ES2352407A1 - Decontaminating energetic coating. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Revestimiento energético descontaminante.Decontaminating energy coating.
El objeto de la presente invención, tal como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, hace referencia a un revestimiento energético descontaminante, de tipo fotovoltaico electroquímico, utilizable como célula fotovoltaica translúcida o como recubrimiento de elementos arquitectónicos y/u ornamentales opacos, para la cogeneración de energía eléctrica alternativa y para la purificación del ambiente.The object of the present invention, as expressed in the statement of this specification, refers to a decontaminating energy coating, of the photovoltaic type electrochemical, usable as a translucent photovoltaic cell or as a coating of architectural and / or ornamental elements opaque, for the cogeneration of alternative electrical energy and for The purification of the environment.
La conversión de la energía luminosa en eléctrica tiene sus antecedentes en los semiconductores; cuando estos se empezaron a fabricar, se observó que si eran expuestos a la luz, se generaba una pequeña corriente eléctrica.The conversion of light energy into Electric has its background in semiconductors; when these began to be manufactured, it was observed that if they were exposed to the light, a small electric current was generated.
La generación de energía eléctrica en una célula fotovoltaica se produce, resumidamente, de la manera siguiente: Un fotón de luz de energía semejante a la que une los electrones al núcleo de un átomo puede ser capaz, cuando es absorbido, de separar al electrón del núcleo, al cual está unido, la distancia suficiente para que este electrón pueda divagar a través de la red cristalina por una zona del espacio entre los átomos en una dirección aleatoria. El lugar que ocupaba el electrón, al quedar vacío representa una carga positiva, la cual también se mueve aleatoriamente por la red. Ambas cargas se dirigen desde la superficie del semiconductor a zonas menos iluminadas, donde la atracción mutua las puede recombinar, manteniéndose el sistema en general en forma de equilibrio. Los materiales donde se da este fenómeno se denominan semiconductores intrínsecos y el ejemplo clásico es el Silicio (Si). Para que exista una corriente eléctrica se necesita de un campo eléctrico que atraiga las cargas generadas por la luz y obligue a esta a dirigirse en sentidos opuestos. Esto se logra uniendo un semiconductor con exceso de electrones e- en su red (a este semiconductor se le llama extrínseco y está dopado con átomos de impurezas con 5 electrones en su banda de valencia, de manera que al incorporarse a la red del semiconductor de Si en este caso, con 4 enlaces, quedaría un electrón descompensado que es fácil de separar de los enlaces y hacerlo mover por el cristal) con otro semiconductor con déficits de electrones ó exceso de huecos h+ (a este semiconductor se le llama extrínseco también y está dopado con átomos como impurezas con 3 electrones en su banda de valencia, de manera que al incorporarse a la red del semiconductor de Si, con 4 enlaces, quedaría un hueco descompensado que es fácil de separar de los enlaces y hacerlo mover por el cristal). En la unión de estos semiconductores n (para el dopado con electrones) y p (para el dopado con huecos) surge una atracción electrostática entre las cargas de sentido opuesto que dirigirá las cargas hacia esa región hasta que las fuerzas se compensen y estabilicen con las de la red restante en el volumen del material. De esta forma, en la unión, se forma una zona de campo eléctrico electrostático, la cual atraerá hacia sí las cargas de sentido contrario y repelará las del mismo sentido. Aquellos fotones procedentes de la fuente de luz con energía adecuada, y que incidan sobre la superficie p, arrancarán electrones que atravesarán la zona de potencial eléctrico y no podrán regresar. En ese momento la capa n adquiere un sobrepotencial sobre la p. Si se conectan unos conductores eléctricos a ambas capas y estos alimentan un dispositivo eléctrico consumidor de energía, se iniciará una corriente eléctrica continua.The generation of electrical energy in a cell Photovoltaic is produced, in short, as follows: A energy light photon similar to that which unites electrons to nucleus of an atom may be able, when absorbed, to separate to the electron of the nucleus, to which it is attached, sufficient distance so that this electron can wander through the crystalline network by an area of space between atoms in one direction random The place occupied by the electron, being empty represents a positive charge, which also moves randomly over the network. Both charges are directed from the semiconductor surface to less illuminated areas, where the mutual attraction can recombine them, keeping the system in General in the form of balance. The materials where this is given phenomenon are called intrinsic semiconductors and the example Classic is Silicon (Yes). For there to be an electric current an electric field is needed that attracts the generated charges by the light and force it to go in opposite directions. This it is achieved by joining a semiconductor with excess electrons e- in its network (this semiconductor is called extrinsic and is doped with impurity atoms with 5 electrons in their valence band, of so that when joining the Si semiconductor network in this case, with 4 links, a decompensated electron would be easy to separate from the links and make it move through the glass) with another semiconductor with electron deficits or excess holes h + (a This semiconductor is called extrinsic as well and is doped with atoms as impurities with 3 electrons in their valence band, of so that when joining the Si semiconductor network, with 4 links, there would be a decompensated gap that is easy to separate from the links and make it move through the glass). In the union of these semiconductors n (for the doped with electrons) and p (for the doped with gaps) an electrostatic attraction arises between charges in the opposite direction that will direct the charges towards that region until the forces are compensated and stabilized with those of the network remaining in the volume of the material. In this way, in the union, it forms an electrostatic electric field zone, which will attract towards each other the charges in the opposite direction and will repel those of the same sense. Those photons from the light source with adequate energy, and that affect the surface p, will start electrons that will cross the area of electrical potential and not They can come back. At that time layer n acquires an overpotential on p. If electrical conductors are connected to both layers and these feed a power consuming electrical device, it It will start a continuous electric current.
Si bien dichos materiales son los utilizados normalmente para la transformación de la energía luminosa en eléctrica, presentan la desventaja que el coste de procesamiento para la obtención del silicio puro es muy alto e, incluso, contaminante. Hay otro proceso de separación de portadores de carga en un tipo específico de célula solar, donde la misma ocurre por difusión de estos desde las zonas de mayor concentración de portadores a las de menor concentración, siguiendo un gradiente de potencial eléctrico. Este principio es usado en las células fotovoltaicas de tercera generación, las cuales son más económicas y limpio el método de fabricación.While these materials are those used normally for the transformation of light energy into electrical, present the disadvantage that the processing cost to obtain pure silicon it is very high and even pollutant. There is another process of separation of cargo carriers in a specific type of solar cell, where it occurs by dissemination of these from the areas of greatest concentration of carriers with the lowest concentration, following a gradient of electric potential. This principle is used in cells third generation photovoltaic, which are cheaper and I clean the manufacturing method.
A principios de los años 90, Michael Grätzel inventó un nuevo tipo de célula fotovoltaica que, a diferencia de las basadas en uniones PN de semiconductor, la nueva se basa en reacciones de tipo electroquímico. Lo que hace la célula "Grätzel", denominada así en honor de su creador, es simular parcialmente el proceso de la fotosíntesis, utilizando para ello algún colorante o pigmento orgánico ("cromóforo"), ya sea de tipo natural (como jugo de clorofila o tinte de zarzamoras) o ya sea de tipo artificial, como sería, por ejemplo, un complejo de metal de transición.In the early 90s, Michael Grätzel invented a new type of photovoltaic cell that, unlike those based on semiconductor PN junctions, the new one is based on electrochemical reactions. What the cell does "Grätzel", named in honor of its creator, is to simulate partially the process of photosynthesis, using it some organic dye or pigment ("chromophore"), either natural type (such as chlorophyll juice or blackberry dye) or either artificial type, as would be, for example, a metal complex of transition.
La célula, básicamente consiste en que, sobre un sustrato de vidrio cubierto con una capa conductora, se deposita un semiconductor que, recubierto a su vez con una capa del colorante orgánico (o cromóforo) antes mencionado y ayudado por un electrolito adecuado, tiene por finalidad absorber los fotones de luz para generar pares electrón-hueco y así producir energía eléctrica.The cell basically consists of that, on a glass substrate covered with a conductive layer, a semiconductor which, in turn coated with a dye layer organic (or chromophore) mentioned above and helped by an electrolyte suitable, is intended to absorb light photons to generate electron-hole pairs and thus produce energy electric
En el estado actual de la técnica, las células fotoelectroquímicas Grätzel son regeneradoras, del tipo de interfaz óxido semiconductor-electrolito. Se entiende por célula regeneradora, un dispositivo electroquímico en el que las reacciones de los electrodos son reversibles y se conservan las especies químicas reaccionantes.In the current state of the art, the cells Grätzel photoelectrochemicals are regenerative, of the interface type semiconductor-electrolyte oxide. It is understood by regenerating cell, an electrochemical device in which electrode reactions are reversible and the chemical reactant species.
Se conoce la patente WO 91/16719 de una célula fotoelectroquímica regeneradora, la cual incluye un electrodo de cristal recubierto con una capa conductora, transparente a la luz. Este electrodo dispone, además, de una capa de dióxido de titanio TiO_{2} que está realizada bajo la forma de una nanoestructura porosa con estructura formada por partículas coloidales "fritadas" ("anatasa") y recubiertas de una capa monomolecular de cromóforos. Este dispositivo incluye un segundo cristal con una capa transparente conductora, el cual se recubre, a su vez, con una fina capa de Platino (Pt) transparente que actúa de catalizador, para formar el contraelectrodo de la célula. Ambos cristales se empaquetan y sellan herméticamente, de forma que entre ambos queda un espacio que a su vez es rellenado con un electrolito, el cual actúa en funciones de agente "redox", así como las de intercambiador de electrones y transportador de huecos. Estas células de referencia se conocen por el nombre de células solares sensibilizadas con colorantes, o simplemente por sus siglas en inglés DSSC (Dye Sensitized Solar Cell).Patent WO 91/16719 of a cell is known regenerative photoelectrochemistry, which includes an electrode of crystal coated with a conductive layer, transparent to light. This electrode also has a layer of titanium dioxide TiO_ {2} which is made in the form of a nanostructure porous with structure formed by colloidal particles "fries" ("anatase") and coated with one layer monomolecular chromophores. This device includes a second glass with a conductive transparent layer, which is coated, to in turn, with a thin layer of transparent Platinum (Pt) that acts as catalyst, to form the counter electrode of the cell. Both of them crystals are packaged and sealed tightly, so that between both remain a space that in turn is filled with an electrolyte, which acts as a "redox" agent, as well as those of electron exchanger and hole conveyor. These reference cells are known by the name of solar cells sensitized with dyes, or simply by its acronym in English DSSC (Dye Sensitized Solar Cell).
Dados los bajos costes de fabricación de estas células fotovoltaicas, se han realizado numerosos estudios de viabilidad con el objetivo de introducirlas en el mercado.Given the low manufacturing costs of these photovoltaic cells, numerous studies of viability with the aim of introducing them into the market.
Sin embargo, existen una serie de deficiencias que caracterizan este tipo de células y que han limitado su introducción masiva; actualmente, se llevan a cabo muchos trabajos para resolver estos inconvenientes.However, there are a number of deficiencies that characterize this type of cells and that have limited their massive introduction; Currently, many jobs are carried out To solve these inconveniences.
Uno de los inconvenientes de estos dispositivos actuales consiste en la baja consistencia que presenta la capa activa de TiO_{2} y en la limitada adherencia que presenta dicha capa con respecto a la superficie del substrato sobre el que se deposita.One of the disadvantages of these devices current consists of the low consistency of the layer TiO2 active and in the limited adhesion presented by said layer with respect to the surface of the substrate on which it deposit
Otro inconveniente es la limitación de tamaño que presentan estos dispositivos cuando se pretende ampliar el campo de aplicación de los mismos no solo a paneles solares, sino también a piezas, elementos constructivos, estructurales y/u ornamentales de gran tamaño.Another drawback is the size limitation presented by these devices when it is intended to expand the field application thereof not only to solar panels, but also to pieces, construction, structural and / or ornamental elements of big size.
Otro inconveniente más, que concierne a las células sensibilizadas, es que la componente ultravioleta de la luz solar puede penetrar en la capa activa de TiO_{2} a través de la cara expuesta a la luz del electrodo y de la primera capa transparente conductora; esto puede provocar un problema que es la excitación directa de los electrones de la banda de valencia del semiconductor de TiO_{2}, generándose entonces huecos (h+) muy oxidantes, los cuales influyen en la degradación de los compuestos orgánicos (como los colorantes) y muy acusadamente en la fotodegradación de electrolito, como se ha demostrado en numerosos estudios; unido a esto, la generación de huecos y excitación electrónica directa del semiconductor, como se conoce, favorece el fenómeno indeseable de la recombinación. La presencia de electrones en la banda de conducción del semiconductor por excitación directa de la banda de valencia, puede apagar al sensibilizador, inhibiendo el acto de transferencia electrónica, con la consecuente conversión de la energía de los fotones absorbidos en el colorante, y la consecuente transferencia electrónica a la banda de conducción del semiconductor, en un acto fotónico; este fenómeno favorece entonces el calentamiento celular y reduce la eficiencia del dispositivo.Another drawback, which concerns the sensitized cells, is that the ultraviolet component of light solar can penetrate the active layer of TiO2 through the face exposed to the light of the electrode and the first layer transparent conductive; this can cause a problem that is the direct excitation of the valence band electrons of the TiO2 semiconductor, then generating gaps (h +) very oxidizers, which influence the degradation of the compounds organic (like dyes) and very sharply in the electrolyte photodegradation, as demonstrated in numerous studies; attached to this, the generation of gaps and excitation direct semiconductor electronics, as it is known, favors the undesirable phenomenon of recombination. The presence of electrons in the semiconductor conduction band by direct excitation of the valence band, can turn off the sensitizer, inhibiting the act of electronic transfer, with the consequent conversion of the energy of the photons absorbed in the dye, and the consequent electronic transfer to the conduction band of the semiconductor, in a photonic act; this phenomenon favors then Cellular heating and reduces device efficiency.
Sería además aconsejable poder aprovechar la capacidad de conversión intrínseca (que tiene el semiconductor) de convertir la radiación UV de la luz en energía, cosa que en las células actuales normalmente se desperdicia; esto sería posible si se emplease un diseño del dispositivo diferente a los actuales, tal como el descrito más adelante en esta memoria,It would also be advisable to take advantage of the intrinsic conversion capacity (which has the semiconductor) of convert UV radiation of light into energy, which in the Current cells are usually wasted; this would be possible if a device design other than the current ones is used, such as described later in this report,
Otro inconveniente es que la superficie intrincada del TiO_{2} coloidal, como el descrito en células actuales, tiene aspectos negativos, como es su consistencia en el tiempo debido a la debilidad de los enlaces entre partículas coloidales, lo cuál las puede inhabilitar para una futura reconstrucción y reposición de los elementos constituyentes (como son los colorantes y el electrolito) mediante métodos que garanticen su empleo prolongado en el tiempo; tal es el caso propuesto en la patente WO 2006/122114 A2 de "Célula Solar Sensibilizada con Colorantes Recargable". Con el mecanismo de regeneración propuesto en dicha patente, la capa nanoestructurada sufre un enjuague ó lavado que es erosionante y que la puede desgastar con el tiempo hasta inhabilitarla.Another drawback is that the surface intricate of colloidal TiO2, as described in cells current, has negative aspects, as is its consistency in the time due to weak links between particles colloidal, which can disable them for future reconstruction and replacement of constituent elements (such as they are the dyes and the electrolyte) by means of methods that guarantee his prolonged employment over time; such is the case proposed in the WO 2006/122114 A2 patent of "Solar Cell Sensitized with Rechargeable dyes. "With the regeneration mechanism proposed in said patent, the nanostructured layer suffers a rinse or wash that is eroding and can wear it with the time to disable it.
Cabe también mencionar el inconveniente de que cuando las células se hallen a la intemperie, deben tener unas superficies expuestas al medio exterior que se mantengan limpias de suciedad y elementos orgánicos externos que pudieran impedir el paso de la luz hacia el interior de dichas células. Esto requeriría de una limpieza constante y periódica de estas superficies; de lo contrario limitaríamos su rendimiento fotovoltaico. Una superficie que carezca de propiedades de autolimpieza, o que no sea limpiada expresamente con cierta periodicidad, puede quedar rápidamente inhabilitada en su función fotovoltaica, sobre todo si se trata de superficies horizontales tales como tejados o similares, sobre las que la suciedad se asienta por la propia gravedad.It is also worth mentioning the disadvantage that when the cells are outdoors, they should have some surfaces exposed to the outside environment that are kept clean of dirt and external organic elements that could impede the passage of the light into these cells. This would require a constant and periodic cleaning of these surfaces; of what Otherwise we would limit your photovoltaic performance. A surface that lacks self-cleaning properties, or that is not cleaned expressly with certain periodicity, it can be quickly disabled in its photovoltaic function, especially if it is horizontal surfaces such as roofs or the like, on the that dirt settles by gravity itself.
Además, existe el inconveniente de que las células actuales normalmente son semitransparentes o translúcidas, y por lo tanto, no presentan la eficiencia adecuada para su instalación sobre una superficie opaca mate, tal como una pared, azulejos, postes, etc., ya que cada fotón de luz que atraviesa la célula, acaba siendo absorbido por dicha superficie mate, desperdiciándose su energía. En la invención propuesta este fenómeno se elimina depositando sobre el substrato una capa brillante metálica que refleja la luz, haciendo pasar nuevamente los fotones reflejados a través de las capas fotoactivas.In addition, there is the disadvantage that Current cells are usually semi-transparent or translucent, and therefore, they do not present adequate efficiency for their installation on a matt opaque surface, such as a wall, tiles, posts, etc., since each photon of light that crosses the cell, ends up being absorbed by said matt surface, Wasting his energy. In the proposed invention this phenomenon it is removed by depositing a shiny layer on the substrate metallic that reflects the light, passing the photons again reflected through the photoactive layers.
Por último, las células fotoelectroquímicas actuales carecen de propiedades descontaminantes, bactericidas y/o purificantes del medio en que se encuentran, por encontrarse el semiconductor encapsulado y no expuesto al medio exterior.Finally, photoelectrochemical cells currently lack decontaminating, bactericidal and / or properties purifiers of the environment in which they are found, because the encapsulated semiconductor and not exposed to the outside environment.
Con el fin de superar estos inconvenientes, se ha diseñado el novedoso revestimiento energético descontaminante, objeto de la presente memoria técnica.In order to overcome these inconveniences, it He has designed the innovative energy decontamination coating, object of this technical report.
En términos generales, la presente invención se refiere a un novedoso tipo de célula fotoelectroquímica, realizable tanto en formatos pequeños como medianos, y configurable, o bien como panel solar transparente, o bien como revestimiento para piezas y/u otros elementos estructurales u ornamentales opacos de una edificación, tales como tejas, baldosas o similares.Generally speaking, the present invention will be refers to a novel type of photoelectrochemical cell, realizable both in small and medium formats, and configurable, or as a transparent solar panel, or as a coating for parts and / or other opaque structural or ornamental elements of a building, such as tiles, tiles or similar.
Tanto los paneles como los revestimientos son capaces de realizar cuatro funciones: una primera función generadora de corriente eléctrica con una eficiencia adecuada, una segunda función de autoresguardarse de la luz ultravioleta al tiempo que de filtro de la misma, una tercera función de comportarse como descontaminante (y/o bactericida) del medio ambiente y, por último, una cuarta función de presentar propiedades autolimpiantes de la superficie expuesta a la luz.Both the panels and the coverings are capable of performing four functions: a first generating function of electric current with adequate efficiency, a second function of self-protection from ultraviolet light while filter of it, a third function of behaving as decontaminant (and / or bactericidal) of the environment and, finally, a fourth function of presenting self-cleaning properties of the surface exposed to light.
Con respecto a esta última propiedad, los elementos constructivos, tales como cristales de ventanas, baldosas y azulejos para paredes y pavimentos, tejas, ladrillos, bloques y otros, si se implementan como células solares sensibilizadas, cuestión que es factible y se plantea como uno de los objetivos de esta invención, deben tener unas superficies expuestas al medio exterior que se mantengan siempre limpias de suciedad y elementos orgánicos externos que impidan el paso de la luz al interior de la célula.With respect to the latter property, the construction elements, such as window panes, tiles and tiles for walls and pavements, tiles, bricks, blocks and others, if implemented as sensitized solar cells, question that is feasible and is raised as one of the objectives of this invention must have surfaces exposed to the environment exterior that are always kept clean of dirt and elements external organics that prevent the passage of light into the interior of the cell.
Con respecto a lo anterior, merece señalarse que uno de los objetivos prioritarios que se persigue con la presente invención, es la integración, en un único dispositivo, de las funciones de generación fotovoltaica con las propiedades de autolimpieza y descontaminantes del medio ambiente que rodea a los elementos constructivos sobre los que se instale dicho dispositivo; por otro lado, las propiedades autolimpiantes, descontaminantes y bactericidas del dispositivo, han de ejecutarse sobre la superficie exterior expuesta al medio ambiente. Por ser el medio ambiente exterior un medio erosionante y hostil para los recubrimientos que se implementen sobre superficies expuestas, es necesario que el semiconductor funcional depositado posea características especialmente adecuadas para resistir las inclemencias del exterior, propiedad que también presenta el revestimiento objeto de la presente invención.With respect to the foregoing, it should be noted that one of the priority objectives pursued with this invention is the integration, in a single device, of the photovoltaic generation functions with the properties of self-cleaning and decontaminants of the environment surrounding the construction elements on which said device is installed; on the other hand, the self-cleaning, decontaminating and bactericides of the device, must be run on the surface exterior exposed to the environment. For being the environment exterior an eroding and hostile environment for coatings that be implemented on exposed surfaces, it is necessary that the deposited functional semiconductor possess characteristics especially suitable to resist the inclemency of the outside, property that also presents the coating object of the present invention
La novedosa invención está confeccionada de modo que las diferentes capas que conformen la estructura generadora presentan un fuerte anclaje de estas a la superficie del sustrato, razón indispensable para asegurar una sólida comunicación entre capas, una alta adherencia y un aumento de la superficie de interfase.The novel invention is made so that the different layers that make up the generating structure they have a strong anchoring of these to the surface of the substrate, indispensable reason to ensure a solid communication between layers, high adhesion and increased surface area of interface.
El novedoso revestimiento está diseñado de tal modo que, por un lado, se hallan muy aisladas las zonas de conducción electrónica de la iónica, mientras que por otro lado, también ha sido concebido para desbloquear al máximo posible la conducción de electrones a través del semiconductor, disminuyendo en ambos casos el proceso de recombinación y aumentando, por lo tanto, la eficiencia energética del dispositivo.The novel coating is designed in such a way so that, on the one hand, the areas of electronic ionic conduction, while on the other hand, It has also been designed to unlock as much as possible the conduction of electrons through the semiconductor, decreasing in both cases the recombination process and therefore increasing The energy efficiency of the device.
El revestimiento objeto de esta memoria presenta una capa activa de TiO_{2}, de carácter novedoso, con una adherencia elevada a la superficie del sustrato y una alta consistencia, correspondientes ambas propiedades a las exigencias que se establecen para los elementos constructivos y/o arquitectónicos; también presenta un área de exposición mayor que la que se puede obtener con partículas coloidales "fritadas", lo que soluciona por su propia estructura algunos de los problemas más limitantes de esta tecnología. Con el novedoso revestimiento, existe un aumento de la eficiencia por unidad de área, dadas las dimensiones menores que se logran en una realización a nivel molecular, en comparación con una realización a partir de partículas coloidales agregadas.The coating object of this report presents an active layer of TiO_ {2}, of a novel nature, with a high adhesion to the substrate surface and a high consistency, both properties corresponding to the requirements that are established for the constructive elements and / or architectural; It also has a greater exposure area than the which can be obtained with colloidal particles "fries", what which solves some of the problems by its own structure Limitations of this technology. With the new coating, there is an increase in efficiency per unit area, given the smaller dimensions that are achieved in a level realization molecular, compared to an embodiment from particles colloidal aggregates.
El novedoso revestimiento energético, como ya se ha comentado, presenta dos opciones de estructuración diferentes; la primera, diseñada para ser utilizada como elemento transparente, es adecuada para su utilización tanto en células fotovoltaicas independientes, integradas en placas solares, así como para su utilización como cristales de ventanas, de puertas y de otros elementos afines. Esta opción de estructuración puede ser iluminada por ambas caras. La segunda opción de estructuración, diseñada para ser aplicada a superficies opacas, es adecuada para su implementación como revestimiento monofacial de elementos constructivos o arquitectónicos opacos tales como tejas, baldosas u otros similares (es decir, de los utilizados para cubrir paredes, suelos y/o techos). Esta segunda opción de estructuración monofacial, está diseñada para ser iluminada por una sola cara.The new energy coating, as already He has commented, presents two different structuring options; the First, designed to be used as a transparent element, it is suitable for use both in photovoltaic cells independent, integrated in solar panels, as well as for your use as windows, doors and other windows related elements. This structuring option can be illuminated on both sides. The second structuring option, designed to be applied to opaque surfaces, it is suitable for implementation as monofacial coating of elements opaque constructive or architectural such as tiles, tiles or similar ones (that is, those used to cover walls, floors and / or ceilings). This second structuring option Monofacial, it is designed to be illuminated by a single face.
La primera opción de estructuración, diseñada para ser utilizada como elemento transparente, puede ser empleada en la fabricación de células fotovoltaicas para implementar unidades estructurales semitransparentes de placas solares. Esta configuración es aplicable también como elemento sustitutivo de cristales de ventanas para todo tipo de edificación; incluso el cristal interior de una ventana de vivienda u otro tipo de local, de ser recubierto con la capa descontaminante y bactericida (descrita más adelante) y la capa transparente conductora (también descrita más adelante), podría utilizarse como elemento purificador del ambiente interior de dicha vivienda o local y, especialmente, en hospitales, jardines infantiles, centros de geriatría y otros centros colectivos y sociales, con lo cual no sería necesario habilitar fuentes interiores adicionales de generación de radiación UV germicida.The first structuring option, designed to be used as a transparent element, it can be used in photovoltaic cell manufacturing to implement units Semitransparent structural solar panels. This configuration is also applicable as a substitute for window panes for all types of building; even the interior glass of a housing window or other type of premises, of be coated with the decontaminating and bactericidal layer (described below) and the transparent conductive layer (also described later), could be used as a purifying element of interior environment of said dwelling or premises and, especially, in hospitals, kindergartens, geriatrics centers and others collective and social centers, which would not be necessary enable additional indoor sources of radiation generation Germicidal UV
Se sabe, además, que las DSSC trabajan muy bien y establemente en condiciones de baja iluminación; tal característica las hace idóneas para ser utilizadas en interiores. Según lo planteado en el párrafo anterior, la capacidad de convertir estas células en elementos descontaminantes, autolimpiadores y bactericidas les añade una característica muy atrayente para ser introducidas como componentes constituyentes de ventanas y de otros elementos de interior.It is also known that DSSCs work very well and stably in low lighting conditions; such characteristic makes them ideal for indoor use. As stated in the previous paragraph, the ability to convert these cells in decontaminating, self-cleaning and bactericides adds a very attractive feature to be introduced as constituent components of windows and others interior items.
La segunda opción de estructuración, diseñada para ser aplicada a superficies opacas, permite que las células energéticas y a la vez descontaminantes, autolimpiantes y bactericidas (llamadas en adelante FDAB), dadas las potenciales posibilidades que poseen, sean incorporadas a muchos aspectos de la construcción, incorporándose a un sistema único integrado denominado "Sistema Autosostenible de Construcción Energético Descontaminante" (SACED), ocupando las superficies de los espacios, tanto exteriores como interiores, que configuran techos, paredes, pavimentos de terrazas, fachadas de viviendas y/o edificios, naves industriales, almacenes, escuelas, hospitales, centros deportivos y, en general, todo tipo de construcción arquitectónica que utilice unidades tales como tejas, baldosas, ladrillos, bloques, y/o cualquier otro elemento, estructural u ornamental, susceptible de ser reconvertido ó rediseñado con las propiedades superficiales adicionales del tipo FDAB.The second structuring option, designed To be applied to opaque surfaces, it allows cells energy and at the same time decontaminants, self-cleaning and bactericides (hereinafter referred to as FDAB), given the potential Possibilities they possess are incorporated into many aspects of the construction, joining a single integrated system called "Self-Sustainable Energy Construction System Decontaminant "(SACED), occupying the surfaces of spaces, both exterior and interior, that configure ceilings, walls, pavements of terraces, housing facades and / or buildings, warehouses, warehouses, schools, hospitals, sports centers and, in general, all types of construction architectural that uses units such as tiles, tiles, bricks, blocks, and / or any other element, structural or ornamental, likely to be reconverted or redesigned with the additional surface properties of the FDAB type.
La primera opción de configuración del novedoso revestimiento energético propuesto para constituir células FDAB, es decir, la configuración transparente, está constituida por una primera capa nanocristalina (es decir, al mismo tiempo fina y transparente) de semiconductor de banda ancha, preferentemente hecha de TiO_{2}, la cual posee características autolimpiantes, descontaminantes del medioambiente y bactericidas, que actúa como filtro de la radiación ultravioleta proveniente de la luz solar ó de cualquier otra fuente externa al tiempo que deja pasar la luz visible, con el fin de que dicha radiación ultravioleta no penetre en el interior de la unidad generadora y deteriore las capas de cromóforo o de electrolito explicadas más adelante; la capa de TiO_{2} se deposita sobre dicha unidad generadora a través de una capa intermedia conductora transparente del tipo de las ya utilizadas en las técnicas actuales, realizadas a base de compuestos químicos tales como FTO (Fluorine dopped Tin Oxide), ITO ó AZO. Se denomina unidad generadora, con carácter nominativo pero no limitativo, a un conjunto básico de tres elementos: un electrodo, un electrolito y un contraelectrodo transparente. El electrodo está compuesto por un cristal transparente a la luz visible, el cual está recubierto por su cara interior con una capa conductora transparente de las que se conocen en la técnica actual (tales como FTO, ITO ó AZO), una capa de TiO_{2} compacta transparente que, según el estado de la técnica actual, actúa como barrera ó aislamiento entre el líquido electrolítico y la capa transparente conductora, una capa nanofotovoltaica de TiO_{2} con estructura irregular de tipo "anatasa", y por último, una monocapa de cromóforo que se deposita sobre la extensa e irregular superficie de la capa nanofotovoltaica de TiO_{2}. El contraelectrodo se compone, a su vez, de un cristal transparente a la luz visible, el cual se recubre por la cara interior con una capa conductora transparente de las que se conocen en el mercado (tales como FTO, ITO ó AZO) y con una capa transparente de un catalizador, entre los que se puede citar el platino Pt, grafito, Ti esponjoso, Oro, Ni ó cualquier otro catalizador adecuado. Exteriormente este cristal se recubre también de una capa transparente conductora, la cual a su vez se recubre de una capa nanocristalina de semiconductor de banda ancha, preferentemente hecha de TiO_{2}, la cual posea características autolimpiantes, descontaminantes del medio ambiente y bactericidas, al tiempo que también actúa de filtro de la componente ultravioleta proveniente de la luz solar ó de cualquier otra fuente externa, para que esta componente no penetre en el interior de la unidad generadora. La novedosa célula, como en la variante clásica, se sella herméticamente uniendo los dos cristales y se le inyecta, en el espacio entre electrodo y contraelectrodo, un líquido electrolítico adecuado que ejecuta funciones de tipo "redox" entre electrodo y contraelectrodo. Los extremos de las capas conductoras transparentes del electrodo y el contraelectrodo, se unen a través de un circuito eléctrico externo de trabajo para alimentar algún componente eléctrico o electrónico mediante la circulación de los electrones (e-) generados.The first configuration option of the novel Energy coating proposed to constitute FDAB cells, is that is, the transparent configuration is constituted by a first nanocrystalline layer (i.e. at the same time fine and transparent) broadband semiconductor, preferably made of TiO_ {2}, which has self-cleaning characteristics, environmental decontaminants and bactericides, which acts as ultraviolet radiation filter from sunlight or from any other external source while letting in the light visible, so that said ultraviolet radiation does not penetrate inside the generating unit and deteriorate the layers of chromophore or electrolyte explained below; the layer of TiO_2 is deposited on said generating unit through a transparent conductive intermediate layer of the ya type used in current techniques, based on compounds Chemicals such as FTO (Fluorine dopped Tin Oxide), ITO or AZO. Be denominated generating unit, with nominative character but not limiting, to a basic set of three elements: an electrode, a electrolyte and a transparent counter electrode. Electrode is composed of a crystal transparent to visible light, which is coated on its inner face with a transparent conductive layer of those known in the current art (such as FTO, ITO or AZO), a layer of transparent compact TiO2 which, according to the current state of the art, acts as a barrier or isolation between the electrolytic liquid and the conductive transparent layer, a layer TiO2 nanophotovoltaic with irregular type structure "anatase", and finally, a chromophore monolayer that deposited on the extensive and irregular surface of the layer TiO2 nanophotovoltaic. The counter electrode is composed, at its instead, from a transparent glass to visible light, which is coated on the inner face with a transparent conductive layer of which they are known in the market (such as FTO, ITO or AZO) and with a layer transparent of a catalyst, among which the Platinum Pt, Graphite, Fluffy Ti, Gold, Ni or any other suitable catalyst. Externally this glass is also coated of a conductive transparent layer, which in turn is coated with a broadband semiconductor nanocrystalline layer, preferably made of TiO2, which has characteristics self-cleaning, environmental decontaminants and bactericides, while also acting as a filter for the ultraviolet component from sunlight or any other external source, to that this component does not penetrate inside the unit generator The novel cell, as in the classic variant, is seals tightly joining the two crystals and injects it, in the space between electrode and counter electrode, a liquid suitable electrolytic that performs "redox" functions between electrode and counter electrode. The ends of the layers transparent conductors of the electrode and counter electrode, it join through an external electrical work circuit to power some electrical or electronic component through the circulation of the electrons (e-) generated.
En el novedoso revestimiento energético objeto de esta memoria se propone, como elemento innovador con respecto al estado de la técnica, la aplicación de una capa intermedia conductora transparente depositada sobre la cara externa del cristal del electrodo, compuesto de FTO, ITO ó AZO y, a su vez sobre este, una capa transparente nanocristalina de semiconductor a base de TiO_{2}, el cual realiza las funciones ya descritas de elemento filtro de la radiación UV, además de ser autolimpiante, descontaminante y bactericida, al ser excitada su banda de valencia por las ondas energéticas de la componente UV de la luz y liberar, en el acto, huecos (h+) muy oxidantes que son capaces de descomponer elementos orgánicos volátiles en contacto con la superficie hasta sus componentes más simples, como CO_{2}, H_{2}O y sales, así como radicales hidroxílicos muy fuertes y superóxidos, al reaccionar con el agua de la atmósfera. Estos últimos radicales libres también descomponen los elementos orgánicos con una elevada efectividad, tal que el TiO_{2} es considerado en la actualidad como uno de los descontaminantes más efectivos y estables que existen en la naturaleza, empleándose exitosamente en la descontaminación de aguas.In the novel energy coating object of this report is proposed, as an innovative element with respect to state of the art, the application of an intermediate layer transparent conductor deposited on the outer face of the glass of the electrode, composed of FTO, ITO or AZO and, in turn on this, a transparent nanocrystalline semiconductor layer based on TiO_ {2}, which performs the already described element functions UV radiation filter, in addition to being self-cleaning, decontaminant and bactericidal, when its valence band is excited by the energy waves of the UV component of light and release, in the act, very oxidizing (h +) holes that are capable of decomposing volatile organic elements in contact with the surface up to its simplest components, such as CO2, H2O and salts, as well as very strong and superoxid hydroxyl radicals, when reacting With the water of the atmosphere. These last free radicals too break down organic elements with high effectiveness, such that TiO_ {2} is currently considered one of the most effective and stable decontaminants that exist in the nature, successfully employed in the decontamination of waters
Uno de los mecanismos más importantes de la innovación es la posibilidad de dar utilidad a los electrones que se liberan en el acto de excitación directa de la banda de valencia del semiconductor hacia su banda de conducción en el momento en que se activa el mecanismo de descontaminación descrito, al tiempo que los huecos liberados (h+) son utilizados en la oxidación de los compuestos orgánicos. En ese instante, los electrones están descompensados en la estructura, se dificulta el mecanismo de la recombinación y estos electrones descompensados pueden ser evacuados libremente desde la banda de conducción del semiconductor a través de la capa intermedia conductora transparente hacia un circuito polarizado y, desde este, al circuito eléctrico externo de trabajo, pasando antes a través de un diodo semiconductor de baja impedancia, que a su vez evita la fuga de los electrones (e-) que circulan por dicho circuito eléctrico externo. Este mecanismo es de máxima importancia en la novedosa invención, pues en el acto se aumenta la eficiencia energética de la célula, al darle una utilidad generadora de energía a la componente UV de la luz. Por otra parte, hay que destacar la función de filtro de los rayos UV que se asigna al diseño presentado, sea cualesquiera de las funciones que el mecanismo esté realizando, en cuanto a que se dedique en el acto a una función descontaminante ó no, ya que en el momento en que no haya una reacción de los huecos (h+) generados con elementos externos del medio, los electrones en la banda de conducción son eventualmente forzados por mecanismos electrostáticos a una recombinación, con lo cual se evita el paso de la componente UV de la luz al interior de la célula, la cual, como ya se ha explicado, no es favorable para la estabilidad del trabajo de la célula y la durabilidad de la misma.One of the most important mechanisms of the innovation is the possibility of giving utility to the electrons that released in the act of direct excitation of the band of Valencia semiconductor towards your conduction band at the moment you activates the described decontamination mechanism, while released holes (h +) are used in the oxidation of organic compounds In that instant, the electrons are decompensated in the structure, the mechanism of the recombination and these decompensated electrons can be evacuated freely from the semiconductor conduction band through from the transparent conductive intermediate layer to a circuit polarized and, from this, to the external electrical work circuit, passing through a low impedance semiconductor diode before, which in turn prevents the leakage of electrons (e-) that circulate through said external electrical circuit. This mechanism is maximum importance in the novel invention, because in the act the energy efficiency of the cell, giving it a generating utility of energy to the UV component of light. On the other hand, you have to highlight the UV filter function assigned to the design presented, whatever the functions that the mechanism is being carried out, as far as it is dedicated in the act to a decontaminating function or not, since at the moment when there is a reaction of the gaps (h +) generated with elements external to the medium, the electrons in the conduction band are eventually forced by electrostatic mechanisms to a recombination, which prevents the passage of the UV component of the light inside the cell, which, as already explained, it is not favorable for the stability of the work of the cell and the durability of it.
Así mismo se propone, como innovación, el añadir la capa transparente conductora en la cara externa del cristal del contraelectrodo, compuesta de FTO, ITO ó AZO, y sobre este, una capa nanocristalina de semiconductor de banda ancha a base de TiO_{2}; de este modo, los electrones son evacuados libremente desde la banda de conducción del semiconductor, a través de la capa conductora transparente hacia un segundo circuito polarizado, y desde este, al circuito eléctrico externo, pasando antes a través de un segundo diodo semiconductor de baja impedancia, que a su vez evita la fuga de electrones que circulan por el circuito eléctrico externo de trabajo.It is also proposed, as innovation, to add the transparent conductive layer on the outer face of the glass of the counter electrode, composed of FTO, ITO or AZO, and on this, a layer TiO2 based broadband semiconductor nanocrystalline; in this way, electrons are freely evacuated from the band conduction of the semiconductor, through the conductive layer transparent to a second polarized circuit, and from this, to external electrical circuit, passing before through a second low impedance semiconductor diode, which in turn prevents leakage of electrons circulating in the external electrical circuit of job.
De esta manera, según la configuración del novedoso revestimiento energético en modo de célula semitransparente descrita, dicha célula juega un papel de filtro de rayos UV desde ambas caras de la misma, evitando por el lado del electrodo que estos lleguen a la capa de semiconductor TiO_{2} compacta transparente y a la capa nanofotovoltaica de TiO_{2} "anatasa" y excite en esta directamente los electrones de la banda de valencia, generando entonces huecos (h+) que pueden afectar a la monocapa de cromóforo y al líquido electrolítico por las razones antes explicadas. Por la misma razón, la cara exterior del contraelectrodo también impide el paso de la radiación UV.In this way, according to the configuration of the novel energy coating in semi-transparent cell mode described, said cell plays a role of UV filter from both sides of it, avoiding on the electrode side that these reach the TiO 2 semiconductor layer compact transparent and to the nanophotovoltaic layer of TiO2 "anatase" and directly excite the electrons of the Valencia band, then generating gaps (h +) that can affect to the chromophore monolayer and the electrolytic liquid by reasons explained above. For the same reason, the outer face of the Counter electrode also prevents the passage of UV radiation.
Las dos capas exteriores de semiconductor de banda ancha, compuestas de TiO_{2}, son nanocristalinas, es decir, son a la vez de estructura fina y transparente, para permitir el libre paso de la luz visible; estas capas absorben la componente ultravioleta de la luz, garantizando con ello las funciones asignadas de filtro, descontaminante, de autolimpieza y bactericida, descritas anteriormente.The two outer layers of semiconductor broadband, composed of TiO_2, are nanocrystalline, that is, They are both thin and transparent, to allow free passage of visible light; these layers absorb the component ultraviolet light, thereby guaranteeing the functions assigned filter, decontaminant, self-cleaning and bactericidal, described above.
La capa de TiO_{2} compacto transparente del electrodo, efectúa la función de capa barrera que sirve, por un lado, para ofrecer un sólido contacto entre la capa conductora transparente y la capa nanofotovoltaica de TiO_{2} anatasa, facilitando con ello la transferencia electrónica y, por el otro, para impedir cortocircuitos entre el líquido electrolito que baña la capa de TiO_{2} anatasa y la capa conductora transparente, inhibiendo con este acto el fenómeno de recombinación.The transparent compact TiO_2 layer of the electrode, performs the function of barrier layer that serves, by a side, to offer a solid contact between the conductive layer transparent and the nanophotovoltaic layer of TiO2 anatase, thereby facilitating electronic transfer and, on the other, to prevent short circuits between the electrolyte liquid that bathes the TiO2 anatase layer and the transparent conductive layer, inhibiting with this act the phenomenon of recombination.
La segunda opción de configuración del novedoso revestimiento energético propuesto para constituir células FDAB, es decir, la configuración monofacial aplicable a superficies opacas, está constituida por una primera capa transparente de semiconductor de banda ancha, preferentemente hecha de TiO_{2}, la cual posee características autolimpiantes, descontaminantes del medioambiente y bactericidas, que actúa como filtro de la radiación ultravioleta proveniente de la luz solar ó de cualquier otra fuente externa al tiempo que deja pasar la luz visible, con el fin de que dicha radiación ultravioleta no penetre en el interior de la unidad generadora y deteriore el cromóforo o el electrolito. La capa de TiO_{2} se deposita sobre dicha unidad generadora a través de una capa intermedia conductora transparente del tipo de las ya utilizadas en las técnicas actuales, realizadas a base de compuestos tales como FTO, ITO ó AZO. Se entiende por unidad generadora, con carácter nominativo pero no limitativo, a un conjunto básico de tres elementos: un electrodo, un electrolito y un contraelectrodo. Este contraelectrodo es opaco y reflectante para que la radiación visible incidente que pasaría de largo por el interior de la célula y se desaprovecharía, sea reflejada y vuelva hacia el interior de la célula para ser reaprovechada. El electrodo está compuesto por un cristal transparente a la luz visible, el cual está recubierto por su cara interior con una capa conductora transparente confeccionada con materiales de los que ya se conocen en la técnica actual (tales como FTO, ITO o AZO), una capa de TiO_{2} compacta transparente que, según el estado de la técnica actual, actúa como barrera ó aislamiento entre el líquido electrolítico y la capa transparente conductora, una capa nanofotovoltaica de TiO_{2} con estructura irregular de tipo "anatasa", y por último, una monocapa de cromóforo que se deposita sobre la extensa e irregular superficie de la capa nanofotovoltaica; el cantraelectrodo se compone a su vez, por un lado, del cuerpo opaco del propio elemento constructivo, es decir baldosa, teja o similar, sobre cuya superficie va aplicado un revestimiento en forma de una capa metálica de Titanio esponjoso, que ejecutaría al mismo tiempo las funciones de capa conductora y de catalizador. Esta capa de Ti se puede depositar directamente sobre la superficie cruda y rugosa de cerámica u otro material, o sobre esta superficie previamente pulida y/o esmaltada, o con cualquier grado de rugosidad. La célula opaca, como en la variante translúcida antes explicada, se sella herméticamente uniendo el cristal con el cuerpo de la teja y se le inyecta un electrolito adecuado que ejecuta las funciones redox entre los electrodos; los extremos de las capa conductora transparente del electrodo y de la capa metálica de Ti esponjoso del contraelectrodo, se unen a través de un circuito eléctrico externo de trabajo.The second configuration option of the novel Energy coating proposed to constitute FDAB cells, is that is, the monofacial configuration applicable to opaque surfaces, It consists of a first transparent semiconductor layer broadband, preferably made of TiO2, which has self-cleaning, decontaminating and environmental characteristics bactericides, which acts as a filter for ultraviolet radiation from sunlight or any other source external to the time that allows visible light to pass, so that ultraviolet radiation does not penetrate inside the unit Generate and deteriorate the chromophore or electrolyte. The layer of TiO_2 is deposited on said generating unit through a transparent conductive intermediate layer of the ya type used in current techniques, based on compounds such as FTO, ITO or AZO. It is understood by generating unit, with nominative but not limiting character, to a basic set of three Elements: an electrode, an electrolyte and a counter electrode. This Counter electrode is opaque and reflective so that visible radiation incident that would pass by inside the cell and it would miss, be reflected and return to the interior of the cell to be reused. The electrode is composed of a glass transparent to visible light, which is covered by its inner face with a transparent conductive layer made with materials that are already known in the current art (such such as FTO, ITO or AZO), a layer of transparent compact TiO2 which, according to the current state of the art, acts as a barrier or insulation between the electrolytic liquid and the transparent layer conductive, a nanophotovoltaic layer of TiO2 with structure irregular type "anatase", and finally, a monolayer of chromophore that is deposited on the extensive and irregular surface of the nanophotovoltaic layer; the electrode cantra is in turn composed, on the one hand, the opaque body of the constructive element itself, is say tile, tile or similar, on whose surface is applied a coating in the form of a spongy titanium metal layer, that would perform at the same time the functions of conductive layer and of catalyst. This layer of Ti can be deposited directly on the rough and rough surface of ceramic or other material, or on this surface previously polished and / or enameled, or with any degree of roughness The opaque cell, as in the translucent variant explained above, it is sealed tightly joining the glass with the body of the tile and a suitable electrolyte is injected that executes redox functions between electrodes; the ends of the transparent conductive layer of the electrode and the metallic layer of Ti spongy of the counter electrode, join through a circuit External electrical work.
Los electrones descompensados que se producen en la primera capa nanocristalina de banda ancha cuando los huecos (h+) liberados son utilizados en la oxidación de los compuestos orgánicos contaminantes ambientales, pueden ser evacuados libremente desde la banda de conducción del semiconductor a través de la capa intermedia conductora transparente hacia un circuito polarizado y, desde este, al circuito eléctrico externo de trabajo, pasando antes a través de un diodo semiconductor de baja impedancia, que a su vez evita la fuga de los electrones (e-) que circulan por dicho circuito eléctrico externo.The decompensated electrons that are produced in the first nanocrystalline broadband layer when the gaps (h +) released are used in the oxidation of organic compounds environmental pollutants, can be freely evacuated from the semiconductor conduction band through the intermediate layer transparent conductor to a polarized circuit and, from this, to the external electrical work circuit, passing before through a low impedance semiconductor diode, which in turn prevents the leakage of electrons (e-) circulating through said circuit external electrical
En esta variante del novedoso revestimiento
energético para superficies opacas, en donde la capa metálica
conductora y catalizadora de Ti se deposita directamente sobre una
superficie esmaltada, pulida o rugosa pero brillante, esta capa de
Ti, al ser metálica, actúa como un espejo en el cual se refleja la
luz visible que atraviesa las capas anteriores fotoactivas de la
célula y no ha sido absorbida por estas. Después de la reflexión,
esta luz es procesada nuevamente por las capas fotoactivas y puede
ser reaprovechada en el proceso de conversión fotovoltaica, lo que
indiscutiblemente aumenta la eficiencia de la célula. La capa
metálica conductora y catalizadora de Ti asegura, por otra parte,
una conducción electrónica mejor que las capas transparentes
conductoras existentes en el estado actual de la técnica (tales como
las mencionadas FTO, ITO o AZO) por tener una resistencia menor, lo
que mejora la eficiencia de la célula fotovoltaica al bajar el
índice de pérdidas óhmicas ó resistivas y/o el índice de
recombinación de pares electrón-
hueco.In this variant of the novel energy coating for opaque surfaces, where the conductive and catalytic metal layer of Ti is deposited directly on a glazed, polished or rough but glossy surface, this Ti layer, being metallic, acts as a mirror in the which reflects the visible light that crosses the previous photoactive layers of the cell and has not been absorbed by them. After reflection, this light is processed again by the photoactive layers and can be reused in the photovoltaic conversion process, which unquestionably increases the efficiency of the cell. The conductive and catalytic metal layer of Ti ensures, on the other hand, an electronic conduction better than the transparent conductive layers existing in the current state of the art (such as those mentioned FTO, ITO or AZO) by having a lower resistance, which improves the efficiency of the photovoltaic cell by lowering the index of ohmic or resistive losses and / or the rate of recombination of electron pairs
hole.
La capa exterior de semiconductor de banda ancha compuesta de TiO_{2} es, a la vez, de estructura fina y transparente, para permitir el libre paso de la luz visible; esta capa absorbe la componente ultravioleta de la luz, garantizando con ello las funciones asignadas de filtro, descontaminante, de autolimpieza y bactericida, descritas anteriormente.The outer layer of broadband semiconductor composed of TiO_ {2} is, at the same time, of fine structure and transparent, to allow the free passage of visible light; is layer absorbs the ultraviolet component of light, ensuring with it assigned filter functions, decontaminant, of self-cleaning and bactericide, described above.
Opcionalmente, en esta variante del novedoso revestimiento energético para superficies opacas, la capa metálica conductora y catalizadora de Ti esponjoso puede ser recubierta, a su vez, por otra capa catalizadora de Pt transparente (no representada en los dibujos), lo que podría aumentar las propiedades catalíticas del conjunto y con ello facilitar la transferencia electrónica de regeneración al electrolito.Optionally, in this variant of the novel Energy coating for opaque surfaces, the metallic layer conductive and spongy Ti catalyst can be coated, at your instead, by another transparent Pt catalyst layer (not shown in the drawings), which could increase the catalytic properties of the set and thereby facilitate the electronic transfer of electrolyte regeneration
Opcionalmente también, cualquier elemento arquitectónico opaco de los antes mencionados, tales como baldosas, ladrillos, bloques u otros, de los que pueden ser utilizados como células FDAB monofaciales, pueden ser estructuradas también como células FDAB bifaciales, es decir, que pueden llevar el novedoso revestimiento energético por ambas caras; esta posibilidad duplica la capacidad de generación energética de dichos elementos arquitectónicos; un ejemplo de tal diseño podría emplearse por ejemplo en ladrillos para verjas y/o paredes que reciban iluminación por ambas caras.Optionally also, any element opaque architectural of the aforementioned, such as tiles, bricks, blocks or others, of which they can be used as monofacial FDAB cells, can also be structured as bifacial FDAB cells, that is, they can carry the novel energy coating on both sides; this possibility doubles the power generation capacity of these elements architectural; an example of such a design could be used by example in bricks for gates and / or walls that receive lighting on both sides.
Con el objeto de ilustrar cuanto hasta ahora hemos expuesto, se acompaña a la presente memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, de un conjunto de dibujos en los que se ha representado de manera simplificada y esquemática, dos ejemplos de realización práctica únicamente explicativos aunque no limitativos, de las características de la novedosa invención.In order to illustrate how much so far we have exposed, is accompanied by the present specification and forming an integral part of it, of a set of drawings in those that have been represented in a simplified and schematic way, two examples of practical realization only explanatory but not limiting, of the characteristics of the novel invention.
La figura 1 muestra un esquema, en sección transversal, del novedoso revestimiento energético en configuración transparente.Figure 1 shows a diagram, in section transversal, of the new energy coating in configuration transparent.
La figura 2 muestra un esquema, también en sección transversal, del novedoso revestimiento energético en configuración opaca reflectante.Figure 2 shows a scheme, also in cross section of the new energy coating in opaque reflective configuration.
A continuación se describen los dos ejemplos prácticos de realización de la invención; el primero (figura 1), diseñado para ser utilizado como elemento transparente independiente, es adecuada para su utilización tanto en células fotovoltaicas independientes incorporadas a placas solares como para su utilización como cristales de ventanas, de puertas y de otros elementos afines. Esta opción de estructuración puede ser iluminada por ambas caras. La segunda opción de estructuración (figura 2), diseñada para ser aplicada a superficies opacas, es adecuada para su implementación como revestimiento monofacial de elementos constructivos o arquitectónicos, también opacos, tales como tejas, baldosas u otros similares (es decir, de los utilizados para cubrir paredes, suelos y/o techos); esta segunda opción de estructuración monofacial, está diseñada para ser iluminada por una sola cara.The two examples are described below. Practices for carrying out the invention; the first (figure 1), designed to be used as a transparent element independent, it is suitable for use both in cells independent photovoltaic incorporated to solar panels as for its use as windows, doors and other windows related elements. This structuring option can be illuminated on both sides. The second structuring option (figure 2), Designed to be applied to opaque surfaces, it is suitable for implementation as monofacial coating of elements constructive or architectural, also opaque, such as tiles, tiles or similar (that is, those used to cover walls, floors and / or ceilings); this second structuring option Monofacial, it is designed to be illuminated by a single face.
La primera opción de configuración del novedoso revestimiento energético propuesto para constituir células FDAB, es decir, la configuración transparente, está constituida por una primera capa nanocristalina (es decir, al mismo tiempo fina y transparente) de semiconductor de banda ancha (1) hecha de TiO_{2}, la cual posee características autolimpiantes, descontaminantes del medioambiente y bactericidas, que actúa como filtro de la radiación ultravioleta (19) proveniente de la luz solar ó de cualquier otra fuente externa al tiempo que deja pasar la luz visible (20), con el fin de que dicha radiación ultravioleta (19) no penetre en el interior de la unidad generadora y deteriore las capas de cromóforo (6) o de electrolito (7) explicadas más adelante. La capa de TiO_{2} (1) se deposita sobre dicha unidad generadora a través de una capa intermedia conductora transparente (18) del tipo de las ya utilizadas en las técnicas actuales, realizadas a base de compuestos químicos tales como FTO, ITO ó AZO. Se entiende por unidad generadora un conjunto básico de tres elementos: un electrodo (2, 3, 4, 5 y 6), un electrolito (7) y un contraelectrodo (8, 9 y 10) transparente. El electrodo está compuesto por un cristal (2) transparente a la luz visible (20), el cual está recubierto por su cara interior con una capa conductora transparente (3) de las que se conocen en la técnica actual (tales como FTO, ITO ó AZO), una capa de TiO_{2} compacta transparente (4) que, según el estado de la técnica actual, actúa como barrera ó aislamiento entre el líquido electrolítico (7) y la capa transparente conductora (3), una capa nanofotovoltaica de TiO_{2} (5) con estructura irregular de tipo "anatasa", y por último, una monocapa de cromóforo (6) que se deposita sobre la extensa e irregular superficie de la capa nanofotovoltaica (5) de TiO_{2}. El contraelectrodo se compone, a su vez, de un cristal (10) transparente a la luz visible (20), el cual se recubre por la cara interior con una capa conductora transparente (9) de las que se conocen en el mercado (tales como FTO, ITO ó AZO) y con una capa transparente de un catalizador (8) como el platino Pt. Exteriormente este cristal se recubre también de una capa transparente conductora (17), la cual a su vez se recubre de una capa nanocristalina de semiconductor de banda ancha (11) hecha de TiO_{2}, la cual posea características autolimpiantes, descontaminantes del medio ambiente y bactericidas, al tiempo que también actúa de filtro de la componente ultravioleta (19) proveniente de la luz solar ó de cualquier otra fuente externa, para que esta componente no penetre en el interior de la unidad generadora. La novedosa célula se sella herméticamente uniendo los dos cristales (2 y 10) y se le inyecta, en el espacio comprendido entre electrodo y contraelectrodo, un líquido electrolítico adecuado (7) que ejecuta funciones de tipo "redox" entre dicho electrodo y contraelectrodo. Los extremos de las capas conductoras transparentes (3 y 9) del electrodo y del contraelectrodo, se unen a través de un circuito eléctrico externo de trabajo (16) para alimentar cualquier componente eléctrico o electrónico mediante la circulación de los electrones (e-) generados.The first configuration option of the novel Energy coating proposed to constitute FDAB cells, is that is, the transparent configuration is constituted by a first nanocrystalline layer (i.e. at the same time fine and transparent) broadband semiconductor (1) made of TiO_ {2}, which has self-cleaning characteristics, environmental decontaminants and bactericides, which acts as ultraviolet radiation filter (19) from sunlight or from any other external source while letting the light through visible (20), so that said ultraviolet radiation (19) does not penetrate inside the generating unit and deteriorate the layers of chromophore (6) or electrolyte (7) explained below. The TiO 2 layer (1) is deposited on said generating unit at through a transparent conductive intermediate layer (18) of the type of those already used in current techniques, based on chemical compounds such as FTO, ITO or AZO. It is understood by generating unit a basic set of three elements: an electrode (2, 3, 4, 5 and 6), an electrolyte (7) and a counter electrode (8, 9 and 10) transparent. The electrode is composed of a crystal (2) transparent to visible light (20), which is covered by its inner face with a transparent conductive layer (3) of which know in the current art (such as FTO, ITO or AZO), a layer of transparent compact TiO_2 (4) which, according to the state of the current technique, acts as a barrier or isolation between the liquid electrolytic (7) and the conductive transparent layer (3), a layer TiO2 nanophotovoltaic (5) with irregular type structure "anatase", and finally, a chromophore monolayer (6) that deposited on the extensive and irregular surface of the layer nanophotovoltaic (5) of TiO2. The counter electrode is composed, to in turn, from a crystal (10) transparent to visible light (20), the which is covered by the inner face with a conductive layer transparent (9) of those known in the market (such as FTO, ITO or AZO) and with a transparent layer of a catalyst (8) like the platinum Pt. Externally this crystal is also coated with a conductive transparent layer (17), which in turn is coated of a nanocrystalline layer of broadband semiconductor (11) made of TiO_ {2}, which has self-cleaning characteristics, environmental decontaminants and bactericides, while It also acts as a filter for the ultraviolet component (19) from sunlight or any other external source, to that this component does not penetrate inside the unit generator The novel cell is sealed tightly joining the two crystals (2 and 10) and injected into the space included between electrode and counter electrode, a suitable electrolytic liquid (7) that performs "redox" functions between said electrode and counter electrode. The ends of the conductive layers transparent (3 and 9) of the electrode and counter electrode, join through an external electrical work circuit (16) to power any electrical or electronic component through the circulation of the electrons (e-) generated.
En el novedoso revestimiento energético objeto de esta memoria se propone, como elemento innovador con respecto al estado de la técnica, la aplicación de una capa intermedia conductora transparente (18) depositada sobre la cara externa del cristal (2), compuesto de FTO, ITO ó AZO y, a su vez sobre este, una capa transparente nanocristalina de semiconductor (1) a base de TiO_{2}, el cual realiza las funciones ya descritas de elemento filtro de la radiación UV (19), además de ser autolimpiante, descontaminante y bactericida, al ser excitada su banda de valencia por las ondas energéticas de la componente UV (19) de la luz y liberar, en el acto, huecos (h+) muy oxidantes que son capaces de descomponer elementos orgánicos volátiles en contacto con la superficie hasta sus componentes más simples, tales como CO_{2}, H_{2}O y sales, así como radicales hidroxílicos muy fuertes y superóxidos, al reaccionar con el agua de la atmósfera. Estos últimos radicales libres también descomponen los elementos orgánicos con una elevada efectividad, tal que el TiO_{2} es considerado en la actualidad como uno de los descontaminantes más efectivos y estables que existen en la naturaleza.In the novel energy coating object of this report is proposed, as an innovative element with respect to state of the art, the application of an intermediate layer transparent conductor (18) deposited on the outer face of the crystal (2), composed of FTO, ITO or AZO and, in turn on this, a transparent semiconductor nanocrystalline layer (1) based on TiO_ {2}, which performs the already described element functions UV radiation filter (19), in addition to being self-cleaning, decontaminant and bactericidal, when its valence band is excited by the energy waves of the UV component (19) of the light and release, in the act, very oxidizing (h +) holes that are capable of decompose volatile organic elements in contact with the surface to its simplest components, such as CO2; H2O and salts, as well as very strong hydroxyl radicals and superoxides, reacting with water from the atmosphere. These last free radicals also break down the organic elements with high effectiveness, such that TiO2 is considered in today as one of the most effective decontaminants and stable that exist in nature.
En el novedoso revestimiento objeto de esta memoria, se da utilidad a los electrones que se liberan en el acto de excitación directa de la banda de valencia del semiconductor hacia su banda de conducción en el momento en que se activa el mecanismo de descontaminación descrito, al tiempo que los huecos liberados (h+) son utilizados en la oxidación de los compuestos orgánicos contaminantes ambientales. En ese instante, en que los electrones están descompensados en la estructura, se dificulta el mecanismo de la recombinación y estos electrones son evacuados libremente desde la banda de conducción del semiconductor a través de la capa intermedia conductora transparente (18) hacia un circuito polarizado (15) y, desde este, al circuito eléctrico externo de trabajo (16), pasando antes a través de un diodo semiconductor de baja impedancia (14), que a su vez evita la fuga de los electrones (e-) que circulan por el circuito eléctrico externo (16); este mecanismo es de máxima importancia en la novedosa invención, pues en el acto se aumenta la eficiencia energética de la célula, al darle una utilidad generadora de energía a la componente UV (19) de la luz. Por otra parte, hay que destacar la función de filtro de los rayos UV (19) que se asigna al diseño presentado, sea cualesquiera de las funciones que el mecanismo esté realizando, en cuanto a que se dedique en el acto a una función descontaminante ó no, ya que en el momento en que no haya una reacción de los huecos (h+) generados con elementos externos del medio, los electrones en la banda de conducción son eventualmente forzados por mecanismos electrostáticos a una recombinación, con lo cual se evita el paso de la componente UV (19) de la luz al interior de la célula, la cual, como ya se ha explicado, no es favorable para la estabilidad del trabajo de la célula y la durabilidad de la misma.In the novel coating object of this memory, utility is given to electrons that are released instantly Direct excitation of the semiconductor valence band towards your driving band at the moment the decontamination mechanism described, while the gaps released (h +) are used in the oxidation of the compounds Organic environmental pollutants. In that instant, when electrons are decompensated in the structure, the recombination mechanism and these electrons are evacuated freely from the semiconductor conduction band through from the transparent conductive intermediate layer (18) to a circuit polarized (15) and, from this, to the external electrical circuit of work (16), passing before through a semiconductor diode of low impedance (14), which in turn prevents the leakage of electrons (e-) circulating in the external electrical circuit (16); East mechanism is of utmost importance in the novel invention, because in the act increases the energy efficiency of the cell, by giving it a power generating utility to the UV component (19) of the light. On the other hand, the filter function of the UV rays (19) that are assigned to the design presented, whatever of the functions that the mechanism is performing, in terms of is dedicated to a decontaminating function or not, since in the moment when there is no reaction of the gaps (h +) generated with external elements of the medium, electrons in the band of driving are eventually forced by electrostatic mechanisms to a recombination, which prevents the passage of the component UV (19) of the light inside the cell, which, as already explained, it is not favorable for the job stability of the cell and its durability.
También es innovación, el añadir la capa transparente conductora (17) en la cara externa del cristal (10), compuesta de FTO, ITO ó AZO, y sobre este, una capa nanocristalina de semiconductor de banda ancha (11) a base de TiO_{2}. De este modo, los electrones son evacuados libremente desde la banda de conducción del semiconductor, a través de la capa conductora transparente (17) hacia un segundo circuito polarizado (12), y desde este, al circuito eléctrico externo (16), pasando antes a través de un segundo diodo semiconductor de baja impedancia (13), que a su vez evita la fuga de electrones que circulan por el circuito eléctrico externo de trabajo (16).It's also innovation, adding the layer transparent conductor (17) on the outer face of the glass (10), composed of FTO, ITO or AZO, and on this, a nanocrystalline layer of broadband semiconductor (11) based on TiO2. Of this mode, electrons are freely evacuated from the band of semiconductor conduction, through the conductive layer transparent (17) to a second polarized circuit (12), and from this, to the external electrical circuit (16), passing before through a second low impedance semiconductor diode (13), which in turn prevents the leakage of electrons circulating in the electrical circuit external work (16).
De esta manera, según la configuración del novedoso revestimiento energético en modo de célula semitransparente descrita, dicha célula juega un papel de filtro de rayos UV (19) desde ambas caras de la misma, evitando por el lado del electrodo que estos lleguen a la capa de semiconductor TiO_{2} compacta transparente (4) y a la capa nanofotovoltaica de TiO_{2} "anatasa" (5) y excite en esta directamente los electrones de la banda de valencia, generando entonces huecos (h+) que pueden afectar a la monocapa de cromóforo (6) y al líquido electrolítico (7) por las razones antes explicadas; por la misma razón, la cara exterior del contraelectrodo también impide el paso de la radiación UV (19).In this way, according to the configuration of the novel energy coating in semi-transparent cell mode described, said cell plays a role of UV filter (19) from both sides of it, avoiding on the electrode side that these reach the TiO_ {2} semiconductor layer compact transparent (4) and to the nanophotovoltaic layer of TiO2 "anatase" (5) and directly excite the electrons of the valencia band, generating then gaps (h +) that can affect the chromophore monolayer (6) and the electrolytic liquid (7) for the reasons explained above; for the same reason, the face outside of the counter electrode also prevents radiation from passing UV (19).
Las dos capas exteriores de semiconductor de banda ancha (1 y 11), compuestas de TiO_{2}, son nanocristalinas, es decir, son a la vez de estructura fina y transparente, para permitir el libre paso de la luz visible. Estas capas son las que absorben la componente ultravioleta (19) de la luz, garantizando con ello las funciones asignadas de filtro, descontaminante, de autolimpieza y bactericida, descritas anteriormente.The two outer layers of semiconductor Broadband (1 and 11), composed of TiO2, are nanocrystalline, that is, they are both thin and transparent in structure, to allow the free passage of visible light. These layers are what absorb the ultraviolet component (19) of the light, guaranteeing with it assigned filter functions, decontaminant, of self-cleaning and bactericide, described above.
La capa de TiO_{2} compacto transparente (4) del electrodo, efectúa la función de capa barrera que sirve, por un lado, para ofrecer un sólido contacto entre la capa conductora transparente (3) y la capa nanofotovoltaica de TiO_{2} anatasa (5), facilitando con ello la transferencia electrónica y, por el otro, para impedir cortocircuitos entre el líquido electrolito (7) que baña la capa de TiO_{2} anatasa (5) y la capa conductora transparente (3), inhibiendo con este acto el fenómeno de recombinación.The transparent compact TiO_2 layer (4) of the electrode, it performs the function of barrier layer that serves, by a side, to offer a solid contact between the conductive layer transparent (3) and the nanophotovoltaic layer of TiO2 anatase (5), thereby facilitating electronic transfer and, by another, to prevent short circuits between the electrolyte liquid (7) which bathes the TiO2 anatase layer (5) and the conductive layer transparent (3), inhibiting with this act the phenomenon of recombination
La segunda opción de configuración del novedoso revestimiento energético propuesto para constituir células FDAB, es decir, la configuración monofacial aplicable a superficies opacas, está constituida por una primera capa transparente de semiconductor de banda ancha (1) hecha de TiO_{2}, la cual posee características autolimpiantes, descontaminantes del medioambiente y bactericidas, que actúa como filtro de la radiación ultravioleta (19) proveniente de la luz solar ó de cualquier otra fuente externa al tiempo que deja pasar la luz visible (20), con el fin de que dicha radiación ultravioleta (19) no penetre en el interior de la unidad generadora y deteriore el cromóforo (6) o el electrolito (7). La capa de TiO_{2} (1) se deposita sobre dicha unidad generadora a través de una capa intermedia conductora transparente (18) del tipo de las ya utilizadas en las técnicas actuales, realizadas a base de compuestos tales como FTO, ITO ó AZO. La unidad generadora está compuesta por un conjunto básico de tres elementos: un electrodo (2, 3, 4, 5 y 6), un electrolito (7) y un contraelectrodo (21 y 22). Este contraelectrodo es opaco y reflectante, para que la radiación visible incidente que pasaría de largo por el interior de la célula y se desaprovecharía, sea reflejada (23) y vuelva hacia el interior de la célula para ser reaprovechada. El electrodo está compuesto por un cristal (2) transparente a la luz visible (20), el cual está recubierto por su cara interior con una capa conductora transparente (3) confeccionada con materiales de los que ya se conocen en la técnica actual (tales como FTO, ITO o AZO), una capa de TiO_{2} compacta transparente (4) que, según el estado de la técnica actual, actúa como barrera ó aislamiento entre el líquido electrolítico (7) y la capa transparente conductora (3), una capa nanofotovoltaica de TiO_{2} (5) con estructura irregular de tipo "anatasa", y por último, una monocapa de cromóforo (6) que se deposita sobre la extensa e irregular superficie de la capa nanofotovoltaica (5). El contraelectrodo se compone a su vez, por un lado, del cuerpo opaco del propio elemento constructivo (22), es decir baldosa, teja o similar, sobre cuya superficie va aplicado el revestimiento energético y, por el otro lado, de una capa metálica (21) de Titanio esponjoso, que ejecutaría al mismo tiempo las funciones de capa conductora y de catalizador. Esta capa de Ti se puede depositar directamente sobre la superficie cruda y rugosa de cerámica u otro material, o sobre esta superficie previamente pulida y/o esmaltada, o con cualquier grado de rugosidad. La célula opaca, como en la variante transparente antes explicada, se sella herméticamente uniendo el cristal (2) con el cuerpo de la teja (22) y se le inyecta un electrolito adecuado (7) que ejecuta las funciones redox entre los electrodos. Los extremos de las capa conductora transparente (3) del electrodo y de la capa metálica de Ti esponjoso (21) del contraelectrodo, se unen a través de un circuito eléctrico externo de trabajo (16). Los electrones descompensados que se producen en la primera capa nanocristalina de banda ancha (1) cuando los huecos (h+) liberados son utilizados en la oxidación de los compuestos orgánicos contaminantes ambientales, son evacuados libremente desde la banda de conducción del semiconductor a través de la capa intermedia conductora transparente (18) hacia un circuito polarizado (15) y, desde este, al circuito eléctrico externo de trabajo (16), pasando antes a través de un diodo semiconductor de baja impedancia (14), que a su vez evita la fuga de los electrones (e-) que circulan por dicho circuito eléctrico externo (16).The second configuration option of the novel Energy coating proposed to constitute FDAB cells, is that is, the monofacial configuration applicable to opaque surfaces, It consists of a first transparent semiconductor layer broadband (1) made of TiO_ {2}, which has characteristics self-cleaning, environmental decontaminants and bactericides, which acts as a filter for ultraviolet radiation (19) from from sunlight or any other external source while lets in visible light (20), in order that said radiation ultraviolet (19) does not penetrate inside the generating unit and deteriorate the chromophore (6) or electrolyte (7). The layer of TiO 2 (1) is deposited on said generating unit through a transparent conductive intermediate layer (18) of the type of already used in current techniques, based on compounds such as FTO, ITO or AZO. The generating unit is composed of a basic set of three elements: an electrode (2, 3, 4, 5 and 6), an electrolyte (7) and a counter electrode (21 and 22). This Counter electrode is opaque and reflective, so that the radiation visible incident that would pass by inside the cell and would be wasted, be reflected (23) and return inwards of the cell to be reused. The electrode is composed of a crystal (2) transparent to visible light (20), which is coated on its inner face with a transparent conductive layer (3) made with materials that are already known in the current technique (such as FTO, ITO or AZO), a layer of TiO2 transparent compact (4) which, according to the state of the art, acts as a barrier or insulation between the electrolytic liquid (7) and the conductive transparent layer (3), a nanophotovoltaic layer of TiO_ {2} (5) with irregular "anatase" structure, and by last, a monolayer of chromophore (6) that is deposited on the extensive and irregular surface of the nanophotovoltaic layer (5). He counter electrode is in turn composed, on the one hand, of the opaque body of the construction element itself (22), that is, tile, tile or similar, on whose surface the coating is applied energy and, on the other hand, a metallic layer (21) of Titanium fluffy, which would execute the layer functions at the same time conductive and catalyst. This layer of Ti can be deposited directly on the rough and rough surface of ceramic or other material, or on this previously polished and / or enameled surface, or with any degree of roughness. The opaque cell, as in the transparent variant explained above, it is sealed tightly joining the glass (2) with the tile body (22) and injecting it a suitable electrolyte (7) that executes the redox functions between The electrodes The ends of the transparent conductive layer (3) of the electrode and the metallic layer of spongy Ti (21) of the counter electrode, join through an external electrical circuit working (16). The decompensated electrons that are produced in the first broadband nanocrystalline layer (1) when the gaps (h +) released are used in the oxidation of the compounds Organic environmental pollutants are freely evacuated from the semiconductor conduction band through the layer transparent conductive intermediate (18) towards a polarized circuit (15) and, from this, to the external electrical work circuit (16), passing through a low impedance semiconductor diode (14), which in turn prevents the leakage of the electrons (e-) that circulate by said external electrical circuit (16).
En esta variante del novedoso revestimiento energético para superficies opacas, en donde la capa metálica conductora y catalizadora de Ti (21) se deposita directamente sobre una superficie esmaltada, pulida o rugosa (pero brillante), esta capa de Ti (21), al ser metálica, actúa como un espejo en el cual se refleja la luz visible (23) que atraviesa las capas anteriores fotoactivas de la célula y no ha sido absorbida por estas. Después de la reflexión, esta luz (23) es procesada nuevamente por las capas fotoactivas y puede ser reaprovechada en el proceso de conversión fotovoltaica, lo que indiscutiblemente aumenta la eficiencia de la célula. La capa metálica conductora y catalizadora de Ti (21) asegura, por otra parte, una conducción electrónica mejor que las capas transparentes conductoras existentes en el estado actual de la técnica (tales como las mencionadas FTO, ITO o AZO) por tener una resistencia menor, lo que mejora la eficiencia de la célula fotovoltaica al bajar el índice de pérdidas óhmicas ó resistivas y/o el índice de recombinación de pares electrón-hueco.In this variant of the new coating energy for opaque surfaces, where the metal layer conductive and catalyst of Ti (21) is deposited directly on an enameled, polished or rough (but shiny) surface, this Ti layer (21), being metallic, acts as a mirror in which reflects the visible light (23) that crosses the previous layers Photoactive cells and has not been absorbed by them. After of the reflection, this light (23) is processed again by the layers Photoactive and can be reused in the conversion process photovoltaic, which unquestionably increases the efficiency of the cell. The conductive and catalytic metal layer of Ti (21) ensures, on the other hand, electronic conduction better than transparent conductive layers existing in the current state of the technique (such as those mentioned FTO, ITO or AZO) by having a lower resistance, which improves cell efficiency photovoltaic by lowering the index of ohmic or resistive losses and / or peer recombination rate hollow electron.
La capa exterior de semiconductor de banda ancha (1) compuesta de TiO_{2} es, a la vez, de estructura fina y transparente, para permitir el libre paso de la luz visible; esta capa absorbe la componente ultravioleta (20) de la luz, garantizando con ello las funciones asignadas de filtro, descontaminante, de autolimpieza y bactericida, descritas anteriormente.The outer layer of broadband semiconductor (1) composed of TiO_ {2} is, at the same time, of fine structure and transparent, to allow the free passage of visible light; is layer absorbs the ultraviolet component (20) of the light, guaranteeing with it the assigned functions of filter, decontaminant, of self-cleaning and bactericide, described above.
Opcionalmente, en esta variante del novedoso revestimiento energético para superficies opacas, la capa metálica conductora y catalizadora de Ti esponjoso (21) puede ser recubierta, a su vez, por otra capa catalizadora de Pt transparente (no representada en los dibujos), lo cuál aumenta las propiedades catalíticas del conjunto y con ello facilita la transferencia electrónica de regeneración al electrolito.Optionally, in this variant of the novel Energy coating for opaque surfaces, the metallic layer conductive and spongy Ti catalyst (21) can be coated, in turn, for another transparent Pt catalyst layer (no represented in the drawings), which increases the properties catalytic of the set and with it facilitates the transfer Electrolyte regeneration electronics.
Opcionalmente también, cualquier elemento arquitectónico opaco (22) de los antes mencionados, tales como baldosas, ladrillos, bloques u otros, de los que pueden ser utilizados como células FDAB monofaciales, pueden ser estructuradas también como células FDAB bifaciales, es decir, que pueden llevar el novedoso revestimiento energético por ambas caras; esta posibilidad duplica la capacidad de generación energética de dichos elementos arquitectónicos. Un ejemplo de tal diseño podría emplearse por ejemplo en ladrillos para verjas y/o paredes que reciban iluminación por ambas caras.Optionally also, any element opaque architectural (22) of the aforementioned, such as tiles, bricks, blocks or others, of which they can be used as monofacial FDAB cells, can be structured also as bifacial FDAB cells, that is, they can carry the novel energy coating on both sides; This possibility doubles the power generation capacity of these elements Architectural An example of such a design could be used by example in bricks for gates and / or walls that receive lighting on both sides.
Serán independientes del objeto de la presente invención los materiales que se empleen en la fabricación de los distintos elementos que la componen, así como las formas, dimensiones y accesorios que pueda presentar, pudiendo ser reemplazados por otros técnicamente equivalentes, siempre que no afecten a la esencialidad de la misma ni se aparten del ámbito definido en el apartado de reivindicaciones.They will be independent of the purpose of this invention the materials used in the manufacture of different elements that compose it, as well as the forms, dimensions and accessories that may present, and may be replaced by other technically equivalent ones, provided that no affect the essentiality of it or depart from the scope defined in the claims section.
Establecido el concepto expresado, se redacta a continuación la nota de reivindicaciones, sintetizando así las novedades que se desean reivindicar.Established the expressed concept, it is written to then the note of claims, thus synthesizing the news that you want to claim.
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2009
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Patent Citations (3)
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Title |
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OKADA, M. et al. Fabrication of multifunctional coating which combines low-e property and visible-light-responsive photocatalytic activity. Thin solid films, Vol. 442, No. 1-2, 2003, páginas 217 - 221 * |
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