ITCT20110012A1

ITCT20110012A1 - SEMICONDUCTOR CELLS FOR THE HIGH EFFICIENCY CONVERSION OF SOLAR ENERGY

Info

Publication number: ITCT20110012A1
Application number: IT000012A
Authority: IT
Inventors: Salvatore Musumeci
Original assignee: Salvatore Musumeci
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-06

Description

DESCRIZIONE annessa alla domanda di brevetto per invenzione industriale, avente per TITOLO : "Cele a semiconduttore per la conversione ad alta efficienza dell'energia solare" DESCRIPTION attached to the patent application for industrial invention, having the TITLE: "Semiconductor cell for high efficiency conversion of solar energy"

UNA NUOVA STRUTTURA FOTOVOLTAICA A NEW PHOTOVOLTAIC STRUCTURE

E noto che l effetto fotovoltaico consiste nella formazione di coppie elettrone-lacuna tramite l'energia dei fotoni. Riuscendo ad accumulare separatamente le due specie di cariche all'interfaccia tra la zona di generazione e due contatti metallici, si ha una forza elettromotrice. Per ottenere questo accumulo, la struttura classica della cella Foto-Voltaica sfrutta il campo elettrico generato dentro la zona svuotata di urta giunzione a semiconduttore, ma la presenza della giunzione crea un diodo parassita, con tutta una serie di conseguenze che limitano l'efficienza totale di conversione. It is known that the photovoltaic effect consists in the formation of electron-hole pairs through the energy of photons. By managing to separately accumulate the two kinds of charges at the interface between the generation zone and two metal contacts, an electromotive force is obtained. To obtain this accumulation, the classic structure of the Photo-Voltaic cell exploits the electric field generated inside the area emptied of the semiconductor junction, but the presence of the junction creates a parasitic diode, with a whole series of consequences that limit the total efficiency. conversion.

La innovazione proposta prevede (fig.l) una struttura di base formata da Si intrinseco o altro semiconduttore. La superficie Ã ̈ coperta in parte da un materiale semiconduttore ad alta assorbenza ottica (ad es. Si:Ge o Ge) che, se illuminato, diventa una sorgente locale di coppie elettrone-lacuna. Ai lati della cella vengono disposti due contati metallici, il modello fisico della celta Ã ̈ indicato in fig. 2; le cariche generate si muovono, per diffusione dovuta alla differenza di concentrazione, dalla superficie verso il bulk, lungo lâ€™asse (y); il loro movimento, in presenza di un campo magnetico sull'asse (z) perpendicolare al piano di diffusione, crea lungo lâ€™asse (x) una forza che separa le cariche, indirizzandole verso contatti opposti. The proposed innovation provides (Fig. 1) a basic structure formed by intrinsic Si or another semiconductor. The surface is partly covered by a high optical absorbency semiconductor material (eg Si: Ge or Ge) which, when illuminated, becomes a local source of electron-hole pairs. On the sides of the cell are arranged two metal contacts, the physical model of the celta is shown in fig. 2; the charges generated move, by diffusion due to the difference in concentration, from the surface towards the bulk, along the (y) axis; their movement, in the presence of a magnetic field on the (z) axis perpendicular to the diffusion plane, creates a force along the (x) axis that separates the charges, directing them towards opposite contacts.

Supponendo di ottimizzare il valore del campo magnetico e la geometria delia struttura in modo da raccogliere tutte le cariche che diffondono, sui contatto di destra gli elettroni accumulati caricano negativamente il metallo. Sul contatto di sinistra le lacune accumulate estraggono elettroni dal metallo dove si crea una carica positiva dovuta alla mancanza di elettroni, pari alla quantitÃ di lacune accumulate. Il sistema sÃ¬ pone in un regime di equilibrio e ai capi dei contatti sarÃ presente una differenza di potenziale. Assuming to optimize the value of the magnetic field and the geometry of the structure in order to collect all the charges that spread, on the right contact the accumulated electrons negatively charge the metal. On the left contact the accumulated holes extract electrons from the metal where a positive charge is created due to the lack of electrons, equal to the quantity of accumulated holes. The system is in an equilibrium regime and there will be a potential difference at the ends of the contacts.

In presenza di un collegamento esterno tra i due contatti metallici, si alterano le condizioni di equilibrio. in quanto gli elettroni del contatto di destra spin dalia differenza di potenziale, arrivano dall â€ ̃esterno ai contatto di sinistra, dove, iniettati nel semiconduttore, contribuiscono a ricombinare le lacune ivi accumulate. Eâ€™ come se un elettrone, partendo dal polo negativo attraversasse il circuito esterno fino al polo positivo, dove viene preso in carico dall'energia fotovoltaica e trasportato di nuovo sul polo negativo, pronto per ricominciare. In the presence of an external connection between the two metal contacts, the equilibrium conditions are altered. as the electrons of the contact on the right spin from the difference in potential, arrive from the outside to the contact on the left, where, injected into the semiconductor, they help to recombine the holes accumulated there. It is as if an electron, starting from the negative pole, crosses the external circuit up to the positive pole, where it is taken over by the photovoltaic energy and transported back to the negative pole, ready to start over.

Questa corrente di elettroni altera le condizioni di equilibrio, riproponendolo ad un valore piÃ¹ basso in funzione della quantitÃ di elettroni messi in gioco. 11 tutto si presenta come se ci fosse un generatore con una resistenza interna. Non essendoci giunzione parassita, l'efficienza di conversione energetica Ã ̈ limitata solo dalla efficienza quantica di generazione delie coppie, dalla nel bulk, dalie dimensioni geometriche. This electron current alters the equilibrium conditions, proposing it to a lower value according to the quantity of electrons involved. 11 everything looks like there is a generator with an internal resistance. Since there is no parasitic junction, the energy conversion efficiency is limited only by the quantum generation efficiency of the pairs, by the bulk, by the geometric dimensions.

L â€ ̃andamento delie bande energetiche nella strutura Ã ̈ indicato, qualitativamente, in fig.3 (senza luce) e fig.4 (con luce); un modello monodimensionaie di facile stesura consente di fare calcoli di prima approssimazione utili alla comprensione del meccanismo di funzionamento della strutura e alle necessitÃ di progetazione per lo sviluppo della tecnologia suggerita. The trend of the energy bands in the structure is qualitatively indicated in fig.3 (without light) and fig.4 (with light); an easy-to-write one-dimensional model makes it possible to make first approximation calculations useful for understanding the operating mechanism of the structure and the design needs for the development of the suggested technology.

Con questo tipo di struttura si possono creare macro-celle ad alta tensione, collegando facilmente in serie le celle di base, lungo lâ€™asse (x) (fig.5). Una serie di strisce, in parallelo allâ€™asse (x) e parallele tra loro in modo che siano attraversate da una stessa corrente, genera un campo magnetico costante lungo lasse (z); queste strisce sono realizzate assieme alla metallizzazione delle strisce di raccolta della corrente uscente. La corrente del circuito magnetico puÃ² essere la stessa che esce dalla macro-cella oppure essere fornita a parte; in questâ€™ultimo caso il terminale del circuito puÃ² essere usato come comando e/ sincronizzazione: si potrebbe addiritura avere, con una adeguata simmetria delia struttura, una corrente alternata. With this type of structure it is possible to create high voltage macro-cells, by easily connecting the base cells in series, along the (x) axis (fig. 5). A series of strips, parallel to the (x) axis and parallel to each other so that they are crossed by the same current, generates a constant magnetic field along the (z) axis; these strips are made together with the metallization of the outgoing stream collection strips. The current of the magnetic circuit can be the same that comes out of the macro-cell or it can be supplied separately; in the latter case the circuit terminal can be used as a command and / or synchronization: it could even be possible to have, with an adequate symmetry of the structure, an alternating current.

EFFICIENZA DI CONVERSIONE CONVERSION EFFICIENCY

in prima approssimazione, gii effetti che limiterebbero il rendimento sono: la penetrazione della luce (0.95 - dipende dalla tecnologia), la quantitÃ di area attiva (0.90 - dipende da un buon progetto). as a first approximation, the effects that would limit the efficiency are: the penetration of light (0.95 - depends on the technology), the amount of active area (0.90 - depends on a good project).

Î“ efficienza quantica (cioÃ ̈ il rapporto tra il numero di coppie e-h e di fotoni raccolti) (0.50). il rapporto tra ia tensione a circuito aperto e il band gap del semiconduttore (0.80). la ricombinazione dei portatori prima che raggiungano i contatti (0.95 ). In totale: Î· - 0.95 x 0.90 x 0.50 x 0.80 x 0.95 - 32 %. Î “quantum efficiency (ie the ratio between the number of e-h pairs and photons collected) (0.50). the ratio between the open circuit voltage and the semiconductor band gap (0.80). the recombination of the carriers before they reach the contacts (0.95). In total: Î · - 0.95 x 0.90 x 0.50 x 0.80 x 0.95 - 32%.

VANTAGGI BENEFITS

1 . Riferendosi alla figura 1 si intuisce che si trata di una struttura facilmente realizzabile con la tecnologia a film sottile. Tutto Ã ̈ ben dentro la tecnica attuale, non ci sono salti tecnologici. 1. Referring to figure 1, it can be understood that this is a structure that can be easily made with thin film technology. Everything is well within the current technique, there are no technological leaps.

2. Assenza di componenti parassiti: migliora lâ€™efficienza di conversione. 2. Absence of parasitic components: improves conversion efficiency.

3. facile serializzazione delle celle: alta tensione, migliore raccolta della potenza. 3. Easy cell serialization: high voltage, better power harvest.

4. Terminale di comando: circuiti di supporto ai pannello finale semplificati; uscita in corrente alternata; possibilitÃ di controllo "intelligente". 4. Control terminal: simplified final panel support circuits; alternating current output; possibility of "intelligent" control.

EVOLUZIONE EVOLUTION

E evidente che la struttura proposta si basa sulla separazione tramite campo magnetico delle coppie elettrone-lacuna; dunque, le cariche devono essere in movimento nella stessa direzione. E noto che, in presenza di differenza di concentrazione, le cariche si muovono, se trovano siati energetici liberi, per diffusione a partire dai punti a concentrazione massima verso i punti a concentrazione minima. Se un semiconduttore Ã ̈ inserito in un sistema che non ha scambi di energia con sistemi esterni, l'unica energia in gioco Ã ̈ l'energia interna, cioÃ ̈ la temperatura, e se la struttura si trova in condizioni di equilibrio termico, in ogni suo punto la concentrazione di cariche intrinseche sarÃ la stessa. It is evident that the proposed structure is based on the separation of the electron-hole pairs by means of a magnetic field; therefore, the charges must be moving in the same direction. It is known that, in the presence of a difference in concentration, the charges move, if they find free energy sources, by diffusion starting from the points with maximum concentration towards the points with minimum concentration. If a semiconductor is inserted in a system that does not have energy exchanges with external systems, the only energy involved is the internal energy, i.e. the temperature, and if the structure is in conditions of thermal equilibrium, in each of its points the concentration of intrinsic charges will be the same.

Se si individuano due tipi di semiconduttore, un tipo S (Sorgente) qualsiasi e un tipo B (Bulk), che Ã ̈ un semiconduttore avente un band gap maggiore o uguale rispetto al tipo S e un prodotto della densitÃ degli stati in banda di conduzione e di valenza minore almeno di un ordine di grandezza, a paritÃ di temperatura, la densitÃ di coppie e-h Ã ̈ maggiore nei semiconduttore di tipo S, rispetto ai tipo B. If two types of semiconductor are identified, any type S (Source) and a type B (Bulk), which is a semiconductor having a band gap greater than or equal to the type S and a product of the density of the states in the conduction band and of at least one order of magnitude lower valence, at the same temperature, the density of e-h pairs is greater in S-type semiconductors than in B-type semiconductors.

Supponendo di realizzare la strutura di fÃ¬g. i usando il semiconduttore di tipo S per lo strato SS e quello di tipo B per il bulk BK, se entrambi i tipi hanno bande simmetriche rispeto ai livello intrinseco (Nv~Nc), sÃ¬ ha una diffusione delle cariche in eccesso dallo strato SS al bulk e la struttura funzionerebbe con la stessa modalitÃ prevista nel caso di coppie formate per effetto fotovoltaico. La cella di base avrebbe la stessa forma di fig.l e la separazione delle cariche avviene, con il moto per diffusione, per mezzo del campo magnetico. Assuming to make the structure of fÃ¬g. i using the S-type semiconductor for the SS layer and the B-type semiconductor for the BK bulk, if both types have symmetrical bands with respect to the intrinsic level (Nv ~ Nc), yes it has a diffusion of excess charges from the SS layer to bulk and the structure would work in the same way as in the case of pairs formed by the photovoltaic effect. The base cell would have the same shape as in Fig. 1 and the separation of the charges occurs, with the motion by diffusion, by means of the magnetic field.

Se si usa uno strato di Si intrinseco come sorgente su un bulk di GaAs intrinseco, sÃ¬ hanno due semiconduttori che rispondono in parte ai tipi sopra indicati, il GaAs non Ã ̈ simmetrico (Nv>Nc). perÃ² il Si e il GaAs mantengono quasi costante la differenza tra l'energia potenziale degli elettroni e il livello di Fermi intrinseco, come si vede in fig.7. In questo caso, allâ€™ equilibrio, quando i due livelli di Fermi coincidono, si ha circa lo stesso valore dell'energia potenziale degli elettroni e la differenza di concentrazione fa diffondere gli elettroni dal Si, dove sono piÃ¹ abbondanti di circa due ordini di grandezza, al GaAs. Ai livello delie bande di valenza le lacune del Si, ove sono anchâ€™esse piÃ¹ abbondanti, incontrano perÃ² un gap di energia che ne impedisce il passaggio verso il GaAs: le lacune che, statisticamente. If an intrinsic Si layer is used as a source on an intrinsic GaAs bulk, yes they have two semiconductors that partially respond to the above types, the GaAs is not symmetrical (Nv> Nc). however, Si and GaAs keep the difference between the potential energy of the electrons and the intrinsic Fermi level almost constant, as seen in Fig.7. In this case, at equilibrium, when the two Fermi levels coincide, there is approximately the same value of the potential energy of the electrons and the difference in concentration causes the electrons to diffuse from the Si, where they are more abundant by about two orders of greatness, to the GaAs. At the level of the valence bands, the Si gaps, where they are also more abundant, however, encounter an energy gap that prevents their passage towards GaAs: the gaps which, statistically.

il gap esistente di circa 0.25 elettronvolt sono addirittura in quantitÃ minore delle lacune intrinseche del bulk di GaAs, a paritÃ di energia. Si crea cosi un accumulo di elettroni dal lato del Ga-As e di lacune dal lato del Si: si crea una f.e.m,, il cui valore dipende dalla quantitÃ di cariche che diffondono, dunque dalla energia interna dei sistema, cioÃ ̈ dalla temperatura, secondo il grafico dÃ¬ Fig.9, che Ã ̈ stato ricavato utilizzando il modello monodimensionale rappresentato in fig.8 con i dati sperimentali sui Si e sul GaAs noti nello stato dell 'arte. the existing gap of about 0.25 electron volts are even less than the intrinsic gaps of the GaAs bulk, for the same energy. An accumulation of electrons is thus created on the Ga-As side and holes on the Si side: a f.e.m, is created, the value of which depends on the quantity of charges they diffuse, therefore on the internal energy of the system, i.e. on the temperature, according to the graph in Fig.9, which was obtained using the one-dimensional model represented in fig.8 with the experimental data on Si and GaAs known in the state of the art.

PoichÃ© gli elettroni che compiono un eventuale percorso esterno alla cella devono ricombinare le lacune da cui partono, la cella deve prevedere un contatto diretto con lo strato SS, quindi preside l aspetto indicato in fig.6. La presenza del campo magnetico, ottimizza iÃ¬ flusso laterale delle cariche, e consentirebbe inoltre la possibilitÃ di un terminale di comando. Lo strato di Si viene esteso fino a 1 urn per migliorare lâ€™area di contatto. Le lacune vengono richiamate al contatto per diffusione attraverso il "canale<">di Si. Since the electrons that make a possible external path to the cell must recombine the holes from which they start, the cell must provide for direct contact with the SS layer, therefore it presides over the aspect indicated in fig.6. The presence of the magnetic field optimizes the lateral flow of the charges, and would also allow the possibility of a control terminal. The Si layer is extended up to 1 urn to improve the contact area. The gaps are recalled to contact by diffusion through the "channel <"> of Si.

Ponendo la cella in un sistema termico isolato ed applicando un carico esterno ai sistema, il passaggio di elettroni su questo carico sottrae energia ai sistema spingendolo verso una temperatura piÃ¹ bassa, ma, se il sistema prevede un di calore che rabbocca l'energia interna persa sul carico, si mantiene costante la temperatura della cella e, dunque, la capacitÃ di fornire energia su un carico in modo continuo. PoichÃ© la mobilitÃ degli eletroni nel GaAs Ã ̈ elevata, la densitÃ di potenza gestita diventa notevole anche a valori di temperatura non elevati, come sÃ¬ vede dai grafico in tsg. 9, e non câ€™Ã ̈ bisogno di una grande superficie . Il pannello solare raccoglie lâ€™energia su unâ€™area ampia e la trasforma in calore che viene convogliato su una piccola area di semiconduttore: il tutto funziona come se ci fosse una concentrazione, con il vantaggio che il calore puÃ² essere conservato in opportuni serbatoi e, invece, la luce deve essere usata subito. By placing the cell in an isolated thermal system and applying an external load to the system, the passage of electrons on this load subtracts energy from the system by pushing it towards a lower temperature, but, if the system provides for a heat that replenishes the internal energy lost on the load, the temperature of the cell is kept constant and, therefore, the ability to supply energy on a load continuously. Since the mobility of the electrons in the GaAs is high, the managed power density becomes considerable even at low temperature values, as can be seen from the graphs in tsg. 9, and there is no need for a large surface. The solar panel collects energy over a large area and transforms it into heat which is conveyed to a small semiconductor area: everything works as if there was a concentration, with the advantage that the heat can be stored in suitable tanks and, instead, the light must be used immediately.

Questo tipo di cella puÃ² essere ulteriormente semplificata, perchÃ© le coppie e-h si separerebbero comunque in quanto una specie diffonde e l'altra no; la struttura, semplicissima, diventa quella indicata in figa 10. La struttura si fabbrica partendo da un substrato conduttivo (ad es. Si n + ) sopra il quale si deposita una interfaccia di un ossido conduttivo (SnO2) lo strato di GaAs per il bulk e lo strato di Si che funziona da sorgente. Prima delia metallizzazione finale di fronte e retro, sÃ¬ puÃ² procedere alia stabilizzazione del cristallo degli strati. Questa struttura ha il vantaggio di consentire la reiterazione degli strati, tanti quanti la tecnologia ne permetterebbe senza che diminuisca l'affidabilitÃ e la resa dÃ¬ fabbricazione, permettendo la creazione di uno stack verticale di celle uguali, con ulteriore risparmio sull'area attiva, come mostrato in ftg.l l. This type of cell can be further simplified, because the e-h pairs would separate anyway as one species spreads and the other did not; the very simple structure becomes that indicated in fig 10. The structure is manufactured starting from a conductive substrate (eg Si n +) over which an interface of a conductive oxide (SnO2) is deposited the GaAs layer for the bulk and the Si layer which functions as a source. Before the final metallization of the front and back, it is possible to proceed to the stabilization of the crystal of the layers. This structure has the advantage of allowing the repetition of the layers, as many as the technology would allow without decreasing the reliability and manufacturing yield, allowing the creation of a vertical stack of equal cells, with further savings on the active area, as shown in ftg.l l.

Con fuso di un substrato isolante e opportune geometrie si puÃ² arrivare ad una struttura come quella di fig. Ã¬ 2 che, oltre alia facilitÃ del processo di fabbricazione, ha ia possibilitÃ di realizzare sia gli stack verticali di celle sia collegamenti orizzontali in macro-celle, per l'alia tensione (fig.13). With the fusion of an insulating substrate and suitable geometries it is possible to arrive at a structure like that of fig. Ã¬ 2 which, in addition to the ease of the manufacturing process, has the possibility of making both vertical cell stacks and horizontal connections in macro-cells, for high voltage (fig.13).

IL PANNELLO SOLARE THE SOLAR PANEL

I pannelli solari piani hanno, allo stato dellâ€™arte, un rendimento tale che circa il 90% dellâ€™energia solare viene convertita in energia interna, fino a temperature di circa 150 °C. Applicando tale temperatura, si ha, in uscita dal semicondutore, una densitÃ massima di potenza (teorica) di 33 W/dM<2>(vedere Fig.9). Per ottenere energia elettrica basta integrare una cella termo voltaica in questo tipo di pannello, progettando opportunamente i flussi di energia in ingresso e in uscita. Flat solar panels have, in the state of the art, an efficiency such that about 90% of the solar energy is converted into internal energy, up to temperatures of about 150 ° C. By applying this temperature, a maximum (theoretical) power density of 33 W / dM <2> is obtained at the output of the semiconductor (see Fig. 9). To obtain electricity, it is sufficient to integrate a thermo voltaic cell into this type of panel, appropriately planning the energy flows in and out.

Per avere un migliore controllo e mantenere costante la temperatura di funzionamento Si puÃ² usare, come serbatoio termico e stabilizzatore della temperatura, una miscela di sali con una ripartizione tale da avere una temperatura di fusione almeno di 150°C. La quantitÃ di sale deve essere progettata in modo che il calore latente di fusione immagazzinato, sia sufficiente a superare un numero prefissato dÃ¬ ore di non solarizzazione. To have better control and keep the operating temperature constant A mixture of salts with a distribution such as to have a melting temperature of at least 150 ° C can be used as a thermal reservoir and temperature stabilizer. The amount of salt must be designed in such a way that the latent heat of fusion stored is sufficient to exceed a predetermined number of hours of non-solarization.

Un progetto di massima del sistema Ã ̈ schematizzato in fig.15. Usando un pannello solare piano con il 90% di efficienza, ipotizzando una insolazione standard di 1 KW /m f, Si avrebbe, da un pannello di ur m<2>, una potenza dÃ¬ 0.9 KW di energia che, per essere trasformata in energia elettrica, avrebbe bisogno, alla temperatura di 150 °C, di circa 30 dm<2>(10 dm<2>se si usa uno stack verticale di 3 celle) di semiconduttore oppure solo 4 dm<2>(1,5 dm<2>con lo stack) se ss arrivasse a 200 °C. Invece di usare subito tutta l'energia in ingresso, si puÃ² pensare di sfamare il serbatoio di calore fornito dal sale fuso per immagazzinare lâ€™energia fornita dal sole nelle ore di insolazione e di estrarle in modo costante nellarco delie 24 ore; ipotizzando una insolazione giornaliera del 25% (6 ore) ci sarebbero 5.4 KWh ha dividere sulle 24h. dunque una potenza costante di 225 W per ia quale basterebbero circa 7,5 dm<2>(.2.5 dm<2>con lo stack) di semiconduttore o solo 1 dm<2>(0.33 dm<2>con lo stack) a 200 °C. A general project of the system is schematized in fig. 15. Using a flat solar panel with 90% efficiency, assuming a standard insolation of 1 KW / m f, We would have, from a panel of ur m <2>, a power of 0.9 KW of energy which, to be transformed into energy electrical, it would need, at the temperature of 150 ° C, about 30 dm <2> (10 dm <2> if using a vertical stack of 3 cells) of semiconductor or only 4 dm <2> (1.5 dm < 2> with the stack) if ss reached 200 ° C. Instead of immediately using all the incoming energy, one can think of feeding the heat reservoir supplied by the molten salt to store the energy supplied by the sun during the hours of insolation and to extract them constantly over 24 hours; assuming a daily insolation of 25% (6 hours) there would be 5.4 KWh divided over 24 hours. therefore a constant power of 225 W for which about 7.5 dm <2> (.2.5 dm <2> with the stack) of semiconductor would be enough or only 1 dm <2> (0.33 dm <2> with the stack) to 200 ° C.

in caso dÃ¬ prolungata assenza di solarizzazione, si puÃ² fornire energia al pannello tramile uno scambiatore ausiliario di calore che ricava energia usando bruciatori esterni. in the event of a prolonged absence of solarization, energy can be supplied to the panel by means of an auxiliary heat exchanger which obtains energy using external burners.

UNA MACCHINA TERMO-ELETTRICA A THERMO-ELECTRIC MACHINE

Se la tecnologia usata per fabbricare la celle a semiconduttore regge la temperatura (le metallizzazioni sono la parte piÃ¹ delicata), si puÃ² aumentare - 300 °C biando la miscelazione del sale di stabilizzazione e utilizzando direttamente un sistema di combustione " che fa arrivare il calore direttamente o usando un sistema di scambiatori di calore. La strutsarebbe semplificata (manca lâ€™interfaccia solare) come schematizzato in fÃ¬g. i4; per avere un generatore da 3KW basterebbero 3 dm<2>di semiconduttore @ 250°C o di 1 dm2 @ 300°C. Usando le celle a stack verticale si puÃ² diminuire larea di semiconduttore necessario a 30 cm<2>o aumentare la potenza in uscita. If the technology used to manufacture the semiconductor cells can withstand the temperature (the metallizations are the most delicate part), it is possible to increase - 300 ° C by mixing the stabilization salt and directly using a combustion system "which brings in the heat. directly or using a system of heat exchangers. It would be simplified (the solar interface is missing) as shown in fig. i4; to have a 3KW generator, 3 dm <2> of semiconductor @ 250 ° C or 1 dm2 @ 300 ° C. Using vertical stack cells you can decrease the semiconductor area needed to 30 cm <2> or increase the output power.

1. Riferendosi alle figure 1, 6, 10. 1 1 12, 13, si intuisce che si tratta di strutture facilmente realizzabili con la tecnologia a film sottile ben nota allo stato dell'arte. 1. Referring to figures 1, 6, 10. 1 1 12, 13, it can be understood that these are structures which can be easily made with the thin film technology well known in the state of the art.

2. Elevata densitÃ di potenza trattata. 2. High density of treated power.

3. Realizzazione di Pannelli solari ad altissima efficienza, con sorgente ausiliaria. per la generazione dÃ¬ energia, di facile distribuzione sui territorio, ecologicamente sostenibile. 3. Realization of very high efficiency solar panels, with auxiliary source. for the generation of energy, easy to distribute on the territory, ecologically sustainable.

4. Realizzazione di Macchine TermoElettriche di uso generico. 4. Realization of thermoelectric machines of generic use.

5. Alcune delle strutture rivendicate possono facilmente usare anche semiconduttori di natura or 5. Some of the claimed structures can easily also use semiconductors of an or nature

Claims

CLAIMS attached to the patent application for industrial invention, having for Î¤IÎ¤O-LO: â € œSemiconductor cells for high efficiency conversion of solar energyâ € CLAIMS 1. Structure formed by a bulk of intrinsic semiconductor laterally delimited by two metal contacts and separated by an oxide layer from an underlying metallization strip traversed by direct current; in the upper part of the structure a thin layer of an intrinsic semiconductor is deposited, without connecting it to the metal contacts, having a band gap no greater than that of the bulk, characterized by the fact that, if the structure is exposed to light radiation, only this surface layer generates an excess of electron pairs and holes; the charges diffuse through the bulk and the two positive and negative species are separated and directed to the two contacts through the magnetic field generated by the direct current that runs through the underlying metallization strip.

2. Structure formed by a bulk of intrinsic semiconductor laterally delimited by two metal contacts and separated by an oxide layer from an underlying strip of metallization traversed by direct current; in the upper part of the structure a thin layer of an intrinsic semiconductor with a band gap no greater than that of the bulk is deposited, without connecting it to the metal contacts, characterized by the fact that the product of the densities of the states of the conduction and valence bands is greater than at least an order of magnitude compared to the value of the same product for the bulk; due to this difference, an excess of thermally generated electron-hole pairs is created in the upper layer, compared to the bulk; these charges diffuse through the bulk and are separated and directed to the two contacts by means of the magnetic field generated by the direct current that runs through the underlying metallization strip.

3. Structure formed by an intrinsic semiconductor bulk laterally delimited by two metal contacts and separated by an oxide layer from an underlying metallization strip traversed by direct current; in the upper part of the structure is deposited, in such a way that it is connected only with one of the metal contacts, a layer of an intrinsic semiconductor having a band gap no greater than that of the bulk, characterized by the fact that the product of the densities of the states of the conduction and valence is greater than at least an order of magnitude with respect to the value of the same product for the bulk and by the fact that the potential energy of the electrons with respect to the intrinsic Fermi level has approximately the same value as the bulk; in these conditions an excess of thermally generated electron-hole pairs is created in the surface layer, compared to the bulk, but only the electrons diffuse through the bulk and are directed to the contact not connected to the surface layer through the magnetic field generated by the direct current that it runs along the underlying metallization strip, while the gaps go to the other short-circuited contact remaining confined to the inside of the surface layer.

4. Structure formed by placing a vertical sequence of three layers between two metal contacts consisting of: a conductive oxide interface, a bulk formed by a thin layer of intrinsic semiconductor, a source formed by a thin layer of intrinsic semiconductor characterized by a band gap not greater than that of the bulk, due to the fact that the product of the densities of the states of the conduction and valence bands is greater by at least an order of magnitude than the value of the same product for the bulk and from the fact that the energy potential of the electrons with respect to the intrinsic Fermi level is about the same as that of the bulk; in these conditions an excess of thermally generated electron-hole pairs is created in the surface layer, compared to the bulk, but only the electrons diffuse through the bulk and accumulate at the interface of the lower contact, negatively charging it, while the holes accumulate on the ™ other interface by positively charging the upper contact.

5. Device that uses the structure claimed in point 4, made with a sequence of a thin layer (about 0.1 micron) of SnO2 conductive oxide followed by a bulk of about one micron of intrinsic GaAs and a layer of about one micron of Si.

6. Device made by arranging vertically between two metal contacts, on a heavily doped Si substrate, a series of two or more structures made according to what is claimed in points 4 or 5.

7. Device made by arranging the semiconductors of the sequence claimed in points 4, 5, 6 on an insulating support covered by a layer of one micron of conductive oxide, so as to transform the lower metal contact into a lateral contact on the same side as the upper contact .

8. Device made by integrating in a single structure a series of components made as in points 1, 2, 3, 7.

9. An electricity generator characterized by: a) a thermally insulated system having a thermal capacity, the temperature of which is fixed and regulated by exploiting the latent heat of fusion of a suitable mixture of salts, and which absorbs energy through a heat exchanger fed by burning any type of fuel; b) the integration into the thermal system of a device made as claimed in points 2,3,4,5,6,7,8, in order to transform the incoming flow of thermal energy into electrical energy.

10. An electricity generator characterized by: a) a flat thermal solar panel manufactured according to the existing state of the art, used as the primary heat source of a thermally insulated system having a thermal capacity, the temperature of which is fixed and regulated by exploiting the latent heat of fusion of a mixture of salts; b) the integration of a heat exchanger to exploit an external auxiliary heat source: c) the integration into the thermal system of a device made as claimed in points 2,3,4,5,6,7,8 , in order to transform the incoming flow of thermal energy into electrical energy.