Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2242064

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 и 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 и 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.

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 и 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

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов