Estructura de célula solar con diodo de derivación discreto integrado.

Una estructura de célula solar (20) que tiene un disipador de calor (24) y una estructura unitaria de célula solar

(22), comprendiendo la estructura unitaria de célula solar:

una célula solar (26) que tiene un lado frontal (28), un lado posterior (30) y una cobertura (32) de áreaproyectada de la célula solar sobre el disipador de calor (24), en la que la célula solar (26) comprende unaestructura semiconductora activa (27) que genera un voltaje entre el lado frontal (28) y el lado posterior (30)cuando el lado frontal (28) se ilumina; y

una estructura intermedia (34) dispuesta entre el lado posterior (30) de la célula solar (26) y el disipador decalor (24) y unida a ellos, y que tiene una cobertura (36) de área proyectada de la estructura intermedia sobreel disipador de calor (24), en la que la estructura intermedia (34) comprende

un diodo de derivación (42) eléctricamente interconectado a la célula solar (26), que tiene una cobertura (43)de área proyectada del diodo sobre el disipador de calor (24),

caracterizada por que la estructura de célula solar (20) incluye una unión (40) de alta conductividad térmicaentre la estructura intermedia (34) y el disipador de calor (24), y en la que la unión (40) comprende una trazametálica (72) depositada sobre una capa dieléctrica (74) que hace contacto y está unida a la superficie (25)del disipador de calor (24).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2004/033087.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-1596 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: GLENN,GREGORY S.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/052 (Medios de refrigeración directamente asociado o integrado con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrado para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/02 (Detalles)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes... > H01L27/142 (Dispositivos de conversión de energía (módulos fotovoltaicos o conjuntos de células fotovoltaicas individuales que comprende diodos de derivación integrados o directamente asociado con las células fotovoltaicas sólo H01L 31/0443; módulos fotovoltaicos compuestas de una pluralidad de células solares de película delgada depositados en el mismo sustrato H01L 31/046))

PDF original: ES-2451115_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Estructura de célula solar con diodo de derivación discreto integrado La presente invención se refiere a una estructura de célula solar que tiene un disipador de calor y una estructura unitaria de célula solar, comprendiendo la estructura unitaria de célula solar: una célula solar que tiene un lado frontal, un lado posterior y una cobertura de área proyectada de la célula solar sobre el disipador de calor, en la que la célula solar comprende una estructura semiconductora activa que genera un voltaje entre el lado frontal y el lado posterior cuando el lado frontal se ilumina; y una estructura intermedia dispuesta intercalada y unida al lado posterior de la célula solar y al disipador de calor, y que tiene una cobertura de área proyectada de la estructura intermedia sobre el disipador de calor, en la que la estructura intermedia comprende un diodo de derivación que tiene una cobertura de área proyectada del diodo sobre el disipador de calor.

Tal estructura de célula solar es conocida a partir de la patente de EE.UU. nº 5.498.297 A así como a partir de Patent Abstracts of Japan, vol. 017, nº 542 (E-1441) , de 29 de septiembre de 1993 & JP 05 152596 A (SHARP CORP.) , de 18 de junio de 1993.

Esta invención se refiere en general a estructuras de célula solar y, más particularmente, a una estructura de célula solar en la que un diodo de derivación separado se integra dentro de la estructura de célula solar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Una célula solar está formada por dos (o más) capas semiconductoras en contacto cara a cara, una con respecto a otra, en una unión semiconductora. Cuando se ilumina por el sol o por cualquier otra manera, la célula solar genera un voltaje entre las capas semiconductoras. Las células solares avanzadas pueden incluir más de dos capas semiconductoras y sus respectivas uniones semiconductoras en pares. Los diferentes pares de capas semiconductoras de las células solares avanzadas se ajustan a los diferentes componentes espectrales del sol para maximizar la salida de potencia de la célula solar.

Las salidas de voltaje y de corriente de la célula solar están limitadas por los materiales de construcción y por el área de la superficie de la célula solar. Más comúnmente, un número de células solares se interconectan eléctricamente en formaciones en serie y/o en paralelo para formar una estructura de célula solar que genera voltajes mayores y/o corrientes mayores que las que son posibles con una única célula solar. Tales estructuras de células solares se utilizan actualmente tanto en aplicaciones espaciales como terrestres.

La estructura de célula solar funciona bien cuando todas las células solares se iluminan con aproximadamente la misma intensidad de iluminación. Sin embargo, si una de las células solares de la estructura de célula solar se sitúa a la sombra mientras que las otras permanecen completamente iluminadas, la célula solar situada a la sombra queda sujeta a una condición de polarización inversa por la salida permanente de corriente y voltaje de las restantes células solares.

Afortunadamente, cada célula solar se puede proteger contra el daño que se produce durante la condición de polarización inversa mediante un diodo en paralelo que bloquea corriente cuando la célula solar no está en polarización inversa, pero que permite el paso de corriente externa cuando la célula solar está en polarización inversa. El diodo protege por tanto la célula individual frente al daño de polarización inversa.

Un número de configuraciones de diodos están en uso y son utilizables, pero cada una tiene sus inconvenientes. En un enfoque, los diodos de derivación discretos se sitúan a un lado de las células solares, necesitando del uso de cableado que se extienda entre la célula solar y los diodos de derivación. En otra configuración, el diodo de derivación discreto se une a la parte trasera de la célula solar y se interconecta a las capas semiconductoras de la célula solar con cables. Esta solución expone potencialmente a la célula solar a esfuerzos que pueden provocar que se rompa si se aplica presión contra el diodo de derivación durante el ensamblaje de la unión. En una variante, el diodo de derivación se sitúa dentro de un alojamiento en la parte trasera de la célula solar, pero esta solución sólo se puede utilizar para células solares relativamente gruesas. En otra configuración, el diodo es desarrollado sobre la superficie frontal de la célula solar como parte del proceso de deposición y luego se interconecta en serie a la siguiente célula. Esta solución es compleja y causa dificultades de montaje así como rendimientos de producción reducidos y células solares de eficiencia reducida. En otra configuración todavía, también se desarrolla el diodo en la superficie frontal de la célula solar y se interconecta con técnicas discretas o litográficas. Esta solución también es compleja, y tiene reducidos rendimientos de producción y células solares de eficiencia reducida.

Otro problema que se experimenta con estructuras de células solares es la disipación del calor. Para todas las células solares, pero particularmente para células solares concentradoras, el calor producido en la célula solar debe ser disipado a través del lado posterior de la célula solar de manera que la célula solar no exceda su temperatura preferida de funcionamiento para obtener un rendimiento óptimo. La presencia del diodo de derivación no debe interferir con la disipación del calor y, deseablemente, la estructura del diodo de derivación facilita la disipación del calor de la célula solar.

Es necesario un enfoque mejorado para la protección de las células solares frente al daño de polarización inversa. Adicionalmente, es necesario un enfoque mejorado para la disipación del calor de las células solares que dé lugar a un rendimiento y a una fiabilidad mejorados. La presente invención satisface estas necesidades, y además proporciona otras ventajas derivadas.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Esto se alcanza mediante una estructura de célula solar como la mencionada al comienzo, en la que la estructura de célula solar incluye una unión entre la estructura intermedia y el disipador de calor, y en la que la unión comprende una traza metálica depositada sobre una capa dieléctrica.

La presente invención está descrita en la reivindicación 1 y proporciona una estructura de célula solar que comprende una célula solar protegida frente al daño de polarización inversa. La protección utiliza un diodo de derivación discreto situado en el lado posterior de la célula solar. El diodo de derivación es, o forma parte de, una estructura intermedia que facilita la transferencia de calor desde la célula solar hasta el disipador de calor.

De acuerdo con la invención, una estructura de célula solar tiene una estructura unitaria de célula solar que comprende un disipador de calor y una célula solar que tiene un lado frontal, un lado posterior que es preferiblemente, pero no necesariamente, plano, y una cobertura de área proyectada de la célula solar sobre el disipador de calor. La célula solar incluye una estructura semiconductora activa que genera un voltaje entre el lado frontal y el lado posterior cuando el lado frontal se ilumina. Una estructura intermedia está dispuesta entre el lado posterior de la célula solar y el disipador de calor, y unida a ellos. La estructura intermedia tiene una cobertura de área proyectada de la estructura intermedia sobre el disipador de calor y comprende un diodo de derivación que tiene una cobertura de área proyectada del diodo de derivación sobre el disipador de calor. Típicamente, hay adicionalmente una estructura de conexión eléctrica dentro de la unidad que se utiliza para interconectar eléctricamente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una estructura de célula solar (20) que tiene un disipador de calor (24) y una estructura unitaria de célula solar (22) , comprendiendo la estructura unitaria de célula solar:

una célula solar (26) que tiene un lado frontal (28) , un lado posterior (30) y una cobertura (32) de área proyectada de la célula solar sobre el disipador de calor (24) , en la que la célula solar (26) comprende una estructura semiconductora activa (27) que genera un voltaje entre el lado frontal (28) y el lado posterior (30) cuando el lado frontal (28) se ilumina; y una estructura intermedia (34) dispuesta entre el lado posterior (30) de la célula solar (26) y el disipador de calor (24) y unida a ellos, y que tiene una cobertura (36) de área proyectada de la estructura intermedia sobre el disipador de calor (24) , en la que la estructura intermedia (34) comprende un diodo de derivación (42) eléctricamente interconectado a la célula solar (26) , que tiene una cobertura (43) de área proyectada del diodo sobre el disipador de calor (24) , caracterizada por que la estructura de célula solar (20) incluye una unión (40) de alta conductividad térmica entre la estructura intermedia (34) y el disipador de calor (24) , y en la que la unión (40) comprende una traza metálica (72) depositada sobre una capa dieléctrica (74) que hace contacto y está unida a la superficie (25) del disipador de calor (24) .

2. La estructura de célula solar (20) de la reivindicación 1, caracterizada por que la cobertura (43) de área proyectada del diodo sobre el disipador de calor (24) es menor que la cobertura (32) de área proyectada de la célula solar sobre el disipador de calor (24) , y en la que la estructura intermedia (34) comprende además un substrato (44) coplanario con el diodo de derivación (42) .

3. La estructura de célula solar (20) de la reivindicación 1, caracterizada por que la cobertura (43) de área proyectada del diodo sobre el disipador de calor (24) es menor que la cobertura (32) de área proyectada de la célula solar sobre el disipador de calor (24) , y en la que la estructura intermedia (34) comprende además un substrato (44) coplanario con el diodo de derivación (42) y que tiene una cobertura (46) de área proyectada del substrato sobre el disipador de calor (24) tal que la cobertura (43) de área proyectada del diodo sobre el disipador de calor (24) y la cobertura (46) de área proyectada del substrato sobre el disipador de calor (24) tomadas en conjunto no son menores que la cobertura (32) de área proyectada de la célula solar sobre el disipador de calor (24) .

4. La estructura de célula solar (20) de la reivindicación 1, caracterizada por que la cobertura (43) de área proyectada del diodo sobre el disipador de calor (24) es menor que la cobertura (32) de área proyectada de la célula solar sobre el disipador de calor (24) , en la que la estructura intermedia (34) comprende además un substrato (44) que tiene una cavidad (48) del substrato cortada desde el mismo, y en la que el diodo de derivación (42) se recibe dentro de la cavidad (48) del substrato.

5. La estructura de célula solar (20) de la reivindicación 1, caracterizada por que la cobertura (36) de área proyectada de la estructura intermedia sobre el disipador de calor (24) no es menor que la cobertura (32) de área proyectada de la célula solar sobre el disipador de calor (24) .

6. La estructura de célula solar (20) de la reivindicación 1, caracterizada por incluir además

una estructura de conexión eléctrica (52) dentro de la unidad, que se utiliza para interconectar eléctricamente la célula solar (26) y el diodo de derivación (42) según una relación eléctrica en anti-paralelo.

7. La estructura de célula solar (20) de la reivindicación 1, caracterizada por que el lado posterior (30) de la célula solar (26) es plano.

8. La estructura de célula solar (20) de la reivindicación 1, caracterizada por que la estructura de célula solar (20) incluye por lo menos una estructura unitaria de célula solar (22) adicional como la especificada en la reivindicación 1, y que incluye además una estructura de conexión eléctrica de circuito (56) que incluye la traza metálica (72) de la unión (40) , que se utiliza para interconectar eléctricamente en serie cada una de las estructuras unitarias de célula solar (22) .