ES2828059T3 - Método de producción de un dispositivo fotovoltaico - Google Patents

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Abstract

Un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico que comprende: - formar una primera capa (16) conductora porosa sobre una cara de un sustrato (20) aislante poroso, - recubrir la primera capa conductora con una capa de granos (2) de un material semiconductor dopado para formar una estructura, - realizar un primer tratamiento térmico de la estructura para unir los granos a la primera capa conductora, - formar capas eléctricamente aislantes sobre superficies de la primera capa conductora, - formar una segunda capa conductora (18) sobre la cara opuesta del sustrato(20) aislante poroso, - aplicar un material (3) conductor de carga sobre las superficies de los granos, dentro de poros de la primera capa conductora, y dentro de poros del sustrato aislante, y - conectar eléctricamente el material conductor de carga a la segunda capa conductora.

Description

DESCRIPCIÓN
Método de producción de un dispositivo fotovoltaico
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de los dispositivos fotovoltaicos que incluyen capas fotoabsorbentes, tales como células solares. Más particularmente, la invención se refiere a un método de producción de un dispositivo fotovoltaico.
Antecedentes de la invención
Los dispositivos fotovoltaicos proporcionan una conversión de luz en electricidad utilizando materiales semiconductores que presentan un efecto fotovoltaico.
Un sistema fotovoltaico típico emplea paneles solares, cada uno de los cuales comprende un número de células solares, las cuales generan energía eléctrica. Una célula solar o un dispositivo fotovoltaico es un dispositivo que convierte la luz solar directamente en electricidad. La luz que incide sobre la superficie de la célula solar produce energía eléctrica. Una célula solar tiene una capa fotoabsorbente. Cuando la energía de un fotón es igual o mayor que el ancho de banda prohibida del material de la capa fotoabsorbente, el fotón es absorbido por el material y se genera un electrón excitado. La superficie anterior se dopa de manera distinta que la base, lo cual crea una unión PN. En condiciones de iluminación, se absorben fotones, creándose así un par de electrón-hueco que está separado en la unión PN. En la cara posterior de la célula solar, una placa metálica recolecta el exceso de portadores de carga procedentes de la base, y en la cara anterior, unos hilos metálicos recolectan el exceso de portadores de carga procedentes del emisor.
El silicio es el material semiconductor más comúnmente utilizado en las células solares. El silicio tiene varias ventajas. Por ejemplo, es químicamente estable y tiene un rendimiento muy grande debido a su gran capacidad para absorber la luz. Las células solares de silicio tipo se elaboran a partir de obleas delgadas de silicio dopado. Una desventaja de las obleas de silicio es que son caras.
La superficie anterior de la oblea de silicio se dopa de manera distinta que la base, lo cual crea una unión PN. Durante la producción de la célula solar, se debe cortar o aserrar un número de muestras de obleas de silicio dopadas de un lingote de silicio y, luego, las muestras de obleas de silicio se ensamblan eléctricamente para formar una célula solar. Como el lingote de silicio debe tener una pureza extremadamente alta y como el aserrado lleva mucho tiempo y crea cantidades significativas de material de desecho, la producción de tales células solares es costosa.
En el dorso de una célula solar tradicional, una placa metálica recolecta el exceso de portadores de carga procedentes de la base, y en la cara anterior, unas rejillas metálicas y unos hilos metálicos recolectan el exceso de portadores de carga procedentes del emisor. Por lo tanto, las células solares de silicio convencionales tienen un emisor en contacto con la cara anterior. Un problema derivado del uso de rejillas e hilos colectores de corriente situados en la cara anterior de la célula solar es que existe un compromiso entre una buena recolección de corriente y una buena captación de la luz. Mediante el aumento del tamaño de los hilos metálicos, se incrementa la conducción y se mejora la recolección de corriente. Sin embargo, al aumentar el tamaño de las rejillas y los hilos metálicos, queda sombreada una parte más grande del área de captación solar, lo que da lugar a un menor rendimiento de la célula solar.
Una solución conocida a este problema son las células solares de contacto posterior. En el documento US 2014166095 A1 se describe cómo elaborar una célula solar de silicio de unión posterior y de contacto posterior. Las células solares de contacto posterior logran un mayor rendimiento al haberse movido el emisor en contacto con la cara anterior a la cara posterior de la célula solar. El mayor rendimiento es producto del menor sombreado en la cara anterior de la célula solar. Existen varias configuraciones de células solares de contacto posterior. Por ejemplo, en las células solares de silicio de back-contacted back-junction (unión posterior y de contacto posterior -BC-BJ), el área del emisor y todo el cableado están colocados en la cara posterior de la célula solar, lo que tiene como resultado una eliminación efectiva de cualesquier componentes de sombreado procedentes de la cara anterior de la célula solar. Sin embargo, la producción de estas células solares de silicio BC-BJ es tanto compleja como costosa.
El documento WO 2013/149787 A1 describe una célula solar sensibilizada por colorante que tiene un contacto posterior. La célula solar incluye una capa aislante porosa, un electrodo de trabajo que incluye una capa metálica conductora porosa formada encima de la capa aislante porosa, y una capa fotoabsorbente que contiene un colorante adsorbido que está dispuesto sobre la capa metálica conductora porosa orientado hacia el sol. La capa fotoabsorbente comprende partículas de óxido metálico TiO2 coloreados por moléculas de colorante fotoabsorbentes que se encuentran sobre la superficie de las partículas de TiO2. La célula solar sensibilizada por colorante incluye además un contraelectrodo que incluye una capa conductora dispuesta sobre una cara opuesta de la capa aislante porosa. Entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo se mete un electrolito. Una ventaja de esta célula solar es que es fácil y rápida de fabricar y, por consiguiente, es rentable de producir. Una desventaja de este tipo de célula solar en comparación con una célula solar de silicio es que su rendimiento máximo es menor debido al hecho de que las moléculas de colorante tienen menos capacidad de absorción de la luz que el silicio.
En un desarrollo adicional de las células solares sensibilizadas por colorante, el rendimiento de las células se ha incrementado gracias al uso de perovskitas como sustituto de la capa de TiO2 inyectada de colorante.
El documento WO2014/184379 describe una célula solar sensibilizada por colorante que tiene una capa fotoabsorbente que comprende una perovskita. Una ventaja de usar una perovskita es que se pueden obtener mayores rendimientos de célula solar. Sin embargo, las células solares de perovskita presentan varias desventajas. Por ejemplo, son difíciles de fabricar, caras, inestables y peligrosas para el medio ambiente.
Para reducir el coste de las células solares, se ha propuesto usar granos de silicio en lugar de obleas de silicio sólidas.
El documento US4357400 describe una célula solar con partículas de silicio dopado en un electrolito redox. La célula solar incluye un sustrato aislante que tiene dos capas conductoras intercaladas sobre una cara del sustrato. Sobre una de las capas conductoras se colocan partículas semiconductoras discretas de un tipo de dopaje y sobre la otra capa conductora se colocan partículas semiconductoras de un tipo opuesto de dopaje. El conjunto se sumerge en un electrolito redox y se encapsula. El electrolito redox entra en contacto con las partículas, por lo cual se genera un potencial de tensión a través de las dos capas conductoras en respuesta a los fotones que impactan contra las partículas semiconductoras. Las capas conductoras son capas delgadas de, por ejemplo, aluminio. Las capas conductoras se metalizan al vacío y se graban sobre un sustrato formando un patrón, por ejemplo, con dedos entrelazados. Las partículas semiconductoras pueden aplicarse por serigrafía y pegarse a la superficie de los conductores. Una desventaja de esta célula solar es que el proceso de fabricación es complicado y lleva mucho tiempo. Por lo tanto, la célula solar es cara de fabricar.
El documento CN20151101264 describe una célula solar tradicional con una oblea de silicio y unos contactos anterior y posterior. Con el fin de mejorar el factor de forma y el rendimiento de conversión, la superficie de la oblea de silicio de la célula solar se recubre por centrifugado con partículas de silicio poroso luminoso. Los granos de silicio se preparan por ataque electroquímico en una disolución de HF y etanol y después se muelen hasta que tienen tamaños de partícula de entre 2 y 200 nm. Una desventaja de este tipo de célula solar es que los granos de silicio se fijan a una oblea de silicio, creando así una estructura de silicio grande y voluminosa
El documento US2011/0000537 describe una célula solar que tiene una capa fotoabsorbente que incluye silicio amorfo hidrogenado, un elemento que no está basado en el silicio y granos de silicio cristalino incrustados en el material basado en el silicio amorfo hidrogenado.
El documento JP2004087546 describe un método de formación de una película de silicio utilizando una composición que contiene partículas de Si. Las partículas de Si se forman triturando lingotes de silicio y moliendo los trozos hasta que tienen un tamaño adecuado. Las partículas se lavan para eliminar el óxido de silicio y se mezclan con un medio de dispersión. Después de aplicar la composición sobre un sustrato de vidrio, el sustrato se trata térmicamente y se obtiene una película de silicio.
Es conocido el uso de materiales orgánicos para producir dispositivos fotovoltaicos con el objetivo de reducir los costes de fabricación. El material orgánico está en contacto con un material semiconductor inorgánico y, gracias a ello, se crea una heterounión en la que se separan los electrones y los huecos.
El uso de células solares inorgánicas-orgánicas híbridas en las que se combinan silicio monocristalino de tipo n (Si-n) y un polímero de alta conductividad poli(3,4-etilendioxitiofeno)-sulfonato de poliestireno (PEDOT:PSS) se describe en un artículo titulado “Junction formation and current transport mechanisms in hybrid n-Si/PEDOT:PSS solar cells” publicado en Scientific Reports el 17 de agosto de 2015 y cuyos autores son Sara Jackie, Matthias Mattiza, Martin Liebhaber, Gerald Bronstrup, Mathias Rommel, Klaus Lips y Silke Christiansen. En el artículo se describe una oblea de Si de tipo N laminada en un contacto posterior eutéctico de In/Ga y una capa de PEDOT:PSS sobre la oblea, junto con un contacto anterior de rejilla de Au.
En el documento US2012/0285521 se describe un dispositivo fotovoltaico en el que una capa semiconductora inorgánica está laminada con una capa orgánica y una rejilla metálica a modo de ánodo está colocada encima de la capa orgánica y una capa a modo de cátodo está colocada debajo de la capa de Si. Por ejemplo, la capa semiconductora está hecha de una oblea de silicio y la capa orgánica es de, por ejemplo, PEDOT: PSS. Una desventaja de este dispositivo fotovoltaico es que la rejilla metálica a modo de ánodo está colocada sobre la capa orgánica y, en consecuencia, sombrea parte del área de captación solar, lo que da lugar a un menor rendimiento de la célula solar.
Objeto y resumen de la invención
Es un objeto de la presente invención superar, al menos de manera parcial, los problemas mencionados anteriormente y proporcionar un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico mejorado.
Este objeto se consigue mediante un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico tal y como el definido en la reivindicación 1.
El método comprende:
- formar una primera capa conductora porosa sobre una cara de un sustrato aislante poroso,
- recubrir la primera capa conductora con una capa de granos de un material semiconductor dopado para formar una estructura,
- realizar un primer tratamiento térmico de la estructura para unir los granos a la primera capa conductora, - formar capas eléctricamente aislantes sobre superficies de la primera capa conductora,
- formar una segunda capa conductora sobre la cara opuesta del sustrato aislante poroso,
- aplicar un material conductor de carga sobre las superficies de los granos, dentro de poros de la primera capa conductora y dentro de poros del sustrato aislante, y
- conectar eléctricamente el material conductor de carga a la segunda capa conductora.
El método según la invención permite producir un dispositivo fotovoltaico a bajo coste, lo cual es respetuoso con el medio ambiente y presenta un gran rendimiento de conversión. El método según la invención es significativamente más fácil en comparación con los métodos tradicionales para la fabricación de células solares de silicio basada en obleas o películas delgadas.
Un dispositivo fotovoltaico producido con el método según la invención comprende una pluralidad de granos de un material semiconductor dopado y un conductor de carga de un material conductor de carga que cubre parcialmente los granos, de manera que hay una pluralidad de uniones formada entre los granos y el conductor de carga. Las uniones son interfases entre los granos y el conductor de carga capaces de proporcionar una separación entre electrones y huecos fotoexcitados. Los granos están en contacto eléctrico y físico con el conductor de carga para formar las uniones. Dependiendo del tipo de material semiconductor y del material conductor de carga, las uniones pueden ser homouniones o heterouniones.
Por semiconductor dopado se entiende un semiconductor que comprende un dopante, por ejemplo, boro (de tipo P), fósforo (de tipo N) o arsénico (de tipo N). Para producir un semiconductor dopado, se añade un dopante al semiconductor. Dependiendo del tipo de material dopante, el semiconductor se vuelve dopado de tipo P o dopado de tipo N.
El término estructura significa dispositivo producido hasta el momento. Por ejemplo, en el paso dos, la estructura comprende el sustrato aislante poroso, la primera capa conductora y la capa de granos.
Un conductor de carga, como se utiliza en la presente memoria, es de un material conductor de huecos o de un material conductor de electrones. En un material conductor de huecos, la mayoría los portadores de carga son huecos, mientras que, en un material conductor de electrones, la mayoría de los portadores de carga son electrones. Un material conductor de huecos es un material que permite principalmente el transporte de huecos y que impide principalmente el transporte de electrones. Un material conductor de electrones es un material que permite principalmente el transporte de electrones y que impide principalmente el transporte de huecos. Un conductor de carga ideal es capaz de formar una unión junto con el grano, donde la unión formada es capaz de separar huecos y electrones fotogenerados. Un conductor de carga ideal acepta y conduce solo un tipo de portador de carga y bloquea el otro tipo de portador de carga. Por ejemplo, si el conductor de carga es un conductor de huecos ideal, el conductor de carga únicamente conduce huecos e impide que los electrones entren en el conductor de huecos. Si el conductor de carga es un conductor de electrones ideal, el conductor de carga únicamente conduce electrones e impedirá que los huecos entren en el conductor de electrones.
El conductor de carga tiene varias finalidades. Una finalidad principal es proporcionar uniones en las que puedan separarse electrones y huecos. La segunda finalidad es alejar de la unión un tipo de portador de carga. Una tercera finalidad es pegar los granos mecánicamente entre sí y pegar los granos mecánicamente a la primera capa conductora para formar un dispositivo fotovoltaico mecánicamente robusto.
Los granos se fijan a una primera capa conductora. Como parte de la superficie de grano está en contacto físico con la primera capa conductora, el conductor de carga solo puede cubrir parcialmente el área superficial total del grano. Las áreas superficiales libres restantes de los granos se cubren preferiblemente con el conductor de carga para que se forme una pluralidad de uniones entre los granos y el conductor de carga.
El material de la capa fotoabsorbente es significativamente más barato que la capa fotoabsorbente de las células solares de silicio tradicionales, ya que puede ser un polvo que incluya granos semiconductores en lugar de caras obleas y ya que la cantidad de material semiconductor necesaria es menor que la necesaria para fabricar las células solares semiconductoras tradicionales. Convenientemente, el material semiconductor es silicio. Sin embargo, también se pueden usar otros materiales semiconductores, tales como CdTe, CIGS, CIS, GaAs o perovskita. El material de la capa fotoabsorbente también es más barato que una capa fotoabsorbente de una célula solar sensibilizada por colorante, ya que como fotoabsorbente puede emplearse un semiconductor barato, tal como el silicio, en lugar de moléculas de colorante, que son más caras.
Gracias a los granos, la superficie de la capa fotoabsorbente se vuelve más rugosa en comparación con el caso en el que se utilizan obleas. En comparación con una oblea de silicio plana, la superficie más rugosa de los granos aumenta la probabilidad de que se absorba la luz reflejada, lo que reduce las pérdidas de rendimiento debido a las reflexiones en la superficie. Por lo tanto, la necesidad de un revestimiento antirreflectante, empleado a menudo en la superficie de las células solares de silicio tradicionales, se reduce o ya no es necesario.
El conductor de carga se dispone sobre los granos, así como en espacios formados entre los granos. La mayoría de los granos se cubren con una capa del conductor de carga que cubre una parte importante de la superficie del grano. Esto permite que una gran parte de la luz incidente se convierta en electricidad, lo cual da lugar a un gran rendimiento de conversión. Puesto que el material conductor de carga tiene cierta estabilidad mecánica intrínseca, el material conductor de carga actúa como un pegamento entre los granos, estabilizando así la capa fotoabsorbente. Además, el conductor de carga también pega los granos a la primera capa conductora y de ese modo mejora la adhesión mecánica de los granos y la primera capa conductora. Esto mejora la resistencia física de la capa fotoabsorbente y la adhesión de los granos a la primera capa conductora.
Preferiblemente, el conductor de carga se dispone sobre los granos de tal manera que la mayoría de los granos queden cubiertos con una capa conductora de carga que cubra una parte importante de la superficie del grano. Una capa conductora de carga es una capa de un material conductor de carga, tal y como se definió anteriormente. Preferiblemente, el conductor de carga se dispone sobre los granos de tal manera que el conductor de carga forme una capa conductora de carga que cubra la superficie libre de los granos. Si la capa conductora de carga es demasiado espesa, la capa conductora actuará como un filtro fotoabsorbente que impedirá que parte de la luz llegue al grano. Preferiblemente, la capa conductora de carga tiene un espesor de entre 10 nm y 200 nm. Más preferiblemente, la capa conductora de carga tiene un espesor de entre 50 nm y 100 nm y, aún más preferiblemente, de entre 70 nm y 90 nm. Unas capas así de delgadas permitirán que la mayor parte de la luz atraviese la capa conductora de carga y llegue hasta los granos.
Preferiblemente, toda la superficie libre del grano, es decir, la superficie que no está en contacto con el sustrato/capa conductora, queda cubierta por el conductor de carga. La cobertura de la superficie libre por parte del conductor de carga puede incluir pequeñas interrupciones en la cobertura debido a variaciones en los parámetros de proceso o en las propiedades del material conductor de carga. La cobertura también puede verse interrumpida debido a las geometrías de los granos, que impiden que haya una cobertura total de la superficie libre. El conductor de carga también puede incluir granos/partículas pequeños y los espacios entre los granos/partículas pueden causar interrupciones en la cobertura de los granos. Las interrupciones en la cobertura disminuirán el rendimiento de la célula.
El material conductor de carga se aplica de tal manera que los poros de la primera capa conductora y los poros del sustrato aislante se llenen de material conductor de carga. La primera capa conductora y el sustrato aislante son porosos, lo cual permite que el conductor de carga se aloje en poros de la primera capa conductora y en poros del sustrato aislante poroso de manera que se forme una pluralidad de caminos conductores de carga desde la capa fotoabsorbente, a través de la primera capa conductora y a través del sustrato aislante, hasta la segunda capa conductora. Un camino conductor de carga es un camino de un material conductor de carga, tal y como se ha definido anteriormente, lo que permite el transporte de cargas, es decir, electrones o huecos. Además, el material conductor de carga se aplica de tal manera que entre en contacto eléctrico con la segunda capa conductora. Por ejemplo, la segunda capa conductora se dispone sobre la superficie del sustrato aislante poroso y, gracias a ello, la segunda capa conductora está en contacto eléctrico con el material conductor de carga acumulado en los poros del sustrato aislante. De forma alternativa, se dispone un segundo sustrato aislante poroso entre el primer sustrato aislante poroso y la segunda capa conductora, y los poros del segundo sustrato aislante porosos se llenan del material conductor de carga que está en contacto eléctrico con la segunda capa conductora.
El método comprende formar una segunda capa conductora sobre una cara opuesta del sustrato aislante poroso. Por lo tanto, la primera y la segunda capa conductora se forman sobre caras diferentes del sustrato aislante poroso. Este paso se puede llevar a cabo de diferentes maneras y en un orden diferente. La formación de la segunda capa conductora puede realizarse antes, así como después, de realizarse el primer tratamiento térmico de la estructura. Por ejemplo, la segunda capa conductora se forma depositando una tinta que incluye partículas conductoras sobra la cara opuesta del sustrato aislante poroso. De forma alternativa, la segunda capa conductora se fija a la cara opuesta del sustrato aislante poroso para formar una estructura de emparedado.
Las capas eléctricamente aislantes se forman sobre las superficies disponibles de la primera capa conductora para impedir que haya contacto eléctrico entre el material conductor de carga y la primera capa conductora y, gracias a ello, impedir que se forme un atajo entre las primera y segunda capas conductoras. Este paso se debe realizar antes de aplicar el material conductor de carga.
Las primera y segunda capas conductoras pueden conectarse a un circuito externo.
Según una realización de la invención, la capa de granos es una monocapa. Los granos se disponen sobre la primera capa conductora de tal manera que se forme una monocapa de granos sobre la primera capa conductora. Los granos se pueden depositar directamente sobre la primera capa conductora. La deposición de los granos se puede realizar con procesos sencillos tales como la pulverización, la impresión o procesos similares. Una monocapa contiene solo una única capa de granos, en comparación con una multicapa, que contiene dos o más capas de granos unas encimas de otras. En una monocapa de granos, una parte principal de los granos está en contacto físico y eléctrico directo con la primera capa conductora. Por lo tanto, la mayoría de los granos contribuyen a la generación de energía, gracias a lo cual el dispositivo fotovoltaico logra un gran rendimiento. En una multicapa de granos, solo los granos de la capa más inferior están en contacto físico y eléctrico directo con la primera capa conductora, y los demás granos solo tienen un contacto indirecto con la primera capa conductora. Una desventaja de tener una multicapa de granos es que una parte principal de los granos solo tiene un contacto eléctrico indirecto con la primera capa conductora, lo que se traduce en un menor rendimiento del dispositivo fotovoltaico. Además, en una monocapa de granos, una parte principal de los granos tiene una superficie superior que está orientada hacia la luz y una superficie inferior que está en contacto mecánico y eléctrico directo con la primera capa conductora. La superficie superior queda cubierta con el material conductor de carga. La distribución de los granos sobre la primera capa conductora puede dar lugar a la aparición de pequeños espacios entre los granos. Preferiblemente, estos espacios pueden llenarse con granos más pequeños que quepan en los espacios.
Debido al hecho de que los granos están en contacto físico y eléctrico directo con la primera capa conductora, la distancia que los electrones tienen que recorrer antes de ser recolectados es corta y, en consecuencia, la probabilidad de que los electrones y los huecos recombinen entre sí antes de ser recolectados es baja. Esto se traduce en un gran rendimiento de conversión.
Una parte de la superficie de cada uno de los granos está en contacto físico y eléctrico con la primera capa conductora, y la parte predominante de la superficie libre restante de cada uno de los granos queda cubierta con el conductor de carga. Cada uno de los granos tiene una parte superior cubierta con el conductor de carga y una parte inferior en contacto físico y eléctrico con la primera capa conductora. Es importante que la parte inferior de los granos, que está en contacto eléctrico con la primera capa conductora, no forme una unión de baja resistencia óhmica con el conductor de carga con el fin de impedir que se produzca un cortocircuito eléctrico. Si la resistencia eléctrica entre el conductor de carga y la parte inferior del grano es demasiado pequeña, entonces las pérdidas por cortocircuito serán demasiado altas. Por lo tanto, las partes de las superficies de los granos, que están en contacto eléctrico con la primera capa conductora no deberían quedar cubiertas con el conductor de carga. Preferiblemente, la superficie restante del grano se cubre con el conductor de carga para lograr un gran rendimiento de conversión. Idealmente, el conductor de carga cubre la totalidad de la superficie libre restante de los granos.
La primera capa conductora recolecta los electrones fotoexcitados procedentes de las uniones y transporta los electrones hasta un circuito externo que está fuera del dispositivo fotovoltaico. Debido al hecho de que los granos están en contacto físico y eléctrico directo con la primera capa conductora, la distancia que los electrones tienen que recorrer antes de ser recolectados es corta y, en consecuencia, la probabilidad de que los electrones y los huecos recombinen entre sí antes de ser recolectados es baja. Por lo tanto, una ventaja de un dispositivo fotovoltaico producido mediante un método según la invención en comparación con un dispositivo fotovoltaico tradicional es que las pérdidas resistivas de resistencia en la capa fotoabsorbente son menores debido a la distancia más corta que tienen que recorrer los electrones antes de ser recolectados. La distancia que tienen que recorrer los portadores de carga para ser recolectados por la primera capa conductora oscila normalmente entre unos pocos milímetros y decenas de micrómetros, mientras que en una célula solar de oblea de silicio tradicional, los electrones normalmente necesitan recorrer varios miles de micrómetros, es decir, varios milímetros, para llegar al colector de corriente de la cara anterior o varios cientos de micrómetros para llegar al colector de corriente de la cara posterior.
Preferiblemente, la capa de granos cubre la mayor parte de la superficie del sustrato. El conductor de carga cubre al menos 50 %, y más preferiblemente al menos 70 %, y con máxima preferencia al menos 80 %, de la superficie disponible de los granos. Cuanto más grandes sean las áreas de los granos que son cubiertas por el conductor de huecos, mayor será el rendimiento de conversión, es decir, se convertirá en electricidad una parte más grande de la luz incidente. Idealmente, el conductor de carga cubre toda la superficie disponible libre de cada grano. La superficie disponible de los granos es la parte de la superficie que no está en contacto con la primera capa conductora.
Durante el primer tratamiento térmico, las partículas conductoras se pegan entre sí y los granos se pegan a las partículas conductoras. Preferiblemente, el primer tratamiento térmico de la estructura se realiza en un ambiente no oxidante. La mayoría de los granos se disponen preferiblemente a una distancia los unos de los otros y no se pegan entre sí durante el primer tratamiento térmico y, por tanto, siguen siendo granos individuales. Convenientemente, los granos son silicio, las partículas conductoras son de metal o de una aleación metálica, y los límites entre las partículas y los granos comprenden una aleación de metal y silicio o un siliciuro metálico. Por lo tanto, se mejora el contacto eléctrico entre los granos y las partículas.
Según una realización de la invención, el tamaño medio de los granos es mayor que 1 pm, preferiblemente mayor que 10 pm y con máxima preferencia mayor que 20 pm. Por lo tanto, las superficies de los granos son grandes y, gracias a ello, su capacidad de absorber la luz es grande. Si los granos son demasiado pequeños, se reduce su capacidad para absorber la luz.
Según una realización de la invención, el tamaño medio de los granos es menor que 300 pm, preferiblemente menor que 80 pm y con máxima preferencia menor que 50 pm. Los granos demasiado grandes pueden ver reducido su rendimiento debido a la distancia hasta las interfases entre conductores de carga y granos.
El tamaño medio de los granos se encuentra convenientemente entre 1 pm y 300 pm. Preferiblemente, el tamaño medio de los granos se encuentra entre 10 pm y 80 pm y, con máxima preferencia, el tamaño medio de los granos se encuentra entre 20-50 pm. Esta realización proporciona un método de producción de un dispositivo fotovoltaico delgado con un gran rendimiento. Debido a la monocapa de granos, el espesor de la capa fotoabsorbente depende del tamaño de los granos. Una oblea de silicio normalmente es de aproximadamente 150-200 pm. La capa fotoabsorbente según la invención puede hacerse más delgada y más flexible que la capa fotoabsorbente de una célula solar semiconductor tradicional. La capa fotoabsorbente según la invención puede hacerse que mida, por ejemplo, aproximadamente 40-80 pm si se utilizan granos que tengan un tamaño de 40-80 pm.
Según una realización de la invención, el método comprende depositar una tinta que incluye un polvo de dichos granos sobre la primera capa conductora. La capa fotoabsorbente puede fabricarse convenientemente mediante la deposición de una tinta que incluye los granos sobre la primera capa conductora. La tinta puede depositarse formando cualquier patrón adecuado sobre la superficie. A continuación, el material conductor de carga se deposita sobre la superficie libre de los granos. La tinta puede, por ejemplo, depositarse por impresión o pulverización.
Según una realización de la invención, los granos se depositan sobre la primera capa conductora por pulverización electrostática. La pulverización electrostática con polvo seco que consiste en granos ha demostrado ser particularmente adecuada para proporcionar monocapas delgadas de granos sobre la primera capa conductora.
Según una realización de la invención, el método comprende oxidar los granos antes de realizar el primer tratamiento térmico de la estructura en un ambiente no oxidante. La oxidación dota a la superficie de los granos de una capa de óxido protectora que protege los granos de la contaminación durante el primer tratamiento térmico. El primer tratamiento térmico se realiza, por ejemplo, en un horno de vacío, y las partículas del horno pueden causar la contaminación de los granos.
Según una realización de la invención, los granos son de silicio dopado. El silicio es un material barato, ecológico y estable con un gran rendimiento de conversión. El silicio tiene una gran capacidad para absorber la luz, lo que se traduce en un gran rendimiento de la capa fotoabsorbente. El silicio puede ser un tipo cristalino, puro y de calidad solar con una baja cantidad de impurezas o de granos policristalinos. El silicio puede ser silicio dopado de tipo N o dopado de tipo P.
Según una realización de la invención, el método comprende realizar un primer ataque químico de los granos de silicio para formar {111} planos piramidales en los granos antes de recubrir la primera capa conductora con los granos. El ataque químico puede realizarse utilizando, por ejemplo, hidróxido de potasio (KOH). El primer ataque químico produce granos que tienen predominantemente {111} planos expuestos en la superficie de los granos. El conductor de carga está en contacto con los {111} planos piramidales de los granos. Esto provoca un atrapamiento de la luz, lo que significa que la luz se refleja varias veces en las superficies y, gracias a ello, aumenta la fotoabsorción de los granos. Como los granos mostrarán una multitud de ángulos a la luz incidente, el rendimiento del dispositivo fotovoltaico no depende fundamentalmente del ángulo de incidencia de la luz con respecto a la capa, tal y como es el caso de las obleas de silicio planas. Por lo tanto, las pérdidas ópticas se reducen en comparación con las de una oblea de silicio plana.
Según una realización de la invención, el método comprende realizar un segundo ataque químico de los granos después de realizar el segundo tratamiento térmico y antes de aplicar el material conductor de carga sobre las superficies de los granos. El segundo ataque químico puede realizarse utilizando, por ejemplo, fluoruro de hidrógeno (HF). El segundo ataque químico de los granos proporciona una limpieza de las superficies de los granos antes de aplicar el material conductor de carga, lo que mejora el contacto eléctrico entre los granos y el material conductor de carga.
Según una realización de la invención, el material conductor de carga es cualquiera de un polímero conductor, un material inorgánico y un material organometálico. Convenientemente, el conductor de carga es el poli(3,4 etilendioxitiofeno)-sulfonato de poliestireno, también conocido como PEDOT:PSS. El PEDOT:PSS es un polímero conductor de huecos muy conductor. El conductor de carga también puede ser de un material inorgánico o de un material organometálico.
Según una realización de la invención, el conductor de carga es de PEDOT:PSS y los granos son de silicio dopado. Con PEDOT se prefiere el silicio dopado de tipo N, ya que el PEDOT es un conductor de huecos. El dopante del silicio dopado de tipo N es fósforo, por ejemplo. El PEDOT:PSS funciona bien con el silicio, y juntos pueden alcanzar un gran rendimiento de conversión de luz a energía eléctrica.
Según una realización de la invención, la aplicación de material conductor de carga sobre la superficie de los granos comprende aplicar una solución basada en líquido que contiene partículas del material conductor de carga sobre la superficie de los granos, dentro de los poros de la primera capa conductora, y dentro de los poros del sustrato aislante, y secar la estructura para que se deposite una capa de conductor de carga sólido sobre los granos y que se deposite un conductor de carga sólido dentro de los poros de la primera capa conductora y de los poros del sustrato aislante.
Según una realización de la invención, el paso de formar una primera capa conductora porosa sobre una cara de un sustrato aislante poroso comprende depositar una tinta que incluye partículas conductoras sobre una cara del sustrato aislante poroso. La deposición puede realizarse por, por ejemplo, impresión o pulverización.
Durante el segundo tratamiento térmico, las partículas conductoras se cubren al menos parcialmente con un óxido aislante. Las partes de las superficies de las partículas conductoras que no están en contacto con los granos quedan cubiertas con óxido. El óxido proporciona una capa protectora y eléctricamente aislante sobre las partículas, lo que impide que los electrones o los huecos se transfieran entre la capa conductora y el conductor de carga, e impide de ese modo que se produzca un cortocircuito entre la capa conductora y el conductor de carga.
Según una realización de la invención, las partículas conductoras son de titanio o de una aleación del mismo. El titanio es un material adecuado para usarse en la capa conductora debido a su capacidad de soportar la corrosión y porque puede formar un buen contacto eléctrico con el silicio. Durante el segundo tratamiento térmico se forma una capa de óxido de titanio sobre las partículas de titanio. El óxido de titanio proporciona una capa de óxido protectora sobre las partículas de titanio, lo que impide que se produzca un cortocircuito entre la primera capa conductora y el conductor de carga.
Según una realización de la invención, las partículas conductoras comprenden titanio y los granos comprenden silicio dopado, y el silicio de los granos y el titanio de las partículas reaccionan y forman siliciuro de titanio en los límites entre los granos y las partículas durante el primer tratamiento térmico. Por lo tanto, durante el primer tratamiento térmico se forma siliciuro de titanio en los límites entre los granos y la primera capa conductora. El siliciuro de titanio tiene buenas propiedades de conducción eléctrica. El contacto eléctrico entre los granos y la primera capa conductora mejora debido al hecho de que los límites entre los granos y la primera capa conductora comprenden siliciuro de titanio. Existen varias variantes del siliciuro de titanio, por ejemplo, TiSi2, TiSi, TisSU, T¡5S¡3 y Ti3Si. Convenientemente, los límites entre los granos y la primera capa conductora comprenden TiSb. Existen dos variantes del TiS^: C49-T¡S¡2 y C54-T¡S¡2.
Según una realización de la invención, las partículas conductoras son de aluminio o de una aleación del mismo. Convenientemente, las partículas conductoras comprenden aluminio, y durante el segundo tratamiento térmico, las partes de las superficies de las partículas conductoras que no están en contacto con los granos son cubiertas con un óxido, tal como óxido de aluminio.
Según una realización de la invención, el método comprende aplicar una presión sobre la capa de granos para que porciones de los granos se proyecten al interior de la primera capa conductora porosa después del recubrimiento de la primera capa conductora y antes de realizar el primer tratamiento térmico de la estructura. Las áreas de las superficies de contacto entre los granos y la capa conductora porosa aumentan debido al hecho de que las partes inferiores de los granos se proyectan al interior de la primera capa conductora porosa. Al aumentar el área de contacto, se facilita la unión entre los granos y la capa conductora porosa. La mayor área de contacto también da lugar a un mejor contacto eléctrico entre los granos y la capa conductora. Por ejemplo, los granos se unen a la capa conductora porosa por sinterización.
Según una realización de la invención, el sustrato aislante poroso es un sustrato poroso basado en microfibras de vidrio.
Según una realización de la invención, el primer tratamiento térmico comprende tratar térmicamente la estructura en vacío a una temperatura superior a 550 0C durante al menos dos horas.
Según una realización de la invención, el conductor de carga comprende partículas de un material semiconductor de un tipo diferente de dopaje que el de los granos. Por lo tanto, en las interfases entre los granos y las partículas se forma una pluralidad de uniones, en las que los electrones y los huecos fotoexcitados están separados. Por ejemplo, las uniones son uniones PN.
El sustrato aislante se dispone entre las primera y segunda capas conductoras para aislar eléctricamente las primera y segunda capas conductoras. El conductor de carga se acopla eléctricamente a la segunda capa conductora y se aísla eléctricamente de la primera capa conductora. El conductor de carga puede conectarse directa o indirectamente a la segunda capa conductora. La capa fotoabsorbente se dispone sobre la primera capa conductora. Por lo tanto, las primera y segunda capas conductoras se colocan sobre la cara posterior de la capa fotoabsorbente. Una ventaja de esta realización es que tiene un contacto posterior. En lugar de utilizar rejillas e hilos colectores de corriente en la cara anterior de la capa fotoabsorbente, que está orientada hacia el sol, las primera y segunda capas conductoras se disponen sobre una cara trasera de la capa fotoabsorbente. Por lo tanto, no se produce un sombreado de la capa fotoabsorbente y se logra un mayor rendimiento. Otra ventaja de esta realización es que la primera capa conductora se dispone entre la capa aislante y la capa fotoabsorbente. Por lo tanto, las capas conductoras del dispositivo no tienen que ser transparentes y pueden ser de un material de alta conductividad, lo que aumenta la capacidad de manejo de corriente y garantiza un gran rendimiento del dispositivo. Un primer contacto puede acoplarse eléctricamente a la primera capa conductora, y un segundo contacto puede acoplarse eléctricamente a la segunda capa conductora. Por lo tanto, el primer contacto se acopla eléctricamente al material semiconductor dopado de la capa fotoabsorbente, y el segundo contacto se acopla eléctricamente al conductor de carga. Los primer y segundo contactos pueden disponerse sobre los bordes del dispositivo en lugar de sobre una cara anterior. Por lo tanto, no se produce un sombreado de la capa fotoabsorbente y se logra un mayor rendimiento.
Según una realización de la invención, el método comprende formar una segunda capa conductora porosa sobre una cara opuesta del sustrato aislante poroso, y el paso de aplicar un material conductor de carga sobre la superficie de los granos comprende aplicar el material conductor de carga dentro de poros de la segunda capa conductora. Por ejemplo, la segunda capa conductora porosa se forma depositando una tinta que incluye partículas conductoras sobra la cara opuesta del sustrato aislante poroso. Las primera y segunda capas conductoras y el sustrato aislante pueden hacerse porosos hasta tal punto que el material portador de carga pueda atravesar la estructura y conectarse a la segunda capa conductora. Para excluir los cortocircuitos entre las primera y segunda capas y la recombinación de huecos y electrones, la primera capa conductora debe aislarse del material conductor de carga por medio de la capa de óxido aislante. Los granos están eléctricamente conectados a la segunda capa conductora de manera indirecta a través del conductor de carga y, posiblemente, a través de otras capas del dispositivo. Por lo tanto, cada grano en la capa fotoabsorbente está conectado directa o indirectamente a las primera y segunda capas conductoras y forma un circuito eléctrico fotovoltaico.
Según una realización de la invención, el paso de formar capas eléctricamente aislantes sobre superficies de la primera capa conductora comprende realizar un segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante para formar capas de óxido aislante sobre las superficies disponibles de la primera capa conductora. El método comprende realizar un segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante. El segundo tratamiento térmico de la estructura produce un óxido aislante sobre la primera capa conductora, lo que aislará eléctricamente al conductor de carga de la primera capa conductora.
Según una realización de la invención, el paso de formar capas eléctricamente aislantes sobre superficies de la primera capa conductora comprende depositar un recubrimiento aislante sobre las superficies disponibles de la primera capa conductora. En lugar de usar el segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante, se puede depositar un recubrimiento aislante delgado sobre la superficie disponible de la primera capa conductora por, por ejemplo, impresión. Al imprimir una cierta cantidad de una tinta que contiene material aislante sobre la primera capa conductora, se pueden llenar de tinta los poros en la primera capa conductora. Al hacer que se evapore el disolvente de la tinta, el material aislante en la tinta se deposita sobre las superficies interna y externa disponibles de la primera capa conductora. El recubrimiento de tinta seco puede calentarse para crear un recubrimiento aislante que se adhiera a la superficie disponible de la primera capa conductora.
En lugar de usar el segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante, se puede depositar por impresión un recubrimiento aislante delgado sobre la superficie disponible de la primera capa conductora. Al imprimir una cierta cantidad de una tinta que contiene material aislante sobre la primera capa conductora, se pueden llenar de tinta los poros en la primera capa conductora. Al hacer que se evapore el disolvente de la tinta, el material aislante en la tinta se deposita sobre las superficies interna y externa disponibles de la primera capa conductora. El recubrimiento de tinta seco puede calentarse para crear un recubrimiento aislante que se adhiera a la superficie disponible de la primera capa conductora. El recubrimiento puede ser poroso y, alternativamente, puede ser compacto. El recubrimiento puede consistir en, p. ej., TiÜ2, Al2Ü3, ZrÜ2, aluminosilicato, SiÜ2 u otro material eléctricamente aislante o una combinación o mezcla de materiales. Para mejorar aún más el aislamiento eléctrico entre la primera capa conductora y el material conductor de carga, se pueden combinar los pasos anteriores al realizar primero un segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante para formar capas de óxido aislantes sobre las superficies disponibles de la primera capa conductora y después depositar un recubrimiento aislante delgado sobre las capas de óxido de la primera capa conductora.
Breve descripción de los dibujos
A continuación se explicará más detalladamente la invención mediante la descripción de diferentes realizaciones de la misma haciendo referencia a las figuras adjuntas.
La figura 1 muestra un ejemplo de una capa fotoabsorbente según una primera realización de la invención.
La figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal a través de un dispositivo fotovoltaico según una primera realización de la invención.
La figura 3 muestra una vista ampliada de una parte del dispositivo fotovoltaico mostrado en la figura 2.
La figura 4 muestra esquemáticamente una sección transversal a través de un dispositivo fotovoltaico según una segunda realización de la invención.
La figura 5 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de un método para fabricar un dispositivo fotovoltaico según la invención.
La figura 6 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico según una primera realización de la invención.
La figura 7 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico según una segunda realización de la invención.
La figura 8 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico según una tercera realización de la invención.
Descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención
La figura 1 muestra un dibujo esquemático de una capa fotoabsorbente 1a producida con un método según la invención. La capa fotoabsorbente comprende una pluralidad de granos 2 de un material semiconductor dopado y un conductor 3 de carga eléctrica en contacto físico y eléctrico con los granos 2. En el área de contacto entre el conductor 3 de carga y los granos 2 hay formada una unión 4. Los granos 2 están parcialmente cubiertos con el conductor 3 de carga, de manera que hay una pluralidad de uniones 4 formada entre los granos y el conductor de carga. Preferiblemente, al menos 50 % de la superficie de los granos 2 está cubierta por el conductor de carga.
El material semiconductor de los granos 2 tiene la capacidad de absorber fotones, los cuales excitan a los electrones de una banda de valencia a una banda de conducción, y crean así pares electrón-hueco en el material semiconductor. Convenientemente, el material semiconductor es silicio. Sin embargo, también se pueden usar otros materiales semiconductores, tales como CdTe, CIGS, CIS, GaAs o perovskita. Preferiblemente, el tamaño medio de los granos se encuentra entre 1 pm y 300 pm y, normalmente, el tamaño medio de los granos 2 se encuentra entre 20 pm y 100 pm.
El conductor 3 de carga es de un material sólido, es decir, no es líquido, y puede ser un conductor de huecos o un conductor de electrones. Si los granos son granos dopados de tipo N, el conductor 3 de carga es preferiblemente un conductor de huecos, y si los granos son granos dopados de tipo P, el conductor 3 de carga es preferiblemente un conductor de electrones. El conductor 3 de carga es de un material conductor de carga, por ejemplo, un material semiconductor dopado, tal como el silicio, o un material conductor orgánico, tal como un polímero conductor. A este efecto, se pueden usar varios polímeros conductivos transparentes que tengan una conductividad suficiente. Un ejemplo de un polímero conductor de huecos adecuado para utilizarse en combinación con granos de silicio es el poli(3,4-etilendioxitiofeno)-sulfonato de poliestireno (PEDOT:PSS). El PEDOT:PSS es una mezcla polimérica de dos ionómeros. Otros ejemplos de material adecuado para el conductor 3 de carga son la polianilina, el P3HT y el Spiro-OMeTAD. Si se usa un conductor polimérico, el conductor de carga comprende una pluralidad de partículas de un polímero o de mezclas de polímeros. Las partículas del conductor de carga cubren parcialmente la superficie de los granos. Las uniones 4 tienen la capacidad de proporcionar una separación de los pares de electrones y huecos fotoexcitados. Dependiendo de los materiales de los granos y del conductor de carga, las uniones son homouniones, tales como uniones PN, o heterouniones.
Una homounión es una interfase entre materiales semiconductores similares. Estos materiales tienen anchos de banda iguales, pero normalmente tienen dopajes diferentes. Por ejemplo, en la interfase entre un semiconductor dopado de tipo N y otro dopado de tipo P se forma una homounión, una denominada unión PN.
Una heterounión es la interfase entre dos materiales en estado sólido cualesquiera, que incluye estructuras cristalinas y amorfas de materiales conductores y semiconductores iónicos rápidos, metálicos y aislantes. Los dos materiales en estado sólido pueden ser una combinación de dos materiales inorgánicos o una combinación de dos materiales orgánicos o una combinación de un material inorgánico y un material orgánico.
Los granos 2 están básicamente distribuidos de manera uniforme en la capa fotoabsorbente, y el conductor 3 de carga está situado sobre los granos y en el espacio entre los granos. El tamaño y la forma de los granos 2 pueden variar. La capa fotoabsorbente 1a se aplica a una capa conductora 8. Por ejemplo, la capa 8 es una capa conductora. Los granos 2 están tanto en contacto físico como en contacto eléctrico con la capa 8. Una parte inferior de los granos puede protruir en la capa conductora 8.
En el ejemplo mostrado en la figura 3, el conductor 3 de carga es un conductor orgánico. El conductor de carga está dispuesto sobre las superficies de los granos 2, de manera que hay una capa 6 conductora de carga formada sobre los granos. Por lo tanto, la superficie de cada uno de los granos 2 está parcialmente cubierta con el material conductor de carga. Preferiblemente, la capa 6 conductora de carga tiene un espesor de entre 10 nm y 200 nm.
Normalmente, la capa 6 conductora de carga tiene un grosor de entre 50 nm y 100 nm. El conductor 3 de carga 3 está dispuesto entre los granos, de manera que los granos están unidos los unos a otros por medio del conductor de carga. Por lo tanto, el conductor de carga aumenta la resistencia mecánica de la capa fotoabsorbente. La capa 6 conductora de carga es una monocapa. Cada uno de los granos tiene una superficie superior orientada hacia la luz incidente y una superficie inferior en contacto físico y eléctrico directo con la capa conductora 8. La superficie superior de los granos está completa o al menos parcialmente cubierta con el conductor 3 de carga, y la superficie inferior no está cubierta con conductor de carga para permitir un contacto eléctrico con la capa conductora 8.
La figura 2 muestra esquemáticamente una sección transversal a través de un ejemplo de un dispositivo fotovoltaico 10 producido con un método según una realización de la invención. En esta realización, el dispositivo fotovoltaico 10 es una célula solar. La figura 3 muestra una vista ampliada de una parte del dispositivo fotovoltaico 10. El dispositivo fotovoltaico 10 comprende la capa fotoabsorbente 1a, que incluye los granos 2 y el conductor 3 de carga, tal y como se muestra en la figura 1, una primera capa conductora 16 en contacto eléctrico con los granos 2 de la capa fotoabsorbente 1a, una segunda capa conductora 18 eléctricamente acoplada al conductor 3 l de carga, y una capa aislante 20 dispuesta entre las primera y segunda capas conductoras 16, 18, para aislar eléctricamente las primera y segunda capas conductoras. La capa fotoabsorbente 1a está colocada sobre una cara superior del dispositivo fotovoltaico. El lado superior debe estar orientado hacia el sol para permitir que la luz solar impacte contra los granos 2 y genere electrones fotoexcitados. La primera capa conductora 16 actúa como un contacto posterior que extrae electrones fotogenerados de la capa fotoabsorbente 1a. La capa fotoabsorbente 1a está dispuesta sobre la primera capa conductora. Por lo tanto, la distancia que tienen que recorrer los electrones excitados y/o los huecos hasta que son recolectados es corta. Un primer contacto 12 está conectado eléctricamente a la primera capa conductora 16, y un segundo contacto 14 está conectado eléctricamente a la segunda capa conductora 18. Una carga L está conectada entre los contactos 12, 14. Las primera y segunda capas conductoras 16, 18 son, convenientemente, capas metálicas de un metal o de una aleación metálica, por ejemplo, titanio o aluminio o una aleación del mismo o de los mismos.
El dispositivo 10 comprende además una pluralidad de caminos 22 conductores de carga de un material conductor de carga dispuesto entre la capa fotoabsorbente 1a y la segunda capa conductora 18 para permitir que las cargas, es decir, huecos o electrones, se desplacen desde la capa fotoabsorbente 1a hasta la segunda capa conductora 18. Los caminos conductores 22 son convenientemente, aunque no necesariamente, del mismo material que las capas 6 conductoras de carga que están sobre los granos. En esta realización, el conductor 3 de carga forma las capas 6 sobre los granos, así como los caminos conductores 22. Los caminos conductores 22 atraviesan la primera capa conductora 16 y la capa aislante 20. Convenientemente, la primera capa conductora 16 y la capa aislante 20 son porosas para permitir que el conductor de carga atraviese la primera capa conductora y la capa aislante 20 para formar los caminos 22 hasta la segunda capa conductora. El conductor 3 de carga puede estar alojado en poros de la primera capa conductora 16 y en poros de la capa aislante 20. En una realización de la invención, la segunda capa conductora 18 puede ser porosa y el conductor 3 de carga puede estar alojado en poros de la segunda capa conductora 18.
La capa aislante 20 puede comprender un sustrato aislante poroso. Por ejemplo, el sustrato aislante poroso es de una microfibra de vidrio o una microfibra cerámica. La primera capa conductora 16 está dispuesta sobre una cara superior del sustrato poroso aislante, y la segunda capa conductora 18 está dispuesta sobre una cara inferior del sustrato poroso aislante. La capa fotoabsorbente 1 a está dispuesta sobre la primera capa conductora 16.
La figura 3 muestra una parte ampliada de la capa fotoabsorbente 1a y de la primera capa conductora 16. En esta realización, la primera capa conductora 16 comprende una pluralidad de partículas conductoras 24 de un material conductor. Las partículas conductoras 24 son convenientemente partículas de metal de un metal o de una aleación metálica, por ejemplo, titanio o aluminio o una aleación del mismo o de los mismos. Las partículas conductoras 24 de la primera capa conductora están en contacto físico y eléctrico entre sí. Los granos 2 están en contacto físico y eléctrico con algunas de las partículas conductoras 24 de la primera capa conductora. Preferiblemente, los granos 2 tienen un tamaño menor que 100 pm para proporcionar un área de contacto suficiente entre los granos y las partículas 24 de la primera capa conductora 16. Los granos 2 tienen una parte superior que está de espaldas al dispositivo fotovoltaico y una parte inferior en contacto físico con las partículas conductoras 24 de la primera capa conductora. Las porciones superiores de los granos 2 están cubiertas por las capas conductoras 6 del conductor 3 de carga.
Los granos son preferiblemente de silicio dopado, y una zona de contacto físico entre los granos de silicio 2 y las partículas conductoras 24 de la primera capa conductora consiste en una capa 26 de una aleación de silicio o de un siliciuro metálico para proporcionar un buen contacto eléctrico entre los granos 2 y las partículas 24. Por ejemplo, los granos 2 son de silicio (Si) y las partículas conductoras 24 son de titanio (Ti), o al menos comprenden parcialmente titanio, y los límites entre los granos 2 y las partículas 24 comprenden una capa 26 de siliciuro de titanio, que proporciona un buen contacto eléctrico entre el Si y el Ti.
Debido al hecho de que la primera capa conductora 16 está formada por una pluralidad de partículas conductoras 24 pegadas entre sí, hay cavidades entre las partículas. Por lo tanto, la primera capa conductora 16 permite que el conductor 3 de carga se prolongue a través de la primera capa conductora para formar la pluralidad de caminos 22 conductores de carga. El conductor 3 de carga está alojado en algunas de las cavidades formadas entre las partículas conductoras 24 de la primera capa conductora 16.
Para impedir el contacto eléctrico entre la primera capa conductora 16 y los caminos conductores 22 del conductor 3 de carga, las partículas conductoras 24 están cubiertas al menos parcialmente con una capa aislante 28 de una material aislante, por ejemplo, un óxido aislante. Preferiblemente, las partes de las superficies de las partículas conductoras 24, que no están en contacto con los granos 2 o con las demás partículas conductoras 24 en la capa, están cubiertas con la capa aislante 28. Los caminos 22 conductores de carga del conductor 3 de carga están en contacto con las capas aislantes 28 sobre las partículas 24, tal y como se muestra en la figura 3. Por ejemplo, durante la fabricación del dispositivo 10 se forma una capa de óxido metálico aislante mediante la oxidación de las partículas conductoras 24. La capa aislante 28 de óxido de metal proporciona una capa protectora y eléctricamente aislante sobre las partículas, lo que impide que se transfieran cargas entre la primera capa conductora 16 y el conductor 3 de carga e impide de ese modo que se produzca un cortocircuito entre la primera capa conductora 16 y el conductor 3 de carga. Por ejemplo, si las partículas conductoras comprenden titanio, las partes de las superficies de las partículas de titanio que no están en contacto con los granos están cubiertas con óxido de titanio (TiO2). Por ejemplo, si las partículas conductoras comprenden aluminio, las partes de las superficies de las partículas conductoras que no están en contacto con los granos están cubiertas con óxido de aluminio (AfeO).
La segunda capa conductora 18 también puede comprender partículas conductoras. Las partículas conductoras de la segunda capa conductora 18 son convenientemente partículas de metal de un metal o de una aleación metálica, por ejemplo, titanio, aluminio o una aleación de los mismos. En este ejemplo, las partículas conductoras (no mostradas) de la segunda capa conductora 18 son de aluminio, y las partículas de aluminio no están cubiertas con ninguna capa aislante y, en consecuencia, se permite que el conductor de carga esté en contacto eléctrico con las partículas de la segunda capa conductora 18. Las partículas conductoras de las capas conductoras 16, 18 se sinterizan para formar las capas conductoras. Las partículas conductoras de cada una de las capas conductoras 16, 18 están en contacto eléctrico entre sí y forman una capa conductora. Sin embargo, también hay sitio entre las partículas conductoras para alojar el conductor 3 de carga. Las uniones 4 en los granos 2 de la capa fotoabsorbente están en contacto eléctrico con los caminos 22 del material conductor de carga, que están en contacto eléctrico con las partículas conductoras de la segunda capa conductora 18.
La figura 4 muestra esquemáticamente una sección transversal a través de una parte de un dispositivo fotovoltaico 30 según una segunda realización de la invención. El dispositivo fotovoltaico 30 es una célula solar. En la figura 4, las partes iguales y correspondientes se designan con los mismos números de referencia que en las figuras 1-3. La figura 4 es una vista esquemática muy simplificada de la arquitectura del dispositivo. En este ejemplo, los granos 2 son de silicio dopado de tipo N, las primera y segunda capas conductoras incluyen partículas conductoras 24, 25 de titanio, y el conductor 3 de carga es un polímero conductor de huecos. En este ejemplo, el polímero conductor de huecos es PEDOT:PSS, denotado como PEDOT en lo que sigue. El PEDOT es un conductor de huecos y transporta huecos hasta la segunda capa conductora 18. Los granos de silicio dopado de tipo N son conductores de electrones y transportan electrones hasta la primera capa conductora. La primera capa conductora transporta entonces los electrones hasta la segunda capa conductora a través de un circuito eléctrico externo. Los granos 2 son de, por ejemplo, silicio cristalino. Los granos de silicio pueden tener, predominantemente, {111} planos expuestos en la superficie. En lugar de mostrar muchos granos 2 de silicio y muchas partículas 24, 25 conductoras de titanio, solamente se muestran dos granos 2 de silicio y dos partículas 24, 25 conductoras de titanio en cada una de las capas conductoras 16, 18. Se entenderá que la célula solar real contiene muchos miles, o incluso millones, de granos 2 que se encuentran los unos al lado de los otros en la capa fotoabsorbente. Dos partículas, empero, son el número mínimo necesario para demostrar la arquitectura y el principio de funcionamiento de la célula solar.
El dispositivo fotovoltaico 30 comprende una capa aislante 20 en forma de sustrato aislante poroso, una primera capa conductora 16 dispuesta sobre una cara de la capa aislante, una segunda capa conductora 18 dispuesta sobre la cara opuesta de la capa aislante, y una capa fotoabsorbente 1a dispuesta sobre la primera capa conductora 16 y en contacto eléctrico con la primera capa conductora. Las capas conductoras 16, 18 están conectadas a una carga 32 eléctrica externa. Las primera y segunda capas conductoras 16, 18 están separadas física y eléctricamente por la capa aislante 20. Entre los granos 2 de silicio de la capa fotoabsorbente 1a y las partículas 24 conductoras de titanio de la primera capa conductora 16 hay formada una capa 26 de siliciuro de titanio (TiSi2). Los granos 2 de silicio de la capa fotoabsorbente 1a están unidos a las partículas de titanio. Las partículas 24 conductoras de titanio de la primera capa conductora 16 están en contacto físico y eléctrico entre sí, y las partículas 25 conductoras de titanio de la segunda capa conductora 18 están en contacto físico y eléctrico entre sí.
Las partículas de titanio en las capas conductoras 16, 18 están parcialmente cubiertas por capas aislantes 28 de óxido de titanio (TiO2) aislante. Las partes de las superficies de las partículas 24 conductoras de titanio, que están en contacto con los granos 2 o con las demás partículas conductoras 24 de la capa, no están cubiertas con óxido de titanio. Una zona 38 entre la capa fotoabsorbente 1a y la primera capa conductora 16 comprende óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2).
El dispositivo fotovoltaico 30 difiere del dispositivo fotovoltaico 10 mostrado en la figura 2 en que comprende un sitio 34 de conexión acoplado eléctricamente a la segunda capa conductora 18 y aislado eléctricamente de la primera capa conductora. El sitio 34 de conexión puede comprender una capa metálica. En este ejemplo, el sitio 34 de conexión comprende una capa de plata (Ag). Es conveniente usar plata, ya que proporciona un buen contacto eléctrico con el titanio y el PEDOT. Otra ventaja de usar plata es que la plata impide la formación de óxido sobre las partículas 25 de titanio de la segunda capa conductora 18 en el área de contacto entre las partículas de titanio y el sitio 34 de conexión. En vez, entre las partículas 25 de titanio de la segunda capa conductora 18 y el sitio 34 de conexión se forma una capa 36 de aleación de plata-titanio (AgTi). Por lo tanto, el PEDOT puede formar un buen contacto de baja resistencia óhmica con la plata, y la plata puede formar un buen contacto de baja resistencia óhmica con el titanio a través de la aleación de AgTi. Por consiguiente, el PEDOT puede entrar en contacto con el titanio indirectamente a través de la plata y la aleación de AgTi. Se pueden usar otros materiales en el sitio de conexión, por ejemplo, materiales basados en el carbono tales como el grafito o el carbono amorfo.
El conductor 3 de carga está dispuesto en contacto físico y eléctrico con los granos 2 de la capa fotoabsorbente 1a. El conductor 3 de carga también está dispuesto en contacto eléctrico con el sitio 34 de conexión, que está acoplado eléctricamente a la segunda capa conductora 18. En esta realización, el conductor 3 de carga está aislado eléctricamente de las primera y segunda capas conductoras 16, 18 por medio de las capas aislantes 28 sobre las partículas conductoras 24, 25. El conductor 3 de carga cubre una parte principal de los granos 2 y atraviesa la primera capa conductora 16, la capa aislante 20 y la segunda capa conductora 18, tal como se muestra en la figura 4. El conductor 3 de carga está en contacto con las capas de óxido 28 sobre las partículas de las primera y segunda capas conductoras. El conductor 3 de carga está aislado eléctricamente de las partículas conductoras 24, 25 y, en consecuencia, de las primera y segunda capas conductoras por medio del óxido aislante 28. El conductor 3 de carga está en contacto físico y eléctrico con el sitio 34 de conexión. El conductor 3 de carga se encuentra indirectamente en contacto físico y eléctrico con las partículas 25 de titanio a través del sitio 34 de conexión. Por lo tanto, el sitio de conexión tiene la finalidad de asegurar que el conductor de carga pueda transferir huecos a las partículas 25 de titanio de la segunda capa conductora. El dispositivo fotovoltaico también puede comprender una carcasa u otro medio para encerrar el dispositivo fotovoltaico.
A continuación se ofrece una explicación paso a paso sobre cómo funciona la célula solar presentada en la figura 4:
Paso 1. Un fotón crea un par electrón-hueco excitado dentro de los granos 2. En este ejemplo, el conductor 3 de carga es PEDOT, el grano 2 es de silicio, y la interfase 40 es una interfase de PEDOT-silicio.
Paso 2. A continuación, el electrón excitado se desplaza a través del grano 2 y a través de la zona 26 de la interfase metal-silicio y entra en la partícula conductora 24. En este ejemplo, la partícula 24 es una partícula de Ti, y la capa 26 comprende TiSi2. Por lo tanto, el electrón atraviesa la interfase Si-TiSi2-Ti. Por otra parte, el hueco excitado se desplaza a través de la interfase 40 a la capa de conductor 3 de carga.
Paso 3. El electrón de la partícula conductora 24 puede entonces transferirse a las partículas vecinas 24 y luego recolectarse en un circuito eléctrico externo por medio de una carga 32 eléctrica externa. Mientras tanto, el hueco se desplaza dentro de los caminos 22 conductores de carga del conductor 3 de carga hasta la capa de plata de baja resistencia óhmica del sitio 34 de conexión.
Paso 4. Después de atravesar la carga 32 eléctrica externa, el electrón se transfiere a la segunda capa conductora 18. A continuación, el electrón se transfiere a la capa 36 de Ti-TiAg-Ag. El hueco que está en el conductor 3 de carga se transfiere a la capa de plata del sitio 34 de conexión y se recombina con el electrón en el sitio 34 de conexión.
En el ejemplo presentado en la figura 4 se pueden identificar seis interfases cruciales:
1. Interfase conductor de carga-grano
Los granos 2 no deben tener prácticamente nada de óxido con el fin de lograr una separación de cargas eficiente entre electrones y huecos en la interfase 40 entre los granos 2 y el conductor 3 de carga para permitir la generación de una gran fotointensidad y de una gran fototensión. El espesor de una capa de óxido sobre los granos debe ser solo de unos pocos nanómetros o incluso inferior para obtener una separación de cargas eficiente. En esta realización, los granos 2 son de silicio dopado, el conductor 3 de carga es de PEDOT y, en consecuencia, la interfase 40 es una interfase PEDOT-Si. El silicio no debe tener prácticamente nada de óxido, es decir, nada de o muy poco SiO2 sobre la superficie de Si con el fin de lograr una separación de cargas eficiente entre electrones y huecos en la interfase PEDOT-Si.
2. Partícula conductora-granos
Entre los granos 2 y las partículas conductoras 24 de la primera capa conductora hay una capa 26 de siliciuro metálico. El siliciuro metálico debe tener una conductividad lo suficientemente alta como para minimizar las pérdidas resistivas cuando se transfieran electrones desde los granos hasta las partículas conductoras. En esta realización, las partículas conductoras son de titanio (Ti) y, en consecuencia, la capa 26 entre los granos de silicio y las partículas de titanio consiste en siliciuro de titanio (TiSi2).
3. Conductor de carga-siliciuro de metal-óxido
Para impedir que se produzca un cortocircuito, debe haber una capa aislante 38 entre el conductor 3 de carga, la capa 26 de siliciuro metálico y la capa 28 de óxido aislante. En esta realización, la capa aislante 38 consiste en óxido de titanio (TiO2) y óxido de silicio (SiO2). La capa 38 de TiO2-SiO2 debe ser lo suficientemente espesa como para lograr un buen aislamiento eléctrico entre el PEDOT y el TiSi2. Si la capa 38 de TD2-SD2 es demasiado delgada, se producirá un cortocircuito entre el PEDOT y el TiSi2 y, como consecuencia, se reducirán la fotointensidad y la fototensión.
4. Conductor de carga-partículas conductoras
Para conseguir el aislamiento entre el conductor 3 de carga y las partículas conductoras 24, 25 de las primera y segunda capas conductoras, las partículas conductoras se cubren con una capa 28 de óxido aislante. En esta realización, la capa 28 de óxido aislante consiste en un óxido de titanio, tal como el TiO.
La capa 28 de óxido de titanio debe ser lo suficientemente espesa como para obtenerse suficiente aislamiento eléctrico entre el PEDOT y el titanio. Si la capa de óxido de titanio es demasiado delgada, la fototensión y la fotointensidad se reducirán debido que se producirá un cortocircuito entre el PEDOT y el titanio.
5. Sitio de conexión-partículas conductoras
Entre las partículas conductoras 25 de la segunda capa conductora y el sitio 34 de conexión hay una capa 36. En esta realización, la capa conductora 36 consiste en una aleación de titanio-plata (TiAg). La capa conductora 36 debe ser lo suficientemente espesa como para proporcionar un buen contacto eléctrico de baja resistencia óhmica entre las partículas conductoras 25 de la segunda capa conductora y el sitio 34 de conexión, p. ej., entre la plata (Ag) y el titanio (Ti).
6. Sitio de conexión-conductor de carga
El conductor 3 de carga está en contacto con el sitio 34 de conexión en una interfase 42. El conductor 3 de carga, que en esta realización es PEDOT, debe cubrir la plata del sitio 34 de conexión lo suficientemente como para impedir pérdidas resistivas con el fin de lograr una fotointensidad máxima.
A continuación se describirá una pluralidad de ejemplos de métodos para fabricar el dispositivo fotovoltaico 2, 30. La figura 5 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico según la invención. Los 7 pasos del diagrama de flujo de la figura 5 se explicarán a continuación con más detalle. Al menos algunos de los pasos se pueden realizar en un orden diferente.
Paso 1: Formar una primera capa conductora porosa sobre una cara de un sustrato aislante poroso. La formación de la primera capa conductora porosa puede realizarse de varias maneras. Por ejemplo, se puede hacer por pulverización o impresión con una tinta que incluya partículas conductoras sobre una cara del sustrato aislante poroso. Las partículas conductoras pueden ser, por ejemplo, de titanio o de una aleación del mismo, o de aluminio o de una aleación del mismo. El sustrato aislante poroso puede ser, por ejemplo, un sustrato poroso basado en microfibras de vidrio. Preferiblemente, las partículas conductoras son más grandes que los poros del sustrato aislante poroso para impedir que las partículas atraviesen el sustrato aislante poroso.
Paso 2: Recubrir la primera capa conductora con una capa de granos de un material semiconductor dopado para formar una estructura. En este ejemplo, la estructura comprende el sustrato aislante poroso, la primera capa conductora y la capa de granos. Los granos son de un material semiconductor dopado, tal como silicio dopado. El recubrimiento se realiza preferiblemente de tal manera que la superficie de la primera capa conductora quede cubierta por una monocapa de granos. Esto puede realizarse aplicando un líquido, por ejemplo, una tinta, que contenga polvo de granos sobre la primera capa conductora. La deposición de los granos se puede realizar por, por ejemplo, impresión o pulverización. Entre las técnicas de pulverización adecuadas se encuentran, p. ej., la pulverización electrostática o la electropulverización. Las partículas de silicio pueden atacarse químicamente en un paso aparte antes de depositarse sobre la primera capa conductora.
El tamaño medio de los granos se encuentra convenientemente entre 1 pm y 300 pm, preferiblemente entre 10 pm y 80 pm y con máxima preferencia entre 20-50 pm. El polvo de granos se puede producir, por ejemplo, por triturado. El triturado puede realizarse, por ejemplo, utilizando un molino de disco o de cono. El tamaño y la forma de los granos producidos durante el triturado dependen de parámetros seleccionados del proceso de triturado, tales como el tiempo de molienda, la velocidad de molienda, etc. El tamaño medio de los granos se puede controlar regulando los parámetros del proceso de triturado. El tamaño medio de partícula del polvo puede medirse utilizando una malla, por ejemplo. El uso de mallas para medir el tamaño medio de partícula de un polvo es bien conocido.
Paso 3: Realizar un primer tratamiento térmico de la estructura para unir los granos a la primera capa conductora, p. ej., a las partículas conductoras de la primera capa conductora. El primer tratamiento térmico también une las partículas conductoras de la primera capa conductora entre sí. Preferiblemente, el tratamiento térmico se realiza en un ambiente no oxidante. Por ejemplo, la estructura se trata térmicamente en vacío a una temperatura superior a 550 0C durante al menos dos horas. El primer tratamiento térmico se realiza, por ejemplo, por sinterización al vacío de la estructura. Durante este paso, los granos y las partículas conductoras se sinterizan al vacío. Durante la sinterización, los granos se unen a las partículas conductoras de la primera capa conductora para lograr un contacto mecánico y eléctrico entre ellos. Además, durante la sinterización al vacío, las partículas conductoras se sinterizan para formar una primera capa conductora con un contacto mecánico y eléctrico entre las partículas conductoras.
Paso 4: Formar una capa eléctricamente aislante sobre superficies de la primera capa conductora. Este paso puede incluir realizar un segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante para formar una capa de óxido aislante sobre las superficies disponibles de la primera capa conductora, p. ej., sobre las partes de las superficies de las partículas conductoras que no están en contacto físico con las demás partículas conductoras o los granos. Esto impide que se produzca un contacto eléctrico entre la primera capa conductora y el conductor de carga y, por tanto, impide que los electrones o los huecos se transfieran entre la primera capa conductora y el conductor de carga e impide de ese modo que se produzca un cortocircuito entre las primera y segunda capa conductoras. El ambiente oxidante es, por ejemplo, aire. El segundo tratamiento térmico de la estructura puede llevarse a cabo a, p. ej., 500 °C durante 30 minutos.
En lugar de usar el segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante, se puede depositar por impresión un recubrimiento aislante delgado sobre la superficie disponible de la primera capa conductora. Al imprimir una cierta cantidad de una tinta que contiene material aislante sobre la primera capa conductora, se pueden llenar de tinta los poros en la primera capa conductora. Al hacer que se evapore el disolvente de la tinta, el material aislante en la tinta se deposita sobre las superficies interna y externa disponibles de la primera capa conductora. El recubrimiento de tinta seco puede calentarse para crear un recubrimiento aislante que se adhiera a la superficie disponible de la primera capa conductora.
El recubrimiento puede ser poroso y, alternativamente, puede ser compacto. El recubrimiento puede ser de, p. ej., TiO2, Al2O3, ZrO2, aluminosilicato, SiO2 u otro material eléctricamente aislante o una combinación o mezcla de materiales. El recubrimiento se puede depositar, p. ej., imprimiendo una tinta que contenga partículas de, p. ej., TiO2, A^O3, ZrO2, aluminosilicato o SiO2 encima de la primera capa conductora. Si se utilizan partículas en la tinta, el recubrimiento aislante depositado puede ser poroso. Las partículas deben tener un diámetro que sea más pequeño que los poros de la primera capa conductora. Si los poros en la primera capa conductora miden alrededor de 1 pm, entonces las partículas preferiblemente deben tener un diámetro que sea de 100 nm o más pequeño. De forma alternativa, en lugar de utilizar una tinta que contenga partículas, la tinta de impresión puede contener materiales precursores que se conviertan en, p. ej., TiO2, A ^ 3 , ZrO2, aluminosilicato, SiO2 al secar y tratar térmicamente la tinta depositada a altas temperaturas en un ambiente que contenga oxígeno, tal como el aire. Tales materiales precursores pueden formar un recubrimiento aislante depositado compacto. Algunos ejemplos de tales materiales precursores son, p. ej., los titanatos orgánicos (para formar TD2) o los zirconatos orgánicos (para formar ZrO2) de la familia Tyzor™ fabricada por DuPont. Otros materiales precursores podrían ser los silanos (para formar SD2) o el clorhidrato de aluminio (para formar A^O3).
Se pueden mezclar tanto partículas como precursores en la tinta para crear una capa aislante sobre la superficie disponible de la primera capa conductora.
También se puede llevar a cabo el segundo tratamiento térmico, así como el recubrimiento de las superficies, para asegurar aún más que la primera capa conductora quede aislada eléctricamente del material conductor de carga.
Paso 5: Formar una segunda capa conductora. La formación de la segunda capa conductora puede realizarse en diferentes momentos en relación con las demás los demás pasos dependiendo del método elegido para formar la segunda capa conductora. La segunda capa conductora puede formarse de muchas maneras diferentes. En una realización, la segunda capa conductora podría ser una capa conductora porosa formada sobre una cara opuesta del sustrato aislante poroso. Por ejemplo, la segunda capa conductora puede formarse depositando una tinta que incluya partículas conductoras sobre la superficie opuesta del sustrato aislante. En esta realización, la formación de la segunda capa conductora puede realizarse antes de realizar el tratamiento térmico en el paso 3, e incluso antes del paso 2 o del paso 1. De forma alternativa, la segunda capa conductora podría formarse sobre un segundo sustrato aislante, y en un paso siguiente, el segundo sustrato aislante se fija al primer sustrato. De forma alternativa, la segunda capa conductora puede ser una lámina eléctricamente conductora que se pone en contacto eléctrico con el material conductor de carga. La lámina conductora puede ser, p. ej., una lámina metálica. En este caso, la formación de la segunda capa conductora puede realizarse después del paso 7.
Paso 7: Aplicar un material conductor de carga sobre la superficie de los granos, dentro de poros de la primera capa conductora y dentro de poros del sustrato aislante. El material conductor de carga es, por ejemplo, cualquiera de entre un polímero conductor, un material inorgánico y un material organometálico. La aplicación del material conductor de carga puede realizarse, por ejemplo, aplicando una solución base líquida que contenga partículas del material conductor de carga sobre la superficie de los granos para que la solución penetre en los poros de la primera capa conductora, y en los poros del sustrato aislante, y secando la estructura para que se deposite una capa de conductor de carga sólido sobre los granos y para que se deposite un conductor de carga sólido dentro de los poros de la primera capa conductora y de los poros del sustrato aislante. Alternativamente, la deposición del material conductor de carga se puede realizar en varios pasos. Por ejemplo, la solución con el material conductor de carga primero se puede pulverizar sobre los granos, seguido de un secado del disolvente para producir una capa sólida seca del material conductor de carga sobre la superficie de los granos. En un segundo paso, se pulveriza una solución del material conductor de carga sobre la cara opuesta de la estructura. La aplicación de la solución que contiene el material conductor de carga se puede realizar por, por ejemplo, remojo o pulverización, p. ej., pulverización ultrasónica. El conductor de carga sobre la superficie de los granos cubre, por ejemplo, al menos 50 %, y más preferiblemente al menos 70 %, de la superficie disponible de los granos y, con mayor preferencia, al menos 80 % de la superficie de los granos. La superficie disponible de los granos es la parte de la superficie que no está en contacto con la primera capa conductora.
Paso 8: Conectar eléctricamente el material conductor de carga a la segunda capa conductora. El paso 8 puede ser una parte o una consecuencia del paso 5 o 7, o se puede llevar a cabo por separado. Por ejemplo, el material conductor de carga se aplica de tal manera que entre en contacto eléctrico con la segunda capa conductora durante el paso 7. Si la segunda capa conductora se dispone sobre la superficie del sustrato aislante poroso, la segunda capa conductora estará en contacto eléctrico con el material conductor de carga acumulado en los poros del sustrato aislante. Si se dispone un segundo sustrato aislante poroso entre el primer sustrato aislante poroso y la segunda capa conductora, y los poros del segundo sustrato aislante poroso se llenan de material conductor de carga, el material conductor de carga estará en contacto eléctrico con la segunda capa conductora. En estos casos, el material conductor de carga se conecta eléctricamente a la segunda capa conductora una vez que el material conductor de carga se ha aplicado a los poros del o de los sustratos aislantes porosos. Si la segunda capa conductora es una lámina eléctricamente conductora que se pone en contacto eléctrico con el material conductor de carga, el material conductor de carga y la segunda capa conductora se conectarán eléctricamente durante el paso 5.
La conexión eléctrica del material conductor de carga y la segunda capa conductora se puede llevar a cabo, por ejemplo, proporcionando un sitio de conexión sobre la segunda capa conductora y conectando eléctricamente el sitio de conexión y el material conductor de carga. El sitio de conexión se conecta física y eléctricamente a la segunda capa conductora y al material conductor de carga. Por ejemplo, el sitio de conexión comprende una capa de plata (Ag) dispuesta sobre la segunda capa conductora. Alternativamente, la segunda capa conductora puede comprender partículas conductoras de plata u otro material conductor que no se oxide durante un segundo tratamiento térmico, partículas que forman un sitio de conexión. Es conveniente usar plata, ya que proporciona un buen contacto eléctrico con el titanio y el PEDOT. Otra ventaja de usar plata es que la plata impide la formación de óxido sobre las partículas de titanio de la segunda capa conductora en el área de contacto entre las partículas de titanio y el sitio de conexión. Durante la formación de la capa de plata se forma una capa de aleación de plata-titanio (AgTi) entre las partículas de titanio de la segunda capa conductora y el sitio de conexión. Por lo tanto, el PEDOT puede formar un buen contacto de baja resistencia óhmica con la plata, y la plata puede formar un buen contacto de baja resistencia óhmica con el titanio a través de la aleación de AgTi. Por consiguiente, el PEDOT puede entrar en contacto con el titanio indirectamente a través de la plata y la aleación de AgTi. En el sitio de conexión pueden usarse otros materiales, por ejemplo, materiales basados en silicio o carbono muy dopados, tales como el grafito, el grafeno, CNT o el carbono amorfo.
La figura 6 muestra un diagrama de flujo de un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico según una primera realización de la invención. El resultado de este método será un dispositivo fotovoltaico monolítico. La primera realización de la invención, mostrada en la figura 6, comprende los mismos pasos que los mostrados en la figura 5, sin embargo, los pasos se realizan en un orden diferente. Los pasos 1, 2 y 3 se pueden llevar a cabo de la misma manera en la que se describen con referencia a la figura 5 y no se explicarán con mayor detalle en la presente memoria. En esta realización, la formación de la segunda capa conductora del paso 5 se realiza antes de recubrir la primera capa conductora con granos, es decir, antes del paso 2. El paso 5 también puede realizarse antes del paso 1.
Paso 5: Formar una segunda capa conductora porosa sobre una cara opuesta del sustrato aislante poroso. Por ejemplo, la segunda capa conductora puede formarse depositando un líquido, tal como una tinta, que incluya partículas conductoras sobre la cara opuesta del sustrato aislante poroso. Convenientemente, las partículas conductoras son demasiado grandes para poder penetrar a través del sustrato aislante poroso. La segunda capa conductora se deposita de la misma manera que la primera capa conductora. Por ejemplo, las partículas conductoras empleadas para formar la segunda capa conductora son del mismo material que las partículas conductoras de la primer capa conductora. En una realización, la segunda capa conductora puede comprender partículas conductoras de un material que sea resistente a la oxidación, tal como la plata o el carbono, con el fin de impedir la oxidación de la segunda capa conductora.
En esta realización, la estructura comprende el sustrato aislante poroso, las primera y segunda capas conductoras y la capa de granos. Por lo tanto, las partículas conductoras de la segunda capa conductora se unen entre sí en el paso 3, y las superficies disponibles de las partículas conductoras de la segunda capa conductora se cubren con una capa de óxido en el paso 4. El material conductor de carga también se aplica dentro de poros de la segunda capa conductora en el paso 5.
Pasos 7 y 8: El material conductor de carga se aplica sobre la superficie de los granos, dentro de los poros de la primera capa conductora dentro de los poros del sustrato aislante y en contacto eléctrico con la segunda capa conductora. Debido al hecho de que la segunda capa conductora se dispone sobre la superficie del sustrato aislante poroso y de que el material conductor de carga se aplica en los poros del sustrato aislante poroso, la segunda capa conductora tendrá contacto eléctrico con el material conductor de carga acumulado en los poros del sustrato aislante.
La figura 7 muestra un diagrama de flujo de un ejemplo de un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico monolítico según una segunda realización de la invención. En esta realización, se explica un ejemplo más específico de la fabricación de un dispositivo fotovoltaico. Esta realización del método incluye varios pasos opcionales que mejoran la fabricación del dispositivo y/o mejoran el rendimiento del dispositivo. En este ejemplo, el paso 4, que incluye la formación de una capa eléctricamente aislante sobre superficies de la primera capa conductora, comprende dos pasos: realizar un segundo tratamiento térmico en un ambiente oxidante 4a y aplicar un material eléctricamente aislante sobre las superficies de la primera capa conductora 4b. A continuación se explicarán con más detalle los distintos pasos del diagrama de flujo de la figura 7.
Paso 1: Formar una primera capa conductora porosa sobre una cara de un sustrato aislante poroso. En este ejemplo se prepara una primera tinta mezclando partículas de TiH2 de 10 pm de tamaño con terpineol. La tinta comprende partículas de TiH2 con un diámetro que es menor que 10 micrómetros. Posteriormente, la primera tinta se imprime o pulveriza sobre un sustrato poroso basado en microfibras de vidrio. La capa impresa formará una primera capa conductora porosa.
Paso 5: Formar una segunda capa conductora porosa sobre una cara opuesta del sustrato aislante poroso. En este ejemplo, se prepara una segunda tinta mezclando TiH2 con terpineol. La tinta comprende partículas de TiH2 con un diámetro que es menor que 10 micrómetros. La tinta se mezcla luego con partículas conductoras recubiertas de plata con el fin de elaborar una tinta para depositar la segunda capa conductora. Posteriormente, la segunda tinta se imprime o pulveriza sobre la cara opuesta del sustrato aislante poroso. La segunda capa impresa formará una segunda capa conductora porosa. Las partículas conductoras recubiertas de plata forman un sitio de conexión para conectar eléctricamente la segunda capa conductora con el material conductor de carga en el paso 8. Alternativamente, para formar un sitio de conexión se aplica una capa de plata u de otro material adecuado a la superficie de la segunda capa conductora.
Paso 6a (opcional): Realizar un primer ataque químico de los granos. El primer ataque químico es un ataque anisotrópico de los granos. El ataque químico de los granos se puede realizar empleando, p. ej., soluciones de ataque isotrópico o soluciones de ataque anisotrópico. El ataque anisotrópico de los granos, p. ej., granos de silicio, puede utilizarse para formar un agujero de ataque con forma de pirámide, donde la superficie de grano con forma de pirámide puede aumentar la absorción efectiva de la luz por parte del grano. El ataque químico puede realizarse utilizando, por ejemplo, hidróxido de potasio (KOH). El primer ataque químico produce granos que tienen predominantemente {111} planos expuestos en la superficie de los granos. El conductor de carga está en contacto con los {111} planos piramidales de los granos. Esto provoca un atrapamiento de la luz, lo que significa que la luz se refleja varias veces en las superficies y, gracias a ello, aumenta la fotoabsorción de los granos. Si los granos son de silicio dopado, el objeto del ataque químico es formar {111} planos piramidales sobre el silicio. El paso de ataque químico se realiza antes de recubrir la primera capa conductora con los granos. De forma alternativa, este paso se lleva a cabo antes del paso 1 y del paso 1b.
Paso 2: Recubrir la primera capa conductora con una capa de granos de un material semiconductor dopado para formar una estructura. Este paso se puede llevar a cabo de la misma manera a la descrita anteriormente con referencia a la figura 5.
Paso 2b (opcional): Aplicar una presión sobre la capa de granos para que porciones de los granos se proyecten al interior de la primera capa conductora porosa antes de realizar el primer tratamiento térmico de la estructura. Por ejemplo, la presión se puede aplicar encima de los granos utilizando una prensa de membrana o utilizando una prensa de rodillos. Por lo tanto, se incrementan las áreas de las superficies de contacto entre los granos y la capa conductora porosa y, por consiguiente, se facilita la unión entre los granos y la capa conductora porosa. La mayor área de contacto también da lugar a un mejor contacto eléctrico entre los granos y la capa conductora.
Paso 2c (opcional): Oxidar los granos antes de realizar el primer tratamiento térmico de la estructura. La oxidación dota a la superficie de los granos de una capa de óxido protectora que protege los granos de la contaminación durante el primer tratamiento térmico. La oxidación puede realizarse, por ejemplo, exponiendo los granos al aire o a oxígeno gas con o sin presencia de agua a una temperatura elevada de 500 o superior. La presencia de agua fomenta la oxidación.
Paso 3: Realizar un primer tratamiento térmico de la estructura en un ambiente no oxidante para unir los granos a la primera capa conductora. Además, las partículas conductoras de las primera y segunda capas conductoras se unen a las demás partículas conductoras de la capa durante el primer tratamiento térmico. La estructura se trata térmicamente en vacío hasta que los granos se sintericen y formen la primera capa conductora porosa. Durante la sinterización, los granos se unen a las partículas conductoras de la primera capa conductora para lograr un contacto mecánico y eléctrico entre ellos. Además, durante la sinterización al vacío, las partículas conductoras se sinterizan entre sí y forman una primera capa conductora, habiendo un contacto mecánico y eléctrico entre las partículas conductoras. Preferiblemente, la estructura, incluidos el sustrato, las primera y segunda capas conductoras y la capa de granos, se trata térmicamente en vacío a una temperatura superior a 550 °C durante al menos dos horas. Por ejemplo, el sustrato impreso se sinteriza al vacío a 650 °C y después se deja enfriar hasta que alcance la temperatura ambiente. La presión durante la sinterización es menor que 0,0001 mbar.
En este ejemplo, los granos son de silicio dopado y las partículas conductoras son de titanio. Durante el tratamiento térmico en vacío, el silicio de los granos y el titanio de las partículas reaccionan y forman siliciuro de titanio en los límites entre los granos y las partículas. Por lo tanto, se forman capas de siliciuro de titanio entre los granos y las partículas de la primera capa conductora, lo que mejora el contacto eléctrico entre los granos y las partículas.
Paso 4a: Realizar un segundo tratamiento térmico de la estructura, es decir, el sustrato aislante, las primera y segunda capas conductoras y la capa de granos, en un ambiente oxidante para formar una capa de óxido aislante sobre las superficies disponibles de las partículas conductoras de las primera y segunda capas conductoras. La estructura se trata térmicamente en presencia de aire hasta que las superficies disponibles de la primera capa conductora porosa se hayan oxidado. Por ejemplo, la estructura se trata térmicamente en presencia de aire para obtener una capa de óxido eléctricamente aislante sobre las partículas conductoras de las primera y segunda capa conductoras. Las superficies de las partículas de silicio también se oxidan durante el segundo tratamiento térmico.
Paso 4b: Aplicar un material eléctricamente aislante sobre las superficies de la primera capa conductora. Además de usar el segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante, se puede depositar un recubrimiento aislante delgado sobre las superficies disponibles de la primera capa conductora por, por ejemplo, impresión. Al imprimir una cierta cantidad de una tinta que contiene material aislante sobre la primera capa conductora, se pueden llenar de tinta los poros en la primera capa conductora. Al hacer que se evapore el disolvente de la tinta, el material aislante en la tinta se deposita sobre las superficies interna y externa disponibles de la primera capa conductora. El recubrimiento de tinta seco puede calentarse para crear un recubrimiento aislante que se adhiera a la superficie disponible de la primera capa conductora. El recubrimiento puede consistir en, p. ej., TiO2, A^O3, ZrO2, aluminosilicato, SO2 u otro material eléctricamente aislante o una combinación o mezcla de materiales. El recubrimiento se puede depositar, p. ej., imprimiendo una tinta que contenga partículas de, p. ej., TiO2, AW3, ZrO2, aluminosilicato o SiO2 encima de la primera capa conductora. Si se utilizan partículas en la tinta, el recubrimiento aislante depositado puede ser poroso. Las partículas deben tener un diámetro que sea más pequeño que los poros de la primera capa conductora. Si los poros en la primera capa conductora miden alrededor de 1 pm, entonces las partículas preferiblemente deben tener un diámetro que sea de 100 nm o más pequeño. De forma alternativa, en lugar de utilizar una tinta que contenga partículas, la tinta de impresión puede contener materiales precursores que se conviertan en, p. ej., TiO2, A^O3, ZrO2, aluminosilicato, SO2 al secar y tratar térmicamente la tinta depositada a altas temperaturas en un ambiente que contenga oxígeno, tal como el aire. Tales materiales precursores pueden formar un recubrimiento aislante depositado compacto. Algunos ejemplos de tales materiales precursores son, p. ej., los titanatos orgánicos (para formar TD2) o los zirconatos orgánicos (para formar ZrO2) de la familia Tyzor™ fabricada por DuPont. Otros materiales precursores podrían ser los silanos (para formar SD2) o el clorhidrato de aluminio (para formar AW3).
Se pueden mezclar tanto partículas como precursores en la tinta para crear una capa aislante sobre la superficie disponible de la primera capa conductora.
Paso 6b (opcional): Realizar un segundo ataque químico de los granos después de realizar el segundo tratamiento térmico y antes de aplicar el material conductor de carga sobre las superficies de los granos. El segundo ataque químico es, por ejemplo, un ataque isotrópico de los granos y se utiliza para eliminar el óxido y las impurezas de las superficies de los granos. El segundo ataque químico puede realizarse, por ejemplo, tratando la superficie de los granos con fluoruro de hidrógeno (HF). Esto se puede hacer, por ejemplo, con métodos tales como exponer la superficie de los granos a HF en forma de una solución de HF en agua o exponer la superficie de los granos a HF gaseoso. El tratamiento con HF tiene el efecto de eliminar el óxido, por ejemplo, óxido de silicio, de la superficie de los granos. El segundo ataque químico de los granos proporciona una limpieza de las superficies de los granos antes de aplicar el material conductor de carga, lo que mejora el contacto eléctrico entre los granos y el material conductor de carga. En este ejemplo, el segundo ataque de los granos de silicio elimina el óxido de silicio de los granos al tratarse la superficie de los granos de silicio con HF.
Pasos 7 y 8: Aplicar un material conductor de carga sobre la superficie de los granos, dentro de poros de las primera y segunda capas conductoras dentro de los poros del sustrato aislante y en contacto eléctrico con la segunda capa conductora. En este ejemplo, el material conductor de carga está en contacto eléctrico con las partículas recubiertas de plata de la segunda capa conductora. En este ejemplo, el material conductor de carga es el PEDOT:PSS. El PEDOT:PSS se deposita sobre la superficie de los granos de silicio y dentro de poros de la primera capa conductora y dentro de los poros del sustrato aislante y dentro de los poros de la segunda capa conductora. El PEDOT:PSS puede depositarse a partir de, p. ej., una solución al agua que contenga PEDOT:PSS. La solución de PEDOT:PSS se puede depositar empapando el sustrato con las primera y segunda capas conductoras y los granos de silicio en una solución de PEDOT:PSS. Alternativamente, la deposición de PEDOT:PSS se puede realizar en varios pasos. Por ejemplo, la solución PEDOT:PSS primero se puede pulverizar sobre los granos de silicio, seguido de un secado del disolvente para producir una capa sólida seca de PEDOT:PSS sobre la superficie de los granos de silicio. En un segundo paso, la segunda capa conductora se pulveriza con una solución de PEDOT:PSS. Una técnica de pulverización adecuada para obtener una capa delgada de PEDOT:PSS sobre los granos de silicio es, p. ej., la pulverización ultrasónica.
La Figura 8 muestra un diagrama de flujo de un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico de tipo emparedado según una tercera realización de la invención. Esta realización de la invención muestra cómo se realizaría la fabricación del dispositivo fotovoltaico cuando se utiliza un segundo ejemplo específico para formar la segunda capa conductora. A continuación, se explicarán en más profundidad los distintos pasos del diagrama de flujo de la figura 8.
La tercera realización de la invención, mostrada en la figura 8, comprende los mismos pasos 1-4 que los que se muestran en la figura 5.
Paso 5: Formar una segunda capa conductora sobre un segundo sustrato aislante poroso. La segunda capa conductora se forma sobre un segundo sustrato aislante poroso. La segunda capa conductora puede aplicarse sobre el segundo sustrato de muchas maneras diferentes, por ejemplo, de la misma manera a la descrita anteriormente. La segunda capa conductora no necesita ser porosa. La segunda capa conductora puede ser, por ejemplo, una lámina metálica fijada al segundo sustrato aislante poroso.
Paso 9: Conectar mecánicamente los primer y segundo sustratos porosos entre sí para formar una estructura individual. Por ejemplo, los primer y segundo sustratos porosos se pegan juntos para formar un único sustrato con las primera y segunda capas conductoras dispuestas sobre caras opuestas del sustrato.
Pasos 7 y 8: Aplicar un material conductor de carga sobre la superficie de los granos, dentro de los poros de la primera capa conductora, dentro de los poros de los primer y segundo sustratos aislantes y en contacto eléctrico con la segunda capa conductora. Este paso se puede llevar a cabo de la misma manera a la descrita anteriormente.
Los pasos 1-5 y 1 y 8 son pasos que deben realizarse cuando se produzca un dispositivo fotovoltaico según la invención. El paso de formar una segunda capa conductora, es decir, el paso 5, puede realizarse de distintas maneras y en distintos momentos del proceso dependiendo de cómo se realice el paso, lo cual se muestra en las figuras 6 y 8. En la figura 7 se muestran algunos ejemplos de pasos, es decir, los pasos 2b, 2c, 6a y 6b, que resultan ventajosos de realizar, aunque no sea estrictamente necesario realizarlos, y pueden realizarse todos, algunos o ninguno de estos pasos. Sin embargo, los pasos pueden ser útiles de realizar ya que pueden aumentar el rendimiento del dispositivo fotovoltaico. Preferiblemente, se realizan cualquiera o ambos de los pasos 4a y 4b.
La presente invención no se limita a las realizaciones expuestas, sino puede variarse y modificarse dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. Muchos de los pasos del método pueden realizarse en orden distinto. Por ejemplo, la formación de la segunda capa conductora puede realizarse antes, así como después, de realizarse el primer tratamiento térmico de la estructura. La segunda capa conductora puede ser porosa o sólida. Por ejemplo, la segunda capa conductora puede ser una lámina metálica. La segunda capa conductora se puede aplicar directamente sobre la superficie del sustrato aislante o disponerse a una distancia del sustrato aislante. El primer ataque químico de los granos se puede realizar, por ejemplo, antes de formar las primera y segunda capas conductoras.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un método de fabricación de un dispositivo fotovoltaico que comprende:
    - formar una primera capa (16) conductora porosa sobre una cara de un sustrato (20) aislante poroso,
    - recubrir la primera capa conductora con una capa de granos (2) de un material semiconductor dopado para formar una estructura,
    - realizar un primer tratamiento térmico de la estructura para unir los granos a la primera capa conductora,
    - formar capas eléctricamente aislantes sobre superficies de la primera capa conductora, - formar una segunda capa conductora (18) sobre la cara opuesta del sustrato(20) aislante poroso, - aplicar un material (3) conductor de carga sobre las superficies de los granos, dentro de poros de la primera capa conductora, y dentro de poros del sustrato aislante, y
    - conectar eléctricamente el material conductor de carga a la segunda capa conductora.
  2. 2. El método según la reivindicación 1, en donde el tamaño medio de los granos (2) se encuentra entre 1 pm y 300 pm, preferiblemente entre 10 pm y 80 pm, y con máxima preferencia entre 20 pm y 50 pm.
  3. 3. El método según la reivindicación 1 o 2, en donde dicha capa (6) de granos es una monocapa.
  4. 4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera capa conductora (16) se recubre depositando una tinta que incluye un polvo de dichos granos (2) sobre la primera capa conductora.
  5. 5. El método según la reivindicación 4, en donde dicha tinta que incluye los granos (2) se deposita sobre la primera capa conductora (16) por medio de pulverización electrostática.
  6. 6. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el método comprende oxidar los granos (2) antes de realizar el primer tratamiento térmico de la estructura.
  7. 7. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichos granos (2) son de silicio dopado.
  8. 8. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el método comprende realizar un primer ataque químico de los granos (2) para formar {111} planos piramidales en los granos antes de recubrir la primera capa conductora (16) con los granos.
  9. 9. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el método comprende realizar un segundo ataque químico de los granos (2) antes de aplicar el material (3) conductor de carga sobre las superficies de los granos.
  10. 10. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material (3) conductor de carga es cualquiera de un polímero conductor, un material inorgánico, y un material organometálico.
  11. 11. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el paso de aplicar un material (3) conductor de carga sobre la superficie de los granos (2) comprende aplicar una solución basada en un líquido que contiene partículas del material conductor de carga sobre la superficie de los granos, dentro de los poros del primer conductor de carga, y dentro de los poros del sustrato aislante, y secar la estructura para que se deposite una capa (6) de conductor de carga sólido sobre los granos y se deposite un conductor de carga sólido dentro de los poros de la primera capa conductora y los poros del sustrato aislante.
  12. 12. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el paso en el que se forma una primera capa (16) conductora porosa sobre una cara del sustrato (20) aislante poroso comprende depositar una tinta que incluye partículas conductoras (24) sobre una cara del sustrato aislante poroso.
  13. 13. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los granos (2) son de silicio dopado, la primera capa conductora comprende partículas (24) de metal o de una aleación metálica, y durante el primer tratamiento térmico se forma una zona de siliciuro metálico o una aleación (26) de silicio-metal en los límites entre los granos y las partículas.
  14. 14. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el paso de formar capas eléctricamente aislantes sobre superficies de la primera capa conductora (16) comprende realizar un segundo tratamiento térmico de la estructura en un ambiente oxidante para formar capas (28) de óxido aislantes en las superficies disponibles de la primera capa conductora.
  15. 15. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el paso de formar capas eléctricamente aislantes sobre superficies de la primera capa conductora (16) comprende depositar un recubrimiento aislante sobre las superficies disponibles de la primera capa conductora.
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