ES2921152T3 - Dispositivo fotovoltaico - Google Patents
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Abstract
La presente invención se relaciona con un dispositivo fotovoltaico (1). El dispositivo comprende una unidad de células solares (2) que comprende una capa de absorción de luz porosa (3) en un lado superior (2a), de una capa de conducción porosa (4), un sustrato poroso (5) de un material aislante. La unidad de células solares comprende un medio de conducción. El dispositivo fotovoltaico comprende un primer conductor (7) en contacto eléctrico con la primera capa conductora (4), un segundo conductor (8) en contacto eléctrico con la segunda capa conductora (6) y una encapsulación (9) que encapsula la célula solar unidad. La encapsulación comprende una hoja superior (9a) y una hoja inferior (9B). Los conductores primero y segundo (7, 8) están dispuestos entre la encapsulación (9) y la unidad de células solares (2) en el lado inferior (2b) de la unidad de células solares (2). El segundo conductor (8) está dispuesto entre la segunda capa conductora (6) y la hoja inferior (9B) de la encapsulación (9), y el primer conductor (7) está dispuesto entre el sustrato poroso (5) y la lámina inferior (9b). El primer conductor (7) está aislado eléctricamente de la segunda capa conductora (6). Una parte (14) del sustrato poroso (5) comprende material conductor (12) dispuesto entre el primer conductor (7) y la primera capa conductora (4) para proporcionar contacto eléctrico entre el primer conductor y la primera capa conductora. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
d e s c r ip c ió n
Dispositivo fotovoltaico
Campo técnico
La presente invención se refiere a dispositivos fotovoltaicos. Más particularmente, la invención se refiere a dispositivos fotovoltaicos adecuados para cargar dispositivos electrónicos para aplicaciones de consumo.
Antecedentes
Los dispositivos fotovoltaicos permiten convertir la luz en electricidad. Un dispositivo fotovoltaico típico comprende una o más células solares. Las células solares son dispositivos bien conocidos para convertir la radiación solar en energía eléctrica. Una célula solar tiene una cara anterior que está orientada hacia el sol durante el funcionamiento normal, para recolectar radiación solar, y una cara posterior opuesta a la cara anterior.
En la cara posterior de una célula solar tradicional, una placa metálica recolecta el exceso de portadores de carga procedentes de una base, y en la cara anterior, unas rejillas metálicas y unos hilos metálicos recolectan el exceso de portadores de carga procedentes de un emisor. Por lo tanto, las células solares de silicio convencionales tienen un emisor en contacto con la cara anterior. Un problema derivado del uso de rejillas e hilos colectores de corriente situados en la cara anterior de la célula solar es que existe un compromiso entre una buena recolección de corriente y una buena captación de la luz. Mediante el aumento del tamaño de los hilos metálicos, se incrementa la conducción y se mejora la recolección de corriente. Sin embargo, al aumentar el tamaño de las rejillas y los hilos metálicos, queda sombreada una parte más grande del área de captación solar, lo que da lugar a un menor rendimiento de la célula solar.
Las células solares de contacto posterior logran un mayor rendimiento al haberse movido el emisor en contacto con la cara anterior a la cara posterior de la célula solar. El mayor rendimiento es producto del menor sombreado en la cara anterior de la célula solar. Existen varias configuraciones de células solares de contacto posterior. En una célula solar de contacto posterior total, todos los contactos metálicos y los correspondientes emisores están formados en la cara posterior de la célula solar. Un circuito eléctrico externo, p. ej. una carga, puede estar conectada a los contactos metálicos a alimentar mediante la célula solar.
US 2014166095 A1 muestra un ejemplo de una célula solar de contacto posterior que tiene un diseño híbrido de sus emisores. La célula solar tiene una capa dieléctrica delgada formada en una superficie de cara posterior de un sustrato de silicio monocristalino. Un emisor de la célula solar es de silicio policristalino dopado, formado en la capa dieléctrica delgada. El otro emisor de la célula solar está formado en el sustrato de silicio monocristalino y es de silicio monocristalino dopado. La célula solar incluye orificios de contacto a través de la pila de material para permitir la conexión entre los contactos metálicos y los correspondientes emisores. Todos los contactos metálicos están formados en la cara posterior de la célula solar. Por ejemplo, el contacto metálico puede comprender aluminio formado sobre un emisor, una barrera de difusión que comprenda titanio-tungsteno formada sobre el aluminio, y una intercapa que comprenda cobre formada sobre la barrera de difusión. Generalmente, en la célula solar están presentes una gran cantidad de emisores, y cada uno está conectado con un correspondiente orificio de contacto. Esto da como resultado una gran cantidad de orificios. Es laborioso perforar los orificios a través de la pila de material y llenarlos con la capa metálica, la barrera de difusión y la intercapa. Por lo tanto, una desventaja de esta célula solar es que la producción de los contactos resulta compleja y costosa.
WO 2013/149787 A1 describe otro ejemplo de una célula solar de contacto posterior. La célula solar incluye una capa aislante porosa, un electrodo de trabajo que incluye una capa metálica conductora porosa formada encima de la capa aislante porosa, y una capa fotoabsorbente que contiene un colorante adsorbido y que está dispuesta encima de la capa metálica conductora porosa, orientada hacia el sol. La capa fotoabsorbente comprende partículas de óxido metálico TiO2 teñidas por moléculas de colorante fotoabsorbentes situadas sobre la superficie de las partículas de TiO2. La célula solar sensibilizada por colorante incluye además un contraelectrodo que incluye una capa conductora dispuesta sobre una cara opuesta de la capa aislante porosa. Entre el electrodo de trabajo y el contraelectrodo se mete un electrolito. Una ventaja de esta célula solar es que es fácil y rápida de fabricar y, por consiguiente, es rentable de producir. Este documento no dice nada acerca de cómo deben disponerse los contactos y cómo pueden producirse los mismos.
WO 2015/117795 describe una célula solar sensibilizada por colorante que comprende un sustrato aislante poroso, una primera capa conductora porosa impresa sobre una cara del sustrato aislante poroso, y una segunda capa conductora porosa impresa sobre la otra cara del sustrato aislante poroso. Sobre la primera capa conductora se deposita una capa fotoabsorbente que comprende moléculas de colorante fotoabsorbentes. Por ejemplo, el espesor de la primera y la segunda capas conductoras porosas es de 20 pm, el espesor de la capa de polvo conductor poroso es de 16 pm, y el espesor de la capa fotoabsorbente es de 60 pm. Cada una de las capas porosas comprende un patrón impreso que incluye porciones transparentes y no transparentes dispuestas de modo que formen rutas transparentes continuas a través de la célula solar. La célula solar comprende un primer elemento de conexión conectado eléctricamente a la primera capa conductora para conectar la primera capa conductora a un circuito eléctrico externo, y un segundo elemento de conexión
conectado eléctricamente a la segunda capa conductora para conectar la segunda capa conductora al circuito eléctrico externo. Por ejemplo, los elementos de conexión son barras colectoras. Los elementos de conexión pueden extenderse a lo largo de toda la cara de las capas. Las porciones no transparentes están en contacto eléctrico con el primer elemento de conexión, y las porciones no transparentes están en contacto eléctrico con el segundo elemento de conexión. Los elementos de conexión mostrados en las figuras están dispuestos en una cara corta de la célula solar. La dificultad a la hora de conectar los elementos de conexión a la primera y segunda capas conductoras, dado que la célula solar es muy delgada y la primera y segunda capas conductoras son muy finas (aproximadamente solo 20 pm), supone un problema.
US 2013/0037089 A1 describe una célula solar sensibilizada por colorante que comprende una primera capa conductora para extraer electrones fotogenerados de una capa fotoabsorbente, dispuesta en una cara superior de la unidad de célula solar, y una segunda capa conductora dispuesta en una cara inferior de la unidad de célula solar, un primer conductor en contacto eléctrico con la primera capa conductora, un segundo conductor en contacto eléctrico con la segunda capa conductora, y una encapsulación que encapsula la unidad de célula solar y que comprende una lámina inferior que cubre la cara inferior de la unidad de célula solar. El primer conductor está dispuesto entre la encapsulación y la unidad de célula solar en la cara superior de la unidad de célula solar, y el segundo conductor está dispuesto entre la encapsulación y la unidad de célula solar en la cara inferior de la unidad de célula solar. US 2014/076385 A1 se refiere a una célula solar flexible sensibilizada por colorante que usa fibras, que se forma sellando un cuerpo de célula (en el que están formados un electrodo y un fotoelectrodo) sobre una cara de una capa de fibras que contiene electrolitos, y en la otra cara de la capa de fibras está formado un contraelectrodo.
Sumario
Un objeto de la presente invención es superar los problemas mencionados anteriormente, al menos de manera parcial, y proporcionar un dispositivo fotovoltaico mejorado para alimentar un dispositivo externo.
Este objeto se consigue mediante un dispositivo fotovoltaico como se define en la reivindicación 1.
El dispositivo fotovoltaico comprende una unidad de célula solar que incluye un electrodo de trabajo que comprende una capa fotoabsorbente porosa, dispuesta en una cara superior de la unidad de célula solar, una primera capa conductora porosa para extraer de la capa fotoabsorbente electrones fotogenerados, en donde la capa fotoabsorbente está dispuesta encima de la primera capa conductora, un sustrato poroso fabricado de un material aislante, en donde la primera capa conductora está formada sobre una cara del sustrato poroso, un contraelectrodo que incluye una segunda capa conductora dispuesta en una cara inferior de la unidad de célula solar, en donde la segunda capa conductora está formada sobre una cara opuesta del sustrato poroso, y un medio de conducción para transferir cargas entre la segunda capa conductora y la capa fotoabsorbente. El dispositivo fotovoltaico comprende además al menos un primer conductor que está en contacto eléctrico con la primera capa conductora, al menos un segundo conductor que está en contacto eléctrico con la segunda capa conductora, y una encapsulación que encierra la unidad de célula solar, y comprende una lámina superior al menos parcialmente transparente que cubre la cara superior de la unidad de célula solar y una lámina inferior que cubre la cara inferior de la unidad de célula solar. El primer y segundo conductores están dispuestos entre la encapsulación y la unidad de célula solar, en la cara inferior de la unidad de célula solar. Además, el primer conductor está aislado eléctricamente de la segunda capa conductora, y una parte del sustrato poroso comprende un material conductor dispuesto entre el primer conductor y la primera capa conductora, para proporcionar contacto eléctrico entre el primer conductor y la primera capa conductora.
El segundo conductor está dispuesto entre la segunda capa conductora y la lámina inferior de la encapsulación, y el primer conductor está dispuesto entre el sustrato poroso y la lámina inferior de la encapsulación
El primer conductor funciona como un colector de corriente y recolecta corrientes de la primera capa conductora. El segundo conductor funciona como distribuidor de corriente y distribuye las corrientes a la segunda capa conductora.
Colocar los primeros conductores en la superficie posterior es un proceso mucho más sencillo que colocarlos en los bordes, como se hace en la técnica anterior donde las conexiones se disponen en una cara corta de la célula solar. Como se menciona en los antecedentes, la cara corta es muy delgada, y la precisión requerida para colocar los primeros conductores es extremadamente alta e impone una precisión muy elevada por parte de las máquinas de producción.
Al colocar el primer y segundo conductores entre la encapsulación y la unidad de célula solar, la encapsulación mantiene el primer y segundo conductores en su sitio y los protege.
Por encapsulación se entiende una cubierta que encierra herméticamente la unidad de célula solar para evitar que el polvo y la humedad entren en la misma, y para evitar la fuga de líquido y aire desde el interior del dispositivo.
El primer conductor y el segundo conductor están dispuestos en la cara inferior de la unidad de célula solar. Por lo tanto, no habrá un alambrado visible sobre la cara superior del dispositivo fotovoltaico. El primer y segundo conductores
pueden ocultarse fácilmente disponiendo el dispositivo fotovoltaico sobre una superficie de un dispositivo electrónico, tal como un auricular, un teléfono inteligente o una tableta, o sobre una cubierta del dispositivo electrónico. Esto significa que, cuando el dispositivo fotovoltaico esté situado sobre una superficie del dispositivo electrónico, el primer conductor no será visible para un usuario. Esto hace posible integrar el dispositivo fotovoltaico en el dispositivo electrónico, o en una cubierta del dispositivo electrónico, de modo que sea invisible para el usuario. El dispositivo fotovoltaico puede cubrir sustancialmente una superficie completa del dispositivo electrónico. Por lo tanto, puede usarse toda la superficie del dispositivo electrónico o de la cubierta del dispositivo electrónico para producir energía sin alterar el aspecto visible del dispositivo electrónico.
El sustrato poroso comprende un material conductor dispuesto entre el primer conductor y la primera capa conductora. Una parte del sustrato poroso dispuesto entre el primer conductor y la primera capa conductora comprende un material conductor para proporcionar contacto eléctrico entre el primer conductor y la primera capa conductora. El material conductor forma una ruta conductora entre el primer conductor y la primera capa conductora. La parte restante del sustrato poroso es aislante de la electricidad y no contiene ningún material conductor, para proporcionar un aislamiento eléctrico entre la primera y segunda capas conductoras y evitar un cortocircuito entre la primera y segunda capas conductoras.
Como se ha mencionado anteriormente, el primer conductor está en contacto eléctrico con la primera capa conductora, y esto puede lograrse disponiendo un material conductor en el sustrato poroso en la ubicación del al menos un primer conductor. Por ejemplo, una parte del sustrato poroso está provista de uno o más orificios que se llenan con un material conductor. El material conductor puede ser, por ejemplo, partículas metálicas.
Según algunos aspectos, entre el primer conductor y la segunda capa conductora está formada una brecha aislante. La segunda capa conductora termina a cierta distancia del primer conductor, de modo que la brecha aislante quede formada entre el primer conductor y la segunda capa conductora. En otras palabras, la segunda capa conductora no cubre todo el sustrato poroso y, en las ubicaciones donde la segunda capa conductora no está presente sobre el sustrato poroso, está dispuesto al menos un primer conductor con una distancia entre la segunda capa conductora y el primer conductor. En otras palabras, el al menos un primer conductor no cubre todo el sustrato poroso en la ubicación donde la segunda capa conductora no cubre el sustrato poroso.
Según algunos aspectos, el primer conductor está en contacto mecánico con la parte del sustrato poroso que comprende el material conductor. El primer conductor hace tope con el sustrato poroso. El sustrato poroso tiene una superficie inferior orientada hacia el primer conductor, y el primer conductor está en contacto mecánico con la superficie inferior del sustrato poroso y en contacto eléctrico con el material conductor presente en el sustrato poroso.
Según algunos aspectos, el material conductor presente en el sustrato poroso es el mismo que el de la primera capa conductora. Esto facilita la fabricación de la célula solar, ya que los orificios situados en el sustrato pueden llenarse al mismo tiempo que se forma la primera capa conductora sobre el sustrato poroso.
Según algunos aspectos, el material conductor presente en el sustrato poroso comprende titanio o una aleación del mismo. Resulta ventajoso usar titanio, p. ej. si el medio de conducción es un electrolito, ya que el titanio puede resistir la corrosión causada por el electrolito.
Según algunos aspectos, el material conductor presente en el sustrato poroso comprende titanio o una aleación del mismo, y el primer conductor comprende titanio o una aleación del mismo. Esto resulta ventajoso cuando el primer conductor está dispuesto en contacto físico con la primera capa conductora, para proporcionar una buena conexión eléctrica entre los mismos.
Según algunos aspectos, la segunda capa conductora tiene una superficie inferior orientada hacia la lámina inferior, el segundo conductor está en contacto mecánico y eléctrico con la superficie inferior de la segunda capa conductora. La superficie de contacto entre el segundo conductor y la superficie inferior de la segunda capa conductora proporciona un buen contacto eléctrico entre los mismos. El segundo conductor hace tope con la segunda capa conductora. Según algunos aspectos, la encapsulación mantiene el segundo conductor en su sitio.
Según algunos aspectos, la primera y segunda capas conductoras comprenden titanio o una aleación del mismo. Aunque el titanio tiene una conductividad eléctrica relativamente baja para un metal, resulta ventajoso usar titanio en la primera y segunda capas conductoras dado que no es corrosivo y puede resistir altas temperaturas en el aire, lo que resulta ventajoso durante la fabricación de la unidad de célula solar.
Según algunos aspectos, la segunda capa conductora comprende titanio o una aleación del mismo, y el segundo conductor comprende titanio o una aleación del mismo. Esto resulta ventajoso cuando el segundo conductor está dispuesto en contacto físico con la segunda capa conductora, para proporcionar una buena conexión eléctrica entre los mismos. Debido a las altas temperaturas durante la fabricación de la unidad de célula solar, una capa de óxido delgada está presente sobre el titanio o la aleación de titanio de las capas conductoras. Se ha descubierto que, debido a la capa de óxido sobre el titanio, es difícil proporcionar un contacto eléctrico entre la primera y segunda
capas conductoras y un conductor de un metal conductor tradicional, tal como cobre o plata. Sorprendentemente, se ha descubierto que un conductor que comprenda titanio proporciona una buena conexión eléctrica entre el conductor y las capas conductoras de la unidad de célula solar a pesar de la capa de óxido sobre el titanio. Por lo tanto, resulta ventajoso usar titanio como material conductor aunque el titanio tenga una conductividad eléctrica relativamente baja.
Según algunos aspectos, el primer conductor comprende una lámina de metal conductora. Según algunos aspectos, el segundo conductor comprende una lámina de metal conductora. Preferiblemente, la lámina es una lámina metálica. Una lámina de metal puede cortarse fácilmente con diferentes formas. La lámina de metal proporciona un área de contacto amplia, y tiene una anchura que aumenta el rendimiento de los electrones. Esto resulta ventajoso cuando el primer y segundo conductores están fabricados de un material con una conductividad eléctrica relativamente baja, tal como titanio o una aleación del mismo.
Según algunos aspectos, la lámina comprende titanio o una aleación del mismo.
Según algunos aspectos, la lámina de metal conductora tiene una anchura de al menos 3 mm. Esto resulta ventajoso cuando el conductor está fabricado de un material con una conductividad eléctrica relativamente baja, tal como titan o una aleación del mismo. La anchura sirve tanto para lograr un área de contacto extensa como para lograr un aumento del flujo de electrones, y para facilitar el manejo. Una lámina más delgada resulta más difícil de manejar durante el proceso de producción.
Según algunos aspectos, el primer y segundo conductores tienen una forma circular. Esta forma hace que sea fácil montar los conductores sobre el sustrato poroso y sobre la segunda capa conductora.
Según algunos aspectos, la encapsulación comprende una pluralidad de penetraciones en conexión con el primer y segundo conductores, para conectar el dispositivo fotovoltaico al dispositivo electrónico. En otras palabras, en la encapsulación están presentes unas penetraciones para poder acceder a la energía producida por el dispositivo fotovoltaico. A través de las penetraciones se introducirá algún tipo de alambrado. Por ejemplo, el primer y segundo conductores pueden extenderse fuera de la encapsulación a través de las penetraciones para la conexión al alambrado de alimentación del dispositivo electrónico. Alternativamente, unos hilos procedentes del exterior de la encapsulación pueden pasar a través de las penetraciones y conectar eléctricamente con el primer y segundo conductores. Las penetraciones quedan firmemente ajustadas alrededor del alambrado que pasa a través de la encapsulación, de manera que no pueda pasar gas o líquido a través de las mismas. Por ejemplo, las penetraciones son aberturas presentes en la encapsulación que quedan firmemente ajustadas alrededor del alambrado que pasa a través de la encapsulación.
Según algunos aspectos, la lámina inferior de la encapsulación comprende una pluralidad de penetraciones dispuestas en conexión con el primer y segundo conductores para proporcionar acceso a la energía producida por el dispositivo fotovoltaico, y las penetraciones comprenden aberturas de penetración para recibir unos hilos a conectar eléctricamente con el primer y segundo conductores. Esto facilita el sellado de las penetraciones.
Según algunos aspectos, el primer y segundo conductores están dispuestos dentro de un área definida por la unidad de célula solar y dichas aberturas de penetración están dispuestas debajo del primer y segundo conductores, para poder acoplar los hilos al primer y segundo conductores. Por lo tanto, el primer y segundo conductores no sobresalen hacia el exterior de la unidad de célula solar. Esto facilita el sellado de la célula solar en comparación con aquellos casos en los que los conductores se extienden hacia el exterior de la unidad de célula solar. El área definida por la unidad de célula solar está definida por los bordes de la unidad de célula solar.
Según algunos aspectos, el primer y segundo conductores tienen una forma circular, y las aberturas de penetración están dispuestas por debajo de una parte central del primer y segundo conductores.
Según algunos aspectos, una parte del sustrato poroso dispuesto entre el primer conductor y la primera capa conductora comprende orificios llenos de un material conductor, tal como partículas conductoras.
Según algunos aspectos, el material conductor comprende partículas conductoras alojadas en poros del sustrato poroso de modo que formen una ruta conductora a través del sustrato poroso, entre el primer conductor y la primera capa conductora. Esto puede lograrse fácilmente mediante la infiltración de partículas conductoras en la parte del sustrato poroso dispuesta entre el primer conductor y la primera capa conductora. Esto resulta ventajoso, ya que es fácil de fabricar.
Según algunos aspectos, el primer conductor y el segundo conductor comprenden un hilo alargado. Al menos uno del primer y/o segundo conductores es un hilo. Alternativamente, tanto el primer como el segundo conductores son hilos alargados. Un hilo puede ser una opción económica y duradera. Además, puede fabricarse un hilo muy fino que no altere el aspecto de la superficie superior del dispositivo fotovoltaico cuando se monte en la cara superior de la unidad de célula solar.
Según algunos aspectos, el hilo tiene un núcleo alargado de un material con alta conductividad eléctrica, p. ej. plata, y el núcleo tiene una cubierta de titanio o una aleación del mismo. Este hilo proporcionará una buena conexión eléctrica a capas conductoras que comprendan titanio, así como una alta conductividad eléctrica.
Según un aspecto, la encapsulación se fabrica de un plástico transparente. Esta característica contribuye a proporcionar un dispositivo fotovoltaico flexible, torsionable y resistente a los impactos.
Breve descripción de Ios dibujos
A continuación se explicará más detalladamente la invención mediante la descripción de diferentes realizaciones de la misma haciendo referencia a las figuras adjuntas.
La Fig. 1 muestra una ilustración desde arriba de un dispositivo fotovoltaico ilustrativo, con un primer y segundo conductores en una cara inferior del dispositivo fotovoltaico.
La Fig. 2 muestra la cara inferior del dispositivo fotovoltaico mostrado en la Figura 1.
La Fig. 3 muestra un ejemplo de una sección transversal de una unidad de célula solar en una encapsulación, sin el primer y segundo conductores.
La Fig. 4a muestra un ejemplo de una sección transversal de un dispositivo fotovoltaico, que incluye una unidad de célula solar en una encapsulación y con un primer y segundo conductores en la cara inferior de la unidad de célula solar.
La Fig. 4b muestra otro ejemplo de una sección transversal de un dispositivo fotovoltaico, que incluye una unidad de célula solar en una encapsulación y con un primer y segundo conductores en la cara inferior de la unidad de célula solar.
La Fig. 5 muestra otro ejemplo de un dispositivo fotovoltaico visto desde abajo.
La Fig. 6 muestra otro ejemplo más de un dispositivo fotovoltaico visto desde abajo.
Descripción detallada
Los aspectos de la presente descripción se describirán más completamente de aquí en adelante con referencia a las figuras adjuntas. Sin embargo, el dispositivo fotovoltaico puede realizarse en muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitado a los aspectos expuestos en la presente memoria. Los números similares en las figuras se refieren a elementos similares en toda la descripción.
La terminología usada en la presente descripción tiene únicamente el fin de describir aspectos particulares de la descripción y no se pretende que limite la invención. Como se usan en la presente memoria, las formas singulares “un” , “una” y “el/la” pretenden incluir asimismo las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
A menos que se defina lo contrario, todas las expresiones usadas en la presente memoria tienen el mismo significado que entendería comúnmente el experto en la técnica a la que pertenece esta descripción.
Se proporciona un dispositivo fotovoltaico 1 adecuado para alimentar un dispositivo externo.
La Figura 1 muestra una vista desde arriba de un primer ejemplo el dispositivo fotovoltaico 1, con una unidad 2 de célula solar, un primer conductor 7 y un segundo conductor 8. En la Figura 1, el primer conductor 7 está dispuesto en la cara inferior de la unidad 2 de célula solar. El segundo conductor 8 está dispuesto en la cara inferior de la unidad 2 de célula solar.
La Figura 2 muestra el mismo dispositivo fotovoltaico 1 de la Figura 1 pero visto desde abajo. Es decir, en la Figura 2 es visible la cara inferior 2b de la unidad 2 de célula solar. En esta vista, pueden verse el primer conductor 7 y el segundo conductor 8 en la cara inferior 2b.
Debe observarse que, en estas figuras, el primer conductor y el segundo conductor ilustrados tienen una longitud que se extiende a través de toda la unidad de célula solar, pero no es necesario que esto sea así, como se explica más adelante. Además, solo se ilustran un primer conductor y un segundo conductor, pero, como se explica más adelante, puede haber varios.
El dispositivo fotovoltaico comprende una unidad 2 de célula solar. La Figura 3 muestra una sección transversal a través de un ejemplo de una unidad 2 de célula solar sin el primer y segundo conductores, para ilustrar las capas de la unidad 2 de célula solar. La unidad 2 de célula solar tiene un electrodo de trabajo que comprende una capa fotoabsorbente porosa 3, dispuesta en una cara superior 2a de la unidad 2 de célula solar. La unidad 2 de célula
solar también incluye una primera capa conductora 4 porosa para extraer de la capa fotoabsorbente 3 electrones fotogenerados, en donde la capa fotoabsorbente 3 está dispuesta encima de la primera capa conductora 4, un sustrato poroso 5 fabricado de un material aislante, en donde la primera capa conductora 4 está formada sobre una cara del sustrato poroso 5. La unidad 2 de célula solar tiene un contraelectrodo que incluye una segunda capa conductora 6, dispuesta en una cara inferior 2b de la unidad de célula solar. La segunda capa conductora 6 está formada sobre una cara opuesta del sustrato poroso 5. La segunda capa conductora 6 puede ser porosa, pero esto no es necesario. En un aspecto, el sustrato poroso se extiende continuamente a través de toda la unidad de célula solar. La unidad 2 de célula solar también incluye un medio de conducción para transferir cargas entre la segunda capa conductora 6 y la capa fotoabsorbente 3. Las Figuras 9a y 9b ilustran la lámina superior y la lámina inferior de la encapsulación 9.
La primera capa conductora 4 está en contacto eléctrico directo con la capa fotoabsorbente 3. El sustrato poroso 5 proporciona aislamiento eléctrico entre la primera y segunda capas conductoras 4, 6. En un aspecto, el sustrato poroso comprende una primera porción que incluye una red de partículas conductoras alojadas en los poros del sustrato poroso, y una segunda porción sin partículas conductoras. La primera y segunda capas conductoras 4, 6 están separadas física y eléctricamente por el sustrato poroso 5. La porosidad del sustrato poroso 5 permitirá que el medio de conducción pase a través del sustrato. Preferiblemente, el espesor del sustrato poroso 5 es mayor de 4 pm y menor de 100 pm. La porosidad de la primera capa conductora 4 permitirá que el medio de conducción pase a través de la primera capa conductora.
La capa fotoabsorbente porosa 3 es, por ejemplo, una capa porosa de TiÜ2 depositada sobre la primera capa conductora 4. El electrodo de TiÜ2 comprende partículas de TiÜ2 teñidas mediante adsorción de moléculas de colorante sobre la superficie de las partículas de TiÜ2. Alternativamente, la capa fotoabsorbente porosa 3 puede comprender granos de un material semiconductor dopado.
La cara superior 2a de la unidad 2 de célula solar debe estar orientada hacia la luz para permitir que la luz incida en la capa fotoabsorbente 3 del electrodo de trabajo. Según algunos aspectos, la capa fotoabsorbente es una capa porosa de nanopartículas de TiÜ2 con colorante orgánico adsorbido. Son ejemplos de colorantes orgánicos: N719, N907, B11, C101. También se pueden usar otros colorantes orgánicos. Sin embargo, la capa fotoabsorbente 3 también puede comprender granos de un material semiconductor dopado, p. ej. Si, CdTe, CIGS, CIS, GaAs o perovskita.
El medio de conducción es, por ejemplo, un electrolito convencional que comprenda iones de yoduro (I-) y triyoduro (I3") o un electrolito afín, o un electrolito a base de complejos de Cu o Co. Los complejos a base de metales de transición en estado sólido o los conductores de orificios poliméricos orgánicos son medios de conducción conocidos. Según algunos aspectos, el medio de conducción es PEDOT.
El dispositivo fotovoltaico comprende al menos un primer conductor 7 en contacto eléctrico con la primera capa conductora 4, al menos un segundo conductor 8 en contacto eléctrico con la segunda capa conductora 6, y una encapsulación 9 que encierra la unidad de célula solar. La encapsulación 9 comprende una lámina superior 9a al menos parcialmente transparente que cubre la cara superior de la unidad de célula solar, y una lámina inferior 9b que cubre la cara inferior de la unidad de célula solar. El dispositivo fotovoltaico comprende además que el al menos un primer conductor 7 esté dispuesto entre el sustrato poroso 5 y la lámina inferior 9b en la cara inferior 2b de la unidad 2 de célula solar, el primer conductor 7 esté aislado eléctricamente de la segunda capa conductora 6, el primer conductor 7 esté en contacto mecánico con una parte alargada del sustrato poroso 5, y el al menos un segundo conductor 8 esté dispuesto entre la encapsulación 9 y la unidad 2 de célula solar en la cara inferior de la unidad 2 de célula solar. El primer conductor 7 está conectado eléctricamente a la primera capa conductora 4, y el segundo conductor 8 está conectado eléctricamente a la segunda capa conductora 6.
Una unidad de célula solar según lo anterior puede fabricarse con un tamaño grande, y puede cortarse la misma con cualquier forma. El primer conductor está situado sobre la cara posterior de modo que no es visible desde la parte delantera Las Figuras 4a y 4b ilustran secciones transversales de ejemplos de dispositivos fotovoltaicos con un primer conductor 7 en la cara inferior 2b.
Según algunos aspectos, al menos la primera capa conductora 4 y el sustrato poroso 5 se extienden continuamente a través de toda la unidad 2 de célula solar. La capa fotoabsorbente 3 y la segunda capa conductora 6 se extienden continuamente al menos a través de una parte principal de la unidad de célula solar. En un ejemplo, según se muestra en las Figuras 4a-b, puede retirarse una parte menor de la segunda capa conductora 6 de modo que el primer conductor 7 pueda tener contacto eléctrico con la primera capa conductora 4 desde una cara inferior 2b de la unidad 2 de célula solar.
Según algunos aspectos, la unidad 2 de célula solar se llena con un electrolito para transferir cargas entre la segunda capa conductora 6 y la capa fotoabsorbente 3. El electrolito comprende iones, p. ej. iones de yoduro (I-) y triyoduro (I3-) o iones de cobre (Cu+ y Cu2+). Cuando la capa fotoabsorbente comprende partículas de TiO2, el colorante capta la luz solar, produciendo electrones fotoexcitados que se inyectan en la banda de conducción de las partículas de TiO2 y que son recolectados adicionalmente por la primera capa conductora 4. Al mismo tiempo, los iones contenidos en el electrolito transportan los electrones desde la segunda capa conductora 6 hasta la capa fotoabsorbente 3. El primer conductor 7 recolecta los electrones de la primera capa conductora 4 y el segundo
conductor 8 proporciona electrones a la segunda capa conductora 6, de modo que la unidad de célula solar pueda producir continuamente energía a partir de los fotones entrantes. El electrolito penetra en los poros de la capa fotoabsorbente 3, la primera capa conductora 4 y el sustrato poroso 5, para transferir los iones entre la segunda capa conductora 6 y la capa fotoabsorbente 3 y, así, transferir electrones desde la segunda capa conductora a la capa fotoabsorbente.
En una realización alternativa, el dispositivo fotovoltaico puede comprender una capa fotoabsorbente que incluye un material semiconductor dopado y el medio de conducción es un conductor sólido de huecos/electrones, tal como PEDOT:PSS, en contacto físico con el material semiconductor dopado según se muestra en el documento WO2018021952. Por ejemplo, la capa fotoabsorbente incluye una pluralidad de granos del material semiconductor dopado, y los granos están parcialmente cubiertos por el medio de conducción. El conductor de huecos/electrones está acoplado eléctricamente a la segunda capa conductora 6 y aislado eléctricamente de la primera capa conductora 4.
La encapsulación 9 comprende una lámina superior 9a que cubre una cara superior 2a de la unidad 2 de célula solar, y una lámina inferior 9b que cubre una cara inferior 2b de la unidad 2 de célula solar. La encapsulación 9 encierra la unidad 2 de célula solar, y según algunos aspectos el electrolito, y actúa como barrera de líquidos para el electrolito e impide la fuga del electrolito desde el dispositivo fotovoltaico 1. La lámina superior 9a es transparente, o al menos la parte que cubre el área activa de la unidad 2 de célula solar es transparente, para que la luz entrante pueda pasar a través de la capa fotoabsorbente 3. La lámina superior 9a presente en la cara superior 2a de la unidad 2 de célula solar cubre la capa fotoabsorbente 3, y permite el paso de la luz. Las láminas 9a-b superior e inferior se fabrican, por ejemplo, de un material polimérico. Según un aspecto, la encapsulación se fabrica de un plástico transparente. Esta característica contribuye a proporcionar un dispositivo fotovoltaico flexible, torsionable y resistente a los impactos. Las láminas 9a-b superior e inferior están selladas en los bordes para proteger la unidad 2 de célula solar contra la atmósfera circundante, y, según algunos aspectos, para evitar la evaporación o la fuga del electrolito desde el interior de la unidad de célula solar.
El contraelectrodo puede comprender una capa catalítica. Alternativamente, la segunda capa conductora 6 puede comprender partículas catalíticas integradas en la segunda capa conductora.
Por ejemplo, la primera y segunda capas conductoras 4, 6 se fabrican de un material seleccionado de un grupo que consiste en titanio, aleaciones de titanio, aleaciones de níquel, grafito y carbono amorfo, o mezclas de los mismos. Más preferiblemente, la primera y segunda capas conductoras 4, 6 se fabrican de titanio o de una aleación de titanio.
Según algunos aspectos, la primera y segunda capas conductoras pueden formarse mediante una pluralidad de partículas conductoras enlazadas entre sí. Las partículas conductoras son convenientemente partículas metálicas de un metal o de una aleación metálica, por ejemplo, titanio o aluminio o una aleación del mismo o de los mismos. Las partículas conductoras de la primera capa conductora 4 están en contacto físico y eléctrico entre sí, y las partículas conductoras de la segunda capa conductora 6 están en contacto físico y eléctrico entre sí.
Según algunos aspectos, el sustrato poroso es una lámina que comprende microfibras tejidas. En otro ejemplo, el sustrato poroso comprende además una capa de microfibras no tejidas dispuesta sobre las microfibras tejidas. De manera adecuada, las microfibras tejidas y no tejidas del sustrato poroso están fabricadas de fibras de vidrio, que proporcionan un sustrato robusto y flexible.
En un aspecto, la primera capa conductora no es transparente y la superficie superior de la unidad 2 de célula solar es negra de forma homogénea, según se muestra en la Figura 1.
Según se ilustra en las Figuras 1, 2, la encapsulación 9 comprende una pluralidad de penetraciones 10a, 10b dispuestas en conexión con el primer conductor 7 y el segundo conductor 8, para conectar el dispositivo fotovoltaico 1 al dispositivo externo y acceder así a la energía producida por el dispositivo fotovoltaico. Por ejemplo, las penetraciones son aberturas pasantes de plomo en la encapsulación. A través de las aberturas se introducirá algún tipo de alambrado. Por ejemplo, el primer y segundo conductores pueden extenderse fuera de la encapsulación a través de las penetraciones para la conexión al alambrado de alimentación del dispositivo externo. Alternativamente, unos hilos procedentes del exterior de la encapsulación pueden pasar a través de las penetraciones y conectar eléctricamente con el primer y segundo conductores. Las penetraciones quedan firmemente ajustadas alrededor del alambrado, de manera que no pueda pasar gas o líquido a través de las mismas. En otras palabras, las penetraciones encierran herméticamente el alambrado. Para fabricar las penetraciones hay que asegurarse de que los hilos o conductores que vayan a pasar a través de los orificios estén en su sitio cuando se disponga la encapsulación en la unidad 2 de célula solar. La lámina superior 9a y la lámina inferior 9b son, por ejemplo, películas adhesivas que se colocan juntas sobre la unidad 2 de célula solar. Alternativamente, las láminas superior e inferior se fabrican de un material plástico flexible, y los bordes de las láminas superior e inferior se unen entre sí fundiendo el material plástico. Si los hilos/conductores ya están en su sitio entre las láminas antes de la unión, y sobresalen por los bordes de las láminas, durante la unión se crearán las penetraciones 10a, 10b. Alternativamente, las penetraciones comprenden unos orificios pasantes en la encapsulación que se practican después de encapsular la unidad de célula solar. Los orificios pasantes se sellan después de disponer los hilos/conductores en los orificios pasantes. Las ubicaciones de las penetraciones dependerán de la posición del primer y segundo conductores.
Según algunos aspectos, la segunda capa conductora 6 tiene una superficie inferior 6a orientada hacia la lámina inferior 9b, y el al menos un segundo conductor 8 está en contacto mecánico y eléctrico con la superficie inferior 6a. En este ejemplo, la superficie de contacto entre el segundo conductor y la superficie inferior es una superficie alargada que proporciona un buen contacto eléctrico entre los mismos, y que resulta beneficiosa a la hora de retornar los electrodos a la unidad 2 de célula solar ya que pueden retornarse a través de un área más grande. La longitud de la parte alargada depende del tamaño de la unidad de célula solar y de cuántos segundos conductores se usen. Según algunos aspectos, el al menos un segundo conductor 8 se extiende desde una cara a la otra cara de la segunda capa conductora 6 a lo largo de al menos el 50 % de la longitud L de la unidad de célula solar, preferiblemente a lo largo de al menos el 70 % de la longitud L, con máxima preferencia a lo largo de al menos el 90 % de la longitud L. La eficiencia de la unidad de célula solar aumenta con un buen contacto entre la segunda capa conductora y el segundo conductor. Dependiendo del tamaño de la unidad de célula solar, pueden usarse uno o más segundos conductores. Para una unidad de célula solar más grande, puede usarse un segundo conductor 8 más largo. También se pueden usar varios segundos conductores. El segundo conductor necesita proporcionar suficientes electrones a la segunda capa conductora 6 para que la unidad 1 de célula solar se rellene constantemente para producir más energía.
La ubicación de la segunda capa conductora 6 puede elegirse dependiendo del tamaño y la forma de la unidad de célula solar. Según algunos aspectos, el segundo conductor 8 se extiende a lo largo de un borde de la cara inferior 2b de la unidad 2 de célula solar. Esto puede resultar beneficioso a no ser que la unidad de célula solar tenga una forma irregular. Si la forma es irregular o la unidad de célula solar es grande, el segundo conductor 8 puede colocarse a través de la superficie de la cara inferior 2b de la unidad 2 de célula solar.
En cuanto al segundo conductor, también pueden variarse la longitud y la ubicación del primer conductor 7. Según algunos aspectos, el al menos un primer conductor 7 se extiende desde una cara a la otra cara de la unidad de célula solar a lo largo de al menos el 50 % de la longitud, preferiblemente a lo largo de al menos el 70 % de la longitud, con máxima preferencia a lo largo de al menos el 90 % de la longitud. En este caso, la longitud también depende del tamaño y la forma de la unidad de célula solar. Un primer conductor que cubra un mayor porcentaje de la longitud supondrá generalmente una unidad de célula solar más eficiente siempre que no cubra la superficie de recepción de luz, pero la longitud también dependerá de otros factores, tales como el diseño y la técnica de producción.
El al menos un primer conductor 7 está dispuesto en la cara inferior 2b de la unidad 2 de célula solar, según se muestra en las Figuras 1, 2, 4a y 4b. El al menos un primer conductor está dispuesto en la cara posterior de la unidad de célula solar de manera que sea virtualmente invisible desde la cara superior, según se muestra en la Figura 1. Por lo tanto, según algunos aspectos, el al menos un primer conductor 7 está dispuesto entre el sustrato poroso 5 y la lámina inferior 9b en la cara inferior 2b de la unidad 2 de célula solar, y el al menos un primer conductor 7 está aislado eléctricamente de la segunda capa conductora 6, y en donde el al menos un primer conductor 7 está en contacto mecánico con una parte alargada del sustrato poroso 5. El al menos un primer conductor está aislado eléctricamente de la segunda capa conductora, para no cortocircuitar la unidad de célula solar. El primer conductor 7 puede estar dispuesto en contacto eléctrico con la primera capa conductora 4 de diferentes maneras. Por ejemplo, una parte del sustrato poroso 5 dispuesto entre el primer conductor 7 y la primera capa conductora 4 comprende un material conductor 12. El material conductor es, por ejemplo, un metal.
La Figura 4a muestra un ejemplo de cómo disponer el primer conductor 7 en contacto eléctrico con la primera capa conductora 4. Una parte 14 del sustrato poroso 5 comprende un material conductor 12. La parte 14 está dispuesta entre el primer conductor 7 y la primera capa conductora 4 para proporcionar un contacto eléctrico entre el primer conductor y la primera capa conductora. La parte restante del sustrato poroso 5 es aislante de la electricidad y no contiene material conductor alguno para proporcionar aislamiento eléctrico entre la primera y segunda capas conductoras, evitando por lo tanto un cortocircuito entre la primera y segunda capas conductoras.
En este ejemplo, el material conductor 12 comprende partículas conductoras alojadas en poros del sustrato poroso y que forman rutas conductoras a través del sustrato poroso, y entre el primer conductor 7 y la primera capa conductora 4. Esto puede lograrse infiltrando el sustrato poroso con partículas conductoras entre el primer conductor y la primera capa conductora. El tamaño de las partículas conductoras es más pequeño que el tamaño de los poros del sustrato poroso, de modo que las partículas conductoras puedan alojarse en los poros del sustrato poroso. Las partículas conductoras forman entonces una red conductora a través del material aislante del sustrato poroso. La red conductora está en contacto eléctrico con el al menos un primer conductor 7 y la primera capa conductora 4.
La Figura 4b muestra otro ejemplo de cómo disponer el primer conductor 7 en contacto eléctrico con la primera capa conductora 4. En este ejemplo, una parte 14 del sustrato poroso 5 dispuesto entre el primer conductor 7 y la primera capa conductora 4 comprende uno o más orificios pasantes llenos de un material conductor, p. ej. partículas conductoras. Los orificios presentes en el sustrato pueden crearse, por ejemplo, mediante un láser o una aguja. Los orificios pueden practicarse antes de aplicar la primera capa conductora sobre el sustrato. A continuación, se llenan los orificios con un material conductor cuando se aplica la primera capa conductora sobre
el sustrato. En este caso, el material conductor 12 es el mismo material conductor que se usa en la primera capa conductora. Según algunos aspectos, la segunda capa conductora 6 termina a una distancia del primer conductor 7, de modo que haya formada una brecha aislante 11 entre el primer conductor 7 y la segunda capa conductora 6 para evitar que se produzca un cortocircuito entre la primera y segunda capas conductoras.
Según algunos aspectos, el material conductor 12 es el mismo material que se usa en la segunda capa conductora 6. Según algunos aspectos, el material conductor 12 es el mismo material que se usa en la primera capa conductora 4. El material conductor 12 puede fabricarse de metal, una aleación metálica u otros materiales conductores, por ejemplo, titanio, aleaciones de titanio, níquel, aleaciones de níquel, materiales a base de carbono, óxidos conductores, nitruros conductores, carburos conductores, siliciuros conductores o mezclas de los mismos. Por ejemplo, las partículas conductoras se fabrican de un material seleccionado de un grupo que consiste en titanio, aleaciones de titanio, níquel, aleaciones de níquel, materiales a base de carbono tales como grafeno o grafito o negro de carbón o nanotubos de carbono, óxidos conductores, nitruros conductores, carburos conductores, siliciuros conductores o mezclas de los mismos.
Cuando el al menos un primer conductor 7 está dispuesto en la cara inferior 2b, el al menos un primer conductor 7 está aislado eléctricamente de la segunda capa conductora 6. Según algunos aspectos, entre el primer conductor 7 y la segunda capa conductora 6 está formada una brecha aislante 11, según se muestra en las Figuras 4a y 4b. En otras palabras, la segunda capa conductora 6 no cubre todo el sustrato poroso, y en las ubicaciones donde una segunda capa conductora 6 no está presente sobre el sustrato poroso 5, al menos un primer conductor 7 está dispuesto con una distancia entre la segunda capa conductora 6 y el primer conductor 7. En otras palabras, el al menos un primer conductor 7 no cubre todo el sustrato poroso 5 en la ubicación donde la segunda capa conductora 6 no cubre el sustrato poroso. La brecha aislante 11 puede llenarse con un material aislante para aumentar las propiedades aislantes de la misma.
El primer conductor puede disponerse a lo largo de un borde del sustrato poroso, según se muestra en la Figura 4a, o en cualquier posición sobre la superficie del sustrato poroso, por ejemplo, según se muestra en la Figura 4b y las Figuras 5 y 6.
La forma del primer y segundo conductores puede variar. Por ejemplo, la forma puede ser rectangular o circular.
Según algunos aspectos, la primera y segunda capas conductoras 4, 6 comprenden titanio o una aleación del mismo. Aunque el titanio tiene una conductividad eléctrica relativamente baja para un metal, resulta ventajoso usar titanio en la primera y segunda capas conductoras dado que no es corrosivo y puede resistir altas temperaturas en el aire, lo que resulta ventajoso durante la fabricación de la unidad de célula solar. Según un aspecto, el segundo conductor 8 está fabricado de titanio o una aleación del mismo. Según otro aspecto, el primer conductor 7 está fabricado de titanio o una aleación del mismo. Esto resulta ventajoso cuando el primer y segundo conductores están dispuestos en contacto físico con la primera y segunda capas conductoras, para proporcionar una buena conexión eléctrica entre los conductores y las capas conductoras. Debido a las altas temperaturas durante la fabricación de la unidad de célula solar, una capa de óxido delgada está presente sobre el titanio o la aleación de titanio de la segunda capa conductora. Se ha descubierto que, debido a la capa de óxido sobre el titanio, es difícil proporcionar un contacto eléctrico entre la primera y segunda capas conductoras y un conductor de un metal conductor tradicional, tal como cobre o plata. Sorprendentemente, se ha descubierto que un conductor que comprenda titanio proporciona una buena conexión eléctrica con las capas conductoras de la unidad de célula solar a pesar de la capa de óxido sobre el titanio. Por lo tanto, resulta ventajoso usar titanio como material conductor en el primer y segundo conductores aunque el titanio tenga una conductividad eléctrica relativamente baja.
Según algunos aspectos, el segundo conductor 8 comprende una lámina de metal conductora. Según algunos aspectos, el primer conductor 7 comprende una lámina de metal conductora. La lámina de metal proporciona una zona de contacto amplia, lo que resulta ventajoso cuando el conductor está fabricado de un material con una conductividad eléctrica relativamente baja, tal como titanio o una aleación del mismo. Según algunos aspectos, la lámina de metal conductora tiene una anchura de al menos 3 mm. Esto resulta ventajoso cuando el conductor está fabricado de un material con una conductividad eléctrica relativamente baja, tal como titanio o una aleación del mismo. La anchura sirve tanto para lograr un área de contacto extensa como para lograr un aumento del flujo de electrones, y para facilitar el manejo. Una lámina más delgada resulta más difícil de manejar durante el proceso de producción. Una opción para la lámina consiste en usar un hilo. En un aspecto, el primer y segundo conductores 7, 8 comprenden titanio o una aleación del mismo. Alternativamente, el primer y segundo conductores 7, 8 pueden comprender níquel o cromo, o aleaciones de los mismos.
Alternativamente, el primer conductor 7 y el segundo conductor 8 comprenden un hilo alargado. El hilo puede ser una opción económica y duradera. El hilo es más delgado que una lámina de metal, y puede usarse en la cara frontal de la unidad de célula solar sin alterar el aspecto del dispositivo fotovoltaico. Según un aspecto, el hilo tiene un núcleo alargado de un material con alta conductividad eléctrica, p. ej. un metal tal como plata, y el núcleo tiene una cubierta de titanio o una aleación del mismo. Este hilo proporcionará una buena conexión eléctrica a capas conductoras que comprendan titanio, así como una alta conductividad eléctrica.
La Figura 5 muestra otro ejemplo de un dispositivo fotovoltaico 1', visto desde abajo. El dispositivo fotovoltaico 1' comprende un primer conductor 7 rodeado parcialmente por una brecha aislante 11. La segunda capa conductora 6 termina a cierta distancia del primer conductor 7, de modo que la brecha aislante 11 quede formada entre el primer conductor 7 y la segunda capa conductora 6. El primer conductor 7 está acoplado a una superficie del sustrato poroso, de la misma manera que se muestra en las Figuras 4a-b. En este ejemplo, el primer conductor 7 es alargado y sobresale fuera de un área 18a definida por la unidad de célula solar, es decir, fuera de los bordes 20 de la unidad de célula solar. En este ejemplo, la célula solar es rectangular y por tanto el área 18a definida por la célula solar es rectangular. En este ejemplo, el dispositivo fotovoltaico 1' comprende dos segundos conductores 8a-b acoplados a una superficie inferior de la segunda capa conductora 6. Los dos segundos conductores 8a-b son alargados y sobresalen fuera del área definida por la unidad de célula solar. La cantidad de primeros y segundos conductores puede variar.
La Figura 6 muestra otro ejemplo más de un dispositivo fotovoltaico 1", visto desde abajo. El dispositivo fotovoltaico 1' comprende un primer conductor 7b rodeado por una brecha aislante 11b. El primer conductor 7b está acoplado a una superficie del sustrato poroso 5, de la misma manera que se muestra en las Figuras 4a-b. En este ejemplo, el primer conductor 7b tiene una forma circular y la brecha aislante 11b es anular. En este ejemplo, el primer conductor 7b está dispuesto a una distancia del borde 22 de la unidad de célula solar. Por consiguiente, el primer conductor 7b está dispuesto dentro de un área 18b definida por la unidad de célula solar. En este ejemplo, la unidad de célula solar es circular y, en consecuencia, el área definida por la unidad de célula solar es circular. El dispositivo fotovoltaico 1' comprende un segundo conductor 8c acoplado a una superficie inferior de la segunda capa conductora. En este ejemplo, el segundo conductor 8c tiene una forma circular. En este ejemplo, el segundo conductor 8c está dispuesto a una distancia del borde 22 de la unidad de célula solar. Por consiguiente, el primer y segundo conductores 7b, 8c están dispuestos dentro de un área 18b definida por la unidad de célula solar. Por lo tanto, el primer y segundo conductores 7b, 8c no se extienden fuera de la unidad de célula solar.
La segunda capa conductora 6 está cubierta por la lámina inferior 9b de la encapsulación 9. La lámina inferior 9b comprende dos aberturas de penetración (16a-b) para recibir hilos a conectar eléctricamente con el primer y segundo conductores. Las aberturas de penetración 16a-b están dispuestas debajo del primer y segundo conductores 7b, 8c. El término “debajo” se refiere a una unidad de célula solar que se usa con la cara superior orientada hacia el sol, por ejemplo, según se muestra en la Figura 4b. En este ejemplo, las aberturas de penetración 16a-b están dispuestas debajo de una parte central del primer y segundo conductores 7b, 8c. La parte central comprende el centro del conductor circular. Debido al hecho de que el primer y segundo conductores 7b, 8c están dispuestos dentro del área 18b definida por la unidad de célula solar, se facilita el sellado de las aberturas de penetración. Resulta más difícil sellar las penetraciones si los conductores se extienden fuera del área de la unidad de célula solar, según se muestra en las Figuras 1, 2 y 5.
La unidad 2 de célula solar puede producirse en cualquier tamaño o forma. El límite para el tamaño depende principalmente de la facilidad para manejar la unidad de célula solar. Dado que los primeros conductores pueden disponerse de manera que no haya primeros conductores visibles que se extiendan a través de la superficie superior de la unidad de célula solar, el aspecto de la superficie de la cara superior de la unidad de célula solar será homogéneo. Cuando el primer conductor está dispuesto en la cara inferior de la unidad de célula solar, no hay primeros conductores visibles a través de la superficie superior de la célula solar. Esto significa que la apariencia de la cara superior del dispositivo es uniforme, y no se ve interrumpida por ningún primer conductor ni presenta cambio de color alguno. Esto permite integrar el dispositivo fotovoltaico en dispositivos electrónicos sin perjudicar la apariencia visible de los mismos. El dispositivo fotovoltaico podría incluso pasar desapercibido para el usuario.
Por área activa se entiende el área de la unidad de célula solar que contribuye a producir energía cuando se ve expuesta a la luz. El tamaño de la célula solar, es decir la longitud y la anchura de la unidad de célula solar, puede variar dependiendo del dispositivo externo al que vaya a suministrarse energía. Por consiguiente, el área activa de la unidad de célula solar puede variar dependiendo de la necesidad de energía. Por ejemplo, el tamaño de la unidad de célula solar puede variar entre 1 x 1 cm. con un área activa de 1 cm2, y 1 x 1 m con un área activa de 1 m2.
Existen varias variaciones posibles de la unidad 2 de célula solar y de cómo producirla. Además de los detalles descritos aquí, las solicitudes de patente publicadas WO2013149787 (A1) y WO2014184379 (A1), así como la solicitud EP no publicada EP17209762.8 describen cómo producir la unidad 2 de célula solar. En consecuencia, los tres documentos se describen en la presente memoria como referencia.
Por lo tanto, el dispositivo fotovoltaico 1 de la presente descripción tiene una unidad de célula solar proporcionada según un método descrito en cualquiera de los documentos mencionados anteriormente.
El método comprende proporcionar una unidad 2 de célula solar que incluye un electrodo de trabajo que comprende una capa fotoabsorbente porosa 3, dispuesta en una cara superior 2a de la unidad de célula solar, una primera capa conductora porosa 4 para extraer de la capa fotoabsorbente 3 electrones fotogenerados, en donde la capa fotoabsorbente 3 está dispuesta encima de la primera capa conductora 4, un sustrato poroso 5
fabricado de un material aislante, en donde la primera capa conductora 4 está formada sobre una cara del sustrato poroso 5, un contraelectrodo que incluye una segunda capa conductora 6 dispuesta en una cara inferior de la unidad de célula solar, en donde la segunda capa conductora 6 está formada sobre una cara opuesta del sustrato poroso 5, y un medio de conducción para transferir cargas entre la segunda capa conductora 6 y la capa fotoabsorbente 3. Así, estas etapas, y las variaciones de las mismas, se analizan en los documentos mencionados anteriormente.
El método comprende además acoplar al menos un primer conductor 7 a una lámina inferior 9b, acoplar al menos un segundo conductor 8 a la lámina inferior 9b, disponer la lámina superior 9a para cubrir la cara superior de la unidad 2 de célula solar y la lámina inferior 9b para cubrir la cara inferior de la unidad de célula solar, de manera que la lámina superior 9a y la lámina inferior 9b formen una encapsulación 9 que encierre la unidad 2 de célula solar. El al menos un primer conductor 7 se acopla a la lámina inferior 9b de manera que quede en contacto eléctrico con la primera capa conductora 4 cuando se forme la encapsulación 9, y en donde el al menos un segundo conductor 8 se acopla a la lámina inferior 9b de manera que quede en contacto eléctrico con la segunda capa conductora 6 cuando se forme la encapsulación 9. Por lo tanto, se produce el dispositivo fotovoltaico descrito anteriormente. El método proporciona una forma de producir el dispositivo en la que no resulta necesario material adhesivo alguno entre los primeros conductores y las capas conductoras. También es fácil manejar los primeros conductores delgados cuando se acoplan a las láminas 9a y 9b de encapsulación. En otras palabras, cuando se produce el dispositivo fotovoltaico, se proporciona la unidad de célula solar y, a la hora de disponer el primer conductor y el segundo conductor en la unidad de célula solar, primero se colocan en la ubicación correspondiente en la lámina inferior 9b de tal manera que, al disponer la lámina superior 9a y la lámina inferior 9b en la unidad de célula solar, el primer conductor y el segundo conductor queden colocados en sus posiciones en la unidad de célula solar.
La presente invención no se limita a las realizaciones expuestas, sino que puede variarse y modificarse dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. Por ejemplo, el dispositivo fotovoltaico puede comprender más de un segundo conductor dispuesto entre la encapsulación y la unidad de célula solar. El dispositivo fotovoltaico también puede comprender más de un primer conductor dispuesto entre la encapsulación y la unidad de célula solar. El número de penetraciones puede variar. Hay al menos una penetración para cada uno del primer y segundo conductores. Sin embargo, también es posible que haya una pluralidad de penetraciones para cada uno del primer y segundo conductores.
Claims (13)
- r e iv in d ic a c io n e si. Un dispositivo fotovoltaico (1; 1'; 1"), que comprende:• una unidad (2) de célula solar que incluye:- un electrodo de trabajo que comprende una capa fotoabsorbente (3) porosa dispuesta en una cara superior (2a) de la unidad de célula solar,- una primera capa conductora (4) para extraer de la capa fotoabsorbente (3) electrones fotogenerados, en donde la capa fotoabsorbente (3) está dispuesta encima de la primera capa conductora (4),- un sustrato poroso (5) fabricado de un material aislante, en donde la primera capa conductora (4) está formada sobre una cara del sustrato poroso (5),- un contraelectrodo que incluye una segunda capa conductora (6) dispuesta en una cara inferior (2b) de la unidad de célula solar, en donde la segunda capa conductora (6) está formada sobre una cara opuesta del sustrato poroso (5), y- un medio de conducción para transferir cargas entre la segunda capa conductora (6) y la capa fotoabsorbente (3),• un primer conductor (7; 7b) en contacto eléctrico con la primera capa conductora (4),• un segundo conductor (8; 8a, 8b; 8c) en contacto eléctrico con la segunda capa conductora (6), yuna encapsulación (9), que encapsula la unidad de célula solar y que comprende una lámina superior (9a) al menos parcialmente transparente que cubre la cara superior (2a) de la unidad de célula solar, y una lámina inferior (9b) que cubre la cara inferior (2b) de la unidad de célula solar, en donde el segundo conductor (8; 8a, 8b; 8c) está dispuesto entre la segunda capa conductora (6) y la lámina inferior (9b) de la encapsulación (9) en la cara inferior (2b) de la unidad (2) de célula solar, caracterizado por que el primer conductor (7, 7b) está dispuesto entre el sustrato poroso (5) y la lámina inferior (9b) en la cara inferior (2b) de la unidad (2) de célula solar, el primer conductor está aislado eléctricamente de la segunda capa conductora (6), y una parte (14) del sustrato poroso (5) comprende material conductor (12) dispuesto entre el primer conductor (7;7b y la primera capa conductora (4) para proporcionar contacto eléctrico entre el primer conductor y la primera capa conductora.
- 2. El dispositivo fotovoltaico según la reivindicación 1, en donde hay formada una brecha aislante (11; 11b) entre el primer conductor (7, 7b) y la segunda capa conductora (6).
- 3. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer conductor (7; 7b) está en contacto mecánico con dicha parte (14) del sustrato poroso (5) y en contacto eléctrico con el material conductor (12) en el sustrato poroso.
- 4. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material conductor (12) forma ruta conductora entre el primer conductor (7; 7b) y la primera capa conductora (4).
- 5. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material conductor (12) comprende partículas conductoras.
- 6. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda capa conductora (6) tiene una superficie inferior (6a) orientada hacia la lámina inferior (9b), y el segundo conductor (8; 8a, 8b; 8c) está en contacto mecánico y eléctrico con la superficie inferior (6a).
- 7. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la segunda capa conductora (6) comprende titanio o una aleación del mismo, y el segundo conductor (8; 8a, 8b; 8c) comprende titanio o una aleación del mismo.
- 8. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material conductor (12) del sustrato poroso (5) comprende titanio o una aleación del mismo, y el primer conductor (8) comprende titanio o una aleación del mismo.
- 9. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer y segundo conductores (7; 7b, 8) comprenden una lámina de metal conductora.
- 10. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la lámina inferior (9b) de la encapsulación (9) comprende una pluralidad de aberturas (16a-b) de penetración para recibir hilos a conectar eléctricamente con el primer y segundo conductores, y las aberturas (16a-b) de penetración están dispuestas en conexión con el primer y segundo conductores (7b, 8c).
- 11. El dispositivo fotovoltaico según la reivindicación 10, en donde el primer y segundo conductores (7b, 8c) están dispuestos dentro de un área definida por la unidad (2) de célula solar y dichas aberturas (16a-b) de penetración están dispuestas debajo del primer y segundo conductores.
- 12. El dispositivo fotovoltaico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el primer y segundo conductores (7b, 8c) tienen una forma circular.
- 13. El dispositivo fotovoltaico según la reivindicación 10, en donde dichas aberturas (16a-b) de penetración están dispuestas por debajo de una parte central del primer y segundo conductores (7b, 8c).
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