ES2616177T3 - Célula solar multicapa - Google Patents

Célula solar multicapa Download PDF

Info

Publication number
ES2616177T3
ES2616177T3 ES04720197.5T ES04720197T ES2616177T3 ES 2616177 T3 ES2616177 T3 ES 2616177T3 ES 04720197 T ES04720197 T ES 04720197T ES 2616177 T3 ES2616177 T3 ES 2616177T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
solar
modules
module
plural
stratified
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.)
Expired - Lifetime
Application number
ES04720197.5T
Other languages
English (en)
Inventor
Josuke Nakata
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.)
SPHELAR POWER Corp
Original Assignee
SPHELAR POWER Corp
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 SPHELAR POWER Corp filed Critical SPHELAR POWER Corp
Application granted granted Critical
Publication of ES2616177T3 publication Critical patent/ES2616177T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/043—Mechanically stacked PV cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16245—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1015—Shape
    • H01L2924/1017—Shape being a sphere
    • 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
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Una batería solar estratificada (200) en la que están incorporados módulos de célula solar plurales (60, 70, 90, 100), en la que se proporcionan cuatro tipos de módulos de célula solar (60, 70, 90, 100) que tienen diferentes bandas de longitud de onda de sensibilidad que están estratificados de manera que cuanto las corta es la longitud de onda de centro en dichas bandas de longitud de onda de sensibilidad, más cerca está situado dicho módulo (60, 70, 90, 100) de un lado incidental de la luz solar, en donde dichos tipos de módulos de célula solar entre dichos cuatro tipos de módulos de célula solar (60, 70, 90, 100) están constituidos con módulos de grupos de células (70, 90, 100) estando cada uno compuesto por células solares granulares plurales (10, 30, 40) alineadas en columnas plurales y filas plurales, en donde dichas células solares granulares plurales (10, 30, 40) están embebidas dentro de un material de vidrio trasparente o resina sintética (75a) en dichos módulos de grupo de células (70, 90, 100), en donde dichas células solares granulares plurales (10, 30, 40) alineadas en columnas plurales y filas plurales en dichos módulos de grupo de células (70, 90, 100) están eléctricamente conectadas a través de cables conductores plurales (73, 74, 93, 94, 103, 104) que se extienden en una dirección columnar o en una dirección de fila y conducen al exterior de los módulos de grupo de células (70, 90, 100), en donde se proporciona un circuito de conexión en serie (75, 95, 105, 205) para conectar eléctricamente dichos tipos plurales de módulos de células solares (60, 70, 90, 100), en donde dichos módulos de célula solare (60, 70, 90, 100) están construidos de manera que las máximas salidas de corriente de cada uno de dichos módulos de célula solar (60, 70, 90, 100) son casi iguales entre sí, en donde un tipo de módulo de célula solar (60, 70, 90, 100) entre dichos cuatro tipos de módulos de célula solar está constituido por un módulo de recepción de luz plano (60) que tiene una unión pn común plana (65), en donde dicho módulo de recepción de luz plano (60) está dispuesto en un lado opuesto al del lado incidental de luz solar de dichos módulos de grupo de células (70, 90, 100) y se proporciona un miembro reflectante (66) capaz de reflejar la luz solar de dicho módulo de recepción de luz plano.

Description

5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
DESCRIPCION
Celula solar multicapa
La presente invencion se refiere a una batena solar estratificada o formada e capas, obtenida mediante estratificacion de cuatro tipos de modulos de celulas solares que tienen bandas de longitud de onda de sensibilidad diferente e incorpora tres modulos de grupo de celulas con varias celulas solares esfericas como al menos un tipo de modulo de celula solar, con el fin de utilizar de manera efectiva un amplio rango de componentes de longitud de onda en el espectro de luz solar.
El espectro de luz solar tiene, en la tierra, una banda de longitud de onda ancha desde los rayos ultravioleta hasta los rayos infrarrojos teniendo un pico de longitud de onda de aproximadamente 600 nm. Para recibir tal luz solar y convertirla en energfa electrica con celulas solares dependiendo de una unica brecha de banda de energfa, el rango espectral utilizable esta limitado y existe una limitacion en terminos de conversion fotoelectrica de alta eficiencia. Por lo tanto, para absorber un espectro de luz solar de amplio rango, ha sido propuesta una batena solar de estructura de conversion fotoelectrica en la que el espectro de luz solar es dividido en bandas de longitud de onda de sensibilidad diversas, y tipos plurales de modulos de celula solar (o celulas solares de elemento, o capas de celula solar) capaces de realizar la conversion fotoelectrica con elevada eficiencia para cada banda de longitud de onda de sensibilidad estan estratificadas secuencialmente con el orden de longitud de onda central corta (brecha de banda grande) en las bandas de longitud de onda de sensibilidad a partir del lado incidental de la luz solar.
Las batenas solares disponibles que han sido propuestas hasta ahora incluyen lo siguiente.
(a) Una batena solar en la que la luz solar es dividida en multiples bandas de longitud de onda a traves de espejos de filtro opticos, y multiples capas de modulos de celulas solares independientes adecuados para las respetivas bandas de longitud de onda de sensibilidad estan dispuestos en las trayectorias de luz solar, como se describe en N.S. Alvi, C.E. Bakus y G.W. Madesen, “Potential For Increasing the Efficiency of Photovoltaic Systems by Using Multiples Cell Concept”, Conf. Proc. 12° IEEE Photovoltaic Specialist Conference 957 (1976).
(b) Una batena solar en la que multiples capas semiconductoras que tienen diferentes brechas de banda de energfa estan hechas mediante crecimiento secuencial de cristales en un sustrato comun hasta estratificar integralmente una capa de celula solar de dos capas.
(c) Una batena solar en la que multiples capas de paneles de celulas solares son preparadas individualmente utilizando semiconductores de bandas de longitud de onda de sensibilidad diferentes y estan dispuestas en la trayectoria de la luz solar.
Las batenas solares anteriores (b) y (c) se describen en A. W. Bett, F. Dimroth, G Stollwerck, O. V. Sulima “III - V Compounds For Solar Cell Applications”. Appl. Phys. A69, 119 - 129 (1999).
En las batenas solares anteriores de (a) a (c) una union pn se prepara en una oblea semiconductora o una capa semiconductora para las celulas solares de elemento que constituyen una batena solar estratificada. La batena solar anterior (a) no esta libre de degradacion debido a la perdida optica de espejos de filtro y a los elevados costes de fabricacion. El espacio entre multiples celulas solares de elemento es grande y requiere una dedicacion muy laboriosa para la alineacion y la fijacion, etc.
En la batena solar anterior de (b), el tipo de semiconductores que pueden crecer y cristalizar en un sustrato esta restringido debido a las diferencias de estructura de cristal y constante de reticula, haciendo diticil la formacion de union pn de diferentes brechas de banda y unas formas adecuadas. Ademas, las uniones de tunel son necesarias para que una corriente electrica fluya entre las capas de celula solar estratificadas, pero la resistencia de las uniones de tunel es elevada. Ademas, la magnitud de la corriente fotoelectrica de las multiples capas de celula solar estatificadas se hace irregular, con el problema de que la corriente de salida de toda la batena solar esta restringida a una capa de celula solar que tiene la magnitud mas baja de corriente fotoelectrica.
En la batena solar anterior (c), la restriccion del crecimiento de cristales tal como la celula solar anterior (b) se elimina, pero una ventana que permite la luz de una banda de longitud de onda no absorbida por las celulas solares de elemento es necesaria para las celulas solares de elemento en el lado incidental de la luz solar. Si el numero de areas de estatificacion y recepcion de luz de las celulas solares de elemento es incrementado, existen desventajas tales como el hecho de que el area de recepcion de luz efectiva sea facilmente disminuida debido a un incremento de area de una seccion de electrodo a modo de peine y la desviacion posicional de las celulas solares de elemento. Como con la batena solar anterior (b), dado que la celulas solares que estan compuestas por una unica union pn estan estratificadas, permanece el problema de que la magnitud de la corriente de salida de las celulas solares de elemento es irregular, y la salida de toda la batena solar esta restringida por una celula solar de elemento que tiene una corriente de salida pequena.
Un objetivo de la presente invencion es eliminar los problemas descritos anteriormente y proporcionar una batena solar estratificada capaz de mejorar de manera sorprendente la eficiencia de la conversion fotoelectrica de la luz solar.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
El documento US 5.720.827 A describe un metodo y un aparato para una region fotoactiva para la generacion de portadores libres cuando una primera superficie esta expuesta a la radiacion optica. La region fotoactiva contiene grupos de materiales semiconductores de varias enemas de brecha de banda dispuestos de tal manera que aquellos con una energfa de brecha de banda mayor estan mas cerca de la superficie de incidencia de la luz.
El documento US 4.332.974 describe una celula solar fotovoltaica de multiples uniones y alta eficiencia para utilizar con lentes de concentracion, comprendiendo la celula un sustrato de cristal unico de elemento sin una union sensible a la luz interna, sobre la que dos o mas capas homogeneas sucesivas de material semiconductor, cada una conteniendo dentro de ella una union p/n sensible a la luz de una polaridad similar.
El documento US 2003/0047207 A1 describe un colector solar que tiene una eficiencia y vida de funcionamiento incrementadas, y un reducido tamano y costes respecto a los colectores convencionales. Generalmente, el colector incluye una disposicion tridimensional de celulas, que incluye una capa base y al menos una hilera elevada por encima de y separada de, la capa base de manera que al menos algo de luz pasa entre las celulas de la hilera hasta la capa base.
“High-Efficiency III-V Multijunction Solar Cells” en: Handbook of Photovoltaic Science and Engineering; 359 - 412 describe un enfoque de configuracion apilada para distribuir la luz a las subcelulas de diferentes brechas de banda.
La invencion esta definida en las reivindicaciones.
La batena solar estratificada tiene cuatro tipos de modulos de celula solar que tienen bandas de longitud de onda de sensibilidad diferente, y puede generar electricidad utilizando la luz solar de un amplio rango de longitudes de onda en el espectro de luz solar. Cuanto mas corta es la longitud de onda de luz, mas debil se hace la transmision, por tanto, la eficiencia de conversion fotoelectrica de los modulos de celulas solares se puede mejorar mediante estratificado, de manera que cuanto mas corta sea la longitud de onda de centro en la banda de longitud de onda de sensibilidad, mas cerca esta situado el modulo del lado de luz solar incidental como se ha descrito anteriormente.
En la invencion la corriente de salida se puede cambiar facilmente cambiando el numero de conexiones de serie y el numero de conexiones paralelas en un circuito en el que las celulas solares plurales estan electricamente conectadas en serie y en paralelo. Por lo tanto, la corriente de salida de los tipos plurales de modulos de celula solar son hechos facilmente uniformes cambiando la corriente de salida de al menos un modulo de grupo de celulas, favorable en el aumento de la eficiencia de conversion fotoelectrica de la batena solar.
Las celulas solares en tres de los modulos de grupo de celulas tienen uniones pn casi esfericas, haciendo posible un incremento del area total de las uniones pn casi esfericas en el modulo de grupo de celulas y mejorado la eficiencia de conversion fotoelectrica haciendo la configuracion de celulas solares plurales densa. Ademas, la celula solar en tres de los modulos de grupos de celulas tiene union pn casi esferica favorables para mejorar la eficiencia de conversion fotoelectrica dado que la luz incidental que entra en la celula solar tiene una oportunidad de confluir las uniones pn dos veces. Ademas, cada celula solar puede estar construida para adoptar un efecto de confinamiento de luz, favorable para el aumento de la eficiencia de conversion fotoelectrica. Tambien es posible que la luz reflejada por la superficie esferica cambie su trayectoria optica y entre en otra celula solar, mejorado la capacidad de absorcion de luz total. Las celulas solares de cada modulo de grupo de celulas pueden ser preparadas independientemente sin estar afectadas por la constante de reticula, etc. de los semiconductores que constituyen las uniones pn de otros modulos de celula solar.
La invencion se describira a continuacion, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Fig. 1(a) ~ (g) son vistas en seccion de un cristal unico de Si, etc. en multiples procesos para la fabricacion de celulas solares de Si granulares.
La Fig. 2 es una vista en seccion de una celula salar de Ge esferica.
La Fig. 3 muestra vistas en seccion de un cristal unico de GaP, etc. en multiples procesos para la fabricacion de celulas solares de GaP.
La Fig. 4 son vistas en seccion de un unico cristal de GaAs, etc., en multiples procesos para la fabricacion de celulas solares de GaAlAs/GaAs.
La Fig. 5 es una vista en planta de un modulo de grupo de celulas de Si.
La Fig. 6 es una vista en seccion segun la lmea VI - VI de la Fig. 5.
La Fig. 7 es una vista en seccion de la lmea VII - VII de la Fig. 5.
La Fig. 8 es una vista en planta de un modulo de recepcion de luz plano de InGaAs/InP.
La Fig. 9 muestra una vista en seccion a lo largo de la lmea IX - IX de la Fig. 8.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
La Fig. 10 es una vista en planta de un modulo de recepcion de luz plano de GaAsP/GaP.
La Fig. 11 es una vista seccion segun la lmea XI - XI de la Fig. 10.
La Fig. 12 es una vista en planta de una batena solar estratificada del Ejemplo 1.
La Fig. 13 es una vista en seccion de la batena solar estratificada de la Fig. 12.
La Fig. 14 es un diagrama de la densidad de energfa relativa de la luz solar y la sensibilidad espectral relativa de las celulas solares incorporadas en la batena solar del Ejemplo 1.
La Fig. 15 es un diagrama ilustrativo para describir la incidencia, reflexion y absorcion de la batena solar del Ejemplo 1.
La Fig. 16 es un diagrama de circuito esquematico de los circuitos de conexion en serie/paralelos y circuitos de conexion en serie en la batena solar del Ejemplo 1.
La Fig. 17 es una vista en seccion de la batena solar del Ejemplo 2.
La Fig. 18 es una vista en seccion de la batena solar del Ejemplo 2.
La Fig. 19 es un diagrama de densidad de energfa relativa de la luz solar y la sensibilidad espectral relativa de las celulas solares incorporadas en la batena solar del Ejemplo 2.
La Fig. 20 es una vista oblicua de una batena solar estatificada relacionada con otros ejemplos.
La Fig. 21 es una vista en seccion de la batena solar de la Fig. 20.
En primer lugar se describen cuatro tipos de celulas solares granulares que funcionan como celulas de elemento para la aplicacion a la batena solar estratificada de la presente invencion; a continuacion se describen los modulos de grupo de celulas incorporados con las celulas solares granulares; despues se describe un modulo de recepcion de luz plano; posteriormente se describe una batena solar construida incorporando tres modulos de grupo de celulas y un modulo de recepcion de luz plano. Despues, se obtiene una batena solar cilmdrica mediante estatificacion de multiples modulos de grupo de celulas cilmdricos con forma de cilindros concentricos.
La celula solar granular es la misma que la ya propuesta por el inventor de la Patente Japonesa N° 3262174. Cuando se prepara la celula solar, se prepara un cristal semiconductor esferico, y se forma una union pn casi esferica en la resina de superficie del cristal semiconductor, se proporcionan electrodos positivo/negativo en las posiciones de superficie opuestas interponiendo el centro del cristal semiconductor entre los mismos, y los electrodos positivo/negativo son conectados electricamente a ambos polos de la union pn.
La celula solar casi no tiene directividad en lo que se refiere a la direccion incidental de la luz solar, por lo tanto muestra una excelente capacidad de recepcion de luz incluso si el angulo incidente de la luz solar directa cambia y tambien muestra una excelente capacidad de recepcion de luz para la luz reflejada circunferencial. Tiene puntos fuertes tales como que la luz incidente es facilmente confinada a la celula solar y convertida fotoelectricamente de manera efectiva por la union pn esferica.
Cuando se fabrica la celula solar granular, es deseable que sea utilizado un cristal semiconductor esferico proximo al tamano de la celula solar para reducir la perdida de materiales semiconductores. Como metodo de fabricacion de cristales semiconductores esfericos, se pueden aplicar por ejemplo, un metodos propuestos por el inventor en la Patente Japonesa N° 3231244. A saber, gotas de lfquido de un semiconductor en estado fundido caen libremente desde la parte superior de un tubo de goteo o pipeta, las gotas esfericas son super-enfriadas durante la cafda libre y solidificadas proporcionando estfmulos desde el exterior para fabricar un cristal unico esferico o granular.
Cuando se adopta un semiconductor compuesto que contiene elementos de elevada presion de vapor, por ejemplo, es posible aplicar un metodo propuesto por el inventor en la Patente Japonesa N° 3287579. De acuerdo con este metodo, un cristal esferico o granular es preparado almacenando un material sin tratar de un semiconductor compuesto y elementos de presion de vapor elevada entre los elementos incluidos en el con un gas de atmosfera en una ampolla cerrada y permitiendo que la ampolla caiga desde la parte superior del tubo de goteo y solidificando el material semiconductor sin tratar en el estado fundido durante la cafda libre descrita. Sin embargo, un unico cristal esferico, granular tambien se puede preparar cortando un cubo proximo al volumen de una celula solar a partir de un cristal unico grande y procesando el cubo en la forma de un esfera cierta mediante medios mecanico-qmmicos. Las celulas granulares son preparadas utilizando estos cristales unicos esfericos, y un modulo de celula solar (es decir, modulo de grupo de celulas) que tiene bandas de longitud de onda de sensibilidad espedficas para la luz solar es preparado utilizando un gran numero de celulas solares. En una batena solar de tipo de division espectral (es decir, batena solar estratificada), dos o mas tipos de modulos de celulas solares que tienen bandas de longitud de onda de sensibilidad diferentes son combinadas y fabricadas en la batena solar estratificada, y un modulo de recepcion de luz de union pn plano) a veces esta tambien combinado y fabricado en la batena solar estratificada cuando es necesario.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
En primer lugar, se describen la estructura y la preparacion de los multiples tipos de celulas solares (celulas solares de elemento) incorporadas en la batena solar estratificada de la presente invencion. Dado que las celulas solares mencionadas aqu pueden ser fabricadas mediante las tecnicas bien conocidas descritas u otras tecnicas bien conocidas, son descritas de forma sencilla. La Fig. 1(a) ~ (g) muestran procesos de fabricacion en el caso de la fabricacion de una celula solar 10 de silicio (Si) granular que comprende una celula solar de Si que va a ser incorporada a un modulo de celula solar que tiene bandas de longitud de onda de sensibilidad de una region de longitud de onda media (aproximadamente 500 ~ 1.100 nm) en el espectro de luz solar y se prepara con un cristal unico 11 de Si casi esferico. El Si es un semiconductor de tipo de transicion indirecta que tiene una brecha de banda de energfa de 1,12 eV.
Cuando se prepara un unico cristal 11 de silicio de tipo p granular mostrado en la Fig. 1(a), se deja que una cantidad dada de gotas de Si lfquido caiga libremente desde la parte superior de un tubo de goteo, en donde un gas inerte se deja fluir, y es hecha esferica debido a la tension superficial mientras cae y es solidificada rapidamente desde un estado super-enfriado mientras cae mediante la adicion de estfmulos, tales como un contacto con un punto de la gota lfquida, etc. para hacer un unico cristal de silicio de tipo p de aproximadamente 1,2 m de diametro.
Un resalte o saliente del cristal unico 11 de silicio de tipo p es formado en la etapa final de la solidificacion. El saliente es cortado para formar una superficie plana como se muestra en la Fig. 1(b) y es utilizado como superficie de referencia 12, que es de aproximadamente 0,3 - 0,5 mm de dinametro. La superficie de referencia 12 se utiliza para alinear en sucesivos procesaos de difusion de impurezas, la formacion del electrodo, medida de caractensticas de salida, cableado, etc. A continuacion, como se muestra en la Fig. 1(c), se forma una pelfcula de oxido de silicio 13 en toda la superficie. A continuacion, como se muestra en la Fig. 1(d) la pelfcula de oxido de silicio 13 permanece como una mascara de difusion en la superficie de referencia 12 y la proximidad de su periferia, y la pelfcula de oxido de silicio 13 distinta de esa parte es retirada. Despues, como se muestra en la Fig. 1(e), se forma una capa de difusion 14 de tipo n mediante calentamiento del cristal unico de silicio 11 de la Fig. 1(d) y difusion de fosforo (P) o arsenico (As) como impureza de tipo n, una union pn casi esferica 15 se forma entre el cristal unico de silicio de tipo p 11 y la capa de difusion de tipo n 14. Una pelfcula de oxido de Si 16 delgada es tambien formada durante la difusion de la impureza de tipo n. La superficie del cristal unico de silicio de tipo p 11 permanece sin ser cubierta por la capa de difusion 14 sobre y en las proximidades de la superficie de referencia 12. A continuacion, como se muestra en la Fig. 1(f), una vez que las pelfculas de oxido de silicio 13, 16 son retiradas mediante eliminacion con acido, una pelfcula delgada anti reflectante 17 formada por una pelfcula de oxido de Si es de nuevo formada en toda la superficie. Despues, como se muestra en la Fig. 1(g) una pasta que contiene plata es revestida en puntos en el centro de la superficie de referencia 12 enfrentada al unico cristal de sflice de tipo p 11 y en el centro de la superficie de la capa de difusion de tipo n 14 y despues quemada, se le hace pasar plata a traves de la pelfcula de oxido de Si 17 (pelfcula antireflectante) para proporcionar un electrodo positivo 18 y un electrodo negativo 19 en contacto ohmico con el cristal unico de silicio de tipo p 11 y la superficie de la capa de difusion de tipo n 14, respetivamente. Los electrodos 18, 19 estan colocados en posiciones opuestas con la interposicion del centro del cristal unico de Si 11, con lo que la simetna de distribucion de la entrada de luz y la fuerza fotoelectromotriz se mantienen, la desviacion de la distribucion de corriente es pequena, y la union pn 15 funciona con buena eficiencia.
La Fig. 2 muestra una celula solar de Ge para ser incorporada en un modulo de celula solar que tiene bandas de longitud de onda de sensibilidad de una region de longitud de onda larga (aproximadamente 800 - 1600 nm) en el espectro de luz solar, y es una vista en seccion de celula solar de Ge 20 fabricada de un unico cristal de germanio (Ge) casi esferico. El germanio es un semiconductor de tipo transicion indirecta que tiene una brecha de banda de energfa de 0,66 eV, y la celula solar 20 de Ge puede ser fabricada mediante casi los mismos procesos que la celula solar 10 de Si.
La Fig. 2 muestra un unico cristal de germanio 21 de tipo p, una superficie de referencia 22, una capa de difusion de tipo n 24 formada mediante difusion termica de una impureza de tipo n (P o As), una union pn 25, una pelfcula antireflectante 26, un electrodo positivo 27 fabricado de estano que contiene una pequena cantidad de indio y en contacto ohmico con el cristal unico de germanio 21 de tipo p, y un electrodo negativo 28 en contacto ohmico con la capa de difusion 24 de tipo n hecha de estano que contiene una pequena cantidad de antimonio.
La Fig. 3(a) - (g) muestra el proceso de fabricacion en el caso de fabricar una celula solar de GaP granular 30 para ser incorporada en un modulo de celula solar que tiene bandas de longitud de onda de sensibilidad de una region de longitud de onda corta (aproximadamente 300 - 600 nm) en el espectro de luz solar y esta preparada con un unico cristal de galio-fosforo (GaP) casi esferico. El galio-fosforo (GaP) es un semiconductor de tipo de transicion directa que tiene una brecha de banda de energfa de aproximadamente 2,25 eV. La celula solar de GaP 30 tiene bandas de longitud de onda de sensibilidad en el lado de las longitudes de onda cortas en el espectro de luz solar. Cuando la celula solar 30 es preparada, primero, un cubo con un lado de aproximadamente 1,6 mm es cortado de un lingote de unico cristal de GaP de tipo n, es procesado mediante un metodo de pulido mecanicoqmmico para preparar un unico cristal de GaP de tipo n esferico 31 de aproximadamente 1,2 mm de diametro como se muestra en la Fig. 3(a). A continuacion, como se muestra en la Fig. 3(b), el extremo inferior del cristal unico de GaP de tipo n esferico 31 es cortado para formar una superficie de referencia 32, y como se muestra en la Fig. 3(c), una pelfcula de nitruro de silicio 33 (Si3N4) se forma en toda la superficie del cristal unico 31 de GaP. A continuacion, como se muestra en la Fig. 3(d), la pelfcula de nitruro de sillico 33 en la superficie de referencia 32 y en la proximdidad de su periferia permanece como una mascara de difusion, y la pelfcula de nitruro de silicio 33 distinta de esa parte es retirada.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Como se muestra en la Fig. 3(e), un impureza de tipo p tal como cinc (Zn) es difuminada para formar una capa de difusion 34 fabricada de GaP de tipo p y una union pn casi esferica 35 en un Ifmite de la capa de difusion 34 y el cristal unico 31 de GaP de tipo n. Despues de formar la capa de difusion 34 y la union pn 35 casi esferica, la pelfcula de nitruro de silicio 33 utilizada como mascara de difusion es completamente retirada. A continuacion, como se muestra en la Fig. 3(f), una pelfcula delgada antireflectante 36 hecha de una pelfcula de oxido de silicio es formada en toda la superficie. Despues, como se muestra en la Fig. 3(g), una pasta que contiene oro como componente principal y zinc y germanio como dopantes, respetivamente, es revestida en puntos en el centro de la superficie de la capa de difusion de tipo p 34 y en el centro de la superficie de referencia 32 que se enfrenta al cristal unico de GaP de tipo n 31 y tratada con calor a elevada temperatura durante un corto intervalo de tiempo, un metal tal como oro, etc. pasa a traves de la pelfcula de oxido de silicio delgada para proporcionar un electrodo positivo 37 y un electrodo negativo 38 en contacto ohmico con la capa 34 de GaP de tipo p y el cristal unico 31 de GaP de tipo n, respetivamente.
La Figs. 4(a) - (d) muestran procesos de fabricacion de una celula solar de GaAlAs/GaAs de silicio granular 40 que comprende una celula solar de GaAs para ser incorporada en un modulo de celula solar que tiene bandas de longitud de onda de sensibilidad de una region de longitud de onda corta (aproximadamente 500 - 850 nm) en el espectro de luz solar y esta preparada con galio-arsenico (GaAs) casi esferico como componente principal. El galio- arsenico (GaAs) es un semiconductor de tipo de transmision directa que tiene una brecha de banda de energfa de 1,43 eV y una brecha de banda de energfa entre el silicio anterior y el GaP.
El primer lugar, como se muestra en la Fig. 4(a), se prepara un unico cristal 41 de GaAs de tipo n casi esferico de aproximadamente 1,2 mm de diametro. Este unico cristal 41 de GaAs puede ser formado con forma de esfera mediante una tecnica mecano-qmmica como el cristal unico de GaP 31. Sin embargo, se puede preparar por el metodo propuesto por el inventor en la Patente Japonesa N° 3287579 para reducir la perdida de material sin tratar y proporcionar un cristal unico satisfactorio. Este metodo de realiza sellando en vado el material sin tratar de GaAs de tipo n y una pequena cantidad de As en un ampolla de cuarzo, despues de enfna y solidifica el GaAs interno en un estado fundido caliente mediante calentamiento desde el exterior aunque permitiendo que caiga libremente. La fusion del GaAs se hace esferica debido a la tension superficial en un estado microgravitacional durante la cafda libre y es rapidamente solidificada anadiendo un estfmulo ffsico (desencadenante) en el estado super-enfriado para hacer una cristal unico de GaAs casi esferico 41 como se muestran en la Fig. 4(a). A continuacion, como se muestra en la Fig. 4(b), una capa 49 de Ga0,2Al0,8As de tipo p (una mezcla ternaria de semiconductor de cristal) es hecha crecer en una pelfcula delgada mediante el metodo epitaxial de fase lfquida. En este caso, el cristal unico 41 de GaAs de tipo n es sumergido a una elevada temperatura durante un corto espacio de tiempo en una reserva de fusion de Ga anadida con una fuente de GaAs y un poco de cinc dopante en el producto fundido de Ga, despues de enfriar, y la capa 49 de Ga0,2Al0,8As de tipo p es hecha crecer epitaxialmente sobre la superficie. Durante el crecimiento del cristal de Ga0,2Al0,8As, el zinc de difumina en el cristal unico 41 de GaAs de tipo n, se forma una capa de GaAs 44 de tipo p, y una union pn 45 se forma en la superficie de la capa 44 de GaAs.
A continuacion, como se muestra en la Fig. 4(c), una pelfcula antirrefletactante 46 formada por una pelfcula de oxido de silicio se forma en la superficie, y un saliente de la superficie del cristal unico 41 de GaAs de tipo n es cortado horizontalmente para formar una superficie de referencia 41 de aproximadamente 0,3 - 0,5 mm de diametro. A continuacion, como se muestra en la Fig. 4(d), una pasta que contiene oro como componente principal y cinc, y germanio como dopante, respectivamente es revestida en puntos en el centro de la superficie que esta vuelta hacia la capa 49 de Ga0,2Al0,8As de tipo p y en el centro de la superficie de referencia 42 que esta vuelta hacia el cristal unico 41 de GaAlAs de tipo n y tratada en caliente a una temperatura elevada durante un corto espacio de tiempo, un metal tal como oro, etc. pasa a traves de la pelfcula de oxido de silicio delgada 46 (pelfcula antireflectante) para formar un electrodo positivo 47 y un electrodo negativo 48 en contacto ohmico con la capa 49 de GaAlAs de tipo p y el unico cristal 41 de GaAs de tipo n, respetivamente.
Ademas, en la preparacion de la celula solar 40 de GaAlAs/GaAs, las bandas de longitud de onda de sensibilidad pueden ser desplazadas al lado de longitud de onda corta mediante la formacion de una union pn 45 en la capa 49 de GaAlAs de tipo p, o cambiando la relacion de composicion de la capa 49 de GaAlAs para cambiar la brecha de banda de energfa. Ademas, las impurezas tambien pueden ser difuminadas sobre el cristal unico 41 de GaAs de tipo n esferico para formar una union pn de tipo homounion sin proporcionar la capa 49 de GaAlAs.
Las Figs. 5 - 7 muestran un modulo de grupo de celulas de Si 70 (un modulo de celula solar de Si) incorporado con multiples celulas solares 10 de Si en columnas plurales y filas plurales. Las Figs. 5 - 7 muestran un ejemplo de un modulo conceptualmente incorporado con 100 celulas, pero varios cientos o varios miles de celulas solares de Si 10 seran incorporadas en un modulo de grupo de celulas de Si real.
La estructura y la preparacion del modulo de grupo de celulas 70 de Si se describen en base a las Figs. 5 - 7. En primer lugar, se prepara una disposicion de celulas solares 71 de Si en la que 10 celulas solares 10 estan conectadas en paralelo a un intervalo igual entre un par de cables de condicion (cables banados en plata o de cobre de aproximadamente 1 mm de diametro).
Un cable conductor positivo 73 es soldado a un electrodo positivo 18 y un cable conductor negativo 74 es soldado a un electrodo negativo 19 de la celula solar 10, respetivamente, y las disposiciones 71 de 10 celulas solares son
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
preparadas. Cinco disposiciones de celulas solares 71 estan dispuestas en la capa superior en una separacion igual y en paralelo y 5 disposiciones de celulas solares 71 estan dispuestas en la capa inferior en una separacion igual y en paralelo, las disposiciones de capa inferior 71 estan situadas entre la disposiciones de capa superior 71, las celulas solares 10 superior e inferior estan dispuestas para aproximarse sin superposiciones en una vista en planta, y todos los componentes son moldeados con una resina sintetica transparente 75a (por ejemplo, una resina de silicona flexible). Ademas, las celulas solares superior e inferior 10 estan dispuestas para aproximarse sin superposiciones en una vista lateral. Las celulas solares de cinco filas y diez columnas estan dispuestas en un plano en la capa superior, y las celulas solares de cinco filas y diez columnas estan tambien dispuestas en un plano en la capa inferior. Un modulo de grupos de celulas de Si 70 que incorpora un gran numero de celulas solares 10 en una matriz de multiples columnas y multiples filas se convierte en una estructura a modo de panel delgado que tiene reflectividad. Sin embargo, tambien puede ser construido en un modulo flexible.
Una lamina de vidrio transparente 76 (de aproximadamente 0,2 mm de espesor) se une a la superficie inferior de la resina sintetica 75a. La lamina de vidrio transparente 76 mantiene la resistencia mecanica del modulo de grupo de celulas 70 de Si y se utiliza como superficie de referencia para formar uniones con otros modulos de celulas solares. Despues del molde de resina, ambos extremos del cable conductor positivo 73 y el cable conductor negativo 74 se extienden al exterior de la resina sintetica transparente 75a para hacer las conexiones electricas con otras disposiciones de celulas solares y otros modulos de celulas solares. Un circuito de conexion en serie/paralelo 75 (vease la Fig. 16) para conectar en serie/paralelo electricamente cientos de celulas solares de Si 10 es formado utilizando diez cables de conductor de electrodo positivo 73 y diez cables de conductor de electrodo negativo 74. El circuito de conexion en serie/paralelo 75 se describe mas adelante en base a la Fig. 16.
De manera similar, un modulo de grupo de celulas 80 (un modulo de celula solar) (vease la Fig. 17) puede ser preparado incorporando celulas solares de Ge 20 en lugar de celulas solares de Si 10 del modo de grupo de celulas solares 70 de Si. Un modulo de grupo de celulas 90 (un modulo de celulas solares) (vease la Fig. 13) puede ser preparado incorporando celulas solares de GaP 30 en lugar de celulas solares 10 de Si. Un modulo de grupo de celulas 100 (un modulo de celulas solares) (vease la Fig. 13, Fig. 17) se puede preparar incorporando celulas solares 40 de GaAlAs/GaAs en lugar de celulas solares 10 de Si. Los circuitos de conexion en serie/paralelo en estos modulos 80, 90, 100 son los mismos que el circuito de conexion en serie/paralelo 75 del modulo de grupo de celulas de Si 70 y se describira mas adelante.
Ademas, tal modulo de celulas solares incorporado con multiples celulas solares esfericas se describe por el inventor en la Publicacion Internacional WO 2004/001858, etc.
A continuacion, la Fig. 8, Fig. 9 muestran un modulo de recepcion de luz plano 60 de InGaAs/InP como modulo de celula solar para ser incorporado en una batena solar estratificada de esta aplicacion y es un ejemplo de un modulo de celula solar (un modulo de elemento) que tiene bandas de longitud de onda de sensibilidad en la region de longitud de onda larga (aproximadamente 900 - 1700 nm) en el espectro de luz solar.
Una capa 62 de In0,53Ga0,47As de tipo n es hecha crecer epitaxialmente en un sustrato 61 de InP de tipo n, y cinc como impureza de tipo p es difuminada en la capa de tipo n para formar una capa 64 de In0,53Ga0,47As de tipo p y una union pn comun plana 65. Excepto para el borde de la capa 62 de In0,53Ga0,47As de tipo n, una impureza de tipo p permanece y puede ser difuminada selectivamente para formar una capa 64 de tipo p utilizando Si3N4 como mascara de difusion durante la difusion.
Un InP de tipo p con una brecha de banda de energfa mayor que la capa 64 es hecha crecer epitaxialmente en la capa 64 de InGaAs, y una impureza de tipo p tambien puede ser definida desde de la superficie para formar una union pn en la capa 64 de InGaAs. La velocidad de recombinacion sobre la superficie se puede reducir proporcionando una capa de InP como capa de ventana para mejorar la eficiencia de conversion fotoelectrica. La relacion de composicion del In respecto al Ga se puede cambiar sin mas que lo ejemplificado.
A continuacion, una pelmula de espejo fno 66 se forma en la superficie de la capa 64 de InGaAs que forma la superficie de recepcion de luz mostrada en la Fig. 8. La pelmula de espejo fno 66 esta construida con una pelmula de multiples capas dielectrica configurada para reflejar luz de aproximadamente 1100 nm o por debajo de longitud de onda y transmitir luz de longitud de onda por encima de ella. La pelmula de multiples capas dielectrica se obtiene estratificando alternativamente una pelmula dielectrica de elevado mdice de refraccion (TO o Ta2O5, etc.) y una pelmula dielectrica de mdice de refraccion bajo (SO2, etc.) y respetivo espesor y un cierto numero de pelmulas son configuradas considerando la longitud de onda reflectante y la reflectividad.
Un electrodo negativo 68 (oro que contiene una pequena cantidad de germanio y mquel) se proporciona sobre toda la superficie inferior del sustrato 61 de InP de tipo n, de manera que hace contacto ohmico con el, y un electrodo positivo 67 (oro que contiene una pequena cantidad de cinc) fabricado con forma de tira se proporciona en la superficie de la capa 64 de InGaAs de tipo p de manera que esta en contacto ohmico con ella para aumentar el area de recepcion de luz. Este modulo de recepcion de luz plano 60 se puede fabricar en base a una tecnica de fabricacion de fotodiodo de longitud de onda larga utilizando InGaAs/InP bien conocido. A continuacion, un electrodo positivo 67 y un electrodo negativo 68a formados por cables conductores banados en plata o de cobre son soldados al electrodo positivo 67 y al electrodo negativo 68, respectivamente.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Las Fig. 10 y la Fig. 11 son una vista en planta y una vista en seccion de un modulo de recepcion de luz plano 50 de GaAsP/GaP como modulo de celula solar para ser incorporado en la batena solar estratificada de esta aplicacion y es un ejemplo de un modulo de celula solar (modulo de elemento) que tiene una region de longitud de onda corta (aproximadamente 300 - 600 nm) en el espectro de luz solar; este ejemplo no forma parte de la invencion.
Una capa 52 de GaAs0,iP0,g esta formada en un sustrato 51 de GaP de tipo n mediante un metodo de crecimiento epiaxial de fase de gas bien conocido. En esta composicion, GaAsP es un semiconductor de tipo de transicion indirecta con una brecha de banda de energfa de aproximadamente 2,21 eV. Despues, una impureza de cinc de tipo p es difuminada desde la capa 52 de GaAsP para formar una capa 54 de GaAs0,1p0,g de tipo p, y una union pn 55 se forma en la capa 54 de GaAsP. Una pelfcula de mascara de difusion de Si3N4 es proporcionada en la parte de borde de la superficie de la capa 52 de GaAsP de tipo n para conseguir la difusion de cinc, a y desde, una union pn plana. Este metodo ha sido tambien utilizado en un metodo de preparacion de un diodos de emision de luz (LED) amarillo bien conocido.
Un electrodo positivo 57 (oro que contiene una pequena cantidad de cinc) y un electrodo negativo 58 (oro que contiene una pequena cantidad de germanio y mquel) en contacto ohmico con la superficie de la capa 54 de GaAsP de tipo p y el sustrato 51 de GaP de tipo n, son proporcionados respetivamente. Se obtiene una gran cantidad de area de recepcion de luz del modulo de recepcion de luz plano 50, mediante la cual son fabricados el electrodo positivo 57 y el electro negativo 58 en rayas finas para hacer que las posiciones de ambos lados sean uniformes, como se ilustra. Una pelfcula transparente antirreflectante 56 esta dispuesta en la superficie de la ventana de recepcion de luz mediante el electrono de rayas 57. Ademas, la capa 54 de GaAsP de tipo p se convierte en la superficie de recepcion de luz del modulo de recepcion de luz plano 50 de GaAsP/GaP, en el caso de una batena solar 300 (vease la Fig. 17) descrita mas adelante, una luz de longitud de onda larga que se transmite al modulo de recepcion de luz plano 50 de GaAsP/GaP entra en un modulo de celula solar de tres capas dispuesto debajo del modulo 50. A continuacion, un cable conductor positivo 57a y un cable conductor negativo 58a son soldados en ambos extremos del electrodo positivo 57 y el electrodo negativo 58 y electricamente conectados con los cables conductores (0,1 m de diametro), cables banados en plata o de cobre, respectivamente, siendo los cables conductores 57a, 58a conducidos al exterior del modulo de recepcion de luz plano 50.
La batena solar estratificada 200 del Ejemplo 1 se describe a continuacion.
La Fig. 12 y la Fig. 13 son una vista en planta y una vista en seccion de la batena solar estratificada 200 construida por cuatro tipos de modulos de celula solar, es decir un modulo 90 de grupo de celulas de GaP, un modulo 100 de grupo de celulas de GaAlAs/GaAs, un modulo 70 de grupo de celulas de Si y un modulo de recepcion de luz plano 60 de InGaAs/InP.
En esta batena solar estratificada 200, los modulos de grupo de celulas 90, 100, 70 y 60 que tienen diferentes bandas de longitud de onda de sensibilidad al espectro de luz solar esta estratificados de manera que cuanto mas corta es la longitud de onda de centro del modulo en la banda de longitud de onda de sensibilidad, mas cerca esta situado el modulo del lado incidental de la luz solar. Como se conoce de la Fig. 14, la longitud de onda de centro en las bandas de longitud de onda de sensibilidad de modulos de celula solar 90, 100, 70 y 60 tiene una relacion tal que la longitud de onda de centro del modulo 90 (aproximadamente 450 nm) < la longitud de onda de centro del modulo 100 (aproximadamente 700 nm) < la longitud de onda de centro del modulo 70 (aproximadamente 800 nm) la longitud de onda de centro del modulo 60 (aproximadamente 1300 nm). Por lo tanto, un sustrato de nitruro de aluminio 201 esta dispuesto en la capa mas inferior, en el modulo de recepcion de luz plano 60 de InGaAs/InP incorporado en una resina sintetica transparente 202, el modulo 70 de grupo de celulas de Si, el modulo 100 de grupo de celulas de GaAlAs/GaAs y el modulo 90 de grupo de celulas de GaP estan secuencialmente estratificados y unidos con un adhesivo transparente, y una cubierta de vidrio transparente 203 esta colocada sobre la capa superior formando una superficie de recepcion de luz para la recepcion de luz solar y esta unida con adhesivo transparente.
Los cables conductores de electrodo positivo/negativo 67a, 68a del modulo 60, los cables conductores de electrodo positivo/negativo 73, 74 del modulo 70, los cables conductores de electrodo positivo/negativo 103, 104 del modulo 100, los cables conductores de electrodo positivo/negativo 93, 94 del modulo 90 se extienden al exterior del modulo, respectivamente y constituyen circuitos de conexion en serie/paralelo 75, 105 y 95 de los modulos respectivos 70, 100 y 90 (vease la Fig. 16).
La Fig. 14 es un diagrama que muestra conceptualmente el espectro de luz solar obtenido por un analizador de espectro de luz solar, la caractenstica de sensibilidad espectral de la batena solar estratificada 200 y las caractensticas de sensibilidad espectral de las celulas solares 30, 40 y 10, etc. en uso separado.
En la Fig. 14, la zona de separacion (zona sombreada) en las caractensticas de sensibilidad espectral del espectro de luz solar comprenden una parte de la energfa inutilizada que es fotoelectricamente no convertible en la batena solar estratificada 200. Una seccion espectral de longitud de onda larga mas alla de la region de longitud de onda sensible de las caractensticas de sensibilidad espectral de la batena solar esterificada 200 es una parte de energfa inutilizada que pasa a traves de la batena solar 200. Es deseable minimizar todas ellas debido a que representan perdidas de energfa fotoelectricamente no convertibles.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
En los respectivos y separados modulos 90, 100, 70 y 60, no solo estan bandas estrechas de longitud de onda de sensibilidad, sino que tambien una parte de la energfa de luz recibida que es mucho mayor que la brecha de banda no puede ser utilizada de forma efectiva como salida. La Fig. 14 muestra que una region de longitud de onda utilizable (una parte de fondo blanca) es expandida estratificando y combinando modulos de celula solar con diferentes separaciones de energfa (correspondientes a bandas de longitud de onda de sensibilidad) y proporciona eficiencia de conversion fotoelectrica elevada.
La Fig. 15 es un diagrama ilustrativo en el que la trayectoria optica de la luz incidente, la trayectoria optica de la luz reflejada, y el modo de reflexion y absorcion se describen como los siguientes tres casos. A partir de este diagrama, los efectos de la batena solar estratificada 200 incorporada con celulas solares granulares 30, 40 y 10 son conocidos.
Caso 1: Un caso en el que la luz solar perpendicularmente incidental a un vidrio de cubierta transparente 203 viaja perpendicularmente a traves de las celulas solares 30, 40, 10 y el modulo 60.
Excepto para la luz que se refleja en interfaces debido a indices de refraccion diferentes y la luz absorbida por las sustancias distintas de las celulas solares, la luz solar directa es basicamente absorbida de acuerdo con las caractensticas de las celulas solares que reflejan la brecha de banda de energfa y contribuye a la conversion fotoelectrica. En la batena solar 200, las celulas solares 30, 40 y 10 y el modulo 60 estan secuencialmente dispuestos como brecha de banda de energfa elevada desde el lado incidental de la luz solar, por lo tanto la luz solar es absorbida por las celulas solares 30, 40 y 10 y el modulo 60 de la luz de longitud de onda corta a la luz de longitud de onda larga. La luz incidental sin cortar por las celulas superiores en el lado incidental entra a las siguientes celulas solares de epata, la luz sin cortar entra en las celulas solares de siguiente etapa inferiores, y la luz no absorbida por el modulo final 60 se convierte en perdida de transmision.
De este modo, las celulas solares superiores sirven como filtro para las celulas solares inferiores y el modulo 60, reduciendo la proporcion de energfa de luz excesiva de recepcion y su conversion a energfa calonfica. El espejo fno de rayo 66 formado en el lado superior del modulo de recepcion plano 60 de InGaAs/InP que tiene la banda de longitud de onda de sensibilidad mas larga refleja la luz de la region de longitud de onda mas corta que la luz de la longitud de onda mas larga capaz de un cambio foto-electrico por la celula solar de Si 10 y funciona como un filtro que transmite la luz de una region de longitud de onda mas larga que la luz, con lo que se evita que el modo de recepcion plano 60 de InGaAs/InP absorba energfa de luz excesivamente grade, suprime la elevacion de temperatura del modulo de recepcion plano 60 y mejora su durabilidad. De manera similar, las celulas solares superiores absorben y convierten fotoelectricamente una luz que tiene una excesiva energfa para las celulas solares inferiores, suprimiendo una elevacion de temperatura de las celulas solares 100 y 70.
En las celulas solares granulares, cuando la luz se transite a las celulas solares, se produce absorcion de luz en la direccion desde el punto incidental de acuerdo a la magnitud de la energfa de luz pero la misma union pn tambien existe en el lado opuesto del centro de las celulas solares, con el punto fuerte de que la luz de longitud de onda larga en las bandas de longitud de onda de sensibilidad es absorbida y las bandas de longitud de onda de sensibilidad son expandidas.
Caso 2. Una luz incidente es reflejada por la superficie de las celulas solares. Como se muestra en la Fig. 15, la luz reflejada por la superficie de las celulas solares granulares entra en otras celulas solares, y la absorcion y transmision de la luz se produce de acuerdo con sus caractensticas opticas. La reflexion de la luz tambien es producida no solo por las celulas solares sino tambien por los cables conductores positivos/negativos de las celulas solares y las laminas de vidrio transparentes 96, 106, 76. La luz reflejada repite reflexion y difusion a traves de los modulos 90, 100, 70 y 60. Por lo tanto, la luz es tambien incidental al lado inferior de las celulas solares (el lado opuesto al lado de recepcion de luz) no alcanzado por la luz directa con el efecto de aumentar la salida de todas las celulas solares, haciendo posible el aumento adicional de la luz que pasa a traves de las celulas solares inferiores en terminos de como disponer las celulas solares inferiores, filtro o vidrio transparente tal como TiO2, etc.
Caso 3: Captura y confinamiento de la luz solar oblicuamente incidental a la superficie dentro de las celulas solares. Los indices de refraccion de las celulas 30, 40 y 10 son grandes, por lo tanto el efecto de confinamiento de la luz por toda la reflexion se produce en las celulas solares dependiendo del angulo de luz solar incidental, y un componente que es fotoelectricamente convertido por la union pn en las celulas solares es generado y la salida incrementada tambien puede ser anticipado.
Caso 4: El confinamiento de luz entre el vidrio de cubierta de vidrio 203 y el espejo fno 66 del modulo 60 mejora la capacidad de absorcion de luz y la eficiencia de la conversion fotoelectrica.
La Fig. 16 muestra un ejemplo de circuito de conexion en serie 205 en donde los modulos 90, 100, 70 y 60 estan conectados en serie y los circuitos de conexion opticos en serie/paralelo 95, 105 y 75 en los que estan conectadas multiples celulas solares 30, 40 y 10 en serie y en paralelo en modulos 90, 100 y 70 en la batena solar estratificada 200 fabricada mediante estratificacion de los modulos 90, 100, 70 y 60 de un area de superficie igual de la parte de recepcion de luz. Los circuitos de conexion en serie/paralelo 95, 105 y 75 estan basicamente construidos de manera que las corrientes de salida de los modulos 90, 10 y 70 estan hechas igual que las corrientes de salida del modulo
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 con la corriente de salida mas pequena, y los circuitos de conexion en serie/paralelo 95, 105 y 75 estan constituidos con cables conductores de electrodo positivos/negativos 93, 95, 103, 104, 73, 74, 67a y 68a.
Cuando la corriente de salida del modulo de recepcion plano 60 de GaAs/InP es I, se describe un ejemplo en el que la maxima corriente de salida en el caso de conexion de todas las celulas solares 30 del modulo de grupo de celulas 90 de GaP en paralelo se supone que es 2I, y la maxima corriente de salida en el caso de conexion de todas las celulas solares 40 del modulo de grupo de celulas 100 de GaAlAs/GaAs en paralelo se supone que es 3I, y la maxima corriente de salida en el caso de conexion de todas las celulas solares 10 del modulo de grupo de celulas 70 de Si se supone que es 4I. Como se muestra en la Fig. 16, si el numero de conexiones en serie del circuito de conexion en serie/paralelo 95 se establece en 2 en el modulo 90, la corriente de salida se convierte en I. Si el numero de conexiones en serie del circuito de conexion en serie/paralelo 105 se establece en 3 en el modulo 100, la corriente de salida se convierte en I. Si el numero de conexiones en serie del circuito de conexion en serie/paralelo 75 se establece en 4 en el modulo 70, la corriente de salida se convierte en I. Por lo tanto, la corriente de salida del modulo 90, 100 y 70 se convierte en I, respetivamente, haciendose igual a la corriente de salida del modulo 60. Si estan construidos de manera que las corrientes de salida de los modulos 90, 100, 70 y 60 son las mismas, los modulos 90, 100, 70 presentan la maxima capacidad de generacion.
Espedficamente, la maxima corriente de salida de una celula solar 30, 40 y 10 es i30, i40, i10 respectivamente, el numero de conexiones paralelas de multiples celulas solares 30, 40, 10 es N30, N40, N10, y la corriente de salida del modulo 60 es I.
Si el numero de conexiones paralelas es tal que una expresion i30 X N30 = i40 X N40 = i10 X N10 = I, las corrientes de salida de los modulos 90, 100, 70 y 60 se convierten casi en los mismos valores.
Ademas, si el maximo voltaje de salida de una celula solar 30, 40, 10 es v30, v40, v10, respectivamente, el numero de conexiones en serie de multiples celulas solares 30, 40, 10 es M30, M40, M10, respectivamente, y el voltaje de salida del modulo 60 es v60, el voltaje de salida V de la batena solar estratificada 200 se convierte en V= (v30 X M30) + (v40 X M40) + (v10 X M10) + v60.
De este modo, la potencia de salida total de la batena solar estratificada 200 se puede maximizar ajustando el numero de conexiones en paralelo y el numero de conexiones en serie de las conexiones en serie/paralelo de las celulas solares en los cuatro modulos 90, 100, 70 y 60 que constituyen la batena solar estratificada 200.
Los circuitos de conexion en serie/paralelo 95, 105 y 75 pueden estar construidos mediante cables conductores positivo/negativo que son terminales de disposiciones de celulas solares, pero tambien pueden estar construidos de manera que los circuitos de conexion en serie/paralelo 95, 105 y 75 sean conmutados por circuitos de conmutacion electronicos de manera que se maximice la salida correspondiente al espectro de luz solar y la fluctuacion de luz incidente para cambiar el numero de conexiones en serie y el numero de conexiones en paralelo. En los modulos 90, 100 y 70, estan conectadas multiples celulas solares en serie con cables conductores, por lo tanto, incluso si se produce una dispersion de caractensticas en las multiples celulas solares, la corriente correspondiente a la dispersion es compartida para minimizar la reduccion de salida de modulo. Ademas, en una batena solar estratificada convencional que comprende modulos planos, es diffcil coincidir las corrientes de salida mediante una conexion en serie/paralelo tal como la de la batena solar estratificada 200 de la presente invencion.
En la batena solar estratificada 200 como se describe anteriormente, los modulos de grupo de celulas 90, 100 y 70 estan secuencialmente estratificados desde arriba, con el modulo de recepcion de luz plano 60 que esta dispuesto en la capa mas inferior, y cuanto mas corta es la longitud de onda de centro en la banda de longitud de onda de sensibilidad, mas cerca esta situado el modulo del lado incidental de luz solar, por lo tanto la luz deficiente en transmisibilidad de las longitudes donde cortas se absorbe en la capa superior y la luz excelente en transmisibilidad de longitudes de onda larga es absorbida en la capa inferior, con lo que se aumenta la eficiencia de conversion fotoelectrica de la batena solar 200.
Los modulos de grupo de celulas 90, 100 y 70 estan incorporados en las tres capas superiores y el modulo de recepcion de luz plano 60 es incorporado en la capa mas inferior, favorable en la conversion fotoelectrica de una luz reflejada por el modulo de recepcion de luz plano 60. Particularmente, el espejo fno 66 que refleja una luz de 1100 nm o longitud de onda inferior facil para hacer la conversion fotoelectrica mediante los modulos 90, 100 y 70 se proporciona en el modulo 60, favorable en el aumento de la eficiencia de conversion fotoelectrica por el mejor uso de la luz reflejada. Cada uno de los modulos de grupo de celulas 90, 100 y 70 funciona como un filtro para su modulo inferior 100, 70 y 60, respectivamente, haciendo diffcil que los modulos inferiores sea supercalentados, lo que favorable a la eficiencia de concesion fotoelectrica.
Como se muestra en la Fig. 14, las bandas de longitud de onda sensible de los modulos 90, 100, 70 y 60 son apropiadamente establecidas, haciendo posible la conversion fotoelectrica de una luz de rango ancho del espectro de luz solar, obteniendo la eficiencia de conexion fotoelectrica de la batena solar estratificada 200 hasta en el 50% o superior.
Ademas, como se muestra en la Fig. 16, los circuitos de conexion en serie/paralelo 95, 105, 75 estan provistos de manera que la respetiva corriente de salida de los modulos 90, 100 y 70 es hecha igual a la corriente de salida del
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
modulo 60, presentando totalmente la funcion de generacion de ene^a de la batena solar estratificada 200 y mejorando la eficiencia de conversion fotoelectrica.
Ademas, las pelfculas antirreflectantes 36, 46 y 17 estan formadas en las celulas solares 30, 40 y 10 incorporadas en los modulos 90, 100 y 70 respectivamente, las propias celulas reflejan la luz incidente difusa oblicuamente, el efecto de absorcion de la luz aumenta y el efecto de confinamiento de la luz dentro de la batena solar estratificada 200 aumenta tambien y mejora la efectividad la eficiencia de conversion fotoelectrica.
En los modulos 90, 100 y 70, las celulas solares 30, 40, 10 estan dispuestas en dos capas, y las celulas solares 30, 40 y 10 estan densamente dispuestas en las vistas en planta y laterales, aumentando el area total de la union pn, mejorando la eficiencia de conversion fotoelectrica.
Ademas, la direccion definida por los electrodos positivo/negativo es dirigida a la direccion horizontal en las celulas 30, 40 y 10, cuando la luz entra en las celulas solares desde la parte superior, dado que existe la posibilidad de confluencia con la union pn al menos dos veces, la eficiencia de conversion fotoelectrica es mejorada, y tambien es mejorada por la luz reflejada que entra en las celulas solares desde abajo.
Ademas, las celulas solares 30, 40 y 100 incorporadas en modulos 90, 100 y 70 respetivamente, pueden ser preparadas independientemente sin ser afectadas por la constante de reticula, etc. de los semiconductores de otros modulos de celulas solares, excelentes en el grado de libertad de diseno y preparacion.
A continuacion, se describe una batena solar estratificada 300 del Ejemplo 2 que no forma parte de la invencion. Sin embargo, los tipos de modulos adoptados en la batena solar 300 son parcialmente diferentes de los modulos de la batena solar 200, y solo estan descritos brevemente debido a que tienen la misma estructura que la batena solar 200.
La Fig. 17 y la Fig. 18 son vistas en seccion de la batena solar estratificada 300 constituida por cuatro tipos de cuatro modulos de celulas solares, es decir, el modulo de recepcion de luz plano 50 de GaAsP/GaP, el modulo de grupo de celulas 100 de GaAlAs/ GaAs, el modulo de grupo de celulas 70 de Si y el modulo de grupo de celulas 80 de Ge.
En esta batena solar 300, los modulos de celulas solares que tienen diferentes bandas de longitud de onda de sensibilidad al espectro de luz solar estan estratificados de manera que cuando mas corta es la longitud de onda de centro en la banda de longitud de onda de sensibilidad, mas cerca esta situado el modulo del lado incidental de la luz solar. Como se conoce de la Fig. 19, la longitud de onda de centro en la banda de longitud de onda de sensibilidad de los modulos de celulas solares 50, 100, 70 y 80 tiene relaciones tales que la longitud de onda de centro del modulo 50 (aproximadamente 450 mn) < la longitud de onda de centro del modulo 100 (aproximadamente 700 mn) < la longitud de onda de centro del modulo 70 (aproximadamente 800 mn) < la longitud de onda de centro del modulo 80 (aproximadamente 1200 mn). Por lo tanto, el sustrato de nitruro de aluminio 301 esta dispuesto en la capa mas inferior, el modulo de grupo de celulas 80 de Ge, el modulo de grupo de celulas 70 de Si, el modulo de grupo de celulas 100 de GaAlAs/GaAS, y el modulo de recepcion de luz plano 50 de GaAsP/GaP estan estratificados secuencialmente y unidos con un adhesivo trasparente, una cubierta de vidrio transparente 304 esta situada en la capa que forma una superficie de recepcion de luz para recibir la luz solar y esta unida con un adhesivo transparente.
Los cables conductores de electrodo positivo/negativo 83, 84 del modulo 80, los cables conductores de electrodo positivo/negativo 73, 74 del modulo 70 los cables conductores de electrodo negativo/positivo 103, 104 del modulo 100, los cables conductores de electrodo positivo/negativo 57a, 58a del modulo 50 se extienden al exterior del modulo, respetivamente y construyen los respetivos circuitos de conexion en serie/paralelo (no mostrados).
En la batena solar 300, el modulo de recepcion de luz plano 50 de GaAsP/GaP en el lado mas incidente convierte fotoelectricamente la luz de la region de longitud de onda corta, y la luz que se transmite al modulo 50 es fotoelectricamente convertida por las celulas solares 40 de GaAlAs/GaAs del modulo situado debajo 100, la luz que se transmite al modulo 100 es fotoelectricamente convertida por las celulas solares 10 de Si del modulo situado debajo 70, y la luz de longitud de onda larga que transite el modulo 70 es fotoelectricamente convertida por las celulas solares 20 de Ge del modulo de grupo de celulas 80 de Ge.
Un sustrato de nitruro de amonio 301 revestido con una pelfcula reflectante de aluminio 302 esta fijado debajo del modulo de grupo de celulas 80 por medio de adhesivo trasparente. La pelfcula reflectante de aluminio 302 sirve como luz re-reflectante que pasa a traves de las celulas solares superiores de luz reflejada dentro de los modulos para reducir una parte inutilizada de luz solar.
Como se ha descrito en base a la Fig. 15, la reflexion y dispersion de luz se producen entre las celulas solares 40, 10 y 20 de los modulos 100, 70 y 80 y tambien es incidental al lado inferior de las celulas solares y suministradas a la conversion fotoelectrica. Como se ha escrito en base a la Fig. 16, la corriente de salida de los modulos 100, 70 y 80 es hecha igual que la corriente de salida del modulo 50, respetivamente. Por lo tanto, un numero optimo de conexiones en serie y un numero de conexiones en paralelo en los circuitos de conexion en serie/paralelo de los modulos 100, 70 y 80 se establece de acuerdo con las caractensticas de salida de las respetivas celulas solares
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
40, 10 y 20.
En la batena solar estratificada 300 descrita anteriormente, son obtenidas basicamente las mismas ventajas de funcionamiento que en la batena solar estratificada 200, y las diferencias de la batena solar estratificada 200 son descritas de forma sencilla. La batena solar estratificada 300 puede ser construida de forma efectiva mediante el mejor uso del modulo de recepcion de luz plano 50 hecho de un semiconductor compuesto de GaAsP que es diffcil de construir en celulas solares esfericas y tiene bandas de longitud de onda de sensibilidad en la region del espectro de luz solar. Ademas, el efecto de confinar luz en la batena solar estratificada 300 se puede mejorar mediante una pelmula anti-reflectante formada en el modulo de recepcion de luz plano 50 de la capa superior.
En la realizacion y ejemplo descritos anteriormente, modulos de recepcion de luz planos 60 y 50 fueron utilizados para la zona de alta energfa en el lado de longitud de onda corta o la zona de baja energfa en el lado de longitud de onda larga del espectro de luz solar.
En los modulos de celula solar que utilizan semiconductores compuestos para la realizacion de la conversion fotoelectrica elevada en tal region de longitud de onda, no son necesariamente adoptadas celulas solares esfericas, modulos de recepcion de luz planos facilmente preparados son adaptados y favorables en terminos de efectos de coste.
Una batena solar estratificada relacionada con otra realizacion que no esta reivindicada se describe a continuacion.
Como se muestra en la Fig. 20, y en la Fig. 21, la batena solar estratificada 400 tiene una estructura en la que dos tipos de modulos de celula solar cilmdricos 410 y 420 estan densamente estratificados en forma de cilindros concentricos, un cilindro transparente delgado 401 hecho de un vidrio transparente o una resina sintetica esta montado en la capa mas exterior, y un cilindro transparente delgado similar 402 fabricado de un vidrio transparente o una resina sintetica esta montado en la capa mas interior.
Un pasaje de fluido 403 esta formado en el centro de la batena solar estratificada 400, cuyo calor es transferido a un lfquido o gas que fluye a traves del pasaje de fluido 403. El modulo de celula solar interior 410 es un modulo de grupo de celulas de Ge en el que multiples celulas solares 20 de Ge estan construidas con forma de cilindros formandolas en una pluralidad de columnas y una pluralidad de filas. El modulo de celula solar exterior 420 es un modulo de grupo de celulas de GaAlA/GaAs en el que estan construidas multiples celulas solares 40 de GaAlAs/GaAs estan construidas con forma de cilindros formandolas en columnas plurales y filas plurales, como con el modulo de grupo de celulas 100 de GaAlAs/GaAs.
En los modulos 410 y 420, cables conductores de electrodo positivo/negativo 404 y 405 sobresalen de ambos extremos de los modulos 410 y 420 al exterior, pero las disposiciones de celulas solares estan deseablemente dispuestas de manera que una lmea de electrodos de conexion positivo/negativo de celulas solares 20 y 80 esta enfrentada a una direccion perpendicular a la direccion incidental de la luz solar.
En los modulos 410 y 420, multiples celulas solares estan conectadas en serie y en paralelo por medio de cables conductores de electrodo positivo/negativo 404 y 405, un circuito de conexion en serie/paralelo esta construido de manera que equilibra las corrientes de salida de los modulos de celulas solares 410 y 420, y los modulos de celulas solares 410 y 420 estan conectados en serie.
Cuando la luz del solar incidental llega del exterior, el modulo de grupo de celulas de Ge 410 que tiene una longitud de onda de centro larga de banda de longitud de onda de sensibilidad esta dispuesto en el lado interior, y el modulo de grupo de celulas 420 de GaAlAs/GaAS que tiene longitud de onda de centro corta de banda de longitud de onda de sensibilidad esta dispuesto en el lado exterior.
Aunque la batena solar estratificada 400 es una batena solar de estructura de dos capas que estratifica los modulos de grupo de celulas 410 y 420, es equivalente a la batena solare de una estructura de cuatro capas y ambos lados izquierdo y derecho de la batena solar 400 en la Fig. 21 son iguales a una batena solar de cuatro o mas capas a la luz sonar incidental como las fechas desde arriba, por lo tanto la luz solar tiene una mayor oportunidad de alcanzas las celulas colares, aumentando el eficiencia de conversion fotoelectrica.
Ademas, en la batena solar estratificada 400, la forma externa es cilmdrica, y no tiene directividad a la direccion incidental de luz solar y es facil de absorber la luz solar incidental desde varias direcciones. Ademas, se puede enfriar por medio de un fluido que pasa por el interior, aumentando la conversion fotoelectrica, con durabilidad e inhibicion del envejecimiento mejoradas.
Todavfa mas, una batena solar estratificada de estructura de dos capas fue descrita en este ejemplo, y tambien se pueden realizar batenas solares estratificadas de estructura de tres capas, estructura de cuatro capas, estructura de cinco capas provistas por la estratificacion de tres o mas tipos de modulos de celulas solares cilmdricos en forma de cilindros no concentricos.
Se describe la modificacion obtenida cambiando parcialmente la anterior realizacion o ejemplos. Las modificaciones
1] y 2] no forman parte de la invencion.
5
10
15
20
25
30
35
40
1] Dos, tres o mas tipos de modulos de celulas solares pueden ser incorporados en una batena solar estratificada pero es deseable que al menos un tipo de modulo de celula solar sea construido por modulos de grupo de celulas que tienen multiples celulas solares y al menos un tipo de modulo de celula solar esta construido por un modulo de recepcion de luz plano. Cuanto mas corta sea la longitud de onda de la banda de longitud de onda de sensibilidad, mas cerca esta dispuesto el modulo del lado incidental de la luz solar. Por ejemplo, estan dispuestos un tipo de modulo de recepcion de luz plano y un tipo de modulo de grupo de celulas, en donde un modulo de recepcion de luz plano esta dispuesto en la capa superior del lado incidental y un modulo de grupo de celulas esta dispuesto en la capa inferior. Por el contrario, un modulo de grupo de celulas esta dispuesto en la capa superior y un modulo de recepcion de luz plano esta dispuesto en la capa inferior.
Por ejemplo, estan dispuestos un tipo de modulo de recepcion de luz y dos tipos de modulos de grupo de celulas, con un modulo de recepcion de luz plano estando dispuestos en la capa superior en el lado incidental, estando dispuesto un modulo de grupo de celulas en la capa media y un modulo de grupo de celulas en la capa inferior. Por el contrario, un modulo de grupo de celulas esta dispuesto en la capa superior en el lado incidental, un modulo de grupo de celulas esta dispuesto en la capa media, y un modulo de recepcion de luz plano esta dispuesto en la capa inferior. Por ejemplo, dos tipos de modulos de recepcion de luz plano y dos tipos de modulos de grupo de celulas estan dispuestos, con dos modulos de grupo de celulas estando dispuestos en la capa media, y los modulos de recepcion de luz planos estando dispuestos en la capa superior y la capa inferior respetivamente de manera que estan emparedados de arriba a abajo.
2] El modulo de recepcion de luz plano (modulo de celula solar) dispuesto en la capa superior esta construido con un semiconductor que absorbe un rayo UV de un unico cristal de nitruro de galio (GaN) o un unico cristal de carburo de silicio (SiC), etc., en cuyo caso, un rayo ultravioleta de elevada energfa puede ser utilizado de manera eficiente para generar electricidad. Por lo tanto, no solo la eficiencia de conversion fotoelectrica de la batena solar estratificada se puede mejorar, sino tambien el envejecimiento del modulo de celula solar en la parte inferior se puede inhibir de forma efectiva debido a los rayos ultravioleta.
3] Las celulas solares tambien se pueden fabricar con diversos semiconductores capaces de conversion fotoelectrica tal como semiconductores amorfos (por ejemplo, Si, etc.) semiconductores compuestos del Grupo III-V (por ejemplo, InGaN, InGaP, etc.), semiconductores compuestos II-VI (por ejemplo, ZnO, Cd-Te, etc.), semiconductores compuestos de calcogenuro (por ejemplo, CuInGaSe2) incluyen elementos del Grupo VI (S, Se, Te, etc.).
4] Todos los modulos de celula solar que van a ser incorporados en una batena solar estratificada estan construidos por modulos de grupo de celulas, y es deseable que una pelfcula reflectante o un miembro reflectante que tenga una funcion de reflejar la luz sea proporcionado en la parte inferior o el lado inferior del modulo de celulas solares en la capa mas inferior.
5] Una lamina transparente flexible es aplicada en lugar de materiales duros, tales como la cubierta de vidrio transparente 76 y el sustrato de nitruro de aluminio 201 y 301, etc. para crear una batena solare estratificada flexible.
6] Un vidrio aislante transparente tambien puede ser adoptado en lugar de la resina sintetica transparente 75a de los modulos 70, 80, 90 y 100.
7] El material de dispersion (filtro) tal como un vidrio transparente con un mdice de refraccion mas elevado, TiO2, etc. es mezclado en la parte de transmision de luz de los modulos 70, 80, 90 y 100 para mejorar el rendimiento optico de la parte de transmision de luz.

Claims (10)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    55
    60
    65
    REIVINDICACIONES
    1. - Una batena solar estratificada (200) en la que estan incorporados modulos de celula solar plurales (60, 70, 90, 100),
    en la que se proporcionan cuatro tipos de modulos de celula solar (60, 70, 90, 100) que tienen diferentes bandas de longitud de onda de sensibilidad que estan estratificados de manera que cuanto las corta es la longitud de onda de centro en dichas bandas de longitud de onda de sensibilidad, mas cerca esta situado dicho modulo (60, 70, 90, 100) de un lado incidental de la luz solar,
    en donde dichos tipos de modulos de celula solar entre dichos cuatro tipos de modulos de celula solar (60, 70, 90, 100) estan constituidos con modulos de grupos de celulas (70, 90, 100) estando cada uno compuesto por celulas solares granulares plurales (10, 30, 40) alineadas en columnas plurales y filas plurales, en donde dichas celulas solares granulares plurales (10, 30, 40) estan embebidas dentro de un material de vidrio trasparente o resina sintetica (75a) en dichos modulos de grupo de celulas (70, 90, 100),
    en donde dichas celulas solares granulares plurales (10, 30, 40) alineadas en columnas plurales y filas plurales en dichos modulos de grupo de celulas (70, 90, 100) estan electricamente conectadas a traves de cables conductores plurales (73, 74, 93, 94, 103, 104) que se extienden en una direccion columnar o en una direccion de fila y conducen al exterior de los modulos de grupo de celulas (70, 90, 100),
    en donde se proporciona un circuito de conexion en serie (75, 95, 105, 205) para conectar electricamente dichos tipos plurales de modulos de celulas solares (60, 70, 90, 100), en donde dichos modulos de celula solare (60, 70, 90, 100) estan construidos de manera que las maximas salidas de corriente de cada uno de dichos modulos de celula solar (60, 70, 90, 100) son casi iguales entre sf,
    en donde un tipo de modulo de celula solar (60, 70, 90, 100) entre dichos cuatro tipos de modulos de celula solar esta constituido por un modulo de recepcion de luz plano (60) que tiene una union pn comun plana (65),
    en donde dicho modulo de recepcion de luz plano (60) esta dispuesto en un lado opuesto al del lado incidental de luz solar de dichos modulos de grupo de celulas (70, 90, 100) y se proporciona un miembro reflectante (66) capaz de reflejar la luz solar de dicho modulo de recepcion de luz plano.
  2. 2. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el modulo de recepcion de luz plano comprende un electrodo positivo (67), un electrodo negativo (68), un cable conductor positivo (67a) y un cable conductor negativo (68a), en donde el cable conductor positivo (67a) esta conectado al electrodo positivo (67) y el cable conductor negativo (68a) esta conectado a un electrodo negativo (68).
  3. 3. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que cada uno de dichos tres tipos de modulos de grupo de celulas (70, 90, 100) esta provisto de un circuito de conexion en serie/paralelo para conectar dichas celulas solares granulares plurales en serie y en paralelo por medio de dichos cables conductores plurales (73, 74, 93, 94, 103, 104).
  4. 4. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que cada uno de dichos tres tipos de modulos de grupo de celulas (70, 90, 100) tiene dos capas de celulas solares granulares plurales (10, 30, 40) alineadas en columnas plurales y filas plurales en un plano, disponiendose dichas celulas solares granulares (10, 30, 40) en dichas dos capas para aproximarse entre sf sin superposicion en una vista en planta.
  5. 5. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que dicho miembro reflectante (66) esta mas alejado de dichos modulos de grupo de celulas (70, 90, 100) que dicha union pn comun plana (65).
  6. 6. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 4, en la que cualquier modulo de celula solar (60, 70, 90, 100) excepto para un modulo de celula solar (90) en el lado mas incidente en una direccion incidental de luz solar, en una superficie del mismo, esta provisto de una pelfcula de espejo (66) que refleja una luz de bandas de longitud de onda de sensibilidad que se pueden absorber facilmente por los modulos de celula solar (60, 70, 90, 100) encina de dicho cualquier modulo de celula solar (60, 70, 90, 100).
  7. 7. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 4, en la que un miembro transparente hecho de material de vidrio o resina sintetica trasparente esta fijado a una parte superior de dicho modulo de celula solar (60, 70, 90, 100) en el lado mas incidente en la direccion incidental de la luz solar.
  8. 8. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que dichos tres tipos de modulos de grupo de celulas (70, 90, 100) tienen el primer al tercer modulo de grupo de celulas (70, 90, 100) estratificados secuencialmente desde un lado incidental del luz solar, estando dicho primer modulo de grupo de
    celulas (90) provisto de celulas solares plurales (30), cada una de las cuales tiene una union pn granular en una resina superficial de un cristal unico de GaP granular (31), estando dicho segundo modulo de grupo de celulas (100) provisto de celulas solares plurales (40), cada una de las cuales tiene una union pn granular sobre una resina de superficie de un unico cristal granular de GaAs (41), y estando dicho tercer modulo de 5 grupo de celulas (70) provisto de celulas solares plurales (10) cada una de las cuales tiene una union pn
    granular en una resina de superficie de una unico cristal granular (11) de Si.
  9. 9. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 8, en la que dicho modulo de recepcion de luz plano (60) tiene una union pn comun plana (65) formada en una capa de semiconductor de InGaAs que
    10 esta formada en el sustrato semiconductor (61) de tipo n de InP.
  10. 10. - La batena solar estratificada (200) de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en la que ambos extremos de los cables conductores plurales (73, 74, 93, 94, 103, 104) se extienden al exterior del material de vidrio trasparente o resina sintetica (75a).
    15
ES04720197.5T 2004-03-12 2004-03-12 Célula solar multicapa Expired - Lifetime ES2616177T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2004/003360 WO2005088733A1 (ja) 2004-03-12 2004-03-12 積層型太陽電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2616177T3 true ES2616177T3 (es) 2017-06-09

Family

ID=34975870

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES04720197.5T Expired - Lifetime ES2616177T3 (es) 2004-03-12 2004-03-12 Célula solar multicapa

Country Status (10)

Country Link
US (2) US8237045B2 (es)
EP (2) EP1724841B1 (es)
JP (1) JP4180636B2 (es)
CN (1) CN100561755C (es)
AU (1) AU2004317236B2 (es)
CA (1) CA2555439C (es)
ES (1) ES2616177T3 (es)
HK (1) HK1094915A1 (es)
TW (1) TWI234292B (es)
WO (1) WO2005088733A1 (es)

Families Citing this family (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004109890A1 (ja) * 2003-06-09 2004-12-16 Kyosemi Corporation 発電システム
JP4948423B2 (ja) * 2006-01-11 2012-06-06 京セミ株式会社 受光又は発光用半導体モジュール
TWI466304B (zh) * 2006-07-07 2014-12-21 Energy Related Devices Inc 與球形光伏特電池彈性耦合的微型集中器
JP2008028118A (ja) * 2006-07-20 2008-02-07 Honda Motor Co Ltd 多接合型太陽電池の製造方法
JP2009545184A (ja) * 2006-07-28 2009-12-17 ユニバーシティー、オブ、デラウェア 周囲のシリコンスカベンジャーセルを備えた高効率太陽電池
EP2054941A2 (en) * 2006-07-28 2009-05-06 University Of Delaware High efficiency solar cell
JP5108766B2 (ja) 2006-08-07 2012-12-26 京セミ株式会社 発電又は発光用半導体モジュール
CA2672158C (en) * 2006-11-17 2013-06-18 Kyosemi Corporation Stacked solar cell device
TWI383509B (zh) * 2007-01-05 2013-01-21 Univ Chang Gung A method of stacking solar cells
FI20070264A (fi) * 2007-04-04 2008-10-05 Suinno Oy Aktiivinen aurinkokenno ja valmistusmenetelmä
US7847183B2 (en) * 2007-09-13 2010-12-07 Casey Dame Three dimensional photo voltaic modules in an energy reception panel
WO2009043662A2 (en) 2007-10-01 2009-04-09 Suinno Oy Thermodynamically shielded solar cell
US20090242012A1 (en) * 2007-10-18 2009-10-01 Searete Llc, A Limited Liability Corporation Of The State Of Delaware Method and system for converting light to electric power
DE112009000788T5 (de) * 2008-04-25 2011-04-21 ULVAC, Inc., Chigasaki-shi Herstellungsverfahren für Solarzellen, Herstellungsvorrichtung für Solarzellen sowie Solarzelle
US8314328B1 (en) * 2008-11-12 2012-11-20 Microglo, Llc Solar energy collecting apparatus and method
KR101258889B1 (ko) * 2008-12-19 2013-04-29 교세미 가부시키가이샤 태양전지 모듈 및 그 제조방법
US8835748B2 (en) * 2009-01-06 2014-09-16 Sunlight Photonics Inc. Multi-junction PV module
US20100200045A1 (en) * 2009-02-09 2010-08-12 Mitchell Kim W Solar power system and method of manufacturing and deployment
ATE515804T1 (de) 2009-03-06 2011-07-15 Voicesms Licenses Oy Preisgünstige solarzelle
EP2360742A2 (en) 2009-06-10 2011-08-24 Suinno Solar Oy Method and means for a high power solar cell
WO2011101916A1 (ja) * 2010-02-19 2011-08-25 オーナンバ株式会社 太陽光発電システムの故障検出方法
KR101047792B1 (ko) * 2010-04-23 2011-07-07 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
CN101968500A (zh) * 2010-06-18 2011-02-09 常州亿晶光电科技有限公司 太阳能电池层压件光检接线器
CN102479775A (zh) * 2010-11-24 2012-05-30 吉富新能源科技(上海)有限公司 组装有两种太阳能电池以上的电池模组
CN102594207A (zh) * 2011-01-14 2012-07-18 张一熙 透明薄膜太阳能电池和聚晶硅一体化发电系统
FI124818B (fi) * 2011-10-06 2015-02-13 Advacam Oy Hybridipikseli-ilmaisinrakenne ja tämän valmistusmenetelmä
JP2014060382A (ja) 2012-08-20 2014-04-03 Toshiba Corp 光電変換素子、光電変換システムおよび光電変換素子の製造方法
WO2015006020A1 (en) * 2013-07-12 2015-01-15 Electric Film Llc Photovoltaic cells, systems, components and methods
US10079571B2 (en) * 2014-05-28 2018-09-18 Perumala Corporation Photovoltaic systems with intermittent and continuous recycling of light
US10097135B2 (en) 2014-05-06 2018-10-09 Perumala Corporation Photovoltaic systems with intermittent and continuous recycling of light
US10439552B2 (en) 2014-05-28 2019-10-08 Perumala Corporation Photovoltaic systems with intermittent and continuous recycling of light
TWI590433B (zh) * 2015-10-12 2017-07-01 財團法人工業技術研究院 發光元件以及顯示器的製作方法
TWI590475B (zh) * 2016-06-17 2017-07-01 財團法人工業技術研究院 堆疊型太陽能電池模組

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3990914A (en) * 1974-09-03 1976-11-09 Sensor Technology, Inc. Tubular solar cell
US4130445A (en) * 1978-03-20 1978-12-19 Atlantic Richfield Company Light collector
DE3208078A1 (de) * 1982-03-03 1983-09-08 Chevron Research Co., 94105 San Francisco, Calif. Photozelle zur gewinnung von sonnenenergie
US4773944A (en) * 1987-09-08 1988-09-27 Energy Conversion Devices, Inc. Large area, low voltage, high current photovoltaic modules and method of fabricating same
JPH02218174A (ja) * 1989-02-17 1990-08-30 Mitsubishi Electric Corp 光電変換半導体装置
JP2759294B2 (ja) 1990-02-06 1998-05-28 コニカ株式会社 水現像でエア遮断した感光材料処理装置
JPH03262174A (ja) 1990-03-13 1991-11-21 Nikko Kyodo Co Ltd 酸化物薄膜デバイス
JPH03287579A (ja) 1990-04-03 1991-12-18 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 新規なフエノキシプロピオン酸誘導体及びそれを有効成分とする植物生長調節剤
US5538902A (en) * 1993-06-29 1996-07-23 Sanyo Electric Co., Ltd. Method of fabricating a photovoltaic device having a three-dimensional shape
US6150604A (en) * 1995-12-06 2000-11-21 University Of Houston Quantum well thermophotovoltaic energy converter
JP3143392B2 (ja) 1996-03-26 2001-03-07 三洋電機株式会社 積層型太陽電池
US5720827A (en) 1996-07-19 1998-02-24 University Of Florida Design for the fabrication of high efficiency solar cells
JP3231244B2 (ja) 1996-07-22 2001-11-19 仗祐 中田 無機材料製の球状体の製造方法及びその製造装置
DE19632627A1 (de) * 1996-08-13 1998-02-19 Siemens Ag Verfahren zum Herstellen eines Licht aussendenden und/oder empfangenden Halbleiterkörpers
US6204545B1 (en) * 1996-10-09 2001-03-20 Josuke Nakata Semiconductor device
JP3262174B2 (ja) 1996-10-09 2002-03-04 仗祐 中田 半導体デバイス
AU727487B2 (en) 1997-10-23 2000-12-14 Josuke Nakata Manufacture method for a monocrystal and monocrystal manufacturing device
EP0982780B1 (en) * 1998-01-23 2003-09-24 Josuke Nakata Photoelectrolytic device
JP2001102618A (ja) * 1999-09-30 2001-04-13 Sony Corp 受光装置
JP3091846B1 (ja) 1999-11-26 2000-09-25 株式会社三井ハイテック 太陽電池を含む球状半導体及びそれを用いた球状半導体装置
JP4276758B2 (ja) * 1999-12-09 2009-06-10 仗祐 中田 球状半導体素子を用いた発電装置および球状半導体素子を用いた発光装置
US6706959B2 (en) * 2000-11-24 2004-03-16 Clean Venture 21 Corporation Photovoltaic apparatus and mass-producing apparatus for mass-producing spherical semiconductor particles
JP3490969B2 (ja) * 2000-11-24 2004-01-26 圭弘 浜川 光発電装置
JP2002280592A (ja) 2001-01-15 2002-09-27 Fuji Mach Mfg Co Ltd 光発電パネルおよびその製造方法
US6762359B2 (en) * 2001-01-15 2004-07-13 Fuji Machine Mfg. Co., Ltd. Photovoltaic panel and method of producing same
AU2001277778B2 (en) * 2001-08-13 2005-04-07 Sphelar Power Corporation Light-emitting or light-receiving semiconductor module and method of its manufacture
US7208674B2 (en) * 2001-09-11 2007-04-24 Eric Aylaian Solar cell having photovoltaic cells inclined at acute angle to each other
US7777303B2 (en) * 2002-03-19 2010-08-17 The Regents Of The University Of California Semiconductor-nanocrystal/conjugated polymer thin films
AU2002313256B8 (en) * 2002-06-21 2006-11-02 Sphelar Power Corporation Light-receiving or light-emitting device and its production method

Also Published As

Publication number Publication date
EP1724841A4 (en) 2007-08-01
AU2004317236B2 (en) 2008-05-22
HK1094915A1 (en) 2007-04-13
CN1883055A (zh) 2006-12-20
US9159856B2 (en) 2015-10-13
WO2005088733A1 (ja) 2005-09-22
CA2555439C (en) 2012-01-03
EP1724841B1 (en) 2016-11-16
US8237045B2 (en) 2012-08-07
JPWO2005088733A1 (ja) 2008-01-31
US20070169804A1 (en) 2007-07-26
EP1724841A1 (en) 2006-11-22
CA2555439A1 (en) 2005-09-22
JP4180636B2 (ja) 2008-11-12
TWI234292B (en) 2005-06-11
EP2587552A1 (en) 2013-05-01
AU2004317236A1 (en) 2005-09-22
TW200532932A (en) 2005-10-01
CN100561755C (zh) 2009-11-18
US20120199179A1 (en) 2012-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2616177T3 (es) Célula solar multicapa
ES2643187T3 (es) Conjunto solar multiunión
KR101890324B1 (ko) 태양 전지 모듈 및 이에 적용되는 리본 결합체
ES2974779T3 (es) Panel de células solares
KR101871274B1 (ko) 태양 전지 및 이를 포함하는 태양 전지 패널
TW200905897A (en) Solar battery cell
ES2705200T5 (es) Módulo de célula solar
JP2019050375A (ja) 太陽電池パネル
CN106505122A (zh) 太阳能电池模块
KR100798836B1 (ko) 적층형 태양 전지
JP2001102618A (ja) 受光装置
JP2005217357A (ja) 立体構造太陽電池及び立体構造太陽電池モジュール
KR101685350B1 (ko) 태양 전지 모듈
KR101788169B1 (ko) 태양 전지 모듈 및 태양 전지
KR20150060413A (ko) 태양 전지 모듈 및 이에 사용되는 후면 기판
KR102243640B1 (ko) 태양 전지 모듈
KR101979271B1 (ko) 태양 전지 모듈
US20110220173A1 (en) Active solar concentrator with multi-junction devices
KR20150043872A (ko) 태양 전지 모듈
KR20120034967A (ko) 집광 장치 및 이를 포함하는 태양 전지 시스템
JP2015115368A (ja) 太陽電池モジュール及びその製造方法