RU2750533C2 - Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления - Google Patents

Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления Download PDF

Info

Publication number
RU2750533C2
RU2750533C2 RU2019131678A RU2019131678A RU2750533C2 RU 2750533 C2 RU2750533 C2 RU 2750533C2 RU 2019131678 A RU2019131678 A RU 2019131678A RU 2019131678 A RU2019131678 A RU 2019131678A RU 2750533 C2 RU2750533 C2 RU 2750533C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
conductors
module
built
contact grid
Prior art date
Application number
RU2019131678A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2019131678A (ru
RU2019131678A3 (ru
Inventor
Михаил Валерьевич Лифшиц
Original Assignee
Михаил Валерьевич Лифшиц
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Валерьевич Лифшиц filed Critical Михаил Валерьевич Лифшиц
Priority to RU2019131678A priority Critical patent/RU2750533C2/ru
Publication of RU2019131678A publication Critical patent/RU2019131678A/ru
Publication of RU2019131678A3 publication Critical patent/RU2019131678A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2750533C2 publication Critical patent/RU2750533C2/ru

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042PV modules or arrays of single PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и касается гибкого многослойного фотоэлектрического модуля. Модуль состоит из последовательно механически соединенных нижней несущей полимерной пленки, слоя электроизолирующего полимера с встроенными проводниками контактной сетки, гальванического соединения из последовательно-параллельно соединенных фотоэлектрических преобразователей, слоя электроизолирующего полимера с встроенными проводниками контактной сетки и прозрачного верхнего защитного полимерного слоя. Последовательно-параллельное соединение фотоэлектрических преобразователей осуществляется по встроенным проводникам контактной сетки в процессе ламинирования модуля. На тыльную сторону нижней несущей полимерной пленки нанесен адгезивный слой с защитной пленкой. Технический результат заключается в увеличении гибкости модуля, уменьшении веса и упрощении процесса изготовления. 1 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к гибкому многослойному фотоэлектрическому модулю и способу его изготовления.
Настоящее изобретение может найти применение при создании и эксплуатации различных высоконадежных энергетических и транспортных систем, использующих энергоснабжение от гибкого многослойного фотоэлектрического модуля.
В основу настоящего изобретения положена задача создания такого способа изготовления гибкого многослойного фотоэлектрического модуля, который был бы технологичен и дешев в изготовлении, обеспечил бы бесперебойную работу даже при выходе их строя части элементов и был бы безопасен в эксплуатации.
В настоящее время наиболее распространены фотоэлектрические модули на основе кремния. Они обладают относительно высоким КПД, однако и стоимость их высока.
В качестве альтернативы кремниевым фотоэлектрическим модулям можно рассматривать так называемые «ячейки Гретцеля» - модули, сенсибилизированные красителем. Конструктивно ячейка Гретцеля состоит из пластинки электропроводящего стекла, на которую нанесен слой диоксида титана, который является полупроводником. Поверх слоя диоксида титана располагается слой специального органического красителя, а к стеклу подведены токоприемники. Особенностью красителя является то, что под воздействием солнечного света он выделяет электроны. Через слой полупроводника электроны могут двигаться только в одном направлении - к токоприемнику. Таким образом, при достижении порогового значения количества выделяемых электронов образуется электрический ток, который течет от верхнего слоя ячейки к нижнему. Конструкция предполагает использование прозрачных проводящих электродов, в качестве которых используют стеклянные пластины, покрытые слоем оксида индия с оловом. Использование таких пластин не позволяет сделать фотоэлектрический модуль гибким, что ограничивает его применение.
Известна конструкция фотоэлектрического модуля с катодом на основе оксида индия с оловом [Seigo Ito и др. «High-efficiency (7,2%) flexible dye-sensitized solar cells with Ti-metal substrate for nanocrystalline-TiO2 photoanode» Http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2006/cc/b608279c#!divAbstract]. В качестве анода используется титановая фольга, а катод включает в себя гибкую подложку из полиэтиленнафталата, на которую нанесен слой оксида индия с оловом, покрытый слоем платины. В состав электролита входит 1-бутил-3-метилимидазолий иодид, гуанидиний тиоцианат, 4-трет-бутилпиридин в смеси с ацетонитрилом и валеронитрилом. Электролит расположен между катодом и анодом, а фотоэлектрический модуль представляет собой ячейку типа «сэндвич».
Описанный фотоэлектрический модуль имеет недостатки, обусловленные применением прозрачных электродов на основе оксида индия с оловом, к которым относятся их хрупкость и недостаточная гибкость, что приводит к растрескиванию покрытия и не позволяет организовать поточное производство фотоэлектрического модуля на гибкой основе, а также высокая стоимость индия и платины, что значительно увеличивает его стоимость.
Наиболее близким аналогом предлагаемого фотоэлектрического модуля является сенсибилизированный красителем гибкий фотоэлектрический модуль, содержащий катод, анод и электролит, расположенный между катодом и анодом [Заявка США №20100051101, МПК H01L 31/0216, H01L 31/18]. Катод выполнен в виде гибкой полимерной подложки с нанесенным на нее слоем из углеродных нанотрубок (УНТ) и фоточувствительным слоем из полупроводника - наночастиц диоксида титана, сенсибилизированных поглощающим свет красителем. Анод выполнен в виде гибкой полимерной подложки, на которую нанесен проводящий слой из напыленных металлов, таких как платина, палладий, серебро или золото. В качестве электролита используется окислительно-восстановительная пара йодид/трийодид.
Электролит заполняет промежуток между катодом и анодом и обеспечивает протекание электрического тока между ними. Слой из углеродных нанотрубок выполнен достаточно тонким и прозрачным, так что солнечный свет проходит через него и попадает на слой полупроводника, сенсибилизированного красителем. Молекулы красителя, поглощая солнечный свет, переходят в возбужденное состояние и отдают электрон полупроводнику - диоксиду титана. По слою, состоящему из частиц диоксида титана, электроны достигают электрода, имеющего проводящий слой из углеродных нанотрубок, а затем через внешнюю цепь попадают на анод. На аноде происходит передача электронов молекулам йода, находящимся в электролите, с образованием ионов йода. Ионы йода в свою очередь передают недостающие электроны молекулам красителя.
Другим близким по технической сущности к заявляемому изобретению является патент РФ №2552597 (Гибкий солнечный элемент). Данное изобретение относится к солнечным элементам и может использоваться в качестве преобразователя солнечной энергии в электрическую энергию в энергетике и в портативной электронике. Солнечный элемент включает катод и анод, каждый из которых имеет внешний и внутренний гибкие слои, причем названные катод и анод расположены таким образом, что их внутренние слои находятся напротив друг друга с зазором, заполненным электролитом, при этом внешний слой катода выполнен из светопроницаемого полимерного материала, а его внутренний слой выполнен из углеродных нанотрубок, внешний слой анода выполнен из проводящего материала, а его внутренний слой выполнен из наночастиц полупроводникового материала, сенсибилизированного красителем. Изобретение обеспечивает упрощение технологии изготовления солнечных элементов и снижает их стоимость, также увеличивает их гибкость.
Основными недостатками указанных патентов являются: наличие электролита внутри фотоэлектрического модуля, что существенно уменьшает надежность изготовления и работы фотоэлемента, а также усложняет его изготовление, уменьшает гибкость и увеличивает вес.
Задачи изобретения решены и недостатки прототипа устранены в реализованном согласно настоящему изобретению гибком многослойном фотоэлектрическом модуле, состоящем из последовательно механически соединенных нижней несущей полимерной пленки, слоя электроизолирующего полимера с встроенными проводниками контактной сетки, обращенными к фотоэлектрическим преобразователям, гальванического соединения из последовательно-параллельно соединенных для набора нужных потребителю напряжения и тока фотоэлектрических преобразователей, слоя электроизолирующего полимера с встроенными проводниками контактной сетки и обращенными к фотоэлектрическим преобразователям, верхнего защитного полимерного слоя, прозрачного для прямого солнечного, отраженного и рассеянного света, отличающийся тем, что последовательно-параллельное соединение фотоэлектрических преобразователей осуществляется по встроенным проводникам контактной сетки в процессе ламинирования модуля, при этом на тыльную (противоположную слою электроизолирующего полимера с встроенными проводниками контактной сетки) сторону нижней несущей полимерной пленки нанесен адгезивный слой с защитной пленкой, предотвращающей приклеивание модуля к различным поверхностям до его установки.
Технически целесообразно в гибком многослойном фотоэлектрическом модуле контактную сетку наносить по технологии басбар или смартвайер.
За счет реализации заявленного способа достигаются следующие технические результаты:
- существенно увеличена простота и надежность изготовления и работы гибкого многослойного фотоэлектрического модуля,
- упрощен процесс его изготовление,
- увеличена гибкость и уменьшен вес.
Настоящее изобретение будет раскрыто в примере реализации летательного аппарата тяжелее воздуха, предназначенного для движения в тропосфере и/или стратосфере при помощи электрических двигателей, приводимых в действие при помощи гибкого многослойного фотоэлектрического модуля, использующих эффект альбедо, заключающийся в улавливании рассеянного и отраженного светового излучения как от подстилающей поверхности, так и от находящегося выше или ниже летательного аппарата облачного покрова. При этом для выработки электрической энергии, приводящей в действие электрические моторы летательного аппарата используют гибкие многослойные фотоэлектрические модули, преобразующие рассеянное и отраженное от подстилающей поверхности, включая облака, находящиеся выше или ниже летательного аппарата, излучения как видимого, так и ультрафиолетового спектра, при этом гибкие многослойные фотоэлектрические модули размещают как на нижней, обращенной во время полета к земле части крыльев и корпуса летательного аппарата, так и на верхней их поверхности, а также на боковых поверхностях его корпуса или фюзеляжа.
При этом за счет гибкости многослойных фотоэлектрических модулей упрощается монтаж их на летательный аппарат, увеличивается его энерговооруженность при невысоком весе за счет легкости гибких многослойных фотоэлектрических модулей, а значит, и дальность полета и грузоподъемность.
По сравнению со всеми фотоэлементами, известными авторам, в данном гибком многослойном фотоэлектрическом модуле существенно увеличена простота и надежность его изготовления и работы, упрощен процесс его изготовление, увеличена гибкость и уменьшен вес.

Claims (2)

1. Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль, состоящий из последовательно механически соединенных нижней несущей полимерной пленки, слоя электроизолирующего полимера с встроенными проводниками контактной сетки, обращенными к фотоэлектрическим преобразователям, гальванического соединения из последовательно-параллельно соединенных для набора нужных потребителю напряжения и тока фотоэлектрических преобразователей, слоя электроизолирующего полимера с встроенными проводниками контактной сетки, обращенными к фотоэлектрическим преобразователям, верхнего защитного полимерного слоя, прозрачного для прямого солнечного, отраженного и рассеянного света, отличающийся тем, что последовательно-параллельное соединение фотоэлектрических преобразователей осуществляется по встроенным проводникам контактной сетки в процессе ламинирования модуля, при этом на тыльную (противоположную слою электроизолирующего полимера с встроенными проводниками контактной сетки) сторону нижней несущей полимерной пленки нанесен адгезивный слой с защитной пленкой, предотвращающей приклеивание модуля к различным поверхностям до его установки.
2. Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль по п. 1, отличающийся тем, что контактная сетка нанесена по технологии басбар или смартвайер.
RU2019131678A 2019-10-08 2019-10-08 Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления RU2750533C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131678A RU2750533C2 (ru) 2019-10-08 2019-10-08 Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019131678A RU2750533C2 (ru) 2019-10-08 2019-10-08 Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2019131678A RU2019131678A (ru) 2021-04-08
RU2019131678A3 RU2019131678A3 (ru) 2021-04-22
RU2750533C2 true RU2750533C2 (ru) 2021-06-29

Family

ID=75345827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019131678A RU2750533C2 (ru) 2019-10-08 2019-10-08 Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2750533C2 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100051101A1 (en) * 2008-09-01 2010-03-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Electrode of flexible dye-sensitized solar cell, manufacturing method thereof and flexible dye-sensitized solar cell
RU2416056C1 (ru) * 2009-12-17 2011-04-10 Закрытое Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" Фотоэлектрический гибкий модуль
US20120003448A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 3M Innovative Properties Company Barrier assembly with encapsulant and photovoltaic cell
RU188060U1 (ru) * 2019-02-12 2019-03-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Товарищество Энергетических И Электромобильных Проектов" Гибкий фотоэлектрический модуль

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100051101A1 (en) * 2008-09-01 2010-03-04 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Electrode of flexible dye-sensitized solar cell, manufacturing method thereof and flexible dye-sensitized solar cell
RU2416056C1 (ru) * 2009-12-17 2011-04-10 Закрытое Акционерное Общество "ТЕЛЕКОМ-СТВ" Фотоэлектрический гибкий модуль
US20120003448A1 (en) * 2010-07-02 2012-01-05 3M Innovative Properties Company Barrier assembly with encapsulant and photovoltaic cell
RU188060U1 (ru) * 2019-02-12 2019-03-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Товарищество Энергетических И Электромобильных Проектов" Гибкий фотоэлектрический модуль

Also Published As

Publication number Publication date
RU2019131678A (ru) 2021-04-08
RU2019131678A3 (ru) 2021-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Knödler et al. Photoelectrochemical cells based on dye sensitized colloidal TiO2 layers
JP4278615B2 (ja) 色素増感型太陽電池及び色素増感型太陽電池モジュール
EP1770728A2 (en) Tandem photovoltaic device and fabrication method thereof
JP5367817B2 (ja) 湿式太陽電池モジュール
US8530738B2 (en) Dye-sensitized solar cell
JP4698028B2 (ja) 多重セル再生型光起電光電気化学デバイスにおける導通路を設ける方法
JP2002319689A (ja) 光電変換素子及びその製造方法
KR101140784B1 (ko) 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
JP4966525B2 (ja) 色素増感型太陽電池、その光電極基板およびその光電極基板の製造方法
US20120024369A1 (en) Photo-chemical solar cell with nanoneedle electrode and method manufacturing the same
US20120097238A1 (en) Graphene-based solar cell
Park et al. Unassisted Water Splitting from Bipolar Pt∕ Dye-Sensitized TiO2 Photoelectrode Arrays
JP2011076791A (ja) 光電変換素子とその光電変換素子を用いた光発電装置
JP2013545227A (ja) 光散乱層を備えた染料感応太陽電池モジュールおよびその製造方法
RU2750533C2 (ru) Гибкий многослойный фотоэлектрический модуль и способ его изготовления
JP2006164697A (ja) 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール
JP2013016435A5 (ru)
RU2552597C1 (ru) Гибкий солнечный элемент
JP6703493B2 (ja) 光電変換素子及び光電変換素子の製造方法
JP2007265826A (ja) 色素増感型太陽電池およびその光電極基板
KR101462356B1 (ko) 염료감응형 태양 전지 및 그 제조 방법
JP5371476B2 (ja) 光電変換素子及びその製造方法
RU2626752C1 (ru) Тандемный металлооксидный солнечный элемент
US20110303271A1 (en) Photovoltaic devices
JP5025938B2 (ja) 色素増感型太陽電池、その対向電極およびその対向電極の製造方法