ES2197971T3

ES2197971T3 - Modulo de celula solar con cubierta superficial especifica con buenas caracteristicas de resistencia a humedad y transparencia.

Info

Publication number: ES2197971T3
Application number: ES97300099T
Authority: ES
Inventors: Hidenori Shiotsuka; Takahiro Mori; Ichiro Kataoka; Satoru Yamada; Ayako Shiotsuka
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1996-01-10
Filing date: 1997-01-09
Publication date: 2004-01-16
Anticipated expiration: 2017-01-09
Also published as: DE69722976T2; CN1099136C; EP0784348A3; EP0784348A2; US6191353B1; EP0784348B1; CN1168541A; KR19980063242A; DE69722976D1; KR100288861B1

Abstract

UN MODULO DE CELULAS SOLARES QUE COMPRENDE UN ELEMENTO FOTOVOLTAICO QUE TIENE UN LADO DE RECEPCION DE LUZ EN EL CUAL UN ELECTRODO COLECTOR QUE TIENE UN REVESTIMIENTO CONDUCTOR ELECTRICAMENTE Y UNA CUBIERTA LATERAL DE SUPERFICIE QUE COMPRENDE UN RELLENO Y UNA PELICULA PROTECTORA SECUENCIALMENTE LAMINADA EN EL LADO INCIDENTE DE LA LUZ DE DICHO ELEMENTO FOTOVOLTAICO, EN DONDE UNA CAPA DE RESINA DELGADA ESTA INTERPUESTA ENTRE DICHO ELEMENTO FOTOVOLTAICO Y DICHO RELLENO DE MANERA QUE LOS ESPACIOS PRESENTES EN DICHO REVESTIMIENTO CONDUCTOR DEL ELECTRODO COLECTOR SON RELLENADOS POR DICHA CAPA DE RESINA DELGADA.

Description

Módulo de célula solar con cubierta superficial específica con buenas características de resistencia a humedad y transparencia.

Antecedentes de la invención Sector técnico de la invención

La presente invención se refiere a un módulo de célula solar que tienen características excelentes, especialmente resistencia a la humedad y en transparencia. Más particularmente, la presente invención se refiere a un módulo de célula solar mejorado de manera que las características de la célula solar quedan efectivamente protegidas contra el deterioro debido a la reducción de la resistencia de derivación o ``shunt'' y similares del elemento fotovoltaico cuando se utiliza en condiciones ambientales con elevada temperatura y elevada humedad durante un largo período de tiempo.

Antecedentes de la invención

Recientemente, se ha propuesto una serie de módulos de célula solar. La figura 1 es una sección transversal esquemática que muestra la constitución de un ejemplo típico de estos módulos de célula solar. En la figura 1, el numeral de referencia (1101) indica un elemento fotovoltaico (o célula solar) que tiene un electrodo colector (1108), el numeral de referencia (1102) indica una carga del lado de la superficie, el numeral de referencia (1103) una capa protectora superficial (o película), el numeral de referencia (1105) una carga del lado posterior, el numeral de referencia (1106) un elemento de aislamiento, y el numeral de referencia (1107) un elemento de soporte (o elemento de refuerzo de la cara posterior). En particular, la capa protectora superficial (1103) comprende una película de fluororresina, tal como una película de copolímero de etileno-tetrafluoroetileno (ETFE) o una película de fluoruro de polivinilo (PVF); la carga de la superficie lateral (1102) comprende un copolímero de etileno vinil acetato (EVA) o resina de butiral; la carga del lado posterior (1105) comprende EVA (que es el mismo que la carga del lado de la superficie (1102)) o un copolímero de etileno-etil acrilato (EEA); y el elemento de aislamiento (1106) comprende una película de una resina orgánica tal como un nylon o polietilén tereftalato (PET) o un elemento que comprende una lámina de aluminio abrazada en sandwich con Tedlar (marca registrada). En este módulo de célula solar, la carga de la superficie lateral (1102) sirve también como adhesivo entre el elemento fotovoltaico (1101) y la película de fluororresina como capa protectora superficial (1103), y la carga (1105) de la cara posterior sirve también como adhesivo entre el elemento fotovoltaico (1101) y el elemento de aislamiento (1106). La película de fluororresina como capa protectora superficial (1103) junto con la carga de la cara superficial (1102) sirven para impedir que el elemento fotovoltaico (1101) pueda sufrir daños exteriormente y que pueda sufrir choques externos. El elemento de aislamiento (1106) queda dispuesto para reforzar el módulo de célula solar añadiendo simultáneamente la rigidez apropiada al mismo.

El electrodo colector (1108) del elemento fotovoltaico está formado habitualmente por utilización de un alambre metálico recubierto por un compuesto conductor eléctrico o mediante serigrafiado de una pasta eléctricamente conductora.

En este módulo de célula solar, se utiliza habitualmente EVA como carga (1102) de la cara superficial. A efectos de encerrar suficientemente el elemento fotovoltaico (1101), se incorpora al EVA como carga de la cara superficial un agente reticulante tal como 2,5-dimetil-2,5-bis(t-butilperoxi)hexano (temperatura de vida media de una hora: 138ºC). Además de ello, es conocido el utilizar un compuesto de peróxido capaz de descomponerse a baja temperatura como agente reticulante para el EVA, de manera que el EVA se reticula por descomposición de dicho compuesto de peróxido a baja temperatura. En el caso de utilizar dicho compuesto de peróxido como agente reticulante para el EVA como carga del lado de la superficie, en el proceso de laminación para producir un módulo de célula solar, la reticulación del EVA como carga de la cara superficial tiene lugar a elevada velocidad (esto será lo que se indicará a continuación como forma de reticulación de EVA a alta velocidad) y por lo tanto, el tratamiento térmico en el proceso de laminación se puede conseguir durante un período de tiempo corto, resultando ello en la reducción del período de tiempo necesario para el proceso de laminación. La utilización de la forma de reticulación EVA de alta velocidad proporciona otras ventajas por el hecho de que, dado que el tratamiento térmico en el proceso de laminación puede ser conseguido durante un corto período de tiempo tal como se ha descrito anteriormente, la cantidad de energía calorífica aplicada a materiales de cubrición incluyendo EVA como carga de la cara superficial y una película de fluororresina como película protectora superficial en el tratamiento térmico es relativamente pequeña, de manera que los materiales de cubrición no amarillean debido a la energía calorífica aplicada y por lo tanto, la formación de una cubrición del lado superficial excelente en características iniciales ópticas se puede conseguir para el elemento fotovoltaico.

En el caso de un módulo de célula solar que tiene la cubierta del lado de la superficie que se ha indicado con excelentes características iniciales ópticas formadas por el método de reticulación EVA de alta velocidad, la película de fluororresina presente en la cubrición de la cara superficial como película de protección superficial situada en el lado de la superficie más externo, tiene un efecto satisfactorio repelente al agua de prevención de la influencia de humedad pero es difícil de conseguir una función barrera satisfactoria contra la humedad solamente por la película de fluororresina. Además, el elemento fotovoltaico queda sellado al tener el EVA una capacidad de absorción de agua elevada que está situada por debajo de la película de fluororresina. A causa de ello, el módulo de célula solar no es adecuado en términos de aseguramiento de su estabilidad a largo plazo en el caso en el que el módulo de célula solar se utiliza de manera continuada en condiciones ambientales de elevada temperatura y humedad. Además, en el caso en el que el electrodo colector del elemento fotovoltaico comprende un conductor metálico dotado de un recubrimiento de un compuesto conductor eléctrico que comprende partículas de un material conductor eléctrico y una resina aglomerante, el recubrimiento del alambre metálico se ve acompañado de manera inevitable por intersticios presentes entre las partículas conductoras eléctricamente que quedan sin carga suficiente de la resina aglomerante, de manera que el conductor metálico no queda suficientemente protegido en una situación en la que puede quedar impedido de contacto con la humedad.

El modo de reticulación de EVA de alta velocidad es ventajoso por el hecho de que el EVA puede ser reticulado durante un período de tiempo corto, pero es problemático por el hecho de que el período de tiempo durante el cual el EVA se mantiene en estado fluido es corto y a causa de ello las irregularidades presentes en el elemento fotovoltaico y los intersticios presentes en el electrodo colector que comprende el alambre metálico dotado de recubrimiento por el compuesto eléctricamente conductor no quedan suficientemente cargados por el EVA para proporcionar defectos sin carga en el módulo de célula solar. Esta situación puede provocar problemas tal como se describirán a continuación. Cuando la humedad invade el módulo de célula solar, la humedad atraviesa dichos defectos sin carga alcanzando el alambre metálico del electro colector. En este caso, el alambre metálico es oxidado, provocando una resistencia en serie incrementada (Rs) o/y el metal de la superficie del alambre metálico es ionizado o/y precipitado, de manera que cuando el elemento fotovoltaico se encuentra en estado de aplicación de voltaje, el metal ionizado o precipitado emigra para depositarse en los defectos del elemento fotovoltaico, resultando ello en provocar cortocircuitos (o ``shunts'') en el elemento fotovoltaico. Esto provoca el deterioro del rendimiento de conversión fotoeléctrica del módulo de célula solar especialmente cuando el módulo de célula solar es utilizado de manera continuada en condiciones ambientales severas con elevada temperatura y elevada humedad durante un período de tiempo prolongado.

Además, para el electrodo colector que comprende el alambre metálico dotado de recubrimiento por el compuesto conductor eléctrico, cuando la humedad invade el compuesto conductor eléctrico tal como se ha mencionado anteriormente, existe la tendencia de que la adherencia entre el electrodo colector y el elemento fotovoltaico se hace gradualmente más reducida, proporcionando una resistencia de contacto incrementada entre ellas, de manera que la potencia eléctrica generada por el elemento fotovoltaico no puede ser utilizada eficazmente durante un largo período de tiempo.

Incluso en el caso en el que el electrodo colector queda constituido por serigrafiado de una pasta metálica eléctricamente conductora, el electrodo colector formado a base de la pasta metálica es probable que tenga intersticios, de igual manera que en el caso de un electrodo colector que comprende el alambre metálico dotado de recubrimiento con un compuesto eléctricamente conductor. Por lo tanto, existe la tendencia de que cuando la humedad invade el módulo de la célula solar, existe tendencia a que tengan lugar problemas similares a los problemas anteriormente mencionados en el caso de que el electrodo colector comprenda el alambre metálico dotado de recubrimiento mediante el compuesto eléctricamente conductor por el hecho de que el material metálico del electrodo colector es ionizado o/y precipitado, de manera que el metal ionizado o precipitado emigra depositándose en los defectos del elemento fotovoltaico, resultando en la producción de cortocircuitos (o ``shunts'') en el elemento fotovoltaico.

Además, en el caso en el que un elemento de fibra de vidrio queda contenido en la carga del lado de la superficie comprendiendo el EVA a efectos de hacer que la cubrición del lado de superficie tenga características mejoradas contra las rayaduras, es probable que se presente el problema de que la humedad frecuentemente pasa a través del intermedio o interfaz entre el elemento de fibras de vidrio y la carga del lado de la superficie, siendo difícil proteger suficientemente el elemento fotovoltaico contra la entrada de humedad.

En el caso de utilizar EVA y un agente reticulante convencional en combinación como carga de la cara o lado de la superficie en la producción de un módulo de célula solar, dado que el período de tiempo durante el cual el EVA es reticulado por el agente reticulante se hace relativamente largo, el EVA se mantiene en estado fluidizado durante un período de tiempo relativamente largo. Por lo tanto, las irregularidades presentes en el elemento fotovoltaico y los intersticios presentes en el electrodo colector es posible que queden suficientemente cargados o llenados por el EVA. No obstante, si los intersticios presentes en el electrodo colector se pueden llenar o cargar suficientemente por el EVA, existe la tendencia de que dado que el EVA tiene por sí mismo una elevada capacidad de absorción de agua, tal como se ha descrito anteriormente, es difícil que se pueda prevenir suficientemente que el electrodo colector sufra invasión de humedad. Por lo tanto, es difícil conseguir un módulo de célula solar que tiene una resistencia mejorada contra la humedad. Además de ello, cuando el EVA en el cual los intersticio del electrodo colector son contactos cargados o llenados con el alambre metálico del electrodo colector, existe la tendencia de que el EVA amarillea comportando el problema de que la cantidad de luz que llega al elemento fotovoltaico disminuye, provocando una reducción del rendimiento de conversión fotoeléctrica proporcionado por el elemento fotovoltaico.

A este propósito, a efectos de conseguir un módulo de célula solar que tiene resistencia mejorada contra la humedad, existe una serie de propuestas para utilizar un elemento de vidrio como superficie externa del elemento de cubrición del módulo de célula solar. De acuerdo con estas propuestas, el utilizar un elemento de vidrio como elemento de cubrición superficial externo del módulo de célula solar hace posible impedir la entrada de humedad en el módulo de célula solar desde el lado de la superficie, pero se hace difícil impedir suficientemente la invasión de humedad en el módulo de célula solar desde sus caras laterales. A efectos de impedir la entrada de humedad desde las caras laterales del módulo de célula solar, se conoce un método de estanqueización de las caras laterales del módulo de célula solar mediante un sellante de silicona. No obstante, este proceso es problemático por el hecho de que las caras laterales selladas por el sellante de siliconas tienen una resistencia reducida frente a la humedad a largo plazo y la humedad una vez que se ha introducido en el módulo de la célula solar es difícilmente liberada al exterior. Y para que el módulo de célula solar tenga una cubierta superficial más externa comprendiendo el elemento de cristal, existen problemas tales como su flexibilidad inferior, así como resistencia al choque, siendo pesado y costoso.

Además, a efectos de obtener un módulo de célula solar que tiene resistencia a la humedad mejorada, se conoce un método de fabricación de la capa protectora superficial que comprende una película de resina orgánica tal como una película de fluororresina que tiene resistencia a la humedad mejorada, depositando una película de SiO_{2}, SiO_{x} o una capa de alúmina como mínimo sobre una de las superficies opuestas de la película orgánica por medio del proceso de bombardeo iónico CVD. No obstante, la película depositada sobre la película orgánica como capa protectora superficial presenta frecuentemente color, de manera que tiene reducida transparencia y a causa de ello, el módulo de célula solar resultante es inferior en características iniciales. Además, en este caso, la película depositada sobre la lámina o película orgánica como capa protectora superficial es habitualmente muy cristalina y por lo tanto dura. Por lo tanto, la flexibilidad que es una característica representativa del módulo laminar disminuye, y la película depositada sobre la película orgánica como capa protectora superficial es probable que sufra grietas en el estado de invasión de la humedad cuando el módulo se dobla en exceso. Por lo tanto, este proceso no es siempre eficaz en mejorar la resistencia a la humedad del módulo de célula solar.

En la actualidad, se utiliza frecuentemente un módulo de célula solar por instalación del mismo en el techo de un edificio. En este caso, a efectos de que el módulo de célula solar sea utilizado en un país determinado, el módulo de célula solar es necesario que cumpla con las exigencias prescritas en la norma relativa a materiales de techo de dicho país. Una de las exigencias a cumplir es la prueba de combustión. A efectos de aprobar o pasar la prueba de combustión, la cantidad de EVA que pertenece a una resina combustible utilizada en el módulo de célula solar como material sellante es necesario que disminuya. No obstante, en el caso en el que la cantidad de EVA utilizado en dicho módulo de célula solar descrito anteriormente disminuya, la capacidad de protección de la cubrición de la superficie para proteger el elemento fotovoltaico disminuye de modo correspondiente. Para resolver este problema, existe la propuesta de reforzar el EVA por medio de un elemento de fibra de vidrio. En esta propuesta, se utiliza un método de disposición del elemento de fibra de vidrio en la cubrición de la superficie lateral, de manera que la cubrición de la superficie lateral tiene capacidad de protección del elemento fotovoltaico. En este caso, es necesario utilizar el EVA en una cantidad tal que el elemento de fibras de vidrio se pueda densificar suficientemente en la cubierta de la superficie lateral. No obstante, el módulo de célula solar que tiene esta configuración de cubrición de la superficie lateral es difícil que sea aprobado como material de techos correspondientes a la Clase A en la prueba de combustión prescrita en la Norma UL 1703 de U.S.A.

La solicitud de Patente europea Nº. 0536738 da a conocer un módulo de célula solar que utiliza un electrodo en forma de rejilla constituido a base de Ag en polvo y una resina aglomerante en forma de una pasta. El electrodo de rejilla está dotado de un recubrimiento que comprende una resina epoxi dispuesta de forma que cubra la parte exterior expuesta completa del electrodo de rejilla.

La patente U.S.A. Nº. 5.457.057 da a conocer un proceso de fabricación de un módulo fotovoltaico en el que un recubrimiento de protección que comprende una capa de polímero de uretano o polímero de silicona es aplicado sobre la estructura de colector de corriente para facilitar manipulación sin provocar problemas tales como descolocación de alambres de la rejilla o similares.

La solicitud de Patente europea Nº 0684652 da a conocer un dispositivo fotovoltaico que comprende un alambre dotado de recubrimiento de una capa de resina electroconductora y que tiene una película de resina que impide adherencia del adhesivo electroconductor a la resina de carga, impidiendo la transferencia de aceite o similar de la resina de carga al elemento fotovoltaico.

Características de la invención

Un objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un módulo de célula solar que tiene una cubrición mejorada de la cara superficial que posibilita solucionar los problemas anteriormente mencionados de la técnica conocida.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un módulo de célula solar que tiene una cubrición de la cara superficial mejorada que tiene características excelentes, en especial, en cuanto a resistencia a la humedad y transparencia.

Otro objetivo de la presente invención consiste en dar a conocer un módulo de célula solar altamente fiable que adolece ligeramente no solamente de reducción de resistencia a la derivación o ``shunt'' (Rsh) sino también un aumento en la resistencia en serie (Rs) y que muestra, de manera continua, un comportamiento de conversión fotoeléctrica deseable sin deterioros, incluso en utilización continuada o a lo largo de prolongados periodos de tiempo en condiciones ambientales severas con elevada temperatura y humedad.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se da a conocer un módulo de célula solar que comprende un elemento fotovoltaico que tiene una cara receptora de la luz sobre la que se ha dispuesto un electrodo colector que comprende un alambre metálico cubierto por un recubrimiento eléctricamente conductor, y una cubrición de la cara superficial que comprende una carga y una película protectora superficial laminada posteriormente o secuencialmente sobre la cara que recibe la luz incidente de dicho elemento fotovoltaico, de manera que una delgada capa de resina queda interpuesta entre dicho elemento fotovoltaico y dicha carga, de manera que los intersticios existentes en dicho recubrimiento conductor del electrodo colector quedan rellenos de dicha capa de resina;

caracterizado porque dicha capa de resina delgada está constituida por un material de resina que comprende, como mínimo, una resina acrílica y un isocionato bloqueado por un agente bloqueante.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se da a conocer un procedimiento para la fabricación de un módulo de célula solar del tipo que comprende un elemento fotovoltaico que tiene una cara receptora de luz sobre la que se dispone un electrodo colector que comprende un alambre metálico cubierto por una capa conductora eléctricamente, y una cubrición de la cara superficial que comprende una carga y una película protectora de la superficie laminada secuencialmente sobre el lado de incidencia de la luz de dicho elemento fotovoltaico, comprendiendo el mencionado procedimiento:

interponer una capa de resina delgada entre dicho elemento fotovoltaico y dicha carga, de manera que los intersticios presentes en dicha capa conductora del electrodo colector se llenen por la resina, manteniendo dicho alambre metálico en un estado estable libre de entrada de humedad, formándose dicha capa delgada de resina por la aplicación de un material de resina sobre la cara receptora de la luz de dicho elemento fotovoltaico que tiene el electrodo colector, a efectos de impregnar dicha capa eléctricamente conductora, y efectuar el curado de dicha resina aplicada;

caracterizado porque dicha capa de resina delgada queda constituida por un material de resina que comprende, como mínimo, una resina acrílica y un isocionato bloqueado por un agente bloqueante.

En la presente invención, la utilización de la capa de resina delgada específica en la cubrición de la cara superficial de un módulo de célula solar proporciona varias ventajas, tal como se describirán a continuación.

(1) Se puede conseguir una cubrición de la cara superficial para un módulo de célula solar. Particularmente, la capa de resina delgada transparente específica puede ser formada por aplicación de una resina líquida determinada sobre un elemento fotovoltaico (o célula solar) que tiene un electrodo colector que comprende un alambre metálico dotado de recubrimiento mediante un compuesto conductor eléctricamente, compuesto de partículas eléctricamente conductoras y una resina aglomerante sobre el mismo para formar un recubrimiento y, efectuando el curado de dicho recubrimiento. En este caso, los intersticios existentes en el recubrimiento del electrodo colector no llenados por la resina aglomerante son cargados por la resina líquida y, la resina líquida de dichos intersticios es curada, de manera que los intersticios presentes en el recubrimiento del electrodo colector quedan suficientemente llenados. De esta manera, el electrodo colector no sufre invasión de humedad. De manera más detallada, el alambre metálico que constituye el electrodo colector no se puede oxidar por la invasión de humedad, de manera que el electrodo colector queda protegido no solamente contra la reducción de la resistencia de derivación o ``shunt''(Rsh), sino también presenta un aumento de la resistencia de serie (Rs). Se consiguen ventajas similares también en el caso en el que el electrodo colector está formado por la utilización de una pasta conductora eléctricamente (pasta metálica). Particularmente, se impide, de manera efectiva, la invasión de humedad en el electrodo colector y, además, se impide la precipitación de iones metálicos y emigración metálica de manera efectiva.

(2) Se puede obtener una cubrición de la cara superficial excelente en carácter translúcido inicial. Particularmente, se puede utilizar, de manera selectiva, una resina apropiada como carga de la cara superficial, y el tratamiento térmico en el proceso de laminación para producir un módulo de célula solar se puede conseguir en un corto período de tiempo, de manera que los materiales utilizados para la formación de una cubrición de la cara superficial del módulo de célula solar no adquieren coloración en el proceso de laminación. Por lo tanto, se puede conseguir un módulo de célula solar que tiene una cubrición de la cara superficial mejorada excelente en carácter translúcido inicial.

Además, resulta posible utilizar un agente reticulante capaz de descomponerse a baja temperatura para reticular la carga de la cara superficial. En este caso, la cantidad de agente reticulante que permanece sin descomponerse en la carga de la cara superficial, después del proceso de laminación, disminuye notablemente y, a causa de ello, se puede conseguir una cubrición de la cara superficial para un módulo de célula solar libre de problemas de coloración debido al agente reticulante residual.

Además, resulta posible utilizar un elemento de fibra de vidrio junto con un adhesivo de una resina acrílica en la cubierta de la cara superficial. En este caso, el EVA utilizado como carga de la cara superficial no puede adquirir coloración.

(3) Se puede obtener una cubrición de la cara superficial excelente en resistencia al calor para un módulo de célula solar. Particularmente, la utilización de una capa de resina delgada transparente específica en la cubrición de la cara superficial proporciona ventajas por el hecho de que se puede obtener una cubrición de la superficie lateral que tiene una mejor resistencia física superficial, y la cantidad de EVA utilizada como carga de la cara superficial se puede disminuir, de manera que se puede obtener un módulo de célula solar deseable que puede ser aprobado como material de techo perteneciente a la Clase A en la prueba de combustión prescrita en la Norma U.S.A. UL 1703.

(4) Se puede obtener una cubierta de la cara superficial que tiene una resistencia a las ralladuras mejorada para un módulo de célula solar.

(5) Se puede obtener una cubrición de la cara superficial que tiene características de aislamiento eléctrico mejoradas para un módulo de célula solar. Particularmente, se previene de manera efectiva la invasión de humedad desde la superficie del módulo de célula solar en el lado de incidencia de la luz y, a causa de ello, la fuga de corriente eléctrica al exterior queda impedida de manera efectiva.

(6) Se puede obtener una cubrición de la cara superficial excelente en flexibilidad para un módulo de célula solar. Particularmente, resulta posible conseguir una cubrición de la superficie lateral que tiene suficiente resistencia contra la humedad para un módulo de célula solar sin utilizar un elemento de vidrio, una película depositada o similar que tienen flexibilidad reducida. Por lo tanto, se puede obtener un módulo de célula solar deseable que es ligero de peso y es excelente en cuanto a resistencia al choque y resistencia a la humedad.

(7) Se puede obtener una cubrición lateral superficial excelente en aspecto exterior para un módulo de célula solar. Particularmente, la capa de resina delgada transparente específica es constituida por utilización de resina líquida, tal como se ha indicado anteriormente. En la formación de esta capa de resina delgada transparente, la irregularidad superficial del elemento fotovoltaico se puede suavizar y, por lo tanto, se puede conseguir una cubrición de la cara superficial excelente en su aspecto externo. A causa de ello, incluso en el caso en el que se utilice el método de reticulación de EVA de alta velocidad que se ha descrito anteriormente, en el que el período de tiempo durante el cual el tiempo en el que el EVA mantiene el estado fluidizado es corto, se puede obtener una cubrición de la cara superficial sin defectos de compactado y que tiene un aspecto exterior excelente.

Además, el alambre metálico que constituye el electrodo colector no establece contacto en ningún caso con el EVA utilizado como carga de la cara superficial y, a causa de ello, el EVA no adquiere coloración. Por lo tanto, se puede obtener un módulo de célula solar que tiene una cubrición de la cara superficial deseable que presenta un aspecto exterior excelente que se mantiene sin deterioro porque los componentes de la cara superficial no adquieren color, de manera que el módulo de célula solar muestra, de forma continuada, un rendimiento de conversión fotoeléctrica deseable sin deterioro.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en sección esquemática que muestra un ejemplo de un módulo de célula solar convencional.

La figura 2 es una sección esquemática que muestra un ejemplo de un módulo de célula solar según la presente invención.

La figura 3 es una vista en sección esquemática que muestra un ejemplo de un elemento fotovoltaico (o célula solar) que se puede utilizar en la presente invención.

La figura 4 es una vista en sección esquemática que muestra un ejemplo de la configuración de una capa de resina delgada formada en un electrodo colector, según la presente invención.

La figura 5 es una vista en sección esquemática que muestra otro ejemplo de módulo de célula solar, según la presente invención.

Descripción de la invención

La presente invención se explicará de manera detallada haciendo referencia a las realizaciones que se describen a continuación. Se debe comprender que la presente invención queda restringida por estas realizaciones.

La figura 2 es una vista en sección esquemática que muestra la constitución de un ejemplo de módulo de célula solar de acuerdo con la presente invención.

En la figura 2, el número de referencia (101) indica un elemento fotovoltaico (o célula solar) que tiene un electrodo colector (108), el numeral de referencia (102) muestra una capa de resina delgada transparente, el numeral de referencia (103) muestra la carga de la cara superficial que contiene fibras de vidrio, el numeral (104) muestra una película transparente o sustancialmente transparente dispuesta en la superficie más exterior (esta película se indicará a continuación como película de protección superficial o capa de protección superficial), el numeral de referencia (105) es una carga sobre la cara posterior del elemento fotovoltaico (101) (esta carga se indicará, a continuación, como carga de la cara posterior), el numeral de referencia (106) es una película aislante (o película de protección de la cara posterior), y el numeral de referencia (107) es un elemento de refuerzo de la cara posterior. El elemento (107) de refuerzo de la cara posterior no es de necesaria utilización en todos los casos. Se puede utilizar en el caso necesario.

En el módulo de célula solar mostrado en la figura 2, la luz (100) choca sobre el lado de la película protectora superficial (104), y la luz incidente pasa a través de la película protectora superficial (104), la carga de la cara superficial (103) y la capa (102) de resina delgada transparente, llegando al elemento fotovoltaico (101). La fuerza electromotriz generada en el elemento fotovoltaico (101) sale por los terminales de salida (no mostrados).

El elemento fotovoltaico (101) comprende, como mínimo, una capa fotoactiva semiconductora como elemento de conversión fotoeléctrica dispuesto sobre el sustrato electroconductor.

La figura 3 es una vista en sección esquemática que muestra la constitución de dicho elemento fotovoltaico.

En la figura 3, el numeral de referencia (201) indica un substrato electroconductor, el numeral de referencia (202) muestra una capa posterior reflectante, el numeral (203) muestra una capa semiconductora fotoactiva, el numeral de referencia (204) es una capa transparente eléctricamente conductora, el numeral de referencia (205) es un electrodo colector (o electrodo de rejilla), y el numeral de referencia (206) muestra un recubrimiento formado utilizando una pasta eléctricamente conductora, mediante la cual está recubierto el electrodo colector (205).

El elemento fotovoltaico mostrado en la figura 3 comprende la capa reflectora posterior (202), la capa semiconductora fotoactiva (203), la capa transparente y eléctricamente conductora (204) dispuesta en el orden indicado sobre el sustrato electroconductor (201). El electrodo colector (205) con el recubrimiento (206) está dispuesto sobre la superficie de la capa transparente eléctricamente conductora (204) y, el elemento fotovoltaico mostrado en la figura 3 tiene un par de terminales de salida de potencia (no mostrados). Uno de los dos terminales de salida de potencia está conectado eléctricamente al electrodo colector (205) y se extiende desde el electrodo colector (205), encontrándose aislado por medio de un elemento aislante (no mostrado), y el otro terminal de salida de potencia está conectado eléctricamente al sustrato electroconductor (201). Con esta configuración, el terminal de salida de potencia de la cara positiva y el terminal de salida de potencia del lado negativo se pueden cambiar en terminal de salida de potencia del lado negativo y terminal de salida de potencia de lado positivo dependiendo de la constitución de la capa semiconductora fotoactiva.

La figura 4 es una vista en sección esquemática que muestra un ejemplo de configuración en el caso en el que la capa de resina delgada y transparente (102) (ver figura 2) está formada sobre la superficie receptora de luz del elemento fotovoltaico mostrado en la figura 3, a efectos de recubrir el electrodo colector (205) con el recubrimiento (206). Tal como se ha mostrado en la figura 4, la capa de resina delgada y transparente (102) queda formada de manera tal que los intersticios presentes en el recubrimiento (206) quedan rellenados por la capa de resina transparente delgada. Siempre que los intersticios presentes en el recubrimiento (206) sean llenados por la capa de resina delgada y transparente, no es necesario que dicha capa de resina delgada y transparente quede constituida sobre la totalidad de la superficie de la cara receptora de luz del elemento fotovoltaico. En cuanto al grosor de la capa de resina delgada transparente, se puede determinar de manera apropiada dependiendo de la situación específica. Por ejemplo, puede ser más delgada que el grosor del electrodo colector incluyendo el recubrimiento. De manera específica, la capa de resina delgada y transparente es deseable que quede constituida de manera que tenga un grosor dentro de una gama de valores de 0,5 a 150 \mum por encima de la capa que cubre el electrodo colector.

A continuación, se describirá cada uno de los componentes del módulo de célula solar, de acuerdo con la presente invención, de manera detallada.

Tal como se ha descrito en lo anterior, como elemento fotovoltaico (101) del módulo de célula solar, según la presente invención, se puede utilizar de manera deseable un elemento fotovoltaico que tiene la constitución mostrada en la figura 3.

Se llevará a cabo la descripción detallada del elemento fotovoltaico mostrado en la figura 3.

El sustrato eléctricamente conductor (201) sirve no solamente como sustrato para el elemento fotovoltaico sino también como electrodo inferior. En cuanto al sustrato eléctricamente conductor (201), no existen limitaciones específicas siempre que tenga una superficie eléctricamente conductora. De modo específico, puede comprender un metal tal como Ta, Mo, W, Cu, Ti, Al, o similares, o una aleación de estos metales, tal como acero inoxidable. Además de estos, el sustrato eléctricamente conductor puede comprender una lámina de carbón o una lámina de acero con recubrimiento de Pb. De manera alternativa, el sustrato eléctricamente conductor puede ser una película u hoja realizada a base de una resina sintética o una hoja realizada en un material cerámico. En este caso, el sustrato es depositado con una película electroconductora de SnO_{2}, ZnO_{2}, ITO, o similar sobre su superficie.

La capa reflectante posterior (202) dispuesta sobre el sustrato eléctricamente conductor (201) puede comprender una capa metálica, una capa de óxido metálico, o una estructura de doble capa que comprende una capa metálica y una capa de óxido metálico. La capa metálica puede estar compuesta por un metal del tipo de Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, o similar. La capa de óxido metálico puede comprender cualesquiera de los óxidos de dichos metales, u otros óxidos de metales tales como ZnO, SnO_{2}, o similares.

La capa de reflectante posterior (202) es deseable que tenga una superficie rugosa, a efectos de utilizar de manera efectiva la luz incidente.

La capa reflexión posterior (202) puede quedar constituida por una técnica convencional de formación de película, tal como evaporación por calentamiento por resistencia, evaporación por haz de electrones o bombardeo iónico.

La capa semiconductora fotoactiva (203) funciona realizando la conversión fotoeléctrica. La capa semiconductora fotoactiva puede quedar compuesta de un material semiconductor de silicio de cristal único, un material semiconductor de silicio de cristal no único, tal como un material semiconductor de silicio amorfo (incluyendo un material semiconductor de silicio microcristalino) o un material semiconductor de silicio policristalino o un material semiconductor compuesto. En cualquier caso, la capa semiconductora fotoactiva formada por cualquiera de estos materiales semiconductores, puede ser una estructura apilada con una unión pin, una unión pn o una unión tipo Shottky.

Son ejemplos específicos del material semiconductor compuesto CuInSe_{2}, CuInS_{2}, GaAs, CdS/Cu_{2}S, CdS/CdTe, CdS/InP, CdTe/Cu_{2}Te y similares.

La capa semiconductora fotoactiva, formada por cualquiera de los materiales semiconductores antes mencionado, puede quedar formada por una técnica convencional de formación de película. Por ejemplo, la capa semiconductora fotoactiva de silicio cristalino no único puede ser constituida por una técnica convencional de crecimiento en fase de vapor, de tipo químico, tal como CVD de plasma o CVD inducido por luz, utilizando una materia prima de formación de película adecuada en fase gaseosa capaz de impartir átomos de silicio, tal como gas silano o una técnica convencional de crecimiento de fase de vapor físico, tal como bombardeo iónico, utilizando un objetivo de Si. La capa semiconductora fotoactiva compuesta por un material semiconductor de silicio policristalino puede quedar constituida por una forma de constitución de película de silicio policristalino convencional de disponer un material de silicio fundido y someter el material de silicio fundido a un proceso de fabricación de película o bien otra forma de formación de película de silicio policristalino convencional, que consiste en someter material silicio amorfo a tratamiento térmico.

La capa semiconductora fotoactiva, compuesta por cualquiera de los materiales semiconductores compuestos antes mencionados, puede quedar constituida por recubrimiento iónico convencional, depósito por haz de iones, evaporación al vacío, bombardeo iónico o técnica electrolítica en la que se coloca la precipitación por medio de electrólisis de un electrólito deseado.

La capa conductora eléctricamente y transparente (204) funciona como electrodo superior. La capa transparente y eléctricamente conductora puede comprender In_{2}O_{3}, SnO_{2}, ITO (In_{2}O_{3}-SnO_{2}), ZnO, TiO_{2} o Cd_{2}SnO_{4}. Además de esto, puede comprender una capa semiconductora cristalina contaminada con una impureza apropiada con elevada concentración.

La capa conductora eléctricamente y transparente constituida por cualquiera de los materiales anteriormente mencionados, puede quedar constituida por evaporación por calentamiento por resistencia convencional, evaporación por haz de electrones, bombardeo iónico, pulverización o CVD.

La capa semiconductora cristalina antes descrita, contaminada con impurezas, como capa conductora transparente y eléctricamente conductora, puede quedar constituida por un procedimiento convencional de formación de película por difusión de impurezas.

A este propósito, para un elemento fotovoltaico obtenido por formación de una capa reflectante, una capa semiconductora fotoactiva y una capa conductora eléctricamente y transparente en el orden indicado sobre un sustrato conductor eléctricamente, se acompaña en algunos casos por defectos de cortocircuito, por el hecho de que el sustrato eléctricamente conductor y la capa transparente y eléctricamente conductora se encuentran parcialmente en cortocircuito debido a la irregularidad del sustrato conductor eléctricamente y/o la irregularidad de la capa semiconductora fotoactiva que tiene lugar en su formación. Hay una tendencia de que el elemento fotovoltaico que tiene dichos defectos de cortocircuito tenga un estado con pequeña resistencia a las fugas (o pequeña resistencia a la derivación o ``shunt'') manifestándose porque tiene lugar una corriente de fugas importante en proporción con el voltaje de salida. La patente USA 4.729.970 da a conocer una forma de eliminar defectos de cortocircuito presentes en un elemento fotovoltaico. Es posible preparar un elemento fotovoltaico que tenga dichos defectos en cortocircuito transformándolo en un elemento fotovoltaico sin defectos por reparación del mismo, de acuerdo con el método que se indica en dicha patente. En general, un elemento fotovoltaico es utilizable siempre que tenga una resistencia ``shunt'' del tipo deseado, por ejemplo de 1 k\Omega.cm^{2} o superior, preferentemente 10 k\Omega.cm^{2}o superior.

El electrodo colector (o el electrodo de rejilla) (205) está dispuesto sobre la capa eléctricamente conductora y transparente (204) a efectos de recoger de manera efectiva una corriente eléctrica.

En el elemento fotovoltaico mostrado en la figura 3, el electrodo colector (205) está cubierto por la capa eléctricamente conductora (206). Ésta puede quedar constituida al disponer un alambre metálico con una resistividad de 10^{-4} \Omega.cm fabricado a base de un metal, tal como Al, Ag, Au, Ni, Cu, Sn o Pt como electrodo colector (205) y recubriendo dicho alambre metálico mediante una pasta eléctricamente conductora (como recubrimiento eléctricamente conductor (206)) comprendiendo partículas de un material eléctricamente conductor (al cual se hace referencia a continuación como partículas eléctricamente conductoras), dispersado en una resina aglomerante. Como partículas eléctricamente conductoras se pueden mencionar un polvo fino de Ag, polvo fino de Au, polvo fino de Cu, polvo fino de Ni y polvo fino de carbón. Como resina aglomerante se puede mencionar una resina de poliéster, resina epoxi, resina acrílica, resina alquídica, polivinil acetato, goma, resina de uretano, resina de fenol, resina butiral y resina fenoxy.

Para el grosor del recubrimiento (206) es preferible una gama de valores de 1 \mum a 100 \mum, más preferentemente de 1 \mum a 50 \mum. En el caso en el que el grosor del recubrimiento (206) es menor de 1\mum, un problema que se puede derivar es la dificultad en fijar el electrodo colector (205), comprendiendo el alambre metálico sobre la capa (204) transparente y eléctricamente conductora con la suficiente adherencia. En el caso en el que el grosor de un recubrimiento (206) es superior a 100 \mum, el problema que puede aparecer es que la superficie receptora de luz del elemento fotovoltaico quede excesivamente protegida y, como resultado de ello, la cantidad de luz que llega al elemento fotovoltaico se reduce, reduciendo asimismo el rendimiento de conversión fotoeléctrica.

El electrodo colector del elemento fotovoltaico utilizado en la presente invención no está limitado al mostrado en la figura 3, sino que puede ser un electrodo colector formado de otra manera.

De manera específica, se puede mostrar un electrodo colector formado por serigrafía de una pasta eléctricamente conductora, de un metal tal como Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu o Sn, utilizando una plantilla con un dibujo; un electrodo colector formado por fijación del alambre metálico antes descrito, a la pasta eléctricamente conductora impresa por serigrafía, por medio de soldadura; y un electrodo colector formado por formación de una película metálica de cualquiera de los metales antes mencionados, sobre la totalidad de la superficie por los procesos convencionales de bombardeo iónico o CVD y sometiendo la película metálica a tratamiento de ataque químico para formar el modelo o dibujo deseado.

El par de terminales de salida de potencia antes mencionados (no mostrados en la figura) sirven para dar salida a la fuerza electromotriz. Uno de los dos terminales de salida de potencia está eléctricamente conectado al electrodo colector por medio de, por ejemplo, una pasta electroconductora.

De manera alternativa la conexión eléctrica, en este caso, puede ser realizada utilizando un cuerpo de un metal de conexión apropiado y una pasta o soldadura electroconductora.

El terminal de salida de potencia restante está eléctricamente conectado al sustrato electroconductor por medio de, por ejemplo, un material de soldadura. De manera alternativa, la conexión eléctrica en este caso se puede llevar a cabo por soldadura por puntos o soldadura de un cuerpo de metal apropiado, tal como una aleta de cobre.

Se ha dispuesto una serie de elementos fotovoltaicos con la constitución mencionada y se pueden integrar en una conexión en serie o conexión en paralelo, dependiendo del voltaje deseado o de la corriente eléctrica. Es posible disponer el cuerpo integrado sobre un elemento aislante, de manera tal que se pueda obtener el voltaje o corriente eléctrica deseados.

A continuación se realizará la descripción de otros constituyentes distintos de un elemento voltaico (101) de la figura 2.

Película protectora superficialmente

La película protectora superficialmente (104) está dispuesta en la superficie más exterior del módulo de célula solar. A causa de ello, la película protectora superficial tiene que mostrar excelentes características de transparencia, resistencia al medio ambiente, repelencia de agua, resistencia a la contaminación y resistencia física. Además, en el caso en el que se utiliza el módulo de célula solar al aire libre, se requiere que la película protectora superficial asegure que el módulo de la célula solar tenga suficiente duración en su utilización continuada a lo largo de un prolongado periodo de tiempo.

Por lo tanto, la película protectora superficialmente está formada de una película de resina transparente adecuada que satisface estas exigencias. Esta película, puede incluir películas de fluororresinas, tales como ETFE (copolímero de tetrafluoretileno-etileno), PVF (resina de fluoruro de polivinilo), PVDF (resina de fluoruro de polivinilideno), TFE (resina de politetrafluoroetileno), FEP (copolímero de tetrafluoroetileno-hexafluoropropileno) y CTFE (resina de policlorotrifluoroetileno). De éstas, la película de PFV es superior en términos de resistencia a la intemperie, siendo las películas de FEP y de CTFE superiores en términos de resistencia luminar y la película de ETFE es superior en términos de resistencia al medio ambiente y resistencia física de forma combinada.

A efectos de obtener una mejora adicional en la adherencia de la película protectora superficial con la carga de la cara superficial, se desea que una superficie determinada de la película protectora superficial establezca contacto con la carga de la cara superficial, sometiendo al tratamiento superficial mediante un tratamiento de descarga corona, tratamiento de plasma, tratamiento de ozono, tratamiento de irradiación mediante UV, tratamiento de irradiación mediante haz de electrones o tratamiento de llama.

Carga de la cara superficial

La carga (103) de la cara superficial sirve para cubrir las irregularidades presentes en la superficies del elemento fotovoltaico, para impedir que el elemento fotovoltaico reciba influencia de factores externos, tales como cambios de temperatura y/o cambios de humedad en el medio ambiente, impactos exteriores o similares, consiguiendo una adherencia suficiente entre el elemento fotovoltaico y la película de protección superficial. Por lo tanto, la carga de la cara superficial se requiere que sea muy transparente y que tenga características excelentes, en especial en resistencia al medio ambiente, adherencia, características de embalaje, resistencia al calor, resistencia al frío y resistencia a los impactos. A efectos de que la carga de la cara superficial cumpla con estas exigencias, la carga de la cara superficial está formada por una resina seleccionada entre el grupo que consiste en resinas de copolímeros que comprenden etileno y un éster de ácido graso no saturado. Son ejemplos específicos de dicha resina de copolímero el EVA (copolímero de etileno-acetato de vinilo), EMA (copolímero de etileno-metilacrilato), EEA (copolímero de etileno-etil acrilato), EBA (copolímero de etileno-butilacrilato), EMM (copolímero de etileno-metil metacrilato) y EEM (copolímero de etileno-etil metacrilato). De estas resinas, el EVA es la más deseable porque muestra características físicas bien equilibradas adecuadas para una célula solar cuando se utiliza como carga de la cara superficial.

Cualquiera de las resinas antes mencionadas utilizable como carga de la cara superficial (esta resina se indicará a continuación como resina de carga) tiene una temperatura baja de deformación térmica y tiene posibilidades de deformarse fácilmente o de presentar el fenómeno ``creep'' a elevada temperatura. A causa de ello, la resina de carga es deseable que sea reticulada con un agente reticulante apropiado, de manera que tiene mayor resistencia al calor y una adherencia incrementada. Como agente reticulante, se pueden mencionar los isocianatos, melaminas y peróxidos orgánicos.

En la presente invención, es deseable utilizar dicho agente reticulante que tenga suficiente vida en almacenamiento, siendo capaz de provocar con rapidez una reacción de reticulación en la reticulación de la resina de carga, provocando que no exista material libre o solamente una cantidad reducida del mismo, porque la película de protección superficial es laminada sobre la resina de carga como carga de dicha cara superficial.

El utilizar un agente reticulante que comprende un peróxido orgánico es lo más apropiado, puesto que el peróxido orgánico puede cumplir de manera deseable las condiciones mencionadas.

Por lo tanto, se realizará la descripción del peróxido orgánico utilizado como agente reticulante.

La reticulación de la resina de carga utilizada como carga de la cara superficial, utilizando peróxido orgánico como agente reticulante, se lleva a cabo al llevar átomos de hidrógeno o de halógeno a la resina, por radicales libres generados a partir de peróxido orgánico, formando los enlaces C-C.

A efectos de hacer que el peróxido orgánico genere dichos radicales libres al reticular la resina de carga, el peróxido orgánico es deseable que quede activado por medio de un proceso de descomposición térmica, proceso de descomposición redox o un proceso de descomposición iónica. De estos procesos, el de descomposición térmica es el más apropiado.

En cuanto a la temperatura de descomposición del peróxido orgánico, es deseable que se encuentren en una gama de 100ºC a 130ºC. En el caso en el que la temperatura de descomposición es menor de 100ºC, cuando se utiliza EVA como carga de la cara superficial, es posible que se presente un problema porque, dado que la temperatura de disolución del EVA es próxima a la temperatura de descomposición del peróxido orgánico, el periodo de tiempo durante el cual el EVA mantiene estado fluidizado es demasiado corto para cubrir las irregularidades presentes en la superficie del elemento fotovoltaico de manera deseable. En el caso en el que la descomposición del peróxido orgánico es superior a 130ºC, puede presentarse un problema en el hecho de que la temperatura de tratamiento térmico para reticular el EVA en el proceso de laminación para producir un módulo de célula solar aumenta y el período de tiempo para el tratamiento térmico se prolonga, de manera que una excesiva cantidad de energía calorífica se aplica al EVA y a causa de ello, el EVA tiene probabilidades de amarillear.

Son ejemplos preferentes del peróxido orgánico utilizado como agente reticulante t-butilperoxiisobutilcanboato, 1,1-di-(t-butilperoxi)-3,3,5-trimetilciclohexano y di-t-butilperoxihexahidrotetreftalato.

La cantidad de dicho peróxido orgánico como agente reticulante a añadir a la resina de carga como carga de la cara superficial, es deseable que quede comprendida preferentemente en una gama de 0,1 a 5% en peso, con respecto a la resina de carga.

El peróxido orgánico como agente reticulante puede ser utilizado junto con la resina de carga, como carga en la cara superficial cuando tiene lugar la termocompresión de unión de la carga, de manera que la carga es unida al elemento fotovoltaico y asimismo a la capa protectora superficial, mientras es reticulada con el peróxido orgánico. Las condiciones de temperatura y periodo de tiempo para el tratamiento de termocompresión-unión se pueden determinar apropiadamente, en este caso, dependiendo de la temperatura de termo-descomposición del peróxido orgánico utilizado. No obstante, en general, estas condiciones se determinan de manera apropiada de manera que sean tales que el 60% o más, preferentemente el 95% o más, del peróxido orgánico de la resina de carga se descomponga térmicamente, de manera que la resina de carga es sometida a termocompresión-unión al elemento fotovoltaico y a la capa de protección superficial mientras es reticulada. El tratamiento de termocompresión-unión se puede llevar a cabo por un método de compresión utilizando un rodillo calentado o prensa en caliente, o por un método de termocompresión utilizando un instrumento de laminación de un sistema de aire, en el que el objeto a tratar es colocado en el sistema de aire y el interior del sistema de aire es sometido a vacío para presionar dicho objeto por acción de la presión atmosférica.

A efectos de facilitar la reacción de reticulación de la resina de carga como carga de la cara superficial por medio del agente reticulante, es posible utilizar un acelerador de reticulación, tal como trialil cianurato, junto con el agente reticulante. En cuanto a la cantidad de dicho acelerador de reticulación a añadir, es deseable que se encuentre en una gama de 0,1 a 5% en peso con respecto a la cantidad de la resina de carga como carga de la cara superficial.

Además, la resina de carga como carga de la cara superficial puede contener un preventivo apropiado contra la oxidación térmica (que se indicará a continuación como antioxidante), a efectos de que la resina de carga se mantenga en condiciones estables en situación de alta temperatura. En cuanto a la cantidad de antioxidante a añadir con este objetivo, es deseable que se encuentre en una gama de 0,1 a 1 parte en peso con respecto a 100 partes en peso de la resina de carga como carga de la cara superficial.

Este antioxidante puede incluir antioxidantes de la serie monofenol, antioxidantes de la serie bisfenol, antioxidantes de las serie fenol de alto peso molecular, antioxidante de la serie azufre, y antioxidante de la serie fósforo.

Son ejemplos específicos de los antioxidantes de la serie monofenol: 2,6-di-ter-butil-p-cresol, hidroxianisol butilado, y 2,6-di-ter-butil-4-etilfenol.

Son ejemplos específicos de los antioxidantes de la serie bisfenol: 2,2'-metilén-bis-(4-metil-6-ter-butilfenol), 2,2'-metilén-bis-(4-etil-6-ter-butilfenol), 4,4'-tiobis-(3-metil-6-ter-butilfenol), 4,4'-butilidén-bis-(3-metil-6-ter-butilfenol), y 3,9-bis(1,1-dimetil-2-{\beta- (3-ter-butil-4-hidroxi-5-metilfenil)propioniloxi}etil)2,4,8,10-tetraoxaspiro(5,5)undecano.

Son ejemplos específicos de antioxidantes de la serie fenol de alto peso molecular: 1,1,3-tris-(2-metil-4-hidroxi-5-ter-butilfenil)butano, 1,3,5-trimetil-2,4,6-tris(3,5-di-ter-butil-4-hidroxibencil)benceno, tetraquis-{metilén-3-(3', 5'-di-ter-butil-4'-hidroxifenil)propionato}metano, glucoéster de ácido bis 3,3'-bis-(4'-hidroxi-3'-ter-butilfenil)butírico, 1,3,5-tris(3', 5'-di-ter-butil-4'-hidoxibencil)-s-triacina-2, 4, 6-(1H,3H,5H)trion, y tocoferol (Vitamina E).

Son ejemplos específicos de antioxidante de la serie de azufre: dilauriltiodipropionato, dimiristiltiodipropionato, y disteariltiopropionato.

Son ejemplos específicos de antioxidantes de la serie del fósforo: trifenilfosfato, difenilisodecilfosfato, fenildiisodecilfosfato, 4,4'-butilidén-bis-(3-metil-6-ter-butilfenil-di-tridecil)fosfato, neopentantetrabis(octadecilfosfato)cíclico, tris(mono o di)fenilfosfato, diisodecilpentaeritritoldifosfato, 9,10-dihidro-9-oxa-10-fosfenantreno-10-óxido, 10-(3,5-di-ter-butil-4-hidroxibencil)-9,10-dihidro-9-oxa-10-fosfenantreno-10-óxido, neopentantetrabis cíclico (2,4-di-ter-butilfenil)fosfato, neopentantetrabis cíclico (2,6-di-ter-metilfenil)fosfato, y 2,2-metilenbis(4,6-ter-butilfenil)octilfosfato.

Estos antioxidantes pueden ser utilizados solos o en combinación de dos o más de ellos.

Además, a efectos de obtener una resistencia a la intemperie adicionalmente mejorada para la carga de la cara superficial, de manera que se pueda prevenir de manera efectiva la degradación por la acción de la luz y, asimismo, a efectos de proteger de manera efectiva una capa situada por debajo de la carga de la cara superficial, la resina de la carga, como carga de la cara superficial, puede contener un absorbedor apropiado de UV. En cuanto a la cantidad de absorbedor UV a añadir, es deseable que se encuentre en una gama de 0,1 a 0,5 partes en peso con respecto a 100 partes en peso de la resina de carga.

Como agente de absorción de UV, se pueden utilizar compuestos químicos utilizables como absorbedor de UV. En función de dichos compuestos químicos, se pueden mencionar compuestos de la serie de ácido salicílico, compuestos de la serie de la benzofenona, compuestos de la serie de benzotriazol y compuestos de la serie de cianocrilato.

Son ejemplos específicos de dichas series de compuestos de ácido salicílico: fenilsalicilato, p-ter-butilsalicilato y p-octilfenilsalicilato.

Son ejemplos específicos de dichos compuestos de serie benzofenona: 2,4-dihidroxibenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-octoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-dodeciloxibenzofenona, 2,2'-dihidroxi-4-metoxibenzofenona,2,2'-dihidroxi-4,4'-dimetoxibenzofenona, 2-hidroxi-4-metoxi-5-sulfobenzofenona, y bis(2-metoxi-4-hidroxi-5-benzofenona)metano.

Son ejemplos específicos de dichos compuestos de la serie benzotriazol: 2-(2'-hidroxi-5'-metilfenil)benzotriazol,2-(2'-hidroxi-5'-ter-butilfenil)benzotriazol, 2-(2'-hidroxi-3',5'-di-ter-butilfenil)benzotriazol, 2- (2'-hidroxi-3'-ter-butil-5-metilfenil)-5-clorobenzotriazol, 2-(2'-hidroxi-3',5'-di-ter-butilfenil)-5-clorobenzotriazol, 2-(2'-hidroxi-3',5'-di-ter-amilfenil)benzotriazol, 2-(2'hidroxi-3'-(3'', 4'', 5'', 6'' tetrahidroftalimidometil)-5'-metilfenil))benzotriazol, y 2,2-metilenbis(4- (1,1,3,3-tetrametilbutil)-6-(2H-benzotriazol-2-il)fenol).

Son ejemplos específicos de dichos compuestos de la serie cianoacrilato: 2-etilhexil-2-ciano-3,3'-difenilacrilato, y etil-2-ciano-3,3'-defenilacrilato.

Estos compuestos como agente absorbente de radiaciones UV pueden ser utilizados solos o en combinación de dos o más de ellos.

Además del agente de absorción de UV, es posible que la resina de carga, que actúa como carga de la cara superficial, contenga un fotoestabilizante de la serie amina impedida apropiadamente a efectos de impartir mejores características de resistencia a la intemperie a la carga de la cara superficial.

Si bien los fotoestabilizantes de la serie amina impedida no absorben rayos ultravioletas tal como lo hace el agente de absorción UV, una sensible ventaja es la que se consigue utilizando los fotoestabilizantes de la serie de aminas impedidas en combinación con el agente de absorción de radiaciones UV.

En cuanto a la cantidad de los fotoestabilizantes de la serie de amina impedida a añadir, es deseable que se encuentre en una gama de 0,1 a 0,3 partes en peso con respecto a 100 partes en peso de una resina de carga como carga de la cara superficial.

Además del fotoestabilizante de la serie de amina impedida, se conocen otros fotoestabilizantes. No obstante, estos fotoestabilizantes no son deseables en su utilización en la carga de la cara superficial porque presentan, en su mayor parte, coloraciones.

Son ejemplos específicos de fotoestabilizantes de la serie amina impedida antes indicada, el producto de policondensación de ácido succínico dimetil-1-(2-hidroxietil)-4-hidroxi-2,2,6,6-tetrametilpiperidina, producto de policondensación de poli({6-(1,1,3,3-tetrametilbutil)amino-1,3,5-triacina-2,4-diil}{2,2,6,6-tetrametil-4-piperidilimino}hexametileno}{(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil)imino}}, N,N'-bis(3-aminopropil)etilendiamina-2,4-bis(N-butil-N-(1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidil)amino)-6-cloro-1,3,5-triacina, bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil)sebalato, y ácido 2-(3,5-di-ter-butil-4-hidroxibencil)-2-n-butilmalónico bis (1,2,2,6,6-pentametil-4-piperidil).

A este respecto, en consideración de las condiciones ambientales de utilización para un módulo de célula solar en el que se utiliza la carga de la cara superficial mencionada, es deseable que cualquiera de los agentes de absorción de UV antes descritos, fotoestabilizantes y antioxidantes tengan una baja volatilidad.

En el caso en el que el módulo de la célula solar se utiliza en condiciones medioambientales severas, es deseable tener una adherencia notable, no solamente entre la carga de la cara superficial y el elemento fotovoltaico, sino también entre la carga de la cara superficial y la película protectora superficial.

A efectos de que la carga de la cara superficial alcance dicha adherencia, es preferible incorporar un agente de acoplamiento de silano apropiado o un isocianato orgánico en la resina de carga como carga de la cara superficial.

Son ejemplos específicos de agente de acoplamiento de silano: viniltriclorosilano, viniltris(\beta-metoxi)silano, viniltrietoxisilano, viniltrimetoxisilano,\gamma-metacriloxipropiltrimetoxi silano, \beta-(3,4-epoxiciclohexil)etiltrimetoxisilano, \gamma-glicidoxipropilmetildietoxisilano, N-\beta(aminoetil)\gamma-aminopropiltrimetoxisilano, N-\beta(aminoetil)\gamma-aminopropilmetildimetioxisilano, \gamma-aminopropiltrietoxisilano, N-fenil-\gamma-aminopropiltrimetoxisilano, \gamma-mercaptopropiltrimetoxisilano, y \gamma-cloropropiltrimetoxisilano.

A efectos de prevenir la disminución de la cantidad de luz incidente que llega al elemento fotovoltaico, a continuación, la carga de la cara superficial es deseable que sea sustancialmente transparente. De manera específica, es deseable que la carga de la cara superficial tenga la transmitancia de luz preferentemente del 80% o más, o bien, preferentemente 90% o más, en una región de longitud de onda de luz visible de 400 nm a 800 nm. Además, a efectos de facilitar que la luz exterior alcance fácilmente el elemento fotovoltaico, la carga de la cara superior está realizada de manera que tiene un índice de refracción preferentemente de 1,1 a 2,0, o más preferentemente de 1,1 a 1,6, a una temperatura de 25ºC.

Capa de Resina Delgada

La capa de resina delgada (102) está dispuesta sobre la cara receptora de la luz del elemento fotovoltaico (101) de manera que, como mínimo, el electrodo colector (108) queda cubierto por la capa de resina transparente en situación tal que los intersticios presentes en el electrodo colector quedan suficientemente llenados por la capa de resina transparente, de manera que, incluso cuando la humedad debe llegar de la superficie del módulo de célula solar, se impide que la humedad entre en el electrodo colector, impidiendo al mismo tiempo que entre en el elemento fotovoltaico. Por lo tanto, la capa delgada de resina (102) es necesario que tenga excelentes características de transparencia, y que además, tenga una elevada resistencia a la humedad y una permeabilidad a la humedad suficientemente baja. Particularmente, la capa de resina delgada es deseable que tenga una permeabilidad a la humedad de 0,01 a 20g/m^{2} día o menos, en una atmósfera de 40ºC y 90% de Humedad Relativa.

Además, para la capa de resina delgada, es necesario que no se comporte de manera tal que impida que llegue la luz al elemento fotovoltaico. Con este objetivo, es deseable que la capa de resina delgada tenga una transmitancia de la luz, preferentemente de 80% o más, o bien más preferentemente de 90% o más, en la región de longitud de onda de luz visible de 400 nm a 800 nm. Además, a efectos de facilitar que la luz exterior alcance fácilmente el elemento fotovoltaico, la capa de resina delgada se hace de manera tal que tenga un índice de refracción preferentemente de 1,1 a 2,0, o más preferentemente de 1,1 a 1,6, a una temperatura de 25ºC.

La capa de resina delgada (102) es constituida por un material de resina que comprende, como mínimo, una resina acrílica y un isocianato bloqueado por un agente bloqueante.

A efectos de que la capa de resina delgada (102) tenga suficiente resistencia a la humedad, la capa de resina delgada es deseable que comprenda una película curada que tenga una estructura molecular de red reticulada. Esta película curada puede ser formada por medio de curado húmedo, curado con utilización de un isocianato, o curado en caliente con la utilización de un isocianato bloqueado. En una realización preferente, la capa de resina delgada está constituida por la articulación térmica de una resina acrílica y un polímero inorgánico, comprendiendo un polímero de organosiloxano con un isocianato bloqueado por un agente bloqueante. Para el agente bloqueante, es deseable tener una temperatura de disociación de 80ºC a 220ºC. Cuando la temperatura de disociación es menor de 80ºC, la resina resultante es probable que tenga una dilución reducida (``short in pot''). Cuando la temperatura de disociación es superior a 220ºC, los constituyentes, incluyendo resina acrílica de la resina resultante, es probable que se deterioren térmicamente y que adquieran color, resultando ello en una influencia negativa al elemento fotovoltaico. En cuanto al agente bloqueante después de haber sido técnicamente disociado, permanece parcialmente en la resina resultante y, por lo tanto, es necesario utilizar selectivamente un agente bloqueante adecuado que no provoque coloración con los constituyentes de la resina resultante, aunque la resina resultante contenga un residuo del agente bloqueante. A efectos de que la capa de resina delgada tenga una adherencia mejorada, es posible utilizar una serie de silano, serie de titanio o serie de aluminio como agente de acoplamiento en una cantidad de 0,05 a 10% en peso, con respecto a la cantidad de componentes de la resina. En una realización preferente, un agente de acoplamiento de la serie de silano es utilizado en una cantidad de 0,05 a 8,0% en peso, con respecto a la cantidad de componentes de la resina.

La formación de la capa de resina delgada sobre el elemento fotovoltaico puede ser conducida, por ejemplo, por un método de aplicación de un líquido de recubrimiento determinado sobre el elemento fotovoltaico por recubrimiento convencional por pulverización, recubrimiento por centrifugación, o un procedimiento de recubrimiento por cortina seguido de secado para eliminar el disolvente, y sometiendo luego a tratamiento de curado. En este caso, la delgada capa de resina es formada sobre la superficie receptora de luz del elemento fotovoltaico en un estado tal que los intersticios presentes en la capa eléctricamente conductora se llenan de manera deseable por la capa de resina delgada.

Carga de la Cara Posterior

La carga (105) de la cara posterior sirve para conseguir una adherencia suficiente entre el elemento fotovoltaico (101) y la película aislante (106) (o la película protectora de la cara posterior). En el caso en el que se utiliza el elemento de refuerzo (107) de la cara posterior, éste sirve para conseguir suficiente adherencia entre la película aislante (106) y el elemento (107) de refuerzo de la cara posterior. La carga (105) de la cara posterior es deseable que comprenda un material capaz de asegurar, de manera suficiente, la adherencia entre el sustrato eléctricamente conductor del elemento fotovoltaico (101) y la película aislante (106), y que tenga excelentes características de duración, resista la expansión térmica y la contracción térmica, y tenga características excelentes de flexibilidad. Son ejemplos específicos de dicho material los materiales de fusión en caliente, tales como EVA, EEA, y polivinil butiral, así como adhesivos epoxi que tengan flexibilidad. Además de éstos, se pueden utilizar también cintas con recubrimiento de doble cara.

De manera alternativa, la carga (105) de la cara posterior puede comprender el mismo material de resina utilizado para la carga (103) de la cara superficial.

Película Aislante

La película aislante (106) (o la película protectora de la cara posterior) está dispuesta con el objetivo de aislar eléctricamente el sustrato eléctricamente conductor del elemento fotovoltaico (101) con respecto al exterior. La película aislante (106) es deseable que quede compuesta de un material que pueda aislar eléctricamente, de modo suficiente, el sustrato eléctricamente conductor del elemento fotovoltaico, y tenga características excelentes de duración, resista la expansión térmica, la contracción térmica, y tenga flexibilidad. Son ejemplos específicos de dicho material, resinas de serie de las poliolefinas, resinas de la serie acrílica, resinas de la serie del estireno, nylon y polietilén tereftalato (PET).

Elemento de Refuerzo de la Cara Posterior

En la presente invención, el elemento (107) de refuerzo de la cara posterior no es siempre necesario. Se puede utilizar en los casos en que sea necesario, por ejemplo, dependiendo del lugar en el que se monta. Tal como se ha mostrado en la figura 2, el elemento (107) de refuerzo de la cara posterior está dispuesto fuera de la película aislante (106) a través de la carga (105) de la cara posterior. El elemento (107) de refuerzo de la cara posterior es utilizado a efectos de mejorar la resistencia física del módulo de célula solar y a efectos de impedir que el módulo de célula solar pueda ser distorsionado o se pueda deformar debido a cambios en la temperatura ambiente. El elemento de refuerzo de la cara posterior puede comprender una chapa de acero, una placa de material plástico o una placa de material plástico reforzada con fibra de vidrio (es decir, una placa del tipo llamado FRP).

Producción de un módulo de célula solar

Se describirá un modo de producir un módulo de célula solar, de acuerdo con la presente invención, utilizando el elemento fotovoltaico antes mencionado, resinas de polímeros orgánicos transparentes y una película de protección superficial.

El recubrimiento de la cara receptora de luz del elemento fotovoltaico (101) por la carga de la cara lateral (103) se puede llevar a cabo por a) un modo de aplicación de un líquido de recubrimiento que comprende un material de carga disuelto en un disolvente sobre la superficie de un elemento fotovoltaico y vaporizando el disolvente del líquido de recubrimiento aplicado, b) una forma de depositar de manera uniforme un material de carga en polvo sobre la superficie del elemento fotovoltaico y someter la carga en polvo depositada a fusión por acción del calor, c) un método de proporcionar un producto fundido térmicamente de un material de carga y aplicar el producto fundido por acción del calor sobre la superficie de un elemento fotovoltaico a través de una ranura, o d) un método de disponer una hoja de un material de carga obtenido utilizando un producto fundido por acción de calor del material de carga y laminando la hoja sobre la superficie del elemento fotovoltaico, mediante una unión de termocompresión.

En el caso del método a), uno o más de los compuestos siguientes: peróxido orgánico, agente de acoplamiento de silano, dispositivo de absorción UV, antioxidante y similares se mezclan en primer lugar con el disolvente antes de disolver el material de carga del mismo. El resultado es aplicado sobre la superficie del elemento fotovoltaico, seguido de secado. En el caso de cualquiera de los métodos b) y c), estos aditivos son mezclados, en primer lugar, con el material de carga inicial.

En el caso en el que se forma, en primer lugar, una carga (103) de la cara lateral sobre la superficie de un elemento fotovoltaico (101), se obtiene un cuerpo apilado por laminación de una película (104) de protección superficial sobre la cara receptora de luz del elemento fotovoltaico y laminando una carga (105) de la cara posterior y una película aislante (106), por este orden, sobre la cara posterior del elemento fotovoltaico, y el cuerpo apilado es sometido a tratamiento de unión por termocompresión, de manera que se puede obtener un módulo de célula solar. En el caso en el que se desea disponer un elemento (107) de refuerzo de la cara posterior, se puede laminar sobre la película de aislamiento (106) por medio de un adhesivo (una carga (105) de la cara posterior). La laminación puede ser conducida, en este caso, al conducir el tratamiento de unión por termocompresión antes descrito, o bien se puede realizar de manera independiente por un medio apropiado de laminación.

En el caso en el que se utiliza una carga de la superficie lateral de forma laminar, después de obtener el cuerpo apilado del modo antes descrito, se interpone entre el elemento fotovoltaico y la película protectora superficial, y después se somete a tratamiento de unión por termocompresión, de manera que se puede obtener un módulo de célula solar.

El tratamiento de unión por termocompresión se puede llevar a cabo por el proceso de laminación en vacío convencional, proceso de laminación por rodillo o similares.

A continuación, la presente invención se describirá de manera más detallada con referencia a ejemplos que tienen solamente objetivo ilustrativo y no están destinados a restringir el alcance de la presente invención.

Ejemplo 1

En este ejemplo, se preparó un módulo de célula solar con la configuración mostrada en la figura 5, comprendiendo un elemento fotovoltaico (301) (célula solar) dotado de un electrodo colector (307) que tiene la configuración mostrada en la figura 4, por el hecho de que el electrodo colector comprende un alambre metálico como núcleo dotado de un recubrimiento por un material de recubrimiento eléctricamente conductor, de manera que una capa (308) de resina específica transparente que tiene un grosor relativamente delgado, una carga (302) de la cara superficial y una película (303) protectora superficial son apiladas en el orden indicado sobre la cara frontal del elemento fotovoltaico (301), y una primera carga de la cara posterior (304), una película de aislamiento (305) (o una película protectora de la cara posterior), una segunda carga (304) de la cara posterior y un elemento de refuerzo (306) de la cara posterior son apilados en el orden indicado sobre la cara posterior del elemento fotovoltaico (301). La cara expuesta del electrodo colector (307) es cubierta por la capa (308) de resina transparente, de manera que los intersticios presentes en la capa conductora eléctricamente son llenados por la capa de resina transparente. En la figura 5, el numeral de referencia (300) indica la luz que incide en el módulo de célula solar.

El módulo de célula solar fue preparado de la manera siguiente.

1. Como elemento fotovoltaico (301), se dispuso un elemento fotovoltaico que tenía la constitución mostrada en la figura 3. El elemento fotovoltaico fue preparado de la manera que se indica a continuación.

(1). Preparación de un electrodo colector como el electrodo colector (307), mostrado en la figura 5

En primer lugar, se dispuso un alambre metálico realizado en Cu arrollado sobre una bobina de suministro.

A continuación, se preparó una pasta conductora eléctricamente a usar para el recubrimiento del alambre metálico del modo siguiente. Un disolvente mixto compuesto de 2,5 gramos de acetato de etilo y 2,5 gramos de alcohol isopropílico fue introducido en un recipiente de dispersión y de sacudidas, y 22,0 gramos de resina de uretano como componente principal fueron añadidos al disolvente mixto, seguido de un mezclado completo utilizando un molino de bolas. a continuación, 1,1 gramos de isocianato bloqueado y 10 gramos de un vidrio dispersante fueron añadidos a la mezcla en el recipiente de dispersión y de sacudida, seguido de la añadidura de 2,5 gramos de un polvo de negro de carbón con un tamaño promedio de las partículas primarias de 0,05 \mum (material eléctricamente conductor) a la mezcla en el recipiente de dispersión y de sacudidas. Después de ello, el recipiente de dispersión y de sacudidas fue sometido a sacudidas durante 10 horas por medio de un agitador de pintura (fabricado por Tohyoseiki Seisakusho Kabushiki Kaisha) para conseguir una pasta en la que las partículas finas del negro de carbón como material eléctricamente conductor se dispersaron bien en el recipiente de dispersión y de agitación. La pasta resultante fue retirada de dicho recipiente de dispersión y de sacudidas, y el vidrio dispersante fue retirado de la pasta. De esta manera, se obtuvo una pasta eléctricamente conductora.

El alambre metálico antes mencionado fue dotado de recubrimiento por la pasta conductora eléctricamente resultante, utilizando un dispositivo convencional de recubrimiento de alambre, de la manera que se indica a continuación. El alambre metálico arrollado sobre la bobina de suministro fue suministrado y el alambre metálico suministrado fue recogido en una bobina de recogida, en la que el dispositivo de recubrimiento de alambre funcionó para aplicar de manera continuada la pasta eléctricamente conductora al alambre metálico en desplazamiento desde la bobina de salida hacia la bobina de recogida, efectuando al mismo tiempo el secado y curado de la pasta eléctricamente conductora aplicada sobre el alambre metálico.

Procediendo de este modo, se obtuvo un electrodo colector con un núcleo dotado del alambre de Cu, dotado de recubrimiento por un material eléctricamente conductor. El electrodo colector resultante fue cortado para obtener una serie de electrodos colectores.

(2). Preparación de un elemento fotovoltaico

Se dispuso, en primer lugar, una chapa de acero inoxidable bien limpia como sustrato. Sobre el sustrato, se formó una capa reflectante de dos capas, comprendiendo una película de Al con un grosor de 500nm (5000 \ring{A}) y una película de ZnO con un grueso de 500nm (5000\ring{A}) por medio de un proceso convencional de bombardeo iónico, seguido de formación, sobre la capa reflectante posterior, de una capa semiconductora de conversión fotoeléctrica de tipo tándem, con estructura nip/nip, comprendiendo una capa de tipo n con un grosor de 15nm (150 \ring{A})/una capa de tipo i con un grosor de 400nm (4000\ring{A})/ una capa de tipo p con un grosor de 10nm (100\ring{A})/ una capa de tipo n con un grosor de 10nm (100\ring{A})/ una capa de tipo i con un grosor de 80nm (800\ring{A})/una capa de tipo p con un grosor de 10nm (100\ring{A}), efectuándose su laminación en el orden indicado desde el lado del sustrato, por medio de un dispositivo de plasma convencional CVD, de manera que se formó una película a-Si de tipo n, en funciones de capas de tipo n a partir de una mezcla de gases SiH_{4}, PH_{3} y H_{2}; una película de tipo i a-Si en funciones de capas de tipo i que se formó a partir de una mezcla de gases SiH_{4} y H_{2}; y una película de tipo p \muc-Si en funciones de capa de tipo p que se formó a partir de una mezcla de gases SiH_{4}, BF_{3} y H_{2}. A continuación, sobre la capa semiconductora de conversión fotoeléctrica, se formó una película de In_{2}O_{3} con un grosor de 70nm (700\ring{A}) como capa eléctricamente conductora transparente, por medio de un proceso de evaporación por resistencia en caliente convencional en el que una fuente de In fue evaporada en una atmósfera de O_{2}.

Sobre la superficie de la capa transparente eléctricamente conductora, los electrodos conectores obtenidos en la anterior etapa (1) fueron dispuestos a intervalos iguales, seguido de someter a tratamiento de termocompresión, de manera que los electrodos colectores fueron fijados sobre la superficie de la capa conductora eléctricamente y transparente.

Los electrodos colectores formados de este modo sobre la capa conductora eléctricamente y transparente se conectaron en serie por unión de una barra bus de alambre a los electrodos colectores. Para el resultado, se fijó una letra de cobre como terminal de salida de potencia del lado negativo al sustrato por medio de soldadura, y una cinta de lámina de estaño como terminal de salida de potencia del lado positivo fue fijada en el electrodo colector.

De esta manera, se obtuvo un elemento fotovoltaico (célula solar) utilizado como elemento fotovoltaico (301).

2. Formación de una capa de resina delgada.

La capa de resina delgada (308) fue formada de la manera siguiente.

52 partes en peso de una resina acrílica, comprendiendo 2-hidroxietil metacrilato, 30 partes en peso de hexametilendiisocianato bloqueado por \varepsilon-caprolactama, 13 partes en peso de un polímero de organosiloxano, y 5 partes en peso de \gamma-glicidoxipropiltrimetoxisilano fueron mezcladas en un disolvente mixto compuesto de xileno y metilisobutil quetona con una proporción de mezcla de 1:1 para obtener un líquido de recubrimiento con un contenido de resinas de 35% en peso. El líquido de recubrimiento fue aplicado sobre la cara receptora de luz del elemento fotovoltaico (301) obtenido en la anterior etapa (1) en una cantidad que proporcionaba un grosor de 25 \mum una vez curado, por medio de un proceso de recubrimiento por pulverización convencional, a efectos de cubrir los electrodos colectores (307), y el líquido de recubrimiento aplicado sobre el elemento fotovoltaico fue secado a temperatura ambiente durante 15 minutos, seguido de someter a tratamiento de curado a 200ºC durante 10 minutos. De esta manera, se formó una capa de resina transparente con un grosor de 25\mum como capa de resina transparente (308) sobre la cara receptora de luz del elemento fotovoltaico, a efectos de cubrir los electrodos colectores.

3. Como carga (302) de la cara superficial y como primera y segunda cargas (304) de la cara posterior, se dispuso una hoja de resina con un grosor de 460 \mum preparadas de la manera que se indica a continuación.

100 partes en peso de EVA (copolímero de etileno-acetato de vinilo; contenido de acetato de vinilo: 33% en peso, caudal en fusión: 30 dg/min.), 1,5 partes en peso de 2,5-dimetil-2,5-bis(t-butilperoxi) hexano como agente reticulante, 0,3 partes en peso de 2-hidroxi-4-n-octoxibenzofenona como agente de absorción de UV, 0,2 partes en peso de tris(monononilfenil) fosfato como agente antioxidante, y 0,1 partes en peso de (2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil) sebacato como fotoestabilizante, se mezclaron bien, seguido de impregnación de fibra de vidrio. El resultado fue sometido a extrusión en una matriz en forma de T, obteniendo de esta manera una hoja de resina con un grosor de 460 \mum.

De esta manera, se obtuvieron tres hojas de resina con grosores de 460 \mum utilizadas como carga (302) de la cara superficial y como primera y segunda cargas de la cara posterior (304).

4. Como película protectora de la superficie (303), se dispuso una película de copolímero (ETFE) no orientado de etileno-tefrafluoroetileno de 50 \mum de espesor, con una superficie aplicada con tratamiento de descarga corona, para establecer contacto con la carga (302) de la cara superficial.

5. Como película de aislamiento (305), se dispuso una película de nylon de 50 \mum de espesor (marca DARTEC, fabricada por Du Pont Company) con superficies opuestas aplicadas con tratamiento de descarga corona.

6. Como elemento (306) de refuerzo de la cara posterior, se dispuso una chapa de acero galvanizado con un grosor de 0,27 mm (marca comercial TAIMACOLAR, producido por Daidokohan Kabushiki Kaisha).

7. Preparación de un módulo de célula solar.

Sobre la superficie de una placa de aluminio se apilaron la placa de acero galvanizada como elemento de refuerzo (306) de la cara posterior, la hoja de resina como segunda carga (304) de la cara posterior, la película de nylon como película de aislamiento (305), la hoja de resina como primera carga de la cara posterior (304), el elemento fotovoltaico (301) que tiene la capa delgada de resina formada sobre el mismo, la hoja de resina como carga (302) de la cara superficial, y la película de ETFE como película (303) de protección superficial, en el orden indicado, para formar un cuerpo de apilamiento. A continuación, se superpuso una hoja de goma de siliconas resistente al calor sobre el cuerpo apilado, a efectos de encerrar el cuerpo apilado mencionado. El espacio que contiene el cuerpo apilado entre la placa de aluminio y la hoja de goma de siliconas se selló de forma estanca, utilizando un anillo tórico (el cuerpo establecido se indicará como instrumento de laminación). A continuación, utilizando una bomba de vacío, dicho espacio que contenía el cuerpo con apilamiento fue sometido a vacío, de manera que el interior de dicho cuerpo pasó a una presión de 10 mmHg. Después de que el interior del cuerpo con apilamiento fue sometido a un vacío suficiente, el instrumento de laminación fue introducido dentro de un horno mantenido a 150ºC, manteniéndolo durante 45 minutos en condiciones de continuación del vacío. Después de ello, continuando todavía la operación de vacío, el instrumento de laminación fue retirado del horno, seguido de enfriamiento a temperatura ambiente.

Después de ello, la presión interior del instrumento de laminación se volvió a la presión atmosférica para obtener un cuerpo con apilamiento tratado al vacío. De este modo, se obtuvo un módulo de célula solar.

Los procedimientos anteriores fueron repetidos obteniendo una serie de módulos de célula solar.

En este caso, uno de los módulos de célula solar fue seleccionado al azar, y para dicho módulo de célula solar, se efectuó examen para determinar si existían o no intersticios en la capa eléctricamente conductora de cada uno de los electrodos colectores (307) por la capa de resina (308). Como resultado, se observó que los intersticios presentes en el recubrimiento eléctricamente conductor de cada electrodo colector estaban suficientemente llenos de la capa de resina transparente.

Evaluación

Utilizando los módulos de célula solar resultantes, se llevó a cabo la evaluación con respecto a (1) características iniciales, (2) resistencia al calor, (3) resistencia a la humedad, (4) resistencia al rayado, (5) resistencia al medio ambiente, y (6) características de aislamiento eléctrico.

Los resultados de evaluación obtenidos se muestran de modo conjunto en la tabla 1.

La evaluación de cada uno de los elementos anteriores se llevó a cabo de la manera siguiente.

(1) Evaluación de las características iniciales:

Utilizando un simulador de célula solar (AM 1,5), se sometió el módulo de célula solar a irradiación de luz solar artificial con 100 mW/cm^{2}, examinándose sus características iniciales. Los resultados del examen obtenido se compararon con los del elemento fotovoltaico que no se había convertido en un módulo. Los resultados de la comparación se muestran en la Tabla 1 en base a los siguientes criterios:

\varocircle : caso en el que se encuentra un cambio pequeño, y

\bigcirc : caso en el que se encuentra un cambio distinguible pero que es aceptable en la práctica.

(2) Evaluación de la resistencia al calor:

El módulo de célula solar fue expuesto a una atmósfera de 150ºC durante 15 horas, y después de ello, se observó su aspecto externo. Los resultados de la observación se muestran en la Tabla 1 en base a los siguientes criterios:

\varocircle: caso en el que no se encuentran cambios substanciales, y

\bigcirc : caso en el que se encuentra un cambio ligero pero que es aceptable en la práctica.

\newpage

(3) Evaluación de la resistencia a la humedad:

(i): Utilizando un simulador de célula solar (AM 1,5), se irradió luz solar artificial con una energía de 100 mW/cm^{2} a la cara receptora de luz del módulo de célula solar durante 24 horas con la parte inferior sumergida en agua, y después de ello, se examinaron sus características. El resultado del examen obtenido fue comparado con el obtenido para el módulo de la célula solar antes de la prueba.

(ii): El módulo de célula solar fue mantenido en una atmósfera de 85ºC/85% de humedad relativa durante 10 horas, y después de ello, se aplicó polarización inversa de 0,85 V al módulo de célula solar durante 10 horas. Después de ello, se examinaron sus características. Los resultados del examen obtenido se compararon con los obtenidos para el módulo de célula solar antes de la prueba.

Basándose en los resultados obtenidos en el anterior punto (i) y (ii), se observaron las características del módulo de célula solar en términos de incremento de la resistencia (Rs) en serie y disminución de la resistencia shunt (Rsh).

Los resultados observados se muestran en la Tabla 1 en base a los siguientes criterios:

\bigcirc : caso en el que se observa un deterioro ligero de las características del módulo de célula solar, y

X : caso en el que se observa un notable deterioro de las características del módulo de célula solar y no es aceptable en la práctica.

(4) Evaluación de la resistencia al rayado:

Una placa de acero al carbono con un grosor de 1 mm fue sometida contacto en una esquina de la misma con una parte dotada de irregularidades de la superficie del módulo de célula solar, y la placa de acero carbono fue extraída aplicando una carga de 2 libras a dicha placa de acero carbono para formar una rayadura. El módulo de célula solar tratado de esta manera fue evaluado para determinar si la parte rayada de la cubrición superficial era todavía eléctricamente aislante con efectividad de aislar el elemento fotovoltaico con respecto al exterior. Esta evaluación fue llevada a cabo sumergiendo el módulo de célula solar en una solución de electrolito de 3000 \Omega.cm, y aplicando un voltaje de 2200 V entre el elemento fotovoltaico del módulo de célula solar y la solución de electrolito para observar si tenían lugar fugas de corriente. Los resultados de la evaluación se muestran en la Tabla 1 en base a los siguientes criterios:

\bigcirc : caso en el que las fugas de corriente son de 50 \muA o menos, y

X : caso en el que las fugas de corriente son aparentemente superiores a 50 \muA.

(5) Evaluación de la resistencia al medio ambiente:

Se colocó el módulo de célula solar en un medidor de luz solar producida por un arco de carbón, efectuándose la irradiación con luz pseudosolar durante 5000 horas en condiciones de un ciclo alternativamente repetido, manteniendo una temperatura de un panel negro de 63ºC durante 108 minutos y un ciclo de caída de agua pura durante 12 minutos. Después de ello, se observó su aspecto exterior.

Los resultados observados se muestran en la Tabla 1 en base a los criterios siguientes:

\bigcirc : caso en el que no se observaron cambios substanciales, y

X : caso en el que se observó la aparición de un defecto que dificulta la fiabilidad tal como separación de capa por pelado, agrietado o similares.

(6) Evaluación de las características de aislamiento eléctrico:

La cara superficial del módulo de célula solar fue mantenida en una atmósfera de 85ºC/85% de humedad relativa durante 1000 horas, seguido de conexión eléctrica de los terminales del lado positivo y negativo por medio de un cable de conexión para producir su cortocircuito. El módulo de célula solar tratado de este modo fue sumergido en una solución de electrolito con una conductividad eléctrica de 3000 \Omega.cm, contenida en un recipiente que tenía un electrodo opuesto, conectándose el cable de conexión eléctricamente a un terminal de una fuente de potencia en corriente continua y el otro terminal de la fuente de potencia en corriente continua fue conectada eléctricamente al contraelectrodo, y se aplicó potencia en corriente continua con un voltaje de 2200 V, de manera que el paso de corriente eléctrica (corriente de fugas) fue medido. Los resultados de la medición se muestran en la Tabla 1 en base a los siguientes criterios:

\bigcirc : caso en el que las fugas de corriente son de 50 \muA o menos, y

Ejemplo 2

Se repitieron los procesos del Ejemplo 1, excepto que el alambre de Cu como núcleo del electrodo colector fue substituido por un alambre con recubrimiento de Ag, para obtener de esta manera una serie de módulos de célula solar.

Utilizando los módulos de célula solar resultantes, se llevó a cabo la evaluación con respecto a las características iniciales, resistencia al calor, resistencia a la humedad, resistencia al rayado, resistencia al medio ambiente, y características de aislamiento eléctrico de la misma manera que en el Ejemplo 1.

Los resultados de la evaluación obtenidos se muestran de modo conjunto en la Tabla 1.

Ejemplo 3

Se repitieron los procedimientos del Ejemplo 1, excepto que el alambre de Cu como núcleo del electrodo colector fue substituido por un alambre con recubrimiento de Al, para obtener de esta manera una serie de módulos de célula solar.

Utilizando los módulos de célula solar resultantes, se llevó a cabo evaluación con respecto a las características iniciales, resistencia al calor, resistencia a la humedad, resistencia al rayado, resistencia al medio ambiente, y características de aislamiento eléctrico de igual manera que en el Ejemplo 1.

Los resultados de la evaluación obtenidos se muestran de manera conjunta en la Tabla 1.

Ejemplo 4

Se repitieron los procedimientos del Ejemplo 1, excepto que el isocianato bloqueado en la formación de la capa de resina delgada de la etapa 2 fue substituido por 1,3-bis(isocianatometil)ciclohexano bloqueado por \varepsilon-caprolactam, obteniendo de esta manera una serie de módulos de célula solar.

Utilizando los módulos de célula solar resultantes, se llevó a cabo la evaluación con respecto a características iniciales, resistencia al calor, resistencia a la humedad, resistencia al rayado, resistencia al medio ambiente, y características de aislamiento eléctrico de igual manera que en el Ejemplo 1.

Los resultados de la evaluación obtenidos se muestran conjuntamente en la Tabla 1.

Ejemplo 5

Se repitieron los procedimientos del Ejemplo 1, excepto que se utilizó 2,5-dimetil-2,5-bis(t-butilperoxi)hexano como agente reticulante para el EVA en la etapa 3 y se llevó a cabo el tratamiento de termocompresión en la etapa 7 a 150ºC durante 100 minutos, obteniendo de esta manera una serie de módulos de célula solar.

Utilizando los módulos de célula solar resultantes, se llevó a cabo la evaluación de las características iniciales, resistencia al calor, resistencia a la humedad, resistencia al rayado, resistencia al medio ambiente, y características de aislamiento eléctrico de igual manera que en el Ejemplo 1.

Los resultados evaluados obtenidos se indican en conjunto en la Tabla 1.

Ejemplo 6

Se repitieron los procedimientos del Ejemplo 1, excepto que el isocianato bloqueado en la formación de la capa de resina ligera de la etapa 2 fue substituido por hexametilendiisocianato bloqueado mediante metil etil cetona oxima, obteniendo de esta manera una serie de módulos de célula solar.

Ejemplo comparativo 1

Se repitieron los procedimientos del Ejemplo 1, excepto que no se formó capa de resina delgada, obteniendo de esta manera una serie de módulos de célula solar.

Ejemplo comparativo 2

Se repitieron los procedimientos del Ejemplo 5, excepto que no se formó capa de resina delgada, obteniendo de esta manera una serie de módulos de célula solar.

Ejemplo comparativo 3

Se repitieron los procedimientos del Ejemplo 2, excepto que no se formó capa de resina delgada, obteniendo de esta manera una serie de módulos de célula solar.

Ejemplo comparativo 4

Se repitieron los procedimientos del Ejemplo 3, excepto que no se formó capa de resina delgada, obteniendo de esta manera una serie de módulos de célula solar.

TABLA 1

\catcode`\#=12\nobreak\centering\small\begin{tabular}{|l|c|c|c|c|c|c|}\hline
  \+ características  \+ resistencia  \+ resistencia a la  \+
resistencia al  \+  resistencia  \+ características de \\   \+
iniciales  \+ al calor  \+ humedad  \+ rayado  \+ al medio  \+
aislamiento \\   \+  \+  \+  \+  \+ ambiente  \+ eléctrico \\\hline 
Ejemplo  \+  \varocircle   \+  \varocircle   \+  \bigcirc   \+
 \bigcirc   \+   \bigcirc   \+  \bigcirc  \\  1 \+ \+ \+ \+ \+ \+
\\\hline  Ejemplo  \+  \varocircle   \+  \varocircle   \+  \bigcirc 
 \+  \bigcirc   \+   \bigcirc   \+  \bigcirc  \\  2 \+ \+ \+ \+ \+
\+ \\\hline  Ejemplo  \+  \varocircle   \+  \varocircle   \+
 \bigcirc   \+  \bigcirc   \+   \bigcirc   \+  \bigcirc  \\  3 \+ \+
\+ \+ \+ \+ \\\hline  Ejemplo  \+  \varocircle   \+  \varocircle  
\+  \bigcirc   \+  \bigcirc   \+   \bigcirc   \+  \bigcirc  \\  4 \+
\+ \+ \+ \+ \+ \\\hline  Ejemplo  \+  \varocircle   \+  \bigcirc  
\+  \bigcirc   \+  \bigcirc   \+  \bigcirc   \+   \bigcirc  \\  5 \+
\+ \+ \+ \+ \+ \\\hline  Ejemplo  \+  \bigcirc   \+  \bigcirc   \+
 \bigcirc   \+  \bigcirc   \+  \bigcirc   \+  \bigcirc  \\  6 \+ \+
\+ \+ \+ \+ \\\hline  Ejemplo  \+  \bigcirc   \+  \bigcirc   \+ X 
\+ X  \+ X  \+ X \\  comparativo 1 \+ \+ \+ \+ \+ \+ \\\hline 
Ejemplo  \+  \bigcirc   \+  \bigcirc   \+ X  \+ X  \+ X  \+ X \\ 
comparativo 2 \+ \+ \+ \+ \+ \+ \\\hline  Ejemplo  \+  \bigcirc   \+
 \bigcirc   \+ X  \+ X  \+ X  \+ X \\  comparativo 3 \+ \+ \+ \+ \+
\+ \\\hline  Ejemplo  \+  \bigcirc   \+  \bigcirc   \+ X  \+ X  \+ X
 \+ X \\  comparativo 4 \+ \+ \+ \+ \+ \+
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip

\newpage

Basándose en los resultados mostrados en la Tabla 1, se comprende que los módulos de célula solar obtenidos en los ejemplos antes indicados, que corresponden a la presente invención, en los que la capa de resina delgada específica son suficientes en todas las características requeridas para un módulo de célula solar, y por lo tanto son altamente fiables.

Por otra parte, los módulos de célula solar obtenidos en los ejemplos comparativos anteriores, en los que la capa de resina delgada (utilizada en la presente invención) no es utilizada, son satisfactorias en las características iniciales y resistencia al calor, pero aparentemente son inferiores en resistencia a la humedad, resistencia al rayado, resistencia al medio ambiente, y características de aislamiento eléctrico. En particular, cualquiera de los módulos de célula solar obtenidos en los ejemplos comparativos es insuficiente en la resistencia a la humedad por el hecho de que cuando la humedad penetra desde la superficie, existen posibilidades de que atraviese los intersticios existentes en el recubrimiento eléctricamente conductor del electrodo colector y alcance el núcleo formado por el alambre metálico del electrodo colector, de manera que se oxida dicho alambre metálico por la acción de la humedad provocando un incremento de la resistencia en serie (Rs) o/y la superficie del núcleo es ionizada y sufre emigración provocando disminución de la resistencia shunt (Rsh). Además, tal como es evidente de los resultados mostrados en la Tabla 1, cualquiera de los módulos de célula solar obtenidos en los ejemplos comparativos, en los que no se utiliza una capa de resina delgada específica (utilizada en la presente invención), es aparentemente inferior a cualquiera de los módulos de célula solar obtenidos en los ejemplos que pertenecen a la presente invención en cuanto a resistencia a la humedad, resistencia al rayado, resistencia al medio ambiente, y características de aislamiento eléctrico.

Claims

1. Módulo de célula solar que comprende un elemento fotovoltaico (101, 301) que tiene una cara receptora de luz sobre la que está dispuesto un electrodo colector (108, 307) que comprende un alambre metálico cubierto por un recubrimiento eléctricamente conductor, y una cubrición de la cara superficial que comprende una carga (102, 302) y una película protectora de la superficie (104, 303) laminado secuencialmente sobre la cara de incidencia de la luz de dicho elemento fotovoltaico (101, 301), en el que una delgada capa de resina (103, 308) queda interpuesta entre dicho elemento fotovoltaico (101, 301) y dicha carga (103, 302), de manera tal que los intersticios existentes en dicha capa de recubrimiento conductor del electrodo colector (108, 307) son llenados por dicha capa de resina delgada (102, 308);

caracterizado porque dicha capa de resina delgada está constituida por un material de resina que comprende, como mínimo, una resina acrílica y un isocianato bloqueado por un agente bloqueante.

2. Módulo de célula solar, según la reivindicación 1, en el que la carga (103, 302) contiene un peróxido orgánico que tiene una temperatura de media vida de una hora de 100ºC a 300ºC para reticular dicha carga.

3. Módulo de célula solar, según la reivindicación 1, en el que la carga (103, 302) comprende un copolímero de etileno-acetato de vinilo.

4. Módulo de célula solar, según la reivindicación 1, en el que el recubrimiento eléctricamente conductor está constituido a base de una pasta eléctricamente conductora.

5. Módulo de célula solar, según la reivindicación 1, en el que el alambre metálico tiene una superficie compuesta por plata o cobre.

6. Módulo de célula solar, según la reivindicación 4, en el que la pasta eléctricamente conductora comprende partículas eléctricamente conductoras y una resina aglomerante.

7. Módulo de célula solar, según la reivindicación 1, en el que la capa de recubrimiento eléctricamente conductora tiene un grosor de 1 \mum a 100 \mum.

8. Módulo de célula solar, según la reivindicación 1, en el que la capa de resina delgada (102, 308) tiene un grosor de 0,5 \mum a 150 \mum.

9. Módulo de célula solar, según la reivindicación 1, en el que la capa de resina delgada (102, 308) contiene una resina orgánica transparente.

10. Módulo de célula solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha capa de resina delgada tiene una permeabilidad a la humedad de 0,01 a 20 g/m^{2}.día o menos en una atmósfera de 40ºC y 90% de humedad relativa, y una transmitancia de la luz de 80% o más en una región de la longitud de onda de la luz visible de 400 nm a 800 nm, y un índice de refracción de 1,1 a 2,0.

11. Procedimiento para la fabricación de un módulo de célula solar del tipo que comprende un elemento fotovoltaico (101, 301) que tiene una cara receptora de luz sobre la que se ha dispuesto un electrodo colector (108, 307) que comprende un alambre metálico recubierto por un recubrimiento eléctricamente conductor, y una cubrición de la cara superficial que comprende una carga (103, 302) y una película protectora de la superficie (104, 303) laminada de forma secuencial sobre el lado de la luz incidente de dicho elemento fotovoltaico (101, 301), comprendiendo dicho proceso:

interposición de una capa de resina delgada (102, 308) entre el elemento fotovoltaico (101, 301) y dicha carga (103, 302), de manera que los intersticios existentes en dicho recubrimiento conductor de dicho electrodo colector (108, 307) son llenados por la resina manteniendo dicho alambre metálico en estado estable, libre de entrada de humedad, estando formada dicha capa de resina (102, 308) por aplicación de un material de resina sobre la cara receptora de luz de dicho elemento fotovoltaico (101, 301) que tiene el electrodo colector (108, 307) a efectos de impregnar dicho recubrimiento eléctricamente conductor, y efectuando el curado de dicha resina aplicada;

caracterizado porque dicha capa de resina delgada está constituida por un material de resina que comprende, como mínimo, una resina acrílica y un isocianato bloqueado por un agente de bloqueo.

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12. Procedimiento, según la reivindicación 11, en el que la capa de resina delgada (102, 308) es constituida por apilación de un líquido de recubrimiento que comprende una resina transparente diluida por un disolvente sobre la cara de incidencia de luz del elemento fotovoltaico (101, 301) y efectuando el curado del líquido de recubrimiento aplicado.

13. Procedimiento, según la reivindicación 11, en el que la carga (103, 302) es reticulada por un peróxido orgánico que tiene una temperatura de media vida de una hora 100ºC a 300ºC.