ES3036107T3 - Method for producing a thin-film solar module - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para producir un módulo solar de película delgada (1) con células solares conectadas en serie (10), que comprende los siguientes pasos: - Proporcionar un sustrato plano (2), - Depositar una capa de electrodo posterior (5) en un lado (4) del sustrato (2), - Subdividir la capa de electrodo posterior (5) mediante primeras zanjas de patrón (P1), - Depositar una capa absorbente (6) sobre la capa de electrodo posterior (5), - Subdividir la capa absorbente (6) mediante segundas zanjas de patrón (P2), - Depositar una capa de electrodo frontal (7) sobre la capa absorbente (6), - Subdividir al menos la capa de electrodo frontal (7) mediante terceras zanjas de patrón P3, P3', donde una zona de patrón (8) está formada por una sucesión directa de una primera zanja de patrón P1, una segunda zanja de patrón P2 y dos terceras zanjas de patrón adyacentes P3, P3', donde las terceras zanjas de patrón P3, P3' se producen en cada caso mediante ablación láser utilizando un láser pulsado. haz, en el que una tercera zanja de modelado P3' de una zona de modelado (8) se produce con pulsos láser de energía relativamente grande y la otra tercera zanja de modelado P3 de la zona de modelado (8) se produce con pulsos láser de energía menor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para producir un módulo solar de película delgada

La presente invención está en el área técnica de la generación de energía fotovoltaica y se refiere a un método para producir un módulo solar de película delgada, en donde se proporciona al menos una zona de modelado que tiene dos terceras zanjas de modelado. La invención se extiende además a un módulo solar de película delgada producido mediante el método de acuerdo con la invención.

Los módulos solares de película delgada ya se han descrito muchas veces en la literatura de patentes. Se hace referencia simplemente a modo de ejemplo a las publicaciones impresas DE4324318 C1 y EP2200097 A1. Los módulos solares de película delgada ofrecen la ventaja particular de que las células solares pueden conectarse ya en serie en una forma integrada durante la producción de las capas. Las diversas capas se aplican típicamente directamente sobre un sustrato portador plano y se modelan mediante capas de zanja que subdividen completamente las capas. La estructura de capa para formar las células solares comprende una capa de electrodo frontal y una capa de electrodo posterior, así como también una capa absorbente activa fotovoltaicamente, en donde, en términos generales, están presentes capas adicionales, tales como una capa amortiguadora, entre la capa absorbente y la capa de electrodo frontal. Después del patrón de las células solares, el sustrato portador recubierto se proporciona con una capa de cubierta, lo que produce un compuesto resistente a la intemperie.

Los documentos DE4420434A1 y KR20170015677 describen un método para producir un módulo solar de película delgada con células solares conectadas en serie, que comprende las siguientes etapas:

- Proporcionar un sustrato plano,

- Depositar una capa de electrodo posterior en un lado del sustrato,

- Subdividir al menos la capa de electrodo posterior mediante el primer patrón de zanja,

- Depositar una capa absorbente sobre la capa de electrodo posterior,

- Subdividir al menos la capa absorbente mediante segundas zanjas con patrones,

- Depositar una capa de electrodo frontal sobre la capa absorbente,

- Subdividir al menos la capa de electrodo frontal mediante terceras zanjas de modelado, en donde una zona de modelado se forma mediante una sucesión directa de una primera zanja de modelado, una segunda zanja de modelado y dos terceras zanjas de modelado adyacentes, en donde las terceras zanjas de modelado se producen en cada caso mediante ablación con láser mediante el uso de un haz de láser pulsado.

En términos de calidad y eficiencia del manejo tecnológico, los módulos solares de película delgada con una capa absorbente de silicio amorfo, micromorfo o policristalino, telururo de cadmio (CdTe), arsenuro de galio (GaAs), o un compuesto de calcopirita, en particular cobre-indio/galio-disulfuro/diseleniuro (CuF (In, Ga) (S, Se) 2), han demostrado ser ventajosos. Debido a la banda prohibida que se adapta bien al espectro de la luz solar, pueden lograrse coeficientes de absorción particularmente altos con compuestos a base de Cu (In, Ga) (S, Se) 2.

En la estructura de capas de módulos solares de película delgada, para una conexión en serie integrada de las células solares, se forman una gran cantidad de zonas de estampado, que tienen en cada caso al menos tres zanjas con patrones lineales, también denominadas "líneas de estampado". Por lo tanto, la capa de electrodo posterior se subdivide por los primeros canales de patrón P1 para formar los electrodos posteriores de las células solares; la capa absorbente se subdivide por los segundos canales de patrón P2 para formar los absorbentes de las células solares; y la capa de electrodo frontal se subdivide por los terceros canales de patrón P3 para formar los electrodos frontales de las células solares. Las células solares adyacentes se conectan eléctricamente entre sí en conexión en serie a través de material eléctricamente conductor en las segundas zanjas con patrones P2, en donde el electrodo frontal de una célula solar se conecta eléctricamente al electrodo trasero de la célula solar adyacente. Las zonas de modelado resultan en cada caso de una sucesión directa de un primer a un tercer canal de modelado P1-P2-P3.

En la producción industrial en serie de módulos solares de película delgada, las terceras zanjas de patrones P3 se producen, en términos generales, mecánicamente, en donde la capa de electrodo frontal y generalmente también la capa absorbente se raspan de la estructura de capa mediante una aguja móvil (trazado de aguja). En su mayor parte, la capa de electrodo posterior comparativamente dura permanece en el sustrato portador. Sin embargo, en la práctica, se ha demostrado que el raspado de las capas somete la aguja y su soporte a pesadas cargas mecánicas, acompañado de un alto desgaste y que da como resultado tiempos de inactividad frecuentes de los sistemas de producción debido a los cambios de aguja. Como consecuencia, la productividad se reduce y los costos de producción de los módulos solares de película delgada aumentan.

Por el contrario, el objeto de la presente invención consiste en mejorar ventajosamente los métodos para producir módulos solares de película delgada conocidos en la técnica anterior de manera que se mejore la productividad de la producción de módulos. Además, debería ser posible producir módulos solares de película delgada de manera económica y eficiente en la producción en serie industrial con métodos convencionales.

Estos y otros objetos se logran de acuerdo con la propuesta de la invención mediante un método para producir un módulo solar de película delgada y un módulo solar de película delgada de acuerdo con las reivindicaciones coordinadas. Las modalidades ventajosas de la invención se indican a través de las características de las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con la invención, se presenta un método para producir un módulo solar de película delgada con una conexión en serie integrada monolíticamente de células solares para la generación de energía fotovoltaica. De acuerdo con el uso habitual del término "módulo solar de película delgada", se refiere a módulos que tienen una estructura de capas con un grosor bajo de, por ejemplo, unas pocas micras, que requieren un sustrato portador para una estabilidad mecánica adecuada. El sustrato portador puede fabricarse, por ejemplo, de vidrio inorgánico, plástico, metal o una aleación de metal y puede diseñarse, en dependencia del grosor de capa respectiva y las propiedades del material específico, como una placa rígida o una película flexible.

La invención se refiere a la producción de un módulo solar de película delgada en configuración de sustrato, en donde la estructura de capa para producir las células solares se aplica sobre una superficie de sustrato portador orientada hacia el lado de incidencia de la luz. La invención se refiere igualmente a la producción de una película delgada solar en configuración de superestrato, en donde el sustrato portador es transparente y la estructura de capa se aplica sobre una superficie de sustrato portador orientada hacia el lado de incidencia de la luz.

De una manera conocida por sí misma, la estructura en capas del solar de película delgada de acuerdo con la invención comprende una capa de electrodo posterior, una capa de electrodo frontal y una capa absorbente fotovoltaicamente activa dispuesta entre la capa de electrodo posterior y la capa de electrodo frontal.

La capa de electrodo frontal es ópticamente transparente ya que debe habilitarse el paso de luz a la estructura de la capa. La capa de electrodo frontal ópticamente transparente típicamente incluye o está hecha de un óxido metálico dopado (TCO = óxido conductor transparente), por ejemplo, óxido de zinc dopado con aluminio (AZO) n-conductor, en particular.

La capa absorbente activa fotovoltaicamente incluye preferentemente o está hecha de un semiconductor de calcopirita, ventajosamente un semiconductor ternario de compuestos I-III-VI del grupo disulfuro/diseleniuro de cobre indio/galio (Cu (In, Ga) (S, Se) 2). En la fórmula anterior, el indio y el galio pueden estar presentes solos o en combinación. Lo mismo es cierto para el azufre y el selenio, cada uno de los cuales puede estar presente solo o en combinación. Particularmente adecuado como material para la capa absorbente es CIS (diseleniuro/disulfuro de cobre indio, o CIGS (diseleniuro de cobre indio galio, disulfuro de cobre indio galio, disulfoseleniuro de cobre indio galio). La capa absorbente tiene típicamente un dopaje de un primer tipo de conductor (tipo de portador de carga) y el electrodo frontal tiene un dopaje del tipo de conductor opuesto (tipo de portador de carga). En términos generales, la capa absorbente es p-conductora (p-dopada), es decir, tiene un exceso de electrones defectuosos (huecos) y la capa de electrodo frontal es n-conductora (n-dopada), de manera que los electrones libres están presentes en exceso.

Una capa amortiguadora se dispone típicamente entre la capa absorbente y la capa de electrodo frontal. Esto es cierto en particular para las capas absorbentes basadas en Cu (In, Ga) (S, Se) 2, con las que, en términos generales, se requiere una capa amortiguadora entre una capa absorbente p-conductora Cu (In, Ga) (S, Se) 2 y un electrodo frontal n-conductivo. De acuerdo con el conocimiento actual, la capa amortiguadora permite la adaptación electrónica entre el absorbedor y el electrodo frontal. Además, ofrece protección contra el daño por esparcimiento en una etapa de proceso posterior de deposición del electrodo frontal, por ejemplo, mediante esparcimiento de magnetrón de CC. Por medio de la sucesión de una capa de electrodo frontal n-conductora, una capa amortiguadora y una capa absorbente p-conductora, se forma una p-n-heterojunción, en otras palabras, una unión entre capas del tipo de conductor opuesto.

En la estructura de capas del módulo solar de película delgada de acuerdo con la invención, las células solares conectadas en serie integradas se forman mediante zonas de patrones. Por lo tanto, al menos la capa de electrodo posterior se subdivide por primeras zanjas de patrones (líneas P1, abreviadas como P1) en secciones completamente separadas entre sí, que forman los electrodos posteriores de las células solares. Además, al menos la capa absorbente se subdivide por segundas zanjas con patrones (líneas P2, abreviadas a P2) en secciones completamente separadas entre sí, que forman los absorbentes de las células solares, y al menos la capa de electrodo frontal se subdivide mediante las terceras zanjas con patrones (líneas P3, abreviadas a P3) en secciones completamente separadas entre sí, que forman los electrodos frontales de las células solares. Las células solares adyacentes se conectan eléctricamente entre sí en conexión en serie a través de material eléctricamente conductor en las segundas zanjas con patrones, en donde el electrodo frontal de una célula solar se conecta eléctricamente al electrodo posterior de la célula solar adyacente y, típicamente, pero no obligatoriamente, hace contacto físico directo con el mismo. Las zanjas de modelado se disponen en el orden P1-P2-P3, en donde una zona de modelado se forma mediante una sucesión directa de una primera zanja de modelado P1, una segunda zanja de modelado P2, y - como se explica a continuación - dos zanjas de modelado P3, P3' directamente adyacentes. En el contexto de la presente invención, el término "zanja de patrones" se refiere a una depresión lineal llena de material (perpendicular al plano del sustrato plano) de la estructura de capas, en donde se forma una zanja en al menos una capa de la estructura de capas. Las zanjas de diseño sirven para formar las células solares conectadas en serie integradas, en donde una zanja de diseño subdivide al menos una capa en secciones de dos capas completamente separadas entre sí. Cada zanja de patrones se rellena con material que es diferente del material de la capa subdividida respectiva. Por lo tanto, por ejemplo, las primeras zanjas de patrones P1 se rellenan típicamente con material de la capa absorbente. Esto puede hacerse de una manera simple durante la deposición de la capa absorbente. Las segundas zanjas de diseño P2 se rellenan típicamente con material de la capa de electrodo frontal, por lo que se realiza la conexión en serie de las células solares, y las terceras zanjas de diseño P3 se rellenan, por ejemplo, con material de una capa de cubierta para cubrir la estructura de capa aplicada sobre el sustrato plano.

Preferentemente, las zonas de patrones son en cada caso lineales, en particular rectilíneas. Correspondientemente, las zanjas de patrones son lineales, en particular en forma de líneas de patrones rectilíneas. En las zonas de diseño, las zanjas de diseño se disponen preferentemente paralelas entre sí y corren, por ejemplo, paralelas a un borde de un módulo rectangular o cuadrado. En particular, las zanjas de patrones pueden extenderse en cada caso hasta el borde de la estructura de capa. La dirección de extensión de las zanjas con patrones puede definirse como la longitud del módulo; la dirección perpendicular a la misma puede definirse como el ancho del módulo.

De acuerdo con el uso habitual, el término "célula solar" se refiere a una región de la estructura de capa que tiene un electrodo frontal, un absorbedor fotovoltaicamente activo y un electrodo posterior y está delimitada por dos zonas de patrones directamente adyacentes entre sí. Esto se aplica analógicamente en la región de borde del módulo, en donde, en lugar de una zona de modelado, hay una sección de conexión para contactar eléctricamente la conexión en serie de las células solares, de manera que la célula solar se define por la región de capa con un electrodo frontal, un absorbedor y un electrodo posterior, que se sitúa entre una zona de modelado y la sección de conexión adyacente directamente.

De acuerdo con la presente invención, el método para producir un módulo solar de película delgada comprende proporcionar un sustrato plano (plano). Una capa de electrodo posterior que está completamente subdividida por las primeras zanjas de patrones P1 (rellenas de material) para formar los electrodos posteriores de las células solares se deposita en un lado del sustrato plano. La capa de electrodo posterior puede depositarse directamente sobre una superficie del sustrato. Alternativamente, puede disponerse al menos una capa adicional entre el sustrato y la capa de electrodo posterior. Una capa absorbente que está completamente subdividida por las segundas zanjas con patrones P2 (rellenas de material) para formar los absorbentes fotovoltaicamente activos de la célula solar se deposita sobre la capa del electrodo posterior. La capa absorbente puede depositarse directamente sobre una superficie de la capa de electrodo posterior. Alternativamente, puede disponerse al menos una capa adicional entre la capa de electrodo posterior y la capa absorbente. Una capa de electrodo frontal que está completamente subdividida por las (rellenas de material) terceras zanjas de modelado P3, P3' para formar los electrodos frontales de la célula solar se deposita sobre la capa absorbente. La capa absorbente se sitúa entre la capa de electrodo frontal y la capa de electrodo posterior. La capa de electrodo frontal puede depositarse directamente sobre una superficie de la capa absorbente. Alternativamente, puede disponerse al menos una capa adicional entre la capa de electrodo frontal y la capa absorbente. Típicamente, en el caso de absorbentes basados en un semiconductor de calcopirita, al menos una capa amortiguadora se sitúa entre la capa absorbente y la capa del electrodo frontal, para lo cual la al menos una capa amortiguadora se deposita después de depositar la capa absorbente y antes de depositar la capa del electrodo frontal.

El diseño de la capa de electrodo posterior se realiza típicamente, pero no obligatoriamente, antes de depositar la capa absorbente. El patrón de la capa absorbente se realiza típicamente, pero no obligatoriamente, antes de depositar la capa de electrodo frontal.

Es esencial aquí que se produzcan dos terceras zanjas con patrones, denominadas aquí y en lo adelante para una referencia más fácil como P3 y P3', en cada zona con patrón. Las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' de una y la misma zona con patrón se disponen adyacentes entre sí, en otras palabras, no se sitúa ninguna otra zanja con patrón (y ninguna zona ópticamente activa) entre las dos terceras zanjas con patrones P3, P3'. En una primera alternativa, las dos terceras zanjas de patrones P3, P3' de la misma zona con patrón pueden ser directamente adyacentes entre sí, en otras palabras, ninguna sección de la capa del electrodo frontal se sitúa entre las dos terceras zanjas de patrones P3, P3'. En una segunda alternativa, las dos terceras zanjas de patrones P3, P3' de la misma zona con patrón pueden separarse entre sí mediante una sección de capa de electrodo frontal. En consecuencia, una zona de modelado comprende una sucesión directa de una primera zanja de modelado P1, una segunda zanja de modelado P2 y dos terceras zanjas de modelado P3, P3'.

Si las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' de una y la misma zona con patrón son directamente adyacentes entre sí, la única zanja con patrón P3 está delimitada por una sola pared de la zanja y la otra zanja con patrón P3'. La pared de la zanja del canal de patrones P3 se orienta hacia la otra zanja del canal de patrones P3', en otras palabras, se coloca opuesta a la otra zanja del canal de patrones P3'. Correspondientemente, la otra zanja con patrón P3' está delimitada por una sola pared de la zanja y la otra zanja con patrón P3. La pared de la zanja del canal de patrón P3' mira hacia la otra zanja del canal de patrón P3, en otras palabras, está posicionada opuesta a la otra zanja del canal de patrón<p>3'. Las dos paredes de la zanja de las dos zanjas con patrones P3 y P3' se enfrentan entre sí, en otras palabras, se colocan opuestas entre sí y, juntas, delimitan las dos terceras zanjas con patrones P3, P3'.

Cuando las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' de una y la misma zona con patrón no son directamente adyacentes entre sí, en otras palabras, cuando una sección de capa de electrodo frontal se sitúa entre las dos terceras zanjas con patrones P3, P3', cada tercera zanja con patrón P3, P3' está delimitada por dos paredes de zanja posicionadas una frente a la otra, en donde la sección de capa de electrodo frontal entre las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' forma una pared de la zanja en cada caso. Por lo tanto, un tercio del canal de patrón P3 está delimitado por una pared de canal que se orienta hacia el otro canal de patrón P3' y una pared de canal que se orienta en dirección contraria al grosor de capa otro canal de patrón p 3', cuya pared se forma por la sección de capa de electrodo frontal situada entre los dos canales de patrón P3, P3' tercero. Correspondientemente, la otra zanja con patrón P3' está delimitada por una pared de la zanja orientada hacia la otra zanja con patrón P3 y una pared de la zanja orientada hacia fuera de la otra zanja con patrón P3, cuya pared se forma por la sección de capa de electrodo frontal situada entre las dos terceras zanjas con patrones P3, P3'.

En el método de acuerdo con la invención, los dos patrones de zanja P3, P3' se producen en cada caso mediante la eliminación de al menos la capa de electrodo frontal mediante ablación con láser mediante un haz de láser pulsado. La eliminación local de al menos la capa de electrodo frontal (opcionalmente también una parte de la capa absorbente) se produce mediante la irradiación directa de la capa de electrodo frontal transparente desde el lado de la estructura de capa, en donde el haz de láser pasa a través de la capa de electrodo frontal transparente y la energía del láser es absorbida por la capa absorbente. Esto vaporiza una parte de la capa absorbente de manera que la capa de electrodo frontal situada por encima de ella se abomba del gas en expansión y, por ejemplo, se levanta circularmente (ablación con láser). Las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' se producen en cada caso mediante una secuencia de pulsos láser, en otras palabras, mediante la unión de regiones desprendidas de la capa de electrodo frontal. Preferentemente, los pulsos láseres adyacentes entre sí solo se solapan parcialmente, con la energía de los pulsos láser seleccionada de manera que un solo pulso láser ya da como resultado el desprendimiento de una región de la capa de electrodo frontal. Esto hace posible la producción precisa y también particularmente eficiente de las terceras zanjas con patrones P3, P3'. La capa absorbente no se subdivide completamente por los dos tercios de los patrones de las zanjas con patrones P3, P3', en otras palabras, las terceras zanjas con patrones P3, P3' se extienden cada una en el caso en la capa absorbente pero no hasta una interfaz del lado del sustrato de la capa absorbente. La energía de los pulsos láser se selecciona para este propósito de manera que solo una parte de la capa absorbente se vaporiza y una parte de la capa absorbente más abajo (en el lado del sustrato) de las terceras zanjas de modelado P3, P3' permanece.

Es esencial aquí que las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' de una y la misma zona con patrón se produzcan mediante pulsos láser con energía diferente. Una tercera zanja de patrones P3' se produce con pulsos láser que tienen mayor energía que los pulsos láser para producir la otra tercera zanja de patrones P3 de la misma zona con patrón. Por lo tanto, para cada zona de modelado, se produce un tercio del canal de modelado P3' con pulsos láser de mayor energía y se produce un tercio del canal de modelado P3 con pulsos láser de menor energía. Aquí y en lo siguiente, "P3'" se refiere al tercer canal de patrón que se produce con pulsos láser de mayor energía, y "P3" se refiere al tercer canal de patrón que se produce con pulsos láser de menor energía.

Como es conocido por el experto en la técnica, los pulsos de láser tienen un perfil de energía espacial perpendicular a la dirección del haz en la que la energía disminuye desde el centro del haz hacia el exterior (perfil gaussiano). La vaporización del material ocurre sustancialmente solo en una región central del pulso de láser, mientras que, por el contrario, en una región de borde del pulso de láser, la energía del pulso de láser se absorbe por la capa absorbente sin vaporización. Como los inventores han descubierto ahora por primera vez, esto tiene una influencia significativa en las propiedades eléctricas locales del material restante (es decir, no fundido) de la capa absorbente que bordea el sitio de ablación. De hecho, puede producirse una transformación del material de la capa absorbente, al menos en regiones, en una región de borde del sitio de ablación como resultado de la energía del láser introducida, en donde puede desarrollarse un material que tiene una conductividad eléctrica significativamente mayor que el material original de la capa absorbente. Por ejemplo, las fases de material ternario de un semiconductor compuesto de calcopirita pueden convertirse en fases de material binarias, que, en términos generales, tienen una mayor conductividad eléctrica que las fases de material ternario y, en particular, incluso tienen un carácter metálico. Aquí y en lo siguiente, la región de borde del sitio de ablación, o de la tercera zanja de patrones P3' producida con pulsos de láser de mayor energía que resulta de la unión de sitios de ablación en los que, al menos en regiones (es decir, al menos en zonas) se produce una conversión de material del material de la capa absorbente, también se denomina "región de conversión". En particular, la región de conversión puede consistir completamente en material convertido de la capa absorbente.

Particularmente desventajosamente, las rutas de cortocircuito eléctrico (derivaciones) entre la capa de electrodo frontal y la capa de electrodo posterior pueden crearse por la mayor conductividad eléctrica en la región de conversión. Como los inventores pudieron demostrar, el alcance de la formación de la región de conversión depende sustancialmente de la energía de los pulsos de láser dirigidos, con una energía más alta que da como resultado una mayor formación de fases de material convertido y viceversa.

Como los inventores se han dado cuenta, el efecto desventajoso de un cambio en las propiedades eléctricas del material de la capa absorbente por conversión de material, en particular a través de la producción de fases binarias en semiconductores de compuestos de calcopirita terciaria, puede reducirse significativamente por medio del método de acuerdo con la invención en donde se producen dos terceras zanjas de patrones por zona con patrón. Es esencial que aquí los pulsos láser para producir las dos terceras zanjas de patrones p 3, P3' de una y la misma zona con patrón tengan diferente energía entre sí.

Preferentemente, los pulsos láser de menor energía para producir el tercer zanja con patrón P3 se seleccionan de manera que la producción de material convertido en la región de borde de la tercera zanja con patrón P3 debido a la energía láser se evita al menos en gran parte, en particular, completamente. Sin embargo, en términos generales, esto provoca dejar regiones ablacionadas incompletas de la capa de electrodo frontal, en otras palabras, la producción de una o una pluralidad de protuberancias de la capa de electrodo frontal en la dirección del otro canal de patrones P3' y posiblemente en él. La energía de los pulsos láser con menor energía se selecciona de manera que al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal permanezca, que se extiende, a partir de la pared del canal de la tercera zanja con patrón P3 que se orienta a la tercera zanja con patrón P3', sobre al menos el 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3. Sin embargo, al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal no se extiende hasta la pared del canaleta del tercer canal de patrón P3' de la misma zona con patrón (directamente) opuesta a la protuberancia, en otras palabras, no se extiende hasta la pared del canaleta del tercer canal de patrón P3' que mira al tercer canal de patrón P3. Preferentemente, la al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal tiene una distancia de la pared de la zanja de la tercera zona con patrón P3' que se orienta hacia la tercera zona con patrón P3, que corresponde a al menos el 25 % del ancho de la tercera zona con patrón P3'.

Esta medida asegura que la producción de una región de conversión durante la producción de la tercera zanja con patrón P3 se evite o que se produzca solo de forma muy leve o insignificante en relación con el efecto deseado. Además, un cortocircuito eléctrico de los electrodos frontales de las dos células solares adyacentes se evita mediante al menos una protuberancia.

Por ejemplo, al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal del tercer tramo de patrones P3 se extiende al menos sobre el 50 %, en particular al menos sobre el 75 % y en particular sobre al menos el 100 % del ancho del tercer tramo de patrones P3. Teniendo en cuenta las tolerancias habituales en la producción del tercer trazo de patrón P3 mediante ablación con láser, al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal del tercer trazo de patrón P3, por ejemplo, se extiende precisamente sobre el ancho completo del tercer trazo de patrón P3. Sin embargo, también es posible que al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal del tercer canal de estampado P3 se extienda hacia el otro canal de estampado P3'. Durante la producción del tercer canal de patrón P3, puede producirse una pluralidad de protuberancias de la capa de electrodo frontal.

La pared de la zanja de la tercera zanja con patrón P3 orientada hacia el tercer zanja con patrón P3' tiene típicamente una cierta desigualdad, en donde la al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal puede diferir clara y significativamente a través de las reglas de dimensionamiento reivindicadas de las microprotuberancias causadas por la desigualdad, que tienen en cada caso una dimensión sustancialmente menor.

Por el contrario, los pulsos láser de mayor energía para producir la tercera zanja de patrones P3' se seleccionan preferentemente de manera que la capa de electrodo frontal se elimine sustancialmente por completo, con la posible producción de material convertido por energía láser, en otras palabras, la posible producción de una región de conversión. Aquí, la energía de los pulsos láser con mayor energía se selecciona ventajosamente de manera que todas las protuberancias restantes de la capa de electrodo frontal se extiendan, a partir de la pared de la zanja del tercer canal de patrón P3' que se orienta hacia el tercer canal de patrón P3, en cada caso sobre menos del 25 % del ancho del tercer canal de patrón P3'. Por ejemplo, la energía de los pulsos láser con mayor energía para producir la tercera zanja de patrones P3' se selecciona de manera que todas las protuberancias restantes de la capa de electrodo frontal se extiendan en cada caso sobre un máximo del 10 %, en particular un máximo del 5 %, en particular un máximo del 1 %, del ancho de la tercera zanja de patrones P3'. Típicamente, la pared de la zanja de la tercera zanja con patrón P3' orientada hacia la tercera zanja con patrón P3 tiene una irregularidad que puede presentar microprotuberancias de la capa de electrodo frontal. Sin embargo, no hay ninguna protuberancia que se extienda al menos sobre el 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3'.

En el método de acuerdo con la invención, se produce de hecho una región de conversión eléctricamente más conductora durante la producción de la tercera zanja de patrones P3'; sin embargo, esta región de conversión tiene un efecto de derivación relativamente bajo, en combinación con la otra tercera zanja de patrones P3, en donde las fases de material convertido se producen solo ligeramente o no en absoluto. Por lo tanto, una ruta de cortocircuito eléctrico puede aparecer en cualquier caso a través de regiones ablacionadas incompletas de la capa de electrodo frontal (proyecciones) en la región de la tercera zanja de patrones P3, pero solo allí y no sobre la longitud completa de la tercera zanja de patrones P3. A través de la combinación de los dos tercios de los tramos de patrón P3, P3', solo se produce una ligera reducción en la eficiencia del módulo solar de película delgada, que es, en términos generales, aceptable y permite el uso ventajoso de la ablación con láser para producir los dos tercios de los tramos de patrón P3, P3'.

Si, por el contrario al método de acuerdo con la invención, solo estuviera presente un solo canal de patrón de terceras partes por zona con patrón, que se había producido con pulsos láser de tal gran energía que la capa de electrodo frontal se elimina de manera fiable y segura por completo, la creación de trayectorias de cortocircuito eléctrico a través de las fases de material convertidas entre el electrodo frontal y el electrodo posterior sería muy probable. Esto reduciría significativamente la eficiencia del módulo solar de película delgada. Si, por otro lado, solo estuviera presente un solo canal de patrón de tres por zona con patrón, que se había producido con pulsos láser de energía tan baja que se evita la creación de fases de material convertido, es muy probable que permanezcan puentes de material continuos (tramas) entre las secciones de la capa de electrodo frontal subdividida por el tercer canal de patrón P3. Estas tramas cortocircuitan las secciones adyacentes de la capa de electrodo frontal. Esto también reduce significativamente la eficiencia del módulo solar de película delgada. Por lo tanto, si solo se proporciona un solo tercer zanja con patrón por zona con patrón, que se produce mediante ablación con láser, debe resolverse el conflicto de objetivos que, por un lado, la energía del pulso láser no debe ser demasiado alta para evitar un cambio excesivo en las propiedades eléctricas del absorbente y, por otro lado, la energía del pulso láser no debe ser demasiado baja para garantizar la ablación completa de la capa de electrodo frontal y evitar dejar puentes entre secciones adyacentes de la capa de electrodo frontal. Como han determinado los inventores, este conflicto de objetivos no puede resolverse satisfactoriamente en la práctica. La invención adopta un enfoque completamente novedoso a través de la combinación de dos zanjas de patrones P3, P3' que se produjeron mediante pulsos láser de diferente energía, ya que la formación de una región de conversión en la tercera zanja de patrones P3' solo tiene efectos menores sobre las propiedades eléctricas del módulo solar de película delgada.

La energía de los pulsos láser para producir los dos tercios de los tramos de patrón P3, P3' se selecciona, por ejemplo, de manera que la profundidad de la zanja dentro de la capa absorbente sea en cada caso un máximo del 50 % del grosor de capa de la capa absorbente. Por ejemplo, el grosor de capa de la capa absorbente es de aproximadamente 2 pm, con las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' que tienen, por ejemplo, una profundidad de zanja promedio dentro de la capa absorbente de un máximo de 0.4 pm, en particular, un máximo de 0.1 pm.

Preferentemente, la energía de los pulsos láser con menor energía para producir las terceras zanjas de patrones P3 está en el intervalo de 5 % a 70 %, en particular en el intervalo de 5 % a 50 %, en particular en el intervalo de 5 % a 30 %, de la energía de los pulsos láser con mayor energía para producir las terceras zanjas de patrones P3'. Con esto, puede lograrse una diferencia adecuada en términos de los efectos descritos anteriormente. La energía de los pulsos de láser para producir las terceras zanjas de patrones P3' está ventajosamente en el intervalo de 0,5 pJ a 20 pJ y es, por ejemplo, 3 pJ. Preferentemente, la duración de pulso de los pulsos de láser está en el intervalo de 1 femtosegundo a 10 nanosegundos, en particular en el intervalo de 1 picosegundo a 100 picosegundos. La longitud de onda de los pulsos de láser se selecciona de manera que la capa de electrodo frontal pueda atravesarse, siendo la longitud de onda ventajosamente en el intervalo de 400 nanómetros a 1500 nanómetros.

La tercera zanja de modelado P3' producida con pulsos de láser de mayor energía se sitúa, por ejemplo, entre la otra tercera zanja de modelado P3 y la segunda zanja de modelado P2 de la misma zona de modelado. Por medio de esta medida, puede evitarse de manera confiable y segura una trayectoria de cortocircuito no deseada entre el electrodo frontal y el electrodo posterior en la región ópticamente activa de la celda solar.

Como ya se indicó, de acuerdo con una modalidad del método de acuerdo con la invención, los dos tercios del patrón de zanjas P3, P3' de una y la misma zona con patrón se producen sin distancia entre ellos, en otras palabras, los dos tercios del patrón de zanjas están directamente adyacentes entre sí. Alternativamente, también es posible que se separen espacialmente entre sí mediante una sección de la capa de electrodo frontal. Esta medida permite, en particular, una región de conversión más grande de la tercera zanja con patrón P3'.

La invención también se extiende a un módulo solar de película delgada producido mediante el método de acuerdo con la invención.

Como ya se indicó, el módulo solar de película delgada de acuerdo con la invención comprende un sustrato plano (plano) con una estructura de capa aplicada sobre él, que comprende una capa de electrodo posterior, una capa de electrodo frontal y una capa absorbente dispuesta entre la capa de electrodo posterior y la capa de electrodo frontal. En la estructura de capas, las células solares conectadas en serie se forman mediante las zonas con patrón. Las zonas de modelado tienen en cada caso una primera zanja de modelado P1 que subdivide al menos la capa de electrodo posterior, una segunda zanja de modelado<p>2 que subdivide al menos la capa absorbente, así como también dos terceras zanjas de modelado P3, P3' dispuestas cerca una de la otra para subdividir al menos la capa de electrodo frontal. Las terceras zanjas de modelado P3, P3' producidas por ablación con láser no subdividen completamente la capa absorbente. En particular, la tercera zanja con patrón P3' se dispone entre la otra tercera zanja con patrón P3 y la segunda zanja con patrón P2 de la misma zona con patrón 9. Las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' pueden disponerse sin espacio entre ellas. Alternativamente, pueden separarse espacialmente entre sí mediante una sección de la capa de electrodo frontal.

Típicamente, en el módulo solar de película delgada de acuerdo con la invención, se dispone una capa amortiguadora entre la capa absorbente y la capa de electrodo frontal. Preferentemente, el material de la capa amortiguadora incluye uno o una pluralidad de compuestos que se seleccionan del grupo que consiste en sulfuro de indio (InS), sulfuro de indio dopado con sodio (InS: Na), sulfuro de cadmio (CdS), oxosulfuro de zinc (ZnOS) y óxido de zinc intrínseco (i-ZnO). En particular, la capa amortiguadora puede consistir en uno o una pluralidad de estos materiales.

De acuerdo con la invención, un canal de patrones P3 tiene al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal que se extiende, a partir de la pared del canal del tercer canal de patrones P3 que se enfrenta al tercer canal de patrones P3', sobre al menos el 25 % del ancho del tercer canal de patrones P3, pero no hasta la pared del canal del tercer canal de patrones P3' de la misma zona con patrón opuesta a la protuberancia. Cualquier protuberancia de la capa de electrodo frontal del otro tercer tramo de patrón P3' se extiende, a partir de la pared de la zanja con patrón P3' del tercer frente que se orienta a la tercera zanja con patrón P3, en cada caso sobre menos del 25 % del ancho de la zanja con patrón P3' del tercer patrón.

La estructura reivindicada del módulo solar de película delgada de acuerdo con la invención, en particular de la al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal que se extiende, a partir de la pared de la zanja de la tercera zanja con patrón P3 que se orienta hacia la tercera zanja con patrón P3', sobre al menos el 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3, puede detectarse y verificarse de una manera simple mediante el uso de un microscopio óptico. Igualmente es posible verificar una región de conversión de la capa absorbente por medio de un método de medición analítica familiar para el experto en la técnica para determinar la composición del material de la capa absorbente (por ejemplo, mediante espectroscopia XPS o espectroscopia Raman).

Las diversas modalidades de la invención se pueden realizar individualmente o en cualquier combinación. En particular, las características mencionadas anteriormente y en lo adelante pueden usarse no solo en las combinaciones indicadas sino también en otras combinaciones o en aislamiento sin apartarse del alcance de la presente invención.

La invención se explica ahora en detalle mediante el uso de modalidades ilustrativas, con referencia a las figuras adjuntas. Representan, en una representación simplificada, no a escala:

La Figura 1 es una representación esquemática de la conexión en serie integrada de células solares de un módulo solar de película delgada de la técnica anterior;

La Figura 2 es una representación esquemática de la conexión en serie integrada de células solares de acuerdo con una modalidad del módulo solar de película delgada de acuerdo con la invención;

La Figura 3 es una representación esquemática de la conexión en serie integrada de células solares de un módulo solar de película delgada que no es parte de la invención con una sola línea P3 por zona de modelado;

La Figura 4 es una representación esquemática de la conexión en serie integrada de células solares de acuerdo con otra modalidad del módulo solar de película delgada de acuerdo con la invención;

La Figura 5A es una imagen microscópica óptica de las dos líneas P3 de un módulo solar de película delgada de acuerdo con la invención de acuerdo con la modalidad de la Figura 2;

La Figura 5B es un esquema de los dos líneas P3 de la Figura 5A;

La Figura 6 es un diagrama de flujo para ilustrar el método de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de las Figuras

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un módulo solar de película delgada de la técnica anterior referenciado en su conjunto con el número 1 en una vista en sección transversal. El módulo solar de película delgada 1 comprende una pluralidad de células solares 9 conectadas en serie entre sí en forma integrada, en donde, de una manera muy simplificada, solo se representan dos células solares 9 con estructura idéntica. Por supuesto, en términos generales, en el módulo solar de película delgada 1, un gran número de células solares 9 (por ejemplo, aproximadamente 100-150) se conectan en serie.

El módulo solar de película delgada 1 tiene aquí, por ejemplo, una configuración de sustrato, en otras palabras, tiene un sustrato 2 con una estructura de capa 3 hecha de películas delgadas aplicadas sobre él, en donde la estructura de capa 3 se dispone sobre una superficie de sustrato de lado de entrada de luz (plana) 4 del sustrato 2. El sustrato 2 se implementa, por ejemplo, como una placa de vidrio rígida, mientras que también pueden usarse otros materiales eléctricamente aislantes con estabilidad y comportamiento inerte deseados con relación a las etapas del proceso realizadas.

La estructura de capa 3 incluye, dispuesta sobre la superficie del sustrato 4, una capa de electrodo posterior opaca 5, que se fabrica, por ejemplo, de un metal impermeable a la luz tal como molibdeno (Mo) y se aplica sobre el sustrato 2 mediante deposición de vapor o pulverización catódica mejorada por magnetrón (pulverización catódica). La capa de electrodo posterior 5 tiene, por ejemplo, un grosor de capa en el intervalo de 300 nm a 600 nm.

Una capa absorbente activa fotovoltaicamente 6 que está hecha de un semiconductor dopado con iones metálicos cuya banda prohibida es capaz de absorber la mayor parte posible de la luz solar se sitúa por encima de la capa de electrodo posterior 5. La capa absorbente 6 se fabrica aquí, por ejemplo, de un semiconductor compuesto de calcopirita (por ejemplo, p-conductora), por ejemplo, un compuesto del grupo Cu (In, Ga) (S, Se) 2, en particular Cu (In, Ga) (S, Se) 2 dopado con sodio (Na). En la fórmula anterior, el indio (In) y el galio (Ga) pueden estar presentes alternativamente o en combinación. Lo mismo es cierto para el azufre (S) y el selenio (Se), que pueden estar presentes alternativamente o en combinación. La capa absorbente 6 tiene un grosor de capa que es, por ejemplo, en el intervalo de 1 a 5 pm y es, en particular, de aproximadamente 2 pm. Para la producción de la capa absorbente 6, se aplican varias capas de material, por ejemplo, mediante pulverización catódica, cuyas capas se convierten térmicamente subsecuentemente para formar el semiconductor compuesto mediante calentamiento en un horno (RTP = procesamiento térmico rápido), típicamente, en una atmósfera que contiene S y/o Se. Esta manera de producción de un semiconductor compuesto es bien conocida por el experto en la técnica de manera que no es necesario analizarla en detalle aquí.

Típicamente, en la capa absorbente 6 se deposita una capa amortiguadora, que consiste aquí, por ejemplo, en una sola capa de sulfuro de indio dopado con sodio (In2 S3: Na) y una sola capa de óxido de zinc intrínseco (i-ZnO) no representada en la Figura 1.

Una capa de electrodo frontal 7 se aplica sobre la capa absorbente 6, por ejemplo, mediante pulverización catódica. La capa de electrodo frontal 7 es transparente a la radiación en el intervalo espectral visible (“electrodo de ventana”) de manera que la luz solar entrante se debilita solo ligeramente.

La capa de electrodo frontal 7 se basa, por ejemplo, en un óxido metálico dopado, por ejemplo, óxido de zinc (ZnO) dopado con aluminio (Al) n-conductor. Tal capa de electrodo frontal 7 generalmente se denomina capa de TCO (TCO = óxido conductor transparente). El grosor de capa de la capa de electrodo frontal 7 es, por ejemplo, de aproximadamente 500 nm.

La estructura de capa 3 tiene varias zanjas de patrones, por medio de las cuales se forman las células solares 9 conectadas en serie integradas. El estampado se realiza mediante el uso de una tecnología de estampado adecuada. Por lo tanto, la capa de electrodo posterior 5 se subdivide por las primeras zanjas de patrones P1 en secciones de la capa de electrodo posterior completamente separadas entre sí, que forman los electrodos posteriores 5-1, 5-2 de las células solares 9. La capa absorbente 6 se subdivide por segundas zanjas con patrones P2 en las secciones de la capa absorbente completamente separadas entre sí, que forman en cada caso las regiones o absorbentes fotovoltaicamente activos 6-1, 6-2 de las células solares 9. La capa de electrodo frontal 7 se subdivide por las terceras zanjas con patrones P3 en secciones de la capa de electrodo frontal completamente separadas entre sí, que forman en cada caso los electrodos frontales 7-1, 7-2 de las células solares 9. Cada sucesión directa de un primer, segundo y tercer zanja con patrón P1-P2-P3 forma una zona con patrón 8, en donde una célula solar individual 9 está delimitada por dos zonas de patrón 8 adyacentes directamente.

Las terceras zanjas de patrones P3 se extienden aquí, por ejemplo, hasta la capa de electrodo trasero 5, con el único requisito de subdividir la capa de electrodo frontal 7. Las terceras zanjas de patrones P3 se producen mecánicamente de manera convencional raspando la capa de electrodo frontal 7 y la capa absorbente 6 mediante el uso de una aguja (marcado con aguja).

Las zanjas con patrones P1, P2, P3 se rellenan en cada caso con material. La primera zanja con patrón P1 se llena con material de la capa absorbente 6. La segunda zanja de modelado P2 se llena con material de la capa de electrodo frontal 7 de manera que el electrodo frontal 7-1 de una celda solar 9 se conecta eléctricamente al electrodo trasero 5-2 de la celda solar 9 adyacente, con el electrodo frontal 7-1 que contacta directamente con el electrodo trasero 5-2 a través del material en la segunda zanja de modelado. Por este medio las células solares 9 se conectan en serie en una forma integrada. La tercera zanja con patrón P3 se llena con el material de una capa adhesiva que sirve para conectar el sustrato recubierto 2 a una capa de cubierta (por ejemplo, placa de vidrio) para protegerlo contra las influencias ambientales. Esto no se representa en la Figura 1 y no tiene relevancia para la comprensión de la invención.

De una manera conocida, los pares de electrones-huecos se generan en los absorbentes activos fotovoltaicamente 6-1, 6-2 de las células solares 9 mediante la irradiación solar. Una trayectoria de corriente resultante 10 para la corriente eléctrica (electrones) desde una celda solar 9 a la celda solar 9 adyacente se ilustra esquemáticamente en la Figura 1.

Ahora se hace referencia a la Figura 2, en donde se ilustra una modalidad del módulo solar de película delgada 1 de acuerdo con la invención. Para evitar repeticiones innecesarias, solo se explican las diferencias con relación al módulo solar de película delgada 1 de la Figura 1 y, de cualquier otra manera, se hace referencia a las declaraciones realizadas allí.

A diferencia de la Figura 1, en la Figura 2, el orden de los tramos de patrón P1, P2, P3 se invierte, correspondiente a una dirección de visión lateralmente invertida de la vista en sección transversal. La estructura difiere solo en un diseño diferente en la región de la tercera zanja con patrón P3, en donde para una y la misma zona con patrón 8, en lugar de un solo tercer zanja con patrón P3, se proporcionan dos tercer zanja con patrón, etiquetados en la Figura 2 como P3 y P3'. Las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' no se producen mediante rayado con aguja, sino, en su lugar, mediante ablación con láser en cada caso, en donde la tercera zanja con patrón P3' se produjo mediante pulsos láser que tenían mayor energía que la necesaria para producir la zanja con patrón P3. En consecuencia, la tercera zanja con patrón P3' puede tener una mayor profundidad en el centro que la tercera zanja con patrón P3, como se ilustra meramente esquemáticamente en la Figura 2. Es esencial que la energía de los pulsos de láser para producir las dos zanjas con patrones P3, P3' fuera diferente entre sí y la zanja con patrón P3' se produjera con pulsos de láser de mayor energía que la zanja con patrón P3.

Las dos zanjas de patrones P3, P3' no subdividen, en cada caso, completamente la capa absorbente 6 y, por lo tanto, no se extienden hasta una interfaz del lado del sustrato 12 de la capa absorbente 6. Por ejemplo, los fondos de las zanjas de las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' se sitúan cerca de una interfaz lateral del electrodo frontal 11 de la capa absorbente 6.

Se usaron pulsos láser con energías diferentes entre sí para producir las dos terceras zanjas con patrones P3, P3', con la energía de los pulsos láser con energía menor para producir las terceras zanjas con patrones P3, por ejemplo, que es de 5 % a 30 % de la energía de los pulsos láser con energía mayor para producir las terceras zanjas con patrones P3'. La energía de los pulsos de láser para producir las terceras zanjas de patrones P3' fue, por ejemplo, en el intervalo de 0,5 |jJ a 20 |jJ. La duración de pulso de los pulsos de láser fue, por ejemplo, en el intervalo de 1 femtosegundo a 10 nanosegundos. La longitud de onda de los pulsos de láser estuvo en el intervalo de 400 nm a 1500 nm de manera que los pulsos de láser pudieran pasar a través de la capa de electrodo frontal 7 irradiada directamente y la energía de los pulsos de láser para la ablación de la capa de electrodo frontal 7 pudiera ser absorbida por la capa absorbente 6.

En la modalidad de la Figura 2, los dos terceras zanjas de patrones P3, P3' se disponen directamente adyacentes sin distancia entre ellas. En consecuencia, la tercera zanja con patrón P3 está delimitada por una pared de la zanja 13 formada por el electrodo frontal 7-2. La pared de la zanja 13 está orientada hacia la otra zanja con patrón P3'. Correspondientemente, la otra zanja con patrón P3' se delimita por una pared de la zanja 13' formada por el electrodo frontal 7-1. La pared de la zanja 13' mira hacia la otra zanja con patrón P3 así como también hacia la otra pared de la zanja 13. Las dos paredes de zanja 13, 13' se colocan opuestas entre sí y, juntas, delimitan las dos terceras zanjas con patrones P3, P3'.

El efecto ventajoso logrado a través de la invención se explica ahora con mayor detalle con referencia a las Figuras 3 y 4. La Figura 3 representa una representación esquemática de la conexión en serie integrada de células solares de un módulo solar de película delgada 1 en una vista en sección transversal. La idea inventiva no se realiza en este módulo solar de película delgada 1. A diferencia de la invención, las zonas de modelado 8 tienen en cada caso solo un solo tercer canal de modelado P3'. La zanja de patrones P3' se produjo mediante ablación con láser con pulsos de láser de energía comparativamente alta, cuya energía se seleccionó de manera que la capa de electrodo frontal 7 se eliminó de manera confiable y segura. Debido al perfil de energía típicamente similar a la distribución gaussiana de los pulsos de láser, la energía del láser se introduce en una región de conversión no vaporizada 15 de la capa absorbente 6 adyacente al tercer zanja con patrón P3', cuya energía no da como resultado la vaporización del material de la capa absorbente 6, sino en un cambio en el material y, por lo tanto, en un cambio de las propiedades eléctricas de la capa absorbente 6. La región de conversión 15 de la capa absorbente 6 se identifica esquemáticamente en la Figura 3 mediante sombreado más oscuro. Sin estar ligados a ninguna teoría, los inventores asumen actualmente que en la región de conversión 15 en el caso de los semiconductores de compuestos de calcopirita ternarios se producen cada vez más fases de materiales binarios, que típicamente tienen mayor conductividad eléctrica que el propio semiconductor de compuesto de calcopirita. Estas regiones con mayor conductividad eléctrica dan como resultado de manera inconveniente caminos de cortocircuito eléctrico (derivaciones) 14 entre el electrodo frontal 7-2 y el electrodo posterior 5-2 de la celda solar 9, que se esbozan a modo de ejemplo en la Figura 3. Debido a la distancia sustancialmente mayor entre los dos electrodos frontales 7-1, 7-2 de las células solares adyacentes 9, no evidente a partir de la presentación esquemática de la Figura 3, una posible trayectoria de cortocircuito eléctrico entre los dos electrodos frontales 7-1, 7-2 no es relevante. Es esencial aquí que las trayectorias de corriente de cortocircuito 14 (perpendiculares al plano del dibujo) se extiendan sobre la longitud completa de la tercera zanja de patrones P3' de manera que la eficiencia del módulo solar de película delgada 1 se reduzca significativamente. Por esta razón, el experto en la técnica debe descartar el uso de ablación con láser para producir zonas de modelado 8 que tengan en cada caso solo un solo tercer zanja de modelado P3'.

De acuerdo con la invención, el problema descrito en relación con la Figura 3 puede evitarse, como se aclara a continuación con referencia a la Figura 4, en donde otra modalidad de los módulos solares de película delgada 1 de acuerdo con la invención se representa en una vista en sección transversal esquemática. El módulo solar de película delgada 1 de la Figura 4 difiere del módulo solar de película delgada 1 de la Figura 2 solo en que las dos terceras zanjas de patrones P3, P3' no son adyacentes entre sí sin distancia entre ellas, sino que, en cambio, una sección de capa de electrodo frontal estrecha 16 de la capa de electrodo frontal 7 se sitúa entre las dos terceras zanjas de patrones P3, P3'. En consecuencia, un tercer zanja con patrón P3 está delimitado por la pared de la zanja (primera) 13 formada por el electrodo frontal 7-2, que se orienta hacia el otro tercer zanja con patrón P3', y una pared de la zanja (segunda) 19 formada por la sección de capa del electrodo frontal 16, que se orienta en dirección contraria al otro tercer zanja con patrón P3'. La primera pared de la zanja 13 y la segunda pared de la zanja 19 se colocan opuestas entre sí. Correspondientemente, la otra zanja con patrón P3' se delimita por la pared de la zanja (primera) 13' formada por el electrodo frontal 7-1, que se orienta hacia la otra zanja con patrón P3, y una pared de la zanja (segunda) 19' formada por la sección de capa del electrodo frontal 16, que se orienta en dirección contraria al otro lado de la zanja con patrón P3. La primera pared de la zanja 13' y la segunda pared de la zanja 19' se colocan opuestas entre sí.

De acuerdo con la modalidad de la Figura 2, la tercera zanja de modelado P3' se produjo con pulsos láser de mayor energía que la tercera zanja de modelado P3. Como se ilustra en la Figura 4, la tercera zanja con patrón P3' puede tener una mayor profundidad en el centro que la tercera zanja con patrón P3. Como se explica en relación con la Figura 3, una conversión de la capa absorbente 6 es bastante probable en una región de conversión 15 que bordea la tercera zanja de patrones P3', en la que no se produce vaporización de la capa absorbente 6. La región de conversión 15 se identifica esquemáticamente mediante el uso de sombreado más oscuro. La energía de los pulsos láser con mayor energía se seleccionó de manera que la capa de electrodo frontal 7 se eliminó sustancialmente por completo en la región de la tercera zanja con patrón P3' de manera que en cualquier caso no queda ninguna protuberancia que tenga, a partir de la pared de la (primera) zanja 13', una dimensión de al menos 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3'. La región de conversión 15 se extiende hasta la tercera zanja de patrones P3 adyacente directamente, pero no hasta la pared de la zanja 13 de la tercera zanja de patrones<p>3 que se orienta a la tercera zanja de patrones P3'. Estas declaraciones se aplican analógicamente para la modalidad de acuerdo con la invención de la Figura 2.

Por el contrario, la energía de los pulsos láser con menor energía se seleccionó de manera que sustancialmente no se produzca conversión de la capa absorbente 6 en la región de borde de la tercera zanja de patrones P3 y, por lo tanto, no se produce la región de conversión 15. Sin embargo, esto da como resultado que la capa de electrodo frontal 7 no se elimine completamente y se produzcan una o una pluralidad de protuberancias de la capa de electrodo frontal 7 en la dirección del otro canal de patrón P3'. Específicamente, la energía de los pulsos láser con menor energía se seleccionó de manera que durante la producción de la tercera zanja de patrones, al menos una protuberancia de la capa de electrodo frontal 7 permanezca que tiene, a partir de la pared de la (primera) zanja 13, una dimensión de al menos 25 %, en particular al menos 50 %, en particular al menos 75 %, en particular al menos 100 %, del ancho de la tercera zanja de patrones P3. En la modalidad de la Figura 4, tal protuberancia puede extenderse, por ejemplo, desde la pared de la zanja (primera) 13 hasta la sección de capa de electrodo frontal 16 o más allá. En la modalidad de la Figura 2, tal protuberancia puede, por ejemplo, extenderse desde la pared de la zanja (primera) 13 hasta la otra zanja con patrón P3' y en particular extenderse en ella. Sin embargo, independientemente de la modalidad específica, tal protuberancia no se extiende hasta la pared de la zanja (primera) 13' de la otra zanja con patrón P3' y tiene, en particular, una distancia desde la pared de la zanja (primera) 13' de la otra zanja con patrón P3' que corresponde a al menos el 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3'. Tal protuberancia se explica en detalle en relación con las Figuras 5A y 5B.

Adicionalmente, en la Figura 4 las trayectorias de corriente de cortocircuito (derivaciones) 14 entre el electrodo frontal 7-2 y el electrodo posterior 5-2 de la celda solar 9 debido a las regiones de conversión de conducción eléctrica mejor 15 se representan esquemáticamente. Las trayectorias de corriente de cortocircuito 14 no se extienden hasta el borde del electrodo frontal 7-2 o la (primera) pared de la zanja 13, ya que la región de conversión 15 no llega tan lejos debido a la tercera zanja de modelado P3. Por esta razón, debido a las protuberancias de la capa de electrodo frontal 7 en la región del tercer canal de patrón P3, solo puede fluir una corriente de cortocircuito muy pequeña (generalmente insignificante) entre el electrodo frontal 7-2 y el electrodo posterior 5-2 de la celda solar 9. Este efecto ventajoso se produce con ambas modalidades del módulo de célula solar de película delgada 1 de acuerdo con la invención de la Figura 2 y la Figura 4.

Ahora se hace referencia a las Figuras 5A y 5B. La Figura 5A representa una imagen microscópica óptica de dos zanjas con patrones de tercer patrón P3, P3' directamente adyacentes de acuerdo con la modalidad de la Figura 2. La Figura 5B reproduce esquemáticamente la imagen microscópica óptica de la Figura 5A como un boceto. En ambas figuras, es discernible una protuberancia 17 del electrodo frontal 7-2, correspondiente al material no ablacionado de la capa de electrodo frontal 7. La protuberancia 17 se extiende desde la pared de la zanja (primera) 13 de la tercera zanja con patrón P3 en la dirección de la pared de la zanja (primera) 13' de la tercera zanja con patrón P3', con la dimensión de la protuberancia correspondiente aproximadamente al ancho de la tercera zanja con patrón P3. Las dos paredes de la zanja 13, 13' tienen una cierta irregularidad u ondulación. Las (micro)protuberancias formadas por el desnivel de las paredes de la zanja 13, 13' típicamente tienen una dimensión respectiva que es sustancialmente menor que el 25 % del ancho de la zanja con patrón terciario P3 o P3' asociada y, por lo tanto, pueden distinguirse de una manera simple (por ejemplo, la luz microscópicamente) de la al menos una protrusión 17 que se extiende sobre más del 25 % del ancho de la zanja con patrón terciario P3. En la Figura 5B, una (micro) protuberancia 17' de la pared de la zanja 13' se esboza a modo de ejemplo.

En la representación de las Figuras 5A y 5B, la protuberancia 17 se extiende (dentro del alcance de las tolerancias habituales) hasta el tercer canal de patrón P3'. Tal configuración puede obtenerse cuando la tercera zanja de modelado P3' se produce temporalmente antes o después de la tercera zanja de modelado P3. Por medio de la combinación de acuerdo con la invención de los dos patrones de zanjas con patrones P3, P3', que se producen mediante pulsos láser de diferente energía, puede lograrse ventajosamente que la protuberancia 17 del electrodo frontal 7-2 en la región de la tercera zanja con patrón P3 no se extienda hasta el electrodo frontal opuesto 7-1 sino, en cambio, solo a la tercera zanja con patrón P3' y por lo tanto hace contacto eléctrico solo con la región de conversión 15. De esta manera, se logra que estén presentes dos regiones de cortocircuito muy pequeñas espacialmente 18, 18' (producidas por la protuberancia 17 y la región de conversión 15).

Ventajosamente, las trayectorias de corriente de cortocircuito 14 no se extienden por la longitud completa de las dos zanjas con patrones P3, P3', sino que se limitan espacialmente a las dos regiones de cortocircuito 18, 18'. La corriente de cortocircuito es, en consecuencia, muy pequeña y la eficiencia del módulo solar de película delgada 1 solo se reduce ligeramente.

La Figura 6 ilustra, mediante el uso de un diagrama de flujo, un método ilustrativo para producir el módulo solar de película delgada 1 descrito anteriormente de acuerdo con la invención. De acuerdo con ello, en una primera etapa I, se proporciona un sustrato plano 2. En otra etapa II, una capa de electrodo posterior 5, que se diseña para formar los electrodos posteriores de las células solares mediante el primer diseño de las zanjas P1, se deposita en un lado del sustrato plano 2. En otra etapa III, una capa absorbente 6, que se diseña para formar los absorbentes activos fotovoltaicamente 6-1, 6-2 de las células solares 9 mediante las segundas zanjas de diseño P2, se deposita sobre la capa de electrodo posterior 5. En otra etapa IV, una capa de electrodo frontal 7, que está modelada por las terceras zanjas de modelado P3, P3' para formar los electrodos frontales 7-1, 7 2 de las células solares 9, se deposita sobre la capa absorbente 6. Las terceras zanjas de patrones P3, P3' se producen mediante ablación con láser. Para cada zona de modelado 8, se producen dos terceras zanjas de modelado P3, P3', en donde una tercera zanja de modelado P3 de una y la misma zona de modelado 8 se produce con pulsos láser que tienen mayor energía que los pulsos láser para producir la otra tercera zanja de modelado P3 de la zona de modelado 8.

La invención pone a disposición un método para producir un módulo solar de película delgada, así como también un módulo solar de película delgada correspondiente, en el que, para cada zona de estampado, se producen dos zanjas con patrones P3, P3' adyacentes mediante ablación con láser mediante pulsos láser de energía diferente. Las trayectorias de corriente de cortocircuito no se extienden sobre la longitud completa de las dos terceras partes de las zanjas con patrones P3, P3' sino que, en cambio, se limitan espacialmente a las protuberancias en la región de la tercera zanja con patrón P3 de manera que no se produce una disminución en la eficiencia del módulo solar de película delgada. En lugar del rayado con aguja usado en la técnica anterior, que se asocia con un mantenimiento intensivo en tiempo y costo, un haz de láser pulsado puede usarse ventajosamente para producir las terceras zanjas de patrones de las zonas de patrones. El método de acuerdo con la invención puede realizarse de una manera relativamente simple en sistemas existentes para producir módulos solares de película delgada.

Lista de caracteres de referencia

1 módulo solar de película delgada

2 sustrato

3 estructura de capas

4 superficie del sustrato

5 capa de electrodo posterior

5- 1, 5-2 Electrodo posterior

6 capa absorbente

6- 1, 6-2 Absorbente

7 capa de electrodo frontal

7- 1, 7-2 Electrodos frontales

8 zona con patrón

9 célula solar

10 ruta de corriente

11 interfaz lateral de electrodo frontal

12 interfaz lateral del sustrato

13, 13' (primera) pared de la zanja

14 ruta de corriente de cortocircuito (derivación)

15 región de conversión

16 sección de capa de electrodo frontal

17, 17' protuberancia

18, 18' región de cortocircuito

19, 19' (segunda) pared de la zanja

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES

   i.Método para producir un módulo solar de película delgada (1) con células solares conectadas en serie (9), que comprende las siguientes etapas:

   - Proporcionar un sustrato plano (2),

   - Depositar una capa de electrodo posterior (5) en un lado (4) del sustrato (2),

   - Subdividir al menos la capa de electrodo posterior (5) mediante las primeras zanjas con patrones P1,

   - Depositar una capa absorbente (6) sobre la capa del electrodo posterior (5)

   - Subdividir al menos la capa absorbente (6) mediante las segundas zanjas con patrones P2, - Depositar una capa de electrodo frontal (7) sobre la capa absorbente (6),

   - Subdividir al menos la capa de electrodo frontal (7) mediante las terceras zanjas con patrones P3, P3', en donde una zona con patrón (8) se forma mediante una sucesión directa de una primera zanja con patrón P1, una segunda zanja con patrón P2, y dos terceras zanjas con patrones adyacentes P3, P3', en donde las terceras zanjas con patrones P3, P3' se producen en cada caso mediante ablación con láser mediante el uso de un haz de láser pulsado, caracterizado porque una tercera zanjas con patrones P3' de una zona con patrón (8) se produce con pulsos de láser de energía relativamente grande y la otra tercera zanja con patrón P3 de la zona con patrón (8) se produce con pulsos de láser de energía más baja, para controlar el alcance de formación de una región de conversión (15) dentro de la capa absorbente (6), la región de conversión (15) tiene significativamente mayor conductividad eléctrica que el material original de la capa absorbente (6), el alcance de formación de una región de conversión (15) depende sustancialmente de la energía de los pulsos de láser, con una energía más alta que da como resultado una mayor formación de fases de material convertido en dicha región y viceversa.
2. 2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la energía de los pulsos láser con menor energía se selecciona de manera que permanezca al menos una protuberancia (17) de la capa de electrodo frontal (7), que se extiende, a partir de una pared de la zanja (13) de la tercera zanja con patrón P3 que se orienta hacia la tercera zanja con patrón P3', sobre al menos el 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3, pero no hasta una pared de la zanja (13') de la tercera zanja con patrón P3' de la misma zona con patrón (8) opuesta a la protuberancia (17).
3. 3. Método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la energía de los pulsos láser con menor energía se selecciona de manera que la al menos una protuberancia (17) de la capa de electrodo frontal (7) se extienda sobre al menos 50 %, en particular sobre al menos 75 %, en particular sobre al menos 100 %, del ancho de la tercera zanja con patrón P3.
4. 4. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la energía de los pulsos láser con mayor energía se selecciona de manera que no quede ninguna protuberancia (17') de la capa de electrodo frontal (7), que se extiende, a partir de una pared de la zanja (13') de la tercera zanja con patrón P3' que se orienta a la tercera zanja con patrón P3, sobre al menos el 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3'.
5. 5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la energía de los pulsos láser con mayor energía se selecciona de manera que todas las protuberancias (17') de la capa de electrodo frontal (7) se extienden en cada caso sobre un máximo del 10 %, en particular un máximo del 5 %, en particular un máximo del 1 %, del ancho de la tercera zanja con patrón P3'.
6. 6. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' de una y la misma zona con patrón (8) se producen de manera que sean directamente adyacentes entre sí.
7. 7. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde las dos terceras zanjas de patrones P3, P3' de una y la misma zona con patrón (8) se producen de manera que una sección de capa de electrodo frontal (16) permanece entre las dos terceras zanjas de patrones P3, P3'.
8. 8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la energía de los pulsos láser con menor energía está en el intervalo de 5 % a 70 %, en particular en el intervalo de 5 % a 50 %, en particular en el intervalo de 5 % a 30 %, de la energía de los pulsos láser con mayor energía.
9. 9.Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde los pulsos de láser de mayor energía tienen energía en el intervalo de 0,5 |jJ a 20 |jJ.
10. 10. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde los pulsos láser para producir las terceras zanjas de patrones P3, P3' tienen una duración de pulso en el intervalo de 1 femtosegundo a 10 nanosegundos, en particular en el intervalo de 1 picosegundo a 100 picosegundos.
11. 11. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde los pulsos láser para producir las terceras zanjas de patrones P3, P3' tienen una longitud de onda en el intervalo de 400 nanómetros a 1500 nanómetros.
12. 12. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en donde las terceras zanjas de patrones P3, P3' se producen en cada caso mediante el solapamiento solo parcial de pulsos láser individuales.
13. 13. Módulo solar de película delgada (1) con un sustrato (2) y una estructura de capas (3) aplicada sobre él, que comprende una capa de electrodo trasero (5), una capa de electrodo frontal (7) y una capa absorbente (6) dispuestas entre la capa de electrodo trasero y frontal, en donde las células solares conectadas en serie (9) se forman en la estructura de capas (3) mediante las zonas con patrón (8), en donde al menos una zona con patrón (8) tiene:

    - una primera zanja con patrón P1 que subdivide al menos la capa de electrodo posterior (5), - una segunda zanja con patrón P2 que subdivide al menos la capa absorbente (6),

    - dos terceras zanjas con patrones P3, P3' dispuestas cerca una de la otra, que, en cada caso, subdividen la capa de electrodo frontal (7), en donde

    - una tercera zanja con patrón P3 tiene al menos una protuberancia (17) de la capa de electrodo frontal (7) que se extiende, a partir de una pared de la zanja (13) de la tercera zanja con patrón P3 que se orienta a la tercera zanja con patrón P3', sobre al menos el 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3, pero no hasta la pared de una zanja (13') de la tercera zanja con patrón P3' de la misma zona con patrón (8) opuesta a la protuberancia (17), y en donde

    - la otra zanja con patrón P3' no tiene protuberancia (17') de la capa de electrodo frontal (7) que se extiende, a partir de una pared de la zanja (13') de la tercera zanja con patrón P3' que se orienta a la tercera zanja con patrón P3, sobre al menos el 25 % del ancho de la tercera zanja con patrón P3', caracterizado porque la tercera zanja con patrón P3' de la zona con patrón (8) se produce con pulsos láser de energía relativamente grande y la otra tercera zanja con patrón P3 de la zona con patrón (8) se produce con pulsos láser de energía más baja, de manera que una región de conversión (15) se forma por los pulsos dentro de la capa absorbente subyacente (6), la región de conversión (15) tiene una conductividad eléctrica significativamente mayor que el material original de la capa absorbente (6), siendo mayor el alcance de formación de la región de conversión (15) formada por la producción de la tercera zanja con patrón P3' que la formada por la producción de la otra zanja con patrón P3 de la zona con patrón (8).
14. 14. Módulo solar de película delgada (1) de acuerdo con la reivindicación 13, en donde las dos terceras zanjas con patrones P3, P3' de una y la misma zona con patrón (8) son directamente adyacentes entre sí.
15. 15. Módulo solar de película delgada (1) de acuerdo con la reivindicación 13, en donde una sección de capa de electrodo frontal (16) se dispone entre las dos terceras de las zanjas con patrones P3, P3' de una y la misma zona de estampado (8).