Sistemas de interconexión de células solares flexibles y métodos.

Un método para preparar láminas de célúlas solares interconectadas, que comprende:

a) proporcionar una pluralidad de tiras continuas

(3) de material de célula solar que comprenden cada una un sustrato flexible, una región de contacto negra conductora, una región foto-activa y una región conductora transparente;

b) adherir las tiras continuas de material de célula solar a una lámina (10) de refuerzo continua de manera que el sustrato flexible entre en contacto con la lámina de refuerzo y se forme un hueco (11) entre las tiras adyacentes;

c) aplicar un material aislante (13) sobre una región predeterminada del borde de cada una de las tiras sobre cada lado del hueco (11), entrando en contacto dicho material aislante con al menos una parte de la lámina de refuerzo (10) sobre cada lado del hueco;

d) formar una pluralidad de capas de unión (15) sobre un extremo de cada una de las tiras dispuestas sobre un lado del hueco por medio de la retirada selectiva de una parte del material aislante (13) y la región foto-activa para exponer una parte de la región de contacto negra;

e) proporcionar al menos un alambre (16) eléctricamente conductor en contacto eléctrico con capas de unión (15) de la pluralidad de tiras de material de célula solar y la región conductora transparente, y;

f) cortar los alambres (16) sobre cada lado de cada una de las capas de unión para formar regiones cortadas.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2011/027815.

Solicitante: Dow Global Technologies LLC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 2040 DOW CENTER MIDLAND, MI 48674 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: PEARCE,DAVID B, HACHTMANN,BRUCE D, WALL,ARTHUR C, VALERI,THOMAS M, HOLLARS,DENNIS R.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • 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 H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/18 (Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/05 (Medios de interconexión eléctrica entre las células fotovoltaicas dentro del módulo fotovoltaicos, p. ej. conexión en serie de células fotovoltaicas (electrodes H01L 31/0224; interconexión eléctrica de las células solares de película delgada formada sobre un sustrato común H01L 31/046; estructuras particulares para la interconexión eléctrica de las células solares de película delgada adyacentes en el módulo H01L 31/0465; medios de interconexión eléctrica especialmente adaptada para conectar eléctricamente dos o más módulos fotovoltaicos H02S 40/36))

PDF original: ES-2508167_T3.pdf

 

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Ilustración 1 de Sistemas de interconexión de células solares flexibles y métodos.
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Sistemas de interconexión de células solares flexibles y métodos.

Fragmento de la descripción:

Sistemas de interconexión de células solares flexibles y métodos.

Generalmente, la presente invención se refiere al campo de la interconexión eléctrica de células solares para formar un módulo solar, y más específicamente a células solares de película fina sobre sustratos flexibles. La invención divulga métodos automatizados para interconectar células solares flexibles. 5

Antecedentes de la invención

Actualmente, las células solares de película fina sobre sustratos flexibles se limitan a silicio amorfo sobre un papel metalizado fino (normalmente acero inoxidable) y diseleniuro de galio e indio (CIGS) sobre un metal o papeles metalizados de poliimida. Sin duda, existirán otros tipos de materiales de células solares apropiados para su uso sobre sustratos flexibles disponibles en un determinado momento del futuro. Actualmente, las células solares de 10 telururo de cadmio se producen únicamente sobre vidrio. Para encontrar utilidad en cualquier sistema de energía solar, se debe interconectar eléctricamente cualquier tipo de célula solar en serie con otras células solares similares para elevar los niveles de voltaje y minimizar las pérdidas de I2R debidas a las elevadas corrientes. Generalmente, las células depositadas sobre láminas rígidas de vidrio usan un sistema de rayas aplicadas entre diferentes etapas de proceso y en puntos específicos para interconectar las células por toda la lámina. Este procedimiento se 15 denomina "integración monolítica". Dicho método es difícil de implementar sobre sustratos flexibles debido a la precisión que se requiere tanto para la colocación como para la profundidad de las rayas. Adicionalmente, los sustratos permiten el procesado de rollo-a-rollo que puede resultar menos deseable desde el punto de vista económico si el proceso se interrumpe para implementar las operaciones de rayado, incluso si resultan fáciles de llevar a cabo. 20

Se forman células solares de silicio policristalino o cristalino tradicional sobre obleas individuales, que posteriormente se deben interconectar. Normalmente, las rejillas de recogida de corriente y las barras colectoras se forman por medio de serigrafía de un patrón con tintas que contienen plata que posteriormente se someten a curado a temperaturas elevadas (del orden de 700 º C) . El patrón de rejilla tradicional consiste en una serie de líneas paralelas y rectas finas separadas un pocos milímetros con dos o tres líneas más anchas (barras colectoras) que se 25 extienden perpendiculares al patrón de las líneas finas. La estructura resultante proporciona una superficie sobre las barras colectoras a la cual se pueden unir aletas de interconexión por medio de métodos de soldadura convencional. Se recoge la corriente de célula por medio de rejillas relativamente estrechas y se transmite a las barras colectoras relativamente más anchas que posteriormente se convierten en los puntos de conexión con la siguiente célula. Una ventaja de este método con respecto a la integración monolítica es que las células se pueden someter a ensayo y se 30 pueden adaptar en cuanto a rendimiento antes de la construcción del módulo. De este modo, el rendimiento del módulo no se encuentra limitado por la célula de rendimiento más bajo de la fila.

El mismo método aplicado a las células solares flexibles de película fina ha logrado únicamente un éxito limitado. Generalmente, se han encontrado al menos dos problemas. En primer lugar, las células de película fina no pueden aguantar las temperaturas elevadas para curar de manera adecuada las tintas de plata. Como consecuencia de las 35 bajas temperaturas de curado, algunos de los vehículos de tinta y disolventes permanecen en la estructura de línea de la rejilla, lo que rebaja la conductividad y limita en gran medida la aptitud de soldadura de las barras colectoras impresas. Alternativamente, la interconexión se puede llevar a cabo con epoxis conductoras, pero el método es mecánica y eléctricamente inferior a la soldadura. En segundo lugar, debido a que la terminación superficial de los sustratos flexibles útiles es mucho más rugosa que la de vidrio o las obleas de silicio, existen muchos más defectos 40 que pueden convertirse en puntos de derivación si se permite que la tinta conductora fluya en su interior. Este problema se puede solucionar en cierto modo por medio de impresión de un material mucho menos conductor, tal como una tinta de carbono, para rellenar inicialmente los defectos, y posteriormente sobre-imprimir con la tinta de plata. Los resultados consistentemetne buenos son difíciles de conseguir, ya que cualquier tipo de registro perfecto provoca una pérdida de matiz extra así como también una mayor derivación potencial. Además el coste de los 45 materiales y el equipo es relativamente elevado.

La patente de EE.UU. Nº . 5.474.622, muestra el uso de alambres metálicos como rejillas, pero con los alambres revestidos con fibras de carbono de longitud suficiente con el fin de evitar la presencia de defectos. En este método, los alambres se unieron al electrodo superior (óxido conductor transparente o TCO) de las células solares de silicio amorfo de pelicula fina durante el proceso de laminado de las mismas para dar lugar a módulos. En efecto, la 50 técnica anterior de impresión de un patrón de tinta basado en carbono se sustituye por fibras de carbono que tienen mucha menos oportunidad de provocar derivaciones en los defectos de película/sustrato y, al mismo tiempo, proporcionan un tipo de fusión de protección contra las corrientes de derivación intensas sostenidas. El tamaño del alambre y el espaciado se deben seleccionar para transportar la corriente generada por medio de la célula sin generar pérdidas resistivas significativas. 55

Las patentes de EE.UU. Nos. 4.260.429 y 4.283.591, muestran alambres conductores de revestimiento con un polímero que contenía partículas conductoras. Los problemas con las derivaciones inducidas por defectos podrían todavía existir debido a partículas conductoras más pequeñas en la distribución, y se llevaron a cabo mejoras explicadas en la patente de EE.UU. Nº . 6.472.594. La solicitud de patente alemana DE 10109643 A1 divulga un método de fabricación de un módulo fotovoltaico a partir de tiras de células solares.

Independientemente de la manera detallada en la se traten las posibles trayectorias de derivación cuando se aplican rejillas conductoras a células solares flexibles, no se ha desarrollado un esquema de interconexión rentable, automatizado y exhaustivo para células solares flexibles que poseen muchas de las características automatizadas 5 de integración monolítica sobre el vidrio rígido. Es una finalidad de la presente invención aportar un esquema de interconexión mejorado que podría ser denominado una "integración seudo monolítica" apropiada para la implementación automatizada de células solares flexibles.

Compendio de la invención

En un aspecto de la invención, se proporcionan métodos mejorados para interconectar células solares flexibles. Los 10 métodos mejorados incluyen características de automatización. En una realización, las características de automatización son similares a la integración monolítica.

En otro aspecto de la invención, se proporcionan métodos para interconectar células solares flexibles que son muy rentables, en comparación con los métodos convencionales menos automatizados.

En varias realizaciones de la invención, se proporcionan métodos mejorados para interconectar materiales de 15 células solares de película fina y flexibles. En realizaciones, se pueden usar los métodos para formar lámina (s) a partir de las cuales se pueden cortar tiras integradas para crear módulos de diferentes tamaños.

En un aspecto, la presente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para preparar láminas de célúlas solares interconectadas, que comprende:

a) proporcionar una pluralidad de tiras continuas (3) de material de célula solar que comprenden cada una un sustrato flexible, una región de contacto negra conductora, una región foto-activa y una región conductora transparente; 5

b) adherir las tiras continuas de material de célula solar a una lámina (10) de refuerzo continua de manera que el sustrato flexible entre en contacto con la lámina de refuerzo y se forme un hueco (11) entre las tiras adyacentes;

c) aplicar un material aislante (13) sobre una región predeterminada del borde de cada una de las tiras sobre cada lado del hueco (11) , entrando en contacto dicho material aislante con al menos una parte de la 10 lámina de refuerzo (10) sobre cada lado del hueco;

d) formar una pluralidad de capas de unión (15) sobre un extremo de cada una de las tiras dispuestas sobre un lado del hueco por medio de la retirada selectiva de una parte del material aislante (13) y la región foto-activa para exponer una parte de la región de contacto negra;

e) proporcionar al menos un alambre (16) eléctricamente conductor en contacto eléctrico con capas de 15 unión (15) de la pluralidad de tiras de material de célula solar y la región conductora transparente, y;

f) cortar los alambres (16) sobre cada lado de cada una de las capas de unión para formar regiones cortadas.

2. El método de la reivindicacion 1, que además comprende una etapa de aplicar un material aislante a las capas de unión y regiones cortadas después de la etapa de corte de los alambres. 20

3. El método de la reivindicación 1 ó 2, que además comprende una etapa de curado del material aislante una vez que se ha aplicado a las tiras.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el material aislante es un material aislante transparente.

5. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que además comprende cortar las láminas de material 25 de célula solar interconectada en las regiones entre una parte de dichos alambres eléctricamente conductores para formar filas de células solares de anchura pre-determinada.

6. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, que además comprende una etapa de unir la pluralidad de alambres eléctricamente conductores a barras terminales en cada extremo de las láminas de células solares interconectadas, para conectar al circuito externo. 30

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, que además comprende una etapa de proporcionar una lámina flexible transparente superior sobre las láminas de células solares interconectadas y someter a laminado dicha lámina flexible transparente superior.

8. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que además comprende la etapa de cortar un rollo relativamente ancho o lámina larga de material de célula solar flexible para dar lugar a una pluralidad de tiras de 35 material de célula solar.

9. El método de la reivindicación 8, que además comprende una etapa de tratamiento de uno o más bordes de la pluralidad de tiras de material de célula solar tras la etapa de corte para retirar los defectos y fragmentos.

10. El método de la reivindicación 8, que además comprende enrollar las tiras de material de célula solar sobre un rollo tras la etapa de corte. 40

11. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que además comprende una etapa de someter a ensayo las propiedades eléctricas a lo largo de cada una de las tiras continuas de material de célula solar.

12. El método de la reivindicación 11, en el que las tiras continuas de material de célula solar están clasificadas de acuerdo con sus propiedades eléctricas antes de la etapa de transferencia de las tiras continuas de material de célula solar a una lámina de refuerzo continua. 45

13. Un sistema de procesado que comprende formar células solares interconectadas que tienen tiras de material de célula solar, comprendiendo el sistema: :

un módulo de corte (5) configurado para cortar un rollo o lámina de material de célula solar flexible para dar lugar a tiras de material de célula solar;

un módulo abrasivo aguas abajo del módulo de corte, estando configurado el módulo abrasivo para tratar uno o más bordes de cada una de las tiras;

un módulo (7) de ensayo eléctrico aguas abajo del módulo abrasivo, estando configurado el módulo de ensayo eléctrico para someter a ensayo de forma continua las propiedades de las tiras;

un módulo (12) de aplicación de material no conductor aguas abajo del módulo de ensayo eléctrico, estando 5 configurado el módulo de aplicación de material no conductor para rellenar de forma continua un espacio entre las tiras adyacentes con material aislante y transparente;

un módulo (14) de aplicación de capa de unión aguas abajo del módulo de aplicación de material no conductor, estando configurado el módulo de aplicación de la capa de unión para formar una pluralidad de capas de unión sobre una parte de borde de cada una de las tiras; y 10

un módulo de aplicación de alambre aguas abajo del módulo de aplicación de la capa de unión, estando configurado el módulo de aplicación para proporcionar un alambre eléctricamente conductor a través de la pluralidad de capas de unión de las tiras.

14. Un artículo fotovoltaico que comprende:

a) tiras continuas (3) de material de célula solar que comprenden cada una un sustrato flexible, una región 15 de contacto negra conductora, una región foto-activa y una región conductora transparente;

b) una lámina (10) de refuerzo continua configurada de manera que el sutrato flexible entre en contacto con la lámina de refuerzo y se forme un hueco entre las tiras adyacentes;

c) material aislante (13) que entra en contacto con ambos bordes de cada una de las tiras sobre cada lado del hueco y al menos una parte de la lámina de refuerzo sobre cada lado del hueco; 20

d) una pluralidad de capas de unión (15) en un extremo de cada una de las tiras dispuestas sobre un lado del hueco, en el que las capas de unión se forman por medio de retirada selectiva de una parte del material aislante y la región foto-activa para exponer una parte de la región de contacto negra;

e) una pluralidad de alambres (16) eléctricamente conductores en contacto eléctrico con las capas de unión de la pluralidad de tiras de material de célula solar y la región conductora transparente; 25

f) regiones de corte formadas sobre un lado de cada una de las capas de unión que comprenden extremos adyacentes de alambres eléctricamente conductores y material aislante en contacto por un lado con las capas de unión y por otro, con los extremos adyacentes de los alambres eléctricamente conductores separados.