DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO.

Un dispositivo fotovoltaico que comprende al menos una capa activa y una placa de cubierta transparente que contiene,

en al menos uno de sus lados o caras, un conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve y que está en contacto óptico con la superficie de recepción de luz de al menos una capa activa del dispositivo fotovoltaico, de tal manera que las estructuras ópticas de relieve comprenden una base y una única cúspide, que están conectadas o unidas por al menos tres superficies de polígono de n lados, siendo n igual o mayor que 4, de tal modo que la cúspide se define como la parte superior de una estructura geométrica óptica de relieve individual y constituye un único punto, el más distante, de una estructura geométrica óptica de relieve individual, en contraste con la base, y la cúspide es el punto para el que la distancia a la base es la más grande, medida en una línea recta perpendicular a la base, y caracterizado por que la base de la estructura óptica de relieve comprende una forma poligonal de m lados y la estructura óptica contiene un total de al menos m + 1 superficies.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/064996.

Solicitante: Solar Excel B.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: Keizersveld 30 5803 AN Venray PAISES BAJOS.

Inventor/es: SLAGER,Ben.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 5 de Noviembre de 2008.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G02B5/04A
  • G02B5/124 FISICA.G02 OPTICA.G02B ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene prioridad; elementos ópticos especialmente adaptados para ser utilizados en los dispositivos o sistemas de iluminación F21V 1/00 - F21V 13/00; instrumentos de medida, ver la subclase correspondiente de G01, p. ej. telémetros ópticos G01C; ensayos de los elementos, sistemas o aparatos ópticos G01M 11/00; gafas G02C; aparatos o disposiciones para tomar fotografías, para proyectarlas o para verlas G03B; lentes acústicas G10K 11/30; "óptica" electrónica e iónica H01J; "óptica" de rayos X H01J, H05G 1/00; elementos ópticos combinados estructuralmente con tubos de descarga eléctrica H01J 5/16, H01J 29/89, H01J 37/22; "óptica" de microondas H01Q; combinación de elementos ópticos con receptores de televisión H04N 5/72; sistemas o disposiciones ópticas en los sistemas de televisión en colores H04N 9/00; disposiciones para la calefacción especialmente adaptadas a superficies transparentes o reflectoras H05B 3/84). › G02B 5/00 Elementos ópticos distintos de las lentes (guías de luz G02B 6/00; elementos ópticos lógicos G02F 3/00). › formando parte varios elementos reflectantes de una placa o de una hoja que forma un todo.
  • H01L31/0236 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 eléctricas 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 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). › Texturas de superficie particulares.

Clasificación PCT:

  • G02B5/04 G02B 5/00 […] › Prismas.
  • G02B5/124 G02B 5/00 […] › formando parte varios elementos reflectantes de una placa o de una hoja que forma un todo.
  • H01L31/0236 H01L 31/00 […] › Texturas de superficie particulares.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2371720_T3.pdf

 

DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO.

Fragmento de la descripción:

La invención se refiere a un dispositivo fotovoltaico que comprende al menos una capa activa y una placa de cubierta que contiene, en al menos uno de sus lados o caras, un conjunto geométricamente ordenado de estructuras ópticas y que está en contacto óptico con la superficie de recepción de luz de la(s) capa(s) activas con el fin de reducir las pérdidas por reflexión de dicha superficie. Dicha placa o lámina puede también ser utilizada en combinación con moléculas luminiscentes, las cuales se encuentran en contacto con dicha placa, al objeto de mejorar la respuesta espectral del dispositivo fotovoltaico. Los dispositivos fotovoltaicos se utilizan, por lo común, para convertir la energía luminosa en energía eléctrica. Estos dispositivos contienen una capa activa que consiste en un material absorbente de la luz que genera portadores de carga al exponerse a la luz. Una capa activa que es común en la actualidad en los dispositivos fotovoltaicos es el silicio. Sin embargo, pueden encontrase una variedad de materiales como, por ejemplo, el arseniuro de galio (GaAs), el telururo de cadmio (CdTe) o el diseleniuro de cobre, indio y galio (CIGS copper indium gallium diselenide). Las cargas, que se generan en la capa activa, son separadas hacia contactos conductores que transmitirán electricidad. Debido a la naturaleza delgada y quebradiza de la capa activa, esta se protege habitualmente de las influencias externas mediante una capa de cubierta transparente, por ejemplo, hecha de vidrio. Se conoce en la técnica que tanto la capa activa como la placa de cubierta reflejan una parte de la luz incidente en el dispositivo fotovoltaico. Especialmente el elevado índice de refracción de la capa activa provoca grandes pérdidas por reflexión que pueden en el caso del silicio ser de hasta el 22% de la luz incidente. Puesto que la luz reflejada no puede ser convertida en energía eléctrica, estas pérdidas por reflexión provocan una gran reducción de la eficiencia de un dispositivo fotovoltaico. Otro efecto que reduce la eficiencia de un dispositivo fotovoltaico es la baja eficiencia cuántica de la capa activa para longitudes de onda usualmente cortas, como, por ejemplo, la luz ultravioleta (UV) o azul. Esta baja respuesta es causada por el salto de banda del material. El salto de banda hace referencia a la diferencia de energías entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción, de manera que los electrones son capaces de saltar de una banda a otra. Debido al salto de banda, la capa activa tiene una longitud de onda óptima en torno a la cual la energía luminosa es convertida de la manera más eficiente en energía eléctrica. La luz con una longitud de onda que es más alta o más baja que la longitud de onda óptima, es convertida de un modo menos eficiente en energía eléctrica. Un segundo efecto que puede reducir la respuesta espectral de un dispositivo fotovoltaico en el intervalo de longitudes de onda cortas es la absorción de luz por la placa de cubierta. Aunque la placa de cubierta es, por lo común, transparente a la luz visible, absorbe a menudo en el intervalo UV. Como resultado de ello, esta luz no puede llegar a la capa activa del dispositivo fotovoltaico y no puede ser convertida en energía eléctrica. A fin de reducir estas pérdidas por reflexión, puede aplicarse un revestimiento antirreflectante en la parte superior del material absorbente de luz o la denominada capa activa. Un revestimiento antirreflectante consiste en una única capa de cuarto de onda de un material transparente con un índice de refracción que está comprendido entre el índice de refracción de la capa activa y el de la placa de cubierta. Si bien esta proporciona, teóricamente, una reflectancia nula en la longitud de onda central y una reflectancia reducida para las longitudes de onda comprendidas en una amplia banda en torno al centro, los costes de procesamiento y de material de estas capas son relativamente elevados. También, las técnicas de procesamiento o tratamiento para crear los revestimientos (por ejemplo, la deposición de vapor química) son exhaustivas y consumen tiempo. Además de ello, el revestimiento antirreflectante únicamente trabaja sobre la superficie en la que se aplica. No es posible, por lo tanto, reducir ni la reflexión de la capa activa ni la de la placa de cubierta mediante el uso de un único revestimiento antirreflectante en una de estas superficies. Otro método para reducir estas pérdidas por reflexión es dotar de una cierta estructura la superficie de la capa activa. Esto puede realizarse tanto confiriendo una cierta estructura directamente al propio material, como confiriendo una cierta estructura superficial al sustrato sobre el que se deposita dicho material. Al dotar de una cierta estructura a la capa activa, con estructuras, por lo común, de pirámide o con forma de V, se obtiene una reducción de las pérdidas por reflexión en la capa activa por reflexiones múltiples en la superficie, lo que ofrece a la luz una 50 mayor oportunidad para entrar en el panel. Este efecto reduce las pérdidas por reflexión en la superficie de la capa activa y se hace referencia, por tanto, a menudo a él como efecto antirreflectante. En segundo lugar, las estructuras pueden, en algunos casos, atrapar parcialmente la luz que no es absorbida por la capa activa y es reflejada por la superficie del sustrato. Como resultado de ello, la probabilidad de absorción de la luz por la capa activa se ve aumentada. Si bien la dotación de una cierta estructura de la capa activa puede mejorar significativamente la 55 eficiencia de una célula fotovoltaica, los métodos de producción son muy complicados y extremadamente caros. A menudo procedimientos como el ataque químico superficial en mojado, el ataque mecánico superficial o el ataque superficial con iones reactivos, se utilizan para realizar el efecto deseado. También la dotación de una cierta estructura de la capa activa no reduce las pérdidas por reflexión de la placa de cubierta. Se conoce en la técnica que el mismo concepto que se describe en el párrafo previo puede ser utilizado para 2 E08848456 14-11-2011 mejorar la transmisión de la luz de una placa de vidrio, esto es, la placa de cubierta. En ella, estructuras con forma de V (G. A. Landis, 21ª Conferencia de especialistas fotovoltaicos del IEEE [Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Institute of Electrical and Electronics Engineering], 1304-1307 (1990)) o piramidales según se divulga en el documento WO 03/046617, se aplican a una placa de vidrio con el fin de reducir las pérdidas por reflexión de 5 dicha placa y, por tanto, aumentar su transmisión. Las estructuras pueden ser aplicadas a la placa de vidrio mediante, por ejemplo, colada o presión. Sin embargo, a la hora de utilizar la placa como una placa de cubierta de un dispositivo fotovoltaico, la eficiencia máxima de dicho dispositivo puede aumentarse tan solo en un 6%, lo que representa una reducción de aproximadamente el 30% de las pérdidas por reflexión, de acuerdo con un estudio sobre un modelo (U. Blieske et al., 3ª Conferencia mundial sobre conversión fotovoltaica de energía, 188-191   (2003)). En la práctica, los resultados son incluso menores y tan solo puede obtenerse el 3%. Si bien las estructuras reducen algunas de las pérdidas por reflexión de la capa activa, esta reduce, predominantemente, las pérdidas por reflexión de la placa de cubierta. En consecuencia, la reducción total de las pérdidas por reflexión, y el incremento en la eficiencia del dispositivo fotovoltaico, son bajos. El documento US 4.576.850 divulga una superficie de microestructuras para células solares. Es, por tanto, un propósito de la presente invención mejorar la eficiencia de un dispositivo fotovoltaico y proporcionar un dispositivo fotovoltaico en el que las pérdidas por reflexión, especialmente las pérdidas por reflexión de la capa activa, son adicionalmente reducidas. Este propósito se consigue mediante un dispositivo fotovoltaico según se expone en la reivindicación 1. Si bien la placa de cubierta transparente puede contener tan solo una única estructura geométrica óptica de relieve individual, se prefiere que la placa de cubierta transparente contenga un conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve. Debe entenderse un conjunto geométricamente ordenado como una colección o grupo de elementos, en este caso, estructuras ópticas de relieve individuales, situadas adyacentes entre sí o dispuestas en filas y columnas sobre un único sustrato. Preferiblemente, el conjunto geométricamente ordenado contiene al menos 4 estructuras geométricas ópticas de relieve. Sorprendentemente, puede demostrarse que la placa de cubierta que comprende las estructuras ópticas de relieve reduce las pérdidas por reflexión de la superficie de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Un dispositivo fotovoltaico que comprende al menos una capa activa y una placa de cubierta transparente que contiene, en al menos uno de sus lados o caras, un conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve y que está en contacto óptico con la superficie de recepción de luz de al menos una capa activa del dispositivo fotovoltaico, de tal manera que las estructuras ópticas de relieve comprenden una base y una única cúspide, que están conectadas o unidas por al menos tres superficies de polígono de n lados, siendo n igual o mayor que 4, de tal modo que la cúspide se define como la parte superior de una estructura geométrica óptica de relieve individual y constituye un único punto, el más distante, de una estructura geométrica óptica de relieve individual, en contraste con la base, y la cúspide es el punto para el que la distancia a la base es la más grande, medida en una línea recta perpendicular a la base, y caracterizado por que la base de la estructura óptica de relieve comprende una forma poligonal de m lados y la estructura óptica contiene un total de al menos m + 1 superficies. 2.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la placa de cubierta transparente contiene un conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve, de tal manera que las estructuras adyacentes están en contacto a tope unas con otras. 3.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por que la placa de cubierta transparente contiene un conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve que tienen la misma orientación, una orientación alterna o una orientación aleatoria unas con respecto a otras. 4.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las superficies del conjunto geométricamente ordenado de estructuras ópticas de relieve están cubiertas con un revestimiento. 5.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que el revestimiento tiene un índice de refracción diferente del de las estructuras ópticas de relieve y por que la forma del revestimiento es complementaria o conjugada con el conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve, y por que el dispositivo fotovoltaico con el revestimiento tiene estructuras regulares, carentes de relieve. 6.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la placa de cubierta transparente que contiene, en al menos uno de sus lados o caras, un conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve, está hecha de vidrio. 7.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la placa de cubierta transparente que contiene, en al menos uno de sus lados o caras, un conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve, está hecha de un material polimérico. 8.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que el polímero es polimetilmetacrilato. 9.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que el polímero es policarbonato. 10.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el polímero está estabilizado mediante absorbedores de UV y/o estabilizadores de la luz amino-impedidos. 11.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que está presente un pigmento luminiscente en la placa de cubierta transparente, la cual contiene el conjunto geométricamente ordenado de estructuras ópticas de relieve. 12.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que está presente un pigmento luminiscente en una capa comprendida entre la placa de cubierta transparente que contiene el conjunto geométricamente ordenado de estructuras ópticas de relieve y la superficie de recepción de luz de la capa activa del dispositivo fotovoltaico. 13.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 11 o la reivindicación 12, caracterizado por que el pigmento luminiscente comprende una mezcla de varios pigmentos luminiscentes. 14.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado por que la concentración del pigmento luminiscente se encuentra entre 0,001 y 50 gramos de pigmento por m 2 de superficie de la placa de cubierta y por mm de espesor de la placa de cubierta. 15.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que el pigmento luminiscente es un pigmento orgánico. 16.-Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por 12 E08848456 14-11-2011   que el pigmento luminiscente es un pigmento inorgánico. 17.- Un dispositivo fotovoltaico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que el pigmento luminiscente actúa como absorbedor de UV para estabilizar el polímero, siempre y cuando la placa de cubierta transparente que contiene en al menos uno de sus lados o caras un conjunto geométricamente ordenado de estructuras geométricas ópticas de relieve, esté hecha de un material polimérico. 13 E08848456 14-11-2011   14 E08848456 14-11-2011   E08848456 14-11-2011   16 E08848456 14-11-2011   17 E08848456 14-11-2011   18 E08848456 14-11-2011

 

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