BR102019001956B1 - PHOTOVOLTAIC CELL AND ENCAPSULATED PHOTOVOLTAIC CELL MANUFACTURING PROCESS - Google Patents
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Abstract
CÉLULA FOTOVOLTAICA, PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE CÉLULA FOTOVOLTAICA ENCAPSULADA E TELHA FOTOVOLTAICA Descreve-se uma célula fotovoltaica do tipo p-n (10), compreendendo uma estrutura de silício cristalino (11) revestida por um filme condutor (12) formado a partir de uma solução dopante do tipo p e uma solução dopante do tipo n, as soluções dopantes do tipo p e do tipo n compreendendo componentes carotenoides. Também é descrito um processo de fabricação de célula fotovoltaica do tipo p-n encapsulada a partir da célula fotovoltaica do tipo p-n (10) e o uso dessas células fotovoltaicas encapsuladas (19) formando módulos (15) que são usados para formar, com telhas fotovoltaicas (20), peças únicas com as funções de cobertura e geração de energia elétrica.PHOTOVOLTAIC CELL, MANUFACTURING PROCESS OF ENCAPSULATED PHOTOVOLTAIC CELL AND PHOTOVOLTAIC TILE A p-n-type photovoltaic cell (10) is described, comprising a crystalline silicon structure (11) coated with a conductive film (12) formed from a p-type dopant solution and an n-type dopant solution, the p-type and n-type dopant solutions comprising carotenoid components. Also described is a process of manufacturing a p-n-type photovoltaic cell encapsulated from a p-n-type photovoltaic cell (10) and the use of these encapsulated photovoltaic cells (19) forming modules (15) that are used to form, with photovoltaic tiles ( 20), unique pieces with the functions of coverage and electric power generation.
Description
[001] A presente invenção refere-se a uma célula fotovoltaica do tipo p- n, contendo agentes que proporcionam fator de proteção solar para a diminuição do coeficiente térmico e, consequentemente, melhor eficiência na condutividade elétrica. A invenção refere-se, ainda, ao processo de fabricação desta célula fotovoltaica encapsulada e a telha fotovoltaica compreendendo células fotovoltaicas encapsuladas.[001] The present invention refers to a p-n-type photovoltaic cell, containing agents that provide a sun protection factor to reduce the thermal coefficient and, consequently, better efficiency in electrical conductivity. The invention further relates to the manufacturing process of this encapsulated photovoltaic cell and the photovoltaic tile comprising encapsulated photovoltaic cells.
[002] As células fotovoltaicas são dispositivos feitos de materiais semicondutores, que convertem radiação solar em energia elétrica, através do efeito fotoelétrico.[002] Photovoltaic cells are devices made of semiconductor materials, which convert solar radiation into electrical energy, through the photoelectric effect.
[003] Vários tipos de células fotovoltaicas são conhecidos do estado da técnica. Elas diferenciam entre si pelo material da qual são feitas sendo que, o mais comum é o silício cristalino, embora outros materiais mais nobres e de maior valor pecuniário também sejam adotados na fabricação deste dispositivo como, por exemplo, o óxido de estanho/índio (OEI) revestido com nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) e o óxido de zinco (ZnO).[003] Several types of photovoltaic cells are known from the state of the art. They differ from each other by the material from which they are made, the most common being crystalline silicon, although other nobler materials with greater pecuniary value are also adopted in the manufacture of this device, such as tin/indium oxide ( OEI) coated with nanoparticles of titanium dioxide (TiO2) and zinc oxide (ZnO).
[004] Apesar de ser considerado um dispositivo de geração de energia “limpa” e, por essa razão, há um grande interesse no seu uso em larga escala, as células fotovoltaicas por serem feitas de materiais semicondutores apresentam, em geral, baixa eficiência energética devido a dois fatores principais: (i) o excesso de energia solar absorvida por esses materiais semicondutores, principalmente a energia do espectro ultravioleta, que leva ao aumento de temperatura da célula resultando na redução da condutividade elétrica; e (ii) o espectro infravermelho também absorvido pelo material semicondutor da célula na forma de radiação solar e que não detém energia suficiente para a condutividade elétrica, resultando em simples conversão de calor que aumenta a temperatura da célula e resulta na redução da condutividade elétrica.[004] Despite being considered a “clean” power generation device and, for this reason, there is a great interest in its use on a large scale, photovoltaic cells, because they are made of semiconductor materials, have, in general, low energy efficiency. due to two main factors: (i) the excess of solar energy absorbed by these semiconductor materials, mainly energy from the ultraviolet spectrum, which leads to an increase in cell temperature resulting in a reduction in electrical conductivity; and (ii) the infrared spectrum also absorbed by the semiconductor material of the cell in the form of solar radiation and which does not hold enough energy for electrical conductivity, resulting in simple heat conversion that increases the temperature of the cell and results in the reduction of electrical conductivity.
[005] Com o objetivo de resolver o problema da baixa condutividade elétrica, vários estudos e desenvolvimentos nesta área tecnológica estão sendo feitos.[005] In order to solve the problem of low electrical conductivity, several studies and developments in this technological area are being made.
[006] Neste sentido, o documento BR 10 2012 027389-6 descreve telhas em modelo de telha romana ou modelo Plan que compreendem células fotovoltaicas de silício cristalino dopadas com fósforo e encapsuladas em sua estrutura formando uma peça única. A telha montada compreende, da superfície superior até a inferior, camadas de resina translúcida, polímero etileno vinil acetato (EVA), célula fotovoltaica, polímero EVA como uma camada de “backsheet”, telha e resina translúcida.[006] In this sense, the
[007] Ainda, o documento de Gao et al., intitulado “Photovoltaic response of carotenoid-sensitized electrode in aqueous solution: ITO coated with a mixture of TiO2 nanoparticles, carotenoid, and polyvinylcarbazole”, por exemplo, descreve o tratamento de semicondutores de óxido de estanho/índio revestido com nanopartículas de dióxido de titânio (OEI/TiO2) com carotenoides à base de cantaxantina e β-caroteno para melhoria de eficiência desses materiais semicondutores. Esse documento ensina, ainda, o mecanismo de ação dos carotenoides nesse tipo de tratamento. Nesse contexto, as moléculas de cantaxantina presentes nesses semicondutores absorvem a radiação solar tornando-se energeticamente excitadas. Nessa situação, seus elétrons são doados para a banda de condução do óxido de estanho/índio com TiO2, otimizando sua condutividade elétrica.[007] Also, the document by Gao et al., entitled “Photovoltaic response of carotenoid-sensitized electrode in aqueous solution: ITO coated with a mixture of TiO2 nanoparticles, carotenoid, and polyvinylcarbazole”, for example, describes the treatment of semiconductors of tin/indium oxide coated with titanium dioxide nanoparticles (OEI/TiO2) with carotenoids based on canthaxanthin and β-carotene to improve the efficiency of these semiconductor materials. This document also teaches the mechanism of action of carotenoids in this type of treatment. In this context, the canthaxanthin molecules present in these semiconductors absorb solar radiation, becoming energetically excited. In this situation, its electrons are donated to the tin/indium oxide conduction band with TiO2, optimizing its electrical conductivity.
[008] Também o documento de Zhuang et al., intitulado “Natural-photosynthesis-inspired photovoltaic cells using carotenoid aggregates as electron donors, and chlorophyll derivativas as electron acceptors” revela o tratamento de células fotovoltaicas de óxido de estanho/índio (OEI) e óxido de molibdênio (III) (MoO3), ou OEI/MoO3, com carotenoides à base de licopeno e com pigmentos de clorofila. Nesse documento também é ensinado o processo de otimização da eficiência energética devido à presença dos carotenoides, que atuam como moléculas doadoras de elétrons, e da clorofila, atuando como molécula aceptora de elétrons. A presença dessas moléculas cria um balanço de buracos e fluxo eletrônico nessas células fotovoltaicas, melhorando sua eficiência.[008] Also the paper by Zhuang et al., entitled “Natural-photosynthesis-inspired photovoltaic cells using carotenoid aggregates as electron donors, and chlorophyll derivatives as electron acceptors” reveals the treatment of tin/indium oxide (OEI) photovoltaic cells. and molybdenum (III) oxide (MoO3), or OEI/MoO3, with lycopene-based carotenoids and chlorophyll pigments. This document also teaches the process of optimizing energy efficiency due to the presence of carotenoids, which act as electron donating molecules, and chlorophyll, acting as an electron acceptor molecule. The presence of these molecules creates a balance of holes and electronic flow in these photovoltaic cells, improving their efficiency.
[009] Já o documento de Muthusaamy, intitulado “Marine seaweed Sargassum wightii extract as a low-cost sensitizer for ZnO photoanode based dye-sensitized solar cell” descreve o uso de extrato de algas marinhas compreendendo uma mistura de pigmentos como carotenoides, fucoxantina e clorofila, para aumento de eficiência energética de fotoanodos de óxido de zinco (ZnO), um tipo de semicondutor. Nesse documento a presença desses pigmentos melhora a eficiência fotovoltaica desse material.[009] The document by Muthusaamy, entitled “Marine seaweed Sargassum wightii extract as a low-cost sensitizer for ZnO photoanode based dye-sensitized solar cell” describes the use of seaweed extract comprising a mixture of pigments such as carotenoids, fucoxanthin and chlorophyll, to increase the energy efficiency of zinc oxide (ZnO) photoanodes, a type of semiconductor. In this document, the presence of these pigments improves the photovoltaic efficiency of this material.
[010] Assim, é possível encontrar no estado da técnica pesquisas que façam uso de carotenoides em células fotovoltaicas não dopadas, bem como células fotovoltaicas do tipo p-n (dopadas com dopantes do tipo p e do tipo n), mas que não compreendem carotenoides.[010] Thus, it is possible to find in the state of the art researches that make use of carotenoids in undoped photovoltaic cells, as well as p-n-type photovoltaic cells (doped with p-type and n-type dopants), but which do not comprise carotenoids.
[011] Assim, a presente invenção tem como objetivo prover uma célula fotovoltaica do tipo p-n, que compreende dopantes do tipo p e do tipo n e agentes que proporcionam fator de proteção solar para a diminuição do coeficiente térmico, atribuindo a essa célula fotovoltaica aumento de condutividade elétrica e aumento da eficiência nessa condutividade elétrica, respectivamente.[011] Thus, the present invention aims to provide a p-n-type photovoltaic cell, which comprises p-type and n-type dopants and agents that provide a sun protection factor to reduce the thermal coefficient, attributing to this photovoltaic cell an increase in conductivity and increased efficiency in this electrical conductivity, respectively.
[012] Outro objetivo desta invenção é prover um processo de fabricação de célula fotovoltaica do tipo p-n encapsulada, compreendendo etapas de dopagem contendo agentes que proporcionam fator de proteção solar para a diminuição do coeficiente térmico e, consequentemente, aumento da eficiência na condutividade elétrica desta célula.[012] Another objective of this invention is to provide a process for manufacturing a p-n encapsulated photovoltaic cell, comprising doping steps containing agents that provide a sun protection factor to reduce the thermal coefficient and, consequently, increase the efficiency in the electrical conductivity of this cell.
[013] É, ainda, um objetivo da presente invenção, prover uma telha fotovoltaica, formando uma peça única com as células fotovoltaicas encapsuladas de modo a compreender propriedades de cobertura e de geração de energia simultaneamente.[013] It is also an objective of the present invention to provide a photovoltaic tile, forming a single piece with the encapsulated photovoltaic cells in order to understand coverage and energy generation properties simultaneously.
[014] A presente invenção tem como objeto, uma célula fotovoltaica do tipo p-n, compreendendo uma estrutura de silício cristalino revestida por um filme condutor formado a partir de uma solução dopante do tipo p e uma solução dopante do tipo n, as soluções dopantes do tipo p e do tipo n compreendendo componentes carotenoides.[014] The object of the present invention is a p-n-type photovoltaic cell, comprising a crystalline silicon structure coated by a conductive film formed from a p-type dopant solution and an n-type dopant solution, the dopant solutions of the type p and n-type comprising carotenoid components.
[015] Outro objeto desta invenção é um processo de fabricação de célula fotovoltaica do tipo p-n encapsulada, compreendendo as seguintes etapas: a) revestimento de uma pluralidade de estruturas de silício cristalino por um filme condutor formado a partir de soluções dopantes do tipo p e do tipo n compreendendo componentes carotenoides, formando uma pluralidade de células fotovoltaicas do tipo p-n; b) união da pluralidade de células fotovoltaicas do tipo p-n por meio de solda de estanho formando um módulo; c) encapsulamento do módulo formando uma célula fotovoltaica encapsulada; e d) ligação elétrica.[015] Another object of this invention is a process for manufacturing a p-n encapsulated photovoltaic cell, comprising the following steps: a) coating a plurality of crystalline silicon structures by a conductive film formed from p-type and n-type comprising carotenoid components, forming a plurality of p-n-type photovoltaic cells; b) joining the plurality of p-n-type photovoltaic cells by means of tin solder forming a module; c) encapsulation of the module forming an encapsulated photovoltaic cell; and d) electrical connection.
[16] Figura 1A - é uma vista esquemática em corte da célula fotovoltaica do tipo p-n objeto da presente invenção;[16] Figure 1A - is a schematic sectional view of the p-n type photovoltaic cell object of the present invention;
[17] Figura 1B - é uma vista esquemática de uma pluralidade de células fotovoltaicas do tipo p-n associadas entre si;[17] Figure 1B - is a schematic view of a plurality of p-n type photovoltaic cells associated with each other;
[18] Figura 2 - é uma vista em perspectiva de uma telha fotovoltaica;[18] Figure 2 - is a perspective view of a photovoltaic tile;
[19] Figura 3 - é um fluxograma do processo de fabricação da célula fotovoltaica encapsulada, objeto desta invenção;[19] Figure 3 - is a flowchart of the encapsulated photovoltaic cell manufacturing process, object of this invention;
[20] Figura 4 - é um fluxograma da etapa do processo de fabricação da célula fotovoltaica encapsulada, mais especificamente da etapa de revestimento de uma pluralidade de estruturas de silício cristalino por um filme condutor; e[20] Figure 4 - is a flowchart of the step of the manufacturing process of the encapsulated photovoltaic cell, more specifically of the step of coating a plurality of crystalline silicon structures by a conductive film; and
[21] Figura 5 - é uma vista explodida esquemática da célula fotovoltaica encapsulada.[21] Figure 5 - is a schematic exploded view of the encapsulated photovoltaic cell.
[22] De acordo com uma concretização preferencial e conforme ilustrado nas figuras 1A e 1B, a célula fotovoltaica do tipo p-n 10, objeto dessa invenção, compreende uma estrutura de silício cristalino 11 que é revestida por um filme condutor 12 formado a partir de uma solução dopante do tipo p e uma solução dopante do tipo n.[22] According to a preferred embodiment and as illustrated in figures 1A and 1B, the p-n type
[23] As soluções dopantes do tipo p e do tipo n compreendem, além dos elementos dopantes, componentes carotenoides conforme descrito em detalhes adiante.[23] The p-type and n-type doping solutions comprise, in addition to the doping elements, carotenoid components as described in detail below.
[24] Nesse sentido, a solução dopante do tipo n compreende um elemento dopante do grupo 5A da tabela periódica, preferencialmente o fósforo, em quantidade de 1,5 a 4% em massa. Já a solução dopante do tipo p compreende um elemento dopante do grupo 2A da tabela periódica, preferencialmente o cálcio, em quantidade de 0,5 a 2% em massa.[24] In this sense, the n-type dopant solution comprises a dopant element from group 5A of the periodic table, preferably phosphorus, in an amount of 1.5 to 4% by mass. The p-type dopant solution comprises a dopant element from group 2A of the periodic table, preferably calcium, in an amount of 0.5 to 2% by mass.
[025] As soluções dopantes do tipo p e do tipo n compreendem, ainda, álcool isopropílico em quantidade de 50% a 70% em massa, resina colofônia em quantidade de 15 a 30% em massa, surfactante catiônico de fluorcarbono em quantidade de 0,5 a 2% em massa, glicerina líquida em quantidade de 0,5 a 2,5% em massa e nitrato de prata em quantidade de 1,5 a 4% em massa.[025] The p-type and n-type doping solutions also comprise isopropyl alcohol in an amount of 50% to 70% by mass, rosin resin in an amount of 15 to 30% by mass, cationic fluorocarbon surfactant in an amount of 0, 5 to 2% by mass, liquid glycerin in an amount of 0.5 to 2.5% by mass and silver nitrate in an amount of 1.5 to 4% by mass.
[026] Ainda, para a formação do filme condutor 12, as soluções dopantes do tipo p e do tipo n compreendem carotenoides em quantidade de 1 a 5% em massa, em cada solução. Os carotenoides consistem em pigmentos naturais, com elevada capacidade de absorção da radiação solar, atuando, ainda, como filtro ultravioleta. Esses carotenoides são, preferencialmente, selecionados de um grupo compreendendo bixina, norbixina, licopeno, cantaxantina, fucoxantina e beta-caroteno.[026] Still, for the formation of the
[027] Uma célula fotovoltaica do tipo p-n 10, ao sofrer a incidência de luz solar irá produzir uma corrente elétrica. O átomo de silício presente na estrutura de silício cristalino 11, possui exatamente quatro elétrons em sua última camada eletrônica. O fósforo, presente no filme condutor 12, como elemento dopante tipo n, possui cinco elétrons, portanto, os átomos de fósforo terão quatro de seus elétrons compartilhados, restando um elétron que não faz parte de uma ligação covalente, mas ainda é atraído pela carga positiva do núcleo de fósforo. Assim, os elétrons do fósforo que não estão fazendo parte de uma ligação covalente conseguem romper facilmente a sua ligação com o núcleo de fósforo, bastando, para isso, uma baixa energia. Neste caso, estes elétrons passam a ser considerados livres e a estrutura de silício cristalino 11, dopada pelo elemento dopante do tipo n presente no filme condutor 12, passa a possuir uma camada eletrônica do tipo n.[027] A photovoltaic cell of the
[028] O cálcio, por sua vez, possui dois elétrons na última camada eletrônica e, portanto, ao substituírem um átomo de silício formarão um "buraco" que será definido como a ausência de duas cargas negativas, formando a camada eletrônica do tipo p.[028] Calcium, in turn, has two electrons in the last electron shell and, therefore, when replacing a silicon atom, they will form a "hole" that will be defined as the absence of two negative charges, forming the p-type electronic shell. .
[029] Colocando as duas camadas eletrônicas, tipo n e tipo p, em contato, os elétrons fluem de regiões de baixa concentração eletrônica para regiões de alta concentração eletrônica. Quando elétrons deixam o lado tipo n ocorre o surgimento de um acúmulo de carga positiva na fronteira do contato p- n, da mesma forma ocorre um acúmulo de carga negativa no lado tipo p. Este desequilíbrio de cargas que ocorre na fronteira da conexão tipo p-n será responsável pelo surgimento de um campo elétrico que irá se opor a tendência natural da difusão de elétrons e buracos e, assim, uma situação de equilíbrio será atingida.[029] By placing the two electronic layers, n-type and p-type, in contact, electrons flow from regions of low electronic concentration to regions of high electronic concentration. When electrons leave the n-type side, an accumulation of positive charge occurs at the boundary of the p-n contact, similarly an accumulation of negative charge occurs on the p-type side. This charge imbalance that occurs at the boundary of the p-n type connection will be responsible for the emergence of an electric field that will oppose the natural tendency of the diffusion of electrons and holes and, thus, an equilibrium situation will be reached.
[030] No momento em que a luz solar formada por fótons incide na célula fotovoltaica do tipo p-n, haverá a formação de pares elétrons - buraco. Para cada fóton que possui energia suficiente para fazer os elétrons fluírem de uma camada eletrônica para a outra, haverá a formação de um elétron e de um buraco. Nestas condições os elétrons produzidos irão fluir para o lado tipo n e os buracos irão para o lado tipo p e este fluxo de elétrons será responsável pelo surgimento de uma corrente elétrica. Como o campo elétrico da célula irá fornecer a diferença de potencial, será possível gerar potência, que é exatamente o produto destas duas grandezas físicas.[030] When the sunlight formed by photons falls on the p-n-type photovoltaic cell, there will be the formation of electron-hole pairs. For every photon that has enough energy to make electrons flow from one electron shell to the other, an electron and a hole will form. Under these conditions the electrons produced will flow to the n-type side and the holes will go to the p-type side and this flow of electrons will be responsible for the emergence of an electric current. As the electric field of the cell will provide the potential difference, it will be possible to generate power, which is exactly the product of these two physical quantities.
[031] Fótons com energia superior à necessária para fazer os elétrons fluírem de uma camada eletrônica para a outra, ou seja, fótons detendo energia próxima à região de luz ultravioleta, com frequência mais alta, concedem energia em excesso que será transformada em calor. Do mesmo modo, fótons com energia inferior à necessária para fazer os elétrons fluírem de uma camada eletrônica para a outra, isto é, fótons detendo energia próxima à região de luz infravermelha, com frequência mais baixa, não concedem energia suficiente para a liberação dos elétrons de sua orbita e, como resultado, essa energia é convertida em calor.[031] Photons with energy higher than that needed to make electrons flow from one electronic layer to another, that is, photons holding energy near the ultraviolet light region, with a higher frequency, grant excess energy that will be transformed into heat. Likewise, photons with energy lower than that needed to make electrons flow from one electronic layer to another, i.e., photons holding energy near the infrared light region, with lower frequency, do not provide sufficient energy for the release of electrons. from its orbit and, as a result, this energy is converted into heat.
[032] Nessas duas situações acima descritas, o calor gerado faz com que as células fotovoltaicas do tipo p-n 1O e com estrutura de silício cristalino 11 percam eficiência, pois a tensão da célula é reduzida e, portanto, a potência que essa pode gerar também reduz.[032] In these two situations described above, the heat generated causes the p-n 1O type photovoltaic cells with
[033] Com a presença dos carotenoides nas soluções dopantes do tipo p e do tipo do filme condutor 12, a eficiência da célula fotovoltaica do tipo p-n 10 é aumentada. Isto porque, os carotenoides auxiliam na absorção da incidência solar e, além disso, possuem elevada capacidade de absorção da radiação solar, em especial a radiação ultravioleta.[033] With the presence of carotenoids in p-type and conductive film-
[034] Ao absorver a energia excedente produzidas pelos raios ultravioleta, os carotenoides evitam a geração de calor na célula fotovoltaica do tipo p-n 10 e, também, absorvem o excesso de energia na região do ultravioleta, formando um novo fluxo eletrônico direcionado para as bandas de condução da célula fotovoltaica do tipo p-n 10. Mais especificamente, os elétrons da própria molécula dos carotenoides são transferidos para a dita banda de condução, consequentemente, aumenta-se a corrente elétrica e com isso, aumenta-se a potência da célula 10.[034] By absorbing the excess energy produced by ultraviolet rays, carotenoids avoid the generation of heat in the p-n 10 photovoltaic cell and also absorb excess energy in the ultraviolet region, forming a new electronic flux directed to the bands of conduction of the p-n type
[035] Para ter um sistema fotovoltaico, conforme ilustrado na figura 1A, é necessária a construção de módulos que consistem na união de uma pluralidade de células fotovoltaicas do tipo p-n 10, onde esta união é feita através de solda de estanho 13. Para evitar problemas na região da solda 13, a célula 10 precisa estar livre de impurezas, principalmente nesta região de junção. Assim, o álcool isopropílico adicionado às soluções dopantes do tipo p e do tipo n proporciona a eliminação de impurezas que possam interferir na condutividade elétrica da célula 10 e a completa eliminação de água residual.[035] In order to have a photovoltaic system, as illustrated in Figure 1A, it is necessary to build modules that consist of the union of a plurality of photovoltaic cells of the
[036] Além disso, a resina colofônia e a glicerina trabalham para que a solda se espalhe por igual. Assim, no momento da solda o estanho escore livremente nas partes a serem soldadas. Já o nitrato de prata é um excelente condutor de energia e está presente nas soluções dopantes do tipo p e do tipo n para melhorar o desempenho energético na região de união das células 10.[036] In addition, the rosin resin and glycerin work so that the solder spreads evenly. Thus, at the time of soldering, the tin is freely anchored on the parts to be soldered. Silver nitrate, on the other hand, is an excellent energy conductor and is present in p-type and n-type doping solutions to improve energy performance in the
[037] Consequentemente, a presença da solda de estanho 13 na junção de uma pluralidade de células fotovoltaicas do tipo p-n 10 proporciona a condutividade elétrica entre as células 10 unidas, evitando-se, por exemplo, regiões de isolamento elétrico que impactam na geração de energia elétrica.[037] Consequently, the presence of the
[038] É também objeto desta invenção, um processo de fabricação de célula fotovoltaica do tipo p-n 10 encapsulada, conforme ilustrado na figura 3. Este processo compreende as seguintes etapas: a) revestimento de uma pluralidade de estruturas de silício cristalino 11 por um filme condutor 12 formado a partir de soluções dopantes do tipo p e do tipo n compreendendo componentes carotenoides, formando uma pluralidade de células fotovoltaicas do tipo p-n 10; b) união da pluralidade de células fotovoltaicas do tipo p-n 10 por meio de solda de estanho 13 formando um módulo 15; c) encapsulamento do módulo 15 formando uma célula fotovoltaica encapsulada 19; e d) ligação elétrica.[038] It is also an object of this invention, a process for manufacturing encapsulated p-n type
[039] A etapa de revestimento de uma pluralidade de estruturas de silício cristalino 11 por um filme condutor 12 formado a partir de soluções dopantes do tipo p e do tipo n compreende uma mistura de uma parte de resina colofônia para três partes de álcool isopropílico formando uma mistura A, a adição de uma parte de carotenoides para dezesseis partes da mistura A formando uma mistura B homogênea, adição de uma parte de surfactante catiônico de fluorcarbono para oitenta e cinco partes de mistura B e três partes de nitrato de prata para uma parte de surfactante catiônico de fluorcarbono formando uma mistura C e adição de uma parte de glicerina para cada quarenta e quatro partes da mistura C formando uma mistura D (figura 4).[039] The step of coating a plurality of
[040] Uma vez formada a mistura D, esta é separada em mistura D1 e mistura D2, em partes iguais. Na mistura D1 ocorre a etapa de adição de uma parte de fósforo para quinze partes da mistura D1 formando a solução dopante do tipo n. Na mistura D2 ocorre a etapa de adição de uma parte de cálcio para quarenta e cinco partes e meia da mistura D2 formando a solução dopante do tipo p.[040] Once the mixture D is formed, it is separated into mixture D1 and mixture D2, in equal parts. In the D1 mixture, the step of adding one part of phosphorus to fifteen parts of the D1 mixture takes place, forming the n-type dopant solution. In mixture D2, the step of adding one part of calcium to forty-five and a half parts of mixture D2 takes place, forming the p-type dopant solution.
[041] A seguir, as estruturas de silício cristalino 11 são imersas na solução dopante do tipo p e, em seguira, imersas na solução dopante do tipo n, conforme rota 1 da figura 4. Opcionalmente, as estruturas de silício cristalino 11 podem ser imersas na solução dopante do tipo n e, em seguira, imersas na solução dopante do tipo p, conforme rota 2 da figura 4. Ao final dessa etapa obtém-se as células fotovoltaicas do tipo p-n 10 que são, em seguida, levadas para a etapa final de secagem para que se forme o filme condutor 12.[041] Next, the
[042] Nesta etapa, uma pluralidade de células fotovoltaicas do tipo p-n 10 é posicionada em série formando um agrupamento de pelo menos sete células 10, que serão unidas de modo a formar um módulo 15 (figura 1B).[042] In this step, a plurality of p-n type
[043] A união é feita por meio de solda de estanho 13 de modo a permitir que a região de união não comprometa a condutividade elétrica do módulo 15.[043] The union is made by soldering
[044] O módulo 15 formado é, então, encapsulado. Conforme ilustrado na figura 5, inicialmente, acima do módulo 15 é posicionada uma primeira camada de polímero EVA 16 formando o lado negativo. Abaixo do módulo 15 são posicionadas uma segunda camada de polímero EVA 17 seguida de uma camada de fundo protetor 18 do material TPT (Tedlar Poliéster Tedlar), formando um lado positivo.[044] The formed
[045] Após o posicionamento dessas camadas acima e abaixo do módulo 15 é feito o encapsulamento que consiste em submeter este conjunto à vácuo em um equipamento de laminação. Este encapsulamento confere proteção contra corrosão e impermeabilidade.[045] After positioning these layers above and below the
[046] Por fim, o conjunto encapsulado é submetido a uma resinagem que consiste na aplicação de uma camada de resina, por exemplo a resina epóxi translúcida, sobre a parte negativa formada pela primeira camada de polímero EVA 16, formando uma camada resina 14.[046] Finally, the encapsulated set is subjected to a resin coating that consists of applying a layer of resin, for example translucent epoxy resin, on the negative part formed by the first layer of
[047] O resultado dessa etapa é uma célula fotovoltaica encapsulada 19.[047] The result of this step is an encapsulated
[048] A célula fotovoltaica encapsulada 19 recebe uma caixa de junção (não ilustrada) posicionada na superfície externa da camada de fundo protetor 18. Essa caixa de junção tem a finalidade de permitir a ligação da célula fotovoltaica encapsulada 19 a um conversor de corrente (não ilustrado) durante o seu uso.[048] The encapsulated
[049] Outro objeto desta invenção consiste em uma telha fotovoltaica 20, ilustrada na figura 2. A telha fotovoltaica 20 é feita preferencialmente de concreto ou fibrocimento, podendo ser ainda de outros materiais como cerâmica e polímeros, e recebe uma pluralidade de células fotovoltaicas encapsuladas 19, de modo a formar um sistema fotovoltaico.[049] Another object of this invention consists of a
[050] A telha fotovoltaica 20 pode apresentar um formato ondulado, contendo pelo menos uma ondulação 21 seguida de pelo menos um platô 22, um formato de ondulações 21 sem a presença dos platôs ou outros inúmeros formatos. As células fotovoltaicas encapsulada 19 são fixadas nas telhas 20, preferencialmente por meio de colagem com cola de poliuretano, podendo ser usado outros tipos de fixação como, por exemplo, adesivos, parafusos, rebites entre outros, de modo que as células fotovoltaicas encapsulada 19 formam, com a telha fotovoltaica 20, peças únicas contendo duas funções: cobertura e geração de energia elétrica. Para tanto, não requerem sistema de fixação com perfis de alumínio e estruturas extras a serem fixadas nos telhados para o sistema fotovoltaico, bastando o madeiramento ou estrutura metálica usual de telhados, uma vez que a própria telha a ser usada como cobertura já compreende células fotovoltaicas em sua constituição.[050] The
[051] Particularmente, as células fotovoltaicas encapsulada 19 podem ser fixadas nos platôs 22 da telha fotovoltaica 20, sobre as ondulações 21 da telha fotovoltaica 20, em vales (não ilustrado) formados entre duas ondulações 21 subsequentes, nas paredes laterais das ondulações 21, ou outros pontos da superfície da telha fotovoltaica 20.[051] Particularly, the encapsulated
[052] A telha fotovoltaica 20 resolve o problema estético-funcional dos painéis fotovoltaicos convencionais, soluciona problemas de fixação, facilita a instalação e manutenção no telhado, aumenta a durabilidade da cobertura, permite a instalação de um sistema fotovoltaico em projetos onde há restrições ao acréscimo de peso à estrutura do telhado e diminui o uso de materiais, reduzido o custo de um sistema fotovoltaico.[052]
[053] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.[053] Having described a preferred example of embodiment, it should be understood that the scope of the present invention encompasses other possible variations, being limited only by the content of the appended claims, including the possible equivalents.
Claims (8)
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