WO2013002662A1 - Device for converting solar energy - Google Patents

Device for converting solar energy Download PDF

Info

Publication number
WO2013002662A1
WO2013002662A1 PCT/RU2011/000460 RU2011000460W WO2013002662A1 WO 2013002662 A1 WO2013002662 A1 WO 2013002662A1 RU 2011000460 W RU2011000460 W RU 2011000460W WO 2013002662 A1 WO2013002662 A1 WO 2013002662A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
substrate
solar energy
screen
protective
converting solar
Prior art date
Application number
PCT/RU2011/000460
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Лариса Аркадьевна МОЛОХИНА
Эдуард Валерьевич СКУРИХИН
Марина Петровна САХАРОВА
Александр Владимирович ТЕРЕЩЕНКО
Николай Андреевич МАРЧЕНКО
Николай Николаевич ЛЕБЕДЕВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Инносфера Технолоджи"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Инносфера Технолоджи" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Инносфера Технолоджи"
Priority to RU2013147696/28A priority Critical patent/RU2013147696A/en
Priority to PCT/RU2011/000460 priority patent/WO2013002662A1/en
Publication of WO2013002662A1 publication Critical patent/WO2013002662A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/056—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means the light-reflecting means being of the back surface reflector [BSR] type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S2020/10—Solar modules layout; Modular arrangements
    • F24S2020/18—Solar modules layout; Modular arrangements having a particular shape, e.g. prismatic, pyramidal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/83—Other shapes
    • F24S2023/831—Other shapes corrugated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F24S2023/87—Reflectors layout
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the invention relates to the field of solar energy, in particular, to elements with radiation concentrators for generating electric and thermal energy and can be used to create highly efficient autonomous sources of electricity.
  • the prior art various devices for converting solar energy, aimed at increasing the concentration of solar radiation on solar cells by creating reflective surfaces and increasing their area.
  • reflective surfaces are formed on a photodetector layer deposited on a substrate.
  • JP 2003158274 published May 30, 2003, in which pyramidal protrusions or depressions with a side size of the base of the pyramid of 40 ⁇ are formed on the photodetector.
  • Similar solutions are disclosed, in particular, in patent KR 100322711, published January 17, 2007, which describes a solar battery, the photodetector layer of which is made with a profile in the form of randomly arranged pyramidal protrusions; in US patent 3,150,999, published September 29, 1964, which describes a radiant energy converter, the photodetector layer of which is made with pyramidal depressions, etc.
  • the main modifications of the microrelief according to habitus and production technology are divided on the surface of a concave directionally-profiled microrelief and the surface of a convex "spontaneous" microrelief.
  • the microrelief is carried out in a layer of polycrystalline silicon with a thickness of 200 - 300 microns, which is grown on a flat plate of single-crystal silicon.
  • the relief itself is obtained either by etching, or by laser or mechanical cutting.
  • the technology of manufacturing microrelief is a complex and expensive process.
  • the angles at the apex cannot be made less than 60 °, which dramatically reduces the number of reflections within the structure. Moreover, the absorption coefficient does not exceed 40%.
  • the disadvantages of the known devices are the complexity and, as a consequence, the high cost of manufacturing technology for the profile of the photodetector layer, as well as the impossibility of performing pyramids with small angles at the apex, which leads to a high reflection coefficient and its large dependence on the angle of incidence of solar radiation.
  • the disadvantages of this device include the technological complexity of manufacturing the profile of the substrate and the inconvenience during operation, due to the fact that the installation of the elements of the device requires rather bulky and expensive devices.
  • a device for converting solar energy into electrical energy developed by the Japanese National Institute of Advanced Sciences and Technologies in Industry, comprising a substrate, a photodetector layer deposited on the surface of the substrate, front and back electrodes in contact with the front and back sides of the photodetector, respectively
  • the disadvantage of this device is the low absorption coefficient due to the lack of multiple reflection, and, as a consequence, the low efficiency of the device.
  • the technical result to which the claimed invention is directed is to increase the efficiency of the device for converting solar energy by creating multiple reflections, reducing the dependence of the absorption coefficient on the angle of incidence of solar radiation while simplifying the manufacturing, installation and operation of the device, reducing its weight and cost.
  • the substrate is made in the form of at least a single-layer sheet of a periodic profile, the transverse and / or longitudinal section of which is a broken line with V-shaped protrusions with pointed and / or truncated vertices.
  • the thickness of the sheet may be less than or equal to the height of the V-shaped protrusion.
  • the substrate can be additionally coated with a reflective coating
  • the device can be additionally equipped with at least one protective screen, which can be configured to provide ventilation and / or optically transparent.
  • a dust- and / or water-repellent and / or wear-resistant coating may be applied to the front surface of the protective optically transparent screen
  • a filter coating may be applied to the back surface of the protective optically transparent screen.
  • At least one protective shield may be connected to the substrate, thereby providing an airtight cavity between the shield and the substrate, in which reduced pressure may be created.
  • the device for converting solar energy can be equipped with fasteners for connecting at least two devices to each other with mechanical and electrical contacts between them, and it can also be equipped with an antistatic and / or cooling devices.
  • figure 1 shows a General view of the substrate in a perspective view with a V-shaped profile
  • figure 2 shows a General view of the substrate in a perspective view with a pyramidal profile consisting of tetrahedral pyramids
  • Fig.3 shows a General view of the substrate in a perspective view with a pyramidal profile consisting of tetrahedral pyramids with truncated vertices;
  • figure 4 shows a General view of the substrate in a perspective view with a pyramidal profile consisting of trihedral pyramids with truncated vertices;
  • figure 5 shows a cross section of a device for converting solar energy with a sealed cavity between the screen and the substrate; 6 is a cross-sectional view of a device for converting solar energy;
  • figure 7 shows a view of figure 5
  • Fig.8 is a view of B in Fig.5;
  • figure 9 is a view In figure 5;
  • figure 10 is a view of figure 6.
  • the device for converting solar energy contains a substrate (1), on which at least one photodetector layer (2) is applied, with the front and back sides of which the front (3) and rear (4) electrodes are in contact, respectively.
  • the substrate (1) is made in the form of at least a single-layer sheet of a periodic profile, the transverse and / or longitudinal section of which is a broken line with V-shaped protrusions with pointed and / or truncated vertices.
  • the execution of the sheet with the specified profile allows you to create a substrate, the surface of which is a set of structures forming cavities in the form of pyramids and / or cones and / or V-shaped grooves and / or truncated pyramids and / or truncated cones and / or truncated V-shaped grooves .
  • depressions are formed on one side of the substrate in the form of pyramids and / or cones and / or V-shaped grooves and / or truncated pyramids and / or truncated cones and / or truncated V-shaped grooves, and on the other hand, protrusions in the form of pyramids and / or cones and / or V-shaped grooves and / or truncated pyramids and / or truncated cones and / or truncated V-grooves.
  • Hollow structures are designed to provide the maximum possible absorption of solar energy incident on the photoabsorbing layer due to repeated re-reflection and, accordingly, absorption of radiation inside the hollow structures. Moreover: at large angles at the top of the structures, an increase in the absorbing area relative to the overall dimensions of the solar cell occurs. With a decrease in the angle at the apex of the structures, depending on the angle at the apex and the angle of incidence of the radiation, repeated re-reflection of radiation begins inside the hollow structural elements, each time with absorption of energy and the sharper the angle, the more the number of reflections increases and, accordingly, the total absorption coefficient of radiation increases.
  • the substrate (1) in the form of a sheet of a periodic profile, the transverse and / or longitudinal section of which is a broken line with V-shaped protrusions with pointed and / or truncated vertices, allows its serial production with an angle at the apex of less than 22 °.
  • the substrate can be made of both a polymeric material and a metal, for example, by compression or by vacuum forming of polymer films or metal foil.
  • the height of the hollow structures formed on the sheet substrate (1), as a rule, is greater, but can be equal to the thickness of the sheet (1).
  • the substrate is the base on which the photodetector layer (2) and electrodes (3) and (4) are mounted.
  • the need for a dielectric layer is determined. If the substrate (1) is made of metal, a dielectric layer (5) is applied to it, onto which the back electrode (4), the photodetector layer (2) and the front electrode (3) are subsequently installed. In the manufacture of the substrate (1) from a dielectric material, a back electrode (4), a photodetector layer (2), and a front electrode (3) are then sequentially mounted on it.
  • the photodetector layer (2) can be made in single or multi-stage design, based on silicon, diatoms, etc., and have different absorption coefficients in different wavelength ranges of the solar spectrum.
  • substrate material depends on the type of photodetector layer and the method of its application.
  • a metal for example, copper, molybdenum, etc. can be used as a substrate.
  • a reflective coating (6) can be applied to the surface of the substrate (1). If the walls of the structure are smooth, of optical quality, then subsequent layers deposited, for example, by spraying in vacuum, have a high reflection coefficient. In this case, the reflective coating (6), if it is made of metal, for example aluminum, silver, etc., can simultaneously perform the functions of the back electrode (4).
  • At least one protective screen (7) is placed on the front side of the device for converting solar energy, which is designed to protect the photodetector layer and electrodes from the adverse effects of the external environment.
  • the protective screen (7) is made optically transparent from polymeric materials (PVC, polycarbonate, etc.) or glass and, as a rule, it is dustproof and / or water-repellent and / or wear-resistant.
  • coating (8) which is intended to increase the surface resistance to abrasion and scratches, as well as to repel dirt and water from a protective optically transparent screen.
  • the coating (8) is preferably made of polymethylmethacrylate with a thickness of 5 ⁇ m.
  • a filter layer (9) is applied to the back surface of the protective optically transparent screen, which provides optimization of the wavelength range of solar radiation passing through the protective optically transparent screen for various types of photodetector.
  • Various oxides are used, for example, as filter materials: A1 2 0 3 (1.59), Si0 2 (1.46), TU 2 (2.2–2.6); fluorides: MgF 2 (1.38), CaF 2 (1.24), LiF (1.35); sulfides: ZnS (2.35), CdS.
  • the choice of a particular material depends on the type of photodetector layer and is determined by the wavelength of the spectrum actively absorbed by the photodetector layer.
  • a holographic embossing layer can be used to create the effect of filtering solar radiation.
  • the device can be equipped with an additional protective screen (10) placed on the back of the device and made with holes of various shapes to ensure ventilation of the device.
  • an additional screen (10) makes it possible to create cavities and a device (11) for supplying a coolant, for example, water, on the back side of the substrate, allowing cooling of the substrate (1). This is significant, since during the operation of any solar cell, the temperature of the substrate increases, which reduces the electrical characteristics of the solar battery as a whole.
  • the introduction in the cavity of a refrigerant for example, water or air, not only reduces the temperature of the substrate, but also heats the refrigerant itself, for example, water, which in this case is an additional product of the invention.
  • Each of the protective screens (7), (10) can be connected to the substrate (1) to ensure that a sealed cavity (12) is created between the screen and the substrate.
  • the creation of a sealed cavity allows you to protect the internal systems of the device from atmospheric exposure and create a low pressure area.
  • the sealed cavity can be filled with any gas. Sealing can be created by welding the material along the external contour of the product or by gluing. This ensures a snug fit of the protective screen to the honeycomb panel and reduces the likelihood of its lag during operation of the device with increasing substrate temperature. With increasing temperature during operation of the device for converting solar energy, the pressure inside the sealed space begins to increase. To reduce the likelihood of depressurization of the device for converting solar energy in this case, the necessary pressure difference is calculated taking into account the operating conditions of work in the southern or northern climatic zones.
  • Fasteners (13) are installed on the external circuit of the device for converting solar energy, through which several devices can be interconnected into a single solar battery of the required size.
  • the fastening elements (13) can be made in the form of a push-button connection, for example, by embossing the relief.
  • the fastening elements (13) can be made in the form of any known connections, such as locking, threaded, etc. As a result, when assembling devices for converting solar energy into a solar battery, complex and material-intensive devices and devices are not required. Installation on the external circuit of the proposed thin-film device for converting solar energy fasteners (13) provides the ease of assembly of many devices for converting solar energy into a solar battery and, if necessary, replacing them.
  • the device for converting solar energy is equipped with an antistatic device, (14), which can be used, for example, the antistatic cord of the company "Human", installed on the external circuit of the device for converting solar energy.
  • an antistatic device (14) which can be used, for example, the antistatic cord of the company "Human”, installed on the external circuit of the device for converting solar energy.
  • Electric buses (15 and 16) provide electrical contact between the back and front electrodes of individual devices when they are assembled in a large solar battery.
  • Electric buses (17 and 18) provide removal of electric energy from the solar battery.
  • a device for converting solar energy works as follows.
  • Solar radiation entering the hollow structures in the form of pyramids and / or cones and / or V-shaped grooves and / or truncated pyramids and / or truncated cones is repeatedly reflected from the walls of the hollow structures.
  • light is absorbed in the photodetector layer (2) and is converted into electrical energy.
  • the removal of electrical energy is carried out by means of the front (3) and rear (4) electrodes in contact with the front and back sides of the photodetector layer (2), respectively, and then through the electric busbars (15-18).
  • the profile in the form of hollow structures is performed by embossing by matrices in the substrate (1), which ensures the optical quality of the walls of hollow structures. Moreover, its manufacture is carried out using serial equipment, which significantly reduces the cost of the substrate itself and the device as a whole.
  • the proposed device for converting solar energy works without direct incidence on the solar radiation panel — only by absorbing scattered light, and practically does not depend on the angle of incidence of light, since at any angle of incidence of sunlight on it, the latter falling into hollow structures are reflected on their side walls and move deep into the photodetector layer in the direction of their real or imaginary peaks.

Abstract

The invention relates to the field of solar power engineering, in particular to elements with radiation concentrators for producing electrical and thermal energy, and can be used in the production of high-efficiency autonomous sources of electrical energy. The device for converting solar energy comprises a substrate, at least one photoreceptor layer applied to the surface of the substrate, and a front and a rear electrode, which make contact with the front and rear sides of the photoreceptor layer, respectively, wherein the substrate is in the form of an at least single-layered sheet having a stepped profile with a cross section and/or a longitudinal section in the form of a broken line with V-shaped projections having sharp-pointed and/or truncated apexes. The technical result addressed by the claimed invention consists in increasing the efficiency of the device for converting solar energy by virtue of producing multiple reflection, reducing the dependence of the absorption coefficient on the angle of incidence of the solar radiation whilst simplifying the technology involved in the manufacture, installation and use of the device and reducing the weight and cost thereof.

Description

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ  SOLAR ENERGY CONVERSION DEVICE
Область техники Technical field
Изобретение относится к области гелиоэнергетики, в частности, к элементам с концентраторами излучения для получения электрической и тепловой энергии и может быть использовано при создании высокоэффективных автономных источников электроэнергии.  The invention relates to the field of solar energy, in particular, to elements with radiation concentrators for generating electric and thermal energy and can be used to create highly efficient autonomous sources of electricity.
Предшествующий уровень техники State of the art
Из уровня техники известны различные устройства для преобразования солнечной энергии, направленные на повышение концентрации солнечного излучения на солнечных элементах посредством создания отражающих поверхностей и увеличения их площади.  The prior art various devices for converting solar energy, aimed at increasing the concentration of solar radiation on solar cells by creating reflective surfaces and increasing their area.
В основном отражающие поверхности формируют на фотоприемном слое, нанесенном на подложку. Среди подобных технических решений можно выделить солнечную батарею, раскрытую в заявке JP 2003158274, опубликованной 30.05.2003, в которой на фотоприемном слое образованы пирамидальные выступы или впадины с размером стороны основания пирамиды 40 μιη. Аналогичные решения, раскрыты, в частности, в патенте KR 100322711, опубликованном 17.01.2007, где описана солнечная батарея, фотоприемный слой которой выполнен с профилем в виде хаотично расположенных пирамидальных выступов; в патенте US 3,150,999, опубликованном 29.09.1964, где описан преобразователь лучистой энергии, фотоприемный слой которого выполнен с пирамидальными впадинами, и т.д. В известном прототипе основные модификации микрорельефа по габитусу и технологии получения подразделяют на поверхности вогнутого направленно-профилированного микрорельефа и поверхности выпуклого «спонтанного» микрорельефа. Микрорельеф выполняется в слое поликристаллического кремния, толщиной 200 - 300 мкм, который выращивают на плоской пластине монокристаллического кремния. Сам рельеф получают либо травлением, либо лазерной или механической резкой. Технология изготовления микрорельефа является сложным и дорогостоящим процессом. Углы при вершине невозможно изготовить менее 60°, что резко снижает количество переотражений внутри структуры. При этом, коэффициент поглощения не превышает 40%.  Basically, reflective surfaces are formed on a photodetector layer deposited on a substrate. Among such technical solutions, one can single out a solar battery disclosed in JP 2003158274, published May 30, 2003, in which pyramidal protrusions or depressions with a side size of the base of the pyramid of 40 μιη are formed on the photodetector. Similar solutions are disclosed, in particular, in patent KR 100322711, published January 17, 2007, which describes a solar battery, the photodetector layer of which is made with a profile in the form of randomly arranged pyramidal protrusions; in US patent 3,150,999, published September 29, 1964, which describes a radiant energy converter, the photodetector layer of which is made with pyramidal depressions, etc. In the well-known prototype, the main modifications of the microrelief according to habitus and production technology are divided on the surface of a concave directionally-profiled microrelief and the surface of a convex "spontaneous" microrelief. The microrelief is carried out in a layer of polycrystalline silicon with a thickness of 200 - 300 microns, which is grown on a flat plate of single-crystal silicon. The relief itself is obtained either by etching, or by laser or mechanical cutting. The technology of manufacturing microrelief is a complex and expensive process. The angles at the apex cannot be made less than 60 °, which dramatically reduces the number of reflections within the structure. Moreover, the absorption coefficient does not exceed 40%.
Недостатками известных устройства являются сложность и, как следствие, высокая себестоимость технологии изготовления профиля фотоприемного слоя, а также невозможность выполнения пирамид с малыми углами при вершине, что приводит к высокому коэффициенту отражения и большой зависимости его от угла падения солнечного излучения. The disadvantages of the known devices are the complexity and, as a consequence, the high cost of manufacturing technology for the profile of the photodetector layer, as well as the impossibility of performing pyramids with small angles at the apex, which leads to a high reflection coefficient and its large dependence on the angle of incidence of solar radiation.
Из уровня техники известно также устройство для преобразования солнечной энергии, раскрытое в патенте JP 2007265826, опубликованном 11.10.2007, в котором один из элементов многослойной подложки - кремниевое основание - выполняют с пирамидальными углублениями.  The prior art also knows a device for converting solar energy, disclosed in patent JP 2007265826, published 11.10.2007, in which one of the elements of a multilayer substrate - a silicon base - is performed with pyramidal recesses.
К недостаткам данного устройства относятся технологическая сложность изготовления профиля подложки и неудобство при эксплуатации, обусловленное тем, что для монтажа элементов устройства требуются довольно громоздкие и дорогостоящие приспособления.  The disadvantages of this device include the technological complexity of manufacturing the profile of the substrate and the inconvenience during operation, due to the fact that the installation of the elements of the device requires rather bulky and expensive devices.
Наиболее близким к заявленному изобретению является устройство для преобразования солнечной энергии в электрическую, разработанное японским Национальным институтом передовых наук и технологий в промышленности, включающее подложку, фотоприемный слой, нанесенный на поверхность подложки, лицевой и тыльный электроды, контактирующие с лицевой и тыльной сторонами фотоприемного слоя соответственно Closest to the claimed invention is a device for converting solar energy into electrical energy, developed by the Japanese National Institute of Advanced Sciences and Technologies in Industry, comprising a substrate, a photodetector layer deposited on the surface of the substrate, front and back electrodes in contact with the front and back sides of the photodetector, respectively
(http://www.3dnews.ru/news/reshena problema proizvodstva gibkih solnechnih batarei/). (http://www.3dnews.ru/news/reshena problema proizvodstva gibkih solnechnih batarei /).
Недостатком данного устройства является низкий коэффициент поглощения, обусловленный отсутствием многократного отражения, и, как следствие, низкий КПД устройства.  The disadvantage of this device is the low absorption coefficient due to the lack of multiple reflection, and, as a consequence, the low efficiency of the device.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является повышение КПД устройства для преобразования солнечной энергии за счет создания многократного отражения, снижения зависимости коэффициента поглощения от угла падения солнечного излучения при упрощении технологии изготовления, установки и эксплуатации устройства, снижении его веса и стоимости.  The technical result to which the claimed invention is directed is to increase the efficiency of the device for converting solar energy by creating multiple reflections, reducing the dependence of the absorption coefficient on the angle of incidence of solar radiation while simplifying the manufacturing, installation and operation of the device, reducing its weight and cost.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве для преобразования солнечной энергии, включающем подложку, по крайней мере, один фотоприемный слой, нанесенный на поверхность подложки, лицевой и тыльный электроды, контактирующие с лицевой и тыльной сторонами фотоприемного слоя соответственно, подложка выполнена в виде, по крайней мере, однослойного листа периодического профиля, поперечное и/или продольное сечение которого представляет собой ломаную линию с V-образными выступами с остроконечными и/или усеченными вершинами. При этом толщина листа может быть меньше или равна высоте V-образного выступа. The specified technical result is achieved due to the fact that in the device for converting solar energy, including the substrate, at least one photodetector layer deposited on the surface of the substrate, the front and back electrodes in contact with the front and back sides of the photodetector accordingly, the substrate is made in the form of at least a single-layer sheet of a periodic profile, the transverse and / or longitudinal section of which is a broken line with V-shaped protrusions with pointed and / or truncated vertices. The thickness of the sheet may be less than or equal to the height of the V-shaped protrusion.
Указанный технический результат также достигается за счет того, что на подложку дополнительно может быть нанесено отражающее покрытие, а устройство дополнительно может быть снабжено, по крайней мере, одним защитным экраном, который может быть выполнен с возможностью обеспечения вентиляции и/или оптически прозрачным. При этом на лицевую поверхность защитного оптически прозрачного экрана может быть нанесено пыле- и/или водоотталкивающее и/или износостойкое покрытие, а на тыльную поверхность защитного оптически прозрачного экрана - фильтрующее покрытие. По крайней мере, один защитный экран может быть соединен с подложкой с обеспечением создания между экраном и подложкой герметичной полости, в которой может быть создано пониженное давление.  The specified technical result is also achieved due to the fact that the substrate can be additionally coated with a reflective coating, and the device can be additionally equipped with at least one protective screen, which can be configured to provide ventilation and / or optically transparent. In this case, a dust- and / or water-repellent and / or wear-resistant coating may be applied to the front surface of the protective optically transparent screen, and a filter coating may be applied to the back surface of the protective optically transparent screen. At least one protective shield may be connected to the substrate, thereby providing an airtight cavity between the shield and the substrate, in which reduced pressure may be created.
Кроме того, для достижения требуемого технического результата устройство для преобразования солнечной энергии может быть снабжено крепежными элементами для соединения между собой, по крайней мере, двух устройств с обеспечением механического и электрического контактов между ними, а также оно может быть дополнительно снабжено антистатическим и/или охлаждающим устройствами.  In addition, to achieve the desired technical result, the device for converting solar energy can be equipped with fasteners for connecting at least two devices to each other with mechanical and electrical contacts between them, and it can also be equipped with an antistatic and / or cooling devices.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
Изобретение поясняется чертежами, где:  The invention is illustrated by drawings, where:
на фиг.1 изображен общий вид подложки в аксонометрии с V-образным профилем;  figure 1 shows a General view of the substrate in a perspective view with a V-shaped profile;
на фиг.2 изображен общий вид подложки в аксонометрии с пирамидальным профилем, состоящим из четырехгранных пирамид;  figure 2 shows a General view of the substrate in a perspective view with a pyramidal profile consisting of tetrahedral pyramids;
на фиг.З изображен общий вид подложки в аксонометрии с пирамидальным профилем, состоящим из четырехгранных пирамид с усеченными вершинами;  on Fig.3 shows a General view of the substrate in a perspective view with a pyramidal profile consisting of tetrahedral pyramids with truncated vertices;
на фиг.4 изображен общий вид подложки в аксонометрии с пирамидальным профилем, состоящим из трехгранных пирамид с усеченными вершинами;  figure 4 shows a General view of the substrate in a perspective view with a pyramidal profile consisting of trihedral pyramids with truncated vertices;
на фиг.5 изображен поперечный разрез устройства для преобразования сол- нечной энергии с герметичной полостью между экраном и подложкой; на фиг.6 изображен поперечный разрез устройства для преобразования сол- нечной энергии; figure 5 shows a cross section of a device for converting solar energy with a sealed cavity between the screen and the substrate; 6 is a cross-sectional view of a device for converting solar energy;
на фиг.7 изображен вид А на фиг.5;  figure 7 shows a view of figure 5;
на фиг.8 - вид Б на фиг.5;  in Fig.8 is a view of B in Fig.5;
на фиг.9 - вид В на фиг.5;  figure 9 is a view In figure 5;
на фиг.10 - вид Г на фиг.6.  figure 10 is a view of figure 6.
Лучший вариант осуществления изобретения The best embodiment of the invention
Устройство для преобразования солнечной энергии содержит подложку (1), на которую нанесен, по крайней мере, один фотоприемный слой (2), с лицевой и тыльной сторонами которого контактируют лицевой (3) и тыльный (4) электроды соответственно.  The device for converting solar energy contains a substrate (1), on which at least one photodetector layer (2) is applied, with the front and back sides of which the front (3) and rear (4) electrodes are in contact, respectively.
Подложка (1) выполнена в виде, по крайней мере, однослойного листа периодического профиля, поперечное и/или продольное сечение которого представляет собой ломаную линию с V-образными выступами с остроконечными и/или усеченными вершинами. Выполнение листа с указанным профилем позволяет создать подложку, поверхность которой представляет собой совокупность конструкций, формирующих полости в виде пирамид и/или конусов и/или V-образных канавок и/или усеченных пирамид и/или усеченных конусов и/или усеченных V-образных канавок. При тиснении подложки при условии, что высота тисненных пирамид больше или равна толщине листа, с одной стороны подложки формируются впадины в виде пирамид и/или конусов и/или V-образных канавок и/или усеченных пирамид и/или усеченных конусов и/или усеченных V-образных канавок, а с другой - выступы в виде пирамид и/или конусов и/или V-образных канавок и/или усеченных пирамид и/или усеченных конусов и/или усеченных V-образных канавок.  The substrate (1) is made in the form of at least a single-layer sheet of a periodic profile, the transverse and / or longitudinal section of which is a broken line with V-shaped protrusions with pointed and / or truncated vertices. The execution of the sheet with the specified profile allows you to create a substrate, the surface of which is a set of structures forming cavities in the form of pyramids and / or cones and / or V-shaped grooves and / or truncated pyramids and / or truncated cones and / or truncated V-shaped grooves . When embossing a substrate, provided that the height of the embossed pyramids is greater than or equal to the thickness of the sheet, depressions are formed on one side of the substrate in the form of pyramids and / or cones and / or V-shaped grooves and / or truncated pyramids and / or truncated cones and / or truncated V-shaped grooves, and on the other hand, protrusions in the form of pyramids and / or cones and / or V-shaped grooves and / or truncated pyramids and / or truncated cones and / or truncated V-grooves.
Пустотелые конструкции предназначены для обеспечения максимально возможного поглощения падающей на фотопоглощающий слой солнечной энергии за счет многократного переотражения и соответственно поглощения излучения внутри пустотелых конструкций. При этом: при больших углах при вершине конструкций происходит увеличение поглощающей площади относительно габаритных размеров солнечного элемента. С уменьшением угла при вершине конструкций, в зависимости от угла при вершине и угла падения излучения, начинает происходить многократное переотражение излучения внутри пустотелых элементов конструкции, каждый раз с поглощением энергии и, чем острее угол, тем больше растет количество переотражений и, соответственно, увеличивается суммарный коэффициент поглощения излучения. Например, для четырехгранных пирамид при угле 22° и прямом падении света, данная конструкции становится световой ловушкой, т.е. происходит 100% поглощение излучения. Аналогично для трехгранных пирамид: световая ловушка возникает при угле 35° между гранью пирамиды и ее противоположным ребром. Остроконечные конструкции могут иметь различную конфигурацию, однако технологически наиболее выгодно изготавливать трех- или четырехгранные конструкции. Hollow structures are designed to provide the maximum possible absorption of solar energy incident on the photoabsorbing layer due to repeated re-reflection and, accordingly, absorption of radiation inside the hollow structures. Moreover: at large angles at the top of the structures, an increase in the absorbing area relative to the overall dimensions of the solar cell occurs. With a decrease in the angle at the apex of the structures, depending on the angle at the apex and the angle of incidence of the radiation, repeated re-reflection of radiation begins inside the hollow structural elements, each time with absorption of energy and the sharper the angle, the more the number of reflections increases and, accordingly, the total absorption coefficient of radiation increases. For example, for tetrahedral pyramids at an angle of 22 ° and direct incidence of light, this design becomes a light trap, i.e. 100% absorption of radiation occurs. Similarly for trihedral pyramids: a light trap occurs at an angle of 35 ° between the face of the pyramid and its opposite edge. Peaked constructions can have various configurations, however, it is technologically most profitable to produce trihedral or tetrahedral constructions.
Конструкция подложки (1) в виде листа периодического профиля, поперечное и/или продольное сечение которого представляет собой ломаную линию с V-образными выступами с остроконечными и/или усеченными вершинами позволяет обеспечить ее серийное изготовление с углом при вершине менее 22°. При этом подложка может быть выполнена как из полимерного материала, так и из металла, например, прессованием или способом вакуумного формования полимерных пленок или металлической фольги. Высота пустотелых конструкций, образованных на листовой подложке (1), как правило, больше, но может быть и равна толщине самого листа (1).  The design of the substrate (1) in the form of a sheet of a periodic profile, the transverse and / or longitudinal section of which is a broken line with V-shaped protrusions with pointed and / or truncated vertices, allows its serial production with an angle at the apex of less than 22 °. In this case, the substrate can be made of both a polymeric material and a metal, for example, by compression or by vacuum forming of polymer films or metal foil. The height of the hollow structures formed on the sheet substrate (1), as a rule, is greater, but can be equal to the thickness of the sheet (1).
Подложка является основанием, на котором устанавливаются фотоприемный слой (2) и электроды (3) и (4).  The substrate is the base on which the photodetector layer (2) and electrodes (3) and (4) are mounted.
В зависимости от материала, из которого изготовлена подложка, определяется необходимость наличия диэлектрического слоя. В случае, если подложка (1) изготавливается из металла, на нее наносится диэлектрический слой (5), на который далее последовательно устанавливаются тыльный электрод(4), фотоприемный слой (2) и лицевой электрод (3). При изготовлении подложки (1) из диэлектрического материала, на нее далее последовательно устанавливаются тыльный электрод(4), фотоприемный слой (2) и лицевой электрод (3).  Depending on the material from which the substrate is made, the need for a dielectric layer is determined. If the substrate (1) is made of metal, a dielectric layer (5) is applied to it, onto which the back electrode (4), the photodetector layer (2) and the front electrode (3) are subsequently installed. In the manufacture of the substrate (1) from a dielectric material, a back electrode (4), a photodetector layer (2), and a front electrode (3) are then sequentially mounted on it.
Фотоприемный слой (2) может быть выполнен в одно- или многокаскадном исполнении, на основе кремния, диатомовых водорослей и пр., и иметь различные коэффициенты поглощения в различных диапазонах длин волн солнечного спектра.  The photodetector layer (2) can be made in single or multi-stage design, based on silicon, diatoms, etc., and have different absorption coefficients in different wavelength ranges of the solar spectrum.
Выбор материала подложки зависит от типа фотоприемного слоя и способа его нанесения. Например, в случаях высокотемпературных способов создания р-п переходов, в качестве подложки может быть использован металл, например, медь, молибден и др.  The choice of substrate material depends on the type of photodetector layer and the method of its application. For example, in cases of high-temperature methods for creating pn junctions, a metal, for example, copper, molybdenum, etc. can be used as a substrate.
На поверхность подложки (1) может быть нанесено отражающее покрытие (6). В случае, если стенки конструкции выполнены гладкими, оптического качества, то последующие слои, нанесенные, например, напылением в вакууме, имеют высокий коэффициент отражения. В таком случае отражающее покрытие (6), если оно выполнено из металла, например алюминий, серебро и пр., может одновременно выполнять и функции тыльного электрода (4). A reflective coating (6) can be applied to the surface of the substrate (1). If the walls of the structure are smooth, of optical quality, then subsequent layers deposited, for example, by spraying in vacuum, have a high reflection coefficient. In this case, the reflective coating (6), if it is made of metal, for example aluminum, silver, etc., can simultaneously perform the functions of the back electrode (4).
На лицевой стороне устройства для преобразования солнечной энергии размещен, по крайней мере, один защитный экран (7), который предназначен для предохранения фотоприемного слоя и электродов от неблагоприятного воздействия внешней среды. В зависимости от конкретных условий работы устройства защитный экран (7) выполняют оптически прозрачным из полимерных материалов (ПВХ, поликарбонат и т.п.) или стекла и, как правило, на его лицевую поверхность наносят пыле- и/или водоотталкивающее и/или износостойкое покрытие (8), которое предназначено для повышения стойкости поверхности к истиранию и царапинам, а также для отталкивания загрязнений и воды от защитного оптически прозрачного экрана. Покрытие (8) предпочтительно выполняют из полиметилметакрилата толщиной 5 мкм.  At least one protective screen (7) is placed on the front side of the device for converting solar energy, which is designed to protect the photodetector layer and electrodes from the adverse effects of the external environment. Depending on the specific operating conditions of the device, the protective screen (7) is made optically transparent from polymeric materials (PVC, polycarbonate, etc.) or glass and, as a rule, it is dustproof and / or water-repellent and / or wear-resistant. coating (8), which is intended to increase the surface resistance to abrasion and scratches, as well as to repel dirt and water from a protective optically transparent screen. The coating (8) is preferably made of polymethylmethacrylate with a thickness of 5 μm.
На тыльную поверхность защитного оптически прозрачного экрана наносят фильтрующий слой (9), который обеспечивает оптимизацию диапазона длин волн солнечного излучения, проходящего через защитный оптически прозрачный экран для различных типов фотоприемного слоя.  A filter layer (9) is applied to the back surface of the protective optically transparent screen, which provides optimization of the wavelength range of solar radiation passing through the protective optically transparent screen for various types of photodetector.
В качестве фильтрующих материалов используют, например, различные окислы: А1203 (1,59), Si02 (1,46), ТЮ2 (2,2—2,6); фториды: MgF2 (1,38), CaF2 (1,24), LiF (1,35); сульфиды: ZnS (2,35), CdS. Выбор конкретного материала зависит от типа фотоприемного слоя и определяется длиной волны спектра, активно поглощаемой фотоприемным слоем. Кроме того для создания эффекта фильтрации солнечного излучения может быть использован слой голографического тиснения. Various oxides are used, for example, as filter materials: A1 2 0 3 (1.59), Si0 2 (1.46), TU 2 (2.2–2.6); fluorides: MgF 2 (1.38), CaF 2 (1.24), LiF (1.35); sulfides: ZnS (2.35), CdS. The choice of a particular material depends on the type of photodetector layer and is determined by the wavelength of the spectrum actively absorbed by the photodetector layer. In addition, a holographic embossing layer can be used to create the effect of filtering solar radiation.
Кроме того, устройство может быть снабжено дополнительным защитным экраном (10), размещенным с тыльной стороны устройства и выполненным с отверстиями различной формы для обеспечения вентиляции устройства. Помимо этого, наличие дополнительного экрана (10) позволяет создать с тыльной стороны подложки полости и устройство (11) для подвода хладоагента, например воды, позволяющие обеспечить охлаждение подложки (1). Это имеет существенное значение, поскольку при работе любого солнечного элемента происходит повышение температуры подложки, что снижает электрические характеристики солнечной батареи в целом. При этом, введение в полости хладоагента, например, воды или воздуха, приводит не только к снижению температуры подложки, но и осуществляет нагрев самого хладагента, например, воды, которая в таком случае является дополнительным продуктом предлагаемого изобретения. In addition, the device can be equipped with an additional protective screen (10) placed on the back of the device and made with holes of various shapes to ensure ventilation of the device. In addition, the presence of an additional screen (10) makes it possible to create cavities and a device (11) for supplying a coolant, for example, water, on the back side of the substrate, allowing cooling of the substrate (1). This is significant, since during the operation of any solar cell, the temperature of the substrate increases, which reduces the electrical characteristics of the solar battery as a whole. In this case, the introduction in the cavity of a refrigerant, for example, water or air, not only reduces the temperature of the substrate, but also heats the refrigerant itself, for example, water, which in this case is an additional product of the invention.
Наличие в устройстве двух экранов, один из которых размещен на лицевой стороне, а второй - на тыльной, позволяет в совокупности с профилированным листом, из которого изготовлена подложка, обеспечить создание конструкции сотовой панели, Данные конструкции имеют высокие прочностные характеристики при малом удельном весе, что оказывается важным при установке устройства и его эксплуатации.  The presence in the device of two screens, one of which is located on the front side, and the second on the back, allows, in combination with the profiled sheet from which the substrate is made, to ensure the construction of a honeycomb panel. These structures have high strength characteristics with a low specific weight, which It turns out to be important when installing the device and its operation.
Каждый из защитных экранов (7), (10) может быть соединен с подложкой (1) с обеспечением создания между экраном и подложкой герметичной полости (12). Создание герметичной полости позволяет обеспечить защиту внутренних систем устройства от атмосферного воздействия и создания области пониженного давления. При этом герметичная полость может быть заполнена любым газом. Герметизация может создаваться сваркой материала по внешнему контуру изделия или склеиванием. Это обеспечивает плотное прилегание защитного экрана к сотовой панели и снижает вероятность его отставания в процессе эксплуатации устройства при повышении температуры подложки. При повышении температуры в процессе работы устройства для преобразования солнечной энергии давление внутри герметизированного пространства начинает расти. Для снижения вероятности разгерметизации устройства для преобразования солнечной энергии в этом случае необходимая разница давлений рассчитывается с учетом условий эксплуатации работы в южных или северных климатических зонах.  Each of the protective screens (7), (10) can be connected to the substrate (1) to ensure that a sealed cavity (12) is created between the screen and the substrate. The creation of a sealed cavity allows you to protect the internal systems of the device from atmospheric exposure and create a low pressure area. In this case, the sealed cavity can be filled with any gas. Sealing can be created by welding the material along the external contour of the product or by gluing. This ensures a snug fit of the protective screen to the honeycomb panel and reduces the likelihood of its lag during operation of the device with increasing substrate temperature. With increasing temperature during operation of the device for converting solar energy, the pressure inside the sealed space begins to increase. To reduce the likelihood of depressurization of the device for converting solar energy in this case, the necessary pressure difference is calculated taking into account the operating conditions of work in the southern or northern climatic zones.
На внешнем контуре устройства для преобразования солнечной энергии устанавливаются крепежные элементы (13), посредством которых несколько устройств могут быть соединены между собой в единую солнечную батарею требуемых размеров. Крепежные элементы (13) могут изготавливаться в виде кнопочного соединения, например, посредством тиснения рельефа. Кроме того, крепежные элементы (13) могут быть выполнены в виде любых известных соединений, таких как замковые, резьбовые и т.д. В результате, при сборке устройств для преобразования солнечной энергии в солнечную батарею не требуется сложных и материалоемких устройств и приспособлений. Установка на внешнем контуре предлагаемого тонкопленочного устройства для преобразования солнечной энергии крепежных элементов (13) обеспечивает простоту сборки множества устройств для преобразования солнечной энергии в солнечную батарею и, при необходимости, их замену. Fasteners (13) are installed on the external circuit of the device for converting solar energy, through which several devices can be interconnected into a single solar battery of the required size. The fastening elements (13) can be made in the form of a push-button connection, for example, by embossing the relief. In addition, the fastening elements (13) can be made in the form of any known connections, such as locking, threaded, etc. As a result, when assembling devices for converting solar energy into a solar battery, complex and material-intensive devices and devices are not required. Installation on the external circuit of the proposed thin-film device for converting solar energy fasteners (13) provides the ease of assembly of many devices for converting solar energy into a solar battery and, if necessary, replacing them.
Для снятия заряда статического электричества устройство для преобразования солнечной энергии снабжается антистатическим устройством, (14), в качестве которого может быть использован, например, антистатический шнур компании «Юман», устанавливаемый на внешнем контуре устройства для преобразования солнечной энергии.  To remove the charge of static electricity, the device for converting solar energy is equipped with an antistatic device, (14), which can be used, for example, the antistatic cord of the company "Human", installed on the external circuit of the device for converting solar energy.
Электрические шины (15 и 16) обеспечивают электрический контакт тыльных и лицевых электродов отдельных устройств при их сборке в большую солнечную батарею. Электрические шины (17 и 18) обеспечивают съем электрической энергии с солнечной батареи.  Electric buses (15 and 16) provide electrical contact between the back and front electrodes of individual devices when they are assembled in a large solar battery. Electric buses (17 and 18) provide removal of electric energy from the solar battery.
Устройство для преобразования солнечной энергии работает следующим образом.  A device for converting solar energy works as follows.
Солнечное излучение, попадая внутрь пустотелых конструкций в виде пирамид и/или конусов и/или V-образных канавок и/или усеченных пирамид и/или усеченных конусов многократно переотражается от стенок пустотелых конструкций. При этом при каждом дополнительном переотражении происходит поглощение света в фотоприемном слое (2) и его преобразование в электрическую энергию. Съем электрической энергии осуществляется посредством лицевого (3) и тыльного (4) электродов, контактирующих соответственно с лицевой и тыльной сторонами фотоприемного слоя (2) и далее через электрические шины (15-18).  Solar radiation entering the hollow structures in the form of pyramids and / or cones and / or V-shaped grooves and / or truncated pyramids and / or truncated cones is repeatedly reflected from the walls of the hollow structures. In this case, with each additional rereflection, light is absorbed in the photodetector layer (2) and is converted into electrical energy. The removal of electrical energy is carried out by means of the front (3) and rear (4) electrodes in contact with the front and back sides of the photodetector layer (2), respectively, and then through the electric busbars (15-18).
Основным недостатком существующих солнечных элементов является большая зависимость коэффициента полезного действия (КПД) от угла падения солнечного излучения. При отклонении излучения от зенита не более чем на 10° начинает резко падать КПД и при углах около 40° устройство практически перестает преобразовывать солнечную энергию. Это приводит к необходимости либо использовать дополнительные дорогостоящие устройства для слежения за солнцем, что возможно только в случае малогабаритных солнечных батарей, либо не менее сложные накопительные устройства, позволяющие накапливать пиковую энергию при нахождении солнца в зените и распределять ее затем в течение суток, что актуально для солнечных электростанций. Наличие же световых ловушек в виде пустотелых конструкций приводит к возможности попадания излучения внутрь конструкции при значительном отклонении солнца от зенита. Так при угле 20° при вершине четырехгранной пирамиды коэффициент переотражения внутри ее составляет 4,25 для угла отклонения от зенита 70°. Кривая суточного распределения энергии, выдаваемая в течении светового дня, более полого спускается к нулю, обеспечивая повышение общего КПД устройства на 10 - 60 %. Такие устройства, в результате, не требуют слежения за солнцем и накопительных установок, что резко снижает затраты на установку и эксплуатацию устройства. The main disadvantage of existing solar cells is the large dependence of the coefficient of performance (COP) on the angle of incidence of solar radiation. When the radiation deviates from the zenith by no more than 10 °, the efficiency begins to drop sharply and at angles of about 40 ° the device practically ceases to convert solar energy. This leads to the need to either use additional expensive devices for tracking the sun, which is possible only in the case of small-sized solar panels, or no less complex storage devices that allow you to accumulate peak energy when the sun is at its zenith and then distribute it during the day, which is relevant for solar power plants. The presence of light traps in the form of hollow structures leads to the possibility of radiation entering the structure with a significant deviation of the sun from the zenith. So at an angle of 20 ° at the top of the tetrahedral pyramid, the coefficient the reflection inside it is 4.25 for an angle of deviation from the zenith of 70 °. The curve of the daily energy distribution, issued during the daylight hours, more gently descends to zero, providing an increase in the overall efficiency of the device by 10 - 60%. Such devices, as a result, do not require tracking the sun and storage installations, which dramatically reduces the cost of installing and operating the device.
В предлагаемом устройстве для преобразования солнечной энергии профиль в виде пустотелых конструкций выполняется методом тиснения по матрицам в подложке (1), что обеспечивает оптическое качество стенок пустотелых конструкций. При этом изготовление его проводится на серийном оборудовании, что значительно снижает себестоимость самой подложки и устройства в целом.  In the proposed device for converting solar energy, the profile in the form of hollow structures is performed by embossing by matrices in the substrate (1), which ensures the optical quality of the walls of hollow structures. Moreover, its manufacture is carried out using serial equipment, which significantly reduces the cost of the substrate itself and the device as a whole.
За счет более качественного исполнения рельефа и больших возможностей по глубине профиля в виде пустотелых конструкций (максимальные возможности имеет профиль в виде трехгранных пирамид с углом при вершине менее 30°) возникает повышение КПД, т.к. в данном профиле происходит поглощение более 70 % падающего излучения. Кроме того, предлагаемое устройство для преобразования солнечной энергии работает и без прямого падения на панель солнечного излучения— только за счет поглощения рассеянного света, и практически не зависит от угла падения света, так как при любом угле падения на него солнечных лучей, последние, попадая в пустотелые конструкции, переотражаются на их боковых стенках и перемещаются вглубь фотоприемного слоя в направлении их реальных или воображаемых вершин. Это обеспечивает возможность изготовления двухсторонних устройств в которых либо обе стороны работают в условиях рассеянного света, либо одна сторона работает при ярком солнечном излучении, а вторая либо от отраженного дополнительным отражающем устройстве излучения, например от зеркала, либо от рассеянного излучения.  Due to the better execution of the relief and the greater possibilities for the depth of the profile in the form of hollow structures (the profile in the form of trihedral pyramids with an angle at the apex of less than 30 ° has the maximum potential), an increase in efficiency occurs because in this profile, more than 70% of the incident radiation is absorbed. In addition, the proposed device for converting solar energy works without direct incidence on the solar radiation panel — only by absorbing scattered light, and practically does not depend on the angle of incidence of light, since at any angle of incidence of sunlight on it, the latter falling into hollow structures are reflected on their side walls and move deep into the photodetector layer in the direction of their real or imaginary peaks. This makes it possible to manufacture two-sided devices in which either side operates under scattered light conditions, or one side operates in bright sunlight, and the other either from radiation reflected by an additional reflective device, for example, from a mirror, or from scattered radiation.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Устройство для преобразования солнечной энергии, включающее подложку, по крайней мере, один фотоприемный слой, нанесенный на поверхность подложки, лицевой и тыльный электроды, контактирующие с лицевой и тыльной сторонами фотоприемного слоя соответственно, отличающееся тем, что подложка выполнена в виде, по крайней мере, однослойного листа периодического профиля, поперечное и/или продольное сечение которого представляет собой ломаную линию с V-образными выступами с остроконечными и/или усеченными вершинами. 1. A device for converting solar energy, comprising a substrate, at least one photodetector layer deposited on the surface of the substrate, front and back electrodes in contact with the front and back sides of the photodetector, respectively, characterized in that the substrate is made in the form of at least for example, a single-layer sheet with a periodic profile, the transverse and / or longitudinal section of which is a broken line with V-shaped protrusions with pointed and / or truncated vertices.
2. Устройство по п. 1 , отличающееся тем, что толщина листа меньше или равна высоте V-образного выступа.  2. The device according to p. 1, characterized in that the sheet thickness is less than or equal to the height of the V-shaped protrusion.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на подложку дополнительно нанесено отражающее покрытие.  3. The device according to p. 1, characterized in that the substrate is additionally coated with a reflective coating.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено, по крайней мере, одним защитным экраном.  4. The device according to p. 1, characterized in that it is additionally equipped with at least one protective screen.
5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что, по крайней мере, один защитный экран выполнен с возможностью обеспечения вентиляции.  5. The device according to p. 4, characterized in that at least one protective screen is configured to provide ventilation.
6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что, по крайней мере, один защитный экран выполнен оптически прозрачным.  6. The device according to p. 4, characterized in that at least one protective screen is optically transparent.
7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что на лицевую поверхность защитного оптически прозрачного экрана нанесено пыле- и/или водоотталкивающее и/или износостойкое покрытие.  7. The device according to claim 4, characterized in that a dust and / or water-repellent and / or wear-resistant coating is applied to the front surface of the protective optically transparent screen.
8. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что на тыльную поверхность защитного оптически прозрачного экрана нанесено фильтрующее покрытие.  8. The device according to claim 4, characterized in that a filter coating is applied to the back surface of the protective optically transparent screen.
9. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что, по крайней мере, один защитный экран соединен с подложкой с обеспечением создания между экраном и подложкой герметичной полости.  9. The device according to p. 4, characterized in that at least one protective screen is connected to the substrate to ensure that a sealed cavity is created between the screen and the substrate.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что в герметичной полости создано пониженное давление.  10. The device according to p. 9, characterized in that a reduced pressure is created in the sealed cavity.
11. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено крепежными элементами для соединения между собой, по крайней мере, двух устройств с обеспечением механического и электрического контактов между ними.  11. The device according to p. 1, characterized in that it is equipped with fasteners for connecting at least two devices to each other with mechanical and electrical contacts between them.
12. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено антистатическим устройством. 12. The device according to p. 1, characterized in that it is additionally equipped with an antistatic device.
13. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено охлаждающим устройством. 13. The device according to p. 1, characterized in that it is additionally equipped with a cooling device.
PCT/RU2011/000460 2011-06-27 2011-06-27 Device for converting solar energy WO2013002662A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013147696/28A RU2013147696A (en) 2011-06-27 2011-06-27 SOLAR ENERGY CONVERSION DEVICE
PCT/RU2011/000460 WO2013002662A1 (en) 2011-06-27 2011-06-27 Device for converting solar energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2011/000460 WO2013002662A1 (en) 2011-06-27 2011-06-27 Device for converting solar energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013002662A1 true WO2013002662A1 (en) 2013-01-03

Family

ID=47424364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2011/000460 WO2013002662A1 (en) 2011-06-27 2011-06-27 Device for converting solar energy

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2013147696A (en)
WO (1) WO2013002662A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2555197C1 (en) * 2014-03-04 2015-07-10 Илья Валерьевич Молохин Device for converting solar energy
WO2021003150A1 (en) * 2019-07-01 2021-01-07 Aegis Power Systems, Inc. Multiplanar high-efficiency solar panel
WO2021046258A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-11 Unm Rainforest Innovations Flexibility-assisted heat removal in thin crystalline silicon solar cells

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2904612A (en) * 1956-07-30 1959-09-15 Hoffman Electronics Corp Radiant energy converter
US3150999A (en) * 1961-02-17 1964-09-29 Transitron Electronic Corp Radiant energy transducer
SU997266A1 (en) * 1981-05-14 1983-02-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Охраны Труда Вцспс Antistatic bracelet
RU1815537C (en) * 1989-11-15 1993-05-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт гелиевой техники Cooling device
RU2054738C1 (en) * 1992-01-31 1996-02-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "ТОП" Electromagnetic screen for devices with cathode-ray tubes
RU2399118C1 (en) * 2009-10-06 2010-09-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2904612A (en) * 1956-07-30 1959-09-15 Hoffman Electronics Corp Radiant energy converter
US3150999A (en) * 1961-02-17 1964-09-29 Transitron Electronic Corp Radiant energy transducer
SU997266A1 (en) * 1981-05-14 1983-02-15 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Охраны Труда Вцспс Antistatic bracelet
RU1815537C (en) * 1989-11-15 1993-05-15 Всесоюзный научно-исследовательский институт гелиевой техники Cooling device
RU2054738C1 (en) * 1992-01-31 1996-02-20 Товарищество с ограниченной ответственностью "ТОП" Electromagnetic screen for devices with cathode-ray tubes
RU2399118C1 (en) * 2009-10-06 2010-09-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Photoelectric converter based on nonplanar semiconductor structure

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2555197C1 (en) * 2014-03-04 2015-07-10 Илья Валерьевич Молохин Device for converting solar energy
WO2015133933A1 (en) * 2014-03-04 2015-09-11 Илья Валерьевич МОЛОХИН Device for converting solar energy
WO2021003150A1 (en) * 2019-07-01 2021-01-07 Aegis Power Systems, Inc. Multiplanar high-efficiency solar panel
WO2021046258A1 (en) * 2019-09-04 2021-03-11 Unm Rainforest Innovations Flexibility-assisted heat removal in thin crystalline silicon solar cells

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013147696A (en) 2015-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10903382B2 (en) Light redirecting film useful with solar modules
US8338693B2 (en) Solar arrays and other photovoltaic (PV) devices using PV enhancement films for trapping light
US7804023B2 (en) Bifacial thin film solar cell and method for making the same
EP2061093A1 (en) Planar thin film solar concentrator/collector
WO2012046319A1 (en) Solar cell module, photovoltaic device, and process for manufacture of solar cell module
US20100252107A1 (en) Solar cell module
WO2008097507A1 (en) Solar electric module with redirection of incident light
NL1040088C2 (en) Concentrating solar panel with diffuse light conversion.
US20160172518A1 (en) Reflective microstructured films with microstructures having curved surfaces, for use in solar modules
EP3895219B1 (en) Photovoltaic module
US20050022860A1 (en) Thin-film photovoltaic module
WO2013002662A1 (en) Device for converting solar energy
RU2544866C1 (en) Device with photoreceiving layer for conversion of solar energy into electrical energy
US20160172517A1 (en) Reflecting films with rounded microstructures for use in solar modules
US20190305165A1 (en) Photovoltaic module
RU2555197C1 (en) Device for converting solar energy
JP2023507632A (en) Solar cell comprising optical cavity lined with photovoltaic material with customized optical fill, method of making same, and solar panel comprising same
JP2003243689A (en) Cover glass for solar cell and its manufacturing method, and solar cell module using the cover glass
EP2263261A1 (en) Light trapping photovoltaic device
US20150287842A1 (en) Photovoltaic system including light trapping filtered optical module
US11908965B1 (en) Solar photovoltaic (PV) panels or devices with infrared (IR) reflecting films for enhanced efficiency
WO2014036411A1 (en) Photovoltaic system including light trapping filtered optical module
RU201526U1 (en) Holographic film based on prismacons
RU2685043C1 (en) Solar panel with a volume structure
CA3205662A1 (en) Photovoltaic solar module

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11868475

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013147696

Country of ref document: RU

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11868475

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1