Una célula solar sensibilizada con colorante, que comprende una capa (2) de electrodo colector de corriente,

una capa (3) de conversión fotoeléctrica de una capa semiconductora porosa que adsorbe un colorante, formada en la capa (2) del electrodo colector de corriente, una capa (4) de transporte de portadores fabricada de un electrólito líquido, un electrólito de gel o un electrólito de gel de sal fundida, una capa (5) de contraelectrodo, y una capa (7) de sellado, las cuales están formadas entre un par de soportes (1, 6), por lo menos uno de los cuales está fabricado de un material transmisor de la luz, en la que la capa (5) de contraelectrodo tiene aberturas y está formada sobre una cara plana del soporte (6) fabricado del material transmisor de la luz.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la Invención

La presente invención se refiere a una célula solar sensibilizada con colorante y a un módulo de células solares sensibilizadas con colorante.

2. Descripción de la Técnica Relacionada

Las células solares, que pueden convertir la luz solar en potencia eléctrica, han atraído la atención como fuente de energía sustitutiva de los combustibles fósiles. Actualmente, se han utilizado de manera práctica algunas células solares que utilizan sustratos de silicio cristalino y células solares de silicio de película delgada. Sin embargo, las primeras tienen el problema del elevado costo de producción de los sustratos de silicio, y las últimas tienen el problema de que el costo de producción se incrementa debido a que se requieren varias clases de gases para la fabricación de semiconductores y complicadas instalaciones de fabricación. Por lo tanto, en ambas células solares, se ha intentado reducir el coste por salida de potencia eléctrica, incrementando la eficiencia de la conversión fotoeléctrica; sin embargo, los problemas mencionados anteriormente siguen sin ser solucionados.

El documento US 2003/0 205 268 da a conocer un dispositivo de conversión fotoeléctrica que comprende una capa semiconductora de partículas, en donde la capa semiconductora de partículas está preparada mediante un método que comprende una etapa de irradiación de partículas semiconductoras con una onda electromagnética, o una etapa de calentamiento de partículas semiconductoras a una temperatura de 50 °C o superior, y menor de 350 ° C, bajo una presión de 0,05 MPa o menor.

El documento WO 03/034533 A1 se refiere a un electrodo semiconductor de óxido de metal sensibilizado con colorante orgánico, que tiene una película conductora de óxido de metal producida fácilmente a baja temperatura, y a una célula solar sensibilizada con colorante orgánico que comprende dicho electrodo. El electrodo semiconductor comprende un sustrato que tiene un electrodo transparente en su superficie, una película semiconductora de óxido de metal formada en el electrodo transparente, y un colorante orgánico adsorbido sobre la superficie de la película semiconductora. La película semiconductora de óxido de metal está formada mediante un filmógeno en fase de vapor.

De acuerdo con el documento WO 2004/032 274 A1, la superficie de una capa de cableado metálico en un sustrato de electrodo está recubierta con aislamiento mediante una capa de aislamiento. En un elemento de conversión fotoeléctrica que utiliza este sustrato de electrodo, la capa del cableado metálico está apantallada positivamente respecto de un electrólito o similar, para impedir eficazmente su corrosión y una fuga de corriente, y mejorar la eficiencia de la conversión fotoeléctrica. La capa de aislamiento está formada preferentemente de un material que contiene un componente de vidrio, de manera especialmente preferente está formada imprimiendo una pasta que contiene fritas. La capa de cableado metálico está formada preferentemente mediante un método de impresión.

Como un nuevo tipo de célula solar, se ha propuesto una célula solar de tipo húmedo basada en transferencia electrónica foto-inducida de un complejo metálico (véase la patente japonesa número 2 664 194).

Esta célula solar de tipo húmedo comprende: dos sustratos de vidrio, cada uno de los cuales tiene un electrodo sobre una superficie del mismo; y una capa de conversión fotoeléctrica que contiene un material de conversión fotoeléctrica que tiene un espectro de absorción en la región de la luz visible, mediante la adsorción de un colorante foto-sensible y un material electrolítico, y que está emparedada entre los electrodos de dos sustratos de vidrio.

Cuando la célula solar de tipo húmedo es irradiada con luz, se generan electrones en la capa de conversión fotoeléctrica, los electrones generados se transfieren a los electrodos a través de un circuito eléctrico externo, y los electrones transferidos son transportados a los electrodos opuestos debido a los iones en el metal electrolítico, y devueltos a la capa de conversión fotoeléctrica. Debido a la sucesión del flujo de electrones, se produce energía eléctrica.

Sin embargo, puesto que la célula solar de tipo húmedo tiene una estructura básica por cuanto que la solución electrolítica es inyectada entre los electrodos de dos sustratos de vidrio, es posible fabricar una célula solar de prueba en un área superficial pequeña, pero es difícil fabricar en la práctica una célula solar con un área superficial amplia tal como de 1 m².

En dicha célula solar, si se amplía el área superficial de una célula solar (célula unidad), la corriente generada se incrementa proporcionalmente al área. Sin embargo, puesto que se incrementa enormemente el componente de la resistencia en la dirección transversal de la película conductora transparente a utilizar para las partes de electrodo, se incrementa la resistencia eléctrica interior, en serie, de la célula solar. Como resultado, se reduce el factor de llenado (FF, fill-factor) en las características de corriente-tensión en el momento de la conversión fotoeléctrica, lo que tiene como resultado un problema de disminución de la eficiencia de la conversión fotoeléctrica.

Para solucionar los problemas mencionados anteriormente, se ha propuesto instalar hilos conductores metálicos en un sustrato conductor transparente en la cara receptora de la luz de la célula solar (publicación de patente japonesa no examinada número 2000-285 977).

Sin embargo, la célula solar con dicha estructura tiene una absorción o una reflexión de la luz elevadas, y disminuye la luz que alcanza la capa de conversión fotoeléctrica, de manera que se reduce la densidad de corriente a producir, lo que tiene como resultado un deterioro de la eficiencia en la conversión fotoeléctrica.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención está dirigida a proporcionar una célula solar de alto rendimiento sensibilizada con colorante, y un módulo de células solares sensibilizadas con colorante, suprimiendo la reducción del FF, la cual está provocada por un incremento de la resistencia interna en serie, en el momento de la conversión fotoeléctrica, y suprimiendo la disminución de la luz que alcanza una capa de conversión fotoeléctrica.

Los presentes inventores han realizado investigaciones para solucionar los problemas mencionados anteriormente y, como resultado, han encontrado que podría obtenerse una célula solar de alto rendimiento sensibilizada con colorante, a diferencia de las células solares mediante técnicas convencionales, instalando una capa de contraelectrodo con aberturas sobre un soporte realizado de un material transmisor de la luz en una célula solar sensibilizada con colorante que comprende una capa de electrodo colector de corriente, una capa de conversión fotoeléctrica de una capa semiconductora porosa que adsorbe un colorante, una capa de transporte de portadores, una capa de contraelectrodo, y una capa de sellado, las cuales están formadas entre un par de soportes de los que, por lo menos, uno está fabricado de un material transmisor de la luz. De este modo, los presentes inventores han conseguido la presente invención.

Por consiguiente, la presente invención proporciona una célula solar sensibilizada con colorante, de acuerdo con la reivindicación 1.

La presente invención proporciona, asimismo, un módulo de células solares sensibilizadas con colorante, que comprende dos o varias de las células solares sensibilizadas con colorante mencionadas anteriormente, conectadas en serie.

La capa de contraelectrodo de la célula solar sensibilizada con colorante, según la presente invención, funciona como un electrodo y tiene aberturas para transmitir suficientemente la luz incidente. Por lo tanto, la luz que no puede alcanzar la capa de conversión fotoeléctrica debido a la absorción o a la reflexión en las células solares convencionales sensibilizadas con colorante, puede entrar a través de las aberturas; de ese modo, puede eliminarse la reducción de la densidad de corriente a producir el momento de la conversión fotoeléctrica.

Además, puesto que puede llevarse la suficiente luz incidente hacia el interior de la célula a través las aberturas, la capa de contraelectrodo puede ser opaca. Por consiguiente, puede engrosarse lo suficiente el grosor de la capa de contraelectrodo, de manera que puede reducirse la resistencia... [Seguir leyendo]

1. Una célula solar sensibilizada con colorante, que comprende una capa (2) de electrodo colector de corriente, una capa (3) de conversión fotoeléctrica de una capa semiconductora porosa que adsorbe un colorante, formada en la capa (2) del electrodo colector de corriente, una capa (4) de transporte de portadores fabricada de un electrólito líquido, un electrólito de gel o un electrólito de gel de sal fundida, una capa (5) de contraelectrodo, y una capa (7) de sellado, las cuales están formadas entre un par de soportes (1, 6), por lo menos uno de los cuales está fabricado de un material transmisor de la luz, en la que la capa (5) de contraelectrodo tiene aberturas y está formada sobre una cara plana del soporte (6) fabricado del material transmisor de la luz.

2. La célula solar sensibilizada con colorante acorde con la reivindicación 1, en la que la capa (5) de contraelectrodo tiene una relación de apertura del 70 al 99% por unidad de superficie.

3. La célula solar sensibilizada con colorante acorde con la reivindicación 1 o 2, en la que la capa (5) de contraelectrodo tiene forma de banda y/o forma de rejilla.

4. La célula solar sensibilizada con colorante acorde con la reivindicación 3, en la que la forma de banda está compuesta de líneas finas con intervalos de 1 a 200 µm.

5. La célula solar sensibilizada con colorante acorde con la reivindicación 3, en la que la forma de rejilla se compone de líneas finas con intervalos de 5 a 250 µm y un ángulo de cruce de 80 a 100°.

6. La célula solar sensibilizada con colorante acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la capa

(5) de contraelectrodo incluye una capa catalizadora y/o una capa conductora.

7. La célula solar sensibilizada con colorante acorde con la reivindicación 6, en la que la capa catalizadora está fabricada de platino.

8. La célula solar sensibilizada con colorante acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que la capa

(2) del electrodo colector de corriente incluye, por lo menos, una capa de metal y/o una capa de óxido de metal.

9. Un módulo de células solares sensibilizadas con colorante, que comprende dos o más de las células solares sensibilizadas con colorante mencionadas anteriormente, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, conectadas en serie.