ES2956319T3 - Una unidad de célula solar sensibilizada por colorante, un cargador fotovoltaico que incluye la unidad de célula solar sensibilizada por colorante y un método para producir la unidad de célula solar - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a una unidad de célula solar sensibilizada por colorante (1) que comprende: - un electrodo de trabajo que comprende una capa porosa absorbente de luz (10), - una primera capa conductora porosa (12) que incluye material conductor para extraer electrones fotogenerados. de la capa absorbente de luz (10), - una capa aislante porosa (105) hecha de un material aislante, - un contraelectrodo que comprende una capa conductora catalítica porosa (106) formada en el lado opuesto de la capa aislante porosa (105) y - un electrolito de base iónica para transferir electrones desde el contraelectrodo al electrodo de trabajo y dispuesto en poros de la primera capa conductora porosa (12), la capa conductora catalítica porosa (106) y la capa aislante porosa (105), en el que la primera capa conductora (12) comprende una capa de óxido aislante (109) formada sobre las superficies del material conductor, y la capa conductora catalítica porosa (106) comprende material conductor (107'') y partículas catalíticas (107''). distribuido en el material conductor para mejorar la transferencia de electrones desde el material conductor (107") al electrolito. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Una unidad de célula solar sensibilizada por colorante, un cargador fotovoltaico que incluye la unidad de célula solar sensibilizada por colorante y un método para producir la unidad de célula solar
Campo técnico
La presente invención se refiere a una unidad de célula solar sensibilizada por colorante. La presente invención se refiere además a un cargador fotovoltaico especialmente adaptado para cargar un dispositivo electrónico que incluya la unidad de célula solar sensibilizada por colorante.
Antecedentes
Las células solares se han utilizado durante mucho tiempo para convertir en electricidad la energía de la luz. Los paneles solares se utilizan para absorber la luz solar como fuente de energía para generar electricidad. Un panel solar contiene múltiples células solares conectadas en serie. A menudo se disponen una gran cantidad de paneles solares juntos en grandes parques solares para producir electricidad para una red de suministro eléctrico.
Las células solares son cada vez más eficientes y más baratas de producir. Naturalmente, las empresas están fabricando todo tipo de productos de consumo que se alimentan, al menos en parte, con células solares. En la actualidad, muchos dispositivos electrónicos portátiles están provistos de baterías recargables incorporadas que almacenan energía, y de cargadores fotovoltaicos dispuestos para suministrar energía a las baterías para cargar las mismas. Un cargador fotovoltaico o un cargador solar emplea energía solar para suministrar electricidad a los dispositivos y para cargar las baterías. Ejemplos de tales dispositivos portátiles son tabletas, teléfonos móviles, auriculares y calculadoras. Utilizando células solares se complementa la batería del dispositivo, para incrementar el tiempo de uso antes de que sea necesario cargar el dispositivo con una fuente externa. Dependiendo de la eficiencia del cargador fotovoltaico y del consumo de energía del dispositivo, puede incluso no ser necesaria una fuente externa para cargar el dispositivo, que se alimentará solo con energía solar. Por ejemplo, las calculadoras pequeñas suelen funcionar únicamente con cargadores fotovoltaicos.
Los cargadores fotovoltaicos que se comercializan en la actualidad utilizan varios tipos de paneles solares, que van desde paneles de película delgada, con eficiencias que van del 7 al 15 %, hasta paneles monocristalinos ligeramente más eficientes que ofrecen eficiencias de hasta el 18 %. La eficiencia generalmente se prueba utilizando las condiciones estándar de medición, STC, que es el estándar de la industria para las condiciones bajo las cuales se prueban los paneles solares. En las STC, la irradiación es de 1000 W/m2, la temperatura es de 25 °C y la masa de aire es de 1,5. A modo de ejemplo, un panel solar que ofrezca una potencia de salida de 200 W/m2 tiene una eficiencia del 20 %. Estas condiciones simulan cuál es la eficiencia de un panel solar en condiciones exteriores durante un día de verano sin nubes. El espectro de longitud de onda de la luz de interior difiere del espectro de longitud de onda de la luz de exterior. Por ejemplo, la luz de interior a menudo carece de longitudes de onda fuera del intervalo visible ya que las ventanas de vidrio filtran la luz ultravioleta y las lámparas de interior producen principalmente luz en el intervalo visible. Por lo tanto, la eficiencia de un panel solar que se mida en condiciones de exterior no puede aplicarse a condiciones de interior. Un ojo humano típico responderá a longitudes de onda de aproximadamente 390 a 700 nm, y la luz de interior se encuentra principalmente dentro del espectro visible.
En el artículo “ Comparison of the indoor performance of 12 commercial PV products by a simple model” , de Georgia Apostolou et al., se explica cómo la iluminación de interior difiere de la iluminación de exterior. Los autores del artículo afirman que, en el caso de una ventana con doble vidrio de aislamiento, la disminución de la potencia radiante a 1 y 5 m de la ventana será del orden del 70 % y el 97 %, respectivamente. El artículo muestra que los paneles solares actuales pierden gran parte de su eficiencia en la iluminación de interior. Por lo tanto, una desventaja de estos paneles solares es que tienen una baja eficiencia a bajas intensidades de luz.
Otras desventajas de los paneles de células solares existentes para alimentar dispositivos electrónicos son que algunos de ellos resultan tóxicos, tienen malas propiedades mecánicas y son caros.
El documento GB2510451(A) de OnBeat Ltd. muestra un par de auriculares alimentados por células solares. Se proporciona un panel solar flexible en la superficie exterior de la diadema y en los auriculares. Los auriculares también se pueden utilizar para alimentar un dispositivo externo con energía solar almacenada. Para el observador resulta evidente que la diadema de OnBeat está cubierta por un panel de células solares, pero no se especifica el tipo de las mismas.
Las demandas de paneles solares para alimentar productos de consumo son bastante diferentes en comparación con los paneles solares estacionarios que se utilizan para producir electricidad en grandes parques solares. Por ejemplo, el panel solar de un producto de consumo necesita ser más robusto, flexible y capaz de resistir impactos. Además, debe poder producir energía en diversas condiciones de luz, tanto en interior como en exterior. Las condiciones de luz en diferentes partes del panel solar también pueden diferir debido al sombreado parcial sobre el mismo, que reduce su eficiencia. También resulta deseable que los paneles solares sean estéticamente atractivos, ya que son visibles para el usuario.
Cabe señalar que hay muchos ejemplos de cargadores fotovoltaicos que tienen un panel solar que incluye una pluralidad de células solares conectadas en serie, para alimentar dispositivos electrónicos portátiles. Sin embargo, los paneles solares conocidos que alimentan dispositivos electrónicos portátiles adolecen de varios problemas: son muy sensibles a la intensidad de la luz y al ángulo de la luz entrante. Un panel solar con células solares conectadas en serie es sensible al sombreado parcial dado que, si una célula solar no produce corriente toda la serie de células solares dejará de producir electricidad. Son bastante sensibles y se rompen fácilmente. Por ejemplo, las células solares de silicio cristalino son frágiles y pueden romperse cuando se usan en un dispositivo electrónico portátil. Además, los usuarios pueden no estar de acuerdo con un aspecto estético en el que grandes partes del producto están cubiertas por paneles solares que presentan una rejilla de colectores de corriente visible en la parte superior. Por lo tanto, existe la necesidad de mejorar los cargadores fotovoltaicos para su uso en dispositivos electrónicos portátiles.
El documento WO2013/149787 describe un módulo de células solares sensibilizadas por colorante que tiene una estructura en serie, que comprende una pluralidad de unidades de célula solar sensibilizadas por colorante dispuestas adyacentes entre sí y conectadas en serie. Cada unidad de célula incluye un electrodo funcional, una primera capa de conducción para extraer del electrodo funcional electrones fotogenerados, un contraelectrodo que incluye una segunda capa de conducción, un electrolito para transferir electrones desde el contraelectrodo al electrodo funcional, y un elemento de conexión en serie para conectar eléctricamente el contraelectrodo a un electrodo funcional de una unidad de célula adyacente. El módulo de células solares comprende un sustrato de aislamiento poroso, la primera capa de conducción es una capa de conducción porosa formada en un lado del sustrato de aislamiento poroso, y la segunda capa de conducción es una capa de conducción porosa formada en el lado opuesto del sustrato de aislamiento poroso, y el elemento de conexión en serie es una capa de conducción que penetra a través del sustrato de aislamiento poroso y se extiende entre la primera capa de conducción de una de las unidades de célula y la segunda capa de conducción de la unidad de célula adyacente, conectando eléctricamente de este modo la primera capa de conducción de una de las unidades de célula con la segunda capa de conducción de la unidad de célula adyacente.
El documento WO2014/184379 describe una célula solar sensibilizada por colorante que tiene partículas de conducción que forman una red de conducción a través del material de aislamiento del sustrato de aislamiento poroso. Las partículas forman una o más rutas de conducción eléctrica a través del material de aislamiento del sustrato de aislamiento. Las partículas de conducción también pueden ser catalíticas. Debido a la red de conducción del sustrato de aislamiento, la distancia entre el contraelectrodo y la capa de absorción de luz ya no depende del espesor del sustrato poroso. Por lo tanto, el espesor de la parte de aislamiento puede reducirse y, por lo tanto, puede reducirse la distancia entre el contraelectrodo y la capa de absorción de luz. Por consiguiente, se reducen las pérdidas resistivas en el medio de conducción. Debido al hecho de que la distancia entre el contraelectrodo y la capa de absorción de luz ya no depende del espesor del sustrato poroso completo, sino solo de la parte de aislamiento, también es posible utilizar un sustrato que sea lo suficientemente espeso para una manipulación mecánica segura. También se divulgan células solares sensibilizadas por colorante en los documentos de patente WO 2013/053501 A1 y US 6291 763 B1.
Resumen
El objeto de la presente invención es superar los anteriores problemas, al menos parcialmente, y proporcionar una célula solar sensibilizada por colorante mejorada y un cargador fotovoltaico adecuado para cargar dispositivos electrónicos para aplicaciones de consumo, y más en particular para cargar las baterías recargables de los dispositivos electrónicos.
Este objeto se consigue mediante una célula solar sensibilizada por colorante como se define en la reivindicación 1.
La unidad de célula solar sensibilizada por colorante comprende:
- un electrodo funcional que incluye una capa de absorción de luz porosa,
- una primera capa de conducción porosa que incluye material de conducción para extraer de la capa de absorción de luz electrones fotogenerados, en donde la capa de absorción de luz está dispuesta encima de la primera capa de conducción,
- una capa de aislamiento porosa fabricada con un material de aislamiento, en donde la primera capa de conducción está formada sobre una cara de la capa de aislamiento porosa,
- un contraelectrodo que comprende una capa de conducción catalítica porosa formada sobre la cara opuesta de la capa de aislamiento porosa, y
- un electrolito de base iónica, para transferir electrones desde el contraelectrodo al electrodo funcional y dispuesto en los poros de la primera capa de conducción porosa, la capa de conducción catalítica porosa y la capa de aislamiento porosa, en donde la primera capa de conducción comprende una capa de óxido de aislamiento formada sobre las superficies del material de conducción, y la capa de conducción catalítica porosa comprende material de conducción y partículas catalíticas distribuidas en el material de conducción para mejorar la transferencia de electrones desde el material de conducción al electrolito. El espesor de la capa de óxido de aislamiento está entre 10 y 200 nm, y la unidad de célula solar genera un voltaje que varía menos del 40 % cuando la intensidad de la luz recibida por la capa (10) de absorción de luz varía entre 200 y 50000 Lux.
Por electrolito de base iónica se entiende un electrolito que comprende iones como portador de los electrones. Una ventaja de usar un electrolito de base iónica es que puede otorgarse una alta estabilidad a largo plazo al rendimiento de la célula solar. Otra ventaja es que la eficiencia de la unidad de célula solar es estable o aumenta al aumentar la temperatura. En consecuencia, la unidad de célula solar funciona bien en un amplio intervalo de temperaturas.
El electrolito está dispuesto dentro de los poros de la capa de absorción de luz, la primera capa de conducción, la capa de conducción catalítica y la capa de aislamiento porosa. El electrolito comprende iones que transportan electrones desde el contraelectrodo hasta la capa de absorción de luz del electrodo funcional. La capa de óxido de aislamiento proporciona una capa de aislamiento eléctrico sobre el material de conducción de la primera capa de conducción, evitando dicha capa de óxido al menos parcialmente la transferencia de electrones entre el material de conducción y el electrolito dispuesto en los poros de la primera capa de conducción. En consecuencia, más electrones alcanzan la capa de absorción de luz y eso aumenta la eficiencia de la unidad de célula solar.
Las partículas catalíticas están fabricadas con un material que es diferente del material de conducción de la capa de conducción catalítica. Las partículas catalíticas funcionan como catalizadores y facilitan la transferencia de electrones desde el material de conducción hasta el electrolito en los poros de la capa de conducción catalítica. El material de conducción de la capa de conducción catalítica es esencialmente no catalítico, es decir que en el material de conducción solo pueden producirse reacciones catalíticas intrascendentes como mucho. Los iones del electrolito de la capa de conducción catalítica ganan electrones. Al distribuir las partículas catalíticas en el material de conducción, se mejora la transferencia de electrones desde el material de conducción y, en consecuencia, se aumenta la eficiencia de la unidad de célula solar. Además, al ubicar las partículas catalíticas lo más cerca posible del electrodo funcional, se reduce la distancia que deben recorrer los iones en el electrolito para alcanzar el electrodo funcional. Por lo tanto, se reduce la distancia efectiva entre el electrodo funcional y el contraelectrodo y, en consecuencia, se reducen las pérdidas resistivas en el electrolito, dando como resultado una mayor eficiencia de la unidad de célula solar. Otra ventaja que se logra al reducir la distancia es que se permite el uso de medios conductores que tengan una baja conductividad eléctrica, tales como electrolitos líquidos iónicos.
La combinación de la capa de óxido de aislamiento, que evita que los electrones se escapen desde el material de conducción hasta el electrolito en los poros de la primera capa de conducción, y un contraelectrodo que comprende una capa de conducción catalítica que comprende partículas catalíticas distribuidas en el material de conducción que mejora la transferencia de electrones al electrolito del contraelectrodo, resultará en una unidad de célula solar eficiente.
Además, durante la fabricación de la unidad de célula solar, el tratamiento térmico de la unidad de célula solar en aire dará como resultado una capa de óxido sobre el material de conducción de la primera capa de conducción así como sobre el material de conducción de la capa de conducción catalítica. Se puede suponer que la capa de óxido sobre el material de conducción de la capa de conducción catalítica evitaría la transferencia de electrones desde el material de conducción hasta el electrolito dispuesto en los poros de la capa de conducción catalítica. Sorprendentemente, se ha descubierto que las partículas catalíticas, tales como las partículas de carbono platinizado, distribuidas en el material de conducción permiten la transferencia de electrones desde el material de conducción hasta el electrolito a pesar de las capas de óxido sobre el material de conducción.
La capa de conducción catalítica es de conducción además de catalítica. El electrolito puede disponerse en poros de toda la capa de conducción catalítica o solo en una parte superior de la capa de conducción catalítica.
En un aspecto, el contraelectrodo comprende una segunda capa de conducción que incluye un material de conducción en contacto eléctrico con la capa de conducción catalítica, en donde la segunda capa de conducción es esencialmente no catalítica, y la capa de conducción catalítica porosa está dispuesta entre la capa de aislamiento porosa y la segunda capa de conducción.
En este aspecto, la unidad de célula solar sensibilizada por colorante comprende:
- un electrodo funcional que incluye una capa de absorción de luz porosa,
- una primera capa de conducción porosa que comprende un material de conducción para extraer de la capa de absorción de luz electrones fotogenerados, en donde la capa de absorción de luz está dispuesta encima de la primera capa de conducción,
- una capa de aislamiento porosa fabricada con un material de aislamiento, en donde la primera capa de conducción está formada sobre una cara de la capa de aislamiento porosa,
- un contraelectrodo que comprende:
i. una segunda capa de conducción que incluye material de conducción, y
ii. una capa de conducción catalítica porosa dispuesta entre la capa de aislamiento porosa y la segunda capa de conducción, y en contacto eléctrico con la segunda capa de conducción, y
- un electrolito de base iónica dispuesto en los poros de la primera capa de conducción, la capa de conducción catalítica y la capa de aislamiento porosa para transferir electrones desde el contraelectrodo hasta el electrodo funcional, en donde la primera capa de conducción comprende una capa de óxido de aislamiento formada sobre las superficies del material de conducción, la segunda capa de conducción es esencialmente no catalítica, y la capa de conducción catalítica comprende material de conducción y partículas catalíticas distribuidas en el material de conducción para mejorar la transferencia de electrones al electrolito.
La segunda capa de conducción está fabricada con un material de conducción. La segunda capa de conducción puede ser porosa o no porosa. Preferiblemente, la segunda capa de conducción excluye las partículas catalíticas. La segunda capa de conducción es en sí misma esencialmente no catalítica, es decir que en la segunda capa de conducción solo pueden producirse reacciones catalíticas intrascendentes como mucho. La segunda capa de conducción puede contener una cantidad menor de material catalítico. Sin embargo, las reacciones catalíticas se concentran en la capa de conducción catalítica. Se prefiere que la transferencia de electrones al electrolito se produzca en la capa de conducción catalítica debido a su distancia más corta al electrodo funcional.
Debido al hecho de que la segunda capa de conducción es esencialmente no catalítica, la conductividad eléctrica de la segunda capa de conducción puede ser mayor que la conductividad eléctrica de la capa de conducción catalítica. Por lo tanto, la combinación de una capa de conducción catalítica que incluya partículas catalíticas y una segunda capa de conducción que sea esencialmente no catalítica, dará como resultado una transferencia eficiente de electrones desde el contraelectrodo al electrolito, además de proporcionar una alta conductividad eléctrica del contraelectrodo. Además, debido al hecho de que la segunda capa de conducción es esencialmente no catalítica, es más difícil la transferencia de electrones a un electrolito en la segunda capa de conducción.
Cuando la unidad de célula solar está en uso, la segunda capa de conducción recibe electrones desde un circuito externo y distribuye los electrones a la capa de conducción catalítica. Las partículas catalíticas funcionan como catalizadores y facilitan la transferencia de los electrones recibidos, desde la segunda capa de conducción hasta el electrolito en los poros de la capa de conducción catalítica. Al ubicar las partículas catalíticas lo más cerca posible del electrodo funcional, se reduce la distancia que deben recorrer los iones en el electrolito para alcanzar el electrodo funcional. En consecuencia, se reducen las pérdidas de potencia en la unidad de célula solar y, por lo tanto, se incrementa aún más la eficiencia de la misma. La segunda capa de conducción asegura una distribución eficiente de electrones a la capa de conducción catalítica.
En particular, la combinación de la capa de óxido de aislamiento, que evita que los electrones se escapen desde el material de conducción hasta el electrolito en los poros de la primera capa de conducción, y un contraelectrodo que comprende una capa de conducción catalítica y una segunda capa de conducción no catalítica, que mejora la eficiencia del contraelectrodo, resultará en una unidad de célula solar eficiente que es capaz de producir energía en un amplio intervalo de diferentes condiciones de luz. La unidad de célula solar funciona en condiciones de iluminación tanto malas como excelentes, por ejemplo, en interiores con luz artificial y en exteriores a la sombra, y al verse expuesta a luz solar intensa.
En un aspecto, el material de conducción de la segunda capa de conducción es titanio o una aleación del mismo. En un aspecto, la primera y segunda capas de conducción comprenden titanio o una aleación del mismo. Resulta ventajoso usar titanio ya que es altamente resistente a la corrosión y puede resistir altas temperaturas, lo cual es ventajoso durante la producción de la unidad de célula solar.
Las partículas catalíticas están fabricadas con un material catalítico, por ejemplo, materiales con base de carbono tales como grafeno o grafito o negro de humo o nanotubos de carbono, platino o una combinación de los mismos. Las partículas catalíticas pueden ser eléctricamente conductoras además de catalíticas. En un aspecto, la conductividad eléctrica de las partículas catalíticas es menor que la conductividad de la segunda capa de conducción.
Por ejemplo, el electrolito es un electrolito líquido iónico.
En un aspecto, las partículas catalíticas están distribuidas de manera sustancialmente uniforme en la capa de conducción catalítica. La expresión “ están distribuidas de manera sustancialmente uniforme” significa que las partículas catalíticas están distribuidas por toda el área de la capa de conducción catalítica. Por lo tanto, las partículas catalíticas no se concentran solo en una o en unas pocas partes de la capa de conducción catalítica. Aunque la concentración de partículas catalíticas puede variar sobre el área de la capa de conducción catalítica, no hay áreas principales sin partículas catalíticas. El electrolito se llena en los poros de la capa de conducción catalítica porosa. Al distribuir las partículas catalíticas de manera sustancialmente uniforme en la capa de conducción catalítica, se logra la transferencia de electrones desde el material de conducción de la capa de conducción catalítica hasta el electrolito en toda el área de la capa de conducción catalítica, y, en consecuencia, se mejora la transferencia de electrones desde las partículas de conducción hasta el electrolito.
En un aspecto, el material de conducción de la capa de conducción catalítica porosa forma una matriz porosa y las partículas catalíticas están distribuidas en la matriz porosa. Por matriz porosa se entiende una capa porosa que incluye una red de partículas de conducción interconectadas, que forman rutas de conducción a través de la capa porosa. Preferiblemente, las partículas catalíticas están distribuidas de manera sustancialmente uniforme en la matriz porosa. Las partículas catalíticas están incrustadas en la matriz porosa. Por ejemplo, la matriz porosa es una capa de partículas de conducción sinterizadas y las partículas catalíticas están dispuestas entre las partículas de conducción. La matriz porosa aloja las partículas catalíticas y las mantiene en su sitio. La matriz porosa puede actuar a modo de pegamento entre las partículas catalíticas y mantenerlas en su sitio.
En un aspecto, el material de conducción de la primera capa de conducción es titanio poroso, y la capa de óxido de aislamiento es un óxido de titanio formado sobre las superficies del titanio poroso. La primera capa de conducción comprende una capa de óxido de titanio formada sobre las superficies del titanio poroso y que cubre las superficies del titanio poroso. La capa de óxido de titanio evita que los electrones se escapen desde el titanio poroso de la primera capa de conducción hasta el electrolito de los poros de la primera capa de conducción y, en consecuencia, aumenta la eficiencia de la unidad de célula solar. En un aspecto, el titanio poroso comprende partículas de titanio sinterizado, y las superficies de las partículas de titanio sinterizado están cubiertas por la capa de óxido de titanio.
En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende entre un 1 y un 50 % en peso de partículas catalíticas. El % en peso de partículas catalíticas necesario para lograr una transferencia eficiente de electrones desde el material de conducción hasta el electrolito depende del tamaño y forma de las partículas catalíticas, así como del tipo de material de las partículas catalíticas y del tipo de material de conducción.
En otro aspecto, la capa de conducción catalítica comprende entre un 1 y un 30 % en peso de partículas catalíticas. Este intervalo es adecuado, por ejemplo, cuando las partículas de conducción consisten en titanio y las partículas catalíticas consisten en carbono platinado. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, el % en peso de partículas catalíticas depende del tamaño de las partículas.
En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende al menos un 1 % en peso de partículas catalíticas. En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende al menos un 5 % en peso de partículas catalíticas. En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende al menos un 10 % en peso de partículas catalíticas.
En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende más de un 50 % en peso de material de conducción y menos de un 50 % en peso de partículas catalíticas.
El término “ NN % en peso” significa que las partículas representan un NN % del peso total de partículas de conducción y catalíticas. El % real en peso de partículas catalíticas/de conducción depende de la diferencia de tamaño entre las partículas catalíticas y las de conducción, así como del tipo de material de las partículas catalíticas y las de conducción.
El material de conducción de la capa de conducción catalítica es, por ejemplo, un metal, una aleación metálica, óxido metálico u otros materiales conductores, por ejemplo, titanio, aleaciones de titanio, níquel o aleaciones de níquel, indio u óxido de indio.
En un aspecto, el material de conducción de la capa de conducción catalítica es titanio. Por ejemplo, el material de conducción de la capa de conducción catalítica comprende partículas de titanio sinterizado.
En un aspecto, las partículas catalíticas comprenden carbono. El carbono es un material catalítico. El carbono es barato y respetuoso con el medio ambiente.
En un aspecto, las partículas catalíticas comprenden partículas de carbono platinizado. El platino es un mejor catalizador que el carbono, pero es caro. Usando una combinación de platino y carbón, se logra un buen catalizador a un menor costo.
En un aspecto, el material de conducción de la capa de conducción catalítica es titanio y las partículas catalíticas son partículas de carbono platinizado. La expresión “ partículas de carbono platinizado” quiere decir partículas que tienen un núcleo de carbono cubierto con una capa de platino. El platino es un buen catalizador. Sin embargo, un problema del platino es que resulta difícil de unir al titanio. El platino se puede unir fácilmente al carbono. Sin embargo, un problema del carbono es que tiene una mala resistencia mecánica. Estos problemas se resuelven distribuyendo partículas de carbono platinizado en una matriz de titanio. El titanio tiene una buena resistencia mecánica y mantiene las partículas de carbono platinizado en sus posiciones en la capa de conducción catalítica. Por lo tanto, el carbono, el platino y el titanio proporcionan juntos una capa de conducción catalítica con una alta resistencia mecánica y una gran capacidad para transferir electrones al electrolito.
En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende entre un 50 y un 90 % en peso de titanio. En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende al menos un 5 % en peso de carbono y preferiblemente al menos un 10 % en peso de carbono. En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende al menos un 0,001 % en peso de platino.
En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende una mezcla de partículas de conducción y partículas catalíticas. Las partículas de conducción están en contacto eléctrico con la segunda capa de conducción. Las partículas catalíticas están mezcladas con las partículas de conducción para mejorar la transferencia de electrones desde las partículas de conducción hasta el electrolito. Las partículas de conducción están fabricadas con un material de conducción. Preferiblemente, las partículas de conducción no son catalíticas y excluyen material catalítico. La mezcla de partículas de conducción y partículas catalíticas dará como resultado una transferencia eficiente de electrones desde la capa de conducción catalítica hasta el electrolito. Las partículas catalíticas están distribuidas entre las partículas de conducción. Las partículas de conducción pueden formar una matriz que aloja las partículas catalíticas y las mantiene en su sitio.
En un aspecto, las partículas catalíticas están distribuidas de manera sustancialmente uniforme entre las partículas de conducción. Al distribuir las partículas catalíticas de manera sustancialmente uniforme en la capa de conducción catalítica, se mejora la transferencia de electrones desde las partículas de conducción hasta el electrolito.
En un aspecto, las partículas de conducción se unen entre sí, por ejemplo, mediante sinterización. La partícula de conducción puede formar una matriz que aloja las partículas catalíticas. Las partículas catalíticas están incrustadas en la matriz de partículas de conducción. Por ejemplo, la capa de conducción catalítica comprende partículas de conducción sinterizadas y partículas catalíticas dispuestas entre las partículas de conducción. Las partículas de conducción actúan a modo de pegamento entre las partículas catalíticas y mantienen las partículas catalíticas en posiciones entre las partículas de conducción.
En un aspecto, el tamaño de las partículas de conducción es mayor que el tamaño de las partículas catalíticas. Cuando el material catalítico es más caro que el material de conducción, resulta ventajoso que el tamaño de las partículas catalíticas sea menor que el tamaño de las partículas de conducción, para ahorrar costes.
En un aspecto, al menos el 80 % de las partículas catalíticas tienen un diámetro inferior a 50 nm. Tales partículas pequeñas tienen una gran relación superficie/volumen y proporcionarán una catalización eficiente con un volumen reducido de material catalítico. Si el material catalítico es platino, esto reducirá el costo del material catalítico.
En un aspecto, al menos el 80 % de las partículas de conducción tienen un diámetro superior a 100 nm. Preferiblemente, el tamaño de las partículas de conducción entre 0,1 y 15 μm.
En un aspecto, la capa de conducción catalítica comprende una mezcla de partículas de titanio y partículas de carbono platinizado. Preferiblemente, las partículas de titanio se unen entre sí, por ejemplo, mediante sinterización.
En un aspecto, el material de conducción en la capa de conducción catalítica porosa es el mismo material que se usa en la segunda capa de conducción.
En un aspecto, el espesor de la capa de conducción catalítica es inferior a 100 μm y, preferiblemente, inferior a 20 μm. En un aspecto, el espesor de la capa de conducción catalítica es de al menos 1 μm, preferiblemente de al menos 5 nm y, con mayor preferencia, de al menos 10 μm.
En un aspecto, el espesor de la segunda capa de conducción es de al menos 1 μm, preferiblemente de al menos 10 μm y preferiblemente de al menos 20 μm.
Ventajosamente, el espesor de la primera capa de conducción se mantiene fino para que haya una corta distancia entre la capa de absorción de luz y la tercera capa de conducción y el contraelectrodo. El espesor de la primera capa de conducción puede estar entre 0,1 μm y 40 μm y, preferiblemente, entre 0,3 y 20 μm.
En un aspecto, la capa de aislamiento porosa comprende un sustrato poroso fabricado con un material de aislamiento.
En un aspecto, la capa de conducción catalítica porosa comprende un sustrato poroso fabricado con un material de aislamiento, y las partículas de conducción de la capa de conducción catalítica forman una red de conducción a través del material de aislamiento del sustrato poroso. Las partículas de conducción y las partículas catalíticas están dispuestas en los poros del sustrato poroso. La red de conducción proporciona una extensión del contraelectrodo, que se extiende hacia el interior del sustrato poroso.
La expresión “ las partículas de conducción forman una red de conducción a través del material de aislamiento” quiere decir que las partículas forman una o más rutas de conducción eléctrica a través del material de aislamiento del sustrato poroso.
En un aspecto, la unidad de célula solar sensibilizada por colorante comprende un sustrato poroso fabricado con un material de aislamiento, la capa de aislamiento porosa es una primera parte del sustrato poroso y las partículas de conducción de la capa de conducción catalítica forman una red de conducción a través de una segunda parte del sustrato poroso. Debido a la red de conducción del sustrato poroso, la distancia entre el contraelectrodo y la capa de absorción de luz ya no depende del espesor del sustrato poroso. Por lo tanto, el espesor de la capa de aislamiento puede reducirse y, por lo tanto, puede reducirse la distancia entre el contraelectrodo y la capa de absorción de luz.
La capa de aislamiento porosa evita los cortocircuitos entre la primera capa de conducción y la capa de conducción catalítica. Las partículas de conducción de la capa de conducción catalítica forman una red de conducción a través del material de aislamiento del sustrato. La red de conducción está en contacto eléctrico directo con la segunda capa de conducción del contraelectrodo y, por lo tanto, aumentará significativamente el área de superficie de conducción del contraelectrodo.
En un aspecto, el electrolito es cualquiera de un electrolito de yoduro/triyoduro, un electrolito con base de complejos de cobre o un electrolito con base de complejos de cobalto, o una combinación de los mismos.
En un aspecto, el medio de conducción comprende yoduro (I- ) y triyoduro (I3- ) y el contenido de triyoduro en el medio de conducción está entre 1 mM y 20 mM. Esta realización permite lograr una alta generación de energía a bajas intensidades de luz.
En un aspecto, el sustrato poroso es una lámina que comprende microfibras tejidas que se extienden a través de toda la unidad de célula solar. Por ejemplo, las microfibras tejidas están compuestas por fibras de vidrio. La lámina que comprende microfibras tejidas que se extienden a través de toda la unidad de célula solar contribuye a proporcionar un cargador fotovoltaico flexible, torsionable y resistente a los impactos.
En un aspecto, la capa de absorción de luz porosa incluye TO 2 teñido. Una capa de absorción de luz porosa que incluya TO 2 teñido no será frágil y no dependerá del ángulo de la luz entrante.
En un aspecto, la capa de absorción de luz es una capa porosa de nanopartículas de TiO2 con colorante orgánico adsorbido. Son ejemplos de colorantes orgánicos: N719, N907, B11, C101. También se pueden usar otros colorantes orgánicos.
En un aspecto, la unidad de célula solar produce al menos 5 pW/cm2 cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux, y al menos 600 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux. La unidad de célula solar produce más de 5 pW/cm2 , medidos en el área activa de la célula solar, cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux. Se ha demostrado mediante pruebas que la unidad de célula solar según la invención es capaz de producir más de 5 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux. La unidad Lux es adecuada para medir la intensidad de la luz ya que mide la intensidad de la luz percibida por los ojos humanos. La unidad Lux se usa comúnmente para medir la intensidad de la luz de interior, que se encuentra principalmente dentro de la parte del espectro electromagnético que es visible para el ojo humano. En consecuencia, resulta adecuado relacionar la eficiencia de la unidad de célula solar con la intensidad de la luz medida en Lux.
En un aspecto, la unidad de célula solar produce más de 5,5 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux. Se ha demostrado mediante pruebas que la unidad de célula solar según la invención es capaz de producir más de 5,5 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux.
En un aspecto, la unidad de célula solar produce al menos 150 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 5000 Lux.
En un aspecto, la unidad de célula solar produce al menos 600 pW/cm2, y preferiblemente al menos 700 pW/cm2 , cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux. Más particularmente, la unidad de célula solar es capaz de producir al menos entre 5 y 600 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz está entre 200 y 20000 Lux. La energía producida por la unidad de célula solar aumenta sustancialmente de manera lineal cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz aumenta de 200 a 20000 Lux. Por lo tanto, la unidad de célula solar es capaz de producir energía en un amplio intervalo de diferentes condiciones de luz. La unidad de célula solar funciona en condiciones de iluminación tanto malas como excelentes, por ejemplo, en interiores con luz artificial, en exteriores a la sombra, y al verse expuesta a luz solar intensa.
Por sustancialmente lineal se entiende que la potencia producida aumenta linealmente al aumentar la intensidad de la luz, al menos en una parte principal del intervalo 200 y 20000 Lux. Por ejemplo, la potencia producida puede diferir ligeramente de la lineal con intensidades de entre 200 y 1000 Lux.
La unidad de célula solar genera un voltaje que varía menos del 40 % cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz varía entre 200 y 50000 Lux. Por ejemplo, la unidad de célula solar genera un voltaje que varía menos de 0,4 V, y preferiblemente menos de 0,3 V, cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz varía entre 200 y 50000 Lux. El voltaje generado por la unidad de célula solar es bastante uniforme en el intervalo de 200 a 50000 Lux. Esto significa que el voltaje producido es bastante independiente de la intensidad de la luz. Debido al hecho de que la salida de voltaje de la unidad de célula solar solo varía ligeramente cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz varía entre 200 y 50000 Lux, es posible usar un convertidor elevador para aumentar el voltaje para un amplio intervalo de diferentes intensidades de luz sin grandes pérdidas durante la conversión.
El nivel del voltaje generado depende de los iones en el electrolito. Por ejemplo, si el electrolito contiene iones de cobre, la unidad de célula solar puede generar un voltaje de aproximadamente 1 V en un circuito abierto cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux, y si el electrolito contiene iones de yoduro y triyoduro, la unidad de célula solar puede generar un voltaje de 0,65 V en un circuito abierto cuando la intensidad de luz recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux.
En un aspecto, la unidad de célula solar genera un voltaje de al menos 0,3 V en un circuito abierto cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux.
Además, la unidad de célula solar genera un voltaje inferior a 1,2 V en un circuito abierto cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux.
En un aspecto, la corriente producida por la unidad de célula solar aumenta linealmente cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz aumenta de 200 a 20000 Lux.
En un aspecto, la unidad de célula solar produce una corriente de al menos 15 μA/cm2 cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux, y la corriente producida por la unidad de célula solar aumenta linealmente cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz aumenta de 200 a 20000 Lux. Debido a la linealidad y al hecho de que la unidad de célula solar no produce ninguna corriente cuando la intensidad de la luz es cero y produce una corriente de al menos 15 μA/cm2 cuando la intensidad de la luz es de 200 Lux, la unidad de célula solar produce una corriente de aproximadamente 1500 μA/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux. Por lo tanto, la unidad de célula solar es capaz de producir energía suficiente para cargar baterías de dispositivos electrónicos en un amplio intervalo de intensidades de luz.
La célula solar es preferiblemente una célula solar sensibilizada por colorante monolítica. Una célula solar sensibilizada por colorante monolítica está caracterizada por que todas las capas se depositan directa o indirectamente sobre un mismo sustrato poroso.
La primera y segunda capas de conducción están colocadas en un lado de sombra de la capa de absorción de luz, es decir, en el lado opuesto al lado que recibe la luz. Por lo tanto, las primera y segunda capas de conducción están colocadas sobre la misma cara que la capa de absorción de luz.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un cargador fotovoltaico especialmente adaptado para cargar un dispositivo electrónico.
Este objeto se consigue mediante un cargador fotovoltaico que comprende una unidad de célula solar sensibilizada por colorante según la invención, una encapsulación que encapsula la unidad de célula solar, un primer conductor conectado eléctricamente a la primera capa de conducción y al menos un segundo conductor conectado eléctricamente a la segunda capa de conducción, en donde el cargador fotovoltaico contiene una sola unidad de célula solar y un convertidor elevador conectado eléctricamente al primer y segundo conductores, y el convertidor elevador está adaptado para aumentar el voltaje de la unidad de célula solar mientras reduce la corriente de la unidad de célula solar.
El cargador fotovoltaico según la invención es capaz de cargar dispositivos en condiciones de luz muy malas. Por ejemplo, el cargador fotovoltaico es capaz de cargar los dispositivos electrónicos incluso si la única fuente de luz es una lámpara. Esto hace posible cargar dispositivos electrónicos en interior por la noche.
Además, dado que el cargador fotovoltaico tiene una sola unidad de célula solar, no habrá problemas por sombreado parcial. Incluso si partes de la superficie de la unidad de célula solar están en sombra, las partes no sombreadas seguirán produciendo corriente. Así, el cargador fotovoltaico según la invención es capaz de cargar un dispositivo electrónico incluso cuando el área activa del cargador fotovoltaico esté parcialmente sombreada. 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 primer conductor funciona como un colector de corriente y recolecta corrientes de la primera capa de conducción. El segundo conductor funciona como distribuidor de corriente y distribuye las corrientes a la segunda capa de conducción. El cargador fotovoltaico tiene una sola célula solar escalable que se puede adaptar a cualquier forma o tamaño de un dispositivo electrónico portátil. No hay necesidad de una pluralidad de colectores de corriente dispuestos a través del lado visible del cargador fotovoltaico, y la ausencia de colectores de corriente visibles da como resultado una superficie visualmente homogénea. Por lo tanto, el cargador fotovoltaico puede utilizarse en el dispositivo electrónico portátil sin afectar al diseño del dispositivo. En otras palabras, puede alimentarse un dispositivo electrónico portátil con el cargador fotovoltaico sin que sea visible para el espectador. Otra ventaja de que no haya muchos elementos de conexión dispuestos sobre la superficie de la unidad de célula solar es que se puede usar una mayor área de la unidad de célula solar para generar energía, ya que no hay una pluralidad de colectores de corriente bloqueando la luz entrante.
Otras ventajas del cargador fotovoltaico incluyen bajos costes, resistencia a los impactos, flexibilidad, e independencia del ángulo de la luz entrante.
Además, el tamaño de la unidad de célula solar individual es escalable y, en consecuencia, el tamaño y la potencia del cargador fotovoltaico se pueden adaptar al tamaño y la demanda de potencia de los diferentes dispositivos que se van a cargar. Al aumentar el área de la unidad de célula solar, se incrementa la potencia generada por el cargador fotovoltaico.
El cargador fotovoltaico comprende un convertidor elevador conectado eléctricamente al primer y segundo conductores, y el convertidor elevador está adaptado para aumentar el voltaje de la unidad de célula solar al tiempo que reduce la corriente de la unidad de célula solar. Por lo tanto, el cargador fotovoltaico es capaz de generar un nivel de voltaje suficiente para cargar dispositivos electrónicos en un amplio intervalo de diferentes condiciones de luz. Diferentes tipos de baterías requieren diferentes niveles de voltaje. El convertidor elevador permite proporcionar a las baterías recargables de los dispositivos electrónicos el nivel de tensión que necesite el tipo de batería. El voltaje producido por la unidad de célula solar individual es demasiado bajo para cargar ciertos tipos de baterías, por ejemplo, baterías de litio que requieren aproximadamente 3,6 V. En la técnica anterior, el voltaje requerido se logra disponiendo una pluralidad de unidades de célula solar conectadas en serie. Según la invención, el voltaje requerido se logra conectando un convertidor elevador a la unidad de célula solar individual. Por lo tanto, es posible proporcionar un cargador fotovoltaico que tenga una sola unidad de célula solar capaz de cargar baterías que requieran diferentes niveles de voltaje.
En un aspecto, el convertidor elevador está configurado para convertir el voltaje de la unidad de célula solar a un voltaje que se encuentra entre 1 y 10 V. Por lo tanto, el cargador fotovoltaico es capaz de cargar baterías que se utilizan para muchos tipos de dispositivos electrónicos para aplicaciones de consumo, tales como baterías de litio o de níquel.
En un aspecto, el convertidor elevador está configurado para convertir un voltaje de entre 0,25 y 1 V en un voltaje superior a 3 V, y preferiblemente superior a 3,5 V. Por lo tanto, el cargador fotovoltaico puede usarse para cargar una batería que tenga un voltaje de carga superior a 3 V, tal como una batería de litio que normalmente requiere un voltaje de carga de entre 3 y 4,5 V, dependiendo del nivel de carga de la batería.
En un aspecto, el convertidor elevador es capaz de manejar corrientes de entre 15 y 9000 mA/cm2. Por lo tanto, el convertidor elevador es capaz de manejar corrientes procedentes de la unidad de célula solar de 200 Lux a 120000 Lux, que es la corriente a luz solar plena.
En un aspecto, la encapsulación está fabricada con un plástico transparente. Esta característica contribuye a proporcionar un dispositivo fotovoltaico flexible, torsionable y resistente a los impactos.
Según algunos aspectos, la forma y el tamaño de la unidad de célula solar individual se adaptan al tamaño y la forma del dispositivo electrónico portátil al que esté alimentando. Además, el área activa de la unidad de célula solar se adapta a la potencia necesaria para cargar el dispositivo.
En un aspecto, la distancia más corta de lado a lado del área activa de la unidad de célula solar es mayor de 1 cm, y preferiblemente mayor de 1,5 cm.
En un aspecto, la distancia más corta de lado a lado del área activa de la unidad de célula solar es mayor de 1,5, y el área activa de la unidad de célula solar es mayor de 25 cm2. Tal cargador fotovoltaico resulta útil, por ejemplo, para cargar auriculares.
En un aspecto, la distancia más corta de lado a lado del área activa de la célula solar es mayor de 10 cm. Por lo tanto, el área activa de la unidad de célula solar es mayor de 100 cm2. Tal cargador fotovoltaico resulta útil, por ejemplo, para cargar una tableta.
Por ejemplo, el dispositivo electrónico puede ser un auricular, una tableta o un teléfono móvil. Por ejemplo, el dispositivo electrónico es unos auriculares que comprenden una diadema que se pone sobre la cabeza del usuario, en donde el cargador fotovoltaico está dispuesto en la superficie superior de la diadema. Por ejemplo, el dispositivo electrónico es una tableta, en donde el cargador fotovoltaico está integrado en la tableta o en una carcasa de la misma. Por ejemplo, el dispositivo electrónico portátil es un teléfono móvil, en donde el cargador fotovoltaico está integrado en el teléfono móvil o en una carcasa del teléfono móvil.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para producir la unidad de célula solar.
El método comprende
- preparar una primera tinta que comprende partículas de conducción,
- preparar una segunda tinta que comprende una mezcla de partículas de conducción y partículas catalíticas, - proporcionar un sustrato de aislamiento poroso,
- depositar una primera capa de la primera tinta sobre una primera cara del sustrato de aislamiento poroso, - depositar una segunda capa de la segunda tinta sobre una segunda cara del sustrato de aislamiento poroso, - sinterizar el sustrato de aislamiento poroso con las capas depositadas, para transformar la primera capa en una primera capa de conducción porosa y la segunda capa en una capa de conducción catalítica porosa, y - calentar al aire el sustrato de aislamiento poroso con las capas de conducción sinterizadas, para formar óxido de titanio en las superficies de la primera capa de conducción.
El método comprende además disponer una capa de absorción de luz porosa encima de la primera capa de conducción porosa, infiltrar un electrolito de base iónica en las capas porosas y sellar la unidad de célula solar. Al menos algunas de las etapas del método pueden llevarse a cabo en diferente orden, por ejemplo, la segunda capa puede depositarse antes que la primera capa. El calentamiento al aire puede llevarse a cabo, por ejemplo, simultáneamente mientras se produce la capa de absorción de luz encima de la primera capa porosa de conducción.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 muestra un primer ejemplo de una célula solar sensibilizada por colorante.
La Fig. 2 muestra un segundo ejemplo de una célula solar sensibilizada por colorante.
La Fig. 3 muestra una vista superior de un cargador fotovoltaico según una o más realizaciones de la invención. La Fig. 4 muestra una sección transversal del cargador fotovoltaico mostrado en la Fig. 3, en una vista ampliada. La Fig. 5 muestra un diagrama de valores medidos del voltaje generado (mV) para intensidades de luz de entre 200 y 20000 Lux para un tercer ejemplo de una unidad de célula solar que tiene un electrolito que comprende iones de yoduro y triyoduro.
La Fig. 6 muestra un diagrama que se basa en valores medidos de corriente generada (μA/cm2) para intensidades de luz de entre 200 y 20000 Lux para el tercer ejemplo de la unidad de célula solar.
La Fig. 7 muestra un diagrama que se basa en valores medidos de potencia generada por área (pW/cm2) para intensidades de luz de entre 200 y 20000 Lux para el tercer ejemplo de la unidad de célula solar que tiene un electrolito que comprende iones de yoduro y triyoduro.
La Fig. 8 muestra un diagrama de valores medidos del voltaje generado (mV) para intensidades de luz de entre 200 y 50000 Lux para un tercer ejemplo de una unidad de célula solar que tiene un electrolito que comprende iones de cobre. La Fig. 9 muestra un diagrama que se basa en valores medidos de corriente generada (μA/cm2) para intensidades de luz de entre 200 y 50000 Lux para el tercer ejemplo de la unidad de célula solar que tiene un electrolito que comprende iones de cobre.
La Fig. 10 muestra un diagrama que se basa en valores medidos de potencia generada por área (pW/cm2) para intensidades de luz de entre 200 y 50000 Lux para el tercer ejemplo de unidad de célula solar que tiene un electrolito que comprende iones de cobre.
Descripción detallada de realizaciones preferidas de la invención
Los aspectos de la presente descripción se describirán más completamente de aquí en adelante con referencia a las figuras adjuntas. Sin embargo, la unidad de célula solar sensibilizada por colorante y el cargador fotovoltaico divulgados en el presente documento pueden llevarse a cabo de muchas formas diferentes y no deben interpretarse como limitados 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.
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.
La Figura 1 ilustra un ejemplo de una unidad 1 de célula solar sensibilizada por colorante. La unidad 1 de célula solar comprende un electrodo funcional que incluye una capa 10 de absorción de luz y una primera capa 12 de conducción porosa para extraer de la capa 10 de absorción de luz electrones fotogenerados. Preferiblemente, la capa 10 de absorción de luz es porosa. La capa 10 de absorción de luz está dispuesta encima de la primera capa 12 de conducción. La unidad 1 de célula solar comprende además una capa 105 de aislamiento porosa fabricada con un material de aislamiento, en donde la primera capa 12 de conducción está dispuesta encima de la capa 105 de aislamiento porosa. Por ejemplo, la capa 105 de aislamiento porosa es un sustrato poroso.
La unidad 1 de célula solar tiene un contraelectrodo que comprende una capa 106 de conducción catalítica porosa, que comprende un material 107' de conducción poroso y partículas catalíticas 107" distribuidas en el material 107' de conducción poroso para mejorar la transferencia de electrones a un electrolito 110 dispuesto en los poros de la capa 106 de conducción catalítica porosa. En un aspecto, el material 107' de conducción de la capa 106 de conducción catalítica porosa comprende partículas 107' de conducción. Por ejemplo, la capa 106 de conducción catalítica porosa comprende una mezcla de partículas 107' de conducción y partículas catalíticas 107", como se muestra en la figura ampliada a la derecha en la figura 1. Preferiblemente, las partículas catalíticas 107" están distribuidas de manera sustancialmente uniforme en el material 107' de conducción de la capa 106 de conducción catalítica.
La capa 106 de conducción catalítica porosa está dispuesta junto a la capa 105 de aislamiento porosa, en un lado opuesto de la capa de aislamiento en comparación con la primera capa de conducción.
En un aspecto, el contraelectrodo de la unidad 1 de célula solar comprende una segunda capa 16 de conducción que incluye un material de conducción. La capa 106 de conducción catalítica porosa está dispuesta entre la capa 105 de aislamiento porosa y la segunda capa 16 de conducción. La capa 106 de conducción catalítica está en contacto eléctrico con la segunda capa 16 de conducción. La segunda capa 16 de conducción es esencialmente no catalítica. La primera capa 12 de conducción, la capa 106 de conducción catalítica y la capa 105 de aislamiento son porosas para permitir que el electrolito penetre a través de las mismas para llegar a la capa 10 de absorción de luz. En un aspecto, la segunda capa de conducción también es porosa. En una realización alternativa, puede omitirse la segunda capa 16 de conducción.
La unidad 1 de célula solar también comprende un electrolito 110 de base iónica para transferir cargas entre el contraelectrodo y el electrodo funcional. Por ejemplo, el electrolito de base iónica es un líquido o un gel. El electrolito de base iónica está ubicado en los poros de las capas porosas, tales como la primera capa 12 de conducción porosa, la capa 106 de conducción catalítica, la capa 105 de aislamiento porosa y la capa 10 de absorción de luz. El electrolito de base iónica también puede estar ubicado en los poros de la segunda capa 16 de conducción, si la segunda capa de conducción es porosa.
El material de conducción de la capa 106 de conducción catalítica porosa es parte del contraelectrodo. En consecuencia, dado que la capa 106 de conducción catalítica y la segunda capa 16 de conducción están en contacto eléctrico, la distancia efectiva entre la capa 10 de absorción de luz y la segunda capa 16 de conducción es más corta y, por lo tanto, se reducen las pérdidas resistivas en el medio de conducción. Además, las partículas catalíticas 107" facilitan la transferencia de electrones al electrolito 110 desde el material 107' de conducción de la capa de conducción catalítica porosa.
En un aspecto, la capa 106 de conducción catalítica comprende una mezcla de partículas 107' de conducción y partículas catalíticas 107". Las partículas de conducción están en contacto eléctrico con la segunda capa 16 de conducción. Preferiblemente, las partículas de conducción no son catalíticas y excluyen material catalítico. La mezcla de partículas de conducción y partículas catalíticas dará como resultado una transferencia eficiente de electrones desde la capa de conducción catalítica hasta el electrolito.
Las partículas de conducción de la capa de conducción catalítica incluyen material de conducción y están en contacto eléctrico con la segunda capa 16 de conducción. Las partículas catalíticas están distribuidas entre las partículas de conducción. Las partículas de conducción actúan a modo de soporte para las partículas catalíticas y las mantienen en su sitio. Las partículas de conducción pueden formar una matriz para alojar las partículas catalíticas y mantenerlas en su sitio. Por ejemplo, la matriz comprende partículas de metal sinterizado.
En un aspecto, las partículas catalíticas están distribuidas de manera sustancialmente uniforme entre las partículas de conducción. Al distribuir las partículas catalíticas de manera sustancialmente uniforme en la capa de conducción catalítica, se mejora la transferencia de electrones desde las partículas de conducción hasta el electrolito. En un aspecto, las partículas de conducción se unen entre sí, por ejemplo, mediante sinterización. La partícula de conducción puede formar una matriz que aloja las partículas catalíticas. Las partículas catalíticas están incrustadas en la matriz de partículas de conducción. Por ejemplo, la capa de conducción catalítica comprende partículas de conducción sinterizadas, y las partículas catalíticas están dispuestas entre las partículas de conducción. Las partículas de conducción actúan a modo de pegamento entre las partículas catalíticas y mantienen las partículas catalíticas en posición entre las partículas de conducción.
En un aspecto, al menos el 80 % de las partículas catalíticas 107" tienen un diámetro inferior a 50 nm. Tales partículas pequeñas tienen una gran relación superficie/volumen y proporcionarán una catalización eficiente con un volumen reducido de material catalítico. Si el material catalítico es platino, esto reducirá el costo del material catalítico. En un aspecto, al menos el 80 % de las partículas de conducción tienen un diámetro superior a 100 nm. Preferiblemente, el tamaño de las partículas de conducción está entre 0,1 y 15 μm.
El material de conducción de la primera y segunda capas 12, 16 de conducción puede ser, por ejemplo, metal, aleación metálica, óxido metálico u otros materiales conductores, por ejemplo, titanio, aleaciones de titanio, níquel o aleaciones de níquel. De manera adecuada, la primera y segunda capas 12, 16 de conducción comprenden titanio o una aleación del mismo. Por ejemplo, el material de conducción de la primera y segunda capas de conducción es titanio. Por ejemplo, la primera capa 12 de conducción puede comprender partículas de titanio sinterizado para que sea porosa. Resulta ventajoso usar titanio, ya que es altamente resistente a la corrosión y los electrolitos de base iónica a menudo son muy corrosivos.
El material 107' de conducción de la capa 106 de conducción catalítica puede estar fabricado, por ejemplo, con metal, aleación de metal, óxido de metal u otros materiales de conducción, por ejemplo, titanio, aleaciones de titanio, níquel o aleaciones de níquel, indio u óxido de indio. Las partículas catalíticas 107" están fabricadas, por ejemplo, con materiales a base de carbono tales como grafeno, grafito, negro de humo o nanotubos de carbono, platino o una combinación de los mismos.
En un aspecto, las partículas catalíticas 107'' comprenden partículas de carbono. El carbono es barato y respetuoso con el medio ambiente. Más preferiblemente, las partículas catalíticas 107" incluyen partículas de carbono platinizado. El platino es un mejor catalizador que el carbono, pero es caro. Usando una combinación de platino y carbón, se logra un buen catalizador a un menor costo. Las partículas catalíticas pueden ser eléctricamente conductoras además de catalíticas. Por ejemplo, el carbono es eléctricamente conductor además de catalítico. Sin embargo, el carbono es un mal conductor en comparación con otros materiales conductores, tales como el titanio.
La conductividad eléctrica de la primera y segunda capas 12, 16 de conducción puede ser mayor que la conductividad eléctrica de la capa 106 de conducción catalítica. La combinación de una capa 106 de conducción catalítica con una mezcla de material de conducción y partículas catalíticas, y una segunda capa 16 de conducción esencialmente sin partículas catalíticas, dará como resultado una transferencia eficiente de electrones desde las partículas 107' de conducción del contraelectrodo hasta el electrolito, así como una alta conductividad eléctrica del contraelectrodo.
Preferiblemente, la capa de conducción catalítica comprende entre un 1 y un 50 % en peso de partículas catalíticas. El % en peso de partículas catalíticas necesario para lograr una transferencia eficiente de electrones desde el material de conducción hasta el electrolito depende del tamaño y forma de las partículas catalíticas, así como del tipo de material de las partículas catalíticas y del tipo de material de conducción. Por ejemplo, la capa de conducción catalítica puede comprender entre un 5 y un 30 % en peso de partículas catalíticas. Este intervalo es adecuado, por ejemplo, cuando las partículas de conducción consisten en titanio y las partículas catalíticas consisten en carbono platinado. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, el % en peso de partículas catalíticas depende del tamaño de las partículas.
Por ejemplo, si el material de conducción 107' de la capa 106 de conducción catalítica es titanio, las partículas catalíticas 107" comprenden carbono platinizado, y si el tamaño de las partículas catalíticas 107" es menor que el tamaño de las partículas 107' de conducción, el catalizador la capa 106 de conducción catalítica puede comprender entre un 5 y un 30 % en peso de partículas catalíticas 107" para proporcionar una transferencia eficiente de electrones al electrolito. Por ejemplo, la capa de conducción catalítica comprende entre un 50 y un 90 % en peso de titanio, al menos un 5 % en peso de carbono y al menos un 0,001 % en peso de platino. El titanio tiene una buena resistencia mecánica y mantiene las partículas de carbono platinizado en sus posiciones en la capa de conducción catalítica. Por lo tanto, el carbono, el platino y el titanio proporcionan juntos una capa de conducción catalítica con una alta resistencia mecánica y una gran capacidad para transferir electrones al electrolito.
En un aspecto, el espesor t1 de la capa 106 de conducción catalítica es de al menos 1 μm, preferiblemente de al menos 5 μm, y más preferiblemente de al menos 10 μm. En un aspecto, el espesor t1 de la capa 106 de conducción catalítica es inferior a 100 μm, y preferiblemente inferior a 20 μm. En un aspecto, el espesor t2 de la capa 105 de aislamiento porosa está entre 0,1 μm y 20 μm, y preferiblemente entre 0,5 μm y 10 μm. En un aspecto, el espesor t4 de la segunda capa 16 de conducción es de al menos 1 μm, preferiblemente de al menos 10 μm y preferiblemente de al menos 20 μm.
La primera capa 12 de conducción comprende una capa 109 de óxido de aislamiento formada sobre la superficie del material de conducción, como se muestra en la figura ampliada a la izquierda en la figura 1. Esta capa 109 de óxido se forma, por ejemplo, oxidando el material de conducción de la primera capa de conducción.
El material de conducción comprende adecuadamente un metal o una aleación de metal, por ejemplo, titanio. La superficie del material de conducción se oxida cuando se expone al aire. La capa 109 de óxido puede formarse al llevar a cabo un tratamiento térmico de la primera capa de conducción en un ambiente oxidante, de manera que el material de conducción se oxide. La capa 109 de óxido de aislamiento proporciona una capa de aislamiento eléctrico sobre el material de conducción, que evita al menos parcialmente la transferencia de electrones entre la primera capa 12 de conducción y el electrolito dispuesto en los poros de la primera capa 12 de conducción.
En un aspecto, la primera capa 12 de conducción comprende titanio poroso y una capa 109 de óxido de titanio formada sobre las superficies del titanio poroso de manera que la capa 109 de óxido aísle eléctricamente el titanio poroso de la primera capa de conducción y, de este modo, evita que los electrones se escapen desde el titanio poroso de la primera capa de conducción hasta el electrolito de los poros de la primera capa de conducción. Por lo tanto, se aumenta el rendimiento de la unidad de célula solar. Por ejemplo, la primera capa 12 de conducción comprende partículas 107 de titanio sinterizado, y las superficies de las partículas 107 de titanio sinterizado están cubiertas por la capa 109 de óxido de titanio, como se muestra en la figura ampliada a la izquierda en la figura 1. En un aspecto, el espesor de la capa de óxido de titanio es superior a 5 nm, preferiblemente superior a 10 nm, y más preferiblemente superior a 20 nm. El espesor de la capa de óxido de titanio está entre 10 nm y 200 nm y, preferiblemente, entre 20 y 50 nm.
En particular, la combinación de la capa 109 de óxido de aislamiento, que evita que los electrones se escapen desde la primera capa de conducción hasta el electrolito de base líquida, y un contraelectrodo que comprende una capa 106 de conducción catalítica que incluye partículas catalíticas 107" distribuidas en un material 107 de conducción poroso, y una capa 16 de conducción no catalítica, que mejora la eficiencia del contraelectrodo, dará como resultado una unidad de célula solar eficiente capaz de producir energía en un amplio intervalo de diferentes condiciones de luz. La unidad de célula solar funciona en condiciones de iluminación tanto malas como excelentes, por ejemplo, en interiores con luz artificial y en exteriores a la sombra, y al verse expuesta a luz solar intensa.
En un aspecto, el electrolito es cualquiera de un electrolito de yoduro/triyoduro, un electrolito con base de complejos de cobre o un electrolito con base de complejos de cobalto, o una combinación de los mismos. En un aspecto, el electrolito comprende yoduro (I-) y triyoduro (I3-) y el contenido de triyoduro en el medio de conducción está entre 1 mM y 20 mM. Esta realización permite lograr una alta generación de energía a bajas intensidades de luz.
El material de aislamiento de la capa 105 de aislamiento porosa es, por ejemplo, un material inorgánico que está situado entre la primera capa 12 de conducción y la capa 106 de conducción catalítica, y aísla la primera capa 12 de conducción y la capa 106 de conducción catalítica entre sí. La capa 105 de aislamiento porosa está fabricada, por ejemplo, con fibras de vidrio, microfibras cerámicas o materiales derivados de la deslaminación de cristales en capas tales como materiales 2D o nanoláminas.
La unidad 1 de célula solar puede comprender un sustrato poroso. La capa 105 de aislamiento porosa puede comprender todo el sustrato, como se muestra en la figura 1, o solo una parte 114a del sustrato poroso 114, como se muestra en la figura 2. Según un aspecto, el sustrato poroso es una lámina que comprende microfibras tejidas que se extienden a través de toda la unidad de célula solar. Por ejemplo, las microfibras tejidas están fabricadas con fibras de vidrio.
La figura 2 muestra un ejemplo de una célula solar 1' sensibilizada por colorante que comprende un sustrato poroso 114 compuesto por un material de aislamiento. Las partes iguales o correspondientes en las figuras 1 y 2 se indican con los mismos números. La diferencia entre las células solares 1' y 1 es que la capa 106' de conducción catalítica porosa comprende una primera parte 114a de un sustrato poroso 114, y la capa 105 de aislamiento porosa comprende una segunda parte 114b del sustrato poroso 114. La capa 106' de conducción catalítica comprende partículas 107' de conducción y partículas catalíticas 107" dispuestas en poros de la primera parte 114a del sustrato poroso 114. Las partículas 107' de conducción de la capa 106' de conducción catalítica forman una red 209 de conducción a través del material de aislamiento de la parte 114a del sustrato poroso 114. La red 209 de conducción forma una o más rutas de conducción eléctrica a través del material de aislamiento de la primera parte 114a del sustrato poroso. Las partículas 107' de conducción y las partículas catalíticas 107" están dispuestas en los poros del sustrato poroso 114. Preferiblemente, el tamaño de las partículas es menor que el tamaño de los poros en el sustrato poroso para que puedan infiltrarse en el sustrato durante la producción de la célula solar. La red 209 de conducción proporciona una extensión de la segunda capa de conducción, que se extiende hacia el interior del sustrato poroso 114. Debido a la red de conducción del sustrato poroso, la distancia entre el contraelectrodo y la capa de absorción de luz ya no depende del espesor del sustrato poroso. Por lo tanto, el espesor de la capa de aislamiento puede reducirse y, por lo tanto, puede reducirse la distancia entre el contraelectrodo y la capa de absorción de luz. Por consiguiente, se reducen las pérdidas resistivas en el electrolito.
A continuación se describe brevemente un ejemplo de un método para fabricar la unidad 1 de célula solar.
1) Se prepara una primera tinta, que comprende partículas de conducción fabricadas con un material de conducción eléctrica. Las partículas de conducción están fabricadas, por ejemplo, con hidruro de titanio.
2) Se prepara una segunda tinta, que comprende una mezcla de partículas de conducción y partículas catalíticas. Las partículas de conducción están fabricadas, por ejemplo, con hidruro de titanio (TiH2) y las partículas catalíticas son partículas de carbono platinizado, por ejemplo.
3) Se proporciona un sustrato de aislamiento poroso, por ejemplo, una tela de vidrio.
4) Se depositan partículas de conducción sobre una cara del sustrato de aislamiento poroso, por ejemplo, imprimiendo sobre una cara del sustrato poroso de aislamiento la primera tinta que incluye las partículas de hidruro de titanio.
5) Se deja secar al aire la primera tinta impresa.
6) Se deposita una mezcla de partículas catalíticas y partículas de conducción en la otra cara del sustrato de aislamiento poroso, por ejemplo, imprimiendo la segunda tinta que incluye las partículas de hidruro de titanio y partículas de carbón platinizado en la otra cara del sustrato poroso de aislamiento.
7) Se deja secar al aire la segunda tinta impresa.
8) Se depositan partículas de conducción encima de la capa de conducción catalítica, por ejemplo, imprimiendo la primera tinta que incluye las partículas de hidruro de titanio sobre la capa de mezcla de partículas catalíticas y partículas de conducción.
9) Se deja secar al aire la primera tinta impresa.
10) A continuación, se sinteriza al vacío el sustrato de aislamiento poroso con las capas impresas, por ejemplo, a 600 °C durante una hora. Durante el proceso de sinterización, el hidruro de titanio se transforma en titanio. En consecuencia, durante el proceso de sinterización se forman una primera capa de conducción, que incluye titanio sinterizado, una segunda capa de conducción que incluye titanio sinterizado, y una capa de conducción catalítica que incluye titanio sinterizado y partículas de carbono platinizado, dispuestas en poros entre el titanio sinterizado.
11) Se calienta al aire el sustrato de aislamiento poroso con las capas de conducción sinterizadas, para formar óxido de titanio sobre las superficies del titanio sinterizado de la primera capa de conducción.
12) Se imprime una tinta a base de TiO2 encima de la primera capa de conducción, y luego se seca. Se calienta el tejido de vidrio con las capas, por ejemplo, a 600 °C. En consecuencia, se sinteriza la capa de TiO2 depositada.
13) Se sensibiliza con colorante la capa de TiO2 sinterizada para formar una capa de absorción de luz,
14) Se infiltra en las capas porosas un electrolito iónico, por ejemplo, un electrolito de óxidorreducción con base de yoduro/triyoduro (I-/I3).
15) Se sella la célula solar, por ejemplo, mediante una encapsulación transparente.
Alternativamente, la etapa 11 puede llevarse a cabo simultáneamente mientras se sinteriza la capa de TiO2 en la etapa 12.
Las capas de aislamiento porosas pueden depositarse sobre el sustrato poroso mediante serigrafía, recubrimiento con troquel de ranura, pulverización o tendido en húmedo.
Durante el tratamiento térmico de la etapa 11, también se forma óxido de titanio sobre la capa de conducción catalítica. Podría suponerse que la capa de óxido sobre la capa de conducción catalítica evitaría la transferencia de electrones entre el material de conducción y el electrolito dispuesto en los poros de la capa de conducción catalítica. Sorprendentemente, se ha descubierto que las partículas catalíticas, por ejemplo, partículas de carbono platinizado, permiten la transferencia de electrones desde el material de conducción hasta el electrolito a pesar de la capa de óxido sobre el material de conducción de la capa de conducción catalítica.
La figura 3 muestra una vista superior de un ejemplo de cargador fotovoltaico 200. El cargador fotovoltaico 200 está especialmente adaptado para alimentar dispositivos electrónicos portátiles que se pueden usar tanto en interior como en exterior, tales como auriculares, ordenadores portátiles, tabletas, teléfonos móviles y unidades de control remoto. El cargador fotovoltaico 200 también se puede utilizar para alimentar pequeños dispositivos electrónicos integrados en otros dispositivos físicos, tales como vehículos y electrodomésticos, lo que se denomina Internet de las cosas (IoT).
El cargador fotovoltaico 200 comprende una unidad 1 de célula solar, una encapsulación 5 que encierra la unidad 1 de célula solar, un primer conductor 18 y un segundo conductor 20. El cargador fotovoltaico puede comprender además elementos de conexión (no mostrados) para conectar el cargador fotovoltaico 200 al dispositivo electrónico. La unidad 200 de célula solar es una DSC (célula solar sensibilizada por colorante) de tipo monolítico. La DSC de tipo monolítico difiere de la DSC estándar en que está creada sobre un solo sustrato, con múltiples capas dispuestas sobre el sustrato.
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 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 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.
La encapsulación 5 comprende una pluralidad de penetraciones 7a-b dispuestas en conexión con el primer conductor 18 y el segundo conductor 20, 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 18, 20 pueden extenderse fuera de la encapsulación a través de las penetraciones 7a-b para la conexión al cableado de alimentación del dispositivo externo, como se muestra en la figura 3. 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. 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 1 de célula solar. La encapsulación consiste en una lámina superior 5a y una lámina inferior 5b que son, por ejemplo, películas adhesivas que se colocan juntas sobre la unidad 1 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. 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. 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.
La figura 4 muestra una vista ampliada de una sección transversal a través de parte del cargador fotovoltaico 200 mostrado en la figura 3. El cargador fotovoltaico 200 comprende una unidad 1 de célula solar, o unidad 1' de célula solar, que se describe con más detalle con referencia a las figuras 1 y 2. Por ejemplo, la capa 10 de absorción de luz comprende TiO2 teñido. Pueden usarse colorantes convencionales conocidos en la técnica. Se elige un colorante para proporcionar una buena eficiencia de la célula solar, especialmente en combinación con un medio de conducción a base de cobre. La capa 10 de absorción de luz está dispuesta encima de la primera capa 12 de conducción. La capa 10 de absorción de luz porosa es una capa porosa de TiO2 depositada sobre la primera capa 12 de conducción. La capa de TiO2 comprende partículas de TiO2 teñidas mediante adsorción de moléculas de colorante sobre la superficie de las partículas de TiO2. La capa 10 de absorción de luz está colocada sobre una cara superior de la unidad 1 de célula solar. La cara superior debe estar orientada hacia la luz para permitir que la luz incida en las moléculas del colorante del electrodo funcional.
La primera capa 12 de conducción está en contacto eléctrico directo con la capa 10 de absorción de luz. En este ejemplo, la segunda capa 16 de conducción es porosa. Sin embargo, en una realización alternativa, la segunda capa 16 de conducción no tiene que ser porosa. Por ejemplo, la segunda capa de conducción puede estar compuesta por una lámina metálica. En este ejemplo, la capa 105 de aislamiento porosa comprende al menos una parte de un sustrato poroso. El sustrato poroso proporciona aislamiento eléctrico entre la primera capa 12 de conducción y la capa 106 de conducción catalítica. La primera capa 12 de conducción y la capa 106 de conducción catalítica están separadas física y eléctricamente por el sustrato poroso. La porosidad del sustrato poroso permitirá el transporte iónico a través de la capa 105 de aislamiento. La porosidad de la primera capa 12 de conducción y la capa 106 de conducción catalítica permitirán el transporte iónico entre el contraelectrodo y el electrodo funcional.
El cargador fotovoltaico 200 contiene una sola unidad 1 de célula solar. Al menos la primera capa 12 de conducción y el sustrato poroso se extienden continuamente a través de toda la unidad de célula solar. La capa 10 de absorción de luz y la segunda capa 16 de conducción se extienden continuamente al menos a través de una parte principal de la unidad de célula solar.
La unidad 1 de célula solar se llena con un electrolito para transferir cargas entre el contraelectrodo y la capa 10 de absorción de luz. El electrolito es, por ejemplo, un electrolito convencional de I- /I-3 o un electrolito similar, o un electrolito a base de cobre (Cu) o un electrolito a base de complejo de cobalto (Co). El electrolito comprende iones, p. ej., iones de yoduro (I-) y triyoduro (I3-) o iones de cobre (Cu2+ y Cu+). El colorante recolecta la luz solar, produciendo electrones fotoexcitados que se inyectan en la banda de conducción de las partículas de TO 2, y son recolectados adicionalmente por el sustrato conductor. Al mismo tiempo, los iones contenidos en el electrolito transportan los electrones desde la segunda capa de conducción hasta la capa 10 de absorción de luz. El primer conductor 18 recolecta los electrones de la primera capa de conducción y el segundo conductor proporciona electrones a la segunda capa de conducción, 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 10 de absorción de luz, la primera capa 12 de conducción, la capa 105 de aislamiento porosa, la segunda capa 16 de conducción y la capa 106 de conducción catalítica para transferir los iones entre la capa 10 de absorción de luz y la segunda capa 16 de conducción y, así, transferir electrones desde el electrodo funcional hasta la capa de absorción de luz.
Hay muchos colorantes que pueden usarse y, según algunos aspectos, el colorante comprende colorante orgánico de triarilamina, que comprende cualquiera de, o una mezcla de, colorantes de la clase Dador-n puente-Aceptor (D-n-A) y de la clase Dador-Aceptor-n puente Aceptor (D-A-n-A). Dichos colorantes ofrecen una buena eficacia para la célula solar, especialmente en combinación con un medio de conducción a base de cobre. Del fotosensibilizador de primera clase se sustituyen, por ejemplo, ácidos de (difenilaminofenil)-tiofeno-2-cianoacrílico o ácidos de (difenilaminofenil)ciclopenta-ditiofeno-2cianoacrílico. De la segunda clase se sustituyen, por ejemplo, ácidos de (difenilaminofenil)benzotiadiazolil)-ciclopentadientiofenil)arilo/heteroarilo-2-cianoacrílico o ácidos de (difenilaminofenil)-ciclopentadientiofenil)benzotiadiazolil)arilo/heteroarilo-2cianoacrílico.
El primer conductor 18 está conectado eléctricamente a la primera capa 12 de conducción, y el segundo conductor 20 está conectado eléctricamente a la segunda capa 16 de conducción. Por ejemplo, el primer y segundo conductores se fabrican con metal para lograr una alta conductividad eléctrica.
La encapsulación 5 comprende una lámina superior 5a que cubre una cara superior de la unidad 1 de célula solar, y una lámina inferior 5b que cubre una cara inferior de la unidad de célula solar. La encapsulación 5 encierra la unidad de célula solar y el electrolito, y actúa como barrera de líquidos para el electrolito e impide la fuga del electrolito desde el dispositivo fotovoltaico 200. La lámina superior 5a es transparente, o al menos la parte que cubre el área activa de la unidad 1 de célula solar es transparente. La lámina superior 5a presente en la cara superior de la unidad de célula solar cubre la capa 10 de absorción de luz, y permite el paso de la luz. Las láminas superior e inferior 5a-b se fabrican, por ejemplo, con un material polimérico. Un material polimérico es robusto, resistente a los impactos y flexible. Las láminas superior e inferior 5a-b están selladas en los bordes para proteger la unidad de célula solar contra la atmósfera circundante, y para evitar la evaporación o la fuga del electrolito desde el interior de la unidad de célula solar.
En un ejemplo, el sustrato poroso es una lámina que comprende una tela de microfibras tejidas. Una microfibra es una fibra que tiene un diámetro inferior a 10 μm y superior a 1 nm. Una tela de microfibras tejidas se puede hacer muy delgada y mecánicamente muy fuerte. La tela de microfibras tejidas contiene agujeros entre las hebras tejidas. El sustrato poroso puede comprender además una o más capas de microfibras no tejidas dispuestas sobre las microfibras tejidas para bloquear al menos parcialmente los agujeros entre las hebras. Además, la capa no tejida proporciona una superficie lisa sobre el sustrato, adecuada para aplicar una capa de conducción suave sobre el sustrato mediante impresión. El sustrato se fabrica, por ejemplo, con vidrio, sílice (SO 2), alúmina (AbOa ), aluminosilicato o cuarzo. 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. El espesor de la tela de microfibras tejidas es convenientemente de entre 4 μm y 30 μm, preferiblemente de entre 4 μm y 20 μm, para proporcionar la resistencia mecánica requerida y al mismo tiempo ser lo suficientemente delgado como para permitir un rápido transporte de iones entre el contraelectrodo y el electrodo funcional.
En un aspecto, la capa 10 de absorción de luz y la primera capa 12 de conducción no son transparentes. En este ejemplo, la superficie superior de la unidad 1 de célula solar es negra de forma homogénea, según se muestra en la figura 3. El TiO2 de la capa de absorción de luz es negro. No hay conductores que se extiendan a través de la superficie de la unidad 1 de célula solar como en los paneles de células solares de la técnica anterior. Esto se debe a que el cargador fotovoltaico 200 contiene una sola unidad de célula solar, y no una pluralidad de unidades de célula solar conectadas en serie, como en los paneles solares usados en los cargadores fotovoltaicos de la técnica anterior.
El tamaño de la unidad de célula solar, es decir la longitud y la anchura de la unidad de célula solar, puede variar dependiendo del dispositivo que vaya a cargarse. Por consiguiente, el área activa de la unidad de célula solar puede variar dependiendo de la energía que necesite el dispositivo a cargar. No hay límite para la forma y el tamaño posibles de la unidad de célula solar. Por ejemplo, el tamaño de la unidad de célula solar puede variar entre 1x1 cm con un área activa de 1 cm2, y 1x1 m con un área activa de 1 m2 No hay límite superior para la longitud y la anchura de la unidad de célula solar. Sin embargo, una unidad de célula solar de más de 1x1 m puede ser voluminosa a la hora de manipular la misma durante su fabricación.
El cargador fotovoltaico 200 incluye una única unidad 1 de célula solar y un convertidor elevador 22 conectado eléctricamente al primer y segundo conductores 18, 20. Un convertidor elevador, también denominado convertidor aumentador o regulador elevador, es un convertidor de potencia de CC a CC que aumenta el voltaje mientras reduce la corriente entre su entrada y su salida. El voltaje producido por la unidad de célula solar individual es demasiado bajo para cargar ciertos tipos de batería, por ejemplo, baterías de litio que requieran al menos 3,6 V. El convertidor elevador está adaptado para aumentar el voltaje de la unidad 1 de célula solar mientras reduce la corriente de la unidad de célula solar. El nivel de voltaje requerido se logra conectando un convertidor elevador a la unidad de célula solar individual. Por lo tanto, es posible proporcionar un cargador fotovoltaico que tenga una sola unidad de célula solar capaz de cargar baterías que requieran diferentes niveles de voltaje.
El cargador fotovoltaico 200 comprende unos elementos 3, 4 de conexión para conectar el cargador fotovoltaico a una batería del dispositivo electrónico que está cargando. El convertidor elevador 22 comprende terminales de entrada conectados eléctricamente al primer y segundo conductores 18, 20, y terminales de salida conectados eléctricamente a los elementos 3, 4 de conexión.
El nivel del voltaje generado depende de los iones en el electrolito. Por ejemplo, si el electrolito contiene iones de cobre, la unidad de célula solar genera un voltaje de aproximadamente 1 V en un circuito abierto cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux, y si el electrolito contiene iones de yoduro y triyoduro, la unidad de célula solar genera un voltaje de aproximadamente 0,65 V en un circuito abierto cuando la intensidad de luz recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux. Sin embargo, la unidad 1 de célula solar genera un voltaje que varía como máximo 0,4 V en un circuito abierto cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz varía entre 200 y 20000 Lux. El requisito de conversión de voltaje del convertidor elevador depende del requisito de voltaje de la batería recargable. La mayoría de los tipos de batería recargable que se utilizan para dispositivos electrónicos para aplicaciones de consumo requieren un voltaje de entre 1 y 10 V. El convertidor elevador permite generar un voltaje estable al nivel requerido por la batería recargable. Preferiblemente, el convertidor elevador 22 es capaz de convertir el voltaje y la corriente de salida de la unidad de célula solar a un nivel de voltaje que se encuentra entre 1 y 10 V. Se pueden usar diferentes convertidores elevadores dependiendo del voltaje de salida requerido. Por lo tanto, el cargador fotovoltaico es capaz de cargar las baterías que utilizan muchos tipos de dispositivos electrónicos, tales como baterías de litio (3,6 V), y baterías de NiCd y NiMH (1,25 V).
Las pruebas han demostrado que la unidad de célula solar es capaz de producir una corriente de al menos 15 μA/cm2 cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux, y una corriente de al menos 1500 μA/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux.
Por lo tanto, la unidad de célula solar puede producir energía suficiente para cargar baterías de dispositivos electrónicos en un amplio intervalo de intensidades de luz.
Según algunos aspectos, al menos la primera capa 12 de conducción y el sustrato poroso 114 se extienden continuamente a través de toda la unidad 1 de célula solar. La capa 10 de absorción de luz y la segunda capa 16 de conducción se extienden continuamente al menos a través de una parte principal de la unidad de célula solar.
Se han efectuado mediciones de la potencia generada por área para diferentes condiciones de luz en un ejemplo de un cargador fotovoltaico de la invención que incluye una sola unidad 1 de célula solar. En este ejemplo, la unidad 1 de célula solar tiene un tamaño de 14,5*23,4 cm y un área activa de 340 cm2 El electrolito de la unidad 1 de célula solar comprende iones de yoduro y triyoduro, y la primera y segunda capas de conducción están fabricadas con titanio (Ti). El cargador fotovoltaico descargado se expone a una luz de entre 200 y 20000 Lux (lúmenes por metro cuadrado) y se mide la tensión de salida y la corriente de salida del cargador fotovoltaico. Los resultados de las mediciones se muestran en la siguiente tabla 1: La potencia total generada se determina en función de la corriente y el voltaje medidos, y la potencia generada por área se determina dividiendo la potencia total por el área activa de la unidad de célula solar.
Figure imgf000018_0001
Tabla 1 - Mediciones de la potencia generada por área activa, la corriente por área activa, el voltaje y los factores de llenado (ff) para intensidades de luz de entre 200 y 20000 Lux para una unidad 1 de célula solar que tiene un electrolito que comprende iones de yoduro (I- ) y triyoduro (I3- ). El contenido de triyoduro está entre 1 mM y 20 mM. El yoduro funciona como oxidante y el triyoduro como reductor.
Las mediciones del rendimiento de la unidad 1 de célula solar a diferentes intensidades de luz (intensidades medidas en unidades Lux) se pueden efectuar iluminando la unidad de célula solar y escaneando simultáneamente un voltaje eléctrico aplicado a través de la unidad de célula solar, para medir y recopilar la respuesta corriente-voltaje de la célula solar. Las mediciones se llevan a cabo utilizando un lEd de luz blanca cálida como fuente de luz.
La curva IV recogida durante la iluminación proporciona información sobre el voltaje de circuito abierto, la corriente de cortocircuito, el factor de llenado, la potencia y la eficiencia de conversión de potencia. Al recoger curvas IV a diferentes intensidades de luz, es posible recopilar información sobre la dependencia de la intensidad de la luz del voltaje de circuito abierto, la corriente de cortocircuito, el factor de llenado, la potencia y la eficiencia de conversión de potencia, respectivamente.
Los resultados de la tabla 1 provienen de mediciones hechas en una muestra de una unidad 1 de célula solar. Las mediciones en diferentes unidades de célula solar de este tipo pueden variar. Por ejemplo, la potencia generada por área puede ser de 5 pW/cm2 a 8 pW/cm2
La fuente de luz utilizada para iluminar la célula solar puede variar dependiendo de la aplicación de la célula solar. Para aplicaciones en interior, podría ser útil usar bombillas fluorescentes o iluminación LED para interior. Para las aplicaciones de célula solar con luz exterior, podría ser útil iluminar la célula solar usando un simulador solar para generar luz solar artificial.
La intensidad luminosa de la fuente de luz se puede medir de diferentes maneras, por ejemplo, utilizando un luxómetro o un espectrorradiómetro colocado en la misma posición que la unidad de célula solar en relación con la fuente de luz. En este caso, la intensidad de la luz se midió con un luxómetro.
La tabla 1 muestra la potencia determinada en microvatios por centímetro cuadrado (pW/cm2) para diferentes intensidades de luz medidas en Lux. Como se observa en la tabla, la unidad 1 de célula solar genera 6,2 pW/cm2 cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 200 Lux, genera 208 pW/cm2 cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 5000 Lux, y genera 730 pW/cm2 cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 20000 Lux. Esto demuestra que el cargador fotovoltaico es capaz de producir más de 5 pW/cm2 , e incluso más de 5,5 pW/cm2, cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 200 Lux. Esto también demuestra que el cargador fotovoltaico es capaz de producir más de 700 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz es de 20000 Lux. Así, la unidad 1 de célula solar es capaz de producir al menos entre 5,5 y 700 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa de absorción de luz está entre 200 y 20000 Lux. La potencia producida por el cargador fotovoltaico aumenta sustancialmente de forma lineal cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz aumenta de 200 a 20000 Lux. Por lo tanto, el cargador fotovoltaico es capaz de producir energía en un amplio intervalo de diferentes condiciones de luz.
La figura 5 muestra un diagrama del voltaje generado (mV) para intensidades de luz entre 200 y 20000 Lux, en función de los valores medidos de la tabla 1. Como se observa en el diagrama y en la tabla 1, la unidad 1 de célula solar es capaz de generar un voltaje de 480 mV en un circuito abierto cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 200 Lux. Además, el cargador fotovoltaico 200 es capaz de generar un voltaje de 650 mV en un circuito abierto cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 20000 Lux. Como se observa en el diagrama, el aumento del voltaje generado es mayor entre 200 y 3000 Lux. El voltaje generado es sustancialmente lineal entre 3000 y 20000 Lux. Como se observa en la tabla 1, la diferencia en el voltaje generado entre 200 y 20000 Lux es de solo 167 mV. Así, la unidad 1 de célula solar genera un voltaje que varía menos de 0,2 V en un circuito abierto cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz varía entre 200 y 20000 Lux. En consecuencia, la diferencia en el voltaje generado entre 200 y 20000 Lux es de aproximadamente un 35 %.
La figura 6 muestra un diagrama de la corriente generada (μA/cm2) para intensidades de luz entre 200 y 20000 Lux, en función de los valores medidos de la tabla 1. Como se observa en la figura, la corriente aumenta linealmente.
La figura 7 muestra un diagrama de la potencia generada por área (pW/cm2) para intensidades de luz de entre 200 y 20000 Lux, calculadas en función de los valores medidos de voltaje y de corriente de la tabla 1. Como se observa en el diagrama, la potencia medida es sustancialmente proporcional a la intensidad de la luz entrante en el intervalo de 200­ 20000 Lux.
Se han efectuado mediciones adicionales de la potencia generada por área para diferentes condiciones de luz en otro ejemplo de un cargador fotovoltaico de la invención. En este ejemplo, el electrolito de la unidad 1 de célula solar comprende iones de cobre (Cu+ y Cu2+), siendo esta la única diferencia entre los cargadores fotovoltaicos medidos. Las condiciones de medición fueron las mismas. El cargador fotovoltaico 200 descargado se expone a una luz de entre 200 y 20000 Lux (lúmenes por metro cuadrado) y se mide la tensión de salida y la corriente de salida del cargador fotovoltaico. Los resultados de las mediciones se muestran en la siguiente tabla 2.
Figure imgf000019_0001
Tabla 2 - Mediciones de la potencia generada por área, la corriente por área, el voltaje y los factores de llenado (ff) para intensidades de luz de entre 200 y 20000 Lux para una unidad 1 de célula solar que tiene un electrolito que comprende iones de cobre; Cu+ como reductor y Cu2+ como oxidante.
Como se observa en la tabla 2, la unidad 1 de célula solar genera 12,8 pW/cm2 cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 200 Lux, genera 498 pW/cm2 cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 5000 Lux, y genera 2020 pW/cm2 cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 20000 Lux. Esto demuestra que este cargador fotovoltaico 200 es capaz de producir más de 12 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa 10 de absorción de luz es de 200 Lux. Esto también demuestra que el cargador fotovoltaico 200 es capaz de producir más de 2000 pW/cm2 cuando la intensidad luminosa recibida por la capa 10 de absorción de luz es de 20000 Lux. La potencia producida por el cargador fotovoltaico aumenta sustancialmente de forma lineal cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz aumenta de 200 a 20000 Lux. Por tanto, el cargador fotovoltaico 200 es capaz de producir energía en un amplio intervalo de diferentes condiciones de luz.
La figura 8 muestra un diagrama del voltaje generado (mV) para intensidades de luz entre 200 y 50000 Lux, en función de los valores medidos de la tabla 2. Como se observa en el diagrama y en la tabla 2, la unidad 1 de célula solar puede generar un voltaje de 699 mV en un circuito abierto cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 200 Lux. Además, el cargador fotovoltaico 200 es capaz de generar un voltaje de 943 mV en un circuito abierto cuando la intensidad de luz recibida por la unidad 1 de célula solar es de 20000 Lux. Como se observa en el diagrama, el voltaje generado es sustancialmente lineal entre 3000 y 50000 Lux. Como se observa en la tabla 2, la diferencia en el voltaje generado entre 200 y 20000 Lux es de solo 244 mV. En consecuencia, la diferencia en el voltaje generado entre 200 y 20000 Lux es de aproximadamente un 35 %. La diferencia en el voltaje generado entre 200 y 50000 Lux es de solo 259 mV. Así, la unidad 1 de célula solar genera un voltaje que varía menos de 300 mV en un circuito abierto cuando la intensidad de la luz recibida por la capa de absorción de luz varía entre 200 y 50000 Lux. En consecuencia, la diferencia en el voltaje generado entre 200 y 50000 Lux es de aproximadamente un 37 %.
La figura 9 muestra un diagrama de la corriente generada (μA/cm2) para intensidades de luz entre 200 y 50000 Lux, en función de los valores medidos de la tabla 2. Como se observa en la figura, la corriente aumenta linealmente.
La figura 10 muestra un diagrama de la potencia generada por área (pW/cm2) para intensidades de luz de entre 200 y 50000 Lux, calculadas en función de los valores medidos de voltaje y de corriente de la tabla 1. Como se observa en el diagrama, la potencia medida es sustancialmente proporcional a la intensidad de la luz entrante en el intervalo de 200 y 20000 Lux.
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, se puede omitir la segunda capa 16 de conducción. La omisión de la segunda capa de conducción puede reducir el intervalo de diferentes condiciones de luz en las que la unidad de célula solar puede producir suficiente energía para alimentar un dispositivo. Sin embargo, en algunas aplicaciones las condiciones de luz no varían tanto y es suficiente una unidad de célula solar capaz de producir energía en un intervalo más pequeño.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Una unidad (1; 1") de célula solar sensibilizada por colorante, que comprende:
-un electrodo de trabajo que comprende una capa (10) de absorción de luz porosa, -una primera capa (12) de conducción porosa que incluye material de conducción para extraer de la capa (10) de absorción de luz electrones fotogenerados, en donde la capa de absorción de luz está dispuesta encima de la primera capa de conducción,
-una capa (105) de aislamiento porosa fabricada con un material de aislamiento, en donde la primera capa (12) de conducción está formada sobre una cara de la capa (105) de aislamiento porosa, -un contraelectrodo que comprende una capa (106; 106') de conducción catalítica porosa formada sobre la cara opuesta de la capa (105) de aislamiento porosa, y
-un electrolito de base iónica para transferir electrones desde el contraelectrodo al electrodo de trabajo, y dispuesto en los poros de la primera capa (12) de conducción porosa, la capa (106; 106') de conducción catalítica porosa, y la capa (105) de aislamiento porosa, en donde la primera capa (12) de conducción porosa comprende una capa (109) de óxido de aislamiento formada sobre las superficies del material de conducción, y la capa (106; 106') de conducción catalítica porosa comprende un material (107') de conducción y partículas catalíticas (107'') distribuidas en el material (107') de conducción para mejorar la transferencia de electrones desde el material de conducción al electrolito, caracterizada por que el espesor de dicha capa (109) de óxido de aislamiento está entre 10 y 200 nm, de tal forma que la unidad (1;1') de célula solar genera un voltaje que varía menos del 40 % cuando la intensidad de la luz recibida por la capa (10) de absorción de luz varía entre 200 y 50000 Lux.
2. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 1, en donde las partículas catalíticas (107") están distribuidas uniformemente por el material (107') de conducción de la capa (106; 106') de conducción catalítica porosa.
3. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el material (107') de conducción de la capa (106) de conducción catalítica porosa forma una matriz porosa y las partículas catalíticas (107") están distribuidas por la matriz porosa.
4. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha capa (106; 106') de conducción catalítica porosa comprende entre un 1 y un 50 % en peso de partículas catalíticas (107").
5. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el contraelectrodo comprende una segunda capa (16) de conducción que incluye material de conducción en contacto eléctrico con la capa (106); 106') de conducción catalítica porosa, en donde la segunda capa (16) de conducción es esencialmente no catalítica, y la capa (106; 106') de conducción catalítica porosa está dispuesta entre la capa (105) de aislamiento porosa y la segunda capa (16) de conducción.
6. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho material (107') de conducción de la primera capa (12) de conducción es titanio, y dicha capa (109) de óxido de aislamiento es óxido de titanio formado sobre las superficies del titanio.
7. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dichas partículas catalíticas (107") son partículas de carbono platinizado.
8. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho material (107') de conducción de la capa (106; 106') de conducción catalítica porosa es titanio.
9. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho material (107') de conducción de la capa (106; 106') de conducción catalítica porosa es titanio, dichas partículas catalíticas (107") son partículas de carbono platinizado, y la capa de conducción catalítica porosa comprende entre un 50 y un 90 % en peso de titanio, al menos un 5 % en peso de carbono y al menos un 0,001 % en peso de platino.
10. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos el 80 % de dichas partículas catalíticas (107") tienen un diámetro inferior a 50 nm.
11. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el espesor de dicha capa (109) de óxido de aislamiento está entre 20 y 50 nm.
12. La unidad de célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 1, en donde un primer conductor (18) está conectado eléctricamente a la primera capa (12) de conducción, y un segundo conductor (20) está conectado eléctricamente a la segunda capa (16) de conducción.
13. Un cargador fotovoltaico (200) especialmente adaptado para cargar un dispositivo electrónico, que comprende:
-una unidad (1, 1') de célula solar sensibilizada por colorante según la reivindicación 1,
-una encapsulación (5) que encapsula la unidad de célula solar,
-un primer conductor (18) conectado eléctricamente a la primera capa (12) de conducción, y -al menos un segundo conductor (20) conectado eléctricamente a la segunda capa (16) de conducción, en donde el cargador fotovoltaico (200) contiene una sola unidad (1, 1') de célula solar y un convertidor elevador (22) conectado eléctricamente al primer y segundo conductores (18, 20), y el convertidor elevador está adaptado para aumentar el voltaje de la unidad de célula solar mientras reduce la corriente de la unidad de célula solar.
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