ES2342270T3 - Fibras fotovoltaicas. - Google Patents

Fibras fotovoltaicas. Download PDF

Info

Publication number
ES2342270T3
ES2342270T3 ES03705904T ES03705904T ES2342270T3 ES 2342270 T3 ES2342270 T3 ES 2342270T3 ES 03705904 T ES03705904 T ES 03705904T ES 03705904 T ES03705904 T ES 03705904T ES 2342270 T3 ES2342270 T3 ES 2342270T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
photovoltaic
fiber
fiber core
nanoparticles
coated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES03705904T
Other languages
English (en)
Inventor
Kethinni Chittibabu
Russell A. Gaudiana
Lian Li
Robert Eckert
Alan Montello
Edmund Montello
Paul Wormser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Konarka Technologies Inc
Original Assignee
Konarka Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/057,394 external-priority patent/US6706963B2/en
Application filed by Konarka Technologies Inc filed Critical Konarka Technologies Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2342270T3 publication Critical patent/ES2342270T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/035281—Shape of the body
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00—Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/44—Yarns or threads characterised by the purpose for which they are designed
    • D02G3/441—Yarns or threads with antistatic, conductive or radiation-shielding properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H01G9/2086—Photoelectrochemical cells in the form of a fiber
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/03529—Shape of the potential jump barrier or surface barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

Fibra fotovoltaica que comprende: un núcleo de fibra (502) que tiene una superficie exterior; un material de nanomatriz fotosensibilizado aplicado a la superficie exterior del núcleo de fibra (502); una capa protectora (524), en la que se dispone el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), un material portador de carga (515) y un contraelectrodo (504). caracterizada porque el contraelectrodo (504) está formado por uno o más hilos (504) que se incrustan en un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa (506) o que también pueden incrustarse parcialmente en el material portador de carga (515).

Description

Fibras fotovoltaicas.
Campo de la invención
La invención se refiere en general al campo de los dispositivos fotovoltaicos, y más específicamente a las fibras fotovoltaicas.
\vskip1.000000\baselineskip
Antecedentes de la invención
Las células solares de película delgada que se componen de redes de percolación de electrolito líquido y dióxido de titanio sinterizado recubierto con colorante fueron desarrolladas por el Dr. Michael Grätzel y colaboradores en el Instituto Federal Suizo de Tecnología. Estos dispositivos fotovoltaicos se encuentran dentro de una clase general de células denominadas en lo sucesivo células solares sensibilizadas con colorante ("DSSC"). Convencionalmente, la fabricación de DSSC requiere un proceso de sinterización a alta temperatura (> aproximadamente 400ºC) para lograr una interconectividad suficiente entre las nanopartículas y una adhesión potenciada entre las nanopartículas y un sustrato transparente. Aunque las células fotovoltaicas de Grätzel se fabrican a partir de materiales de partida relativamente baratos, la técnica de sinterización a alta temperatura usada para fabricar estas células limita el sustrato de la célula a materiales transparentes rígidos, tal como vidrio, y por consiguiente limita la fabricación a un proceso discontinuo. Además, el sustrato rígido excluye la incorporación de estas DSSC en revestimientos flexibles para aplicaciones comerciales, industriales, de agricultura y/o militares.
El documento EP-A-1 033762 da a conocer un colector solar, que comprende fibras porosas o huecas que soportan un material activo fotovoltaico. Las fibras huecas se recubren internamente, formando capas de contacto de electrodo y contraelectrodo separadas por una capa de absorción.
BAPS B et al. en el artículo "Ceramic based solar cells in fiber form", EUROCERAMICS VII. 7ª CONFERENCIA Y MUESTRA DE LA SOCIEDAD EUROPEA DE CERÁMICA, BRUJAS, BÉLGICA, 9-13 DE SEPT. DE 2001, vol. 206-213, pt. 2, páginas 937-940, XP008022335 Key Engineering Materials, 2002, Trans Tech Publications, Suiza, da a conocer una célula solar fotoquímica en forma de fibra. Un electrodo interno de acero inoxidable conductor se recubre con polvo de TiO_{2} de tamaño nanométrico semiconductor y se usan diferentes colorantes orgánicos para sensibilizar el polvo de TiO_{2}. El montaje de electrodo, polvo cerámico y electrolito se incorpora en un tubo de polímero transparente que se ha recubierto con polímero conductor en el interior.
Y. Hao et al. describen en "A photoelectrochemical solar cell based on ZnO/dye/polypyrrole film electrode as photoanode", Solar Energy Mat. & Solar Cells 60 (2000) 349 -359, que se fabricó una célula solar de PEC preliminar basándose en el electrodo de película de ZnO/colorante/polipirrol nanoestructurado. Se llevaron a cabo mediciones fotoelectroquímicas usando una célula de tres compartimentos convencional que consiste en un contraelectrodo de hilo de Pt y un electrodo de calomelanos saturado (ECS) como referencia.
\vskip1.000000\baselineskip
Sumario de la invención
El objeto de la presente invención es facilitar la conexión eléctrica de una fibra fotovoltaica, mientras que al mismo tiempo todavía se proporcionan buenas características funcionales y estructurales de la fibra fotovoltaica.
Este objeto se logra según la presente invención mediante una fibra fotovoltaica tal como se define en la reivindicación 1 y un método de formación de una fibra fotovoltaica tal como se define en la reivindicación 10. Las realizaciones ventajosas se describen en las reivindicaciones dependientes.
\vskip1.000000\baselineskip
Breve descripción de los dibujos
El objeto anterior y otras características, y ventajas de la invención descritas anteriormente se entenderán de una manera más completa a partir de la siguiente descripción, cuando se lea junto con los dibujos adjuntos. En los dibujos, los caracteres de referencia similares generalmente se refieren a las mismas partes en todas las diferentes vistas. Los dibujos no son necesariamente a escala y por el contrario generalmente se pone énfasis en la ilustración de los principios de la invención.
Las figuras 1A-1D muestran vistas en sección transversal de diversos ejemplos ilustrativos de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente conductor;
las figuras 2A-2D representan vistas en sección transversal de diversos ejemplos ilustrativos de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente conductor y una capa de medio catalítico;
las figuras 3A-3D representan vistas en sección transversal de diversos ejemplos ilustrativos de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente aislante;
las figuras 4A-4D muestran vistas en sección transversal de diversos ejemplos ilustrativos de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente aislante y una capa de medio catalítico;
la figura 5 representa una vista en sección transversal de una realización ilustrativa de un material fotovoltaico que incluye un núcleo de fibra eléctricamente conductor e hilos incrustados en el conductor eléctrico, según la
invención;
las figuras 6A y 6B representan la formación de una fibra flexible incluyendo una célula fotovoltaica;
la figura 6C muestra una vista en sección transversal de un material fotovoltaico a modo de ejemplo formado usando el método representado en las figuras 6A y 6B;
la figura 7 muestra una realización a modo de ejemplo de una célula fotovoltaica en forma de una fibra, según una realización ilustrativa de la invención;
las figuras 8A-8C muestran diversos ejemplos ilustrativos que demuestran la conexión eléctrica de fibras fotovoltaicas para formar un tejido flexible;
la figura 9 muestra un tejido fotovoltaico a modo de ejemplo formado a partir de materiales fotovoltaicos;
la figura 10 representa un ejemplo ilustrativo de una malla fotovoltaica de dos componentes;
la figura 11 muestra un método a modo de ejemplo para formar una fibra flexible que incluye un material fotovoltaico usando un proceso de fabricación continuo;
la figura 12 representa una estructura química a modo de ejemplo de un ejemplo ilustrativo de un agente de poliunión para nanopartículas de un óxido de metal M;
la figura 13 representa otra estructura química a modo de ejemplo de un ejemplo ilustrativo de un agente de poliunión para nanopartículas de un óxido de metal M;
la figura 14A muestra una estructura química a modo de ejemplo para una película de nanopartículas interconectadas con un agente de poliunión;
la figura 14B muestra una película de nanopartículas interconectadas de la figura 14A unida a una capa de óxido de sustrato;
la figura 15 representa la estructura química del poli(titanato de n-butilo);
la figura 16A muestra la estructura química de una película de nanopartículas de dióxido de titanio interconectadas con poli(titanato de n-butilo);
la figura 16B muestra la película de nanopartículas de dióxido de titanio interconectadas de la figura 16A unida a una capa de óxido de sustrato;
la figura 17 representa la estructura química de la gelación inducida por una reacción de complejación de iones Li^{+} con compuestos de poli(4-vinilpiridina) complejables;
la figura 18 muestra la estructura química de un ión litio que se compleja con segmentos de poli(óxido de etile-
no);
las figuras 19A-19C representan estructuras químicas de cosensibilizadores a modo de ejemplo;
las figuras 20A-20B representan estructuras químicas adicionales a modo de ejemplo de cosensibilizadores;
la figura 21 muestra un gráfico de la absorbancia del ácido difenilaminobenzoico;
la figura 22 representa un ejemplo ilustrativo del recubrimiento de un recubrimiento de capa de preparación semiconductora; y
la figura 23 representa una vista en sección transversal de una fibra fotovoltaica a modo de ejemplo, según la invención.
Descripción de los ejemplos ilustrativos A. Fibras fotovoltaicas
Las figuras 1A-1D representan diversos ejemplos ilustrativos de fibras fotovoltaicas 100a, 100b, 100c y 100d (de manera colectiva "100") que incluyen, cada una, un núcleo de fibra eléctricamente conductor 102, un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 106 y un material de fotoconversión 110, que se dispone entre el núcleo de fibra eléctricamente conductor 102 y el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 106. Tal como se usa en el presente documento, la expresión "conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa" hace referencia a un conductor eléctrico adaptado para transmitir al menos aproximadamente el 60% de la luz visible que incide en el conductor en la región de longitud de onda de funcionamiento.
El núcleo de fibra eléctricamente conductor 102 puede adoptar muchas formas. En la realización ilustrada en la figura 1A, el núcleo de fibra eléctricamente conductor 102 es sustancialmente macizo. La figura 1B representa un núcleo de fibra eléctricamente conductor 102 que es sustancialmente hueco. Según los ejemplos ilustrativos de las figuras 1C-1D, el material de fotoconversión 110 incluye un material de nanomatriz fotosensibilizado 112 y un material portador de carga 115. El material portador de carga 115 puede formar una capa, puede intercalarse con el material de nanomatriz fotosensibilizado 112, o puede ser una combinación de ambos. Haciendo referencia a la figura 1C, el material de nanomatriz fotosensibilizado 112 es adyacente al núcleo de fibra eléctricamente conductor 102. Haciendo referencia a la figura 1D, el material portador de carga 115 es adyacente al núcleo de fibra eléctricamente conductor 102.
Las figuras 2A-2D representan diversos ejemplos ilustrativos de fibras fotovoltaicas 200a, 200b, 200c y 200d (de manera colectiva "200") que incluyen, cada una, un núcleo de fibra eléctricamente conductor 202, un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 206 y un material de fotoconversión 210, que se dispone entre el núcleo de fibra eléctricamente conductor 202 y el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 206. El núcleo de fibra eléctricamente conductor 202 puede ser sustancialmente macizo o sustancialmente hueco. Según los ejemplos ilustrativos de las figuras 2A-2D, el material de fotoconversión 210 incluye un material de nanomatriz fotosensibilizado 212 y un material portador de carga 215. El material portador de carga 215 puede formar una capa, puede intercalarse con el material de nanomatriz fotosensibilizado 212, o ser una combinación de ambos. Las fibras fotovoltaicas 200 incluye también un medio catalítico 221 dispuesto adyacente al material portador de carga 215 para facilitar la transferencia de carga o el flujo de corriente desde el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 206 y el núcleo de fibra eléctricamente conductor 202 hasta el material portador de carga
215.
La fibra fotovoltaica 200a representada en la figura 2A muestra que el material de fotoconversión 210 se dispone entre el medio catalítico 221 y el núcleo de fibra eléctricamente conductor 202. En este ejemplo ilustrativo, el material de nanomatriz fotosensibilizado 212 es adyacente al núcleo de fibra eléctricamente conductor 202. En la fibra fotovoltaica 200b ilustrada en la figura 2B, el medio catalítico 221 se dispone entre el núcleo de fibra eléctricamente conductor 202 y el material de fotoconversión 210. En la figura 2C, la fibra fotovoltaica 200c incluye la fibra fotovoltaica 200a con una capa protectora 224 dispuesta sobre al menos una parte del conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 206. En la figura 2D, la fibra fotovoltaica 200d incluye la fibra fotovoltaica 200b con una capa protectora 224 dispuesta sobre al menos una parte del conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa
206.
Aunque los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 y las fibras fotovoltaicas 100 y 200 resultantes ilustradas en las figuras 1 y 2 parecen tener secciones transversales sustancialmente circulares, sus secciones transversales no se limitan a ser sustancialmente circulares. Otras formas de sección transversal adecuadas para los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 y las fibras fotovoltaicas 100 y 200 incluyen, por ejemplo, las que tienen forma sustancialmente cuadrada, rectangular, elíptica, triangular, trapezoidal, poligonal, arqueada e incluso irregular. Además, los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 pueden ser fibras de una sola hebra o una fibra de múltiples hebras (por ejemplo, fibras trenzadas).
Según los ejemplos ilustrativos, los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 pueden tener un amplio intervalo de espesores. Puede elegirse el espesor de la fibra, por ejemplo, basándose en la resistencia, flexibilidad, capacidad de conducción de corriente, capacidad de conducción de voltaje, coste, facilidad de fabricación para dar un tejido y apariencia deseados, entre otros factores. Los espesores de los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 pueden oscilar desde el de un filamento microscópico (aproximadamente 100 \ring{A}) hasta el de un cabello humano (aproximadamente 125 \mum) hasta el de una cuerda (aproximadamente 1 cm). En otros ejemplos ilustrativos, los espesores de los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 son de entre aproximadamente 1 \mum y aproximadamente 10 \mum. En otra clase de ejemplos ilustrativos, los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 tienen entre aproximadamente 75 \mum y aproximadamente 1000 \mum de espesor.
Muchos materiales son adecuados para su uso como núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202. Estos materiales incluyen, por ejemplo, metales, óxidos metálicos, polímeros conductores y polímeros cargados. Los metales adecuados incluyen, pero no se limitan a, cobre, plata, oro, platino, níquel, paladio, hierro, titanio y aleaciones de los mismos. Los óxidos metálicos adecuados incluyen, pero no se limitan a, óxido de estaño e indio (ITO), un óxido de estaño dopado con flúor, óxido de estaño, óxido de zinc y similares. Los polímeros conductores adecuados incluyen, pero no se limitan a polianilina y poliacetileno dopado con pentafluoruro de arsénico. Los polímeros cargados incluyen, pero no se limitan a, polímeros cargados con fulereno y polímeros cargados con negro de
carbón.
En diversos ejemplos ilustrativos, las fibras fotovoltaicas 100 y 200 se incorporan en un tejido flexible de una manera adicional que se describe a continuación. Los materiales de los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 pueden seleccionarse para producir una fibra de color o incolora. Por tanto, los colores del tejido flexible se crean seleccionando los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 de una variedad de colores disponibles. Los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 también pueden ser transparentes, semitransparentes u opacos. Por ejemplo, los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 pueden ser transparentes y transmitir luz de manera significativa y/o guiar la luz a sus respectivos materiales de fotoconversión 110 y
210.
Las figuras 3A-3D representan diversos ejemplos ilustrativos de fibras fotovoltaicas 300a, 300b, 300c y 300d (de manera colectiva "300") que incluyen, cada una, un núcleo de fibra eléctricamente aislante 302, un conductor eléctrico interior 304 dispuesto en la superficie exterior del núcleo de fibra eléctricamente aislante 302, un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 306 y un material de fotoconversión 310 dispuesto entre el conductor eléctrico interior 304 y el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 306.
El núcleo de fibra eléctricamente aislante 302 puede adoptar muchas formas. En la figura 3A, el núcleo de fibra eléctricamente aislante 302 es sustancialmente macizo. La figura 3B representa un núcleo de fibra eléctricamente aislante 302 que es sustancialmente hueco. Según los ejemplos ilustrativos de las figuras 3C-3D, el material de fotoconversión 310 incluye un material de nanomatriz fotosensibilizado 312 y un material portador de carga 315. El material portador de carga 315 puede formar una capa, puede intercalarse con el material de nanomatriz fotosensibilizado 312, o puede ser una combinación de ambos. Haciendo referencia a la figura 3C, el material de nanomatriz fotosensibilizado 312 es adyacente al conductor eléctrico interior 304. Haciendo referencia a la figura 3D, el material portador de carga 315 es adyacente al conductor eléctrico interior 304.
Las figuras 4A-4D representan diversos ejemplos ilustrativos de fibras fotovoltaicas 400a, 400b, 400c y 400d (de manera colectiva "400") que incluyen, cada una, un núcleo de fibra eléctricamente aislante 402, un conductor eléctrico interior 404 dispuesto en la superficie exterior del núcleo de fibra eléctricamente aislante 402, un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 406 y un material de fotoconversión 410 dispuesto entre el conductor eléctrico interior 404 y el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 406. El núcleo de fibra eléctricamente aislante 402 puede ser sustancialmente macizo o sustancialmente hueco. Según los ejemplos ilustrativos de las figuras 4A-4D, el material de fotoconversión 410 incluye un material de nanomatriz fotosensibilizado 412 y un material portador de carga 415. El material portador de carga 415 puede formar una capa, puede intercalarse con el material de nanomatriz fotosensibilizado 412, o puede ser una combinación de ambos. Las fibras fotovoltaicas 400 incluye también un medio catalítico 421 adyacente al material portador de carga 415 para facilitar la transferencia de carga o el flujo de corriente desde el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 406 y el núcleo de fibra eléctricamente aislante 402 hasta el material portador de carga
415.
En la fibra fotovoltaica 400a representada en la figura 4A, el material de fotoconversión 410 se dispone entre el medio catalítico 421 y el conductor eléctrico interior 404. En este ejemplo ilustrativo, el material de nanomatriz fotosensibilizado 412 es adyacente al conductor eléctrico interior 404. La fibra fotovoltaica 400b en la figura 4B representa que el medio catalítico 421 se dispone entre el conductor eléctrico interior 404 y el material de fotoconversión 410. En la figura 4C, la fibra fotovoltaica 400c incluye la fibra fotovoltaica 400a con una capa protectora 424 dispuesta sobre al menos una parte del conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 406. En la figura 4D, la fibra fotovoltaica 400d incluye la fibra fotovoltaica 400b con una capa protectora 424 dispuesta sobre al menos una parte del conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 406.
Aunque los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 y las fibras fotovoltaicas 300 y 400 resultantes ilustradas en las figuras 3 y 4 parecen tener secciones transversales sustancialmente circulares, sus secciones transversales no se limitan a ser sustancialmente circulares. Otras formas de sección transversal adecuadas para los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 y las fibras fotovoltaicas 300 y 400 incluyen, por ejemplo, las que tienen forma sustancialmente cuadrada, rectangular, elíptica, triangular, trapezoidal, poligonal, arqueada e incluso irregular. Además, los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 pueden ser fibras de una sola hebra o una fibra de múltiples hebras (por ejemplo, fibras trenzadas).
Según los ejemplos ilustrativos, los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 pueden tener un amplio intervalo de espesores. Puede elegirse el espesor de la fibra, por ejemplo, basándose en la resistencia, flexibilidad, capacidad de conducción de corriente, capacidad de conducción de voltaje, coste, facilidad de fabricación para dar un tejido y apariencia deseados, entre otros factores. Los espesores de los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 pueden oscilar desde el de un filamento microscópico (aproximadamente 100 \ring{A}) hasta el de un cabello humano (aproximadamente 125 \mum) hasta el de una cuerda (aproximadamente 1 cm). En otros ejemplos ilustrativos, los espesores de los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 son de entre aproximadamente 1 \mum y aproximadamente 10 \mum. En otra clase de ejemplos ilustrativos, los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 tienen entre aproximadamente 75 \mum y aproximadamente 1000 \mum de espesor.
Muchos materiales son adecuados para su uso como núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402. Estos materiales incluyen, por ejemplo, vidrio, fibras textiles tradicionales, y plásticos y polímeros aislantes. Las fibras textiles tradicionales adecuadas incluyen, pero no se limitan a, lino, algodón, lana, seda, nailon y combinaciones de los mismos. Los plásticos y polímeros aislantes adecuados incluyen, pero no se limitan a, poliaramidas (por ejemplo, el material KEVRAL disponible de DuPont), nailon, poli(tereftalato de etileno) (PET), poliimida, poli(naftalato de etileno) (PEN), hidrocarburos poliméricos, compuestos celulósicos, o combinaciones de los
mismos.
En diversos ejemplos ilustrativos, las fibras fotovoltaicas 300 y 400 se incorporan en un tejido flexible de una manera que se describe en mayor detalle a continuación. Los materiales de los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 pueden seleccionarse para producir una fibra de color o incolora. Por tanto, los colores del tejido flexible se crean seleccionando los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 de una variedad de colores disponibles. Los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 también pueden ser transparentes, semitransparentes u opacos. Por ejemplo, los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 pueden ser transparentes y transmitir luz de manera significativa y/o guiar la luz a sus respectivos materiales de fotoconversión 310 y
410.
Los conductores eléctricos interiores 304 y 404 pueden incluir cualquier material conductor adecuado. En diversos ejemplos ilustrativos, los conductores eléctricos interiores 304 y 404 transmiten luz de manera significativa. Los materiales adecuados para los conductores eléctricos interiores 304 y 404 incluyen, pero no se limitan a, cobre, plata, oro, platino, níquel, paladio, hierro, aleaciones de los mismos, ITO, y polímeros conductores tales como polianilina y anilina. En diversos ejemplos ilustrativos, los conductores eléctricos interiores 304 y 404 tienen entre aproximadamente 0,5 \mum y aproximadamente 5 \mum de espesor. Preferiblemente, los conductores eléctricos interiores 304 y 404 tienen entre aproximadamente 0,5 \mum y aproximadamente 1 \mum de espesor.
En diversos ejemplos ilustrativos, las fibras fotovoltaicas 100, 200, 300 y 400 incluyen los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202 o los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 con temperaturas de transición vítrea en el intervalo entre aproximadamente 10ºC y aproximadamente 300ºC. Por ejemplo, un material adecuado para los núcleos de fibra eléctricamente aislantes 302 y 402 es PET, que tiene una temperatura de transición vítrea de aproximadamente 45ºC. Sin embargo, debe reconocerse que no todos los materiales adecuados para las fibras fotovoltaicas 100, 200, 300 y 400 tienen una temperatura de transición vítrea. Para estos materiales, la temperatura significativa es (1) el grado en el que se altera la interconexión de los materiales que forman los materiales de fotoconversión 110, 210, 310 y 410 y/o (2) el grado en el que se altera la conexión eléctrica entre los materiales de fotoconversión 110, 210, 310 y 410 y (i) los núcleos de fibra eléctricamente conductores 102 y 202, (ii) los conductores eléctricos interiores 304 y 404, y/o (iii) los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 106, 206, 306 y
406.
Haciendo referencia a los ejemplos ilustrativos mostrados en las figuras 1-4, los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 106, 206, 306 y 406 incluyen materiales transparentes, tales como, por ejemplo, ITO, un óxido de estaño dopado con flúor, óxido de estaño, óxido de zinc y similares. Los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 106, 206, 306 y 406 pueden ser de color o incoloros. Preferiblemente, los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 106, 206, 306 y 406 son claros y transparentes. Además, los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 106, 206, 306 y 406 se forman preferiblemente sobre sus respectivos materiales de fotoconversión 110, 210, 310 y 410, de modo que las fibras fotovoltaicas 100, 200, 300 y 400 resultantes son flexibles. En diversos ejemplos ilustrativos, los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 106, 206, 306 y 406 tienen menos de aproximadamente 1 \mum de espesor. Los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 106, 206, 306 y 406 pueden oscilar desde entre aproximadamente 100 nm hasta aproximadamente 500 nm de espesor. En otros ejemplos ilustrativos, los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 106, 206, 306 y 406 tienen entre aproximadamente 150 nm y aproximadamente 300 nm de espesor.
En diversos ejemplos ilustrativos, los materiales de fotoconversión 110, 210, 310 y 410 tienen entre aproximadamente 1 \mum y aproximadamente 5 \mum de espesor. En otros ejemplos ilustrativos, los materiales de fotoconversión 110, 210, 310 y 410 tienen entre aproximadamente 5 \mum y aproximadamente 20 \mum de espesor. En diversos ejemplos ilustrativos, los materiales de fotoconversión 110 y 310 incluyen un material compuesto de hetero-
unión.
Los materiales compuestos de heterounión adecuados incluyen fulerenos (por ejemplo, C_{60}), partículas de fulereno, o nanotubos de carbono. Los materiales compuestos de heterounión pueden dispersarse en politiofeno o algún otro material de transporte hueco. En diversos ejemplos ilustrativos, el material compuesto de heterounión incluye fulerenos individuales y/o partículas de fulereno que tienen un tamaño promedio de entre aproximadamente 14 nm y aproximadamente 500 nm. Otros ejemplos de materiales compuestos de heterounión adecuados son compuestos que incluyen polímeros conjugados, tales como politiofeno y poliquinolina, y materiales compuestos de polímeros conjugados, tales como polifenilenvinileno, junto con materiales no poliméricos.
En diversos ejemplos ilustrativos, no se requiere un orden de largo alcance de los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412. Por ejemplo, los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412 no necesitan ser cristalinos, ni deben disponerse las partículas o regiones de fase en una matriz regular, repetitiva o periódica. En diversos ejemplos ilustrativos, los materiales de nanomatriz 112, 212, 312 y 412 pueden tener entre aproximadamente 0,5 \mum y aproximadamente 20 \mum de espesor.
En diversos ejemplos ilustrativos, se fotosensibilizan los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412 mediante un agente fotosensibilizante. El agente fotosensibilizante facilita la conversión de luz visible incidente en electricidad para producir el efecto fotovoltaico deseado. Se cree que el agente fotosensibilizante absorbe la luz incidente dando como resultado la excitación de electrones en el agente fotosensibilizante. Entonces, se transfiere la energía de los electrones excitados desde los niveles de excitación del agente fotosensibilizante a una banda de conducción del material de nanomatriz fotosensibilizado 112, 212, 312 o 412. Esta transferencia de electrones da como resultado una separación eficaz de la carga y el efecto fotovoltaico deseado. Por consiguiente, se ponen a disposición los electrones en las bandas de conducción de los materiales de nanomatriz 112, 212, 312 y 412 para conducir una carga externa, que puede conectarse eléctricamente a las fibras fotovoltaicas 100, 200, 300 y
400.
El agente fotosensibilizante puede adsorberse (o bien quimisorberse y/o bien fisisorberse) en el material de nanomatriz fotosensibilizado 112, 212, 312 y 412. El agente fotosensibilizante puede adsorberse en una superficie del material de nanomatriz fotosensibilizado 112, 212, 312 y 412, por todo el material de nanomatriz fotosensibilizado 112, 212, 312 y 412, o ambos. El agente fotosensibilizante se selecciona en base a, por ejemplo, su capacidad para absorber protones en la región de longitud de onda de funcionamiento, su capacidad para producir electrones libres (o huecos) en las bandas de conducción de los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412, y su eficacia en la complejación con o la adsorción en los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412. Los agentes fotosensibilizantes adecuados pueden incluir, por ejemplo, colorantes que tienen grupos funcionales, tales como grupos carboxilo y/o hidroxilo, que pueden quelar las nanopartículas. Ejemplos de colorantes adecuados incluyen, pero no se limitan a, porfirinas, ftalocianinas, merocianinas, cianinas, escuaratos, eosinas, xantinas, pirroles, y los que contienen metales, tales como cis-bis(isotiocianato)bis(2,2'-bipiridil-4,4'-dicarboxilato)-rutenio(II)("colorante N3"); ácido tris(isotiocianato)-rutenio(II)-2,2':6,2''-terpiridin-4,4',4''-tricarboxílico; cis- bis(isotiocianato)bis(2,2'-bipiridil-4,4'-dicarboxilato)-rutenio(II)bis-tetrabutilamonio; cis-bis(isocianato)(2,2'-bipiridil-4,4'dicarboxilato)rutenio(II); y dicloruro de tris(2,2'-bipiridil-4,4'-dicarboxilato)-rutenio(II), que están todos disponibles de Solaronix.
Preferiblemente, los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412 incluyen uno o más tipos de nanopartículas de óxido metálico interconectadas. Los materiales de nanopartículas adecuados incluyen, pero no se limitan a, los óxidos, sulfuros, seleniuros y telururos de titanio, zirconio, zinc, lantano, niobio, estroncio, tantalio, estaño, terbio y tungsteno, o una o más combinaciones de los mismos. Por ejemplo, son materiales de nanopartículas adecuados, TiO_{2}, SrTiO_{3}, CaTiO_{3}, ZrO_{2}, WO_{3}, La_{2}O_{3}, Nb_{2}O_{5}, titanato de sodio y niobato de potasio. En diversos ejemplos ilustrativos, los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412 incluyen nanopartículas con un tamaño promedio entre aproximadamente 2 nm y aproximadamente 100 nm. En otros ejemplos ilustrativos, los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412 incluyen nanopartículas con un tamaño promedio entre aproximadamente 10 nm y aproximadamente 40 nm. Preferiblemente, las nanopartículas son partículas de dióxido de titanio con un tamaño medio de partícula de aproximadamente 20 nm.
Las partes del material portador de carga 115, 215, 315 y 415 de los materiales de fotoconversión 110, 210, 310 y 410 pueden ser cualquier material que facilite la transferencia de carga eléctrica desde un potencial de tierra o una fuente de corriente hasta su respectivo material de nanomatriz fotosensibilizado 112, 212, 312 o 412 (y/o un agente fotosensibilizante de los materiales de nanomatriz fotosensibilizados 112, 212, 312 y 412). Una clase general de materiales portadores de carga 115, 215, 315 y 415 adecuados puede incluir, pero no se limita a, electrolitos líquidos a base de disolventes, polielectrolitos, electrolitos poliméricos, polímeros que conducen electrolitos sólidos de tipo-n y tipo-p, y electrolitos en gel. Generalmente, los materiales portadores de carga 115, 215, 315 y 415 tienen entre aproximadamente 2 \mum y aproximadamente 20 \mum de espesor.
En diversos ejemplos ilustrativos, los materiales portadores de carga 115, 215, 315 y 415 pueden incluir un sistema redox. Los sistemas redox adecuados incluyen, por ejemplo, sistemas redox orgánicos y/o inorgánicos. Más particularmente, el sistema redox puede ser, por ejemplo, sulfato de cerio(III)/cerio(IV), bromuro de sodio/bromo, yoduro de litio/yodo, Fe^{2+}/Fe^{3+}, Co^{2+}/Co^{3+} y/o viológenos.
Los materiales portadores de carga 115, 215, 315 y 415 también pueden incluir un electrolito polimérico. En diversos ejemplos ilustrativos, el electrolito polimérico incluye poli(haluro de vinil-imidazolio) y/o poli(sales de vinil-piridinio). En otros ejemplos ilustrativos, los materiales portadores de carga 115, 215, 315 y 415 incluyen un electrolito sólido. El electrolito sólido puede incluir yoduro de litio, yoduro de piridinio, y/o yoduro de imidazolio
sustituido.
Según diversos ejemplos ilustrativos, los materiales portadores de carga 115, 215, 315 y 415 pueden incluir un polielectrolito polimérico. El polielectrolito puede incluir entre aproximadamente el 5% y aproximadamente el 100% (por ejemplo, el 5-60%, el 5-40% o el 5-20%) en peso de un polímero, por ejemplo, un polímero que conduce iones; de aproximadamente el 5% a aproximadamente el 95%, por ejemplo, el 35-95%, el 60-95% o el 80-95%, en peso de un plastificante; y de aproximadamente 0,05 M a aproximadamente 10 M de un electrolito redox, por ejemplo, de aproximadamente 0,05 M a aproximadamente 10 M, por ejemplo, 0,05-2 M, 0,05-1 M, o 0,05-0,5 M, de yoduros orgánicos o inorgánicos, y de aproximadamente 0,01 M a aproximadamente 1 M, por ejemplo, 0,05-5 M, 0,05-2 M o 0,05-1 M, de yodo. El polímero que conduce iones puede incluir, por ejemplo, poli(óxido de etileno) (PEO), poliacrilonitrilo (PAN), poli(metacrilato de metilo) (acrílico) (PMMA), poliéteres y polifenoles. Ejemplos de plastificantes adecuados incluyen, pero no se limitan a, carbonato de etilo, carbonato de propileno, mezclas de carbonatos, fosfatos orgánicos y ftalatos de dialquilo.
En diversos ejemplos ilustrativos, los medios catalíticos 221 y 421 están en contacto eléctrico con sus respectivos materiales portadores de carga 215 y 415. Los medios catalíticos 221 y 421 pueden incluir, por ejemplo, rutenio, osmio, cobalto, rodio, iridio, níquel, paladio o platino. Preferiblemente, los medios catalíticos 221 y 421 incluye también titanio, u otro metal adecuado, para facilitar la adhesión de los medios catalíticos a los conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa 206 y 406, el núcleo de fibra eléctricamente conductor 202 o el conductor eléctrico interior 404 dispuesto en el núcleo de fibra eléctricamente aislante 402. Preferiblemente, se deposita el titanio en regiones y como una capa de aproximadamente 10 \ring{A} de espesor. En diversos ejemplos ilustrativos, los medios catalíticos 221 y 421 incluyen una capa de platino entre aproximadamente 13 \ring{A} y aproximadamente 35 \ring{A} de espesor. En otros ejemplos ilustrativos, los medios catalíticos 221 y 421 incluyen una capa de platino de entre aproximadamente 15 \ring{A} y aproximadamente 50 \ring{A} de espesor. Todavía en otros ejemplos ilustrativos, los medios catalíticos 221 y 421 incluyen una capa de platino entre aproximadamente 50 \ring{A} y aproximadamente 800 \ring{A} de espesor. Preferiblemente, los medios catalíticos 221 y 421 son una capa de platino de aproximadamente 25 \ring{A} de
espesor.
En diversos ejemplos ilustrativos, las capas protectoras 224 y 424 incluyen cualquier material que transmite luz de manera adecuada. Los materiales adecuados para las capas protectoras 224 y 424 incluyen, pero no se limitan a, resinas epoxídicas, poliuretano, poliureas, poliestirenos, poliacrilatos de mylar, y similares. Preferiblemente, las capas protectoras 224 y 424 tienen espesores mayores que aproximadamente 1 \mum.
En una realización a modo de ejemplo de la invención, la figura 5 representa un material fotovoltaico 500 que incluye una fibra 502, uno o más hilos 504 que se incrustan en un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 506, un material de nanomatriz fotosensibilizado 512, un material portador de carga 515 y una capa protectora 524. También pueden incrustarse parcialmente los hilos 504 en el material portador de carga 515 para, por ejemplo, facilitar la conexión eléctrica del material fotovoltaico 500 a una carga externa, para reforzar el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 506, y/o para mantener la flexibilidad del material fotovoltaico 500. Preferiblemente, el hilo 504 es un conductor eléctrico y, en particular, un conductor eléctrico metálico. Los materiales del hilo 504 adecuados incluyen, pero no se limitan a, cobre, plata, oro, platino, níquel, paladio, hierro y aleaciones de los mismos. En una realización ilustrativa, el hilo 504 tiene entre aproximadamente 0,5 \mum y aproximadamente 100 \mum de espesor. En otra realización ilustrativa, el hilo 504 tiene entre aproximadamente 1 \mum y aproximadamente 10 \mum de espesor.
Las figuras 6A y 6B muestran un método de formación de un material fotovoltaico 600 que tiene un núcleo de fibra eléctricamente conductor 602, un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 606 y un material de fotoconversión 610, que se dispone entre el núcleo de fibra eléctricamente conductor 602 y el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 606. Según el método, la superficie exterior del núcleo de fibra conductor 602 se recubre con nanopartículas de dióxido de titanio. Entonces, se interconectan las nanopartículas, por ejemplo, mediante sinterización, o preferiblemente poniendo en contacto las nanopartículas con un agente de unión polimérico reactivo tal como, por ejemplo, poli(titanato de n-butilo), que se describe en mayor detalle a continuación. Entonces se ponen en contacto las nanopartículas de dióxido de titanio interconectadas con un agente fotosensibilizante, tal como, por ejemplo, una disolución de colorante N3 3 x 10^{-4} M durante 1 hora, para formar un material de nanomatriz fotosensibilizado 612. Entonces, se recubre un material portador de carga 615, que incluye un electrolito gelificado, sobre el material de nanomatriz fotosensibilizado 612 para terminar el material de fotoconversión
610.
Haciendo referencia a la figura 6B, una tira 625 de polímero transparente desde aproximadamente 2,5 \mum hasta aproximadamente 6 \mum de espesor, recubierto con una capa de ITO que a su vez se ha platinado, se envuelve en un patrón helicoidal alrededor del material fotovoltaico 600 con el lado platinado de la tira 625 en contacto con el material portador de carga 615. En este ejemplo ilustrativo, la tira 625 de polímero transparente es el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 606. En otros ejemplos ilustrativos, el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 606 se forma usando los materiales descritos anteriormente con respecto a las figuras
1-4.
La figura 6C muestra una vista en sección transversal de un ejemplo ilustrativo de un material fotovoltaico terminado 630 que tiene un material de fotoconversión 610 dispuesto entre el núcleo de fibra conductor 602 y el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 606. El material fotovoltaico 630 incluye también un medio catalítico 635 en contacto con el material portador de carga 615 y una capa de polímero transparente protector 640 dispuesto sobre el conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa 606.
En otro ejemplo del método ilustrado en las figuras 6A y 6B, se sustituye el núcleo de fibra eléctricamente conductor 602 por un núcleo de fibra eléctricamente aislante que se ha recubierto con una capa de platino para formar un conductor eléctrico interior. Entonces, procede la formación posterior de un material de fotoconversión 610 y la envoltura helicoidal con la tira 625 según lo descrito anteriormente para formar el material fotovoltaico.
Haciendo referencia a la figura 7, en otra realización ilustrativa, un material fotovoltaico 700 se forma envolviendo un hilo de platino o platinado 705 alrededor de un núcleo 727 que incluye un material de fotoconversión dispuesto sobre o bien un núcleo de fibra eléctricamente conductor o bien sobre un conductor eléctrico interior dispuesto a su vez sobre un núcleo de fibra aislante. Se envuelve una tira 750 de polímero transparente recubierto con una capa de ITO, que se ha platinado, en un patrón helicoidal alrededor del núcleo 727 con el lado platinado de la tira 750 en contacto con el hilo 705 y el material portador de carga del núcleo 727.
Las figuras 8A-8C representan otro ejemplo de un material fotovoltaico 800. El material fotovoltaico 800 incluye una fibra textil metálica 801, que tiene partes metálicas eléctricamente conductoras 802 y partes textiles 803. Las partes textiles 803 pueden ser eléctricamente conductoras o pueden ser aislantes y estar recubiertas con un conductor eléctrico. Haciendo referencia a la figura 8B, se recubre una dispersión de nanopartículas de dióxido de titanio sobre la superficie exterior de partes de las partes textiles 803 de la fibra textil metálica 801. Entonces, se interconectan las partículas preferiblemente poniendo en contacto las nanopartículas con un agente de unión polimérico reactivo tal como poli(titanato de n-butilo), que se describe adicionalmente más adelante. Entonces, las nanopartículas de dióxido de titanio interconectadas se ponen en contacto con un agente de fotosensibilización tal como una disolución de colorante N3, durante 1 hora para formar un material de nanomatriz fotosensibilizado 812.
Haciendo referencia a la figura 8C, entonces se recubre un material portador de carga 815 que incluye un electrolito sólido en las partes textiles 803. Se dispone una tira 825 de PET recubierto con ITO, que a su vez se ha platinado, sobre el material de nanomatriz fotosensibilizado 812 y el material portador de carga 815. El ITO platinado está en contacto con el material portador de carga 815.
Tal como se indicó anteriormente, las fibras fotovoltaicas 100, 200, 300 y 400 pueden utilizarse para formar un tejido fotovoltaico. El tejido fotovoltaico resultante puede ser un tejido flexible, semirrígido o rígido. La rigidez del tejido fotovoltaico puede seleccionarse, por ejemplo, variando el grado en el que está apretado el ligamento, el espesor de las hebras de los materiales fotovoltaicos usados y/o la rigidez de los materiales fotovoltaicos usados. Los materiales fotovoltaicos pueden estar, por ejemplo, tejidos con o sin otros materiales para formar el tejido fotovoltaico. Además, las hebras del material fotovoltaico, pueden soldarse juntas para formar un
tejido.
La figura 9 representa un ejemplo ilustrativo de un tejido fotovoltaico 900 que incluye fibras fotovoltaicas 901. Tal como se ilustra, el tejido fotovoltaico 900 incluye también fibras no fotovoltaicas 903. En diversos ejemplos ilustrativos, pueden sustituirse las fibras no fotovoltaicas 903 con fibras fotovoltaicas. La figura 9 también ilustra ánodos 910 y cátodos 920 que se forman en el tejido fotovoltaico 900 y que pueden conectarse a una carga externa para formar un circuito eléctrico. Los ánodos 910 pueden estar formados por un núcleo de fibra conductor o un conductor eléctrico en un núcleo de fibra aislante, y los cátodos 920 pueden estar formados por conductores eléctricos que transmiten luz de manera significativa. En la figura 9, cada borde del tejido fotovoltaico 900 se construye en un modo alternante con los ánodos 910 y cátodos 920 formados a partir de fibras fotovoltaicas 901. En otro ejemplo ilustrativo, se construye cada borde del tejido fotovoltaico 900 a partir de sólo un ánodo o sólo un cátodo, ambos de ellos se forman a partir de o bien fibras fotovoltaicas, fibras no fotovoltaicas, o bien una combinación de
ambas.
La figura 10 muestra un tejido fotovoltaico 1000 formado a partir de un material fotovoltaico de dos componentes. Según el ejemplo ilustrativo, cada componente está formado por una malla, en el que una malla sirve como el ánodo 1010 y la otra como el cátodo 1020. Cada malla (o componente) se conecta a una barra de distribución diferente, que a su vez, puede conectarse a terminales opuestos de una carga externa. Por tanto, se produce una única célula fotovoltaica de tipo tejido, de gran superficie.
Según el ejemplo ilustrado, el material de malla puede ser cualquier material adecuado como material de fibra. Por ejemplo, el material de malla puede incluir núcleos de fibra eléctricamente conductores, núcleos de fibra eléctricamente aislantes recubiertos con un conductor eléctrico, o una combinación de ambos. En un ejemplo, la malla de ánodo se fabrica de una fibra metálica con un potencial redox aproximadamente igual al del ITO. En otro ejemplo, la malla se compone de fibra de plástico, por ejemplo, nailon que se metaliza mediante, por ejemplo, deposición a vacío o deposición no electrolítica.
En un ejemplo ilustrativo, la malla de ánodo 1010 del tejido fotovoltaico 1000 se forma recubriendo la malla con una dispersión de nanopartículas de dióxido de titanio mediante, por ejemplo, inmersión o recubrimiento por ranura en una suspensión. Las nanopartículas de dióxido de titanio se interconectan, por ejemplo, mediante una sinterización, o preferiblemente mediante un agente de unión polimérico reactivo, tal como poli(titanato de n-butilo) descrito en mayor detalle más adelante. Tras el recubrimiento con la suspensión de titania, pero antes de o bien la sinterización o bien la reticulación, puede usarse una cortina de aire para eliminar el exceso de titania de los espacios entre las fibras de la malla. Igualmente, este, o algún otro método funcionalmente equivalente, puede usarse para limpiar estos espacios del exceso de material tras cada una de las etapas posteriores en la preparación del tejido fotovoltaico final. Posteriormente, la malla se recubre por ranura o se sumerge en una disolución de agente de fotosensibilización, tal como el colorante N3, seguido por lavado y secado. Se aplica un portador de carga que incluye un electrolito sólido (por ejemplo, polielectrolito térmicamente reversible) a la malla para formar la malla de ánodo 1010. En otro ejemplo ilustrativo, la malla de cátodo 1020 del tejido fotovoltaico 1000 se forma como una malla recubierta con platino, tal como, por ejemplo, una malla de núcleo de fibra conductor recubierta con platino o una malla de plástico recubierta con platino.
Para formar el tejido fotovoltaico 1000, se ponen en contacto eléctrico la malla de ánodo 1010 y la malla de cátodo 1020 y se alinean una sobre la otra, de modo que las hebras de cada malla son sustancialmente paralelas entre sí. La alineación perfecta no es crítica. De hecho, puede ser ventajoso desde el punto de vista de la recolección de fotones desalinear ligeramente las dos mallas. El tejido fotovoltaico 1000 puede recubrirse con una disolución de un polímero que sirve como capa flexible, transparente, protectora.
Una de las ventajas del tejido fotovoltaico 1000 es su relativa facilidad de construcción y la facilidad con que el ánodo 1010 y el cátodo 1020 pueden conectarse a un circuito externo. Por ejemplo, los bordes de cada malla, un borde, múltiples bordes, o todos los bordes pueden dejarse sin recubrir cuando se realizan las operaciones de recubrimiento descritas anteriormente. El ánodo 1010 y el cátodo 1020 se conectan, cada uno, eléctricamente a su propia barra de distribución metálica. Una ventaja de este ejemplo ilustrativo es la eliminación de la posibilidad de que romper un hilo inhabilite todo el tejido fotovoltaico.
La figura 11 muestra un método 1100 para la formación de un material fotovoltaico en forma de una fibra usando un proceso de fabricación continuo. Haciendo referencia a la figura 11, se proporciona una fibra 1101, por ejemplo, mediante una bobina suministradora 1102. La fibra 1101 puede ser un núcleo de fibra eléctricamente aislante recubierto con un conductor eléctrico, un núcleo de fibra eléctricamente conductor, o una combinación de ambos. Según el ejemplo ilustrativo, se recubre la fibra 1101 con una suspensión de nanopartículas de dióxido de titanio y poli(titanato de n-butilo) (que sirve como agente de unión polimérico reactivo) haciéndola pasar a una suspensión fluida de este tipo contenida en un embudo 1104 con un pequeño agujero en su parte inferior. Tras salir del embudo 1104, la fibra recubierta con nanopartículas interconectadas 1105 entra en un horno 1106 para eliminar el exceso de medio de suspensión (por ejemplo, agua u otro disolvente). La fibra recubierta con nanopartículas interconectadas 1105 entra en un baño de colorante 1108 para fotosensibilizar las nanopartículas interconectadas. La fibra recubierta con nanopartículas fotosensibilizadas 1109 enseguida entra en un horno de secado 1110 y/o un baño de lavado para eliminar el exceso de disolvente.
Después, la fibra recubierta con nanopartículas fotosensibilizadas 1109 pasa a través de una disolución 1111 que incluye un electrolito, preferiblemente, un electrolito polimérico, en estado sólido. El disolvente para esta disolución de polímero 1111 puede ser un disolvente no reactivo, en cuyo caso puede eliminarse mediante calentamiento en una etapa posterior, o este puede ser un disolvente reactivo tal como un monómero. Si el disolvente para el polielectrolito es un monómero, preferiblemente se elige de modo que pueda fotopolimerizarse y de modo que la estructura de polímero resultante no disminuya las propiedades eléctricas del polielectrolito. Por tanto, en el ejemplo ilustrativo en el que el disolvente incluye un monómero, la fibra recubierta con material de fotoconversión 1112 se hace pasar a través de una cámara que contiene lámparas UV 1114, que inician la fotopolimerización del monómero. Entonces se recubre la fibra resultante 1115 con el material de fotoconversión que incluye un electrolito en estado sólido, y puede bobinarse fácilmente en una bobina receptora 1116.
Entonces, la fibra recubierta con material de fotoconversión 1115 pasa a través de o se coloca en una cámara de vacío 1118 en la que se depositan sobre la fibra una capa muy delgada de platino, seguida por un recubrimiento conductor, transparente de ITO. El platino puede tener, por ejemplo, entre aproximadamente 15 \ring{A} y aproximadamente 50 \ring{A} de espesor. El ITO sirve como conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa. Entonces, la fibra fotovoltaica terminada 1119 puede hacerse pasar a través de una disolución de polímero 1120 para proporcionar un recubrimiento protector, transparente, tal como mediante extrusión de hilo u otros medios conocidos en la técnica. Por tanto, se recoge un material fotovoltaico flexible 1121 en una bobina terminada 1122 y está listo para su uso posterior, por ejemplo, en una operación de tejedura o de mateado.
\vskip1.000000\baselineskip
B. Interconexión de nanopartículas a baja temperatura
Tal como se discutió de manera breve anteriormente, se dan a conocer métodos de formación de una capa de nanopartículas interconectadas sobre una fibra o un conductor eléctrico dispuesto sobre una fibra a temperaturas significativamente inferiores a 400ºC. En un ejemplo ilustrativo, un agente de unión polimérico (a continuación en el presente documento un "agente de poliunión") permite la fabricación de fibras fotovoltaicas a temperaturas de "sinterización" relativamente bajas (< aproximadamente 300ºC). Aunque el término "sinterización" se refiere convencionalmente a procesos a altas temperaturas (> aproximadamente 400ºC), tal como se usa en el presente documento, el término "sinterización" no es específico de la temperatura, sino que se refiere en general al proceso de interconectar nanopartículas a cualquier temperatura.
Las figuras 12 y 13 representan esquemáticamente estructuras químicas de agentes de poliunión ilustrativos. Las estructuras de los agentes de poliunión particulares representadas son para su uso con nanopartículas de fórmula M_{x}O_{y}, en la que M puede ser, por ejemplo, titanio (Ti), zirconio (Zr), tungsteno (W), niobio (Nb), lantano (La), tantalio (Ta), terbio (Tb) o estaño (Sn), y x e y son números enteros mayores que cero. Según el ejemplo ilustrativo de la figura 12, el agente de poliunión 1200 incluye una estructura principal 1202, que es similar en estructura a las nanopartículas de óxido metálico, y grupos reactivos (OR)_{i}, en los que R puede ser, por ejemplo, un grupo acetato, alquilo, alqueno, alquino, aromático o acilo; o un átomo de hidrógeno e i es un número entero mayor que cero. Los grupos alquilo adecuados incluyen, pero no se limitan a, grupos etilo, propilo, butilo y pentilo. Los alquenos adecuados incluyen, pero no se limitan a, eteno, propeno, buteno y penteno. Los alquinos adecuados incluyen, pero no se limitan a etino, propino, butino y pentino. El grupo aromático adecuado incluye, pero no se limita a, fenilo, bencilo y fenol. Los grupos acilo adecuados incluyen, pero no se limitan a, acetilo y benzoílo. Además, puede sustituirse un halógeno que incluye, por ejemplo, cloro, bromo y yodo para los grupos reactivos
(OR)_{i}.
Haciendo referencia a la figura 13, el agente de poliunión 1210 tiene una estructura principal ramificada que incluye dos estructuras principales -M-O-M-O-M-O-, que incluyen grupos reactivos (OR)_{i} y grupos reactivos (OR)_{i+1},
en los que R puede ser, por ejemplo, uno de los átomos, moléculas o compuestos enumerados anteriormente e i es un número entero mayor que cero. Las dos estructuras principales tienen estructuras similares a las nanopartículas de óxido metálico. De manera colectiva, la estructura representada en la figura 13 puede representarse por -M(OR)_{i}-O-(M(OR)_{i}-O)_{n}-M(OR)_{i+1}, en la que i y n son enteros mayores que cero.
La figura 14A representa esquemáticamente la estructura química 1400 que resulta de la interconexión de las nanopartículas M_{x}O_{y} 1402 con un agente de poliunión 1404. En diversos ejemplos, el agente de poliunión 1404 tiene la estructura química de los agentes de poliunión 1200 y 1210 representados en las figuras 12 y 13, respectivamente. Según el ejemplo ilustrativo, las nanopartículas 1402 se interconectan poniendo en contacto las nanopartículas 1402 con un agente de poliunión 1404 a o por debajo de la temperatura ambiente o a temperaturas elevadas que son menores que aproximadamente 300ºC. Preferiblemente, se dispersa el agente de poliunión 1404 en un disolvente para facilitar el contacto con las nanopartículas 1402. Los disolventes adecuados incluyen, pero no se limitan a, diversos alcoholes, clorohidrocarburos (por ejemplo, cloroformo), cetonas, derivados de éter de cadena lineal y cíclica, y disolventes aromáticos entre otros. Se cree que la reacción entre los grupos hidroxilo superficiales de las nanopartículas 1402 con los grupos alcoxilo en la cadena polimérica del agente de poliunión 1404 conduce a formar puentes (o unir) las muchas nanopartículas 1402 entre sí a través de enlaces covalentes altamente estables, y como resultado, interconectar las nanopartículas 1402. También se cree que dado que el agente de poliunión 1404 es un material polimérico con una estructura química similar al de las nanopartículas 1402, incluso unos pocos sitios de enlace (o unión) entre las nanopartículas 1402 y el agente de poliunión 1404 conducen a una película de nanopartículas altamente interconectadas con una combinación de propiedades mecánicas y eléctricas superiores a las de una película de nanopartículas no interconectadas o no sinterizadas. Las propiedades eléctricas incluyen, por ejemplo, propiedades conductoras de electrones y/o por huecos que facilitan la transferencia de electrones o huecos desde una nanopartícula hasta otra a través de, por ejemplo, conjugación \pi. Las propiedades mecánicas incluyen, por ejemplo, flexibilidad
mejorada.
Haciendo todavía referencia a la figura 14A, a bajas concentraciones del agente de poliunión 1404, un único polímero de agente de poliunión 1404 puede unir muchas nanopartículas 1402 formando una red de nanopartículas reticuladas. Sin embargo, mediante el aumento de la concentración del polímero de agente de poliunión 1404, pueden adherirse más moléculas de agente de poliunión 1404 a la superficie de las nanopartículas 1402 formando nanopartículas recubiertas con polímero 1400. Tales nanopartículas recubiertas con polímero 1400 pueden procesarse como películas delgadas debido a la flexibilidad del polímero. Se cree que las propiedades electrónicas de las nanopartículas recubiertas con polímero no se ven afectadas de una manera significativa debido a las propiedades estructurales y electrónicas similares entre el polímero de agente de poliunión y las nanopartículas.
La figura 14B representa la estructura química 1406 de un ejemplo ilustrativo de la película de nanopartículas interconectadas 1400 de la figura 14A formada en un sustrato flexible 1408 que incluye un recubrimiento de capa de óxido 1410, que es un conductor eléctrico. En particular, los agentes de poliunión pueden usarse para facilitar la formación de tales películas de nanopartículas 1400 en sustratos que transmiten luz de manera significativa, flexibles 1408. Tal como se usa en el presente documento, el término "sustrato que transmite luz de manera significativa" se refiere a un sustrato que transmite al menos el 60% de la luz visible que incide en el sustrato en un intervalo de longitud de onda de funcionamiento. Los ejemplos de sustratos flexibles 1408 incluyen poli(tereftalatos de etileno) (PET), poliimidas, poli(naftalatos de etileno) (PEN), hidrocarburos poliméricos, compuestos celulósicos, combinaciones de los mismos, y similares. Los sustratos PET y PEN pueden recubrirse con uno o más recubrimientos de capa de óxido conductores eléctrico 1410 de, por ejemplo, óxido de estaño e indio (ITO), un óxido de estaño dopado con flúor, óxido de estaño, óxido de zinc y similares.
Según un ejemplo, mediante el uso de agentes de poliunión ilustrativos, los métodos interconectan las nanopartículas 1402 a temperaturas significativamente por debajo de 400ºC, y preferiblemente por debajo de aproximadamente 300ºC. El funcionamiento en un intervalo de temperaturas de este tipo permite el uso de los sustratos flexibles 1408, que de otra manera se deformarían de manera destructiva mediante los métodos de sinterización a altas temperaturas convencionales. En un ejemplo ilustrativo, la estructura a modo de ejemplo 1406 se forma mediante la interconexión de nanopartículas 1402 usando un agente de poliunión 1404 en un sustrato 1408 a temperaturas por debajo de aproximadamente 300ºC. En otro ejemplo, las nanopartículas 1402 se interconectan usando un agente de poliunión 1404 a temperaturas por debajo de aproximadamente 100ºC. Todavía en otro ejemplo, las nanopartículas 1402 se interconectan usando un agente de poliunión 1404 a aproximadamente temperatura ambiente y presión ambiente, desde aproximadamente 18 hasta aproximadamente 22ºC y aproximadamente 760
mmHg.
\newpage
En ejemplos en los que las nanopartículas se depositan sobre un sustrato, los grupos reactivos del agente de poliunión se enlazan con el sustrato, el recubrimiento de sustrato y/o las capas de óxido de sustrato. Los grupos reactivos pueden enlazarse al sustrato, el recubrimiento de sustrato y/o las capas de óxido de sustrato mediante, por ejemplo, enlace covalente, iónico y/o de hidrógeno. Se cree que las reacciones entre los grupos reactivos del agente de poliunión con las capas de óxido en el sustrato dan como resultado la conexión de las nanopartículas al sustrato mediante el agente de poliunión.
Según diversos ejemplos, las nanopartículas de óxido metálico se interconectan poniendo en contacto las nanopartículas con un agente de poliunión adecuado dispersado en un disolvente adecuado a o por debajo de la temperatura ambiente o a temperaturas elevadas por debajo de aproximadamente 300ºC. Las nanopartículas pueden ponerse en contacto con una disolución de agente de poliunión de muchas maneras. Por ejemplo, puede formarse una película de nanopartículas sobre un sustrato y entonces sumergirse en una disolución de agente de poliunión. Puede formarse una película de nanopartículas sobre un sustrato y se pulveriza la disolución de agente de poliunión sobre la película. El agente de poliunión y las nanopartículas pueden dispersarse juntas en una disolución y depositarse la disolución sobre un sustrato. Para preparar dispersiones de nanopartículas, pueden usarse técnicas tales como, por ejemplo, microfluidización, desgaste por rozamiento y molienda con bolas. Además, puede depositarse una disolución de agente de poliunión sobre un sustrato y depositarse una película de nanopartículas sobre el agente de
poliunión.
En ejemplos en los que se dispersan juntos el agente de poliunión y las nanopartículas en una disolución, la disolución de agente de poliunión-nanopartículas resultante puede usarse para formar una película de nanopartículas interconectadas sobre un sustrato en una única etapa. En diversas versiones de este ejemplo, puede seleccionarse la viscosidad de la disolución de agente de poliunión-nanopartículas para facilitar la deposición de la película usando técnicas de impresión tales como, por ejemplo, técnicas de impresión serigráfica e impresión en huecograbado. En ejemplos en los que se deposita una disolución de agente de poliunión sobre un sustrato y se deposita una película de nanopartículas sobre el agente de poliunión, puede ajustarse la concentración del agente de poliunión para lograr un espesor de adhesivo deseado. Además, puede eliminarse el exceso de disolvente de la disolución de agente de poliunión depositada antes de depositar la película de nanopartículas.
Los ejemplos no se limitan a la interconexión de nanopartículas de un material de fórmula M_{x}O_{y}. Los materiales de nanopartículas adecuados incluyen, pero no se limitan a, sulfuros, seleniuros, telururos, y óxidos de titanio, de zirconio, de lantano, de niobio, de estaño, de tantalio, de terbio y de tungsteno, y combinaciones de los mismos. Por ejemplo, son materiales de nanopartículas adecuados, TiO_{2}, SrTiO_{3}, CaTiO_{3}, ZrO_{2}, WO_{3}, La_{2}O_{3}, Nb_{2}O_{5}, SnO_{2}, titanato de sodio y niobato de potasio.
El agente de poliunión puede contener más de un tipo de grupo reactivo. Por ejemplo, los ejemplos ilustrativos de las figuras 12-14B representan un tipo de grupo reactivo OR. Sin embargo, el agente de poliunión puede incluir varios tipos de grupos reactivos, por ejemplo, OR, OR', OR'', etc.; en los que R, R' y R'' son uno o más de un grupo hidrógeno, alquilo, alqueno, alquino, aromático o acilo, o en los que uno o más de OR, OR' y OR'' son un haluro. Por ejemplo, el agente de poliunión puede incluir unidades poliméricas de fórmulas tales como, -[O-M(OR)_{i}(OR')_{j}-]- y -[O-M(OR)_{i}(OR')_{j}(OR'')_{k}-]-, en las que i, j y k son números enteros mayores que cero.
La figura 15 representa la estructura química de un agente de poliunión representativo, poli(titanato de n-butilo) 1500 para su uso con nanopartículas de dióxido de titanio (TiO_{2}). Los disolventes adecuados para poli(titanato de n-butilo) 1500 incluyen, pero no se limitan a, diversos alcoholes, clorohidrocarburos (por ejemplo, cloroformo), cetonas, derivados de éter de cadena lineal y cíclica, y disolventes aromáticos entre otros. Preferiblemente, el disolvente es n-butanol. El agente de poliunión poli(titanato de n-butilo) 1500 contiene una estructura principal ramificada -Ti-O-Ti-O-Ti-O- con grupos reactivos butoxilo (OBu).
La figura 16A representa la estructura química de una película de nanopartículas 1600, que se construye a partir de nanopartículas de dióxido de titanio 1602 interconectadas mediante moléculas de agente de poliunión poli(titanato de n-butilo) 1604. Se cree que la reacción entre los grupos hidroxilo superficiales de las nanopartículas de TiO_{2} 1602 con los grupos butoxilo 1606 (u otros grupos alcoxilo) del agente de poliunión 1604 conducen a la formación de puentes (o unión) de muchas nanopartículas 1602 entre sí a través de enlaces covalentes altamente estables y, como resultado, la interconexión de las nanopartículas 1602. Además, se cree que dado que el agente de poliunión 1604 es un material polimérico con una estructura química similar a la del TiO_{2}, incluso unos pocos sitios de enlace (o unión) entre las nanopartículas 1602 y el agente de poliunión 1604 conducirán a una película de nanopartículas altamente interconectadas 1600, con propiedades mecánicas y electrónicas superiores a las de una película de nanopartículas no interconectadas o no sinterizadas.
La figura 16B representa la estructura química 1608 de la película de nanopartículas 1600 de la figura 16A formada sobre un sustrato 1610, que incluye un recubrimiento de capa de óxido eléctricamente conductor 1612, aplicando la disolución de agente de poliunión al sustrato 1610 y entonces depositando las nanopartículas 1602 sobre el agente de poliunión 1604. En el ejemplo ilustrativo que usa nanopartículas de dióxido de titanio 1602, se disuelve una disolución de agente de poliunión que incluye poli(titanato de n-butilo) 1604 en n-butanol y se aplica al sustrato 1610. Puede ajustarse la concentración del agente de poliunión 1604 para lograr un espesor de adhesivo deseado para la disolución de agente de poliunión. Entonces, se deposita una película nanoparticulada de dióxido de titanio 1600 sobre el sustrato recubierto con agente de poliunión 1610. La reacción entre los grupos hidroxilo superficiales de las nanopartículas de TiO_{2} con los grupos butoxilo reactivos 1606 (u otros grupos alcoxilo) de poli(titanato de n-butilo) 1604 dan como resultado la interconexión de las nanopartículas 1602, así como la conexión de las nanopartículas 1602 con las capas de óxido 1612 sobre el sustrato 1610.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 1
Aplicación de recubrimiento por inmersión del agente de poliunión
En este ejemplo ilustrativo, se formó una DSSC tal como sigue. Se recubrió una película de nanopartículas de dióxido de titanio sobre un portaobjetos de vidrio recubierto con SnO_{2}:F. La disolución de agente de poliunión era una disolución al 1% (en peso) del poli(titanato de n-butilo) en n-butanol. En este ejemplo, la concentración del agente de poliunión en el disolvente era preferiblemente menos del 5% en peso. Para interconectar las partículas, se sumergió el portaobjetos recubierto con la película de nanopartículas en la disolución de agente de poliunión durante 15 minutos y entonces se calentó a 150ºC durante 30 minutos. Entonces se fotosensibilizó la película de TiO_{2} tratada con el agente de poliunión con una disolución de colorante N3 3 x 10^{-4} M durante 1 hora. Entonces se fabricó el portaobjetos recubierto con la película de TiO_{2} tratada con agente de poliunión, en una célula fotovoltaica de 0,6 cm^{2} mediante intercalación de un electrolito redox líquido a base de triyoduro entre el portaobjetos recubierto con la película de TiO_{2} y el portaobjetos de vidrio de SnO_{2}:F recubierto con platino usando 2 mil de adhesivo de fusión en caliente SURLYN 1702 disponible de DuPont. El recubrimiento de platino tenía aproximadamente 60 nm de espesor. La célula presentaba una eficiencia de conversión solar de hasta al 3,33% en condiciones de simulador solar de MA 1,5 (es decir, irradiación con luz que tiene una intensidad de 1000 W/m^{2}). Las células solares terminadas presentaban una eficiencia de conversión solar promedio ("\eta") del 3,02% un voltaje en circuito abierto promedio ("V_{oc}") de 0,66 V; una corriente en cortocircuito promedio ("I_{sc}") de 8,71 mA/cm^{2} y un factor de forma promedio de 0,49 (desde 0,48 hasta 0,52).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2
Aplicación de disolución de agente de poliunión-nanopartículas
En este ejemplo ilustrativo, se añadieron 5,0 ml de una suspensión de dióxido de titanio (P25, que es una titania que incluye nanopartículas de TiO_{2} cristalino de aproximadamente el 80% de anatasa y el 20% de rutilo y que está disponible de Degussa-Huls) en n-butanol, a 0,25 g de poli(titanato de n-butilo) en 1 ml de n-butanol. En este ejemplo, la concentración del agente de poliunión en la disolución de agente de poliunión-nanopartículas era preferiblemente menos de aproximadamente al 50% en peso. La viscosidad de la suspensión cambió desde de tipo leche hasta de tipo dentrífico sin separación de partículas aparente. La pasta se extendió sobre un portaobjetos de vidrio recubierto con SnO_{2}:F con patrón usando un cuchillo de Gardner con una cinta de 60 \mum de espesor determinando el espesor del espesor de película húmeda. Se secaron los recubrimientos a temperatura ambiente formando las películas. Posteriormente se sometieron a tratamiento térmico las películas secadas al aire a 150ºC durante 30 minutos para eliminar el disolvente, y se sensibilizaron durante toda la noche con una disolución de colorante N3 3 x 10^{-4} M en etanol. Los fotoelectrodos sensibilizados se cortaron en tamaños deseados y se intercalaron entre un portaobjetos de vidrio recubierto con SnO_{2}:F recubierto con platino (60 nm de espesor) y un electrolito líquido a base de triyoduro. Las células solares terminadas presentaban una \eta promedio del 2,9% (del 2,57 al 3,38%) para seis células en condiciones de MA 1,5. El V_{oc} promedio era de 0,68 V (de 0,66 a 0,77 V); la I_{sc} promedio era de 8,55 mA/cm^{2} (de 7,45 a 10,4 mA/cm^{2}); y el factor de forma promedio era de 0,49 (de 0,48 a
0,52).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 3
Células DSSC formadas sin agente de poliunión
En este ejemplo ilustrativo, se preparó una suspensión acuosa de dióxido de titanio (P25) que contenía aproximadamente un 37,5% de contenido en sólidos usando un microfluidizador y se recubrió por centrifugación sobre un electrodo conductor de SnO_{2} fluorado (15 \Omega/cm^{2}) que se recubrió asimismo sobre un portaobjetos de vidrio recubierto. Se secaron al aire los portaobjetos recubiertos con dióxido de titanio durante 15 minutos y se sometieron a tratamiento térmico a 150ºC durante 15 minutos. Se extrajeron los portaobjetos del horno, se enfriaron hasta aproximadamente 80ºC y se sumergieron en disolución de colorante N3 3 x 10^{-4} M en etanol durante aproximadamente 1 hora. Se extrajeron los fotoelectrodos de dióxido de titanio sensibilizados de la disolución de colorante, se aclararon con etanol y se secaron sobre un calentador de portaobjetos a 40ºC. Los fotoelectrodos sensibilizados se cortaron en pequeñas piezas (0,7 cm x 0,5 -1 cm de área activa) y se intercalaron entre portaobjetos de vidrio conductor transparente de SnO_{2}:F recubiertos con platino). Se aplicó un electrolito líquido que contenía LiI 1 M, yodo 0,05 M y t-butil-piridina 1 M en 3-metoxibutironitrilo, entre el fotoelectrodo y el electrodo conductor platinado mediante acción capilar. Las fotocélulas así construidas presentaban una eficiencia de conversión solar promedio de aproximadamente el 3,83% en condiciones de MA 1,5. La \eta en condiciones de MA 1,5 y las características fotovoltaicas I_{sc}, V_{oc}, voltaje en salida de potencia máxima ("V_{m}") y corriente en la salida de potencia máxima ("I_{m}") de estas células se enumeran en la tabla 1 en la columna A.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
1 
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 4
Células DSSC formadas con diversas concentraciones de disolución de agente de poliunión
En este ejemplo ilustrativo, se preparó una suspensión de P25 que contiene aproximadamente el 37,5% de contenido en sólidos usando un microfluidizador y se recubrió por centrifugación sobre un portaobjetos de vidrio recubierto con electrodo conductor de SnO_{2} fluorado (15 \Omega/cm^{2}). Se secaron al aire los portaobjetos recubiertos con dióxido de titanio durante aproximadamente 15 minutos y se sometieron a tratamiento térmico a 150ºC durante 15 minutos. Se sumergieron los portaobjetos de vidrio conductor recubiertos con dióxido de titanio en una disolución de agente de poliunión que incluía poli(titanato de n-butilo) en n-butanol durante 5 minutos con el fin de llevar a cabo la interconexión (poliunión) de las nanopartículas. Las disoluciones de agente de poliunión usadas eran de poli(titanato de n-butilo) al 0,1% en peso, poli(titanato de n-butilo) al 0,4% en peso, poli(titanato de n-butilo) al 1% en peso y poli(titanato de n-butilo) al 2% en peso. Tras 5 minutos, se extrajeron los portaobjetos de la disolución de agente de poliunión, se secaron al aire durante aproximadamente 15 minutos y se sometieron a tratamiento térmico en un horno a 150ºC durante 15 minutos para eliminar el disolvente. Los portaobjetos se extrajeron del horno, se enfriaron hasta aproximadamente 80ºC y se sumergieron en disolución de colorante N3 3 x 10^{-4} M en etanol durante aproximadamente 1 hora. Los fotoelectrodos de dióxido de titanio sensibilizados se extrajeron de la disolución de colorante, se aclararon con etanol y se secaron sobre un calentador de portaobjetos a 40ºC. Los fotoelectrodos sensibilizados se cortaron en piezas pequeñas (0,7 cm x 0,5-1 cm de área activa) y se intercalaron entre portaobjetos de vidrio conductor transparente de SnO_{2}:F recubiertos con platino. Se aplicó un electrolito líquido que contenía LiI 1 M, yodo 0,05 M y t-butilpiridina 1 M en 3-metoxibutironitrilo entre el fotoelectrodo y el electrodo conductor platinado mediante acción capilar. La \eta en condiciones de MA 1,5 y las características fotovoltaicas I_{sc}, V_{oc}, V_{m} e I_{m} de las células construidas se enumeran en la tabla 1 para la disolución al 0,1% en peso en la columna B, para la disolución al 0,4% en peso en la columna C, para la disolución al 1% en peso en la columna D y para la disolución al 2% en peso en la columna E.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 5
Disoluciones modificadoras
En este ejemplo ilustrativo, se prepararon portaobjetos de vidrio recubierto con óxido conductor transparente recubiertos con dióxido de titanio mediante el procedimiento de recubrimiento por centrifugación tal como se describió en el ejemplo 4. Se trataron los portaobjetos de vidrio conductor recubiertos con óxido de titanio con una disolución de agente de poliunión que incluía poli(titanato de n-butilo) 0,01 M en n-butanol durante 5 minutos para interconectar las partículas. Se secaron al aire los portaobjetos durante aproximadamente 5 minutos tras eliminar la disolución de agente de poliunión. Posteriormente se sumergieron los portaobjetos en una disolución modificadora durante aproximadamente 1 minuto. Las disoluciones modificadoras usadas eran mezcla de agua/etanol 1:1, disolución 1 M de t-butilpiridina en mezcla de agua/etanol 1:1, disolución de HCl 0,05 M en mezcla de agua/etanol 1:1. Se trató uno de los portaobjetos con vapor de un humidificador durante 15 minutos. Los portaobjetos se secaron al aire durante 15 minutos y se sometieron a tratamiento térmico a 150ºC durante 15 minutos para eliminar el disolvente y entonces se sensibilizaron con una disolución de colorante N3 3 x 10^{-4} M durante 1 hora. Los electrodos sensibilizados se intercalaron entre los portaobjetos de vidrio recubiertos con SnO_{2}:F platinado y se estudiaron para determinar sus características fotovoltaicas usando un electrolito líquido que contenía LiI 1 M, yodo 0,05 M y t-butilpiridina 1 M en 3-metoxibutironitrilo. El ácido parece ayudar en el aumento de la fotoconductividad y eficiencia de estas fotocélulas. La \eta en condiciones de MA 1,5 y las características fotovoltaicas de las células de este ejemplo se enumeran en la tabla 2 tal como sigue: portaobjetos no sumergidos en una disolución modificadora y no tratados con disolución de agente de poliunión (columna A); portaobjetos no sumergidos en un modificador, pero tratados con disolución de agente de poliunión (columna B); portaobjetos tratados en primer lugar con disolución de agente de poliunión y entonces sumergidos en mezcla de agua/etanol 1:1 (columna C); portaobjetos tratados en primer lugar con disolución de agente de poliunión y entonces sumergidos en disolución de t-butilpiridina 1 M en mezcla de agua/alcohol 1:1 (columna D); portaobjetos tratados en primer lugar con disolución de agente de poliunión y entonces sumergidos en disolución de HCl 0,05 M en mezcla de agua/etanol 1:1 (columna E); y portaobjetos tratados en primer lugar con disolución de agente de poliunión y entonces tratados con vapor de humidificador (columna F).
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 2
2 
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 6
Calentamiento postinterconexión hasta 150ºC
En este ejemplo ilustrativo, se preparó un portaobjetos de vidrio recubierto con óxido conductor transparente, recubierto con dióxido de titanio mediante el procedimiento de recubrimiento por centrifugación tal como se describe en el ejemplo 4. Se sumergió el portaobjetos en poli(titanato de n-butilo) 0,01 M en n-butanol durante 30 segundos y se secó al aire durante 15 minutos. Posteriormente, el portaobjetos se sometió a tratamiento térmico a 150ºC durante 10 minutos en un horno. Se sensibilizó la capa de óxido de titanio sometida a tratamiento térmico con disolución de colorante N3 durante 1 hora, se lavó con etanol y se calentó sobre un calentador de portaobjetos a 40ºC durante 10 minutos. Los fotoelectrodos sensibilizados se cortaron en fotocélulas de área activa de 0,7 cm x 0,7 cm y se intercalaron entre electrodos conductores platinados. Se aplicó un electrolito líquido que contenía LiI 1 M, yodo 0,05 M y t-butilpiridina 1 M en 3-metoxibutironitrilo entre el fotoelectrodo y el electrodo conductor platinado mediante acción capilar. Las fotocélulas presentaron una \eta promedio del 3,38% (3,83, 3,9 y 3,92), un V_{oc} promedio de 0,73 V (0,73, 0,74 y 0,73 V) y una I_{sc} promedio de 9,6 mA/cm^{2} (9,88, 9,65 y 9,26), todo en condiciones de MA 1,5.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 7
Calentamiento postinterconexión hasta 70ºC
En este ejemplo ilustrativo, se preparó un portaobjetos de vidrio recubierto con óxido conductor transparente, recubierto con dióxido de titanio mediante el procedimiento de recubrimiento por centrifugación tal como se describe en el ejemplo 4. Se sumergió el portaobjetos en poli(titanato de n-butilo) 0,01 M en n-butanol durante 30 segundos y se secó al aire durante 15 minutos. Posteriormente, se sometió a tratamiento térmico el portaobjetos a 70ºC durante 10 minutos en un horno. Se sensibilizó la capa de óxido de titanio sometida a tratamiento térmico con disolución de colorante N3 durante 1 hora, se lavó con etanol, y se calentó sobre un calentador de portaobjetos a 40ºC durante 10 minutos. Los fotoelectrodos sensibilizados se cortaron en fotocélulas de área activa de 0,7 cm x 0,7 cm y se intercalaron entre electrodos conductores platinados. Se aplicó un electrolito líquido que contenía LiI 1 M, yodo 0,05 M y t-butilpiridina 1 M en 3-metoxibutironitrilo entre el fotoelectrodo y el electrodo conductor platinado mediante acción capilar. Las fotocélulas presentaban una \eta promedio del 3,62% (3,55, 3,73 y 3,58), un V_{oc} promedio de 0,75 V (0,74, 0,74 y 0,76 V) y una I_{sc} promedio de 7,96 mA/cm^{2} (7,69, 8,22 y 7,97), todo en condiciones de MA
1,5.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 8
Formación de un sustrato transparente, flexible
En este ejemplo ilustrativo, se recubrió un sustrato de PET aproximadamente de 200 \mum de espesor y aproximadamente 5 pulgadas por 8 pies cuadrados con ITO, y se cargó en un aparato de recubrimiento de bucles. Se combinaron en línea una suspensión de 18,0 ml de dióxido de titanio (P25 con un 25% de contenido en sólidos) en n-butanol y 0,5 g de poli(titanato de butilo) en 10 ml de n-butanol y se recubrió sobre la hoja de PET recubierta con ITO. Tras la deposición, se calentó el recubrimiento a aproximadamente 50ºC durante aproximadamente 1 minuto. Entonces se sensibilizó con el colorante la capa de nanopartículas interconectadas recubriendo con disolución de colorante N3 3 x 10^{-4} M en etanol.
\vskip1.000000\baselineskip
C. Electrolitos en gel para DSSC
Según ejemplos ilustrativos adicionales, se dan a conocer composiciones de electrolitos que incluyen moléculas multicomplejables (es decir, moléculas que contienen 2 o más ligandos que pueden complejarse) y disoluciones de electrolitos redox, que se gelifican usando iones metálicos, tales como iones litio. Los compuestos multicomplejables son normalmente compuestos orgánicos que pueden complejarse con un ión metálico en una pluralidad de sitios. La composición de electrolitos puede ser una especie redox reversible que puede ser líquida en sí misma o componentes sólidos disueltos en un disolvente no redox activo, que sirve como disolvente para la especie redox y no participa en el ciclo de reacción de reducción-oxidación. Los ejemplos incluyen disolventes orgánicos comunes y sales fundidas que no contienen iones redox activos. Los ejemplos de especies redox incluyen, por ejemplo, yoduro/triyoduro, Fe^{2+}/Fe^{3+}, Co^{2+}/Co^{3+} y viológenos, entre otros. Los componentes redox se disuelven en disolventes no acuosos, que incluyen todas las sales fundidas. Las sales fundidas a base de yoduro, por ejemplo, yoduro de metilpropilimidazolio, yoduro de metilbutilimidazolio, yoduro de metilhexilimidazolio, etc., son en sí mismas redox activas y pueden usarse como líquidos redox activos por sí mismos o diluirse con materiales no redox activos como disolventes orgánicos comunes o sales fundidas que no experimentan ciclos de reacción de oxidación-reducción. Los ligandos inorgánicos multidentados también pueden ser una fuente de compuestos gelificantes.
La figura 17 representa un ejemplo ilustrativo 1700 de un electrolito gelificado usando iones metálicos. Los iones litio se muestran complejados con poli(4-vinilpiridina). Los iones litio y los compuestos orgánicos, es este caso moléculas de poli(4-vinilpiridina) que pueden complejarse en una pluralidad de sitios con los iones litio, pueden usarse para gelificar una disolución de electrolitos adecuada. Una composición de electrolitos puede incluir pequeñas cantidades de agua, sales de yoduro fundidas, un polímero orgánico, y otro compuesto adecuado gelifica tras la adición de un ión metálico tal como litio. Los electrolitos gelificados pueden incorporarse en células fotovoltaicas flexibles individuales, células solares tradicionales, fibras fotovoltaicas, módulos fotovoltaicos interconectados y otros dispositivos adecuados. Las líneas discontinuas mostradas en la figura 17 representan el tipo de enlace que se produce en un electrolito en gel fotovoltaico cuando la disolución electrolítica constituyente y los compuestos orgánicos gelifican tras la introducción de un ión metálico adecuado.
Una lista no exhaustiva de compuestos orgánicos que pueden complejarse con el ión metálico en una pluralidad de sitios, incluye diversos polímeros, moléculas dendriméricas/de tipo estrella (starburst), y otras moléculas que contienen múltiples grupos funcionales, por ejemplo, uretanos, ésteres, segmentos de óxido/iminas de etileno/propileno, piridinas, pirimidinas, N-óxidos, imidazoles, oxazoles, triazoles, bipiridinas, quinolinas, poliaminas, poliamidas, ureas, \beta-dicetonas y \beta-hidroxicetonas.
Más generalmente, las moléculas multicomplejables empleadas en diversos ejemplos pueden ser moléculas orgánicas pequeñas o poliméricas que tienen dos o más ligandos o grupos ligantes que pueden formar complejos. Los grupos ligantes son grupos funcionales que contienen al menos un átomo donador rico en densidad de electrones, por ejemplo, oxígeno, nitrógeno, azufre o fósforo, entre otros y forman complejos monodentados o multidentados con un ión metálico apropiado. Los grupos ligantes pueden estar presentes en material polimérico o no polimérico, o bien en una cadena lateral o parte de la estructura principal, o bien como parte de un dendrímero o una molécula tipo estrella. Los ejemplos de ligandos monodentados incluyen, por ejemplo, etilenoxilo, grupos alquiloxilo, piridina y compuestos de alquilimina entre otros. Los ejemplos de ligandos bi y multidentados incluyen bipiridinas, polipiridinas, grupos uretano, grupos carboxilato y amidas.
Según diversos ejemplos, las células fotovoltaicas sensibilizadas con colorante que tienen un electrolito en gel 1700 que incluyen iones litio, se fabrican a o por debajo de la temperatura ambiente o a temperaturas elevadas por debajo de aproximadamente 300ºC. La temperatura puede estar por debajo de aproximadamente 100ºC, y preferiblemente, la gelificación de la disolución de electrolitos se realiza a temperatura ambiente y a presión estándar. En diversos ejemplos ilustrativos, la viscosidad de la disolución de electrolitos puede ajustarse para facilitar la deposición de electrolitos en gel usando técnicas de impresión tales como, por ejemplo, técnicas de impresión serigráfica e impresión en huecograbado. La complejación de iones litio con diversos ligandos puede romperse en temperaturas más altas, permitiendo de ese modo que las composiciones de electrolitos en gel se procesen fácilmente durante la fabricación de módulos fotovoltaicos a base de DSSC. También pueden usarse otros iones metálicos para formar geles térmicamente reversibles o irreversibles. Los ejemplos de iones metálicos adecuados incluyen: Li^{+}, Cu^{2+}, Ba^{2+}, Zn^{2+}, Ni^{2+}, Ln^{3+} (u otros lantánidos), Co^{2+}, Ca^{2+}, Al^{3+}, Mg^{2+} y cualquier ión metálico que se compleje con un
ligando.
La figura 18 representa un electrolito en gel 1800 formado mediante la complejación de un polímero orgánico, poli(óxido de etileno) (PEO), con iones litio. Los segmentos de polímero PEO se muestran como complejados alrededor de los iones litio y reticulados entre sí. En otro ejemplo, puede incorporase el ión metálico complejado con diversas cadenas poliméricas en una especie de electrolito redox reversible para promover la gelación. La composición de electrolitos en gel que resulta de la combinación es adecuada para su uso en diversas células fotovoltaicas tales como fibras fotovoltaicas, células fotovoltaicas y módulos fotovoltaicos interconectados eléctricamente.
Haciendo referencia de nuevo a las figuras 1-4, el material portador de carga 115, 215, 315 y 415 puede incluir una composición de electrolitos que tiene un compuesto orgánico que puede complejarse con un ión metálico en una pluralidad de sitios; un ión metálico tal como litio; y una disolución de electrolitos. Estos materiales pueden combinarse para producir una composición de electrolitos gelificados adecuada para su uso en la capa de material portador de carga 115, 215, 315 y 415. En un ejemplo, el material portador de carga 115, 215, 315 y 415 incluye un sistema redox. Los sistemas redox adecuados pueden incluir sistemas redox orgánicos y/o inorgánicos. Los ejemplos de tales sistemas incluyen, pero no se limitan a, sulfato de cerio(III)/cerio(IV), bromuro de sodio/bromo, yoduro de litio/yodo, Fe^{2+}/Fe^{3+}, Co^{2+}/Co^{3+} y viológenos.
A continuación se proporcionan ejemplos ilustrativos adicionales en el contexto de una DSSC que tiene una composición de electrolitos en gel. Los fotoelectrodos usados en los siguientes ejemplos ilustrativos se prepararon según el siguiente procedimiento. Una suspensión acuosa de titania (P25, que se preparó usando una técnica de preparación de suspensión con un contenido en sólidos totales en el intervalo del 30-37%) se coló por centrifugación sobre portaobjetos de vidrio recubiertos con SnO_{2}:F (15 \Omega/cm^{2}). El espesor típico de los recubrimientos de óxido de titanio era aproximadamente de 8 \mum. Los portaobjetos recubiertos se secaron al aire a temperatura ambiente y se sinterizaron a 450ºC durante 30 minutos. Tras enfriar los portaobjetos hasta aproximadamente 80ºC, se sumergieron los portaobjetos en disolución de colorante N3 3 x 10^{-4} M en etanol durante 1 hora. Se extrajeron los portaobjetos y se lavaron con etanol y se secaron sobre un calentador de portaobjetos a 40ºC durante aproximadamente 10 minutos. Se cortaron los portaobjetos en células de área activa cuadradas de aproximadamente 0,7 cm x 0,7 cm. Se aplicaron los geles preparados sobre fotoelectrodos usando una varilla de vidrio y se intercalaron entre portaobjetos de vidrio conductor, recubierto con SnO_{2}:F, recubiertos con platino. El rendimiento de la célula se midió en condiciones de simulador solar de MA 1,5 (es decir, irradiación con luz que tiene una intensidad de 1000
W/m^{2}).
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 9
Efecto del yoduro de litio en la composición patrón de electrolitos a base de líquido iónico
En este ejemplo ilustrativo, la composición patrón de electrolitos redox a base de líquido iónico, que se usó contenía una mezcla que contenía un 99% (en peso) de líquido iónico a base de yoduro de imidazolio y un 1% (en peso) de agua, combinado con yodo 0,25 M y metilbencimidazol 0,3 M. En diversos ensayos experimentales, las disoluciones de electrolitos con al menos una concentración de yodo 0,10 M presentan la mejor eficiencia de conversión solar. En una composición patrón, se usó yoduro de butilmetilimidazolio (MeBuImI) como líquido iónico. El fotovoltaje disminuyó con el aumento en la concentración de yodo, mientras que la fotoconductividad y la eficiencia de conversión aumentaron al menos hasta una concentración de yodo 0,25 M. La adición de yoduro de litio a la composición patrón potenció las características fotovoltaicas V_{oc} e I_{sc} y la \eta. Por tanto, además del uso de litio como agente gelificante, éste puede servir para mejorar la eficiencia fotovoltaica global. La tabla 3 resume el efecto del LiI sobre las características fotovoltaicas.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 3
3 
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se hace referencia al factor de forma ("FF") y puede calcularse a partir de la razón de la eficiencia de conversión solar con respecto al producto del voltaje en circuito abierto y la corriente en cortocircuito, es decir,
FF = \eta/[V_{oc}*I_{sc}].
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 10
El efecto de los cationes sobre la potenciación de las características fotovoltaicas
Con el fin de determinar si la potenciación de las características fotovoltaicas se debía a la presencia de litio o yoduro, se realizaron ensayos experimentales controlados usando diversos yoduros junto a cationes que incluyen yoduro de tetrapropilamonio, cesio, potasio y litio. La concentración de yoduro se fijó a 376 \mumoles/gramo de la composición de electrolitos patrón. La composición patrón usada era una mezcla que contenía un 99% de MeBuImI y un 1% de agua, combinada con yodo 0,25 M y metilbencimidazol 0,3 M. Se disolvieron 376 \mumoles de diversas sales de yoduro por gramo de la composición de electrolitos patrón en el electrolito. Se observó la disolución completa del LiI. Las otras sales tardaron un tiempo largo en disolverse y no se disolvieron completamente en el transcurso del ensayo experimental. Las células fotovoltaicas a base de DSSC se fabricaron usando electrolitos preparados que contenían diversos cationes. La tabla 4 muestra el efecto de los diversos cationes sobre las características fotovoltaicas. Resulta evidente a partir de la segunda columna de la tabla 4 que el ión Li^{+} muestra características fotovoltaicas potenciadas en comparación con la fórmula patrón, mientras que parece que los otros cationes que no contribuyen a la potenciación de las características fotovoltaicas.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 4
4 
\newpage
Ejemplo 11
Efecto del tipo de líquido iónico
En un ejemplo, se ha encontrado que las composiciones de electrolitos a base de MeBuImI funcionan ligeramente mejor que los electrolitos a base de MePrImI. Además, los resultados experimentales demuestran que una combinación 1/1 de MeBuImI y MePrImI presenta un mejor rendimiento que MeBuImI, tal como se muestra en la tabla
5.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 5
5 
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 12
Uso de gelificación inducida por Li en la composición A en vez de un compuesto dibromado
En este ejemplo ilustrativo, se preparó una composición A disolviendo 0,09 M de yodo en un disolvente mixto que consistía en un 99,5% en peso de yoduro de 1-metil-3-propilimidazolio y un 0,5% en peso de agua. Entonces, se disolvieron 0,2 g de poli(4-vinilpiridina) ("P4VP"), un compuesto que contiene nitrógeno, en 10 g de la composición A. Además, se disolvieron 0,2 g de 1,6-dibromohexano, un bromuro orgánico, en la composición A resultante, de modo que se obtuvo una composición de electrolitos, que era un precursor para un electrolito en gel.
Se produjo rápidamente la gelificación cuando se usó un 5% en peso de yoduro de litio (376 \mumoles de sal de litio por gramo de disolución de electrolitos patrón) como agente gelificante en una composición de electrolitos que contenía (i) P4VP al 2% en peso y (ii) una mezcla que contenía un 99,5% de MePrImI y un 0,5% de agua. El gel no fluía cuando se daba la vuelta a un vial que contenía el gel inducido por Li. Un enfoque que usa un compuesto dibromado produjo un electrolito de fase segregada con regiones reticuladas suspendidas en un líquido, que fluye (incluso tras la gelificación a 100ºC durante 30 minutos). Una comparación de las características fotovoltaicas de la composición A, con y sin LiI, se presenta en las siguientes tablas 6 y 7. Los resultados demuestran que geles funcionales adecuados para la fabricación de células fotovoltaicas a base de DSSC pueden obtenerse usando iones de litio, mientras que se mejoran también las características fotovoltaicas.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 6
6
TABLA 7
7 
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 13
Efecto de los aniones de sales de litio sobre la eficiencia y el fotovoltaje de las DSSC
Se realizaron experimentos para estudiar el efecto de contraiones sobre el litio, dado el papel aparente del litio en la potenciación de la eficiencia global de las DSSC. Se usaron 376 \mumoles de LiI, LiBr y LiCl por gramo de composición de electrolitos que contenía MePrIm, agua al 1%, yodo 0,25 M y metilbencimidazol 0,3 M con el fin de estudiar las características fotovoltaicas de las células. Las características fotovoltaicas de las células que contenían estos electrolitos se presentan en la tabla 8.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 8
8 
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 14
Pasivación y eficiencia y fotovoltaje mejorados de las DSSC
En el campo de las células fotovoltaicas, el término pasivación se refiere al proceso de reducir la transferencia de electrones a las especies dentro del electrolito de una célula solar. Normalmente, la pasivación incluye tratar una capa de nanopartículas mediante inmersión en una disolución de t-butilpiridina en metoxipropionitrilo u otro compuesto adecuado. Tras haber tratado la capa de la nanomatriz, tal como un esponja de titania, de una célula fotovoltaica con un colorante, pueden existir regiones en la capa de nanomatriz en la que no se ha adsorbido el colorante. Un proceso de pasivación normalmente se realiza sobre una DSSC para impedir que finalice la reacción reversible de transferencia de electrones como resultado de la existencia de agentes reductores en las regiones no teñidas. El proceso de pasivación típico parece no ser necesario cuando se usan en las DSSC composiciones de líquido iónico que contienen diversas sales de litio y/u otras sales de metales alcalinos. Se logró un fotovoltaje mayor que 0,65 V usando una sal de cloruro de litio sin un proceso de pasivación.
En este ejemplo ilustrativo, se sometió una DSSC a pasivación sumergiéndola en una disolución que contenía un 10% en peso de t-butilpiridina en metoxipropionitrilo durante 15 minutos. Tras la pasivación, se secó la DSSC sobre un calentador de portaobjetos a 40ºC durante aproximadamente 10 minutos. Las composiciones de electrolitos que contenían MePrImI, agua al 1%, metilbencimidazol 0,3 M y yodo 0,25 M se gelificaron usando 376 \mumoles de LiI, LiBr y LiCl por gramo de composición de electrolito patrón usada durante este estudio. La adición de un agente de pasivación a base de t-butilpiridina al electrolito potenció el fotovoltaje de las DSSC, pero redujo la eficiencia de la DSSC al reducir la fotoconductividad. La tabla 9 resume los efectos de la pasivación sobre las características fotovoltaicas de electrolitos que contienen diversos haluros de litio.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 9
9 
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 15
Papel del litio en la gelificación de las composiciones de electrolitos que contienen polivinilpiridina y el efecto de otros iones de metales alcalinos sobre su capacidad de gelificación
Parece que el catión de litio tiene un efecto único en la gelificación de la composición de líquido iónico que contiene polímeros complejables, por ejemplo, P4VP, en una cantidad tan pequeña como el 2% en peso. Se usaron otros iones de metales alcalinos tales como sodio, potasio y cesio para llevar a cabo experimentos de gelificación. Se añadieron sales de metales alcalinos tales como yoduro de litio, cloruro de sodio, yoduro de potasio, yoduro de cesio a partes de la composición de electrolitos que contenían yoduro de propilmetilimidazolio (MePrImI), agua al 1%, yodo 0,25 M y metilbencimidazol 0,3 M. Sólo las composiciones que contenían yoduro de litio gelificaron en las condiciones experimentales usadas. Las tres composiciones restantes que contenían sodio, potasio y cesio no gelificaron en las condiciones experimentales usadas. Los iones de metales divalentes, tales como calcio, magnesio y zinc, o de metales trivalentes, tales como aluminio u otros iones de metales de transición, son otras sales gelificantes
potenciales.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 16
Efecto de la concentración de yodo y litio sobre los geles de electrolitos líquidos iónicos
En este ejemplo ilustrativo, se prepararon los geles añadiendo sales de litio a una composición de electrolitos que contienen MeBuImI, yodo y P4VP al 2% en peso. Se sometieron a prueba las características fotovoltaicas de los geles usando fotoelectrodos de óxido de titanio sensibilizados con colorante N3, sinterizados a altas temperaturas y portaobjetos de vidrio recubiertos con SnO_{2}:F platinados. Tanto el LiI como el LiCl gelificaron las composiciones a base de líquido iónico que contenían pequeñas cantidades (el 2% era suficiente) de polímeros complejables como P4VP. En las composiciones que carecían de metilbencimidazol, el litio no afectó al fotovoltaje. El 5% en peso corresponde a una composición que incluye aproximadamente 376 \mumoles de sal de litio por gramo de líquido iónico y una mezcla del 99% en peso de yoduro de butilmetilimidazolio, del 1% en peso de agua, metilbencimidazol 0,3 M y yodo 0,25 M. Por tanto, el 1% en peso corresponde a 376/5 \cong 75 \mumoles de sal de litio por gramo de composición de líquido iónico. Las características fotovoltaicas se resumen en la tabla
10.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 10
10 
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 17
Efecto de la concentración de polímero sobre la capacidad de gelificación y las características fotovoltaicas de los geles de electrolitos redox
En este ejemplo ilustrativo, se varió la concentración de polímero para estudiar su efecto sobre la viscosidad del gel y las características fotovoltaicas. La composición de electrolitos usada para este estudio era una mezcla que contenía un 99% de MeBuImI, un 1% de agua, yodo 0,25 M, LiI 0,6 M y metilbencimidazol 0,3 M. Se varió la concentración del polímero, P4VP, desde el 1% hasta el 5%. La composición de electrolitos con el P4VP al 1% fluía lentamente cuando se daba la vuelta al vial que contenía el gel. Los geles con el 2%, el 3% y el 5% no fluían. El gel con P4VP al 5% parecía mucho más sólido cuando se comparó con la preparación de P4VP al 2%. La tabla 11 resume las características fotovoltaicas de los geles que contienen los diversos contenidos en P4VP que se
estudiaron.
Los resultados muestran que las características fotovoltaicas no varían con los aumentos en la viscosidad lograda aumentando el contenido en P4VP. Por tanto, la viscosidad del gel puede ajustarse sin provocar la degradación de las características fotovoltaicas. Puede ser necesario metilbencimidazol para lograr una \eta alta. El aumento de la concentración de yodo hasta 0,25 M también aumentó la eficiencia. Más allá de 0,25 M, el fotovoltaje disminuía drásticamente, reduciendo la eficiencia global. No se encontró que otros iones metálicos o cationes tales como iones cesio, sodio, potasio o tetraalquilamonio contribuyeran a la potenciación de la eficiencia y no provocaban gelificación de las disoluciones de electrolitos. Además, se encontró que el anión cloruro potenciaba la eficiencia junto con el litio, mejorando el fotovoltaje sin provocar una disminución de la fotoconductividad en composiciones que contenían metilbencimidazol.
TABLA 11
11
D. Cosensibilizadores
Según un ejemplo ilustrativo, el agente de fotosensibilización descrito anteriormente incluye un primer colorante de sensibilización y una segunda especie donadora de electrones, el "cosensibilizador". El primer colorante de sensibilización y el cosensibilizador pueden añadirse juntos o por separado para formar el material de nanopartículas interconectadas fotosensibilizado 112, 212, 312 y 412 mostrado en la figuras 1-4. Tal como se mencionó anteriormente con respecto a las figuras 1-4, el colorante de sensibilización facilita la conversión de la luz visible incidente en electricidad para producir el efecto fotovoltaico deseado. En un ejemplo ilustrativo, el cosensibilizador dona electrones a un aceptor para formar radicales catiónicos estables, lo que mejora la eficiencia de la transferencia de carga desde el colorante de sensibilización hasta el material de nanopartículas de óxido semiconductor y reduce la retrotransferencia de electrones al colorante de sensibilización o cosensibilizador. Preferiblemente, el cosensibilizador incluye (1) conjugación del par de electrones libres en un átomo de nitrógeno con los orbitales hibridados de los anillos aromáticos a los que se une el átomo de nitrógeno y, tras la transferencia de electrones, la estabilización de resonancia resultante de los radicales catiónicos mediante estos orbitales hibridados; y (2) un grupo de coordinación, tal como un carboxilo o un fosfato, cuya función es anclar el cosensibilizador al óxido semiconductor. Los ejemplos de cosensibilizadores adecuados incluyen, pero no se limitan a, aminas aromáticas (por ejemplo, tales como trifenilamina y sus derivados), carbazoles y otros análogos de anillos condensados.
Una vez más haciendo referencia de nuevo a las figuras 1-4, el cosensibilizador se acopla electrónicamente a la banda de conducción del material de nanopartículas interconectadas fotosensibilizado 112, 212, 312 y 412. Los grupos de coordinación adecuados incluyen, pero no se limitan a, grupos carboxilato, grupos fosfato o grupos quelantes, tales como, por ejemplo, oximas o alfa-cetoenolatos.
A continuación, las tablas 12-18 presentan resultados que muestran el aumento en la eficiencia de la célula fotovoltaica cuando se coadsorben los cosensibilizadores junto con los colorantes de sensibilización en la superficie de titania interconectada a baja temperatura o sinterizada a alta temperatura. En las tablas 12-16, se llevó a cabo la caracterización usando condiciones de simulador solar de MA 1,5 (es decir, irradiación con luz que tiene una intensidad de 1000 w/m^{2}). Se empleó un electrolito que incluía LiI 1 M, t-butipiridina 1 M, I_{2} 0,5 M en 3-metoxipropanitrilo. Los datos mostrados en las tablas indican una potenciación de uno o más parámetros de funcionamiento de la célula tanto para nanopartículas de titania interconectadas a baja temperatura (tablas 15, 17 y 18) como sinterizadas a alta temperatura (tablas 12, 13, 14 y 16). Las características de las células solares enumeradas incluyen \eta, V_{oc}, I_{sc}, FF, V_{m} e I_{m}. Las razones de sensibilizador con respecto a cosensibilizador se basan en las concentraciones de los agentes de fotosensibilización en la disolución de sensibilización.
En particular, se descubrió que las aminas aromáticas potencian el rendimiento de las células solares de titania sensibilizadas con colorante si la concentración del cosensibilizador está por debajo de aproximadamente el 50% en moles de la concentración de colorante. Un ejemplo de la estructura molecular general de las aminas aromáticas preferidas se muestra en las figuras 19 y 20. Preferiblemente, la concentración del cosensibilizador está en el intervalo de aproximadamente el 1% en moles a aproximadamente el 20% en moles, y más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente el 1% en moles a aproximadamente el 5% en moles.
La figura 19A representa una estructura química 1900 que puede servir como cosensibilizador. La molécula 1900 se adsorbe a la superficie de una capa de nanopartículas mediante su grupo de coordinación o grupo quelante, A. A puede ser un grupo ácido carboxílico o derivado del mismo, un grupo fosfato, una oxima o un alfa-cetoenolato, tal como se describió anteriormente. La figura 19B representa una realización específica 1910 de la estructura 1900, concretamente DPABA (ácido difenilaminobenzoico), en la que A = COOH. La figura 19C representa otra amina específica 1920 
\hbox{denominada DEAPA (ácido
N',N-difenilaminofenilpropiónico), con A como el
derivado de  carboxilo COOH.}
La figura 20A muestra una estructura química 1930 que puede servir o bien como cosensibilizador, o bien como colorante de sensibilización. La molécula no absorbe radiación por encima de 500 nm, y se adsorbe a la superficie de la capa de nanopartículas mediante sus grupos de coordinación o quelantes, A. A puede ser un grupo ácido carboxílico o derivado del mismo, un grupo fosfato, una oxima o un alfa-cetoenolato. R_{1} y R_{2} pueden ser, cada uno, un grupo fenilo, alquilo, fenilo sustituido o bencilo. Preferiblemente, el alquilo puede contener entre 1 y 10 carbonos. La figura 20B representa una realización específica 1940 de la estructura 1930, concretamente DPACA (ácido 2,6-bis(4-ácido benzoico)-4-(4-N,N-difenilamino)fenilpiridincarboxílico), en la que R_{1} y R_{2} son fenilos y A es COOH.
DPACA 1940 puede sintetizarse tal como sigue. Se añadieron 1,49 g (9,08 mmol) de ácido 4-acetilbenzoico, 1,69 g (6,18 mmol) de 4-N,N-difenilbenzaldehído y 5,8 g (75,2 mmol) de acetato de amonio a 60 ml de ácido acético en un matraz de fondo redondo de 100 ml equipado con un condensador y una barra de agitación. Se calentó la disolución hasta reflujo con agitación bajo nitrógeno durante 5 horas. La reacción se enfrió hasta temperatura ambiente y se vertió en 150 ml de agua, que se extrajo con 150 ml de diclorometano. Se separó el diclorometano y se evaporó con un evaporador rotatorio, dando como resultado un aceite amarillo. Entonces se eluyó el aceite en una columna de gel de sílice con metanol al 4%/diclorometano dando el producto, un sólido naranja. El sólido se lavó con metanol y secó a vacío dando 0,920 g de DPACA. El punto de fusión era de 199º-200ºC, la \lambda_{máx} era de 421 nm y el coeficiente de extinción molar, E, era de 39.200 L mol^{-1}cm^{-1}. Se confirmó la estructura mediante espectroscopia de RMN. Las características de las células solares enumeradas incluyen \eta, V_{oc}, I_{sc}, FF, V_{m} e I_{m}. Las razones de sensibilizador con respecto a cosensibilizador se basan en las concentraciones de los agentes de fotosensibilización en la disolución de sensibilización.
La tabla 12 muestra los resultados para titania sinterizada a alta temperatura; fotosensibilizada empapando durante toda la noche en disoluciones de colorante N3 1 mM y tres concentraciones de DPABA. La tabla 12 también muestra que la \eta promedio es mayor para la razón (colorante/cosensibilizador) 20/1 preferida.
TABLA 12
12
13 
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La tabla 13 muestra los resultados del uso de un filtro de corte (entradas tercera y cuarta) mientras que se irradia una célula para someter a prueba sus características I-V. La tabla 13 también muestra que la eficiencia de la célula todavía mejora cuando está presente DPABA, indicando que su efecto cuando no está presente el filtro no se debe simplemente a la absorción de luz UV por el DPABA seguido de inyección de carga. La figura 21 muestra un gráfico 2100 de la absorbancia frente a la longitud de onda para DPABA, que absorbe por debajo de 400 nm. Debido a que la absorbancia del filtro de corte es grande, poca luz alcanza las bandas de absorción de
DPABA.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 13
14
15 
\vskip1.000000\baselineskip
La tabla 14 muestra que la adición de trifenilamina por sí misma (es decir, sin grupos complejantes de titania tales como carboxilo) no potencia significativamente la eficiencia en las condiciones establecidas.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 14
16
La tabla 15 muestra que el efecto se presenta usando titania interconectada a baja temperatura y que se prefiere la razón (colorante/cosensibilizador) de 20/1.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 15
17
18 
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La tabla 16 muestra los resultados para titania sinterizada a alta temperatura sensibilizada con una alta concentración de colorante N3 mientras que se mantiene una razón 20/1 de colorante con respecto a cosensibilizador. Las entradas 1 y 2 muestran el aumento del rendimiento de la célula debido al cosensibilizador. La entrada 3 muestra el efecto del DPABA solo como sensibilizador, demostrando que este material actúa como sensibilizador por sí mismo cuando se irradia con el espectro solar completo, que incluye radiación UV de baja intensi-
dad.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 16
19
20 
\vskip1.000000\baselineskip
La tabla 17 muestra resultados para titania interconectada a baja temperatura. La entrada 5 muestra el efecto de DPACA solo como sensibilizador, demostrando que este material actúa como sensibilizador por sí mismo cuando se irradia con el espectro solar completo, que incluye radiación UV de baja intensidad.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 17
21
22 
\vskip1.000000\baselineskip
La tabla 18 muestra resultados para titania interconectada a baja temperatura. La entrada 6 muestra el efecto de DEAPA solo como sensibilizador, demostrando que este material actúa como sensibilizador por sí mismo cuando se irradia con el espectro solar completo, que incluye radiación UV de baja intensidad.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 18
23
24 
\vskip1.000000\baselineskip
E. Formulaciones de óxidos semiconductores
En un ejemplo ilustrativo adicional, se proporcionan formulaciones de óxidos semiconductores para su uso con las DSSC formadas usando una interconexión de nanopartículas de óxidos semiconductores a baja temperatura, tal como se describió anteriormente. Las formulaciones de óxidos semiconductores pueden recubrirse a temperatura ambiente y, tras secar a temperaturas entre aproximadamente 50ºC y aproximadamente 150ºC, dan películas de nanopartículas semiconductoras mecánicamente estables con buena adhesión a los sustratos plásticos recubiertos con óxido conductor transparente (TCO). En un ejemplo, se forma el semiconductor de nanopartículas del material de nanopartículas interconectadas fotosensibilizadas 112, 212, 312 y 412 a partir de una dispersión de nanopartículas de TiO_{2} comercialmente disponibles en agua, un aglutinante polimérico, con o sin ácido acético. Los aglutinantes poliméricos usados incluyen, pero no se limitan a, polivinilpirrolidona (PVP), poli(óxido de etileno), hidroxietilcelulosa (HOEC), hidroxipropilcelulosa, poli(alcohol vinílico) (PVA) y otros polímeros solubles en agua. La razón de partículas de óxido semiconductor, por ejemplo TiO_{2}, con respecto a polímero puede ser de entre aproximadamente 100:0,1 a 100:20 en peso, y preferiblemente es de entre aproximadamente 100:1 a 100:10 en peso. La presencia de ácido acético en la formulación ayuda a mejorar la adhesión del recubrimiento del sustrato recubierto con TCO. Sin embargo, el ácido acético no es esencial y las dispersiones de óxido semiconductor sin ácido acético funcionan satisfactoriamente. En otro ejemplo, las nanopartículas de TiO_{2} se dispersan en un disolvente orgánico, tal como, por ejemplo, alcohol isopropílico, con aglutinantes poliméricos tales como, por ejemplo, PVP, butvar, etilcelulosa,
etc.
En otro ejemplo ilustrativo, la integridad mecánica de los recubrimientos de óxido semiconductor y el rendimiento fotovoltaico de las células sensibilizadas con colorante basadas en estos recubrimientos pueden mejorarse adicionalmente usando un agente de reticulación para interconectar las nanopartículas semiconductoras. Los agentes de poliunión descritos anteriormente pueden usarse para este fin. Pueden aplicarse estos agentes de reticulación, por ejemplo, directamente en la formulación de recubrimiento de titania o en una etapa posterior al secado del recubrimiento de titania como una disolución en un disolvente orgánico tal como etanol, isopropanol o butanol. Por ejemplo, el calentamiento posterior de las películas hasta temperaturas en el intervalo de aproximadamente 70ºC a aproximadamente 140ºC, conduce a la formación de puentes de TiO_{2} entre las nanopartículas de TiO_{2}. Preferiblemente, la concentración del agente de poliunión en este ejemplo oscila desde aproximadamente el 0,01 hasta aproximadamente el 20% en peso a base de titania.
\vskip1.000000\baselineskip
F. Recubrimientos de la capa de preparación semiconductora
En otro ejemplo ilustrativo, se proporcionan materiales de óxido semiconductor y métodos de recubrimiento de capas de nanopartículas de óxido semiconductor sobre un material base para formar las DSSC. La figura 22 representa un ejemplo ilustrativo 2200 del procedimiento de recubrimiento. En este ejemplo ilustrativo, se recubre un material base 2210 con una primera capa de preparación 2220 de un óxido semiconductor, y entonces se recubre la capa de preparación 2220 con una suspensión de nanopartículas 2230 del óxido semiconductor. La capa de preparación 2220 puede incluir una película de óxido semiconductor recubierta a vacío (por ejemplo, película de TiO_{2}). Alternativamente, la capa de preparación 2220 puede incluir un recubrimiento delgado con partículas finas de un óxido semiconductor (por ejemplo, TiO_{2}, SnO_{2}). La capa de preparación 2220 también puede incluir una capa delgada de un agente de poliunión o una disolución precursora, un ejemplo de los cuales es el polímero de butóxido de titanio(IV) 1500 mostrado en la figura 15 anteriormente. Según un ejemplo ilustrativo, el material base 2210 es el núcleo de fibra eléctricamente conductor 102 ó 202 o el conductor eléctrico interior 304 ó 404 mostrados en las figuras 1-4. Adicionalmente, el material base 2210 es un sustrato plástico, conductor, transparente. Según este ejemplo ilustrativo, la suspensión de nanopartículas 2230 es el material de nanopartículas interconectadas fotosensibilizado 112, 212, 312 y 412 de las figuras 1-4. Pueden usarse numerosos óxidos metálicos semiconductores, incluyendo SnO_{2}, Ta_{2}O_{5}, Nb_{2}O_{5} y ZnO, entre otros, en forma de películas delgadas, partículas finas, o disoluciones precursoras como recubrimientos de la capa de preparación usando recubrimiento a vacío, recubrimiento por centrifugación, recubrimiento por cuchillas u otros métodos de recubrimiento.
La capa de preparación 2220 mejora la adhesión de las películas de óxido semiconductor nanoestructurado, como la capa 2230, al material base 2210. Se han observado potenciaciones en el rendimiento de las DSSC con tales capas de preparación y se describirán a continuación. La potenciación surge de un aumento en la adhesión entre las nanopartículas de óxido semiconductor (o fotoelectrodos) y los sustratos plásticos recubiertos con óxido conductor transparente, así como de la alta resistencia en derivación.
Ejemplos de diversos ejemplos ilustrativos, en el contexto de una DSSC que incluye una capa de nanopartículas de dióxido de titanio, son tal como siguen.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 18
TiO_{2} recubierto a vacío como capas de preparación para fotoelectrodos de nanopartículas de TiO_{2}
En este ejemplo ilustrativo, se recubrieron por bombardeo catiónico a vacío películas delgadas de TiO_{2} con espesores que oscilan desde 2,5 nm hasta 100 nm, sobre una capa de ITO sobre un sustrato de poliéster (en este caso, PET). Se recubrió por centrifugación una suspensión de TiO_{2} a base de agua (P25, con un tamaño medio de partícula de 21 nm) tanto sobre el ITO/PET con TiO_{2} delgado recubierto por bombardeo catódico como sobre ITO/PET simple (es decir, la parte sin TiO_{2} delgado no recubierto por bombardeo catódico). Las películas recubiertas se empaparon en disolución de poli[Ti(OBu)_{4}] en butanol y entonces se sometieron a tratamiento térmico a 120ºC durante 2 minutos. Se colocaron las películas interconectadas de manera reactiva a baja temperatura en una disolución de colorante N3 a base de disolvente polar, aprótico (8 mM) durante 2 minutos. Se prepararon las células fotovoltaicas con contraelectrodos de platino (Pt), un electrolito líquido I^{+}/I_{3}^{-}, 2 mil de SURLYN y cintas conductoras de cobre. Las mediciones de caracterización I-V se realizaron con un simulador solar.
La adhesión de las películas de TiO_{2} nanoestructuradas de la suspensión P25 recubierta sobre el ITO/PET con TiO_{2} delgado, recubierto por bombardeo catiónico era superior a las películas sobre el ITO/PET simple. También se observó un mejor rendimiento fotovoltaico de las células de PV preparadas sobre el ITO/PET con TiO_{2} delgado recubierto por bombardeo catiónico, cuando se comparó con el del ITO/PET simple. También se logró una mejora en el factor de forma. Se midió un FF tan alto como 0,67 para las células fotovoltaicas preparadas sobre los ITO/PET con TiO_{2} delgado recubierto por bombardeo catiónico. Para las células fotovoltaicas sobre el ITO/PET simple, se observó que el FF no era mayor que 0,60. Se midieron eficiencias de conversión fotovoltaica superiores (aproximadamente un 17% superiores a los electrodos preparados a partir del ITO/PET simple) para los fotoelectrodos preparados sobre el ITO/PET con TiO_{2} delgado recubierto por bombardeo catiónico. También se observó mejora en la resistencia en derivación para las células fotovoltaicas preparadas sobre el ITO/PET con TiO_{2} delgado, recubierto por bombardeo catiónico.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 19
Partículas finas de TiO_{2} como capa de preparación para suspensiones de TiO_{2}
En este ejemplo ilustrativo, las partículas finas de TiO_{2}, suficientemente pequeñas de modo que se adherirían en los valles entre los picos de ITO sobre el sustrato de PET, se prepararon hidrolizando isopropóxido de titanio(IV). Entonces, las partículas finas se recubrieron por centrifugación a 800 rpm sobre la capa de ITO. Entonces, se recubrió por centrifugación una suspensión de TiO_{2} (P25) al 37% de aproximadamente 21 nm de tamaño medio de partícula a 800 rpm sobre la capa partículas finas. Se interconectó a baja temperatura el TiO_{2} recubierto sumergiendo en polímero de butóxido de Ti(IV) 0,01 molar en butanol durante 15 minutos seguido de secado sobre un calentador de portaobjetos a 50ºC antes de calentar a 120ºC durante 2 minutos. Se tiñó el recubrimiento interconectado con colorante N3 sumergiendo en una disolución de disolvente aprótico polar 8 mM durante 2 minutos, entonces se aclaró con etanol y se secó sobre un calentador de portaobjetos a 50ºC durante 2 minutos. Los recubrimientos control se prepararon de la misma manera, excepto que sin el recubrimiento de preparación de partículas finas. Las características de rendimiento de las células se midieron usando un simulador solar. Los resultados para la prueba y el control se enumeran a continuación en la tabla 19. Las partículas finas de óxido de estaño como recubrimiento de preparación para las suspensiones de TiO_{2} dieron mejoras similares.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 19
25
Ejemplo 20
Polímero de butóxido de titanio(IV) en butanol (disolución precursora) como capa de preparación para TiO_{2}
En otra prueba, se recubrió por centrifugación el polímero de butóxido de titanio(IV) en butanol a 0,01 molar sobre una base plástica de ITO/PET a 800 rpm. Se recubrió por centrifugación una suspensión de TiO_{2} (P25) al 43% de aproximadamente 21 nm de tamaño medio de partícula a 800 rpm. Se interconectó el TiO_{2} recubierto a baja temperatura sumergiendo en polímero de butóxido de titanio(IV) 0,01 M en butanol durante 15 minutos y entonces se secó sobre un calentador de portaobjetos a 50ºC antes de calentar a 120ºC durante 2 minutos. Se tiñó el recubrimiento sinterizado con colorante N3 sumergiendo en una disolución de disolvente aprótico polar 8 mM durante 2 minutos, entonces se aclaró con etanol y se secó sobre un calentador de portaobjetos a 50ºC durante 2 minutos. Los recubrimientos control se prepararon de la misma manera sólo que sin el recubrimiento de la capa de preparación. Se midieron las propiedades I-V de las células con un simulador solar. Los resultados para la prueba y el control se enumeran a continuación en la tabla 20.
TABLA 20
26
Ejemplo 21
Fibra fotovoltaica
La figura 23 representa una fibra fotovoltaica a modo de ejemplo 2300 según la invención. Se recubrió un hilo de titanio 2304, limpiado en una mezcla de ácidos fluorhídrico y nítrico dando como resultado una superficie microgranulada, con una dispersión de nanopartículas de TiO_{2} 2308 (a base de isopropanol, 34,9% de sólidos, a los que se añadió 1 parte en 480 de una disolución de polibutoxititanato al 0,073% en butanol). Se aplicó la dispersión al hilo de titanio 2304 usando un aplicador de vidrio de sección decreciente de aproximadamente 10 milipulgadas ("mil") de diámetro de orificio. Para mejorar la integridad del recubrimiento de TiO_{2} 2308 y la capacidad para manipular el hilo recubierto, se sinterizó el recubrimiento de TiO_{2} 2308 a temperaturas relativamente altas (aproximadamente 450ºC) durante 30 minutos. Se sensibilizó con colorante el recubrimiento de TiO_{2} 2308 mediante la inmersión en una disolución de colorante N3 8 mM durante dos minutos a temperatura ambiente, sumergiendo en etanol durante 45 segundos, y secando al aire. Se insertó el hilo de titanio 2304 con el recubrimiento de titanio 2308 en una capa protectora 2312, que era un microtubo (disponible de Zeus Industrial Products) de TEFLON (disponible de DuPont). También se insertó un hilo fino de platino en la capa protectora 2312 para servir como contraelectrodo 2316. Se llenó la capa protectora 2312 con un electrolito líquido 2320 para completar la fibra fotovoltaica 2300.
Una cobertura seca, típica de TiO_{2} 2308 sobre el hilo de titanio 2304 era de 10 mil. El diámetro del hilo de titanio 2304 era de 7,7 mil. La capa protectora de microtubos de TEFLON 2312 era de 16 mil, aunque también pueden usarse tubos de 20 mil. El contraelectrodo de hilo de platino 2316 tenía 3 mil de diámetro. El electrolito líquido 2320 era una disolución de LiI 1 M, yodo 0,05 M y t-butilpiridina 1 M en metoxipropionitrilo. Se midieron las características fotovoltaicas en un simulador solar. El intervalo de voltaje en circuito abierto, V_{oc}, era de 0,70 V a 0,73 V, y el intervalo de corriente en cortocircuito, I_{sc}, era de 4,1 mA/cm^{2} a 4,6 mA/cm^{2}. La eficiencia solar para una célula típica era del 1,73%. Las fibras fotovoltaicas que se fabricaron con hilo de titanio anodizado tenían una eficiencia solar promedio del 2,11%.
La capa protectora 2312 no se limita al TEFLON. La capa protectora puede ser cualquier material polimérico que transmita luz flexible incluyendo, pero no sin limitarse a, resinas epoxídicas, poliuretano, poliureas, poliestirenos, poliacrilatos de mylar, y similares. Puede recubrirse la capa protectora 2312 sobre la fibra fotovoltaica 2300, en vez de insertar los elementos en la capa protectora 2312. Los métodos de recubrimiento incluyen, pero no se limitan a, pulverizar, dispersar o sumergir la fibra en un material protector para formar la capa protectora 2312.

Claims (20)

1. Fibra fotovoltaica que comprende:
un núcleo de fibra (502) que tiene una superficie exterior;
un material de nanomatriz fotosensibilizado aplicado a la superficie exterior del núcleo de fibra (502);
una capa protectora (524), en la que se dispone el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), un material portador de carga (515) y un contraelectrodo (504).
caracterizada porque
el contraelectrodo (504) está formado por uno o más hilos (504) que se incrustan en un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa (506) o que también pueden incrustarse parcialmente en el material portador de carga (515).
2. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 1, en la que el núcleo de fibra (502) es de manera sustancial eléctricamente conductor.
3. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 1, en la que el núcleo de fibra (502) es de manera sustancial eléctricamente aislante y comprende además un conductor eléctrico interior que se dispone sobre el núcleo de fibra eléctricamente aislante (502).
4. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 1, en la que la capa protectora (524) comprende un material polimérico flexible.
5. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 1, en la que el material de nanomatriz fotosensibilizado incluye nanopartículas o un material compuesto de heterounión.
6. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 5, en la que el material compuesto de heterounión comprende fulerenos, partículas de fulereno y/o nanotubos de carbono.
7. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 5, en la que el material compuesto de heterounión comprende un polímero conjugado y/o un material compuesto de polímeros conjugados.
8. Fibra fotovoltaica según la reivindicación 5, en la que el material compuesto de heterounión comprende materiales compuestos que incluyen politiofeno y poliquinolina, o materiales compuestos de polifenilenvinileno, junto con material no polimérico.
9. Fibra fotovoltaica según una de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el contraelectrodo (504) comprende platino, cobre, plata, oro, níquel, paladio, hierro o aleaciones de los mismos.
10. Método de formación de una fibra fotovoltaica, comprendiendo el método las etapas de:
proporcionar un núcleo de fibra (502) que tiene una superficie exterior;
aplicar un material de nanomatriz fotosensibilizado a la superficie exterior del núcleo de fibra (502); y
disponer el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), un material portador de carga (515) y un contraelectrodo (504) dentro de una capa protectora (524) para formar una fibra fotovoltaica,
caracterizado porque
el contraelectrodo (504) está formado por uno o más hilos (504) que se incrustan en un conductor eléctrico que transmite luz de manera significativa (506) o que también pueden incrustarse parcialmente en el material portador de carga (515).
11. Método según la reivindicación 10, en el que el núcleo de fibra (502) es de manera sustancial eléctricamente conductor.
12. Método según la reivindicación 10, en el que el núcleo de fibra (502) comprende un es de manera sustancial eléctricamente aislante y comprende además un conductor eléctrico interior que se dispone sobre el núcleo de fibra eléctricamente aislante (502).
13. Método según la reivindicación 10, en el que la capa protectora (524) comprende un material polimérico flexible.
14. Método según la reivindicación 10, en el que el material de nanomatriz fotosensibilizado incluye nanopartículas o un material compuesto de heterounión.
15. Método según la reivindicación 14, en el que el material compuesto de heterounión comprende fulerenos, partículas de fulereno y/o nanotubos de carbono.
16. Método según la reivindicación 14, en el que material compuesto de heterounión comprende un polímero conjugado y/o un material compuesto de polímeros conjugados.
17. Método según la reivindicación 14, en el que el material compuesto de heterounión comprende materiales compuestos que incluyen politiofeno y poliquinolina, o materiales compuestos de polifenilenvinileno, junto con material no polimérico.
18. Método según una de las reivindicaciones 10 a 17, en el que el contraelectrodo (504) comprende platino, cobre, plata, oro, níquel, paladio, hierro o aleaciones de los mismos.
19. Método según la reivindicación 10, en el que la etapa de disposición comprende insertar el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), el material portador de carga y el contraelectrodo (504) en la capa protectora (524) para formar la fibra fotovoltaica.
20. Método según la reivindicación 10, en el que la etapa de disposición comprende recubrir la capa protectora (524) sobre el núcleo de fibra recubierto con material de nanomatriz fotosensibilizado (502), el material portador de carga y el contraelectrodo (504) para formar la fibra fotovoltaica.
ES03705904T 2002-01-25 2003-01-24 Fibras fotovoltaicas. Expired - Lifetime ES2342270T3 (es)

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US57394 1987-05-11
US35169102P 2002-01-25 2002-01-25
US10/057,394 US6706963B2 (en) 2002-01-25 2002-01-25 Photovoltaic cell interconnection
US351691P 2002-01-25
US35313802P 2002-02-01 2002-02-01
US353138P 2002-02-01
US36883202P 2002-03-29 2002-03-29
US368832P 2002-03-29
US40028902P 2002-07-31 2002-07-31
US400289P 2002-07-31
PCT/US2003/002261 WO2003065471A2 (en) 2002-01-25 2003-01-24 Photovoltaic fibers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2342270T3 true ES2342270T3 (es) 2010-07-05

Family

ID=27671193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES03705904T Expired - Lifetime ES2342270T3 (es) 2002-01-25 2003-01-24 Fibras fotovoltaicas.

Country Status (8)

Country Link
EP (1) EP1470597B1 (es)
JP (1) JP4546733B2 (es)
CN (1) CN100530441C (es)
AT (1) ATE459969T1 (es)
CA (1) CA2473225A1 (es)
DE (1) DE60331523D1 (es)
ES (1) ES2342270T3 (es)
WO (1) WO2003065471A2 (es)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2856197B1 (fr) * 2003-06-11 2005-09-16 Nanoledge Dispositif comprenant au moins un type de nanostructure tubulaire sous forme de fibre
US7194173B2 (en) 2004-07-16 2007-03-20 The Trustees Of Princeton University Organic devices having a fiber structure
GB2424121A (en) * 2005-02-11 2006-09-13 Risoe Nat Lab Solar cell using electrode formed from cotton fabric coated with conductive polymer
WO2006130920A1 (en) * 2005-06-08 2006-12-14 Monash University Scattering elongate photovoltaic cell
US7394016B2 (en) 2005-10-11 2008-07-01 Solyndra, Inc. Bifacial elongated solar cell devices with internal reflectors
WO2007002110A2 (en) * 2005-06-20 2007-01-04 Solyndra, Inc. Bifacial elonagated solar cell devices
ES2288356B1 (es) * 2005-06-21 2008-12-01 Angel Lopez Rodriguez Filamento fotovoltaico y su proceso de fabricacion.
JP5066792B2 (ja) * 2005-07-04 2012-11-07 ソニー株式会社 色素増感光電変換素子、色素増感光電変換素子の製造方法、光電変換素子モジュール、電子機器、移動体および発電システム
AU2007248170B2 (en) * 2006-05-01 2012-08-16 Arrowhead Center, Inc. Fiber photovoltaic devices and applications thereof
US8558105B2 (en) * 2006-05-01 2013-10-15 Wake Forest University Organic optoelectronic devices and applications thereof
US8997901B2 (en) * 2006-05-11 2015-04-07 Ford Global Technologies, Llc Vehicular body panel energy generator system
GB2440366B (en) * 2006-07-22 2008-11-26 Spencer William Jansen Solar cells
EP2050151B1 (en) 2006-08-07 2011-10-12 Wake Forest University Method of producing composite organic materials
DE102006047045A1 (de) * 2006-10-02 2008-04-03 Universität Paderborn Photovoltaische Einrichtung
CN100505325C (zh) * 2006-11-10 2009-06-24 北京大学 染料敏化太阳能电池及其工作电极
KR20090117881A (ko) * 2007-01-30 2009-11-13 솔라스타, 인코포레이티드 광전지 및 광전지를 제조하는 방법
AU2009281705A1 (en) * 2008-08-12 2010-02-18 Dyesol Ltd Current collector systems for use in flexible photoelectrical and display devices and methods of fabrication
DE102008055969A1 (de) * 2008-11-05 2010-06-10 Sefar Ag Substrat für eine optoelektronische Vorrichtung
JP5337460B2 (ja) * 2008-11-21 2013-11-06 株式会社フジクラ 光電変換素子
ITBZ20100013A1 (it) * 2010-04-09 2011-10-10 Joachim Ganthaler Rete di protezione per piante contro influssi meteorologici.
CN102148330A (zh) * 2010-12-24 2011-08-10 福建钧石能源有限公司 柔性光电器件的制造方法
JP5941625B2 (ja) * 2011-06-01 2016-06-29 太陽工業株式会社 膜状太陽光発電装置
KR101678172B1 (ko) * 2013-01-16 2016-11-22 한국전기연구원 편조물을 이용한 직조형 염료감응형 태양전지
DE102014103978A1 (de) * 2014-03-24 2015-09-24 Ditf Deutsche Institute Für Textil- Und Faserforschung Stuttgart Sensorgarn
JP6482187B2 (ja) * 2014-05-29 2019-03-13 住江織物株式会社 光発電糸
JP2017017136A (ja) * 2015-06-30 2017-01-19 住江織物株式会社 布帛状太陽電池
ITUA20161412A1 (it) * 2016-03-07 2017-09-07 Consiglio Nazionale Ricerche Materiale composito costituito da supporti organici e idrossiapatite sostituita con titanio e/o ferro per uso in celle solari a colorante organico
KR101907302B1 (ko) * 2017-03-20 2018-10-11 고려대학교 산학협력단 에너지 저장용 실 및 그 제조방법
US10665730B2 (en) 2017-10-20 2020-05-26 Pepin Technologies Llc. Photovoltaic fabric with woven bus architecture
KR102006710B1 (ko) * 2018-01-15 2019-08-02 인천대학교 산학협력단 견을 이용한 파이로프로틴 기반의 열적 내성이 강한 다기능 전자 섬유 제조 방법
CN111364136B (zh) * 2020-04-10 2021-09-03 山西绿普光电新材料科技有限公司 一种内置Micro LED易纺织发光导电纤维材料

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59144177A (ja) * 1983-02-07 1984-08-18 Seiko Epson Corp 太陽電池
US5474621A (en) * 1994-09-19 1995-12-12 Energy Conversion Devices, Inc. Current collection system for photovoltaic cells
JPH11288745A (ja) * 1998-04-03 1999-10-19 Nikon Corp フレキシブル湿式太陽電池とその製造方法
DE19909417A1 (de) * 1999-03-04 2000-11-16 Manfred Baumgaertner Aus Fasern aufgebauter Sonnenkollektor
JP2000261016A (ja) * 1999-03-11 2000-09-22 Japan Science & Technology Corp 光合成型有機太陽電池
EP1194234A1 (en) * 1999-06-15 2002-04-10 PPG Industries Ohio, Inc. Fiber glass carrier having increased surface area and photo-active matrices formed therefrom
JP2001167630A (ja) * 1999-09-29 2001-06-22 Fuji Photo Film Co Ltd 電解質組成物、光電変換素子及び光電気化学電池
JP4299960B2 (ja) * 1999-12-10 2009-07-22 富士フイルム株式会社 光電変換素子および太陽電池
JP2002008740A (ja) * 2000-06-22 2002-01-11 Yamaha Corp 色素増感型光電池およびその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP1470597B1 (en) 2010-03-03
CA2473225A1 (en) 2003-08-07
JP4546733B2 (ja) 2010-09-15
WO2003065471A3 (en) 2003-11-06
DE60331523D1 (de) 2010-04-15
WO2003065471A2 (en) 2003-08-07
CN1643706A (zh) 2005-07-20
JP2005516370A (ja) 2005-06-02
EP1470597A2 (en) 2004-10-27
ATE459969T1 (de) 2010-03-15
CN100530441C (zh) 2009-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2342270T3 (es) Fibras fotovoltaicas.
US6913713B2 (en) Photovoltaic fibers
EP1959466B1 (en) Photovoltaic fibers
US20070079867A1 (en) Photovoltaic fibers
US7414188B2 (en) Co-sensitizers for dye sensitized solar cells
US8581096B2 (en) Gel electrolytes for dye sensitized solar cells
US7094441B2 (en) Low temperature interconnection of nanoparticles
EP1606845B1 (en) Photovoltaic cells utilizing mesh electrodes
US20070251570A1 (en) Photovoltaic cells utilizing mesh electrodes
KR20130009003A (ko) 겔형 전해질을 포함하는 염료감응 태양전지, 및 상기의 제조 방법