Sustrato de vidrio para células solares.

Sustrato (1, 1') con función de vidrio que contiene metales alcalinos,

que comprende una primera cara principal destinada a asociarse con una capa a base de un material absorbente, de tipo calcopirita, y una segunda cara principal, comprendiendo al menos una porción de superficie de la primera cara principal del sustrato (1') una capa conductora (2) a base de molibdeno, una capa de barrera frente a los metales alcalinos que no está interpuesta entre la capa conductora a base de molibdeno (2) y la primera cara principal del sustrato (1'), caracterizado porque comprende sobre al menos una porción de superficie de la segunda cara principal al menos una capa de barrera (9) frente a los metales alcalinos a base de nitruro de sodio.

Sustrato de vidrio para células solares La presente invención se refiere a perfeccionamientos proporcionados a elementos capaces de recoger la luz o más generalmente a cualquier dispositivo electrónico tal como una célula solar a base de materiales semiconductores.

Se conocen elementos capaces de recoger la luz del tipo de las células solares fotovoltaicas de capas delgadas que comprenden una capa de agente absorbente, al menos un electrodo dispuesto en el lado de incidencia de la luz a base de un material metálico, y un electrodo trasero a base de un material metálico, pudiendo ser este electrodo trasero relativamente espeso y opaco. Se debe caracterizar esencialmente por una resistencia eléctrica de superficie tan pequeña como sea posible y una buena adherencia a la capa del absorbente, así como, si es necesario, al sustrato.

Los compuestos ternarios de calcopiritas que pueden jugar el papel de absorbente contienen generalmente cobre, indio y selenio. Se trata en este caso de las que se denominan capas de agente absorbente CISe2. También se puede añadir a la capa de agente absorbente galio (por ejemplo: Cu (ln, Ga) Se, o CuGaSe2) , aluminio (por ejemplo: Cu (ln, AI) Se2) o azufre (por ejemplo: Culn (Se, S) . Se les denomina en general, yen la parte siguiente de este texto, mediante el término de capas de agente absorbente de calcopirita.

En el marco de este procedimiento de agente absorbente de calcopirita, los electrodos traseros se fabrican en la mayoría de los casos a base de molibdeno.

Ahora bien, con este procedimiento no se pueden obtener elevadas prestaciones más que mediante un control riguroso del crecimiento cristalino de la capa de agente absorbente, y de su composición química.

Además, se sabe que entre todos los factores que contribuyen a ello, la presencia de sodio (Na) sobre la capa de Mo es un parámetro clave que favorece la cristalización de los agentes absorbentes de calcopirita. Su presencia en una cantidad controlada permite reducir la densidad de defectos del absorbente y aumentar su conductividad.

El sustrato con función de vidrio que contiene metales alcalinos, generalmente a base de vidrio de sílice-sodiocalcio, constituye naturalmente una reserva de sodio. Bajo el efecto del procedimiento de fabricación de las capas de agente absorbente, generalmente realizado a temperatura elevada, los metales alcalinos van a migrar a través del sustrato, del electrodo trasero a base de molibdeno, hacia la capa de agente absorbente, principalmente del tipo calcopirita. La capa de molibdeno deja que el sodio se difunda libremente desde el sustrato hacia las capas activas superiores baja el efecto de un recocido térmico. Esta capa de Mo presenta, a pesar de todo, el inconveniente de no permitir más que un control parcial y poco preciso de la cantidad de Na que migra a la interfaz Mo/CIGSe2.

Según una técnica conocida (EP 715358) la capa de agente absorbente se deposita a temperatura elevada sobre la capa a base de molibdeno, que se separa del sustrato mediante una capa de barrera a base de nitruros, de óxidos y de oxinitruros de Si, o de óxidos o de oxinitruros de aluminio. Esta capa de barrera permite bloquear la difusión del sodio resultante de la difusión en el seno del sustrato hacia las capas activas superiores depositadas sobre el Mo.

Aunque añade una etapa suplementaria al procedimiento de fabricación, esta última solución ofrece la posibilidad de dosificar de forma muy precisa la cantidad de Na depositada sobre la capa de Mo recurriendo a una fuente exterior (por ejemplo: NaF, Na202, Na2Se) .

El procedimiento de fabricación de electrodos a base de molibdeno es un procedimiento continuo que implica que los sustratos revestidos de esta forma se almacenan en pilas sobre caballetes antes de su posterior utilización en un procedimiento de recuperación en el trascurso del cual la capa con base de material absorbente se depositará sobre la superficie del electrodo de molibdeno.

En el trascurso de las fases de almacenamiento de los sustratos en los estantes, la capa de molibdeno se encuentra por lo tanto de frente al sustrato de vidrio. Esta capa rica en sodio es susceptible de contaminar la cara de molibdeno y enriquecerla a lo largo del tiempo. Este mecanismo de dopaje no controlado puede llevar a una desviación de los procedimientos de fabricación durante la fase de depósito de molibdeno en continuo.

La presente invención pretende, por lo tanto, paliar estos inconvenientes proponiendo un sustrato con función de vidrio cuya difusión de sodio esté controlada.

A tal efecto, el sustrato con función de vidrio que contiene metales alcalinos presenta una estructura tal como la definida en la reivindicación 1.

En los modos de realización preferidos de la invención, se puede recurrir eventualmente además a una y/u otra de las disposiciones siguientes:

El espesor de la capa de barrera está comprendido entre 3 y 200 nm, preferentemente comprendida entre 20 y 100 nm y sensiblemente próxima a 50 nm.

La capa a base de nitruro de silicio es sub-estequiométrica.

La capa a base de nitruro de silicio es sobre-estequiométrica.

Según otro aspecto de la invención, esta se refiere igualmente a un elemento capaz de recoger la luz usando al menos un sustrato tal como el descrito anteriormente.

En los modos de realización preferidos de la invención, se puede recurrir además eventualmente a una y/u otra de las disposiciones siguientes:

Elemento capaz de recoger la luz que comprende un primer sustrato con función de vidrio y un segundo sustrato con función de vidrio, aprisionando dichos sustratos entre dos capas conductoras que forman los electrodos al menos una capa funcional a base de un material de agente absorbente de calcopirita que permite una conversión energética de la luz en energía eléctrica, caracterizado porque al menos uno de los sustratos es a base de metales alcalinos y comprende, sobre una de las caras principales, al menos una capa de barrera a los metales alcalinos.

Al menos una parte de al superficie de la cara principal del sustrato no revestido de la capa de barrera comprende una capa conductora a base de molibdeno.

El espesor de la capa de barrera está comprendido entre 3 y 200 nm, preferentemente comprendido entre 20 y 100 nm y sensiblemente próximo a 50 nm.

Según otro aspecto de la invención, se refiere igualmente a un procedimiento de fabricación de un sustrato tal como se ha descrito precedentemente que se caracteriza porque la capa de barrera y la capa conductora de la electricidad se depositan mediante un procedimiento de pulverización magnetrón "alto" y "bajo".

Otras características, detalles y ventajas de la presente invención aparecerán mejor después de la lectura de la siguiente descripción, realizada como ilustración y en ningún caso como limitación, con referencia a las figuras adjuntas, en las que:

la figura 1 es la vista esquemática de un elemento capaz de recoger la luz;

la figura 2 es una vista esquemática de un sustrato según un primer modo de realización, estando depositada la capa de barrera sobre la cara de estaño de dicho sustrato;

la figura 3 es una vista esquemática de un sustrato según una estructura conocida, estando la capa de barrera depositada sobre la capa de aire de dicho sustrato, en la interfaz entre el vidrio y la capa conductora;

la figura 4 es un gráfico que muestra la evolución del contenido en oxígeno y en sodio en la capa funcional, en función de los diferentes espesores de la capa de barrera.

En la figura 1, se ha representado un elemento capaz de recoger la luz (una célula solar o fotovoltaica) .

Por ejemplo, el sustrato 1 transparente con función de vidrio puede ser enteramente de vidrio que contiene metales alcalinos como un vidrio de silicio-sodio-calcio. Igualmente puede ser un polímero termoplástico, tal como un poliuretano o un policarbonato o un polimetacrilato de metilo.

La parte esencial de la masa (es decir por lo menos el 98% en masa) , incluso la totalidad del sustrato con función de vidrio está constituida de material (es) que presenta (n) la mejor transparencia posible y que tiene (n) preferentemente una absorción lineal inferior a 0, 01 mm-1 en la parte del espectro útil a la aplicación (módulo solar) , generalmente el espectro que va de... [Seguir leyendo]

1. Sustrato (1, 1') con función de vidrio que contiene metales alcalinos, que comprende una primera cara principal destinada a asociarse con una capa a base de un material absorbente, de tipo calcopirita, y una segunda cara principal, comprendiendo al menos una porción de superficie de la primera cara principal del sustrato (1') una capa conductora (2) a base de molibdeno, una capa de barrera frente a los metales alcalinos que no está interpuesta entre la capa conductora a base de molibdeno (2) y la primera cara principal del sustrato (1 ') , caracterizado porque comprende sobre al menos una porción de superficie de la segunda cara principal al menos una capa de barrera (9) frente a los metales alcalinos a base de nitruro de sodio.

2. Sustrato según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa (9) a base de nitruro de silicio es sub10 estequiométrica.

3. Sustrato según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa (9) a base de nitruro de silicio es sobreestequiométrica.

4. Sustrato según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el espesor de la capa de barrera (9) está comprendido entre 3 y 200 nm, preferentemente comprendido entre 20 y 100 nm y sensiblemente próximo a 15 50 nm.

5. Pila de sustratos, siendo los sustratos según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y estando la capa conductora (2) a base de molibdeno de un primer sustrato (1') en contacto con dicha al menos una capa de barrera (9) frente a los metales alcalinos a base de nitruro de silicio soportada por la segunda cara principal de un segundo sustrato (1 ') .

6. Elemento capaz de recoger la luz usando al menos un sustrato según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

7. Elemento capaz de recoger la luz según la reivindicación 6, que comprende un primer sustrato (1) con función de vidrio y un segundo sustrato (1') con función de vidrio, aprisionando dichos sustratos entre dos capas conductoras (2, 6) que forman los electrodos al menos una capa funcional (3) a base de un material de agente absorbente, del tipo de calcopirita, que permite una conversión energética de la luz en energía eléctrica, caracterizado porque al menos uno de los sustratos (1, 1') es según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.

8. Procedimiento de fabricación de un sustrato según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de barrera (9) y la capa conductora de la electricidad (2) a base de molibdeno se depositan mediante un procedimiento de pulverización magnetrón "por arriba" y "por abajo".