RU2714047C1 - Protective coating of photoelectric converter - Google Patents
Protective coating of photoelectric converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2714047C1 RU2714047C1 RU2018143687A RU2018143687A RU2714047C1 RU 2714047 C1 RU2714047 C1 RU 2714047C1 RU 2018143687 A RU2018143687 A RU 2018143687A RU 2018143687 A RU2018143687 A RU 2018143687A RU 2714047 C1 RU2714047 C1 RU 2714047C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- protective coating
- coating according
- optical
- opaque
- filler
- Prior art date
Links
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims abstract description 96
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 83
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 43
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 32
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 28
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 22
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 20
- 239000005304 optical glass Substances 0.000 claims description 9
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 claims description 8
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 claims description 5
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 4
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims description 4
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 4
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 3
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 3
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims description 2
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006125 amorphous polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N but-3-enoic acid;ethene Chemical compound C=C.OC(=O)CC=C DQXBYHZEEUGOBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000013308 plastic optical fiber Substances 0.000 description 1
- -1 polydimethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/04—Semiconductor 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
- H01L31/052—Cooling means directly associated or integrated with the PV cell, e.g. integrated Peltier elements for active cooling or heat sinks directly associated with the PV cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor 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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) с повышенной эффективностью и перспективных интегрированных устройств, содержащими такие ФЭП, в том числе для обеспечения энергопитания аппаратуры космических аппаратов (КА), в которых за счет перенаправляющих падающее оптическое излучение элементов уменьшают эффект тени от расположенных на поверхности устройств непрозрачных для оптического излучения структур.The invention relates to the field of photoelectric converters (PECs) with increased efficiency and promising integrated devices containing such PECs, including for providing power supply to spacecraft (SC) equipment, in which, due to redirecting incident optical radiation, the elements reduce the shadow effect from those located on the surface devices opaque to optical radiation structures.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) в настоящее время стали важными и широко распространенными устройствами для преобразования энергии оптического излучения в электричество. Наряду с наиболее массовым применением ФЭП для генерации электрической мощности, поступающей в распределительные сети, фотоэлектрические модули активно используются и локально в устройствах, в которых необходимо или целесообразно иметь автономный источник электрического питания, например, в работающих в удаленном режиме различных датчиках или сенсорах различного назначения, в том числе на космических аппаратах.Photovoltaic converters (PECs) have now become important and widespread devices for converting the energy of optical radiation into electricity. Along with the most widespread use of photovoltaic cells to generate electrical power supplied to distribution networks, photovoltaic modules are also actively used locally in devices where it is necessary or appropriate to have an autonomous source of electrical power, for example, in various types of sensors operating in a remote mode, including on spacecraft.
В обычно применяемых ФЭП достаточно большой площади используют электродные структуры для сбора фотоэлектрического тока, также часто именуемые в технической литературе «коллекторы». Такие коллекторы представляют собой решетки из проводников формируемых на рабочей поверхности ФЭП и предназначенных для эффективного сбора генерируемых падающим излучением носителей электрического заряда и их доставки до потребляющих выработанную электрическую мощность устройств. Характерные примеры конструкции коллекторов ФЭП описаны, например, в патенте РФ N 2303830 «Толстопленочный контакт кремниевого фотоэлектрического преобразователя и способ его получения», опубл. 27.07.2007 г. По причине того, что в проводниках коллектора ФЭП необходимо минимизировать омические потери, их выполняют из материалов с высокой электрической проводимостью, а именно, металлов и их сплавов. Известны различные композиции и способы формирования коллекторов ФЭП, но для целей настоящего изобретения существенно то, что во всех случаях проводники коллектора, являясь непрозрачными, препятствуют прохождению оптического излучения к нижележащим активным областям ФЭП, и, тем самым, уменьшают результирующую эффективность ФЭП. Таким образом, проводники коллектора необходимы для отвода генерируемой электрической мощности, но их наличие приводит к уменьшению эффективности ФЭП. Однако выполнение проводников коллектора более тонкими приводит к возрастанию их электрического сопротивления, что также приводит к снижению эффективности ФЭП. Более того, необходимо также обеспечить достаточную площадь и качество контакта между поверхностью рабочих областей ФЭП и проводниками коллектора для того, чтобы минимизировать сопротивление контакта. Таким образом, необходимо находить баланс между электрическим сопротивлением проводников коллектора и площадью поверхности ФЭП, закрываемой этими проводниками от падающего оптического излучения.In commonly used photovoltaic cells of a sufficiently large area, electrode structures are used to collect photoelectric current, also often referred to in the technical literature as “collectors”. Such collectors are arrays of conductors formed on the working surface of solar cells and designed to efficiently collect electric charge carriers generated by incident radiation and deliver them to devices that consume the generated electric power. Typical examples of the design of collectors of solar cells are described, for example, in RF patent N 2303830 "Thick-film contact of a silicon photoelectric transducer and method for its preparation", publ. July 27, 2007. Due to the fact that ohmic losses must be minimized in the conductors of the solar collector, they are made of materials with high electrical conductivity, namely, metals and their alloys. Various compositions and methods for the formation of photomultiplier collectors are known, but for the purposes of the present invention, it is essential that, in all cases, the collector conductors, being opaque, impede the passage of optical radiation to the underlying active regions of the photomultiplier, and thereby reduce the resulting efficiency of the photomultiplier. Thus, collector conductors are necessary for the removal of generated electric power, but their presence leads to a decrease in the efficiency of the solar cells. However, making the collector conductors thinner leads to an increase in their electrical resistance, which also leads to a decrease in the efficiency of the solar cells. Moreover, it is also necessary to ensure a sufficient area and quality of contact between the surface of the working areas of the solar cells and collector conductors in order to minimize contact resistance. Thus, it is necessary to find a balance between the electrical resistance of the collector conductors and the surface area of the photovoltaic cells covered by these conductors from incident optical radiation.
Аналогичная проблема возникает и в случае, если вместо проводника коллектора, в общем случае, в составе устройства на поверхности рабочей области ФЭП формируют требуемые функциональным применением такого устройства электронные элементы, например, микроэлектронные схемы на основе транзисторной логики и/или датчики физических величин. В частном случае такие датчики могут включать, например, микроантенны, полосковые линии задержки, встроенные оптоэлетронные компоненты или узлы и т.п. Однако, не ограничивая общности, в дальнейшем рассмотрении будет использоваться термины «проводники» и «коллектор», являющимися стандартно используемыми компонентами ФЭП, применяемых в солнечной энергетике.A similar problem also arises if instead of the collector conductor, in the general case, on the surface of the working area of the photomultiplier tubes the electronic elements required by the functional application of such a device are formed, for example, microelectronic circuits based on transistor logic and / or physical quantity sensors. In the particular case, such sensors may include, for example, micro-antennas, strip delay lines, integrated optoelectronic components or components, and the like. However, without limiting generality, the terms “conductors” and “collector”, which are the standard components of solar cells used in solar energy, will be used in further consideration.
Поэтому решением вышеуказанной технической проблемы по настоящему изобретению является формирование такой конструкции устройства, имеющего в своем составе фотоэлектрический преобразователь, в котором достигается повышение его эффективности за счет снижения потерь оптической мощности на располагаемых на поверхности непрозрачных элементах конструкции такого устройства. Эта цель достигается за счет того, что при использовании эффективной конструкции коллектора фотогенерированного тока применяют интегрированную в защитное покрытие ФЭП систему оптических элементов, которая обеспечивает уменьшение эффекта затенения рабочих областей ФЭП проводниками коллектора. Кроме того, если такие непрозрачные элементы устройства являются активными функциональными элементами, например, полупроводниковыми приборами или устройствами коммутации, то поглощаемое ими излучение приводит к их нагреву, что может негативно влиять на их рабочие характеристики и потому целесообразно перенаправлять это излучение мимо такого элемента.Therefore, the solution to the above technical problem of the present invention is the formation of such a device design incorporating a photovoltaic converter in which its efficiency is improved by reducing the optical power loss on the opaque structural elements of such a device located on the surface. This goal is achieved due to the fact that when using the efficient design of the photogenerated current collector, a system of optical elements integrated into the protective coating of the photomultiplier is used, which provides a reduction in the effect of obscuring the working areas of the photomultiplier with collector conductors. In addition, if such opaque elements of the device are active functional elements, for example, semiconductor devices or switching devices, then the radiation absorbed by them leads to their heating, which can negatively affect their performance and therefore it is advisable to redirect this radiation past such an element.
В некоторых случаях размер такого непрозрачного элемента может оказаться слишком большим, чтобы при формировании интегрированной в защитное покрытие ФЭП системы оптических элементов оказалось возможным полное исключение эффекта затенения. В этих случаях оптические элементы выполняют таким образом, чтобы они обеспечивали положительный эффект хотя бы вдоль периферийных областей указанного непрозрачного элемента.In some cases, the size of such an opaque element may be too large to completely eliminate the effect of shading when forming a system of optical elements integrated into the protective coating of the photomultiplier. In these cases, the optical elements are designed so that they provide a positive effect at least along the peripheral regions of the specified opaque element.
Защитное покрытие для ФЭП и устройств, имеющих в своем составе ФЭП, выполняют из оптически прозрачного в области спектральной чувствительности используемого ФЭП материала. Таким материалом может быть стекло или полимер, выбор конкретного материала делают исходя из конкретного применения устройства, а также коммерческой и стоимостной доступности. Известно, что коэффициент преломления минеральных (неорганических) стекол варьируется в диапазоне 1.5÷1.9, а стеклообразных аморфных полимеров варьируется в диапазоне 1.3÷1.7 (Серова В.Н., Химическая структура и показатель преломления полимеров, Вестник Казанского технологического университета, 2012, т. 15, №7, с. 91-94).The protective coating for PECs and devices incorporating PECs is made of the material used optically transparent in the spectral sensitivity region of the used PECs. Such a material may be glass or polymer, the choice of a specific material is made based on the specific application of the device, as well as commercial and cost availability. It is known that the refractive index of mineral (inorganic) glasses varies in the range 1.5 ÷ 1.9, and glassy amorphous polymers varies in the range 1.3 ÷ 1.7 (Serova V.N., Chemical structure and refractive index of polymers, Bulletin of Kazan Technological University, 2012, vol. 15, No. 7, pp. 91-94).
Известно решение технической задачи сохранения высокой эффективности коллектора ФЭП при одновременном уменьшении площади поверхности ФЭП, занимаемыми проводниками коллектора, описанное в патенте США N 4726850 «Buried contact solar cell», опубл. 23.02.1988 г., согласно которому проводники коллектора выполняют заглубленными в поверхность, размещая проводник внутри формируемой в поверхности ФЭП канавки. Такая конструкция коллектора позволяет уменьшить ширину проводника на поверхности, но за счет увеличенной высоты оставить неизменным или даже увеличить площадь его сечения, а тем самым, сохранить низкое значение контактного сопротивления контактов и омического сопротивления коллектора в целом.It is known to solve the technical problem of maintaining the high efficiency of the collector of solar cells while reducing the surface area of the solar cells occupied by the collector conductors, described in US patent N 4726850 "Buried contact solar cell", publ. 02/23/1988, according to which the collector conductors are buried into the surface, placing the conductor inside the groove formed on the surface of the photomultiplier. This design of the collector allows to reduce the width of the conductor on the surface, but due to the increased height to leave unchanged or even increase its cross-sectional area, and thereby maintain a low value of contact resistance of contacts and ohmic resistance of the collector as a whole.
В патенте США N 5554229 «Light directing element for photovoltaic device and method of manufacture», опубл. 10.04.1996 г. для предотвращения попадания падающего оптического излучения на непрозрачные структурные элементы ФЭП предложено формировать в слое оптически прозрачного материала, выполняющем функцию защитного покрытия рабочей поверхности ФЭП, на обращенной к ФЭП стороне пространственно сопряженные с указанными оптически непрозрачными элементами на поверхности устройства, содержащего ФЭП, каналы, на боковые стенки которых нанесены светоотражающие покрытия. В частности, такие каналы выполняют в виде V-образных канавок, обращенных широкой частью к поверхности ФЭП и закрывающие непрозрачный элемент структуры на поверхности ФЭП, а вершиной по направлению навстречу падающему на ФЭП оптическому излучению. При этом падающее на такие встроенные в защитное покрытие оптические элементы оптическое излучение отражается от боковых стенок и перенаправляется на рабочие поверхности ФЭП.In US patent N 5554229 "Light directing element for photovoltaic device and method of manufacture", publ. 04/10/1996, to prevent incident optical radiation from entering the opaque structural elements of the photomultiplier, it is proposed to form a layer of optically transparent material that acts as a protective coating on the working surface of the photomultiplier, spatially conjugated with the specified optically opaque elements on the surface of the device containing the photomultiplier on the side facing the photomultiplier channels with reflective coatings on their side walls. In particular, such channels are made in the form of V-grooves, facing a broad part to the surface of the photomultiplier and covering an opaque structure element on the photomultiplier’s surface, and with their apex toward the incident optical radiation incident on the photomultiplier. In this case, the optical radiation incident on such optical elements integrated into the protective coating is reflected from the side walls and redirected to the working surfaces of the solar cells.
Принципиально неустранимым недостатком такой конструкции является необходимость технологической операции по селективному нанесению на боковые поверхности сформированных канавок светоотражающего покрытия, что значительно усложняет и удорожает процесс производства ФЭП и/или содержащих ФЭП устройств и делает нецелесообразным использование такой конструкции защитных покрытий ФЭП в производстве.A fundamentally irremovable drawback of such a design is the need for a technological operation to selectively apply a reflective coating to the formed grooves of the formed grooves, which significantly complicates and increases the cost of manufacturing PECs and / or PEC-containing devices and makes it inappropriate to use such a construction of PEC protective coatings in production.
В патенте США N 5110370 «Photovoltaic device with decreased gridline shading and method for its manufacture», опубл. 05.05.1992 г. описано содержащее фотоэлектрический преобразователь устройство со встроенными в защитное покрытие элементами для локального перенаправления падающего света, которые выполняют в виде углублений на внешней по отношению к ФЭП стороне и расположение которых сопряжено с оптически непрозрачными элементами на поверхности устройства, содержащего ФЭП. В частности, такие углубления выполняют в виде V-образных канавок. При этом широкая часть каждой такой V-образной канавки перекрывает в своей проекции соответствующий непрозрачный элемент структуры на поверхности ФЭП, а вершина каждой такой V-образной канавки направлена в сторону этого непрозрачного элемента ФЭП. При падении на боковые поверхности таких встроенных в защитное покрытие оптических элементов оптическое излучение преломляется и отклоняется от первоначального направления. Канавки выполняют таким образом, чтобы перенаправленное таким образом оптическое излучение перенаправлялось на рабочие поверхности ФЭП.In US patent N 5110370 "Photovoltaic device with reduced gridline shading and method for its manufacture", publ. 05/05/1992, a device containing a photoelectric converter is described with elements for local redirection of incident light integrated in a protective coating, which are in the form of recesses on the side external to the photomultiplier and whose arrangement is associated with optically opaque elements on the surface of the device containing the photomultiplier. In particular, such recesses are in the form of V-grooves. In this case, the wide part of each such V-shaped groove overlaps in its projection the corresponding opaque structural element on the surface of the photomultiplier, and the apex of each such V-shaped groove is directed towards this opaque photomultiplier. When optical elements embedded in a protective coating fall onto the side surfaces, the optical radiation is refracted and deviates from the original direction. The grooves are designed so that the optical radiation redirected in this way is redirected to the working surfaces of the solar cells.
Это решение является наиболее близким к предлагаемому и принято в качестве прототипа.This solution is the closest to the proposed and adopted as a prototype.
Принципиально неустранимым недостатком такой конструкции является подверженность избыточному, по сравнению с планарными структурами, загрязнению. Действительно, ширина проводников коллектора фототока в ФЭП обычно варьируется в диапазоне 100÷300 мкм, а канавки выполняют сопоставимой глубины, что делает попадающие в такие узкие канавки механические примеси практически не удаляемыми с использованием стандартных методов очистки. В результате с течением времени происходит значительное снижение эффективности ФЭП.A fundamentally unrecoverable drawback of this design is the susceptibility to excessive pollution compared to planar structures. Indeed, the width of the conductors of the photocurrent collector in the photomultiplier usually varies in the range of 100–300 μm, and the grooves are of comparable depth, which makes the mechanical impurities falling into such narrow grooves practically impossible to remove using standard cleaning methods. As a result, a significant decrease in the efficiency of solar cells occurs over time.
Раскрытие изобретенияDisclosure of Invention
Задачей изобретения является устранение недостатков ближайшего аналога.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages of the closest analogue.
Заявленное изобретение обеспечивает технический результат, состоящий в формировании в защитном покрытии содержащего фотоэлектрический преобразователь устройства встроенные в него элементы для локального перенаправления падающего света на рабочие поверхности ФЭП, позволяющего создать содержащее фотоэлектрический преобразователь устройство с повышенной эффективностью и, одновременно, не подверженных избыточному загрязнению в процессе эксплуатации.The claimed invention provides a technical result consisting in the formation in the protective coating of a device containing a photoelectric converter integrated elements for local redirection of incident light on the working surfaces of the solar cells, which allows to create a device containing a photoelectric converter with increased efficiency and, at the same time, not subject to excessive pollution during operation .
Указанный технический результат достигается посредством защитного покрытия фотоэлектрического преобразователя, содержащего проводники или сенсоры в виде непрозрачных элементов, где защитное покрытие включает слой из оптически прозрачного материала с выполненными в нем с внешней стороны оптическими элементами в виде углублений с наклонными боковыми стенками, расположенных над непрозрачными элементами, предназначенными для перенаправления падающего оптического излучения в рабочие области фотоэлектрического преобразователя, при этом по меньшей мере, одно углубление заполнено оптически прозрачным материалом - наполнителем, с коэффициентом преломления меньшим, чем коэффициент преломления материала защитного покрытия, угол наклона боковой стенки выбирают исходя из соотношения оптических характеристик материала защитного покрытия и наполнителя таким образом, чтобы оптический луч, преимущественно ориентированный по нормали к поверхности устройства и падающий на боковую стенку в области вблизи вершины углубления, после преломления отклонялся от первоначального направления и попадал в точку вне упомянутого непрозрачного элемента.The specified technical result is achieved by means of a protective coating of a photoelectric converter containing conductors or sensors in the form of opaque elements, where the protective coating includes a layer of optically transparent material with optical elements made in it from the outside in the form of recesses with inclined side walls located above the opaque elements, designed to redirect incident optical radiation into the working areas of the photoelectric transducer, when at least one recess is filled with an optically transparent filler material with a refractive index less than the refractive index of the protective coating material, the angle of inclination of the side wall is selected based on the ratio of the optical characteristics of the protective coating material and the filler so that the optical beam is mainly oriented normal to the surface of the device and incident on the side wall in the area near the top of the recess, after refraction deviated from the original direction and hit a point outside the mentioned opaque element.
Боковая стенка наклонена таким образом, что длина ее проекции на непрозрачный элемент была максимальной для выбранных значений коэффициентов преломления материала защитного покрытия и материала интегрированных в него оптических элементов, но не превышала половину ширины непрозрачного элемента конструкции ФЭП. Заполненные оптически прозрачным материалом углубления образуют с защитным покрытием единую плоскую (планарную) внешнюю поверхность. В качестве наполнителя используют легкоплавкое стекло или полимер. Ширина основания углубления существенно не превышает ширину располагающегося под ним непрозрачного элемента. Углубление в одном из вариантов осуществления изобретения имеет в сечении V-образный профиль, или трапецеидальный профиль, или выполнено в виде продольной канавки, имеющей в сечении V-образный или трапецеидальный профиль. Профиль углубления может быть выполнен с увеличивающейся к ее вершине кривизной. Наилучший вариант осуществления изобретения, согласно которому в сечении ось симметрии оптического элемента совпадает с осью симметрии непрозрачного элемента. Защитное покрытие и наполнитель оптического элемента могут быть выполнены из гидрофобных материалов, из материалов, являющихся сцинциляторами, преобразующих жесткое ультрафиолетовое или рентгеновское излучение в оптическое, спектр которого совпадает со спектром поглощения ФЭП.The side wall is inclined in such a way that the length of its projection onto the opaque element was maximum for the selected refractive indices of the material of the protective coating and the material of the optical elements integrated into it, but did not exceed half the width of the opaque design element of the photomultiplier. The recesses filled with optically transparent material form a single flat (planar) external surface with a protective coating. As a filler, low-melting glass or polymer is used. The width of the base of the recess does not substantially exceed the width of the opaque element below it. The recess in one embodiment of the invention has a V-shaped section or trapezoidal profile in cross section, or is made in the form of a longitudinal groove having a V-shaped or trapezoidal section in cross section. The profile of the recess can be performed with increasing curvature to its apex. The best embodiment of the invention, according to which in cross section the axis of symmetry of the optical element coincides with the axis of symmetry of the opaque element. The protective coating and the filler of the optical element can be made of hydrophobic materials, from materials that are scintillators, converting hard ultraviolet or X-ray radiation into optical radiation, the spectrum of which coincides with the absorption spectrum of the photomultiplier.
Предпочтительно угол наклона стенок в защитном покрытии выбран из условия:Preferably, the angle of inclination of the walls in the protective coating is selected from the condition:
где ψ - угол наклона боковой стенки, d - ширина непрозрачного элемента, Н - толщина защитного покрытия, n1 - коэффициент преломления материала интегрированного оптического элемента, n2 - коэффициент преломления материала защитного покрытия; а глубина канавки выбрана исходя из условия, определяемого формулой:where ψ is the angle of inclination of the side wall, d is the width of the opaque element, N is the thickness of the protective coating, n 1 is the refractive index of the material of the integrated optical element, n 2 is the refractive index of the material of the protective coating; and the groove depth is selected based on the condition defined by the formula:
где а - глубина канавки, ψ0 - величина угла, при котором выполняется условие равенства в соотношении (1).where a is the groove depth, ψ 0 is the angle at which the equality condition in relation (1) is satisfied.
Защитное покрытие представляет собой оптическое стекло повышенной прозрачности в спектральном диапазоне ФЭП, а полимерный наполнитель выбран из группы полимеров, используемых в технологиях сборки ФЭП, включающей ЭВА, ПДМС, ПЭТ, ПММА, или является оптически прозрачным фторполимером с пониженным значением коэффициента преломления. В одном из вариантов осуществления изобретения защитное покрытие представляет собой оптическое стекло с повышенным значением коэффициента преломления, а полимерный наполнитель является оптически прозрачным фторполимером с пониженным значением коэффициента преломления.The protective coating is an optical glass with increased transparency in the spectral range of the photomultiplier, and the polymer filler is selected from the group of polymers used in the assembly of photomultiplier tubes, including EVA, PDMS, PET, PMMA, or is an optically transparent fluoropolymer with a low refractive index. In one embodiment of the invention, the protective coating is an optical glass with a high refractive index, and the polymer filler is an optically transparent fluoropolymer with a low refractive index.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Группа изобретений поясняется чертежами.The group of inventions is illustrated by drawings.
На фиг. 1 представлена схематичное изображение конструкции содержащего интегрированные оптические элементы 4 защитного покрытия 3 фотоэлектрического преобразователя или устройства, содержащего фотоэлектрический преобразователь 1 с непрозрачным элементом 2 и примеры распространения оптических лучей, падающих на различные участки этой конструкции.In FIG. 1 is a schematic illustration of a structure containing integrated
На фиг. 2 показан вариант выполнения содержащего интегрированные оптические элементы 4 защитного покрытия 3, при котором в его конструкции на поверхности ФЭП 1 с непрозрачным элементом 2 присутствует дополнительный слой 5 полимерного клея. В настоящее время при коммерческом производстве солнечных модулей в качестве такого полимерного клея используют этиленвинилацетат (ЭВА), имеющий очень хорошую адгезию и коэффициент преломления, близкий по величине к коэффициенту преломления используемых в качестве защитного покрытия стекол с пониженным содержанием примесного железа для достижения их максимальной прозрачности в рабочем спектральном диапазоне ФЭП.In FIG. 2 shows an embodiment of a
На фиг. 3 показаны основные геометрические параметры оптического элемента, интегрированного в защитное покрытие, на основе которых оптимизируют его конструкцию: Н - толщина защитного покрытия 3, D - ширина непрозрачного элемента 2 содержащего ФЭП устройства 1, L - длина проекции боковой стенки оптического элемента на плоскость ФЭП, а - глубина формирующей интегрированный оптический элемент 4 канавки в защитном покрытии 3, h - толщина защитного покрытия в вершине этой канавки, ψ - угол наклона боковой стенки канавки в защитном покрытии, α - угол падения на боковую стенку луча света при ориентации ФЭП на источник излучения, β - угол преломленного луча.In FIG. 3 shows the basic geometric parameters of the optical element integrated into the protective coating, on the basis of which its design is optimized: N - thickness of the
На фиг. 4 показан вариант выполнения содержащего интегрированные оптические элементы 4 защитного покрытия 3 в случае, когда на поверхности ФЭП 1 присутствует протяженный непрозрачный элемент устройства 2, и примеры распространения оптических лучей, падающих на различные участки этой конструкции.In FIG. 4 shows an embodiment of a
На фиг. 5 показаны варианты выполнения содержащего интегрированные оптические элементы защитного покрытия с различными геометрическими параметрами такого оптического элемента и примеры распространения оптических лучей в этих случаях. Чертеж, представленный на фиг. 5, схематично иллюстрирует качественные соотношения между геометрическими параметрами интегрированных оптических элементов Li и hi в различных вариантах их выполнения при падении оптического излучения на нижнюю часть боковой стенки оптического элемента с трапецеидальным профилем или с профилем в виде V-образной канавки при выполнении условия перенаправления падающих оптических лучей на край протяженного непрозрачного элемента ФЭП.In FIG. 5 shows embodiments of a protective coating containing integrated optical elements with various geometric parameters of such an optical element and examples of the propagation of optical rays in these cases. The drawing shown in FIG. 5 schematically illustrates the qualitative relationships between the geometric parameters of the integrated optical elements L i and h i in various embodiments when optical radiation is incident on the lower part of the side wall of an optical element with a trapezoidal profile or with a profile in the form of a V-shaped groove under the condition of incident redirection optical rays on the edge of an extended opaque photomultiplier.
На фиг. 6 показана расчетная зависимость относительной глубины V-образной канавки а/H и относительной толщиной защитного покрытия d/H при различных соотношениях коэффициентов преломления материала защитного покрытия и материала интегрированного оптического элемента n2/n1, по которой оптимизируют геометрические параметры конструкции содержащего интегрированные оптические элементы защитного покрытия фотоэлектрического преобразователя или устройства, содержащего фотоэлектрический преобразователь.In FIG. Figure 6 shows the calculated dependence of the relative depth of the V-shaped groove a / H and the relative thickness of the protective coating d / H for various ratios of refractive indices of the material of the protective coating and the material of the integrated optical element n 2 / n 1 , which optimize the geometric parameters of the structure containing integrated optical elements a protective coating for the photovoltaic converter or a device containing the photovoltaic converter.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Конструктивно, топологическую структуру защитного покрытия фотоэлектрического преобразователя или устройства, содержащего фотоэлектрический преобразователь, формируют таким образом, чтобы такое защитное покрытие содержало интегрированные оптические элементы, предназначенные для того, чтобы перенаправить оптическое излучение, падающее в области, содержащие непрозрачные элементы упомянутого устройства в рабочие области фотоэлектрического преобразователя, увеличивая тем самым их освещенность и, соответственно, увеличивая эффективность конверсии энергии оптического излучения в электрическую и одновременно уменьшая тепловую нагрузку на функциональные элементы, расположенные в области указанного непрозрачного элемента.Structurally, the topological structure of the protective coating of the photovoltaic converter or a device containing the photovoltaic converter is formed so that such a protective coating contains integrated optical elements designed to redirect the optical radiation incident in the regions containing opaque elements of the said device into the working areas of the photovoltaic converter, thereby increasing their illumination and, accordingly, increasing the efficiency the reality of the conversion of the energy of optical radiation into electrical energy and at the same time reducing the thermal load on functional elements located in the region of the specified opaque element.
В некоторых случаях размер непрозрачного элемента может оказаться слишком большим, чтобы при формировании интегрированной в защитное покрытие ФЭП системы оптических элементов было возможно полное перенаправление падающего излучения. В таком случае оптические элементы выполняют таким образом, чтобы они обеспечивали положительный технический результат частично - вдоль периферийных областей указанного непрозрачного элемента.In some cases, the size of the opaque element may be too large so that the formation of the system of optical elements integrated into the protective coating of the photomultiplier makes it possible to completely redirect the incident radiation. In this case, the optical elements are designed so that they provide a positive technical result partially - along the peripheral regions of the specified opaque element.
Внешнюю поверхность интегрированного защитного покрытия формируют преимущественно планарной, что исключает ее подверженность избыточному загрязнению.The outer surface of the integrated protective coating is formed predominantly planar, which eliminates its susceptibility to excessive pollution.
Технический результат изобретения достигается тем, что упомянутое защитное покрытие ФЭП выполняют не сплошным, а содержащим сформированные любым способом продольные канавки, ориентированные преимущественно вдоль упомянутого непрозрачного элемента, например, проводника коллектора ФЭП. Указанные канавки заполняют оптически прозрачным материалом - наполнителем с коэффициентом преломления меньшим, чем коэффициент преломления материала защитного покрытия. Материал наполнителя выбирают исходя из технологических возможностей и экономической целесообразности. Например, в качестве наполнителя используют легкоплавкое стекло или полимер.The technical result of the invention is achieved in that the protective coating of the photomultiplier is not continuous, but containing longitudinal grooves formed in any way, oriented mainly along the opaque element, for example, the collector conductor of the photomultiplier. These grooves are filled with an optically transparent material — a filler with a refractive index less than the refractive index of the protective coating material. The filler material is selected based on technological capabilities and economic feasibility. For example, low-melting glass or polymer is used as a filler.
Упомянутые продольные канавки формируют таким образом, что ширина основания такой канавки существенно не превышает ширину располагающегося под ней непрозрачного элемента устройства, содержащего ФЭП. При этом боковую стенку такой канавки выполняют наклонной. При этом дно канавки выполняют уже ее основания, а угол наклона боковой стенки и глубину канавки выбирают исходя из соотношения оптических характеристик материала защитного покрытия и планаризующего наполнителя таким образом, чтобы оптический луч, преимущественно ориентированный по нормали к поверхности устройства и падающий на боковую стенку в области вблизи дна канавки, после преломления отклонялся от первоначального направления и попадал в точку вне упомянутого непрозрачного элемента. Поскольку это условие может быть выполнено при различных соотношениях угла наклона боковой стенки канавки и ее глубины, наклон боковой стенки такой канавки предпочтительно выбирают таким образом, чтобы длина ее проекции на дно канавки была максимальной для выбранных значений коэффициентов преломления материала защитного покрытия и материала интегрированных в него оптических элементов, но не превышала половину ширины непрозрачного элемента конструкции ФЭП, над которым этот оптический элемент формируется. При этом если устройство содержит непрозрачные элементы различной ширины, то параметры соответствующих им оптических элементов определяют для каждой группы таких непрозрачных элементов.The said longitudinal grooves are formed in such a way that the width of the base of such a groove does not substantially exceed the width of the opaque element of the device containing the photomultiplier located below it. In this case, the side wall of such a groove is inclined. In this case, the bottom of the groove is already made at its base, and the angle of inclination of the side wall and the depth of the groove are selected based on the ratio of the optical characteristics of the protective coating material and the planarizing filler so that the optical beam, mainly oriented normal to the surface of the device and incident on the side wall in the region near the bottom of the groove, after refraction, deviated from the original direction and hit a point outside the mentioned opaque element. Since this condition can be fulfilled for different ratios of the angle of inclination of the side wall of the groove and its depth, the inclination of the side wall of such a groove is preferably chosen so that the length of its projection onto the bottom of the groove is maximum for the selected refractive indices of the protective coating material and the material integrated into it optical elements, but did not exceed half the width of the opaque structural element of the photomultiplier, over which this optical element is formed. Moreover, if the device contains opaque elements of various widths, then the parameters of the corresponding optical elements are determined for each group of such opaque elements.
Если ширина непрозрачного элемента невелика, то такую канавку предпочтительно выполняют имеющей в сечении V-образный профиль. Дополнительно, профиль канавки выполняют с увеличивающейся к ее вершине кривизной. В случае большой протяженности непрозрачного элемента для достижения максимального технического результата такую канавку также выполняют имеющей в сечении трапецеидальный профиль. После этого такую канавку полностью заполняют оптически прозрачным планаризующим материалом с коэффициентом преломления меньше, чем коэффициент преломления материала защитного покрытия устройства, таким образом, чтобы внешняя поверхность защитного покрытия с полученным как описано выше интегрированным в его структуру оптическим элементом представляла собой плоскую (планарную) поверхность. При этом геометрические параметры такой канавки определяют на основе геометрических параметров конструкции коллектора ФЭП, толщины применяемого защитного покрытия и оптических характеристик (коэффициента преломления) материала этого защитного покрытия и заполняющего канавку полимерного материала. Некоторый уровень потерь оптической мощности, неизбежный при прохождении излучения через границу между интегрированным оптическим элементом и защитным покрытием, не имеет принципиального значения, поскольку в случае отсутствия такого интегрированного оптического элемента, теряется не малая часть, а вся падающая на непрозрачный элемент оптическая мощность.If the width of the opaque element is small, then such a groove is preferably performed having a V-shaped cross section. Additionally, the groove profile is performed with curvature increasing toward its apex. In the case of a large length of the opaque element, in order to achieve the maximum technical result, such a groove is also made having a trapezoidal profile in cross section. After that, such a groove is completely filled with an optically transparent planarizing material with a refractive index less than the refractive index of the protective coating material of the device, so that the outer surface of the protective coating with the optical element integrated into its structure as described above is a flat (planar) surface. In this case, the geometric parameters of such a groove are determined based on the geometric parameters of the design of the solar cell collector, the thickness of the applied protective coating and the optical characteristics (refractive index) of the material of this protective coating and the polymer material filling the groove. A certain level of optical power loss, which is inevitable when radiation passes through the boundary between the integrated optical element and the protective coating, is not of fundamental importance, since in the absence of such an integrated optical element, not a small part is lost, but all the optical power incident on an opaque element.
Дополнительно защитное покрытие и интегрированные в него оптические элементы выполняют из материалов, поверхность которых имеет гидрофобные свойства.Additionally, the protective coating and the optical elements integrated into it are made of materials whose surface has hydrophobic properties.
Дополнительно защитное покрытие и интегрированные в него оптические элементы выполняют из материалов, являющихся сцинциляторами, т.е. материалов, преобразующих жесткое ультрафиолетовое или рентгеновское излучение в оптическое, спектр которого совпадает со спектром поглощения ФЭП.Additionally, the protective coating and the optical elements integrated into it are made of materials that are scintillators, i.e. materials that convert hard ultraviolet or x-ray radiation into optical, the spectrum of which coincides with the absorption spectrum of the photomultiplier.
Примеры осуществления изобретенияExamples of carrying out the invention
Пример 1.Example 1
В качестве примера осуществления предложенного изобретения и выбора оптимальных геометрических параметров конструкции содержащего интегрированные оптические элементы защитного покрытия фотоэлектрического преобразователя или устройства, содержащего фотоэлектрический преобразователь, рассмотрен вариант преимущественно одномерных непрозрачных элементов, характерного для наиболее часто применяемых в конструкциях ФЭП или содержащих ФЭП устройств длинномерных металлических проводников. Соответствующий такому одномерному непрозрачному элементу интегрированный в защитное покрытие оптический элемент по настоящему изобретению формируют в форме V-образной или трапецеидальной канавки. Причем, как отмечалось ранее, ширину основания такой канавки выбирают приблизительной равной ширине соответствующего непрозрачного элемента. При такой конструкции интегрированного оптического элемента обеспечивается оптимальный режим освещения рабочих областей ФЭП в случае нормального падения излучения, предпочтительном при использовании систем слежения и ориентирования ФЭП на источник излучения.As an example of the implementation of the proposed invention and the selection of optimal geometric parameters of the structure containing the integrated optical elements of the protective coating of the photovoltaic converter or a device containing a photovoltaic converter, a variant of predominantly one-dimensional opaque elements is considered, which is characteristic of long metal conductors that are most often used in PECs or PECs. The optical element of the present invention integrated into the protective coating corresponding to such a one-dimensional opaque element is formed in the form of a V-shaped or trapezoidal groove. Moreover, as noted earlier, the width of the base of such a groove is chosen approximately equal to the width of the corresponding opaque element. With this design of the integrated optical element, the optimal illumination regime of the working areas of the photomultiplier is ensured in the case of a normal incident of radiation, which is preferable when using tracking systems and orienting the photomultiplier to the radiation source.
В более общем случае формы непрозрачного элемента соответствующей ему интегрированный оптический элемент выполняют конической или пирамидальной формы или формируют их в виде усеченного конуса или пирамиды или сопряжения таких форм.In a more general case, the shape of an opaque element corresponding to it, the integrated optical element is conical or pyramidal in shape or form them in the form of a truncated cone or pyramid or pairing of such forms.
Предпочтительную глубину V-образной канавки выбирают таким образом, чтобы вертикально падающий луч в область ее вершины испытывал преломление на границе оптического элемента и защитного покрытия и направлялся за пределы непрозрачного элемента. Для этого угол ψ наклона боковой стенки V-образной канавки в защитном покрытии выбирают таким образом, чтобы выполнялось условие (1).The preferred depth of the V-shaped groove is selected so that a vertically incident beam in the region of its apex experiences refraction at the boundary of the optical element and the protective coating and is directed outside the opaque element. For this, the angle ψ of the slope of the side wall of the V-groove in the protective coating is chosen so that condition (1) is satisfied.
Для большей наглядности на фиг. 6 приведены зависимости относительной глубины канавки а, которую определяют по формуле (2).For clarity, in FIG. Figure 6 shows the dependences of the relative depth of the groove a , which is determined by the formula (2).
Пример 2.Example 2
В широко используемых конструкциях ФЭП контактно-электродная система сбора фотогенерированного тока (коллектор) представляет из себя множество металлических проводников, включающее широкие объединительные шины и решетку расположенных сравнительно близко друг от друга узких собирающих фототок проводников. Закрываемая электродами площадь в совокупности составляет 8-10% площади ФЭП. В случае выполненного по гибридной технологии полупроводниковых устройства, содержащего ФЭП в качестве источника его питания, геометрия непрозрачных элементов может быть иной.In widely used designs of photovoltaic cells, the contact-electrode system for collecting photogenerated current (collector) is a set of metal conductors, including wide backplane buses and a lattice of narrow conductors collecting relatively small photocurrents. The area covered by the electrodes in the aggregate amounts to 8-10% of the solar cell area. In the case of a semiconductor device made using hybrid technology containing a photomultiplier as its power source, the geometry of the opaque elements may be different.
Если ширина непрозрачного элемента невелика относительно толщины защитного покрытия, т.е. выполняется условие d/H<0.1, то при формирования интегрированных оптических элементов в качестве полимерного наполнителя положительный эффект достигают даже при соотношении коэффициентов преломления материалов защитного покрытия и наполнителя n2/n1~l,01. В этом случае коммерчески целесообразно в качестве наполнителя использовать этиленвинилацетат (ЭВА), широко применяемый в конструкциях современных ФЭП. Также можно использовать менее распространенный в технологиях ФЭП полидиметилсилоксан (ПМС) дающий соотношение коэффициентов преломления материалов защитного покрытия и наполнителя n2/n1~l,05.If the width of the opaque element is small relative to the thickness of the protective coating, i.e. the condition d / H <0.1 is fulfilled, then when forming integrated optical elements as a polymer filler, a positive effect is achieved even when the refractive index of the materials of the protective coating and the filler is n 2 / n 1 ~ l, 01. In this case, it is commercially reasonable to use ethylene vinyl acetate (EVA), which is widely used in the constructions of modern solar cells, as a filler. It is also possible to use polydimethylsiloxane (PMS), which is less common in PEC technologies, giving a ratio of refractive indices of protective coating materials and filler n 2 / n 1 ~ l, 05.
Если ширина непрозрачного элемента такова, что выполняется условие 0.1<d/H<0.3, то при формирования интегрированных оптических элементов в качестве полимерного наполнителя положительный эффект достигают при соотношении коэффициентов преломления материалов защитного покрытия и наполнителя n2/n1~l,15. В этом случае коммерчески целесообразно в качестве наполнителя использовать оптически прозрачные фторполимеры с коэффициентом преломления n1~1,3, широко применяемые, в частности при производстве полимерных световодов.If the width of the opaque element is such that the condition 0.1 <d / H <0.3 is fulfilled, then during the formation of integrated optical elements as a polymer filler, a positive effect is achieved when the refractive index of the materials of the protective coating and the filler are n 2 / n 1 ~ l, 15. In this case, it is commercially advisable to use optically transparent fluoropolymers with a refractive index of n 1 ~ 1.3 as a filler, which are widely used, in particular, in the production of polymer optical fibers.
Если ширина непрозрачного элемента сопоставима с толщиной защитного покрытия, т.е. выполняется условие d/H>0.3, то при формирования интегрированных оптических элементов в качестве полимерного наполнителя положительный эффект достигают при одновременном применении оптически прозрачных фторполимеров и оптических стекол с повышенным коэффициентом преломления, т.е. n2>1.6-1.9. В этом случае соотношение коэффициентов преломления материалов защитного покрытия и наполнителя может достигать значения n2/n1~1,5.If the width of the opaque element is comparable to the thickness of the protective coating, i.e. the condition d / H> 0.3 is fulfilled, when forming integrated optical elements as a polymer filler, a positive effect is achieved with the simultaneous use of optically transparent fluoropolymers and optical glasses with a high refractive index, i.e. n 2 > 1.6-1.9. In this case, the ratio of the refractive indices of the materials of the protective coating and the filler can reach n 2 / n 1 ~ 1.5.
Если ни при каких возможных или практически реализуемых сочетаниях коэффициентов преломления n1 и n2 не существует значения глубины канавки а меньше толщины защитного слоя Н или соотношение величин а и Н таково, что формирование V-образной канавки с такой глубиной нецелесообразно или нежелательно по причине уменьшения механической прочности защитного покрытия или невозможно по технологическим причинам, то углубление или канавку выполняют имеющими в сечении трапецеидальную форму.If at any possible or practically feasible combination of refractive indices n 1 and n 2 there is no value of the groove depth a less than the thickness of the protective layer H or the ratio of the values of a and H is such that the formation of a V-shaped groove with such a depth is impractical or undesirable due to a decrease mechanical strength of the protective coating or it is impossible for technological reasons, the recess or groove is performed with a trapezoidal shape in cross section.
В этом случае глубину оптического элемента выбирают исходя из требований минимально допустимой прочности защитного покрытия, а угол наклона боковых стенок определяют из соотношения (2).In this case, the depth of the optical element is selected based on the requirements of the minimum permissible strength of the protective coating, and the angle of inclination of the side walls is determined from relation (2).
Пример 3.Example 3
Использовался ФЭП с шириной узких электродов коллектора фототока толщиной 150 мкм. В качестве защитного покрытия бралось оптическое стекло марки Pilkington Optiwhite повышенной прозрачности толщиной 3,2 мм. Таким образом, соотношение d/H составило ~0,05. В качестве полимерного наполнителя интегрированного оптического элемента использовался этиленвинилацетат (ЭВА). Отношение коэффициентов преломления выбранных материалов составило n2/n1~1,01. Согласно уравнениям (1) и (2) угол наклона боковой стенки ψ~20°, а относительная глубина канавки а/Н~0.07 (~220 мкм). Выполненные по стандартным методикам измерения показали увеличение фототока ФЭП на 2%.A photomultiplier with a width of narrow electrodes of the photocurrent collector 150 μm thick was used. As a protective coating, optical glass of the Pilkington Optiwhite brand of increased transparency with a thickness of 3.2 mm was taken. Thus, the d / H ratio was ~ 0.05. Ethylene vinyl acetate (EVA) was used as the polymer filler of the integrated optical element. The ratio of refractive indices of the selected materials was n 2 / n 1 ~ 1.01. According to equations (1) and (2), the angle of inclination of the side wall is ψ ~ 20 °, and the relative depth of the groove is a / H ~ 0.07 (~ 220 μm). Measurements performed by standard methods showed an increase in the photocurrent of the photomultiplier by 2%.
Пример 4.Example 4
Использовался ФЭП с шириной объединительные шины контактно-электродная система коллектора фототока шириной 1 мм. В качестве защитного покрытия бралось оптическое стекло марки Pilkington Optiwhite повышенной прозрачности толщиной 3,2 мм. Таким образом, соотношение d/H составило ~0,3. В качестве полимерного наполнителя интегрированного оптического элемента использовался фторполимер марки Cytop. Отношение коэффициентов преломления выбранных материалов составило n2/n1~1,13. Согласно уравнениям (1) и (2) угол наклона боковой стенки ψ~20°, а относительная глубина канавки а/Н~0.43 (~1,4 мм). Выполненные по стандартным методикам измерения показали увеличение фототока ФЭП на 3%.We used a photomultiplier with a backplane bus width and a contact electrode system of a
Пример 5.Example 5
Выполненное по гибридной технологии устройство, совмещающее логическую полупроводниковую схему и ФЭП в качестве автономного источника питания, содержало непрозрачный элемент в форме квадрата с длиной боковой стороны ~2 мм. В качестве защитного покрытия бралось оптическое стекло марки SHOTT SF66 Dense Flint толщиной 4.0 мм. Таким образом, соотношение d/H составило ~0,5. В качестве полимерного наполнителя интегрированного оптического элемента в виде конуса с шириной основания 2 мм использовался оптически прозрачный фторполимер марки Cytop. Отношение коэффициентов преломления выбранных материалов составило n2/n1~1,46. Согласно уравнениям (1) и (2) угол наклона боковой стенки ψ~20°, а относительная глубина канавки а/Н~0.3 (~1,2 мм). Выполненные по стандартным методикам измерения показали увеличение фототока ФЭП на 3%.A device made using hybrid technology combining a logical semiconductor circuit and a photomultiplier as an autonomous power source contained an opaque square-shaped element with a side length of ~ 2 mm. As a protective coating was taken optical glass brand SHOTT SF66 Dense Flint 4.0 mm thick. Thus, the d / H ratio was ~ 0.5. As a polymer filler of the integrated optical element in the form of a cone with a base width of 2 mm, an optically transparent fluoropolymer of the Cytop brand was used. The ratio of refractive indices of the selected materials was n 2 / n 1 ~ 1.46. According to equations (1) and (2), the angle of inclination of the side wall is ψ ~ 20 °, and the relative depth of the groove is a / H ~ 0.3 (~ 1.2 mm). Measurements performed by standard methods showed an increase in the photocurrent of the photomultiplier by 3%.
Claims (23)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018143687A RU2714047C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Protective coating of photoelectric converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018143687A RU2714047C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Protective coating of photoelectric converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2714047C1 true RU2714047C1 (en) | 2020-02-12 |
Family
ID=69626155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018143687A RU2714047C1 (en) | 2018-12-10 | 2018-12-10 | Protective coating of photoelectric converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2714047C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5110370A (en) * | 1990-09-20 | 1992-05-05 | United Solar Systems Corporation | Photovoltaic device with decreased gridline shading and method for its manufacture |
| US5554229A (en) * | 1995-02-21 | 1996-09-10 | United Solar Systems Corporation | Light directing element for photovoltaic device and method of manufacture |
| RU2005107863A (en) * | 2005-03-21 | 2006-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СОЛЭКС"(ООО "СОЛЭКС") (RU) | THICK-FILM CONTACT SILICON PHOTOELECTRIC CONVERTER AND METHOD FOR PRODUCING IT |
| CN103323424A (en) * | 2013-05-20 | 2013-09-25 | 高云 | Double-channel forward scattering visibility detection device and detection method |
-
2018
- 2018-12-10 RU RU2018143687A patent/RU2714047C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5110370A (en) * | 1990-09-20 | 1992-05-05 | United Solar Systems Corporation | Photovoltaic device with decreased gridline shading and method for its manufacture |
| US5554229A (en) * | 1995-02-21 | 1996-09-10 | United Solar Systems Corporation | Light directing element for photovoltaic device and method of manufacture |
| RU2005107863A (en) * | 2005-03-21 | 2006-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СОЛЭКС"(ООО "СОЛЭКС") (RU) | THICK-FILM CONTACT SILICON PHOTOELECTRIC CONVERTER AND METHOD FOR PRODUCING IT |
| CN103323424A (en) * | 2013-05-20 | 2013-09-25 | 高云 | Double-channel forward scattering visibility detection device and detection method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5178705B2 (en) | Non-planar solar unit assembly with internal spacing | |
| JP4456107B2 (en) | Photoelectric conversion device and substrate for photoelectric conversion device | |
| US4143234A (en) | Solar collector using total internal reflectance | |
| US8808933B2 (en) | Semiconductor wire array structures, and solar cells and photodetectors based on such structures | |
| US20100108133A1 (en) | Thin Film Semiconductor Photovoltaic Device | |
| US20080264486A1 (en) | Guided-wave photovoltaic devices | |
| US8796532B2 (en) | Methods for fabricating photovoltaic modules by tuning the optical properties of individual components | |
| US20070227582A1 (en) | Low aspect ratio concentrator photovoltaic module with improved light transmission and reflective properties | |
| US9076908B2 (en) | Three-dimensional metamaterial device with photovoltaic bristles | |
| KR20160061997A (en) | Radial p-n junction nanowire solar cells | |
| US9813017B2 (en) | Adiabatic secondary optics for solar concentrators used in concentrated photovoltaic systems | |
| RU2714047C1 (en) | Protective coating of photoelectric converter | |
| JP2004128419A (en) | Solar cell | |
| KR101661223B1 (en) | Solar cell | |
| WO2018078659A1 (en) | Refined light trapping technique using 3-dimensional globule structured solar cell | |
| US10566475B2 (en) | High-efficiency photoelectric element and method for manufacturing same | |
| JP2006210549A (en) | Photo-electric converter | |
| US20090014067A1 (en) | Photovoltaic assembly | |
| RU2642935C2 (en) | Photovoltaic cell and method of its manufacture | |
| CN111725342A (en) | High-absorptivity photovoltaic module | |
| JP6670991B2 (en) | Solar cell | |
| KR101327211B1 (en) | High-concentrated photovoltaic module | |
| KR101109044B1 (en) | Apparatus for condensing sunlight | |
| NL2005944C2 (en) | Solar panel, solar cell converter and method of manufacturing a solar panel. | |
| JP2018018894A (en) | Solar cell and solar cell module |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200720 |