ES2350350T3 - Componente fotovoltaico orgánico con encapsulación. - Google Patents

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Abstract

Componente fotovoltaico orgánico que comprende una encapsulación (5), un sustrato (1), un electrodo inferior semitransparente (2), al menos una capa funcional orgánica activa de manera fotovoltaica (3) y un electrodo superior (4) más los contactos eléctricos correspondientes, en el que dicha encapsulación (5) comprende al menos una capa de un material compuesto metálico, en el que el electrodo inferior (2) se aplica al sustrato (1), la capa funcional (3) se aplica al electrodo inferior (2), el electrodo superior (4) se aplica a la capa funcional (3), se encapsula todo el componente por medio de un material compuesto metálico caracterizado porque la encapsulación (5) se suelda, se une por adhesivo y/o se une por fusión al sustrato o a una capa inferior del componente, y porque el contacto desde al menos uno de los electrodos (2, 4) hasta una fuente de tensión y/o corriente pasa a través de la encapsulación.

Description

La invención se refiere a un componente fotovoltaico orgánico con una encapsulación novedosa.
Por lo general, los componentes fotovoltaicos orgánicos son sensibles a las influencias ambientales. Para protegerlos frente a un daño, los componentes, que habitualmente incluyen al menos un sustrato, un electrodo inferior al menos semitransparente, al menos una capa funcional fotovoltaica orgánica y un electrodo superior, se recubren o encapsulan completamente. Se conocen muchos métodos de encapsulación, que incluyen colocar caperuzas dimensionalmente estables enteras sobre el componente y aplicar recubrimientos de película al componente y conectarlos de manera hermética al sustrato.
El material usado para encapsulaciones de este tipo es habitualmente un material sintético o un vidrio, siendo los requisitos esenciales para el material la estabilidad mecánica y propiedades de barrera o la estanqueidad frente a la humedad y/o al aire. Desafortunadamente, todavía no han surgido soluciones ideales a este problema en cuanto al material usado para la encapsulación, ya que los materiales que tienen una estanqueidad alta habitualmente carecen de estabilidad mecánica y viceversa. Dos factores especialmente críticos con respecto a la estanqueidad son la transición desde la encapsulación hasta el sustrato, aunque este problema se ha resuelto en gran medida por una gran variedad de técnicas de unión por adhesivo y conexión roscada; y la ubicación en la encapsulación a través de la que pasan los contactos. En particular, la unión por adhesivo de dos placas de vidrio siempre conlleva una junta adhesiva que conduce a la permeación por gases/agua.
El documento US 2004/0046497 A1 describe un artículo de material compuesto que comprende un sustrato que tiene al menos una superficie de sustrato y un recubrimiento de composición escalonada dispuesto en una superficie de sustrato. La composición del material de recubrimiento varía sustancialmente de manera continua a través de su espesor. El recubrimiento
reduce la velocidad de transmisión de oxígeno, vapor de agua y otras especies químicas a través del sustrato de manera que el artículo de material compuesto puede usarse eficazmente como una barrera de difusión para proteger dispositivos o materiales químicamente sensibles. Un dispositivo emisor de luz orgánico incorpora un artículo de material compuesto de este tipo para proporcionar una vida prolongada al mismo.
El documento US 2004/0033375 A1 describe una capa de película fina que comprende una capa de conjunto de partículas y/o molecular que define una capa curada sobre una capa orgánica, y se forma recubriendo un sustrato con una disolución polimérica basada en una resina seleccionada del grupo que consiste en resinas acrílicas, resinas de uretano, resinas epoxídicas y similares, y aplicando además, sobre la disolución polimérica, una disolución de mezcla de polímero/partícula que contiene en la misma al menos una partícula seleccionada del grupo que consiste en partículas metálicas, partículas orgánicas, partículas inorgánicas, partículas coloidales y similares y seguido a continuación por la exposición de la disolución de mezcla de polímero/partícula a la luz y/o al calor, induciendo así una reacción de polimerización de reticulación en la disolución de mezcla de polímero/partícula sobre la disolución polimérica para gelificar las partículas.
El documento US 6.198.217 B1 describe un dispositivo electroluminiscente orgánico que comprende una unidad electroluminiscente que tiene una estructura de capas orgánicas prevista entre un par de electrodos y que puede emitir luz al aplicar una tensión a la misma. La unidad electroluminiscente está cubierta con una capa doble protectora hecha de una capa de barrera orgánica y una capa de barrera inorgánica formadas en la unidad en este orden.
El documento EP 0 468 440 A2 describe un dispositivo electroluminiscente orgánico que está protegido frente a la formación de manchas oscuras. El dispositivo se compone de, en secuencia, un soporte, un ánodo, un medio electroluminiscente orgánico y un cátodo. El cátodo contiene una pluralidad de metales, al menos uno de los cuales es un metal de baja función
de trabajo distinto de un metal alcalino. Superpuesta al cátodo está una capa protectora que se compone de una mezcla de al menos un componente orgánico del medio electroluminiscente orgánico y al menos un metal que tiene una función de trabajo en el intervalo de desde 4,0 hasta 4,5 eV que puede oxidarse en presencia de humedad ambiental.
El documento EP 0 566 736 A1 describe un dispositivo de electroluminescencia orgánico adicional para un elemento de imagen o una fuente de luz superficial de una pantalla gráfica y pantalla de vídeo.
El documento EP 0 350 907 A2 describe un panel electroluminiscente (EL) de película fina que tiene una alta fiabilidad. El panel EL de película fina es fino, ligero y de bajo coste. El documento EP 0 350 907 A2 proporciona un panel electroluminiscente (EL) de película fina que comprende una placa base permeable ligera, un elemento EL de película fina formado sobre la placa base y una lámina a prueba de humedad cubierta sobre la misma, radicando una mejora en que la lámina de absorción de humedad se coloca entre dicho elemento EL de película fina, y dicha lámina a prueba de humedad y dicha lámina de absorción de humedad comprende una lámina de polímero orgánico y polvo de gel de sílice dispersado en la misma en una cierta densidad de superficie.
El objeto de la invención es poner a disposición un componente fotovoltaico orgánico con una encapsulación que combine la estabilidad mecánica con la estanqueidad y que pueda, no obstante, producirse de forma sencilla y de una manera que permita la producción en serie.
Este objeto se consigue mediante el contenido de las reivindicaciones independientes 1 y 7. Se describen realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes.
En una realización del método, la encapsulación se suelda, se une por adhesivo y/o se une por fusión al sustrato. En este caso, la encapsulación se sella, por ejemplo, mediante la soldadura de bajo coste de la película metálica al sustrato. La capa de material sintético de la encapsulación también puede conectarse al sustrato.
Los electrodos pueden ponerse en contacto con una fuente de tensión y/o corriente poniéndolos en contacto a través de la encapsulación, o bien por soldadura o bien por el uso de un soldante a baja temperatura. Dependiendo de la realización, una subzona de la película tendrá una zona metálica expuesta que va a usarse para la puesta en contacto, garantizando así una resistencia de contacto baja.
En una realización ventajosa de la invención, al menos una de las conexiones pasantes del componente se realiza a través de las partes metálicas del material compuesto metálico. Las buenas propiedades de barrera, alta estabilidad mecánica y conductividad eléctrica del metal de la encapsulación se usan así de la manera más ventajosa.
El material compuesto metálico es un material sintético o un vidrio que contiene metal en alguna forma. Puede ser un polímero cargado con fibras metálicas, virutas metálicas y/u otras partículas metálicas, aunque también puede haber otra estructura de capas que contenga capas alternas de metal, material sintético o vidrio, por ejemplo en forma de películas ultrafinas. El metal también puede estar presente en el material sintético o vidrio o como una capa o laminado en forma de aleaciones fundibles, es decir en forma de aleaciones metálicas de bajo punto de fusión.
En casos en los que ambas conexiones pasantes, la del electrodo superior y la del inferior, se han colocado a través de la encapsulación, debe estar presente una parte eléctricamente aislante dentro del material compuesto metálico que forma la encapsulación para mantener los dos conductores eléctricamente separados entre sí.
El término “conductor” en el presente documento debe interpretarse tan ampliamente como sea necesario y no como limitado a un conductor metálico continuo, es decir sin huecos o sólido, ya que, por ejemplo, los materiales sintéticos cargados de partículas metálicas también pueden usarse para constituir los conductores.
El material compuesto metálico según la invención puede usarse para fabricar componentes que comprenden encapsulaciones
o bien rígidas o bien flexibles, denominándose también las últimas en algunas circunstancias sellos.
Este objeto se consigue por medio del contenido de las reivindicaciones independientes y las reivindicaciones independientes asociadas en combinación con la descripción, y por medio del contenido de la figura.
Las encapsulaciones están preferiblemente en el intervalo de películas finas y ultrafinas, es decir, tienen por ejemplo un espesor de 200 m, preferiblemente 75 m y de manera particular preferiblemente 30 m.
En una realización, se produce una encapsulación por medio de una estructura de capas en la que capas sintéticas se alternan con capas metálicas en un material compuesto de película y forman una encapsulación flexible. Esto hace posible, en particular, integrar las conexiones pasantes en la encapsulación, ya que las dos capas metálicas de las conexiones pasantes pueden separarse entre sí de manera eficaz mediante capas de material sintético eléctricamente aislante para evitar cortocircuitos. Las capas metálicas de las conexiones pasantes pueden contribuir simultáneamente a la estanqueidad y estabilidad mecánica de la encapsulación.
Las siguientes capas, por ejemplo, pueden aplicarse una sobre otra: película flexible de un tipo que también puede usarse como un sustrato, película metálica, película flexible. Este material compuesto de película tiene altas propiedades de barrera frente al oxígeno y al vapor de agua, y los contactos pueden conducirse a través de la encapsulación al interior de las capas metálicas del material compuesto de película de encapsulación.
Dependiendo de la realización, por ejemplo una subzona de la película tiene una zona metálica expuesta para la puesta en contacto, dando como resultado así una resistencia de contacto baja.
La encapsulación puede, por ejemplo, conectarse directamente al electrodo inferior y/o superior en lugar de al sustrato. En este caso, la encapsulación se conecta al
componente a través del contacto con el electrodo al menos semitransparente y/o se conecta al electrodo superior a través de una capa que se aísla del electrodo semitransparente.
La invención se describe en más detalle a continuación en el presente documento con referencia a una figura que representa una realización de la invención.
Puede reconocerse en la parte inferior un sustrato 1, que puede ser o bien una película flexible o bien un soporte rígido, tal como, por ejemplo, vidrio o cuarzo o similar. Dispuesto sobre el mismo está el electrodo inferior 2, que es transparente para que pueda pasar radiación a través del mismo hasta la(s) capa(s) funcional(es) activa(s). Según una realización, al menos uno de los electrodos está nanoestructurado.
Dispuesta sobre el mismo está al menos una capa funcional orgánica activa de manera fotovoltaica 3, que puede estar hecha de una gran variedad de materiales, dependiendo del componente. El sello superior se forma mediante el electrodo superior 4. El componente puede, por ejemplo, rematarse mediante una denominada capa de acabado, es decir una película protectora, que por primera vez da al componente protección frente a condiciones ambientales no ultralimpias, haciendo que sea posible aplicar la encapsulación en condiciones de fabricación y/o producción normales.
Alrededor de todo el componente y conectada de manera estanca al sustrato 1 está la encapsulación 5, que comprende un material compuesto metálico. La encapsulación conduce a los dos contactos del componente hacia fuera a través de su parte metálica. La encapsulación 5 comprende una parte sintética 6 que también está presente en particular en la ubicación 8 en la que se solapan las dos partes metálicas portadoras de corriente 7 procedentes de polos opuestos. Las partes metálicas 7 guían los contactos de ambos electrodos hacia fuera a través de la encapsulación.
En una realización, se insertan (intercalan) materiales absorbentes (getter) entre la película de encapsulación y el elemento. Los materiales absorbentes son materiales que reaccionan de manera muy intensa con moléculas de agua y átomos
de oxígeno y se unen a ellos y/o los neutralizan químicamente si penetran en el elemento. Ejemplos de materiales absorbentes son la zeolita y el óxido de calcio para moléculas de agua y óxido de hierro para oxígeno.
En una realización, los materiales absorbentes se incorporan directamente en la película.
La capa de acabado puede estar hecha de [sic; falta sustantivo] orgánico (parileno), inorgánico (dióxido de silicio, óxido de aluminio, nitruro de silicio (SiNx), etc.) o alternativamente de un material compuesto de película con una estructura híbrida (orgánica/inorgánica).
La invención da a conocer por primera vez el empaquetamiento de celdas solares orgánicas por medio de un compuesto material de película de bajo coste que incluye una parte metálica. El empaquetamiento cumple con altos requisitos, particularmente con respecto a
-propiedades altas de barrera frente al oxígeno y al vapor de agua
-encapsulación sin o sólo con mínimas juntas adhesivas, ya que la encapsulación puede soldarse/unirse por fusión al sustrato o al electrodo inferior,
-paso integrado de conexiones eléctricas, incluyendo conexiones unidas por adhesivo, unidas por fusión y/o soldadas.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Componente fotovoltaico orgánico que comprende una encapsulación (5), un sustrato (1), un electrodo inferior semitransparente (2), al menos una capa funcional orgánica activa de manera fotovoltaica (3) y un electrodo superior
    (4) más los contactos eléctricos correspondientes, en el que dicha encapsulación (5) comprende al menos una capa de un material compuesto metálico, en el que el electrodo inferior (2) se aplica al sustrato (1), la capa funcional (3) se aplica al electrodo inferior (2), el electrodo superior (4) se aplica a la capa funcional (3), se encapsula todo el componente por medio de un material compuesto metálico caracterizado porque la encapsulación (5) se suelda, se une por adhesivo y/o se une por fusión al sustrato o a una capa inferior del componente, y porque el contacto desde al menos uno de los electrodos (2, 4) hasta una fuente de tensión y/o corriente pasa a través de la encapsulación.
  2. 2.
    Componente fotovoltaico orgánico según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la encapsulación (5) y/o una conexión de la encapsulación (5) al componente comprende un soldante a baja temperatura.
  3. 3.
    Componente fotovoltaico orgánico según una de las reivindicaciones anteriores, en el que una subzona de la encapsulación (5) tiene una zona metálica expuesta para la puesta en contacto.
  4. 4.
    Componente fotovoltaico orgánico según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el material compuesto metálico contiene el metal en forma de fibras metálicas, virutas metálicas y/u otras partículas metálicas y/o comprende una estructura de capas que contiene capas alternas de metal (7) y material sintético (6) o vidrio.
  5. 5.
    Componente fotovoltaico orgánico según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la encapsulación (5) tiene un espesor de como máximo 200 micras.
  6. 6.
    Componente fotovoltaico orgánico según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el componente comprende además una capa protectora y/o un material absorbente.
  7. 7.
    Método de producción de un componente fotovoltaico orgánico que comprende una encapsulación (5), un sustrato (1), un electrodo inferior semitransparente (2), al menos una capa funcional orgánica activa de manera fotovoltaica
    (3) y un electrodo superior (4) más los contactos eléctricos correspondientes, que tiene al menos las siguientes etapas de método: aplicar un electrodo inferior (2) a un sustrato (1); aplicar al menos una capa funcional orgánica activa de manera fotovoltaica (3) a dicho electrodo inferior (2); aplicar un electrodo superior (4) a la capa funcional (3); y encapsular todo el componente por medio de un material compuesto metálico; y conectar la encapsulación (5) al sustrato (1) y/o a una capa inferior del componente; caracterizado porque la encapsulación (5) se suelda, se une por adhesivo y/o se une por fusión al sustrato o a una capa inferior del componente, y porque el contacto desde al menos uno de los electrodos (2, 4) hasta una fuente de tensión y/o corriente pasa a través de la encapsulación.
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