CZ201142A3 - Fotovoltaický element zahrnující rezonátor - Google Patents

Fotovoltaický element zahrnující rezonátor Download PDF

Info

Publication number
CZ201142A3
CZ201142A3 CZ20110042A CZ201142A CZ201142A3 CZ 201142 A3 CZ201142 A3 CZ 201142A3 CZ 20110042 A CZ20110042 A CZ 20110042A CZ 201142 A CZ201142 A CZ 201142A CZ 201142 A3 CZ201142 A3 CZ 201142A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
resonator
semiconductor structure
electromagnetic
region
photovoltaic element
Prior art date
Application number
CZ20110042A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ303866B6 (cs
Original Assignee
Vysoké ucení technické v Brne
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 Vysoké ucení technické v Brne filed Critical Vysoké ucení technické v Brne
Priority to CZ20110042A priority Critical patent/CZ303866B6/cs
Priority to UAA201309770A priority patent/UA110230C2/ru
Priority to AP2013006991A priority patent/AP3824A/en
Priority to US13/981,881 priority patent/US20140202532A9/en
Priority to HUE11784576A priority patent/HUE045948T2/hu
Priority to MX2013008470A priority patent/MX2013008470A/es
Priority to SG2013057435A priority patent/SG192189A1/en
Priority to BR112013018702A priority patent/BR112013018702B8/pt
Priority to DK11784576.8T priority patent/DK2668717T3/da
Priority to LT11784576T priority patent/LT2668717T/lt
Priority to PE2013001570A priority patent/PE20141575A1/es
Priority to EA201390986A priority patent/EA026202B1/ru
Priority to MYPI2013002679A priority patent/MY164299A/en
Priority to JP2013550755A priority patent/JP6118268B2/ja
Priority to PT11784576T priority patent/PT2668717T/pt
Priority to RSP20191080 priority patent/RS59235B1/sr
Priority to ES11784576T priority patent/ES2743504T3/es
Priority to HRP20191487 priority patent/HRP20191487T1/hr
Priority to PCT/CZ2011/000076 priority patent/WO2012100758A1/en
Priority to SI201131771T priority patent/SI2668717T1/sl
Priority to EP11784576.8A priority patent/EP2668717B1/en
Priority to MA36138A priority patent/MA34842B1/fr
Priority to RS20130320A priority patent/RS20130320A1/sr
Priority to KR1020137022270A priority patent/KR101812670B1/ko
Priority to PL11784576T priority patent/PL2668717T3/pl
Priority to CN201180066154.5A priority patent/CN103477552B/zh
Priority to SM20190496T priority patent/SMT201900496T1/it
Publication of CZ201142A3 publication Critical patent/CZ201142A3/cs
Publication of CZ303866B6 publication Critical patent/CZ303866B6/cs
Priority to TNP2013000304A priority patent/TN2013000304A1/fr
Priority to CO13174245A priority patent/CO6751255A2/es
Priority to CL2013002118A priority patent/CL2013002118A1/es
Priority to IL227661A priority patent/IL227661B/en
Priority to US15/342,885 priority patent/US10389020B2/en
Priority to US15/367,407 priority patent/US10396449B2/en
Priority to CY20191100899T priority patent/CY1122070T1/el

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/248—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set provided with an AC/DC converting device, e.g. rectennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • 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)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Fotovoltaický element zahrnující rezonátor 2D-3D je usporádaný na polovodicové strukture (5), kterou tvorí oblast (5a) bez elektromagnetického útlumu, jejíž horní plocha tvorí rovinu dopadu (3), a oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraniceny myšlenými hranicemi (6) zmen materiálových vlastností. Minimálne jeden 2D rezonátor je usporádán na polovodicové strukture (5) a 3D rezonátor (4) je obklopen dielektrikem (10) a je usporádán v polovodicové strukture (5). Na oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem, navazuje vztažná elektroda (11).

Description

Oblast techniky
Vynález se týká fotovoltaického elementu zahrnujícího rezonátor s vysokou účinností přeměny světlené energie na elektrickou energii, který zahrnuje polovodičovou strukturu umístěnou mezi dvojicí elektrod.
Dosavadní stav techniky
Stav oblasti fotovoltaiky je takový, že se používají více než půl století staré principy na přeměnu elektromagnetického záření (EMG záření) ze Slunce (jedná se o širokospektrální elektromagnetické záření v rozmezí od 100 nm až 10000 nm vlnové délky). Solární buňky jsou složeny ze dvou vrstev polovodičového materiálu (typicky z křemíku), které jsou umístěny mezi dvěma kovovými elektrodami. Jedna z vrstev materiál typu N obsahuje velké množství negativně nabitých elektronů, kdežto druhá vrstva - materiál typu P obsahuje velké množství děr, které se dají popsat jako prázdná místa, která snadno akceptují elektrony. Zařízení, která přeměňují elektromagnetické vlny na elektromagnetickou vlnu nižší frekvence - na stejnosměrnou složku se nazývají transvertory/měniče. Pro tento účel se používají polovodičové struktury různých konstrukcí a koncepcí se znalostí pouze experimentálních následků jevu transformace elektromagnetické vlny.
Doposud navrhované antény, detektory nebo struktury nejsou laděny do rezonance. Používané polovodičové struktury velmi obtížně řeší vznik stojatých elektromagnetických vln.
Obdobná řešení se zabývají principy antén a transformací postupné elektromagnetické vlny na jiný charakter elektromagnetického záření (postupnou elektromagnetickou vlnu s jinou polarizací nebo stojatou elektromagnetickou vlnu) a její následné zpracování. Problémy se vyskytují s dopadající elektromagnetickou vlnou a jejím odrazem, širokospektrálním charakterem slunečního záření. Je problém vytvořit anténu, která by zachovávala své navržené vlastnosti v širokém spektru přes několik dekád.
Podstata vynálezu
Cílem vynálezu je nová konstrukce fotovoltaického elementu opatřeného rezonátorem uspořádaného na polovodičové struktuře, který díky své konstrukci rezonuje a vytváří vysoké složky elektrického a magnetického pole způsobem, že tyto složky jsou použitelné a zpracovatelné známou technologií na bázi klasických polovodičů.
Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny fotovoltaickým elementem s rezonátorem zahrnujícím polovodičovou strukturu, jehož podstata spočívá vtom, že polovodičovou strukturu tvoří oblast bez elektromagnetického útlumu, jejíž horní plocha tvoří rovinu dopadu, a oblast s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny myšlenými hranicemi změn materiálových vlastností, přičemž minimálně jeden 2D-3D rezonátor je obklopen dielektrikem a je uspořádán v polovodičové struktuře, přičemž na oblast s elektromagnetickým útlumem, navazuje vztažná elektroda.
Pro vytvoření vysokých složek elektrického a magnetického pole je výhodné, když 2D-3D rezonátor tvoří dvě části, z nichž první 2D část tvoři transformační prvek upravený na ploše dopadu, sestávající z dvojice elektrod v podobě vodičů vzájemně do sebe uspořádaných, zatímco druhou 3D část tvoři dielektrikum a reflektor, který je uspořádán jednak uvnitř oblasti bez elektromagnetického útlumu a jednak uvnitř oblasti s elektromagnetickým útlumem, přičemž transformační prvek je dále uspořádán na dielektriku, na něž je s výhodou kolmo umístěn reflektor.
Je známo, ve kterém spektru slunečního zářeni je vysoká hustota toku výkonu elektromagnetické vlny (W/m2). Vynález se zaměřuje na tyto části slunečního spektra. Fotovoltaický element v podobě rezonátoru uspořádaného na polovodičové struktuře podle tohoto vynálezu se vyznačuje vysokou účinností přeměny světlené energie na elektrickou energii.
Výhodou nové konstrukce fotovoltaického elementu s polovodičovou strukturou je, že ji tvoři plošný a prostorový rezonátor (2D-3D rezonátor), který je součástí polovodičové struktury. Tato struktura negeneruje zpětnou elektromagnetickou vlnu šířící se směrem k dopadající elektromagnetické vlně pocházející ze zdroje, kterým je Slunce nebo jiný zdroj elektromagnetického zářeni. 2D-3D rezonátor je navržen tak, aby elektromagnetická vlna, která projde touto polovodičovou strukturou, nebyla zpětně odražena do 2D-3D rezonátoru, který je v této polovodičové struktuře vytvořen. Tím se chová jako nejlépe impedančně přizpůsobená anténa pro navržené kmitočtové spektrum.
Polovodičová struktura, na které je uspořádán 2D-3D rezonátor, má tyto základní části. Oblast bez elektromagnetického útlumu a oblast s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny rovinami změn materiálových vlastností, přičemž právě oblast s elektromagnetickým útlumem má za úkol potlačit odraženou vlnu. Minimálně jeden 2D-3D rezonátor je uspřádán na rovině dopadu, která je v tomto případě totožná s rovinou změny materiálových vlastnosti. Tyto části zabezpečují optimální zpracováni elektromagnetické vlny tak, aby nedošlo k odražené vlně směrem k 2D-3D rezonátoru. Za oblastí s elektromagnetickým útlumem, jež je ukončena rovinou změny materiálových vlastnosti, je uspořádána vztažná elektroda.
Zanedbatelné není, že fotovoltaický element s rezonátorem uspořádaným na polovodičové struktuře nevyužívá polovodičovou strukturu k tomu, aby byl generován elektrický náboj, nýbrž vlastnosti této struktury jsou využity k nastavení vhodných podmínek pro dopad a transformaci elektromagnetické vlny na stacionární formu elektromagnetického pole.
Další výhodou je, že dotační materiál způsobí v materiálu polovodivé struktury zvýšenou vodivost gama [S/m], Polovodičová struktura je nastavena tak, že vodivost se zvyšuje v oblasti s elektromagnetickým útlumem směrem k vztažné elektrodě. Díky tomu se prvky fotovoltaického elementu uspořádané na polovodivé struktuře chovají tak, že vytvoří širokou rezonanční křivku, obr. 10, a tudíž lze pomocí výrazně nižšího množství typů laděných polovodičových struktur v celku navržené struktury obsáhnout požadované frekvenční spektrum dopadající elektromagnetické vlny na rozdíl od případu, ve kterém by se polovodivý materiál takto neupravoval, viz obr. 9.
Popisované technické řešení podle tohoto vynálezu umožňuje přizpůsobit jednotlivé fotovoltaické elementy ve výsledné struktuře podmínkám hustoty dopadajícího elektromagnetického zářeni v místě jejich aplikace. To vede v důsledku k využití (vytěžení) maxima dopadajícího elektromagnetického záření a jeho následné změny na požadovanou formu umožňující její další využiti, např. jako zdroje elektrické energie nebo generátoru. Navržené fotovoltaické elementy s rezonátory se známým způsobem osazují do panelů, jejichž vzájemné spojení tvoří fotovoltaické pole.
Přehled obrázků na výkrese
Podstata vynálezu bude osvětlena pomocí výkresů, kde obr. 1 znázorňuje základní konfiguraci fotovoltaického elementu s 2D-3D rezonátorem, obr. 2 znázorňuje příkladné provedení fotovoltaického elementu opatřeného soustavou 2D-3D rezonátorů a spojovacích prvků uspořádaných na polovodičové struktuře, obr. 3 znázorňuje schematický pohled na 2D - 3D rezonátor a uspořádaný na polovodičové struktuře, obr. 4 znázorňuje uspořádání 2D-3D rezonátorů a reflektoru, obr. 5 znázorňuje částečné prostorové uspořádání 2D-3D rezonátorů v oblasti dielektrika a reflektoru v polovodičové struktuře fotovoltaického elementu, obr. 6a znázorňuje axonometrický pohled na rezonátor, tvořený reflektorem, nad kterým je uspořádáno dielektrikum s transformačním prvkem, obr. 6b znázorňuje boční pohled na rezonátor, obr. 7a znázorňuje připojení transformačního prvku s nelineárním prvkem v propustném směru, obr. 7b znázorňuje připojení transformačního prvku s nelineárním prvkem v nepropustném směru, obr. 8 znázorňuje zapojení rezonančního obvodu, jenž je tvořen fotovoltaickým elementem a navazující elektronikou, obr. 9 znázorňuje rezonanční křivku klasického rezonátorů a obr. 10 znázorňuje rezonanční křivku navrhovaného rezonátorů.
Příkladné provedení vynálezu
Princip konstrukce fotovoltaického elementu s rezonátorem uspořádaným na polovodičové struktuře bude dále objasněn, nikoliv však omezen v následujících příkladech.
Základní provedení fotovoltaického elementu s 2D-3D rezonátorem uspořádaného na polovodičové struktuře, je znázorněno na obr. 1. Fotovoltaický element v této podobě zahrnuje polovodičovou strukturu 5, která má dvě části. Tyto dvě části tvoří oblast 5a bez elektromagnetického útlumu a oblast 5b s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny virtuálními-myšlenými hranicemi 6 změn materiálových vlastností. Polovodičová struktura 5 dále zahrnuje minimálně jeden 2D-3D rezonátor 4, který je uspřádán na rovině 3 dopadu, která je v tomto případě totožná s hranicí 6 změny materiálových vlastností. Za oblastí 5b s elektromagnetickým útlumem, jež je z obou stran ohraničena hranicí 6 změny materiálových vlastností, je uspořádána vztažná elektroda 11.
Vlastní 2D-3D rezonátor 4 je znázorněn na obr. 4, obr. 6a a obr. 6b. 2D-3D rezonátor 4 v této podobě sestává z transformačního prvku 8, a reflektoru 7, mezi kterými je uspořádáno dielektrikum 10, například izolant, přičemž transformační prvek 8 tvoří dvojice elektrod v podobě vodičů vzájemně do sebe uspořádaných obklopených dielektrikem 10. Přitom transformační prvek 8 je uspořádán na dielektriku 10, na něž je kolmo umístěn reflektor 7. Uspořádání dielektrika 10 v polovodičové struktuře je znázorněno na obr. 5. 2D-3D rezonátor vytváří elektrický proud nebo napětí, které je pomocí nelineárního prvku 15 dále přivedeno na přípojný prvek 16, jak je patrno z obr. 7a a 7b, kde jsou znázorněny oba typy polarizace nelineárního prvku 15.
Elektrické náhradní schéma fotovoltaického elementu je znázorněno na obr. 8. Jedná se principiálně o jedno (dvojcestný) usměrňovači člen, tvarovací obvod nebo filtr signálu. Je to všeobecně známé zapojení. Zdroj 19 střídavého proudu nebo napětí vyvolaných indukcí z elektromagnetické vlny je paralelně zapojen k prvnímu kapacitoru 18 a induktoru 14, které v zapojení představuje kondenzátor a cívka. Vytváří tak laděný střídavý obvod, který je pro vlastnosti a parametry dopadající elektromagnetické vlny naladěn a rezonuje. Nelineárním prvkem 15 je tvarován signál na rezonančním obvodu a je dále filtrován (usměrňován) na tvar dále využitelný, je připojen ke druhému kapacitoru 17, který v zapojení představuje kondenzátor. V zapojení jsou označeny přípojné prvky 16, na kterých je elektrické napětí +U, -U. Pokud bychom na tyto přípojné prvky 16, například svorky připojili zvolenou elektrickou zátěž 13 v podobě impedance Z, dojde ke změně rezonančního obvodu a rezonátor může natolik změnit svoje vlastnosti, že nebude ve vhodném rezonančním stavu (režimu). Proto je před elektrickou zátěž 13 zařazeno zařízení 12, které způsobí při jakémkoliv zatížení jeho výstupu elektrickou impedancí Z to, že na vstupu rezonátor s nelineárním prvkem 15 a druhým kapacitorem 17 zatěžuje stále jediná hodnota impedance Zi, která nezmění nastavený režim rezonátoru.
Funkce fotovoltaického elementu, který zahrnuje 2D-3D rezonátor 4 uspořádaný na polovodičové struktuře 5 je následující. Elektromagnetická vlna 1 v rozsahu vlnové délky 100 nm až 100000 nm dopadá v místě dopadu 2 vlny na rovinu 3 dopadu navrženého fotovoltaického elementu. 2D-3D rezonátor 4 je periodicky opakován, jak je znázorněno na obr. 1 a obr. 2. V rovině 3 dopadu fotovoltaického elementu je upořádáno uskupení alespoň jednoho 2D-3D rezonátoru 4. Přitom tento rezonátor může pracovat (plnit svou funkci) samostatné anebo je možné rezonátory vzájemně spojovat a vytvářet tak pole fotovoltaickým elementů. Tyto elementy jsou v rovině dopadu 3 paralelně nebo sériově zapojeny, přičemž jako výhodné se jeví uskupení nejméně dvou 2D-3D rezonátorů 4 na jednom fotovoltaickém elementu, které jsou vzájemně propojeny pomocí spojovacího prvku 9.
Elektromagnetická vlna 1 dopadne v místě dopadu 2 na rovinu 3 dopadu. Zde se složky elektrické a magnetické elektromagnetické vlny 1, díky navrženému tvaru reflektoru 7, kterým může být tenká vrstva, kvádr, jehlan, kužel, toroid, sféra jejich kombinace, části nebo průniky, přičemž povrch reflektoru 7 může tvořit vrstva dielektrického materiálu nebo kovu anebo jejich kombinace a tvarová rozmanitost, jenž je součástí 2D-3D rezonátoru 4, rozloží a vytvoří maxima intenzit elektrického a magnetického pole. Aby se tato maxima intenzit při spojení periodicky se opakujících 2D-3D rezonátorů 4 aritmeticky sčítala (superponovala), jsou rezonátory spojeny spojovacím prvkem 9, jak je znázorněno například na obr. 2. Na tomto obrázku je příklad navrženého fotovoltaického elementu s 2D-3D rezonátorem uspořádaného na polovodičové struktuře 5, kde v místě roviny 3 dopadu jsou uspořádány dva 2D-3D rezonátory 4, jež se periodicky opakují na dalších polovodičových strukturách 5, přičemž tyto 2D-3D rezonátory 4 jsou vzájemně spojeny spojovacími prvky 9.
Příkladné provedení fotovoltaického elementu s 2D-3D rezonátorem 4 uspořádaného na polovodičové struktuře je znázorněno na obr. 3. 2D-3D rezonátor 4 v tomto provedení je uspořádán na polovodičové struktuře 5. Tuto tvoří dvě částí. Oblast 5a bez elektromagnetického útlumu a oblast 5b s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny virtuálními hranicemi 6 změn materiálových vlastností. Vzájemné uspořádání jednotlivých částí fotovoltaického elementu znázorňuje obr. 4. 2D-3D rezonátor 4 sestává z transformačního prvku 8, jenž tvoří dvojice elektrod v podobě vodičů vzájemně do sebe uspořádaných a reflektoru 7 a dielektrika 10. 2D-3D rezonátor 4 je dále zabudován do polovodičové struktury 5 má navrženou geometrii způsobem závislým na vlnové délce dopadající elektromagnetické vlny a to tak, že tloušťka polovodičové struktury 5 bude minimálně % vlnové délky nejnižší frekvence dopadajícího elektromagnetického zářeni, který zaručí výslednou rezonanční charakteristiku podle obr. 10.
Elektromagnetická vlna po dopadu na rovinu dopadu 3 prostupuje polovodičovou strukturou 5, na jejímž povrchu v místě roviny 3 dopadu je upravena část 2D rezonátoru 4, zatímco jeho 3D část zasahuje do polovodičové struktury 5, jak je zobrazeno na obr. 3 nebo obr. 4. Polovodičová struktura 5 slouží k nastavení podmínek maxim elektrické a magnetické složky v rovině 3 dopadu elektromagnetické vlny, přičemž polovodičová struktura 5 je tvořena oblastí 5a bez elektromagnetického útlumu, která je určena k tomu, aby postupující elektromagnetická vlna na polovodičové struktuře 5 navázala a vytvořila rezonanční oblast s maximem rezonance na rovině 3 dopadu. Oblast 5b s elektromagnetickým útlumem slouží k pozvolnému útlumu postupující elektromagnetické vlny, která postupuje ve směru od roviny 3 dopadu do vnitřních struktur polovodičové struktury 5 a způsobí stav, ve kterém dojde k minimálnímu odrazu postupné vlny od elektrody 11 zpět do polovodičově struktury 5b a 5a. Oblast 5b s elektromagnetickým útlumem má úkol zamezit elektromagnetické vlně na konci polovodičové struktury 5 v jejím odrazu zpět a vzniku tak stojaté elektromagnetické vlny. Rozměry oblasti 5a bez elektromagnetického útlumu a oblasti 5b s elektromagnetickým útlumem jsou voleny tak, že jsou minimálně rovny nebo větší čtvrtině vlnové délky dopadající elektromagnetické vinyl, například obě vrstvy vykazují tloušťku 10pm.
Tím, že se dosáhne rezonančního stavu, dojde u jednoho fotovoltaického elementu k násobnému zvětšení amplitud původní dopadající elektromagnetické vlny a pro uvažovanou vlnovou délku elektromagnetické vlny 1 dopadající na rovinu 3 dopadu polovodičové struktury 5 lze dosáhnout elektrického napětí využitelného pro další zpracování elektronickými obvody 12 pro řízení výkonu a režimu navržené periodické struktury pro harvesting (vytěžení energie).
Materiálem vodivých cest vytvořených na rovině 3 dopadu, na níž je upravena část 2D rezonátoru 4, jenž tvoří transformační prvek 8, materiál spojovacího prvku 9, a materiál nelineárního prvku 15 je velmi kvalitní vodič. Oblast 5a bez elektromagnetického útlumu je tvořena kombinací dielektrika 10 a vodivého a/nebo polovodivého materiálu. Oblasti 5b s elektromagnetickým útlumem je tvořena materiálem měnícím elektrickou měrnou vodivost, a to takovým způsobem, že směrem od roviny 3 dopadu elektromagnetické vlny 1 se měrná vodivost zvyšuje. Měrná vodivost s jednotkou v soustavě Sl (S/m) je v oblasti 5b s elektromagnetickým útlumem nastavena tak, aby koeficient stojatých vln byl menší než 0.5 z intervalu <0,1 >.
Navržená polovodičová struktura 5 fotovoltaického elementu pracuje v rezonačním stavu, což je výhodné k tomu, že na rezonátoru 4 lze získat násobné (21000) hodnoty amplitudy elektrické složky dopadající elektromagnetické vlny 1. Navržené periodické uspořádáni dovoluje pracovat v rezonančním režimu pro frekvence fse změnou frekvence Af. Je možné dosáhnout parametr Af/fv intervalu 0.5 až 1.5.
Klasické řešení pomocí antén, standardních rezonančních obvodů většinou dosahuje poměru pouze Af/f v intervalu 0.9 až 1.1. Navržené řešení díky absorpčním vlastnostem oblasti 5b s elektromagnetickým útlumem a rozměrům vzhledem k vlnové délce dosahuje uvedeného poměru Δ/7ί Toho se s výhodou může použít k navržení optimální polovodičové struktury 5 a blížit se ideálnímu stavu 100% výtěžnosti převodu elektromagnetické vlny 1_ dopadající na elementy na napětí generátoru.
Nezbytným zařízením k tomu, aby minimálně základní prvek byl využit jako zdroj elektrické energie, je připojení elektronického vnějšího obvodu 12, který umožňuje, že při jakémkoliv zatížení (impedance zátěže Z 13 nabývá hodnot z intervalu 0 až « Ohmů) na výstupu obvodu 12 se na vstupu obvodu 12 neprojeví změna elektrické zátěže Zi. Tím zůstane základní prvek nebo skupina prvků v rezonančním stavu.
Průmyslová využitelnost
Popsaný fotovoltaický element lze využít jako vytěžovač (harvester) nebo generátor elektrické energie nebo senzor nebo nelineární převodník.
«»· ···
2_ολλ -LZ.
PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (4)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Fotovoltaický element zahrnující rezonátor uspořádaný na polovodičové struktuře (5), vyznačující se tím, že polovodičovou strukturu (5) tvoří oblast (5a) bez elektromagnetického útlumu, jejíž horní plocha tvoří rovinu dopadu (3), a oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny myšlenými hranicemi (6) změn materiálových vlastností, přičemž minimálně jeden 2D-3D rezonátor (4) je obklopen dielektrikem (10) a je uspořádán v polovodičové struktuře (5), přičemž na oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem, navazuje vztažná elektroda (11).
  2. 2. Fotovoltaický element zahrnující rezonátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že 2D-3D rezonátor (4) tvoří dvě části, z nichž první 2D část tvoří transformační prvek (8) upravený na rovině (3) dopadu, sestávající z dvojice elektrod v podobě vodičů vzájemně do sebe uspořádaných, zatímco druhou 3D část tvoří dielektrikum (10) a dále reflektor (7), který je uspořádán, jednak uvnitř oblasti (5a) bez elektromagnetického útlumu a jednak uvnitř oblasti (5b) s elektromagnetickým útlumem, přičemž transformační prvek (8) je umístěn na dielektriku (10), k němuž je přiřazen reflektor (7).
  3. 3. Fotovoltaický element zahrnující rezonátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že reflektor (7) je vůči dielektriku (10) uspořádán kolmo.
  4. 4. Fotovoltaický element zahrnující rezonátor podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem vykazuje směrem k vztažné elektrodě (11) zvýšenou vodivost gama [S/m] oproti oblasti (5a) bez elektromagnetického útlumu.
CZ20110042A 2011-01-27 2011-01-27 Fotovoltaický element zahrnující rezonátor CZ303866B6 (cs)

Priority Applications (34)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20110042A CZ303866B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Fotovoltaický element zahrnující rezonátor
UAA201309770A UA110230C2 (en) 2011-01-27 2011-03-08 Photovoltaic element including a resonator
HRP20191487 HRP20191487T1 (hr) 2011-01-27 2011-08-03 Fotonaponski element s rezonatorom sa elektromagnetskim prigušenjem
PCT/CZ2011/000076 WO2012100758A1 (en) 2011-01-27 2011-08-03 A photovoltaic element with an included resonator
HUE11784576A HUE045948T2 (hu) 2011-01-27 2011-08-03 Fotovoltaikus elem elektromágneses csillapítással rendelkezõ rezonátorral
MX2013008470A MX2013008470A (es) 2011-01-27 2011-08-03 Un elemento fotovoltaico con un resonador incluido.
SG2013057435A SG192189A1 (en) 2011-01-27 2011-08-03 A photovoltaic element with an included resonator
BR112013018702A BR112013018702B8 (pt) 2011-01-27 2011-08-03 elemento fotovoltaico incluindo um ressonador disposto em uma estrutura semicondutora
DK11784576.8T DK2668717T3 (da) 2011-01-27 2011-08-03 Fotovoltaisk element med en resonator med elektromagnetisk daempning
LT11784576T LT2668717T (lt) 2011-01-27 2011-08-03 Fotoelektrinis elementas su rezonatoriumi ir elektromagnetiniu slopintuvu
PE2013001570A PE20141575A1 (es) 2011-01-27 2011-08-03 Un elemento fotovoltaico con un resonador incluido
EA201390986A EA026202B1 (ru) 2011-01-27 2011-08-03 Фотоэлектрический элемент с резонатором
EP11784576.8A EP2668717B1 (en) 2011-01-27 2011-08-03 Photovoltaic element with a resonator with electromagnetic damping
JP2013550755A JP6118268B2 (ja) 2011-01-27 2011-08-03 共振器を備える光起電要素
PT11784576T PT2668717T (pt) 2011-01-27 2011-08-03 Elemento fotovoltaico com um ressoador com amortecimento eletromagnético
RSP20191080 RS59235B1 (sr) 2011-01-27 2011-08-03 Fotonaponski element sa rezonatorom sa elektromagnetnim prigušenjem
ES11784576T ES2743504T3 (es) 2011-01-27 2011-08-03 Elemento fotovoltaico con un resonador con amortiguación electromagnética
AP2013006991A AP3824A (en) 2011-01-27 2011-08-03 A photovoltaic element with an included resonator
SI201131771T SI2668717T1 (sl) 2011-01-27 2011-08-03 Fotonapetostni element z resonatorjem z elektromagnetnim blaženjem
US13/981,881 US20140202532A9 (en) 2011-01-27 2011-08-03 Photovoltaic Element With An Included Resonator
MYPI2013002679A MY164299A (en) 2011-01-27 2011-08-03 A photovoltaic element with an included resonator
MA36138A MA34842B1 (fr) 2011-01-27 2011-08-03 Élément photovoltaïque incluant un résonateur
RS20130320A RS20130320A1 (sr) 2011-01-27 2011-08-03 Fotonaponski element sa rezonatorom
KR1020137022270A KR101812670B1 (ko) 2011-01-27 2011-08-03 함유된 공진기를 갖는 광전지 소자
PL11784576T PL2668717T3 (pl) 2011-01-27 2011-08-03 Element fotowoltaiczny z rezonatorem o tłumieniu elektromagnetycznym
CN201180066154.5A CN103477552B (zh) 2011-01-27 2011-08-03 具有内置谐振器的光伏元件
SM20190496T SMT201900496T1 (it) 2011-01-27 2011-08-03 Elemento fotovoltaico provvisto di un risonatore con smorzamento elettromagnetico
TNP2013000304A TN2013000304A1 (en) 2011-01-27 2013-07-19 A photovoltaic element with an included resonator
CO13174245A CO6751255A2 (es) 2011-01-27 2013-07-23 Un elemento fotovoltaico con un resonador incluido
CL2013002118A CL2013002118A1 (es) 2011-01-27 2013-07-24 Elemento fotovoltaico que incluye un resonador arreglado en una estructura semiconductora porque la estructura semiconductora se forma por la region sin amortiguamiento electromagnetico cuyo plano superior constituye el plano de incidencia, al menos un resonador 2d-3d y un electrodo relativo linda en la region con el amortiguamiento electromagnetico.
IL227661A IL227661B (en) 2011-01-27 2013-07-25 A photovaltaltaic element with an included resonator
US15/342,885 US10389020B2 (en) 2011-01-27 2016-11-03 Solar element comprising resonator for application in energetics
US15/367,407 US10396449B2 (en) 2011-01-27 2016-12-02 Photovoltaic element with an included resonator
CY20191100899T CY1122070T1 (el) 2011-01-27 2019-08-22 Φωτοβολταϊκο στοιχειο με εναν συντονιστη με ηλεκτρομαγνητικη αποσβεση

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20110042A CZ303866B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Fotovoltaický element zahrnující rezonátor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ201142A3 true CZ201142A3 (cs) 2012-08-08
CZ303866B6 CZ303866B6 (cs) 2013-06-05

Family

ID=44993423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20110042A CZ303866B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Fotovoltaický element zahrnující rezonátor

Country Status (31)

Country Link
US (1) US20140202532A9 (cs)
EP (1) EP2668717B1 (cs)
JP (1) JP6118268B2 (cs)
KR (1) KR101812670B1 (cs)
CN (1) CN103477552B (cs)
AP (1) AP3824A (cs)
BR (1) BR112013018702B8 (cs)
CL (1) CL2013002118A1 (cs)
CO (1) CO6751255A2 (cs)
CY (1) CY1122070T1 (cs)
CZ (1) CZ303866B6 (cs)
DK (1) DK2668717T3 (cs)
EA (1) EA026202B1 (cs)
ES (1) ES2743504T3 (cs)
HR (1) HRP20191487T1 (cs)
HU (1) HUE045948T2 (cs)
IL (1) IL227661B (cs)
LT (1) LT2668717T (cs)
MA (1) MA34842B1 (cs)
MX (1) MX2013008470A (cs)
MY (1) MY164299A (cs)
PE (1) PE20141575A1 (cs)
PL (1) PL2668717T3 (cs)
PT (1) PT2668717T (cs)
RS (2) RS20130320A1 (cs)
SG (1) SG192189A1 (cs)
SI (1) SI2668717T1 (cs)
SM (1) SMT201900496T1 (cs)
TN (1) TN2013000304A1 (cs)
UA (1) UA110230C2 (cs)
WO (1) WO2012100758A1 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309259B6 (cs) * 2012-09-14 2022-06-29 Vysoké Učení Technické V Brně Fotovoltaický systém zahrnující elementární rezonátor pro využití v energetice

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10389020B2 (en) 2011-01-27 2019-08-20 Vysoke Uceni Technicke V Brne Solar element comprising resonator for application in energetics
US10396449B2 (en) 2011-01-27 2019-08-27 Vysoke Uceni Technicke V Brne Photovoltaic element with an included resonator
AU2016277740A1 (en) * 2011-08-03 2017-02-02 Vysoke Uceni Technicke V Brne A photovoltaic element with an included resonator
WO2016050723A1 (de) * 2014-09-30 2016-04-07 E-Gen Gmbh Vorrichtung mit einem schwingkreis, verwendung einer solchen vorrichtung in einem strahlungsfeld sowie verfahren zum betreiben einer solchen vorrichtung in einem strahlungsfeld

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19614774C2 (de) * 1996-04-03 2000-01-13 Joachim Sukmanowski Reflektorvorrichtung und ihre Verwendung in Dünnschicht-Solarzellen
JP2001127325A (ja) * 1999-10-29 2001-05-11 Meiden Shoji:Kk 電池のエネルギー増大方法並びにエネルギー増大装置及び高エネルギー電池
US7405866B2 (en) * 2004-11-19 2008-07-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composite material with controllable resonant cells
US7492329B2 (en) * 2006-10-12 2009-02-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composite material with chirped resonant cells
US8885987B2 (en) * 2007-09-06 2014-11-11 Quantum Semiconductor Llc Photonic via waveguide for pixel arrays
US8071931B2 (en) * 2007-11-13 2011-12-06 Battelle Energy Alliance, Llc Structures, systems and methods for harvesting energy from electromagnetic radiation
EP2225779A2 (en) * 2007-12-21 2010-09-08 QUALCOMM MEMS Technologies, Inc. Multijunction photovoltaic cells
WO2010087785A1 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Agency For Science, Technology And Research Thin film solar cell structure

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ309259B6 (cs) * 2012-09-14 2022-06-29 Vysoké Učení Technické V Brně Fotovoltaický systém zahrnující elementární rezonátor pro využití v energetice

Also Published As

Publication number Publication date
EA026202B1 (ru) 2017-03-31
MY164299A (en) 2017-12-15
WO2012100758A1 (en) 2012-08-02
CL2013002118A1 (es) 2014-10-03
IL227661B (en) 2019-09-26
CY1122070T1 (el) 2020-11-25
AP2013006991A0 (en) 2013-07-31
HRP20191487T1 (hr) 2019-11-15
PL2668717T3 (pl) 2019-11-29
ES2743504T3 (es) 2020-02-19
RS59235B1 (sr) 2019-10-31
SG192189A1 (en) 2013-08-30
CO6751255A2 (es) 2013-09-16
PE20141575A1 (es) 2014-10-24
CZ303866B6 (cs) 2013-06-05
BR112013018702B1 (pt) 2021-06-01
DK2668717T3 (da) 2019-08-19
CN103477552A (zh) 2013-12-25
JP2014506749A (ja) 2014-03-17
EP2668717A1 (en) 2013-12-04
US20140202532A9 (en) 2014-07-24
EA201390986A1 (ru) 2013-12-30
KR20140027098A (ko) 2014-03-06
PT2668717T (pt) 2019-09-10
SI2668717T1 (sl) 2019-10-30
TN2013000304A1 (en) 2015-01-20
AP3824A (en) 2016-09-30
JP6118268B2 (ja) 2017-04-26
CN103477552B (zh) 2016-04-06
HUE045948T2 (hu) 2020-02-28
MX2013008470A (es) 2013-11-01
BR112013018702B8 (pt) 2021-06-29
RS20130320A1 (sr) 2014-02-28
BR112013018702A2 (pt) 2016-10-25
MA34842B1 (fr) 2014-01-02
SMT201900496T1 (it) 2019-11-13
LT2668717T (lt) 2019-10-25
UA110230C2 (en) 2015-12-10
KR101812670B1 (ko) 2018-01-30
IL227661A0 (en) 2013-09-30
EP2668717B1 (en) 2019-05-22
US20130312830A1 (en) 2013-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8283619B2 (en) Energy harvesting devices for harvesting energy from terahertz electromagnetic radiation
AU2017258961B2 (en) System for transforming energy of solar electromagnetic radiation into electric energy
CZ201142A3 (cs) Fotovoltaický element zahrnující rezonátor
Sabaawi et al. Infra-red nano-antennas for solar energy collection
US10389020B2 (en) Solar element comprising resonator for application in energetics
US10396449B2 (en) Photovoltaic element with an included resonator
OA16494A (en) A photovoltaic element with an included resonator.
HK1208762B (en) A solar element comprising resonator for application in energetics
AU2011357294A1 (en) A photovoltaic element with an included resonator
OA17890A (en) A solar element comprising resonator for application in energetics.
SENNOUNI et al. Circular polarized C-band rectenna design for enhanced RF power harvesting