Método para fabricar una lámina fotovoltaica.

Método de fabricación de una lámina fotovoltaica que comprende una capa de TCO,

una capa fotovoltaica y unelectrodo posterior, en un proceso continuo rollo a rollo, este método comprende los siguientes pasos:

• proporcionar un sustrato temporal conductivo que sea más conductivo que la capa de TCO

• aplicar la capa de TCO sobre el sustrato temporal conductivo

• aplicar una capa fotovoltaica sobre la capa de TCO

• aplicar un electrodo posterior

• eliminar el sustrato temporal conductivo, el método se caracteriza por el hecho de que dicha capafotovoltaica se aplica mediante electrodeposición, con la corriente para la electrodeposición suministrada através del sustrato temporal.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2001/003715.

Solicitante: HyET Energy Systems B.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: Westervoortsedijk 71 K 6827 AV Arnhem PAISES BAJOS.

Inventor/es: MIDDELMAN, ERIK, JONGERDEN, GERT, JAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • 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).
  • H01L31/032 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). › comprendiendo, aparte de los materiales de dopado u otras impurezas, únicamente compuestos no cubiertos por los grupos H01L 31/0272 - H01L 31/0312.
  • H01L31/0392 H01L 31/00 […] › comprendiendo películas delgadas depositadas sobre sustratos metálicos o aislantes.
  • H01L31/04 H01L 31/00 […] › adaptados como los dispositivos de conversión fotovoltaica [PV] (las pruebas de los mismos durante la fabricación H01L 21/66; las pruebas de los mismos después de la fabricación H02S 50/10).
  • H01L31/18 H01L 31/00 […] › Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas.

PDF original: ES-2435479_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método para fabricar una lámina fotovoltaica [0001] La invención se refiere a un método de fabricación de una lámina fotovoltaica, más particularmente a una lámina fotovoltaica donde la capa fotovoltaica se ha aplicado mediante posición de electrodo.

Las láminas de célula solar de película delgada, también conocidas como láminas fotovoltaicas, generalmente comprenden un portador y una capa fotovoltaica (PV) compuesta por un material semiconductor provisto entre un electrodo anterior que comprende un óxido conductivo transparente (TCO) (en la parte frontal de la lámina) y un electrodo posterior (en la parte trasera de la lámina) . El electrodo anterior es transparente, lo que permite que la luz incidente alcance el material semiconductor, donde la radiación incidente se convierte en energía eléctrica. De esta manera, la luz se puede utilizar para generar corriente eléctrica, lo que ofrece una alternativa interesante para, digamos, combustibles fósiles o energía nuclear.

En la producción de láminas fotovoltaicas se hace uso generalmente de procesos de deposición al vacío. Estos procesos normalmente son más costosos que los procesos comparables realizados bajo condiciones atmosféricas. Por esta razón, se desea producir las capas activas bajo condiciones de proceso moderadas a presión atmosférica. Esto se puede conseguir, por ejemplo, mediante la deposición electroquímica de las capas semiconductoras. Tales procesos se conocen, entre otros, de la US 4 816 120 y G.C. Mauricio y R. Vanderveen, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 27 (1992) 305. La deposición galvánica (electroquímica) , en adelante también denominada electrodeposición, requiere que la capa sobre la que tiene lugar la deposición sea electroconductora.

Un método para efectuar esto es utilizar un sustrato metálico en la preparación de la lámina de células solares. Tales procesos se describen en la US 4 341 610 y la DE 196 34 580. El sustrato metálico funciona simultáneamente como sustrato y como electrodo posterior. Las láminas fotovoltaicas preparadas por este método comprenden un sustrato metálico, una capa fotovoltaica aplicada por electrodeposición y un óxido conductivo transparente (TCO) como electrodo anterior. No obstante, el orden de aplicar primero las capas PV y luego la capa conductora transparente impone serios límites en los materiales conductores transparentes usados. Por ejemplo, una capa de electrodo transparente muy favorable es óxido de estaño F-dopado. No obstante, para que tenga las propiedades y la textura deseadas, se debería aplicar preferiblemente a una temperatura de al menos 400°C. Tal alta temperatura puede ser devastadora para las capas PV, entre otros, como resultado de la cristalización, la difusión de los dopantes si están presentes, la difusión de las impurezas, la formación de grietas y/o la pérdida de hidrógeno.

Otro método para usar la electrodeposición para depositar las capas fotovoltaicas es la deposición sobre vidrio provisto de una capa de un óxido conductivo transparente (TCO) . Raffaelle et al. (R.P. Raffaelle et al., Electrodeposited CdS on CIS pn junctions, Solar Energy Material & Solar Cells 57 (1999) 167-178) describen la electrodeposición posterior de CIS y CdS sobre vidrio revestido de óxido de estaño e indio.

Das et al. (S.K. Das and G.C. Morris, Preparation and characterisation of electrodeposited n-CdS/p-CdTe thin film solar cells, Solar Energy Material & Solar Cells 28 (1993) 305-316) describen la electrodeposición posterior de CdS y CdTe sobre vidrio revestido de óxido de indio y estaño. En la electrodeposición de telurio de cadmio, el TCO con la capa tampón de CdS provista sobre el mismo se usa como electrodo.

No obstante, un inconveniente principal para estos procesos es el bajo índice de crecimiento de las capas fotovoltaicas. El índice de crecimiento está limitado por la baja conducción del TCO, los electrones requeridos se deben transportar a través de esta capa. Debido al espesor de esta capa, típicamente < 1 micra, la resistencia es alta. Esto, a su vez, significa que el índice de crecimiento depende de la distancia desde los contactos eléctricos proporcionados. Las diferencias en el índice de crecimiento llevan a variaciones en el espesor de la capa final de la capa fotovoltaica, lo que es indeseable.

Se han hecho intentos para resolver el problema del bajo índice de deposición proporcionando conductores eléctricos con baja resistencia, tales como metales, sobre o bajo el TCO en forma de estrías. Esto hace posible emplear paneles más grandes mientras que se mantiene un índice de crecimiento más o menos aceptable. El inconveniente de este método, no obstante, es que los conductores proyectan una sombra sobre las capas activas, causando una reducción de la proporción del área corriente a unidad de los módulos. Además, en este caso el índice de deposición depende de la distancia desde los conductores eléctricos, dando como resultado una capa fotovoltaica de espesor no homogéneo. Según otro método, primero una capa fina de metal conductivo se aplica sobre el TCO. Esto mejorará la conducción hasta cierto punto, pero debido a que la capa de metal conductivo impide la luz incidente, también lleva a una reducción de la cantidad de luz en la célula, y por lo tanto a una reducción de la cantidad de corriente generada.

Consecuentemente, existe la necesidad de un método de fabricación de una lámina fotovoltaica donde la capa fotovoltaica se pueda aplicar homogéneamente a un alto índice de deposición mediante electrodeposición, y donde la naturaleza del TCO se pueda seleccionar independientemente de la naturaleza de las capas fotovoltaicas.

Se descubrió que este problema se puede resolver aplicando el TCO sobre un sustrato temporal electroconductor y suministrar la corriente para la electrodeposición al menos a través del sustrato temporal. Como resultado, la unidad de sustrato temporal y el TCO actuarán como electrodo durante la electrodeposición de la capa PV. Obviamente, el TCO y el sustrato temporal deberían estar en buen contacto óhmico. Debido a que el sustrato es mucho más espeso que el TCO y generalmente tiene una conductividad bastante superior, la cantidad de corriente suministrada al sistema de sustrato y el TCO se puede aumentar en comparación con la técnica anterior. Esto aumenta el índice de deposición máximo que se puede utilizar para obtener una capa fotovoltaica homogénea. Como resultado de la alta conductividad del sustrato, el potencial del TCO es esencialmente el mismo a través de la superficie entera. Como resultado de esto, una capa PV de espesor homogéneo es depositada. Debido a que el TCO se deposita sobre el sustrato temporal, y no sobre la capa fotovoltaica, el TCO se puede seleccionar independientemente de la naturaleza de la capa fotovoltaica.

La invención se refiere, por lo tanto, a un método tal y como se define en la reivindicación 1.

El sustrato temporal conductivo es flexible, permitiendo el proceso que se va a llevar a cabo en forma de proceso rollo a rollo. El sustrato permanente puede se rígido o flexible, dependiendo de la aplicación. Para la mayoría de las aplicaciones, el sustrato permanente es preferiblemente flexible también. El proceso según la invención se realiza en un proceso continuo rollo a rollo.

Una ventaja adicional del método según la invención es como sigue: para reducir las pérdidas de resistencia en la lámina fotovoltaica, al igual que para reducir las pérdidas en el inversor frecuentemente requerido, la lámina fotovoltaica se divide frecuentemente en células individuales, que después se conectan en serie. Este proceso implica, entre otros, que haya hendiduras provistas en la capa de TCO. En un sistema donde el TCO se aplica sobre un portador no conductivo, digamos, un portador de vidrio, la deposición electroquímica de la capa fotovoltaica se produce sólo sobre el TCO, y no hay ninguna o casi ninguna deposición en cualquiera de las hendiduras que se pueda haber provisto en el TCO. Esto hace imposible la provisión fácil de una conexión en serie.

En el proceso según la invención, en el que se emplea un sustrato conductivo, la capa fotovoltaica se deposita también en las hendiduras del TCO, como resultado de lo cual se puede hacer una simple conexión en serie. El método según la invención se lleva a cabo entonces de la siguiente manera: un sustrato temporal revestido de un TCO con hendiduras está provisto. Mediante electrodeposición se aplica una capa fotovoltaica sobre el TCO y las hendiduras provistas en éste. Hendiduras o (filas de) orificios están provistos en la capa fotovoltaica junto a las hendiduras del TCO. Luego está provisto un electrodo posterior con hendiduras... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de fabricación de una lámina fotovoltaica que comprende una capa de TCO, una capa fotovoltaica y un electrodo posterior, en un proceso continuo rollo a rollo, este método comprende los siguientes pasos: 5

• proporcionar un sustrato temporal conductivo que sea más conductivo que la capa de TCO

• aplicar la capa de TCO sobre el sustrato temporal conductivo

• aplicar una capa fotovoltaica sobre la capa de TCO

• aplicar un electrodo posterior

• eliminar el sustrato temporal conductivo, el método se caracteriza por el hecho de que dicha capa fotovoltaica se aplica mediante electrodeposición, con la corriente para la electrodeposición suministrada a través del sustrato temporal.

2. Método según la reivindicación 1, en el que el sustrato temporal con la capa de TCO provista sobre el mismo es 15 llevada sobre un rodillo, con la corriente para la electrodeposición suministrada a través de dicho rodillo.

3. Método según la reivindicación 1, en el que el sustrato temporal provisto de la capa de TCO es guiado mediante al menos un rollo de guía en un baño de electrolito que contiene un electrodo, con el rollo o rollos de guía sirviendo también como contacto eléctrico para la lámina.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde una o más capas seleccionadas de la capa de TCO, cualquier capa tampón opcionalmente presente electroconductora y el electrodo posterior se aplican también por electrodeposición con la corriente suministrada a través del sustrato temporal.

5. Método según la reivindicación 4, donde la capa de TCO, cualquier capa tampón electroconductora opcionalmente presente, la capa fotovoltaica y el electrodo posterior se aplican por electrodeposición en sucesión.

6. Método según la reivindicación 5, donde en una primera fase el sustrato temporal conductivo se prepara por

electrodeposición sobre un portador, después de lo cual la capa de TCO, cualquier capa tampón electroconductora 30 opcionalmente presente, la capa fotovoltaica y el electrodo posterior se aplican por electrodeposición en sucesión.

7. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde el sustrato temporal es una lámina metálica.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde una capa tampón electroconductora está 35 provista entre la capa de TCO y la capa fotovoltaica.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes que comprende los pasos siguientes:

• aplicar una capa de TCO con hendiduras provistas en la misma sobre el sustrato temporal conductivo • aplicar una capa fotovoltaica sobre la capa de TCO y las hendiduras provistas en la misma mediante electrodeposición

• practicar hendiduras o (filas de) orificios en la capa fotovoltaica junto a las hendiduras en la capa de TCO

• aplicar un electrodo posterior provisto de hendiduras junto a las hendiduras o (filas de) orificios en la capa

fotovoltaica 45

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, que comprende los pasos siguientes:

• practicar hendiduras o (filas de) orificios en la capa fotovoltaica • aplicar un electrodo posterior provisto de hendiduras 50 • practicar hendiduras en la capa de TCO después de haber retirado el sustrato temporal conductivo.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde se aplica un sustrato permanente después de la aplicación del electrodo posterior y antes de retirar el sustrato temporal.


 

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