Película reflectante conductora y método de producción de la misma.

Una película reflectante conductora que tiene una superficie de contacto que está en contacto con un substrato yque se forma al calcinar una capa que contiene nanopartículas de metal modificadas químicamente por unamolécula orgánica con un esqueleto de carbono con 1 a 3 átomos de carbono,

en dondeel número de nanopartículas de metal con un tamaño de partícula primaria dentro de un intervalo de 10 a 50 nm es70 % o más con respecto a la totalidad de las nanopartículas de metal, en términos de número medio, ylos poros que aparecen sobre la superficie de contacto que está en contacto con el substrato tienen un diámetromedio de 100 nm o menos, una profundidad media de 100 nm o menos en términos de posición de los poros, y unadensidad del número de los poros de 30 poros/μm2 o menos.

Película reflectante conductora y método de producción de la misma.

Antecedentes de la invención

Campo de la invención La presente invención se refiere a una película reflectante conductora, que se forma al revestir una composición que contiene nanopartículas de metal usando un método de revestimiento en húmedo y calcinando el revestimiento resultante, que tiene alta reflectancia cuando se mide desde el lado del sustrato, y exhibe una baja resistencia específica tanto como la de la película en bruto, y un método para producir la misma.

La presente solicitud reivindica prioridad sobre la Solicitud de Patente Japonesa de Número 2007-110598, presentada el 19 de Abril de 2007, y sobre la Solicitud de Patente Japonesa de Número 2005-095008, presentada el 1 de Abril de 2008.

Descripción de la técnica relacionada La investigación y el desarrollo en el campo de las tecnologías de la energía limpia se promueven en la actualidad desde el punto de vista de la protección al medio ambiente. En particular llaman la atención las células solares ya que su fuente de energía es la luz del sol, que es infinita y libre de contaminación ambiental. De manera tradicional, se ha usado una célula solar en bruto, que emplea un semiconductor reparado al cortar en rodajas un cristal en bruto tal como silicio monocristalino y silicio policristalino en una placa gruesa, para la generación de energía fotovoltaica. Sin embargo, los anteriores cristales de silicio usados en la célula solar en bruto requieren de una gran cantidad de energía y de tiempo para el crecimiento de los cristales, así como de una compleja etapa en el posterior proceso de producción, haciendo de ese modo que sea difícil aumentar la eficacia de la producción y proporcionar células solares de bajo coste.

Por otro lado, en una célula solar semiconductora de las denominadas de película delgada (en lo sucesivo denominada como una célula solar de película delgada) , en la que se usa una capa de semiconductor hecha a partir de silicio amorfo o similar con un espesor de unos pocos micrómetros o menos como una capa de conversión fotoeléctrica, las capas semiconductoras que llegan a ser las capas de conversión fotoeléctrica se pueden conformar tantas como sea necesario sobre un sustrato de bajo coste tal como cristal o acero inoxidable. Por consiguiente, se espera que en el futuro esta célula solar de película delgada llegue a ser sea un importante tipo de célula solar debido a su reducido tamaño y peso, bajo coste de producción, y fácil modificación en términos de aumento del área.

En base a su configuración la célula solar de película delgada se clasifica en un tipo súper recto y en un tipo sub recto. La célula solar de tipo súper recto en la que la luz entra desde el lado del sustrato transparente generalmente tiene una estructura donde el substrato, un electrodo transparente, una capa de conversión fotoeléctrica y un electrodo de superficie trasero se disponen en este orden. En la célula solar de tipo súper recto en la que la capa de conversión fotoeléctrica está formada por un material en base a silicio, se ha realizado un estudio con el fin de mejorar su eficiencia de generación de energía al producir la célula con una estructura donde, por ejemplo, de disponen en este orden un electrodo transparente, un silicio amorfo, un silicio policristalino y un electrodo de superficie trasero (por ejemplo consultar el Documento No-patente 1) . En la estructura descrita en este Documento No-patente 1, el silicio amorfo y el silicio policristalino forman una capa de conversión fotoeléctrica.

Cuando la capa de conversión fotoeléctrica en una célula solar se configura a partir de un material en base a silicio, la capa de conversión fotoeléctrica tendrá un relativamente bajo coeficiente de absorción debido al material anterior. Por consiguiente, cuando la capa de conversión fotoeléctrica tiene un espesor de película del orden de unos pocos micrómetros, parte de la luz incidente se transmitirá a la capa de conversión fotoeléctrica, y esta luz transmitida no contribuirá a la generación de energía. Por esta razón, la eficiencia de la generación de energía generalmente se mejora reflejando la luz, que no se absorbe y que se transmite a la capa de conversión fotoeléctrica, con una película reflectante con el fin de devolver la luz hacia la capa de conversión fotoeléctrica haciendo que el electrodo de la superficie trasera funcione como una película reflectante o formando una película reflectora sobre el electrodo de la superficie trasera.

Hasta la fecha los electrodos y las películas reflectantes se han formado mediante los métodos de formación de película a vacío tales como el método de pulverización en el desarrollo de células solares de película delgada. Sin embargo, generalmente se requería un coste considerable para el mantenimiento y la operación de un aparado que formase películas grandes. Por lo tanto, se ha estudiado el uso de los métodos de formación de película en húmedo en lugar de los métodos de formación de película a vacío para formar estos electrodos y películas reflectantes, y se espera que el cambio hacia los métodos de formación de película en húmedo mejore considerablemente los costes de funcionamiento del aparato.

Ejemplos de la película reflectante conductora formada por un método de formación de película en húmedo incluyen la película reflectante descrita en, por ejemplo, el Documento Patente 1 que se forma en el lado de la superficie de atrás de un elemento de conversión fotoeléctrica usando el método de deposición sin corriente eléctrica. Con el método mostrado en este Documento Patente 1, el documento describe posibles mejoras en la productividad al formar la película reflectante usando el método de deposición sin corriente eléctrica. Específicamente, en el método anterior, una película de resistencia que será una película protectora para el revestimiento se forma primero en el lado de la superficie de delante de un substrato por impresión global, y luego se lleva a cabo un pretratamiento en el lado de la superficie de atrás del sustrato usando una disolución, en la que se añade HF en una proporción de 2 a 4 % en masa a la disolución de pretratamiento para un no-conductor. A partir de entonces, se forma una capa reflectante compuesta de una película de revestimiento de cobre con un espesor de aproximadamente 3 ºm usando una disolución de revestimiento sin corriente eléctrica. A continuación, este sustrato se somete a un proceso de limpieza por ultrasonidos en un disolvente para eliminar la película de resistencia, para de ese modo formar un elemento de conversión fotoeléctrica.

Sin embargo, en el método de revestimiento sin corriente eléctrica que se muestra en el anterior Documento Patente 1, la película protectora para el revestimiento primero se forma en el lado de la superficie de delante del sustrato, seguido por el pretratamiento del lado, que se someterá a un tratamiento de revestimiento, usando la disolución de HF, y a partir de entonces se lleva a cabo un proceso para sumergir el sustrato. Por consiguiente, se espera que se conviertan en un problema la generación de un residuo líquido además de un proceso de producción complicado.

Como un método más simple, se describe un método en donde se reviste una disolución, en la que se dispersan las partículas ultrafinas del metal en un disolvente orgánico, y seguidamente se aplica un proceso de sinterización a una baja temperatura de 100 a 250 °C. (por ejemplo, consultar el Documento Patente 2) . Con el método que se muestra en el anterior Documento Patente 2, sin emplear un proceso de alto vacío, es posible formar un electrodo de metal con alta reflectancia así como con alta conductividad y que tenga una gran área mientras ésta es uniforme.

Sin embargo, la película de metal obtenida por el método mostrado en el anterior Documento Patente 2 tiende a tener menor reflectancia en el lado del substrato en comparación con la reflectancia en el lado de una superficie expuesta, que esté situada en el lado opuesto. Esto es porque los poros se generan normalmente entre una película de metal y un sustrato, sobre el que se forma la película, cuando se forma la película de metal al revestir el líquido de dispersión que contiene las partículas ultrafinas de metal sobre el substrato, y calcinar la película resultante. Cuando los poros se generan entre la película de metal y el sustrato, se supone que la luz que entra dentro de los poros se atenúa en última instancia debido a la repetida reflexión dentro de los poros. Además, la luz reflejada que alcanzó el lado del sustrato también se supone que se atenúa cuando es grande su ángulo de incidencia... [Seguir leyendo]

1. Una película reflectante conductora que tiene una superficie de contacto que está en contacto con un substrato y que se forma al calcinar una capa que contiene nanopartículas de metal modificadas químicamente por una molécula orgánica con un esqueleto de carbono con 1 a 3 átomos de carbono, en donde el número de nanopartículas de metal con un tamaño de partícula primaria dentro de un intervalo de 10 a 50 nm es 70 % o más con respecto a la totalidad de las nanopartículas de metal, en términos de número medio, y

los poros que aparecen sobre la superficie de contacto que está en contacto con el substrato tienen un diámetro medio de 100 nm o menos, una profundidad media de 100 nm o menos en términos de posición de los poros, y una densidad del número de los poros de 30 poros/ ºm2 o menos.

2. La película reflectante conductora según la Reivindicación 1, que comprende al menos un material seleccionado del grupo que consiste en polivinilpirrolidona, un copolímero de polivinilpirrolidona y celulosa soluble en agua.

3. La película reflectante conductora según la Reivindicación 1, en donde la proporción de plata entre los elementos de metal en las nanopartículas de metal contenidas en la película es 75 % en masa o más.

4. La película reflectante conductora según la Reivindicación 1, en donde el espesor de la película está dentro de un intervalo de 0, 05 a 2, 0 ºm.

5. La película reflectante conductora según la Reivindicación 1, en donde el substrato es un sustrato transparente formado a partir de uno cualquiera de vidrio, cerámicas que contienen un material conductor transparente, y un material polimérico, o un laminado transparente formado a partir de al menos dos materiales seleccionados del grupo que consiste en vidrio, cerámicas que contienen un material conductor transparente, un material polimérico, y silicio.

6. La película reflectante conductora según la Reivindicación 1, en donde la película reflectante conductora se forma al revestir de una composición que contiene las nanopartículas de metal sobre el sustrato o sobre una capa que se lamina sobre el sustrato usando un método de revestimiento en húmedo, y calcinando un sustrato con una película de revestimiento sobre la misma.

7. La película reflectante conductora según la Reivindicación 6, en donde se lleva a cabo un proceso de revestir la composición que contiene las nanopartículas de metal usando el método de revestimiento en húmedo a fin de que el espesor de la película esté dentro de un intervalo de 0, 05 a 2, 0 ºm después del proceso de calcinación.

8. La película reflectante conductora según la Reivindicación 6, en donde se lleva a cabo un proceso de revestir la composición que contiene las nanopartículas de metal usando el método de revestimiento en húmedo a fin de que un espesor de película esté dentro de un intervalo de 0, 05 a 2, 0 ºm después de un proceso de calcinación, y se lleva a cabo el proceso de calcinación del sustrato con una película de revestimiento sobre el mismo de 130 a 400 °C.

9. La película reflectante conductora según la Reivindicación 6, en donde el método de revestimiento en húmedo es uno cualquiera de un método de revestimiento por pulverización, un método de revestimiento por dispensador, un método de revestimiento por giro, un método de revestimiento por cuchilla, un método de revestimiento por hendidura, un método de revestimiento por chorro de tinta, un método de impresión por serigrafía, un método de impresión por transferencia y un método de revestimiento por estampado.

10. La película reflectante conductora según la Reivindicación 6, en donde la composición se prepara al dispersar las nanopartículas de metal, en las que el 75 % en masa o más de las partículas son partículas de plata, en un medio de dispersión, y la película contiene 70 % o más de las nanopartículas de metal con un tamaño de partícula primaria dentro de un intervalo de 10 a 50 nm en términos de número medio.

11. Una unidad reflectante conductora que comprende:

la película reflectante conductora de la Reivindicación 1; y

un sustrato donde se forma la película,

en donde el substrato es un sustrato transparente formado a partir de uno cualquiera de vidrio, cerámicas que contienen un material conductor transparente, y un material polimérico, o un laminado transparente formado a partir de al menos dos materiales seleccionados del grupo que consiste en vidrio, cerámicas que contienen un material conductor transparente, un material polimérico y silicio.

12. La película reflectante conductora según la Reivindicación 6, que además comprende al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en un polímero orgánico, un óxido de metal, un hidróxido de metal, un compuesto órgano-metálico y un aceite de silicona.

13. La película reflectante conductora según la Reivindicación 12, que comprende al menos un material seleccionado del grupo que consiste en polivinilpirrolidona, un copolímero de polivinilpirrolidona, y celulosa soluble en agua, como el polímero orgánico.

14. La película reflectante conductora según la Reivindicación 12, que comprende un óxido de metal que contiene al menos un metal seleccionado del grupo que consiste en aluminio, silicio, titanio, cromo, manganeso, hierro, cobalto, níquel, plata, cobre, zinc, molibdeno, estaño, indio y antimonio, o un óxido de material compuesto, como el óxido de metal.

15. La película reflectante conductora según la Reivindicación 12, que comprende un hidróxido que contiene al menos un metal seleccionado del grupo que consiste en aluminio, silicio, titanio, cromo, manganeso, hierro, cobalto, níquel, plata, cobre, zinc, molibdeno, estaño, indio y antimonio, como el hidróxido de metal.

16. La película reflectante conductora según la Reivindicación 12, que comprende un jabón de metal, un complejo de metal o un alcóxido de metal que contiene al menos un metal seleccionado del grupo que consiste en silicio, titanio, cromo, manganeso, hierro, cobalto, níquel, plata, cobre, zinc, molibdeno y estaño, como el compuesto órgano-metálico.

17. La película reflectante conductora según la Reivindicación 6, en donde la composición que contiene las nanopartículas de metal contiene 1 % en masa o más de agua y 2 % en masa o más de un alcohol como medio de dispersión.

18. Un método para producir una película reflectante conductora que comprende:

preparar una composición al dispersar nanopartículas de metal donde el 75 % en masa o más de las partículas son partículas de plata en un medio de dispersión a fin de que las nanopartículas de metal se modifiquen químicamente por un agente protector que es una molécula orgánica con un esqueleto de carbono con 1 a 3 átomos de carbono, y que el 70 % o más de las nanopartículas de metal, en términos de número medio, contenidas en la composición tendrán un tamaño de partícula primaria dentro de un intervalo de 10 a 50 nm;

revestir la composición sobre un sustrato o sobre una capa que se lamina sobre el sustrato usando un método de revestimiento en húmedo a fin de que un espesor de la película después de un proceso de calcinación esté dentro de un intervalo de 0, 05 a 2, 0 ºmº y

formar una película en la que los poros que aparecen sobre la superficie de contacto de la película en el lado del sustrato tienen un diámetro medio de 100 nm o menos, una profundidad media en términos de una posición de los poros que es 100 nm o menos, y una densidad del número de los poros que es 30 poros/ m2 o menos.

19. El método para producir una película reflectante conductora según la Reivindicación 18, que además comprende:

calcinar el substrato con la película del revestimiento sobre el mismo de 130 a 400 °C para formar la película tal como se define en la Reivindicación 18.

20. La película reflectante conductora según la Reivindicación 1, que se produce por un método para producir una película reflectante conductora que comprende preparar una composición al dispersar nanopartículas de metal donde el 75 % en masa o más de las partículas son partículas de plata en un medio de dispersión a fin de que las nanopartículas de metal se modifiquen químicamente por un agente protector que es una molécula orgánica con un esqueleto de carbono con 1 a 3 átomos de carbono, y que el 70 % o más de las nanopartículas de metal, en términos de número medio, contenidas en la composición tendrán un tamaño de partícula primaria dentro de un intervalo de 10 a 50 nm;

revestir la composición sobre un sustrato o sobre una capa que se lamina sobre el sustrato usando un método de revestimiento en húmedo a fin de que un espesor de la película después de un proceso de calcinación esté en un intervalo de 0, 05 a 2, 0 ºmº y

calcinar un sustrato con una película de revestimiento sobre el mismo de 130 a 400 °C para formar una película en la que los poros que aparecen sobre la superficie de contacto de la película en el lado del sustrato tienen un diámetro medio de 100 nm o menos, una profundidad media en términos de una posición de los poros que es 100 nm o menos, y una densidad del número de los poros que es 30 poros/ m2 o menos.

21. Un cuerpo laminado que usa las películas reflectantes conductoras de la Reivindicación 1, o una película reflectante conductora producida por el método de la Reivindicación 18 para producir una película reflectante conductora.

22. Una célula solar que usa la película reflectante de la Reivindicación 1, o una película reflectante conductora producida por el método de la Reivindicación 18 para producir una película reflectante conductora, como un electrodo.

23. Una célula solar que usa el cuerpo laminado de la Reivindicación 21 como un electrodo.