Солнечный элемент

Авторы патента:


Солнечный элемент
Солнечный элемент
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 2721313:

АСВБ НТ СОЛАР ЭНЕРДЖИ Б.В. (NL)

Изобретение относится к солнечному элементу, содержащему первый слой, имеющий расположенные в шахматном порядке области, содержащие фотоэлектрический слой, и области, содержащие по меньшей мере отражающий слой; второй слой, расположенный над первым слоем и на расстоянии от него, причем второй слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия второго слоя совпадают с областями первого слоя, имеющими фотоэлектрический слой; слой зажигательного стекла, расположенный над вторым слоем и на расстоянии от него, причем имеющие фотоэлектрический слой области как первого, так и второго слоев, а также области, имеющие по меньшей мере отражающий слой, обращены к слою зажигательного стекла; и третий слой, расположенный между первым и вторым слоями, предпочтительно расположенный на втором слое, причем третий слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия третьего слоя совпадают с отверстиями второго слоя, и области третьего слоя, имеющие фотоэлектрический слой, обращены к первому слою. Изобретение обеспечивает возможность создания солнечных элементов, обладающих повышенной эффективностью. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к солнечному элементу.

Солнечные элементы преобразуют солнечный свет в электроэнергию. Это преобразование света в электричество получают посредством фотоэлектрического материала. Фотоэлектрический материал представляет собой полупроводниковый материал, проявляющий фотоэлектрический эффект. При поглощении света таким фотоэлектрическим материалом, электроны в полупроводниковом материале будут возбуждаться, переходя на более высокий энергетический уровень, что приводит к возникновению электрического потенциала, который можно использовать для питания электрического прибора.

Эффективность существующих солнечных элементов все еще оставляет желать лучшего. Высокоэффективные солнечные элементы все еще обладают эффективностью 40%. В результате, необходимо увеличивать число солнечных элементов, чтобы компенсировать такую низкую эффективность, что приводит, например, к тому, что крыши зданий полностью покрывают солнечными панелями, каждая из которых содержит несколько солнечных элементов, только для того, чтобы собрать приемлемое количество солнечной энергии.

Соответственно, задачей изобретения является создание солнечных элементов, обладающих повышенной эффективностью.

Эта задача решается, по словам заявителя, посредством солнечного элемента, содержащего:

- первый слой, имеющий расположенные в шахматном порядке области, содержащие фотоэлектрический слой, и области, содержащие по меньшей мере отражающий слой;

- второй слой, расположенный над первым слоем и на расстоянии от него, причем второй слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия второго слоя совпадают с областями первого слоя, имеющими фотоэлектрический слой;

- слой зажигательного стекла, расположенный над вторым слоем и на расстоянии от него, причем имеющие фотоэлектрический слой области как первого, так и второго слоев, а также области, имеющие по меньшей мере отражающий слой, обращены к слою зажигательного стекла; и

- третий слой, расположенный между первым и вторым слоями, предпочтительно расположенный на втором слое, причем третий слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия третьего слоя совпадают с отверстиями второго слоя, и области третьего слоя, имеющие фотоэлектрический слой, обращены к первому слою.

Слой зажигательного стекла концентрирует свет, падающий на солнечный элемент, и направляет свет к первому и второму слоям. Часть света будет поглощаться фотоэлектрическим слоем второго слоя, а часть света будет поглощаться фотоэлектрическим слоем, благодаря шахматному расположению второго слоя с областями фотоэлектрического материала и отверстиями, через которые часть света может попасть на первый слой.

Часть света, которая падает под углом, будет отражена областями, имеющими по меньшей мере отражающий слой, и будет направлена на фотоэлектрический слой третьего слоя. В результате получают более высокую эффективность, так как в электричество также преобразуют отраженный свет.

В солнечном элементе согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения области первого слоя, имеющие по меньшей мере отражающий слой, имеют ромбовидный или пирамидальный рельеф. Ромбовидный или пирамидальный рельеф гарантирует, что свет, падающий на солнечную панель под углом, будет корректно отражен по направлению к третьему слою.

В солнечном элементе согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения ромбовидный или пирамидальный рельеф покрыт предварительно растянутым графеном, а на первом слое с противоположной от рельефа стороне расположен слой пьезоэлектрического материала.

По словам заявителя, предварительно растянутый графен при нагревании вызывает вибрации. Свет, поступающий в солнечный элемент и поглощаемый фотоэлектрическим материалом, будет генерировать теплоту. Часть этого поглощенного света будет генерировать электрический ток, а оставшаяся часть – теплоту.

Выработанное таким образом тепло будет по меньшей мере частично использовано для того, чтобы предварительно растянутый графен создавал вибрации, и эти вибрации с помощью слоя пьезоэлектрика также преобразуют в электрический ток, который объединяют с электрическим током фотоэлектрических слоев, дополнительно повышая эффективность солнечного элемента.

Согласно еще одному варианту осуществления также содержится четвертый слой пироэлектрического материала, расположенный в теплопроводном контакте с по меньшей мере первым слоем, и воздушная камера, расположенная вдоль пироэлектрического материала, причем эта воздушная камера оснащена клапаном сброса давления.

Посредством пироэлектрического материала любая теплота, выработанная светом в солнечном элементе и не преобразованная иными средствами, может быть использована для создания электрического потенциала на пироэлектрическом материале. Чтобы выработать ток посредством пироэлектрического материала, температура должна колебаться. По словам заявителя, это колебание температуры получают посредством воздушной камеры, расположенной вдоль пироэлектрического материала. Воздух также нагревают, и посредством клапана сброса давления воздух выпускают из камеры, если воздух нагрелся слишком сильно, и, соответственно, давление стало слишком высоким. Когда открывается клапан сброса давления, давление падает и, соответственно, также падает температура. Вследствие таких падений давления получают колебание температуры в пироэлектрическом материале и вырабатывают электрический ток.

Изобретение также относится к солнечной панели, содержащей множество солнечных элементов в соответствии с изобретением, причем солнечные элементы расположены электрически последовательно.

Эти и другие особенности изобретения будут разъяснены во взаимосвязи с сопровождающими чертежами.

На фиг. 1 показан солнечный элемент согласно варианту осуществления изобретения, схематичный вид.

На фиг. 1 солнечный элемент 1 содержит слой 2 зажигательного стекла с множеством сферических частей 3, которые направляют свет L в солнечный элемент 1.

Часть света L падает на области 4 второго слоя 5, имеющие фотоэлектрический слой. Этот второй слой 5 имеет расположенные в шахматном порядке области 4 и отверстия 6, через которые свет L может попадать на первый слой 7.

На первом слое 7 в шахматном порядке расположены области 8 с фотоэлектрическим слоем и области 9 с пирамидальным рельефом и по меньшей мере отражающим слоем, так что свет L, падающий на солнечный элемент 1 под углом, отражается на третий слой 10, который содержит области 11 с фотоэлектрическим материалом.

Области 9 с пирамидальным рельефом также покрыты предварительно растянутым графеном, который будет создавать вибрации вследствие нагрева от света L, падающего на пирамидальные области 9 и отражающегося от них.

Вибрации, вызванные графеном, передаются на слой пьезоэлектрического материала 12, который преобразовывает эти вибрации в электрический ток.

Более того, слой 13 пироэлектрического материала находится в теплопроводящем контакте с первым слоем 7, так что пироэлектрический материал может быть нагрет, и на пироэлектрическом материале может быть создан электрический потенциал.

Чтобы подвергнуть пироэлектрический материал изменениям температуры, которые позволят пироэлектрическому материалу вырабатывать электрический ток, в непосредственном контакте со слоем 13 выполнена воздушная камера 14. Воздушная камера 14 содержит клапан 15 сброса давления, так что давление в воздушной камере 14 можно снизить, если воздух нагреется слишком сильно. Вследствие сброса давления температура в камере 14 также упадет, позволяя пироэлектрическому материалу вырабатывать электрический ток.

1. Солнечный элемент, содержащий:

- первый слой, имеющий расположенные в шахматном порядке области, содержащие фотоэлектрический слой, и области, содержащие по меньшей мере отражающий слой;

- второй слой, расположенный над первым слоем и на расстоянии от него, причем второй слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия второго слоя совпадают с областями первого слоя, имеющими фотоэлектрический слой;

- слой зажигательного стекла, расположенный над вторым слоем и на расстоянии от него, причем имеющие фотоэлектрический слой области как первого, так и второго слоев, а также области, имеющие по меньшей мере отражающий слой, обращены к слою зажигательного стекла; и

- третий слой, расположенный между первым и вторым слоями, предпочтительно расположенный на втором слое, причем третий слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия третьего слоя совпадают с отверстиями второго слоя, и области третьего слоя, имеющие фотоэлектрический слой, обращены к первому слою.

2. Солнечный элемент по п. 1, в котором области первого слоя, имеющие по меньшей мере отражающий слой, имеют ромбовидный или пирамидальный рельеф.

3. Солнечный элемент по п. 2, в котором ромбовидный или пирамидальный рельеф покрыт предварительно растянутым графеном, а на первом слое с противоположной от рельефа стороне расположен слой пьезоэлектрического материала.

4. Солнечный элемент по любому из пп. 1–3, также содержащий четвертый слой пироэлектрического материала, расположенный в теплопроводном контакте с по меньшей мере первым слоем, и воздушную камеру, расположенную вдоль пироэлектрического материала, причем эта воздушная камера оснащена клапаном сброса давления.

5. Солнечная панель, содержащая множество солнечных элементов по пп. 1–4, причем солнечные элементы расположены электрически последовательно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к способу изготовления фотопреобразователей, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к полупроводниковым фотопреобразователям. Базовый модуль солнечной батареи включает прямоугольную подложку и расположенный на ней источник электроэнергии в виде одного или нескольких солнечных элементов с разнополярными выводами.

Усовершенствованное устройство для генерации солнечной энергии, включающее по меньшей мере один модуль солнечной батареи. Солнечные элементы в модуле солнечной батареи соединены между собой в конфигурации матричной сетки.

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых pin-фоточувствительных элементов (ФЧЭ), чувствительных к излучению с длиной волны 1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация коротких импульсов лазерного излучения (10-40 не) при напряжениях смещения порядка 200 В.

Изобретение относится к области фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) с повышенной эффективностью, конкретнее к защитным покрытиям фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе GaSb, применяемых в солнечных элементах, термофотоэлектрических генераторах, в системах с расщеплением спектра солнечного излучения, в преобразователях лазерного излучения.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов. Фотопреобразователь с увеличенной фотоактивной площадью включает полупроводниковую пластину, на лицевой стороне которой имеются полосковые контакты гребенчатой формы, контактные площадки, а на тыльной стороне – сплошной контакт.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Способ изготовления фотопреобразователей на утоняемой германиевой подложке, включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, при этом после вытравливания мезы формируют углубление в меза-канавке дисковым резом, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. Биполярный полупроводниковый транзистор с тиристорным эффектом согласно изобретению выполнен в виде полупроводниковой n-p-n-структуры, при этом электрод базы вместо обычного металлического электрода выполнен из фоточувствительного материала, в качестве которого использован металл с малым уровнем работы выхода электронов, переход база-эмиттер является светоизлучающим, а переход база-коллектор является фоточувствительным.

Изобретение относится к солнечным элементам (СЭ) с HIT структурой на основе кристаллического кремния. Фотопреобразователь с HIT структурой на основе кристаллического кремния с α-Si - c-Si гетеропереходами с тонким внутренним i-слоем из α-Si содержит эмиттер - α-Si (р+), базу - c-Si (n), дифракционную решетку, тыльный потенциальный барьер - α-Si (n+) и токосъемные контакты.

Изобретение относится к области оптоэлектроники, а именно - к быстродействующим интегральным фотодетекторам на основе полупроводниковых материалов типа AIIIBV. Для увеличения быстродействия при сохранении высокой чувствительности в фотодетектор с управляемой передислокацией максимумов плотности носителей заряда, содержащий полуизолирующую подложку, полупроводниковую область поглощения оптического излучения, высоколегированные приконтактные области n и р типов проводимости, соединенные с ними первый и второй металлические электроды, введены управляющий р-n переход, который образован нижней узкозонной GaAs-областью р-типа проводимости и верхней широкозонной AlGaAs-областью n-типа проводимости, высоколегированная приконтактная подобласть р-типа проводимости, первая управляющая металлическая шина, нижняя LT-GaAsSb и верхняя LT-InGaAs области рекомбинации с малым временем жизни и низкой подвижностью носителей заряда, широкозонная AlGaAs-область n-типа проводимости, вторая управляющая металлическая шина, расположенная над широкозонной AlGaAs-областью n-типа проводимости и образующая с ней управляющий переход Шоттки. 6 ил.
Наверх