Dispositivo para el tratamiento de sustratos que presentan capas de óxido de cinc preestructuradas dispuestas sobre soportes rígidos o flexibles,

con un primer medio para tratar el sustrato con un líquido corrosivo, un segundo medio para tratar el sustrato con líquido de limpieza y un medio adicional para transportar el sustrato del primero al segundo medios, así como un medio para secar el sustrato después del tratamiento de limpieza, caracterizado porque el dispositivo consiste en una instalación de circulación que presenta materiales resistentes en función del agente corrosivo seleccionado

Procedimiento para limpiar y corroer un sustrato con una capa de óxido conductiva transparente, y dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento.

La invención concierne a un procedimiento para limpiar y corroer un sustrato que presenta una capa de óxido transparente y conductiva (TCO), especialmente una capa de óxido de cinc, tal como ésta se emplea en la fabricación de módulos solares. Asimismo, la invención concierne a un dispositivo adecuado para la puesta en práctica del procedimiento antes citado.

Se conocen por el documento DE 199 08 960 A1 un dispositivo y un procedimiento para corroer capas metálicas, tales como placas de circuito impreso.

El documento DE 197 13 215 A1 revela un procedimiento de corrosión para capas TCO.

Se conocen por el documento DE 196 00 985 A1 un procedimiento y un dispositivo para el tratamiento de sustratos.

Estado adicional de la técnica

La fabricación de módulos solares de capa delgada de silicio a base de silicio amorfo o microcristalino o sus aleaciones hace necesaria, entre otras cosas, una estructuración del contacto TCO ("transparent conductive oxide") del lado delantero. Esta estructuración se efectúa en general casi exclusivamente con ayuda de ablación por láser, con lo quedan en la superficie restos de la capa como residuos. Éstos tienen que ser retirados antes del revestimiento ulterior sobre toda la superficie del sustrato, la cual, para una producción industrial de módulos, es del orden de magnitud de 1 m². Por tanto, es necesario en todo caso un paso de limpieza. La separación completa de la capa TCO es crítica para el funcionamiento del componente y es forzosamente necesaria para lograr un alto rendimiento.

En la fabricación industrial de módulos con tamaños de sustrato en torno a 1 m² la limpieza es en general un paso necesario y autónomo del proceso que se efectúa después de la estructuración con láser del TCO y antes de la aplicación de las demás capas. Una de las implementaciones técnicas que se utilizan para ello es, por ejemplo, una instalación de lavado con cepillo. Cuando se emplea como material TCO óxido de cinc (ZnO) fabricado por pulverización catódica con magnetrón, se tiene que efectuar en general adicionalmente una asperización de la superficie de la capa para garantizar una dispersión suficiente de la luz solar incidente. Esta asperización se efectúa en el caso más sencillo mediante corrosión química en húmedo en ácido o lejía diluido. El óxido de cinc texturado como material TCO del lado frontal no es utilizado hasta ahora en la producción de módulos solares de capa delgada de Si. Por tanto, no existe hasta ahora ninguna solución a gran escala técnica para el paso de corrosión química en húmedo.

En la fabricación de células solares y módulos solares de pequeña superficie a escala de laboratorio con tamaño típico del sustrato de 10 x 10 cm² se utiliza en el instituto de fotovoltaica del Forschungszentrum Jülich GmbH, como material TCO del lado frontal, ZnO fabricado por pulverización catódica con magnetrón y químicamente texturado en húmedo. En la fabricación de módulos solares sobre una superficie de sustrato de hasta 10 x 10 cm² se efectúa entonces, como un paso del proceso, la limpieza después de la estructuración con láser en combinación con la texturación química en húmedo. Los sustratos revestidos con ZnO se sumergen aquí manualmente durante unos diez segundos en una solución diluida de ácido clorhídrico (aproximadamente al 0,5%) a temperatura ambiente. La temperatura exacta no se controla aquí en absoluta y el tiempo de corrosión se controla tan solo manualmente. El secado se efectúa por soplado manual con nitrógeno seco limpio.

Este proceso de corrosión manual antes citado tiene especialmente las desventajas siguientes:

- La realización manual conduce a incapacidades de reproducción y errores inevitables, es decir, dependientes, por ejemplo, del operador.

- El modo de proceder actual no puede trasladarse a escala, sin mayores dificultades, desde 10 x 10 cm² hasta superficies de sustrato mayores, ya que la inmersión manual conduce prácticamente de forma inevitable a un resultado de corrosión poco homogéneo sobre una superficie grande.

- El modo de proceder actual permite solamente un pequeño rendimiento y solo se puede automatizar con dificultad. Esto conduciría desventajosamente a altos costes en el caso de una fabricación industrial.

Problema y solución

El problema de la invención consiste en proporcionar un procedimiento con el que se puedan limpiar capas de ZnO y también se pueda materializar la separación lineal después de una estructuración de la capa junto con la asperización química en húmedo de la capa con un coste en técnica de proceso y en tiempo lo más pequeño posible y de una forma homogéneamente reproducible sobre una superficie grande, es decir, en general una superficie de 1 m² o mayor. Asimismo, el problema de la invención consiste en crear un procedimiento especialmente ventajoso en el que la corrosión y limpieza antes citadas pueda ir seguida directamente por el secado de los paneles corroídos.

Los problemas de la invención se resuelven por medio de un procedimiento según la reivindicación principal 12 y por medio de un dispositivo para la puesta en práctica del procedimiento citado según la reivindicación paralela 1. En las respectivas reivindicaciones subordinadas a ellas se encuentran formas de realización ventajosas del procedimiento y del dispositivo.

Objeto de la invención

La invención permite ventajosamente una combinación de la limpieza y la corrosión de capas de ZnO estructuradas con láser sobre materiales de soporte rígidos o flexibles diferentes, tales como, por ejemplo, vidrio o película de plástico, para sustratos de gran superficie, en un único paso de proceso. La invención va seguida por un secado adicional de los sustratos de tal manera que toda la superficie del sustrato que se debe revestir en los pasos siguientes del proceso no entre en contacto durante el proceso de secado con materiales de ninguna clase, tales como, por ejemplo, rodillos de transporte.

La invención concierne a un procedimiento en el que la limpieza y la corrosión necesaria pueden realizarse ventajosamente en un único paso de proceso utilizando un dispositivo para la limpieza/corrosión en forma de una instalación de circulación/corrosión por rociado. El tamaño del sustrato no está sometido aquí a ninguna limitación fundamental. El ZnO dispuesto sobre un soporte puede ser asperizado de manera homogénea y con un tiempo de corrosión exactamente ajustable sobre toda la superficie del sustrato, y el conjunto puede ser lavado y, por tanto, también limpiado y, de manera ventajosa, puede ser también secado inmediatamente.

El dispositivo según la invención adecuado para la puesta en práctica del procedimiento consiste en una instalación de circulación-corrosión en la que un sustrato de gran superficie revestido con ZnO es transportado desde una zona de entrada, a través de cámaras de corrosión, lavado y secado, hasta una zona de salida. La solución de corrosión o lavado es aplicada aquí especialmente por medio de boquillas de rociado. El transporte puede efectuarse ventajosamente por medio de un sistema a base de rodillos de transporte resistentes al ácido y a la lejía.

En lo que sigue se describe sistemáticamente el desarrollo del proceso según la invención.

Paso 1 del proceso

Humectación del sustrato revestido de TCO con agua de alta pureza

Finalidad: Dilución inmediata de agente corrosivo que posiblemente sin desearlo gotea hacia abajo en el paso de corrosión subsiguiente.

Paso 2 del proceso

Rociado de la solución de corrosión

Finalidad: Aplicación homogénea del agente corrosivo sobre toda la superficie del sustrato.

Paso 3 del proceso

Lavado del sustrato con agua o una solución de lavado

Finalidad: Retirada rápida del agente corrosivo para la terminación inmediata del proceso de corrosión.

Paso 4 del proceso

Eventualmente, repetición única o múltiple del paso 3 del proceso

Finalidad: Resultado de lavado mejorado. Observación referente a los pasos 3 y 4 del proceso: Para lograr una superficie del sustrato exenta de residuos es ventajoso mantener humectado el sustrato lavado con solución...

1. Dispositivo para el tratamiento de sustratos que presentan capas de óxido de cinc preestructuradas dispuestas sobre soportes rígidos o flexibles, con un primer medio para tratar el sustrato con un líquido corrosivo, un segundo medio para tratar el sustrato con líquido de limpieza y un medio adicional para transportar el sustrato del primero al segundo medios, así como un medio para secar el sustrato después del tratamiento de limpieza, caracterizado porque el dispositivo consiste en una instalación de circulación que presenta materiales resistentes en función del agente corrosivo seleccionado.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque todas las piezas que entran en contacto con solución de corrosión están fabricadas de plástico resistente a los ácidos o de titanio.

3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque todo el dispositivo está realizado en forma resistente a los ácidos y las lejías.

4. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con rodillo de transporte como medio adicional.

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con un accionamiento que es capaz de accionar los rodillos de transporte.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que es capaz de tratar sustratos con una superficie de óxido de cinc de más de 0,16 m², especialmente más de 0,5 m².

7. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los rodillos de transporte están dispuestos de tal manera que son capaces de transportar un sustrato en posición horizontal.

8. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una o varias boquillas de rociado como primer medio o como segundo medio.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el que la boquilla de rociado está dispuesta por encima de los rodillos de transporte.

10. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos una boquilla de rociado atemperable como primero o segundo medio.

11. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que están dispuestos entre el medio de tratamiento del sustrato con un líquido de corrosión y el segundo medio de tratamiento del sustrato con un líquido de limpieza unos rodillos de tal manera que éstos sean capaces de rascar y evacuar líquidos depositados sobre la superficie del sustrato.

12. Procedimiento para el tratamiento de sustratos que presentan capas de óxido de cinc preestructuradas dispuestas sobre soportes rígidos o flexibles, en el que se trata el ZnO con un agente corrosivo y a continuación con un líquido de limpieza y luego se le seca, y en el que se efectúan el tratamiento con el líquido de corrosión y el líquido de limpieza, así como el secado, mientras que el sustrato es transportado a través de un dispositivo, caracterizado porque se emplea como dispositivo una instalación de circulación que presenta materiales resistentes en función del agente corrosivo.

13. Procedimiento según la reivindicación 12 anterior, en el que se tratan sucesivamente varios sustratos.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13 anteriores, en el que se transporta el sustrato a través del dispositivo con ayuda de rodillos de transporte.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14 anteriores, en el que se trata un sustrato con una superficie de óxido de cinc preestructurada de más de 0,16 m², especialmente más de 0,5 m².

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15 anteriores, en el que el tratamiento del sustrato con un agente corrosivo y un líquido de limpieza se efectúa con ayuda de boquillas de rociado.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16 anteriores, en el que se transporta el sustrato horizontalmente a través del dispositivo con la capa de TCO hacia arriba y en el que el tratamiento con un agente corrosivo y un líquido de limpieza se efectúa desde arriba sobre la superficie con ayuda de boquillas de ro-ciado.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17 anteriores, en el que se atemperan el agente corrosivo y/o el líquido de limpieza.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18 anteriores, en el que se elige un dispositivo en el que todas las piezas que entran en contacto con solución de corrosión están fabricadas de plástico resistente a los ácidos o de titanio.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 19 anteriores, en el que todo el dispositivo está realizado en forma resistente a los ácidos y a las lejías.