Многопереходные фотогальванические элементы

Авторы патента:

КОТАРИ Маниш (US)

ТУНГ Йех-цзюнь (US)

H01L31/052 - с охлаждающими, светоконцентрирующими или светоотражающими средствами

Владельцы патента RU 2485626:

КВАЛКОММ МЕМС ТЕКНОЛОДЖИС, ИНК. (US)

Предложено фотогальваническое устройство, содержащее первый активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света с первой длиной волны первым активным слоем, второй активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света со второй длиной волны вторым активным слоем, первый оптический фильтр, расположенный между первым и вторым активными слоями и выполненный с возможностью отражения большего количества света с первой длиной волны, чем света со второй длиной волны, и пропускания большего количества света со второй длиной волны, чем света с первой длиной волны, и первый оптический резонатор, вызывающий возрастание количества света с первой длиной волны, поглощаемого первым активным слоем, причем первый и второй активные слои включены в совокупность активных слоев, содержащую по меньшей мере три активных слоя, имеющие запрещенные зоны, при этом запрещенные зоны указанной совокупности активных слоев расположены на протяжении по меньшей мере примерно 1000 нм в длинах волн между примерно 450 нм и примерно 1750 нм. Также предложен еще один вариант фотогальванического устройства и способ изготовления фотогальванического устройства. Изобретение обеспечивает повышение эффективности. 3 н. и 44 з.п. ф-лы, 37 ил.

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Фотогальваническое устройство, содержащее первый активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света с первой длиной волны первым активным слоем, второй активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света со второй длиной волны вторым активным слоем, первый оптический фильтр, расположенный между первым и вторым активными слоями и выполненный с возможностью отражения большего количества света с первой длиной волны, чем света со второй длиной волны, и пропускания большего количества света со второй длиной волны, чем света с первой длиной волны, и первый оптический резонатор, вызывающий возрастание количества света с первой длиной волны, поглощаемого первым активным слоем, причем первый и второй активные слои включены в совокупность активных слоев, содержащую по меньшей мере три активных слоя, имеющие запрещенные зоны, при этом запрещенные зоны указанной совокупности активных слоев расположены на протяжении по меньшей мере примерно 1000 нм в длинах волн между примерно 450 нм и примерно 1750 нм.

2. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором первая длина волны короче второй длины волны.

3. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором по меньшей мере один из активных слоев содержит полупроводниковый материал.

4. Фотогальваническое устройство по п.3, в котором по меньшей мере один активный слой содержит P-N переход или P-I-N переход.

5. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором по меньшей мере один из активных слоев содержит кремний, германий, теллурид кадмия, диселенид меди и индия, диселенид меди-индия-галлия, светопоглощающие красящие вещества, светопоглощающие полимеры, полимеры с внедренными светопоглощающими наночастицами, или полупроводниковые материалы элементов III-V групп.

6. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее третий активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света с третьей длиной волны третьим активным слоем.

7. Фотогальваническое устройство по п.6, в котором первая длина волны короче второй длины волны, а вторая длина волны короче третьей длины волны.

8. Фотогальваническое устройство по п.7, дополнительно содержащее второй оптический фильтр, расположенный между вторым и третьим активными слоями и выполненный с возможностью отражения большего количества света со второй длиной волны, чем света с третьей длиной волны, и пропускания большего количества света с третьей длиной волны, чем света со второй длиной волны.

9. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором указанная совокупность активных слоев содержит по меньшей мере 5 активных слоев.

10. Фотогальваническое устройство по п.9, в котором указанная совокупность активных слоев содержит по меньшей мере 8 активных слоев.

11. Фотогальваническое устройство по п.10, в котором указанная совокупность активных слоев содержит по меньшей мере 12 активных слоев.

12. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором ширины запрещенных зон указанной совокупности активных слоев возрастают от одного активного слоя к следующему.

13. Фотогальваническое устройство по п.12, в котором ширины запрещенных зон указанной совокупности активных слоев возрастает с увеличением длины волны на менее чем примерно 200 нм.

14. Фотогальваническое устройство по п.13, в котором ширины запрещенных зон указанной совокупности активных слоев возрастает с увеличением длины волны на менее чем примерно 100 нм.

15. Фотогальваническое устройство по п.14, в котором ширины запрещенных зон указанной совокупности активных слоев возрастает с увеличением длины волны на менее чем примерно 50 нм.

16. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором указанная совокупность активных слоев содержит по меньшей мере три легированных активных слоев, содержащих сплавленные вместе первый и второй материалы, ширина запрещенных зон которых различна.

17. Фотогальваническое устройство по п.16, в котором указанные по меньшей мере три легированные активные слоя представляют собой по меньшей мере 6 легированных активных слоев, содержащих указанные сплавленные вместе первый и второй материалы.

18. Фотогальваническое устройство по п.17, в котором указанные по меньшей мере три легированные активные слоя содержат представляют собой по меньшей мере 10 легированных активных слоев, содержащих указанные сплавленные вместе первый и второй материалы.

19. Фотогальваническое устройство по п.16, в котором указанные по меньшей мере три легированные активные слоя имеют различные соотношения первого и второго материалов.

20. Фотогальваническое устройство по п.19, в котором указанные по меньшей мере три легированные активные слоя расположены в таком порядке, что от одного легированного активного слоя к другому концентрация первого материала постепенно уменьшается, а концентрация второго материала постепенно возрастает.

21. Фотогальваническое устройство по п.16, в котором первый материал содержит кремний, а второй материал содержит германий.

22. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором первый оптический фильтр содержит интерференционный светофильтр.

23. Фотогальваническое устройство по п.22, в котором первый оптический фильтр содержит от примерно 2 до примерно 100 тонкопленочных слоев.

24. Фотогальваническое устройство по п.23, в котором первый оптический фильтр содержит четвертьволновую стопу.

25. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее оптически прозрачный электрод, электрически связанный с первым активным слоем.

26. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее отражающий слой, расположенный под первым и вторым активными слоями таким образом, чтобы отражать свет, проходящий через первый и второй активные слои и первый оптический фильтр.

27. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором первый оптический резонатор расположен между первым активным слоем и первым оптическим фильтром.

28. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором наличие первого оптического резонатора вызывает возрастание средней напряженности поля света с первой длиной волны в первом активном слое.

29. Фотогальваническое устройство по п.27, имеющее общую эффективность поглощения для длин волн в солнечном спектре, причем наличие первого оптического резонатора вызывает возрастание указанной эффективности поглощения, интегрированной по длинам волн в солнечном спектре.

30. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором наличие первого оптического резонатора вызывает увеличение поглощенной мощности оптического излучения, проинтегрированной по солнечному спектру, большее для первого активного слоя, чем увеличение поглощенной мощности оптического излучения, проинтегрированной по солнечному спектру, для любых других слоев фотогальванического устройства.

31. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором первый оптический резонатор содержит диэлектрик.

32. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором первый оптический резонатор содержит непроводящий оксид.

33. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором первый оптический резонатор содержит воздушный промежуток.

34. Фотогальваническое устройство по п.27, в котором толщина первого оптического резонатора оптимизирована для увеличения поглощения света в первом активном слое.

35. Фотогальваническое устройство по п.34, в котором толщина по меньшей мере одного из первого и второго активных слоев оптимизирована для увеличения поглощения света в первом или втором активных слоях.

36. Фотогальваническое устройство по п.34, в котором толщины первого оптического резонатора и первого и второго активных слоев оптимизированы для увеличения поглощения света в первом и втором активных слоях.

37. Фотогальваническое устройство по п.1, в котором толщина первого оптического фильтра оптимизирована для увеличения поглощения света в первом активном слое.

38. Фотогальваническое устройство по п.8, дополнительно содержащее второй оптический резонатор между вторым активным слоем и вторым оптическим фильтром.

39. Фотогальваническое устройство по п.38, в котором наличие второго оптического резонатора вызывает увеличение количества света со второй длиной волны, поглощаемого вторым активным слоем, над количеством света с первой длиной волны, поглощаемого вторым активным слоем.

40. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее антиотражающий слой, расположенный над первым активным слоем.

41. Фотогальваническое устройство по п.1, дополнительно содержащее по меньшей мере одно переходное отверстие, электрически связанное по меньшей мере с одним из активных слоев.

42. Фотогальваническое устройство, содержащее первые средства выработки электрического сигнала в результате поглощения света с первой длиной волны указанными первыми средствами выработки электрического сигнала, вторые средства выработки электрического сигнала в результате поглощения света со второй длиной волны указанными вторыми средствами выработки электрического сигнала, первые средства фильтрации светового излучения, расположенные между первыми и вторыми средствами выработки электрического сигнала и выполненные с возможностью отражения большего количества света с первой длиной волны, чем света со второй длиной волны, и пропускания большего количества света со второй длиной волны, чем света с первой длиной волны, и первый оптический резонатор, вызывающий возрастание количества света с первой длиной волны, поглощаемого первыми средствами выработки электрического сигнала, причем первые и вторые средства выработки электрического сигнала включены в совокупность средств выработки электрического сигнала в результате поглощения света этими средствами, содержащую по меньшей мере трое средств выработки электрического сигнала, имеющих запрещенные зоны, при этом запрещенные зоны указанной совокупности средств выработки электрического сигнала расположены на протяжении по меньшей мере примерно 1000 нм в длинах волн между примерно 450 нм и примерно 1750 нм.

43. Фотогальваническое устройство по п.42, дополнительно содержащее по меньшей мере одно переходное отверстие, электрически связанное по меньшей мере с одними средствами выработки электрического сигнала.

44. Фотогальваническое устройство по п.42, в котором первые средства выработки электрического сигнала содержат первый активный слой.

45. Фотогальваническое устройство по п.42, в котором вторые средства выработки электрического сигнала содержат второй активный слой.

46. Фотогальваническое устройство по п.42, в котором первые средства фильтрации света содержат первый оптический фильтр.

47. Способ изготовления фотогальванического устройства, согласно которому берут первый активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света с первой длиной волны первым активным слоем, берут второй активный слой, выполненный с возможностью выработки электрического сигнала в результате поглощения света со второй длиной волны вторым активным слоем, размещают первый оптический фильтр между первым и вторым активными слоями, причем первый оптический фильтр выполнен с возможностью отражения большего количества света с первой длиной волны, чем света со второй длиной волны, и пропускания большего количества света со второй длиной волны, чем света с первой длиной волны, и формируют первый оптический резонатор, вызывающий возрастание количества света с первой длиной волны, поглощаемого первым активным слоем, причем первый и второй активные слои включены в совокупность активных слоев, содержащую по меньшей мере три активных слоя, имеющие запрещенные зоны, при этом запрещенные зоны указанной совокупности активных слоев расположены на протяжении по меньшей мере примерно 1000 нм в длинах волн между примерно 450 нм и примерно 1750 нм.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к конструкции солнечных фотоэлектрических модулей с фотоэлектрическими приемниками солнечного излучения и концентраторами.

Солнечный фотоэлектрический модуль с концентратором // 2444808

Изобретение относится к гелиотехнике и конструкции солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения и концентраторами. .

Солнечный фотоэлектрический субмодуль // 2442244

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к конструкции солнечного фотоэлектрического субмодуля, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую.

Фотовольтаический концентраторный модуль // 2436193

Изобретение относится к области солнечной энергетики. .

Фотоэлектрический модуль с наноструктурным фотоэлементом // 2436192

Изобретение относится к области солнечной энергетики. .

Солнечный фотоэлектрический модуль на основе наногетероструктурных фотопреобразователей // 2426198

Изобретение относится к области фотоэлектрического преобразования энергии, в частности к системам с расщеплением солнечного спектра на длинноволновый и коротковолновый диапазоны.

Солнечный элемент (варианты) // 2383083

Концентраторный фотоэлектрический модуль // 2377696

Изобретение относится к области солнечной энергетики и, в частности, к фотоэлектрическим модулям. .

Концентраторный фотоэлектрический модуль // 2370856

Изобретение относится к области солнечной энергетики. .

Фотоэлектрический модуль // 2354005

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к концентраторным фотоэлектрическим модулям, и предназначено для применения в концентраторных солнечных энергоустановках, используемых в качестве систем автономного энергоснабжения в различных климатических зонах.

Фотоэлектрические модули с отражающими клейкими пленками // 2489773

Изобретение относится к изготовлению фотоэлектрических модулей с применением клейких пленок, отражающих солнечный свет

Фотоэлектрический концентраторный субмодуль // 2496181

Изобретение относится к области солнечной энергетики. Фотоэлектрический концентраторный субмодуль содержит фронтальный стеклянный лист (1), на тыльной стороне которого расположен первичный оптический концентратор в виде линзы (2) квадратной формы с длиной стороны квадрата, равной W, и фокусным расстоянием F. В центральной области поверхности линзы (2) квадратной формы и соосно с ней установлен фотоэлемент (4) толщиной z1, выполненный в виде квадрата со стороной, равной d1, размещенный на теплоотводящем основании (3), выполненном в виде круга диаметром d2 или прямоугольника с длиной большей стороны d2 и толщиной z2. На фотоактивной поверхности фотоэлемента (4) соосно с линзой (2) квадратной формы установлен вторичный оптический концентратор в виде, например, усеченного стеклянного конуса (5), высотой h1, обращенного меньшим основанием к фотоэлементу. Параллельно фронтальному стеклянному листу (1) установлен тыльный стеклянный лист (6) со светоотражающим зеркальным покрытием (7). Расстояние от светоотражающего зеркального покрытия (7) до фотоэлемента (4) равно L. Величины F, W, d1, d2, z1, z2, h1 и L удовлетворяют определенным соотношениям. Изобретение обеспечивает уменьшение трудоемкости изготовления фотоэлектрического субмодуля при обеспечении высокой точности монтажа фотоэлемента и сохранении хорошей разориентационной характеристики, что позволит увеличить его энергопроизводительность и надежность. Снижение расхода материалов за счет уменьшения в 2 раза толщины субмодулей также позволит уменьшить стоимость изготовления фотоэлектрического модуля. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Приемник-преобразователь концентрированного электромагнитного излучения // 2499327

Изобретение относится к области беспроводной передачи энергии с потоком концентрированного электромагнитного излучения оптического диапазона, в частности монохроматического электромагнитного излучения лазера, на приемник-преобразователь на основе фотоэлектрического преобразователя и может найти применение в космической энергетике. Сущность изобретения: создание приемника-преобразователя концентрированного электромагнитного излучения, включающего приемную плоскость, выполненную в виде панели фотоэлементов с антиотражающим покрытием и с электрической коммутацией фотоэлементов, систему отвода тепла от фотоэлементов, несущую силовую конструкцию, на внешней поверхности приемной плоскости которого установлены своими основаниями три симметричные концентричные конические оболочки - центральная, периферийная и средняя между ними, при этом их общая ось симметрии проходит через центр панели фотоэлементов, выполненной в виде круга радиусом R, и перпендикулярна панели, причем периферийная и средняя конические оболочки выполнены усеченными с высотой h каждая, средняя коническая оболочка выполнена со средним радиусом основания rα и с углом при вершине α=90°, периферийная коническая оболочка выполнена со средним радиусом основания rβ=R и углом при вершине β, отвечающим определенному соотношению, центральная коническая оболочка выполнена со средним радиусом основания rγ и углом при вершине γ, отвечающими определенному соотношению, а внешние поверхности средней и центральной конических оболочек и внутренние поверхности периферийной и средней конических оболочек выполнены с максимально высоким коэффициентом зеркального отражения. Изобретение позволяет: повысить КПД приемника-преобразователя благодаря созданию более равномерного облучения последовательно и параллельно соединенных фотоэлементов, что позволяет снизить разброс электрических параметров фотоэлементов и групп, что в целом уменьшает схемные потери; увеличить ресурс приемника-преобразователя за счет снижения риска разрушения отдельных фотоэлементов и межэлементных связей благодаря более равномерному температурному распределению по поверхности приемной плоскости; создать более благоприятные условия работы системы отвода тепла от фотоэлементов приемной плоскости. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Устройство освещения с солнечным энергоснабжением // 2538756

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является увеличение количества выработки электроэнергии. Устройство (1) освещения с солнечным энергоснабжением, содержащее солнечный элемент (2), источник (8) света, адаптированный, по меньшей мере, для частичного питания электроэнергией, получаемой от солнечного элемента (2), и конструктивный элемент (3), имеющий первую сторону (4), снабженную первой отражающей поверхностью (5), выполненной с возможностью направлять солнечный свет (6) непосредственно к солнечному элементу (2), и вторую сторону (7), к которой термически подсоединен источник (8) света для рассеяния тепла, генерируемого источником (8) света во время излучения света (9). 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Охлаждаемое основание фотоприемного устройства // 2539791

Изобретение относится к системам охлаждения фотоприемных устройств. Охлаждаемое основание фотоприемного устройства выполнено из материала, имеющего одинаковый или близкий к охлаждаемому элементу коэффициент теплового расширения и для снижения неравномерности охлаждения через всю длину основания проходит отверстие, в которое помещается тепловая труба, а оставшийся зазор между тепловой трубой и отверстием основания заполняется галлием, образуя механическую связь с хорошей теплопроводностью. Изобретение позволяет значительно снизить температурный градиент при охлаждении крупноформатных фотоприемных устройств, выполненных как на одной подложке, так и набранных из нескольких модулей. 2 ил.

Метод и устройство термофотоэлектрических преобразователей с микронным зазором (мртv) высокой степени с субмикронным зазором // 2563551

Настоящее изобретение относится к технологии термофотоэлектрических преобразователей с микронным зазором (MTPV) для твердотельных преобразований тепла в электричество. Суть заключается в формировании и последующем поддержании маленького расстояния между двумя телами в субмикронном зазоре для улучшения качества преобразования. Пока возможно достичь субмикронного расстояния зазора, термоэффекты на горячей и холодной поверхностях стимулируют поперечное колебание, скручивание или деформацию элементов, происходящие в вариациях в месте зазора, что приводит к неконтролируемым вариациям при выходе мощности. Главным моментом в конструировании является допущение снижения контакта эмиттерных чипов с внутренней поверхностью оболочки, так чтобы происходила хорошая передача тепла. Фотоэлектрические гальванические элементы направляются навстречу эмиттерным чипам, чтобы придавить их к внутренней стенке. Высокая температура материала термоповерхности улучшает передачу тепла между внутренней поверхностью оболочки и эмиттерным чипом. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 13 ил.

Слоистая конструкция с внутренними полостями и способ ее изготовления // 2573477

Изобретение относится к оптике и касается слоистой интегрированной конструкции с внутренними полостями и способа ее изготовления для применения в гелиотехнике, в технологиях, связанных с получением пластин, в охлаждающих каналах, для освещения теплиц, подсветки окон, уличного освещения, подсветки транспортных потоков, в отражателях транспортных средств или в защитных пленках. Конструкция содержит первый несущий компонент, такой как деталь из пластика или стекла, содержащий оптически прозрачный материал, способный пропускать излучение, и второй несущий компонент, снабженный по меньшей мере одним паттерном поверхностного рельефа, который содержит множество элементов поверхностного рельефа, и выполненный с возможностью осуществления по меньшей мере одной заданной оптической функции в отношении падающего излучения. Второй несущий компонент содержит, в качестве опции, оптически прозрачный материал, способный пропускать излучение. При этом первый и второй несущие компоненты соединены посредством ламинирования таким образом, что внутри образованной слоистой конструкции находится по меньшей мере один паттерн поверхностного рельефа, а между первым и вторым несущими компонентами сформированы связанные с указанным паттерном оптически функциональные полости. Оптическая функция обеспечена и сконфигурирована за счет размеров, материала, положения и/или согласованности внутренних элементов рельефа. Изобретение обеспечивает создание слоистой структуры, позволяющей повысить эффективность подвода излучения. 8 н. и 23 з.п. ф-лы, 13 ил.

Шарообразная солнечная батарея с многократным преломлением и отражением лучей в концентраторе // 2616741

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности касается концентраторов для солнечных батарей. Шарообразная солнечная батарея с многократным преломлением и отражением лучей в концентраторе выполнена в виде шара. Роль концентратора играет сама прозрачная шарообразная солнечная батарея, интегрально объединенная с зеркальным шарообразным металлическим электродом. Солнечные лучи проходят через прозрачный шарообразный электрод, затем через p-n-переход и отражаются от зеркального шарообразного электрода. При обратном прохождении через p-n-переход лучи попадают в n-полупроводник, в котором коэффициент преломления возрастает при приближении к поверхности, как в оптоволоконных кабелях, за счет изменения концентрации примеси. В результате преломления луч вновь пересекает p-n-переход и отражается от зеркального шарообразного электрода. После многократных переотражений и преломлений большая часть солнечных лучей будет преобразована в электрический ток. Солнечная батарея позволит без больших затрат и сложных технологий усовершенствовать существующие способы преобразования электромагнитного излучения в электрический ток. 2 ил.

Приёмник-преобразователь лазерного излучения // 2639738

Изобретение может быть использовано в беспроводных системах дистанционного энергопитания воздушных или космических объектов. Предложенный приемник-преобразователь лазерного излучения включает несущую силовую конструкцию с установленной на ней приемной плоскостью площадью SПП, на внешней стороне которой равномерно распределены фотоэлектрические преобразователи на основе полупроводниковых фотоэлементов с внутренним фотоэффектом для непосредственного преобразования энергии электромагнитного излучения кругового лазерного пучка диаметром du, ось которого направлена на геометрический центр приемной плоскости, причем фотоэлементы скоммутированы между собой последовательно-параллельно, выполнены с антиотражающим покрытием и снабжены системой охлаждения, при этом приемная плоскость состоит из n модулей, каждый из которых выполнен площадью s, и конструктивно представляет собой единое целое, состоящее из m фотоэлементов площадью sФЭ каждый, одинаковых по конструкции, составу и электрически изолированных друг от друга, причем фотоэлементы, по одному из каждого модуля, параллельным соединением объединены в i групп, в каждой из которых содержится j фотоэлементов, а группы последовательно соединены в цепочку, где в каждой группе из цепочки присутствует q фотоэлементов, принадлежащих k модулям, полностью попадающим в область светового пятна кругового лазерного пучка, падающего на приемную плоскость, причем учитывается выполнение следующих условий: s<<SПП; n>1; m>1; i=m; j=n; q=k, где 1≤k≤n, обеспечивающих при этом максимальную выходную электрическую мощность приемника-преобразователя, определяемую из предложенного уравнения. Изобретение обеспечивает повышение энергетической эффективности, характеризуемой в условиях неравномерной интенсивности лазерного облучения минимально возможным снижением мощности на выходных шинах приемника-преобразователя по отношению к суммарной мощности, вырабатываемой всеми фотоэлементами (в условиях независимости друг от друга); повышение КПД приемника-преобразователя за счет снижения разброса электрических параметров групп из параллельно соединенных фотоэлементов и унифицирование конструкции фотоэлектрического модуля, что позволяет стандартизировать технологию коммутации фотоэлементов приемника-преобразователя. 5 ил.