conjunction with TMA for Alucone growth films. A diol difficulty is that they are homobifunctional precursors and can react twice with surface A1CH3 * species. These "double" reactions lead to a loss of surface reactive sites and could produce lower growth per cycle over MLD. The problem of double reactions can be minimized by using polyols to ensure that a hydroxyl group will be available for subsequent TMA exposure. This strategy will be discussed below for the MLD of Alucone based on TMA and glycerol. Alternatively, a heterobifunctional precursor, such as ethanolamine, HO-CH2-CH2-NH2 (EA) can be used that shows the preferential reactivity between its hydroxyl group and the surface species of AlCH3 *. This preference leaves an amine (-NH 2) group available for subsequent surface reaction. Likewise, ring-opening reactions can be employed that will react and express a new functional group when the ring is open. The ring opening reaction also has the advantage of containing the functional group in a masked form. The hidden feature leads to higher vapor pressures and shorter purge times compared to precursors that have the same functionality exposed. A three-step MLD process A, B, and C (Figure 17a) that can be accomplished without using homobifunctional precursors is based on: (1) TMA, a homomultifunctional mineral precursor, (2) ethanolamine (EA) , an organic reagent hetero and (3) maleic anhydride (MA) an organic reagent by ring opening (also called ring-opening).
Les réactions de surface proposées au cours de la croissance ABC sont: (A) S-COOH* + Al(CH3)3 [17-1 (Fig 17a)] -->S-000-Al(CH3)2* + CH4 [17-2 (Fig 17a)] (B) S-A1CH3* + HO(CH2)2-NH2 [17-3 (Fig 17a)] S-A1-0(CH2)2NH2* + CH4 [17-4 (Fig 17a)] (C) S-NH2* + C4H203 (MA) [17-5 (Fig 17a)] S-NH-C(0)CHCHCOOH* [17-6 (Fig 17a)] Le mécanisme de création de surface est aussi illustré en Figure 17a. Dans cette séquence de réaction ABC, TMA réagit avec les groupes carboxyliques dans la réaction a donné par équation « S-000-Al(CH3)2* + C114 », pour former l'espèce A1CH3 *. Par la suite, les espèces A1CH3 * réagissent de préférence avec la fin de l'hydroxyle réactif EA pour former espèces Al- OCH2CH2NH2 * de surface dans réaction (B) donnée par équation « S-Al15 O(CH2)2NH2* + CH4 ». MA réagit ensuite avec surface à terminaison amine pour réformer des groupes carboxyliques par une réaction d'ouverture de cycle (ring-opening) en réaction (C) proposée donné par équation) S-NHC(0)CHCHCOOH* La séquence de réaction en trois étapes ABC est répétée par l'exposition aux TMA , EA et MA à 20 croître le film MLD à l'épaisseur souhaité . Une série d'études ont caractérisé le processus MLD ABC. FTIR spectres de différence étaient compatibles avec le mécanisme de réaction montre la figure 17a. L'ABC MLD croissance linéaire affiché comme en témoignent les mesures QCM. Cependant, d'importants gains de masse de 25 2500ng/cm2 par ABC le cycle a été observée à 90 °C. Ce grand gain en masse peut indiquer la diffusion d'une quantité substantielle de TMA dans l'ABC MLD film. Après l'exposition TMA, il y avait aussi une perte de masse subséquente qui était conforme avec la diffusion de la TMA sur le film MLD ABC. La diffusion de la TMA dans et hors de l'ABC film a été mesurée expérimentalement et ensuite ajusté à l'aide d'un modèle numérique basé sur La loi de Fick. L'importance de la diffusion de 30 la TMA vers et hors du film ABC a été vérifiée en observant que le gain de masse par cycle était dépendante de la TMA temps de purge. En plus de TMA, d'autres précurseurs ALD inorganiques peuvent être jumelés à divers précurseurs organiques pour définir d'autres classes de matériaux hybrides organiques-inorganiques. 35 Ainsi, le diéthylzinc (DEZ) peut réagir avec des diols à produire un film " Zincone " en MLD. Zincone MLD a été démontrée en utilisant DEZ et EG. La croissance et le film caractéristiques de Zincone MLD étaient similaires à Alucone MLD. Les taux de croissance étaient linéaires observée pour Zincone MLD fonction du nombre de cycles MLD. Cependant, les taux de croissance étaient inférieures aux températures de croissance plus élevés et le précurseur EG a été observée à réagir deux 40 fois presque exclusivement à des températures de croissance les plus élevés Figures 17a, 17b, 17c 17d, 17e et 17f représentent respectivement ; (17a) une illustration schématisée de la croissance d'une couche MLD au cours de la croissance ABC qui peut être accompli sans l'aide précurseurs homobifonctionnels est basé sur : TMA , un minéral homomultifonctionnel précurseur, 45 l'éthanol amine (EA), un réactif organique hétéro et maléique anhydride (MA) un réactif organique par ouverture de cycle et (17b) une illustration de MLD en deux etapes A et B pour Glycérol - TMA et TMA - glycérol. Les spectres sont déplacés pour plus de clarté dans présentation et (17c) une illustration de différence du spectre de FTIR après TMA et GL exposition pendent AB Alucone MLD à 150 °C et (17d) une illustration des quatre étapes de séquence ABCD de réaction pour une process 50 de croissance de couche par MLD d'un film d'Alumina-siloxane utilisant trimethylaluminum (TMA), H2O, dimethylmethoxychlorosilane (DMMCS) et H2O et (17e) une illustration schématisée de séquence de réaction en deux étapes pour une croissance par MLD en repère AB d'un film Lewis utilisant trimethylaluminum (TMA) et triethylenediamine (TED) et (17f) une illustration de la densité de A1203 et AB Alucone utilisant TMA et EG à partir de l'analyse de XRR dans une cellule hybride 55 solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. [00142] Un des avantages de la présente invention est une nouvelle façon de production de film hybride Organique-Inorganique en MLD. A. Utilisation des précurseurs homotrifonctionnel pour la promotion de réticulation. Le système MLD alucone AB en utilisant TMA et EG affiché réactions efficaces. Cependant, ce système MLD a souffert de réactions de double parce qu'EG est un précurseur homobifonctionnel. Ce système MLD également affiché une certaine contraction du film sur les premiers jours après ce film a été exposée à l'air. En outre, la déformation de traction mesures des films MLD cultivés en utilisant TMA et EG avec une épaisseur de 100 nm ont une contrainte de traction critique bas de 0,69%. Cette souche basse tension critique peut résulter de l'petite quantité de réticulation dans le film MLD. Ces problèmes avec la TMA + EG MLD système a conduit à l'exploration récente du système TMA+ de glycérol. Glycérol fournit une un groupe hydroxyle supplémentaire pour la réaction et doit augmenter la réticulation entre le des chaînes dans le film déposé. Le projet de la séquence réactionnelle TMA et du glycérol (GL) est affiché à la figure 17b. En fait, la Figure 17b Dépeignant schématique en deux étapes la croissance MLD, AB alucone utilisant triméthylaluminium (TMA) et de glycérol (GL).The surface reactions proposed during the ABC growth are: (A) S-COOH + Al (CH 3) 3 [17-1 (FIG. 17 a)] -> S-000-Al (CH 3) 2 + CH 4 [17-2 (Fig. 17a)] (B) S-AlCH3 + HO (CH2) 2 -NH2 [17-3 (Fig. 17a)] S-Al-O (CH2) 2NH2 + CH4 [17-4 ( Fig. 17a)] (C) S-NH 2 + C 4 H 2 O 3 (MA) [17-5 (Fig. 17a)] S-NH-C (O) CHCHCOOH * [17-6 (Fig. 17a)] The surface-creation mechanism is also illustrated in Figure 17a. In this reaction sequence ABC, TMA reacts with the carboxylic groups in the reaction given by equation "S-000-Al (CH3) 2 + C114", to form the species A1CH3 *. Subsequently, the A1CH3 * species preferably react with the end of the EA reactive hydroxyl to form surface species Al-OCH2CH2NH2 * in reaction (B) given by the equation "S-Al15 O (CH2) 2NH2 * + CH4" . MA then reacts with amine-terminated surface to reform carboxylic groups by a proposed ring-opening reaction (C) given by equation) S-NHC (0) CHCHCOOH * The reaction sequence in three ABC steps is repeated by exposure to TMA, EA and MA to grow the MLD film to the desired thickness. A series of studies characterized the MLD ABC process. FTIR difference spectra were consistent with the reaction mechanism shown in Figure 17a. The MLD linear growth ABC displayed as evidenced by the QCM measurements. However, large gains in mass of 2500ng / cm 2 by ABC cycle were observed at 90 ° C. This large gain in mass may indicate the diffusion of a substantial amount of TMA into the ABC MLD film. After the TMA exposure, there was also a subsequent mass loss that was consistent with the diffusion of TMA on the MLD ABC film. The diffusion of the TMA in and out of the ABC film was measured experimentally and then adjusted using a digital model based on Fick's Law. The importance of TMA diffusion to and from the ABC film was verified by observing that the mass gain per cycle was dependent on the TMA purge time. In addition to TMA, other inorganic ALD precursors can be paired with various organic precursors to define other classes of organic-inorganic hybrid materials. Thus, diethylzinc (DEZ) can react with diols to produce a "Zincone" film in MLD. Zincone MLD has been demonstrated using DEZ and EG. The growth and film characteristics of Zincone MLD were similar to Alucone MLD. The growth rates were linear observed for Zincone MLD function of the number of MLD cycles. However, the growth rates were lower than the higher growth temperatures and the EG precursor was observed to react two to four times almost exclusively at the highest growth temperatures. FIGS. 17a, 17b, 17c, 17d, 17e and 17f represent respectively; (17a) A schematic illustration of the growth of an MLD layer during ABC growth that can be accomplished without using homobifunctional precursors is based on: TMA, a homomultifunctional precursor mineral, ethanolamine (EA), a hetero and maleic anhydride organic reagent (MA) an organic ring opening reagent; and (17b) an illustration of MLD in two steps A and B for Glycerol-TMA and TMA-glycerol. The spectra are shifted for clarity in presentation and (17c) a difference illustration of the FTIR spectrum after TMA and GL exposure hang AB Alucone MLD at 150 ° C and (17d) an illustration of the four reaction sequence steps ABCD for a MLD layer growth process 50 of an Alumina-siloxane film using trimethylaluminum (TMA), H2O, dimethylmethoxychlorosilane (DMMCS) and H2O and (17e) a schematic illustration of two-step reaction sequence for growth by MLD at AB plot of a Lewis film using trimethylaluminum (TMA) and triethylenediamine (TED) and (17f) an illustration of the density of A1203 and AB Alucone using TMA and EG from XRR analysis in a hybrid cell 55 solar high efficiency with integrated storage substrate which is the subject of the present invention. One of the advantages of the present invention is a novel way of producing organic-inorganic hybrid film in MLD. A. Use of homotrifunctional precursors for the promotion of crosslinking. The MLD alucone AB system using TMA and EG displayed effective reactions. However, this MLD system has suffered double reactions because EG is a homobifunctional precursor. This MLD system also showed some contraction of the film on the first few days after this film was exposed to the air. In addition, tensile strain measurements of MLD films grown using TMA and EG with a thickness of 100 nm have a low critical tensile stress of 0.69%. This critical low voltage strain may result from the small amount of crosslinking in the MLD film. These problems with the TMA + EG MLD system has led to the recent exploration of the TMA + glycerol system. Glycerol provides an additional hydroxyl group for the reaction and must increase the crosslinking between the chains in the deposited film. The TMA reaction sequence and glycerol (GL) project is shown in Figure 17b. In fact, Figure 17b depicting schematic two-stage growth MLD, AB alucone using trimethylaluminum (TMA) and glycerol (GL).
Les études sur les espèces de surface en utilisant la transformée de Fourier (IRTF) différence spectres après les expositions TMA et GL a révélé que les réactions de surface sont efficaces et de procéder à d'achèvement. La figure 17c montre la différence des spectres FTIR pour Glycérol - TMA et TMA - glycérol. Les spectres sont déplacés pour plus de clarté dans présentation. Les espèces de surface ajoutée apparaissent comme des caractéristiques d'absorbance positifs et les espèces de surface enlevée apparaissent comme des caractéristiques d'absorbance négatives. Les spectres FTIR montrer le «retournement » des OH vibrations d'étirement à des fréquences plus élevées avec chaque TMA et l'exposition GL. Ce retournement entre l'absorbance positif pour un réactif, puis une image miroir absorbance négative pour le deuxième réactif est conforme à répétition auto-limitation de réactions. Il y a aussi un retournement de la forte mode de déformation A1CH3 à des fréquences plus basses qui est compatible avec l'addition et la soustraction de la surface AlCH3 espèces. La réaction TMA + GL peut aussi être caractérisée par des études QCM. Le QCM analyse a révélé une croissance MLD linéaire avec un gain de poids moyen de 41,5 ng/cm2/cycle à 150 ° C. Ce gain de masse de 41,5 ng / cm / cycle est équivalent à un taux de croissance de 2,5 A / cycle. Figure 17d affiches les résultats QCM pour deux TMA + GL cycles à 150 ° C. Le QCM montre qu'un gain de masse est observé au cours de l'exposition TMA. De même, une perte de masse est petite observée après l'exposition TMA. Ce comportement suggère que certaines TMA peuvent être diffusé sur le film MLD après l'exposition TMA. Un gain de masse similaire est observé pendant l'exposition GL. La perte de masse légère après l'exposition GL peut également indiquer que certains GL diffuse hors du film MLD. Le système TMA + GL montre également un taux de croissance qui est beaucoup moins dépendante la température à la vitesse de croissance pour TMA + EG 17e. Analyse XRR a été utilisé pour étudier l'épaisseur du film après différents nombres de cycles MLD à des températures de 150, 170 et 190 ° C. Ces résultats XRR sont présentés dans la figure 17f. Les épaisseurs de film sont similaires pour les trois températures et sont compatibles avec un taux de croissance de 2,0 à 2,3 À par cycle. Le taux de croissance de 2,3 A par cycle à 150 ° C est en accord raisonnable avec la mesure QCM de 2,5 À / cycle à 150 ° C dans des conditions de réaction similaires. Il s'agit plus des taux de croissance constants fonction de la température par rapport à TMA + EG suggère que TMA diffusion peut être un facteur moins important en raison de la plus grande réticulation entre le chaînes en croissance. L'analyse de XRR des TMA + GL MLD films a indiqué que l'épaisseur du film était presque constante en fonction du temps après une exposition à la température ambiante. Les films MLD cultivés à l'aide TMA + GL n'a pas été observé de se contracter comme les films MLD cultivés en utilisant TMA + EG figure 17e. Cette stabilité du film supérieur peut indiquer qu'il y a plus de réticulation qui augmente la Stabilité du film MLD. Essais mécaniques récente a également révélé que les films MLD cultivés en utilisant TMA + GL ont une contrainte de traction supérieure critique pour la fissuration que les films MLD cultivés en utilisant TMA + EG. (PDMS) est l'un des plus importants organique-inorganique l'polymères et contient [-Si ( CH3) 2 - O] n chaînes . La force et la flexibilité du Si-0 les obligations et les angles de liaison donnent PDMS propriétés thermiques et mécaniques souhaitables. 3-5 PDMS MLD serait extrêmement utile pour la croissance de couches minces souples et conformes. Cependant, les pr emières tentatives au PDMS MLD a révélé que le taux de croissance est devenu négligeable après environ 15 cycles MLD. Ces tentatives ont été faites en utilisant la séquence homobifonctionnelles de (diméthylamino) dimethylsilane et dichlorotetramethyldisiloxane or hetrobifonctionnel des molécules de silane tels que dimethylmethoxychlorosilane (DMMCS) . L'absence de croissance après environ 15 cycles MLD a été attribuée à la concurrence désorption des siloxanes cycliques tels que l'hexaméthylcyclotrisiloxane (D3) ou le décaméthylcyclopentasiloxane (D5) à partir du film de PDMS. Pour éviter la désorption de siloxanes cycliques, une nouvelle approche a été poursuivie où DMMCS et H2O ont été utilisés avec TMA dans un processus ABCD défini par MA/H20/DMMCS/H20. Une représentation schématique de cette séquence de réactions est donnée dans la figure 9 [31] . Cette séquence de réactions introduit le groupe-Si (CH3) 2-0- liaison dans le film en croissance. L'ajout de TMA ajoute -Al- O -unités dans la chaîne en croissance et empêche l'ompeting désorption des siloxanes cycliques. Le TMA peut être introduit au cours de chaque cycle de réaction. Le TMA peut également être introduit moins fréquemment à s'allonger [-Si (CH3) 2 - n chaînes avant d'insérer la-A1-0-sous-unité (voir figure 17d). Les premiers travaux ont exploré le processus ABCD pour démontrer la croissance de l'alumine siloxane hybrides films organiques-inorganiques. QCM expériences ont révélé que le MLD la croissance est linéaire avec un gain de masse de - 21 ng/cm2/cycle à 200 ° C. La croissance du film à 200 ° C a également été examinée en utilisant une analyse de XRR. Les mesures de XRR confirmé linéaire croissance à 200 ° C avec un taux de croissance de 0,9 Â / cycle. L'utilisation de la densité de 2,3 g/cm3 pour le film MLD de l'alumine-siloxane, le gain de masse d'environ 21 ng / cm / cycle de rendement d'un taux de croissance de 0,9 A / cycle. Analyse FTIR des réactions de surface était également compatible avec la réaction mécanisme illustré à la figure 17e. Cependant, une concentration atomique faible de silicium dans le MLD Film mesurée par spectroscopie photoélectronique aux rayons X indique que la réaction du chlorosilane avec la surface hydroxylée n'était pas très efficace.Studies on surface species using Fourier transform (FTIR) difference spectra after TMA and GL exposures revealed that surface reactions are effective and proceed to completion. Figure 17c shows the difference of the FTIR spectra for Glycerol-TMA and TMA-glycerol. Spectra are moved for clarity in presentation. The added surface species appear as positive absorbance characteristics and the removed surface species appear as negative absorbance characteristics. The FTIR spectra show the "flipping" of OH stretching vibrations at higher frequencies with each TMA and GL exposure. This reversal between the positive absorbance for a reagent, then a negative absorbance mirror image for the second reagent is consistent with repetitive self-limiting reactions. There is also a reversal of the strong A1CH3 deformation mode at lower frequencies that is consistent with the addition and subtraction of the AlCH3 species surface. The TMA + GL reaction can also be characterized by QCM studies. The QCM analysis revealed a linear MLD growth with an average weight gain of 41.5 ng / cm 2 / cycle at 150 ° C. This weight gain of 41.5 ng / cm / cycle is equivalent to a growth rate of 2.5 A / cycle. Figure 17d displays the QCM results for two TMA + GL cycles at 150 ° C. The QCM shows that a gain in mass is observed during the TMA exposure. Likewise, a small mass loss is observed after the TMA exposure. This behavior suggests that some TMAs may be broadcast on the MLD movie after the TMA exposure. A similar mass gain is observed during the GL exposure. The light weight loss after the GL exposure may also indicate that some GL is diffusing out of the MLD film. The TMA + GL system also shows a growth rate that is much less temperature-dependent at the growth rate for TMA + EG17e. XRR analysis was used to study the film thickness after different numbers of MLD cycles at temperatures of 150, 170 and 190 ° C. These XRR results are shown in Figure 17f. The film thicknesses are similar for the three temperatures and are compatible with a growth rate of 2.0 to 2.3 Å per cycle. The growth rate of 2.3 A per cycle at 150 ° C is in reasonable agreement with the QCM measurement of 2.5 A / cycle at 150 ° C under similar reaction conditions. This is more constant growth rates depending on the temperature compared to TMA + EG suggests that TMA diffusion may be a less important factor due to the greater crosslinking between the growing chains. XRR analysis of the TMA + GL MLD films indicated that the film thickness was almost constant as a function of time after exposure to ambient temperature. MLD films grown using TMA + GL were not observed to contract as MLD films grown using TMA + EG Figure 17e. This stability of the top film may indicate that there is more crosslinking which increases the stability of the MLD film. Recent mechanical testing has also revealed that MLD films grown using TMA + GL have a higher tensile stress critical for cracking than MLD films grown using TMA + EG. (PDMS) is one of the most important organic-inorganic polymers and contains [-Si (CH3) 2 -O] n chains. The strength and flexibility of Si-0 bonds and bond angles give PDMS desirable thermal and mechanical properties. 3-5 PDMS MLD would be extremely useful for thin and compliant thin film growth. However, the first attempts at PDMS MLD revealed that the growth rate became negligible after about 15 MLD cycles. These attempts were made using the homobifunctional sequence of (dimethylamino) dimethylsilane and dichlorotetramethyldisiloxane or heterobifunctional or silane molecules such as dimethylmethoxychlorosilane (DMMCS). The lack of growth after about 15 MLD cycles was attributed to the desorption competition of cyclic siloxanes such as hexamethylcyclotrisiloxane (D3) or decamethylcyclopentasiloxane (D5) from the PDMS film. To avoid the desorption of cyclic siloxanes, a new approach was pursued where DMMCS and H2O were used with TMA in an ABCD process defined by MA / H2O / DMMCS / H2O. A schematic representation of this sequence of reactions is given in Figure 9 [31]. This sequence of reactions introduces the -Si (CH 3) 2 -binding group into the growing film. The addition of TMA adds -Al- O -units in the growing chain and prevents the ompeting desorption of cyclic siloxanes. The TMA can be introduced during each reaction cycle. The TMA may also be introduced less frequently to lengthen [-Si (CH3) 2 -n chains before inserting the-A1-0-subunit (see Figure 17d). Early work explored the ABCD process to demonstrate the growth of siloxane alumina hybrid organic-inorganic films. MCQ experiments revealed that the MLD growth was linear with a mass gain of -21 ng / cm 2 / cycle at 200 ° C. Film growth at 200 ° C was also examined using XRR analysis. Measurements of linear XRR linear growth at 200 ° C with a growth rate of 0.9 Â / cycle. Using the density of 2.3 g / cm3 for the MLD film of the alumina-siloxane, the weight gain of about 21 ng / cm / cycle yield of a growth rate of 0.9 A / cycle. FTIR analysis of surface reactions was also consistent with the mechanism reaction shown in Figure 17e. However, a low atomic concentration of silicon in the MLD Film measured by X-ray photoelectron spectroscopy indicates that the reaction of the chlorosilane with the hydroxylated surface was not very effective.
Les Perspectives d'avenir pour MLD dans la réalisation des films hybrides organique-inorganique, l'utilisation de divers précurseurs organiques et inorganiques offre un ensemble presque illimitées de combinaisons pour la MLD de films hybrides organiques-inorganiques. Beaucoup de ces combinaisons peuvent être utilisé pour fabriquer des films présentant des propriétés fonctionnelles spécifiques. Un exemple d'un film organique-inorganique hybride fonctionnelle est un film développé en utilisant MLD TMA et triéthylènediamine (TED). TMA est un acide de Lewis et TED est une base de Lewis. une exposition séquence de TMA et TED peut être utilisé pour développer un film MLD avec A1CH3 n'ayant pas réagi espèces restantes dans le film. Une représentation schématique de cette séquence de réactions est donnée dans Figure 17e. Ces espèces A1CH3 peuvent réagir avec H2O et servir de getter H2O. Le H2O getters peut être utiles en tant que couches intercalaires dans des films de barrière de diffusion de gaz multicouches. Les Films hybrides organiques-inorganiques conducteurs peuvent également être utiles pour les écrans et couches intercaler ou couches tampons ou encore des films flexibles.The Outlook for MLD in making organic-inorganic hybrid films, the use of various organic and inorganic precursors offers an almost limitless set of combinations for the MLD of organic-inorganic hybrid films. Many of these combinations can be used to make films with specific functional properties. An example of a functional organic-inorganic hybrid film is a film developed using MLD TMA and triethylenediamine (TED). TMA is a Lewis acid and TED is a Lewis base. Sequence exposure of TMA and TED can be used to develop an MLD film with unreacted A1CH3 species remaining in the film. A schematic representation of this sequence of reactions is given in Figure 17e. These A1CH3 species can react with H2O and serve as H2O getter. The H2O getters may be useful as interlayers in multilayer gas diffusion barrier films. Conductive organic-inorganic hybrid films may also be useful for screens and interlayers or buffer layers or flexible films.
Les films ZnO ALD sont connus pour avoir une faible résistivité d'environ 1 x 1011 cm. ZnO ALD films sont cultivés en utilisant diéthylzinc (DEZ) et H2O. MLD films hybrides organiques-inorganiques peuvent être cultivées en utilisant DEZ et EG tel que mentionné précédemment et sont appelés «zincones».ZnO ALD films are known to have a low resistivity of about 1 x 1011 cm. ZnO ALD films are grown using diethylzinc (DEZ) and H2O. MLD organic-inorganic hybrid films can be grown using DEZ and EG as mentioned previously and are called "zincones".
Bien que le film MLD Zincone basé sur DEZ et EG n'affiche aucune conductivité, résultats récents ont montré que les films Zincone basé sur DEZ et l'hydroquinone (HQ) ont affiché une certaine conductivité lorsqu'il est allié avec ZnO ALD films. Le schéma montrant la chimie de surface pour Zincone MLD utilisant DEZ et HQ est donnée à la figure 17g. Si ces films conducteurs en alliage MLD affichent une ténacité suffisante en raison de leurs constituants organiques, ils peuvent être utiles pour les écrans flexibles et peuvent être candidats à remplacer l'oxyde d'indium-étain (ITO). -3-7-3 é Figure 17g illustre la séquence de réaction en deux étapes pour la croissance MLD d'AB Zincone utilisant diéthylzinc (DEZ) et de l'hydroquinone (HQ). Les films MLD hybrides organiques-inorganiques ont une faible densité qui se rapproche des basses densités de polymères organiques. En revanche, les films ALD inorganiques ont une beaucoup plus élevé densité. Mélanges de couches hybrides organiques-inorganiques MLD avec des couches ALD peuvent être utilisés pour obtenir des films avec une densité qui varie de la faible densité du film MLD pur de la haute la densité de la pellicule ALD inorganique [36]. À titre d'exemple, la densité des hybrides A1203 ALD: AB Alucone MLD films sont présentés dans la figure 17f. A1203 ALD a été cultivé en utilisant TMA et H2O. AB Alucone MLD a été cultivé en utilisant TMA et EG [13]. La densité était variée en changeant le nombre relatif de cycles ALD et MLD lors de la croissance de l'alliage. Figure 17e montre la Densité des alliages d'A1203 et AB Alucone utilisant TMA et EG de l'analyse XRR. Les alliages ont été préparés en utilisant différents nombres de cycles TMA/H20 et TMA / EG. Par exemple, l'échantillon de rapport de 3:1 a été préparée en utilisant des séquences répétitives de trois cycles de TMA / H. Figure 17f indique que la densité peut varier largement de l'évolution des matières organiques. [00143] Un des avantages de la présente invention est une nouvelle Composition de films intercalaires ou inter-couches organiques. D'autres propriétés qui dépendent de la densité seront également modifier en conséquence. Par exemple, les propriétés mécaniques telles que le module et élastique raideur doit être accordable. Les propriétés optiques et électriques tels que l'indice de réfraction et la constante diélectrique doit également varier en fonction de la composition de la pellicule d'alliage. En général, les films avec une variété de propriétés accordables devrait être possible en modifiant le rapport des cycles ALD et MLD utilisées pour cultiver le film d'alliage.Although the DEZ and EG based MLD Zincone film does not display any conductivity, recent results have shown that Zincone films based on DEZ and hydroquinone (HQ) displayed some conductivity when combined with ZnO ALD films. The scheme showing surface chemistry for Zincone MLD using DEZ and HQ is given in Figure 17g. While these MLD alloy conductive films exhibit sufficient toughness because of their organic constituents, they may be useful for flexible screens and may be candidates for replacing indium tin oxide (ITO). Figure 17g illustrates the two-step reaction sequence for MLD growth of AB Zincone using diethylzinc (DEZ) and hydroquinone (HQ). Organic-inorganic hybrid MLD films have a low density that approximates the low densities of organic polymers. In contrast, inorganic ALD films have a much higher density. Mixtures of organic-inorganic MLD hybrid layers with ALD layers can be used to obtain films with a density that ranges from the low density of the pure MLD film to the high density of the inorganic ALD film [36]. As an example, the density of A1203 ALD: AB Alucone MLD films are shown in Figure 17f. A1203 ALD was grown using TMA and H2O. AB Alucone MLD was grown using TMA and EG [13]. The density was varied by changing the relative number of ALD and MLD cycles during the growth of the alloy. Figure 17e shows the Density of A1203 and AB Alucone alloys using TMA and EG of XRR analysis. The alloys were prepared using different numbers of TMA / H20 and TMA / EG cycles. For example, the 3: 1 ratio sample was prepared using repetitive sequences of three cycles of TMA / H. Figure 17f indicates that the density may vary widely from the evolution of organic matter. One of the advantages of the present invention is a new composition of interlayer films or inter-organic layers. Other properties that depend on the density will also change accordingly. For example, mechanical properties such as modulus and elastic stiffness must be tunable. The optical and electrical properties such as the refractive index and the dielectric constant must also vary according to the composition of the alloy film. In general, films with a variety of tunable properties should be possible by modifying the ratio of the ALD and MLD cycles used to grow the alloy film.
La plupart des systèmes MLD commentaire dans ce chapitre ont été basées sur AB, ABC ou Processus ABCD en utilisant TMA. D'autres précurseurs organométalliques et organiques sont également possible. Comme mentionné précédemment, les films hybrides organiques - inorganiques à base de zinc sont possibles utilisant DEZ. D'autres systèmes hybrides organiques-inorganiques à base de zirconium et titane sont possibles à l'aide Zr (Ot -Bu) 4 et TiC14, respectivement. Beaucoup d'autres précurseurs organométalliques peuvent également être utilisées pour définir d'autres MLD hybride organique-inorganique polymères. Par exemple, les alkyles métalliques à base de magnésium (Mg) et le manganèse (Mn) sont disponible en Mg (PCIE) 2 et Mn (PC1E) 2. Ces alkylmétaux sont censés réagir avec des diols ou des acides carboxyliques de définir de nouveaux systèmes MLD.Most of the MLD comment systems in this chapter have been based on AB, ABC or ABCD Process using TMA. Other organometallic and organic precursors are also possible. As previously mentioned, organic-inorganic zinc-based hybrid films are possible using DEZ. Other organic-inorganic hybrid systems based on zirconium and titanium are possible using Zr (Ot -Bu) 4 and TiC14, respectively. Many other organometallic precursors can also be used to define other MLD hybrid organic-inorganic polymers. For example, magnesium metal (Mg) and manganese (Mn) alkyls are available in Mg (PCIE) 2 and Mn (PC1E) 2. These alkylmetals are expected to react with diols or carboxylic acids to define new ones. MLD systems.
Les possibilités pour le MLD de films hybrides organiques-inorganiques sont pratiquement illimitées compte tenu de tous les métaux dans le tableau périodique et les composés organiques disponibles à partir organique la chimie. Le défi des prochaines années sera de déterminer l'hybride organique films inorganiques qui peuvent être cultivées facilement et qui peuvent présenter des propriétés utiles. Les propriétés accordables voire ajustables mécaniques, optiques, diélectriques, conductrices et chimiques des films hybride organiques-inorganiques devraient être utiles pour une large gamme d' applications. [[00144] Un des avantages de la présente invention est sa mise en oeuvre sur les Système de production de film flexible a haute rendement destine à des cellules photovoltaïques hybrides inorganique /organique ainsi que des cellules tandem PV. Pour commencer, l'efficience de la cellule augmente en fonction du taux d'absorption des matériaux la constituante. Figure 18 représente une illustration la courbe de réponse optimal réalisée par NREL dans une cellule solaire haut rendement. Quatorze nouveaux résultats sont présentés dans la version actuelle de ces tableaux. Le premier nouveau résultat dans le tableau I est un record absolu pour la conversion solaire par un dispositif photovoltaïque à jonction unique. Une efficacité de 27,6% a été mesurée au National Renewable Energy Laboratory (NREL) pour un dispositif 1 cm2 de GaAs à couche mince fabriqué par Alta Devices, Inc.. Dispositifs Alta est un Santa Clara base" start-up" cherche à développer à faible coût, 30% des modules solaires efficaces. Le deuxième nouveau résultat dans le tableau I est une amélioration de l'efficacité à 19,6% pour un 1 cm2 seule jonction cuivre-indium-gallium-(CIGS) cellulaires fabriqués par et mesurées au NREL.The possibilities for the MLD of organic-inorganic hybrid films are virtually limitless considering all the metals in the periodic table and the organic compounds available from organic chemistry. The challenge of the next few years will be to determine the organic hybrid inorganic films that can be grown easily and that can exhibit useful properties. The tunable or even adjustable mechanical, optical, dielectric, conductive and chemical properties of hybrid organic-inorganic films should be useful for a wide range of applications. One of the advantages of the present invention is its implementation on the high yield flexible film production system for inorganic / organic hybrid photovoltaic cells as well as PV tandem cells. For starters, the efficiency of the cell increases with the absorption rate of the constituent materials. Figure 18 is an illustration of the optimal response curve achieved by NREL in a high efficiency solar cell. Fourteen new results are presented in the current version of these tables. The first new result in Table I is an all-time record for solar conversion by a single junction photovoltaic device. An efficiency of 27.6% was measured at the National Renewable Energy Laboratory (NREL) for a 1 cm2 thin-film GaAs device manufactured by Alta Devices, Inc. Alta Devices is a Santa Clara-based "start-up" company seeking to develop low cost, 30% effective solar modules. The second new result in Table I is an improvement in efficiency to 19.6% for a single 1 cm2 copper-indium-gallium- (CIGS) cell junction manufactured by and measured with NREL.
Modélisation des cellules organiques : De même, Figures 13a, 13b et 13c représentent respectivement ; (13a) une illustration schématisée de modélisation de couche haute Organique d'une cellule solaire et (13b) une illustration de modélisation de cellule hybride avec couche absorbante CIGS et (13c) une illustration schématisée flexible. De structure assemblée dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. [00145] Un autre avantage de la présente invention est sa mise en oeuvre sur les structure intégrée au substrat (appelé aussi ON BOARD) piézonanofils. Il existe plusieurs formes de matériaux piézoélectriques: ^ monocristalline: c'est la forme naturelle des matériaux piézoélectrique. Utilisé dans un premier temps, ils ont servi à mettre au point les céramiques piézoélectriques. ^ Les céramiques: ce sont des céramiques spéciales dont les grains sont tous orientés dans une direction prédéfinie afin de les doté de capacité piézoélectriques. ^ Les composites: ce sont des grains de matériaux piézoélectriques piégés dans une résine non piézoélectrique (aussi appelé matrice). Cette forme est essentiellement utilisée dans le domaine de l'acoustique. ^ Les couches minces: de 0,5 à 5 micron d'épaisseur, ces couches minces de matériaux piézoélectriques servent à alimenter des MEMS (Micro Electronical Mecanical Systems) comme des micro-valves, des micromoteurs...Modeling of the organic cells: Similarly, Figures 13a, 13b and 13c respectively represent; (13a) A schematic illustration of organic high layer modeling of a solar cell and (13b) a hybrid cell modeling illustration with CIGS absorbent layer and (13c) a flexible schematic illustration. Structure assembled in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage substrate that is the subject of the present invention. Another advantage of the present invention is its implementation on the structure integrated into the substrate (also called ON BOARD) piezoanofils. There are several forms of piezoelectric materials: monocrystalline: this is the natural form of piezoelectric materials. Used initially, they were used to develop piezoelectric ceramics. ^ Ceramics: These are special ceramics whose grains are all oriented in a predefined direction in order to equip them with piezoelectric capacity. Composites: These are grains of piezoelectric materials trapped in a non-piezoelectric resin (also called matrix). This form is mainly used in the field of acoustics. Thin layers: 0.5 to 5 micron thick, these thin layers of piezoelectric materials are used to power MEMS (Micro Electronical Mecanical Systems) such as micro-valves, micromotors ...
La piézoélectricité est généralement utilisée à différent niveau afin de produire de l'énergie gratuitement sans pollution, et sans contrainte majeures. Figures 19a et 19b représentent respectivement ; (19a) le principe de fonctionnement des piézonano éléments (piézonanofils/piézonanotubes) d'une cellule et (19b) la structure de la couche sur un substrat multicouches dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. La fonction de piézonanofile consiste à recycler par sa composante piézo la chaleur des systèmes environnants en courant électrique. Le matériau piézo (PZT) est recouvert d'un film de nanotubes de carbone (CNF). En apparence, il ressemble à un chewing-gum, voire pâte à modeler trop cuit, mais il s'agit en fait d'une vraie révolution : Il s'agit d'un composant capable de récupérer et recycler l'énergie dépensée par les systèmes électroniques. Conçu en partie par l'équipe de Long Que, chercheur en ingénierie électrique de la Louisiana Tech University (2010), Etat de Louisiane), le dispositif se compose d'un levier en matériau piézoélectrique capable de convertir une tension mécanique en tension électrique ; PZT sur la figure (19a) recouvert d'un film de nanotubes de carbone (CNF dans le schéma). L'absorption de chaleur par le film force le levier à se tordre cycliquement... et à émettre ainsi du courant. Lequel est récupéré par des électrodes de nickel puis réinvesti dans le dispositif électronique émetteur de chaleur. Et ainsi de suite... De quoi violer les principes de la thermodynamique, qui interdisent en pratique les cycles perpétuels ? Long Que n'y prétend certes pas. Mais il offre au moins de quoi limiter la consommation d'énergie, prolongeant ainsi l'autonomie. Mieux : le capteur piézo peut également capter et convertir la lumière. Il extrait du coup de l'énergie de l'environnement. Il est un avantage de la présente invention de considérer une génération de courant électrique par la capture de la chaleur au verso de substrat solaire afin de le traduire en courant électrique. De plus, l'inventeur se propose de compenser la perte de l'efficience de la cellule photovoltaïque causée par la chaleur du rayonnement solaire par la transformation des rayonnements thermiques en courant électrique et voire augmenter le rendement de conversion (appeleé efficacité de la cellule) par la mise en oeuvre des piézonanofils ou piézonanotube au do (verso) de substrat de la cellule solaire. Progrès au-delà de l'état de l'art : ZnO présente un des plus grands coefficients piézoélectriques de tout semi-conducteur et a le plus thermoélectrique figure-de-fondé de tous les oxydes conducteurs transparents. Cela a conduit à travaux récents dans lesquels il est considéré pour une utilisation dans la récupération d'énergie cinétique via piezogenerators et la récupération d'énergie thermique via effets thermoélectrique.Piezoelectricity is generally used at different levels to produce free energy without pollution, and without major constraints. Figures 19a and 19b show respectively; (19a) the principle of operation of the piezonano elements (piezonanil / piezonanotubes) of a cell and (19b) the structure of the layer on a multilayer substrate in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. The piezonanofile function is to recycle the heat of the surrounding systems with electrical current through its piezo component. The piezo material (PZT) is covered with a film of carbon nanotubes (CNF). In appearance, it looks like a chewing gum, even over-cooked modeling clay, but it's actually a real revolution: It's a component that can recover and recycle the energy that's been spent by people. electronic systems. Designed in part by the Long Que team, a researcher in electrical engineering from Louisiana Tech University (2010), State of Louisiana), the device consists of a lever made of piezoelectric material capable of converting mechanical tension into electrical voltage; PZT in Figure (19a) covered with a film of carbon nanotubes (CNF in the diagram). The heat absorption by the film forces the lever to twist cyclically ... and thus to emit current. Which is recovered by nickel electrodes and reinvested in the electronic device emitting heat. And so on ... What violates the principles of thermodynamics, which prohibit in practice the perpetual cycles? Long That certainly does not pretend. But it offers at least something to limit energy consumption, thus extending the autonomy. Better: the piezo sensor can also capture and convert light. It extracts energy from the environment. It is an advantage of the present invention to consider a generation of electric current by capturing heat on the back of solar substrate to translate it into electric current. In addition, the inventor proposes to compensate for the loss of the efficiency of the photovoltaic cell caused by the heat of the solar radiation by the transformation of thermal radiation into electric current and even to increase the conversion efficiency (called efficiency of the cell) by the use of the piezonanil or piezonotube at the do (reverse side) of the solar cell substrate. Progress beyond the state of the art: ZnO exhibits one of the largest piezoelectric coefficients of any semiconductor and has the most thermoelectric-based of all transparent conductive oxides. This has led to recent work in which it is considered for use in kinetic energy recovery via piezogenerators and thermal energy recovery via thermoelectric effects.
Tableau 4 donne une estimation en 2001 du potentiel de génération de densité de puissance de diverses techniques de collecte et de conversion d'énergie. Ha rvesting Method Power Density Solar Celis , 15tn\Victir Piezoelectric 3301,,W:cnr Vibration 116t1W 'cin3 Thennoelectric 401.1Wicirr> Depuis cette date, cependant, les deux approches piézo-électriques et thermoélectriques ont indépendamment montré une amélioration considérable du potentiel pour la récupération d'énergie par nano structuration. Pour piézo-génération, cela est lié à l'augmentation de la plage de déplacement et élasticité plus les résonances présentées par des nanostructures, qui peuvent amplifier la densité de puissance de plus de récolte afin de magnitude xv. Pour thermoélectrique, ceci est lié à une diminution de 50 fois de la conductivité thermique par rapport au substrat. Une expérience de croissance des nanofils de ZnO et de récupération d'énergie piézoélectrique permettent d'envisager une nouvelle approche combinée de récolte d'énergie cinétique et thermique couplé à des cellules solaires CIGS. Figure 19b illustre une image de microscope électronique à balayage (MEB) montrant deux surfaces en regard des tranches de silicium recouvertes avec des tableaux de l'auto-formation, orientées verticalement, ZnO nanofils réseaux cultivés par ablation laser.Table 4 gives an estimate in 2001 of the power density generation potential of various energy collection and conversion techniques. However, since that date, both piezoelectric and thermoelectric approaches have independently shown a considerable improvement in the potential for the generation of solar energy. This is the case with the Piezoelectric Powertrain and the Piezoelectric 3301. energy recovery by nano structuration. For piezo-generation, this is related to increasing the range of motion and elasticity plus the resonances presented by nanostructures, which can amplify the power density of more than harvest in order to magnitude xv. For thermoelectric, this is related to a 50-fold decrease in thermal conductivity with respect to the substrate. A ZnO nanowire growth and piezoelectric energy recovery experiment allows a new combined approach of kinetic and thermal energy harvesting coupled with CIGS solar cells. Figure 19b illustrates a scanning electron microscope (SEM) image showing two surfaces facing the silicon wafers coated with vertically oriented self-forming arrays, ZnO nanowires grated by laser ablation.
Les principaux avantages de l'ensemble de travaux ont été développé avec les caractéristiques suivantes: 1) une récupération d'énergie cinétique à base de ZnO de 5mW/cm3 2) une réalisation de ZnO thermoélectrique de base de 0,4. 25 [[00146] Un des avantages de la présente invention est sa mise en oeuvre sur les batteries intégrées au substrat (appelé on-board batteries) sur ou au verso du substrat de la cellule solaire. Pour les applications photovoltaïques, les accumulateurs au plomb sont les systèmes utilisés en large majorité en raison de leur faible coût (< 150 E/kWh), les plaçant loin devant les autres technologies 30 (NiCd, NiMH et Li-ion). Leurs performances électriques ne leur permettent cependant pas d'avoir la durée de vie des panneaux solaires associés (> 10 ans). Le Laboratoire des sources d'énergie miniatures (LSEM) propose d'utiliser la nouvelle technologie LiFePO4/graphite dont le coût objectif à court terme est inférieur à 300 E/kWh, présentant quatre avantages par rapport à la technologie au plomb 35 1) durée de vie supérieure, 2) très faible autodécharge, 3) système 5 à 6 fois plus léger et 4) absence de maintenance. 40 Le coût matière d'un accumulateur Li-ion (environ 80 % du coût de la batterie) est affecté à 25 % par le coût du cobalt et à 25 % par les organes de sécurité rendus notamment nécessaires par la forte réactivité à haute température de ce composé. C'est une réduction de coût supérieure à 30 % qui peut être réalisée dans les nouvelles générations d'accumulateurs grâce à l'utilisation du phosphate de fer, en raison d'une part de son coût objectif (1/3 de celui du cobalt), d'autre part de la suppression des 45 organes de sécurité du fait de sa grande stabilité chimique et électrochimique. Le principal verrou concernant cette famille de composés est la faible conductivité électronique, rendant difficile son utilisation en batterie. En optimisant sa composition et le procédé de fabrication, le CEA/ Grenoble a réussi à stabiliser les performances du phosphate de fer à température ambiante (165 mAh /g à 23 °C). Dans cette filière "forte capacité, bas coût", une avancée notable est la réalisation de matériaux haute 50 tension de type spinelle LiNiO, 5Mn 1, 504 présentant des performances stabilisées sur déjà plus de 50 cycles et qui permettront de dépasser 240 Wh/kg. Mais ces matériaux nécessitent encore des efforts de R&D pour pouvoir être intégrés dans des accumulateurs commerciaux capables de tenir 500 cycles. tr3`i Couches minces et nanostructures de silicium comme anodes dans le contexte des batteries au lithium (collaboration avec T. Gacoin, Groupe de chimie du solide de PMC). [00147] Nanostructures magnétiques et électrochimie à l'échelle atomique : Influence de la chimie de surface et du champ électrique sur les propriétés magnétiques (anisotropie et propagation de paroi de domaine) de couches électro déposées. Ordre atomique local dans les alliages: Poursuite des études de la croissance d'alliages de surface en vue de corréler la microstructure. Figures 20a, 20b, 20c et 20d représentent respectivement ; (20a) une illustration schématisée de domaines d'application des couches minces de stockage intégré au substrat de cellule solaire et (20b, 20c et 20d) une comparaison de la solution classique de lithium ion avec les structures nano titanate sur un substrat flexible dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Les différents aspects importants des batteries à couches minces comprenant des Électrodes nanométriques Inorganique, de l'électrolyte et de couches composites, nécessitent une optimisation de l'interface de l'Etat solide pour une augmentation de capacité, puissance et de fiabilité. La synthèse de matériaux composite et sa caractérisation, le développement de matériaux nouveaux pour de l'électrode des piles en mettant l'accent sur le contrôle de l'interface et de l'ingénierie en 3D du film mince d'électrolyte ont été d'autres aspects important des travaux faisant l'objet de la présente invention. En particulier, la compréhension fondamentale de l'interface diffusion des batteries à couches minces (Thin Film Batteries) composites et flexible. Développement de revêtement et de la modélisation des processus en 3D compatible avec les matériaux pour la 3D TF micro-batterie basé sur des techniques de micro-traitement ont constitué une partie importante de la recherche. Autre aspect de la présente invention est la mise à l'échelle des processus sur des feuilles métalliques (roll-to-roll), le développement de solutions et de matériaux à bas coûts et abondant compatibles avec la production des cellules solaires hybrides [00148] Un des avantages de la présente invention est l'utilisation des batteries lithium Nano-titanate. La Super Charge Ion Battery, ou SCiB, est une batterie développé en grande partie par Toshiba. La SCiB est proche des batteries lithium-ion « standards » des outils informatiques portables (téléphones, ordinateurs etc.) avec cependant des atouts : ^ Durée de vie : 10 ansl ^ Nombre de cycles de charge/décharge : 6 000 (soit 10 fois plus que pour les batteries « standards ») ^ Vitesse de rechargement : neuf fois plus vite qu'une batterie lithium-ion (c'est son atout principal) ^ Plus de sécurité que les batteries lithium-ion ^ Moins de difficultés à contrôler électroniquement (charge, maintien en charge, capacité à débiter du courant) ^ Mais avec un inconvénient : ^ Trois fois moins de capacité à poids égal qu'une batterie lithium-ion Historique de la naissance des batteries SCiB peut Atre résumé comme suit : ^ 2005 : Toshiba publie le principe de la SCiB ^ 2008 : entrée en service d'une première usine de production (150 000 unités/mois) ^ 2009 : Toshiba projette une nouvelle usine pour 2011 (production espérée : 500 000 unités par mois) Caractéristiques techniques les plus remarquables des batteries SCiB sont : ^ Anode : Oxide Lithium-Titane ^ Cathode : Matériau à électrode négative ^ Stabilité thermique (chauffe peu) 3 ^ Point éclair élevé (peu de court circuits) ^ Structure interne résistante aux courts-circuits ^ Faibles risques de combustion/rupture ^ 10 % de perte de capacité obtenus au bout de 3000 cycles décharge/Charge rapide. ^ Cycle de vie > 6000 charges/décharges (cycle de vie = perte de capacité inférieure à 20 %) ^ Charge très rapide (90 % atteints en 5-10 min) ^ Plage de température de fonctionnement de -40°C à 60°C ^ Tension d'une cellule SCiB : 2,4 V ^ Densité : 1,48 ^ Densité énergétique : env. 50 Wh/kg ^ Densité de puissance : env. 3 kW/kg ^ Usage de produits polluants réduits ^ Charge rapide La charge rapide n'est pas une caractéristique directe de la batterie. Ce sont tous ses éléments de robustesse (stabilité thermique, point éclair élevé, structure interne résistante aux court-circuits) qui permettent d'utiliser des courants plus forts que pour des batteries Lithium-ion sans risques d'explosion. On peut ainsi gagner jusqu'à 90 % du temps de charge par rapport à ces dernières. Dans nos études : Technologie de titanate de lithium est très unique car il ne contient pas d'interface d'électrolyte solide (SEI). Le SEI est un «film» sur l'anode qui est une résistance interne limitant la puissance de sortie et génère de la chaleur accumulée dans une batterie standard au lithium-ion. Par conséquent, l'absence d'un SEI permet à la batterie lithium- titanate de travailler efficacement à des températures extrêmes et réduit le risque d'emballement thermique de manière significative. En bref, en enlevant le graphite hautement réactif à partir de la conception du système, et à la place à l'aide de titanate de lithium matériaux nanostructurés en tant que matériau d'électrode négative, aucune interaction significative a lieu avec l'électrolyte. La plage de température de la batterie lithium Nano-titanate est également plus large que celle d'autres technologies : de -40 ° C à 55 ° C (-40 ° F à 131 ° F). Cette capacité élimine pratiquement la nécessité d'un chauffage supplémentaire lorsque la pile est utilisée dans des environnements à basse température et réduit ou élimine les besoins en refroidissement pour un fonctionnement à haute température. Les Batteries lithium-ion classiques peuvent généralement subir le cycle charges/décharges environ 1000 fois avant qu'ils ne soient considérés comme plus utiles. Dans les tests de laboratoire, les systèmes de stockage et Altairnano, les batterie lithium titanate ont atteint plus de 25 000 cycles de charge-décharge et - à des taux jusqu'à 40 fois plus grande que les batteries ordinaires, et encore conserver jusqu'à 80 % de la capacité de charge initiale. Figure 20c-1 illustre une Nano Lithium Titanate en 3D avec plus de cycle de vie et sans stresse lors de charge et décharge Figure 20c-2 montre une Anode en Lithium-ion standard ralentissant le taux de charge avec la cathode due à sa surface arrondie de carbone Figure 20c-3 montre une Anode en Nano Lithium-ion Titanate avec plus de 30 fois de surface d'échange rendant un cycle de charge et de décharge plus rapide. [00149] Autres avantages de mise en oeuvre de nouveau matériau pour les batteries de stockage des cellules solaires Et/ou véhicules électriques. Un des avantages de la présente invention est de proposer un matériau pouvant tripler la capacité des batteries à lithium ion, permettant ainsi aux véhicules électriques d'avoir une autonomie aux alentours des 600km. L'entreprise a également développé un nouveau matériau pour conduire l'électricité dans la batterie.The main advantages of the set of works have been developed with the following characteristics: 1) a ZnO based kinetic energy recovery of 5mW / cm3 2) a basic thermoelectric ZnO realization of 0.4. [00146] One of the advantages of the present invention is its implementation on the batteries integrated in the substrate (called on-board batteries) on or on the back of the solar cell substrate. For photovoltaic applications, lead accumulators are the systems used for the most part because of their low cost (<150 E / kWh), placing them far ahead of other technologies (NiCd, NiMH and Li-ion). However, their electrical performance does not allow them to have the lifetime of the associated solar panels (> 10 years). The Miniature Energy Sources Laboratory (LSEM) proposes to use the new LiFePO4 / graphite technology with a short-term target cost of less than 300 E / kWh, which has four advantages over lead technology 35 1) duration higher life, 2) very low self-discharge, 3) 5 to 6 times lighter system and 4) no maintenance. 40 The material cost of a Li-ion accumulator (approximately 80% of the cost of the battery) is assigned to 25% by the cost of cobalt and 25% by the safety devices made particularly necessary by the high reactivity at high temperature. of this compound. It is a cost reduction of more than 30% that can be achieved in the new generations of accumulators thanks to the use of iron phosphate, partly because of its objective cost (1/3 of that of cobalt ), on the other hand the removal of 45 safety devices because of its high chemical and electrochemical stability. The main lock on this family of compounds is the low electronic conductivity, making it difficult to use in battery. By optimizing its composition and the manufacturing process, CEA / Grenoble succeeded in stabilizing the performance of iron phosphate at room temperature (165 mAh / g at 23 ° C). In this sector "high capacity, low cost", a significant advance is the achievement of high voltage materials spinel type LiNiO, 5Mn 1, 504 having stabilized performance on already more than 50 cycles and which will exceed 240 Wh / kg . But these materials still require R & D efforts to be integrated into commercial batteries capable of holding 500 cycles. tr3`i Thin films and nanostructures of silicon as anodes in the context of lithium batteries (collaboration with T. Gacoin, PMC Solid Chemistry Group). Magnetic nanostructures and electrochemistry at the atomic scale: Influence of surface chemistry and electric field on the magnetic properties (anisotropy and domain wall propagation) of electro deposited layers. Local Atomic Order in Alloys: Continued studies of the growth of surface alloys to correlate microstructure. Figures 20a, 20b, 20c and 20d show respectively; (20a) a schematic illustration of application domains of the thin storage layers integrated in the solar cell substrate and (20b, 20c and 20d) a comparison of the conventional lithium ion solution with the nano titanate structures on a flexible substrate in a solar hybrid cell high efficiency subject of the present invention. The different important aspects of thin-film batteries including Inorganic Nanoscale Electrodes, electrolyte and composite layers, require solid state interface optimization for increased capacity, power and reliability. The synthesis of composite materials and its characterization, the development of new materials for the electrode of the batteries with emphasis on the control of the interface and the 3D engineering of the electrolyte thin film have been other important aspects of the work of the present invention. In particular, the fundamental understanding of the diffusion interface of Thin Film Batteries composite and flexible. Development of coating and process modeling in 3D compatible with materials for 3D micro-battery TF based on micro-processing techniques have been an important part of the research. Another aspect of the present invention is the scaling of processes on metal sheets (roll-to-roll), the development of low-cost and abundant solutions and materials compatible with the production of hybrid solar cells [00148] One of the advantages of the present invention is the use of Nano-titanate lithium batteries. The Super Charge Ion Battery, or SCiB, is a battery developed largely by Toshiba. The SCiB is close to lithium-ion batteries "standard" portable computing tools (telephones, computers etc.) with however assets: ^ Lifespan: 10 yearsl ^ Number of cycles of charge / discharge: 6 000 (or 10 times more than for "standard" batteries) ^ Charging speed: nine times faster than a lithium-ion battery (its main asset) ^ More security than lithium-ion batteries ^ Less trouble controlling electronically (charge, support, ability to charge current) ^ But with one disadvantage: ^ Three times less capacity at equal weight than a lithium-ion battery The birth history of SCiB batteries can be summarized as follows: ^ 2005 : Toshiba publishes SCiB principle ^ 2008: first production plant commissioned (150,000 units / month) ^ 2009: Toshiba plans a new plant for 2011 (expected production: 500,000 units per month) Characteristics The most outstanding techniques of SCiB batteries are: ^ Anode: Lithium-Titanium Oxide ^ Cathode: Negative electrode material ^ Thermal stability (little heating) 3 ^ High flash point (few short circuits) ^ Internal structure resistant to short circuits Low risk of combustion / rupture ^ 10% loss of capacity obtained after 3000 cycles discharge / rapid charge. ^ Life cycle> 6000 charges / discharges (life cycle = loss of capacity less than 20%) ^ Very fast charge (90% achieved in 5-10 min) ^ Operating temperature range of -40 ° C to 60 ° C ^ Voltage of a SCiB cell: 2.4 V ^ Density: 1.48 ^ Energy density: approx. 50 Wh / kg ^ Power density: approx. 3 kW / kg ^ Use of reduced pollutants ^ Fast charging Fast charging is not a direct characteristic of the battery. These are all elements of robustness (thermal stability, high flash point, internal structure resistant to short circuits) that allow the use of stronger currents than for lithium-ion batteries without risk of explosion. It can thus save up to 90% of the charging time compared to the latter. In our studies: Lithium titanate technology is very unique because it does not contain solid electrolyte interface (SEI). The SEI is a "film" on the anode that is an internal resistance limiting the power output and generates heat accumulated in a standard lithium-ion battery. Therefore, the absence of an SEI allows the lithium-titanate battery to work effectively at extreme temperatures and reduces the risk of thermal runaway significantly. In short, by removing the highly reactive graphite from the system design, and instead using lithium titanate nanostructured materials as the negative electrode material, no significant interaction takes place with the electrolyte. The temperature range of the Nano-titanate lithium battery is also wider than other technologies: -40 ° C to 55 ° C (-40 ° F to 131 ° F). This capability virtually eliminates the need for additional heating when the cell is used in low temperature environments and reduces or eliminates cooling requirements for high temperature operation. Conventional lithium-ion batteries can typically go through the charge / discharge cycle about 1000 times before they are considered more useful. In laboratory tests, storage systems and Altairnano, lithium titanate batteries have reached more than 25,000 charge-discharge cycles and - at rates up to 40 times greater than ordinary batteries, and still conserve up to at 80% of the initial load capacity. Figure 20c-1 illustrates a Nano Lithium Titanate in 3D with more life cycle and without stress during charging and discharging Figure 20c-2 shows a standard Lithium-ion anode slowing the charge rate with the cathode due to its rounded surface Figure 20c-3 shows a Nano Lithium-ion Titanate anode with more than 30 times the exchange surface making a charge and discharge cycle faster. [00149] Other advantages of using new material for storage batteries for solar cells And / or electric vehicles. One of the advantages of the present invention is to propose a material that can triple the capacity of lithium ion batteries, thus enabling electric vehicles to have a range around 600km. The company has also developed a new material to conduct electricity in the battery.
Figures 21a et 21b représentent respectivement ; (21a) une illustration de cellule solaire avec batterie de stockage en couches minces intégrée au substrat de cellule solaire et (2 lb) une illustration des étapes de la solution nano titanate en multicouches sur un substrat flexible dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. (Note *1: Gel-type electrolytes: electrolytes of a jelly-like substance. Because they have lower fluidity compared to liquid types, they can be used in coating) Une partie des résultats de cette recherche et le développement (la technologie de processus) a été réalisée avec l'appui du Projet de recherche sur les technologies de pointe pour l'application et l'utilisation commerciale des batteries lithium-ion étant gérés par la Nouvelle Energie et Industrial Technology Development Organization (NEDO) .Figures 21a and 21b show respectively; (21a) a solar cell illustration with thin film storage battery integrated into the solar cell substrate and (2 lb) an illustration of the steps of the multilayer nano titanate solution on a flexible substrate in a high efficiency solar hybrid cell making object of the present invention. (Note * 1: Gel-type electrolytes: electrolytes of a jelly-like substance.) Part of the results of this research and development (process technology) ) was carried out with the support of the Research Project on Advanced Technologies for the Application and Commercial Use of Lithium-Ion Batteries being managed by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
Dans l'avenir, nous allons examiner la production de masse de ces batteries lithium-ion de type de film, le but de réaliser rapidement des produits pour une variété d'utilisations, y compris les véhicules électriques. Les réalisations de cette recherche seront annoncés à Eco- Products 2013 qui se tiendra à Tokyo Big Sight de Décembre 12-14 cette année.In the future, we will look at the mass production of these lithium-ion type film batteries, the purpose of quickly producing products for a variety of uses, including electric vehicles. The achievements of this research will be announced at Eco-Products 2013 to be held at Tokyo Big Sight from December 12-14 this year.
Le processus de recherche de Sekisui Chemical , qui vise à être une société de premier de contribuer à l'environnement , a mis à profit son film haute performance bien rodée comme un instrument pour créer un produit environnemental novateur . La société a notamment concentré ses forces sur les matériaux et dispositifs énergétiques, stimuler la R & D sur les matériaux de la batterie et les processus de production de batteries lithium-ion pour trouver des solutions aux problèmes actuels de poids, l'espace, la sécurité et la capacité. Depuis l'exercice 2012, il s'est engagé dans l'accélération de cette recherche avec l'appui du Projet de recherche en technologie avancée pour l'application et l'utilisation commerciale des batteries lithium-ion étant gérés par la Nouvelle Energie et Industrial Technology Development Organization (NEDO).The research process of Sekisui Chemical, which aims to be a premier company contributing to the environment, has used its well-honed high-performance film as an instrument to create an innovative environmental product. In particular, the company has focused its efforts on energy materials and devices, stimulating R & D on battery materials and lithium-ion battery production processes to find solutions to the current problems of weight, space, security and capacity. Since 2012, he has been involved in accelerating this research with the support of the Advanced Technology Research Project for the Application and Commercial Use of Lithium-Ion Batteries being managed by the New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO).
L'entreprise a fait des efforts agressifs dans le développement de matériaux à haute conductivité et procédés permettant la fabrication de cellules de batterie de grande de la région / long qui ne peut être réalisé avec les processus existants au lithium-ion révolutionnaire. La technologie de Li-nano Titanate décrite dans la présente invention offre également la combinaison idéale d'énergie et de puissance produites pour compenser le comportement dynamique de charge/décharge à des niveaux de décharge variables. Un des avantages de la présente invention est une intégration à grande échelle des énergies renouvelables (photovoltaïques) sur une surface optimisée de l'installation Les batteries lithium -ion sont un type de non - aqueux électrolyte de la batterie rechargeable lorsque la batterie lithium- ion à l'intérieur des électrolytes fournit la conductivité électrique. Les modèles standard ont oxydes métalliques de lithium à l'électrode positive et un matériau carboné tel que le graphite à l'électrode négative, et utilisent en général une solution électrolytique. Grâce à la solution électrolytique est une barrière à assurer la sécurité de la batterie lithium -ion, et de nombreux instituts de recherche visant à solidifier la solution électrolytique, mais du point de vue de la performance et de la productivité, la solution électrolytique reste la substance la norme. Sekisui Chemical , en mettant l'accent déterminé sur l'utilisation de gel pour les électrolytes , a récemment utilisé de nouveaux matériaux d'électrolyte polymère organique comme de type gel électrolytes de conductivité ionique élevée (environ dix fois d'autres produits Sekisui Chemical ) pour obtenir la perspective de la réalisation à grande vitesse continue la production de cellules de batterie (à dix fois par rapport à d'autres produits de Sekisui Chemical ) et amélioration de la sécurité en utilisant un procédé de revêtement en continu plutôt que d' un procédé d'infusion sous vide . En outre, il a mis au point des matériaux silicium négatif d'électrode de grande capacité à faire un usage optimal de cette performance, la réalisation d'une cellule de batterie de grande capacité (900Wh/L).The company has made aggressive efforts in the development of high conductivity materials and processes allowing the manufacture of large / long battery cells that can only be achieved with the existing revolutionary lithium-ion processes. The Li-nano Titanate technology described in the present invention also provides the ideal combination of power and power produced to compensate for dynamic charge / discharge behavior at varying discharge levels. One of the advantages of the present invention is a large scale integration of renewable energies (photovoltaics) on an optimized surface of the installation Lithium-ion batteries are a type of non-aqueous electrolyte of the rechargeable battery when the lithium-ion battery inside electrolytes provides electrical conductivity. Standard models have lithium metal oxides at the positive electrode and a carbonaceous material such as graphite at the negative electrode, and typically use an electrolytic solution. Thanks to the electrolytic solution is a barrier to ensure the safety of the lithium-ion battery, and many research institutes aiming to solidify the electrolytic solution, but from the point of view of performance and productivity, the electrolytic solution remains the substance the norm. Sekisui Chemical, with a strong focus on the use of gel for electrolytes, has recently used new organic polymer electrolyte materials such as electrolyte gel type of high ionic conductivity (about ten times other Sekisui Chemical products) to obtain the prospect of continued high-speed production of battery cells (at ten times compared to other products of Sekisui Chemical) and improving safety by using a continuous coating process rather than a vacuum infusion process. In addition, it has developed high-capacity negative electrode silicon materials to make optimal use of this performance, achieving a high capacity (900Wh / L) battery cell.
Le développement de type de film batteries lithium-ion de grande capacité fonctionnant de pratique tout en étant souple, mince de long et couvre une grande surface, a massivement amélioré la liberté dans la conception de la forme des produits finaux, conduisant à l'anticipation de leur utilisation dans les automobiles, maisons, les appareils électriques et ainsi de suite tout en acquérant la légèreté sans précédent, l'amélioration de la conception à pouvoir être installé dans n'importe quelle forme de forme * 3 économiser de l'espace (un tiers de la taille des produits antérieurs). Note *3: Les valeurs fournies par ces batteries lithium-ion sous forme de film [1] Poids léger Comme ils pèsentent un tiers des produits précédents, ils sont (Lightweight): capables de réduire le mouvement d'entrée par touche de l'énergie de la batterie elle-même. [00150] Cellules solaires doubles faces (appelé aussi bifaciales) et hybrides. A ce stade, pour terminer le processus de cellule solaire, à l'isolement de bord doit être effectué afin d'éviter le court-circuit entre l'émetteur et le contact arrière de la cellule. Dans un procédé mono facial cette étape peut être effectuée juste après la diffusion d'émetteur et , dans ce cas , le traitement chimique par voie humide est utilisé . L'un des procédés d'isolement de bord les plus réussis est traçage au laser. Il est parfaitement adapté à un traitement en ligne et la plaquette reste intacte, ce qui est une exigence importante pour la manipulation de plaquettes minces. D'autres techniques possibles pour effectuer l'isolement de bord sont : gravure chimique humide , la gravure par plasma , découpe scie ou du papier de verre . Un rapport détaillé, y compris la plupart des techniques pertinentes pour isoler les bords est présenté par Hauser et al.The development of high-capacity lithium-ion battery type film working practice while being flexible, thin long and covers a large area, has massively improved freedom in the design of the shape of the final products, leading to anticipation from their use in automobiles, homes, electrical appliances and so on while acquiring unprecedented lightness, improved design to be able to be installed in any form of shape * 3 save space ( one third of the size of the previous products). Note * 3: The values provided by these lithium-ion batteries in film form [1] Light weight As they weigh one third of the previous products, they are (Lightweight): able to reduce the input movement by touch of the battery power itself. [00150] Double-sided solar cells (also called bifacial) and hybrid cells. At this point, to complete the solar cell process, the edge isolation must be done in order to avoid the short circuit between the transmitter and the back contact of the cell. In a mono-facial process this step can be carried out immediately after the emitter diffusion and, in this case, the wet chemical treatment is used. One of the most successful edge isolation processes is laser tracing. It is perfectly suited to online processing and the wafer remains intact, which is an important requirement for the handling of thin wafers. Other possible techniques for performing edge isolation are: wet chemical etching, plasma etching, saw cutting or sandpaper. A detailed report, including most of the relevant techniques for insulating the edges is presented by Hauser et al.
Ici, nous avons présenté la dernière étape pour fabriquer des cellules solaires bifaciales. La structure schématique est présentée à la Figure 11 a, par rapport à la cellule solaire mono-faciale standard. Figures 22a, 22b et 22c représentent respectivement ; (22a) une illustration de cellule solaire double face avec sa métallisation (22b) et sa courbe de réponse ainsi que les réponses spectrales de la cellule (22c) dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure 22a de la présente invention montre un champ de surface Al-back sérigraphiée (Al-BSF) est largement utilisé pour passiver la surface arrière des cellules solaires au silicium. Afin d'accroître le rapport coût-efficacité des cellules solaires, il existe une forte tendance à réduire encore l'épaisseur de la plaquette vers le bas à au moins 200 pm. Donc, la vitesse de recombinaison de surface arrière (Sb) commence à forte influence les performances des cellules solaires lorsque les approches de la longueur de diffusion des porteurs minoritaires ou dépasse l'épaisseur de l'appareil. Al-BSF qui peut diminuer Sb devient beaucoup plus important. Auparavant, la plupart des chercheurs utilisées cellule solaire interne rendement quantique (IQE) à l'analyse de la qualité de Al-BSF. Mais cette méthode est ne pouvait caractériser Al-BSF directement en raison d'autres facteurs. Dans la figure 22a, les champs d'arrière-surface sont formés en utilisant couche sérigraphiée sur Al Cz P-silicium de type directement suivi frittage en four à bande et nous mesurons la durée de vie des porteurs minoritaires après la cuisson. Lorsque ces cellules sont basés sur un substrat à la place d'un substrat de type p de type n, le processus de séquence peut être maintenue, mais dans ce cas, l'émetteur (face avant) serait la surface de bore diffusée (p +) et le champ de surface arrière serait être phosphore (n +). Plusieurs changements dans les étapes de traitement ont été testés e.g., en commençant par la diffusion de phosphore au lieu de la diffusion de bore, texturation de la face arrière et la face avant gravure, entre autres. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec le procédé présenté dans cette section. [[00151] Résultats de la cellule solaire. Avant de présenter les résultats de cellules solaires obtenues au cours de cette étude, il est nécessaire d'introduire des paramètres les plus importants qui caractérisent la cellule solaire. Paramètre les plus pertinents sont décrits ci-après. Comme l'on peut trouver dans les littératures sur PV [PVE] : des tests standardisés permet la [2]Espace réduite (Spacesaving): [3] Performance dans conception (Design performance): la minceur et leur petite taille permettent d'être stockés de manière compacte pour une utilisation efficace de l'espace économisé. Grâce à la forte liberté dans la définition du produit lui permet d'être placé dans ce qui était contraire l'espace inutilisé, ce qui rend encore plus l'utilisation de l'espace. Note* 4 sur Film-type lithium-ion batteries: La taille supposée de batteries lithium-ion de type film est actuellement de 200cm, 30cm de large, et une épaisseur de 0,3 à 5 mm (cependant, la taille varie en fonction de la capacité de conception) comparaison de l'efficacité et d'autres paramètres de la cellule fabriqués par les différentes entreprises et laboratoires avec différentes technologies " . Les conditions d'essai standard ( STC ) sont généralement : masse d'air 1,5 spectre ( AM1.5 ) pour les cellules terrestres et des masses d'air 0 ( AMO ) pour les cellules de l'espace > L'intensité de 100 mW/cm2 ( 1 kW/m2 , un soleil d'éclairage ) Température de la cellule de 25 ° C ( pas 300 K ) Quatre points sonde pour éliminer l'effet de la résistance de contact sonde / cellule.Here we presented the last step to make bifacial solar cells. The schematic structure is shown in Figure 11a, with respect to the standard mono-facial solar cell. Figures 22a, 22b and 22c show respectively; (22a) an illustration of a double-sided solar cell with its metallization (22b) and its response curve as well as the spectral responses of the cell (22c) in a high-efficiency solar hybrid cell forming the subject of the present invention. Figure 22a of the present invention shows a screen printed Al-back surface field (Al-BSF) is widely used to passivate the back surface of silicon solar cells. In order to increase the cost-effectiveness of solar cells, there is a strong tendency to further reduce the wafer thickness down to at least 200 μm. Thus, the rear surface recombination rate (Sb) begins to strongly influence solar cell performance when approaches to minority carrier diffusion length or exceeds the thickness of the device. Al-BSF that can decrease Sb becomes much larger. Previously, most researchers used internal quantum cell quantum efficiency (IQE) at Al-BSF quality analysis. But this method is not able to characterize Al-BSF directly because of other factors. In Figure 22a, the back-surface fields are formed using screen-printed Al Cz P-silicon type film directly followed by band-oven sintering and we measure the life of the minority carriers after firing. When these cells are based on a substrate instead of an n-type p-type substrate, the sequence process can be maintained, but in this case, the transmitter (front side) would be the diffused boron surface (p +) and the back surface field would be phosphorus (n +). Several changes in the processing steps were tested e.g., starting with phosphorus diffusion instead of boron scattering, texturing of the back face and the front side etching, among others. The best results were obtained with the method presented in this section. [00151] Results of the solar cell. Before presenting the results of solar cells obtained during this study, it is necessary to introduce the most important parameters that characterize the solar cell. Most relevant parameter are described below. As can be found in the literature on PV [PVE]: standardized tests allows the [2] Space reduced (Spacesaving): [3] Performance in design (Design performance): the thinness and their small size allow to be compactly stored for efficient use of the space saved. Thanks to the strong freedom in the definition of the product allows it to be placed in what was contrary unused space, which makes even more the use of space. Note * 4 on Film-type lithium-ion batteries: The supposed size of lithium-ion-type film batteries is currently 200cm, 30cm wide, and a thickness of 0.3-5mm (however, the size varies depending design capacity) comparison of efficiency and other parameters of the cell manufactured by different companies and laboratories with different technologies. "Standard Test Conditions (STC) are generally: 1.5 air mass spectrum (AM1.5) for terrestrial cells and air masses 0 (AMO) for space cells> Intensity of 100 mW / cm2 (1 kW / m2, a lighting sun) Temperature of cell 25 ° C (not 300 K) Four probe points to eliminate the effect of probe / cell contact resistance.
Selon Wikipedia [ WIK ] : " la masse d'air 1,5 ( AM1.5G ) spectre correspond à l'éclairement et le spectre de l'incident de la lumière du soleil par temps clair sur une 37 surface ° incliné de soleil face avec le soleil à un angle de 41,81 ° dessus de l'horizon . Le rendement de conversion de l'énergie d'une cellule solaire " " est le pourcentage d'énergie lumineuse incidente qui se termine en fait vers le haut en énergie électrique. Ceci est calculé au point de puissance maximale, Pm, divisée par la densité de rayonnement de la lumière d'entrée (E, en W/m2) sous DCP et l'aire de surface de l' cellule solaire ( Ac en m2) " . rI = Pm E - Ac Le maximum absolu théoriquement possible de l'efficacité de conversion de la lumière du soleil est de 93 % en raison de la limite Carnot, compte tenu de la température des photons émis par la surface du soleil [ HEN ] . " Cellule solaire peut fonctionner sur une large gamme de tensions (V) et les courants (I) . En augmentant la charge résistive sur une cellule irradiée en continu à partir de zéro ( court-circuit ) à une valeur très élevée ( un circuit ouvert) , on peut déterminer le point de puissance maximale , au point que maximise V x I , c'est- à-dire, la charge pour laquelle la cellule peut fournir une puissance électrique maximale ( à ce niveau de l'irradiation ) . La puissance de sortie est égale à zéro à la fois dans le mode de court-circuit et de circuit ouvert. Le point de puissance maximale d'une cellule photovoltaïque varie avec éclairage incident " [ WIK ] . Comme expliqué par l'éducation PV [ PVE : " la courbe IV d'une cellule solaire est la superposition de la courbe IV de la diode de la cellule solaire dans le noir avec le courant généré par la lumière . La lumière a pour effet de décaler la courbe IV vers le bas dans le quatrième quadrant où la puissance peut être extraite de la diode (voir Fig. 12). Éclairer une cellule ajoute les courants normaux "sombres" dans la diode de sorte que le droit de la diode devient : Figure12b illustre l'Effet de la lumière sur les caractéristiques courant-tension d' une jonction p- . Les deux paramètres limitatifs utilisés pour caractériser le rendement des cellules solaires sont court courant de circuit (Isc) qui est le courant à tension nulle , dans des conditions idéales proportionnel à la lumière du soleil est disponible) et de la tension en circuit ouvert ( Voc ) qui est la tension maximale à courant nul [ S & Q ] . Cette valeur augmente de façon logarithmique à une augmentation de la lumière du soleil. Pour chaque point de la courbe IV, le produit de la tension et de courant représente la sortie de puissance pour que l'état de fonctionnement. Une cellule solaire peut également être caractérisé par son point de puissance maximale, lorsque le produit Vmpp x Je mpp est à sa valeur maximale [WEN]. " Un autre terme en définissant le comportement global d'une cellule solaire est le facteur de remplissage (FF). Il s'agit du rapport de la puissance disponible au niveau du point de puissance maximale (Pm), divisée par la tension en circuit ouvert (Voc) et du courant de court-circuit (Isc) : 50 FF = H Voc - Isc rj - Un - E = c Voc - Isc 55 Le facteur de remplissage est directement affectée par les valeurs des séries de la cellule et des résistances shunt " [ WIK ] . L'augmentation de la résistance de shunt ( Rsh ) et la diminution de la résistance série (Rs) de plomb à un taux de remplissage supérieur , résultant ainsi en une plus grande efficacité , et amener la puissance de sortie de la cellule proche de son maximum théorique [ NEL ] . Un autre procédé important de caractériser les performances des cellules solaires est la réponse spectrale. La réponse spectrale est conceptuellement similaire à 1' efficacité quantique [ PVE ] . " Quantum efficacité ( QE) est le rapport entre le nombre de porteurs de charge collectés par la cellule solaire au nombre de photons d' une énergie donnée qui brille sur la cellule solaire. Ceci conduit à : SR= q- 2. QEh- c QE a donc pour objet la réponse d'une cellule solaire à différentes longueurs d'onde dans le spectre de la lumière brillant sur la cellule. Le QE est donnée en fonction de chaque longueur d'onde ou de l'énergie. Si tous les photons d'une certaine longueur d'onde sont absorbées et nous recueillons les porteurs minoritaires résultant, le QE à cette longueur d'onde particulière a une valeur d'un. Le QE pour les photons avec une énergie inférieure à la bande interdite est zéro. Deux types de rendement quantique d'une cellule solaire sont souvent pris en considération: - L'efficacité quantique externe (EQE) est le rapport entre le nombre de porteurs de charge collectés par la cellule solaire au nombre de photons d'une énergie donnée qui brille sur la cellule solaire de l'extérieur (photons incidents). - Rendement quantique interne (IQE) est le rapport entre le nombre de porteurs de charge collectés par la cellule solaire au nombre de photons d'une énergie donnée qui pénètrent dans la cellule solaire de l'extérieur et sont absorbés par la cellule. L'IQE est toujours plus grande que l'examen européen de qualification. Un faible IQE indique que la couche active de la cellule solaire n'est pas en mesure de faire bon usage des photons. Pour mesurer 1' IQE , une première mesure le EEQ du dispositif solaire , des mesures de sa transmission et de réflexion , et combine ces données pour en déduire l' IQE » [ WIK ] . Selon éducation PV [ PVE : " la réponse spectrale idéal est limitée à grandes longueurs d'onde par l'incapacité du semi-conducteur à absorber les photons avec des énergies inférieures à la largeur de bande . Cette limite est la même que celle rencontrée dans les courbes d'efficacité quantique. Cependant, contrairement à la forme carrée de courbes de QE , la réponse spectrale diminue à petites longueurs d'onde des photons . A ces longueurs d'onde, chaque photon a une grande énergie, et par conséquent le rapport des photons à la puissance est réduite. Toute l'énergie au-dessus de l'énergie d'intervalle de bande n'est pas utilisée par la cellule solaire et à la place provoque le chauffage de la cellule. L'incapacité d'utiliser pleinement l'énergie incidente à haute énergie et l'incapacité d'absorber les basses énergies de la lumière représente une importante perte de puissance dans les cellules solaires constituées d'une seule jonction pn. [00151] Pertes dans les cellules solaires : Les pertes dans une cellule solaire permettront de réduire son efficacité. Les principales contributions sont les pertes optiques dues à la réflexion, les pertes de recombinaison, résistive et les pertes thermiques. " Pertes optiques affectent principalement la puissance à partir d'une cellule solaire en abaissant le courant de court- circuit. Pertes optiques sont constitués de lumière, qui pourrait avoir généré une paire électron- trou, mais qui ne fonctionne pas, car la lumière est réfléchie depuis la surface avant, soit parce qu'il n'est pas absorbé dans la cellule solaire. Pour les cellules solaires semi-conducteurs les plus courants, la totalité du spectre visible a assez d'énergie pour créer des paires électron-trou et donc toute la lumière visible idéalement être absorbé [ PVE » . Lorsque la lumière est éteinte, le système doit revenir à un état d'équilibre et les paires électron-trou générées par la lumière doit disparaître. En l'absence de source d'énergie externe, les électrons et les trous se promènent jusqu'à ce qu'ils rencontrent et se recombinent. Les défauts ou d'impuretés à l'intérieur ou à la surface du semi-conducteur promouvoir recombinaison [ WEN ] . " La recombinaison peut se produire par l'intermédiaire de plusieurs mécanismes : - recombinaison radiative : l'inverse de l'absorption. Électrons dans un état de haute énergie reviennent à un état d'énergie plus faible, avec la sortie de l'énergie lumineuse. - recombinaison Auger : un électron se recombiner avec un trou donne le surplus d'énergie à un autre électron, qui se détend alors à son état d'énergie initial, libérant phonons. Cette recombinaison est particulièrement efficace en matière relativement fortement dopée, devenant ainsi le processus dominant lorsque le niveau d'impureté dépasse largement 1017 cm -3. - La recombinaison par pièges (appelés aussi Shockley -Read -Hall recombinaison) : peut se produire lorsque des impuretés dans le semi-conducteur ou des pièges d'interface au niveau des surfaces donnent lieu à des niveaux d'énergie autorisées dans la bande d'énergie interdite autrement. Les électrons peuvent ainsi se recombiner avec les trous dans un procédé en deux étapes, d'abord de détente au niveau de l'énergie de défauts, puis à la bande de valence.According to Wikipedia [WIK]: "The mass of air 1.5 (AM1.5G) spectrum corresponds to the illumination and spectrum of incident of sunlight in clear weather on a 37 ° inclined surface of sun facing with the sun at an angle of 41.81 ° above the horizon.The energy conversion efficiency of a solar cell "" is the percentage of incident light energy that actually ends up in energy This is calculated at the point of maximum power, Pm, divided by the radiation density of the input light (E, in W / m2) under DCP and the surface area of the solar cell (Ac in m2 ) ". rI = Pm E - Ac The absolute maximum theoretically possible of the conversion efficiency of sunlight is 93% because of the Carnot limit, given the temperature of the photons emitted by the sun's surface [HEN]. Solar cell can operate over a wide range of voltages (V) and currents (I) by increasing the resistive load on a continuously irradiated cell from zero (short circuit) to a very high value (an open circuit ), it is possible to determine the point of maximum power, to the point that maximizes V x I, that is, the load for which the cell can provide a maximum electrical power (at this level of irradiation). Output power is zero in both short-circuit and open-circuit mode.The maximum power point of a photovoltaic cell varies with incident illumination "[WIK]. As explained by PV education [PVE: "The IV curve of a solar cell is the superposition of the IV curve of the solar cell diode in the dark with the current generated by the light.The light has the effect of shift the IV curve down into the fourth quadrant where the power can be extracted from the diode (see Fig. 12) Enlightening a cell adds normal "dark" currents into the diode so that the right of the diode becomes: Figure 12b illustrates the effect of light on the current-voltage characteristics of a p-junction.The two limiting parameters used to characterize the efficiency of solar cells are short-circuit current (Isc) which is the zero-voltage current, in ideal conditions proportional to sunlight is available) and open-circuit voltage (Voc) which is the maximum voltage at zero current [S & Q] .This value increases logarithmically to an increase sunlight. For each point of curve IV, the product of the voltage and current represents the power output for the operating state. A solar cell can also be characterized by its maximum power point, when the product Vmpp x Je mpp is at its maximum value [WEN]. "Another term defining the overall behavior of a solar cell is the fill factor (FF), which is the ratio of the power available at the point of maximum power (Pm), divided by the circuit voltage. open (Voc) and short-circuit current (Isc): 50 FF = H Voc - Isc rj - A - E = c Voc - Isc 55 The fill factor is directly affected by the values of the series of the cell and the shunt resistors "[WIK]. The increase of the shunt resistance (Rsh) and the decrease of the series resistance (Rs) of lead to a higher filling rate, thus resulting in greater efficiency, and bring the power output of the cell close to its theoretical maximum [NEL]. Another important method of characterizing the performance of solar cells is the spectral response. The spectral response is conceptually similar to quantum efficiency [PVE]. "Quantum Efficiency (EQ) is the ratio of the number of charge carriers collected by the solar cell to the number of photons of a given energy shining on the solar cell.This leads to: SR = q- 2. QEh- c QE therefore deals with the response of a solar cell at different wavelengths in the spectrum of bright light on the cell.EQ is given as a function of each wavelength or energy. photons of a certain wavelength are absorbed and we collect the resulting minority carriers, the QE at this particular wavelength has a value of 1. The QE for photons with energy below the bandgap is zero Two types of quantum efficiency of a solar cell are often taken into consideration: - External quantum efficiency (EQE) is the ratio between the number of charge carriers collected by the solar cell to the number of photons of a given energy. who shines r the solar cell from the outside (incident photons). - Internal quantum yield (IQE) is the ratio between the number of charge carriers collected by the solar cell to the number of photons of a given energy that enter the solar cell from outside and are absorbed by the cell. The WQI is always bigger than the European qualifying examination. A low IQE indicates that the active layer of the solar cell is not able to make good use of the photons. To measure the IQE, a first measure the EEQ of the solar device, measurements of its transmission and reflection, and combines these data to deduce the WQI "[WIK]. According to PV education [PVE: "the ideal spectral response is limited to long wavelengths by the semiconductor's inability to absorb photons with energies less than the bandwidth." This limit is the same as that encountered in However, in contrast to the square shape of EQ curves, the spectral response decreases at short wavelengths of photons.At these wavelengths, each photon has a high energy, and therefore the ratio of photons to power is reduced.All the energy above the band gap energy is not used by the solar cell and instead causes the heating of the cell. to make full use of the high-energy incident energy and the inability to absorb low light energies represents a significant loss of power in solar cells consisting of a single pn junction. [00151] Losses in solar cells: The losses in a solar cell will reduce its effectiveness. The main contributions are optical losses due to reflection, loss of recombination, resistive and thermal losses. "Optical losses primarily affect power from a solar cell by lowering the short-circuit current." Optical losses consist of light, which could have generated an electron-hole pair, but that does not work because the light is reflected from the front surface, or because it is not absorbed into the solar cell.For the most common semiconductor solar cells, the entire visible spectrum has enough energy to create electron-hole pairs and therefore all visible light ideally be absorbed [PVE.] When the light is off, the system must return to a state of equilibrium and the electron-hole pairs generated by the light must disappear. external, electrons and holes wander until they meet and recombine.Flatches or impurities inside or on the surface of the semiconductor promote recombinant [WEN]. "Recombination can occur through several mechanisms: - radiative recombination: the opposite of absorption. Electrons in a state of high energy return to a lower energy state, with the output of light energy. - Auger recombination: an electron recombining with a hole gives the extra energy to another electron, which then relaxes to its original energy state, releasing phonons. This recombination is particularly effective in relatively heavily doped material, thus becoming the dominant process when the level of impurity greatly exceeds 1017 cm -3. - Recombination by traps (also called Shockley -Read -Hall recombination): can occur when impurities in the semiconductor or interface traps at the surfaces give rise to permissible energy levels in the band. forbidden energy otherwise. The electrons can thus recombine with the holes in a two-step process, first to relax at the level of the defect energy, then to the valence band.
Les cellules solaires ont généralement une série parasite et la résistance shunt associé avec eux, les deux types agir pour réduire le facteur de remplissage. Les principaux facteurs de la résistance série (Rs ) est la résistance apparente du matériau semi-conducteur , les contacts et interconnexions métalliques , transport de porteurs à travers la couche supérieure diffuse, et la résistance de contact entre les contacts métalliques et le semi-conducteur . La résistance de shunt ( rsh ) est due à la jonction PN non- idéalités et les impuretés près de la jonction , qui provoquent un court-circuit partiel de la jonction , en particulier près des bords de la cellule " [ WEN . " Les cellules solaires fonctionnent comme des dispositifs de conversion d'énergie quantique, et sont donc sujettes à la« limite de l'efficacité thermodynamique «. Les photons avec une énergie inférieure à la bande interdite de la matière absorbante ne peut pas générer un pair électron - trou, et de sorte que leur énergie est convertie en sortie pas utile et ne génère de la chaleur en cas d'absorption. Pour des photons d'énergie supérieure à l'énergie de bande interdite, seule une fraction de l'énergie au-dessus de la bande interdite peut être convertie en puissance utile. Quand un photon de grande énergie est absorbé, l'énergie en excès au-dessus de la bande interdite est convertie en énergie cinétique de l'ensemble de support. L'excès d'énergie cinétique est convertie en chaleur par des interactions phonon comme l'énergie cinétique des porteurs ralentit la vitesse à l'équilibre [ WIK ] . " Le tableau 6présente un résumé de toutes ces pertes, y compris les paramètres affectés. Tableau 6: Types de pertes et le paramètre affecté. [ aramètre mécanisme de perte de Visé ertes optiques Isc ertes de recombinaison Voc , les pertes résistives Icc FF es pertes thermiques Voc , FFI " Les barres et les doigts sont la source d'une variété de pertes ; il s'agit notamment de pertes d'ombrage , les pertes résistives et les pertes de résistance de contact [ PVE ] . " Les premiers résultats de IV sur un lot de 50 cellules solaires. [00152] Augmentation de rendement des cellules solaires par bifacialisation. Au début de cette enquête en 2008, nous avons surtout travaillé à l'optimisation de l'étape de traitement de diffusion de bore. Cette étape est la clé pour créer les champs de surface arrière (appelé aussi BSF). Elle peut être réalisée avant ou après la formation de l'émetteur en fonction de la séquence d'étapes choisies.. Une fois une très petite déviation dans l'homogénéité de la diffusion de bore sur les surfaces des plaquettes a été obtenue, les cellules solaires ont été fabriquées suivant une séquence similaire à celle présentée par Kopecek. Ce fut le point de départ de plusieurs étapes d'optimisation et les réglages de configuration. Les substrats traités ont été environ 212 - cm résistivité, 125x125 mm2 p- saisir Cz -Si d'une épaisseur d'environ 200 um. Les résultats de déviation étaient de l'ordre de 10%, ayant une grande inhomogénéité dans l'efficacité. L'amélioration de l'homogénéité des cellules sur un lot défini était un premier objectif. Cet objectif a été atteint après nous avons obtenu une certaine expérience dans les techniques de traitement telles que le nettoyage des substrats, dépôt SiNx , entre autres . et Ces premiers résultats ont montré que principalement la face arrière présente une grande possibilité pour l'amélioration globale, dans le courant de court-circuit. Jsc diminue principalement en raison de pertes optiques et de recombinaison. Ces résultats indiquent une autre étape d'optimisation : la passivation de la surface d' + p . Pour l'amélioration de la face avant, nous étions surtout intéressés par l'optimisation de la formation de contact. Cependant, au cours de ce travail la plupart des étapes de traitement ont été améliorées pour la face avant et arrière. L'ordre des étapes a été ajustée pour obtenir les meilleurs résultats en termes de résultats de cellules solaires et de la production (temps et de la consommation) résultats après séquence et étapes d'optimisation.Solar cells usually have a parasitic series and the shunt resistance associated with them, both types acting to reduce the fill factor. The main factors of the series resistance (Rs) is the apparent resistance of the semiconductor material, the metallic contacts and interconnections, carrier transport through the diffuse upper layer, and the contact resistance between the metal contacts and the semiconductor . The shunt resistance (rsh) is due to the non-idealized PN junction and the impurities near the junction, which cause a partial short circuit of the junction, particularly near the edges of the cell "[WEN." The cells solar devices operate as quantum energy conversion devices, and are therefore subject to the "limit of thermodynamic efficiency". Photons with energy less than the forbidden band of the absorbing material can not generate an electron - hole pair, and so their energy is converted into a useful output and does not generate heat when absorbed. For photons of energy greater than the bandgap energy, only a fraction of the energy above the forbidden band can be converted into useful power. When a high energy photon is absorbed, excess energy above the forbidden band is converted into kinetic energy of the carrier assembly. The excess of kinetic energy is converted into heat by phonon interactions as the kinetic energy of the carriers slows the speed to equilibrium [WIK]. Table 6 shows a summary of all these losses, including the parameters affected Table 6: Types of Losses and the Parameter Affected [arameter Loss Mechanism of Visualized Isc Optics Voc Recombination, Resistive Loss Icc FF Losses thermal Voc, FFI "The bars and the fingers are the source of a variety of losses; these include shading losses, resistive losses and contact resistance losses [PVE]. "The first results of IV on a batch of 50 solar cells [00152] Increased yield of solar cells by bifacialization At the beginning of this survey in 2008, we mainly worked on the optimization of the diffusion treatment step This step is the key to creating the rear surface fields (also called BSF), it can be done before or after the formation of the transmitter depending on the sequence of steps chosen .. Once a very small deviation in the homogeneity of boron scattering on platelet surfaces was obtained, the solar cells were made in a sequence similar to that presented by Kopecek, which was the starting point for several optimization steps and adjustments. The treated substrates were about 212 - cm resistivity, 125 x 125 mm 2 p-grabbing Cz-Si with a thickness of about 200 μm. 10%, having a high degree of inhomogeneity in efficiency. Improving cell homogeneity on a defined lot was a primary goal. This goal was achieved after we gained some experience in processing techniques such as substrate cleaning, SiNx deposition, among others. and These first results showed that mainly the back face presents a great possibility for overall improvement, in the short-circuit current. Jsc decreases mainly due to optical losses and recombination. These results indicate another optimization step: the passivation of the surface of + p. For the improvement of the front panel, we were mainly interested in optimizing the contact training. However, during this work most of the processing steps have been improved for the front and back side. The order of the steps has been adjusted to obtain the best results in terms of solar cell results and production (time and consumption) results after sequence and optimization steps.
Les efficacités maximales obtenues avec ce procédé sont de 17,3% pour la face avant et 15 % pour l'éclairage latéral arrière sous STC. Le rapport entre le rendement avant et du côté arrière est supérieur à 80 % pour l'ensemble des cellules solaires. Il est important de considérer que pour diffusions, une meilleure passivation des surfaces, et pour la mise en contact du métal, nous supposons que les gains en efficience devraient être d'au moins 0,5 % en valeur absolue. Des substrats de type N ont également été inclus dans ce lot pour les traiter pour les cellules solaires, en utilisant le même processus. Les meilleurs résultats de cellules étaient de 15,1% pour la face avant et de 11,9 % pour la face arrière. [00153] Augmentation de rendement de cellule en piégeant les photons de la lumière Récemment, une équipe de chercheurs de 1' Université de l'Illinois à Urbana-Champaign et l'université de Floride centrale à Orlando ont essayé de mettre oeuvre des systèmes de piégeage de la lumière avec des cellules solaires en silicium d'épaisseur 3 um., Le résultat obtenu sur les rendements de conversion de l'énergie ont été de plus de 190 % par rapport à des cellules identiques qui ne possèdent pas les caractéristiques de piégeage de lumière..The maximum efficiencies obtained with this method are 17.3% for the front panel and 15% for rear side lighting under STC. The ratio of forward and backward efficiency is greater than 80% for all solar cells. It is important to consider that for diffusions, a better passivation of the surfaces, and for the contacting of the metal, we suppose that the gains in efficiency should be at least 0.5% in absolute value. N-type substrates have also been included in this batch for processing for solar cells, using the same process. The best cell results were 15.1% for the front panel and 11.9% for the back panel. [00153] Increased cell efficiency by trapping light photons Recently, a team of researchers from the University of Illinois at Urbana-Champaign and the University of Central Florida at Orlando have been trying to implement systems of trapping of light with 3 μm thick silicon solar cells., The result obtained on energy conversion efficiencies were more than 190% compared to identical cells that do not possess the trapping characteristics from light..
La présente invention propose de nouvelle nano-textures sous forme de réseaux micro-cellulaires qui possèdent la caractéristique de piégeage de la lumière avec une fabrication simple, légers, flexibles, plus efficaces, et faciles à produire en masse. Piégeage de la lumière est une technique utilisée pour rendre la longueur du chemin optique plus long que la longueur (épaisseur) de la cellule solaire réelle.The present invention provides new nano-textures in the form of micro-cellular networks which have the light-trapping characteristic with simple manufacture, light, flexible, more efficient, and easy to mass-produce. Light trapping is a technique used to make the length of the optical path longer than the length (thickness) of the actual solar cell.
Le chemin optique est le chemin que la lumière met en traversant la cellule solaire. A titre d'exemple, pour une cellule solaire sans système de piégeage de la lumière, la longueur d'un chemin optique est égale à la longueur de l'appareil lui-même. Dans une cellule solaire avec des systèmes de piégeage de lumière, la longueur de chemin optique peut être de 40 fois ou plus supérieure à la longueur du dispositif. L'invention utilise un système de piégeage de la lumière basé sur une technique très innovante. Il s'agit d'utilisé un système de capture et blocage de lumière basé sur une technique de croissance de couche par MLD ou de nano-impression/dépôt où un dépôt polymère par MLD crée mécaniquement le modèle (nano- échelle) à la cellule solaire sans utilisation des étapes lithographiques complexes. Cette approche conduit naturellement de flexibilité, rendant la conception idéale pour la fabrication de masse. Cette étude démontre que le régime piégeant la lumière offre une efficacité électrique plus élevée dans un module flexible et léger. Figure 23 représente une illustration de cellule solaire muni de piège photonique pour une augmentation de rendement dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. [00154] Remarques sur Augmentation et Optimisation de rendement de cellule Il est à noter que les éléments les plus importants dans l'augmentation et l'optimisation des rendements énergétique sont : 1) L'élargissement de la bande gap (14-1 Fig.14a) L'expression de la bande gap (en électronvolt) : Selon la loi de la mécanique quantique, l'énergie minimale nécessaire au photon pour franchir la bande d'énergie interdite = celle de propagation électromagnétique de l'onde associée hc E = mc2 = hv = -À h = 6,62620 * 10-34 Js Constante de Planck c = 3 * 108ms-1 la vitesse de la lumière Par conséquent : hc 1.24 Eg(ev) = hv = - muni.) 2) le nombre d'électrons crées par le processus de photo-génération : k)I(x) = N(0)e-ax A étant le coefficient d'absorption de la matière utilisée en rn-1 3) l'indice de réfraction des couches supérieures n 4) l'épaisseur de la couche absorbante E Il en ressort que pour avoir une meilleure efficience il faut une .1(gm) plus grande possible donc une étude de la spectre d'électromagnétique. Un choix optimal du coefficient d'absorption a pour avoir plus d'électrons libres. Il faut par conséquent une caractérisation minutieuse et totale des diverses couches notamment la couche CIGS. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L'ensemble des figures 1 à 24 indiquent une représentation schématique ainsi que différents détailles d'un système faisant l'objet de la présente invention. Figure 1 représente schématiquement les différentes couches d'une cellule solaire hybride double face faisant l'objet de la présente invention. Figure 2a représente schématiquement les différentes couches d'une cellule solaire hybride haut 25 rendement avec convertisseur piézonanotubes (ou piézonanofils) faisant l'objet de la présente invention. Figure 2b représente schématiquement les différentes couches d'une cellule solaire simple haut rendement faisant l'objet de la présente invention. 30 Figure 2c représente schématiquement les différentes couches d'une cellule hybride solaire haut rendement avec batterie de stockage intégrée au substrat de la cellule faisant l'objet de la présente invention. 35 Figures 3a et 3b schématisent une cellule hybride solaire haut rendement avec couches antireflet et suivi du soleil faisant l'objet de la présente invention. Figures 3c et 3d schématisent une cellule hybride solaire haut rendement avec batteries de stockage intégrée au substrat de la cellule et des couches antireflet et suivi du soleil faisant l'objet de la présente 40 invention. Figure 4 représente schématiquement une séquence idéale de croissance par MLD en « des réactions auto limitatives » utilisant deux réactants homobifonctionnels dans un process ayant la séquence de la chimie spontanément utilisé pour la croissance d'un polymère organique, permettant ainsi le mélange 45 de l'organique précurseurs utilisés pour MLD avec des précurseurs ALD inorganiques de définir de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure 5 illustre la croissance de l'Alucone (film polymère) en deux étapes utilisant 50 triméthylaluminium (TMA) et d'éthylène glycol (EG). TMA est exposé à une surface hydroxylée et produit une surface recouverte d'espèce d'A1CH3, permettant ainsi le mélange de l'organique inorganiques servant de base de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. 10 15 20 Figure 6a représente la courbe de diagramme des bandes d'absorption d'énergie (Abs/PL) en fonction de la longueur d'onde dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention.The optical path is the path that light puts through the solar cell. By way of example, for a solar cell without a light trapping system, the length of an optical path is equal to the length of the device itself. In a solar cell with light trapping systems, the optical path length may be 40 times or more greater than the length of the device. The invention uses a light trapping system based on a very innovative technique. It uses a light capture and blocking system based on a MLD layer growth or nano-impression / deposition technique where a polymer deposit by MLD mechanically creates the model (nanoscale) at the cell. solar without the use of complex lithographic steps. This approach naturally leads to flexibility, making the design ideal for mass manufacturing. This study demonstrates that the light-trapping regime provides higher electrical efficiency in a flexible and lightweight module. Figure 23 shows a solar cell photon trap illustration for an increase in efficiency in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. [00154] Notes on Increase and Optimization of Cell Efficiency It should be noted that the most important elements in the increase and optimization of energy yields are: 1) The widening of the gap band (14-1 FIG. 14a) The expression of the gap band (in electronvolt): According to the law of quantum mechanics, the minimum energy required for the photon to cross the forbidden energy band = that of electromagnetic propagation of the associated wave hc E = mc2 = hv = -A h = 6,62620 * 10-34 Js Planck constant c = 3 * 108ms-1 the speed of light Therefore: hc 1.24 Eg (ev) = hv = - fitted) 2) the number of electrons created by the photo-generation process: k) I (x) = N (0) e-ax A being the absorption coefficient of the material used in rn-1 3) the refractive index of upper layers n 4) the thickness of the absorbing layer E It emerges that to have a better efficiency it takes a larger .1 (gm) possib therefore a study of the electromagnetic spectrum. An optimal choice of the absorption coefficient has to have more free electrons. It is therefore necessary to have a thorough and complete characterization of the various layers, in particular the CIGS layer. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES The set of FIGS. 1 to 24 show a schematic representation as well as various details of a system that is the subject of the present invention. Figure 1 shows schematically the different layers of a double-sided hybrid solar cell subject of the present invention. Figure 2a shows schematically the different layers of a high efficiency hybrid solar cell with piezonotubes (or piezonanosil) converter which is the subject of the present invention. Figure 2b shows schematically the different layers of a single high efficiency solar cell subject of the present invention. FIG. 2c schematically represents the various layers of a high efficiency solar hybrid cell with storage battery integrated into the substrate of the cell that is the subject of the present invention. Figures 3a and 3b schematize a high efficiency solar hybrid cell with antireflection layers and sun tracking subject of the present invention. Figures 3c and 3d show a high efficiency hybrid solar cell with storage batteries integrated in the cell substrate and antireflection and sun tracking layers subject of the present invention. Figure 4 schematically represents an ideal growth sequence by MLD in "self-limiting reactions" using two homobifunctional reactants in a process having the sequence of chemistry spontaneously used for the growth of an organic polymer, thus allowing mixing 45 of the Organic precursors used for MLD with inorganic ALD precursors to define novel organic-inorganic hybrid materials in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Figure 5 illustrates the growth of Alucone (polymer film) in two steps using 50 trimethylaluminum (TMA) and ethylene glycol (EG). TMA is exposed to a hydroxylated surface and produces a surface covered with A1CH3 species, thus allowing the mixing of the inorganic organic base of novel organic-inorganic hybrid materials in a high efficiency solar hybrid cell being subjected to the present invention. Figure 6a shows the graph of the energy absorbing bands (Abs / PL) as a function of wavelength in a high efficiency solar hybrid cell forming the subject of the present invention.
Figure 6b représente une modélisation de la structure d'une cellule solaire hybride du type CIGS, dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure 7a représente une illustration schématisée d'une configuration possible de cellule solaire bifacial avec couche active optique dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure 7b représente une illustration schématisée d'une configuration possible de cellule solaire équipée de couche convertisseur élévateurs (Up Converter) convertissant les rayonnements invisibles en rayonnement visible du spectre lumineux dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 7c et 7d représentent respectivement ; (7c) la courbe d'extension d'efficience quantique (EQE) d'une cellule hybride en fonction des la longueur d'onde et de matériaux utilisés et moléculaire d'une cellule et (7d) la structure de la totalité de spectre lumineux par division en longueur d'onde sur une cellule multicouches dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure (8a) représente le rapport de cout par m2 standard identifiant ce qui est considéré comme les trois principales catégories de cellules solaires en termes d'efficacité de conversion solaire et le coût par unité de surface dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure (8b) : représente le Spectre de corps noir en fonction de température dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention.FIG. 6b represents a model of the structure of a hybrid solar cell of the CIGS type, in a high efficiency solar hybrid cell which is the subject of the present invention. Figure 7a shows a schematic illustration of a possible configuration of bifacial solar cell with optical active layer in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Figure 7b is a schematic illustration of a possible configuration of solar cell equipped with up converter layer (Up Converter) converting invisible radiation visible radiation of the light spectrum in a hybrid high efficiency solar cell subject of the present invention. Figures 7c and 7d represent respectively; (7c) the quantum efficiency extension curve (EQE) of a hybrid cell as a function of the wavelength and used and molecular materials of a cell and (7d) the structure of the entire light spectrum by wavelength division on a multilayer cell in a high efficiency solar hybrid cell forming the subject of the present invention. Figure (8a) shows the cost ratio per standard m2 identifying what is considered to be the top three categories of solar cells in terms of solar conversion efficiency and the cost per unit area in a high efficiency solar hybrid cell making the object of the present invention. Figure (8b): represents the Black Body Spectrum as a function of temperature in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention.
Figure (8c) représente La structure d'un lattice (ensemble ordonné), dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure (8d) représente La courbe représentative de limite de Shockley-Queisser, dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 9a, 9b et 9c représentent respectivement ; (9a) une illustration schématisée d'un cycle de charge et de décharge dans une batterie à électrolyte solide et (9b) une illustration de couches mince de l'étage de stockage de l'énergie avec Anode et Cathode sur substrat flexible de l'interface diffusion couche mince (Thin Film), Batteries composites et flexible. Développement de revêtement (coating) et de la modélisation des processus en 3D et (9c) une illustration schématisée de micro batteries Lithium nano titanate sans interface électrolyte solide (appelé aussi SEI ou Solid Electrolyte Interface (SEI) dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention.Figure (8c) shows the structure of a lattice (ordered set), in a hybrid high efficiency solar cell subject of the present invention. Figure (8d) shows the Shockley-Queisser boundary representative curve, in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Figures 9a, 9b and 9c show respectively; (9a) a schematic illustration of a charging and discharging cycle in a solid electrolyte battery and (9b) a thin-layer illustration of the energy storage stage with Anode and Cathode on flexible substrate of the thin film (Thin Film) interface, composite and flexible batteries. Coatings development (coating) and modeling of processes in 3D and (9c) a schematic illustration of Lithium nano titanate micro batteries without solid electrolyte interface (also called SEI or Solid Electrolyte Interface (SEI) in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage to the substrate subject of the present invention.
Figures 10a, 10b et 10c représentent respectivement ; (10a) une illustration schématisée d'une cellule solaire CIGS munie d'une couche d'interface organique et (10b) une illustration de couches absorbante CIGS et de couche sulphide (couche à sulfure de cadmium) du type n sur une jonction p-n et (10c) une illustration schématisée flexible. Développement de revêtement (coating) et de la modélisation des processus en 3D dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention.Figures 10a, 10b and 10c show respectively; (10a) a schematic illustration of a CIGS solar cell with an organic interface layer and (10b) an illustration of n-type CIGS and sulphide (n-sulphide) layers on a pn junction and (10c) a flexible schematic illustration. Coating development and modeling of 3D processes in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage on the substrate of the present invention.
K9 Figures 11a, 11b, 11c et lld représentent respectivement ; (11a) une illustration schématisée d'une cellule solaire double face simple et (11b) une illustration de couches n centrale recouverte à l'avant et à l'arrière par couche de type p et n+ et (11c) une illustration schématisée d'une jonction p recouverte à l'avant et à l'arrière par couche de type SnO2 et (11d) une illustration de panneau solaire dans un environnement d'utilisation sur châssis surélevée dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Figures 12a, 12b, 12c 12d, 12e, 12f et 12g représentent respectivement ; (12a) une illustration schématisée d'une croissance cyclique ALD et (12b) une illustration de couches en formation et (12c) une illustration du domaine rectangulaire discrétisé et (12d) une illustration de contour de la fonction de Potentiel yr et (12e) une illustration de « la surface de la fonction Potentiel yr » et (12f) une illustration des conditions aux limites et (12g) une illustration de l'allure et le profil de la fonction potentiel électrique w(x,y) par les méthodes de relaxation et de sur relaxation respectivement dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Figures 13a, 13b et 13c représentent respectivement ; (13a) une illustration schématisée de modélisation de couche haute Organique d'une cellule solaire et (13b) une illustration de modélisation de cellule hybride avec couche absorbante CIGS et (13c) une illustration schématisée flexible. De structure assemblée dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Figures 14a, 14b et 14c représentent respectivement (14a) Le principe de photo génération dans la bande de valence en fonction de dopage et (14b) la courbe de point quantum de CuInSe2 PV- quantum dots (appelé aussi QDs)7Et (14c) réponse spectrale d'efficience quantique de la cellule absorbante CIGS dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure 15 représente une illustration du chemin parcouru par la lumière dans une couche de passivation arrière (passivation diélectrique arrière avec SiO2, Al2 03/ SiNx et low-n) servant de réflecteur interne dans une cellule solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 16a, 16b, 16c, 16d et 16e représentent respectivement ; (16a) une illustration schématisée de l'amélioration de l'absorption de la lumière (Plasmonique) et (16b) une illustration du Séparation des particules d'Ag de semi-conducteur par mince couche de passivation (par exemple A1203) améliore la performance électrique et (16c) une illustration de « réalisation par structures-opaline auto-organisés, des structures photoniques hexagonaux par dépôt d'ALD A1203 (passivation de surface) revêtement de surface réalisé par rotation (Spin coating) de nanoparticules sphériques (SiO2) et (16d) une illustration de la densité de courant de court-circuit et (16e) une illustration de valeurs simulées des densités de courant dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Figures 17a, 17b, 17c 17d, 17e, 17f et 17g représentent respectivement ; (17a) une illustration schématisée de la croissance d'une couche MLD au cours de la croissance ABC qui peut être accompli sans l'aide précurseurs homobifonctionnels est basé sur : TMA , un minéral homomultifonctionnel précurseur, l'éthanol amine (EA), un réactif organique hétéro et maléique anhydride (MA) un réactif organique par ouverture de cycle et (17b) une illustration de la différence des spectres FTIR pour Glycérol - TMA et TMA - glycérol. Les spectres sont déplacés pour plus de clarté dans présentation et (17c) une illustration de différence du spectre de FTIR après TMA et GL exposition pendent AB Alucone MLD à 150 °C et (17d) une illustration des quatre étapes de séquence ABCD de réaction pour une process de croissance de couche par MLD d'un film d'Alumina-siloxane utilisant trimethylaluminum (TMA), H2O, dimethylmethoxychlorosilane (DMMCS) et H2O et (17e) une illustration schématisée de séquence de réaction en deux étapes pour une croissance par MLD en repère AB d'un film Lewis utilisant trimethylaluminum (TMA) et triethylenediamine (TED) et (17f) une illustration de la densité de A1203 et AB Alucone utilisant TMA et EG à partir de l'analyse de XRR et (17g) est une séquence de réaction en deux étapes pour la croissance MLD d'AB Zincone ) utilisant diéthylzinc (DEZ) et de l'hydroquinone (HQ) dans une cellule hybride solaire haut rendement avec ou sans stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Figure 18 représente une illustration la courbe de réponse optimal réalisée par NREL dans une cellule solaire haut rendement. Figures 19a et 19b représentent respectivement ; (19a) le principe de fonctionnement des piézonano éléments (piézonanofils/piézonanotubes) d'une cellule et (19b) la structure de la couche sur un substrat multicouches dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente 10 invention. Figures 20a, 20b, 20e et 20d représentent respectivement ; (20a) une illustration schématisée de domaines d'application des couches minces de stockage intégré au substrat de cellule solaire et (20b, 20e et 20d) une comparaison de la solution classique de lithium ion avec les structures nano titanate 15 sur un substrat flexible dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 21a et 21b représentent respectivement ; (21a) une illustration de cellule solaire avec batterie de stockage en couches minces intégrée au substrat de cellule solaire et (21b) une illustration des 20 étapes de la solution nano titanate en multicouches sur un substrat flexible dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 22a, 22b et 22c représentent respectivement ; (22a) une illustration de cellule solaire double face avec sa métallisation (22b) et sa courbe de réponse ainsi que les réponses spectrales de la cellule 25 (22c) dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 23 représente une illustration de cellule solaire muni de piège photonique pour une augmentation de rendement dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. 30 Figures 24a et 24b représentent respectivement (24a) une illustration de cellule solaire flexible muni de son système de stockage d'énergie intégré au substrat et (24b) une illustration de cellule solaire flexible muni de son système de stockage d'énergie intégré au substrat de la cellule biface pour une augmentation de rendement dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la 35 présente invention. DESCRIPTION DETAILLES DE L'INVENTION AVEC DES FIGURES Pour une compréhension complète de la présente invention, nous allons détailler l'ensemble des figures décrivant les différents points du système. 40 Selon l'invention, et comme indiqué à travers de la Figures 2b, la base de la cellule inorganique est constituée d'un substrat rigide ou flexible 2-1 (Fig.2b ou 2a) et d'une couche de molybdène 2-2 (Fig.2b ou 2a), suivi d'une couche absorbante CIGS 2-3(Fig.2b ou 2a) par dépôt ALD dans un dispositif en forme de rouleau spirale ou batch avec une couche Cds (Cadmium de sulfure) 2-4 (Fig.2b ou 2a) et une fenêtre transparente conductrice 2-5 (Fig.2b ou 2a) suivi selon le cas de cellule simple 45 CIGS par une métallisation 2-5 (Fig.2b) ou un processus de planarisation (lissage des surfaces) 2-7 (Fig.2a). La tableau suivant indique les performances obtenue sur un substrat de 50x30Cm format lors d'une réalisation multi étape lors de sélénisation avec différents dopage de Na dans le substrat. si'g',..»F 5 n'ire P .5f)g°9 P S-nigie P 1 igle P le P 5 P EFF 14434 14,04> 12,13% 13,15% 13,77% 11,06% 12,0e 11,38% 13,35> FF 65,45-63,3r4., 6E05% 69,7096 67,62% 69,4245 67,53% 66,87% 70,95% Vet 646,43 633,18 666,95 641,72 680,50 651,44 646,62 637,25 675,14 ol x rilrn C .,t,43300 11ib t'at. he 28,09 11,68 27,36 29,75 29,91 28,84 27,62 26,79 27,88 Cu/111 0 e`»:: û 399 on 3 8 ^ 0.90 0.8:1 0,E C. Gell 0;311 C:31; 031 0,31 1,31 _ 0,31 ,s25/ Le substrat peut être des bobines à traiter au préalable et peuvent être soit en acier inoxydable, plastique, aluminium, etc. Pour une production les cellules CIGS / CZTS avec un substrat sous forme de bobine, au préalable une couche de contact de type molybdène (Mo) 2-2 (Fig 2b) est généralement déposé avant de les déroulés vers l'entrée de la ligne rouleau- à- rouleau (R2R). Pour une production de cellules hybrides du type organique, les films flexibles peuvent être enduits d'une couche solide transparente 2-8 (Fig 2a) suivi d'un dépôt organique 2-9 (Fig 2a) de polymère photo-actif en solution solvantée sous forme de couche mince sur un substrat de couche active de CIGS 2-3 (Fig.2b ou 2a) par des procédés couches minces en voie liquide (spray ultrasonique ou héliogravure roll-to-roll) suivi de dépôt de l'électrode transparente 2-10 (Fig. 2a), Notons que cette technique est bien adapté aux traitements et déposition de structure complexes et ou uniformes à réaliser (OLED, barrières d'étanchéité pour les films OLED et les cellules photovoltaïques sensibles à l'humidité). Le dispositif de dépôt de couche piézonanofils 2-11 (Fig. 2a ou 2c) est dans cette figure au verso de substrat 2-1 (Fig. 2a, 2b ou 2c) séparé par une couche intercalaire 2-14 (Fig. 2c) et finalement suivi par la batterie à couche mince 2-12 (Fig. 2c). Un encapsulant de protection 2-13 (Fig. 2c) est généralement utilisé comme finition au verso de la cellule. Figures Fig. 3a, 3b, 3c et 3d représentent une forme éclatée de la cellule avec différentes hybridations faisant l'objet de l'invention. Les cristaux liquides 3-1 (Fig. 3a, 3b, 3c et 3d) sont une partie importante de l'augmentation de l'efficience (voir brevet ROUSTAEI et al, 09 01503 du 27-03-09, P. 26-29, fonctionnement des cristaux liquides intégrés aux cellules solaires). Autre intérêt économique est que dans ce type de disposition, les rendements des cellules sont considérablement augmentés pour un produit intégrable au bâti et aux toitures de faible portance. En effet, le filme souple 3-2 (Fig. 3a, 3b, 3c et 3d), muni de ses moyens de conversion thermiques en courant électrique piézonanofils 3-3 (Fig. 3a, 3b, 3c et 3d), et de sa couche organique hybride ou tandem 3-5 (Fig. 3a et 3c) offre une efficience de conversion des rayonnement solaire en excès de 30% avec un poids < 4kg/m2 sous forme d'un produit bancable (une durée de vie supérieure à 5, 10 ou 20 ans en fonction de son taux de résistance à la moisissure dans un environnement de -10 à +60°C). Le dispositif offre en plus une superficie de stockage au maximum égale à la surface des cellules solaire à travers du système de stockage (couche définit par 3-6 (Fig. 3c et 3d) au verso du substrat de la cellule solaire 3-2 (Fig. 3a, 3b, 3c et 3d). Dans une autre disposition particulière du système de dépôt et afin d'optimiser l'interconnexion, voire la réalisation des différentes couches organiques / inorganiques la déposition moléculaire des couches (MLD) ou encore la croissance moléculaires des couches est préconisé par la présente invention, schématiquement une séquence idéale de croissance par MLD en « des réactions auto limitatives » utilisant deux réactants 4-1 (Fig. 4) et 4-2 (Fig. 4) homobifonctionnels dans un process ayant la séquence de la chimie spontanément utilisé pour la croissance d'un polymère organique sur substrat /couche host 4-3 (Fig. 4) permettant ainsi le mélange de précurseurs organique utilisés pour MLD avec des précurseurs inorganiques ALD 4-4 (Fig. 4) de définir de nouveaux matériaux hybrides organiques- inorganiques dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. La couche du film polymère 5-1 (Fig. 5) illustre la croissance de l'Alucone (film polymère) en deux étapes utilisant triméthylaluminium (TMA) 5-2 (Fig. 5) et d'éthylène glycol (EG) 5-3 (Fig. 5). TMA est exposé à une surface hydroxylée et produit une surface recouverte d'espèce d'A1CH3, permettant ainsi le mélange de l'organique inorganiques servant de base de nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention.K9 Figures 11a, 11b, 11c and 11d show respectively; (11a) a schematic illustration of a single double-sided solar cell and (11b) a central n layer illustration covered front and rear by p-type layer and n + and (11c) a schematic illustration of a front and rear-sided junction by SnO2-type layer and (11d) a solar panel illustration in a raised-frame environment in a high-efficiency solar hybrid cell with built-in storage on the substrate; object of the present invention. Figures 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f and 12g show respectively; (12a) a schematic illustration of a cyclic growth ALD and (12b) an illustration of layers in formation and (12c) an illustration of the discretized rectangular domain and (12d) an outline illustration of the function of Potential yr and (12e) an illustration of "the surface of the function Potential yr" and (12f) an illustration of the boundary conditions and (12g) an illustration of the pace and the profile of the electric potential function w (x, y) by the methods of relaxation and relaxation respectively in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage substrate that is the subject of the present invention. Figures 13a, 13b and 13c show respectively; (13a) A schematic illustration of organic high layer modeling of a solar cell and (13b) a hybrid cell modeling illustration with CIGS absorbent layer and (13c) a flexible schematic illustration. Structure assembled in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage substrate that is the subject of the present invention. Figures 14a, 14b and 14c respectively represent (14a) the principle of photo generation in the valence band as a function of doping and (14b) the quantum point curve of CuInSe2 PV-quantum dots (also called QDs) 7Et (14c) response spectral quantum efficiency of the CIGS absorbent cell in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. FIG. 15 represents an illustration of the path traveled by the light in a rear passivation layer (rear dielectric passivation with SiO 2, Al 2 O 3 / SiN x and low-n) serving as an internal reflector in a high efficiency solar cell which is the subject of the present invention. invention. Figures 16a, 16b, 16c, 16d and 16e respectively; (16a) a schematic illustration of the improvement of light absorption (Plasmonic) and (16b) an illustration of the separation of semiconductor Ag particles by thin passivation layer (eg A1203) improves performance and (16c) an illustration of "self-organized opaline structures, hexagonal photonic structures by deposition of ALD A1203 (surface passivation) spin-coated surface coating of spherical nanoparticles (SiO2) and (16d) an illustration of the short-circuit current density and (16e) an illustration of simulated values of current densities in a solar hybrid high-efficiency cell with integrated storage on the substrate of the present invention. Figures 17a, 17b, 17c 17d, 17e, 17f and 17g respectively represent; (17a) A schematic illustration of the growth of an MLD layer during ABC growth that can be accomplished without using homobifunctional precursors is based on: TMA, a homomultifunctional precursor mineral, ethanol amine (EA), a hetero and maleic anhydride organic reagent (MA) an organic reagent by ring opening and (17b) an illustration of the difference of the FTIR spectra for Glycerol - TMA and TMA - glycerol. The spectra are shifted for clarity in presentation and (17c) a difference illustration of the FTIR spectrum after TMA and GL exposure hang AB Alucone MLD at 150 ° C and (17d) an illustration of the four reaction sequence steps ABCD for a MLD layer growth process of an Alumina-siloxane film using trimethylaluminum (TMA), H2O, dimethylmethoxychlorosilane (DMMCS) and H2O and (17e) a schematic illustration of two-step reaction sequence for growth by MLD in AB reference of a Lewis film using trimethylaluminum (TMA) and triethylenediamine (TED) and (17f) an illustration of the density of A1203 and AB Alucone using TMA and EG from the analysis of XRR and (17g) is a two-step reaction sequence for MLD growth of AB Zincone) using diethylzinc (DEZ) and hydroquinone (HQ) in a high efficiency solar hybrid cell with or without built-in substrate storage of the present invention. Figure 18 is an illustration of the optimal response curve achieved by NREL in a high efficiency solar cell. Figures 19a and 19b show respectively; (19a) the principle of operation of the piezonano elements (piezonanil / piezonanotubes) of a cell and (19b) the structure of the layer on a multilayer substrate in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Figures 20a, 20b, 20e and 20d show respectively; (20a) a schematic illustration of fields of application of the thin storage layers integrated in the solar cell substrate and (20b, 20e and 20d) a comparison of the conventional lithium ion solution with the nano titanate structures on a flexible substrate in a high efficiency solar hybrid cell which is the subject of the present invention. Figures 21a and 21b show respectively; (21a) an illustration of a solar cell with a thin-film storage battery integrated into the solar cell substrate and (21b) an illustration of the steps of the nano-titanate multilayer solution on a flexible substrate in a high efficiency solar hybrid cell making the object of the present invention. Figures 22a, 22b and 22c show respectively; (22a) a double-sided solar cell illustration with its metallization (22b) and its response curve as well as the spectral responses of the cell (22c) in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Figures 23 shows a solar cell photon trap illustration for an increase in efficiency in a hybrid high efficiency solar cell subject of the present invention. Figures 24a and 24b respectively show (24a) a flexible solar cell illustration with its substrate integrated energy storage system and (24b) a flexible solar cell illustration with its substrate integrated energy storage system. of the two-sided cell for an increase in efficiency in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION WITH FIGURES For a full understanding of the present invention, we will detail the set of figures describing the different points of the system. According to the invention, and as indicated through FIG. 2b, the base of the inorganic cell consists of a rigid or flexible substrate 2-1 (FIG. 2b or 2a) and a layer of molybdenum 2- 2 (FIG. 2b or 2a), followed by an absorbent layer CIGS 2-3 (FIG. 2b or 2a) by ALD deposition in a device in the form of a spiral or batch roll with a Cds layer (sulphide cadmium). 4 (FIG. 2b or 2a) and a conductive transparent window 2-5 (FIG. 2b or 2a) followed according to the case of single CIGS cell 45 by a metallization 2-5 (FIG. 2b) or a planarization process (smoothing surfaces) 2-7 (Fig.2a). The following table shows the performances obtained on a substrate of 50x30Cm format during a multi-step realization during selenization with different doping of Na in the substrate. ## EQU1 ## P P P P P P P P P P P P P P P P P P P P 144 144 14.04> 12.13% 13.15% 13.77% 11.06% 12.0e 11.38% 13.35> FF 65.45-63.3r4., 6E05% 69.7096 67.62% 69.4245 67.53% 66.87% 70.95% Vet 646.43 633.18 666.95 641.72 680.50 651.44 646.62 637.25 675.14 ol x rilrn C., T, 43300 11b. he 28.09 11.68 27.36 29.75 29.91 28.84 27.62 26.79 27.88 Cu / 111 0 e` »:: 399 on 3 8 ^ 0.90 0.8: 1 0, E C. Gell 0; 311 C: 31; 031 0.31 1.31 _ 0.31, s25 / The substrate may be reels to be treated beforehand and may be either stainless steel, plastic, aluminum, etc. For production CIGS / CZTS cells with a substrate in the form of a coil, beforehand a contact layer of molybdenum (Mo) 2-2 type (FIG. 2b) is generally deposited before being unrolled towards the entrance of the roll line. - to-roller (R2R). For a production of hybrid cells of the organic type, the flexible films may be coated with a transparent solid layer 2-8 (FIG. 2a) followed by an organic deposit 2-9 (FIG. 2a) of photoactive polymer in solvent solution. in the form of a thin layer on an active layer substrate of CIGS 2-3 (FIG. 2b or 2a) by thin-film processes in a liquid route (ultrasonic spray or rotogravure roll-to-roll) followed by deposition of the transparent electrode 2-10 (Fig. 2a), Note that this technique is well suited to complex and uniform processing and structure deposition (OLED, sealing barriers for OLED films and photovoltaic cells sensitive to moisture). The piezonazole layer deposition device 2-11 (Figure 2a or 2c) is in this figure on the back of substrate 2-1 (Figure 2a, 2b or 2c) separated by a spacer layer 2-14 (Figure 2c). and finally followed by the thin-film battery 2-12 (Figure 2c). A protective encapsulant 2-13 (Fig 2c) is usually used as a finish on the back of the cell. Figures 3a, 3b, 3c and 3d represent an exploded form of the cell with different hybridizations subject of the invention. Liquid crystals 3-1 (FIGS. 3a, 3b, 3c and 3d) are an important part of the increase in efficiency (see patent ROUSTAEI et al., 09 01503 of 27-03-09, P. 26-29). operation of the liquid crystal integrated in the solar cells). Another economic interest is that in this type of arrangement, cell efficiencies are considerably increased for a product that can be integrated into buildings and low-lift roofs. Indeed, the flexible film 3-2 (Fig. 3a, 3b, 3c and 3d), provided with its thermal conversion means in electrical current piezoanofils 3-3 (Fig. 3a, 3b, 3c and 3d), and its Hybrid or tandem organic layer 3-5 (Figs 3a and 3c) offers a conversion efficiency of solar radiation in excess of 30% with a weight <4kg / m2 in the form of a bankable product (a lifetime greater than 5 , 10 or 20 years depending on its resistance to mildew in an environment of -10 to + 60 ° C). The device also offers a maximum storage area equal to the surface of the solar cells through the storage system (layer defined by 3-6 (Figs 3c and 3d) on the back of the solar cell substrate 3-2 ( Fig. 3a, 3b, 3c and 3d) In another particular arrangement of the deposition system and in order to optimize the interconnection, or even the realization of the various organic / inorganic layers, the molecular deposition of the layers (MLD) or the growth The molecular diagrams of the layers are recommended by the present invention, schematically an ideal growth sequence by MLD in "self-limiting reactions" using two homobifunctional reagents 4-1 (FIG 4) and 4-2 (FIG 4) in a process having the sequence of the chemistry spontaneously used for the growth of an organic polymer on substrate / host layer 4-3 (FIG 4) thus allowing the mixture of organic precursors used for MLD with precursors ino Organic ALD 4-4 (Fig. 4) to define novel organic-inorganic hybrid materials in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. The layer of polymeric film 5-1 (Fig. 5) illustrates the growth of Alucone (polymer film) in two steps using trimethylaluminum (TMA) 5-2 (Fig. 5) and ethylene glycol (EG) 5- 3 (Fig. 5). TMA is exposed to a hydroxylated surface and produces a surface covered with A1CH3 species, thus allowing the mixing of the inorganic organic base of novel organic-inorganic hybrid materials in a high efficiency solar hybrid cell being subjected to the present invention.
Z Comme expliqué précédemment, le principe de l'hybridation dans la présente invention consiste à ajouter les efficiences de réponses quantiques RQE des différents matériaux pour composer une cellule solaire à haut rendement. Comme illustré par la courbe de diagramme des bandes d'absorption d'énergie de deux matériaux 6-1 (Fig. 6a) organique et 6-2 (Fig. 6a) inorganique s'ajoutant résulte en une réponse 6-3 (Fig. 6a et 6b) dans une courbe moyenne représentante la réponse spectrale de diagramme des bandes d'absorption d'énergie (Abs/PL) en fonction de la longueur d'onde dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. La figure 6b représente une modélisation de la structure d'une cellule solaire hybride du type CIGS, dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Notons que la présente invention remplace la couche Cds 6-4 (Fig. 6b) par une famille de composantes à base de ZnO comme décrit en section [00118]. Dans une autre disposition particulière la figure 7a représente une illustration schématisée d'une configuration possible de cellule solaire bifacial avec couche active optique 7-1 (Fig. 7a) dans une cellule hybride solaire 7-2 (Fig. 7a) haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure 7b représente une illustration schématisée d'une configuration possible de cellule solaire équipée de couche convertisseur élévateurs (Up Converter) convertissant les rayonnements invisibles en rayonnement visible 7-3 (Fig. 7b) du spectre lumineux dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 7c et 7d représentent respectivement ; (7c) la courbe d'extension d'efficience quantique (EQE) d'une cellule hybride en fonction des la longueur d'onde et de matériaux utilisés et moléculaire d'une cellule et (7d) la structure de la totalité de spectre lumineux par division en longueur d'onde sur une cellule multicouches dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure (8a) représente le rapport de cout par m2 standard identifiant ce qui est considéré comme les trois principales catégories de cellules solaires bas couts -1 (Fig. 8a) en termes d'efficacité de conversion solaire et le coût par unité de surface dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Comme décrit en section [00124], selon la théorie de physique sous-jacente, les autres corps physiques émettent les radiations d'énergie qui sont fonction de leurs émissivités e qui est une fraction de celle d'un corps noir pour lequel e=1. Les différentes figures ci-après expliquent les raisons de certaines limitations dans les rendements médiocres des cellules solaires à savoir : ^ Figure (8b) : représente le Spectre de corps noir en fonction de température dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. ^ Figure (8c) représente la structure d'un lattice (ensemble ordonné) avec électrons libres 8-2 (Fig. 8c), sur une structure métal ionique 8-3 (Fig. 8c) dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. ^ Figure (8d) représente La courbe représentative de limite de Shockley-Queisser 8-1(Fig. 8d), dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Autre intérêt économique est que dans ce type de cellule, la surface de la cellule sert utilement au stockage de l'énergie instantanée/intermittente dans un moyen de stockage proche au lieu de production. Le cycle de charge 9-1 (Fig. 9a) et de décharge 9-2 (Fig. 9a) dans une batterie à électrolyte solide est réalisé sur un substrat 9-3 (Fig. 9b) en couches mince de l'étage de stockage de l'énergie composé de la cathode 9-4 (Fig. 9b), de l'électrolyte 9-5 (Fig. 9b), de l'Anode 9-6 (Fig. 9b) et de la couche de protection ou d'encapsulation 9-7 (Fig. 9b) avec comme particularité Anode et Cathode sur substrat flexible de l'interface diffusion couche mince (Thin Film). Développement de revêtement et de la modélisation des processus en 3D : 9-8 (Fig. 9b) et une illustration schématisée de micro batteries Lithium nano titanate sans interface électrolyte solide 9-9 (Fig. 9c) (appelé aussi SEI ou Solid Electrolyte Interface (SEI) dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. La cellule hybride est remarquable par sa couche d'interface organique 10-1 (Fig. 10a) et une couches absorbante CIGS 10-2 (Fig. 10b) et de couche sulphide (couche à sulfure de cadmium) 10-3 (Fig. 10a, 10b) du type n 10-4 (Fig. 10b) sur une jonction p-n et (10c) une illustration schématisée flexible. Développement de revêtement 10-5 (Fig. 10c) et de la modélisation des processus en 3D dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Afin d'augmenter le rendement de la cellule solaire, Figures (11a) est une illustration schématisée d'une cellule solaire double face simple et (11b) une illustration de couches n centrale recouverte à l'avant et à l'arrière par couche de type p et n+ et (11c) une illustration schématisée d'une jonction p recouverte à l'avant et à l'arrière par couche de type SnO2 et (11d) une illustration de panneau solaire dans un environnement d'utilisation sur châssis surélevée dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention.As explained above, the principle of hybridization in the present invention is to add the QEQ quantum response efficiencies of the different materials to form a high efficiency solar cell. As illustrated by the diagram of the energy absorption bands of two organic materials 6-1 (Figure 6a) and the additional 6-2 (Figure 6a) inorganic results in a 6-3 response (Fig. 6a and 6b) in an average curve representing the spectral response diagram of the energy absorption bands (Abs / PL) as a function of the wavelength in a hybrid high efficiency solar cell subject of the present invention . FIG. 6b represents a modeling of the structure of a hybrid solar cell of the CIGS type, in a high efficiency solar hybrid cell which is the subject of the present invention. Note that the present invention replaces the Cds 6-4 layer (Figure 6b) with a family of ZnO-based components as described in section [00118]. In another particular arrangement, FIG. 7a is a schematic illustration of a possible bifacial solar cell configuration with an optical active layer 7-1 (FIG. 7a) in a solar hybrid cell 7-2 (FIG. object of the present invention. Figure 7b is a schematic illustration of a possible solar cell configuration equipped with Up Converter converting invisible radiation into visible radiation 7-3 (Fig. 7b) of the light spectrum into a high efficiency solar hybrid cell making the light object of the present invention. Figures 7c and 7d represent respectively; (7c) the quantum efficiency extension curve (EQE) of a hybrid cell as a function of the wavelength and used and molecular materials of a cell and (7d) the structure of the entire light spectrum by wavelength division on a multilayer cell in a high efficiency solar hybrid cell forming the subject of the present invention. Figure (8a) shows the cost ratio per standard m2 identifying what is considered to be the top three categories of low cost solar cells -1 (Fig. 8a) in terms of solar conversion efficiency and cost per unit area in a high efficiency solar hybrid cell which is the subject of the present invention. As described in section [00124], according to the theory of underlying physics, the other physical bodies emit energy radiations which are a function of their emissivities e which is a fraction of that of a black body for which e = 1 . The various figures below explain the reasons for certain limitations in the poor yields of solar cells, namely: Figure (8b): represents the Blackbody Spectrum as a function of temperature in a high efficiency solar hybrid cell subject to the present invention. Figure 8c shows the structure of a lattice (ordered set) with free electrons 8-2 (Figure 8c), on an ionic metal structure 8-3 (Figure 8c) in a high efficiency solar hybrid cell making object of the present invention. Figure 8d represents the representative Shockley-Queisser boundary curve 8-1 (Figure 8d) in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Another economic interest is that in this type of cell, the surface of the cell is useful for storing instantaneous / intermittent energy in a storage means close to the production site. The charging cycle 9-1 (Fig. 9a) and discharge 9-2 (Fig. 9a) in a solid electrolyte battery is performed on a thin layer substrate 9-3 (Fig. 9b) of the energy storage consisting of 9-4 cathode (Fig. 9b), electrolyte 9-5 (Fig. 9b), anode 9-6 (Fig. 9b) and the protective layer or encapsulation 9-7 (Fig. 9b) with the particularity Anode and Cathode on a flexible substrate of the thin film diffusion interface (Thin Film). 3D coating and process modeling development: 9-8 (Fig. 9b) and a schematic illustration of Lithium nano titanate micro-batteries without solid electrolyte interface 9-9 (Fig. 9c) (also called SEI or Solid Electrolyte Interface) (SEI) in a high efficiency hybrid solar cell with integrated storage on the substrate of the present invention The hybrid cell is remarkable for its organic interface layer 10-1 (Fig. 10a) and a CIGS absorbent layer 10 -2 (Fig. 10b) and sulphide layer (cadmium sulphide layer) 10-3 (Fig. 10a, 10b) of type n 10-4 (Fig. 10b) on a pn junction and (10c) a schematic illustration Flexible 10-5 coating development (Fig. 10c) and 3D process modeling in a high efficiency hybrid solar cell with integrated storage on the substrate of the present invention. solar cell, Figures (11a) is an illustration schematic representation of a single double-sided solar cell and (11b) a central layer illustration n covered at the front and rear by p-type layer and n + and (11c) a schematic illustration of a covered p-junction SnO2-type and (11d) front and rear layers of a solar panel illustration in a raised-frame environment in a high-efficiency hybrid solar cell with built-in storage on the substrate being the subject of the present invention.
Par ailleurs le fonctionnement de sALD et de ALD illustré par le Figures 12a, 12b, 12c 12d, 12e, 12f et 12g représentent respectivement ; (12a) une illustration schématisée d'une croissance cyclique ALD et (12b) une illustration de couches en formation et (12c) une illustration du domaine rectangulaire discrétisé et (12d) une illustration de contour de la fonction de Potentiel et (12e) une illustration de « la surface de la fonction Potentiel 111 » et (12f) une illustration des conditions aux limites et (12g) une illustration de l'allure et le profil de la fonction potentiel électrique w(x,y) par les méthodes de relaxation et de sur relaxation respectivement dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Le prnicipe est intégralement décrit dans la demande de brevet d'invention numéro 10 00828 déposé le, 01 Mars 2010, Figures 13a, 13b et 13c représentent respectivement ; (13a) une illustration schématisée de modélisation de couche haute Organique Figure13-1 (Fig. 13a) d'une cellule solaire et (13b) une illustration de modélisation de cellule hybride avec couche absorbante CIGS 13-5 (Fig. 13c) et 13-2 (Fig. 13c) couche de batterie en couche maine et 13-3 (Fig. 13c) l'encapsulant de structure assemblée dans une cellule hybride solaire haut rendement avec stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Figures 14a, 14b et 14c représentent respectivement (14a) Le principe de photo génération dans la bande de valence en fonction de dopage et (14b) la courbe de point quantum de CuInSe2 PV- quantum dots (appelé aussi QDs) Et (14c) réponse spectrale d'efficience quantique de la cellule absorbante CIGS seul 14-1 (Fig. 14c) ainsi que 2-3 (Fig. 2b) dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure 15 représente une illustration du chemin parcouru par la lumière dans une couche de passivation arrière 15-1 (Fig. 15) (passivation diélectrique arrière avec SiO2 15-2 (Fig. 15), Al2 03/ 15-3 (Fig. 15) et SiNx 15-3 (Fig. 15) et low-n) servant de réflecteur interne de photon 15-4 (Fig. 15) dans une cellule solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Une particularité de la présente invention consiste à la mise en oeuvre de différentes techniques simples et peu couteuses comme décrit ci-après pour augmenter l'efficacité de la cellule : a) l'insertion de certaines nanoparticules métalliques 16-1 (Fig. 16a) noyées dans la couche semiconducteur/ absorbante 16-2 (Fig. 16a) provoquant une augmentation de longueur du trajet effective de la lumière 16-3 (Fig. 16a) b) Ajout certaines nanoparticules métalliques 16-4 (Fig. 16a) provoquant une excitation des transporteurs du champ proche 16-5 (Fig. 16a) c) Ondulation de surface arrière du semiconducteur 16-6 (Fig. 16a) créant une augmentation de longueur du trajet effective 16-7 (Fig. 16a) de la lumière d) Séparation des particules d'Ag 16-8 (Fig. 16b) de semi-conducteur par mince couche de passivation (par exemple Al2 03) améliore la performance électrique de la cellule e) Réalisation des revêtements de surface en structures photoniques hexagonaux 16-9 (Fig. 16c) par dépôt d'ALD A1203 par structures-opaline auto-organisés 16-10 (Fig. 16c) (passivation de surface) revêtement de surface réalisé par rotation (Spin coating) de nanoparticules sphériques (SiO2) Notons à titre d'exemple que les valeurs simulées des densités de courant dans une cellule hybride solaire haut rendement données ci-après encourage l'optimisation de la cellule selon l'utilisation d' 10 Analyse Rigoureuse des Ondes Couplés (appelé aussi Rigorous Coupled Wave Analysis ou RCWA, de Lalann e. Reticolo 2D) correspondent respectivement : 16-11 (Fig. 16e) est la courbe de référence AM1.5G (280-1200nm) 16-12 (Fig. 16e) est la courbe de référence ---- avant: plane (pas ARC) - arrière: miroir 16-13 (Fig. 16e) est la courbe de référence ---- avant: plane (DARC) - arrière: miroir 15 16-14 (Fig. 16e) est la courbe de référence avant: plane (pas ARC) - arrière: parfait 16-15 (Fig. 16e) est la courbe de référence avant de diffuseur: plan (DARC) -arrière avec un diffuseur parfait 16-16 (Fig. 16e) est la courbe de référence savant: inversé pyramides avec SARC - arrière: miroir 16-17 (Fig. 16e) est la courbe de référence savant: plane (DARC) - arrière: sphère grilles. 20' Un atout majeur de la présente invention est qu'elle permet pour la première fois une hybridation des éléments organiques et inorganique avec possibilité de croissance des couches accordables à des matériaux organiques ou inorganiques. Un processus MLD en trois étapes A, B, et C est présenté en Figure (17a) qui peut être accompli sans l'aide précurseurs homobifonctionnels est basé sur : (1) TMA, 25 un précurseur minéral homomultifonctionnel, (2) l'éthanolamine (EA), un réactif organique hétéro et (3) maléique anhydride (MA) un réactif organique par ouverture de cycle (appelé aussi ring-opening). Les réactions de surface proposées au cours de la croissance ABC sont: (A) S-COOH* + Al(CH3)3 [17-1 (Fig 17a)] S-000-Al(CH3)2* + CH4 [17-2 (Fig 17a)] (B) S-A1CH3* + HO(CH2)2-NH2 [17-3 (Fig 17a)] S-A1-0(CH2)2NH2* + CH4 [17-4 (Fig 17a)] 30 (C) S-NH2* + C4H203 (MA) [17-5 (Fig 17a)] -> S-NH-C(0)CHCHCOOH* [17-6 (Fig 17a)] Le mécanisme de création de surface est aussi illustré en Figure 17a. Dans cette séquence de réaction ABC, TMA réagit avec les groupes carboxyliques dans la réaction a donné par équation « S-000-Al(CH3)2* + CH4 », pour former l'espèce A1CH3 *. 35 Par la suite, les espèces A1CH3 * réagissent de préférence avec la fin de l'hydroxyle réactif EA pour former espèces Al- OCH2CH2NH2 * de surface dans réaction (B) donnée par équation « S-A1- 0(CH2)2NH2* + CH4 ». MA réagit ensuite avec surface à terminaison amine pour réformer des groupes carboxyliques par une réaction d'ouverture de cycle (ring-opening) en réaction (C) proposée donné par équation) S-NH40 C(0)CHCHCOOH* La séquence de réaction en trois étapes ABC est répétée par l'exposition aux TMA , EA et MA à croître le film MLD à l'épaisseur souhaité . La figure (17b) illustre une croissance de film MLD en deux étapes A et B utilisant TMA et glycérol (GL). Les films MLD en 2 etapes TMA et EG sont idéal pour des applications de réticulation. 45 La figure (17c) une illustration de différence du spectre de FTIR après TMA et GL exposition pendent Alucone AB MLD à 150 °C montrant addition 17-8 (Fig.17c) et soustraction 17-9 (Fig. 17c) de la surface de film en croissance La figure (17d) une illustration en quatre étapes de séquence ABCD de réaction pour une process de 50 croissance de couche par MLD d'un film d'Alumina-siloxane utilisant trimethylaluminum (TMA), H2O, dimethylmethoxychlorosilane (DMMCS) et H2O La figure (17e) une illustration schématisée de séquence de réaction en deux étapes pour une croissance par MLD en repère AB d'un film Lewis utilisant trimethylaluminum (TMA) et triethylenediamine (TED) La figure (17f) une illustration de la densité de A1203 et Alucone AB utilisant TMA et EG à partir de 5 l'analyse de XRR. Nous avons utilisé différents nombres de cycle de TMA/H20 et TMA/EG (par exemple le ratio de 3 :1 a été utilisé pour des echanyillons avec des sequences répétitives de 3 cycles de TMA/H20 et un cycle de TMA/EG). La figure (17g) est une séquence de réaction en deux étapes A et B pour la croissance MLD d'AB Zincone utilisant diéthylzinc (DEZ) et de l'hydroquinone (HQ) dans une cellule hybride solaire haut 10 rendement avec ou sans stockage intégré au substrat faisant l'objet de la présente invention. Figure 18 représente une illustration la courbe de réponse optimal réalisée par NREL dans une cellule solaire haut rendement. 15 Figures 19a et 19b représentent respectivement ; (19a) le principe de fonctionnement des piézonano éléments (piézonanofils/piézonanotubes) subissant une flexion 19-1 (Fig.19a) suite à une exposition causée par une radiation thermique 19-2 (Fig.19a) d'une cellule solaire générant une différence de potentiel Vout (ou courant électrique) 19-3 (Fig.19a) et (19b) la structure de la couche sur un substrat multicouches dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. 20 La figure (20a) une illustration schématisée de domaines d'application des batteries à couches minces 20-4(Fig.20a) de stockage intégré au substrat de cellule solaire procurant un gain en poids et en espace sur des applications liées dans le transport 20-3(Fig.20a), cellules solaires intégrées au bâtis 20- 2(Fig.20a) ou encore des appareils portatif d'usage diverses et variées 20-1(Fig.20a), La figure (20b) compare une batterie lithium-ion classique 20-5(Fig.20b) subissant des stresses 20-6 (Fig.20b) lors des charges et des décharges en comparaison avec les structures nano titanate 20-7 (Fig.20b) sur un substrat flexible dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. La figure (20c) illustre la structure d'un nano-titanate en 3D 20-8(Fig.20c) et montre qu'un anode en lithium standard 20-9(Fig.20c) ralentit le taux de charge due de sa surface de carbone arrondit alors qu'une batterie avec lithium nano-titanate 20-10(Fig.20c) propose plus de 30 fois plus de surface avec des angles plus pointues apportant un plus grand nombre de charge et de décharge. La figure (20d) est une comparaison de la construction en couche mince d'une batterie lithium-ion classique 20-11(Fig.20d) avec une construction avec les structures nano titanate 20-12(Fig.20d) sur un substrat flexible dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. 40 Figure; (21a) est une illustration de cellule solaire coté photovoltaïque 21-1(Fig. 21a) avec batterie de stockage en couches minces intégrée au substrat 21-2(Fig. 21a) de cellule solaire sur film flexible 213 (Fig. 21a) avec la couche absorbante CIGS 21-4(Fig. 21a) sur la face de substrat 21-2(Fig. 21a) avec la batterie 21-5(Fig. 21a) intégrée au verso de la cellule solaire. Et la figure (21b) est une illustration 45 des étapes de la solution nano titanate en multicouches sur un substrat flexible dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 22a, 22b et 22c représentent respectivement ; (22a) une illustration de cellule solaire double face avec sa métallisation contacts avant 22-1(Fig. 22a) et 22-2(Fig. 22a) contacts arrière en 50 comparaison à une cellule simple face 22-3(Fig. 22a) et (22b). La courbe de réponse ainsi que les réponses spectrales de la cellule 22-8(Fig. 22c) montre les réponses pour une cellule bifaciale Si02+SiNx 22-4(Fig. 22c), bifacial sans Si02 22-7 (Fig. 22c), 25 30 35 515' 3016240 piégeage prolongée 22-6(Fig. 22c) et diffusion dos-à-dos 22-4 (Fig. 22c) dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figures 23 représente une illustration de cellule solaire muni de piège photonique par croissance MLD 23-1 (Fig. 23) sur un substrat 23-2 (Fig. 23) pour une augmentation de rendement dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention. Figure (24a) est une illustration de cellule solaire flexible double faces avec une première face 24-5 (Fig. 24a) revêtu de la couche absorbante 24-6 (Fig. 24a) et de son système de stockage d'énergie intégré au verso de substrat 24-7 (Fig. 24a) et la figure (24b) est une illustration de cellule solaire flexible muni de son système de stockage d'énergie 24-5 (Fig. 24b) intégré au substrat 24-1 (Fig. 24b) de la cellule biface 24-3 (Fig. 24b) pour une augmentation de rendement dans une cellule hybride solaire haut rendement faisant l'objet de la présente invention.Moreover, the operation of sALD and ALD illustrated in FIGS. 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f and 12g respectively represent; (12a) a schematic illustration of a cyclic growth ALD and (12b) an illustration of layers in formation and (12c) an illustration of the discretized rectangular domain and (12d) an outline illustration of the function of Potential and (12e) a illustration of "the surface of the function Potential 111" and (12f) an illustration of the boundary conditions and (12g) an illustration of the pace and profile of the electric potential function w (x, y) by the relaxation methods and relaxation respectively in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage to the substrate subject of the present invention. The invention is fully described in copending application number 00828 filed on, March 01, 2010, Figures 13a, 13b and 13c respectively; (13a) a schematic illustration of organic high layer modeling Figure 13-1 (Fig. 13a) of a solar cell and (13b) a hybrid cell modeling illustration with CIGS 13-5 absorbent layer (Fig. 13c) and 13 -2 (Fig. 13c) main layer battery layer and 13-3 (Fig. 13c) the assembled structure encapsulant in a high efficiency solar hybrid cell with integrated storage on the substrate of the present invention. Figures 14a, 14b and 14c respectively represent (14a) the principle of photo generation in the valence band as a function of doping and (14b) the quantum dot curve of CuInSe2 PV-quantum dots (also called QDs) and (14c) response spectral quantum efficiency of the CIGS absorbing cell alone 14-1 (Figure 14c) and 2-3 (Figure 2b) in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Figure 15 shows an illustration of the path traveled by light in a rear passivation layer 15-1 (Figure 15) (rear dielectric passivation with SiO2 15-2 (Figure 15), Al2 03 / 15-3 (Figure 15). ) and SiNx 15-3 (Fig. 15) and low-n) serving as an internal photon reflector 15-4 (Fig. 15) in a high efficiency solar cell which is the subject of the present invention. A peculiarity of the present invention consists in the implementation of various simple and inexpensive techniques as described below for increasing the efficiency of the cell: a) the insertion of certain metal nanoparticles 16-1 (FIG 16a) embedded in the semiconductor / absorber layer 16-2 (Fig. 16a) causing an increase in the length of the effective light path 16-3 (Fig. 16a) b) Addition of some metallic 16-4 nanoparticles (Fig. excitation of near-field transporters 16-5 (Fig. 16a) c) Semiconductor rear surface ripple 16-6 (Fig. 16a) creating an increase in the length of the effective path 16-7 (Fig. ) Separation of the semiconductor Ag 16-8 particles (Figure 16b) by a thin passivation layer (for example Al2 03) improves the electrical performance of the cell e) Realization of surface coatings in hexagonal photonic structures 16- 9 (Fig. 16c) by dep. t ALD A1203 structures by self-organized-opaline 16-10 (Fig. 16c) (surface passivation) spin-coated surface coating of spherical nanoparticles (SiO2) For example, the simulated current density values in a high efficiency solar hybrid cell given below encourage Optimization of the cell according to the use of Rigorous Coupled Wave Analysis (also called Rigorous Coupled Wave Analysis or RCWA, of Lalann and Reticolo 2D) correspond respectively: 16-11 (Fig. 16e) is the reference curve AM1.5G (280-1200nm) 16-12 (Fig. 16e) is the reference curve ---- before: plane (not ARC) - back: mirror 16-13 (Fig. 16e) is the reference curve - --- front: flat (DARC) - rear: mirror 15 16-14 (Fig. 16e) is the reference curve before: plane (not ARC) - back: perfect 16-15 (Fig. 16e) is the curve of diffuser front reference: (DARC) -back plane with perfect diffuser 16-16 (Fig. 16e) is the scholar reference curve: inve pyramids with SARC - rear: mirror 16-17 (Fig. 16th) is the scholar reference curve: plane (DARC) - back: sphere grids. A major advantage of the present invention is that it allows for the first time hybridization of organic and inorganic elements with the possibility of growth of the layers that are tunable to organic or inorganic materials. A three-step MLD process A, B, and C is shown in Figure (17a) that can be accomplished without the aid of homobifunctional precursors based on: (1) TMA, a homomultifunctional mineral precursor, (2) ethanolamine (EA), an organic reagent hetero and (3) maleic anhydride (MA) an organic reagent by ring opening (also called ring-opening). The surface reactions proposed during the ABC growth are: (A) S-COOH + Al (CH 3) 3 [17-1 (FIG. 17 a)] S-000-Al (CH 3) 2 + CH 4 2 (Fig. 17a)] (B) S-AlCH3 + HO (CH2) 2-NH2 [17-3 (Fig. 17a)] S-Al-O (CH2) 2NH2 + CH4 [17-4 (Fig. 17a) (C) S-NH 2 + C 4 H 2 O 3 (MA) [17-5 (Fig. 17a)] -> S-NH-C (O) CHCHCOOH * [17-6 (Fig. 17a)] The surface creation mechanism is also illustrated in Figure 17a. In this reaction sequence ABC, TMA reacts with the carboxylic groups in the reaction given by the equation "S-000-Al (CH 3) 2 * + CH 4", to form the species A1CH3 *. Subsequently, the A1CH3 * species preferentially react with the end of the EA reactive hydroxyl to form surface species Al-OCH2CH2NH2 * in reaction (B) given by the equation "S-A1- O (CH2) 2NH2 +" CH4 ". MA then reacts with amine-terminated surface to reform carboxylic groups by a proposed ring-opening reaction (C) given by equation) S-NH40 C (O) CHCHCOOH * The reaction sequence Three steps ABC is repeated by exposure to TMA, EA and MA to grow the MLD film to the desired thickness. Figure (17b) illustrates two-step MLD film growth A and B using TMA and glycerol (GL). MLD films in 2 steps TMA and EG are ideal for crosslinking applications. Fig. (17c) an illustration of the difference of the FTIR spectrum after TMA and GL exposure hang Alucone AB MLD at 150 ° C showing addition of 17-8 (Fig.17c) and subtraction 17-9 (Fig. 17c) of the surface Figure 17d shows a four-step reaction sequence illustration ABCD for a MLD layer growth process of an Alumina-siloxane film using trimethylaluminum (TMA), H2O, dimethylmethoxychlorosilane (DMMCS) and H2O Figure (17e) is a schematic illustration of a two-step reaction sequence for MLD growth at AB of a Lewis film using trimethylaluminum (TMA) and triethylenediamine (TED). Figure (17f) an illustration of density of A1203 and Alucone AB using TMA and EG from XRR analysis. We used different TMA / H20 and TMA / EG cycle numbers (for example the ratio of 3: 1 was used for samples with repetitive sequences of 3 cycles of TMA / H20 and a TMA / EG cycle). Figure (17g) is a two-step reaction sequence A and B for MLD growth of AB Zincone using diethylzinc (DEZ) and hydroquinone (HQ) in a high efficiency solar hybrid cell with or without integrated storage. to the substrate which is the object of the present invention. Figure 18 is an illustration of the optimal response curve achieved by NREL in a high efficiency solar cell. Figures 19a and 19b show respectively; (19a) the principle of operation of the piezonano elements (piezonanil / piezonotubes) undergoing a 19-1 flexion (Fig.19a) following exposure caused by a thermal radiation 19-2 (Fig.19a) of a solar cell generating a potential difference Vout (or electrical current) 19-3 (Fig.19a) and (19b) the structure of the layer on a multilayer substrate in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. FIG. 20a is a diagrammatic illustration of application domains of thin-film batteries 20-4 (FIG. 20a) for storage integrated in the solar cell substrate providing a gain in weight and space over linked applications in the transport. 20-3 (Fig.20a), solar cells integrated in the frame 20-2 (Fig.20a) or other portable devices of various use and varied 20-1 (Fig.20a), Figure (20b) compares a battery conventional lithium-ion 20-5 (Fig.20b) undergoing stresses 20-6 (Fig.20b) during charges and discharges in comparison with nano titanate structures 20-7 (Fig.20b) on a flexible substrate in a solar hybrid cell high efficiency subject of the present invention. Figure (20c) illustrates the structure of a 3D nano-titanate 20-8 (Fig.20c) and shows that a standard lithium anode 20-9 (Fig.20c) slows the charge rate due to its surface. Carbon rounds up whereas a battery with lithium nano-titanate 20-10 (Fig.20c) offers more than 30 times more surface with sharper angles bringing a greater number of charge and discharge. Figure (20d) is a comparison of the thin film construction of a conventional lithium-ion battery 20-11 (Fig.20d) with a construction with nano titanate structures 20-12 (Fig.20d) on a flexible substrate in a hybrid high efficiency solar cell which is the subject of the present invention. 40 Figure; (21a) is an illustration of photovoltaic solar cell 21-1 (Fig. 21a) with a thin film storage battery integrated in flexible film solar cell substrate 21-2 (Fig. 21a) 213 (Fig. 21a) with Absorbent layer CIGS 21-4 (Fig. 21a) on substrate face 21-2 (Fig. 21a) with battery 21-5 (Fig. 21a) integrated on the back of the solar cell. And Figure (21b) is an illustration of the steps of the multilayer nano titanate solution on a flexible substrate in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Figures 22a, 22b and 22c show respectively; (22a) A double-sided solar cell illustration with its front contact metallization 22-1 (Fig. 22a) and 22-2 (Fig. 22a) rear contacts compared to a single-sided cell 22-3 (Fig. 22a) and (22b). The response curve as well as the spectral responses of cell 22-8 (Fig. 22c) show the responses for a bifacial cell SiO 2 + SiNx 22-4 (Fig. 22c), bifacial without SiO 2 22-7 (Fig. 22c) Prolonged entrapment 22-6 (Fig. 22c) and back-to-back diffusion 22-4 (Fig. 22c) in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention. Fig. 23 shows a solar cell illustration with MLD 23-1 growth photonic trap (Fig. 23) on a substrate 23-2 (Fig. 23) for increased efficiency in a high efficiency solar hybrid cell of the present invention. Figure (24a) is a double-sided flexible solar cell illustration with a 24-5 first face (Figure 24a) coated with the absorbent layer 24-6 (Figure 24a) and its integrated energy storage system on the back. 24-7 (Fig. 24a) and Fig. 24b is an illustration of a flexible solar cell with its energy storage system 24-5 (Fig. 24b) built into substrate 24-1 (Fig. 24b). ) of the two-sided cell 24-3 (Fig. 24b) for an increase in efficiency in a high efficiency solar hybrid cell subject of the present invention.
Ce type de cellules solaire avec ou sans stockage intégré au substrat est inventé et conçu pour une fabrication en continue sur une ligne de production à haute capacité et est bien adapté pour des dépôts dans un processus Rouleau-a-Rouleau comme décrit dans la demande de brevet 10 00828 déposée le 1 mars 2010 et 09 01503 déposée le 27 mars 2009 (27-03-09) et intégrés dans la présente application dans leur globalité par référencement.This type of solar cells with or without substrate-integrated storage is invented and designed for continuous manufacturing on a high capacity production line and is well suited for deposits in a Roll-to-Roll process as described in the application. Patent 10,00828 filed March 1, 2010 and 09 01503 filed March 27, 2009 (27-03-09) and integrated in the present application in their entirety by referencing.
Il est important de noter que la présente invention est plus clairement mise en évidence par la description des méthodes et des modes de réalisation particuliers telle que décrit. Néanmoins, l'objet de l'invention ne se limite pas à ces méthodes ou de ces modes de réalisation décrites car d'autres méthodes ou d'autres modes de réalisation de l'invention sont possibles et peuvent facilement être réalisées par extrapolation. En particulier par les industriels qui fabriquent des couches minces inorganiques ou organiques, de semiconducteurs et/ou micro composants avec ou sans partie optiques.It is important to note that the present invention is more clearly evidenced by the description of the particular methods and embodiments as described. Nevertheless, the object of the invention is not limited to these methods or to these embodiments described because other methods or other embodiments of the invention are possible and can easily be performed by extrapolation. In particular by manufacturers who manufacture inorganic or organic thin films, semiconductors and / or micro components with or without optical parts.
Claims (10)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR1400036A FR3016240A1 (en) | 2014-01-09 | 2014-01-09 | SYSTEM FOR PRODUCING HIGH-PERFORMANCE SOLAR FLEXIBLE FILM FOR PHOTOVOLTAIC CELLS BY ATOMIC CONSTRUCTION, ORGANIC-INORGANIC HYBRID, TANDEM AND MULTI-FACADE HYBRIDIZATION |
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FR1401492A FR3016258A1 (en) | 2014-01-09 | 2014-07-02 | HIGH-PERFORMANCE ELECTRICITY PHOTOVOLTAIC PRODUCTION SYSTEM WITH INTEGRATED STORAGE TO SUBSTRATE OR PANELBOARD (FIRST STORAGE) |
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ID=52473927
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FR (1) | FR3016240A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220102140A1 (en) * | 2018-11-30 | 2022-03-31 | Asm Ip Holding B.V. | Method for forming an ultraviolet radiation responsive metal oxide-containing film |
-
2014
- 2014-01-09 FR FR1400036A patent/FR3016240A1/en not_active Withdrawn
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US20220102140A1 (en) * | 2018-11-30 | 2022-03-31 | Asm Ip Holding B.V. | Method for forming an ultraviolet radiation responsive metal oxide-containing film |
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