175328. lajstromszámú szabadalom • Készülék fényenergia, előnyösen napenergia átalakítására és eljárás a készülék előállítására
7 175328 8 vizet a 221 nyíláson át vezetjük be, és ezzel a reakciók folyamatossága biztosított. A fenti példák csak bemutató jellegűek, és nyilvánvalóan számos módosítás vagy helyettesítés is elképzelhető. A szilíciumot egyéb félvezetővel, mint gallium arzeniddel vagy germániummal lehet helyettesíteni. Jóllehet, pn átmenettel képzett fény elektromos generátorokat tárgyaltunk, optikai hatásra feszültséget keltő generátorként Schottky-gátakat és MOS-eszközöket is használhatunk. Bizonyos reakcióknál igényelt nagyobb feszültséget azonos cellák sorbakapcsolásával és a kevert polaritású cellák használatával egyaránt elérhetjük. Végezetül pedig nyilvánvaló, hogy ezzel az új módszerrel használható reakciók nem korlátozódnak néhány kémiai keverékre. Nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti megoldással az összekötéseket nagymértékben lehet csökkenteni. Az 1. ábra szerinti egyetlen cellás kivitel nem igényel összekötést, a 3. ábra két cellás változata pedig csak egyetlen átkötést tesz szükségessé. Ez az egyszerűsítés teszi lehetővé, hogy kis cellák nagy mennyiségéből alakítsunk ki gazdaságos elrendezéseket. Ez merőben eltér a szokásos megoldásoktól, ahol a kisebb költségeket általában a nagyobb átmenet-felületekkel kívánják elérni. A kisebb cellák alkalmazása nagyobb hatásfokot eredményez, amint ezt a 9. és 10. ábra elrendezéseinek összehasonlítása is mutatja. A 9. ábra a szokásos planáris cella elrendezést mutatja a felület alatt kb. 1 mikron távolságra levő 41 átmenettel. A 42 fénysugárral keltett töltéshordozók a cellában kb. 100 mikron mélységben keletkeznek, jóllehet, csak azokat lehet összegyűjteni, amelyek az átmenet diffúziós hosszában keletkeznek. Jó minőségű szilíciumkristályoknál a diffúziós hossz. kb. 35 mikron. A közelítőleg ugyanolyan vastagságú 43 réteg látható a 9. ábrán, ez képviseli az eszköz aktív részét. Az ilyen vastagságú aktív réteg meglehetősen vastag leszedőket kíván, a szilíciumot pedig általában 300 mikron vastagságúra vágják, a szükséges kezelési szilárdság megvalósítására. Ilyen leszedőknél az anyag 35/300, vagyis 12%-avesz részt az áram keltéséhez. Ha a szilíciumlemezt nagyobb kristályból fűrészeljük ki, és a veszteségeket is figyelembe vesszük, akkor a kiindulóanyag kb. 4%-át lehet hasznosítani. Sokkal hatásosabb szerkezet látható a 10. ábrán. A 100 mikron átmérőjű gömb esetén az anyag több mint 97%-a az átmenet diffúziós hosszába esik, a 200 mikron átmérőjű gömbnél pedig az anyag 73%-a esik a diffúziós hosszba, és így potenciálisan hasznosítható. Jóllehet, erre a célra különösen a gömbök előnyösek, kis kockák és nagyobb derékszögű formák is lényegesen jobbak, mint a szokásos elrendezéseknél használt konvencionális struktúrák. Nehéz olyan cellákat használni, amelyek cellánként két összekötést igényelnek, és ezeknek vastag vezetékeknek kell lenniük az elrendezés által keltett áram vezetésére. A cellánkénti összeköttetések számának csökkentése lehetővé teszi eltérő kapcsolási technika alkalmazását. Ilyen célra alkalmas, elrendezést mutat all. ábra. Ebben a kiviteli alakban több gömb alakú fényelektromos 30-34 cella van valamilyen lapon elrendezve. A 30, 32 és 33 cellák magja a p típusú félvezető anyag, a 31 és 34 cellák pedig n típusú maggal rendelkeznek. A magok felületén diffundált 4 30a—34a réteg van kialakítva, és így műiden cellánál kialakítható a pn átmenet. Ez az átmenet is gömbfelületű. A különböző méretű 30—34 cellákat a szigetelő anyagból készült 35 mátrixba integráltuk. A szigetelő anyag szilikon gyanta lehet. A gömb alakú cellák mindegyikének az alsó részét eltávolítjuk a maganyaghoz történő hozzáférés érdekében. A szigetelő 35 mátrix elválasztja az egyes cellákat és egyidejűleg befedi és védi a diffúz rétegekkel képzett átmeneteket. A 36 fémes vezető ohmos kapcsolatot alakít ki a 30—34 cellák mindegyikével, és a gömböket a 3. ábra struktúrájához hasonló elrendezéssel köti össze. A második 37 réteg az egész mátrix tartóját képezi, és egyben védi a 36 fémes vezetőt. A 35 mátrix és a gömb alakú cellákkal kapcsolatos összes felületi anyag fényáteresztő, és a beeső optikai energia a 30—34 cellák mindegyikének a felső falát gerjeszti. A 36 fémes vezetőről is visszaverődik bizonyos mennyiségű fény, amelyik a 30—34 cellák alsó részét éri. A 30—34 cellák felső felületét a 30b—34b elektródákkal láttuk el, melyek úgy vannak elhelyezve, hogy az elektródák mindegyikét nedvesíti az elektrolit, ha az egész elrendezést az átalakító tartályba helyezzük. A 12. ábra az átalakító egyik lehetséges kiviteli alakja, melyben all. ábrán bemutatott fényelektromos cellákból készített 52 szalag helyezkedik el, és a napsugárzást elektromos árammá alakítja, mely utóbbi kémiai reakciót alakít ki az átalakítóban. A hosszú, üres, elliptikus cső 50 tartály üvegből készül, és el van látva azzal az 51 alaprésszel, amelyen a fény villamos cellákból készített 52 szalag helyezkedik el. Az 53 borítás váltakozó kialakítású, és hengeres lencseként működik, így az 54 fényúttal bemutatott beeső sugárzás úgy törik meg, hogy az a fényelektromos cellákat tartalmazó 52 szalag felső felületére essék. Az ilyen csövekből készített teljes rendszer egyik kiviteli alakját a 13. ábra mutatja be. Az 50 tartályok sorozatát vízszintestől eltérően helyezik el. Az 52 szalagok az 50 tartályok alján helyezkednek el. Ebben a célszerű elrendezésben az elektrolit hidrogén—jodid vizes oldata, és az egyes csövekben lezajló reakció a következőképpen írható. 2 HJ+Hj 0+ elektromos energia —► H2 +J2 +H2 O (1) Az így keltett J2-t úgy kell feltételezni, hogy tri-jodidot (J3), amelyik reakcióba lép a HJ-ből származó jodid (J) ionokkal. Ennek a reakciónak eredményeként kialakuló hidrogén tri-jodid ionokat az 56 és 58 csőrendszeren át vezetjük el. Az 56 csőrendszerben összegyűlő hidrogént a 60 tárolóba vezetjük, ahol vagy összenyomva, vagy pedig hidridek alakjában tárolható. Megfelelő hidrid tárolási eljárást többen leírtak már, műit Wiswall és Reilly a Brookhaven National Laboratory-ban (Brookhaveni Nemzeti Laboratórium). A jodidot hatásosan lehet tárolni az elektrolitban, és az 57 csövekkel az 58 csőrendszerbe lehet vezetni. Ha szükséges, az elektromos energiát a rendszerből a hidrogén és a jodid 61 tüzelőanyag-cellában történő rekombinálásával lehet nyerni. Hidrogén-halogén tüzelő cellát épített Glass, W. az Ionics, INc. Cambridge, Mass, vállalatnál. A tüzelő cellában a reakció az alábbi: H2+J2+H20—>-2HJ+H20+elektromos energia (2) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
