LT6970B - Dviejų išvadų tandeminis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio - Google Patents
Dviejų išvadų tandeminis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio Download PDFInfo
- Publication number
- LT6970B LT6970B LT2021524A LT2021524A LT6970B LT 6970 B LT6970 B LT 6970B LT 2021524 A LT2021524 A LT 2021524A LT 2021524 A LT2021524 A LT 2021524A LT 6970 B LT6970 B LT 6970B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- solar cell
- perovskite
- tunnel junction
- silicon
- silicon solar
- Prior art date
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
- H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/19—Photovoltaic cells having multiple potential barriers of different types, e.g. tandem cells having both PN and PIN junctions
-
- 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
- H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
- H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
- H10K30/57—Photovoltaic [PV] devices comprising multiple junctions, e.g. tandem PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Išradimas skirtas saulės elementų sričiai. Dviejų išvadų tandeminis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio, kuriame yra dviejų tipų fotoaktyvieji sluoksniai, kurių vienas pagamintas iš perovskito, o kitas iš silicio, kur ant elektroninio laidumo kristalinio silicio bazės išdėstytas skylinio laidumo silicio emiteris, o ant jo elektronų pernašos sluoksnis, ant kurio išdėstytas perovskito sluoksnis, kur tarp skylinio laidumo silicio emiterio ir elektronų pernašos sluoksnio yra suformuota tunelinė sandūra. Siekiant sumažinti technologinių operacijų skaičių, bei padidinti konversijos efektyvumą, tunelinė sandūra yra suformuota legiruojant donorine priemaiša elektronų pernašos sluoksnio sritį, esančią prie minėto skylinio laidumo silicio emiterio paviršiaus, šio sluoksnio auginimo metu.
Description
TECHNIKOS SRITIS, KURIAI SKIRIAMAS IŠRADIMAS
Išradimas skirtas saulės elementų sričiai.
TECHNIKOS LYGIS
Pasiūlyme aprašytas dviejų elektros išvadų tandeminis saulės elementas sudarytas iš dviejų skirtingo draudžiamosios energijos tarpo - perovskito ir kristalinio silicio - saulės elementų. Šie elementai aprašomajame tandeminiame saulės elemente yra sujungti nuosekliai, o gerą mažų elektrinių ir optinių nuostolių sąlyti toto jų teikia puslaidininkinė tunelinė sandūra.
Perspektyvi ir ekologiška saulės elementų gaminama elektra šiuo metu vis dar yra brangesnė už elektros energiją gaunamą iš iškastinio kuro. Norint sumažinti saulės elementų gaminamos elektros energijos kainą, reikia mažinti pačių elementų kainą ir didinti jų konversijos efektyvumą. Tai pasiekiama tobulinant ir plėtojant naujas gamybos technologijas, naujas medžiagas ir naujas koncepcijas. Šiuo metu gaminamų vienos p-n sandūros saulės elementų efektyvumas vis dar nesiekia teorinės Shockley-Queisser ribos. Pavyzdžiui, silicio saulės elementų ši teorinė riba lygi 32 %, tačiau praktiškai šiai dienai yra pasiektas tik 26,1 % efektyvumas.
Viena iš mažo puslaidininkinių saulės elementų efektyvumo priežasčių yra neefektyvus saulės spinduliuotės spektro panaudojimas konversijai. Anot ShockleyQueisser teorijos, efektyviai panaudojami tik tie šviesos fotonai, kurių energija yra lygi puslaidininkio draudžiamosios energijos tarpui; mažesnės energijos fotonai išvis nesugeriami, o didesnės energijos fotonų perteklinė energija yra eikvojama elemento kaitinimui tuo dar sumažinant jo efektyvumą.
Siekiant įveiktį šį trūkumą, keli skirtingų draudžiamosios energijos tarpo puslaidininkiniai saulės elementai yra apjungiami viename įtaise, t.y. kuriami daugiasandūriniai saulės elementai. įvairios puslaidininkinės medžiagos, tarp jų ir perovskitai, yra tiriamos kuriant tokius tandeminius saulės elementus. Maksimalus teorinis tandeminio dviejų sandūrų saulės elemento efektyvumas siekia 47 % esant AM1.5G spektro nekoncentruotai saulės apsvilai. Tačiau praktiškai laboratorijose yra pasiektas maksimalus 32,8 % tokių elementų efektyvumas, o silicio/perovskito tandeme - 28,0 %.
Silicio draudžiamosios energijos tarpas yra 1,12 eV. Kuriant maksimalaus efektyvumo tandemą su apatiniu silicio elementu, idealiausias virš jo esančio elemento draudžiamosios energijos tarpas turėtų būti 1,7-1,8 eV. Tam itin tinka perovskitai, kurių draudžiamosios energijos tarpas gali būti keičiamas nuo 1,55 eV iki 2,3 eV parenkant atitinkamą cheminę perovskito sudėtį.
Didžiausia problema kuriant dviejų išvadų tandeminį saulės elementą yra poreikis tarp abiejų sudėtinių saulės elementų sukurti kuo mažesnės varžos sąlytį. Kuo mažesnė sąlyčio varža, tuo mažesni elektros energijos nuostoliai. Dažniausiai toks sąlytis, pasižymintis mažais elektros energijos nuostoliais, yra tunelinės sandūros tipo. Ji pasižymi maža varža ir tiesine elektros srovės priklausomybe nuo įtampos mažų įtampų srityje. Kitas reikalavimas šitam sąlyčiui: jis turi nesugerti saulės spektro šviesos fotonų, kurių energija yra lygi ar didesnė už apatinio saulės elemento draudžiamosios energijos tarpą.
Artimiausias analogas yra dviejų išvadų metalo halido puslaidininkio ir kristalinio silicio daugiasandūrinis saulės elementas su tuneline sandūra (patentas US20160163904). Tunelinė n-p sandūra analoge yra formuojama stipriai legiruojant donorais (10^-1020 cm3) stipriai legiruoto skylinio laidumo kristalinio silicio paviršių, kuris yra kristalinio silicio saulės elemento emiterio paviršius. Vėliau suformuotos tunelinės sandūros stipriai legiruoto elektroninio laidumo sluoksnio paviršius yra dengiamas elektronų pernašos sluoksniu reikalingu perovskite šviesa generuotiems elektronams išvesti. Analogo trūkumai yra šie: 1) tunelinės sandūros gamyba reikalauja papildomos technologinės operacijos - puslaidininkio paviršiaus legiravimo, papildomų medžiagų - puslaidininkio donorinių priemaišų, papildomo laiko ir darbo sąnaudų; 2) tokia tunelinė sandūra, kurios draudžiamosios energijos tarpas yra toks pats kaip ir po ja esančio silicio saulės elemento, sugeria šviesos fotonus reikalingus elektronų ir skylių generavimui silicio saulės elemente ir tokiu būdu sumažina šio elemento, o kartu ir tandeminio elemento, efektyvumą.
SPRENDŽIAMA TECHNINĖ PROBLEMA
Išradimu siekiama sumažinti technologinių operacijų skaičių, laiko ir medžiagų sąnaudas gaminant perovskitas/silicis tandeminį saulės elementą bei padidinti jo konversijos efektyvumą.
Uždavinio sprendimo esmė pagal pasiūlytą išradimą yra ta, kad dviejų išvadų tandeminiame saulės elemente iš daugiasluoksnio darinio, apimančiame elektroninio laidumo kristalinio silicio bazę, kurios apatinis paviršius turi ominį sąlytį su apatiniu elektros išvadų, skylinio laidumo silicio emiterį, išdėstytą ant minėtos kristalinio silicio bazės, elektronų pernašos sluoksnį, išdėstytą virš skylinio laidumo silicio emitero, tunelinę sandūrą, išdėstytą tarp skylinio laidumo silicio emitero ir elektronų pernašos sluoksnio, perovskito sluoksnį, išdėstytą ant elektronų pernašos sluoksnio, kur perovskite sluoksnio paviršius turi ominį sąlytį su viršutiniu elektros išvadų, tunelinė sandūra yra suformuota legiruojant donorine priemaiša elektronų pernašos sluoksnio sritį, esančią prie minėto skylinio laidumo silicio emiterio paviršiaus, šio sluoksnio auginimo metu.
Elektronų pernašos sluoksnis yra iŠ titano dioksido, o jo sritis, esanti sąlytyje su skylinio laidumo silicio emiterio paviršiumi, yra auginimo metu legiruota donorine Nb priemaiša suformuojant tunelinę sandūrą.
IŠRADIMO NAUDINGUMAS
Pagal išradimą pasiūlytas dviejų išvadų tandeminis perovskitas/silicis saulės elementas nuo analogo skiriasi tuo, jog jame yra sukuriamas ne atskiras papildomas darinys - tunelinė sandūra - esantis tarp silicio saulės elemento ir elektronų pernašos sluoksnio, bet tunelinė sandūra yra sukuriama atitinkamai legiruojant patį elektronų pernašos sluoksnį jo auginimo metu. Tokiu būdu tandeminio perovskitas/silicis saulės elemento gamyba apima mažesnį technologinių operacijų skaičių bei reikalauja mažiau medžiagų, o pati tunelinė sandūra, esanti virš silicio saulės elemento ir pasižyminti maža omine varža mažų įtampų intervale, nesugeria šviesos fotonų reikalingų elektronų ir skylių generavimui silicio saulės elemente.
Išradimas detaliau paaiškinamas brėžiniu, kuriame pavaizduotas dviejų elektros išvadų tandeminio perovskitas/silicis saulės elemento skerspjūvis.
VIENAS IŠ IŠRADIMO REALIZAVIMO PAVYZDŽIŲ
Dviejų išvadų tandeminis perovskitas/silicis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio apima apatinį elektros išvadą 1, sudarantį ominį sąlytį su elektroninio laidumo (n-tipo) silicio baze 2, ant kurios išdėstytas skylinio laidumo stipriai legiruotas (p^-tipo) silicio emiteris 3. Ant silicio emiterio 3 išdėstytas elektroninio laidumo (n-tipo) elektronų pernašos sluoksnis 4, kuris gali būti, pavyzdžiui, TiOž sluoksnis, ant kurio išdėstytas perovskito sluoksnis 5, kurio paviršius turi ominį sąlytį su viršutiniu elektros išvadų 6. Pasirinkto elektroninio laidumo (n-tipo) elektronų pernašos TiOs sluoksnio 4 apatinė sritis, esanti prie minėto skylinio laidumo silicio emiterio 3 paviršiaus, auginimo metu yra papildomai stipriai legiruota donorine priemaiša, kuri gali būti niobio (Nb) donorinė priemaiša, gaunant elektroninio laidumo stipriai legiruotą (n*+-tipo) elektronų pernašos sluoksnio sritį 4‘, suformuojant tunelinę sandūrą 7 tarp (p+Mipo) silicio emiterio 3 ir n++ elektronų pernašos sluoksnio 4 srities 4‘. Pasiūlytu būdu suformuota tunelinė sandūra 7 pasižymi maža omine varža mažų įtampų intervale ir nesugeria Šviesos fotonų, reikalingų elektronų ir skylių generavimui silicio saulės elemente.
Claims (2)
- Dviejų išvadų tandeminis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio, apimančio: - elektroninio laidumo kristalinio silicio bazę (2), kurios apatinis paviršius turi ominį sąlytį su apatiniu elektros išvadu (1), - skylinio laidumo silicio emiterį (3), išdėstytą ant minėtos kristalinio silicio bazės (2), - elektronų pernašos sluoksnį (4), išdėstytą virš skylinio laidumo silicio emiterio (3), - tunelinę sandūrą (7), išdėstytą tarp skylinio laidumo silicio emiterio (3) ir elektronų pernašos sluoksnio (4), - perovskito sluoksnį (5), išdėstytą ant elektronų pernašos sluoksnio (4), kur perovskito sluoksnio (5) paviršius turi ominį sąlytį su viršutiniu elektros išvadu (6), b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad tunelinė sandūra (7) yra suformuota legiruojant donorine priemaiša elektronų pernašos sluoksnio sritį (4‘), esančią prie minėto skylinio laidumo silicio emiterio (3) paviršiaus, šio sluoksnio auginimo metu.
- Saulės elementas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad elektronų pernašos sluoksnis (4) yra iš titano dioksido, o jo sritis (4‘), esanti sąlytyje su skylinio laidumo silicio emiterio (3) paviršiumi, yra auginimo metu legiruota donorine Nb priemaiša, suformuojant tunelinę sandūrą (7).
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2021524A LT6970B (lt) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Dviejų išvadų tandeminis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio |
| EP21203951.5A EP4095916B1 (en) | 2021-05-28 | 2021-10-21 | Two terminal tandem solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2021524A LT6970B (lt) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Dviejų išvadų tandeminis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2021524A LT2021524A (lt) | 2022-12-12 |
| LT6970B true LT6970B (lt) | 2022-12-27 |
Family
ID=78371829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2021524A LT6970B (lt) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | Dviejų išvadų tandeminis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP4095916B1 (lt) |
| LT (1) | LT6970B (lt) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103682153B (zh) * | 2013-11-28 | 2017-02-08 | 中国科学院物理研究所 | 用于钙钛矿型有机卤化铅薄膜太阳能电池的金属‑绝缘层‑半导体背接触界面结构及其制备方法 |
| US10535791B2 (en) | 2014-12-03 | 2020-01-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | 2-terminal metal halide semiconductor/C-silicon multijunction solar cell with tunnel junction |
-
2021
- 2021-05-28 LT LT2021524A patent/LT6970B/lt unknown
- 2021-10-21 EP EP21203951.5A patent/EP4095916B1/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP4095916C0 (en) | 2025-04-02 |
| LT2021524A (lt) | 2022-12-12 |
| EP4095916A1 (en) | 2022-11-30 |
| EP4095916B1 (en) | 2025-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7635600B2 (en) | Photovoltaic structure with a conductive nanowire array electrode | |
| KR102542273B1 (ko) | 다접합형 광기전 디바이스 | |
| Wahid et al. | Performance enhancement of lead-free cssni 3 perovskite solar cell: design and simulation with different electron transport layers | |
| CN100533750C (zh) | 薄膜太阳能电池模块及其制造方法 | |
| Bello et al. | An introduction to perovskites for solar cells and their characterisation | |
| CN101720511B (zh) | 单p-n结串联光伏器件 | |
| US20160190377A1 (en) | A high efficiency stacked solar cell | |
| US11205732B2 (en) | Multi-junction solar cell | |
| US20090173373A1 (en) | Group III-Nitride Solar Cell with Graded Compositions | |
| Avila et al. | Influence of doped charge transport layers on efficient perovskite solar cells | |
| US11437537B2 (en) | Perovskite-silicon tandem solar cell | |
| RU2376679C1 (ru) | Полупроводниковый многопереходный солнечный элемент | |
| CN118507573A (zh) | 太阳电池及其制备方法、光伏组件、光伏系统 | |
| Mehrabian et al. | Numerical simulation of highly efficient dye sensitized solar cell by replacing the liquid electrolyte with a semiconductor solid layer | |
| Saha et al. | Eco-friendly methyl-ammonium tin-based planar p–n homojunction Perovskite solar cells: Design and performance estimation | |
| Nanduri et al. | Numerical simulation and performance optimization of perovskite solar cell | |
| Selmane et al. | RbGeI3/CuZnSnSSe/CuInGaSe/CdS tandem solar cell with improved performance and lowered cost | |
| JPS63100781A (ja) | 半導体素子 | |
| Archer | Photovoltaics and photoelectrochemistry: similarities and differences | |
| EP2413384A2 (en) | Photovoltaic device | |
| LT6970B (lt) | Dviejų išvadų tandeminis saulės elementas iš daugiasluoksnio darinio | |
| Dhakla et al. | Optimization of Photovoltaic Environment for Enhanced Performance of GA $ _ {0.053} $ MA $ _ {0.947} $ PbI $ _ {3} $-Based Perovskite Solar Cell | |
| KR102413904B1 (ko) | 수소 발생 장치 | |
| Jayaneththi et al. | Enhancing the Perovskite Solar Cell Performance Through a Cu 2 O Buffer Layer at Perovskite/Hole Transport Layer Interface: A Numerical Study | |
| Suresh et al. | Introduction to Solar Energy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20221212 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20221227 |