CELULA FOTOVOLTAICA Y SUSTRATO PARA CELULA FOTOVOLTAICA
CAMPO DE LA INVENCION La invención se relaciona con un sustrato de la frontal de una célula fotovoltaica, especialmente el sustrato de vidrio transparente, y con una célula fotovoltaica que incorpora ese sustrato. j En una célula fotovoltaica, un sistema í fotovoltaico que tiene un material fotovoltaxco que produce ! energía eléctrica a través del efecto de radiación incidente está colocado entre un sustrato de la placa I posterior y el sustrato de la cara frontal, siendo este sustrato de la cara frontal el primer sustrato a través ¡del cual pasa la radiación incidente antes de que alcance j el material fotovoltaico. j En la célula fotovoltaica, el sustrato de la cara j frontal usualmente tiene, detrás de una superficie principal volteado hacia el material fotovoltaico, j un I recubrimiento de electrodo transparente en contajcto eléctrico con el material fotovoltaico colocado defcjajo cuando la dirección principal del arribo de la radiación incidente se considera es vía la parte superior. I Ese recubrimiento de electrodo de la cara frontal constituye de este modo, en general, la terminal negatliva de la célula fotovoltaica . I
Por supuesto, la célula fotovoltaica también i i tiene una dirección del sustrato de la placa posterior y recubrimiento de electrodo que constituye entonces i la terminal positiva de la célula fotovoltaica, pero ¡ en general el recubrimiento de electrodo del sustrato de la placa posterior no es transparente. Dentro del contexto de la presente invención, deberá comprenderse que el término "célula fotovoltaijca" significa cualquier montaje de constituyentes que prodjuce I una corriente eléctrica entre esos electrodos por conversión de radiación solar, cualquiera que sean |las dimensiones de este montaje y cualquiera el voltaje y¡ la intensidad de la corriente producida, y en particular sli o i no este montaje de constituyentes tiene una o imás conexiones eléctricas internas (en serie y/o en paralelL) . í
La noción de una "célula fotovoltaica" dentro del conte'xto de la presión invención es por lo tanto equivalente aqJí a i la de un "módulo fotovoltaico" o un "panel fotovoltaico"|. I El material normalmente usado para j el recubrimiento de electrodo transparente de un sustrato] de la cara frontal es en general un material basado en un TCO
(óxido conductor transparente), como por ejemplo j un i material basado en óxido de indio y estaño (ITO) o basado en óxido de zinc mezclado con aluminio (ZnO: Al) u óxido de zinc mezclado con boro (ZnO: B) o también basado en óxido
de estaño mezclado con flúor (Sn02: F) . j Esos materiales son depositados químicamente, por j ejemplo por CVD (deposición con vapor químico) , opcionalmente PECVD (CVD mejorada con plasma), J o físicamente, por ejemplo, por deposición al vacío por electrodeposición catódica, opcionalmente electrodeposición con magnetrón (es decir electrodeposición mejorada i magnéticamente) . j Sin embargo, para obtener la conducción eléctrica i deseada, o también la resistencia baja deseada, ¡ el I recubrimiento de electrodo hecho de material basado en [TCO debe ser depositado con un espesor físico relativamente I grande, de aproximadamente 500 a 1000 nm y algunas vejces aun mayor, siendo este costoso con respecto al costoij de esos materiales cuando se depositan como capas con e¡ste espesor . Cuando el proceso de deposición requiere un suministro de calor, esto incrementa aún más los costos de fabricación . Otra desventaja mayor del recubrimiento j de electrodo hecho de un material basado en TCO reside eni: el ! hecho de que, para un material elegido, su espesor físjico es siempre un compromiso entre la conducción eléctrica i finalmente obtenida y la transparencia finalmente obtenida, puesto que a mayor el espesor físico, mayor I la
electrodo transparente no es hecho de un material basado: en
TCO sino que consiste de una pila de película delgada depositada sobre una cara principal del sustrato de la cara frontal, comprendiendo este recubrimiento al menos una cjapa I funcional metálica, especialmente una basada en plata, yj al menos dos recubrimientos antirreflexión, comprendiendo cada uno de los recubrimientos antirreflexión al menos una Cjapa antirreflexión, siendo la capa funcional colocada entre ¡los I dos recubrimientos antirreflexión . ! I Este proceso es notable dado que proporcionaj al menos una capa altamente refringente hecha de un óxidj) o nitruro a ser depositada debajo de la capa funcional metálica y encima del material fotovoltaico cuandoj I se Í considere que la dirección de la luz incidente entre a! la célula desde arriba. !
Ese documento proporciona una modalidad ejemplar en la cual los dos recubrimientos antirreflexión que I flanquean la capa funcional metálica, es decir |el ! recubrimiento antirraflexión colocado debajo de la capa
funcional metálica sobre el lado opuesto del sustrato comprende al menos dos capas antirreflexión, la capa antirreflexión más lejana de la capa funcional metálica siendo más resistiva que la capa antirreflexión más cercana a la capa funcional metálica. La resistividad p corresponde al producto de la resistencia por cuadrado RQ de la capa multiplicada porj su i espesor real. ! I En una variante preferida de la invención, i la i capa antirreflexión más lejana de la capa funcional metálica tiene una resistividad igual a al menos 5 vecesj, o aún al menos 10 veces, o aún al menos 50 veces, o aúni al i menos 100 veces, o aún al menos 200 veces, o al menos ¡500 i veces, o aún al menos 1000 veces la resistividad de la cjapa antirreflexión que esté más cercana a la capa funciojnal i metálica. j La capa antirreflexión más lejana de la tíapa i funcional metálica, la cual es más resistiva, preferiblemente tiene una resistividad p de entre 5xÍ0-3 i .cm y 10 -2 i
Q Q.cm, o entre 10 Q.cm y 5 Q.cm o aún erítre
5xl0-2 Q.cm y 1 Q.cm. La capa antirreflexión más cercana a la capa i funcional metálica, la cual es más conductora, I i preferiblemente tiene una resistividad p de entre 10-5 Q.cm y 5xl0~3 Q.cm, excluyendo el último valor, o entre 5xl0-4
Q.cm y 2x10 3 Q.cm o aún entre 10-4 Q.cm y 10"3 ü.cm. j Además, la capa antirreflexión más lejana de ¡ la I capa funcional metálica tiene un espesor óptico que representa preferiblemente entre 2 y 50% del espesor óptico
entre 10 y 30 nm. ' La capa antirreflexión se basa preferiblemente e'n:
modificad
modificad
- óxido de titanio Ti02 opcionalmente mezcladlo o modificado, como por ejemplo, Ti02: Nb; j I - óxido de galio Ga203, opcionalmente mezclado o modificado; j I - óxido de indio In203, opcionalmente mezclado o modificado; J - óxido de silicio Si02, opcionalmente mezclado o modificado; ¡
- o un óxido de indio y estaño ITO mezclado, - un óxido de galio y zinc GZO mezclado; - un óxido de indio y zinc IZO mezclado; - un óxido de zinc y estaño Zn2Sn04 mezclado, o - un óxido de indio galio y zinc IGZO mezclado, siendo este óxido opcionalmente no estequiométrico. La capa antirreflexión más cercana a la capa funcional metálica se basa preferiblemente en general enJun I óxido conductor transparente (TCO) obtenido de al menos uno í de los elementos en la siguiente lista: Al, Ga, Sn, Zn, Sb, In, Cd, Ti, Zr, Ta, W y Mo, y especialmente un óxido basado en uno de esos elementos mezclado o modificado con al menos i otro de esos elementos, siendo este óxido opcionalmente subestequiométrico en oxigeno. j El término "mezclar o modificar" se comprende I aquí significa la presencia de al menos otro elemento í metálico en la capa, en una proporción atómica del metalj (o elemento oxigeno) que fluctúa de 0.5 a 10%. Un óxido mezclado aquí es un óxido de elemenjtos metálicos, cada elemento metálico del cual está presente) en I i una proporción atómica de metal (excluyendo el eleme'nto oxigeno) de a lo más 10%. I En una modalidad particular, la cjapa antirreflexión más cercana a la capa funcional metállica I y la capa antirreflexión más lejana de la capa funcional
metálica se basan en el mismo óxido, especialmente basan en: - óxido de zinc ZnO; - óxido de estaño Sn02; - óxido de titanio Ti02; - óxido de galio Ga203; - óxido de indio ln203; - óxido de silicio Si02; o - basada en o un óxido de indio y estaño ÍTO mezclado, ¡ - un óxido de galio y zinc GZO mezclado; - un óxido de indio y zinc IZO mezclado; ¡ I - un óxido de zinc y estaño Zn2Sn04 mezclado, oj i - un óxido de indio galio y zinc IGZO mezclado, siendo este óxido opcionalmente no estequiométrico. La capa antirreflexión más cercana a la c'apa funcional metálica, la cual es menos resistiiiva, i preferiblemente constituye la primera capa ¡del recubrimiento antirreflexión superior que se coloca encjima de la capa funcional metálica, sobre el lado opuesto ¡del sustrato. j La capa antirreflexión más lejana de la qapa i funcional metálica, la cual es más resistiva, ! preferiblemente constituye la capa final del recubrimiento antirreflexión superior que se coloca encima de la capa
funcional metálica, sobre el lado opuesto del sustrato. i
Esta capa antirreflexión más lejana de la capa funcional ! metálica constituye de este modo preferiblemente la capa final del recubrimiento de electrodo y de este moido I directamente en contacto con el material fotovoltaico . ¡ I La interfaz entre, por un lado, el recubrimiento I de electrodo de acuerdo con la invención que incorpora, Jen particular, en su definición óptica, la capa final más resistiva, y, por otro lado, el material fotovoltaico, en particular un material basado en cadmio, es preferible tan lisa como es posible. J ! La capa antirreflexión más lejana de la capa í funcional metálica de este modo preferiblemente tiene una i velocidad superficial de entre 5 y 250 angstroms, especialmente 15 y 100 ángstróms o entre 10 y 50 angstroms. Observando que la absorción del material fotovoltaico usual difiere de un material al otro, los inventores han buscado definir las características óptipas esenciales necesarias para la definición de una pila ! de película delgada del tipo presentado anteriormente para formar un recubrimiento de electrodo de capa frontal pjara ? una célula solar. ' El recubrimiento antirreflexión colocado encjima de la capa funcional metálica sobre el lado opuesto idel sustrato preferiblemente tiene un espesor óptico igual a
material fotovoltaico. j En una variante preferida, la longitud de ondajde absorción máxima Am del material fotovoltaico es sin embargo ponderada por el espectro solar. En esta modalida Id, el recubrimiento antirreflexión colocado encima de la capa I funcional metálica sobre el lado opuesto del sustrato tiene i un espesor óptico igual a aproximadamente la mitad de ¡ la longitud de onda máxima Am del producto del espectro ¡ de absorción del material fotovoltaico multiplicado por | el espectro solar. En esta variante, también, el recubrimiento ! antirreflexión colocado debajo de la capa funcional metálica en la dirección del sustrato tiene un espesor I óptico igual a aproximadamente un octavo de la longitudj de onda máxima Km del producto del espectro de absorción piel í material fotovoltaico multiplicado por el espectro solar! En una versión preferida, el recubrimieinto antirreflexión colocado encima de la capa funcional metálica tiene un espesor óptico de entre 0.45 y 0.55 veces
la longitud de onda de absorción máxima Am del material i fotovoltaico, siendo esos valores incluyentes, j y i preferiblemente el recubrimiento antirreflexión colocádo encima de la capa funcional metálica tiene un espesor ? óptico de entre 0.45 y 0.55 veces la longitud de onda máxima Am del producto del espectro de material fotovoltaico multiplicado por el
siendo esos valores incluyentes. j I I También en una versión preferida, i 1 el i recubrimiento antirreflexión colocado debajo de la capa funcional metálica tiene un espesor óptico de entre 0.075i y 0.175 veces la longitud de onda de absorción máxima Am del material fotovoltaico, siendo esos valores incluyentes,! y i preferiblemente el recubrimiento antirreflexión colocado I debajo de la capa funcional metálica tiene un espe!sor óptico de entre 0.075 y 0.175 veces la longitud de onda ¡ máxima Am del producto del espectro de absorción jdel material fotovoltaico multiplicado por el espectro sojar, siendo esos valores incluyentes. J ! De este modo, de acuerdo con la invención, t se define una trayectoria óptica óptima como función del la i longitud de onda de absorción máxima Am del material ! i fotovoltaico o preferiblemente como una función de | la longitud de onda máxima Am del producto del espectroj de absorción del material fotovoltaico multiplicado porj el
espectro solar, para obtener la eficiencia más alta de ¡ la célula fotovoltaica . El espectro solar al cual se hace referencia aquí es el espectro solar AM 1.5 de acuerdo a lo definido por} el i estándar ASTM. !
Dentro del contexto de la invención, deberá comprenderse que este termino no introduce ninguna limitación sobrej la resistividad del material, la cual puede ser la dej un i conductor (en general, p < 10- Q.cm), la de un aislante I (en general, p < 109 Q.cm) o la de un semiconductor ¡(en general entre los dos valores anteriores) . j I De manera completamente sorprendente j e independiente de cualquier otra característica, j la trayectoria óptica de un recubrimiento de electrodos jque tiene la pila de película delgada con una monotapa funcional, la cual tiene un recubrimiento antirreflexión i colocado encima de la capa funcional metálica que tiene un
I
espesor óptico es igual a aproximadamente 4 veces j el espesor óptico del recubrimiento antirreflexión colocado debajo de la capa funcional metálica, hace posible mejorar la eficiencia de la célula solar, y también mejorar su resistencia a los esfuerzos generados durante la operación de la célula. | El propósito de los recubrimientos que flanquean ¡ la capa funcional metálica es "antirreflej ar" esta capa funcional metálica. Esta es la reacción por la que son llamados "recubrimientos antirreflexión" . ! 1 En realidad, aunque la capa funcional permiteI en si mismo que se obtenga la conductividad deseada del recubrimiento de electrodo, aún con un espesor fisjico pequeño (del orden de 10 nm) , la capa se oponjdrá fuertemente al paso de luz, y de radiacjión electromagnética . En ausencia de ese sistema antirreflexión, j la transmisión de luz será entonces mucho más baja y ! I la i reflexión de luz mucho más alta (en el visible y enj el I infrarrojo cercano, puesto que esta es una cuestión j de producción de una célula fotovoltaica) . j i El término "trayectoria óptica" tiene aquí | un i significado especifico y se usa para denotar la alturaj de ¡ los diferentes espesores ópticos de los diferentes recubrimientos antirreflexión subyacentes y superyacentes
al (o cada) capa funcional metálica del filtro ¡de I interferencia así producido. Se recordará que el espesor óptico de un recubrimiento es igual al producto del espeáor físico de la capa multiplicado por el índice de su material cuando exista solo una sola capa en el recubrimiento, o la zona de los productos del espesor físico de cada capa multiplicado por el índice del material de cada capa cuando ! existan varias capas. j La trayectoria óptica de acuerdo con la invención es, en absoluto, una función del espesor físico de la capa funcional metálica, pero el efecto, dentro del intervalo del espesor físico de la capa funcional metálica permitiendo que se obtenga la conductancia deseada, esto i ayuda a que no varíe lo que se dice. De este modo, j la solución de acuerdo con la invención es adecuada cuando las capas funcionales se basan en plata, y tienen (o tiene en total) un espesor físico de entre 5 y 20 nm siendo esos valores inclusivos. j I El tipo de pila de película delgada de acuerdo í con la invención se conoce en el campo de la cristalería arquitectónica o automotriz, para producir cristales | de Ii aislamiento térmico mejorado de "baja E (baja emisivida!d) " y/o del tipo "control solar". ¡ i Los inventores de este modo notaron que cierjtas I pilas del tipo de aquéllas usadas en la cristalería de baja
revenidas", es decir aquéllas usadas cuando se desee someter el sustrato que contiene la pila a una temperatura de revenido, en particular un tratamiento de revenido con i calor. I j De este modo, otro objetivo de la presente I invención es el uso de una pila de película delgada para i cristalería arquitectónica y especialmente una pila de este i tipo que tiene las características de la invención que ¡ es i
"revenible" o va a "ser revenido", especialmente una pila
sustrato recubierto son aceptables despu s del tratamiento con calor mientras que no lo serán o en cualquier casoj no lo serán del todo, previamente. Por ejemplo, una pila o un sustrato recubiejrto por una pila, que tiene después del tratamiento térmico las siguientes características se considerará "a ser revenido" dentro del contexto de la presente invención, mientras ¡que
antes del tratamiento con calor al menos una de esas características no era satisfecha: j ! - una transmisión de luz TL alta (en el visible) de al menos 65%, o aún 70% o aún al menos 75%; y/o j i una absorción de luz baja (en el visible, definida por 1-TL-RL) de menos o igual que 10% o aún menor que o igual a 8% o aún menos que igual a o 5%; y/o j una resistencia por cuadrado ?¾ al menos tan buena como la de los óxidos conductores normalmente y en particular menor o igual a 20 O/D, o aún menor que a o 15 O/D, o aún igual a o menor que 10 O/D.
De este modo, el recubrimiento del electrodo djebe ser transparente. Por lo tanto debe tener cuando ¡ se I deposite sobre el sustrato en el intervalo de longitud de onda entre 300 y 1200 nm, una transmisión de luz promejdio mínima de 65%, o aún 75%, y de manera más preferible 85j% y de manera aún más especial al menos 90%. ¡ Si el sustrato de la cara frontal ha sjido j sometido a un tratamiento con calor, especialmente 1 un tratamiento de revenido con calor, después de la deposiqión i I de las capas delgadas y antes de esto se coloca enj la célula fotovoltaica, es posible, antes de este tratamiento con calor que el sustrato recubierto con la pila aquí domo recubrimiento de electrodo de baja transparencia. ¡Por i ejemplo, éste puede tener, antes de su tratamiento 'con
calor una transmisión de luz en el visible de menos de 65% o aún menor de 50%. ! El punto importante es que el recubrimiento de electrodo deberá ser transparente antes del tratamiento con calor y por lo tanto tiene, después del tréitamiento con calor en el intervalo de longitud de onda entre 300 y 1200 nm con una transmisión de luz promedio (en el visible) j de i al menos 65%, o aún 75% y de manera más preferible 85% yj de i manera aún más especial al menos 90%. i ¡ I Además, dentro del contexto de la invención, j la í pila no tiene, en lo absoluto, la mejor transmisión de jluz I posible sino que tiene la mejor transmisión de luz posible dentro del contexto de la célula fotovoltaica de acuejrdo con la invención. i i El recubrimiento antirreflexión colocado debajo de la capa funcional metálica también puede tener una función de barrera química, que actúe como una barrera de difusión, y en particular a la difusión del sodio proveniente del sustrato, protegiendo por lo tanto el recubrimiento de electrodo y de manera más particular] la I I capa funcional metálica, especialmente durante cualquier tratamiento con calor, especialmente el tratamiento! de revenido con calor. En otra modalidad particular, el sustrato incluye debajo del recubrimiento de electrodo, una capa
1
antirreflexión base que tiene un índice de refracción bájo cercano al del sustrato, basándose preferiblemente la capa antirreflexión base en óxido de silicio o basándose [ en óxido de aluminio o basándose en una mezcla de los aos. Además, esta capa antirreflexión puede constituir una capa de barrera de difusión química, en particular una
especialmente un tratamiento de revenido con calor, paraj el ¡ procesamiento del material fotovoltaico . i ¡ Dentro del contexto de la invención, una capa I dieléctrica es una capa la cual no participa en el desplazamiento de carga eléctrica (corriente eléctrica) o una en la cual el efecto de participación en | el desplazamiento de carga eléctrica puede considerarse cjero en comparación con la de otras capas del recubrimiento! de electrodo. I Además, esta capa antirreflexión base preferiblemente tiene un espesor físico de entre 10 y 00 i nm o de entre 35 y 200 nm y de manera aún más preferible ! entre 50 y 120 nm. j Esta capa funcional metálica puede basarse ¡ en plata, cobre u oro, y puede opcionalmente ser modificada
pre er b e de entre y nm.
magnetrón. También es posible proporcionar uno o aún dos recubrimientos muy delgados llamados "recubrimientos bloqueadores" que no forman parte de los recubrimientos i antirreflexión, los cuales se colocan directamente debajo, encima o a cada lado de cada capa metálica funcional, especialmente basada en plata, el recubrimiento subyacente a la capa funcional, en la dirección de sustrato, cómo lazo, recubrimiento nucleante y/o protector durante j el posible tratamiento con calor llevado a cabo después de la deposición, y el recubrimiento superyacente a la capa funcional como recubrimiento protector o de "sacrificjio" para evitar que la capa funcional metálica sea dañada por i i ataque y/o migración del oxigeno de la capa encima de ésjta, I especialmente durante cualquier tratamiento con calor,} o aún también por migración de oxigeno si la capa de encjima se deposita por electrodeposicion en presencia de oxigeno. í Dentro del contexto de la presente invención,
cuando se especifique que una capa o recubrimiento (que comprenda una o más capas) es depositada directamente debajo o directamente de otra capa o recubrimiento depositado pueden existir interposición de otra capa entre esas dos capas o recubrimientos depositados. ' I Preferiblemente, al menos un. recubrimiento bloqueador se basa en Ni o en Ti o se basa en una aleaci ¡ón basada en Ni, especialmente basa en la aleación de NiCr. J Preferiblemente, el recubrimiento debajo de j la capa funcional metálica en la dirección del sustrato comprende una capa basada en un óxido mezclado, j en particular basada en óxido de zinc mezclado con óxido o, un óxido de indio mezclado con óxido (ITO). Además, el recubrimiento debajo de la capa funcional metálica en la dirección del sustrato el recubrimiento encima de la capa funcional metálica puede comprender una capa que tenga un índice de refracción aljto, especialmente uno igual a o mayor de 2, como, por ejempl I ¡ o, ! una capa basada en nitruro de silicio, opcionalmente modificada, por ejemplo con aluminio o zirconio. ¡ I Además, el recubrimiento debajo de la capa funcional metálica en la dirección del sustrato y/o recubrimiento encima de la capa funcional metálica puede comprender una capa que tenga un índice de refracción ¡muy especialmente uno igual a o mayor de 2.35, como por
ejemplo una capa basada en óxido de titanio. i El sustrato puede incluir un recubrimiento basado ! en un material fotovoltaico, especialmente en un material basado en cadmio, por encima del recubrimiento de electrodo sobre el lado opuesto del sustrato de la cara frontal. j Una estructura preferida de un sustrato de la cara frontal de acuerdo con la invención es de este mo ido ! del tipo: sustrato/ (capa base antirreflexión opcional)/ ¡ recubrimiento de electrodo/material fotovoltaico, o también del tipo: sustrato/ (capa base antirreflexión opcional)/ I recubrimiento de electrodo/material fotovoltaico/ recubrimiento de electrodo. ] I En una variante particular, el recubrimiento j de electrodo consiste de una pila de cristal arquitectónico, especialmente una pila "revenible" para crisjtal arquitectónico o una pila de cristal arquitectónico "a ¡ser revenido", y en particular una pila de baja j E, especialmente una pila de baja E "revenible" o una pila¡ de baja E "a ser revenida", teniendo de este modo la pila! de película delgada las características de la invención. La presente invención también se relaciona corí un sustrato para una célula fotovoltaica de acuerdo con¡ la invención, especialmente un sustrato para cristalería arquitectónica recubierto con una pila de película delgada que tiene las características de la invención,
especialmente un sustrato "revenible" para cristalería arquitectónica o un sustrato para cristalería arquitectónica "a ser revenido" y que tiene ías características de la invención, y en particular ' un sustrato de baja E, especialmente un sustrato de baja
"revenible" o un sustrato de baja E "a ser revenido" que i tiene las características de la invención. I Todas las capas del recubrimiento de electrodo i son depositadas preferiblemente por una técnica j de ¡ deposición al vacío, pero sin embargo no se excluye para ¡ la , i primera capa o las primeras capas de la pila que sean capaces de ser depositadas por otra técnica, por ejemplo, por una técnica de descomposición térmica del tipo ¡ de I pirólisis o por CVD, opcionalmente bajo vacío, ¡ y opcionalmente enriquecida con plasma. j Ventajosamente, el recubrimiento de electrodo' de I acuerdo con la invención que tiene una pila de película delgada es mucho más resistente que un recubrimiento 1 de I electrodo de TCO. De este modo, el tiempo de vida de! la célula fotovoltaica puede incrementarse. También de manera ventajosa, debido a su espesor físico pequeño, en comparación con el electrodo hecho de! un material basado en TCO, el electrodo que consiste de una o más capas funcionales metálicas de acuerdo con la invenc'ión es mucho más fácil de degradar, en particular por grabjado
con láser: energía más baja y un tiempo más breve, siendo necesario llevar a cabo el paso de separación longitudinal (llamado paso de "modularización") generalmente sobre todo el espesor del electrodo; además, este paso de grabado jda como resultado que se remueva menos material, para un ancho de grabado idéntico, y para un electrodo hecho de material basado en TCO y en consecuencia reduce el riesgo de contaminación de la célula con el material removido. También, de manera ventajosa, el recubrimiento de electrodo de acuerdo con la invención puede también ser ¡ usado como recubrimiento de electrodo de la cara posterior, en particular cuando se desee que al menos una pequeña porción de la radiación incidente pase completamente a través de la célula fotovoltaica . ! ! BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS ¡ Los detalles y características ventajosas dej la invención emergerán de los siguientes ejemplos i no limitantes, ilustrados por las Figuras anexas a ¡ la i presente, en las cuales: j La figura 1 ilustra un sustrato de la dará í frontal de una célula fotovoltaica de la técnica anterior I recubierta con el recubrimiento de electrodo hecho del un óxido conductor transparente Y que tiene una capa i antirreflexión base;
La figura 2 ilustra un sustrato de la cara i frontal de una célula fotovoltaica de acuerdo con lia invención recubierto con un recubrimiento de electrodo I consistente de una pila de película delgada monocapa funcional y que tiene una capa antirreflexión base; j I La figura 3 ilustra la curva de eficiencia cuántica para tres materiales fotovoltaicos; j La figura 4 ilustra a curva de rendimiento real í correspondiente al producto del espectro de absorción i de esos tres materiales fotovoltaicos multiplicado por I el espectro solar; i
La figura 5 ilustra el principio de la prueba { de durabilidad para las células fotovoltaicas ; y La figura 6 ilustra un diagrama de sección i transversal de una célula fotovoltaica. ¡
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En las Figuras 1, 2, 5 y 6, las proporciones ciel espesor de los diferentes recubrimientos, capas j y j materiales no han sido estrictamente respetadas pjara hacerlas más fáciles de examinar. | ¡ La Figura 1 ilustra un sustrato de la cara I frontal de una célula fotovoltaica 10' en la técnica anterior que tiene un material fotovoltaico absorbente 200, teniendo el sustrato 10', una superficie principal,! un
recubrimiento de electrodo transparente 100' consistente de una capa de TCO 66 que conduce la corriente. El sustrato de la cara frontal 10' es colocado en la célula fotovoltaica de tal manera que el sustrato de la capa frontal 10' sea el primer sustrato a través del cual la radiación incidente R pase antes de alcanzar el material i fotovoltaico 200. ¡ ! El sustrato 10' también incluye, debajo del recubrimiento de electrodo 100', es decir directamente sobre el sustrato 10' , una capa antirreflexión base 22 c¡ue tiene un índice de refracción bajo n22 cercano al del sustrato. j i El sustrato 10' puede además comprender, sobrej el recubrimiento de electrodo 100' y debajo del material fotovoltaico 200, una capa intermedia (no ilustrada) . La Figura 2 ilustra un sustrato de la capa i frontal de la célula fotovoltaica 10 de acuerdo con j la invención. j El sustrato de la cara frontal 10 también tijene ! sobre una superficie principal un recubrimiento j de electrodo transparente 100, pero aquí este recubrimiento' de electrodo 100 consiste de una pila de película delgada ¡que comprende al menos una capa funcional metálica 40, basada en plata, y al menos dos recubrimientos antirreflexión ¡20, 60, comprendiendo cada recubrimiento al menos una capa
para aplicaciones en el campo de la cristalería arquitectónica para edificios. Se produjeron dos ejemplos, numerados 1 y j 2, sobre la base de la estructura de la pila con una monoc pa funcional ilustrada: J en el caso del ejemplo 1 sobre la base de; la
Figura 1; y ! I - en el caso del ejemplo 2 sobre la base dej la
Figura 2, excepto que la pila no incluye un recubrimiento sobrebloqueador . j Además, en todos los ejemplos siguientes, jlas capas depositadas sobre el sustrato 10' , 10 están hechas de vidrio de sosa-cal claro de 4 mm de espesor. j
Los índices dados más adelante fueron medidos a I la longitud de onda de 550 nm usual. j i i El recubrimiento de electrodo 100' del ejemplo 1 se basó en óxido de zinc modificado con aluminio conductor. I
I La pila que constituye un recubrimiento I de electrodo 100 del ejemplo 2 consiste de una pila de película delgada que comprende, en orden: j i I una capa antirreflexión 24, la cual es juna ! capa dieléctrica basada en óxido de titanio, con un índice n = 2.4; una capa antirreflexión 26, la cual es ¡una capa humectante basada en óxido, dieléctrica, especialmente ¡ una basada en óxido de zinc, opcionalmente modificada mezclada como un índice n = 2; j - opcionalmente, un recubrimiento bloqueádor subyacente (no ilustrado, por ejemplo basado en Ti o basado en una aleación de NiCr que podría ser colocado directamente debajo de la capa funcional 40, lo que nq se proporciona aquí; este recubrimiento es en general necesario si no existe capa humectante 26, pero noj es esencialmente necesario; ! ! la única capa funcional 40, hecha de plata, es a su vez colocada aquí directamente sobre el I recubrimiento humectante 26; ¡ - un recubrimiento bloqueádor subyacente' 50
basado en Ti o basado en una aleación de NiCr podría ser colocado directamente sobre la capa funcional 40, pero no se proporciona en los ejemplos producidos; una capa antirreflección conductiva (56, basada en óxido de zinc modificado con aluminio, que tiene un índice n = 2, siendo su resistividad de entre 0.35xl0"3 Q.cm y 2.5x10 Q.cm, en particular de aproximadamente 10
Q.cm, siendo esta capa depositada aquí desde un blancoj de cerámica (compuesto de aproximadamente 2% de aluminio, 49% de zinc y 49% de oxígeno) en una atmósfera de arigón directamente sobre la capa funcional 40; y entonces una capa de terminación dieléctrica 68, I la cual es antirreflejante y se basa en óxido de estaño y z'inc
SnxZnyOz, con un índice n = 2.1, que tiene una resistividad i del orden de 1 O.at?, siendo esta capa depositada aquí de^sde i un blanco de metal (compuesto de aproximadamente 50% j de I estaño y 50% de zinc) en una atmósfera compuesta de 25%· de oxígeno y 75% de argón. j Deberá notarse que las capas basadas en óxido! de ¡ estaño y zinc mezclado sobre todo su espesor pueden tener sobre todo su espesor relaciones de Sn/Zn variables o concentraciones de modificante variables, dependiendo} de los blancos usados para depositar esas capas y | en particular cuando son usados varios blancos de diferentes composiciones para depositar una capa.
En los ejemplos, el material fotovoltaico 200 ¡ se
el silicio amorfo a-Si, es decir A™ (a-Si),
máxima ?p, es suficiente. ¡ i
El recubrimiento antirreflexión 20 colocado debajo de la capa funcional metálica 40 en la dirección díel sustrato por lo tanto tiene un espesor óptico igual! a aproximadamente un octavo de la longitud de onda de absorción máxima del material fotovoltaico y el i recubrimiento antirreflexión 60 coloca debajo de la capa funcional metálica 40 sobre el lado opuesto del sustrato y entonces un espesor óptico igual a aproximadamente la mitad de la longitud de onda de absorción máxima ?„, de | un material fotovoltaico. La Tabla 1 siguiente resume los intervalos preferidos de espesores ópticos en nm para cada recubrimiento 20 , 60 y esos tres materiales. ¡
Tabla 1
Sin embargo, se ha encontrado que la definición
óptica de la pila puede ser mejorada considerando eficiencia cuántica para obtener un mejor rendimiento involucrando esta probabilidad con la distribución de la longitud de onda de la luz solar y la superficie de la tierra. Aquí, usamos el espectro solar normalizado AM1.5. i En este caso, el recubrimiento antirreflexión j20 colocado debajo de la capa funcional metálica 40 en j la i dirección del sustrato tiene un espesor óptico igual! a aproximadamente un octavo de la longitud de onda máximail ?p, del producto del espectro de absorción del material fotovoltaico multiplicado por el espectro solar y j el recubrimiento antirreflexión 60 colocado encima de la capa i funcional metálica 40 sobre el lado opuesto del sustrato i tiene un espesor óptico igual a aproximadamente la mitad' de la longitud de onda máxima del producto del espectro de absorción del material fotovoltaico multiplicado por el espectro solar. | I Como puede observarse en la Figura 4, la longitud de onda máxima ??, del producto del espectro de absor ión del material fotovoltaico multiplicado por el espectro solar, es decir, la longitud de onda a la cual el rendimiento es máximo (es decir en su valor más alto) : del silicio amorfo a-Si, es decir, M(a-Si), i es de 530 nm; | I - del silicio microcristalino µa-Si, es decir
?p,?µa-? ? ) , es de 670 nm; y ! del telururo de cadmio CdTe, es decir m(CdTe), es de 610 nm. | La Tabla 2 a continuación resume los intervalos i preferidos de los espesores ópticos en nm para cada recubrimiento 20, 60 y para cada uno de esos tres ? materiales. ¡
Tabla 2
En todos los ejemplos, fue depositada directamente sobre el sustrato una capa antirreflexión 22 basada en óxido de silicio. Puesto que su índice aj la refracción nis es bajo y cercano al sustrato, su espesor óptico no ha sido tomado en cuenta en la definición de la trayectoria óptica de la pila de acuerdo con la invención. Las condiciones bajo las cuales esas capas ¡ son
10' por ejemplo que mide 5 cm x 5 cm y recubierto respectivamente con recubrimiento de electrodo 100, 100' pero sin el material fotovoltaico 200, se depositó sobrella placa de metal 5 colocada sobre una fuente de calor 6 a ! aproximadamente 200 °C. j La prueba implica aplicar un campo eléctrico j¡ al sustrato 10, 10' recubierto con el recubrimiento j de i electrodo 100, 100' durante 20 minutos, siendo producido un contacto eléctrico 102 sobre la superficie jdel recubrimiento, y este contacto 102 y la placa de metal 5 ¡ siendo conectadas a la terminales de un suministro j de energía 7 que proporciona una corriente de DC J de i aproximadamente 200 V. \ I
I Al final de la prueba, ha sido enfriado j un espécimen, el porcentaje de recubrimiento remanente j es medido sobre toda la superficie del espécimen. Este porcentaje de recubrimiento que permaríece después de la prueba de resistencia es denotado por %CR.ij Además, independientemente de la prueba j de precedencia, el ejemplo 2 fue sometido a un tratamiento icón calor (HT) consistente de curar a una temperatura I de aproximadamente 620°C durante 6 minutos seguido con enfriamiento súbito en aire ambiental (20°C) , asimilando una operación de revenido. Los datos medidos después déjese tratamiento con calor se dan en la última columna del la
Tabla 4. El tratamiento con calor aplicado produce de este modo más esfuerzo que el tratamiento con calor usual experimentado por el recubrimiento de electrodo dentro del contexto del proceso de deposición del recubrimiento fotovoltaico basado en cadmio.
Tabla 3
Tabla 4
I i
Este ejemplo muestra que es posible obtener j un
tratamiento con calor puesto que el procesamiento de ejste
para vehículos o edificios, aún si generalmente íla atmósfera de revenido no es controlada. J De este modo, es particularmente ventajoso, i cuando el material fotovoltaico se basa en cadmio, elegir una pila de película delgada conocida para aplicaciones vehiculares o de edificio la cual es resistente jal tratamiento de revenido con calor, llamada una pila i
"revenible" o una pila "a ser revenida". j i De este modo, el ejemplo 2 muestra que las variaciones en los datos durante el tratamiento con calor aplicado son ligeras. La pila elegida puede por lo taíito i ser considerada "revenible". ! Además, es importante señalar que las pilas j de película delgada que forman el recubrimiento de electrodo dentro del contexto de la invención tienen, tanto antes como después del tratamiento con calor, una reflexión de luz sin el material fotovoltaico que es menor que la del recubrimiento de electrodo de TCO sin el materjial fotovoltaico. j ¡ La Figura 6 ilustra una célula fotovoltaicá 1 i provista con un sustrato en la cara frontal 10 de acuérdo con la invención, observado en sección transversal,! a través del cual la radiación incidente R penetra, y cori un sustrato de placa posterior 20.
El material fotovoltaico 200, por ejemplo hecho