Módulo fotovoltaico y procesado del mismo.

Módulo fotovoltaico multiconexión, que comprende un primer submódulo fotovoltaico y un segundo submódulofotovoltaico apilado sobre el primer submódulo fotovoltaico,

en el que:

- el primer submódulo fotovoltaico comprende una pluralidad de N primeras subcélulas fotovoltaicas que estánintegradas monolíticamente en un primer sustrato y en el que el segundo submódulo fotovoltaico comprendeuna pluralidad de M segundas subcélulas fotovoltaicas que están integradas monolíticamente en un segundosustrato, siendo N y M enteros;

- la pluralidad de N primeras subcélulas fotovoltaicas es sustancialmente idéntica y presenta un primer tamañode área activa;

- la pluralidad de M segundas subcélulas fotovoltaicas es sustancialmente idéntica y presenta un segundotamaño de área activa que es sustancialmente diferente del primer tamaño de área activa;

- la pluralidad de primeras subcélulas fotovoltaicas está conectada eléctricamente en serie;

- la pluralidad de segundas subcélulas fotovoltaicas está conectada eléctricamente en serie;

- el primer submódulo fotovoltaico y el segundo submódulo fotovoltaico están conectados eléctricamente enparalelo, en el que

- bajo iluminación, la totalidad de las primeras N subcélulas fotovoltaicas están caracterizadas porquepresentan la misma tensión de circuito abierto VC01 y todas las segundas M subcélulas fotovoltaicas estáncaracterizadas porque presentan la misma tensión de circuito abierto VC02 y donde

- bajo iluminación, una primera fototensión generada por el primer submódulo fotovoltaico es sustancialmenteigual a una segunda fototensión generada por el segundo submódulo fotovoltaico.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/058456.

Solicitante: IMEC.

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: KAPELDREEF 75 3001 LEUVEN BELGICA.

Inventor/es: POORTMANS,JEF, AERNOUTS,TOM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01L27/30 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 27/00 Dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores o de otros componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común (detalles H01L 23/00, H01L 29/00 - H01L 51/00; conjuntos que consisten en una pluralidad de dispositivos de estado sólido individuales H01L 25/00). › con componentes especialmente adaptados para detectar radiación infrarroja, luz, radiación electromagnética de menor longitud de onda o radiación corpuscular; con componentes especialmente adaptados bien para la conversión en energía eléctrica de la energía de dicha radiación o bien para el control de energía eléctrica mediante dicha radiación.
  • H01L31/02 H01L […] › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Detalles.
  • H01L31/042 H01L 31/00 […] › Módulos fotovoltaicos o conjuntos de células individuales fotovoltaicos (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00).
  • H01L51/44 H01L […] › H01L 51/00 Dispositivos de estado sólido que utilizan materiales orgánicos como parte activa, o que utilizan como parte activa una combinación de materiales orgánicos con otros materiales; Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dichos dispositivos o de sus partes constitutivas (dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes formados en o sobre un sustrato común H01L 27/28; dispositivos termoeléctricos que utilizan material orgánico H01L 35/00, H01L 37/00; elementos piezoeléctricos, magnetoestrictivos o electroestrictivos que utilizan material orgánico H01L 41/00). › Detalles de los dispositivos.

PDF original: ES-2399798_T3.pdf

 

Módulo fotovoltaico y procesado del mismo.

Fragmento de la descripción:

Módulo fotovoltaico y procesado del mismo.

Campo de la invención La presente invención se refiere a módulos fotovoltaicos multiconexión y a procedimientos para la fabricación de dichos módulos.

Más en particular, se refiere a módulos fotovoltaicos multiconexión de película fina, como módulos fotovoltaicos multiconexión orgánicos.

Antecedentes de la invención La eficiencia de conversión de la energía en las células fotovoltaicas orgánicas de unión simple, debido al estrecho espectro de absorción de los materiales orgánicos utilizados habitualmente en la capa activa de células fotovoltaicas orgánicas. Por lo tanto, en una célula fotovoltaica orgánica típicamente solo una pequeña parte de la luz que entra se absorbe y se convierte en energía eléctrica. La parte restante de la luz que entra no se absorbe y, de este modo, no contribuye a la generación de energía eléctrica.

Se han seguido varios planteamientos para mejorar la conversión de la luz que entra en energía eléctrica, en los que se han formado células fotovoltaicas orgánicas mediante la interconexión de dos o más subcélulas fotovoltaicas orgánicas.

Disponiendo dos o más subcélulas fotovoltaicas orgánicas la una sobre la otra, la parte de la luz entrante que no se absorbe en la subcélula superior, es decir la subcélula que está más próxima a la fuente de luz, se puede transmitir a una subcélula subyacente. Dicha subcélula subyacente típicamente comprende otros materiales de capa activa diferentes a los de la subcélula superior, que permiten la absorción de la parte de la luz entrante que se transmite mediante la subcélula superior. Dicha configuración corresponde a una conexión en serie óptica de dos o más subcélulas.

Las subcélulas pueden estar conectadas eléctricamente en serie o en paralelo, o se puede utilizar una combinación de conexiones en serie y en paralelo.

El apilado de células fotovoltaicas, por ejemplo células fotovoltaicas orgánicas, en las que se apilan por lo menos dos subcélulas que funcionan de diferentes áreas espectrales la una sobre la otra, puede presentar un funcionamiento mejorado gracias a que se puede absorber y convertir una parte más amplia del espectro de la luz entrante mediante la pila de subcélulas.

Sin embargo, no se garantiza el ajuste de las corrientes de cortocircuito de las diferentes subcélulas (lo que resulta especialmente relevante cuando las subcélulas apiladas se conectan en serie eléctricamente) y resulta enormemente afectada por las interacciones mutuas (como por ejemplo la superposición parcial del espectro de absorción entre las subcélulas, los efectos de interferencia óptica, la conductividad eléctrica o las variaciones dependientes de la temperatura) así como las variaciones en las condiciones de iluminación.

De forma similar, no se garantiza el ajuste de las tensiones de circuito abierto de las subcélulas apiladas (lo que resulta especialmente relevante cuando dichas células apiladas están conectadas eléctricamente en paralelo) y resulta enormemente afectada por las interacciones mutuas, así como por las variaciones en las condiciones de iluminación.

Típicamente, las células apiladas se optimizan para su funcionamiento bajo condiciones de iluminación estandarizadas. Sin embargo, bajo condiciones de iluminación reales, las variaciones espectrales y el sombreado parcial de las células pueden provocar un rendimiento que no sea óptimo de las células fotovoltaicas apiladas.

Además, en el caso de subcélulas no idénticas (es decir, en caso de desajuste de la corriente y/o desajuste de la tensión entre subcélulas) el rendimiento de una célula apilada viene determinado en gran medida (es decir, limitado) por la célula apilada más débil.

El documento US-A-4784701 da a conocer un dispositivo fotovoltaico multiconexión que comprende primeros y segundos submódulos apilados, conectados eléctricamente en paralelo, en el que cada uno de dichos submódulos comprende subcélulas conectadas en serie con base de a-Si.

El documento US-A-20050217717 da a conocer dispositivos fotovoltaicos multiconexión, que comprenden submódulos apilados tanto monolítica como mecánicamente, comprendiendo dichos submódulos células fotovoltaicas inorgánicas u orgánicas.

El documento US-A-4847669 da a conocer un dispositivo fotovoltaico multiconexión que comprende primeros y segundos submódulos apilados que están conectados en serie eléctricamente, comprendiendo dichos submódulos células fotovoltaicas inorgánicas conectadas en serie, presentando las células de los primeros y de los segundos submódulos diferentes tamaños de área.

Objetivos de la invención La presente invención pretende proporcionar un dispositivo multiconexión fotovoltaico, que no adolezca de las desventajas de los dispositivos según la técnica anterior, para la producción de energía eléctrica (es decir para la conversión de energía óptica en energía eléctrica) .

Un objetivo de la presente invención es proporcionar módulos fotovoltaicos orgánicos multifunción en los que la salida de la energía eléctrica del módulo resulte menos sensible a las condiciones de iluminación variables, en comparación con las soluciones según la técnica anterior, y en los que la salida de energía eléctrica del módulo resulte menos sensible al ajuste estricto de la corriente y/o al ajuste de la tensión de las subcélulas apiladas, en comparación con las soluciones según la técnica anterior.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar procedimientos para la fabricación de módulos fotovoltaicos orgánicos multiconexión de dicho tipo.

Sumario de la invención La presente invención se refiere a un módulo fotovoltaico multiconexión según la reivindicación 1 y a un procedimiento para la fabricación de un módulo fotovoltaico multiconexión según la reivindicación 5.

Ventajosamente, bajo iluminación, las primeras células fotovoltaicas presentan una tensión de circuito abierto de Voc1, las segundas células fotovoltaicas presentan una tensión de circuito abierto de Voc2 y N Voc1 no difiere de M Voc2 en más del 10%, preferentemente no más del 5% y, con mayor preferencia, no más del 2%, aún con mayor preferencia no más del 1%.

Preferentemente, las primeras células fotovoltaicas y las segundas células fotovoltaicas son células orgánicas.

Preferentemente, la pluralidad de las primeras células fotovoltaicas comprende un primer material activo y la pluralidad de las segundas células fotovoltaicas comprende un segundo material activo diferente del primer material activo.

Preferentemente, el primer submódulo fotovoltaico y el segundo submódulo fotovoltaico están apilados con su lado de dispositivo orientado el uno hacia el otro.

De forma alternativa, el primer y el segundo sustrato son dos lados de un sustrato transparente.

Ventajosamente, el módulo fotovoltaico multiconexión también puede comprender submódulos adicionales en serie ópticamente con los primeros y los segundos submódulos, comprendiendo cada uno de dichos submódulos adicionales una pluralidad ki de células fotovoltaicas adicionales conectadas en serie, siendo dichas células fotovoltaicas adicionales (sustancialmente) idénticas, y estando provistas en un sustrato adicional.

Preferentemente, con iluminación, cada uno de los submódulos adicionales prevé (muestra) una tensión de circuito abierto Voci y ki. Voci no difiere de N. Voc1 en más del 10%, preferentemente no más del 5%, con mayor preferencia no más del 2%, todavía con mayor preferencia no más del 1%.

Preferentemente, las células fotovoltaicas adicionales están integradas de forma monolítica en cada uno de los sustratos adicionales.

El módulo fotovoltaico multiconexión puede comprender hasta tres submódulos adicionales.

Preferentemente, el procedimiento para la fabricación de un módulo fotovoltaico multiconexión también comprende la etapa de encapsulado de dicho módulo fotovoltaico multiconexión.

Breve descripción de los dibujos La Figura 1 (a) ilustra una célula fotovoltaica orgánica que comprende un primer electrodo, una capa activa y un segundo electrodo en un sustrato.

La Figura 1 (b) ilustra una célula fotovoltaica orgánica que comprende una capa adicional de transporte de hueco y una capa adicional de transporte de electrón.

La Figura 2 muestra una curva IV de una célula fotovoltaica iluminada, que ilustra la corriente de cortocircuito, la tensión de circuito abierto y el punto de energía máxima.

La Figura 3 (a) ilustra la conexión en serie eléctrica de dos células fotovoltaicas. 5

La Figura... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Módulo fotovoltaico multiconexión, que comprende un primer submódulo fotovoltaico y un segundo submódulo fotovoltaico apilado sobre el primer submódulo fotovoltaico, en el que: 5

- el primer submódulo fotovoltaico comprende una pluralidad de N primeras subcélulas fotovoltaicas que están integradas monolíticamente en un primer sustrato y en el que el segundo submódulo fotovoltaico comprende una pluralidad de M segundas subcélulas fotovoltaicas que están integradas monolíticamente en un segundo sustrato, siendo N y M enteros;

- la pluralidad de N primeras subcélulas fotovoltaicas es sustancialmente idéntica y presenta un primer tamaño de área activa;

-la pluralidad de M segundas subcélulas fotovoltaicas es sustancialmente idéntica y presenta un segundo 15 tamaño de área activa que es sustancialmente diferente del primer tamaño de área activa;

- la pluralidad de primeras subcélulas fotovoltaicas está conectada eléctricamente en serie;

-la pluralidad de segundas subcélulas fotovoltaicas está conectada eléctricamente en serie; 20

- el primer submódulo fotovoltaico y el segundo submódulo fotovoltaico están conectados eléctricamente en paralelo, en el que

- bajo iluminación, la totalidad de las primeras N subcélulas fotovoltaicas están caracterizadas porque

presentan la misma tensión de circuito abierto VC01 y todas las segundas M subcélulas fotovoltaicas están caracterizadas porque presentan la misma tensión de circuito abierto VC02 y donde

- bajo iluminación, una primera fototensión generada por el primer submódulo fotovoltaico es sustancialmente

igual a una segunda fototensión generada por el segundo submódulo fotovoltaico. 30

2. Módulo fotovoltaico multiconexión según la reivindicación 1, en el que las primeras subcélulas fotovoltaicas y las segundas subcélulas fotovoltaicas son subcélulas orgánicas.

3. Módulo fotovoltaico multiconexión según la reivindicación 1 o 2, en el que la pluralidad de primeras subcélulas

fotovoltaicas comprenden un primer material activo y en el que la pluralidad de segundas subcélulas fotovoltaicas comprenden un segundo material activo diferente del primer material activo.

4. Módulo fotovoltaico multiconexión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer

submódulo fotovoltaico y el segundo submódulo fotovoltaico están apilados con sus lados de dispositivo orientados 40 el uno hacia el otro.

5. Procedimiento para la fabricación de un módulo fotovoltaico multiconexión, que comprende las etapas siguientes:

- fabricar un primer submódulo fotovoltaico que comprende una pluralidad de primeras subcélulas fotovoltaicas

sustancialmente idénticas que están integradas monolíticamente en un primer sustrato y que presentan un primer tamaño de área activa;

-conectar dicha pluralidad de primeras subcélulas fotovoltaicas sustancialmente idénticas en serie;

- fabricar un segundo submódulo fotovoltaico que comprende una pluralidad de segundas subcélulas fotovoltaicas sustancialmente idénticas que están integradas monolíticamente en un segundo sustrato y que presentan un segundo tamaño de área activa diferente del primer tamaño de área activa;

-conectar dicha pluralidad de subcélulas fotovoltaicas sustancialmente idénticas en serie; 55

- apilar el segundo submódulo fotovoltaico sobre el primer submódulo fotovoltaico;

- conectar eléctricamente dichos primeros y segundos submódulos fotovoltaicos en paralelo, obteniendo así un

módulo fotovoltaico; 60

- determinar la tensión de circuito abierto VC01 de las primeras subcélulas fotovoltaicas bajo iluminación;

- determinar la tensión de circuito abierto VC02 de las segundas subcélulas fotovoltaicas bajo iluminación; y

- determinar y proporcionar la cantidad N de primeras subcélulas en el primer submódulo y la cantidad M de segundas subcélulas en el segundo submódulo que minimiza el desajuste de tensión entre los primeros y segundos submódulos, siendo N y M enteros.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, que además comprende el encapsulado del módulo fotovoltaico multiconexión.


 

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