FIBRAS FOTOVOLTAICAS.
Fibra fotovoltaica que comprende:
un núcleo de fibra (502) que tiene una superficie exterior;
un material de nanomatriz fotosensibilizado aplicado a la superficie exterior del núcleo de fibra (502);
una capa protectora (524), en la que se dispone el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), un material portador de carga (515) y un contraelectrodo (504).
caracterizada porque
el contraelectrodo (504) está formado por uno o más hilos (504) que se incrustan en un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa (506) o que también pueden incrustarse parcialmente en el material portador de carga (515)
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US03/02261.
Solicitante: KONARKA TECHNOLOGIES, INC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 100 FOOT OF JOHN STREET-BOOT MILL-SOUTH, THIRD FLOOR,LOWELL, MA 01852.
Inventor/es: ECKERT, ROBERT, CHITTIBABU,KETHINNI, GAUDIANA,RUSSELL,A, LI,LIAN, MONTELLO,ALAN, MONTELLO,EDMUND, WORMSER,PAUL.
Fecha de Publicación: .
Fecha Concesión Europea: 3 de Marzo de 2010.
Clasificación PCT:
- H01G9/20 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01G CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES, CONMUTADORES O DISPOSITIVOS FOTOSENSIBLES O SENSIBLES A LA TEMPERATURA, DEL TIPO ELECTROLITICO (empleo de materiales especificados por sus propiedades dieléctricas H01B 3/00; condensadores con una barrera de potencial o una barrera de superficie H01L 29/00). › H01G 9/00 Condensadores electrolíticos, rectificadores electrolíticos, detectores electrolíticos, conmutadores, dispositivos de conmutación electrolíticos, dispositivos electrolíticos fotosensibles o sensibles a la temperatura; Procesos para su fabricación. › Dispositivos fotosensibles.
Clasificación antigua:
- H01G9/20 H01G 9/00 […] › Dispositivos fotosensibles.
- H01L51/20
Fragmento de la descripción:
Fibras fotovoltaicas.
Campo de la invención
La invención se refiere en general al campo de los dispositivos fotovoltaicos, y más específicamente a las fibras fotovoltaicas.
Antecedentes de la invención
Las células solares de película delgada que se componen de redes de percolación de electrolito líquido y dióxido de titanio sinterizado recubierto con colorante fueron desarrolladas por el Dr. Michael Grätzel y colaboradores en el Instituto Federal Suizo de Tecnología. Estos dispositivos fotovoltaicos se encuentran dentro de una clase general de células denominadas en lo sucesivo células solares sensibilizadas con colorante ("DSSC"). Convencionalmente, la fabricación de DSSC requiere un proceso de sinterización a alta temperatura (> aproximadamente 400ºC) para lograr una interconectividad suficiente entre las nanopartículas y una adhesión potenciada entre las nanopartículas y un sustrato transparente. Aunque las células fotovoltaicas de Grätzel se fabrican a partir de materiales de partida relativamente baratos, la técnica de sinterización a alta temperatura usada para fabricar estas células limita el sustrato de la célula a materiales transparentes rígidos, tal como vidrio, y por consiguiente limita la fabricación a un proceso discontinuo. Además, el sustrato rígido excluye la incorporación de estas DSSC en revestimientos flexibles para aplicaciones comerciales, industriales, de agricultura y/o militares.
El documento EP-A-1 033762 da a conocer un colector solar, que comprende fibras porosas o huecas que soportan un material activo fotovoltaico. Las fibras huecas se recubren internamente, formando capas de contacto de electrodo y contraelectrodo separadas por una capa de absorción.
BAPS B et al. en el artículo "Ceramic based solar cells in fiber form", EUROCERAMICS VII. 7ª CONFERENCIA Y MUESTRA DE LA SOCIEDAD EUROPEA DE CERÁMICA, BRUJAS, BÉLGICA, 9-13 DE SEPT. DE 2001, vol. 206-213, pt. 2, páginas 937-940, XP008022335 Key Engineering Materials, 2002, Trans Tech Publications, Suiza, da a conocer una célula solar fotoquímica en forma de fibra. Un electrodo interno de acero inoxidable conductor se recubre con polvo de TiO2 de tamaño nanométrico semiconductor y se usan diferentes colorantes orgánicos para sensibilizar el polvo de TiO2. El montaje de electrodo, polvo cerámico y electrolito se incorpora en un tubo de polímero transparente que se ha recubierto con polímero conductor en el interior.
Y. Hao et al. describen en "A photoelectrochemical solar cell based on ZnO/dye/polypyrrole film electrode as photoanode", Solar Energy Mat. & Solar Cells 60 (2000) 349 -359, que se fabricó una célula solar de PEC preliminar basándose en el electrodo de película de ZnO/colorante/polipirrol nanoestructurado. Se llevaron a cabo mediciones fotoelectroquímicas usando una célula de tres compartimentos convencional que consiste en un contraelectrodo de hilo de Pt y un electrodo de calomelanos saturado (ECS) como referencia.
Sumario de la invención
El objeto de la presente invención es facilitar la conexión eléctrica de una fibra fotovoltaica, mientras que al mismo tiempo todavía se proporcionan buenas características funcionales y estructurales de la fibra fotovoltaica.
Este objeto se logra según la presente invención mediante una fibra fotovoltaica tal como se define en la reivindicación 1 y un método de formación de una fibra fotovoltaica tal como se define en la reivindicación 10. Las realizaciones ventajosas se describen en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
El objeto anterior y otras características, y ventajas de la invención descritas anteriormente se entenderán de una manera más completa a partir de la siguiente descripción, cuando se lea junto con los dibujos adjuntos. En los dibujos, los caracteres de referencia similares generalmente se refieren a las mismas partes en todas las diferentes vistas. Los dibujos no son necesariamente a escala y por el contrario generalmente se pone énfasis en la ilustración de los principios de la invención.
Las figuras 1A-1D muestran vistas en sección transversal de diversos ejemplos ilustrativos de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente conductor;
las figuras 2A-2D representan vistas en sección transversal de diversos ejemplos ilustrativos de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente conductor y una capa de medio catalítico;
las figuras 3A-3D representan vistas en sección transversal de diversos ejemplos ilustrativos de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente aislante;
las figuras 4A-4D muestran vistas en sección transversal de diversos ejemplos ilustrativos de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente aislante y una capa de medio catalítico;
la figura 5 representa una vista en sección transversal de una realización ilustrativa de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente conductor e hilos incrustados en el conductor eléctrico, según la invención;
las figuras 6A y 6B representan la formación de una fibra flexible incluyendo una célula fotovoltaica;
la figura 6C muestra una vista en sección transversal de un material fotovoltaico a modo de ejemplo formado usando el método representado en las figuras 6A y 6B;
la figura 7 muestra una realización a modo de ejemplo de una célula fotovoltaica en forma de una fibra, según una realización ilustrativa de la invención;
las figuras 8A-8C muestran diversos ejemplos ilustrativos que demuestran la conexión eléctrica de fibras fotovoltaicas para formar un tejido flexible;
la figura 9 muestra un tejido fotovoltaico a modo de ejemplo formado a partir de materiales fotovoltaicos;
la figura 10 representa un ejemplo ilustrativo de una malla fotovoltaica de dos componentes;
la figura 11 muestra un método a modo de ejemplo para formar una fibra flexible que incluye un material fotovoltaico usando un proceso de fabricación continuo;
la figura 12 representa una estructura química a modo de ejemplo de un ejemplo ilustrativo de un agente de poliunión para nanopartículas de un óxido de metal M;
la figura 13 representa otra estructura química a modo de ejemplo de un ejemplo ilustrativo de un agente de poliunión para nanopartículas de un óxido de metal M;
la figura 14A muestra una estructura química a modo de ejemplo para una película de nanopartículas interconectadas con un agente de poliunión;
la figura 14B muestra una película de nanopartículas interconectadas de la figura 14A unida a una capa de óxido de sustrato;
la figura 15 representa la estructura química del poli(titanato de n-butilo);
la figura 16A muestra la estructura química de una película de nanopartículas de dióxido de titanio interconectadas con poli(titanato de n-butilo);
la figura 16B muestra la película de nanopartículas de dióxido de titanio interconectadas de la figura 16A unida a una capa de óxido de sustrato;
la figura 17 representa la estructura química de la gelación inducida por una reacción de complejación de iones Li+ con compuestos de poli(4-vinilpiridina) complejables;
la figura 18 muestra la estructura química de un ión litio que se compleja con segmentos de poli(óxido de etile- no);
las figuras 19A-19C representan estructuras químicas de cosensibilizadores a modo de ejemplo;
las figuras 20A-20B representan estructuras químicas adicionales a modo de ejemplo de cosensibilizadores;
la figura 21 muestra un gráfico de la absorbancia del ácido difenilaminobenzoico;
la figura 22 representa un ejemplo ilustrativo del recubrimiento de un recubrimiento de capa de preparación semiconductora; y
la figura 23 representa una vista en sección transversal de una fibra fotovoltaica a modo de ejemplo, según la invención.
Descripción de los ejemplos ilustrativos
A. Fibras fotovoltaicas
Las figuras 1A-1D representan diversos ejemplos ilustrativos de fibras fotovoltaicas 100a, 100b, 100c y 100d (de manera colectiva "100") que incluyen, cada una, un núcleo de fibra eléctricamente conductor 102, un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 106 y un material de fotoconversión...
Reivindicaciones:
1. Fibra fotovoltaica que comprende:
un núcleo de fibra (502) que tiene una superficie exterior;
un material de nanomatriz fotosensibilizado aplicado a la superficie exterior del núcleo de fibra (502);
una capa protectora (524), en la que se dispone el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), un material portador de carga (515) y un contraelectrodo (504).
caracterizada porque
el contraelectrodo (504) está formado por uno o más hilos (504) que se incrustan en un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa (506) o que también pueden incrustarse parcialmente en el material portador de carga (515).
2. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 1, en la que el núcleo de fibra (502) es de manera sustancial eléctricamente conductor.
3. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 1, en la que el núcleo de fibra (502) es de manera sustancial eléctricamente aislante y comprende además un conductor eléctrico interior que se dispone sobre el núcleo de fibra eléctricamente aislante (502).
4. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 1, en la que la capa protectora (524) comprende un material polimérico flexible.
5. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 1, en la que el material de nanomatriz fotosensibilizado incluye nanopartículas o un material compuesto de heterounión.
6. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 5, en la que el material compuesto de heterounión comprende fulerenos, partículas de fulereno y/o nanotubos de carbono.
7. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 5, en la que el material compuesto de heterounión comprende un polímero conjugado y/o un material compuesto de polímeros conjugados.
8. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 5, en la que el material compuesto de heterounión comprende materiales compuestos que incluyen politiofeno y poliquinolina, o materiales compuestos de polifenilenvinileno, junto con material no polimérico.
9. Fibra fotovoltaica según una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el contraelectrodo (504) comprende platino, cobre, plata, oro, níquel, paladio, hierro o aleaciones de los mismos.
10. Método de formación de una fibra fotovoltaica, comprendiendo el método las etapas de:
proporcionar un núcleo de fibra (502) que tiene una superficie exterior;
aplicar un material de nanomatriz fotosensibilizado a la superficie exterior del núcleo de fibra (502); y
disponer el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), un material portador de carga (515) y un contraelectrodo (504) dentro de una capa protectora (524) para formar una fibra fotovoltaica,
caracterizado porque
el contraelectrodo (504) está formado por uno o más hilos (504) que se incrustan en un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa (506) o que también pueden incrustarse parcialmente en el material portador de carga (515).
11. Método según la reivindicación 10, en el que el núcleo de fibra (502) es de manera sustancial eléctricamente conductor.
12. Método según la reivindicación 10, en el que el núcleo de fibra (502) comprende un es de manera sustancial eléctricamente aislante y comprende además un conductor eléctrico interior que se dispone sobre el núcleo de fibra eléctricamente aislante (502).
13. Método según la reivindicación 10, en el que la capa protectora (524) comprende un material polimérico flexible.
14. Método según la reivindicación 10, en el que el material de nanomatriz fotosensibilizado incluye nanopartículas o un material compuesto de heterounión.
15. Método según la reivindicación 14, en el que el material compuesto de heterounión comprende fulerenos, partículas de fulereno y/o nanotubos de carbono.
16. Método según la reivindicación 14, en el que material compuesto de heterounión comprende un polímero conjugado y/o un material compuesto de polímeros conjugados.
17. Método según la reivindicación 14, en el que el material compuesto de heterounión comprende materiales compuestos que incluyen politiofeno y poliquinolina, o materiales compuestos de polifenilenvinileno, junto con material no polimérico.
18. Método según una de las reivindicaciones 10 a 17, en el que el contraelectrodo (504) comprende platino, cobre, plata, oro, níquel, paladio, hierro o aleaciones de los mismos.
19. Método según la reivindicación 10, en el que la etapa de disposición comprende insertar el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), el material portador de carga y el contraelectrodo (504) en la capa protectora (524) para formar la fibra fotovoltaica.
20. Método según la reivindicación 10, en el que la etapa de disposición comprende recubrir la capa protectora (524) sobre el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), el material portador de carga y el contraelectrodo (504) para formar la fibra fotovoltaica.
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