Способ изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия


 


Владельцы патента RU 2548402:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет) (СКГМИ (ГТУ) (RU)

Изобретение относится к области фотоэлектроники, а именно к фотоэлектрическим преобразователям (ФП) для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Технический результат заключается в повышении эффективности преобразователей солнечной энергии, упрощении технологии изготовления при одновременном снижении ее себестоимости и увеличении светоприемной поверхности фотопреобразователя. Способ изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия включает изготовление пористой пластины с размерами пор, равными нанометрам, в качестве пористой пластины используют оксид алюминия, в поры которого осаждают и заполняют полупроводниковый материал, при этом заполнение пор осуществляют при импульсном напряжении прямоугольной формы амплитудой 650-720 В и плотностью тока 8-10 А/см2 в электролите диметилсульфоксида следующего состава в г/л: хлорид цинка - 8,2-8,35, сера - 6,5-7,0. 1 табл.

 

Изобретение относится к области фотоэлектроники, а именно к фотоэлектрическим преобразователям (ФП) для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.

Наиболее эффективными устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую, с энергетической точки зрения, являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16%, у лучших лабораторных образцов до 25% [см. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. - Л.: Наука, 1989. - 310 с. - ISBN 5-02-024384-1].

Известен способ изготовления фотопреобразователя, на передней стороне которого образуется оксидная пленка, а легированный слой и контакты находятся на стороне в виде чередующихся точечных областей с p-n переходами [Sinton R.A., Swanson R.M. An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell \\ 19 th IEEE Photo volt Special conference, New Orleans, 1987, p 1201-1208].

Недостатком этих фотопреобразователей является сложность процесса изготовления за счет фотолитографического травления и деградации физических свойств под действием солнечного излучения.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления фотопреобразователя, включающий изготовление пористой пластины с размерами пор, равными нанометрам (нм) [см. патент РФ 2410794, МПК9 H01L 27/142, H01L 31/18, опубл. 27.01.2011].

Недостатком прототипа является высокая сложность изготовления легированных слоев и контактов между микроуглублениями, величины которых 5-10 нм.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности преобразователей солнечной энергии, упрощение технологии изготовления при одновременном снижении ее себестоимости.

Технический результат заключается в увеличении светоприемной поверхности фотопреобразователя.

Решение технической задачи достигается тем, что в способе изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия, включающем изготовление пористой пластины с размерами пор, равными нанометрам (нм), согласно изобретению, в качестве пористой пластины используют оксид алюминия, в поры которого осаждают и заполняют полупроводниковый материал, при этом заполнение пор осуществляют при импульсном напряжении прямоугольной формы амплитудой 650-720 В и плотностью тока 8-10 А/см2 в электролите диметилсульфоксида следующего состава, г/л:

хлорид цинка 8,2-8,35
сера 6,5-7,0

Данный способ позволит увеличить эффективность преобразования солнечной энергии до 25% за счет значительного увеличения светоприемной поверхности при достаточно несложной технологии изготовления и одновременном снижении стоимости технологии.

Сущность изобретения поясняется таблицей, в которой представлены результаты экспериментальных данных лабораторных образцов фотопреобразователей.

Способ изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия реализуется следующим образом.

Способом двухстороннего электрохимического анодирования изготавливали пластины структурированного пористого оксида алюминия толщиной до 100 мкм и диаметром пор до 600 нм [см. патент РФ №2448202, 20.04.2012]. Анодирование осуществляли в электролите, содержащем борную кислоту 8-12 г/л, щавелевую кислоту - 15-20 г/л, буру - 10-12 г/л, сульфид магния - 15-20 г/л и паравольфрамат аммония - 5-7 г/л при температуре 18-22°C. При этом амплитуда импульса тока анодного полупериода при частоте следования 30-110 Гц и скважности 10-4000. Плотность тока 1,2-1,6 А/см2. Затем в электролите на основе диметилсульфоксида, содержащем диметилсульфоксид - 1 л; хлорид цинка - 8,2÷8,35 г/л; серу - 6,5÷7,1 г/л, в поры оксида алюминия осаждали полупроводниковый материал - сульфид цинка. Температура электролита в процессе осаждения составляла 90-135°C. На рабочий электрод подавали анодное импульсное напряжение прямоугольной формы амплитудой 650-720 В и плотностью тока 8-10 А/см2. Затем на одну из сторон пластины оксида (предварительно обработанных) наносили прозрачный проводящий слой ITO (SnO2 и In2O3), а на другую - проводящий слой алюминия.

Как видно из таблицы, данный способ увеличивает эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую на 40-50% по сравнению с прототипом за счет использования наноструктурированного пористого оксида алюминия, заполненного полупроводниковым материалом, и состава компонентов электролита.

Использование предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия позволит по сравнению с прототипом увеличить эффективность преобразования солнечной энергии, за счет значительного увеличения светоприемной поверхности при достаточно несложной технологии изготовления и одновременном снижении стоимости технологии.

Таблица
Результаты экспериментальных данных лабораторных образцов фотопреобразователей

п/п
Размеры образцов алюминия Толщина оксидной пленки мкм Диаметр пор нм Состав электролита Амплитуда импульсов, В Плотность тока, А/см Температура, °C КПД, %
Толщина мкм Диаметр нм Диметилсульф оксид, л Хлорид цинка, г/л Сера, г/л
1 90 180 102 550 1 8,3 6,4 700 8,05 125 13,5
2 95 180 105 600 1 8,3 7,2 700 9,95 125 14
3 98 180 110 580 1 8,27 6,85 700 9,7 125 24,5
4 100 180 112 570 1 8,1 6,9 700 8,4 125 18
5 100 180 108 600 1 8,4 6,9 700 8,8 125 15
6 100 180 110 600 1 8,27 6,85 700 9,8 85 X
7 100 180 111 590 1 8,27 6,85 700 9,7 140 XX
X - осаждение отсутствует;
XX - диметилсульфат начинает испаряться.

Способ изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия, включающий изготовление пористой пластины с размерами пор, равными нанометрам, отличающийся тем, что в качестве пористой пластины используют оксид алюминия, в поры которого осаждают и заполняют полупроводниковый материал, при этом заполнение пор осуществляют при импульсном напряжении прямоугольной формы амплитудой 650-720 В и плотностью тока 8-10 А/см2 в электролите диметилсульфоксида следующего состава, г/л:

Хлорид цинка 8,2-8,35
Сера 6,5-7,0



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к областям полупроводниковой фотоэлектроники, фотоэлектроэнергетики, к возобновляемым источникам энергии, к преобразователям энергии лазерного излучения.

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно полупроводниковых фотоэлектрических генераторов (ПФГ). .

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно фотоэлектрических преобразователей (ФП). .

Изобретение относится к конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей. .

Изобретение относится к устройствам преобразования световой энергии в электрическую и может быть использовано как в концентраторных фотоэлектрических модульных установках, так и в космических солнечных батареях.

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно фотоэлектрических преобразователей (ФП). .

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов. .

Изобретение относится к области интегральной микроэлектроники и может быть использовано при разработке и изготовлении гибридных интегральных детекторов инфракрасного излучения, стойких к многократным циклам охлаждения-нагревания.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области конструкции и технологии изготовления оптоэлектронных приборов, а именно фотоэлектрических преобразователей (ФП). .

Изобретение относится к технологии получения высокоплотных изделий спеканием заготовок из уплотненных нанодисперсных порошков карбида вольфрама методом электроимпульсного плазменного спекания (SPS) и может быть использовано при изготовлении металлообрабатывающих инструментов, мишеней для напыления износостойких покрытий экстремально нагружаемых ответственных деталей машин, например коленчатых валов тяжелых бронированных транспортных средств, а также материалов специального назначения с эффектом динамической сверхпрочности.
Изобретение относится к способам удаления формальдегида путем каталитического окисления кислородом и может быть использовано для очистки сточных вод в нефтехимической, медицинской, химической и фармацевтической промышленности.
Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении стабильных дисперсий в органических растворителях и изготовлении полимерных композитов.

Изобретение относится к производному хитозана, в котором хитозановый фрагмент имеет общую формулу (I), где R - остаток жирной или аминокислоты, n для гидрофильного лиганда составляет от около 12 до около 25% относительно количества моносахаридных остатков хитозана, m для гидрофобного лиганда составляет от около 30 до около 60% относительно количества моносахаридных остатков хитозана.

Фильтр может быть использован в оптических устройствах связи и спектрометрах комбинационного рассеяния света. Фильтр содержит полуволновые слои диэлектрика, являющиеся резонаторами, и прилегающие к ним многослойные диэлектрические зеркала, разделяющие один резонатор от другого и от окружающего пространства, все вместе образующие симметричную конструкцию.

Изобретение относится к технологии изготовления слоев пористого кремния, выполненных на поверхности монокристаллического кремния, которые могут быть использованы в оптике и оптоэлектронике.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ синтеза наноразмерных частиц порошка диоксида титана включает газофазную реакцию галогенида титана и кислорода в канале плазменного реактора и последующее охлаждение продуктов реакции в закалочном узле.

Изобретение может быть использовано для изготовления элементов аппаратов высокого давления, материалов с высокой износостойкостью, режущих инструментов, инструментов для бурения.
Изобретение относится к способам получения эмиссионных слоев, в частности для органических светоизлучающих диодов. Способ нанесения эмиссионного слоя органического светоизлучающего диода на подложку из стекла или полимера, покрытую слоем анода, включает получение раствора, содержащего люминофорсодержащее соединение и проводящий материал, и нанесение тонкой пленки из полученного раствора на упомянутую подложку.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методу образования защитного нанокомпозитного покрытия на поверхности изделия из жаропрочного никелевого сплава, подверженного высоким температурам и механическим нагрузкам.

Изобретение относится к противоопухолевому лекарственному средству пролонгированного действия на основе ингибитора синтеза эстрогенов - анастрозола. Лекарственное средство содержит анастрозол, сополимер молочной и гликолевой, поливиниловый спирт и D-маннитол. Лекарственное средство представляет собой частицы субмикронного размера и может быть выполнено в виде капсул, гранул, порошка, а также суспензии для инъекций. Применение разработанного лекарственного средства позволит достигнуть лечебного эффекта меньшими терапевтическими дозами и сделать более удобной для пациента противоопухолевую терапию. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил., 3 пр.
Наверх