FR2782575A1 - SOLAR CELL HAVING AGGREGATES IN THE ACTIVE PART - Google Patents
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Abstract
Pile solaire comprenant une partie active dans laquelle des porteurs de charge sont produits par des photons incidents, des moyens pour faire sortir les porteurs de charge de la partie active, des agrégats, qui se trouvent dans la zone active, caractérisée en ce que les agrégats ont un pic d'absorption.Cette pile solaire a un meilleur rendement.Solar cell comprising an active part in which charge carriers are produced by incident photons, means for removing charge carriers from the active part, aggregates, which are in the active area, characterized in that the aggregates have a peak absorption.This solar cell has a better performance.
Description
Pile solaire ayant des agrégats dans la partie active.Solar cell with aggregates in the active part.
L'invention concerne une pile solaire comprenant une partie active dans laquelle des porteurs de charge sont produits par des photons incidents, des moyens pour faire sortir les porteurs de charge de la partie active et des agrégats qui se trouvent dans la partie active. Dans une pile solaire on produit un courant électrique par absorption du rayonnement électromagnétique. Le courant produit est The invention relates to a solar cell comprising an active part in which charge carriers are produced by incident photons, means for removing the charge carriers from the active part and aggregates which are in the active part. In a solar cell an electric current is produced by absorption of electromagnetic radiation. The current produced is
dénommé courant photoélectrique.referred to as photoelectric current.
Par la demande de brevet en République fédérale d'Allemagne o publiée sous le N 196 40 065, on connaît une pile solaire de ce genre, dans laquelle des photons sont transformés dans une matière colorante en un By the patent application in the Federal Republic of Germany o published under N 196 40 065, a solar cell of this kind is known, in which photons are transformed in a coloring matter into a
courant électrique.Electric power.
Les photons incidents produisent dans la zone active (partie active) d'une pile solaire une séparation de charge. En raison de la séparation de charge, il se crée un couple de porteurs de charge. Si l'on fait sortir de la zone active un porteur de charge du couple de porteurs de charge, donc par exemple un électron, il passe un courant électrique. La sortie séparée de porteurs de charge d'un couple de porteurs de charge est obtenue en prévoyant un champ électrique approprié. Le champ électrique approprié règne dans des piles solaires, par exemple en raison d'un contact p-n qui a été établi et qui a une zone d'appauvrissement entre le conducteurn et le Incident photons produce a charge separation in the active area (active part) of a solar cell. Due to the charge separation, a couple of charge carriers are created. If a charge carrier is removed from the active zone from the pair of charge carriers, therefore for example an electron, it passes an electric current. The separate charge carrier output of a pair of charge carriers is obtained by providing an appropriate electric field. The appropriate electric field prevails in solar cells, for example due to a p-n contact which has been established and which has a depletion zone between the conductor and the
conducteur p. La zone d'appauvrissement forme alors la zone active. driver p. The depletion zone then forms the active zone.
Le rendement d'absorption de photons incidents et de transformation en couple de porteurs de charge dépend de la longueur d'onde des photons. Le rendement a en fonction de la longueur d'onde des minimums The efficiency of absorption of incident photons and of transformation into a pair of charge carriers depends on the wavelength of the photons. The efficiency a as a function of the wavelength of the minima
locaux, des maximums locaux ou des pentes. local, local maximums or slopes.
2 27825752,2782575
Par le document (M. Quinten, O. Stenzel, A. Stendal, C. Borczyskowski, J. Opt. 28 (1997) 249-251), il est connu d'introduire des agrégats dans des régions en dehors de la zone active et d'augmenter ainsi le rendement. Cette augmentation n'a lieu cependant qu'à des longueurs d'ondes dans lesquelles, de toutes façons, on a déjà un bon rendement. By the document (M. Quinten, O. Stenzel, A. Stendal, C. Borczyskowski, J. Opt. 28 (1997) 249-251), it is known to introduce aggregates in regions outside the active zone and thus increase the yield. However, this increase only takes place at wavelengths in which, in any case, there is already a good yield.
L'invention vise une pile solaire ayant un bon rendement. The invention relates to a solar cell having a good yield.
On y parvient suivant l'invention dans une pile du type défini ci- According to the invention, this is achieved in a stack of the type defined above.
dessus par le fait que les agrégats présentent un pic d'absorption. above by the fact that the aggregates have an absorption peak.
La pile solaire suivant l'invention a une partie active dans laquelle des porteurs de charge sont produits par des photons incidents. Un couple de porteurs de charge est constitué d'un porteur de charge positif et d'un porteur de charge négatif. Il est prévu des moyens pour que les porteurs de charge The solar cell according to the invention has an active part in which charge carriers are produced by incident photons. A pair of charge carriers consists of a positive charge carrier and a negative charge carrier. Provision is made for the load carriers
sortent de la partie active de manière à ce qu'il passe un courant électrique. leave the active part so that it passes an electric current.
Des porteurs de charge négatifs comme des électrons sortent ensuite séparés de porteurs de charge positifs de la partie active et/ou inversement. Dans la Negative charge carriers such as electrons then exit separated from positive charge carriers from the active part and / or vice versa. In the
partie active se trouvent des agrégats. active part are aggregates.
Des exemples de moyens qui font sortir les porteurs de charge de la partie active pour produire un courant électrique sont des champs électriques appliqués de manière convenable. Des champs électriques appliqués de manière convenable dans une pile solaire peuvent être obtenus par exemple par un contact p-n ayant une zone d'appauvrissement entre le conducteur n et le conducteur p ou par un contact de Schottky ou par des dispositions moléculaires ayant des états d'énergie et/ou des niveaux de Fermi appropriés. Les moyens pour faire sortir les porteurs de charge de la partie active provoquent en combinaison avec la partie active l'obtention d'une Examples of means which bring the charge carriers out of the active part to produce an electric current are electric fields suitably applied. Electric fields suitably applied in a solar cell can be obtained for example by a pn contact having a depletion zone between the conductor n and the conductor p or by a Schottky contact or by molecular arrangements having states of energy and / or appropriate Fermi levels. The means for removing the charge carriers from the active part cause, in combination with the active part, obtaining a
tension électrique.electric tension.
Par l'expression agrégats on entend dans le présent mémoire un groupe de trois atomes ou de plusieurs atomes, ou de trois molécules ou de plusieurs molécules dont chacune est reliée chimiquement à au moins deux autres atomes ou molécules de ce groupe. La liaison peut être constituée de liaisons métalliques, ioniques, covalentes ou de van-der- Waal. Les agrégats présentent un pic d'absorption. Il y a un pic d'absorption si l'absorption des photons en fonction des longueurs d'ondes présentent un maximum local. Une couche métallique macroscopiquement de grande dimension n'a pas à la By the term aggregates is meant in the present specification a group of three atoms or of several atoms, or of three molecules or of several molecules each of which is chemically linked to at least two other atoms or molecules of this group. The bond can consist of metallic, ionic, covalent or van-der-Waal bonds. The aggregates show an absorption peak. There is an absorption peak if the absorption of photons as a function of wavelengths have a local maximum. A macroscopically large metallic layer does not have to
différence des agrégats suivant l'invention de pic local d'absorption. difference of the aggregates according to the invention of local absorption peak.
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Les agrégats suivant l'invention sont constitués par exemple de 000 atomes d'or ou de 3 000 molécules d'arséniure de gallium. Des agrégats dans la partie active d'une pile solaire provoquent dans le domaine de longueur d'onde du pic d'absorption une absorption supplémentaire de photons qui, contrairement à une couche métallique macroscopiquement de grande dimension et étendue, provoque une résonance. Il est produit ainsi des couples de porteurs de charge supplémentaires dans la zone active. Le rendement de la pile solaire est ainsi augmenté. Dans un mode de réalisation avantageux de la pile solaire suivant l'invention, elle comprend des agrégats qui sont inférieurs à 100 pm, et notamment inférieurs à 10 pm. Des agrégats de cet ordre de grandeur provoquent un pic d'absorption marqué et donc une résonance meilleure. Il The aggregates according to the invention consist, for example, of 000 gold atoms or of 3000 molecules of gallium arsenide. Aggregates in the active part of a solar cell cause in the wavelength range of the absorption peak an additional absorption of photons which, unlike a macroscopically large and extensive metallic layer, causes resonance. Couples of additional charge carriers are thus produced in the active area. The efficiency of the solar cell is thus increased. In an advantageous embodiment of the solar cell according to the invention, it comprises aggregates which are less than 100 μm, and in particular less than 10 μm. Aggregates of this order of magnitude cause a marked absorption peak and therefore better resonance. he
s'ensuit un plus grand rendement de la pile solaire. this results in a higher efficiency of the solar cell.
Avantageusement, la pile solaire comporte des agrégats qui sont constitués d'au moins 100 et notamment d'au moins 1 000 atomes. Un agrégat Advantageously, the solar cell comprises aggregates which consist of at least 100 and in particular of at least 1000 atoms. An aggregate
typique contient par exemple 10 000 atomes. typical contains for example 10,000 atoms.
Si le nombre des atomes d'un agrégat est trop petit, le pic d'absorption est très étroit. Cela entraîne, d'une manière peu avantageuse, une absorption dans un très petit domaine de longueur d'onde. C'est pourquoi l'agrégat doit être constitué d'au moins 100, de préférence d'au moins 1 000 atomes pour obtenir un pic d'absorption sur un large domaine de If the number of atoms in an aggregate is too small, the absorption peak is very narrow. This leads, in an unfavorable manner, to absorption in a very small wavelength range. This is why the aggregate must consist of at least 100, preferably at least 1000 atoms to obtain an absorption peak over a wide range of
longueur d'onde.wave length.
La pile solaire suivant l'invention peut contenir dans la partie active des agrégats dont le pic d'absorption se trouve dans le domaine de longueur d'onde dans lequel le rendement de la pile solaire sans agrégat The solar cell according to the invention may contain in the active part aggregates whose absorption peak is in the wavelength range in which the efficiency of the solar cell without aggregate
présente un minimum local ou la montée d'un flanc d'absorption. presents a local minimum or the rise of an absorption flank.
Un exemple d'une pile solaire suivant l'invention est une pile solaire à contact de Schottky ayant des agrégats d'argent dans la partie active qui ont quelques nanomètres. La pile solaire est constituée de verre revêtu d'lTO (indium/oxyde d'étain) avec une couche de phtalocyanine de zinc déposée par dépôt en phase vapeur. Cette couche présente sans les agrégats un minimum local d'absorption et donc un minimum local de courant photoélectrique dans le domaine de 410 à 520 nm. Les agrégats d'argent présentent un pic local d'absorption dans le domaine mentionné ci-dessus. Il An example of a solar cell according to the invention is a Schottky contact solar cell having silver aggregates in the active part which have a few nanometers. The solar cell consists of glass coated with lTO (indium / tin oxide) with a layer of zinc phthalocyanine deposited by vapor deposition. This layer has, without the aggregates, a local minimum of absorption and therefore a local minimum of photoelectric current in the range from 410 to 520 nm. The silver aggregates have a local absorption peak in the area mentioned above. he
4 27825754,2782575
s'ensuit que de la lumière, même dans le domaine des longueurs d'ondes voisins de 470 nm, est transformée avec un bon rendement en un courant photoélectrique. Il s'ensuit un maximum local du courant photoélectrique dans It follows that light, even in the region of wavelengths close to 470 nm, is transformed with good efficiency into a photoelectric current. It follows a local maximum of the photoelectric current in
la région autour de 450 nm.the region around 450 nm.
Une pile solaire qui renferme du sulfure de cadmium comme semi- conducteur représente un autre exemple de l'invention. Dans ce cas, il y a en l'absence des agrégats suivant l'invention un flanc d'absorption qui diminue de manière abrupte à 520 nm. Des agrégats d'arséniure de gallium qui sont introduits dans la partie active provoquent un courant électrique o supplémentaire à des longueurs d'ondes voisines de 600 nm. Ce domaine de longueur d'onde ne pouvait pas être utilisé jusqu'ici. Le rendement est ainsi Another example of the invention is a solar cell which contains cadmium sulfide as the semiconductor. In this case, in the absence of the aggregates according to the invention, there is an absorption edge which decreases abruptly at 520 nm. Gallium arsenide aggregates which are introduced into the active part cause an additional electric current o at wavelengths close to 600 nm. This wavelength range could not be used until now. The yield is thus
augmenté encore davantage.increased even more.
Il est avantageux que la pile solaire présente dans la partie active des agrégats dont le pic d'absorption est dans le domaine de longueur d'onde It is advantageous that the solar cell present in the active part of the aggregates whose absorption peak is in the wavelength range
de la lumière visible. Les agrégats peuvent être en argent ou en or. visible light. The aggregates can be silver or gold.
Dans un exemple, la pile solaire est constituée d'un verre revêtu d'lTO (indium/oxyde d'étain) et d'une couche de phtalocyanine de zinc obtenue par dépôt en phase vapeur. Cette couche a un minimum d'absorption dans le domaine de longueur d'onde de 410 à 520 nm. En prévoyant suivant lI'invention des agrégats d'argent de grande dimension de quelques nanomètres, on transforme des photons, dans le domaine de longueur d'onde visible et donc riche en énergie, d'une manière renforcée autour de 450 nm en In one example, the solar cell consists of a glass coated with lTO (indium / tin oxide) and a layer of zinc phthalocyanine obtained by vapor deposition. This layer has a minimum absorption in the wavelength range from 410 to 520 nm. By providing, according to the invention, large silver aggregates of a few nanometers, photons are transformed, in the visible wavelength range and therefore rich in energy, in a reinforced manner around 450 nm in
un courant photoélectrique. Le rendement est ainsi encore amélioré. a photoelectric current. The yield is thus further improved.
Il s'est avéré que l'on peut obtenir dans l'ensemble une It turns out that you can get an overall
amélioration du rendement d'au moins 10 % à 15 %. yield improvement of at least 10% to 15%.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple la figure 1 représente le spectre d'absorption photonique en fonction de la longueur d'onde pour une pile solaire ayant des agglomérats d'argent dans la partie active (Ag 5 nm + ZnPc 200 nm) par rapport à une pile solaire classique suivant l'état de la technique (ZnPc 200 nm), la figure 2 représente le spectre de courant photonique en fonction de la longueur d'onde pour une pile solaire classique, la figure 3 représente le spectre de courant photonique en fonction des longueurs d'ondes pour une pile solaire ayant des agrégats In the accompanying drawing, given solely by way of example, FIG. 1 represents the photon absorption spectrum as a function of the wavelength for a solar cell having silver agglomerates in the active part (Ag 5 nm + ZnPc 200 nm) compared to a conventional solar cell according to the state of the art (ZnPc 200 nm), FIG. 2 represents the photonic current spectrum as a function of the wavelength for a conventional solar cell, FIG. 3 represents the photon current spectrum as a function of wavelengths for a solar cell having aggregates
d'argent dans la partie active.money in the active part.
27825752782575
On utilise des piles solaires organiques à contact de Schottky. Organic solar cells with Schottky contact are used.
Chacune est constituée de verre qui est revêtu d'ITO (indium/oxyde d'étain). Each is made of glass which is coated with ITO (indium / tin oxide).
Ce revêtement a un contact avec une couche de phtalocyanine de zinc de This coating has contact with a layer of zinc phthalocyanine
nm d'épaisseur environ et qui a été obtenue par dépôt en phase vapeur. nm approximately in thickness and which was obtained by vapor deposition.
s Dans la partie active se trouvent des agrégats d'argent d'une dimension de nm environ, qui ont été obtenus par dépôt en phase vapeur d'une couche d'argent de 1,3 nm d'épaisseur environ qui a été recuite pendant 10 min à C. La figure 1 représente la variation de l'absorptionc photonique o en fonction de la longueur d'onde X ou de l'énergie E photonique pour une pile solaire suivant l'invention, (courbe supérieure Ag 5 nm + ZnPc 200 nm) par rapport à une pile solaire classique sans agrégat (courbe inférieure ZnPC 200 nm). La pile solaire classique sans agrégat présente un minimum local d'absorption dans le domaine de longueur d'onde de 410 à 520 nm. Dans i5 la pile solaire ayant les agrégats d'argent suivant l'invention, il y a dans ce domaine de longueur d'onde un maximum local d'absorption. L'absorption de s In the active part there are silver aggregates with a dimension of approximately nm, which have been obtained by vapor deposition of a silver layer of approximately 1.3 nm thickness which has been annealed for 10 min at C. FIG. 1 represents the variation of the photonic absorption c as a function of the wavelength X or of the photonic energy E for a solar cell according to the invention, (upper curve Ag 5 nm + ZnPc 200 nm) compared to a conventional solar cell without aggregate (lower curve ZnPC 200 nm). The conventional solar cell without aggregate has a local absorption minimum in the wavelength range from 410 to 520 nm. In i5 the solar cell having the silver aggregates according to the invention, there is in this wavelength range a local absorption maximum. The absorption of
lumière est ainsi nettement augmentée par les agrégats. light is thus clearly increased by the aggregates.
Les valeurs absolues ne sont pas, tout comme dans les autres figures, une mesure de l'augmentation, car elle n'est mesurée que sur des piles solaires différentes qui ne sont comparables que par leur type. Deux piles solaires de même type ont toujours des rendements qui diffèrent l'une de l'autre. C'est pourquoi seule la modification qualitative de la courbe représente Absolute values are not, as in the other figures, a measure of the increase, since it is only measured on different solar cells which are only comparable by their type. Two solar cells of the same type always have yields that differ from each other. This is why only the qualitative modification of the curve represents
une mesure de l'amélioration.a measure of improvement.
Le courant I photoélectrique correspondant de la pile solaire classique sans agrégat en fonction de la longueur d'onde X est représenté à la figure 2. Le courant photoélectrique présente d'une manière analogue un The corresponding photoelectric current I of the conventional solar cell without aggregate as a function of the wavelength X is represented in FIG. 2. The photoelectric current presents in an analogous manner a
minimum dans le domaine de 420 à 520 nm. minimum in the range from 420 to 520 nm.
La figure 3 représente le courant photoélectrique de la pile solaire ayant les agrégats d'argent suivant l'invention en fonction de la longueur d'onde k. Dans ce cas, il apparaît un maximum local du courant FIG. 3 represents the photoelectric current of the solar cell having the silver aggregates according to the invention as a function of the wavelength k. In this case, a local maximum of the current appears
photoélectrique dans le domaine de longueur d'onde autour de 450 nm. photoelectric in the wavelength range around 450 nm.
On estime que le rendement est augmenté de 15 % par l'insertion d'agrégats d'argent d'une dimension de 5 nm environ dans la partie active. It is estimated that the yield is increased by 15% by the insertion of silver aggregates with a dimension of about 5 nm in the active part.
6 27825756 2782575
Claims (5)
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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