Módulo de células solares sensibilizadas por colorante y método para fabricar el mismo.

Módulo de células solares sensibilizadas por colorante que se caracteriza por proporcionar un par de sustratos conductores opuestos en el que al menos uno de los sustratos es transparente y se forma una pluralidad de capas conductoras en paralelo entre sí sobre cada superficie opuesta de los sustratos,

se forma una pluralidad de dispositivos de conversión fotoeléctrica adyacentes en un estado de estar conectados eléctricamente en serie entre el par de sustratos conductores, y se forman capas aislantes entre los dispositivos de conversión fotoeléctrica adyacentes, en el que

los dispositivos de conversión fotoeléctrica tienen una capa semiconductora porosa que adsorbe un colorante,

una capa de electrolito y una capa de catalizador y la capa aislante tiene una estructura de capas de dos o más capas aislantes apiladas en la dirección del grosor de sustrato, y

la capa aislante tiene una estructura de dos capas que consiste en una primera capa aislante para adoptar el papel de controlar sustancialmente un hueco entre los sustratos y una segunda capa aislante para adoptar el papel de unir y fijar sustancialmente un par de los sustratos entre sí, y el grosor de la primera capa aislante es mayor que el grosor de la segunda capa aislante.

Módulo de células solares sensibilizadas por colorante y método para fabricar el mismo Campo técnico La presente invención se refiere a un módulo de células solares sensibilizadas por colorante y a un método para fabricar el mismo.

Técnica anterior

Como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles, las células solares que pueden convertir la luz del sol en energía eléctrica han llamado la atención. Los ejemplos de células solares, que se han usado parcialmente de manera práctica en la actualidad, incluyen células solares que usan sustratos de silicio cristalino y células solares de silicio de película fina.

Como nuevo tipo de célula solar, en el documento de patente 1 se ha descrito una célula solar de tipo húmedo basada en la transferencia electrónica fotoinducida de un complejo metálico. Esta célula solar de tipo húmedo tiene una constitución en la que se forma una capa de conversión fotoeléctrica entre electrodos formados respectivamente sobre dos sustratos de vidrio usando materiales de conversión fotoeléctrica y materiales de electrolito. El material de conversión fotoeléctrica tiene un espectro de absorción en la región de luz visible adsorbiendo un complejo metálico que es un colorante de fotosensibilización sobre la superficie de un semiconductor de óxido metálico. En esta célula solar de tipo húmedo, cuando se irradia luz a la capa de conversión fotoeléctrica, se generan electrones y los electrones se transfieren a un contraelectrodo a través de un circuito eléctrico externo. Los electrones transferidos al contraelectrodo se transportan por iones en el electrolito y vuelven a la capa de conversión fotoeléctrica. Se produce energía eléctrica basándose en repeticiones de tal transferencia electrónica.

Sin embargo, en lo que respecta a una estructura básica del módulo de células solares sensibilizadas por colorante descrito en el documento de patente 1, se constituye una célula solar sensibilizada por colorante llenando una disolución de electrolito entremedias de dos sustratos de vidrio. Por tanto, es posible producir una célula solar de ensayo con un área superficial pequeña, pero es difícil aplicar esta célula solar a una célula solar con un área superficial grande tal como 1 m cuadrado. Es decir, si en una célula solar de este tipo, se amplía el área superficial de un dispositivo de conversión fotoeléctrica, la corriente generada aumenta de manera proporcional al área. Sin embargo, puesto que aumenta una caída de tensión en la dirección del plano de una película conductora transparente que va a usarse para las partes de electrodo y aumenta la resistencia en serie interna de la célula solar. Como resultado, se reducen un factor de llenado (FF) en una característica tensión-corriente y una corriente de cortocircuito en el momento de la conversión fotoeléctrica, dando como resultado un problema de disminución de la eficacia de conversión fotoeléctrica.

Con el fin de resolver tales problemas, por ejemplo, en los documentos de patente 2 y 3, se ha propuesto un módulo de células solares sensibilizadas por colorante que tiene una estructura mostrada en la figura 11. En el caso de preparar este módulo de células solares, en primer lugar se forman alternativamente una capa 112 semiconductora porosa y una capa 114 de catalizador sobre dos sustratos 100 y 117 de vidrio que tienen electrodos 111 y 118 transparentes formados en una conformación de tipo peine mediante diseño con patrón, respectivamente. A continuación, se aplica un adhesivo aislante entre la capa 112 semiconductora porosa sobre un sustrato y la capa 114 de catalizador del otro sustrato. Entonces, se unen entre sí dos sustratos opuestos solapando ambos sustratos uno sobre el otro con la capa 112 semiconductora porosa y la capa 114 de catalizador opuestas entre sí y curando el adhesivo aislante para formar una capa 115 aislante entre dispositivos, y llenando con una disolución de electrolito un hueco entre sustratos y sellando una parte de llenado con una resina, se ha preparado un módulo de células solares sensibilizadas por colorante (el denominado módulo de tipo W) , en el que una pluralidad de dispositivos de conversión fotoeléctrica están conectados en serie.

Además, en el documento de patente 4, tal como se muestra en la figura 12, se ha propuesto un módulo de células solares sensibilizadas por colorante (el denominado módulo de tipo Z) en el que una pluralidad de dispositivos de conversión fotoeléctrica están conectados en serie proporcionando continuidad eléctrica entre una capa 121 conductora y la otra capa 128 conductora de dispositivos 121a, 121a de conversión fotoeléctrica adyacentes a través de una capa 129 conductora de conexión. En este módulo de células solares, con el fin de prevenir la corrosión de la capa 129 conductora de conexión y la continuidad en la carga eléctrica entre la capa 129 conductora de conexión y una capa 123 de electrolito, se aísla la capa 123 de electrolito de la capa 129 conductora de conexión mediante capas 125, 125 aislantes entre dispositivos. Además, en la figura 12, un número de referencia 122 indica una capa semiconductora porosa, y un número de referencia 124 indica una capa de catalizador.

Documento de patente 1: patente japonesa nº 2664194

Documento de patente 2: nueva publicación nacional del documento de solicitud internacional PCT WO2002/052654

Documento de patente 3: traducción japonesa publicada de una solicitud PCT nº 2005-516364

Documento de patente 4: publicación de patente japonesa no examinada nº 2001-357897

El documento WO 96/29716 A1 da a conocer un procedimiento para aplicar una cantidad predeterminada de un sensibilizador a una superficie. El adsorbato que va a depositarse sobre una capa nanoporosa se distribuye de manera uniforme sobre la totalidad de la superficie que va a recubrirse como una disolución que contiene el adsorbato en forma coloidal estabilizada. El volumen de la disolución distribuida de manera uniforme contiene esencialmente la cantidad predeterminada del adsorbato que va a aplicarse. Una vez que se ha distribuido de manera uniforme la disolución coloidal, puede aplicarse adsorción a la superficie que va a recubrirse (cuando sea necesario con la irradiación de energía de desestabilización) . El retardo de tiempo puede ajustarse mediante microencapsulación de los coloides y la selección de un disolvente con bajo poder disolvente. El procedimiento es adecuado para producir células fotoelectroquímicas termoselladas.

El documento JP 2006 134870 A da a conocer una célula solar sensibilizada por colorante caracterizada porque una capa conductora, una capa de conversión fotoeléctrica formada adsorbiendo un colorante a una capa semiconductora porosa, una capa de transporte de portador, un contraelectrodo que comprende una capa de catalizador y/o una capa conductora de contraelectrodo y una capa sellante están apiladas entre un primer cuerpo de soporte y un segundo cuerpo de soporte, estando formado al menos uno de ellos de un material ópticamente transparente; y la capa de conversión fotoeléctrica y el contraelectrodo entran en contacto entre sí.

Descripción de la invención Problemas que van a resolver las invenciones En los métodos mencionados anteriormente en los documentos de patente 2 y 3 (figura 11) , cuando se unen dos sustratos 100, 117 entre sí de la manera descrita anteriormente, el grado de extensión del adhesivo aislante (aplastamiento del adhesivo aislante) en la dirección del plano de sustrato varía de ubicación a ubicación puesto que la distancia (hueco) entre los sustratos varía dependiendo de la curvatura del vidrio o similar. Se encontró que como resultado del aplastamiento del adhesivo aislante, el adhesivo aislante (capa 115 aislante entre dispositivos) cubre una parte de la capa 112 semiconductora porosa o la capa 114 de catalizador en una ubicación en la que el grado de extensión del adhesivo aislante es grande haciendo que se deteriore el rendimiento de la célula solar. Además, se encontró que existe el problema de que cuando se disminuye la cantidad del adhesivo aislante con el fin de reducir el área de la capa aislante entre dispositivos para convertirse en una parte que no genera energía, la capa 112 semiconductora porosa entra en contacto con un sustrato antes de entrar en contacto con el adhesivo aislante aplicado al otro sustrato y por tanto no pudo realizarse el sellado o la formación de la capa 115 aislante entre dispositivos.

Además, en la producción del modulo de tipo W, se encontró que cuando se forma una capa de catalizador a través de la aplicación (impresión) y el cocido de una pasta, se deteriora el rendimiento puesto que el material catalizador se... [Seguir leyendo]

1. Módulo de células solares sensibilizadas por colorante que se caracteriza por proporcionar un par de sustratos conductores opuestos en el que al menos uno de los sustratos es transparente y se forma una pluralidad de capas conductoras en paralelo entre sí sobre cada superficie opuesta de los sustratos, se forma una pluralidad de dispositivos de conversión fotoeléctrica adyacentes en un estado de estar conectados eléctricamente en serie entre el par de sustratos conductores, y se forman capas aislantes entre los dispositivos de conversión fotoeléctrica adyacentes, en el que los dispositivos de conversión fotoeléctrica tienen una capa semiconductora porosa que adsorbe un colorante,

una capa de electrolito y una capa de catalizador y la capa aislante tiene una estructura de capas de dos o más capas aislantes apiladas en la dirección del grosor de sustrato, y

la capa aislante tiene una estructura de dos capas que consiste en una primera capa aislante para adoptar el papel de controlar sustancialmente un hueco entre los sustratos y una segunda capa aislante para adoptar el papel de unir y fijar sustancialmente un par de los sustratos entre sí, y el grosor de la primera capa aislante es mayor que el grosor de la segunda capa aislante.

2. Módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 2, en el que la primera capa aislante está compuesta por un material inorgánico y la segunda capa aislante está compuesta por un material que contiene un compuesto polimérico orgánico.

3. Módulo de células solares sensibilizadas por colorante que se caracteriza por proporcionar un par de sustratos conductores opuestos en el que al menos uno de los sustratos es transparente y se forma una pluralidad de capas conductoras en paralelo entre sí sobre cada superficie opuesta de los sustratos, se forma una pluralidad de dispositivos de conversión fotoeléctrica adyacentes en un estado de estar conectados eléctricamente en serie entre el par de sustratos conductores, y se forman capas aislantes entre los dispositivos de conversión fotoeléctrica adyacentes, en el que

los dispositivos de conversión fotoeléctrica tienen una capa semiconductora porosa que adsorbe un colorante,

una capa de electrolito y una capa de catalizador y la capa aislante tiene una estructura de capas de dos o más capas aislantes adheridas en la dirección del grosor de sustrato, y

la capa aislante tiene una estructura de tres capas que comprende una primera capa aislante, una segunda capa aislante y una tercera capa aislante, la segunda capa aislante está ubicada entre la tercera capa aislante y la primera capa aislante, y el grosor total del grosor de la primera capa aislante y el grosor de la tercera capa aislante es mayor que el grosor de la segunda capa aislante, las capas aislantes primera y tercera adoptan el papel de controlar sustancialmente un hueco entre los sustratos y la segunda capa aislante adopta el papel de unir y fijar sustancialmente un par de los sustratos entre sí.

4. Módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 3, en el que la primera capa aislante y la tercera capa aislante están compuestas por un material inorgánico y la segunda capa aislante está compuesta por un material que contiene un compuesto polimérico orgánico.

5. Módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 2 ó 4, en el que el material inorgánico contiene óxido de silicio, el compuesto polimérico orgánico contiene una resina fotosensible o una resina termoendurecible que tiene una temperatura de curado de 200º C o menos.

6. Módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 1, en el que un par de las capas aislantes se ubican a lo largo de un dispositivo de conversión fotoeléctrica y otro dispositivo de conversión fotoeléctrica adyacente, respectivamente, y se forma una capa conductora de conexión conectada eléctricamente al par de las capas conductoras mencionadas anteriormente entre el par de las capas aislantes mencionadas anteriormente.

7. Módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 6, en el que la capa conductora de conexión tiene una estructura de dos capas que consiste en una primera capa conductora de conexión y una segunda capa conductora de conexión, y el grosor de la primera capa conductora de conexión es el grosor de la segunda capa conductora de conexión o más.

8. Módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 7, en el que la segunda capa conductora de conexión está compuesta por un material conductor que tiene una temperatura de curado de 200º C o menos.

9. Método para producir un módulo de células solares sensibilizadas por colorante que se caracteriza porque comprende las etapas de:

(A) proporcionar un par de sustratos, en el que al menos uno de los sustratos es transparente y se forma una pluralidad de capas conductoras en paralelo entre sí sobre cada superficie de los sustratos, y formar una pluralidad de capas aislantes en forma de cinta apiladas en la dirección del grosor de sustrato sobre las capas conductoras y sobre la superficie de sustrato de un sustrato o ambos sustratos del par de sustratos; y

(B) formar un dispositivo de conversión fotoeléctrica que tiene una capa semiconductora porosa que adsorbe un colorante, una capa de electrolito y una capa de catalizador sobre la pluralidad de capas conductoras,

en el que la capa aislante tiene una estructura de dos capas que consiste en una primera capa aislante para adoptar el papel de controlar sustancialmente un hueco entre los sustratos y una segunda capa aislante para adoptar el papel de unir y fijar sustancialmente un par de los sustratos entre sí, y el grosor de la primera capa aislante es mayor que el grosor de la segunda capa aislante, y

la etapa de formar una primera capa aislante en la etapa (A) mencionada anteriormente se realiza antes o después de la etapa (B) .

10. Método para producir un módulo de células solares sensibilizadas por colorante que se caracteriza porque comprende las etapas de:

(A) proporcionar un par de sustratos, en el que al menos uno de los sustratos es transparente y se forma una pluralidad de capas conductoras en paralelo entre sí sobre cada superficie de los sustratos, y formar una pluralidad de capas aislantes en forma de cinta apiladas en la dirección del grosor de sustrato sobre las capas conductoras y sobre la superficie de sustrato de un sustrato o ambos sustratos del par de sustratos, y

(B) formar un dispositivo de conversión fotoeléctrica que tiene una capa semiconductora porosa que adsorbe un colorante, una capa de electrolito y una capa de catalizador sobre la pluralidad de capas conductoras,

en el que la capa aislante tiene una estructura de tres capas que comprende una primera capa aislante, una segunda capa aislante y una tercera capa aislante, la segunda capa aislante está ubicada entre la tercera capa aislante y la primera capa aislante, y el grosor total del grosor de la primera capa aislante y el grosor de la tercera capa aislante es mayor que el grosor de la segunda capa aislante, las capas aislantes primera y tercera adoptan el papel de controlar sustancialmente un hueco entre los sustratos y la segunda capa aislante adopta el papel de unir y fijar sustancialmente un par de los sustratos entre sí, y

la etapa de formar una primera capa aislante en la etapa (A) mencionada anteriormente se realiza antes o después de la etapa (B) .

11. Método para producir un módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 9 ó 10, en el que antes de realizar la etapa (B) mencionada anteriormente, en la primera etapa de formar una capa aislante de la etapa (A) , se forma una pluralidad de capas aislantes sobre la capa conductora y la superficie de sustrato de un sustrato o ambos sustratos de un par de sustratos, y entonces en la etapa (B) , se realizan la etapa (1) en la que se forman la capa semiconductora porosa y la capa de catalizador entre las capas aislantes sobre las capas conductoras del par de los sustratos, la etapa (2) en la que se adsorbe un colorante sobre la capa semiconductora porosa, la etapa (3) en la que se aplica un material de resina sin curar sobre la capa aislante, la etapa (4) en la que se solapan un par de sustratos uno sobre el otro de tal manera que la capa semiconductora porosa sobre un sustrato y la capa de catalizador sobre el otro sustrato están opuestas entre sí, y se cura el material de resina sin curar para formar una segunda capa aislante, y la etapa (5) en la que se llena una disolución de electrolito entremedias de un par de sustratos para formar una capa de electrolito entre la capa semiconductora porosa y la capa de catalizador.

12. Método para producir un módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 11, en el que la capa de catalizador se forma mediante un método en el que se aplica una disolución de sol que contiene un material catalizador y entonces se realiza al menos uno de secado y cocido.

13. Método para producir un módulo de células solares sensibilizadas por colorante según la reivindicación 9 ó 10, en el que la etapa (A) comprende además una etapa de formar una capa conductora de conexión en forma de cinta sobre una capa conductora de un sustrato, y en la etapa (A) , tras la formación de la capa conductora de conexión, se forman capas aislantes adyacentes a ambos lados de cada capa conductora de conexión sobre la capa conductora y sobre la superficie de sustrato antes o después de realizar la etapa (B) mencionada anteriormente, y la

etapa (B) comprende la etapa (1) en la que se forman la capa semiconductora porosa y la capa de catalizador sobre las capas conductoras respectivas del par de los sustratos, la etapa (2) en la que se adsorbe un colorante sobre la capa semiconductora porosa, la etapa (3) en la que se aplica una material de resina sin curar sobre la capa aislante, la etapa (4) en la que se solapan un par de sustratos uno sobre el otro de tal manera que la capa semiconductora 5 porosa sobre un sustrato y la capa de catalizador sobre el otro sustrato están opuestas entre sí, y se cura el material de resina sin curar para formar una segunda capa aislante, y la etapa (5) en la que se llena una disolución de electrolito entremedias de un par de sustratos para formar una capa de electrolito entre la capa semiconductora porosa y la capa de catalizador, y comprende además la etapa de aplicar un material conductor sin curar sobre la capa conductora de conexión inmediatamente antes o después de la etapa (3) y la etapa de curar el material

conductor sin curar simultáneamente con, o inmediatamente después de, la etapa (4) .