ES2329203T3 - Procedimiento de fabricacion de un modulo de celulas solares. - Google Patents
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Abstract
Un método de formación de un módulo de células solares de películas finas, que comprende las etapas de: formación de una capa del primer electrodo (2) y una capa de semiconductor (4) sobre un substrato (1) por deposición de vapores químicos; formación de una segunda capa del electrodo (6) sobre la capa de semiconductor (4) por pulverización de magnetrón; operar para particionar al menos una parte de la primera capa del electrodo (2), capa de semiconductor (4) y la segunda capa del electrodo (6), en una pluralidad de células que estén conectadas eléctricamente entre sí, y selladas con un encapsulante (9) formado de un copolímero de acetato de etileno-vinilo, eliminar dichas porciones de la mencionada primera capa del electrodo (2), capa de semiconductor (4) y la segunda capa del electrodo (6), las cuales están situadas dentro y aparte de la periferia del mencionado substrato (1), para formar una ranura aislante (13) aislando eléctricamente una zona activa de la célula solar de la parte periférica a través de la circunferencia completa de la región activa, y eliminar dichas porciones de la primera capa del electrodo (2), de la segunda capa del electrodo (6) y la capa de semiconductor (4), la cual está situada en la periferia del substrato (1), por un método de abrasión superficial o pulverización de finas partículas que tengan 100 µm o inferior de diámetro de las partículas con un ancho de eliminación de 0,5 mm o superior, permitiendo por tanto que la superficie del substrato (1) a exponer al aislamiento eléctrico sea una región activa de la célula solar desde la porción periférica a través de la circunferencia completa de la región activa con una resistencia de 100 MOmega o superior.
Description
Procedimiento de fabricación de un módulo de
células solares.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Esta invención está relacionada con un modulo de
células solares, y en particular con un módulo de células solares de
películas finas, que es útil para la generación de energía eléctrica
a partir de la luz solar.
Es conocido el siguiente procedimiento como uno
de los métodos para la fabricación de un modulo de células solares
de películas finas. Es decir, una capa de electrodo transparente,
una capa semiconductora fotoeléctrica y una capa metálica, las
cuales se han depositado sobre un substrato de vidrio transmisor de
la luz, que al menos están mecanizadas parcialmente por los medios
de un haz óptico, por tanto para particionar estas capas en una
pluralidad de células, para aislar una célula de otra, las cuales
están conectadas entre sí, y en donde los terminales finales están
conectados a estas células, y en donde la superficie del reverso (la
superficie opuesta al substrato de vidrio de transmisión de la luz)
está sellada con un encapsulador, tal como una resina para proteger
las partes de generación de energía eléctrica, y en donde el cuerpo
resultante está finado finalmente a un bastidor de montaje.
La resistencia dieléctrica es una de las
características exigidas para un modulo de células solares fabricado
de esta forma. La resistencia dieléctrica del módulo de células
solares puede determinarse en general por la medida del voltaje de
resistencia entre un terminal de la célula solar y el bastidor.
La célula solar de capas finas está constituida
en general por un laminado de películas finas tales como una capa
de electrodo transparente, una capa semiconductora fotoeléctrica y
una capa metálica, y en donde la mayor parte de estas capas están
formadas en general a través de una reacción en fase de vapor. En
consecuencia, es generalmente difícil en el proceso de formación
tal como un laminado a través de esta reacción en fase de vapor, el
poder restringir la zona de formación de la película en la
denominada porción activa de la célula solar. Ocasionalmente,
cualquiera de estas capas pueden extenderse también hacia la otra
superficie del substrato. Si dicho substrato está fijado como tal
al bastidor, es más probable que el potencial eléctrico del bastidor
pueda llegar a ser idéntico al de la porción activa de la célula
solar. Debido a esto, las células solares de películas finas son
generalmente deficientes en su resistencia dieléctrica.
Con vista a la solución de este problema, se ha
propuesto un método en donde la zona activa que ocupa la porción
central de la célula solar está aislada eléctricamente de la zona
periférica de la célula solar, la cual tiene muchas posibilidades
de entrar en contacto eléctrico con el bastidor, haciendo uso de un
haz de láser el cual se utiliza en la conformación de las capas en
el momento de la conexión eléctrica de las células. No obstante, el
módulo de célula solar fabricado haciendo uso de este método viene
acompañado con un problema que aunque la célula muestre una
excelente resistencia dieléctrica inmediatamente después de la
fabricación de la misma, esta propiedad de la resistencia eléctrica
se deteriorará intensamente cuando el módulo de célula solar se
deje en un entorno de alta temperatura y alta humedad. En
consecuencia, este método se ha encontrado que es deficiente, no
solo en por la fabricación debida a una baja fiabilidad, sino
también por su productividad, haciendo que este método sea inútil
bajo el punto de vista industrial.
El módulo de célula solar de capas finas de esta
clase es viene acompañado especialmente con un problema cuando se
utiliza en un ambiente de intemperie, en donde el agua puede
penetrar dentro de la porción activa (zona de generación de
energía) de la célula solar, alterando o corroyendo esta porción
activa, dando lugar al deterioro de la propiedad de la generación
de energía. Una de las causas de este problema es la penetración de
agua a través de la interfaz entre el substrato y el encapsulante
en la porción periférica del módulo de células solares. En
consecuencia, es altamente deseable el prevenir la penetración de
agua a través de la parte periférica del módulo de células solares,
y mejorar la resistencia a la intemperie del módulo de células
solares.
En consecuencia, el objeto de la presente
invención es proporcionar un módulo de células solares, que haga
posible mientras que se asegura una alta productividad, el poder
garantizar el aislamiento entre la parte activa de generación de
energía y la zona periférica del mismo, o bien el aislamiento entre
el módulo de células solares y el bastidor de las mismas.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar un módulo de células solares, el cual sea excelente en
la resistencia dieléctrica, y que esté libre de deterioro de la
propiedad debido a una corrosión después del sellado del mismo, y
que sea capaz de mantener una resistencia suficiente de substrato de
vidrio, y que pueda fabricarse en un proceso estable de fabricación
y con una alta productividad.
Otro objeto incluso de la presente invención es
proporcionar un módulo de células solares, que sea capaz de prevenir
la penetración de agua una vez sellado con un encapsulante, haciendo
que sea posible el prevenir la propiedad del deterioro debido a la
corrosión por el agua, y que pueda fabricarse con una alta
productividad.
De acuerdo con esta invención, se proporciona un
método de formación de un módulo de células solares de películas
finas de acuerdo con la reivindicación 1.
La invención podrá comprenderse más en su
totalidad a partir de la siguiente descripción detallada al
considerarse en conjunción con los dibujos adjuntos, en donde:
la figura 1 es una vista en sección transversal
de un modulo de células solares de capas finas de acuerdo con los
Ejemplos 1 y 2;
\global\parskip1.000000\baselineskip
la figura 2 es una vista en sección transversal
de un módulo de células solares de películas finas de acuerdo con el
Ejemplo Comparativo;
la figura 3 es una vista en planta del módulo de
células solares de películas finas que se muestra en las Figuras 1 y
2;
la figura 4 es una vista en sección transversal
de un modulo de células solares de películas finas que utiliza un
substrato de vidrio con un borde biselado, y
la figura 5 es una vista en sección transversal
de un modulo de células solares de películas finas de acuerdo con el
Ejemplo 3 no reivindicado.
El módulo de células solares de acuerdo con esta
invención se expondrá con detalle a continuación.
Un ejemplo del módulo de células solares de
películas finas está construido de forma tal que una primera capa
del electrodo (una capa de electrodo transparente), una capa de
semiconductor y una segunda capa de electrodo (capa del reverso del
electrodo) están depositadas sobre un substrato, y al menos una
parte de estas capas están mecanizadas por los medios de un haz de
láser para particionar por tanto estas capas en una pluralidad de
células que estén entonces conectadas eléctricamente entre sí.
En cuanto al substrato, puede utilizarse un
substrato transparente tal como un substrato de vidrio. En cuanto a
la primera capa del electrodo puede utilizarse un óxido conductor
transparente tal como SnO_{2}, ZnO, ITO, etc. En cuanto a la capa
de semiconductor, será una capa que consiste principalmente en
silicio, es decir, una estructura laminada, tal como una capa de
Si:H de tipo p, una capa de Si:H de tipo i, y una capa de
Si:H micro-cristalina de tipo n. Es posible también
utilizar una estructura laminada de una capa de silicio
policristalino, la cual sea capaz de formar una unión PIN. En cuanto
para la segunda capa del electrodo (una capa inversa del electrodo)
pueden utilizarse Ag, Al, Cr, Ti, o bien un laminado consistente en
cualquiera de estos metales y un óxido de metal.
Cada una de estas capas están depositadas por
los medios de un método CVD o bien por el método de pulverización,
y posteriormente particionadas en células solares individuales con
un intervalo predeterminado dispuesto en forma intermedia, por los
medios de escritura por láser. A continuación, las células solares
vecinas se conectan eléctricamente en serie (o en paralelo),
formándose así un módulo de células solares de películas finas.
El módulo de células solares de películas finas
de acuerdo con esta invención está caracterizado porque al menos
las partes de la capa del primer electrodo, la capa de semiconductor
y la capa del segundo electrodo, que están localizadas en la
periferia del substrato, se eliminan mediante unos medios
mecánicos.
La eliminación de al menos las partes de la capa
del primer electrodo, la capa de semiconductor y la capa del
segundo electrodo por medios mecánicos en el modulo de células
solares de capas finas de esta invención puede realizarse por los
medios de un método de abrasión superficial, o por un método de
ataque mecánico utilizando una pulverización por chorro de
partículas finas. Las partículas finas a utilizar en el último
método pueden ser preferiblemente de 100 \mum o inferior en el
diámetro de la partícula.
Es posible también, aparte del método de ataque
mecánico antes mencionado, el ejecutar la eliminación de un ejemplo
no reivindicado de al menos una parte de al menos una capa del la
primera capa del primer electrodo, la capa de semiconductor y la
capa del segundo electrodo, la cual está localizada en la periferia
del substrato, por los medios de un haz de láser. Al utilizar un
haz de láser, la eliminación de la capa de semiconductor y la
segunda capa del electrodo pueden realizarse fácilmente sin eliminar
la primera capa del electrodo transmisor de luz, exponiendo así la
capa del primer electrodo. En cuanto al haz de láser, puede
utilizarse un haz que esté ampliado en el diámetro del haz.
Preferiblemente, el rango del diámetro del haz a utilizar en este
caso será de 100 a 500 \mum.
El ancho a eliminar en la periferia del
substrato de transmisión de la luz puede determinarse dependiendo
de la resistencia dieléctrica y del factor de la superficie
efectiva, siendo las dimensiones específica de 0,5 mm o superior,
preferiblemente de 0,5 mm a 10 mm, y más preferible de 1 mm a 5
mm.
Es importante observar que se ha encontrado por
la presente invención que puesto que la superficie del módulo de
células solares de películas finas no es suave y uniforme, la capa
del primer electrodo (la capa del electrodo transparente) que se
desea eliminar puede eliminarse completamente solo bajo una
condición muy limitada de hecho. En consecuencia, cuando el grosor
total de la capa del primer electrodo se elimina por la fuerza, el
substrato subyacente de transmisión de la luz podrá ser dañado,
deteriorándose intensamente la resistencia mecánica del
substrato.
Se ha encontrado por la presente invención que
es posible, mediante la realización del sellado utilizando EVA
(copolímero de acetato de etileno-vinilo) y una
película de respaldo, mientras que se permite la remanencia de la
capa del electrodo transparente, para mejorar notablemente la
resistencia del adhesivo de la interfaz entre el EVA y el substrato
(la capa del electrodo transparente), haciendo posible
substancialmente que pueda impedirse que el agua penetre a través
de una porción periférica del substrato.
\newpage
En consecuencia, en el caso de un módulo de
células solares de películas finas, de acuerdo con un ejemplo no
reivindicado, ya no es necesario el eliminar el grosor total de una
porción de la capa del primer electrodo, la capa de semiconductor y
la segunda capa del electrodo, que está situada en la periferia del
substrato. Es decir, se ha confirmado que aunque se ejecute el
sellado mientras que se permite que se deje expuesto la capa del
electrodo transparente, será posible asegurar una resistencia del
adhesivo con la resina, haciendo posible el poder prevenir que el
agua pueda penetrar a través de una porción periférica del
substrato.
En caso de que tengan que eliminarse las capas
totales de la primera capa del electrodo, la capa de semiconductor
y la segunda capa del electrodo, la eliminación mediante medios
mecánicos puede realizarse también contra la superficie del
substrato de transmisión de la luz. En este caso, el grosor total de
eliminación del substrato, la primera capa del electrodo, la capa
de semiconductor y la segunda capa del electrodo, que se eliminan
mediante medios mecánicos, deberán controlarse dentro del rango de 5
\mum a 100 \mum, más preferiblemente dentro del rango de 10
\mum a 25 \mum.
Es preferible en este modulo de células solares
de películas finas, de acuerdo con esta invención, el utilizar un
substrato de vidrio de transmisión de la luz, cuyo borde periférico
esté libre de una porción en ángulo recto o una porción en ángulo
agudo, con el fin de prevenir que el substrato pueda quebrarse
durante el uso del mismo. Mediante la utilización de dicho
substrato, puede obtenerse un módulo que sea estable en su
fiabilidad mecánica.
La razón de porque el módulo llega a ser estable
en su fiabilidad mecánica es como sigue a continuación.
La temperatura del modulo de células solares
que utiliza un substrato de vidrio se eleva durante su uso. En caso
de tener lugar una distribución de temperatura en el substrato de
vidrio, el substrato de vidrio podrá quebrarse. La distribución de
la temperatura se presenta en particular en un instante temprano en
un día de invierno. En caso de estar presente una grieta en una
porción del borde del substrato de vidrio, el substrato podrá
fragmentarse fácilmente. Cuando se eliminan mecánicamente las partes
de la capa del electrodo y la capa de semiconductor el vidrio
utilizado como un substrato podrá agrietarse. En particular, la
parte del borde del substrato de vidrio tiene una parte en ángulo
recto o una porción en ángulo agudo, en donde el substrato de
vidrio podrá quebrarse fácilmente. Por esta razón, es preferible que
el borde periférico del substrato de vidrio esté exento de la
porción en ángulo recto o de la porción en ángulo agudo.
El borde periférico del substrato de vidrio de
transmisión de la luz puede estar formado con una configuración
poligonal, o bien en una configuración arqueada. El perfil del
borde periférico de esta forma podrá realizarse mediante un molido
mecánico de la porción en ángulo recto (biselado) si la forma
original es la de un borde en ángulo recto, formando por tanto una
configuración poligonal. Alternativamente, el borde periférico del
substrato de vidrio puede fundirse térmicamente, eliminando por
tanto la porción del borde en ángulo recto.
Es posible también el ejecutar el biselado del
borde periférico, para fabricar por tanto un substrato de vidrio
que tenga la configuración antes mencionada. Específicamente, el
biselado puede realizarse mediante la utilización de una máquina de
molido en forma de disco, que tenga una ranura anular formada a lo
largo de la periferia exterior del mismo, y conformada para
adaptarse con una configuración de sección transversal deseada, y
mediante el contacto del borde del substrato de vidrio con la
ranura anular moviéndose a través de la rotación de la maquina de
molido en forma de disco. No obstante, pueden utilizarse
cualesquiera otros métodos de biselado.
En el modulo de células solares de películas
finas de acuerdo con esta invención, la porción periférica de la
zona activa que comprende una pluralidad de células que están
aisladas entre sí y conectadas eléctricamente entre sí, se elimina
mediante medios mecánicos. Como resultado de ello, es posible
asegurar un aislamiento excelente a través de la periferia total
del módulo. Adicionalmente, puesto que el substrato o la capa del
primer electrodo están expuestos en su totalidad a lo largo de la
periferia completa del módulo, es posible asegurar una adhesión
excelente con una resina, haciendo así posible el substancialmente
prevenir que el agua pueda penetrar a través de la porción
periférica del substrato. En consecuencia, es posible de acuerdo con
esta realización el obtener un excelente módulo en donde la
resistencia dieléctrica tiene un alto valor.
En el módulo de células solares de acuerdo con
la presente invención, la capa del primer electrodo puede hacerse
con un electrodo metálico, y la capa del segundo electrodo puede
realizarse con un electrodo transparente.
El módulo de células solares de películas finas
de acuerdo con unos ejemplos adicionales no reivindicados, está
caracterizado porque una periferia de la zona de las células solares
(la porción activa o la zona de generación de energía) está rodeada
por una zona de resistencia alta por adhesivo, que es mayor en la
resistencia de adhesivo que con respecto al encapsulante,
permitiendo por tanto que el substrato y el encapsulante puedan
adherirse fuertemente entre sí en la zona periférica del substrato,
mejorando así la estanqueidad contra el agua de la porción
periférica del modulo de células solares.
De acuerdo con el módulo de células solares de
la invención, la mejora de la resistencia dieléctrica y de la
adhesión se realiza exclusivamente por la eliminación de la porción
periférica de la región activa, mientras que el modulo de células
solares del mencionado ejemplo no reivindicado está dirigido a la
formación de una región que es mayor en su resistencia adhesiva
contra el encapsulante en la periferia de la región activa, aunque
existen muchos aspectos que se solapan con las características del
modulo de células solares de la primera realización.
En cuanto para el material del encapsulante,
pueden utilizarse el copolímero de acetato de etilenovinilo (EVA),
polisobutileno, polivinilobutiral, silicona, etc. En cuanto a la
película protectora, pueden utilizarse una película de fluoruro de
vinilo, consistente en una película de fluoruro de vinilo y una hoja
de aluminio. Es posible también utilizar, como película de
protección, una placa metálica, una tela tejida de vidrio, una tela
de vidrio no tenida, etc.
La resistencia de adhesivo entre un material
subyacente y el encapsulante puede ser evaluada por la medida de
la resistencia de pelado vertical (JIS K6854) por ejemplo.
Específicamente, se midió la resistencia de pelado vertical de EVA
que se había adherido como un encapsulante a un material subyacente,
utilizando como material subyacente un substrato de vidrio, un
oxido conductor transparente tal como el SnO_{2} constituyendo la
capa del primer electrodo, un semiconductor, y un metal que
constituya la capa del segundo electrodo. Como resultado de ello la
intensidad de la resistencia al pelado vertical de EVA fue de 15
kgf/cm o superior (o el valor más alto en la medida) al utilizar el
substrato de vidrio como el material subyacente, y 14 kgf/cm al
utilizar el óxido conductor transparente como material subyacente,
el cual es mucho más elevado de 0,5 a 4 kgf/cm que se obtuvo al
utilizar el semiconductor o el metal como el material subyacente. La
resistencia al pelado varia prominentemente dependiendo de la clase
de metal y del estado de la superficie. Por ejemplo, en el caso de
un metal refractario tal como el Cr, Mo, W y Ti, la variación de la
resistencia al pelado es relativamente pequeña. No obstante, en el
caso de materiales de electrodos normales, tales como Ag y Al, la
resistencia al pelado fue generalmente inferior a 3 kgf/cm.
En consecuencia, cuando la periferia de la
región de la célula solar está rodeada por una región que es mayor
en la resistencia de adhesión al encapsulante que con respecto a la
que existe entre el encapsulante y las células solares conectas
eléctricamente, por ejemplo, por una zona cuya resistencia de pelado
vertical con respecto al encapsulante es de 3 kgf/cm o superior,
más preferiblemente de 10 kgf/cm o superior, llega a ser posible
mejorar la estanqueidad y la resistencia a la intemperie de la
porción periférica del módulo de células solares.
De acuerdo con el mencionado ejemplo adicional
no reivindicado, la región que tiene tal alta resistencia del
adhesivo podrá realizarse por (1) la porción expuesta de la capa del
primer electrodo que comprende un oxido conductor transparente, (2)
la porción expuesta del substrato, o (3) una capa de un metal
seleccionado a partir del grupo que comprende el Cr, Mo, W y Ti.
Si la región que tiene dicha alta resistencia de
adhesivo está constituida por la porción expuesta de la capa del
primer electrodo, que comprende un oxido conductor transparente, se
puede utilizar un método en donde la capa del segundo electrodo y
la capa de semiconductor que haya sido depositada o laminada en la
porción periférica del substrato por los medios de un método CVD o
bien un método de pulverización, por ejemplo, se eliminan por
medios mecánicos o por medios de un haz de láser, pudiendo ser los
mismos que los expuestos con referencia a la realización antes
mencionada.
Si la región que tiene dicha alta resistencia
de adhesivo tiene que estar constituida por la parte expuesta del
substrato, puede emplearse un método en donde la capa del segundo
electrodo, la capa de semiconductor y la capa del primer electrodo
formada en la superficie periférica del substrato así como también
la porción periférica del substrato per se serán eliminadas
mecánicamente. En este caso, el grosor total de eliminación de la
capa del segundo electrodo, la capa semiconductora, la capa del
primer electrodo y el substrato, las cuales se eliminan por los
medios mecánicos, deberán estar preferiblemente en el rango de 5
\mum a 100 \mum, y más preferible en el rango de 10 \mum a 25
\mum.
La superficie expuesta de la capa del primer
electrodo o el substrato obtenido de esta manera puede estar
sometida al tratamiento superficial utilizando un agente de
acoplamiento de silano.
Si al región que tiene dicha alta resistencia de
adhesivo tiene que estar constituida por una capa de metal
seleccionado a partir del grupo que comprende el Cr, Mo, W y Ti,
podrá utilizarse un método en donde la región está sometida a un
tratamiento de imprimación utilizando una solución de tratamiento
que contenga cualquiera de estos metales. Alternativamente, puede
utilizarse otro método en donde la porción activa de la célula solar
esté enmascarada, y entonces el metal seleccionado del grupo que
comprenderá el Cr, Mo, W y Ti se depositará en fase de vapor o
mediante una pulverización. En cualquiera de estos métodos, no
existirá ninguna limitación en particular con respecto al material
subyacente, de forma que el metal seleccionado a partir del grupo
que comprenda el Cr, Mo, W y Ti pueda depositarse sobre la
superficie de la capa del segundo electrodo.
El ancho de la región que tenga una alta
resistencia de adhesivo con el encapsulante en la parte periférica
del substrato podrá seleccionarse para que tenga una suficiente
resistencia de adhesivo, por ejemplo de 0,5 mm o más, más
preferiblemente de 0,5 mm a 10 mm, más preferible de 1 mm a 5
mm.
Puesto que el modulo de células solares de
películas finas de acuerdo con el mencionado ejemplo no
reivindicado está caracterizado porque la periferia de la región de
la célula solar está totalmente rodeada por una región de alta
resistencia del adhesivo, que es mayor en la resistencia de adhesivo
con el encapsulante, llega a ser posible asegurar una excelente
adherencia al encapsulante, y previniendo el deterioro de la
propiedad de generación de energía, debido a la penetración de
agua, mejorando por tanto la resistencia a la intemperie del módulo
de células solares.
A continuación esta invención se expondrá
adicionalmente con detalles con referencia a los siguientes
distintos ejemplos.
La figura 1 es una vista en sección transversal
de un modulo de células solares de películas delgadas de acuerdo con
el Ejemplo 1. El módulo de células solares mostrado en la Figura 1
puede fabricarse de la forma siguiente.
En primer lugar, la película de oxido de estaño
2 (8000 Angstroms) se depositó por los medios de un método CVD
térmico sobre un substrato de vidrio 1, hecho de vidrio
sódico-cálcico que tenga un área de 92 cm x 46 cm,
y un grosor de 4 mm. Posteriormente, la película de oxido de estaño
se sometió a un proceso de modelado, utilizando un grabador de
láser formando un electrodo transparente. El numeral de referencia 3
denota la línea grabada del electrodo transparente.
Como método de modelado, el substrato 1 se
dispuso sobre una mesa X-Y, y se sometió entonces a
un trabajo de particionado utilizando un láser de tipo YAG de
conmutador Q. Las condiciones de operación del láser fueron: 532 nm
en la onda del segundo armónico, 3 KHz en la frecuencia de
oscilación, 500 mW de potencia de salida promedio, y 10 nseg en el
ancho del impulso. El ancho de aislamiento fue de 50 \mum y el
ancho de la cuerda (célula solar individual) fue de aproximadamente
10 mm.
Con el fin de aislar eléctricamente la región
activa de la célula solar de la porción periférica a través de la
circunferencia total de la región activa, se ejecutó un modelado
utilizando un haz de láser, adicionalmente a la porción trabajada
12 para el aislamiento de la cuerda, en el emplazamiento a 5 mm de
distancia de la periferia del substrato. El número de referencia 13
denota una línea de aislamiento del láser formada como resultado de
este modelado.
Además de ello, se formó una región 14 que tenia
un ancho de 3,5 mm para formar un cableado de terminales del
electrodo, formada por una hoja de cobre plateado sobre el exterior
de las cuerdas 11a y 11b. Por los medios de un método CVD de plasma
de cámaras múltiples, se formó una capa de a-Si
sobre la película de oxido de estaño 2 modelada por adelantado tal
como se mencionó anteriormente. Es decir, una capa de
a-Si:H de tipo p, una capa de
a-Si:H de tipo i, y una capa de Si:H microcristalina
de tipo n, que se depositaron sucesivamente a una temperatura de
200ºC, formando por tanto una capa 4 de a-Si
laminado, constituyendo una unión PIN. Con el fin de formar cada
capa, se utilizó el gas SiH4 a una velocidad de flujo de 100
centímetros cúbicos estándar por minuto y 100 centímetros cúbicos
estándar por minuto, respectivamente. En los casos de formación de
la capa de semiconductor del tipo p y la capa de semiconductor del
tipo n, 2000 centímetros cúbicos estándar por minuto de gas
B_{2}H_{6} y 2000 centímetros cúbicos
estándar por minuto fueron diluidos por 1000 ppm de gas hidrógeno que se añadieron al gas SiH_{4}, respectivamente.
estándar por minuto fueron diluidos por 1000 ppm de gas hidrógeno que se añadieron al gas SiH_{4}, respectivamente.
Además de ello, en la formación de la capa de
semiconductor del tipo p, se mezclaron 30 centímetros cúbicos
estándar por minuto de gas CH_{4} en el gas de reacción,
ejecutando por tanto la carbonización del a-Si. La
potencia utilizada en la formación de cada capa fue de 200 W, 500 W
y 3 kW, respectivamente, mientras que la presión de reacción
utilizada fue de 1 torr, 0,5 torr y 1 torr, respectivamente. El
grosor de la película de cada capa formada se supone que eran de
150 Angstroms y 300 Angstroms, respectivamente, a la vista del
tiempo requerido para la formación de las películas. Después de la
formación de cada película, el substrato 1 se dispuso sobre una
mesa X-Y y después se ejecutó el modelado de una
capa 4 de a-Si, utilizando un láser YAG de
conmutación Q, mientras que se realizaba el descentrado de la
posición del mismo con respecto a la posición de modelado del
SnO_{2} en una distancia de 100 \mum. Las condiciones de
operación del láser fueron: 532 nm en la onda del segundo armónico,
3 kHz en la frecuencia de oscilación, 500 mW de potencia de salida
promedio, y 10 nseg en el ancho del impulso. El ancho de aislamiento
se ajustó a 100 \mum por el desenfocado del haz del láser para
ampliar el diámetro del haz. El numeral de referencia 5 denota una
línea de grabación del semiconductor.
Subsiguientemente, se formó una capa de ZnO (no
mostrada) con un grosor de 1000 Angstroms sobre la capa modelada de
a-Si por los medios de un método de pulverización
por magnetrón, utilizando una descarga de RF y un objetivo terminal
de ZnO. Las condiciones para la pulverización citada fueron: 2 mtorr
en la presión del gas argón, 200 W en la potencia de descarga, y
200ºC en la temperatura de formación de la película.
A continuación, se formó una capa 6 del
electrodo inverso con un grosor de la película de 2000 Amgstrons
sobre la capa de ZnO a la temperatura ambiente, haciendo uso de un
objetivo de Ag del mismo dispositivo de pulverización por
magnetrón, y una descarga en CC. Las condiciones para la
pulverización fueron: 2 mtorr en la presión del gas argón y 200 W en
la potencia de descarga.
A continuación, el substrato 1 se extrajo del
dispositivo de pulverización por magnetrón y se dispuso sobre la
mesa X-Y, y a continuación la capa de Ag y la capa
de ZnO se sometieron a un proceso de modelado utilizando un láser
YAG y una conmutación Q, formando por tanto una línea 7 de grabado
del electrodo inverso que se desplazó en una distancia de 100
\mum desde la línea 5 de grabación del semiconductor. Las
condiciones de operación del láser fueron las mismas que las
utilizadas en el procesamiento de la capa 4 de a-Si.
El ancho de partición fue de 70 \mum y el ancho de la cuerda fue
de aproximadamente 10 mm.
De la misma forma que en el caso de la película
2 de oxido de estaño, para el fin de aislar eléctricamente la
región activa de la célula solar con respecto a la porción
periférica a través de la circunferencia total de la región activa,
se ejecutó un modelado utilizando un haz de láser, además del
aislamiento de una cuerda en el emplazamiento de 5 mm de
emplazamiento alejado de la periferia del substrato. El ancho de
aislamiento fue de 150 \mum y el modelado se realizó para poder
incluir la porción de aislamiento 13 de la película 2 de óxido de
estaño.
A continuación, la porción 15 periférica
exterior total localizada a 0,5 mm fuera de este modelado se sometió
a un tratamiento de esmerilado o rectificación para su abrasión
hasta una profundidad de aproximadamente 25 \mum mediante el uso
de una etapa X-Y y una máquina de esmerilado, la
cual tenía un engranaje giratorio plano finamente ajustable (en la
dirección del eje Z), que se desarrolló originalmente por los
presentes inventores. Es decir, el grosor total de cada una de las
capas del electrodo inverso 6, la capa de ZnO, la capa
a-Si, y la capa 2 de oxido de estaño se eliminaron,
y al mismo tiempo, se eliminó también la porción superficial del
substrato de vidrio 1. La velocidad de trabajo fue de 3,5
\mum/mi.
Posteriormente, un electrodo 18 de barra de bus
que comprendía una capa de soldadura 16 y una hoja 17 de platino
con cobre se formó en la posición 14 del cableado antes mencionado,
formando por tanto un cableado de los terminales del electrodo. El
electrodo 18 se dispuso en forma paralela a la cuerda.
La superficie inversa del modulo construido de
esta manera se recubrió entonces con una película protectora 8, que
comprendía una película de fluoruro de vinilo (Dupont Corporation,
Tedler (marca registrada)), y a continuación sellándose por medio
de una hoja EVA fundida térmicamente, utilizando un laminador de
vacío. Subsiguientemente, los terminales fueron fijados al módulo y
el módulo resultante se fijó a un bastidor.
El módulo de células solares obtenido de esta
forma se midió con respecto a las propiedades de corriente/voltaje
del mismo, haciendo uso de un simulador solar AM 1.5 de 100
mW/cm^{2}. Como resultado de ello, el modulo de células solares
se encontró que tenía una corriente de cortocircuito de 1240 mA, un
voltaje en circuito abierto de 44,2 V, un factor de llenado de 0,68
y una potencia de salida máxima de 37,3 W.
A continuación, tanto los polos positivos como
los negativos del terminal de salida se permitieron provocar un
cortocircuito y al mismo tiempo aplicándose un voltaje de 1500 V
entre el terminal y el bastidor, para la medida de la resistencia.
Como resultado de ello, se encontró una resistencia de 100
M\Omega, indicando con ello un excelente aislamiento.
Finalmente, el modulo se sumergió en agua
durante 15 minutos, y a continuación se midió la resistencia del
mismo de la misma forma que la expuesta anteriormente, encontrando
también una resistencia de 100 M\Omega o superior.
\vskip1.000000\baselineskip
De la misma forma que la expuesta en el Ejemplo
1, se repitieron los procesos hasta la etapa del grabado del láser
en el electrodo 6 inverso, y la capa 4 de a-Si. A
continuación, se colocó una máscara consistente en una placa SUS
sobre la porción activa de la célula solar, y la célula solar
resultante se sometió a una pulverización de un agente de
esmerilado o rectificación con un diámetro promedio de las
partículas de aproximadamente 40 \mum, haciendo uso de un
limpiador de pulverización, eliminando por tanto mecánicamente el
electrodo inverso 6, la capa 4 de a-Si, el
electrodo transparente 2 y la porción superficial del substrato 1,
situadas en la porción periférica del substrato 1. Posteriormente,
se fabricó un módulo solar tal como se muestra en la figura 1 de la
misma forma que la expuesta en el Ejemplo 1, y a continuación
midiendo sus propiedades de la misma manera que la explicada en el
Ejemplo 1. Como resultado de ello, las propiedades del modulo de
células solares se encontraron que eran las mismas que las del
Ejemplo 1. Es decir, el modulo de células solares se encontró que
tenia una corriente de cortocircuito de 1240 mA, un voltaje en
circuito abierto de 44,2 V, un factor de llenado de 0,68 y una
potencia de salida máxima de 37,3 W.
Además de ello, la resistencia entre el terminal
de salida y el bastidor se encontró que era de 100 M\Omega o
superior, tanto antes como después de la inmersión en agua.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
comparativo
Se fabricó una célula solar de la misma manera
que la expuesta en el Ejemplo 1, excepto en que la eliminación
mecánica de la porción periférica del substrato 1 no se ejecutó, tal
como se muestra en la figura 2. A continuación, se midió el módulo
de células solares en sus propiedades, de la misma manera que la
expuesta en el Ejemplo 1. Como resultado de ello, se encontraron
las propiedades del módulo solar: con una corriente de cortocircuito
de 1240 mA, un voltaje en circuito abierto de 43,1 V, un factor de
llenado de 0,68, y una potencia de salida máxima de 36,3 W,
indicando por tanto el mismo grado de propiedades que las expuestas
en el Ejemplo 1. No obstante, la resistencia entre el terminal de
salida y el bastidor se encontró con un valor de 800 k\Omega
antes de la inmersión en agua, y 15 k\Omega después de la
inmersión en agua, indicando por tanto valores mucho menores en
comparación con los resultados de los Ejemplos 1 y 2. Esto puede
atribuirse al hecho de que la porción periférica del substrato 1
era deficiente en su resistencia de adhesión del encapsulante, de
forma que se permitía que el agua entrara en el módulo a través de
la interfaz entre el encapsulante y la porción periférica del
substrato.
\newpage
No
reivindicado
Se fabricó un módulo de células solares de la
misma manera que la expuesta en el Ejemplo 1, excepto en la parte
de cada uno del electrodo inverso 6, la capa ZnO y la capa 4 de
a-Si, que se localizó en la porción periférica del
substrato 1, eliminándose por medio del esmerilado o rectificación,
aunque no eliminando la película 2 de oxido de estaño, tal como se
muestra en la Figura 5. Como resultado de ello, pudieron obtenerse
casi los mismos resultados que los expuestos en el Ejemplo 1. Es
decir, el módulo de células solares obtenido de esta forma se midió
con respecto a las propiedades de corriente/voltaje, haciendo uso de
un simulador AM 1.5 solar de 100 mw/cm^{2}. Como resultado de
ello, el modulo de células solares se encontró que tenía una
corriente de cortocircuito de 1240 mA, un voltaje de circuito
abierto de 44,2 V, un factor de llenado de 0,68 y una potencia de
salida máxima de 37,3 W.
Posteriormente, ambos polos positivo y negativo
del terminal de salida se permitieron que provocaran un
cortocircuito al mismo tiempo, aplicándose un voltaje de 1500 V
entre el terminal y el bastidor, para medir la resistencia. Como
resultado de ello, la resistencia se encontró que tenia un valor de
100 M\Omega o superior, indicando así un aislamiento excelente.
Además de ello, el módulo se sumergió en agua durante 15 minutos, y
después se midió la resistencia del mismo de la misma forma que la
expuesta anteriormente, encontrando también una resistencia de 100
M\Omega o superior, indicando por tanto una excelente propiedad de
aislamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
No
reivindicado
Se fabricó un módulo de células solares de la
misma manera que la expuesta en el Ejemplo 1 excepto en la parte de
cada electrodo inverso 6, la capa de ZnO y la capa 4 de
a-Si, que se localizó en la porción periférica del
substrato 1, eliminándose por la irradiación de un haz de láser.
Como resultado de ello, se pudieron obtener los mismos resultados
que los del Ejemplo 1.
Las condiciones operativas del láser fueron: 532
nm en la onda del segundo armónico, frecuencia de oscilación de 10
kHz, 1,5 W en la potencia de salida promedio, y 50 nseg en el ancho
del impulso. El ancho se fijó en 300 \mum mediante el desenfocado
del haz de láser para ampliar el diámetro del láser. La velocidad
relativa de movimiento del haz del láser y de la muestra era de 200
mm/seg.
\vskip1.000000\baselineskip
Se fabricó un módulo de células solares de la
misma forma que la expuesta en el Ejemplo 1, excepto que se formó
una capa de Ti sobre una capa de Al como segundo electrodo por
pulverización, de forma tal que la capa Ti se expuso en la
superficie más superior. En particular, la capa Ti se formó con
seguridad en la porción periférica del substrato 1. El grosor de
la capa Ti fue de 30 nm. Como resultado de ello, se pudieron obtener
casi los mismos resultados que los expuestos en el Ejemplo 1.
Tal como se ha expuesto anteriormente, es
posible de acuerdo con la presente invención el proporcionar un
modulo de células solares excelente en su resistencia eléctrica, el
cual pueda fabricarse haciendo uso de un proceso muy sencillo.
Además de ello, es posible obtener un módulo de
células solares, el cual se encuentre libre de deterioros en la
propiedad de generación de energía eléctrica, debido a la corrosión
después del sellado del mismo, y que pueda fabricarse con una alta
productividad.
Claims (3)
1. Un método de formación de un módulo de
células solares de películas finas, que comprende las etapas de:
formación de una capa del primer electrodo (2)
y una capa de semiconductor (4) sobre un substrato (1) por
deposición de vapores químicos;
formación de una segunda capa del electrodo (6)
sobre la capa de semiconductor (4) por pulverización de
magnetrón;
operar para particionar al menos una parte de la
primera capa del electrodo (2), capa de semiconductor (4) y la
segunda capa del electrodo (6), en una pluralidad de células que
estén conectadas eléctricamente entre sí, y selladas con un
encapsulante (9) formado de un copolímero de acetato de
etileno-vinilo,
eliminar dichas porciones de la mencionada
primera capa del electrodo (2), capa de semiconductor (4) y la
segunda capa del electrodo (6), las cuales están situadas dentro y
aparte de la periferia del mencionado substrato (1), para formar una
ranura aislante (13) aislando eléctricamente una zona activa de la
célula solar de la parte periférica a través de la circunferencia
completa de la región activa, y
eliminar dichas porciones de la primera capa del
electrodo (2), de la segunda capa del electrodo (6) y la capa de
semiconductor (4), la cual está situada en la periferia del
substrato (1), por un método de abrasión superficial o pulverización
de finas partículas que tengan 100 \mum o inferior de diámetro de
las partículas con un ancho de eliminación de 0,5 mm o superior,
permitiendo por tanto que la superficie del substrato (1) a exponer
al aislamiento eléctrico sea una región activa de la célula solar
desde la porción periférica a través de la circunferencia completa
de la región activa con una resistencia de 100 M\Omega o
superior.
2. El método de acuerdo con la reivindicación
1, en donde dicha eliminación por abrasión superficial o bombardeo
de finas partículas se ejecutará contra una parte del substrato (1)
también, con un grosor de eliminación total del substrato (1), la
capa del primer electrodo (2), la capa de semiconductor, y la
segunda capa del electrodo (6), las cuales se eliminan por medios
mecánicos, y que se encuentran en el rango de 5 \mum a 100
\mum.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2,
en donde el grosor de eliminación total mencionado del substrato
(1), la primera capa del electrodo (2), la capa de semiconductor (4)
y la segunda capa del electrodo (6), las cuales se eliminan por
medios mecánicos, se encuentran en el rango de 10 \mum a 25
\mum.
Applications Claiming Priority (8)
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