BRPI0707014A2 - celula solar e um arranjo e um método para a produção de uma célula solar - Google Patents

Abstract

CELULA SOLAR E UM ARRANJO E UM MéTODO PARA A PRODUçAO DE UMA CéLULA SOLAR. A presente invenção se refere geralmente a células solares, a camadas de materiais dentro de células solares, a um método de produção de células solares e a um arranjo de fabricação para a produção de células solares. Uma célula solar de acordo com a invenção compreende pelo menos uma camada com uma superfície, produzida por ablação a laser, em que a área de superfície uniforme a ser produzida compreende pelo menos uma área de 0,2 dm^2^ e a camada tendo sido produzida empregando deposição de laser pulsado ultracurto, onde o feixe laser pulsado é varrido com um scanner ótico rotativo que compreende pelo menos um espelho para a reflexão do referido feixe laser.

Description

"CÉLULA SOLAR E UM ARRANJO E UM MÉTODO PARA APRODUÇÃO DE UMA CÉLULA SOLAR".

Campo da invenção

A presente invenção se refere geralmente acélulas solares, camadas de materiais dentro de células solares, aum método de produção de células solares e a um arranjo defabricação para a produção de células solares. Maisespecificamente, a presente invenção se refere ao revelado nopreâmbulo da reivindicação independente.

Histórico

Células solares proporcionam uma maneiraecológica para a produção de energia tendo, portanto sido objetode intenso desenvolvimento. Células solares são geralmente feitasde células fotovoltaicas. A célula fotovoltaica tem pelo menos umacamada semicondutora, onde os fótons de luz são absorvidos. Aabsorção da luz faz com que os elétrons ou furos se transfiram paraum maior nível de condução de energia, e esta energia pode serusada como eletricidade.

De maneira a conduzir a eletricidade formada nascélulas solares, deve haver uma camada condutora em ambos os ladosda(s) camada(s) semicondutora(s). A camada semicondutora nasuperfície irradiada da célula solar deve permitir que a luz entrena camada semicondutora. A célula solar é normalmente dividida empequenas células que são conectadas em série ou em paralelo. Nessecaso, as camadas condutoras, e possivelmente a(s) camada(s)semicondutora(s) são padronizadas para prover os circuitosnecessários.

A superfície irradiada da célula solar é aindarevestida com uma ou várias camadas para o provimento de umasuperfície de antirreflexão para a célula solar, e para a proteçãoda célula solar contra esforços mecânicos, químicos e físicos doambiente. Essas superfícies podem ser produtos de vidro ouplásticos estabilizadas contra radiação. Por exemplo, uma camadade vidro pode incluir um revestimento autolimpante de TiO2 feitopor sublimação catódica, Hot-Aerosol-Layering-Operation (nHALO) epor técnicas ALD. As camadas mais externas de proteção podem serintegradas na célula solar ou podem ser separadas das camadaselétricas.

Na ocasião do depósito deste pedido de patente,existem duas principais tecnologias que são usadas para a produçãode células solares. Na primeira tecnologia, é usado silício ououtro material semicondutor usado como substrato, sendo aindaprovidas outras camadas no substrato. No presente, esta tecnologiaé a mais geralmente utilizada. Entretanto, a produção desubstratos de silício, assim como a formação de outras camadas coma presente tecnologia de fabricação é custosa. Também, o peso degrandes células solares se torna alto, e as grandes célulassolares são relativamente sensíveis a esforços mecânicos. Essasdesvantagens evitam o uso crescente de células solares.

Outra tecnologia para a produção de célulassolares se baseia no uso de algum outro substrato e na produção decamadas semicondutoras, assim como de outras camadas como filmesno substrato. O substrato pode ser, por exemplo, de vidro ouplástico. O substrato pode ser usado como a superfície irradiadada célula solar, caso em que o substrato é tornado transparente. Ascélulas solares feitas com essa tecnologia são mais leves e nãosão tão sensíveis aos esforços mecânicos. Entretanto, tem sido umproblema obter a eficiência suficiente; normalmente menos de 10% daenergia luminosa pode ser convertida em energia elétrica. Um motivopara isto é a não homogeneidade das camadas produzidas. Portanto, atransparência das camadas irradiadas pode não ser suficiente.Também, a não homogeneidade das camadas semicondutoras provoca aperda de energia.

Um problema que provoca falta de eficiência é ofato que uma junção da camada semicondutora tem um limitepotencial elétrico especificado, e a energia dos fótons somentepode ser convertida em uma quantidade de energia que corresponde aolimite potencial. A luz solar tem um amplo espectro decomprimentos de onda, e assim os fótons têm uma ampla faixa deenergias. Se a energia de um fóton é menor que o potencial limiteda junção semicondutora, o fóton não é convertido em energiaelétrica. Por outro lado, se a energia de um fóton é maior que opotencial limite da junção semicondutora, o fóton é convertido emenergia de acordo com o limite potencial, mas a energia do fótonacima do limite é convertida em calor.

0 problema da conversão de uma radiação de amploespectro em energia elétrica pode ser solucionado provendo várias esucessivas camadas semicondutoras transparentes, onde cada par decamadas semicondutoras provê uma junção para a conversão da luz emeletricidade. As junções semicondutoras mais próximas à superfícieirradiada têm o mais alto potencial limite e o potencial limitedecresce quando a radiação entra nas seguintes junções. Assim, umfóton é convertido em eletricidade em uma junção que tiver umpotencial limite próximo à energia do fóton, podendo ser obtidaalta eficiência. Entretanto, é difícil fabricar várias camadassemicondutoras sucessivas transparentes. Se as superfícies dascamadas não forem suficientemente suaves, a luz é refletida emcada uma das camadas de junção, reduzindo assim a eficiência.Também, a não homogeneidade de várias camadas semicondutorasprovoca a perda de energia elétrica devido a, por exemplo, locaisem curto-circuito na camada e demais distribuições irregulares decampos elétricos.

Além disso, a produção de camadas protetoras nasuperfície irradiada da célula solar é também difícil e custosa. Osprocessos são lentos e devem ser feitos separadamente da produçãoda parte elétrica da célula solar. 0 manuseio das partes emdiferentes processos e/ou fases de montagem pode envolver um riscode contaminação, e assim mais uma perda de eficiência do produtofinal.

Os problemas supramencionados tornam-se muitomais difíceis na produção de grandes células solares, já que épreciso produzir camadas com grandes superfícies. As tecnologiasconhecidas são adequadas para a produção de células de pequenasdimensões, por exemplo, áreas de alguns cm2 no máximo, mas aqualidade das superfícies e a homogeneidade dos materiais setornam piores caso as tecnologias conhecidas sejam aplicadas naprodução de células solares com camadas de maiores superfícies.

O requerente investigou as possibilidades de usode ablação por laser a frio na produção de células solares. Nosanos recentes, o considerável desenvolvimento da tecnologia laserproporcionou meios para a produção de sistemas laser de eficiênciamuito alta, que se baseiam em fibras semicondutoras, suportandoassim o avanço dos denominados métodos de ablação a frio. A ablaçãoa frio se baseia na formação de pulsos laser de alta energia decurta duração, como na faixa de picosegundos, e direcionando ospulsos para a superfície de um material alvo. Uma pluma de plasmaé assim removida da área em que o feixe laser atinge o alvo. Asaplicações da ablação a frio incluem, por exemplo, revestimento eusinagem.

Ao empregar a nova ablação a frio, os problemasrelacionados qualitativos da taxa de produção associados aorevestimento, à produção de filmes delgados, assim como decorte/entalhamento/cinzelamento, etc. foram abordados, focalizandoo aumento da potência laser e a redução do tamanho do spot dofeixe laser no alvo. Entretanto, a maior parte do aumento depotência foi consumida pelo ruído. Os problemas relativos à taxaqualitativa e de produção ainda permaneceram, apesar de algunsfabricantes de laser terem solucionado o problema relativo àpotência do laser. Amostras representativas tanto do revestimentodo filme como do filme delgado, assim como docorte/entalhamento/cinzelamento etc., poderiam somente serproduzidas com baixos índices de repetição, estreitas larguras devarredura e com grandes períodos de trabalho, além da capacidadeindustrial, destinada especialmente para grandes corpos.

Devido ao teor de energia de um pulso, a potênciado pulso aumenta com a redução da duração do pulso, asignificatividade do problema aumenta com a redução da duração depulso do laser. Os problemas ocorrem significativamente, mesmo comos lasers de pulso nanosegundo, apesar de não serem aplicados comotal nos métodos de ablação a frio.A redução da duração do pulso ainda para a escalafemto ou mesmo para atosegundo torna o problema quase nãosolucionável. Por exemplo, em um sistema laser picosegundo com umaduração de pulso de 10-15 ps, a energia de pulso deve ser 5 pJ paraum spot 10-30 μτη, quando a potência total do laser for 100 W e ataxa de repetição de 20 MHz. Tal fibra para suportar tal pulso nãoestá disponível na data de prioridade do pedido presente, deacordo com o conhecimento do escritor nesta mesma data.

Os sistemas de tratamento a laser da técnicaanterior mais freqüentemente incluem scanners óticos, que sebaseiam em espelhos vibratórios. Este scanner ótico é revelado,por exemplo, no documento DE10343080. Um espelho vibratório oscilaentre dois ângulos determinados relativos a um eixo que é paraleloao espelho. Quando o feixe laser é direcionado para o espelho, érefletido em um ângulo que depende da posição do espelho naquelemomento. Assim, o espelho vibratório reflete ou "varre" o feixelaser nos pontos de uma linha na superfície do material alvo.

Um exemplo de um scanner vibratório ou "galvano-scanner" está ilustrado na Figura la. Possui dois espelhosvibratórios, um dos quais varre o feixe relativo ao eixo Xeooutro varre o feixe com relação ao eixo ortogonal Y.

A taxa de produção é diretamente proporcional àtaxa de repetição ou à freqüência de repetição. Por um lado, osconhecidos scanners espelho-filme (galvano-scanners ou scanners dotipo oscilante para frente e para trás) , que realiza o ciclo deoperação de maneira caracterizada por seus movimentos para frentee para trás, sendo a parada do espelho em ambas as extremidades dociclo de operação de certa forma problemática, assim como aaceleração e deceleração relativas a ponto de virada e à paradamomentânea relacionada, que limitam a capacidade de uso do espelhocomo scanner, mas também especialmente da largura da varredura. Ospresentes métodos de revestimento que empregam galvano-scannerspodem produzir larguras de varreduras no máximo de 10 cm,pref erivelmente menos. Se a taxa de produção fosse aumentada,aumentando a taxa de repetição, a aceleração e a deceleraçãoprovocam seja uma estreita faixa de varredura, ou uma distribuiçãodesigual da radiação, e assim do plasma no alvo quando a radiaçãoatinge o alvo por meio da aceleração e/ou deceleração do espelho.

Convencionalmente, os scanners galvanométricossão usados para varrer um feixe laser com uma velocidade máximanormal de cerca de 2-3 m/s, na prática cerca de 1 m/s. Ao tentaraumentar a taxa de produção do revestimento do filme como do filmedelgado pelo simples aumento da taxa de repetição de pulso, osatuais e conhecidos scanners supramencionados direcionam os pulsospara sobrepassarem o spot da área alvo, já na baixa taxa derepetição de pulsos na faixa de kHz, de maneira descontrolada. Coma taxa de repetição de 2 MHz, mesmo 40-60 pulsos sucessivos sãosobrepassantes. 0 sobrepasso dos spots 111 em tal situação estáilustrado na Figura Ib .

No pior caso, essa abordagem resulta na liberaçãode partículas do material alvo ao invés de plasma, mas pelo menosna formação de partículas no plasma. Uma vez que vários esucessivos pulsos de laser são direcionados no mesmo local dasuperfície alvo, o efeito cumulativo parece erodir o material alvonão igualmente e pode levar ao aquecimento do material alvo, sendoassim perdidas as vantagens da ablação a frio.Os mesmos problemas valem para os lasers na faixade nanosegundos, sendo o problema naturalmente ainda mais severodevido ao pulso de longa duração com alta energia. Aqui, sempreocorre aquecimento do material alvo, estando a temperatura domaterial alvo sempre elevada em aproximadamente 5000 K. Portanto,mesmo um único pulso na faixa de nanosegundo erode o material alvodrasticamente, com os problemas supramencionados.

Nas técnicas conhecidas, o alvo pode não somentedesgastar de maneira desigual, como também fragmentar facilmente edegradar a qualidade do plasma. Assim, a superfície a serrevestida com este plasma também sofre os maus efeitos do plasma.A superfície pode compreender fragmentos, o plasma pode não estardistribuído igualmente de maneira a formar um revestimento, etc.que sejam problemáticos para a aplicação que exige precisão, maspode não ser problemático, por exemplo, com tinta ou pigmento,desde que os defeitos sejam mantidos abaixo do limite de detecçãodesta mesma aplicação.

Os presentes métodos desgastam o alvo em umsimples uso, de maneira que esse alvo não fica disponível para novouso a partir da mesma superfície novamente. 0 problema foicontornado utilizando somente a superfície virgem do alvo, movendoadequadamente o material alvo e/ou o local do feixe.

Ao usinar ou fazer aplicações relacionadas com otrabalho, as sobras ou os resíduos compreendendo alguns fragmentostambém podem fazer uma linha de corte desigual e, portantoinadequada, como pode ser o caso, por exemplo, em furações comcontrole de fluxo. Também a superfície poderia ser formada para teruma aparência acidentada randômica provocada pelos fragmentosliberados, que pode não ser adequada na fabricação de célulassolares.

Além disso, os scanners espelho-filmemovimentando-se para frente e para trás geram forças inerciais quecarregam a própria estrutura, mas também os mancais onde se apóiao espelho e/ou que provocam o movimento do espelho. Essa inércia,pouco a pouco pode soltar a fixação do espelho, especialmente seeste espelho estiver operando próximo à faixa extrema dos possíveisajustes operacionais, e pode levar à perda dos ajustes ao longo dotempo, que pode ser vista a partir da repetibilidade desigual daqualidade do produto. Devido às paradas, assim como às alteraçõesde direções e da velocidade relativa do movimento, este scannerespelho-filme tem uma largura de varredura muito limitada parapoder ser usado para ablação e produção de plasma. 0 ciclo efetivode trabalho é relativamente curto para todo o ciclo, apesar de aoperação ser, de qualquer forma, bastante lenta. No ponto de vistado aumento da produtividade de um sistema que utiliza scannersespelho-filme, a taxa de fabricação de plasma é, como pré-requisito,lenta, com estreita largura de varredura, operação instável nasescalas de longos períodos de tempo, mas também produz umaprobabilidade muito alta de envolver-se com a emissão indesejada departículas no plasma, e como conseqüência nos produtos que estiveremenvolvidos com o plasma por meio das usinagens e/ou dorevestimento.

O período de vida do produto das células solarestambém deve ser aumentado e os custos de manutenção devem serreduzidos, sendo o desenvolvimento sustentável um pré-requisito. Aprodução de camadas especialmente das superfícies de camadauniforme de grandes células solares com uma ou várias das seguintespropriedades: excelente transparência ótica, resistência químicae/ou ao desgaste, superfície anti-risco, resistência térmica,adesão do revestimento, propriedades auto-limpantes e propriedadesderivadas da resistividade permaneceram um problema insolúvel.

Nem os recentes métodos de revestimento com altatecnologia, nem as presentes técnicas de revestimento relacionadascom a ablação a laser, seja em nanosegundos ou na faixa de ablaçãoa frio (lasers pico e femtosegundos) podem prover qualquer métodoviável para o revestimento em escala industrial de produtos devidro compreendendo maiores superfícies. As presentes tecnologiasde revestimento CVD e PVD exigem condições de alto vácuo, tornandoo processo de revestimento por lotes, portanto não viável para aprodução em escala industrial de células solares. Além disso, adistância entre o material a ser revestido e o material derevestimento a ser ablado é muito longo, tipicamente além de 50 cm,tornando as câmaras de revestimento grandes e períodos debombeamento a vácuo consumidores de tempo e energia. Essas câmarasa vácuo de alto volume são também facilmente contaminadas commateriais de revestimento no próprio processo de revestimento,exigindo processos de limpeza contínuos e consumidores de tempo.

Apesar de tentar aumentar a taxa de produção nosatuais métodos de revestimento assistidos a laser, ocorrem váriosdefeitos como fatores de defeitos por curto-circuito, perfurações,rugosidade superficial aumentada, transparência ótica reduzida oudesaparecendo, particulados na superfície de camada, particuladosna estrutura superficial afetando as vias de corrosão, reduzidauniformidade superficial, adesão reduzida, etc.Os problemas de qualidade relativos ao plasmaestão demonstrados nas Figuras 2a e 2b, que indicam a geração deplasma de acordo com as técnicas conhecidas. Um pulso de laser 214atinge a superfície alvo 211. Quando o pulso for um pulso longo, aprofundidade h e o diâmetro do feixe d são da mesma magnitude, jáque o calor do pulso 214 também aquece a superfície no local daárea do impacto, mas também abaixo da superfície 211 maisprofundamente que a profundidade h. A estrutura passa por choquetérmico e as tensões se acumulam, e quando se rompe, produzfragmentos ilustrados F. Como o plasma pode ser no exemplo debastante baixa qualidade, também parece haver moléculas e seusaglomerados indicados pelos pequenos pontos 215, como em relação àreferência pelo numerai 215 para os núcleos ou aglomerados deestruturas similares, como formados a partir dos gases 216demonstrados na Figura 2b. A letra "o"s demonstra partículas quepodem se formar e crescer a partir dos gases e/ou por meio deaglomeração. Os fragmentos liberados também podem crescer porcondensação e/ou aglomeração, que é indicado pelas flechas curvasdos pontos até Fs e a partir do os até o Fs. Flechas curvas tambémindicam transições de fase do plasma 213 para gás 216 e ainda parapartículas 215 e partículas aumentadas 217 em tamanho. Como a plumade ablação na Figura 2b pode compreender fragmentos F, assim comopartículas acumuladas pelos vapores e gases, devido à má produçãode plasma, o plasma não é contínuo como região de plasma, e assima variação da qualidade pode ser obtida dentro de uma única plumade pulso. Devido aos defeitos na composição e/ou na estruturaabaixo da profundidade h, assim como nas variações resultantes daprofundidade (Figura 2a) , a superfície alvo 211 na Figura 2b nãoestá mais disponível para novas ablações, e o alvo é perdido,apesar de haver algum material disponível.

Sumário da invenção

Um objetivo da presente invenção é prover célulassolares, assim como um arranjo e método para sua produção, onde asdesvantagens descritas da técnica anterior são evitadas oureduzidas.

Portanto, o objetivo da invenção é prover umatecnologia para a produção de camadas com determinada superfíciepor meio de deposição de laser pulsado, de maneira que a áreasuperficial uniforme a ser revestida compreenda pelo menos 0,2dm2.

Um segundo objetivo desta invenção é prover novosprodutos de célula solar, em que as camadas sejam produzidas pordeposição de laser pulsado, para que a área superficial uniforme dacamada compreenda uma área de pelo menos 0,2 dm2.

Um terceiro objetivo desta invenção é solucionaro problema de como prover a disponibilidade de tal plasma finopraticamente a partir do alvo a ser usado nos produtos de célulasolar, de maneira que o material alvo não forme no plasmaquaisquer fragmentos particulados de forma alguma, isto é, oplasma seja puro plasma, ou os fragmentos, se existirem, sejamraros e pelo menos de menor tamanho que a profundidade de ablaçãoda qual o plasma é gerado pela ablação do referido alvo.

Um quarto objetivo desta invenção é prover pelomenos um novo método e/ou meios relacionados para solucionar comoprover a área superficial uniforme da camada em um produto decélula solar com plasma de alta qualidade sem fragmentosparticulados maiores em tamanho que a profundidade de ablação pelaqual o plasma é gerado pela ablação do referido alvo, isto é, pararevestir os substratos com puro plasma.

Um quinto objetivo desta invenção é prover umaboa adesão do revestimento na área superficial uniforme de umproduto de vidro pelo referido puro plasma, de maneira que a perdada energia cinética para fragmentos particulados seja suprimidapela limitação da existência dos fragmentos particulados ou queseus tamanhos sejam menores que a referida profundidade deablação. Simultaneamente, devido à falta de existência dosfragmentos particulados de maneira significativa, não formamsuperfícies frias que possam influenciar a homogeneidade da plumade plasma por meio do fenômeno relacionado de nucleação econdensação.

Um sexto objetivo desta invenção é prover pelomenos um novo método e/ou meios relacionados para solucionar oproblema de como prover uma ampla largura de varredurasimultaneamente com qualidade de plasma fino e ampla largura derevestimento, mesmo para grandes corpos de células solares demaneira industrial.

Um sétimo objetivo desta invenção é prover pelomenos um novo método e/ou meios relacionados para solucionar oproblema de como prover uma alta taxa de repetição a ser usada paraprover aplicações em escala industrial de acordo com os objetivosda invenção supramencionada.

Um oitavo objetivo desta invenção é prover pelomenos um novo método e/ou meios relacionados para solucionar oproblema de como prover plasma de boa qualidade para o revestimentode superfícies uniformes de vidro para a fabricação de produtos decélula solar de acordo com os primeiro ao sétimo objetivos, masainda salvar o material alvo para ser usado nas fases derevestimento para a produção dos mesmos revestimentos de qualidadee filmes finos onde necessários.

Outro objetivo desta invenção é usar este métodoe meios de acordo com os objetivos anteriores para solucionar oproblema de como trabalhar a frio e/ou produzir camadas de umacélula solar.

A presente invenção se baseia na surpreendentedescoberta de que podem ser produzidas camadas para produtos decélulas solares compreendendo grandes superfícies com taxas deprodução industrial e excelentes qualidades referentes a uma oumais características técnicas como transparência ótica,resistência química e/ou ao desgaste, propriedades anti-riscos,resistência térmica e/ou condutividade, resistividade, adesão derevestimento, propriedades auto-limpantes, revestimentos isentos departiculados, revestimentos sem furações e condutividade eletrônicaempregando deposição de laser pulsado ultracurto de maneira que ofeixe de laser pulsado seja varrido com um scanner ótico rotativocompreendéndo pelo menos um espelho para a reflexão do referidofeixe laser. Além disso, o presente método realiza o uso econômicodos materiais alvo, porque são ablados de maneira a obter areutilização do material já submetido com resultados de altorevestimento retidos. A presente invenção ainda obtém a produçãode camadas de produto em condições de baixo vácuo, simultaneamentecom altas propriedades de revestimento. Além disso, os volumesrequeridos da câmara de revestimento são dramaticamente menores queos dos métodos da competição. Essas características reduzembastante os custos dos equipamentos gerais e aumentam a taxa deprodução do revestimento. Em muitos casos preferíveis, oequipamento de revestimento pode ser colocado na linha de produçãode forma on-line.

Mais especificamente, o objetivo da invenção éalcançado proporcionando um método para a produção por ablação delaser de pelo menos uma camada tendo uma superfície e para serusada como parte de uma célula solar, caracterizada pelo fato deque a área superficial a ser produzida compreende pelo menos umaárea de 0,2 dm2 e o revestimento é feito empregando uma deposiçãode laser pulsado ultracurto onde o feixe laser pulsado é varridocom um scanner ótico rotativo compreendendo pelo menos um espelhopara a reflexão do referido feixe laser.

A invenção também se refere a uma célula solarque compreende pelo menos uma camada com uma superfície, produzidapor ablação de laser, caracterizada pelo fato de que a áreasuperficial uniforme a ser produzida compreende pelo menos uma áreade 0,2 dm2 e a camada foi produzida empregando a deposição de laserpulsado ultracurto onde o feixe de laser pulsado é varrido com umscanner ótico rotativo compreendendo pelo menos um espelho para areflexão do referido feixe laser.

Algumas configurações da invenção são descritasnas reivindicações dependentes.

Neste pedido de patente, o termo "luz" significaqualquer radiação eletromagnética que possa ser usada para ablaçãoa frio e "laser" significa luz coerente ou uma fonte luminosa queproduza esta luz. "Luz" ou "laser" não se restringe, portanto dequalquer maneira à parte visível do espectro luminoso.

Neste pedido de patente, o termo "deposição delaser pulsado ultracurto" significa que um determinado ponto nasuperfície alvo é irradiado com um feixe laser por um período detempo menor que 1 ns, preferivelmente menor que 100 PS por vez.Essa exposição pode ser repetida no mesmo local do alvo.

Neste pedido de patente, o termo "revestimento"significa formar uma camada de material de qualquer espessura emum substrato. Assim, o revestimento também pode significar aprodução de filmes finos com espessura de, por exemplo, < 1 μιη.

Neste pedido de patente, o termo "superfície"pode significar a superfície de uma camada, revestimento e/ou,onde a superfície pode ser uma superfície exterior ou pode formaruma interface com outra camada/revestimento/substrato. Asuperfície também pode ser uma superfície de um produto meioacabado, que pode ser ainda processado para se atingir o produtofinal.

Breve descrição dos desenhos

As vantagens descritas e demais vantagens dainvenção se tornarão aparentes a partir da seguinte descriçãodetalhada e com referência aos desenhos, onde:

A Fig. 1 ilustra uma instalação exemplar galvano-scanner empregada no revestimento de ablação a frio/produção defilmes finos no estado da arte e na usinagem e demais aplicaçõesrelacionadas ao trabalho.

A Fig. 1 b ilustra a situação em que é empregadoo scanner galvanométrico da técnica anterior fazendo a varredura dofeixe de laser, resultando na sobreposição pesada de pulsos comtaxa de repetição de 2 Mhz.

A Fig. 2a ilustra problemas relativos ao plasmade técnicas conhecidas.

A Fig. 2b ilustra outros problemas relativos aoplasma de técnicas conhecidas.

A Fig. 3 ilustra camadas exemplares produzidaspara uma célula solar.

A Fig. 4 ilustra uma disposição exemplar deacordo com a invenção para a produção de uma camada para umacélula solar usando tecnologia de laser pulsado.

A Fig. 5 ilustra uma disposição exemplar deacordo com a invenção para a produção de várias camadas de umacélula solar usando tecnologia de laser pulsado.

A Fig. 6a ilustra um possível scanner de espelhoturbina empregado em um método de acordo com a invenção,

A Fig. 6b ilustra o movimento do feixe de ablaçãoobtido por cada espelho no exemplo da Fig. 6a.

A Fig. 7 ilustra a orientação do feixe por umpossível scanner rotativo a ser empregado de acordo com a invenção.

A Fig. 8a ilustra a orientação do feixe por outropossível scanner rotativo a ser empregado de acordo com a invenção.

A Fig. 8b ilustra a orientação do feixe ainda poroutro possível scanner rotativo a ser empregado de acordo com ainvenção.

A Fig. IOa ilustra uma configuração de acordo coma invenção, do material alvo ablado pela varredura do feixe lasercom um scanner rotativo (scanner turbina).

A Fig. IOb ilustra uma parte exemplar do materialalvo da Figura 10a.

A Fig. IOc ilustra um local ablado exemplar domaterial alvo da Figura 110b.

A Fig. 11 ilustra uma forma exemplar de acordocom a invenção para varrer e ablar o material alvo com um scannerrotativo.

Descrição detalhada

As Figuras la, Ib, 2a e 2b já foram descritasacima na descrição da técnica anterior.

A Figura 3 ilustra camadas exemplares da célulasolar, que se baseia na tecnologia de camada de filme. O substrato360 pode ser, por exemplo, vidro ou material plástico. Nasuperfície irradiada da célula solar existe uma camada anti-reflexo 362. Também pode existir outras ou novas camadas paramanter a superfície externa limpa e protegida de esforçosambientais. Na superfície interna do substrato 360 existe umacamada eletricamente condutora 364 que pode ser padronizada deacordo com a disposição do circuito e da divisão da célula solar. Acamada condutora é preferivelmente transparente e/ou a fiaçãocondutora é feita de pontas estreitas que cobrem somente uma pequenaparte da área superficial. Depois, acima da camada condutora,existe uma ou mais camadas semicondutoras 366. Finalmente, existeoutra camada condutora 368 para fornecer a fiação de um segundopotencial elétrico da célula solar. A segunda camada condutora nãoprecisa ser transparente se não existirem outras camadassemicondutoras atrás da camada condutora. Também pode haver outracamada de proteção na superfície da segunda camada condutora.

Se a célula solar for produzida com um substratosemicondutor, existem camadas similares em ordem similar, mas aprodução é implementada iniciando com um substrato semicondutor eproduzindo outras camadas naquele substrato.

A Figura 4 ilustra um sistema exemplar para otratamento do material com ablação de laser. Um feixe laser formadopor uma fonte laser 44 e varrido com um scanner ótico rotativo 10na direção do alvo. O alvo 47 tem a forma de uma banda que édesenrolada de um rolo de alimentação 48 no rolo de descarga 46. 0alvo é suportado por uma placa suporte 51 que tem uma abertura 52no local da ablação. Entretanto, o alvo pode ser alternativamenteser diferente de banda, como um cilindro rotativo do materialalvo. Quando o feixe de laser 49 recebido do scanner atinge o alvo,o material é ablado, sendo provida uma pluma de plasma. É providoum substrato 50 na pluma de plasma. O substrato será assimrevestido com uma camada de material alvo. Se a camada precisarser usinada após a deposição, isto pode ser feito com um feixe delaser.

Também é possível fazer a ablação de laser commuitas outras estruturas e disposições alternativas. Por exemplo,é naturalmente possível prover a deposição por baixo ou por cimado substrato, ou ambas. É também possível usar o material alvo queé provido em uma folha transparente. Nesse arranjo, é possívelprover o material alvo muito próximo ao substrato e prover o feixede laser no material alvo por meio da parte transparente da folha.

Se o material alvo for um filme fino na folha, fará a ablação nadireção do substrato. A folha alvo pode ser primeiramenteproduzida ablando o material alvo em uma folha transparente.

A Figura 5 ilustra uma disposição de linha deprodução exemplar para a produção de camadas para uma célula solar.O arranjo inclui cinco unidades de processamento a laser 571-575dentro de uma mesma câmara de processamento 510. Acima da unidadede processamento existe um transportador 591 para transferir ossubstratos 581-585 ao longo da linha. Cada unidade de processamentoproporciona certo processo para o substrato. As unidades deprocessamento podem produzir camadas ou podem prover a usinagemlaser do substrato ou das camadas produzidas. Naturalmente, tambémpodem existir outros tipos de unidades de processamento dentro dalinha de produção. É uma importante vantagem da invenção quecamadas de diferentes materiais possam ser depositadas dentro deuma mesma câmara na mesma linha de produção. Ê até mesmo possívelprover uma possível padronização laser necessária. Quando todas oua maioria das camadas são produzidas na mesma câmara, o risco decontaminação ou outros defeitos devidos ao manuseio de produtossemi-acabados é mínimo.

Depois, é descrita a base física e a estruturados adequados scanners rotativos.

De acordo com a invenção, é provido um método paraa produção de uma camada de uma célula solar com determinadasuperfície por ablação de laser, método em que a área superficial aser revestida compreende pelo menos 0,2 dm2 e a deposição é feitaempregando deposição de laser pulsado ultracurto, onde o feixe delaser pulsado é varrido com um scanner ótico rotativocompreendendo pelo menos um espelho para a reflexão do referidofeixe laser.

A Deposição de Laser Pulsado Ultracurto égeralmente USPLD encurtado. A referida deposição é tambémdenominada ablação a frio, em que uma das características é que,oposto por exemplo aos lasers nanosegundos da competição, nãoocorre praticamente nenhuma transferência de calor a partir da áreaalvo exposta para as vizinhanças dessa área, a energia do pulso delaser ainda sendo suficiente para superar o limite da ablação domaterial alvo. Os comprimentos de pulso estão tipicamente abaixo de50 ps, como 5 a 3 0 ps, ou seja, ultracurto, sendo o fenômeno deablação a frio obtido com lasers pulsados picosegundo, como tambémde femto-segundo e ato-segundo. 0 material evaporado do alvo pelaablação de laser é depositado em um substrato que pode ser mantidopróximo à temperatura ambiente. Ainda assim, a temperatura doplasma alcança 1.000.000 K na área exposta do alvo. A velocidadedo plasma é superior, chegando a 100.000 m/s e assim, levando a umamelhor adesão do revestimento/filme fino produzido. Em umaconfiguração mais preferida da invenção, a referida áreasuperficial uniforme compreende pelo menos 0,5 dm2. Em ainda umaconfiguração mais preferida da invenção, a referida áreasuperficial uniforme compreende pelo menos 1,0 dm2. A invençãotambém obtém facilmente o revestimento de produtos que compreendemáreas superficiais uniformemente revestidas maiores que 0,5 m2,como 1 m2 e acima. O processo é especialmente benéfico para orevestimento de superfícies maiores de camadas para célulassolares com plasma de alta qualidade.

Em aplicações industriais, é importante obteralta eficiência do tratamento laser. Na ablação a frio, aintensidade dos pulsos laser não deve ultrapassar um valor limitepredeterminado para facilitar o fenômeno da ablação a frio. Estevalor limite depende do material alvo. Para obter alta eficiênciado tratamento e assim, produtividade industrial, a taxa derepetição dos pulsos deve ser alta, como 1 MHz, preferivelmenteacima de 2 MHz e mais pref erivelmente acima de 5 MHz. Comomencionado anteriormente, é vantajoso não direcionar vários pulsospara o mesmo local da superfície alvo, porque isto provoca umefeito cumulativo no material alvo, com a deposição de partículaslevando a um plasma de má qualidade e assim, revestimentos efilmes finos de má qualidade, erosão indesejável do material alvo,possível aquecimento do material alvo, etc. Portanto, para obteralta eficiência de tratamento, é também necessário ter altavelocidade de varredura do feixe de laser. De acordo com ainvenção, a velocidade do feixe na superfície do alvo deve sergeralmente maior que 10 m/s para obter processamento eficiente, epref erivelmente mais que 50 m/s e mais pref erivelmente mais que 100m/s, até velocidades como 2000 m/s.

A Figura 6a ilustra um exemplo de um scannerturbina rotativo, que pode ser usado para implementar a invenção.De acordo com esta configuração, o scanner ótico rotativocompreende pelo menos três espelhos para a reflexão do feixe delaser. Em uma configuração da invenção, o método de revestimentoemprega um prisma poligonal ilustrado na figura 5. Aqui, o prismapoligonal tem faces 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 e 28. A flecha 20indica que o prisma pode ser girado em seu eixo 19, que é o eixo desimetria do prisma. Quando as faces do prisma da Fig. 6a são facesdo espelho, vantajosamente oblíquas para obter a linha devarredura, dispostas de maneira que cada face por sua vez mudará,por meio de reflexão, a direção da radiação incidente na superfíciedo espelho quando o prisma gira em seu eixo, o prisma se aplica aométodo de acordo com uma configuração da invenção, em sua linha detransmissão de radiação, como parte de um scanner rotativo, istoé, um scanner turbina. A Fig. 6a mostra 8 faces, mas podem existirconsideravelmente mais faces que isto, mesmo dezenas ou centenasdelas. A Fig. 6a também mostra que os espelhos estão no mesmoângulo oblíquo com relação ao eixo, mas especialmente em umaconfiguração que inclui vários espelhos, o referido ângulo podevariar em etapas de maneira que, por meio de etapas dentro de umadeterminada faixa, uma determinada mudança escalonada no local detrabalho seja obtida no alvo, ilustrado na Fig. 6b. As diferentesconfigurações da invenção não devem ser limitadas aos váriosarranjos do espelho do scanner turbina referente, por exemplo, aotamanho, forma e número dos espelhos refletores do feixe de laser.

A estrutura do scanner turbina, Fig. 6a, incluipelo menos 2 espelhos, preferivelmente mais que 6 espelhos, porexemplo, 8 espelhos (21 a 28) posicionados simetricamente à voltado eixo central 19. Quando o prisma 21 no scanner turbina gira 20à volta do eixo central 19, os espelhos direcionam a radiação, umfeixe de laser, por exemplo, refletidos do ponto 29, precisamentesobre a área indicada pela linha, sempre iniciando a partir de umaúnica direção (Fig. 6b) . A estrutura do espelho do scanner turbinapode ser não inclinada (Fig. 7) ou inclinada em um ângulo desejado,por exemplo, Figs. 8a e 8b. 0 tamanho e as proporções do scannerturbina podem ser escolhidos livremente. Em uma configuraçãovantajosa do método de revestimento, tem um perímetro de 3 0 cm, umdiâmetro de 12 cm e altura de 5 cm.

Em uma configuração da invenção, é vantajoso queos espelhos 21 a 28 do scanner turbina estejam preferivelmenteposicionados em ângulos oblíquos com relação ao eixo central 19,porque então o feixe de laser é facilmente conduzido para osistema do scanner.

Em um scanner turbina a ser empregado de acordocom uma configuração da invenção (Fig. 6a) os espelhos 21 a 28podem desviar entre si de tal maneira que durante uma volta domovimento rotacional sejam varridas tantas áreas configuradas porlinhas (Figura 6b) 29 quantos espelhos existirem de 21 a 28.

De acordo com uma configuração da invenção, aótica rotativa é aqui indicada por scanners compreendendo pelomenos um espelho para a reflexão do feixe de laser. Tal scanner esuas aplicações são descritos no pedido de patente FI20065867. AFigura 9 ilustra um scanner 910 com um espelho rotativo. 0 espelho914 está colocado para girar à volta do eixo de rotação 916. AFigura 9 também mostra a vista lateral e a vista final do espelho.

O espelho tem o formato de um cilindro, que é levemente inclinadoem relação ao eixo de rotação 916. 0 espelho é mostrado como umcilindro inclinado para melhor visualizar a forma do espelho, e asextremidades do espelho são, portanto oblíquas. Entretanto, tambémseria possível ter bordas que fossem perpendiculares ao eixo derotação. O scanner ótico tem um eixo no eixo de rotação, onde oespelho está conectado. O espelho pode ser conectado ao eixorotativo com, por exemplo, placas de extremidade ou hastes (nãomostradas na Figura).

A Figura IOa demonstra um material alvo abladocom um laser pulsado na faixa de pico-segundos empregando umscanner rotativo com velocidade compatível com a ablação domaterial alvo, com pequena sobreposição de pulsos adjacentes,evitando os problemas associados dos galvano-scanners da técnicaanterior. A Figura IOb mostra a figura ampliada de uma parte domaterial ablado, demonstrando claramente a ablação suave econtrolada do material tanto no eixo χ como no eixo y e assim, ageração de plasma de alta qualidade e sem partículas e ainda,filmes finos e revestimentos de alta qualidade. A Figura IOcdemonstra um exemplo de possíveis dimensões χ e y de um único pontode ablação obtido por um ou poucos pulsos. Aqui, pode serclaramente visto, que a invenção realiza a ablação do material demaneira em que a largura do ponto ablado seja sempre muito maiorque a profundidade da área do ponto ablado. Teoricamente, aspartículas possíveis (caso sejam geradas) poderiam agora ter otamanho máximo da profundidade do ponto. 0 scanner rotativo obtémagora a produção de plasma de boa qualidade, sem partículas deplasma e com uma boa taxa de produção, simultaneamente com grandelargura de varredura, especialmente benéfica para substratoscompreendendo grandes áreas superficiais a serem revestidas. Alémdisso, as figuras 10a, IOb e 10c demonstram claramente que,contrariamente às atuais técnicas, a área do material alvo jáablada pode ser ablada para uma nova geração de plasma de altaclasse - reduzindo assim radicalmente os custos gerais de produçãodo revestimento/filmes finos.

A Figura 11 demonstra um exemplo em que orevestimento é feito empregando um laser USPLD pico-segundo evarrendo os pulsos do laser com um scanner turbina. Aqui, avelocidade de varredura é de 3 0 m/s, sendo a largura do pontolaser de 30 μηι. Neste exemplo, existe uma sobreposição de 1/3entre os pulsos adjacentes.Depois, são descritos alguns materiais que sãoadequados como materiais alvo para o provimento de camadas dacélula solar. A camada de material condutor transparente pode serfeita de, por exemplo, oxido de índio e estanho, oxido de zincodopado com alumínio, oxido de estanho ou oxido de estanho dopadocom flúor. A camada de material condutor não transparente pode serfeita de, por exemplo, alumínio, cobre ou prata. A camada dematerial semicondutor pode ser feita de, por exemplo, silício,óxido de índio e estanho com germânio, óxido de zinco dopado comalumínio, óxido de estanho ou óxido de estanho dopado com flúor. Acamada de revestimento antirref letivo pode ser feita de, porexemplo, nitreto de silício ou óxido de titânio. Entretanto, estessão somente alguns exemplos de materiais comumente usados. Depois,algumas outras alternativas são discutidas em mais detalhes.

Óxidos metálicos vantajosos incluem, por exemplo,o óxido de alumínio e seus diferentes compostos como o óxido detitânio e alumínio (ATO). Devido à sua resistividade, astransparências altamente óticas que possuem óxido de índio eestanho (ITO) de alta qualidade são especialmente preferidas nasaplicações em que o revestimento pode ser empregado para aquecer asuperfície revestida. Também pode ser empregado no controle solar.0 óxido de zircônio estabilizado com ítrio é outro exemplo dosdiferentes óxidos que possuem excelentes propriedades óticas deresistência ao desgaste.

Alguns outros metais também podem ser usados emaplicações de células solares. Aqui, as propriedades óticas dosfilmes finos derivados de metais são, de certa forma diferentesdaquelas dos metais a granel. Nos filmes ultrafinos (< 100 A deespessura) as variações tornam o conceito das constantes óticasproblemático, sendo assim a qualidade e a rugosidade superficiaisdo revestimento (filme fino) características técnicas críticas.

Esses revestimentos podem ser facilmente produzidos com o métododa presente invenção.

Os materiais dielétricos empregados nas presentesaplicações incluem os fluoretos (por exemplo, MgF2, CeF3) , óxidos(por exemplo, AI2O3, TiO2, SiO2), sulfetos (por exemplo, ZnS, CdS)e compostos variados, como o ZnSe e o ZnTe. Uma característicaessencial comum dos materiais óticos dielétricos é sua absorçãomuito baixa (a < 103/cm) em alguma porção relevante do espectro;nesta região, eles são essencialmente transparentes (por exemplo,fluoretos e óxidos na visível e na infravermelha, chalcogenides nainfravermelha). Os revestimentos dielétricos podem ser produzidosvantajosamente com o método da presente invenção.

Filmes condutores transparentes podem consistirtanto de metais muito finos ou de óxidos semicondutores e/ou maisatualmente mesmo nitretos como o nitreto de gálio e índio noseletrodos frontais das células solares.

Metais que têm sido convencionalmente empregadoscomo condutores transparentes incluem Au, Pt, Rh, Ag, Cu, Fe e Ni.

A otimização simultânea da condutividade e transparência apresentaum desafio considerável na deposição de filmes. Em um extremo,estão ilhas descontínuas de considerável transparência, mas altaresistividade; no outro, estão filmes que coalescem previamente esão contínuos, possuindo alta condutividade, mas baixatransparência. Por essas razões, são usados óxidos semicondutorescomo SnO2, In2O3, CdO, e mais comumente, suas ligas (por exemplo,ΙΤΟ) , In2O3 dopado (com Sn, Sb) e SnO2 dopado (com F, Cl, etc.).

Os revestimentos de óxidos metálicos podem serproduzidos tanto por ablação de metais ou metais em atmosfera deoxigênio ativo ou pela ablação de materiais óxidos. Mesmo nestaúltima possibilidade, é possível ampliar a qualidade dorevestimento e/ou a taxa de produção conduzindo a ablação emoxigênio reativo. Ao produzir nitretos, é possível de acordo com ainvenção usar atmosfera de nitrogênio ou de amônia líquida demaneira a ampliar a qualidade do revestimento. Um exemplorepresentativo da invenção é a produção de nitreto de carbono(filmes de C3N4).

De acordo com outra configuração da invenção, areferida área superficial uniforme da camada da célula solar éproduzida com material carbono compreendendo além de 90% de carbonoatômico, com mais de 70% de ligação sp3. Esses materiais incluem,por exemplo, diamante amorfo, diamante nanocristalino ou mesmodiamante pseudomonocristalino. Vários revestimentos de diamantedão ao produto de vidro excelentes propriedades tribológicas, de.antidesgaste e anti-riscos, mas aumentam também a condutividade decalor e a resistência. Os revestimentos diamantados em vidro podemser usados com preferência especial em células solares, se de altaqualidade, isto é, na forma cristalina.

Em ainda outra configuração da invenção, areferida área superficial uniforme pode ser produzida de materialcompreendendo o carbono, nitrogênio e/ou boro em diferentesproporções. Esses materiais incluem nitreto de carbono e boro,nitreto de carbono (tanto C2N2 como C3N4), nitreto de boro, carbetode boro ou fases de diferentes hibridizações de fases B-N, B-C e C-Ν. Os referidos materiais são materiais tipo diamante com baixasdensidades, são extremamente resistentes ao desgaste, e geralmentequimicamente inertes. Por exemplo, podem ser empregados nitretosde carbono para proteger os produtos de vidro contra condiçõescorrosivas, como de revestimentos em células solares.

De acordo com uma configuração da invenção, umasuperfície externa do produto da célula solar é revestida comsomente um revestimento. De acordo com outra configuração dainvenção, a referida superfície uniforme da célula solar érevestida com revestimento muiticamadas. Vários revestimentos podemser produzidos por diferentes motivos. Um motivo pode ser ampliara adesão de determinados revestimentos do produto de vidro por meioda fabricação de um primeiro conjunto de revestimento tendo melhoradesão à superfície do vidro e possuindo propriedades tais que aseguinte camada de revestimento tenha melhor adesão à referidacamada do que à própria superfície do vidro. Além disso, orevestimento multicamadas pode ter várias funções não obteníveissem a referida estrutura. A presente invenção realiza a produçãode vários revestimentos em uma única câmara de revestimento ou nascâmaras adjacentes.

A presente invenção ainda realiza a produção decamadas compostas/revestimentos para células solares ablandosimultaneamente um material alvo composto ou dois ou maismateriais alvos compreendendo uma ou mais substâncias.

Uma espessura adequada para uma camada ablada é,por exemplo, entre 20 nm e 20 μπι, preferivelmente entre 100 nm e 5μπι. A espessura do revestimento não deve ser limitada a essas,porque a presente invenção faz a preparação de revestimentos emescala molecular, por um lado, e revestimentos muito espessos, comode 100 μπ\ e acima, por outro lado.

De acordo com a invenção pode ser provido umproduto de célula solar compreendendo uma determinada superfíciesendo revestida por ablação de laser, onde a área superficialuniforme revestida compreende pelo menos 0,2 dm2 e onde orevestimento tiver sido feito empregando a deposição de laserpulsado ultracurto em que o feixe de laser pulsado é varrido comum scanner ótico rotativo compreendendo pelo menos um espelho paraa reflexão do referido feixe laser. Os benefícios recebidos comesses produtos estão descritos em mais detalhes na descriçãoanterior do método.

Em uma configuração mais preferida da invenção, areferida área superficial uniforme compreende pelo menos 0,5 dm2.

Em uma configuração ainda mais preferida da invenção, a referidaárea superficial uniforme compreende pelo menos 1,0 dm2. A invençãotambém obtém facilmente os produtos que compreendem áreassuperficiais revestidas uniformes maiores que 0,5 m2, como 1 m2 eacima.

De acordo com uma configuração da invenção, arugosidade superficial média do revestimento produzido na referidaárea superficial uniforme é menor que 100 nm, varrida em uma áreade 100 μτη2 com Microscópio de Força Atômica (AFM).

De acordo com outra configuração da invenção, atransmissão ótica do revestimento produzido na referida áreasuperficial uniforme não é menor que 88%, preferivelmente não menorque 90% e mais preferivelmente não menor que 92%. Em alguns casos,a transparência ótica pode ultrapassar a 98%.De acordo com ainda outra configuração dainvenção, a referida área superficial uniforme é revestida demaneira que os primeiros 50% do referido revestimento em umareferida área superficial uniforme não contém nenhuma partículacom diâmetro maior que 1000 nm, pref erivelmente 100 nm e maispreferivelmente 30 nm.

De acordo com uma configuração da invenção, areferida camada compreende metal, oxido metálico, nitreto metálico,carbeto metálico ou suas misturas. Os possíveis metais foramdescritos anteriormente na descrição do método de revestimentoagora inventado.

De acordo com outra configuração da invenção, areferida área superficial uniforme do produto de vidro é revestidacom material carbono, compreendendo além de 90% de carbono atômico,com mais de 70% de ligação sp3. Os possíveis materiais de carbonoforam anteriormente mostrados na descrição do método derevestimento ora inventado.

De acordo com ainda outra configuração dainvenção, a referida área superficial uniforme compreende carbono,nitrogênio e/ou boro em diferentes proporções. Esses materiaisforam descritos anteriormente na descrição do método derevestimento ora inventado.

De acordo com ainda outra configuração dainvenção, a referida área superficial uniforme do produto érevestida com material polimérico orgânico. Esses materiais foramdescritos anteriormente em mais detalhes na descrição do método derevestimento ora inventado.

De acordo com uma configuração preferida dainvenção, a espessura do referido revestimento na superfícieuniforme do produto de vidro se situa entre 20 nm e 20 μτη,preferivelmente entre 100 nm e 5 μπι. A invenção também englobaprodutos de vidro revestidos compreendendo um ou vários5 revestimentos de camada atômica e revestimentos espessos, como osque ultrapassam 100 μιτι, por exemplo 1 mm.

Nesta especificação de patente, a estrutura deoutros vários componentes do equipamento de ablação de laser nãosão descritos em mais detalhes, já que podem ser implementadosusando a descrição acima e o conhecimento geral da pessoa técnicano assunto.

Acima, somente foram descritas as configuraçõesda solução de acordo com a invenção. O princípio, de acordo com ainvenção, pode naturalmente ser modificado dentro do escopodefinido pelas reivindicações, por exemplo, pela modificação dosdetalhes da implementação e das faixas de uso.

Por exemplo, somente algumas estruturas decélulas solares foram discutidas como exemplos. Existem muitosoutros tipos de estruturas alternativas, em que a estruturacompreende uma ou várias camadas de diferentes materiais,comumente materiais semicondutores, condutores, isolantes etransparentes. É naturalmente possível a aplicação de uso dapresente invenção também em outros tipos de estruturas de célulassolares.

Claims (41)

1. Método para a produção por ablação a laserde pelo menos uma camada tendo uma superfície e para ser usada comoparte de uma célula solar, caracterizado pelo fato de que a áreasuperficial a ser produzida compreende pelo menos uma área de 0,2dm2 e o revestimento é feito empregando deposição de laser pulsadoultracurto, onde o feixe laser pulsado é varrido com um scannerótico rotativo que compreende pelo menos um espelho para areflexão do referido feixe laser.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a referida área superficial é umaárea superficial uniforme.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a referida área superficialcompreende pelo menos uma área de 0,5 dm2.

4. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que areferida área superficial compreende pelo menos uma área de 1,0dm2.

5. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que afreqüência de pulso empregada da referida deposição a laser é pelomenos 1 MHz.

6. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que asuperfície da camada semicondutora ou condutora não compreendefatores de defeitos de curto-circuito.

7. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que areferida ablação a laser é feita a vácuo de IO"1 a IO"12 atmosferas,e preferivelmente a vácuo de IO"1 a IO"4 atmosferas.

8. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que adistância entre o material alvo e a referida área superficialuniforme a ser produzida é menor que 25 cm, preferivelmente menorque 15 cm e mais preferivelmente menor que 10 cm.

9. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que asuperfície ablada do material alvo pode ser ablada repetidamentepara produzir um revestimento sem defeitos.

10. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que arugosidade superficial média da camada produzida na referida áreasuperficial uniforme é menor que 100 nm varrida em uma área de 100μτη2 com Microscópio de Força Atômica (AFM) .

11. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que atransmissão ótica de uma camada produzida na referida áreasuperficial uniforme não é menor que 88%, preferivelmente não menorque 90% e mais preferivelmente não menor que 92%.

12. Método, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a área superficial da camada éproduzida de maneira que os primeiros 50% do referido revestimentona referida área superficial uniforme não contenha quaisquerpartículas com diâmetro maior que 1000 nm, preferivelmente 100 nm emais preferivelmente 3 0 nm.

13.Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a camadade material condutor transparente é feita de oxido de índio eestanho, oxido de zinco dopado com alumínio, óxido de estanho ouoxido de estanho dopado com flúor.

14.Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a camadade material condutor não transparente é feita de alumínio ou cobre.

15.Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a camadade material semicondutor é feita de silício, óxido de índio eestanho com germânio, óxido de zinco dopado com alumínio, óxido deestanho ou óxido de estanho dopado com flúor.

16.Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a camadade revestimento antirrefletivo é feita de nitreto de silício ouóxido de titânio.

17.Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a camadacompreende pelo menos 80% de óxido metálico ou sua composição.

18.Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a camadaé feita de material carbono compreendendo além de 90% de carbonoatômico, com mais de 70% de ligação sp3.

19.Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que oreferido material da camada compreende carbono, nitrogênio e/ouboro em diferentes proporções.

20. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que asuperfície externa da referida célula solar é revestida comrevestimento multicamadas.

21. Método, de acordo com qualquer uma dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que aespessura da camada se situa entre 20 nm e 20 μπι, preferivelmenteentre 100 nm e 5 μτη.

22. Célula solar compreendendo pelo menos umacamada com uma superfície, produzida por ablação a laser,caracterizada pelo fato de que a área superficial uniforme a serproduzida compreende pelo menos uma área de 0,2 dm2 e a camada foiproduzida empregando deposição de laser pulsado ultracurto onde ofeixe laser pulsado é varrido com um scanner ótico rotativocompreendendo pelo menos um espelho para a reflexão do referidofeixe laser.

23. Célula solar, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a referida área superficial éuma área superficial uniforme.

24. Célula solar, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a referida área superficialuniforme compreende pelo menos uma área de 0,5 dm2.

25. Célula solar, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a referida área superficialuniforme compreende pelo menos uma área de 1,0 dm2.

26. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 25, caracterizada pelo fato de que arugosidade superficial média do revestimento produzido na referidaárea superficial uniforme é menor que 100 nm varrido em uma áreade 100 μπι2 com Microscópio de Força Atômica (AFM) .

27. Célula solar, de acordo com qualquer dasreivindicações de 23 a 27, caracterizada pelo fato de que atransmissão ótica do revestimento produzido na referida áreasuperficial uniforme não é menor que 88%, preferivelmente nãomenor que 90% e mais preferivelmente não menor que 92%.

28. Célula solar, de acordo com qualquer dasreivindicações de 23 a 27, caracterizada pelo fato de que areferida área superficial é revestida de maneira a que os primeiros 50% do referido revestimento na referida área superficial uniformenão contenham partículas com diâmetros maiores que 10 00 nm,preferivelmente 100 nm e mais preferivelmente 3 0 nm.

29. Célula solar, de acordo com qualquer dasreivindicações de 23 a 28, caracterizada pelo fato de que a camadade material condutor transparente é feita de óxido de índio eestanho, óxido de zinco dopado com alumínio, óxido de estanho ouóxido de estanho dopado com flúor.

30. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 29, caracterizada pelo fato de que a camadade material condutor não transparente compreende alumínio, cobre ouprata.

31. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 30, caracterizada pelo fato de que a camadade material semicondutor compreende silício, óxido de índio eestanho com germânio, óxido de zinco dopado com alumínio, óxido deestanho ou óxido de estanho dopado com flúor.

32. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 31, caracterizada pelo fato de que a camadade revestimento antirrefletivo compreende nitreto de silício ouoxido de titânio.

33. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 32, caracterizada pelo fato de que areferida camada compreende metal, oxido metálico, nitreto metálico,carbeto metálico ou suas misturas.

34. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 33, caracterizada pelo fato de que areferida camada compreende material carbono compreendendo além de-90% de carbono atômico, com mais de 70% de ligação sp3.

35. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 34, caracterizada pelo fato de que areferida camada material compreende carbono, nitrogênio e/ou boroem diferentes proporções.

36. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 35, caracterizada pelo fato de que asuperfície externa da célula solar é revestida com revestimentomulticamadas.

37. Célula solar, de acordo com qualquer uma dasreivindicações de 23 a 36, caracterizada pelo fato de que aespessura da referida camada de uma célula solar se situa entre 20nm e 20 μπι, preferivelmente entre 100 nm e 5 μπι.

38. Arranjo para a produção de pelo menos umaparte de uma célula solar, o equipamento compreendendo meios para aprodução de pelo menos uma camada com uma superfície por ablação alaser, caracterizado pelo fato de que a área superficial a serproduzida compreende pelo menos uma área de 0,2 dm2 e o arranjocompreende meios para prover a camada com o emprego de deposição delaser pulsado ultracurto, onde o arranjo compreende um scannerótico rotativo para a varredura do feixe laser pulsado, o scannerrotativo compreendendo pelo menos um espelho para a reflexão doreferido feixe laser.

39.Arranjo, de acordo com a reivindicação 38,caracterizado pelo fato de que a referida área superficial é umaárea superficial uniforme.

40.Arranjo, de acordo com a reivindicação 38 ou-39, caracterizado pelo fato de que compreende meios para a produçãode pelo menos duas camadas para a mesma célula solar dentro de umamesma câmara.

41.Arranjo, de acordo com qualquer dasreivindicações de 38 a 40, caracterizado pelo fato de quecompreende meios para a usinagem de camadas ou substrato de umamesma célula solar dentro de uma mesma câmara.