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 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.
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
|
