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)
- REIVINDICACIONES1. 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Componente fotovoltaico orgánico según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la encapsulación (5) tiene un espesor de como máximo 200 micras.
-
- 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.
- 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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