ФОТОЭЛЕМЕНТ

ФОТОЭЛЕМЕНТ


RU (11) 2222846 (13) C1

(51) 7 H01L31/04, H01L31/042 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2002121061/28 
(22) Дата подачи заявки: 2002.08.08 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.08.08 
(45) Опубликовано: 2004.01.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1806424, бюл. № 12, 1993. JP 2000-285975, 13.10.2000. JP 2001-319698, 16.11.2001. JP 2001-273936, 05.10.2001. JP 2001-257012, 21.09.2001. SU 1801232, бюл. № 9, 1993. RU 2080690, 27.05.1997. JP 11-121787, 30.04.1999. JP 63-024667, 02.02.1988. RU 1632278, 15.10.1994. 
(72) Автор(ы): Займидорога О.А.; Проценко И.Е.; Самойлов В.Н. 
(73) Патентообладатель(и): Займидорога Олег Антонович; Проценко Игорь Евгеньевич; Самойлов Валентин Николаевич 
Адрес для переписки: 141980, Московская обл., г. Дубна, ул. Понтекорво, 20, кв.44, В.Н. Самойлову 

(54) ФОТОЭЛЕМЕНТ 

Изобретение относится к преобразователям энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию и может быть использовано в производстве солнечных фотоэлементов. Предложенный фотоэлемент, преобразующий в электрическую энергию электромагнитное излучение заданного спектрального диапазона, содержит расположенные на металлической пластине слои полупроводника n- и р-типа с р-n-переходом между ними и прозрачный электропроводящий слой. При этом в указанный слой полупроводника n-типа дополнительно введены наночастицы металла размером много меньше длины волны указанного излучения при концентрации указанных наночастиц в указанном слое (1-5)10-2 объемных долей. В результате повышается КПД устройства. 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к преобразователям энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию и может быть использовано в производстве солнечных фотоэлементов

Известен фотоэлемент [1], включающий неорганический полупроводник, органический полимер, допированный пентахлоридом сурьмы, и полупрозрачный слой золота. Недостатком указанного фотоэлемента является низкий КПД, достигающий в максимуме лишь 1,2%.

Известен также фотоэлемент [2], который выбран в качестве прототипа данного изобретения. Указанный фотоэлемент состоит из металлической пластины, нанесенного на эту пластину фоточувствительного слоя, содержащего слой полупроводника n-типа и слой поли-Т-эпоксипропилкарбазола, допированного SbCl5, и полупрозрачную пленку золота. Недостатком указанного фотоэлемента также является недостаточно высокий КПД преобразования энергии электромагнитного светового излучения в электрическую энергию, который не превышает 3,2%.

Целью данного изобретения является устранение указанного недостатка и повышение КПД в 2-3 раза в заданном спектральном диапазоне. Поставленная цель достигается тем, что в известном фотоэлементе, преобразующем в электрическую энергию электромагнитное излучение заданного спектрального диапазона, содержащем расположенные на металлической пластине слои полупроводника n- и р-типа с p-n-переходом между ними и прозрачный электропроводящий слой, в указанный слой полупроводника n-типа дополнительно введены наночастицы металла размером много меньше длины волны указанного излучения при концентрации указанных наночастиц в указанном слое (1-5)10-2 объемных долей.

На фиг. 1 представлено схематическое изображение предлагаемого фотоэлемента, где:

1 - металлическая пластина,

2 - слой полупроводника n-типа,

3 - слой полупроводника р-типа,

4 - область р-n-перехода,

5 - металлические наночастицы,

6 - прозрачный электропроводящий слой,

7 - падающее излучение.

На фиг.2 представлены:

Зависимости относительной эффективности P() преобразования энергии падающего излучения в электрическую энергию от длины волны падающего излучения для предлагаемого фотоэлемента с различной объемной концентрацией металлических наночастиц: (кривая 1 - 110-2, кривая 2 - 210-2, кривая 3 - 310-2, кривая 0 - без наночастиц).

Как показывает анализ резонансного взаимодействия электромагнитного излучения с полупроводником, эффективность генерации фототока возрастает с увеличением диэлектрической проницаемости среды взаимодействия. В предлагаемом фотоэлементе, указанная диэлектрическая проницаемость увеличивается в присутствии металлических наночастиц и зависит от их концентрации. Как видно из фиг. 2, для предлагаемого фотоэлемента со сферическими наночастицами серебра диаметром 10-30 нм в диапазоне длин волн падающего излучения 0,87-0,92 мкм относительная эффективность преобразования энергии увеличивается в 3 и более раз, приводя к увеличению КПД во столько же раз.

Пример реализации предлагаемого фотоэлемента:

Изготовление фотоэлемента происходит послойно. Используя метод молекулярно-лучевой эпитаксии, на металлическую подложку наносится слой полупроводника n-типа (GaAs) толщиной 10 нм. Затем на поверхность полученного слоя наносится монослой металлических (серебряных) наночастиц путем распыления паров серебра через ядерный фильтр с порами диаметром менее 30 нм и плотностью пор около 108 1/см2. Затем поочередно наносятся слои полупроводника n-типа и наночастиц серебра, пока их общая толщина становится равной 40-50 нм, а концентрация наночастиц становится равной 410-2 объемных долей. После этого наносится слой полупроводника р-типа так, что общая толщина структуры становится равной 100 нм. Далее на полученную поверхность полупроводника р-типа наносится прозрачный электропроводящий слой - металлическая сетка. Расчетным путем показано, что относительная эффективность преобразования энергии возрастает в таком фотоэлементе в 2,5 раза.

Источники информации

1. Н.Ф. Губа и В.Д. Походенко, AC SU 1801232 A3.

2. Н.Ф. Губа и В.Д. Походенко, AC SU 1806424 A3. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Фотоэлемент, преобразующий в электрическую энергию электромагнитное излучение заданного спектрального диапазона, содержащий расположенные на металлической пластине слои полупроводника n- и р- типа с р-n-переходом между ними и прозрачный электропроводящий слой, отличающийся тем, что в указанный слой полупроводника n-типа дополнительно введены наночастицы металла размером много меньше длины волны указанного излучения при концентрации указанных наночастиц в указанном слое (1-5)10-2 объемных долей




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru