DE112012003118T5

DE112012003118T5 - Aktive Kühlung für eine Konzentrator-Photovoltaik-Zelle

Info

Publication number: DE112012003118T5
Application number: DE112012003118.0T
Authority: DE
Inventors: Rainer Krause; Bruno Ghyselen
Original assignee: Soitec SA
Current assignee: Saint Augustin Canada Electric Inc
Priority date: 2011-07-26
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2014-04-24
Also published as: FR2978616B1; KR20190041547A; TWI532307B; US20180183359A1; US10014803B2; KR102089673B1; US10778121B2; KR20200029626A; CN103718315A; KR20140051985A; FR2978616A1; CN103718315B; US20140144486A1; KR102172777B1; TW201315132A; WO2013014511A1

Abstract

Eine Vorrichtung (1000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme, umfassend Schalteinrichtungen (1200), die gestaltet sind, ein magnetisches Feld von einem ersten Bereich zu mindestens einem zweiten Bereich zu leiten, wenn die Temperatur der Schalteinrichtungen (1200) eine vorgegebene Temperatur überschreitet.

Description

In den letzten Jahren hat die Entwicklung erneuerbarer Energien zugenommen, da Sorgen über die Verfügbarkeit fossiler Energiequellen sowie Sorgen über die Umwelt bestehen. Unter den verschiedenen Arten erneuerbarer Energiequellen ist die Solarenergie am reichlichsten vorhanden. Folglich wurden intensive Forschungen unternommen, wie Solarenergie gesammelt und in Elektrizität umgewandelt werden kann. Unter den verschiedenen vorgeschlagenen Techniken sind photovoltaische Zellen (PV-Zellen) in der Technik wohlbekannt und wurden erheblich weiterentwickelt, um ihren Wirkungsgrad zu vergrößern und ihre Kosten zu verringern.
Insbesondere ist es bekannt, dass Konzentrator-Photovoltaik-(CPV)-Zellen preiswerter herzustellen sind als ein Standard-Photovoltaik-System, das dieselbe Leistung liefert. Das liegt daran, dass bei Konzentrator-Photovoltaik-Zellen Linsen benutzt werden, um das Sonnenlicht auf einer PV-Oberfläche zu fokussieren, die wegen der Konzentration des Lichtes kleiner ist. Folglich werden die Fläche und das benötigte Material verringert.
Bei hohen Konzentrationsverhältnissen des Sonnenlichts, zum Beispiel mehr als 500-fach, ist eine Kühlung der Photovoltaik-Zelle erforderlich. Das beruht auf der Tatsache, dass PV-Zellen bei höheren Temperaturen einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen und darauf, dass die Möglichkeit besteht, dass die PV-Zellen durch sehr hohe Temperaturen zerstört werden.
Um die PV-Zellen zu kühlen, wird passive Kühlung, wie etwa ein Kühlkörper, kompliziert und daher teuer. Als Alternative ist bekannt, eine aktive Kühlung zu benutzen, bei der ein Medium wie Wasser oder Öl zum Kühlen der Zelle benutzt wird. Bei dieser Lösung wird das Kühlmedium erhitzt und entweder direkt benutzt, zum Beispiel als heißes Wasser, oder dazu benutzt, einen Generator zur Stromerzeugung zu betreiben. Im letzteren Fall ist der Wirkungsgrad des Prozesses zur Stromerzeugung ziemlich klein.
Spezieller kann eine typische CPV-Zelle eine Größe zwischen 0,25 cm² und 1 cm² aufweisen. Nimmt man ein Konzentrationsverhältnis von 500 an, kann abgeschätzt werden, dass ungefähr 5 bis 18 Watt als Wärme vergeudet werden. Dies liegt ungefähr in derselben Größenordnung wie die Energie, die von der CPV-Zelle in Elektrizität umgewandelt wird.
Folglich wäre es eine Verbesserung des Standes der Technik von Konzentrator-Photovoltaik-Zellen, wenn die erzeugte Wärme mit Hilfe eines sehr effizienten Prozesses in Elektrizität umgewandelt werden könnte.
Ein solches Problem wird durch die Erfindung gelöst wie durch die unabhängigen Ansprüche definiert.
Spezieller kann die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme zur Gewinnung von Elektrizität betreffen, umfassend: Schalteinrichtungen, die gestaltet sind, ein magnetisches Feld von einem ersten Bereich zu mindestens einem zweiten Bereich zu leiten, wenn die Temperatur des Schaltmittels eine vorgegebene Temperatur überschreitet.
Dank einer solchen Lösung ist eine Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme in der Lage, Wärme auf effiziente Art und Weise in Elektrizität umzuwandeln.
In manchen Ausführungsformen, kann die Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme ferner umfassen: magnetische Einrichtungen zum Erzeugen des Magnetfeldes; eine Einrichtung zum Leiten des magnetischen Flusses, die gestaltet ist, einen magnetischen Fluss zu leiten, der durch das Schalten der Schalteinrichtung erzeugt wird; und Einrichtungen zum Erzeugen von Elektrizität, die gestaltet sind, aus dem magnetischen Fluss Elektrizität zu erzeugen.
Dank einer solchen Lösung ist eine Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme in der Lage, mit einem einfachen Design Wärme in Elektrizität umzuwandeln.
In manchen Ausführungsformen kann eine erste Seite der Einrichtung zum Leiten des magnetischen Flusses mit einem Pol der magnetischen Einrichtung verbunden sein, und die Schalteinrichtung kann zwischen einer zweiten Seite der Einrichtung zum Leiten des magnetischen Flusses und dem anderen Pol der magnetischen Einrichtung angeordnet sein.
Dank einer solchen Lösung kann das Magnetfeld einen magnetischen Fluss erzeugen, der durch die Einrichtung zum Leiten des magnetischen Flusses fließt.
In manchen Ausführungsformen kann die Schalteinrichtung ein Schalter aus einer magnetischen Legierung sein.
Dank einer solchen Lösung kann der Schalter den Durchfluss des magnetischen Feldes erlauben oder verhindern.
In manchen Ausführungsformen kann die Einrichtung zum Erzeugen von Elektrizität eine Spule umfassen, die um die die Einrichtung zum Leiten des magnetischen Flusses gewickelt ist.
Dank einer solchen Lösung kann aus dem magnetischen Fluss Elektrizität erzeugt werden.
In manchen Ausführungsformen kann die Einrichtung zum Leiten des magnetischen Flusses eine vom Eisen-Typ oder eine ferromagnetische Legierung, wie etwa Fe oder Fe-P oder FeSi oder Ni/Fe 45/55 sein.
Dank einer solchen Lösung kann der magnetische Fluss effizient geleitet werden.
In manchen Ausführungsformen kann die magnetische Einrichtung eine beliebige aus SmCo₅, Sm₂Co₁₅, Nd₂Fe₁₄B oder Ba-Ferriten sein.
Dank einer solchen Lösung kann das Magnetfeld effizient realisiert werden.
In manchen Ausführungsformen kann die Schalteinrichtung aus Gd₅(Si_xGe_1-x)₄ hergestellt sein.
Dank einer solchen Lösung kann das Schalten des magnetischen Flusses auf effiziente Art und Weise realisiert werden.
Die vorliegende Erfindung kann ferner ein System zur Nutzung nicht genutzter Wärme betreffen, umfassend: mindestens zwei Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einer beliebigen der vorherigen Ausführungsformen, wobei jede der mindestens zwei Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Vorrichtungs-Leistungs-Ausgang enthält, um durch die Einrichtung zur Erzeugung von Elektrizität erzeugte Elektrizität auszugeben.
Dank einer solchen Lösung können mehrere Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme zusammen arbeiten.
In manchen Ausführungsformen können die mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sein.
Dank einer solchen Lösung können mehrere Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme, die mit derselben Frequenz arbeiten, zusammen arbeiten.
In manchen Ausführungsformen kann die Verbindung der mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge mit einem AC/DC-Wandler verbunden sein, und der Ausgang des AC/DC-Wandlers kann mit einem Leistungs-Ausgang des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden sein.
Dank einer solchen Lösung kann der Leistungs-Ausgang des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme mit einem zweiten Leistungs-Ausgang eines gleichen Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden sein.
In manchen Ausführungsformen kann die Verbindung der mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge mit einem AC/AC-Wandler verbunden sein, und der Ausgang des AC/AC-Wandlers kann mit einem Leistungs-Ausgang des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden sein.
Dank einer solchen Lösung kann der Leistungs-Ausgang des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme mit einem zweiten Leistungs-Ausgang eines gleichen Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden sein. In manchen Ausführungsformen kann jeder der mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge mit einem AC/DC-Wandler verbunden sein.
Dank einer solchen Lösung können mehrere Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme, die nicht mit derselben Frequenz arbeiten, zusammen arbeiten.
In manchen Ausführungsformen können die Ausgänge der AC/DC-Wandler zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sein, und die resultierende Verbindung kann mit einem Leistungs-Ausgang des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden sein.
Dank einer solchen Lösung können mehrere Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme, die nicht mit derselben Frequenz arbeiten, zusammen arbeiten.
In manchen Ausführungsformen kann jeder der mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge mit einem AC/AC-Wandler verbunden sein.
Dank einer solchen Lösung können mehrere Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme, die nicht mit derselben Frequenz arbeiten, zusammen arbeiten.
In manchen Ausführungsformen können die Ausgänge der AC/AC-Wandler zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sein, und die resultierende Verbindung kann mit einem Leistungs-Ausgang des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden sein.
Dank einer solchen Lösung können mehrere Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme, die nicht mit derselben Frequenz arbeiten, zusammen arbeiten.
Die vorliegende Erfindung kann ferner ein modulares System zur Nutzung nicht genutzter Wärme betreffen, umfassend mindestens zwei Systeme zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einer beliebigen der vorherigen Ausführungsformen.
Die vorliegende Erfindung kann ferner eine Photovoltaik-Zelle betreffen, umfassend eine Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme und/oder ein System zur Nutzung nicht genutzter Wärme und/oder ein modulares System zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einer beliebigen der vorherigen Ausführungsformen.
Dank einer solchen Lösung kann Wärme, die durch das Sonnenlicht auf der Photovoltaik-Zelle erzeugt wird, effizient in Elektrizität umgewandelt werden.
Die vorliegende Erfindung kann ferner ein Solarmodul betreffen, umfassend eine Vielzahl von Photovoltaik-Solarzellen, insbesondere Konzentrator-Photovoltaik-Zellen, ferner umfassend mindestens eine Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme, die gestaltet ist, Wärme in Elektrizität umzuwandeln, so gestaltet und angeordnet, dass mindestens eine der Photovoltaik-Solarzellen außerdem durch die Umwandlung von Wärme in Elektrizität gekühlt wird.
Dank einer solchen Lösung kann das Solarmodul effizient arbeiten, weil die Zellen gekühlt werden, und zusätzlich kann die erzeugte Wärme in Elektrizität umgewandelt werden.
Die vorliegende Erfindung kann ferner ein Verfahren zur Realisierung einer Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme betreffen, das folgende Schritte umfasst: einen ersten Abscheidungs-Schritt des Abscheidens einer Metallschicht auf einem Substrat; einen zweiten Abscheidungs-Schritt des Abscheidens einer magnetischen Legierung auf dem Substrat; einen dritten Abscheidungs-Schritt des Abscheidens eines ferromagnetischen Kristallkeim-Materials auf dem Substrat; einen vierten Abscheidungs-Schritt des Abscheidens einer Metallschicht auf dem Substrat; und einen fünften Abscheidungs-Schritt des Abscheidens eines magnetischen Materials auf dem Substrat.
Dank einer solchen Lösung ist es möglich, eine Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme mit einer verringerten Anzahl von Schritten und mit einer zur Herstellung von Photovoltaik-Zellen kompatiblen Technologie zu realisieren.
Die Erfindung wird nachfolgend als Beispiel unter Verwendung vorteilhafter Ausführungsformen und mit Bezug auf die Zeichnung genauer beschrieben. Die beschriebenen Ausführungsformen sind nur mögliche Konfigurationen, bei denen die einzelnen Merkmale jedoch wie oben beschrieben unabhängig voneinander realisiert oder weggelassen sein können. In der Zeichnung dargestellte gleiche Elemente werden mit gleichen Referenzsignalen vorgesehen. Teile der Beschreibung, die in verschiedenen Zeichnungen dargestellte gleiche Elemente betreffen, können weggelassen sein. Es zeigen:
1a eine schematische Zeichnung einer Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1b eine schematische Zeichnung des Betriebs der Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme aus 1a;
Die 2 bis 7 schematische Zeichnungen eines Verfahrens zur Realisierung einer Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme aus 1a;
Die 8a und 8b schematische Zeichnungen einer Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
9a eine schematische Zeichnung eines Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die 9b, 10a, 10b und 11 schematische Zeichnungen eines modularen Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme gemäß weiterer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1a zu sehen ist, umfasst eine Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Magneten 1100 mit einem Südpol 1101 und einem Nordpol 1102, einen Ferromagneten 1400, einen Schalter 1200 und eine Spule 1300. Die beiden Enden der Spule 1300 dienen als Leistungs-Ausgang 1500 der Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme.
Wie in 1b zu sehen ist, wird wenn der Schalter 1200 aus der offenen Position in 1a in die geschlossene Position in 1b schaltet, durch das Magnetfeld des Magneten 1500, das durch den Ferromagneten 1400 umgeleitet wird, ein magnetischer Fluss Φ 1600 erzeugt. Der magnetische Fluss 1600 induziert einen Strom A 1700 in der Spule 1300. Der Strom 1700 kann zum Beispiel am Leistungs-Ausgang 1500 gesammelt werden, um eine Last 1900 zu versorgen, was zu einem Spannungsabfall V 1800 führt.
Mit anderen Worten wird das Magnetfeld durch den Schalter 1200 aus einem ersten Bereich außerhalb der Spule 1300 in einen zweiten Bereich innerhalb der Spule 1300 geleitet.
Symmetrisch wird, wenn der Schalter aus der geschlossenen Position in 1b in die geöffnete Position in 1a geschaltet wird, ein entgegengesetzter magnetischer Fluss erzeugt, was zu einem entgegengesetzten induzierten Strom führt. Folglich wird durch das Öffnen und Schließen des Schalters 1200 am Leistungs-Ausgang 1500 ein Wechselstrom erzeugt.
Spezieller ist der Schalter 1200 eine magnetische Schalter-Legierung, die abhängig von ihrer Temperatur ein- und ausschaltet. Die Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme ist in thermischem Kontakt zu einer CPV-Zelle angeordnet. Wenn die CPV-Zelle Sonnenlicht ausgesetzt ist, wird ihre Temperatur ansteigen. Wenn die Temperatur über eine erste vorgegebene Temperatur ansteigt, schließt der Schalter 1200. Dies bewirkt, dass die Temperatur fällt. Wenn die Temperatur unter eine zweite vorgegebene Temperatur fällt, öffnet der Schalter. Nach einer bestimmten Zeit wird die Temperatur der CPV-Zelle wegen der Sonneneinstrahlung wieder beginnen anzusteigen, und die Temperatur wird wieder steigen, was zu einem neuen Zyklus führt.
Auf diese Weise kann die CPV-Zelle aktiv gekühlt werden. Das heißt, thermische Energie wird in Elektrizität umgewandelt, um die Zelle zu kühlen, statt die thermische Energie passiv abzuführen.
Obwohl die oben angegebene Ausführungsform mit einer ersten und einer zweiten vorgegebenen Temperatur beschrieben wurde, um eine Hysterese der magnetischen Schalter-Legierung anzugeben, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ könnte die magnetische Schalter-Legierung eine im Wesentlichen vernachlässigbare Hysterese aufweisen, und die erste und zweite vorgegebene Temperatur könnte im Wesentlichen einem einzigen Temperatur-Schwellwert entsprechen.
Zum Beispiel könnte das Material der magnetischen Schalter-Legierung Gd₅(Si_xGe_1-x)₄ sein. Wird dieses Material benutzt, können die erste und die zweite vorgegebene Temperatur zum Beispiel zwischen 40 und 80°C eingestellt werden, entsprechend der Zusammensetzung der Schalt-Legierung.
Obwohl die Ausführungsform mit Bezug auf eine Spule 1300 und einen Ferromagneten 1400 beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Alternativ könnte die vorliegende Erfindung sogar ohne einen Ferromagneten realisiert werden, sondern nur durch Nutzung einer Geometrie, die es erlaubt, ein Magnetfeld mindestens teilweise von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich basierend auf einer Temperaturänderung umzuleiten oder zu leiten. Der durch eine solche Änderung erzeigte magnetische Fluss kann dann in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Umwandlung in elektrische Energie kann durch die Spule durchgeführt werden, aber auch durch jede andere Einrichtung, die es erlaubt, einen magnetischen Fluss in Elektrizität umzuwandeln, wie etwa ein gerades Stück eines Leiters.
Das Material und die Abmessungen des Schalters 1200 werden auf der Grundlage der thermisch wirksamen Masse der CPV-Zelle der Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme gewählt. Spezieller wird die thermisch wirksame Masse der Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme an die thermisch wirksame Masse der zu kühlenden CPV-Zelle angepasst. Der Begriff Anpassung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zum Beispiel die Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme auf der Rückseite der Zelle z. B. ein Ring mit 1,5 mm Breite und 200 μm Dicke ist. In diesem Fall ist die physikalische Masse des ferromagnetischen Materials vergleichbar, d. h. an die Masse der Zelle angepasst.
Wie in 2 zu sehen ist, umfasst ein Prozess zur Realisierung einer Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Abscheidungs-Schritt S1 des Abscheidens einer Metallschicht auf einem Substrat 100, wodurch Zwischen-Vorrichtung 1001 zur Nutzung nicht genutzter Wärme erhalten wird. Die Abscheidung der Metallschicht führt zu einem ersten und einem zweiten Spulen-Segment 1301 bzw. 1302.
Spezieller zeigt 2 von oben nach unten eine Draufsicht des Substrats 100, eine Schnittansicht des Substrats 100 entlang der Linie A-A' und drei Schnittansichten des Substrats 100 entlang der Linien B-B', C-C' und D-D'.
Wie in der Schnittansicht entlang der Linie A-A' zu sehen ist, könnte die abgeschiedene Metallschicht eine Dicke T1 im Bereich von 100 bis 200 μm mit einem bevorzugten Wert von 150 μm aufweisen. Das Metall könnte ein beliebiges auf Eisen basierendes Material oder jedes andere Material sein, das einen hohen magnetischen Fluss ermöglicht.
Außerdem ist in diesem speziellen Beispiel die Länge des ersten und zweiten Spulen-Segments 1301 und 1302 entlang Richtung Y in der Draufsicht länger als die Länge dieser Elemente entlang Richtung Y. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Alternativ könnten die Abmessungen des ersten Spulen-Segments und des zweiten Spulen-Segments voneinander verschieden sein, solange die gewählten Abmessungen die Realisierung einer Spule erlauben.
Wie in 3 zu sehen ist, umfasst der Prozess zur Realisierung einer Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Abscheidungs-Schritt S2 des Abscheidens einer magnetischen Legierung auf einem Substrat 100, wodurch Zwischen-Vorrichtung 1002 zur Nutzung nicht genutzter Wärme erhalten wird. Die Abscheidung der magnetischen Legierung führt zu dem Schalter 1201.
Spezieller zeigt 3 von oben nach unten eine Draufsicht des Substrats 100, eine Schnittansicht des Substrats 100 entlang der Linie A-A' und drei Schnittansichten des Substrats 100 entlang der Linien B-B', C-C' und D-D'.
Wie in der Schnittansicht entlang der Linie A-A' zu sehen ist, könnte die abgeschiedene magnetische Legierungs-Schicht eine Dicke T2 im Bereich von 100 bis 300 μm mit einem bevorzugten Wert von 200 μm aufweisen. Das Metall kann ein beliebiges aus Gd₅(Si_xGe_1-x)₄ sein, wie oben beschrieben, oder jedes andere thermomagnetische Material mit der Fähigkeit, die magnetischen Eigenschaften bei einer definierten Temperatur umzuschalten.
Wie in 4 zu sehen ist, umfasst der Prozess zur Realisierung einer Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme ferner einen Abscheidungs-Schritt S3 des Abscheidens eines ferromagnetischen Kristallkeim-Materials auf einem Substrat 100, wodurch Zwischen-Vorrichtung 1003 zur Nutzung nicht genutzter Wärme erhalten wird. Diese Abscheidung des ferromagnetischen Materials führt zur ferromagnetischen Kristallkeim-Schicht 1401.
Spezieller zeigt 4 von oben nach unten eine Draufsicht des Substrats 100, eine Schnittansicht des Substrats 100 entlang der Linie A-A' und drei Schnittansichten des Substrats 100 entlang der Linien B-B', C-C' und D-D'.
Der Zweck der ferromagnetischen Schicht 1401 ist es, eine Basis für die nachfolgende schnellere Abscheidung einer ferromagnetischen Dickschicht 1402 zu realisieren.
Wie in der Schnittansicht entlang der Linie A-A' zu sehen ist, könnte die abgeschiedene ferromagnetische Schicht eine Dicke T3 im Bereich von 100 bis 200 μm mit einem bevorzugten Wert von 150 μm aufweisen. Das Material kann eines vom Eisen-Typ, eine ferromagnetische Legierung, wie etwa Fe oder Fe-P oder FeSi oder Ni/Fe 45/55 sein. Der Vorteil eines solchen Materials ist, dass es ausgezeichnete ferromagnetische Eigenschaften aufweist.
In den speziellen Beispiel in 4 besteht die Position der ferromagnetischen Kristallkeim-Schicht 1401 in der vorliegenden Ausführungsform in einem äußeren Kreis nahe am Rand-Substrat 100, einem inneren Kreis und zwei Verbindungsarmen zwischen dem inneren und dem äußeren Kreis. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und weitere Beispiele werden nachstehend vorgesehen. Allgemein ausgedrückt muss das ferromagnetische Material so abgeschieden werden, dass es mindestens auf einer Seite mit dem nachfolgend abgeschiedenen Magneten verbunden sein kann und so, dass es auf mindestens einer Seite mit der magnetischen Schalter-Legierung verbunden sein kann. Wie in der Schnittansicht entlang der Linie A-A' zu sehen ist, ist in dieser Ausführungsform die ferromagnetische Kristallkeim-Schicht 1401 auf einem Bereich abgeschieden, der das erste und das zweite Spulen-Segment 1301 und 1302 überlappt, aber nicht in einem Bereich, der den Schalter 1200 überlappt.
Wie in 5 zu sehen ist, umfasst der Prozess zur Realisierung einer Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Abscheidungs-Schritt S4 des Abscheidens eines ferromagnetischen Materials auf einem Substrat 100, wodurch Zwischen-Vorrichtung 1004 zur Nutzung nicht genutzter Wärme erhalten wird. Diese Abscheidung des ferromagnetischen Materials führt zur ferromagnetischen Dickschicht 1402.
Spezieller zeigt 4 von oben nach unten eine Draufsicht des Substrats 100, eine Schnittansicht des Substrats 100 entlang der Linie A-A' und drei Schnittansichten des Substrats 100 entlang der Linien B-B', C-C' und D-D'.
Die ferromagnetische Dickschicht 1402 wird über der ferromagnetischen Kristallkeim-Schicht 1401 abgeschieden. Die Kombination der beiden Schichten führt zum Ferromagneten 1400.
Wie in der Schnittansicht entlang der Linie A-A' zu sehen ist, könnte die abgeschiedene Metallschicht eine Dicke T4 im Bereich von 100 bis 200 μm mit einem bevorzugten Wert von 150 μm aufweisen. Das Metall kann dasselbe sein wie die ferromagnetische Kristallkeim-Schicht 1401 oder ein anderes. Der Vorteil des Verwendens eines anderen Materials ist, dass eine ferromagnetische Kristallkeim-Schicht so gewählt werden kann, dass ein guter mechanischer und thermischer Kontakt zur Oberfläche der Rückseite der Zelle sichergestellt ist.
Obwohl die 4 und 5 und zwei Schritte S3 und S4 definiert wurden, um einen Ferromagneten 1400 zu realisieren, kann der Ferromagnet 1400 in einem einzigen Abscheidungs-Schritt oder in mehr als zwei Abscheidungs-Schritten realisiert werden. Der Vorteil der Benutzens von mehr als einem Abscheidungs-Schritt ist, dass durch Abscheidung der Kristallkeim-Schicht im Vergleich zu einem aus einem Schritt bestehenden Prozess ein besserer mechanischer und thermischer Kontakt sichergestellt wird.
Wie in 6 zu sehen ist, umfasst ein Prozess zur Realisierung einer Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Abscheidungs-Schritt S5 des Abscheidens einer Metallschicht auf einem Substrat 100, wodurch Zwischen-Vorrichtung 1005 zur Nutzung nicht genutzter Wärme erhalten wird. Die Abscheidung der Metallschicht führt zu einem dritten Spulen-Segment 1303.
Spezieller zeigt 6 von oben nach unten eine Draufsicht des Substrats 100, eine Schnittansicht des Substrats 100 entlang der Linie A-A' und drei Schnittansichten des Substrats 100 entlang der Linien B-B', C-C' und D-D'.
Wie in der Schnittansicht entlang der Linie D-D' zu sehen ist, könnte die abgeschiedene Metallschicht eine Dicke T5 im Bereich von 100 bis 200 μm mit einem bevorzugten Wert von 150 μm aufweisen. Das Metall kann dasselbe sein wie das für das erste und das zweite Spulen-Segment 1301 und 1302 benutzte.
Das dritte Spulen-Segment 1303 wird so abgeschieden, dass es eine Verbindung zwischen einem Ende des ersten Spulen-Segments 1301 und einem Ende des zweiten Spulen-Segments 1302 verursacht. Auf diese Weise wird eine Spulen-Struktur 1300 erreicht, die um Ferromagnet 1400 gewickelt ist.
Wie in 7 zu sehen ist, umfasst der Prozess zur Realisierung einer Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme ferner einen Abscheidungs-Schritt S6 des Abscheidens eines magnetischen Materials auf einem Substrat 100, wodurch die Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme erhalten wird. Diese Abscheidung des magnetischen Materials führt zu dem Magneten 1100. Alternativ oder zusätzlich kann der Magnet durch Abscheiden oder durch Einbau eines fertigen Dauermagneten realisiert werden. Die Abscheidung kann es erfordern, den Magneten durch Anlassen und Magnetisieren zu aktivieren.
Spezieller zeigt 7 von oben nach unten eine Draufsicht des Substrats 100 und eine Schnittansicht des Substrats 100 entlang der Linie F-F'.
Wie in der Schnittansicht entlang der Linie F-F' zu sehen ist, könnte die abgeschiedene magnetische Schicht eine Dicke T6 im Bereich von 100 bis 300 μm mit einem bevorzugten Wert von 200 μm aufweisen. Das magnetische Material kann ein beliebiges aus SmCo₅, Sm₂Co₁₅, Nd₂Fe₁₄B oder Ba-Ferriten sein. Der Vorteil solcher Materialien ist, dass sie alle Materialien für sehr starke Dauermagnete sind.
In dem speziellen Beispiel in 7 ist die Position des Magneten 1100 in der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem äußeren Kreis des ferromagnetischen Materials 1400 nahe dem Rand-Substrat 100 und dem inneren Kreis des ferromagnetischen Materials 1400. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und weitere Beispiele werden nachstehend vorgesehen. Allgemein ausgedrückt muss der Magnet so abgeschieden werden, dass er mindestens auf einer Seite mit dem ferromagnetischen Material 1400 und auf der anderen Seite mit dem ferromagnetischen Material 1400 oder mit dem Schalter 1200 verbunden werden kann.
Obwohl in den oben angegebenen Beispielen die Dicken T1, T2, T3, T4, T5 und T6 als unterschiedlich dargestellt sind, ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese grafische Darstellung beschränkt, die nur verwendet wurde, um die verschiedenen Dicken zu verdeutlichen. Spezieller könnten alle Dicken gleich sein, oder einige von ihnen könnten gleich sein.
Obwohl in den oben angegebenen Beispielen der Begriff Abscheidung für die Schritte S1, S2, S3, S4, S5 und S6 verwendet wurde, ist mit diesem Begriff die allgemeine Bedeutung der Realisierung einer Schicht gemeint. Folglich können zum Abscheiden der beschriebenen Schichten CVD, PVD, Plasma-Abscheidung, Nanodruck, Siebdruck oder jedes andere Abscheidungs-Verfahren verwendet werden.
Auf das Abscheiden jeder beliebigen der Schichten können ein oder mehrere Temper-Schritte folgen.
Die 8A und 8B zeigen alternative Ausführungsformen der Vorrichtung 1106 und 1107 zur Nutzung nicht genutzter Wärme. Allgemeiner kann jede physikalische Implementierung der Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme gemäß 1a realisiert werden.
Im Allgemeinen liegt eine typische Größe einer Vorrichtung 1000, 1106 und 1107 zur Nutzung nicht genutzter Wärme im Bereich von 5,5 mm mal 5,5 mm. Dies ist die typische Zellengröße, die in der Industrie terrestrischer CPV-Zellen benutzt wird.
9a zeigt ein System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme kann auf der Rückseite einer CPV-Zelle befestigt sein. In dem Fall, dass die CPV-Zelle auf einem Germanium-Substrat realisiert ist, kann das System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme vor oder nach der Realisierung der CPV-Zelle auf der Unterseite des Germanium-Substrats realisiert oder angebracht werden.
Das System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme enthält eine Vielzahl von Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme. Jede Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme umfasst mindestens den Magneten 1100, ferromagnetisches Material 1400, den Schalter 1200 und die Spule 1300. Der Leistungs-Ausgang 1500 der Spule 1300 jeder der Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme erzeugt Wechselstrom. Folglich stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, wenn eine Vielzahl von Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme in einem System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme miteinander verbunden werden soll.
Zum Beispiel können die mehreren Leistungs-Ausgänge 1500 alle in Reihe, parallel oder in Gruppen von Parallel- und Reihenschaltungen geschaltet sein. Im Folgenden werden vier Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, in denen die Verbindungen der mehreren Leistungs-Ausgänge 1500 in einem System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme im Zusammenhang mit den Verbindungen mehrerer Leistungs-Ausgänge 2500 einer Vielzahl von Systemen 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme beschrieben werden.
9b zeigt ein modulares System 3000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme, das aus zwei Systemen 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme zusammengesetzt ist, wobei jedes einen Leistungs-Ausgang 2500 aufweist. Jedes der beiden Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme umfasst eine Vielzahl von Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme, von denen jede einen Leistungs-Ausgang 1500 aufweist.
In 9b sind die mehreren Leistungs-Ausgänge 1500 parallel zueinander geschaltet, und diese Parallelschaltung wird an den Eingang des AC/DC-Wandlers 2100 angelegt. Auf diese Weise würde ein System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Gleichstrom am Leistungs-Ausgang 2500 ausgeben. In diesem Fall wird angenommen, dass die verschiedenen Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme des Systems 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme mit derselben Frequenz arbeiten. Dies kann der Fall sein, wenn die Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme zum Beispiel nahe beieinander liegen.
Zusätzlich wird ein zweites System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme auf dieselbe Weise wie oben beschrieben realisiert. Die beiden Leistungs-Ausgänge 2500 der beiden Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme sind parallel geschaltet, um ein modulares System 3000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme zu realisieren. Dies kann in dem Fall benutzt werden, in dem die beiden Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlichen Temperaturen platziert sind, was dazu führen kann, dass der Betrieb der Vielzahl von Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme in jedem der Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme nicht in Phase zu den restlichen Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme ist.
Obwohl die Ausgänge 1500 der mehreren Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme jeder der beiden Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme als zueinander parallel geschaltet dargestellt sind, können sie stattdessen in Reihe geschaltet sein.
Auf die gleiche Weise können obwohl die Ausgänge 2500 der beiden Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme als zueinander parallel geschaltet dargestellt sind, sie stattdessen in Reihe geschaltet sein.
In 10a sind die mehreren Leistungs-Ausgänge 1500 parallel zueinander geschaltet, und diese Parallelschaltung wird an den Eingang des AC/AC-Wandlers 2200 angelegt. Auf diese Weise würde ein System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Wechselstrom am Leistungs-Ausgang 2500 ausgeben. In diesem Fall wird angenommen, dass die verschiedenen Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme des Systems 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme mit derselben Frequenz arbeiten. Dies kann der Fall sein, wenn die Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme zum Beispiel nahe beieinander liegen.
Zusätzlich wird ein zweites System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme auf dieselbe Weise wie oben beschrieben realisiert. Die beiden Leistungs-Ausgänge 2500 der beiden Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme sind parallel geschaltet, um ein modulares System 3000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme zu realisieren. Dies kann in dem Fall benutzt werden, in dem die beiden Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlichen Temperaturen platziert sind, was dazu führen kann, dass der Betrieb der Vielzahl von Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme in jedem der Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme nicht in Phase zu den restlichen Vorrichtungen zur Nutzung nicht genutzter Wärme ist. In diesem Fall, wenn die Betriebsfrequenz der beiden Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme nicht gleich ist, kann die Frequenz des Wechselstroms, der an den Leistungs-Ausgängen 2500 ausgegeben wird, über eine Verbindung 3011 zwischen den AC/AC-Wandlern 2200 angeglichen werden. Auf diese Weise kann der Betrieb der Systeme 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme synchronisiert werden, um einen stabilen Ausgang 3500 des modularen Systems 3000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme vorzusehen.
In 10b ist jeder der mehreren Leistungs-Ausgänge 1500 mit einem AC/DC-Wandler 2101 verbunden. Auf diese Weise würde ein System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Gleichstrom am Leistungs-Ausgang 2500 ausgeben. In diesem Fall wird angenommen, dass die verschiedenen Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme des Systems 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme nicht mit derselben Frequenz arbeiten.
In 11 ist jeder der mehreren Leistungs-Ausgänge 1500 mit einem AC/AC-Wandler 2201 verbunden. Auf diese Weise würde ein System 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Wechselstrom am Leistungs-Ausgang 2500 ausgeben. In diesem Fall wird angenommen, dass die verschiedenen Vorrichtungen 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme des Systems 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme nicht mit derselben Frequenz arbeiten. Um eine effiziente Kombination der mehreren erzeugten Wechselströme zu garantieren, wird über die Verbindung 3031 eine Phaseninformation unter der Vielzahl von AC/AC-Wandlern gemeinsam genutzt.
Jede Kombination der Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme, des Systems 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme und des modularen Systems 3000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme kann auf der Rückseite einer CPV-Zelle oder allgemeiner einer PV-Zelle montiert werden. Zum Beispiel könnte es direkt auf der Zelle montiert werden. Alternativ oder zusätzlich könnte es auf einem Kühlkörper montiert werden.
Weiterhin alternativ oder zusätzlich könnte jede Kombination der Vorrichtung 1000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme, des Systems 2000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme und des modularen Systems 3000 zur Nutzung nicht genutzter Wärme direkt auf der Rückseite der PV- oder CPV-Zelle realisiert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf das Kühlen einer Konzentrator-Photovoltaik-Zelle beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt und könnte zur Kühlung jedes beliebigen Halbleiter-Substrats verwendet werden.
Weiterhin zusätzlich könnte die vorliegende Erfindung auf einer dünnen Schicht realisiert werden, entweder Halbleiter, Metall oder Kunststoff oder jedes andere Material, und könnte als aktive Kühlung eingesetzt werden, die in der Lage ist, durch die nicht genutzte Wärme in einer Anwendung ohne Halbleiter einen Strom zu erzeugen, zum Beispiel zur Stromversorgung von Motor-Management-Systemen oder auf allen Oberflächen, die der Sonne ausgesetzt sind, wie schwarz gestrichene Flächen oder Motoren, zum Beispiel in Autos, usw.
Obwohl das Obige mit Bezug auf eine oder mehrere unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben wurde, wird ein Fachmann erkennen, dass die hier mit Bezug auf eine oder mehrere Ausführungsformen beschriebenen Eigenschaften kombiniert werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie durch die Ansprüche festgelegt.

Claims

Vorrichtung (1000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme zur Gewinnung von Elektrizität, umfassend: Schalteinrichtungen (1200), die gestaltet sind, ein magnetisches Feld von einem ersten Bereich zu mindestens einem zweiten Bereich zu leiten, wenn die Temperatur der Schalteinrichtungen eine vorgegebene Temperatur überschreitet.
Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 1, ferner umfassend: magnetische Einrichtungen (1100), die gestaltet sind, das Magnetfeld zu erzeugen; eine Einrichtung (1400) zum Leiten des magnetischen Flusses, die gestaltet ist, einen magnetischen Fluss zu leiten, der durch das Schalten der Schalteinrichtung erzeugt wird; und Einrichtungen (1300) zum Erzeugen von Elektrizität, die gestaltet sind, aus dem magnetischen Fluss Elektrizität zu erzeugen.
Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine erste Seite der Einrichtung (1400) zum Leiten des magnetischen Flusses mit einem Pol der magnetischen Einrichtung (1100) verbunden ist und die Schalteinrichtung (1200) zwischen einer zweiten Seite der Einrichtung (1400) zum Leiten des magnetischen Flusses und dem anderen Pol der magnetischen Einrichtung (1100) angeordnet ist.
Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche wobei die Schalteinrichtung (1200) ein Schalter aus einer magnetischen Legierung ist.
Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, wobei die Einrichtung (1300) zum Erzeugen von Elektrizität eine Spule (1300) umfasst, die um die Einrichtung (1400) zum Leiten des magnetischen Flusses gewickelt ist.
Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, wobei die Einrichtung (1400) zum Leiten des magnetischen Flusses eine vom Eisen-Typ oder eine ferromagnetische Legierung, wie etwa Fe oder Fe-P oder FeSi oder Ni/Fe 45/55 ist.
Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, wobei die magnetische Einrichtung (1100) eine beliebige aus SmCo₅, Sm₂Co₁₅, Nd₂Fe₁₄B oder Ba-Ferriten ist.
Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, wobei die Schalteinrichtung (1100) aus Gd₅(Si_xGe_1-x)₄ hergestellt ist.
System (2000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme, umfassend: mindestens zwei Vorrichtungen (1000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche, wobei jede der mindestens zwei Vorrichtungen (1000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme einen Vorrichtungs-Leistungs-Ausgang (1500) enthält, um durch die Einrichtung zur Erzeugung von Elektrizität erzeugte Elektrizität auszugeben.
System zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 9, wobei die mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge (1500) zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sind.
System zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 10, wobei die Verbindung der mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge (1500) mit einem AC/DC-Wandler (2100) verbunden ist, und der Ausgang des AC/DC-Wandlers (2100) mit einem Leistungs-Ausgang (2500) des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden ist.
System zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 10, wobei die Verbindung der mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge (1500) mit einem AC/AC-Wandler (2200) verbunden ist, und der Ausgang des AC/AC-Wandlers (2200) mit einem Leistungs-Ausgang (2500) des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden ist.
System zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 9, wobei jeder der mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge (1500) mit einem AC/DC-Wandler (2101) verbunden ist.
System zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 13, wobei die Ausgänge der AC/DC-Wandler (2101) zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sind, und die resultierende Verbindung mit einem Leistungs-Ausgang (2500) des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden ist.
System zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 9, wobei jeder der mindestens zwei Vorrichtungs-Leistungs-Ausgänge (1500) mit einem AC/AC-Wandler (2201) verbunden ist.
System zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach Anspruch 15, wobei die Ausgänge der AC/AC-Wandler (2201) zueinander parallel oder in Reihe geschaltet sind, und die resultierende Verbindung mit einem Leistungs-Ausgang (2500) des Systems zur Nutzung nicht genutzter Wärme verbunden ist.
Modulares System zur Nutzung nicht genutzter Wärme, umfassend mindestens zwei Systeme (2000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einem beliebigen der Ansprüche 9 bis 16.
Photovoltaik-Zelle, umfassend eine Vorrichtung (1000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme und/oder ein System (2000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme und/oder ein modulares System (3000) zur Nutzung nicht genutzter Wärme nach einem beliebigen der vorherigen Ansprüche.
Solarmodul, umfassend eine Vielzahl von Photovoltaik-Solarzellen, insbesondere Konzentrator-Photovoltaik-Zellen, ferner umfassend mindestens eine Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme, die gestaltet ist, Wärme in Elektrizität umzuwandeln, so gestaltet und angeordnet, dass mindestens eine der Photovoltaik-Solarzellen außerdem durch die Umwandlung von Wärme in Elektrizität gekühlt wird.
Verfahren zur Realisierung einer Vorrichtung zur Nutzung nicht genutzter Wärme, das folgende Schritte umfasst: einen ersten Abscheidungs-Schritt (S1) des Abscheidens einer Metallschicht auf einem Substrat (100); einen zweiten Abscheidungs-Schritt (S2) des Abscheidens einer magnetischen Legierung auf dem Substrat; einen dritten Abscheidungs-Schritt (S3) des Abscheidens eines ferromagnetischen Kristallkeim-Materials auf dem Substrat; einen vierten Abscheidungs-Schritt (S5) des Abscheidens einer Metallschicht auf dem Substrat; und einen fünften Abscheidungs-Schritt (S6) des Abscheidens eines magnetischen Materials auf dem Substrat.