DISPOSITIVOS FOTOVOLTAICOS FIBROSOS Y APLICACIONES DE LOS MISMOS.

Dispositivos fotovoltaicos fibrosos y aplicaciones de los mismos. CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a dispositivos optoelectrónicos orgánicos y, en particular, a dispositivos fotovoltaicos orgánicos que tienen una estructura fibra. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los dispositivos optoelectrónicos que usan materiales orgánicos se están haciendo cada vez más deseables en una amplia variedad de aplicaciones por una serie de razones. Los materiales usados para construir dispositivos optoelectrónicos orgánicos son relativamente baratos en comparación con sus homólogos inorgánicos, proporcionando así ventajas en coste frente a dispositivos optoelectrónicos producidos con materiales inorgánicos. Además, los materiales orgánicos proporcionan propiedades físicas deseables, tales como flexibilidad, permitiendo su uso en aplicaciones inadecuadas para materiales rígidos. Ejemplos de dispositivos optoelectrónicos orgánicos comprenden células fotovoltaicas orgánicas, dispositivos emisores de luz orgánicos (OLEDs) y fotodetectores orgánicos. Los dispositivos fotovoltaicos convierten radiación electromagnética en electricidad al producir una corriente fotogenerada cuando son conectados a través de una carga y expuestos a la luz. La potencia eléctrica generada por células fotovoltaicas puede usarse en muchas aplicaciones incluyendo iluminación, calentamiento, carga de baterías y alimentación de dispositivos que requieren energía eléctrica. Cuando es irradiado bajo una carga infinita, un dispositivo fotovoltaico produce su tensión máxima posible, la tensión de circuito abierto o Voc. Cuando es irradiado con sus contactos eléctricos cortocircuitados, un dispositivo fotovoltaico produce su corriente máxima, I de cortocircuito o Isc. En condiciones operativas, un dispositivo fotovoltaico está conectado a una carga finita y la producción de potencia eléctrica es igual al producto de la corriente por la tensión. La potencia máxima generada por un dispositivo fotovoltaico no puede superar el producto de Voc y Isc. Cuando el valor de carga es optimizado para una generación de potencia máxima, la corriente y la tensión tienen los valores Imax y Vmax, respectivamente. Una característica clave al evaluar el rendimiento de una célula fotovoltaica es el factor de relleno, ff. El factor de relleno es la relación de la potencia real de una célula fotovoltaica respecto de su potencia si tanto la corriente como la tensión estuvieran en sus máximos. El factor de relleno de una célula fotovoltaica viene proporcionado según la ecuación (1). ff = (Imax Vmax)/( IscVoc) (1) El factor de relleno de una célula fotovoltaica es siempre menor de 1, dado que Isc y Voc nunca se obtienen de manera simultánea en condiciones operativas. Sin embargo, a medida que el factor de relleno se aproxima a un valor de 1, un dispositivo demuestra una menor resistencia interna y, por tanto, entrega un mayor porcentaje de potencia eléctrica a la carga en condiciones óptimas. Los dispositivos fotovoltaicos pueden caracterizarse adicionalmente por su eficiencia al convertir energía electromagnética en energía eléctrica. La eficiencia de conversión, p, de un dispositivo fotovoltaico es proporcionado conforme a la ecuación (2), en donde Pinc es la potencia de la luz incidente sobre el dispositivo fotovoltaico. p = ff *( IscVoc)/Pinc (2) Los dispositivos que usan silicio cristalino o amorfo dominan las aplicaciones comerciales y algunos han logrado eficiencias del 23% o más. Sin embargo, los dispositivos eficientes de base cristalina, especialmente los de gran área superficial, son difíciles y caros de producir debido a los problemas de fabricación de grandes cristales libres de defectos cristalinos que promueven la recombinación excitónica. Las células fotovoltaicas de silicio amorfo comercialmente disponibles demuestran eficiencias que abarcan desde aproximadamente un 4% hasta un 12%. La construcción de dispositivos fotovoltaicos orgánicos que tengan eficiencias comparables a dispositivos inorgánicos plantea un desafío técnico. Algunos dispositivos fotovoltaicos orgánicos demuestran eficiencias del orden de un 1% o menos. Las bajas eficiencias mostradas en dispositivos fotovoltaicos orgánicos resultan de una severa incompatibilidad de escala de longitud entre la longitud de difusión excitónica (LD) y el grosor de la capa orgánica. Con el fin de tener una absorción eficiente de radiación electromagnética visible, una película orgánica debe tener un grosor de aproximadamente 500 nm. Este grosor supera en gran medida la longitud de difusión excitónica que típicamente es de cerca de 50 nm, dando como resultado a menudo una recombinación excitónica. Se han desarrollado dispositivos fotovoltaicos orgánicos que comprende una estructura de fibra y el uso de guiado 2   de ondas en un método para convertir energía electromagnética en energía eléctrica tal como se expone en la solicitud PCT titulada Dispositivos Optoelectrónicos Orgánicos y Aplicaciones de los mismos, presentada el 1º de mayo de 2006 y cedida a la Wake Forest University. Los dispositivos fotovoltaicos orgánicos que tienen una estructura de fibra pueden proporcionar eficiencias de conversión comparables a las de los dispositivos inorgánicos y mayores que las mismas. Sin embargo, sería deseable aumentar adicionalmente las eficiencias de dispositivos fotovoltaicos orgánicos que tienen una estructura de fibra. El documento de patente US2006/013549 describe una fibra fotoactiva con un núcleo conductor que incluye un primer electrodo, en el que una capa orgánica rodea al primer electrodo y está conectada eléctricamente al mismo. Un segundo electrodo transparente rodea a la capa orgánica y está eléctricamente conectado a ella. SUMARIO La presente invención proporciona un aparato fotovoltaico, un método para fabricar aparatos fotovoltaicos, dispositivos optoelectrónicos orgánicos y métodos para convertir la energía electromagnética en energía eléctrica según se expone en las reivindicaciones anexas. Estas y otras realizaciones de la presente invención se describen con mayor pormenor en la descripción detallada de la invención que sigue. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 ilustra una vista en sección transversal de un dispositivo fotovoltaico que comprende una estructura de fibra según una realización de la presente invención. La figura 2 ilustra una vista en sección transversal de un dispositivo fotovoltaico que comprende una estructura de fibra según una realización de la presente invención. La figura 3 ilustra los espectros de intensidad de absorción en función del ángulo incidente en una cara extrema de fibra de un dispositivo fotovoltaico orgánico según una realización de la presente invención. La figura 4 ilustra la refracción de radiación electromagnética que se desplaza por un dispositivo fotovoltaico de fibra según una realización de la presente invención. La figura 5 muestra curvas teóricas para ángulos incidentes en función del índice refractivo para lograr una reflexión interna total en una interfaz de una capa orgánica fotosensible según una realización de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA La presente invención proporciona dispositivos fotovoltaicos que comprenden un núcleo de fibra óptica, un primer electrodo transmisor de radiación que rodea al núcleo de fibra óptica, al menos una capa orgánica fotosensible que rodea al primer electrodo y que está conectada eléctricamente al primer electrodo, y un segundo electrodo que rodea la capa orgánica y que está conectado eléctricamente a la capa orgánica, en donde la capa orgánica comprende al menos un material conversor elevador, material antiStokes, tinte láser, un tinte antifalsificación, un punto cuántico o una combinación de los mismos. Se exponen en la solicitud PCT titulada Dispositivos Optoelectrónicos Orgánicos y Aplicaciones de los mismos, presentada el 1º de mayo de 2006, composiciones adecuadas para componentes de dispositivos fotovoltaicos según las realizaciones de la presente invención, incluyendo núcleos de fibra óptica, electrodos primero y segundo y capas orgánicas fotosensibles. Volviendo ahora a los componentes que pueden incluirse en diversas realizaciones de dispositivos fotovoltaicos de la presente invención, los dispositivos fotovoltaicos de la presente invención comprenden un núcleo de fibra óptica. En algunas realizaciones de la presente invención, un núcleo de fibra óptica de un dispositivo fotovoltaico de la presente invención comprende una fibra de óxido de estaño indio. Un primer electrodo que comprende un óxido conductor transmisor de radiación puede estar dispuesto sobre la superficie de la fibra de óxido de estaño e indio. En tales realizaciones, el óxido conductor transmisor de radiación puede comprender óxido... [Seguir leyendo]

un primer electrodo (204; 304) que rodea el núcleo de fibra óptica (202; 302); al menos una capa orgánica fotosensible (208; 312) que rodea el primer electrodo (204; 304) y que está conectada eléctricamente al primer electrodo (204; 304); y un segundo electrodo (210; 314) que rodea la capa orgánica (208; 312) y que está conectado eléctricamente a la capa orgánica (208; 312), caracterizado porque dicho primer electrodo (204; 304) es transmisor de radiación; y la capa orgánica (204; 304) comprende al menos un material conversor elevador, un material antiStokes, un tinte láser, un tinte antifalsificación, un punto cuántico o una combinación de los mismos. 2. El aparato fotovoltaico según la reivindicación 1, en el que la capa orgánica fotosensible (208; 312) comprende una región fotoactiva. 3. El aparato fotovoltaico según la reivindicación 2, en el que la región fotoactiva comprende al menos una heterounión voluminosa formada entre un material donante y un material aceptante. 4. El aparato fotovoltaico según la reivindicación 3, en el que el material donante comprende una fase polímera y el material aceptante comprende una fase de nanopartículas. 5. El aparato fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que una fibra de óxido de indio y estaño sirve como el núcleo de fibra óptica (202; 302) y el primer electrodo transmisor de radiación (204; 304). 6. El aparato fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que al menos un extremo del núcleo de fibra óptica (202; 302) está biselado. 7. El aparato fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que además comprende una capa de bloqueo de excitones (206; 306; 310) adyacente a la capa orgánica fotosensible (208; 312). 8. El aparato fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el al menos un material conversor elevador de la capa orgánica fotosensible (208; 312) comprende un elemento de la serie de los lantánidos. 9. El aparato fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que al menos un punto cuántico de la capa orgánica fotosensible (208; 312) comprende un material semiconductor III/V, un material semiconductor II/VI o una mezcla de los mismos. 10. El aparato fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el al menos un tinte antifalsificación de la capa orgánica fotosensible (208; 312) comprende un fósforo, un fluoróforo, especie química termocrómica, una especie química fotocrómica o una mezcla de los mismos. 11. Un dispositivo optoelectrónico que comprende: al menos un píxel que comprende al menos una célula fotovoltaica, comprendiendo la célula fotovoltaica un aparato fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones precedentes. 12. Un dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 11, en el que el al menos un píxel comprende una pluralidad de células fotovoltaicas. 13. Un dispositivo optoelectrónico según la reivindicación 12, en el que la pluralidad de células fotovoltaicas están agrupadas en haces. 14. Un dispositivo optoelectrónico según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, que comprende una formación de píxeles. 15. Un método para convertir energía electromagnética en energía eléctrica, que comprende: recibir radiación electromagnética a lo largo del eje longitudinal de una fibra óptica; transmitir la radiación electromagnética hacia al menos una capa orgánica fotosensible (208; 312) a través de un 13   primer electrodo transmisor de radiación (204; 304) que rodea a la fibra óptica; generar excitones en la al menos una capa orgánica fotosensible (208; 312); y separar los excitones en electrones y agujeros, en el que la al menos una capa orgánica fotosensible (208; 312) comprende al menos un material conversor elevador, un material antiStokes, un tinte láser, un tinte antifalsificación, un punto cuántico o una combinación de los mismos. 16. Un método según la reivindicación 15, que además comprende retirar los electrones hacia de un circuito externo. 17. Un método para fabricar un aparato fotovoltaico según la reivindicación 7, caracterizado porque la capa de bloqueo de excitones (206; 306; 310) es grabada por corrosión para impedir o reducir una reflexión interna total frustrada. 14   FIGURA 1   FIGURA 2 16   Intensidad de Absorción (a.u.) Longitud de onda (nm) FIGURA 3 17   Aire Rayo incidente FIGURA 4 18 Eje de fibra Reflexión interna total Aluminio Fibra de silicio   Angulo Incidente (grados) Creciente Indice refractivo del Material Compuesto FIGURA 5 19 Indice refractivo del núcleo de fibra de sílice