PROCEDIMIENTO PARA LA ESTRUCTURACIÓN DE CAPAS DE ELECTRODOS TRANSPARENTES.

Procedimiento para la estructuración de una capa conductora transparente por encima de una capa absorbente,

utilizándose un láser con una longitud de onda (λ) superior a la longitud de onda límite para la absorción del plasma de la capa conductora transparente (4), sin por ello dañar térmicamente la capa absorbente situada debajo, caracterizado porque la capa absorbente (3) es una capa absorbente de CuInSe2, y porque, en el caso de una estructura en capas constituida por un electrodo de ZnO:Al y un absorbente de CuInSe2, la longitud de onda (λ) del láser se ajusta a un valor comprendido entre 1,3 y 3 μm

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP1999/006905.

Solicitante: SAINT-GOBAIN GLASS FRANCE S.A..

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 18, AVENUE D'ALSACE 92400 COURBEVOIE FRANCIA.

Inventor/es: KARG,FRANZ.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 17 de Septiembre de 1999.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G02F1/01C5C

Clasificación PCT:

  • G02F1/1343 SECCION G — FISICA.G02 OPTICA.G02F DISPOSITIVOS O SISTEMAS CUYO FUNCIONAMIENTO OPTICO SE MODIFICA POR EL CAMBIO DE LAS PROPIEDADES OPTICAS DEL MEDIO QUE CONSTITUYE A ESTOS DISPOSITIVOS O SISTEMAS Y DESTINADOS AL CONTROL DE LA INTENSIDAD, COLOR, FASE, POLARIZACION O DE LA DIRECCION DE LA LUZ, p. ej. CONMUTACION, APERTURA DE PUERTA, MODULACION O DEMODULACION; TECNICAS NECESARIAS PARA EL FUNCIONAMIENTO DE ESTOS DISPOSITIVOS O SISTEMAS; CAMBIO DE FRECUENCIA; OPTICA NO LINEAL; ELEMENTOS OPTICOS LOGICOS; CONVERTIDORES OPTICOS ANALOGICO/DIGITALES. › G02F 1/00 Dispositivos o sistemas para el control de la intensidad, color, fase, polarización o de la dirección de la luz que llega de una fuente de luz independiente, p. ej. conmutación, apertura de puerta o modulación; Optica no lineal. › Electrodos.
  • H01L27/142 SECCION H — 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 eléctrica 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 27/00 Dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores o de otros componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común (detalles H01L 23/00, H01L 29/00 - H01L 51/00; conjuntos que consisten en una pluralidad de dispositivos de estado sólido individuales H01L 25/00). › Dispositivos de conversión de energía (módulos fotovoltaicos o conjuntos de células fotovoltaicas individuales que comprende diodos de derivación integrados o directamente asociado con las células fotovoltaicas sólo H01L 31/0443; módulos fotovoltaicos compuestas de una pluralidad de células solares de película delgada depositados en el mismo sustrato H01L 31/046).
  • H01L31/18 H01L […] › 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). › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.

Clasificación antigua:

  • G02F1/1343 G02F 1/00 […] › Electrodos.
  • H01L27/142 H01L 27/00 […] › Dispositivos de conversión de energía (módulos fotovoltaicos o conjuntos de células fotovoltaicas individuales que comprende diodos de derivación integrados o directamente asociado con las células fotovoltaicas sólo H01L 31/0443; módulos fotovoltaicos compuestas de una pluralidad de células solares de película delgada depositados en el mismo sustrato H01L 31/046).
  • H01L31/18 H01L 31/00 […] › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Finlandia, Chipre.

PDF original: ES-2362212_T3.pdf

 

PROCEDIMIENTO PARA LA ESTRUCTURACIÓN DE CAPAS DE ELECTRODOS TRANSPARENTES.

Fragmento de la descripción:

Procedimiento para la estructuración de capas de electrodos transparentes.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la estructuración de capas conductoras transparentes, especialmente a un procedimiento para la estructuración de capas de electrodos transparentes en elementos de construcción en capas delgadas.

La producción de elementos de construcción en capas delgadas, como por ejemplo módulos fotovoltaicos, pantallas planas o ventanas conectables, las cuales en la industria electrónica de las grandes superficies encuentran una amplia aplicación, requiere junto a adecuados procedimientos de recubrimiento métodos de estructuración económicos. Los elementos de construcción en capas delgadas se segregan, por lo regular, en toda la superficie por procedimientos de deposición conocidos y, a continuación, utilizando procesos de estructuración adecuados se estructuran por separación de zonas precisas, definidas y limitadas localmente.

Una estructuración en capas delgadas de este tipo es necesaria, por ejemplo, en la conexión integrada en serie de módulos fotovoltaicos. Es conocido que este tipo de módulos se produce esencialmente por segregación de tres capas funcionales. Una primera capa se segrega por ejemplo, por vaporización sobre un sustrato y sirve como primera capa de electrodos. Sobre esta primera capa de electrodos se deposita una capa absorbente, la cual se compone de un semiconductor correspondientemente dopado. Sobre esta capa absorbente, en una etapa ulterior se deposita por vaporización una segunda capa de electrodos. Esta segunda capa de electrodos es en general transparente para una radiación en el campo visible del espectro, para, en el caso de un módulo solar, garantizar un bajo debilitamiento de la luz solar incidente. Para la protección de influencias medioambientales esta construcción en capas delgadas puede estar sellada mediante una pasta de material sintético y, opcionalmente, con una segunda placa.

Para que en la producción de los elementos de construcción en capas delgadas, de este tipo, se aproveche mejor toda la superficie del módulo o para, en el caso de módulos solares interconectados en serie, aumentar la tensión modular total de menos de 1 V de una célula individual a 12 V o 24 V de un módulo, la superficie modular total se divide en varias células individuales. Esto requiere una estructuración de las diferentes capas funcionales. La conexión en serie abarca típicamente al menos tres etapas de estructuración para estructurar la primera capa de electrodos, de la capa absorbente y de la segunda capa de electrodos.

Para ello, es importante que la tecnología de la estructuración ocasione sólo costes bajos, es decir que la estructuración se lleve a cabo con alto rendimiento y largo tiempo de vida. Además, el procedimiento de estructuración utilizado tiene que producir anchuras de estructuración estrechas, para minimizar las pérdidas en superficie activa del módulo. Además, la estructuración no debe producir daños o impurezas en las capas de los semiconductoras o de los electrodos adyacentes o situados debajo, es decir que la selectividad del proceso de estructuración debería ser lo más alta posible.

En los procedimientos de estructuración conocidos la estructuración de la primera capa de electrodos segregada en primer lugar y de la capa absorbente segregada a continuación se lleva a cabo con ayuda de excímeres o de láseres Nd:YAG. Para la estructuración de la capa transparente del electrodo se utilizan procedimientos de estructuración fotolitográficos o, respectivamente, procedimientos corrosivos, técnicas de desprendimiento y procedimientos de estructuración mecánicos. Sin embargo, estos conocidos procedimientos presentan algunas desventajas. El procedimiento fotolitográfico es generalmente caro y se requieren múltiples etapas de proceso para llevar a cabo la estructuración deseada. En las conocidas técnicas de desprendimiento, las superficies que en un posterior etapa del proceso han de ser desprendidas, se recubren mediante serigrafiado o impresión por pasta, lo cual requiere igualmente varias etapas de proceso (por ejemplo impresión por pasta, así como el subsiguiente desprendimiento). Además, la anchura de estructuración apenas se puede reducir por debajo de 100 μm. Esto último vale también para la estructuración mecánica, la cual ciertamente no produce carga térmica alguna, pero separa igualmente las capas blandas situadas debajo. Según esto, la selectividad requerida dentro de la construcción en capas, no está aquí garantizada. Como problema adicional, hay que mencionar el aflojamiento o respectivamente desprendimiento de las zonas de la capa adyacentes a la línea de estructuración, el cual en el caso de una carga térmica alternativa puede conducir al desprendimiento total de la capa y a problemas de estabilidad del módulo.

El documento EP 763 858 A2 describe la estructuración de una capa de óxido de indio-estaño en un elemento fotovoltaico con ayuda de un láser Nd-YAG en una longitud de onda de 1,06 μm.

Chopra et al. describen en Thin Solid Films, vol. 102 (1983), págs. 1-46, propiedades de conductores transparentes, entre ellas propiedades ópticas del óxido de indio-estaño. Por consiguiente, los procedimientos conocidos para la estructuración de capas de electrodos transparentes presentan las desventaja de que no presentan la suficiente selectividad, no posibilitan anchura de estructuración lo suficientemente pequeña y, además, por lo regular van unidas a elevados costes.

Por tanto, es misión de la presente invención poner a disposición un procedimiento para la estructuración de capas transparentes, que garantice una pequeña anchura de estructuración, sea flexible en cuanto a la disposición de la estructuración, presente una elevada reproducibilidad y una elevada limpieza del proceso y, además, sea económico.

Este problema se soluciona por un procedimiento con las características de la reivindicación 1.

Otras formas de ejecución ventajosas resultan de las reivindicaciones subordinadas.

Una idea central es en este caso, que la energía del láser de un láser utilizado para la estructuración de una capa transparente sea eficiente y se acople exclusivamente en la capa transparente y no sea reflejada ni transmitida por la capa situada debajo para no dañar térmicamente, con ello, la capa situada debajo. Este requisito se cumple por el hecho de que la longitud de onda del láser se selecciona de tal modo que caiga en la zona de absorción del plasma de la capa transparente.

La invención se describe a continuación con más detalle, tomando como referencia los dibujos que la acompañan, los cuales muestran:

Fig. 1 una construcción esquemática de un módulo solar de capa delgada, convencional, cuya superficie total está repartida entre 10 células individuales, conectadas entre sí en serie; y

Fig. 2 una representación global esquemática del efecto alternante de radiación con semiconductores en relación con una capa de electrodos transparente.

La Fig. 1 muestra una construcción esquemática de un módulo solar de capa delgada, convencional. En el dibujo de la izquierda de la Fig. 1 se muestra una vista en planta de la superficie total del módulo solar de capa delgada. La superficie total está repartida aquí en 10 células individuales conectadas entre sí en serie. La construcción en capas del módulo solar de capa delgada se representa en el dibujo de la derecha de la Fig. 1. El módulo de capa delgada presenta un sustrato 1, sobre el cual se ha segregado una primera capa 2 del electrodo. En una primera etapa de estructuración P1 se estructura de forma correspondiente el primer electrodo, el cual sirve también como electrodo posterior del módulo solar. A continuación se segrega una capa absorbente 3 sobre el electrodo posterior estructurado, y en una etapa ulterior de estructuración P2 se estructura de forma correspondiente la disposición deseada. La capa absorbente 3 se compone típicamente de un semiconductor con una distancia de banda adecuada de 0,8 a 1,8 eV, y que presenta una elevada característica de absorción. Igualmente que la etapa de estructuración P1, la etapa de estructuración P2 se lleva a cabo con ayuda de un excimer o láser Nd:YAG. Sobre la capa de absorción 3 se deposita a continuación, en una etapa ulterior, una segunda capa 4 del electrodo. Esta capa 4 del electrodo sirve de electrodo frontal y en la zona del espectro visible es preferentemente transparente para permitir que la luz solar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para la estructuración de una capa conductora transparente por encima de una capa absorbente, utilizándose un láser con una longitud de onda (λ) superior a la longitud de onda límite para la absorción del plasma de la capa conductora transparente (4), sin por ello dañar térmicamente la capa absorbente situada debajo, caracterizado porque la capa absorbente (3) es una capa absorbente de CuInSe2, y porque, en el caso de una estructura en capas constituida por un electrodo de ZnO:Al y un absorbente de CuInSe2, la longitud de onda (λ) del láser se ajusta a un valor comprendido entre 1,3 y 3 μm.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la longitud de onda (λ) del láser se ajusta a 2,94 μm, el diámetro de radiación del láser es inferior a 100 μm y el láser es un láser Er:YAG pulsado, que presenta una densidad de energía pulsátil inferior a 5 J/cm2.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 2, para la producción de módulos fotovoltaicos y otros elementos de construcción en capas delgadas.


 

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