×
27.04.2015
216.013.4706

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С НАНОСТРУКТУРНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: для преобразования солнечной энергии в электричество. Сущность изобретения заключается в том, что фотоэлектрический преобразователь содержит воронкообразные сквозные отверстия с просветляющим покрытием и толстопленочное покрытие (с обратной стороны), содержащее сферические микрочастицы, способные отражать сквозные солнечные лучи на грани сквозных отверстий. Технический результат: обеспечение возможности повышения КПД фотоэлектрического преобразователя. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

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

Известен фотоэлектрический преобразователь (см. патент RU 2359361, МПК H01L 31/0352, опубликован 20.06.2009, Бюл. №17). ФП содержит в приповерхностном слое со стороны лицевой поверхности совокупность параллельно соединенных p-n-переходов, суммарная площадь которых меньше площади лицевой поверхности, а расстояние между соседними p-n-переходами меньше толщины подложки.

Недостатком такого ФП является малая полезная фоточувствительная площадь лицевой поверхности между контактами.

Известен полупроводниковый ФП с градиентным профилем легирующей примеси в p- и n-областях p-n-перехода. Между микроконтактами размещены металлические наночастицы порядка 100 нм, встроенные в изолирующую диэлектрическую пленку на лицевой поверхности (см. патент RU 2432640, МПК H01L 31/042, H01L 31/18, B82B 1/00, B82B 3/00, опубликован 27.10.2011, Бюл. №30), а поверх всей структуры нанесено просветляющее покрытие.

Недостатком данного ФП является малая величина отношения общих площадей - полезной фоточувствительной площади к площади p-n-перехода, что недостаточно для уменьшения обратного тока p-n-перехода и увеличения напряжения холостого хода ФП.

Известен полупроводниковый ФП в виде диодной структуры с n+-p(p+-n)-переходом, изотипным р-р+(n-n+)-переходом в базовой области на тыльной поверхности, с металлическими контактами к обеим областям диодной структуры (см. патент RU 2374720, МПК H01L 31/042, B82B 1/00, B82B 3/00, опубликован 27.11.2009, Бюл. №33) и с антиотражающим покрытием между контактами. Диодная структура выполнена в виде отдельных участков, скоммутированных металлическими контактами, расстояние между отдельными соседними диодными структурами не превышает удвоенную диффузионную длину неосновных носителей тока в базовой области, ширина диодных структур в 10-30 раз меньше расстояния между соседними диодными структурами. На свободных от диодных структур участках рабочей поверхности под антиотражающим покрытием выполнена пассивирующая диэлектрическая пленка толщиной 10-30 нм, на которой нанесены нанокластеры. Данный патент принят в качестве прототипа.

Недостатком этого ФП является наличие ограничения для величины отношения полезной фоточувствительной площади и площади p-n-перехода. Это ограничение имеет верхнюю и нижнюю границы. Так, расстояние между соседними диодными структурами не может превышать удвоенную диффузионную длину неосновных носителей тока в базовой области, а ширина отдельной диодной структуры не может быть меньше чем в 10-30 раз. Другим недостатком данного изобретения является наличие металлических наночастиц в размерами до 100 нм в тонком диэлектрическом слое с толщиной до 30 нм. Наличие таких наночастиц может приводить к существенному росту анизотропного рассеяния света на лицевой стороне ФП, что увеличит оптический коэффициент отражения и снизит КПД ФП.

Целью изобретения является повышение КПД фотоэлектрического преобразователя.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции ФП кремниевый фотоэлемент имеет по всей своей площади воронкообразные регулярные сквозные отверстия, заполненные просветляющим композитным наноматериалом [1]. Причем обратная сторона фотоэлемента покрыта композитной толстой пленкой, содержащей сферические микрочастицы, способные отражать сквозные лучи для дополнительного взаимодействия с массивом фотоэлемента. Воронкообразные регулярные сквозные отверстия представляют собой прямоугольные усеченные перевернутые пирамиды. При этом отверстия на плате соприкасаются друг с другом противоположными сторонами больших квадратов, а другие противоположные стороны больших квадратов соприкасаются с краями токоведущих микрополосковых топологий.

На фиг.1 и фиг.2 представлена схематическая конструкция фотопреобразователя.

На фиг.1 показано поперечное сечение фотопреобразователя, а на фиг.2 показан вид сверху на воронкообразное сквозное отверстие.

Фотоэлектрический преобразователь, как активный элемент, содержит кремниевую плату 1 с токопроводящими топологиями 2, 3 и регулярно расположенными сквозными воронкообразными местами 4. Воронкообразные сквозные места представляют собой перевернутые усеченные пирамиды, селективно растравленные анизотропно в кремниевой плате ФП [2], как показано на фиг.1, 2. Грани 11 пирамидальных сквозных воронкообразных полостей 12 (фиг.2) увеличивают объем фотоактивности элемента преобразования солнечных лучей в электричество платы фотоэлемента за счет граней равнобоких трапеций. Растравленные полости заполняют просветляющей нанокомпозицией 5 (фиг.1) при нанесении ее на поверхность платы 1. Нанокомпозиция выполняет двоякую роль: увеличивает прочность кремниевой пластины как стяжка и увеличивает доступ падающих фотонов в активную область разделения носителей заряда в электрическом поле p-n-перехода. Следует отметить, что только толстопленочная просветляющая нанокомпозиция [1] не связана условием четвертьволновой толщины и способна решить задачу просветления воронкообразных сквозных мест. Обратная сторона фотоэлектрического преобразователя покрыта композитной толстой пленкой 6, содержащей сферические алмазные микрочастицы 7, покрытые наночастицами металла (цинка, серебра и др.), способные отражать сквозные солнечные лучи в пространство воронкообразных отверстий 4 с трапецеидальными гранями, увеличивая, таким образом, количество носителей заряда в объеме активной платы. На фиг.1 показаны токосъемные выводы 8, 9, сопряженные с токосъемными микрополосковыми шинами пайкой 10. На фиг.3 показана металлическая жила 15 токосъемного вывода с закреплением к токосъемной микрополосковой шине 14 пайкой 16.

Наличие воронкообразных сквозных мест с просветляющим материалом в плате ФП значительно увеличивает прочность кремниевой пластины ФП и облегчает доступ падающих фотонов к области сильного электрического поля p-n-перехода. При этом убираются размерные ограничения для контактов и расстояний между ними, связанные с диффузионной длиной носителей заряда, уменьшается скорость поверхностной рекомбинации носителей заряда.

Примеры исполнения.

Предлагаемое изобретение характеризуется чертежами, на которых изображены:

- на фиг.1 - плата фотоэлектрического преобразователя: 1 - кремниевая активная часть, 2 - токоведущая топология лицевая, 3 - токоведущая топология обратной стороны, 4 - отверстия пирамидальные воронкообразные, 5 - просветляющее покрытие, 6 - отражающее покрытие, 7 - сферические микрочастицы, 8, 9 - выводы токосъемные, 10 - место пайки;

- на фиг.2 - отверстие сквозное пирамидальное воронкообразное: 11 - грани трапецеидальные, 12 - полость сквозная;

- на фиг.3 - плата фотоэлектрического преобразователя: 13 - топология токоведущая, 14 - шина токосъемная микрополосковая, 15 - медная жила, 16 - место пайки.

Грани пирамидальных сквозных воронкообразных полостей увеличивают объем активности элемента преобразования солнечных лучей в электричество платы фотоэлемента за счет граней равнобоких трапеций. Растравленные полости заполняют просветляющей композицией при нанесении ее на поверхность платы. Обратная сторона фотоэлектрического преобразователя покрыта композитной толстой пленкой, содержащей сферические алмазные микрочастицы, покрытые наночастицами цинка, способные отражать сквозные солнечные лучи в пространство воронкообразных отверстий с трапецеидальными гранями, увеличивая, таким образом, количество носителей зарядов в объеме активной платы.

Сквозные воронкообразные пирамидальные полости (в перевернутом положении) растравлены в кремниевой плате фотоэлемента с обратной стороны.

Эксперименты с моделью фотоэлемента показали, что его КПД можно повысить на 90% и выше. Проведены измерения фотоэдс 4-секционного фотоэлемента с нанесенными пленками из композитных наноматериалов на основе серебра в матрице полиметилметакрилата. Измерения проводились в видимом диапазоне от одного источника белого света типа ОВС-1 с гибким световодом и оптическим калиброванным ослабителем потока. Расстояние от торца световода до измеряемого объекта было фиксирована. Ослабитель помещался между световодом и фотоэлементом. Перемещением диафрагмы и образца последовательно проводились измерения фотоэдс каждого элемента.

Напряжение измерялось на постоянном резисторе 2 МΩ с помощью прецизионного милливольтметра. Ошибка измерений не превышала 1%.

Предлагаемым изобретением решена задача увеличения функционального объема преобразователя за счет увеличения площади облучения солнечными лучами, проникающими сквозь просветляющее покрытие, причем расширенная площадь представляет собой воронкообразные сквозные отверстия, трапецеидальные грани которых и есть дополнительная площадь, за счет глубины структуры кремниевой платы.

Оценки показывают, что КПД предлагаемого фотоэлектрического преобразователя выгодно отличается от известных технических решений минимум на 30% и максимум на 90%.

Предлагаемая конструкция фотоэлектрического преобразователя с регулярными воронкообразными отверстиями позволяет создавать солнечные батареи, выгодно отличающиеся от общепринятых.

Список литературы

1. Гадомский О.Н., Ушаков Н.М., Подвигалкин В.Я., Музалев П.А., Кульбацкий Д.М., Кособудский И.Д. Нанокомпозиционное просветляющее покрытие в виде толстой пленки и способ его получения. Патент РФ №2456710, приоритет от 18.01.2011; опубл. 20.07.2012 г.

2. Bertz A., Kuchler M., Knofler R., Gessner T. //Sens. Actuats. 2002.V. A 97-98. P.691.


ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С НАНОСТРУКТУРНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С НАНОСТРУКТУРНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С НАНОСТРУКТУРНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 96 items.
20.01.2014
№216.012.98bd

Способ формирования радиопортрета объекта методом параллельной обработки с частотным разделением

Изобретение относится к области радиовидения и может быть применено: для обнаружения предметов в миллиметровом диапазоне волн под одеждой человека, в таможенном контроле грузов, в радиоастрономии для картографирования области неба и протяженных небесных объектов, в дистанционном зондировании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504800
Дата охранного документа: 20.01.2014
10.02.2014
№216.012.9e44

Способ получения металл-полимерного композитного материала для радиотехнической аппаратуры

Изобретение относится к получению металл-полимерных композиционных материалов, предназначенных для применения в радиотехнической аппаратуре в качестве радиопоглощающих и экранирующих материалов. Способ включает высокоскоростное термическое разложение металлсодержащих соединений с образованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506224
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3ea

Частотно-избирательное устройство для обработки сигналов на поверхностных акустических волнах

Изобретение относится к радиотехнике и акустоэлектронике и может быть использовано в устройствах измерительной техники и в радиосвязи. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности частотно-избирательного устройства для обработки сигналов на ПАВ в процессе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507677
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3ec

Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве электровакуумных СВЧ-микроблоков с вакуумными интегральными схемами (ИС) и другими схемами. Технический результат - возможность миниатюризации полной системы логических элементов с уменьшением потерь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507679
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.03.2014
№216.012.af24

Малогабаритный фазовращатель свч-диапазона

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в интегральной СВЧ-электронике для радиотехнической аппаратуры наземного, воздушного, космического базирования. Технический результат - снижение потерь мощности СВЧ-сигнала и увеличение верхнего диапазона частот....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510551
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.04.2014
№216.012.b12e

Способ получения атомно-тонких монокристаллических пленок

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано для получения атомно-тонких монокристаллических пленок различных слоистых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения атомно-тонких монокристаллических пленок включает фиксацию исходных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511073
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b381

Электрические контакты для сверхпроводникового интегрального приемника

Изобретение относится к области разработки новых элементов и устройств сверхпроводниковой электроники и создания на их основе сверхчувствительных приемных устройств с высоким спектральным разрешением и может быть использовано при создании бортовых и наземных систем, предназначенных для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511669
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.07.2014
№216.012.dc8d

Способ и устройство для количественного определения содержания восков и воскоподобных веществ в рафинированных растительных маслах

Настоящее изобретение относится к способу количественного определения содержания восков и воскоподобных веществ в рафинированных растительных маслах, при котором в кювете размещают пробу горячего растительного масла, производят одновременно облучение пробы и изменение ее температуры, пробу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522239
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.de5d

Перестраиваемый криогенный генератор гетеродина субтерагерцового диапазона на основе распределенного туннельного перехода для интегральных приемных систем

Изобретение относится к сверхпроводниковой электронике и может быть использовано при создании терагерцовых спектрометров, предназначенных для радиоастрономии, исследования атмосферы Земли, медицинской диагностики, а также для систем контроля и обеспечения безопасности. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522711
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.defb

Способ распознавания и классификации формы объектов в лабиринтных доменных структурах

Изобретение относится к средствам анализа цифровых изображений. Техническим результатом является обеспечение классификации объектов по геометрическим признакам в лабиринтных структурах. В способе определяют количество объектов на изображении структуры, в качестве морфологических признаков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522869
Дата охранного документа: 20.07.2014
Showing 11-20 of 55 items.
10.02.2014
№216.012.9e44

Способ получения металл-полимерного композитного материала для радиотехнической аппаратуры

Изобретение относится к получению металл-полимерных композиционных материалов, предназначенных для применения в радиотехнической аппаратуре в качестве радиопоглощающих и экранирующих материалов. Способ включает высокоскоростное термическое разложение металлсодержащих соединений с образованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506224
Дата охранного документа: 10.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3ea

Частотно-избирательное устройство для обработки сигналов на поверхностных акустических волнах

Изобретение относится к радиотехнике и акустоэлектронике и может быть использовано в устройствах измерительной техники и в радиосвязи. Достигаемый технический результат - повышение разрешающей способности частотно-избирательного устройства для обработки сигналов на ПАВ в процессе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507677
Дата охранного документа: 20.02.2014
20.02.2014
№216.012.a3ec

Объемный микроблок вакуумных интегральных схем логических свч-систем обратной волны

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в производстве электровакуумных СВЧ-микроблоков с вакуумными интегральными схемами (ИС) и другими схемами. Технический результат - возможность миниатюризации полной системы логических элементов с уменьшением потерь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002507679
Дата охранного документа: 20.02.2014
27.03.2014
№216.012.af24

Малогабаритный фазовращатель свч-диапазона

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано в интегральной СВЧ-электронике для радиотехнической аппаратуры наземного, воздушного, космического базирования. Технический результат - снижение потерь мощности СВЧ-сигнала и увеличение верхнего диапазона частот....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510551
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.04.2014
№216.012.b12e

Способ получения атомно-тонких монокристаллических пленок

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано для получения атомно-тонких монокристаллических пленок различных слоистых материалов. Сущность изобретения заключается в том, что способ получения атомно-тонких монокристаллических пленок включает фиксацию исходных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511073
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.04.2014
№216.012.b381

Электрические контакты для сверхпроводникового интегрального приемника

Изобретение относится к области разработки новых элементов и устройств сверхпроводниковой электроники и создания на их основе сверхчувствительных приемных устройств с высоким спектральным разрешением и может быть использовано при создании бортовых и наземных систем, предназначенных для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511669
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.07.2014
№216.012.dc8d

Способ и устройство для количественного определения содержания восков и воскоподобных веществ в рафинированных растительных маслах

Настоящее изобретение относится к способу количественного определения содержания восков и воскоподобных веществ в рафинированных растительных маслах, при котором в кювете размещают пробу горячего растительного масла, производят одновременно облучение пробы и изменение ее температуры, пробу...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522239
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.07.2014
№216.012.de5d

Перестраиваемый криогенный генератор гетеродина субтерагерцового диапазона на основе распределенного туннельного перехода для интегральных приемных систем

Изобретение относится к сверхпроводниковой электронике и может быть использовано при создании терагерцовых спектрометров, предназначенных для радиоастрономии, исследования атмосферы Земли, медицинской диагностики, а также для систем контроля и обеспечения безопасности. Техническим результатом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522711
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.defb

Способ распознавания и классификации формы объектов в лабиринтных доменных структурах

Изобретение относится к средствам анализа цифровых изображений. Техническим результатом является обеспечение классификации объектов по геометрическим признакам в лабиринтных структурах. В способе определяют количество объектов на изображении структуры, в качестве морфологических признаков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522869
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.e259

Способ и устройство для измерения переходных тепловых характеристик светоизлучающих диодов

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения температуры активной области светоизлучающих диодов. Заявлен cпособ измерения переходных тепловых характеристик светоизлучающих диодов (СИД), при котором инжекционный ток подают в виде последовательности...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002523731
Дата охранного документа: 20.07.2014
+ добавить свой РИД