Солнечный фотоэлектрический субмодуль



Солнечный фотоэлектрический субмодуль
Солнечный фотоэлектрический субмодуль
Солнечный фотоэлектрический субмодуль
Солнечный фотоэлектрический субмодуль

 


Владельцы патента RU 2442244:

Учреждение Российской академии наук Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (RU)

Солнечный фотоэлектрический субмодуль содержит концентратор солнечного излучения и фотоэлемент с контактными полосками на фронтальной фоточувствительной поверхности фотоэлемента. Контактные полоски имеют в поперечном сечении вид трапеции с большим тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, боковые поверхности контактных полосок выполнены зеркальными. Ширина W1 тыльного основания контактных полосок, ширина W2 верхней поверхности контактных полосок и угол α между боковой поверхностью и тыльным основанием контактных полосок удовлетворяют определенным соотношениям. Конструкция фотоэлектрического субмодуля согласно изобретению позволяет уменьшить потери, связанные с затенением светочувствительной поверхности фотоэлемента. 4 ил.

 

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к конструкции солнечного фотоэлектрического субмодуля, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую.

Известен солнечный фотоэлектрический субмодуль (см. патент RU 2382952, МПК F24J 2/08, опубликован 27.02.2010), включающий концентратор солнечного излучения, фотоэлемент, металлический теплоотводящий лоток с плоским дном, на внутренней поверхности которого установлен фотоэлемент. Металлическое теплоотводящее основание (лоток) является одним из электрических контактов фотоэлемента. Вторым контактом является верхнее металлическое покрытие фольгированного стеклотекстолита, закрепленного на теплоотводящем основании, к которому подведен ленточный контакт, присоединенный другим концом к контактной сетке фотоэлемента.

Недостатком данного солнечного фотоэлектрического модуля является затенение фоточувствительной области солнечного элемента полосками контактной сетки, что приводит к возникновению оптических потерь и уменьшению КПД преобразования солнечной энергии.

Известен солнечный фотоэлектрический субмодуль (см. патент RU 3207294, МПК F24J 2/08, H01L 31/052, опубликован 20.04.2004), содержащий концентратор солнечного излучения, солнечный фотоэлемент, металлическое теплоотводящее основание, на фронтальной поверхности которого установлен солнечный фотоэлемент. Металлическое теплоотводящее основание также является и одним из электрических контактов солнечного фотоэлемента. Вторым контактом является верхнее металлическое покрытие фольгированного стеклотекстолита, закрепленного на теплоотводящем основании, к которому подведен проволочный контакт, присоединенный другим концом к контактной сетке фотоэлемента. Коммутация солнечных фотоэлементов осуществляется через контакты, прикрепленные к металлическому основанию и верхнему металлическому покрытию стеклотекстолита.

Известен солнечный фотоэлектрический субмодуль (см. заявка US 20100132793, МПК H01L 31/00, опубликована 03.06.2010), включающий концентраторный солнечный элемент, подложку, на которой расположен солнечный элемент. Субмодуль содержит систему, закрывающую и защищающую солнечный элемент, расположенную на подложке, концентратор солнечного излучения. На фронтальной фоточувствительной поверхности солнечного элемента выполнены контактные полоски.

Недостатком известного солнечного фотоэлектрического субмодуля является недостаточный КПД преобразования солнечного излучения в электроэнергию из-за затенения фоточувствительной поверхности солнечного элемента контактными полосками.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является солнечный фотоэлектрический субмодуль (см. заявка РСТ WO 2010027018, МПК H01L 31/042; H01L 31/042, опубликован 11.03.2010), принятый за прототип. Субмодуль-прототип включает концентратор солнечного излучения и фотоэлемент с контактными полосками на фронтальной фоточувствительной поверхности фотоэлемента, закрепленный на подложке с теплоотводом.

В известном субмодуле для снижения омических потерь при повышенных рабочих токах уменьшают расстояние между контактными полосами. Однако такое техническое решение приводит к увеличению оптических потерь, вследствие увеличения затенения фоточувствительной поверхности фотоэлемента контактными полосками, что, в свою очередь, приводит к снижению КПД фотоэлемента. Для снижения оптических потерь уменьшают также ширину контактных полосок, но это приводит к увеличению контактного сопротивления между металлическими контактными полосками и полупроводниковой структурой, что, в свою очередь, также снижает КПД солнечного фотоэлемента.

Задачей заявляемого технического решения является разработка солнечного фотоэлектрического субмодуля с улучшенными параметрами за счет уменьшения потерь, связанных с затенением светочувствительной поверхности фотоэлемента.

Поставленная задача достигается тем, что в солнечном фотоэлектрическом субмодуле, включающем концентратор солнечного излучения и фотоэлемент с контактными полосками на фронтальной фоточувствительной поверхности фотоэлемента, контактные полоски имеют в поперечном сечении вид трапеции с большим тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, боковые поверхности контактных полосок выполнены зеркальными, ширина W1 тыльного основания контактных полосок, ширина W2 верхней (фронтальной) поверхности контактных полосок и угол α между боковой поверхностью и тыльным основанием контактных полосок удовлетворяют соотношениям:

W1=(0,05-0,1)l, мкм;

где l - расстояние между соседними контактными полосами,

2 мкм<W2<0,3·W1, мкм;

,

где h - высота контактных полосок, мкм,

D - размер апертуры концентратора, мкм,

F - фокусное расстояние концентратора, мкм.

Солнечный фотоэлектрический субмодуль предназначен для работы при высоких степенях концентрирования солнечного излучения более 500 крат. В этих условиях плотности фототока превышают 10 А/см2, что приводит в известных конструкциях солнечных элементов к увеличению омических потерь при протекании фототока от области генерации фотоносителей к токосборным контактным полосам и, как следствие этого, к снижению КПД фотоэлементов.

Условие обеспечивает выполнение требования попадания на фоточувствительную поверхность лучей, распространяющихся к фотоэлементу от концентратора и отражающихся от боковых поверхностей контактных полосок. При этом условие обеспечивает выполнение данного требования для лучей, падающих перпендикулярно поверхности фотоэлемента. Экспериментально найденные оптимальные величины соотношения дают величину данного ограничения α>49°-53°. Условие - обеспечивает выполнение данного требования для всех лучей, собираемых концентратором с размером апертуры D и фокусным расстоянием F. Большее же значение угла приводит к увеличению доли лучей, попадающих на фронтальную верхнюю поверхность контактной полоски шириной W2, т.к. при этом увеличивается соотношение W2/W1.

Экспериментально найденное оптимальное соотношение для концентраторов, например линз Френеля, составляет 0,25, что соответствует значению угла α2≈15°. Таким образом, угол α, соответствующий оптимальным значениям соотношений и , находится в диапазоне 49°-53°<α<60°.

Экспериментально найденное оптимальное расстояние между контактными полосами l=80 мкм, ширина тыльной поверхности контактных полосок W1=8 мкм, отношение , ширина фронтальной верхней поверхности контактных полосок W2=2 мкм при высоте контактной полоски h=6 мкм, отношение , а угол α>49°.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг.1 приведено схематическое изображение солнечного фотоэлектрического субмодуля;

на фиг.2 показано схематическое изображение части солнечного фотоэлектрического субмодуля;

на фиг.3 приведена схема падения и отражения лучей от концентратора на контактные полоски;

на фиг.4 изображена фотография маски фоторезиста.

На фиг 1 обозначены: 1 - концентратор солнечного излучения, 2 - фотоэлемент, 3 - контактные полоски, 4 - фронтальная фоточувствительная поверхность фотоэлемента, 5 - боковые поверхности контактных полосок, 6-9 - направление лучей солнечного излучения, 10 - маска фоторезиста.

Заявляемая конструкция солнечного фотоэлектрического субмодуля (см. фиг.1, фиг.2) включает концентратор солнечного излучения 1 и фотоэлемент 2 с контактными полосками 3 на фронтальной фоточувствительной поверхности 4 фотоэлемента 2. Контактные полоски 3 выполнены в поперечном сечении в виде трапеции с зеркальными боковыми поверхностями 5, тыльным основанием шириной W1, прилегающим к фронтальной фоточувствительной поверхности 4, верхней (фронтальной) поверхностью шириной W2 (см. фиг.3). Контактные полоски 3 выполнены на расстоянии l друг от друга. Угол α между боковой поверхностью 5 и тыльным основанием контактных полосок 3 выполнен равным . Лучи 6 и 7 от концентратора 1 падают на зеркальную боковую поверхность 5 контактных полосок 3, отражаются соответственно в лучи 8 и 9 и падают на фронтальную фоточувствительную поверхность 4 фотоэлемента 2. Конструкция выполнена таким образом, чтобы лучи, отраженные от зеркальной боковой поверхности 5 контактных полосок 3, не отразились обратно в воздушное пространство, и не попали на соседнюю контактную полоску 3. Контактные полоски 3 создают, например, методом электрохимического осаждения серебра через маску 10 фоторезиста (см. фиг.4). Полоски маски 10 фоторезиста были созданы в поперечном сечении в виде трапеции с меньшим тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности 4 фотоэлемента 2, и с большим верхним основанием. Серебро, благодаря высоким пластичным свойствам, точно повторяет профиль маски фоторезиста, таким образом, контактные полоски имеют в поперечном сечении вид трапеции с большим основанием, обращенным к фронтальной фоточувствительной поверхности 4 фотоэлемента 2.

Пример 1. Был изготовлен солнечный фотоэлектрический субмодуль, включающий концентратор солнечного излучения и фотоэлемент с контактными полосками на фронтальной фоточувствительной поверхности фотоэлемента. Контактные полоски выполнены в поперечном сечении в виде трапеции с зеркальными боковыми поверхностями методом электрохимического осаждения серебра через маску фоторезиста. Полоски маски фоторезиста были созданы в поперечном сечении в виде трапеции с узким тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, и с широким верхним основанием. Контактные полоски имели в поперечном сечении вид трапеции с большим тыльным основанием шириной W1=8 мкм, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, и с фронтальной поверхностью шириной W2=2 мкм Контактные полоски были выполнены на расстоянии l=80 мкм друг от друга. Высота контактных полосок h=6 мкм. Угол α между боковой поверхностью и тыльным основанием контактной полоски был равен 60°.

Пример 2. Был изготовлен фотоэлектрический субмодуль, включающий концентратор солнечного излучения и фотоэлемент с контактными полосками на фронтальной фоточувствительной поверхности фотоэлемента. Контактные полоски были выполнены в поперечном сечении в виде трапеции с зеркальными боковыми поверхностями методом электрохимического осаждения серебра через маску фоторезиста. Полоски маски фоторезиста имели в поперечном сечении вид трапеции с меньшим тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, и с большим верхним основанием. Контактные полоски имели в поперечном сечении вид трапеции с тыльным основанием шириной W1=5 мкм, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, и с фронтальной поверхностью шириной W2=2. Контактные полоски выполнены на расстоянии l=60 мкм друг от друга. Высота контактных полосок h=2 мкм. Угол α между боковой поверхностью и тыльным основанием контактной полоски был равен 53°.

Пример 3. Был изготовлен фотоэлектрический субмодуль, включающий концентратор солнечного излучения и фотоэлемент с контактными полосами на фронтальной фоточувствительной поверхности фотоэлемента. Контактные полоски были выполнены в поперечном сечении в виде трапеции с зеркальными боковыми поверхностями методом электрохимического осаждения серебра через маску фоторезиста. Полоски маски фоторезиста имели в поперечном сечении вид трапеции с меньшим тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, и с большим верхним основанием. Контактные полоски имели в поперечном сечении вид трапеции с большим тыльным основанием шириной W1=12 мкм, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, и с фронтальной поверхностью шириной W2=4 мкм. Контактные полоски были выполнены на расстоянии l=120 мкм друг от друга. Высота контактных полосок h=6 мкм. Угол α между боковой поверхностью и тыльным основанием контактной полоски был равен 56°.

Пример 4. Был изготовлен фотоэлектрический субмодуль, включающий концентратор солнечного излучения и фотоэлемент с контактными полосами на фронтальной фоточувствительной поверхности фотоэлемента. Контактные полосы выполнены в сечении в виде пирамид с зеркальными боковыми поверхностями методом электрохимического осаждения серебра через маску фоторезиста. Полоски маски фоторезиста имели в поперечном сечении вид трапеции с меньшим тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, и с большим верхним основанием. Контактные полоски имеют в сечении вид трапеции с тыльным основанием шириной W1=5,5 мкм, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, и с фронтальной поверхностью шириной W2=2 мкм. Контактные полоски были выполнены на расстоянии l=70 мкм друг от друга. Высота контактных полосок h=2 мкм. Угол α между боковой поверхностью и тыльным основанием контактной полоски был равен 49°.

Был получен солнечный фотоэлектрический модуль с высокими параметрами преобразования солнечной энергии в электрическую, благодаря уменьшению потерь на затенение фоточувствительной поверхности солнечных элементов до 5%.

Солнечный фотоэлектрический субмодуль, включающий концентратор солнечного излучения и фотоэлемент с контактными полосками на фронтальной фоточувствительной поверхности фотоэлемента, отличающийся тем, что контактные полоски имеют в поперечном сечении вид трапеции с большим тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности фотоэлемента, боковые поверхности контактных полосок выполнены зеркальными; при этом ширина W1 тыльного основания контактных полосок, ширина W2 фронтальной поверхности контактных полосок и угол α между боковой поверхностью и тыльным основанием контактных полосок удовлетворяют соотношениям:
W1=(0,05-0,1)l,
где l - расстояние между соседними контактными полосами;
2 мкм<W2<0,3·W1;

где h - высота контактных полосок,
D - размер апертуры концентратора,
F - фокусное расстояние концентратора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области солнечной энергетики. .

Изобретение относится к области солнечной энергетики. .

Изобретение относится к области фотоэлектрического преобразования энергии, в частности к системам с расщеплением солнечного спектра на длинноволновый и коротковолновый диапазоны.

Изобретение относится к области солнечной энергетики и, в частности, к фотоэлектрическим модулям. .

Изобретение относится к области солнечной энергетики. .

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к концентраторным фотоэлектрическим модулям, и предназначено для применения в концентраторных солнечных энергоустановках, используемых в качестве систем автономного энергоснабжения в различных климатических зонах.

Изобретение относится к области солнечной энергетики. .

Изобретение относится к термофотоэлектрическим генераторам для преобразования тепловой энергии в электрическую энергию. .

Изобретение относится к гелиотехнике и конструкции солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками солнечного излучения и концентраторами

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к конструкции солнечных фотоэлектрических модулей с фотоэлектрическими приемниками солнечного излучения и концентраторами
Изобретение относится к изготовлению фотоэлектрических модулей с применением клейких пленок, отражающих солнечный свет

Изобретение относится к области солнечной энергетики. Фотоэлектрический концентраторный субмодуль содержит фронтальный стеклянный лист (1), на тыльной стороне которого расположен первичный оптический концентратор в виде линзы (2) квадратной формы с длиной стороны квадрата, равной W, и фокусным расстоянием F. В центральной области поверхности линзы (2) квадратной формы и соосно с ней установлен фотоэлемент (4) толщиной z1, выполненный в виде квадрата со стороной, равной d1, размещенный на теплоотводящем основании (3), выполненном в виде круга диаметром d2 или прямоугольника с длиной большей стороны d2 и толщиной z2. На фотоактивной поверхности фотоэлемента (4) соосно с линзой (2) квадратной формы установлен вторичный оптический концентратор в виде, например, усеченного стеклянного конуса (5), высотой h1, обращенного меньшим основанием к фотоэлементу. Параллельно фронтальному стеклянному листу (1) установлен тыльный стеклянный лист (6) со светоотражающим зеркальным покрытием (7). Расстояние от светоотражающего зеркального покрытия (7) до фотоэлемента (4) равно L. Величины F, W, d1, d2, z1, z2, h1 и L удовлетворяют определенным соотношениям. Изобретение обеспечивает уменьшение трудоемкости изготовления фотоэлектрического субмодуля при обеспечении высокой точности монтажа фотоэлемента и сохранении хорошей разориентационной характеристики, что позволит увеличить его энергопроизводительность и надежность. Снижение расхода материалов за счет уменьшения в 2 раза толщины субмодулей также позволит уменьшить стоимость изготовления фотоэлектрического модуля. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области беспроводной передачи энергии с потоком концентрированного электромагнитного излучения оптического диапазона, в частности монохроматического электромагнитного излучения лазера, на приемник-преобразователь на основе фотоэлектрического преобразователя и может найти применение в космической энергетике. Сущность изобретения: создание приемника-преобразователя концентрированного электромагнитного излучения, включающего приемную плоскость, выполненную в виде панели фотоэлементов с антиотражающим покрытием и с электрической коммутацией фотоэлементов, систему отвода тепла от фотоэлементов, несущую силовую конструкцию, на внешней поверхности приемной плоскости которого установлены своими основаниями три симметричные концентричные конические оболочки - центральная, периферийная и средняя между ними, при этом их общая ось симметрии проходит через центр панели фотоэлементов, выполненной в виде круга радиусом R, и перпендикулярна панели, причем периферийная и средняя конические оболочки выполнены усеченными с высотой h каждая, средняя коническая оболочка выполнена со средним радиусом основания rα и с углом при вершине α=90°, периферийная коническая оболочка выполнена со средним радиусом основания rβ=R и углом при вершине β, отвечающим определенному соотношению, центральная коническая оболочка выполнена со средним радиусом основания rγ и углом при вершине γ, отвечающими определенному соотношению, а внешние поверхности средней и центральной конических оболочек и внутренние поверхности периферийной и средней конических оболочек выполнены с максимально высоким коэффициентом зеркального отражения. Изобретение позволяет: повысить КПД приемника-преобразователя благодаря созданию более равномерного облучения последовательно и параллельно соединенных фотоэлементов, что позволяет снизить разброс электрических параметров фотоэлементов и групп, что в целом уменьшает схемные потери; увеличить ресурс приемника-преобразователя за счет снижения риска разрушения отдельных фотоэлементов и межэлементных связей благодаря более равномерному температурному распределению по поверхности приемной плоскости; создать более благоприятные условия работы системы отвода тепла от фотоэлементов приемной плоскости. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является увеличение количества выработки электроэнергии. Устройство (1) освещения с солнечным энергоснабжением, содержащее солнечный элемент (2), источник (8) света, адаптированный, по меньшей мере, для частичного питания электроэнергией, получаемой от солнечного элемента (2), и конструктивный элемент (3), имеющий первую сторону (4), снабженную первой отражающей поверхностью (5), выполненной с возможностью направлять солнечный свет (6) непосредственно к солнечному элементу (2), и вторую сторону (7), к которой термически подсоединен источник (8) света для рассеяния тепла, генерируемого источником (8) света во время излучения света (9). 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к системам охлаждения фотоприемных устройств. Охлаждаемое основание фотоприемного устройства выполнено из материала, имеющего одинаковый или близкий к охлаждаемому элементу коэффициент теплового расширения и для снижения неравномерности охлаждения через всю длину основания проходит отверстие, в которое помещается тепловая труба, а оставшийся зазор между тепловой трубой и отверстием основания заполняется галлием, образуя механическую связь с хорошей теплопроводностью. Изобретение позволяет значительно снизить температурный градиент при охлаждении крупноформатных фотоприемных устройств, выполненных как на одной подложке, так и набранных из нескольких модулей. 2 ил.

Настоящее изобретение относится к технологии термофотоэлектрических преобразователей с микронным зазором (MTPV) для твердотельных преобразований тепла в электричество. Суть заключается в формировании и последующем поддержании маленького расстояния между двумя телами в субмикронном зазоре для улучшения качества преобразования. Пока возможно достичь субмикронного расстояния зазора, термоэффекты на горячей и холодной поверхностях стимулируют поперечное колебание, скручивание или деформацию элементов, происходящие в вариациях в месте зазора, что приводит к неконтролируемым вариациям при выходе мощности. Главным моментом в конструировании является допущение снижения контакта эмиттерных чипов с внутренней поверхностью оболочки, так чтобы происходила хорошая передача тепла. Фотоэлектрические гальванические элементы направляются навстречу эмиттерным чипам, чтобы придавить их к внутренней стенке. Высокая температура материала термоповерхности улучшает передачу тепла между внутренней поверхностью оболочки и эмиттерным чипом. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к оптике и касается слоистой интегрированной конструкции с внутренними полостями и способа ее изготовления для применения в гелиотехнике, в технологиях, связанных с получением пластин, в охлаждающих каналах, для освещения теплиц, подсветки окон, уличного освещения, подсветки транспортных потоков, в отражателях транспортных средств или в защитных пленках. Конструкция содержит первый несущий компонент, такой как деталь из пластика или стекла, содержащий оптически прозрачный материал, способный пропускать излучение, и второй несущий компонент, снабженный по меньшей мере одним паттерном поверхностного рельефа, который содержит множество элементов поверхностного рельефа, и выполненный с возможностью осуществления по меньшей мере одной заданной оптической функции в отношении падающего излучения. Второй несущий компонент содержит, в качестве опции, оптически прозрачный материал, способный пропускать излучение. При этом первый и второй несущие компоненты соединены посредством ламинирования таким образом, что внутри образованной слоистой конструкции находится по меньшей мере один паттерн поверхностного рельефа, а между первым и вторым несущими компонентами сформированы связанные с указанным паттерном оптически функциональные полости. Оптическая функция обеспечена и сконфигурирована за счет размеров, материала, положения и/или согласованности внутренних элементов рельефа. Изобретение обеспечивает создание слоистой структуры, позволяющей повысить эффективность подвода излучения. 8 н. и 23 з.п. ф-лы, 13 ил.
Наверх