MX2012009464A

MX2012009464A - Proceso para producir uniones conductoras de electricidad entre celdas solares.

Info

Publication number: MX2012009464A
Application number: MX2012009464A
Authority: MX
Inventors: Juergen Kaczun; Frank Kleine Jaeger; Stephan Hermes
Original assignee: Basf Se
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-09-12
Also published as: JP5898097B2; JP2013519782A; CN102770971A; EP2537188A1; RU2553774C2; AU2011216964A1; US20120312467A1; TWI577037B; IL221324A0; CA2789913A1; MY162086A; RU2012139358A; EP2537188A4; AU2011216964B2; TW201214738A; IL221324A; WO2011101788A1; CN102770971B; SG183160A1; KR20130008554A

Abstract

La invención se refiere a un proceso para producir uniones conductoras de electricidad entre celdas solares, en el cual un adhesivo que comprende partículas conductoras de electricidad se transfiere primero desde un portador al sustrato al irradiar el portador con un láser, el adhesivo transferido al sustrato se seca y/o se cura parcialmente para formar una capa de adhesivo, en una etapa posterior el adhesivo se une a una conexión eléctrica, y finalmente la capa de adhesivo se cura. La invención se refiere además a un adhesivo para llevar a cabo el proceso, que comprende 20 a 98% en peso de partículas conductoras de electricidad, 0.01 a 60% en peso de un componente aglutínate orgánico usado como un material de matriz, con base en cada caso en el contenido de sólidos del adhesivo, 0.005 a 20% en peso de absorbente con base en el peso de las partículas conductoras en el adhesivo, y 0 a 50% en peso de un dispersante y 1 a 20% en peso de solvente con base en cada caso en la masa total del adhesivo húmedo y no curado.

Description

PROCESO PARA PRODUCIR UNIONES CONDUCTORAS DE ELECTRICIDAD ENTRE CELDAS SOLARES CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un proceso para producir uniones conductoras de electricidad entre celdas solares, y a un adhesivo para llevar a cabo el proceso.

El proceso de acuerdo con la invención es adecuado para producir contactos sobre celdas solares o para unir celdas solares entre si.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la construcción de módulos fotovoltaicos , las celdas solares individuales se unen actualmente entre si casi exclusivamente por medio de procesos de soldadura. Esto se describe, por ejemplo, en EP-A 2 058 868. Sin embargo, el proceso descrito aquí tiene la desventaja de que las aleaciones de metal liquido deben ser colocadas y medidas de forma precisa. En el caso del uso de estas aleaciones, también son grandes cantidades de energía con el fin de licuar el metal. La mayoría de las aleaciones también comprenden plomo con el fin de lograr un punto de fusión suficientemente bajo para el procesamiento. En el curso del enfriamiento, también se pueden formar fracturas como resultado de la contracción sobre el contacto soldado.

Una posibilidad adicional es el uso de películas adhesivas conductoras, las cuales igualmente se describen en EP-A 2 058 868, sin embargo, la conexión y la unión de las celdas solares frecuentemente son poco confiables. Además, estas películas frecuentemente son de producción costosa e inconveniente, y difíciles de posicionar.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la invención es proporcionar un proceso para producir contactos eléctricos sobre celdas solares, en el cual, los contactos conductores de electricidad pueden ser producidos sin el uso de soldaduras, y en los cuales es posible el posicionamiento preciso de los sitios de contacto.

El objetivo se logra mediante un proceso para producir uniones conductoras de electricidad entre las celdas solares, que comprende las siguientes etapas: (a) transferir un adhesivo que comprende partículas conductoras desde un portador a una capa conductita de substrato mediante irradiación con un láser, (b) secar y/o curar parcialmente el adhesivo transferido al sustrato, para formar una capa adhesiva. (c) unir el adhesivo con una conexión eléctrica. (d) curar completamente el adhesivo transferido al sustrato .

Los ejemplos de sustratos adecuados a los cuales se aplica el adhesivo son todos substratos rígidos o flexibles los cuales son adecuados para la producción de celdas solares.

Los sustratos adecuados para la producción de celdas solares son, por ejemplo, semiconductores monocristalinos , policristalinos o amorfos III-V tales como semiconductores de GaAs, GaSb, GalnP, GalnP/GaAs, GaAs/Ge, II -VI, tales como semiconductores de CdTe, I-II-VI, por ejemplo, CuInS2 o CuGaSe2 o semiconductores de forma general ABC2 en los cuales A es Cu, Ag o Au, B es Al, Ga o Un, y C es S, Se o Te.

También son adecuados todos los sustratos rígidos o flexibles revestidos con los semiconductores descritos anteriormente, por ejemplo, películas de vidrio o polímero.

Un adhesivo adecuado el cual puede ser usado para llevar a cabo el proceso, comprende 20 a 98% en peso de partículas conductoras de electricidad, 0.01% a 60% en peso de un componente aglutinante orgánico usado como un material de matriz, basado en cada caso, en el contenido de sólidos del adhesivo, 0.005 a 20% en peso de absorbente, con base en el peso de las partículas conductoras en el adhesivo, y 0 a 50% en peso de un dispersante y 1 a 30% en peso de solvente, con base, en cada caso, en la masa total del adhesivo no secado y no curado.

Típicamente, los contractos para la conexión eléctrica se montan sobre el sustrato compuesto de material semiconductor. Los contactos pueden, por ejemplo, tener la forma de barra colectora. Típicamente, para los contactos se aplican pistas conductoras compuestas de un material conductor de electricidad, en especial plata, cobre, níquel, aluminio y aleaciones de los mismos, y también partículas con núcleo y envoltura .

Con el fin de permitir la conexión eléctrica de las celdas solares, el adhesivo se suministra a los contactos empotrados sobre el material semiconductor.

En una primera etapa, las partículas conductoras que comprende el adhesivo se transfieren desde un portador al sustrato. La transferencia se efectúa irradiando el adhesivo sobre el portador con un láser.

En una modalidad, el adhesivo con las partículas conductoras presentes en el mismo, se aplica preferiblemente al área completa del portador antes que este se transfiera al sustrato. Alternativamente, también es posible por supuesto que el adhesivo se aplique al portador en una manera estructurada. Se da preferencia, sin embargo, a la aplicación sobre el área completa.

En una modalidad adicional, se usa un portador ya revestido con el adhesivo. Con este propósito, es posible, por ejemplo, que se use un portador en forma de una película revestida con el adhesivo, la cual se envuelve en un surtidor de película. Después de la transferencia del adhesivo, la película se retira y, por ejemplo, se envía al desecho para su reutilización .

Los portadores adecuados son todos materiales transparentes para la radiación láser particular, por ejemplo, plástico o vidrio. Por ejemplo, en el caso del uso de láseres IR, es posible usar películas de poliolefina, películas de PET, películas de poliimida, películas de poliamida, películas de PEN, películas de poliestireno o vidrio. Se da preferencia a las películas de poliimida.

El portador puede ser rígido o flexible. Además, el portador puede tener la forma de una película tubular o continua, o una manga, o tiene la forma de un portador plano.

Las fuentes de haz de láser adecuadas para la generación del haz de láser están disponibles comercialmente . Es posible en principio utilizar todas las fuentes de haz de láser. Tales fuentes de haz de láser, son, por ejemplo, láseres de gas pulsados o continuos, de fibra, estado sólido, de diodos o de excímero. Cada una de estas puede ser usada si el portador particular es transparente a la radiación de láser, y el adhesivo el cual comprende las partículas conductoras y que ha sido aplicado al portador, absorbe de forma suficiente la radiación de láser para generar burbujas de cavitación en la capa de adhesivo como resultado de la conversión de la anergia luminosa a energía térmica.

La longitud de onda que genera el haz de láser está preferiblemente dentro del rango desde 150 a 10 600 nm, en especial dentro del rango desde 600 a 10 600 nm.

Se da preferencia a usar, como la fuente de láser, láseres IR pulsados o continuos (cw) , por ejemplo, láseres de Nd:YAG, láseres de Yb:YAG, láseres de fibras o láseres de diodos. Estos son baratos y tienen alta potencia disponible. Se da preferencia particular a los láseres IR continuos (cw) . Sin embargo, dependiendo del comportamiento de absorción del adhesivo el cual comprende las partículas conductoras, es posible usar láseres con longitudes de onda en el rango de frecuencia visible o UV. Los ejemplos adecuados para este propósito son láseres de Ar, láseres de HeNe, láseres IR de estado sólido, de frecuencia multiplicada o láseres de excímero, tales como láseres de ArF, láseres de KrF, láseres de XeCl o láseres de XeF. Dependiendo de la fuente de láser, la potencia del láser y el sistema de lentes y los moduladores usados, el diámetro del foco del haz de láser está en el rango entre 1 µp? y 100 µ??. Para generar la estructura de la superficie, también es posible disponer una máscara en la vía del haz del láser o emplear un proceso de formación de imágenes conocido por aquellas personas experimentadas en la técnica .

En una modalidad preferida, las partes deseadas del adhesivo aplicado al portador se transfieren al sustrato por medio de un láser enfocado sobre el adhesivo.

Para llevar a cabo el proceso de acuerdo con la invención, el haz de láser y/o el portador y/o el sustrato pueden ser movidos. El haz de láser puede ser movido, por ejemplo, por medio de un sistema de lentes conocido por aquellas personas experimentadas en la técnica y que comprende espejos giratorios. El portador puede por ejemplo, tener la forma de una película rotativa continua, la cual se reviste continuamente con el adhesivo que comprende las partículas conductoras de electricidad. El sustrato puede ser movido, por ejemplo, por medio de una tabla XY o como una película continua con un aparato de desenrollado y enrollado.

El adhesivo el cual se transfiere desde el portador al sustrato comprende las partículas conductoras en un material de matriz. Las partículas pueden ser partículas de cualquier geometría deseada y se componen de cualquier material conductor de electricidad deseado, de mezclas de diferentes materiales conductores de electricidad o bien de mezclas de materiales conductores o no conductores de electricidad. Los materiales conductores de electricidad adecuados son por ejemplo, carbón, come por ejemplo negro de carbono, grafito, grafeno o nanotubos de carbono, o metales. Los metales preferidos son níquel, estaño, zinc, cobre, plata, oro, aluminio, titanio, paladio, platino y aleaciones de los mismos, o mezclas de metales los cuales comprenden al menos uno de estos metales. Los materiales preferidos en especial para las partículas conductoras son plata, aluminio, cobre, níquel, estaño, zinc, y carbón, y mezclas de los mismos.

Las partículas conductoras preferiblemente poseen un diámetro promedio de partícula de 0.001 a 100 µ?? preferiblemente de 0.002 a 80 µ? y en especial preferiblemente de 0.005 a 50 µp?. el diámetro de partícula promedio puede ser determinado por medio de mediciones de difracción de láser, por ejemplo en un instrumento Microtrac X100. La distribución del diámetro de partícula depende del proceso de producción de las mismas. Típicamente, la distribución del diámetro tiene solo un máximo, aunque también son posibles varios máximos. Con el fin de lograr un empacado denso de las partículas, se da preferencia al uso de diferentes diámetros de partícula. Por ejemplo, partículas con diámetro de partícula promedio mayor a 1 um pueden ser mezcladas con nanopartículas que tengan un diámetro de partícula promedio menor a 100 nm.

Las partículas también pueden comprender alternativamente un primer metal y un segundo metal, en cuyo caso, el segundo metal está en forma de una aleación con el primer metal o uno o más de otros metales. Las partículas también pueden comprender dos diferentes aleaciones.

Además de la selección de las partículas, la forma de las partículas influye sobre las propiedades del adhesivo después del revestimiento. Con relación a la forma, son posibles numerosas variantes conocidas por aquellas personas con experiencia en la técnica. La forma de las partículas puede ser, por ejemplo, acicular, cilindrica, forma de plaquetas o esférica. Estas formas de las partículas constituyen las formas idealizadas, y la forma real puede varían de la misma en un mayor o menor grado, por ejemplo, como resultado de la producción. Por ejemplo, las partículas conforma de gotas en el contexto de la presente invención son una desviación real de la forma esférica idealizada.

Las partículas adecuadas con diferentes formas de partícula están disponibles comercialmente .

Cuando se usan mezclas de partículas, los asociados de mezclado individuales también tienen diferentes formas de partícula y/o los tamaños de partícula. También es posible usar mezclas solo de un tipo de partículas con diferentes tamaños de partícula y/o formas de partícula. En el caso de diferentes formas de partícula o tamaños de partícula, igualmente se da preferencia a la plata, aluminio, cobre, níquel, estaño, zinc y carbono, y mezclas de los mismos.

Cuando se usan mezclas de formas de partícula, se prefieren las mezclas de partículas esféricas con partículas en forma de plaquetas. En una modalidad, por ejemplo, se usan partículas esféricas de plata con partículas de plata con forma de plaqueta y/o partículas de carbono con otras geometrías. En otra modalidad, las partículas esféricas de plata se combinan con partículas de aluminio con forma de plaquetas .

Las partículas conductoras de electricidad se componen más preferiblemente del mismo material o comprenden los mismos materiales que los contactos sobre el material semiconductor al cual se aplica el adhesivo.

Con base en el peso total del revestimiento seco, la proporción de partículas conductoras está en el rango de 20 a 100% en paso. Un rango preferido de la proporción de partículas es de 50 a 95% en peso, con base en el peso total del adhesivo seco.

Los materiales de matriz adecuados son, por ejemplo, polímeros naturales o sintéticos y derivados de los mismos, resinas naturales y resinas sintéticas y derivados de las mismas, caucho natural, caucho sintético y los similares.

Estos pueden - pero no es necesario - ser curados químicamente o físicamente, por ejemplo, curados por aire, curados por radiación o curados por temperatura.

El material de matriz es preferiblemente un polímero o mezcla de polímeros.

Los polímeros preferidos como material de matriz son resinas de acrilato; acetatos de alquinilo; copolímeros de alquileno-acetato de vinilo, en particular copolímeros de met ileno-acetato de vinilo, etileno-acetato de vinilo, butileno-acetato de vinilo; alquileno-cloruro de vinilo; resinas de amino; resinas de aldehido y resinas de cetona; acrilatos epoxídicos; resinas epóxicas; resinas modificadas con epóxido, por ejemplo resinas de bisfenol A o bisfenol F bifuncionales o polifuncionales , resinas epoxídicas-novolac, vinil éteres, copolimeros de etileno ácido acrílico; resinas hidrocarbúricas ; MABS (ABS que comprende unidades de acrilato) ; resinas de melanina, copolímeros de anhídrido maleico; metacrilatos ; caucho natural; caucho sintético; caucho clorado; resinas naturales; resinas fenólicas; resinas de fenóxido;, resinas de poliéster, poliamidas; poliimidas; tereftalato de polibutileno (PBT) ; policarbonato (por ejemplo, akrolon (r ) de Bayer AG) ; metacrilato de polimetilo (P MA) ; óxido de polifenileno (PPO); compuestos de polivinilo, en particular cloruro de polivinilo (PVC), copolímeros de PVC, PVdC, acetato de polivinilo y copolímeros de los mismos, polivinil acétales, acetatos de polivinilo, polivinil éteres, acrilatos de polivinilo y metacrilatos de polivinilo en solución y como dispersión, y también sus copolímeros, poliacrilatos y copolímeros de poliestireno, no reticulados y reticulados con isocianatos; acrilatos de poliuretano; resinas de silicona de 1 y 2 componentes y cauchos de silicona, copolímeros de estireno-acrílico; copolímeros de bloque de estireno-butandieno (por ejemplo, Styroflex® o Styrolux® de BASF AG, K-Resin™ de CPC) ; SIS: resina de triazina, resina de bismaleimida-triazina (BT) , resina de cinamato éster (DE) . Mezclas de dos o más polímeros también pueden formar el material de matriz.

Los polímeros particularmente preferidos como el material de matriz con acrilatos, resinas de acrilatos, metacrilatos, resinas de metacrilato, melanina y resinas de amino, poliimidas, resinas epoxidicas, resinas epoxidicas modificadas, polivinil éteres, resinas fenólicas, poliuretanos , poliésteres, polivinil acétales, acetatos de polivinilo, copolimeros de poliestireno, acrilatos de poliestireno, copolimeros de bloque de estireno-butadieno, copolimeros de bloque de estireno-isopreno, caucho sintético, resinas fenoxidicas, copolimeros de alquileno acetatos de vinilo y cloruro de vinilo, poliamidas, y también sus copolimeros y también cauchos de silicona y resinas de silicona .

Con base en el peso total del adhesivo seco, la proporción del componente aglutinante orgánico usado como el material de matriz es de 0.01 a 60% en peso. La proporción es preferiblemente de 0.1 a 45% en peso, más preferiblemente 0.5 a 35% en peso.

Con el fin de poder aplicar el adhesivo que comprende las partículas conductoras y el material de matriz al portador, un solvente o una mezcla de solventes pueden ser agregados adicionalmente al adhesivo, con el fin de establecer la viscosidad adecuada para el proceso de aplicación particular en el adhesivo. Los solventes son, por ejemplo, hidrocarburos alifáticos o aromáticos (por ejemplo, n-octano, ciclohexano, tolueno, xileno) , alcoholes (por ejemplo, metanol, etanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 3-butanol, alcohol 3-metilbutanol amílico) , alcoholes polihídricos, tales como glicerol, etilenglicol , propilenglicol , neopentil glicol, alquil ésteres (por ejemplo, acetato de metilo, acetato de etilo, acetato de propilo, acetato de butilo, acetato de isobutilo, acetato de isopropilo) , alcoxi alcoholes (por ejemplo, metoxipropanol , metoxibutanol , etoxipropanol ) , alquilbencenos (por ejemplo, etilbenceno, isopropilbenceno ) , butilglicol, butildiglicol , acetatos de alquilglicol (por ejemplo, acetato de butilglicol, acetato de butildiglicol, acetato de propilenglicol metil éter) , alcohol de diacetona, diglicol dialquil éteres, diglicol monoalquil éteres, dipropilen glicol dialquil éteres, dipropilen glicol monoalquil éteres, acetatos de diglicol alquil éter, acetatos de dipropilen glicol alquil éter, dioxano, dipropilen glicol éteres, dietilen glicol y éteres, DBE (ésteres bibásicos) , monoisobutirato de 2 , 2 , 4-trimetil-l , 3-pentanodiol, éteres (por ejemplo, dietil éter, tetrahidrofurano) , cloruro de etileno, etilenglicol, acetato de etilenglicol, etilenglicol dimetil éster, cresol, lactonas (por ejemplo, butirolactona) , cetonas (por ejemplo, acetona, 2-butanona, ciclohexanona, metil etil cetona (MEK) , metil isobutil cetona (MBK) ) , metildiglicol , cloruro de metileno, metilen glicol, acetato de metilglicol, metilfenol (orto, meta, para-cresol), pirrolidonas (por ejemplo, ?-2-pirrolidona) , propilen glicol, carbonato de propileno, tetracloruro de carbono, tolueno, trimetilolpropano (TMP) , hidrocarburos aromáticos y mezclas, hidrocarburos alifáticos y mezclas, monoterpenos alcohólicos (por ejemplo terpineol), agua y mezclas de dos o más de estos solventes.

Los solventes preferidos son alcoholes (por ejemplo, etanol, 1-propanol, 2-propanol, butanol) , alcoxi alcoholes (por ejemplo metoxipropanol , etoxipropanol, butilglicol, butildiglicol ) , butirolactona, diglicol dialquil éteres, diglicol monalquil éteres, dipropilen glicol dialquil éteres, dipropilen glicol monoalquil éteres, ésteres (por ejemplo, acetato de etilo, acetato de butilo, glicol acetato de butilo, acetato de butildiglicol, acetatos de diglicol alquil éter, acetatos de dipropilen glicol alquil éter, DBE, acetato de propilen glicol metil éter, monoisobutirato de 2 , 2 , 4-trimetil-1 , 3-pentanodiol ) , éteres (por ejemplo, tetrahidrofurano, dioxano) , alcoholes polihídricos, tales como glicerol, etilenglicol , propilenglicol , neopentil glicol, cetonas (por ejemplo, acetona, metil etil cetona, metil isobutil cetona, ciclohexanona ) , hidrocarburos (por ejemplo, ciclohexano, etilbenceno, tolueno, xileno) , N-metil-2-pirrolidona, agua y mezclas de los mismos.

Alternativamente en el caso de materiales de matriz líquidos, la viscosidad particular puede ser también establecida vía la temperatura en el curso de la aplicación, o por medio de una combinación de solventes y temperatura.

La proporción de solvente en el adhesivo está dentro del rango desde 1 a 50% en peso, preferiblemente dentro del rango desde 2 a 20% en peso y en especial dentro del rango desde 5 a 15% en peso, con base, en cada caso, en la masa total del adhesivo húmedo y no curado.

El adhesivo puede comprender además un componente dispersante. Este consiste de uno o más dispersantes.

En principio, son adecuados todos los dispersantes los cuales son conocidos por aquellas personas experimentadas en la técnica para ser usados en dispersiones y se describe en la técnica previa. Los dispersantes preferidos son surfactantes o mezclas de surfactantes, por ejemplo, surfactantes aniónicos, catiónicos, anfoteros o no iónicos. Los surfactantes catiónicos y aniónicos se describen, por ejemplo, en "Encyclopedia of Polymer Science and Technology", J. Wiley & Sons (1996), volumen 5, páginas 816 a 818, y en "Emulsión Polymerization and Emulsión Polymers", editores P. Lovell y M. El-Asser, Verlag Wiley & Sons (1997), páginas 224 a 226. Sin embargo, también es posible usar, como dispersantes, polímeros los cuales tienen grupos de anclaje con afinidad por pigmentos y son conocidos por aquellas personas experimentadas en la técnica .

El dispersante puede, basado en el peso total del adhesivo húmedo y no curado, ser usados dentro del rango desde 0 a 50% en peso. La proporción es preferiblemente de 0.1 a 25% en peso, más preferiblemente 0.2 a 10% en peso.

Si las partículas conductoras en el adhesivo sobre el portador no absorben por si mismas la energía suficiente de la fuente de energía, por ejemplo, el láser, se pueden agregar absorbentes al adhesivo. De acuerdo con la fuente del haz de láser usada, puede ser necesario seleccionar diferentes absorbentes o bien mezclas de absorbentes, los cuales absorban de forma efectiva la radiación de láser. El absorbente ese agrega al adhesivo o bien a una capa de absorción separada adicional, la cual comprende el absorbente, se aplica entre el portador y el adhesivo. En este último caso, la energía se absorbe localmente en la capa de absorción y se transfiere al adhesivo por conducción térmica.

Los absorbentes adecuados para la radiación de láser tienen una alta absorción en la región de la longitud de onda del láser. En especial son adecuados los absorbentes los cuales tienen una alta absorción en la región cercana al infrarrojo y en la región VIS de onda más larga del espectro electromagnético. Tales absorbentes son adecuados especialmente para absorber la radiación de láseres de estado sólido de alta potencia, por ejemplo, láseres de NdrYAG, y también de láseres de diodos IR. Los ejemplos de absorbentes adecuados para la radiación de láser son tintes los cuales absorben se absorben fuertemente en la región espectral infrarroja, por ejemplo, ftalocianina, naftalocianinas, cianinas, quinonas, tintes de complejos metálicos, tales como ditiolenos, o tintes fotocrómicos .

Además, los absorbentes adecuados son pigmentos inorgánicos, en especial pigmentos inorgánicos coloreados intensivamente tales como óxidos de cromo, óxidos de fierro, hidratos de óxido de fierro, o carbón en forma de, por ejemplo, negro de carbón, grafito, grafenos o nanotubos de carbono .

Además, para los absorbentes mencionados anteriormente, también es posible usar nanopartículas, en especial nanopartículas metálicas como absorbentes.

Se entiende que las nanopartículas en el contexto de la presente invención, significa, partículas que tienen un tamaño de partícula en el rango desde 1 a 800 nm. Las nanopartículas usadas como absorbentes típicamente tienen un tamaño de partícula en el rango desde a 3 a 800 nm.

Las nanopartículas las cuales pueden ser usadas como absorbentes para la radiación de láser son especialmente nanopartículas de plata, oro, platino, paladio, tungsteno, níquel, estaño, fierro, indio, óxido de estaño, óxido de tungsteno, carburo de titanio o nitruro de titanio.

Una ventaja del uso de plata, oro, platino, paladio, tungsteno, níquel, estaño, fierro, indio, óxido de estaño, o carburo de titanio es que estos materiales son conductores de electricidad. Por lo tanto las nanopartículas sirven adicionalmente como partículas conductoras de electricidad, de modo tal que la conductividad del adhesivo se mejora en comparación con el adhesivo que comprende el absorbente conductor de electricidad.

Un material particularmente preferido para las nanopartículas es la plata.

En una modalidad, las nanopartículas son partículas esféricas. Las partículas esféricas en el contexto de la presente invención, significa que las partículas tienen esencialmente forma esférica, pero las partículas reales también pueden tener desviaciones de la forma esférica ideal. Por ejemplo, las partículas reales también pueden, por ejemplo, estar truncadas o tener forma de gota. También son posibles otras desviaciones de la forma esférica ideal, las cuales pueden ocurrir como resultado de la producción.

Cuando las nanopartículas son partículas esféricas, estas tienen preferiblemente un diámetro en el rango desde 2 a 100 nm. En especial en el caso del uso de láseres infrarrojos, en especial aquellos con una longitud de onda de 1050 nm, se ha encontrado que las nanopartículas esféricas con un diámetro de partícula en el rango desde 2 a 50 nm son particularmente adecuadas. El diámetro de las partículas esféricas está más preferiblemente en la región de 6 nm.

Cuando las nanopartículas se usan en forma de partículas esféricas, la proporción de las nanopartículas en el adhesivo está especialmente en el rango desde 0.5 a 12% en peso, con base en el peso de las partículas conductoras de electricidad en el adhesivo.

En una modalidad alternativa, las nanoparticulas son prismas con una longitud de borde en el rango desde 15 a 1000 nm y una altura de 3 a 100 nm. La forma de los prismas es variable. Por ejemplo, la forma depende, entre otros factores, de la radiación de láser usada. La base de los prismas puede tener la forma, por ejemplo, de cualquier polígono, por ejemplo, de un triangulo o de un pentágono. Los prismas usados como nanoparticulas son por lo general resonadores de plasmones cuyo comportamiento de absorción se iguala a la longitud de onda del láser usado. El igualamiento a la longitud de onda del láser usado se efectúa, por ejemplo, por la longitud de borde de los prismas y por el área de sección transversal. Por ejemplo, diferentes áreas de sección transversal y diferentes longitudes de borde tienen un comportamiento de absorción diferente. La altura de los prismas también ejerce una influencia sobre el comportamiento de absorción.

Cuando se usan los prismas como nanoparticulas, la proporción de las nanoparticulas presentes en forma de prismas en el adhesivo está preferiblemente en el rango desde 3 a 10% en peso, con base en el peso de las partículas conductoras de electricidad en el adhesivo.

Además, el uso de las partículas esféricas y prismas como absorbentes para la radiación de láser, también es posible alternativamente que se usen tanto partículas esféricas como prismas. Cualquier proporción deseada de partículas esféricas a prismas es posible. Mientras mayor sea la proporción de nanoparticulas con la forma de prismas, puede ser menor la proporción de nanoparticulas en el adhesivo.

Las nanoparticulas se estabilizan por lo general en el curso de la producción, en especial para el transporte, por medio de los aditivos adecuados. En el curso de la preparación del adhesivo, los aditivos típicamente no se recuperan, de modo tal que también está presente en el adhesivo. La proporción de los aditivos para la estabilización por lo general no es mayor a 15% en peso, con base en la masa de las nanoparticulas. Los aditivos usados para estabilizar las nanoparticulas pueden ser, por ejemplo, aminas de cadena larga, por ejemplo, dodecilamina . Además, los aditivos adecuados para estabilizar las nanoparticulas son, por ejemplo, octilamina, decilamina, ácido oleico, y poliletilenoiminas .

Los absorbentes adecuados particularmente para la radiación de láser son tipos de carbono dividido finamente y hexaborohidruro (LaBe) dividido finamente, y también nanoparticulas metálicas.

En general, se usa 0.005 a 20% en peso del absorbente, con base en el peso de las partículas conductoras en el adhesivo. Se da preferencia a usar 0.01 a 15% en peso de los absorbentes y en particular se da preferencia a usar 0.1 a 12% en peso de los absorbentes, con base en cada caso, en el peso de las partículas conductoras en el adhesivo.

La cantidad del absorbente agregado se selecciona por las personas experimentadas en la técnica, de acuerdo con las propiedades de la capa de adhesivo deseada en cada caso. En esta conexión, las personas experimentadas en la técnica también tomaran en cuenta que los absorbentes agregados influyen no solo en la velocidad y la eficiencia de la transferencia del adhesivo por medio del láser, pero también otras propiedades, por ejemplo, la adhesión del adhesivo sobre el portador, el curado o la conductividad eléctrica.

Le anergia que se requiere para transferir el adhesivo que comprende las partículas puede ser aplicada, dependiendo del láser usado y/o el material del cual se ha producido el portador, ya sea en el lado revestido con el adhesivo o sobre el lado opuesto al adhesivo. Si se requiere, también es posible usar una combinación de las dos variantes del proceso.

La transferencia de las fracciones del adhesivo desde el portador al sustrato puede ser llevada a cabo ya sea sobre un lado o sobre ambos lados. En este caso, la transferencia puede involucrar que los dos lados sean revestidos con el adhesivo sucesivamente o bien, por ejemplo, simultáneamente por ambos lados usando dos fuentes de láser o dos portadores revestidos con el adhesivo.

Con el fin de aumentar la productividad, es posible usar más de una fuente de láser.

En una modalidad preferida del proceso de acuerdo con la invención, la transferencia del adhesivo desde el portador al sustrato está precedida aplicando el adhesivo al portador. La aplicación se efectúa, por ejemplo, mediante un proceso de revestimiento conocido por aquellas personas experimentadas en la técnica. Tales procesos de revestimiento son, por ejemplo, colado, como por ejemplo colado en cortina, revestimiento por rodillo, estarcido, revestimiento con cuchilla, revestimiento con brocha, rociado, inmersión o los similares. Alternativamente, el adhesivo que comprende partículas se imprime sobre el portador por medio de cualquier proceso deseado. El proceso de impresión mediante el cual se imprime el adhesivo, es por ejemplo, un proceso de impresión por rodillo o por arco, por ejemplo, serigrafía, huecograbado, impresión flexográfica , impresión por tipografía, impresión por tampografía, impresión por chorro de tinta, impresión por transferencia. Sin embargo, también se puede usar cualquier proceso adicional conocido por aquellas personas experimentadas en la técnica.

En una modalidad preferida, el adhesivo no se seca y/o se cura completamente sobre el portador, sino más bien se transfiere al sustrato en estado húmedo. Esto permite, por ejemplo, el uso de una unidad de impresión continua, en la cual el adhesivo sobre el portador puede ser renovado constantemente. Este régimen de proceso permite que se logre una productividad muy alta. Las unidades de impresión las cuales se rellenan continuamente con tinta son conocidas por aquellas personas con experiencia en la técnica, por ejemplo, de DE-A 37 02 643. Con el fin de evitar que las partículas se sedimenten en el adhesivo, se prefiere, cuando el adhesivo se agita y/o se bombea en circulación en un recipiente de depósito antes de ser aplicado al portador. Además, se prefiere para el establecimiento de la viscosidad del adhesivo cuando la temperatura del recipiente de depósito en el cual se presenta el adhesivo puede ser controlada.

En una modalidad preferida, el portador se configura como una banda continua la cual es transparente para la radiación de láser partículas, la cual se mueve, por ejemplo, con rodillos de transporte internos. Alternativamente, es posible diseñar el portador como un cilindro, el cilindro se puede mover por medio de rodillos de transporte interno o se acciona directamente. El portador se reviste después con el adhesivo que comprende las partículas, por ejemplo, mediante un proceso conocido por aquellas personas experimentadas en la técnica, por ejemplo, con un sistema de rodillos desde un recipiente de depósito en el cual está presente el adhesivo. La rotación de los rodillos o del sistema de rodillos recoge el adhesivo el cual se aplica al portador. El movimiento del portador sobre el rodillo de revestimiento aplica una capa de adhesivo de área completa al portador. Con el fin de transferir el adhesivo al sustrato, la fuente del haz de láser se dispone en el interior de la banda continua o del cilindro. Para transferir el adhesivo, el haz de láser se enfoca sobre la capa de adhesivo y, a través del portador el cual es transparente al haz de láser, golpea el adhesivo y transfiere el adhesivo al sustrato en el sitio en el cual impacta el adhesivo. Tal unidad de impresión se describe por ejemplo, en DE-A 37 02 643. El adhesivo se transfiere, por ejemplo, en virtud de la energía del haz de láser que evapora al menos parcialmente el solvente del adhesivo y en virtud de las burbujas de gas que se forman, las cuales transfieren el adhesivo. El adhesivo el cual no se transfiere desde el portador al substrato puede ser reutilizado en una etapa posterior .

El espesor de la capa de adhesivo el cual se transfiere al sustrato por medio de la transferencia en virtud del láser varía preferiblemente dentro del rango entre 0.01 y 50 µp?, además preferiblemente entre 0.05 y 30 µta y en especial preferiblemente entre 0.1 y 20 µ??. La capa de adhesivo puede ser aplicada ya sea sobre la superficie completa o en una manera estructurada.

La aplicación estructurada del adhesivo al portador es ventajosa cuando se deben producir estructuras particulares en números grandes y la aplicación estructurada reduce la cantidad de adhesivo la cual debe ser aplicada al portador. Esto permite que se logre una producción menos costosa.

Con el fin de obtener una capa de adhesivo mecánicamente estable, estructurada o de área completa sobre el substrato, se prefiere que el adhesivo con el cual se forma la capa de adhesivo estructurada o de área completa se seca físicamente o se cura después de la aplicación. Dependiendo del material de matriz, el secado o el curado se efectúan, por ejemplo, mediante la acción de calor, luz (UV/vis) y/o radiación, por ejemplo, radiación infrarroja, haces de electrones, radiación gamma, radiación x, microondas. Para inducir la reacción de curado, puede ser necesario agregar un activador adecuado. El curado también se puede lograr combinando varios procesos, por ejemplo combinando radiación UV y calor. La combinación de procesos de curado se puede llevar a cabo simultáneamente o sucesivamente. Por ejemplo, inicialmente se puede usar radiación UV o IR solamente para curar parcialmente o secar parcialmente la capa, de modo tal que las estructuras formadas ya no fluyen. Después, la capa puede ser curada o secada adicionalmente por medio de la acción del calor.

El proceso de acuerdo con la invención para la aplicación estructurada de un adhesivo conductor de electricidad a un sustrato puede ser operado en un modo continuo, semicontinuo o por lotes. También es posible que solo se lleven a cabo etapas individuales del proceso de forma continua, en tanto que otras etapas se llevan a cabo por lotes.

Además de la producción de una superficie estructurada, también es posible mediante el proceso de la invención aplicar sucesivamente una pluralidad de capas al sustrato. Por ejemplo, el desempeño del proceso para producir la primera superficie conductora puede ser seguido por un proceso de impresión como se describe anteriormente, para aplicar una segunda superficie conductora estructurada o de área completa, por ejemplo, con otra composición de partículas conductoras de electricidad .

En una tercera etapa, el adhesivo se adhiere a una conexión eléctrica. La conexión eléctrica sirva para conectar una pluralidad de celdas solares para formar un módulo fotovoltaico . Las conexiones eléctricas usadas son, por ejemplo, alambres de conexión. Típicamente, los contactos sobre el lado frontal de una celda frontal se conectan en cada caso a contactos en el lado posterior de una celda solar, sin embargo, también es posible cualquier otra conexión eléctrica adecuada para la conexión de las celdas solares Después de la adhesión del adhesivo a la conexión eléctrica, el adhesivo se cura completamente. Esto logra una unión estable y permanente de la conexión eléctrica con el contacto de la celda solar. El curado completo se efectúa, por ejemplo como se describe anteriormente, por medio de la acción de luz, calor o radiación.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para producir uniones conductoras de electricidad entre celdas solares, caracterizado en que comprende las siguientes etapas: (a) transferir un adhesivo que comprende partículas conductoras de electricidad de un portador al sustrato irradiando el portador con un láser, (b) secar y/o curar parcialmente el adhesivo transferido al sustrato, para formar una capa de adhesivo, (c) unir el adhesivo a una conexión eléctrica, (d) curar la capa de adhesivo.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que, la transferencia de la etapa a) está precedida por la aplicación del adhesivo al portador.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado en que, el adhesivo se aplica al portador por medio de un proceso de revestimiento.

4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado en que, el proceso de revestimiento es un proceso de impresión, colado, laminado o rociado.

5. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado en que, el láser genera un haz de láser que tiene una longitud de onda en el rango desde 150 a 10 600 nm.

6. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado en que, el láser es un láser de estado sólido, un láser de fibras, un láser de diodo, un láser de gas o un láser de excimero.

7. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado en que, el adhesivo se aplica a los lados superior e inferior del sustrato para formar la capa de adhesivo.

8. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones a 1 7, caracterizado en que, el portador es un plástico o vidrio rígido o flexible el cual es transparente a la radiación de láser usada.

9. Un adhesivo para llevar a cabo el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado en que, comprende 20 a 98% en peso de partículas conductoras de electricidad, 0.01 a 60% en peso de un aglutinante orgánico usado como un material de matriz, con base en cada caso en el contenido de sólidos del adhesivo, 0.005 a 20% en peso de absorbente con base en el peso de las partículas conductoras en el adhesivo, y 0 a 50% en peso de un dispersante y 1 a 20% en peso de solvente, con base en cada caso en la masa total del adhesivo húmedo y no curado.

10. El adhesivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado en que, las partículas conductoras de electricidad comprenden al menos un metal y/o carbón.

11. El adhesivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado en que, el metal se selecciona del grupo que consiste de plata, oro, aluminio, cobre, zinc, estaño, platino, paladio, níquel y titanio.

12. El adhesivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado en que, las partículas conductoras de electricidad tienen diferentes geometrías de partícula .

13. El adhesivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado en que, el absorbente se selecciona de entre carbono, hexaboruro de lantano y/o nanopartículas de plata, oro, platino, paladio, tungsteno, níquel, estaño, fierro, óxido de indio y estaño, óxido de tungsteno, carburo de titanio o nitruro de titanio.

14. El adhesivo de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado en que, las nanopartículas son partículas esféricas o tienen la forma de prismas.

15. El adhesivo de acuerdo con las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado en que, el carbón está en forma de negro de carbono, grafito, grafeno o nanotubos de carbono.