1. Una disposición de célula solar fotovoltaica para la producción de energía a partir del sol que comprende:

un sustrato de germanio (11, 12) que incluye una primera unión fotoactiva y la formación de una subcélula solar inferior (10);

una subcélula media de arseniuro de galio (20) dispuesta sobre dicho sustrato (11, 12);

una subcélula superior de fosfuro de galio indio (30) dispuesta sobre dicha subcélula media y

una rejilla superficial dispuesta sobre dicha subcélula superior (30) que incluye una pluralidad de líneas de rejilla separadas entre sí (45),

caracterizada porque

las líneas de rejilla tienen un grosor mayor de 7 micrómetros y cada línea de rejilla (45) tiene una sección transversal con la forma de un trapecio con un área de sección transversal de entre 45 y 55 micrómetros cuadrados.

2. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la forma de trapecio tiene un ancho en la parte superior de aproximadamente 4,5 micrómetros y un ancho en la inferior de aproximadamente 7 micrómetros.

3. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque las líneas de rejilla (45) tienen un paso de centro a centro de aproximadamente 100 micrómetros.

4. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque el patrón de rejilla consiste en una pluralidad de líneas de rejilla paralelas (45) que cubren la superficie superior.

5. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque el área superficial agregada del patrón de rejilla cubre al menos el 5% del área superficial de la subcélula superior (30), pero menos del 10% del área superficial de la subcélula superior (30).

6. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 5, caracterizada porque el área superficial agregada del patrón de rejilla cubre aproximadamente el 6% de dicha área superficial de la subcélula superior (30).

7. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la banda prohibida de las subcélulas superior, media e inferior es de 1,9 eV, 1,4 eV y 0,7 eV, respectivamente.

8. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la subcélula superior (30) tiene una resistencia laminar de menos de 300 ohmios/cuadrado.

9. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 8, caracterizada porque la subcélula superior (30) tiene una resistencia laminar de aproximadamente 200 ohmios/cuadrado.

10. Una disposición como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende además

una lente de concentración (60) para producir una concentración de luz de más de 500X; porque la subcélula superior (30) está dispuesta en el recorrido de la de luz concentrada;

porque dicha subcélula superior (30) tiene una banda prohibida para maximizar la absorción en la región espectral AM1,5 y porque dichas líneas de rejilla (45) están adaptadas para la conducción de la corriente relativamente alta creada por la célula solar.

11. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 10, caracterizada porque a célula solar tiene una tensión en circuito abierto (Voc) de al menos 3,0 voltios, una responsividad en cortocircuito de al menos 0,13 amperios por vatio, un factor de relleno (FF) de al menos 0,70 y produce por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico por centímetro cuadrado de área de célula, con una irradiación solar AM1,5 con una eficiencia de conversión por encima del 35% por sol.

12. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 10, caracterizada porque comprende además capas de diodos túnel (14, 15, 21, 22) dispuestas entre tas subcélulas de la célula solar que tienen un grosor adaptado para soportar una densidad de corriente a través de los diodos túnel de entre 15 y 30 amperios/centímetro cuadrado.

Una disposición de célula solar fotovoltaica

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención La presente invención se refiere en general al diseño de células solares tanto para el espacio como para sistemasde generación solar terrestre de concentrador para la conversión de la luz solar en energía eléctrica y, másparticularmente, a una disposición que incluye una configuración de rejilla de la célula solar.

Descripción de la técnica relacionada Las células solares de silicio disponibles comercialmente para aplicaciones de generación solar terrestre tienenrendimientos que varían desde el 8 al 15%. Las células solares de semiconductor compuestas en base a compuestos III-V, tienen una eficiencia del 28% en condiciones de funcionamiento normal. Más aún, es bien conocido que la energía solar de concentración sobre células fotovoltaicas de semiconductor de compuestos III-Vincrementa el rendimiento de las células hasta un rendimiento superior al 37% bajo concentración.

Los sistemas de generación solar terrestre usan actualmente células solares de silicio debido a su bajo coste y amplia disponibilidad. Sin embargo las células solares de semiconductor de compuestos III-V se han usado ampliamente en aplicaciones de satélites, en las que son más importantes los rendimientos de potencia en relaciónal peso que las consideraciones de coste por vatio en la selección de tales dispositivos, tales células solares desemiconductor III-V no se han diseñado aún para una cobertura óptima del espectro solar presente en la superficiede la tierra (conocido como masa de aire 1, 5 o AM1, 5D) .

En el diseño de células solares tanto de silicio como de semiconductor de compuestos III-V, se coloca típicamente un contacto eléctrico en un lado delantero o absorbente de la luz de la célula solar y se coloca un segundo contactoen el lado posterior de la célula. Se dispone un semiconductor fotoactivo en un lado absorbente de la luz del sustratoe incluye una o más uniones p-n, que crean un flujo de electrones según se absorbe la luz dentro de la célula. Laslíneas de la rejilla conductora se extienden sobre la superficie superior de la célula para capturar este flujo deelectrones que entonces se conectan sobre el contacto frontal o terminal de union.

Un aspecto importante de la especificación del diseño de una célula solar es la estructura física (composición, bandaprohibida y grosor de la capa) de las capas de material semiconductor que constituyen la célula solar. Las célulassolares se fabrican frecuentemente en estructuras verticales, de unión múltiple para utilizar materiales con diferentesbandas prohibidas y convertir tanta parte del espectro solar como sea posible. Un tipo de estructura de uniónmúltiple útil en el diseño de acuerdo con la presente invención es la estructura de célula solar de triple unión que consiste en una célula inferior de germanio, una célula media de arseniuro de galio (GaAs) y una célula superior defosfuro de galio indio (InGaP) .

Sumario de la invención

1. Objetivos de la invención Es un objetivo de la presente invención proporcionar una célula solar de unión múltiple de semiconductores decompuestos III-V mejorada para aplicaciones de generación terrestre con una configuración de rejilla que permita ala célula solar producir por encima de 35 milivatios de potencia de corriente continua de pico por centímetrocuadrado de área de célula por sol con una irradiación solar AM1, 5D.

Es un objetivo de la presente invención proporcionar una célula solar de unión múltiple de semiconductores decompuestos III-V mejorada para aplicaciones de generación espaciales con una configuración de rejilla que permita a la célula solar producir por encima de 35 milivatios de potencia de corriente continua de pico por centímetrocuadrado de área de célula por sol con una irradiación solar AM0.

Es otro objetivo más de la invención proporcionar una estructura de rejilla en la superficie frontal de una célula solar de semiconductores III-V para adaptarse a una corriente elevada para aplicaciones de generación terrestre fotovoltaica de concentrador.

Algunas implementaciones pueden conseguir menos que todos los objetivos precedentes.

2. Características de la invención Brevemente, y en términos generales, la presente invención proporciona una disposición de células solares fotovoltaicas de concentrador para la producción de energía a partir del sol que comprende una lente concentradorapara producción de una concentración de luz mayor que 500X y una célula solar en el recorrido del haz de luzconcentrado, incluyendo la célula solar un substrato de germanio que incluye una primera unión fotoactiva y laformación de una subcélula solar inferior; una célula media de arseniuro de galio dispuesta sobre dicho sustrato; unacélula superior de fosfuro de galio indio dispuesta sobre dicha célula media y que tiene una banda prohibida paramaximizar la absorción en la región del espectro AM1, 5 y una rejilla superficial dispuesta sobre dicha célula superiorque incluye una pluralidad de líneas de rejilla separadas entre sí, en la que las líneas de rejilla tienen un grosormayor que 7 micrómetros y cada línea de rejilla tiene una sección transversal con la forma de un trapecio con unárea de sección transversal de entre 45 y 55 micrómetros cuadrados.

En otro aspecto, la presente divulgación proporciona una célula solar fotovoltaica para la producción de energía apartir del sol que incluye un sustrato de germanio que incluye una primera unión fotoactiva y la formación de unasubcélula solar inferior; una célula media de arseniuro de galio dispuesta sobre dicho sustrato; una célula superiorde fosfuro de galio indio dispuesta sobre dicha célula media y una rejilla superficial que incluye una pluralidad delíneas de rejilla separadas entre sí, en la que las líneas de rejilla tienen un grosor mayor de 7 micrómetros y cada línea de rejilla tiene una sección transversal con la forma de un trapecio con un área de sección transversal de entre45 y 55 micrómetros cuadrados.

En otro aspecto, la presente divulgación proporciona una célula solar fotovoltaica para la producción de energía apartir del sol que comprende un sustrato de germanio que incluye una primera unión fotoactiva y la formación de unasubcélula solar inferior; una célula media de arseniuro de galio dispuesta sobre dicho sustrato; una célula superiorde fosfuro de galio indio dispuesta sobre dicha célula media y una rejilla superficial dispuesta sobre dicha célulasuperior que incluye una pluralidad de líneas de rejilla separadas entre sí, en la que las líneas de rejilla tienen ungrosor mayor de 7 micrómetros.

En algunas realizaciones, las líneas de la rejilla superficial tienen una forma de sección transversal de trapecio con un ancho en la parte superior de aproximadamente 4, 5 micrómetros y un ancho en la inferior de aproximadamente 7micrómetros.

En algunas realizaciones, las líneas de rejilla superficial tienen un paso de centro a centro de aproximadamente 100micrómetros.

En algunas realizaciones, las líneas de rejilla superficial consisten en una pluralidad de líneas de rejilla paralelas quecubren la superficie superior.

En algunas realizaciones, las líneas de rejilla superficial tienen un área superficial agregada que cubre al menos el5% del área superficial de la célula superior, pero menos del 10% del área superficial.

En algunas realizaciones, las líneas de rejilla superficial tienen un área superficial agregada del patrón de rejilla quecubre aproximadamente el 6% del área superficial.

En algunas realizaciones, la célula solar tiene una tensión en circuito abierto (Voc) de al menos 3, 0 voltios, unaresponsividad en cortocircuito de al menos 0, 13 amperios por vatio, un factor de relleno (FF) de al menos 0, 70 y producen por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico por centímetro cuadrado de área decélula, con una irradiación solar AM1, 5 con una eficiencia de conversión por encima del 35% por sol.

En algunas realizaciones, la célula solar tiene una tensión en circuito abierto (Voc) de al menos 3, 0 voltios, unarespuesta en cortocircuito de al menos 0, 13 amperios por vatio, un factor de relleno (FF) de al menos 0, 70 yproducen por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico por centímetro cuadrado de área decélula, con una irradiación solar AM0 con una eficiencia de conversión por encima...

1. Una disposición de célula solar fotovoltaica para la producción de energía a partir del sol que comprende:

un sustrato de germanio (11, 12) que incluye una primera unión fotoactiva y la formación de una subcélula solarinferior (10) ;una subcélula media de arseniuro de galio (20) dispuesta sobre dicho sustrato (11, 12) ;una subcélula superior de fosfuro de galio indio (30) dispuesta sobre dicha subcélula media y una rejilla superficial dispuesta sobre dicha subcélula superior (30) que incluye una pluralidad de líneas derejilla separadas entre sí (45) , caracterizada porquelas líneas de rejilla tienen un grosor mayor de 7 micrómetros y cada línea de rejilla (45) tiene una seccióntransversal con la forma de un trapecio con un área de sección transversal de entre 45 y 55 micrómetroscuadrados.

2. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la forma de trapecio tiene unancho en la parte superior de aproximadamente 4, 5 micrómetros y un ancho en la inferior de aproximadamente 7micrómetros.

3. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque las líneas de rejilla (45) tienen unpaso de centro a centro de aproximadamente 100 micrómetros.

4. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque el patrón de rejilla consiste en unapluralidad de líneas de rejilla paralelas (45) que cubren la superficie superior.

5. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque el área superficial agregada delpatrón de rejilla cubre al menos el 5% del área superficial de la subcélula superior (30) , pero menos del 10% del áreasuperficial de la subcélula superior (30) .

6. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 5, caracterizada porque el área superficial agregada delpatrón de rejilla cubre aproximadamente el 6% de dicha área superficial de la subcélula superior (30) .

7. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la banda prohibida de lassubcélulas superior, media e inferior es de 1, 9 eV, 1, 4 eV y 0, 7 eV, respectivamente.

8. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizada porque la subcélula superior (30) tieneuna resistencia laminar de menos de 300 ohmios/cuadrado.

9. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 8, caracterizada porque la subcélula superior (30) tieneuna resistencia laminar de aproximadamente 200 ohmios/cuadrado.

10. Una disposición como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque comprende además

una lente de concentración (60) para producir una concentración de luz de más de 500X; porquela subcélula superior (30) está dispuesta en el recorrido de la de luz concentrada;porque dicha subcélula superior (30) tiene una banda prohibida para maximizar la absorción en la regiónespectral AM1, 5 y porque dichas líneas de rejilla (45) están adaptadas para la conducción de la corrienterelativamente alta creada por la célula solar.

11. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 10, caracterizada porque la célula solar tiene una tensiónen circuito abierto (Voc) de al menos 3, 0 voltios, una responsividad en cortocircuito de al menos 0, 13 amperios porvatio, un factor de relleno (FF) de al menos 0, 70 y produce por encima de 35 milivatios de potencia en corriente continua de pico por centímetro cuadrado de área de célula, con una irradiación solar AM1, 5 con una eficiencia deconversión por encima del 35% por sol.

12. Una disposición como se reivindica en la reivindicación 10, caracterizada porque comprende además capas dediodos túnel (14, 15, 21, 22) dispuestas entre las subcélulas de la célula solar que tienen un grosor adaptado parasoportar una densidad de corriente a través de los diodos túnel de entre 15 y 30 amperios/centímetro cuadrado.