RU198378U1 - Концентраторный солнечный элемент - Google Patents

Концентраторный солнечный элемент Download PDF

Info

Publication number
RU198378U1
RU198378U1 RU2020109146U RU2020109146U RU198378U1 RU 198378 U1 RU198378 U1 RU 198378U1 RU 2020109146 U RU2020109146 U RU 2020109146U RU 2020109146 U RU2020109146 U RU 2020109146U RU 198378 U1 RU198378 U1 RU 198378U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solar cell
protective plate
layer
translucent protective
translucent
Prior art date
Application number
RU2020109146U
Other languages
English (en)
Inventor
Александра Вячеславовна Малевская
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority to RU2020109146U priority Critical patent/RU198378U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU198378U1 publication Critical patent/RU198378U1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Конструкция концентраторного солнечного элемента относится к солнечной энергетике и может быть использована в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую. Концентраторный солнечный элемент содержит фотоэлектрический преобразователь с фоточувствительной областью, сформированный на подложке, слой оптического радиационно-стойкого силикона, светопрозрачную защитную пластину, верхний электрод с токоотводом, нижний электрод с токоотводом и разделительную мезу, при этом слой оптического радиационно стойкого силикона покрывает фоточувствительную область солнечного элемента, верхний электрод с токоотводом и разделительную мезу, а светопрозрачная защитная пластина расположена над фоточувствительной областью. Площадь светопрозрачной защитной пластины равна площади фоточувствительной области солнечного элемента, а толщина h1 слоя оптического радиационно стойкого силикона и толщина h2 светопрозрачной защитной пластины лежат в определенном интервале. Техническим результатом данного решения является улучшение теплоотвода концентраторного солнечного элемента, что позволило снизить степень его деградации и увеличить срок службы. 4 з.п. ф-лы; 1 ил.

Description

Полезная модель относится к солнечной энергетике, в частности к конструкции концентраторного солнечного элемента, и может быть использована в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую энергию.
Известны концентраторные солнечные элементы, включающие подложку, многослойную структуру, сформированную на подложке, фронтальный и тыльный омические контакты, антиотражающее покрытие и разделительную мезу. Известные солнечные элементы подвержены деградации под воздействием параметров окружающей среды: перепады температур, влажности, что приводит к снижению КПД в течение периода эксплуатации.
Известен концентраторный солнечный элемент (см. патент RU №2407108, МПК H01L 31/04, опубликован 20.12.2010), выполненный в форме прямоугольника и содержащий подложку, многослойную структуру, сформированную на подложке, с центральной фоточувствительной областью, контактный слой, сплошной нижний электрод и верхний электрод в виде контактной сетки, токоотвод.
Концентраторный солнечный элемент имеет повышенный КПД за счет уменьшения сопротивления верхнего контакта и, следовательно, уменьшения омических потерь. Недостатком известного концентраторного солнечного элемента является малый срок службы из-за отсутствия защитных покрытий на фоточувствительной области и разделительной мезе.
Известен концентраторный солнечный элемент (см. заявка ЕР 2194584, МПК H01L 31/042, опубликована 09.06.2010), включающий солнечный элемент, рамку, слой силикона, отражатель с окном для прохождения солнечного излучения, защитную стеклянную пластину, располагаемую на поверхности слоя силикона и отражателя.
Недостатком известного концентраторного солнечного элемента является низкий теплоотвод из-за герметизации солнечного элемента большим объемом силикона и стеклянной пластиной большой площади, обладающими низкой теплопроводностью.
Наиболее близким к настоящему техническому решению по совокупности существенных признаков является концентраторный солнечный элемент (см. заявка US 2010/0132793, МПК H01L 31/052, опубликована 03.06.2010), принятый за прототип. Концентраторный солнечный элемент-прототип включает фотоэлектрический преобразователь с фоточувствительной областью, сформированный на подложке, рамку за пределами фотоэлектрического преобразователя, слой оптического радиационно стойкого силикона, защитную светопрозрачную пластину, располагаемую на поверхности слоя полимерного материала и рамки, верхний электрод с токоотводом, нижний электрод с токоотводом и разделительную мезу. При этом толщина слоя полимерного материала составляет 1-2 мм, толщина светопрозрачной пластины 4-10 мм.
Недостатком концентраторного солнечного элемента-прототипа является низкий теплоотвод за счет герметизации солнечного элемента большим объемом полимерного материала и защитной светопрозрачной пластиной большой площади и толщины, что ведет к деградации солнечного элемента в периоде эксплуатации.
Задачей настоящего технического решения является разработка концентраторного солнечного элемента с улучшенным теплоотводом, позволяющим снизить его деградацию в период эксплуатации.
Поставленная задача достигается тем, что концентраторный солнечный элемент содержит фотоэлектрический преобразователь с фоточувствительной областью, сформированный на подложке, слой оптического радиационно стойкого силикона, светопрозрачную защитную пластину, верхний электрод с токоотводом, нижний электрод с токоотводом и разделительную мезу, при этом слой оптического радиационно стойкого силикона покрывает фоточувствительную область солнечного элемента, верхний электрод с токоотводом и разделительную мезу, а светопрозрачная защитная пластина расположена над фоточувствительной областью. Новым в заявляемом техническом решении является то, что площадь светопрозрачной защитной пластины равна площади фоточувствительной области солнечного элемента, а толщина h1 слоя оптического радиационно стойкого силикона и толщина h2 светопрозрачной защитной пластины лежат в интервале:
h1=2-5 мкм
h2=100-200 мкм.
Светопрозрачная защитная пластина может быть выполнена из стекла. На фронтальную поверхность светопрозрачной защитной пластины может быть нанесено антиотражающее покрытие.
Светопрозрачная защитная пластина может быть прикреплена к слою силикона с помощью светопрозрачного адгезива.
Слой оптического радиационно стойкого силикона может быть прикреплен к фоточувствительной области солнечного элемента, верхнему электроду с токоотводом и разделительной мезе с помощью светопрозрачного адгезива.
Светопрозрачная защитная пластина, расположенная над фоточувствительной областью солнечного элемента и равная ей по площади, обеспечивает улучшение теплоотвода солнечного элемента по сравнению с прототипом, за счет уменьшения площади материала, примыкающего к фотоэлектрическому преобразователю и обладающего низкой теплопроводностью, а также за счет того, что не закрываются токоотводы. Толщины слоя силикона более 5 мкм и светопрозрачной защитной пластины более 200 мкм приводят к снижению теплоотвода из-за низкой теплопроводности данных материалов. Концентраторный солнечный элемент предназначен для работы при высоких степенях концентрирования солнечного излучения более 500 крат, в этих условиях плотности фототока превышают 10 А/см2. При этом снижение теплоотвода приводит к падению КПД преобразования солнечного излучения в электроэнергию, что свидетельствует о деградации солнечного элемента. Тем не менее при толщине слоя силикона менее 2 мкм и светопрозрачной пластины менее 100 мкм снижаются защитные функции покрытий и снижается механическая прочность светопрозрачной пластины.
Настоящее техническое решение поясняется чертежом, где приведено схематическое изображение концентраторного солнечного элемента.
Разработанная конструкция концентраторного солнечного элемента включает фотоэлектрический преобразователь 1 с фоточувствительной областью 2, сформированный на подложке 3. На тыльной поверхности подложки сформирован сплошной нижний электрод 4 с токоотводом 5, на фронтальной поверхности фотоэлектрического преобразователя 1 сформирован верхний электрод 6 в виде контактной сетки с токоотводом 7. Рабочая область солнечного элемента ограничена разделительной мезой 8. Поверхность фоточувствительной области 2, верхнего электрода 6, токоотвода 7 и разделительной мезы 8 покрыта слоем оптического радиационно стойкого силикона 9. Светопрозрачная защитная пластина 10 расположена над фоточувствительной областью 2 солнечного элемента, при этом площадь светопрозрачной защитной пластины 10 равна площади фоточувствительной области 2 солнечного элемента. Толщины слоев оптического радиационно стойкого силикона 9 h1, светопрозрачной защитной пластины 10 h2 удовлетворяют соотношениям: h1=2-5 мкм, h2=100-200 мкм.
Светопрозрачная защитная пластина 10 может быть выполнена из стекла.
На фронтальную поверхность светопрозрачной защитной пластины 10 может быть нанесено антиотражающее покрытие 11. Толщина h3 антиотражающего покрытия 11 может составлять 0,05-0,1 мкм, что обеспечивает минимальный коэффициент отражения излучения в рабочем диапазоне длин волн концентраторного солнечного элемента.
Светопрозрачная защитная пластина 10 может быть прикреплена к слою силикона 9 с помощью светопрозрачного адгезива.
Слой оптического радиационно стойкого силикона 9 может быть прикреплен к фоточувствительной области 2 солнечного элемента, верхнему электроду 6 с токоотводом 7 и разделительной мезе 8 с помощью светопрозрачного адгезива.
Толщина светопрозрачного адгезива менее 0,1 мкм и более 0,2 мкм технологически нецелесообразны.
Настоящий концентраторный солнечный элемент работает следующим образом. Концентрированное солнечное излучение проходит через светопрозрачную защитную пластину 10, с антиотражающим покрытием 11, через слой оптического радиационно стойкого силикона 9 и поглощается на фоточувствительной области 2 фотоэлектрического преобразователя 1. В фотоэлектрическом преобразователе 1 осуществляется преобразование солнечного излучения в электрический ток, который отводится через верхний электрод 6 с токоотводом 7 и нижний электрод 4 с токоотводом 5. При этом перепады температур и влажности не оказывают существенного влияния на работу концентраторного солнечного элемента, за счет герметизации и защиты поверхности фоточувствительной области 2, верхнего электрода 6, токоотвода 7 и разделительной мезы 8 слоем оптического радиационно стойкого силикона 9 и светопрозрачной защитной пластиной 10. Теплоотвод от концентраторного солнечного элемента осуществляется через верхний электрод 6 с токоотводом 7 и нижний электрод 4 с токоотводом 5. Герметизация фотоэлектрического проеобразователя 1 слоем оптического радиационно стойкого силикона 9 и светопрозрачной защитной пластины 10 не приводит к снижению теплоотвода за счет малой толщины герметизирующих покрытий и расположения светопрозрачной защитной пластины 10 только над фоточувствительной областью 2.
Пример 1.
Был изготовлен концентраторный солнечный элемент, включающий фотоэлектрический преобразователь, выполненный на основе А3В5 гетероструктуры GaInP/GaInAs/Ge с фоточувствительной областью, сформированной на подложке Ge р-типа. На тыльной поверхности подложки Ge сформирован сплошной нижний электрод путем осаждения слоев Ag(Mn)/Ni/Au, на фронтальной поверхности гетероструктуры сформирован верхний электрод в виде контактной сетки путем осаждения слоев Au(Ge)/Ni/Au. К нижнему и верхнему электроду подведены токоотводы, выполненные из золотой проволоки. Рабочая область солнечного элемента ограничена разделительной мезой. Поверхность фоточувствительной области, верхнего электрода, токоотвода и разделительной мезы покрыта слоем оптического радиационно стойкого силикона марки Эластосил S690 толщиной 2-5 мкм с подслоем светопрозрачного адгезива марки Праймер G790 толщиной 0,1 мкм. Поверхность слоя оптического радиационно стойкого силикона покрыта светопрозрачной пластиной, выполненной из кварцевого стекла, толщиной 100 мкм с подслоем светопрозрачного адгезива марки Праймер G790 толщиной 0,1 мкм и с антиотражающим покрытием TiOx/SiO2 (при х близком к 2) толщиной 0,1 мкм на фронтальной стороне пластины. При этом площадь светопрозрачной пластины равна площади фоточувствительной области.
Пример 2.
Был изготовлен концентраторный солнечный элемент, включающий фотоэлектрический преобразователь, выполненный на основе А3В5 гетероструктуры GaInP/GaInAs/Ge с фоточувствительной областью, сформированной на подложке Ge p-типа. На тыльной поверхности подложки Ge сформирован сплошной нижний электрод путем осаждения слоев Cr/Au, на фронтальной поверхности гетероструктуры сформирован верхний электрод в виде контактной сетки путем осаждения слоев Au(Ge)/Pt/Au. К нижнему и верхнему электроду подведены токоотводы, выполненные из золотой проволоки. Рабочая область солнечного элемента ограничена разделительной мезой. Поверхность фоточувствительной области, верхнего электрода, токоотвода и разделительной мезы покрыта слоем оптического радиационно стойкого силикона марки Эластосил S692 толщиной 2-5 мкм с подслоем светопрозрачного адгезива марки Праймер G790 толщиной 0,2 мкм. Поверхность слоя оптического радиационно стойкого силикона покрыта светопрозрачной пластиной, выполненной из оптического стекла марки ВК7, толщиной 200 мкм с подслоем светопрозрачного адгезива марки Праймер G790 толщиной 0,2 мкм и с антиотражающим покрытием ТiOx/Аl2Оу (при x близком к 2, у близком к 3) толщиной 0,05 мкм на фронтальной стороне пластины. При этом площадь светопрозрачной пластины равна площади фоточувствительной области.
Результатом технического решения стало создание концентраторного солнечного элемента с улучшенными параметрами теплоотвода при преобразовании концентрированного солнечного излучения интенсивностью до 20 Вт/см2, что позволило снизить степень деградации солнечного элемента и увеличить срок службы.

Claims (7)

1. Концентраторный солнечный элемент, содержащий фотоэлектрический преобразователь с фоточувствительной областью, сформированный на подложке, слой оптического радиационно стойкого силикона, светопрозрачную защитную пластину, верхний электрод с токоотводом, нижний электрод с токоотводом и разделительную мезу, при этом слой оптического радиационно стойкого силикона покрывает фоточувствительную область солнечного элемента, верхний электрод с токоотводом и разделительную мезу, а светопрозрачная защитная пластина расположена над фоточувствительной областью, отличающийся тем, что площадь светопрозрачной защитной пластины равна площади фоточувствительной области солнечного элемента, а толщина h1 слоя оптического радиационно стойкого силикона и толщина h2 светопрозрачной защитной пластины лежат в интервале:
h1=2-5 мкм;
h2=100-200 мкм.
2. Солнечный элемент по п. 1, отличающийся тем, что светопрозрачная защитная пластина выполнена из стекла.
3. Солнечный элемент по п. 1, отличающийся тем, что на фронтальную поверхность светопрозрачной защитной пластины нанесено антиотражающее покрытие.
4. Солнечный элемент по п. 1, отличающийся тем, что светопрозрачная защитная пластина прикреплена к слою силикона с помощью светопрозрачного адгезива.
5. Солнечный элемент по п. 1, отличающийся тем, что слой оптического радиационно стойкого силикона прикреплен к фоточувствительной области солнечного элемента, верхнему электроду с токоотводом и разделительной мезе с помощью светопрозрачного адгезива.
RU2020109146U 2020-02-28 2020-02-28 Концентраторный солнечный элемент RU198378U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109146U RU198378U1 (ru) 2020-02-28 2020-02-28 Концентраторный солнечный элемент

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109146U RU198378U1 (ru) 2020-02-28 2020-02-28 Концентраторный солнечный элемент

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU198378U1 true RU198378U1 (ru) 2020-07-02

Family

ID=71510796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109146U RU198378U1 (ru) 2020-02-28 2020-02-28 Концентраторный солнечный элемент

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU198378U1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2813103C1 (ru) * 2023-08-01 2024-02-06 ООО "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике" Фотоэлектрический модуль и способ его изготовления

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050053722A (ko) * 2002-10-03 2005-06-08 가부시키가이샤후지쿠라 전극 기판, 광전변환 소자, 도전성 글래스 기판 및 그 제조방법, 및 색소증감 태양전지
US20100132793A1 (en) * 2006-09-28 2010-06-03 Kenta Nakamua Solar cell, concentrating solar power generation module, concentrating solar power generation unit, method of manufacturing solar cell, and solar cell manufacturing apparatus
RU2455730C2 (ru) * 2008-04-25 2012-07-10 Улвак, Инк. Солнечный элемент
EP3125302A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-01 Lg Electronics Inc. Solar cell
RU172396U1 (ru) * 2016-12-28 2017-07-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Солнечный элемент

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050053722A (ko) * 2002-10-03 2005-06-08 가부시키가이샤후지쿠라 전극 기판, 광전변환 소자, 도전성 글래스 기판 및 그 제조방법, 및 색소증감 태양전지
US20100132793A1 (en) * 2006-09-28 2010-06-03 Kenta Nakamua Solar cell, concentrating solar power generation module, concentrating solar power generation unit, method of manufacturing solar cell, and solar cell manufacturing apparatus
RU2455730C2 (ru) * 2008-04-25 2012-07-10 Улвак, Инк. Солнечный элемент
EP3125302A1 (en) * 2015-07-27 2017-02-01 Lg Electronics Inc. Solar cell
RU172396U1 (ru) * 2016-12-28 2017-07-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Солнечный элемент

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2813103C1 (ru) * 2023-08-01 2024-02-06 ООО "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике" Фотоэлектрический модуль и способ его изготовления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20100252094A1 (en) High-Efficiency Solar Cell and Method of Manufacturing the Same
CN103367465B (zh) 一种有金属反射镜的多结太阳能电池及其制备方法
CN108541275B (zh) 光电化学电池、光电极和制造光电极的方法
JP2017520928A (ja) 太陽電池セル
US20110232723A1 (en) Layer system for solar absorber
JP2007528935A (ja) 水素を直接発生し、収集するための光電池
RU198378U1 (ru) Концентраторный солнечный элемент
KR20090075421A (ko) 태양 전지
US8237049B2 (en) Photovoltaic cells with selectively patterned transparent conductive coatings, and associated methods
WO2012160764A1 (ja) 光電変換素子
EP2717327A2 (en) Solar cell and method for manufacturing same
KR101407165B1 (ko) 태양전지의 lbsf 후면 전극 형성방법
KR102033273B1 (ko) 광 흡수층 및 광 흡수층을 포함하는 광기전 디바이스
CN103123937B (zh) 具有背面钝化结构的太阳能电池及其制造方法
CN102832263B (zh) 具有背电场结构的太阳能电池及其制造方法
RU2442244C1 (ru) Солнечный фотоэлектрический субмодуль
KR100408527B1 (ko) 태양전지및그제조방법
CN220491893U (zh) 一种TOPCon电池背面SE结构
KR20130070470A (ko) 태양전지 모듈
TWI381538B (zh) A solar cell with a light-collecting structure
US20110088776A1 (en) Solar cell structure and manufacturing method thereof
KR101823108B1 (ko) 형광체를 이용한 고효율 태양박막전지 및 이의 제조방법
Tockhorn et al. Nanooptically Enhanced Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with 29.80% Power Conversion Efficiency
TWI423455B (zh) 太陽能電池
JP2020186454A (ja) 人工光合成セル