ES2324100T3 - Metodo para eliminar secciones en cortocircuito de una celula solar. - Google Patents
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Abstract
Un método para eliminar cortocircuitos en un elemento de célula solar que comprende una primera y una segunda capas de electrodo y una capa semiconductora para la conversión fotoeléctrica dispuesta entre la primera y segunda capas de electrodo, comprendiendo el método la aplicación de una tensión seudoalterna a través de la primera y segunda capas de electrodo, conteniendo la tensión seudoalterna una componente inversa en una dirección inversa y una componente directa distinta de cero en una dirección directa, siendo la componente directa de magnitud más pequeña que la componente inversa.
Description
Método para eliminar secciones en cortocircuito
de una célula solar.
Esta invención se refiere a la fabricación de
células solares, y en particular a un método para eliminar
cortocircuitos en elementos de una célula solar durante la
fabricación.
Como se muestra en la figura 1, una célula solar
de película fina 10 consta de una pluralidad de elementos de célula
solar 5a, 5b y 5c formados sobre un sustrato aislante 1. Cada
elemento de célula solar 5 comprende un primer electrodo 2 formado
sobre una cara del sustrato 1 según un patrón predeterminado, una
capa semiconductora 3 para realizar la conversión fotoeléctrica que
está formada sobre la superficie del primer electrodo 2 y un
segundo electrodo 4 formado sobre la superficie de la capa
semiconductora 3 de conversión fotoeléctrica. La capa
semiconductora puede estar compuesta por un semiconductor no
cristalino. La pluralidad de elementos de célula solar 5a, 5b y 5c
se conectan en serie conectando el primer electrodo 2a del elemento
de célula solar 5a con el segundo electrodo 4b del elemento de
célula solar 5b adyacente, y el primer electrodo 2b del elemento de
célula solar 5b con el segundo electrodo 4c del elemento de célula
solar 5c adyacente.
Cuando se utiliza un sustrato de vidrio, un
sustrato de resina transparente o similar como sustrato aislante 1
de la célula solar, se utiliza como primer electrodo 2 un material
para electrodo transparente como ITO (óxido de
indio-estaño, óxido de indio mezclado con óxido de
estaño) o similar, y como segundo electrodo 4 se utiliza un
material para electrodo metálico. Cuando se utiliza un material no
transparente como sustrato aislante 1, se utiliza un material para
electrodo metálico como primer electrodo 2 y un material para
electrodo transparente como segundo electrodo 4.
En el caso de que la capa semiconductora 3 sea
un semiconductor con base de silicio no cristalino, se puede
utilizar silicio no cristalino compuesto por una aleación de silicio
y carbono u otro metal como germanio, estaño, etc., así como
silicio no cristalino, silicio no cristalino hidrogenado, carburo de
silicio no cristalino hidrogenado o nitruro de silicio no
cristalino. Asimismo, estos materiales semiconductores no
cristalinos o policristalinos se pueden utilizar en forma de tipo
pin, tipo nip, tipo ni, tipo pn, tipo MIS, tipo heterounión, tipo
homounión, tipo barrera de Schottky o una combinación de los mismos.
Además, la capa semiconductora se puede formar utilizando no sólo
una base de silicio sino también una base de CDs, una base de GaAs,
una base de InP, etc.
Cuando, por ejemplo, se produce un cortocircuito
entre el primer electrodo 2b y el segundo electrodo 4b del elemento
de célula solar 5b por la formación de un pequeño agujero en la capa
semiconductora 3 de conversión fotoeléctrica durante su
fabricación, es una práctica conocida eliminar la sección en
cortocircuito o aislarla por oxidación.
Cuando una sección en cortocircuito que ha de
ser eliminada está entre el primer electrodo 2b en la cara del
sustrato del elemento de célula solar 5b y el segundo electrodo 4b
en la cara posterior de la capa semiconductora 3b para conversión
fotoeléctrica, se utilizan electrodos sonda 6a y 6b en contacto con
los electrodos 4b y 4c, respectivamente. Una tensión CD o tensión
de un impulso de onda cuadrada, que no exceda el límite de tensión
inversa (tensión de ruptura inversa), es aplicada en sentido inverso
(cara 0 V) como se muestra en la figura 2, entre el primer
electrodo 2b y el segundo electrodo 4b que encierran la capa
semiconductora 3b de conversión fotoeléctrica. La corriente
eléctrica se concentra en la sección en cortocircuito, lo que genera
calentamiento óhmico por efecto Joule. A causa del calentamiento
óhmico generado se produce oxidación del metal. La oxidación del
metal aísla la sección en cortocircuito. Otro método para eliminar
el cortocircuito consiste en eliminar la sección en cortocircuito
por disipación del metal.
Sin embargo, una célula solar es equivalente a
un diodo. Así, cuando se aplica la tensión en sentido inverso entre
el electrodo 2 y el electrodo 4, el elemento 5 de célula solar
compuesto por el primer electrodo 2, la capa semiconductora 3 de
conversión fotoeléctrica y el segundo electrodo 4 funciona como un
condensador, y se acumulan cargas en el condensador. En
consecuencia, cuando se aplica la tensión CD entre los electrodos 2
y 4, permanecen cargas entre los electrodos 2 y 4 incluso después de
que la tensión aplicada se haya interrumpido bruscamente. La
tensión generada por estas cargas puede causar ruptura eléctrica en
secciones débiles de la capa semiconductora 3 de conversión
fotoeléctrica distintas de las ubicaciones donde existen
defectos.
Para evitar dichas cargas acumuladas y la alta
tensión generada por dichas cargas, la tensión del impulso de onda
cuadrada aplicado a los electrodos para inducir la oxidación (fig.
2) típicamente se limita a niveles muy por debajo del límite de
tensión inversa. Típicamente, se aplica un impulso de 4 V de tensión
en sentido inverso. Sin embargo, con frecuencia un impulso de tan
baja tensión no genera suficiente energía Joule y, por
consiguiente, no todas las secciones en cortocircuito pueden ser
eliminadas u oxidadas por el calentamiento de Joule generado. Al
mismo tiempo, se sigue produciendo alguna ruptura de las secciones
normales no cortocircuitadas en aquellas secciones donde la tensión
límite del semiconductor es baja.
El documento JP 63041081 describe un método para
curar cortocircuitos en aparatos semiconductores de película fina
mediante la aplicación de una tensión de forma de onda
específica.
En consecuencia, la presente invención se dirige
a un método para eliminar secciones en cortocircuito de un elemento
de célula solar de película fina, como se cita en las
reivindicaciones 1, 11, 12 que sustancialmente evita uno o más de
los problemas debidos a las limitaciones e inconvenientes de la
técnica relacionada.
Ejemplos de realización ventajosos adicionales
se citan en las reivindicaciones dependientes.
Características y ventajas adicionales de la
invención se expondrán en la siguiente descripción, y en parte
resultarán evidentes por la descripción o pueden descubrirse con la
práctica de la invención. Los objetivos y otras ventajas de la
invención se alcanzarán y cumplirán mediante la estructura
particularmente señalada en la descripción escrita y las
reivindicaciones de la misma, así como en las ilustraciones
adjuntas.
Para alcanzar estas y otras ventajas y de
acuerdo con el propósito de la presente invención, tal como se
describe en términos generales y en los ejemplos de realización, la
presente invención aporta un método para eliminar secciones en
cortocircuito de un elemento de célula solar de película fina que
incluye la aplicación de una tensión seudoalterna entre el primer y
el segundo electrodos del elemento de célula solar. Esta tensión
induce una corriente alterna que descarga las cargas acumuladas en
el elemento de célula solar, protegiéndolo así de las altas
tensiones generadas por las cargas acumuladas.
Debe entenderse que tanto la anterior
descripción general como la siguiente descripción detallada son a
modo de explicación y ejemplo, y su propósito es aportar una mayor
explicación de la invención según se reivindica.
La figura 1 ilustra un dispositivo de célula
solar de película fina;
La figura 2 ilustra una tensión aplicada a un
elemento de célula solar para eliminar una sección en cortocircuito
según la técnica convencional, y
Las figuras 3A - 3C ilustran formas de onda de
una tensión aplicada a un elemento de célula solar para eliminar
una sección en cortocircuito según un ejemplo de realización de la
presente invención; y
Las figuras 4A - 4D ilustran formas de onda de
una tensión aplicada a un elemento de célula solar para eliminar
una sección en cortocircuito según otro ejemplo de realización de la
presente invención.
Con referencia a la figura 1, para eliminar una
sección cortocircuitada en la capa semiconductora 3b de conversión
fotoeléctrica de un elemento 5b de célula solar de película fina, se
aplica una tensión entre el primer electrodo 2b en la cara de
sustrato de la capa semiconductora 3b y el segundo electrodo 4b en
la cara posterior de la capa semiconductora 3b, por medio de
electrodos sonda 6b y 6a conectados a electrodos 4c y 4b,
respectivamente. La tensión aplicada tiene una forma de onda
seudoalterna, de la que se muestran algunos ejemplos en las figuras
3A - 3C y 4A - 4D.
En la figura 3A la tensión seudoalterna 32
aplicada tiene una forma de onda sinusoidal que oscila entre 0 V y
una tensión de cresta inversa que se determina caso por caso y hasta
la tensión límite inversa, que es típicamente de unos 8 V.
Aplicando una tensión con dicha forma de onda, la tensión aplicada
se aproxima gradualmente a 0 V, es decir, se reduce la tensión
inversa, desde una tensión inversa de cresta. Así, las cargas
acumuladas entre el primer y el segundo electrodos 2b y 4b
disminuyen con magnitudes decrecientes de la tensión aplicada, y se
evita una ruptura en las secciones normales no cortocircuitadas.
La figura 3B muestra otro ejemplo de la tensión
seudoalterna 34 aplicada que tiene la forma de la mitad inferior de
una onda sinusoidal. El valor de cresta en el sentido inverso es
aproximadamente igual a la tensión de ruptura inversa del elemento
de célula solar, y la tensión aplicada es de 0 V durante la mitad
del tiempo. Nuevamente, las cargas acumuladas entre los electrodos
2b y 4b se descargan durante el periodo de tiempo en que la tensión
inversa disminuye de tamaño, y también durante el periodo en que la
tensión aplicada es de 0 V. Así, se evita una ruptura en las
secciones normales no cortocircuitadas.
La figura 3C muestra otro ejemplo más de la
tensión seudoalterna 36 aplicada que tiene una forma de onda en
dientes de sierra. El valor de cresta en el sentido inverso también
aquí se determina caso por caso y puede llegar hasta la tensión
límite inversa del elemento de célula solar, mientras que el nivel
de tensión de las otras crestas de la onda en dientes de sierra es
de 0 V. De forma semejante a los ejemplos de realización de las
figuras 3A y 3B, las cargas acumuladas entre los electrodos 2b y 4b
disminuyen con magnitudes decrecientes de la tensión aplicada, y se
evita una ruptura en las secciones normales no cortocircuitadas. En
los ejemplos de realización de las figuras 3A - 3C, aunque la
tensión de cresta en sentido inverso se muestra situada en la
tensión de ruptura inversa del elemento de célula solar, también
puede ser menor que la tensión de ruptura inversa. Además, es
posible elevar momentáneamente la tensión de cresta en el sentido
inverso hasta un valor que supere la tensión de ruptura inversa de
la célula solar, como 10 V.
Las figuras 4A - 4D ilustran ejemplos de
realización de la presente invención en los que la tensión
seudoalterna aplicada tiene un componente inverso mayor y un
componente directo menor. En la figura 4A, tensión seudoalterna
aplicada 42 tiene una forma de onda sinusoidal. De preferencia, la
tensión de cresta en el sentido inverso es de al menos 1 V (en la
figura se muestra aproximadamente igual a la tensión de ruptura
inversa), mientras que la tensión de cresta en sentido directo es
de aproximadamente 0,5 V.
La figura 4B muestra otro ejemplo de la tensión
seudoalterna aplicada 44 que tiene la forma de una onda sinusoidal
truncada. El componente inverso 44a de la tensión aplicada incluye
que la mitad inferior de la onda sinusoidal tenga un valor de
cresta inverso que se establece caso por caso, cuya magnitud es
aproximadamente la misma que otra forma de onda, mientras que el
componente directo 44b incluye una porción truncada de la onda
sinusoidal que tiene una parte superior plana, de preferencia sin
exceder 0,2 V.
La figura 4C muestra otro ejemplo de la tensión
seudoalterna aplicada 46 que tiene una forma de onda cuadrada
compuesta por un componente inverso grande y un componente directo
pequeño, que no supera 0,2 V.
La figura 4D muestra otro ejemplo de la tensión
seudoalterna aplicada 48 que tiene una forma de onda en diente de
sierra compuesta por un componente inverso grande y un componente
directo pequeño, que no supera 0,2 V.
En los ejemplos de realización de las figuras 4A
- 4D, aplicando la tensión seudoalterna con dicha forma de onda,
las cargas acumuladas entre los electrodos 2b y 4b se descargan
cuando se aplica el componente de tensión directo. En consecuencia,
se evita una ruptura de las secciones normales no cortocircuitadas
del elemento de célula solar. Además, puesto que el efecto adverso
de la acumulación de cargas es reducido o eliminado por el
componente directo, la tensión inversa se puede aumentar
momentáneamente hasta un nivel superior a la tensión de ruptura
inversa del elemento de célula solar, por ejemplo hasta 10 V, lo que
resulta en una eliminación más fiable de las secciones en
cortocircuito.
En una prueba, se aplicó una tensión
seudoalterna con una forma de onda ilustrada en la figura 3A entre
el primer y el segundo electrodos de 60 elementos de célula solar
conectados en serie que contenían cortocircuitos. Como resultado,
se eliminaron cortocircuitos en 57 de las 60 células. En otra
prueba, se aplicó una tensión seudoalterna con una forma de onda
ilustrada en la figura 4A, y se eliminaron cortocircuitos en 58 de
las 60 células. En comparación, cuando se aplicó un impulso
convencional de onda cuadrada de 4 V como se muestra en la figura
2, se eliminaron cortocircuitos en sólo 50 de las 60 células.
En un ejemplo de realización de la presente
invención, se aplica una fuente de energía de corriente alterna de
60 Hz al primer y el segundo electrodos del elemento de célula solar
como fuente de la tensión seudoalterna para eliminación de
cortocircuitos. Más de preferencia, el periodo de la tensión
seudoalterna aplicada se selecciona para que se corresponda
aproximadamente con la constante de tiempo del elemento de célula
solar definido por la capacidad C y la resistencia R en el sentido
inverso de la célula. Esto conduce a una descarga más eficaz de las
cargas acumuladas. En ejemplos de realización preferentes de la
presente invención, la frecuencia de la tensión seudoalterna
aplicada es de entre aproximadamente 20 Hz y 1.000 Hz, y más de
preferencia entre aproximadamente 50 y 120 Hz.
Será evidente para los expertos en la técnica
que es posible realizar diversas modificaciones y variaciones en un
método para fabricar un transistor de película fina según la
presente invención sin apartarse del espíritu y el alcance de la
invención. Por ejemplo, aunque en las figuras 3A - 3C y 4A - 4D se
muestran varios ejemplos de formas de onda seudoalternas, también
se pueden utilizar otras formas de onda, siempre que contengan un
componente inverso relativamente grande y ningún componente directo
o un componente directo relativamente pequeño. Asimismo, las
tensiones de cresta en los sentidos inverso y directo pueden ser
mayores o menores que las ilustradas y descritas anteriormente.
Además, no es necesario que la tensión seudoalterna sea
estrictamente periódica. Así, existe la intención de que la
presente invención incluya modificaciones y variaciones de esta
invención siempre y cuando entren en el alcance de las
reivindicaciones adjuntas y equivalentes.
Claims (12)
1. Un método para eliminar cortocircuitos en un
elemento de célula solar que comprende una primera y una segunda
capas de electrodo y una capa semiconductora para la conversión
fotoeléctrica dispuesta entre la primera y segunda capas de
electrodo, comprendiendo el método la aplicación de una tensión
seudoalterna a través de la primera y segunda capas de electrodo,
conteniendo la tensión seudoalterna una componente inversa en una
dirección inversa y una componente directa distinta de cero en una
dirección directa, siendo la componente directa de magnitud más
pequeña que la componente inversa.
2. El método de la reivindicación 1, en el que
la tensión seudoalterna tiene una forma de onda sinusoidal.
3. El método de la reivindicación 1, en el que
la tensión seudoalterna tiene una forma de onda en diente de
sierra.
4. El método de la reivindicación 3, en el que
la tensión directa es menor que 0,5 V y la tensión inversa es mayor
que 1 V.
5. El método de la reivindicación 1, en el que
la tensión seudoalterna tiene una forma de onda cuadrada.
6. El método de la reivindicación 5, en el que
la tensión directa es menor que 0,2 V y la tensión inversa es mayor
que 1 V.
7. El método de la reivindicación 1, en el que
la tensión seudoalterna aplicada es periódica.
8. El método de la reivindicación 7, en el que
el periodo de la tensión seudoalterna se corresponde con una
constante de tiempo del elemento de célula solar determinada por una
capacidad y una resistencia en un sentido inverso del elemento de
célula solar en el momento en que se aplica la tensión
seudoalterna.
9. El método de la reivindicación 7, en el que
la frecuencia de la tensión seudoalterna es de entre 20 y 1.000
Hz.
10. El método de la reivindicación 9, en el que
la frecuencia de la tensión seudoalterna es de entre 50 y 120
Hz.
11. Un método para eliminar cortocircuitos en un
elemento de célula solar que comprende una primera y una segunda
capas de electrodo y una capa semiconductora para la conversión
fotoeléctrica dispuesta entre una primera y una segunda capas de
electrodo, comprendiendo el método la aplicación de una tensión
seudoalterna que tiene una forma de onda sinusoidal a través de la
primera y la segunda capas de electrodo, alternando la forma de
onda sinusoidal entre 0 V y una tensión de ruptura inversa del
elemento de célula solar.
12. Un método para eliminar cortocircuitos en un
elemento de célula solar que comprende una primera y una segunda
capas de electrodo y una capa semiconductora para la conversión
fotoeléctrica dispuesta entre una primera y una segunda capas de
electrodo, comprendiendo el método la aplicación de una tensión
seudoalterna que tiene una forma de onda sinusoidal a través de la
primera y la segunda capas de electrodo, variando la forma de onda
sinusoidal entre una tensión directa menor que 0,5 V y una tensión
inversa mayor que 1 V.
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