ES2205789T3 - Metodo para fabricar una celula fotovoltaica que contiene un colorante. - Google Patents

Abstract

Un método para fabricar una célula fotovoltaica que comprende, al menos, las siguientes capas, en el siguiente orden: una primera capa de electrodo, una capa semiconductora de espacio de separación de banda ancha y transparente, la cual está provista de una capa de una tintura o pigmento fotosensible que, en combinación con la capa semiconductora, tiene la capacidad de separar espacialmente los electrones generados por acción fotónica de sus cargas positivas asociadas, una capa de electrolito, una capa catalizadora, así como una segunda capa de electrodo, depositándose, en dicho método, la primera capa de electrodo y la capa semiconductora sobre un substrato temporal flexible y/o depositándose la segunda capa de electrodo y la capa catalizadora sobre un substrato temporal flexible, siendo el electrodo o los electrodos que se depositan sobre un substrato temporal transparente(s), y en el cual el substrato o los substratos temporal(es) se retira(n) una vez que dicha secuencia de capas ha sidoestratificada o dispuesta con las capas unidas entre sí.

Description

Método de fabricar una célula fotovoltaica que contiene un colorante.

La invención se refiere a un método para fabricar una célula fotovoltaica (PV-"PhotoVoltaic") que comprende, al menos, las siguientes capas: una primera capa de electrodo, una capa semiconductora de espacio de separación de banda ancha, transparente (y, preferiblemente, de una gran área superficial) y provista de una capa (única, o mono-capa) de una tintura o pigmento fotosensible que, en combinación con la capa semiconductora, tiene la capacidad de separar espacialmente los electrones generados por acción fotónica de sus cargas positivas asociadas, una capa de electrolito, una capa catalizadora, así como una segunda capa de electrodo, en el cual al menos una de las capas de electrodo es transparente. Un tal método se conoce del documento WO-A-97/15959. Dado que es posible utilizar, por tanto, por ejemplo, la luz solar para la generación de potencia, dichas células fotovoltaicas constituyen una interesante fuente alternativa de energía, una fuente mucho más limpia que los combustibles fósiles o la energía nuclear.

Se conocen en la técnica métodos para la producción a disposición del consumidor de las células fotovoltaicas, por ejemplo, del documento WO 91/16719. Esta Solicitud de Patente Internacional describe (véase, por ejemplo, el Ejemplo 34, en combinación con la Figura 1) una célula fotovoltaica que comprende una capa conductora de la electricidad y capaz de transmitir la luz (a la que se hace referencia habitualmente como Óxido Conductor Transparente, o TCO-"Transparent Conductive Oxide"), que hace las veces de capa de electrodo que se deposita sobre una placa de vidrio o una lámina de un polímero transparente. Sobre el TCO se depositan varias capas de TiO_{2}, a las que se añade una tintura. La última capa de TiO_{2} se recubre con un electrolito, con una capa de catalizador y con un electrodo asociado o de respaldo, que puede ser también un TCO.

Con el fin de que al menos una de las TCO's tenga las propiedades deseadas (especialmente transparencia) y textura, ésta debe confeccionarse, preferiblemente, a una temperatura de al menos 400ºC. Además, la capa semiconductora, que, por lo común, consiste en esencia en dióxido de titanio (TiO_{2}), es sinterizada preferiblemente a temperaturas similares, y, en muchas realizaciones, la capa catalizadora es sometida a temperaturas que sobrepasan los 350ºC. A causa de este hecho, los substratos transparentes que son adecuados para la aplicación de estas capas sobre ellos para constituir células fotovoltaicas de este tipo se ven restringidos a, entre otros, substratos de vidrio o láminas de polímeros transparentes que presentan una elevada resistencia a la temperatura. Estos materiales son, o bien rígidos, o bien bastante caros.

Para que las células fotovoltaicas que se proveen a disposición del consumidor constituyan una alternativa seria y atractiva desde el punto de vista económico, éstas han de suministrarse de una forma adecuada (menos rígida y voluminosa), y han de fabricarse mediante procedimientos de coste relativamente bajo, que utilicen materias primas relativamente baratas. En consecuencia, se requiere un procedimiento que permita la fabricación de uno a otro rollo, o de proceso continuo entre rollos, de una célula fotovoltaica como la descrita en el primer párrafo, mientras que, al mismo tiempo, sea posible utilizar cualesquiera material conductor transparente, procedimiento de deposición y procedimiento de sinterización que se deseen, sin que tengan que utilizarse necesariamente materiales caros o rígidos como substrato transparente. Estos requisitos, así como otros objetivos deseables, se consiguen por medio del procedimiento de la invención.

La invención tiene como propósito un método para la fabricación de una célula fotovoltaica orgánica en la cual la primera capa de electrodo y la capa semiconductora se depositan sobre un substrato temporal flexible, y/o la segunda capa de electrodo y la capa de catalizador se depositan sobre un substrato temporal flexible, de tal manera que el electrodo o los electrodos que son depositados sobre un substrato temporal son transparentes, y en el cual el substrato o substratos temporales se retiran una vez que se han estratificado o dispuesto en capas unas con otras dicha secuencia de capas.

Estas etapas y la secuencia en que se producen las mismas hacen posible esencialmente que las células fotovoltaicas terminadas o a disposición del consumidor se fabriquen en proceso continuo de uno a otro rollo y con la forma de una hoja flexible, al tiempo que, para la mayor parte de las realizaciones, se mantiene aún, al menos en parte, el orden de fabricación deseado que es habitual en el caso de células fotovoltaicas similares que se fabrican sobre substratos de vidrio. Cuando se sigue el procedimiento de la invención, el substrato temporal puede seleccionarse de tal forma que permita cualesquiera etapas de procedimiento adicionales (como la aplicación a elevada temperatura de la primera o la segunda capas conductoras transparentes, la sinterización de la capa semiconductora, la formación de la capa de catalizador), sin que haya que considerar su transparencia (es decir, la del substrato) ni ninguna otra propiedad (flexibilidad, durabilidad, etc.) que sea necesaria para el funcionamiento de la hoja fotovoltaica final.

Se destaca el hecho de que la publicación japonesa abierta o accesible 1980-143706 describe la formación de una capa conductora de la electricidad y transparente (TCO) sobre la superficie de un substrato, la formación de un producto de polímero (por ejemplo, una película o una lente) sobre la capa conductora, y la retirada del substrato. De esta forma, pueden seleccionarse libremente la capa de TCO y su método de deposición (en términos de temperatura y duración). Esta referencia se refiere a un campo técnico diferente del que ahora se considera (formación de productos de polímeros, en lugar de células fotovoltaicas orgánicas), y preconiza la necesidad de aplicar un polímero transparente al TCO antes de la retirada del substrato temporal, en lugar de después de la misma. Así pues, el hombre de la técnica no combinaría esta publicación con el documento WO 91/16719, e, incluso en el caso de que hubiera de hacerlo, ello no resultaría en el procedimiento de acuerdo con la presente idea.

La divulgación debida a Kishi et al., "Ultralight Flexible Amorphous Silicon Solar Cell and its Application for an Airplane" ("Célula solar de silicio amorfo ultraligera y flexible, para uso en un aeroplano"), Technical Digest of the International PVSEC-5, Kyoto, Japón, 1990, páginas 645-648, describe una célula solar fabricada mediante la deposición de las respetivas capas sobre una película de plástico transparente. Ni se menciona ni aparece implícitamente un substrato de uso temporal.

El documento WO 97/15959 describe una célula electroquímica que comprende un electrodo de trabajo y un electrodo asociado o correspondiente, dispuestos sobre substratos de polímero flexibles. El electrodo de trabajo comprende una película de semiconductor que se deposita con la forma de una pasta y que, a continuación, se hace secar y sinterizar a una temperatura por debajo de 200ºC. No se describe el uso de substratos temporales.

La Solicitud de Patente japonesa abierta o accesible Nº 89-119072 describe un procedimiento para fabricar una célula fotovoltaica que comprende las etapas de formar una capa de plástico transparente, resistente al calor, flexible y aislante de la electricidad sobre la superficie de un substrato temporal, y depositar sobre la misma, sucesivamente, un TCO, una capa semiconductora, un electrodo trasero o posterior, y un portador o soporte. A continuación, se retira el substrato temporal. Este procedimiento difiere del procedimiento de la invención por el hecho de que, en el procedimiento de la invención, el TCO se dispone recubriendo el substrato temporal, en lugar de recubriendo una capa de plástico transparente. Esto tiene la ventaja de que, en el procedimiento de acuerdo con la invención, la capa transparente que opcionalmente se aplica sobre el TCO una vez retirado el substrato temporal, no tiene por qué ser resistente a las condiciones reinantes durante la aplicación del TCO y de las capas adicionales.

Se proporciona una resistencia mecánica adicional al estratificar todas las capas esenciales conjuntamente antes de la retirada del substrato o de los substratos. Esto se lleva a cabo, preferiblemente, mediante soldadura por puntos de dos componentes preparados independientemente (uno de los cuales comprende, al menos, la primera capa de electrodo, la capa semiconductora y la tintura, y comprendiendo el otro al menos la segunda capa de electrodo y la capa de catalizador), uno con otro en la superficie de separación o interfaz de la capa de catalizador y la capa semiconductora. En ese caso, el electrolito llena el espacio comprendido entre la capa semiconductora y la capa de catalizador.

De forma adicional, se prefiere aplicar una capa portadora antes de la retirada del (último) substrato temporal, y ello con el fin de tener sustentada la delgada hoja fotovoltaica durante tantas etapas de proceso como sea posible, y para garantizar que la hoja presenta la suficiente resistencia y rigidez ante el doblado (destinada, preferiblemente, al producto final que se desea). Con posterioridad a la retirada del (último) substrato temporal, el electrodo que queda al descubierto se dota, preferiblemente, de una capa portadora o de una capa transparente, que se suma adicionalmente a las propiedades mecánicas y de barrera de la hoja fotovoltaica y/o del producto terminado. Por supuesto, lo que se pretende no es dotar a ambos electrodos de una capa portadora. Al menos uno de los electrodos deberá, bien dotarse de una capa transparente, o bien permanecer al descubierto. Se prefiere la disposición de una capa transparente con el fin de incrementar la durabilidad del producto.

Con el fin de permitir una obturación o cierre hermético eficaz, la capa portadora o la capa transparente situada en el lado de la capa de primer electrodo, y la capa portadora o capa transparente situada en el lado de la capa de segundo electrodo, se extienden más allá de las capas internas de la célula, sobre al menos dos lados opuestos. De esta forma, la célula puede obturarse o cerrarse herméticamente con facilidad por soldadura o por pegado uno con otro de dichos bordes que se extienden conjuntamente, garantizando, por supuesto, que los electrodos no quedan en cortocircuito, de manera que se resuelve uno de los problemas más persistentes que aparecen en las células fotovoltaicas con aditivo de tintura.

Se ha encontrado que resulta ventajoso disponer la capa semiconductora de manera que recubra la (primera) capa conductora de la electricidad y transparente, antes de que esta última se haya enfriado substancialmente (es decir, mientras está aun caliente), debido a que esto mejorará el contacto entre las capas y dará lugar a una menor contaminación y a unas propiedades mecánicas y electro-ópticas más favorables.

Tanto el substrato temporal en sí mismo como el método para su retirada (que se realiza, de forma adecuada, mediante disolución o ataque químico superficial), pueden seleccionarse sin grandes dificultades por parte del experto de la técnica. De esta forma, el substrato temporal puede ser un material con foto-resistencia "positiva", es decir, un material fotosensible que, bajo irradiación, experimente un cambio por el cual pase de ser resistente a la disolución a ser susceptible de extraerse con un disolvente, por ejemplo, las poliimidas de enlaces cruzados. Con el propósito de satisfacer el objeto de utilizar materiales de bajo coste, éstas no son los substratos cuya elección se prefiere. A este respecto, resulta más ventajoso el uso de polímeros que puedan extraerse por medio de ataque químico superficial con plasma (por ejemplo, un plasma de O_{2}, o bien, por ejemplo, para polímeros de polisiloxano, un plasma de SF_{6}). Si bien, básicamente, puede resultar adecuado, por tanto, cualquier polímero, a la vista de lo anterior, se prefiere, por supuesto, emplear polímeros que puedan soportar temperaturas más elevadas (de 250ºC y, más preferiblemente, superiores a 400ºC).

De forma preferida, el substrato temporal que se ha de utilizar en el procedimiento de acuerdo con la presente invención es una hoja de metal o de aleación metálica. La razón principal para ello es que dichas hojas son generalmente capaces de soportar las más altas temperaturas durante su procesamiento adicional, no desprenden prácticamente compuestos volátiles y pueden ser retiradas con relativa facilidad utilizando técnicas de ataque químico superficial conocidas. Otra razón para escoger un metal, en particular el aluminio o el cobre, es que la hoja fotovoltaica deberá contener finalmente electrodos "laterales" (que formen un contacto para su conexión a cualquier aparato o red auxiliar, esto es, para utilizar realmente la hoja fotovoltaica como una fuente de energía). Al permitir que parte del substrato temporal permanezca en su lugar (por ejemplo, en la forma de bordes o bandas laterales), estos contactos no necesitan ser aplicados de forma independiente.

Metales adecuados incluyen acero, aluminio, cobre, hierro, níquel, plata, cinc, molibdeno, cromo, vanadio, magnesio, así como aleaciones o capas múltiples de los mismos. Por razones económicas, entre otras, se prefiere el empleo de Fe, Al, Cu o aleaciones de los mismos. Con vistas al rendimiento (en combinación con los costes), el aluminio, el hierro depositado eléctricamente y el cobre depositado eléctricamente disfrutan de la preferencia prioritaria. Se conocen técnicas de ataque químico superficial adecuadas, y, si bien son diferentes para cada metal escogido, pueden ser seleccionadas por la persona experta de la técnica con los conocimientos adecuados. Agentes de ataque químico superficial preferidos incluyen ácidos (ácidos de Lewis así como ácidos de Br\phinstedt); por ejemplo, en el caso del cobre como material de la hoja metálica, se prefiere utilizar el FeCl_{3}, el ácido nítrico o el ácido sulfúrico. El aluminio puede retirarse de forma eficaz por medio de, por ejemplo, sosa cáustica (NaOH).

En atención a su susceptibilidad de extracción, el substrato temporal es, preferiblemente, tal delgado como sea posible. Por supuesto, deberá, en todo caso, permitir la aplicación de capas adicionales sobre él, y mantener éstas unidas, pero ello, por lo general, no requerirá espesores superiores a 500 \mum. Preferiblemente, el espesor se encontrará entre 1 y 200 \mum. Dependiendo del módulo de elasticidad, la mayoría de los materiales requerirán un espesor mínimo de 5 \mum, en cuyo caso el intervalo preferido para el espesor será de entre 5 y 150 \mum, y, preferiblemente, de entre 25 y 100 \mum.

El substrato temporal puede ser también una capa de metal depositado eléctricamente (por ejemplo, una capa galvánica). Es deseable escoger el cobre para la hoja metálica depositada eléctricamente. Sin embargo, puesto que el cobre puede presentar la tendencia a difundirse a través de las capas fotovoltaicas, se prefiere proporcionar la hoja de cobre (obtenida por deposición galvánica) con una barrera contra la difusión no reductora, por ejemplo, con una capa anti-corrosión, en particular un óxido de cinc, o bien seleccionar un conductor transparente que tenga la propiedad de evitar dicha difusión, por ejemplo, el TiO_{2}, el Al_{2}O_{3}, el SnO_{2} o el ZnO. Las capas anti-difusión pueden aplicarse, por ejemplo, de modo galvánico, mediante Deposición Física en fase de Vapor (PVD-"Physical Vapour Deposition") o Deposición Química en fase de Vapor (CVD-"Chemical Vapour Deposition").

En lugar de dotar a la hoja de cobre de una capa contra la difusión, la cual, como norma, se retirará con el substrato temporal, cabe también la posibilidad de dotar a la hoja de cobre (o a cualquier otro substrato temporal que se escoja) de una capa de un tipo de vidrio adecuado. Esta capa de vidrio es esencialmente transparente y, en consecuencia, puede ser permanente, de manera que sirva como una ventana de protección para la capa conductora transparente. Por razones de economía, y con el fin de permitir el procesamiento continuo de un rollo a otro, la capa de vidrio es, preferiblemente, muy delgada, por ejemplo, de entre 10 y 1.000 nm de espesor y, preferiblemente, de entre 100 y 200 nm de espesor. Un método de aplicación adecuado para dicha capa es, por ejemplo, la PECVD (Deposición Química en Fase de Vapor Incrementada por Plasma -"Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition") de SiH_{4} y N_{2}O (óxido en plasma), acompañada de la adición de un aditivo adecuado, tal como el B_{2}H_{6}, a fin de formar un vidrio de silicato de boro que tiene una transparencia favorable. Se prefiere aplicar un óxido de silicio de APCVD.

El TCO o los TCO's pueden ser depositados de una forma conocida, por ejemplo, utilizando Deposición Química Orgánica de Metal en Fase de Vapor (MOCVD-"Metal Organic Chemical Vapour Deposition"), pulverización catódica, Deposición Química en Fase de Vapor a Presión Atmosférica (APCVD -"Atmospheric Pressure Chemical Vapour Deposition"), PECVD, pirolisis de rociado, evaporación (Deposición Física en Fase de Vapor), electro-deposición, impresión de pantalla, procesamiento de sólido-gel, etc. Se prefiere que la capa conductora transparente se aplique a una temperatura superior a 180ºC, preferiblemente superior a 400ºC, o incluso a 500ºC, con el fin de hacer posible la obtención de una capa conductora transparente que presente unas propiedades y/o una textura ventajosas.

Ejemplos de materiales adecuados para su uso como capa conductora transparente son el óxido de indio y estaño, el óxido de cinc, el óxido de cinc dopado con flúor, con aluminio o con boro, el sulfuro de cadmio, el estannato de cadmio, el óxido de cadmio, el óxido de estaño, y, de la forma más preferida, el óxido de estaño dopado con antimonio o, en particular, con fluorina. Se prefiere este último material de electrodo transparente por su capacidad para formar una superficie cristalina deseada que presenta una textura a modo de columna y que esparce o difunde la luz si se aplica a una temperatura sobradamente por encima de 400ºC, preferiblemente entre 500ºC y 600ºC. En particular, con este material de electrodo, las ventajas de seleccionar un substrato temporal (que permita dicha temperatura elevada) y, más en particular, de seleccionar un substrato de metal depositado eléctricamente y dotado de una cierta textura, se ponen de manifiesto en gran medida. Además, el material presenta la ventaja de ser resistente a los agentes de ataque químico superficial en uso más preferidos, así como de tener una mayor resistencia química y unas mejores propiedades opto-electrónicas que el óxido de indio y cinc. Por añadidura, resulta mucho más barato.

Como se ha mencionado anteriormente, el semiconductor, por ejemplo, el dióxido de titanio, se aplica y sinteriza antes o después de la deposición del (primer) TCO. En particular, el procedimiento de revestimiento de inmersión o baño, la impresión de pantalla y el pintado, destinados a aplicar la película nanocristalina, pueden llevarse a cabo de una forma continua (de rollo a rollo). Si el semiconductor se deposita directamente sobre la capa conductora de la electricidad y transparente por medio de pirolisis de rociado o de CVD, entonces se necesita un número menor de etapas, se mejora el contacto con el TCO y la porosidad de la capa es excelente.

En el caso del dióxido de titanio, se rocían pequeñas gotas de TiCl_{3} y de H_{2}O sobre una superficie previamente calentada (esto es, el substrato temporal o el TCO). Las gotitas de TiCl_{3} se evaporan conforme se aproximan a la superficie caliente. En la superficie se produce una reacción química en fase de vapor, lo que da lugar a una capa porosa de óxido de titanio sobre dicha superficie, así como a ácido hidroclórico gaseoso.

El pigmento o tintura fotosensible se aplica mediante, por ejemplo, un baño o inmersión en una disolución, revestimiento de tintura, evaporación en vacío, revestimiento de Langmuir Blodgett, etc. Tinturas adecuadas se describen en, entre otros, el documento WO 91/16719. Especialmente preferidas son las tinturas que contienen rutenio. Además, la tintura se selecciona preferiblemente de tal manera que su orbital molecular más bajo sin ocupar (o LUMO -"Lowest Unoccupied Molecular Orbital") sea de nivel superior al borde de banda de conducción del semiconductor.

El electrolito se aplica, por ejemplo, por medio de inmersión, cepillado, colada, etc. De nuevo, electrolitos adecuados se describen, entre otros, en el documento WO 91/16719. Electrolitos especialmente preferidos son las mezclas de carbonato de etileno y carbonato de propileno que contienen un par de redox (oxidación-reducción) de yodo/yoduro, y una sal fundida que contiene un par de redox de yodo/yoduro. Resultan también muy adecuados los electrolitos poliméricos y cerámicos.

La capa de catalizador comprende, preferiblemente, partículas de platino o de carbono, si bien no se excluyen de ningún modo otros catalizadores. Debe apreciarse que, en muchas realizaciones, la capa de catalizador no consistirá en una película continua, sino, en su lugar, en una multiplicidad de partículas discretas.

Las capas de electrodo no transparentes pueden fabricarse de cualquier material adecuado, preferiblemente aluminio o plata, o bien formarse de una combinación de capas de ambos. Estas capas de metal pueden aplicarse (preferiblemente a una temperatura relativamente baja, por ejemplo, inferior a 250ºC) por medio de deposición física en fase de vapor (evaporación) (en vacío), o por pulverización catódica, utilizando opcionalmente una máscara para evitar la deposición en los lugares en los que se precisa formar bandas por ataque químico superficial o con el uso de filamentos o alambres de enmascaramiento. En el caso de la plata, se prefiere aplicar primeramente una capa de favorecimiento de la adherencia, para lo cual, por ejemplo, el TiO_{2} y el ZnO son materiales adecuados que ofrecen la ventaja de ser, además, reflectantes si se aplican con un espesor adecuado (por ejemplo, de aproximadamente 80 nm).

El portador o soporte anteriormente mencionado no necesita ser transparente, y formará finalmente un verdadero substrato (la capa denominada "substrato temporal" durante el procedimiento es, de hecho, un "superestrato", ya que se coloca sobre la cara anterior o parte superior final de la hoja). Materiales adecuados para esta capa portadora incluyen láminas u hojas poliméricas, tales como tereftalato de polietileno, poli(dicarboxilato de etileno 2,6-naftaleno), cloruro de polivinilo, u hojas de polímero de alto rendimiento, tales como hojas de aramida o de poliimida, si bien pueden utilizarse también, por ejemplo, hojas metálicas dotadas de una capa superior aislante (dieléctrica), vidrio en placas, o bien compuestos que comprenden materiales epoxídicos y vidrio. Se prefieren las hojas poliméricas "co-extrudidas" que comprenden una capa de adhesivo termoplástico que presenta un punto de reblandecimiento por debajo del propio portador. Opcionalmente, la hoja co-extrudida se proporciona provista de una capa anti-difusión (por ejemplo, de poliéster (PET), co-poliéster o aluminio). El espesor del portador deberá, preferiblemente, estar incluido en el intervalo de 50 \mum a 10 mm. Los intervalos más preferidos son entre 75 \mum y 6 mm, entre 100 \mum y 1 mm, y entre 150 \mum y 300 \mum. La rigidez ante el doblado (que se define, dentro del contexto de la presente invención, como el módulo de elasticidad ("E", en N/mm^{2}) del material multiplicado por el espesor ("t", en mm) del portador elevado al cubo: E x t^{3}) es, preferiblemente, mayor que 16 x 10^{-2} N\cdotmm, y será por lo común más pequeña que 15 x 10^{6} N\cdotmm.

El portador (el substrato final) en sí mismo puede ya consistir en, o contener, una estructura requerida para el uso deseado. Así pues, el portador puede ser, por ejemplo, una baldosa o conjunto de baldosas, tejas para tejado, tejamaniles, un techo de automóvil, un techo de caravana, etc. Sin embargo, en general, se prefiere que el substrato temporal y/o el portador sean flexibles.

La capa transparente anteriormente mencionada es, en general, una película polimérica que tiene una transmisión elevada, tal como polímeros amorfos (per)fluorados, policarbonato, poli(metil-metacrilato), o cualquier revestimiento transparente disponible, tal como los que se emplean en la industria automovilística. El espesor de la hoja transparente deberá ser, preferiblemente, al menos de 25 \mum, y, más preferiblemente, al menos de 50 \mum. Si se desea, puede aplicarse una capa adicional anti-reflexión, anti-difusión o anti-contaminación.

Se prefiere adicionalmente que, después de la última etapa del procedimiento, la rigidez ante el doblado de la hoja (cuya rigidez ante el doblado vendrá determinada por lo habitual, en su mayor parte, por el portador y el revestimiento superior) sea mayor que la rigidez ante el doblado de cualquiera de los productos intermedios.

Las células fotovoltaicas de acuerdo con la presente invención pueden conectarse muy fácilmente en serie con el uso de medios externos (es decir, medios que no están incorporados dentro del volumen cerrado herméticamente). Sin embargo, la persona experta en la técnica no tendrá dificultad en proporcionar sub-unidades independientes conectadas en serie dentro de dicho volumen herméticamente cerrado.

El término "transparente" se define aludiendo a la posesión de una transmitancia de al menos el 40% y, preferiblemente, de al menos el 60%, de la luz incidente que puede ser convertida en corriente eléctrica por la célula fotovoltaica.

Ha de destacarse que los TCO's son también semiconductores de espacio de separación de banda ancha. Sin embargo, en el contexto de la presente invención, el término "semiconductor de espacio de separación de banda ancha y transparente" se utiliza para denotar la capa a la que se ha añadido la tintura.

A continuación, se ilustrará la invención por medio de ejemplos no limitativos.

Ejemplos

En los ejemplos que se proporcionan en lo que sigue, se fabricó una película nanocristalina de TiO_{2} impregnando o pintando con coloide un substrato de aluminio flexible provisto de una película de SnO_{2} (es decir, el primer electrodo). El coloide se preparó de acuerdo con la publicación de M. K. Nazeeruddin et al., "Conversion of Light to Electricity by cis-X_{2}Bis(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarboxylate)rutenium(II) Charge-Transfer Sensotizers (X = Cl^{-}, Br^{-}, I^{-}, CN^{-} y SCN^{-}) on Nanocrystalline TiO_{2} Electrodes", ("Conversión de luz a electricidad por medio de elementos sensibles a la transferencia de carga de cis-X_{2}Bis(2,2'-bipiridil-4,4'-dicarboxilato) de rutenio(II) (X = Cl^{-}, Br^{-}, I^{-}, CN^{-} y SCN-) sobre electrodos de TiO_{2} nanocristalinos"), J. Am. Chem. Soc. 1993, Vol nº 115, págs. 6.382-6.390. El substrato y la película fueron incinerados a continuación durante 15 minutos en un horno de aire a 450ºC. Después de la incineración o calcinación, la película y el substrato se sumergieron en una solución de un pigmento o tintura, esto es, una solución de cis-di(isotiocianato)bis(2,2'-bipiridil-4,4'-dicarboxilato) de rutenio (II) en acetonitrilo 0,5 mM (milimolar), de nuevo como se describe en la publicación de M. Nazeeruddin et al. Esto produjo como resultado aproximadamente una mono-capa o capa única de tintura absorbida superficialmente
sobre la película nanocristalina.

Ejemplo 1

La película de tintura de Al/SnO_{2}/TiO_{2} nanocristalino se recubrió de un electrodo asociado (o segundo electrodo) de Al/ITO. El electrodo de Al/ITO había sido tratado previamente con una pequeña cantidad de ácido hexacloroplatínico (en disolución 0,1 mM en isopropanol), para recubrirlo después con gránulos de Pt (platino) (es decir, el catalizador), y someterlo a un recocido a 380ºC durante 15 minutos.

Se utilizó a continuación un electrolito líquido consistente en una mezcla en proporción de 50:50 de carbonato de etileno y carbonato de propileno, con una cantidad de Kl en disolución 0,5 M y una cantidad de I_{2} en disolución 0,05 M, para llenar la red nanocristalina, es decir, para ser arrastrado al interior de los poros de dicha red por la acción de fuerzas capilares. El apilamiento flexible de múltiples capas de Al/SnO_{2}/TiO_{2} nanocristalino se desenrolló y aplicó en contacto con la placa de Al/ITO/Pt, permitiendo que el electrolito fuera aplicado uniformemente sobre la totalidad del área del dispositivo.

De forma subsiguiente, se retiró el aluminio de la cara del segundo electrodo.

Ejemplo 2

Se realizó según se ha expuesto en el Ejemplo 1. Sin embargo, en esta realización del dispositivo, después de realizar la unión entre los portadores del cátodo y del ánodo y su cierre hermético, el aluminio situado en el lado del primer electrodo se eliminó por ataque químico superficial, lo que dejó al descubierto el SnO_{2}. A continuación, el SnO_{2} se protegió por medio de un encapsulado de polímero.

Ejemplo 3

Se realizó según se ha expuesto en el Ejemplo 1, y en él el electrodo asociado (cátodo) se fabricó de la misma hoja de Al/SnO_{2} que se utilizó para los ánodos. Este cátodo de Al/SnO_{2} se trató en primer lugar con ácido hexacloroplatínico, como en el Ejemplo A. A continuación, se unieron las hojas de ánodo de tintura de Al/SnO_{2}/TiO_{2} nanocristalino y de cátodo de Al/SnO_{2}/Pt, al tiempo que se llenaban los poros de la capa de tintura de TiO_{2} nanocristalino y el pequeño espacio de separación entre las dos hojas con electrolito líquido, como en el ejemplo 1.

Después de unir los portadores de ánodo y de cátodo y de cerrarlos herméticamente, el aluminio presente, ya sea en el cátodo o en el ánodo, se elimina por ataque químico superficial, dejando una capa de SnO_{2} expuesta a la superficie. Esta capa de SnO_{2} puede ser protegida ulteriormente por medio de un encapsulado de polímero.

La curva de intensidad de corriente/tensión para cada uno de los dispositivos anteriormente descritos mostró que se generaba potencia eléctrica con su exposición a la luz.

Claims (12)

1. Un método para fabricar una célula fotovoltaica que comprende, al menos, las siguientes capas, en el siguiente orden: una primera capa de electrodo, una capa semiconductora de espacio de separación de banda ancha y transparente, la cual está provista de una capa de una tintura o pigmento fotosensible que, en combinación con la capa semiconductora, tiene la capacidad de separar espacialmente los electrones generados por acción fotónica de sus cargas positivas asociadas, una capa de electrolito, una capa catalizadora, así como una segunda capa de electrodo, depositándose, en dicho método, la primera capa de electrodo y la capa semiconductora sobre un substrato temporal flexible y/o depositándose la segunda capa de electrodo y la capa catalizadora sobre un substrato temporal flexible, siendo el electrodo o los electrodos que se depositan sobre un substrato temporal transparente(s), y en el cual el substrato o los substratos temporal(es) se retira(n) una vez que dicha secuencia de capas ha sido estratificada o dispuesta con las capas unidas entre sí.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la primera capa de electrodo y la capa semiconductora se depositan sobre un substrato temporal flexible, y la segunda capa de electrodo y la capa de catalizador se depositan sobre un substrato temporal flexible.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual la secuencia de capas se une por puntos entre las capas, en la superficie de separación o interfaz entre la capa de catalizador y la capa semiconductora.

4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el cual la primera capa de electrodo está provista de una capa portadora o de una capa transparente, en la cara de la misma situada en el lado opuesto a la capa semiconductora.

5. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el cual la segunda capa de electrodo está provista de una capa portadora o de una capa transparente, en la cara de la misma situada del lado opuesto a la capa de catalizador, con la condición de que, al menos si la primera capa de electrodo está provista de una capa portadora, entonces la segunda capa de electrodo estará provista de una capa transparente, y viceversa.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual la capa portadora o la capa transparente situada sobre la primera capa de electrodo, así como la capa portadora o la capa transparente situada sobre la segunda capa de electrodo, se extienden más allá de las capas interiores de la célula, sobre al menos dos lados opuestos, y se unen una con otra formando un cierre hermético.

7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la capa semiconductora comprende dióxido de titanio.

8. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la capa semiconductora se aplica sobre la primera capa de electrodo mientras esta capa de electrodo está caliente.

9. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la capa semiconductora se deposita directamente sobre la primera capa de electrodo, por medio de deposición química en fase de vapor o de pirolisis de rociado.

10. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual al menos la capa de electrodo situada sobre la cara anterior o frontal de la célula fotovoltaica se deposita a una temperatura superior a 400ºC.

11. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual la deposición de la capa de electrodo sobre el substrato temporal flexible se lleva a cabo en un procedimiento continuo de un rollo a otro rollo.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en el cual la célula fotovoltaica se prepara utilizando un procedimiento continuo de un rollo a otro rollo.