BR122017005957B1

BR122017005957B1 - DYE SENSITIZED SOLAR CELL INCLUDING AN INSULATING POROUS SUBSTRATE AND METHOD FOR PRODUCTION OF THE INSULATING POROUS SUBSTRATE

Info

Publication number: BR122017005957B1
Application number: BR122017005957-2A
Authority: BR
Inventors: Henrik Lindstrom; Giovanni Fili
Original assignee: Exeger Operations Ab
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2022-03-08
Also published as: BR122017005957A2

Abstract

célula solar sensibilizada por corante incluindo um substrato poroso isolante e método para produção do substrato poroso isolante a presente invenção está correlacionada a uma célula solar sensibilizada por corante incluindo um eletrodo de operação (1), uma primeira camada condutora (3) para extração de elétrons fotogerados a partir do eletrodo de operação, um substrato poroso isolante (4) feito de microfibras, em que a primeira camada condutora é uma camada condutora porosa formada sobre um lado do substrato poroso isolante, um contra-eletrodo incluindo uma segunda camada condutora (2) disposta no lado oposto do substrato poroso, e um eletrólito para transferência de elétrons do contra-eletrodo para o eletrodo de operação. o substrato poroso isolante compreende uma camada (5) de microfibras tecidas e uma camada (6) de microfibras não tecidas, que se dispõe sobre a camada de microfibras tecida. a presente invenção também se refere a um método para produção de uma célula solar sensibilizada por corante.dye-sensitized solar cell including an insulating porous substrate and method for producing the insulating porous substrate the present invention relates to a dye-sensitized solar cell including an operating electrode (1), a first conductive layer (3) for electron extraction photogenerated from the operating electrode, a porous insulating substrate (4) made of microfibers, wherein the first conductive layer is a porous conductive layer formed on one side of the porous insulating substrate, a counter electrode including a second conductive layer (2 ) disposed on the opposite side of the porous substrate, and an electrolyte for transferring electrons from the counter electrode to the operating electrode. the porous insulating substrate comprises a layer (5) of woven microfibers and a layer (6) of non-woven microfibers, which are arranged over the woven microfiber layer. the present invention also relates to a method for producing a dye-sensitized solar cell.

Description

Field of Invention

[001] A presente invenção está correlacionada a uma célula solar sensibilizada por corante, compreendendo um substrato poroso isolante feito de microfibras, tendo uma primeira camada condutora formada sobre um lado do substrato poroso isolante, e uma segunda camada condutora disposta no lado oposto do substrato poroso. A presente invenção se refere ainda a um substrato poroso isolante para uma célula solar sensibilizada por corante. Além disso, a presente invenção se refere a um método para produzir o substrato poroso isolante e as camadas condutoras.[001] The present invention relates to a dye-sensitized solar cell, comprising a porous insulating substrate made of microfibers, having a first conductive layer formed on one side of the porous insulating substrate, and a second conductive layer disposed on the opposite side of the substrate. porous. The present invention further relates to an insulating porous substrate for a dye-sensitized solar cell. Furthermore, the present invention relates to a method for producing the porous insulating substrate and the conductive layers.

State of the Technique

[002] As células solares sensibilizadas por corante (DSC) têm estado em desenvolvimento nos últimos 20 anos e funcionam com base em princípios similares aos da fotossíntese. Diferentemente das células solares de silício, estas células obtêm energia da luz do sol usando corantes, que podem ser fabricados com baixo custo, sendo ambientalmente moderados e abundantes.[002] Dye-sensitized solar cells (DSC) have been in development for the past 20 years and work on principles similar to photosynthesis. Unlike silicon solar cells, these cells obtain energy from sunlight using dyes, which can be manufactured inexpensively, while being environmentally moderate and plentiful.

[003] Uma convencional célula solar sensibilizada por corante tipo sanduíche apresenta uma camada porosa de eletrodo de TiO2, de poucos micrômetros de espessura, depositada sobre um substrato condutor transparente. O eletrodo de TiO2 compreende partículas interligadas de óxido de metal (TiO2), tingidas mediante adsorção de moléculas de corante na superfície das partículas de TiO2, formando um eletrodo de operação. O substrato condutor transparente é normalmente um óxido condutor transparente depositado sobre um substrato de vidro. A camada de óxido condutora transparente serve para funcionar como um contato traseiro, extraindo os elétrons fotogerados do eletrodo de operação. O eletrodo de TiO2 se dispõe em contato com um eletrólito e outro substrato condutor transparente, isto é, um contra-eletrodo.[003] A conventional sandwich dye-sensitized solar cell features a porous layer of TiO2 electrode, a few micrometers thick, deposited on a transparent conductive substrate. The TiO2 electrode comprises interconnected metal oxide (TiO2) particles, dyed by adsorption of dye molecules on the surface of the TiO2 particles, forming an operating electrode. The transparent conductive substrate is normally a transparent conductive oxide deposited on a glass substrate. The transparent conductive oxide layer serves to function as a back contact, extracting the photogenerated electrons from the operating electrode. The TiO2 electrode is placed in contact with an electrolyte and another transparent conductive substrate, that is, a counter electrode.

[004] A luz do sol é colhida pelo corante, produzindo elétrons foto-excitados que são injetados dentro da fita condutora das partículas de TiO2 e posteriormente coletadas pelo substrato condutor. Ao mesmo tempo, íons (I-) no eletrólito de redox reduzem o corante oxidado e transportam as frações de aceitadores de elétrons geradas para o contra-eletrodo. Os dois substratos condutores são selados nas bordas, a fim de proteger os módulos de DSC contra a atmosfera envolvente e para impedir a evaporação ou vazamento dos módulos de DSC no interior da célula.[004] Sunlight is collected by the dye, producing photo-excited electrons that are injected into the conductive tape of the TiO2 particles and later collected by the conductive substrate. At the same time, (I-) ions in the redox electrolyte reduce the oxidized dye and transport the generated electron acceptor fractions to the counter electrode. The two conductive substrates are edge sealed to protect the DSC modules from the surrounding atmosphere and to prevent evaporation or leakage of the DSC modules inside the cell.

[005] O documento de patente WO 2011/096154 divulga um módulo de DSC do tipo sanduíche, compreendendo um substrato poroso isolante, um eletrodo de operação incluindo uma camada porosa de metal condutor, formada no topo do substrato poroso isolante, e criando um contato traseiro e uma camada semicondutora porosa contendo um corante adsorvido disposto no topo da camada porosa de metal condutor, um substrato transparente se defrontando com a camada semicondutora porosa, adaptado para se opor ao sol, e transmitir a luz do sol para a camada semicondutora porosa. O módulo de DSC inclui ainda um contra-eletrodo, o qual inclui um substrato condutor disposto sobre um lado oposto da camada semicondutora porosa do substrato poroso isolante, a uma determinada distância do dito substrato poroso isolante, desse modo, formando um espaço entre o substrato poroso isolante e o substrato condutor. Um eletrólito é preenchido no espaço entre o eletrodo de operação e o contra-eletrodo. A camada porosa de metal condutor pode ser criada usando uma pasta contendo partículas metálicas ou partículas à base de metal, que é aplicada na parte superior do substrato poroso isolante mediante impressão, seguido de aquecimento, secagem e cozimento. Uma vantagem desse tipo de módulo de DSC é que a camada condutora do eletrodo de operação é disposta entre o substrato poroso isolante e a camada semicondutora porosa. Assim, a camada condutora da célula de operação não precisa ser transparente, podendo ser feita de material de alta condutividade, o que aumenta a capacidade de manipulação de corrente do módulo de DSC e garante uma alta eficiência do dito módulo de DSC.[005] Patent document WO 2011/096154 discloses a sandwich-type DSC module, comprising a porous insulating substrate, an operating electrode including a porous layer of conductive metal, formed on top of the porous insulating substrate, and creating a contact back and a porous semiconductor layer containing an adsorbed dye disposed on top of the porous conductive metal layer, a transparent substrate facing the porous semiconductor layer, adapted to resist the sun, and transmit sunlight to the porous semiconductor layer. The DSC module further includes a counter electrode which includes a conductive substrate disposed on an opposite side of the porous semiconductor layer from the porous insulating substrate, at a distance from said insulating porous substrate, thereby forming a space between the substrate porous insulator and the conductive substrate. An electrolyte is filled in the space between the operating electrode and the counter electrode. The porous conductive metal layer can be created using a paste containing metallic particles or metal-based particles, which is applied on top of the porous insulating substrate by printing, followed by heating, drying and baking. An advantage of this type of DSC module is that the conductive layer of the operating electrode is arranged between the porous insulating substrate and the porous semiconductor layer. Thus, the conductive layer of the operating cell does not need to be transparent, it can be made of high conductivity material, which increases the current handling capacity of the DSC module and guarantees a high efficiency of said DSC module.

[006] Exist em grandes exigências com relação ao substrato poroso isolante. Um substrato poroso isolante ideal deve atender às exigências seguintes.[006] Exist in great demands with respect to the porous insulating substrate. An ideal insulating porous substrate must meet the following requirements.

[007] O substrato deve apresentar suficiente resistência mecânica para suportar a manipulação e processamento mecânico. Durante o processamento da DSC, o substrato é submetido à manipulação mecânica, tal como, processos de corte, processos de empilhamento e retirada de empilhamento, processos de impressão, processos de secagem, processos de sinterização expostos ao ar e a vácuo, processos de vedação, etc. Os substratos com baixa resistência mecânica podem sofrer danos durante a manipulação e processamento, o que resulta em células solares defeituosas, que reduzem o rendimento da fabricação.[007] The substrate must have sufficient mechanical strength to withstand mechanical handling and processing. During DSC processing, the substrate is subjected to mechanical manipulation, such as cutting processes, stacking and unstacking processes, printing processes, drying processes, sintering processes exposed to air and vacuum, sealing processes , etc. Substrates with low mechanical strength can suffer damage during handling and processing, resulting in defective solar cells, which reduce manufacturing yields.

[008] O substrato pode apresentar uma suficiente resistência à alta temperatura e exibir uma baixa deformação mecânica e/ou pequena perda de estabilidade mecânica, após um tratamento em alta temperatura. Durante o processamento, o substrato é submetido a temperaturas de 500°C ao ar e de 580-650°C a vácuo ou em atmosfera inerte. O substrato pode suportar temperatura com exposição ao ar de até 500°C, sem que ocorra significativa deformação mecânica ou perda de estabilidade mecânica. O substrato pode suportar temperaturas em vácuo ou em atmosferas inertes de até pelo menos 580°C, ou mesmo superiores, sem que ocorra significativa deformação mecânica ou perda de estabilidade mecânica.[008] The substrate may have sufficient high temperature strength and exhibit low mechanical deformation and/or small loss of mechanical stability after high temperature treatment. During processing, the substrate is subjected to temperatures of 500°C in air and 580-650°C in vacuum or in an inert atmosphere. The substrate can withstand air exposure temperatures of up to 500°C without significant mechanical deformation or loss of mechanical stability. The substrate can withstand temperatures in vacuum or in inert atmospheres of up to at least 580°C, or even higher, without significant mechanical deformation or loss of mechanical stability.

[009] O substrato pode ser quimicamente inerte a um processamento de alta temperatura. Durante os diversos tratamentos de alta temperatura, o substrato é exposto, por exemplo, ao ar quente, ao ar quente contendo solventes orgânicos, ar quente contendo produtos de combustão orgânicos, e ao gás hidrogênio. O substrato deve ser quimicamente inerte a todos esses tratamentos de alta temperatura e não deve reagir quimicamente para produzir compostos que possam ser prejudiciais para a célula solar sensibilizada por corante (DSC).[009] The substrate can be chemically inert at high temperature processing. During the various high-temperature treatments, the substrate is exposed, for example, to hot air, hot air containing organic solvents, hot air containing organic combustion products, and hydrogen gas. The substrate must be chemically inert to all these high temperature treatments and must not chemically react to produce compounds that could be harmful to the dye-sensitized solar cell (DSC).

[010] O substrato deve suportar os agentes químicos usados na célula solar sensibilizada por corante (DSC). A DSC contém substâncias ativas, tais como, por exemplo, solventes orgânicos, corantes orgânicos e íons, como, por exemplo, I- e I3-, etc. A fim de se obter uma satisfatória estabilidade de desempenho e tempo de duração da DSC, o substrato não deve reagir com as substâncias ativas da DSC, o que pode alterar a composição química da DSC ou produzir compostos que possam ser prejudiciais para a DSC.[010] The substrate must withstand the chemical agents used in the dye-sensitized solar cell (DSC). DSC contains active substances such as, for example, organic solvents, organic dyes and ions, such as, for example, I- and I3-, etc. In order to obtain satisfactory performance stability and lifetime of DSC, the substrate must not react with the active substances of the DSC, which could change the chemical composition of the DSC or produce compounds that could be harmful to the DSC.

[011] O substrato deve permitir um rápido transporte de íons entre os eletrodos. A fim de permitir um rápido transporte de íons entre os eletrodos, o substrato deve ter uma porosidade suficientemente alta (fração de volume de poro) e baixa tortuosidade.[011] The substrate must allow rapid transport of ions between the electrodes. In order to allow rapid transport of ions between the electrodes, the substrate must have a sufficiently high porosity (pore volume fraction) and low tortuosity.

[012] O substrato deve ser eletricamente isolante. Isto é para prevenir um curto-circuito elétrico entre o contra- eletrodo e o coletor de corrente.[012] The substrate must be electrically insulating. This is to prevent an electrical short circuit between the counter electrode and the current collector.

[013] A distância entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação é afetada pela espessura do substrato. A distância entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação deve ser a mínima possível, de modo que o transporte de íons entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação seja o mais rápido possível. Portanto, a espessura do substrato deve ser a mais fina possível.[013] The distance between the counter electrode and the operating electrode is affected by the thickness of the substrate. The distance between the counter electrode and the operating electrode should be as small as possible, so that the transport of ions between the counter electrode and the operating electrode is as fast as possible. Therefore, the substrate thickness should be as thin as possible.

[014] O substrato deve apresentar suficiente capacidade para bloquear as partículas condutoras na tinta de impressão, de infiltração através do substrato. A fim de evitar um curto-circuito elétrico entre as camadas condutoras impressas em ambos os lados do substrato, o substrato deve ser capaz de bloquear as partículas condutoras impressas sobre um lado do substrato, de infiltração através do outro lado do substrato.[014] The substrate must have sufficient capacity to block the conductive particles in the printing ink from infiltrating through the substrate. In order to prevent an electrical short circuit between the conductive layers printed on both sides of the substrate, the substrate must be able to block the conductive particles printed on one side of the substrate from seeping through the other side of the substrate.

[015] Resumindo, o substrato poroso isolante deve permitir aos íons passar através do mesmo e impedir que as partículas passem através do substrato, além de apresentar suficientes propriedades mecânicas.[015] In short, the porous insulating substrate must allow ions to pass through it and prevent particles from passing through the substrate, in addition to having sufficient mechanical properties.

[016] No documento de patente WO 2011/096154 é proposto se usar um material compacto de fibra de vidro como substrato poroso isolante. O material moldado de fibra de vidro pode ser um tecido de fibra de vidro contendo fibras de vidro, ou fibras de vidro não tecidas, na forma de uma folha tendo fibras de vidro, que são unidas mediante meios adequados.[016] In the patent document WO 2011/096154 it is proposed to use a compact fiberglass material as an insulating porous substrate. The fiberglass molded material may be a fiberglass fabric containing glass fibers, or non-woven glass fibers, in the form of a sheet having glass fibers, which are joined by suitable means.

[017] Mediante uso de substratos à base de vidro compatíveis com alta temperatura, é possível atender a maioria das exigências acima. Entretanto, se o substrato for feito de microfibras de vidro não tecidas, o substrato deverá ser feito bastante espesso, a fim de suportar a manipulação e processamento mecânico durante a fabricação da célula solar. Isso é devido ao fato de que as microfibras de vidro não tecidas apresentam propriedades mecânicas bastante insatisfatórias, pelo que, os substratos à base de microfibras de vidro não tecidas devem ser produzidos com espessuras bastante altas, a fim de aumentar sua estabilidade mecânica. Um substrato com alta espessura proporciona uma grande distância entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação, consequentemente, em um transporte bastante lento dos íons entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação.[017] By using high temperature compatible glass-based substrates, it is possible to meet most of the above requirements. However, if the substrate is made of non-woven glass microfibers, the substrate must be made quite thick in order to withstand mechanical handling and processing during solar cell fabrication. This is due to the fact that non-woven glass microfibers have rather unsatisfactory mechanical properties, so substrates based on non-woven glass microfibers must be produced with very high thicknesses in order to increase their mechanical stability. A substrate with high thickness provides a large distance between the counter electrode and the operating electrode, consequently, in a very slow transport of ions between the counter electrode and the operating electrode.

[018] As fibras de vidro tecidas, isto é, fibras de vidro, incluem filamentos tecidos de microfibras de vidro, onde cada filamento de fibra de vidro consiste de múltiplas microfibras de vidro. As fibras de vidro tecidas são, inerentemente, mecanicamente mais fortes, se comparado com as fibras de vidro não tecidas. Além disso, a espessura das fibras tecidas pode ser tornada bastante fina, mas, com a resistência mecânica sendo mantida. Entretanto, as fibras tecidas, normalmente, apresentam grandes espaços entre os filamentos tecidos, o que faz com que uma grande quantidade de partículas nas tintas impressas passe diretamente através do substrato, de uma maneira descontrolada, ao longo de toda a área da fibra tecida, provocando curto- circuito elétrico entre o contra-eletrodo e o coletor de corrente. Assim, os furos no tecido dificultam a aplicação de uma tinta contendo partículas metálicas ou à base de metal, em ambos os lados do substrato poroso isolante, sem proporcionar um curto-circuito elétrico, a menos que as partículas sejam muito maiores que os furos. Entretanto, ao dispor essas grandes partículas na tinta, as camadas condutoras de metal se tornam demasiadamente espessas. As camadas condutoras de metal espessas irão aumentar a distância entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação, o que resulta em um transporte de íons mais lento entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação.[018] Woven glass fibers, i.e. glass fibers, include woven glass microfiber filaments, where each glass fiber filament consists of multiple glass microfibers. Woven glass fibers are inherently mechanically stronger compared to non-woven glass fibers. Furthermore, the thickness of the woven fibers can be made quite thin, but with the mechanical strength being maintained. However, woven fibers normally have large spaces between the woven filaments, which causes a large amount of particles in the printed inks to pass directly through the substrate in an uncontrolled manner along the entire area of the woven fiber, causing an electrical short circuit between the counter electrode and the current collector. Thus, holes in the fabric make it difficult to apply a paint containing metallic or metal-based particles to both sides of the porous insulating substrate without providing an electrical short unless the particles are much larger than the holes. However, by placing these large particles in the paint, the conductive layers of metal become too thick. The thick conductive metal layers will increase the distance between the counter electrode and the operating electrode, which results in slower ion transport between the counter electrode and the operating electrode.

Purpose and Summary of the Invention

[019] O objetivo da presente invenção é de proporcionar uma célula solar sensibilizada por corante, que apresenta um substrato poroso isolante que atende às exigências acima mencionadas.[019] The objective of the present invention is to provide a dye-sensitized solar cell, which features an insulating porous substrate that meets the aforementioned requirements.

[020] Esse objetivo é alcançado mediante uma célula solar sensibilizada por corante, conforme se encontra definido na reivindicação 1.[020] This objective is achieved through a dye-sensitized solar cell, as defined in claim 1.

[021] A célula solar sensibilizada por corante inclui um eletrodo de operação, uma primeira camada condutora para extrair elétrons fotogerados do eletrodo de operação, um substrato poroso isolante feito de microfibras, em que a primeira camada condutora é uma camada condutora porosa formada sobre um lado do substrato poroso isolante, um contra-eletrodo contendo uma segunda camada condutora disposta sobre o outro lado do substrato poroso, e um eletrólito para transferência de elétrons do contra- eletrodo para o eletrodo de operação. A célula solar é caracterizada pelo fato de que o substrato poroso isolante compreende uma camada de microfibras tecidas e uma camada de microfibras não tecidas disposta sobre a camada de microfibras tecidas, sobre um primeiro lado do substrato.[021] The dye-sensitized solar cell includes an operating electrode, a first conductive layer to extract photogenerated electrons from the operating electrode, an insulating porous substrate made of microfibers, wherein the first conductive layer is a porous conductive layer formed over a side of the porous insulating substrate, a counter electrode containing a second conductive layer disposed on the other side of the porous substrate, and an electrolyte for transferring electrons from the counter electrode to the operating electrode. The solar cell is characterized in that the porous insulating substrate comprises a layer of woven microfibers and a layer of non-woven microfibers arranged on the layer of woven microfibers, on a first side of the substrate.

[022] Uma microfibra é uma fibra que apresenta um diâmetro inferior a 10 μm e superior a 1 nm.[022] A microfiber is a fiber that has a diameter of less than 10 μm and greater than 1 nm.

[023] De acordo com a presente invenção, foi descoberto que através da combinação das propriedades de microfibras tecidas e não tecidas, é possível se atender a todas as exigências acima mencionadas, para a obtenção de um substrato poroso isolante ideal. Um tecido produzido mediante tecelagem pode ser feito de uma espessura bastante fina, e mecanicamente bastante forte, mas, este tipo de tecido contém grandes espaços entre os fios tecidos. Por outro lado, a microfibra não tecida é mecanicamente fraca, mas, apresenta excelentes propriedades de filtração, que impede as partículas condutoras na tinta de impressão de penetrar através do substrato poroso isolante. Ao se depositar uma camada fina de microfibras não tecida sobre a parte superior de uma camada de microfibras tecidas, é possível se impedir as partículas presentes nas tintas de passar diretamente através da fibra tecida, possibilitando se atender a todas as exigências acima. A camada fina e frágil de microfibras não tecida é mecanicamente estabilizada pela camada suporte de microfibras tecida.[023] According to the present invention, it was discovered that by combining the properties of woven and non-woven microfibers, it is possible to meet all the aforementioned requirements, in order to obtain an ideal insulating porous substrate. A fabric produced by weaving can be made of a very thin thickness, and mechanically quite strong, but this type of fabric contains large spaces between the woven yarns. On the other hand, non-woven microfiber is mechanically weak, but has excellent filtration properties, which prevent the conductive particles in the printing ink from penetrating through the porous insulating substrate. By depositing a thin layer of non-woven microfibers on top of a layer of woven microfibers, it is possible to prevent particles present in the inks from passing directly through the woven fiber, making it possible to meet all of the above requirements. The thin, fragile non-woven microfiber layer is mechanically stabilized by the woven microfiber backing layer.

[024] De acordo com uma modalidade da invenção, a primeira camada condutora é disposta sobre a camada de microfibras não tecidas. A camada não tecida proporciona uma superfície macia sobre o substrato, adequada para aplicação de uma camada condutora lisa sobre o substrato mediante impressão.[024] According to an embodiment of the invention, the first conductive layer is arranged over the layer of non-woven microfibers. The non-woven layer provides a smooth surface on the substrate suitable for applying a smooth conductive layer to the substrate upon printing.

[025] De acordo com uma modalidade da invenção, a camada de microfibras tecidas compreende fios com espaços formados entre os filamentos individuais tecidos, e onde pelo menos uma parte das microfibras não tecidas é acumulada nos espaços entre os fios. Assim, a espessura da camada de microfibras não tecidas varia na dependência das localizações dos espaços na camada de microfibras tecidas, de modo que a camada de microfibras não tecidas seja mais espessa nos espaços na camada de microfibras tecidas e mais fina no topo dos fios da camada de microfibras tecidas. A camada de microfibras não tecidas se salienta para dentro dos espaços entre os fios. Essa modalidade reduz a espessura da camada de microfibras não tecidas e possibilita proporcionar um substrato fino. Desse modo, a distância entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação se torna pequena e o transporte de íons entre o contra- eletrodo e o eletrodo de operação se torna rápido. A espessura do substrato se torna significativamente reduzida quando comparada com a provisão de uma camada uniformemente espessa de microfibras não tecidas no topo de uma folha de fibras tecida, como, no caso de empilhamento de uma folha de fibras não tecida sobre uma folha de fibras tecida.[025] According to an embodiment of the invention, the layer of woven microfibers comprises yarns with spaces formed between the individual woven filaments, and where at least a part of the non-woven microfibers is accumulated in the spaces between the yarns. Thus, the thickness of the non-woven microfiber layer varies depending on the locations of the spaces in the woven microfiber layer, so that the nonwoven microfiber layer is thicker in the spaces in the woven microfiber layer and thinner at the top of the yarns of the yarn. woven microfiber layer. The non-woven microfiber layer protrudes into the spaces between the yarns. This modality reduces the thickness of the non-woven microfiber layer and makes it possible to provide a thin substrate. In this way, the distance between the counter electrode and the operating electrode becomes small and the transport of ions between the counter electrode and the operating electrode becomes fast. The substrate thickness becomes significantly reduced when compared to providing a uniformly thick layer of non-woven microfibers on top of a woven fiber sheet, as in the case of stacking a non-woven fiber sheet on top of a woven fiber sheet. .

[026] De acordo com uma modalidade da invenção, o substrato poroso isolante compreende uma segunda camada de microfibras não tecidas, disposta sobre a camada de microfibras tecidas, em um segundo lado do substrato. Ao se proporcionar uma segunda camada de microfibras não tecidas sobre o outro lado da camada de microfibras tecidas, se obtém um substrato simétrico e mecanicamente mais estável, e o substrato é impedido de se espiralar durante o tratamento térmico, quando da fabricação da célula solar. Além disso, a segunda camada de microfibras não tecidas aumenta ainda mais o bloqueio para as partículas condutoras presentes nas tintas de passarem diretamente através das fibras tecidas. Essa modalidade proporciona uma superfície lisa em ambos os lados do substrato e, desse modo, possibilita a aplicação de camadas condutoras lisas em ambos os lados do substrato mediante impressão. Preferivelmente, a segunda camada condutora é disposta sobre o segundo lado do substrato, sobre a segunda camada de microfibras não tecidas.[026] According to an embodiment of the invention, the porous insulating substrate comprises a second layer of non-woven microfibers, arranged over the layer of woven microfibers, on a second side of the substrate. By providing a second layer of non-woven microfibers on the other side of the layer of woven microfibers, a symmetrical and mechanically more stable substrate is obtained, and the substrate is prevented from spiraling during heat treatment when manufacturing the solar cell. In addition, the second layer of non-woven microfibers further increases the barrier to conductive particles present in the inks from passing directly through the woven fibers. This embodiment provides a smooth surface on both sides of the substrate and thereby makes it possible to apply smooth conductive layers on both sides of the substrate upon printing. Preferably, the second conductive layer is disposed on the second side of the substrate, on the second layer of non-woven microfibers.

[027] De acordo com uma modalidade da invenção, a camada de microfibras tecidas é feita de fios tecidos contendo uma pluralidade de microfibras, doravante, referidas por filamentos, e o diâmetro das microfibras na camada de microfibras não tecidas é menor que o diâmetro dos filamentos na camada de microfibras tecidas. Essa modalidade permite às fibras se acumularem nos espaços entre os fios, desse modo, bloqueando os espaços.[027] According to an embodiment of the invention, the layer of woven microfibers is made of woven yarns containing a plurality of microfibers, hereinafter referred to as filaments, and the diameter of the microfibers in the layer of non-woven microfibers is smaller than the diameter of the filaments in the woven microfiber layer. This modality allows the fibers to accumulate in the spaces between the strands, thereby blocking the spaces.

[028] De acordo com uma modalidade da invenção, a camada de microfibras tecidas é feita de microfibras cerâmicas, como, por exemplo, tecido de vidro. As microfibras cerâmicas são mecanicamente bastante fortes, podendo ser feitas bastante finas e ainda suficientemente fortes. As microfibras cerâmicas podem também suportar as altas temperaturas usadas no tratamento térmico da célula solar durante o procedimento de fabricação. As microfibras cerâmicas são fibras feitas de um material refratário e inerte, por exemplo, vidro, sílica (SiO2), alumina (Al2O3), aluminossilicato e quartzo.[028] According to an embodiment of the invention, the layer of woven microfibers is made of ceramic microfibers, such as, for example, glass fabric. Ceramic microfibers are mechanically quite strong and can be made quite thin and still strong enough. Ceramic microfibers can also withstand the high temperatures used in the heat treatment of the solar cell during the manufacturing procedure. Ceramic microfibers are fibers made of a refractory and inert material, for example glass, silica (SiO2), alumina (Al2O3), aluminosilicate and quartz.

[029] De acordo com uma modalidade da invenção, a camada de microfibras não tecidas é feita de microfibras cerâmicas, tal como, microfibras de vidro não tecidas. As microfibras cerâmicas podem suportar as altas temperaturas usadas no tratamento térmico da célula solar durante o procedimento de fabricação.[029] According to an embodiment of the invention, the layer of non-woven microfibers is made of ceramic microfibers, such as non-woven glass microfibers. Ceramic microfibers can withstand the high temperatures used in the heat treatment of the solar cell during the manufacturing procedure.

[030] De acordo com uma modalidade da invenção, a espessura da camada de microfibras tecidas é estabelecida entre 4 μm e 30 μm, preferivelmente, entre 4 μm e 20 μm, mais preferivelmente, entre 4 μm e 10 μm. Essa camada proporciona a exigida resistência mecânica, ao mesmo tempo em que é suficientemente fina para possibilitar um rápido transporte de íons entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação.[030] According to an embodiment of the invention, the thickness of the woven microfiber layer is established between 4 μm and 30 μm, preferably between 4 μm and 20 μm, more preferably between 4 μm and 10 μm. This layer provides the required mechanical strength while being thin enough to allow rapid ion transport between the counter electrode and the operating electrode.

[031] De acordo com uma modalidade da invenção, as microfibras na camada de microfibras não tecidas apresentam um diâmetro inferior a 4 μm, preferivelmente, inferior a 1 μm, mais preferivelmente, inferior a 0,5 μm. O uso de fibras bastante finas reduz a espessura da camada de microfibras não tecidas e, consequentemente, a espessura do substrato. Além disso, as fibras finas bloqueiam de forma eficiente os espaços na camada de microfibras tecidas e impedem a penetração das partículas condutoras através do substrato, desse modo, evitando a formação de um curto- circuito elétrico.[031] According to an embodiment of the invention, the microfibers in the non-woven microfiber layer have a diameter of less than 4 μm, preferably less than 1 μm, more preferably less than 0.5 μm. The use of very fine fibers reduces the thickness of the non-woven microfiber layer and, consequently, the thickness of the substrate. In addition, the fine fibers efficiently block the spaces in the woven microfiber layer and prevent the penetration of conductive particles through the substrate, thereby preventing the formation of an electrical short circuit.

[032] Um adicional objetivo da presente invenção é prover um substrato poroso isolante que atenda às exigências acima mencionadas. Esse objetivo é alcançado mediante o substrato poroso isolante da invenção. O substrato poroso isolante compreende uma camada de microfibras tecidas e uma camada de microfibras não tecidas disposta sobre a camada de microfibras tecidas. Preferivelmente, as microfibras tecidas são feitas de microfibras cerâmicas. As características adicionais descritas acima correlacionadas ao substrato poroso isolante da célula solar são também aplicáveis ao próprio substrato poroso isolante.[032] A further objective of the present invention is to provide an insulating porous substrate that meets the aforementioned requirements. This objective is achieved by means of the porous insulating substrate of the invention. The porous insulating substrate comprises a layer of woven microfibers and a layer of non-woven microfibers disposed over the layer of woven microfibers. Preferably, the woven microfibers are made from ceramic microfibers. The additional features described above relating to the porous insulating substrate of the solar cell are also applicable to the porous insulating substrate itself.

[033] De acordo com uma modalidade da invenção, a camada de microfibras tecidas e a camada de microfibras não tecidas são feitas de microfibras cerâmicas, tais como, microfibras de vidro. As microfibras cerâmicas são mecanicamente bastante fortes, podendo ser feitas bastante finas, mas, ainda, suficientemente fortes.[033] According to an embodiment of the invention, the layer of woven microfibers and the layer of non-woven microfibers are made of ceramic microfibers, such as glass microfibers. Ceramic microfibers are mechanically quite strong and can be made quite thin, but still strong enough.

[034] De acordo com uma modalidade da invenção, a camada de microfibras não tecidas compreende microfibras orgânicas. As microfibras orgânicas se constituem de fibras de materiais orgânicos, tais como, polímeros, por exemplo, policaprolactona, PET ou PEO, e celulose, por exemplo, nanocelulose (MFC) ou polpa de madeira. É possível se usar microfibras orgânicas na camada de microfibras não tecidas. As microfibras orgânicas não podem suportar as altas temperaturas usadas no tratamento térmico, durante a fabricação de uma célula solar sensibilizada por corante. Entretanto, as microfibras orgânicas podem servir para a finalidade de bloquear a penetração das partículas condutoras presentes nas tintas diretamente através das fibras tecidas, durante a impressão e secagem das tintas no substrato poroso isolante, desse modo, reduzindo o risco de curto-circuito elétrico. As microfibras orgânicas são então removidas, durante o tratamento térmico em temperaturas mais altas. As fibras orgânicas são mais flexíveis e não tão frágeis como as fibras cerâmicas. Portanto, com a adição das fibras orgânicas, a resistência mecânica do substrato irá aumentar, o que, por exemplo, é vantajoso durante um processo de impressão e secagem.[034] According to an embodiment of the invention, the layer of non-woven microfibers comprises organic microfibers. Organic microfibers consist of fibers of organic materials, such as polymers, for example, polycaprolactone, PET or PEO, and cellulose, for example, nanocellulose (MFC) or wood pulp. It is possible to use organic microfibers in the non-woven microfiber layer. Organic microfibers cannot withstand the high temperatures used in heat treatment during the fabrication of a dye-sensitized solar cell. However, organic microfibers can serve the purpose of blocking the penetration of the conductive particles present in the inks directly through the woven fibers, during the printing and drying of the inks on the porous insulating substrate, thus reducing the risk of electrical short circuit. The organic microfibers are then removed during heat treatment at higher temperatures. Organic fibers are more flexible and not as fragile as ceramic fibers. Therefore, with the addition of organic fibers, the mechanical strength of the substrate will increase, which, for example, is advantageous during a printing and drying process.

[035] De acordo com uma adicional modalidade da invenção, a camada de microfibras não tecidas compreende microfibras orgânicas e microfibras cerâmicas. A camada de microfibras não tecidas é feita de microfibras orgânicas e cerâmicas. Uma vantagem da mistura de microfibras orgânicas e microfibras cerâmicas na camada de microfibras não tecidas é que as microfibras orgânicas são mais finas que as microfibras cerâmicas, desse modo, proporcionam a criação de uma rede em escala nano de fibras orgânicas no interior de uma micro-rede de fibras cerâmicas e, assim, reduzem o tamanho dos furos na micro-rede. As fibras orgânicas preenchem os furos entre as microfibras e, assim, melhoram a capacidade de bloquear as partículas presentes na tinta, desse modo, evitando a formação de curto-circuito. Além disso, ao se misturar as microfibras orgânicas com as microfibras cerâmicas na camada de microfibras não tecidas, a resistência mecânica do substrato é aperfeiçoada, se comparada com a presença apenas de microfibras cerâmicas no dito substrato.[035] According to a further embodiment of the invention, the layer of non-woven microfibers comprises organic microfibers and ceramic microfibers. The non-woven microfiber layer is made of organic and ceramic microfibers. An advantage of mixing organic microfibers and ceramic microfibers in the non-woven microfiber layer is that the organic microfibers are finer than the ceramic microfibers, thus providing for the creation of a nanoscale network of organic fibers within a microfiber. ceramic fiber network and thus reduce the size of the holes in the micro-mesh. The organic fibers fill the holes between the microfibers and thus improve the ability to block the particles present in the ink, thus preventing the formation of a short circuit. Furthermore, by mixing the organic microfibers with the ceramic microfibers in the non-woven microfiber layer, the mechanical strength of the substrate is improved compared to the presence of only ceramic microfibers in said substrate.

[036] Outro objetivo da presente invenção é de prover um método para produzir um substrato poroso isolante que preencha os requisitos acima mencionados e uma camada condutora porosa formada sobre o substrato isolante.[036] Another objective of the present invention is to provide a method for producing a porous insulating substrate that fulfills the above-mentioned requirements and a porous conductive layer formed on the insulating substrate.

[037] Esse objetivo é alcançado mediante a aplicação de um método conforme definido na reivindicação 11. O método compreende: (a) produzir o substrato poroso isolante mediante provisão de um tecido de microfibras tecidas, compreendendo filamentos com espaços formados entre os mesmos, preparando uma solução de matéria-prima de fibra através da mistura de líquido e microfibras, cobrindo um primeiro lado do tecido com a solução de matéria-prima de fibra, drenando o líquido da solução de matéria-prima de fibra através dos furos do tecido e secando o tecido úmido com as microfibras dispostas no tecido; e (b) depositar uma tinta compreendendo partículas condutoras sobre um lado do substrato isolante, de modo a formar uma camada condutora porosa.[037] This objective is achieved by applying a method as defined in claim 11. The method comprises: (a) producing the porous insulating substrate by providing a woven microfiber fabric, comprising filaments with spaces formed between them, preparing a fiber raw material solution by mixing liquid and microfibers, covering a first side of the fabric with the fiber raw material solution, draining the liquid from the fiber raw material solution through the holes in the fabric and drying the wet fabric with the microfibers arranged in the fabric; and (b) depositing an ink comprising conductive particles on one side of the insulating substrate to form a porous conductive layer.

[038] Ao drenar o líquido da solução de matéria-prima através dos furos no tecido, as microfibras acompanham o líquido e uma parte principal das microfibras não tecida é acumulada nos furos entre os fios, consequentemente, o tamanho dos espaços entre os fios é reduzido. Esse método possibilita a fabricação de um substrato isolante, que é suficientemente compacto para impedir a penetração das partículas condutoras presentes na tinta no substrato, e suficientemente fino para permitir um rápido transporte de íons entre o contra-eletrodo e o eletrodo de operação.[038] When draining the liquid from the raw material solution through the holes in the fabric, the microfibers accompany the liquid and a major part of the non-woven microfibers is accumulated in the holes between the threads, consequently, the size of the spaces between the threads is reduced. This method makes it possible to manufacture an insulating substrate that is compact enough to prevent the penetration of conductive particles present in the ink into the substrate, and thin enough to allow rapid transport of ions between the counter electrode and the operating electrode.

[039] A camada de fibras não tecida no topo da camada de fibras tecida proporciona uma superfície lisa para promover a impressão.[039] The non-woven fiber layer on top of the woven fiber layer provides a smooth surface to promote printing.

[040] De acordo com uma modalidade da invenção, o tecido é feito de microfibras cerâmicas tecidas e a dita solução de matéria-prima de fibra é preparada mediante mistura de líquido e microfibras cerâmicas.[040] According to an embodiment of the invention, the fabric is made of woven ceramic microfibers and said fiber raw material solution is prepared by mixing liquid and ceramic microfibers.

[041] De acordo com uma modalidade da invenção, a solução de matéria-prima de fibra é preparada através da mistura de líquido e microfibras orgânicas.[041] According to an embodiment of the invention, the fiber raw material solution is prepared by mixing liquid and organic microfibers.

[042] De acordo com uma modalidade da invenção, a solução de matéria-prima de fibra é preparada através da mistura de líquido, microfibras cerâmicas e microfibras orgânicas.[042] According to an embodiment of the invention, the fiber raw material solution is prepared by mixing liquid, ceramic microfibers and organic microfibers.

[043] A tinta é depositada no topo das microfibras dispostas, para formar uma camada condutora porosa sobre um primeiro lado de um substrato poroso isolante. De acordo com uma modalidade da invenção, a etapa (a) compreende ainda cobrir um segundo lado do tecido com a solução de matéria-prima de fibra, através dos furos presentes no tecido, e a etapa (b) compreende ainda depositar a tinta sobre o segundo lado do tecido, no topo das microfibras dispostas, para formar uma camada condutora porosa sobre um segundo lado do substrato poroso isolante. Essa modalidade proporciona uma superfície lisa em ambos os lados do substrato e, assim, possibilita a aplicação de camadas condutoras lisas em ambos os lados do substrato, mediante impressão.[043] The ink is deposited on top of the microfibers arranged to form a porous conductive layer on a first side of a porous insulating substrate. According to an embodiment of the invention, step (a) further comprises covering a second side of the fabric with the fiber raw material solution, through the holes present in the fabric, and step (b) further comprises depositing the ink on the second side of the fabric, on top of the microfibers arranged, to form a porous conductive layer on a second side of the porous insulating substrate. This modality provides a smooth surface on both sides of the substrate and thus makes it possible to apply smooth conductive layers on both sides of the substrate upon printing.

[044] De acordo com uma modalidade da invenção, a etapa (a) compreende ainda a adição de um aglutinante à solução de matéria-prima de fibra. A adição de um aglutinante à solução de matéria-prima de fibra melhora a adesão das fibras não tecidas entre si, e aumenta a adesão das fibras não tecidas ao tecido. Além disso, a adição de um aglutinante à solução de matéria-prima de fibra possibilita reduzir a quantidade de fibra adicionada à solução, de modo a se obter uma satisfatória cobertura dos furos no tecido. Exemplos de aglutinantes incluem, por exemplo, álcool polivinílico (PVA), amido, carboximetilcelulose (CMC) e nanocelulose, isto é, a chamada celulose microfibrilada (MFC).[044] According to an embodiment of the invention, step (a) further comprises adding a binder to the fiber feedstock solution. The addition of a binder to the fiber raw material solution improves the adhesion of the non-woven fibers to each other, and increases the adhesion of the non-woven fibers to the fabric. Furthermore, the addition of a binder to the fiber raw material solution makes it possible to reduce the amount of fiber added to the solution, so as to obtain satisfactory coverage of the holes in the fabric. Examples of binders include, for example, polyvinyl alcohol (PVA), starch, carboxymethyl cellulose (CMC) and nanocellulose, i.e. so-called microfibrillated cellulose (MFC).

[045] De acordo com uma modalidade da invenção, o método compreende ainda a adição de um ou mais aditivos, selecionados de um grupo que inclui um surfactante, um dispersante, um agente umectante, um agente antiespumante, um auxiliar de retenção e um agente de mudança de reologia, à solução de matéria-prima de fibra. Mediante uso de aditivos se torna possível fabricar um substrato mais fino e denso, com menores furos.[045] According to an embodiment of the invention, the method further comprises adding one or more additives selected from a group including a surfactant, a dispersant, a wetting agent, an anti-foaming agent, a retention aid and a rheology change, to fiber raw material solution. By using additives it becomes possible to manufacture a thinner and denser substrate, with smaller holes.

Brief Description of Drawings

[046] A invenção será agora explicada de modo mais detalhado mediante a descrição de diferentes modalidades e fazendo-se referência às figuras anexas, nas quais: - a figura 1 mostra uma seção transversal através de um módulo de célula solar sensibilizada por corante, de acordo com uma modalidade da invenção; - a figura 2 mostra uma foto de microscópio ótico de um tecido de fibra de vidro; - a figura 3 mostra uma foto de microscópio ótico de um tecido de vidro tratado com 20 g de solução de matéria- prima de microfibra de vidro, em ambos os lados; - a figura 4 mostra uma foto de microscópio ótico de um tecido de vidro tratado com 80 g de solução de matéria- prima de microfibra de vidro, em ambos os lados; - a figura 5 mostra uma seção transversal através de um substrato poroso isolante, de acordo com uma modalidade da invenção. Descrição Detalhada de Modalidades Preferidas da Invenção[046] The invention will now be explained in more detail by describing different modalities and referring to the attached figures, in which: - figure 1 shows a cross section through a dye-sensitized solar cell module, of according to an embodiment of the invention; - figure 2 shows an optical microscope photo of a fiberglass fabric; - figure 3 shows an optical microscope photo of a glass fabric treated with 20 g of glass microfiber raw material solution, on both sides; - figure 4 shows an optical microscope photo of a glass fabric treated with 80 g of glass microfiber raw material solution, on both sides; - figure 5 shows a cross-section through an insulating porous substrate, according to an embodiment of the invention. Detailed Description of Preferred Modalities of the Invention

[047] A invenção será agora explicada de modo mais detalhado mediante a descrição de diferentes modalidades e fazendo-se referência às figuras anexas. A figura 1 mostra uma seção transversal através de uma célula solar sensibilizada por corante (DSC), de acordo com uma modalidade da invenção. A DSC divulgada na figura 1 é de um tipo monolítico. A DSC compreende um eletrodo de operação (1) e um contra-eletrodo (2). O espaço entre o eletrodo de operação e o contra-eletrodo é preenchido com um eletrólito, contendo íons para transferência de elétrons do contra-eletrodo para o eletrodo de operação. O módulo de DSC compreende uma camada condutora (3) para extração de elétrons fotogerados a partir do eletrodo de operação (1). A camada condutora (3) serve como um contato traseiro, sendo, doravante, chamada de camada de contato traseira. O eletrodo de operação (1) inclui uma camada porosa de eletrodo, de TiO2, disposta sobre a camada de contato traseira (3). O eletrodo de TiO2 compreende partículas de TiO2 tingidas, mediante adsorção de moléculas de corantes, sobre a superfície das partículas de TiO2. O eletrodo de operação é posicionado sobre um lado de topo do módulo de DSC. O lado de topo deve se opor ao sol, de modo a permitir que a luz solar se choque com as moléculas de corante do eletrodo de operação.[047] The invention will now be explained in more detail by describing different embodiments and referring to the attached figures. Figure 1 shows a cross-section through a dye-sensitized solar cell (DSC) according to an embodiment of the invention. The DSC disclosed in figure 1 is of a monolithic type. The DSC comprises an operating electrode (1) and a counter electrode (2). The space between the working electrode and the counter electrode is filled with an electrolyte containing ions for transferring electrons from the counter electrode to the working electrode. The DSC module comprises a conductive layer (3) for extracting photogenerated electrons from the operating electrode (1). The conductive layer (3) serves as a back contact and is henceforth called the back contact layer. The operating electrode (1) includes a porous electrode layer of TiO2 disposed over the rear contact layer (3). The TiO2 electrode comprises dyed TiO2 particles by adsorption of dye molecules onto the surface of the TiO2 particles. The operating electrode is positioned on a top side of the DSC module. The top side must oppose the sun so as to allow sunlight to strike the dye molecules of the operating electrode.

[048] O módulo de DSC inclui ainda um substrato poroso isolante (4), disposto entre o eletrodo de operação (1) e o contra-eletrodo (2). A porosidade do substrato poroso isolante irá possibilitar o transporte iônico através do substrato. Assim, por exemplo, o substrato poroso isolante (4) é feito de uma microfibra cerâmica, tal como, microfibras de vidro. Os substratos feitos de microfibras cerâmicas são isolantes elétricos, mas, são porosos, desse modo, permitem a penetração de líquidos e íons de eletrólito. As microfibras são baratas, quimicamente inertes, podem suportar altas temperaturas e são simples de manipular em diversas etapas do processo.[048] The DSC module also includes an insulating porous substrate (4), arranged between the operating electrode (1) and the counter electrode (2). The porosity of the porous insulating substrate will enable ionic transport through the substrate. Thus, for example, the porous insulating substrate (4) is made of a ceramic microfiber, such as glass microfibers. Substrates made of ceramic microfibers are electrical insulators, but are porous, thus allowing the penetration of liquids and electrolyte ions. Microfibers are inexpensive, chemically inert, can withstand high temperatures and are simple to handle at different stages of the process.

[049] O substrato poroso isolante (4) compreende uma camada de microfibras tecidas (5) e uma primeira camada de microfibras não tecidas (6), disposta sobre a camada de microfibras tecidas (5), em um lado do substrato. Isso possibilita proporcionar um substrato fino e forte. A camada de contato traseira (3) é uma camada condutora porosa disposta sobre o primeiro lado do substrato, sobre a camada de microfibras não tecidas (6). Na modalidade divulgada na figura 1, o substrato compreende ainda uma segunda camada de microfibras não tecidas (7), disposta sobre a camada de microfibras tecidas (5), em um segundo lado do substrato. Ao proporcionar camadas de microfibras não tecidas em ambos os lados da camada de microfibras tecidas, um substrato simétrico é obtido. Isso pode impedir o substrato de tomar a forma de espiral durante o tratamento térmico, quando da fabricação da célula solar e, além disso, contribui para impedir a passagem das partículas presentes na tinta impressa através da camada de microfibras tecidas. O substrato poroso isolante (4) será descrito em maiores detalhes abaixo, fazendo-se referência à figura 5.[049] The porous insulating substrate (4) comprises a layer of woven microfibers (5) and a first layer of non-woven microfibers (6), arranged over the layer of woven microfibers (5), on one side of the substrate. This makes it possible to provide a thin and strong substrate. The back contact layer (3) is a porous conductive layer disposed on the first side of the substrate, on top of the non-woven microfiber layer (6). In the embodiment disclosed in Figure 1, the substrate further comprises a second layer of non-woven microfibers (7), disposed over the layer of woven microfibers (5), on a second side of the substrate. By providing non-woven microfiber layers on both sides of the woven microfiber layer, a symmetrical substrate is obtained. This can prevent the substrate from spiraling during heat treatment when manufacturing the solar cell, and furthermore helps to prevent particles present in the printed ink from passing through the woven microfiber layer. The porous insulating substrate (4) will be described in more detail below, referring to figure 5.

[050] O contra-eletrodo inclui uma camada condutora (2), doravante, chamada de camada de contra-eletrodo. Nessa modalidade, a camada condutora (2) é uma camada condutora porosa, disposta sobre o segundo lado do substrato poroso isolante (4), na parte superior da segunda camada de microfibras não tecidas (7). Quando uma camada condutora porosa é usada como um contra-eletrodo, a mesma irá fazer parte do contra-eletrodo oposto ao eletrodo de operação. A camada de contato traseira (3) e a camada de contra- eletrodo (2) são separadas física e eletricamente pelo substrato poroso isolante (4). Entretanto, a camada de contato traseira e a camada de contra-eletrodo são eletricamente conectadas através dos íons que penetram no substrato poroso isolante. As camadas condutoras porosas (2, 3) podem ser criadas usando uma tinta que contém partículas metálicas ou partículas à base de metal, que são aplicadas no topo da camada porosa isolante (4) através de impressão, seguido de aquecimento, secagem e cozimento. As partículas, tipicamente, são de tamanho entre 0,1 - 10 μm, preferivelmente, entre 0,5 - 2 μm.[050] The counter electrode includes a conductive layer (2), hereinafter called the counter electrode layer. In this embodiment, the conductive layer (2) is a porous conductive layer disposed on the second side of the porous insulating substrate (4), on top of the second layer of non-woven microfibers (7). When a porous conductive layer is used as a counter electrode, it will form part of the counter electrode opposite the operating electrode. The back contact layer (3) and the counter electrode layer (2) are physically and electrically separated by the porous insulating substrate (4). However, the back contact layer and the counter electrode layer are electrically connected through the ions that penetrate the porous insulating substrate. The porous conductive layers (2, 3) can be created using an ink that contains metallic particles or metal-based particles, which are applied on top of the porous insulating layer (4) through printing, followed by heating, drying and baking. The particles typically are between 0.1 - 10 µm in size, preferably between 0.5 - 2 µm.

[051] O módulo de DSC também inclui uma primeira folha (8) cobrindo um lado de topo do módulo de DSC, e uma segunda folha (9) cobrindo um lado da base do módulo de DSC e funcionando como barreira, a fim de proteger os módulos de DSC contra a atmosfera circundante e para impedir a evaporação ou o vazamento dos componentes da DSC no interior da célula. A primeira folha (8) no lado do topo do módulo de DSC cobre o eletrodo de operação e precisa ser transparente, permitindo a passagem da luz pela mesma.[051] The DSC module also includes a first sheet (8) covering a top side of the DSC module, and a second sheet (9) covering a bottom side of the DSC module and functioning as a barrier in order to protect the DSC modules against the surrounding atmosphere and to prevent evaporation or leakage of the DSC components inside the cell. The first sheet (8) on the top side of the DSC module covers the operating electrode and needs to be transparent, allowing light to pass through it.

[052] De acordo com a invenção, um substrato poroso mais fino é mais conveniente, uma vez que uma pequena distância entre o eletrodo de operação e o contra-eletrodo proporciona mínimas perdas com relação à resistência à difusão do eletrólito. Entretanto, se o substrato for demasiadamente fino, a resistência mecânica do substrato será demasiadamente baixa. Preferivelmente, a espessura do substrato poroso isolante é maior que 4 μm e menor que 100 μm. Mais preferivelmente, a espessura do substrato poroso isolante é menor que 50 μm. Tipicamente, a espessura do substrato poroso isolante é estabelecida entre 10 - 30 μm.[052] According to the invention, a thinner porous substrate is more convenient, since a small distance between the operating electrode and the counter electrode provides minimal losses with respect to the diffusion resistance of the electrolyte. However, if the substrate is too thin, the mechanical strength of the substrate will be too low. Preferably, the thickness of the porous insulating substrate is greater than 4 μm and less than 100 μm. More preferably, the thickness of the porous insulating substrate is less than 50 μm. Typically, the thickness of the porous insulating substrate is set between 10 - 30 μm.

[053] A seguir, um exemplo do substrato poroso isolante de acordo com a invenção será descrito em maiores detalhes. O substrato poroso isolante é baseado em uma camada de tecido de vidro, feita de fios tecidos, incluindo uma pluralidade de fibras de vidro. As fibras tecidas são muito mais fortes que as fibras não tecidas. Além disso, uma camada de fibras tecida pode ser fina, ao mesmo tempo em que sua resistência mecânica é mantida.[053] Next, an example of the porous insulating substrate according to the invention will be described in more detail. The porous insulating substrate is based on a glass fabric layer made of woven yarns including a plurality of glass fibers. Woven fibers are much stronger than non-woven fibers. Furthermore, a layer of woven fibers can be thin while maintaining their mechanical strength.

[054] A figura 2 mostra uma foto de microscópio ótico de tecido de vidro de 15 μm de espessura (Asahi Kasei E-materials). Conforme pode ser observado na figura, o tecido de vidro compreende fios tecidos de fibras de vidro (10a- 10b). Cada fio contém uma pluralidade de fibras de vidro, também chamadas de filamentos. O diâmetro de um filamento, tipicamente, é de 4 - 5 μm, e o número de filamentos no fio é tipicamente de 50. O tecido de vidro apresenta grandes furos (14) entre os fios tecidos, o que pode permitir a passagem de uma grande quantidade de partículas condutoras presentes na tinta impressa, diretamente através da fibra tecida, de uma maneira descontrolada. Este é um efeito indesejado. O tamanho dos furos pode ser tão grande quanto 200 μm. A fim de obstruir os furos no tecido, fibras de vidro não tecidas são dispostas na parte superior do tecido. Isso pode ser feito mediante impregnação do tecido com uma solução contendo fibras de vidro, com posterior remoção da parte líquida da solução.[054] Figure 2 shows an optical microscope photo of 15 μm thick glass tissue (Asahi Kasei E-materials). As can be seen in the figure, the glass fabric comprises woven strands of glass fibers (10a-10b). Each strand contains a plurality of glass fibers, also called filaments. The diameter of a filament is typically 4 - 5 μm, and the number of filaments in the yarn is typically 50. Glass fabric has large holes (14) between the woven yarns, which can allow a large amount of conductive particles present in the printed ink, directly through the woven fiber, in an uncontrolled manner. This is an unwanted effect. The hole size can be as big as 200 μm. In order to plug the holes in the fabric, non-woven glass fibers are arranged on top of the fabric. This can be done by impregnating the fabric with a solution containing glass fibers, with subsequent removal of the liquid part of the solution.

[055] A figura 3 mostra uma foto de microscópio ótico do tecido de vidro mostrado na figura 2, tratado com 20 g de uma solução de matéria-prima de microfibra em ambos os lados, correspondente a 0,04 miligramas de fibra de vidro depositada por centímetro quadrado, em cada lado. Conforme pode ser observado na figura, o fio tecido no tecido de vidro é coberto pelas fibras de vidro não tecidas ordenadas. Pode ser também observado da figura 3 que o tamanho dos furos no tecido é reduzido. Entretanto, uma cobertura completa dos furos no tecido de vidro não é obtida.[055] Figure 3 shows an optical microscope photo of the glass fabric shown in Figure 2, treated with 20 g of a microfiber raw material solution on both sides, corresponding to 0.04 milligrams of glass fiber deposited per square centimeter on each side. As can be seen in the figure, the yarn woven into the glass fabric is covered by the ordered non-woven glass fibers. It can also be seen from figure 3 that the size of the holes in the fabric is reduced. However, complete coverage of the holes in the glass fabric is not achieved.

[056] A figura 4 mostra uma foto de microscópio ótico do tecido de vidro mostrado na figura 2, tratado com 80 g de uma solução de matéria-prima de microfibra em ambos os lados, correspondente a 0,16 miligramas de fibra de vidro depositada por centímetro quadrado, em cada lado. Conforme mostrado na figura 4, os furos não são cobertos pelas microfibras de vidro. Obviamente, uma cobertura completa dos furos no tecido de vidro poderá ser obtida mediante aumento da quantidade de microfibra de vidro. Assim, ao depositar fibras de vidro não tecidas por cima das fibras de vidro tecidas, é possível impedir que as partículas presentes nas tintas impressas passem diretamente através das fibras tecidas.[056] Figure 4 shows an optical microscope photo of the glass fabric shown in Figure 2, treated with 80 g of a microfiber raw material solution on both sides, corresponding to 0.16 milligrams of glass fiber deposited per square centimeter on each side. As shown in figure 4, the holes are not covered by the glass microfibers. Obviously, complete coverage of the holes in the glass fabric can be achieved by increasing the amount of glass microfiber. Thus, by depositing non-woven glass fibers on top of the woven glass fibers, it is possible to prevent the particles present in the printed inks from passing directly through the woven fibers.

[057] Se um aglutinante, por exemplo, aglutinantes inorgânicos, tais como, silicatos, partículas de sílica coloidal, silanos (por exemplo, silano linear, silano ramificado ou silano cíclico) e Al2O3 coloidal forem adicionados à solução de matéria-prima de fibra contendo as fibras de vidro, as fibras de vidro não tecidas poderão aderir mais fortemente às fibras tecidas. Além disso, a camada consistindo de fibras não tecidas depositada será mecanicamente mais forte como tal. Consequentemente, ao adicionar um aglutinante à solução de matéria-prima de fibra, é possível formar uma camada não tecida mecanicamente forte, que irá aderir firmemente às fibras de vidro tecidas.[057] If a binder, e.g. inorganic binders such as silicates, colloidal silica particles, silanes (e.g. linear silane, branched silane or cyclic silane) and colloidal Al2O3 are added to the fiber feedstock solution containing the glass fibers, the non-woven glass fibers will be able to adhere more strongly to the woven fibers. Furthermore, the layer consisting of deposited non-woven fibers will be mechanically stronger as such. Consequently, by adding a binder to the fiber raw material solution, it is possible to form a mechanically strong non-woven layer, which will firmly adhere to the woven glass fibers.

Example 1

[058] Agora, será descrito um exemplo de um método de produção do substrato poroso mostrado na figura 4. Um tecido de vidro de 15 μm de espessura (Asahi Kasei Ematerials), conforme mostrado na figura 2, com 50 filamentos, com cada filamento de diâmetro de 4 μm, foi disposto no topo de uma tela de arame de aço inoxidável (33 cm x 33 cm) em uma forma de folha manual e um cilindro de matéria-prima foi colocado no topo do tecido de vidro e depois fechado e apertado. Uma solução de matéria-prima de microfibra de vidro foi preparada através de mistura de 4000 gramas de água destilada e 8 gramas de microfibras de vidro (Johns Manville, tipo 90 de microfibra de vidro, do tipo de finalidade especial, diâmetro da fibra de 0,2 μm) e 400 gramas de água à base de sílica coloidal (uma solução contendo cerca de 15% em peso de SiO2 em água), de modo que a concentração final de sílica foi de 1,4% em peso. A mistura foi realizada usando um dispositivo distribuidor em lotes da Ultraturrax. O cilindro de matéria-prima da máquina manual formadora de folha foi cheio de água destilada (contendo 1,4% em peso de sílica), até um nível de 350 mm acima da superfície da tela de arame. Na etapa seguinte, 80 gramas de matéria-prima de microfibra de vidro foram derramadas dentro da máquina manual formadora de folha. A matéria-prima de fibra de vidro e a água destilada contendo sílica foram misturadas por meio de ar comprimido, durante 4 segundos, depois, deixadas sedimentar por 6 segundos, após o que, a água foi drenada através do tecido de vidro e da tela de arame. O tecido de vidro tratado úmido foi seco à temperatura de 110°C ao ar, em um forno de esteira. O tecido de vidro foi depois tratado no outro lado, usando os mesmos parâmetros de processo do primeiro tratamento. O substrato resultante é mostrado na figura 4. Conforme pode ser visto na figura 4, o fio tecido no tecido de vidro é completamente coberto pela disposição das microfibras de vidro não tecidas. A espessura do tecido de vidro com as microfibras de vidro ordenadas foi de cerca de 30 μm. Isso significa que a espessura total das duas camadas de microfibras não tecidas é de cerca de 15 μm. Ao usar um tecido de vidro mais fino, é possível reduzir ainda mais a espessura do substrato isolante.[058] Now, an example of a production method of the porous substrate shown in Figure 4 will be described. A 15 μm thick glass fabric (Asahi Kasei Ematerials), as shown in Figure 2, with 50 filaments, with each filament diameter of 4 μm, was placed on top of a stainless steel wire mesh (33 cm x 33 cm) in a manual sheet form and a cylinder of raw material was placed on top of the glass fabric and then closed and tight. A glass microfiber raw material solution was prepared by mixing 4000 grams of distilled water and 8 grams of glass microfibers (Johns Manville, type 90 glass microfiber, special purpose type, fiber diameter 0 .2 μm) and 400 grams of water based on colloidal silica (a solution containing about 15% by weight of SiO2 in water), so the final concentration of silica was 1.4% by weight. Mixing was performed using an Ultraturrax batching device. The raw material cylinder of the manual sheet forming machine was filled with distilled water (containing 1.4% by weight silica), to a level of 350 mm above the surface of the wire mesh. In the next step, 80 grams of glass microfiber raw material was poured into the manual sheet forming machine. The fiberglass raw material and the distilled water containing silica were mixed by means of compressed air for 4 seconds, then allowed to settle for 6 seconds, after which the water was drained through the glass fabric and screen. wire. The wet treated glass fabric was air-dried at 110°C in a belt oven. The glass fabric was then treated on the other side, using the same process parameters as the first treatment. The resulting substrate is shown in Figure 4. As can be seen in Figure 4, the yarn woven into the glass fabric is completely covered by the arrangement of the non-woven glass microfibers. The thickness of the glass fabric with the ordered glass microfibers was about 30 μm. This means that the total thickness of the two layers of non-woven microfibers is around 15 μm. By using a thinner glass fabric, it is possible to further reduce the thickness of the insulating substrate.

Example 2

[059] Uma variação do Exemplo 1 é que a solução de matéria- prima de microfibra é preparada através de mistura de 4000 gramas de água destilada e 200 gramas de uma dispersão de nanocelulose (dispersão de nanocelulose à base de água contendo 2% em peso de nanocelulose) e 400 gramas de sílica coloidal à base de água (uma solução contendo 15% em peso de SiO2 em água). Assim, as microfibras de vidro cerâmico na solução de matéria-prima de microfibra são substituídas por microfibras orgânicas consistindo de nanocelulose. O uso de nanocelulose simplifica o processo de fabricação pelo fato de que pode ser usado o procedimento de imersão, ao invés de usar um processo de fabricação de papel.[059] A variation of Example 1 is that the microfiber raw material solution is prepared by mixing 4000 grams of distilled water and 200 grams of a nanocellulose dispersion (water-based nanocellulose dispersion containing 2% by weight of nanocellulose) and 400 grams of water-based colloidal silica (a solution containing 15% by weight of SiO2 in water). Thus, the glass-ceramic microfibers in the microfiber raw material solution are replaced by organic microfibers consisting of nanocellulose. The use of nanocellulose simplifies the manufacturing process by the fact that the immersion procedure can be used instead of using a papermaking process.

Example 3

[060] Outra variação do Exemplo 1 é que a solução de matéria-prima de microfibra é preparada através da mistura de 4000 gramas de água destilada e 2 gramas de microfibras de vidro (Johns Manville, tipo 90 de microfibra de vidro, do tipo de finalidade especial, diâmetro da fibra de 0,2 μm) e 200 gramas de uma dispersão de nanocelulose (dispersão de nanocelulose à base de água contendo 2% em peso de nanocelulose), e ainda de 400 gramas de sílica coloidal à base de água (uma solução contendo 15% em peso de SiO2 em água). Assim, ambas as microfibras orgânicas, consistindo de nanocelulose, e microfibras cerâmicas, consistindo de vidro, são usadas na solução de matéria- prima de fibra. Após o substrato poroso isolante ter sido seco, uma tinta com partículas condutoras é depositada sobre pelo menos um lado do substrato, no topo da camada de microfibras não tecidas, para formar uma camada condutora porosa sobre o substrato poroso isolante. Se for fabricado um módulo de DSC monolítico, a tinta será depositada em ambos os lados do substrato, no topo das camadas de microfibras não tecida, para formar uma camada condutora porosa em cada lado do substrato poroso isolante. Entretanto, se for fabricado um módulo de DSC tipo sanduíche, a tinta com as partículas condutoras será depositada somente em um lado do substrato.[060] Another variation of Example 1 is that the microfiber raw material solution is prepared by mixing 4000 grams of distilled water and 2 grams of glass microfibers (Johns Manville, type 90 glass microfiber, type special purpose, fiber diameter 0.2 μm) and 200 grams of a nanocellulose dispersion (water-based nanocellulose dispersion containing 2% by weight nanocellulose), plus 400 grams of water-based colloidal silica ( a solution containing 15% by weight of SiO2 in water). Thus, both organic microfibers, consisting of nanocellulose, and ceramic microfibers, consisting of glass, are used in the fiber feedstock solution. After the porous insulating substrate has been dried, an ink with conductive particles is deposited on at least one side of the substrate, on top of the layer of non-woven microfibers, to form a conductive porous layer on the porous insulating substrate. If a monolithic DSC module is manufactured, ink will be deposited on both sides of the substrate, on top of the non-woven microfiber layers, to form a porous conductive layer on each side of the porous insulating substrate. However, if a sandwich DSC module is manufactured, the ink with the conductive particles will be deposited only on one side of the substrate.

[061] Para garantir que as fibras na solução de matéria- prima de microfibra sejam adequadamente dispersas é vantajoso se adicionar aditivos à água destilada, antes de misturar a água com as microfibras. Exemplos de adequados aditivos incluem surfactantes, dispersantes, agentes umectantes, auxiliares de retenção, agentes antiespumantes, e agentes de mudança de reologia. É vantajoso se adicionar um ou mais desses aditivos. Os aditivos são queimados durante as etapas seguintes do processo de fabricação da célula solar e, consequentemente, não permanecem no produto final. A finalidade dos aditivos é de obter fibras individuais e não aglomeradas, de modo que as fibras individuais possam ser depositadas o mais homogeneamente possível, a fim de proporcionar uma camada fina e ao mesmo tempo densa de fibras individuais. Desse modo, através do uso de aditivos é possível a fabricação de um substrato mais fino e mais denso, com menores furos.[061] To ensure that the fibers in the microfiber raw material solution are properly dispersed, it is advantageous to add additives to the distilled water before mixing the water with the microfibers. Examples of suitable additives include surfactants, dispersants, wetting agents, retention aids, anti-foaming agents, and rheology changing agents. It is advantageous to add one or more of these additives. Additives are burned during the next steps of the solar cell manufacturing process and therefore do not remain in the final product. The purpose of the additives is to obtain individual and non-agglomerated fibers, so that the individual fibers can be deposited as homogeneously as possible, in order to provide a thin and at the same time dense layer of individual fibers. In this way, through the use of additives, it is possible to manufacture a thinner and denser substrate, with smaller holes.

[062] Ao se adicionar surfactantes à solução de matéria- prima de fibra e à água de diluição, pode ser obtida uma deposição de microfibra mais suave e mais homogênea. Além disso, é vantajoso se adicionar um agente umectante à solução de matéria-prima de fibra, de modo que a água de diluição umedeça as fibras e o tecido. Também, mediante adição de um polímero solúvel em água à solução de matéria- prima de fibra e à água de diluição, uma deposição de microfibra mais suave e homogênea pode ser obtida. Entretanto, foi descoberto que quando da adição do polímero, é necessário se adicionar um agente antiespumante, a fim de evitar uma excessiva formação de espuma durante o enchimento com a água de diluição e durante os ciclos de agitação e drenagem. Também, é vantajoso se adicionar aditivos de mudança de reologia para modificar a viscosidade da solução de matéria-prima de fibra e da água de diluição.[062] By adding surfactants to the fiber raw material solution and the dilution water, a smoother and more homogeneous microfiber deposition can be obtained. Furthermore, it is advantageous to add a wetting agent to the fiber feedstock solution so that the dilution water moistens the fibers and fabric. Also, by adding a water-soluble polymer to the fiber feedstock solution and the dilution water, a smoother and more homogeneous microfiber deposition can be obtained. However, it has been found that when adding the polymer, it is necessary to add an anti-foaming agent in order to avoid excessive foaming during filling with the dilution water and during the stirring and draining cycles. Also, it is advantageous to add rheology change additives to modify the viscosity of the fiber feedstock solution and the dilution water.

[063] Também, é possível se adicionar aglutinantes à solução de matéria-prima de fibra e à água de diluição para intensificar a adesão das fibras não tecidas entre si e para aumentar a adesão das fibras não tecidas ao tecido. Os aglutinantes que podem ser usados incluem, por exemplo, aglutinantes inorgânicos, tais como, silicatos, partículas de sílica coloidal, silanos, por exemplo, silano linear, silano ramificado ou silano cíclico, e Al2O3 coloidal.[063] Also, it is possible to add binders to the fiber raw material solution and to the dilution water to enhance the adhesion of the non-woven fibers to each other and to increase the adhesion of the non-woven fibers to the fabric. Binders that can be used include, for example, inorganic binders such as silicates, colloidal silica particles, silanes, for example linear silane, branched silane or cyclic silane, and colloidal Al2O3.

[064] Também, é possível se adicionar agentes auxiliares de retenção à solução de matéria-prima de fibra e à água de diluição para melhorar a retenção das fibras no substrato poroso isolante, quando o mesmo está sendo formado. A nanocelulose pode ser usada como agente auxiliar de retenção.[064] Also, it is possible to add retention aids to the fiber raw material solution and to the dilution water to improve the retention of fibers in the porous insulating substrate, when it is being formed. Nanocellulose can be used as a retention aid.

[065] A figura 5 mostra uma seção transversal através de um substrato poroso isolante (4), fabricado de acordo com o método descrito no Exemplo acima. O substrato apresenta uma camada (5) de microfibras tecidas, incluindo fios tecidos (10), compreendendo uma pluralidade de filamentos (11) e furos (14) formados entre os fios (10). Os fios tecidos (10), preferivelmente, são feitos de microfibras cerâmicas. O substrato também inclui as camadas (6, 7) de microfibras não tecidas, dispostas em cada lado da camada (5) das microfibras tecidas. As camadas (6, 7) das microfibras não tecidas podem ser feitas de microfibras cerâmicas, microfibras orgânicas ou uma combinação das mesmas. Conforme pode ser visto da figura, uma parte principal das microfibras não tecidas é acumulada nos furos (14) entre os fios (10). Isso é uma consequência do fato de que o líquido proveniente da solução de matéria-prima de fibra é drenado através dos furos formados no tecido. Isso faz com que a espessura das camadas não tecidas (6, 7) de microfibras varie na dependência dos locais dos furos (14) na camada tecida de microfibras, de modo que a camada não tecida seja mais espessa nos furos (14) na camada tecida e mais fina no topo dos fios (17) da camada tecida. O lado da camada não tecida (6, 7) que se defronta distante da camada tecida (5) é liso, mas, o lado oposto da camada não tecida que se defronta contra a camada tecida é irregular e apresentas partes grossas (16) que se salientam dentro dos furos (14) da camada tecida, e partes finas (17) que são dispostas no topo dos fios (10). A presente invenção pode ser usada um tipo monolítico de DSC, assim como, para tipo de DSC “sanduíche”.[065] Figure 5 shows a cross-section through a porous insulating substrate (4), manufactured according to the method described in the Example above. The substrate has a layer (5) of woven microfibers, including woven yarns (10), comprising a plurality of filaments (11) and holes (14) formed between the yarns (10). The woven yarns (10) are preferably made of ceramic microfibers. The substrate also includes layers (6, 7) of non-woven microfibers disposed on each side of layer (5) of woven microfibers. The layers (6, 7) of the non-woven microfibers can be made of ceramic microfibers, organic microfibers or a combination thereof. As can be seen from the figure, a main part of the non-woven microfibers is accumulated in the holes (14) between the yarns (10). This is a consequence of the fact that the liquid coming from the fiber raw material solution is drained through the holes formed in the fabric. This causes the thickness of the non-woven layers (6, 7) of microfibers to vary depending on the locations of the holes (14) in the woven layer of microfibers, so that the non-woven layer is thicker at the holes (14) in the layer. woven and thinner on top of the yarns (17) of the woven layer. The side of the non-woven layer (6, 7) facing away from the woven layer (5) is smooth, but the opposite side of the non-woven layer facing the woven layer is irregular and has thick parts (16) that protrude into the holes (14) of the woven layer, and thin parts (17) that are arranged on top of the yarns (10). The present invention can be used for a monolithic type of DSC as well as for "sandwich" type of DSC.

[066] As microfibras não tecidas, preferivelmente, devem ser mais finas que os filamentos na camada de microfibras tecidas. Assim, se o diâmetro dos filamentos for de cerca de 4 μm, as fibras na camada de microfibras não tecidas deverá apresentar um diâmetro inferior a 1 μm, mais preferivelmente, inferior a 0,5 μm, a fim de cobrir os furos de modo eficiente. O comprimento das fibras não tecidas é, por exemplo, de 100 nm - 3 mm. Assim, por exemplo, o diâmetro das fibras de nanocelulose é tipicamente entre 5 - 10 nm e o comprimento das fibras é tipicamente de vários μm. Entretanto, também existe fibras de nanocelulose tendo um diâmetro de 10 - 20 nm e um comprimento de vários mm.[066] The non-woven microfibers should preferably be thinner than the filaments in the woven microfiber layer. Thus, if the diameter of the filaments is about 4 μm, the fibers in the non-woven microfiber layer should have a diameter of less than 1 μm, more preferably less than 0.5 μm, in order to cover the holes efficiently. . The length of the non-woven fibers is, for example, 100 nm - 3 mm. Thus, for example, the diameter of nanocellulose fibers is typically between 5 - 10 nm and the length of the fibers is typically several μm. However, there are also nanocellulose fibers having a diameter of 10 - 20 nm and a length of several mm.

[067] A presente invenção não está limitada às modalidades divulgadas, podendo ser variada e modificada dentro do escopo das reivindicações seguintes. Assim, por exemplo, a solução de matéria-prima de microfibra pode incluir microfibras de diferentes materiais e diâmetros. Embora os exemplos acima tenham usado microfibras de vidro, a invenção não está limitada às microfibras de vidro. Também, é possível se utilizar outros tipos de microfibras cerâmicas com similares propriedades. Além disso, as microfibras na camada não tecida podem ser feitas de um material cerâmico diferente das microfibras na camada tecida. Além disso, as microfibras na camada não tecida podem ser feitas de microfibra orgânica, tal como, celulose ou polímero.[067] The present invention is not limited to the disclosed embodiments, and may be varied and modified within the scope of the following claims. Thus, for example, the microfiber raw material solution may include microfibers of different materials and diameters. Although the above examples used glass microfibers, the invention is not limited to glass microfibers. Also, it is possible to use other types of ceramic microfibers with similar properties. Furthermore, the microfibers in the non-woven layer may be made of a different ceramic material than the microfibers in the woven layer. In addition, the microfibers in the non-woven layer can be made from organic microfiber, such as cellulose or polymer.

[068] Numa modalidade alternativa, o substrato pode incluir uma camada de microfibras não tecidas e uma camada de microfibras tecidas, conjuntamente laminadas.[068] In an alternative embodiment, the substrate may include a layer of non-woven microfibers and a layer of woven microfibers, laminated together.

[069] Numa modalidade alternativa, o substrato apresenta apenas uma camada de microfibras não tecidas, disposta sobre um lado de uma camada de microfibras tecidas. Conquanto seja vantajoso dispor de camadas não tecidas em ambos os lados da camada tecida, isso não é necessário. É possível depositar camadas condutoras em ambos os lados do substrato, embora apenas um dos lados da camada tecida tenha sido provido com uma camada de microfibras não tecidas. A camada condutora pode ser impressa sobre a camada não tecida, como, também, sobre a camada tecida. Um substrato tendo camadas não tecidas depositadas em ambos os lados da camada tecida pode ser coberto com uma camada condutora em um lado, como, também, em ambos os lados.[069] In an alternative embodiment, the substrate features only a layer of non-woven microfibers, arranged on one side of a layer of woven microfibers. While it is advantageous to have non-woven layers on either side of the woven layer, this is not necessary. It is possible to deposit conductive layers on both sides of the substrate, although only one side of the woven layer has been provided with a layer of non-woven microfibers. The conductive layer can be printed on the non-woven layer as well as on the woven layer. A substrate having non-woven layers deposited on both sides of the woven layer may be covered with a conductive layer on one side as well as on both sides.

[070] Numa modalidade alternativa, o substrato poroso isolante apresenta apenas uma camada de microfibras não tecidas, disposta sobre um lado de uma camada de microfibras tecidas e a camada condutora é depositada sobre o outro lado da camada de microfibras tecidas, isto é, a camada condutora é depositada sobre as microfibras tecidas e não sobre as microfibras não tecidas.[070] In an alternative embodiment, the porous insulating substrate has only a layer of non-woven microfibers, arranged on one side of a layer of woven microfibers and the conductive layer is deposited on the other side of the layer of woven microfibers, that is, the conductive layer is deposited on the woven microfibers and not on the nonwoven microfibers.

[071] O substrato poroso isolante é um material poroso e quimicamente inerte, resistente a altas temperaturas e eletricamente isolante, que pode ser usado para outras aplicações, diferentes da presente aplicação em células solares sensibilizadas por corante. O substrato pode ser usado em aplicações de filtro ou em procedimentos de filtração, para remoção, por exemplo, de poeira, micropartículas orgânicas, inorgânicas ou biológicas, farinhas, areia, fumaça, bactérias e pólen.[071] The porous insulating substrate is a porous and chemically inert material, resistant to high temperatures and electrically insulating, which can be used for other applications, different from the present application in dye-sensitized solar cells. The substrate can be used in filter applications or in filtration procedures to remove, for example, dust, organic, inorganic or biological microparticles, flours, sand, smoke, bacteria and pollen.

[072] O substrato pode ser também usado como um dispositivo separador, separando materialmente o catodo e o anodo em dispositivos eletroquímicos ou fotoeletroquímicos, tais como, células combustíveis, baterias, sensores eletroquímicos, monitores eletrocrômicos e células solares fotoeletroquímicas.[072] The substrate can also be used as a separating device, materially separating the cathode and anode in electrochemical or photoelectrochemical devices, such as fuel cells, batteries, electrochemical sensors, electrochromic monitors and photoelectrochemical solar cells.

Claims

1. Insulating porous substrate (4) made of microfibers comprising a layer (5) of woven microfibers comprising strands (10) of woven microfibers separated by holes (14) between them, and a layer (6) of non-woven microfibers arranged in a first side of the layer of woven microfibers, characterized in that at least a part of the non-woven microfibers are accumulated in the holes (14) between the yarns (10) and the thickness of the layer (6) of non-woven microfibers varies depending on the locating the holes (14) in the layer (5) of woven microfibers, such that the layer (6) of non-woven microfibers is thicker in said holes (14) and is thinner on top of the threads (10) of the layer (5) ) of woven microfibers, wherein the yarns (10) include a plurality of filaments (11) and the diameter of said non-woven microfibers is smaller than the diameter of said filaments (11).

A porous insulating substrate (4) according to claim 1, characterized in that it comprises a second layer (7) of non-woven microfibers arranged on a second side of the layer (5) of woven microfibers.

3. Insulating porous substrate (4), according to any one of the preceding claims, characterized in that said layer (5) of woven microfibers is made of a glass fabric, and the fibers in said layer (6) of non-woven microfibers are made of glass.

4. Insulating porous substrate (4), according to any one of the preceding claims, characterized in that the thickness of said layer (5) of woven microfibers is between 4 μm and 30 μm, preferably between 4 μm and 20 μm and more preferably between 4 μm and 10 μm.

5. Insulating porous substrate (4), according to any one of the preceding claims, characterized in that the microfibers in the layer (6, 7) of non-woven microfibers have a diameter of less than 4 μm, preferably less than 1 μm and, more preferably, less than 0.5 µm.

6. Insulating porous substrate (4), according to any one of the preceding claims, characterized in that said layer (5) of woven microfibers and the layer (6, 7) of non-woven microfibers are made of ceramic microfibers.

7. Insulating porous substrate (4), according to any one of the preceding claims, characterized in that said layer (6, 7) of non-woven microfibers comprises organic microfibers.

8. Insulating porous substrate (4), according to any one of the preceding claims, characterized in that said layer (6, 7) of non-woven microfibers is made of nanocellulose.

9. Insulating porous substrate (4), according to any one of the preceding claims, characterized in that said layer (6, 7) of non-woven microfibers comprises organic microfibers and ceramic microfibers.

10. Insulating porous substrate (4), according to any one of the preceding claims, characterized in that said layer (6, 7) of non-woven microfibers comprises organic microfibers and glass microfibers.