Método para la fabricación de un dispositivo fotovoltaico.

Un método para fabricar un electrodo de trabajo para uso en una celda solar sensibilizada con coloranteque comprende las etapas consecutivas de:



I. Proporcionar un substrato (1) conductor que tiene un primer lado y un segundo lado.

II. Depositar una pasta (3) que comprende un óxido (4) metálico, un disolvente y opcionalmente un aglomerante (5)sobre el primer lado del substrato conductor

III. Retirar el disolvente

IV. Retirar opcionalmente el aglomerante

V. Sinterizar el óxido metálico

VI. Sensibilizar el óxido metálico con un colorante

caracterizado porque la retirada de por lo menos parte del disolvente y la retirada opcionalmente de por lo menosparte del aglomerante en una sola etapa y/o la sinterización de óxido metálico se realizan usando radiaciónelectromagnética (7) que tiene una longitud de onda en el intervalo de 200 nm a 3.000 nm, provocando dicharadiación (7) que el substrato se caliente rápidamente y transfiera el calor (9) a la pasta (3).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/002106.

Solicitante: Tata Steel UK Limited.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: 30 Millbank London SW19 4WY REINO UNIDO.

Inventor/es: WATSON,TRYSTAN MARTYN, MABBETT,IAN, WORSLEY,DAVID ANTHONY.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01G9/20 SECCION H — 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.

PDF original: ES-2427405_T3.pdf

 

Método para la fabricación de un dispositivo fotovoltaico.

Fragmento de la descripción:

Método para la fabricación de un dispositivo fotovoltaico La invención se refiere a un método para fabricar un electrodo de trabajo para uso en una celda solar sensibilizada con colorante (DSC) según el preámbulo de la reivindicación 1.

Las celdas solares sensibilizadas con colorante (DSCs) típicamente consisten en un electrodo de trabajo y un contraelectrodo. El electrodo de trabajo comprende un substrato conductor con un óxido metálico semiconductor en nanopartículas y un colorante adsorbido sobre el óxido metálico para sensibilizarlo a una mayor porción del espectro solar. El contraelectrodo comprende una capa conductora y un material catalítico tal como platino depositado sobre la capa conductora. El electrodo de trabajo y el contraelectrodo pueden estar unidos conjuntamente usando sellantes y separadores para formar un espacio bien definido en el que se aloja un electrolito. El electrolito es típicamente un par redox yoduro/yodo en un disolvente orgánico.

Una etapa crítica en la fabricación de tales DSCs es la deposición del óxido metálico en nanopartículas sobre el substrato conductor y exponerlo a altas temperaturas. El óxido metálico se puede depositar sobre el substrato conductor en forma de una pasta, comprendiendo la pasta el óxido metálico, un disolvente y opcionalmente un aglomerante y/u opcionalmente plastificantes orgánicos, estabilizantes de partículas y tensioactivos no iónicos. La pasta se somete a continuación a un tratamiento térmico para retirar el disolvente y el aglomerante de la pasta dejando una capa de óxido metálico mesoporoso sobre el substrato conductor. Si se proporcionan temperaturas suficientemente altas, ocurre la sinterización del metal, lo que incrementa el número de interconexiones entre las partículas de óxido metálico (“necking”) y consecuentemente la conductividad eléctrica del óxido metálico. La alta superficie específica asociada al óxido metálico en combinación con un incremento del número de interconexiones entre las partículas de óxido metálico permite que el óxido metálico funcione como una “esponja ligera” una vez que se ha adsorbido un colorante sensibilizante sobre la superficie del óxido metálico.

En el actual estado de la técnica, se usa típicamente un horno de convección para retirar el disolvente y el aglomerante de la pasta y para sinterizar el óxido metálico. Usando este método, el substrato se somete típicamente a un tratamiento térmico de una duración de aproximadamente 30 minutos. Sin embargo, el uso de un horno de convección con un tratamiento térmico de esta duración tiene un impacto sustancial en el coste de capital y funcionamiento del procedimiento de fabricación de la DSC.

El documento US2002/0015881 A1 describe que la “cocción”, es decir el calentamiento de las partículas semiconductoras a alta temperatura para manifestar conductividad eléctrica y para retirar la materia innecesaria de la superficie de las partículas, se consigue no por calentamiento a alta temperatura, sino irradiando las partículas semiconductoras con luz infrarroja que tiene una absorción a la que tienen una absorción las moléculas de agua.

Es un objetivo de esta invención incrementar la velocidad y eficiencia cuando se retira un aglomerante y un disolvente de una pasta una vez se ha depositado la pasta sobre un substrato conductor.

Es otro objetivo de esta invención proporcionar un método rápido y eficiente para retirar el disolvente y el aglomerante de la pasta previamente a calentar la pasta en un horno de convección.

Es un objetivo adicional de esta invención incrementar el número de interconexiones entre las partículas de óxido metálico para mejorar la conductividad eléctrica del óxido metálico y la eficiencia total de la DSC.

Es un objetivo de esta invención reducir el número de etapas del procedimiento en un procedimiento de fabricación de DSC.

Según un primer aspecto de la invención se proporciona un método para fabricar un electrodo de trabajo para uso en una celda solar sensibilizada con colorante que comprende las etapas consecutivas de:

I. Proporcionar un substrato (1) conductor que tiene un primer lado y un segundo lado.

II. Depositar una pasta (3) que comprende un óxido (4) metálico, un disolvente y opcionalmente un aglomerante (5) sobre el primer lado del substrato conductor

III. Retirar el disolvente

IV. Retirar opcionalmente el aglomerante

V. Sinterizar el óxido metálico

VI. Sensibilizar el óxido metálico con un colorante en el que la retirada de por lo menos parte del disolvente y la retirada opcionalmente de por lo menos parte del aglomerante en una sola etapa y/o la sinterización del óxido metálico se efectúa usando radiación electromagnética que tiene una longitud de onda en el intervalo de 200 nm a 3.000 nm, provocando dicha radiación que se caliente el

substrato rápidamente y transfiera el calor a la pasta. Ventajosamente, según la invención, el disolvente y opcionalmente el aglomerante se retiran de la pasta mucho más rápido que en un horno de convección debido a que el calor se transfiere rápidamente del substrato metálico a la pasta por conducción térmica. Además, la retirada del aglomerante conduce a un incremento de la superficie específica del óxido metálico, que permite que se adsorba una mayor concentración de moléculas de colorante sobre la superficie del óxido metálico. Esto a su vez debe incrementar el rendimiento y la eficiencia de la DSC. La radiación electromagnética que se usa para retirar el disolvente y el aglomerante de la pasta podría también sinterizar el óxido metálico, esto podría provocar necking de las partículas de óxido metálico e incrementar la conductividad eléctrica del óxido metálico y la eficiencia total de la DSC.

En una realización preferida de la invención por lo menos parte del disolvente y opcionalmente por lo menos parte del aglomerante se retiran en un primer tratamiento térmico usando radiación electromagnética y en el que se consigue la sinterización del óxido metálico en un segundo tratamiento térmico, preferentemente usando un horno de convección. Sometiendo el substrato al primer tratamiento térmico por lo menos una parte del disolvente y opcionalmente por lo menos parte del aglomerante se retiran rápidamente de la pasta. Por lo tanto, la energía térmica proporcionada en el segundo tratamiento térmico es con el propósito de sinterizar el óxido metálico. Esto debe incrementar la velocidad total del procedimiento de fabricación de DSC dado que la temperatura requerida para sinterizar se puede alcanzar en un tiempo más corto, debido a la ausencia de por lo menos parte del disolvente y por lo menos parte del aglomerante, y reteniendo el substrato opcionalmente calor del primer tratamiento térmico. Además, la combinación del primer tratamiento térmico y del segundo tratamiento térmico debe reducir el consumo de energía y asegurar que se retira tanto aglomerante como sea posible. La presencia de aglomerante residual disminuirá el número de interconexiones entre las partículas de óxido metálico y reducirá la capacidad de adsorción de colorante debido a una reducción de superficie específica del óxido metálico expuesto. Ambos efectos conducirán a una reducción de la eficiencia de la DSC.

En otra realización preferida de la invención por lo menos parte del disolvente y opcionalmente por lo menos parte del aglomerante se retiran en un segundo tratamiento térmico, usando preferentemente un horno de convección y en la que la sinterización del óxido metálico se consigue en un primer tratamiento térmico usando radiación electromagnética. Ventajosamente, el uso del segundo tratamiento térmico para retirar por lo menos parte del disolvente y opcionalmente parte del aglomerante de la pasta debe asegurar que el calor proporcionado por el primer tratamiento térmico será para el propósito de sinterizar el óxido metálico. Esto debe incrementar el número de interconexiones entre las partículas de óxido metálico y la eficiencia fotovoltaica total de la DSC. Además, la velocidad total del procedimiento de fabricación de la DSC se debe incrementar dado que la temperatura requerida para sinterizar se puede alcanzar en menor tiempo debido a la ausencia de por lo menos parte del disolvente y por lo menos parte del aglomerante y reteniendo el substrato opcionalmente calor del segundo tratamiento térmico. Finalmente, la combinación del segundo tratamiento térmico y del primer tratamiento térmico debe asegurar que se retira tanto aglomerante como sea posible de modo que no afectará adversamente a la adsorción de colorante sobre el óxido metálico como se mencionó... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método para fabricar un electrodo de trabajo para uso en una celda solar sensibilizada con colorante que comprende las etapas consecutivas de:

I. Proporcionar un substrato (1) conductor que tiene un primer lado y un segundo lado.

II. Depositar una pasta (3) que comprende un óxido (4) metálico, un disolvente y opcionalmente un aglomerante (5) sobre el primer lado del substrato conductor

III. Retirar el disolvente

IV. Retirar opcionalmente el aglomerante

V. Sinterizar el óxido metálico

VI. Sensibilizar el óxido metálico con un colorante caracterizado porque la retirada de por lo menos parte del disolvente y la retirada opcionalmente de por lo menos parte del aglomerante en una sola etapa y/o la sinterización de óxido metálico se realizan usando radiación electromagnética (7) que tiene una longitud de onda en el intervalo de 200 nm a 3.000 nm, provocando dicha radiación (7) que el substrato se caliente rápidamente y transfiera el calor (9) a la pasta (3) .

2. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según la reivindicación 1, en el que por lo menos parte del disolvente y opcionalmente por lo menos parte del aglomerante se retiran en un primer tratamiento térmico usando radiación electromagnética y en el que la sinterización del óxido metálico se consigue en un segundo tratamiento térmico, preferentemente usando un horno de convección.

3. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según la reivindicación 1, en el que por lo menos parte del disolvente y opcionalmente por lo menos parte del aglomerante se retiran en un segundo tratamiento térmico, usando preferentemente un horno de convección y en el que la sinterización del óxido metálico se consigue en un primer tratamiento térmico usando radiación electromagnética.

4. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se retira todo el disolvente y opcionalmente todo el aglomerante (5) .

5. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el aglomerante (5) usado es polietilenglicol o etilcelulosa.

6. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el disolvente usado es etanol, o agua, o etanol y agua, o terpineol.

7. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según la reivindicación 1, en el que el substrato (1) conductor se calienta en su primer lado y preferentemente en su segundo lado usando radiación electromagnética.

8. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer tratamiento térmico se efectúa en 5 a 50 segundos y más preferentemente en 5 a 25 segundos.

9. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el substrato conductor es un substrato metálico, preferentemente titanio o acero inoxidable o acero dulce o acero dulce que tiene un revestimiento de cinc o basado en cinc o acero revestido de cromo electrolíticamente.

10. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que se proporciona un revestimiento protector aislante eléctrico sobre el substrato conductor.

11. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según la reivindicación 10, en el que se proporciona un revestimiento conductor y preferentemente un revestimiento conductor orgánico sobre el revestimiento protector aislante eléctrico.

12. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según la reivindicación 9, en el que se proporciona un revestimiento (2) conductor protector sobre el substrato.

13. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que se proporciona una tinta o pasta que comprende partículas metálicas de plata, cobre, aluminio, oro o sus mezclas sobre el revestimiento conductor.

14. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el grosor del substrato metálico está en el intervalo de 0, 04 mm a 1, 5 mm y preferentemente en el intervalo

de 0, 05 mm a 0, 5 mm.

15. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el óxido metálico es un óxido metálico de amplia separación de bandas tal como SnO2 o ZnO o TiO2.

16. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

en el que el grosor de la película seca del óxido metálico está entre 3 μm y 50 μm, preferentemente entre 5 μm y 25 μm y más preferentemente entre 8 μm y 12 μm.

17. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la radiación electromagnética tiene una longitud de onda en el intervalo de 800 a 1.500 nm y preferentemente de 800 nm a 1.000 nm.

18. Un método para fabricar un electrodo de trabajo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la radiación electromagnética tiene una intensidad máxima en el intervalo de 800 nm a 1.000 nm, preferentemente de 900 nm a 950 nm, más preferentemente de 910 nm a 930 nm.


 

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