Un módulo fotovoltaico conteniendo lo siguiente: - Tres o más sustratos (1,

2, 3) distribuidos en una estrecha relación espacial entre ellos, comprendiendo dichos sustratos: - un sustrato central (2) dotado de una primera y una segunda cara, o dos substratos adosados con la primera y la segunda cara desplegadas, - un primer sustrato externo (1) con cara interna y externa el primer sustrato externo (1) construido de tal manera que la cara interna y la mencionada primera cara están yuxtapuestas, - y un segundo sustrato externo (3) con cara interna y externa, estando construido el segundo substrato de tal manera que la cara interna del segundo substrato (3) y la mencionada cara están yuxtapuestas, de donde el primer sustrato externo (1) es sustancialmente transparente y el sustrato central (2) es sustancialmente transparente, caracterizado porque - los dispositivos fotovoltaicos frontales (A, B, C) se encuentran entre dicho primer sustrato externo (1) y la primera cara de dicho sustrato central (2), - medios de conexión y/o división (11) se encuentran emplazados entre al menos un par de los dispositivos frontales (A, B, C), de donde el área ocupada por los medios de conexión y/o división (11) es en parte ópticamente transparente, - los dispositivos fotovoltaicos posteriores (D, E) se encuentran entre dicho segundo substrato externo (3) y la segunda cara del mencionado sustrato central (2), - dichos dispositivos frontales y posteriores (A, B, C; D, E) están construidos de tal manera que dichos medios de conexión y/o división (11) de los dispositivos frontales (A, B, C) se oponen a las regiones fotovoltaicas activas de los dispositivos posteriores (D, E)

Dispositivos de multicélulas fotovoltaicas.

Objeto de la invención

Esta invención se refiere a dispositivos de multicélulas fotovoltaicas (módulos fotovoltaicos) y a dispositivos de generación y almacenamiento de energía (CEGS). Más particularmente esta invención se refiere a células de nano tintura solar (NDSC) y módulos fotovoltaicos basados en tecnología NDSC.

Existe una gran variedad de dispositivos fotovoltaicos para la conversión de radiación electromagnética en energía eléctrica. Ello incluye dispositivos de estado sólido convencionales (véase M. Green Third generation photovoltaics: concepts for high efficiency at low cost, The Electrochemical Society Proceedings, Vol. 2001-10, p. 3-18) y dispositivos NDSC desarrollados más recientemente.

Ejemplos de dispositivos NDSC de este tipo se describen en las siguientes patentes de EEUU:

4927721, Photoelectrochemical cell; Michael Graetzel and Paul Liska, 1990.

5525440, Method of manufacture of photo-electrochemical cell and a cell made by this method; Andreas

Kay, Michael Graetzel and Brian O'Regan,1996.

6,297,900, Electrophotochromic Smart Windows and Methods, G.E. Tulloch and I.L.Skryabin, 1997.

6,555,741, Methods to implement interconnects in multi-cell regenerative photovoltaic photoelectrochemical devices, J.A. Hopkins, G. Phani, I.L. Skryabin,1999.

6,652,904, Methods to manufacture single cell and multi-cell regenerative photoelectrochemical devices,

J.A. Hopkins, D. Vittorio, G. Phani, 1999.

Ejemplos de dispositivos CEGS se describen en la solicitud de patente internacional PCT/AU2004/000689 - Nanophotocapacitor, I.L.Skryabin and S.M.Tulloch, 21-May-04.

US 6310282 B1 describe una célula fotovoltaica que incluye dos unidades celulares fotovoltaicas que se encuentran entre un substrato central y dos substratos laterales, siendo los tres substratos transparentes y dispuestos en paralelo y encarados unos con otros.

Antecedentes de la invención

Muchos dispositivos de delgada película PV y, particularmente NDSC, del tipo descrito en las patentes arriba mencionadas, pueden ser fabricados en un laminado situado entre dos substratos de amplia zona sin grandes costes. Una realización típica consta de dos substratos de vidrio, usando cada uno un recubrimiento del conducto eléctrico sobre la superficie interna del substrato. Otra realización típica consiste en un primer sustrato de vidrio o polímero que utiliza un recubrimiento del conducto eléctrico sobre la superficie interna del substrato, siendo el segundo substrato polimérico o metálico. En algunas configuraciones, la superficie interna del mencionado segundo substrato polimérico está cubierta con un protector de conductor eléctrico, mientras que en otras configuraciones, dicho segundo substrato polimérico contiene un laminado polimérico, usando además carbón como material conductivo eléctrico.

También, en algunas configuraciones, la superficie externa puede ser una película de metal laminado, y en otra, la superficie externa puede estar recubierta por un metal.

En otras configuraciones el sustrato está hecho de metal o malla metálica o bien la cara interna del sustrato está revestida de metal. Al menos uno de dichos primero y segundo sustratos es sustancialmente transparente a la luz visible, como lo es el revestimiento de conducto eléctrico transparente que figura en anexo.

En general, un dispositivo fotovoltaico contiene regiones fotovoltaicas activas, conectando a través de medios para conectar estas regiones eléctricamente y dividiendo a través de medios para separar estas regiones.

En particular, las regiones fotovoltaicas activas de un dispositivo NDSC contienen un semiconductor de banda ancha de electrodo en funcionamiento de nanopartículas foto-sensibilizadas (por ejemplo dióxido de titanio conocido como titania) junto con un revestimiento conductor; un contraelectrodo, consistente típicamente en una capa catalítica unida al otro revestimiento conductivo o a un material conductivo; y un electrólito conteniendo un mediador redox situado entre el electrodo en funcionamiento y el contrario.

Muchos diseños de módulos NDSC se verían favorecidos por un incremento del tamaño de los dispositivos NDSC. Sin embargo, tales conductores eléctricos transparentes (TEC) que por lo general contienen una malla de óxido de metal o metálica, tienen relativamente alta resistividad cuando se comparan con conductores eléctricos normales, resultando más pérdidas de resistividad que lo deseado en una amplia zona de dispositivos NDSC, lo cual afecta la eficiencia del dispositivo NDSC especialmente en condiciones de alta luminosidad.

En una configuración, descrita en el estado de la técnica, las pérdidas se reducen por el uso de medios de conexión tales como una serie de material conductivo eléctrico (ECM) en forma de barras autobús, almohadillas, emparrillado lineal, o cualquier otro patrón propio de los recubrimientos o incrustaciones o trazados de superficie TEC de mallas o cables

Dichos medios de conducción eléctricos ocupan cierta parte de la superficie de un módulo fotovoltaico, reduciendo así la zona disponible para las regiones fotovoltaicas activas de NDSC. Ello redunda en reducción de la eficacia global del dispositivo NDSC, dado que sólo una parte de la radiación solar que incide sobre el dispositivo ataca sus regiones fotovoltaicas activas.

En otra configuración descrita en el estado de la técnica, estas pérdidas se reducen colocando dos o más dispositivos NDSC separados relativamente poco y separándolos y conectándolos internamente como un solo módulo NDSC. De nuevo los conductores internos y/o los separadores entre los dispositivos NDSC separados ocupan cierto espacio de la superficie del módulo fotovoltaico, reduciendo la eficacia global del dispositivo NDSC.

Objetivos de la invención

Es un objetivo de esta invención aportar un módulo fotovoltaico que supere las desventajas arriba mencionadas en el estado de la técnica. Otro objetivo de la invención es proporcionar un módulo NDSC con reconocida eficacia global en la conversión de luz. Otro objetivo de esta invención es aportar un módulo fotovoltaico con propiedades combinadas de almacenamiento y generación de energía.

Perfil de la invención

Esta invención se basa en el hecho de que aunque los medios de conexión y disyunción ocupan una determinada zona del módulo fotovoltaico, la zona ocupada por estos medios (y, en algunos diseños del electrodo semiconductor, el electrodo mismo) es en parte ópticamente transparente y, sin embargo, la radiación solar transmitida directamente o por refracción o reflexión a través de esta zona podría convertirse exitosamente en electricidad a través de otro dispositivo fotovoltaico colocado detrás de los mencionados medios de conexión y disyunción.

En términos generales, la presente invención aporta el módulo fotovoltaico acoplado que contiene al menos dos dispositivos fotovoltaicos separados o internamente conectados, situados uno detrás de otro, de tal manera que los medios de interconexión o división del dispositivo frontal se oponen a la región fotovoltaica activa del dispositivo posterior.

La invención consiste en un módulo fotovoltaico que contiene lo siguiente:

- Tres o más sustratos dispuestos en una relación paralela en espacio cerrado entre ellos, comprendiendo dichos sustratos:

- un sustrato central que tiene primera y segunda fases, o dos sustratos adosados que han desplegado una primera y una segunda fase.

- un primer substrato externo que tiene una cara interna y una externa, estando dispuesto el primer sustrato externo de tal manera que la cara interna y la primera cara están yuxtapuestas.

- Y un segundo substrato externo con cara interna y externa, estando situado el segundo sustrato externo de tal manera que la cara interna del segundo sustrato y la referida segunda fase están yuxtapuestas.

- Los dispositivos fotovoltaicos frontales se encuentran entre dicho primer sustrato externo y la primera cara del mencionado sustrato central.

- Los dispositivos fotovoltaicos posteriores se encuentran entre el referido segundo sustrato externo y la segunda cara de dicho sustrato central.

Los mencionados...

1. Un módulo fotovoltaico conteniendo lo siguiente:

- Tres o más sustratos (1, 2, 3) distribuidos en una estrecha relación espacial entre ellos, comprendiendo dichos sustratos:

- un sustrato central (2) dotado de una primera y una segunda cara, o dos substratos adosados con la primera y la segunda cara desplegadas,

- un primer sustrato externo (1) con cara interna y externa el primer sustrato externo (1) construido de tal manera que la cara interna y la mencionada primera cara están yuxtapuestas,

- y un segundo sustrato externo (3) con cara interna y externa, estando construido el segundo substrato de tal manera que la cara interna del segundo substrato (3) y la mencionada cara están yuxtapuestas, de donde el primer sustrato externo (1) es sustancialmente transparente y el sustrato central (2) es sustancialmente transparente, caracterizado porque

- los dispositivos fotovoltaicos frontales (A, B, C) se encuentran entre dicho primer sustrato externo (1) y la primera cara de dicho sustrato central (2),

- medios de conexión y/o división (11) se encuentran emplazados entre al menos un par de los dispositivos frontales (A, B, C), de donde el área ocupada por los medios de conexión y/o división (11) es en parte ópticamente transparente,

- los dispositivos fotovoltaicos posteriores (D, E) se encuentran entre dicho segundo substrato externo (3) y la segunda cara del mencionado sustrato central (2),

- dichos dispositivos frontales y posteriores (A, B, C; D, E) están construidos de tal manera que dichos medios de conexión y/o división (11) de los dispositivos frontales (A, B, C) se oponen a las regiones fotovoltaicas activas de los dispositivos posteriores (D, E).

2. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

- los mencionados dispositivos frontales (A, B, C) están internamente conectados para formar una fuente de energía biterminal (bipolar) frontal

- los mencionados dispositivos fotovoltaicos posteriores (D, E) están internamente conectados para formar una fuente de energía bipolar posterior.

3. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los dispositivos fotovoltaicos frontales (A, B, C) y los dispositivos fotovoltaicos posteriores (D, E) están internamente conectados para formar una fuente de energía bipolar unida.

4. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación, en el que las capas de diodo están incluidas en el trayecto eléctrico entre los dispositivos frontales y posteriores (A, B, C, D, E).

5. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 4, en el que las capas de diodos están basadas en óxido semiconductor.

6. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 3, en el que se han hecho orificios en el substrato central (2) para hacer posible conexiones eléctricas (9) entre los dispositivos frontal y posterior (A, B, C, D, E).

7. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 6, en el que se insertan uno o más conductores en cada orificio.

8. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 6, en el que al menos uno de los orificios está rellenado con un material conductor eléctrico.

9. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la anchura de las regiones fotovoltaicas activas de los dispositivos posteriores (D, E) es menor que la anchura de las regiones fotovoltaicas activas de los dispositivos frontales (A, B, C).

10. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con las reivindicaciones precedentes, en el que al menos uno de dichos dispositivos fotovoltaicos (A, B, C, D, E) contiene una capa de nanopartículas sensibilizadas por pigmento (6) de un semiconductor de ancha cavidad de banda y una capa de electrólito (8, 10) (dispositivo NDSC).

11. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 10, en el que los dispositivos posteriores son dispositivos NDSC con propiedades de almacenamiento de energía, conteniendo preferentemente partículas de carbón añadidas.

12. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 10, en el que los dispositivos posteriores (D, E) son dispositivos NDSC y el pigmento utilizado en los dispositivos posteriores (D, E) (el pigmento posterior) es ópticamente complementario a las características de absorción de la capa fotovoltaica activa de los dispositivos frontales (A, B, C).

13. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 10, en el que todos los dispositivos fotovoltaicos frontales y posteriores (A, B, C, D, E) son dispositivos NDSC.

14. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el pigmento posterior es ópticamente complementario a las características de absorción del pigmento utilizado en los dispositivos frontales (A, B, C) (el pigmento frontal).

15. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el pigmento frontal absorbe luz predominantemente en la parte azul del espectro solar, mientras que el pigmento posterior absorbe al menos en la parte roja del espectro solar.

16. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 13, en el que los dispositivos NDSC frontales (A, B, C) se encuentran en la primera cara del sustrato central (2) y los dispositivos DNSC posteriores (D, E) se encuentran en la segunda cara del sustrato central (2).

17. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 13, en el que los dispositivos NDSC frontales (A, B, C) están conectados en paralelo con los dispositivos NDSC posteriores (D, E).

18. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 17, en el que la capa del electrólito (10) de los dispositivos NDSC posteriores (D, E) (los electrólitos posteriores) tienen una composición química diferente a la capa de electrólito (8) utilizada en los dispositivos NDSC frontales (A, B, C) (el electrólito frontal).

19. Un módulo fotovoltaico de acuerdo con la reivindicación 18, en el que la concentración de redox-doble en el electrólito posterior (10) es menor que la concentración de redox-doble en el electrólito frontal (8).