СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
SOLAR CELL

Изобретение относится к солнечному элементу.
Солнечные элементы преобразуют солнечный свет в электроэнергию. Это преобразование света в электричество получают посредством фотоэлектрического материала. Фотоэлектрический материал представляет собой полупроводниковый материал, проявляющий фотоэлектрический эффект. При поглощении света таким фотоэлектрическим материалом, электроны в полупроводниковом материале будут возбуждаться, переходя на более высокий энергетический уровень, что приводит к возникновению электрического потенциала, который можно использовать для питания электрического прибора.
Эффективность существующих солнечных элементов все еще оставляет желать лучшего. Высокоэффективные солнечные элементы все еще обладают эффективностью 40%. В результате, необходимо увеличивать число солнечных элементов, чтобы компенсировать такую низкую эффективность, что приводит, например, к тому, что крыши зданий полностью покрывают солнечными панелями, каждая из которых содержит несколько солнечных элементов, только для того, чтобы собрать приемлемое количество солнечной энергии.
Соответственно, задачей изобретения является создание солнечных элементов, обладающих повышенной эффективностью.
Эта задача решается, по словам заявителя, посредством солнечного элемента, содержащего:
- первый слой, имеющий расположенные в шахматном порядке области, содержащие фотоэлектрический слой, и области, содержащие по меньшей мере отражающий слой;
- второй слой, расположенный над первым слоем и на расстоянии от него, причем второй слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия второго слоя совпадают с областями первого слоя, имеющими фотоэлектрический слой;
- слой зажигательного стекла, расположенный над вторым слоем и на расстоянии от него, причем имеющие фотоэлектрический слой области как первого, так и второго слоев, а также области, имеющие по меньшей мере отражающий слой, обращены к слою зажигательного стекла; и
- третий слой, расположенный между первым и вторым слоями, предпочтительно расположенный на втором слое, причем третий слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия третьего слоя совпадают с отверстиями второго слоя, и области третьего слоя, имеющие фотоэлектрический слой, обращены к первому слою.
Слой зажигательного стекла концентрирует свет, падающий на солнечный элемент, и направляет свет к первому и второму слоям. Часть света будет поглощаться фотоэлектрическим слоем второго слоя, а часть света будет поглощаться фотоэлектрическим слоем, благодаря шахматному расположению второго слоя с областями фотоэлектрического материала и отверстиями, через которые часть света может попасть на первый слой.
Часть света, которая падает под углом, будет отражена областями, имеющими по меньшей мере отражающий слой, и будет направлена на фотоэлектрический слой третьего слоя. В результате получают более высокую эффективность, так как в электричество также преобразуют отраженный свет.
В солнечном элементе согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения области первого слоя, имеющие по меньшей мере отражающий слой, имеют ромбовидный или пирамидальный рельеф. Ромбовидный или пирамидальный рельеф гарантирует, что свет, падающий на солнечную панель под углом, будет корректно отражен по направлению к третьему слою.
В солнечном элементе согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения ромбовидный или пирамидальный рельеф покрыт предварительно растянутым графеном, а на первом слое с противоположной от рельефа стороне расположен слой пьезоэлектрического материала.
По словам заявителя, предварительно растянутый графен при нагревании вызывает вибрации. Свет, поступающий в солнечный элемент и поглощаемый фотоэлектрическим материалом, будет генерировать теплоту. Часть этого поглощенного света будет генерировать электрический ток, а оставшаяся часть – теплоту.
Выработанное таким образом тепло будет по меньшей мере частично использовано для того, чтобы предварительно растянутый графен создавал вибрации, и эти вибрации с помощью слоя пьезоэлектрика также преобразуют в электрический ток, который объединяют с электрическим током фотоэлектрических слоев, дополнительно повышая эффективность солнечного элемента.
Согласно еще одному варианту осуществления также содержится четвертый слой пироэлектрического материала, расположенный в теплопроводном контакте с по меньшей мере первым слоем, и воздушная камера, расположенная вдоль пироэлектрического материала, причем эта воздушная камера оснащена клапаном сброса давления.
Посредством пироэлектрического материала любая теплота, выработанная светом в солнечном элементе и не преобразованная иными средствами, может быть использована для создания электрического потенциала на пироэлектрическом материале. Чтобы выработать ток посредством пироэлектрического материала, температура должна колебаться. По словам заявителя, это колебание температуры получают посредством воздушной камеры, расположенной вдоль пироэлектрического материала. Воздух также нагревают, и посредством клапана сброса давления воздух выпускают из камеры, если воздух нагрелся слишком сильно, и, соответственно, давление стало слишком высоким. Когда открывается клапан сброса давления, давление падает и, соответственно, также падает температура. Вследствие таких падений давления получают колебание температуры в пироэлектрическом материале и вырабатывают электрический ток.
Изобретение также относится к солнечной панели, содержащей множество солнечных элементов в соответствии с изобретением, причем солнечные элементы расположены электрически последовательно.
Эти и другие особенности изобретения будут разъяснены во взаимосвязи с сопровождающими чертежами.
На фиг. 1 показан солнечный элемент согласно варианту осуществления изобретения, схематичный вид.
На фиг. 1 солнечный элемент 1 содержит слой 2 зажигательного стекла с множеством сферических частей 3, которые направляют свет L в солнечный элемент 1.
Часть света L падает на области 4 второго слоя 5, имеющие фотоэлектрический слой. Этот второй слой 5 имеет расположенные в шахматном порядке области 4 и отверстия 6, через которые свет L может попадать на первый слой 7.
На первом слое 7 в шахматном порядке расположены области 8 с фотоэлектрическим слоем и области 9 с пирамидальным рельефом и по меньшей мере отражающим слоем, так что свет L, падающий на солнечный элемент 1 под углом, отражается на третий слой 10, который содержит области 11 с фотоэлектрическим материалом.
Области 9 с пирамидальным рельефом также покрыты предварительно растянутым графеном, который будет создавать вибрации вследствие нагрева от света L, падающего на пирамидальные области 9 и отражающегося от них.
Вибрации, вызванные графеном, передаются на слой пьезоэлектрического материала 12, который преобразовывает эти вибрации в электрический ток.
Более того, слой 13 пироэлектрического материала находится в теплопроводящем контакте с первым слоем 7, так что пироэлектрический материал может быть нагрет, и на пироэлектрическом материале может быть создан электрический потенциал.
Чтобы подвергнуть пироэлектрический материал изменениям температуры, которые позволят пироэлектрическому материалу вырабатывать электрический ток, в непосредственном контакте со слоем 13 выполнена воздушная камера 14. Воздушная камера 14 содержит клапан 15 сброса давления, так что давление в воздушной камере 14 можно снизить, если воздух нагреется слишком сильно. Вследствие сброса давления температура в камере 14 также упадет, позволяя пироэлектрическому материалу вырабатывать электрический ток.