RU2390881C1 - Фотоэлемент - Google Patents
Фотоэлемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU2390881C1 RU2390881C1 RU2008145196/28A RU2008145196A RU2390881C1 RU 2390881 C1 RU2390881 C1 RU 2390881C1 RU 2008145196/28 A RU2008145196/28 A RU 2008145196/28A RU 2008145196 A RU2008145196 A RU 2008145196A RU 2390881 C1 RU2390881 C1 RU 2390881C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photocell
- solar cell
- metal particles
- electromagnetic radiation
- insulating layer
- 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
Изобретение относится к преобразователям энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию и может быть использовано в производстве солнечных элементов. Фотоэлемент состоит из множества сферических частиц, внутренняя часть которых выполнена с одним типом проводимости, в то время как внешняя часть выполнена с обратным типом проводимости. Фотоэлемент содержит токосъемные контакты и изолятор, расположенный между контактами, при этом изолирующий слой выбирают из оптически прозрачного диэлектрика, содержащего металлические частицы размером порядка или менее длины волны в максимуме спектра падающего электромагнитного излучения. Изобретение обеспечивает снижение толщины фоточувствительного слоя за счет увеличения абсорбции по всему спектру электромагнитного излучения и концентрации электромагнитного излучения в области фоточувствительного слоя с помощью эффекта поверхностного плазменного резонанса, а также снижение затрат на изготовление фотоэлемента за счет снижения расхода сырья и уменьшения операций по его изготовлению. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к преобразователям энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию и может быть использовано в производстве фотоэлементов.
Уровень техники
В настоящее время в мире все большее внимание уделяется развитию альтернативной энергетики, в том числе солнечной энергетики. Начиная с 2005 года, производство фотоэлектрических элементов растет на 30% ежегодно и, по прогнозам Fraunghofer Institute, солнечная энергетика будет производить более 50% потребляемой электроэнергии в мире.
Кремний является основным материалом производства фотоэлементов (более 90% рынка) в силу распространенности в природе, стабильности, отсутствия токсичности и др. побочных свойств, при высоких показателях КПД.
Однако ввиду непрямого характера запрещенной зоны кремния и, как следствие, низкой абсорбции, толщина фоточувствительного слоя кремния в фотоэлементе значительно превышает толщину фоточувствительных слоев материалов, используемых в тонкопленочных фотоэлементах (CdTe, CIGS). Увеличенный расход материала негативно влияет на стоимость кремниевых фотоэлементов.
Из уровня техники известны способы снижения расхода кремния на основе технологий тонких пленок на аморфном и микрокристаллическом кремнии. Однако КПД полученных фотоэлементов (6-8%) значительно уступает фотоэлементам на монокристаллах (13-15%).
Для снижения расхода кремния на монокристаллах, известны способы изготовления фотоэлементов на основе монокристаллических частиц. В частности, из уровня техники известен фотоэлемент, состоящий из множества сферических частиц, внутренняя часть которых выполнена с одним типом проводимости, в то время как внешняя часть выполнена с обратным типом проводимости, содержащий токосъемные контакты и изолятор, между контактами и зонами проводимости (патент US 3,998,659, публ. 21.12.1976, прототип).
Недостатком данного фотоэлемента является высокий расход кремния из-за значительного диаметра сферических частиц 650-850 мкм, обусловленного технологическими особенностями производства и низкими показателями абсорбции кремния.
Из уровня техники известно, что размещение частиц серебра на поверхности кремниевого фотоэлемента увеличивает коэффициент абсорбции по всему спектру электромагнитного излучения, с пиками в ближней области ИК-диапазона за счет эффекта поверхностного плазмонного резонанса (Surface Plasmon enhanced silicon solar cells. S.Pillai et.al, Journal of Applied Physics 101, 093105, 2007). Увеличение абсорбции позволяет снизить толщину кремниевого фоточувствительного слоя.
Однако предложенная методика нанесения серебряных частиц требует нанесения дополнительного слоя диэлектрика (SiO2) толщиной 30 нм поверх фоточувствительного слоя, что увеличивает стоимость и количество операций по изготовлению фотоэлемента.
Сведения, раскрывающие сущность изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании монокристаллического кремниевого фотоэлемента для преобразования электромагнитного излучения в электроэнергию со сниженной толщиной фоточувствительного слоя и расходом сырья.
Технические результаты, достигаемые при реализации заявляемого изобретения, заключаются в снижении толщины фоточувствительного слоя за счет увеличения абсорбции по всему спектру электромагнитного излучения и концентрации электромагнитного излучения в области фоточувствительного слоя с помощью эффекта поверхностного плазмонного резонанса; снижении затрат на изготовление фотоэлемента - за счет снижения расхода сырья и уменьшения операций по его изготовлению.
Вышеизложенные преимущества позволяют значительно снизить себестоимость вырабатываемой электроэнергии с помощью автономных источников на фотоэлементах - за счет снижения стоимости ватта установленной мощности.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что фотоэлемент характеризуется тем, что фотоэлемент, состоящий из множества сферических частиц, внутренняя часть которых выполнена с одним типом проводимости, в то время как внешняя часть выполнена с обратным типом проводимости, содержащий токосъемные контакты и изолятор, расположенный между контактами и зонами проводимости, отличается тем, что изолирующий слой выбирают из оптически прозрачного диэлектрика, содержащего металлические частицы размером порядка или менее длины волны в максимуме спектра падающего электромагнитного излучения.
Указанный фотоэлемент работает следующим образом: электромагнитное излучение возбуждает в металлических частицах на поверхности металл-диэлектрик коллективные колебания свободных электронов (поверхностный плазмонный резонанс), которые в свою очередь обеспечивают излучение волн и их концентрацию в области фоточувствительного слоя. Таким образом диаметр сфер может быть снижен до длины свободного пробега электрона в кремнии (30-50 мкм) без потерь в абсорбции.
Сопряжение фотоэлемента с нагрузкой в виде работающего электрического устройства или аккумулятора позволяет создать автономный источник электроэнергии со значительно сниженным показателем стоимости ватта установленной мощности.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, изолирующий слой содержит металлические частицы размером 2-10 нм.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, изолирующий слой содержит металлические частицы размером 11-20 нм.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, изолирующий слой содержит металлические частицы размером 21-1200 нм.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, изолирующий слой содержит металлические частицы нескольких типоразмеров, оптимизированных под соответствующие максимумы спектра падающего излучения.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, фотоэлемент может содержать инкапсулирующий слой, выполненный из оптически прозрачного диэлектрика, содержащего металлические частицы размером порядка или менее длины волны в максимуме спектра падающего электромагнитного излучения.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения, фотоэлемент может содержать антиотражательный слой.
Краткое описание чертежа
Вышеуказанные и иные признаки и преимущества настоящего изобретения раскрыты в нижеследующем описании предпочтительных вариантов его осуществления, приводимых со ссылками на чертежи, на которых изображено:
схематическое изображение фотоэлемента, где:
1 - инкапсулирующий слой поликарбоната
2 - прозрачный фронтальный электрод
3 - n-слой
4 - p-слой
5 - изолирующий слой с металлическими частицами
6 - тыльный электрод.
Осуществление изобретения
Для изготовления фотоэлемента в соответствии с чертежом, осуществляют следующие операции.
Сферы p-проводимости методом прессования помещают в поликарбонат, содержащий серебряные частицы. На выступающих верхушках формируют n-слой методом ионной имплантации фосфором. Полученный слой n-типа покрывают прозрачным электродом, например оксидом титана. Проводник покрывают инкапсулирующим слоем поликарбоната. Нижний слой поликарбоната стравливают до появления частиц и укладывают на алюминиевую фольгу. Через фольгу пропускают электрический ток, чтобы приварить частицы кремния к фольге методом контактной сварки.
Возможность реализации подтверждается приведенным выше примером, но не ограничивается им.
Claims (7)
1. Фотоэлемент, состоящий из множества сферических частиц, внутренняя часть которых выполнена с одним типом проводимости, в то время как внешняя часть выполнена с обратным типом проводимости, содержащий токосъемные контакты и изолятор, расположенный между контактами и зонами проводимости, отличающийся тем, что изолирующий слой выбирают из оптически прозрачного диэлектрика, содержащего металлические частицы размером порядка или менее длины волны в максимуме спектра падающего электромагнитного излучения.
2. Фотоэлемент по п.1, отличающийся тем, что изолирующий слой содержит металлические частицы размером 2-10 нм.
3. Фотоэлемент по п.1, отличающийся тем, что изолирующий слой содержит металлические частицы размером 1-20 нм.
4. Фотоэлемент по п.1, отличающийся тем, что изолирующий слой содержит металлические частицы размером 21 -1200 нм.
5. Фотоэлемент по п.1, отличающийся тем, что изолирующий слой содержит металлические частицы нескольких типоразмеров, оптимизированных под соответствующие максимумы спектра падающего излучения.
6. Фотоэлемент по п.1, отличающийся тем, что фотоэлемент может содержать инкапсулирующий слой, выполненный из оптически прозрачного диэлектрика, содержащего металлические частицы размером порядка или менее длины волны в максимуме спектра падающего электромагнитного излучения.
7. Фотоэлемент по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что фотоэлемент может содержать антиотражательный слой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008145196/28A RU2390881C1 (ru) | 2008-11-18 | 2008-11-18 | Фотоэлемент |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008145196/28A RU2390881C1 (ru) | 2008-11-18 | 2008-11-18 | Фотоэлемент |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2390881C1 true RU2390881C1 (ru) | 2010-05-27 |
Family
ID=42680591
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008145196/28A RU2390881C1 (ru) | 2008-11-18 | 2008-11-18 | Фотоэлемент |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2390881C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491681C1 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-08-27 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Фотоэлемент |
-
2008
- 2008-11-18 RU RU2008145196/28A patent/RU2390881C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491681C1 (ru) * | 2012-03-11 | 2013-08-27 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Фотоэлемент |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6975368B1 (ja) | 太陽電池及び太陽電池モジュール | |
JP5116869B1 (ja) | 薄膜太陽電池およびその製造方法 | |
US20080236661A1 (en) | Solar cell | |
US20080264483A1 (en) | Amorphous silicon photovoltaic cells having improved light trapping and electricity-generating method | |
CN102668126B (zh) | 太阳能电池及其制造方法 | |
AU2014307879A1 (en) | Radial p-n junction nanowire solar cells | |
JP2010130023A (ja) | 太陽電池およびその製造方法 | |
JP2011129925A (ja) | 半導体ナノ結晶を用いた太陽電池モジュール | |
TW201030994A (en) | Two sided light absorbing type solar cell | |
US20110061729A1 (en) | Solar Cell and Method of Manufacturing the Same | |
JP2004221119A (ja) | 太陽電池及びその設置方法 | |
Li et al. | Quasi‐Omnidirectional Ultrathin Silicon Solar Cells Realized by Industrially Compatible Processes | |
RU2390881C1 (ru) | Фотоэлемент | |
CN110416342A (zh) | 一种基于金属纳米颗粒的hjt电池及其制备方法 | |
CN106876513B (zh) | 一种等离极化激元横向异质集成的太阳电池 | |
CN201829508U (zh) | 一种太阳能电池 | |
KR101062486B1 (ko) | 발열체를 이용한 저열화 실리콘 박막 태양 전지 | |
Patel et al. | A study of the optical properties of wide bandgap oxides for a transparent photovoltaics platform | |
CN108321229A (zh) | 一种太阳能电池 | |
KR20090101395A (ko) | 다공성 반사 방지막을 갖는 광기전력소자 및 제조 방법 | |
CN107171632A (zh) | 基于半透明钙钛矿电池、热电器件的太阳能发电装置 | |
CN207925494U (zh) | 一种太阳能电池 | |
RU2728247C1 (ru) | Устройство фотовольтаики | |
CN107994080A (zh) | 一种光电转换组合体、太阳能电池及供电设备 | |
KR20130108541A (ko) | 투명 전극의 제조 방법, 태양광 전지의 제조 방법 및 어레이 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20110420 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111119 |