ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2242064

СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Имя изобретателя: Гиппиус А.А. (RU); Енишерлова-Вельяшева К.Л. (RU); Константинов П.Б. (RU); Концевой Ю.А. (RU) 
Имя патентообладателя: Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН
Адрес для переписки: 119991, Москва, В-333, ГСП-1, Ленинский пр-т, 53, ФИАН им. П.Н. Лебедева, патентный отдел
Дата начала действия патента: 2003.07.16 

Изобретение относится к конструкции солнечных элементов. Сущность: предложена конструкция солнечного элемента, содержащего базовую область одного типа проводимости, преимущественно толщиной 30-170 мкм, p-n-переход и контактную гребенку на лицевой стороне, а также сильнолегированный слой того же, что и база, типа проводимости и омический контакт на тыльной стороне, причем сильнолегированный слой на тыльной стороне соединен с решеткой, изготовленной из кремния, а омический контакт с тыльной стороны связан с решеткой и сильнолегированным слоем. Кроме того, базовую область и решетку предлагается изготавливать на основе пластин с различной кристаллографической ориентацией. В частности, базовая область может быть сформирована на пластине кремния ориентации (111), а решетка - на основе пластин кремния ориентации (100). Технический результат изобретения - повышение прочности солнечных элементов.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Солнечные элементы являются основными элементами солнечных батарей, широко используемыми в качестве источников электроэнергии аппаратуры космических летательных аппаратов и спутников.

Известны солнечные элементы на основе кремния p-типа с p-n-переходом и контактной гребенкой на лицевой стороне и омическим контактом на тыльной стороне /1/. Недостатком таких солнечных элементов является низкая эффективность из-за повышенной скорости поверхностной рекомбинации на тыльном омическом контакте.

Известен солнечный элемент на основе пластины кремния p-типа, содержащий p-n-переход и контактную гребенку на лицевой стороне и сильнолегированную область на обратной стороне пластины для уменьшения скорости поверхностной рекомбинации /1/. Однако такой элемент с толщиной базовой области дырочной проводимости 200 мкм или более подвержен деградации при воздействии радиации, существующей в космосе, за счет уменьшения диффузионной длины /1/. Более радиационно-стойкий солнечный элемент должен иметь толщину базовой области дырочной проводимости 100 мкм или менее.

В качестве прототипа выбран тонкий солнечный элемент, имеющий толщину базовой области в диапазоне 30-170 мкм /2/. В прототипе для защиты солнечного элемента от механических повреждений использовались слои полимера толщиной 10-30 мкм. Однако такой солнечный элемент все же имеет недостаточную механическую прочность, что осложняет термоциклирование при переходе спутника из освещенной зоны в тень Земли. Кроме того, монтаж солнечных элементов малой толщины связан с понижением процента выхода годных из-за пониженной прочности солнечных элементов.

Задачей, решаемой изобретением, является повышение прочности солнечных элементов.

Поставленная задача решается следующим образом. Солнечный элемент, содержащий базовую область одного типа проводимости преимущественно толщиной 30-170 мкм, p-n-переход и контактную гребенку на лицевой стороне, а также сильнолегированный слой и омический контакт на тыльной стороне, соединен сильнолегированным слоем с решеткой, изготовленной из кремния, а омический контакт с тыльной стороны связан с решеткой и сильнолегированным слоем.

Дополнительно базовая область и решетка изготовляются на основе пластин с различной кристаллографической ориентацией. В частности, базовая область может быть сформулирована на пластине кремния ориентации (111), а решетка формируется на основе пластины кремния ориентации (100), что сильно повышает прочность солнечного элемента, так как его части не имеют общих плоскостей разлома.

СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

На фиг.1 показана в разрезе конструкция солнечного элемента согласно данному изобретению. Здесь (1) - базовая область (дырочной проводимости); (2) - p-n-переход; (3) - контактная гребенка на лицевой стороне солнечного элемента; (4) - сильнолегированная область (Р+-типа) на тыльной стороне базовой области; (5) - решетка из кремния, связанная с сильнолегированным слоем на тыльной стороне базовой области; (6) - омический контакт, связанный с сильнолегированным слоем на обратной стороне базовой области и с кремниевой решеткой (5).

На фиг.2 показана конструкция солнечного элемента (вид с тыльной стороны).

Указанный солнечный элемент имеет размеры сторон 50×25 мм. Ширина сторон решетки (показано темным цветом) для разных вариантов 0,5-1,0 мм, толщина - 300 мкм.

Солнечный элемент работает следующим образом. При освещении с лицевой стороны возникают неравновесные носители заряда, которые диффундируют через базовую область 1, разделяются p-n переходом 2 и создают рабочий ток. Ток дырок, двигающихся к омическому контакту, через Р+ слой 4 попадает на металлический омический контакт 6. Таким образом, создается замкнутая цепь для тока.

Были созданы макеты солнечных элементов, согласно описанию данной заявки, с минимальной толщиной базовой области 30 мкм. Исследование свойств солнечных элементов показало, что солнечные элементы обладают достаточной механической прочностью, определяемой толщиной решетки, и выдерживает многократные циклы от температуры жидкого азота до 100 градусов Цельсия.

ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. S.M.Sze. Physics of Semiconductor Devices. John Wiley & Sons. New York. 1981. Ch.14 (С.Зи. Физика полупроводниковых приборов. Пер. с англ./Под ред. Р.А.Суриса. В 2-х книгах. Кн. 2, гл.14).

2. Pat. USA 5650363, Jul. 22, 1998.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Солнечный элемент, содержащий базовую область одного типа проводимости преимущественно толщиной 30-170 мкм, p-n-переход и контактную гребенку на лицевой стороне, а также сильнолегированный слой того же, что и база, типа проводимости и омический контакт на тыльной стороне, отличающийся тем, что сильнолегированный слой на тыльной стороне соединен с решеткой, изготовленной из кремния, а омический контакт с тыльной стороны связан с решеткой и сильнолегированным слоем.

2. Солнечный элемент по п.1, отличающийся тем, что базовая область солнечного элемента и решетка кремния имеют различную кристаллографическую ориентацию.

3. Солнечный элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что базовая область имеет кристаллографическую ориентацию (111), а решетка кремния имеет кристаллографическую ориентацию (100).

Версия для печати
Дата публикации 12.01.2007гг


вверх