ES2214486T3 - Semiconductor transmisor de luz con sellado por resinas y procedimiento de fabricacion del mismo. - Google Patents
Semiconductor transmisor de luz con sellado por resinas y procedimiento de fabricacion del mismo.Info
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Abstract
EL OBJETO ES PROPORCIONAR UN SEMICONDUCTOR CERRADO HERMETICAMENTE CON RESINA TRANSMISOR DE LUZ QUE ES EXCELENTE EN LA INTEMPERIE, RESISTENCIA AL CALOR Y PIRORRETARDANTE, LIMITA EL DETERIORO DE FUNCIONAMIENTO DEL ELEMENTO FOTOVOLTAICO A LARGO PLAZO DEBIDO A QUE LA PENETRACION DE LA HUMEDAD EN UNA EXTENSION MINIMA, TIENE ELASTICIDAD DE GOMA NECESARIA PARA PROTEGER EL ELEMENTO SEMICONDUCTOR, Y TIENE UN MATERIAL DE REVESTIMIENTO DE SUPERFICIE QUE ES INCOMBUSTIBLE O PIRORRETARDANTE. ESTE OBJETO SE REALIZA MEDIANTE UNA CONSTRUCCION EN DONDE UN MATERIAL DE REVESTIMIENTO PROPORCIONADO EN LA SUPERFICIE DEL LADO DE LUZ INCIDENTE DEL ELEMENTO FOTOVOLTAICO 101, COMPRENDE UN RELLENADOR TRANSPARENTE 102 QUE ES UN COPOLIMERO DE MULTIPLES COMPONENTES RETICULADO QUE CONTIENE FLUOR Y FLUORURO DE VINILIDENO Y HEXAFLUOPROPILENO COMO COMPONENTES PRINCIPALES.
Description
Semiconductor transmisor de luz con sellado por
resinas y procedimiento de fabricación del mismo.
La presente invención se refiere a un
semiconductor transmisor de luz con sellado mediante una resina y al
procedimiento de fabricación del mismo, y específicamente se refiere
a un módulo de célula solar y al proceso de fabricación del mismo.
El módulo de célula solar comprende un transductor fotoeléctrico en
el que se forman sobre sustrato que tiene una superficie conductora,
una capa semiconductora fotoactiva como elemento convertidor de luz
y una capa conductora. El módulo de células solar tiene
características especialmente favorables en la resistencia al calor
y retraso de la llama.
En la actualidad, la concienciación por los
problemas ambientales es creciente en todo el mundo. En particular,
existe una preocupación grave en cuanto al calentamiento global
provocado por la emisión de CO_{2}, y la necesidad de conseguir
energía limpia que no emita CO_{2} se va haciendo más fuerte. Hay
grandes expectativas en las células solares como fuente de energía
limpia a causa de la seguridad y facilidad de manipulación.
Hay varios tipos de células solares; los ejemplos
típicos comprenden una célula solar de silicio cristalino, célula
solar de silicio policristalino, célula solar de tipo de silicio
amorfo, célula solar de
cobre-indio-selenio, y célula solar
de compuestos semiconductores. Entre ellas, una célula solar de
silicio cristalino de capa delgada, célula solar de semiconductor
combinado y célula solar de tipo de silicio amorfo, han sido el
objeto de activas investigaciones de Investigación y Desarrollo en
diferentes campos, puesto que se pueden conseguir áreas grandes con
costes relativamente bajos.
En particular, una célula solar de película
delgada, representada de manera típica por una célula solar de tipo
de silicio amorfo en la que el silicio se deposita sobre un sustrato
metálico que tiene superficie conductora y una capa conductora
transparente formada sobre el mismo, es ligera de peso y excelente
en características de resistencia de impacto y flexibilidad, y se
considera que es un módulo que suscita esperanzas entre las células
solares mencionadas. Un módulo de célula solar flexible requiere
protección para las células solares internas por cubrición de la
superficie de la cara de luz incidente con un material de cubrición
transparente, a diferencia del caso de depósito de silicio sobre un
sustrato de cristal.
En cuanto al material de cubrición superficial,
se puede considerar una construcción en la que se dispone una
película delgada transparente de un polímero de fluoruro, tal como
una película de fluororresina o un recubrimiento de fluororresina,
sobre la parte alta y varios termoplásticos orgánicos transparentes
quedan dispuestos en el interior. Esta construcción se basa en el
hecho de que un polímero de fluoruro es excelente en cuanto a su
resistencia al medio ambiente y carácter repelente al agua haciendo
menor la reducción del rendimiento de conversión de la célula solar
provocada por la disminución de una transmitancia de la luz debido a
amarilleo, pérdida de claridad o ensuciamiento de la superficie y
que un termoplástico orgánico transparente es económico y se puede
utilizar una cantidad importante como carga de protección de un
elemento fotovoltaico que es semiconductor.
La figura 6 muestra un ejemplo de un módulo de
célula solar. Este módulo de célula solar comprende una delgada capa
laminar (601) de un polímero de fluoruro, una resina orgánica
transparente termoplástica (602), un elemento fotovoltaico (603) y
una capa de aislamiento (604). En la construcción de este módulo de
célula solar, la resina orgánica de la superficie reflectora de luz
se utiliza también en una superficie posterior.
De manera más específica, la capa delgada de
polímero de fluoruro (601) está compuesta por un película de
fluororresina tal como un copolímero de
etileno-tetrafluoroetileno (ETFE) o una película de
fluoruro de polivinilo (PVF); la resina orgánica transparente
termoplástica (602) es fabricada a partir de un copolímero de
etileno-acetato de vinilo (EVA), resina butiral o
similar; y la capa aislante (604) es seleccionada entre diferentes
películas de resinas orgánicas, incluyendo una película de nylon y
una película de Tedlar con laminación de aluminio. En este módulo de
célula solar, la resina orgánica transparente termoplástica (602)
funciona como adhesivo que adhiere el elemento fotovoltaico (603) a
la película de fluororresina (601) y a la capa aislante (604) y como
carga que protege las células solares contra rayaduras o impactos
del exterior.
No obstante, en un módulo de célula solar con la
estructura que se ha descrito que tiene un material de recubrimiento
superficial, la resina orgánica transparente termoplástica utilizada
como carga pierde la transparencia debido a gelificación parcial de
la resina durante la exposición al exterior durante un período
prolongado que puede llegar a 20 años o presenta amarilleo de la
resina por incremento de los dobles enlaces conjugados en los
enlaces químicos; lo cual provoca de manera inevitable la
disminución de transmitancia de luz de la resina y del rendimiento
de conversión del módulo de célula solar. Este problema es más grave
en aplicaciones en las que el módulo es incorporado con un material
de techo o de construcciones de otro tipo y la temperatura del
módulo es más elevada.
Además, la aceleración del amarilleo se observa
cuando el módulo es sometido a una temperatura de 80 grados o
superior en el caso, por ejemplo, de carga de EVA. En el caso de una
carga de resina de butiral, la higroscopicidad es relativamente
elevada y la humedad ataca fácilmente partes defectuosas de
elementos fotovoltaicos. La humedad y campo eléctrico del elemento
fotovoltaico puede provocar la acumulación de un metal que compone
el electrodo colector o similar por repetición de ionización y
precipitación; cuando dichas reacciones tienen lugar de manera
sucesiva, se pueden producir cortocircuitos entre los elementos
fotovoltaicos y las cargas eléctricas separadas no se pueden
conducir al exterior reduciendo el rendimiento de la conversión. La
resina de butiral tiene el problema adicional de que se pierde la
transparencia en condiciones de temperatura y humedad elevadas.
Para hacer frente a estos problemas, la Patente
japonesa JP-A-6110108 da a conocer
una película de protección que tiene un componente de un derivado de
resina que comprende un grupo perfluoroalquileno e hidrógeno activo
para una célula solar del tipo CdS/CdTe formada sobre un sustrato y
para el sustrato. En cuanto a la resina que comprende grupo
perfluoroalquileno e hidrógeno activo, se menciona un producto
(marca: Lumiflon de Asahi Glass Co., Ltd.). De acuerdo con la
Patente japonesa JP-A-6110108, el
Lumiflon es un polímero que contiene flúor que tiene un peso
molecular promedio en número de 20.000 a 80.000 normalmente y
contiene un grupo perfluoroalquileno e hidrógeno activo oscilante
(más específicamente grupo OH), que produce un polímero reticulado
(derivado) por reacción con melamina o un compuesto que tiene un
grupo isocianato.
Además, la Patente japonesa
JP-A-6110108 da a conocer también,
en la descripción del ejemplo, una película de protección excelente
en resistencia a la humedad obtenida por reticulación designada
Lumiflon con un isocianato o una resina fenólica de tipo resol. No
obstante, el proceso de recubrimiento que se da a conocer requiere
colocar el recubrimiento sobre la superficie más elevada de una
célula solar; es decir, la vida de almacenamiento de la resina que
se ha mezclado con el reticulante mencionado es en general reducida
y no se conoce ninguna que tenga una vida prolongada después de
mezclar el reticulado. En la práctica, la vida de almacenamiento se
prolonga al proteger el isocianato con un agente bloqueante. No
obstante, la adopción de la estructura de recubrimiento, tal como se
ha indicado anteriormente, en la que se aplica por laminación la
película superficial a la resina provoca el problema de que la
reacción de la articulación no tiene lugar porque el agente
bloqueante no se disocia y, por lo tanto, no se volatiza durante la
reticulación de una resina.
Por otra parte, la laminación de la película
superficial después de la reticulación de la resina es difícil
puesto que el producto reticulado carece de carácter pegajoso y
adhesivo. Además, cuando el agente de reticulación es melamina, no
se conocen agentes de bloqueo efectivos. Por lo tanto, la resina
antes mencionada debe ser utilizada en la superficie superior del
módulo de célula solar. No obstante, la dureza superficial de la
resina es reducida y se avería fácilmente por la acción de arena y
polvo del exterior, que se acumularán sobre la parte averiada, de
manera que se puede conseguir protección contra la luz solar.
Dependiendo de la forma de laminación de la resina, la simple
aplicación del recubrimiento puede crear cráteres minúsculos y puede
incluir polvo; la humedad y el oxígeno pueden penetrar dentro del
elemento fotovoltaico. Es conocido además que un recubrimiento
grueso con un material que tiene la elasticidad de la goma para
proteger un elemento de célula solar es eficaz para impedir daños en
la célula solar provocados por doblado y diferencia de dilatación
térmica debida a cambio de temperatura; no obstante, al hacer grueso
el recubrimiento de resina es substancialmente difícil por
aplicación de recubrimiento, puede producir averías en el elemento,
y no proporciona suficiente protección para las partes cóncavas y
convexas de la superficie de la célula solar que llevan cableados
eléctricos u otros. Además, el Lumiflon que se ha mencionado
anteriormente no tiene elasticidad de goma.
Por lo tanto, en la actualidad no se conocen
materiales de recubrimiento superficial de tipo orgánico que tengan
simultáneamente resistencia al medio ambiente y resistencia a la
humedad en un nivel elevado.
El EVA ha sido utilizado exclusivamente a causa
de 1) larga vida de almacenamiento, 2) resistencia a la intemperie
relativamente satisfactoria, 3) carácter adhesivo con respecto a
diferentes sustratos; 4) facilidad de reticulación, y 5) economía;
no obstante, el EVA es fácilmente inflamable tal como muchas otras
resinas orgánicas transparentes. La inflamabilidad no es deseable
para aplicación en áreas residenciales densas, no sólo en el caso de
módulos de células solares instalados de forma integrada en
materiales de techo, sino también en el caso de dispositivos de
células solares instalados en un armazón. Al transformar los módulos
de células solares en resistentes a la llama o retardantes de la
llama se prevé que sea muy importante para hacer que los módulos de
células solares se impongan en el futuro en viviendas
corrientes.
Una cubrición con vidrio sería muy apropiada para
superar estos problemas; por esta razón el sellado de células
solares con vidrio ha sido intentado en numerosas ocasiones. No
obstante, el recubrimiento con vidrio tiene problemas tales como la
flexibilidad, resistencia al impacto, reducción de peso, y coste.
Además, incluso con un recubrimiento de cristal, los elementos de
célula solar podrían ser atacados por las llamas en la cara
posterior en caso de que la cara posterior no esté realizada en
materiales resistentes al calor; no puede ser un material
incombustible.
En vista de lo anterior, la goma de fluoruro
puede ser un candidato para carga de alto rendimiento para células
solares.
En un informe, de 1979, del Jet Propulsion
Laboratory, US Department of Energy, titulado "Investigation of
Test Methods, Materials, Properties and Processes for Solar Cell
Encapsulation" ("Investigación de métodos de pruebas,
materiales, características y procesos para el encapsulado de
células solares"), se da a conocer la utilización de una goma de
fluoruro (marca comercial: Viton, fabricada por Du Pont) para un
material de estanqueización de módulos de células solares. No
obstante, con el Viton mencionado, se ha indicado en el informe
mencionado que se presentan en la superficie amarilleo y pelado,
debido a poca adherencia, en el material superficial, en la prueba
de resistencia al medio ambiente utilizando el aparato Sunshine
Weather-O-Meter. Por lo tanto,
incluso en la actualidad, no se está aplicando comercialmente la
goma de fluoruro a la estanqueización de células solares.
En el caso del Viton que se ha indicado, se
consigue una reticulación efectiva con una poliamina o poliol; es
conocido añadir varios óxidos metálicos y sales metálicas, como
receptores de ácido, que neutralizan substancias ácidas generadas en
el proceso de reticulación de la goma de fluoruro que es una
reticulación del tipo de poliol o poliamina. Por ejemplo, se añade
óxido de plomo o hidróxido cálcico a la reticulación; no obstante,
los receptores de ácidos que incluyen en general poliol y poliamina
no son transparentes, por lo que este tipo de goma fluorada
reticulada no es adecuada para células solares. Es decir, la goma
fluorada que se tiene que reticular con la poliamina o poliol pasa a
ser goma ópticamente opaca cuando se utiliza como carga de células
solares; de este modo, disminuye el rendimiento de conversión de las
células solares. Aún en el caso en que el receptor de ácido es
transparente, las reacciones provocadas por la eliminación de HF
pierden lugar y la goma de fluoruro resultante se vuelve de color
marrón. Además, dado que el lugar de reticulación es bromo, la
resistencia al medio ambiente es reducida, considerándose ello una
razón para el amarilleo en la prueba acelerada mediante el aparato
Sunshine Weather-O-Meter mencionado
anteriormente.
Por otra parte, cuando se utiliza la goma de
fluoruro antes mencionada sin reticulación, se obtiene de manera
segura una carga ópticamente transparente; no obstante, la elevación
de temperatura por la luz incidente pasa a ser un problema. Es
decir, la temperatura de los módulos de célula solar colocados en un
techo o dispuestos en un área caliente se sabe que llega a 80 grados
o más y el material de carga sufre fluencia en caliente
("creep") cuando se utiliza en dichas condiciones durante un
período de tiempo prolongado. En otras palabras, la goma de fluoruro
antes mencionada sale del lugar previsto de los elementos
fotovoltaicos a causa de falta de reticulación y finalmente, el
material de cobertura puede separarse por pelado.
Por lo tanto, como un aspecto de la presente
invención es el de superar esos problemas y dar a conocer un módulo
de célula solar y un proceso de fabricación del mismo que tenga un
material de cobertura de la superficie, más específicamente, una
resina de carga que llena el espacio comprendido entre la película
de la superficie receptora de luz y los elementos, cuyo material de
cobertura es excelente en características de resistencia al medio
ambiente y resistencia al calor, tiene excelente carácter adhesivo a
la superficie laminar, limita la reducción del rendimiento térmico a
largo plazo de los elementos fotovoltaicos por permeación de humedad
hasta un grado mínimo, tiene suficiente elasticidad de goma con
suficiente grosor para proteger los elementos de las células
solares, y es retardante de la llama o incombustible.
La Patente EP-A-0
658 943, que es un documento de acuerdo con el Art. 54 (3) EPC,
muestra un semiconductor estanqueizado con una resina de transmisión
de la luz que comprende un material de recubrimiento que comprende
un material de carga y una capa superficial de dicha capa contiene
preferentemente flúor en una cantidad de 38 a 60%. Se incluyen entre
los ejemplos específicos del material un polímero de resina que
contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno.
En la Patente JP 60 066 871 A, se utiliza un
polímero de fluoruro de vinilideno como elemento de aglomeración
para conectar a presión un polvo semiconductor para conformar una
placa.
El documento
EP-A-0 507 468 trata en general de
polímeros de fluorohidrocarburos modificados.
El objetivo antes mencionado se consigue al
disponer un semiconductor estanqueizado con resina transmisora de la
luz, de acuerdo con la reivindicación 1, y un método de producción
del mismo, según la reivindicación 11. Se indican realizaciones
preferentes en las reivindicaciones dependientes, de modo
correspondiente.
Los inventores han descubierto que el siguiente
módulo de célula solar es el óptimo como resultado de activas
investigaciones y desarrollo.
A saber, en una realización preferente de la
presente invención se puede obtener un módulo de célula solar en el
que un material de recubrimiento dispuesto sobre la superficie de la
luz incidente de un elemento fotovoltaico y que comprende dos capas
con un material de carga transparente y una hoja superficial
transparente dispuestas en la superficie externa situada en la parte
superior del material de carga, en el que el material de carga
comprende un copolímero reticulado de componentes múltiples
(copolímero que tiene dos o más tipos de comonómero) que contiene
flúor en una cantidad de 60 a 80%, y que contiene fluoruro de
vinilideno y hexafluoropropileno como componentes principales, y la
hoja superficial comprende una película con un contenido de 40 a 60%
de flúor.
El procedimiento de producción de semiconductor,
según la reivindicación 11, consiste en producir el semiconductor
que tiene la constitución mencionada anteriormente y que comprende
las etapas descritas a continuación.
El semiconductor, según la presente invención,
con la constitución mencionada anteriormente, tiene las siguientes
funciones.
(1) Se obtiene un material de recubrimiento que
tiene excelentes características de retraso de la llama incluso con
un grosor que proporciona una resistencia mecánica satisfactoria. Se
haría observar en este caso que el EVA utilizado de manera
convencional tiene un calor de combustión elevado del orden de 48,2
j/kg, una vez que el material de recubrimiento recibe la aplicación
de fuego, no pudiéndose esperar autoextinción del EVA por sí mismo.
Para mejorar dicha característica de la combustión, se han adoptado
contramedidas disminuyendo la cantidad de EVA; lo cual significa
disminuir el grosor de EVA, que a su vez disminuye la resistencia
mecánica y evidentemente disminuye la resistencia a las fuerzas
externas.
(2) El material de recubrimiento de acuerdo con
la presente invención, es esencialmente excelente en sus
características de resistencia a la intemperie, probablemente por la
utilización de una fluororresina. Durante la utilización no se
produce amarilleo durante un largo período de tiempo tal como ocurre
con el EVA convencional y el rendimiento de conversión no se reduce
en los elementos de la célula solar.
(3) El material de carga de acuerdo con la
presente invención es esencialmente de excelentes características en
la resistencia a la humedad, dado que el contenido de flúor es de
60% o superior. Por esta razón, la humedad no ataca los elementos de
la célula solar de modo fácil a diferencia de una resina
convencional de polivinilo butiral que absorbe humedad en
condiciones de humedad, y raramente ocurren cortocircuitos entre los
circuitos de los elementos de la célula solar. Además, no se produce
la desvitrificación, que es el defecto más frecuente de las resinas
de polivinilo, y el rendimiento de la conversión de los elementos de
célula solar no disminuye.
(4) Dado que se utiliza un producto reticulado de
un copolímero que contiene más de dos tipos de comonómero, se evita
el problema de pelado debido al ablandamiento del material de carga
cuando se utiliza a elevada temperatura. Dado que se utiliza una
fluororresina en el material de carga de acuerdo con la presente
invención, el material de recubrimiento superficial sería
básicamente excelente en su resistencia al calor. A diferencia, el
caso de utilizar EVA convencional en el que el amarilleo es
acelerado después de que el antioxidante u otros utilizados en
combinación se volatiza durante el servicio a alta temperatura, el
rendimiento de la conversión de los elementos de la célula solar no
disminuye. Además, el carácter adhesivo se mejorará cuando se
incluya un agente de acoplamiento en el material de carga.
(5) El recubrimiento es excelente en sus
características de resistencia al medio ambiente dado que se utiliza
en forma de película superficial, copolímero de
tetrafluoroetileno-etileno, que es excelente en las
características de resistencia al medio ambiente e incrementa la
resistencia al medio ambiente combinada con la fluororresina del
material de carga.
(6) Además, se consigue un recubrimiento
excelente en características de manipulación en el
post-tratamiento si la película superficial no es
sometida a tratamiento de estirado y se compone de un copolímero de
tetrafluoroetileno-etileno; es decir, se impiden las
grietas o roturas en la película superficial cuando las partes
extremas de los módulos de la célula solar se doblan en su
manipulación.
La figura 1 es una sección esquemática que
muestra un ejemplo del dispositivo semiconductor con dispositivo de
estanqueización mediante una resina transmisora de luz;
las figuras 2A y 2B muestran ejemplos de la
construcción básica del transductor fotoeléctrico utilizado en el
módulo de célula solar mostrado en la figura 1 y la figura 2A es una
vista esquemática en sección y la figura 2B es una vista superior en
planta;
la figura 3 es una vista en sección esquemática
de un módulo de célula solar, de acuerdo con la presente
invención;
la figura 4 es una vista esquemática en sección
de otro módulo de célula solar, de acuerdo con la presente
invención;
la figura 5 es una vista esquemática en sección
de un módulo de célula solar mostrado a objetos de comparación;
y
la figura 6 es una vista esquemática en sección
de otro módulo de célula solar mostrado a efectos comparativos.
A continuación se explicará, en detalles que
hacen referencia a los dibujos, el semiconductor estanqueizado con
resina que transmite luz, de acuerdo con la presente invención.
La figura 1 muestra un esquema de la construcción
de un módulo de célula solar de acuerdo con la presente invención.
Este módulo de célula solar comprende el elemento fotovoltaico (101)
que es un transductor fotoeléctrico, el material de carga
superficial (102), película superficial (103), material de carga de
la superficie posterior (104), película de recubrimiento de la
superficie posterior (105), y placa de refuerzo (106). En este
módulo de célula solar, la luz del exterior entra en la película
superficial (103) y alcanza el elemento fotovoltaico (101); la
fuerza electromotriz generada en el elemento fotovoltaico (101) es
extraída hacia el exterior en un terminal de salida (no
mostrado).
En el elemento fotovoltaico (101) de la presente
invención, se forma una capa fotoactiva de semiconductor como
elemento de conversión de luz como mínimo sobre un sustrato
conductor y se muestra un ejemplo en las figuras 2A y 2B, el
elemento fotovoltaico (101) comprende el sustrato (201) que tiene
una superficie conductora, capa reflectante de la superficie
posterior (202), capa semiconductora fotoactiva (203), capa
conductora transparente (204), y electrodo colector (205).
El sustrato conductor (201) es un sustrato del
elemento fotovoltaico y al mismo tiempo sirve como electrodo
inferior. El sustrato conductor (201) puede ser fabricado a base de
silicio, tántalo, molibdeno, tungsteno, acero inoxidable, aluminio,
cobre, titanio, hoja de carbón, chapa de acero recubierto de plomo,
y capa conductora formada por películas de resina y materiales
cerámicos. Sobre la capa conductora (201), se pueden formar como
capa reflectante (202) de la superficie posterior, una capa
metálica o una capa de óxido metálico, o una capa metálica y una
capa de óxido metálico. La capa metálica se puede fabricar a partir
de Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni y Cu. La capa de óxido metálico puede
ser realizada en ZnO, TiO_{2}, SnO_{2} e ITO. Se incluyen dentro
de los ejemplos de los métodos de formación de la capa metálica y
capa de óxido metálico antes mencionadas, el depósito de vapor por
calentamiento por resistencia, depósito de vapor por haz de
electrones y bombardeo iónico.
La capa fotoactiva semiconductora (203) es la
parte en la que se lleva a cabo la conversión fotoeléctrica. Entre
los ejemplos de materiales para la capa fotoactiva semiconductora
(203) se incluyen silicio policristalino de tipo de unión pn,
silicio amorfo de tipo unión pin y homólogos (incluyendo cristales
finos, a-SiGe y a-SiC), y compuestos
semiconductores tales como CuInSe_{2}, CuInS_{2}, GaAs,
Cds/Cu_{2}S, CdS/CdTe, Cds/InP, y CdTe/Cu_{2}Te. El método de
formación de la capa fotoactiva semiconductora (203) consiste en
formar láminas de un silicio fundido o tratamiento térmico de
silicio amorfo para el caso de silicio policristalino; se aplica
plasma CVD para utilización de silicio amorfo, como material
inicial, gas silano o un material de control de la conductividad tal
como diborano y gas fosfino para el caso de silicio amorfo; y
recubrimiento iónico, depósito por haz de iones, evaporación al
vacío, bombardeo iónico y electrodepósito que se utilizan para el
caso de un semiconductor compuesto.
La capa conductora (204) sirve como un lado o
cara de los electrodos de la célula solar. Se incluyen dentro de los
ejemplos de material para la capa conductora (204) en el lado de la
luz incidente In_{2}O_{3}, SnO_{2},
In_{2}O_{3}-SnO_{2} (ITO), ZnO, TiO_{2},
Cd_{2}SnO_{4} y una capa semiconductora cristalina en la que se
aplican impurezas de contaminación en una elevada concentración. Se
incluyen entre los ejemplos del método de formación de capa
semiconductora transparente (204) el depósito de vapor por
calentamiento por resistencia, bombardeo iónico, pulverización, CVD
y difusión de impurezas.
Sobre una capa conductora transparente (204), se
puede disponer el electrodo colector (205) (rejilla) en forma de
rejilla o similar con el objetivo de recoger la corriente eléctrica
de modo eficaz. Se incluyen entre los ejemplos de materiales para
electrodo colector (205): Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu, Sn, y sus
aleaciones; así como diferentes pastas conductoras tales como pasta
de plata. Se incluyen entre los ejemplos del método de formación del
electrodo colector (205): bombardeo iónico utilizando máscara;
depósito por vapor por calentamiento de resistencia; CVD;
procedimiento que comprende el depósito mediante vapor de la
película metálica en toda la superficie y eliminar las partes no
necesarias posteriormente con ataque químico para conseguir un
dibujo; procedimiento para formar un dibujo de electrodo de rejilla
directamente por foto CVD; procedimiento que comprende la formación
de la máscara de modelo negativo de un electrodo de rejilla y
recubrimiento posterior; y procedimiento de impresión de una pasta
conductora permitiendo el curado. La pasta conductora utilizada
contiene usualmente polvo fino de plata, oro, cobre, níquel o
carbono dispersados en un polímero aglomerante. Se incluyen entre
los ejemplos de polímero aglomerante resinas tales como poliester,
epoxi, acrílicas, alquídicas, polivinilo acetato, de goma, uretano y
fenólicas.
Finalmente, el terminal de salida (206) para
extraer la fuerza electromotriz está instalado en el sustrato
conductor (201) y el electrodo colector (205). En este proceso, un
cuerpo metálico, tal como una patilla de cobre, es unido al sustrato
conductor (201) por soldadura por puntos o soldeo, y un cuerpo
metálico es conectado eléctricamente al electrodo colector (205) con
una pasta conductora o de soldeo.
El elemento fotovoltaico (101) preparado tal como
se ha mencionado anteriormente es conectado en serie y/o en paralelo
dependiendo del voltaje o corriente deseados. El elemento
fotovoltaico puede ser integrado sobre un sustrato aislado para
conseguir voltaje o corriente según deseo.
La película (105) de recubrimiento de la
superficie posterior queda dispuesta con el objetivo de asegurar
aislamiento eléctrico entre el sustrato conductor del elemento
fotovoltaico (101) y el exterior. El material es preferentemente el
que sea capaz de asegurar suficiente aislamiento eléctrico con
respecto al sustrato conductor, que pueda resistir la dilatación y
contracción térmica y que tenga duración para un largo período de
tiempo, así como flexibilidad. Entre los ejemplos apropiados para
dicha película se incluyen el nylon y polietileno tereftalato.
La carga (104) de la superficie posterior está
destinada a conectar el elemento fotovoltaico (101) con la película
(105) de recubrimiento de la superficie posterior. El material
preferente para la carga (104) de la superficie posterior es el
capaz de asegurar adherencia con el sustrato de conductividad,
resistencia contra la expansión y contracción térmicas, excelentes
características de duración a largo plazo, y flexibilidad. Se
incluyen entre los ejemplos de material más adecuados materiales de
fusión en caliente tales como EVA y polivinilo butiral, cintas de
doble recubrimiento, y adhesivos epoxi flexibles.
La reticulación es preferible para hacer firme la
adherencia a elevada temperatura cuando el módulo de célula solar se
tiene que utilizar a elevadas temperaturas, tal como un tipo
integrado con material de cubierta de techo. Es habitual utilizar un
peróxido orgánico para el reticulado de EVA y similares.
La placa de refuerzo (106) puede ser fijada al
exterior de la película de cubrición (105) de la superficie
posterior para aumentar la resistencia mecánica del módulo de célula
solar o para impedir la distorsión y deformación provocadas por
cambios de temperatura. Se pueden utilizar, por ejemplo, para la
placa de refuerzo (106) chapa de acero, placa de plástico o una
placa de plástico reforzado con fibra de vidrio (FRP).
A continuación, se explicará en detalle la carga
de superficie (102) utilizada en la presente invención.
La carga de superficie (102) es necesaria para
cubrir las partes cóncavas y convexas del elemento fotovoltaico
(101) y asegurar la adherencia a la película superficial (103); por
lo tanto se requiere para la carga de superficie (102) resistencia a
la intemperie, adherencia y resistencia al calor. Para satisfacer
estas exigencias el componente principal de resina es un copolímero
reticulado que tiene dos o más tipos de comonómero (copolímero de
componentes múltiples) y contiene flúor en una cantidad que
corresponde a 60-80%, y contiene fluoruro de
vinilideno y hexafluoropropileno como componentes principales.
Cuando el contenido de flúor del copolímero de componentes múltiples
es de 60% o más, la resistencia a la intemperie de la fluororresina
se desarrolla suficientemente y el carácter retardante del fuego se
puede conseguir simultáneamente. Por otra parte, cuando el contenido
de flúor en el copolímero multicomponente es el 80% o menos, se
puede mantener suficiente adherencia en el interfaz del electrodo
transparente sobre la superficie del elemento fotovoltaico y la
película superficial. Si la adherencia es insuficiente, la
fiabilidad del módulo de célula solar queda dificultada, es decir,
puede presentarse separación de la capa por pelado durante el
servicio durante un largo período y puede penetrar la humedad. Se
puede tomar en consideración el prevenir dicho pelado por
calentamiento a una temperatura de 240ºC o superior cuando se
realiza adhesión térmica; no obstante, esto podría perjudicar al
elemento de célula solar por la acción del calor y no se puede
llevar a cabo.
La proporción de comonómeros, fluoruro de
vinilideno (que se abreviará a continuación como VDF) con respecto a
hexafluoropropileno (que se abreviará a continuación como HFP), se
dispone de manera tal que el copolímero es un polímero de goma.
Usualmente, el copolímero VDF-HFP es una goma
satisfactoria cuando el contenido de VDF es de 50 a 80% molar.
Cuando el contenido de VDF es alto, el punto de transición vítrea
tiende a bajar y se mejora la resistencia a baja temperatura. No
obstante, la unidad VDF tiende a coagular o cristalizar debido al
enlace de hidrógeno y la introducción de la unidad HFP en una
cantidad que supera un cierto nivel es necesaria para conseguir una
goma amorfa altamente transparente adecuada para cubrir células
solares. Por lo tanto, la introducción de la unidad HFP en una
cantidad aproximada de 20% molar o más es preferible para conseguir
suficiente elasticidad de goma y transparencia adecuadas para la
utilización.
Además, un terpolímero es aplicable para el
objetivo de mejorar la resistencia al calor y resistencia química
añadiendo tetrafluoroetileno (TFE) a VDF y HFP. En este caso, las
características físicas se mejoran, mientras que la elasticidad de
goma se mantiene al substituir la unidad de VDF por la unidad TFE;
siendo preferentemente la proporción de substitución de 1 a 30%
molar.
A continuación, los peróxidos orgánicos
utilizados para reticulado de la carga en la presente invención se
explicarán de manera detallada. La reticulación con un peróxido
orgánico se lleva a cabo por el hecho de que los radicales libres
generados a partir del peróxido orgánico eliminan hidrógeno y/o
átomos de alógeno formando un enlace C-C. Son
procedimientos de activación conocidos para los peróxidos orgánicos
la descomposición térmica, descomposición redox y descomposición
iónica, así como descomposición térmica que es la más preferida en
general.
En base a la estructura química, los peróxidos
orgánicos se pueden clasificar en las siguientes categorías:
hidroperóxidos, dialquil(alil)peróxidos,
diacilperóxidos, peroxicetales, peroxiésteres, peroxicarbonatos, y
cetoneperóxidos.
Se incluyen entre los ejemplos de hidroperóxidos
t-butilperóxido,
1,1,3,3-tetrametilbutilperóxido,
p-mentanohidroperóxido, cumenhidroperóxido,
p-cimenehidroperóxido, diisopropilbencenoperóxido,
2,5-dimetilhexano-2,5-didihidroperóxido,
ciclohexanoperóxido y
3,3,5-trimetilhexanoneperóxido.
Se incluyen entre los ejemplos de
dialquil(alil)peróxidos,
di-t-butilperóxido, dicumilperóxido
y t-butilcumilperóxido.
Se incluyen entre los ejemplos de diacilperóxidos
diacetilperóxido, dipropionilperóxido, diisibutirilperóxido,
dioctanoilperóxido, didecanoilperóxido, dilauroilperóxido,
bis(3,3, 5-trimetilhexanoil)peróxido,
benzoilperóxido, m-toluilperóxido,
p-clorobenzoilperóxido,
2,4-diclorobenzoilperóxido y peroxisuccinato.
Se incluyen entre los ejemplos de peroxicetales
2,
2-di-t-butilperoxibutano,
1,1-di-t-butilperoxiciclohexano,
1,1-di-(t-butilperoxi)-3,3,5-trimeltilciclohexano,
2,
5-dimetil-2,5-di(-t-butilperoxi)hexano,
2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi)
hexino-3,
1,3-di(t-butilperoxiisopropil)benceno,
2,5-dimetil-2,
5-dibenzoilperoxihexano,
2,5-dimetil-2,5-di(peroxibenzoil)hexino-3,
y
n-butil-4,4-bis(t-butilperoxi)valerato.
Se incluyen entre los ejemplos de peroxiésteres
t-butilperoxiacetato,
t-butilperoxiisobutilato,
t-butilperoxibivalerato,
t-butilperoxineodecanoato,
t-butilperoxi-3,3,5-trimetilhexanoato,
t-butilperoxi-2-etilhexanoato,
(1,1,3,3-tetrametilbutilperoxi)2-etilhexanoato,
t-butilperoxilaurato,
t-butilperoxibenzoato,
di(t-butilperoxi)adipato, 2,
5-dimetil-2,5-di(peroxi-2-etilhexanoil)hexano,
di(t-butilperoxi)isoftalato,
t-butilperoximaleato, y
acetilciclohexilsulfonilperóxido.
Se incluyen entre los ejemplos de
peroxicarbonatos t-butilperoxiisopropilcarbonato,
di-n-propilperoxidicarbobato,
di-sec-butilperoxidicarbonato,
di(isopropilperoxi)dicarbonato,
di(2-etilhexilperoxi)dicarbonato,
di(2-etoxietilperoxi)dicarbonato,
di(metoxidepropilperoxi)carbonato,
di(3-metoxibutilperoxi)dicarbonato, y
bis-(4-t-butilciclohexilperoxi)dicarbonato.
Se incluyen entre los ejemplos de cetoneperóxidos
acetilacetoneperóxido, metiletilcetoneperóxido,
metilisobutilcetoneperóxido, y cetoneperóxido.
Otras estructuras tales como
viniltris(t-butilperoxi)silano son
también bien conocidas.
La cantidad de los peróxidos orgánicos antes
mencionados a añadir es de 0,5 a 5 partes en peso por 100 partes en
peso de la resina de carga. Los peróxidos orgánicos pueden ser
utilizados en combinación de la carga para producir reticulado y
unión a presión y calor. La temperatura de calentamiento y el
período de tiempo se tienen que ajustar de acuerdo con la
temperatura de la descomposición térmica de los peróxidos orgánicos
respectivos. De modo general, la aplicación de calor y presión se
tiene que terminar a la temperatura y período de tiempo en los que
la descomposición térmica ha avanzado hasta 90% o más,
preferentemente 95% o más.
Con el objetivo de proceder a la reticulación
eficientemente, es preferente la utilización de trialilisocianurato
(TAIC), que es el que se designa agente auxiliar de reticulación. La
cantidad de agente auxiliar de reticulación es en general de 1 a 5
partes en peso por 100 partes en peso de la resina de carga.
Si bien el material utilizado en la presente
invención como carga es excelente en sus características de
resistencia a la intemperie, se puede utilizar un agente de
absorción de rayos ultravioleta en combinación con el objetivo de
mejorar adicionalmente la resistencia a la intemperie y de proteger
la capa por debajo de la carga (desde el lado de la luz incidente).
Se pueden utilizar cualesquiera agentes de absorción de rayos
ultravioleta, no obstante, es preferente un agente de absorción de
rayos ultravioleta volátil teniendo en cuenta el medio ambiente en
el que se utiliza el módulo de célula solar. La adición simultánea
de un estabilizante frente a la luz con el agente de absorción de
rayos ultravioleta proporcionará una película de carga estabilizada
adicionalmente contra la luz.
Una fluororresina se supone en general que es
relativamente insuficiente en resistencia térmica en comparación con
la resistencia a la intemperie; puede ser posible la adición de un
antioxidante.
Cuando el módulo de célula solar se supone que
debe ser utilizado en circunstancias más exigentes, es preferible
mejorar el carácter adhesivo de la carga con el elemento
fotovoltaico o en la película superficial superior. Con este
objetivo, se puede añadir a la carga un agente de acoplamiento de
silano o un compuesto orgánico de titanato. La cantidad a añadir en
este caso es preferentemente de 0,1 a 3 partes en peso, más
preferentemente de 0,25 a 1 parte en peso, por 100 partes en peso de
la resina de carga. Se incluye dentro de los ejemplos de agentes de
acoplamiento de silano el viniltriclorosilano,
viniltris(\beta-metoxietoxi)silano,
viniltrietoxisilano, viniltrimetoxisilano,
\gamma-petracriloxipropiltrimetoxisilano,
\beta-(3,
4-epoxiciclohexil)etiltrimetoxisilano,
\gamma-glicidoxipropilmetildietoxisilano,
N-\beta(aminoetil)
\gamma-aminopropiltrimetoxisilano,
N-\beta(aminoetil)-\gamma-aminopropilmetildimetoxisilano,
\gamma-aminopropilmetildimetoxisilano,
\gamma-aminopropiltrietoxisilano,
N-fenil-\gamma-aminopropiltrimetoxisilano,
\gamma-mercaptopropiltrimetoxisilano, y
\gamma-cloropropiltrimetoxisilano.
Se pueden incorporar materiales no tejidos tales
como fibra de vidrio con el objetivo de incrementar la resistencia
de la carga.
La película superficial superior (103) utilizada
en la presente invención es posicionada en la capa superior del
módulo de célula solar y se requiere que tenga un comportamiento tal
que garantice fiabilidad a largo plazo en la exposición al exterior
del módulo de célula solar; el comportamiento requerido requiere
resistencia al medio ambiente, carácter repelente al agua,
resistencia al ensuciamiento y resistencia mecánica. Un material
adecuado por el objetivo de la presente invención es una resina de
poli(fluoruro de vinilideno) o bien un copolímero de
tetrafluoruro de etileno-etileno. Si bien el
poli(fluoruro de vinilideno) es superior con respecto a la
resistencia al medio ambiente, el copolímero de
tetrafluoruro-etileno es superior con respecto a la
compatibilidad de resistencia al medio ambiente y resistencia
mecánica. Son preferibles tratamiento corona y tratamiento por
plasma a la película superficial para mejorar la adherencia entre la
película superior y la carga.
Como medio para fijar el módulo de célula solar
de acuerdo con la presente invención, por ejemplo cuando se instala
en un tejado, se puede realizar la fabricación con doblado de los
extremos del módulo de célula solar.
El estirado uniaxial se lleva a cabo en algunos
copolímeros de tetrafluoruro de etileno-etileno para
mejorar la resistencia mecánica de la película de la parte superior;
es característico de dicho material laminar un alargamiento en la
rotura más bajo y resistencia a la tracción de rotura más elevada en
la dirección de estirado que en la dirección en la que no se efectúa
estirado o la película no es estirada.
Cuando se realiza fabricación con curvado o
doblado utilizando la película estirada uniaxialmente, la formación
de grietas o roturas tiende a producirse en la parte curvada. Se ha
demostrado necesario para impedir el defecto asociado con el curvado
al doblar con una gran curvatura o a una temperatura elevada; por
esta razón, ha sido necesario llevar a cabo un trabajo engorroso
para realizar el curvado durante un período de tiempo prolongado. De
acuerdo con la presente invención, se ha descubierto ahora que la
utilización de la película no sometida a estirado evita dicho
engorroso trabajo.
A continuación, se explicará el procedimiento
para la producción del módulo de célula solar utilizando el elemento
fotovoltaico, material de carga, película superficial y material de
recubrimiento de la superficie posterior que se han mencionado
anteriormente.
Como métodos de cubrir la superficie receptora de
luz del elemento fotovoltaico (101) con el material de carga
superficial (102), se pueden indicar los siguientes: método de
evaporación de un disolvente después de recubrimiento de la carga
que se disuelve en un disolvente; método que comprende la formación
de una capa de carga sobre la película superficial de antemano y
producir su adherencia a presión sobre el elemento fotovoltaico con
aportación de calor; y un método que comprende la formación de la
carga de forma laminar de antemano y unirla por adherencia a presión
sobre el elemento fotovoltaico con calentamiento.
En el caso de disolver la carga (102) en
disolvente tal como se ha descrito anteriormente, la carga se mezcla
simultáneamente con diferentes tipos de aditivos tales como un
agente de reticulación, agente de acoplamiento de silano, agente de
absorción UV, antioxidante y similares. La mezcla es aplicada como
recubrimiento sobre el elemento fotovoltaico y se deja secar a una
temperatura tal que la reacción de reticulación no puede tener
lugar. De manera similar, en el caso de formar la carga en forma
laminar, se mezclan aditivos con la carga de antemano; se requiere
ajustar la temperatura de formación a un grado de temperatura tal
que la reacción de reticulación no pueda tener lugar.
En el caso en el que la carga es formada de forma
preliminar sobre el elemento fotovoltaico (101) o una película
superficial (103), se obtiene un módulo de célula solar al
superponer la carga de superficie posterior (104) y la película de
recubrimiento (105) de la superficie posterior sobre dicha
superficie posterior y efectuar la adherencia a presión con acción
de calor y superponiendo la película superficial superpuesta (103)
sobre la superficie frontal y efectuar la adherencia a presión con
aportación de calor. En el caso de disponer la placa de refuerzo
(106), es suficiente someter a presión y adherir la placa a la
película (105) de recubrimiento de la superficie posterior mediante
la carga (104) de la superficie posterior o un adhesivo distinto.
Este procedimiento se puede llevar a cabo simultáneamente con el
procedimiento anterior o posteriormente descrito. En el caso en el
que la carga se forma con una estructura laminar, se puede insertar
entre el elemento fotovoltaico (101) y la película superficial (103)
que se desea adherir térmicamente de modo similar a presión para
producir un módulo de célula solar. La temperatura de calentamiento
en la etapa de adherencia a presión debe permitir la reacción de
reticulación satisfactoriamente y el período de tiempo de esta etapa
debe satisfacer también esta exigencia.
El método de adherencia a presión puede ser
laminación en vacío, laminación por rodillo y similares.
La presente invención se explicará de manera más
detallada en los siguiente ejemplos.
Se explicará un procedimiento para preparar una
célula solar (elemento fotovoltaico) de silicio amorfo
(a-Si) utilizando un modelo esquemático según las
figuras 2A y 2B.
Una capa de Al (grosor de la película: 500 nm) y
una capa de ZnO (grosor de la película: 500 nm) como capa
reflectante (202) de la superficie posterior se constituyeron por
este orden sobre un sustrato de chapa de acero inoxidable limpia
(sustrato conductor (201)) por un método de bombardeo iónico. Como
etapa siguiente, se realizó una capa tipo n de a-Si
a partir de una mezcla de gases de SiH_{4},PH_{3} y H_{2}, una
capa de tipo i de a-Si fue preparada a partir de
una mezcla de gases de SiH_{4} y H_{2}, y una capa
microcristalina de tipo p \muc-Si fue preparada a
partir de una mezcla de gases de SiH_{4}, BF_{3} y H_{2}
respectivamente por un método de CVD de plasma. Se formó una capa
semiconductora de conversión fotoeléctrica tándem (capa
semiconductora fotoactiva (203)) tipo a-Si (tipo
silicio amorfo) consistiendo en n capas de un grosor de película de
15 nm/i capas de un grosor de película de 400 nm/p capas de un
grosor de película de 100 nm/n capas de un grosor de película de 10
nm/i capas de un grosor de película de 80 nm/p capas con un grosor
de película de 10 nm. A continuación, se formó una película delgada
en forma de capa conductora transparente (204), de In_{2}O_{3}
(grosor de la película 70 nm) por vaporización de In en atmósfera de
O_{2} por un método de calentamiento mediante resistencia. Además,
se formó un electrodo de rejilla para colector eléctrico (electrodo
colector eléctrico (205)) por serigrafía utilizando una pasta de
plata. Finalmente, se fijó en el sustrato de acero inoxidable una
patilla de cobre como terminal de lado negativo (206b) utilizando
soldadura de acero inoxidable (208). Como terminal del lado positivo
(206a) se fijó una cinta laminar de plata sobre el electrodo
colector eléctrico (208) utilizando el adhesivo conductor (207)
para conseguir el terminal de salida. De este modo, se produjo un
elemento fotovoltaico.
A continuación, se explicará haciendo referencia
a la figura 3 un procedimiento para la producción de un módulo de
célula solar a partir de este elemento fotovoltaico.
En un disolvente que es una mezcla de acetona y
metil etil cetona en una proporción 3:2, 100 partes en peso de una
fluorogoma de VDF-HFP (copolímero de 80% molar
aproximadamente VDF y aproximadamente 20% molar HFP, contenido de
flúor 66%: lugar de reticulación de iodo), 1,5 partes en peso de
2,51dimetil-2,5-di(butil
peróxido terciario)hexano como agente reticulante, 4,0 partes
en peso de triaril isocianurato como agente reticulante auxiliar,
0,5 partes en peso de \gamma-metacril oxipropil
trimetoxi silano como agente de acoplamiento de silano, 0,3 partes
en peso de
2-hidroxi-4-n-octoxi
benzofenona como agente de absorción de UV, y 0,2 partes en peso de
tris(mono-nonilfenil) fosfito como
antioxidante fueron disueltos para preparar una solución al 50% en
peso de la fluorogoma. La superficie receptora de luz del elemento
fotovoltaico (301) fue dotada de recubrimiento con la solución y fue
secada a 60ºC durante 30 minutos. Este proceso de
recubrimiento/secado fue repetido hasta que se formó la capa de
material de carga (302) con un grosor de unas 200 \mu.
Sobre la superficie del lado de la luz incidente
del elemento fotovoltaico (301) cubierta con el material de carga
antes mencionado, se dispuso una película superficial (303) (grosor
de la capa: 50 \mu) de una película de ETFE no orientado con una
superficie tratada por descarga corona, de manera tal que la
superficie tratada puede contactar con el material de carga; sobre
la carga posterior, carga (304) (con un grosor de película de 460
\mu, fabricada por Mobay) conteniendo una lámina de EVA, película
de recubrimiento de la superficie posterior (305) compuesta de una
película de nylon (con un grosor de película de 63,5 \mu, marca:
Dartech, fabricada por du Pont), placa de refuerzo (306) fabricada
en chapa de acero Galvarium (chapa de acero galvanizada) fueron
superpuestas de manera que el orden era elemento fotovoltaico
(301)/material de carga (304) de la superficie posterior
(EVA)/película de recubrimiento de la superficie posterior (nylon)
(305)/material de carga de la superficie posterior (EVA) (304)/placa
de refuerzo (306) (chapa de acero Galvarium). Se fabricó un módulo
de célula solar con la superficie receptora de la luz cubierta con
la fluorogoma por calentamiento a 160ºC durante 20 minutos con
desgasificación a presión en un dispositivo de laminación en vacío.
El terminal de salida fue dispuesto sobre la superficie posterior
del elemento fotovoltaico de antemano de manera que, después de la
laminación, la salida podía ser introducida desde la salida de la
terminal abierta de antemano en la chapa de hierro Galvarium.
Finalmente, la chapa adicional de acero Galvarium que sobresalía del
elemento fotovoltaico fue doblada junto con materiales laminares a
90º con respecto a la superficie posterior, de manera que la
resistencia del módulo y la facilidad de instalación como módulo
incorporado al techo se pueden
mejorar.
mejorar.
El módulo de célula solar producido por el
proceso anterior fue evaluado en términos de los elementos descritos
a continuación.
El Ejemplo 2 de acuerdo con la presente invención
se explicará haciendo referencia a la figura 4.
Se prepara un elemento fotovoltaico de la misma
manera que en el Ejemplo 1.
A 100 partes en peso de la fluorogoma igual que
en el Ejemplo 1, se añadieron 1,5 partes en peso de
2,5-dimetil-2,5-di(tertialbutilperoxi)hexano
como agente de reticulación, 4 partes en peso de
trialilisocianurato(TAIC) como agente auxiliar de
reticulación, 0,5 partes en peso de
\gamma-metacriloxipropiltrimetoxisilano como
agente de acoplamiento de silano que se mezclaron conjuntamente para
preparar un elemento laminar de fluorogoma. Es decir, la fluorogoma
de VDF-HFP fue arrollada en rodillos de amasado
calentados a una temperatura de 70-80ºC;
posteriormente, se cargaron el TAIC y el agente de acoplamiento de
silano en porciones pequeñas; se llevó a cabo el amasado; el
producto amasado fue retirado de los rodillos; los rodillos se
dejaron enfriar a 50ºC, a continuación la goma fue arrollada en los
rodillos; y el agente de reticulación fue añadido y se permitió un
amasado uniforme. Desde allí, una parte del producto fue retirada y
se conformó en una hoja con un grosor de unos 2 mm.
La lámina de fluorogoma antes mencionada (402)
fue dispuesta sobre la superficie del elemento fotovoltaico (401);
sobre ella se superpuso la película superficial (403) (grosor de 50
micras) comprendiendo ETFE no sometido a estirado una superficie que
fue sometida a tratamiento corona, de manera que la superficie
tratada quedó en contacto con el material de carga; y la laminación
y tratamiento posterior fueron realizados de la misma manera que en
el Ejemplo 1 para conseguir el módulo de célula solar. Los numerales
de referencia (401), (403) a (408) de la figura 4 corresponden
respectivamente a (301), (303) a (308) de la figura 3.
Se produjo un módulo de célula solar de igual
manera que en el Ejemplo 1 excepto que la fluorogoma utilizada era
un copolímero de VDF-fluorogoma HFP conteniendo 71%
de flúor, aproximadamente 50% molar de VDF y aproximadamente 50%
molar de HFP (lugar de reticulación: bromo).
Se fabricó un módulo de célula solar de igual
manera que en el Ejemplo 2 excepto que la fluorogoma utilizada era
un copolímero de VDF-fluorogoma HFP conteniendo 71%
de flúor, aproximadamente 50% molar de VDF y aproximadamente 50%
molar de HFP (lugar reticulado: bromo).
Se fabricó un módulo de célula solar de igual
manera que en el Ejemplo 1 excepto que el material de recubrimiento
era de la misma estructura que en el Ejemplo 2, sustituyendo el
recubrimiento de la solución de fluorogoma sobre el elemento
fotovoltaico (301) por un recubrimiento sobre la película
superficial (303).
Ejemplo comparativo
1
Se explicará el Ejemplo comparativo 1 haciendo
referencia a la figura 5 con el objetivo de demostrar los efectos de
los ejemplos realizados de manera más clara.
El elemento de carga superficial (502a)
(fabricado por Mobay, grosor de 460 micras) comprendiendo una hoja
de EVA, un recubrimiento de película superficial (503) (grosor de 50
micras) comprendiendo una película de ETFE no sometida a estirado
una de cuyas superficies fue dotada en el lado receptor de la luz
del elemento fotovoltaico (501) preparado de igual manera a lo
anteriormente mencionado; en la cara posterior, se dispuso la placa
de refuerzo (504) compuesta por un material de carga (502b) de la
superficie posterior comprendiendo una hoja de EVA (fabricada por
Mobay, grosor de 460 micras), película de la superficie posterior
(505) comprendiendo una película de nylon (fabricada por Du Pont,
marca comercial Dartech, 63,5 micras de espesor) y una placa de
refuerzo (504) comprendiendo chapa de acero Galvarium (chapa de
acero con recubrimiento de zinc); y el orden de superposición era
película de recubrimiento superficial (ETFE) (503)/carga superficial
(EVA) (502a)/elemento fotovoltaico (501)/elemento de carga de la
superficie posterior (EVA) (502b)/película de cubrición de la
superficie posterior (nylon) (505)/carga de la superficie posterior
(EVA) (502b)/placa de refuerzo (chapa de acero) (504). El
conjunto se laminó en un dispositivo laminador en vacío. Después de
ello, se aplicó trabajo de doblado igual que en el Ejemplo 1
consiguiendo un módulo de célula
solar.
solar.
Ejemplo comparativo
2
En el caso del Ejemplo 1, el copolímero de
fluorogoma de VDF-HFP conteniendo 66% de flúor,
aproximadamente 80% molar de VDF y aproximadamente 20% molar de HFP
(lugar de reticulación: iodo) fue substituido por fluorogoma de
VDF-copolímero HFP conteniendo 66% de flúor,
aproximadamente 80% molar de VDF y aproximadamente 20% molar de HFP
(lugar de reticulado: bromo). Además, el reticulado fue realizado
utilizando, como agente reticulante, 6 partes en peso de hidróxido
cálcico y 3 partes en peso de
N,N-dicianamilideno-1,6-hexanodiamina
por 100 partes en peso de la fluorogoma. Los otros procedimientos
fueron iguales que en el Ejemplo 1 y de este modo se preparó el
módulo de célula solar.
Ejemplo comparativo
3
En el caso del Ejemplo 2, no se añadió el agente
reticulante. Excepto esto, el Ejemplo 2 fue repetido consiguiendo un
módulo de célula solar.
Para los módulos de célula solar preparados en
los ejemplos anteriores 1 a 5 y en los ejemplos comparativos 1 a 3
fueron evaluados en los términos siguientes. Los resultados se
indican en la Tabla 1.
El rendimiento de la conversión del módulo fue
determinado utilizando una fuente de luz AM 1,5. El rendimiento de
la conversión fue evaluado con valores relativos suponiendo el
rendimiento de conversión del Ejemplo comparativo 1.
La llama, que tenía una temperatura de 750 grados
y se había generado por un quemador para quemar hierba, se aplicó al
módulo durante 10 minutos, después de ello la llama del quemador fue
retirada y se observó la combustibilidad del módulo. Cuando el área
quemada era pequeña y la llama del módulo fue colocada
inmediatamente después de retirar la llama del quemador, el aumento
de retardo del fuego fue evaluado "Bueno (G)"; cuando el área
quemada tenía 1 metro de longitud o mayor o no se observó
autoextinción después de retirar la llama del quemador, el carácter
retardante de la llama se evaluó como "Pobre (P)"; y cuando la
situación estaba comprendida entre (G) y (P), el carácter retardante
del fuego fue evaluado "Regular (F)".
El módulo de célula solar fue cargado en un
aparato Dew Cycle Weather-O-Meter, y
se llevó a cabo una prueba acelerada de acción de la intemperie con
un ciclo o irradiación de luz y lluvia. Se observó el cambio de
aspecto después de 5000 horas. Si no se observaron cambios, se
evaluó la resistencia al medio ambiente "Buena (G)".
El módulo de célula solar se dejó en la atmósfera
a 150ºC durante 24 horas y se observó el cambio de aspecto. Si no se
observaron cambios, la resistencia al medio ambiente se evaluó
"Buena (G)".
Se dispuso el módulo de célula solar
verticalmente en una estufa a una temperatura de 100ºC y se dejó
durante una semana. Se hicieron observaciones para comprobar si el
módulo había sufrido "creep" y si había tenido lugar pelado o
no. Cuando se observó "creep" o pelado, la resistencia al
"creep" se evaluó "Pobre (P)"; en caso contrario, se
evaluó "Buena (G)".
Se repitió 50 veces un ciclo de temperatura
consistiendo en una temperatura de -40ºC durante una hora y 85ºC
durante una hora. Después de la prueba se observó el módulo de
célula solar en cuanto a cambios de aspecto. Si no se observaban
cambios, el ciclo de temperatura se evaluó "Bueno (G)".
Se repitió 20 veces un ciclo de
temperatura-humedad consistiendo en una temperatura
de -40ºC durante una hora y 85ºC con una humedad relativa de 85%
durante 4 horas. Después de la prueba, el módulo de célula solar se
observó en cuanto a cambios de aspecto. Si no se observaban cambios,
el ciclo de temperatura se evaluó "Bueno (G)".
El módulo de célula solar fue dispuesto en una
atmósfera a 85ºC y humedad relativa 85% y se aplicó radiación por un
simulador solar; se irradió pseudo luz solar sobre la superficie
receptora de la luz. Después de 24 horas, se evaluó el
comportamiento ante la luz solar en términos de disminución relativa
del rendimiento de conversión; se excluyó de la evaluación el
fotodeterioro del elemento fotovoltaico.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Tal como se puede observar en la Tabla 1, los
módulos de célula solar de los ejemplos 1 a 5 que tienen cargas de
productos reticulados de derivados de fluorogoma de fluoruro de
vinilideno y hexafluoropropileno son excelentes en cuanto al retardo
del fuego; y también son excelentes en resistencia a la intemperie y
resistencia al calor tal como se demuestra por la prueba de
resistencia a la intemperie y prueba de calentamiento en las que no
se observan amarilleo, opacidad, ni deformación de la resina.
Además, las fluorogomas reticuladas han mostrado excelentes
características en la prueba de "creep" a temperatura elevada.
En la prueba del ciclo de temperatura y en la prueba de ciclo
temperatura-humedad que suponen fuertes condiciones
de servicio en el exterior, no se observaron cambios de aspecto. Las
gomas fluoradas han demostrado un excelente comportamiento en la
resistencia a la humedad y al impedir la reducción del rendimiento
de la conversión al limitar el efecto de la humedad en los elementos
en proporciones mínimas. Como contraste, en el caso del Ejemplo
comparativo 1 en el que, utilizando EVA, de modo convencional, y
después de llevar a cabo pruebas severas, se demostró una elevada
combustibilidad y en particular; el retardo del fuego no se
consiguió con el grosor comprobado en el Ejemplo comparativo 1.
También se presentan problemas de amarilleo substancial debido al
calor y a la baja resistencia a la humedad. El retardo al fuego y la
resistencia al calor fueron menores en el Ejemplo comparativo 1 que
en otros casos.
En el Ejemplo comparativo 2, en el que se
encontraba el bromo en el lugar de reticulación de la goma fluorada
objeto de las pruebas, se demostró que el rendimiento de conversión
inicial de la goma fluorada de la poliamina reticulada era
reducido.
En el Ejemplo comparativo 3, en el que no se
utilizó goma reticulada, la resistencia "creep" fue reducida,
si bien el deterioro en la prueba de medio ambiente no se observó y
no se presentaron problemas de pelado del interfaz en las pruebas
cíclicas; el material de carga se deformó y quedó afectado por el
fenómeno "creep" a elevada temperatura y fue difícil de
mantener la forma después de la laminación. Es decir, es esencial la
reticulación para utilizar las gomas fluoradas como carga del módulo
de célula solar.
El módulo de célula solar y su producción, de
acuerdo con la presente invención, no quedan limitados por los
ejemplos en modo alguno y, desde luego, pueden ser modificados de
diferentes maneras dentro del ámbito de la presente invención.
En el módulo de célula solar según la presente
invención, en el que se utiliza un material de recubrimiento
dispuesto en la superficie de la cara de la luz incidente de un
elemento fotovoltaico y comprende preferentemente dos capas con un
material de carga transparente y un elemento laminar superficial
transparente dispuesto en la superficie superior externa de la
carga, en el que el material de carga comprende un copolímero
reticulado de componentes múltiples que contiene el 60 a 80% de
flúor y que contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno
como componentes principales; y el elemento laminar superficial
comprende una película de 40 a 60% de flúor. Por lo tanto, la
fiabilidad a largo plazo del material de recubrimiento superficial,
que convencionalmente era un problema, en la utilización en
exteriores se ha mejorado substancialmente incluyendo el retardo al
fuego, resistencia al medio ambiente, resistencia al calor, y
resistencia "creep".
El objetivo consiste en conseguir un
semiconductor sellado de resina con capacidad de transmisión de la
luz que tiene excelentes características de resistencia al medio
ambiente, resistencia al calor y retardo del fuego, limita el
deterioro del elemento fotovoltaico en utilización a largo plazo
debido a la entrada de humedad al reducir dicha entrada al mínimo,
tiene elasticidad de goma necesaria para proteger el elemento
semiconductor, y tiene un material de recubrimiento superficial que
es incombustible o retardante del fuego. Este objetivo se consigue
por una construcción tal como se define en la reivindicación 1, en
la que el material de recubrimiento dispuesto sobre la superficie de
la cara de la luz incidente del elemento fotovoltaico (101),
comprende un elemento de carga transparente (102) que consiste en el
copolímero reticulado de componentes múltiples que contiene flúor y
fluoruro de vinilideno, así como hexafluoropropileno, como
componentes principales.
Claims (21)
1. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, que comprende material de recubrimiento
(102) y (103) dispuesto sobre la superficie de la cara de incidencia
de la luz de un transductor fotoeléctrico (101), cuyo material de
recubrimiento comprende un copolímero de componentes múltiples
reticulado que contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno
como componentes principales,
caracterizado porque
el copolímero de componentes múltiples contiene
flúor en una cantidad de más de 60% pero no superior a 80% en
peso.
2. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que el
copolímero de componentes múltiples es un copolímero binario que
comprende de 50 a 85% molar de fluoruro de vinilideno y de 15 a 50%
molar de hexafluoropropileno o un terpolímero que comprende de
50-x a 85-x % molar de fluoruro de
vinilideno, 15 a 50% molar de hexafluoropropileno y x % molar de
tetrafluoroetileno (x tiene un valor de 1 a 30), o una mezcla de los
mismos.
3. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que el
copolímero de componentes múltiples tiene un átomo de bromo en el
extremo de la cadena de polímero y está reticulado por un peróxido
orgánico con el lugar de reticulación del átomo de bromo.
4. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que el
material de recubrimiento contiene un agente de acoplamiento de
silano.
5. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que se
dispone sobre el material de recubrimiento una película superficial
que contiene de 40 a 60% en peso de flúor.
6. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, según la reivindicación 5, en el que la
película superficial es un copolímero de tetrafluoruro de
etileno-etileno.
7. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, según la reivindicación 6, en el que la
película superficial es de tipo no orientado.
8. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que se
dispone un elemento fotovoltaico con una capa fotoactiva del
semiconductor como elemento de conversión de luz y una capa
conductora transparente sobre el sustrato conductor.
9. Semiconductor sellado con resina con capacidad
de transmisión de la luz, según la reivindicación 8, en el que la
capa fotoactiva del semiconductor es una capa delgada semiconductora
que no es monocristalina.
10. Semiconductor sellado con resina con
capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 9, en el
que la capa delgada semiconductora no monocristalina es silicio
amorfo.
11. Procedimiento para la fabricación de un
semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la
luz en el que un material de recubrimiento dispuesto sobre la
superficie de la cara de la luz incidente de un transductor
fotoeléctrico (101) comprende dos capas que comprenden un material
de carga (102) y una película superficial (103) dispuesta en la
superficie externa superior del material de carga (102),
comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:
en una primera etapa, una resina compuesta
principalmente por un copolímero de componentes múltiples que
contiene flúor, que contiene fluoruro de vinilideno y
hexafluoropropileno como componentes principales, recibe la adición
de un agente reticulante y se constituye en un elemento laminar para
preparar una capa de carga (102); y
en una segunda etapa, la capa de material de
carga (102) y la película superficial (103) que comprende una
fluororresina son laminadas sobre el transductor fotoeléctrico
(101), después de lo cual, como mínimo, el material de carga (102) y
la película superficial (103) son unidos térmicamente y
simultáneamente el material de carga (102) es reticulado, de manera
que el material de carga (102) contiene flúor en una cantidad de 61
a 80% en
peso.
peso.
12. Procedimiento, según la reivindicación 11, en
el que:
en la primera etapa, dicha resina y dicho agente
de reticulado son disueltos en un disolvente y el resultado es
aplicado como recubrimiento sobre el transductor fotoeléctrico (101)
y posteriormente se deja secar para formar un material de carga
(102) sobre el transductor fotoeléctrico (101); y
en la segunda etapa, una película superficial que
comprende una fluororresina es aplicada en forma de laminación sobre
la carga (101), y posteriormente la carga (102) y la película
superficial (103) son unidas térmicamente y simultáneamente la carga
(102) es reticulada.
13. Procedimiento, según la reivindicación 11, en
el que:
en la primera etapa, dicha resina y dicho agente
de reticulación son disueltos en un disolvente para preparar un
material de carga (102) y dicho material de carga (102) es aplicado
como recubrimiento sobre la película superficial (103) y después de
ello se deja secar para formar el material de carga (102) sobre la
película superficial (103) en proceso de laminación; y
en la segunda etapa, el material de carga (102) y
la película superficial (103) son aplicados como laminación sobre el
transductor fotoeléctrico (101) de manera que el material de carga
(102) se encuentra en contacto con el transductor fotoeléctrico
(101), después de lo cual el material de carga (102) y el
transductor fotoeléctrico (101) son unidos térmicamente.
14. Procedimiento para la fabricación de un
semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la
luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el
copolímero de componentes múltiples es un copolímero binario que
comprende de 50 a 85% molar de fluoruro de vinilideno y de 15 a 50%
molar de hexafluoropropileno o un terpolímero que comprende de
50-x a 85-x% molar de fluoruro de
vinilideno, de 15 a 50% molar de hexafluoropropileno y x% molar de
tetrafluoroetileno (x tiene un valor comprendido entre 1 y 30), o
una mezcla de los mismos.
15. Procedimiento para la fabricación de un
semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la
luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la
carga es reticulada por un peróxido orgánico en el momento de unión
térmica.
16. Procedimiento para la fabricación de un
semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la
luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que se
añade un agente de acoplamiento de silano a la carga.
17. Procedimiento para la fabricación de un
semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la
luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la
película superficial es un copolímero de tetrafluoruro de
etileno-etileno.
18. Procedimiento para la fabricación de un
semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la
luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la
película superficial no es sometida a tratamiento de estirado.
19. Procedimiento para la fabricación de un
semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la
luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el
transductor fotoeléctrico está formado al disponer una capa
fotoactiva de semiconductor como elemento de conversión de la luz y
una capa conductora transparente sobre un sustrato conductor.
20. Procedimiento, según la reivindicación 19, en
el que la capa fotoactiva de semiconductor es una película delgada
semiconductora no monocristalina.
21. Procedimiento, según la reivindicación 20, en
el que la película delgada semiconductora no monocristalina está
constituida por silicio amorfo.
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