RU150125U1 - Фотовольтаическая ячейка - Google Patents
Фотовольтаическая ячейка Download PDFInfo
- Publication number
- RU150125U1 RU150125U1 RU2014149440/93U RU2014149440U RU150125U1 RU 150125 U1 RU150125 U1 RU 150125U1 RU 2014149440/93 U RU2014149440/93 U RU 2014149440/93U RU 2014149440 U RU2014149440 U RU 2014149440U RU 150125 U1 RU150125 U1 RU 150125U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- active region
- optical
- light
- photovoltaic cell
- pairs
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Фотовольтаическая ячейка, содержащая активную область, оптический резонатор из N пар оптически прозрачных чередующихся четвертьволновых диэлектрических слоев с низким и высоким показателями преломления, размещенный на подложке под активной областью, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй оптический резонатор из N пар оптически прозрачных чередующихся четвертьволновых диэлектрических слоев с высоким и низким показателями преломления, размещенный над активной областью, причем оптическая толщина активной области равна половине длины волны света, а между активным слоем и оптическими резонаторами размещены электроды.
Description
Полезная модель относится к области производства фотоэлектрических систем преобразования солнечной энергии в электрическую и может быть использована для изготовления солнечных активных элементов.
Известен солнечный элемент, в состав которого входят прозрачная подложка с последовательно нанесенными на нее электродом, фоточувствительным элементом на основе p-i-n перехода из аморфного кремния, второго электрода и рефлектора [Thin film solar cells: fabrication, characterization and applications / Edited by J. Poortman, V. Atchipov. Wiley, 2006. P. 205].
Свет на такую структуру падает со стороны подложки. Фотоэффект (генерация и разделение электронно-дырочных пар) происходит в активном слое - p-i-n переходе на основе аморфного кремния, на который с двух сторон нанесены электроды из прозрачного электропроводящего материала. Для увеличение поглощения в активном слое в структуре используется отражатель - рефлектор (пленка металла), от которого отражается обратно часть света, прошедшего сквозь активный слой.
Недостатком солнечного элемента на основе такой структуры является низкий КПД, обусловленный низким коэффициентом поглощения света в активном слое, большими потерями света в электродах и стеклянной подложке (поглощается до 50% от общего количества света, поглощенного структурой), а также низким коэффициентом просветления всей структуры.
В качестве аналога выбрана интерферометрическая фотовольтаическая ячейка [US 20090078316А], включающая оптический • резонатор, активную область, рефлектор и электроды к активной области, причем оптический резонатор размещен между активной областью и рефлектором, а электродами являются проводящие прозрачные слои индий-оловянного окисла (ИТО) или ZnO. Вся структура размещается на стеклянной подложке.
В такой структуре активная область представляет собой полупроводниковый фоточувствительный слой, на который со стороны падения света нанесено просветляющее покрытие из ИТО или ZnO, играющее одновременно роль электропроводящего контакта к активной области. Рефлектор состоит из металлического или диэлектрического отражающего материала. Оптический резонатор представляет собой либо воздушную прослойку, или диэлектрический слой, или слой прозрачного проводящего материала, или
их комбинацию. Выбор структуры и материалов оптического резонатора определяется областью спектра, в которой должен работать прибор. Толщина резонатора может быть фиксированной, тогда прибор работает в статическом режиме. При работе в динамическом режиме толщина резонатора может изменяться в реальном времени с помощью, например механического устройства, которое регулирует воздушный зазор внутри резонатора, изменяет условия интерференции и, соответственно, спектральный диапазон работы прибора. Термин "интерферометрический" означает, что прибор селективно поглощает и/ или отражает свет, используя принципы оптической интерференции, независимо от режимов его работы.
Коэффициент поглощения света в активной области такого устройства намного выше аналога и может достигать в отдельных примерах выполнения значение 0,8-0,9.
Недостатком такой интерферометрической фотовольтаической ячейки является недостаточно высокий КПД, что обусловлено поглощением света в слоях металлического рефлектора, а также невысокой эффективностью примененного резонатора.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать фотовольтаическую ячейку путем повышения в ней величины коэффициента поглощения света в активном слое, благодаря созданию более эффективного оптического резонатора.
Поставленная задача решается тем, что фотовольтаическая ячейка, содержащая активную область, оптический резонатор из N пар оптически прозрачных чередующихся четвертьволновых диэлектрических слоев с низким и высоким показателями преломления, размещенный на подложке под активной областью, согласно полезной модели, дополнительно содержит второй оптический резонатор из N пар оптически прозрачных чередующихся четвертьволновых диэлектрических слоев с высоким и низким показателями преломления, размещенный над активной областью, причем оптическая толщина активной области равна половине длины волны света, а между активным слоем и оптическими резонаторами размещены электроды. Такая фотовольтаической ячейка позволяет получать высокие значения коэффициента поглощения света в активном слое и, следовательно, высокий КПД устройства на его основе. Кроме того, высокий КПД устройства обусловлен применением диэлектрических зеркал, коэффициент поглощения света которых намного меньше, чем металлических слоев рефлектора, в которых поглощение может достигать 25-30%. К тому же, многослойные покрытия на основе таких материалов, как тугоплавкие оксиды, имеют более высокую химическую стойкость и механическую прочность по сравнению с металлическими пленками.
Сущность полезной модели поясняет чертеж фотовольтаической ячейки.
Фотовольтаической ячейка содержит стеклянную подложку (1), на которую последовательно нанесены N пар оптически прозрачных чередующихся диэлектрических четвертьволновых слоев (AR/4) (2, 3), соответственно с малым и большим показателями преломления, которые представляют собой первый оптический резонатор, активный слой (4) с оптической толщиной, кратной (AR/2), на основе полупроводникового р-n или p-i n перехода, N пар перемежающихся диэлектрических четвертьволновых слоев AR/4 (2, 3), соответственно с большим и малым показателями преломления, которые представляют собой второй оптический резонатор. Слои с большим показателем преломления являются электропроводящими.
Фотовольтаической ячейка работает следующим образом. В темновом режиме (отсутствие света) сопротивление активного слоя велико и темной ток, протекающий через активный слой, мал. При освещении структуры светом (5) в фоточувствительном активном слое (4), благодаря внутреннему фотоэффекту, происходит генерация и последующее разделение полем р-n перехода неравновесных носителей заряда -электронно-дырочных пар, в результате чего между слоями (3), прилегающими к активному слою (4), возникает разность потенциалов (напряжение холостого хода), а при замыкании через активную область течет ток. В спектре падающего света оптического диапазона существует излучение с длиной волны AR, которая является резонансной для данного оптического резонатора. Оптический резонатор для длины волны AR обеспечивает локализацию света, проходящего сквозь структуру, в активном слое, благодаря многократной многолучевой конструктивной интерференции - отражению света от нижней и верхней частей резонатора, в результате чего весь свет с длиной волны AR поглощается активным слоем. Предварительный выбор AR, которая соответствует максимальному коэффициенту поглощения применяемого активного слоя, по данным измерения его спектра поглощения (или пропускания), позволяет работать фотопреобразователю с максимальной эффективностью, т.е. с максимальным КПД.
Пример выполнения.
Фотовольтаическую ячейку изготавливают на стеклянной подложке и она содержит два резонатора, каждый из которых выполнен в виде пяти пар чередующихся четвертьволновых слоев ИТО и S1O2 с геометрическими толщинами, соответственно, AR/4«2 И AR/4«3, где т - 2,10 и щ = 1,50 - показатели преломления света в слоях ИТО и SiO2, соответственно. Между резонаторами размещен активный слой, представляющий собой р-n переход на основе гидрогенизированного аморфного кремния толщиной Хк/2т, где т = 4,24 - показатель преломления кремния. Кристалл моделировался для резонансной длины волны AR = 760 нм, на которой аморфный кремний имеет максимальное
поглощение. Диэлектрические слои структуры изготавливались методом реактивного ионно-лучевого распыления соответствующих мишеней в смеси аргона и кислорода. Гидрогенизированный аморфный кремний п- и р типов осаждали, распыляя кремниевые мишени, легированные, соответственно, фосфором и бором, в смеси аргона и водорода при температуре подложки 250 °С. Как токосъемные электроды к электропроводящим слоям ИТО использовались кольца из пленок А1 толщиной по 150 нм каждое.
Для определения эффективности работы фотовольтаической ячейки одновременно изготавливалась структура-свидетель: подложка - первый резонатор фоточувствительный слой, и с помощью спектрофотометра измерялись ее спектр пропускания в диапазоне длин волн от 400 до 800 нм и зависимость напряжения холостого хода на электродах фоточувствительного слоя от длины волны источники света спектрофотометра.
Такие же измерения проводились и для полностью готовой структуры фотовольтаической ячейки. Было установлено, что коэффициент пропускания полностью готовой структуры в области резонансной длины волны в диапазоне спектра от 700 до 800 нм равен нулю, то есть падающий на структуру свет в этом диапазоне спектра практически полностью поглощается активным слоем. В то же время, напряжение холостого хода на электродах структуры в области резонансной длины волны достигало максимального значения. Указанные характеристики превышали аналогичные, измеренные для структуры-свидетеля, что свидетельствовало о наличии эффекта увеличения коэффициента поглощения света в активном слое, благодаря использованию предложенного высококачественного оптического резонатора и, таким образом, подтверждало работоспособность идеи.
Преимуществом предлагаемой фотовольтаической ячейки является ее более высокая эффективность по сравнению с прототипом.
Claims (1)
- Фотовольтаическая ячейка, содержащая активную область, оптический резонатор из N пар оптически прозрачных чередующихся четвертьволновых диэлектрических слоев с низким и высоким показателями преломления, размещенный на подложке под активной областью, отличающаяся тем, что дополнительно содержит второй оптический резонатор из N пар оптически прозрачных чередующихся четвертьволновых диэлектрических слоев с высоким и низким показателями преломления, размещенный над активной областью, причем оптическая толщина активной области равна половине длины волны света, а между активным слоем и оптическими резонаторами размещены электроды.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149440/93U RU150125U1 (ru) | 2014-10-08 | 2014-10-08 | Фотовольтаическая ячейка |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149440/93U RU150125U1 (ru) | 2014-10-08 | 2014-10-08 | Фотовольтаическая ячейка |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU150125U1 true RU150125U1 (ru) | 2015-01-27 |
Family
ID=53292618
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014149440/93U RU150125U1 (ru) | 2014-10-08 | 2014-10-08 | Фотовольтаическая ячейка |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU150125U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2642935C2 (ru) * | 2016-07-15 | 2018-01-29 | Николай Дмитриевич Жуков | Фотовольтаическая ячейка и способ её изготовления |
RU2806886C1 (ru) * | 2022-10-03 | 2023-11-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ инкапсуляции фотоприемников на основе галогенидных перовскитов |
-
2014
- 2014-10-08 RU RU2014149440/93U patent/RU150125U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2642935C2 (ru) * | 2016-07-15 | 2018-01-29 | Николай Дмитриевич Жуков | Фотовольтаическая ячейка и способ её изготовления |
RU2806886C1 (ru) * | 2022-10-03 | 2023-11-08 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Способ инкапсуляции фотоприемников на основе галогенидных перовскитов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20140332075A1 (en) | Systems and methods for a device including a dynamic optical resonant cavity and an active layer | |
US20090159123A1 (en) | Multijunction photovoltaic cells | |
Kaminski et al. | Multilayer broadband antireflective coatings for more efficient thin film CdTe solar cells | |
Sai et al. | Photocurrent enhancement in thin‐film silicon solar cells by combination of anti‐reflective sub‐wavelength structures and light‐trapping textures | |
Steenhoff et al. | Paper I: Ultrathin Resonant-Cavity-Enhanced Solar Cells with Amorphous Germanium Absorbers | |
Berginski et al. | Experimental studies and limitations of the light trapping and optical losses in microcrystalline silicon solar cells | |
Janthong et al. | Management of light-trapping effect for a-Si: H/µc-Si: H tandem solar cells using novel substrates, based on MOCVD ZnO and etched white glass | |
Yang et al. | Optical design and optimization for back-contact perovskite solar cells | |
JP7345793B2 (ja) | 高効率且つ角度に耐性のある太陽光発電デバイス用色付きフィルタ組立体 | |
Isabella et al. | Design and application of dielectric distributed Bragg back reflector in thin-film silicon solar cells | |
CN111048603B (zh) | 一种彩色铜铟镓硒薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
Moulin et al. | Study of thin-film silicon solar cell back reflectors and potential of detached reflectors | |
Soman et al. | Tuneable and spectrally selective broadband reflector–modulated photonic crystals and its application in solar cells | |
US20140083501A1 (en) | Transparent conducting film having double structure and method of manufacturing the same | |
Zheng et al. | Performance estimation of a V-shaped perovskite/silicon tandem device: A case study based on a bifacial heterojunction silicon cell | |
CN108515743B (zh) | 一种金属/介质超宽带吸收薄膜及其制备方法 | |
RU150125U1 (ru) | Фотовольтаическая ячейка | |
US20110030780A1 (en) | Solar cell | |
JP2009016556A (ja) | 太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材及び太陽電池 | |
Raoult et al. | Optical analysis and optimizations of semi-transparent triple cation perovskite solar cells for tandem applications | |
Ling et al. | Development of a conductive distributed Bragg reflector for heterojunction solar cells using n-doped microcrystalline silicon and aluminum-doped zinc oxide films | |
RU2642935C2 (ru) | Фотовольтаическая ячейка и способ её изготовления | |
JP2011187495A (ja) | 太陽電池モジュール | |
JP5563850B2 (ja) | 光電変換装置およびその製造方法 | |
Massiot et al. | Towards high-efficiency ultra-thin solar cells with nanopatterned metallic front contact |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD1K | Correction of name of utility model owner | ||
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180504 |