008519 - 1 - Изобретение относится к преобразователям

008519
Изобретение относится к преобразователям энергии солнечного излучения в электрическую энергию, а именно к способам изготовления таких преобразователей.
Известен способ изготовления солнечного фотоэлектрического преобразователя, включающий нанесение на монокристаллическую базу тоководов и слоев полупроводниковых кристаллов, в которых
формируются р-п- и п-р-переходы (см. патент РФ 2242064, 2003г.).
В качестве исходного материала для солнечной батареи может быть использован практически любой
полупроводниковый кристалл, в частности кремний, как, например, в патенте Японии 55-13596, 1980г.
Максимальное значение КПД преобразователей такого типа не превышает 20%. Попытки увеличить КПД
таких преобразователей путем применения кристаллов GaAsGa ALN, Cu ZnSnS, JnGaP, JnGaALP с большей шириной запрещенной зоны дали лишь незначительные результаты, а повышение чистоты монокристаллов недопустимо увеличило стоимость конечного продукта. Целью данного изобретения является значительное увеличение КПД солнечной батареи при одновременном снижении стоимости ее производства.
Это достигается тем, что в способе изготовления солнечного фотоэлектрического преобразователя,
включающем нанесение на монокристаллическую базу тоководов и слоев полупроводниковых кристаллов, в которых формируются р-п- и п-р-переходы, в качестве базы используют полированную пластину
сапфира с ориентацией <0001>, а слои полупроводниковых кристаллов наносят на обе стороны базы, при
этом тоководы в виде линий или поверхностей из сверхпроводниковых материалов с кристаллографической структурой, соответствующей структуре слоев полупроводниковых кристаллов, наносят на обе поверхности базы до нанесения слоев полупроводниковых кристаллов.
На прилагаемом чертеже иллюстрируется один из возможных примеров осуществления данного
способа изготовления солнечного фотоэлектрического преобразователя.
На полированной алмазной пастой пластине 1 сапфира любой формы и размеров, толщиной около
300 мкм, по обеим ее сторонам наносят тонкие пленки (1-1,5 мкм) 2 в виде р-п-перехода с заданными
электрофизическими параметрами. В качестве полупроводникового кристалла наиболее целесообразно
использовать арсенид галлия (GaAs) и его твердые растворы (GaAlAs), а также нитрид галлия и его твердые растворы (GaAlN). Пленки твердых растворов арсенида галлия производят путем эпитаксиального
наращивания из органических соединений тех элементов, которые входят в состав твердых растворов.
Сначала наносят пленку р-типа проводимости толщиной 1,5 мкм, а затем пленку п-типа проводимости
такой же толщины. Подложку пластины сапфира ориентируют в направлении <0001>. Постоянная решетка в этом направлении близка к постоянной решетке кристаллов твердых растворов Ga Al N. При
такой ориентации образование дефектов в пленках минимальное.
Организовав р-п-переход на одной стороне пластины, такое же наращивание производят на противоположной стороне пластины.
Перед проведением наращивания р-п-переходов на поверхностях сапфировых пластин наносят
продольные металлические контакты в виде линий 3. После образования р-п-переходов такие же контакты наносят сверху пленок.
Среднее значение КПД у такого преобразователя значительно выше, чем у известных аналогов, и
составляет до 55%, что связано с очень большим коэффициентом пропускания солнечного света пластины сапфира и пленки GaAs (GaAlN). Поэтому часть непоглощенной энергии переходит на противоположную сторону пластины, где расположен такой же р-п-переход. Кроме того, стоимость подобного преобразователя при массовом производстве составляет около 0,8 доллара США за 1 Вт, что в 3-5 раз меньше, чем у известных аналогов.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ изготовления солнечного фотоэлектрического преобразователя, включающий нанесение
на монокристаллическую базу тоководов и слоев полупроводниковых кристаллов, в которых формируются р-п- и п-р-переходы, отличающийся тем, что в качестве базы используют полированную пластину
сапфира с ориентацией <0001>, а слои полупроводниковых кристаллов наносят на обе стороны базы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что тоководы в виде линий или слоев из сверхпроводниковых
материалов с кристаллографической структурой, соответствующей структуре слоев полупроводниковых
кристаллов, наносят на обе поверхности базы до нанесения слоев полупроводниковых кристаллов.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
-1-