MX2014008305A - Metodo mejorado para producir dos o mas celdas fotovoltaicas interconectadas a base de pelicula delgada. - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para producir dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada, que comprende el paso de: a) proporcionar un artículo fotovoltaico que comprende: un substrato conductor flexible, al menos una capa fotoeléctricamente activa, una capa superior de conducción transparente y una estructura de transporte colocada arriba de la capa superior transparente; b) formar uno o más primeros canales a través de las capas del artículo fotovoltaico; c) aplicar una capa aislante al substrato conductor y extenderse en el uno o más primeros canales; d) eliminar la estructura de transporte; e) formar una adición al uno o más primeros canales a través de la capa de aislamiento; f) formar uno o más segundos canales que se compensan del uno o más primeros canales a través de la capa de aislamiento para exponer la superficie conductora del substrato conductor flexible; g) aplicar un primer material eléctricamente conductor a la superficie conductora del substrato conductor flexible a través del uno o más segundos canales; h) aplicar una película eléctricamente conductora a la primera capa aislante, en donde la película está en comunicación eléctrica con el substrato conductor flexible a través del primer material eléctricamente conductor; i) aplicar un segundo material eléctricamente conductor arriba de la capa superior de conducción transparente, y a través del uno o más primeros canales, conectar eléctricamente las capas del artículo fotovoltaico del paso b) a la película eléctricamente conductora; j) formar uno o más terceros canales a través de la película eléctricamente conductora; k) aplicar una segunda capa aislante debajo de la película eléctricamente conductora; I) formar uno o más cuartos canales a través de las capas del artículo fotovoltaico, para producir de esta forma dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas.

Description

MÉTODO MEJORADO PARA PRODUCIR DOS O MÁS CELDAS FOTOVOLTAICAS INTERCONECTADAS A BASE DE PELÍCULA DELGADA Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método mejorado para producir dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada, más particularmente, se refiere a un método mejorado para producir dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada a partir de un artículo fotovoltaico que incluye un substrato conductor flexible, al menos una capa fotoeléctricamente activa y una capa superior de conducción transparente.

Antecedentes de la Invención Los esfuerzos para mejorar la fabricación de los dispositivos fotovoltaicos, particularmente celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada, han sido el sujeto de mucha investigación y desarrollo en el pasado. Es de particular interés la capacidad de fabricar celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada en una variedad de formas y tamaños, manteniendo al mismo tiempo una producción eficiente y una inversión de capital relativamente baja, haciendo de esta forma más económico el producto terminado. Ha sido una meta de la industria desarrollar estos procesos y técnicas para que puedan ayudar a hacer más económicos los productos terminados, produciendo al mismo tiempo productos de buena calidad.

En una aplicación, estas celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada se utilizan como el componente de generación de electricidad de dispositivos fotovoltaicos más grandes. Las formas y tamaños disponibles de las celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada de costo relativamente bajo, pueden limitar el diseño de dispositivos y sistemas de dispositivos fotovoltaicos más grandes, y de esta forma el posible mercado para los mismos. Para hacer este paquete completo deseable al consumidor, y para obtener una amplia aceptación en el mercado, el sistema debe ser barato en su construcción e instalación. La presente invención ayuda finalmente a facilitar un costo inferior de energía generada, haciendo más competitiva la tecnología PV en forma relativa a otros medios para generar electricidad.

Se considera que la técnica existente para la fabricación de celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada ha dependido de métodos y técnicas que utilizan pasos de interconexión antes de completar el artículo fotovoltaico, por ejemplo, en donde al menos se hace un corte o escritura durante el proceso de fabricación del artículo.

Entre la literatura que puede pertenecer a esta tecnología se incluyen las siguientes Publicaciones y documentos de Patente Norteamericana: F. Kessler et al, "Flexible and monolithically integrated CIGS-modules" ( ódulos-CIGS flexibles e integrados en forma monolítica) MRS 653: H3.6.1-113,5,6 (2001); 4,754,544; 4,697,041; 5131,954; 5,639,314; 6,372,538; 7,122,398; y 2010/1235490, todas incorporadas a la presente invención como referencia para todos los propósitos.

Breve Descripción de la Invención La presente invención se dirige a un dispositivo PV que se dirige al menos a uno o más de los aspectos descritos en los párrafos anteriores.

Por consiguiente, en cumplimiento con un aspecto de la presente invención, se contempla un método para producir dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada en donde el método comprende los pasos de: a) proporcionar un artículo fotovoltaico que comprende: un substrato conductivo flexible, al menos una capa fotoeléctricamente activa, una capa superior de conducción transparente y una estructura de transporte colocada arriba de la capa superior transparente; b) formar uno o más primeros canales a través de las capas del artículo fotovoltaico; c) aplicar una capa aislante al substrato conductivo y que abarca el uno o más primeros canales; d) eliminar la estructura de transporte; e) formar una adición al uno o más primeros canales a través de la capa aislante; f) formar uno o más segundos canales de compensación del uno o más primeros canales a través de la capa aislante para exponer una superficie conductora del substrato conductor flexible; g) aplicar un primer material eléctricamente conductivo a la superficie conductora del substrato conductor flexible a través de uno o más segundos canales; h) aplicar una película eléctricamente conductiva a la capa aislante, en donde la película está en comunicación eléctrica con el substrato conductor flexible a través del primer material eléctricamente conductivo; i) aplicar un segundo material eléctricamente conductivo arriba de la capa superior de conducción transparente y a través del uno o más primeros canales, conectar eléctricamente las capas del artículo fotovoltaico del paso b) a la película eléctricamente conductiva; j) formar uno o más primeros canales de aislamiento a través de la película eléctricamente conductiva; k) aplicar una segunda capa aislante debajo de la película eléctricamente conductiva; I) formar uno o más segundos canales de aislamiento a través de las capas del artículo fotovoltaico para producir de esta forma dos o más celdas fotovoltaica interconectadas.

La presente invención puede caracterizarse en forma adicional a través de una o cualquier combinación de las características aquí descritas, tal como el paso de llenar al menos parcialmente el uno o más segundos canales de aislamiento con un material eléctricamente aislante; comprendiendo el material eléctricamente aislante óxido de silicón, nitruro de silicón, óxido de titanio, óxido de aluminio, epoxi no conductor, silicón, poliéster, polifluoreno, poliolefina, poliimida, poliamida, polietileno, o combinaciones de los mismos; comprendiendo la capa aislante poliéster, poliolefina, poliimida, políamida, polietileno; llevándose a cabo el paso de formación escribiendo, cortando, extrayendo o combinaciones de los mismos; estando la celda del artículo fotovoltaico en forma de rollo; funcionando la segunda capa aislante como una película de transporte inferior; en donde el ancho de los canales del paso de formación es de entre 1 a 5000 mieras; formándose un artículo fotovoltaico a través del método anterior.

Deberá apreciarse que los aspectos y ejemplos antes referenciados no son limitantes, ya que existen otros dentro de la presente invención, tal como se muestra y describe en la presente descripción.

Breve Descripción de las Figuras La figura 1A, muestra las capas de un artículo fotovoltaico.

La figura 1B, muestra las capas de un artículo fotovoltaico, con un primer canal.

La figura 1C, muestra las capas de un artículo fotovoltaico con un primer canal en un diferente lugar y una capa aislante.

La figura 1D, muestra las capas de un artículo fotovoltaico con un primer canal, una adición al primer canal, un segundo canal y una capa aislante.

Las figura 1E, muestra las capas de un artículo fotovoltaico con un primer canal, una adición al primer canal, un segundo canal que tiene un material eléctricamente conductor en el mismo y una capa aislante.

La figura 1F, muestra capas de un artículo fotovoltaico dentro de un primer canal, una adición al primer canal, un segundo canal que tiene un material eléctricamente conductivo en el mismo, un tercer canal que se encuentra en una película eléctricamente conductiva y una capa aislante.

La figura 1G, muestra las capas de un artículo fotovoltaico con un primer canal, una adición al primer canal, un segundo canal que tiene un material eléctricamente conductivo en el mismo, un tercer canal en una película eléctricamente conductiva y dos capas aislantes.

La figura 1H, muestra un dispositivo fotovoltaico que tiene un cuarto canal.

La figura 11, muestra un dispositivo fotovoltaico con canales múltiples.

Descripción Detallada de la Invención La presente invención se refiere a un método mejorado para producir dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada (por ejemplo, tal como se muestra en la figura 11) a partir de un artículo fotovoltaico 10 que incluye un substrato conductor flexible, al menos una capa fotoeléctricamente activa y una capa superior de conducción transparente. Se contempla que la presente invención proporcione una solución de fabricación única que permita la creación e interconexión de celdas fotovoltaicas (por ejemplo, dos o más) a partir de un artículo fotovoltaico que esencialmente ya está fabricado. La presente invención puede permitir celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada con formas y tamaños únicos para ser fabricadas con una inversión de capital relativamente baja y sin equipos o procesos delicados dentro de las líneas de fabricación del artículo fotovoltaico. En la presente invención se enseña el método de la invención, así como una explicación de la estructura de algunos de los artículos fotovoltaicos típicos que pueden ser utilizados como los insumos para el proceso de la invención. El artículo fotovoltaico descrito en la presente descripción no debe considerarse que limita el método de la invención y se contempla otros posibles artículos fotovoltaicos de base.

Método Se contempla que el método de la invención funciona para tomar un artículo fotovoltaico de base 10 y transformarlo en celdas fotovoltaicas interconectadas 100, independientemente de la fabricación del artículo de base. La figura 1A es un ejemplo representativo del artículo 10 y método de la presente invención. El método de la invención incluye al menos los pasos de: proporcionar un artículo fotovoltaico que comprende: a) un substrato conductor flexible; al menos una capa fotoeléctricamente activa, una capa superior conductora transparente y una estructura de transporte colocada arriba de la capa superior transparente; b) formar uno o más primeros canales a través de las capas del artículo fotovoltaico; c) aplicar una capa aislante al substrato conductor y que abarca el uno o más primeros canales; d) eliminar la estructura de transporte; e) formar una adición para el uno o más primeros canales a través de la capa aislante; f) formar uno o más segundos canales que se compensan del uno o más primeros canales a través de la capa aislante para exponer una superficie conductora del substrato conductor flexible; g) aplicar un primer material eléctricamente conductivo a la superficie conductora del substrato conductor flexible a través del uno o más segundos canales; h) aplicar una película eléctricamente conductiva a la capa aislante, en donde la película está en comunicación eléctrica con el substrato conductor flexible a través del primer material eléctricamente conductivo; i) aplicar un segundo material eléctricamente conductivo arriba de la capa superior de conducción transparente y a través del uno o más primeros canales, conectando eléctricamente las capas del artículo fotovoltaico del paso b) a la película eléctricamente conductiva; j) formar uno o más terceros canales a través de la película eléctricamente conductora; k) aplicar una segunda capa aislante debajo de la película eléctricamente conductora; I) formar uno o más cuartos canales a través de las capas del artículo fotovoltaico, produciendo de esta forma dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas. Los pasos opcionales pueden incluir uno o más de los siguientes: empaque con capas protectoras; formación de interconexiones a los dispositivos eléctricos externos; empaque en formato modular (por ejemplo en forma de tablilla; o el uso como parte de una celda fotovoltaica tal como se describe en la Publicación Norteamericana 2011/0100436.

Artículo fotovoltaico 10 Se contempla que el artículo fotovoltaico 10 se proporcione al comienzo del método/proceso de la invención. El artículo 10 es la base para la creación de múltiples celdas fotovoltaicas interconectadas 100 a través del método/proceso de la invención. El artículo debe contener al menos tres capas (lista de abajo hacia arriba del artículo): un substrato conductor flexible 110, al menos una capa fotoeléctricamente activa 120, y una capa superior conductora transparente 130. También se contempla (y prefiere) que el artículo 10 incluya una estructura de transporte 230 colocada arriba de la capa superior transparente. La estructura de transporte es removible, al menos removible de tal forma que no se dañe el resto del artículo en el proceso de eliminación. Se contempla que el substrato o capas descritas dentro de la presente solicitud puedan comprender una sola capa, aunque cualquiera de éstas pueden ser formadas independientemente a partir de subcapas múltiples, según se desee. También se pueden proporcionar capas adicionales utilizadas convencionalmente en artículos fotovoltaicos, tal como se sabe actualmente o desarrolladas más adelante. Se contempla que los artículos fotovoltaicos actualmente conocidos para utilizarse en la presente invención pueden incluir: celdas tipo calcogénido del grupo IB-IIIB (por ejemplo, selenurios de galio de indio de cobre, selenurios de indio de cobre, sulfuros de galio de indio de cobre, sulfuros de indio y cobre, sulfuros de selenurios de galio de indio de cobre etc.), silicón amorfo, lll-V (por ejemplo, GaAs), ll-IV (por ejemplo, CdTe), sulfuro de estaño de zinc de cobre, fotovoltaicos orgánicos, fotovoltaicos de nanopartículas, celdas solares sensibilizadas con tinta y combinaciones de los mismos.

Se pueden utilizar capas opcionales, adicionales, (no mostradas) en el artículo 10 de acuerdo con prácticas convencionales, ahora conocidas o que se desarrollarán más adelante, para ayudar a incrementar la adhesión entre varias capas. Además, una o más capas de barrera (no mostrada) también pueden ser proporcionadas en la parte trasera del substrato conductor flexible 110 para ayudar a aislar el dispositivo 10 del ambiente y/o para aislar eléctricamente el dispositivo 10.

En una modalidad preferida, el artículo fotovoltaico 10 proporcionado como la base utilizada en el método/proceso de la invención, es un dispositivo de calcogénido del grupo IB-IIIB. La figura 2 muestra una modalidad de un artículo fotovoltaico 10 que puede ser utilizado en los procesos de la presente invención. En las capas que se describen más adelante, se contempla que las capas 22 y 24 comprendan juntas el substrato conductor flexible, la capa 20 sea parte de al menos una capa fotoeléctricamente activa, y la capa 30 sea parte de la capa superior conductora transparente. Este artículo 10 comprende un substrato que incorpora un soporte 22, un contacto eléctrico trasero 24, y un absorbente de calcogénido 20. El artículo 10 incluye además una región de amortiguación 28 que comprende una composición de calcogénido tipo n tal como un material a base de sulfuro de cadmio. La región de amortiguación tiene preferentemente un grosor de 15 a 200 nm. El artículo también puede incluir una región de ventana de contacto eléctrico en la parte frontal, opcional. Esta región de ventana protege al amortiguador durante la formación subsecuente de la región de conducción transparente 26. La ventana se forma preferentemente de un óxido transparente de zinc, indio, cadmio o estaño, y normalmente se considera al menos un tanto resistente. El grosor de esta capa es preferentemente de 10 a 200 nm. El artículo comprende además una región conductiva transparente 30. Cada uno de estos componentes se muestra en la figura 2, como incluyendo una sola capa, aunque se pueden formar cualquiera de éstas independientemente de las subcapas múltiples, según se desee. También se pueden proporcionar capas adicionales (no mostradas) utilizadas convencionalmente en celdas fotovoltaicas tal como las conocidas actualmente o que se desarrollarán posteriormente. Tal como se utiliza adicionalmente en la presente invención, la parte superior 12 de la celda se considera como el lado que recibe la luz incidental 16. El método para formar la capa a base de sulfuro de cadmio en el absorbente también se puede utilizar en estructuras de celda tándem, en donde se construyen dos celdas en la parte superior una de la otra, cada una con un absorbente que absorbe la radiación en diferentes longitudes.

Substrato Conductor Flexible 110/Película Eléctricamente Conductora 112 Se contempla que el artículo fotovoltaico 10 tiene al menos un substrato conductor flexible 110, ya que el artículo se construye encima. Funciona para proporcionar una base sobre la cual se colocan las otras capas del artículo. También funciona para proporcionar contacto eléctrico. Se contempla que el substrato pueda ser una capa simple (por ejemplo, acero inoxidable) o puede ser un compuesto de capas múltiples de muchos materiales, capas tanto eléctricamente conductoras como no conductoras. Los ejemplos de materiales conductores incluyen metales (por ejemplo Cu, Mo, Ag, Au, Al, Cr, Ni, Ti, Ta, Nb, y W), polímero conductores, polímeros de los mismos y similares. En una modalidad preferida, el substrato está comprendido por acero inoxidable que tiene un grosor es de entre aproximadamente 10 µ?t? y 200 µ?t?. También se prefiere que el substrato sea flexible definiéndose el término "flexible" como el artículo, elemento o capa "flexible" (con un grosor utilizable en cumplimiento con la presente invención), que se puede flexionar alrededor de un cilindro con diámetro de 0.1 metros sin una disminución en el desempeño o daño importante.

En el dispositivo mostrado en la figura 2, el substrato conductor flexible comprende las capas 22 y 24. El soporte 22 puede ser un substrato flexible. El soporte 22 puede formarse dentro de un amplio rango de materiales. Éstos incluyen metales, aleaciones de metal, composiciones intermetálicas, plásticos, papel, telas tejidas y no tejidas, combinaciones de los mismos y similares. Se prefiere acero inoxidable. Los substratos flexibles son preferidos para permitir una utilización máxima de la flexibilidad del absorbente de película delgada y otras capas.

El contacto eléctrico trasero 24 proporciona una forma conveniente para acoplar eléctricamente el artículo 10 a los circuitos externos. El contacto 24 puede formarse de un amplio rango de materiales eléctricamente conductores, incluyendo uno o más de Cu, Mo, Ag, Au, Al, Cr, Ni, Ti, Ta, Nb, W, combinaciones de éstos y similares. Las composiciones conductoras que incorporan Mo son las preferidas. El contacto eléctrico trasero 24 también puede ayudar a aislar el absorbente 20 del soporte 22 para minimizar la migración de los constituyentes de soporte en el absorbente 20. Por ejemplo, el contacto eléctrico trasero 24 puede ayudar a bloquear la migración de los constituyentes Fe y Ni de un soporte de acero inoxidable 22 en el absorbente 20. El contacto eléctrico trasero 24 también puede proteger el soporte 22, tal como mediante la protección contra Se, si se utiliza Se en la formación del absorbente 20.

Capa Fotoeléctricamente Activa 120 Se contempla que el artículo fotovoltaico tenga al menos una capa fotoeléctricamente activa 120. Esta capa se coloca generalmente alrededor del substrato conductor flexible 110 y debajo de la capa superior conductora transparente 130. Esta capa funciona para tomar la entrada de la luz incidental 16 y convertirla en electricidad. Se contempla que esta capa pueda ser una sola capa de material, o pueda ser un compuesto de capas múltiples o muchos materiales, cuya composición puede depender del tipo de artículo fotovoltaico 10 (por ejemplo celdas tipo calcogénido de cobre, silicón amorfo lll-V (por ejemplo, GaAs), ll-IV (por ejemplo, CdTe), sulfuro de estaño de zinc de cobre, fotovoltaicos orgánicos, fotovoltaicos de nanopartículas, celdas solares sensibilizadas por tinte y combinaciones de los mismos.

Se prefieren celdas de calcogénido del grupo IB-IIIB (por ejemplo, calcogénido de cobre). En este caso el absorbente comprende selenurio, sulfuros, teluluros y/o combinaciones de éstos que incluyen al menos cobre, indio, aluminio, y/o galio. Más normalmente al menos dos o incluso al menos tres Cu, In, Ga, Al están presentes. Se prefieren sulfuros y/o selenurios. Algunas modalidades incluyen sulfuros o selenurios de cobre e indio. Las modalidades adicionales incluyen selenurios o sulfuros de cobre, indio y galio. El aluminio se puede utilizar como un metal adicional o alternativo, reemplazando normalmente parte o todo el galio. Los ejemplos específicos incluyen pero no se limitan a selenurios de indio de cobre, selenurios de galio de indio de cobre, selenurios de galio de cobre, sulfuros de indio de cobre, sulfuros de galio de indio de cobre, sulfuros de galio de cobre, selenurios de sulfuro de indio de cobre, selenurios de sulfuro de galio de cobre, sulfuros de aluminio de indio de cobre, selenurios de aluminio de indio de cobre, selenurios de sulfuro de aluminio de indio de cobre, sulfuro de galio de aluminio de indio de cobre, selenurios de galio de aluminio de indio de cobre, selenurios de sulfuro de galio de aluminio de indio de cobre y selenurios de sulfuro de galio de indio de cobre. Los materiales absorbentes también pueden doparse con otros materiales, tal como Na, Li o similares, para incrementar el desempeño. Además, muchos materiales de calcogénido pueden incorporar al menos parte de oxígeno como una impureza en pequeñas cantidades sin efectos perjudiciales significativos en las propiedades electrónicas. Esta capa puede formarse mediante erosión, evaporación o cualquier otro método conocido. El grosor de la capa es preferentemente de 0.5 a 3 mieras.

En la celda de calcogénido de cobre, el amortiguador y las capas de ventana opcionales pueden considerarse como parte ya sea de la capa activa 120 o de la capa conductora transparente 130 para los propósitos de comprender en que capas se forman los canales. Sin embargo, preferentemente la capa de amortiguación se considera parte de la capa activa 120, y la ventana se considera parte de la capa de conducción transparente 130.

Capa de Conducción Transparente 130 Se contempla que el artículo fotovoltaico 10 tenga al menos una capa superior de conducción transparente 130. Esta capa generalmente se coloca arriba de la capa fotoeléctricamente activa 120 y puede representar la superficie externa del artículo (generalmente la superficie que recibe primero la luz incidental 16). Esta capa es preferentemente transparente, o al menos translúcida, y permite que las longitudes de onda de luz deseadas alcancen la capa fotoeléctricamente activa 120. Se contempla que está capa pueda ser una sola capa de material o pueda ser un compuesto de múltiples capas de muchos materiales, cuya composición puede depender del tipo de artículo fotovoltaico 10 (por ejemplo, celdas tipo calcogénido de cobre (por ejemplo, selenurios de galio de indio de cobre, selenurios de indio de cobre, sulfuros de galio de indio de cobre, sulfuros de indio de cobre, sulfuros de selenurios de galio de indio de cobre, etc.), silicón amorfo, lll-V (por ejemplo, GaAs), ll-IV (CdTe), sulfuro de estaño de zinc de cobre, fotovoltaicos orgánicos, fotovoltaicos de nanopartícula, celdas solares sensibilizadas con tinta y combinaciones de los mismos. Sin embargo, preferentemente la capa de conducción transparente 130 es una película de metal muy delgada (de modo que sea al menos un poco transparente para la luz) o un óxido de conducción transparente. Se puede utilizar una amplia variedad de óxidos de conducción transparente; películas de metal transparente, conductoras muy delgadas; o combinaciones de las mismas, aunque se prefieren los óxidos de conducción transparente. Los ejemplos de dichos TCOs incluyen óxido de estaño dopado con fluoro, óxido de estaño, óxido de indio, óxido de estaño de indio (ITO), óxido de zinc dopado con aluminio (AZO), óxido de zinc y combinaciones de éstos y similares. Las capas TCO se forman convenientemente mediante erosión u otras técnicas de deposición adecuadas. La capa de conducción transparente tiene preferentemente un grosor de 10 a 1500 nm, y más preferentemente de 100 a 300 nm.

Canales Se contempla que se "formarán" un número de canales en el artículo 10 en el proceso para producir las dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada. Estos canales funcionan para separar el artículo en celdas individuales, proporcionar trayectorias para materiales conductores 180 y cualquier número de formas y tamaños. Se contempla que los canales puedan ser formadas a través de cualquier número de procesos, por ejemplo, mediante escritura mecánica, extracción láser, grabado (húmedo o seco), fotolitografía, u otros métodos comunes para la industria para eliminar selectivamente el material de un substrato. Los canales pueden ser de varios anchos, profundidades y perfiles, dependiendo de lo que se desea y del canal que este siendo formado (por ejemplo, primero, segundo o tercer canales). Los tamaños de celdas preferidos pueden ser mayores a 0.7 cm, en un lado, preferentemente mayores a 10 cm y más preferentemente mayores a 20 cm. Las celdas miden preferentemente menos de 2 metros, y más preferentemente menos de 1.5 metros en un lado. Una celda puede tener un lado más corto y un lado más largo. Generalmente, entre más pequeña es la celda, puede desearse tener un canal más pequeño. Preferentemente, normalmente se puede maximizar la densidad de potencia de la celda 100, o en otras palabras minimizar el tamaño de la abertura (tamaño del canal) en aproximadamente el 5% o menos del área del módulo, proporcionando de esta forma el 95% o más de superficie PV activa que puede producir potencia. Por lo tanto, puede preferirse tener un amplio rango de anchos de canal, dependiendo de los tamaños de la celda 100 y de la densidad de potencia deseado. También se contempla que los canales puedan ser introducidos en el orden que se indica más adelante (por ejemplo, preferentemente primero el primer canal, en segundo lugar el segundo canal, terceros canales etc.), o en cualquier otro orden, si así se desea.

Primer Canal 140/Adición 141 Se contempla que el primer canal 140 se forme a través de todo el artículo 10, o al menos las capas 110, 120 y 130. El primer canal funciona para aislar tanto física como eléctricamente dos partes del artículo (por ejemplo, elaborando dos celdas 100) entre sí. Se prefiere que el primer canal tenga un ancho que permita que las células terminadas se flexionen sin cerrar el canal. Además, en un paso, se elabora una adición 140 al primer canal 140 para ir a través de la capa de aislamiento 150, la cual normalmente se coloca en la estructura después de que se forma el primer canal (aunque se puede realizar en un diferente orden). En una modalidad preferida, el primer canal tiene un ancho FCW que puede ser de aproximadamente 1 µ?t? a 5000 pm. Se prefiere que el ancho sea mayor a aproximadamente 10 pm, más preferentemente mayor aproximadamente 25 pm, y lo más preferentemente mayor aproximadamente 50 pm, y preferentemente un ancho menor 0 aproximadamente 400 µ??, más preferentemente menor aproximadamente 300 pm, y lo más preferentemente menor aproximadamente 200 pm. Es de observarse, que la adición de 141 puede tener un ancho que es más pequeño, del mismo tamaño o mayor que el del primer canal.

Segundo canal 160 Se contempla que el segundo canal 160 se forme a través de la primera capa de aislamiento 150 (y cualquiera capas adicionales que puedan existir ya sea debajo o arriba del mismo) y por lo tanto se expone una profundidad que es al menos una parte del substrato de conducción flexible (por ejemplo, al menos la parte eléctricamente conductiva del mismo). El segundo canal funciona como una trayectoria física que permite que las celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada sean interconectadas eléctricamente (por ejemplo, ver la aplicación de un paso del material eléctricamente conductor). Se contempla que geométricamente, el primer y segundo canales se compensen entre sí, minimizando de esta forma la oportunidad de que el primero y segundo canales se combinen para volverse un agujero. En una modalidad preferida, la compensación FFS0 puede ser de aproximadamente 1 pm a 5000 pm. Se prefiere que la compensación sea mayor a aproximadamente 10 pm, más preferentemente mayor aproximadamente 25 pm, y lo más preferentemente mayor aproximadamente 50 pm, y preferentemente una compensación menor aproximadamente 400 µ?t?, más preferentemente menor aproximadamente 300 µ??, y lo más preferentemente menor aproximadamente 200 pm. En una modalidad preferida, el segundo canal tiene una profundidad que expone al menos una parte del substrato conductor flexible y puede ir en el substrato conductor flexible, aunque no completamente a través del mismo, y lo más importante, expone el material conductor (ver la aplicación de un paso de material eléctricamente conductor). También se prefiere que el segundo canal tenga un ancho que permita que las celdas terminadas se flexionen sin cerrar el canal. En una modalidad preferida, el segundo canal tiene un ancho SCW que puede ser de aproximadamente 1 µ?? a 5000 pm. Se prefiere que el ancho sea mayor a aproximadamente 10 µ?t?, más preferentemente mayor aproximadamente 25 pm, y lo más preferentemente mayor a aproximadamente 50 µ?t?, y preferentemente un ancho menor aproximadamente 400 pm, y más preferentemente menor aproximadamente 300 pm, y lo más preferentemente menor aproximadamente 200 pm.

Tercer canal 170/Cuarto Canal 172 Se contempla que el tercer canal 170 se forme a través de la película eléctricamente conductora 112 (y cualquiera capas adicionales que pueden existir debajo o arriba de las capas), y para la primera capa de aislamiento 150 para dicha profundidad, ya que se expone al menos una parte de la primera capa de aislamiento (aunque el hecho de que vaya parcialmente a través de la capa 150 es aceptable). El tercer canal funciona para aislar tanto física como eléctricamente dos partes de la película eléctricamente conductora 112, entre sí. Se contempla que geométricamente, el tercer canal se compense del primero y segundo canales. En una modalidad preferida, la compensación TFSo puede ser de aproximadamente 1 µ?t? a 5000 pm. Se prefiere que el ancho sea mayor a aproximadamente 10 pm, más preferentemente mayor aproximadamente 25 µ?t?, y lo más preferentemente mayor aproximadamente 50 pm, y preferentemente un ancho menor aproximadamente 400 pm, más preferentemente menor aproximadamente 300 pm, y lo más preferentemente menor aproximadamente 200 pm. En una modalidad preferida, el tercer canal tiene un ancho que permite que las celdas terminadas se flexionen sin cerrar el canal. En una modalidad preferida, el tercer canal tiene un ancho TCW que puede ser de aproximadamente 1 pm a 5000 pm. Se prefiere que el ancho sea mayor a aproximadamente 10 pm, más preferentemente mayor aproximadamente 25 pm, y lo más preferentemente mayor aproximadamente 50 pm, y preferentemente un ancho menor aproximadamente 400 pm, más preferentemente menor aproximadamente 300 pm, y lo más preferentemente menor aproximadamente 200 pm.

Se contempla que el cuarto canal 172 formado a través de las capas 130, 120, 110 y 150 (y cualquiera capas adicionales que puedan existir debajo o arriba de las capas y a la primera capa de aislamiento 150 para dicha profundidad, ya que se expone al menos una parte de la primera capa de aislamiento (aunque el hecho de que vaya parcialmente a través de la capa 150 es aceptable). El cuarto canal funciona para aislar tanto física como eléctricamente dos partes de las celdas terminadas 100. Se contempla que geométricamente, el cuarto canal se compense del primero y segundo canales, y se coloque entre ellos. En una modalidad preferida, la compensación FS0 puede ser de aproximadamente 1 µ?t? a 5000 pm. Se prefiere que la compensación sea mayor a aproximadamente 10 pm, más preferentemente mayor aproximadamente 25 pm, y lo más preferentemente mayor aproximadamente 50 pm, y preferentemente un ancho menor aproximadamente 400 µ?t?, más preferentemente menor aproximadamente 300 pm, y lo más preferentemente menor aproximadamente 200 pm. En una modalidad preferida, el cuarto canal tiene un ancho que permite que las celdas terminadas se flexionen sin cerrar el canal. En una modalidad preferida, el cuarto canal tiene un ancho FCW que puede ser de aproximadamente 1 pm a 5000 pm. Se prefiere que el ancho sea mayor a aproximadamente 10 pm, más preferentemente mayor aproximadamente 25 pm, y lo más preferentemente mayor aproximadamente 50 pm, y preferentemente un ancho menor aproximadamente 400 pm, más preferentemente menor aproximadamente 300 µ??, y lo más preferentemente menor aproximadamente 200 m.

Formación de Canales Se contempla que la "formación" de las diversas capas de artículo 10 pueda lograrse a través de diversos métodos, por ejemplo, tal como se describió anteriormente en los párrafos que se refieren a los "canales". En una modalidad preferida, se utiliza una escritura mecánica para elaborar un "corte". Por ejemplo con escritura mecánica, se puede poner en contacto un estilete o cuchilla con punta de diamante con el dispositivo y arrastrarse a través de la superficie del dispositivo, desgarrando físicamente el material subyacente en la trayectoria del estilete.

Se contempla que la escritura mecánica, con el uso de un estilete con punta de diamante o cuchilla adecuada, pueda trabajar para materiales semiconductores más suaves, tal como CdTe, diselenurio de galio de indio de cobre (CIGS), y un a-Si:H. Se considera que el desgarre de la película es un problema particular para películas tales como óxido de zinc (ZnO) que tienen una baja capacidad de adhesión. La escritura mecánica de películas más duras, tal como molibdeno sobre vidrio, invariablemente conduce al marcado del vidrio, lo cual posteriormente contribuye al riesgo incrementado del rompimiento en un procesamiento subsecuente.

También se considera que la mayor parte de los problemas encontrados con la escritura mecánica, no ocurren por escritura láser. Recientemente se completó un estudio de sistemas láser, tal como se aplican a los materiales de película delgada utilizados en los módulos PV a base de CdTs y a base de CIS (consultar el sitio web http://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-36/issue-1 /features/photovoltaics-laser-scribing-creates-monolit ic-thin-film-arrays.html, el cual está incorporado a la presente invención como referencia), se descubrió que se pueden obtener buenas escrituras con una amplia variedad de láseres pulsados, tal como Nd:YAG (bombeado por lámpara, bombeado por diodo, conmutado-Q, y modelobloqueado) , cobre-vapor, cloruro de xenón y láseres de excimero de fluoruro de criptón. Se considera que puede ser importante cuando se elige un láser, por lo tanto, poner atención en las propiedades del material específico (coeficiente de absorción), temperatura de fusión, capacidad de difusión térmica, etc.), de las películas utilizadas en la celdas solares.

Segmento/Capa de Aislamiento 150/152: Estructura de Transporte 230 Se contempla que puede haber una o más capas de aislamiento 150/152 colocadas en áreas de las celdas terminadas. Generalmente una función de una capa de aislamiento puede ser, proporcionar una barrera protectora (por ejemplo, ambiental, y/o eléctricamente) para las partes cubiertas por esta capa, manteniendo fuera la suciedad, humedad, separando otras capas (por ejemplo, aislamiento eléctrico y similares). También puede funcionar para mantener juntas las celdas 100, en forma semejante a "pegar" dos celdas de unión juntas. Una "capa" puede ser una capa sólida que abarca toda la celda 100 o puede localizarse únicamente en ciertas áreas. En un ejemplo, la capa 152 puede extenderse a través de sustancialmente toda la parte inferior de la celda 100 o sólo localmente alrededor del área de un canal.

En una modalidad preferida, la celda terminada incluye dos capas de aislamiento 150/152. Una primera capa de aislamiento (o película) 150 que se coloca entre los substratos o películas de conducción y una segunda capa (o película) 152 que se coloca en la parte inferior de las celdas. Estas capas 150, 152, están compuestas preferentemente de los mismos materiales y tienen las mismas propiedades geométricas y físicas, pero se contempla que no tiene que ser así necesariamente. Puede ser deseable que la segunda capa 152 pueda ser más gruesa o pueda estar en segmentos separados, funcionando para "pegar" juntas dos celdas de unión 100.

En una modalidad preferida, las capas de aislamiento 150/152, pueden tener un grosor ILT de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 1000 µ??. Se prefiere que el grosor sea mayor a aproximadamente 1 pm, más preferentemente mayor aproximadamente 25 pm, y lo más preferentemente mayor aproximadamente 75 µ??, y preferentemente un grosor menor aproximadamente 500 µp?, más preferentemente menor aproximadamente 200 µ? y lo más preferentemente menor aproximadamente 100 µ??.

La capa de aislamiento puede comprender cualquier número de materiales que son adecuados para proporcionar la protección antes descrita. Los materiales preferidos incluyen óxido de silicón, nitruro de silicón, carburo de silicón, óxido de titanio, óxido de aluminio, nitruro de aluminio, óxido de boro, nitruro de boro, carburo de boro, carbón tipo diamante, epoxi, silicón, poliéster, polifluoreno, poliolefina, poliimida, poliamida, polietileno, tereftalato de polietileno, fluoropolímeros, paralieno, uretano, acetato de vinil de etileno, o combinaciones de los mismos.

También se contempla que se proporcione una capa similar a la capa de aislamiento (al menos posiblemente un material similar) en la parte superior del artículo o celda. Esta capa puede funcionar como una estructura de transporte 230 que puede ayudar a mover o empacar el artículo y/o la celda. Si se proporciona una estructura de transporte, debe ser fácilmente removible de modo que se puedan realizar cortes (por ejemplo, formación de los canales) o se puedan instalar las celdas terminadas en un dispositivo PV más grande.

La estructura de transporte puede comprender cualquier número de materiales que sean adecuados para proporcionar la funcionalidad descrita anteriormente. Los materiales preferidos incluyen materiales descritos para la capa de aislamiento.

Material Eléctricamente Aislante (parte superior de la celda) Se contempla que opcionalmente se pueda colocar parte del material eléctricamente aislante (no mostrado) dentro del cuarto canal. Este material puede funcionar para una barrera protectora (por ejemplo, ambiental y/o eléctricamente) para las partes cubiertas por el material, manteniendo fuera la suciedad, humedad y similar. El material eléctricamente aislante puede comprender cualquier número de materiales que sean adecuados para proporcionar la protección descrita anteriormente. Los materiales preferidos incluyen óxido de silicón, nitruro de silicón, carburo de silicón, óxido de titanio, óxido de aluminio, nitruro de aluminio, óxido de boro, nitruro de boro, carburo de boro, carbón tipo diamante, epoxi, silicón, poliéster, polifluoreno, poliolefina, poliimida, poliamida, polietileno, tereftalato de polietileno, fluoropolímeros, paralieno, uretano, acetato de vinil de etileno, o combinaciones de los mismos.

Material Eléctricamente Conductor 180 Se contempla que un material eléctricamente conductor 180 se utiliza en el proceso para interconectar las celdas fotovoltaicas 100. En la presente invención, el material se puede utilizar junto con el segundo canal y deben estar en contacto con una parte eléctricamente conductora del substrato conductor flexible 110, y la parte superior de la capa superior de conducción transparente 130. Asimismo, se puede utilizar para conectar las dos capas de conducción 110/112 a través del canal 160. El material eléctricamente conductor puede comprender cualquier número de materiales que sean adecuados para proporcionar conductividad eléctrica e incluyen: el material eléctricamente conductor puede incluir deseablemente al menos un metal conductor tal como níquel, cobre, plata, aluminio, estaño y similares y/o combinaciones de los mismos. En una modalidad preferida, el material eléctricamente conductor comprende placa. También se contempla que los adhesivos eléctricamente conductores (ECA) puedan ser cualquiera de los conocidos en la industria. Dichos ECA's son frecuentemente composiciones que comprenden una matriz de polímero de termoajuste con polímeros eléctricamente conductores. Dichos polímeros de termoajuste incluyen pero no se limitan a materiales que comprenden funcionalidades epoxi, de éster de cianato, de maleimida, fenólicas, anhídrido, vinilo, alilo, o amino o combinaciones de las mismas. Las partículas de relleno conductoras pueden ser por ejemplo plata, oro, cobre, níquel, aluminio, nanotubos de carbón, grafito, estaño, aleaciones de estaño, bismuto o combinaciones de los mismos. Los ECAs a base de epoxi con partículas de plata son los preferidos. La región del material eléctricamente conductor puede formarse a través de cualquiera de los diversos métodos conocidos, incluyendo pero sin limitarse a impresión de pantalla, impresión de chorro de tinta, impresión de roto grabado, electro plaqueado, erosión, evaporación, y similares.

Las celdas interconectadas formadas a través de este método pueden estar encapsuladas o empacadas dentro de materiales protectores (encapsulantes adhesivos, vidrio, películas de plástico u hojas), etc., e interconectadas eléctricamente y elaborarse para ser eléctricamente conectadas a los convertidores de energía o a otros dispositivos eléctricos para formar módulos fotovoltaicos que pueden instalarse en el campo o en estructuras para producir y transmitir energía.

A menos que se indique lo contrario, las dimensiones y geometrías de las diversas estructuras aquí ilustradas no están proyectadas para ser restrictivas de la presente invención, y son posibles otras dimensiones o geometrías. Los componentes estructurales pueden proporcionarse a través de una estructura integrada simple. Alternativamente, se puede dividir una estructura integrada simple en componentes plurales separados. Además, aunque se puede haber descrito una característica de la presente invención dentro del contexto de únicamente una de las modalidades ilustradas, dicha característica puede combinarse con una o más otras características de otras modalidades, para cualquier aplicación determinada. También se podrá apreciar a partir de lo anterior, que la fabricación de las estructuras únicas aquí mencionadas y la operación de las mismas, también constituyen los métodos de acuerdo con la presente invención.

El uso de los términos "que comprende" o "que incluye" describen combinaciones de elementos, ingredientes, componentes o de los pasos de la presente invención, también contempla modalidades que consisten esencialmente en los elementos, ingredientes, componente o pasos.

Los elementos, ingredientes, componentes o pasos plurales pueden ser proporcionados a través de un solo elemento, ingrediente, componente o paso integrado. Alternativamente, un solo elemento, ingrediente, componente o paso integrado puede dividirse en varios elementos, ingredientes, componentes o pasos separados. La descripción de "un" o "uno, una" para describir un elemento, ingrediente, componente o paso no está proyectada para obstaculizar elementos, ingredientes, componentes o pasos adicionales. Todas las referencias en la presente invención a los elementos o metales que pertenecen a un cierto grupo se refieren a la Tabla Periódica de los Elementos publicada y con Derechos Reservados de CRC, Press, Inc., 1989, Cualquier referencia al Grupo o Grupos deberá ser al Grupo o Grupos tal como se reflejan en esta Tabla Periódica de los Elementos utilizando el sistema IUPAC para numeración de grupos.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Un método para producir dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada, en donde el método comprende el paso de: a) proporcionar un artículo fotovoltaico que comprende: un substrato conductor flexible, al menos una capa fotoeléctricamente activa, una capa superior de conducción transparente y una estructura de transporte colocada arriba de la capa superior transparente; b) formar uno o más primeros canales a través de las capas del artículo fotovoltaico; c) aplicar una primera capa aislante al substrato conductor y abarcar el uno o más primeros canales; d) eliminar la estructura de transporte; e) formar una adición al uno o más primeros canales a través de la primera capa aislante; f) formar uno o más segundos canales que se compensan del uno o más primeros canales a través de la primera capa de aislamiento para exponer una superficie conductora del substrato conductor flexible; g) aplicar un primer material eléctricamente conductor a la superficie conductora del substrato conductor flexible a través del uno o más segundos canales; h) aplicar una película eléctricamente conductora a la primera capa de aislamiento, en donde la película está en comunicación eléctrica con el substrato conductor flexible a través del primer material eléctricamente conductor; i) aplicar un segundo material eléctricamente conductor arriba de la capa superior de conducción transparente, y a través del uno o más primeros canales, conectar eléctricamente las capas del artículo fotovoltaico del paso b) a la película eléctricamente conductora; j) formar uno o más terceros canales a través de la película eléctricamente conductora; k) aplicar una segunda capa de aislamiento debajo de la película eléctricamente conductora; I) formar uno o más cuartos canales a través de las capas del artículo fotovoltaico, para producir de esta forma dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además el paso de llenar al menos parcialmente el uno o más cuartos canales con un material eléctricamente aislante.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el material eléctricamente aislante comprende óxido de silicón, nitruro de silicón, óxido de titanio, óxido de aluminio, epoxi no conductor, silicón, poliéster, polifluoreno, poliolefina, poliimida, poliamida, polietileno, o combinaciones de los mismos.

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3, en donde la capa aislante comprende poliéster, poliolefina, poliimida o poliamida

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el paso de formación se lleva a cabo mediante escritura, corte, extracción o combinaciones de los mismos.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la celda del artículo fotovoltaico está en forma de rollo.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda capa aislante funciona como una película de transporte inferior.

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ancho de los canales del paso de formación es de 1 a 5000 mieras.

9. Un artículo fotovoltaico formado a través del método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 8. RESUMEN La presente invención se refiere a un método para producir dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas a base de película delgada, que comprende el paso de: a) proporcionar un artículo fotovoltaico que comprende: un substrato conductor flexible, al menos una capa fotoeléctricamente activa, una capa superior de conducción transparente y una estructura de transporte colocada arriba de la capa superior transparente; b) formar uno o más primeros canales a través de las capas del artículo fotovoltaico; c) aplicar una capa aislante al substrato conductor y extenderse en el uno o más primeros canales; d) eliminar la estructura de transporte; e) formar una adición al uno o más primeros canales a través de la capa de aislamiento; f) formar uno o más segundos canales que se compensan del uno o más primeros canales a través de la capa de aislamiento para exponer la superficie conductora del substrato conductor flexible; g) aplicar un primer material eléctricamente conductor a la superficie conductora del substrato conductor flexible a través del uno o más segundos canales; h) aplicar una película eléctricamente conductora a la primera capa aislante, en donde la película está en comunicación eléctrica con el substrato conductor flexible a través del primer material eléctricamente conductor; i) aplicar un segundo material eléctricamente conductor arriba de la capa superior de conducción transparente, y a través del uno o más primeros canales, conectar eléctricamente las capas del artículo fotovoltaico del paso b) a la película eléctricamente conductora; j) formar uno o más terceros canales a través de la película eléctricamente conductora; k) aplicar una segunda capa aislante debajo de la película eléctricamente conductora; I) formar uno o más cuartos canales a través de las capas del artículo fotovoltaico, para producir de esta forma dos o más celdas fotovoltaicas interconectadas.