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ES2831831T3 - Convertidor de energía monolítico con múltiples uniones - Google Patents

Convertidor de energía monolítico con múltiples uniones Download PDF

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ES2831831T3
ES2831831T3 ES15704681T ES15704681T ES2831831T3 ES 2831831 T3 ES2831831 T3 ES 2831831T3 ES 15704681 T ES15704681 T ES 15704681T ES 15704681 T ES15704681 T ES 15704681T ES 2831831 T3 ES2831831 T3 ES 2831831T3
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Abstract

Convertidor de energía láser con cavidad resonante, que comprende: un reflector de Bragg distribuido inferior; una primera capa semiconductora que recubre el reflector de Bragg distribuido inferior; múltiples uniones de GaInNAsSb que recubren la primera capa semiconductora, estando cada una de las uniones separada por una unión túnel, donde cada una de las múltiples uniones de GaInNASb presenta un grosor de entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 1 micra; una segunda capa semiconductora que recubre las múltiples uniones de GaInNAsSb; y un reflector de Bragg distribuido superior que recubre la segunda capa semiconductora, donde cada una de la primera capa semiconductora y la segunda capa semiconductora es GaAs.

Description

DESCRIPCIÓN
Convertidor de energía monolítico con múltiples uniones
CAMPO
[0001] La exposición hace referencia al campo de la conversión de energía.
ANTECEDENTES
[0002] Los convertidores de energía pueden utilizarse en un número de aplicaciones para cargar dispositivos electrónicos, como teléfonos móviles, sistemas de audio, cine en casa o cualquier otro dispositivo electrónico, desde una fuente de energía. En la técnica, se sabe que las pérdidas óhmicas están inversamente relacionadas con un aumento de la tensión y directamente relacionadas con un aumento de la corriente. Entonces, es ventajoso aumentar el factor de carga de los dispositivos convertidores de energía mediante el aumento de la tensión de los dispositivos.
[0003] Los convertidores de energía de la técnica anterior en el campo incluyen convertidores de capa única con conexión en serie monolíticos hechos de obleas semiconductoras, como GaAs. Dichos convertidores de energía pueden conectarse en serie mediante cableado o sectorizarse mediante la fabricación del convertidor en un sustrato semiaislante utilizando zanjas aislantes para proporcionar aislamiento eléctrico entre cada convertidor sectorizado. La fuente de energía para dichos convertidores de energía es una luz monocromática, como un láser que funciona a una longitud de onda o energía concreta. En esta aplicación en concreto, la luz monocromática oscila entre 1 micra y 1,55 micras, en la región infrarroja del espectro. Cerca de 1 micra es menos ventajoso para uso doméstico, debido a los peligros potenciales de la fuente de luz para el ojo humano, por lo que los modos de realización expuestos en la presente memoria se centran en fuentes de luz de entre 1,3 - 1,55 micras y, en determinados modos de realización, de alrededor de 1,3 micras. No obstante, los expertos en la materia pueden fácilmente modificar la invención expuesta en la presente memoria para convertir la luz de un número de longitudes de onda. Los siguientes documentos forman parte de la técnica anterior pertinente para la invención: US2010/116318A1, US2012/153417A1, ANDREEV et al: "High current density GaAs and GaSb photovoltaic cells for laser power beaming", PROCEEDINGS OF THE 3RD WORLD CONFERENCE ON PHOTOVOLTAIC ENERGY CONVERSION, 18 de mayo de 2003, páginas 761-764 y SCHUBERT et al: "High-Voltage GaAs Photovoltaic Laser Power Converters", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, vol. 56, n.° 2, febrero de 2009, páginas 170-175.
SUMARIO
[0004] La invención comprende un convertidor de energía monolítico y compacto con múltiples uniones, con dos o más capas epitaxiales del mismo material apiladas una encima de la otra con uniones túnel entre cada capa epitaxial. Dado que las capas epitaxiales están apiladas una encima de la otra, se reduce el grosor de cada capa epitaxial para recoger la máxima cantidad de luz y convierte la energía en serie para aumentar el factor de carga al aumentar la tensión del dispositivo en general y disminuir las pérdidas óhmicas (que aumentan con el aumento de corriente). Debido a las capas epitaxiales apiladas, la luz que no es absorbida en una capa es absorbida en la siguiente capa directamente por debajo de la primera capa y así continuamente. El convertidor de energía puede alcanzar una eficiencia general de aproximadamente un 50 %. Se producen pérdidas de corriente mínimas en estos dispositivos, dado que se evitan los circuitos complejos mediante la utilización del apilamiento vertical de las capas epitaxiales, en comparación con la técnica anterior, lo que requiere interconexiones entre los sectores de absorción de luz semiconductores.
[0005] La materia de la presente invención se define en la reivindicación independiente 1. Algunos modos de realización concretos de la invención dan a conocer convertidores de energía láser con cavidad resonante, tal y como se establece en las reivindicaciones dependientes adjuntas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0006] Los dibujos descritos en la presente memoria se ofrecen a modo ilustrativo únicamente. No se pretende que los dibujos limiten el alcance de la presente exposición. Las figuras 2B, 6B y 8B muestran modos de realización de la invención. Las figuras 1, 2A, 3A, 3B, 4A, 4B, 5A, 5B, 6A, 7A, 7B y 8A muestran modos de realización que no son parte de la invención.
La figura 1 muestra un modo de realización de un convertidor de energía monolítico con múltiples uniones en el que E1, E2 y E3 representan materiales semiconductores que presentan la misma banda prohibida.
Las figuras 2a y 2B muestran convertidores de energía resonantes de unión única y de triple unión, respectivamente, con reflectores de Bragg distribuidos (DBR, por sus siglas en inglés) duales, de acuerdo con algunos modos de realización.
Las figuras 3A y 3B muestran convertidores de energía resonantes de unión única y de triple unión, respectivamente, con DBR únicos, de acuerdo con diversos modos de realización.
Las figuras 4A y 4B muestran convertidores de energía resonantes de unión única y de triple unión, respectivamente, con un DBR superior y un espejo trasero, de acuerdo con diversos modos de realización.
Las figuras 5A y 5B muestran convertidores de energía resonantes de unión única y de triple unión, respectivamente, con un espejo trasero, de acuerdo con diversos modos de realización.
Las figuras 6A y 6B muestran convertidores de energía resonantes de unión única y de triple unión, respectivamente, con dos DBR y un sustrato superior, de acuerdo con diversos modos de realización. Las figuras 7A y 8B muestran convertidores de energía resonantes de unión única y de triple unión, respectivamente, con un sustrato que recubre un DBR superior y un espejo trasero, de acuerdo con diversos modos de realización.
Las figuras 8A y 8B muestran convertidores de energía resonantes de unión única y de triple unión, respectivamente, con dos DBR y unos contactos traseros grabados en capas conductoras laterales (LCL, por sus siglas en inglés), de acuerdo con diversos modos de realización.
La figura 9 muestra una vista superior de una estructura de tarta que presenta múltiples convertidores de energía interconectados en serie, de acuerdo con diversos modos de realización.
Las figuras 10A y 10B muestran convertidores de energía de triple unión que presentan una configuración de paso doble y que se caracterizan por una única área (figura 10A) o por un área de cuatro cuadrantes (figura 10B), de acuerdo con diversos modos de realización.
Las figuras 11A y 11B muestran fotografías de la vista superior de los convertidores de energía de triple unión mostrados esquemáticamente en las figuras 10A y 10B, respectivamente.
La figura 12 muestra la eficiencia, la potencia de salida y la tensión en el punto de máxima potencia (Mpp, por sus siglas en inglés) en función de la potencia de entrada de láser para convertidores de energía de unión única, de doble unión y de triple unión de GaInNAsSb con ajuste en red.
La figura 13 muestra la densidad normalizada de la corriente (J) en función de la tensión para diversos niveles de potencia de entrada de láser para convertidores de energía de unión única, de doble unión y de triple unión de GaInNAsSb con ajuste en red.
[0007] Ahora, se hace referencia en detalle a modos de realización de la presente exposición. Si bien se describen diversos modos de realización de la presente exposición, se observará que no se pretende limitar los modos de realización de la presente exposición a los modos de realización dados a conocer. Al contrario, la referencia a modos de realización de la presente exposición pretende cubrir alternativas, modificaciones y equivalentes que puedan incluirse en el espíritu y alcance de los modos de realización de la presente exposición, tal y como se define en las reivindicaciones adjuntas.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0008] En determinados modos de realización proporcionados en la presente exposición, dos o más capas epitaxiales del mismo material semiconductor que se han hecho crecer en un sustrato, como GaInNAs, GaInNAsSb, GaAs, Ge, GaSb, InP u otro sustrato conocido en la técnica, se apilan una sobre otra con uniones túnel entre cada capa epitaxial. La figura 1 muestra un modo de realización de un convertidor de energía monolítico con múltiples uniones en el que E1, E2 y E3 representan materiales semiconductores que presentan la misma banda prohibida. Cada capa epitaxial presenta la misma banda prohibida, que se ajusta aproximadamente a la energía de la fuente de luz monocromática para minimizar el portador minoritario y las pérdidas térmicas. En diversos modos de realización, la fuente de luz alcanza la capa epitaxial más alta y más alejada del sustrato. En algunos modos de realización, el material de capa epitaxial puede ser un material de nitruro diluido, como GaInNAs o GaInNAsSb u otro nitruro diluido conocido en la técnica. En algunos modos de realización, la fuente de luz monocromática oscila entre 1 micra y 1,55 micras y, en determinados modos de realización, la fuente de luz es de aproximadamente 1,3 micras. Si bien puede perderse algo de corriente mediante la absorción de luz por parte de la(s) unión(es) de túnel, la luz que no es recogida en la primera capa epitaxial es recogida en la segunda capa epitaxial, y así continuamente. La eficiencia general de dicho dispositivo puede alcanzar al menos un 50 % de eficiencia energética, por ejemplo, entre un 50 % y un 60 % o entre un 50 % y un 70 %. En determinados modos de realización, la eficiencia de conversión energética de un convertidor de energía de unión única es de al menos un 20 %, por ejemplo, de entre un 20 % y un 40 %. En determinados modos de realización, la eficiencia de conversión energética de un convertidor de energía de unión única es de al menos un 30 %, por ejemplo, de entre un 30 % y un 50 %. En determinados modos de realización, los dispositivos de tres uniones proporcionados por la presente exposición muestran una eficiencia de conversión de entre aproximadamente un 23 % y aproximadamente un 25 % con una potencia de entrada de entre aproximadamente 0,6 W y aproximadamente 6 W cuando se irradiaron con una radiación de 1,32 micras.
[0009] En determinados modos de realización, tres o más capas epitaxiales del mismo material semiconductor que se han hecho crecer en un sustrato, como GaInNAs, GaInNAsSb, GaAs, Ge, GaSb, InP u otro sustrato conocido en la técnica, se apilan una sobre la otra con uniones túnel entre cada capa epitaxial. El aumento de la cantidad de uniones en un dispositivo de convertidor de energía puede dar lugar a un aumento del factor de carga, un aumento de la tensión en circuito abierto (Voc) y una disminución de la corriente de cortocircuito (Jsc). Cada capa epitaxial presenta la misma banda prohibida, que se ajusta aproximadamente a la energía de la fuente de luz monocromática para minimizar el portador minoritario y las pérdidas térmicas. En determinados modos de realización, la fuente de luz alcanza la capa epitaxial más baja y más cercana al sustrato primero. El sustrato presenta una banda prohibida superior a la banda prohibida de las capas epitaxiales. Dado que el sustrato presenta una banda prohibida superior a la de las capas epitaxiales, la fuente de luz pasa a través del sustrato y la luz es absorbida por las capas epitaxiales. Un ejemplo de esto emplea capas epitaxiales de GaInNAs (banda prohibida de 0,95 eV) y un sustrato GaAs (banda prohibida 1,42 eV). La fuente de luz en este ejemplo no será absorbida por el sustrato GaAs y será absorbida por la región activa GaInNAs. Un disipador de calor puede acoplarse a la parte superior de la capa epitaxial más alta y puede servir para enfriar el dispositivo y prevenir defectos provocados por el sobrecalentamiento. En algunos modos de realización, el material de capa epitaxial puede ser un material de nitruro diluido, como GaInNAs o GaInNAsSb u otro nitruro diluido conocido en la técnica. En algunos modos de realización, la fuente de luz monocromática presenta una longitud de onda que oscila entre 1 micra hasta 1,55 micras y, en determinados modos de realización, desde 1 micra hasta 1,4 micras y, en determinados modos de realización, la fuente de luz es de aproximadamente 1,3 micras. Si bien puede perderse algo de corriente mediante la absorción de luz por parte de la(s) unión(es) de túnel, la luz que no es recogida en la primera capa epitaxial puede ser recogida en la segunda capa epitaxial, y así continuamente. La eficiencia general de dicho dispositivo puede alcanzar al menos un 50 % de eficiencia energética.
[0010] En determinados modos de realización, la(s) capa(s) absorbente(s) de luz comprenden GaInNAsSb. En algunos de los modos de realización, una unión de GaInNAsSb comprende Ga-i-xInxNyAs-i-y-zSbz, en la que los valores para x, y, y z son 0 < x < 0,24, 0,01 < y < 0,07 y 0,001 < z < 0,20; en determinados modos de realización, 0,02 < x < 0,24, 0,01 < y < 0,07 y 0,001 < z < 0,03; en determinados modos de realización, 0,02 < x < 0,18, 0,01 < y < 0,04 y 0,001 < z < 0,03; en determinados modos de realización, 0,08 < x < 0,18, 0,025< y < 0,04 y 0,001 < z < 0,03; y en determinados modos de realización, 0,06 < x < 0,20, 0,02 < y < 0,05 y 0,005 < z < 0,02.
[0011] En determinados modos de realización, una unión de GaInNAsSb comprende Ga-i-xInxNyAs-i-y-zSbz, en la que los valores para x, y, y z son 0 < x < 0,18, 0,001 < y < 0,05 y 0,001 < z < 0,15, y en determinados modos de realización, 0 < x < 0,18, 0,001 < y < 0,05 y 0,001 < z < 0,03; en determinados modos de realización, 0,02 < x < 0,18, 0,005 < y < 0,04 y 0,001 < z < 0,03; en determinados modos de realización, 0,04 < x < 0,18, 0,01 < y < 0,04 y 0,001 < z < 0,03; en determinados modos de realización, 0,06 < x < 0,18, 0,015< y < 0,04 y 0,001 < z < 0,03; y en determinados modos de realización, 0,08 < x < 0,18, 0,025< y < 0,04 y 0,001 < z < 0,03.
[0012] En determinados modos de realización, una unión de GaInNAsSb se caracteriza por una banda prohibida de 0,92 eV y comprende Ga-iJnxNyAs-i-y-zSbz, en la que los valores para x, y, y z son: x es 0,175, y es 0,04, y 0,012 < z < 0,019.
[0013] En determinados modos de realización, una unión de GaInNAsSb se caracteriza por una banda prohibida de 0,90 eV y comprende Ga-iJnxNyAs-i-y-zSbz, en la que los valores para x, y, y z son: x es 0,18, y es 0,045, y 0,012 < z < 0,019.
[0014] En determinados modos de realización, una unión de GaInNAsSb es comprende Ga-iJnxNyAs-i-y-zSbz, en la que los valores para x, y, y z son: 0,13 < x < 0,19, 0,03 < y < 0,048, y 0,007 < z < 0,02.
[0015] En determinados modos de realización, una unión de GaInNAsSb comprende Ga-iJnxNyAs-i-y-zSbz, en la que los valores para x, y, y z son seleccionados para tener una banda prohibida que se ajusta o casi se ajusta a la energía de la radiación utilizada para suministrar energía al dispositivo. En determinados modos de realización, la unión de GaInNAsSb se ajusta sustancialmente en red a un sustrato GaAs. Cabe observar que la comprensión general de "se ajusta sustancialmente en red" es que las constantes reticulares en el plano de los materiales en sus estados completamente relajados difieren en menos de un 0,6 % cuando los materiales están presentes en grosores superiores a 100 nm. Asimismo, subcélulas que se ajustan sustancialmente en red entre sí, tal y como se utiliza en la presente memoria, significa que todos los materiales en las subcélulas que están presentes en grosores superiores a 100 nm presentan constantes reticulares en el plano en sus estados completamente relajados que difieren en menos de un 0,6 %.
[0016] En determinados modos de realización, cada una de las capas epitaxiales en el convertidor de energía se ajusta en red a un sustrato GaAs.
[0017] En determinados modos de realización, el uso de materiales de recubrimiento con diferentes índices de refracción puede producir reflectores de Bragg distribuidos (DBR) en la estructura y se utiliza para aumentar la eficiencia del convertidor de energía. Uno de dichos ejemplos utiliza un material de nitruro diluido que, en determinados modos de realización, es un material GaInNAsSb, como material absorbente en la pila epitaxial de la estructura. Puede hacerse crecer una cavidad mediante la utilización de un material como GaAs / AlGaAs como DBR por debajo de la capa de nitruro diluido y por encima del sustrato y puede hacerse crecer otro DBR por encima de la capa de nitruro diluido, que puede hacerse de semiconductores o de un número de óxidos.
[0018] En determinados modos de realización, en los que el sustrato presenta una banda prohibida superior que el material absorbente, puede utilizarse un metal trasero como espejo estructurado, que permite que la luz no absorbida se refleje desde el metal trasero para ser reabsorbida en las capas epitaxiales de arriba. En las figuras 2A y 2B, se muestran algunos ejemplos de convertidores de energía con cavidad resonante que utilizan la configuración de paso doble. La figura 2A muestra una cavidad resonante de unión única con un DBR superior y un DBR inferior. Una unión de GaInNAsSb única se dispone entre los dos DBR y está separada de los DBR por las capas semiconductoras d1 y d2. Las capas semiconductoras pueden formarse a partir de un material que no absorbe considerablemente la radiación incidente y que puede unirse en red a GaAs y la capa absorbente y, en determinados modos de realización, son GaAs. Los grosores de d1, d2 y una unión de GaInNAsSb pueden seleccionarse para proporcionar una onda estacionaria en la longitud de onda de la radiación incidente. La figura 2B muestra una configuración similar a la que se muestra en la figura 2A, pero incluye múltiples uniones de GaInNAsSb, estando cada una de las uniones separadas por una unión túnel. El grosor de la unión de GaInNAsSb es de entre 100 nm y aproximadamente 1 micra. En determinados modos de realización, el sustrato es un sustrato GaAs semiaislante o con dopaje de tipo N con un metal trasero como capa más baja de la estructura.
[0019] Para el uso con una radiación de 1 micra a 1,55 micras, la capa de espejo puede ser, por ejemplo, de oro o de aleaciones oro/níquel.
[0020] En determinados modos de realización, la estructura del convertidor de energía utiliza un DBR en lugar de dos. En las figuras 3A y 3B, se muestran convertidores de energía resonantes que emplean un único DBR. La figura 3A muestra una unión de GaInNAsSb única dispuesta entre dos capas semiconductoras d1 y d2. Estas capas recubren un DBR inferior, que recubre un sustrato. La superficie superior del dispositivo, tal como la superficie superior de la capa d1 orientada a la radiación incidente puede recubrirse con un revestimiento antirreflectante. El revestimiento antirreflectante puede optimizarse para la longitud de onda de la radiación incidente para reducir la dispersión. La figura 3B muestra una configuración de cavidad resonante de DBR único que presenta múltiples uniones de GaInNAsSb.
[0021] En determinados modos de realización, la estructura de convertidor de energía incluye un DBR y un espejo trasero por debajo del sustrato. Dichas configuraciones de dispositivo se muestran en las figuras 4A, 4B, 5A y 5B. Las figuras 4A y 4B muestran convertidores de energía que presentan un DBR superior una cavidad resonante que incluye una unión de GaInNAsSb única entre dos capas semiconductoras d1 y d2, y un espejo trasero por debajo de la capa semiconductora d2. En determinados modos de realización, el espejo trasero puede servir también como contacto eléctrico. En la figura 4B, se muestra un convertidor de energía con múltiples uniones, en el que múltiples uniones de GaInNAsSb están dispuestas entre un DBR superior y un espejo trasero.
[0022] En los convertidores de energía mostrados en las figuras 5A y 5B, se utiliza tanto un DBR como un espejo trasero en la parte inferior del dispositivo. En esta configuración, el grosor del DBR puede reducirse en comparación con una configuración con un DBR inferior sin el espejo trasero. Al igual que con otros dispositivos, la superficie superior de la capa D1 puede incluir un revestimiento antirreflectante. En determinados modos de realización, el sustrato se elimina y se utiliza un metal en su lugar como espejo trasero. En dichas estructuras, la luz pasa a través del DBR superior y, a continuación, a través de las capas epitaxiales y, a continuación, a través del DBR inferior y, por último, llega al espejo trasero. En estos modos de realización, la capa epitaxial comprende GaInNAsSb como una o más capas absorbentes.
[0023] En determinados modos de realización, la capa más alta de la estructura comprende una interfaz airesemiconductor por encima de las capas epitaxiales, que puede comprender una o varias capas de GaInNAsSb. Por debajo de la capa epitaxial, se encuentra un DBR inferior, que recubre un espejo trasero. En estos modos de realización, la luz llega a la capa más alta de la interfaz aire-semiconductor y avanza a la capa epitaxial y, a continuación, llega al DBR y, por último, se refleja de vuelta a través de la estructura después de ser reflejada por el espejo trasero.
[0024] En las figuras 6A y 6B, se muestran configuraciones de cavidad resonante con dos DBR y una capa de sustrato superior. La capa de sustrato superior es sustancialmente transparente a la radiación incidente utilizada para generar la energía. En determinados modos de realización, el sustrato puede ser GaAs, como un GaAs de tipo N y puede presentar un grosor de entre 150 micras y alrededor de 250 micras, por ejemplo, entre 175 micras y 225 micras. El grosor del sustrato puede reducirse, por ejemplo, mediante molturación o grabado para minimizar la absorción y, en dichos modos de realización, puede ser de 50 micras o inferior. En determinados modos de realización, el DBR inferior puede unirse a un disipador de calor. La unión del DBR directamente al disipador de calor puede reducir la temperatura del convertidor de energía.
[0025] Las figuras 7A y 7B muestran configuraciones de dispositivo similares a las que se muestran en las figuras 6a y 6B, pero con el DBR inferior sustituido por un espejo trasero.
[0026] En determinados modos de realización, la estructura presenta contactos en el interior de la cavidad para evitar la resistividad desde las estructuras de DBR. El contacto se realiza en la cavidad a través de capas conductoras de transporte laterales (LCL, por sus siglas en inglés) que bordean las estructuras de DBR. En las figuras 8A y 8B, se muestran convertidores de energía que presentan contactos en el interior de la cavidad. En estas estructuras de dispositivo, las capas epitaxiales son grabadas en una LCL que recubre el DBR inferior o en una LCL que recubre la capa semiconductora d1. Las LCL mejoran la movilidad de los portadores a los contactos eléctricos (contacto trasero y contacto superior) y pueden formarse, por ejemplo, a partir de GaAs dopado, como GaAs de tipo N. Las LCL y otros contactos eléctricos traseros de grabado similares pueden emplearse con otras estructuras de dispositivo proporcionadas por la presente exposición.
[0027] En determinados modos de realización, la estructura puede hacerse crecer invertida. En dichos casos, el sustrato puede reducirse hasta un grosor determinado o eliminarse después del crecimiento mediante la utilización de una variedad de técnicas de despegue. La luz pasa a través del sustrato primero antes de pasar a través de las capas epitaxiales. En dichas estructuras, la banda prohibida del sustrato es mayor que la banda prohibida de las capas epitaxiales.
[0028] Múltiples convertidores fotovoltaicos formados por un número de subcélulas conectadas en serie pueden construirse para aumentar la tensión de salida. Las subcélulas pueden conectarse en paralelo para aumentar la corriente de salida. Un ejemplo es una estructura Pi, como se muestra en la figura 9. Los absorbentes de infrarrojos se caracterizan normalmente por una tensión baja; sin embargo, en determinadas aplicaciones, es deseable aumentar la tensión del convertidor de energía. Esto puede conseguirse mediante la conexión de múltiples convertidores de energía en serie. Dicha configuración, de la que se muestra una vista de arriba abajo en la figura 9, se denomina estructura de tarta, en la que múltiples células de convertidor de energía están dispuestas en anillos concéntricos alrededor de un eje central, donde cada célula está separada por un aislante y las múltiples células o subconjuntos de las múltiples células están conectados en serie. Dichas estructuras pueden fabricarse mediante la utilización de uniones únicas y proporcionan una alta densidad de células. Las tensiones más altas proporcionan una eficiencia de convertidor CC-CC mejorada y menos pérdidas óhmicas. Aunque las corrientes posteriores pueden producir pérdidas óhmicas, esto puede compensarse porque el número mayor de subcélulas da lugar a corrientes inferiores.
[0029] Otras estructuras de dispositivo se muestran en las figuras 10A y 10B. La figura 10A muestra un convertidor de energía de paso doble de triple unión con una única área. La figura 10B muestra un convertidor de energía de paso doble de triple unión con cuatro cuadrantes. Las dimensiones de los dispositivos son 300 micras por 300 micras. Los cuatro convertidores pueden interconectarse en serie para hacer aumentar la tensión y/o hacer disminuir la corriente. La interconexión en serie también puede reducir la sensibilidad a la orientación espacial de la radiación incidente. Asimismo, para convertidores de energía de área grande, la separación del área de recogida en cuadrantes u otras subáreas puede reducir las pérdidas óhmicas al acercar los contactos eléctricos más a las superficies que generan energía. En las figuras 11A y 11B, se muestran fotografías de los dispositivos de único cuadrante y de cuatro cuadrantes.
[0030] Los convertidores de energía mostrados en las figuras 10A, 10B, 11A y 11B fueron fabricados utilizando uniones de GaInNAsSb. Todas las capas epitaxiales se unieron en red a un sustrato GaAs. Un espejo trasero está dispuesto en la parte inferior del sustrato GaAs. La cavidad resonante de las estructuras de tres uniones fue configurada para soportar una onda estacionaria en alrededor de 1,3 micras, tal como en 1,32 micras o en 1,342 micras. La banda prohibida de las uniones de GaInNAsSb era de alrededor de 0,92 eV para dispositivos configurados para una conversión de energía en 1,32 micras. Algunos de dichos dispositivos mostraron un factor de carga de entre aproximadamente un 65 % y aproximadamente un 75 %, un Voc de entre aproximadamente 1,47V y aproximadamente 1,5 V y un Jsc de entre aproximadamente 0,6 A y aproximadamente 1,4 A. La eficiencia de conversión energética era de entre un 23 % y un 25 % con una potencia de entrada de entre aproximadamente 0,6 W y aproximadamente 6 W.
[0031] En determinados modos de realización, las dos o más capas epitaxiales del mismo material semiconductor presentan grosores diferentes. En concreto, las capas epitaxiales pueden disminuir de grosor cuanto más lejos estén de la fuente de luz. En determinados modos de realización, los grosores de cada una de las capas epitaxiales son los mismos. En determinados modos de realización, los grosores de las capas epitaxiales varían, aumentando, no disminuyendo en función de la ubicación de la fuente de luz.
[0032] En algunos modos de realización, existe una capa de ventana encima de la capa más alta.
[0033] En determinados modos de realización, el grosor o la altura del dispositivo completo puede ser de entre 1 micra y 10 micras. El área del convertidor de energía puede ser, por ejemplo, de entre 100 micras x 100 micras y hasta de 1 cm x 1 cm, o más grande. Por ejemplo, el área total es de entre 10-4 cm2 y 1 cm2. El grosor de cada capa epitaxial puede ser de entre algunos cientos de nanómetros hasta unas pocas micras.
[0034] La figura 12 muestra la eficiencia, la potencia de salida y la tensión en el punto de máxima potencia (Mpp, por sus siglas en inglés) en función de la potencia de entrada de láser para convertidores de energía de unión única (círculo abierto), de doble unión (cuadrado) y de triple unión (más) de GaInNAsSb.
[0035] La figura 13 muestra la densidad normalizada de la corriente (J) en función de la tensión para diversos niveles de potencia de entrada de láser para convertidores de energía de unión única (círculo abierto), de doble unión (cuadrado) y de triple unión (más) de GaInNAsSb con ajuste en red.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Convertidor de energía láser con cavidad resonante, que comprende:
un reflector de Bragg distribuido inferior;
una primera capa semiconductora que recubre el reflector de Bragg distribuido inferior;
múltiples uniones de GaInNAsSb que recubren la primera capa semiconductora, estando cada una de las uniones separada por una unión túnel, donde cada una de las múltiples uniones de GaInNASb presenta un grosor de entre aproximadamente 100 nm y aproximadamente 1 micra;
una segunda capa semiconductora que recubre las múltiples uniones de GaInNAsSb; y
un reflector de Bragg distribuido superior que recubre la segunda capa semiconductora,
donde cada una de la primera capa semiconductora y la segunda capa semiconductora es GaAs.
2. Convertidor de energía láser con cavidad resonante de acuerdo con la reivindicación 1, donde el grosor de la primera capa semiconductora, la segunda capa semiconductora y las uniones de GaInNAsSb son seleccionados para proporcionar una onda estacionaria en una longitud de onda incidente.
3. Convertidor de energía láser con cavidad resonante de acuerdo con la reivindicación 1, donde cada una de la primera y la segunda capa semiconductora se ajusta en red a las capas de GaInNAsSb.
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