RU2399118C1 - Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure - Google Patents

Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure Download PDF

Info

Publication number
RU2399118C1
RU2399118C1 RU2009136656/28A RU2009136656A RU2399118C1 RU 2399118 C1 RU2399118 C1 RU 2399118C1 RU 2009136656/28 A RU2009136656/28 A RU 2009136656/28A RU 2009136656 A RU2009136656 A RU 2009136656A RU 2399118 C1 RU2399118 C1 RU 2399118C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylindrical
epitaxial
epitaxial structure
substrate
layer
Prior art date
Application number
RU2009136656/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лев Васильевич Кожитов (RU)
Лев Васильевич Кожитов
Артём Михайлович Косарев (RU)
Артём Михайлович Косарев
Владимир Васильевич Митин (RU)
Владимир Васильевич Митин
Константин Павлович Шварёв (RU)
Константин Павлович Шварёв
Владимир Дмитриевич Соклаков (RU)
Владимир Дмитриевич Соклаков
Петр Арсеньевич Данов (RU)
Петр Арсеньевич Данов
Сергей Моисеевич Эфрос (US)
Сергей Моисеевич Эфрос
Борис Михайлович Синельников (RU)
Борис Михайлович Синельников
Мухамед Данильевич Бавижев (RU)
Мухамед Данильевич Бавижев
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
ОАО "Гиредмет"
ОАО "Подольский химико-металлургический завод"
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", ОАО "Гиредмет", ОАО "Подольский химико-металлургический завод", Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет" filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2009136656/28A priority Critical patent/RU2399118C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2399118C1 publication Critical patent/RU2399118C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention can be used to provide electrical and thermal energy of separate independent objects, for example communication, surveillance systems etc, which require power of 1-50, as well as for heating a cooling agent used in the cooling system of a photoelectric converter based on a nonplanar structure. The heated cooling agent can be used to heat facilities. The photoelectric converter based on a nonplanar epitaxial structure has a housing in which there is a cylindrical epitaxial structure made from a cylindrical hollow substrate made from semiconductor material, on whose outer surface of which there is at least one epitaxial layer made from semiconductor material. On the surface of this layer there is an external cylindrical metal contact. On the inner side of the substrate there is an internal cylindrical metal contact. The metal contacts are connected to current-collector elements. Under the cylindrical epitaxial structure there is a focusing reflector made in form of an arched plate with a parabolic-cylindrical shape. On the inner surface of the plate there is a reflecting layer. Above the cylindrical epitaxial structure there is a transparent focusing lens with an arched parabolic-cylindrical shape mounted on the focusing reflector. The diametre of the lens is shorter than the diametre of the focusing reflector. The converter has a water circulation system, which passes through the inner cavity of the cylindrical epitaxial structure.
EFFECT: improvement of principal characteristics of the photoelectric converter based on a nonplanar structure is achieved owing to absence of edge effects in the cylindrical epitaxial layer, improvement of characteristics of epitaxial cylindrical layers provided by uniform distribution of temperature fields in a reactor during epitaxy on a cylindrical substrate.
5 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую с помощью охлаждаемых фотоэлектрических преобразователей. Изобретение может быть использовано для обеспечения электрической и тепловой энергией отдельных автономных объектов, например систем связи, наблюдения и т.д., потребляющих мощность 1-50, а также для нагрева хладагента, используемого в системе охлаждения фотоэлектрического преобразователя на основе непланарной структуры. Нагретый хладагент может использоваться для обогрева помещений.The invention relates to the field of converting solar energy into electrical and thermal energy using cooled photoelectric converters. The invention can be used to provide electric and thermal energy to individual autonomous objects, such as communication systems, surveillance, etc., consuming 1-50 power, as well as for heating the refrigerant used in the cooling system of a photoelectric converter based on a non-planar structure. Heated refrigerant can be used for space heating.

Известен фотоэлектрический преобразователь солнечной энергии в электрическую, содержащий полупроводниковую пластину из кремния с контактной сеткой на лицевой стороне, состоящей из проходящих без разрыва параллельно поперечной оси с определенным шагом друг от друга узких токосъемных полос, пересекаемых под углом 90° двумя более широкими токосборными полосами, расположенными симметрично по обе стороны пластины (RU 2179352 С1, опублик. 10.02.2002).A known photoelectric converter of solar energy into electrical energy, containing a silicon semiconductor wafer with a contact grid on the front side, consisting of narrow current collector strips passing without breaking parallel to the transverse axis with a certain step from each other, intersected at a 90 ° angle by two wider collector strips located symmetrically on both sides of the plate (RU 2179352 C1, published. 02/10/2002).

Недостатком данного преобразователя является большая величина занимаемой полезной площади при относительно небольшой площади активной поверхности в сравнении с фотоэлектрическим преобразователем на основе непланарной полупроводниковой структуры.The disadvantage of this converter is the large usable area with a relatively small active surface area in comparison with a photoelectric converter based on a non-planar semiconductor structure.

Известна многоцелевая солнечная батарея, содержащая матрицу фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), преобразующих солнечную энергию в электрическую и тепловую, устройство для передачи энергии от ФЭП к внешним потребителям, систему циркуляции хладагента (RU 2164722 С2, опубл. 27.03.2001). При солнечном освещении солнечная батарея вырабатывает электрическую энергию, идущую к потребителю, а по каналам охлаждения проходит хладагент, в том числе воздух, снимающий тепло с ФЭП. Это тепло может быть использовано для обогрева помещений и в других бытовых целях при циркуляции хладагента по замкнутому циклу. В теплое время года, при работе по открытому циклу, нагрев воздуха может быть использован для создания тяги вентиляции помещений.Known multi-purpose solar battery containing a matrix of photovoltaic converters (photovoltaic cells) that convert solar energy into electricity and heat, a device for transmitting energy from photovoltaic cells to external consumers, a refrigerant circulation system (RU 2164722 C2, publ. 03/27/2001). In sunlight, the solar battery produces electrical energy that goes to the consumer, and refrigerant passes through the cooling channels, including air that removes heat from the solar cells. This heat can be used for space heating and other domestic purposes when circulating refrigerant in a closed cycle. In the warm season, when working on an open cycle, air heating can be used to create draft ventilation.

Недостатком данного преобразователя является то, что для передачи тепловой энергии от фотопреобразователя к хладагенту используется сложная конструкция системы охлаждения.The disadvantage of this converter is that the complex design of the cooling system is used to transfer thermal energy from the photoconverter to the refrigerant.

Прототипом изобретения является фотоэлектрический преобразователь (ФЭП) автономной солнечной электростанции. (RU 2331822 С1, опубл. 20.08.2008). ФЭП содержит параболоцилиндрический концентратор солнечной энергии, несущую конструкцию с фотоэлектрическим датчиком и фотоэлектрическим преобразователем, расположенным по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора, установленного на штанге поворотного механизма с возможностью поворота вокруг оси на угол не менее 180°, причем ось расположена в одной плоскости с активной поверхностью фотоэлектрического преобразователя, а вход поворотного механизма соединен с выходом фотоэлектрического датчика. Предлагаемое изобретение должно обеспечить увеличение времени работы фотоэлектрических преобразователей в номинальном режиме путем исключения их перегрева.A prototype of the invention is a photovoltaic converter (PEC) of an autonomous solar power station. (RU 2331822 C1, publ. 08/20/2008). The solar cell contains a parabolic cylindrical solar energy concentrator, supporting structure with a photoelectric sensor and a photoelectric converter located along the focal line of a parabolic cylindrical concentrator mounted on a rotary mechanism rod with the possibility of rotation around the axis by an angle of at least 180 °, and the axis is located in the same plane with the active surface of the photovoltaic the converter, and the input of the rotary mechanism is connected to the output of the photoelectric sensor. The present invention should provide an increase in the operating time of photovoltaic converters in nominal mode by eliminating their overheating.

Недостатком данного ФЭП является относительно небольшая активная поверхность структуры при относительно большой занимаемой полезной площади прибора, кроме того, конструкцию установки значительно усложняет поворотный механизм и организация системы охлаждения.The disadvantage of this PEC is the relatively small active surface of the structure with a relatively large occupied useful area of the device, in addition, the design of the installation is significantly complicated by the rotary mechanism and the organization of the cooling system.

Указанный технический результат в изобретении достигается следующим образом.The specified technical result in the invention is achieved as follows.

Фотоэлектрический преобразователь на основе непланарной эпитаксиальной структуры содержит корпус, в котором расположена цилиндрическая эпитаксиальная структура, выполненная из цилиндрической полой подложки из полупроводникового материала, на внешней поверхности которой расположен, по крайней мере, один эпитаксиальный слой из полупроводникового материала.A photoelectric converter based on a non-planar epitaxial structure comprises a housing in which a cylindrical epitaxial structure is located made of a cylindrical hollow substrate of semiconductor material, on the outer surface of which at least one epitaxial layer of semiconductor material is located.

На поверхности этого слоя расположен внешний цилиндрический металлический контакт. На внутренней стороне подложки расположен внутренний цилиндрический металлический контакт. К цилиндрическим металлическим контактам подсоединены токосъемные элементы.An external cylindrical metal contact is located on the surface of this layer. On the inner side of the substrate is an inner cylindrical metal contact. Current collector elements are connected to the cylindrical metal contacts.

Под цилиндрической эпитаксиальной структурой расположен фокусирующий отражатель, выполненный в виде выгнутой пластины параболоцилиндрической формы. На внутренней поверхности пластины нанесен отражающий слой.Under the cylindrical epitaxial structure is a focusing reflector made in the form of a curved plate of parabolic cylindrical shape. A reflective layer is applied on the inner surface of the plate.

Над цилиндрической эпитаксиальной структурой расположена прозрачная фокусирующая линза выгнутой параболоцилиндрической формы, закрепленная на фокусирующем отражателе. Диаметр линзы меньше диаметра фокусирующего отражателя.Above the cylindrical epitaxial structure, there is a transparent focusing lens with a curved parabolic cylinder mounted on a focusing reflector. The diameter of the lens is less than the diameter of the focusing reflector.

Преобразователь снабжен системой циркуляции воды, проходящей через внутреннюю полость цилиндрической эпитаксиальной структуры.The converter is equipped with a water circulation system passing through the internal cavity of a cylindrical epitaxial structure.

В частном случае в цилиндрической эпитаксиальной структуре полая цилиндрическая подложка и эпитаксиальный слой могут быть выполнены из кремния n-, р-типа.In a particular case, in a cylindrical epitaxial structure, the hollow cylindrical substrate and the epitaxial layer can be made of n-, p-type silicon.

Также в цилиндрической эпитаксиальной структуре полая цилиндрическая подложка может быть выполнена из кремния n-, р-типа, эпитаксиальный слой выполнен из полупроводниковых соединений А3B5 и/или твердых растворов на их основе, а между полой цилиндрической подложкой и эпитаксиальным слоем расположен эпитаксиальный переходный слой SixGe1-x. Also in the cylindrical epitaxial structure, the hollow cylindrical substrate can be made of n-, p-type silicon, the epitaxial layer is made of semiconductor compounds A 3 B 5 and / or solid solutions based on them, and an epitaxial transition is located between the hollow cylindrical substrate and the epitaxial layer Si x Ge 1-x layer .

Также в цилиндрической эпитаксиальной структуре полая цилиндрическая подложка может быть выполнена из GaAs, а эпитаксиальный слой выполнен из полупроводниковых соединений A3B5 и/или твердых растворов на их основе.Also in the cylindrical epitaxial structure, the hollow cylindrical substrate can be made of GaAs, and the epitaxial layer is made of semiconductor compounds A 3 B 5 and / or solid solutions based on them.

Также в цилиндрической эпитаксиальной структуре внешний цилиндрический металлический контакт может быть выполнен из молибдена или алюминия или сплава In-Ti-Sn, а внутренний цилиндрический металлический контакт может быть выполнен из серебра или меди или титана.Also, in a cylindrical epitaxial structure, the outer cylindrical metal contact can be made of molybdenum or aluminum or an In-Ti-Sn alloy, and the inner cylindrical metal contact can be made of silver or copper or titanium.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид фотоэлектрического преобразователя на основе непланарной полупроводниковой структуры, на фиг.2-3 показаны схемы цилиндрических автоэпитаксиальных полупроводниковых структур для фотоэлектрических преобразователей, на фиг.4 изображена непланарная гетероэпитаксиальная структура фотоэлектрического преобразователя.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a general view of a photoelectric converter based on a non-planar semiconductor structure, Figs. 2-3 show diagrams of cylindrical auto-epitaxial semiconductor structures for photoelectric converters, and Fig. 4 shows a non-planar heteroepitaxial structure of a photoelectric converter.

Фотоэлектрический преобразователь на основе непланарной эпитаксиальной структуры (фиг.1) содержит корпус (на чертеже не показан), в котором расположена цилиндрическая эпитаксиальная структура 1.A photoelectric converter based on a non-planar epitaxial structure (Fig. 1) comprises a housing (not shown in the drawing) in which a cylindrical epitaxial structure 1 is located.

Под цилиндрической эпитаксиальной структурой 1 расположен фокусирующий отражатель 2, выполненный в виде выгнутой пластины параболоцилиндрической формы. На внутренней поверхности отражателя 2 нанесено отражающее покрытие 3, которое, в частности, может быть выполнено из серебра.Under the cylindrical epitaxial structure 1 is a focusing reflector 2, made in the form of a curved plate of parabolic cylindrical shape. On the inner surface of the reflector 2, a reflective coating 3 is applied, which, in particular, can be made of silver.

Над цилиндрической эпитаксиальной структурой 1 расположена фокусирующая прозрачная линза 4, закрепленная на отражателе 2 и выполненная в виде выгнутой пластины параболоцилиндрической формы.A focusing transparent lens 4 is mounted above the cylindrical epitaxial structure 1, mounted on a reflector 2 and made in the form of a curved plate with a parabolic shape.

Установка снабжена системой 5 циркуляции хладагента (воды), проходящей через внутреннюю полость цилиндрической эпитаксиальной структуры 1.The installation is equipped with a system 5 of circulation of the refrigerant (water) passing through the internal cavity of the cylindrical epitaxial structure 1.

В общем случае фотоэлектрический преобразователь выполнен в виде цилиндрической полой подложки из полупроводникового материала. На внешней поверхности подложки расположен, по крайней мере, один цилиндрический эпитаксиальный слой из полупроводникового материала, на поверхности которого расположен внешний цилиндрический металлический контакт. На внутренней стороне подложки расположен внутренний цилиндрический металлический контакт. К цилиндрическим металлическим контактам подсоединены токосъемные элементы.In the General case, the photoelectric Converter is made in the form of a cylindrical hollow substrate of a semiconductor material. At least one cylindrical epitaxial layer of semiconductor material, on the surface of which an external cylindrical metal contact is located, is located on the outer surface of the substrate. On the inner side of the substrate is an inner cylindrical metal contact. Current collector elements are connected to the cylindrical metal contacts.

На фиг.2 показан пример фотоэлектрического преобразователя, имеющего непланарную автоэпитаксиальную структуру, которая включает полую цилиндрическую подложку 6 из кремния n-типа (возможная толщина 600 мкм), цилиндрический эпитаксиальный слой 7 из кремния p-типа (возможная толщина 2 мкм), внешний цилиндрический металлический контакт 8 (возможный материал: серебро, медь), и внутренний цилиндрический металлический контакт 9 (возможный материал: молибден, алюминий).Figure 2 shows an example of a photoelectric converter having a non-planar auto-epitaxial structure, which includes a hollow cylindrical substrate 6 of n-type silicon (possible thickness 600 μm), a cylindrical epitaxial layer 7 of p-type silicon (possible thickness 2 μm), an external cylindrical metal contact 8 (possible material: silver, copper), and internal cylindrical metal contact 9 (possible material: molybdenum, aluminum).

На фиг.3 показан другой пример фотоэлектрического преобразователя с непланарной автоэпитаксиальной структурой, которая состоит из полой цилиндрической подложки 10 кремния n-типа (возможная толщина 600 мкм), эпитаксиального слоя 11 кремния (возможная толщина 250 нм), эпитаксиального слоя 12 кремния (возможная толщина 220 нм), эпитаксиального слоя 13 кремния р+-типа (возможная толщина 200 нм), внешнего цилиндрического металлического контакта 14 (возможный материал: серебро, медь), и внутреннего цилиндрического металлического контакта 15 (возможный материал: молибден, алюминий).Figure 3 shows another example of a non-planar auto-epitaxial photoelectric converter structure, which consists of an n-type hollow cylindrical silicon substrate 10 (possible thickness 600 μm), silicon epitaxial layer 11 (possible thickness 250 nm), silicon epitaxial layer 12 (possible thickness 220 nm), p + -type silicon epitaxial layer 13 (possible thickness 200 nm), external cylindrical metal contact 14 (possible material: silver, copper), and internal cylindrical metal contact 15 (possible mater Yal: molybdenum, aluminum).

На фиг.4 показан пример фотоэлектрического преобразователя с непланарной гетероэпитаксиальной структурой, которая включает полую цилиндрическую подложку 16 кремния n-типа, (возможная толщина 600 мкм), переходный эпитаксиальный слой 17 SixGe1-x, эпитаксиальный слой 18 GaAs (Si) n++-типа, эпитаксиальный слой 19 Al0,3Ga0,7As (С) р++-типа, внешний цилиндрический металлический контакт 20 (возможный материал: серебро, медь), и внутренний цилиндрический металлический контакт 21 (возможный материал: молибден, алюминий).Figure 4 shows an example of a photoelectric transducer with a nonplanar heteroepitaxial structure, which includes a n-type silicon hollow cylindrical substrate 16, (a possible thickness of 600 μm), an Si x Ge 1-x transition epitaxial layer, 18 GaAs (Si) n ++ epitaxial layer 18 -type, epitaxial layer 19 Al 0.3 Ga 0.7 As (C) p ++ - type, external cylindrical metal contact 20 (possible material: silver, copper), and internal cylindrical metal contact 21 (possible material: molybdenum, aluminum).

Переходный эпитаксиальный слой 16 используется для согласования периодов кристаллических решеток материала подложки (кремний) и эпитаксиальных слоев A3B5 и твердых растворов на их основе. Регулируя состав переходного слоя SixGe1-x, достигается оптимальная величина его периода решетки.The transition epitaxial layer 16 is used to coordinate the periods of the crystal lattices of the substrate material (silicon) and epitaxial layers A 3 B 5 and solid solutions based on them. By adjusting the composition of the transition layer Si x Ge 1-x , the optimum value of its lattice period is achieved.

Толщина и состав эпитаксиальных слоев 18, 19 определяются длиной волны преобразуемой составляющей светового излучения.The thickness and composition of the epitaxial layers 18, 19 are determined by the wavelength of the converted component of the light radiation.

Фотоэлектрический преобразователь на основе непланарной структуры работает следующим образом. Перед началом работы фотоэлектрический преобразователь ориентируется так, что продольная ось цилиндрической эпитаксиальной структуры 1 находится под углом 0° к горизонту (горизонтально). При этом фокусирующая линза 4 располагается наверху, а фокусирующий отражатель 2 внизу. Рассеянное солнечное излучение фокусируется с помощью фокусирующей прозрачной линзы 4. Часть фокусированного излучения подается на активную поверхность цилиндрической структуры 1, остальная часть - на внутреннюю поверхность отражателя 2, после отражения от которой - на активную поверхность цилиндрической структуры 1.A photoelectric converter based on a non-planar structure operates as follows. Before starting work, the photoelectric converter is oriented so that the longitudinal axis of the cylindrical epitaxial structure 1 is at an angle of 0 ° to the horizontal (horizontal). In this case, the focusing lens 4 is located at the top, and the focusing reflector 2 is at the bottom. Scattered solar radiation is focused using a focusing transparent lens 4. Part of the focused radiation is fed to the active surface of the cylindrical structure 1, the rest to the inner surface of the reflector 2, after reflection from which to the active surface of the cylindrical structure 1.

Поглощение и преобразование потока солнечного излучения происходит в слоях цилиндрической эпитаксиальной структуры. Тот или иной слой может поглощать, отражать или пропускать излучение соответствующей длины волны в зависимости от ширины запрещенной зоны материала слоя и толщины слоя. При этом мощность генерируемой фотоэлектрическим преобразователем энергии прямо пропорциональна площади активной поверхности цилиндрической эпитаксиальной структуры. Использование цилиндрической активной поверхности способствует уменьшению полезной площади, занимаемой фотоэлектрическим преобразователем при большой величине площади активной поверхности. При этом использование в конструкции фотоэлектрического преобразователя на основе цилиндрической эпитаксиальной структуры фокусирующего отражателя параболоцилиндрической формы обеспечивает увеличение коэффициента усиления Кус=2,5-3.The absorption and conversion of the solar radiation flux occurs in layers of a cylindrical epitaxial structure. A particular layer can absorb, reflect or transmit radiation of the appropriate wavelength depending on the band gap of the layer material and the thickness of the layer. Moreover, the power generated by the photoelectric transducer is directly proportional to the active surface area of the cylindrical epitaxial structure. The use of a cylindrical active surface helps to reduce the usable area occupied by the photoelectric converter with a large active surface area. Moreover, the use of a parabolic cylindrical shape in the design of a photoelectric converter based on a cylindrical epitaxial structure of a focusing reflector provides an increase in the gain K ut = 2.5-3.

В представленной конструкции значительно упрощается система теплосъема. Хладагент проходит через внутреннюю полость цилиндрической эпитаксиальной структуры, тем самым эта структура является трубкой для прохождения хладагента. При этом вырабатываемое тепло принимается всей поверхностью хладагента, что увеличивает эффективность теплосъема, то есть большее количество тепла будет передаваться от структуры к хладагенту. За счет этого обеспечивается термостабильность фотоэлектрического преобразователя и минимизируется отрицательное влияние коэффициента температурной зависимости КПД. При обычных условиях, как правило, данная величина достигает абсолютной величины потерь КПД до 0,5-1% на каждый °С прироста температуры.In the presented design, the heat removal system is greatly simplified. The refrigerant passes through the internal cavity of the cylindrical epitaxial structure, thereby this structure is a tube for passing the refrigerant. In this case, the generated heat is taken up by the entire surface of the refrigerant, which increases the efficiency of heat removal, that is, more heat will be transferred from the structure to the refrigerant. This ensures the thermal stability of the photoelectric converter and minimizes the negative effect of the coefficient of temperature dependence of efficiency. Under ordinary conditions, as a rule, this value reaches the absolute value of the efficiency loss up to 0.5-1% for each ° C temperature increase.

Улучшение основных электрических характеристик фотоэлектрического преобразователя на основе непланарной структуры (КПД, напряжение холостого хода, ток короткого замыкания) достигается за счет отсутствия краевых эффектов в цилиндрической эпитаксиальной структуре, улучшения характеристик эпитаксиальных цилиндрических слоев (однородность толщины, состава), обеспечиваемое равномерным распределением температурных полей в реакторе при проведении процесса эпитаксии на цилиндрическую подложку.Improving the basic electrical characteristics of a photoelectric converter based on non-planar structure (efficiency, open circuit voltage, short circuit current) is achieved due to the absence of edge effects in the cylindrical epitaxial structure, improving the characteristics of epitaxial cylindrical layers (uniformity of thickness, composition), provided by a uniform distribution of temperature fields in the reactor during the epitaxy process on a cylindrical substrate.

  Сравнительные характеристики электрических параметров фотоэлектрических преобразователей на основе планарной и непланарной автоэпитаксиальных структур на основе кремния.Comparative characteristics of the electrical parameters of photovoltaic converters based on planar and non-planar silicon epitaxial structures. ПараметрParameter Значения для ФЭПов на основе планарных структурValues for FEPs based on planar structures Значения для ФЭПов на основе непланарных структурValues for FEPs based on non-planar structures КПД, %Efficiency% 17-1817-18 19-2119-21 Коэф. заполнения ВАХ, Coef. filling the CVC, 7676 82-8682-86 Напряжение холостого хода, ВOpen circuit voltage, V 0,58-0,610.58-0.61 0,6-0,70.6-0.7 Ток короткого замыкания, АShort circuit current, A 4,8-5,24.8-5.2 5,0-5,85.0-5.8 Напряжение при максимальной мощности, ВVoltage at maximum power, V 0,480.48 0,50.5 Ток при максимальной мощности, АCurrent at maximum power, A 4,5-4,74,5-4,7 4,7-4,94.7-4.9

Claims (5)

1. Фотоэлектрический преобразователь на основе непланарной эпитаксиальной структуры, содержащий корпус, в котором расположена цилиндрическая эпитаксиальная структура, выполненная из цилиндрической полой подложки из полупроводникового материала, на внешней поверхности которой расположен по крайней мере один эпитаксиальный слой из полупроводникового материала, на поверхности которого расположен внешний цилиндрический металлический контакт, а на внутренней стороне подложки расположен внутренний цилиндрический металлический контакт, при этом к цилиндрическим металлическим контактам подсоединены токосъемные элементы, под цилиндрической эпитаксиальной структурой расположен фокусирующий отражатель, выполненный в виде выгнутой пластины параболоцилиндрической формы, на внутренней поверхности которой нанесен отражающий слой, а над цилиндрической эпитаксиальной структурой расположена прозрачная фокусирующая линза выгнутой параболоцилиндрической формы, закрепленная на фокусирующем отражателе, диаметр которой меньше диаметра фокусирующего отражателя, при этом установка снабжена системой циркуляции воды, проходящей через внутреннюю полость фотоэлектрического преобразователя.1. A photoelectric converter based on a non-planar epitaxial structure, comprising a housing in which a cylindrical epitaxial structure is located made of a cylindrical hollow substrate of semiconductor material, on the outer surface of which at least one epitaxial layer of semiconductor material is located, on the surface of which there is an outer cylindrical metal contact, and on the inner side of the substrate there is an inner cylindrical metal contour t, while current-collecting elements are connected to the cylindrical metal contacts, a focusing reflector is arranged under the cylindrical epitaxial structure, made in the form of a curved plate with a parabolic cylindrical shape, on the inner surface of which a reflective layer is deposited, and above the cylindrical epitaxial structure there is a transparent focusing lens with a curved parabolic cylindrical shape, fixed on the focusing reflector, the diameter of which is less than the diameter of the focusing reflector, while the unit is equipped with a water circulation system passing through the internal cavity of the photoelectric converter. 2. Преобразователь по п.1, в котором в цилиндрической эпитаксиальной структуре полая цилиндрическая подложка и эпитаксиальный слой выполнены из кремния n-, ρ-типа.2. The Converter according to claim 1, in which in a cylindrical epitaxial structure, the hollow cylindrical substrate and the epitaxial layer are made of n-, ρ-type silicon. 3. Преобразователь по п.1, в котором в цилиндрической эпитаксиальной структуре полая цилиндрическая подложка выполнена из кремния n-, ρ-типа, эпитаксиальный слой выполнен из полупроводниковых соединений А В и/или твердых растворов на их основе, а между полой цилиндрической подложкой и эпитаксиальным слоем расположен эпитаксиальный переходный слой SixGe1-x.3. The Converter according to claim 1, in which in a cylindrical epitaxial structure, the hollow cylindrical substrate is made of n-, ρ-type silicon, the epitaxial layer is made of semiconductor compounds AB and / or solid solutions based on them, and between the hollow cylindrical substrate and epitaxial layer is the epitaxial transition layer SixGe 1-x . 4. Преобразователь по п.1, в котором в цилиндрической эпитаксиальной структуре полая цилиндрическая подложка выполнена из GaAs, a эпитаксиальный слой выполнен из полупроводниковых соединений А3В5 и/или твердых растворов на их основе.4. The Converter according to claim 1, in which in a cylindrical epitaxial structure, the hollow cylindrical substrate is made of GaAs, and the epitaxial layer is made of semiconductor compounds A 3 B 5 and / or solid solutions based on them. 5. Преобразователь по любому из пп.1-4, в котором в цилиндрической эпитаксиальной структуре внешний цилиндрический металлический контакт выполнен из молибдена, или алюминия, или сплава In-Ti-Sn, a внутренний цилиндрический металлический контакт выполнен из серебра, или меди, или титана. 5. The Converter according to any one of claims 1 to 4, in which in the cylindrical epitaxial structure the outer cylindrical metal contact is made of molybdenum, or aluminum, or an In-Ti-Sn alloy, and the inner cylindrical metal contact is made of silver or copper, or titanium.
RU2009136656/28A 2009-10-06 2009-10-06 Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure RU2399118C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009136656/28A RU2399118C1 (en) 2009-10-06 2009-10-06 Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009136656/28A RU2399118C1 (en) 2009-10-06 2009-10-06 Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2399118C1 true RU2399118C1 (en) 2010-09-10

Family

ID=42800638

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009136656/28A RU2399118C1 (en) 2009-10-06 2009-10-06 Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2399118C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013002662A1 (en) * 2011-06-27 2013-01-03 Общество С Ограниченной Ответственностью "Инносфера Технолоджи" Device for converting solar energy
RU2615593C1 (en) * 2013-04-25 2017-04-05 Унитес Системс А.С. System electrical energy control, which is generated by photovoltaic elements
RU2642935C2 (en) * 2016-07-15 2018-01-29 Николай Дмитриевич Жуков Photovoltaic cell and method of its manufacture

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013002662A1 (en) * 2011-06-27 2013-01-03 Общество С Ограниченной Ответственностью "Инносфера Технолоджи" Device for converting solar energy
RU2615593C1 (en) * 2013-04-25 2017-04-05 Унитес Системс А.С. System electrical energy control, which is generated by photovoltaic elements
RU2642935C2 (en) * 2016-07-15 2018-01-29 Николай Дмитриевич Жуков Photovoltaic cell and method of its manufacture

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huen et al. Advances in hybrid solar photovoltaic and thermoelectric generators
CN202059353U (en) High power condensation solar energy photovoltaic photo-thermal composite power generation system
Tang et al. A review on energy conversion using hybrid photovoltaic and thermoelectric systems
RU2513649C2 (en) Combined production of heat and electric energy for residential and industrial buildings with application of solar energy
US4002031A (en) Solar energy converter with waste heat engine
US5626687A (en) Thermophotovoltaic in-situ mirror cell
CN202018969U (en) Solar cell simultaneously performing photoelectric conversion and thermoelectric conversion
US20100059108A1 (en) Optical system for bifacial solar cell
US20130037108A1 (en) Thermodynamically shielded solar cell
RU2399118C1 (en) Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure
Munday et al. Radiative cooling of a GaAs solar cell to improve power conversion efficiency
JP5778816B1 (en) Solar power system
US20130192668A1 (en) Combined heat and power solar system
Montgomery et al. Design and modeling of a high efficiency hybrid photovoltaic-photothermal concentrator (PVPTC) system
JP6255553B2 (en) Solar power system
Saidov Photothermoelectric cell for thermophotovoltaic systems and solar power plants with concentrators
JPS595807B2 (en) Hybrid solar collector
CN212648249U (en) Indium arsenide infrared battery
Andreev et al. Solar thermophotovoltaic converter with Fresnel lens and GaSb cells
GB2446219A (en) Hybrid photovoltaic and solar heat collector panel
KR101650442B1 (en) Hybride solar cell device
KR101629603B1 (en) Power Generation Apparatus using Solar Energy
US20090178705A1 (en) Multi-cores stack solar thermal electric generator
KR101101159B1 (en) Solar Electricity Generation Module using Condensing of Reflector and Heat Radiation of Thermal Conduction Flate
KR20190036875A (en) Solar panel apparatus for multiple generation using a solar energy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161007