ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[01]
Настоящее изобретение относится к фотоэлектрическим элементам.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[02]
Так называемые солнечные элементы и элементы и устройства различных других видов выполняют как фотоэлектрические элементы, которые преобразуют оптическую энергию в электрическую энергию. Фотоэлектрические элементы приближенно разделяют на две группы: элементы с использованием кремниевого материала и элементы с использованием материала на основе соединения в качестве материала для создания фотоэлектрического эффекта.
[03]
Элементы, в которых используются монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, образец с гетеропереходом, аморфный кремний и тонкопленочный поликристаллический кремний, являются типичными примерами элементов, в которых используется кремниевый материал. Между тем, элементы с использованием соединений III-V групп, CIS (с использованием меди (Cu), индия (In) и селена (Se) в качестве основных компонентов), CIGS (с использованием меди (Cu), индия (In), галлия (Ga) и селена (Se) в качестве основных компонентов), CdTe, органического тонкопленочного и сенсибилизированного красителем материала являются примерами элементов, в которых используется материал на основе соединения.
[04]
В дополнение к описанным выше фотоэлектрическим элементам существуют элементы с использованием диоксида кремния, который является изоляционным материалом, в качестве производящего электроэнергию материала. Авторы настоящего изобретения обнаружили, что диоксид кремния сам создает эффект электролиза и фотоэлектрический эффект.
[05]
Авторы настоящего изобретения обнаружили, что синтетический кварц и плавленый кварц, которые представляют собой диоксид кремния, создают фотоэлектрический эффект, и предложили использовать диоксид кремния в солнечном элементе в качестве материала фотоэлектродов и материала фотоэлемента (патентная литература 1 и 2).
В качестве примера из предшествующего уровня техники с обращением к фиг. 7 будет описан производящий электроэнергию элемент тандемного типа с использованием двух фотоэлектрических слоев, образованных из диоксида кремния (SiO2) и оксида титана (TiO2).
[06]
На фиг. 7 позициями 1 и 2 обозначены стеклянные подложки, а позициями 3 и 4 слои легированного фтором оксида олова (ЛФОО).
На стороне, с которой входит падающий свет, пористый слой 6 диоксида титана, упрочненный спеканием, образован на слое 3 легированного фтором оксида олова. Пористый слой 6 диоксида титана содержит частицы диоксиды титана, на которых адсорбирован рутениевый комплексный краситель в качестве сенсибилизированного красителя. Кроме того, платиновая пленка 5 образована на слое 4 легированного фтором оксида олова.
[07]
Слой 7 диоксида кремния, состоящий из частиц диоксида кремния, образован на платиновой пленке 5 так, что слой 7 имеет толщину 0,15-0,20 мм по направлению высоты.
Кроме того, расстояние между слоем 6 диоксида титана и слоем 7 диоксида кремния по направлению высоты составляет 0,2 мм или больше, а электролит 9 герметизирован в пространстве, окруженном по четырем сторонам уплотнительным элементом 8.
[08]
Показанное на фиг. 1, 2, 4 и 7 направление, перпендикулярное к поверхности подложки фотоэлектрического элемента, называется направлением высоты, а толщина слоев и пленок описывается интервалом, на котором они находятся по направлению высоты.
[09]
Слой 7 диоксида кремния, служащий фотоэлектрическим слоем, состоит из частиц диоксида кремния, и его образуют погружением частиц стекла и т.п., содержащих диоксид кремния, в 5-10%-ный фтористоводородный раствор, промывкой частиц водой, высушиванием и распылением так, чтобы размер частиц составлял 0,2 мм или меньше.
Как описано, индивидуальные формы распыленных частиц диоксида кремния могут быть приблизительно сферическими, но, как показано на фиг. 8, также имеются несферические частицы.
[10]
Отдельные частицы 10 диоксида кремния имеют разные формы. В настоящем описании максимальное удлинение отдельных частиц 10 диоксида кремния, показанное на фиг. 8, называется главной осью L, а средняя главная ось используется для указания на форму частиц диоксида кремния, используемых в фотоэлектрическом слое и первом фотоэлектрическом слое 17. В примере из предшествующего уровня техники, показанном на фиг. 7, используется материал, имеющий среднюю главную ось L от 500 до 800 нм.
[11]
Описанный фотоэлектрический элемент тандемного типа характеризируется использованием диоксида кремния в качестве фотоэлектрического слоя. Фиг. 9 иллюстрирует, что диоксид кремния обеспечивает получение более высокой квантовой эффективности (КЭ), чем диоксид титана, даже в ультрафиолетовой области, и что он также поглощает свет в инфракрасной области от 2500 нм и выше. Поэтому диоксид кремния создает фотоэлектрический эффект в более широком диапазоне длин волн по сравнению с диоксидом титана и обеспечивает чрезвычайно высокую эффективность при выработке электроэнергии. От такого фотоэлектрического элемента тандемного типа изобретатели настоящего изобретения получили максимальную удельную мощность 28,00 мкВт/см2 при освещенности 1000 лк.
Список ссылок
Патентная литература
[12]
[Патентная литература 1] Публикация международной патентной заявки WO2011/049156 A1
[Патентная литература 2] Публикация международной патентной заявки WO2012/124655 A1
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[13]
Фотоэлектрические элементы, раскрытые в патентной литературе 1 и патентной литературе 2, могут быть изготовлены при использовании более дешевых материалов по сравнению с материалами солнечных элементов из предшествующего уровня техники, а эффективность преобразования энергии ими является очень высокой в противоположность другим фотоэлектрическим элементам. Однако желательно еще большее повышение эффективности фотоэлектрических элементов.
Решение задачи
[14]
В соответствии с одним типичным фотоэлектрическим элементом для решения описанной выше задачи фотоэлектрический слой фотоэлектрического элемента состоит из частиц диоксида кремния, которые имеют среднюю главную ось 100 нм или меньше.
[15]
В соответствии с другим типичным фотоэлектрическим элементом фотоэлектрический слой фотоэлектрического элемента состоит из частиц диоксида кремния, а толщина первого фотоэлектрического слоя по направлению высоты образована меньшей, чем умноженная на три средняя главная ось частиц диоксида кремния.
[16]
В соответствии с еще одним типичным фотоэлектрическим элементом фотоэлектрический слой фотоэлектрического элемента состоит из частиц диоксида кремния, а частицы диоксида кремния расположены на слое зарядового обмена, который имеет шероховатость по направлению высоты. Кроме того, шероховатость слоя зарядового обмена по направлению высоты составляет 50 нм или больше и предпочтительно, чтобы она составляла 100 нм или больше.
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[17]
В фотоэлектрическом элементе, описанном выше, значительно повышена выходная мощность вырабатываемой электроэнергии на единицу площади по сравнению с фотоэлектрическим элементом из предшествующего уровня техники.
Проблемы, конфигурации и эффекты помимо описанных выше, станут очевидными из нижеследующего описания вариантов осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[18]
На чертежах:
фиг. 1 - разрез фотоэлектрического элемента тандемного типа согласно первому варианту осуществления;
фиг. 2 - разрез фотоэлектрического элемента тандемного типа согласно второму варианту осуществления;
фиг. 3 - увеличенный вид части А с фиг. 2;
фиг. 4 - разрез фотоэлектрического элемента тандемного типа согласно третьему варианту осуществления;
фиг. 5 - увеличенный вид части В с фиг. 4;
фиг. 6 - схематичное изображение, на котором показан общий вид сверху первой проводящей пленки согласно третьему варианту осуществления;
фиг. 7 - разрез фотоэлектрического элемента тандемного типа, приведенный для сравнения;
фиг. 8 - вид приведенной для примера частицы диоксида кремния; и
фиг. 9 - карта измерений квантовой эффективности фотоэлектрического элемента, состоящего из TiO2, и фотоэлектрического элемента, включающего SiO2, в диапазоне длин волн света.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[19]
Теперь с обращением к чертежам будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Сначала будут описаны признаки, которые являются общими для первого, второго и третьего вариантов осуществления.
На фиг. 1 представлен фотоэлектрический элемент тандемного типа согласно первому варианту осуществления, на фиг. 2 представлен разрез фотоэлектрического элемента тандемного типа согласно второму варианту осуществления и на фиг. 4 представлен разрез фотоэлектрического элемента тандемного типа согласно третьему варианту осуществления, при этом признаки, описываемые ниже, являются общими для фиг. 1, 2 и 4, так что они описываются с обращением к фиг. 1 как к репрезентативному чертежу.
[20]
На всех фиг. 1, 2 и 4 показан фотоэлектрический элемент тандемного типа, содержащий два фотоэлектрических слоя, которые являются первым фотоэлектрическим слоем и вторым фотоэлектрическим слоем.
На фиг. 1 из числа первой подложки 12 и второй подложки 11 по меньшей мере вторая подложка, расположенная на стороне, с которой входит падающий свет, состоит из прозрачного материала, но предпочтительно, чтобы обе подложки состояли из прозрачного материала. Стекло является распространенным прозрачным материалом, но вместо стекла можно использовать смолу, такую как пластик.
Прозрачная вторая проводящая пленка 13 образована на второй подложке. Предпочтительно, чтобы вторая проводящая пленка 13 состояла из легированного фтором оксида олова (ЛФОО), но можно использовать другой слой, а не слой легированного фтором оксида олова, например, слой сложного оксида индия и олова (ОИО).
[21]
Второй фотоэлектрический слой 16 образован на второй проводящей пленке 13. Типичным примером второго фотоэлектрического слоя 16 является слой оксидного полупроводника, и особенно предпочтительными являются такие оксидные полупроводники, как TiO2, SnO, ZnO, WO3, Nb2O5, In2O3, ZrO2, Ta2O5 и TiSrO3. Еще более предпочтительным является пористый слой диоксида титана, упрочненный спеканием.
[22]
Можно использовать сульфидные полупроводники, такие как CdS, ZnS, In2S, PbS, Mo2S, WS2, Sb2S3, Bi2S3, ZnCdS2 и CuS2. Кроме того, также можно применять халькогениды металлов, такие как CdSe, In2Se2, WSe2, PbSe и CdTe.
Более того, можно использовать простые полупроводники, такие как GaAs, Si, Se и InP.
Кроме того, также можно использовать смесь из двух или большего количества веществ, описанных выше, такую как смесь SnO и ZnO или смесь TiO2 и Nb5O5.
Разновидности полупроводников не ограничены полупроводниками, описанными выше, и также можно использовать смесь из двух или большего количества веществ.
Предпочтительно, чтобы толщина второго фотоэлектрического слоя 16 по направлению высоты была 3-30 мкм, а более предпочтительно, чтобы она была 6-20 мкм.
[23]
Кроме того, описанный выше второй фотоэлектрический слой 16 может содержать сенсибилизированный краситель. Различные красители, которые проявляют сенсибилизацию, можно применять в качестве красителя, содержащегося во втором фотоэлектрическом слое 16, и, например, можно применять комплекс N3, комплекс N719 (краситель N719), рутениевый комплекс, такой как рутениевый терпиридиновый комплекс (черный краситель) и рутениевый дикетонатный комплекс, органические красители, такие как кумариновый краситель, мероцианиновый краситель и полиеновый краситель, металлопорфириновый краситель и фталоцианиновый краситель. Из числа этих красителей предпочтительным является рутениевый комплекс, а особенно предпочтительными являются краситель N719 и черный краситель, поскольку они проявляют широкий спектр поглощения в диапазоне видимого света.
Краситель можно использовать отдельно или два или большее количество красителей можно использовать в смеси.
[24]
Описанные выше признаки являются общими для первого, второго и третьего вариантов осуществления и фиг. 1, 2 и 4. При последующем описании признаки, являющиеся общими для вариантов осуществления с первого по третий, но имеющие различные позиции, обозначенные на чертежах, будет описываться с обращением к различным позициям на чертежах.
[25]
Первая проводящая пленка (14 на фиг. 1 и 2; 22 на фиг. 4) образована на верхней поверхности первой подложки 12. Предпочтительно, чтобы первая проводящая пленка была из легированного фтором оксида олова (ЛФОО), но можно использовать другой слой, а не из легированного фтором оксида олова, например, из сложного оксида индия и олова.
[26]
Слой зарядового обмена (15 на фиг. 1 и 2; 23 на фиг. 4) образован на первой проводящей пленке. Платиновая (Pt) пленка является предпочтительной в качестве слоя зарядового обмена, но вместо платиновой (Pt) пленки, также можно использовать углеродный электрод и проводящий полимер.
[27]
Первый фотоэлектрический слой (21 на фиг. 1; 17 на фиг. 2; 24 на фиг. 4) образован на слое зарядового обмена.
В любом из вариантов осуществления, с первого по третий, первый фотоэлектрический слой состоит из рассеянных частиц 10 диоксида кремния в качестве первого фотоэлектрического слоя (21 на фиг. 1; 17 на фиг. 2; 24 на фиг. 4) на слое зарядового обмена (15 на фиг. 1 и 2; 23 на фиг.4).
[28]
В качестве частиц 10 диоксида кремния, которые образуют первый фотоэлектрический слой (21 на фиг. 1; 17 на фиг. 2; 24 на фиг. 4), используют частицы стекла, образуемые, например, из синтетического кварца, плавленого кварцевого стекла, натриево-известкового стекла, бесщелочного стекла или боросиликатного стекла, которые погружают в раствор 5-10%-ной фтористоводородной кислоты или хлористоводородной кислоты, промывают водой и высушивают, и распыляют так, чтобы главная ось L частиц составляла от 20 до 100 нм. В вариантах осуществления с первого по третий используют частицы синтетического кварца, которые представляют собой кристаллический диоксид кремния, которые погружают в 10%-ный фтористоводородный раствор, промывают водой и высушивают, и распыляют так, чтобы главная ось L частиц составляла 20-100 нм.
[29]
Электролит 19 заключен между первым фотоэлектрическим слоем (21 на фиг. 1; 17 на фиг. 2; 24 на фиг. 4) и вторым фотоэлектрическим слоем 16, в пространстве, которое по четырем сторонам окружено уплотнительным элементом 18. Электролит 19 используется в сенсибилизированных красителем солнечных элементах из предшествующего уровня техники, и он может находиться в любом из следующих состояний: жидком, твердом, коагулированном и в виде расплавленной при обычной температуре соли.
[30]
Например, электролит может быть сочетанием иодида металла, такого как иодид лития, иодид натрия, иодид калия и иодид цезия, и иода; сочетанием соли иода четвертичного соединения аммония, такой как иодид тетраалкиламмония, иодид пиридиния и иодид имидазолиума, и иода; сочетанием соединения брома, брома вместо упомянутого выше иода, и соединения иода; или сочетанием комплексов кобальта.
[31]
Если электролит представляет собой ионную жидкость, нет необходимости использовать растворитель. Электролит может быть гелеобразным электролитом, высокополимерным электролитом или твердым электролитом, а вместо электролита можно использовать органический материал для переноса заряда.
[32]
Если электролит 19 находится в состоянии раствора, растворителем может быть, например, растворитель на основе нитрила, такой как ацетонитрил, метоксиацетонитрил и пропионитрил, растворитель на основе карбоната, такой как этиленкарбонат, и растворитель на основе эфира.
[33]
В частности, электролит 19, используемый в вариантах осуществления с первого по третий, образуют добавлением 0,1 моль LiI, 0,05 моль I2, 0,5 моль 4-тетрабутилпиридина и 0,5 моль иодида тетрабутиламмония в раствор ацетонитрила.
[34]
Предпочтительно, чтобы расстояние между первым фотоэлектрическим слоем (21 на фиг. 1; 17 на фиг. 2; 24 на фиг. 4) и вторым фотоэлектрическим слоем 16 по направлению высоты было по возможности меньше, поскольку передача заряда облегчается, если расстояние меньше.
В вариантах осуществления с первого по третий толщина участка электролита 19 по направлению высоты, то есть расстояние между первым фотоэлектрическим слоем (21 на фиг. 1; 17 на фиг. 2; 24 на фиг. 4) и вторым фотоэлектрическим слоем 16 по направлению высоты, составляет 200 мкм или меньше.
[35]
Способ оценивания значения максимальной выходной мощности на единицу площади согласно настоящему описанию является таким, как описываемый ниже.
Свет светодиода (изготовленного Cosmotechno Co., Ltd) использовали для излучения света со стороны второй подложки и свет, соответствующий 1000 лк, измеряемый иллюминометром DT-1309, изготовленным CEM Corporation, излучали к фотоэлектрическому элементу, являвшемуся мишенью при измерении. Цифровой ампервольтомметр использовали для измерения вольтамперных характеристик фотоэлектрического элемента как мишени при измерении, по которым находили значения тока короткого замыкания, напряжения холостого хода и формфактора ff и получали значение максимальной выходной мощности на единицу площади.
[36]
Ниже характеристики предложенных вариантов осуществления будут описаны с обращением к чертежам. Другие части вариантов осуществления соответствуют описанию, относящемуся к общим признакам вариантов осуществления с первого по третий, описанным выше.
[37]
Первый вариант осуществления
На фиг. 1 представлен вид, иллюстрирующий первый вариант осуществления. В первом варианте осуществления частицы диоксида кремния, имеющие среднюю главную ось L в пределах 20-100 нм, использованы в качестве частиц 10 диоксида кремния, используемых в первом фотоэлектрическом слое 21. Эти частицы 10 диоксида кремния рассеяны с перекрытием по плоскому слою 15 (слою Pt) зарядового обмена, образованному на плоской первой проводящей пленке 14 (слое легированного фтором оксида олова), посредством чего образован первый фотоэлектрический слой 21, имеющий толщину от 300 до 500 нм по направлению высоты.
Другие условия описываются как общие признаки для вариантов осуществления с первого по третий.
[38]
В результате в варианте осуществления реализуется существенное повышение эффективности фотоэлектрического преобразования по сравнению с примером из предшествующего уровня техники, описанным в разделе, относящемся к уровню техники.
L: средняя главная ось частиц диоксида кремния
t: толщина слоя диоксида кремния
[39]
В первом варианте осуществления средняя главная ось частиц 10 диоксида кремния меньше, чем в предшествующем уровне техники, что считается полезным для увеличения площади поверхности частиц 10 диоксида кремния в первом фотоэлектрическом слое 21 и повышения эффективности фотоэлектрического преобразования.
[40]
Второй вариант осуществления
На фиг. 2 представлен вид, иллюстрирующий второй вариант осуществления. Во втором варианте осуществления использованы те же самые материалы и точно так же, как в первом варианте осуществления. Однако во втором варианте осуществления первый фотоэлектрический слой 17 образован путем расположения частиц 10 диоксида кремния на плоском слое 15 зарядового обмена, размещенном на плоской первой проводящей пленке 14, так, что толщина его по направлению высоты составляет 300 нм или меньше.
То есть, толщина первого фотоэлектрического слоя по направлению высоты уменьшена по сравнению с первым вариантом осуществления.
[41]
На фиг. 3 представлен увеличенный вид части А из фиг. 2, на которой частицы 10 диоксида кремния, образующие первый фотоэлектрический слой 17, рассеяны по плоскому слою 15 (слою Pt) зарядового обмена, образованному на плоской первой проводящей пленке 14 (слое легированного фтором олова), так, что имеется небольшое перекрытие частиц.
[42]
В результате в варианте осуществления реализуется существенное повышение эффективности фотоэлектрического преобразования по сравнению с примером из предшествующего уровня техники, описанным в разделе, относящемся к уровню техники.
L: средняя главная ось частиц диоксида кремния
t: толщина слоя диоксида кремния
[43]
Во втором варианте осуществления перекрытие частиц 10 диоксида кремния первого фотоэлектрического слоя 17 уменьшено, в соответствии с чем свойство передачи зарядов вблизи первого фотоэлектрического слоя 17 усиливается, вследствие чего считается, что эффективность фотоэлектрического преобразования будет повышаться.
Следовательно, чтобы повысить эффективность фотоэлектрического преобразования, важно не помещать слишком много частиц 10 диоксида кремния на поверхность слоя 15 зарядового обмена. То есть, это свидетельствует о том, что степень фотоэлектрического преобразования повышается, если не осуществлять избыточное перекрытие частиц 10 диоксида кремния и оставлять достаточное пространство между ними.
[44]
Поэтому предпочтительно, чтобы толщина первого фотоэлектрического слоя 17 по направлению высоты была равна или меньше, чем умноженная на три средняя главная ось L частиц диоксида кремния.
[45]
Частицы 10 диоксида кремния предпочтительно располагать на поверхности слоя 15 зарядового обмена с рассеянием, с образованием пространств между ними. При таком расположении предотвращается переполнение частицами 10 диоксида кремния и сдерживается проводимость между слоем 15 зарядового обмена, частицами 10 диоксида кремния и электролитом 19. Предпочтительно, чтобы слой 15 зарядового обмена, частицы 10 диоксида кремния и электролит 19 были расположены с достаточным допуском, чтобы общая сумма площадей контактных поверхностей слоя 15 зарядового обмена, частиц 10 диоксида кремния и электролита 19, которые осуществляют зарядовый обмен, максимально увеличивалась.
[46]
Следовательно, степень фотоэлектрического преобразования можно повысить таким расположением частиц 10 диоксида кремния первого фотоэлектрического слоя 17, чтобы слой 15 зарядового обмена был видимым через пространства между частицами 10 диоксида кремния при наблюдении первой подложки 12 со стороны второй подложки 11.
[47]
Третий вариант осуществления
На фиг. 4 представлен вид, иллюстрирующий третий вариант осуществления. В третьем варианте осуществления использованы те же самые материалы и точно так же, как в первом варианте осуществления. Однако в третьем варианте осуществления первая проводящая пленка 22 (слой легированного фтором оксида олова) и слой 23 (слой Pt) зарядового обмена, которые образуют основание, на котором расположены частицы 10 диоксида кремния, не являются плоскими. Как показано на фиг. 4, первая проводящая пленка 22, образованная на поверхности, имеет неровную поверхность (шероховатую или шершавую) с разностью высот приблизительно 50 нм. Слой 23 зарядового обмена, образованный на первой проводящей пленке 22, также имеет шероховатость поверхности, влияющую на разность высот на первой проводящей пленке 22.
[48]
На фиг. 5 представлен увеличенный вид части В с фиг. 4. Слой 23 зарядового обмена образован на первой проводящей пленке 22, которая имеет шероховатость поверхности, так, что слой 23 зарядового обмена имеет аналогичную шероховатость с шероховатостью первой проводящей пленки 22. Частицы 10 диоксида кремния, образующие первый фотоэлектрический слой 24, рассеяны по слою 23 зарядового обмена, при этом имеется небольшое перекрытие частицами.
[49]
Разность высот шероховатости поверхности первой проводящей пленки 22 должна быть 50 нм или больше, а более предпочтительно, чтобы она было 100 нм или больше. Кроме того, предпочтительно, чтобы слой 23 зарядового обмена, образованный на первой проводящей пленке 22, формировался способом, при котором сохраняется форма шероховатости поверхности первой проводящей пленки 22 без потери шероховатости поверхности первой проводящей пленки 22.
[50]
В результате в варианте осуществления реализуется дальнейшее существенное повышение эффективности фотоэлектрического преобразования по сравнению с примером из предшествующего уровня техники, описанным в разделе, относящемся к уровню техники.
L: средняя главная ось частиц диоксида кремния
t: толщина слоя диоксида кремния
[51]
На расположение частиц 10 диоксида кремния, рассеянных по слою 23 зарядового обмена, образованному на первой проводящей пленке 22, влияет шероховатость поверхности первой проводящей пленки 22 и слоя 23 зарядового обмена как слоев основания.
Благодаря шероховатости поверхности слоев основания частицы 10 диоксида кремния рассеяны тонким слоем. Таким образом, частицы 10 диоксида кремния расположены с соответствующим пространственным допуском без излишнего перекрытия и поэтому поддерживается повышение степени фотоэлектрического преобразования.
[52]
На фиг. 6 представлено схематичное изображение, на котором показан общий вид сверху первой проводящей пленки 22. Форма шероховатости поверхности первой проводящей пленки 22 не только резко изменяется, как показано на фиг. 5, но может также включать в себя структуру 25, поверхность которой, как показано на фиг. 6, в некоторой степени скруглена. Кроме того, как показано на фиг. 5 и 6, шероховатость не является случайной и шероховатость может иметь регулярные конфигурации, такие как структурные конусы, трехгранные пирамиды, прямоугольные пирамиды и другие пирамидальные конфигурации.
[53]
Настоящее изобретение не ограничено описанными выше вариантами осуществления с первого по третий и возможны различные модификации. Например, оптимальная средняя главная ось частиц 10 диоксида кремния может изменяться в соответствии с распределением по размерам и формам частиц 10 диоксида кремния, образующих первый фотоэлектрический слой. Аналогично этому, оптимальное значение толщины первой проводящей пленки по направлению высоты может изменяться в соответствии с распределением по размерам и формам частиц 10 диоксида кремния.
Кроме того, различные оптимальные сочетания разностей высот неровностей по направлению высоты первой проводящей пленки и/или слоя зарядового обмена, формы шероховатости и распределения шероховатости по направлению, параллельному первой подложке, могут быть выбраны в зависимости от распределения по размерам и формам частиц 10 диоксида кремния.
Конечно, часть соответствующих вариантов осуществления может быть добавлена к другим материалам и конфигурациям, исключена из них или заменена ими.
Перечень позиций
[54]
10 - частицы диоксида кремния
11 - вторая подложка
12 - первая подложка
13 - вторая проводящая пленка
14 - первая проводящая пленка
15 - слой зарядового обмена
16 - второй фотоэлектрический слой
17 - первый фотоэлектрический слой
18 - уплотнительный элемент
19 - электролит
21 - первый фотоэлектрический слой
22 - первая проводящая пленка
23 - слой зарядового обмена
24 - первый фотоэлектрический слой
Изобретение относится к области электротехники, а именно к фотоэлектрическим элементам, в которых в качестве материала фотоэлектродов и материала фотоэлемента используют диоксид кремния, и может быть использовано при изготовлении солнечных элементов, в которых диоксид кремния используется в одном из двух фотоэлектрических слоях. В предложенном фотоэлектрическом элементе тандемного типа, который содержит диоксид титана и диоксид кремния, частицы диоксида кремния, которые образуют первый фотоэлектрический слой (24), состоящий из диоксида кремния, тонко рассеяны на слое (23) зарядового обмена, который состоит из Pt и имеет шероховатость поверхности, и на первой проводящей пленке (22), которая состоит из легированного фтором оксида олова и также имеет шероховатость поверхности. Благодаря такой конфигурации может быть получен фотоэлектрический элемент с высокой эффективностью выработки электроэнергии. Повышение эффективности выработки электроэнергии фотоэлектрическим элементом за счет уменьшения толщины первого фотоэлектрического слоя до 300 нм или менее по направлению высоты является техническим результатом изобретения. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 9 ил., 3 табл.
1. Фотоэлектрический элемент, содержащий первый фотоэлектрический слой, в котором первый фотоэлектрический слой состоит из частиц диоксида кремния, а толщина первого фотоэлектрического слоя по направлению высоты образована равной или меньшей, чем умноженная на три средняя главная ось частиц диоксида кремния.
2. Фотоэлектрический элемент, содержащий первый фотоэлектрический слой, при этом первый фотоэлектрический слой состоит из частиц диоксида кремния, а частицы диоксида кремния расположены на слое зарядового обмена, который имеет шероховатость по направлению высоты.
3. Фотоэлектрический элемент, содержащий первый фотоэлектрический слой, при этом первый фотоэлектрический слой состоит из частиц диоксида кремния, слоя зарядового обмена, имеющего шероховатость по направлению высоты и образованного на верхней поверхности первой проводящей пленки, имеющей шероховатость по направлению высоты, а частицы диоксида кремния образованы на верхней поверхности слоя зарядового обмена.
4. Фотоэлектрический элемент по п. 2, в котором шероховатость слоя зарядового обмена по направлению высоты составляет 50 нм или больше.
5. Фотоэлектрический элемент по п. 3, в котором шероховатость первой проводящей пленки по направлению высоты составляет 50 нм или больше.
6. Фотоэлектрический элемент, содержащий:
первую подложку, содержащую первую проводящую пленку на одной поверхности, и вторую подложку, содержащую вторую проводящую пленку на одной поверхности, расположенные так, что первая проводящая пленка и вторая проводящая пленка обращены друг к другу;
второй фотоэлектрический слой, расположенный на второй проводящей пленке;
слой зарядового обмена, расположенный на первой проводящей пленке;
первый фотоэлектрический слой, расположенный на слое зарядового обмена;
электролит, расположенный между вторым фотоэлектрическим слоем и первым фотоэлектрическим слоем; и при этом
первый фотоэлектрический слой состоит из частиц диоксида кремния, и частицы диоксида кремния расположены так, что толщина по направлению высоты равна или меньше, чем умноженная на три средняя главная ось частиц диоксида кремния.
7. Фотоэлектрический элемент по п. 6, в котором при наблюдении первой подложки со стороны второй подложки частицы диоксида кремния в первом фотоэлектрическом слое расположены так, что слой зарядового обмена является видимым через зазоры, образованные между частицами диоксида кремния.
8. Фотоэлектрический элемент по п. 6 или 7, в котором слой зарядового обмена и/или первая проводящая пленка имеют шероховатость 50 нм или больше по направлению высоты.
9. Фотоэлектрический элемент по п. 7, в котором частицы диоксида кремния представляют собой частицы диоксида кремния, погруженные в галогенид водорода.
10. Фотоэлектрический элемент по п. 8, в котором частицы диоксида кремния представляют собой частицы диоксида кремния, погруженные в галогенид водорода.
11. Фотоэлектрический элемент по п. 6 или 7, в котором второй фотоэлектрический слой выполнен из вещества, выбираемого из TiO2, SnO, ZnO, WO3, Nb2O5, In2O3, ZrO2, Ta2O5 и TiSrO3.
12. Фотоэлектрический элемент по п. 11, в котором второй фотоэлектрический слой содержит сенсибилизированный краситель, содержащийся на нем.
| US2014060630 A1, 06.03.2014 | |||
| US 2011146767 A1, 23.06.2011 | |||
| JP 2012234693 A, 29.11.2012 | |||
| НЕРАЗЪЕМНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ И СПОСОБ ЕГО ВЫПОЛНЕНИЯ | 2004 |
|
RU2263244C1 |
| ПРОЗРАЧНАЯ ПОДЛОЖКА СО СЛОЕМ ИЗ ПРОИЗВОДНОГО КРЕМНИЯ | 2000 |
|
RU2269494C2 |
| TW 201025646 A, 01.07.2010. | |||
