Capa conductora para su uso en un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica.

Una capa conductora para su uso en un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica,

que comprende nanotubos de carbono como material conductor y negro de carbono y/o grafito como aditivo conductor y un material polimérico, en donde el material polimérico es resistente a unas temperaturas en el intervalo de 200 a 600 ºC y la capa conductora tiene una resistencia de lámina eléctrica de menos de 100 Ohm/cuadrado.

Capa conductora para su uso en un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica

La invención se refiere a una capa conductora para su uso en un dispositivo fotovoltaico (PV) u otra aplicación electrónica tal como visualizadores e iluminación de áreas grandes y un método de fabricación de la misma. La invención se refiere además a una célula solar sensibilizada con colorante que comprende dicha capa conductora.

Los dispositivos fotovoltaicos se basan en el concepto de la separación de cargas en una interfase de materiales absorbentes de la luz y semiconductores. Hasta la fecha, este campo ha estado dominado por los dispositivos de unión de tipo p-n de estado sólido fabricados por lo general de silicio. No obstante, en la actualidad este campo está experimentando el desafío de una 3a generación de dispositivos fotovoltaicos basados en películas de polímero conductoras y nanocristalinas. Las células solares sensibilizadas con colorante caen en esta categoría y se caracterizan por su bajo coste y facilidad de fabricación.

Las células solares sensibilizadas con colorante (DSSC, dye sensitised solar cell) según fueron desarrolladas en primer lugar por el Dr. Michael Gratzel y sus colaboradores, comprenden un electrodo de trabajo y un contraelectrodo que, al sellarse, encapsulan un electrolito. El electrodo de trabajo comprendía una capa conductora de óxido de estaño dopado con flúor (SnC^iF) que se deposita sobre la parte posterior de un sustrato de vidrio y una capa de absorbente PV sobre la capa de SnC^iF, estando compuesta la capa de absorbente PV de unas partículas de tamaño nanométrico de óxido de metal sinterizado que están sensibilizadas con un colorante absorbente de la luz. El contraelectrodo también hacía uso de un sustrato de vidrio revestido con SnC^iF conductor sobre el cual se depositaba una capa de catalizador de platino.

Se requiere un óxido de metal sinterizado para conseguir una interconectividad suficiente entre las nanopartículas y aumentar la adhesión entre las nanopartículas y el sustrato revestido con SnC^iF conductor. A pesar de los bajos costes de fabricación asociados con las células solares sensibilizadas con colorante basadas en un diseño de Gratzel, la sinteñzación del óxido de metal limita la fabricación de las DSSC a un proceso por lotes, que no puede modificarse con facilidad para dar un proceso continuo debido a que se requieren como sustratos unos materiales transparentes rígidos, tales como vidrio.

Un número de factores contribuye al rendimiento global de una célula solar sensibilizada con colorante. Por ejemplo, la naturaleza del colorante absorbente de la luz determinará qué regiones del espectro electromagnético absorberá el colorante y también cómo de eficientemente puede transferir electrones el colorante a la banda de conducción del óxido de metal. El área superficial del óxido de metal y la interconectividad de las nanopartículas de la misma también son unas consideraciones importantes al optimizar la eficiencia de las DSSC.

La resistencia de lámina eléctrica de la capa conductora en el electrodo de trabajo y el contraelectrodo es también un factor importante debido a que esta determinará el grado de las pérdidas resistivas y la conductividad global de estas capas. Con respecto al electrodo de trabajo, la integridad de la capa conductora también debería mantenerse incluso después de la etapa de sinterizarel óxido de metal.

En el pasado se han usado láminas de metal, tales como titanio, como capas conductoras debido a que el titanio es capaz de soportar las altas temperaturas asociadas con la sinterización del óxido de metal. Además, el titanio tiene una resistencia de lámina baja y es resistente a la corrosión por el electrolito. No obstante, las láminas metálicas tales como las de titanio son prohibitivamente costosas y difíciles de manejar, restringiendo de este modo la industrialización de las células solares sensibilizadas con colorante que comprenden tales láminas metálicas.

Un objetivo de la presente invención es la provisión de una capa conductora para su uso en una célula solar sensibilizada con colorante, un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica.

Un objetivo de la presente invención es la provisión de una capa conductora para su uso en una célula solar sensibilizada con colorante, un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica que tiene una resistividad de

lámina eléctrica baja.

Un objetivo de la presente invención es la provisión de una capa conductora para su uso en una célula solar sensibilizada con colorante, un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica que no se degrade tras la exposición a altas temperaturas.

Un objetivo de la presente invención es la provisión de una capa conductora para su uso en una célula solar sensibilizada con colorante, un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica que puede implementarse en una línea de producción de rollo a rollo continua.

Un objetivo de la presente invención es que la capa conductora se aplica al sustrato mediante unos métodos de revestimiento convencionales tales como serigrafía o revestimiento con rodillos y que la conductividad de la capa se desarrolla durante el secado y el curado de la película húmeda originalmente aplicada.

Un objetivo de la presente invención es la provisión de una capa conductora para su uso en una célula solar sensibilizada con colorante, un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica que es una alternativa de bajo coste a las capas conductoras basadas en láminas de metal.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, por lo menos uno de los objetivos se alcanza mediante la provisión de una capa conductora para su uso en un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica, que comprende nanotubos de carbono como un material conductor, negro de carbono y/o grafito como un aditivo conductor y un material polimérico resistente a la temperatura, en la que el material polimérico es resistente a unas temperaturas en el intervalo de 2 a 6 2C y la capa conductora tiene una resistencia de lámina eléctrica de menos de 1 Ohm/cuadrado. Los inventores de la presente invención descubrieron que la capa conductora que comprende una mezcla del material conductor y el material polimérico solo generó una resistencia de lámina de capa conductora en el intervalo de 2 a 3 Ohm/cuadrado según se mide con una sonda de dos puntos. La adición de un primer aditivo conductor redujo la resistencia de la capa conductora a unos valores de entre 1 Ohm/cuadrado y 15 Ohm/cuadrado. La expresión resistente a la temperatura quiere decir que la capa conductora resultante es capaz de soportar las temperaturas que se usan en las etapas de fabricación posteriores durante el transcurso de tales etapas, encontrándose las temperaturas típicas en el intervalo de 2 2C a 6 2C. La integridad de una capa aislante polimérica subyacente y la capa conductora, que comprende el material conductor, el aditivo conductor y el material polimérico pueden evaluarse por voltametría cíclica, que mide el flujo de corriente por unidad de área para un potencial de electrodo variable, y, en consecuencia, muestra la capacidad de la capa conductora y la capa aislante polimérica para proteger un sustrato de soporte de metal frente a la corrosión. Un aumento en el flujo de corriente sería indicativo de la degradación térmica de la capa conductora y/o la capa aislante polimérica. No obstante, los resultados indicaron que la integridad de la capa conductora y/o la capa aislante polimérica no se vieron afectados en gran medida después del tratamiento térmico, que comprendía someter la capa conductora a unas temperaturas de hasta 6 2C, preferiblemente durante un periodo de 3 segundos o menos.

De manera sorprendente, la capa conductora mostró una reducción adicional en la resistencia de lámina después del tratamiento térmico, lo que los inventores de la presente invención creen que es debido a que el material polimérico forma una red reticulada que reduce el espesor de película delgada seca del material polimérico; en consecuencia, la distancia de interfase entre el material conductor y el primer aditivo conductor se reduce, lo que debería reducir adicionalmente la resistencia de lámina de la capa conductora.

De acuerdo con la invención, la capa conductora comprende nanotubos de carbono debido a la combinación exclusiva de las propiedades que estos poseen, en concreto, una resistencia, una conducción eléctrica y una resistencia a la temperatura (75 2C) excelentes. Por lo tanto, los nanotubos de carbono pueden soportar procesos de fabricación a alta temperatura tales como la sinterización en... [Seguir leyendo]

1. Una capa conductora para su uso en un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica, que comprende nanotubos de carbono como material conductor y negro de carbono y/o grafito como aditivo conductor y un material polimérico, en donde el material polimérico es resistente a unas temperaturas en el intervalo de 2 a 6 2C y la capa conductora tiene una resistencia de lámina eléctrica de menos de 1 Ohm/cuadrado.

2. Una capa conductora de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el dispositivo fotovoltaico es una célula solar sensibilizada con colorante (DSSC).

3. Una capa conductora de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde la capa conductora es un contacto posterior.

4. Una capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material polimérico es resistente a unas temperaturas en el intervalo de 2 a 55 2C.

5. Una capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la resistencia de lámina eléctrica de la capa conductora es de 3 Ohm/cuadrado o menos y, preferiblemente, de menos de 15 Ohm/cuadrado.

6. Una capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende de un 1 % a un 1 % y, preferiblemente, de un 3 % a un 8 % en peso seco del material conductor.

7. Una capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material polimérico es una poliimida o un polisilano o una polisilicona.

8. Una capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende de un 2 % a un 75 %, preferiblemente de un 3 % a un 6 % y, más preferiblemente, de un 3 % a un 5 % en peso seco del material polimérico.

9. Una capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende de un 2 a un 8 %, preferiblemente de un 3 a un 6 % y, más preferiblemente, de un 4 a un 6 % en peso seco del aditivo conductor o mezclas del mismo.

1. Una capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un segundo aditivo, que comprende polidimetilsiloxanos modificados con poliétero sales de ésteres carboxílicos o sales de ésteres carboxílicos ácidos insaturados o siloxanos.

11. Un método de producción de la capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-1 para su uso en un dispositivo fotovoltaico u otra aplicación electrónica que comprende las etapas de:

i. colocar nanotubos de carbono como material conductor, negro de carbono y/o grafito como aditivo conductor, opcionalmente un segundo aditivo y un disolvente orgánico en un recipiente de reacción;

¡i. mezclar el material conductor, el aditivo conductor, opcionalmente el segundo aditivo y el disolvente orgánico entre sí en una dispersión homogénea;

¡¡i. añadir un material polimérico a la dispersión homogénea para formar una mezcla;

iv. mezclar la mezcla y aplicar la mezcla sobre un sustrato;

v. secar y curar el material polimérico.

12. Un método de provisión de la capa conductora producida de acuerdo con la reivindicación 11 sobre un sustrato, en el que la capa conductora se proporciona en una línea de producción de bobina a bobina continua.

13. Una célula solar sensibilizada con colorante que comprende un sustrato de soporte de metal, una capa eléctricamente aislante sobre el sustrato de soporte de metal, la capa conductora de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, una capa de fotoabsorbente que comprende un óxido de metal sensibilizado con colorante, un contraelectrodo sobre la capa de fotoabsorbente y un electrolito encapsulado entre la capa de fotoabsorbente y el contraelectrodo, preferiblemente la célula solar sensibilizada con colorante comprende una segunda capa conductora entre la capa aislante y la capa conductora.