З’ясування поділу носіїв заряду та механізму роботи CH3NH3PbI3-xClx…

US20050145274A1. Дискретні та інтегровані фотоелектричні сонячні елементи. Патенти Google

Номер публікації US20050145274A1 US20050145274A1 US10/958, 698 US95869804A US2005145274A1 US20050145274 A1 US20050145274 A1 US20050145274A1 US95869804 A US95869804 A US95869804A US2005145274 A1 US2005145274 A1 US2005145274A1 Авторитет США Сполучені Штати Америки Рівень техніки ключові слова підкладка комірки клітинний пристрій ізоляція комірок дата попереднього рівня техніки 2003-10-03 Правовий статус (Правовий статус є припущенням, і не є правовим висновком. Google не проводив юридичного аналізу і не робить жодних заяв щодо точності наведеного статусу.) Номер заявки US10/958,698 Інші версії US8334451B2 ( en ) Винахідник Nestore Polce Ronald Clark Nathan Zommer Поточний правонаступник (Перераховані правонаступники можуть бути неточними. Google не проводив юридичного аналізу і не дає жодних запевнень чи гарантій щодо точності цього списку.) Littelfuse Inc Первісний правонаступник IXYS LLC Дата пріоритету (Дата пріоритету є припущенням і не є юридичним висновком). Компанія Google не проводила юридичного аналізу і не робить жодних заяв щодо точності вказаної дати.) 2003-10-03 Дата подання 2004-10-04 Дата публікації 2005-07-07 Пріоритет заявлений від US50835103P зовнішній пріоритет 2004-10-04 Заявка подана IXYS LLC подана Критична IXYS LLC 2004-10-04 Пріоритет від US10/958,698 пріоритет Критичний патент/US8334451B2/en 2005-03-14 Переуступлено IXYS CORPORATION переуступка IXYS CORPORATION ПЕРЕУСТУПКА ПРАВА ЗАЦІКАВЛЕНОСТІ ЗАЦІКАВЛЕНОСТІ ЗАЦІКАВЛЕНИХ ОСІБ (ДЕТАЛЬНІШІ ВІДОМОСТІ НАДАТИ В ДОКУМЕНТАЦІЇ). Власники: Кларк (Clark), Рональд П: CLARK, RONALD P., POLCE, NESTORE, ZOMMER, NATHAN 2005-07-07 Публікація публікації US20050145274A1 Критичний патент/US20050145274A1/en 2012-12-18 Заявка надана надана надана Критичний 2012-12-18 Публікація публікації US8334451B2 Критичний патент/US8334451B2/en 2018-03-31 Переуступлено IXYS, LLC переуступка IXYS, LLC ЗЛИТТЯ ТА ЗМІНА НАЗВИ (ДЕТАЛЬНІШІ ВІДОМОСТІ ДИВІТЬСЯ В ДОКУМЕНТІ). Правонаступники: IXYS CORPORATION, IXYS, LLC 2019-05-01 Переуступлено LITTELFUSE, INC. переуступка LITTELFUSE, INC. ВІДСТУПЛЕННЯ ПРАВА ВИМОГИ ЦЕДЕНТА (ДОКЛАДНІШЕ ДИВ. У ДОКУМЕНТІ). Правонаступники: IXYS, LLC Статус Активний правовий статус Критичний Поточний 2027-11-07 Скоригований термін дії правовий статус Критичний

Посилання

  • 239000000758 підкладка Речовини 0.000 пунктів формули винаходу реферат опис 75
  • 238000002955 способи ізоляції 0.000 пунктів формули винаходу реферат опис 27
  • 239000004065 напівпровідникові речовини 0.000 пунктів формули винаходу реферат опис 19
  • 229910021420 полікристалічний кремній Неорганічні матеріали 0.000 пунктів формули реферат опис 12
  • 229920005591 полікремнієві полімери 0.000 пунктів формули винаходу реферат опис 12
  • RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N миш’як Хімічна сполука [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 пунктів формули винаходу реферативний опис 7
  • 229910052785 миш’як Неорганічні матеріали 0.000 пунктів формули реферативний опис 7
  • 238000005468 Методи іонної імплантації 0.000 пунктів формули винаходу реферат опис 6
  • 229910052710 кремній Неорганічні матеріали 0.000 пунктів формули опис 20
  • 239000010703 Речовини кремнію 0.000 пунктів формули опис 20
  • XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N кремній Хімічна сполука [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 пунктів формули опис 18
  • 239000012212 ізолятор Речовини 0.000 пунктів формули опис 2
  • 229910052751 метал Неорганічні матеріали 0.000 опис 22
  • 239000002184 метал Речовини 0.000 опис 22
  • 238000005516 інженерний процес Способи 0.000 опис 16
  • VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N кремнію діоксид Хімічна сполука O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 опис 12
  • 238000000034 спосіб Методи 0.000 опис 6
  • 235000012239 кремнію діоксид Харчові продукти 0.000 опис 6
  • 239000000377 діоксид кремнію Речовини 0.000 опис 6
  • 235000012431 пластини харчові 0.000 опис 6
  • 238000004519 виробничий процес Способи 0.000 опис 5
  • 238000005247 способи одержання 0.000 опис 4
  • 229920002120 фотостійкий полімер Полімери 0.000 опис 4
  • 239000004020 провідник Речовини 0.000 опис 3
  • 229920003023 пластик Полімери 0.000 опис 3
  • 229910052782 алюміній Неорганічні матеріали 0.000 опис 2
  • XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N алюміній Хімічна сполука [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 опис 2
  • 239000012141 концентрат Речовини 0.000 опис 2
  • 239000002019 допінг-агент Речовини 0.000 опис 2
  • 238000005530 травлення Методи 0.000 опис 2
  • 238000000227 подрібнення Методи 0.000 опис 2
  • 239000012535 домішки Речовини 0.000 опис 2
  • 239000000463 матеріал Речовини 0.000 опис 2
  • 239000000203 суміш Речовини 0.000 опис 2
  • 230000015572 біосинтетичний процес Ефекти 0.000 опис 1
  • ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N бор Хімічна сполука [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 опис 1
  • 229910052796 бор Неорганічні матеріали 0.000 опис 1
  • 239000003990 конденсатор Речовини 0.000 опис 1
  • 229910010293 керамічний матеріал Неорганічні матеріали 0.000 опис 1
  • 230000000875 відповідний Ефекти 0.000 опис 1
  • 238000000151 осадження Методи 0.000 опис 1
  • 238000010586 діаграма Методи 0.000 опис 1
  • -1 e.g. Речовини 0.000 опис 1
  • 238000005538 методи інкапсуляції 0.000 опис 1
  • 238000004146 накопичення енергії Методи 0.000 опис 1
  • 238000005755 реакція утворення Методи 0.000 опис 1
  • 239000011521 скло Речовини 0.000 опис 1
  • 230000003760 блиск для волосся Ефекти 0.000 опис 1
  • 238000003780 введення Методи 0.000 опис 1
  • 239000011810 ізоляційний матеріал Речовини 0.000 опис 1
  • 238000004377 мікроелектронні методи 0.000 опис 1
  • 229910021421 кремній монокристалічний Неорганічні матеріали 0.000 опис 1
  • 230000005693 оптоелектроніка Ефекти 0.000 опис 1
  • 238000000059 методи моделювання 0.000 опис 1
  • 229920000642 полімер Полімери 0.000 опис 1
  • KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M калію гідроксид Неорганічні матеріали [OH-].[K] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 опис 1
  • 238000005215 рекомбінація Методи 0.000 опис 1

Зображення

Класифікації

  • H. ЕЛЕКТРИКА
  • H01. ЕЛЕКТРИЧНІ ЕЛЕМЕНТИ
  • H01L. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ, НЕ ВКЛЮЧЕНІ ДО КЛАСУ H10
  • H01L31/00. Напівпровідникові прилади, чутливі до інфрачервоного випромінювання, світла, електромагнітного випромінювання з меншою довжиною хвилі або корпускулярного випромінювання і спеціально пристосовані або для перетворення енергії такого випромінювання в електричну енергію, або для керування електричною енергією за допомогою такого випромінювання; способи або пристрої, спеціально пристосовані для їх виготовлення або обробки чи їх частин; їх деталі
  • H01L31/04. Напівпровідникові прилади, чутливі до інфрачервоного випромінювання, світла, електромагнітного випромінювання з коротшою довжиною хвилі або корпускулярного випромінювання і спеціально пристосовані або для перетворення енергії такого випромінювання в електричну енергію, або для керування електричною енергією за допомогою такого випромінювання; способи або пристрої, спеціально пристосовані для виготовлення або обробки цих приладів або їх частин; частини цих приладів, пристосовані як пристрої для фотоелектричного перетворення
  • H01L31/042. фотоелектричні модулі або масиви одиночних фотоелементів
  • H01L31/05. електричні засоби з’єднання між фотоелементами всередині фотоелектричного модуля, е.g. послідовним з’єднанням фотоелементів
  • H01L31/0504. Засоби електричного з’єднання між фотоелементами всередині фотоелектричного модуля, e.g. послідовне з’єднання фотоелементів, спеціально пристосоване для послідовного або паралельного з’єднання сонячних елементів у модулі
  • H01L31/0508. Засоби електричного з’єднання між фотоелементами всередині фотоелектричного модуля, е.g. послідовне з’єднання фотоелементів, спеціально пристосоване для послідовного або паралельного з’єднання сонячних елементів у модулі, засоби з’єднання яких мають певну форму
  • H. ЕЛЕКТРИКА
  • H01. ЕЛЕКТРИЧНІ ЕЛЕМЕНТИ
  • H01L. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ, НЕ ВКЛЮЧЕНІ ДО КЛАСУ H10
  • H01L31/00. Напівпровідникові прилади, чутливі до інфрачервоного випромінювання, світла, електромагнітного випромінювання з меншою довжиною хвилі або корпускулярного випромінювання і спеціально пристосовані або для перетворення енергії такого випромінювання в електричну енергію, або для керування електричною енергією за допомогою такого випромінювання; способи або пристрої, спеціально пристосовані для їх виготовлення або обробки чи їх частин; їх деталі
  • H01L31/04. Напівпровідникові прилади, чутливі до інфрачервоного випромінювання, світла, електромагнітного випромінювання з коротшою довжиною хвилі або корпускулярного випромінювання і спеціально пристосовані або для перетворення енергії такого випромінювання в електричну енергію, або для керування електричною енергією за допомогою такого випромінювання; способи або пристрої, спеціально пристосовані для їх виготовлення або обробки, або їх частин; їх частини, пристосовані як пристрої для фотоелектричного перетворення
  • H01L31/042. Фотоелектричні модулі або масиви з окремих фотоелементів
  • H01L31/0475. Масиви фотоелектричних елементів, утворені елементами з планарним, е.g. повторювані, конфігурація на одній напівпровідниковій підкладці; мікромасиви фотоелементів
  • H. ЕЛЕКТРИКА
  • H01. ЕЛЕКТРИЧНІ ЕЛЕМЕНТИ
  • H01L. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ, НЕ ВКЛЮЧЕНІ ДО КЛАСУ H10
  • H01L31/00. Напівпровідникові прилади, чутливі до інфрачервоного випромінювання, світла, електромагнітного випромінювання з меншою довжиною хвилі або корпускулярного випромінювання і спеціально пристосовані або для перетворення енергії такого випромінювання в електричну енергію, або для керування електричною енергією за допомогою такого випромінювання; способи або пристрої, спеціально пристосовані для їх виготовлення або обробки чи їх частин; їх деталі
  • H01L31/04. Напівпровідникові прилади, чутливі до інфрачервоного випромінювання, світла, електромагнітного випромінювання з меншою довжиною хвилі або корпускулярного випромінювання і спеціально пристосовані або для перетворення енергії такого випромінювання в електричну енергію, або для керування електричною енергією за допомогою такого випромінювання; процеси або пристрої, спеціально пристосовані для їх виготовлення або обробки, або їх частин; їх частини, пристосовані як фотоелектричні перетворювальні пристрої
  • H01L31/042. фотоелектричні модулі або масиви одиночних фотоелементів
  • H01L31/048. Інкапсуляція модулів
  • H. ЕЛЕКТРИКА
  • H01. ЕЛЕКТРИЧНІ ЕЛЕМЕНТИ
  • H01L. НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИСТРОЇ, НЕ ВКЛЮЧЕНІ ДО КЛАСУ H10
  • H01L31/00. Напівпровідникові прилади, чутливі до інфрачервоного випромінювання, світла, електромагнітного випромінювання коротшої довжини хвилі або корпускулярного випромінювання і спеціально пристосовані або для перетворення енергії такого випромінювання в електричну енергію, або для керування електричною енергією за допомогою такого випромінювання; способи або пристрої, спеціально пристосовані для їх виготовлення або обробки, або їх частин; їх деталі
  • H01L31/04. Напівпровідникові прилади, чутливі до інфрачервоного випромінювання, світла, електромагнітного випромінювання коротшої довжини хвилі або корпускулярного випромінювання і спеціально пристосовані або для перетворення енергії такого випромінювання в електричну енергію, або для керування електричною енергією за допомогою такого випромінювання; способи або пристрої, спеціально пристосовані для виготовлення або обробки цих приладів або їхніх частин; їхні частини, пристосовані як пристрої для фотоелектричного перетворення
  • H01L31/042. Фотоелектричні модулі або масиви одиночних фотоелементів
  • H01L31/05. Засоби електричного з’єднання між фотоелектричними елементами всередині фотоелектричного модуля, e.g. послідовне з’єднання фотоелементів
  • H01L31/0504. Засіб електричного з’єднання між фотоелектричними елементами всередині фотоелектричного модуля, е.g. послідовне з’єднання фотоелементів, спеціально пристосоване для послідовного або паралельного з’єднання сонячних елементів у модулі
  • Y. ЗАГАЛЬНА КАТЕГОРІЯ НОВИХ ТЕХНІЧНИХ РОЗРОБІТ; ЗАГАЛЬНА КАТЕГОРІЯ ПЕРЕХІДНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, що охоплюють декілька розділів МПК; ТЕХНІЧНІ ОБ’ЄКТИ, що охоплюються колишніми перехресними довідковими колекціями творів мистецтва [XRACs] та збірниками USPC
  • Y02. ТЕХНОЛОГІЇ АБО ЗАСТОСУВАННЯ ДЛЯ ПОМ’ЯКШЕННЯ НАСЛІДКІВ ЗМІНИ КЛІМАТУ АБО АДАПТАЦІЇ ДО НИХ
  • Y02E. СКОРОЧЕННЯ ВИКИДІВ ПАРНИКОВИХ ГАЗІВ [GHG], ПОВ’ЯЗАНИХ З ВИРОБНИЦТВОМ, ПЕРЕДАЧЕЮ АБО РОЗПОДІЛОМ ЕНЕРГІЇ
  • Y02E10/00. виробництво енергії за допомогою відновлюваних джерел енергії
  • Y02E10/50. фотоелектрична [PV] енергія

Анотація

Пристрій фотоелектричного (ФЕ) елемента містить першу напівпровідникову підкладку; другу напівпровідникову підкладку, з’єднану з першою напівпровідниковою підкладкою; ізоляційний шар, розташований між першою та другою підкладками для електричної ізоляції першої підкладки від другої підкладки; множину ФЕ елементів, визначених на першій підкладці, причому кожен ФЕ елемент включає область n-типу та область p-типу; безліч вертикальних траншей, передбачених у першій підкладці для розділення фотоелементів, причому вертикальні траншеї закінчуються ізоляційним шаром; безліч ізоляційних структур, передбачених у вертикальних траншеях, кожна ізоляційна структура включає перший ізоляційний шар, що включає оксид, і другий ізоляційний шар, що включає полікремній; і з’єднувальний шар, виконаний за зразком для з’єднання фотоелементів, щоб забезпечити X кількість фотоелементів, розташованих послідовно, і Y кількість фотоелементів, розташованих паралельно. Області n-типу формують шляхом виконання іонної імплантації миш’яку, щоб забезпечити малу глибину переходу для областей n-типу, так що фотоелектричний пристрій оптимізовано для сонячного світла.

Опис

У цій заявці заявлено пріоритет від U.S. Попередня патентна заявка No. 60/508,351, подана в жовтні. 3, 2003, який включено за посиланням.

Сучасні високоефективні фотоелектричні (“PV”) сонячні елементи були введені як компонент в матрицю (чіп) або пластину. Типовий виробник сонячних елементів використовує напівпровідникові виробничі процеси, які спеціалізуються на виробництві фотоелектричних сонячних елементів. Той же виробник продає сонячні елементи у вигляді чіпів або пластин. Кожен сонячний елемент формується на одній мікросхемі або пластині. Покупець цих елементів потім збирає їх у великі панелі в послідовній або послідовно-паралельній комбінації, щоб отримати більшу вихідну потужність, ніж це можливо з одного монолітного сонячного елемента.

Сонячний елемент, в своїй базовій формі, являє собою p/n перехід (діод), який генерує 0.4-0.7 вольт, коли на нього падає світло. Високоефективні елементи виробляють більш високий діапазон напруги, який становить близько 0.65v до 0.7v. Відповідно, користувач цих елементів, як правило, повинен з’єднати їх послідовно, щоб генерувати вищу, більш корисну напругу. Безліч таких масивів сонячних елементів з’єднані паралельно для отримання більшого вихідного струму, тим самим генеруючи більшу електричну потужність.

Для отримання 6 вольт на виході, 10 фотоелементів зазвичай з’єднуються послідовно. Кожна мікросхема повинна бути ізольована одна від одної і з’єднана за схемою, як показано на рисунку. 1A. де сонячні елементи PV1. PV10 з’єднані послідовно. Потенціал вузла 1 приблизно на 6 вольт вищий за потенціал вузла 20.

ФІГУРА. На фіг. 1B показано склеювання і монтаж на підкладці 80, де фотоелектричні мікросхеми 41-50, що представляють 10 фотоелементів, з’єднані послідовно. FIG. 1B ілюструє конфігурацію компонентів, що відповідає рисунку. 1A. З’єднання здійснюється за допомогою струмопровідних проводів 61-71. Кубики встановлені на провідникових прокладках 21-30. Як показано, багато додаткових компонентів (наприклад.g., з’єднувальні дроти, провідникові прокладки та підкладка) необхідні для послідовного розміщення сонячних елементів і отримання більш високої вихідної напруги. Це призводить до збільшення матеріальних і трудових витрат.

Одним із запропонованих рішень було використання технології діелектричної ізоляції (DI). Ця технологія забезпечує монолітну мікросхему або підкладку з більш високою вихідною напругою без використання з’єднувальних проводів, провідникових прокладок та інших зовнішніх компонентів. Технологія DI може бути використана для отримання монолітної підкладки з безліччю сонячних елементів. Спочатку на лицьову сторону кремнієвої підкладки наноситься шар фоторезисту. На фоторезист наноситься малюнок і витравлюється, щоб оголити певні ділянки кремнієвої підкладки. Відкриті частини протравлені, щоб сформувати безліч канавок на підкладці. Потім фоторезист видаляється.

Підкладка легується домішками для формування заглибленого шару. На похованому шарі формується оксидний шар. На шар оксиду наноситься шар полікремнію товщиною 500 мкм і більше. Потім підкладка перевертається і шліфується, щоб видалити надлишки кремнієвої підкладки на зворотному боці.

Технологія DI є дорогою і, як правило, вважається непрактичною. Ця технологія, як пояснювалося вище, вимагає осадження товстого шару полікремнію, а потім механічного грубого шліфування, що є дорогим і призводить до високого рівня дефектів. Крім того, за допомогою технології DI складно виготовляти малогабаритні сонячні елементи через великий крок подрібнення.

Даний винахід відноситься до множини фотоелектричних (ФЕП) сонячних елементів, сформованих на одній або монолітній напівпровідниковій підкладці. Ці фотоелементи інтегровані як один фотоелектричний пристрій, який видає задану напругу. Вихідна напруга фотоелектричного пристрою може бути налаштована до бажаного рівня шляхом відповідного послідовного з’єднання заданої кількості фотоелементів під час етапів виготовлення фотоелектричного пристрою. Аналогічно, вихідний струм також налаштовується до бажаного рівня шляхом відповідного паралельного з’єднання фотоелементів під час виготовлення фотоелектричного пристрою. Ці послідовні та паралельні з’єднання отримують шляхом формування шару з’єднувального (або металевого) шару, який наноситься на поверхню сонячних елементів.

Використовуючи мікроелектронні методи, розкриті в цьому документі, отриманий фотоелектричний пристрій, який виводить високу напругу (e.g., 3 вольт) виконано значно меншим, ніж звичайний пристрій, який видає порівнянну напругу (див. Фіг. 1B ). У даному варіанті, відносно невеликий фотоелектричний пристрій може бути упакований в прості корпуси, подібні до тих, що використовуються в дискретних напівпровідникових пристроях, наприклад, з.g., Світлодіоди, транзисторні діоди тощо., з прозорою пластиковою оболонкою.

У цьому документі упакований пристрій, що включає фотоелектричну матрицю, називається “упакованим фотоелектричним пристроєм”.” Упакований фотоелектричний пристрій може включати один або кілька фотоелектричних кубиків, а також інші компоненти. У цьому документі “фотоелектричний пристрій”, як правило, означає матрицю, що включає один або декілька сонячних елементів. Однак, фотоелектричний пристрій може також стосуватися упакованого фотоелектричного пристрою, зокрема, коли він використовується у формулі винаходу.

В одному варіанті реалізації упакований фотоелектричний пристрій має безліч виводів, наприклад.g., два виводи, і може бути використаний як дискретний компонент у потрібній схемі або виробі. Такий дискретний продукт (або один упакований продукт) містить один або кілька невеликих, упакованих фотоелектричних пристроїв з високовольтними виходами. Кожен фотоелектричний пристрій або матриця генерує близько 0.6-0.7 вольт на виході. Дискретний продукт забезпечує роботу портативних електронних пристроїв з автономними зарядними пристроями, а саме з використанням світлової енергії для зарядки акумулятора. З використанням такого дискретного продукту бездротові електронні пристрої або прилади можуть бути встановлені практично в будь-якому місці і працювати без фіксованої лінії електропередач. Ці електронні пристрої можуть живитися від сонячної енергії за допомогою високоефективних фотоелектричних пристроїв, описаних в цьому документі.

Модемні ІС часто вимагають дуже низьких робочих струмів або струмів спокою, які справжні фотоелектричні пристрої можуть живити шляхом заряджання акумулятора або конденсаторів для зберігання енергії в ІС як частини електронного пристрою. Справжній фотоелектричний пристрій цього винаходу може використовуватися в різних електронних пристроях, наприклад.g., дистанційні датчики, які є бездротовими і не потребують підключення до лінії електропередач. Крім того, самі фотоелектричні кубики можуть бути використані як частина батарей для внутрішнього заряджання батарей, якщо фотоелектричний пристрій реалізований як частина батареї. Для зарядки батарей потрібно підібрати фотоелектричний пристрій потрібної напруги. Для 1.5-вольтові батареї, фотоелектричний пристрій, що має 3 фотоелементи, які інтегровані для забезпечення приблизно 1.У даній реалізації потрібно 8 вольт. Кількість фотоелементів, які необхідно з’єднати послідовно, залежить від вихідної напруги, необхідної для фотоелектричного пристрою.

В одному варіанті фотоелектричний (ФЕ) пристрій містить першу напівпровідникову підкладку; другу напівпровідникову підкладку, з’єднану з першою напівпровідниковою підкладкою; ізоляційний шар, розташований між першою та другою підкладками для електричної ізоляції першої підкладки від другої підкладки; множину ФЕ, визначених на першій підкладці, причому кожна ФЕ включає область n-типу та область p-типу; безліч вертикальних траншей, передбачених у першій підкладці для розділення фотоелементів, причому вертикальні траншеї закінчуються ізоляційним шаром; безліч ізоляційних структур, передбачених у вертикальних траншеях, причому кожна ізоляційна структура включає перший ізоляційний шар, що включає оксид, і другий ізоляційний шар, що включає полікремній; і з’єднувальний шар з малюнком для з’єднання фотоелементів, щоб забезпечити X кількість фотоелементів послідовно і Y кількість фотоелементів паралельно. Області n-типу формуються шляхом виконання іонної імплантації миш’яку, щоб забезпечити невелику глибину переходу для областей n-типу, так що фотоелектричний пристрій оптимізований для сонячного світла.

Кожна траншея має ширину отвору, що перевищує 5,000 ангстрем. Кожна траншея може мати ширину щонайменше 2 мкм або ширину близько 3 мкм або більше.

У ще одному варіанті реалізації упакований фотоелектричний (ФЕП) пристрій включає ФЕП-структуру, що включає структуру кремній на кремнії (SOI). Фотоелектрична структура містить першу кремнієву напівпровідникову підкладку; другу напівпровідникову підкладку, з’єднану з першою підкладкою; ізоляційний шар, розташований між першою і другою підкладками для електричної ізоляції першої підкладки від другої підкладки; множину фотоелементів, розташованих на першій підкладці, причому кожен фотоелемент включає область n-типу і область p-типу; множину траншей, передбачених у першій підкладці для розділення фотоелементів, кожна траншея має ширину більше 1 мкм; множину ізоляційних структур, передбачених у траншеях, кожна ізоляційна структура включає перший ізоляційний шар, що включає оксид, і другий ізоляційний шар, що включає полікремній; і з’єднувальний шар, виконаний за зразком для з’єднання фотоелементів, щоб забезпечити X кількість фотоелементів послідовно і Y кількість фотоелементів паралельно, причому n-тип і p-тип ілюструють множину фотоелементів, визначених наРегіони типу n формуються шляхом іонної імплантації миш’яку, щоб забезпечити малу глибину з’єднання для регіонів n-типу. Упакований фотоелектричний пристрій також включає електронний компонент для виконання заданої функції; і прозорий корпус, який охоплює як фотоелектричну структуру, так і електронний компонент.

FIG. 1B ілюструє множину фотоелементів, з’єднаних послідовно з використанням звичайного методу з’єднання проводів.

FIG. 2А ілюструє поперечний переріз фотоелектричного пристрою згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу.

РИСУНКИ FIG. 2B ілюструє спосіб формування фотоелектричного пристрою згідно з іншим варіантом реалізації цього винаходу.

FIG. 3 ілюструє процес формування фотоелектричного пристрою згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу.

FIG. 4A ілюструє монолітну підкладку або матрицю, що визначає множину фотоелектричних елементів згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу.

ФІГ.4A ІЛЮСТРУЄ ВИГЛЯД ДИСКРЕТНОГО ФОТОЕЛЕКТРИЧНОГО ПРИСТРОЮ 100 ЗГІДНО З ОДНИМ ВАРІАНТОМ. 4B ілюструє металевий шар, сформований над підкладкою на фіг. 4A для отримання виходу 8 вольт згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу.

ФІГ. 4C ілюструє металевий шар, сформований над підкладкою FIG. 4A для отримання 16-вольтового виходу згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу.

ФІГ. 4D ілюструє металевий шар, сформований над підкладкою FIG. 4А для отримання 2 вольтового виходу згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу.

FIG. 4E ілюструє металевий шар, сформований над підкладкою FIG. 4A для отримання 4-вольтового виходу згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу.

FIG. 5А ілюструє модуль сонячного елемента з лінзою згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу.

РИСУНОК. 5B ілюструє модуль сонячного елемента з лінзою згідно з іншим варіантом реалізації цього винаходу.

FIG. Фіг. 5С ілюструє модуль сонячного елемента з лінзою відповідно до ще одного варіанту реалізації цього винаходу.

Цей винахід відноситься до фотоелектричних сонячних елементів. Частково з причин, описаних вище в довідковій інформації, варіанти реалізації цього винаходу забезпечують структуру і спосіб виготовлення фотоелектричної мікросхеми, яка може забезпечити вихід високої напруги шляхом інтеграції декількох одиночних фотоелектричних діодів сонячного елемента в одній монолітній підкладці, д.g., кремнієву підкладку або кристал.

ФІГ. 2A ілюструє вигляд у поперечному перерізі дискретного фотоелектричного пристрою або матриці 100 згідно з одним варіантом реалізації. Фотоелектричний пристрій 100 формується з використанням технології SOI (кремній на ізоляторі) для виготовлення високоефективних масивів фотоелементів на одній напівпровідниковій матриці. Плашка упакована як єдиний дискретний пристрій. Фотоелектричний пристрій включає першу кремнієву підкладку 101 і другу кремнієву підкладку 102. Принаймні одну з двох підкладок термічно окислюють з утворенням шару діоксиду кремнію 91. Дві підкладки з’єднані між собою за допомогою шару діоксиду кремнію між ними. Це створює скріплену структуру 200. Ця структура також називається структурою, пов’язаною з підкладкою (WBS), оскільки підкладки, як правило, використовуються в сучасній технології SOI. Як добре відомо фахівцям в даній галузі, безліч фотоелектричних пристроїв визначаються на WBS і розрізаються на безліч фотоелектричних пристроїв або кубиків.

Фотоелектричні пристрої формують на WBS 200 з використанням методів виготовлення напівпровідників (див. Фіг. 3 ). Шар фоторезисту наносять на верхню сторону WBS 200 і формують його таким чином, щоб оголити певні ділянки першої підкладки 101 (стадія 302). Відкриті ділянки протравлюють для формування множини канавок (стадія 304). Ці траншеї використовуються для ізоляції ванн або активних областей, на яких формуються фотоелектричні сонячні елементи. Траншеї мають ширину близько 3 мкм для забезпечення ізоляції між сусідніми фотоелементами. Бокові стінки траншеї легуються, щоб забезпечити внутрішні місця для гетерування дефектів матеріалу і домішок (крок 306). Шар діоксиду кремнію осаджують або термічно вирощують на бокових стінках траншеї, на яких сформовані місця для збирання (етап 308). Шар діоксиду кремнію переважно має товщину принаймні близько 3000 ангстрем. Поверх діоксиду кремнію формується шар нелегованого полікремнію для заповнення траншей (крок 310). Оксид уздовж не використовується для повного заповнення траншей, оскільки він має відносно високу напругу. Зі збільшенням товщини оксиду, нанесеного на кремнієву підкладку, збільшується і навантаження на кремній. Наприклад, оксид, товщина якого перевищує приблизно 5000 ангстрем, може спричинити механічне руйнування і пошкодити кристалічну структуру кремнію, що лежить в основі. Тобто, механічне ковзання спричинене високим напруженням, що виникає внаслідок товстого оксиду. Щоб запобігти цьому, полікремній, який чинить менше навантаження на кремній, використовується разом з оксидом для заповнення траншей і діє як ізоляційний матеріал, що ізолює сусідні трубки.

Посилаючись на Фіг. 2A. WBS 200 показує безліч фотоелементів (PV1, PV2 і PV3), сформованих на першій кремнієвій підкладці. Ізоляційні конструкції 92 і 93 електрично ізолюють фотоелементи. Ізоляційні структури включають шар оксиду і шар нелегованого полікремнію, як описано вище. Кожна ванна є діодом і включає область p-типу та область n-типу. З’єднувач, як правило, металевий, з’єднує ванни або фотоелементи послідовно або паралельно відповідно до бажаної конфігурації.

РИСУНОК. 2B ілюструє вигляд у поперечному перерізі фотоелектричного пристрою 400 згідно з іншим варіантом реалізації цього винаходу. Фотоелектричний пристрій 400 включає безліч ванн 402, 404 і 406. Ванночки сформовані на першій кремнієвій підкладці 412, яка накриває шар оксиду 414. Друга кремнієва підкладка (не показана) розташована під шаром оксиду. Фотоелектричний пристрій 400 виконаний на структурі з підкладкою або структурі SOI, як і у випадку з фотоелектричним пристроєм 100 на Фіг. 2A.

Кожна ванна являє собою сонячний елемент або PN-перехідний діод, який генерує електричний струм, коли на нього потрапляє світло або фотони направляються на його поверхню. Корпуси ванн мають п-подібні ділянки 416, 418 і 420. Ці області мають концентрацію легуючої домішки приблизно від 4 e14 до 7 e14 бору, і їх можна назвати p-областями. Області N-типу 422, 424 і 426 формуються на верхній стороні областей p-типу. Вони мають концентрацію легуючої домішки 5 e19 миш’яку і можуть бути віднесені до n- або емітерних областей і можуть бути відрегульовані як за глибиною переходу, так і за питомим опором, щоб бути оптимізованими для різних довжин хвиль світла.

Наприклад, в даному варіанті реалізації n-області формуються за допомогою іонної імплантації миш’яку, щоб забезпечити невелику глибину з’єднання близько 1 мікрона або менше. Глибина переходу переважно повинна бути не більше 2 мкм, щоб мінімізувати рекомбінацію фотонів в ньому і забезпечити високоефективні фотоелементи. Глибина з’єднання, що розглядається, і глибина ванни налаштовані для оптимальної роботи під сонячним світлом і флуоресцентним світлом.

Металевий з’єднувач 432 з’єднує послідовно ванни 402, 404 і 406 для отримання високої напруги на виході. Металевий з’єднувач утворюється шляхом осадження металевого шару, e.g., алюмінію, а потім травлять його для отримання бажаної схеми з’єднання. Металевий шар може бути структурований для отримання бажаної кількості послідовно з’єднаних ванн для забезпечення бажаної вихідної напруги. Аналогічно, металевий шар може бути сформований таким чином, щоб отримати бажану кількість ванночок в паралельному з’єднанні для забезпечення бажаного рівня вихідного струму.

Кремнієві ванночки розділені ізоляційними структурами 442, сформованими в безлічі траншей. У даному варіанті реалізації траншеї протравлені вертикально (анізотропно). Бокові стінки траншей легують, щоб забезпечити геттерингові майданчики 444. На місцях гетерування формується шар діоксиду кремнію 446. Нелегований полікремній осаджують у траншеї та хіміко-механічно полірують (ХМП) для формування полікремнієвих пробок 448, які використовують для заповнення траншей.

На додаток до ізоляційних структур 442, ванни 402, 404 і 406 електрично ізольовані одна від одної шляхом формування їх на оксидному шарі 414, який був попередньо сформований для з’єднання першої і другої підкладок в технології SOI.

Використовуючи вищезгадану технологію SOI, отриману матрицю можна масштабувати для більшого струму, включивши більшу площу фотоелектричних діодів для більшого вихідного струму і більше послідовно з’єднаних фотоелектричних ізольованих елементів для більшої вихідної напруги. Завдяки використанню кремнієвих підкладок, які є високоякісним монокристалічним кремнієм, фотоелектричні елементи виробляють електричну енергію з вищою ефективністю, ніж технологія DI.

Інша перевага фотоелектричного пристрою на основі технології SOI полягає у використанні технології вертикального (анізотропного) травлення. Отримані вертикальні траншеї дозволяють формувати ванни, що мають більшу об’ємну 3D площу ванни для заданого розміру діода, особливо у порівнянні з фотоелектричним пристроєм, отриманим за технологією DI. Це пов’язано з тим, що технологія DI, як правило, використовує ізотропне за своєю природою травлення KOH для формування траншеї. В результаті отримують похилі бокові стінки.

В одному з варіантів аналогові або цифрові схеми керування в інтегрованій формі визначені на одному з множини фотоелементів як частина загального фотоелектричного пристрою або матриці. Приклади функцій, які можуть бути інтегровані: а) схема регулювання напруги, б) регулювання струму, в) блокування нижньої напруги (це означає, що вихідна потужність фотоелектричного перетворювача видається після досягнення певної мінімальної напруги; нижче цієї напруги фотоелектричний перетворювач “блокується” від видачі вихідної потужності), г) схема захисту для запобігання пошкодженню електростатичним розрядом (захист від електростатичного розряду), або інші функції захисту.

FIG. 4А ілюструє вигляд зверху частково завершеного фотоелектричного пристрою 500, що включає безліч фотоелектричних елементів 502 згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу. Фотоелектричний пристрій 500 відповідає фотоелектричному пристрою 400 в даному варіанті реалізації. Сусідні комірки ізольовані одна від одної ізоляційними структурами 504. Кожна комірка має одну або кілька контактних областей 506. Металевий з’єднувач виконаний таким чином, щоб з’єднати ці контактні області заданим чином, щоб отримати X кількість комірок послідовно і Y кількість комірок паралельно. Кількість послідовно з’єднаних елементів збільшується, якщо потрібна більш висока вихідна напруга. Аналогічно, кількість паралельно з’єднаних елементів збільшується, якщо бажаний більш високий рівень вихідного струму. У нижній частині матриці формується ланцюг управління 508. Перша і друга контактні площадки 510 і 512 сформовані для забезпечення електричного з’єднання із зовнішнім пристроєм.

ФІГ. 4B ілюструє вид зверху металевого з’єднувального елемента 520, який розміщений поверх частково завершеного фотоелектричного пристрою 500, щоб виводити близько 8 вольт згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу. Металевий з’єднувач в даному варіанті є алюмінієвим. Металевий з’єднувач з’єднує контактні ділянки 506 таким чином, що отримують два послідовно з’єднані масиви з 16 комірок.

ФІГ.4A) МАТРИЦІ. 4C ілюструє металевий з’єднувальний елемент 530, який розміщений на верхній частині частково завершеного фотоелектричного пристрою 500 для видачі приблизно 16 вольт згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу. Металевий з’єднувач з’єднує контактні ділянки 506 таким чином, що отримують масив з 32 послідовно з’єднаних комірок.

FIG. 4D ілюструє металеве з’єднання 540, яке розміщене поверх частково завершеного фотоелектричного пристрою 500 для виходу близько 16 вольт згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу. Металевий з’єднувач з’єднує контактні ділянки 506 таким чином, що отримують вісім послідовно з’єднаних масивів по 4 комірки.

ЗОБРАЖЕННЯ. 4Е ілюструє металеве з’єднання 550, яке розміщене зверху частково завершеного фотоелектричного пристрою 500 для виведення приблизно 16 вольт згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу. Металевий з’єднувач з’єднує контактні області 506 таким чином, що виходить чотири масиви по 8 послідовно з’єднаних комірок.

ФІГ. 5А ілюструє упакований фотоелектричний пристрій 600, що містить фотоелектричний пристрій або матрицю 604 згідно з одним варіантом реалізації цього винаходу. Упакований фотоелектричний пристрій 600 включає пластиковий або герметичний пакет з прозорим пластиковим або скляним вікном 602. Вікно дозволяє світлу, зображеному стрілками 601, падати на фотоелектричну матрицю 604. Плашка перетворює світло в електричну енергію. Зокрема, FIG. 5А ілюструє використання фотоелектричної матриці в упаковці для використання в якості світлодіода. Цей світлодіод має купол або лінзу 603 для фокусування світла на матрицю. Електрична енергія виводиться через контакти 605 і 606, які з’єднані з контактними площадками (див. цифри 510 і 512 на Фіг. 4A) матриці за допомогою дроту 607. Цей спосіб концентрації світла збільшує вихідну потужність інкапсульованого інтегрованого фотоелектричного пристрою.

ФІГ. 5B ілюструє дискретний упакований фотоелектричний пристрій 610 з інтегрованою концентруючою лінзою 612 та фотоелектричним пристроєм або матрицею 614 згідно з іншим варіантом реалізації цього винаходу. Електрична потужність виводиться через виводи 615 і 616, які виходять назовні на протилежних сторонах упакованого пристрою. Задня сторона 618 пакувального пристрою може бути виконана з полімерних або керамічних матеріалів.

FIG. 5C ілюструє металевий герметичний фотоелектричний пристрій 620 відповідно до ще одного варіанту реалізації цього винаходу. Фотоелектрична матриця 621 встановлена всередині металевого корпусу 621. вигнута лінза 624 концентрує світло на матриці 621. Виводи 625 і 626 використовуються для виведення електричної енергії, отриманої від світла.

Ще одна ознака винаходу стосується складання фотоелектричної матриці 632 в світлодіодному пакеті 630 з прилеглою до неї світлодіодною матрицею 634. У багатьох застосуваннях для електронних виробів бажано мати світлодіод в якості індикаторної лампи або джерела світла. У деяких з цих застосувань бажано також включати фотоелектричну матрицю для забезпечення електричної зарядної потужності. У таких додатках фотоелектрична матриця збирається поруч зі світлодіодною матрицею в одній упаковці зі світлодіодом.

Ця функція використовує світлодіодний пакет для подвійних цілей. Один полягає в тому, щоб розсіювати та поширювати світлодіодне світло з упаковки, а інший. концентрувати зовнішнє падаюче світло в упаковці та на фотоелементі. Крім того, частина світла, випромінюваного світлодіодом, яка не передається назовні (але затримується всередині упаковки), перетворюється назад в електричну енергію за допомогою фотоелектричної матриці всередині цієї упаковки. Інші комбінації світлодіодів та фотоелектричних елементів можуть бути реалізовані відповідно до потреб застосування.

Описаний вище варіант може бути реалізований з використанням будь-якого з доступних світлодіодних або оптоелектронних пакетів. Дискретні або ІС-пакети можуть бути використані в технології поверхневого монтажу або технології вставного монтажу, e.g., у стандартних корпусах SO, або SOT, SIP або DIP. SO і SOT відносяться до дискретних пакетів для поверхневого монтажу. SIP відноситься до одиночного пакету в лінії, а DIP відноситься до подвійного пакету в лінії.

У даному варіанті реалізації передбачено одну або більше прозорих областей над світлодіодною та фотоелектричною матрицею або кубиками для багаточипових елементів.

Цей винахід був описаний з точки зору конкретного варіанту реалізації. Відповідно, даний винахід може бути реалізований іншими способами.

Претензії (13)

ізоляційний шар, розміщений між першою та другою підкладками для електричної ізоляції першої підкладки від другої підкладки;

множина фотоелементів, визначених на першій підкладці, причому кожен фотоелемент включає область n-типу і область p-типу;

безліч вертикальних канавок, передбачених у першій підкладці для відокремлення фотоелементів, причому вертикальні канавки закінчуються на ізоляційному шарі;

множину ізоляційних структур, передбачених у вертикальних траншеях, кожна ізоляційна структура включає перший ізоляційний шар, що включає оксид, і другий ізоляційний шар, що включає полікремній; і

з’єднувальний шар, сформований для з’єднання фотоелементів для забезпечення X кількості фотоелементів послідовно і Y кількості фотоелементів паралельно, причому області n-типу сформовані шляхом виконання іонної імплантації миш’яку для забезпечення невеликої глибини з’єднання для областей n-типу, так що пристрій з фотоелементів оптимізований для сонячного світла.

Пристрій фотоелемента за п. 1. при цьому пристрій оптимізовано для сонячного або флуоресцентного світла, або для обох.

Пристрій з фотоелементом за п. 1. де пристрій складається з N кількості ванн, визначених на першій підкладці, де кожен фотоелемент визначений на одній з ванн.

в якому фотоелектрична матриця сконфігурована для живлення електронного компонента з використанням енергії, що генерується світлом.

Пристрій фотоелектричного елемента за п. 5. в якому прозорий корпус містить вигнуту лінзу, розташовану над фотоелектричною матрицею для спрямування світла на першу підкладку.

Пристрій фотоелектричного елемента за пунктом 1. в якому перша і друга підкладки з’єднані одна з одною і утворюють структуру кремній на ізоляторі.

Пристрій фотоелектричного елемента за пунктом 1. в якому кожна траншея має ширину, що перевищує 5000 ангстрем.

10. Пристрій фотоелектричного елемента за пунктом 1. де кожна канавка має ширину близько 3 мікрон або більше.

ізоляційний шар, розміщений між першою та другою підкладками для електричної ізоляції першої підкладки від другої підкладки;

множина фотоелементів, визначених на першій підкладці, причому кожен фотоелемент включає область n-типу і область p-типу;

множина канавок, передбачених у першій підкладці для розділення фотоелектричних елементів, кожна з яких має ширину більше ніж 1 мкм;

множина ізоляційних структур, розташованих у траншеях, причому кожна ізоляційна структура включає перший ізоляційний шар, що включає оксид, і другий ізоляційний шар, що включає полікремній; і

з’єднувальний шар, виконаний за зразком для з’єднання фотоелементів для забезпечення послідовного з’єднання X фотоелементів і паралельного з’єднання Y фотоелементів,

де області n-типу сформовані шляхом виконання іонної імплантації миш’яку для забезпечення малої глибини переходу для областей n-типу;

Пакетний фотоелектричний пристрій за п. 11. в якому прозорий корпус містить лінзу для спрямування світла на першу підкладку фотоелектричної структури.

US10/958,698 2003-10-03 2004-10-04 Дискретні та інтегровані фотоелектричні сонячні елементи Active 2027-11-07 US8334451B2 ( en )

Пріоритетні заявки (1)

Номер заявки Дата пріоритету Дата подання Назва
US10/958,698 US8334451B2 (en) 2003-10-03 2004-10-04 Дискретні та інтегровані фотоелектричні сонячні елементи

Заявки, що заявляють пріоритет (2)

Номер заявки Дата пріоритету Дата подання Назва
US50835103P 2003-10-03 2003-10-03
US10/958,698 US8334451B2 ( en ) 2003-10-03 2004-10-04 Дискретні та інтегровані фотоелектричні сонячні елементи

Сімейство застосувань (1)

Номер заявки Назва Дата пріоритету Дата подання
US10/958,698 Активна 2027-11-07 US8334451B2 ( en ) 2003-10-03 2004-10-04 Дискретні та інтегровані фотоелектричні сонячні елементи

Цитується (32)

Цитується експертом, † Цитується третьою стороною

Номер публікації Дата пріоритету Дата публікації Правонаступник Назва
US20050133081A1 (en) 2003-11-25 2005-06-23 Корпорація Ixys Фотоелектричні сонячні елементи, інтегровані з мосфетом
US20070063336A1 (en) 2005-09-16 2007-03-22 Hase Andreas A QFN/SON-сумісний корпус
US20070137700A1 ( en ) 2005-12-16 2007-06-21 Регенти Каліфорнійського університету Розробка якісного напівпровідника на основі антимоніду алюмінію (AISb) для застосування в сонячних елементах
US20080314439A1 ( en ) 2007-06-20 2008-12-25 Misra Mohan S Масив монолітно інтегрованих тонкоплівкових фотоелектричних елементів і пов’язані з ними методи
WO2009038593A1 ( en ) 2007-09-20 2009-03-26 Translucent Photonics, Inc. Тонкоплівковий сонячний елемент iii
US20090199890A1 ( en ) 2008-02-11 2009-08-13 Emcore Corporation Приймач сонячних елементів для концентрованої фотоелектричної системи на напівпровідникових сонячних елементах III-V
US20090308438A1 ( en ) 2008-06-12 2009-12-17 Деніс Де Состер Траншейний процес і структура для тильного контакту сонячних елементів з легованими полікремнієвими областями
US20100037935A1 ( en ) 2008-02-11 2010-02-18 Emcore Solar Power, Inc. Модулі концентрованої фотоелектричної системи з використанням напівпровідникових сонячних елементів III-V класу
US20100154873A1 ( en ) 2008-12-18 2010-06-24 Twin Creeks Technologies, Inc. Фотоелектричний елемент, що складається з контактних областей, легованих наскрізною пластиною
EP2328182A1 ( en ) 2009-11-27 2011-06-01 S’Tile Фотоелектричний модуль, що містить вбудовані фотоелектричні елементи
US20110169554A1 ( en ) 2008-09-29 2011-07-14 Sol Chip Ltd. Інтегрований пристрій на сонячних батареях
US20120152322A1 ( en ) 2009-05-19 2012-06-21 Ofek Eshkolot Research And Development Ltd. Фотоелектричні елементи з вертикальним з’єднанням
US8759138B2 ( en ) 2008-02-11 2014-06-24 Suncore Photovoltaics, Inc. Модулі концентрованої фотоелектричної системи з використанням напівпровідникових сонячних елементів III-V класу
US8822262B2 ( en ) 2011-12-22 2014-09-02 Sunpower Corporation Виготовлення сонячних елементів з наночастинками кремнію
US20140257581A1 ( en ) 2011-08-30 2014-09-11 Національний інститут передових галузевих наук і технологій Обчислювальний пристрій, який оптимізує виробництво сонячної енергії, спосіб, який оптимізує виробництво сонячної енергії, система виробництва сонячної енергії та система моделювання виробництва сонячної енергії
WO2014152556A1 ( en ) 2013-03-15 2014-09-25 First Solar, Inc. З’єднання фотоелектричних пристроїв та спосіб їх виготовлення
US20140326295A1 ( en ) 2012-11-05 2014-11-06 Solexel, Inc. Системи та способи для монолітно-острівцевих сонячних фотоелектричних елементів та модулів
US8883548B2 ( en ) 2005-12-16 2014-11-11 Lawrence Livermore National Security, Ltd Розробка якісного напівпровідникового електронного пристрою на основі антимоніду алюмінію (AlSb) для застосування в сонячних елементах
US9012771B1 ( en ) 2009-09-03 2015-04-21 Suncore Photovoltaics, Inc. Вузол приймача сонячного елемента з тепловим екраном для використання в концентруючій сонячній системі
US20150115387A1 ( en ) 2013-10-29 2015-04-30 Комісаріат з атомної енергії та альтернативних джерел енергії Спосіб виготовлення пристрою, що містить інтегральну схему та фотоелектричні елементи
FR3012668A1 ( en ) 2013-10-29 2015-05-01 Комісаріат з атомної енергетики КОМПОЗИТНА ПІДКЛАДКА НА ОСНОВІ КРЕМНІЮ З АКТИВНИМИ ЗОНАМИ, РОЗДІЛЕНИМИ ЕЛЕКТРОІЗОЛЯЦІЙНИМИ ЗОНАМИ НА ОСНОВІ ОКСИДУ КРЕМНІЮ
US9379265B2 ( en ) 2008-09-29 2016-06-28 Sol Chip Ltd. Комбінація цільової інтегральної схеми, фотоелектричних елементів та світлочутливих діодів, з’єднаних для створення самодостатнього пристрою детектора світла
US20160293669A1 ( en ) 2013-12-17 2016-10-06 Belectric Opv Gmbh Органічний фотоелектричний елемент та спосіб його отримання
US9515217B2 ( en ) 2012-11-05 2016-12-06 Solexel, Inc. Монолітні острівцеві сонячні елементи зі зворотним контактом зі зворотним з’єднанням
FR3039707A1 ( en ) 2015-10-28 2017-02-03 Комісаріат з атомної енергії СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ГІБРИДНИХ ПРИСТРОЇВ
WO2017072446A1 ( en ) 2015-10-28 2017-05-04 Комісаріат з атомної енергії та альтернативних джерел енергії Спосіб отримання композитної підкладки
AU2015203498B2 ( en ) 2008-06-12 2017-06-29 Maxeon Solar Pte. ТОВ. Траншейний процес і структура для сонячних елементів зі зворотним контактом з легованими полікремнієвими областями
US9698299B2 ( en ) 2008-09-29 2017-07-04 Sol Chip Ltd. Комбінація інтегральної схеми, що складається з цільової інтегральної схеми та множини тонкоплівкових фотоелектричних елементів, з’єднаних з нею за допомогою струмопровідного шляху
US9806215B2 ( en ) 2009-09-03 2017-10-31 Suncore Photovoltaics, Inc. Інкапсульована концентрована фотоелектрична система для напівпровідникових сонячних елементів III-V
US20180048261A1 ( en ) 2016-08-09 2018-02-15 ТОВ “Люмос Солар Система кріплення фотоелектричного модуля
JP2018093047A ( en ) 2016-12-02 2018-06-14 合同会社陽システムズ Сонячна батарея та спосіб її виготовлення
CN109103276A ( en ) 2014-03-28 2018-12-28 太阳能公司 Сонячна батарея з декількома суббатареями, з’єднаними металізованою структурою

Родини, що цитують цю родину (9)

Цитується експертом, † Цитується третьою стороною

Номер публікації Дата пріоритету Дата публікації Правонаступник Назва
US9780253B2 ( en ) 2014-05-27 2017-10-03 Sunpower Corporation Черепичний модуль сонячних елементів
US20140124014A1 ( en ) 2012-11-08 2014-05-08 Cogenra Solar, Inc. Високоефективна конфігурація для ланцюжка сонячних елементів
US9947820B2 ( en ) 2014-05-27 2018-04-17 Sunpower Corporation Черепична панель сонячних елементів з використанням прихованих відводів
US10090430B2 ( en ) 2014-05-27 2018-10-02 Sunpower Corporation Система для виготовлення гофрованого модуля сонячних елементів
US11482639B2 ( en ) 2014-05-27 2022-10-25 Sunpower Corporation Гонтовий модуль сонячного елемента
US20160094072A1 ( en ) 2014-09-26 2016-03-31 Yuanning Chen Гібридний пристрій збору енергії
US10861999B2 ( en ) 2015-04-21 2020-12-08 Sunpower Corporation Модуль сонячного елемента з прихованими відгалужувальними з’єднаннями, що складається з черепиці
CN106663706B ( en ) 2015-08-18 2019-10-08 太阳能公司 Сонячна панель
US10673379B2 ( en ) 2016-06-08 2020-06-02 Sunpower Corporation Системи та способи доопрацювання гонтових модулів сонячних елементів

Цитування патентів (19)

Цитується експертом, † Цитується третьою стороною

Номер публікації Дата пріоритету Дата публікації Правонаступник Назва
US4514579A ( en ) 1984-01-30 1985-04-30 Energy Conversion Devices, Inc. Фотоелектричний елемент великої площі та спосіб його виготовлення
US4617421A ( en ) 1985-04-01 1986-10-14 Sovonics Solar Systems Фотоелектричний елемент зі збільшеною активною площею та спосіб його виготовлення
US4860072A ( en ) 1986-03-05 1989-08-22 Ixys Corporation Монолітний напівпровідниковий пристрій та спосіб його виготовлення
US4785337A ( en ) 1986-10-17 1988-11-15 International Business Machines Corporation Динамічний плунжерний елемент зі спільним траншейним накопичувальним конденсатором з мостовими контактами та затворними електродами, визначеними боковими стінками
US5063307A ( en ) 1990-09-20 1991-11-05 Корпорація Ixys Транзисторні прилади з ізольованим затвором з датчиком температури і струму
US20020030767A1 ( en ) 1992-09-11 2002-03-14 Павло М. Заврацький Методи виготовлення активних матричних піксельних електродів
US6207512B1 ( en ) 1993-08-13 2001-03-27 Micron Technology, Inc. Метод і пристрій для покращення стійкості до замикання в процесі з подвійним полікремнієвим затвором
US6225668B1 ( en ) 1993-11-19 2001-05-01 Mega Chips Corporation Напівпровідниковий прилад з монокристалічним затворним електродом та ізоляцією
US5406111A ( en ) 1994-03-04 1995-04-11 Motorola Inc. Пристрій захисту інтегральної мікросхеми та спосіб його формування
US5994718A ( en ) 1994-04-15 1999-11-30 Національна напівпровідникова корпорація Заповнення траншей селективними полікристалічними матеріалами
US5549762A ( en ) 1995-01-13 1996-08-27 International Rectifier Corporation Фотоелектричний генератор з діелектричною ізоляцією та зв’язаними, ізольованими шарами пластин
US5856700A ( en ) 1996-05-08 1999-01-05 Harris Corporation Напівпровідниковий прилад з легованим напівпровідником і діелектричними шарами бокових стінок траншеї
US20010013627A1 ( en ) 1997-02-28 2001-08-16 Кантаріні Вільям Ф. Інтегрований фотоелектричний перемикач з інтегрованим силовим пристроєм
US6266268B1 ( en ) 1997-04-25 2001-07-24 Micron Technology, Inc. Спосіб формування сегментів затвора для інтегральної мікросхеми
US6201179B1 ( en ) 1997-10-03 2001-03-13 Нік Далаку Масив фотоелектричних модулів для інтегрованої системи сонячних колекторів
US20020086456A1 ( en ) 2000-12-19 2002-07-04 Каннінгем Шон Джей Процес об’ємної мікрообробки для виготовлення оптичного МЕМС-пристрою з інтегрованою оптичною апертурою
US6787693B2 ( en ) 2001-12-06 2004-09-07 Міжнародна корпорація випрямлячів Фотоелектричний генератор для швидкого вмикання/вимикання фотоелектричного реле
US20040082140A1 ( en ) 2002-10-25 2004-04-29 Jia-Wei Yang Глибока траншейна ізоляційна структура високовольтного пристрою та спосіб її формування
US20040171220A1 ( en ) 2002-10-25 2004-09-02 Vanguard International Semiconductor Corporation Спосіб виготовлення глибокотраншейної ізоляційної конструкції високовольтного пристрою

Цитується (57)

Цитується експертом, † Цитується третьою стороною

Номер публікації Дата пріоритету Дата публікації Правонаступник Назва
US20050133081A1 ( en ) 2003-11-25 2005-06-23 Ixys Corporation Фотоелектричні сонячні елементи, інтегровані з мосфетом
US8786165B2 ( en ) 2005-09-16 2014-07-22 Tsmc Solid State Lighting Ltd. Сумісний корпус QFN/SON з контактними площадками SMT
US20070063336A1 ( en ) 2005-09-16 2007-03-22 Хейз Андреас А QFN/SON-сумісний корпус
US20070137700A1 ( en ) 2005-12-16 2007-06-21 Регенти Каліфорнійського університету Розробка якісного напівпровідника на основі антимоніду алюмінію (AISb) для застосування в сонячних батареях
US8883548B2 ( en ) 2005-12-16 2014-11-11 Lawrence Livermore National Security, Llc Розробка якісного напівпровідника з антимоніду алюмінію (AlSb) для застосування в сонячних батареях
US20080314439A1 ( en ) 2007-06-20 2008-12-25 Misra Mohan S Масив монолітно інтегрованих тонкоплівкових фотоелектричних елементів та відповідні методи
US9929306B2 ( en ) 2007-06-20 2018-03-27 Ascent Solar Technologies, Inc. Масив монолітно інтегрованих тонкоплівкових фотоелектричних елементів та відповідні методи
US8716591B2 ( en ) 2007-06-20 2014-05-06 Ascent Solar Technologies, Inc. Масив монолітно інтегрованих тонкоплівкових фотоелектричних елементів та пов’язані з ними методи
WO2009038593A1 ( en ) 2007-09-20 2009-03-26 Translucent Photonics, Inc. Тонкоплівковий сонячний елемент iii
US20090199890A1 ( en ) 2008-02-11 2009-08-13 Emcore Corporation Приймач сонячного елемента для концентрованої фотоелектричної системи на напівпровідникових сонячних елементах III-V
US8759138B2 ( en ) 2008-02-11 2014-06-24 Suncore Photovoltaics, Inc. Модулі концентрованої фотоелектричної системи з використанням напівпровідникових сонячних елементів III-V
US20100037935A1 ( en ) 2008-02-11 2010-02-18 Emcore Solar Power, Inc. Модулі концентрованої фотоелектричної системи з використанням напівпровідникових сонячних елементів III-V класу
US9331228B2 ( en ) 2008-02-11 2016-05-03 Suncore Photovoltaics, Inc. Модулі концентрованих фотоелектричних систем з використанням напівпровідникових сонячних елементів III-V класу
US8093492B2 ( en ) 2008-02-11 2012-01-10 Emcore Solar Power, Inc. Приймач для концентрованої фотоелектричної системи на напівпровідникових сонячних елементах III-V
US9923112B2 ( en ) 2008-02-11 2018-03-20 Suncore Photovoltaics, Inc. Модулі концентрованої фотоелектричної системи з використанням напівпровідникових сонячних елементів III-V класу
US20110003423A1 ( en ) 2008-06-12 2011-01-06 Сміт Девід Д Траншейний процес та структура для тильного контакту сонячних елементів з легованими полікремнієвими областями
US20110059571A1 ( en ) 2008-06-12 2011-03-10 Деніс Де Костер Траншейний процес та структура для тильного контакту сонячних елементів з легованими полікремнієвими областями
AU2015203498B2 ( en ) 2008-06-12 2017-06-29 Maxeon Solar Pte. ТОВ. Траншейний процес і структура для сонячних елементів зі зворотним контактом з областями, легованими полікремнієм
US8450134B2 ( en ) 2008-06-12 2013-05-28 Sunpower Corporation Траншейний процес і структура для сонячних елементів зі зворотним контактом з легованими полікремнієвими областями
US8460963B2 ( en ) 2008-06-12 2013-06-11 Sunpower Corporation Траншейний процес та структура для тильного контакту сонячних елементів з легованими полікремнієвими областями
US7851698B2 ( en ) 2008-06-12 2010-12-14 Корпорація Sunpower Траншейний процес і структура для тильного контакту сонячних елементів з легованими полікремнієвими областями
US7812250B2 ( en ) 2008-06-12 2010-10-12 Sunpower Corporation Траншейний процес та структура для тильного контакту сонячних елементів з легованими полікремнієвими областями
US20090308457A1 ( en ) 2008-06-12 2009-12-17 Сміт Девід Д Траншейний процес і структура для тильного контакту сонячних елементів з полікремнієвими областями, легованими полікремнієм
US20090308438A1 ( en ) 2008-06-12 2009-12-17 Деніс Де Костер Траншейний процес і структура для тильного контакту сонячних елементів з легованими полікремнієм областями
AU2009257973B2 ( en ) 2008-06-12 2015-04-02 Maxeon Solar Pte. Ltd. Траншейний процес і структура для сонячних елементів зі зворотним контактом з легованими полікремнієвими областями
US8975717B2 ( en ) 2008-06-12 2015-03-10 Sunpower Corporation Траншейний процес і структура для тильних контактних сонячних елементів з легованими полікремнієвими областями
AU2009257974B2 ( en ) 2008-06-12 2015-01-22 Maxeon Solar Pte. Ltd. Траншейний процес і структура для сонячних елементів зі зворотним контактом з легованими полікремнієвими областями
US20110169554A1 ( en ) 2008-09-29 2011-07-14 Sol Chip Ltd. Інтегрований пристрій на сонячних батареях
US8957488B2 ( en ) 2008-09-29 2015-02-17 Sol Chip Ltd. Інтегральна схема з автономним живленням для конкретного застосування
US9698299B2 ( en ) 2008-09-29 2017-07-04 Sol Chip Ltd. Інтегральна мікросхема, що містить цільову інтегральну схему та множину тонкоплівкових фотоелектричних елементів, з’єднаних з нею за допомогою струмопровідного шляху
US9379265B2 ( en ) 2008-09-29 2016-06-28 Sol Chip Ltd. Комбінація інтегральної схеми, що складається з цільової інтегральної схеми, фотоелектричних елементів та світлочутливих діодів, з’єднаних для забезпечення автономного пристрою детектора світла
US20100154873A1 ( en ) 2008-12-18 2010-06-24 Twin Creeks Technologies, Inc. Фотоелектрична комірка з контактними областями, легованими через пластину
US8633374B2 ( en ) 2008-12-18 2014-01-21 Корпорація Gtat Фотоелектричний елемент з контактними областями, легованими через пластину
US20120152322A1 ( en ) 2009-05-19 2012-06-21 Ofek Eshkolot Research And Development Ltd. Вертикальний перехресний pv-елемент
US9012771B1 ( en ) 2009-09-03 2015-04-21 Suncore Photovoltaics, Inc. Вузол приймача сонячного елемента з тепловим екраном для використання в концентруючих сонячних системах
US9806215B2 ( en ) 2009-09-03 2017-10-31 Suncore Photovoltaics, Inc. Інкапсульована концентрована фотоелектрична система для напівпровідникових сонячних елементів III-V класу
EP2328182A1 ( en ) 2009-11-27 2011-06-01 S’Tile Фотоелектричний модуль з вбудованими фотоелектричними елементами
US20140257581A1 ( en ) 2011-08-30 2014-09-11 Національний інститут передових галузевих наук і технологій Обчислювальний пристрій, який оптимізує виробництво сонячної енергії, спосіб, який оптимізує виробництво сонячної енергії, система виробництва сонячної енергії та система моделювання виробництва сонячної енергії
US8822262B2 ( en ) 2011-12-22 2014-09-02 Sunpower Corporation Виготовлення сонячних елементів з наночастинками кремнію
US9515217B2 ( en ) 2012-11-05 2016-12-06 Solexel, Inc. Монолітні острівцеві сонячні елементи зі зворотним контактом зі зворотним переходом
US20140326295A1 ( en ) 2012-11-05 2014-11-06 Solexel, Inc. Системи та способи для монолітних острівцевих сонячних фотоелектричних елементів та модулів
WO2014152556A1 ( en ) 2013-03-15 2014-09-25 First Solar, Inc. З’єднання фотоелектричних пристроїв та спосіб їх виготовлення
WO2015063688A1 ( en ) 2013-10-29 2015-05-07 Комісаріат з атомної енергії та альтернативних джерел енергії Композитна підкладка на основі кремнію, що містить активні зони, розділені електроізоляційними зонами на основі оксиду кремнію
FR3012668A1 ( en ) 2013-10-29 2015-05-01 Комісаріат з атомної енергії КОМПОЗИТНА ПІДКЛАДКА НА ОСНОВІ КРЕМНІЮ З АКТИВНИМИ ЗОНАМИ, РОЗДІЛЕНИМИ ЕЛЕКТРОІЗОЛЯЦІЙНИМИ ЗОНАМИ НА ОСНОВІ ОКСИДУ КРЕМНІЮ
US20150115387A1 ( en ) 2013-10-29 2015-04-30 Комісаріат з атомної та альтернативної енергетики Спосіб виготовлення пристрою, що містить інтегральну мікросхему та фотоелектричні елементи
US9647161B2 ( en ) 2013-10-29 2017-05-09 Комісаріат з атомної енергії та альтернативних джерел енергії Спосіб виготовлення пристрою, що містить інтегральну схему та фотоелектричні елементи
US9905614B2 ( en ) 2013-12-17 2018-02-27 Opvius Gmbh Органічний фотоелектричний елемент та спосіб його отримання
US20160293669A1 ( en ) 2013-12-17 2016-10-06 Belectric Opv Gmbh Органічний фотоелектричний елемент та спосіб його виготовлення
CN109103276A ( en ) 2014-03-28 2018-12-28 太阳能公司 Сонячна батарея з декількома суббатареями, з’єднаними металізованою структурою
US11398576B2 ( en ) 2014-03-28 2022-07-26 Sunpower Corporation Сонячний елемент з множиною піделементів, з’єднаних металізованою структурою
FR3043252A1 ( en ) 2015-10-28 2017-05-05 Комісаріат з атомної енергії СПОСІБ ОТРИМАННЯ КОМПОЗИТНОЇ ПІДКЛАДКИ
WO2017072446A1 ( en ) 2015-10-28 2017-05-04 Комісаріат з атомної енергії та альтернативних джерел енергії Спосіб отримання композитної підкладки
FR3039707A1 ( en ) 2015-10-28 2017-02-03 Комісаріат з атомної енергії СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ ГІБРИДНИХ ПРИСТРОЇВ
US20180048261A1 ( en ) 2016-08-09 2018-02-15 ТОВ “Люмос Солар Система кріплення фотоелектричних модулів
US11251747B2 ( en ) 2016-08-09 2022-02-15 ТОВ “Люмос Солар Система кріплення фотоелектричного модуля
JP2018093047A ( en ) 2016-12-02 2018-06-14 合同会社陽システムズ Сонячна батарея та спосіб її виготовлення
JP7032776B2 ( en ) 2016-12-02 2022-03-09 合同会社陽システムズ Сонячні елементи та методи їх виготовлення

Схожі документи

Публікація Дата публікації Назва
US8334451B2 ( en ) 2012-12-18 Дискретні та інтегровані фотоелектричні сонячні елементи
US20050133081A1 ( en ) 2005-06-23 Фотоелектричні сонячні елементи, інтегровані з мосфетом
US6984816B2 ( en ) 2006-01-10 Вертикально інтегрований фотосенсор для CMOS-зображень
US6927432B2 ( en ) 2005-08-09 Вертикально інтегрований фотосенсор для CMOS-випромінювачів
US7214999B2 ( en ) 2007-05-08 Інтегрований фотоприймач для КМОП-візуалізаторів
US6809008B1 ( en ) 2004-10-26 Інтегрований фотосенсор для CMOS-випромінювачів
TWI390717B ( en ) 2013-03-21 Фотодіод з інтегральною напівпровідниковою схемою та спосіб його виготовлення
US8283215B2 ( en ) 2012-10-09 Напівпровідникові та оптоелектронні пристрої
US4926231A ( en ) 1990-05-15 Інтегрований штирьовий фотодетектор
KR100882991B1 ( en ) 2009-02-12 Спосіб виготовлення датчика зображення зі зворотним підсвічуванням
KR20110084876A ( en ) 2011-07-26 Інтегрований фотодіод для напівпровідникових підкладок
JP6106755B2 ( en ) 2017-04-05 Оптоелектронний компонент з вбудованим захисним діодом та спосіб його виготовлення
US9379265B2 ( en ) 2016-06-28 Комбінація інтегральної схеми, що складається з цільової інтегральної схеми, фотоелектричних елементів і світлочутливих діодів, з’єднаних для забезпечення автономного пристрою виявлення світла
AU2115800A ( en ) 2000-08-07 Розташування сонячних елементів
US9048151B2 ( en ) 2015-06-02 Інтегральна мікросхема з фотоелектричним елементом з автономним живленням
KR20140054212A ( en ) 2014-05-08 Високовольтні твердотільні перетворювачі та пов’язані з ними системи і методи
US8828781B1 ( en ) 2014-09-09 Метод виготовлення фотоелектричного пристрою, ізольованого пористим кремнієм
Хунг та ін. 2016 Генерація високої напруги у фотоелектричних пристроях на основі КМОН шляхом локального видалення підкладки
US6750523B2 ( en ) 2004-06-15 Фотодіодні стеки для фотоелектричних реле та спосіб їх виготовлення
US8178381B2 ( en ) 2012-05-15 Датчик зображення з підсвічуванням зі зворотного боку та спосіб його виготовлення
US5973257A ( en ) 1999-10-26 Відбивний шар для поверхні лунки фотоелектричного генератора
US8829332B1 ( en ) 2014-09-09 Фотоелектричний пристрій, сформований на пористій кремнієвій ізоляції
Хунг та ін. 2017 Високовольтний 12.5-В фотоелектричні міні-модулі на основі КМОП з підсвічуванням зі зворотного боку
JP2002111041A ( en ) 2002-04-12 Напівпровідниковий прилад та спосіб його виготовлення
Яклін та ін. 2018 Генерація високої напруги з використанням глибоко траншейних ізольованих фотодіодів у процесі з підсвічуванням зі зворотного боку

Юридичні події

Власник: IXYS CORPORATION, КАЛІФОРНІЯ

Текст у вільному форматі: ПЕРЕУСТУПКА ІНТЕРЕСУ ЦЕДЕНТА;ЦЕДЕНТИ:POLCE, NESTORE;CLARK, RONALD P.;ZOMMER, NATHAN;REEL/FRAME:015894/0601

Дата набуття чинності: 20050218

Текст у вільному форматі: ЗАПАТЕНТОВАНИЙ ВИПАДОК

Рік сплати збору: 4

Власник: IXYS, LLC, Каліфорнія

Текст у вільному форматі: ЗЛИТТЯ ТА ЗМІНА НАЗВИ;ПРАВОНАСТУПНИКИ:IXYS CORPORATION;IXYS, LLC;REEL/FRAME:045406/0606

Дата набуття чинності: 20180116

Власник: LITTELFUSE, INC., ІЛЛІНОЙС

Текст у вільному форматі: ВІДСТУПЛЕННЯ ПРАВА ВИМОГИ;ПРАВОНАБУВАЧ: IXYS, LLC;КОТУШКА/КАДР: 049056/0649

Дата набуття чинності: 20190430

Текст у вільному форматі: СПЛАТА ЗБОРУ ЗА ПІДТРИМАННЯ ЧИННОСТІ, 8-Й РІК, ВЕЛИКИЙ СУБ’ЄКТ ГОСПОДАРЮВАННЯ (ПОЧАТКОВИЙ КОД ПОДІЇ: M1552); СТАТУС ВЛАСНИКА ПАТЕНТУ: ВЕЛИКИЙ СУБ’ЄКТ ГОСПОДАРЮВАННЯ

Рік сплати збору: 8

З’ясування розділення носіїв заряду та механізму роботи CH3NH3PbI3-xClx перовскітні сонячні елементи

Розвиток перовскітних сонячних елементів на основі органічно-неорганічного галогеніду свинцю за останні 2 роки був метеоричним, з ефективністю малої площі, що перевищує 15%. Ми вирішуємо фундаментальне питання про те, як працюють ці клітини, застосовуючи метод скануючої електронної мікроскопії до поперечних зрізів клітин. Картографуючи зміни ефективності розділення та збору заряду в поперечних перерізах, ми показуємо наявність двох основних місць з високою ефективністю, одне на/поблизу поглинача/шару, що блокує дірки, і друге на/поблизу інтеейсу поглинача/шару, що блокує електрони, причому перше є більш вираженим. Профіль з двома піками характерний для p-i-n сонячних елементів з шаром низьколегованого напівпровідника з високою електронною якістю між p- і n-шаром. Якщо електронний блокатор замінити золотим контактом, залишиться лише гетероперехід на межі поглинач/дірка-блокатор.

Вступ

Існує велика різноманітність типів сонячних елементів 1,2. але у всіх сонячних елементах відбувається однакова базова послідовність подій: сонячне світло поглинається абсорбером елемента, що запускає генерацію, розділення та транспортування електронних носіїв заряду та їх збір на протилежних контактах, кожен з яких є селективним для одного з носіїв 3,4. Типи комірок відрізняються, однак, тим, як ця загальна блок-схема виконується на практиці, тобто механізмами, які роблять цю послідовність подій можливою. З’ясування цих механізмів має фундаментальне значення для розуміння принципу роботи кожного типу сонячних елементів і його подальшої оптимізації. Особливо це стосується нової лінійки полікристалічних, органічно-неорганічних галогенідів свинцю, перовскітних елементів 5,6. Розвиток цих комірок був швидким. З’явився потік звітів, що хваляться високоефективними твердотільними елементами, що перевищують 15% ефективності 7,8. Найбільш вражаюче, що CH3NH3PbI3-xClx клітин демонструють високі Vзначення OC (~1.1 V) 5. досягнення qVOC/EЗначення зазору до 0.71, що є надзвичайно високим показником для нового типу елементів. У зв’язку з цим, центральним питанням, яке повинен пояснити запропонований механізм, є джерело вражаючих VЗначення OC. Коли на сонячному небосхилі з’являється нова зірка, така як перовскіт, перше питання, яке природно виникає: “Як вона працює??’

Тут ми з’ясовуємо це питання шляхом прямого вимірювання профілів струму, індукованого електронним променем (EBIC), у поперечних перерізах комірок на основі CH3NH3PbI3-xClx-на основі CH3HH3PbI3- з мезо-структурованою глиноземною підкладкою або без неї.

Поєднання EBIC-сигналу зі скануючою здатністю мікроскопа дозволяє отримати EBIC-зображення, інтенсивність якого відображає амплітуду струму, що генерується в зразку. Іншими словами, EBIC-зображення. це карта, яка детально показує, де в комірці генерується струм і з яким ступенем ефективності. Інтенсивність піків на зображенні вказує на те, наскільки ефективним є розділення зарядів при, cum з цього місця в комірці є. EBIC-профіль корисний для точного визначення місця розташування рушійної сили для розділення зарядів, що робить його особливо придатним для визначення принципу роботи фотоелектричного пристрою. Ілюстрація експерименту EBIC на тонкоплівковій структурі пристрою показана на рис. 1a. Тут ми використовуємо EBIC для дослідження CH3NH3PbI3-xClx-фотоелектричні пристрої на основі фотоелектричних матеріалів, і знайти два піки в профілі інтенсивності EBIC всередині поглинача. Це свідчить про те, що спосіб дії цих пристроїв є те, що p-i-n комірка з внутрішнім поглиначем є матеріалом з високою електронною якістю.

ясування, заряд, механізму, роботи

Результати

Плоский пристрій з HTM

Усереднені фотоелектричні характеристики приладів (з товстим шаром мезопористого глинозему, взяті з п’яти приладів): VOC=0.96 V; JSC=18.5 мА см.2 ; коефіцієнт заповнення = 55% і ефективність перетворення енергії, PCE = 9.9% (найвищий PCE=11%), що свідчить про те, що ми фактично досліджуємо найсучасніший пристрій (рис. 1b). Зауважимо, що пристрої були досліджені за допомогою EBIC-методу, близького до часу їх приготування та електричних характеристик. Коли пристрої не досліджувалися, вони зберігалися в темному і сухому середовищі, і повторні дослідження EBIC показали аналогічні результати, що свідчить про те, що перерізи і пристрої були стабільними протягом періоду, який нас цікавив. Інші пристрої, що зберігалися в темному сушильній шафі, також показали стабільність (у порівнянні з початковими вимірами) протягом більше ніж кількох тижнів. подробиці про підготовку приладу, характеристику та стабільність EBIC наведено в розділі “Методи”. Щоб визначити, де в пристрої генерується основний струм, ми виміряли EBIC перерізів ряду ефективних перовскітних структур сонячних елементів. Коли скануючий пучок електронів, який використовується в електронному мікроскопі, спрямований на напівпровідник, він відіграє роль, аналогічну ролі фотонів світла, генеруючи вільні електрони і дірки (електронно-вольтаїчний ефект проти фотоелектричного). Через високу енергію вхідних електронів пучка генеруються множинні електронно-діркові пари (як це роблять високоенергетичні фотони у випадку так званої множинної екситонної генерації, але в набагато більшій кількості). Якщо в електронно-збудженому напівпровіднику існує рушійна сила для розділення зарядів і забезпечені контакти для збору носіїв заряду, створюється електронно-електричний елемент, і виробляється струм у вигляді EBIC-сигналу 9. Електронний пучок сканує зразок, причому об’єм і глибина генерації носіїв заряду визначається напругою, до якої прискорюються електрони, тобто їхньою енергією, коли вони досягають поверхні зразка, і властивостями матеріалу зразка.

У всіх досліджених тут випадках поглиначем був перовськіт CH3NH3PbI3-xClx оскільки він легко утворює більші кристаліти, ніж інші галогенідні аналоги. На рис. 2а, показано поперечне зображення вторинних електронів (SE) плоскої комірки (тобто без mp-Al2O3; ліве зображення), з відповідним зображенням EBIC праворуч. На нижній панелі показано два лінійні профілі зі стрілками, що вказують, з якої області вони були взяті; кольорове кодування відповідає різним шарам, що складають комірку. Тривимірний (3D) поверхневий графік зображення EBIC показаний на рис. 1b. На СЕ зображенні можна розрізнити різні шари комірки, а саме (у напрямку стрілок): 80-100 нм Au (світлий), ГТМ (чорний), перовскітовий поглинач, 80-100 нм компактний TiO2, близько. 700 нм F-легований оксид олова (FTO) на склі. У профілях ліній EBIC ми знаходимо “двопіковий” патерн, який є домінуючим по всій плівці (незалежно від товщини ВТНП), як видно на 3D-графіку поверхні. Один пік знаходиться на/поблизу HTM-CH3NH3PbI3-xClx і другий пік, близький до інтеейсу CH3NH3PbI3-xClx-Інтеейс TiO2, причому пік ближче до ВТМ є стабільно вищим. Незважаючи на те, що товщина плівки перовскіту не була рівномірною по всьому перерізу, це питання вже розглядалося іншими 10. яскраво виражений двопіковий патерн, поширений на всю довжину поперечного перерізу цієї комірки, за винятком тих місць, де вона занадто тонка (див. нижче). Неоднорідна область в приладі, що показує перехід від одинарного піку EBIC до подвійного піку, показана на додатковому рис. 1. Пульсації на EBIC-скані в білій області зліва від області Au на кольоровому профілі лінії є фоновим шумом EBIC-сигналу. Сильніший фоновий рівень EBIC на правій стороні зразка, який найчіткіше видно на лінійному скануванні, пояснюється ізолюючою природою скла.

ясування, заряд, механізму, роботи

При енергії зв’язку екситона до 50 меВ 11. і надлишок енергії, генерованої електронним пучком, генеровані заряди в цих приладах розглядаються як вільні електрони і дірки. Ці цифри нещодавно були підтверджені спектроскопічними дослідженнями, які показали, що і при фотозбудженні переважну більшість зарядів становлять вільні електрони і дірки 12. Крім того, експеримент, що розглядається, має справу з робочими пристроями, які включають (1) електричні поля в пристрої, (2) два селективні стоки для носіїв заряду. Обидва варіанти сприятимуть збільшенню заселеності вільних носіїв і мінімізації заселеності екситонів у даному вимірюванні (і в реальному робочому приладі). Зміни контрасту EBIC відображають динаміку часу життя носіїв 9,13. Інтенсивний сигнал, близький до HTM-CH3NH3PbI3-xClx вказує на ефективну екстракцію дірок. Електрони, що генеруються там, повинні дифундувати по всій ширині шару поглинача, перш ніж будуть витягнуті на межі розділу TiO2, причому шанси на рекомбінацію тим більші, чим далі вони генеруються від відповідного стоку. Аналогічні міркування стосуються і дірок поблизу TiO2-CH3NH3PbI3-xClx межа розділу. Поєднання двох картин розпаду пояснює зменшення сигналу EBIC до середини шару і формування двопікової картини: кожен носій заряду збирається на різних кінцях комірки, формуючи окрему картину розпаду з одним піком, а суперпозиція картин розпаду дірок і електронів дає двопікову картину.

З d що представляє ширину поглинача і Ln,p дифузійних довжин електронів (n) і дірок (p), картина переходу, що спостерігається в перовскіті, виникає лише при d і Ln,p можна порівняти (перехід від одинарного піку EBIC до подвійного видно на додатковому рис. 1). Ця двопікова картина є досить відмінною від інших переходів. Наприклад, p-n перехід в поглиначі утворює один пік, p-i-n структуру з dL виявляє два піки, розділені плоскою ділянкою та p-i-n структурою з dL матиме лише один пік ширини d 14. У p-i-n приладі напівпровідникова плівка, яка діє як поглинач сонячного світла, контактує з обох боків з p- і n-напівпровідниками з різними робочими функціями. Ці напівпровідники виконують роль селективних контактуючих матеріалів. Існують різноманітні p-i-n комірки: у найпоширенішій, амоній на основі Si-, p- і n-напівпровідники збігаються з основним, тоді як в інших комірках їхні матеріали відрізняються від матеріалу основного напівпровідника (наприклад, деякі органічні фотоелектричні (ФЕП) комірки), а на p-i та i-n переходах можуть існувати енергетичні зсуви зон. Зауважимо, що p-i-n модель є однією з тих моделей, які раніше пропонувалися як можливі для CH3NH3PbI3-xClx комірки 15. але дотепер, однак, не було наведено жодних експериментальних доказів на підтримку цієї моделі (або іншої). Наші результати дають прямі експериментальні докази p-i-n режиму роботи CH3NH3PbI3-xClx фотоелектричний пристрій. Те, що така модель працює у відлитому з розчину фотоелектричному пристрої, стає ще більш дивовижним, якщо усвідомити, що єдиний p-i-n фотоелектричний перехід, який можна порівняти з перовскітним фотоелектричним переходом, базується на структурі, яка вимагає дуже складних методів приготування і поглинача високої електронної якості, переході, що містить AlGaAs/GaAs множинні квантові ями (для порівняння, амоний гідрогенізований Si, a-Si:H, має дифузійну довжину в діапазоні 0.1-0.2 мкм, тоді як у GaAs ~1-5 мкм). Висока електронна якість матеріалу поглинача також підтверджується нещодавніми повідомленнями про високу рухливість заряду і низьку швидкість рекомбінації 12,16.

Відносна інтенсивність піків EBIC є добрим показником ефективності екстракції двох носіїв заряду (на двох селективних інтеейсах). Зі сканування ліній EBIC ми розрахували ефективні дифузійні довжини, Ln=1.9±0.1 мкм та Lp=1.5±0.2 мкм (додатковий рис. 2) 17,18,19. Ці значення подібні до тих, що їх нещодавно обчислив Стренкс та ін.). 20 моделюючи їхні експериментальні дані фотолюмінесценції та поглинання з часовою роздільною здатністю. Пік ближче до HTM був стабільно вищим, ніж пік ближче до TiO2, що вказує на те, що електрони витягуються ефективніше, ніж дірки.

Наш EBIC аналіз перовскітних комірок без глиноземної підкладки виявив двопікову форму сигналу, характерну для p-i-n структури з низьколегованим активним шаром між двома селективними стоками, і d~L. Як згадувалося вище, подібна двопікова картина спостерігається в AlGaAs/GaAs сонячних елементах з багатьма квантовими ямами p-i-n, виготовлених методом молекулярно-променевої епітаксії 21. Як ми покажемо пізніше, ця p-i-n класифікація тонкоплівкових перовскітних комірок також застосовується до перовскітних комірок, що використовують mp-Al2O3 як підкладку.

Спочатку, однак, ми розглянемо вплив полікристалічної природи використовуваного перовскіту, оскільки транспортні бар’єри на границях зерен можуть вплинути на аналіз EBIC і знизити фотоелектричні характеристики. Коли ми проаналізували електростатичний ландшафт матеріалу поглинача за допомогою скануючої зондової силової мікроскопії Кельвіна, ми не виявили значних змін потенціалу в кожному зерні або на його межі (додатковий рис. 3). Це свідчить про те, що межі зерен не містять значних областей збіднення і що електричний струм рівномірно фотогенерується в об’ємі та на інтеейсах зерен, ситуація, яка відрізняється від CdTe, але дещо подібна до тієї, що спостерігається в CIGS-елементах 22,23. Це може бути результатом низької густини поверхневих станів, можливо, через часткову органічну природу цього напівпровідника, коли органічні фрагменти пасивують поверхню (аміни є відомими пасиваторами для поверхні напівпровідників II-VI). Цілком ймовірно, що така низька густина поверхневих або інтеейсних дефектів також сприяє дуже високій VЗначення OC, отримані для цих елементів (через відсутність пінінгу на інтеейсах).

Пристрої з тонким mp-Al2O3 і ВТМ

Коли ми розмістили тонкий (ca. 100-200 нм) шару mp-Al2O3 між поглиначем і TiO2, двопікова картина зберігається. хоча сигнал поблизу межі розділу з TiO2 виявився менш різким, а пік ніби змістився всередину, в шар поглинача. Однак, ми вважаємо правдоподібним, що зсув піку зумовлений ефектом приховування електронів mp-Al2O3, який розбавляє струмопровідний об’єм (глинозем не проводить струм від електровольтаїчного ефекту, але поглинає частину електронів з електронного променя), що призводить до видимого зсуву піку.

ясування, заряд, механізму, роботи

Пристрої з товстим mp-Al2O3 і HTM

Ми також досліджували сонячний елемент з набагато товстішим (ca) товщиною поглинача. 700 нм) мп-глиноземний каркас. На рис. 4, наведено зображення SE та EBIC поперечного перерізу цієї комірки). З тривимірної поверхневої діаграми EBIC зображення (рис. 4b), ми бачимо, що в поглиначі все ще є пік поблизу ВТМ, більш домінуючий, ніж піки, які ми спостерігали поблизу ВТМ раніше (рис. 2 і 3).

ясування, заряд, механізму, роботи

Однак, пік EBIC, який зазвичай розташований близько до межі поділу TiO2, тепер майже повністю затуляється глиноземом, хоча залишки сигналу все ще можна виявити. Крім того, ми відзначаємо, що в областях, які не мають покривного шару поглинача поверх mp-Al2O3, ми не бачимо сигналу EBIC (або бачимо дуже слабкий сигнал; див. додатковий рис. 4, SE і EBIC). 4), що означає, що ця комірка не працює як нанокомпозит, так званий об’ємний гетероперехід, як припускали раніше 5. тобто внутрішнє перемішування поглинача і ВТМ в порах не є суттєвим для функціонування приладу власне в шар поглинача, і змішування з mp-Al2O3, ймовірно, виконує функцію покращення покриття поверхні. Це свідчить про те, що p-i-n модель комірки все ще тримається незалежно від mp-глинозему. Крім того, це свідчить про те, що можливим шляхом вдосконалення цих комірок є покращення рівномірності покриття перовскіту, що в обмеженій мірі досягається за допомогою глиноземного каркасу 7,10. З точки зору роботи пристрою, ця неоднорідність може бути візуалізована як (фото-)діоди з різними VОК з’єднані паралельно, що зменшує габарити комірки VOC. Вплив на VOC випливає з різного темнового струму, який буде мати кожен діод 24,25. Локальна товщина поглинача також може впливати на локальний JSC.

Пристрої з тонким шаром mp-Al2O3 і без ВТМ

Нарешті, на рис. 5, ми розглядаємо структуру без ВТМ (тонкий шар mp-Al2O3 був використаний для запобігання шунтування від зворотного контакту Au до TiO2).

ясування, заряд, механізму, роботи

Тут ми не змогли виявити двопікової картини, а лише один широкий пік з максимумом інтенсивності поблизу TiO2 і повільним зменшенням сигналу в напрямку до зворотного контакту Au. Товщина поглинача в області між двома стрілками становить ка . 1 мкм, що можна порівняти з товщиною поглинача на рис. 3 (ca. 1.3 мкм в тонкій області). Повільне зменшення сигналу EBIC у напрямку до зворотного контакту Au вказує на відсутність (або дуже мале) вигину смуги пропускання від переходу Шотткі на межі розділу Au-поглинач. Таким чином, можна зробити висновок, що за відсутності матеріалу, який транспортує дірки, комірка функціонує як гетероперехід між поглиначем і TiO2, причому область максимального виробництва струму і, отже, положення центру переходу в перовскіті розташоване близько до TiO2. Ця структура припускає можливість збільшення напруги шляхом введення перовскіту в сильну інверсію.

Обговорення

Зроблено висновок, що ці комірки, як у тонкій плівці, так і в інертній мезопористій конфігурації, працюють як p-i-n прилад з високою електронною якістю.i. шар, і де квазіфермі рівні розщеплюються в межах цього шару. Це відрізняється від інших пристроїв, таких як p-n переходи, де квазі-фермівське розщеплення рівнів може відбуватися також за межами області просторового заряду, в так званих селективних контактах. Висока VОЗ виникає внаслідок наявності двох послідовно з’єднаних (напів-) переходів, кожен з яких є окремим гетеро-переходом, що сприяє мінімізації темнового струму і максимізації фотоструму, а їх взаємний внесок призводить до збільшення VOC (див. 26). Це узагальнено на схематичній зонній діаграмі p-n переходу (рис. 6a), ‘a-Si:H’-подібний p-i-n перехід (рис. 6b), а також запропонована нами p-i-n зонна діаграма для CH3NH3PbI3-xClx Елементи на основі перовскіту (рис. 6c), що підкреслює неоднорідність вбудованого поля в цьому приладі в порівнянні з іншими p-i-n приладами.

ясування, заряд, механізму, роботи

Дані показують, що ефективність вилучення електронів дещо вища, ніж дірок, і ми оцінюємо ефективну довжину дифузії для обох носіїв заряду більше 1 мкм. Подібно до ефективних CIGS-елементів, перовскітні поглиначі складаються з орієнтованих високоякісних кристалічних зерен 5,20 з доброякісними межами зерен і низькою щільністю поверхневих/міжфазних станів. Це пояснює високу ефективність і високу qVOC/EЗалежність між шириною забороненої зони в системі CH3NH3PbI3-xClx комірки на основі перовскіту. За відсутності ВТМ ми спостерігаємо незначне поле або його відсутність на переході перовськіт/Au, і тоді активний перехід знаходиться між перовськітом і TiO2.

Методи

Виготовлення приладу

Прозорі провідні підкладки FTO (Pilkington TEC15) були вирізані та очищені послідовною 15-хвилинною обробкою ультразвуком у теплому водному розчині алконоксу, деіонізованій воді, ацетоні та етанолі, з подальшим сушінням у потоці N2. Компактний ca. TiO2 товщиною 100 нм наносили на чисту підкладку методом спрей-піролізу 200 мМ розчину біс(ацетилацетонату) діізопропоксиду титану в ізопропанолі з використанням повітря як газу-носія на гарячій плиті при температурі 350 °С з наступним відпалом при 500 °С протягом 1 год на повітрі.

Скаффолд mp-Al2O3 готували шляхом нанесення спінового покриття на пасту з наночастинок глинозему (d=50 нм) на компактних підкладках з титановим покриттям. Суспензія наночастинок глинозему у воді була використана як основа для глиноземної пасти. По-перше, вода була замінена етанолом шляхом повторного розділення та повторної суспензії в етанолі для отримання суспензії 10% мас. Десять грамів цієї суспензії змішували з 8.33 г розчину етилцелюлози (5 г етанолу, 3.33 г α-терпінеолу, 1 г етилцелюлози 10 cP та 1 г етилцелюлози 46 cP). Етанол повністю видаляли на роторному випаровувачі перед повторним диспергуванням пасти етанолом шляхом додавання етанолу 2.5 разів більше ваги пасти. Пасту наносили спінінговим покриттям при 500 об.p.m. (4.2 г сили) протягом 5 с, а потім 3,000 r.p.m. (сила 151 г) протягом 45 с, а потім спікали при 550 °C протягом 2 год, щоб отримати ка. 700 нм тонкою пористою плівкою. Цю базову пасту перед використанням розбавляли етанолом у ваговому співвідношенні 1:1 для утворення тонкої алюмооксидної плівки.

Розчин CH3NH3PbI2Cl готували, як описано в іншій роботі 21. Коротко, CH3NH3I готували шляхом змішування метилового аміну (40% в метанолі) з йодистою кислотою (57% у воді; обережно: екзотермічна реакція) в молярному співвідношенні 1:1 в колбі об’ємом 100 мл при безперервному перемішуванні при 0 °C протягом 2 год. Потім CH3NH3I кристалізували, видаляючи розчинник на роторному випаровувачі, тричі промиваючи діетиловим ефіром протягом 30 хв і відфільтровуючи осад. Матеріал, у вигляді білих кристалів, потім сушили протягом ночі у вакуумі при 60 °C. Потім його зберігали в темному, сухому середовищі до подальшого використання. 40%-ний розчин CH3NH3PbI3-xClx готували шляхом змішування PbCl2 та CH3NH3I у мольному співвідношенні 1:3 у N′N-диметилформаміді та нагрівання до 60 °С до утворення прозорого жовтого розчину. Для нанесення покриття на підкладку розчин наносили у два етапи: 5 с при 500 об.p.m. а потім при 1500 об.p.m. (сила 38 г) протягом 30 с. Потім підкладку нагрівали на гарячій плиті при 100 °C протягом 45 хв, після чого підкладка набувала глибокого темно-коричневого кольору.

Для завершення виготовлення приладу наносили 100 мкл розчину діркового провідника (84 мг спіро-МеОТАД в 1 мл хлорбензолу, змішаного з 7 мкл трет-бутилпіридину та 15 мкл 170 мг/мл LiTFSI, біс(трифторметан)сульфонаміду, в ацетонітрилі) шляхом спін-коатингу 5 с при 500 об/хв.p.m., потім при 1,500 r.p.m. протягом 30 с, а потім 100 нм золоті контакти термічно випаровували на зворотному боці через тіньову маску з 0.24 см 2 прямокутних отворів.

Характеристика приладу

The JV характеристики вимірювали за допомогою Keithley 2400-LV SourceMeter і контролювали за допомогою програми власної розробки на базі Labview. Сонячний симулятор (ScienceTech SF-150), оснащений 1.Для освітлення використовували фільтр 5AM, відкалібрований за допомогою кремнієвого сонячного елемента IXOLAR High Efficiency SolarBIT (IXYS XOB17-04 × 3). Пристрої характеризували через 0.16 см 2 маска.

Вимірювання EBIC

Після визначення характеристик приладів на сонячному симуляторі зразки розколювали вручну після надрізу скла на зворотному боці і одразу завантажували у вакуумну камеру растрового електронного мікроскопа для вимірювання EBIC. Скануючі електронні мікроскопічні зображення були зроблені на мікроскопі Zeiss SUPRA з високою роздільною здатністю, оснащеному підсилювачем струму зразка (GW electronics Inc)., Тип 31). Золотий тильний контакт був з’єднаний з тримачем зразка і, через нього, з попереднім підсилювачем за допомогою невеликого мікроманіпулятора, що дозволило виміряти струм зразка. Використовуючи формулу Грюна, ми розрахували глибину проникнення приблизно. 20 нм в робочих умовах 9 (1).5 кеВ; робоча відстань кВ. 5 мм і щільність перовскіту, взята як ca. 4 г мл.1 (посилання. 16), що передбачає бічну роздільну здатність EBIC того ж порядку величини. Зображення оброблено за допомогою пакету Fiji з програми ImageJ 1.48.

Слово застереження: навіть відносно низька енергія, 1.5 кеВ, електронний промінь пошкоджує зразок з часом, при збільшенні експозиції. Додатковий рис. 5 показує зменшення інтенсивності EBIC при послідовному скануванні. Чітке погіршення сигналу EBIC спостерігається після кількох сканувань.

Додаткова інформація

Як цитувати цю статтю: Edri, E. та ін. З’ясування поділу носіїв заряду та механізму роботи CH3NH3PbI3-xClx перовскітні сонячні елементи. Нат. Комунікація. 5:3461 doi: 10.1038/ncomms4461 (2014).

Подяки

Ми дякуємо Leona M. та Гаррі Б. Благодійний фонд Хелмслі, Спільна дослідницька програма Вейцмана і Великобританії, програма “Таштіот” Міністерства науки Ізраїлю, пан Мартін Кушнер Шнур і Центр датчиків і безпеки Ненсі і Стівена Гранд за часткову підтримку. S.M. дякує Програмі PBC Ізраїльської ради з вищої освіти за стипендію. D.C. завідує кафедрою енергетичних досліджень імені Сильвії та Роланда Шеферів.

Інформація про автора

Автори та афіліації

  • Кафедра матеріалів та інтеейсів, хімічний факультет, Науковий інститут Вейцмана, Реховот, 76100, Ізраїль Еран Едрі, Саар Кірмайєр, Саб’ясачі Мухопадхей, Гері Ходс Девід Каен
  • Відділ підтримки хімічних досліджень, хімічний факультет, Науковий інститут Вейцмана, Реховот, 76100, Ізраїль Костянтин Гарцман

Зробіть робота-жучка на сонячних батареях

Ці роботи можуть бути маленькими і дещо простодушними, але їх легка конструкція, унікальна локомоція і химерна індивідуальність роблять їх чудовими в якості першого проекту з робототехніки. У цьому проекті ми створимо простого робота, схожого на жука, який накопичуватиме світлову енергію доти, доки не матиме достатньо енергії, щоб пересуватися за допомогою вібраційного двигуна. Цей простий проект з робототехніки можна зробити за кілька годин, і він є чудовим вступом до концепцій електроніки та пайки.

Крок 1: Зберіть свої запаси

Нижче наведені всі витратні матеріали, необхідні для цього проекту, а також посилання на їх придбання. Більшість елементів ви можете знайти на Amazon, однак деякі компоненти найкраще купувати у Mouser або DigiKey.

  • Паяльник і припій
  • Гарячий клей
  • Дротяні кусачки
  • Плоскогубці з голчастим кінцем
  • Ювелірний дріт
  • Електронний провід 22AWG
  • Конденсатор 4700 мкФ
  • 2.2kΩ резистор
  • 2N3904 NPN транзистор
  • 2N3906 PNP транзистор
  • Малі сонячні елементи
  • Вібраційний двигун
  • TC54 Тригер напруги

Оновлення: До моєї уваги було доведено, що тригер напруги, на який я посилався вище, застарів. Але не бійтеся! Я знайшов те, що вважаю підходящою заміною в тригері напруги DS1233A. На жаль, ніжки цього компонента відрізняються від ніжок TC54, тому вам доведеться мати це на увазі протягом усього проекту.

Ліву ніжку TC54 = середню ніжку DS1233A

Середня нога TC54 = права нога DS1233A

Права ніжка TC54 = ліва ніжка DS1233A

Крок 2: Підготуйте компоненти

Перша частина робота Solar Bug, яку ми збираємо. це сонячний двигун. Це частина робота, яка перевіряє конденсатор, щоб побачити, чи достатньо він заряджений. Коли він спрацьовує, він скидає всю цю потужність на двигун для короткого сплеску руху. Щоб побудувати сонячний двигун, спочатку нам потрібно підготувати наші компоненти. Я вважаю, що найпростіший спосіб показати вам це, посилаючись на фотографії вище, але я також напишу інструкції, щоб розповісти про те, що я роблю.

ПРИМІТКА: Задля послідовності, коли я говорю про ліву і праву ніжки компонентів, я маю на увазі, що вони мають бути орієнтовані плоскою стороною до мене, а ніжки спрямовані вниз (як показано на більшості фотографій).)

Спочатку зігніть ліву ніжку 2N3904 вліво і вниз, а праву ніжку вправо і до себе, залишивши середню ніжку спрямованою прямо вниз. Тепер 2N3906 і стабілізатор напруги TC54 будуть зігнуті так само, з лівою і правою ногами, зігнутими назовні і вниз, а середня нога спрямована до вас.

Крок 3: Підключіть 2N3904 до 2N3906

Час витягнути паяльник і приступити до роботи, щоб зібрати цю річ разом. Спочатку розмістіть 2N3904 поруч з 2N3906, а потім припаяйте середню ніжку 2N3904 до правої ніжки 2N3906.

Далі візьміть 2.2k резистор і припаяти його між правою ніжкою 2N3904 і середньою ніжкою 2N3906. На цьому етапі ви можете використовувати кусачки, щоб відрізати зайвий провід від резистора.

Крок 4: Приєднайте тригер напруги

Тепер давайте кинемо тригер напруги в суміш. Припаяйте ліву ніжку тригера напруги до середньої ніжки 2N3904 і припаяйте ліву ніжку 2N3904 до правої ніжки тригера напруги. На цьому етапі ваш сонячний двигун повинен виглядати як на першому малюнку вище.

Тепер відріжте шматок дроту 22AWG довжиною близько дюйма і припаяйте його між середньою ніжкою тригера напруги і лівою ніжкою 2N3906. Тепер ваш сонячний двигун завершений!

Крок 5: Приєднайте сонячний двигун до конденсатора

Примітка: Тепер, коли ми завершили роботу над мозком бота, настав час надати йому місце для зберігання енергії. У цьому проекті ми будемо використовувати електролітичний конденсатор для зберігання електроенергії. Цей тип конденсатора ми називаємо полярним, це означає, що він працює лише в одному напрямку. Щоб з’ясувати, де який вивід, знайдіть смужку, надруковану на боковій стороні конденсатора. Це негативний вивід, отже, інший. позитивний. Це буде важливо для цього кроку.

За допомогою гарячого клею прикріпіть сонячний двигун до конденсатора з негативним полюсом, найближчим до тригера напруги. Обов’язково розмістіть його десь там, де будуть досягати ноги конденсатора.

Тепер відігніть негативну ніжку конденсатора назад і припаяйте її до правої ніжки тригера напруги. Також зігніть позитивну ніжку конденсатора на місце і припаяйте її до лівої ніжки 2N3906.

Крок 6: Приєднайте двигун

Тепер давайте прикріпимо двигун! Спочатку вирішіть, де ви хочете розмістити двигун, я вирішив поставити двигун, що виходить ззаду, як жало. Це вимагає певного планування, оскільки дроти на моєму двигуні трохи короткі. Я використав залишки ніжок, які я відрізав від резистора, щоб трохи подовжити дроти двигуна, щоб вони досягали задньої частини мого робота.

припаяйте один з дротів двигуна до правої ніжки 2N3904, а інший. до позитивного кінця конденсатора. не має значення, який дріт куди йде, перевертання дротів просто змінить напрямок обертання двигуна.

Потім використовуйте мазок гарячого клею, щоб закріпити двигун на місці. Переконайтеся, що противага може вільно обертатися, інакше ваш робот не зможе рухатися.

Крок 7: Сонячна енергія!!

Ми на фінішній прямій! Тепер настав час прикріпити сонячні панелі. По-перше, якщо до панелей не припаяні дроти, зараз саме час це зробити. Я рекомендую використовувати два різних кольори дроту 22AWG, щоб ви могли легко ідентифікувати позитивну та негативну ніжки сонячної панелі.

Примітка: У цьому посібнику я використовую дві сонячні панелі, однак, якщо у вас є тільки одна, це теж буде працювати. Чим більше панелей, тим швидше буде заряджатися конденсатор і тим сильніше буде пульсувати двигун. Отже, якщо ви хочете, щоб ваш бот рухався більше, додайте більше панелей.

За допомогою паяльника підключіть негативний провід сонячної панелі до негативної ніжки конденсатора. Потім зробіть те ж саме з іншого боку, підключивши позитивний кінець панелі до позитивної ніжки конденсатора.

Крок 8: Зробіть це красиво

На цьому етапі ваш сонячний жук-бот майже готовий! Останній крок зараз просто косметичний.

Відріжте два відрізки ювелірного дроту довжиною близько трьох-чотирьох дюймів. За допомогою плоскогубців з голчастим носом зігніть обидва кінці обох шматочків дроту в маленькі ніжки. Тепер зігніть обидві довжини дроту у формі літери М і приклейте їх гарячим клеєм до нижньої частини вашого робота. Вони будуть виконувати роль ніг вашого робота.

І на цьому ваш сонячний робот-жук готовий! Тепер все, що вам потрібно зробити, це винести їх на сонце і спостерігати, як вони працюють!

Крок 9: Як це працює?

Коли бот потрапляє під сонячне світло, сонячні панелі починають заряджати конденсатор. У міру зарядки напруга на конденсаторі буде збільшуватися, поки не перевищить критичну точку спрацьовування тригера напруги. У цей момент тригер напруги подасть напругу на базу 2N3904. Тепер, оскільки 2N3904 є NPN-транзистором, він діє як перемикач, коли струм подається на базу, він дозволяє струму текти з одного боку на інший. Цей перемикач активує двигун. З іншого боку, 2N3906. це PNP-транзистор. Це означає, що це дозволяє струму текти, коли основа підключена до землі. Коли 2N3904 спрацьовує, він вимикає 2N3906 і повністю обходить тригер напруги, дозволяючи всій електроенергії надходити в двигун, поки конденсатор не розрядиться і не буде готовий до поповнення.

IoT, Sigfox, LoRaWan, технологія, обладнання, безпека, хакерство (DiY)

ясування, заряд, механізму, роботи

Отримайте задоволення від сонячних панелей для IoT

Я розглядаю сонячну енергію для живлення пристрою IoT, який буде використовуватися в автомобілі. Я не знайшов багато документації про те, що ми можемо робити з сонячними панелями і яку енергію ми можемо очікувати отримати з такою системою.

Цей пост узагальнить інформацію, яку я отримав про сонячні панелі та проведені вимірювання.

Технологія сонячних панелей

Я використовував панель IXYS для своїх тестів, оскільки їх можна було легко знайти у інтернет-дистриб’юторів, і вони виглядають промислово; я шукав невелику панель, яку можна було б легко встановити на друковану плату. Ви також можете знайти більші з Китаю, але в моєму випадку вони не дуже відповідали моїм потребам. До речі, якщо у мене буде трохи часу, я протестую кілька.

Згідно з цим документом, сонячні панелі базуються на трьох технологіях:

  • Полікристалічні. мають спектральний діапазон від 500 нм до 1100 нм (видимий в інфрачервоному діапазоні) і ефективність 13%. Вони в основному використовуються на відкритому повітрі.
  • Монокристалічні. мають більшу спектральну чутливість від 300 нм до 1100 нм (від ультрафіолету до інфрачервоного); завдяки цьому вони мають кращу ефективність і мають сенс використовувати як всередині, так і зовні приміщення. Продуктивність може досягати 22%
  • Амоний. спектральний діапазон від 300 нм до 600 нм (видимий); вони добре працюють в приміщенні, але ефективність становить близько 5%

Тест, який я зробив, базується на монокристалічному елементі з ефективністю 22%; основна больова точка, яку я намагаюся оцінити. це вплив перебування за лобовим склом автомобіля, де сонячні інфрачервоні промені фільтруються, щоб уникнути зростання температури. Це означає, що доступна ширина спектра буде обмежена.

Сонячні панелі складаються з однієї або декількох комірок, поверхня, як правило, однакова для декількох пристроїв, тому в залежності від організації комірок ви можете вибирати між більшою ємністю за напругою або більшою ємністю за струмом.

В основному комірка видає 500 мВ і 15 мА; в залежності від упаковки ви можете мати 3 комірки (серія KXOB) або 8 комірок (серія SLMD). Елементи можуть бути послідовними або паралельними, тому це може бути щось на зразок 3×0.5V = 1.5В з 15мА або 3×15мА = 45мА з 0.5V можливість

Потім ви можете підключити кілька модулів паралельно або послідовно, щоб отримати те, що ви хочете. Напруга та струм вказані такі, які можна очікувати в найкращих умовах сонячного впливу. Залежно від цього результат буде зменшуватися (дуже швидко)

Виберіть правильний чіп для мого тесту

Моїм першим вибором був SLMD600H10-ND (ціна 7 одиниць), оскільки мені потрібно живити акумулятор для його завантаження, цей модуль пропонує 5.01V/22.3 мА в найкращому випадку; 2 або 3 таких модулі паралельно можуть бути хорошим джерелом енергії.

Залежно від впливу сонця напруга змінюється; також, залежно від навантаження вона буде змінюватися, виходячи з формули U=RI.

Я зроблю негайне вимірювання, оцінивши струм, що проходить через резистор 10 Ом, і зроблю довгострокове вимірювання, оцінивши струм, що проходить через дільниковий міст 2×10 Ом, і вимірявши напругу на виході з цього дільника за допомогою АЦП. Результати будуть зібрані, агреговані та передані через мережу sigfox.

Я зробив тест з цим POW11D2P на 5.5V. 80×100 монокристалічна сонячна панель також 3.95 ціна за одиницю.

Негайні заходи

Перший комплекс заходів був проведений легким похмурим травневим днем у Франції о 15:30

Всередині автомобіля Зовні автомобіля ПІВДЕНЬ 2.5mA 5mA NORTH 1.8 мА 3.5мА СХІД 3мА ЗАХІД 3мА СХІД-Горизонталь 0.7 мА 1.4 мА ЗАХІД-Горизонтальна 0.9mA 2.2 мА

У цьому тесті ПІВДЕНЬ / ПІВНІЧ / СХІД / ЗАХІД знаходяться в напрямку неба, лобове скло дає кут. E/W-Горизонтальна означає, що я використовував бічні вікна автомобіля; датчик в цьому випадку не спрямований в небо.

Вікна автомобіля в основному знижують ефективність сонячної батареї в 2 рази в протестованому автомобілі. Для порівняння, я провів тест на старому автомобілі C15, який не мав теплового лобового скла, результати повністю відрізняються:

Всередині автомобіля Зовні автомобіля ЗАХІД 2.12 мА 2.20 мА

Цей поділ на фактор 2 був підтверджений другою монокристалічною панеллю (POW111D2P)

Всередині автомобіля Зовні автомобіля Південь 52 мА 104 мА Північ 19 мА 42 мА

Слід зазначити, що елемент здатний забезпечити 22 мА, а в той день в найкращому стані він забезпечив лише 6 мА. Напередодні, коли я калібрував систему, у мене був сонячний період, і я отримав вироблення до 20 мА. Вплив погоди дійсно важливо враховувати.

Вплив погоди на виробництво сонячної енергії

Різні сонячні панелі

Я випробував різні сонячні панелі, що пропонують недорогі рішення, такі як ці:

1 Монокристалічна сонячна панель

Ця панель в основному є 1 сонячною панеллю на основі монокристалічного компонента. Мій ранковий тест дав мені потужність 49 мА (о 9 ранку) на відкритому повітрі.

1 Полікристалічна сонячна панель

Ця панель в основному є 1 сонячною панеллю на основі полікристалічного компонента. Мій ранковий тест дав мені потужність 40 мА (о 9 ранку) на відкритому повітрі.

Оскільки метою мого тесту є використання їх всередині автомобіля, мене цікавив вплив на технологію в цьому випадку. Оскільки полікристалічні батареї більше використовують інфрачервоне випромінювання, вони повинні були б бути менш ефективними за лобовим склом.

зовнішнє лобове скло співвідношення полікристалічні 43 18 42% монокристалічні 39 14 36%

Цей тест, нарешті, показує протилежне очікуваному завдяки точності мого тесту здається, що ми не маємо реальної різниці між цими технологіями з точки зору співвідношення.

Вплив температури

Температура негативно впливає на ефективність сонячної панелі. За лобовим склом температура може бути дійсно високою, до 65 ° C (ви помітите, якщо, як і я, спробуєте використовувати коробку, надруковану на PLA, для свого пристрою за лобовим склом і отримаєте щось на зразок gloubiboulgabox в кінці дня) Отже, згідно з деякими веб-сайтами, вплив становить близько.0,5% на градус вище 25°C. Це означає, що для 65°C вплив може становити близько 20%

Якість 1 сонячної панелі

Ціна. це одне, а якість. інше. Я отримав різні партії сонячних панелей з різною видимою якістю для Китаю. Я можу підтвердити, що краще перевірити, чи правильно працюють панелі, оскільки з 55 перевірених мною панелей 3 не працювали (5%).

Під час цього тесту я виміряв струм короткого замикання на постійному світлі для кожної з панелей. Результат показано на наведеному вище графіку, що показує кількість панелей, що подають струм у слот (23,5 означає подачу від 23 до 24 мАг):

Варіація продуктивності становить до 12% для робочої панелі до іншої. Середній показник становить 24,5 в умовах випробувань.

Монтаж сонячної панелі

Паралельне рішення

Першим способом живлення моєї схеми було використання існуючого рішення на основі схеми LiPo зарядного пристрою MCP73831T. Ця схема вимагає від 2,7 до 5.5 вольт на вході. Найкращим способом було підключити дві сонячні панелі паралельно, щоб отримати більше енергії від них.

Щоб отримати більший струм, можна встановити дві (або більше) сонячні панелі паралельно; щоб захистити їх від зворотного струму від ланцюга, коли сонячна панель йде в темряву, послідовно додається діод; щоб уникнути піку струму, що перевищує межу, прийняту ланцюгом поруч з панеллю, додається стабілітрон, як у наведеній вище схемі.

Це рішення недостатньо ефективне, мої вимірювання дали мені погані результати, оскільки в сонячний день опівдні, перебуваючи прямо перед сонцем, до акумулятора надходило лише 8 мАг Цей показник зменшився до 5.5mAh, як тільки температура лобового скла зросла. Для цього є різні причини :

  • MCP73831 є лінійним регулятором, не ефективним для перетворення сонячної енергії для поповнення акумулятора
  • MCP73831 не призначений для сонячної панелі і не може адаптувати свій імпеданс для оптимізації сонячної панелі
  • Коли я проводив вимірювання, я точно не знав, яким був стан батареї, але струм заряду залежить від рівня заряду батареї. до речі, 10 мА не є нормальним рівнем заряду для батареї, зарядженої на 50%.

Ознайомившись з описаним вище серійним рішенням, я спробував використати наднизькопотужний зарядний пристрій Texas Instrument BQ25504 для збору енергії. Ця мікросхема реалізує систему MPPT для оптимізації збору сонячної енергії.

Послідовне рішення

Друге рішення полягало в тому, щоб використовувати спеціальний зарядний пристрій для сонячних панелей, такий як sparkfun sunny buddy на базі пристрою LT3652. Цей пристрій вимагає більше, ніж 5 В як джерело живлення, щоб бути ефективним. З цієї причини кріплення сонячної панелі буде серійним :

послідовна схема сонячної батареї

Ця схема має 3 діоди, один зверху є блокуючим діодом для захисту втрат енергії в панелях вночі. Два інших. це обхідні діоди: якщо одна з панелей знаходиться в тіні, друга зможе щось виробляти, але рівень потужності буде нижчим (тільки одна панель). Для використання з LT3652 вони нам не потрібні, оскільки при 5В схема не працює.

Будьте обережні при підключенні акумулятора до сонячного приятеля, мій був перевернутий. Заземлення тут знаходиться зверху, як і для іншого роз’єму навантаження.

Я вніс невелику зміну: видалив конденсатор таймера: це зупиняє зарядку акумулятора приблизно через 4 години. Тому я замінив C6 на резистор 0 Ом, як зазначено в документації, щоб зупинити зарядку, коли C/10. Це означає, що зарядка закінчується, коли загальне навантаження становить Isense / 10.

За замовчуванням Isense = 450mA, тому C/10 занадто високий. Оскільки моя батарея 300mAh, значення за замовчуванням занадто велике, і оскільки максимальний струм, який я можу отримати від сонячної панелі, яку я використовую, становить 50mAh, все це дійсно занадто велике. Отже, я також змінив Rsense на Isense на 150 мА.

Rsense = 0.1 / Isense = 0.1 / 0.15 = 0.66 Ом

З цим рішенням, ось які результати я отримав

Похмурий літній день Блакитне небо літній день піковий струм, що виробляється в автомобілі 20mAh 50mAh

Це звучить дуже гарно, але в реальному світі це не дало мені очікуваного результату: LT3652 має механізм наддуву, щоб витягти максимальну потужність сонячної панелі навіть при невеликій світності, як наслідок, він споживає енергію акумулятора для цього. Справа в тому, що він споживає близько 10 мА, навіть якщо навантаження цього не потребує. І в основному батарея розряджається більше, ніж заряджається, якщо сонячна експозиція погана. Це рішення не було хорошим для мого застосування з невеликою сонячною панеллю. Я рекомендую протестувати його, якщо у вас є велика сонячна панель на 12 В з хорошим і постійним впливом.

Довгострокові заходи

У цьому тесті датчик встановлений в автомобілі, і ми не дбаємо про датчик під час руху та паркування автомобіля, щоб отримати щось схоже на реальний випадок використання, навіть якщо він не є особливо репрезентативним.

Перше, що я помітив, це те, що енергія виробляється (1 мА) з 8 ранку до 5-7 вечора, не більше в малохмарний день. Це 9-11 годин виробництва лише за хороших погодних умов для заправки акумулятора.

У сонячний день, коли я отримав близько 40 мАг на комірку, накопичену протягом дня. Темний дощовий день дав близько 12mAh, накопичених за день.

Як приклад, ось енергія, захоплена протягом зимового періоду за тиждень від 2 сонячних батарей:

Ми маємо великі коливання в залежності від погоди та часу експозиції.

Буде завершено найближчим часом, коли будуть зібрані дані.

Залишити відповідь