Dispositivos fotovoltaicos que constan de una capa antirreflectante a base de objetos dispersados que presentan unos dominios de índices de refracción distintos.

Dispositivo fotovoltaico que comprende:

- un material semiconductor apropiado para garantizar un efecto fotovoltaico cuando está sometido a una radiación electromagnética;

- una capa antirreflectante

, transparente con respecto a dicha radiación electromagnética garantizando el efecto fotovoltaico, conteniendo esta capa antirreflectante, en el estado dispersado, unos objetos de dimensiones inferiores a 5 micrones, preferentemente inferiores a 2 micrones, comprendiendo dichos objetos al menos dos zonas constituidas por dos sustratos diferentes, transparentes con respecto a dicha radiación electromagnética y que tienen unos índices de refracción distintos, a saber:

- un núcleo que tiene un primer índice de refracción nC; y

- una capa que rodea el núcleo, denominada corteza, que tiene un segundo índice de refracción nE, distinto del índice de refracción nC del núcleo, estando comprendida la relación de las dimensiones del núcleo a las dimensiones del conjunto núcleo/corteza entre 1:1,5 y 1:5.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/050615.

Solicitante: Polyrise.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 16 Avenue Pey Berland Plateau Technique 33600 Pessac FRANCIA.

Inventor/es: GAUD,VINCENT, LOUARN,MÉLANIE, ROUGE,FABIEN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/048 (encapsulados de modulos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/042 (Módulos fotovoltaicos o conjuntos de células individuales fotovoltaicos (las estructuras de soporte de los módulos fotovoltaicos H02S 20/00))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES;... > COMPOSICIONES DE REVESTIMIENTO, p. ej. PINTURAS,... > Características de las composiciones de revestimiento... > C09D7/12 (Otros aditivos)
  • SECCION G — FISICA > OPTICA > ELEMENTOS, SISTEMAS O APARATOS OPTICOS (G02F tiene... > Elementos ópticos caracterizados por la sustancia... > G02B1/11 (Revestimientos antirreflejantes)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > VIDRIO; LANA MINERAL O DE ESCORIA > COMPOSICION QUIMICA DE LOS VIDRIOS, VIDRIADOS O ESMALTES... > C03C17/00 (Tratamiento de la superficie del vidrio, p. ej., de vidrio desvitrificado, que no sea en forma de fibras o filamentos, por recubrimiento)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO... > REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO... > Revestimiento químico por descomposición ya sea... > C23C18/12 (caracterizada por la deposición sobre materiales inorgánicos, distintos a los materiales metálicos)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/0216 (Revestimientos (H01L 31/041  tiene prioridad))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES... > C08F292/00 (Compuestos macromoleculares obtenidos por polimerización de monómeros sobre sustancias inorgánicas)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION... > COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones... > Composiciones de polímeros injertados en los que... > C08L51/10 (injertados sobre sustancias inorgánicas)

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Fragmento de la descripción:

Dispositivos fotovoltaicos que constan de una capa antirreflectante a base de objetos dispersados que presentan unos dominios de índices de refracción distintos [0001] La presente invención se refiere a unos dispositivos fotovoltaicos, de tipo células y módulos fotovoltaicos, que presentan una eficacia elevada por la presencia de una o varias capas que tienen unas propiedades antirreflectantes que permiten mejorar la transmisión luminosa.

Por "capa con propiedades antirreflectantes", se entiende aquí una capa que, depositada sobre un sustrato sólido, permite disminuir las propiedades de reflexión de al menos ciertas ondas electromagnéticas en el dominio que va de los rayos ultravioleta al infrarrojo (teniendo de manera típica una longitud de onda comprendida entre 250 nm y 1.500 nm) sobre la superficie modificada del sustrato sólido, aumentando la transmisión de estas ondas.

La obtención de propiedades antirreflectantes es particularmente buscada en el dominio de la conversión fotovoltaica, donde la disminución de la reflexión se traduce por un aumento de la cantidad de luz incidente convertida y, por tanto, en un aumento del rendimiento de conversión.

Para evitar los fenómenos de reflexión en el marco de la conversión fotovoltaica, se han propuesto diferentes soluciones, que no parecen plenamente satisfactorias.

En particular, se han descrito unas células fotovoltaicas de primera generación que comprenden un material semiconductor, generalmente un tramo (oblea) de sílice, monocristalino o policristalino, dopado o no, recubierto por una capa que permite, entre otras cosas, procurar un efecto antirreflectante y, por tanto, aumentar la cantidad de luz incidente recibida por el semiconductor.

Esta capa está constituida de manera típica por nitruro de silicio, que puede estar depositado especialmente en fase vapor por un depósito plasma por ejemplo según la técnica denominada PECVD (del inglés 30 "Plasma enhanced chemical vapor deposition") . El nitruro de silicio, propuesto originalmente para pasivar la superficie de silicio reemplazando unas capas de óxidos de titanio o de sulfuro de cinc que tradicionalmente se utilizaban con tal fin, parece presentar además unas propiedades antirreflectantes. Alternativamente, se han propuesto, más recientemente, unos revestimientos antirreflectantes a base de derivados de SiC. Para más detalles a este respecto, podremos remitirnos especialmente a Progress in Photovoltaics: Research and Applications. Prog.

Photovolt.: Res. App. 7, 245-260 (1999) .

El efecto antirreflectante proporcionado por un depósito a base de nitruro de silicio del tipo precitado es no obstante relativamente limitado. En particular, se trata de un efecto antirreflectante centrado en una longitud de onda dada únicamente. En efecto, el efecto antirreflectante obtenido es sobre todo perceptible para una longitud de onda dada, definida por la fórmula = 4n.e, donde n es el índice de refracción de la capa antirreflectante y su 0 0

grosor (siendo n preferentemente igual a (n1.n2) 1/2 donde n1 y n2 designan los índices de refracción de los medios de un lado y otro de la capa antirreflectante) .

Para obtener un efecto antirreflectante en una gama más amplia de longitudes de ondas, se ha 45 propuesto el empleo de tratamientos antirreflectantes bicapa o multicapas, del tipo por ejemplo de la bicapa MgF2/ZnS depositada sobre silicio descrita en Res. Energ. Ren.: Valorisation) 43-46 (1999) . Estos depósitos multicapa se presentan no obstante costosos y tanto más porque el número de capas depositadas es elevado y los materiales empleados para realizar las multicapas son en general poco eficaces en términos de pasivación del semiconductor (por "pasivación" se entiende aquí la facultad de inhibir la recombinación de pares electrón/hueco 50 creados por efecto fotovoltaico) .

Los depósitos antirreflectantes del tipo precitado efectuados sobre unos semiconductores se emplean generalmente no sobre unas células fotovoltaicas aisladas, sino sobre unos módulos fotovoltaicos. El término de "módulo fotovoltaico" (o más simplemente "módulo") , en el sentido en que se emplea en la presente descripción, 55 designa un dispositivo fotovoltaico que comprende varias células fotovoltaicas en conexión eléctrica unas con otras y recubiertas por un polímero (por ejemplo sumergidas en el seno de una matriz polimérica) , siendo de manera típica el polímero de cobertura una matriz de EVA. En unos módulos de este tipo, las propiedades de reflexión de las células fotovoltaicas se modifican con respecto a sus propiedades en el estado aislado, teniendo en cuenta

especialmente su puesta en contacto con la matriz polimérica, que tiene un índice de refracción muy diferente del que tiene el aire con el cual se pone en contacto la célula cuando está en el estado aislada.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar unos medios que permitan mejorar la conversión de dispositivos fotovoltaicos superando lo máximo posible los inconvenientes encontrados con las soluciones preconizadas actualmente para garantizar un efecto antirreflectante y que sean al menos tan eficaces y, preferentemente, más eficientes, que las soluciones propuestas en el momento actual y que permitan en particular acceder a unos dispositivos fotovoltaicos que tengan una buena eficacia de conversión fotovoltaica, en una gama extendida de longitudes de onda.

A tal efecto, la presente invención propone aplicar en los dispositivos fotovoltaicos una capa antirreflectante muy específica, a base de objetos dispersados que presentan unos dominios de índices de refracción distintos, que se puede depositar fácilmente y en una sola etapa, contrariamente a los depósitos multicapas actualmente preconizados.

La invención tiene por tanto como objeto un dispositivo fotovoltaico que comprende:

- un material semiconductor (que puede ser eventualmente una asociación de materiales semiconductores) apropiado para asegurar un efecto fotovoltaico cuando se somete a una radiación electromagnética;

- una capa antirreflectante, transparente con respecto a dicha radiación electromagnética garantizando el efecto fotovoltaico, conteniendo esta capa antirreflectante, en el estado dispersado, unos objetos de dimensiones inferiores a 5 micrones, preferentemente inferiores a 2 micrones, comprendiendo dichos objetos al menos dos zonas constituidas por dos sustratos diferentes, transparentes con respecto a dicha radiación electromagnética y que tienen unos índices de refracción distintos a saber:

i) un núcleo que tiene un primer índice de refracción nC; y ii) una capa que rodea el núcleo, llamada corteza, que tiene un segundo índice de refracción nE, distinto del índice 30 de refracción nC del núcleo, estando comprendida la relación de las dimensiones del núcleo a las dimensiones del conjunto núcleo/corteza entre 1:1, 5 y 1:5.

Se entiende que esta capa antirreflectante particular de la invención se coloca en el camino de la radiación electromagnética, es decir entre el medio exterior y el material semiconductor.

La invención tiene también como objeto de manera general la utilización de un material transparente con respecto a la radiación electromagnética, conteniendo, en el estado dispersado, unos objetos de dimensiones inferiores a 5 micrones, preferentemente inferiores a 2 micrones, comprendiendo dichos objetos al menos dos zonas constituidas por dos sustratos diferentes, transparentes con respecto a dicha radiación electromagnética y que tienen unos índices de refracción distintos, a saber:

i) un núcleo que tiene un primer índice de refracción nC; y ii) una capa que rodea el núcleo, llamada corteza, que tiene un segundo índice... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo fotovoltaico que comprende:

- un material semiconductor apropiado para garantizar un efecto fotovoltaico cuando está sometido a una radiación 5 electromagnética;

- una capa antirreflectante, transparente con respecto a dicha radiación electromagnética garantizando el efecto fotovoltaico, conteniendo esta capa antirreflectante, en el estado dispersado, unos objetos de dimensiones inferiores a 5 micrones, preferentemente inferiores a 2 micrones, comprendiendo dichos objetos al menos dos zonas constituidas por dos sustratos diferentes, transparentes con respecto a dicha radiación electromagnética y que tienen unos índices de refracción distintos, a saber:

- un núcleo que tiene un primer índice de refracción nC; y -una capa que rodea el núcleo, denominada corteza, que tiene un segundo índice de refracción nE, distinto del índice de refracción nC del núcleo, estando comprendida la relación de las dimensiones del núcleo a las dimensiones del conjunto núcleo/corteza entre 1:1, 5 y 1:5.

2. Dispositivo fotovoltaico según la reivindicación 1, que comprende:

- un material semiconductor apropiado para garantizar un efecto fotovoltaico;

- una capa protectora de dicho material semiconductor; y -entre el material semiconductor y la capa protectora, una capa interna antirreflectante, transparente con respecto a dicha radiación electromagnética garantizando el efecto fotovoltaico, conteniendo esta capa interna antirreflectante, en el estado dispersado, unos objetos de dimensiones inferiores a 5 micrones, preferentemente inferiores a 2 micrones, comprendiendo dichos objetos al menos dos zonas constituidas por dos sustratos diferentes, transparentes con respecto a dicha radiación electromagnética y que tienen unos índices de refracción distintos, a saber:

- un núcleo que tiene un primer índice de refracción nC; y -una capa que rodea el núcleo, denominada corteza, que tiene un segundo índice de refracción nE, distinto del índice de refracción nC del núcleo, estando comprendida la relación de las dimensiones del núcleo a las dimensiones del conjunto núcleo/corteza entre 1:1, 5 y 1:5.

3. Dispositivo fotovoltaico según la reivindicación 1, que comprende un sistema solar con concentración equipado por una lente, donde la capa antirreflectante se aplica sobre una cara o sobre las dos caras de la lente, en 40 contacto directo o indirecto con la superficie correspondiente de la lente.

4. Dispositivo fotovoltaico según una de las reivindicaciones de 1 a 3, donde los objetos presentes en el estado dispersado en el seno de la capa interna antirreflectante tienen unas dimensiones inferiores a 1 micrón, preferentemente inferiores a 500 nm.

5. Dispositivo fotovoltaico según la reivindicación 2 o la reivindicación 2 junto con la reivindicación 4, donde la capa protectora es una hoja de vidrio o una hoja polimérica preferentemente a base de PET o de ETFE.

6. Dispositivo fotovoltaico según una de las reivindicaciones 2 y 5, o la reivindicación 2 junto con la

reivindicación 4, donde la capa protectora se deposita sobre una subcapa polimérica, tal como una matriz de EVA y donde la capa interna antirreflectante está entre el material semiconductor y la subcapa polimérica.

7. Dispositivo fotovoltaico según una de las reivindicaciones de 1 a 6, donde la capa antirreflectante tiene un grosor comprendido entre 10 nm y 1 micrón. 55

8. Dispositivo fotovoltaico según una de las reivindicaciones de 1 a 6, donde la capa antirreflectante tiene un grosor comprendido entre 50 nm y 500 nm.

9. Dispositivo fotovoltaico según una de las reivindicaciones 2 y 5, o la reivindicación 2 junto con la

reivindicación 4" donde la capa protectora está provista además de un revestimiento antirreflectante.

10. Dispositivo fotovoltaico según la reivindicación 9, donde el revestimiento antirreflectante depositado sobre la capa protectora es un revestimiento transparente, monocapa o multicapa, que contiene, en el estado dispersado, unos objetos de dimensiones inferiores a 5 micrones, comprendiendo dichos objetos al menos dos zonas constituidas por dos sustratos diferentes, transparentes con respecto a dicha radiación electromagnética y que tienen unos índices de refracción distintos, a saber:

- un núcleo que tiene un primer índice de refracción nC; y -una capa que rodea el núcleo, denominada corteza, que tiene un segundo índice de refracción nE, distinto del índice de refracción nC del núcleo, donde la relación de las dimensiones del núcleo a las dimensiones del conjunto núcleo/corteza está comprendida entre 1:1, 5 y 1:5.

11. Dispositivo fotovoltaico según una de las reivindicaciones de 1 a 10, donde el dispositivo es un módulo fotovoltaico.

12. Utilización de un material transparente con respecto a la radiación electromagnética, que contiene, en el estado dispersado, unos objetos de dimensiones inferiores a 5 micrones, preferentemente inferiores a 2 micrones, comprendiendo dichos objetos al menos dos zonas constituidas por dos sustratos diferentes, transparentes con respecto a dicha radiación electromagnética y que tienen unos índices de refracción distintos, a saber:

- un núcleo que tiene un primer índice de refracción nC; y -una capa que rodea el núcleo, denominada corteza, que tiene un segundo índice de refracción nE, distinto del índice de refracción nC del núcleo, estando comprendida la relación de las dimensiones del núcleo a las dimensiones del conjunto núcleo/corteza entre 1:1, 5 y 1:5, para formar una capa antirreflectante para un dispositivo fotovoltaico, siendo esta capa transparente con respecto a 30 la radiación electromagnética que garantiza el efecto fotovoltaico.