[go: up one dir, main page]

CZ303866B6 - Fotovoltaický element zahrnující rezonátor - Google Patents

Fotovoltaický element zahrnující rezonátor Download PDF

Info

Publication number
CZ303866B6
CZ303866B6 CZ20110042A CZ201142A CZ303866B6 CZ 303866 B6 CZ303866 B6 CZ 303866B6 CZ 20110042 A CZ20110042 A CZ 20110042A CZ 201142 A CZ201142 A CZ 201142A CZ 303866 B6 CZ303866 B6 CZ 303866B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
resonator
semiconductor structure
electromagnetic
plane
photovoltaic element
Prior art date
Application number
CZ20110042A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ201142A3 (cs
Inventor
Fiala@Pavel
Original Assignee
Vysoké ucení technické v Brne
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 Vysoké ucení technické v Brne filed Critical Vysoké ucení technické v Brne
Priority to CZ20110042A priority Critical patent/CZ303866B6/cs
Priority to UAA201309770A priority patent/UA110230C2/ru
Priority to RS20130320A priority patent/RS20130320A1/sr
Priority to HRP20191487 priority patent/HRP20191487T1/hr
Priority to JP2013550755A priority patent/JP6118268B2/ja
Priority to DK11784576.8T priority patent/DK2668717T3/da
Priority to PCT/CZ2011/000076 priority patent/WO2012100758A1/en
Priority to KR1020137022270A priority patent/KR101812670B1/ko
Priority to ES11784576T priority patent/ES2743504T3/es
Priority to PE2013001570A priority patent/PE20141575A1/es
Priority to EA201390986A priority patent/EA026202B1/ru
Priority to SG2013057435A priority patent/SG192189A1/en
Priority to SM20190496T priority patent/SMT201900496T1/it
Priority to CN201180066154.5A priority patent/CN103477552B/zh
Priority to PT11784576T priority patent/PT2668717T/pt
Priority to LT11784576T priority patent/LT2668717T/lt
Priority to MYPI2013002679A priority patent/MY164299A/en
Priority to MX2013008470A priority patent/MX2013008470A/es
Priority to SI201131771T priority patent/SI2668717T1/sl
Priority to MA36138A priority patent/MA34842B1/fr
Priority to AP2013006991A priority patent/AP3824A/en
Priority to HUE11784576A priority patent/HUE045948T2/hu
Priority to PL11784576T priority patent/PL2668717T3/pl
Priority to EP11784576.8A priority patent/EP2668717B1/en
Priority to RSP20191080 priority patent/RS59235B1/sr
Priority to BR112013018702A priority patent/BR112013018702B8/pt
Priority to US13/981,881 priority patent/US20140202532A9/en
Publication of CZ201142A3 publication Critical patent/CZ201142A3/cs
Publication of CZ303866B6 publication Critical patent/CZ303866B6/cs
Priority to TNP2013000304A priority patent/TN2013000304A1/fr
Priority to CO13174245A priority patent/CO6751255A2/es
Priority to CL2013002118A priority patent/CL2013002118A1/es
Priority to IL227661A priority patent/IL227661B/en
Priority to US15/342,885 priority patent/US10389020B2/en
Priority to US15/367,407 priority patent/US10396449B2/en
Priority to CY20191100899T priority patent/CY1122070T1/el

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/248—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set provided with an AC/DC converting device, e.g. rectennas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/20—Electrodes
    • 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

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

Fotovoltaický element zahrnující rezonátor usporádaný na polovodicové strukture (5), kterou tvorí oblast (5a) bez elektromagnetického útlumu, jejíz horní plocha tvorí rovinu dopadu (3), a oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraniceny myslenými hranicemi (6) zmen materiálových vlastností, pricemz minimálne jeden 2D-3D rezonátor (4) je obklopen dielektrikem (10) a je usporádán v polovodicové strukture (5), pricemz na oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem, navazuje vztazná elektroda (11).

Description

Oblast techniky
Vynález se týká fotovoltaického elementu zahrnujícího rezonátor s vysokou účinností přeměny světlené energie na elektrickou energii, který zahrnuje polovodičovou strukturu umístěnou mezi dvojicí elektrod.
Dosavadní stav techniky
Stav oblasti fotovoltaiky je takový, že se používají více než půl století staré principy na přeměnu elektromagnetického záření (EMG záření) ze Slunce (jedná se o širokospektrální elektromagne15 tické záření v rozmezí od lOOnm až 10000 nm vlnové délky). Solární buňky jsou složeny ze dvou vrstev polovodičového materiálu (typicky z křemíku), které jsou umístěny mezi dvěma kovovými elektrodami. Jedna z vrstev - materiál typu N obsahuje velké množství negativně nabitých elektronů, kdežto druhá vrstva - materiál typu P obsahuje velké množství děr, které se dají opsat jako prázdná místa, která snadno akceptují elektrony. Zařízení, která přeměňují elek20 tromagnetické vlny na elektromagnetickou vlnu nižší frekvence - na stejnosměrnou složku se nazývají transvertory/měniče. Pro tento účel se používají polovodičové struktury různých konstrukcí a koncepcí se znalostí pouze experimentálních následků jevu transformace elektromagnetické vlny.
Doposud navrhované antény, detektory nebo struktury nejsou laděny do rezonance. Používané polovodičové struktury velmi obtížně řeší vznik stojatých elektromagnetických vln.
Obdobná řešení se zabývají principy antén a transformací postupné elektromagnetické vlny na jiný charakter elektromagnetického záření (postupnou elektromagnetickou vlnu s jinou polarizací nebo stojatou elektromagnetickou vlnu) a její následné zpracování. Problémy se vyskytují s dopadající elektromagnetickou vlnou a jejím odrazem, širokospektrálním charakterem slunečního záření. Je problém vytvořit anténu, která by zachovávala své navržené vlastnosti v širokém spektru přes několik dekád.
Podstata vynálezu
Cílem vynálezu je nová konstrukce fotovoltaického elementu opatřeného rezonátorem uspořádaného na polovodičové struktuře, který díky své konstrukci rezonuje a vytváří vysoké složky elektrického a magnetického pole způsobem, že tyto složky jsou použitelné a zpracovatelné známou technologií na bázi klasických polovodičů.
Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny fotovoltaickým elementem zahrnující rezonátor a polovodičovou strukturu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořen polovodičovou strukturou sestá45 vající z oblasti bez elektromagnetického útlumu, jejíž vnější plocha tvoří rovinu dopadu a, oblasti s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny hranicemi změn materiálových vlastností, přičemž polovodičová struktura je opatřena alespoň jedním 2D-3D rezonátorem, sestávajícím ze dvou částí, kde první částí je 2D rezonátor uspořádaný na rovině dopadu a druhou částí je 3D rezonátor uspořádaný v polovodičové struktuře, přičemž na oblast s elektromagnetickým útlu50 mem, navazuje vztažná elektroda.
Pro vytvoření vysokých složek elektrického a magnetického pole je výhodné, když 2D rezonátor tvoří transformační prvek, upravený na rovině dopadu, sestávající z dvojice elektrod v podobě vodičů vzájemně do sebe uspořádaných, přičemž 3D rezonátor je tvořen oblastí s dielektrikem a dále reflektorem, který je uspořádán jednak uvnitř oblasti bez elektromagnetického útlumu a jed-1 CZ 303866 B6 nak uvnitř oblasti s elektromagnetickým útlumem, přičemž transformační prvek je umístěn na oblasti s dielektrikem, která je opatřena reflektorem.
Je známo, ve kterém spektru slunečního záření je vysoká hustota toku výkonu elektromagnetické vlny (W/m2). Vynález se zaměřuje na tyto části slunečního spektra. Fotovoltaický element v podobě rezonátoru uspořádaného na polovodičové struktuře podle tohoto vynálezu se vyznačuje vysokou účinností přeměny světlené energie na elektrickou energii.
Výhodou nové konstrukce fotovoltaického elementu s polovodičovou strukturou je, že ji tvoří plošný a prostorový rezonátor (2D-3D rezonátor), který je součástí polovodičové struktury. Tato struktura negeneruje zpětnou elektromagnetickou vlnu šířící se směrem k dopadající elektromagnetické vlně pocházející ze zdroje, kterým je Slunce nebo jiný zdroj elektromagnetického záření. 2D-3D rezonátor je navržen tak, aby elektromagnetická vlna, která projde touto polovodičovou strukturou, nebyla zpětně odražena do 2D-3D rezonátoru, který je v této polovodičové struktuře vytvořen. Tím se chová jako nejlépe impedančně přizpůsobená anténa pro navržené kmitočtové spektrum.
Polovodičová struktura, na které je uspořádán 2D-3D rezonátor, má tyto základní části. Oblast bez elektromagnetického útlumu a oblast s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny rovinami změn materiálových vlastností, přičemž právě oblast s elektromagnetický útlumem má za úkol potlačit odraženou vlnu. Minimálně jeden 2D-3D rezonátor je uspořádán na rovině dopadu, která je v tomto případě totožná s rovinou změny materiálových vlastností. Tyto části zabezpečují optimální zpracování elektromagnetické vlny tak, aby nedošlo k odražení vlny směrem k 2D-3D rezonátoru. Za oblastí s elektromagnetickým útlumem, jež je ukončena rovinou změny materiálových vlastností, je uspořádána vztažná elektroda.
Zanedbatelné není, že fotovoltaický element s rezonátorem uspořádaným na polovodičové struktuře nevyužívá polovodičovou strukturu k tomu, aby byl generován elektrický náboj, nýbrž vlastnosti této struktury jsou využity k nastavení vhodných podmínek pro dopad a transformaci elektromagnetické vlny na stacionární formu elektromagnetického pole.
Další výhodou je, že dotační materiál způsobí v materiálu polovodivé struktury zvýšenou vodivost gama [S/m]. Polovodičová struktura je nastavena tak, že vodivost se zvyšuje v oblasti s elektromagnetickým útlumem směrem k vztažné elektrodě. Díky tomu se prvky fotovoltaického elementu uspořádané na polovodivé struktuře chovají tak, že vytvoří širokou rezonanční křivku , obr. 10, a tudíž lze pomocí výrazně nižšího množství typů laděných polovodičových struktur v celku navržené struktury obsáhnout požadované frekvenční spektrum dopadající elektromagnetické vlny na rozdíl od případu, ve kterém by se polovodivý materiál takto neupravoval, viz obr.
9.
Popisované technické řešení podle tohoto vynálezu umožňuje přizpůsobit jednotlivé fotovoltaické elementy ve výsledné struktuře podmínkám hustoty dopadajícího elektromagnetického záření v místě jejich aplikace. To vede v důsledku k využití (vytěžení) maxima dopadajícího elektromagnetického záření a jeho následné změny na požadovanou formu umožňující její další využití, např. jako zdroje elektrické energie nebo generátoru. Navržené fotovoltaické elementy s rezonátory se známým způsobem osazují do panelů, jejichž vzájemné spojení tvoří fotovoltaická pole.
Objasnění výkresů
Podstata vynálezů bude osvětlena pomocí výkresů, kde obr. 1 znázorňuje základní konfiguraci fotovoltaického elementu s 2D-3D rezonátorem, obr. 2 znázorňuje příkladné provedení fotovoltaického elementu opatřeného soustavou 2D-3D rezonátorů a spojovacích prvků uspořádaných na polovodičové struktuře, obr. 3 znázorňuje schematický pohled na 2D-3D rezonátor a uspořádaný na polovodičové struktuře, obr. 4 znázorňuje uspořádání 2D-3£) rezonátoru a reflek-2CZ 303866 B6 toru, obr. 5 pohled ze směru dopadu EMG vlny na 2D rezonátor znázorňuje částečné prostorové uspořádání 2D-3D rezonátoru v oblasti dielektrika a reflektoru v polovodičové struktuře fotovoltaického elementu, obr. 6a znázorňuje axonometrický pohled na rezonátor, tvořený reflektorem, nad kterým je uspořádáno dielektrikum s transformačním prvkem, obr. 6b znázorňuje boční pohled na rezonátor, obr. 7a znázorňuje připojení transformačního prvku s nelineárním prvkem v propustném směru, obr. 7b znázorňuje připojení transformačního prvku s nelineárním prvkem v nepropustném směru, obr. 8 znázorňuje zapojení rezonančního obvodu, jenž je tvořen fotovoltaickým elementem a navazující elektronikou, obr. 9 znázorňuje rezonanční křivku klasického rezonátoru a obr. 10 znázorňuje rezonanční křivku navrhovaného rezonátoru.
Příklad uskutečnění vynálezu
Princip konstrukce fotovoltaického elementu s rezonátorem uspořádaným na polovodičové struktuře bude dále objasněn, nikoliv však omezen v následujících příkladech.
Základní provedení fotovoltaického elementu s 2D-3D rezonátorem uspořádaného na polovodičové struktuře, je znázorněno na obr. 1. Ve směru dopadu EMG vlny tvoří fotovoltaický element skladba-struktura, která zahrnuje polovodičovou strukturu 5, složenou ze dvou částí. Tyto dvě části tvoří oblast 5a bez elektromagnetického útlumu, která zahrnuje rovinu dopadu 3_a oblast 5b s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny virtuálními-myšlenými hranicemi 6 změn materiálových vlastností. Navržená polovodičová struktura 5 dále zahrnuje minimálně jeden 2D3D rezonátor 4, který je uspořádán na rovině 3 dopadu, která je v tomto případě totožná s hranicí 6_změny materiálových vlastností. Za oblastí 5b s elektromagnetickým útlumem, jež je z obou stran ohraničena hranicí 6 změny materiálových vlastností, je uspořádána vztažná elektroda 11.
V navrženém fotovoltaickém elementu je vlastní 2D-3D rezonátor 4, znázorněn na obr. 4, obr. 6a a 6b. 2D-3D rezonátor 4 v této podobě sestává z transformačního prvku 8 a reflektoru 7, mezi kterými je uspořádáno dielektrikum JO, například izolant, přičemž transformační prvek 8 tvoří dvojice elektrod v podobě vodičů vzájemně do sebe uspořádaných obklopených dielektrikem 10. Přitom transformační prvek 8 je uspořádán na dielektriku JJ) na něž je kolmo umístěn reflektor 7. Uspořádání dielektrika 10 v navržené polovodičové struktuře je znázorněno na obr. 5. 2D-3D rezonátor vytváří elektrický proud nebo napětí, které je pomocí nelineárního prvku 15 dále přivedeno na přípojný prvek 16, jak je patrno obr. 7a a 7b, ke jsou znázorněny oba typy polarizace nelineárního prvku 15.
Elektrické náhradní schéma fotovoltaického elementu je znázorněno na obr. 8. Jedná se o principiálně o jedno (dvojcestný) usměrňovači člen, tvarovací obvod nebo filtr signálu. Je to všeobecně známé zapojení. Zdroj 19 střídavého proudu nebo napětí vyvolaných indukcí z elektromagnetické vlny je paralelně zapojen k prvnímu kapacitoru 18 a induktoru 14, které v zapojení představuje kondenzátor a cívka. Vytváří tak laděný střídavý obvod realizovaný navrženou strukturou, který je pro vlastnosti a parametry dopadající elektromagnetické vlny naladěn a rezonuje. Nelineárním prvkem 15 je tvarován signál na rezonančním obvodu a je dále filtrován (usměrňován) na tvar dále využitelný, je připojen ke druhému kapacitoru 17, který v zapojení představuje kondenzátor.
V zapojení jsou označeny přípojné prvky J_6 navržené struktury, na kterých je elektrické napětí +U, -U. Pokud bychom na tyto přípojné prvky 16 například svorky připojili zvolenou elektrickou zátěž 13 v podobě impedance Z, dojde ke změně rezonančního obvodu a rezonátor může natolik změnit svoje vlastnosti, že nebude ve vhodném rezonančním stavu (režimu). Proto je před elektrickou zátěž 13 zařazeno zařízení 12, které způsobí při jakémkoliv zatížení jeho výstupu elektrickou impedancí Z to, že na vstupu tj. roviny dopadu 2D-3D rezonátor s nelineárním prvkem 15 a druhým kapacitorem 17 zatěžuje stále jediná hodnota impedance Zi, která výrazně nezmění nastavený režim 2D-3D rezonátoru.
Funkce fotovoltaického elementu, který zahrnuje 2D-3D rezonátor 4 uspořádaný na polovodičové struktuře 5 je následující. Elektromagnetická vlna i v rozsahu vlnové délky 100 nm až 100000
-3CZ 303866 B6 nm dopadá v místě dopadu 2 vlny na rovinu 3 dopadu, která je součástí oblasti 5a bez elektromagnetického útlumu, kterou zahrnuje polovodičová struktura 5. 2D-3D rezonátor 4 je periodicky opakován, jak je znázorněno na obr. 1 a obr. 2. V rovině 3 dopadu polovodičové struktury 5 je uspřádáno uskupení alespoň jednoho 2D-3D rezonátoru 4. Přitom tento 2D-3D rezonátor 4 může pracovat (plnit svou funkci) samostatně anebo je možné 2D-3D rezonátory 4 vzájemně spojovat a vytvářet tak pole periodicky se opakujících fotovoltaických elementů. Tyto fotovoltaické elementy mohou být v rovině dopadu 3 paralelně nebo sériově zapojeny, přičemž jako výhodné se jeví uskupení nejméně dvou 2D-3D rezonátorů 4 na jedné polovodičové struktuře 5, které jsou vzájemně propojeny pomocí spojovacích prvků 9.
Elektromagnetická vlna I dopadne na polovodičovou strukturu 5 v místě dopadu 2 vlny na rovinu 3 dopadu. Zde se složky elektrické a magnetické elektromagnetické vlny I, díky navrženému tvaru reflektoru 7, kterým může být tenká vrstva, kvádr, jehlan, kužel, toroid, sféra a jejich kombinace, části nebo průniky, přičemž povrch reflektoru 7 může tvořit vrstva dielektrického materiálu nebo kovu anebo jejich kombinace a tvarová rozmanitost, jenž je součástí 2D-3D rezonátoru 4, rozloží a vytvoří maxima intenzit elektrického a magnetického pole. Aby se tato maxima intenzit při spojení periodicky se opakujících a vzájemně spojených 2D-3D rezonátorů 4 aritmeticky sčítala (superponovala), jsou 2D-3D rezonátory 4 spojeny spojovacími prvky 9, jak je znázorněno například na obr. 2. Na tomto obrázku je příklad navržené struktury fotovoltaického elementu s 2D-3D rezonátorem uspořádaného na polovodičové struktuře 5, kde v místě roviny 3 dopadu elektromagnetické vlny na navrženou strukturu jsou uspořádány dva 2D-3D rezonátory 4, jež se periodicky opakují na i dalších polovodičových strukturách 5, přičemž tyto 2D-3D rezonátory 4 jsou vzájemně spojeny spojovacími prvky 9.
Příkladné provedení navržené struktury fotovoltaického elementu s 2D-3D rezonátorem 4 uspořádaného na polovodičové struktuře 5 je znázorněno na obr. 3. 2D-3D rezonátor 4 v tomto provedení je uspořádán na polovodičové struktuře 5. Tuto tvoří dvě části. Oblast 5a bez elektromagnetického útlumu a oblast 5b s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny virtuálními hranicemi 6 změn materiálových vlastností. Vzájemné uspořádání jednotlivých částí navržené struktury fotovoltaického elementu znázorňuje obr. 4. 2D-3D rezonátor 4 sestává z transformačního prvku 8, jenž tvoří dvojice elektrod v podobě vodičů vzájemně do sebe uspořádaných a reflektoru 7 a dielektrika W. 2D-3D rezonátor 4 je dále zabudován do polovodičové struktury 5 má navrženou geometrii způsobem závislým na vlnové délce dopadající elektromagnetické vlny a to tak, že tloušťka polovodičové struktury 5 bude minimálně % vlnové délky nejnižší frekvence dopadajícího elektromagnetického záření, která zaručí výslednou rezonanční charakteristiku podle obr. 10.
Elektromagnetická vlna po dopadu v místě dopadu 2 vlny na rovinu dopadu 3 prostupuje polovodičovou strukturou 5, na jejímž povrchu v místě roviny 3 dopadu je upravena část 2D rezonátoru 4, zatímco jeho 3D část zasahuje do polovodičové struktury 5, jak je zobrazeno na obr. 3 nebo obr. 4. Polovodičová struktura 5 slouží k nastavení podmínek maxim elektrické a magnetické složky v rovině 3 dopadu elektromagnetické vlny, přičemž polovodičová struktura 5 je tvořena oblastí 5a bez elektromagnetického útlumu, která je určena k tomu, aby postupující elektromagnetická vlna na polovodičové struktuře 5 navázala a vytvořila rezonanční oblast s maximem rezonance na rovině 3 dopadu. Oblast 5b s elektromagnetickým útlumem slouží k pozvolnému útlumu postupující k elektromagnetické vlny, která postupuje ve směru od roviny 3 dopadu do vnitřních struktur polovodičové struktury 5 a způsobí stav, ve kterém dojde k minimálnímu odrazu postupné vlny od elektrody H_ zpět do oblastí 5b s elektromagnetickým útlumem a 5a bez elektromagnetického útlumu polovodičové struktury 5. Oblast 5b s elektromagnetickým útlumem má úkol zamezit elektromagnetické vlně na konci polovodičové struktury 5 v jejím odrazu zpět a vzniku tak stojaté elektromagnetické vlny. Rozměry oblasti 5a bez elektromagnetického útlumu a oblasti 5b s elektromagnetickým útlumem jsou voleny tak, že jsou minimálně rovny nebo větší čtvrtině vlnové délky dopadající elektromagnetické vlny 1, např. obě vrstvy vykazují tloušťku 10 pm pro zvolený typ materiálu.
-4CZ 303866 B6
Tím, že se dosáhne rezonačního stavu u navržené skladby-struktury fotovoltaického elementu, dojde u minimálně jednoho fotovoltaického elementu ve skupině periodicky se opakujících fotovoltaických elementů k násobnému zvětšení amplitud původní dopadající elektromagnetické vlny. A pro uvažovanou vlnovou délku elektromagnetické vlny i, dopadající v místě dopadu 2 vlny na rovinu 3 dopadu oblasti 5a bez elektromagnetického útlumu, lze u polovodičové struktury 5 dosáhnout elektrického napětí využitelného pro další zpracování elektronickými obvody 12 pro řízení výkonu a v režimu periodického uspořádání navržených skladeb-struktur fotovoltaických elementů pro harvesting (vytěžení energie-power management'7).
Materiálem vodivých cest navržené skladby-struktury fotovoltaického elementu vytvořených na rovině 3 dopadu oblasti 5a bez elektromagnetického útlumu, na níž je upravena část 2D rezonátoru 4, jenž tvoří transformační prvek 8, materiál spojovacího prvku 9 a materiál nelineárního prvku 15 je velmi kvalitní vodič. Oblast 5a bez elektromagnetického útlumu je tvořena kombinací dielektrika 10 a vodivého a/nebo polovodivého materiálu. Oblasti 5b s elektromagnetickým útlumem je tvořena materiálem měnícím elektrickou měrnou vodivost, a to takovým způsobem, že směrem od roviny 3 dopadu elektromagnetické vlny I se měrná vodivost zvyšuje. Měrná vodivost s jednotkou v soustavě SI (S/m) je v oblasti 5b s elektromagnetickým útlumem nastavena tak, aby koeficient odrazu byl menší ne 0.5 z intervalu <-1,1 >.
Navržená skladba-struktura fotovoltaického elementu pracuje v rezonačním stavu, což je výhodné k tomu, že na rezonátoru 4 lze získat násobné (2-1000) hodnoty amplitudy elektrické složky dopadající elektromagnetické vlny 1. Navržené periodické uspořádání dovoluje pracovat v rezonančním režimu pro frekvence /se změnou frekvence Δ/. Je možné dosáhnout parametr \ f/f\ intervalu 0.5 až 1.5.
Klasické řešení rezonančních obvodů realizovaných pomocí antén nebo standardních rezonančních obvodů většinou dosahuje poměru pouze \ f/fv intervalu 0.9 až 1.1. Navržené řešení díky absorpčním vlastnostem oblasti 5b s elektromagnetickým útlumem a rozměrům polovodičové struktury 5 vzhledem k vlnové délce dosahuje uvedeného poměru &.f/f. Toho se s výhodou může použít k navržení optimální polovodičové struktury 5 a blížit se ideálnímu stavu 100% výtěžnosti převodu elektromagnetické vlny i, dopadající na navrženou skladbu-strukturu fotovoltaického elementu, na napětí generátoru. Nezbytným zařízením k tomu, aby minimálně základní prveknavržená struktura fotovoltaického elementu byla využita jako zdroj elektrické energie, je připojení elektronického vnějšího obvodu 12, který umožňuje, že při jakémkoliv zatížení (impedance Z zátěže 13 nabývá hodnot z intervalu 0 až oo Ohmů) na výstupu obvodu 12 se na vstupu obvodu 12 neprojeví změna elektrické zátěže Zi. Tím zůstane základní prvek nebo skupina prků v rezonančním stavu.
Průmyslová využitelnost
Popsaný fotovoltaický element lze využít jako vytěžovač (harvester) nebo generátor elektrické energie nebo senzor nebo nelineární převodník.

Claims (4)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Fotovoltaický element zahrnující rezonátor a polovodičovou strukturu (5), vyznačující se tím, že je tvořen polovodičovou strukturou (5) sestávající z oblasti (5a) bez elektromagnetického útlumu, jejíž vnější plocha tvoří rovinu dopadu (3) a oblasti (5b) s elektromagnetickým útlumem, které jsou ohraničeny hranicemi (6) změn materiálových vlastností, přičemž polovodičová struktura (5) je opatřena alespoň jedním 2D-3D rezonátorem (4), sestávajícím ze dvou částí, kde první částí je 2D rezonátor (4a) uspořádaný na rovině (3) dopadu a druhou částí je 3D rezonátor (4b) uspořádaný v polovodičové struktuře (5), přičemž na oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem, navazuje vztažná elektroda (11).
  2. 2. Fotovoltaický element podle národku 1, vyznačující se tím, že 2D rezonátor (4a) tvoří transformační prvek (8), upravený na rovině (3) dopadu, sestávající z dvojice elektrod v podobě vodičů vzájemně do sebe uspořádaných, přičemž 3D rezonátor (4b) je tvořen oblastí s dielektrikem (10) a dále reflektorem (7), kterýje uspořádán jednak uvnitř oblasti (5a) bez elektromagnetického útlumu a jednak uvnitř oblasti (5b) s elektromagnetickým útlumem, přičemž transformační prvek (8) je umístěn na oblasti s dielektrikem (10), která je opatřena reflektorem (7)·
  3. 3. Fotovoltaický element zahrnující rezonátor podle nároku 2, vyznačující se tím, že reflektor (7) je vůči dielektriku (10) uspořádán kolmo k rovině dopadu (3).
  4. 4. Fotovoltaický element zahrnující rezonátor podle některého z nároků laž3 vyznačující se tím, že oblast (5b) s elektromagnetickým útlumem vykazuje směrem k vztažné elektrodě (11) zvyšující se vodivost oproti oblasti (5a) bez elektromagnetického útlumu.
CZ20110042A 2011-01-27 2011-01-27 Fotovoltaický element zahrnující rezonátor CZ303866B6 (cs)

Priority Applications (34)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20110042A CZ303866B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Fotovoltaický element zahrnující rezonátor
UAA201309770A UA110230C2 (en) 2011-01-27 2011-03-08 Photovoltaic element including a resonator
MX2013008470A MX2013008470A (es) 2011-01-27 2011-08-03 Un elemento fotovoltaico con un resonador incluido.
SI201131771T SI2668717T1 (sl) 2011-01-27 2011-08-03 Fotonapetostni element z resonatorjem z elektromagnetnim blaženjem
JP2013550755A JP6118268B2 (ja) 2011-01-27 2011-08-03 共振器を備える光起電要素
DK11784576.8T DK2668717T3 (da) 2011-01-27 2011-08-03 Fotovoltaisk element med en resonator med elektromagnetisk daempning
PCT/CZ2011/000076 WO2012100758A1 (en) 2011-01-27 2011-08-03 A photovoltaic element with an included resonator
KR1020137022270A KR101812670B1 (ko) 2011-01-27 2011-08-03 함유된 공진기를 갖는 광전지 소자
ES11784576T ES2743504T3 (es) 2011-01-27 2011-08-03 Elemento fotovoltaico con un resonador con amortiguación electromagnética
PE2013001570A PE20141575A1 (es) 2011-01-27 2011-08-03 Un elemento fotovoltaico con un resonador incluido
EA201390986A EA026202B1 (ru) 2011-01-27 2011-08-03 Фотоэлектрический элемент с резонатором
SG2013057435A SG192189A1 (en) 2011-01-27 2011-08-03 A photovoltaic element with an included resonator
AP2013006991A AP3824A (en) 2011-01-27 2011-08-03 A photovoltaic element with an included resonator
CN201180066154.5A CN103477552B (zh) 2011-01-27 2011-08-03 具有内置谐振器的光伏元件
PT11784576T PT2668717T (pt) 2011-01-27 2011-08-03 Elemento fotovoltaico com um ressoador com amortecimento eletromagnético
LT11784576T LT2668717T (lt) 2011-01-27 2011-08-03 Fotoelektrinis elementas su rezonatoriumi ir elektromagnetiniu slopintuvu
MYPI2013002679A MY164299A (en) 2011-01-27 2011-08-03 A photovoltaic element with an included resonator
RS20130320A RS20130320A1 (sr) 2011-01-27 2011-08-03 Fotonaponski element sa rezonatorom
MA36138A MA34842B1 (fr) 2011-01-27 2011-08-03 Élément photovoltaïque incluant un résonateur
HRP20191487 HRP20191487T1 (hr) 2011-01-27 2011-08-03 Fotonaponski element s rezonatorom sa elektromagnetskim prigušenjem
SM20190496T SMT201900496T1 (it) 2011-01-27 2011-08-03 Elemento fotovoltaico provvisto di un risonatore con smorzamento elettromagnetico
HUE11784576A HUE045948T2 (hu) 2011-01-27 2011-08-03 Fotovoltaikus elem elektromágneses csillapítással rendelkezõ rezonátorral
PL11784576T PL2668717T3 (pl) 2011-01-27 2011-08-03 Element fotowoltaiczny z rezonatorem o tłumieniu elektromagnetycznym
EP11784576.8A EP2668717B1 (en) 2011-01-27 2011-08-03 Photovoltaic element with a resonator with electromagnetic damping
RSP20191080 RS59235B1 (sr) 2011-01-27 2011-08-03 Fotonaponski element sa rezonatorom sa elektromagnetnim prigušenjem
BR112013018702A BR112013018702B8 (pt) 2011-01-27 2011-08-03 elemento fotovoltaico incluindo um ressonador disposto em uma estrutura semicondutora
US13/981,881 US20140202532A9 (en) 2011-01-27 2011-08-03 Photovoltaic Element With An Included Resonator
TNP2013000304A TN2013000304A1 (en) 2011-01-27 2013-07-19 A photovoltaic element with an included resonator
CO13174245A CO6751255A2 (es) 2011-01-27 2013-07-23 Un elemento fotovoltaico con un resonador incluido
CL2013002118A CL2013002118A1 (es) 2011-01-27 2013-07-24 Elemento fotovoltaico que incluye un resonador arreglado en una estructura semiconductora porque la estructura semiconductora se forma por la region sin amortiguamiento electromagnetico cuyo plano superior constituye el plano de incidencia, al menos un resonador 2d-3d y un electrodo relativo linda en la region con el amortiguamiento electromagnetico.
IL227661A IL227661B (en) 2011-01-27 2013-07-25 A photovaltaltaic element with an included resonator
US15/342,885 US10389020B2 (en) 2011-01-27 2016-11-03 Solar element comprising resonator for application in energetics
US15/367,407 US10396449B2 (en) 2011-01-27 2016-12-02 Photovoltaic element with an included resonator
CY20191100899T CY1122070T1 (el) 2011-01-27 2019-08-22 Φωτοβολταϊκο στοιχειο με εναν συντονιστη με ηλεκτρομαγνητικη αποσβεση

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20110042A CZ303866B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Fotovoltaický element zahrnující rezonátor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ201142A3 CZ201142A3 (cs) 2012-08-08
CZ303866B6 true CZ303866B6 (cs) 2013-06-05

Family

ID=44993423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20110042A CZ303866B6 (cs) 2011-01-27 2011-01-27 Fotovoltaický element zahrnující rezonátor

Country Status (31)

Country Link
US (1) US20140202532A9 (cs)
EP (1) EP2668717B1 (cs)
JP (1) JP6118268B2 (cs)
KR (1) KR101812670B1 (cs)
CN (1) CN103477552B (cs)
AP (1) AP3824A (cs)
BR (1) BR112013018702B8 (cs)
CL (1) CL2013002118A1 (cs)
CO (1) CO6751255A2 (cs)
CY (1) CY1122070T1 (cs)
CZ (1) CZ303866B6 (cs)
DK (1) DK2668717T3 (cs)
EA (1) EA026202B1 (cs)
ES (1) ES2743504T3 (cs)
HR (1) HRP20191487T1 (cs)
HU (1) HUE045948T2 (cs)
IL (1) IL227661B (cs)
LT (1) LT2668717T (cs)
MA (1) MA34842B1 (cs)
MX (1) MX2013008470A (cs)
MY (1) MY164299A (cs)
PE (1) PE20141575A1 (cs)
PL (1) PL2668717T3 (cs)
PT (1) PT2668717T (cs)
RS (2) RS20130320A1 (cs)
SG (1) SG192189A1 (cs)
SI (1) SI2668717T1 (cs)
SM (1) SMT201900496T1 (cs)
TN (1) TN2013000304A1 (cs)
UA (1) UA110230C2 (cs)
WO (1) WO2012100758A1 (cs)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10389020B2 (en) 2011-01-27 2019-08-20 Vysoke Uceni Technicke V Brne Solar element comprising resonator for application in energetics
US10396449B2 (en) 2011-01-27 2019-08-27 Vysoke Uceni Technicke V Brne Photovoltaic element with an included resonator
CZ309259B6 (cs) * 2012-09-14 2022-06-29 Vysoké Učení Technické V Brně Fotovoltaický systém zahrnující elementární rezonátor pro využití v energetice
AU2016277740A1 (en) * 2011-08-03 2017-02-02 Vysoke Uceni Technicke V Brne A photovoltaic element with an included resonator
WO2016050723A1 (de) * 2014-09-30 2016-04-07 E-Gen Gmbh Vorrichtung mit einem schwingkreis, verwendung einer solchen vorrichtung in einem strahlungsfeld sowie verfahren zum betreiben einer solchen vorrichtung in einem strahlungsfeld

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19614774C2 (de) * 1996-04-03 2000-01-13 Joachim Sukmanowski Reflektorvorrichtung und ihre Verwendung in Dünnschicht-Solarzellen
WO2006055798A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composite material with controllable resonant cells
WO2008045536A2 (en) * 2006-10-12 2008-04-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composite material with chirped resonant cells
WO2009030980A2 (en) * 2007-09-06 2009-03-12 Quantum Semiconductor Llc Photonic via waveguide for pixel arrays
WO2010087785A1 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Agency For Science, Technology And Research Thin film solar cell structure

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001127325A (ja) * 1999-10-29 2001-05-11 Meiden Shoji:Kk 電池のエネルギー増大方法並びにエネルギー増大装置及び高エネルギー電池
US8071931B2 (en) * 2007-11-13 2011-12-06 Battelle Energy Alliance, Llc Structures, systems and methods for harvesting energy from electromagnetic radiation
BRPI0821371A2 (pt) * 2007-12-21 2015-06-16 Qualcomm Mems Technologies Inc Dispositivos fotovoltaicos e respectivo método de fabrico

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19614774C2 (de) * 1996-04-03 2000-01-13 Joachim Sukmanowski Reflektorvorrichtung und ihre Verwendung in Dünnschicht-Solarzellen
WO2006055798A1 (en) * 2004-11-19 2006-05-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composite material with controllable resonant cells
WO2008045536A2 (en) * 2006-10-12 2008-04-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Composite material with chirped resonant cells
WO2009030980A2 (en) * 2007-09-06 2009-03-12 Quantum Semiconductor Llc Photonic via waveguide for pixel arrays
WO2010087785A1 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Agency For Science, Technology And Research Thin film solar cell structure

Also Published As

Publication number Publication date
US20130312830A1 (en) 2013-11-28
KR101812670B1 (ko) 2018-01-30
EP2668717B1 (en) 2019-05-22
PE20141575A1 (es) 2014-10-24
BR112013018702B1 (pt) 2021-06-01
MA34842B1 (fr) 2014-01-02
BR112013018702B8 (pt) 2021-06-29
HUE045948T2 (hu) 2020-02-28
HRP20191487T1 (hr) 2019-11-15
CN103477552A (zh) 2013-12-25
LT2668717T (lt) 2019-10-25
EA201390986A1 (ru) 2013-12-30
CZ201142A3 (cs) 2012-08-08
RS20130320A1 (sr) 2014-02-28
BR112013018702A2 (pt) 2016-10-25
CN103477552B (zh) 2016-04-06
CL2013002118A1 (es) 2014-10-03
JP6118268B2 (ja) 2017-04-26
ES2743504T3 (es) 2020-02-19
KR20140027098A (ko) 2014-03-06
SMT201900496T1 (it) 2019-11-13
SI2668717T1 (sl) 2019-10-30
WO2012100758A1 (en) 2012-08-02
AP3824A (en) 2016-09-30
EP2668717A1 (en) 2013-12-04
PT2668717T (pt) 2019-09-10
TN2013000304A1 (en) 2015-01-20
JP2014506749A (ja) 2014-03-17
US20140202532A9 (en) 2014-07-24
MY164299A (en) 2017-12-15
AP2013006991A0 (en) 2013-07-31
IL227661A0 (en) 2013-09-30
EA026202B1 (ru) 2017-03-31
DK2668717T3 (da) 2019-08-19
MX2013008470A (es) 2013-11-01
RS59235B1 (sr) 2019-10-31
PL2668717T3 (pl) 2019-11-29
SG192189A1 (en) 2013-08-30
CY1122070T1 (el) 2020-11-25
IL227661B (en) 2019-09-26
UA110230C2 (en) 2015-12-10
CO6751255A2 (es) 2013-09-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8338772B2 (en) Devices, systems, and methods for harvesting energy and methods for forming such devices
Ma et al. Optimal solar energy harvesting efficiency of nano-rectenna systems
AU2017258961B2 (en) System for transforming energy of solar electromagnetic radiation into electric energy
CZ303866B6 (cs) Fotovoltaický element zahrnující rezonátor
Morsy et al. Integrated solar mesh dipole antenna based energy harvesting system
US10389020B2 (en) Solar element comprising resonator for application in energetics
US10396449B2 (en) Photovoltaic element with an included resonator
HK1208762B (en) A solar element comprising resonator for application in energetics
AU2011357294A1 (en) A photovoltaic element with an included resonator
OA16494A (en) A photovoltaic element with an included resonator.
OA17890A (en) A solar element comprising resonator for application in energetics.
AU2016277740A1 (en) A photovoltaic element with an included resonator