IT201900000151A1

IT201900000151A1 - Third generation photovoltaic cell sealed in a vacuum bag

Info

Publication number: IT201900000151A1
Application number: IT102019000000151A
Authority: IT
Inventors: Andrea Lamberti; Alberto Scalia; Pietro Zaccagnini; Jiulia Ginette Nicole Amici; Elena Maria Tresso
Original assignee: Torino Politecnico
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2020-07-08

Description

“Cella fotovoltaica di terza generazione sigillata in sacco sotto vuoto” “Vacuum-pouch sealed third generation photovoltaic cell” "Vacuum-pouch sealed third generation photovoltaic cell"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

CAMPO TECNICO TECHNICAL FIELD

La presente invenzione si riferisce genericamente all’ambito delle celle fotovoltaiche flessibili di terza generazione. Tra queste le celle fotovoltaiche “a colorante” (dyesensitized) rappresentano la categoria che può trarre maggiori vantaggi dalla presente proposta per via della maggiore compenetrazione dei diversi elementi della cella così sigillata, ma anche altre tipologie di celle foto-elettrochimiche o fotovoltaiche di terza generazione, come ad esempio le celle fotovoltaiche a Perovskite o celle fotovoltaiche organiche, possono risultare più stabili nel tempo e rispetto agli agenti atmosferici. STATO DELL’ARTE The present invention generically refers to the field of third generation flexible photovoltaic cells. Among these, "dyesensitized" photovoltaic cells represent the category that can benefit most from this proposal due to the greater interpenetration of the different elements of the cell thus sealed, but also other types of photo-electrochemical or third-generation photovoltaic cells , such as Perovskite photovoltaic cells or organic photovoltaic cells, can be more stable over time and with respect to atmospheric agents. STATE OF THE ART

Una cella solare dye-sensitized (DSSC) è normalmente supportata da un telaio rigido e, quando l’elettrolita è solido o quasi-solido e/o il colorante è metallo-organico, come strutture contenenti Rutenio (N3, N719, N749, Z907), o organico come fenilammina, tiofene, piridina, occorre una sigillatura per evitare il degrado chimico di tali sostanze e/o l’evaporazione. A dye-sensitized solar cell (DSSC) is normally supported by a rigid frame and, when the electrolyte is solid or quasi-solid and / or the dye is metal-organic, such as Ruthenium-containing structures (N3, N719, N749, Z907 ), or organic such as phenylamine, thiophene, pyridine, a seal is required to avoid chemical degradation of these substances and / or evaporation.

È sentita l’esigenza di fornire una cella fotovoltaica con un determinato livello di flessibilità dei componenti per aumentare le possibilità di impiego in svariati settori, come quello delle ‘power bank’, reti di sensori che necessitano di una potenza d’ingresso non elevata o che effettuano misurazioni intermittenti, ad esempio sensori di CO2, sensori per il monitoraggio ambientale, sensoristica indossabile per il monitoraggio di parametri corporei. The need is felt to provide a photovoltaic cell with a certain level of component flexibility to increase the possibilities of use in various sectors, such as that of 'power banks', sensor networks that require a low input power or that perform intermittent measurements, such as CO2 sensors, sensors for environmental monitoring, wearable sensors for monitoring body parameters.

È inoltre sentita l’esigenza di fornire una cella fotovoltaica avente un’efficienza relativamente elevata, una stabilità temporale elevata e costi di produzione relativamente ridotti. The need is also felt to provide a photovoltaic cell with relatively high efficiency, high temporal stability and relatively low production costs.

Tale sistema di sigillatura si presta anche per sigillare altre tipologie di celle fotovoltaiche comprendenti celle a Perovskite o celle fotovoltaiche organiche. In tal maniera, potrebbe anche essere scongiurata la prematura degradazione di tale tipologia di celle. This sealing system is also suitable for sealing other types of photovoltaic cells including Perovskite cells or organic photovoltaic cells. In this way, the premature degradation of this type of cells could also be avoided.

SCOPI E RIASSUNTO DELL’INVENZIONE PURPOSE AND SUMMARY OF THE INVENTION

È scopo della presente invenzione soddisfare una o più delle esigenze sopra menzionate. It is an object of the present invention to satisfy one or more of the requirements mentioned above.

Lo scopo della presente invenzione è raggiunto tramite una cella fotovoltaica comprendente una busta o sacco comprendente un materiale polimerico e avente una faccia frontale definente un’area attiva attraversata dalla luce visibile e un multistrato fotovoltaico a foglio che riceve luce visibile attraverso l’area attiva, in cui la busta è sigillata e sotto-vuoto intorno al multistrato fotovoltaico e sono previsti contatti elettrici uscenti dalla busta per prelevare l’energia elettrica generata dal multistrato fotovoltaico. The object of the present invention is achieved by means of a photovoltaic cell comprising an envelope or sack comprising a polymeric material and having a front face defining an active area crossed by visible light and a sheet photovoltaic multilayer which receives visible light through the active area, in which the envelope is sealed and vacuum-sealed around the photovoltaic multilayer and electrical contacts are provided coming out of the envelope to collect the electrical energy generated by the photovoltaic multilayer.

Secondo l’invenzione, sotto-vuoto deve intendersi come riferito a pressioni inferiori rispetto a un’atmosfera, preferibilmente inferiore a 0,9 atm. According to the invention, under vacuum must be understood as referring to pressures lower than an atmosphere, preferably less than 0.9 atm.

Inoltre, la temperatura di sigillatura e termosaldatura dipendente dal materiale polimerico termosplatico impiegato per la produzione della busta tramite fogli, è variabile tra 50-450 °C. Furthermore, the sealing and heat sealing temperature dependent on the thermosplatic polymeric material used for the production of the envelope using sheets, is variable between 50-450 ° C.

Inoltre, il multistrato in foglio presenta una certa flessibilità così come la busta, per via degli strati in foglio e, dove necessario, dei rispettivi rivestimenti. Furthermore, the multilayer in sheet has a certain flexibility as well as the envelope, due to the sheet layers and, where necessary, of the respective coatings.

In particolare, la busta è realizzata tramite un multistrato o strato singolo di materiale in foglio inerte alle sostanze chimiche del multistrato fotovoltaico e, inoltre, in grado di resistere alla fotodegradazione e alle variazioni di temperatura. Ciò è in particolare consentito da materiali come film laminato di alluminio con una finestra in materiale trasparente, polietilene tereftalato (PET) laminato, HDPE (high density polietilene), poliestere e poliolefine, e molti altri polimeri termoplastici. In particular, the envelope is made with a multilayer or single layer of sheet material inert to the chemical substances of the photovoltaic multilayer and, moreover, able to resist photodegradation and temperature variations. This is especially made possible by materials such as aluminum laminated film with a transparent material window, laminated polyethylene terephthalate (PET), HDPE (high density polyethylene), polyester and polyolefins, and many other thermoplastic polymers.

Quindi la sigillatura può essere effettuata con materiale opaco, normalmente utilizzato nella tecnica del ‘pouch sealing’ impiegata nell’invenzione, avente una finestra trasparente oppure una faccia del ‘pouch’, cioè della busta o sacco, può essere di un polimero termoplastico trasparente compatibile con un macchinario di ‘pouch sealing’. Therefore, the sealing can be carried out with an opaque material, normally used in the 'pouch sealing' technique used in the invention, having a transparent window or one face of the 'pouch', i.e. of the envelope or bag, can be of a compatible transparent thermoplastic polymer with a 'pouch sealing' machine.

Preferibilmente, lo strato elettrolitico comprende un substrato poroso in foglio o di materiale isolante alla rinfusa in fibre o particelle, come ad esempio fibre di vetro, imbevuto dell’elettrolita. Tale strato elettrolitico evita il cortocircuito fra l’elettrodo e il controelettrodo. Il separatore può essere una qualsiasi membrana porosa autosupportata o direttamente depositata sul fotoanodo fabbricata utilizzando materiali flessibili che garantiscano una stabilità chimica a contatto con l’elettrolita selezionato per la cella DSSC. Ad esempio: fibra di vetro, cellulosa, flouro-polimeri, Teflon®, PTFE, Poli-immidi, Kapton®, Kevlar®, separatori ceramici in allumina porosa anodizzata o altri ossidi metallici porosi in forma di membrana porosa). Preferably, the electrolytic layer comprises a porous substrate in sheet or bulk insulating material in fibers or particles, such as for example glass fibers, soaked in the electrolyte. This electrolytic layer avoids the short circuit between the electrode and the counter electrode. The separator can be any self-supported porous membrane or directly deposited on the photoanode manufactured using flexible materials that ensure chemical stability in contact with the electrolyte selected for the DSSC cell. For example: glass fiber, cellulose, flouro-polymers, Teflon®, PTFE, Polyimides, Kapton®, Kevlar®, anodized porous alumina ceramic separators or other porous metal oxides in the form of a porous membrane).

Preferibilmente, la sigillatura avviene per termosaldatura a pressione di almeno una porzione della busta, oppure per saldatura a ultrasuoni o laser Preferably, the sealing takes place by pressure heat sealing of at least a portion of the envelope, or by ultrasonic or laser welding.

I parametri della pompa sono strettamente correlati al grado di vuoto. Possono essere utilizzati vari sistemi di pompaggio appartenenti alla categoria delle pompe a variazione di volume o, nel caso di vuoti più spinti, pompe ad impulso. Il vuoto applicato prima della sigillatura della busta consente di mantenere in intimo contatto gli strati del multistrato anche durante deformazioni di flessione o torsione della busta. Inoltre, per mantenere gli strati in posizione durante l’uso, la busta approssima per eccesso le dimensioni del multistrato. Ad esempio, una dimensione lineare interna utile della busta è maggiore di non meno di 3 mm rispetto alla relativa dimensione lineare del multistrato. The parameters of the pump are closely related to the degree of vacuum. Various pumping systems belonging to the category of volume variation pumps can be used or, in the case of more extreme vacuums, impulse pumps. The vacuum applied before sealing the envelope allows the layers of the multilayer to be kept in intimate contact even during bending or twisting deformations of the envelope. In addition, to keep the layers in place during use, the envelope approximates the size of the multilayer by excess. For example, a useful internal linear dimension of the envelope is no less than 3 mm larger than the relative linear dimension of the multilayer.

L’elettrodo in foglio definisce una pluralità di fori passanti ciascuno dei quali presenta una dimensione minima di 25 µm e la porzione esposta alla luce presenta un percentuale fra volume di vuoto e volume di pieno variabile in funzione dell’applicazione (dal 10 al 90%). L’elettrodo in foglio può essere una lamina metallica forata, una griglia di fili metallici (per il controelettrodo questo può anche essere un film continuo e compatto, in quanto solo al fotoanodo vi è la necessità che la radiazione arrivi al colorante adsorbito sulla struttura mesoporosa). I fori passanti o permeabili all’elettrolita consento a quest’ultimo di interagire elettrochimicamente con una copertura tinta a semiconduttore attivata dalla luce. Tale copertura è affacciata all’area attiva della busta. The sheet electrode defines a plurality of through holes, each of which has a minimum size of 25 µm and the portion exposed to light has a percentage between empty volume and full volume that varies according to the application (from 10 to 90% ). The foil electrode can be a perforated metal sheet, a grid of metal wires (for the counter electrode this can also be a continuous and compact film, as only at the photoanode there is the need for the radiation to reach the dye adsorbed on the mesoporous structure ). The through holes or permeable to the electrolyte allow the latter to interact electrochemically with a dyed semiconductor cover activated by light. This cover faces the active area of the envelope.

Secondo la presente invenzione, è possibile realizzare un’unità per generare e immagazzinare energia elettrica comprendente una cella fotovoltaica secondo quanto previsto nei paragrafi precedenti e un capacitore comprendente, analogamente, una relativa busta e un condensatore multistrato avente un elettrodo in foglio (ricoperto di uno strato di materiale carbonioso conduttivo ad alta area superficiale nel caso in cui si intenda fabbricare un supercondensatore), un controelettrodo in foglio, uno strato di materiale dielettrico (imbevuto di un elettrolita nel caso in cui si intenda fabbricare un supercondensatore) disposto fra l’elettrodo e il controelettrodo per evitare un cortocircuito, in cui la busta è sigillata e sotto-vuoto intorno al capacitore in foglio e sono previsti contatti elettrici per scambiare energia elettrica con il condensatore in foglio. According to the present invention, it is possible to realize a unit for generating and storing electric energy comprising a photovoltaic cell according to the provisions of the previous paragraphs and a capacitor similarly comprising a relative envelope and a multilayer capacitor having a foil electrode (covered with a layer of conductive carbonaceous material with high surface area in the case in which it is intended to manufacture a supercapacitor), a sheet counter electrode, a layer of dielectric material (soaked in an electrolyte in the case in which it is intended to manufacture a supercapacitor) arranged between the electrode and the counter electrode for avoiding a short circuit, wherein the pouch is sealed and vacuum-sealed around the foil capacitor and electrical contacts are provided to exchange electrical energy with the foil capacitor.

Le differenze sostanziali rispetto ad una batteria secondaria è che in un supercondensatore non avvengono reazioni chimiche agli elettrodi ma lo stoccaggio di energia avviene per semplice accumulo di cariche presenti nell’elettrolita sulle facce degli elettrodi portando alla formazione di due “doppi strati” di carica alle interfacce tra elettrodo ed elettrolita. Il dielettrico in questo caso è un elettrolita liquido racchiuso in fibra di vetro oppure un elettrolita solido. The substantial differences compared to a secondary battery is that in a supercapacitor no chemical reactions take place at the electrodes but the storage of energy occurs by simple accumulation of charges present in the electrolyte on the faces of the electrodes, leading to the formation of two "double layers" of charge at the interfaces between electrode and electrolyte. The dielectric in this case is a liquid electrolyte enclosed in glass fiber or a solid electrolyte.

BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

La presente invenzione verrà descritta qui di seguito mediante alcune forme di realizzazione preferite, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati. Questi disegni illustrano differenti aspetti ed esempi della presente invenzione e, dove appropriato, strutture, componenti, materiali e/o elementi simili in differenti figure sono indicati da numeri di riferimento simili. The present invention will be described hereinafter by means of some preferred embodiments, provided by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings. These drawings illustrate different aspects and examples of the present invention and, where appropriate, similar structures, components, materials and / or elements in different figures are indicated by similar reference numerals.

La FIG. l è uno schema esploso qualitativo di una cella fotovoltaica secondo la presente invenzione; FIG. 1 is a qualitative exploded diagram of a photovoltaic cell according to the present invention;

La FIG.2 è uno schema qualitativo della cella fotovoltaica di figura 1; Figure 2 is a qualitative diagram of the photovoltaic cell of Figure 1;

La FIG.3 è un’immagine di un prototipo della cella fotovoltaica di figura 1; FIG.3 is an image of a prototype of the photovoltaic cell in figure 1;

La FIG. 4 è un diagramma illustrante la caratteristica corrente-tensione della cella fotovoltaica di figura 1 in differenti condizioni di illuminazione; FIG. 4 is a diagram illustrating the current-voltage characteristic of the photovoltaic cell of figure 1 in different lighting conditions;

La FIG. 5 è un diagramma di carica e scarica a corrente costante (diverse correnti di scarica sono state testate) di un sistema comprendente la cella fotovoltaica di figura 1 e un capacitore realizzato secondo il medesimo processo produttivo. FIG. 5 is a constant current charge and discharge diagram (different discharge currents have been tested) of a system comprising the photovoltaic cell of figure 1 and a capacitor made according to the same production process.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Mentre l’invenzione è suscettibile di varie modifiche e costruzioni alternative, alcune forme di realizzazione preferite sono mostrate nei disegni e saranno descritte qui di seguito in dettaglio. While the invention is susceptible to various modifications and alternative constructions, some preferred embodiments are shown in the drawings and will be described below in detail.

In Figura 1 è illustrato uno schema relativo a una cella ‘dye’ 1 comprendente una busta avente una parete frontale 2 e una parete posteriore 3 congiunte perifericamente per definire una tasca e un multistrato fotovoltaico 4 inserito nella tasca e sigillato sotto vuoto chiudendo la busta. Figure 1 shows a diagram relating to a 'dye' cell 1 comprising an envelope having a front wall 2 and a rear wall 3 joined peripherally to define a pocket and a photovoltaic multilayer 4 inserted into the pocket and sealed under vacuum by closing the envelope.

La parete frontale 2 definisce una finestra o area attiva 5 attraversata in uso da luce visibile che raggiunge il multistrato fotovoltaico 4. The front wall 2 defines a window or active area 5 crossed in use by visible light that reaches the photovoltaic multilayer 4.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la busta 2, 3 comprende almeno uno strato di materiale termoplastico termosaldabile in pressione, ad esempio polietilene tereftalato (PET) laminato, HDPE (high density polietilene, poliestere e poliolefine, film laminato di alluminio ricoperto di un film polimerico termosplastico. Vantaggiosamente, secondo tale forma di realizzazione, la finestra attiva 5 comprende un foglio di PET. E’ tuttavia possibile utilizzare altri materiali sufficientemente trasparenti alla radiazione luminosa nel visibile, come polimetilmetacrilato (PMMA), policarbonato (PC), Copolimeri di olefine cicliche (COC), e molti altri. Tale foglio di PET può sia estendersi sull’intera superficie della parete frontale 2 che essere sigillata alla parete frontale 2 e circondata da una cornice 6 della parete frontale stessa in dipendenza dal fatto che il materiale in parete frontale 2 sia compatibilmente termosaldabile col materiale utilizzato in parete frontale 3. According to a preferred embodiment, the envelope 2, 3 comprises at least one layer of thermoplastic material that can be heat-sealed under pressure, for example laminated polyethylene terephthalate (PET), HDPE (high density polyethylene, polyester and polyolefins, laminated aluminum film covered with a film thermosplastic polymer. Advantageously, according to this embodiment, the active window 5 comprises a PET sheet. It is however possible to use other materials sufficiently transparent to visible light radiation, such as polymethylmethacrylate (PMMA), polycarbonate (PC), olefin copolymers cyclical (COC), and many others. Such a PET sheet can either extend over the entire surface of the front wall 2 or be sealed to the front wall 2 and surrounded by a frame 6 of the front wall itself depending on the fact that the material in the wall front panel 2 is heat-sealable compatibly with the material used in the front wall 3.

L’intervallo di pressioni per quantificare il sottovuoto sono tra 0.2 e 0.9 MPa, l’intervallo di temperature per la saldatura della busta dipende dal materiale utilizzato e va da 50 a 450 °C. The range of pressures to quantify the vacuum are between 0.2 and 0.9 MPa, the temperature range for sealing the bag depends on the material used and ranges from 50 to 450 ° C.

All’esterno della busta 2, 3 dopo la sigillatura sono inoltre previsti un primo e un secondo contatto elettrico 7, 8 collegati al multistrato fotovoltaico 4 per condurre corrente elettrica. Preferibilmente, i contatti elettrici 7, 8 sono terminali di rispettivi conduttori allungati 9 che attraversano una termosaldatura, in particolare una termosaldatura periferica, della busta 2, 3. Outside the envelope 2, 3 after sealing there are also a first and a second electrical contact 7, 8 connected to the photovoltaic multilayer 4 to conduct electric current. Preferably, the electrical contacts 7, 8 are terminals of respective elongated conductors 9 which pass through a heat seal, in particular a peripheral heat seal, of the envelope 2, 3.

I contatti elettrici devono essere predisposti su lati opposti come in figura o comunque non entrare in contatto e causare corto circuito. Essi sono sagomati tramite taglio a partire da una porzione dei fogli metallici che definiscono i substrati degli elettrodi. Possono anche essere collettori di corrente esterni che però devono ulteriormente essere saldati al foglio metallico, complicando la fabbricazione. The electrical contacts must be arranged on opposite sides as shown in the figure or in any case not to come into contact and cause a short circuit. They are shaped by cutting from a portion of the metal sheets that define the substrates of the electrodes. They can also be external current collectors which, however, must be further welded to the metal sheet, complicating the manufacture.

La figura 2 illustra schematicamente una sezione parziale del multistrato fotovoltaico 4 che comprende un fotoelettrodo in foglio 10, in particolare un anodo, avente su almeno una faccia frontale rivolta verso la finestra attiva 5, una copertura mesoporosa 11 comprendente particelle di un semiconduttore, ad esempio di biossido di titanio TiO2 nella fase anatase. In particolare, il fotoelettrodo in foglio 10 è metallico e ciò semplifica la deposizione del semiconduttore a temperature elevate, i.e. 500°, dello spesso di circa 10 micrometri. Figure 2 schematically illustrates a partial section of the photovoltaic multilayer 4 which comprises a sheet photoelectrode 10, in particular an anode, having on at least one front face facing the active window 5, a mesoporous cover 11 comprising particles of a semiconductor, for example of titanium dioxide TiO2 in the anatase phase. In particular, the sheet photoelectrode 10 is metallic and this simplifies the deposition of the semiconductor at high temperatures, i.e. 500 °, about 10 micrometers thick.

Successivamente, sulla copertura 10 viene applicato un colorante che è trattenuto per adsorbimento e attrae le radiazioni luminose. Alternative alla struttura mesoporosa cristallina propria del materiale semiconduttore sono strutture nanostrutturate capaci di condurre ottimamente gli elettroni e allo stesso tempo capaci di ospitare il colorante, ad esempio nanotubi di biossido di titanio. I coloranti possono essere composti metallici (Rutenio), composti organici o naturali (estratti da piante o frutta). Subsequently, a dye is applied to the cover 10 which is retained by adsorption and attracts the light radiations. Alternatives to the crystalline mesoporous structure of the semiconductor material are nanostructured structures capable of optimally conducting electrons and at the same time capable of hosting the dye, for example titanium dioxide nanotubes. Dyes can be metallic compounds (Ruthenium), organic or natural compounds (extracted from plants or fruit).

Il multistrato comprende inoltre un controelettrodo 13 e uno strato elettrolitico 12 per separare gli elettrodi evitando cortocircuiti e consentire la generazione di energia elettrica a partire dall’esposizione alla luce. Preferibilmente, lo spessore dello strato elettrolitico 12 è di poche decine di micrometri. Tale spessore deve essere minimizzato in maniera tale da diminuire il più possibile il percorso medio che le specie ioniche in soluzione devono compiere per arrivare sull'altro elettrodo in maniera tale da chiudere internamente il circuito ed il passaggio di elettroni. The multilayer also includes a counter electrode 13 and an electrolytic layer 12 to separate the electrodes avoiding short circuits and allow the generation of electricity from exposure to light. Preferably, the thickness of the electrolytic layer 12 is a few tens of micrometers. This thickness must be minimized in such a way as to reduce as much as possible the average path that the ionic species in solution must travel to reach the other electrode in such a way as to internally close the circuit and the passage of electrons.

In particolare, l’elettrolita è ad esempio una soluzione organica (come sovente viene comunemente utilizzato l'acetonitrile per la sua relativamente bassa viscosità e per le sue buone caratteristiche di conducibilità ionica) contenente la coppia redox ioduro/triioduro. Preferibilmente, il controelettrodo 13 comprende un catalizzatore metallico della reazione di riduzione della specie redox presente nello strato elettrolitico 12. In particular, the electrolyte is for example an organic solution (as acetonitrile is often used due to its relatively low viscosity and its good ionic conductivity characteristics) containing the redox iodide / triiodide couple. Preferably, the counter electrode 13 comprises a metal catalyst for the reduction reaction of the redox species present in the electrolytic layer 12.

La radiazione elettromagnetica della luce visibile che attraversa la finestra attiva 5 viene assorbita dal fotoanodo attraverso la cattura da parte del colorante di un fotone avente energia sufficiente. Ciò porta alla promozione di un elettrone dallo stato rilassato (HOMO highest occupied molecular orbitai) allo stato eccitato (LUMO lowest unoccupied molecular orbital). A questo punto l'elettrone viene velocemente iniettato nella banda di conduzione dell'ossido di titanio dove migra verso il circuito esterno per compiere lavoro su di un carico. Per evitare la ricombinazione dell'elettrone presente nella banda di conduzione del Ti02 con il triioduro presente in soluzione dalla parte del fotoanodo, solitamente all'interno dell'elettrolita vengono inseriti degli additivi capaci di minimizzare l'effetto di ricombinazione. Ad esempio, nel caso de biossido di titanio, è utilizzato il 4-tert-butilpiridina (TBP). The electromagnetic radiation of the visible light which passes through the active window 5 is absorbed by the photoanode through the capture by the dye of a photon having sufficient energy. This leads to the promotion of an electron from the relaxed state (HOMO highest occupied molecular orbitai) to the excited state (LUMO lowest unoccupied molecular orbital). At this point the electron is quickly injected into the titanium oxide conduction band where it migrates to the external circuit to do work on a load. To avoid the recombination of the electron present in the TiO2 conduction band with the triiodide present in solution on the photoanode side, additives capable of minimizing the recombination effect are usually inserted inside the electrolyte. For example, in the case of titanium dioxide, 4-tert-butylpyridine (TBP) is used.

Per consentire un’ampia superficie di contatto fra la copertura 11 e l’elettrolita, il fotoelettrodo in foglio 10 è traforato e nei fori / canalicoli è presente l’elettrolita. A tal riguardo, il fotoelettrodo è una griglia metallica, una piastra metallica traforata. Il rapporto tra area piena e totale per la griglia metallica “nuda” è 0.6 anche se può variare all’interno di un intervallo per essere ottimizzata (0.1 - 0.9). L’elettrolita è aggiunto precedentemente alla sigillatura ed è inserito sulla fibra di vetro tra i due elettrodi se liquido. Se invece solido o pastoso esso è semplicemente inserito fisicamente tra i due elettrodi sempre precedentemente rispetto alla sigillatura. Analogamente, anche il controelettrodo 13 può essere di titanio come il fotoanodo (griglia) oppure può essere uno strato continuo di qualsiasi materiale conduttivo (Alluminio) e viene preferibilmente applicata, sulla faccia rivolta verso lo strato elettrolitico 12, una copertura di platino, ad esempio applicato tramite deposizione fisica, per svolgere una funzione catalizzatrice sull’elettrolita. Se il supporto del controelettrodo è continuo la deposizione di Platino (o di altro materiale in grado di catalizzare la riduzione dell’elettrolita, quali materiali carboniosi come grafene e nanotubi di carbonio) avverrà su tutta la superficie a contatto con l’elettrolita, aumentando così la possibilità che avvenga la reazione di riduzione della specie ionica nell’elettrolita. To allow a large contact surface between the cover 11 and the electrolyte, the photoelectrode in sheet 10 is perforated and the electrolyte is present in the holes / channels. In this regard, the photoelectrode is a metal grid, a perforated metal plate. The ratio between full and total area for the "bare" metal grid is 0.6 although it can vary within an interval to be optimized (0.1 - 0.9). The electrolyte is previously added to the sealing and is inserted on the glass fiber between the two electrodes if liquid. If, on the other hand, it is solid or pasty, it is simply physically inserted between the two electrodes, always before the sealing. Similarly, the counter electrode 13 can also be of titanium like the photoanode (grid) or it can be a continuous layer of any conductive material (Aluminum) and a platinum covering is preferably applied on the face facing the electrolytic layer 12, for example applied by physical deposition, to perform a catalyst function on the electrolyte. If the support of the counter electrode is continuous, the deposition of Platinum (or of other material capable of catalyzing the reduction of the electrolyte, such as carbonaceous materials such as graphene and carbon nanotubes) will occur on the entire surface in contact with the electrolyte, thus increasing the possibility that the ion species reduction reaction takes place in the electrolyte.

Secondo una forma preferita di realizzazione, lo strato elettrolitico 12 comprende fibre o particelle di materiale isolante come ad esempio il vetro, imbevute dell’elettrolita. Ad esempio, è possibile utilizzare una carta filtrante spessa 260 micrometri realizzata di fibre di vetro. Proprietà tipiche delle fibre di vetro S (ad alta resistenza) sono: According to a preferred embodiment, the electrolytic layer 12 comprises fibers or particles of insulating material such as glass, soaked in the electrolyte. For example, you can use a 260 micrometer thick filter paper made of glass fibers. Typical properties of S (high strength) glass fibers are:

Densità: 2,48 g/cm3 Density: 2.48 g / cm3

Modulo elastico: 90 GPa Elastic modulus: 90 GPa

Resistenza meccanica a trazione (e fibra nuova): 4500 MPa Mechanical tensile strength (and new fiber): 4500 MPa

Allungamento percentuale a rottura: 5% Percentage elongation at break: 5%

È altresì possibile utilizzare una qualsiasi membrana porosa auto-supportata o direttamente depositata sul fotoanodo fabbricata utilizzando materiali flessibili che garantiscano una stabilità chimica a contatto con l’elettrolita selezionato per la cella DSSC. Ad esempio: fibra di vetro, cellulosa, flouro-polimeri, Teflon®, PTFE, Poliimmidi, Kapton®, Kevlar®, separatori ceramici in allumina porosa anodizzata o altri ossidi metallici porosi in forma di membrana porosa). It is also possible to use any self-supported porous membrane or directly deposited on the photoanode manufactured using flexible materials that ensure chemical stability in contact with the electrolyte selected for the DSSC cell. For example: glass fiber, cellulose, flouro-polymers, Teflon®, PTFE, Polyimides, Kapton®, Kevlar®, anodized porous alumina ceramic separators or other porous metal oxides in the form of a porous membrane).

La figura 3 mostra una cella fotovoltaica 1 secondo la presente invenzione e pronta all’uso. Le dimensioni della cella sono 8 × 9 cm<2 >l’intera cella con una finestra trasparente di 2.5 × 2.5 cm<2>. Ad ogni modo la finestra trasparente può essere aumentata in maniera tale da utilizzare una maggiore area attiva. Figure 3 shows a photovoltaic cell 1 according to the present invention and ready for use. The dimensions of the cell are 8 × 9 cm <2> the entire cell with a transparent window of 2.5 × 2.5 cm <2>. However, the transparent window can be increased in such a way as to use a larger active area.

I limiti di dimensioni della cella sono commisurabili alla dimensione della macchina per la sigillatura utilizzata. The cell size limits are commensurate with the size of the sealing machine used.

Le figure 4 e 5 mostrano alcuni dati sperimentali misurati sulla cella fotovoltaica di figura 3. Figures 4 and 5 show some experimental data measured on the photovoltaic cell of figure 3.

La tensione massima se si pone una singola cella è compreso tra 0.7 V e 1 V. Ad ogni modo tale sistema si presta ad ottenere anche un modulo fotovoltaico invece di una singola cella. In questa maniera la tensione massima è funzione del numero di celle che vengono poste in serie. Idealmente 0.7 V × N. Dove N è il numero di celle poste in serie all’interno del modulo fotovoltaico. The maximum voltage if a single cell is placed is between 0.7 V and 1 V. In any case, this system is also suitable for obtaining a photovoltaic module instead of a single cell. In this way, the maximum voltage is a function of the number of cells that are placed in series. Ideally 0.7 V × N. Where N is the number of cells placed in series within the photovoltaic module.

La corrente generata è invece funzione dell’area attiva (direttamente proporzionale) o anche alle stringhe poste in parallelo in un modulo fotovoltaico. The current generated is instead a function of the active area (directly proportional) or also to the strings placed in parallel in a photovoltaic module.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione, il multistrato fotovoltaico flessibile può essere costituito da una cella a Perowskite o una cella organica. Nonostante queste altre tipologie di cella di terza generazione si differenziano dalla DSSC per il loro meccanismo di funzionamento (generazione, separazione e trasporto delle cariche) esse sono comunemente costituite da un elemento denominato fotoanodo (costituito da un materiale in grado di assorbire la luce visibile depositato su un conduttore elettrico), uno strato conduttore di protoni e un controelettrodo. Inoltre queste celle sono soggette a un rapido invecchiamento se non correttamente ed efficacemente sigillate. According to a further embodiment of the present invention, the flexible photovoltaic multilayer can consist of a Perowskite cell or an organic cell. Although these other types of third generation cells differ from the DSSC for their operating mechanism (generation, separation and transport of charges), they are commonly made up of an element called photoanode (consisting of a material capable of absorbing visible light deposited on an electrical conductor), a conducting layer of protons and a counter electrode. Furthermore, these cells are subject to rapid aging if not properly and effectively sealed.

Anche in questa configurazione lo strato fotosensibile della cella deve essere affacciato in uso all’area attiva 5. Also in this configuration, the photosensitive layer of the cell must face the active area in use 5.

Claims

CLAIMS 1. Photovoltaic bag cell comprising: - An envelope (2, 3) with a front surface (3) having an active area (5) which transmits visible light and comprising a polymeric material; - An internal flexible photovoltaic multilayer (4) having: A foil photoelectrode (10) activated by the visible light received through the active area (5); And A counter electrode (12) coupled in electrochemical interaction with the photoelectrode (10) and arranged on the opposite side of the active area (5) with respect to the photoelectrode (10), in which the internal photovoltaic multilayer (4) is sealed under vacuum in the envelope (2, 3) and the electrical terminals (7, 8) are supplied externally to the envelope (2, 3) to supply the electrical power generated by the photovoltaic multilayer (4).

Photovoltaic bag cell according to claim 1, wherein the photoelectrode (10) and the counter-electrode (12) are flexible sheet electrodes; the photoelectric electrode (10) has a plurality of through holes defined by a layer of a semiconductor material coated with a dye activated by visible light; and the multilayer comprises an electrolytic layer (13) between the sheet photoelectrode (10) and the sheet counter electrode (12) in electrochemical coupling with the dye coating (11) through the through holes.

3. Photovoltaic bag cell according to claim 2, wherein the photoelectrode (10) comprises a metal grid core that supports the semiconductor layer coated with dye and the counter-electrode (12) is a metal sheet.

The photovoltaic bag cell according to claim 2 or 3, wherein the electrolytic layer comprises a flexible porous substrate of an electrical contact insulating material using the photoelectrode (10) and the counter electrode (12).

The bag photovoltaic cell according to any one of the preceding claims, wherein the bag comprises a polymeric material and the sealing is obtained by at least one of laser welding, friction welding or heat sealing.

6. Photovoltaic bag cell according to any one of the preceding claims, wherein the percentage of the area of the through holes with respect to the total area of the photoelectric electrode (10) exposed to visible light through the active area (5) is between 10 % and 90%.

7. Bag photovoltaic unit comprising a bag photovoltaic cell according to any one of the preceding claims and a bag capacitor comprising a further bag and an internal flexible multilayer capacitor having a foil electrode, a foil counter electrode and a dielectric layer between the 'foil electrode and foil counter electrode, wherein the inner flexible multilayer capacitor is vacuum sealed in the further envelope and further electrical terminals are provided on the outside of the further envelope to transfer electrical energy with the photovoltaic multilayer (4 ).

The bag photovoltaic unit according to claim 7, wherein the dielectric layer comprises an electrolyte for providing a super capacitor.