الفهرس 
AcknowledgementsOnly 14 pages are availabe for public view
 |  | from | 203 |  |  |
| | | from | 203 | | |
Abstract
الملخص العربى
دراسة تأثير معاملات عملية الانتشار على أداء الخلية الشمسية السيليكونية
زيادة الطلب على الوقود الأحفوري دفعت العديد من الباحثين للبحث عن إيجاد مصادر بديلة ونظيفة للطاقة. يتسبب الاستخدام المفرط للوقود الأحفوري في مشاكل بيئية خطيرة تضر بصحة الإنسان. واحدة من أكثر الاستراتيجيات الواعدة للتعامل مع هذه المشكلة هي التكنولوجيا الكهروضوئية عن طريق استغلال ضوء الشمس للحصول على كهرباء نظيفة وبأسعار معقولة. تهيمن الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون البلوري (c-Si) حاليًا على ما يقرب من 90 ٪ من السوق العالميةللخلايا الكهروضوئية نظرًا للكفاءة العاليةالتي تصل إلى 25 ٪. كان الهدف الرئيسي للمعمل المصري الصيني للطاقة المتجددة هو إنتاج الخلايا الشمسية لتحقيق كفاءة عالية من خلايا السيليكون أحادية البلورة من خلال العمل المستمر على تطوير عملية التصنيع. في هذه الدراسة ، تم تحسين كفاءة الخلايا الشمسية أحادية البلورية من خلال التحكم في معاملات مراحل التصنيع المختلفة إبتداءا بعملية التهريم ووصولا لعملية الطباعة الامامية والخلفية للخلية. أثناء تصنيع الخلايا الشمسية ، يتم اتباع عدد من الخطوات العملية. في البداية ، تم تشكيل رقائق السيليكون من النوع الموجب P (positive) وأبعادها 156 × 156 mm2، وسمكها 180 ميكروميتر ،(Cz-Si) ومقاومتها النوعية 0.828 Ω.cm وكان تركيز النوع الموجب والمطعم بالبورون ( 1.858*10^16ذرة / سم 3). في البداية تم عمل تهريم لسطح الرقاقة باستخدام محلول كيميائي من هيدروكسيد البوتاسيوم مع مادة فعالة من كحول الايزوبروبانول مع إضافات أخرى ( KOH & IPA ) بالإضافة الى الماء غير المتأين(de-ionized water) عند 85 درجة مئوية لتقليل انعكاس السطح عن طريق تكوين أهرامات على سطح الرقاقة لتحسين امتصاص الضوء. بعد تجفيف الرقائق ، تكون جاهزة لعملية الانتشار لترسيب الطبقة N على الركيزة من النوع P لتكوين الوصلة الثنائية(PN-Junction)لفصل الإلكترونات والثقوب المتولدة ضوئيًا بشكل فعال. الانتشار هو العملية الثانية لمراحل تصنيع الخلايا الشمسية السيليكونية والتي تعتبر قلب الخلية حيث سيتم تكوين الوصلة الثنائية. يشكل تكوين الباعث خطوة حاسمة في تصنيع الخلايا الشمسية السيليكونية البلورية. يتم استخدام العديد من التقنيات في الصناعة الكهروضوئية وأكثرها شهرة يعتمد على POCl3في أنبوب كوارتز أسطواني. على الرغم من كفاءة هذه التقنية في كونها جيدة واقتصادية وبسيطة، إلا أنها تمثل مصدر إزعاج كبير لوجود منطقة بها ترسبات عالية من الفوسفور والتي قد تجعل الباعث به منطقة غير نشطة كهربيا بالقرب من السطح مما يؤدي إلى فقد نسبة كبيرة من الالكترونات المتولدة وللتغلب على هذه المشكلة يجب التحكم في العوامل المختلفة المؤثرة في عملية تكوين الوصلة الثنائية. للحد من هذا التأثير، يجب التحكم في متغيرات العملية. يعتمد تكوين باعث متجانس أثناء عملية الانتشارعلى عدة عوامل، بما في ذلك زمن العملية ودرجة الحرارة وتدفق الغاز يتحكم في المقام الأول في نمو طبقة زجاج الفسفوسيليكات المشبعة بدرجة عالية (PSG)، والتي تعمل كمصدر للشوائب أثناء عملية الانتشار، ويخصص هذا البحث لدراسة تأثير درجة الحرارة ووقت الانتشار على مقاومة سطح الباعث، والعلاقة بين مقاومة الباعث والخصائص الكهربية للخلية الشمسية ودراسة تأثير التغيرات الفيزيائية التي تحدث في الباعث وتأثيرها على أداء الخلية والخصائص الكهربية للخلية الشمسية.ثم يتم محاكاة البنية الفيزيائية للطبقة N المترسبة باستخدام برنامج محاكاة Sentaurus TCAD الذي يرسم تأثير معاملات الانتشار على تركيز الفوسفور النشط وتركيز الفوسفور الكلي وعمق الوصلة. وبعد الانتهاء من جميع التجارب في عملية الانتشار تم استكمال باقي مراحل التصنيع لجميع العينات. وحيث تترسب طبقة الفسفور على حواف رقاقة السيليكون بحيث تكون الخلية كأنها دائرة مغلقة كهربيا (الوجه الأمامي للخلية غير معزول عن الوجه الخلفي)لذلك يجب إزالة الحواف أثناء عملية حفر البلازما بحيث يتم عزل الباعث الأمامي كهربائيًا عن الخلية الخلفية باستخدام غازات CF4و O2باستخدام تردد عالية لتأين الغازات التي تبقى لمدة 15 دقيقة. بعد ذلك يتم إزالة زجاج السليكا الفسفور الذي تكون أثناء عملية الانتشار باستخدام حمض الهيدروفلوريك لمدة 7 دقائق. بعد الانتهاء من الانتشار ، يتم حفر زجاج الفسفوسيليكات ، ويتم تعريض منطقة الوصلة الثنائية المعالجة بهذه الطريقة للهواء ، وبالتالي سيتم تقليل عمر الخلية الشمسية بشكل كبير. لذلك يجب تغليف الخلايا بطبقة من نترات السيليكون التي تستخدم كطبقة تخميل ولتقليل الانعكاس على السطح وتحسين امتصاص الضوء بواسطة رقاقة السيليكون وبالتالي تحسين كفاءة التحويل ويتم ذلك باستخدام غازي النشادر والامونيا وكانت نسبة الغازات(NH3 / SiH4) (5400/600 SCCM) في أنبوب كوارتز مفرغ وقوة تردد تبلغ 3100 وات عند درجة حرارة 380 درجة مئوية ووقت ترسيب 11 دقيقة.
أخيرًا ، لجمع ناقلات الشحنة وتوصيل التيار المتولد إلى دائرة خارجية ، هناك حاجة إلى الطباعة الامامية والخلفية للخلية. يتم إجراء عملية الطباعة في ثلاث خطوات حيث يتم استخدام الفضة غير النقية على ظهر الخلية( الوجه الخلفي للخلية) لتشكيل قضبان التوصيل كما يستخدم الألمنيوم في لتكوين مجال كهربي على السطح الخلفي للخلية لتقليل الفقد في الالكترونات المتولدة في الطبقة الموجبة بتقليل اعادة الارتباط لهذه الالكترونات كما استخدمت الفضة النقية على الوجه الأمامي للخلية لتشكيل الأصابع التي تجمع التيار المتولد إلى الدائرة الخارجية. بعد الانتهاء من مراحل التصنيع ، يتم قياس الخلايا باستخدام جهاز I-V Tester لمعرفة المعلمات الكهربائية للخلية. وقد ادى التحكم في العوامل المختلفة لمراحل التصنيع وبالأخص عملية الانتشار إلى كفاءة 18.6٪ عند درجة حرارة الانتشار 800 درجة مئوية للمرحلة الاولى من الترسيب (pre-deposition) و 850 درجة مئوية للمرحلة الثانية والتي تستطيع فيها ذرات الفوسفور المتراكمة بتركيز عالي على سطح الخلية في المرحلة الاولى من الترسيب اختراق الخلية والتعمق داخل السليكون لتكوين الوصلة اعتمادا على درجة الحرارة العالية والتي تسمى (drive-in) ، ووقت الانتشار 88 دقيقة ، ومعدل تدفق الغاز (POCl3 / O2) =(1900/2800 SCCM)مع مقاومة سطحالباعث تبلغ 41اوم/سنتيميتر مربع وتركيز المادة الشائبة(phosphorus) 1.800453E21ذرة/سنتيميتر مكعب)) وعمق الوصلة 2.35383 ميكروميتر).
وتشمل الرسالة على ستة أبواب، يكن تلخيصها فيا يلي:
الباب الأول
هذا الباب يحتوى على مقدمة عامة للرسالة حيث بدأنا فيه بتعريف المعمل القومي المصري الصيني للطاقة المتجددة والذي تم فيه اجراء جميع التجارب. كم تم تقديم تعريف للخلايا الشميسة واهم مميزاتها وعيوبها والدافع وراء هذا البحث.
الباب الثاني
يشمل هذا الباب مقدمة عن عملية الانتشار والهدف منها وتم توضيح المراحل المختلفة لعملية التصنيع بداية من التهريم ووصولا لمرحلة الطباعة الامامية والخلفية على ظهر الخلية وتم توضيح الهدف واهمية كل مرحلة.
الباب الثالث
تم عمل محاكاة لمرحلة الانتشار باستخدام برنامج المحاكاةSentaurus TCAD لمعرفة تأثير المتغيرات الأساسية لمرحلة الانتشار على التكوين الفيزيائي للوصلة الثنائية لمعرفة تأثيرها على الخصائص الكهربية للخلية الشمسية. تم دراسة تأثير الوقت والحرارة على تركيز ذرات الفوسفور داخل السيليكون ومدى قدرتها على اختراق السليكون مع درجات الحرارة المختلفة والازمنة المختلفة. وايضا دراسة تأثير الحرارة والزمن على الترسبات التي قد تتكون على سطح الباعث والتي قد تسبب في وجود منطقة غير نشطة كهربيا في الباعث مما يؤدى الى فقد نسبة من الالكترونات المتولدة والتي قد تؤدى الى انخفاض الكفاءة.
الباب الرابع
تم فيه عرض جميع اجهزة المعمل المصري الصيني والخطوات العملية للتصنيع والتجارب التي تم اجراؤها في عملية الانتشار وتكوين الوصلة الثنائية ودراسة تأثير التغييرات التي تم اجراؤها على مقاومة سطح الخلية. تم دراسة تأثير درجة حرارة عملية الانتشار عمليا على مقاومة سطح الباعث وايضا تأثير زمن العملية.
الباب الخامس
عرض للنتائج التي تم الحصول عليها نتيجة تغيير الحرارة والزمن لعملية الانتشار وذلك بقياس مقاومة السطح باستخدام ال four probe tester وقياس الخصائص الكهربية للخلية الشمسية باستخدام ال i-v tester عند درجات الحرارة المختلفة وأزمنة مختلفة ورسم العلاقات المطلوبة.
الباب السادس
تم في هذا الباب وضع ملخص عام للرسالة والنتائج المستخلصة من الرسالة والمقترحات التي يمكن تنفيذها في مجال هذه الدراسة مستقبليا.
وقد زيلت الرسالة بالمراجع المستخدمة وملخص للرسالة باللغة العربية.