RS59235B1

RS59235B1 - Fotonaponski element sa rezonatorom sa elektromagnetnim prigušenjem

Info

Publication number: RS59235B1
Authority: RS
Inventors: Fiala Pavel
Original assignee: Vut V Brne
Priority date: 2011-01-27
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2019-10-31
Also published as: EP2668717B1; SG192189A1; UA110230C2; WO2012100758A1; HUE045948T2; EP2668717A1; MY164299A; PT2668717T; KR20140027098A; CZ303866B6; IL227661A0; IL227661B; ES2743504T3; DK2668717T3; BR112013018702B1; BR112013018702B8; CY1122070T1; LT2668717T; RS20130320A1; SMT201900496T1

Description

Opis

Oblast tehnike

[0001] Pronalazak se odnosi na fotonaponski element koji sadrži rezonator i karakterisan je visokim stepenom efikasnosti u pogledu transformacije svetlosne energije u električnu energiju, pri čemu taj element sadrži poluprovodničku strukturu lociranu između dve elektrode.

Stanje tehnike

[0002] U savremenom proučavanju fotonapona generalno se primenjuju principi transformacije solarnog elektromagnetnog zračenja (širokopojasno elektromagnetno zračenje sa opsegom talasnih dužina od 100 nm do 10000 nm) koji su stariji od pedeset godina.

Solarne ćelije se sastoje od dva poluprovodnička sloja (pri čemu je uobičajeni materijal silicijum) locirana između dve metalne elektrode. Jedan od slojeva (N-tip materijala) sadrži mnoštvo negativno naelektrisanih elektrona, dok drugi sloj (P-tip materijala) odlikuje veliki broj "praznina" koje se mogu definisati kao prazni prostori koji lako prihvataju elektrone. Uređaji koji transformišu elektromagnetne talase u elektromagnetni talas sa nižom frekvencijom, ili u direktnu komponentu, su poznati kao transvertori/pretvarači, odn. konvertori. Za ovu svrhu se primenjuju poluprovodničke strukture sa različitim konceptima i tipovima arhitekture, imajući u vidu samo eksperimentalne rezultate efekta transformacije elektromagnetnih talasa.

Antene, detektori ili strukture koji su do danas projektovani nisu dovedeni/podešeni do rezonance; primenjene poluprovodničke strukture su suočavaju sa značajnim potreškoćama pri obradi stacionarnih elektromagnetnih talasa koji se pojavljuju.

[0003] Slična rešenja koriste principe antena, kao i transformaciju progresivnog elektromagnetnog talasa u drugi tip elektromagnetnog zračenja (odnosno progresivni elektromagnetni talas koji ima drugačiju polarizaciju ili stacionarni elektromagnetni talas) i njegovu prateću obradu. U vezi sa delujućim elektromagnetnim talasom i njegovom refleksijom, kao i u vezi karaktera solarnog zračenja sa širokom spektrom se pojavljuju izvesni problemi. Generalno, nije lako konstruisati antenu koja može da održava projektovane karakteristike na širokom spektru u toku perioda od nekoliko decenija.

[0004] Dokument WO 2009/064736A1 opisuje postupke, uređaje i sisteme za akumulaciju energije elektromagnetnog zračenja, uključujući akumulaciju energije elektromagnetnog zračenja. U jednom primeru izvođenja, uređaj sadrži supstrat i jedan ili više rezonantnih elemenata smeštenih u ili na supstratu. Rezonantni elementi su konfigurisani tako da imaju rezonantnu frekvenciju, na primer, u najmanje jednom od infracrvenog spektra, spektra bliskog infracrvenom i spektra vidljive svetlosti. Da bi se formirala ravna ploča preko dela supstrata može biti postavljen sloj provodnog materijala. Između rezonantnih elemenata i ravne ploče može biti formiran procep za optičku rezonancu ili odstojni sloj. Procep za optičku rezonancu se pruža duž rastojanja između rezonantnih elemenata i sloja provodnog materijala približno od jedne četvrtine talasne dužine talasne dužine za rezonantnu frekvenciju najmanje jednog rezonantnog elementa. Najmanje jedan element za prenos energije može biti pridružen najmanje jednom rezonantnom elementu.

[0005] U P. Fiala et al.: "Tuned Structures for Special THz Applications", PIERS PROCEEDINGS, PEKING, KINA, mart 23-27, 2009, str.151-155, prezentovani su detalji novog istraživanja specijalnih struktura koje se koriste u THz primenama. Praktična primena je fokusirana na usklađivanje impedanse osnovne THz strukture radi transformacije talasa. Element koji je proizveden nanotehnologijom je bio numerički modeliran, pa je analiza dobijenih rezultata bila upotrebljena za narednu fazu projektovanja. Finalna konstrukcija je bila pripremljena za primene na srednjim-infracrvenim i dugim-infracrvenim talasnim dužinama. U skladu sa interpretacijom rezultata, osnovna konstrukcija je bila spremna za eksperimentalnu izradu prvog prototipa ovih nanostrukturnih elemenata.

[0006] U P. Fiala et al.: "Tuned Periodical Structures - Model, Experiments in THz Band Applied in Safety Application", PIERS PROCEEDINGS, KEMBRIDŽ, SAD, jul 5-8, 2010, str.

1022-1026, opisani su eksperimenti koji su bili pripremljeni uz korišćenje algoritma za refrakciju i reflekciju elektromagnetnog talasa na međupovršini uz pomoć koeficijenta refrakcije i koeficijenta propustljivosti. Procedura je bila prilagođena za višeslojni heterogeni materijal (slojeve, metamaterijale). Osnovni element rezonantnog kola je bio pripremljen i testiran na frekventnom spektru <400 nm, 700 nm>.

[0007] U D.K. Kotter et al.: "Theory and Manufacturing Processes of Solar Nanoantenna Electromagnetic Collectors", JOURNAL OF SOLAR ENERGY ENGINEERING, TOM.132, BR.1, FEBRUAR 2010, str.011014-1 - 011014-9, je opisano istraživanje koje ispituje novi i efikasni pristup za proizvodnju elektriciteta od izobilne energije sunca, uz korišćenje nanoantenskih (nantenskih) elektromagnetnih kolektora (NEK-ova). NEK uređaji ciljaju srednje infracrvene talasne dužine, gde su uobičajene fotonaponske (PV) solarne ćelije inače neefikasne i gde postoji izobilje solarne energije. Inicijalni koncept projektovanja NEK-ova je bio zasnovan na prilagođavanju teorije antena za radio frekvencije na infracrvene i vidljive oblasti. Ovaj pristup se inicijalno pokazao kao neuspešan, jer je došlo do previda u pogledu optičkog ponašanja materijala u oblasti teraherca (THz), a pored toga, metodi nanoproizvodnje za proizvodnju elemenata optičkih antena prethodno nisu bili na raspolaganju. Ovaj rad pokazuje napredak u savladavanju značajnih tehnoloških barijera uključujući: (1) razvoj frekventno zavisnog modeliranja elemenata kvadratnih spiralnih nantena sa dvostrukim napajanjem, (2) izbor materijala sa adekvatnim THz svojstvima, i (3) razvoj novih metoda proizvodnje koji bi potencijalno omogućili ekonomičnu proizvodnju u velikim razmerama. Pokazalo se da nantene mogu sa akumuliraju infracrvenu energiju i da indukuju THz struje, a razvijene su tehnike proizvodnje koje su jeftine, radi dokazivanja koncepta za proizvodnju u velikim razmerama jednostavnih nantena sa kvadratnim kolom. Ovaj rad predstavlja važan prvi korak prema finalnoj realizaciji jeftinog uređaja koji bi mogao da akumulira, kao i da pretvara ovo zračenje u elektricitet. Ovo bi moglo dovesti do širokopojasnog, jeftinog rešenja sa visokom efikasnosti konverzije, kao dopune za uobičajene PV uređaje. Planiran je dalji rad na umetanju ispravljača u antenske strukture sa dve tačke napajanja.

Suština pronalaska

[0008] Pronalazak je usmeren na realizaciju nove arhitekture fotonaponskog elementa koji ima rezonator smešten na poluprovodničkoj strukturi. Na bazi upotrebljene tehnike konstruisanja, element dolazi u rezonancu i stvara komponente visoke vrednosti električnih i magnetnih polja na takav način da se ove komponente mogu koristiti i obrađivati pomoću dobro poznate tehnologije bazirane na klasičnim poluprovodnicima.

[0009] Gore navedeni nedostaci su eliminisani fotonaponskim elementom prema nezavisnom zahtevu 1.

[0010] Stvaranje komponenata električnih i magnetnih polja visoke vrednosti se može realizovati na podesan način kada je 2D-3D rezonator sačinjen od dva dela kao što je opisano u zahtevu 1, pri čemu je reflektor smešten kao što je definisano u zavisnom zahtevu 2.

[0011] Pronalazak koristi spektar sunčevog zračenja u kome je gustina energije elektromagnetnog talasa (W/m<2>) visoka. U okviru predmetnog pronalaska, fotonaponski element u obliku rezonatora smeštenog na poluprovodničkoj strukturi je karakterističan po visokom stepenu efikasnosti u pogledu transformacije svetlosne energije u električnu energiju.

[0012] Glavna prednost novokonstruisanog fotonaponskog elementa sa poluprovodničkom strukturom se sastoji u načinu njegove kompozicije, odnosno u ravanskom i prostornom rezonatoru (2D-3D rezonatoru), koji je deo poluprovodničke strukture. Ova struktura ne generiše povratni elektromagnetni talas koji se prostire u smeru delujućeg elektromagnetnog talasa koji je emitovan od strane izvora svetlosti, kao što je Sunce.2D-3D rezonator je projektovan na takav način da sprečava da elektromagnetni talas koji prolazi kroz poluprovodničku strukturu bude reflektovan nazad do 2D-3D rezonatora kreiranog u strukturi. Shodno tome, rezonator se ponaša kao komponenta sa idealno podešenom impedansom za predviđeni frekventni spektar.

[0013] Poluprovodnička struktura na kojoj je smešten 2D-3D rezonator se sastoji od dva dela, odnosno od regiona bez elektromagnetnog prigušenja i regiona sa elektromagnetnim prigušenjem, koji su ograničeni ravnima varijacije svojstava materijala, pri čemu region sa elektromagnetnim prigušenjem ima funkciju prigušivanja reflektovanog talasa. Najmanje jedan 2D-3D rezonator je smešten na upadnoj ravni koja je, u ovom slučaju, identična ravni varijacije svojstava materijala. Ovi delovi obezbeđuju optimalnu obradu elektromagnetnog talasa; obrada se ostvaruje tako da je sprečena pojava reflektovanog talasa prema 2D-3D rezonatoru. Iza regiona sa elektromagnetnim prigušenjem, koji se završava sa ravni varijacije svojstava materijala, sledi postavljena referentna elektroda.

[0014] Važno je da fotonaponski element koji ima rezonator smešten na poluprovodničkoj strukturi ne koristi strukturu i njene karakteristike za obezbeđivanje generisanja električnog naboja, već koristi oba ova aspekta za podešavanje podesnih uslova za pogađanje elektromagnetnog talasa i njegovu transformaciju u stacionarni oblik elektromagnetnog polja.

[0015] Sledeća prednost se sastoji u činjenici da će materijal za dopiranje indukovati povećanje gama provodnosti [S/m] u materijalu poluprovodničke strukture. Ova struktura je izvedena sa ciljem da se poveća provodnost, u regionu sa elektromagnetnim prigušenjem, u smeru referentne elektrode. Shodno tome, komponente fotonaponskog elementa smeštene na poluprovodničkoj strukturi se ponašaju tako da kreiraju široku rezonantnu krivu (Fig.10). Ovo nam omogućava da - u poređenju sa slučajevima kada poluprovodnički materijal nije modifikovan kao što je opisano gore, Fig.9 - obuhvatimo željeni frekventni spektar delujućeg elektromagnetnog talasa uz korišćenje znatno manjeg broja varijanti podešenih poluprovodničkih struktura u okviru kompleksa projektovane strukture.

[0016] Na bazi predmetnog pronalaska, opisano rešenje omogućava adaptaciju invididualnih fotonaponskih elemenata u rezultujuću strukturu za uslove gustine delujućeg elektromagnetnog zračenja koje je prisutno na lokaciji gde se primenjuju ti elementi. Kao posledica ove karakteristike, moguće je da koristimo (akumuliramo) maksimalnu energiju upadnog elektromagnetnog zračenja i da profitiramo od promene zračenja u željeni oblik energije koji se obezbeđuje za dalju primenu (na primer, kao izvor električne energije ili generator). Projektovani fotonaponski elementi koji sadrže rezonatore su ugrađeni u panele koji, kada se međusobno povežu, obrazuju fotonaponska polja.

Kratki opis slika nacrta

[0017] Princip pronalaska će biti objašnjen uz korišćenje slika nacrta, gde Fig.1 opisuje osnovnu konfiguraciju fotonaponskog elementa sa 2D- 3D rezonatorom, Fig.2 prikazuje ilustrativni primer izvođenja fotonaponskog elementa koji sadrži sistem 2D-3D rezonatora i spojne komponente smeštene na poluprovodničkoj strukturi, Fig.3 prikazuje šematski izgled 2D-3D rezonatora smeštenog na poluprovodničkoj strukturi, Fig.4 predstavlja konfiguraciju 2D-3D rezonatora i reflektora, Fig.5 opisuje delimični prostorni raspored 2D-3D rezonatora u regionu dielektrika i reflektora unutar poluprovodničke strukture fotonaponskog elementa, Fig. 6a ilustruje aksonometrijski izgled rezonatora (formiranog reflektorom) iznad koga su postavljeni dielektrik i transformaciona komponenta, Fig.6b prikazuje bočni izgled rezonatora, Fig.7a predstavlja vezu transformacione komponente sa nelinearnom komponentom u smeru napred, Fig.7b opisuje vezu transformacione komponente sa nelinearnom komponentom u smeru nazad, Fig.8 prikazuje vezu rezonantnog kola (kolo se sastoji od fotonaponskog elementa i odgovarajuće elektronike), Fig.9 prikazuje rezonantnu krivu klasičnog rezonatora, i Fig.10 prikazuje krivu predloženog rezonatora.

Ilustrativni primer izvođenja pronalaska

[0018] Princip konstruisanja fotonaponskog elementa sa rezonatorom smeštenim na poluprovodničkoj strukturi će biti objašnjen na dole opisanim primerima, ali nije ograničen na njih.

[0019] Glavni primer izvođenja 2D-3D rezonatora smeštenog poluprovodničkoj strukturi je prikazan na Fig.1. Ovaj oblik fotonaponskog elementa sadrži poluprovodničku strukturu 5, koja se sastoji od dva dela. Ova dva dela sačinjavaju region 5a bez elektromagnetnog prigušenja i region 5b sa elektromagnetnim prigušenjem, pri čemu su oba ograničena virtuelnim (pretpostavljenim) granicama 6 varijacije svojstava materijala. Pored toga, poluprovodnička struktura 5 sadrži najmanje jedan 2D-3D rezonator 4 smešten na upadnoj ravni 3, koja je, u ovom slučaju, identična sa granicom 6 varijacije svojstava materijala. Posle regiona 5b sa elektromagnetnim prigušenjem, koji je ograničen sa obe strane granicom 6 varijacije svojstava materijala, sledi postavljena referentna elektroda 11.

[0020] 2D-3D rezonator 4 je opisan na Fig.4, Fig.6a i Fig.6b. Ovaj primer izvođenja 2D-3D rezonatora 4 se sastoji od transformacione komponente 8 i reflektora 7, između kojih je smešten dielektrik 10 (kao što je izolator), sa transformacionom komponentom 8 sačinjenom od para elektroda u obliku spregnutih provodnika okruženih dielektrikom 10. Pored toga, transformaciona komponenta 8 je smeštena na dielektriku 10, na kome je ortogonalno postavljen reflektor 7. Fig.5 prikazuje raspored dielektrika 10 u poluprovodničkoj strukturi.2D-3D rezonator 4 proizvodi električnu struju ili napon, koji se pomoću nelinearne komponente 15 provodi do spojne komponente 16; ova situacija se može videti na Fig.7a i 7b, gde su opisana oba tipa polarizacije nelinearne komponente 15. Fig.8 prikazuje električni varijantni dijagram fotonaponskog elementa. Varijante o kojima se radi su uglavnom jednosmerni ili dvosmerni ispravljač, uređaj za oblikovanje, ili signalni filter. Ovi tipovi veza su opšte poznati. Izvor 19 naizmenične struje ili napona izazvanih indukcijom od elektromagnetnog talasa je paralelno povezan sa prvim kapacitorom 18 i induktorom 14, koji su u vezi izvedeni kao kondenzator i kalem. Ove komponente onda stvaraju podešeno naizmenično kolo (kolo koje je podešeno prema karakteristikama i parametrima delujućeg elektromagnetnog talasa i koje je u rezonanci). Nelinearni element 15 oblikuje signal na rezonantnom kolu; ovaj signal se onda filtrira (ispravlja) u drugi, upotrebljivi oblik. Kao sledeći korak, vrši se povezivanje sa drugim kapacitorom 17; u toj vezi, kapacitor je izveden kao kondenzator. Takođe, u ovoj vezi su označene spojne komponente 16. Ove komponente 16 poseduju električni napon U, -U. Ako je izabrano električno opterećenje 13 u obliku impedanse Z povezano sa spojnim komponentama 16 (kao što su kleme), onda dolazi do varijacije u rezonantnom kolu i rezonator može promeniti svoje karakteristike do te mere da više neće biti u podesnom rezonantnom modu. Zbog toga se uređaj 12 uvodi pre električnog opterećenja 13. Sa bilo kojim opterećenjem električnom impedansom Z na svom izlazu, ovaj uređaj će izazvati situaciju kada su, na izlazu, rezonator sa nelinearnom komponentom 15 i drugi kapacitor 17 opterećeni jednom i to istom vrednosti impedanse Zi, koja neće promeniti podešeni mod rezonatora.

[0021] Funkcionisanje (ili način rada) fotonaponskog elementa, koji sadrži 2D-3D rezonator 4 smešten na poluprovodničkoj strukturi 5, je onakvo kao što sledi: elektromagnetni talas 1 u okviru opsega talasne dužine od 100 nm do 100000 nm pogađa upadnu tačku talasa 2 na upadnoj ravni 3 projektovanog fotonaponskog elementa.2D-3D rezonator 4 se periodično ponavlja (kao što je opisano na Fig.1 i Fig.2). U upadnoj ravni 3 fotonaponskog elementa se vrši formiranje najmanje jednog 2D-3D rezonatora 4. Ovaj rezonator može raditi (izvoditi svoju funkciju) individualno; alternativno tome, možemo realizovati međusobnu vezu između rezonatora, a shodno tome, stvoriti polje fotonaponskih elemenata. U upadnoj ravni 3, ovi elementi su povezani paralelno ili redno, pri čemu izgleda da je formiranje najmanje dva 2D-3D rezonatora 4 na jednom fotonaponskom elementu poželjno rešenje. Ovi rezonatori su međusobno povezani pomoću spojnog elementa 9.

[0022] Elektromagnetni talas 1 pogađa upadnu tačku 2 na upadnoj ravni 3. Ovde se električne i magnetne komponente elektromagnetnog talasa 1 razlažu i formiraju maksimalne intenzitete električnih i magnetnih polja. Ovaj proces se realizuje zahvaljujući projektovanom obliku reflektora 7, koji može biti tanki sloj, kvadar, piramida, konus, torus, sfera, ili njihova kombinacija, delovi ili preseci. Površina reflektora 7 može biti formirana slojem dielektričnog materijala, metala, ili kombinacijom i varijacijom njihovog oblika (komponente su deo 2D-3D rezonatora 4). U cilju da se gore navedeni maksimalni intenziteti aritmerički svedu (superponiraju) kada je realizovana veza od dva periodično ponavljajuća 2D-3D rezonatora 4, ovi rezonatori se povezuju pomoću spojnog elementa 9 (kao što je opisano na Fig.2). Ova slika prikazuje primer predloženog fotonaponskog elementa koji ima 2D-3D rezonator 4 i smešten je na poluprovodničkoj strukturi 5, gde su dva 2D-3D rezonatora 4 smeštena na lokaciji upadne ravni 3. Ovi rezonatori se periodično ponavljaju na drugim poluprovodničkim strukturama 5; takođe, 2D-3D rezonatori 4 su međusobno povezani pomoću spojnih komponenta 9.

[0023] Ilustrativni primer izvođenja fotonaponskog elementa koji sadrži 2D-3D rezonator 4 i smešten je na poluprovodničkoj strukturi 5 je opisan na Fig.3. Ovaj primer izvođenja 2D-3D rezonatora 4 je smešten na poluprovodničkoj strukturi 5. Ova struktura se sastoji od dva dela, odnosno od regiona 5a bez elektromagnetnog prigušenja i regiona 5b sa elektromagnetnim prigušenjem; ti delovi su ograničeni virtuelnim granicama 6 varijacije svojstava materijala. Uzajamni raspored (konfiguracija) pojedinačnih delova fotonaponskog elementa je prikazana na Fig.4.2D-3D rezonator 4 se sastoji od transformacione komponente 8 (koja se sastoji od para elektroda u obliku spregnutih provodnika), reflektora 7, i dielektrika 10.2D-3D rezonator 4 je dalje smešten u poluprovodničkoj strukturi 5; geometrija je projektovana u zavisnosti od talasne dužine delujućeg elektromagnetnog talasa, odnosno tako da će debljina poluprovodničke strukture 5 biti minimalno 1⁄4 talasne dužine najniže frekvencije upadnog elektromagnetnog zračenja. Predloženi dizajn geometrije će obezbediti rezultujuću rezonantnu karakteristiku u skladu sa Fig.10.

[0024] Posle pogađanja upadne ravni 3, elektromagnetni talas prodire kroz poluprovodničku strukturu 5. Na površini poluprovodničke strukture 5 na lokaciji upadne ravni 3, 2D deo rezonatora 4 se modifikuje, dok 3D deo sadejstvuje sa poluprovodničkom strukturom 5 (kao što je prikazano na Fig.3 ili 4). Poluprovodnička struktura 5 pomaže u uspostavljanju maksimalnih uslova električnih i magnetnih komponenata u upadnoj ravni 3 elektromagnetnog talasa. U vezi toga, poluprovodnička struktura 5 je formirana pomoću regiona 5a bez elektromagnetnog prigušenja, čija funkcija je da omogući da se napredujući elektromagnetni talas na poluprovodničkoj strukturi 5 poveže i stvori rezonantni region sa maksimalnom rezonancom u upadnoj ravni 3. Region 5b sa elektromagnetnim prigušenjem pomaže sporo prigušivanje napredujućeg elektromagnetnog talasa, koji napreduje u smeru od upadne ravni 3 do unutrašnjih struktura poluprovodničke strukture 5 i izaziva stanje u kome dolazi do minimalne refleksije napredujućeg talasa od elektrode 11 nazad ka poluprovodničkim strukturama 5b i 5a. Glavna funkcija regiona 5b sa elektromagnetnim prigušenjem je da spreči da se elektromagnetni talas na kraju poluprovodničke strukture 5 odbije nazad i da omogući generisanje stacionarnog elektromagnetnog talasa. Dimenzije regiona 5a bez elektromagnetnog prigušenja, kao i regiona 5b sa elektromagnetnim prigušenjem se biraju tako da budu minimalno jednake ili veće od jedne četvrtine talasne dužine delujućeg elektromagnetnog talasa 1 (na primer, oba sloja mogu posedovati debljinu od 10 μm).

[0025] Zahvaljujući ostvarivanju rezonantnog stanja u jednom fotonaponskom elementu dolazi do višestrukog povećanja amplituda originalnog delujućeg elektromagnetnog talasa, a za pretpostavljenu talasnu dužinu elektromagnetnog talasa 1 koji pogađa upadnu ravan 3 poluprovodničke strukture 5 možemo dobiti električni napon koji se može primeniti za dalju obradu pomoću elektronskih kola 12 koja upravljaju performansama i modom periodične strukture projektovanje za akumulaciju energije.

[0026] Visoko kvalitetni provodnik se primenjuje kao materijal za provodne putanje formirane u upadnoj ravni 3, na kojoj je smešten 2D deo rezonatora 4; isti visoko kvalitetni provodnik se takođe koristi za povezivanje provodnog elementa 9 i materijala nelinearnog elementa 15. Region 5a bez elektromagnetnog prigušenja je formiran kombinacijom dielektrika 10 i provodnog i/ili poluprovodnog materijala. Region 5b sa elektromagnetnim prigušenjem je formiran materijalom koji menja specifičnu provodnost, koja se povećava u smeru od upadne ravni 3 elektromagnetnog talasa 1.

[0027] Projektovana poluprovodnička struktura 5 fotonaponskog elementa radi u rezonantnom stanju, što nam omogućava da na rezonatoru 4 prvenstveno dobijemo višestruke (2-1000) vrednosti amplitude električne komponente delujućeg elektromagnetnog talasa 1. Predloženi periodični raspored omogućava rad u rezonantnom modu za frekvencije f sa promenom frekvencije Δf. Tako je moguće ostvariti parametar Δf/f na intervalu od 0.5 do 1.5.

[0028] Klasično rešenje, koje koristi antene i standardna rezonantna kola, obično omogućava ostvarivanje odnosa Δf/f samo na intervalu od 0.9 do 1.1. Rešenje koje je predloženo u ovom dokumentu, zahvaljujući apsorpcionom regionu 5b sa elektromagnetnim prigušenjem i odnosom dimenzija prema talasnoj dužini, omogućava ostvarivanje gore navedenog odnosa Δf/f. Ovaj uslov se može prvenstveno iskoristiti za projektovanje optimalne poluprovodničke strukture 5 i za približavanje idealnom stanju od 100% stepena akumulacije u odnosu na transformaciju elektromagnetnog talasa 1 koji pogađa elemente na generatorskom naponu.

[0029] Nužni preduslov za korišćenje osnovnog elementa (na samom minimumu) kada se izvor električne energije sastoji u povezivanju spoljašnjeg elektronskog kola 12, koje omogućava, da se pri bilo kakvom opterećenju (za impedansu opterećenja Z 13 se pretpostavljaju vrednosti iz intervala od 0 do ∞ Oma) na izlazu kola 12, ne manifestuje sama varijacija električnog opterećenja Zi na ulazu kola 12. Shodno tome, osnovna komponenta ili grupa komponenata će ostati u rezonantnom stanju.

Industrijska primenljivost

[0030] Opisani fotonaponski element se može koristiti kao akumulator ili generator električne energije, a opciono takođe i kao senzor ili nelinearni pretvarač.

SPISAK UPOTREBLJENIH POZIVNIH OZNAKA

[0031]

1. elektromagnetni talas

2. lokacija pogođena talasom

3. upadna oblast-ravan

4. osnovni rezonator

5. poluprovodnička struktura

5a. region bez elektromagnetnog prigušenja

5b. region sa elektromagnetnim prigušenjem

tora

kcijom od elektromagnetnog talasa

Claims

Patentni zahtevi

1. Fotonaponski element koji sadrži najmanje jedan 2D-3D rezonator (4) i referentnu elektrodu (11), pri čemu je pomenuti 2D-3D rezonator (4) smešten na poluprovodničkoj strukturi (5) i formiran je od dva dela, od kojih je prvi deo 2D deo koji sačinjava transformacioni element (8) smešten na upadnoj ravni (3) i sastoji se od para elektroda u obliku spregnutih provodnika, a drugi deo je 3D deo koji je smešten unutar poluprovodničke strukture (5) i sadrži dielektrik (10), pri čemu je transformacioni element (8) 2D dela smešten na dielektriku (10) 3D dela, naznačen time što je poluprovodnička struktura (5) formirana regionom (5a) bez elektromagnetnog prigušenja, čija gornja ravan obrazuje upadnu ravan (3), i regionom (5b) sa elektromagnetnim prigušenjem, pri čemu su region (5a) bez elektromagnetnog prigušenja i region (5b) sa elektromagnetnim prigušenjem ograničeni virtuelnim granicama (6) varijacija svojstava materijala i karakteristični su po tome što region (5b) sa elektromagnetnim prigušenjem, za razliku od regiona (5a) bez elektromagnetnog prigušenja, ispoljava povećanu gama provodnost u S/m u smeru referentne elektrode (11), pri čemu je 3D deo 2D-3D rezonatora (4) sačinjen od dielektrika (10) i reflektora (7), usklađenog i okruženog dielektrikom (10), pri čemu su i dielektrik (10), i reflektor (7) smešteni unutar regiona (5a) bez elektromagnetnog prigušenja i unutar regiona (5b) sa elektromagnetnim prigušenjem poluprovodničke strukture (5), i referentna elektroda (11) se graniči sa regionom (5b) sa elektromagnetnim prigušenjem i locirana je ispod regiona (5b) sa elektromagnetnim prigušenjem, dielektrika (10) i reflektora (7).

2. Fotonaponski element koji sadrži rezonator prema zahtevu 1, naznačen time što je reflektor (7) postavljen ortogonalno na upadnu ravan (3).