RU2336596C1 - Semiconductor photoelectric generator (versions) - Google Patents
Semiconductor photoelectric generator (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2336596C1 RU2336596C1 RU2007113493/28A RU2007113493A RU2336596C1 RU 2336596 C1 RU2336596 C1 RU 2336596C1 RU 2007113493/28 A RU2007113493/28 A RU 2007113493/28A RU 2007113493 A RU2007113493 A RU 2007113493A RU 2336596 C1 RU2336596 C1 RU 2336596C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- nanoclusters
- insulating film
- semiconductor photoelectric
- junctions
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, и технологии их изготовления, в частности к полупроводниковым фотоэлектрическим генераторам.The invention relates to electronic equipment, namely to devices that convert the energy of electromagnetic radiation into electrical energy, and the technology for their manufacture, in particular to semiconductor photoelectric generators.
Известен фотоэлектрический генератор матричного типа (патент РФ №2265915, 2005 г., МПК Н01L 31/18), в котором на полупроводниковой подложке расположены эпитаксиальные слои n и р-типа, а запирающий эффект обратносмещенных переходов устранен путем импульсного пробоя. Недостатком указанного преобразователя является недостаточно высокий кпд, не превышающий 8.6% при однократной интенсивности освещения.A matrix-type photoelectric generator is known (RF patent No. 2265915, 2005, IPC H01L 31/18), in which n and p-type epitaxial layers are located on a semiconductor substrate, and the blocking effect of reverse biased transitions is eliminated by pulse breakdown. The disadvantage of this Converter is not high enough efficiency, not exceeding 8.6% at a single light intensity.
Так же известен преобразователь солнечной энергии в электрическую (патент РФ №2217845, 2003 г., МПК Н01L 31/04) на основе фоточувствительного слоя на металлической пластине, содержащий металлические наночастицы в n-слое полупроводникового полимера и полупроводниковые нанокристаллы р-типа. Недостатком указанного преобразователя является нестабильность состояния, обеспечивающего возрастание диэлектрической проницаемости среды фоточувствительного слоя, увеличение потерь в n-области и появление эффекта фотонной деградации.A solar to electric energy converter is also known (RF patent No. 2117845, 2003, IPC H01L 31/04) based on a photosensitive layer on a metal plate containing metal nanoparticles in the n-layer of a semiconductor polymer and p-type semiconductor nanocrystals. The disadvantage of this Converter is the instability of the state, providing an increase in the dielectric constant of the medium of the photosensitive layer, an increase in losses in the n-region and the appearance of the effect of photon degradation.
В качестве прототипа принята конструкция фотоэлектрического генератора (А.с. №288163 СССР, 1967 г., МПК Н01L 31/042), выполненного в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости р-n - переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора.The design of the photoelectric generator (A.S. No. 288163 USSR, 1967, IPC Н01L 31/042), made in the form of a matrix of commutated microphototransducers, in which one or two linear sizes are comparable with the diffusion length of minority carriers in base region, and the plane pn - transitions perpendicular to the working surface of the generator.
Недостатком указанного преобразователя является недостаточно высокая эффективность преобразования.The disadvantage of this Converter is not a high conversion efficiency.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение кпд фотоэлектрического генератора, повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения.The objective of the invention is to increase the efficiency of the photoelectric generator, increasing the conversion efficiency of electromagnetic radiation.
Вышеуказанный результат достигается тем, что в полупроводниковом фотоэлектрическом генераторе, выполненном в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости р-n - переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора, на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от n-р - переходов, размещена изолирующая пленка толщиной 10-30 нм, на которой размещены нанокластеры металлов размером 10-40 нм с расстоянием между нанокластерами 60-120 нм, а над нанокластерами расположен слой пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика.The above result is achieved by the fact that in a semiconductor photoelectric generator, made in the form of a matrix of switched microphototransducers, in which one or two linear sizes are comparable with the diffusion length of minority current carriers in the base region, and the plane of pn junctions is perpendicular to the working surface of the generator, on the surface of microphotoconverters free of np junctions, an
Так же увеличение кпд и эффективности преобразования достигается тем, что в полупроводниковом фотоэлектрическом генераторе, выполненном в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости n-р - переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора, на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от р-n - переходов, размещена изолирующая пленка, в которой размещены нанокластеры металлов размером 10-40 нм, а над пленкой расположен слой пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика.An increase in efficiency and conversion efficiency is also achieved by the fact that in a semiconductor photoelectric generator made in the form of a matrix of switched microphototransducers, in which one or two linear sizes are comparable with the diffusion length of minority current carriers in the base region, and the n-p transition planes are perpendicular the working surface of the generator, on the surface of microphototransducers free of pn junctions, an insulating film is placed in which nanoclusters of metal ra mer 10-40 nm and over the film is a layer of a passivating dielectric antireflection coating.
Так же увеличение кпд и эффективности преобразования достигается тем, что в полупроводниковом фотоэлектрическом генераторе, выполненном в виде матрицы из скоммутированных микрофотопреобразователей, у которых один или два линейных размера соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области, а плоскости n-р - переходов перпендикулярны рабочей поверхности генератора, отличающийся тем, что на поверхности микрофотопреобразователей, свободной от р-n - переходов, размещена изолирующая пленка, в которой размещены нанокластеры металлов размером 10-40 нм, при этом изолирующая пленка выполняет функцию пассивирующего антиотражающего покрытия.An increase in efficiency and conversion efficiency is also achieved by the fact that in a semiconductor photoelectric generator made in the form of a matrix of switched microphototransducers, in which one or two linear sizes are comparable with the diffusion length of minority current carriers in the base region, and the n-p transition planes are perpendicular the working surface of the generator, characterized in that on the surface of the microphototransducers free of pn junctions, an insulating film is placed in which nanoparticles are placed metal cluster size of 10-40 nm, the insulating film serves as a passivating antireflective coating.
Сущность изобретения поясняется фиг.1-4.The invention is illustrated figure 1-4.
На фиг.1 показаны основные элементы конструкции полупроводниковых фотоэлектрических генераторов с нанокластерами, расположенными на изолирующей пленке, с базовой областью n-типа. На фиг.2 показаны основные элементы конструкции полупроводниковых фотоэлектрических генераторов с эпитаксиальными вертикальными р-n - переходами с нанокластарами, расположенными на изолирующей пленке, для варианта подложки n-типа. На фиг.3 показаны основные элементы конструкции полупроводниковых фотоэлектрических генераторов с размещенными в изолирующей пленке нанокластерами. На фиг.4 показаны основные элементы конструкции полупроводниковых фотоэлектрических генераторов с нанокластерами внутри изолирующей пленки, которая выполняет функцию пассивирующего антиотражающего покрытия.Figure 1 shows the basic structural elements of semiconductor photoelectric generators with nanoclusters located on an insulating film with an n-type base region. Figure 2 shows the basic structural elements of semiconductor photoelectric generators with epitaxial vertical pn junctions with nanoclusters located on an insulating film for an n-type substrate variant. Figure 3 shows the basic structural elements of semiconductor photoelectric generators with nanoclusters placed in an insulating film. Figure 4 shows the basic structural elements of semiconductor photoelectric generators with nanoclusters inside an insulating film, which serves as a passivating antireflection coating.
На фиг.1 фотоэлектрический генератор состоит из микрофотопреобразователей 1, содержащих n-р - переходы 2, базовую область 4 n-типа и легированный слой 5, рабочей поверхности 3, внешних металлических контактов 6, внутренних металлических контактов 7, изолирующей пленки 8, нанокластеров 9, пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика 10, свободной от n-р - переходов поверхности 11. При этом n-р - переходы 2 расположены перпендикулярно рабочей поверхности 3. Один или два линейных размера микрофотопреобразователей 1 соизмеримы с диффузионной длиной неосновных носителей тока в базовой области 4. Изолирующая пленка 8 расположена на свободной от n-р переходов поверхности 11, толщина пленки 8 10-30 нм. На изолирующей пленке 8 размещены нанокластеры 9, размер которых 10-40 нм, а расстояние между нанокластерами 9 составляет 60-120 нм. Над нанокластерами 9 расположен слой пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика 10.In Fig. 1, the photoelectric generator consists of microphototransducers 1 containing np junctions 2, an n-type base region 4 and a doped layer 5, a
На фиг.2 на подложке n-типа 12 размещены эпитаксиальные слои n-типа 5 и р-типа 4, пробитые обратносмещенные р-n - переходы 7, а внутренние металлические контакты отсутствуют.In Fig. 2, n-type 5 and p-type 4 epitaxial layers are placed on an n-
На фиг.3 нанокластеры 9 размещены внутри изолирующей пленки 8, а пассивирующее антиотражающее покрытие 10 расположено на изолирующей пленке 8.In figure 3,
На фиг.4 нанокластеры 9 размещены внутри изолирующей пленки 8, которая выполняет функцию пассивирующего антиотражающего покрытия.In figure 4,
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Падающее на рабочую поверхность 3 электромагнитное излучение через пассивирующее антиотражающее покрытие 10 и изолирующую пленку 8 поступает на поверхности 11 микрофотопреобразователей 1, свободные от n-р переходов 2, например, перпендикулярно n-р переходам 2. Происходит поглощение фотонов, сопровождающееся образованием электронно-дырочных пар и появлением избыточных носителей заряда. Электронно-дырочные пары разделяются полем, что вызывает во внешней цепи фототок, направленный к базовой области 4. Одновременно излучение поступает на нанокластеры 9. При этом частота плазменного резонанса нанокластеров 9 соответствует частоте падающего электромагнитного излучения что позволяет переизлучать падающее излучение через изолирующую пленку 8, и т.о. создается среда, в которой распространяется электромагнитная волна. Происходит резкое увеличение количества неосновных носителей заряда и увеличение функции генерации.Electromagnetic radiation incident on the working
В устройстве по п.2 через пассивирующее антиотражающее покрытие из диэлектрика 10 излучение поступает на нанокластеры 9, расположенные в изолирующей пленке 8.In the device according to claim 2, through a passivating antireflection coating of dielectric 10, the radiation enters the
В устройстве по п.3 электромагнитное излучение поступает непосредственно на изолирующую пленку 8, которая выполняет функцию пассивирующего антиотражающего покрытия, и расположенные в ней нанокластеры 9.In the device according to
Сочетание оптических, механических и диффузионных характеристик покрытия и характеристик нанокластеров позволяет в ряде случаев использовать изолирующую, диэлектрическую пленку, в которой размещены нанокластеры и в качестве антиотражающего покрытия (без дополнительного пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика над пленкой).The combination of the optical, mechanical, and diffusion characteristics of the coating and the characteristics of nanoclusters makes it possible in some cases to use an insulating, dielectric film in which nanoclusters are placed and as an antireflection coating (without an additional passivating antireflection coating made of a dielectric above the film).
Т.к. для матричных фотоэлектрических генераторов характерна возможность генерации носителей заряда практически во всем объеме, то введение дополнительных источников генерации носителей в виде нанокластеров позволяет достичь при однократном излучении значений кпд, достижимых в других конструкциях при высоких концентрациях излучения. Таким образом, рост функции генерации в базовой области, повышение эффективности преобразования электромагнитного излучения приводит к повышению кпд в предлагаемой конструкции фотоэлектрического генератора в реальных условиях эксплуатации по сравнению с известными конструкциями.Because Since matrix photoelectric generators are characterized by the possibility of generating charge carriers in almost the entire volume, the introduction of additional sources of carrier generation in the form of nanoclusters makes it possible to achieve efficiency with a single radiation, which can be achieved in other structures at high radiation concentrations. Thus, an increase in the generation function in the base region, an increase in the efficiency of conversion of electromagnetic radiation leads to an increase in the efficiency in the proposed design of the photoelectric generator in real operating conditions in comparison with the known structures.
Пример выполнения полупроводникового фотоэлектрическиого генератора.An example of a semiconductor photoelectric generator.
ПРИМЕР 1. Фотоэлектрический генератор представляет собой матрицу из столбика микрофотопреобразователей с вертикальной n-p-n...-р - структурой. Микрофотопреобразователи представляют собой пластины кремния марки КДБ 0,5(0.1) с диффузионными переходами и сплошными омическими контактами из индия с обоих n- и р-сторон пластин. На поверхности, свободной от n-р - переходов, размещена изолирующая пленка двуокиси кремния толщиной 10-20 нм, на которой расположены нанокластеры металла, например золота, размером 10-40 нм, при этом расстояние между нанокластерами 60-120 нм. Над нанокластерами расположен слой пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика типа нитрида кремния SixNу.EXAMPLE 1. A photoelectric generator is a matrix of a column of microphototransducers with a vertical npn ...- p structure. Microphototransducers are KDB 0.5 (0.1) grade silicon wafers with diffusion transitions and continuous ohmic contacts from indium on both n- and p-sides of the wafers. On the surface free of np junctions, an insulating
ПРИМЕР 2. Фотоэлектрический генератор представляет собой многослойную эпитаксиальную n-p-n...-р - структуру на полупроводниковой подложке из кремния n-типа марки КДБ 0,5(0.1) с пробитыми обратносмещенными р-n - переходами. На поверхности, свободной от n-р - переходов, размещена изолирующая пленка двуокиси кремния толщиной 10-20 нм, на которой расположены нанокластеры металла, например атомов серебра, размером 10-40 нм, при этом расстояние между нанокластерами 60-120 нм. Над нанокластерами расположен слой пассивирующего антиотражающего покрытия из диэлектрика типа нитрида кремния SixNу.EXAMPLE 2. The photoelectric generator is a multilayer epitaxial npn ...- p structure on a semiconductor substrate of n-type silicon of the KDB 0.5 (0.1) grade with punched reverse biased pn junctions. On the surface free of np junctions, an insulating
Следует отметить, что указанные примеры осуществления никак не ограничивают притязания заявителя, которые могут быть определены прилагаемой формулой изобретения, и множество модификаций и усовершенствований может быть сделано в рамках настоящего изобретения. Например, возможно создание в микрофотопреобразователях дополнительных р-n- или изотопных переходов, а также создание косоугольных матриц.It should be noted that these examples of implementation do not limit the claims of the applicant, which can be determined by the attached claims, and many modifications and improvements can be made in the framework of the present invention. For example, it is possible to create additional pn or isotope transitions in microphototransducers, as well as the creation of oblique matrices.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007113493/28A RU2336596C1 (en) | 2007-04-11 | 2007-04-11 | Semiconductor photoelectric generator (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007113493/28A RU2336596C1 (en) | 2007-04-11 | 2007-04-11 | Semiconductor photoelectric generator (versions) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2336596C1 true RU2336596C1 (en) | 2008-10-20 |
Family
ID=40041363
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007113493/28A RU2336596C1 (en) | 2007-04-11 | 2007-04-11 | Semiconductor photoelectric generator (versions) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2336596C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444087C2 (en) * | 2009-12-11 | 2012-02-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Semiconductor photoelectric converter and method of making said converter (versions) |
RU2444088C2 (en) * | 2009-12-30 | 2012-02-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Semiconductor photoelectric converter and method of making said converter (versions) |
RU2444089C2 (en) * | 2010-02-10 | 2012-02-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Semiconductor photoelectric generator and method of making said generator |
RU2494496C2 (en) * | 2011-12-28 | 2013-09-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Semiconductor photoelectric generator (versions) |
RU2532137C2 (en) * | 2009-09-18 | 2014-10-27 | Син-Эцу Кемикал Ко., Лтд. | Solar cell, solar cell fabrication method and solar cell module |
-
2007
- 2007-04-11 RU RU2007113493/28A patent/RU2336596C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2532137C2 (en) * | 2009-09-18 | 2014-10-27 | Син-Эцу Кемикал Ко., Лтд. | Solar cell, solar cell fabrication method and solar cell module |
RU2444087C2 (en) * | 2009-12-11 | 2012-02-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Semiconductor photoelectric converter and method of making said converter (versions) |
RU2444088C2 (en) * | 2009-12-30 | 2012-02-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Semiconductor photoelectric converter and method of making said converter (versions) |
RU2444089C2 (en) * | 2010-02-10 | 2012-02-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Semiconductor photoelectric generator and method of making said generator |
RU2494496C2 (en) * | 2011-12-28 | 2013-09-27 | Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии) | Semiconductor photoelectric generator (versions) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7718888B2 (en) | Solar cell having polymer heterojunction contacts | |
AU2007248865B2 (en) | Solar cell having doped semiconductor heterojunction contacts | |
US8580599B2 (en) | Bypass diode for a solar cell | |
US8816191B2 (en) | High efficiency photovoltaic cells and manufacturing thereof | |
CN103700713A (en) | Solar cell and method of manufacturing the same | |
RU2336596C1 (en) | Semiconductor photoelectric generator (versions) | |
RU2374720C1 (en) | Photoelectric converter (versions) and method of making said converter | |
EA017920B1 (en) | Electromagnetic radiation converter and a battery | |
RU2590284C1 (en) | Solar cell | |
KR100953448B1 (en) | Photoelectric conversion device using semiconductor nano material and method for manufacturing thereof | |
KR101284271B1 (en) | Method of preparing solar cell and solar cell prepared by the same | |
RU2331139C1 (en) | Photo-electric converter and method of its production (versions) | |
RU2357325C1 (en) | Semiconductor photoelectric generator and method of making it | |
RU2373607C1 (en) | Semiconductor photoelectric generator and method of making said generator | |
RU2371811C1 (en) | Semiconductor photoelectric generator (versions) and method of making said generator (versions) | |
Vernon et al. | High performance porous silicon solar cell development | |
KR101034318B1 (en) | Solar cell and method of manufacturing solar cell | |
RU2494496C2 (en) | Semiconductor photoelectric generator (versions) | |
RU2387048C1 (en) | Photoelectric converter | |
KR20110074252A (en) | Thin film solar cell and methode for fabricating the same | |
KR20180034091A (en) | Silicon solar cell and Method for manufacturing thereof | |
Nakamura et al. | Performance improvement of front junction n-type PERT solar cell by wafer thinning | |
RU84625U1 (en) | PHOTOELECTRIC CONVERTER | |
RU2242064C1 (en) | Solar cell | |
RU2444087C2 (en) | Semiconductor photoelectric converter and method of making said converter (versions) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090412 |