ES1077182U - Una disposición de célula solar fotovoltaica - Google Patents

Una disposición de célula solar fotovoltaica Download PDF

Info

Publication number
ES1077182U
ES1077182U ES201230279U ES201230279U ES1077182U ES 1077182 U ES1077182 U ES 1077182U ES 201230279 U ES201230279 U ES 201230279U ES 201230279 U ES201230279 U ES 201230279U ES 1077182 U ES1077182 U ES 1077182U
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
subcell
arrangement
solar cell
grid
micrometers
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
ES201230279U
Other languages
English (en)
Other versions
ES1077182Y (es
Inventor
Jr. HOFFMAN Richard W.
Pravin Patel
Tansen Varghese
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.)
Solaero Solar Power Inc
Original Assignee
Emcore Solar Power 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emcore Solar Power Inc filed Critical Emcore Solar Power Inc
Publication of ES1077182U publication Critical patent/ES1077182U/es
Application granted granted Critical
Publication of ES1077182Y publication Critical patent/ES1077182Y/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

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
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/19—Photovoltaic cells having multiple potential barriers of different types, e.g. tandem cells having both PN and PIN junctions
    • 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
    • H10F10/10—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells having potential barriers
    • H10F10/14—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers
    • H10F10/144—Photovoltaic cells having only PN homojunction potential barriers comprising only Group III-V materials, e.g. GaAs,AlGaAs, or InP photovoltaic 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
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic 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
    • H10F77/206—Electrodes for devices having potential barriers
    • H10F77/211—Electrodes for devices having potential barriers for photovoltaic cells
    • H10F77/215—Geometries of grid contacts
    • 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
    • Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

1. Una disposición de célula solar fotovoltaica para la producción de energía a partir del sol que comprende:un sustrato de germanio (11, 12) que incluye una primera unión fotoactiva y la formación de una subcélula solar inferior (10);una subcélula media de arseniuro de galio (20) dispuesta sobre dicho sustrato (11, 12);una subcélula superior de fosfuro de galio indio (30) dispuesta sobre dicha subcélula media yuna rejilla superficial dispuesta sobre dicha subcélula superior (30) que incluye una pluralidad de líneas de rejilla separadas entre sí (45),caracterizada porquelas líneas de rejilla tienen un grosor mayor de 7 micrómetros y cada línea de rejilla (45) tiene una sección transversal con la forma de un trapecio con un área de sección transversal de entre 45 y 55 micrómetros cuadrados.2. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la forma de trapecio tiene un ancho en la parte superior de aproximadamente 4,5 micrómetros y un ancho en la inferior de aproximadamente 7 micrómetros.3. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque las líneas de rejilla (45) tienen un paso de centro a centro de aproximadamente 100 micrómetros.4. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque el patrón de rejilla consiste en una pluralidad de líneas de rejilla paralelas (45) que cubren la superficie superior.5. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque el área superficial agregada del patrón de rejilla cubre al menos el 5% del área superficial de la subcélula superior (30), pero menos del 10% del área superficial de la subcélula superior (30).6. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 5, caracterizada porque el área superficial agregada del patrón de rejilla cubre aproximadamente el 6% de dicha área superficial de la subcélula superior (30).7. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la banda prohibida de las subcélulas superior, media e inferior es de 1,9 eV, 1,4 eV y 0,7 eV, respectivamente.8. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la subcélula superior (30) tiene una resistencia laminar de menos de 300 ohmios/cuadrado.9. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 8, caracterizada porque la subcélula superior (30) tiene una resistencia laminar de aproximadamente 200 ohmios/cuadrado.10. Una disposición como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende ademásuna lente de concentración (60) para producir una concentración de luz de más de 500X; porque la subcélula superior (30) está dispuesta en el recorrido de la de luz concentrada;porque dicha subcélula superior (30) tiene una banda prohibida para maximizar la absorción en la región espectral AM1,5 y porque dichas líneas de rejilla (45) están adaptadas para la conducción de la corriente relativamente alta creada por la célula solar.11. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 10, caracterizada porque a célula solar tiene una tensión en circuito abierto (Voc) de al menos 3,0 voltios, una responsividad en cortocircuito de al menos 0,13 amperios por vatio, un factor de relleno (FF) de al menos 0,70 y produce por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico por centímetro cuadrado de área de célula, con una irradiación solar AM1,5 con una eficiencia de conversión por encima del 35% por sol.12. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 10, caracterizada porque comprende además capas de diodos túnel (14, 15, 21, 22) dispuestas entre tas subcélulas de la célula solar que tienen un grosor adaptado para soportar una densidad de corriente a través de los diodos túnel de entre 15 y 30 amperios/centímetro cuadrado.

Description

Una disposición de célula solar fotovoltaica
Antecedentes de la invención
1. Campo de la invención
La presente invención se refiere en general al diseño de células solares tanto para el espacio como para sistemasde generación solar terrestre de concentrador para la conversión de la luz solar en energía eléctrica y, másparticularmente, a una disposición que incluye una configuración de rejilla de la célula solar.
Descripción de la técnica relacionada
Las células solares de silicio disponibles comercialmente para aplicaciones de generación solar terrestre tienenrendimientos que varían desde el 8 al 15%. Las células solares de semiconductor compuestas en base a compuestos III-V, tienen una eficiencia del 28% en condiciones de funcionamiento normal. Más aún, es bien conocido que la energía solar de concentración sobre células fotovoltaicas de semiconductor de compuestos III-Vincrementa el rendimiento de las células hasta un rendimiento superior al 37% bajo concentración.
Los sistemas de generación solar terrestre usan actualmente células solares de silicio debido a su bajo coste y amplia disponibilidad. Sin embargo las células solares de semiconductor de compuestos III-V se han usado ampliamente en aplicaciones de satélites, en las que son más importantes los rendimientos de potencia en relaciónal peso que las consideraciones de coste por vatio en la selección de tales dispositivos, tales células solares desemiconductor III-V no se han diseñado aún para una cobertura óptima del espectro solar presente en la superficiede la tierra (conocido como masa de aire 1,5 o AM1,5D).
En el diseño de células solares tanto de silicio como de semiconductor de compuestos III-V, se coloca típicamente un contacto eléctrico en un lado delantero o absorbente de la luz de la célula solar y se coloca un segundo contactoen el lado posterior de la célula. Se dispone un semiconductor fotoactivo en un lado absorbente de la luz del sustratoe incluye una o más uniones p-n, que crean un flujo de electrones según se absorbe la luz dentro de la célula. Laslíneas de la rejilla conductora se extienden sobre la superficie superior de la célula para capturar este flujo deelectrones que entonces se conectan sobre el contacto frontal o terminal de union.
Un aspecto importante de la especificación del diseño de una célula solar es la estructura física (composición, bandaprohibida y grosor de la capa) de las capas de material semiconductor que constituyen la célula solar. Las célulassolares se fabrican frecuentemente en estructuras verticales, de unión múltiple para utilizar materiales con diferentesbandas prohibidas y convertir tanta parte del espectro solar como sea posible. Un tipo de estructura de uniónmúltiple útil en el diseño de acuerdo con la presente invención es la estructura de célula solar de triple unión que consiste en una célula inferior de germanio, una célula media de arseniuro de galio (GaAs) y una célula superior defosfuro de galio indio (InGaP).
Sumario de la invención
1. Objetivos de la invención
Es un objetivo de la presente invención proporcionar una célula solar de unión múltiple de semiconductores decompuestos III-V mejorada para aplicaciones de generación terrestre con una configuración de rejilla que permita ala célula solar producir por encima de 35 milivatios de potencia de corriente continua de pico por centímetrocuadrado de área de célula por sol con una irradiación solar AM1,5D.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar una célula solar de unión múltiple de semiconductores decompuestos III-V mejorada para aplicaciones de generación espaciales con una configuración de rejilla que permita a la célula solar producir por encima de 35 milivatios de potencia de corriente continua de pico por centímetrocuadrado de área de célula por sol con una irradiación solar AM0.
Es otro objetivo más de la invención proporcionar una estructura de rejilla en la superficie frontal de una célula solar de semiconductores III-V para adaptarse a una corriente elevada para aplicaciones de generación terrestre fotovoltaica de concentrador.
Algunas implementaciones pueden conseguir menos que todos los objetivos precedentes.
2. Características de la invención
Brevemente, y en términos generales, la presente invención proporciona una disposición de células solares fotovoltaicas de concentrador para la producción de energía a partir del sol que comprende una lente concentradorapara producción de una concentración de luz mayor que 500X y una célula solar en el recorrido del haz de luzconcentrado, incluyendo la célula solar un substrato de germanio que incluye una primera unión fotoactiva y laformación de una subcélula solar inferior; una célula media de arseniuro de galio dispuesta sobre dicho sustrato; unacélula superior de fosfuro de galio indio dispuesta sobre dicha célula media y que tiene una banda prohibida paramaximizar la absorción en la región del espectro AM1,5 y una rejilla superficial dispuesta sobre dicha célula superiorque incluye una pluralidad de líneas de rejilla separadas entre sí, en la que las líneas de rejilla tienen un grosormayor que 7 micrómetros y cada línea de rejilla tiene una sección transversal con la forma de un trapecio con unárea de sección transversal de entre 45 y 55 micrómetros cuadrados.
En otro aspecto, la presente divulgación proporciona una célula solar fotovoltaica para la producción de energía apartir del sol que incluye un sustrato de germanio que incluye una primera unión fotoactiva y la formación de unasubcélula solar inferior; una célula media de arseniuro de galio dispuesta sobre dicho sustrato; una célula superiorde fosfuro de galio indio dispuesta sobre dicha célula media y una rejilla superficial que incluye una pluralidad delíneas de rejilla separadas entre sí, en la que las líneas de rejilla tienen un grosor mayor de 7 micrómetros y cada línea de rejilla tiene una sección transversal con la forma de un trapecio con un área de sección transversal de entre45 y 55 micrómetros cuadrados.
En otro aspecto, la presente divulgación proporciona una célula solar fotovoltaica para la producción de energía apartir del sol que comprende un sustrato de germanio que incluye una primera unión fotoactiva y la formación de unasubcélula solar inferior; una célula media de arseniuro de galio dispuesta sobre dicho sustrato; una célula superiorde fosfuro de galio indio dispuesta sobre dicha célula media y una rejilla superficial dispuesta sobre dicha célulasuperior que incluye una pluralidad de líneas de rejilla separadas entre sí, en la que las líneas de rejilla tienen ungrosor mayor de 7 micrómetros.
En algunas realizaciones, las líneas de la rejilla superficial tienen una forma de sección transversal de trapecio con un ancho en la parte superior de aproximadamente 4,5 micrómetros y un ancho en la inferior de aproximadamente 7micrómetros.
En algunas realizaciones, las líneas de rejilla superficial tienen un paso de centro a centro de aproximadamente 100micrómetros.
En algunas realizaciones, las líneas de rejilla superficial consisten en una pluralidad de líneas de rejilla paralelas quecubren la superficie superior.
En algunas realizaciones, las líneas de rejilla superficial tienen un área superficial agregada que cubre al menos el5% del área superficial de la célula superior, pero menos del 10% del área superficial.
En algunas realizaciones, las líneas de rejilla superficial tienen un área superficial agregada del patrón de rejilla quecubre aproximadamente el 6% del área superficial.
En algunas realizaciones, la célula solar tiene una tensión en circuito abierto (Voc) de al menos 3,0 voltios, unaresponsividad en cortocircuito de al menos 0,13 amperios por vatio, un factor de relleno (FF) de al menos 0,70 y producen por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico por centímetro cuadrado de área decélula, con una irradiación solar AM1,5 con una eficiencia de conversión por encima del 35% por sol.
En algunas realizaciones, la célula solar tiene una tensión en circuito abierto (Voc) de al menos 3,0 voltios, unarespuesta en cortocircuito de al menos 0,13 amperios por vatio, un factor de relleno (FF) de al menos 0,70 yproducen por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico por centímetro cuadrado de área decélula, con una irradiación solar AM0 con una eficiencia de conversión por encima del 35% por sol.
En algunas realizaciones, la banda prohibida de las subcélulas superior, media e inferior es de 1,9 eV, 1,4 eV y 0,7eV, respectivamente.
En algunas realizaciones, la subcélula superior tiene una resistencia laminar de menos de 300 ohmios/cuadrado.
En algunas realizaciones, la resistencia laminar de la subcélula superior es de menos de 200 ohmios/cuadrado.
En algunas realizaciones, las capas de diodos túnel dispuestas entre las subcélulas de la célula solar tienen un grosor adaptado para soportar una densidad de corriente a través de los diodos túnel de entre 15 y 30 amperios/centímetro cuadrado.
Algunas implementaciones de la presente invención pueden incorporar o implementar menos de los aspectos y características indicados en los sumarios precedentes.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una vista en sección transversal altamente ampliada de una célula solar terrestre construida de acuerdo con la técnica anterior;
la FIG. 2 es una vista en sección transversal altamente ampliada de una célula solar terrestre construida de acuerdo con las enseñanzas de la presente divulgación;
la FIG. 3 es un gráfico que muestra la eficiencia de una célula solar bajo una iluminación de 500 soles con un espectro AM1,5D con un área superficial de un centímetro cuadrado de célula solar en función del grosor de laslíneas de la rejilla y
la FIG. 4 es un gráfico que muestra la eficiencia de una célula solar bajo una iluminación de un sol con un espectro AM0 con un área superficial de sesenta centímetros cuadrados en función del grosor de las líneas de rejilla.
Descripción de la realización preferida
Se describirán ahora los detalles de la presente invención incluyendo aspectos de ejemplo y realizaciones de la misma. Con referencia a los dibujos y la descripción a continuación, se usan números de referencia iguales paraidentificar elementos iguales o funcionalmente similares y se pretende ilustrar las características principales de lasrealizaciones de ejemplo en una forma diagramática altamente simplificada. Más aún, no se pretende que los dibujosrepresenten cada una de las características de la realización real ni las dimensiones relativas de los elementosrepresentados y no están dibujados a escala.
El diseño de una estructura de semiconductor típica de una célula solar de semiconductor de compuestos III-V de triple unión se describe más particularmente en la Patente de Estados Unidos Nº 6.680.432, incorporada en lapresente por referencia.
Como se muestra en el ejemplo ilustrado de la FIG. 1, la subcélula inferior 10 incluye un sustrato 11, 12 formado por germanio (“Ge”) de tipo p, cuya parte inferior sirve también como una capa base de la subcélula 10. Está formadauna capa o lámina de contacto metálico 50 sobre la parte inferior de la capa base 11 para proporcionar un contactoeléctrico a la célula solar de unión múltiple. La subcélula inferior 10 incluye además, por ejemplo, una región emisorade Ge de tipo n 12 y una capa de nucleación de tipo n 13. La capa de nucleación 13 se deposita sobre el sustrato11, 12, y la capa emisora 12 se forma en el sustrato de Ge mediante difusión de dopantes desde las capassuperiores dentro del sustrato de Ge, cambiando de ese modo la parte superior 12 del sustrato de germanio de tipop en una región 12 de tipo n. Se deposita una capa de arseniuro de galio altamente dopada 14 de tipo n sobre lacapa de nucleación 13 y es una fuente de dopantes de arsénico dentro de la región emisora 12.
Aunque el sustrato de crecimiento y la capa base 11 son preferentemente un sustrato de crecimiento y capa base deGe de tipo p, se pueden usar también otros materiales semiconductores como sustrato de crecimiento y capa base,
o solamente como sustrato de crecimiento. Ejemplos de tales sustratos incluyen, pero sin limitarse a, GaAs, InP,GaSb, InAs, InSb, GaP, Si, SiGe, SiC, Al2O3, Mo, acero inoxidable, vidrio de cal-sodio y SiO2.
Se pueden depositar capas de arseniuro de aluminio galio (“AlGaAs”) de tipo p altamente dopado y de unión túnel(“GaAs”) 14, 15 sobre la capa de nucleación 13 para formar un diodo túnel y proporcionar una trayectoria de baja resistencia entre la subcélula inferior y la subcélula media 20.
La subcélula media 20 incluye una capa 16 de campo superficial posterior (“BSF”) de arseniuro de galio aluminio(“AlGaAs”) de tipo p altamente dopado, una capa base de InGaAs de tipo p, una capa emisora 18 de fosfuro de indio galio (“InGaP2”) de tipo n altamente dopado y una capa de ventana 19 de fosfuro de aluminio indio (“AlInP2”) de tipon altamente dopado.
La capa de ventana tiene típicamente el mismo tipo de dopado que la emisora, pero con una concentración dedopado más elevada que la emisora. Más aún, es deseable a menudo que la capa de ventana tenga una banda prohibida mayor que la de la emisora, para suprimir la fotogeneración de portadores minoritarios y la inyección en laventana, reduciendo de ese modo la recombinación que tendría lugar en caso contrario en la capa de ventana.Nótese que se puede usar una variedad de materiales semiconductores diferentes para las capas de ventana,emisora, base y/o BSF de la célula fotovoltaica, incluyendo AlInP, AlAs, AlP, AlGaInP, AlGaAsP, AlGaInAs, AlGaInPAs, GaInP, GaInAs, GaInPAs, AlGaAs, AlInAs, AlInPAs, GaAsSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AlInSb, GaInSb, AlGaInSb, AlN, GaN, InN, GaInN, AlGaInN, GaInNAs, AlGaInNAs, ZnSSe, CdSSe y otros materiales y cayendo aúndentro del espíritu de la presente invención.
La capa base 17 de InGaAs de la subcélula media 20 puede incluir, por ejemplo, aproximadamente el 1,5% de indio.Se pueden usar asimismo otras composiciones. La capa base 17 se forma sobre la capa BSF 16 después de que lacapa BSF se deposite sobre las capas de unión túnel 14, 15 de la subcélula inferior 10.
La capa BSF 16 se proporciona para reducir las pérdidas por recombinación en la subcapa media 20. La capa BSF16 conduce a los portadores minoritarios desde una región altamente dopada cercana a la superficie posterior paraminimizar el efecto de pérdidas por recombinación. Por ello, la capa BSF 16 reduce las pérdidas por recombinaciónen el lado posterior de la célula solar y reduce de ese modo la recombinación en la interfaz capa base/capa BSF. Lacapa de ventana 19 se deposita sobre la capa emisora 18 de la subcélula media 20 después de que se deposite lacapa emisora. La capa de ventana 19 en la subcélula media 20 también ayuda a reducir las pérdidas por recombinación y mejora la pasivación de la superficie de la célula de las uniones subyacentes.
Antes de depositar las capas de la célula superior 30, se pueden depositar capas de unión túnel 21, 22 de InAlP2 de tipo n altamente dopado e InGaP2 de tipo p, respectivamente, sobre la subcélula media 20, formando un diodo túnel.
En la realización de una célula solar terrestre de alta concentración, las capas de diodos túnel dispuestas entre subcélulas tienen un grosor adaptado para soportar una densidad de corriente a través de los diodos túnel de entre15 y 30 amperios/centímetro cuadrado.
En el ejemplo ilustrado, la subcélula superior 30 incluye una capa BSF 23 de fosfuro de aluminio galio indio(“InGaAlP”) de tipo p altamente dopado, una capa base de InGaP2 de tipo p, una capa emisora 25 de InGaP2 de tipo n altamente dopado y una capa de ventana de InAlP2 de tipo n altamente dopado. La capa base 24 de la subcélulasuperior 30 se deposita sobre la capa BSF 23 después de que se forme la capa BSF 23 sobre las capas de unióntúnel 21, 22 de la subcélula media 20. La capa de ventana 26 se deposita sobre la capa emisora 25 de la subcélulasuperior después de que se forme la capa emisora 25 sobre la capa base 24. Se puede depositar una capa decubierta 27 y modelada en regiones de contacto separadas sobre la capa de ventana 26 de la subcélula superior 30.
La capa de cubierta 27 sirve como un contacto eléctrico desde la subcélula superior 30 hasta la capa de la rejillametálica 40. La resistencia laminar de la célula superior es menor de 300 ohmios/cuadrado y en algunasrealizaciones es de aproximadamente de 200 ohmios/cuadrado. La capa de cubierta dopada 27 puede ser una capa de semiconductor tal como, por ejemplo, una capa de GaAs o InGaAs. Se puede proporcionar también una cubiertaantirreflectante 28 sobre la superficie de la capa de ventana 26 entre las regiones de contacto de la capa de cubierta
27.
Las líneas de rejilla 40 en las células solares de la técnica anterior se extendían típicamente entre dos embarradosen los lados opuestos de la célula. En la técnica anterior, las líneas de rejilla tenían típicamente un grosor o altura de5 micrómetros o menos, un ancho de aproximadamente 5 micrómetros y un paso (es decir, la distancia entre centros de líneas de rejilla adyacentes) de aproximadamente 100 micrómetros. El área superficial agregada del patrón derejilla cubría entre el 5,0% y el 10,0% del área superficial de la célula superior.
La célula solar de la presente divulgación, como se muestra en el ejemplo ilustrado de la FIG. 2, tiene sustancialmente las mismas capas semiconductoras 11 a 27, capa de contacto metálica 50 y capa de recubrimientoantirreflectante 28, que las de la célula solar de la FIG. 1 y tal descripción no necesita ser repetida aquí.
En algunas realizaciones de la presente divulgación, las líneas de rejilla se extienden entre dos embarrados en loslados opuestos de la célula. En alguna realizaciones, cada línea de rejilla 45 puede tener una sección transversalcon la forma de un trapecio con un área de sección transversal entre 45 y 55 micrómetros cuadradas, estandoadaptado por lo tanto el tamaño de cada conductor para la conducción de la corriente relativamente alta creada porla célula solar bajo alta concentración.
Las líneas de rejilla 45 tienen un grosor o altura de 7 micrómetros o más, un ancho de aproximadamente 5micrómetros y un paso (es decir, la distancia entre los centros de líneas de rejilla adyacentes) de aproximadamente100 micrómetros. En algunas realizaciones, las líneas de rejilla tienen una forma de sección transversal de trapecio con un ancho en la parte superior de aproximadamente 4,5 micrómetros y un ancho de la inferior de aproximadamente 7 micrómetros.
El área superficial agregada del patrón de rejilla cubre entre el 5,0% y el 10,0% del área superficial de la célulasuperior. El patrón de rejilla y las dimensiones de línea se seleccionan para transportar la corriente relativamente altaproducida por la célula solar. En algunas realizaciones, el área superficial agregada del patrón de rejilla cubre el 6%del área superficial de la célula superior.
En algunas realizaciones, tales como para aplicaciones de generación terrestre, se puede disponer una lente deconcentración 60 u otra óptica por encima de la célula solar y usarla para enfocar la luz solar incidente hasta unamagnificación de 500X o más sobre la superficie de la célula.
En algunas realizaciones, la célula solar resultante tiene bandas prohibidas de 1,9 eV, 1,4 eV y 0,7 eV para lassubcélulas superior, media e inferior. En algunas realizaciones, la célula solar tiene una tensión en circuito abierto(Voc) de al menos 3,0 voltios, una responsividad en cortocircuito de al menos 0,13 amperios por vatio, un factor derelleno (FF) de al menos 0,70 y una eficiencia de al menos el 35% bajo una masa de aire 1,5 (AM1.5D) o espectroterrestre similar a 25 grados centígrados, cuando se ilumina mediante luz solar concentrada por un factor queexcede de 500X, de modo que produzca por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico porcentímetro cuadrado de área de célula.
La FIG. 3 es un gráfico que muestra la eficiencia de una célula solar bajo una iluminación de 500 soles con un espectro AM1,5D con un área superficial de un centímetro cuadrado de célula solar en función del grosor de laslíneas de rejilla. Tal célula solar (identificada como un modelo CTJ) es adecuada para aplicaciones terrestres ensistemas fotovoltaicos de concentrador que usan lentes u otras ópticas para enfocar los haces solares incidentessobre la célula con una magnificación de 500 veces o más. El uso de líneas de rejilla gruesas (tal como un grosor de7 micrómetros o más) da como resultado una mejora sustancial en la eficiencia de la célula. Las limitaciones de lalitografía y consideraciones de procesamiento pueden hacer la conversión del grosor de rejilla en el extremo superiordel gráfico (es decir diez micrómetros o más) menos práctica desde un punto de vista de la producción o fiabilidadusando una tecnología de producción actual, pero esto no debería desmerecer las enseñanzas de la presentedivulgación.
La FIG. 4 es un gráfico que muestra la eficiencia de una célula solar bajo una iluminación de un sol con un espectro AM0 con un área superficial de sesenta centímetros cuadrados en función del grosor de las líneas de rejilla. Tal célula solar (identificada como un modelo ZTJ) es adecuada para aplicaciones especiales en sistemas fotovoltaicosde un sol (es decir, no emplean magnificación de los haces solares incidentes). El uso de líneas de rejilla gruesas (tal como un grosor de 7 micrómetros o más) da como resultado una mejora sustancial en la eficiencia de la célula.Las limitaciones de la litografía y consideraciones de procesamiento pueden hacer de los logros del grosor de rejillaen el extremo superior del gráfico (es decir diez micrómetros o más) menos prácticos desde un punto de vista de laproducción o fiabilidad usando una tecnología de producción actual, pero esto no debería desmerecer las enseñanzas de la presente divulgación.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Una disposición de célula solar fotovoltaica para la producción de energía a partir del sol que comprende:
    un sustrato de germanio (11, 12) que incluye una primera unión fotoactiva y la formación de una subcélula solarinferior (10);una subcélula media de arseniuro de galio (20) dispuesta sobre dicho sustrato (11, 12);una subcélula superior de fosfuro de galio indio (30) dispuesta sobre dicha subcélula media y una rejilla superficial dispuesta sobre dicha subcélula superior (30) que incluye una pluralidad de líneas derejilla separadas entre sí (45),caracterizada porquelas líneas de rejilla tienen un grosor mayor de 7 micrómetros y cada línea de rejilla (45) tiene una seccióntransversal con la forma de un trapecio con un área de sección transversal de entre 45 y 55 micrómetroscuadrados.
  2. 2.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la forma de trapecio tiene unancho en la parte superior de aproximadamente 4,5 micrómetros y un ancho en la inferior de aproximadamente 7micrómetros.
  3. 3.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque las líneas de rejilla (45) tienen unpaso de centro a centro de aproximadamente 100 micrómetros.
  4. 4.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque el patrón de rejilla consiste en unapluralidad de líneas de rejilla paralelas (45) que cubren la superficie superior.
  5. 5.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque el área superficial agregada delpatrón de rejilla cubre al menos el 5% del área superficial de la subcélula superior (30), pero menos del 10% del áreasuperficial de la subcélula superior (30).
  6. 6.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 5, caracterizada porque el área superficial agregada delpatrón de rejilla cubre aproximadamente el 6% de dicha área superficial de la subcélula superior (30).
  7. 7.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la banda prohibida de lassubcélulas superior, media e inferior es de 1,9 eV, 1,4 eV y 0,7 eV, respectivamente.
  8. 8.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la subcélula superior (30) tieneuna resistencia laminar de menos de 300 ohmios/cuadrado.
  9. 9.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 8, caracterizada porque la subcélula superior (30) tieneuna resistencia laminar de aproximadamente 200 ohmios/cuadrado.
  10. 10.
    Una disposición como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende además
    una lente de concentración (60) para producir una concentración de luz de más de 500X; porquela subcélula superior (30) está dispuesta en el recorrido de la de luz concentrada;porque dicha subcélula superior (30) tiene una banda prohibida para maximizar la absorción en la regiónespectral AM1,5 y porque dichas líneas de rejilla (45) están adaptadas para la conducción de la corrienterelativamente alta creada por la célula solar.
  11. 11.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 10, caracterizada porque la célula solar tiene una tensiónen circuito abierto (Voc) de al menos 3,0 voltios, una responsividad en cortocircuito de al menos 0,13 amperios porvatio, un factor de relleno (FF) de al menos 0,70 y produce por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico por centímetro cuadrado de área de célula, con una irradiación solar AM1,5 con una eficiencia deconversión por encima del 35% por sol.
  12. 12.
    Una disposición como se reivindica en la reivindicación 10, caracterizada porque comprende además capas dediodos túnel (14, 15, 21, 22) dispuestas entre las subcélulas de la célula solar que tienen un grosor adaptado parasoportar una densidad de corriente a través de los diodos túnel de entre 15 y 30 amperios/centímetro cuadrado.
ES201230279U 2011-05-10 2012-03-13 Una disposición de célula solar fotovoltaica Expired - Fee Related ES1077182Y (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/104,451 US20120285519A1 (en) 2011-05-10 2011-05-10 Grid design for iii-v compound semiconductor cell
US13/104,451 2011-05-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
ES1077182U true ES1077182U (es) 2012-06-14
ES1077182Y ES1077182Y (es) 2012-09-10

Family

ID=45769324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201230279U Expired - Fee Related ES1077182Y (es) 2011-05-10 2012-03-13 Una disposición de célula solar fotovoltaica

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20120285519A1 (es)
DE (1) DE202011101552U1 (es)
ES (1) ES1077182Y (es)
IT (1) ITMI20110417U1 (es)
PT (1) PT10799U (es)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9117966B2 (en) 2007-09-24 2015-08-25 Solaero Technologies Corp. Inverted metamorphic multijunction solar cell with two metamorphic layers and homojunction top cell
US9634172B1 (en) 2007-09-24 2017-04-25 Solaero Technologies Corp. Inverted metamorphic multijunction solar cell with multiple metamorphic layers
US10381501B2 (en) 2006-06-02 2019-08-13 Solaero Technologies Corp. Inverted metamorphic multijunction solar cell with multiple metamorphic layers
US10381505B2 (en) 2007-09-24 2019-08-13 Solaero Technologies Corp. Inverted metamorphic multijunction solar cells including metamorphic layers
CN102222706B (zh) * 2011-06-28 2012-11-14 厦门市三安光电科技有限公司 一种高倍聚光太阳能电池芯片
TW201318187A (zh) * 2011-10-27 2013-05-01 Motech Ind Inc 太陽能電池及其模組
US10158037B2 (en) 2013-12-09 2018-12-18 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Transducer to convert optical energy to electrical energy
WO2015085422A1 (en) * 2013-12-09 2015-06-18 Azastra Opto Inc. Transducer to convert optical energy to electrical energy
US11005000B2 (en) 2013-12-09 2021-05-11 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Connector for photonic device
US10388817B2 (en) 2013-12-09 2019-08-20 Avago Technologies International Sales Pte. Limited Transducer to convert optical energy to electrical energy
DE102015006379B4 (de) * 2015-05-18 2022-03-17 Azur Space Solar Power Gmbh Skalierbare Spannungsquelle
DE102019002034A1 (de) * 2019-03-22 2020-09-24 Azur Space Solar Power Gmbh Stapelförmige, monolithische, aufrecht metamorphe, terrestrische Konzentrator-Solarzelle
EP3937259A1 (de) * 2020-07-10 2022-01-12 AZUR SPACE Solar Power GmbH Monolithische metamorphe mehrfachsolarzelle

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5405453A (en) * 1993-11-08 1995-04-11 Applied Solar Energy Corporation High efficiency multi-junction solar cell
US6680432B2 (en) 2001-10-24 2004-01-20 Emcore Corporation Apparatus and method for optimizing the efficiency of a bypass diode in multijunction solar cells
US8697987B2 (en) * 2004-10-08 2014-04-15 The Boeing Company Solar cell having front grid metallization that does not contact the active layers
KR20090035355A (ko) * 2007-10-05 2009-04-09 한국전자통신연구원 고효율 태양전지 및 그 제조방법
US20090188561A1 (en) * 2008-01-25 2009-07-30 Emcore Corporation High concentration terrestrial solar array with III-V compound semiconductor cell

Also Published As

Publication number Publication date
ES1077182Y (es) 2012-09-10
PT10799T (pt) 2012-09-10
US20120285519A1 (en) 2012-11-15
ITMI20110417U1 (it) 2012-11-11
PT10799U (pt) 2013-03-14
DE202011101552U1 (de) 2012-01-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20120285519A1 (en) Grid design for iii-v compound semiconductor cell
US20090188561A1 (en) High concentration terrestrial solar array with III-V compound semiconductor cell
US20090188554A1 (en) III-V Compound Semiconductor Solar Cell for Terrestrial Solar Array
US8912432B2 (en) Photovoltaic device including an intermediate layer
KR101908742B1 (ko) 다중접합 태양전지를 위한 인화인듐 격자 상수의 타입-2 고 밴드갭 터널 접합
JP2012004557A (ja) 高効率ＩｎＧａＡｓＮ太陽電池、およびその製造方法
WO2016015467A1 (zh) 多结太阳能电池及其制备方法
ES2858923T3 (es) Dispositivo fotovoltaico
JP2019515510A (ja) 金属ディスク・アレイを備えた積層型太陽電池
ES2877215T3 (es) Capa de campo de superficie posterior de múltiples capas en una estructura de celda solar
CN101304051B (zh) 具渐变式超晶格结构的太阳电池
RU2625263C1 (ru) Устройство солнечных батарей
CN105590983A (zh) 太阳能电池叠堆
Hudait et al. 0.6-eV bandgap In/sub 0.69/Ga/sub 0.31/As thermophotovoltaic devices grown on InAs/sub y/P/sub 1-y/step-graded buffers by molecular beam epitaxy
CN104247032A (zh) 电池排布装置
CN102983208B (zh) 用于iii‑v化合物半导体电池的栅格设计
CN202352681U (zh) 用于从太阳产生能量的光伏太阳能电池
US20150325733A1 (en) Grid design for iii-v compound semiconductor cell
CN103597614B (zh) 具有改善的转换效率的太阳能电池
Cruz-Campa et al. Power maximization in III–V sub-millimeter, radial front contacted cells for thin micro-concentrators
JP3173016U (ja) Ｉｉｉ−ｖ化合物半導体太陽電池のグリッド設計
Dey et al. Simulation of high efficiency InGaP/InP tandem solar cells under flat plate and concentrator conditions
ITMI20110283U1 (it) Struttura di griglia per celle a composto semiconduttore iii-v.
Muduli et al. Evaluation of the InGaP, GaAs, and Si-nanowire Multijunction Four-terminal Bifacial Solar Cell
Shih et al. Numerical study of GaAs-based dual junction intermediate band solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model granted

Effective date: 20120829

FD1K Utility model lapsed

Effective date: 20200727