BR102017027145A2 - método para a fabricação de um módulo fotovoltaico e módulo fotovoltaico - Google Patents

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Abstract

método para a fabricação de um módulo fotovoltaico e módulo fotovoltaico. a presente invenção se refere a um método para a fabricação de um módulo fotovoltaico (10), que compreende as seguintes etapas: formar, em um material eletricamente condutor, um sulco (20a) que define um primeiro (18a) e segundo (18b) eletrodos inferiores; em seguida formar, em cada eletrodo inferior, uma pilha (34) compreendendo pelo menos um eletrodo superior (36) e uma camada fotoativa intermediária (38), para formar uma primeira (16a) e uma segunda (16b) célula fotovoltaica, respectivamente; em seguida formar uma conexão elétrica (17a) entre ditas células (16a, 16b). antes das pilhas, formam-se o seguinte: uma primeira banda isolante (22a) no sulco (20a); e uma segunda banda eletricamente isolante (24b) no segundo eletrodo inferior, delimitando uma área inativa (28b) em dito segundo eletrodo. a pilha (34) formada em seguida na segunda célula é posicionada fora da área inativa.

Description

(54) Título: MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM MÓDULO FOTOVOLTAICO E MÓDULO FOTOVOLTAICO (51) Int. Cl.: H01L 31/00; H01L 31/0256; H01L 51/42; H02S 40/36 (30) Prioridade Unionista: 16/12/2016 FR 16 62616 (73) Titular(es): ARMOR (72) Inventor(es): MÉLANIE BERTRAND; FRANÇOIS ALLAIS; JEREMIAH K. MWAURA (74) Procurador(es): ANA PAULA SANTOS CELIDONIO (57) Resumo: MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM MÓDULO FOTOVOLTAICO E MÓDULO FOTOVOLTAICO. A presente invenção se refere a um método para a fabricação de um módulo fotovoltaico (10), que compreende as seguintes etapas: formar, em um material eletricamente condutor, um sulco (20A) que define um primeiro (18A) e segundo (18B) eletrodos inferiores; em seguida formar, em cada eletrodo inferior, uma pilha (34) compreendendo pelo menos um eletrodo superior (36) e uma camada fotoativa intermediária (38), para formar uma primeira (16A) e uma segunda (16B) célula fotovoltaica, respectivamente; em seguida formar uma conexão elétrica (17A) entre ditas células (16A, 16B). Antes das pilhas, formam-se o seguinte: uma primeira banda isolante (22A) no sulco (20A); e uma segunda banda eletricamente isolante (24B) no segundo eletrodo inferior, delimitando uma área inativa (28B) em dito segundo eletrodo. A pilha (34) formada em seguida na segunda célula é posicionada fora da área inativa.
Figure BR102017027145A2_D0001
Figura 1
1/20 “MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM MÓDULO FOTOVOLTAICO E MÓDULO FOTOVOLTAICO” [001] A presente invenção se refere a um método para a fabricação de um módulo fotovoltaico, do tipo que compreende pelo menos duas células fotovoltaicas conectadas eletricamente, em que o método compreende as seguintes etapas: proporcionar um substrato eletricamente isolante coberto com uma camada de um primeiro material eletricamente condutor; em seguida formar, em dita camada, pelo menos um sulco que define primeiro e segundo eletrodos inferiores, isolados eletricamente um do outro por dito sulco; em seguida formar, em cada um dos ditos eletrodos inferiores, uma pilha compreendendo pelo menos: um eletrodo superior formado por uma camada de um segundo material eletricamente condutor; e uma camada de um material fotoativo posicionado entre os eletrodos inferior e superior, cada um dos primeiro e segundo eletrodos inferiores formando, respectivamente, uma primeira e uma segunda célula fotovoltaica com a pilha correspondente; em seguida, formar uma conexão elétrica entre o eletrodo superior da primeira célula fotovoltaica e o segundo eletrodo inferior.
[002] Um módulo fotovoltaico é um componente eletrônico que, exposto à luz, produz eletricidade. Tal módulo fotovoltaico tipicamente compreende várias células fotovoltaicas conectadas eletricamente. Cada célula inclui pelo menos um material fotoativo, isto é, capaz de produzir eletricidade a partir da luz. Tal material é, por exemplo, um semicondutor orgânico.
[003] Um módulo fotovoltaico do tipo acima mencionado está descrito no documento US 7,932,124. Cada célula de tal módulo fotovoltaico é formada por uma pilha de bandas, incluindo uma camada fotoativa entre dois eletrodos, dita pilha de bandas sendo posicionada em um substrato.
[004] Essa pilha, chamada área ativa, é separada em áreas ativas adjacentes pela chamada área inativa. Dita área inativa permite o
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2/20 isolamento elétrico dos eletrodos inferiores de duas células adjacentes ao mesmo tempo em que conecta o eletrodo superior de cada célula ao eletrodo inferior de uma célula adjacente. Um módulo fotovoltaico é obtido formando várias células assim conectadas em série.
[005] Geralmente, em métodos de produção em larga escala, as camadas de pilhas são feitas utilizando um método por via úmida, isto é, depositando uma formulação líquida seguida por uma passagem para o estado sólido.
[006] O desempenho do módulo fotovoltaico em particular envolve a produção de áreas inativas mais estreitas possíveis, para maximizar o tamanho das áreas ativas. No entanto, as propriedades reológicas e de molhagem das formulações, bem como as propriedades físicas dos substratos, impõem larguras mínimas para as áreas inativas. Em particular, as deposições úmidas causam efeitos de bordo nas bandas.
[007] As camadas da pilha que formam cada célula no documento US 7,932,124 são, em particular, feitas com larguras decrescentes, de modo a arranjar um deslocamento (offset) lateral escalonado. Esse método de produção torna mais complexo a implementação através de métodos de produção em larga escala e contribui para diminuir o tamanho das áreas ativas.
[008] A presente invenção pretende propor um método para a fabricação de um módulo fotovoltaico, em particular, possibilitando minimizar o tamanho das áreas inativas e maximizar aquele das áreas ativas.
[009] Para esse fim, a invenção se refere a um método de fabricação do tipo acima mencionado, compreendendo as seguintes etapas, entre a etapa para formar o sulco e a etapa de empilhamento: formar uma primeira banda eletricamente isolante no sulco e acima de dito sulco, dita banda formando um relevo em relação ao primeiro e segundo eletrodos inferiores; e formar uma segunda banda eletricamente isolante no segundo
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3/20 eletrodo inferior, ditas primeira e segunda bandas eletricamente isolantes sendo substancialmente paralelas e delimitando uma área inativa em dito segundo eletrodo inferior. Além disso, a pilha formada na segunda célula fotovoltaica é posicionada fora da área inativa.
[010] De acordo com outros aspectos vantajosos da invenção, o método inclui uma ou mais das seguintes características, consideradas isoladamente ou de acordo com todas as combinações tecnicamente possíveis:
[011] - uma largura da área inativa está compreende entre 0,1 mm e 2 mm;
[012] - o método compreende ainda, entre a etapa para formar o sulco e aquela do empilhamento, as seguintes etapas: formar uma terceira banda eletricamente isolante no primeiro eletrodo inferior, a primeira e a terceira bandas eletricamente isolantes sendo substancialmente paralelas, a pilha formada em seguida no primeiro eletrodo inferior sendo posicionada entre dita primeira e terceira bandas eletricamente isolantes.
[013] - pelo menos a primeira banda eletricamente isolante é formada por deposição, no sulco e no primeiro material eletricamente condutor, de uma primeira formulação líquida de material isolante, seguida por uma passagem para o estado sólido de dita primeira formulação;
[014] - a camada do primeiro material eletricamente condutor que cobre o substrato tem uma primeira energia superficial; e a deposição da primeira formulação líquida cria uma primeira interface com dito primeiro material eletricamente condutor, a primeira tensão superficial de dita primeira interface sendo inferior à dita primeira energia superficial; uma diferença entre dita primeira energia superficial e dita primeira tensão superficial estando, de preferência, compreendida entre 0,015 N.m-1 e 0,025 N.m-1;
[015] - a etapa para formar uma conexão elétrica compreende depositar uma camada de um terceiro material eletricamente condutor entre o
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4/20 eletrodo superior da primeira célula fotovoltaica e o segundo eletrodo inferior da segunda célula fotovoltaica, acima da primeira banda eletricamente isolante;
[016] - a primeira banda eletricamente isolante tem uma segunda energia superficial; e a terceira camada de material eletricamente condutor é formada por deposição de uma segunda formulação líquida, criando uma segunda interface com dita primeira banda eletricamente isolante, uma segunda tensão superficial de dita segunda interface sendo inferior à dita segunda energia superficial; uma diferença entre dita segunda energia superficial e dita segunda tensão superficial sendo, de preferência, superior a 0,015 N.m-1;
[017] - a primeira formulação líquida de material isolante compreende pelo menos um polímero e pelo menos um tensoativo, o pelo menos um polímero sendo, de preferência, preparado com uma base de compostos escolhidos entre aminas, acrilatos, epóxidos, uretanos e misturas dos mesmos, e o pelo menos um tensoativo sendo, de preferência, um composto fluorado;
[018] - pelo menos uma das camadas do segundo material eletricamente condutor e do material fotoativo é formada por uma técnica de revestimento ou impressão utilizando um método contínuo por via úmida, de preferência escolhido entre fieira de extrusão (slot-die), fotogravura, flexografia e serigrafia rotativa;
[019] - a etapa para formar uma conexão elétrica é realizada ao mesmo tempo em que a deposição da camada do segundo material eletricamente condutor, o terceiro material eletricamente condutor sendo idêntico ao dito segundo material eletricamente condutor.
[020] - o eletrodo superior e a conexão elétrica são formados a partir de um material eletricamente condutor transparente à luz visível;
[021] - uma espessura da camada do terceiro material
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5/20 eletricamente condutor é menor do que 1 pm e, de preferência, menor do que 600 nm.
[022] A invenção se refere ainda a um módulo fotovoltaico derivado de ou que pode ser derivado de um método como descrito acima.
[023] De acordo com um aspecto vantajoso da invenção, dito módulo é tal que uma relação entre a soma de áreas das pilhas compreendendo uma camada de material fotoativo e uma área total do substrato é superior a 80% e, de preferência, superior a 85%.
[024] A invenção será melhor compreendida após a leitura da descrição que se segue, fornecida unicamente como um exemplo não limitativo e feita em referência às figuras, nas quais:
- a Figura 1 é uma vista esquemática em corte de um módulo fotovoltaico de acordo com uma forma de realização da invenção;
- a Figura 2 é uma vista detalhada do módulo fotovoltaico da
Figura 1; e
- as Figuras 3 a 6 mostram esquematicamente as etapas para a fabricação do módulo fotovoltaico da Figura 1, utilizando um método de acordo com uma forma de realização da invenção.
[025] A Figura 1 é uma vista em corte de um módulo fotovoltaico (10) de acordo com uma forma de realização da invenção.
[026] O módulo fotovoltaico (10) em particular inclui um substrato (12), formado por uma película de material eletricamente isolante que é transparente à luz visível, em particular do tipo polímero. O substrato (12) em particular inclui uma superfície substancialmente plana (14), delimitada por pelo menos uma extremidade (15).
[027] Uma base ortogonal (X, Y, Z) é considerada, a superfície (14) formando um plano (X, Y).
[028] O módulo fotovoltaico (10) inclui pelo menos duas células
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6/20 fotovoltaicas (16A, 16B, 16C) posicionadas no substrato (12). O módulo fotovoltaico (10) inclui ainda pelo menos uma conexão elétrica (17A, 17B) entre duas células fotovoltaicas.
[029] Cada uma das células fotovoltaicas (16A, 16B, 16C) é formada pela pilha de bandas revestidas longitudinalmente ao longo da direção Y. O comprimento das bandas ao longo de Y pode atingir até várias centenas de metros.
[030] De preferência, o módulo fotovoltaico (10) inclui uma pluralidade de células fotovoltaicas (16A, 16B, 16C), por exemplo, um número de células fotovoltaicas superior a três. O módulo fotovoltaico (10) preferencialmente inclui quatro, nove ou vinte células fotovoltaicas na forma de bandas, sendo o número de células não restringido a estes valores.
[031] As células fotovoltaicas (16A, 16B, 16C) são substancialmente idênticas e adjacentes ao longo da direção X. As células adjacentes são conectadas por uma conexão elétrica (17A, 17B).
[032] Uma primeira célula fotovoltaica (16A) é adjacente ao longo de X para uma extremidade (15) do substrato (12). Uma segunda célula fotovoltaica (16B) está posicionada entre a primeira (16A) e uma terceira (16C) células fotovoltaicas. A dita segunda célula (16B) está conectada eletricamente a cada uma de ditas primeira (16A) e terceira (16C) células, respectivamente por uma primeira (17A) e uma segunda (17B) conexão elétrica.
[033] A primeira (16A) e a segunda (16B) células fotovoltaicas serão descritas ao mesmo tempo abaixo. A terceira célula fotovoltaica (16C), parcialmente apresentada na Figura 1, é considerada idêntica à segunda célula fotovoltaica (16B).
[034] Cada célula fotovoltaica (16A, 16B) inclui um eletrodo inferior (18A, 18B) em contato com a superfície (14) do substrato (12). O eletrodo inferior (18A, 18B) é formado por uma camada de um primeiro material
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7/20 eletricamente condutor (19), transparente à luz visível. Por exemplo, o eletrodo inferior (18A, 18B) tem uma largura ao longo de X compreendida entre 10 mm e 20 mm.
[035] Cada eletrodo inferior (18A, 18B) é separado do um ou dois eletrodos inferiores adjacentes por um sulco (20A, 20B) que se prolonga ao longo de Y. Por exemplo, o primeiro (18A) e o segundo (18B) eletrodos inferiores da primeira (16A) e da segunda (16B) células fotovoltaicas são separados pelo sulco (20A); o segundo eletrodo inferior (18B) é delimitado ao longo de X pelo sulco (20A) e (20B).
[036] Um fundo do sulco (20A, 20B) é formado pelo substrato eletricamente isolante (12). Assim, cada sulco (20A, 20B) isola eletricamente os eletrodos inferiores situados em ambos os lados de dito sulco.
[037] Os eletrodos inferiores (18A, 18B) têm uma espessura ao longo de Z de preferência menor do que 1 pm. Mais preferencialmente, dita espessura está compreendida entre 50 e 500 nm.
[038] Cada célula fotovoltaica (16A, 16B) inclui ainda uma primeira (22A, 22B) e uma segunda (24A, 24B) banda eletricamente isolante que se prolongam ao longo de Y. Cada uma das ditas bandas eletricamente isolantes forma um relevo ao longo de Z em relação aos eletrodos inferiores (18A, 18B).
[039] Cada primeira banda eletricamente isolante (22A, 22B) se prolonga em um sulco (20A, 20B) e acima de dito sulco. Cada segunda banda eletricamente isolante (24A, 24B) se prolonga para longe dos sulcos (20A, 20B). Assim, cada segunda banda eletricamente isolante (24A, 24B) separa o eletrodo inferior correspondente (18A, 18B) em duas áreas (26A, 26B) e (28A, 28B) adjacentes ao longo de X.
[040] Uma primeira área (26A, 26B) é chamada de “área ativa” e uma segunda área (28A, 28B) é chamada de “área inativa”. Na Figura 1, cada
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8/20 uma das áreas ativas (26A e 26B) da primeira (16A) e da segunda (16B) células fotovoltaicas, respectivamente, está compreendida respectivamente entre a primeira banda (22A) e a segunda banda (24A), e entre a primeira banda (22B) e a segunda banda (24B).
[041] A área inativa (28B) (Figura 5) da segunda célula fotovoltaica (16B) está compreendida entre a primeira banda (22A), separando a primeira (16A) e a segunda (16B) células fotovoltaicas e a segunda banda (24B). A área inativa (28A) da primeira célula fotovoltaica (16A) está compreendida entre a extremidade (15) do substrato (12) e a segunda banda (24A).
[042] Uma largura (30) ao longo de X da área ativa (26A, 26B) (Figura 5) é maior que uma largura (32) ao longo de X da área inativa (28A, 28B). De preferência, a largura (32) da área inativa (28B) da segunda célula fotovoltaica (16B) está compreendida entre 0,1 mm e 2,0 mm, mais preferencialmente compreendida entre 0,5 mm e 1,5 mm. De preferência, as larguras (30) das áreas ativas (26A) e (26B) das células fotovoltaicas (16A) e (16B) estão compreendidas entre 10 mm e 15 mm, mais preferencialmente compreendidas entre 11 mm e 14 mm.
[043] Para informação, uma largura (33) (Figura 2) ao longo de X de cada banda eletricamente isolante (22A, 22B, 24A, 24B) está compreendida entre 0,2 m e 1 mm.
[044] Na área ativa (26A, 26B), cada célula fotovoltaica (16A, 16B) inclui uma pilha (34) de camadas de materiais. A pilha (34), ou área ativa, compreende pelo menos um eletrodo superior (36) e uma camada fotoativa (38).
[045] O elétrodo superior (36) é formado por uma camada de um segundo material eletricamente condutor (40), em particular feito a partir de metal, de preferência transparente à luz visível. Por exemplo, envolve uma tinta
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9/20 com uma base de nanopartículas de prata ou nanofios de prata.
[046] A camada fotoativa (38), posicionada entre os eletrodos inferiores (18A, 18B) e superiores (36), é composta por um material fotoativo (42). O material fotoativo (42) é semicondutor. É preferencialmente um semicondutor orgânico. Vantajosamente, o material fotoativo (42) é composto por uma mistura de um material doador de elétrons, chamado material p, e um material receptor de elétrons, chamado material n. O material fotoativo (42) é, por exemplo, uma mistura compacta, em uma escala nanométrica, de ditos materiais p e n. Alternativamente, a camada fotoativa (38) pode ser uma heterojunção de um material p e um material n, na forma de uma camada ou uma pilha de várias camadas.
[047] Na forma de realização da Figura 1, a área ativa (34) inclui ainda uma primeira (44) e segunda (46) camada de interface, desempenhando um papel de transporte de elétrons ou servindo como vias entre os eletrodos (18A, 18B, 36) e a camada fotoativa (38). Cada camada de interface (44, 46) está posicionada entre dita camada fotoativa (38) e um dos eletrodos inferiores (18A, 18B) ou superiores (36).
[048] Cada uma das diferentes camadas da área ativa (34), preferencialmente, tem uma espessura ao longo de Z inferior a 5 pm, mais preferencialmente, inferior a 1 pm.
[049] O fator de preenchimento geométrico (GFF) do módulo fotovoltaico (10) é considerado. O GFF é definido como uma relação entre a soma das áreas das áreas ativas (34) das células fotovoltaicas (16A, 16B, 16C) e uma área total do substrato (12). Quanto maior o GFF, melhor o desempenho elétrico do módulo fotovoltaico (10).
[050] A obtenção de um GFF elevado, em particular, exige controlar a geometria das conexões elétricas (17A, 17B), conforme descrito abaixo.
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10/20 [051] A primeira conexão elétrica (17A) conecta o eletrodo superior (36) da primeira célula fotovoltaica (16A) e o segundo eletrodo inferior (18B). A Figura 2 mostra uma vista detalhada do módulo fotovoltaico (10), em dita primeira conexão elétrica (17A).
[052] A primeira conexão elétrica (17A) é formada por uma camada de um terceiro material eletricamente condutor (52). A dita camada está posicionada acima da primeira banda eletricamente isolante (22A) e conecta eletricamente o elétrodo superior (36) da primeira célula fotovoltaica (16A) à área inativa (28B) do segundo eletrodo inferior (18B).
[053] De preferência, uma espessura (54) de dita camada do material (52) é substancialmente homogênea ao longo da diferença de nível formada pela primeira banda eletricamente isolante (22A). De fato, uma espessura excessivamente variável pode causar uma interrupção na conectividade elétrica entre duas células adjacentes.
[054] De preferência, dita espessura (54) é menor do que 5 pm, mais preferencialmente menor que 1 pm e, ainda mais preferencialmente, menor do que 600 nm.
[055] De preferência, o terceiro material eletricamente condutor (52) é substancialmente idêntico ao segundo material eletricamente condutor (40).
[056] A segunda conexão elétrica (17B) está posicionada de forma semelhante à primeira conexão elétrica (17A), entre a segunda (16B) e a terceira (16C) células fotovoltaicas.
[057] Um método para a fabricação do módulo fotovoltaico (10) acima será agora descrito, com base nas Figuras 3 a 6.
[058] Primeiro (Figura 3), o substrato (12) é fornecido coberto com uma camada do primeiro material eletricamente condutor (19). Dito material (19) é, por exemplo, depositado na superfície (14) do substrato (12)
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11/20 por revestimento do tipo de superfície sólida.
[059] Os sulcos (20A, 20B) são formados em seguida em dita camada de material (19) (Figura 4), em particular por gravação mecânica ou a laser. Ditos sulcos definem os eletrodos inferiores (18A, 18B) isolados eletricamente um do outro.
[060] A primeira (22A, 22B) e a segunda (24A, 24B) bandas eletricamente isolantes são formadas em seguida (Figura 5) em ditos eletrodos inferiores (18A, 18B), definindo as áreas ativas (26A, 26B) e as áreas inativas (28A, 28B). Como será descrito mais adiante, as bandas eletricamente isolantes são formadas depositando uma formulação líquida de material isolante, seguida por uma passagem para o estado sólido de dita formulação.
[061] Cada uma das primeiras (22A, 22B) bandas eletricamente isolantes possibilita completar o isolamento elétrico entre as células fotovoltaicas adjacentes. De fato, a formação de uma banda eletricamente isolante em um sulco (20A, 20B) torna possível minimizar quaisquer curtocircuitos entre os eletrodos inferiores adjacentes (18A, 18B). Tais curtocircuitos são, em particular, causados por fragmentos gerados durante a formação do sulco por gravação.
[062] Uma pilha (34) de camadas de materiais é produzida em seguida (Figura 6) na área ativa (26A, 26B) de cada eletrodo inferior (18A, 18B). Cada camada pode ser formada devido a uma ampla gama de técnicas. Os métodos de fabricação compatíveis com a produção em larga escala são, de preferência, métodos contínuos, tais como os métodos de rolagem (scrolling) ou em rolo (roll-to-roll).
[063] Métodos de rolagem por via úmida, isto é, deposição no estado líquido, são divididos em várias categorias: os métodos de impressão permitem criar padrões de alta resolução; os métodos de revestimento compreendem o depósito de material em toda a largura ou toda a superfície,
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12/20 sem padrão.
[064] Os métodos de impressão em particular compreendem flexografia, heliografia, fotogravura, impressão offset, serigrafia e impressão a jato de tinta. Os métodos de revestimento, em particular, compreendem fieira de extrusão, revestimento por cortina e revestimento por lâmina.
[065] Cada uma das diferentes camadas (36, 38, 44, 46) das pilhas (34) é de preferência formada por uma técnica de impressão ou revestimento de rolagem por via úmida, em particular escolhida entre fieira de extrusão, fotogravura, serigrafia e flexografia.
[066] As bandas eletricamente isolantes formam uma borda física entre as áreas ativa e inativa de cada eletrodo inferior. Esta borda facilita a formação de pilhas (34) por camadas sucessivas, controlando a definição das extremidades de ditas camadas. Em particular, a presença das bandas eletricamente isolantes permite evitar o deslocamento lateral das camadas, de uma maneira escalonada, conforme descrito no documento US 7,932,124.
[067] No caso de impressão ou revestimento por máquinas que compreendem rolos de acionamento, tais como flexografia, heliografia, fotogravura, serigrafia e fieira de extrusão, as bandas eletricamente isolantes também formam uma proteção física ao longo do eixo da superfície revestida. Tal proteção permite limitar a formação de defeitos nas várias camadas revestidas, pelo contato entre os rolos de acionamento e o substrato a ser revestido.
[068] São assim obtidas as várias células fotovoltaicas (16A, 16B, 16C). As ditas células fotovoltaicas estão isoladas eletricamente umas das outras, como mostrado na Figura 6.
[069] Uma etapa final do método de fabricação compreende a formação de conexões elétricas (17A, 17B), depositando uma camada do terceiro material eletricamente condutor (52) acima das primeiras bandas
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13/20 eletricamente isolantes (22A, 22B).
[070] O módulo fotovoltaico (10) da Figura 1 é assim obtido.
[071] De preferência, a formação das conexões elétricas (17A, 17B) e a deposição da camada (36) são feitas ao mesmo tempo. Neste caso, o terceiro material eletricamente condutor (52) é idêntico ao segundo material eletricamente condutor (40). De preferência, uma espessura (54) de dito terceiro material é então substancialmente idêntica à espessura da camada (36).
[072] O terceiro material eletricamente condutor (52) é, de preferência, obtido por uma técnica de impressão ou revestimento de rolagem por via úmida, isto é, depositando uma formulação líquida, seguida por uma passagem para o estado sólido de dita formulação. Durante esta etapa, é desejável obter a menor espessura possível (54), em particular de cerca de 1 pm, para minimizar o contato úmido de dita formulação com a camada previamente depositada. De fato, esse contato pode levar à redissolução das camadas inferiores e à difusão dos solventes e materiais através das camadas inferiores. Isso resulta em resistências dispersas e curto-circuitos elétricos.
[073] Além disso, uma pequena espessura (54) torna possível limitar os efeitos de bordo com a primeira (22A) e a segunda (24B) bandas eletricamente isolantes, durante o revestimento por via úmida da conexão elétrica (17A). Assim, é possível minimizar a largura (32) das áreas inativas (28B) das células fotovoltaicas, o que leva a uma otimização do GFF.
[074] Além disso, como anteriormente indicado, é desejável obter uma espessura homogênea (54) à diferença de nível gerada pela banda isolante de modo a assegurar a continuidade da condutividade elétrica. No entanto, os métodos tradicionais de deposição de rolagem, como fieira de extrusão, heliogravura ou flexografia, geralmente não são adequados para obter uma espessura homogênea das superfícies não planares, tais como as
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14/20 bandas isolantes.
[075] Os métodos de revestimento em fase gasosa, tais como métodos de deposição por evaporação química ou física, são conhecidos por tornarem possível a obtenção de uma camada com uma espessura homogênea em superfícies não planares. Contudo, esses métodos não são muito compatíveis com a produção industrial de módulos fotovoltaicos com grandes áreas superficiais, em particular porque produzem muitas perdas materiais.
[076] Os métodos de serigrafia, que permitem revestir tintas com uma base de partículas metálicas de prata, também são conhecidos. No entanto, a homogeneidade é estabelecida por espessuras revestidas geralmente superiores a 5 pm, o que é muito alto em relação às espessuras alvo (54).
[077] De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, o método para formar a camada do terceiro material eletricamente condutor (52) permite verificar o valor e a homogeneidade da espessura (54). Dito método envolve controlar as tensões superficiais das várias formulações depositadas no estado líquido.
[078] A tensão superficial é definida como a energia necessária para modificar a forma de uma interface estabelecida entre as moléculas de um primeiro líquido e as de um segundo líquido ou de uma substância gasosa que é insolúvel no primeiro líquido. A tensão superficial é medida em newtons por metro (N.m-1). A tensão superficial de um líquido sobre um substrato sólido, ou tensão superficial, pode ser medida usando um tensiômetro ou um goniômetro. A tensão é determinada usando uma sonda ideal, permitindo uma molhagem perfeita independentemente dos líquidos estudados, sendo a dita sonda suspensa a partir de uma balança de precisão.
[079] A ausência de mobilidade das moléculas de um sólido não
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15/20 torna possível, como para um líquido, determinar sua tensão superficial diretamente. A tensão superficial de um sólido, ou energia superficial, pode ser medida indiretamente medindo os ângulos de contato com diferentes líquidos de referência. Os ângulos de contato permitem modelar o ângulo formado, com uma dada superfície, por uma gota de três líquidos puros padrão com uma parte dispersa e uma parte polar. Os líquidos de referência utilizáveis são, em particular, tiodiglicol, etileno glicol e diiodometano.
[080] De acordo com a forma de realização preferida do método anteriormente descrito, a primeira banda isolante (22A) é produzida por revestimento, com a primeira formulação líquida, materiais isolantes nos eletrodos inferiores (18A, 18B) e no sulco (20A), seguido por secagem. A primeira formulação, por exemplo, compreende polímeros preparados a partir de materiais tais como aminas, acrilatos, epóxidos, uretanos, fenoxis ou combinações dos mesmos. Estes materiais isolantes são depositados em solução, ou sem solvente quando estão em estado líquido à temperatura ambiente.
[081] A camada do primeiro material eletricamente condutor (19) que cobre o substrato (12) tem uma primeira energia superficial γβ1. A deposição da primeira formulação líquida cria uma primeira interface (60) (Figura 2) com dito primeiro material (19). Dita primeira interface tem uma primeira tensão superficial Ts1, inferior à dita primeira energia superficial γβ1. De preferência, uma diferença entre dita primeira tensão de superfície TS1 e dita primeira energia superficial γs1 está compreendida entre 0,015 N.m-1 e 0,025 N.m-1.
[082] A primeira formulação é então solidificada por secagem térmica para formar a primeira banda isolante (22A). No estado sólido, dita primeira banda tem uma segunda energia superficial γs2.
[083] Depois de produzir a pilha ou área ativa (34), o terceiro
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16/20 material eletricamente condutor (52) é depositado na forma de uma segunda formulação líquida. Dita segunda formulação líquida inclui pelo menos um material condutor, que pode ser escolhido entre: metais e ligas eletricamente condutoras, em especial ouro, prata, cobre, alumínio, níquel, paládio, platina e titânio; polímeros condutores como politiofenos, polianilinas, polipirróis; e óxidos metálicos, como óxido de índio e estanho, óxido de estanho fluorado, óxido de estanho e óxido de zinco.
[084] A deposição da segunda formulação líquida cria uma segunda interface (62) com a primeira banda isolante (22A). Uma segunda tensão superficial TS2 de dita segunda interface é inferior à segunda energia superficial ys2. De preferência, uma diferença entre a dita segunda energia superficial ys2 e a dita segunda tensão superficial Ts2 é superior a 0,015 N.m-1.
[085] A segunda formulação é então solidificada por secagem térmica para formar a primeira conexão elétrica (17A), na forma de uma camada de material (52).
[086] A manutenção das energias superficiais γβ1, ys2 e as tensões superficiais TS1, TS2 nos intervalos descritos acima podem ser obtidas incorporando pelo menos um aditivo do tipo tensoativo na primeira formulação líquida de materiais isolantes. A escolha do tensoativo é determinada pela sua capacidade de reduzir a tensão superficial TS1 da primeira formulação líquida sem diminuir a energia superficial ys2 da banda sólida formada após a secagem.
[087] O aditivo do tipo tensoativo é, de preferência, um tensoativo fluorado, e mais preferencialmente um agente tensoativo fluorado não iônico etoxilado.
[088] Mantendo as energias superficiais ys1, ys2 e as tensões superficiais TS1, TS2 nas faixas descritas acima, torna possível obter uma espessura substancialmente homogênea (54) inferior ou igual a 1 pm. A forma
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17/20 de realização preferida descrita acima, em particular, torna possível minimizar a largura (32) das áreas inativas (28B) das células fotovoltaicas. Um GFF superior a 80%, ou mesmo superior a 85%, pode, em particular, ser obtido para o módulo fotovoltaico (10).
[089] Os exemplos a seguir ilustram a invenção sem limitar o seu escopo:
Exemplo 1: Formação da Primeira Banda Isolante (22A) [090] O substrato (12) é uma película plástica de polietileno tereftalato. Os eletrodos inferiores (18A, 18B) são formados por deposição sobre dito substrato de uma camada fina de óxido de índio e estanho (ITO) como primeiro material eletricamente condutor (19), depois pela gravação de sulcos (20A, 20B).
[091] A primeira energia superficial γβ1 dos eletrodos inferiores (18A, 18B) é medida usando um goniômetro, sendo os 3 líquidos de referência diiodometano, etileno glicol e tiodiglicol. A primeira energia superficial γβ1 assim medida está compreendida entre 38 e 45 mN/m.
[092] Em paralelo, a primeira formulação líquida é preparada para produzir a primeira banda isolante (22A). Vários exemplos de formulações E, F, G e H são mostrados na tabela 1 abaixo:
Tabela 1
Formulação Ε Formulação F Formulação G Formulação H
Composto Massa [g] % Massa [g] % Massa [g] % Massa [g] %
resina fenóxi 2,379 23,79 2,378 23,78 2,378 23,78 2,373 23,73
isocianato de reticulação 0,097 0,97 0,097 0,97 0,097 0,97 0,097 0,97
butan-2-ona 7,519 75,19 7,515 75,15 7,515 75,15 7,500 75,00
tensoativo A 0,005 0,05 0,010 0,10 - - - -
tensoativo B - - - - 0,010 0,10 0,030 0,30
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18/20 [093] As formulações E, F, G e H são preparadas da seguinte forma: pesar PKHP-80 e tensoativo; adicionar solvente; homogeneizar por 1 noite em um agitador com rolos (roller-type); adicionar BI7963; homogeneizar por 1 hora no agitador com rolos.
[094] Uma primeira banda isolante (22A) é formada em seguida revestindo cada uma das formulações E, F, G e H nos eletrodos inferiores (18A, 18B) como descrito acima. Os revestimentos são feitos com um aplicador automático (AAF) da empresa Erichsen de acordo com os seguintes parâmetros: velocidade: 10 mm/s; fenda (slot): 50 pm; volume: 600 pL.
[095] A primeira tensão superficial Ts1 das formulações é medida nos eletrodos inferiores, usando um tensiômetro Krüss K100. As medidas de TS1 para as várias formulações são mostradas na tabela 2.
Tabela 2
Tsi (mN/m) Valor de YS1 - 25 mN/m Valor de YS1 - 15 mN/m
Formulação Ε 17,1
Formulação F 15,3 Entre 13 e 20 Entre 23 e 30
Formulação G 7,5
Formulação H 12,8
[096] A secagem por 2 minutos a 120 °C em uma estufa é seguida. São assim obtidas as bandas isolantes sólidas chamadas E, F, G e H.
[097] A segunda energia superficial yS2 das bandas isolantes E, F, G e H é medida em seguida pelo goniômetro, de acordo com o método descrito acima para a primeira energia superficial. As várias energias superficiais assim medidas são mostradas na tabela 3 do exemplo 2 abaixo.
Exemplo 2: Formação da Primeira Banda Isolante (17A) [098] Uma segunda formulação líquida é obtida para produzir a
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19/20 primeira conexão elétrica (17A). A segunda formulação líquida compreende um material condutor do tipo tinta à base de prata.
[099] Uma camada de segunda formulação líquida é revestida em seguida em cada uma das bandas isolantes E, F, G e H. O revestimento da segunda formulação líquida é feito com o aplicador de película automático (AAF) da Erichsen. O volume depositado e as fendas variam de acordo com os testes (fendas testadas 12,5 pm e 50 pm).
[0100] A segunda tensão superficial TS2 da segunda formulação líquida é medida em cada uma das bandas isolantes E, F, G e H, utilizando um tensiômetro Krüss K100. Em todos os casos, a segunda tensão superficial Ts2 está compreendida entre 21,5 e 21,9 mN/m.
[0101] As medições de yS2 para as várias bandas isolantes são mostradas na tabela 3:
Tabela 3
ys2 (mN/m) Valor de TS2 + 15 mN/m
Banda isolante E 39,64
Banda isolante F 40,18 36,5
Banda isolante G 28,39
Banda isolante H 18,46
Conclusão [0102] As primeiras tensões superficiais Ts1 das formulações G e H não estão compreendidas entre os valores (γβ1 - 25 mN/m) e (γβ1 - 15 mN/m). Do mesmo modo, as segundas energias superficiais γs2 de bandas isolantes G e H estão abaixo do valor (Ts2 + 15 mN/m).
[0103] As formulações G e H e as bandas isolantes derivadas destas formulações têm, respectivamente, tensões superficiais e energias superficiais excessivamente baixas. A formação da conexão elétrica (17A) em
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20/20 uma banda isolante (22A) derivada das formulações G e H conduz a uma homogeneidade deficiente da camada de material condutor (52), o que pode causar uma ruptura na conexão elétrica entre as células fotovoltaicas (16A) e (16B).
[0104] Experimentalmente, a resistência elétrica medida nos eletrodos (36, 18B), de cada lado da banda isolante (22A) coberta pela conexão elétrica (17A), é superior a 100 Ω. Esta resistência causa uma perda da conexão elétrica entre as duas células (16A) e (16B). O módulo fotovoltaico (10) assim obtido não é, portanto, funcional.
[0105] Pelo contrário, as formulações E e F e as bandas isolantes derivadas destas formulações têm respectivamente tensões superficiais e energias superficiais na faixa desejada. A formação da conexão elétrica (17A) em uma banda isolante (22A) derivada das formulações E e F conduz a uma camada homogênea de material condutor (52), portanto, uma boa conexão elétrica entre as células fotovoltaicas (16A) e (16B). O módulo fotovoltaico (10) assim obtido é funcional.
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Claims (12)

  1. Reivindicações
    1. MÉTODO PARA A FABRICAÇÃO DE UM MÓDULO FOTOVOLTAICO (10), que compreende pelo menos duas células fotovoltaicas conectadas eletricamente (16A, 16B), em que o método compreende as seguintes etapas:
    (a) proporcionar um substrato eletricamente isolante (12) coberto com uma camada de um primeiro material eletricamente condutor (19); em seguida (b) formar, em dita camada, pelo menos um sulco (20A) que define o primeiro (18A) e o segundo (18B) eletrodos inferiores, isolados eletricamente um do outro por dito sulco; em seguida (c) formar, em cada um dos ditos eletrodos inferiores, uma pilha (34) compreendendo pelo menos: um eletrodo superior (36) formado por uma camada de um segundo material eletricamente condutor (40); e uma camada (38) de um material fotoativo posicionado entre os eletrodos inferior e superior, cada um dos primeiro e segundo eletrodos inferiores formando, respectivamente, uma primeira (16A) e uma segunda (16B) célula fotovoltaica com a pilha correspondente, (d) formar uma conexão elétrica (17A) entre o eletrodo superior da primeira célula fotovoltaica e o segundo eletrodo inferior;
    sendo o método caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas, entre as etapas (b) e (c):
    (e) formar uma primeira banda eletricamente isolante (22A) no sulco (20A) e acima de dito sulco, dita banda formando um relevo em relação ao primeiro e segundo eletrodos inferiores; e (f) formar uma segunda banda eletricamente isolante (24B) no segundo eletrodo inferior, ditas primeira e segunda bandas eletricamente isolantes sendo substancialmente paralelas e delimitando uma área inativa
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  2. 2/4 (28B) em dito segundo eletrodo inferior;
    em que a pilha formada na etapa (c) na segunda célula fotovoltaica é posicionada fora da área inativa.
    2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma largura (32) da área inativa (28B) está compreendida entre 0,1 mm e 2 mm.
  3. 3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que:
    - pelo menos a primeira banda eletricamente isolante (22A, 22B) é formada por deposição, no sulco (20A, 20B) e no primeiro material eletricamente condutor, de uma primeira formulação líquida de material isolante, seguida por uma passagem para o estado sólido de dita primeira formulação;
    - a camada do primeiro material eletricamente condutor (19) que cobre o substrato (12) tem uma primeira energia superficial (γβ1>;
    - a deposição da primeira formulação líquida cria uma primeira interface (60) com dito primeiro material eletricamente condutor, a primeira tensão superficial (Ts1) de dita primeira interface sendo inferior à dita primeira energia superficial (γs1);
    uma diferença entre dita primeira energia superficial e dita primeira tensão superficial estando, de preferência, compreendida entre 0,015 N.m-1 e 0,025 N.m-1.
  4. 4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) compreende depositar uma camada de um terceiro material eletricamente condutor (52) entre o eletrodo superior (36) da primeira célula fotovoltaica (16A, 16B) e o segundo eletrodo inferior da segunda célula fotovoltaica (16B, 16C), acima da primeira banda eletricamente isolante (22A, 22B).
    Petição 870170098358, de 15/12/2017, pág. 31/35
    3/4
  5. 5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que:
    - a primeira banda eletricamente isolante (22A, 22B) tem uma segunda energia superficial (γβ2>;
    - a terceira camada de material eletricamente condutor é formada por deposição de uma segunda formulação líquida, criando uma segunda interface (62) com dita primeira banda eletricamente isolante, uma segunda tensão superficial (TS2) de dita segunda interface sendo inferior à dita segunda energia superficial (γβ2>;
    uma diferença entre dita segunda energia superficial e dita segunda tensão superficial sendo, de preferência, superior a 0,015 N.m-1.
  6. 6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que a primeira formulação líquida de material isolante compreende pelo menos um polímero e pelo menos um tensoativo, o pelo menos um polímero sendo, de preferência, preparado com uma base de compostos escolhidos entre aminas, acrilatos, epóxidos, uretanos e misturas dos mesmos, e o pelo menos um tensoativo sendo, de preferência, um composto fluorado.
  7. 7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das camadas (36, 38) do segundo material eletricamente condutor e do material fotoativo é formada por uma técnica de revestimento ou impressão utilizando um método contínuo por via úmida, de preferência escolhido entre fieira de extrusão (slot-die), fotogravura e flexografia.
  8. 8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a etapa (d) é realizada ao mesmo tempo em que a deposição da camada do segundo material eletricamente condutor
    Petição 870170098358, de 15/12/2017, pág. 32/35
    4/4 (36) da etapa (c), o terceiro material eletricamente condutor (52) sendo idêntico ao dito segundo material eletricamente condutor (40).
  9. 9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o eletrodo superior (36) e a conexão elétrica (17A, 17B) são formados a partir de um material eletricamente condutor (40) transparente à luz visível.
  10. 10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 9, caracterizado pelo fato de que uma espessura (54) da camada do terceiro material eletricamente condutor é menor do que 1 pm e, de preferência, menor do que 600 nm.
  11. 11. MÓDULO FOTOVOLTAICO (10), caracterizado pelo fato de que é derivado a partir de um método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 10.
  12. 12. MÓDULO FOTOVOLTAICO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma relação entre a soma de áreas das pilhas (34) compreendendo uma camada de material fotoativo e uma área total do substrato (12) é superior a 80% e, de preferência, superior a 85%.
    Petição 870170098358, de 15/12/2017, pág. 33/35
    1/1
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