BSC – Двосторонні сонячні елементи: Історія двосторонніх або двоповерхневих сонячних елементів

Кремнієвий сонячний елемент був вперше запатентований у 1946 році Расселом Олом під час роботи в Bell Labs, а публічно продемонстрований у 1954 році Фуллером, Чапіном і Пірсоном у тому ж дослідницькому закладі; однак ці ранні пропозиції були монофасадними елементами, задня частина яких не призначалася для активного використання.

Перший теоретично запропонований двосторонній сонячний елемент можна знайти в японському патенті від 4 жовтня 1960 року, виданому Хіроші Морі, який працював у Hayakawa Denki Kogyo Kabushiki Kaisha (Hayakawa Electric Industry Co. Ltd.), яка пізніше стала Sharp Corporation. Запропонований елемент являв собою двосторонню структуру pnp з контактними електродами на двох протилежних краях.

Однак перші демонстрації двосторонніх сонячних елементів та панелей були проведені в рамках радянської космічної програми на військових космічних станціях низької навколоземної орбіти (НОО) «Салют-3» (1974) та «Салют-5» (1976). Ці двосторонні сонячні елементи були розроблені та виготовлені Бордіною та ін. у ВНІІТ (Всесоюзному науково-дослідному інституті джерел енергії) в Москві, який у 1975 році став російським виробником сонячних елементів «КВАНТ». У 1974 році ця команда подала патент США, пропонуючи елементи у формі міні-паралельних трубочок з максимальним розміром 1 мм x 1 мм x 1 мм, з'єднаних послідовно для досягнення щільності 100 елементів/см². Як і у випадку з сучасними BSC, вони запропонували використовувати ізотипні сполуки pp+ поблизу однієї зі світлоприймальних поверхонь. У «Салюті-3» невеликі експериментальні панелі із загальною площею комірок 24 см² показали збільшення виробництва енергії на одну орбіту супутника до 34% порівняно з односторонніми панелями, що використовувалися на той час, завдяки альбедо Землі. Під час польоту космічної станції «Салют-5» спостерігалося збільшення виробництва енергії на 17–45% завдяки використанню двосторонніх панелей (0,48 м² – 40 Вт).

Паралельно з цим російським дослідженням, по інший бік «залізної завіси», напівпровідникова лабораторія Школи телекомунікаційної інженерії Мадридського технічного університету під керівництвом професора Антоніо Луке незалежно проводила комплексну дослідницьку програму з розробки промислово придатних двосторонніх сонячних елементів. Хоча патент Морі та прототипи космічного корабля ВНІІТ-КВАНТ базувалися на крихітних елементах без металевої сітки на поверхні і тому були складно пов'язані між собою, більше на кшталт мікроелектронних пристроїв, що тоді були в зародковому стані, Луке подав два іспанські патенти у 1976 та 1977 роках та один у Сполучених Штатах у 1977 році, які стали попередниками сучасних двосторонніх елементів. Патенти Луке були першими, в яких пропонувалися BSC з одним елементом на кремнієву пластину, як це було з односторонніми елементами в той час і досі, з металевими сітками на обох поверхнях. Вони розглядали як структури npp+, так і pnp.

Розробка базових сонячних батарей (BSC) у напівпровідниковій лабораторії здійснювалася тристоронньо, що призвело до трьох докторських дисертацій: Андреса Куеваса (1980), Хав'єра Егурена (1981) та Хесуса Санградора (1982). Перші дві дисертації були написані під керівництвом Луке, а третя — доктора Габріеля Сали з тієї ж групи. Дисертація Куеваса стосувалася створення першого патенту Луке 1976 року, який завдяки своїй транзистороподібній структурі npn отримав назву «транскомірка». Дисертація Егурена була зосереджена на демонстрації другого патенту Луке 1977 року, що характеризувався профілем легування npp+, де ізотопний перехід pp+ розташований поруч із задньою поверхнею комірки, створюючи те, що зазвичай називають «полем задньої поверхні» (BSF) у технології сонячних елементів. Ця робота призвела до кількох публікацій та додаткових патентів. Зокрема, позитивний ефект від зменшення p-легування бази був значним, оскільки зниження напруги на емітерному переході (передній pn-перехід) компенсувалося збільшенням напруги на задньому ізотипному переході, одночасно дозволяючи збільшити довжину дифузії неосновних носіїв, що збільшує вихідний струм при двосторонньому освітленні. У дисертації Санградора та третьому підході до розробки в Технічному університеті Мадрида було запропоновано так званий вертикальний багатоперехідний сонячний елемент з торцевим освітленням, в якому p+nn+ елементи укладаються та з'єднуються послідовно та освітлюються з їхніх країв. Це високовольтні елементи, які не потребують поверхневої металевої сітки для генерації струму.

У 1979 році лабораторію напівпровідників було перетворено на Інститут сонячної енергії (IES-UPM), який, на чолі з Луке як його першим директором, продовжував інтенсивні дослідження двосторонніх сонячних елементів у першому десятилітті 21 століття. Наприклад, у 1994 році два бразильські докторанти Інституту сонячної енергії, Адріано Мелеке та Ізете Занеско, разом з Луке розробили та виготовили двосторонній сонячний елемент, який досяг ефективності 18,1% на фронтальній панелі та 19,1% на задній; рекорд двостороннього використання – 103% (на той час рекордна ефективність для односторонніх елементів становила трохи менше 22%).

 

 

• Фотоелектрики на складах, комерційні бруски та промислові зали плану
• Промислова система: плануйте фотоелектричну систему або систему відкритого простору
• Сонячні системи з рішеннями плану фотоелектрики для експедиторів та логістики контрактів
• B2B Сонячні системи та фотоелектричні рішення та поради

• Будуйте та плануйте сонячний вагон

Консультація щодо сонячних модулів з Xpert.Solar – допомога та поради щодо правильного та відповідного сонячного модуля

Я радий допомогти вам як особистого консультанта.

Ви можете зв’язатися зі мною, заповнивши контактну форму нижче або просто зателефонуйте мені за номером +49 89 89 674 804  .

Я з нетерпінням чекаю нашого спільного проекту.

 

 

Xpert.Digital – Konrad Wolfenstein

Xpert.digital - це центр для промисловості з фокусом, оцифруванням, машинобудуванням, логістикою/внутрішньологічною та фотоелектричною.

За допомогою нашого рішення щодо розвитку бізнесу на 360 ° ми підтримуємо відомі компанії від нового бізнесу до після продажу.

Ринкова розвідка, маха, автоматизація маркетингу, розвиток контенту, PR, поштові кампанії, персоналізовані соціальні медіа та виховання свинцю є частиною наших цифрових інструментів.

Ви можете знайти більше на: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus