Устойчивый к излучению инвертированный метаморфический многопереходный солнечный элемент



Устойчивый к излучению инвертированный метаморфический многопереходный солнечный элемент
Устойчивый к излучению инвертированный метаморфический многопереходный солнечный элемент
Устойчивый к излучению инвертированный метаморфический многопереходный солнечный элемент
H01L31/0687 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2628670:

ЭМКОР СОЛАР ПАУЭР, ИНК. (US)

Многопереходный солнечный элемент для космической радиационной среды, причем многопереходный солнечный элемент имеет множество солнечных субэлементов, расположенных в порядке убывания запрещенной зоны, включающее в себя: первый солнечный субэлемент, состоящий из InGaP и имеющий первую запрещенную зону, причем первый солнечный субэлемент имеет первый ток короткого замыкания, связанный с ним; второй солнечный субэлемент, состоящий из GaAs и имеющий вторую запрещенную зону, которая имеет ширину, меньшую, чем первая запрещенная зона, причем второй солнечный субэлемент имеет второй ток короткого замыкания, связанный с ним; при этом в начале срока службы первый ток короткого замыкания меньше, чем второй ток короткого замыкания, так что эффективность AM0 преобразования является субоптимальной. Третий солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх второго солнечного субэлемента и имеющий третью запрещенную зону, более узкую, чем вторая запрещенная зона, и третий ток короткого замыкания, по существу согласованный со вторым током короткого замыкания; и четвертый солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх третьего солнечного субэлемента и имеющий четвертую запрещенную зону, более узкую, чем третья запрещенная зона, и четвертый ток короткого замыкания, по существу согласованный с третьим током короткого замыкания. Однако в конце срока службы токи короткого замыкания становятся по существу согласованными, что обеспечивает повышенную эффективность AM0 преобразования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ЗАЯВЛЕНИЕ О ПРАВАХ ПРАВИТЕЛЬСТВА

Настоящее изобретение осуществлено при правительственной поддержке согласно контрактам №№ FA 9453-04-09-0371 и FA 9453-04-2-0041, выделенным Военно-воздушными силами США. Правительство имеет определенные права на настоящее изобретение.

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка представляет собой частичное продолжение заявки № 13/491,390, поданной 7 июня 2012 года, которая включена в настоящий документ путем ссылки в полном объеме.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к метаморфическому многопереходному солнечному элементу для космической радиационной среды, иногда упоминаемой как окружающая среда с нулевой воздушной массой (AM0). Такие солнечные элементы используют в качестве источников питания многие спутники.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Желательность более высокой эффективности преобразования движет развитие многопереходных солнечных элементов, то есть солнечных элементов, имеющих два или более солнечных субэлементов с различными запрещенными зонами, и они расположены в порядке уменьшения запрещенных зон, так что излучение высокой энергии поглощается первым солнечным субэлементом, а фотоны с меньшей энергией проходят через первый солнечный субэлемент и поглощаются следующим солнечным субэлементом. Для получения повышенного количества солнечных субэлементов в каждом солнечном элементе, известно использование различных материалов для различных солнечных субэлементов, в этом случае солнечный элемент упоминается как метаморфический многопереходный солнечный элемент, если используют материалы, имеющие различные постоянные решетки. Каждый солнечный субэлемент имеет связанный с ним ток короткого замыкания, и обычно солнечный элемент конструируют с согласованием токов короткого замыкания для каждого солнечного субэлемента для достижения максимальной эффективности преобразования.

Изготовление структур инвертированных метаморфических солнечных элементов, таких как описанные в M. W. Wanlass et al., Lattice Mismatched Approaches for High Performance, III-V Photovoltaic Energy Converters (Conference Proceedings of the 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Jan 3-7, 2005, IEEE Press, 2005), включает в себя рост солнечных субэлементов на подложке для роста в обратном порядке, то есть от солнечного субэлемента с самой широкой запрещенной зоной до солнечного субэлемента с самой узкой запрещенной зоной, а затем удаление подложки для роста.

Заявка на патент US 2010/0122724 A1, полное содержание которой настоящим включено в настоящий документ путем ссылки, описывает инвертированный метаморфический многопереходный солнечный элемент с четырьмя переходами.

Ключевое требование для солнечных элементов, предназначенных для космических применений, состоит в способности выдерживать воздействие излучения частиц электронов и протонов. Предыдущие исследования излучения электронов, осуществляемые на солнечных субэлементах из InGaAs, продемонстрировали более низкую устойчивость к излучению по сравнению с InGaP и GaAs, см. M. Yamaguchi, “Radiation Resistance of Compound Semiconductor Solar cells”, J. Appl. Phys. 78, 1995, pp 1476-1480. Соответственно, рабочие характеристики солнечных субэлементов из InGaAs будут ухудшаться в среде AM0 быстрее, чем солнечные субэлементы из InGaP или GaAs. Таким образом, включение субэлемента из InGaAs в «устойчивый к излучению» многопереходный солнечный элемент представляет собой проблему.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение направлено на улучшение рабочих характеристик метаморфического многопереходного солнечного элемента, имеющего по меньшей мере два солнечных субэлемента из InGaAs, в среде AM0. В соответствии с настоящим изобретением, в начале срока службы, вводится рассогласование токов короткого замыкания, связанных с солнечными субэлементами солнечного элемента, чтобы сделать возможным большее ухудшение эффективности преобразования по меньшей мере двух солнечных субэлементов из InGaAs во время использования солнечного элемента в среде AM0, которая приводит к повышению эффективности преобразования многопереходного устройства в конце срока службы.

Один из вариантов осуществления настоящего изобретения предлагает многопереходный солнечный элемент, содержащий: первый солнечный субэлемент, состоящий из InGaP, имеющий первую запрещенную зону и первый ток короткого замыкания; второй солнечный субэлемент, состоящий из GaAs, расположенный поверх первого солнечного субэлемента и имеющий вторую запрещенную зону, более узкую, чем первая запрещенная зона, и несогласованный второй ток короткого замыкания, причем первый ток короткого замыкания меньше, чем второй ток короткого замыкания, на величину до 8%; третий солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх второго солнечного субэлемента и имеющий третью запрещенную зону, более узкую, чем вторая запрещенная зона, и третий ток короткого замыкания, по существу согласованный со вторым током короткого замыкания; и четвертый солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх третьего солнечного субэлемента и имеющий четвертую запрещенную зону, более узкую, чем третья запрещенная зона, и четвертый ток короткого замыкания, по существу согласованный с третьим током короткого замыкания. В контексте настоящего документа ток короткого замыкания, который «по существу согласован» с эталонным током короткого замыкания, означает, что ток короткого замыкания находится в пределах ±4% от эталонного тока короткого замыкания. Первый - четвертый токи короткого замыкания устанавливаются таким образом, чтобы состояние многопереходного солнечного элемента в конце срока службы в космической среде AM0, токи короткого замыкания каждого из субэлементов по существу согласовываются. Состояние в конце срока службы может соответствовать периоду использования в космической среде AM0 по меньшей мере 15 лет или воздействию потока частиц с интегральной плотностью 1×1015 1-МэВ электронов на квадратный сантиметр.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 схематично показывает главные области многопереходного солнечного элемента в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет собой график, показывающий, для каждого из четырех солнечных субэлементов многопереходного солнечного элемента, показанного на Фиг.1, изменение со временем отношения плотности тока короткого замыкания для этого солнечного субэлемента и тока короткого замыкания для солнечного субэлемента, имеющего самую широкую запрещенную зону;

Фиг.3 представляет собой график, показывающий изменение эффективности преобразования в течение срока службы многопереходного солнечного элемента, показанного на фиг.1, по сравнению с многопереходным солнечным элементом с согласованными токами.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Теперь будут описаны детали настоящего изобретения, включая его иллюстративные аспекты и варианты осуществления. При обращении к чертежам и нижеследующему описанию, сходные номера ссылочных позиций используются для идентификации сходных или функционально подобных элементов, и они предназначены для иллюстрации главных признаков иллюстративных вариантов осуществления сильно упрощенным схематичным способом. Кроме того, чертежи не предназначены для отображения каждого признака реальных вариантов осуществления или относительных размеров изображаемых элементов и не выполнены в масштабе.

Фиг.1 схематично показывает инвертированный метаморфический солнечный элемент с четырьмя переходами, далее упоминаемый как солнечный элемент IMM4J. В частности, фиг.1 показывает покомпонентный вид главных слоев солнечного элемента IMM4J перед удалением подложки 1 для роста. Следует понимать, что солнечный элемент IMM4J, показанный на фиг.1, как правило, устанавливается на суррогатной подложке в обратном порядке и подложка 1 для роста удаляется перед использованием.

Солнечный субэлемент 3 из InGaP осаждают на подложке 1 для роста и солнечный субэлемент 5 из GaAs осаждают на солнечном субэлементе 3 из InGaP таким образом, что солнечный субэлемент 3 из InGaP находится между подложкой 1 для роста и солнечным субэлементом 5 из GaAs. Солнечный субэлемент 3 из InGaP и солнечный субэлемент 5 из GaAs являются согласованными по структуре решетки с подложкой 1 для роста.

Первый переходной промежуточный слой 7 располагается между солнечным субэлементом 5 из GaAs и первым солнечным субэлементом 9 из InGaAs на стороне солнечного субэлемента 5 из GaAs, противоположной по отношению к солнечному субэлементу 3 из InGaP. Первый переходный промежуточный слой 7 представляет собой метаморфический слой для согласования различий между постоянными решетки солнечного субэлемента 5 из GaAs и первого солнечного субэлемента 9 из InGaAs.

Второй переходной промежуточный слой 11 располагается между первым солнечным субэлементом 9 из InGaAs и вторым солнечным субэлементом 13 из InGaAs на стороне первого солнечного субэлемента 9 из InGaAs, противоположной по отношению к первому переходному промежуточному слою 7. Второй переходной промежуточный слой 11 представляет собой метаморфический слой для согласования различий между постоянными решетки первого солнечного субэлемента 9 из InGaAs и второго солнечного субэлемента 13 из InGaAs.

Солнечный субэлемент 3 из InGaP имеет запрещенную зону 1,91 ± 0,05 эВ; солнечный субэлемент 5 из GaAs имеет запрещенную зону 1,41 ± 0,05 эВ; первый солнечный субэлемент 9 из InGaAs имеет запрещенную зону 1,02 ± 0,05 эВ и второй солнечный субэлемент 13 из InGaAs имеет запрещенную зону 0,65 ± 0,05 эВ. Соответственно, множество солнечных субэлементов располагаются в порядке уменьшения ширины запрещенной зоны от подложки для роста. Таким образом, когда солнечное излучение соударяется со стороной подложки для роста (после удаления подложки 1 для роста), фотоны, имеющие энергию, превышающую 1,91 эВ, как правило, поглощаются солнечным субэлементом 3 из InGaP, фотоны, имеющие энергию в пределах между 1,41 эВ и 1,91 эВ, как правило, поглощаются солнечным субэлементом 5 из GaAs, фотоны, имеющие энергию в пределах между 1,02 эВ и 1,41 эВ, как правило, поглощаются первым солнечным субэлементом 9 из InGaAs и фотоны, имеющие энергию в пределах между 0,65 эВ и 1,02 эВ, как правило, поглощаются вторым солнечным субэлементом 13 из InGaAs. Это дает в результате теоретическую эффективность преобразования 40,8%.

Ключевое требование для солнечных элементов, предназначенных для космических применений, представляет собой способность выдерживать воздействие излучения частиц электронов и протонов. Как рассмотрено ранее, солнечные элементы из InGaAs, как известно, имеют более низкую устойчивость к излучению, чем солнечные элементы из InGaP и солнечные элементы из GaAs. Соответственно, ток короткого замыкания, связанный с солнечными элементами из InGaAs, будет падать с более высокой скоростью, чем ток короткого замыкания, связанный с солнечными элементами из InGaP и солнечными элементами из GaAs.

Обычно многопереходные солнечные элементы конструируют таким образом, что в начале срока службы солнечного элемента, токи короткого замыкания для всех солнечных субэлементов являются по существу идентичными. В этом варианте осуществления, чтобы учесть тот факт, что ток короткого замыкания для первого солнечного субэлемента 9 из InGaAs и второго солнечного субэлемента 13 из InGaAs будет падать быстрее, чем для солнечного субэлемента 3 из InGaP и солнечного субэлемента 5 из GaAs, токи короткого замыкания для солнечных субэлементов в начале срока службы солнечного элемента имеют некоторое рассогласование, так что в конце срока службы солнечного элемента токи короткого замыкания являются по существу согласованными. Таким путем улучшается общее преобразование энергии в течение срока службы солнечного элемента.

Фиг.2 иллюстрирует преобразование токов короткого замыкания для четырех солнечных субэлементов в течение срока службы солнечного элемента. В частности, ось y показывает значение тока короткого замыкания для каждого солнечного элемента по отношению к току короткого замыкания солнечного субэлемента 3 из InGaP. Изменение токов короткого замыкания индивидуальных солнечных субэлементов в течение срока службы исследуют с использованием элементов с одним переходом, которые изготавливают, чтобы они представляли соответствующие индивидуальные субэлементы, с изотипными окружающими материалами субэлемента, для получения таких же тепловых нагрузок устройства в течение роста, а также характеристик поглощения для облучения. На элементы с одним переходом затем воздействуют излучением 1-МэВ электронов при интегральной плотности потока частиц 5E14 и 1E15 э/см2.

Как ожидается, первый солнечный субэлемент 9 из InGaAs и второй солнечный субэлемент 13 из InGaAs демонстрируют более низкую устойчивость к излучению, чем солнечный субэлемент 3 из InGaP и солнечный субэлемент 5 из GaAs. Неожиданно, однако, второй солнечный субэлемент 13 из InGaAs демонстрирует более высокую устойчивость к излучению, чем первый солнечный субэлемент 9 из InGaAs. Это является неожиданным, поскольку ожидалось, что более высокое содержание InAs во втором солнечном субэлементе 13 из InGaAs должно давать в результате более высокий уровень деградации в этом субэлементе по сравнению с первым солнечным субэлементом 9 из InGaAs.

Одна из теорий, которая может объяснить более высокую устойчивость к излучению второго солнечного субэлемента 13 из InGaAs по сравнению с первым солнечным субэлементом 9 из InGaAs, заключается в том, что диффузионная длина в начале срока службы второго солнечного субэлемента из InGaAs 13 гораздо больше, чем для первого солнечного субэлемента 9 из InGaAs, что может быть вызвано более высокой концентрацией неосновных носителей в InAs по сравнению с GaAs. Соответственно, хотя изменение диффузионной длины после воздействия излучения электронов на второй солнечный субэлемента 13 из InGaAs может быть больше, чем для первого солнечного субэлемента 9 из InGaAs, общая диффузионная длина в конце срока службы по-прежнему больше во втором солнечном субэлементе из InGaAs.

Желаемое рассогласование токов между солнечными субэлементами в начале срока службы может осуществляться посредством изменения толщины субэлемента и ширины запрещенной зоны субэлемента. В этом варианте осуществления, дополнительный ток, необходимый для солнечного субэлемента 5 из GaAs, получают посредством уменьшения толщины солнечного субэлемента 3 из InGaP по сравнению с толщиной, необходимой для согласования токов, в то время как дополнительный ток, необходимый для первого и второго солнечного субэлемента из InGaAs, формируется посредством небольшого уменьшения ширины запрещенной зоны, что дает в результате увеличение ширины зоны поглощения по сравнению с запрещенными зонами для согласования токов.

После оптимизации процедуры изготовления солнечный элемент IMM4J демонстрирует в начале срока службы эффективность AM0 преобразования примерно 34%. Это является небольшим уменьшением по сравнению с эквивалентным солнечным элементом IMM4J, который является согласованным по токам в начале срока службы, но, как показано на фиг.3, коэффициент, остающийся в конце срока службы для солнечного элемента IMM4J в соответствии с настоящим изобретением, значительно лучше, чем для эквивалентного солнечного элемента IMM4J, который является согласованным по токам в начале срока службы. Структура солнечного элемента IMM4J в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает эффективность AM0 преобразования, которая изменяется в течение срока службы многопереходного солнечного элемента таким образом, что к концу срока службы многопереходного солнечного элемента формируемая электрическая энергия больше, чем для многопереходного солнечного элемента, имеющего структуру, которая обеспечивает оптимальную эффективность AM0 преобразования в начале срока службы.

Хотя солнечный элемент, описанный выше, представляет собой солнечный элемент с четырьмя переходами, предполагается, что настоящее изобретение может также применяться к другим многопереходным солнечным элементам, например к метаморфическим солнечным элементам с пятью переходами или шестью переходами (солнечные элементы IMM5J или IMM6J).

1. Многопереходный солнечный элемент, содержащий:

первый солнечный субэлемент, состоящий из InGaP, имеющий первую запрещенную зону и первый ток короткого замыкания;

второй солнечный субэлемент, состоящий из GaAs, расположенный поверх первого солнечного субэлемента и имеющий вторую запрещенную зону, более узкую, чем первая запрещенная зона, и несогласованный второй ток короткого замыкания, причем первый ток короткого замыкания меньше, чем второй ток короткого замыкания на величину до 8%;

третий солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх второго солнечного субэлемента и имеющий третью запрещенную зону, более узкую, чем вторая запрещенная зона, и третий ток короткого замыкания, по существу согласованный со вторым током короткого замыкания; и

четвертый солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх третьего солнечного субэлемента и имеющий четвертую запрещенную зону, более узкую, чем третья запрещенная зона, и четвертый ток короткого замыкания, по существу согласованный с третьим током короткого замыкания;

причем в состоянии в «конце срока службы» для многопереходного солнечного элемента в космической среде AM0 токи короткого замыкания всех субэлементов являются по существу согласованными; и

при этом ток короткого замыкания, который является «по существу согласованным» с эталонным током короткого замыкания, означает, что ток короткого замыкания находится в пределах ±4% от эталонного тока короткого замыкания.

2. Многопереходный солнечный элемент по п.1, в котором состояние в конце срока службы соответствует периоду использования в космической среде AM0 по меньшей мере 15 лет.

3. Многопереходный солнечный элемент по п.1, в котором состояние в конце срока службы соответствует воздействию интегральной плотности потока частиц 1×1015 1-МэВ электронов на квадратный сантиметр.

4. Многопереходный солнечный элемент по п.1, в котором первый солнечный субэлемент согласован по параметру решетки со вторым солнечным субэлементом.

5. Многопереходный солнечный элемент по п.4, в котором предусмотрен первый переходный промежуточный слой между вторым и третьим солнечными субэлементами.

6. Многопереходный солнечный элемент по п.5, в котором предусмотрен второй переходный промежуточный слой между третьим и четвертым солнечными субэлементами.

7. Многопереходный солнечный элемент для космической радиационной среды, причем солнечный многопереходный элемент имеет множество солнечных субэлементов, расположенных в порядке убывания запрещенной зоны, включающее в себя:

первый солнечный субэлемент, состоящий из InGaP и имеющий первую запрещенную зону, причем первый солнечный субэлемент имеет первый ток короткого замыкания, связанный с ним;

второй солнечный субэлемент, состоящий из GaAs и имеющий вторую запрещенную зону, которая имеет ширину, меньшую, чем первая запрещенная зона, причем второй солнечный субэлемент имеет второй ток короткого замыкания, связанный с ним;

причем в начале срока службы первый ток короткого замыкания меньше, чем второй ток короткого замыкания, так что эффективность AM0 преобразования является субоптимальной.

8. Многопереходный солнечный элемент по п.7, в котором первый ток короткого замыкания меньше, чем второй ток короткого замыкания на величину до 8%.

9. Многопереходный солнечный элемент по п.7, в котором упомянутая структура обеспечивает эффективность AM0 преобразования, которая изменяется в течение срока службы многопереходного солнечного элемента таким образом, что в конце срока службы многопереходного солнечного элемента формируемая электрическая энергия больше, чем для многопереходного солнечного элемента, имеющего структуру, которая обеспечивает оптимальную эффективность AM0 преобразования в начале срока службы.

10. Многопереходный солнечный элемент по п.9, в котором эффективность AM0 преобразования в конце срока службы составляет более 82% от эффективности AM0 в начале срока службы.

11. Многопереходный солнечный элемент по п.10, в котором упомянутое состояние в конце срока службы соответствует воздействию интегральной плотности потока частиц 1×1015 1-МэВ электронов на квадратный сантиметр.

12. Многопереходный солнечный элемент по п.8, в котором множество солнечных субэлементов дополнительно включает в себя:

третий солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх второго солнечного субэлемента и имеющий третью запрещенную зону, которая имеет ширину, меньшую, чем вторая запрещенная зона, причем третий солнечный субэлемент имеет третий ток короткого замыкания, связанный с ним, который по существу согласован со вторым током короткого замыкания; и

четвертый солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх третьего солнечного субэлемента и имеющий четвертую запрещенную зону, которая имеет ширину, меньшую, чем третья запрещенная зона, причем четвертый солнечный субэлемент имеет четвертый ток короткого замыкания, связанный с ним, который по существу согласован с третьим током короткого замыкания.



 

Похожие патенты:

Согласно изобретению предложена эффективная солнечная батарея, выполненная многопереходной с защитным диодом, причем у многопереходной солнечной батареи и структуры защитного диода имеется общая тыльная поверхность и разделенные меза-канавкой фронтальные стороны, общая тыльная поверхность включает в себя электропроводящий слой, многопереходная солнечная батарея включает в себя стопу из нескольких солнечных батарей и имеет расположенную ближе всего к фронтальной стороне верхнюю солнечную батарею и расположенную ближе всего к тыльной стороне нижнюю солнечную батарею, каждая солнечная батарея включает в себя np-переход, между соседними солнечными батареями размещены туннельные диоды, количество слоев полупроводника у структуры защитного диода меньше, чем количество слоев полупроводника у многопереходной солнечной батареи, последовательность слоев полупроводника у структуры защитного диода идентична последовательности слоев полупроводника многопереходной солнечной батареи, причем в структуре защитного диода выполнен по меньшей мере один верхний защитный диод и один расположенный ближе всего к тыльной стороне нижний защитный диод, а между соседними защитными диодами размещен туннельный диод, количество np-переходов в структуре защитного диода по меньшей мере на один меньше, чем количество np-переходов многопереходной солнечной батареи, на передней стороне многопереходной солнечной батареи и структуры защитного диода выполнена структура соединительного контакта, содержащая один или несколько слоев металла, а под структурой соединительного контакта выполнен состоящий из нескольких слоев полупроводника электропроводящий контактный слой, и эти несколько слоев полупроводника включают в себя туннельный диод.

Заявленное изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит излучатель, фотоприемный элемент, закрепленные на корпусе, причем в качестве излучателя света использована шаровая лампа, в качестве фотоприемного элемента использована батарея солнечных элементов, корпус выполнен в виде трубы из диэлектрического материала, на внешней боковой поверхности которого имеются распределители потенциала.

Штабелевидная интегрированная многопереходная солнечная батарея с первым элементом батареи, причем первый элемент батареи включает в себя слой из соединения InGaP с первой константой решетки и первой энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и вторым элементом батареи, причем второй элемент батареи включает в себя слой из соединения InmРn со второй константой решетки и второй энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и третьим элементом батареи, причем третий элемент батареи включает в себя слой из соединения InxGa1-xAs1-yPy с третьей константой решетки и третьей энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и четвертым элементом батареи, причем четвертый элемент батареи включает в себя слой из соединения InGaAs с четвертой константой решетки и четвертой энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, причем для значений энергии запрещенной зоны справедливо соотношение Eg1>Eg2>Eg3>Eg4, и между двумя элементами батареи сформирована область сращения плат.

Солнечный концентраторный модуль (1) содержит боковые стенки (2), фронтальную панель (3) с линзами (4) Френеля на внутренней стороне фронтальной панели (3), тыльную панель (9) с фоконами (6) и солнечные элементы (7), снабженные теплоотводящими основаниями (8).

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано для создания солнечных элементов. Метаморфный фотопреобразователь включает подложку (1) из GaAs, метаморфный буферный слой (2) и по меньшей мере один фотоактивный p-n-переход (3), выполненный из InGaAs и включающий базовый слой (4) и эмиттерный слой (5), слой (6) широкозонного окна из In(AlxGa1-x)As, где x=0,2-0,5, и контактный субслой (7) из InGaAs.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройству каскадной солнечной батареи. Каскадная солнечная батарея выполнена с первой полупроводниковой солнечной батареей, причем в первой полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из первого материала с первой константой решетки, и со второй полупроводниковой солнечной батареей, причем во второй полупроводниковой солнечной батарее имеется р-n переход из второго материала со второй константой решетки, и причем первая константа решетки меньше, чем вторая константа решетки, и у каскадной солнечной батареи имеется метаморфный буфер, причем метаморфный буфер включает в себя последовательность из первого, нижнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и второго, среднего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и третьего, верхнего слоя AlInGaAs или AlInGaP, и метаморфный буфер сформирован между первой полупроводниковой солнечной батареей и второй полупроводниковой солнечной батареей, и константа решетки метаморфного буфера изменяется по толщине (по координате толщины) метаморфного буфера, и причем между по меньшей мере двумя слоями метаморфного буфера константа решетки и содержание индия увеличивается, а содержание алюминия уменьшается.

Способ формирования туннельного перехода (112) в структуре (100) солнечных элементов, предусматривающий попеременное осаждение вещества Группы III и вещества Группы V на структуре (100) солнечных элементов и управление отношением при осаждении указанного вещества Группы III и указанного вещества Группы V.

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано при конструировании солнечных элементов, которые используются в энергетике, космических и военных технологиях, горнодобывающей, нефтеперерабатывающей, химической отраслях промышленности и др.

Изобретение может быть использовано для преобразования солнечной энергии в электроэнергию. Согласно изобретению предложено фотоэлектрическое устройство (1), содержащее солнечный концентратор (2), имеющий кольцеобразную форму, в свою очередь содержащий внешний проводник (3), расположенный вдоль внешней части кольца; внешнюю люминесцентную пластину (22), имеющую трапециевидный профиль и имеющую внешнюю периферийную приемную поверхность, выполненную с возможностью приема светового излучения, падающего и приходящего от проводника (3); внутреннюю люминесцентную пластину (21), расположенную вдоль внутренней части кольца и имеющую трапециевидный профиль; наноструктурный полупроводниковый слой (23), лежащий между двумя пластинами (21, 22) таким образом, что большие основания соответствующих трапециевидных профилей обращены к нему, причем упомянутый полупроводниковый слой (23) выполнен с возможностью приема излучения, переданного внешней и внутренней пластинами (21, 22), и реализации фотоэлектрического эффекта; средство (3, 5) передачи, выполненное с возможностью сбора и концентрации падающего светового излучения на упомянутой периферийной приемной поверхности.

Изобретение относится к области гелиоэнергетики и касается конструкции фотоэлектрического модуля космического базирования. Фотоэлектрический модуль включает в себя нижнее защитное покрытие, на котором с помощью полимерной пленки закреплены кремниевые солнечные элементы с антиотражающим покрытием, и расположенное над лицевой поверхностью солнечных элементов верхнее защитное покрытие, которое скреплено с солнечными элементами промежуточной пленкой из оптически прозрачного полимерного материала.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного беспроводного измерения различных физических величин, в частности температуры, давления, перемещения, магнитной индукции, ультрафиолетового излучения, концентрации газов и др., с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах (ПАВ) при их облучении радиоимпульсами. Вторично отраженные от ВШП ПАВ, которые возникают из-за отражений ПАВ от приемопередающего ВШП и вторично от них отражаются, затем вместе с первично отраженными ПАВ через приемопередающую антенну попадают на считыватель. Производят Фурье-преобразование частотной зависимости комплексного коэффициента отражения антенны считывателя и получают импульсный отклик датчика ПАВ, содержащий вторичные пики отражения от опорного отражательного ВШП, отражательного ВШП, нагруженного на импеданс, величина которого зависит от измеряемой физической величины, или этот ВШП не нагружен, но перед ним может быть расположена пленка, параметры которой зависят от измеряемой физической величины, далее определяют временное положение полученных пиков и отношение амплитуд этих пиков, которые пропорциональны квадрату коэффициента отражения ПАВ от ВШП, а также удвоенному затуханию ПАВ под пленкой, если она расположена перед отражательным ВШП, а расстояние между вторично отраженными ПАВ импульсами удваивается. Технический результат заключается в повышении точности измерения физических величин за счет учета вторичных отражений ПАВ. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую в тонкопленочных полупроводниковых солнечных элементах. Способ контроля структурного качества тонких пленок для светопоглощающих слоев солнечных элементов заключается в том, что регистрируют излучение пленок при импульсном лазерном возбуждении, при этом уровень возбуждения устанавливают в диапазоне 10-200 кВт/см2 для возникновения стимулированного излучения с полушириной спектра Δλ~10 нм, и сравнивают интенсивности и полуширины спектров стимулированного излучения для определения относительного структурного качества пленок. Технический результат заключается в упрощении контроля структурного качества тонких пленок для светопоглощающих слоев солнечных элементов. 4 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 области полупроводниковых приборов, а именно к структуре фотопреобразователей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния и к линии по производству фотопреобразователей. Структура фотопреобразователя на основе кристаллического кремния включает: текстурированную поликристаллическую или монокристаллическую пластину кремния; пассивирующий слой в виде аморфного гидрогенизированного кремния, нанесенный на каждую сторону пластины кремния; р-слой; n-слой; контактные токосъемные слои в виде прозрачных проводящих оксидов; тыльный токосъемный слой в виде металлического непрозрачного проводящего слоя, при этом в качестве р-слоя и n-слоя применяют металлические оксиды соответственно р-типа и n-типа, при этом слои n-типа и р-типа, пассивирующий и токосъемный слои наносятся методом магнетронного распыления. В качестве металлического оксида n-типа используют оксид цинка (ZnO), или SnO2, Fe2О3, ТiO2, V2O7, МnО2, CdO, или другие металлические оксиды n-типа. В качестве металлического оксида р-типа используют МоО, или СоО, Сu2О, NiO, Сr2О3, или другие металлические оксиды р-типа. Линия по производству фотопреобразователя на основе кристаллического кремния, включающая последовательные операции, такие как: очистку и текстурирование пластин кристаллического кремния; нанесение пассивирующего слоя аморфного гидрогенизированного кремния на каждую сторону пластины кремния; нанесение р-слоя фотопреобразователя; нанесение n-слоя фотопреобразователя; нанесение контактных токосъемных слоев фотопреобразователя; нанесение тыльного токосъемного слоя; окончательная сборка, при этом выполняют последовательное магнетронное напыление пассивирующего слоя, р-слоя в виде металлического оксида р-типа, n-слоя в виде металлического оксида n-типа и токосъемных слоев методом магнетронного распыления. При этом может осуществляться магнетронное распыление кремниевой мишени в атмосфере силана и аргона с добавлением водорода. Изобретение позволяет повысить производительность, уменьшить габариты производственной линии, исключить необходимость переворота пластин кремния в процессе производства. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Оптопара // 2633934
Изобретение относится к области к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит источник света, фотопреобразователь и корпус. В качестве источника света использована шаровая ксеноновая лампа, а в качестве фотопреобразователя использована батарея солнечных элементов. Дополнительно введены линза, полый изолятор, сферическая отражающая поверхность, зеркало, еще один корпус. При этом один из корпусов имеет форму сферы, а другой имеет форму цилиндра, причем оба корпуса имеют отверстия в боковой поверхности в виде кругов и соединены между собой с помощью полого изолятора. В центре сферического корпуса расположена шаровая ксеноновая лампа, а в торце полого изолятора, обращенного к шаровой ксеноновой лампе, расположена линза. В одном торце цилиндрического корпуса расположена сферическая отражающая поверхность, а во втором торце – батарея солнечных элементов, причем ось полого изолятора совпадает с осями сферического корпуса и шаровой ксеноновой лампы и перпендикулярна оси цилиндрического корпуса, совпадающей с осями сферической отражающей поверхности и батареи солнечных элементов. На пересечении осей расположено поворотное зеркало, обращенное к сферической отражающей поверхности, внутренние поверхности полого изолятора, сферического и цилиндрического корпусов имеют зеркальное покрытие, а шаровая ксеноновая лампа, батарея солнечных элементов оптически связаны между собой через линзу, поворотное зеркало и сферическую отражающую поверхность. Технический результат - расширение технологических возможностей оптопары. 1 ил.

Изобретение относится к сканирующим матричным фотоприемным устройствам (МФПУ) - устройствам, преобразующим входное оптическое изображение, формируемое объективом, в заданный спектральный диапазон, а затем в выходной электрический видеосигнал с помощью сканирования изображения. МФПУ включает N каналов и подчиняется заданному критерию дефектности по пороговой фотоэлектрической характеристике, вероятности безотказной работы, количеству и расположению дефектных и неработоспособных каналов, при сохранении заданной вероятности его безотказной работы. Для получения заданной величины наработки МФПУ при сохранении его критерия дефектности количество фоточувствительных элементов (ФЧЭ) в канале увеличено до заданной величины, определяемой величиной средней наработки ФЧЭ до отказа и уровнем пороговой фотоэлектрической характеристики. Изобретение позволяет повысить время наработки МФПУ. 3 ил.

Настоящее изобретение относится к многомодульным устройствам, сформированным на общей подложке, которые более предпочтительны, чем одиночные модульные устройства, особенно в фотоэлектрических областях применения. Многомодульное устройство, обеспечивающее электрическую изоляцию модулей без механической изоляции модулей, включает подложку; омические контакты для двух внешних соединений многомодульного устройства, имеющие электрическое напряжение, электрическое поле на подложке и движение тока между двумя внешними соединениями; несколько модулей, сформированных на подложке и отделенных расстоянием друг от друга так, чтобы стороны модулей были смежными без механической изоляции между модулями; каждый модуль из множества модулей включает в себя P-N-переход для создания диффузионного поля между материалом Р-типа и материалом N-типа P-N-перехода в результате наличия фотогенерированных или генерированных смещением носителей, причем материал Р-типа и материал N-типа являются встречно-штыревыми; и шинную конструкцию, содержащую шинные части для прохождения движения тока в многомодульном устройстве, при этом каждая шинная часть проходит по подложке от первой стороны одного из множества модулей к смежной стороне другого из множества модулей, так что между модулями отсутствует механическая изоляция; и P-N-переход каждого модуля ориентирован так, чтобы диффузионное поле внутри каждого P-N-перехода было направлено перпендикулярно движению тока в многомодульном устройстве, движению паразитного тока и электрическому полю на подложке между двумя внешними соединениями, обеспечивая электрическую изоляцию между модулями. Многомодульные устройства, выполненные согласно изобретению, работают с низкими токами, высокими выходными напряжениями и низкими потерями внутренней энергии. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль содержит первичный оптический концентратор (3) в виде линзы Френеля, с линейным размером D, оптическая ось (4) которой проходит через центр (5) фотоактивной области фотоэлемента (1), выполненной в виде круга диаметром d, и соосный с ним вторичный концентратор (6), выполненный в виде четвертьволнового радиального градана диаметром d и высотой h1, установленный на расстоянии h2 от фронтальной поверхности линзы Френеля, при этом величины h1, h2, и D удовлетворяют определенным соотношениям. Изобретение обеспечивает формирование фотоэлектрического модуля с повышенной надежностью, с увеличенным сроком службы и высокой энергопроизводительностью за счет выравнивания освещенности фотоактивной области и уменьшения локальной концентрации солнечного излучения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Многопереходной солнечный элемент включает первый субэлемент, состоящий из соединения из InGaAs, причем первый субэлемент имеет первую постоянную решетки, и второй субэлемент со второй постоянной решетки, причем первая постоянная решетки по меньшей мере на 0,008 больше, чем вторая постоянная решетки, и, кроме того, предусмотрен метаморфный буфер, который выполнен между первым субэлементом и вторым субэлементом. Буфер содержит последовательность по меньшей мере из трех слоев, постоянная решетки у этой последовательности увеличивается по направлению к первому субэлементу. Постоянные решетки слоев буфера больше, чем вторая постоянная решетки, один слой буфера имеет третью постоянную решетки, которая больше, чем первая постоянная решетки. Между метаморфным буфером и первым субэлементом выполнено N компенсирующих слоев для компенсации остаточного напряжения метаморфного буфера. Постоянные решетки соответствующих компенсирующих слоев меньше, чем первая постоянная решетки на величину ΔАN>0,0008, и компенсирующие слои имеют содержание индия более 1%, а толщины количества N компенсирующих слоев выбраны из определенного соотношения. Изобретение обеспечивает возможность повышения коэффициента полезного действия многопереходного солнечного элемента. 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления фотопреобразователя с повышенным коэффициентом полезного действия (КПД). Предложен способ изготовления фотопреобразователя путем формирования в pin-структуре i-слоя на основе арсенида индия InGaAs между слоями GaAs и AlGaAs на подложках GaAs, при давлении 4⋅10-7-10-8 Па, температуре 600-800°С и скорости роста 2 Å/с. Изобретение обеспечивает повышение КПД преобразования, обеспечение технологичности, улучшение параметров, повышение качества и увеличение процента выхода годных. 1 табл.

Многопереходный солнечный элемент для космической радиационной среды, причем многопереходный солнечный элемент имеет множество солнечных субэлементов, расположенных в порядке убывания запрещенной зоны, включающее в себя: первый солнечный субэлемент, состоящий из InGaP и имеющий первую запрещенную зону, причем первый солнечный субэлемент имеет первый ток короткого замыкания, связанный с ним; второй солнечный субэлемент, состоящий из GaAs и имеющий вторую запрещенную зону, которая имеет ширину, меньшую, чем первая запрещенная зона, причем второй солнечный субэлемент имеет второй ток короткого замыкания, связанный с ним; при этом в начале срока службы первый ток короткого замыкания меньше, чем второй ток короткого замыкания, так что эффективность AM0 преобразования является субоптимальной. Третий солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх второго солнечного субэлемента и имеющий третью запрещенную зону, более узкую, чем вторая запрещенная зона, и третий ток короткого замыкания, по существу согласованный со вторым током короткого замыкания; и четвертый солнечный субэлемент, состоящий из InGaAs, расположенный поверх третьего солнечного субэлемента и имеющий четвертую запрещенную зону, более узкую, чем третья запрещенная зона, и четвертый ток короткого замыкания, по существу согласованный с третьим током короткого замыкания. Однако в конце срока службы токи короткого замыкания становятся по существу согласованными, что обеспечивает повышенную эффективность AM0 преобразования. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх