Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

1. Сонячний елемент на основі анізотипної гетероструктури n-TiO2/p-CdTe, який містить поглинач сонячного випромінювання та нанесену на поглинач плівку n-ТіО2, який відрізняється тим, що поглинач сонячного випромінювання виконаний у вигляді сколотої монокристалічної підкладки p-CdTe, а нанесена на підкладку плівка n-ТіО2 має щільну структуру.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що фронтальний контакт сонячного елемента виконаний у вигляді прошарку індію, напиленого на плівку n-ТіО2.

Текст

1. Сонячний елемент на основі анізотипної гетероструктури n-TiO2/p-CdTe, який містить пог линач сонячного випромінювання та нанесену на поглинач плівку n-ТіО2, який відрізняється тим, що поглинач сонячного випромінювання виконаний у вигляді сколотої монокристалічної підкладки p-CdTe, а нанесена на підкладку плівка n-ТіО2 має щільну структуру. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що фронтальний контакт сонячного елемента виконаний у вигляді прошарку індію, напиленого на плівку n-ТіО2. Корисна модель належить до галузі напівпровідникового приладобудування, зокрема, до напівпровідникових фотоелектричних перетворювачів. Відома конструкція сонячного елемента (GuoYu Lan, Zusing Yang, Yang-Wei Lin, Zong-Hong Lin, Hao-Ying Liao and Huan-Tsung Chang A simple strategy for improving the energy conversion of multilayered CdTe quantum dot-sensitized solar cells J.Mater. Chem., 2009,19,2349-2355), який складається з скляної підкладки покритої плівкою SnO2:F, пористої плівки ТіО2 товщиною 2 мкм, нанесеної методом пульверизації з наступним піролізом, наноструктурованої плівки телуриду кадмію, електроліту з редокс-системою та тилового платинового електрода. Найбільш близьким до запропонованоі корисної моделі є сонячний елемент на основі анізотипної гетероструктури n-TiCVp-CdTe (К. Ernst, A. Belaidi and R.Konenkamp Solar cell with extremely thin absorber on highly structured substrate, Semic.Sci.Technol., 18 (2003) 475-479), який містить поглинач сонячного випромінювання та нанесену на поглинач плівку n-ТіО2. Плівка n-ТiO2 виконана пористою та напилена методом спрейпіролізу, як поглинач сонячного випромінювання використовується наноструктурований шар p-CdTe товщиною 150 нм, нанесений за допомогою електрохімічного осадження для заповнення пор плівки n-ТіО2. На шарі p-CdTe розташований золотий тиловий контакт, який формується методом термічного випаровування на шар телуриду кадмію. При освітленні цього сонячного елемента (100 мВт/см ) він володіє наступними параметрами: напруга холостого ходу Uxx=0,67 В, густина струму 2 короткого замикання Ікз=8,9 мА/см , коефіцієнт заповнення вольт-амперної характеристики FF=0,3 та коефіцієнт корисної дії  =1,78 %. Основним недоліком прототипу є мале значення коефіцієнта заповнення вольт-амперної характеристики, яке обумовлене великим розривом зон провідності 0,7 еВ для гетероструктури nTiO2/p-CdTe, виготовленої за описаною технологією. Також на межі поділу пористого ТіО2 та наноструктурованої плівки CdTe утворюється велика кількість поверхневих електрично-активних станів, які негативно впливають на ефективність фотоперетворювача. В основу корисної моделі поставлена задача підвищити ефективність сонячного елемента на основі гетероструктури n-TiO2/p-CdTe шляхом зменшення кількості поверхневих електричноактивних станів на границі поділу гетеропереходу. Поставлена задача вирішується тим, що в сонячному елементі на основі анізотипної гетероструктури n-n-TiO2/p-CdTe, який містить поглинач сонячного випромінювання та нанесену на поглинач плівку n-ТіО2, згідно з корисною моделлю, поглинач сонячного випромінювання виконаний у вигляді сколотої монокристалічної підкладки p-CdTe, а нанесена на підкладку плівка n-ТіО2 має щільну структуру. При цьому фронтальний контакт сонячного елемента виконаний у вигляді прошарку індію, напиленого на плівку n-ТіО2. (19) UA (11) 62625 (13) U 2 3 В запропонованому сонячному елементі тонка плівка ТіО2 виконує роль фронтального широкозонного вікна та просвітлюючого покриття. Завдяки хорошій структурній досконалості сколотої поверхні монокристалічної підкладки телуриду кадмію на межі поділу, тонка плівка ТіО2/монокристалічна підкладка CdTe, утворюється менше поверхневих електрично-активних станів у порівнянні з межею поділу пористий ТіО2/наноструктурна плівка CdTe. Це призводить до збільшення значення коефіцієнта заповнення вольт-амперної характеристики вдвічі, також зростає значення напруги холостого ходу при дещо зменшеній густині струму короткого замикання. Таким чином спостерігається збільшення коефіцієнта корисної дії запропонованого сонячного елемента у 1,4 рази в порівнянні з коефіцієнтом корисної дії прототипа. Корисна модель пояснюється кресленням. На фігурі схематично показано запропонований сонячний елемент. Конструкція містить поглинач сонячного випромінювання, виконаний у вигляді сколотої монокристалічної підкладки телуриду кадмію р-типу провідності 1 на яку нанесена тонка щільна плівка ТіО2 n-типу провідності 2. На плівці 2 розташований фронтальний електричний індієвий контакт 3. + На тиловій стороні підкладки 1 утворена р область 4 на яку послідовно нанесені шари золота 5, міді 6 та індію 7, які формують тиловий електричний контакт. Принцип дії запропонованого сонячного елемента полягає у наступному. При падінні сонячного випромінювання зі сторони поглинача 1 сонячного елемента на межі поділу анізатипного гетеропереходу n-TiO2/p-CdTe відбувається генерація електронно-діркових пар. Під дією вбудованого електричного поля в області просторового заряду відбувається розділення генерованих неосновних носіїв заряду. Електрони з р-області рухаються в n-область, а дірки з nобласті рухаються в р-область. Внаслідок розділення неосновних носіїв заряду виникає фотоЕРС. При замиканні фронтального 3 та тилового 5,6,7 контактів через зовнішнє коло протікає фотострум, який виконує корисну роботу. Зменшення концентрації поверхневих електричних станів на межі поділу n-TiO2/p-CdTe, в запропонованому 62625 4 сонячному елементі, призводить до зменшення інтенсивності рекомбінації генерованих носіїв заряду, що в свою чергу, підвищує ефективність роботи сонячного елемента. Для виготовлення запропонованого сонячного елемента монокристалічний p-CdTe з концентраці15 -3 єю дірок р=7,2·10 см вирощувався методом Бріджмена. Підкладки телуриду кадмію 1 з дзеркальною поверхнею формувалися шляхом сколювання монокристалічних злитків без додаткової механічної чи хімічної обробки, що забезпечує високу чистоту поверхні. Напилення тонкої плівки n-ТіО2 2 з концентра17 -3 цією електронів n=4,8·10 см , товщиною 0,3 мкм, проводилося на свіжосколоту поверхню монокристалічної підкладки p-CdTe 1 методом реактивного магнетронного розпилення мішені чистого титану в суміші газів аргону та кисню при постійній напрузі. Парціальні тиски аргону та кисню складають 0,7 Па та 0,02 Па, відповідно, при постійній потужності магнетрона - 350 Вт. Протягом процесу напилення температура підкладки підтримується на рівні 300 °C. Фронтальний електричний контакт 3 до тонкої плівки діоксиду титану 2 формується методом термічного осадження індію при температурі підкладки 150 °C. При формуванні електричного контакта до тилової сторони монокристалічної підкладки p-CdTe 1 поверхня опромінюється лазерним випромінювання з довжиною хвилі  =646 нм протя+ гом 1 мс для формування р області 4 внаслідок утворення вакансій кадмію. Після обробки поверхні лазерним випромінюванням на неї послідовно осаджують шар золота 5 шляхом відновлення з водного розчину хлориду золота, шар міді 6 шляхом відновлення з водного розчину мідного купоросу і шар індію 7 методом термічного випаровування. Формування тилового електричного контакту закінчується короткочасним впалюванням шару індію 7 при температурі 200 °C. 2 При інтенсивності освітлення 100 мВт/см вихідні параметри запропонованого сонячного елементу: напруга холостого ходу Uxx=0,7 В, густина 2 струму короткого замикання Ікз=6 мА/см , коефіцієнт заповнення вольт-амперної характеристики FF=0,6 та коефіцієнт корисної дії  =2,5 %. 5 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 62625 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Solar cell

Автори англійською

Brus Viktor Vasyliovych, Ilashchuk Mariia Ivanivna, Kovaliuk Zakhar Dmtrovych, Marianchuk Pavlo Dmytrovych, Ulianytskyi Konstiantyn Serhiiovych

Назва патенту російською

Солнечный элемент

Автори російською

Брус Виктор Васильевич, Илащук Мария Ивановна, Ковалюк Захар Дмитриевич, Марьянчук Павел Дмитриевич, Ульяницкий Константин Сергеевич

МПК / Мітки

МПК: H01L 33/00

Мітки: сонячний, елемент

Код посилання

<a href="https://ua.patents.su/3-62625-sonyachnijj-element.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Сонячний елемент</a>

Подібні патенти