Солнечный элемент
Полезная модель относится к области электроники и может быть использована при конструировании преобразователей солнечной энергии. Техническим результатом является повышение эффективности преобразования солнечного излучения. Солнечный элемент содержит подложку из стекла с включениями наночастиц серебра, размещенный на ней первый электрод из прозрачного проводящего оксида металла, второй непрозрачный металлический электрод и размещенные между ними первый фотопреобразующий слой из цирконата титаната свинца и второй фотопреобразующий слой выполненный из титаната свинца, размещенный между первым электродом и первым фотопреобразующим слоем.
Полезная модель относится к области электроники и может быть использована 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 116689, «Солнечный элемент», МПК H01L 31/0392, опубл. 27.05.2012) содержащий расположенный на подложке из стекла с включениями наночастиц серебра фотопреобразующий слой с двухсторонним электродным покрытием, причем первый электрод, расположен между подложкой и фотопреобразующим слоем, который выполнен из прозрачного, проводящего оксида металла, а второй электрод выполнен металлическим и непрозрачным.
Недостатком прототипа является недостаточная эффективность преобразования солнечного излучения, связанная с тем, что в случае использования одного слоя сегнетоэлектрического материала не обеспечивается однородность стехиометрического состава по толщине, что приводит к пониженным величинам встроенных полей и как следствие к низкой эффективности преобразования солнечного излучения.
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 солнечный элемент, содержащий подложку из стекла с включениями наночастиц серебра, размещенный на ней первый электрод из прозрачного проводящего оксида металла, второй непрозрачный металлический электрод и размещенный между ними первый фотопреобразующий слой, дополнительно введен второй фотопреобразующий слой, выполненный из титаната свинца, размещенный между первым электродом и первым фотопреобразующим слоем, выполненным из цирконата титаната свинца.
Особенностью предлагаемого устройства является использование структуры из двух фотопреобразующих слоев: первого из цирконата-титаната свинца и дополнительного из титаната свинца. Следствием введения совокупности двух фотопреобразующих слоев является повышение эффективности преобразования солнечного излучения за счет повышения значений встроенных полей, связанных с увеличенными размерами кристаллитов и однородностью стехиометрического состава по толщине фотопреобразующих слоев.
На чертеже (Фиг.1) приведена конструкция предлагаемого устройства.
Солнечный элемент содержит подложку из стекла с включениями наночастиц серебра 1, размещенный на ней первый электрод из прозрачного проводящего оксида металла 2, второй непрозрачный металлический электрод 3 и размещенные между ними первый фотопреобразующий слой 4 из цирконата титаната свинца и второй фотопреобразующий слой 5 выполненный из титаната свинца, размещенный между первым электродом 2 и первым фотопреобразующим слоем 4. Во внешней электрической цепи установлен наноамперметр 6, подключенный к электродам 2 и 3 с помощью выводов 7 и 8 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 2 и фотопреобразующие слои 4 и 5 является суммой потоков прошедшего через стеклянную подложку 1 солнечного света и переизлученного в стеклянной подложке 1. Наличие слоя титаната свинца 5 улучшает структурное совершенство поликристаллического фоточувствительного слоя 4, и в том числе повышая его фоточувствительность. Наличие непрозрачного металлического электрода 3 позволяет осуществлять отражение дошедшего до него излучения через фотопреобразующие слои 4 и 5 обратно. Таким образом, учитывая, что фотопреобразующие слои 4 и 5 работают в видимой области спектра, возникающий во внешней цепи фототок, фиксируемый прибором 6, 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 2 нанося 1 мкм покрытие ионо-плазменным распылением цинка в среде кислорода. Далее формируют фотопреобразующие слои 5 и 4 путем последовательного нанесения поликристаллических пленок титаната свинца и цирконата-титаната свинца высокочастотным магнетронным распылением мишеней PbTiO3 и PbZr xTi1-xO3 со сверхстехиометрическим (1,15±0,05) содержанием РbО соответственно. По окончании операции отжига на внешней поверхности пленки цирконата-титаната свинца формируют электрод 3 путем нанесения непрозрачного платинового электродного покрытия толщиной 150 нм с помощью установки ионо-плазменного распыления. К электродам 2 и 3 присоединяют выводы 7 и 8 для подключения к внешней электрической цепи.
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 9,5 нА. В случае использования в вышеприведенном примере только фоточувствительного слоя цирконата-титаната свинца среднее фототока при аналогичных условиях составило 8,7 нА.
Таким образом, заявляемый солнечный элемент позволяет повысить эффективность преобразования солнечного излучения.
Солнечный элемент, содержащий подложку из стекла с включениями наночастиц серебра, размещенный на ней первый электрод из прозрачного проводящего оксида металла, второй непрозрачный металлический электрод и размещенный между ними первый фотопреобразующий слой, отличающийся тем, что в него дополнительно введен второй фотопреобразующий слой, выполненный из титаната свинца, размещенный между первым электродом и первым фотопреобразующим слоем, выполненным из цирконата титаната свинца.
