СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ОКСИДА АЛЮМИНИЯ
METHOD OF PRODUCING ALUMINIUM OXIDE-BASED PHOTOCONVERTER

Изобретение относится к области фотоэлектроники, а именно к фотоэлектрическим преобразователям (ФП) для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую.
Наиболее эффективными устройствами для превращения солнечной энергии в электрическую, с энергетической точки зрения, являются полупроводниковые фотоэлектрические преобразователи (ФЭП), поскольку это прямой одноступенчатый переход энергии. КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16%, у лучших лабораторных образцов до 25% [см. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. - Л.: Наука, 1989. - 310 с. - ISBN 5-02-024384-1].
Известен способ изготовления фотопреобразователя, на передней стороне которого образуется оксидная пленка, а легированный слой и контакты находятся на стороне в виде чередующихся точечных областей с p-n переходами [Sinton R.A., Swanson R.M. An optimization study of Si point-contact concentrator solar cell \\ 19 th IEEE Photo volt Special conference, New Orleans, 1987, p 1201-1208].
Недостатком этих фотопреобразователей является сложность процесса изготовления за счет фотолитографического травления и деградации физических свойств под действием солнечного излучения.
9
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления фотопреобразователя, включающий изготовление пористой пластины с размерами пор, равными нанометрам (нм) [см. патент РФ 2410794, МПК H01L 27/142, H01L 31/18, опубл. 27.01.2011].
Недостатком прототипа является высокая сложность изготовления легированных слоев и контактов между микроуглублениями, величины которых 5-10 нм.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности преобразователей солнечной энергии, упрощение технологии изготовления при одновременном снижении ее себестоимости.
Технический результат заключается в увеличении светоприемной поверхности фотопреобразователя.
2
Решение технической задачи достигается тем, что в способе изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия, включающем изготовление пористой пластины с размерами пор, равными нанометрам (нм), согласно изобретению, в качестве пористой пластины используют оксид алюминия, в поры которого осаждают и заполняют полупроводниковый материал, при этом заполнение пор осуществляют при импульсном напряжении прямоугольной формы амплитудой 650-720 В и плотностью тока 8-10 А/см в электролите диметилсульфоксида следующего состава, г/л:
хлорид цинка
8,2-8,35
сера
6,5-7,0
Данный способ позволит увеличить эффективность преобразования солнечной энергии до 25% за счет значительного увеличения светоприемной поверхности при достаточно несложной технологии изготовления и одновременном снижении стоимости технологии.
Сущность изобретения поясняется таблицей, в которой представлены результаты экспериментальных данных лабораторных образцов фотопреобразователей.
Способ изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия реализуется следующим образом.
2
2
2
2
3
Способом двухстороннего электрохимического анодирования изготавливали пластины структурированного пористого оксида алюминия толщиной до 100 мкм и диаметром пор до 600 нм [см. патент РФ №2448202, 20.04.2012]. Анодирование осуществляли в электролите, содержащем борную кислоту 8-12 г/л, щавелевую кислоту - 15-20 г/л, буру - 10-12 г/л, сульфид магния - 15-20 г/л и паравольфрамат аммония - 5-7 г/л при температуре 18-22°C. При этом амплитуда импульса тока анодного полупериода при частоте следования 30-110 Гц и скважности 10-4000. Плотность тока 1,2-1,6 А/см. Затем в электролите на основе диметилсульфоксида, содержащем диметилсульфоксид - 1 л; хлорид цинка - 8,2÷8,35 г/л; серу - 6,5÷7,1 г/л, в поры оксида алюминия осаждали полупроводниковый материал - сульфид цинка. Температура электролита в процессе осаждения составляла 90-135°C. На рабочий электрод подавали анодное импульсное напряжение прямоугольной формы амплитудой 650-720 В и плотностью тока 8-10 А/см. Затем на одну из сторон пластины оксида (предварительно обработанных) наносили прозрачный проводящий слой ITO (SnO и InO), а на другую - проводящий слой алюминия.
Как видно из таблицы, данный способ увеличивает эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую на 40-50% по сравнению с прототипом за счет использования наноструктурированного пористого оксида алюминия, заполненного полупроводниковым материалом, и состава компонентов электролита.
Использование предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя на основе оксида алюминия позволит по сравнению с прототипом увеличить эффективность преобразования солнечной энергии, за счет значительного увеличения светоприемной поверхности при достаточно несложной технологии изготовления и одновременном снижении стоимости технологии.
Таблица
Результаты экспериментальных данных лабораторных образцов фотопреобразователей
№ п/п
Размеры образцов алюминия
Толщина оксидной пленки мкм
Диаметр пор нм
Состав электролита
Амплитуда импульсов, В
Плотность тока, А/см
Температура, °C
КПД, %
Толщина мкм
Диаметр нм
Диметилсульф оксид, л
Хлорид цинка, г/л
Сера, г/л
1
90
180
102
550
1
8,3
6,4
700
8,05
125
13,5
2
95
180
105
600
1
8,3
7,2
700
9,95
125
14
3
98
180
110
580
1
8,27
6,85
700
9,7
125
24,5
4
100
180
112
570
1
8,1
6,9
700
8,4
125
18
5
100
180
108
600
1
8,4
6,9
700
8,8
125
15
6
100
180
110
600
1
8,27
6,85
700
9,8
85
X
7
100
180
111
590
1
8,27
6,85
700
9,7
140
XX
X - осаждение отсутствует;XX - диметилсульфат начинает испаряться.