Фотоэлектрический преобразователь на основе полупроводниковых соединений a2b4c5 2, сформированных на кремниевой подложке

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к конструкции и составу слоев фотоэлектрических преобразователей с несколькими переходами. Задачей заявляемого изобретения является создание фотоэлектрического преобразователя с несколькими р-n-переходами, отличающегося повышенным КПД за счет введения в состав фотопреобразователя близких по параметру решетки с кремнием слоев на основе многокомпонентных полупроводниковых соединений А2В4С52. В качестве подложки для фотоэлектрического преобразователя выбран кристаллический кремний, обладающий высокими прочностными и теплопроводными характеристиками. Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является использование в составе фотоэлектрического преобразователя полупроводниковых слоев соединений А2В4С52, близких по параметру решетки к кремнию, например слои ZnGeP2 и ZnSiP2, в результате чего не происходит формирование кристаллических дефектов, таких как дислокации несоответствия, что приводит к увеличению квантовой эффективности преобразования оптического излучения фотопреобразователя, при этом результат достигается за счет увеличения времени жизни неосновных носителей заряда по причине уменьшения плотности кристаллических дефектов за счет использования полупроводниковых слоев соединений А2В4С52, близких по параметру решетки к кремнию, например слои ZnGeP2 и ZnSiP2. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к конструкции и составу слоев фотоэлектрических преобразователей с несколькими переходами, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования энергии солнечного излучения в электрическую.

Преобразование энергии солнечного излучения в электрическую энергию с использованием полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей с р-n-переходом основано на генерации и разделении в электрическом поле р-n-перехода электрон-дырочных пар. Для вклада в электрическую энергию, генерируемую полупроводниковым солнечным элементом, энергия фотонов, падающих на лицевую поверхность элемента, должна превышать ширину запрещенной зоны материала фотопреобразователя. Коэффициент полезного действия фотоэлектрического преобразователя зависит от напряжения холостого хода, тока короткого замыкания и фактора заполнения вольтамперной характеристики, которые определяются свойствами полупроводниковых слоев фотоэлектрического преобразователя.

Значительное увеличение КПД фотопреобразователей возможно за счет применения полупроводниковых фотоэлектрических преобразователей с несколькими р-n-переходами, выполненных из различных полупроводниковых материалов и расположенных по убыванию ширины запрещенной зоны от лицевой поверхности к подложке. Каждый р-n-переход такой каскадной структуры преобразует только определенную часть солнечного спектра, что позволяет значительно расширить спектральный диапазон работы фотоэлектрического преобразователя.

Фотоэлектрические преобразователи с несколькими р-n-переходами можно изготовить с помощью механической стыковки одиночных каскадов методом wire bonding, метаморфного роста, инвертированного метаморфного роста, двухстороннего роста на прозрачных подложках или с помощью оптических систем, изначально разделяющих спектр падающего излучения на несколько областей и направляющих их на отдельные фотопреобразователи с подходящей шириной запрещенной зоны. Наиболее перспективными являются монолитные гетероструктурные фотоэлектрические преобразователи на основе твердых многокомпонентных полупроводниковых растворов изорешеточных к подложке.

Среди возможных путей дальнейшего повышения КПД фотопреобразователей одним является использование монолитных каскадных А3В5 и А2В4С52 полупроводниковых структур, согласованных по параметру решетки к Si подложке. В частности, многокомпонентные твердые растворы А2В4С52, такие как ZnGeP2 и ZnSiP2, которые являются прямозонными (псевдопрямозонными) полупроводниками с алмазоподобной структурой и параметрами решетки, близкими к значению параметра решетки Si.

Известен способ изготовления каскадных солнечных элементов (заявка DE 102008034701, МПК H01L 31/0304, опубликована 08.04.2010) на основе многопереходной гетероструктуры, состоящей из комбинаций элементов III и V групп Периодической таблицы Менделеева, выращенных на подложке арсенида галлия, германия или других подходящих материалов. Способ создания включает формирование на полупроводниковой подложке широкозонного каскада, формирование на нем среднего каскада с меньшей шириной запрещенной зоны и нижнего каскада с шириной запрещенной зоны меньше среднего каскада, согласованного по атомной решетке со средним каскадом. Для нанесения контактов на данную структуру каскадного солнечного элемента осаждают последовательно слои металлов Ti/Au/Ag/Au. Данный способ создания солнечных элементов предусматривает наличие нескольких подложек, одна - ростовая для последовательного осаждения на подложку слоев полупроводниковых материалов А3В5, формирующих солнечный элемент. Затем производят присоединение второй подложки (суррогатной) на верхний эпитаксиальный слой (нижний каскад) с удалением методом травления ростовой подложки.

Недостатками известного способа изготовления каскадных солнечных элементов являются использование как минимум двух подложек (ростовой и суррогатной), необходимость выращивания дополнительных эпитаксиальных стоп-слоев, что приводит к значительному технологическому усложнению процесса производства, увеличению трудозатрат и стоимости. Также недостатком известного способа изготовления солнечных элементов является недостаточная толщина создаваемых контактов, что ведет к снижению электропроводимости контактов и к увеличению омических потерь.

Известна система из фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения (см. патент US №5853497, МПК H01L 25/00, опубликован 29.12.1998), содержащая два согласованных по току или напряжению фотоэлектрических преобразователя, каждый из которых содержит по два фотоактивных р-n-перехода. Первый фотоэлектрический преобразователь установлен на втором фотоэлектрическом преобразователе и прикреплен к нему клейким веществом. Четыре фотоактивных р-n-перехода фотоэлектрических преобразователей работают соответственно в диапазонах длин волн λ1<0,67 мкм, λ2<0,89 мкм, λ3<1,3 мкм и λ4<1,7 мкм. Для изготовления указанных р-n-переходов были использованы следующие материалы: GaInP, GaAs, GaInAsP и GaInAs.

Недостатками системы являются сложность технологии получения монолитных двухпереходных фотоэлектрических преобразователей и дальнейшего согласования их по току или напряжению, трудность получения надежного механического и электрического контакта между двумя фотоэлектрическими преобразователями, сложность монтажа и теплоотвода. Кроме того, при расположении фотоэлектрических преобразователей друг под другом возникают оптические потери, что снижает эффективность системы фотоэлектрических преобразователей.

Известна система фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения (см. патент RU №2413334, МПК H01L 25/00, опубликован 27.02.2011), содержащая оптическую систему, разделяющую спектр солнечного излучения на четыре световых потока различного спектрального состава, и четыре фотоэлектрических преобразователя с одиночными р-n-переходами с наиболее подходящей спектру шириной запрещенной зоны. Фотоэлектрические преобразователи расположены рядом друг с другом и электрически соединены между собой. Предложенное решение снимает ограничения, вызванные необходимостью использования полупроводниковых материалов с фиксированной величиной постоянной решетки, а также сокращает количество используемых полупроводниковых слоев.

Недостатками системы являются сложность изготовления оптической системы для разделения спектра солнечного излучения, трудности в настройке оптической системы с системой однопереходных фотоэлектрических преобразователей, а также сложность электрической коммутации фотоэлектрических преобразователей.

Известна система фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения (см. патент US №6281426, МПК H01L 25/00, опубликован 28.08.2001), включающая многопереходный монолитный фотопреобразователь, состоящий из фотоактивных р-n-переходов, соединенных в тандем и расположенных на подложке GaAs или Ge. Предложено четыре варианта реализации системы фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения. Первый вариант заключается в создании двухпереходных солнечных элементов, состоящих из нижнего р-n-перехода на основе GaInAsN или GaAsGe и верхнего р-n-перехода на основе GaInAsP. Второй вариант системы заключается в создании трехпереходных солнечных элементов, включающих в себя дополнительный р-n-переход на основе Ge, расположенный под нижним р-n-переходом первого варианта системы. Третий вариант системы - трехпереходный солнечный элемент, включающий в себя нижний р-n-переход на основе GaInAsN или GaAsGe, средний р-n-переход на основе GaAs и верхний р-n-переход на основе GaInP. Четвертый вариант системы - четырехпереходный солнечный элемент, включающий в себя первый р-n-переход на основе GaInP, второй р-n-переход на основе GaAs, третий р-n-переход на основе GaInAsN или GaAsGe и четвертый р-n-переход на основе Ge.

К недостаткам такой системы относятся сложность технологии изготовления фотопреобразователя из-за большого количества последовательно выращиваемых слоев, требующих согласования между собой по периоду решетки, сложности формирования многокомпонентных соединений на основе азота, а также необходимость выполнения требования согласования р-n-переходов по току в фотоэлектрической системе. К недостаткам также относится необходимость использования дорогостоящих GaAs или Ge подложек, обладающих низкой теплопроводностью и высокой хрупкостью.

Известна система многопереходного фотоэлектрического преобразователя солнечного излучения (см. патент US RU 2308122, МПК H01L 31/042, опубликован), включающая нижний каскад, являющийся нижним р-n-переходом, выполненный в составе Si подложки, осуществляющей функцию базы, и слоя с противоположным типом проводимости относительно подложки, осуществляющего функцию эмиттера, в качестве материала для нижнего каскада солнечного элемента использован кремний, а комбинированный буфер в составе многопереходной р-n-структуры выполнен оптически прозрачным в спектральной области фотопреобразования кремния и согласующим постоянные решетки кремния и материала, на основе которого выполнен средний каскад, являющийся средним р-n-переходом, или верхний каскад, являющийся верхним р-n-переходом

К недостаткам такой системы относятся сложность технологии получения фотопреобразователя из-за необходимости формирования буферного слоя для согласования по параметру решетки используемой подложки и верхних каскадов, наличие большого количества поверхностных дефектов на границе буферного слоя и верхнего каскада, уменьшающих КПД системы.

Известна система многопереходного фотоэлектрического преобразователя (см. Физика и техника полупроводников, 2014, том 48, вып. 3, опубликован 19.08.2013) на основе многокомпонентных твердых растворов GaPNAs на Si подложке. Фотопреобразовательные гетероструктуры GaNAsP создавались методом молекулярно-пучковой эпитаксии и представляли собой нижний каскад на основе р-n-перехода на базе кремния и верхний каскад в виде p-i-n-структуру, в которой использовался нелегированный слой GaPNAs, заключенный между двумя симметричными легированными слоями GaPNAs р- и n-типа проводимости.

Недостатком такого способа является необходимость формирования буферного слоя GaP на Si подложке, что в виду большой разницы в энергиях поверхностных атомов данных материалов приводит к образованию пронизывающих дислокаций несоответствия и присутствию большого количества центров рекомбинации, резко снижающих КПД фотопреобразователя.

Известна система фотоэлектрического преобразователя (см. Solar Cells, 21 (1987) 291-299 291 VACUUM GROWTH OF THIN FILMS OF ZnSnP2. P.K. AJMERA, H.Y. SHIN and B. ZAMANIAN), совпадающая с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятая за прототип. В данной однопереходной системе р-n-переход был сформирован на основе твердого многокомпонентного раствора ZnSnP2, эпитаксиально выращенного на подложке GaAs методом, близким к молекулярно-пучковой эпитаксии. Функцию базового слоя осуществлял ZnSnP2, подложка с противоположным типом проводимости осуществляла функцию эмиттера. Концентрация свободных носителей в базе составила (1-10)×1017 см-3, подвижность носителей заряда была на уровне 35-47 см2/Вс. Омический контакт к слою р-ZnSnP2 был сформирован на основе In.

Недостатком такого способа является формирование слоев гетероструктуры на GaAs подложке, менее прочной и с меньшим значением коэффициента теплопроводности по сравнению с Si подложкой, а также низкий КПД такой системы.

Задачей заявляемого изобретения является создание фотоэлектрического преобразователя с несколькими р-n-переходами, отличающегося повышенным КПД за счет введения в состав фотопреобразователя близких по параметру решетки с кремнием слоев на основе многокомпонентных полупроводниковых соединений А2В4С52. В качестве подложки для фотоэлектрического преобразователя выбран кристаллический кремний, обладающий высокими прочностными и теплопроводными характеристиками.

Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является использование в составе фотоэлектрического преобразователя полупроводниковых слоев соединений А2В4С52, близких по параметру решетки к кремнию, например слои ZnGeP2 и ZnSiP2, в результате чего не происходит формирование кристаллических дефектов, таких как дислокации несоответствия, что приводит к увеличению квантовой эффективности преобразования оптического излучения фотопреобразователя.

Результат достигается за счет того, что фотоэлектрический преобразователь с несколькими р-n-переходами на основе Si подложки, включающий, по меньшей мере, один полупроводниковый р-n-переход, состоит, по меньшей мере, из расположенного ближе к фоточувствительной поверхности эмиттерного слоя одного типа проводимости и базового слоя другого типа проводимости, при этом, по меньшей мере, один из слоев гетероструктуры является твердым раствором полупроводниковых материалов А2В4С52, отличается тем, что, по меньшей мере, один из полупроводниковых р-n-переходов, включающий, по меньшей мере, расположенный ближе к фоточувствительной поверхности эмиттерный слой одного типа проводимости и базовый слой другого типа проводимости, состоит из твердых растворов полупроводниковых материалов А2В4С52. Верхний р-n-переход, расположенный ближе к поверхности преобразователя, состоит из твердых растворов полупроводниковых материалов А2В4С52, верхний р-n-переход, расположенный ближе к поверхности, включает последовательно расположенные слои широкозонного окна из GaPN, эмиттерный слой из ZnGeP2 одного типа проводимости, базовый слой из ZnGeP2 и слой тыльного потенциального барьера из GaPN другого типа проводимости. Может содержать верхний р-n-переход, расположенный ближе к поверхности, включает последовательно расположенные слой широкозонного окна из GaPN, эмиттерный слой из ZnSiP2 одного типа проводимости, базовый слой из ZnSiP2 и слой тыльного потенциального барьера из GaPN другого типа проводимости. Слой из ZnGeP2, расположенный на Si подложке, является буферным слоем для дальнейшего роста согласованных по параметру решетки слоев верхних р-n-переходов. Слой из ZnSiP2, расположенный на Si подложке, является буферным слоем для дальнейшего роста согласованных по параметру решетки слоев верхних р-n-переходов. Слой из ZnGeP2 является широкозонным окном, тыльным потенциальным барьером или пассивирующим слоем для одного из переходов структуры. Слой из ZnSiP2 является широкозонным окном, тыльным потенциальным барьером или пассивирующим слоем для одного из переходов структуры.

Таким образом, результат достигается за счет увеличения времени жизни неосновных носителей заряда по причине уменьшения плотности кристаллических дефектов за счет использования полупроводниковых слоев соединений А2В4С52, близких по параметру решетки к кремнию, например, слои ZnGeP2 и ZnSiP2.

Слои, составляющие р-n-переход, а также буферные слои могут быть выполнены на основе алмазоподобных многокомпонентных полупроводниковых твердых растворов ZnGeP2 или ZnSiP2, близких по параметру решетки к Si. Данные полупроводниковые соединения могут быть сформированы методом молекуляно-пучковой или газофазной эпитаксии.

Верхний р-n-переход фотопреобразовательных элементов с несколькими переходами, выращенных согласовано по параметру решетки на Si подложках, может быть выполнен на основе многокомпонентных полупроводниковых твердых растворов ZnGeP2. Данные слои р-n-перехода могут быть выполнены методом молекуляно-пучковой или газофазной эпитаксии.

Один из р-n-переходов фотопреобразователя с несколькими переходами выращенных согласовано по параметру решетки на Si подложках может быть выполнен на основе многокомпонентных полупроводниковых твердых соединений ZnSiP2, при этом n-тип проводимости эмиттера достигается за счет легирования атомами Cd, р-тип проводимости базы достигается за счет легирования атомами Ga или In. Данные слои р-n-перехода могут быть сформированы методом молекуляно-пучковой или газофазной эпитаксии.

Эпитаксиальные слои ZnGeP2 и ZnSiP2, сформированные непосредственно на Si подложке, могут выступать в качестве буферного слоя для последующего роста эпитаксиальных слоев GaP, GaPN, InGaP, InGaPN, GaPAs, GaPNAs и пр. полупроводниковых соединений А3В5, близких по параметру решетки к Si, формирующих р-n-переходы.

Эпитаксиальные слои ZnGeP2 и ZnSiP2 за счет большого значения (>2 эВ) ширины запрещенной зоны могут выступать в качестве слоев широкозонного окна или тыльного потенциального барьера для р-n-переходов многопереходных солнечных элементов на основе твердых растворов А3В5.

Заявляемая система фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения поясняется чертежами.

На фиг. 1 поясняется общая схема используемых фотоэлектрических преобразователей заявляемой системы. Многопереходная структура, выращиваемая на подложке 1, содержит нижний р-n-переход 2, туннельный переход 3, второй р-n-переход 4, туннельный переход 5, верхний р-n-переход 6, приконтактный слой 7, металлические контакты 8 и просветляющее покрытие 9. На верхней поверхности фотопреобразователя может быть сформирована контактная сетка, состоящая из полупроводникового приконтактного слоя 7 и омического металлического контакта 8. Нижний р-n-переход 2, расположенный ближе к задней поверхности фотопреобразователя, может включать в себя последовательно расположенные от нижней поверхности фотопреобразователя базовый слой в виде фотоактивной Si подложки 1 одного типа проводимости, а также эмиттерный слой 10. Второй р-n-переход 4 может включать в себя последовательно расположенные от нижней поверхности фотопреобразователя слой тыльного потенциального барьера 11 и базовый слой 12 одного типа проводимости, а также эмиттерный слой 13 и слой широкозонного окна 14 другого типа проводимости. Верхний р-n-переход 6, расположенный ближе к лицевой поверхности фотопреобразователя, может включать в себя последовательно расположенные от нижней поверхности фотопреобразователя слой тыльного потенциального барьера 15 и базовый слой 16 одного типа проводимости, а также эмиттерный слой 17 и слой широкозонного окна 18 другого типа проводимости.

На фиг. 2 (таблица) представлено описание конструкции двухпереходного фотоэлектрического преобразователя на основе нижнего Si р-n-перехода и верхней ZnSiP2 p-i-n-структуры. Также возможна конструкция на основе р-n-перехода, в которой слой i-ZnSiP2 заменяется на p-ZnSiP2. Данные конструкции являются примером фотопреобразователей на основе данных полупроводниковых соединений и не ограничивают область изобретения.

На фиг. 3а представлена расчетная зонная диаграмма для случая р-n-структуры.

На фиг. 3б представлена расчетная зависимость внешней квантовой эффективности двухпереходного солнечного элемента (СЭ) на основе р-n-структур ZnSiP2. Спектр фоточувствительности верхнего ZnSiP2 перехода лежит в диапазоне (0.3-0.64) мкм, нижнего на основе Si - в диапазоне (0.5-1.15) мкм. Спектральные зависимости коэффициента поглощения ZnSiP2 были взяты из работы [1]. В соответствии с экспериментальными работами подвижность носителей заряда составляла 420 см2В-1с-1 и 60 см2В-1с-1 для электронов и дырок, соответственно [2]. Использовались следующие значения эффективных масс носителей: 0.11 me для электронов и 0.4 me для дырок [3]. При расчетах значение времени жизни неосновных носителей заряда в слоях ZnSiP2 варьировалось в диапазоне (10-10 - 10-5) с. Параметры Si перехода определялись следующими значениями: подвижность носителей заряда для электронов 1000 см2В-1с-1 и для дырок - 400 см2В-1с-1, время жизни носителей - 1 мс.

На фиг. 4а приведены зависимости тока короткого замыкания (JSC), напряжения холостого хода (VOC) и КПД солнечного элемента в зависимости от ширины базовой области ZnSiP2.

На фиг. 4б представлены зависимости напряжения холостого хода, тока короткого замыкания и эффективности СЭ от значения времени жизни неосновных носителей при фиксированной толщине области базы ZnSiP2 перехода, составляющей 7 мкм.

На фиг. 4в приведена расчетная вольт-амперная характеристика СЭ при значении ширины базы ZnSiP2 равном 7 мкм и времени жизни неосновных носителей заряда в слоях ZnSiP2 на уровне 10-7 с при условии освещения AM1.5D, а также значения КПД СЭ при увеличении концентрации падающего солнечного излучения (на вставке).

Активная область p-i-n-структуры фотоэлектрического преобразователя (слои с 15 по 17) выращивается методом молекулярно-пучковой или газофазной эпитаксии после выращивания на поверхности кремния с кристаллографической ориентацией (100) легированного буферного эпитаксиального слоя фосфида галлия и следующего за ним первого перехода на основе p-i-n-структуры и туннельного диода с использованием легированных слоев GaPAs. Рекомендуемая толщина слоя p-ZnSiP2 составляет 50±10 нм, его легирование составляет 1⋅1018 см-3±0.5⋅1018 см-3. Рекомендуемая толщина нелегированного слоя i-ZnSiP2 составляет 1-15 мкм. Рекомендуемая толщина слоя n-ZnSiP2 составляет 50±10 нм, его легирование составляет 1⋅1018 см-3±0.5⋅1018 см-3. Рекомендуемые значения остальных слоев фотопреобразователя приведены в таблице фиг. 2. После формирования активной области p-i-n-структуры фотоэлектрического преобразователя выращивается завершающий слой GaP (18) легированный примесью n-типа.

Создание, в соответствии с заявленными признаками и конструкцией, фотоэлектрического преобразователя приводит к формированию p-i-n фотоэлектрического каскада с зонной диаграммой, показанной на Фиг 3а, и относительно высокой квантовой эффективностью преобразования оптического излучения (Фиг. 3б) за счет увеличения времени жизни неосновных носителей заряда по причине уменьшения плотности кристаллических дефектов за счет использования полупроводниковых слоев соединений А2В4С52, близких по параметру решетки к кремнию. Характерные достижимые значения тока короткого замыкания (AM1.5G, 100 мВт/см2) фотоэлектрического каскада на подложке кремния составляют 12-14 мА/см2, напряжения холостого хода 2.2-2.3 В.

Список литературы

[1] Aaron D. Martinez et al. // IEEE Journal of Photovoltaics 5 17-21 (2015).

[2] W. Siegel, A. Heinrich and E. Ziegler // Physica status solidi (a) 35 269-279 (1976).

[3] Semiconductors Ternary Compounds, Organic Semiconductors // ed. O. Madelung, U. , M. Schulz. - Group III Condensed Matter. Volume 41E (2000).

1. Фотоэлектрический преобразователь с несколькими р-n-переходами на основе Si подложки, включающий по меньшей мере один полупроводниковый p-n-переход, состоящий, по меньшей мере, из расположенного ближе к фоточувствительной поверхности эмиттерного слоя одного типа проводимости и базового слоя другого типа проводимости, при этом по меньшей мере один из слоев гетероструктуры является твердым раствором полупроводниковых материалов A2B4C52, отличающийся тем, что по меньшей мере один из полупроводниковых р-n-переходов, включающий, по меньшей мере, расположенный ближе к фоточувствительной поверхности эмиттерный слой одного типа проводимости и базовый слой другого типа проводимости, состоит из твердых растворов полупроводниковых материалов A2B4C52.

2. Фотоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что верхний р-n-переход, расположенный ближе к поверхности преобразователя, состоит из твердых растворов полупроводниковых материалов A2B4C52.

3. Фотоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что верхний р-n-переход, расположенный ближе к поверхности, включает последовательно расположенные слой широкозонного окна из GaPN, эмиттерный слой из ZnGeP2 одного типа проводимости, базовый слой из ZnGeP2 и слой тыльного потенциального барьера из GaPN другого типа проводимости.

4. Фотоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что верхний p-n-переход, расположенный ближе к поверхности, включает последовательно расположенные слой широкозонного окна из GaPN, эмиттерный слой из ZnSiP2 одного типа проводимости, базовый слой из ZnSiP2 и слой тыльного потенциального барьера из GaPN другого типа проводимости.

5. Фотоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что слой из ZnGeP2, расположенный на Si подложке, является буферным слоем для дальнейшего роста согласованных по параметру решетки слоев верхних p-n-переходов.

6. Фотоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что слой из ZnSiP2, расположенный на Si подложке, является буферным слоем для дальнейшего роста согласованных по параметру решетки слоев верхних p-n-переходов.

7. Фотоэлектрический преобразователь по п. 1 , отличающийся тем, что слой из ZnGeP2 является широкозонным окном, тыльным потенциальным барьером или пассивирующим слоем для одного из переходов структуры.

8. Фотоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что слой из ZnSiP2 является широкозонным окном, тыльным потенциальным барьером или пассивирующим слоем для одного из переходов структуры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэлектроэнергетике и может быть использовано для утилизации возобновляемых, вторичных тепловых энергоресурсов и тепловой энергии природных источников.

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики, в частности к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую с использованием концентраторов солнечного излучения, и может быть использовано в солнечных энергоустановках для работы в условиях как высокой, так и низкой освещенности.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности касается концентраторов для солнечных батарей. Шарообразная солнечная батарея с многократным преломлением и отражением лучей в концентраторе выполнена в виде шара.

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, в первую очередь к конструкции солнечных электростанций с концентраторами.

Изобретение относится к солнечной панели, используемой в хронометре стрелочного типа, таком как наручные часы, или в измерительном устройстве стрелочного типа, таком как счетчик, и к хронометру, включающему в себя солнечную панель.

Изобретение относится к пленкообразующим растворам, которые наносятся на полупроводниковую подложку для образования на ней желаемого диффузионного слоя. Предложен пленкообразующий раствор, включающий соединение бора, органическое связующее, диоксид кремния, предшественник оксида алюминия и воду и/или органический растворитель, применяемый для диффузии бора в кремниевую подложку с целью образования диффузионного слоя р-типа.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности касается концентраторов для солнечных батарей. Концентратор солнечных лучей для солнечной батареи выполнен в форме полуцилиндра с веерным расположением зеркальных отражающих электродов и прозрачных полупроводниковых солнечных батарей.

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, к конструкции солнечных электростанций с концентраторами. Солнечная электростанция содержит концентраторы, систему слежения и фотоприемники в фокальной области каждого концентратора, установленные в прозрачной для солнечного излучения оболочке и снабженные устройством для отвода теплоты, прозрачная оболочка содержит гомогенизатор концентрированного солнечного излучения из набора плоских тонких пластин из оптически прозрачного материала, размеры поперечного сечения гомогенизатора соизмеримы с размерами рабочей поверхности фотоприемника, ширина каждой пластины равна расстоянию между токоотводами, произведение толщины пластин на их количество определяет размер гомогенизатора вдоль плоскости р-n переходов диодных структур, длина гомогенизатора в 2-10 раз больше размеров рабочей поверхности фотоприемника, плоскости диодных структур параллельны двум из четырех граней гомогенизатора, а устройство отвода тепла выполнено в виде тонких пластин из теплопроводящего материала, присоединенных к токоподводам каждой секции твердотельной матрицы путем пайки или сварки параллельно плоскости р-n переходов диодных структур, размер секций между пластинами теплообменника составляет 4-20 мм, а суммарная их площадь при естественном охлаждении равна площади миделя концентратора.

Изобретение относится к способу рекуперации неиспользованной энергии оптического излучения оптического обрабатывающего устройства (1), содержащего по меньшей мере один источник света, в частности источник (2) лазерного излучения или источник света с множеством светодиодов, оптическому обрабатывающему устройству (1) для обработки заготовки (5) (варианты) и рекуперационному устройству.

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к способам изготовления структур фотоэлектрических приемных устройств (ФПУ), предназначенных для преобразования светового излучения определенного спектрального диапазона в электрический сигнал.

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в электрическую, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок, которые могут использоваться в быту, например, в усадьбах индивидуальных жилых домов (коттеджей, сельских жилых домов), на садовых участках, в парках, городских скверах, остановках транспорта (особенно загородом, где нет централизованного электроснабжения) и т.д.

Изобретение относится к области материаловедения, преимущественно электронного, в частности к солнечной энергетике. .

Изобретение относится к солнечным батареям, служащим для преобразования солнечной энергии в электрическую. .

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к фотоэлектронике. .

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики. Тандемный металлооксидный солнечный элемент содержит два расположенных один под другим по ходу светового потока металлооксидных солнечных элемента (МО СЭ) на основе мезоскопических слоев сенсибилизированного металлооксида, имеющих общий промежуточный токосъемный контакт, при этом согласно изобретению общий промежуточный токосъемный контакт размещен на стеклянной подложке, расположенной между верхним и нижним по ходу светового потока МО СЭ, на которую со стороны, обращенной к верхнему по ходу светового потока МО СЭ, нанесен проводящий слой платины, являющийся для верхнего МО СЭ противоэлектродом, а с противоположной стороны стеклянной подложки, обращенной к нижнему по ходу светового потока МО СЭ, нанесено проводящее покрытие из оксида олова, допированного фтором или индием, служащее для нижнего МО СЭ проводящим электродом, при этом верхний по ходу светового потока МО СЭ сенсибилизирован органическим красителем, поглощающим солнечный свет в диапазоне длин волн 400-650 нм, а нижний по ходу светового потока МО СЭ сенсибилизирован органическим красителем, поглощающим солнечный свет в диапазоне длин волн 650-1000 нм. Изобретение обеспечивает увеличение эффективности и оптимизацию работы солнечного элемента как для высоких, мощностью 100-1000 Вт/м2, так и для низких интенсивностей светового потока в пределах 10-100 Вт/м2. 4 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к гибким фотоэлектрическим панелям, которые могут быть использованы в качестве элементов энергетических установок сверхлегких беспилотных летательных аппаратов. Фотоэлектрическая гибкая панель представляет собой последовательно расположенные нижнюю несущую пленку, нижний армирующий слой, нижнюю скрепляющую пленку, электрически соединенные между собой кремниевые солнечные элементы, верхнюю скрепляющую пленку и верхнюю несущую пленку, причем нижние и верхние несущие и скрепляющие пленки выполнены из прозрачного для солнечного света материала, а в качестве нижнего армирующего слоя использован слой бальсы толщиной от 0,5 до 2,0 мм. Изобретение обеспечивает гладкую рабочую плоскость фотоэлектрической гибкой панели.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и касается всенаправленного приемника-преобразователя лазерного излучения. Приемник-преобразователь включает в себя приемную плоскость, выполненную в виде трех круговых панелей, взаимно пересекающихся между собой перпендикулярно и симметрично. На внешней стороне каждой из панелей установлены фотоэлектрические преобразователи на основе полупроводниковых фотоэлементов. Каждый сектор круговой панели состоит из двух обкладок с сотовым заполнителем между ними. На внешней поверхности каждой обкладки установлены фотоэлементы с лицевыми и тыльными контактами. Тыльные контакты охлаждаются радиальными и дугообразными тепловыми трубами. Корпус радиальной тепловой трубы с одного конца установлен в радиальный канал, выполненный в теплопроводящем центральном переходнике с геометрическим центром, совпадающим с точкой пересечения срединных плоскостей трех круговых панелей. Центральный переходник выполнен в виде всенаправленного отражателя, включающего в себя восемь уголковых отражателей. Технический результат заключается в повышении точности и улучшении массогабаритных характеристик устройства. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 24 ил.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к изготовлению активных слоев солнечных модулей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния. Солнечный модуль на основе кристаллического кремния включает пластину поликристаллического или монокристаллического кремния; пассивирующий слой в виде аморфного гидрогенизированного кремния, нанесенный на каждую сторону пластины кремния; р-слой в виде аморфного гидрогенизированного кремния, нанесенный на верхнюю сторону пассивирующего слоя; n-слой, нанесенный на нижнюю сторону пассивирующего слоя; токосъемные слои, нанесенные на р-слой и n-слой. В качестве n-слоя применяют металлические оксиды n-типа, полученного методом магнетронного распыления или методом атомного наслаивания, или методом газофазного осаждения при пониженном давлении. В качестве металлического оксида n-типа используют оксид цинка (ZnO) или SnО2, Fе2О3, TiΟ2, V2O7, МnO2, CdO и другие металлические оксиды n-типа. Изобретение позволяет повысить производительность процесса производства фотопреобразователей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к конструкции раскрывающихся солнечных батарей (СБ) космических аппаратов. СБ имеет гибкую плёночно-сотовую структуру, соты которой выполнены в виде четырех- или шестигранных пирамид. Пирамиды соединены друг с другом по ребрам своих воображаемых оснований. Фотоэлектрические преобразователи размещены на боковых гранях пирамид, принимая солнечное излучение со стороны указанных оснований. В развернутом положении СБ может иметь сферическую конфигурацию, в которой вершины всех пирамид сходятся в центре сферы. На рабочей поверхности СБ м.б. размещена защитная пленка со специальными свойствами. Сотовая конструкция СБ в развернутом положении м.б. ликвидирована путём ее нагрева до температуры испарения пленки или выше. Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности СБ путём увеличения коэффициента поглощения за счет увеличения количества переотражений света от фотоприемного слоя внутри пирамид, а также – в снижении зависимости коэффициента поглощения от угла падения солнечного излучения и в упрощении технологии изготовления и эксплуатации СБ. 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается двухканального инфракрасного приемника излучения. Приемник излучения включает в себя выполненную на подложке тонкопленочную матричную структуру снабженных оптическими фильтрами фотогальванических элементов на основе селенида свинца. Тонкопленочная матричная структура сформирована из не менее чем четырех идентичных модулей, каждый из которых включает два фотогальванических элемента с двумя разными оптическими фильтрами, принадлежащими двум разным спектральным каналам чувствительности приемника излучения. Модули размещены на подложке вокруг единого центра по окружности в конгруэнтных круговых секторах так, что границы чувствительных площадок двух фотогальванических элементов, составляющих один модуль, расположены симметрично относительно биссектрисы центрального угла соответствующего сектора, а фотогальванические элементы двух разных спектральных каналов чередуются по окружности. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности и точности измерений. 5 ил.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к конструкции и составу слоев фотоэлектрических преобразователей с несколькими переходами. Задачей заявляемого изобретения является создание фотоэлектрического преобразователя с несколькими р-n-переходами, отличающегося повышенным КПД за счет введения в состав фотопреобразователя близких по параметру решетки с кремнием слоев на основе многокомпонентных полупроводниковых соединений А2В4С52. В качестве подложки для фотоэлектрического преобразователя выбран кристаллический кремний, обладающий высокими прочностными и теплопроводными характеристиками. Техническим результатом, позволяющим выполнить поставленную задачу, является использование в составе фотоэлектрического преобразователя полупроводниковых слоев соединений А2В4С52, близких по параметру решетки к кремнию, например слои ZnGeP2 и ZnSiP2, в результате чего не происходит формирование кристаллических дефектов, таких как дислокации несоответствия, что приводит к увеличению квантовой эффективности преобразования оптического излучения фотопреобразователя, при этом результат достигается за счет увеличения времени жизни неосновных носителей заряда по причине уменьшения плотности кристаллических дефектов за счет использования полупроводниковых слоев соединений А2В4С52, близких по параметру решетки к кремнию, например слои ZnGeP2 и ZnSiP2. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх