PROCEDIMIENTO PARA LA MODIFICACIÓN DE LA SUPERFICIE DE SUSTRATOS PLANOS.

Procedimiento para la modificación de la superficies en un solo lado por tratamiento químico en fase acuosa,

como en particular recubrimiento, de un sustrato plano (2) utilizando un líquido (F) que se encuentra en una cubeta de tratamiento (3), cuyos componentes químicos son depositados por medio de control adecuado de la temperatura sobre la superficie del sustrato bajo la configuración de una capa duradera, en el que el calentamiento, necesario para la configuración de la capa deseada, del lado inferior del sustrato a recubrir se realiza por medio de al menos un medio adecuado para el calentamiento (11), que calienta el sustrato (2) desde su lado superior que no debe recubrirse hasta la temperatura necesaria, y en el que el lado superior no es humedecido durante el tratamiento con un líquido calefactor y el sustrato (2) no está retenido o protegido desde arriba

La invención se refiere, en general, a la modificación de la superficie de un sustrato en un solo lado por tratamiento químico en fase acuosa, más exactamente el recubrimiento de un solo lado por tratamiento químico en fase acuosa de sustratos planos. En particular, la presente invención se refiere a un procedimiento para el recubrimiento de sustratos en el marco de la producción de células o módulos solares de capa fina de vidrio, metal o plástico con compuestos metálicos, como por ejemplo sulfuro de cadmio o sulfuro de cinc.

Para el recubrimiento de superficies planas se conoce a partir del estado de la técnica una pluralidad de los más diferentes procedimientos y dispositivos, cuya selección depende sobre todo del tipo y espesor del recubrimiento deseada así como de la naturaleza o bien de la estructura del sustrato a recubrir. Por ejemplo, se puede distinguir entre deposición transmitida con corriente o deposición sin corriente, así como entre una deposición desde la fase de gas o la fase líquida, como también entre procedimientos a alta o baja temperatura. En particular, en la producción de células solares se realizan la mayoría de las veces varios recubrimientos de las estructuras de soporte o bien de los sustratos, como por ejemplo de placas de vidrio, para prestar a las células la estabilidad necesaria así como propiedades deseadas. Un procedimiento particularmente prometedor utiliza las llamadas capas CIS, que se caracterizan por una alta absorción de luz. A tal fin, se aplica habitualmente sobre el sustrato por un lado en primer lugar el contacto trasero, la mayoría de las veces de molibdeno (Mo) con un espesor de capa entre 0,5 y 1 m, y a continuación una capa fina de 1-2 m de sulfuro de cobre-indio, diseleniuro de cobre-indio, sulfuro de cobre-galio o diseleniuro de cobre-galio (designada en general con CI(G)S(Se), antes de que este lado del sustrajo modificado de forma correspondiente sea recubierto en una etapa siguiente con una llamada capa tampón sulfídica, como por ejemplo con sulfuro de cadmio (CdS) o sulfuro de cinc (ZnS). Como materiales de partida se emplean en este caso habitualmente compuestos que contienen cadmio o bien cinc y sales como por ejemplo sulfato o bien acetato de cadmio o de cinc, así como tiourea (THS, CH4N2S) y amoníaco (NH4OH), que se almacenan en primer lugar por separado y se mezclan entre sí poco antes del recubrimiento en la relación deseada. La capa fina de CdS o bien de ZnS, que resulta a partir del recubrimiento, que presenta, en general, un espesor entre 30 y 90 nm y en particular entre 30 y 60 nm, debería estar configurada de la manera más homogénea posible con respecto a su estructura, espesor y composición para la consecución de un rendimiento óptimo y debería adherirse fijamente sobre la capa de CI(G)S(Se) aplicada con anterioridad. Los sustratos a recubrir tienen en este caso medidas típicas de 1200 mm de largo y 600 mm de ancho así como 3 mm de espesor, mientras que la totalidad de los propios recubrimientos solamente presenta un espesor en el intervalo desde nanómetros hasta micrómetros. No obstante, en el futuro, por razones de optimización de costes, son deseables superficies del sustrato todavía más gruesas.

Se conoce que una deposición efectiva de CdS o ZnS sobre la superficie de un sustrato solamente puede tener lugar dentro de un intervalo determinado de la temperatura, que está aproximadamente entre temperatura ambiente o bien 30º y aproximadamente 95 ºC. Por lo tanto, en el caso de aplicación de procedimientos de recubrimiento por tratamiento químico en fase acuosa utilizando una cubeta de tratamiento, hay que procurar que la temperatura del líquido que se encuentra en el baño sea controlada con exactitud tanto en general como también en la zona de contacto con la superficie a tratar, para que se alcance la temperatura mínima de aproximadamente 20 a 30 ºC, que es necesaria para la resolución de la deposición deseada, sin tener que incrementar, sin embargo, la temperatura en el baño de líquido, de manera que tengan lugar las reaccione son deseadas (por ejemplo, formación de coloide) descritas en el estado de la técnica, que ponen en peligro el resultado del recubrimiento e implican un consumo elevado de líquido así como, dado el caso, la necesidad de etapas de procesamiento siguientes, tales como para la limpieza. Para solucionar esta problemática, el estado de la técnica ha desarrollado, por ejemplo, alternativas, en las que el lado del sustrato a recubrir no es transferido ya a un baño de recubrimiento, sino que se humedece manual o automáticamente con el líquido. Para la generación de una temperatura lo más uniforme posible, que apoya la reacción, se transfiere el sustrato, por ejemplo con el lado inferior que no debe recubrirse, a un baño de agua atemperado de forma correspondiente y se deposita sobre la superficie del mismo. Después de que el sustrato se ha calentado en una medida suficiente hasta su superficie a recubrir, se aplica la composición líquida, que comprende los componentes químicos, desde arriba sobre la superficie del sustrato, con lo que se induce la configuración de la capa deseada.

Por lo tanto, se conocen a partir del estado de la técnica sobre todo aquellas instalaciones en las que se aplica una composición líquida, que lleva a cabo el recubrimiento deseado de los sustratos, por un lado desde arriba sobre las estructuras de soporte.

Sin embargo, tales instalaciones tienen una serie de inconvenientes. Así, por ejemplo, con frecuencia no es deseable que, además del lado superior, se humedezcan también los cantos de los sustratos con el líquido de tratamiento. Tal fin, son necesarias técnicas de aplicación correspondientemente costosas o bien precisas, para evitar una caída lateral del líquido de tratamiento hacia abajo. Con esta finalidad, se emplean la mayoría de las veces anillos de obturación periféricos, que deben asegurar también que el líquido de tratamiento no llegue al baño de agua, lo que conduce a la contaminación del baño de agua. Además, el lado superior con el líquido aplicado debe blindarse frente al medio ambiente, para excluir contaminaciones del sustrato así como un peligro para el aplicador. También la dosificación exacta del líquido de tratamiento debe estar asegurada en todo momento de forma reproducible, puesto que de lo contrario se producen espesores de capa diferentes y/o capas impresas de forma diferente y, por lo tanto, no homogéneas, con lo que se pueden perjudicar las propiedades funcionales, como por ejemplo el rendimiento del resultado posterior del procedimiento. Las cantidades eventualmente excesivas de líquido de tratamiento deben retirarse y prepararse o evacuarse. A ello hay que añadir que en el caso de utilización de un baño de agua para el calentamiento, solamente se lleva a cabo una elevación de la temperatura relativamente lenta, puesto que la temperatura del agua debe estar claramente por debajo de 100 ºC, en virtud de la formación en otro caso creciente de burbujas y de vapor y, por lo tanto, la cantidad del calor alimentado está limitada. Además, el lado del sustrato humedecido a través del agua del baño de agua debe secarse de nuevo después del tratamiento, lo que requiere una etapa de tratamiento adicional e implica el riesgo de una deposición de sustancia son deseadas condicionada por el secado. Por último, tales instalaciones funcionan en el llamado procedimiento “en lotes”, es decir, de forma discontinua en el procedimiento de pilas, lo que limita la producción y en particular no es deseable con vistas a un número de piezas alto o máximo. A partir de este tratamiento discontinuo resulta especialmente también un gasto de manipulación mecánica y de fluido grande, que conduce a costes correspondientemente altos y a una prolongación de la duración del tratamiento.

El cometido de la presente invención consiste, por lo tanto, en la preparación de un procedimiento para la modificación de la superficies en un solo lado por tratamiento químico en fase acuosa, como especialmente recubrimiento de sustratos planos, con el que se solucionan los problemas del estado de la técnica. De acuerdo con la invención, el procedimiento debe asegurar una medida máxima de homogeneidad y debe poder aplicarse continuamente, es decir, en el marco de un procesamiento “en línea” sobre sustratos planos, de tal manera que el lado que no debe tratarse no es humedecido durante el tiempo de tratamiento con un líquido calefactor. Además, el procedimiento debe posibilitar una modificación de la superficie o recubrimiento en un lado, de tal manera que el sustrato no está retenido desde arriba, como por ejemplo...

1. Procedimiento para la modificación de la superficies en un solo lado por tratamiento químico en fase acuosa, como en particular recubrimiento, de un sustrato plano (2) utilizando un líquido (F) que se encuentra en una cubeta de tratamiento (3), cuyos componentes químicos son depositados por medio de control adecuado de la temperatura sobre la superficie del sustrato bajo la configuración de una capa duradera, en el que el calentamiento, necesario para la configuración de la capa deseada, del lado inferior del sustrato a recubrir se realiza por medio de al menos un medio adecuado para el calentamiento (11), que calienta el sustrato (2) desde su lado superior que no debe recubrirse hasta la temperatura necesaria, y en el que el lado superior no es humedecido durante el tratamiento con un líquido calefactor y el sustrato (2) no está retenido o protegido desde arriba.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sustrato (2) comprende cristal, metal y/o plástico y el recubrimiento se realiza en el marco de la producción de células o módulos solares de capa fina, y en el que el líquido de tratamiento (F) comprende sulfato o bien acetato de cadmio o de cinc.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la composición y/o la temperatura del líquido de tratamiento (F) se supervisa de forma continua y se corrige, en caso necesario.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el sustrato (2) se coloca con su lado inferior a recubrir durante el tratamiento sobre un medio de transporte y se transporta de forma continua sobre o a través del líquido (F).

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que se emplean varios medios para el calentamiento (11) del sustrato (2), cuya potencia se puede controlar de manera independiente entre sí.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el lado inferior del sustrato se calienta en el transcurso de su recubrimiento de manera uniforme a diferentes temperaturas.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el que los medios para el calentamiento (11) son controlados de manera independiente entre sí, de tal forma que el lado inferior del sustrato a recubrir recorre o experimenta durante su transporte sobre o a través del líquido (F) en la dirección de transporte (12) un perfil predeterminado de la temperatura (13).

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el perfil de la temperatura (13) es en gran medida constante en un plano de sección del sustrato (2) que se encuentra perpendicularmente a la dirección de transporte (12).

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el o bien los medios para el calentamiento (11) del sustrato (2) están seleccionados del grupo que consta de radiadores de calor, transmisores de calor, inductores de calor y combinaciones de los mismos.

10. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el o los radiadores de calor están seleccionados del grupo que consta de radiadores infrarrojos de onda larga, láser infrarrojo y aparatos de microondas.

11. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el o los transmisores de calor están seleccionados del grupo que consta de placas, cilindros, rodillos, baños, esteras y láminas de calefacción.

12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el o los inductores de calor están seleccionados del grupo que consta de bobinas de inducción e inductores.