Dispositivo que comprende contactos eléctricos y su proceso de producción.

Dispositivo que comprende una superficie conductiva (12) y contactos eléctricos

(14) mediante los cuales es capaz de pasar una corriente eléctrica, caracterizado por que dichos contactos eléctricos (14) comprenden semillas conductivas (16) depositadas sobre la superficie conductiva (12), una capa eléctricamente aislante (18), que cubre en forma discontinua dichas semillas conductivas (16) con el fin de formar aberturas (20) dejando acceso a dichas semillas conductivas (16), y una capa de revestimiento de chapa (22) que cubre dicha capa aislante discontinua (18) y depositada sobre las semillas conductivas (16) que son accesibles a través de dichas aberturas (20), y con el fin de formar puntos desde los cuales puede comenzar el depósito de dicha capa de revestimiento de chapa (22), y por que el resto de la superficie conductiva (12), que no comprende ningún contacto eléctrico (14), está continuamente cubierto por dicha capa eléctricamente aislante (18).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/065225.

Solicitante: ECOLE POLYTECHNIQUE FEDERALE DE LAUSANNE (EPFL).

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: EPFL-TTO, Quartier de l'innovation, Bâtiment J 1015 Lausanne SUIZA.

Inventor/es: BALLIF,CHRISTOPHE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0224 (Electrodos)

PDF original: ES-2496186_T3.pdf

 

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Dispositivo que comprende contactos eléctricos y su proceso de producción.
Dispositivo que comprende contactos eléctricos y su proceso de producción.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo que comprende contactos eléctricos y su proceso de producción Campo técnico

La invención se refiere a un dispositivo que comprende una superficie conductiva y contactos eléctricos mediante los cuales es capaz de pasar una corriente eléctrica. La invención se refiere además a un método para producir dicho dispositivo. Encuentra, en particular, aplicación ventajosa en la fabricación de contactos eléctricos para células solares.

Antecedentes de la invención

Las células solares fotovoltaicas tienen que extraer altas densidades de corriente, en el intervalo de 1 a 5 mA/cm2 de corriente por área unitaria perpendicular a la iluminación solar. Dicho dispositivo se ilustra en la Figura 1 en una vista transversal. La fotocorriente generada por lo general se recoge y transporta lateralmente a través de una capa frontal conductiva 1, tal como una región de silicio altamente impurificado, una capa metálica transparente y delgada o un óxido conductivo transparente tal como Sn2, ITO, ZnO, lnO:H (óxido de indio) o una combinación de éstos. Eventualmente, la corriente se recoge mediante más líneas de contacto conductivas llamadas dedos o contactos de rejillas 2. La Figura 5 muestra un patrón de rejilla de metal típico dispuesto en un lado frontal de una célula solar fotovoltaica. Barras colectoras 3 usualmente están en contacto (soldadas, electrosoldadas o puestas en contacto con adhesivo eléctrico) con una cuerda metálica altamente conductiva para extraer la corriente que es generada homogéneamente en el área ópticamente activa (es decir, no cubierta por la rejilla de contacto) y son recogidas por los dedos delgados o contacto de rejillas 2. Estos contactos de rejillas con frecuencia se depositan usando la impresión serigráfica de la pasta conductiva, tal como pasta que contiene plata.

Si los contactos impresos por serigrafía se realizan solamente por impresión serigráfica o técnicas relacionadas (p. ej., impresión por cliché), usando una impresión simple o doble, tienden a ensancharse (7-12 pin), oscureciendo así las células solares y creando pérdidas ópticas, ya que típicamente 4-11% de la superficie de la célula solar es luego cubierta por un material reflectante (lo que significa que puede recogerse el área donde no hay fotones). Además, la resistividad eléctrica a granel de la pasta impresa por serigrafía (típicamente hojuelas de Ag con componentes inorgánicos y orgánicos) es significativamente mayor que la del material a granel correspondiente. En el caso de Ag, la resistividad para una pasta curada a alta temperatura (7-9°) tiene un factor 2-3 mayor que el de Ag a granel, y 7-1 mayor en el caso de pastas curadas a baja temperatura (15- 3°). Esta baja conductividad puede conducir a fuertes pérdidas eléctricas en los dedos de contacto de la célula solar fotovoltaica. Con el fin de compensar la baja conductividad, deben imprimirse dedos gruesos (típicamente de varias decenas de micrómetros). La desventaja es que todavía puede ser insuficiente y producir pérdidas eléctricas, además de la necesidad de usar grandes cantidades de pasta de impresión serigráfica, que puede ser un componente costoso.

Como se muestra en la Figura 2, una posibilidad para limitar tanto las pérdidas ópticas como las pérdidas eléctricas y ahorrar material, sería depositar sobre la capa frontal conductiva 1, por impresión serigráfica u otra técnica, una línea de semillas más delgada 4 y posteriormente reforzar el contacto eléctrico con un proceso de revestimiento de chapa (no galvanizado o galvanizado), típicamente usando Ag, Cu, Ni y otras capas para revestir con chapa los contactos. La ventaja del material enchapado 5 es una mayor conductividad, más cercana a la conductividad a granel de los materiales utilizados.

El problema está en que, en la configuración propuesta, tanto la línea de semillas o el contacto de rejillas 4 como la capa subyacente 1 son conductivos. En consecuencia, los materiales 5 depositados por el enchapado tienden también a depositarse tanto en la línea de semillas 4 como en la capa subyacente 1, o por lo menos parcialmente en la capa subyacente 1. Esto luego conduce a una cobertura metálica no deseada de la superficie frontal de la célula, lo que produce pérdidas ópticas. Es posible trabajar variando la composición de las soluciones de enchapado para lograr una "selectividad" entre los contactos de dedos 4 y la capa subyacente 1, pero también será difícil garantizar un proceso robusto en cualquier producción, ya que en principio todas las capas conductivas serán capaces de dar o aceptar los electrones necesarios en el proceso de enchapado (y asimismo con electrogalvanizado).

El documento EP215969 describe un método para formar una estructura de electrodos de células fotovoltaicas.

Un objeto de la presente invención es proveer un dispositivo, tal como una célula solar, que permite evitar las desventajas de la técnica anterior. Más especialmente, un objeto de la invención es proveer un dispositivo que comprende una superficie conductiva y contactos eléctricos, donde dichos contactos eléctricos tienen un tamaño reducido y una mayor conductividad.

Compendio de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo que comprende una superficie conductiva y contactos eléctricos mediante los cuales es capaz de pasar una corriente eléctrica. De acuerdo con la invención, dichos contactos eléctricos comprenden semillas depositadas en la superficie conductiva, una capa eléctricamente aislante que cubre en forma discontinua dichas semillas conductivas con el fin de formar aberturas que dejan acceso a dichas semillas

conductivas, y una capa de revestimiento de chapa que cubre dicha capa aislante discontinua y depositada en las semillas conductivas accesibles a través de dichas aberturas, y con el fin de formar puntos desde los cuales puede comenzar el depósito de dicha capa de revestimiento de chapa. A su vez, el resto de la superficie conductiva, que no comprende ningún contacto eléctrico, está continuamente cubierto por dicha capa eléctricamente aislante.

Preferiblemente, las semillas conductivas contienen plata.

En algunas realizaciones, la capa eléctricamente aislante puede ser ópticamente transparente.

Ventajosamente, la capa eléctricamente aislante puede comprender una capa o una pila de capas hechas de materiales seleccionados del grupo que consiste en MgF y otros compuestos de Flúor ópticamente transparentes, SiNx, SI2, TI2, AI2O3, ZnS y SiOxNy. También se puede emplear un óxido conductivo transparente no impurificado basado en ZnO, Sn2 o InO.

Preferiblemente, la capa de revestimiento de chapa puede estar hecha de un material seleccionado del grupo que consiste en Ag y Cu.

De acuerdo con una realización preferida, los contactos eléctricos forman un patrón diseñado para recoger corriente, tal como una rejilla.

Ventajosamente, el dispositivo de la invención es una célula solar, más particularmente una célula solar de heterounlón de silicio.

La presente invención se refiere además a un método para producir un dispositivo según se definió anteriormente, y que comprende las etapas de:

proporcionar una superficie conductiva,

depositar, en dicha superficie conductiva, semillas conductivas en lugares correspondientes a las posiciones de los contactos eléctricos,

depositar una capa eléctricamente aislante en toda la superficie conductiva con el fin de formar una capa aislante eléctricamente discontinua en la región de las semillas conductivas y proveer, en dicha capa aislante discontinua, aberturas que dejan acceso a dichas semillas conductivas y con el fin de formar una capa aislante eléctricamente conductiva continua en el resto de la superficie... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo que comprende una superficie conductiva (12) y contactos eléctricos (14) mediante los cuales es capaz de pasar una corriente eléctrica, caracterizado por que dichos contactos eléctricos (14) comprenden semillas conductivas (16) depositadas sobre la superficie conductiva (12), una capa eléctricamente aislante (18), que cubre en forma discontinua dichas semillas conductivas (16) con el fin de formar aberturas (2) dejando acceso a dichas semillas conductivas (16), y una capa de revestimiento de chapa (22) que cubre dicha capa aislante discontinua (18) y depositada sobre las semillas conductivas (16) que son accesibles a través de dichas aberturas (2), y con el fin de formar puntos desde los cuales puede comenzar el depósito de dicha capa de revestimiento de chapa (22), y por que el resto de la superficie conductiva (12), que no comprende ningún contacto eléctrico (14), está continuamente cubierto por dicha capa eléctricamente aislante (18).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que las semillas conductivas (16) contienen plata.

3. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que la capa eléctricamente aislante (18) es ópticamente transparente.

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la capa eléctricamente aislante (18) comprende una capa o una pila de capas hecha de materiales seleccionados del grupo que consiste en MgF y otros compuestos de Flúor ópticamente transparentes, SiNx, ZnS, TÍO2, SÍO2, SiOxNy y AI2O3.

5. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la capa de revestimiento de chapa (22) está hecha de un material seleccionado del grupo que consiste en Ag y Cu.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que los contactos eléctricos (14) forman un patrón diseñado para recoger corriente.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que dicho dispositivo es

una célula solar.

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado por que dicha célula solar es una célula solar de

heterounión de silicio.

9. Método para producir un dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que comprende las etapas de:

proveer una superficie conductiva (12),

depositar, sobre dicha superficie conductiva (12), semillas conductivas (16) en lugares correspondientes a las posiciones de los contactos eléctricos (14),

depositar una capa eléctricamente aislante (18) sobre toda la superficie conductiva (12) con el fin de formar una capa eléctricamente aislante discontinua en la reglón de las semillas conductivas (16) y proveer, en dicha capa aislante discontinua, aberturas (2) que dejan acceso a dichas semillas conductivas (16) y con el fin de formar una capa eléctricamente aislante continua en el resto de la superficie conductiva (12),

cubrir la capa eléctricamente aislante discontinua (18) y las semillas conductivas (16) que son accesibles a través de dichas aberturas (2) con una placa de revestimiento de chapa (22), comenzando dicha capa de revestimiento de chapa (22) a expandirse desde dichas semillas conductivas (16) accesibles a través de dichas aberturas (2).

1. Método según la reivindicación 9, caracterizado por que las semillas conductivas (16) se forman depositando una pasta conductiva que tiene la rugosidad y porosidad adecuada, permitiendo el crecimiento de la capa de revestimiento de chapa (22).

11. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que la pasta se deposita mediante un método seleccionado del grupo que consiste en impresión serigráfica, impresión por cliché, impresión a chorro de tinta, aerosol, jeringa, para formar un patrón adecuada para recoger corriente del dispositivo.

12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado por que la capa eléctricamente aislante (18) comprende una capa o una pila de capas hecha de materiales seleccionados del grupo que consiste en MgF y otros compuestos de Flúor ópticamente transparentes, SiNx, SÍO2, ZnS, TÍO2, SiOxNy y AI2O3.

13. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado por que la capa eléctricamente aislante (18) es ópticamente transparente.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado por que el material de la capa de revestimiento de chapa (22) se selecciona del grupo que consiste en Ag y Cu.

15. Uso del método definido en las reivindicaciones 9 a 14 para producir una célula solar, y más particularmente una célula solar de heterounión de silicio.