Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии

Авторы патента:

H01L31/04 - предназначенные для работы в качестве преобразователей

Владельцы патента RU 2608058:

Мандругин Андрей Александрович (RU)
Баранов Николай Николаевич (RU)

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к созданию компактных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей. Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии содержит полупроводниковую пластину с развитой поверхностной структурой, содержащей макропоры, представляющие собой глухие отверстия-«колодцы», и слой никеля-63, покрывающий полупроводниковую пластину, при этом в глухих отверстиях-«колодцах», на их боковой поверхности, образованы микропоры в виде боковых камер, при этом никель-63 покрывает поверхностную структуру и остальную часть поверхности пластины полупроводника слоем 0.03-0.05 нм. Стенки глухих микропор и «колодцев» имеют произвольную фрактальность, форму и объемы камер расширения, выполнены с помощью локальной лазерной деструкции. Изобретение обеспечивает возможность формирования бета-вольтаического генератора электроэнергии с повышенной энергоемкостью, сроком службы 50-70 лет, при минимальной трудоемкости, затраченной на изготовление изделия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к созданию компактных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей. Предлагается конструкция полупроводникового устройства для прямого преобразования бета-излучения в электроэнергию. Батарея электропитания состоит из радиоактивного источника, испускающего бета-частицы с достаточно большой кинетической энергией, изолятора, сквозь который эти электроны проходят, и коллектора, собирающего электроны. Зажимы, предусмотренные на радиоактивном источнике и на коллекторе, служат внешними выводами батареи. Поскольку электроны уходят с электрода радиоактивного источника, на нем возникает положительный заряд. Накапливаясь на коллекторном электроде, электроны заряжают его отрицательным зарядом. В результате между двумя электродами создается ЭДС. Если к двум внешним выводам батареи присоединить провод, то по нему потечет ток от коллектора к радиоактивному эмиттеру. Такие батареи электропитания обладают большими значениями ЭДС и удельной энергоемкости. Радиоактивное вещество нанесено на пластину из полупроводника с развитой поверхностью. Текстурированная поверхность пластины полупроводника содержит большое количество пор и каналов, а радиоактивное вещество нанесено на стенки пор и каналов, а также и на остальную часть поверхности пластины полупроводника. Изобретение обеспечивает возможность упрощения способа создания устройства, снижения стоимости изготовления бета-вольтаического генератора, а также повышения его удельной мощности и надежности в эксплуатации.

Предлагаемый генератор является основным первичным элементом, из которых путем соответствующих коммутаций могут собираться батареи бесперебойного электропитания со сроком службы 50 и более лет, безопасные в обращении и работоспособные независимо от условий окружающей среды, исключая физическое разрушение.

Наиболее полно поставленным задачам отвечают батареи, работающие на бета-вольтаическом эффекте. Работа бета-вольтаического преобразователя основана на том, что излученные при распаде радионуклида электроны или позитроны высоких энергий, попадая в область p-n-перехода полупроводниковой пластины, генерируют там электронно-дырочную пару, которая затем пространственно разделяется областью пространственного заряда (ОПЗ). Вследствие этого на n- и p-поверхностях полупроводниковой пластины возникает разность электрических потенциалов. Принципиально механизм преобразования напоминает тот, который реализован в полупроводниковых солнечных батареях, но с заменой фотонного облучения на облучение электронами или позитронами - продуктами распада радионуклидов.

Первые работы по бета-вольтаическим преобразователям с использованием стронция-90 относятся к середине 50-х годов XX столетия [Rappaport R.I., Lofersky J.J., Linder E.G. A study program of possible uses principle. Nucleonic. 1957. vol. 15, р. 99]. Энергия электронов, испускаемых стронцием-90, составляет 546 кэВ. Эта величина почти вдвое превышает порог радиационных повреждений кристаллической структуры полупроводника, вследствие чего происходит неизбежная деградация p-n-перехода. Вторым недостатком преобразователя, использующего радионуклид стронция-90, является довольно высокий уровень вредного для человека проникающего гамма-излучения, что требует создания громоздкой радиационной защиты. Исследования преобразователей с использованием прометия-147 и трития, наносимых на плоскую поверхность полупроводниковых структур из кремния, проводились в 1975 г. [Гусев В.В., Кодюков В.М., Почтаков А.А., Пустовалов А.А. Радиационная техника. М.: Атомиздат, 1975, вып. 11, с. 61-67]. Особенностью преобразования энергии радиоактивного распада в электрическую энергию в данном случае является то, что используется кремниевый полупроводник с p-n-переходом. Недостатком конструкций с прометием-147 является непродолжительный срок службы, обусловленный малым периодом полураспада этого радионуклида (2,64 года). Труднопреодолимая проблема, связанная с распадом прометия-147 по параллельным путям, приводящая к образованию дочерних радиоактивных атомов, порождает нежелательные радиационные эффекты.

В последние годы в научной литературе появился ряд сообщений о бета-вольтаическом эффекте на кремнии с применением радионуклида никеля-63, энергетические параметры которого существенно превышают энергию бета-излучения трития [Pchelintseva Ye.S. Modelirovaniye I issledovaniye betavoltaicheskogo effekta na kremniyevykh pin strukturakh: Dissertatsiya k.f-m.n., Ulyanovsk: UlGU Publ., 2011; Nagornov Yu.S. Sovremennyye aspekty primeneniya betavoltaicheskogo effekta. Ulyanovsk, 2012]. Выбор изотопов, обладающих бета-распадом с приемлемым временем жизни и уровнем энергии бета-распада, ограничивается всего несколькими радионуклидами - тритий, никель-63, стронций-90, цезий-137 и кадмий-113m. Проведенный анализ физических свойств радионуклидов и расчет параметров позволили сделать следующие выводы:

1. В ряду радионуклидов наиболее перспективным на сегодняшний день с точки зрения повышения удельной мощности преобразователей является никель-63, имеющий период полураспада 100,1 год.

2. Среди известных и доступных полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия, карбид кремния, кремниевые пористые материалы, наиболее выгодным из числа перечисленных по эксплуатационным характеристикам является последний.

Одним из путей повышения удельной электрической мощности преобразователя может быть увеличение площади поверхности диодной структуры, покрытой источником бета-излучения. Для этого используется текстурирование пластин кремния. Этот прием использован в следующей работе [Заддэ В.В., Пустовалов А.А., Пустовалов С.А., Цветков Л.А., Цветков С.Л. Полупроводниковый преобразователь бета-излучения в электроэнергию. Патент №2452060, 10.12.2011 г.]. Задачей цитированного изобретения является упрощение способа и снижение стоимости изготовления бета-преобразователя, повышение его удельной электрической мощности и надежности в эксплуатации. Указанная задача решается тем, что в полупроводниковом преобразователе бета-излучения в электроэнергию, содержащем пластину полупроводника с текстурированной поверхностью, диодную структуру, на которую наносят слой радионуклида (никеля-63, трития), создают и формируют особым способом. Текстурированная диодная поверхность выполняется в виде множества узких цилиндрических сквозных пор, вертикально расположенных, проникающих сквозь весь p-слой полупроводникового диода. Слой радионуклида (никеля-63, трития) покрывает стенки пор и остальную часть поверхности пластины полупроводника. Использование макропористой структуры для изготовления бета-вольтаического генератора связано с технологическими трудностями формирования диодной структуры и возможностью нанесения радиоактивных слоев в узких сквозных порах. Вместе с тем, в результате таких мероприятий увеличивается стоимость изготовления бета-преобразователя, а реально образующаяся неравномерность толщины слоев снижает срок его службы, нанесение множества узких сквозных пор уменьшает механическую прочность пластины полупроводника.

Наиболее близким к предложенному бета-вольтаическому полупроводниковому генератору электроэнергии является источник, содержащий полупроводниковую пластину с развитой поверхностью и слой никеля-63 на данной поверхности. В объеме пластины создается пористая структура, состоящая из узких пор и глухих «колодцев», залегающих на разной глубине матрицы [By Wei Sun, N.P. Kherani et. al. Three-Dimensional Porous Silicon p-n Diode for Betavoltaic and Photovoltaics. Advanced Materials. 2005, 17, 1231-1233.]. Создание пор и «колодцев» на поверхности матрицы формируют условия для увеличения поверхности, на которую можно нанести источник излучения. Такая структура именуется макропористой и характеризуется тем, что глубина пор и «колодцев» во много раз больше их поперечного размера.

Существующий прототип обладает весьма ограниченными характеристиками, такими как малая энергоемкость, ограниченный срок службы из-за низкой прочности полупроводниковой матрицы, трудоемкость создания конструкции.

Недостатком этой конструкции является сложность формирования диодной структуры и создания полноценного покрытия из никеля-63 в узких и глубоких «колодцах», образующих текстурированную поверхность пластин кремния. Это связано с тем, что диффузия атомов радионуклида в узкие поры и «колодцы», расположенные на поверхности, затруднена из-за их малых размеров. В результате стоимость изготовления бета-вольтаического преобразователя оказывается высокой, а его эффективность низкой. Стандартные методы электрохимического травления кремниевой поверхности, применяющиеся при изготовлении пористого материала из кремниевой матрицы, используют для этих целей фторсодержащие материалы. Фтороводород, являющийся активным началом реакции травления, при данном изготовлении полупроводниковой матрицы проникает в стенки образующихся микропор и колодцев полупроводникового диода, разрушая ее. Это приводит к «разрыхлению» материала и, как следствие, к утрате механической прочности изделия. Этот важный фактор следует учитывать при прогнозировании долговечности материалов, образующихся с использованием метода электрохимического травления. Кроме того, следует учитывать, что на стенки микропор бета-вольтаического полупроводникового преобразователя наносится радионуклид никеля-63 с максимально высоким содержанием радиоактивности. Разрушение полупроводникового материала происходит весьма быстро за счет авторадиолиза под воздействием бета-частиц радионуклида. Учитывать этот фактор необходимо, поскольку речь идет о создании на основе такой кремниевой матрицы длительно работающих электронных устройств.

С целью создания полупроводниковых пластин кремния с развитой поверхностью для изготовления бета-вольтаического полупроводникового генератора электроэнергии предлагается использовать метод локальной лазерной деструкции. Метод локальной лазерной деструкции, предлагаемый к использованию в данном изобретении, является современным. наиболее подходящим способом для формирования текстурированной поверхности пластин из кремния. Этот метод позволяет создавать поры и «колодцы» в объеме кремниевой матрицы требуемых размеров и глубины залегания. Кроме того, данным способом можно создавать специальные камеры расширения и горизонтальные проходы в теле полупроводниковой матрицы, без утраты ею механических свойств. Метод позволяет осуществлять контроль за объемом и географией расположения камер и горизонтальных проходов. Метод локальной лазерной деструкции лишен недостатков, типичных для способа электрохимического травления кремниевых материалов. Следует отметить, что ранее метод локальной лазерной деструкции для изготовления пористых полупроводниковых матриц, для изготовления бета-вольтаического полупроводникового генератора электроэнергии не применялся.

При создании новых бета-вольтаических генераторов электроэнергии с расширенными энергетическими возможностями следует учитывать, что дополнительное повышение удельной мощности бета-вольтаического генератора может достигаться тем, что диаметр, глубина, численность и объем микропор и «колодцев», количество боковых «камер» в них могут изменяться с целью максимального увеличения площади поверхности путем создания нового пористого кремниевого полупроводникового материала. В данном случае стенки макропор и глухих «колодцев» могут быть сформированы без потери механической прочности матрицы и иметь нужные объем и текстурированность (фрактальность). Размеры пор должны быть достаточными для обеспечения попадания в них радиоактивного никеля путем диффузии. Кроме того, следует особо отметить, что повышение удельной мощности бета-вольтаического генератора достигается оптимизацией глубины залегания «колодцев» в p-слое, а также увеличением эффективного ОПЗ в зоне p-n-перехода, образующегося в кремниевой матрице.

В настоящем изобретении поставлена задача создания бета-вольтаического генератора электроэнергии с повышенной энергоемкостью, сроком службы 50-70 лет, при минимальной трудоемкости, затраченной на изготовление изделия.

С целью создания полупроводниковых пластин кремния с развитой поверхностью для изготовления бета-вольтаического полупроводникового генератора электроэнергии был использован метод локальной лазерной деструкции.

Данная задача решается следующим образом.

Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии, содержащий полупроводниковую пластину с развитой поверхностной структурой, содержащей макропоры, представляющие собой глухие отверстия-«колодцы», и слой никеля-63, покрывающий полупроводниковую пластину, отличающийся тем, что в глухих отверстиях-«колодцах», на их боковой поверхности образованы микропоры в виде боковых камер, при этом никель-63 покрывает поверхностную структуру и остальную часть поверхности пластины полупроводника слоем 0.03-0.05 нм.

В бета-вольтаическом полупроводниковом генераторе электроэнергии, согласно изобретению стенки пор и глухие отверстия-«колодцы» имеют заданную фрактальность, форму, объемы камер расширения и лежат на определенном, заранее заданном расстоянии от p-n-перехода пластины полупроводника, выполнены с помощью локальной лазерной деструкции.

Эффективное применение бета-источников в составе бета-вольтаического полупроводникового генератора электроэнергии обусловлено его конструкцией и поясняется с помощью рис. 1-3.

На рис. 1 схематично изображена предлагаемая конструкция единичного элемента питания полупроводникового бета-вольтаического генератора электроэнергии с применением радионуклида никеля-63. При рассмотрении устройства сделаны допущения о том, что, во-первых, порядка 50% бета-частиц излучаемых Ni-63? попадает на поверхность кремниевой пластины. Во-вторых, предполагается, что около 90% бета-частиц переходит в объем кремниевой пластины, а 10% излучаемых бета-частиц составляют потери. На рис. 2 и 3 представлены результаты исследования поверхности методом сканирующей электронной микроскопии образцов макропористого кремния, полученные методом лазерной деструкции (слева - вид сбоку, рис. 2; справа - вид сверху, рис. 3).

Бета-вольтаический генератор состоит из диодной пластины (рис. 1), поверхность которой содержит отверстия-«колодцы» требуемой формы. На расчетной глубине в «колодцах» расположены камеры-расширения, задача которых состоит в увеличении рабочих объемов и фрактальности пор - «колодцев» (рис. 2 и 3). С использованием метода лазерной деструкции рабочие объемы пор - «колодцев» могут быть увеличены на 30-40%, что определяется конструктивными особенностями и задачами, возникающими при при создании полупроводникового бета-вольтаического генератора электроэнергии.

Поверхность диодной пластины покрыта токопроводящим слоем 0.03-0.05 нм радионуклида никеля-63 (позиция 3, рис. 1), выполняющим роль токосъемного контакта и являющимся источником бета-частиц. Толщина слоя определяется длиной максимального пробега бета-частиц в слое никеля. В базовой области полупроводник расположен на стальной пластине, которая является вторым коллекторным контактом бета-вольтаического генератора (позиция 1). В теле диодной пластины на определенной глубине расположен p-n-переход (позиция 2).

Создание микропор и отверстий-«колодцев» на поверхности позволяет многократно увеличивать активную площадь поверхности полупроводника, покрытой слоем радионуклида, что ведет к повышению мощности бета-вольтаического полупроводникового генератора. Глубина залегания, увеличение объемов «колодцев» за счет создания боковых камер в них существенно влияют на ток генерации. Для формирования структуры с максимальным выходным током необходимо, чтобы ширина пор составляла 20-40 нм, длина порядка 400-600 нм, с глубиной залегания (в области максимальной генерации ОПЗ) 100-250 нм.

На рис. 2 и 3 показано расположение камер-расширений в микропорах и колодцах, задача которых состоит в увеличении рабочих объемов и фрактальности поверхности полупроводника.

Конструкцию бета-вольтаического полупроводникового генератора электроэнергии предлагается создавать следующим образом.

Для изготовления пластины пористого полупроводника используют микрокристаллический кремний. Поверхность пластин обрабатывают методом локальной лазерной деструкции по специальной компьютерной программе на лазерном сканере. По определенной схеме наносят на поверхность микропоры и глухие «колодцы», снабженные камерами расширения нужного объема и залегающие на требуемой глубине. Создают поры на поверхности полупроводника с размерами: ширина - 20÷40 нм, длина - 400÷600 нм и глубина - 100÷250 нм. В зависимости от требований можно получать 2500-3000 пор на площади 1 см².

С целью создания токопроводящего слоя поверхность полупроводниковой пластины покрывают металлическим никелем. Для этого пластину помещают при температуре 80-100°С и перемешивании в течение 24 час в раствор, содержащий 1 М NiSO₄, 2,5 М NH₄F, а также 0,7 М додецилат сульфата натрия при pH 5,6 [С. Xu et. al. Journal of the Electrochemical Society. 2007, 154, D170-174]. Далее торцевые и базовые стороны пластины покрывают полимерной защитной пленкой и помещают в раствор Ni-63 (с удельной радиоактивностью 7,5 Ки/г) при тех же условиях, указанных ранее. Специально выбранные температурный и временной интервалы создают благоприятные условия для получения равномерного распределения Ni-63 по пористой поверхности полупроводникового диода. Использование нерадиоактивного металлического никеля значительно упрощает методику равномерного нанесения радиоактивного никеля на поверхность, что существенно способствует увеличению ЭДС бета-вольтаического генератора электроэнергии. Процесс завершается снятием защитной пленки. Рабочий этап изготовления бета-вольтаического генератора электроэнергии завершается прикреплением контактов - коллекторного к базовой стороне полупроводника и к стороне, покрытой никелем.

При работе генератора бета-вольтаический эффект возникает благодаря попаданию бета частиц в область пространственного заряда (ОПЗ) p-n-перехода, где встроенное электрическое поле разделяет генерированные носители заряда, в результате чего возникает наведенный потенциал, так же как это происходит в фотовольтаических генераторах при облучении светом. В случае если р^-- и n⁺-области замкнуть накоротко или через внешнее сопротивление нагрузки, в цепи потечет ток. Таким образом, генерируемая энергия может быть использована в электрических схемах.

1. Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии, содержащий полупроводниковую пластину с развитой поверхностной структурой, содержащей макропоры, представляющие собой глухие отверстия-«колодцы», и слой никеля-63, покрывающий полупроводниковую пластину, отличающийся тем, что в глухих отверстиях-«колодцах», на их боковой поверхности, образованы микропоры в виде боковых камер, при этом никель-63 покрывает поверхностную структуру и остальную часть поверхности пластины полупроводника слоем 0.03-0.05 нм.

2. Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии по п. 1, отличающийся тем, что стенки пор и глухие отверстия-«колодцы» имеют заданную фрактальность, форму, объемы камер расширения и лежат на определенном, заранее заданном расстоянии от p-n-перехода пластины полупроводника, выполнены с помощью локальной лазерной деструкции.

Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии, содержащий полупроводниковую пластину с развитой поверхностью и слой никеля-63 на этой поверхности.

Устройство и способ изготовления двухстороннего кремниевого матричного солнечного элемента // 2606794

Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, в частности к кремниевым солнечным элементам и технологии их изготовления.

Фотоэлектрический преобразователь // 2605839

Изобретение относится к электронной технике, а именно к фотоэлектрическим преобразователям солнечной энергии. Фотоэлектрический преобразователь на основе изотипной варизонной гетероструктуры из полупроводниковых соединений A3B5 и/или A2B6 содержит полупроводниковую подложку и изотипный с подложкой фотоактивный слой, просветляющий слой и омические контакты.

Комбинированный накопительный элемент фото- и бетавольтаики на микроканальном кремнии // 2605784

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений - бетаисточников в электрическую энергию. Изобретение обеспечивает создание двухсторонней конструкции комбинированного накопительного элемента фото- и бетавольтаики, состоящей из совмещенных на одной пластине кремния с одной стороны - фотоэлемента и подключенного параллельно к нему планарного плоского конденсатора, с другой стороны - бетавольтаического элемента, бета-источник никель-63 которого помещается в микроканалы для увеличения КПД и тока генерации.

Планарный высоковольтный фото- и бетавольтаический преобразователь и способ его изготовления // 2605783

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений бета-источников в электрическую энергию. Создание оригинальной планарной конструкции высоковольтного преобразователя реализуется по стандартной микроэлектронной технологии.

Неорганический многослойный пакет и относящиеся к нему способы и композиции // 2605560

Изобретение относится к многослойному пакету на подложке для использования в качестве капсулы. Многослойный пакет содержит: один или более неорганических барьерных слоев для снижения переноса через них молекул газа или пара; неорганический химически активный слой, содержащий неорганический связующий материал и расположенный смежно с одним или более неорганическими барьерными слоями, и химически активный слой обладает способностью вступать в реакцию с молекулами газа или пара.

Кремниевый двухсторонний солнечный элемент и способ его изготовления // 2601732

Производные фуллеренов с пониженным сродством к электрону и фотовольтаическая ячейка на их основе // 2598079

Настоящее изобретение относится к новым соединениям общей формулы (1), которые используются в качестве основы тонкой полупроводниковой пленки в структуре солнечной батареи, к композиции, содержащей соединения формулы (1), и к применению новых соединений.

Двухкомпонентный электрон-селективный буферный слой и фотовольтаические ячейки на его основе // 2595342

Настоящее изобретение относится к использованию производных фуллеренов в оптоэлектронных устройствах, таких как фотовольтаические ячейки, формулы (I): , где F - [60]фуллерен или [70]фуллерен, М представляет собой COOH, r представляет собой целое число от 2 до 8, Z представляет собой группу -(СН2)n-, Ar, или -S-, n представляет собой число от 1 до 12, Y представляет собой алифатическую С1-С12 углеродную цепь, Ar представляет собой фенил, бифенил или нафтил и X представляет собой Н, Cl или независимую от Y С1-С12 углеродную цепь.

Фотоэлемент приёмника-преобразователя лазерного излучения // 2593821

Изобретение относится к области создания приемников-преобразователей на основе полупроводниковых фотоэлементов (ФЭ). Фотоэлемент приемника-преобразователя лазерного излучения содержит полупроводниковые легированный и базовый слои р-типа и n-типа, фронтальный полосковый омический контакт на лицевой стороне фотоэлемента, выполненный в виде чередующихся полосок с постоянным шагом полос Δ и шириной полос b, сплошной омический контакт на тыльной стороне фотоэлемента и защитного оптического покрытия, на которое нормально падают лучи лазера с длиной волны λ0, причем защитное оптическое покрытие, нанесенное на рабочую поверхность полупроводника с абсолютным показателем преломления n, выполнено слоями в виде просветляющего покрытия, толщиной δ, соизмеримой с длиной волны λ3 в просветляющем покрытии и с абсолютным показателем преломления n3<n, соединенного через клеевой слой, толщиной d и с абсолютным показателем преломления n2, с теплорегулирующим покрытием, толщиной Η и с абсолютным показателем преломления n1, причем на внутренней поверхности теплорегулирующего покрытия выполнены фронтально негерметичные чередующиеся канавки, с постоянным шагом Δ и глубиной h<Н, поперечное сечение которых имеет вид равнобедренного треугольника с основанием b, совпадающим при наложении с шириной полосок полоскового омического контакта фотоэлемента, и с углом при вершине 2γ=2·arctg[b/(2·h)], а плоскости боковых граней канавок выполнены с максимально высоким коэффициентом зеркального отражения, причем фотоэлемент со слоями защитного оптического покрытия должен отвечать определенному соотношению.

Конструкция монолитного кремниевого фотоэлектрического преобразователя и способ ее изготовления // 2608302

Изобретение относится к области многопереходных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), применяемых для солнечных батарей и фотоприемников космического и иного назначения. Монолитный кремниевый фотоэлектрический преобразователь содержит диодные ячейки с расположенными в них перпендикулярно горизонтальной светопринимающей поверхности, вертикальные p-n-переходы и расположенные в диодных ячейках, параллельно к светопринимающей поверхности, горизонтальные n+-p-(p+-n-) переходы, причем все диодные ячейки последовательно соединены в единую конструкцию металлическими катодными и анодными электродами, при этом каждая диодная ячейка (и их вертикальные p-n-переходы) изолирована от соседних с четырех сторон, сбоку - слоем диэлектрика, снизу - дополнительным горизонтальным p-n-переходом, образованным кремниевой подложкой p- (n-) типа проводимости и нижним горизонтальным n+ (p+) слоем p-n-перехода, причем на верхней горизонтальной поверхности диодной ячейки расположен верхний горизонтальный p-n-переход, на n+ (p+) слоях которого соответственно расположены электрод катода (анода), а на p+ (n+) слое - электрод анода (катода). Также предложен способ формирования монолитного кремниевого фотоэлектрического преобразователя. Технический результат изобретения заключается в повышении коэффициента полезного действия, радиационной стойкости и технологичности многопереходных преобразователей. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Модуль сенсибилизированных красителем солнечных элементов, имеющий последовательную конструкцию, и способ изготовления солнечного элемента // 2609672

Настоящее изобретение относится к модулю сенсибилизированных красителем солнечных элементов (1), который включает по меньшей мере два сенсибилизированных красителем солнечных элемента (2a-c), расположенных рядом друг с другом и соединенных последовательно. Модуль сенсибилизированных красителем солнечных элементов включает пористую изоляционную подложку (7), первый электропроводный слой (4), представляющий собой пористый электропроводный слой, сформированный на одной стороне пористой изоляционной подложки, и второй электропроводный слой (5), представляющий собой пористый электропроводный слой, сформированный на противоположной стороне пористой изоляционной подложки. Последовательный соединительный элемент (6) проходит через пористую изоляционную подложку и проходит между первым электропроводным слоем одного из солнечных элементов и вторым электропроводным слоем соседнего солнечного элемента, в результате чего создается электрическое соединение первого электропроводного слоя одного из солнечных элементов со вторым электропроводным слоем соседнего солнечного элемента. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления модуля сенсибилизированных красителем солнечных элементов. Увеличение выходного напряжения сенсибилизированного красителем солнечного элемента за счет использования последовательного соединительного элемента, изготовленного с использованием печатной технологии, образованного электропроводящим пористым слоем, проходящим через пористую изоляционную подложку, является техническим результатом изобретения. Кроме того, предложенный модуль является тонким и имеет компактную конструкцию, что упрощает осуществление последовательного соединения солнечных элементов. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 ил.

Сенсибилизированный красителем солнечный элемент, включающий пористую изоляционную подложку, и способ изготовления пористой изоляционной подложки // 2609775

Изобретение относится к сенсибилизированному красителем солнечному элементу, включающему рабочий электрод (1), первый электропроводный слой (3) для вывода произведенных фотоэлектронов из рабочего электрода, пористую изоляционную подложку (4), изготовленную из микроволокон, причем первый электропроводный слой представляет собой пористый электропроводный слой, сформированный на одной стороне пористой изоляционной подложки, противоэлектрод, включающий второй электропроводный слой (2), расположенный на противоположной стороне пористой подложки, и электролит для переноса электронов из противоэлектрода в рабочий электрод. Пористая изоляционная подложка включает слой (5) тканых микроволокон и слой (6) нетканых микроволокон, нанесенный на слой тканых микроволокон. Настоящее изобретение также относится к способу изготовления сенсибилизированного красителем солнечного элемента. Повышение механической прочности подложки при минимально возможной толщине, а также повышение электропроводности рабочего электрода, является техническим результатом изобретения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 пр.

Бета-вольтаический генератор электроэнергии и способ повышения его эффективности // 2610037

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к созданию компактных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей. Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии, содержащий пластину с развитой поверхностью, выполненной в виде множества микропор, имеющих разную форму. Никель-63 покрывает стенки микропор и остальную поверхность пластины с максимально высоким уровнем радиоактивности. Пластины полупроводника с текстурированной поверхностью, имеющего глухие микропоры и «колодцы», заполненные слоем металлического цинка, закрепляют на стальную пластину, обладающую магнитными свойствами, помещают в водный раствор хлорида никеля-63 на 8-10 часов при температуре 10-20°C и pH 4,5. Уровень радиоактивности на поверхности пластины при данном способе нанесения может достигать 10 mCu/см2. Изобретение обеспечивает возможность создания бета-вольтаического генератора электроэнергии с повышенной энергоемкостью, сроком службы 50-70 лет, при минимальной трудоемкости, затраченной на изготовление изделия. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Фотоприемное устройство (варианты) и способ его изготовления // 2611552

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к способам изготовления структур фотоэлектрических приемных устройств (ФПУ), предназначенных для преобразования светового излучения определенного спектрального диапазона в электрический сигнал. В способе изготовления фотоприемного устройства (ФПУ) путем формирования на подложке топологического рисунка фоточувствительных элементов, областей анода и катода, создания металлизации и пассивирующего покрытия и контактных площадок, резки и сборки кристалла ФПУ в корпусе, для обеспечения стойкости ФПУ к дозовым эффектам и переходным процессам ионизирующего излучения в качестве материала подложки используют гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 Ом⋅см до 10 Ом⋅см и концентрацией основной примеси не менее 1015см-3. В фотоприемном устройстве, образованном электрическим последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединением элементарных диодов, для обеспечения стойкости к переходным процессам от воздействия импульсного ионизирующего излучения топологические слои сформированы на ГЭС технологии КНС с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 Ом⋅см до 10 Ом⋅см, с концентрацией основной примеси не менее 1015см-3 и нанесенным на инверсную сторону ГЭС слоем поликристаллического кремния, а структуры элементарных диодов сформированы в порядке чередования снизу вверх топологических слоев: «активная область», «n-карман», «анод», «катод», «металл», «пассивация». Технический результат - разработка способа изготовления радиационно стойкого приемника оптического излучения (фотоприемного устройства или детектора) на кремниевых диодных структурах технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) и его реализация. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 15 табл., 33 ил.

Способ рекуперации неиспользованной энергии оптического излучения оптического обрабатывающего устройства, рекуперационное устройство и оптическое обрабатывающее устройство // 2611608

Изобретение относится к способу рекуперации неиспользованной энергии оптического излучения оптического обрабатывающего устройства (1), содержащего по меньшей мере один источник света, в частности источник (2) лазерного излучения или источник света с множеством светодиодов, оптическому обрабатывающему устройству (1) для обработки заготовки (5) (варианты) и рекуперационному устройству. Способ включает этапы: приведение в действие источника света, воздействие по меньшей мере на одну заготовку (5) электромагнитным излучением (4) для ее обработки, улавливание лучевой ловушкой (7) рекуперационного устройства (6, 6а, 6b) по меньшей мере части не использованного при обработке заготовки (5) электромагнитного излучения (4'), преобразование по меньшей мере части энергии электромагнитного излучения (4'), захваченного ловушкой (7), в электрическую энергию (14). Рекуперационное устройство (6, 6а, 6b) содержит лучевую ловушку (7) с полостью (70) и по меньшей мере с одним световым входным отверстием (71) для ввода в полость (70) электромагнитного излучения (4'). Абсорбенты (9) рекуперационного устройства (6, 6а, 6b) расположены внутри полости (70) лучевой ловушки (7) и выполнены с возможностью поглощать по меньшей мере часть входящего в полость (70) электромагнитного излучения (4'), преобразовывать его в тепловую энергию и нагревать текучий теплоноситель (12). Тепловой двигатель (10), в частности паровая турбина или двигатель Стирлинга, в который подается текучий теплоноситель (12), выполнен с возможностью преобразовывать по меньшей мере часть тепловой энергии текучего теплоносителя (12) в механическую энергию (13). Генератор (11) соединен с тепловым двигателем (10) и выполнен с возможностью преобразовывать по меньшей мере часть механической энергии (13) в электрическую энергию (14). 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 5 ил.

Солнечная электростанция // 2612670

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, к конструкции солнечных электростанций с концентраторами. Солнечная электростанция содержит концентраторы, систему слежения и фотоприемники в фокальной области каждого концентратора, установленные в прозрачной для солнечного излучения оболочке и снабженные устройством для отвода теплоты, прозрачная оболочка содержит гомогенизатор концентрированного солнечного излучения из набора плоских тонких пластин из оптически прозрачного материала, размеры поперечного сечения гомогенизатора соизмеримы с размерами рабочей поверхности фотоприемника, ширина каждой пластины равна расстоянию между токоотводами, произведение толщины пластин на их количество определяет размер гомогенизатора вдоль плоскости р-n переходов диодных структур, длина гомогенизатора в 2-10 раз больше размеров рабочей поверхности фотоприемника, плоскости диодных структур параллельны двум из четырех граней гомогенизатора, а устройство отвода тепла выполнено в виде тонких пластин из теплопроводящего материала, присоединенных к токоподводам каждой секции твердотельной матрицы путем пайки или сварки параллельно плоскости р-n переходов диодных структур, размер секций между пластинами теплообменника составляет 4-20 мм, а суммарная их площадь при естественном охлаждении равна площади миделя концентратора. Технический результат заключается в снижении потерь электроэнергии, увеличении КПД и срока службы солнечной электростанции. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Концентратор лучей для солнечной батареи с веерным расположением зеркальных отражающих электродов // 2615041

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности касается концентраторов для солнечных батарей. Концентратор солнечных лучей для солнечной батареи выполнен в форме полуцилиндра с веерным расположением зеркальных отражающих электродов и прозрачных полупроводниковых солнечных батарей. Причем концентратор и солнечная батарея являются интегрально единым устройством. Если расположить солнечную батарею таким образом, чтобы ось полуцилиндра была направлена параллельно оси вращения земного шара, то вне зависимости от угла падения солнечных лучей в течение дня излучение будет проходить через все p-n-переходы, причем практически все фотоны будут поглощены и преобразованы в электрический ток. Изобретение должно повысить эффективность солнечной батареи. 1 ил.

Пленкообразующий раствор для диффузии бора // 2615134

Изобретение относится к пленкообразующим растворам, которые наносятся на полупроводниковую подложку для образования на ней желаемого диффузионного слоя. Предложен пленкообразующий раствор, включающий соединение бора, органическое связующее, диоксид кремния, предшественник оксида алюминия и воду и/или органический растворитель, применяемый для диффузии бора в кремниевую подложку с целью образования диффузионного слоя р-типа. Предложены также способ получения полупроводникового устройства с использованием заявленного раствора, полупроводниковое устройство и солнечный элемент. Технический результат – предложенный раствор наносится на подложку при помощи центрифугирования для образования пленочного покрытия, имеющего достаточное количество примеси бора, после чего формируется диффузионный слой р-типа желаемой толщины с однородностью в одной плоскости. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 8 табл., 5 пр.

Солнечная панель и хронометр, включающий в себя солнечную панель // 2615213

Изобретение относится к солнечной панели, используемой в хронометре стрелочного типа, таком как наручные часы, или в измерительном устройстве стрелочного типа, таком как счетчик, и к хронометру, включающему в себя солнечную панель. Солнечная панель (3) согласно настоящему изобретению, над которой движется указатель (7), закрепленный на валике (6) указателя, вставленном в сквозное отверстие (3a) в центральной части солнечной панели, включает в себя множество солнечных элементов (11-16), расположенных по существу в форме круга, и эти солнечные элементы (11-16) образуют с разделением по существу спиральную форму таким образом, чтобы указатель был расположен поверх двух из множества солнечных элементов (11-16). Соответственно, указатель (7) может быть всегда расположен поверх двух из множества солнечных элементов (11-16), и поэтому уменьшение площади светопринимающей поверхности из-за влияния указателя (7) может быть распределено между двумя солнечными элементами (11-16). В результате может быть исключено понижение выходного тока множества солнечных элементов (11-16), поверх которых расположен указатель (7), и может быть повышен выходной ток всего множества солнечных элементов (11-16). Таким образом изобретение направлено на создание солнечной панели, пригодной для повышения выходного тока за счет ослабления уменьшения площади светопринимающей поверхности из-за влияния указателя посредством множества солнечных элементов, и хронометра, включающего в себя солнечную панель. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 10 ил.