Преобразователь солнечной энергии в электрическую и тепловую
Владельцы патента RU 2408954:
Савилов Сергей Вячеславович (RU)
Лунин Валерий Васильевич (RU)
Юрчук Александр Борисович (RU)
Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую. Преобразователь солнечной энергии в электрическую и тепловую образован из слоев монокристаллических кварцевых пластин с нанесенным на них флуоресцирующим полупроводниковым композитом. Композит представляет собой фталоцианин переходного металла с добавлением модифицированных углеродных нанотрубок и наночастиц самого переходного металла для поглощения световых квантов с последующей генерацией излучения с малым стоковым сдвигом. При этом обеспечивается преобразование энергии кванта света в электрический ток и в тепло при помощи углеродных нанотрубок, размещенных в нижнем слое. При помощи электродов, размещенных с торцевых сторон пластин, происходит отвод электрического тока. Изобретение обеспечивает увеличение КПД преобразования солнечного излучения в электрическую и тепловую энергии. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечной энергии в электрическую и тепловую и может быть использовано в производстве солнечных батарей, имеющих формирующие структуры на основе углеродных нанотрубок.
Известен преобразователь солнечной энергии в электрическую на основе гетероперехода между слоями халькогенида кадмия и меди n- и p-типов проводимости (SU 689483 А1).
Недостатками указанного преобразователя являются недостаточно высокий кпд и невозможность выработки электроэнергии при прекращении подачи электромагнитного излучения, например в ночное время.
Известен фотоэлемент, содержащий электроконтактную сетку-анод и металлическую пластину-катод с размещенными между ними прозрачным электропроводящим слоем и фоточувствительным слоем из прозрачного полупроводникового полимера n-типа с полупроводниковыми нанокристаллами p-типа и металлическими наночастицами (RU 2217845 С1, 2003).
Недостатком его является также недостаточно высокий кпд и сложность конструкции.
Наиболее близким является устройство для концентрации энергии солнечного излучения, в котором используют вогнутые зеркала, почти полностью отражающие падающее на них излучение; пучок солнечного света разлагается в спектр устройством для разложения света в спектр, например призмой или дифракционной решеткой; в качестве фотоэлементов, преобразующих энергию света в электрическую энергию, выступают фотопреобразователи с p-n-переходом, изготовленные из полупроводников с максимумами поглощения излучения, соответствующими различным длинам волн излучения (RU 57054 U1).
Недостатками его также является сложность изготовления и недостаточно высокий кпд, не превышающий 15%.
В основу изобретения поставлена техническая задача увеличения КПД устройства, преобразующего энергию солнечного излучения в электрическую и тепловую энергию.
Указанная задача решается с помощью совокупности существенных признаков п.1 формулы изобретения. Предпочтительный вариант осуществления изобретения приведен в зависимом пункте формулы изобретения.
Технический результат достигается тем, что преобразователь солнечной энергии в электрическую и тепловую представляет собой конструкцию с прозрачным в видимой области спектра и образованным из слоев монокристаллических кварцевых пластин с нанесенным на них флуоресцирующим композитом, представляющим собой фталонианин переходного металла с добавлением модифицированных углеродных нанотрубок и наночастиц самого переходного металла для поглощения световых квантов с последующей генерацией излучения с малым стоковым сдвигом для преобразования энергии инициирующего кванта света в электрический ток и в тепло при помощи углеродных нанотрубок, размещенных в нижнем слое, а электроды размещены с торцевых сторон пластин для отвода тока.
Возможны и другие варианты выполнения, согласно которым необходимо, чтобы
слои монокристаллических кварцевых пластин образовывали сэндвичевую структуру.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязанными между собой причинно-следственной связью с образованием совокупности существенных признаков, достаточных для достижения технического результата.
Настоящее изобретение объясняется более подробно с помощью прилагаемых чертежей и описания, приведенного ниже.
Краткое описание чертежей:
на фиг.1 изображены слои кварцевых пластин;
на фиг.2 изображена одна из кварцевых пластин;
на фиг.3 изображена нижняя кварцевая пластина элемента;
на фиг.4 изображена сэндвичевая структура из кварцевых пластин;
на фиг.5 изображена солнечная батарея.
Согласно заявленному изобретению преобразователь световой энергии в электрическую и тепловую представляет собой конструкцию 1, прозрачную в видимой области спектра, поэтому его собственное поглощение невелико. Суммарное пропускание конструкции 1 в данном диапазоне составляет не ниже 20%. Конструкция 1 образована из слоев монокристаллических кварцевых пластин 2 с нанесенным на них флуоресцирующим (полупроводниковым) композитом 3 (фиг.2). Флуоресцирующий полупроводниковый композит 3 представляет собой фталоцианин переходного металла, в который добавлены модифицированные углеродные нанотрубки и наночастицы самого переходного металла, что позволяет поглощать световые кванты с последующей генерацией излучения с малым стоковым сдвигом для преобразования энергии инициирующего кванта света в электрический ток, имеются также в солнечной конструкции 4 электроды 5, размещенные с торцевых сторон кварцевых пластин 2 для отвода тока. Для преобразования энергии инициирующего кванта света в тепло в солнечном элементе 4 нижний слой 6 выполнен в виде углеродных нанотрубок 7. Слои монокристаллических кварцевых пластин 2 в солнечной конструкции 4 могут образовывать сэндвичевую структуру из набора кварцевых пластин 2 по 30-40 слоев в каждом наборе (фиг.4).
Преобразователь световой энергии работает следующим образом: световые лучи падают на монокристаллические кварцевые пластины 2. Принцип работы устройства основан на поглощении световых квантов флуоресцирующим полупроводниковым композитом 3, состоящим из фталоцианина переходного металла, в который добавлены модифицированные углеродные нанотрубки и наночастицы самого переходного металла. Такое выполнение позволяет поглощать световые кванты с последующей генерацией излучения с малым стоковым сдвигом и преобразовывать энергию инициирующего кванта света в электрический ток и тепло. Электрический ток в солнечном элементе 4 снимается с электродов 5, размещенных с торцевых сторон кварцевых пластин 2. А теплоотвод может быть произведен от нижнего слоя 6, выполненного в виде углеродных нанотрубок 7. Таким образом, описанное выше устройство позволит повысить КПД преобразования световой энергии, в частности солнечной, в электрическую и тепловую.
Полезная модель соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», поскольку его реализация возможна при использовании существующих средств производства с применением известных технологических процессов.
1. Преобразователь солнечной энергии в электрическую и тепловую, представляющий собой конструкцию с прозрачным в видимой области спектра и образованным из слоев монокристаллических кварцевых пластин с нанесенным на них флуоресцирующим композитом, представляющим собой фталоцианин переходного металла с добавлением модифицированных углеродных нанотрубок и наночастиц самого переходного металла для поглощения световых квантов с последующей генерацией излучения с малым стоковым сдвигом для преобразования энергии инициирующего кванта света в электрический ток и в тепло, теплоотвод производят при помощи углеродных нанотрубок, размещенных в нижнем слое, а электроды для отвода тока размещены с торцевых сторон пластин.
2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что слои монокристаллических кварцевых пластин образуют сэндвич-структуру.
