175328. lajstromszámú szabadalom • Készülék fényenergia, előnyösen napenergia átalakítására és eljárás a készülék előállítására
5 175328 6 fényelektromos 11 cellára eső sugárzás energiát, áramot hoz létre a 13 elektrolitban, melynek hatására abban vegyi reakció jön létre. A keletkezett termékek közül legalább egy összegyűjthető és tárolható. Külső elektromos csatlakozásra nincs szükség. Ha a cellák ugyanabba az elektrolitbe kerülnek, akkor nincs szükség közöttük összeköttetésre. Ezt a 2. ábra szemlélteti. A 11, 11’ és 11” cellák függetlensége miatt a szakadt, vagy rövidrezárt cella az oldatban levő többi cella jellemzőit nem rontja el. így pl., ha ugyanabban az elektrolitban száz van és ezek közül öt meghibásodik, akkor az átalakító 95%-os lesz ahhoz az esethez képest, amikor minden cella jó. Jóllehet, egyetlen cella feszültségével is kialakíthatók bizonyos reakciók, a kedvezőbb reakció azonban nagyobb feszültséget igényel. A 3. és 4. ábra azt az átalakítót szemlélteti, amelyben a 110 tartályban a fény elektromos generátorokat a sorbakapcsolt 111 és 112 cellák alkotják. A 111 és 112 cellákat a 11 lg szigetelőtestek közé szereltük úgy, hogy a felső felületet a 113 elektrolit nedvesíti. A 110 tartály fedele fényáteresztő lemez, amelynek 114 alsó felülete van. A 111 és 112 cellák felső felületét a 115 és 116 fénysugarak világítják meg. Alii cella n típusú testen az 1. ábra kapcsán a 11 cellához hasonlóan kialakított két réteges félvezető eszköz. A 115 fénysugár sugárzásának hatására a 111 cella lile átmenetén 0,4—0,6 Vkeletkezik. A 112 cella 112a alapteste p típusú félvezető, amellyel a 112b félvezető réteg a 112c átmenetet alkotja. Ez a diffundált n típusú réteg előnyösen 1019/cm3 felületi koncentrációjú, és az átmenet mélysége kb. 0,5—1 mikron. Az átlátszó platina vagy palládium Ilid és 112d elektródákat az 1. ábrán a 11 cellával kapcsolatban ismertetett eljárással visszük fel. A 116 fénysugár sugárzásának hatására a 112 cella kb. 0,5 V-ot kelt a 112c átmeneten. A fémes 122 vezetőréteg lehet alumínium, amely galvanikus kapcsolatot biztosít a 111 és 112 cellák alsó felülete között. A lllf diffúzió n+ típusú, a 112f diffúzió pedig p+ típusú, és ezeket használjuk a cellák közötti galvanikus kapcsolat kialakítására. A cellák működése olyan, hogy ha a 115 és 116 fénysugarakkal jelzett optikai energia a cellákat besugározza, akkor a fényelektromos 111 cellából áram folyik a 122 vezetőrétegen át a 112 cellába, és az áramkör a 113 elektroliton át záródik, amint azt a 118 vonalak jelzik. Mivel a 111 cella sorba van kapcsolva a 112 cellával, ezért a 11 ld és 112d elektródák között kb. 1 V keletkezik, ha a cellákat fény éri. A 113 elektrolit olyan folyadék, amelyben az áram ennél a feszültségnél a kívánt reakciót kelti. Célszerűen a 113 elektrolit hidrogénjodid (HJ) 10%-os vizes oldata. Ebben az esetben az elektroliton átfolyó áram a 112d elektródán, mint katódon hidrogént, és a Ilid elektródán, mint anódon jódionokat vált ki. A hidrogént a 110 tartályból a 120 nyíláson át lehet kivonni. A jodidionok az oldatban maradnak, és a 121 nyíláson át távolíthatók el. Az új elektrolitot a 119 nyíláson át tápláljuk be. Ebben az esetben az átalakító a 111 és 112 cellákra eső 115 és 116 fénysugárral működik, melyek következtében áram folyik át a 113 elektroliton, és ez az elektrolitból hidrogént és jodidot vált ki. Mivel csak az egyik végtermék gáz, nincs szükség membránra, amelyik a két terméket elválasztja. Bizonyos reakciók szempontjából azonban mégis alkalmazni kell membránt, hogy az ionoknak vegyi rövidzárt okozó diffúzióját megakadályozzuk az elektródák között. Célszerű fizikai elválasztást biztosítani ennek megelőzésére az anód és katód között. Amint a 4. ábrán bemutatjuk, ugyanabba a 113 elektrolitba további cellák is merülhetnek. A fém 122 vezetőréteg nagyobb felületű, és az oldatban levő összes cella alsó érintkezőjét képezi. Lehetséges olyan megoldás is, ahol minden egyes elektródapár rendelkezik külön vezetővel. A 4. ábra mutatja a helyettesítő áramkört arra az esetre, amelyiknél az összes cella az alsó 122 vezetőrétegre csatlakozik. Alii cellák n típusú, a 112 cellák pedig p típusú alapanyagúak. A 115 és 116 fénysugár energiája működteti ezeket a cellákat. A 113 elektrolittal kapcsolatban levő minden egyes cella olyan nemlineáris Z impedanciát lát, amelynek jelleggörbéje hasonló az 5. ábrán bemutatotthoz. A hidrogénjodid oldat alkalmazása esetén a Vo feszültség mintegy 0,5 V értékű. A 6. ábra ennek az áramkörnek további közelítését mutatja, ahol azok az impedanciák, amelyek nyitó irányban vannak feszítve, diódákkal vannak helyettesítve az áramkörben, a záró irányban előfeszített impedanciákat kis ellenállások helyettesítik. Ebből az áramkörből látható, hogy bizonyos cellák akár rövidre zárhatók, akár pedig szakadássá válhatnak anélkül, hogy az átalakítóban levő többi cellát befolyásolná (lásd: 3. ábra). Ha bármilyen polaritású cella válik szakadássá, annak teljesítménye elvész, de ez nincs hatással az oldatban levő többi cellára. Hasonlóképpen, ha bármilyen polaritású cellát rövidre zárunk, akkor az az oldathoz képest 0,5 V-tal előfeszítődik. Az 5. ábrából látható, hogy ebben az esetben kis áram ugyan folyik, ez azonban a többi cellát nem befolyásolja. Ezért, ha például száz darab n típusú és száz darab p típusú cellát kapcsolnak össze a 4. ábrán bemutatott módon, akkor 5% n és 5% p típusú cella hibásodhat meg anélkül, hogy a kimenetet 5%-nál jobban csökkentse. Nagyobb feszültséggel további előnyös reakciók alakíthatók ki. így például a víz hatásos elektrolízise 2 V-nál nagyobb feszültséget kívánt. Ezt a 7. ábrán bemutatott elrendezéssel valósítjuk meg. Ebben az esetben két pár cella biztosítja a kívánt feszültséget. Minden cellapár azonos a 3. ábrán levővel. A 7. és 8. ábrán ilyen a 211 és 212, illetve a 211’ és 212’ cellapár. A 211, 212, 211’ és 212’ cellákat a 21 lg szigetelő tömbök közé szereljük. A cellapárok sorbakapcsolását a 223 fémréteg biztosítja, amelyik a galvanikus kapcsolatot biztosítja a 212 és 211’ cellák felületi rétegei között. Ez a réteg előnyösen alumínium. Mind a négy cellát érik a 215, 216, 215’ és 216’ fénysugarak. A cellák kb. 2 V feszültséget keltenek a 21 ld és 212’d elektródák között. A két központi 212 és 211’ cellát epoxi anyagú átlátszó 224 réteg borítja, így azokat éri a fény, de nem éri a 213 elektrolit. Ha vizet használunk elektrolitként, akkor hidrogén szabadul fel a 212’d elektródán, mint katódon, és oxigén a 21 ld elektródán, mint anódon. Mivel mind a két termék gáz, a 217 féligáteresztő membránt használunk. A hidrogén a 220 nyíláson, az oxigén pedig a 219 nyíláson át vezethető el. A felhasználásra kerülő 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
