ELECTRODO FRONTAL A BASE DE OXIDO DE CINC DOPADO CON ITRIO PARA SU USO EN DISPOSITIVO FOTOVOLTAICO SIMILARES.
Un dispositivo fotovoltaico que comprende:
un sustrato de vidrio frontal;
una película semiconductora;
un electrodo frontal eléctricamente conductivo y sustancialmente transparente ubicado entre al menos el sustrato de vidrio frontal y la película semiconductora; y
en el que el electrodo frontal comprende óxido de cinc y/u óxido de cinc y aluminio dopados con desde aproximadamente el 0,001 al 5,0% de itrio y se caracteriza porque el electrodo frontal está también dopado con aluminio
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2007/025484.
Solicitante: GUARDIAN INDUSTRIES CORP..
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 2300 HARMON ROAD,AUBURN HILLS, MI 48326-1714.
Inventor/es: KRASNOV,ALEXEY.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 16 de Junio de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C01G9/00 QUIMICA; METALURGIA. › C01 QUIMICA INORGANICA. › C01G COMPUESTOS QUE CONTIENEN METALES NO CUBIERTOS POR LAS SUBCLASES C01D O C01F (hidruros metálicos C01B 6/00; sales de oxácidos de halógenos C01B 11/00; peróxidos, sales de los perácidos C01B 15/00; tiosulfatos, ditionitos, politionatos C01B 17/64; compuestos que contienen selenio o teluro C01B 19/00; compuestos binarios del nitrógeno con metales C01B 21/06; azidas C01B 21/08; amidas metálicas C01B 21/092; nitritos C01B 21/50; fosfuros C01B 25/08; sales de los oxácidos del fósforo C01B 25/16; carburos C01B 32/90; compuestos que contienen silicio C01B 33/00; compuestos que contienen boro C01B 35/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares pero que no tienen propiedades de cambiadores de base C01B 37/00; compuestos que tienen propiedades de tamices moleculares y de cambiadores de base, p. ej. zeolitas cristalinas, C01B 39/00; cianuros C01C 3/08; sales del ácido ciánico C01C 3/14; sales de cianamida C01C 3/16; tiocianatos C01C 3/20; procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la preparación de elementos o de compuestos inorgánicos excepto anhídrido carbónico C12P 3/00; obtención a partir de mezclas, p. ej. a partir de minerales, de compuestos metálicos que son los compuestos intermedios de un proceso metalúrgico para la obtención de un metal libre C21B, C22B; producción de elementos no metálicos o de compuestos inorgánicos por electrólisis o electroforesis C25B). › Compuestos de zinc.
- C01G9/02 C01G […] › C01G 9/00 Compuestos de zinc. › Oxidos; Hidróxidos.
- H01L31/0224C
- H01L31/18J
Clasificación PCT:
- H01L31/0224 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Electrodos.
- H01L31/18 H01L 31/00 […] › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.
Fragmento de la descripción:
Electrodo frontal a base de óxido de cinc dopado con itrio para su uso en dispositivo fotovoltaico o similares.
Determinados modos de realización de ejemplo de esta invención se refieren a un electrodo (por ejemplo, un electrodo frontal) para su uso en un dispositivo fotovoltaico o similares. En determinados modos de realización de ejemplo, un electrodo frontal a base de óxido conductivo transparente (TCO) para su uso en un dispositivo fotovoltaico es de, o incluye, óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio, dopado con itrio (Y). En determinados modos de realización de ejemplo, la adición del itrio (Y) al óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio conductivo tiene la ventaja de que la pérdida potencial de conductividad de electrodo puede reducirse o evitarse, por ejemplo a temperaturas de procesamiento elevadas. Además, en determinados modos de realización de ejemplo de esta invención, el electrodo (por ejemplo, ZnOx:Y o ZnAlOx:Y) puede depositarse por pulverización catódica en una forma no estequiométrica deficiente en oxígeno.
Antecedentes y sumario de los modos de realización de ejemplo de la invención
Los dispositivos fotovoltaicos se conocen en la técnica (véanse, por ejemplo, las patentes U.S. nºs 6.784.361, 6.288.325, 6.613.603 y 6.123.824, véanse también R. Kour et al., Journal of Materials Science: Materials in Electronics 16 (2005) 649-655 y Q. Yu et al., Thin Solid films 515 (2007), 3840-3843. Dispositivos fotovoltaicos de tipo CdTe y de silicio amorfo (a-Si), por ejemplo, incluyen cada uno un contacto o electrodo frontal. Típicamente, el electrodo frontal está fabricado de un óxido conductivo transparente (TCO) tal como óxido de estaño u óxido de cinc formado sobre un sustrato, tal como un sustrato de vidrio. En consecuencia, se apreciará que el óxido de cinc dopado con Al (ZnAlOx) es un material de TCO conocido para su uso como electrodo para un dispositivo fotovoltaico. En determinadas aplicaciones, tales como dispositivos fotovoltaicos de CdTe como ejemplo, se usan temperaturas de procesamiento altas (por ejemplo, 550-600 grados C) durante la fabricación. El óxido de cinc se usa también en aplicaciones tales como recubrimientos de baja E para dar soporte a capas reflectantes de IR que pueden estar fabricadas de plata o similares.
Desafortunadamente, el ZnAlOx conductivo tiende a perder una cantidad significativa de su conductividad eléctrica cuando se calienta por encima de aproximadamente 400 grados C. Esta pérdida de conductividad puede estar provocada por una migración rápida de oxígeno desde los bordes de grano al interior de la masa de las cristalitas. A temperaturas incluso superiores (por ejemplo, 625-650 grados C), comienza a tener lugar la transformación estructural del óxido de cinc, lo que es particularmente desventajoso para aplicaciones tales como recubrimientos de baja E térmicamente tratables, porque compromete la integridad y la resistencia a la corrosión de películas reflectantes de IR que se forman, frecuentemente, directamente sobre y por encima del óxido de cinc; una transformación semejante puede detectarse por ejemplo por un aumento en la relación de picos XRD <002>/<103>.
Es aparente, partiendo de lo anterior, que existe en la técnica la necesidad de un material TCO mejorado. En determinados modos de realización de ejemplo de esta invención existe en la técnica la necesidad de un TCO a base de óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio que tenga un potencial reducido de pérdidas de conductividad significativas a altas temperaturas (por ejemplo, por encima de aproximadamente 400 grados C, o posiblemente incluso superiores). En determinados modos de realización de ejemplo de esta invención, existe en la técnica la necesidad de un TCO a base de óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio que tenga una probabilidad reducida de transformación estructural a temperaturas altas. Tales materiales de TCO pueden usarse en varias aplicaciones, que incluyen, pero no están limitadas a, electrodos (por ejemplo, electrodos frontales) en dispositivos fotovoltaicos, como capas que dan soporte a plata en recubrimientos de baja E, y similares.
Se ha encontrado que dopando un TCO a base de óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio con pequeñas cantidades de itrio, el TCO resultante puede mejorarse en uno o más aspectos. Por ejemplo, dopando un TCO a base de óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio con una pequeña cantidad de itrio, el TCO resultante puede lograr una pérdida de conductividad reducida a temperaturas altas. Como otro ejemplo, dopando una película a base de óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio (que es un TCO en determinados casos preferentes, pero no necesita serlo en todos los casos) con una cantidad pequeña de itrio (Y), la película resultante puede lograr una transformación estructural reducida o nula a temperaturas elevadas (por ejemplo, de al menos aproximadamente 400 grados C, o incluso posiblemente de al menos aproximadamente 550, 600 ó 625 grados C).
En determinados modos de realización de ejemplo, un electrodo frontal a base de óxido conductivo transparente (TCO) para su uso en un dispositivo fotovoltaico es de, o incluye, óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio, dopado con itrio (Y). En determinados modos de realización, la adición del itrio (Y) al óxido de cinc u óxido de cinc y aluminio conductivo tiene la ventaja de que la pérdida potencial de conductividad del electrodo puede reducirse o evitarse. Tal como se usa en el presente documento, el término "itrio" incluye y abarca tanto itrio metálico como óxido de itrio tal como Y2O3 o cualquier otro estequiométricamente aceptable.
Además, en determinados modos de realización de ejemplo de esta invención, el electrodo (por ejemplo, ZnOx:Y o ZnAlOx:Y) puede depositarse por pulverización catódica en una forma no estequiométrica deficiente en oxígeno, o puede depositarse de cualquier otro modo adecuado. La pulverización catódica a aproximadamente temperatura ambiente puede usarse para la deposición del electrodo en determinados casos de ejemplo, aunque, en vez de ésta, pueden usarse en determinados casos otras técnicas. Por ejemplo, el electrodo puede depositarse por pulverización catódica usando una diana(s) cerámica(s) fabricada(s) de ZnOx o ZnAlOx dopada(s) con Y y/o Y2O3. Alternativamente, el electrodo puede depositarse por pulverización catódica en una atmósfera inclusiva de gas oxígeno (y posiblemente de gas argón, o en cualquier otro gas adecuado) usando una diana(s) metálica(s) o sustancialmente metálica(s) fabricada(s) de Zn o ZnAl dopada(s) con Y; la composición o mezcla de gas puede seleccionarse con el fin de hacer el material depositado inicialmente subestequiométrico en determinados casos de ejemplo.
En determinados modos de realización de ejemplo, el electrodo de, o que incluye, ZnOx:Y y/o ZnAlOx:Y puede usarse como cualquier electrodo adecuado en cualquier dispositivo electrónico adecuado, tal como un dispositivo fotovoltaico, un dispositivo de pantalla plana y/o un dispositivo electroóptico.
En determinados modos de realización de ejemplo de esta invención, el electrodo o película de TCO (por ejemplo, ZnOx:Y o ZnAlOx:Y) puede tener una resistencia laminar (Rs) de desde aproximadamente 7 a 50 ohmios/cuadrado, más preferentemente de desde aproximadamente 10 a 25 ohmios/cuadrado y del modo más preferente de desde aproximadamente 10 a 15 ohmios/cuadrado usando un espesor no limitante de ejemplo de referencia de desde aproximadamente 1.000 a 2.000 angstroms, aunque son posibles otros espesores, especialmente pueden usarse otros espesores más pequeños en aplicaciones de baja E.
La deposición por pulverización catódica de un TCO (óxido conductivo transparente) a aproximadamente temperatura ambiente sería deseable para un electrodo frontal en un dispositivo fotovoltaico, dado que la mayor parte de las plataformas de fabricación de vidrio flotado no están equipadas con sistemas de calefacción in-situ. Además, una ventaja potencial adicional de las películas TCO depositadas por pulverización catódica es que éstas pueden incluir la integración de recubrimientos antirreflexión, reducción de resistividad y así sucesivamente. Por ejemplo, puede proporcionarse un recubrimiento antirreflexión sencillo o multicapa entre el sustrato de vidrio y el electrodo frontal TCO en aplicaciones fotovoltaicas. Como otro ejemplo, una capa reflectante de IR a base de plata puede depositarse por pulverización...
Reivindicaciones:
1. Un dispositivo fotovoltaico que comprende:
un sustrato de vidrio frontal;
una película semiconductora;
un electrodo frontal eléctricamente conductivo y sustancialmente transparente ubicado entre al menos el sustrato de vidrio frontal y la película semiconductora; y
en el que el electrodo frontal comprende óxido de cinc y/u óxido de cinc y aluminio dopados con desde aproximadamente el 0,001 al 5,0% de itrio y se caracteriza porque el electrodo frontal está también dopado con aluminio.
2. El dispositivo fotovoltaico de la reivindicación 1, en el que el electrodo frontal contiene desde aproximadamente el 0,005 al 1,0% de itrio, en particular desde aproximadamente el 0,01 al 0,50% de itrio y en particular desde aproximadamente el 0,05 al 0,20% de itrio.
3. El dispositivo fotovoltaico de la reivindicación 1, que además comprende un sustrato de vidrio posterior y un electrodo posterior ubicado entre al menos el sustrato de vidrio posterior y la película semiconductora.
4. El dispositivo fotovoltaico de la reivindicación 1, en el que la película semiconductora comprende al menos una capa que comprende silicio amorfo.
5. El dispositivo fotovoltaico de la reivindicación 1, en el que la película semiconductora comprende al menos una capa que comprende CdTe.
6. El dispositivo fotovoltaico de la reivindicación 1, en el que el electrodo frontal tiene una resistencia laminar (Rs) de desde aproximadamente 7 a 50 ohmios/cuadrado, en particular de no más de aproximadamente 15 ohmios/cuadrado.
7. Una estructura de electrodo para su uso en un dispositivo electrónico, comprendiendo la estructura de electrodo:
un sustrato;
un electrodo eléctricamente conductivo y sustancialmente transparente soportado por al menos el sustrato; y
en la que el electrodo comprende óxido de cinc y/u óxido de cinc y aluminio, dopados con desde aproximadamente el 0,001 al 5,0% de itrio y se caracteriza porque el electrodo está también dopado con aluminio.
8. La estructura de electrodo de la reivindicación 7, en la que el electrodo consiste esencialmente en óxido de cinc y/u óxido de cinc y aluminio, dopados con desde aproximadamente el 0,001 al 5,0% de itrio, en particular desde aproximadamente el 0,005 al 1,0% de itrio, en particular desde aproximadamente el 0,01 al 0,50% de itrio y en particular en la que el sustrato es de vidrio.
9. La estructura de electrodo de la reivindicación 7, en la que se proporciona una película semiconductora sobre el electrodo.
10. La estructura de electrodo de la reivindicación 7, en la que el electrodo contiene al menos algo de aluminio y presenta una resistencia laminar (Rs) de no más de aproximadamente 50 ohmios/cuadrado.
11. Un artículo recubierto que comprende:
un recubrimiento de baja E soportado por un sustrato de vidrio;
el recubrimiento de baja E comprende al menos una capa reflectante de IR, proporcionándose la capa reflectante de IR sobre una capa que comprende óxido de cinc y/u óxido de cinc y aluminio, estando dopada la capa que comprende óxido de cinc y/u óxido de cinc y aluminio con desde aproximadamente el 0,001 al 5% de itrio y se caracteriza porque la capa está también dopada con aluminio.
12. El artículo recubierto de la reivindicación 11, en el que la capa que comprende óxido de cinc y/u óxido de cinc y aluminio contiene desde aproximadamente el 0,01 al 0,50% de itrio.
13. El artículo recubierto de la reivindicación 11, en el que la capa reflectante de IR está ubicada sobre y en contacto directo con la capa que comprende óxido de cinc y/u óxido de cinc y aluminio dopada con itrio.
14. El artículo recubierto de la reivindicación 11, en el que la capa reflectante de IR comprende Ag y el artículo recubierto presenta una transmisión visible de al menos aproximadamente el 50%.
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