Солнечный элемент
Полезная модель относится к области электроники и может быть использовано при конструировании преобразователей солнечной энергии. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования солнечного излучения. Солнечный элемент содержит расположенный на стеклянной подложке с включениями наночастиц серебра фотопреобразующий слой с двухсторонним электродным покрытием, причем первый электрод, расположенный между подложкой и фотопреобразующим слоем выполнен из прозрачного, проводящего оксида металла, а второй электрод выполнен металлическим и непрозрачным.
Полезная модель относится к области электроники и может быть использовано при конструировании преобразователей солнечной энергии.
Известен солнечный элемент (SU 1246836, «Солнечный элемент», МПК H01L 31/0216, опубл. 10.05.1996) включающий подложку из полупроводникового материала и металлические контакты, при этом на поверхность подложки нанесена легированная редкоземельными элементами текстурированная пленка сегнето-электрика, ось текстуры которой перпендикулярна поверхности подложки.
Недостатком такого солнечного элемента является недостаточная эффективность преобразования солнечного излучения, связанная с использованием непрозрачного электрода, что понижает эффективную площадь приемной площадки, а также использование подложки большой толщины в качестве полупроводникового слоя.
Известны солнечные элементы (JP 2003078153, «Solar battery utilizing ferroelectric material», МПК H01L 31/04; H01L 31/042, опубл. 14.03.2003; KR 20100128727, «A fabrication method of solar cell using ferroelectric material», МПК H01L 31/042; H01L 31/18, опубл. 08.12.2010; TW 201126731, «Solar cell device and manufacturing method therefor», МПК H01L 31/0224; H01L 31/042, опубл. 01.08.2011) включающие подложку из полупроводникового материала, на одну сторону которой нанесен электрод, а на другую нанесено полупроводниковое покрытие, на поверхности которого находится пленка сегнетоэлектрика и металлические контакты.
Несмотря на то, что использование дополнительного полупроводникового слоя позволило незначительно повысить эффективность преобразования солнечного элемента, у данных аналогов сохранились отмеченные выше недостатки, такие как недостаточная эффективность преобразования солнечного излучения, связанная с использованием непрозрачного электрода, что понижает эффективную площадь приемной площадки.
Наиболее близким к заявляемому является солнечный элемент (RU 1246836, «Сегнетоэлектрические элемент для запоминающего устройства с оптическим считыванием информации», МПК H01G 7/06, опубл. 10.11.2008) содержащий подложку, на которую нанесена пленка поликристаллического поляризованного сегнетоэлектрика, выполненная в полупроводниковой матрице, снабженная двухсторонним электродным покрытием, причем внешнее покрытие, расположенное со стороны принимаемого светового потока, выполнено полупрозрачным.
Недостатком прототипа является недостаточная эффективность преобразования солнечного излучения, связанная с использованием полупрозрачного металлического электрода, что снижает эффективный поток излучения, доходящий до фоточувствительного слоя.
Задачей заявляемой полезной модели является создание солнечного элемента, позволяющего достигнуть технический результат, заключающийся в повышении эффективности преобразования солнечного излучения.
Сущность полезной модели заключается в том, что в солнечном элементе, содержащем расположенный на подложке фотопреобразующий слой с двухсторонним электродным покрытием, подложка выполнена из стекла с включениями наночастиц серебра, первый электрод, расположенный между подложкой и фотопреобразующим слоем выполнен из прозрачного, проводящего оксида металла, а второй электрод выполнен металлическим и непрозрачным. Фотопреобразующий слой может быть выполнен из сегнетоэлектрического материала в полупроводниковой матрице. Фотопреобразующий слой может быть выполнен в виде многослойной композиции пленок аморфного и микрокристаллического гидрогенизированного кремния. Материал первого электрода выбирают из ряда оксид индия-олова, оксид цинка, диоксид олова. Материал второго электрода выбирают из ряда платина, золото, никель, хром.
Особенностью предлагаемого устройства является использование стеклянной подложки с включениями наночастиц серебра, позволяющее переизлучать ультрафиолетовое излучение в видимую область спектра, выполнение первого электрода, расположенного между подложкой и фотопреобразующим слоем, из прозрачного, проводящего оксида металла позволяет минимизировать потери излучения, выполнение второго электрода металлическим и непрозрачным обуславливает отражение прошедшего через фотопреобразующий слой излучения обратно. Следствием введения совокупности новых признаков является повышение эффективности преобразования солнечного излучения.
На чертеже (Фиг.1) приведена конструкция предлагаемого устройства.
Солнечный элемент содержит расположенный на подложке 1 фотопреобразующий слой 2 с двухсторонним электродным покрытием, первый электрод 3 которого, выполненный прозрачным, проводящим из оксида металла, расположен между подложкой 1 и фотопреобразующим слоем 2, а второй металлический непрозрачный электрод 4 расположен на другой поверхности фотопреобразующего слоя. Во внешней электрической цепи установлен наноамперметр 5, подключенный к электродам 3 и 4 с помощью выводов 6 и 7 соответственно для измерения тока в режиме короткого замыкания.
При освещении солнечным светом предлагаемого устройства со стороны стеклянной подложки 1, часть ультрафиолетового излучения в диапазоне 250-380 нм поглощается и переизлучается в оптической области (380-740 нм). Следовательно, поток излучения, падающий на прозрачный электрод 3 и фотопреобразующий слой 2 является суммой потоков прошедшего через стеклянную подложку 1 солнечного света и переизлученного в стеклянной подложке 1. Наличие непрозрачного металлического электрода 4 позволяет осуществлять отражение дошедшего до него излучения через фотопреобразующий слой 2 обратно. Таким образом, учитывая, что фотопреобразующий слой 2 работает в видимой области спектра, возникающий во внешней цепи фототек, фиксируемый прибором 5, будет пропорционален сумме потоков.
Предлагаемый солнечный элемент может быть изготовлен, следующим образом.
Предварительно подготавливают заготовку для стеклянной подложки 1, путем нанесения на нее 100 нм пленки серебра с последующей ее термообработкой при 250°С в течение 3 часов, при которой частицы серебра диффундируют в стеклянную подложку. На подготовленной таким образом стеклянной подложке 1 формируют электрод 3 нанося 1 мкм покрытие ионо-плазменным распылением цинка в среде кислорода. Далее формируют фотопреобразующий слой 2 путем нанесения поликристаллической пленки ЦТС высокочастотным магнетронным распылением мишени из PbZrxTi1-xO3 со сверхстехиометрическим (1,15±0,05) содержанием РbО. По окончании операции отжига на внешней поверхности пленки ЦТС формируют электрод 4 путем нанесения непрозрачное платиновое электродное покрытие толщиной 150 нм с помощью установки ионо-плазменного распыления. К электродам 3 и 4 присоединяют выводы 6 и 7 для подключения к внешней электрической цепи. Для поляризации сегнетоэлектрика фотопреобразующего слоя 2 к выводам 6 и 7 прикладывают постоянное напряжение 3 В.
Результаты испытаний полученных солнечного элемента в режиме короткого замыкания при освещении подложки 1 галогенной лампой мощностью 20 Вт с расстояния 20 см показывают среднее фототока, равное 8,7 нА. В случае использования в вышеприведенном примере стеклянной подложки без включения наночастиц серебра среднее фототока при аналогичных условиях составило 7,2 нА. Таким образом, заявляемый солнечный элемент позволяет повысить эффективность преобразования солнечного излучения.
1. Солнечный элемент, содержащий расположенный на подложке фотопреобразующий слой с двухсторонним электродным покрытием, отличающийся тем, что подложка выполнена из стекла с включениями наночастиц серебра, первый электрод, расположенный между подложкой и фотопреобразующим слоем, выполнен из прозрачного, проводящего оксида металла, а второй электрод выполнен металлическим и непрозрачным.
2. Солнечный элемент по п.1, отличающийся тем, что фотопреобразующий слой выполнен из сегнетоэлектрического материала в полупроводниковой матрице.
3. Солнечный элемент по п.1, отличающийся тем, что фотопреобразующий слой выполнен в виде многослойной композиции пленок аморфного и микрокристаллического гидрогенизированного кремния.
4. Солнечный элемент по п.1, отличающийся тем, что материал первого электрода выбирают из ряда оксид индия-олова, оксид цинка, диоксид олова.
5. Солнечный элемент по п.1, отличающийся тем, что материал второго электрода выбирают из ряда платина, золото, никель, хром.
