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DE2834161A1 - Silizium-solarzelle und 350 nm-kantenfilter fuer eine solche - Google Patents

Silizium-solarzelle und 350 nm-kantenfilter fuer eine solche

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Publication number
DE2834161A1
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
solar cell
refractive index
silicon solar
layer
edge filter
Prior art date
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Granted
Application number
DE19782834161
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English (en)
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DE2834161C2 (de
Inventor
James Daniel Rancourt
Richard Ian Seddon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Optical Coating Laboratory Inc
Original Assignee
Optical Coating Laboratory Inc
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.)
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Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=25239886&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=DE2834161(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Optical Coating Laboratory Inc filed Critical Optical Coating Laboratory Inc
Publication of DE2834161A1 publication Critical patent/DE2834161A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2834161C2 publication Critical patent/DE2834161C2/de
Expired legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/30Coatings
    • H10F77/306Coatings for devices having potential barriers
    • H10F77/311Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/315Coatings for devices having potential barriers for photovoltaic cells the coatings being antireflective or having enhancing optical properties
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Description

PATC N TAN V/ A "_ T Ξ
J. RICHTER F. WERDERMANN
DIPL.-ING. DIPU-INS.
H A M B U R 6
R. SPLANEMANN dr.
DlPU-INe.
EITZNER
MÜNCHEN
2OOO Hamburg 3β , den 1.8. 1978
NEUER WALL 1O TEL. (O4O) 34 OO 34 OO TELEGRAMME: INVENTIUS HAMBURG
: 0.3629-1-78411 Fl
IHR ZEICHEN:
PATENTANMELDUNG
PRIORITÄT:
11. August 1977, V.St.A. Ser. No. 823 843
BEZEICHNUNG:
Silizium-Solarzelle und 350 nm-Kantenfilter für eine solche.
ANMELDER; Optical Coating Laboratory, Inc. 2789 Giffen Avenue Santa Rosa, Kalif. 95403 V. St. A.
ERFINDER:
James Daniel Rancourt, 129 Sherwood Drive Santa Rosa, Kalif. 95405 V. St. A.
und Richard lan Seddon 2245 Cummings Drive Santa Rosa, Kalif. 95404 V. St. A.
909807/0936
Konten: Deutsche Bank AQ Hamburg (BLZ 20070000) Konto-Nr. 6/10 055 · Post»checkimt Hamburg (BLZ 20010020) Konto-Nr. 282010-201
ORIGINAL INSPECTED
-JtT-
Die Erfindung betrifft eine Silizium-Solarzelle, bestehend aus einem Zellenkörper im wesentlichen aus Silizium mit einem fotoelektrischen Übergangsbereich und einem Antireflexbelag auf einer Oberfläche und einer vermittels eines praktisch transparenten Haftmittels fest mit dem Zellenkörper verbundenen, transparenten Schutzabdeckung, sowie einen Kantenfilter für die Schutzabdeckung einer derartigen Silizium-Solarzelle.
Solarzellen sind bereits seit einiger Zeit im Einsatz in Weltraumsatelliten und bei diesem Verwendungszweck mit einem dünnen Glas- oder Quarzglasplättchen von 150 bis etwa 1000 μχα Dicke bedeckt. Diese Abdeckung dient dazu, die Silizium-Solarzelle gegen geladene Teilchen wie z.B. in den Van Alien-Gürteln vorkommende Protonen und Elektronen zu schützen, und zugleich das Emissionsvermögen der Solarzelle anzuheben, so daß sie mehr Wärme abstrahlt und dadurch die Temperatur der Solarzelle niedriger und ihr Wirkungsgrad bei der Umsetzung von Lichtstrahlung in Strom verbessert wird. Bei bekannten Solarzellen sind diese Abdeckungen vermittels eines Haftmittels mit der Zelle verkittet, welches sich unter der Einwirkung von UV-Licht zersetzt bzw. seine Eigenschaften verändert oder verliert. Zur Vermeidung schädlicher Einflüsse dieser Art kann die Abdeckung bei bekannten Solarzellen mit einem zum Sperren der schädlichen UV-Strahlung dienenden Dünnschichtfilter versehen sein, oder stattdessen kann die gewünschte Sperrwirkung auch vermittels einer Glasabdeckung erreicht werden, welche in diesem Spektralbereich undurchlässig ist. Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß die UV-Strahlung zwar nicht das Haftmittel erreicht, jedoch in der Zelle absorbiert wird. Aufgrund dieser Absorption steigt die Temperatur der Silizium-Solarzelle an, wobei ihr Wirkungsgrad aufgrund der Umsetzung des absorbierten UV-Lichts in Wärme
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absinkt. Es besteht daher nach wie vor ein Bedarf für eine nicht mit diesem Nachteil behaftete Solarzelle.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle, an der bei verhältnismäßiger Unempfindlichkeit gegenüber dem Einfallswinkel der Sonnenstrahlung ein großer Teil der einfallenden Strahlungsenergie unterhalb der Wellenlänge von 350 nm (Nanometer) reflektiert wird, und die daher weniger UV-Strahlung absorbiert und einen höheren Wirkungsgrad aufweist, sowie einen Kantenfilter für die Schutzabdeckung einer solchen Solarzelle zu schaffen.
Die zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Silizium-Solarzelle vom eingangs genannten Typ ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß an der Schutzabdeckung ein den Übergangsbereich und den Antireflexbelag überlagernder Kantenfilter angeordnet ist, welcher aus einem einfallende Strahlungsenergie im UV-Bereich von angenähert 350 nm bis 250 nm reflektierenden Mehrschichtenbelag aus Stoffen abwechselnd hoher und niedriger Brechzahlen besteht.
Der weiterhin vorgeschlagene Kantenfilter für die Schutzabdeckung einer derartigen Solarzelle ist dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Mehrschichtenbelag besteht, dessen Schichten abwechselnd aus einem Werkstoff hoher Brechzahl und einem Werkstoff niedriger Brechzahl gebildet sind, und der dazu dient, Sonnenstrahlung im UV-Bereich von angenähert 350 nm bis 250 nm zu reflektieren.
Bei dieser Silizium-Solarzelle kann die Schutzabdeckung mit einem Antireflexbelag versehen sein. Der Mehrschichtenbelag umfaßt vorzugsweise wenigstens eine absorbierende Schicht, welche zur Absorption von UV-Strahlung dient, die bei von der normalen Einfallsrichtung abweichendem Einfalls-
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winkel ansonsten ggf. vom Kantenfilter durchgelassen werden könnte. Die vorgeschlagene Solarzelle weist einen um angenähert 4 % gesteigerten Wirkungsgrad gegenüber bekannten Silizium-Solarzellen auf.
Weitere Merkmale der Erfindung sind anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispxels näher erläutert. In der Zeichnung ist
Fig. 1 ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Silizium-Solarzelle,
Fig. 2 eine grafische Darstellung des Durchlaßvermögens des Antireflexbelages der Solarzelle,
Fig. 3 eine grafische Darstellung der berechneten Werte von \E / für die Schutzabdeckung mit 350 nm-Kantenfilter entsprechend der Erfindung,
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Kantenverlagerung einer Schutzabdeckung mit 350 nm-Kantenf ilter für Einfallswinkel von 0, 15, 30, 45 und 60°, und
Fig. 5 eine grafische Darstellung des Reflexionsvermögens einer bekannten Schutzabdeckung mit 350 nm-Kantenfilter im Vergleich zu dem der erfindungsgemäßen Anordnung.
Figur 1 zeigt im Querschnitt den Aufbau einer erfindungsgemäß ausgebildeten Silizium-Solarzelle. Die Solarzelle besteht aus einem Zellenkörper 11 aus im wesentlichen Silizium mit einer Brechzahl von angenähert 3,5 bis 4, der eine ebene Oberfläche 12 aufweist, auf der in bekannter
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- er -
Weise ein (hier nicht dargestellter) fotoelektrischer Übergangsbereich ausgebildet ist. Nach Ausbildung der Silizium-Solarzelle wird diese mit einem Antireflexbelag 13 versehen, welcher in bekannter Weise aus einer einzigen Schicht oder auch aus einem Zweischichten-Antireflexbelag des in einer weiteren US-Patentanmeldung (Akt.-Z. Ser. No. 650 258, AT 19. 1. 1976) der Anmelderin beschriebenen Typs bestehen kann.
Eine Solarzellen-Schutzabdeckung 16 besteht aus einem für UV-Strahlung durchlässigen, dünnen Glas- oder Quarzplättchen mit einer Dicke von 150 bis 1000 μΐη und einer Brechzahl von angenähert 1,45 bis 1,52. Die Schutzabdeckung 16 weist ebene, planparallele Oberflächen 17 und 18 auf. Auf der einen Oberfläche 17 der Schutzabdeckung 16 ist ein Kantenfilter 19 entsprechend der Erfindung vorgesehen, während die andere Oberfläche 18 mit einem Antireflexbelag 21 versehen ist. Der Kantenfilter reflektiert Licht oder Strahlung im Ultraviolettbereich zwischen angenähert 350 nm und 250 nm Wellenlänge. Vermittels einer herkömmlichen Haftmittel- oder Kittschicht 22 ist die Schutzabdeckung 16 in der Weise fest mit dem Zellenkörper 11 verbunden, daß die erstgenannte Oberfläche 17 der Schutzabdeckung mit dem auf dieser ausgebildeten Kantenfilter 19 dem fotoelektrischen Übergangsbereich gegenüberliegt. Das Material der Haftmittel- oder Kittschicht 22 ist praktisch transparent und weist typischerweise eine Brechzahl von angenähert 1,43 bis 1,5 auf. Der Antireflexbelag 13 dient somit wie ersichtlich zur Anpassung des Silizium-Zellenkörpers 11 mit einer Brechzahl von angenähert 4 an die eine Brechzahl von angenähert 1,4 aufweisende Haftmittel- oder Kittschicht 22. Der Antireflexbelag 13 besteht vorzugsweise aus zwei Schichten, von denen die erste Schicht aus einem Werkstoff von hoher Brechzahl besteht, die unter der Brechzahl von SiIi-
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zium und im Bereich von 2,35 bis 2,4 liegt und dichter bei der Brechzahl des Silizium-Zellenkörpers liegt als die der zweiten Schicht. Die zweite Schicht besteht aus einem Werkstoff von niedriger Brechzahl, die jedoch größer ist als die des Kitts, jedoch niedriger ist als die der ersten Schicht, und wie in der vorgenannten US-Patentanmeldung beschrieben in einen Bereich von 1,6 bis 1,7 fällt.
Der Antireflexbelag 21 ist von herkömmlicher Ausführung und kann aus einer Viertelwellen-Einfachschicht aus einem Werkstoff niedriger Brechzahl wie z.B. Magnesiumfluorid oder stattdessen auch aus einem Antireflexbelag der in der US-PS 3 185 020 beschriebenen Ausführung bestehen. Der Antireflexbelag 21 dient zur Anpassung der Brechzahl der Quarzglas-Schutzabdeckung 16 an die des Einfallsmediums, welches unter Weltraumbedingungen ein Vakuum ist.
Der erfindungsgemäße Kantenfilter 19 weist ein (nicht absorbierendes) Band hohen Reflexionsvermögens im Ultraviolettbereich von angenähert 350 nm und darunter auf. Der Rand dieses Bandes zu längeren Wellenlängen hin ist praktisch winkelunempfindlich, d.h. unabhängig vom Einfallswinkel. Das wird erreicht durch einen etwas modifizierten Viertelwellen-Mehrschichtenbelag, der praktisch absorptionsfrei ist für über 250 nm und unter 1200 nm liegende Wellenlängen. Der Mehrschichtenbelag besteht aus mehreren Schichten aus abwechselnd einem Werkstoff niedriger Brechzahl im Bereich von 1,4 bis 1,7 und Schichten aus einem Werkstoff hoher Brechzahl im Bereich von 2,00 bis 2,4. Als Werkstoff niedriger Brechzahl wird vorzugsweise Quarzglas mit einer Brechzahl von 1,4686, und als Werkstoff hoher Brechzahl Tantalpentoxid mit einer Brechzahl von 2,23 verwendet. Anstelle von Tantalpentoxid läßt sich auch Zirkonoxid verwenden, jedoch ist dieser Werkstoff weniger vorteilhaft als Tantalpentoxid, da sich aufgrund des niedrigeren Brech-
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Zahlverhältnisses eine (im nachstehenden beschriebene) stärkere Kantenverlagerung ergibt, die bei von der Normaleinfallsrichtung abweichendem Einfallswinkel zu etwas höherer Absorption führt und zur Erzielung eines vorgegebenen Reflexionsvermögens eine größere Anzahl von Schichten im Mehrschichtenbelag erforderlich macht. Als nicht absorbierender Werkstoff hoher Brechzahl läßt sich auch Hafniumoxid verwenden. Andere, für die nichtabsorbierenden Werkstoffe niedriger Brechzahl geeignete Stoffe sind Siliziumdioxid, Siliziumsesquioxid, Magnesiumfluorid und Saphir.
Bei der Auslegung des Viertelwellen-Mehrschichtenbelags für den Kantenfilter.wird die Konstruktionswellenlänge der Mitte des Mehrschichtenbelags so gewählt, daß der Rand des hohen Reflexionsbandes sich bei 350 nm befindet und das gewünschte hohe Reflexionsvermögens liefert. Es ist auch möglich, den Filter aus nur zwei Schichten hoher und niedriger Brechzahl herzustellen, wobei jedoch in jedem Falle mehrere Schichtenpaare vorzuziehen sind.
Mit Tantalpentoxid hat sich gezeigt, daß dieses im Bereich von angenähert 200 nm bis 275 nm absorbiert. Wenn jedoch der Einfallswinkel der Sonnenstrahlung wesentlich von der Normalen oder Senkrechten auf die Oberfläche abweicht, tritt eine Wellenlängenverschiebung auf, aufgrund welcher der Rand des Kantenfilters zu einer kürzeren Wellenlänge hin oder vom 350 nm-Bereich weg zu beispielsweise 325 nm hin verlagert wird. Dadurch kommt es zur Ausbildung eines sogenannten Fensters, durch welches UV-Strahlung eintreten und den Kantenfilter durchlaufen kann, sofern dieser nicht zusätzliche Mittel zur Absorption von ggf. durch den Mehrschichtenbelag aus Schichten hoher und niedriger Brechzahlen hindurchtretender UV-Strahlung umfaßt. Zur Ausschaltung einer winkelabhängigen Verlagerung der Kantenwellenlänge
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werden wenigstens eine und vorzugsweise mehrere Schichten hoher Brechzahl des Viertelwellen-Mehrschichtenbelags auf der von der einfallenden Strahlung entfernten Seite des Mehrschichtenbelags durch einen Werkstoff wie z.B. Titanoxid ersetzt, der UV-Strahlung sperren, oder in anderen Worten, absorbieren kann. Zu diesem Zweck gleichfalls geeignete Werkstoffe sind Titandioxid, Ceroxid und Zinsulfid. Dieser Ersatzwerkstoff bewirkt, daß Strahlung unter angenähert 350 nm, welche von einem gekippten Kantenfilter durchgelassen wird, in dieser Schicht absorbiert und damit daran gehindert wird, die Haftmittel- oder Kittschicht zu erreichen und zu zersetzen. Zwar wird auf diese Weise eine gewisse Erwärmung hervorgerufen, jedoch ist diese weit geringer als die bei bekannten Anordnungen, in denen lediglich Titanoxid als Werkstoff hoher Brechzahl enthalten ist. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß Solarzellen im allgemeinen in eine solche Ausrichtung gebracht werden, in welcher sie von dem einfallenden Sonnenlicht senkrecht und nicht unter einem Winkel getroffen werden. In diesem Falle dringt sehr wenig UV-Strahlung in den Kantenfilter ein und wird dann von den Titanoxidschichten absorbiert, so daß die Erwärmung nur minimal ist.
Im nachfolgenden ist ein Mehrschichtenbelag von typischem Aufbau angegeben, welcher aus siebzehn Schichten besteht, deren Reihenfolge von der Unterlage aus angegeben ist.
Konstruktionsdicke
95,9 336,2 198,1 265,0 265,0 276,0
Schxcht Werkstoff Brechzahl
1 Tantalpentoxid 2,2300
2 Quarzglas 1 ,4686
3 Titandioxid 2,5600
4 Quarzglas 1,4686
5 Titandioxid 2,5600
6 Quarzglas 1 ,4686
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-W-
Forts. Werkstoff Brechzahl Konstruktionsdicke
Schicht Tantalpentoxid 2,2300 285,0
7 Quarzglas 1 ,4686 284,0
8 Tantalpentoxid 2,2300 284,0
9 Quarzglas 1,4686 284,0
10 Tantalpentoxid 2,2300 284,0
11 Quarzglas 2,4686 284,0
12 Tantalpentoxid 2,2300 284,0
13 Quarzglas 1,4686 284,0
14 Tantalpentoxid 2,2300 190,4
15 Quarzglas 1 ,4686 336,0
16 Tantalpentoxid 2,2300 95,0
17
Aus dem vorstehenden läßt sich ersehen, daß der Mehrschichtenbelag mit einer Schicht hoher Brechzahl beginnt und endet, und mehrere Schichtenpaare hoher und niedriger Brechzahl vorgesehen sind. Prinzipiell kann eine beliebige Anzahl von Schichtenpaaren vorgesehen sein, wobei die Anzahl von der zu erzielenden Güte abhängig ist. Der Viertelwellen-Mehrschichtenbelag aus Tantalpentoxid und Quarzglas ist bei etwa 284 nm zentriert und weist ein auf der Seite langer Wellenlängen bei 3 50 nm einsetzendes Reflexionsband auf, welches sich bis zum Absorptionsrand von Ta3O5 bei angenähert 275 nm erstreckt. Aufgrund Absorption erfolgt ein rascher Reflexionsabfall über 275 nm hinaus. Die Schichten 3 und 5 sind die UV-Absorptionsschichten. Der vorstehend angegebene Aufbau läßt sich innerhalb gewisser Grenzen abwandeln, wobei die genauen Werte von der Brechzahl der Schutzabdeckung, den Materialkosten und dem angestrebten Reflexionsgrad abhängig gemacht werden können.
Wenn für die stark Ultraviolettstrahlung reflektierenden Schichten Zirkondioxid und Quarzglas verwendet werden, sind zwei Mehrschichtenbeläge erforderlich, um den Durchtritt
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kurzer Wellenlängen zu verhindern, da der Absorptionsrand von Zirkondioxid bei einer zu kurzen Wellenlänge liegt und dadurch einen Lichtdurchtritt durch Absorption nicht einwandfrei ausschalten kann.
In der grafischen Darstellung von Fig. 3 ist das in den Mehrschichtenbelag eintretende elektrische Feld aufgetragen. Die Bezeichnungen der Schichten sind wie folgt: H = Ta3O5; H= Ti3O3; nicht markiert = SiO2·
Die grafische Darstellung zeigt die Beleuchtungsstärke als Funktion der Filtertiefe. Wie daraus ersichtlich, nimmt die Beleuchtungsstärke bei Durchtritt des Lichts durch die verschiedenen Schichten des Mehrschichtenbelags ab. Bei Erreichen der Titanoxidschichten H hat die Beleuchtungsstärke auf nahezu null abgenommen, so daß die Titanoxidschichten, welche von der Unterlage aus gerechnet die dritte und die fünfte Schicht bilden, keine Ultraviolettstrahlung zu absorbieren brauchen.
Wenn der Filter gekippt ist, wird er nicht langer von senkrecht einfallendem Licht getroffen, so daß der Rand sich von 350 nm zu kürzeren Wellenlängen hin verlagert und ein kleines Fenster entsteht. Durch dieses Fenster hindurch durchgelassene Ultraviolettstrahlung wird jedoch durch die dritte und die fünfte Schicht aus Titanoxid absorbiert. Diese Schichten stellen praktisch Schutzschichten dar, welche verhindern, daß UV-Strahlung auf die Kittschicht fallen und diese zersetzen kann. Titanoxid ist zu diesem Zweck geeignet, da es nicht winkelabhängig ist und von Haus aus UV-Strahlung unter 350 nm absorbiert.
Selbstverständlich können nach Wunsch auch zusätzliche Titanoxidschichten zur Erzielung einer noch höheren Sperrwirkung vorgesehen sein. Dadurch steigen jedoch die Herstellungs-
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kosten für das Kantenfilter.
In Fig. 4 ist die Kantenverlagerung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kantenfilters für die Einfallswinkel von 0, 15, 30, 45 und 60° dargestellt, wobei aus den Kurven ersichtlich ist, daß die Beträge der winkelbedingten Kantenverlagerung nicht sehr groß sind.
Figur 5 zeigt einen Vergleich zwischen dem gemessenen Reflexionsvermögen einer Solarzellen-Schutzabdeckung mit Standard-3 50 nm-Filter und der erfindungsgemäß ausgebildeten Solarzellen-Schutzabdeckung, die hier als Reflexschicht bezeichnet ist. Wie sich aus den beiden Kurven ersehen läßt, ist das Reflexionsvermögen wesentlich gesteigert. Die Strecken zwischen 100 % (1,0) und den Kurven stellen dabei die Absorption dar. Die Solarzellen-Schutzabdeckung mit der Reflexschicht 350 absorbiert somit, wie ohne weiteres ersichtlich, wesentlich weniger UV-Energie als die Schutzabdeckung mit dem Standard-350 nm-Filter. Das Reflexionsvermögen der Schutzabdeckung mit 350 nm Kantenfilter muß natürlich in diesem Bereich gegen die Kurve der spektralen Sonnenenergieverteilung gemessen werden.
Mit der Solarzellen-Schutzabdeckung mit Reflexschicht 350-Kantenfilter werden angenähert 4· % und in jedem Falle mehr als 3 % der auf die Solarzelle einfallenden Gesamtsonnenenergie zusätzlich reflektiert zu der an einer herkömmlichen Solarzellen-Schutzabdeckung reflektierten Energie, so daß von der insgesamt einfallenden Energie etwa 90 % reflektiert werden. Vermittels der Solarzellen-Schutzabdeckung mit Kantenfilter-Reflexschicht 350, welche eine 4 %-ige Steigerung der Reflexion der Gesamtenergie erbringt, absorbiert die Solarzelle 4 % weniger Wärme, wobei der Wirkungsgrad der Solarzelle gleichzeitig um angenähert 2 % zunimmt.
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Beim Betrieb einer Solarzelle im Weltraum dürfte ihre Arbeitstemperatur um angenähert 4 0C abgesenkt sein. Im allgemeinen verändert sich der Wirkungsgrad einer Solarzelle um 1/2 % pro 0C, so daß in diesem Falle die Ausgangsleistung der Zelle um etwa 2 % höher liegt.
Der vorgeschlagene Mehrschichtenbelag ist auch einsetzbar in Verbindung mit absorbierenden Glasabdeckungen, die als Ultraviolettsperre eingesetzt werden. In diesem Falle wird der Viertelwellen-Mehrschichtenbelag auf der Außenseite der Glasabdeckung aufgebracht, um die Ultraviolettabsorption der Abdeckung zu verringern. Bei für Ultraviolettstrahlung durchlässigen Abdeckungen aus z.B. Quarzglas werden die Beläge auf der Innenseite der Abdeckung, d.h. auf der Seite der Haftmittel- oder Kittschicht aufgebracht.
Wie aus vorstehendem ersichtlich, ist durch besondere Wahl von Werkstoffen und Schichtdicken ein Dünnschicht-Interferenzbelag hohen Reflexionsvermögens im UV-Bereich des Spektrums (zwischen 250 nm und 350 nm) geschaffen worden, dessen Eigenschaften in Abhängigkeit vom Einfallswinkel nicht beeinträchtigt sind. Der erfindungsgemäße Mehrschichtenbelag weist ein hoch reflektierendes Band auf, auf welches das Sonnenlicht zunächst auftrifft. Unterhalb der übereinander angeordneten Schichten befinden sich zusätzliche Schichten aus einem Werkstoff mit einem bei 350 nm einsetzenden und über 250 nm hinaus reichenden Absorptionsband.
Die im UV-Bereich erzielten Eigenschaften lassen sich selbstverständlich mit unterschiedlichen Werkstoffkombinationen auch in anderen Wellenlängenberexchen erzielen.
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Claims (20)

  1. Patentansprüche :
    Silizium-Solarzelle, bestehend aus einem Zellenkörper im wesentlichen aus Silizium mit einem fotoelektrischen Übergangsbereich und einem Antireflexbelag auf einer Oberfläche und einer vermittels eines praktisch transparenten Haftmittels fest mit dem Zellenkörper verbundenen, transparenten Schutzabdeckung, dadurch gekennzeichnet, daß an der Schutzabdeckung (16) ein den Übergangsbereich und den Antireflexbelag (13) überlagernder Kantenfilter (19) angeordnet ist, welcher aus einem einfallende Strahlungsenergie im Ultraviolettbereich von angenähert 350 nm bis 250 nm reflektierenden Mehrschichtenbelag aus Werkstoffen abwechselnd hoher und niedriger Brechzahlen besteht.
  2. 2. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrschichtenbelag mehrfach periodisch aufgebaut ist und jede Periode aus einer Schicht aus Tantalpentoxid und einer Schicht aus Quarzglas besteht.
    ■909807/0986
    Konten: Deutsche Bank AG Hamburg (BLZ 20070000) Konto-Nr. 6/10 055 · Postscheckamt Hamburg (BLZiO010020) Konto-Nr. 262080-201
    28341
  3. 3. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrschichtenbelag mehrfach periodisch aufgebaut ist und jede Periode aus einer Schicht aus Zirkondioxid und einer Schicht aus Quarzglas besteht.
  4. 4. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenfilter (19) eine Schicht aus einem Werkstoff umfaßt, dessen Absorptionsband bei angenähert 350 nm beginnt und über 250 ran hinausreicht.
  5. 5. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff mit dem beschriebenen Absorptionsband aus Titanoxid besteht.
  6. 6. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Zellenkörper (11) benachbarte Periode des Mehrschichtenbelages eine Schicht aus einem Werkstoff umfaßt, dessen Absorptionsband bei angenähert 350 beginnt und über 250 nm hinausreicht, welcher in der Periode den Werkstoff hoher Brechzahl ersetzt und dazu dient, den Durchtritt von Strahlung im UV-Bereich unterhalb angenähert 300 nm zu sperren.
  7. 7. Silizium-Solarzelle nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Zellenkörper (11) abgewandten Seite der Schutzabdeckung (16) ein Antireflexbelag
    (21) angeordnet ist.
  8. 8. Silizium-Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 - 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrschichtenbelag in der Weise aufgebaut ist, daß die zuerst von der einfallenden Strahlung getroffenen Schichten für Strahlung im Wellenlängenbereich von angenähert 250 nm bis 1200 nm praktisch nicht absorbierend ausgebildet sind und wenigstens eine der vom
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    Einfallsmedium weiter entfernten Schichten für nicht von den vorgenannten Schichten des Mehrschichtenbelages reflektierte Energie im Wellenlängenbereich von angenähert 350 bis 250 nm absorbierend ausgelegt ist.
  9. 9. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht absorbierenden Schichten aus Tantalpentoxid und Silziumdioxid bestehen, und die absorbierende Schicht aus Titandioxid besteht.
  10. 10. Silizium-Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff hoher Brechzahl ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tantalpentoxid, Zirkonoxid und Hafniumoxid, der Werkstoff niedriger Brechzahl ausgewählt ist aus Siliziumdioxid, Siliziumsesquioxid, Magnesiumfluorid und Saphir, und der absorbierende Werkstoff ausgewählt ist aus Titandioxid, Ceroxid und Zinksulfid.
  11. 11. Silizium-Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die im Wellenlängenbereich zwischen nm und 1200 praktisch nicht absorbierenden Schichten abwechselnd hoher und niedriger Brechzahlen eine optische Dicke von angenähert einer Viertel Wellenlänge aufweisen, und wenigstens eine vom Einfallsmedium entfernte, zur Absorption der nicht von den anderen Schichten des Mehrschichtenbelages reflektierten Strahlung dienende Schicht des Mehrschichtenbelages aus einem Werkstoff hoher Brechzahl besteht, welcher verschieden ist von dem anderen, im Mehrschichtenbelag verwendeten Werkstoff hoher Brechzahl.
  12. 12. Silizium-Solarzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die absorbierende Schicht für Strahlungsabsorption im Bereich von angenähert 250 nm bis 350 nm ausgelegt ist.
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  13. 13. Kantenfilter für die Schutzabdeckung einer Silizium-Solarzelle aus einem im wesentlichen aus Silizium bestehenden Zellenkörper mit einem fotoelektrischen Übergangsbereich und einem Antireflexbelag auf einer Oberfläche/ wobei die Schutzabdeckung vermittels eines praktisch transparenten Haftmittels oder Kitts fest mit dem Zellenkörper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kantenfilter (19) aus einem Mehrschichtenbelag besteht, dessen Schichten abwechselnd aus einem Werkstoff hoher Brechzahl und einem Werkstoff niedriger Brechzahl gebildet sind, und der dazu dient, Sonnenstrahkung im Ultraviolettbereich von angenähert 350 um bis 250 nm zu reflektieren.
  14. 14. Kantenfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff hoher Brechzahl aus Tantalpentoxid, und der Werkstoff niedriger Brechzahl aus Quarzglas besteht.
  15. 15. Kantenfilter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff hoher Brechzahl aus Zirkondioxid, und der Werkstoff niedriger Brechzahl aus Quarzglas besteht.
  16. 16. Kantenfilter nach einem der Ansprüche 13 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß er wenigstens eine Schicht aus einem Werkstoff umfaßt, dessen Absorptionsband bei angenähert 250 nm beginnt und über 250 nm hinausreicht.
  17. 17. Kantenfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff mit dem angegebenen Absorptionsband aus Titanoxid besteht.
  18. 18. Kantenfilter nach einem der Ansprüche 13 - 17, für eine UV-Strahlung absorbierende Schutzabdeckung aus Glas, dadurch gekennzeichnet, daß er auf der dem Zellenkörper (11) abgewandten Seite des Glases (16) aufgebracht ist.
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  19. 19. Kantenfilter nach einem der Ansprüche 13 - 17, bei dem die Schutzabdeckung aus Quarzglas besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrschichtenbelag auf der dem Zellenkörper (11) zugewandten Seite auf der Schutzabdeckung (16) aufgebracht ist.
  20. 20. Kantenfilter nach einem der Ansprüche 13 - 19, dadurch gekennzeichnet, daß er für Strahlungsenergie im Wellenlängenbereich von angenähert 1200 nm für 250 nm praktisch absorptionsfrei ausgelegt ist.
    9098G7/0986
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