Є ще 1 сторінка.

Дивитися все сторінки або завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб підвищення ККД багатоперехідного кремнієвого фотоелектричного перетворювача з послідовно з'єднаними вертикальними діодними комірками i сонячного модуля з таких приладів, котрий включає їх обробку у стаціонарному магнітному полі з індукцією більше 0,1 Тл, який відрізняється тим, що працюючий багатоперехідний кремнієвий фотоелектричний перетворювач з послідовно з'єднаними вертикальними діодними комірками і сонячний модуль з таких приладів розміщують у однорідному стаціонарному магнітному полі з вектором магнітної індукції, спрямованим паралельно до їх фронтальних фотоприймальних поверхонь та під кутом 90° до вектора густини фотоструму фотоелектричного перетворювача і сонячного модуля з таких приладів при погляді з боку їх фронтальних фотоприймальних поверхонь.

Текст

Дивитися

Реферат: Спосіб підвищення ККД багатоперехідного кремнієвого фотоелектричного перетворювача з послідовно з'єднаними вертикальними діодними комірками i сонячного модуля з таких приладів включає їх розміщнення у однорідному стаціонарному магнітному полі з вектором магнітної індукції. UA 77670 U (12) UA 77670 U UA 77670 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до напівпровідникових приладів, зокрема до кристалічних багатоперехідних (БП) кремнієвих фотоелектричних перетворювачів (Si-ΦΔΠ) [І] (або ще матричних сонячних елементів [2]) з послідовно з'єднаними вертикальними діодними комірками (ВДК) й сонячних модулів з таких приладів [2-4] та ініційована необхідністю подальшого економічно доцільного підвищення їх ККД. З цією метою в попередніх розробках було запропоновано і реалізовано ряд способів їх удосконалення, спрямованих на зменшення втрат енергії сонячного випромінювання на фотоприймальній поверхні й усередині ВДК завдяки: 1) текстуруванню, пасивації та прояснюванню фотоприймальної поверхні [3-5]; 2) оптимальному насиченню пасивуючого або прояснюючого шарів розрізненими металевими наночастинками [3]; 3) створенню з боку фронтальної фотоприймальної і протилежної тильної поверхонь додаткових горизонтальних анізотипних гомопереходiв [3, 4]; 4) оптимізації концентрації основної легуючої домішки в об'ємі базових кристалів ВДК та концентраційних профілів усередині високолегованих шарів вертикальних анізотипного і ізотипного гомопереходІв [3-5]; 5) створенню вздовж границь базових кристалів ВДК і металевих прошарків, послідовно з'єднуючих сусідні ВДК, вертикальних оптичних рефлекторів з сильнолегованого оловом оксиду індію [6, 7]. За винятком останнього, а також текстурування і прояснювання фотоприймальної поверхні, решта перелічених способів удосконалення спрямовано на зменшення втрат енергії сонячного випромінювання завдяки зниженню кількості поверхневих й об'ємних рекомбінаційних центрів у базових кристалах ВДК поряд з підвищенням внеску не дифузійної складової (у даному випадку дрейфу під дією вбудованого електричного поля) в транспорт фотогенерованих носіїв заряду + при їх прямуванні до сильнолегованих шарів ВДК, а саме, електронів до n -шару (у напрямку + проти фотоструму) і дірок до p -шару (у напрямку фотоструму). Це у свою чергу забезпечує зростання ефективного значення часу життя  фотогенерованих неосновних носіїв заряду (ННЗ) у ВДК, що згідно, наприклад, з [8, 9] є одним з найважливіших чинників для підвищення ККД фотоелектричних перетворювачів. Суттєвою особливістю перелічених способів удосконалення БП Si-ΦΔΠ з ВДК, спрямованих на зменшення втрат енергії сонячного випромінювання, а тим самим - на підвищення ККД, завдяки зниженню кількості поверхневих й об'ємних рекомбінаційних центрів у базових кристалах ВДК та підвищенню внеску недифузійної складової в транспорт фотогенерованих носіїв заряду, є їх реалізація безпосередньо при виготовленні таких приладів. Тому природно, що після виготовлення цих приладів ККД останніх, а також сонячних модулів з ними, має визначатися лише електронними і структурними процесами усередині ВДК, ініційованими зовнішніми факторами. У зв'язку з цим раніше з'явився безконтактний непошкоджуючий спосіб підвищення ККД вже виготовлених монокристалічних Si-ΦΔΠ у 1,2-1,4 рази за рахунок зростання часу життя ННЗ у їх базових кристалах у 1,2-1,7 разу, заснований на перебудові структури комплексів точкових дефектів при обробці таких Si-ΦΔΠ протягом 7 діб у однорідному стаціонарному магнітному полі (СМП) з індукцією B0,2 Тл [10]. Між тим, недоліком цього способу є релаксація зазначеного підвищення ККД протягом обмеженого часу після обробки монокристалічних Si-ΦΔΠ у СМП, що не дає змоги його широкому практичному використанню. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб, який включає обробку монокристалічних Si-ΦΔΠ у однорідному СМП з В>0,1 Тл, після чого на тильну поверхню монокристалічного Si-ΦΔΠ наноситься магнітний вініл [11]. Згідно з [11] після витримки таких SiΦΔΠ у однорідному СМП з В до 0,2 Тл протягом 7-14 діб було зафіксовано зростання часу життя ННЗ з 36-40 мкс до 51-56 мкс і зростання ККД на 1-2 %, а після наклеювання на тильну поверхню Si-ΦΔΠ завтовшки не більше 500 мкм магнітного вінілу завтовшки 1,5 мм з 0,05В0,1 Тл у зовнішньому просторі завтовшки 3-4 мм було зафіксоване довготривале утримання часу життя ННЗ у межах 49-52 мкс i доданку до ККД у межах 0,7-1,7 %. Однак, поряд з перевагами цей спосіб має суттєвий недолік, котрий полягає у нездатності забезпечення за рахунок СМП додаткового підвищення внеску недифузійної складової в транспорт фотогенерованих носіїв заряду при їх прямуванні до сильнолегованих шарів, а саме, + + електронів до n -шару і дірок до р -шару - тобто в напрямку фотоструму як усередині монокристалічних одноперехідних Si-ΦΔΠ з горизонтальною діодною структурою, так і усередині БП Si-ΦΔΠ з ВДК при їх опромінюванні, що зумовлено суттєвою неоднорідністю СМП в базових кристалах фотоелектричних перетворювачів внаслідок специфічної доменної структури власне магнітного шару вінілу [12]. Природно, що вказаний недолік має автоматично 1 UA 77670 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 поширюватись і на сонячні модулі з монокристалічних Si-ΦΔΠ зазначених вище типів при наявності такого магнітного вінілу з боку їх тильних поверхонь. В основу корисної моделі поставлена задача створення способу підвищення ККД багатоперехідного кремнієвого фотоелектричного перетворювача з послідовно з'єднаними вертикальними діодними комірками і сонячного модуля з таких приладів за рахунок використання однорідного стаціонарного магнітного поля для обробки у ньому вже готового працюючого приладу і сонячного модуля з таких приладів. Поставлена задача вирішується тим, що у способі підвищення ККД багатоперехідного кремнієвого фотоелектричного перетворювача з послідовно з'єднаними вертикальними дiодними комірками і сонячного модуля з таких приладів, котрий включає їх обробку у стаціонарному магнітному полі з індукцією більше 0,1 Тл, працюючий багатоперехідний кремнієвий фотоелектричний перетворювач з послідовно з'єднаними вертикальними діодними комірками і сонячний модуль з таких приладів розміщують у однорідному стаціонарному магнітному полі з вектором магнітної індукції В, спрямованим паралельно до їх фронтальних фотоприймальних поверхонь та під кутом 90° до вектора густини фотоструму фотоелектричного перетворювача і сонячного модуля з таких приладів при погляді з боку їх фронтальних фотоприймальних поверхонь. Суть корисної моделі полягає у підвищенні ККД приладу і сонячного модуля з таких приладів завдяки збільшенню їх фотоструму, а отже і струму короткого замикання ІКЗ [8, 9], із-за того, що при вказаній вище орієнтації вектора В однорідне СМП поряд з підвищенням ефективного часу  життя ННЗ у ВДК забезпечує підвищення внеску не дифузійної складової в транспорт фотогенерованих носіїв заряду при їх прямуванні до сильнолегованих шарів ВДК, а саме + + електронів до n -шару (у напрямку проти фотоструму) і дірок до p -шару (у напрямку фотоструму) внаслідок дії на них сили Лоренца у відповідних напрямках. Останнє пов'язане з реалізацією в освітлюваних ВДК непарного фотоелектромагнітного (ФЕМ) ефекту КікоінаНоскова, який стосовно напівпровідникових структур ґрунтовно описано у [13]. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями: на Фіг. 1 наведено ілюстрації до методики експерименту; на Фіг. 2 зображено навантажувальні світлові вольт-амперні характеристики BnSi-ΦΔΠ з ВДК, виміряні при 24±1 °C і КВ=1 зі спектральним складом випромінювання, що відповідає режиму АМ0: 1 - у відсутності СМП (В=0); 2 - за наявністю однорідного СМП з В=0,2 Тл; на Фіг. 3 наведено навантажувальні світлові вольт-амперні характеристики БП Si-ΦΔΠ з ВДК, виміряні при 241 °C і КВ=56 зі спектральним складом випромінювання, що відповідає режиму АМО: 1 - у відсутності СМП (В=0); 2 - за наявністю однорідного СМП з В=0,2 Тл; на Фіг. 4 зображено навантажувальні світлові вольт-амперні характеристики БП Si-ΦΔΠ з ВДК, виміряні при 241 °C і КВ=100 зі спектральним складом випромінювання, що відповідає режиму АМ0: 1 - у відсутності СМП (В=0); 2 - за наявністю однорідного СМП з В=0,2 Тл; на Фіг. 5 наведено якісно типові у випадках двох різних значень  експериментальні залежності UXX від t для дослідженого БП Si-ΦΔΠ з ВДК при: 1-B=0; 2-5=0,2 Тл. Приклад способу, запропонованого у корисній моделі. Для виготовленого раніше (у Державній науковій установі "Всеросійський інститут електрифікації сільського господарства", м. Москва) приладу - БП Si-ΦΔΠ з ВДК - при 24±1 °C, опромінюванні з боку тільки однієї фронтальної фотоприймальної поверхні i ступенях концентрації 1КВ100 імітованого сонячного випромінювання, за спектральним складом наближеного до режиму АМО, в умовах В=0 та однорідного СМП з В=0,2 Тл при оптимальній орієнтації вектора В відносно приладу і напрямку фотоструму (вектор В спрямовано паралельно до фронтальної фотоприймальної поверхні та під кутом 90° до вектора густини фотоструму фотоелектричного перетворювача при погляді з боку його фронтальної фотоприймальної поверхні) методом, подібним до описаного у [14], були виміряні навантажувальні світлові вольт-амперні характеристики (НС ΒΑΧ). На Фіг. 1 (а-д) наведено: а - загальний вигляд вимірювального апаратурного комплексу з імпульсним імітатором концентрованого сонячного випромінювання (у правому верхньому куті); б – досліджуваний прямокутний БП Si-ΦΔΠ з ВДК (вигляд з боку фронтальної фотоприймальної поверхні) в захисній скляній касеті з кремнієвим гелем у контактному пристрої (з боку тилової поверхні приладу розташовано поглинаючий світло чорний екран); в - досліджуваний зразок під апертурним отвором імітатора у відсутності стаціонарного магнітного поля (В=0); г досліджуваний зразок під апертурним отвором імітатора в однорідному стаціонарному магнітному полі (В=0,2 Тл), створеному системою постійних магнітів, котрі розташовано з протилежних торцевих боків зразка у двох чорних пластмасових контейнерах; д - вигляд системи постійних магнітів при розчинених контейнерах. 2 UA 77670 U 5 10 15 Значення струму короткого замикання і ККД, отриманні при аналітичному опрацюванні НС ΒΑΧ (показаних на Фiг. 2-4) за методом, подібним до описаного у [15], наведено у Таблиці 1. У Таблиці 2 наведено величини ефективного часу життя τ фотогенерованих ННЗ, визначенні відповідно до [16] при B=0 і B=0,2 Тл методом загасання напруги холостого ходу UXX приладу з часом t після раптового припинення його опромінювання монохроматичним світлом з різною довжиною хвилі . Експериментальні залежності UXX від t при В=0 i В=0,2 Тл для цього приладу, за якими визначались вказані у Таблиці 2 величини , наведено на Фіг. 5. Як випливає з наведених у Таблиці 1 результатів, обробка однорідним СМП з В>0,1 Тл i оптимальним напрямком вектора В відносно працюючого БП Si-ΦΔΠ з ВДК забезпечує збільшення ККД дослідженого приладу на 0,6-1,4 % в залежності від ступеня концентрації сонячного випромінювання на його фронтальній фотоприймальній поверхні. Згідно з результатами, наведеними у Таблиці 2, цьому сприяє підвищення не менш ніж на 5 %, ефективного часу життя фотогенерованих ННЗ в базових кремнієвих кристалах цих приладів при їх експлуатації у вказаному магнітному полі. Таким чином, позитивний ефект полягає у збільшенні ККД БП Si-ΦΔΠ з ВДК на 0,6-1,4 % в залежності від ступеня концентрації сонячного випромінювання на його фронтальній фотоприймальній поверхні за рахунок обробки та безпосередньої роботи БП Si-ΦΔΠ з ВДК у однорідному стаціонарному магнітному полі. 20 Таблиця 1 Значення струму короткого замикання ІКЗ і ККД, отримані при аналітичному опрацюванні НС ВАХ Кв, відн. од. В, Тл ІКЗ, мА ККД, % 1 0,0 1,3 15,4 56 0,2 1,4 16,1 0,0 75 18,6 100 0,2 81 20,0 0,0 132 19,1 0,2 143 19,7 Таблиця 2 Величини  фотогенерованих ННЗ, визначенні при В=0 і В=0,2 Тл методом загасання напруги холостого ходу UXX приладу з часом t після раптового припинення його опромінювання монохроматичним світлом з різною довжиною хвилі  , нм 5, Тл , МКС Γ/, % 25 30 35 40 525 0,0 251 630 0,2 264 0,0 258 5,2 0,2 272 5,4 Джерела інформації: 1. Удосконалення та застосування багатоперехідних кремнієвих фотоелектричних перетворювачів з вертикальними діодними комірками/ Копач В.Р, Зайцев Р.В., Кіріченко М.В., Куца Н.В., Лук'янова Г.О., Хрипунов Г.С.// Технічна електродинаміка: Тематичний випуск "Силова електроніка та енергоефективність" - 2010. - 4.2. - С. 289-292. 2. Стребков Д.С. Матричные солнечные элементы. В 3-х томах. Том 1. - М: ГНУ ВИЭСХ, 2009. - 120 с. 3. Стребков Д.С. Матричные солнечные элементы. В 3-х томах. Том 2. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2009. - 228 с. 4. Стребков Д.С. Матричные солнечные элементы. В 3-х томах. Том 3. - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2010. - 312 с. 5. Sater B.L. Photovoltaic cells with processed surfaces and related applications. International Patent, 18.02.2010, No WO 2010/019685 Al. 6. New approach to the efficiency increase problem for multi-junction silicon photo-voltaic converters with vertical diode cells/ Kopach V.R., Kirichenko M.V., Shramko S.V., Zaitsev R.V., Bondarenko S.A.// Functional Materials. - 2008. - Vol. 15. - No. 2. - P. 253-258. 7. Применение рефлекторов из ITO/Al для повышения эффективности монокристаллических кремниевых фотопреобразователей/ Копач В.Р., Кириченко М.В., Хрипунов Г.С., Зайцев Р.В.// ФТП. - 2010. - Т. 44. - Вып. 6. - С. 801-806. 3 UA 77670 U 5 10 15 20 25 30 35 40 8. Фаренбрух Α., Бьюб Р. Солнечные элементы: Теория и эксперимент. - М.: Энергоатомиздат, 1987. 9. Графф К., Фишер Г. Время жизни носителей в кремнии и его влияние на характеристики солнечных элементов// В кн. Преобразование солнечной энергии. Вопросы физики твердого тела/ Под ред. Б. Серафина. -М: Энергоиздат, 1982. - С. 151-189. 10. Зайцев Р.В., Копач В.Р., Кіріченко М.В. Влияние обработки стационарным магнитным полем на КПД кремниевых фотоэлектрических преобразователей// IX Харківська конференція молодих науковців "Радіофізика, Електроніка, Фотоніка та Біофізика" 1-3 грудня 2009 p., Збірник анотацій. - ІРЕ ім. О.Я. Усикова НАН України: Харків, 2009 р. - С. 48. 11. Зайцев Р.В., Копач В.Р., Кiріченко М.В., Хрипунов Г.С., Лісачук Г.В. Спосіб підвищення ККД монокристалічного кремнієвого фотоелектричного перетворювача// Патент на корисну модель № 60406. Зареєстровано в Державному реєстрі патентів України на корисні моделі 25.06.2011. Дата публікації відомостей про видачу патенту та номер бюлетеня 25.06.2011, Бюл. № 12. 12. Zaitsev R.V., Kopach V.R., Kirichenko M.V., Lukyanov E.O., Khrypunov G.S., Samofalov V.N. Single-crystal silicon solar cells efficiency increase under the influence of magnetic field// Functional Materials. - 2010. - Vol. 17. - No. 4. - P. 554-557. 13. Кикоин И.К., Лазарев С.Д. Фотоэлектромагнитный эффект// Успехи физических наук. 1978. - Т. 124. - Вып. 4. - С. 597-617. 14. Кiріченко М.В. Удосконалення кремнієвих фотоелектричних перетворювачів широкомасштабного застосування та методів їх атестації// Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, Харків, 2011. 15. Khrypunov G.S., Meriuts A.V. Analysis of the Diode Characteristics of Thin Film Solar Cells Based on CdTe// Ukrainian Journal of Physics. - 2004. - Vol. 49. - No. 12. - P. 1188-1191. 16. Mahan J. Measurement of minority carrier lifetime in solar cells from photo-induced opencircuit voltage decay/ J. Mahan, T. Ekstedt, R. Frank, R. Kaplow// IEEE Trans. Electron Dev. - 1979. Vol. ED-26. - No. 5. - P. 1357-1364. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб підвищення ККД багатоперехідного кремнієвого фотоелектричного перетворювача з послідовно з'єднаними вертикальними діодними комірками i сонячного модуля з таких приладів, котрий включає їх обробку у стаціонарному магнітному полі з індукцією більше 0,1 Тл, який відрізняється тим, що працюючий багатоперехідний кремнієвий фотоелектричний перетворювач з послідовно з'єднаними вертикальними діодними комірками і сонячний модуль з таких приладів розміщують у однорідному стаціонарному магнітному полі з вектором магнітної індукції, спрямованим паралельно до їх фронтальних фотоприймальних поверхонь та під кутом 90° до вектора густини фотоструму фотоелектричного перетворювача і сонячного модуля з таких приладів при погляді з боку їх фронтальних фотоприймальних поверхонь. 4 UA 77670 U 5 UA 77670 U 6 UA 77670 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for increase of efficiency of silicon photoelectric transformer with vertical diode cells

Автори англійською

Strebkov Dmytro Semenovych, Poliakov Volodymyr Ivanovych, Kopach Volodymyr Romanovych, Khrypunov Hennadii Semenovych, Zaitsev Roman Valentynovych, Kyrychenko Mykhailo Valeriiovych

Назва патенту російською

Способ повышения кпд кремниевого фотоэлектрического преобразователя с вертикальными диодными ячейками

Автори російською

Стребков Дмитрий Семенович, Поляков Владимир Иванович, Копач Владимир Романович, Хрипунов Геннадий Семенович, Зайцев Роман Валентинович, Кириченко Михаил Валериевич

МПК / Мітки

МПК: H01L 21/66, G01R 31/26

Мітки: кремнієвого, комірками, вертикальними, фотоелектричного, діодними, ккд, перетворювача, підвищення, спосіб

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/9-77670-sposib-pidvishhennya-kkd-kremniehvogo-fotoelektrichnogo-peretvoryuvacha-z-vertikalnimi-diodnimi-komirkami.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб підвищення ккд кремнієвого фотоелектричного перетворювача з вертикальними діодними комірками</a>

Подібні патенти