ES2314452T3 - Conexion en serie de celulas solares con cuerpos semiconductores integrados, procedimiento para la fabricacion y modulo fotovoltaico con conexion en serie. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de una conexión en serie de células solares con cuerpos semiconductores integrados, caracterizado por las características siguientes: - introducción de uno o de varios cuerpos conductores (20) en una capa de soporte (10) aislante según un diseño, sobresaliendo los cuerpos conductores (20) al menos en un lado de la capa de soporte de la superficie de la capa de soporte, y previendo el diseño al menos una línea de separación (21) de una anchura determinada que se forma por uno o varios cuerpos conductores (20); - introducción de varios cuerpos semiconductores (30) esféricos o en forma de grano en la capa de soporte (10) aislante según un diseño, componiéndose los cuerpos semiconductores (30) de núcleos de sustrato que están revestidos al menos con una capa de contacto posterior conductora de molibdeno y con una capa semiconductora dispuesta por encima de un semiconductor compuesto I-III-VI, y sobresaliendo los cuerpos semiconductores (30) al menos en un lado de la capa de soporte de la superficie de la capa de soporte y previendo el diseño que las zonas junto a una o entre varias líneas de separación (21) de cuerpos conductores (20) se equipan con cuerpos semiconductores (30); - retirada de partes de los cuerpos semiconductores (30) en un lado de la capa de soporte (10) hasta que la capa de contacto posterior de los cuerpos semiconductores (30) se descubre; - aplicación de una capa de contacto posterior (50) en el lado de la capa de soporte (10) en la que han sido retiradas partes de los cuerpos semiconductores (30); - aplicación de una capa de contacto frontal (40) conductora en el lado de la capa de soporte (10) en la que no se han retirado cuerpos semiconductores, donde antes de la deposición de la capa de contacto frontal (40) y/o de la capa de contacto posterior (50) se depositan una capa tampón de CdS y/o una capa de óxido de cinc intrínseco, o una capa tampón de CdS y/o una capa de óxido de cinc intrínseco han sido depositadas ya en los cuerpos semiconductores (30) empleados esféricos o en forma de grano, y formando las zonas junto a una o entre dos líneas de separación (21) respectivamente una célula solar; - realización de respectivamente dos cortes de separación (60; 61) a lo largo de una línea de separación (21) de cuerpos conductores (20), realizándose un primer corte de separación (60) en la capa de contacto frontal (40) y un segundo corte de separación (61) en la capa de contacto posterior, situándose los cortes de separación en lados diferentes de la línea de separación (21) correspondiente, y penetrando los cortes de separación (60; 61) en la capa de contacto posterior (50) hasta la capa de soporte (10).
Description
Conexión en serie de células solares con cuerpos
semiconductores integrados, procedimiento para la fabricación y
módulo fotovoltaico con conexión en serie.
La invención se refiere a una conexión en serie
de células solares con cuerpos semiconductores integrados.
La invención se refiere además a un
procedimiento para la fabricación de una conexión en serie de
células solares con cuerpos semiconductores integrados.
La invención se refiere además a un módulo
fotovoltaico con conexión en serie de células solares.
En la industria existe una necesidad creciente
de procedimientos para la fabricación de conexiones en serie de
células solares. En particular en el ámbito de la fotovoltaica, en
el que para la formación de una transición p-n se
introducen partículas semiconductoras en un sistema de capas, es
razonable juntar zonas de capas delgadas y partículas
semiconductoras en células o series, y conexionar estas células en
serie para poder formar tensiones más elevadas. No obstante, el
problema de la conexión en serie de células solares con partículas
semiconductoras introducidas no está resuelto todavía de forma
satisfactoria.
El documento de solicitud de patente alemana DE
100 52 914 A1 describe, por ejemplo, un sistema de componentes
semiconductores en el que una estructura semiconductora de capas con
partículas semiconductoras introducidas se agujerea completamente
en puntos predeterminados. En estos huecos con un tamaño de pocos
cientos de \mum se introducen espigas aislantes que se unen de
forma fija con una capa conductora en el lado frontal. La conexión
en serie de las series se realiza mediante la colocación de puentes
conductores, por lo cual las series se separan eléctricamente unas
de otras al final del proceso. Los puntos de separación se llenan
con materiales aislantes y al mismo tiempo adhesivos.
En otro ejemplo de realización, que igualmente
se describe en la publicación para información de solicitud de
patente alemana DE 100 52 914 A1, en la fabricación del sistema de
componentes semiconductores se procede de forma que
alternativamente en superficies definidas se aplican tipos de
compuestos semiconductores diferentes (material p y n). Así se
configuran en un lado de un sistema alternativamente zonas con
electrodos positivos o negativos que pueden unirse por una conexión
en serie integrada. Para ello se interrumpen alternativamente
arriba y abajo las capas de electrodos. No obstante, la aplicación
de tipos de compuestos semiconductores diferentes para la
generación de una superficie con electrodos diferentes representa un
procedimiento costoso.
Además, del documento de patente americana US
4,407,320 se conoce un procedimiento para la fabricación de células
solares, en el que se introducen cuerpos semiconductores esféricos
en una capa aislante. Las esferas presentan en su lado un
semiconductor del tipo n, mientras que en el otro lado presentan un
tipo semiconductor p. En los dos lados de la capa aislante se
aplica respectivamente una capa conductora para unir entre sí las
esferas. Además, se fabrican líneas de separación conductoras a
partir de esferas, de una pasta o, por ejemplo, de un hilo. Para
fabricar una conexión en serie se realizan en ambos lados de la
línea de separación mutuamente cortes en las capas
conductoras.
conductoras.
Además, se conoce la configuración de
componentes semiconductores esféricos independientes, que
representan semiconductores completos inclusive los electrodos
necesarios. Por ejemplo, de la solicitud de patente europea EP 0
940 860 A1 se conoce la configuración de un núcleo esférico por
enmascaramiento, procesos de grabado al ácido y la aplicación de
capas distintas de materiales en un componente semiconductor
esférico. Componentes semiconductores semejantes pueden emplearse
como células solares, si se selecciona la transición
p-n de forma que la luz incidente puede convertirse
en energía. Si la transición p-n está configurada de
forma que puede convertir una tensión aplicada en luz, el
componente semiconductor puede emplearse como elemento que emite
luz.
Además, el documento de patente americana US
5,578,503 da a conocer un procedimiento para la fabricación rápida
de capas semiconductoras de calcopirita en un sustrato, en el que se
aplican capas individuales de los elementos cobre, indio o galio y
azufre o selenio en forma elemental o como compuesto binario entre
elementos en un sustrato. El sustrato con estructura por capas se
calienta a continuación rápidamente y se mantiene entre 10 segundos
y una hora a una temperatura de \geq 350ºC.
El objetivo de la invención es proporcionar un
procedimiento para la fabricación de conexiones en serie de células
solares con cuerpos semiconductores integrados, que pueda realizarse
con pocos y sencillos pasos del procedimiento.
Además, el objetivo de la invención es
proporcionar una conexión en serie de células solares con cuerpos
semiconductores integrados que esté fabricada por pocos y sencillos
pasos del procedimiento a realizar.
El objetivo de la invención es además
proporcionar un módulo fotovoltaico con células solares conectadas
en serie.
Según la invención se resuelve este objetivo por
las características de las reivindicaciones 1, 15 y 36.
Configuraciones ventajosas de la invención pueden deducirse de las
reivindicaciones dependientes.
En el procedimiento según la invención para la
fabricación de una conexión en serie de células solares con cuerpos
semiconductores integrados se introducen en una capa de soporte
aislante uno o varios cuerpos conductores y cuerpos semiconductores
esféricos o en forma de grano según un diseño, sobresaliendo los
cuerpos al menos en un lado de la capa de soporte de la superficie
de la capa de soporte, y previendo el diseño al menos una línea de
separación pasante de una anchura determinada a partir de cuerpos
conductores. Las zonas junto a una línea de separación o entre
varias líneas se equipan con cuerpos semiconductores.
En un ejemplo de realización especialmente
preferido de la invención, el diseño prevé en la capa de soporte
que entre una línea de separación y una zona que está equipada de
cuerpos semiconductores haya una distancia, de forma que junto a
una línea de separación resulta una banda fina en la que pueden
realizarse cortes de separación sin que los cuerpos conductores o
los cuerpos semiconductores se toquen en este caso e igualmente se
separan. También es posible no prever una distancia de forma que los
cortes de separación se realizan de tal manera que así se separan
partes de los cuerpos conductores y/o de los cuerpos
semiconductores.
Los cuerpos introducidos en la capa de soporte
pueden ser, por ejemplo, cuerpos de material macizo o núcleos de
sustrato revestidos. Como cuerpos conductores pueden emplearse, por
ejemplo, partículas de un material conductor o partículas
revestidas con un material conductor. El material conductor es cobre
en un ejemplo de realización preferido de la invención. En la
invención se emplean sustratos revestidos con semiconductores
compuestos I-III-VI como cuerpos
semiconductores.
En otro ejemplo de realización de la invención
los cuerpos conductores están formados por una o varias bandas.
Esto tiene la ventaja de que puede formarse una línea de separación
pasante. Además, se ha demostrado como conveniente introducir un
cuerpo conductor en forma de pasta en la capa de soporte. Esto es en
particular una ventaja cuando la capa de soporte es una matriz con
huecos para cuerpos a introducir. Así puede aplicarse la pasta
conductora en un lado de la matriz y puede presionarse por los
huecos en el un lado de la matriz, de forma que en ambos lados se
encuentra una línea de separación conductora, que están en contacto
a través de la capa de soporte.
Según la invención se retiran partes de cuerpos
semiconductores en un lado de la capa de soporte. Esto se realiza
para descubrir una superficie de los cuerpos semiconductores que
debe ponerse en contacto con el contacto posterior de la célula
solar. En este caso se trata preferiblemente de una capa de contacto
posterior que ha sido retirada del cuerpo semiconductor por debajo
de una capa semiconductora, de forma que es necesaria una retirada
de la capa semiconductora. Además, una capa de contacto posterior se
aplica en el lado de la capa de soporte con los cuerpos
semiconductores retirados y una capa de contacto frontal en el otro
lado de la capa de soporte. La capa de contacto frontal y la capa
de contacto posterior están hechas de un material conductor.
Para la fabricación de una célula solar se
aplican, según una forma de realización pretendida, otras capas
funcionales entre las que pueden figurar, por ejemplo, una capa
tampón de CdS, óxido de cinc intrínseco y/o una capa de TCO. En
otro ejemplo de realización de la invención los cuerpos conductores
junto a una capa de contacto posterior y de única capa
semiconductora comprenden otras capas funcionales, entre las que
pueden figurar igualmente una capa tampón de CdS, óxido de cinc
intrínseco o una capa de TCO.
En otro paso del procedimiento se realizan
respectivamente dos cortes de separación a lo largo de una línea de
cuerpos conductores, realizándose un primer corte de separación en
la capa de contacto frontal y un segundo corte de separación en la
capa de contacto posterior. Los cortes de separación se sitúan en
este caso en lados diferentes de la línea de separación
correspondiente de cuerpos separadores, y penetran en la capa de
contacto posterior hasta la capa de soporte.
En un ejemplo de realización especialmente
preferido de la invención, la línea de cuerpos conductores es
esencialmente recta y se extiende entre dos bordes opuestos de la
capa de soporte. No obstante, el diseño de las líneas de separación
de cuerpos de soporte y las zonas situadas entre ellas en forma de
células solares puede elegirse libremente de forma que, por
ejemplo, también son posibles líneas de separación curvadas.
Los cuerpos conductores y semiconductores pueden
por ejemplo esparcirse y luego introducirse apretando. En un
ejemplo de realización especialmente preferido de la invención, se
introducen los cuerpos esféricos o en forma de grano en una matriz
de una capa de soporte que presenta huecos prefabricados para los
cuerpos. Los cuerpos pueden introducirse, por ejemplo, por un
proceso de calentamiento y/o presión en la capa de soporte. Para la
aplicación de la capa de contacto frontal y de la capa de contacto
posterior son apropiados diferentes procedimientos de PVD y/o
procedimientos de CVD u otros procedimientos que se adaptan a la
clase de capa correspondiente. Si se emplea, por ejemplo, un
adhesivo conductor se ha demostrado como conveniente el pincelado o
la extensión del adhesivo.
Con el procedimiento según la invención puede
generarse una conexión en serie en la que la corriente circula a
través de una zona de cuerpos semiconductores de la capa de contacto
frontal en la línea de separación de los cuerpos conductores. No
obstante, el flujo ulterior de la corriente desde los cuerpos
conductores a la siguiente zona de cuerpos semiconductores de la
capa de contacto frontal se impide por un primer corte de
separación, de forma que la corriente circula a través de los
cuerpos conductores al contacto posterior. El flujo de corriente a
través del contacto posterior se impide en este caso por un segundo
corte de separación en el contacto posterior. Así entre las líneas
de separación de cuerpos conductores se forman zonas que actúan
como célula solar y están conectadas entre sí en serie.
La conexión en serie según la invención de
células solares con cuerpos semiconductores integrados presenta
para ello al menos una capa de soporte aislante en la están
introducidos cuerpos conductores y cuerpos semiconductores
esféricos o en forma de grano según un diseño, sobresaliendo los
cuerpos en al menos un lado de la capa de soporte fuera de la capa.
El diseño prevé al menos una línea de separación de una anchura
determinada de cuerpos conductores, mientras que las zonas junto a
una serie o entre varias series están equipadas con cuerpos
semiconductores.
La conexión en serie presenta además una capa de
contacto frontal y una capa de contacto posterior, encontrándose la
capa de contacto posterior en el lado de la capa de soporte en la
que se han retirado partes de los cuerpos semiconductores.
Respectivamente están realizados dos cortes de separación a lo largo
de una línea de separación de cuerpos conductores, estando
practicado un primer corte de separación en la capa de contacto
frontal y un segundo corte de separación en la capa de contacto
posterior. Los cortes de separación se encuentran en diferentes
lados de la línea de cuerpos conductores y penetran en la capa de
contacto posterior hasta la capa de soporte.
Si la conexión en serie se fabrica con el
procedimiento según la invención, al menos uno de los cuerpos
esféricos o en forma de grano presenta en el lado de la capa de
soporte en el que está dispuesta la capa de contacto posterior de
la célula solar, una superficie a través de la que se realiza un
contacto directo entre la capa de contacto posterior de la célula
solar y la capa de contacto posterior del cuerpo semiconductor.
Puesto que los cuerpos semiconductores son sustratos recubiertos
con un contacto frontal y un semiconductor, los cuerpos
semiconductores se desenlaminan hasta que se origina una superficie
de contacto posterior que puede ponerse en contacto con la capa de
contacto posterior de la célula solar. Si los cuerpos
semiconductores además de una capa de contacto posterior y una capa
semiconductora presentan otras capas funcionales, éstas capas se
han retirado igualmente de forma que una superficie del contacto
posterior está descubierta.
La ventaja esencial de la conexión en serie
según la invención de células solares y del procedimiento
correspondiente para la fabricación se encuentra en la realización
sencilla de la conexión de las zonas de las células solares, que
sólo requiere unos pocos pasos de tratamiento. Los cuerpos
conductores necesarios pueden introducirse en distintas formas y de
maneras diferentes y la realización de cortes de separación
representa igualmente un paso sencillo del proceso.
Si se emplean cuerpos esféricos o en forma de
grano pueden introducirse éstos con el mismo procedimiento que los
cuerpos semiconductores, de forma que para ello no deben
desarrollarse o aplicarse procedimientos o dispositivos
adicionales. Si se emplea, por ejemplo, una pasta como cuerpo
conductor que se aplica sobre la matriz de soporte con huecos,
pueden generarse de forma sencilla dos líneas de separación unidas a
través de la capa de soporte. Además, el coste adicional de
material es reducido puesto que solo deben introducirse cuerpos
conductores. Los cortes de separación realizados no representan en
este caso una merma de la disposición global puesto que es muy
pequeño el debilitamiento de la estructura global.
Otras ventajas, particularidades y variantes
convenientes de la invención se deducen de las reivindicaciones
dependientes y de la representación siguiente de ejemplos de
realización preferidos mediante las ilustraciones.
De las ilustraciones muestra:
Fig. 1 en las ilustraciones (a) - (c) el
encastramiento de partículas semiconductoras y conductoras esféricas
en una capa de soporte;
Fig. 2 en las ilustraciones (a) - (c) la
estructura de las capas de contacto frontal y posterior; y
Fig. 3 en las ilustraciones (a) - (b) la
conexión en serie según la invención de células solares con
partículas semiconductoras integradas;
Fig. 4 un ejemplo de realización especialmente
preferido de una conexión en forma de ripia de varias conexiones en
serie.
\vskip1.000000\baselineskip
En las ilustraciones (a) - (c) de la fig. 1 está
representada la introducción de cuerpos conductores 20 esféricos o
en forma de grano y cuerpos semiconductores 30 en una capa de
soporte 10 aislante. En este caso se ha demostrado como conveniente
emplear una lámina flexible como capa de soporte. La capa de soporte
está hecha preferiblemente de un material termoplástico en el que
pueden hundirse los cuerpos conductores. Se ha demostrado
especialmente conveniente un polímero que es, por ejemplo, un
polímero del grupo de epoxis, policarbonatos, poliésteres,
poliuretanos, poliacrilatos y/o poliamidas.
Los cuerpos encastrados son preferiblemente
partículas esféricas o en forma de grano con propiedades conductoras
o semiconductoras. Junto a la forma esférica pura los cuerpos
pueden adoptar también formas irregulares como cualquier contorno
de grano. Entre ellas figuran, por ejemplo, también dados, cuadrados
o pirámides. Como cuerpos conductores 20 pueden emplearse por ello
esferas o granos de materiales conductores como cobre. En otro
ejemplo de realización especialmente preferido se introducen los
cuerpos conductores en forma de bandas o de una pasta que producen
la forma de una línea de separación.
Los cuerpos semiconductores están hechos
completamente o parcialmente de materiales semiconductores
apropiados de la fotovoltaica. En la invención los materiales
semiconductores son de la clase de los semiconductores compuestos
I-III-VI, entre los que figuran, por
ejemplo, cobre-indio-selenio,
cobre-indio-disulfuro,
cobre-indio-galio-diselenio
o
cobre-indio-galio-diselenio-disulfuro.
En este caso se trata de núcleos de sustrato
revestidos con materiales semiconductores.
Los cuerpos conductores y los cuerpos
semiconductores se introducen en la capa de soporte 10, de forma que
sobresalen al menos en un lado de la capa de soporte fuera de la
superficie. Los cuerpos pueden aplicarse, por ejemplo, por
esparcimiento, espolvoreado y/o impresión y luego pueden
introducirse apretando. Para la introducción de los cuerpos en la
capa de soporte, por ejemplo, puede calentarse ésta. Los cuerpos
pueden disponerse, por ejemplo, con un medio auxiliar en un diseño
deseado y pueden colocarse sobre o en la capa de soporte.
En un ejemplo de realización especialmente
preferido de la invención se introducen los cuerpos en una matriz
predeterminada de una capa de soporte en la que se encuentran huecos
en los que se insertan los cuerpos correspondientes. Para la
fijación de los cuerpos en la capa de soporte puede realizarse un
proceso de calentamiento y/o de presión. Si se emplea, por ejemplo,
una pasta como cuerpo conductor, la pasta puede aplicarse en zonas
deseadas de la matriz y presionarse en los huecos de allí. En el
lado posterior de la capa de soporte puede extenderse la pasta, de
forma que en los dos lados de la capa de soporte aislante forma una
línea de separación, que están unidos entre sí por los
huecos.
huecos.
Los cuerpos conductores se introducen según un
diseño en la capa de soporte, que prevé al menos una línea de
separación esencialmente recta de una anchura determinada de cuerpos
conductores 20. Que la línea sea esencialmente recta significa en
este contexto que también están comprendidas pequeñas desviaciones
de una recta. Si para aplicaciones determinadas se debe realizar
otra limitación geométrica entre las células solares individuales,
puede elegirse otro desarrollo de las líneas de cuerpos conductores,
como por ejemplo, líneas de separación en forma de arco.
Preferiblemente se extiende la línea de
separación de cuerpos conductores entre dos bordes opuestos de la
capa de soporte 10. La anchura de la línea de cuerpos conductores se
encuentra preferiblemente en el orden de magnitud de 10 \mum - 3
mm y se produce, según la dimensión de los cuerpos conductores
empleados, por ejemplo, por uno o varios cuerpos conductores. En un
ejemplo de realización especialmente ventajoso de la invención, la
anchura de las líneas de separación se encuentra entre 10 \mum -
30 \mum. Si se emplean partículas esféricas o en forma de grano
como cuerpos conductores la anchura de las líneas de separación
depende del diámetro de las partículas empleadas. La anchura de las
líneas de separación puede encontrarse por consiguiente también en
el orden de magnitud de uno o varios diámetros de una esfera
conductor, en particular entre 10 - 500 \mum.
Según la anchura deseada de una célula solar a
conectar, una capa de soporte se subdivide por varias líneas de
cuerpos conductores en zonas correspondientes. Las zonas junto a una
línea de separación o entre varias líneas de separación se equipan
con cuerpos semiconductores. La anchura de una célula solar así
limitada se encuentra preferiblemente en el orden de magnitud de 1
mm - 3 cm. En un ejemplo de realización especialmente preferida de
la invención, la anchura de una célula solar se encuentra entre 3 -
5 mm. La anchura de una capa de soporte con una conexión en serie
así formada se encuentra preferiblemente en el orden de magnitud de
5 - 30 cm, habiéndose demostrado como especialmente ventajosa la
configuración de módulos en forma de banda de varias células
solares conectadas en serie que presentan preferiblemente una
anchura de 10 cm.
De las ilustraciones (a) - (c) de la fig. 2
puede deducirse la formación de la estructura de capa para la
fabricación de una célula solar con cuerpos semiconductores
integrados. En un ejemplo de realización especialmente ventajoso de
la invención se retira material de la capa de soporte 10 en un lado
como primer paso. Este lado se aplana hasta un espesor de capa en
el que se retiran partes de los cuerpos introducidos. Las zonas
retiradas de los cuerpos están representadas en la ilustración (a)
por los contornos a trazos que quedan de dos cuerpos conductores y
semiconductores. No obstante, la retirada de la capa de soporte
puede realizarse también en otros momentos presentes antes de la
aplicación de un contacto posterior 50 sobre este lado.
En otro ejemplo de realización de la invención,
los cuerpos semiconductores sobresalen después de la introducción
en un lado de la capa de soporte tanto que pueden retirarse parte de
ellos sin que sea necesaria una retirada al mismo tiempo de la capa
de soporte. La retirada de los cuerpos conductores, de los cuerpos
semiconductores y/o de la capa de soporte puede realizarse, por
ejemplo, por procedimientos mecánicos como amoladura, pulido,
procedimientos (procesos) químicos o químicos húmedos como grabado
al ácido, fotolitografía o aportación de energía térmica, por
ejemplo, a través del láser y/o radiación con luz de longitudes de
onda/intervalos de longitudes de onda apropiados u otros
procedimientos térmicos.
La medida de la retirada depende
prioritariamente de los cuerpos semiconductores empleados. Si se
emplean, por ejemplo, núcleos esféricos o en forma de grano que
están revestidos al menos con una capa de contacto posterior y una
capa semiconductora, se realiza una retirada hasta el descubrimiento
de la capa de contacto posterior de la partícula para fabricar el
contacto para el contacto posterior de la célula solar. En la
invención los cuerpos semiconductores son núcleos de sustrato que
están revestidos con un contacto posterior de molibdeno y un
semiconductor. Una retirada de la capa de soporte se realiza hasta
un espesor de capa en el que la capa de molibdeno de los cuerpos se
descubre.
Además, la retirada depende de si todos los
cuerpos semiconductores se encuentran a la misma profundidad en la
capa de soporte. Si los cuerpos semiconductores están encastrados a
distinta profundidad o varia el tamaño de los cuerpos, existe la
posibilidad de que no todos los cuerpos semiconductores se
desenlaminen exactamente hasta su capa de contacto posterior.
En otro paso del procedimiento se aplica una
capa de contacto posterior 50 en el lado de la capa de soporte en
la que se han retirado al menos partes de los cuerpos
semiconductores. Como material para este contacto posterior se
emplean materiales conductores como metales. También pueden
emplearse óxidos conductores transparentes (TCO, Transparent
Conductive Oxide) o materiales de diversas clases de polímeros. Son
especialmente apropiados, por ejemplo, resinas epoxi, poliuretanos
y/o poliamidas que están provistos de partículas conductoras
apropiadas, como carbono, indio, níquel, molibdeno, hierro,
cromo-níquel, plata, aluminio y/o aleaciones u
óxidos correspondientes. Otra posibilidad la representan los
polímeros conductores intrínsecos. Entre ellos cuentan, por ejemplo,
polímeros del grupo de los PANis. El contacto posterior puede
fabricarse con procedimientos de PVD como pulverización iónica y
metalizado al alto vacío, o procedimientos de CVD como
PE-CVD o MO-CVD, pero también de
otra manera adaptada al material del contacto posterior.
En otro paso del procedimiento se deposita una
capa de contacto frontal 40 en el lado de la capa de soporte en la
que no se realizo ningún tratamiento de los cuerpos. También esto
puede realizarse con procedimientos de PVD, procedimientos de CVD u
otros procedimientos adaptados al material del contacto frontal.
Como material del contacto frontal pueden emplearse, por ejemplo,
diversos óxidos conductores transparente (TCO, Transparent
Conductive Oxides) (por ejemplo, óxido de zinc dopado con aluminio
(ZnO:Al) (también denominado AZO), óxido de indio dopado con estaño
(ITO) u óxido estánnico dopado con flúor (SnO_{2}:F). Se ha
demostrado como conveniente emplear un contacto frontal
transparente cuya transmisión se adapte preferiblemente al
semiconductor correspondiente.
Antes de la deposición de un contacto frontal
y/o posterior pueden depositarse otras capas funcionales. Entre
ellas figuran, por ejemplo, una capa tampón de CdS, óxido de zinc
intrínseco u otra capa de TCO. En un ejemplo de realización
especialmente preferido de la invención, estas capas funcionales se
depositan ya en los cuerpos semiconductores empleados, de forma que
dado el caso no sea necesaria una nueva deposición para la
fabricación de una célula solar.
Como otro paso esencial del procedimiento se
realizan respectivamente dos cortes de separación 60 y 61 a lo
largo de una línea de cuerpos conductores, según está representado
en la ilustración (a) de la fig. 3. Un corte de separación 60 se
realiza en este caso en la capa de contacto frontal 40 y un corte de
separación 61 en la capa de contacto posterior, situándose los
cortes de separación en diferentes lados de la línea de cuerpos
conductores 20. Los cortes de separación pueden realizarse por
procedimientos como corte, ranurado, aportación de energía térmica,
como por ejemplo, cortes por láser o procesos de fotolitografía.
En un ejemplo de realización especialmente
preferido de la invención se rellenan los cortes de separación con
un material aislante para conseguir una superficie lo más plana
posible de la conexión de células solares. No obstante, este corte
es opcional ya que la profundidad requerida de los cortes de
separación 60; 61 son muy pequeña a causa de las delgadas capas de
contacto frontal y posterior del orden de \mum.
Si ha finalizado el procedimiento de forma que
se han realizado todos los cortes de separación y deposición, las
capas resultantes con los cuerpos semiconductores integrados
representan una conexión en serie de células solares que pueden
emplearse en un módulo fotovoltaico. Un módulo fotovoltaico puede
comprender una o varias conexiones en serie según la forma de
realización. El recorrido resultante de la corriente está
representado en la fig. 3 en la ilustración (b) mediante un
recorrido con flechas. En el ejemplo de realización representado,
el contacto frontal negativo se sitúa arriba, mientras que el
contacto posterior positivo se encuentra abajo. La corriente
circula a través del cuerpo semiconductor 30 en el contacto frontal
al cuerpo conductor 20, y desde allí al contacto posterior 50 ya
que se impide el otro flujo de corriente por el primer corte 60. El
flujo de corriente a través del contacto posterior 50 se impide por
el segundo corte de separación 61.
En un ejemplo de realización especialmente
preferido de la invención, una conexión en serie semejante se une
con al menos otra conexión en serie correspondiente en otro módulo
mayor. Esto se efectúa, por ejemplo, configurando las conexiones en
serie individuales en forma de banda con una anchura en el orden de
magnitud de 5 - 30 cm y colocando los submódulos así formados en
los bordes en forma de ripia. Esto está representado en la fig. 4.
Así llega a apoyar un contacto posterior en un contacto frontal y
los módulos individuales están conectados de nuevo en serie. El
contacto eléctrico entre la capa de contacto frontal y posterior
correspondientes puede realizarse, por ejemplo, a través de un
adhesivo conductor como epoxi plata.
- 10
- Capa de soporte, lámina
- 20
- Cuerpos conductores
- 21
- Línea de separación
- 30
- Cuerpos semiconductores esféricos/en forma de grano
- 40
- Capa de contacto frontal
- 50
- Capa de contacto posterior
- 60, 61
- Cortes de separación
Claims (36)
1. Procedimiento para la fabricación de una
conexión en serie de células solares con cuerpos semiconductores
integrados, caracterizado por las características
siguientes:
- -
- introducción de uno o de varios cuerpos conductores (20) en una capa de soporte (10) aislante según un diseño, sobresaliendo los cuerpos conductores (20) al menos en un lado de la capa de soporte de la superficie de la capa de soporte, y previendo el diseño al menos una línea de separación (21) de una anchura determinada que se forma por uno o varios cuerpos conductores (20);
- -
- introducción de varios cuerpos semiconductores (30) esféricos o en forma de grano en la capa de soporte (10) aislante según un diseño, componiéndose los cuerpos semiconductores (30) de núcleos de sustrato que están revestidos al menos con una capa de contacto posterior conductora de molibdeno y con una capa semiconductora dispuesta por encima de un semiconductor compuesto I-III-VI, y sobresaliendo los cuerpos semiconductores (30) al menos en un lado de la capa de soporte de la superficie de la capa de soporte y previendo el diseño que las zonas junto a una o entre varias líneas de separación (21) de cuerpos conductores (20) se equipan con cuerpos semiconductores (30);
- -
- retirada de partes de los cuerpos semiconductores (30) en un lado de la capa de soporte (10) hasta que la capa de contacto posterior de los cuerpos semiconductores (30) se descubre;
- -
- aplicación de una capa de contacto posterior (50) en el lado de la capa de soporte (10) en la que han sido retiradas partes de los cuerpos semiconductores (30);
- -
- aplicación de una capa de contacto frontal (40) conductora en el lado de la capa de soporte (10) en la que no se han retirado cuerpos semiconductores, donde antes de la deposición de la capa de contacto frontal (40) y/o de la capa de contacto posterior (50) se depositan una capa tampón de CdS y/o una capa de óxido de cinc intrínseco, o una capa tampón de CdS y/o una capa de óxido de cinc intrínseco han sido depositadas ya en los cuerpos semiconductores (30) empleados esféricos o en forma de grano, y formando las zonas junto a una o entre dos líneas de separación (21) respectivamente una célula solar;
- -
- realización de respectivamente dos cortes de separación (60; 61) a lo largo de una línea de separación (21) de cuerpos conductores (20), realizándose un primer corte de separación (60) en la capa de contacto frontal (40) y un segundo corte de separación (61) en la capa de contacto posterior, situándose los cortes de separación en lados diferentes de la línea de separación (21) correspondiente, y penetrando los cortes de separación (60; 61) en la capa de contacto posterior (50) hasta la capa de soporte (10).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque los cuerpos semiconductores (30)
esféricos o en forma de grano presentan una capa de un óxido
conductor transparente (TCO, Transparent Conductive Oxide).
3. Procedimiento según una o las dos
reivindicaciones precedentes 1 y 2, caracterizado porque
además de la retirada de partes de los cuerpos semiconductores (30)
se retiran partes de los cuerpos conductores (20).
4. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque además de
la retirada de partes de los cuerpos semiconductores (30) se retira
una parte de la capa de soporte (10).
5. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
cuerpos conductores (20) y/o los cuerpos semiconductores (30) se
aplican por esparcimiento, espolvoreado y/o impresión sobre la capa
de soporte (10) y luego se introduce en la capa de soporte.
6. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque varios
cuerpos conductores (20) en forma de partículas esféricas o en
forma de grano, en forma de bandas o en forma de una pasta se
introducen en la capa de soporte (10).
7. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de
soporte (10) es una matriz con huecos en los que se introducen los
cuerpos (20; 30).
8. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
cuerpos (20; 30) se introducen en la capa de soporte (10) por un
proceso de calentamiento y/o de presión.
9. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una línea
de separación (21) de cuerpos conductores (20) se extiende entre
dos bordes opuestos de la capa de soporte (10).
10. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
retirada de las partes de los cuerpos (20; 30) y/o de la capa de
soporte (10) se realiza por amoladura, pulido, grabado al ácido,
aportación de energía térmica y/o procesos de fotolitografía.
11. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa de
contacto posterior (50) y la capa de contacto frontal (40) se
retiran por procedimientos de PVD, procedimientos de CVD u otros
procedimientos adaptados a la clase de capa correspondiente.
12. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los cortes
de separación (60; 61) se realizan por procedimientos como corte,
rayado, grabado al ácido, aportación de energía térmica o procesos
de fotolitografía.
13. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la anchura
de una línea de separación (21) se encuentra en el orden de
magnitud de 10 \mum - 3 mm, en particular entre 10 \mum - 500
\mum.
14. Procedimiento según una o varias de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
distancia entre dos líneas de separación (21) se encuentra en el
orden de magnitud de 1 mm - 3 cm, en particular entre 3 mm - 5
mm.
15. Conexión en serie de células solares con
cuerpos semiconductores integrados, caracterizada porque la
conexión en serie presenta al menos las características
siguientes:
- -
- una capa de soporte (10) aislante en la que uno o varios cuerpos conductores (20) se introducen según un diseño, sobresaliendo los cuerpos conductores (20) al menos en un lado de la capa de soporte de la superficie de la capa de soporte, y previendo el diseño al menos una línea de separación (21) de una anchura determinada que está formada de uno o varios cuerpos conductores (20);
- -
- varios cuerpos semiconductores (30) esféricos o en forma de grano en la capa de soporte (10) aislante, componiéndose los cuerpos semiconductores (30) de un núcleo de sustrato que está revestido al menos con una capa de contacto posterior conductora de molibdeno y con una capa semiconductora de un semiconductor compuesto I-III-VI, y sobresaliendo los cuerpos semiconductores (30) al menos en un lado de la capa de soporte de la superficie de la capa de soporte, y formando un diseño en el que las zonas junto a una o entre varias líneas de separación (21) están equipadas con cuerpos semiconductores (30);
- -
- una capa de contacto frontal (40) conductora en un lado de la capa de soporte (10), en la que los cuerpos (20; 30) sobresalen de la capa;
- -
- una capa de contacto posterior (50) conductora en el lado de la capa de soporte que se opone a la capa de contacto frontal (40);
- -
- una capa tampón de CdS y/o una capa de óxido de cinc intrínseco en los cuerpos semiconductores (30) empleados esféricos o en forma de grano;
- -
- zonas junto a una o entre dos líneas de separación (21) forman respectivamente una célula solar;
- -
- respectivamente dos cortes de separación (60; 61) a lo largo de una línea de cuerpos conductores (20), estando realizado un primer corte de separación (60) en la capa de contacto frontal (40) y un segundo corte de separación (61) en la capa de contacto posterior, y encontrándose los cortes de separación en lados diferentes de la línea correspondiente de cuerpos conductores (20), y penetrando los cortes de separación (60; 61) en la capa de contacto posterior (50) hasta la capa de soporte (10); y
- -
- al menos uno de los cuerpos semiconductores (30) presenta, en el lado de la capa de soporte (10) en el que está dispuesta la capa de contacto posterior (50) de la célula solar, una superficie a través de la que existe un contacto directo entre la capa de contacto posterior (50) de la célula solar y la capa de contacto posterior del cuerpo semiconductor (30).
16. Conexión en serie según la reivindicación
15, caracterizada porque la capa de soporte (10) está hecha
de un material termoplástico.
17. Conexión en serie según una o dos de las
reivindicaciones 15 y 16, caracterizada porque la capa de
soporte (10) está hecha de un polímero del grupo de los epoxis,
poliuretanos, poliacrilatos, policarbonatos, poliésteres y/o
poliamidas.
18. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 17, caracterizada porque un cuerpo
conductor (20) está formado por una pasta o una banda.
19. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 18, caracterizada porque un cuerpo
conductor (20) está formado por una partícula esférica o en forma
de grano.
20. Conexión en serie según la reivindicación
19, caracterizada porque un cuerpo conductor (20) de material
macizo está hecho de un material conductor, o un cuerpo conductor
(20) está hecho de un núcleo de sustrato que está revestido de un
material conductor.
21. Conexión en serie según la reivindicación
20, caracterizada porque un cuerpo conductor (20) de material
macizo está hecho de cobre o de un núcleo de sustrato que está
revestido con cobre.
22. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 21, caracterizada porque los cuerpos
semiconductores (30) presentan una capa de un óxido conductor
transparente (TCO, Transparent Conductive Oxide).
23. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 22, caracterizada porque la línea de
separación (21) de cuerpos conductores (20) es esencialmente recta
y se extiende entre dos bordes opuestos de la capa de soporte
(10).
24. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 23, caracterizada porque la anchura de
una línea de separación (21) se encuentra en el orden de magnitud
de 10 \mum - 3 mm, en particular entre 10 \mum - 500
\mum.
25. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 24, caracterizada porque la distancia
entre dos líneas de separación (21) se encuentra en el orden de
magnitud de 1 mm - 3 cm, en particular entre 3 mm - 5 mm.
26. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 25, caracterizada porque la capa de
contacto frontal (40) está hecha de un material conductor.
27. Conexión en serie según la reivindicación
26, caracterizada porque la capa de contacto frontal (40)
está hecha de un óxido conductor transparente (TCO, Transparent
Conductive Oxide).
28. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 27, caracterizada porque la capa de
contacto posterior (50) está hecha de un metal, un óxido conductor
transparente (TCO, Transparent Conductive Oxide) o un polímero
conductor.
29. Conexión en serie según la reivindicación
28, caracterizada porque la capa de contacto posterior (50)
está hecha de un polímero del grupo de las resinas epoxi,
poliuretanos y/o poliimidas con partículas conductoras de un grupo
de carbono, indio, níquel, plata, molibdeno, hierro,
cromo-níquel, aluminio y/o aleaciones u óxidos
correspondientes.
30. Conexión en serie según la reivindicación
29, caracterizada porque la capa de contacto posterior (50)
está hecha de un polímero conductor intrínseco.
31. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 30, caracterizada porque los cortes de
separación (60; 61) están llenos de un material aislante.
32. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 31, caracterizada porque la anchura de
la conexión en serie se encuentra en el orden de magnitud de 5 - 30
cm, en particular de aproximadamente 10 cm.
33. Conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 32, caracterizada porque la conexión en
serie está unida con otra conexión en serie, de forma que la capa
de contacto posterior (50) está en contacto con una capa de
contacto frontal de la otra conexión en serie.
34. Conexión en serie según la reivindicación
33, caracterizada porque la conexión en serie está unida en
forma de ripia con al menos otra conexión en serie, encontrándose
la capa de contacto posterior (50) sobre una capa de contacto
frontal o la capa de contacto frontal (40) sobre una capa de
contacto posterior de otra conexión en serie.
35. Conexión en serie según una o dos de las
reivindicaciones 33 y 34, caracterizada porque la capa de
contacto posterior (50) está unida con una capa de contacto frontal
de otra conexión en serie mediante un adhesivo conductor.
36. Módulo fotovoltaico, caracterizado
porque comprende una conexión en serie según una o varias de las
reivindicaciones 15 a 35.
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