MX2012001218A

MX2012001218A - Celda solar y metodo de fabricacion de la misma.

Info

Publication number: MX2012001218A
Application number: MX2012001218A
Authority: MX
Inventors: Simon Fafard; Denis Paul Masson; Eric Desfonds
Original assignee: Cyrium Technologies Inc
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-06-01
Also published as: JP2013500591A; EP2460189A1; US8378209B2; WO2011011864A8; WO2011011864A1; CN102576778A; AU2010278623A1; IL217825A0; AU2010278623B2; US20110023958A1; CN102576778B; CA2769318A1

Abstract

Una celda solar y un método de fabricación de celdas solares. El método incluye un paso para separar las celdas solares vecinas formadas en una oblea semi-conductora al trazar la oblea para formar líneas de trazo en la oblea y aplicar una fuerza en, o adyacente a, las líneas de trazo para separar las celdas solares. El trazado es realizado en una capa de cubierta que cubre una capa de ventana de celdas solares, así minimizando el daño a la capa de ventana y mitigando la propagación de defectos en uniones p-n formadas en las celdas solares.

Description

CELDA SOLAR Y METODO DE FABRICACION DE LA MISMA Referencia a solicitudes relacionadas Está solicitud reclama el beneficio de prioridad de la solicitud de patente provisional de E.U.A. No. 61/229,548 presentada el 29 de Julio de 2009, que se incorpora a la presente como referencia en su totalidad.

Campo de la invención La presente invención generalmente se refiere a celdas solares y a la elaboración de las mismas. En particular, la presente invención se refiere a celdas solares que tienen una estructura que produce métricas de desempeño incrementadas de celda solar.

Antecedentes de la invención Las celdas solares deben sufrir numerosos pasos de elaboración durante la fabricación. Normalmente se requiere gran cuidado en cada uno de los pasos para asegurar que las celadas solares satisfacen sus especificaciones pretendidas (métricas de desempeño) , esas especificaciones incluyen, entre otras, eficiencia de conversión, voltaje de circuito abierto, densidad de corriente de corto circuito, y factor de carga .

El campo de fotovoltaicos concentrados (CPV) , o concentrador de fotovoltaicos , en donde la luz solar se enfoca (concentrada) en las celdas solares, ha sido el centro actual de mucha investigación, desarrollo, y actividades comerciales. Uno de los objetivos del CPV es generar más potencia con celdas solares de menor tamaño. Esto requiere celdas solares de alta eficiencia que tienen un área chica. Dimensiones ejemplares de celdas solares para CPV pueden estar en el intervalo desde, por ejemplo, 15 mm x 15 mm a lmm x 1 mm o menos.

Normalmente, las celdas solares multi-unión para CPV crecen en forma epitaxial en un misma oblea semiconductora y subsecuentemente se separan una de otra al cortar la oblea a lo largo de pistas de corte o pistas de corte predeterminadas. Una de las desventajas de cortar la oblea semiconductora es que el corte normalmente creará defectos a lo largo del corte por sierra, en el perímetro de las celdas solares. Las portadoras foto-generados, a saber, electrones y orificios, que se encuentran dentro de una longitud difusa de esos defectos, pueden propagar a los defectos y llegar a ser atrapados, o recombinados, en los defectos, así degradando las métricas de desempeño de las celdas solares. La estabilización química y de superficie, tal como ataque con ácidos en húmedo o con deposición de vapor químico con plasma mejorado SiN, se puede usar para remover o estabilizar estos defectos; sin embargo, es probable que una porción de los defectos permanecerá. Además, los químicos usados en algunos procesos de estabilización son ambientalmente hostiles y su eliminación es costosa.

La reducción en las métricas de desempeño de la celda solar puede percibirse particularmente en una celda solar chica hecha de material de alta calidad, la cual proporciona longitudes de larga difusión para las portadoras foto-generadas. Esas longitudes de larga difusión permiten una fracción considerable de las portadoras foto-generadas para alcanzar el perímetro de la celda solar a fin de recombinar (o ser atrapadas) en un defecto creado por el proceso de corte. En el pasado, las celdas solares de alta eficiencia han sido usadas principalmente en aplicaciones espaciales, por ejemplo, para energizar satélites. En esas aplicaciones, las celdas solares tienen un área superficial grande y por ello es esencialmente menor, o ninguna relación con respecto a la recombinación de portadoras foto-generadas en defectos en el perímetro de los dispositivos. Cualquiera de esas recombinaciones tiene un efecto insignificante en la eficiencia de conversión, ya que la fracción de portadoras foto-generadas que recombina en defectos en el perímetro de la celda solar, es chica.

Otra desventaja es que la provisión de las pistas de corte en la oblea semiconductora, entre celdas solares, asi como la via de sierra, justifica una porción dimensioanble de la oblea en la cual se forman las celdas solares. El material presente en la pista de corte a la larga va a los desperdicios en lugar de ser usado para convertir luz en electricidad. Este problema es exacerbado en celdas solares dé tamaño pequeño, mientras la fracción de material desaprovechado es mayor cuando las celdas solares tienen un área superficial chica, es decir, cuando la relación de área superficial de pista de corte a área superficial de celda solar es más grande. Una desventaja adicional de obleas semiconductoras de corte puede generar residuos que contienen constituyentes ambientalmente hostiles. Por ejemplo, en el caso de las celdas solares III-V, esto es, celdas solares hechas de material que comprende los elementos de los grupos III y V de la tabla periódica de los elementos, el proceso de corte generará residuos que pueden contener arsénico, galio, fósforo, etc. La eliminación de ese residuo es costosa.

Las mejoras en las celdas solares, por ello son deseables .

Sumario de la invención En un primer aspecto, la presente descripción proporciona una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal. La celda solar comprende un substrato de germanio: al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar; y una pared lateral que se extiende a lo largo de una altura de la capa de cubierta y hacia el substrato de germanio, la pared lateral tiene una superficie hendida, la superficie hendida está sustancialmente paralela a un plano de hendidura de la celda solar, el plano de hendidura está sustancialmente paralelo a un plano cristal de la celda solar.

La capa de cubierta puede ser una capa de cubierta modelada que expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar. La celda solar además puede comprender una capa de metal formada en una porción de la capa de cubierta modelada. Una porción de la capa de metal puede definir una barra colectora de la celda solar. La capa de ventana de celda solar puede incluir fosfuro de indio-aluminio, la capa de cubierta puede incluir arseniuro de galio, y al menos uno de al manos una unión- p-n puede incluir arseniuro de indio-galio. La capa de cubierta además puede incluir indio. La celda solar puede ser tal que al menos una unión p-n, la capa de ventana de celda solar, y la capa de cubierta son pseudomórficas con el substrato de germanio. La celda solar además puede comprender una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de cubierta modelada y en una porción de la pieza lateral, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral y la capa de cubierta modelada. La pieza lateral puede ser una pieza aisladora eléctrica. La pieza aisladora eléctrica puede incluir al menos uno de alúmina, nitruro de aluminio, óxido de berilio, vidrio, BK7, cuarzo, zafiro, vidrio de borosilicato, mullita, esteatita, foresteatita, circonia, nitruro de boro, polímeros, cloruro de polivinilo, metacrilato de polimetilo, y benzociclobutano . La pieza solar puede incluir silicio semi-aislante . La celda solar además puede comprender una capa de asilamiento eléctrico formada en una porción de la capa de cubierta modelada; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico a fin de definir una barra colectora de la celda solar, la capa de metal también se forma en una porción de la capa de cubierta modelada. La celda solar además puede comprender una capa de aislamiento eléctrico formada en una porción de la capa de cubierta modelada; una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico y en una porción de la pieza lateral, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral y- la capa de aislamiento eléctrico. El germanio puede ser un substrato vecinal gue tiene un ángulo vecinal comprendido entre 0o y 20°.

En un segundo aspecto, la presente descripción proporciona una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una- capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta moldeada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una pared lateral que se extiende a lo largo de una altura de la capa de cubierta modelada y hacia el substrato de germanio; una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de cubierta modelada y en una porción de la pieza lateral, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral y la capa de cubierta modelada .

La pared lateral puede tener una superficie hendida, la superficie hendida que está sustancialmente paralela a un plano de hendidura de la celda solar, el plano de hendidura que está sustancialmente paralelo a un plano cristal de la celda solar.

En un tercer aspecto de la presente descripción se proporciona una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una capa de aislamiento eléctrico formada en una porción de la capa de cubierta modelada; una pared lateral que se extiende a lo largo de una altura de la capa de cubierta modelada y hacia el substrato de germanio; una pieza lateral adyacente de la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico y en una porción de la pieza lateral, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral y la capa de aislamiento eléctrico. La pared lateral puede tener una superficie hendida, la superficie hendida está sustancialmente paralela a un plano de hendidura de la celda solar, el plano de hendidura está sustancialmente paralelo a un plano de cristal de la celda solar.

En un cuarto aspecto, la presente descripción proporciona una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo v; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una capa de aislamiento eléctrico formada encima de la capa de ventana de celda solar, adyacente a la capa de cubierta modelada; una pared lateral que se extiende a lo largo de una altura de la capa de aislamiento eléctrico y hacia el substrato de germanio; una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico, en una porción de la pieza lateral; y en una porción de la capa de cubierta modelada, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral, el aislante, y la capa de cubierta modelada.

La pared lateral puede tener una superficie hendida, la superficie hendida está sustancialmente paralela a un plano de hendidura de la celda solar, el plano de hendidura está sustancialmente paralelo a un plano cristal de la celda solar .

En un quinto aspecto, la presente descripción proporciona una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una capa de aislamiento eléctrico formada encima de la capa de ventana de celda solar, adyacente a la capa de cubierta modelada; y una capa de metal formada en una porción de la capa de asilamiento eléctrico y en una porción de la capa de cubierta modelada, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la capa de aislamiento eléctrico y la capa de cubierta modelada.

En un sexto aspecto, la presente descripción proporciona una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una capa de aislamiento eléctrico formada encima de la capa de cubierta modelada; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico y en una porción de la capa de cubierta modelada, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la capa de aislamiento eléctrico y la capa de cubierta modelada.

En un séptimo aspecto, la presente descripción proporciona un método para elaborar celdas solares a partir de una oblea semiconductora que tiene capas de crecimiento en forma epitaxial formadas en un substrato de germanio, algunas de las capas de crecimiento en forma epitaxial definen una unión p-n formada encima del substrato de germanio, las capas de crecimiento en forma epitaxial incluyen una capa de ventana formada encima de la unión p-n, las capas de crecimiento en forma epitaxial también incluyen una capa de cubierta formada encima de la capa de ventana, el método comprende los pasos de: trazar la capa de cubierta en un patrón predeterminado a lo largo de pistas de recorte, a fin de obtener lineas de recorte en las pistas de recorte; y separar la oblea semiconductora a lo largo de las lineas de recorte a fin de obtener una pluralidad de celdas solares. El trazado puede' ser precedido por un paso de asegurar las capas de crecimiento en forma epitaxial a una membrana estirable, y el paso de separar incluye estirar la membrana estirable.

Otros aspectos y características de la presente invención serán aparentes para los expertos en el arte al revisar la siguiente descripción de modalidades específicas de la invención en conjunto con las figuras acompañantes.

Breve descripción de las figuras Las modalidades de la presente invención ahora serán descritas, mediante por ejemplo únicamente, con referencia a las figuras anexas, en donde: La figura 1 muestra una vista transversal de una celda solar ejemplar de la presente descripción; La figura 2 muestra una micrografía de microscopio de electrones por barrido de celda solar que ha sido cortada en su capa de cubierta; La figura 3 muestra una micrografia de microscopio de electrones por barrido de celda solar que ha sido recortada en su capa de cubierta de ventana; La figura 4 muestra una vista superior de una celda solar ejemplar de la presente descripción; La figura 5 muestra una vista transversal de la celda solar de la figura 4; La figura 6 muestra otra vista transversal de la celda solar de la figura 4; La figura 7 muestra una vista superior de la celda solar de la figura 4 antes de haber tenido una capa de metal formada en ella; La figura 8 muestra una vista superior de otra celda solar ejemplar de la presente descripción; La figura 9 muestra una vista transversal de la celda solar de la figura 8; La figura 10 muestra otra vista transversal de la celda solar de la figura 8; La figura 11 muestra una vista superior de la celda solar de la figura 8 antes de haber tenido una capa de metal formada en ella; La figura 12 muestra una vista transversal de otra celda solar ejemplar de la presente descripción; La figura 13 muestra una vista superior de la celda solar de la figura 12; La figura 14 muestra una vista superior de otro ejemplo más de celda solar de la presente descripción; La figura 15 muestra una vista transversal de otro ejemplo de celda solar de la presente descripción; La figura 16 muestra una vista transversal de otro ejemplo de celda solar de la presente descripción; La figura 17 muestra una vista transversal de otro ejemplo de celda solar de la presente descripción; La figura 18 muestra una vista transversal de otro ejemplo de celda solar de la presente descripción; La figura 19 muestra una vista superior de una oblea semiconductora que tiene formada en ella una pluralidad de patrones de celda solar; La figura 20 muestra una vista de primer plano de la oblea semiconductora de la figura 19; La figura 21 muestra una vista transversal de una oblea semiconductora de la presente descripción; La figura 22 muestra una vista transversal de la oblea semiconductora de la figura 21 que¦ ha experimentado los pasos de procesamiento; La figura 23 muestra una vista transversal de la oblea semiconductora de la figura 22 que ha sufrido los pasos de procesamiento subsecuentes; La figura 24 muestra una vista transversal de la oblea semiconductora de la figura 23 que es sometida a trazado; La figura 25 muestra una vista superior de un par de celdas solares de lado a lado, antes de separarse; La figura 26 muestra una vista transversal del par de celdas solares de lado a lado de la figura 25 que es sometida a trazado; La fi.gura 27 muestra una vista superior de cuatro estructuras de celda solar de lado a lado antes de ser separadas una de la otra; La figura 28 muestra un método ejemplar de la presente descripción; y La figura 29 muestra otro método ejemplo de la presente descripción.

Descripción detallada de la invención Generalmente, la presente descripción proporciona una celda solar cristalina a base de semiconductor, que tiene paredes laterales paralelas a los planos de hendidura de la celda solar. Los planos de hendidura están sustancialmente paralelos a los planos de cristal de la celda solar. Las paredes laterales están formadas al trazar una capa de cubierta de la celda solar y mediante una operación de hendidura. Como tal, las paredes laterales tienen una densidad baja de defectos, por ejemplo, centros recombinantes no radiantes para las portadoras foto-generadas, generadas en la celda solar por la luz absorbida por la celda solar. Debido a las paredes laterales de alta calidad, la celda solar ha mejorado las métricas de desempeño tales como, por ejemplo, una eficiencia de conversión mejorada. La presente descripción también proporciona celdas solares que incrementan el porcentaje de la oblea semiconductora costosa (es decir, se incrementa la eficiencia de utilización de la oblea) usado en un proceso de elaboración. El porcentaje más alto de uso de oblea puede lograrse al formar, al menos en parte, una barra colectora de la celda solar en una pieza lateral colocada adyacente a una pared lateral de la celda solar .

Normalmente, una pluralidad de celdas solares son producidas en forma simultánea en un substrato semiconductor cristalino en el cual una serie de materiales semiconductores de crecimiento en forma epitaxial que forman, entre otras estructuras, una o más de las uniones p-n. Las uniones p-n son usadas para generar un fotovoltaje al separar las portadores foto-generadas. Una capa de ventaja (o capa de ventana de celda solar) , que normalmente es una capa semiconductora que tienen una alta transparencia óptica en el intervalo de longitud de onda de interés (por ejemplo, transparente a la mayoría de luz de sol) , pero también tiene una buena conductividad de lámina para llevar la corriente en forma lateral, que crece en la parte superior de las una o más uniones p-n. Como es conocido en el arte, uno de los papeles de la capa de ventana es reflejar la minoría de portadoras a fin de prevenir que alcancen la parte más superior de la celda solar en donde se podrían recombinar con la mayoría de las portadoras o perderse en los centros de recombinación de superficie. Otra función de la capa de ventana es permitir que la luz ingrese a su celda solar.

El fotovoltaje generado por una o más de las uniones p-n de una celda solar puede usarse por conexión eléctrica a la celda solar a cualquier carga adecuada tal como, por ejemplo, un inversor de energía conectado a una red eléctrica. Para conectar la celda solar a la carga, se forman contactos eléctricos en la celda solar. Un primer contacto normalmente se formará mediante el crecimiento de una capa de cubierta altamente dopada en la ventana seguido por una deposición de metal modelado en la capa de cubierta. Como tal, el primer contacto se forma en una ventana lateral de las una o más uniones p-n. La capa de cubierta tiene que ser removida en áreas especificas para exponer la capa de ventana a fin de permitir que la luz' penetre la celda solar. La capa de cubierta también puede ser removida desde las pistas de corte. Un cable conductor o una lámina conductora conecta la deposición de metal a la carga. Se forma un segundo contacto opuesto a las una o más uniones p-n, normalmente en el substrato lateral de la celda solar, y se conecta subsecuentemente a la carga , para completar el circuito. El segundo contacto puede tomar la forma de un semiconductor altamente dopado, un contacto óhmico, una capa de metal, una unión de túnel que conecta a una unión p/n, o una combinación de los anteriores. La conexión de los cables conectores a la celda solar normalmente se hace una vez a la celda solar habiendo sida separada en matrices y montada en las portadoras. Esos contactos puede estar hechos al usar procesos similares como si la celda solar es una celda solar de unión simple o una celda solar de unión múltiple, o si la celda solar es una celda pseudomorfica (es decir, mismas constantes de red cristalina promedio como los substratos y coherentes al substrato, esto es, una celda solar de cristal simple) , una celda metamórfica, y celda metamórfica invertida que tienen un substrato substituto o no.

La figura 1 muestra una vista transversal de una modalidad de una celda solar 100 de la presente descripción. La celda solar 100 está hecha de materiales semiconductores, tiene una estructura de cristal y planos de cristal. La celda solar 100 tiene un substrato 102, que puede ser, por ejemplo, un substrato del grupo IV, tal como un substrato de germanio. Un unión p-n 104 (o más de una unión p-n) se forma en el substrato 102, y una capa de ventana 106 se forma en la unión p-n 104. Además, una capa de cubierta 108 se forma en la capa de ventana 106, y una capa de metal 110 se forma en la capa de cubierta. Aunque la presente descripción describe celdas solares que tienen una unión p-n, las celdas solares con cualquier número de uniones p-n formadas entre el substrato 102 y la capa de ventana 106 también están dentro del alcance de la presente descripción. Además, la presente descripción incluye celdas solares hechas de aleaciones binarias, ternarias y/o cuaternarias de elementos del grupo III-V, asi como aleaciones del grupo II-VI, o de elementos del grupo IV o materiales aleados. Los semiconductores calcogenados pueden crecer en una forma cristalina adecuada, o una combinación de aleaciones de los grupos anotados con anterioridad.

Específicamente, esto incluye elementos o aleaciones o combinaciones que forman la siguiente lista: Si, Ge, SiGe, GaP, A1P, AlGaP, ZnS, ZnSe, ZnSeS, GaAs, AlAs, AlGaAs, MgS, InP, CdS, gSe, GalnP, Allnp, AlGalnp, InGaAs, AlInGaAs, InGaAsP, AlGaAsP, AlInGaAsP, InAs, AlInAs, AlInAsP, GaSb, GaAsSb, AlAsSb, GaAlAsSb, AlInSb, GalnSb, AlInGaSb, CdSe, CdSSe, AISb, ZnTe, gTe, InSb, CdTe, InN, AIN, GaN, InGaN, AlGaN, InGaAln, InGaAsN, InAlGaAsN, BN, BP, BAs, BSb, InGaAlPAsSb, BInGaAlNPAsSb, CuInGaS, CuInGaSe, CdIn2S4, CdIn2Se4/ y otros. Como será entendido por los expertos, el orden o concentración de las aleaciones enlistadas anteriormente puede cambiarse o ajustarse para las modalidades de interés. Además, estas aleaciones pueden contener homoestructuras , heteroestructuras o nanoestructuras de baja dimensionalidad.

La celda solar tiene una pared lateral 112 que se extiende a lo largo de la altura 114 de la capa de cubierta 108, o a lo largo de una porción de la altura 114 de la capa de cubierta 108, y hacia el substrato 102. La pared lateral 112 se forma en una operación de trazar y hendir de una oblea semiconductora que incluye el substrato 102, la unión p-n 104, la capa de ventana 106, la capa de cubierta 108 y, opcionalmente,0 la capa de metal 110. Un ejemplo de esa oblea y un ejemplo de una operación de trazar y hendir se describen en otra parte en la descripción. La pared lateral 112, que ha sido formada por una operación de hendidura, es paralela a un plano de hendidura de la celda solar 100, y la celda solar es una estructura cristalina con planos de cristal, el plano de. hendidura es paralelo a un plano de cristal de la celda solar 100. Un plano de hendidura también puede ser referido como un plano de hendidura. Como es conocido en el arte, las portadoras de carga foto-generadas (electrones y orificios) pueden recombinarse en forma radiante en la celda solar 100 sin contribuir a ninguna generación de corriente. Debido a que la pared lateral 112 está sustancialmente libre de defectos, puede actuar como un espejo para reflejar la fotoluminiscencia que alcanza la pared lateral 112 hacia la unión p-n 104 en donde la fotoluminiscencia puede ser absorbida y genera una fotocorriente . Como tal, la pared lateral 112 puede prevenir que las portadoras foto-generadas se recombinen en forma no radiante o de ser atrapadas, y, también pueden reflejar la fotoluminiscencia hacia la unión p-n 104 en donde pueden ser absorbidas y generar una fotocorriente .

Como se describirá a detalle a continuación, la separación de las celdas solares formadas en una oblea semiconductora puede hacerse mediante una operación de trazar y hendir. La operación de hendir puede incluir una operación de estiramiento. El paso de trazar se refiere a lineas de recorte en la oblea semiconductora a fin de debilitar la oblea semiconductora a lo largo de las lineas de recorte o iniciar una ruptura en un plano de hendidura de interés. Las lineas de recorte están sustancialmente paralelas a los planos de cristal de la oblea semiconductora. La operación de estiramiento se refiere a estirar una membrana estirable en la cual se asegura la oblea semiconductora trazada. Cuando la membrana estirable es estirada, la oblea será hendida (rota, separada) a lo largo de las lineas de recorte, y resulta en una pluralidad de matrices de celda solar que tienen paredes laterales de superficie hendida, que están paralelas a un plano de cristal de la celda solar (oblea semiconductora) . La ventaja de tener celdas solares con esas paredes laterales se describen a continuación.

La figura 2 y 3, cada una muestra una micrografia de microscopio de electrones por barrido de inclinación de 60° (SEM) de una pared lateral de una respectiva celda solar que ha sufrido trazado usando la misma herramienta de trazado con diamante. La estructura de la celda solar mostrada en la figura 2 es similar a la estructura mostrada en la figura 1 en la que la capa de ventana de la celda solar de la figura 2 tiene una capa de cubierta como parte de la pared lateral. El trazado de la celda solar de la figura 2 se efectúa en la capa de cubierta, la cual, en este caso, está hecha de arseniuro de galio (GaAs) . La celda solar mostrada en la figura 3 no tiene una capa de cubierta como parte de la pared lateral. Como tal, el trazado de la celda solar de la figura 3 se efectúa en la misma capa de ventana. En ambas la figura 2 como 3, se indica la estructura en la cual se formaron las uniones p-n mediante la altura de soportes encrespados 141. Como es aparente a partir de las figuras 2 y 3, ocurren más daños en la celda solar que ha tenido su capa de ventana trazada directamente (figura 3) que en la celda solar que ha sido trazada a través de una capa de cubierta (figura 2) . Además, como se evidencia por la figura 3, el daño en la celda solar que ha sido trazada en forma directa en su capa de ventana se extiende bien en las uniones p-n. En contraste a la celda solar de la figura 3, no existe ese daño que se extiende en las uniones p-n de la celda solar de la figura 2. Como se evidencia a continuación, una ausencia de ese daño lleva a métricas de desempeño mejorado de celda solar.

Como es conocido en el arte, a fin de obtener un desempeño mejorado de celda solar, es preferido usar un material de ventana semiconductora (capa de ventana 106) que tenga una brecha de banda con una energía grande suficiente para ser transparente para la mayoría de la luz de sol transmitida a través de este y adecuadamente encima de la brecha de banda de energía de los semiconductores usados en la celda solar, pero también preferiblemente que tenga una red cristalina de material constante similar al resto de la celda solar para evitar los defectos de red cristalina (por ejemplo, dislocaciones) en la celda solar. En las celdas solares de la figura 2 y de la figura 3, la capa de ventana está hecha de un material ternario, en este ejemplo, fosfuro de aluminio-indio (AlInP) , que es más quebradizo (frágil) que el GaAs, que se usa como la capa de cubierta en la celda solar de la figura 2. Como se observa, ocurre más daño al hendir en la capa AlInP que en la capa GaAs, que puede ser atribuible a diferentes propiedades de estos materiales para resistir fracturas, o sufrir fracturas dúctiles, o hendir a lo largo de planos bien definidos o hendir más caóticamente. Como será bien claro para el experto, trazar directamente en otros materiales de ventana potenciales, tal como fosfuro de aluminio-indio-galio (AlInGaP) , seleniuro de cinc (ZnSe) , fosfuro de aluminio (A1F) , u otras aleaciones III-V o II-VI que tiene una brecha de banda y constante de red cristalina adecuados para usarse como una capa de ventana, se espera que resulte en un comportamiento similar, esto e's, estaría más sujeto a fracturas caóticas o aleatorias que el GaAs.

La tabla 1 muestra datos de circuito abierto (V0c) tomados para múltiples matrices de celda solar obtenidos a partir de una oblea que ha sido trazada directamente en su capa de ventana (tal como se muestra en el ejemplo de la figura 3), y para matrices de celda solar obtenidas a partir de una oblea que ha sido trazada sobre una capa de cubierta (como la mostrada en el ejemplo de la figura 2) . En ambos casos, el voltaje de circuito abierto, Voc, fue medido con las celdas solares aún en la oblea (antes) , y después de haber sido trazadas y hendidas desde la oblea (después) .

TABLA 1 Como es aparente a partir de la tabla 1, la variación en el voltaje de circuito abierto es considerablemente menor cuando se efectúa el trazado a través de una capa de cubierta. Como será entendido por el experto en el arte, Voc está directamente relacionado a la eficiencia de conversión de celdas solares y a otros parámetros de celdas solares.

Esto se debe a que la eficiencia. (Eff ) , que también puede referirse como eficiencia de conversión, se refiere al voltaje de circuito abierto (V0c) la corriente de corto circuito (Jsc) el factor de carga (FF) y la potencia incidente (generada por la luz que colisiona (luz solar) ) que viene en (Pin) como se expresa en la ecuación: Eff = V0C*Jsc*FF/Pin.

Ya que V0c parece ser principalmente afectada por los defectos en la ventana y área de unión p-n, el FF también puede reducirse debido a la corriente de fuga provocada por los daños en la capa de ventana, el área de unión p/n, o ambos. La corriente de corto circuito (Jsc) se espera que sea esencialmente no afectada por los daños en la capa de ventana y el área de unión p-n. V0c está relacionada con la corriente de fuga mediante la relación simple en donde Jsat es la corriente de saturación. Una Jsat baja es deseada para incrementar el V0c- Los valores más altos de Jsat resultarán de la corriente de fuga en los bordes de las celdas solares .

Como tal, uno puede concluir que la formación de lineas de recorte directamente en la capa de ventana 106 puede llevar a fisuras y defectos que se extienden a la unión p-n de la celda solar, y provocan una reducción en la eficiencia de conversión y de otros parámetros de la celda solar. Esto es, una porción de las foto-portadoras gene-radas en la unión p-n (o en múltiples uniones p-n) puede propagar lateralmente y recombinar en los defectos formados en la pared lateral de la celda solar. Esto es, esas fisuras y defectos pueden atrapar portadoras foto-generadas y negativamente afectar la eficiencia de las celdas solares. Además, esas fisuras, fracturas, y defectos dan origen a asuntos de conflabilidad ya que son aptos para propagar la humedad, oxidación, y corrosión en la celda solar, que, con el tiempo y a través de variaciones de temperatura, pueden hacer que esas celdas solares sean inestables. Esto es una relación particular en celdas solares de área chica usadas en los sistemas fotovoltáicos concentradores en donde la relación de área de perímetro a área de ventana (área de superficie de entrada de luz) puede ser relativamente alta.

Por ello, es aparente que al formar la celda solar a través de un técnica de trazar y hendir (con o sin estiramiento) , con el paso de trazado realizado en una capa de cubierta, el número de defectos en las paredes laterales de celda solar se reduce y se puede observar un incremento en las métricas de desempleo de la celda solar.

Las paredes laterales de celdas solares mostradas en las figuras 2 y 3 fueron ambas obtenidas por operaciones de trazado y estiramiento, y más defectos fueron observados en la celda solar de la figura 3, la cual fue trazada en su capa de ventana en lugar de en una capa de cubierta. Como será entendido por los expertos, separar las celdas solares a través de un corte de una oblea semiconductora resultaría en paredes laterales de mucha menor calidad (más defectos) que la pared lateral mostrada en la figura 2.

Por ello, la celda solar de la figura 1, con su pared lateral 112 tiene una superficie hendida que se extiende a lo largo de la altura 114 de la capa de cubierta, o a lo largo de una porción de la altura 114, hacia el substrato 102, y está paralela a un plano cristal de la celda solar 100 que tiene una eficiencia mejorada sobre las celdas solares que no tienen esas paredes laterales.

La figura 4 muestra una vista superior ejemplar de una celda solar 100. En la figura 4, la capa de cubierta 108 define un patrón que expone la capa de ventana 106. En este caso, la capa de cubierta 108 puede ser referida como una capa de cubierta modelada. La capa de metal 110 define barras colectoras 116 y línea de cuadrícula 118. La porción expuesta de la capa de ventana 106, entre las barras colectoras 116 y las líneas de cuadricula 118 pueden referirse como una porción de entrada de luz 105. En el ejemplo presente, las barras colectoras 116 y líneas de cuadrícula 118 están formadas encima de la capa de cubierta 108. Las líneas de cuadrículas 118 están eléctricamente conectadas a las barras colectoras 116. Una carga externa (no mostrada) puede ser conectada a las barras colectoras 116 a través de cualquier medio adecuado como, por ejemplo, unión por hilo, lengüetas de metal soldadas, láminas o alambres de metal soldadas, unión por cinta, etc.

La figura 5 muestra una vista transversal de la celda solar 100 tomada a lo largo de la línea V-V de la figura 4. Como se muestra en la figura 4 y 5, la capa de cubierta 108 define un armazón 109 en una porción de perímetro 107 de la capa de ventana 106. La porción de perímetro 107 yace debajo del armazón 109. Por ventaja, el armazón 109 proporciona protección a la capa de ventana 106 y a la unión p-n 104 durante la manipulación de la celda solar 100 a través de pinzas o cualquier otra herramienta. Además, el armazón 109 define una superficie en la cual la herramienta de agarre, por ejemplo, una herramienta de recolección en vacío, puede agarrar y desplazar la celda solar 100. Aunque el armazón 109 rodea la celda solar 100, esto necesita no ser el caso. En su lugar, el armazón puede extenderse' únicamente sobre una porción de la porción de perímetro 107 de la capa de ventana 106 sin separarse del alcance de la presente descripción.

La figura 6 muestra una vista transversal de la celda solar 100, tomada a lo largo de la línea VI-VI de la figura 4. Las lineas de cuadrícula 118 se muestran formadas en la capa de cubierta 108.

La figura 7 muestra una vista superior de la celda solar 100 de la figura 4 pero sin la capa de metal 110 formada sobre la capa de cubierta 108. Una capa de cubierta modelada 111 y una porción de entrada de luz 105 de la capa de ventana 106 se muestran.

Con referencia a la figura 4 y 7, será entendido que el experto en el arte, la porción de la celda solar 100 que es para recibir luz solar (porción de entrada de luz 105) , es la porción de la capa de ventana 106 visible a través de la capa de cubierta modelada 111 y comprendida entre las barras colectoras 116 y líneas de cuadrícula 118.

La figura 8 muestra una vista superior de otra modalidad de una celda solar 100. En la figura 8, la capa de cubierta 108 define un patrón que expone la capa de ventana 106. En este caso, como en las modalidades mostradas en la figura 4, la capa de cubierta 108 puede ser referida como una capa de cubierta modelada. La capa de metal 110 define barras colectoras 116 y lineas de cuadricula 118. Las barras colectoras 116 y lineas de cuadricula 118 se forman encima de la capa de cubierta 108. Las lineas de cuadricula 118 se conectan eléctricamente a las barras colectoras 116. Una carga externa (no mostrada) puede conectarse a las barras colectoras 116 a través de cualquier medio adecuado tal como unión por hilo, lengüetas de metal soldadas, láminas o alambres de metal soldados, unión por cinta, etc.

La figura 9 muestra una vista transversal de la celda solar 100 tomada a lo largo de la linea IX-IX de la figura 8. Como se muestra en la figura 8 y 9, la capa de cubierta 108 define un armazón 120 en una porción de perímetro 122 de la capa de ventana 106. La porción de perímetro 122 yace debajo del armazón 120. Por ventaja, el armazón 120 proporciona protección a la capa de ventaja 106 y a la unión p-n 104 durante la manipulación de la celda solar 100 a través de pinzas o cualquier otra herramienta adecuada. Además, el armazón 120 define una superficie sobre la cual una herramienta de agarre, por ejemplo, una herramienta de succión, puede agarrar la celda solar 100 para desplazar la celda solar 100. Aunque el armazón 120 rodea la celda solar 100, esto necesita no ser el caso. En su lugar, el armazón puede extenderse únicamente en una porción de la porción de perímetro 122 de la capa de ventana 106 sin separarse del alcance de la presente descripción.

Como el armazón 120 puede hacerse de un material semiconductor altamente dopado, por ejemplo, altamente dopado con GaAs, y rodear la celda solar 100, puede mantener un voltaje constante durante operaciones de electrodeposición . Como será entendido por el experto en el arte esa electrodeposición puede hacerse con la capa de cubierta completa 108 presente y con máscaras que cubren partes de la capa de cubierta 108 que están a la larga para ser libres de cualquier metalización. Los tipos de máscaras discutidas aquí pueden ser máscaras foto-resistentes obtenidas a partir de técnicas de foto-litografía semiconductora estándar, como se describe a continuación. El paso de electrodeposición, si se elige como una formar para metalizar la oblea, se puede incorporar en la fabricación al final del proceso o al inicio del proceso.

La figura 10 muestra una vista transversal de la celda solar 100 tomada a lo largo de la línea X-X de la figura 8. Las líneas de cuadrícula 118 se muestran formadas en la capa de cubierta 108. El armazón 120 y la porción de perímetro 122 de la capa de ventana también se muestran en la figura 10.

La figura 11 muestra una vista superior de la celda solar 100 de la figura 8 pero sin la capa de metal 110 formada en la capa de cubierta 108. Una capa de cubierta modelada 124 y una porción de entrada de luz 105 de la capa de ventana 106 se muestran.

La figura 12 muestra una vista transversal de otra modalidad de la celda solar 100 de la presente descripción. La celda solar 100 de la figura 12 tiene un substrato 102, una unión p-en 104 (o más de una unión p-n) , una capa de ventana 106, una capa de cubierta 108 y una capa de metal 110. La capa de metal forma barras colectoras 116. La celda solar 100 tiene paredes laterales 112 que pueden ser la misma que la pared lateral 112 mostrada en la figura 1. Además, la celda solar 100 de la figura 12 tiene piezas laterales 126 adyacentes a la pared lateral 112. Las barras colectoras 116 están formadas en parte en la capa de cubierta 108 y en las piezas laterales 126. Las barras colectoras 116 pueden formarse en su mayor parte encima de la respectiva pieza lateral 126. Esto es, como se muestra en la figura 12, un área superficial mayor (y volumen) de una barra colectora 116 se forma encima de una pieza lateral 126, y un área superficial menor (y volumen) de la barra colectora 116 se forma encima de la capa cubierta 108. En la presente modalidad, cada barra, colectora 116 une a la pieza lateral 126 y la capa de cubierta 108. En la presente modalidad, y en otras modalidades en donde las barras colectoras 116 se forman en su mayor parte encima de las piezas laterales, las barras colectoras 116 pueden referirse como barras colectoras externas .

Las piezas laterales 126 pueden formarse de material de aislamiento eléctrico. Esto es, las piezas laterales pueden ser piezas de aislamiento eléctrico. El material usado en la formación de la pieza de aislamiento eléctrico puede incluir al menos una de alúmina, nitruro de aluminio, óxido de berilio, vidrio, BK7, cuarzo, zafiro, vidrio de borosilicato, mullita, esteatita, foresteatita, circonia, nitruro de boro, polímeros, cloruro de polivinilo (PVC) , metacrilato de polimetilo (PM A), y benzociclobutano (BCB) .

Otros compuestos o material laminar tal como, por ejemplo, material FR4 (Retardante de Flamas 4), u otros materiales cerámicos, también pueden usarse para formar las piezas laterales 126. El silicio de semi-aislamiento también puede usarse para formar las piezas laterales 126.

Para entender la ventaja de tener las barras colectoras 116 formadas por la myor parte, encima de sus respectivas piezas laterales 126, como se muestra en la modalidad de la figura 12, uno debe considerar como funciona una celda solar cuando las barras colectoras 116 sean formadas encima del substrato 102 y sobrepuestas a una unión p-n 104, una capa de ventana 106, y una capa de cubierta 108 como se muestra en la figura 1. En la iluminación de la celda solar, un voltaje se desarrolla entre las barras colectoras 116 y el contacto lateral de substrato de la celda solar. En el caso en donde el substrato está dopado con n, y la unión p-n 104 tiene su lado p más cercano al substrato 102 que en su lado n, la absorción de luz de la celda solar en operación normal provocará que los electrones se muevan al contacto superior, el cual incluye barras colectoras 116, y orificios para mover al contacto de fondo, el cual incluye el substrato 102. Esta acumulación de electrones y orificios crea un foto-voltaje entre las barras colectoras - 116 y el contacto lateral de substrato (contacto de fondo) . El foto-voltaje a su vez generará un componente de corriente oscura bajo las barras colectoras 116. La corriente oscura en una celda solar debe mantenerse a un mínimo debido a que afecta el desempeño de la celda solar a través de su V0c de acuerdo con la relación V0c ~ In(Iin/Id) en donde Im es la corriente bajo iluminación e Id es la corriente oscura. Además, la corriente oscura en las capas de celda solar directamente bajo las barras colectoras 116 se incrementarán significativamente mientras el voltaje se incrementa bajo alta concentración haciéndola más susceptible a falla por descarga electrostática o a modos de falla por anomalía provocados por defectos de fabricación o epitaxia local, o a partir de excursiones de voltaje aplicados en forma no intencional durante la instalación u operación. Por ejemplo, en operación normal, la densidad de corriente es más alta en la vecindad de las barras colectoras 116 debido a que toda la corriente desde el área activa normalmente se extraída vía las barras colectoras 116. La densidad de alta corriente puede llevar a un calentamiento local en las áreas de barra colectora. Esos efectos térmicos alrededor de las áreas de barra colectora reducirán la brecha de banda semiconductora del material semiconductor bajo las barras colectoras 116. Este efecto puede incrementar la corriente que fluye bajo la barra colectora, especialmente bajo alta concentración solar, la cual puede llevar a un ciclo de realimentación amplificado que posiblemente lleva a una falla catastrófica del material en la región de barra colectora (corrientes de exceso e incrementos de temperatura en exceso) . Esto es evitado si las barras colectoras 116 se forman la mayor parte encima de sus respectivas piezas laterales 126.

Como tal, una ventaja de tener las barras colectoras 116 formadas en la mayor parte encima de sus respectivas piezas laterales 126, es que la corriente oscura se minimiza. Además, los portadores foto-generados, esto es, los electrones y orificios creados por la absorción de luz en la celda solar 100 no se propagarán sustancialmente bajo las barras colectoras 116 y, a su vez, se pierden en la región de corriente oscura de la celda.

La figura 13 muestra una vista superior ejemplar de la celda solar 100 de la figura 12, sin la capa de metal 110. Una capa de cubierta modelada 128 y una porción de entrada de luz 105 de la capa de ventana 106 se muestran. Como se muestra en la figura 13, las paredes laterales 112', que pueden ser similares a las paredes laterales 112 y que no tienen piezas laterales enfrentadas, también están presentes.

La figura 14 muestra otra vista superior ejemplar de la celda solar 100 de la figura 12, sin la capa de metal 110. Como se muestra en la modalidad de la figura 14, las paredes laterales 112' tiene piezas laterales que están enfrentadas. En la presente modalidad, las piezas laterales 126 rodean la capa de cubierta modelada 128. Un ejemplo de cómo las piezas laterales 126 pueden ser formadas además será descrito a continuación .

La figura 15 muestra una vista transversal de otra modalidad de la celda solar 100 de la presente descripción. La celda solar 100 de la figura 15 tiene un substrato 102, una unión p-n (o más de una unión p-n) , una capa de ventana 106, una capa de cubierta 108, una capa de aislamiento eléctrico 130, y una capa de metal 110. La capa de metal 110 forma las barras colectoras 116, que están, en la mayor parte, formadas encima de la capa de aislamiento eléctrico 130. Esto es, un área superficial mayor (y volumen) de una barra colectora 116 se forma encima de la capa de aislamiento eléctrico 130, y un área superficial menor (y volumen) , cualquiera, de la barra colectora 116 se forma encima de la capa de cubierta 108. La celda solar 100 de la figura 15 tiene las mismas ventajas que la celda solar de la figura 12. Las ventajas del diseño de celda solar de la figura 15 incluyen corriente oscura reducida bajo las barras colectoras 116 y riesgos reducidos de falla de corriente/voltaje bajo las barras colectoras 116 debido a los defectos de la excursión epitaxia, de fabricación o de voltaje en el montaje u operación descrito anteriormente en relación a la figura 12.

La figura 16 muestra una vista transversal de otra modalidad de la celda solar 100 de la presente descripción. La celda solar 100 de la figura 16 tiene un substrato 102, una unión p-n 104, una capa de ventana 106, una capa de cubierta 108, una capa de aislamiento eléctrico 130, y una capa de metal 110. Como en la celda solar de la figura 12, la' celda solar de la figura 16 tiene paredes laterales 112 adyacentes a las piezas laterales 126. La capa de aislamiento eléctrico 130 se forma encima de una porción de la capa de cubierta 108. La capa de metal 110 forma barras colectoras 116, que están, en la mayor parte, formadas encima de las piezas laterales 126 y la capa de aislamiento eléctrico 130. La celda solar 100 de la figura 16 tiene las mismas ventajas que las celdas solares de la figura 12. La modalidad de la figura 16, la cual también tiene baja corriente oscura bajo las barras colectoras 116, puede considerarse un híbrido de las modalidades de la figura 12 y de la figura 15. Aunque no se muestra en la figura 16, la capa de aislamiento 130 puede extenderse encima de la pieza lateral 126 sin separarse del alcance de la presente descripción. En esa modalidad, la capa de aislamiento 130 puede agregar resistencia mecánica/estructural a la celda solar 100 al actuar como una unión entre la capa de cubierta 108 y la pieza lateral 126. Además, las barras colectoras 116 pueden unir la capa de cubierta 108 y las piezas laterales 126, y sobreponer la capa de aislamiento 130, sin separarse del alcance de la presente descripción. La capa de aislamiento 130 también puede formarse en la pared lateral 112 sin separarse del alcance de la presente descripción.

La figura 17 muestra una vista transversal de otra modalidad de la celda solar 100 de la presente descripción. La celda solar 100 de la figura 17 tiene un substrato 102, una unión p-n 104, una capa de ventana 106, una capa de cubierta 108, una capa de aislamiento eléctrico 130, y una capa de metal 110. Como en la celda solar de la figura 12, la celda solar de la figura 17 tiene paredes laterales 112 adyacentes de piezas laterales 126. La capa de aislamiento eléctrico 130 se forma encima de una porción de la capa de ventana 106 y adyacente a la capa de cubierta 108. La capa de metal 110 forma barras colectoras 116, que están, en la mayor parte, formadas encima de las piezas laterales 126 y la capa de aislamiento eléctrico 130. Además, las barras colectoras 116 unen la capa de cubierta 108 y las piezas laterales 126. La celda solar 100 de la figura 17 tiene las mismas ventajas que la celda solar de la figura 12 en que tiene una baja corriente oscura bajo las barras colectoras 116. Alternativamente, la capa de aislamiento 130 también puede formarse en la pared lateral 112 sin separarse del alcance de la presente descripción.

Como será apreciado por el experto en el arte, la modalidad de las figuras 12, 13, 14, 16 y 17 en la mayoría remueve las barras colectoras 116 desde las capas de crecimiento en forma epitaxial (material) de las celdas solares, así proporcionando más área superficial del semiconductor desde el cual las celdas solares son formadas para convertir luz a electricidad. Modalidades ejemplares han sido mostradas con anterioridad, pero otras variaciones pueden ser diseñadas sin separarse del alcance de la descripción. Alternativamente, las modalidades de las figuras 12, 13, 14, 16, y 17 pueden usarse para generar una misma cantidad de energía con menos material semiconductor de crecimiento en forma epitaxial, el cual es costoso. Esto también puede incrementar la densidad de los dispositivos por oblea en la elaboración, es decir, la eficiencia de utilización de oblea se incrementa. Debido a que una barra colectora normal está entre 0.1 mm a 0.5 mm de ancho y normalmente existen dos barras colectoras por dispositivo, podría incrementar el área disponible por más de 10% para ~lxl cm2 de celdas y más de 100% por lxl mm2 de celdas. Las piezas laterales 126 pueden asegurarse a la pared lateral 112 o pared lateral 112' usando, por ejemplo, · materiales adhesivos o soluciones adhesivas. Las paredes laterales 112 mostradas en las figuras 12, 13, 14, 16 y 17, y las paredes laterales 112' mostradas en la figura 14 pueden formarse por una técnica de trazar y hendir como se describió en otra parte en la presente descripción o, puede ser formado por un proceso de corte si se crean defectos al cortar que no se esperan provoquen una reducción notable en las métricas de desempeño .

La figura 18 muestra una vista transversal de otra modalidad de la celda solar 100 de la presente descripción. La celda solar 100 de la figura 18 tiene un substrato 102, una unión p-n 104 (o más de una unión p-n) , una capa de ventana 106, una capa de cubierta 108, una capa de aislamiento eléctrico 130, y una capa de metal 110. La capa de aislamiento eléctrico 130 está formada encima de una porción de la capa de ventana 106 y adyacente a la capa de cubierta 108. La capa de metal 110 forma barras colectoras 116, las cuales están, en la mayor parte, formadas encima de la capa de aislamiento eléctrico 130. Esto es, un área superficial mayor (y volumen) de una barra colectora 116 está formada encima de la capa de aislamiento eléctrico 130, y un área superficie menor (y volumen) , cualquiera, de la barra colectora 116 se forma encima de la capa de cubierta 108. La celda solar 100 de la figura 18 tiene la misma ventaja que la celda solar de la figura 12 en que tiene una baja corriente oscura, bajo las barras colectoras 116. La combinación de corriente oscura reducida bajo las barras colectoras 116, la cual incrementará las métricas de desempeño de la celda solar 100, y el riesgo reducido de corto-circuitar la unión p-n 104 vía los defectos, o en el caso de una reducción de brecha de banda, via los efectos térmicos en las áreas de barra colectora, son particularmente benéficas en que las métricas de desempeño mejorado de celda solar y confiabilidad mejorada pueden ser obtenidas .

La figura 19 muestra una vista superior de una oblea 200 que tiene formada en ella una serie de celdas solares 100. La figura 20 muestra una vista cercana de la figura 19. La figura 20 muestra un grupo de 24 celdas solares 100. Como se muestra en vista cercana de la figura 20, cada celda solar está separada de otras celdas solares por pistas de recorte 202, que también pueden referirse como pistas de corte. Es a lo largo de las pistas de recorte 202 que la oblea 200 puede ser trazada y hendida.

En las obleas semiconductoras III-V, la superficie de crecimiento de la oblea 200 puede alinearse en cualquier orientación cristalográfica adecuada. Una de esas direcciones de alineamiento es la [.001] dirección. En las obleas con superficies alineadas en la [001] dirección, es posible trazar la oblea 200 a lo largo de cualquier plano de la (110) familia de planos, que tienen pocas uniones por área unitaria en comparación a los otros planos de cristal, esto es, la (110) familia de planos son buenos planos de hendidura para los cristales III-V (obleas) . El trazado a lo largo de esos planos resulta en matrices de celda solar que pueden separarse entre si en forma relativamente fácil. Por ello es ventajoso tener las pistas de recorte 202 alineadas a lo largo de los planos de la (110) familia de planos. Además, la oblea 200 puede ser una oblea vecinal (substrato vecinal) , que tiene su dirección de alineación inclinada, por unos cuantos grados, por ejemplo un ángulo vecinal (o ángulo de corte, o ángulo de desorientación) que está en el intervalo de 0o a 20°, en cualquier dirección, por ejemplo inclinado hacia uno del [111] plano.

La figura 21 muestra una vista transversal lateral de la oblea ejemplar 200 usada en la elaboración de celdas solares. La oblea 200 tiene un substrato 102, una heteroestructura III-V (o cualquier otro tipo de heteroestructura semiconductora) que tiene una unión p-n 104 (o más de una unión p-n) , una capa de ventana 106, y una capa de cubierta 108, que también puede ser llamada capa de cubierta de celda solar o una capa de contacto, formada en la capa de ventana 106. Las diversas capas 104, 106, y 108 pueden formarse sobre (encima) el substrato 102 mediante un método de crecimiento epitaxial adecuado tal como por epitaxia de haz molecular ( BE) , deposición de vapor químico orgánico de metal (MOCVD) , epitaxia de haz químico (CBE) , etc. Como será entendido por el experto en el arte, la capa de ventana 106 requiere ser expuesta con el objeto de permitir que la luz de sol alcance la unión p-n 104 con el objeto de generar foto-portadoras en la celda, solar 100. Diferentes aproximaciones pueden usarse para exponer la capa de ventana 106 y en formar una capa de metalización (también referida como capa de metal) en la capa de cubierta 108. Exponer la capa de ventana 106 normalmente involucra formar un patrón en la capa de cubierta 108 para obtener una capa de cubierta modelada que tiene aberturas a la capa de ventana 106.

Esas aproximaciones normalmente incluyen el uso de técnicas de foto-litoqrafía semiconductoras bien conocidas. En estas técnicas, las capas foto-resistentes expiatorias (PR) son giradas sobre la oblea, expuestas a luz bajo una o más máscaras, y grabado al agua fuerte a fin de obtener un patrón predeterminado para un subsecuente grabado al agua fuerte de la capa de cubierta 108 en áreas predeterminadas (por ejemplo mediante grabado al agua fuerte químico o seco) . Formar una capa de metal (capa de metalización)- puede lograrse a través de deposición de metal. Como un ejemplo de la formación de una capa de metal, una primera capa del PR se forma en una oblea y subsecuentemente se expone a la luz, la cual puede, por ejemplo, ser luz ultravioleta o luz visible con longitud de onda corta, luz de rayos X. PR Positivo, PR negativo, PR de despegue en bi-capas o mediante combinaciones de ellos, puede ser usado según sea adecuado. Subsecuentemente, el PR puede ser removido en las áreas en donde el patrón de metal es deseado. El PR también puede ser expuesto a radiación de haz por electrón, para abrir áreas en donde el metal es deseado. El metal enseguida se deposita (por ejemplo, por evaporación térmica, pulverización, electrodeposición, o mediante combinaciones de ellos). El resto del PR enseguida puede ser removido junto con metal no deseado (está técnica puede ser referida como una técnica de despegue en el caso en donde se usa evaporación de metal) . El metal depositado sobre la oblea (el metal remanente) enseguida puede usarse como una máscara para grabar al aguafuerte la capa de cubierta 108 en áreas en donde ningún metal fue depositado (está es una técnica que algunas veces es referida como una técnica de "auto-alineación") . En este caso, uno requiere una alta selectividad de la solución de ataque para grabar al agua fuerte el material de capa de cubierta y no el metal ni las capas subyacentes tal como la capa de ventana. La solución de ataque puede ser cualquiera de químicos húmedos tal como ácidos y bases o secar como en técnicas de grabado al agua fuerte a base de plasma tipo RIE (Grabado al agua fuerte de iones reactivos) . Las capas de metal también pueden ser depositadas usando técnicas de enmascarado en sombra que no requieren ningún PR. Sin embargo, las técnicas de enmascarado en sombra normalmente no permiten caracterizar tamaños chicos como los disponibles a través de fotolitografía a base de PR.

La figura · 22 muestra una vista transversal de la oblea 200 que ha sido procesada para exponer la capa de ventana 106 en un patrón que define celdas solares 100. La figura 23 muestra la oblea 100 que tiene una capa de metal 110 formada en partes remanentes de la capa de cubierta 108 en el lado de ventana 119 de la oblea 200. El metal puede incluir cualquier material adecuado que proporcionará un contacto adecuado (por ejemplo, un contacto óhmico) al material de cubierta semiconductor. Estos materiales son depositados, o de lo contrario formados, como una o varias capas sobre el semiconductor y posiblemente pueden ser recocidos a temperaturas más altas en otro paso para mejorar la conductividad y adhesión de los contactos. Esos contactos generalmente son referidos como contactos óhmicos y pueden hacerse de diversas aleaciones, notablemente una aleación a base de Ni tal como Ni/AuGe/Ni y Ge/Ag/Ni o una aleación a base de Au tal como Pd-Ge-Ti-Pt-Au para una capa de cubierta GaAs tipo n.

La película conductora transparente (TCF) , orgánica o inorgánica en naturaleza, o un óxido conductor transparente (TCO) tal como óxido de indio dopado con estaño (ITO), o un óxido de cinc dopado con aluminio (AZO) , óxido de cadmio dopado con indio u otros óxidos semiconductores de amplia brecha de banda, también pueden ser usados como el contacto superior por sí mismo o combinado con la capas de metal y capas de cubierta. Esto es, es posible usar un electrodo conductivo y transparente por sí mismo o combinado con líneas conductoras de metal como parte del contacto superior.

Como será entendido por el experto en el arte, otro contacto eléctrico es requerido para ser hecho para el lado de substrato 121 de la unión p-n 104 con el objeto de tener celdas solares funcionales 100. Ese contacto puede ser realizado en cualquier forma adecuada antes o después de que la oblea 200 ha sido separada en matrices de celda solar, también referido como simplemente matrices. A menos que se use una tecnología especial para el contacto de atrás (por ejemplo, hacer el contacto trasero como mediante vías grabadas al agua fuerte), una película continúa de metal que forma efectivamente una cubierta de manto simple de una gran porción o la totalidad del respaldo de cada matriz de celda solar es requerida, normalmente sin necesidad de fotolitografía. Sin embargo, se puede usar fotolitografía para definir una red para el contacto trasero, igualmente para el contacto frontal. Diferentes materiales son normalmente requeridos para el contacto trasero desde que la polaridad del contacto se invierte en comparación al contacto superior. Por ejemplo, si el contacto superior es un semiconductor tipo n el contacto de fondo normalmente estará en un semiconductor tipo p y viceversa. Alternativamente, si la polaridad ha sido invertida a través de la pila de capas semiconductoras, por ejemplo, al usar una unión de túnel, enseguida el contacto superior y de fondo puede tener la misma polaridad. Los contactos normales para esos semiconductores tipo p incluyen Pt/Ti y Au/Zn/Au cubiertos con Ag, Au o ambos. Como se mencionó anteriormente, los contactos para semiconductores tipo n normalmente consisten de Ni/Au/Ge/Ni, Ni/AuGe/Ni y Ge/Ag/Ni o Au con base en esos Pd-Ge-Ti-Pt-Au, o cualquier otro metal de contacto que pueda formar una unión óhmica con el substrato. Por ejemplo, en el caso cuando el substrato consiste esencialmente de germanio tipo p a granel entonces el indio o aluminio también se pueden usar como el contacto trasero.

La figura 24 muestra una vista transversal de la oblea 200 que sufre un paso de trazado de un proceso de trazar y hendir (estirar) . Una herramienta de trazado 132 muestra las líneas de recorte sobre la oblea 200, en la capa de cubierta 108, a lo largo de pistas de hendidura (pistas de corte) 202. La subsecuente formación de las pistas trazadas, las celdas solares 100 son separadas una de otra a través de una aplicación adecuada de fuerza en, o adyacente a las líneas trazadas. Como se mostró anteriormente, en la figura 2 y 3, la formación de líneas trazadas sobre la capa de cubierta 108 limita el daño de la unión p-n 104 mientras se traza directamente en la capa de ventana 106 que puede llevar a fisuras, fracturas y defectos que se extienden a la unión p-n 104, que puede provocar una reducción en la eficiencia de conversión y de otras métricas de desempeño y parámetros de las celdas solares 100. Como se citó anteriormente, esas fisuras y defectos dan origen a asuntos de conflabilidad mientras son aptas para propagar la humedad y corrosión en la unión p-n 104, que, con el tiempo y a través de variaciones de temperatura, pueden hacer que la celda solar sea inestable. Como se ve en la figura 24, cada celda solar 100 tiene un par de barras colectoras 116 (almohadillas de metalización) . Las barras colectoras 116 están eléctricamente conectadas una a la otra a través de lineas de cuadricula (no mostradas) y forman el lado de ventana 119' del contacto de una celda solar 100 dada. La vista transversal de la figura 24 es similar a la de la figura 9 en que ningún material de capa de cubierta y lineas de cuadricula se muestra entre los pares de barras colectoras 116, encima de la porción de entrada de luz 105 de la capa de ventana 106. .

La figura 25 muestra un par de celdas solares ejemplares 100 de lado a lado en la oblea 100. Cada celda solar 100 tiene un par de barras colectoras 116 eléctricamente conectadas una a la otra a través de lineas de cuadricula 118, que también pueden ser llamadas lineas conectoras . Las lineas de cuadricula 118 ayudan a llevar la fotocorriente generada por la unión p-n subyacente 104 a las barras colectoras 116. Con respecto a las barras colectoras 116, las lineas de cuadricula 118 se forman con la capa de metal 110 en la parte superior de la capa de cubierta 108 (como en la figura 24). La capa de ventana 106 está expuesta entre los pares de lineas conectoras 118. Las dos celdas solares 110 de la figura 25 se separan por una pista de recorte 202.

La figura 26 muestra una vista transversal tomada a lo largo de la linea XXV-XXV de la figura 25. Como se muestra en la figura 26, el material de la capa de cubierta 108 se deja en la pista de recorte 202. Como se muestra por la herramienta de trazado 122 presente en la pista de corte entre el par de barras colectoras 116, está en este material, el material de capa de cubierta en la pista de recorte 202 que el paso de trazado del proceso de trazar y hendir es efectuado. Una vez separado una de otra, cada celda solar puede tener la apariencia mostrada en las figuras 4-6, que se describieron anteriormente. La herramienta de trazado puede ser una herramienta de diamante con su configuración de plano cristal dispuesta para trazar la superficie semiconductora en forma adecuada. Alternativamente,. el trazado pued , ser efectivamente hecho en la capa de cubierta usando un láser con la longitud de onda adecuada y duración de pulso y factor de trabajo adecuados (por ejemplo femto-segundos o pico-segundos de láser por pulso de longitud de onda corta) . Si el láser para cortar es usado, también será ventajoso usar la capa de cubierta como se describe en la presente debido a que el corte por láser también puede afectar negativamente la calidad de la pared lateral o inclusive fundir algunos de los semiconductores sobre la pared lateral y que reducirla el desempeño del dispositivo. Los haces de ion y/o técnicas, de grabado al agua fuerte en seco o húmedo también pueden usarse o combinarse en el proceso de trazar y hendir. También, una barra de desplazamiento o una barra de impacto pueden usarse para aplicar alguna presión cercana, debajo, o encima de la pista de recorte, para asistir en el proceso de hendidura en cualquiera de las aproximaciones descritas anteriormente.

Alternativamente, la celda solar 100 puede ser elaborada al remover el material de capa de cubierta todos a la vez desde las pistas de recorte 202 y un tipo diferente de material puede crecer en las pistas de recorte 202. Por ejemplo, nitruro de galio (GaN) , que es un cristal semiconductor muy duro, podría crecer en forma epitaxial en las pistas de recorte 202, como podría cualquier otra aleación semiconductora que tenga sustancialmente la misma constante de red cristalina que el resto de la capa en la celda solar 100. El paso de trazado enseguida podría efectuarse en GaN. Esto podría llevar posiblemente inclusive a menos fisuras y defectos que se extienden bajo la unión p-n 104 y a las uniones p-n formadas en ellas. El espesor de la capa de cubierta 108 puede estar en el intervalo, desde 0.001 mieras a 10 mieras, o más normalmente, desde 0.2 a 1 miera. Una capa de cubierta más delgada es deseable a partir de un punto de vista de fabricación para minimizar los cortes sesgados (es decir, el grabado al agua fuerte lateral bajo la capa de cubierta modelada) especialmente en grabado al agua fuerte húmeda y para reducir el tiempo de procesamiento. Una capa demasiado delgada por otra parte puede resultar en aumento o acortamiento por difusión de metal a través de la cubierta que es un problema posible conocido con los contactos a base de Ni (es decir, difusión de dopantes que van demasiado profundos en áreas locales del contacto de metal ) .

Como será entendido por el experto en el arte, la porción expuesta de la capa de ventana 106, es decir, una porción que tiene material de capa de cubierta desde la misma (la porción de entrada de luz 105) puede ser cubierta por un recubrimiento anti-reflexión hecho de cualquier material tal como, por ejemplo, Ti02, A1203, Si02, Sb205, Ta205, SiNx, MgF2, ZnSe, ZnS, óxido de circonio, dióxido de circonio o capas de indio-estaño-óxido, o cualquier otra combinación adecuada de dos o más de estas capas, o capas dieléctricas similares, normalmente elegidas con una combinación de índice de refracción que tiende a minimizar las reflexiones sobre el intervalo de longitud de onda de interés al proporcionar esencialmente pasos progresivos en el índice de refracción cuando se va desde la ventana de celda solar al medio circundante que normalmente es aire, un medio encapsulado, que concentra ópticos o combinaciones de lo anterior usados para enfocar la luz de sol y además proteger la celda solar 100. Una bi-capa combina un índice bajo de refracción y una alta refracción de índice desde una alternativa del dieléctrico anterior que normalmente proporciona buenas propiedades anti-reflectivas como sería sabido por un experto en el arte. Por ejemplo, una de las siguientes bi-capas son preferiblemente usadas Ti02/Al203, Si02/Sb205, Si02/Ta205, Al203/Sb205, Si02/SiNx, MgF2/ZnSe, Al203/Ta205, MgF2/ZnS, SÍO2/TÍO2, capas de indio-estaño-óxido combinadas con algunos de los dieléctricos anteriores.

La figura 27 muestra cuatro estructuras de celda solar 140 formadas en una oblea 200. Cada estructura 140 se separa desde las otras estructuras 140 por pistas de recorte 202. La superficie superior de la pista de recorte incluye la capa de cubierta 108 (como se muestra en la figura 26 por ejemplo) . Una vez separada una de otra, las estructuras 140 pueden usarse para formar celdas solares usando piezas laterales 126 o barras colectoras externas tal como se muestra en la modalidad de la figura 12, que se describió anteriormente.

En las modalidades ejemplares descritas anteriormente, los compuestos III-V pueden usarse. Alternativamente, las aleaciones semiconductoras II-VI pueden ser usadas por si mismas o combinadas con aleaciones III-V o con otras aleaciones semiconductoras según sea adecuado. Los materiales semiconductores pueden combinar aleaciones de cristal simple, aleaciones de policristalina, o materiales parcialmente amorfos. Las heteroestructuras a ser procesadas de acuerdo con la presente descripción incluyen capas de ventana, capas emisoras, capas base, capas en campo de superficie trasera, uniones de túnel, uniones p-n, uniones p-i-n, capas de tampón, capas de transición metamórficas, etc. El substrato 102 puede estar hecho de cualquier compuesto semiconductor tal como, por ejemplo, GaAs, InP, GaP, InAs, InSb, o cualquier otro material cristalino en el cual el material de compuesto semiconductor que puede formar celdas solares puede ser crecido. Esos materiales cristalinos pueden incluir, por ejemplo, substrato Ge o Si o combinaciones que incluyen estructuras SiGe. La unión p-n 104 (o diversas uniones p-n) pueden incluir materiales semiconductores homogéneos o heterogéneos para formar homouniones, heterouniones , o heteroestructruas , incluyendo pero no restringido a GaAs, InGaAs, GalnP, AlGalnP, AlInP, AlGaAs , aleaciones III-V a base de N, aleaciones III-V a base de Sb, o compuestos semiconductores II-VI en capas a granel, o posiblemente, también incorporan estructuras de baja dimensionalidad tal como pozos de cuántica, hilos de cuántica, o puntos de cuántica. La capa de ventana puede incluir AlInP, AlGalnP, ZnSe, A1P, u otras aleaciones III-V o II-VI con brechas de banda adecuadas y propiedades de interferencia, tal como ZnSe o como se describió con anterioridad. Los materiales semiconductores formados en y encima del substrato 102 pueden ser pseudomórficos con el substrato 102. Esto es, algunos parámetro de red cristalina (por ejemplo, normalmente el parámetro de red cristalina en plano) de los materiales semiconductores formados en y encima del substrato 102 es esencialmente el mismo que el substrato 102. Alternativamente, los materiales semiconductores formados en y encima del substrato 102 pueden ser metamórficos con respecto al substrato 102. Esto es, los parámetros de red cristalina de algunas de las capas formadas en y encima del substrato pueden tener esencialmente diferentes parámetros de red cristalina y la tensión elástica entre estas capas es parcial o totalmente relajada, la cual crea dislocaciones en las celdas solares metamórficas .

Un método ejemplar de elaboración de una celda solar se muestra como un diagrama de flujo en la figura 28. En un primer paso 150, una pluralidad de celdas solares se forma en una oblea semiconductora. Cada celda solar incluye una o más subceldas eléctricamente conectadas en serie, cada subcelda tiene una unión p-n; una capa de ventana formada encima de las una o más subceldas; y una capa de cubierta formada en la capa de ventana. En el paso 152, la oblea semiconductora es trazada a lo largo de las pistas de recorte para formar lineas de recorte. Finalmente, en el paso 154, la pluralidad de celdas solares están hendidas o de lo contrario separadas una de otra a lo largo de las lineas trazadas.

La figura 29 muestra, en la forma de un diagrama de flujo, otro método ejemplar de la elaboración de una celda solar. En el paso 160, una oblea semiconductora es asegurada a una membrana estirable, que enseguida es estirada y asegurada a un expansor. La membrana estirable algunas veces es referida como "cinta azul" o cinta UV (para cinta de liberación activada por rayos ultravioleta) en la industria semiconductora. En el paso 162, la oblea semiconductora es trazada a lo largo de sus lineas de recorte. En el paso 164, el expansor además se expande a la membrana estirable, que provoca que la oblea semiconductora se separe en matrices de celda solar, cada matriz de celda solar está separada de sus matrices de celda solar vecinas por un espacio abierto. En el paso 166, el espacio abierto entre las celdas solares se rellena con un material en forma liquida. En el paso 168, el material en forma liquida es polimerizado (por ejemplo, polimerización térmica, foto-polimerización, etc.) o de lo contrario endurecido para obtener material endurecido. En el paso 170, el material endurecido es cortado para producir una pluralidad de celdas solares. Esas celdas solares fueron mostradas anteriormente en la figura 14. El material en forma liquida puede incluir, por ejemplo, BCB, PMMA, y PVC. Variaciones del método de la figura 29 pueden ser hechas sin separarse del alcance de la presente invención. Por ejemplo, deposición de una capa de metal 110, una capa de aislamiento 130, o ambos, puede efectuarse entre los pasos 168 y 170 para formar celdas solares tal como se describió en relación a las figuras 12, 16, y 17.

En la descripción anterior, para propósitos de explicación, numerosos detalles son establecidos con el objeto de proporcionar un entendimiento minucioso de las modalidades de la invención. Sin embargo, será aparente para un experto en el arte que estos detalles específicos no son requeridos con el objeto de practicar la invención. En otros ejemplos, las estructuras eléctricas y circuitos eléctricos bien conocidos se muestran en la forma de diagrama de bloques con el objeto de no obscurecer la invención. Por ejemplo, no se proporcionan detalles específicos a si las modalidades de la invención descritas en la presente son implementadas como un software, circuito de hardware, firmware, rutinaria o una combinación de ellos.

Las modalidades descritas anteriormente de la invención son pretendidas para que sean únicamente ejemplos. Alteraciones, modificaciones y variaciones pueden efectuarse a las modalidades particulares por los expertos en el arte sin separarse del alcance de la invención, que está definida únicamente por las reivindicaciones anexas a la presente.

Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a cabo la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar caracterizada porque comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar; y una pared lateral que se extiende a lo largo de una altura de la capa de cubierta y hacia el substrato de germanio, la pared lateral tiene una superficie hendida, la superficie hendida está sustancialmente paralela a un plano de hendidura de la celda solar, el plano de hendidura está sustancialmente paralelo a un plano de cristal de la celda solar .

2. La celda solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la capa de cubierta es una capa de cubierta modelada que expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar.

3. La celda solar de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque además comprende una capa de metal formada en una porción de la capa de cubierta modelada.

4. La celda solar de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque una porción de la capa de metal define una barra colectora de la celda solar.

5. La celda solar de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la capa de ventana de celda solar incluye fosfuro de aluminio-indio, la capa de cubierta incluye- arseniuro de galio, y al menos una de la al menos una unión p-n incluye arseniuro de indio-galio.

6. La celda solar de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque la capa de cubierta además incluye indio .

7. La celda solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la al menos una unión p-n, la capa de ventana de celda solar, y la capa de cubierta son pseudomórficas con el substrato de germanio.

8. La celda solar de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque comprende además: una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de cubierta modelada y en una porción de la pieza lateral, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral y la capa de cubierta modelada .

9. La celda solar de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la pieza lateral es una pieza de aislamiento eléctrico.

10. La celda solar de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque la pieza de aislamiento eléctrico incluye al menos uno de alúmina, nitruro de aluminio, óxido de berilio, vidrio, BK7, cuarzo, zafiro, vidrio de borosilicato, mullita, esteatita, foresteatita, circonia, nitruto de boro, polímeros, cloruro de polivinilo, metacrilato de polimetilo, y benzociclobutant .

11. La celda solar de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la pieza lateral incluye silicio semi-aislante .

12. La celda solar de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque además comprende: una capa de aislamiento eléctrico formada en una porción de la capa de cubierta modelada; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico para definir una barra colectora de la celda solar, la capa de metal también se forma en una porción de la capa de cubierta modelada.

13. La celda solar de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque además comprende una capa de aislamiento eléctrico formada en una porción de la capa de cubierta modelada; una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico y en una porción de la pieza lateral, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral y la capa de aislamiento eléctrico.

14. La celda solar de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el substrato de germanio es un substrato vecinal que tiene un ángulo vecinal comprendido entre 0o y 20°.

15. Una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar caracterizada porque comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una pared lateral que se extiende a lo largo de una altura de la capa de cubierta modelada y hacia el substrato de germanio; una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de cubierta modelada y en una porción de la pieza lateral, la capa de , metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral y la capa de cubierta modelada .

16. La celda solar de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada porque la pared lateral tiene una superficie hendida, la superficie hendida está sustancialmente paralela a un plano de hendidura de la celda solar, el plano de hendidura está sustancialmente paralelo a un plano de cristal de la celda solar.

17. Una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar caracterizada porque comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una capa de aislamiento eléctrico formada en una porción de la capa de cubierta modelada; una pared lateral que se extiende a lo largo de una altura de la capa de cubierta modelada y hacia el substrato de germanio; una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico y en una porción de la pieza lateral, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral y la capa de aislamiento eléctrico.

18. La celda solar de conformidad con la reivindicación 17, caracterizada porque la pared lateral tiene una superficie hendida, la superficie hendida está sustancialmente paralela a un plano de hendidura de la celda solar, el plano de hendidura está sustancialmente paralelo a un plano de cristal de la celda solar.

19. Una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar caracterizada porque comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una capa de aislamiento eléctrico formada encima de una porción de la capa de ventana de celda solar, adyacente a la capa de cubierta modelada; una pared lateral que se extiende a lo largo de una altura de la capa de aislamiento eléctrico y hacia el substrato de germanio; una pieza lateral adyacente a la pared lateral; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico, en una porción de la pieza lateral, y en una porción de la capa de cubierta modelada, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la pieza lateral, el.aislante> y la capa de de cubierta modelada.

20. La celda solar de conformidad con la reivindicación 19, caracterizada porque la pared lateral tiene una superficie hendida, la superficie hendida está sustancialmente paralela a un plano de hendidura de la celda solar, el plano de hendidura está sustancialmente paralelo a un plano de cristal de la celda solar.

21. Una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar caracterizada porque comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una capa de aislamiento eléctrico formada encima de la capa de ventana de celda solar, adyacente a la capa de cubierta modelada; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico y en una porción de la capa de cubierta modelada, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la capa de aislamiento eléctrico y la capa de cubierta modelada.

22. Una celda solar hecha de materiales semiconductores, la celda solar tiene una estructura cristalina con planos de cristal, la celda solar caracterizada porque comprende: un substrato de germanio; al menos una unión p-n formada encima del substrato de germanio, la al menos una unión p-n incluye elementos del grupo III y elementos del grupo V; una capa de ventana de celda solar formada encima de la al menos una unión p-n; una capa de cubierta modelada formada encima de la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada está eléctricamente conectada a la capa de ventana de celda solar, la capa de cubierta modelada expone una porción de entrada de luz de la capa de ventana de celda solar; una capa de aislamiento eléctrico formada encima de la capa de cubierta modelada; y una capa de metal formada en una porción de la capa de aislamiento eléctrico y en una porción de la capa de cubierta modelada, la capa de metal define una barra colectora de la celda solar, la barra colectora une la capa de aislamiento eléctrico y la capa de cubierta modelada.

23. Un método para elaborar celdas solares a partir de una oblea semiconductora que tiene capas de crecimiento en forma epitaxial formadas en un substrato de germanio, algunas de las capas de crecimiento en forma epitaxial definen una unión p-n formada encima del substrato de germanio, las capas de crecimiento en forma epitaxial incluyen una capa de ventana formada encima de la unión p-n, las capas de crecimiento en forma epitaxial también incluyen una capa de cubierta formada encima de la capa de ventana, el método caracterizado porque comprende los pasos de: trazar la capa de cubierta en un patrón predeterminado a lo largo de pistas de recorte, para obtener lineas de recorte en las pistas de recorte; y separar la oblea semiconductora a lo largo de las lineas de recorte a fin de obtener una pluralidad de celdas solares.

24. El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el trazado es precedido por un paso de asegurar las capas de crecimiento en forma epitaxial a una membrana estirable, y el paso de separar incluye estirar la membrana estirable.