Triple-Junction Solar Cells for Ultra-High Concentrator Applications

After the successful implementation of a record performing dual-junction solar cell at ultra high concentration, in this paper we present the transition to a triple-junction device. The semiconductor structure of the solar cells is presented and the main changes in respect to a dual-junction design are briefly discussed. Cross-sectional TEM analysis of samples confirms that the quality of the triple-junction structures grown by MOVPE is good, revealing no trace of antiphase disorder, and showing flat, sharp and clear interfaces between the layers. Triple-junction solar cells manufactured on these structures have shown a peak efficiency of 36.2% at 700X, maintaining the efficiency over 35% from 300 to 1200 suns. With some changes in the structure and a fine tuning of its processing, efficiencies close to 40% at 1000 suns are envisaged.

Extended Triple-Junction Solar Cell 3D Distributed Model: Application to Chromatic Aberration-Related Losses

An extended 3D distributed model based on distributed circuit units for the simulation of triple‐junction solar cells under realistic conditions for the light distribution has been developed. A special emphasis has been put in the capability of the model to accurately account for current mismatch and chromatic aberration effects. This model has been validated, as shown by the good agreement between experimental and simulation results, for different light spot characteristics including spectral mismatch and irradiance non‐uniformities. This model is then used for the prediction of the performance of a triple‐junction solar cell for a light spot corresponding to a real optical architecture in order to illustrate its suitability in assisting concentrator system analysis and design process.

Analysis of Chromatic Aberration Effects in Triple-Junction Solar Cells Using Advanced Distributed Models

The consideration of real operating conditions for the design and optimization of a multijunction solar cell receiver-concentrator assembly is indispensable. Such a requirement involves the need for suitable modeling and simulation tools in order to complement the experimental work and circumvent its well-known burdens and restrictions. Three-dimensional distributed models have been demonstrated in the past to be a powerful choice for the analysis of distributed phenomena in single- and dual-junction solar cells, as well as for the design of strategies to minimize the solar cell losses when operating under high concentrations. In this paper, we present the application of these models for the analysis of triple-junction solar cells under real operating conditions. The impact of different chromatic aberration profiles on the short-circuit current of triple-junction solar cells is analyzed in detail using the developed distributed model. Current spreading conditions the impact of a given chromatic aberration profile on the solar cell I-V curve. The focus is put on determining the role of current spreading in the connection between photocurrent profile, subcell voltage and current, and semiconductor layers sheet resistance.

Diseño de una rectena de onda completa de triple frecuencia

Modern communication systems use multifrequency or broadband antennas in order to provide multiple communication services. One of the biggest problems associated to all these systems comes from their batteries life cycle. Nowadays, great efforts are being undertaken in order to harvest energy from as many places as possible. In addition, if the two cycles of the corresponding wave could be used, it would be good in order to increase the RF-DC power conversion. This paper presents a multifrequency and full wave-rectifying antenna for microwave application

Contribución a los Modelos y Metodologías para la Estimación de la Calidad Percibida por los Usuarios (QoE) a partir de Parámetros de Calidad de Red/Servicio (QoS) en Servicios Convergentes Multimedia (Triple-Play)

Esta Tesis constituye una contribución a los Modelos y Metodologías para la Estimación de la Calidad Percibida por los Usuarios, o Calidad de Experiencia (QoE), a partir de Parámetros de Calidad y/o Rendimiento de Red y/o Servicio (QoS) en Servicios Multimedia, y específicamente en servicios Triple-Play (3P): servicios de Televisión (TV), Telefonía y Datos ofrecidos por un mismo operador como un paquete único. En particular, se centra en los servicios Triple-Play convergentes (desplegados sobre una Red de Transporte común basada en IP, gestionada por un único operador como un Sistema Autónomo (SA)), y la relación entre la Calidad Percibida por los usuarios de dichos servicios y los parámetros de rendimiento de la Red de Transporte IP subyacente. Específicamente, contribuye a la estimación ‘en línea’ (es decir, durante la prestación del servicio, en tiempo real o casi-real) de dicha calidad. La calidad de experiencia de los usuarios es un factor determinante para el éxito o fracaso de estos servicios, y su adecuada gestión resulta por tanto un elemento crucial para el despliegue exitoso de los mismos. La calidad de experiencia resulta fácil de entender, pero compleja de implementar en sistemas reales, debido principalmente a la dificultad de su modelado, evaluación, y traducción en términos de parámetros de calidad de servicio. Mientras que la calidad de servicio puede medirse, monitorizarse y controlarse fácilmente, la calidad de experiencia es todavía muy difícil de gestionar. Una metodología completa de gestión de la calidad de experiencia debe incluir al menos: monitorización de la experiencia de los usuarios durante el consumo del servicio; adaptación de la provisión de contenidos a las condiciones variables del contexto; predicción del nivel de degradación potencial de la calidad de experiencia; y recuperación de la degradación debida a cambios en el sistema. Para conseguir un control completo de la experiencia de los usuarios finales, todas estas tareas deben ser realizadas durante la prestación del servicio y de forma coordinada. Por lo tanto, la capacidad de medir, estimar y monitorizar la calidad percibida en tiempo casi-real, y relacionarla con las condiciones de servicio de la red, resulta crítica para los proveedores de este tipo de servicios, especialmente en el caso de los más exigentes, tales como la difusión de Televisión sobre IP (IPTV). Para ello se ha seleccionado un modelo ya existente, de tipo matricial, para la estimación de la Calidad Global en servicios complejos a partir de los parámetros de funcionamiento interno de los agentes que proporcionan los servicios. Este modelo, definido en términos de servicios y sus componentes, percepciones de los usuarios, capacidades de los agentes, indicadores de rendimiento y funciones de evaluación, permite estimar la calidad global de un conjunto de servicios convergentes, tal como la perciben uno o más grupos de usuarios. Esto se consigue combinando los resultados de múltiples modelos parciales, tales que cada uno de ellos proporciona la valoración de la calidad percibida para uno de los servicios componentes, obtenida a partir de un conjunto de parámetros de rendimiento y/o Calidad de Servicio de la red de transporte IP convergente. El modelo se basa en la evaluación de las percepciones de los usuarios a partir de Factores de Valoración, calculados a partir de Indicadores de Rendimiento, que se derivan a su vez de Parámetros de Funcionamiento Interno correspondientes a las capacidades de los distintos agentes que intervienen en la prestación de los servicios. El trabajo original incluye la aplicación del modelo a un servicio 3P (datos+voz+vídeo). En este trabajo, sin embargo, el servicio de vídeo (Vídeo bajo Demanda, VoD) se considera poco importante y es finalmente ignorado. En el caso de los usuarios residenciales, el servicio de voz (Voz sobre IP, VoIP) se considera asimismo poco importante y es también ignorado, por lo que el servicio global se reduce finalmente a los servicios de datos (Acceso a Internet y juegos interactivos). Esta simplificación era razonable en su momento, pero la evolución del mercado de servicios convergentes ha hecho que en la actualidad las razones que la justificaban no sean ya aplicables. En esta Tesis, por lo tanto, hemos considerado un servicio ‘Triple-Play’ completo, incluyendo servicios de datos, voz y vídeo. Partiendo de dicho modelo, se ha procedido a actualizar los servicios considerados, eliminando los no relevantes e incluyendo otros no considerados, así como a incluir nuevos elementos (percepciones) para la estimación de la calidad de los servicios; actualizar, extender y/o mejorar los modelos de estimación de los servicios ya incluidos; incluir modelos de estimación para los nuevos servicios y elementos añadidos; desarrollar nuevos modelos de estimación para aquellos servicios o elementos para los que no existen modelos adecuados; y por último, extender, actualizar y/o mejorar los modelos para la estimación de la calidad global. Con todo ello se avanza apreciablemente en la modelización y estimación de la Calidad de Experiencia (QoE) en Servicios Multimedia a partir de Parámetros de Calidad de Servicio (QoS) y/o Rendimiento de la Red, y específicamente en la estimación ‘en línea’, en tiempo casi-real, de dicha calidad en servicios Triple-Play convergentes. La presente Tesis Doctoral se enmarca en la línea de investigación sobre Calidad de Servicio del grupo de Redes y Servicios de Telecomunicación e Internet, dentro del Departamento de Ingeniería de Sistemas Telemáticos (DIT) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).

Las agencias de calificación crediticia (Las hijas de Elena: La triple a)

En este trabajo, en primer lugar, se analiza la estructura (accionariado), funcionalidad (cómo funcionan y emiten sus opiniones) y el comportamiento (cómo actúan en los mercados) de las tres agencias más importantes de calificación de activos financieros, de emisores y emisiones de activos financieros. En segundo término, se señalan sus poco, si algo, científicas evaluaciones basadas en conceptos y actuaciones tan poco adecuadas como: profecía autocumplida, carencia de fecha de caducidad, catastrofismo, que, a veces, imponen con comportamientos gansteriles. Asimismo, se destaca la importancia y trascendencia que suponen las opiniones que emiten dichas agencias, auténticos ucases, que las convierten, de facto, en auténticos señores de horca y caudillo que acondicionan la vida y hacienda de inversores y emisores. En realidad, su comportamiento es tan deplorable y funesto, que como las hijas de Elena, de ahí el título del trabajo, ninguna es buena. Finalmente, se presenta, en forma de decálogo, los hechos, irrefutables, que justifican el calificativo de malvadas de dichas agencias: S&P, Moody?s y Fitch, hasta el punto de que son el antimefistofelismo personificado. Mefistófeles se definía a sí mismo como un pobre diablo que pretendiendo hacer el mal, acababa haciendo el bien, justo al revés que las hijas de Elena.

Triple-junction solar cell performance under Fresnel-based concentrators taking into account chromatic aberration and off-axis operation

Concentration photovoltaic (CPV) systems might produce quite uneven irradiance distributions (both on their level and on their spectral distribution) on the solar cell. This effect can be even more evident when the CPV system is slightly off-axis, since they are often designed to assure good uniformity only at normal incidence. The non-uniformities both in absolute irradiance and spectral content produced by the CPV systems, can originate electrical losses in multi-junction solar cells (MJSC). This works is focused on the integration of ray-tracing methods for simulating the irradiance and spectrum maps produced by different optic systems throughout the solar cell surface, with a 3D fully distributed circuit model which simulates the electrical behavior of a state-of-the-art triple-junction solar cell under the different light distributions obtained with ray-tracing. In this study four different CPV system (SILO, XTP, RTP, and FK) comprising Fresnel lenses concentrating sunlight onto the same solar cell are modeled when working on-axis and 0.6 degrees off-axis. In this study the impact of non-uniformities on a CPV system behavior is revealed. The FK outperforms other Fresnel-based CPV systems in both on-axis and off-axis conditions.

Preliminary temperature Accelerated Life Test (ALT) on III-V commercial concentrator triple-junction solar cells

A quantitative temperature accelerated life test on sixty GaInP/GaInAs/Ge triple-junction commercial concentrator solar cells is being carried out. The final objective of this experiment is to evaluate the reliability, warranty period, and failure mechanism of high concentration solar cells in a moderate period of time. The acceleration of the degradation is realized by subjecting the solar cells at temperatures markedly higher than the nominal working temperature under a concentrator Three experiments at three different temperatures are necessary in order to obtain the acceleration factor which relates the time at the stress level with the time at nominal working conditions. . However, up to now only the test at the highest temperature has finished. Therefore, we can not provide complete reliability information but we have analyzed the life data and the failure mode of the solar cells inside the climatic chamber at the highest temperature. The failures have been all of them catastrophic. In fact, the solar cells have turned into short circuits. We have fitted the failure distribution to a two parameters Weibull function. The failures are wear-out type. We have observed that the busbar and the surrounding fingers are completely deteriorate

Evaluation of the reliability of commercial concentrator triple-junction solar cells by means of accelerated life tests (ALT)

A temperature accelerated life test on commercial concentrator lattice-matched GaInP/GaInAs/Ge triple-junction solar cells has been carried out. The solar cells have been tested at three different temperatures: 119, 126 and 164 °C and the nominal photo-current condition (820 X) has been emulated by injecting current in darkness. All the solar cells have presented catastrophic failures. The failure distributions at the three tested temperatures have been fitted to an Arrhenius-Weibull model. An Arrhenius activation energy of 1.58 eV was determined from the fit. The main reliability functions and parameters (reliability function, instantaneous failure rate, mean time to failure, warranty time) of these solar cells at the nominal working temperature (80 °C) have been obtained. The warranty time obtained for a failure population of 5 % has been 69 years. Thus, a long-term warranty could be offered for these particular solar cells working at 820 X, 8 hours per day at 80 °C.

Case study in failure analysis of accelerated life tests (ALT) on III-V commercial triple-junction concentrator solar cells

In this work the failure analysis carried out in III-V concentrator multijunction solar cells after a temperature accelerated life test is presented. All the failures appeared have been catastrophic since all the solar cells turned into low shunt resistances. A case study in failure analysis based on characterization by optical microscope, SEM, EDX, EQE and XPS is presented in this paper, revealing metal deterioration in the bus bar and fingers as well as cracks in the semiconductor structure beneath or next to the bus bar. In fact, in regions far from the bus bar the semiconductor structure seems not to be damaged. SEM images have dismissed the presence of metal spikes inside the solar cell structure. Therefore, we think that for these particular solar cells, failures appear mainly as a consequence of a deficient electrolytic growth of the front metallization which also results in failures in the semiconductor structure close to the bus bars.

Characterization of the manufacturing processes to grow triple-junction solar cells

A number of important but little-investigated problems connected with III-V/Ge heterostructure in the GaInP/GaInAs/Ge multijunction solar cells grown by MOVPE are considered in the paper. The opportunity for successfully applying the combination of reflectance and reflectance anisotropy spectroscopy in situ methods for investigating III-V structure growth on a Ge substrate has been demonstrated. Photovoltaic properties of the III-V/Ge narrow-band subcell of the triple-junction solar cells have been investigated. It has been shown that there are excess currents in the Ge photovoltaic p-n junctions, and they have the tunneling or thermotunneling character. The values of the diode parameters for these current flow mechanisms have been determined. The potential barrier at the III-V/Ge interface was determined and the origin of this barrier formation during MOVPE heterogrowth was suggested.

Preliminary temperature accelerated life test (ALT) on lattice mismatched triple-junction concentrator solar cells-on-carriers

A temperature accelerated life test on concentrator lattice mismatched Ga0.37In0.63P/Ga0.83In0.17As/Ge triple-junction solar cells-on-carrier is being carried out. The solar cells have been tested at three different temperatures: 125, 145 and 165°C and the nominal photo-current condition (500X) is emulated by injecting current in darkness. The final objective of these tests is to evaluate the reliability, warranty period, and failure mechanism of these solar cells in a moderate period of time. Up to now only the test at 165°C has finished. Therefore, we cannot provide complete reliability information, but we have carried out preliminary data and failure analysis with the current results.

Analysis of perimeter recombination in the subcells of GaInP/GaAs/Ge triple-junction solar cells

This paper studies the recombination at the perimeter in the subcells that constitute a GaInP/GaAs/Ge lattice-matched triple-junction solar cell. For that, diodes of different sizes and consequently different perimeter/area ratios have been manufactured in single-junction solar cells resembling the subcells in a triple-junction solar cell. It has been found that neither in GaInP nor in Ge solar cells the recombination at the perimeter is significant in devices as small as 500 μm × 500μm(2.5 ⋅ 10 − 3 cm2) in GaInP and 250μm  × 250μm (6.25 ⋅ 10 − 4cm2) in Ge. However, in GaAs, the recombination at the perimeter is not negligible at low voltages even in devices as large as 1cm2, and it is the main limiting recombination factor in the open circuit voltage even at high concentrations in solar cells of 250 μm  × 250μm (6.25 ⋅ 10 − 4 cm2) or smaller. Therefore, the recombination at the perimeter in GaAs should be taken into account when optimizing triple-junction solar cells.

Análisis cinemático de algunos aspectos técnicos del triple salto

Las circunstancias me han decidido a realizar este trabajo, que tiene su origen en motivaciones personales. Así, por haber hecho la especialidad de atletismo y la gran afición que a ella tengo, más el enorme interés que tengo por la biomecánica, vino a mi mente la posibilidad de hacer la tesina sobre biomecánica de atletismo. Con este simple planteamiento concreté a quien orienta este trabajo. Después vino la revisión bibliográfica y las posibilidades en cada especialidad atlética. Quería analizar la técnica de algún movimiento en algunas de las especialidades atléticas, luego la técnica debía de ser determinante del resultado. Haciendo matizaciones sobre esto con el director de tesina determinamos que tenía que ser algún movimiento rápido. Empezó la eliminación de las especialidades, unas por estar ya estudiadas, otras por ser poco determinantes de la técnica, etc. Así hasta quedarme con la especialidad de t riple salto. No obstante en una de las clases de maestría de atletismo que dirige el profesor D. Carlos Álvarez del Villar, el triple salto había sido objeto de discusión biomecánica e hizo que me decidiera definitivamente a realizar el presente trabajo. Había diferentes formas de ejecutar el salto triple y con todas ellas se conseguían buenos resultados. Sobre el tema tenía material para trabajar y por la poca información bibliográfica que había sobre ello me daba la impresión de que era una mina sin explotar. Ahora y cuando el trabajo ya está terminado tengo la impresión de que estoy empezando a aprender la inmensa área que comprende la biomecánica y que el trabajo realizado no es más que la aportación de unos datos para, a partir de ahí. seguir trabajando. Es muy posible que continúe en este campo para futuras investigaciones, ya que como he dicho goza de grandes atractivos para mi. Antes de dar paso a la exposición del trabajo, quiero agradecer la gran ayuda prestada por todos los colaboradores, y muy especialmente al profesor D. Fernando Vizcaíno, quienes con su ánimo, ayuda y orientaciones en los momentos difíciles del trabajo, ha sido posible la culminación del mismo. Agradezco igualmente la colaboración especial de la Real Federación Española de Atletismo, sin cuya ayuda no hubiera siclo posible la realización de las películas.