Procedimientos de deposición electroquímica de tasa elevada de un compuesto semiconductor sobre sustratos de gran superficie.

Un procedimiento de deposición electroquímica de finas películas sobre unos sustratos (12) individuales,

comprendiendo el procedimiento:

la conducción de los sustratos (12) individuales hasta el interior de una cámara de vacío para producir unapresión de deposición electroquímica inferior a 66,5 mbarios; y

la conducción de los sustratos individuales hasta una cámara (166) de deposición electroquímica y su pasopor un magnetrón plano que pulveriza en continuo un objetivo (170) mediante un gas ionizado a la presiónde deposición electroquímica de manera que se forma una fina película sobre una superficie del sustrato(12) individual, y en el que el objetivo es sometido a una energía de alta frecuencia con una frecuencia de400 kHz a 4 MHz a unos niveles de potencia superiores a 1 kW.

Procedimientos de deposición electroquímica de tasa elevada de un compuesto semiconductor sobre sustratos de gran superficie La materia objeto divulgada en la presente memoria se refiere, en general, a los procedimientos de deposición electroquímica de finas películas sobre un sustrato. Más en concreto, la materia objeto divulgada en la presente memoria se refiere a unos procedimientos de deposición electroquímica de tasa elevada de finas películas sobre un sustrato de gran superficie.

Los módulos fotovoltaicos (PV) de finas películas (designados, así mismo, como “paneles solares” o “módulos solares”) están consiguiendo amplia aceptación e interés en la industria, en particular los módulos a base de telururo de cadmio (CdTe) emparejado con sulfuro de cadmio (CdS) como componentes fotorreactivos. El CdTe es un material semiconductor que ofrece unas características particularmente indicadas para la conversión de energía solar (luz solar) en electricidad. Por ejemplo, el CdTe ofrece un ancho de banda de 1, 45 eV, lo cual hace posible convertir más energía a partir del espectro solar en comparación con materiales semiconductores con un ancho de banda inferior (1, 1 eV) históricamente utilizados en aplicaciones de células solares. Así mismo, el CdTe convierte la energía de una manera más eficiente en condiciones de luz tenue o difusa en comparación con materiales de ancho de banda inferiores y, de esta manera, ofrece un tiempo de conversión más prolongadamente eficaz a lo largo del transcurso de un día o en unas condiciones de luz baja (por ejemplo, cielo nublado) en comparación con otros materiales convencionales.

Típicamente, los módulos PV de CdTe incluyen múltiples capas de película depositadas sobre un sustrato de vidrio antes de la deposición de la capa de CdTe. Por ejemplo, una capa de óxido conductor transparente (TCO) es depositada, en primer término, sobre la superficie del sustrato de vidrio, y una capa amortiguadora transparente resistiva (RTB) se aplica, a continuación, sobre la capa de TCO. La capa RTB puede ser una capa de óxido de estaño -cinc (ZTO) y puede ser designada como “capa ZTO”. Una capa de sulfuro de cadmio (CdS) es aplicada a la capa RTB. Estas diversas capas pueden ser aplicadas en un procedimiento de deposición electroquímica convencional que implique la eyección del material desde un objetivo (esto es, la fuente del material) , y el depósito del material expulsado sobre el sustrato para formar la película.

Los módulos PV de CdTe que utilizan sistemas de energía solar se consideran generalmente como los de coste más eficiente de los sistemas comercialmente disponibles en términos de coste por espacio de energía generada. Sin embargo, las ventajas del CdTe con todo y admitiendo la explotación y aceptación comercial sostenible de la energía solar como fuente suplementaria o primaria de energía industrial o residencial depende de la capacidad para producir módulos PV a gran escala y de una manera rentable. Los costes de capital asociados con la producción de los módulos PV, en particular la maquinaria y el tiempo requeridos para la deposición de múltiples capas de finas películas analizadas con anterioridad, es una consideración comercial de la máxima importancia.

En particular, la deposición electroquímica a partir de un objetivo semiconductor que sea de naturaleza resistiva (por ejemplo, sulfuro de cadmio) puede ser difícil de desarrollar a una tasa elevada con una uniformidad suficiente para la producción en masa de dispositivos PV, en particular cuando el objetivo presenta una superficie relativamente extensa, tal y como se aprecia en el documento US 2009/0014065.

De acuerdo con ello, en la industria persiste la necesidad de un sistema mejorado para la producción a gran escala, económicamente factible y eficiente, de módulos PV, en particular de módulos en base a CdTe.

Diversos aspectos y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto en parte en la descripción subsecuente, o pueden resultar evidentes a partir de la descripción, o pueden aprenderse mediante la práctica de la invención.

En términos generales, se proporcionan unos procedimientos para la deposición electroquímica de finas películas sobre sustratos individuales. Los sustratos individuales pueden ser conducidos hasta el interior de una cámara de vacío para producir una presión de deposición electroquímica que sea inferior a aproximadamente 66, 5 mbares. A continuación, los sustratos individuales pueden ser conducidos hasta el interior de una cámara de deposición electroquímica y para pasar por delante de un magnetrón llevando a cabo una deposición electroquímica en continúo de un objetivo mediante un gas ionizado a la presión de deposición eléctrica, de tal manera que se forme una fina película sobre una superficie del sustrato individual. El objetivo es sometido a una energía de alta frecuencia con una frecuencia de, de manera aproximada, 400 kHz a, de manera aproximada, 4 MHz a unos niveles de potencia superiores a, de manera aproximada, 1 kW.

En una forma de realización concreta, el procedimiento puede referirse, en general, a la deposición electroquímica de finas películas sobre sustratos individuales que definen una superficie que presenta un área, de manera aproximada, de 1000 cm2 a, de manera aproximada, 2500 cm2. Por ejemplo, los sustratos individuales pueden ser conducidos hasta el interior de una cámara de vacío para producir una presión de deposición electroquímica que sea inferior a, de manera aproximada, 66, 5 mbares y calentados a una temperatura de deposición electroquímica de, de manera aproximada, 50º C a, de manera aproximada 200º C. Los sustratos individuales pueden ser conducidos hasta el interior de una cámara de deposición electroquímica para pasar por un magnetrón plano que pulverice en continuo un objetivo mediante un gas ionizado a la presión de deposición, de tal manera que se forme una fina película sobre la superficie del sustrato individual. Los sustratos pueden ser conducidos en continuo a una tasa de conducción lineal sustancialmente constante durante la deposición eléctrica, de tal manera que la fina película formada sobre la superficie del sustrato individual presente un grosor medio de, de manera aproximada, 50 nm a, de manera aproximada, 250 nm con una no uniformidad de, de manera aproximada, un 7% a, de manera aproximada, un 15% del grosor medio. El objetivo puede ser sometido a una energía de alta frecuencia con una frecuencia de, de manera aproximada, de 400 kHz a, de manera aproximada, 4 MHz a unos niveles de potencia, superiores a, de manera aproximada, 1 kW.

Diversas características, aspectos y ventajas de la presente invención se comprenderán de forma más acabada con referencia a la descripción subsecuente y a las reivindicaciones adjuntas. Los dibujos que se acompañan, los cuales se incorporan en y constituyen parte de la presente memoria descriptiva, ilustran formas de realización de la invención y, junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la invención. En los dibujos:

La Fig. 1 es una vista en sección transversal de un módulo fotovoltaico ejemplar de CdTe;

la Fig. 2 muestra una vista en planta de un sistema ejemplar de acuerdo con aspectos de la invención;

la Fig. 3 muestra una vista en planta de un sistema alternativo de acuerdo con aspectos de la invención;

la Fig. 4 es una vista en perspectiva de una forma de realización de una configuración de soportes de sustratos;

la Fig. 5 es una vista en perspectiva de una forma de realización alternativa de una configuración de soportes de sustratos;

la Fig. 6 es una vista esquemática de una forma de realización de una cámara de deposición electroquímica 20 para la deposición de una fina película sobre un sustrato; y

la Fig. 7 es una vista esquemática de una forma de realización alternativa de una cámara de deposición eléctrica.

El uso repetido de los caracteres de referencia en la presente memoria descriptiva y en los dibujos tiene por objeto representar las mismas o análogas características o elementos.

A continuación se hará referencia con detalle a formas de realización de la invención, uno o más de cuyos ejemplos se ilustran en los dibujos. Cada ejemplo se ofrece a modo de explicación de la invención, no de limitación de la misma.

En la presente divulgación, cuando una capa se describe como dispuesta “sobre” o “por encima “ de otra capa o sustrato, debe entenderse que las capas pueden o bien estar directamente en contacto una con otra o bien 30 incorporar otra capa o característica entre las capas. De esta manera, estos términos... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de deposición electroquímica de finas películas sobre unos sustratos (12) individuales, comprendiendo el procedimiento:

la conducción de los sustratos (12) individuales hasta el interior de una cámara de vacío para producir una presión de deposición electroquímica inferior a 66, 5 mbarios; y

la conducción de los sustratos individuales hasta una cámara (166) de deposición electroquímica y su paso por un magnetrón plano que pulveriza en continuo un objetivo (170) mediante un gas ionizado a la presión de deposición electroquímica de manera que se forma una fina película sobre una superficie del sustrato (12) individual, y en el que el objetivo es sometido a una energía de alta frecuencia con una frecuencia de 400 kHz a 4 MHz a unos niveles de potencia superiores a 1 kW.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la presión de deposición electroquímica oscila entre 1, 33 y 32, 25 mbarios.

3. El procedimiento de las reivindicaciones 1 o 2, en el que los sustratos (12) son conducidos en continuo a una tasa de conducción lineal sustancialmente constante durante la deposición electroquímica.

4. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que el objetivo (170) es sometido a la energía de alta frecuencia con una frecuencia que oscila entre 1 MHz y 3 MHz a unos niveles de potencia que oscilan entre 2 kW y 5 kW.

5. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la energía de alta frecuencia es suministrada por medio de una red de adaptación de la impedancia.

6. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que el objetivo (170) es un objetivo plano con una superficie superior a 1000 cm2, de modo preferente con una superficie de 1500 cm2 a 2500 cm2.

7. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la fina película formada sobre la superficie del sustrato (12) individual tiene un grosor medio de 50 nm a 250 nm, de modo preferente de 70 nm a 100 nm.

8. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la fina película formada sobre la superficie del sustrato (12) individual presenta una no uniformidad inferior a un 20% del grosor medio, de modo preferente de un 7% a un 15% del grosor medio.

9. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la película se forma sobre la superficie del sustrato (12) individual a una tasa superior a 15 nm · m2 / minuto.

10. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la frecuencia se selecciona de tal manera que la líneas de fuerza de campo magnético durante la deposición electroquímica no están cerradas delante de la primera superficie del sustrato.

11. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que el gas ionizado comprende argón y, de modo preferente, consiste esencialmente en argón.

12. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la temperatura de deposición electroquímica es de 20º C a 25º C.

13. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, que comprende así mismo el calentamiento de los sustratos (12) individuales a una temperatura de deposición electroquímica.

14. El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la temperatura de deposición electroquímica es de 20º C a 200º C, de modo preferente de 50º C a 150º C.

15. El procedimiento de la reivindicación 1, definiendo los sustratos (12) individuales una superficie con un área de 1000 cm2 a 2500 cm2, comprendiendo el procedimiento:

la conducción de los sustratos (12) individuales hasta el interior de una cámara de vacío para producir una presión de deposición electroquímica inferior a 66, 5 mbarios;

el calentamiento de los sustratos (12) individuales a una temperatura de deposición electroquímica de 50º C a 200º C; y

la conducción de los sustratos individuales hasta el interior de una cámara (166) de deposición electroquímica y su paso por un magnetrón plano que realiza la deposición electroquímica en continuo un objetivo (170) plano mediante un gas ionizado a la presión de deposición electroquímica, de tal manera que se forma una fina película sobre la superficie del sustrato (12) individual, en el que los sustratos son conducidos en continuo a una tasa de conducción lineal sustancialmente constante durante la deposición electroquímica, de tal manera que la fina película formada sobre la superficie del sustrato (12) individual tiene un grosor medio de 50 nm a 250 nm con una no uniformidad de un 7% a un 15% del grosor medio, y en el que el objetivo (170) es sometido a una energía de alta frecuencia con una frecuencia de 400 kHz a 4 MHz a unos niveles de potencia superiores a 1 kW.