Солнечный концентраторный модуль

Авторы патента:

Румянцев Валерий Дмитриевич (RU)

Садчиков Николай Анатольевич (RU)

Андреев Вячеслав Михайлович (RU)

Давидюк Николай Юрьевич (RU)

H01L31/054 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2611693:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (RU)

Солнечный концентраторный модуль (1) содержит боковые стенки (2), фронтальную панель (3) с линзами (4) Френеля на внутренней стороне фронтальной панели (3), тыльную панель (9) с фоконами (6) и солнечные элементы (7), снабженные теплоотводящими основаниями (8). Теплоотводящие основания (8) прикрепляют солнечные элементы (7) к тыльной стороне (9) тыльной панели (5) так, что центр фотоприемной площадки (10) каждого солнечного элемента (7) лежит на одной оси с центром (11) соответствующей линзы Френеля и совпадает с фокусом этой линзы. Солнечный концентраторный модуль (1) имеет повышенную энергопроизводительность и улучшенную разориентационную характеристику. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к солнечным фотоэлектрическим концентраторным модулям. Настоящее изобретение предназначено для применения в солнечных энергоустановках для выработки электроэнергии как в автономных, так и в промышленных вариантах, используемых в различных климатических зонах.

Одним из наиболее перспективных методов получения электроэнергии из возобновляемых источников является фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения с использованием высокоэффективных каскадных фотоэлементов и недорогих оптических концентраторов. Известно, что применение концентраторов излучения при условии согласования их параметров с параметрами фотоэлементов позволяет не только поднять энергетическую эффективность фотоэлектрических концентраторных модулей, но и улучшить их энерго-экономические показатели за счет уменьшения расхода дорогостоящих полупроводниковых материалов. Использование концентраторных фотоэлектрических модулей предполагает их установку на следящие системы, обеспечивающие автоматическое слежение за солнцем и фокусировку излучения на поверхности фотоэлементов. Важной характеристикой оптических концентрирующих систем является степень концентрирования солнечного излучения. Использование последних при концентрации солнечного излучения 500-2500 крат позволяет пропорционально сократить суммарную площадь фотоэлементов и существенно снизить стоимость получаемой электроэнергии. Но, в то же время, при высокой степени концентрации солнечного излучения происходит излишний разогрев фотоэлементов, что негативно влияет на преобразующие свойства фотоэлементов, их срок службы и выходные характеристики фотоэлектрических модулей. Конструкция фотоэлектрических модулей с концентраторами солнечного излучения должна быть такой, чтобы обеспечивать надежное и долговременное эффективное функционирование фотоэлементов в реальных условиях эксплуатации при возможно более низкой стоимости генерируемой электрической мощности. Лучшие характеристики оптических фокусирующих систем могут быть получены при использовании двухкаскадных оптических концентраторов. В качестве первичного оптического элемента в таких системах обычно используются длиннофокусные стеклянные линзы или линзы Френеля большой площади, вторичные оптические элементы могут быть разной конструкции - короткофокусные стеклянные линзы, полые или стеклянные конические, параболические или в виде усеченной пирамиды отражатели. Преимущество двухкаскадных фокусирующих систем заключается в том, что при концентрировании солнечного излучения они позволяют уменьшить углы преломления света, что приводит к снижению хроматической аберрации при фокусировке света, равномерному распределению плотности излучения в сфокусированном световом пятне. Кроме того, они позволяют увеличить предельный угол отклонения оптической оси фокусирующей системы относительно направления падающего солнечного излучения, что делает возможным снижение требований к характеристикам следящих систем и, соответственно, уменьшение стоимости конструкции.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент US 6717045, МПК H01L 31/042, H01L 31/052, опубликован 06.04.2004), включающий множество оптических концентраторов, фокусирующих солнечное излучение на фотоприемные площадки солнечных фотоэлементов. Каждый из оптических концентраторов состоит из первичного концентратора, имеющего степень концентрации солнечного излучения 5-10 крат, вторичного концентратора, расположенного ниже первого и увеличивающего степень концентрации солнечного излучения в 20-50 раз, и третьего концентратора, установленного в нижней плоскости вторичного концентратора и фокусирующего излучение на поверхность солнечных фотоэлементов. В качестве первичного концентратора может быть использована линза Френеля. Вторичный концентратор представляет собой комбинированный параболический отражатель, изготовленный из стекла или керамики и имеющий отражающие и защитные покрытия. В качестве третьего концентратора служит стеклянная линза. Солнечный фотоэлемент устанавливают на площадке, имеющей оребрение для рассеяния тепла.

Недостатками рассматриваемой конструкции солнечного концентраторного модуля являются большие потери света за счет отражения на поверхностях оптических элементов трехкаскадного концентратора, технические сложности изготовления, монтажа и юстировки большого количества оптических деталей и, соответственно, также высокая стоимость конструкции.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент RU 2352023, МПК H01L 31/052, опубликован 10.04.2009), содержащий фронтальную панель и тыльную панель, изготовленные из силикатного стекла, первичный и вторичный оптические концентраторы и фотоэлемент с теплоотводящим основанием.

Первичный оптический концентратор выполнен в форме линзы, сформированной в виде тыльной поверхности фронтальной панели. Вторичный оптический концентратор выполнен в виде фокона, установленного меньшим основанием на светочувствительной поверхности фотоэлемента. Фотоэлемент с теплоотводящим основанием размещены на фронтальной поверхности тыльной панели соосно первичному оптическому концентратору. Вторичный оптический концентратор позволяет улучшить разориентационную характеристику солнечного фотоэлектрического субмодуля, что обеспечивает увеличение энергопроизводительности солнечного концентраторного модуля.

Недостатками известного солнечного концентраторного модуля являются сложность монтажа вторичного оптического концентратора на светочувствительной поверхности фотоэлемента, приводящая к большому количеству брака при сборке конструкции и уменьшающая срок службы фотоэлементов, а также трудоемкость позиционирования ФЭ и высокая статистическая вероятность линейного несовпадения центра ФЭ с оптическим центром линзы.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент US 6804062, МПК G02B 27/10, опубликован 12.11.2004), содержащий первую линзовую панель из линз Френеля, изготовленную из силиконовой резины, вторую линзовую панель, изготовленную из силиконовой резины и содержащую набор из короткофокусных иммерсионных линз и сборку фотоэлектрических преобразователей на основе тонкопленочных солнечных элементов. Первая линзовая панель из линз Френеля располагается над второй линзовой панелью из короткофокусных иммерсионных линз таким образом, чтобы падающее солнечное излучение фокусировалось линзами в набор световых точек, каждая из которых совпадала с фотоприемной площадкой одного из солнечных элементов. Вторую линзовую панель, выполненную из силиконовой резины и содержащую набор из короткофокусных иммерсионных линз, наклеивают на сборку фотоэлектрических преобразователей с помощью жидкой двухкомпонентной силиконовой резины. Известный солнечный концентраторный модуль имеет хорошую разориентационную характеристику.

Недостатками конструкции известного солнечного концентраторного модуля является сложность монтажа панели вторичных оптических концентраторов, изготовленной из силиконовой резины, в промышленных солнечных модулях большой площади. Кроме того, короткофокусные иммерсионные линзы, изготовленные из силиконовой резины, а также места контактов солнечных элементов с поверхностями иммерсионных линз работают при высокой концентрации солнечного излучения, создаваемой первичными оптическими концентраторами из линз Френеля. Это приводит к деградации материала (силиконовой резины) короткофокусных иммерсионных линз и мест контактов солнечных элементов с поверхностями иммерсионных линз, что ухудшает качество вторичных оптических концентраторов, уменьшает надежность работы солнечных элементов и сокращает срок службы солнечного концентраторного модуля.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. заявку WO 201466957, МПК H01L 31/048, H01L 31/052, опубликована 08.05.2014). Модуль представляет собой объемную несущую конструкцию, в верхней части которой расположено множество первичных оптических концентраторов в виде линз. В нижней части конструкции прикреплено множество солнечных элементов и над каждым солнечным элементом установлен вторичный оптический элемент, расположенный напротив соответствующего первичного концентратора. Вторичный концентратор представляет собой тонкостенную конструкцию, закрепленную в поддерживающем устройстве, с выпуклой верхней частью и боковыми стенками, состоящими из секторов параболической формы.

Недостатками известного солнечного концентраторного модуля являются сложность изготовления и монтажа вторичного оптического концентратора на светочувствительной поверхности солнечного элемента.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. заявку CN 103165717, МПК H01L 31/054, опубликована 19.06.2013), содержащий матрицу из линз Френеля, закрепленную на стеклянной плате, панели солнечных батарей, размещенные на металлическом основании, и вторичные концентрирующие элементы в виде стеклянных цилиндрических линз. Цилиндрические линзы установлены над солнечными элементами и жестко закреплены на металлическом основании, а верхняя плата и металлические основания фиксируют так, чтобы оптические оси линз Френеля проходили через центры цилиндрических линз и фотоприемных площадок солнечных элементов. Фокусы линз Френеля позиционируют в середине продольной оси цилиндрических линз.

Недостатками известного солнечного концентраторного модуля являются сложность монтажа вторичного оптического концентратора и трудоемкость позиционирования солнечных элементов. Кроме того, вторичные концентрирующие элементы в виде цилиндрических линз улучшают разориентационные характеристики модулей только в одной плоскости.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент RU 2395136, МПК H01L 31/042, опубликован 15.06.2010). Конструкция солнечного концентраторного модуля содержит боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на ее внутренней стороне, светопрозрачную тыльную панель, солнечные элементы, снабженные теплоотводящими основаниями. Солнечные элементы установлены в центрах отверстий планок, выполненных из диэлектрического материала с двусторонним металлическим покрытием, к которому подсоединены соответствующие контакты солнечных элементов. Расстояние между центрами соседних отверстий планок равны расстоянию между центрами соседних линз Френеля фронтальной панели, лежащих в плоскости, параллельной планкам. Планки установлены за фронтальной панелью параллельно друг другу с шагом, равным расстоянию между центрами соседних линз Френеля, лежащих в плоскости, перпендикулярной планкам. Теплоотводящие основания солнечных элементов могут иметь П-образную форму с глубиной выемки, равной толщине планки из диэлектрического материала, и своими боковыми выступами могут быть прикреплены к тыльной стороне тыльной панели. Фронтальная панель и тыльная панель прикреплены к боковым стенкам так, что центр фотоприемной площадки каждого солнечного элемента лежит на одной оси с центром соответствующей линзы Френеля и совпадает с фокусом этой линзы.

Конструкция модуля обеспечивает высокую точность монтажа солнечных элементов при низкой трудоемкости изготовления, однако недостатком известного модуля является пониженная эффективность преобразования солнечного излучения вследствие оптических потерь при прохождении света через тыльную панель модуля, а отсутствие корректирующих элементов вторичной оптики приводит к ухудшению разориентационных характеристик.

Известен солнечный концентраторный модуль (см. патент RU 2307294, МПК H01L 31/052, опубликован 27.09.2007), совпадающий с настоящим техническим решением по большому числу существенных признаков и принятый за прототип. Модуль содержит фронтальную панель из силикатного стекла с линзами Френеля на ее тыльной стороне, а также фотоэлементы с теплоотводящими основаниями. Введена дополнительная промежуточная панель из силикатного стекла, на фронтальной или тыльной стороне которой установлены плоско-выпуклые линзы, соосные с соответствующими линзами Френеля. Теплоотводящие основания расположены на тыльной панели из силикатного стекла или выполнены в виде лотков с плоским дном и закреплены на тыльной стороне промежуточной панели. Фотоактивные поверхности фотоэлементов находятся в фокусном пятне двух оптических концентраторов - линз Френеля и плоско-выпуклых линз. В зависимости от варианта выполнения модуля расстояние между промежуточной панелью и теплоотводящими основаниями, фокусное расстояние плоско-выпуклых линз, толщины фотоэлементов и промежуточной панели связаны определенными соотношениями.

Известный солнечный концентраторный модуль-прототип обеспечивает увеличение энергопроизводительности и обладает хорошей разориентационной характеристикой. Однако недостатком известного модуля является высокий уровень концентрации солнечного излучения на фотоэлементах. В центре фокусного пятна двух оптических концентраторов - линзы Френеля и плоско-выпуклой линзы - концентрация солнечного излучения достигает 5000-7000 крат, что приводит к снижению эффективности преобразования света в электроэнергию и уменьшает срок службы фотоэлементов.

Задачей заявляемого изобретения является создание солнечного концентраторного модуля с повышенной энергопроизводительностью и улучшенной разориентационной характеристикой за счет выравнивания освещенности фотоактивной области фотоэлемента и уменьшения локальной концентрации солнечного излучения, что позволит увеличить надежность и срок службы устройства.

Поставленная задача решается тем, что солнечный концентраторный модуль содержит боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на ее внутренней стороне, тыльную панель с фоконами и солнечные элементы, прикрепленные теплоотводящими основаниями к тыльной стороне тыльной панели. Центр фотоприемной площадки каждого солнечного элемента лежит на одной оси с центром соответствующей линзы Френеля и совпадает с фокусом этой линзы. Фоконы размещены в конических отверстиях тыльной панели и обращены большими основаниями к линзам Френеля. Диаметр меньшего основания фокона равен диаметру фотоприемной площадки солнечного элемента. Ось каждого фокона совпадает с оптической осью соответствующей линзы Френеля.

Фоконы могут быть выполнены в виде отражающего зеркального покрытия, нанесенного на стенки конических отверстий тыльной панели толщиной а. В этом варианте диаметр большего основания D конического отверстия удовлетворяет соотношению

где W - максимальный размер апертуры линзы Френеля, мм;

F - фокусное расстояние линзы Френеля, мм;

δ - максимальный угол отклонения оптической оси модуля относительно направления солнечного излучения, обеспечиваемый следящей за Солнцем системой, рад.

Фоконы могут быть выполнены в виде полых металлических усеченных конусов высотой h с внутренней отражающей поверхностью, установленных в конические отверстия тыльной панели, при этом меньшими основаниями усеченные конусы примыкают к фотоприемным площадкам солнечных элементов. Диаметр большего основания D усеченного конуса удовлетворяет соотношению

где W - максимальный размер апертуры линзы Френеля, мм;

F - фокусное расстояние линзы Френеля, мм;

Фоконы могут быть выполнены в виде сплошных усеченных конусов высотой h, выполненных из светопрозрачного материала, на боковую поверхность которых нанесено отражающее покрытие, при этом меньшими основаниями усеченные конусы примыкают к фотоприемным площадкам солнечных элементов. В этом варианте диаметр большего основания D усеченного конуса удовлетворяет соотношению

где W - максимальный размер апертуры первичного линзового концентратора, мм;

F - фокусное расстояние линзы Френеля, мм;

n - показатель преломления материала фокона;

В качестве светопрозрачного материала фоконов может быть использовано оптическое стекло или полиметилметакрилат.

Приведенные в соотношениях (1)-(3) размеры диаметра большего основания D усеченного конуса обеспечивают дополнительную фокусировку и выравнивание плотности концентрации солнечного излучения на фотоактивной области фотоэлемента за счет отражения поверхностью фокона боковых лепестков излучения при фокусировке света линзой Френеля и улучшают разориентационные характеристики модулей за счет фокусировки излучения на фотоактивной области фотоэлемента при отклонении оптической оси модуля относительно направления солнечного излучения в пределах угла δ.

Конструкция настоящего солнечного концентраторного модуля поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 схематично изображен солнечный концентраторный модуль, в котором фоконы выполнены в виде отражающего зеркального покрытия, нанесенного на стенки конических отверстий тыльной панели;

на фиг. 2 изображен солнечный концентраторный модуль, в котором фокон выполнен в виде полого металлического усеченного конуса с внутренней отражающей поверхностью, и схематично показан ход лучей при разориентации оптической оси модуля на угол δ;

на фиг. 3 схематично изображен солнечный концентраторный модуль, в котором фокон выполнен в виде сплошного усеченного конуса, выполненного из оптического стекла, на боковую поверхность которого нанесено отражающее покрытие.

Заявляемый солнечный концентраторный модуль 1 (см. фиг. 1) содержит боковые стенки 2, фронтальную панель 3 с линзами 4 Френеля на внутренней стороне фронтальной панели 3, тыльную панель 5 с фоконами 6 и солнечные элементы 7, снабженные теплоотводящими основаниями 8. Теплоотводящие основания 8 прикрепляют солнечные элементы 7 к тыльной стороне 9 тыльной панели 5 так, что центр фотоприемной площадки 10 каждого солнечного элемента 7 лежит на одной оси с центром 11 соответствующей линзы Френеля и совпадает с фокусом этой линзы. Фоконы 6 выполнены в виде отражающего зеркального покрытия, нанесенного на стенки конических отверстий 13 тыльной панели 5, и обращены большими основаниями к линзам 4 Френеля. Диаметр меньшего основания фокона 6 равен диаметру фотоприемной площадки 10 солнечного элемента. Фоконы 6 могут быть выполнены в виде полых металлических усеченных конусов 16 с внутренней отражающей поверхностью (см. фиг. 2), примыкающих меньшими основаниями к фотоприемным площадкам 10 солнечных элементов 7. Фоконы 6 могут быть выполнены в виде сплошных усеченных конусов 18, изготовленных из оптического стекла или полиметилметакрилата, на боковую поверхность которых нанесено отражающее покрытие 19 (см. фиг. 3), примыкающих меньшими основаниями к фотоприемным площадкам 10 солнечных элементов 7.

При работе заявляемого солнечного концентраторного модуля, ориентированного перпендикулярно солнечным лучам, солнечное излучение, попадающее на входную апертуру первичного оптического концентратора в виде линзы 4 Френеля, преобразуется им в сходящийся световой пучок, проходит через большее основание фокона 6 и попадает на фотоприемную площадку 10 солнечного элемента 7 либо напрямую, либо после однократного или многократных отражений от боковой поверхности фокона 6. Большее основание фокона 6 выполнено с диаметром D, определяемым соотношениями (1)-(3), превышающим диаметр сходящегося светового пучка так, что при разориентации модуля в пределах максимального угла отклонения оптической оси модуля относительно направления солнечного излучения δ (см. фиг. 2) сфокусированный световой пучок остается в пределах входной апертуры вторичного концентратора, частично отражается боковой поверхностью фокона 6 и попадает на фотоприемную площадку 10 солнечного элемента 7. При нормальной ориентации модуля на боковую поверхность фокона 6 попадает часть световых лучей, находящихся за пределами сфокусированного светового пучка, возникающих за счет неточностей изготовления и дефектов линзы 4 Френеля, которые после отражения от боковой поверхности фокона также попадают на фотоприемную площадку 10 солнечного элемента 7. При этом разориентационная характеристика солнечного концентраторного модуля остается более высокой, чем в фотоэлектрических модулях без вторичного оптического концентратора; распределение концентрации солнечного излучения на поверхности фотоприемной площадки 10 солнечного элемента 7 более однородное, чем в фокальном пятне первичного концентратора с линзой 4 Френеля, а максимальные значения локальной концентрации солнечного излучения существенно ниже, чем при использовании в качестве вторичных оптических концентраторов выпуклых линз. Более однородное распределение концентрации солнечного излучения по поверхности фотоприемной площадки 10 приводит к уменьшению локального перегрева солнечного элемента 7, повышению надежности его работы и увеличению эффективности преобразования солнечного излучения в электрическую энергию, а улучшенные разориентационные характеристики солнечного концентраторного модуля - к снижению затрат на разработку и изготовление следящих систем.

Использование настоящего солнечного концентраторного модуля дает большой экономический эффект, обусловленный тем, что солнечный модуль прост по конструкции, обладает высокими фотоэлектрическими характеристиками, обеспечивает надежную и долговременную эксплуатацию.

1. Солнечный концентраторный модуль, содержащий боковые стенки, фронтальную панель с линзами Френеля на ее внутренней стороне, тыльную панель с фоконами и солнечные элементы, прикрепленные теплоотводящими основаниями к тыльной стороне тыльной панели так, что центр фотоприемной площадки каждого солнечного элемента лежит на одной оси с центром соответствующей линзы Френеля и совпадает с фокусом этой линзы, фоконы размещены в конических отверстиях тыльной панели и обращены большими основаниями к линзам Френеля, при этом ось каждого фокона совпадает с оптической осью соответствующей линзы Френеля, а диаметр меньшего основания фокона равен диаметру фотоприемной площадки солнечного элемента.

2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что фоконы выполнены в виде отражающего зеркального покрытия, нанесенного на стенки конических отверстий, при этом диаметр большего основания D конического отверстия удовлетворяет соотношению

, мм,

где W - максимальный размер апертуры линзы Френеля, мм;

F - фокусное расстояние линзы Френеля, мм;

а - толщина тыльной панели, мм;

δ - заданный максимальный угол отклонения оптической оси модуля относительно направления солнечного излучения, рад.

3. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что фоконы выполнены в виде полых металлических усеченных конусов с внутренней отражающей поверхностью, при этом меньшими основаниями усеченные конусы примыкают к фотоприемным площадкам солнечных элементов, а диаметры большего основания D усеченных конусов удовлетворяют соотношению

, мм,

где W - максимальный размер апертуры линзы Френеля, мм;

F - фокусное расстояние линзы Френеля, мм;

h - высота усеченного конуса, мм;

4. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что фоконы выполнены в виде сплошных усеченных конусов, выполненных из светопрозрачного материала, на боковую поверхность которых нанесено отражающее покрытие, при этом меньшими основаниями усеченные конусы примыкают к фотоприемным площадкам солнечных элементов, а диаметры большего основания D усеченных конусов удовлетворяют соотношению

, мм,

где W - максимальный размер апертуры первичного линзового концентратора, мм;

F - фокусное расстояние линзы Френеля, мм;

h - высота усеченного конуса, мм;

n - показатель преломления материала фокона;

5. Модуль по п. 4, отличающийся тем, что фоконы выполнены из оптического стекла.

6. Модуль по п. 4, отличающийся тем, что фоконы выполнены из полиметилметакрилата.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано для создания солнечных элементов. Метаморфный фотопреобразователь включает подложку (1) из GaAs, метаморфный буферный слой (2) и по меньшей мере один фотоактивный p-n-переход (3), выполненный из InGaAs и включающий базовый слой (4) и эмиттерный слой (5), слой (6) широкозонного окна из In(AlxGa1-x)As, где x=0,2-0,5, и контактный субслой (7) из InGaAs.

Каскадная солнечная батарея // 2606756

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству каскадной солнечной батареи. Каскадная солнечная батарея выполнена с первой полупроводниковой солнечной батареей, причем в первой полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из первого материала с первой константой решетки, и со второй полупроводниковой солнечной батареей, причем во второй полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из второго материала со второй константой решетки, и причем первая константа решетки меньше, чем вторая константа решетки, и у каскадной солнечной батареи имеется метаморфный буфер, причем метаморфный буфер включает в себя последовательность из первого, нижнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и второго, среднего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и третьего, верхнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и метаморфный буфер сформирован между первой полупроводниковой солнечной батареей и второй полупроводниковой солнечной батареей, и константа решетки метаморфного буфера изменяется по толщине (по координате толщины) метаморфного буфера, и причем между по меньшей мере двумя слоями метаморфного буфера константа решетки и содержание индия увеличивается, а содержание алюминия уменьшается.

Способ повышения качества туннельного перехода в структуре солнечных элементов // 2604476

Способ формирования туннельного перехода (112) в структуре (100) солнечных элементов, предусматривающий попеременное осаждение вещества Группы III и вещества Группы V на структуре (100) солнечных элементов и управление отношением при осаждении указанного вещества Группы III и указанного вещества Группы V.

Солнечный элемент // 2590284

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано при конструировании солнечных элементов, которые используются в энергетике, космических и военных технологиях, горнодобывающей, нефтеперерабатывающей, химической отраслях промышленности и др.

Фотоэлектрическое устройство // 2587530

Изобретение может быть использовано для преобразования солнечной энергии в электроэнергию. Согласно изобретению предложено фотоэлектрическое устройство (1), содержащее солнечный концентратор (2), имеющий кольцеобразную форму, в свою очередь содержащий внешний проводник (3), расположенный вдоль внешней части кольца; внешнюю люминесцентную пластину (22), имеющую трапециевидный профиль и имеющую внешнюю периферийную приемную поверхность, выполненную с возможностью приема светового излучения, падающего и приходящего от проводника (3); внутреннюю люминесцентную пластину (21), расположенную вдоль внутренней части кольца и имеющую трапециевидный профиль; наноструктурный полупроводниковый слой (23), лежащий между двумя пластинами (21, 22) таким образом, что большие основания соответствующих трапециевидных профилей обращены к нему, причем упомянутый полупроводниковый слой (23) выполнен с возможностью приема излучения, переданного внешней и внутренней пластинами (21, 22), и реализации фотоэлектрического эффекта; средство (3, 5) передачи, выполненное с возможностью сбора и концентрации падающего светового излучения на упомянутой периферийной приемной поверхности.

Конструкция фотоэлектрического модуля космического базирования // 2584184

Изобретение относится к области гелиоэнергетики и касается конструкции фотоэлектрического модуля космического базирования. Фотоэлектрический модуль включает в себя нижнее защитное покрытие, на котором с помощью полимерной пленки закреплены кремниевые солнечные элементы с антиотражающим покрытием, и расположенное над лицевой поверхностью солнечных элементов верхнее защитное покрытие, которое скреплено с солнечными элементами промежуточной пленкой из оптически прозрачного полимерного материала.

Способ сборки фоточувствительного модуля на держатель // 2581439

Использование: для создания многоэлементных фотоприемников. Сущность изобретения заключается в том, что способ сборки матричного модуля на держатель содержит стадии нанесения криостойкого клея на тыльную поверхность растра матричного модуля и на держатель, ориентации матричного модуля относительно держателя, прижима матричного модуля к держателю, приклеивают матричный модуль на держатель с помощью приспособления типа «насадка» в виде цилиндрического колпака, плотно надеваемого на растр с помощью выступов на окружности основания и содержащего четыре выреза под метки совмещения, расположенные под углом 90° по отношению соседних меток друг к другу, предназначенных для ориентации матричного модуля относительно держателя с помощью инструментального микроскопа, кроме этого, содержащего дополнительно четыре выреза по углам фоточувствительного элемента, предназначенные для бездефектного надевания «насадки» на растр, а также содержащего в центре верха колпака метку в виде отверстия для ориентации и коническое углубление для прижима с помощью зондовой головки и возможности поворота «насадки» для совмещения меток, расположенных на растре и держателе.

Видеосистема на кристалле (варианты) // 2581423

Изобретение относится к устройствам регистрации видеоизображений. Видеосистема на кристалле содержит цветное фотоприемное устройство с функцией спектрального разделения светового потока в зависимости от глубины проникновения фотоэлектронов в кристалл.

Гетероструктура для полупрозрачного фотокатода // 2569041

Изобретение относится к области электровакуумной техники, в частности к полупроводниковым оптоэлектронным устройствам - фотокатодам, а именно к гетероструктуре для полупрозрачного фотокатода с активным слоем из арсенида галлия, фоточувствительного в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, и может быть использовано при изготовлении фоточувствительного элемента оптоэлектронных устройств: электронно-оптических преобразователей фотоумножителей, используемых в детекторах излучений.

8-алкил-2-(тиофен-2-ил)-8h-тиофен[2,3-b]индол замещенные2-цианоакриловые кислоты, способ их получения и используемые для этого новые промежуточные соединения // 2565072

Изобретение относится к 8-алкил-2-(тиофен-2-ил)-8H-тиофен[2,3-6]индол замещенным 2-цианоакриловым кислотам формулы (I) которые могут быть использованы как перспективные красители для сенсибилизации неорганических полупроводников в составе цветосенсибилизированных солнечных батарей, способу их получения, а так же промежуточным соединениям, которые используют для синтеза данных соединений.

Интегрированная многопереходная солнечная батарея в форме штабеля // 2614237

Штабелевидная интегрированная многопереходная солнечная батарея с первым элементом батареи, причем первый элемент батареи включает в себя слой из соединения InGaP с первой константой решетки и первой энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и вторым элементом батареи, причем второй элемент батареи включает в себя слой из соединения InmРn со второй константой решетки и второй энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и третьим элементом батареи, причем третий элемент батареи включает в себя слой из соединения InxGa1-xAs1-yPy с третьей константой решетки и третьей энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и четвертым элементом батареи, причем четвертый элемент батареи включает в себя слой из соединения InGaAs с четвертой константой решетки и четвертой энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, причем для значений энергии запрещенной зоны справедливо соотношение Eg1>Eg2>Eg3>Eg4, и между двумя элементами батареи сформирована область сращения плат. Изобретение обеспечивает возможность повышения эффективности преобразования солнечного света. 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Оптопара с шаровой лампой // 2618964

Заявленное изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит излучатель, фотоприемный элемент, закрепленные на корпусе, причем в качестве излучателя света использована шаровая лампа, в качестве фотоприемного элемента использована батарея солнечных элементов, корпус выполнен в виде трубы из диэлектрического материала, на внешней боковой поверхности которого имеются распределители потенциала. Заявленная оптопара дополнительно включает сферическую отражающую поверхность, имеющую отверстие в боковой поверхности в виде круга и линзу с эллипсоидальной поверхностью, причем сферическая отражающая поверхность, линза с эллипсоидальной поверхностью, шаровая лампа и батарея солнечных элементов расположены на одной оптической оси, совпадающей с осью корпуса. В одном торце корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, линза с эллипсоидальной поверхностью и шаровая лампа, а во втором торце – батарея солнечных элементов. Шаровая лампа расположена в центре сферической отражающей поверхности, линза с эллипсоидальной поверхностью расположена в отверстии шаровой сферической поверхности. Внутренние поверхности сферической отражающей поверхности и корпуса имеют зеркальное покрытие, батарея солнечных элементов выполнена на основе многослойных структур, обеспечивающих каскадное преобразование оптического излучения шаровой лампы. Технический результат - увеличение мощности, электрической прочности и снижение потери энергии в оптопаре. 1ил.

Устройство солнечных батарей // 2625263

Согласно изобретению предложена эффективная солнечная батарея, выполненная многопереходной с защитным диодом, причем у многопереходной солнечной батареи и структуры защитного диода имеется общая тыльная поверхность и разделенные меза-канавкой фронтальные стороны, общая тыльная поверхность включает в себя электропроводящий слой, многопереходная солнечная батарея включает в себя стопу из нескольких солнечных батарей и имеет расположенную ближе всего к фронтальной стороне верхнюю солнечную батарею и расположенную ближе всего к тыльной стороне нижнюю солнечную батарею, каждая солнечная батарея включает в себя np-переход, между соседними солнечными батареями размещены туннельные диоды, количество слоев полупроводника у структуры защитного диода меньше, чем количество слоев полупроводника у многопереходной солнечной батареи, последовательность слоев полупроводника у структуры защитного диода идентична последовательности слоев полупроводника многопереходной солнечной батареи, причем в структуре защитного диода выполнен по меньшей мере один верхний защитный диод и один расположенный ближе всего к тыльной стороне нижний защитный диод, а между соседними защитными диодами размещен туннельный диод, количество np-переходов в структуре защитного диода по меньшей мере на один меньше, чем количество np-переходов многопереходной солнечной батареи, на передней стороне многопереходной солнечной батареи и структуры защитного диода выполнена структура соединительного контакта, содержащая один или несколько слоев металла, а под структурой соединительного контакта выполнен состоящий из нескольких слоев полупроводника электропроводящий контактный слой, и эти несколько слоев полупроводника включают в себя туннельный диод. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устойчивый к излучению инвертированный метаморфический многопереходный солнечный элемент // 2628670

Многопереходный солнечный элемент для космической радиационной среды, причем многопереходный солнечный элемент имеет множество солнечных субэлементов, расположенных в порядке убывания запрещенной зоны, включающее в себя: первый солнечный субэлемент, состоящий из InGaP и имеющий первую запрещенную зону, причем первый солнечный субэлемент имеет первый ток короткого замыкания, связанный с ним; второй солнечный субэлемент, состоящий из GaAs и имеющий вторую запрещенную зону, которая имеет ширину, меньшую, чем первая запрещенная зона, причем второй солнечный субэлемент имеет второй ток короткого замыкания, связанный с ним; при этом в начале срока службы первый ток короткого замыкания меньше, чем второй ток короткого замыкания, так что эффективность AM0 преобразования является субоптимальной. Третий солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх второго солнечного субэлемента и имеющий третью запрещенную зону, более узкую, чем вторая запрещенная зона, и третий ток короткого замыкания, по существу согласованный со вторым током короткого замыкания; и четвертый солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх третьего солнечного субэлемента и имеющий четвертую запрещенную зону, более узкую, чем третья запрещенная зона, и четвертый ток короткого замыкания, по существу согласованный с третьим током короткого замыкания. Однако в конце срока службы токи короткого замыкания становятся по существу согласованными, что обеспечивает повышенную эффективность AM0 преобразования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ измерения физических величин с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах // 2629892

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного беспроводного измерения различных физических величин, в частности температуры, давления, перемещения, магнитной индукции, ультрафиолетового излучения, концентрации газов и др., с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах (ПАВ) при их облучении радиоимпульсами. Вторично отраженные от ВШП ПАВ, которые возникают из-за отражений ПАВ от приемопередающего ВШП и вторично от них отражаются, затем вместе с первично отраженными ПАВ через приемопередающую антенну попадают на считыватель. Производят Фурье-преобразование частотной зависимости комплексного коэффициента отражения антенны считывателя и получают импульсный отклик датчика ПАВ, содержащий вторичные пики отражения от опорного отражательного ВШП, отражательного ВШП, нагруженного на импеданс, величина которого зависит от измеряемой физической величины, или этот ВШП не нагружен, но перед ним может быть расположена пленка, параметры которой зависят от измеряемой физической величины, далее определяют временное положение полученных пиков и отношение амплитуд этих пиков, которые пропорциональны квадрату коэффициента отражения ПАВ от ВШП, а также удвоенному затуханию ПАВ под пленкой, если она расположена перед отражательным ВШП, а расстояние между вторично отраженными ПАВ импульсами удваивается. Технический результат заключается в повышении точности измерения физических величин за счет учета вторичных отражений ПАВ. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

Способ контроля структурного качества тонких плёнок для светопоглощающих слоёв солнечных элементов и устройство для его реализации // 2631237

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую в тонкопленочных полупроводниковых солнечных элементах. Способ контроля структурного качества тонких пленок для светопоглощающих слоев солнечных элементов заключается в том, что регистрируют излучение пленок при импульсном лазерном возбуждении, при этом уровень возбуждения устанавливают в диапазоне 10-200 кВт/см2 для возникновения стимулированного излучения с полушириной спектра Δλ~10 нм, и сравнивают интенсивности и полуширины спектров стимулированного излучения для определения относительного структурного качества пленок. Технический результат заключается в упрощении контроля структурного качества тонких пленок для светопоглощающих слоев солнечных элементов. 4 ил.

Гетероструктурный фотоэлектрический преобразователь на основе кристаллического кремния // 2632266

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к изготовлению активных слоев солнечных модулей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния. Солнечный модуль на основе кристаллического кремния включает пластину поликристаллического или монокристаллического кремния; пассивирующий слой в виде аморфного гидрогенизированного кремния, нанесенный на каждую сторону пластины кремния; р-слой в виде аморфного гидрогенизированного кремния, нанесенный на верхнюю сторону пассивирующего слоя; n-слой, нанесенный на нижнюю сторону пассивирующего слоя; токосъемные слои, нанесенные на р-слой и n-слой. В качестве n-слоя применяют металлические оксиды n-типа, полученного методом магнетронного распыления или методом атомного наслаивания, или методом газофазного осаждения при пониженном давлении. В качестве металлического оксида n-типа используют оксид цинка (ZnO) или SnО2, Fе2О3, TiΟ2, V2O7, МnO2, CdO и другие металлические оксиды n-типа. Изобретение позволяет повысить производительность процесса производства фотопреобразователей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Структура фотопреобразователя на основе кристаллического кремния и линия по его производству // 2632267

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к структуре фотопреобразователей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния и к линии по производству фотопреобразователей. Структура фотопреобразователя на основе кристаллического кремния включает: текстурированную поликристаллическую или монокристаллическую пластину кремния; пассивирующий слой в виде аморфного гидрогенизированного кремния, нанесенный на каждую сторону пластины кремния; р-слой; n-слой; контактные токосъемные слои в виде прозрачных проводящих оксидов; тыльный токосъемный слой в виде металлического непрозрачного проводящего слоя, при этом в качестве р-слоя и n-слоя применяют металлические оксиды соответственно р-типа и n-типа, при этом слои n-типа и р-типа, пассивирующий и токосъемный слои наносятся методом магнетронного распыления. В качестве металлического оксида n-типа используют оксид цинка (ZnO), или SnO2, Fe2О3, ТiO2, V2O7, МnО2, CdO, или другие металлические оксиды n-типа. В качестве металлического оксида р-типа используют МоО, или СоО, Сu2О, NiO, Сr2О3, или другие металлические оксиды р-типа. Линия по производству фотопреобразователя на основе кристаллического кремния, включающая последовательные операции, такие как: очистку и текстурирование пластин кристаллического кремния; нанесение пассивирующего слоя аморфного гидрогенизированного кремния на каждую сторону пластины кремния; нанесение р-слоя фотопреобразователя; нанесение n-слоя фотопреобразователя; нанесение контактных токосъемных слоев фотопреобразователя; нанесение тыльного токосъемного слоя; окончательная сборка, при этом выполняют последовательное магнетронное напыление пассивирующего слоя, р-слоя в виде металлического оксида р-типа, n-слоя в виде металлического оксида n-типа и токосъемных слоев методом магнетронного распыления. При этом может осуществляться магнетронное распыление кремниевой мишени в атмосфере силана и аргона с добавлением водорода. Изобретение позволяет повысить производительность, уменьшить габариты производственной линии, исключить необходимость переворота пластин кремния в процессе производства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Оптопара // 2633934

Изобретение относится к области к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит источник света, фотопреобразователь и корпус. В качестве источника света использована шаровая ксеноновая лампа, а в качестве фотопреобразователя использована батарея солнечных элементов. Дополнительно введены линза, полый изолятор, сферическая отражающая поверхность, зеркало, еще один корпус. При этом один из корпусов имеет форму сферы, а другой имеет форму цилиндра, причем оба корпуса имеют отверстия в боковой поверхности в виде кругов и соединены между собой с помощью полого изолятора. В центре сферического корпуса расположена шаровая ксеноновая лампа, а в торце полого изолятора, обращенного к шаровой ксеноновой лампе, расположена линза. В одном торце цилиндрического корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, а во втором торце – батарея солнечных элементов, причем ось полого изолятора совпадает с осями сферического корпуса и шаровой ксеноновой лампы и перпендикулярна оси цилиндрического корпуса, совпадающей с осями сферической отражающей поверхности и батареи солнечных элементов. На пересечении осей расположено поворотное зеркало, обращенное к сферической отражающей поверхности, внутренние поверхности полого изолятора, сферического и цилиндрического корпусов имеют зеркальное покрытие, а шаровая ксеноновая лампа, батарея солнечных элементов оптически связаны между собой через линзу, поворотное зеркало и сферическую отражающую поверхность. Технический результат - расширение технологических возможностей оптопары. 1 ил.

Сканирующее матричное фотоприемное устройство // 2634376

Изобретение относится к сканирующим матричным фотоприемным устройствам (МФПУ) - устройствам, преобразующим входное оптическое изображение, формируемое объективом, в заданный спектральный диапазон, а затем в выходной электрический видеосигнал с помощью сканирования изображения. МФПУ включает N каналов и подчиняется заданному критерию дефектности по пороговой фотоэлектрической характеристике, вероятности безотказной работы, количеству и расположению дефектных и неработоспособных каналов, при сохранении заданной вероятности его безотказной работы. Для получения заданной величины наработки МФПУ при сохранении его критерия дефектности количество фоточувствительных элементов (ФЧЭ) в канале увеличено до заданной величины, определяемой величиной средней наработки ФЧЭ до отказа и уровнем пороговой фотоэлектрической характеристики. Изобретение позволяет повысить время наработки МФПУ. 3 ил.