СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Полезная модель относится к области электроники и может быть использована при конструировании преобразователей солнечной энергии.
Известен солнечный элемент (SU 1246836, «Солнечный элемент», МПК H01L 31/0216, опубл. 10.05.1996) включающий подложку из полупроводникового материала и металлические контакты, при этом на поверхность подложки нанесена легированная редкоземельными элементами текстурированная пленка сегнето-электрика, ось текстуры которой перпендикулярна поверхности подложки.
Недостатком такого солнечного элемента является недостаточная эффективность преобразования солнечного излучения, связанная с использованием непрозрачного электрода, что понижает эффективную площадь приемной площадки, а также использование подложки большой толщины в качестве полупроводникового слоя.
Известны солнечные элементы (JP 2003078153, «Solar battery utilizing ferroelectric material», МПК H01L 31/04; H01L 31/042, опубл. 14.03.2003; KR 20100128727, «A fabrication method of solar cell using ferroelectric material», МПК H01L 31/042; H01L 31/18, опубл. 08.12.2010; TW 201126731, «Solar cell device and manufacturing method therefor», МПК H01L 31/0224; H01L 31/042, опубл. 01.08.2011) включающие подложку из полупроводникового материала, на одну сторону которой нанесен электрод, а на другую нанесено полупроводниковое покрытие, на поверхности которого находится пленка сегнетоэлектрика и металлические контакты.
Несмотря на то, что использование дополнительного полупроводникового слоя позволило незначительно повысить эффективность преобразования солнечного элемента, у данных аналогов сохранились отмеченные выше недостатки, такие как недостаточная эффективность преобразования солнечного излучения, связанная с использованием непрозрачного электрода, что понижает эффективную площадь приемной площадки.
Наиболее близким к заявляемому является солнечный элемент (RU 116689, «Солнечный элемент», МПК H01L 31/0392, опубл. 27.05.2012) содержащий расположенный на подложке из стекла с включениями наночастиц серебра фотопреобразующий слой с двухсторонним электродным покрытием, причем первый электрод, расположен между подложкой и фотопреобразующим слоем, который выполнен из прозрачного, проводящего оксида металла, а второй электрод выполнен металлическим и непрозрачным.
Недостатком прототипа является недостаточная эффективность преобразования солнечного излучения, связанная с тем, что в случае использования одного слоя сегнетоэлектрического материала не обеспечивается однородность стехиометрического состава по толщине, что приводит к пониженным величинам встроенных полей и как следствие к низкой эффективности преобразования солнечного излучения.
Задачей заявляемой полезной модели является создание солнечного элемента, позволяющего достигнуть технический результат, заключающийся в повышении эффективности преобразования солнечного излучения.
Сущность полезной модели заключается в том, что в солнечный элемент, содержащий подложку из стекла с включениями наночастиц серебра, размещенный на ней первый электрод из прозрачного проводящего оксида металла, второй непрозрачный металлический электрод и размещенный между ними первый фотопреобразующий слой, дополнительно введен второй фотопреобразующий слой, выполненный из титаната свинца, размещенный между первым электродом и первым фотопреобразующим слоем, выполненным из цирконата титаната свинца.
Особенностью предлагаемого устройства является использование структуры из двух фотопреобразующих слоев: первого из цирконата-титаната свинца и дополнительного из титаната свинца. Следствием введения совокупности двух фотопреобразующих слоев является повышение эффективности преобразования солнечного излучения за счет повышения значений встроенных полей, связанных с увеличенными размерами кристаллитов и однородностью стехиометрического состава по толщине фотопреобразующих слоев.
На чертеже (Фиг.1) приведена конструкция предлагаемого устройства.
Солнечный элемент содержит подложку из стекла с включениями наночастиц серебра 1, размещенный на ней первый электрод из прозрачного проводящего оксида металла 2, второй непрозрачный металлический электрод 3 и размещенные между ними первый фотопреобразующий слой 4 из цирконата титаната свинца и второй фотопреобразующий слой 5 выполненный из титаната свинца, размещенный между первым электродом 2 и первым фотопреобразующим слоем 4. Во внешней электрической цепи установлен наноамперметр 6, подключенный к электродам 2 и 3 с помощью выводов 7 и 8 соответственно для измерения тока в режиме короткого замыкания.
При освещении солнечным светом предлагаемого устройства со стороны стеклянной подложки 1, часть ультрафиолетового излучения в диапазоне 250-380 нм поглощается и переизлучается в оптической области (380-740 нм). Следовательно, поток излучения, падающий на прозрачный электрод 2 и фотопреобразующие слои 4 и 5 является суммой потоков прошедшего через стеклянную подложку 1 солнечного света и переизлученного в стеклянной подложке 1. Наличие слоя титаната свинца 5 улучшает структурное совершенство поликристаллического фоточувствительного слоя 4, и в том числе повышая его фоточувствительность. Наличие непрозрачного металлического электрода 3 позволяет осуществлять отражение дошедшего до него излучения через фотопреобразующие слои 4 и 5 обратно. Таким образом, учитывая, что фотопреобразующие слои 4 и 5 работают в видимой области спектра, возникающий во внешней цепи фототок, фиксируемый прибором 6, будет пропорционален сумме потоков.
Предлагаемый солнечный элемент может быть изготовлен, следующим образом.
3
x
1-x
3
Предварительно подготавливают заготовку для стеклянной подложки 1, путем нанесения на нее 100 нм пленки серебра с последующей ее термообработкой при 250°С в течение 3 часов, при которой частицы серебра диффундируют в стеклянную подложку. На подготовленной таким образом стеклянной подложке 1 формируют электрод 2 нанося 1 мкм покрытие ионо-плазменным распылением цинка в среде кислорода. Далее формируют фотопреобразующие слои 5 и 4 путем последовательного нанесения поликристаллических пленок титаната свинца и цирконата-титаната свинца высокочастотным магнетронным распылением мишеней PbTiO и PbZrTiO со сверхстехиометрическим (1,15±0,05) содержанием РbО соответственно. По окончании операции отжига на внешней поверхности пленки цирконата-титаната свинца формируют электрод 3 путем нанесения непрозрачного платинового электродного покрытия толщиной 150 нм с помощью установки ионо-плазменного распыления. К электродам 2 и 3 присоединяют выводы 7 и 8 для подключения к внешней электрической цепи.
Результаты испытаний полученных солнечного элемента в режиме короткого замыкания при освещении подложки 1 галогенной лампой мощностью 20 Вт с расстояния 20 см показывают среднее фототока, равное 9,5 нА. В случае использования в вышеприведенном примере только фоточувствительного слоя цирконата-титаната свинца среднее фототока при аналогичных условиях составило 8,7 нА.
Таким образом, заявляемый солнечный элемент позволяет повысить эффективность преобразования солнечного излучения.