PROCEDIMIENTO Y APARATO PARA AUMENTAR LA SENSIBILIDAD DE UN RECEPTOR DE SATELITE DE POSICIONAMIENTO GLOBAL.
Una célula solar (1400) de unión múltiple que comprende:
una porción de célula solar que tiene
un sustrato (1402,
1404) de Ge que incluye una primera célula inferior de Ge en la que están formadas de forma epitaxial
un primer diodo túnel (1406, 1408),
una segunda célula (1412, 1414) de GaAs con una capa ventana (1416),
un segundo diodo túnel (1418, 1420), y
una tercera célula (1422, 1424) de GaInP con una capa ventana (1426),
y una sobrecapa (1428),
una porción (1410) del diodo de derivación en el mismo lado del sustrato (1402, 1404)
junto a las capas (1412, 1414, 1416) de la segunda célula y el segundo diodo túnel (1418, 1420),
estando separada dicha porción (1410) de derivación del diodo de las células de unión múltiple por un canal (1438)
mordentado a través de las capas celulares tercera y segunda hasta la capa del primer diodo túnel,
estando cubiertas las paredes del canal (1438) por un material aislante (1434) y
un conector integral (1436) formado sobre el material aislante que conecta la sobrecapa (1428) de la porción de la célula solar con la parte inferior del canal para hacer contacto con la parte inferior del diodo (1410) de derivación, y
un conductor (1442) que conecta una capa superior (1440) de contactos del diodo (1410) de derivación con un contacto posterior (1430) de la célula solar
Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W9911171US.
Solicitante: TECSTAR POWER SYSTEMS, INC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 15251 DON JULIAN ROAD,CITY OF INDUSTRY, CA 91745.
Inventor/es: HO,FRANK, YEH,MILTON Y, CHU,CHAW-LONG, ILES,PETER A.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 25 de Noviembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01L27/142R
- H01L31/068B
Clasificación PCT:
- H01L27/142 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 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). › 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).
- H01L31/068 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). › siendo las barreras de potencial únicamente del tipo homounión PN, p. ej. células solares homounión PN en silicio masivo o células solares homounión PN en láminas delgadas de silicio policristalino.
Clasificación antigua:
- H01L23/62 H01L […] › H01L 23/00 Detalles de dispositivos semiconductores o de otros dispositivos de estado sólido (H01L 25/00 tiene prioridad). › Protección contra las sobretensiones o sobrecargas, p. ej. fusibles, shunts.
- H01L27/142 H01L 27/00 […] › 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).
- H01L31/042 H01L 31/00 […] › Módulos fotovoltaicos o conjuntos de células individuales fotovoltaicas (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00).
- H01L31/05 H01L 31/00 […] › Medios de interconexión eléctrica entre las células fotovoltaicas dentro del módulo fotovoltaico, p. ej. conexión en serie de células fotovoltaicas (electrodos H01L 31/0224; interconexión eléctrica de células solares de película delgada formadas sobre un sustrato común H01L 31/046; estructuras particulares para la interconexión eléctrica de células solares de película delgada adyacentes en el módulo H01L 31/0465; medios de interconexión eléctrica especialmente adaptados para conectar eléctricamente dos o más módulos fotovoltaicos H02S 40/36).
- H01L31/06 H01L 31/00 […] › caracterizados por al menos una barrera de potencial o una barrera de superficie.
- H01L31/18 H01L 31/00 […] › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.
Fragmento de la descripción:
Procedimiento y aparato para aumentar la sensibilidad de un receptor de satélite de posicionamiento global.
Antecedentes de la invención
La presente invención versa acerca de células solares.
Las células fotovoltaicas, denominadas comúnmente células solares, son dispositivos bien conocidos que convierten la energía solar en energía eléctrica. Hace mucho tiempo que vienen usándose células solares para generar energía eléctrica tanto en aplicaciones terrestres como espaciales. Las células solares ofrecen varias ventajas con respecto a fuentes de energía más convencionales. Por ejemplo, las células solares ofrecen un procedimiento limpio para generar electricidad. Además, las células solares no tienen que ser recargadas de combustibles fósiles. En vez de ello, las células solares son alimentadas por la energía virtualmente ilimitada del sol. Sin embargo, el uso de células solares ha estado limitado, porque las células solares son un procedimiento relativamente caro de generar electricidad. No obstante, la célula solar es un dispositivo atractivo para generar energía en el espacio, en el que no están disponibles las fuentes convencionales de energía de bajo costo.
Típicamente, las células solares se montan en conjuntos de células solares conectadas entre sí en serie o en paralelo, o en una combinación serie-paralelo. El voltaje y la corriente de salida deseados determinan, al menos en parte, el número de células en un conjunto, al igual que la topología del conjunto.
Como es bien sabido en la técnica, cuando se iluminan todas las células de un conjunto, cada célula tendrá una polarización directa. Sin embargo, si una o más células están en la sombra (es decir, no iluminadas) por una antena de satélite o similar, la célula o células en la sombra pueden adquirir una polarización inversa, debido al voltaje generado por las células que no están en la sombra. La polarización inversa de una célula puede causar una degradación permanente en el rendimiento de la célula, o incluso una avería total de la célula. Para prevenir tal avería, se acostumbra proporcionar diodos protectores de derivación. Un diodo de derivación puede estar conectado entre los extremos de varias células, o, para una fiabilidad potenciada, cada célula puede tener su propio diodo de derivación. Las células solares de unión múltiple son particularmente susceptibles a avería cuando se las somete a un estado de polarización inversa. Así, las células de unión múltiple se benefician en particular de tener un diodo de derivación por célula. Convencionalmente, el diodo de derivación está conectado en una configuración antiparalela, con el ánodo y el cátodo del diodo de derivación conectados, respectivamente, con el cátodo y el ánodo de la célula solar, de modo que el diodo de derivación tenga una polarización inversa cuando las células estén iluminadas. Cuando una célula esté en la sombra, la corriente en la célula en la sombra se hace limitada y la célula en la sombra adquiere una polarización inversa. A su vez, el diodo de derivación conectado entre los extremos de la célula adquiere una polarización directa. La mayor parte de la corriente fluirá por el diodo de derivación, en vez de hacerlo a través de la célula en la sombra, permitiendo con ello que la corriente siga fluyendo por el conjunto. Además, el diodo de derivación limita el voltaje de polarización inversa entre los extremos de la célula en la sombra, protegiendo con ello a la célula en la sombra.
Se han usado diferentes procedimientos convencionales para proporcionar células solares con protección de diodos de derivación. Cada procedimiento convencional tiene sus inconvenientes. Por ejemplo, en un intento por proporcionar una protección por derivación aumentada, un procedimiento conlleva colocar un diodo de derivación entre células adyacentes, estando conectados el ánodo del diodo de derivación a una célula y el cátodo del diodo a una célula contigua. Sin embargo, este procedimiento requiere que las células puedan montarse en un conjunto antes de que pueda añadirse el diodo protector de derivación. Este procedimiento de montaje resulta difícil y es ineficiente. Además, este procedimiento requiere que los diodos de derivación sean añadidos por el montador del conjunto, no por el fabricante de las células. Además, este procedimiento requiere que las células estén lo bastante separadas como para dejar sitio para el diodo de derivación. Esta separación resulta en que el conjunto tenga un factor de compactación más reducido y, por lo tanto, en que el conjunto sea menos eficiente en base a la superficie.
Otra técnica convencional que proporciona un diodo de derivación para cada célula requiere que se forme un entrante en la parte posterior de la célula en la que se coloca un diodo de derivación. Cada célula está dotada de un primer contacto polarizado en la superficie frontal de la célula, y se proporciona un segundo contacto polarizado en la superficie posterior de cada célula. A continuación, debe soldarse un interconector con forma de "S" desde un contacto en la superficie posterior de una primera célula hasta un contacto de la superficie frontal de una célula contigua. Por ello, esta técnica requiere, desventajosamente, que las células estén lo bastante separadas como para dejar sitio al interconector, que debe pasar entre las células contiguas. Desventajas adicionales de este procedimiento incluyen la posibilidad de que se generen microgrietas durante la formación del entrante. Además, esta técnica requiere una gruesa capa de unión de adhesivo, añadiéndose con ello potenciadores de la tensión, al aumentar las tensiones generadas durante el ciclo de la temperatura. Además, la presente técnica convencional requiere que la conexión del interconector a la célula contigua sea realizada por el montador del conjunto, y no por el fabricante de la célula.
También se llama la atención al Resumen de Patentes de Japón, tomo 1997 Nº 07, 31-07-1997, y el documento JP-A-09-064397 versa acerca de una célula solar y de un módulo de células solares. Este documento versa acerca de un problema que ocurre en un módulo de células solares que está compuesto de un semiconductor de silicio de cristal no simple. En tal módulo de células solares, con gran humedad, puede ocurrir una migración de iones metálicos a partir del sustrato metálico al material semiconductor de cristal no simple, degradándose así el comportamiento eléctrico de la célula solar.
El elemento de diodo actuaría como un diodo de derivación y está compuesto de un material de silicio de cristal no simple.
El documento US-A-5.405.453 se refiere a células solares de germanio/arseniuro de galio, y en particular a células solares apiladas para utilizar una gran porción del espectro solar. El documento no se refiere al uso de un diodo de derivación.
El documento US-A-5.330.583 se refiere a un módulo de baterías solares y da a conocer entre las células de baterías diodos de derivación en forma de chip que no están integrados en las células solares.
Conforme a la presente invención, se proporciona una célula solar de unión múltiple, tal como se expone en la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas de la invención son dadas a conocer en las reivindicaciones dependientes.
En la presente invención, la célula solar es una célula de unión múltiple. La célula solar está formada al menos de materiales de los grupos III, IV o V. El diodo incluye al menos una capa de GaAs de tipo N y una capa de GaAs de tipo P. En otra realización, el diodo se forma usando materiales con salto de banda inferior, tales como el germanio o el InGaAs.
La célula solar incluye un sustrato de germanio (Ge). El sustrato de Ge puede incluir además una unión fotoactiva. El sustrato es un cristal simple.
En otra realización, un conductor en forma de presilla en C interconecta al menos un contacto de una célula solar con al menos un contacto de un diodo de derivación. En otra realización, se usa una capa metalizada de forma integral para interconectar al menos un contacto de una célula solar con al menos un contacto de un diodo de derivación. En aún otra realización, la capa metalizada de forma integral se deposita sobre una capa aislante para evitar que la capa metalizada de forma integral cortocircuite una o más capas adicionales.
Una sobrecapa conecta la célula solar. En otra realización no reivindicada en la...
Reivindicaciones:
1. Una célula solar (1400) de unión múltiple que comprende:
2. La célula solar tal como se define en la Reivindicación 1, en la que dicho conductor es una presilla metálica de interconexión (1442) en forma de C.
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