ES2214486T3 - Semiconductor transmisor de luz con sellado por resinas y procedimiento de fabricacion del mismo. - Google Patents

Abstract

EL OBJETO ES PROPORCIONAR UN SEMICONDUCTOR CERRADO HERMETICAMENTE CON RESINA TRANSMISOR DE LUZ QUE ES EXCELENTE EN LA INTEMPERIE, RESISTENCIA AL CALOR Y PIRORRETARDANTE, LIMITA EL DETERIORO DE FUNCIONAMIENTO DEL ELEMENTO FOTOVOLTAICO A LARGO PLAZO DEBIDO A QUE LA PENETRACION DE LA HUMEDAD EN UNA EXTENSION MINIMA, TIENE ELASTICIDAD DE GOMA NECESARIA PARA PROTEGER EL ELEMENTO SEMICONDUCTOR, Y TIENE UN MATERIAL DE REVESTIMIENTO DE SUPERFICIE QUE ES INCOMBUSTIBLE O PIRORRETARDANTE. ESTE OBJETO SE REALIZA MEDIANTE UNA CONSTRUCCION EN DONDE UN MATERIAL DE REVESTIMIENTO PROPORCIONADO EN LA SUPERFICIE DEL LADO DE LUZ INCIDENTE DEL ELEMENTO FOTOVOLTAICO 101, COMPRENDE UN RELLENADOR TRANSPARENTE 102 QUE ES UN COPOLIMERO DE MULTIPLES COMPONENTES RETICULADO QUE CONTIENE FLUOR Y FLUORURO DE VINILIDENO Y HEXAFLUOPROPILENO COMO COMPONENTES PRINCIPALES.

Description

Semiconductor transmisor de luz con sellado por resinas y procedimiento de fabricación del mismo.

Antecedentes de la invención Sector técnico al que pertenece la invención

La presente invención se refiere a un semiconductor transmisor de luz con sellado mediante una resina y al procedimiento de fabricación del mismo, y específicamente se refiere a un módulo de célula solar y al proceso de fabricación del mismo. El módulo de célula solar comprende un transductor fotoeléctrico en el que se forman sobre sustrato que tiene una superficie conductora, una capa semiconductora fotoactiva como elemento convertidor de luz y una capa conductora. El módulo de células solar tiene características especialmente favorables en la resistencia al calor y retraso de la llama.

Técnicas anteriores relacionadas

En la actualidad, la concienciación por los problemas ambientales es creciente en todo el mundo. En particular, existe una preocupación grave en cuanto al calentamiento global provocado por la emisión de CO_{2}, y la necesidad de conseguir energía limpia que no emita CO_{2} se va haciendo más fuerte. Hay grandes expectativas en las células solares como fuente de energía limpia a causa de la seguridad y facilidad de manipulación.

Hay varios tipos de células solares; los ejemplos típicos comprenden una célula solar de silicio cristalino, célula solar de silicio policristalino, célula solar de tipo de silicio amorfo, célula solar de cobre-indio-selenio, y célula solar de compuestos semiconductores. Entre ellas, una célula solar de silicio cristalino de capa delgada, célula solar de semiconductor combinado y célula solar de tipo de silicio amorfo, han sido el objeto de activas investigaciones de Investigación y Desarrollo en diferentes campos, puesto que se pueden conseguir áreas grandes con costes relativamente bajos.

En particular, una célula solar de película delgada, representada de manera típica por una célula solar de tipo de silicio amorfo en la que el silicio se deposita sobre un sustrato metálico que tiene superficie conductora y una capa conductora transparente formada sobre el mismo, es ligera de peso y excelente en características de resistencia de impacto y flexibilidad, y se considera que es un módulo que suscita esperanzas entre las células solares mencionadas. Un módulo de célula solar flexible requiere protección para las células solares internas por cubrición de la superficie de la cara de luz incidente con un material de cubrición transparente, a diferencia del caso de depósito de silicio sobre un sustrato de cristal.

En cuanto al material de cubrición superficial, se puede considerar una construcción en la que se dispone una película delgada transparente de un polímero de fluoruro, tal como una película de fluororresina o un recubrimiento de fluororresina, sobre la parte alta y varios termoplásticos orgánicos transparentes quedan dispuestos en el interior. Esta construcción se basa en el hecho de que un polímero de fluoruro es excelente en cuanto a su resistencia al medio ambiente y carácter repelente al agua haciendo menor la reducción del rendimiento de conversión de la célula solar provocada por la disminución de una transmitancia de la luz debido a amarilleo, pérdida de claridad o ensuciamiento de la superficie y que un termoplástico orgánico transparente es económico y se puede utilizar una cantidad importante como carga de protección de un elemento fotovoltaico que es semiconductor.

La figura 6 muestra un ejemplo de un módulo de célula solar. Este módulo de célula solar comprende una delgada capa laminar (601) de un polímero de fluoruro, una resina orgánica transparente termoplástica (602), un elemento fotovoltaico (603) y una capa de aislamiento (604). En la construcción de este módulo de célula solar, la resina orgánica de la superficie reflectora de luz se utiliza también en una superficie posterior.

De manera más específica, la capa delgada de polímero de fluoruro (601) está compuesta por un película de fluororresina tal como un copolímero de etileno-tetrafluoroetileno (ETFE) o una película de fluoruro de polivinilo (PVF); la resina orgánica transparente termoplástica (602) es fabricada a partir de un copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA), resina butiral o similar; y la capa aislante (604) es seleccionada entre diferentes películas de resinas orgánicas, incluyendo una película de nylon y una película de Tedlar con laminación de aluminio. En este módulo de célula solar, la resina orgánica transparente termoplástica (602) funciona como adhesivo que adhiere el elemento fotovoltaico (603) a la película de fluororresina (601) y a la capa aislante (604) y como carga que protege las células solares contra rayaduras o impactos del exterior.

No obstante, en un módulo de célula solar con la estructura que se ha descrito que tiene un material de recubrimiento superficial, la resina orgánica transparente termoplástica utilizada como carga pierde la transparencia debido a gelificación parcial de la resina durante la exposición al exterior durante un período prolongado que puede llegar a 20 años o presenta amarilleo de la resina por incremento de los dobles enlaces conjugados en los enlaces químicos; lo cual provoca de manera inevitable la disminución de transmitancia de luz de la resina y del rendimiento de conversión del módulo de célula solar. Este problema es más grave en aplicaciones en las que el módulo es incorporado con un material de techo o de construcciones de otro tipo y la temperatura del módulo es más elevada.

Además, la aceleración del amarilleo se observa cuando el módulo es sometido a una temperatura de 80 grados o superior en el caso, por ejemplo, de carga de EVA. En el caso de una carga de resina de butiral, la higroscopicidad es relativamente elevada y la humedad ataca fácilmente partes defectuosas de elementos fotovoltaicos. La humedad y campo eléctrico del elemento fotovoltaico puede provocar la acumulación de un metal que compone el electrodo colector o similar por repetición de ionización y precipitación; cuando dichas reacciones tienen lugar de manera sucesiva, se pueden producir cortocircuitos entre los elementos fotovoltaicos y las cargas eléctricas separadas no se pueden conducir al exterior reduciendo el rendimiento de la conversión. La resina de butiral tiene el problema adicional de que se pierde la transparencia en condiciones de temperatura y humedad elevadas.

Para hacer frente a estos problemas, la Patente japonesa JP-A-6110108 da a conocer una película de protección que tiene un componente de un derivado de resina que comprende un grupo perfluoroalquileno e hidrógeno activo para una célula solar del tipo CdS/CdTe formada sobre un sustrato y para el sustrato. En cuanto a la resina que comprende grupo perfluoroalquileno e hidrógeno activo, se menciona un producto (marca: Lumiflon de Asahi Glass Co., Ltd.). De acuerdo con la Patente japonesa JP-A-6110108, el Lumiflon es un polímero que contiene flúor que tiene un peso molecular promedio en número de 20.000 a 80.000 normalmente y contiene un grupo perfluoroalquileno e hidrógeno activo oscilante (más específicamente grupo OH), que produce un polímero reticulado (derivado) por reacción con melamina o un compuesto que tiene un grupo isocianato.

Además, la Patente japonesa JP-A-6110108 da a conocer también, en la descripción del ejemplo, una película de protección excelente en resistencia a la humedad obtenida por reticulación designada Lumiflon con un isocianato o una resina fenólica de tipo resol. No obstante, el proceso de recubrimiento que se da a conocer requiere colocar el recubrimiento sobre la superficie más elevada de una célula solar; es decir, la vida de almacenamiento de la resina que se ha mezclado con el reticulante mencionado es en general reducida y no se conoce ninguna que tenga una vida prolongada después de mezclar el reticulado. En la práctica, la vida de almacenamiento se prolonga al proteger el isocianato con un agente bloqueante. No obstante, la adopción de la estructura de recubrimiento, tal como se ha indicado anteriormente, en la que se aplica por laminación la película superficial a la resina provoca el problema de que la reacción de la articulación no tiene lugar porque el agente bloqueante no se disocia y, por lo tanto, no se volatiza durante la reticulación de una resina.

Por otra parte, la laminación de la película superficial después de la reticulación de la resina es difícil puesto que el producto reticulado carece de carácter pegajoso y adhesivo. Además, cuando el agente de reticulación es melamina, no se conocen agentes de bloqueo efectivos. Por lo tanto, la resina antes mencionada debe ser utilizada en la superficie superior del módulo de célula solar. No obstante, la dureza superficial de la resina es reducida y se avería fácilmente por la acción de arena y polvo del exterior, que se acumularán sobre la parte averiada, de manera que se puede conseguir protección contra la luz solar. Dependiendo de la forma de laminación de la resina, la simple aplicación del recubrimiento puede crear cráteres minúsculos y puede incluir polvo; la humedad y el oxígeno pueden penetrar dentro del elemento fotovoltaico. Es conocido además que un recubrimiento grueso con un material que tiene la elasticidad de la goma para proteger un elemento de célula solar es eficaz para impedir daños en la célula solar provocados por doblado y diferencia de dilatación térmica debida a cambio de temperatura; no obstante, al hacer grueso el recubrimiento de resina es substancialmente difícil por aplicación de recubrimiento, puede producir averías en el elemento, y no proporciona suficiente protección para las partes cóncavas y convexas de la superficie de la célula solar que llevan cableados eléctricos u otros. Además, el Lumiflon que se ha mencionado anteriormente no tiene elasticidad de goma.

Por lo tanto, en la actualidad no se conocen materiales de recubrimiento superficial de tipo orgánico que tengan simultáneamente resistencia al medio ambiente y resistencia a la humedad en un nivel elevado.

El EVA ha sido utilizado exclusivamente a causa de 1) larga vida de almacenamiento, 2) resistencia a la intemperie relativamente satisfactoria, 3) carácter adhesivo con respecto a diferentes sustratos; 4) facilidad de reticulación, y 5) economía; no obstante, el EVA es fácilmente inflamable tal como muchas otras resinas orgánicas transparentes. La inflamabilidad no es deseable para aplicación en áreas residenciales densas, no sólo en el caso de módulos de células solares instalados de forma integrada en materiales de techo, sino también en el caso de dispositivos de células solares instalados en un armazón. Al transformar los módulos de células solares en resistentes a la llama o retardantes de la llama se prevé que sea muy importante para hacer que los módulos de células solares se impongan en el futuro en viviendas corrientes.

Una cubrición con vidrio sería muy apropiada para superar estos problemas; por esta razón el sellado de células solares con vidrio ha sido intentado en numerosas ocasiones. No obstante, el recubrimiento con vidrio tiene problemas tales como la flexibilidad, resistencia al impacto, reducción de peso, y coste. Además, incluso con un recubrimiento de cristal, los elementos de célula solar podrían ser atacados por las llamas en la cara posterior en caso de que la cara posterior no esté realizada en materiales resistentes al calor; no puede ser un material incombustible.

En vista de lo anterior, la goma de fluoruro puede ser un candidato para carga de alto rendimiento para células solares.

En un informe, de 1979, del Jet Propulsion Laboratory, US Department of Energy, titulado "Investigation of Test Methods, Materials, Properties and Processes for Solar Cell Encapsulation" ("Investigación de métodos de pruebas, materiales, características y procesos para el encapsulado de células solares"), se da a conocer la utilización de una goma de fluoruro (marca comercial: Viton, fabricada por Du Pont) para un material de estanqueización de módulos de células solares. No obstante, con el Viton mencionado, se ha indicado en el informe mencionado que se presentan en la superficie amarilleo y pelado, debido a poca adherencia, en el material superficial, en la prueba de resistencia al medio ambiente utilizando el aparato Sunshine Weather-O-Meter. Por lo tanto, incluso en la actualidad, no se está aplicando comercialmente la goma de fluoruro a la estanqueización de células solares.

En el caso del Viton que se ha indicado, se consigue una reticulación efectiva con una poliamina o poliol; es conocido añadir varios óxidos metálicos y sales metálicas, como receptores de ácido, que neutralizan substancias ácidas generadas en el proceso de reticulación de la goma de fluoruro que es una reticulación del tipo de poliol o poliamina. Por ejemplo, se añade óxido de plomo o hidróxido cálcico a la reticulación; no obstante, los receptores de ácidos que incluyen en general poliol y poliamina no son transparentes, por lo que este tipo de goma fluorada reticulada no es adecuada para células solares. Es decir, la goma fluorada que se tiene que reticular con la poliamina o poliol pasa a ser goma ópticamente opaca cuando se utiliza como carga de células solares; de este modo, disminuye el rendimiento de conversión de las células solares. Aún en el caso en que el receptor de ácido es transparente, las reacciones provocadas por la eliminación de HF pierden lugar y la goma de fluoruro resultante se vuelve de color marrón. Además, dado que el lugar de reticulación es bromo, la resistencia al medio ambiente es reducida, considerándose ello una razón para el amarilleo en la prueba acelerada mediante el aparato Sunshine Weather-O-Meter mencionado anteriormente.

Por otra parte, cuando se utiliza la goma de fluoruro antes mencionada sin reticulación, se obtiene de manera segura una carga ópticamente transparente; no obstante, la elevación de temperatura por la luz incidente pasa a ser un problema. Es decir, la temperatura de los módulos de célula solar colocados en un techo o dispuestos en un área caliente se sabe que llega a 80 grados o más y el material de carga sufre fluencia en caliente ("creep") cuando se utiliza en dichas condiciones durante un período de tiempo prolongado. En otras palabras, la goma de fluoruro antes mencionada sale del lugar previsto de los elementos fotovoltaicos a causa de falta de reticulación y finalmente, el material de cobertura puede separarse por pelado.

Por lo tanto, como un aspecto de la presente invención es el de superar esos problemas y dar a conocer un módulo de célula solar y un proceso de fabricación del mismo que tenga un material de cobertura de la superficie, más específicamente, una resina de carga que llena el espacio comprendido entre la película de la superficie receptora de luz y los elementos, cuyo material de cobertura es excelente en características de resistencia al medio ambiente y resistencia al calor, tiene excelente carácter adhesivo a la superficie laminar, limita la reducción del rendimiento térmico a largo plazo de los elementos fotovoltaicos por permeación de humedad hasta un grado mínimo, tiene suficiente elasticidad de goma con suficiente grosor para proteger los elementos de las células solares, y es retardante de la llama o incombustible.

La Patente EP-A-0 658 943, que es un documento de acuerdo con el Art. 54 (3) EPC, muestra un semiconductor estanqueizado con una resina de transmisión de la luz que comprende un material de recubrimiento que comprende un material de carga y una capa superficial de dicha capa contiene preferentemente flúor en una cantidad de 38 a 60%. Se incluyen entre los ejemplos específicos del material un polímero de resina que contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno.

En la Patente JP 60 066 871 A, se utiliza un polímero de fluoruro de vinilideno como elemento de aglomeración para conectar a presión un polvo semiconductor para conformar una placa.

El documento EP-A-0 507 468 trata en general de polímeros de fluorohidrocarburos modificados.

Características de la invención

El objetivo antes mencionado se consigue al disponer un semiconductor estanqueizado con resina transmisora de la luz, de acuerdo con la reivindicación 1, y un método de producción del mismo, según la reivindicación 11. Se indican realizaciones preferentes en las reivindicaciones dependientes, de modo correspondiente.

Los inventores han descubierto que el siguiente módulo de célula solar es el óptimo como resultado de activas investigaciones y desarrollo.

A saber, en una realización preferente de la presente invención se puede obtener un módulo de célula solar en el que un material de recubrimiento dispuesto sobre la superficie de la luz incidente de un elemento fotovoltaico y que comprende dos capas con un material de carga transparente y una hoja superficial transparente dispuestas en la superficie externa situada en la parte superior del material de carga, en el que el material de carga comprende un copolímero reticulado de componentes múltiples (copolímero que tiene dos o más tipos de comonómero) que contiene flúor en una cantidad de 60 a 80%, y que contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno como componentes principales, y la hoja superficial comprende una película con un contenido de 40 a 60% de flúor.

El procedimiento de producción de semiconductor, según la reivindicación 11, consiste en producir el semiconductor que tiene la constitución mencionada anteriormente y que comprende las etapas descritas a continuación.

El semiconductor, según la presente invención, con la constitución mencionada anteriormente, tiene las siguientes funciones.

(1) Se obtiene un material de recubrimiento que tiene excelentes características de retraso de la llama incluso con un grosor que proporciona una resistencia mecánica satisfactoria. Se haría observar en este caso que el EVA utilizado de manera convencional tiene un calor de combustión elevado del orden de 48,2 j/kg, una vez que el material de recubrimiento recibe la aplicación de fuego, no pudiéndose esperar autoextinción del EVA por sí mismo. Para mejorar dicha característica de la combustión, se han adoptado contramedidas disminuyendo la cantidad de EVA; lo cual significa disminuir el grosor de EVA, que a su vez disminuye la resistencia mecánica y evidentemente disminuye la resistencia a las fuerzas externas.

(2) El material de recubrimiento de acuerdo con la presente invención, es esencialmente excelente en sus características de resistencia a la intemperie, probablemente por la utilización de una fluororresina. Durante la utilización no se produce amarilleo durante un largo período de tiempo tal como ocurre con el EVA convencional y el rendimiento de conversión no se reduce en los elementos de la célula solar.

(3) El material de carga de acuerdo con la presente invención es esencialmente de excelentes características en la resistencia a la humedad, dado que el contenido de flúor es de 60% o superior. Por esta razón, la humedad no ataca los elementos de la célula solar de modo fácil a diferencia de una resina convencional de polivinilo butiral que absorbe humedad en condiciones de humedad, y raramente ocurren cortocircuitos entre los circuitos de los elementos de la célula solar. Además, no se produce la desvitrificación, que es el defecto más frecuente de las resinas de polivinilo, y el rendimiento de la conversión de los elementos de célula solar no disminuye.

(4) Dado que se utiliza un producto reticulado de un copolímero que contiene más de dos tipos de comonómero, se evita el problema de pelado debido al ablandamiento del material de carga cuando se utiliza a elevada temperatura. Dado que se utiliza una fluororresina en el material de carga de acuerdo con la presente invención, el material de recubrimiento superficial sería básicamente excelente en su resistencia al calor. A diferencia, el caso de utilizar EVA convencional en el que el amarilleo es acelerado después de que el antioxidante u otros utilizados en combinación se volatiza durante el servicio a alta temperatura, el rendimiento de la conversión de los elementos de la célula solar no disminuye. Además, el carácter adhesivo se mejorará cuando se incluya un agente de acoplamiento en el material de carga.

(5) El recubrimiento es excelente en sus características de resistencia al medio ambiente dado que se utiliza en forma de película superficial, copolímero de tetrafluoroetileno-etileno, que es excelente en las características de resistencia al medio ambiente e incrementa la resistencia al medio ambiente combinada con la fluororresina del material de carga.

(6) Además, se consigue un recubrimiento excelente en características de manipulación en el post-tratamiento si la película superficial no es sometida a tratamiento de estirado y se compone de un copolímero de tetrafluoroetileno-etileno; es decir, se impiden las grietas o roturas en la película superficial cuando las partes extremas de los módulos de la célula solar se doblan en su manipulación.

Breve descripción de los símbolos

La figura 1 es una sección esquemática que muestra un ejemplo del dispositivo semiconductor con dispositivo de estanqueización mediante una resina transmisora de luz;

las figuras 2A y 2B muestran ejemplos de la construcción básica del transductor fotoeléctrico utilizado en el módulo de célula solar mostrado en la figura 1 y la figura 2A es una vista esquemática en sección y la figura 2B es una vista superior en planta;

la figura 3 es una vista en sección esquemática de un módulo de célula solar, de acuerdo con la presente invención;

la figura 4 es una vista esquemática en sección de otro módulo de célula solar, de acuerdo con la presente invención;

la figura 5 es una vista esquemática en sección de un módulo de célula solar mostrado a objetos de comparación; y

la figura 6 es una vista esquemática en sección de otro módulo de célula solar mostrado a efectos comparativos.

Descripción de las realizaciones preferentes

A continuación se explicará, en detalles que hacen referencia a los dibujos, el semiconductor estanqueizado con resina que transmite luz, de acuerdo con la presente invención.

La figura 1 muestra un esquema de la construcción de un módulo de célula solar de acuerdo con la presente invención. Este módulo de célula solar comprende el elemento fotovoltaico (101) que es un transductor fotoeléctrico, el material de carga superficial (102), película superficial (103), material de carga de la superficie posterior (104), película de recubrimiento de la superficie posterior (105), y placa de refuerzo (106). En este módulo de célula solar, la luz del exterior entra en la película superficial (103) y alcanza el elemento fotovoltaico (101); la fuerza electromotriz generada en el elemento fotovoltaico (101) es extraída hacia el exterior en un terminal de salida (no mostrado).

Elemento fotovoltaico (101)

En el elemento fotovoltaico (101) de la presente invención, se forma una capa fotoactiva de semiconductor como elemento de conversión de luz como mínimo sobre un sustrato conductor y se muestra un ejemplo en las figuras 2A y 2B, el elemento fotovoltaico (101) comprende el sustrato (201) que tiene una superficie conductora, capa reflectante de la superficie posterior (202), capa semiconductora fotoactiva (203), capa conductora transparente (204), y electrodo colector (205).

Sustrato conductor (201)

El sustrato conductor (201) es un sustrato del elemento fotovoltaico y al mismo tiempo sirve como electrodo inferior. El sustrato conductor (201) puede ser fabricado a base de silicio, tántalo, molibdeno, tungsteno, acero inoxidable, aluminio, cobre, titanio, hoja de carbón, chapa de acero recubierto de plomo, y capa conductora formada por películas de resina y materiales cerámicos. Sobre la capa conductora (201), se pueden formar como capa reflectante (202) de la superficie posterior, una capa metálica o una capa de óxido metálico, o una capa metálica y una capa de óxido metálico. La capa metálica se puede fabricar a partir de Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni y Cu. La capa de óxido metálico puede ser realizada en ZnO, TiO_{2}, SnO_{2} e ITO. Se incluyen dentro de los ejemplos de los métodos de formación de la capa metálica y capa de óxido metálico antes mencionadas, el depósito de vapor por calentamiento por resistencia, depósito de vapor por haz de electrones y bombardeo iónico.

Capa fotoactiva semiconductora (203)

La capa fotoactiva semiconductora (203) es la parte en la que se lleva a cabo la conversión fotoeléctrica. Entre los ejemplos de materiales para la capa fotoactiva semiconductora (203) se incluyen silicio policristalino de tipo de unión pn, silicio amorfo de tipo unión pin y homólogos (incluyendo cristales finos, a-SiGe y a-SiC), y compuestos semiconductores tales como CuInSe_{2}, CuInS_{2}, GaAs, Cds/Cu_{2}S, CdS/CdTe, Cds/InP, y CdTe/Cu_{2}Te. El método de formación de la capa fotoactiva semiconductora (203) consiste en formar láminas de un silicio fundido o tratamiento térmico de silicio amorfo para el caso de silicio policristalino; se aplica plasma CVD para utilización de silicio amorfo, como material inicial, gas silano o un material de control de la conductividad tal como diborano y gas fosfino para el caso de silicio amorfo; y recubrimiento iónico, depósito por haz de iones, evaporación al vacío, bombardeo iónico y electrodepósito que se utilizan para el caso de un semiconductor compuesto.

Capa conductora (204)

La capa conductora (204) sirve como un lado o cara de los electrodos de la célula solar. Se incluyen dentro de los ejemplos de material para la capa conductora (204) en el lado de la luz incidente In_{2}O_{3}, SnO_{2}, In_{2}O_{3}-SnO_{2} (ITO), ZnO, TiO_{2}, Cd_{2}SnO_{4} y una capa semiconductora cristalina en la que se aplican impurezas de contaminación en una elevada concentración. Se incluyen entre los ejemplos del método de formación de capa semiconductora transparente (204) el depósito de vapor por calentamiento por resistencia, bombardeo iónico, pulverización, CVD y difusión de impurezas.

Sobre una capa conductora transparente (204), se puede disponer el electrodo colector (205) (rejilla) en forma de rejilla o similar con el objetivo de recoger la corriente eléctrica de modo eficaz. Se incluyen entre los ejemplos de materiales para electrodo colector (205): Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu, Sn, y sus aleaciones; así como diferentes pastas conductoras tales como pasta de plata. Se incluyen entre los ejemplos del método de formación del electrodo colector (205): bombardeo iónico utilizando máscara; depósito por vapor por calentamiento de resistencia; CVD; procedimiento que comprende el depósito mediante vapor de la película metálica en toda la superficie y eliminar las partes no necesarias posteriormente con ataque químico para conseguir un dibujo; procedimiento para formar un dibujo de electrodo de rejilla directamente por foto CVD; procedimiento que comprende la formación de la máscara de modelo negativo de un electrodo de rejilla y recubrimiento posterior; y procedimiento de impresión de una pasta conductora permitiendo el curado. La pasta conductora utilizada contiene usualmente polvo fino de plata, oro, cobre, níquel o carbono dispersados en un polímero aglomerante. Se incluyen entre los ejemplos de polímero aglomerante resinas tales como poliester, epoxi, acrílicas, alquídicas, polivinilo acetato, de goma, uretano y fenólicas.

Terminal de salida (206a), (206b)

Finalmente, el terminal de salida (206) para extraer la fuerza electromotriz está instalado en el sustrato conductor (201) y el electrodo colector (205). En este proceso, un cuerpo metálico, tal como una patilla de cobre, es unido al sustrato conductor (201) por soldadura por puntos o soldeo, y un cuerpo metálico es conectado eléctricamente al electrodo colector (205) con una pasta conductora o de soldeo.

El elemento fotovoltaico (101) preparado tal como se ha mencionado anteriormente es conectado en serie y/o en paralelo dependiendo del voltaje o corriente deseados. El elemento fotovoltaico puede ser integrado sobre un sustrato aislado para conseguir voltaje o corriente según deseo.

Película (105) de recubrimiento de la superficie posterior

La película (105) de recubrimiento de la superficie posterior queda dispuesta con el objetivo de asegurar aislamiento eléctrico entre el sustrato conductor del elemento fotovoltaico (101) y el exterior. El material es preferentemente el que sea capaz de asegurar suficiente aislamiento eléctrico con respecto al sustrato conductor, que pueda resistir la dilatación y contracción térmica y que tenga duración para un largo período de tiempo, así como flexibilidad. Entre los ejemplos apropiados para dicha película se incluyen el nylon y polietileno tereftalato.

Carga (104) de la superficie posterior

La carga (104) de la superficie posterior está destinada a conectar el elemento fotovoltaico (101) con la película (105) de recubrimiento de la superficie posterior. El material preferente para la carga (104) de la superficie posterior es el capaz de asegurar adherencia con el sustrato de conductividad, resistencia contra la expansión y contracción térmicas, excelentes características de duración a largo plazo, y flexibilidad. Se incluyen entre los ejemplos de material más adecuados materiales de fusión en caliente tales como EVA y polivinilo butiral, cintas de doble recubrimiento, y adhesivos epoxi flexibles.

La reticulación es preferible para hacer firme la adherencia a elevada temperatura cuando el módulo de célula solar se tiene que utilizar a elevadas temperaturas, tal como un tipo integrado con material de cubierta de techo. Es habitual utilizar un peróxido orgánico para el reticulado de EVA y similares.

La placa de refuerzo (106) puede ser fijada al exterior de la película de cubrición (105) de la superficie posterior para aumentar la resistencia mecánica del módulo de célula solar o para impedir la distorsión y deformación provocadas por cambios de temperatura. Se pueden utilizar, por ejemplo, para la placa de refuerzo (106) chapa de acero, placa de plástico o una placa de plástico reforzado con fibra de vidrio (FRP).

Carga de superficie (102)

A continuación, se explicará en detalle la carga de superficie (102) utilizada en la presente invención.

La carga de superficie (102) es necesaria para cubrir las partes cóncavas y convexas del elemento fotovoltaico (101) y asegurar la adherencia a la película superficial (103); por lo tanto se requiere para la carga de superficie (102) resistencia a la intemperie, adherencia y resistencia al calor. Para satisfacer estas exigencias el componente principal de resina es un copolímero reticulado que tiene dos o más tipos de comonómero (copolímero de componentes múltiples) y contiene flúor en una cantidad que corresponde a 60-80%, y contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno como componentes principales. Cuando el contenido de flúor del copolímero de componentes múltiples es de 60% o más, la resistencia a la intemperie de la fluororresina se desarrolla suficientemente y el carácter retardante del fuego se puede conseguir simultáneamente. Por otra parte, cuando el contenido de flúor en el copolímero multicomponente es el 80% o menos, se puede mantener suficiente adherencia en el interfaz del electrodo transparente sobre la superficie del elemento fotovoltaico y la película superficial. Si la adherencia es insuficiente, la fiabilidad del módulo de célula solar queda dificultada, es decir, puede presentarse separación de la capa por pelado durante el servicio durante un largo período y puede penetrar la humedad. Se puede tomar en consideración el prevenir dicho pelado por calentamiento a una temperatura de 240ºC o superior cuando se realiza adhesión térmica; no obstante, esto podría perjudicar al elemento de célula solar por la acción del calor y no se puede llevar a cabo.

La proporción de comonómeros, fluoruro de vinilideno (que se abreviará a continuación como VDF) con respecto a hexafluoropropileno (que se abreviará a continuación como HFP), se dispone de manera tal que el copolímero es un polímero de goma. Usualmente, el copolímero VDF-HFP es una goma satisfactoria cuando el contenido de VDF es de 50 a 80% molar. Cuando el contenido de VDF es alto, el punto de transición vítrea tiende a bajar y se mejora la resistencia a baja temperatura. No obstante, la unidad VDF tiende a coagular o cristalizar debido al enlace de hidrógeno y la introducción de la unidad HFP en una cantidad que supera un cierto nivel es necesaria para conseguir una goma amorfa altamente transparente adecuada para cubrir células solares. Por lo tanto, la introducción de la unidad HFP en una cantidad aproximada de 20% molar o más es preferible para conseguir suficiente elasticidad de goma y transparencia adecuadas para la utilización.

Además, un terpolímero es aplicable para el objetivo de mejorar la resistencia al calor y resistencia química añadiendo tetrafluoroetileno (TFE) a VDF y HFP. En este caso, las características físicas se mejoran, mientras que la elasticidad de goma se mantiene al substituir la unidad de VDF por la unidad TFE; siendo preferentemente la proporción de substitución de 1 a 30% molar.

A continuación, los peróxidos orgánicos utilizados para reticulado de la carga en la presente invención se explicarán de manera detallada. La reticulación con un peróxido orgánico se lleva a cabo por el hecho de que los radicales libres generados a partir del peróxido orgánico eliminan hidrógeno y/o átomos de alógeno formando un enlace C-C. Son procedimientos de activación conocidos para los peróxidos orgánicos la descomposición térmica, descomposición redox y descomposición iónica, así como descomposición térmica que es la más preferida en general.

En base a la estructura química, los peróxidos orgánicos se pueden clasificar en las siguientes categorías: hidroperóxidos, dialquil(alil)peróxidos, diacilperóxidos, peroxicetales, peroxiésteres, peroxicarbonatos, y cetoneperóxidos.

Se incluyen entre los ejemplos de hidroperóxidos t-butilperóxido, 1,1,3,3-tetrametilbutilperóxido, p-mentanohidroperóxido, cumenhidroperóxido, p-cimenehidroperóxido, diisopropilbencenoperóxido, 2,5-dimetilhexano-2,5-didihidroperóxido, ciclohexanoperóxido y 3,3,5-trimetilhexanoneperóxido.

Se incluyen entre los ejemplos de dialquil(alil)peróxidos, di-t-butilperóxido, dicumilperóxido y t-butilcumilperóxido.

Se incluyen entre los ejemplos de diacilperóxidos diacetilperóxido, dipropionilperóxido, diisibutirilperóxido, dioctanoilperóxido, didecanoilperóxido, dilauroilperóxido, bis(3,3, 5-trimetilhexanoil)peróxido, benzoilperóxido, m-toluilperóxido, p-clorobenzoilperóxido, 2,4-diclorobenzoilperóxido y peroxisuccinato.

Se incluyen entre los ejemplos de peroxicetales 2, 2-di-t-butilperoxibutano, 1,1-di-t-butilperoxiciclohexano, 1,1-di-(t-butilperoxi)-3,3,5-trimeltilciclohexano, 2, 5-dimetil-2,5-di(-t-butilperoxi)hexano, 2,5-dimetil-2,5-di(t-butilperoxi) hexino-3, 1,3-di(t-butilperoxiisopropil)benceno, 2,5-dimetil-2, 5-dibenzoilperoxihexano, 2,5-dimetil-2,5-di(peroxibenzoil)hexino-3, y n-butil-4,4-bis(t-butilperoxi)valerato.

Se incluyen entre los ejemplos de peroxiésteres t-butilperoxiacetato, t-butilperoxiisobutilato, t-butilperoxibivalerato, t-butilperoxineodecanoato, t-butilperoxi-3,3,5-trimetilhexanoato, t-butilperoxi-2-etilhexanoato, (1,1,3,3-tetrametilbutilperoxi)2-etilhexanoato, t-butilperoxilaurato, t-butilperoxibenzoato, di(t-butilperoxi)adipato, 2, 5-dimetil-2,5-di(peroxi-2-etilhexanoil)hexano, di(t-butilperoxi)isoftalato, t-butilperoximaleato, y acetilciclohexilsulfonilperóxido.

Se incluyen entre los ejemplos de peroxicarbonatos t-butilperoxiisopropilcarbonato, di-n-propilperoxidicarbobato, di-sec-butilperoxidicarbonato, di(isopropilperoxi)dicarbonato, di(2-etilhexilperoxi)dicarbonato, di(2-etoxietilperoxi)dicarbonato, di(metoxidepropilperoxi)carbonato, di(3-metoxibutilperoxi)dicarbonato, y bis-(4-t-butilciclohexilperoxi)dicarbonato.

Se incluyen entre los ejemplos de cetoneperóxidos acetilacetoneperóxido, metiletilcetoneperóxido, metilisobutilcetoneperóxido, y cetoneperóxido.

Otras estructuras tales como viniltris(t-butilperoxi)silano son también bien conocidas.

La cantidad de los peróxidos orgánicos antes mencionados a añadir es de 0,5 a 5 partes en peso por 100 partes en peso de la resina de carga. Los peróxidos orgánicos pueden ser utilizados en combinación de la carga para producir reticulado y unión a presión y calor. La temperatura de calentamiento y el período de tiempo se tienen que ajustar de acuerdo con la temperatura de la descomposición térmica de los peróxidos orgánicos respectivos. De modo general, la aplicación de calor y presión se tiene que terminar a la temperatura y período de tiempo en los que la descomposición térmica ha avanzado hasta 90% o más, preferentemente 95% o más.

Con el objetivo de proceder a la reticulación eficientemente, es preferente la utilización de trialilisocianurato (TAIC), que es el que se designa agente auxiliar de reticulación. La cantidad de agente auxiliar de reticulación es en general de 1 a 5 partes en peso por 100 partes en peso de la resina de carga.

Si bien el material utilizado en la presente invención como carga es excelente en sus características de resistencia a la intemperie, se puede utilizar un agente de absorción de rayos ultravioleta en combinación con el objetivo de mejorar adicionalmente la resistencia a la intemperie y de proteger la capa por debajo de la carga (desde el lado de la luz incidente). Se pueden utilizar cualesquiera agentes de absorción de rayos ultravioleta, no obstante, es preferente un agente de absorción de rayos ultravioleta volátil teniendo en cuenta el medio ambiente en el que se utiliza el módulo de célula solar. La adición simultánea de un estabilizante frente a la luz con el agente de absorción de rayos ultravioleta proporcionará una película de carga estabilizada adicionalmente contra la luz.

Una fluororresina se supone en general que es relativamente insuficiente en resistencia térmica en comparación con la resistencia a la intemperie; puede ser posible la adición de un antioxidante.

Cuando el módulo de célula solar se supone que debe ser utilizado en circunstancias más exigentes, es preferible mejorar el carácter adhesivo de la carga con el elemento fotovoltaico o en la película superficial superior. Con este objetivo, se puede añadir a la carga un agente de acoplamiento de silano o un compuesto orgánico de titanato. La cantidad a añadir en este caso es preferentemente de 0,1 a 3 partes en peso, más preferentemente de 0,25 a 1 parte en peso, por 100 partes en peso de la resina de carga. Se incluye dentro de los ejemplos de agentes de acoplamiento de silano el viniltriclorosilano, viniltris(\beta-metoxietoxi)silano, viniltrietoxisilano, viniltrimetoxisilano, \gamma-petracriloxipropiltrimetoxisilano, \beta-(3, 4-epoxiciclohexil)etiltrimetoxisilano, \gamma-glicidoxipropilmetildietoxisilano, N-\beta(aminoetil) \gamma-aminopropiltrimetoxisilano, N-\beta(aminoetil)-\gamma-aminopropilmetildimetoxisilano, \gamma-aminopropilmetildimetoxisilano, \gamma-aminopropiltrietoxisilano, N-fenil-\gamma-aminopropiltrimetoxisilano, \gamma-mercaptopropiltrimetoxisilano, y \gamma-cloropropiltrimetoxisilano.

Se pueden incorporar materiales no tejidos tales como fibra de vidrio con el objetivo de incrementar la resistencia de la carga.

Película superficial (103)

La película superficial superior (103) utilizada en la presente invención es posicionada en la capa superior del módulo de célula solar y se requiere que tenga un comportamiento tal que garantice fiabilidad a largo plazo en la exposición al exterior del módulo de célula solar; el comportamiento requerido requiere resistencia al medio ambiente, carácter repelente al agua, resistencia al ensuciamiento y resistencia mecánica. Un material adecuado por el objetivo de la presente invención es una resina de poli(fluoruro de vinilideno) o bien un copolímero de tetrafluoruro de etileno-etileno. Si bien el poli(fluoruro de vinilideno) es superior con respecto a la resistencia al medio ambiente, el copolímero de tetrafluoruro-etileno es superior con respecto a la compatibilidad de resistencia al medio ambiente y resistencia mecánica. Son preferibles tratamiento corona y tratamiento por plasma a la película superficial para mejorar la adherencia entre la película superior y la carga.

Como medio para fijar el módulo de célula solar de acuerdo con la presente invención, por ejemplo cuando se instala en un tejado, se puede realizar la fabricación con doblado de los extremos del módulo de célula solar.

El estirado uniaxial se lleva a cabo en algunos copolímeros de tetrafluoruro de etileno-etileno para mejorar la resistencia mecánica de la película de la parte superior; es característico de dicho material laminar un alargamiento en la rotura más bajo y resistencia a la tracción de rotura más elevada en la dirección de estirado que en la dirección en la que no se efectúa estirado o la película no es estirada.

Cuando se realiza fabricación con curvado o doblado utilizando la película estirada uniaxialmente, la formación de grietas o roturas tiende a producirse en la parte curvada. Se ha demostrado necesario para impedir el defecto asociado con el curvado al doblar con una gran curvatura o a una temperatura elevada; por esta razón, ha sido necesario llevar a cabo un trabajo engorroso para realizar el curvado durante un período de tiempo prolongado. De acuerdo con la presente invención, se ha descubierto ahora que la utilización de la película no sometida a estirado evita dicho engorroso trabajo.

A continuación, se explicará el procedimiento para la producción del módulo de célula solar utilizando el elemento fotovoltaico, material de carga, película superficial y material de recubrimiento de la superficie posterior que se han mencionado anteriormente.

Como métodos de cubrir la superficie receptora de luz del elemento fotovoltaico (101) con el material de carga superficial (102), se pueden indicar los siguientes: método de evaporación de un disolvente después de recubrimiento de la carga que se disuelve en un disolvente; método que comprende la formación de una capa de carga sobre la película superficial de antemano y producir su adherencia a presión sobre el elemento fotovoltaico con aportación de calor; y un método que comprende la formación de la carga de forma laminar de antemano y unirla por adherencia a presión sobre el elemento fotovoltaico con calentamiento.

En el caso de disolver la carga (102) en disolvente tal como se ha descrito anteriormente, la carga se mezcla simultáneamente con diferentes tipos de aditivos tales como un agente de reticulación, agente de acoplamiento de silano, agente de absorción UV, antioxidante y similares. La mezcla es aplicada como recubrimiento sobre el elemento fotovoltaico y se deja secar a una temperatura tal que la reacción de reticulación no puede tener lugar. De manera similar, en el caso de formar la carga en forma laminar, se mezclan aditivos con la carga de antemano; se requiere ajustar la temperatura de formación a un grado de temperatura tal que la reacción de reticulación no pueda tener lugar.

En el caso en el que la carga es formada de forma preliminar sobre el elemento fotovoltaico (101) o una película superficial (103), se obtiene un módulo de célula solar al superponer la carga de superficie posterior (104) y la película de recubrimiento (105) de la superficie posterior sobre dicha superficie posterior y efectuar la adherencia a presión con acción de calor y superponiendo la película superficial superpuesta (103) sobre la superficie frontal y efectuar la adherencia a presión con aportación de calor. En el caso de disponer la placa de refuerzo (106), es suficiente someter a presión y adherir la placa a la película (105) de recubrimiento de la superficie posterior mediante la carga (104) de la superficie posterior o un adhesivo distinto. Este procedimiento se puede llevar a cabo simultáneamente con el procedimiento anterior o posteriormente descrito. En el caso en el que la carga se forma con una estructura laminar, se puede insertar entre el elemento fotovoltaico (101) y la película superficial (103) que se desea adherir térmicamente de modo similar a presión para producir un módulo de célula solar. La temperatura de calentamiento en la etapa de adherencia a presión debe permitir la reacción de reticulación satisfactoriamente y el período de tiempo de esta etapa debe satisfacer también esta exigencia.

El método de adherencia a presión puede ser laminación en vacío, laminación por rodillo y similares.

La presente invención se explicará de manera más detallada en los siguiente ejemplos.

Ejemplo 1

Se explicará un procedimiento para preparar una célula solar (elemento fotovoltaico) de silicio amorfo (a-Si) utilizando un modelo esquemático según las figuras 2A y 2B.

Una capa de Al (grosor de la película: 500 nm) y una capa de ZnO (grosor de la película: 500 nm) como capa reflectante (202) de la superficie posterior se constituyeron por este orden sobre un sustrato de chapa de acero inoxidable limpia (sustrato conductor (201)) por un método de bombardeo iónico. Como etapa siguiente, se realizó una capa tipo n de a-Si a partir de una mezcla de gases de SiH_{4},PH_{3} y H_{2}, una capa de tipo i de a-Si fue preparada a partir de una mezcla de gases de SiH_{4} y H_{2}, y una capa microcristalina de tipo p \muc-Si fue preparada a partir de una mezcla de gases de SiH_{4}, BF_{3} y H_{2} respectivamente por un método de CVD de plasma. Se formó una capa semiconductora de conversión fotoeléctrica tándem (capa semiconductora fotoactiva (203)) tipo a-Si (tipo silicio amorfo) consistiendo en n capas de un grosor de película de 15 nm/i capas de un grosor de película de 400 nm/p capas de un grosor de película de 100 nm/n capas de un grosor de película de 10 nm/i capas de un grosor de película de 80 nm/p capas con un grosor de película de 10 nm. A continuación, se formó una película delgada en forma de capa conductora transparente (204), de In_{2}O_{3} (grosor de la película 70 nm) por vaporización de In en atmósfera de O_{2} por un método de calentamiento mediante resistencia. Además, se formó un electrodo de rejilla para colector eléctrico (electrodo colector eléctrico (205)) por serigrafía utilizando una pasta de plata. Finalmente, se fijó en el sustrato de acero inoxidable una patilla de cobre como terminal de lado negativo (206b) utilizando soldadura de acero inoxidable (208). Como terminal del lado positivo (206a) se fijó una cinta laminar de plata sobre el electrodo colector eléctrico (208) utilizando el adhesivo conductor (207) para conseguir el terminal de salida. De este modo, se produjo un elemento fotovoltaico.

A continuación, se explicará haciendo referencia a la figura 3 un procedimiento para la producción de un módulo de célula solar a partir de este elemento fotovoltaico.

En un disolvente que es una mezcla de acetona y metil etil cetona en una proporción 3:2, 100 partes en peso de una fluorogoma de VDF-HFP (copolímero de 80% molar aproximadamente VDF y aproximadamente 20% molar HFP, contenido de flúor 66%: lugar de reticulación de iodo), 1,5 partes en peso de 2,51dimetil-2,5-di(butil peróxido terciario)hexano como agente reticulante, 4,0 partes en peso de triaril isocianurato como agente reticulante auxiliar, 0,5 partes en peso de \gamma-metacril oxipropil trimetoxi silano como agente de acoplamiento de silano, 0,3 partes en peso de 2-hidroxi-4-n-octoxi benzofenona como agente de absorción de UV, y 0,2 partes en peso de tris(mono-nonilfenil) fosfito como antioxidante fueron disueltos para preparar una solución al 50% en peso de la fluorogoma. La superficie receptora de luz del elemento fotovoltaico (301) fue dotada de recubrimiento con la solución y fue secada a 60ºC durante 30 minutos. Este proceso de recubrimiento/secado fue repetido hasta que se formó la capa de material de carga (302) con un grosor de unas 200 \mu.

Fabricación del módulo

Sobre la superficie del lado de la luz incidente del elemento fotovoltaico (301) cubierta con el material de carga antes mencionado, se dispuso una película superficial (303) (grosor de la capa: 50 \mu) de una película de ETFE no orientado con una superficie tratada por descarga corona, de manera tal que la superficie tratada puede contactar con el material de carga; sobre la carga posterior, carga (304) (con un grosor de película de 460 \mu, fabricada por Mobay) conteniendo una lámina de EVA, película de recubrimiento de la superficie posterior (305) compuesta de una película de nylon (con un grosor de película de 63,5 \mu, marca: Dartech, fabricada por du Pont), placa de refuerzo (306) fabricada en chapa de acero Galvarium (chapa de acero galvanizada) fueron superpuestas de manera que el orden era elemento fotovoltaico (301)/material de carga (304) de la superficie posterior (EVA)/película de recubrimiento de la superficie posterior (nylon) (305)/material de carga de la superficie posterior (EVA) (304)/placa de refuerzo (306) (chapa de acero Galvarium). Se fabricó un módulo de célula solar con la superficie receptora de la luz cubierta con la fluorogoma por calentamiento a 160ºC durante 20 minutos con desgasificación a presión en un dispositivo de laminación en vacío. El terminal de salida fue dispuesto sobre la superficie posterior del elemento fotovoltaico de antemano de manera que, después de la laminación, la salida podía ser introducida desde la salida de la terminal abierta de antemano en la chapa de hierro Galvarium. Finalmente, la chapa adicional de acero Galvarium que sobresalía del elemento fotovoltaico fue doblada junto con materiales laminares a 90º con respecto a la superficie posterior, de manera que la resistencia del módulo y la facilidad de instalación como módulo incorporado al techo se pueden
mejorar.

El módulo de célula solar producido por el proceso anterior fue evaluado en términos de los elementos descritos a continuación.

Ejemplo 2

El Ejemplo 2 de acuerdo con la presente invención se explicará haciendo referencia a la figura 4.

Se prepara un elemento fotovoltaico de la misma manera que en el Ejemplo 1.

A 100 partes en peso de la fluorogoma igual que en el Ejemplo 1, se añadieron 1,5 partes en peso de 2,5-dimetil-2,5-di(tertialbutilperoxi)hexano como agente de reticulación, 4 partes en peso de trialilisocianurato(TAIC) como agente auxiliar de reticulación, 0,5 partes en peso de \gamma-metacriloxipropiltrimetoxisilano como agente de acoplamiento de silano que se mezclaron conjuntamente para preparar un elemento laminar de fluorogoma. Es decir, la fluorogoma de VDF-HFP fue arrollada en rodillos de amasado calentados a una temperatura de 70-80ºC; posteriormente, se cargaron el TAIC y el agente de acoplamiento de silano en porciones pequeñas; se llevó a cabo el amasado; el producto amasado fue retirado de los rodillos; los rodillos se dejaron enfriar a 50ºC, a continuación la goma fue arrollada en los rodillos; y el agente de reticulación fue añadido y se permitió un amasado uniforme. Desde allí, una parte del producto fue retirada y se conformó en una hoja con un grosor de unos 2 mm.

La lámina de fluorogoma antes mencionada (402) fue dispuesta sobre la superficie del elemento fotovoltaico (401); sobre ella se superpuso la película superficial (403) (grosor de 50 micras) comprendiendo ETFE no sometido a estirado una superficie que fue sometida a tratamiento corona, de manera que la superficie tratada quedó en contacto con el material de carga; y la laminación y tratamiento posterior fueron realizados de la misma manera que en el Ejemplo 1 para conseguir el módulo de célula solar. Los numerales de referencia (401), (403) a (408) de la figura 4 corresponden respectivamente a (301), (303) a (308) de la figura 3.

Ejemplo 3

Se produjo un módulo de célula solar de igual manera que en el Ejemplo 1 excepto que la fluorogoma utilizada era un copolímero de VDF-fluorogoma HFP conteniendo 71% de flúor, aproximadamente 50% molar de VDF y aproximadamente 50% molar de HFP (lugar de reticulación: bromo).

Ejemplo 4

Se fabricó un módulo de célula solar de igual manera que en el Ejemplo 2 excepto que la fluorogoma utilizada era un copolímero de VDF-fluorogoma HFP conteniendo 71% de flúor, aproximadamente 50% molar de VDF y aproximadamente 50% molar de HFP (lugar reticulado: bromo).

Ejemplo 5

Se fabricó un módulo de célula solar de igual manera que en el Ejemplo 1 excepto que el material de recubrimiento era de la misma estructura que en el Ejemplo 2, sustituyendo el recubrimiento de la solución de fluorogoma sobre el elemento fotovoltaico (301) por un recubrimiento sobre la película superficial (303).

Ejemplo comparativo 1

Se explicará el Ejemplo comparativo 1 haciendo referencia a la figura 5 con el objetivo de demostrar los efectos de los ejemplos realizados de manera más clara.

El elemento de carga superficial (502a) (fabricado por Mobay, grosor de 460 micras) comprendiendo una hoja de EVA, un recubrimiento de película superficial (503) (grosor de 50 micras) comprendiendo una película de ETFE no sometida a estirado una de cuyas superficies fue dotada en el lado receptor de la luz del elemento fotovoltaico (501) preparado de igual manera a lo anteriormente mencionado; en la cara posterior, se dispuso la placa de refuerzo (504) compuesta por un material de carga (502b) de la superficie posterior comprendiendo una hoja de EVA (fabricada por Mobay, grosor de 460 micras), película de la superficie posterior (505) comprendiendo una película de nylon (fabricada por Du Pont, marca comercial Dartech, 63,5 micras de espesor) y una placa de refuerzo (504) comprendiendo chapa de acero Galvarium (chapa de acero con recubrimiento de zinc); y el orden de superposición era película de recubrimiento superficial (ETFE) (503)/carga superficial (EVA) (502a)/elemento fotovoltaico (501)/elemento de carga de la superficie posterior (EVA) (502b)/película de cubrición de la superficie posterior (nylon) (505)/carga de la superficie posterior (EVA) (502b)/placa de refuerzo (chapa de acero) (504). El conjunto se laminó en un dispositivo laminador en vacío. Después de ello, se aplicó trabajo de doblado igual que en el Ejemplo 1 consiguiendo un módulo de célula
solar.

Ejemplo comparativo 2

En el caso del Ejemplo 1, el copolímero de fluorogoma de VDF-HFP conteniendo 66% de flúor, aproximadamente 80% molar de VDF y aproximadamente 20% molar de HFP (lugar de reticulación: iodo) fue substituido por fluorogoma de VDF-copolímero HFP conteniendo 66% de flúor, aproximadamente 80% molar de VDF y aproximadamente 20% molar de HFP (lugar de reticulado: bromo). Además, el reticulado fue realizado utilizando, como agente reticulante, 6 partes en peso de hidróxido cálcico y 3 partes en peso de N,N-dicianamilideno-1,6-hexanodiamina por 100 partes en peso de la fluorogoma. Los otros procedimientos fueron iguales que en el Ejemplo 1 y de este modo se preparó el módulo de célula solar.

Ejemplo comparativo 3

En el caso del Ejemplo 2, no se añadió el agente reticulante. Excepto esto, el Ejemplo 2 fue repetido consiguiendo un módulo de célula solar.

Para los módulos de célula solar preparados en los ejemplos anteriores 1 a 5 y en los ejemplos comparativos 1 a 3 fueron evaluados en los términos siguientes. Los resultados se indican en la Tabla 1.

(1) Rendimiento de la conversión

El rendimiento de la conversión del módulo fue determinado utilizando una fuente de luz AM 1,5. El rendimiento de la conversión fue evaluado con valores relativos suponiendo el rendimiento de conversión del Ejemplo comparativo 1.

(2) Carácter retardante al fuego

La llama, que tenía una temperatura de 750 grados y se había generado por un quemador para quemar hierba, se aplicó al módulo durante 10 minutos, después de ello la llama del quemador fue retirada y se observó la combustibilidad del módulo. Cuando el área quemada era pequeña y la llama del módulo fue colocada inmediatamente después de retirar la llama del quemador, el aumento de retardo del fuego fue evaluado "Bueno (G)"; cuando el área quemada tenía 1 metro de longitud o mayor o no se observó autoextinción después de retirar la llama del quemador, el carácter retardante de la llama se evaluó como "Pobre (P)"; y cuando la situación estaba comprendida entre (G) y (P), el carácter retardante del fuego fue evaluado "Regular (F)".

(3) Resistencia a la intemperie

El módulo de célula solar fue cargado en un aparato Dew Cycle Weather-O-Meter, y se llevó a cabo una prueba acelerada de acción de la intemperie con un ciclo o irradiación de luz y lluvia. Se observó el cambio de aspecto después de 5000 horas. Si no se observaron cambios, se evaluó la resistencia al medio ambiente "Buena (G)".

(4) Resistencia al calor

El módulo de célula solar se dejó en la atmósfera a 150ºC durante 24 horas y se observó el cambio de aspecto. Si no se observaron cambios, la resistencia al medio ambiente se evaluó "Buena (G)".

(5) Resistencia "creep"

Se dispuso el módulo de célula solar verticalmente en una estufa a una temperatura de 100ºC y se dejó durante una semana. Se hicieron observaciones para comprobar si el módulo había sufrido "creep" y si había tenido lugar pelado o no. Cuando se observó "creep" o pelado, la resistencia al "creep" se evaluó "Pobre (P)"; en caso contrario, se evaluó "Buena (G)".

(6) Ciclo de temperatura

Se repitió 50 veces un ciclo de temperatura consistiendo en una temperatura de -40ºC durante una hora y 85ºC durante una hora. Después de la prueba se observó el módulo de célula solar en cuanto a cambios de aspecto. Si no se observaban cambios, el ciclo de temperatura se evaluó "Bueno (G)".

(7) Ciclo temperatura-humedad

Se repitió 20 veces un ciclo de temperatura-humedad consistiendo en una temperatura de -40ºC durante una hora y 85ºC con una humedad relativa de 85% durante 4 horas. Después de la prueba, el módulo de célula solar se observó en cuanto a cambios de aspecto. Si no se observaban cambios, el ciclo de temperatura se evaluó "Bueno (G)".

(8) Resistencia a la humedad

El módulo de célula solar fue dispuesto en una atmósfera a 85ºC y humedad relativa 85% y se aplicó radiación por un simulador solar; se irradió pseudo luz solar sobre la superficie receptora de la luz. Después de 24 horas, se evaluó el comportamiento ante la luz solar en términos de disminución relativa del rendimiento de conversión; se excluyó de la evaluación el fotodeterioro del elemento fotovoltaico.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1

1

Tal como se puede observar en la Tabla 1, los módulos de célula solar de los ejemplos 1 a 5 que tienen cargas de productos reticulados de derivados de fluorogoma de fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno son excelentes en cuanto al retardo del fuego; y también son excelentes en resistencia a la intemperie y resistencia al calor tal como se demuestra por la prueba de resistencia a la intemperie y prueba de calentamiento en las que no se observan amarilleo, opacidad, ni deformación de la resina. Además, las fluorogomas reticuladas han mostrado excelentes características en la prueba de "creep" a temperatura elevada. En la prueba del ciclo de temperatura y en la prueba de ciclo temperatura-humedad que suponen fuertes condiciones de servicio en el exterior, no se observaron cambios de aspecto. Las gomas fluoradas han demostrado un excelente comportamiento en la resistencia a la humedad y al impedir la reducción del rendimiento de la conversión al limitar el efecto de la humedad en los elementos en proporciones mínimas. Como contraste, en el caso del Ejemplo comparativo 1 en el que, utilizando EVA, de modo convencional, y después de llevar a cabo pruebas severas, se demostró una elevada combustibilidad y en particular; el retardo del fuego no se consiguió con el grosor comprobado en el Ejemplo comparativo 1. También se presentan problemas de amarilleo substancial debido al calor y a la baja resistencia a la humedad. El retardo al fuego y la resistencia al calor fueron menores en el Ejemplo comparativo 1 que en otros casos.

En el Ejemplo comparativo 2, en el que se encontraba el bromo en el lugar de reticulación de la goma fluorada objeto de las pruebas, se demostró que el rendimiento de conversión inicial de la goma fluorada de la poliamina reticulada era reducido.

En el Ejemplo comparativo 3, en el que no se utilizó goma reticulada, la resistencia "creep" fue reducida, si bien el deterioro en la prueba de medio ambiente no se observó y no se presentaron problemas de pelado del interfaz en las pruebas cíclicas; el material de carga se deformó y quedó afectado por el fenómeno "creep" a elevada temperatura y fue difícil de mantener la forma después de la laminación. Es decir, es esencial la reticulación para utilizar las gomas fluoradas como carga del módulo de célula solar.

El módulo de célula solar y su producción, de acuerdo con la presente invención, no quedan limitados por los ejemplos en modo alguno y, desde luego, pueden ser modificados de diferentes maneras dentro del ámbito de la presente invención.

En el módulo de célula solar según la presente invención, en el que se utiliza un material de recubrimiento dispuesto en la superficie de la cara de la luz incidente de un elemento fotovoltaico y comprende preferentemente dos capas con un material de carga transparente y un elemento laminar superficial transparente dispuesto en la superficie superior externa de la carga, en el que el material de carga comprende un copolímero reticulado de componentes múltiples que contiene el 60 a 80% de flúor y que contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno como componentes principales; y el elemento laminar superficial comprende una película de 40 a 60% de flúor. Por lo tanto, la fiabilidad a largo plazo del material de recubrimiento superficial, que convencionalmente era un problema, en la utilización en exteriores se ha mejorado substancialmente incluyendo el retardo al fuego, resistencia al medio ambiente, resistencia al calor, y resistencia "creep".

El objetivo consiste en conseguir un semiconductor sellado de resina con capacidad de transmisión de la luz que tiene excelentes características de resistencia al medio ambiente, resistencia al calor y retardo del fuego, limita el deterioro del elemento fotovoltaico en utilización a largo plazo debido a la entrada de humedad al reducir dicha entrada al mínimo, tiene elasticidad de goma necesaria para proteger el elemento semiconductor, y tiene un material de recubrimiento superficial que es incombustible o retardante del fuego. Este objetivo se consigue por una construcción tal como se define en la reivindicación 1, en la que el material de recubrimiento dispuesto sobre la superficie de la cara de la luz incidente del elemento fotovoltaico (101), comprende un elemento de carga transparente (102) que consiste en el copolímero reticulado de componentes múltiples que contiene flúor y fluoruro de vinilideno, así como hexafluoropropileno, como componentes principales.

Claims (21)

1. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, que comprende material de recubrimiento (102) y (103) dispuesto sobre la superficie de la cara de incidencia de la luz de un transductor fotoeléctrico (101), cuyo material de recubrimiento comprende un copolímero de componentes múltiples reticulado que contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno como componentes principales,

caracterizado porque

el copolímero de componentes múltiples contiene flúor en una cantidad de más de 60% pero no superior a 80% en peso.

2. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que el copolímero de componentes múltiples es un copolímero binario que comprende de 50 a 85% molar de fluoruro de vinilideno y de 15 a 50% molar de hexafluoropropileno o un terpolímero que comprende de 50-x a 85-x % molar de fluoruro de vinilideno, 15 a 50% molar de hexafluoropropileno y x % molar de tetrafluoroetileno (x tiene un valor de 1 a 30), o una mezcla de los mismos.

3. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que el copolímero de componentes múltiples tiene un átomo de bromo en el extremo de la cadena de polímero y está reticulado por un peróxido orgánico con el lugar de reticulación del átomo de bromo.

4. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que el material de recubrimiento contiene un agente de acoplamiento de silano.

5. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que se dispone sobre el material de recubrimiento una película superficial que contiene de 40 a 60% en peso de flúor.

6. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 5, en el que la película superficial es un copolímero de tetrafluoruro de etileno-etileno.

7. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 6, en el que la película superficial es de tipo no orientado.

8. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 1, en el que se dispone un elemento fotovoltaico con una capa fotoactiva del semiconductor como elemento de conversión de luz y una capa conductora transparente sobre el sustrato conductor.

9. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 8, en el que la capa fotoactiva del semiconductor es una capa delgada semiconductora que no es monocristalina.

10. Semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según la reivindicación 9, en el que la capa delgada semiconductora no monocristalina es silicio amorfo.

11. Procedimiento para la fabricación de un semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz en el que un material de recubrimiento dispuesto sobre la superficie de la cara de la luz incidente de un transductor fotoeléctrico (101) comprende dos capas que comprenden un material de carga (102) y una película superficial (103) dispuesta en la superficie externa superior del material de carga (102), comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:

en una primera etapa, una resina compuesta principalmente por un copolímero de componentes múltiples que contiene flúor, que contiene fluoruro de vinilideno y hexafluoropropileno como componentes principales, recibe la adición de un agente reticulante y se constituye en un elemento laminar para preparar una capa de carga (102); y

en una segunda etapa, la capa de material de carga (102) y la película superficial (103) que comprende una fluororresina son laminadas sobre el transductor fotoeléctrico (101), después de lo cual, como mínimo, el material de carga (102) y la película superficial (103) son unidos térmicamente y simultáneamente el material de carga (102) es reticulado, de manera que el material de carga (102) contiene flúor en una cantidad de 61 a 80% en
peso.

12. Procedimiento, según la reivindicación 11, en el que:

en la primera etapa, dicha resina y dicho agente de reticulado son disueltos en un disolvente y el resultado es aplicado como recubrimiento sobre el transductor fotoeléctrico (101) y posteriormente se deja secar para formar un material de carga (102) sobre el transductor fotoeléctrico (101); y

en la segunda etapa, una película superficial que comprende una fluororresina es aplicada en forma de laminación sobre la carga (101), y posteriormente la carga (102) y la película superficial (103) son unidas térmicamente y simultáneamente la carga (102) es reticulada.

13. Procedimiento, según la reivindicación 11, en el que:

en la primera etapa, dicha resina y dicho agente de reticulación son disueltos en un disolvente para preparar un material de carga (102) y dicho material de carga (102) es aplicado como recubrimiento sobre la película superficial (103) y después de ello se deja secar para formar el material de carga (102) sobre la película superficial (103) en proceso de laminación; y

en la segunda etapa, el material de carga (102) y la película superficial (103) son aplicados como laminación sobre el transductor fotoeléctrico (101) de manera que el material de carga (102) se encuentra en contacto con el transductor fotoeléctrico (101), después de lo cual el material de carga (102) y el transductor fotoeléctrico (101) son unidos térmicamente.

14. Procedimiento para la fabricación de un semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el copolímero de componentes múltiples es un copolímero binario que comprende de 50 a 85% molar de fluoruro de vinilideno y de 15 a 50% molar de hexafluoropropileno o un terpolímero que comprende de 50-x a 85-x% molar de fluoruro de vinilideno, de 15 a 50% molar de hexafluoropropileno y x% molar de tetrafluoroetileno (x tiene un valor comprendido entre 1 y 30), o una mezcla de los mismos.

15. Procedimiento para la fabricación de un semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la carga es reticulada por un peróxido orgánico en el momento de unión térmica.

16. Procedimiento para la fabricación de un semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que se añade un agente de acoplamiento de silano a la carga.

17. Procedimiento para la fabricación de un semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la película superficial es un copolímero de tetrafluoruro de etileno-etileno.

18. Procedimiento para la fabricación de un semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la película superficial no es sometida a tratamiento de estirado.

19. Procedimiento para la fabricación de un semiconductor sellado con resina con capacidad de transmisión de la luz, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que el transductor fotoeléctrico está formado al disponer una capa fotoactiva de semiconductor como elemento de conversión de la luz y una capa conductora transparente sobre un sustrato conductor.

20. Procedimiento, según la reivindicación 19, en el que la capa fotoactiva de semiconductor es una película delgada semiconductora no monocristalina.

21. Procedimiento, según la reivindicación 20, en el que la película delgada semiconductora no monocristalina está constituida por silicio amorfo.