CÉLULA SOLAR EN TANDEM DE PELÍCULA DELGADA.

Una célula solar en tándem de película delgada que comprende: una primera capa conductora (20) formada sobre un sustrato transparente (10) a través de la cual la luz solar entra en la célula solar en tándem de película delgada;

(20); y (150), una primera capa de célula solar (150) formada sobre dicha primera capa conductora una segunda capa de célula solar (200) que cubre dicha primera capa de célula solar en la que dicha primera capa conductora (20) tiene una irregularidad de superficie, estando un paso de dicha irregularidad de superficie en un intervalo de 0,2 a 2,5μm, y caracterizada por una amplitud de dicha irregularidad de superficie que está comprendida en un intervalo de un tercio a la mitad de dicho paso de dicha irregularidad de superficie

Antecedentes de la Invención

1. Campo de la Invención La presente invención se refiere a células solares en tándem de película delgada.

2. Descripción de la Técnica Relacionada

El desarrollo de células solares se dirige a menudo a las técnicas siguientes según se muestran a continuación:

(1) Una técnica para mejorar el rendimiento de introducción de luz solar en la región de conversión de energía, que incluye normalmente una unión con patillas hecha de material semiconductor.

(2) Una técnica para mejorar el rendimiento de conversión de la energía solar en la región de conversión de energía. La mejora de estos rendimientos consigue efectivamente un rendimiento total de potencia de células solares.

La Figura 1 es una vista esquemática en sección transversal que ilustra una estructura de una célula solar apilada de película delgada convencional que adopta una estructura en tándem. La célula solar convencional está compuesta por una pila formada por un sustrato aislante transparente 1, un primer electrodo transparente 2, una capa de silicio amorfo de tipo P 3, una capa de silicio amorfo de tipo I 4, una capa de silicio amorfo de tipo N 5, una capa de silicio policristalino de tipo P 6, una capa de silicio policristalino de tipo I 7, una capa de silicio policristalino de tipo N 8 y un segundo electrodo transparente 9, y un electrodo posterior 10.

La capa de silicio amorfo de tipo P 3, la capa de silicio amorfo de tipo I 4 y la capa de silicio amorfo de tipo N 5 actúan como una célula solar de silicio amorfo. Estas capas de silicio amorfo pueden estar hechas de material semiconductor basado en silicio que contiene principalmente silicio, como carburo de silicio que incluye carbono por debajo del 50% atómico, y silicio germanio que incluye germanio por debajo del 20% atómico. Las capas de silicio amorfo pueden estar dopadas con otros elementos menores por debajo de varios %. Las cristalinidades de la capa de silicio amorfo de tipo P 3 y la capa de silicio amorfo de tipo N 5 no son tan importantes; la célula solar de silicio amorfo requiere que sólo la parte principal de la capa de silicio amorfo de tipo I 4 sea amorfa, lo que proporciona principalmente conversión fotoeléctrica.

Por otra parte, la capa de silicio policristalino de tipo P 6, la capa de silicio policristalino de tipo I 7 y la capa de silicio policristalino de tipo N 8 actúan como una célula solar de silicio policristalino. Estas capas de silicio policristalino pueden estar hechas de material semiconductor basado en silicio que contienen principalmente silicio, por ejemplo carburo de silicio que incluye carbono por debajo del 50% atómico, y silicio germanio que incluye germanio por debajo del 20% atómico. Las capas de silicio policristalino pueden estar dopadas con otros elementos menores por debajo de varios %. La cristalinidades de la capa de silicio policristalino de tipo P 6 y la capa de silicio amorfo de tipo N 8 no son tan importantes; la célula solar de silicio policristalino requiere que sólo la parte principal de la capa de silicio amorfo de tipo I 4 sea policristalina, lo que proporciona principalmente conversión fotoeléctrica.

La luz solar que entra a través del sustrato transparente 1 se convierte primero en energía eléctrica dentro de la célula solar de silicio amorfo. La luz solar restante, que no se absorbe en la célula solar de silicio amorfo, entra a continuación en la célula solar de silicio policristalino, y se convierte adicionalmente en energía eléctrica.

En la célula solar mostrada en la Figura 1, el grosor del primer electrodo transparente 2 se ajusta de manera que la luz solar se introduzca en el mismo en la mayor medida posible. Adicionalmente, las calidades de las películas de las capas de silicio amorfo se mejoran cuando se reducen los defectos de las capas reducidas para reducción de la degradación inducida por la luz (es decir, mejora del rendimiento de conversión estabilizado); la degradación inducida por la luz es conocida como un fenómeno en el que una célula solar amorfa sufre la reducción en la producción de energía eléctrica después de exposición a la luz.

Existen numerosas cuestiones sin resolver en las tecnologías de células solares, como la optimización de la estructura apilada de células solares, y los grosores de capas dentro de las células solares. Especialmente, se desea que los grosores de capas amorfas dentro de la célula solar de silicio amorfo sean delgados para reducir la degradación inducida por la luz y, con ello, mejorar el rendimiento de estabilización. Adicionalmente, se desea que los grosores de las capas policristalinas dentro de la célula solar de silicio policristalino sean delgados para mejorar el rendimiento de generación de potencia y la productividad. Además, la corriente eléctrica de una célula solar de tipo tándem depende principalmente de al menos una de las corrientes eléctricas de la célula solar de silicio amorfo y de la célula solar de silicio policristalino, ya que las células solares amorfas y policristalinas están conectadas en serie dentro de la célula solar de tipo tándem. Por tanto, el equilibrio de las corrientes eléctricas de la célula solar de silicio amorfo y la célula solar de silicio policristalino es importante. La optimización de los grosores de capas dentro de la célula solar basándose en estas situaciones se hace cada vez más importante.

Se han propuesto varios enfoques para abordar estas situaciones.

La solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública nº H10-117.006 desvela un aparato convertidor fotoeléctrico de película delgada compuesto por una capa de conversión fotoeléctrica sustancialmente policristalina que tiene superficies principales primera y segunda, y una película delgada metálica que cubre la segunda superficie principal. La capa de conversión fotoeléctrica policristalina, que está compuesta sustancialmente por películas delgadas de silicio policristalino, tiene un grosor medio de 0,5 a 20m. La primera superficie principal tiene una estructura texturizada. La estructura texturizada se proporciona con diminutas protuberancias de alturas inferiores a la mitad del grosor medio, estando comprendidas las alturas sustancialmente entre 0,05 y 3m.

La solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública nº 2001-177.134 desvela un aparato de convertidor fotoeléctrico híbrido integrado de película delgada compuesto por una capa de electrodo transparente, una capa unitaria de conversión fotoeléctrica de semiconductor amorfo, una capa unitaria de conversión fotoeléctrica de semiconductor policristalino y un electrodo posterior, que están laminados en secuencia para cubrir el sustrato aislante transparente. La pila de la capa del electrodo transparente, la capa unitaria de conversión fotoeléctrica de semiconductor amorfo, la capa unitaria de conversión fotoeléctrica de semiconductor policristalino y el electrodo posterior se divide mediante surcos de separación formados en paralelo a través de trazado con láser para formar con ello un conjunto de células de convertidor fotoeléctrico híbrido. Las células de convertidor fotoeléctrico híbrido están conectadas eléctricamente en serie mediante surcos de conexión formados en paralelo con los surcos de separación. Esta publicación desvela que el grosor de una capa de conversión fotoeléctrica amorfa dentro de la capa unitaria de conversión fotoeléctrica amorfa es de 250 nm

o más, mientras que el grosor de una capa conversión fotoeléctrica policristalina dentro de la capa unitaria de conversión fotoeléctrica policristalina es de 3m o menos, estando el grosor de la capa de conversión fotoeléctrica policristalina en un intervalo de cuatro a ocho veces el de la capa de conversión fotoeléctrica amorfa.

La solicitud de patente japonesa abierta a inspección pública nº 2002-118.273 desvela un aparato de convertidor fotoeléctrico híbrido integrado de película delgada compuesto por una capa de electrodo transparente, una capa unitaria de conversión fotoeléctrica de semiconductor amorfo, una capa intermedia conductora óptica que refleja y transmite luz parcialmente, una capa unitaria de conversión fotoeléctrica de semiconductor policristalino y un electrodo posterior, que están laminados en secuencia para cubrir un sustrato aislante transparente. La pila de la capa de electrodo transparente, la capa unitaria de conversión fotoeléctrica de semiconductor amorfo, la capa unitaria de conversión fotoeléctrica de semiconductor policristalino y el electrodo posterior se divide... [Seguir leyendo]

1. Una célula solar en tándem de película delgada que comprende:

una primera capa conductora (20) formada sobre un sustrato transparente (10) a través de la cual la luz solar entra en la célula solar en tándem de película delgada;

una primera capa de célula solar (150) formada sobre dicha primera capa conductora (20); y

una segunda capa de célula solar (200) que cubre dicha primera capa de célula solar (150),

en la que dicha primera capa conductora (20) tiene una irregularidad de superficie, estando un paso de dicha irregularidad de superficie en un intervalo de 0,2 a 2,5m, y caracterizada por una amplitud de dicha irregularidad de superficie que está comprendida en un intervalo de un tercio a la mitad de dicho paso de dicha irregularidad de superficie.

2. La célula solar en tándem de película delgada según la reivindicación 1, en la que dicha primera capa de célula solar (150) es una célula solar de silicio amorfo formada principalmente por silicio amorfo, incluyendo dicha célula solar de silicio amorfo:

una primera capa de silicio (30) de un primer tipo de conductividad seleccionada entre tipo P y tipo N;

una capa de silicio amorfo de tipo I (40); y

una segunda capa de silicio (50) de segundo tipo de conductividad diferente a dicho primer tipo de conductividad, y

en la que dicha segunda capa de célula solar (200) es una célula solar de silicio policristalino formada principalmente por silicio policristalino, incluyendo dicha célula solar de silicio policristalino:

una tercera capa de silicio (60) de tercer tipo de conductividad seleccionada entre tipo P y tipo N;

una capa de silicio amorfo de tipo I (70); y

una cuarta capa de silicio (80) de cuarto tipo de conductividad diferente de dicho tercer tipo de conductividad.

3. La célula solar en tándem de película delgada según la reivindicación 2, en la que un grosor de dicha primera capa de célula solar (150) está en un intervalo de 200 a 400 nm, y

en la que un grosor de dicha segunda capa de célula solar (200) está en un intervalo de 1,5 a 3,0m.

4. La célula solar en tándem de película delgada según la reivindicación 2, que comprende además:

una capa conductora intermedia (300) formada entre dicha primera capa de célula solar

(150) y dicha segunda capa de célula solar (200). 5. La célula solar en tándem de película delgada según la reivindicación 4, en la que un grosor de dicha primera capa de célula solar (150) está en un intervalo de 100 a 400 nm, y en la que un grosor de dicha segunda capa de célula solar (200) está en un intervalo de 5 1,0 a 3,0m.

6. La célula solar en tándem de película delgada según la reivindicación 4, en la que

dicha capa conductora intermedia (300) está formada principalmente por material seleccionado

entre ZnC, SnO2 y óxido de indio y estaño, y

en la que dicha capa conductora intermedia (300) tiene un coeficiente de absorción de 10 luz inferior al 1% a longitudes de onda de 600 a 1.200 nm. 7. La célula solar en tándem de película delgada según la reivindicación 1, que comprende además: una segunda capa conductora (100) que cubre dicha segunda capa de célula solar (200), estando dicha segunda capa conductora (100) formada por plata. 15 8. La célula solar en tándem de película delgada según la reivindicación 7, que comprende además: una tercera capa conductora formada entre dicha segunda capa de célula solar (200) y dicha segunda capa conductora (100). 9. La célula solar en tándem de película delgada según la reivindicación 8, en la que 20 dicha tercera capa conductora (90) está formada principalmente por ZnO, teniendo un grosor de 20 a 100 nm.