Célula solar sensibilizada por colorante y módulo de células solares sensibilizadas por colorante.

Célula solar sensibilizada por colorante que comprende al menos

una capa (3) de catalizador;

una capa

(4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior;

una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; y

una segunda capa (5) conductora laminada sobre una primera capa (2) conductora, en la que

la célula solar sensibilizada por colorante tiene

una estructura formada laminando al menos una capa (3) de catalizador; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; y una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior en este orden sobre una primera capa (2) conductora, y laminando una segunda capa (5) conductora entre la capa aislante porosa y la capa semiconductora porosa;

una estructura formada laminando al menos una capa (3) de catalizador; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; y una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior en este orden sobre una primera capa (2) conductora, y laminando adicionalmente una segunda capa (5) conductora sobre la capa semiconductora porosa;

una estructura formada laminando al menos una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; una segunda capa (5) conductora; y una capa (3) de catalizador sobre una primera capa (2) conductora, y laminando la capa (4) aislante porosa; la segunda capa (5) conductora; y la capa (3) de catalizador en este orden; o

una estructura formada laminando al menos una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; una segunda capa (5) conductora; y una capa (3) de catalizador sobre una primera capa conductora, y laminando la capa (4) aislante porosa; la capa (3) de catalizador; y la segunda capa (5) conductora en este orden;

caracterizada porque una cara de contacto entre la capa (4) aislante porosa o la capa (6) semiconductora porosa y la capa (3) de catalizador o la segunda capa (5) conductora laminadas adyacentes entre sí tiene una forma irregular con un coeficiente de rugosidad superficial Ra en un intervalo de 0,05 a 0,3 mm.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2010/055894.

Solicitante: SHARP KABUSHIKI KAISHA.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 22-22, NAGAIKE-CHO, ABENO-KU OSAKA-SHI, OSAKA 545-8522 JAPON.

Inventor/es: Fuke,Nobuhiro, Fukui,Atsushi, Yamanaka,Ryohsuke, KATAYAMA,HIROYUKI, KOMIYA,RYOICHI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS... > Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación... > H01L31/04 (adaptados como los dispositivos de conversión fotovoltaica [PV] (las pruebas de los mismos durante la fabricación H01L 21/66; las pruebas de los mismos después de la fabricación H02S 50/10))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES,... > Condensadores electrolíticos, rectificadores electrolíticos,... > H01G9/20 (Dispositivos fotosensibles)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > H01M14/00 (Generadores electroquímicos de corriente o tensión no previstos en los grupos H01M 6/00 - H01M 12/00; Combinaciones estructurales de tipos diferentes de generadores electroquímicos)

PDF original: ES-2467924_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Célula solar sensibilizada por colorante y módulo de células solares sensibilizadas por colorante

Campo técnico

La presente invención se refiere a una célula solar sensibilizada por colorante y a un módulo de células solares sensibilizadas por colorante que pueden producirse con un rendimiento alto suprimiendo la separación de una capa aislante porosa o una capa semiconductora porosa de una capa de catalizador o una capa conductora y ejerciendo alta eficacia de conversión.

Técnica anterior

Como fuente de energía en lugar de combustibles fósiles, las células solares que pueden convertir la luz del sol en energía eléctrica han llamado la atención. Actualmente, se han usado de manera práctica una célula solar que usa un sustrato de silicio cristalino y una célula solar de silicio de película fina. Sin embargo, la primera tiene el problema de altos costes de producción del sustrato de silicio y la segunda tiene el problema de que el coste del producto aumenta puesto que se requieren diversos tipos de gases para la producción del semiconductor e instalaciones de producción complicadas. Por tanto, en ambas células solares, se ha intentado reducir el coste por salida de energía eléctrica aumentando la eficacia de la conversión fotoeléctrica; sin embargo, los problemas mencionados anteriormente todavía continúan sin resolverse.

Como nuevo tipo de célula solar, se ha propuesto una célula solar de tipo húmedo basada en la transferencia electrónica fotoinducida de un complejo metálico (véase la patente japonesa n.º 2664194 (documento de patente 1) , por ejemplo) .

Esta célula solar de tipo húmedo tiene una estructura formada intercalando una capa de conversión fotoeléctrica que adsorbe un colorante fotosensible para que tenga un espectro de absorción en la región de la luz visible y una capa de electrolito entre electrodos de dos sustratos de vidrio cada uno de los cuales tiene un electrodo formado sobre una superficie del mismo. Cuando la célula solar de tipo húmedo se irradia con luz desde el lado de un electrodo transparente, se generan electrones en la capa de conversión fotoeléctrica, los electrones generados se transfieren desde un electrodo hasta el otro electrodo opuesto a través de un circuito eléctrico externo, y los electrones transferidos se transportan por iones en el electrolito y vuelven a la capa de conversión fotoeléctrica. Debido a la serie de transferencia repetitiva de los electrones, se genera energía eléctrica.

Sin embargo, puesto que la estructura básica de la célula solar sensibilizada por colorante descrita en el documento de patente 1 es una estructura en la que se inyecta una disolución de electrolitos entre los electrodos de los dos sustratos de vidrio, es posible producir una célula solar para ensayos con un área de superficie pequeña, pero es difícil producir de manera práctica una célula solar con una gran área de superficie tal como de 1 m cuadrado. Es decir, si una célula solar se hace más grande en su área de superficie, se aumenta la corriente generada en proporción con el área. Sin embargo, puesto que se hace mayor una disminución de la resistencia en la dirección del plano del electrodo transparente, se aumenta la resistencia eléctrica interna en serie de la célula solar. Como resultado, de entre las características de voltaje de la corriente, el factor de carga (FF) y una corriente de cortocircuito en el momento de la conversión fotoeléctrica se disminuyen, dando como resultado un problema de disminución de la eficacia de la conversión fotoeléctrica.

Con el fin de resolver el problema descrito anteriormente, por tanto, se ha propuesto un módulo de células solares sensibilizadas por colorante en el que una pluralidad de células solares sensibilizadas por colorante están conectadas en serie, es decir, un electrodo (una capa conductora) de una célula solar y un electrodo (un contraelectrodo) de otra célula solar vecina están conectados eléctricamente (véase la publicación de patente no examinada japonesa n.º HEI 11 (1999) -514787 (documento de patente 2) ; la publicación de patente no examinada japonesa n.º 2001-357897 (documento de patente 3) ; y la publicación de patente no examinada japonesa n.º 2002367686 (documento de patente 4) , por ejemplo) .

Además, entre los documentos de patente 1 a 4, la célula solar sensibilizada por colorante del documento de patente 4 logra una reducción en el peso disminuyendo el número de placas de vidrio conductoras, que se requiere convenientemente que sean dos o una. En esta célula solar sensibilizada por colorante, una capa semiconductora porosa, una capa separadora porosa (una capa aislante porosa) , una capa de catalizador y una capa conductora se forman sobre el vidrio conductor, y se suprime el cortocircuito eléctrico controlando los tamaños de partícula de la capa semiconductora porosa y la capa separadora porosa Además, la publicación de patente no examinada japonesa n.º 2003-92417 (documento de patente 5) propone un elemento de conversión fotoeléctrica que incluye un primer electrodo y un segundo electrodo, una capa transportadora de electrones, una capa de colorante y una capa transportadora con orificios prevista entre estos electrodos, y una capa de barrera para impedir o suprimir el cortocircuito entre el primer electrodo y la capa transportadora con orificios, en el que, con el fin de mantener el aislamiento de la capa de barrera, se alisa una superficie del primer electrodo opuesta a la capa transportadora de electrones y se ajusta una rugosidad superficial (Rmáx de la máxima altura/la máxima rugosidad superficial definida en la norma JIS B0601) para que sea de 0, 05 a 1 μm.

El documento JP 2008 146922 A se refiere a proporcionar una batería solar sensibilizada por colorante que puede suprimir la degradación de la resistencia de empalme bajo rayos ultravioleta suprimiendo la entrada de rayos ultravioleta en una parte de empalme. Para este fin, se da a conocer un elemento de conversión fotoeléctrica que comprende un par de soportes que comprenden una parte de conversión fotoeléctrica, una parte de empalme para empalmar un par de soportes, y un medio para impedir la degradación que impide que se degrade la resistencia del empalme de la parte de empalme bajo los rayos ultravioleta que entran en la parte de empalme y la parte de conversión fotoeléctrica.

El documento US 2005/166959 A1 da a conocer una célula solar sensibilizada por colorante con una estructura de electrodo mejorada y eficiencia de energía potenciada, y un método de fabricación de la misma. La célula solar sensibilizada por colorante incluye un primer electrodo de transmisión de luz con una primera superficie, y un segundo electrodo con una segunda superficie orientada hacia la primera superficie del primer electrodo. La segunda superficie del segundo electrodo tiene partes convexas-cóncavas. Se forma una capa porosa sobre la primera superficie del primer electrodo. Se absorbe un colorante en la capa porosa. Se impregna un electrolito entre los electrodos primero y segundo.

El documento JP 2007 134328 A se refiere a proporcionar una célula solar que tienen eficiencia de conversión fotoeléctrica mejorada. Para este fin se da a conocer una célula solar que tienen una estructura para obtener alta eficiencia y está compuesta de una placa de base, un electrodo formado sobre la placa de base y una capa de absorción de luz formada sobre el electrodo. Además, se forma una parte que aumenta la cara de contacto entre el electrodo y la capa de absorción de luz

Documentos de la técnica anterior

Documentos de patente Documento de patente 1: patente japonesa n.º 2664194

Documento de patente 2: publicación de patente no examinada japonesa n.º HEI 11 (1999) -514787... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Célula solar sensibilizada por colorante que comprende al menos una capa (3) de catalizador;

una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior;

una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; y

una segunda capa (5) conductora laminada sobre una primera capa (2) conductora, en la que la célula solar sensibilizada por colorante tiene una estructura formada laminando al menos una capa (3) de catalizador; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; y una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior en este orden sobre una primera capa (2) conductora, y laminando una segunda capa (5) conductora entre la capa aislante porosa y la capa semiconductora porosa;

una estructura formada laminando al menos una capa (3) de catalizador; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; y una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior en este orden sobre una primera capa (2) conductora, y laminando adicionalmente una segunda capa (5) conductora sobre la capa semiconductora porosa;

una estructura formada laminando al menos una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito

(7) en el interior; una segunda capa (5) conductora; y una capa (3) de catalizador sobre una primera capa (2) conductora, y laminando la capa (4) aislante porosa; la segunda capa (5) conductora; y la capa (3) de catalizador en este orden; o

una estructura formada laminando al menos una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito

(7) en el interior; una segunda capa (5) conductora; y una capa (3) de catalizador sobre una primera capa conductora, y laminando la capa (4) aislante porosa; la capa (3) de catalizador; y la segunda capa (5) conductora en este orden;

caracterizada porque una cara de contacto entre la capa (4) aislante porosa o la capa (6) semiconductora porosa y la capa (3) de catalizador o la segunda capa (5) conductora laminadas adyacentes entre sí tiene una forma irregular con un coeficiente de rugosidad superficial Ra en un intervalo de 0, 05 a 0, 3 μm.

2. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 1, en la que al menos una capa (3) de catalizador; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; y una segunda capa (5) conductora están laminadas sobre una primera capa (2) conductora, y la capa (6) semiconductora porosa y la segunda capa (5) conductora están laminadas adyacentes entre sí y una cara de contacto entre la capa (6) semiconductora porosa y la segunda capa (5) conductora tiene una forma irregular con un coeficiente de rugosidad superficial Ra en un intervalo de 0, 05 a 0, 3 μm.

3. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 2, en la que al menos una capa (3) de catalizador; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; y una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior están laminadas sobre una primera capa (2) conductora en este orden, y la segunda capa (5) conductora está laminada entre la capa (4) aislante porosa y la capa (6) semiconductora porosa.

4. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 2, en la que al menos una capa (3) de catalizador; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; y una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior están laminadas sobre una primera capa (2) conductora en este orden, y además una segunda capa (5) conductora está laminada sobre la capa

(6) semiconductora porosa.

5. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 1, en la que al menos una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; una segunda capa (5) conductora; y una capa (3) de catalizador están laminadas sobre una primera capa (2) conductora, y la capa (4) aislante porosa y o bien la segunda capa (5) conductora o bien la capa (3) de catalizador están laminadas adyacentes entre sí y una cara de contacto entre la capa (4) aislante porosa y la segunda capa (5) conductora o la capa (3) de catalizador tiene una forma irregular con un coeficiente de rugosidad superficial Ra en un intervalo de 0, 05 a 0, 3 μm.

6. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 5, en la que al menos una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito en el interior; una segunda capa (5) conductora; y una capa (3) de catalizador están laminadas sobre una primera capa (2) conductora, y la capa (4) aislante porosa; la segunda 10 capa (5) conductora; y la capa (3) de catalizador están laminadas en este orden.

7. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 5, en la que al menos una capa (6) semiconductora porosa que adsorbe un colorante de sensibilización y que contiene un electrolito (7) en el interior; una capa (4) aislante porosa que contiene un electrolito (7) en el interior; una segunda capa (5) conductora; y una capa (3) de catalizador están laminadas sobre una primera capa (2) conductora, y la capa (4) aislante porosa; la capa (3) de catalizador; y la segunda capa (5) conductora están laminadas en este orden.

8. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 1, en la que la primera capa (2) conductora y la segunda capa (5) conductora están hechas de material de metal o de material de óxido de metal.

9. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 8, en la que el material de metal es titanio, níquel y tantalio.

10. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 8, en la que el material de óxido de metal es óxido de estaño, óxido de estaño dopado con flúor, óxido de cinc, óxido de indio u óxido compuesto de indio-estaño.

11. Célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 1, en la que la segunda capa (5) conductora tiene una pluralidad de orificios pequeños para que pase el electrolito (7) ; o el colorante y el electrolito.

12. Módulo de células solares sensibilizada por colorante que comprende dos o más de las células solares 25 sensibilizadas por colorante según la reivindicación 1 conectadas eléctricamente en serie.