Кремниево-полимерный фотоэлектрический модуль для низких широт и способ его изготовления

Изобретение относится к конструкции и способу изготовления фотоэлектрических элементов для получения электрической энергии, способных работать в низких широтах. Фотоэлектрический преобразователь на основе монокристаллического кремния изготавливают следующим образом: методом потенциостатического циклирования наносят полимерную пленку, которая состоит из смеси токопроводящих полимеров полисиланоанилина и полианилина, модифицированных комплексом хлорида меди [CuCl₄]^2- при массовом соотношении вышеуказанных полимеров 2:10 соответственно. Также предложен способ изготовления данного модуля. Изобретение обеспечивает работоспособность фотоэлектрического модуля при температуре более 100°С с высоким КПД, не снижая своих свойств, а также упрощение его изготовления. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к области создания фотоэлектрических источников электрической энергии (солнечных батарей).

Основной целью технических решений в этой области является повышение КПД источников электроэнергии на основе солнечных батарей для низких широт.

Известны кремниевополимерные фотоэлектрические модули, в которых за счет слоевого сопротивления КПД повышается приблизительно на 10%. Однако общий КПД остается низким (1).

Известны многослойные фотоэлектрические модули, в которых совместная способность всех слоев генерировать электрический ток позволяет достичь КПД преобразования 10-15% при освещенности 1000 Вт/м², однако волновой диапазон при этом остается узким (2).

Наиболее близким техническим аналогом к заявленному изобретению является техническое решение, в котором монокристаллический кремний покрыт проводящей полимерной пленкой из смеси трех полимеров (3). Известное техническое решение имеет высокий КПД 70-90% и широкий диапазон длин волн от 3·10^-2 до 10^-11 см. Однако при использовании этих универсальных модулей в условиях низких широт при диапазоне преобразования электромагнитных волн от 7,6·10^-3 до 6·10^-6 см происходит повышение температуры, и КПД преобразования снижается.

Техническая задача заключается в создании кремниевополимерного фотоэлектрического модуля, способного работать при температуре нагрева свыше 100°С с высоким КПД, не снижая своих свойств, и который при этом был бы достаточно прост в изготовлении.

Сущность заявленного технического решения согласно настоящему изобретению заключается в том, что кремниевополимерный фотоэлектрический модуль выполнен на основе монокристаллического кремния, покрытого проводящей полимерной пленкой из смеси полимеров, и в нем монокристаллический кремний покрыт пленкой из двух проводящих полимеров полисиланоанилина и полианилина, модифицированных анионным комплексом хлорида меди [СuСl₄]^2- при массовом соотношении вышеуказанных полимеров 2:10 соответственно.

Изготовление кремниевополимерного фотоэлектрического модуля производят следующим образом. Готовый солнечный элемент, выполненный на основе монокристаллического кремния в виде пластины в качестве рабочего электрода, опускают в гальваническую ванну с раствором, состоящим из 2,3 молярного раствора (моль/л) соляной кислоты и смеси мономеров анилина и силаноанилина с добавкой 0,1 молярного водного раствора хлорида меди по частоте классификации не ниже ЧДА. После этого в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах 10,5-12,4 В и от -5,5-(-7,2) В синтезируют полимерную смесь до образования на рабочем электроде полимерного покрытия из смеси двух проводящих полимеров полисиланоанилина и полианилина в массовых соотношениях 2:10 соответственно, которая модифицирована анионным комплексом хлорида меди [СuСl₄]^2-.

Пример изготовления устройства согласно настоящему изобретению.

Готовый кремниевополимерный фотоэлектрический модуль на основе монокристаллического кремния, изготовленный в виде пластины размером 1575×807×46 мм, был установлен в качестве рабочего электрода. После этого его опустили в гальваническую ванну для электрополимеризации, в которую затем добавили водный раствор, состоящий из 2,3 молярного раствора (моль/л) соляной кислоты и смеси мономеров анилина и силаноанилина с добавкой 0,1 молярного водного раствора хлорида меди по частоте классификации не ниже ЧДА. Далее в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах 10,5-12,4 В и от -5,5-(-7,2) В синтезировалась полимерная пленка до образования на рабочем электроде полимерного покрытия, состоящего из двух проводящих полимеров полисиланоанилина и полианилина. С помощью спектрального анализа было определено массовое соотношение проводящих полимеров полисиланоанилина и полианилина 2:10 соответственно. Анализ также показал, что получившаяся пленка модифицирована анионным комплексом хлорида меди.

Полученный таким образом кремниевополимерный фотоэлектрический модуль в виде пластины 1575×807×46 мм имеет следующие электрофизические характеристики:

- напряжение холостого хода при освещенности от 0 до 10000 лк в диапазоне длин волн от 7,6·10^-3 до 6·10^-6 см менялось от 0 до 42 В соответственно;

- сила тока короткого замыкания изменялась в соответствии с таким же изменением освещенности в диапазоне от 0 до 14 А соответственно в тех же диапазонах длин волн;

- температура поверхности фотоэлектрического модуля при максимальной освещенности и при токе короткого замыкания достигала 130°С при продолжительном испытании в таком режиме, который составлял несколько дней.

Основные электрофизические характеристики модуля не изменились. Номинальная мощность при максимальной освещенности составила 150 Вт при напряжении 24 В.

Полученное таким образом устройство позволяет получить высокоэффективный стабильный солнечный элемент, работающий практически в любом температурном диапазоне.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Пат. РФ №1222152, H01L 1/18.

2. Пат. РФ №2190901, H01L 1/18.

3. Пат. РФ №2292097, H01L 1/18.

1. Кремниево-полимерный фотоэлектрический модуль, выполненный на основе монокристаллического кремния, покрытого проводящей полимерной пленкой из смеси полимеров, отличающийся тем, что монокристаллический кремний покрыт пленкой из двух проводящих полимеров полисиланоанилина и полианилина, модифицированных анионным комплексом хлорида меди [CuCl₄]^2- при массовом соотношении вышеуказанных полимеров 2:10 соответственно.

2. Способ изготовления кремниево-полимерного фотоэлектрического модуля по п.1, отличающийся тем, что готовый фотоэлектрический модуль, выполненный на основе монокристаллического кремния в виде пластины в качестве рабочего электрода, опускают в гальваническую ванну с раствором, состоящим из 2,3 молярного раствора (моль/л) соляной кислоты и смеси мономеров анилина и силаноанилина с добавкой 0,1 молярного водного раствора хлорида меди по частоте классификации не ниже ЧДА и в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах 10,5-12,4 В и от -5,5-(-7,2) В синтезируют полимерную смесь до образования на рабочем электроде полимерного покрытия из смеси двух проводящих полимеров полисиланоанилина и полианилина в массовых соотношениях 2:10 соответственно, которая модифицирована анионным комплексом хлорида меди [CuCl₄]^2-.