RU2792023C1 - Dye-sensitized solar cell unit, a photovoltaic charger including a dye-sensitized solar cell unit, and a method for manufacturing a solar cell unit - Google Patents

Dye-sensitized solar cell unit, a photovoltaic charger including a dye-sensitized solar cell unit, and a method for manufacturing a solar cell unit Download PDF

Info

Publication number
RU2792023C1
RU2792023C1 RU2021100709A RU2021100709A RU2792023C1 RU 2792023 C1 RU2792023 C1 RU 2792023C1 RU 2021100709 A RU2021100709 A RU 2021100709A RU 2021100709 A RU2021100709 A RU 2021100709A RU 2792023 C1 RU2792023 C1 RU 2792023C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solar cell
conductive layer
layer
catalytic
porous
Prior art date
Application number
RU2021100709A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Хенрик ЛИНДСТРЕМ
Джованни ФИЛИ
Original Assignee
Эксегер Оперейшнз Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эксегер Оперейшнз Аб filed Critical Эксегер Оперейшнз Аб
Application granted granted Critical
Publication of RU2792023C1 publication Critical patent/RU2792023C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: power sources.
SUBSTANCE: invention relates to a unit of a dye-sensitized solar cell, a photovoltaic charger. The unit (1) of a dye-sensitized solar cell contains: a working electrode containing a porous light-absorbing layer (10), a porous first conductive layer (12), including a conductive material for extracting photogenerated electrons from the light-absorbing layer (10), a porous insulating layer (105), a counter electrode containing a porous catalytic conductive layer (106), formed on the opposite side of the porous insulating layer (105), an ionic electrolyte for the transfer of electrons from the counter electrode to the working electrode, moreover, the first conductive layer (12) contains an insulating oxide layer (109) formed on the surfaces of the conductive material, and the porous catalytic conductive layer (106) contains a conductive material (107’) and catalytic particles (107’’) distributed in the conductive material.
EFFECT: high long-term stability of performance characteristics, an increase in the efficiency of the solar cell unit, the ability to work in a wide temperature range.
16 cl, 10 dwg, 2 tbl

Description

Область техники Technical field

Настоящее изобретение относится к блоку сенсибилизированного красителем солнечного элемента. Настоящее изобретение дополнительно относится к фотоэлектрическому зарядному устройству, специально приспособленному для зарядки электронного устройства, включающего в себя блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента.The present invention relates to a dye-sensitized solar cell assembly. The present invention further relates to a photovoltaic charger specially adapted for charging an electronic device including a dye sensitized solar cell unit.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ PREREQUISITES FOR CREATING

Солнечные элементы использовались в течение долгого времени для преобразования энергии света в электричество. Солнечные панели используются, чтобы поглощать солнечный свет в качестве источника энергии для генерации электричества. Солнечная панель содержит множественные солнечные элементы, соединенные последовательно. Солнечные панели в больших количествах часто компонуются вместе в больших солнечных комплексах для производства электричества для сети электроснабжения.Solar cells have been used for a long time to convert light energy into electricity. Solar panels are used to absorb sunlight as an energy source to generate electricity. The solar panel contains multiple solar cells connected in series. Solar panels in large quantities are often bundled together in large solar complexes to produce electricity for the power grid.

Солнечные элементы становятся все более эффективными, а также более дешевыми для производства. Поэтому, естественно, компании создают все виды потребительских продуктов, питаемых, по меньшей мере частично, солнечными элементами. Множество портативных электронных устройств в настоящее время снабжаются встроенными перезаряжаемыми батареями, которые хранят энергию, и фотоэлектрическими зарядными устройствами, выполненными с возможностью подавать питания в батареи для их зарядки. Фотоэлектрическое зарядное устройство или солнечное зарядное устройство применяет солнечную энергию для подачи электричества на устройства и для зарядки батарей. Примерами таких портативных устройств являются планшеты, мобильные телефоны, наушники и калькуляторы. Когда используются солнечные элементы, батарея устройства укомплектовывается так, что время использования повышается, прежде чем возникнет необходимость зарядить устройство от внешнего источника. В зависимости от эффективности фотоэлектрического зарядного устройства и энергопотребления устройства, необходимость в зарядке устройства внешним источником может даже отпадать, и устройство тогда питается только солнечной энергией. Например, миниатюрные калькуляторы часто питаются исключительно от фотоэлектрических зарядных устройств. Solar cells are becoming more efficient and also cheaper to produce. So, naturally, companies are creating all kinds of consumer products powered at least in part by solar cells. Many portable electronic devices are currently provided with built-in rechargeable batteries that store energy and photovoltaic chargers that are configured to supply power to the batteries to charge them. A photovoltaic charger or solar charger uses solar energy to supply electricity to devices and to charge batteries. Examples of such portable devices are tablets, mobile phones, headphones and calculators. When solar cells are used, the device's battery is packaged so that the usage time is increased before it becomes necessary to charge the device from an external source. Depending on the efficiency of the photovoltaic charger and the power consumption of the device, it may even be unnecessary to charge the device with an external source, and the device is then powered only by solar energy. For example, miniature calculators are often powered solely by photovoltaic chargers.

Фотоэлектрические зарядные устройства, которые представлены на рынке сегодня, используют различные типы солнечных панелей, от тонкопленочных панелей с эффективностями (КПД) 7-15% до немного более эффективных монокристаллических панелей, которые обеспечивают КПД до 18%. КПД обычно тестируется с использованием стандартных условий тестирования, STC, которые представляют собой промышленный стандарт для условий, в которых тестируются солнечные панели. В случае STC облучение составляет 1000 Вт/м², температура составляет 25°C и воздушная масса составляет 1,5. В качестве примера, солнечная панель, дающая выходную мощность 200 Вт/м², имеет КПД 20%. Эти условия моделируют, каким является КПД солнечной панели во внешних условиях в летний солнечный безоблачный день. Спектр длин волн внутреннего светового освещения (внутри помещений) отличается от спектра длин волн внешнего светового излучения (снаружи помещений). Например, длины волны вне видимого диапазона часто отсутствуют во внутреннем освещении, поскольку стеклянные окна фильтруют УФ-свет, а лампы в помещении главным образом вырабатывают свет в видимом диапазоне. Таким образом, КПД солнечной панели, измеренный в условиях снаружи помещений, не может применяться к условиям внутри помещений. Обычный человеческий глаз будет реагировать на длины волн от примерно 390 до 700 нм, а свет в помещении в основном находится в пределах спектра видимого света.Photovoltaic chargers on the market today use various types of solar panels, from thin-film panels with efficiencies (COPs) of 7-15% to slightly more efficient monocrystalline panels that provide up to 18% efficiency. Efficiency is usually tested using Standard Test Conditions, STC, which is the industry standard for the conditions under which solar panels are tested. In the case of STC, the exposure is 1000 W/m², the temperature is 25°C and the air mass is 1.5. As an example, a solar panel giving an output power of 200 W/m² has an efficiency of 20%. These conditions simulate the efficiency of a solar panel under external conditions on a cloudless summer sunny day. The wavelength spectrum of indoor light illumination (indoors) is different from the wavelength spectrum of external light radiation (outdoors). For example, non-visible wavelengths are often absent from indoor lighting because glass windows filter UV light and indoor lamps primarily produce light in the visible range. Thus, solar panel efficiency measured in outdoor conditions cannot be applied to indoor conditions. The normal human eye will respond to wavelengths between about 390 and 700 nm, and indoor light is mostly within the visible light spectrum.

В статье «Comparison of the indoor performance of 12 commercial PV products by a simple model» («Сравнение КПД внутри помещений 12-ти фотоэлектрических изделий с помощью простой модели»), Georgia Apostolou et al. (Георгия Апостолу и др.) поясняется, как внутреннее световое освещение отличается от внешнего светового излучения. Автор статьи утверждает, что в случае окна из двойного стеклопакета снижение мощности излучения на 1 и 5 м от окна будет составлять около 70% и 97%, соответственно. В статье показано, что в настоящее время солнечные панели теряют большую часть своей эффективности во внутреннем освещении. Таким образом, недостаток этих солнечных панелей состоит в том, что они имеют низкий КПД при низких интенсивностях света (светового излучения). In "Comparison of the indoor performance of 12 commercial PV products by a simple model", Georgia Apostolou et al. (George Apostolou and others) explains how internal light illumination differs from external light radiation. The author of the article claims that in the case of a double-glazed window, the reduction in radiation power at 1 and 5 m from the window will be about 70% and 97%, respectively. The article shows that currently solar panels are losing most of their efficiency in indoor lighting. Thus, the disadvantage of these solar panels is that they have a low efficiency at low light intensities (light emission).

Другие недостатки существующих панелей солнечных элементов для питания электронных устройств состоят в том, что некоторые из них являются токсичными, имеют плохие механические свойства и являются дорогостоящими.Other disadvantages of existing solar cell panels for powering electronic devices are that some of them are toxic, have poor mechanical properties and are expensive.

В GB2510451(А) OnBeat Ltd. показана пара наушников, питаемых от солнечных элементов. Гибкая солнечная панель обеспечена на внешней поверхности оголовья и на чашках наушников. Наушники могут также использоваться, чтобы питать внешнее устройство накопленной солнечной энергией. Наблюдателю визуально очевидно, что оголовье OnBeat покрыто панелью солнечных элементов, но тип солнечного элемента не указан. In GB2510451(A) OnBeat Ltd. a pair of solar-powered headphones is shown. A flexible solar panel is provided on the outer surface of the headband and on the earcups. The headphones can also be used to power an external device with stored solar energy. It is visually obvious to an observer that the OnBeat headband is covered with a solar cell panel, but the type of solar cell is not specified.

Потребности в солнечных панелях для питания потребительских продуктов весьма отличаются по сравнению со стационарными солнечными панелями, используемыми для производства электричества в больших солнечных комплексах. Например, необходимо, чтобы солнечная панель в потребительском продукте была более прочной, гибкой и способной противостоять ударам. Дополнительно, они должны быть способны вырабатывать мощность при разных условиях освещения, как в помещении, так и снаружи. Условия освещения на разных частях солнечной панели могут также отличаться вследствие частичного затенения солнечной панели, которое уменьшает КПД солнечной панели. Также желательно, чтобы солнечные панели были эстетически привлекательными, поскольку они видимы пользователю.The need for solar panels to power consumer products is very different compared to stationary solar panels used to generate electricity in large solar complexes. For example, a solar panel in a consumer product needs to be stronger, more flexible, and able to withstand impact. Additionally, they must be able to generate power under different lighting conditions, both indoors and outdoors. The lighting conditions on different parts of the solar panel may also differ due to the partial shading of the solar panel, which reduces the efficiency of the solar panel. It is also desirable that the solar panels be aesthetically pleasing as long as they are visible to the user.

Следует отметить, что существует множество примеров фотоэлектрических зарядных устройств, имеющих солнечную панель, включающую в себя множество солнечных элементов, соединенных последовательно, для питания портативных электронных устройств. Однако существуют несколько проблем с известными солнечными панелями, питающими портативные электронные устройства: они очень чувствительны к интенсивности света и углу падающего света. Солнечная панель с солнечными элементами, соединенными последовательно, чувствительна к частичному затенению, поскольку если один солнечный элемент не вырабатывает ток, вся последовательность солнечных элементов перестанет вырабатывать электричество. Они весьма чувствительны и легко ломаются. Например, солнечные элементы из кристаллического кремния являются хрупкими и могут растрескиваться при использовании на портативном электронном устройстве. Более того, пользователи могут быть не удовлетворены эстетикой, когда большие части продукта покрыты солнечными панелями, имеющими сетку видимых токоотводов на верхней стороне. Таким образом, существует необходимость в усовершенствовании фотоэлектрических зарядных устройств для использования с портативными электронными устройствами. It should be noted that there are many examples of photovoltaic chargers having a solar panel including a plurality of solar cells connected in series to power portable electronic devices. However, there are several problems with known solar panels that power portable electronic devices: they are very sensitive to light intensity and incident light angle. A solar panel with solar cells connected in series is sensitive to partial shading because if one solar cell fails to produce current, the entire string of solar cells will stop producing electricity. They are very sensitive and break easily. For example, crystalline silicon solar cells are brittle and may crack when used on a portable electronic device. Moreover, users may not be satisfied with the aesthetics when large parts of the product are covered with solar panels having a grid of visible down conductors on the top side. Thus, there is a need to improve photovoltaic chargers for use with portable electronic devices.

WO2013/149787 раскрывает модуль сенсибилизированных красителем солнечных элементов, имеющий последовательную структуру, содержащую множество блоков сенсибилизированных красителем солнечных элементов, расположенных смежно друг с другом и соединенных последовательно. Каждый блок элемента включает в себя рабочий электрод, первый проводящий слой для извлечения фотогенерированных электронов из рабочего электрода, противоэлектрод, включающий в себя второй проводящий слой, электролит для переноса электронов от противоэлектрода к рабочему электроду и элемент последовательного соединения для электрического соединения противоэлектрода с рабочим электродом смежного блока элемента. Модуль солнечного элемента содержит пористую изолирующую подложку, первый проводящий слой представляет собой пористый проводящий слой, сформированный на одной стороне пористой изолирующей подложки, а второй проводящий слой представляет собой пористый проводящий слой, сформированный на противоположной стороне пористой изолирующей подложки, и элемент последовательного соединения представляет собой проводящий слой, пронизывающий пористую изолирующую подложку и проходящий между первым проводящим слоем одного из блоков элемента и вторым проводящим слоем смежного блока элемента, тем самым электрически соединяя первый проводящий слой одного из блоков элементов со вторым проводящим слоем смежного блока элемента.WO2013/149787 discloses a dye-sensitized solar cell module having a serial structure comprising a plurality of dye-sensitized solar cell stacks adjacent to each other and connected in series. Each cell block includes a working electrode, a first conductive layer for extracting photogenerated electrons from the working electrode, a counter electrode including a second conductive layer, an electrolyte for transferring electrons from the counter electrode to the working electrode, and a series connection element for electrically connecting the counter electrode to the adjacent working electrode. element block. The solar cell module comprises a porous insulating substrate, the first conductive layer is a porous conductive layer formed on one side of the porous insulating substrate, and the second conductive layer is a porous conductive layer formed on the opposite side of the porous insulating substrate, and the series connection element is a conductive a layer penetrating the porous insulating substrate and extending between the first conductive layer of one of the cell blocks and the second conductive layer of the adjacent cell block, thereby electrically connecting the first conductive layer of one of the cell blocks to the second conductive layer of the adjacent cell block.

WO2014/184379 раскрывает сенсибилизированный красителем солнечный элемент, имеющий проводящие частицы, образующие проводящую сетку через изолирующий материал в пористой изолирующей подложке. Частицы образуют одну или более электрически проводящих дорожек через изолирующий материал изолирующей подложки. Проводящие частицы могут также быть каталитическими. Благодаря проводящей сетке в изолирующей подложке, расстояние между противоэлектродом и светопоглощающим слоем больше не зависит от толщины пористой подложки. Таким образом, толщина изолирующей части может быть уменьшена, и за счет этого может быть уменьшено расстояние между противоэлектродом и светопоглощающим слоем. Соответственно, потери на сопротивление в проводящей среде уменьшаются. Вследствие того факта, что расстояние между противоэлектродом и светопоглощающим слоем больше не зависит от толщины всей пористой подложки, а только от изолирующей части, также можно использовать подложку, которая является достаточно толстой для безопасной механической обработки.WO2014/184379 discloses a dye-sensitized solar cell having conductive particles forming a conductive mesh through an insulating material in a porous insulating substrate. The particles form one or more electrically conductive paths through the insulating material of the insulating substrate. The conductive particles may also be catalytic. Thanks to the conductive mesh in the insulating substrate, the distance between the counter electrode and the light absorbing layer is no longer dependent on the thickness of the porous substrate. Thus, the thickness of the insulating portion can be reduced, and thereby the distance between the counter electrode and the light absorbing layer can be reduced. Accordingly, the resistance losses in the conductive medium are reduced. Due to the fact that the distance between the counter electrode and the light absorbing layer no longer depends on the thickness of the entire porous substrate, but only on the insulating part, it is also possible to use a substrate that is thick enough for safe machining.

Краткое описание сущности изобретения Brief description of the essence of the invention

Цель настоящего изобретения состоит в по меньшей мере частичном преодолении описанных выше проблем и обеспечении усовершенствованного сенсибилизированного красителем солнечного элемента и фотоэлектрического зарядного устройства, подходящего для зарядки электронных устройств для потребительских применений, и более конкретно, для зарядки перезаряжаемых батарей электронных устройств. It is an object of the present invention to at least partially overcome the problems described above and to provide an improved dye sensitized solar cell and photovoltaic charger suitable for charging electronic devices for consumer applications, and more particularly for charging rechargeable batteries in electronic devices.

Эта цель достигается с помощью сенсибилизированного красителем солнечного элемента, как определено в пункте 1 формулы изобретения.This goal is achieved using a dye-sensitized solar cell, as defined in paragraph 1 of the claims.

Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента содержит:The block of the dye-sensitized solar cell contains:

- рабочий электрод, содержащий пористый светопоглощающий слой,- a working electrode containing a porous light-absorbing layer,

- пористый первый проводящий слой, включающий в себя проводящий материал для извлечения фотогенерированных электронов из светопоглощающего слоя, причем светопоглощающий слой расположен поверх первого проводящего слоя,a porous first conductive layer including a conductive material for extracting photogenerated electrons from the light absorbing layer, wherein the light absorbing layer is located on top of the first conductive layer,

- пористый изолирующий слой, выполненный из изолирующего материала, причем первый проводящий слой сформирован на одной стороне пористого изолирующего слоя,a porous insulating layer made of an insulating material, wherein the first conductive layer is formed on one side of the porous insulating layer,

- противоэлектрод, содержащий пористый каталитический проводящий слой, сформированный на противоположной стороне пористого изолирующего слоя, и a counter electrode comprising a porous catalytic conductive layer formed on the opposite side of the porous insulating layer, and

- ионный электролит для переноса электронов от противоэлектрода к рабочему электроду и расположенный в порах пористого первого проводящего слоя, пористого каталитического проводящего слоя и пористого изолирующего слоя, причем первый проводящий слой содержит изолирующий оксидный слой, сформированный на поверхностях проводящего материала, а пористый каталитический проводящий слой содержит проводящий материал и каталитические частицы, распределенные в проводящем материале, для улучшения переноса электронов из проводящего материала в электролит. - an ionic electrolyte for electron transfer from the counter electrode to the working electrode and located in the pores of the porous first conductive layer, the porous catalytic conductive layer and the porous insulating layer, the first conductive layer contains an insulating oxide layer formed on the surfaces of the conductive material, and the porous catalytic conductive layer contains a conductive material and catalytic particles dispersed in the conductive material to improve the transfer of electrons from the conductive material to the electrolyte.

Под ионным электролитом подразумевается электролит, содержащий ионы в качестве носителя для электронов. Преимущество использования ионного электролита состоит в том, что он может обеспечивать высокую долгосрочную стабильность рабочим характеристикам солнечного элемента. Другое преимущество состоит в том, что КПД блока солнечного элемента является стабильным или повышается с повышением температуры. Соответственно, блок солнечного элемента хорошо работает в широком диапазоне температур. By ionic electrolyte is meant an electrolyte containing ions as a carrier for electrons. An advantage of using an ionic electrolyte is that it can provide high long-term stability to the performance of the solar cell. Another advantage is that the efficiency of the solar cell stack is stable or increases with increasing temperature. Accordingly, the solar cell stack performs well over a wide temperature range.

Электролит расположен в порах светопоглощающего слоя, первого проводящего слоя, каталитического проводящего слоя и пористого изолирующего слоя. Электролит содержит ионы, которые транспортируют электроны от противоэлектрода к светопоглощающему слою рабочего электрода. Изолирующий оксидный слой обеспечивает электрически изолирующий слой на проводящем материале первого проводящего слоя, причем оксидный слой по меньшей мере частично препятствует переносу электронов между проводящим материалом и электролитом, расположенным в порах первого проводящего слоя. Соответственно, больше электронов достигают светопоглощающего слоя, и за счет этого увеличивается КПД блока солнечного элемента. The electrolyte is located in the pores of the light-absorbing layer, the first conductive layer, the catalytic conductive layer, and the porous insulating layer. The electrolyte contains ions that transport electrons from the counter electrode to the light-absorbing layer of the working electrode. The insulating oxide layer provides an electrically insulating layer on the conductive material of the first conductive layer, the oxide layer at least partially preventing the transfer of electrons between the conductive material and the electrolyte located in the pores of the first conductive layer. Accordingly, more electrons reach the light-absorbing layer, thereby increasing the efficiency of the solar cell unit.

Каталитические частицы выполнены из материала, который отличается от проводящего материала каталитического проводящего слоя. Каталитические частицы работают как катализаторы и способствуют переносу электронов от проводящего материала к электролиту в порах каталитического проводящего слоя. Проводящий материал каталитического проводящего слоя является по существу некаталитическим, т.е. самое большее лишь незначительные каталитические реакции могут происходить в проводящем материале. Электроны извлекаются ионами в электролите в каталитическом проводящем слое. За счет распределения каталитических частиц в проводящем материале перенос электронов из проводящего материала улучшается, и соответственно КПД блока солнечного элемента повышается. Дополнительно, за счет расположения каталитических частиц максимально близко к рабочему электроду уменьшается расстояние, которое должны пройти ионы в электролите, чтобы достичь рабочего электрода. Таким образом, эффективное расстояние между рабочим электродом и противоэлектродом уменьшается, и соответственно уменьшаются потери на сопротивление в электролите, что приводит к более высокому КПД блока солнечного элемента. Дополнительное преимущество, достигаемое с уменьшенным расстоянием, состоит в том, что оно позволяет использование проводящих сред, имеющих низкую электрическую проводимость, таких как ионные жидкие электролиты. The catalytic particles are made of a material that is different from the conductive material of the catalytic conductive layer. The catalytic particles act as catalysts and facilitate the transfer of electrons from the conductive material to the electrolyte in the pores of the catalytic conductive layer. The conductive material of the catalytic conductive layer is essentially non-catalytic, ie. at most, only minor catalytic reactions can take place in the conductive material. Electrons are extracted by ions in the electrolyte in the catalytic conductive layer. By distributing the catalytic particles in the conductive material, the transfer of electrons from the conductive material is improved, and accordingly the efficiency of the solar cell unit is improved. Additionally, due to the location of the catalytic particles as close as possible to the working electrode, the distance that the ions in the electrolyte must travel in order to reach the working electrode is reduced. Thus, the effective distance between the working electrode and the counter electrode is reduced, and the resistance loss in the electrolyte is correspondingly reduced, resulting in a higher efficiency of the solar cell unit. An additional advantage achieved with reduced spacing is that it allows the use of conductive media having low electrical conductivity, such as ionic liquid electrolytes.

Комбинация изолирующего оксидного слоя, который предотвращает утечку электронов из проводящего материала в электролит в порах первого проводящего слоя, и противоэлектрода, содержащего каталитический проводящий слой, содержащий каталитические частицы, распределенные в проводящем материале, улучшает перенос электронов к электролиту в противоэлектроде, что приведет к эффективному блоку солнечного элемента.The combination of an insulating oxide layer that prevents electrons from the conductive material from leaking into the electrolyte in the pores of the first conductive layer and a counter electrode containing a catalytic conductive layer containing catalytic particles dispersed in the conductive material improves electron transfer to the electrolyte in the counter electrode, resulting in an efficient block solar element.

Дополнительно, во время изготовления блока солнечного элемента термическая обработка блока солнечного элемента в воздухе приведет к оксидному слою на проводящем материале первого проводящего слоя, а также на проводящем материале каталитического проводящего слоя. Можно предположить, что оксидный слой на проводящем материале каталитического проводящего слоя будет препятствовать переносу электронов от проводящего материала к электролиту, расположенному в порах каталитического проводящего слоя. Неожиданным образом, было обнаружено, что каталитические частицы, такие как платинированные частицы углерода, распределенные в проводящем материале, обеспечивают возможность переноса электронов от проводящего материала к электролиту, несмотря на оксидные слои на проводящем материале.Additionally, during the manufacture of the solar cell block, heat treatment of the solar cell block in air will result in an oxide layer on the conductive material of the first conductive layer as well as on the conductive material of the catalytic conductive layer. It can be assumed that the oxide layer on the conductive material of the catalytic conductive layer will prevent the transfer of electrons from the conductive material to the electrolyte located in the pores of the catalytic conductive layer. Surprisingly, it has been found that catalytic particles, such as platinized carbon particles, dispersed in the conductive material allow electrons to be transferred from the conductive material to the electrolyte despite oxide layers on the conductive material.

Каталитический проводящий слой является проводящим, а также каталитическим. Электролит может располагаться в порах всего каталитического проводящего слоя или только в верхней части каталитического проводящего слоя.The catalytic conductive layer is conductive as well as catalytic. The electrolyte can be located in the pores of the entire catalytic conductive layer or only in the upper part of the catalytic conductive layer.

В одном аспекте противоэлектрод содержит второй проводящий слой, включающий в себя проводящий материал в электрическом контакте с каталитическим проводящим слоем, причем второй проводящий слой является по существу некаталитическим, а пористый каталитический проводящий слой расположен между пористым изолирующим слоем и вторым проводящим слоем.In one aspect, the counter electrode comprises a second conductive layer including a conductive material in electrical contact with the catalytic conductive layer, wherein the second conductive layer is substantially non-catalytic and the porous catalytic conductive layer is interposed between the porous insulating layer and the second conductive layer.

В этом аспекте блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента содержит:In this aspect, the dye-sensitized solar cell assembly comprises:

- рабочий электрод, содержащий пористый светопоглощающий слой,- a working electrode containing a porous light-absorbing layer,

- первый проводящий слой, содержащий проводящий материал для извлечения фотогенерированных электронов из светопоглощающего слоя, причем светопоглощающий слой расположен поверх первого проводящего слоя,- a first conductive layer containing a conductive material for extracting photogenerated electrons from the light absorbing layer, the light absorbing layer being located on top of the first conductive layer,

- пористый изолирующий слой, выполненный из изолирующего материала, причем первый проводящий слой сформирован на одной стороне пористого изолирующего слоя,a porous insulating layer made of an insulating material, wherein the first conductive layer is formed on one side of the porous insulating layer,

- противоэлектрод, содержащий:- a counter electrode containing:

i. второй проводящий слой, включающий в себя проводящий материал, и i. a second conductive layer including a conductive material, and

ii. пористый каталитический проводящий слой, расположенный между пористым изолирующим слоем и вторым проводящим слоем и в электрическом контакте со вторым проводящим слоем, и ii. a porous catalytic conductive layer located between the porous insulating layer and the second conductive layer and in electrical contact with the second conductive layer, and

- ионный электролит, расположенный в порах первого проводящего слоя, каталитического проводящего слоя и пористого изолирующего слоя для переноса электронов от противоэлектрода к рабочему электроду, причем первый проводящий слой содержит изолирующий оксидный слой, сформированный на поверхностях проводящего материала, второй проводящий слой является по существу некаталитическим, и каталитический проводящий слой содержит проводящий материал и каталитические частицы, распределенные в проводящем материале, для улучшения переноса электронов к электролиту.- an ionic electrolyte located in the pores of the first conductive layer, the catalytic conductive layer and the porous insulating layer for electron transfer from the counter electrode to the working electrode, wherein the first conductive layer contains an insulating oxide layer formed on the surfaces of the conductive material, the second conductive layer is essentially non-catalytic, and the catalytic conductive layer comprises a conductive material and catalytic particles dispersed in the conductive material to improve electron transfer to the electrolyte.

Второй проводящий слой выполнен из проводящего материала. Второй проводящий слой может быть пористым или непористым. Предпочтительно, второй проводящий слой исключает каталитические частицы. Второй проводящий слой сам является по существу некаталитическим, т.е. самое большее лишь незначительные каталитические реакции могут происходить во втором проводящем слое. Второй проводящий слой может содержать незначительное количество каталитического материала. Однако каталитические реакции сконцентрированы в каталитическом проводящем слое. Предпочтительно, чтобы электроны переносились к электролиту в каталитическом проводящем слое из-за его более короткого расстояния до рабочего электрода. The second conductive layer is made of a conductive material. The second conductive layer may be porous or non-porous. Preferably, the second conductive layer excludes catalytic particles. The second conductive layer is itself essentially non-catalytic, ie. at most, only minor catalytic reactions can take place in the second conductive layer. The second conductive layer may contain a minor amount of catalytic material. However, the catalytic reactions are concentrated in the catalytic conductive layer. The electrons are preferably transferred to the electrolyte in the catalytic conductive layer due to its shorter distance to the working electrode.

Вследствие того факта, что второй проводящий слой является по существу некаталитическим, электрическая проводимость второго проводящего слоя может быть выше электрической проводимости каталитического проводящего слоя. Таким образом, комбинация каталитического проводящего слоя, включающего в себя каталитические частицы, и второго проводящего слоя, который является по существу некаталитическим, приведет к эффективному переносу электронов от противоэлектрода к электролиту, а также обеспечит высокую электрическую проводимость противоэлектрода. Дополнительно, вследствие того факта, что второй проводящий слой является по существу некаталитическим, электронам труднее переноситься к электролиту во втором проводящем слое. Due to the fact that the second conductive layer is essentially non-catalytic, the electrical conductivity of the second conductive layer may be higher than the electrical conductivity of the catalytic conductive layer. Thus, the combination of a catalytic conductive layer including catalytic particles and a second conductive layer that is substantially non-catalytic will result in an efficient transfer of electrons from the counter electrode to the electrolyte as well as high electrical conductivity of the counter electrode. Additionally, due to the fact that the second conductive layer is substantially non-catalytic, it is more difficult for electrons to be transferred to the electrolyte in the second conductive layer.

Когда блок солнечного элемента используется, второй проводящий слой принимает электроны от внешней цепи и распределяет электроны по каталитическому проводящему слою. Каталитические частицы работают как катализаторы и способствуют переносу электронов, принятых от второго проводящего слоя, к электролиту в порах каталитического проводящего слоя. За счет расположения каталитических частиц по возможности близко к рабочему электроду расстояние, которое ионы должны пройти в электролите, чтобы достичь рабочего электрода, уменьшается. Соответственно, потери мощности в блоке солнечного элемента уменьшаются, и таким образом КПД блока солнечного элемента дополнительно повышается. Второй проводящий слой обеспечивает эффективное распределение электронов по каталитическому проводящему слою. When the solar cell stack is used, the second conductive layer receives electrons from the external circuit and distributes the electrons over the catalytic conductive layer. The catalytic particles act as catalysts and facilitate the transfer of electrons received from the second conductive layer to the electrolyte in the pores of the catalytic conductive layer. By positioning the catalytic particles as close as possible to the working electrode, the distance that the ions have to travel in the electrolyte to reach the working electrode is reduced. Accordingly, the power loss in the solar cell unit is reduced, and thus the efficiency of the solar cell unit is further improved. The second conductive layer ensures efficient distribution of electrons across the catalytic conductive layer.

В частности, комбинация изолирующего оксидного слоя, который препятствует утечке электронов из проводящего материала в электролит в порах первого проводящего слоя, и противоэлектрода, содержащего каталитический проводящий слой и некаталитический второй проводящий слой, который улучшает КПД противоэлектрода, приведет к эффективному блоку солнечного элемента, который способен вырабатывать энергию в широком диапазоне различных условий освещения. Блок солнечного элемента работает как в плохих, так и в отличных условиях светового освещения, например, в помещении при искусственном освещении и на улице в тени и при воздействии сильного солнечного света. In particular, the combination of an insulating oxide layer that prevents electrons from leaking from the conductive material into the electrolyte in the pores of the first conductive layer and a counter electrode comprising a catalytic conductive layer and a non-catalytic second conductive layer that improves the efficiency of the counter electrode will result in an efficient solar cell package that is capable of generate power in a wide range of different lighting conditions. The solar cell unit operates in both poor and excellent light conditions, such as indoors under artificial light and outdoors in shade and strong sunlight.

В одном аспекте проводящий материал второго проводящего слоя является титаном или его сплавом. В одном аспекте первый и второй проводящие слои содержат титан или его сплав. Предпочтительно использовать титан, поскольку он весьма коррозионностоек и может выдерживать высокие температуры, что является преимущественным при изготовлении блока солнечного элемента.In one aspect, the conductive material of the second conductive layer is titanium or an alloy thereof. In one aspect, the first and second conductive layers comprise titanium or an alloy thereof. It is preferable to use titanium because it is highly corrosion resistant and can withstand high temperatures, which is advantageous in the manufacture of a solar cell stack.

Каталитические частицы выполнены из каталитического материала, например, материалов на основе углерода, таких как графен или графит, или сажа, или углеродные нанотрубки, платины или их комбинации. Каталитические частицы могут быть электропроводными, а также каталитическими. В одном аспекте электрическая проводимость каталитических частиц ниже проводимости второго проводящего слоя. The catalytic particles are made of a catalytic material, for example, carbon-based materials such as graphene or graphite, or carbon black, or carbon nanotubes, platinum, or combinations thereof. Catalytic particles can be electrically conductive as well as catalytic. In one aspect, the electrical conductivity of the catalyst particles is lower than the conductivity of the second conductive layer.

Например, электролит представляет собой ионный жидкий электролит. For example, the electrolyte is an ionic liquid electrolyte.

В одном аспекте каталитические частицы по существу равномерно распределены в каталитическом проводящем слое. Термин «по существу равномерно распределены» означает, что каталитические частицы распределены по всей площади каталитического проводящего слоя. Таким образом, каталитические частицы не сконцентрированы только в одной или нескольких частях каталитического проводящего слоя. Хотя концентрация каталитических частиц может изменяться по площади каталитического проводящего слоя, не существует больших областей без каких-либо каталитических частиц. Электролитом заполнены поры пористого каталитического проводящего слоя. За счёт распределения каталитических частиц по существу равномерно в каталитическом проводящем слое перенос электронов из проводящего материала каталитического проводящего слоя в электролит достигается по всей площади каталитического проводящего слоя, и соответственно улучшается перенос электронов от проводящих частиц к электролиту.In one aspect, the catalyst particles are substantially evenly distributed in the catalytic conductive layer. The term "substantially evenly distributed" means that the catalyst particles are distributed over the entire area of the catalytic conductive layer. Thus, the catalyst particles are not concentrated in only one or a few parts of the catalytic conductive layer. Although the concentration of catalytic particles may vary across the area of the catalytic conductive layer, there are no large areas without any catalytic particles. Electrolyte filled the pores of the porous catalytic conductive layer. By distributing the catalytic particles substantially uniformly in the catalytic conductive layer, the transfer of electrons from the conductive material of the catalytic conductive layer to the electrolyte is achieved over the entire area of the catalytic conductive layer, and accordingly the electron transfer from the conductive particles to the electrolyte is improved.

В одном аспекте проводящий материал пористого каталитического проводящего слоя формирует пористую матрицу, и каталитические частицы распределяются в пористой матрице. Под пористой матрицей подразумевается пористый слой, включающий в себя сетку взаимно соединенных проводящих частиц, которые образуют проводящие дорожки через пористый слой. Предпочтительно, каталитические частицы по существу равномерно распределены в пористой матрице. Каталитические частицы внедрены в пористую матрицу. Например, пористая матрица представляет собой слой спеченных проводящих частиц, и каталитические частицы расположены между проводящими частицами. Пористая матрица заключает в себе каталитические частицы и удерживает их на месте. Пористая матрица может действовать как клей между каталитическими частицами и удерживает их на месте. In one aspect, the conductive material of the porous catalytic conductive layer forms a porous matrix and the catalyst particles are distributed in the porous matrix. By porous matrix is meant a porous layer including a network of interconnected conductive particles that form conductive paths through the porous layer. Preferably, the catalyst particles are substantially evenly distributed in the porous matrix. The catalytic particles are embedded in a porous matrix. For example, the porous matrix is a layer of sintered conductive particles, and the catalytic particles are located between the conductive particles. The porous matrix encloses the catalytic particles and holds them in place. The porous matrix can act as a glue between the catalyst particles and hold them in place.

В одном аспекте проводящий материал первого проводящего слоя является пористым титаном, а изолирующий оксидный слой является оксидом титана, образованным на поверхностях пористого титана. Первый проводящий слой содержит слой оксида титана, сформированный на поверхностях пористого титана и покрывающий поверхности пористого титана. Слой оксида титана препятствует утечке электронов из пористого титана в первом проводящем слое в электролит в порах первого проводящего слоя и соответственно повышает КПД блока солнечного элемента. В одном аспекте пористый титан содержит спеченные частицы титана, и поверхности спеченных частиц титана покрыты слоем оксида титана.In one aspect, the conductive material of the first conductive layer is porous titanium and the insulating oxide layer is titanium oxide formed on the surfaces of the porous titanium. The first conductive layer comprises a titanium oxide layer formed on the surfaces of the porous titanium and covering the surfaces of the porous titanium. The titanium oxide layer prevents the leakage of electrons from the porous titanium in the first conductive layer into the electrolyte in the pores of the first conductive layer and accordingly increases the efficiency of the solar cell unit. In one aspect, the porous titanium contains sintered titanium particles, and the surfaces of the sintered titanium particles are coated with a layer of titanium oxide.

В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит от 1 до 50 мас.% каталитических частиц. Мас.% (% по массе) каталитических частиц, необходимый для достижения эффективного переноса электронов от проводящего материала к электролиту, зависит от размера и формы каталитических частиц и типа материала в каталитических частицах и типа проводящего материала. In one aspect, the catalytic conductive layer contains from 1 to 50 wt.% catalytic particles. The wt % (wt %) of catalyst particles required to achieve efficient electron transfer from the conductive material to the electrolyte depends on the size and shape of the catalyst particles and the type of material in the catalyst particles and the type of conductive material.

В другом аспекте каталитический проводящий слой содержит от 1 до 30 мас.% каталитических частиц. Этот диапазон, например, является подходящим, когда проводящие частицы состоят из титана, а каталитические частицы состоят из платинированного углерода. Однако, как упомянуто ранее, мас.% каталитических частиц зависит от размера частиц.In another aspect, the catalytic conductive layer contains from 1 to 30 wt.% catalytic particles. This range is, for example, suitable when the conductive particles are made up of titanium and the catalytic particles are made up of platinized carbon. However, as mentioned earlier, the wt.% of the catalytic particles depends on the size of the particles.

В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит по меньшей мере 1 мас.% каталитических частиц. В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит по меньшей мере 5 мас.% каталитических частиц. В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит по меньшей мере 10 мас.% каталитических частиц. In one aspect, the catalytic conductive layer contains at least 1 wt.% catalytic particles. In one aspect, the catalytic conductive layer contains at least 5 wt.% catalytic particles. In one aspect, the catalytic conductive layer contains at least 10 wt.% catalytic particles.

В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит более 50 мас.% проводящего материала и менее 50 мас.% каталитических частиц. In one aspect, the catalytic conductive layer contains more than 50% by weight of conductive material and less than 50% by weight of catalyst particles.

Термин «NN мас.%» означает, что частицы представляют NN% общей массы проводящих и каталитических частиц. Действительный мас.% каталитических/проводящих частиц зависит от разницы в размере между каталитическими и проводящими частицами и от типа материала в каталитических и проводящих частицах.The term "NN wt.%" means that the particles represent NN% of the total mass of conductive and catalytic particles. The actual weight % of the catalytic/conductive particles depends on the difference in size between the catalytic and conductive particles and the type of material in the catalytic and conductive particles.

Проводящий материал каталитического проводящего слоя представляет собой, например, металл, металлический сплав, оксид металла или другие проводящие материалы, например, титан, титановые сплавы, никель или никелевые сплавы, индий или оксид индия.The conductive material of the catalytic conductive layer is, for example, a metal, a metal alloy, a metal oxide or other conductive materials such as titanium, titanium alloys, nickel or nickel alloys, indium or indium oxide.

В одном аспекте проводящий материал каталитического проводящего слоя представляет собой титан. Например, проводящий материал каталитического проводящего слоя содержит спеченные частицы титана. In one aspect, the conductive material of the catalytic conductive layer is titanium. For example, the conductive material of the catalytic conductive layer contains sintered titanium particles.

В одном аспекте каталитические частицы содержат углерод. Углерод является каталитическим веществом. Углерод является недорогим и экологически безопасным.In one aspect, the catalyst particles contain carbon. Carbon is a catalytic substance. Carbon is inexpensive and environmentally friendly.

В одном аспекте каталитические частицы содержат платинированные частицы углерода. Платина является лучшим катализатором, чем углерод, но она дороже. Путем использования комбинации платины и углерода, хороший катализатор обеспечивается при более низких затратах. In one aspect, the catalyst particles comprise platinized carbon particles. Platinum is a better catalyst than carbon, but it is more expensive. By using a combination of platinum and carbon, a good catalyst is provided at a lower cost.

В одном аспекте проводящий материал каталитического проводящего слоя является титаном, а каталитические частицы являются платинированными частицами углерода. Под термином «платинированные частицы углерода» подразумеваются частицы, имеющие основу из углерода, покрытую слоем платины. Платина является хорошим катализатором. Однако, проблема с платиной состоит в том, что ее сложно присоединить к титану. Платину можно легко присоединить к углероду. Однако, проблема с углеродом состоит в том, что он имеет плохую механическую прочность. Эти проблемы решаются путем распределения платинированных частиц углерода в матрице из титана. Титан имеет хорошую механическую прочность и сохраняет платинированные частицы углерода в их положениях в каталитическом проводящем слое. Таким образом, углерод, платина и титан вместе обеспечивают каталитический проводящий слой с высокой механической прочностью и высокой способностью переносить электроны в электролит. In one aspect, the conductive material of the catalytic conductive layer is titanium and the catalyst particles are platinized carbon particles. The term "platinized carbon particles" refers to particles having a backbone of carbon coated with a layer of platinum. Platinum is a good catalyst. However, the problem with platinum is that it is difficult to attach it to titanium. Platinum can be easily attached to carbon. However, the problem with carbon is that it has poor mechanical strength. These problems are solved by distributing platinized carbon particles in a titanium matrix. Titanium has good mechanical strength and keeps the platinized carbon particles in their positions in the catalytic conductive layer. Thus, carbon, platinum and titanium together provide a catalytic conductive layer with high mechanical strength and high electron transfer capacity in the electrolyte.

В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит от 50 до 90 мас.% титана. В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит по меньшей мере 5 мас.% углерода и предпочтительно по меньшей мере 10 мас.% углерода. В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит по меньшей мере 0,001 мас.% платины.In one aspect, the catalytic conductive layer contains from 50 to 90 wt.% titanium. In one aspect, the catalytic conductive layer contains at least 5 wt.% carbon and preferably at least 10 wt.% carbon. In one aspect, the catalytic conductive layer contains at least 0.001 wt.% platinum.

В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит смесь проводящих частиц и каталитических частиц. Проводящие частицы находятся в электрическом контакте со вторым проводящим слоем. Каталитические частицы смешиваются с проводящими частицами для улучшения переноса электронов от проводящих частиц к электролиту. Проводящие частицы выполнены из проводящего материала. Предпочтительно, проводящие частицы являются некаталитическими и исключают каталитический материал. Смесь проводящих частиц и каталитических частиц приведет к эффективному переносу электронов из каталитического проводящего слоя в электролит. Каталитические частицы распределены среди проводящих частиц. Проводящие частицы могут образовывать матрицу, заключающую в себе каталитические частицы и удерживающую их на месте.In one aspect, the catalytic conductive layer comprises a mixture of conductive particles and catalytic particles. The conductive particles are in electrical contact with the second conductive layer. The catalytic particles are mixed with the conductive particles to improve the transfer of electrons from the conductive particles to the electrolyte. The conductive particles are made of a conductive material. Preferably, the conductive particles are non-catalytic and exclude catalytic material. The mixture of conductive particles and catalytic particles will result in an efficient transfer of electrons from the catalytic conductive layer to the electrolyte. The catalytic particles are distributed among the conductive particles. The conductive particles may form a matrix enclosing the catalyst particles and holding them in place.

В одном аспекте каталитические частицы по существу равномерно распределены среди проводящих частиц. За счёт распределения каталитических частиц по существу равномерно в каталитическом проводящем слое улучшается перенос электронов от проводящих частиц к электролиту.In one aspect, the catalyst particles are substantially evenly distributed among the conductive particles. By distributing the catalytic particles substantially uniformly in the catalytic conductive layer, the transfer of electrons from the conductive particles to the electrolyte is improved.

В одном аспекте проводящие частицы скреплены друг с другом, например, путем спекания. Проводящая частица может образовывать матрицу, вмещающую каталитические частицы. Каталитические частицы внедрены в матрицу проводящих частиц. Например, каталитический проводящий слой содержит спеченные проводящие частицы и каталитические частицы, расположенные между проводящими частицами. Проводящие частицы действуют как клей между каталитическими частицами и удерживают каталитические частицы в положениях между проводящими частицами. In one aspect, the conductive particles are bonded to each other, such as by sintering. The conductive particle may form a matrix containing the catalytic particles. The catalytic particles are embedded in a matrix of conductive particles. For example, the catalytic conductive layer contains sintered conductive particles and catalytic particles located between the conductive particles. The conductive particles act as a glue between the catalyst particles and hold the catalyst particles in positions between the conductive particles.

В одном аспекте размер проводящих частиц больше размера каталитических частиц. Когда каталитический материал является более дорогостоящим, чем проводящий материал, предпочтительно, чтобы размер каталитических частиц был меньше размера проводящих частиц, чтобы снизить затраты.In one aspect, the size of the conductive particles is larger than the size of the catalytic particles. When the catalyst material is more expensive than the conductive material, it is preferable that the size of the catalyst particles be smaller than the size of the conductive particles in order to reduce costs.

В одном аспекте по меньшей мере 80% каталитических частиц имеют диаметр менее 50 нм. Такие небольшие частицы имеют большое отношение поверхность/объем и будут обеспечивать эффективную катализацию с уменьшенным объемом каталитического вещества. Если каталитический материал является платиной, это уменьшит затраты на каталитический материал.In one aspect, at least 80% of the catalyst particles are less than 50 nm in diameter. Such small particles have a high surface/volume ratio and will provide efficient catalysis with a reduced volume of catalyst material. If the catalytic material is platinum, this will reduce the cost of the catalytic material.

В одном аспекте по меньшей мере 80% проводящих частиц имеют диаметр более 100 нм. Предпочтительно, размер проводящих частиц составляет от 0,1 до 5 мкм.In one aspect, at least 80% of the conductive particles are greater than 100 nm in diameter. Preferably, the size of the conductive particles is from 0.1 to 5 µm.

В одном аспекте каталитический проводящий слой содержит смесь частиц титана и платинированных частиц углерода. Предпочтительно, частицы титана присоединены друг к другу, например, путём спекания. In one aspect, the catalytic conductive layer contains a mixture of titanium particles and platinized carbon particles. Preferably, the titanium particles are attached to each other, for example by sintering.

В одном аспекте проводящий материал в пористом каталитическом проводящем слое представляет собой тот же самый материал, что и используемый во втором проводящем слое. In one aspect, the conductive material in the porous catalytic conductive layer is the same material as used in the second conductive layer.

В одном аспекте толщина каталитического проводящего слоя составляет менее 100 мкм и предпочтительно менее 20 мкм. В одном аспекте толщина каталитического проводящего слоя составляет по меньшей мере 1 мкм, предпочтительно по меньшей мере 5 мкм и наиболее предпочтительно по меньшей мере 10 мкм.In one aspect, the thickness of the catalytic conductive layer is less than 100 microns, and preferably less than 20 microns. In one aspect, the thickness of the catalytic conductive layer is at least 1 µm, preferably at least 5 µm, and most preferably at least 10 µm.

В одном аспекте толщина второго проводящего слоя составляет по меньшей мере 1 мкм, предпочтительно по меньшей мере 10 мкм и предпочтительно по меньшей мере 20 мкм.In one aspect, the thickness of the second conductive layer is at least 1 µm, preferably at least 10 µm, and preferably at least 20 µm.

Толщина первого проводящего слоя предпочтительно также поддерживается тонкой, чтобы иметь короткое расстояние между светопоглощающим слоем и каталитическим проводящим слоем и противоэлектродом. Толщина первого проводящего слоя может составлять от 0,1 до 40 мкм и предпочтительно от 0,3 до 20 мкм. The thickness of the first conductive layer is preferably also kept thin so as to have a short distance between the light absorbing layer and the catalytic conductive layer and the counter electrode. The thickness of the first conductive layer may be from 0.1 to 40 µm and preferably from 0.3 to 20 µm.

В одном аспекте пористый изолирующий слой содержит пористую подложку, выполненную из изолирующего материала.In one aspect, the porous insulating layer comprises a porous substrate made of an insulating material.

В одном аспекте пористый каталитический проводящий слой содержит пористую подложку, выполненную из изолирующего материала, а проводящие частицы каталитического проводящего слоя образуют проводящую сетку через изолирующий материал пористой подложки. Проводящие частицы и каталитические частицы расположены в порах пористой подложки. Проводящая сетка обеспечивает расширение противоэлектрода, который проходит в пористую подложку. In one aspect, the porous catalytic conductive layer comprises a porous substrate made of an insulating material, and the conductive particles of the catalytic conductive layer form a conductive network through the insulating material of the porous substrate. Conductive particles and catalytic particles are located in the pores of the porous substrate. The conductive mesh provides an expansion of the counter electrode which extends into the porous substrate.

Под выражением «проводящие частицы образуют проводящую сетку через изолирующий материал» понимается, что частицы образуют одну или более электрически проводящих дорожек через изолирующий материал пористой подложки. By "the conductive particles form a conductive network through the insulating material" is meant that the particles form one or more electrically conductive paths through the insulating material of the porous substrate.

В одном аспекте блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента содержит пористую подложку, выполненную из изолирующего материала, причем пористый изолирующий слой является первой частью пористой подложки, а проводящие частицы каталитического проводящего слоя образуют проводящую сетку через вторую часть пористой подложки. Благодаря проводящей сетке в пористой подложке, расстояние между противоэлектродом и светопоглощающим слоем больше не зависит от толщины пористой подложки. Таким образом, толщина изолирующего слоя может быть уменьшена, и за счёт этого может быть уменьшено расстояние между противоэлектродом и светопоглощающим слоем. In one aspect, the dye-sensitized solar cell assembly comprises a porous substrate made of an insulating material, the porous insulating layer being the first part of the porous substrate, and the conductive particles of the catalytic conductive layer forming a conductive network through the second part of the porous substrate. Due to the conductive mesh in the porous substrate, the distance between the counter electrode and the light absorbing layer no longer depends on the thickness of the porous substrate. Thus, the thickness of the insulating layer can be reduced, and thereby the distance between the counter electrode and the light absorbing layer can be reduced.

Пористый изолирующий слой предотвращает короткое замыкание между первым проводящим слоем и каталитическим проводящим слоем. Проводящие частицы в каталитическом проводящем слое образуют проводящую сетку через изолирующий материал подложки. Проводящая сетка находится в электрическом контакте со вторым проводящим слоем противоэлектрода и поэтому будет значительно увеличивать площадь проводящей поверхности противоэлектрода. The porous insulating layer prevents a short circuit between the first conductive layer and the catalytic conductive layer. The conductive particles in the catalytic conductive layer form a conductive network through the insulating substrate material. The conductive mesh is in electrical contact with the second conductive layer of the counter electrode and will therefore greatly increase the conductive surface area of the counter electrode.

В одном аспекте электролит представляет собой любое из йодидного/три-йодидного (йодистого/трёхйодистого) электролита, электролита на основе комплексных соединений меди или электролита на основе комплексных соединений кобальта, или их комбинацию.In one aspect, the electrolyte is any of an iodide/tri-iodide (iodide/triiodide) electrolyte, a copper complex electrolyte, or a cobalt complex electrolyte, or a combination thereof.

В одном аспекте проводящая среда содержит йодид (I-) и трийодид (I3 -), и содержание трийодида в проводящей среде составляет от 1 мМ до 20 мМ. Этот вариант осуществления обеспечивает возможность достигать генерации высокой мощности при низких интенсивностях света.In one aspect, the conductive medium contains iodide (I - ) and triiodide (I 3 - ), and the content of triiodide in the conductive medium is from 1 mm to 20 mm. This embodiment makes it possible to achieve high power generation at low light intensities.

В одном аспекте пористая подложка представляет собой лист, содержащий тканые микроволокна, проходящие по всему блоку солнечного элемента. Например, тканые микроволокна выполнены из стекловолокон. Лист, содержащий тканые микроволокна, проходящие по всему блоку солнечного элемента, способствует обеспечению гибкого, скручивающегося и устойчивого к воздействиям фотоэлектрического зарядного устройства.In one aspect, the porous substrate is a sheet containing woven microfibers extending throughout the solar cell assembly. For example, woven microfibers are made from glass fibers. A sheet containing woven microfibers running throughout the solar cell assembly helps to provide a flexible, twistable and impact resistant photovoltaic charger.

В одном аспекте пористый светопоглощающий слой включает в себя окрашенный TiO2. Пористый светопоглощающий слой, включающий в себя окрашенный TiO2, является нехрупким и не зависит от угла падающего света. In one aspect, the porous light absorbing layer includes colored TiO 2 . The porous light absorbing layer including the dyed TiO 2 is non-brittle and does not depend on the angle of the incident light.

В одном аспекте светопоглощающий слой представляет собой пористый слой наночастиц TiO2 с поглощающим органическим красителем. Примерами органических красителей являются: N719, N907, B11, C101. Также могут использоваться другие органические красители.In one aspect, the light absorbing layer is a porous layer of TiO 2 nanoparticles with an absorbing organic dye. Examples of organic dyes are: N719, N907, B11, C101. Other organic dyes may also be used.

В одном аспекте блок солнечного элемента вырабатывает по меньшей мере 5 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс, и по меньшей мере 600 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс. Блок солнечного элемента вырабатывает более 5 мкВт/см2 при измерении на активной площади солнечного элемента, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс. Испытаниями было доказано, что блок солнечного элемента в соответствии с изобретением способен вырабатывать более 5 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс. Люкс является подходящей единицей для измерения интенсивности света (освещенности), поскольку он измеряет интенсивность света, воспринимаемого человеческими глазами. Люкс часто используется, чтобы измерять интенсивность света (освещения) внутри помещения, который в основном находится в части электромагнитного спектра, которая является видимой человеческому глазу. Соответственно, целесообразно связать КПД блока солнечного элемента с интенсивностью света, измеренной в люксах.In one aspect, the solar cell stack generates at least 5 μW/cm 2 when the intensity of light received by the light absorbing layer is 200 lux, and at least 600 μW/cm 2 when the intensity of light received by the light absorbing layer is 20,000 lux. The solar cell unit generates more than 5 μW/cm 2 when measured on the active area of the solar cell when the intensity of the light received by the light absorbing layer is 200 lux. It has been proven by tests that the solar cell assembly according to the invention is capable of generating more than 5 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is 200 lux. Lux is an appropriate unit for measuring light intensity (illuminance) because it measures the intensity of light perceived by human eyes. Lux is often used to measure the intensity of light (illumination) indoors, which is mostly in the part of the electromagnetic spectrum that is visible to the human eye. Accordingly, it is useful to relate the efficiency of a solar cell unit to the light intensity measured in lux.

В одном аспекте блок солнечного элемента вырабатывает более 5,5 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс. Испытаниями было доказано, что блок солнечного элемента в соответствии с изобретением способен вырабатывать более 5,5 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс.In one aspect, the solar cell stack generates more than 5.5 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is 200 lux. It has been proven by tests that the solar cell assembly according to the invention is capable of generating more than 5.5 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is 200 lux.

В одном аспекте блок солнечного элемента вырабатывает по меньшей мере 150 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 5000 люкс.In one aspect, the solar cell stack generates at least 150 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is 5000 lux.

В одном аспекте блок солнечного элемента вырабатывает по меньшей мере 600 мкВт/см2 и предпочтительно по меньшей мере 700 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс. Более конкретно, блок солнечного элемента способен вырабатывать по меньшей мере от 5 до 600 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет от 200 до 20 000 люкс. Мощность, вырабатываемая блоком солнечного элемента, повышается по существу линейно, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, повышается с 200 до 20000 люкс. Таким образом, блок солнечного элемента способен вырабатывать мощность в широком диапазоне разных условий освещения. Блок солнечного элемента работает как при плохих, так и при отличных условиях освещения, например, в помещениях при искусственном освещении, на улице в тени и при воздействии сильного солнечного света.In one aspect, the solar cell stack generates at least 600 μW/cm 2 and preferably at least 700 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is 20,000 lux. More specifically, the solar cell stack is capable of generating at least 5 to 600 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is from 200 to 20,000 lux. The power generated by the solar cell unit increases substantially linearly as the intensity of light received by the light absorbing layer increases from 200 to 20,000 lux. Thus, the solar cell stack is capable of generating power in a wide range of different lighting conditions. The solar cell unit works in both poor and excellent lighting conditions, such as indoors under artificial light, outdoors in the shade, and when exposed to strong sunlight.

Под по существу линейным подразумевается, что вырабатываемая мощность повышается линейно с повышением интенсивности света по меньшей мере в основной части интервала 200 и 20000 люкс. Например, вырабатываемая мощность может немного отличаться от линейной с интенсивностями от 200 до 1000 люкс.By substantially linear is meant that the power output increases linearly with increasing light intensity over at least the major portion of the 200 and 20,000 lux range. For example, the power produced may be slightly off-line with intensities between 200 and 1000 lux.

В одном аспекте, блок солнечного элемента генерирует напряжение, изменяющееся менее чем на 40%, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, изменяется между 200 и 50000 люкс. Например, блок солнечного элемента генерирует напряжение, изменяющееся менее чем на 0,4 В, а предпочтительно менее чем на 0,3 В, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, изменяется между 200 и 50000 люкс. Напряжение, генерируемое блоком солнечного элемента, является вполне равномерным в интервале 200-50000 люкс. Это значит, что выработанное напряжение достаточно независимо от интенсивности света. Вследствие того факта, что напряжение, выводимое из блока солнечного элемента, изменяется лишь немного, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, изменяется между 200 и 50000 люкс, возможно использовать повышающий преобразователь, чтобы усилить напряжение для широкого диапазона различных интенсивностей света без излишних потерь во время преобразования. In one aspect, the solar cell stack generates a voltage that changes by less than 40% when the intensity of light received by the light absorbing layer changes between 200 and 50,000 lux. For example, the solar cell stack generates a voltage that changes less than 0.4 V, and preferably less than 0.3 V, when the intensity of light received by the light absorbing layer changes between 200 and 50,000 lux. The voltage generated by the solar cell unit is quite uniform in the range of 200-50000 lux. This means that the generated voltage is sufficient regardless of the light intensity. Due to the fact that the voltage output from the solar cell package changes only slightly when the intensity of the light received by the light absorbing layer changes between 200 and 50,000 lux, it is possible to use a boost converter to amplify the voltage for a wide range of different light intensities without undue loss in conversion time.

Уровень сгенерированного напряжения зависит от ионов в электролите. Например, если электролит содержит ионы меди, блок солнечного элемента может генерировать напряжение примерно 1 В в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс, и если электролит содержит ионы йодида и трийодида, блок солнечного элемента может генерировать напряжение 0,65 В в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20 000 люкс.The level of voltage generated depends on the ions in the electrolyte. For example, if the electrolyte contains copper ions, the solar cell package can generate an open circuit voltage of about 1V when the light intensity received by the light absorbing layer is 20,000 lux, and if the electrolyte contains iodide and triiodide ions, the solar cell package can generate a voltage of 0. 65 V in open circuit when the light intensity received by the light absorbing layer is 20,000 lux.

В одном аспекте блок солнечного элемента генерирует напряжение по меньшей мере 0,3 В в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс. In one aspect, the solar cell stack generates an open circuit voltage of at least 0.3 volts when the light intensity received by the light absorbing layer is 200 lux.

Дополнительно, блок солнечного элемента генерирует напряжение менее 1,2 В в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс. Further, the solar cell unit generates an open circuit voltage of less than 1.2 V when the light intensity received by the light absorbing layer is 20,000 lux.

В одном аспекте ток, вырабатываемый блоком солнечного элемента, повышается линейно, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, повышается с 200 до 20000 люкс.In one aspect, the current generated by the solar cell unit increases linearly as the intensity of light received by the light absorbing layer increases from 200 to 20,000 lux.

В одном аспекте блок солнечного элемента вырабатывает ток по меньшей мере 15 мкА/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс, и ток, вырабатываемый блоком солнечного элемента, линейно повышается, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, повышается с 200 до 20000 люкс. Вследствие линейности и того факта, что блок солнечного элемента не вырабатывает никакого тока, когда интенсивность света является нулевой, и вырабатывает ток по меньшей мере 15 мкА/см2, когда интенсивность света составляет 200 люкс, блок солнечного элемента вырабатывает ток примерно 1500 мкА/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс. Таким образом, блок солнечного элемента способен вырабатывать достаточную мощность для зарядки батарей электронных устройств в широком диапазоне интенсивностей света.In one aspect, the solar cell stack generates a current of at least 15 μA/cm 2 when the intensity of light received by the light absorbing layer is 200 lux, and the current generated by the solar cell stack increases linearly when the intensity of light received by the light absorbing layer increases from 200 to 20000 lux. Due to the linearity and the fact that the solar cell unit does not produce any current when the light intensity is zero and produces a current of at least 15 µA/cm 2 when the light intensity is 200 lux, the solar cell unit produces a current of about 1500 µA/cm 2 when the intensity of light received by the light absorbing layer is 20,000 lux. Thus, the solar cell stack is capable of generating sufficient power to charge the batteries of electronic devices over a wide range of light intensities.

Блок солнечного элемента предпочтительно представляет собой монолитный блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента. Монолитный блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента характеризуется тем, что все слои непосредственно или опосредованно нанесены на одну и ту же пористую подложку. The solar cell assembly is preferably a monolithic dye sensitized solar cell assembly. A monolithic block of a dye-sensitized solar cell is characterized in that all layers are deposited directly or indirectly on the same porous substrate.

Первый и второй проводящие слои расположены на теневой стороне светопоглощающего слоя, т.е. стороне, противоположной стороне, принимающей свет. Таким образом, первый и второй проводящие слои расположены на одной и той же стороне светопоглощающего слоя.The first and second conductive layers are located on the shadow side of the light absorbing layer, i. e. the side opposite the side receiving the light. Thus, the first and second conductive layers are located on the same side of the light absorbing layer.

Другая задача настоящего изобретения состоит в обеспечении фотоэлектрического зарядного устройства, специально приспособленного для зарядки электронного устройства. Another object of the present invention is to provide a photovoltaic charger specially adapted for charging an electronic device.

Эта задача решается с помощью фотоэлектрического зарядного устройства, содержащего блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента в соответствии с изобретением, оболочку, инкапсулирующую блок солнечного элемента, первый проводник, электрически соединенный с первым проводящим слоем, и по меньшей мере один второй проводник, электрически соединенный со вторым проводящим слоем, причем фотоэлектрическое зарядное устройство содержит только один-единственный блок солнечного элемента и повышающий преобразователь, электрически соединенный с первым и вторым проводниками, и повышающий преобразователь приспособлен, чтобы повышать напряжение от блока солнечного элемента при понижении тока от блока солнечного элемента.This problem is solved by a photovoltaic charger comprising a dye-sensitized solar cell assembly according to the invention, a sheath encapsulating the solar cell assembly, a first conductor electrically connected to a first conductive layer, and at least one second conductor electrically connected to a second conductive layer. layer, and the photovoltaic charger contains only one single solar cell package and a boost converter electrically connected to the first and second conductors, and the boost converter is adapted to increase the voltage from the solar cell block when the current from the solar cell block decreases.

Фотоэлектрическое зарядное устройство в соответствии с изобретением способно заряжать устройства, когда условия освещения являются очень плохими. Например, фотоэлектрическое зарядное устройство способно заряжать электронные устройства, когда единственным источником освещения является лампа. Это позволяет заряжать электронные устройства в помещениях ночью. The photovoltaic charger according to the invention is capable of charging devices when lighting conditions are very poor. For example, a photovoltaic charger is capable of charging electronic devices when the only light source is a lamp. This allows you to charge electronic devices indoors at night.

Более того, поскольку фотоэлектрическое зарядное устройство имеет только один-единственный блок солнечного элемента, не будет проблем от частичного затенения. Даже если части поверхности блока солнечного элемента затенены, незатененные части всё ещё будут вырабатывать ток. Таким образом, фотоэлектрическое зарядное устройство в соответствии с изобретением по-прежнему способно заряжать электронное устройство, даже когда активная площадь фотоэлектрического зарядного устройства частично затенена. Под активной площадью подразумевается площадь блока солнечного элемента, которая способствует выработке мощности, когда она подвергается воздействию света.Moreover, since the photovoltaic charger has only one single solar cell unit, there will be no problem from partial shading. Even if parts of the surface of the solar cell block are shaded, the unshaded parts will still produce current. Thus, the photovoltaic charger according to the invention is still capable of charging an electronic device even when the active area of the photovoltaic charger is partially shaded. By active area is meant the area of a solar cell block that contributes to power generation when it is exposed to light.

Первый проводник работает как токоотвод и собирает токи из первого проводящего слоя. Второй проводник работает как распределитель тока и распределяет токи по второму проводящему слою. Фотоэлектрическое зарядное устройство имеет один-единственный масштабируемый солнечный элемент, который может быть приспособлен к любой форме или размеру портативного электронного устройства. Не требуется множество токоотводов, расположенных на видимой стороне фотоэлектрического зарядного устройства, и отсутствие видимых токоотводов приводит к визуально однородной поверхности. Таким образом, фотоэлектрическое зарядное устройство может использоваться на портативном электронном устройстве, не оказывая влияния на конструкцию устройства. Другими словами, портативное электронное устройство может получать питание от фотоэлектрического зарядного устройства, невидимого наблюдателю. Другое преимущество отсутствия множества соединительных элементов, расположенных по поверхности блока солнечного элемента, состоит в том, что большая площадь блока солнечного элемента может использоваться для генерации мощности, поскольку нет множества токоотводов, блокирующих входящий свет.The first conductor acts as a current collector and collects currents from the first conductive layer. The second conductor acts as a current distributor and distributes currents across the second conductive layer. The photovoltaic charger has a single, scalable solar cell that can be fitted to any shape or size of a portable electronic device. A plurality of down conductors is not required on the visible side of the photovoltaic charger, and the absence of visible down conductors results in a visually uniform surface. Thus, the photovoltaic charger can be used on the portable electronic device without affecting the structure of the device. In other words, the portable electronic device can be powered by a photovoltaic charger that is invisible to the observer. Another advantage of not having a plurality of connectors located across the surface of the solar cell stack is that a larger area of the solar cell stack can be used for power generation since there are no multiple current collectors to block incoming light.

Дополнительные преимущества фотоэлектрического зарядного устройства включают в себя низкую стоимость, стойкость к воздействиям, гибкость и независимость от угла входящего света. Additional advantages of the photovoltaic charger include low cost, impact resistance, flexibility, and independence from the angle of incoming light.

Дополнительно, размер одиночного блока солнечного элемента является масштабируемым, и соответственно размер и мощность фотоэлектрического зарядного устройства могут приспосабливаться к размеру и потреблению мощности разных устройств, подлежащих зарядке. При увеличении площади блока солнечного элемента, повышается мощность, генерируемая фотоэлектрическим зарядным устройством.Additionally, the size of a single solar cell unit is scalable, and accordingly, the size and power of the photovoltaic charger can be adapted to the size and power consumption of different devices to be charged. By increasing the area of the solar cell block, the power generated by the photovoltaic charger increases.

Фотоэлектрическое зарядное устройство содержит повышающий преобразователь, электрически соединенный с первым и вторым проводниками, и повышающий преобразователь приспособлен, чтобы повышать напряжение из блока солнечного элемента, в то же время понижая ток из блока солнечного элемента. Таким образом, фотоэлектрическое зарядное устройство способно генерировать достаточный уровень напряжения для зарядки электронных устройств в широком диапазоне различных условий освещения. Разные типы батарей требуют разных уровней напряжения. Повышающий преобразователь позволяет снабжать перезаряжаемые батареи электронных устройств уровнем напряжения, требуемым для типа батареи. Напряжение, вырабатываемое одиночным блоком солнечного элемента, является слишком низким для зарядки некоторых типов батарей, например, литиевых батарей, которые требуют примерно 3,6 В. В предшествующем уровне техники требуемое напряжение достигается путем компоновки множества блоков солнечных элементов, соединенных последовательно. В соответствии с изобретением, требуемое напряжение достигается путем соединения повышающего преобразователя с одиночным блоком солнечного элемента. Таким образом, можно обеспечить фотоэлектрическое зарядное устройство, имеющее только один блок солнечного элемента, способный заряжать батареи, которые требуют разных уровней напряжения. The photovoltaic charger comprises a boost converter electrically coupled to the first and second conductors, and the boost converter is adapted to increase the voltage from the solar cell pack while lowering the current from the solar cell pack. Thus, the photovoltaic charger is capable of generating a sufficient voltage level to charge electronic devices under a wide range of different lighting conditions. Different types of batteries require different voltage levels. The boost converter allows the rechargeable batteries of electronic devices to be supplied with the voltage level required by the type of battery. The voltage generated by a single solar cell stack is too low to charge some types of batteries, such as lithium batteries, which require about 3.6 volts. In the prior art, the required voltage is achieved by arranging multiple solar cell stacks connected in series. According to the invention, the required voltage is achieved by connecting a boost converter to a single solar cell stack. Thus, it is possible to provide a photovoltaic charger having only one solar cell unit capable of charging batteries that require different voltage levels.

В одном аспекте повышающий преобразователь выполнен с возможностью преобразовывать напряжение из блока солнечного элемента в напряжение, которое находится в диапазоне от 1 до 10 В. Таким образом, фотоэлектрическое зарядное устройство способно заряжать батареи, используемые для многих типов электронных устройств для потребительских применений, такие как литиевые или никелевые батареи.In one aspect, the boost converter is configured to convert the voltage from the solar cell stack to a voltage that is in the range of 1 to 10 V. Thus, the photovoltaic charger is capable of charging batteries used for many types of electronic devices for consumer applications, such as lithium or nickel batteries.

В одном аспекте повышающий преобразователь выполнен с возможностью преобразовывать напряжение от 0,25 до 1 В в напряжение выше 3 В, а предпочтительно выше 3,5 В. Таким образом, фотоэлектрическое зарядное устройство может использоваться, чтобы заряжать батарею, имеющую напряжение нагрузки выше 3 В, такую как литиевая батарея, которая обычно требует напряжения нагрузки от 3 до 4,5 В в зависимости от того, как нагружается батарея.In one aspect, the boost converter is configured to convert a voltage from 0.25 to 1 V to a voltage above 3 V, and preferably above 3.5 V. Thus, a photovoltaic charger can be used to charge a battery having a load voltage above 3 V , such as a lithium battery, which typically requires a load voltage of 3 to 4.5 V depending on how the battery is loaded.

В одном аспекте повышающий преобразователь способен обрабатывать токи от 15 до 9000 мА/см2. Таким образом, повышающий преобразователь способен обрабатывать токи от блока солнечного элемента от 200 люкс до 120000 люкс, что является полным солнечным светом. In one aspect, the boost converter is capable of handling currents from 15 to 9000 mA/cm 2 . Thus, the boost converter is capable of handling currents from the solar cell stack from 200 lux to 120,000 lux, which is full sunlight.

В одном аспекте оболочка выполнена из прозрачного пластика. Этот признак способствует обеспечению гибкого, скручиваемого и устойчивого к воздействиям фотоэлектрического зарядного устройства.In one aspect, the shell is made of transparent plastic. This feature contributes to providing a flexible, twistable and impact resistant photovoltaic charger.

В соответствии с некоторыми аспектами, форма и размер одиночного блока солнечного элемента приспосабливается к размеру и форме портативного электронного устройства, которое он питает. Дополнительно, активная площадь блока солнечного элемента приспосабливается к мощности, необходимой для зарядки устройства. In some aspects, the shape and size of a single solar cell stack is adapted to the size and shape of the portable electronic device that it powers. Additionally, the active area of the solar cell unit adapts to the power required to charge the device.

В одном аспекте кратчайшее расстояние от одной до другой стороны активной площади блока солнечного элемента больше 1 см, а предпочтительно больше 1,5 см.In one aspect, the shortest distance from one side to the other of the active area of the solar cell stack is greater than 1 cm, and preferably greater than 1.5 cm.

В одном аспекте кратчайшее расстояние от одной до другой стороны активной площади блока солнечного элемента больше 1,5, и активная площадь блока солнечного элемента больше 25 см2. Такое фотоэлектрическое зарядное устройство, например, используется для зарядки наушников.In one aspect, the shortest distance from one side to the other of the active area of the solar cell stack is greater than 1.5 and the active area of the solar cell stack is greater than 25 cm 2 . Such a photovoltaic charger, for example, is used to charge headphones.

В одном аспекте кратчайшее расстояние от одной до другой стороны активной площади солнечного элемента больше 10 см. Таким образом, активная площадь блока солнечного элемента больше 100 см2. Такое фотоэлектрическое зарядное устройство, например, используется для зарядки планшета.In one aspect, the shortest distance from one side to the other of the active area of the solar cell is greater than 10 cm. Thus, the active area of the solar cell stack is greater than 100 cm 2 . Such a photovoltaic charger, for example, is used to charge a tablet.

Например, электронное устройство является любым из наушников, планшета или мобильного телефона. Например, электронное устройство представляет собой наушники, содержащие оголовье, протягиваемое на голове пользователя, причем фотоэлектрическое зарядное устройство расположено на верхней поверхности оголовья. Например, электронное устройство представляет собой планшет, причем фотоэлектрическое зарядное устройство интегрировано в планшет или в чехол планшета. Например, портативное электронное устройство представляет собой мобильный телефон, причем фотоэлектрическое зарядное устройство интегрировано в мобильный телефон или в чехол мобильного телефона.For example, an electronic device is any of a headphone, tablet, or mobile phone. For example, the electronic device is a headphone having a headband that is pulled over the wearer's head, with a photovoltaic charger located on the upper surface of the headband. For example, the electronic device is a tablet, and the photovoltaic charger is integrated into the tablet or into the tablet case. For example, the portable electronic device is a mobile phone, and the photovoltaic charger is integrated in the mobile phone or in the mobile phone case.

Другая задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа изготовления блока солнечного элемента.Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell block.

Способ содержит:The method contains:

- приготовление первого красителя, содержащего проводящие частицы,- preparation of the first dye containing conductive particles,

- приготовление второго красителя, содержащего смесь проводящих частиц и каталитических частиц,- preparation of a second dye containing a mixture of conductive particles and catalytic particles,

- обеспечение пористой изолирующей подложки,- providing a porous insulating substrate,

- нанесение первого слоя первого красителя на первую сторону пористой изолирующей подложки, - applying the first layer of the first dye to the first side of the porous insulating substrate,

- нанесение второго слоя второго красителя на вторую сторону пористой изолирующей подложки, - applying a second layer of the second dye to the second side of the porous insulating substrate,

- спекание пористой изолирующей подложки с нанесенными слоями для преобразования первого слоя в пористый первый проводящий слой и второго слоя в пористый каталитический проводящий слой, и- sintering the porous insulating substrate with the applied layers to convert the first layer into a porous first conductive layer and the second layer into a porous catalytic conductive layer, and

- нагрев пористой изолирующей подложки со спеченными проводящими слоями в воздухе для образования оксида титана на поверхностях первого проводящего слоя.- heating the porous insulating substrate with sintered conductive layers in air to form titanium oxide on the surfaces of the first conductive layer.

Способ дополнительно содержит расположение пористого светопоглощающего слоя поверх пористого первого проводящего слоя, просачивание ионного электролита в пористые слои (пропитку электролитом пористых слоев) и герметизацию блока солнечного элемента.The method further comprises arranging the porous light-absorbing layer on top of the porous first conductive layer, infiltrating the ionic electrolyte into the porous layers (electrolyte impregnation of the porous layers), and sealing the solar cell stack.

По меньшей мере некоторые из этапов способа могут выполняться в другом порядке, например, второй слой может наноситься перед первым слоем. Нагрев в воздухе может, например, выполняться одновременно с формированием светопоглощающего слоя поверх пористого первого проводящего слоя.At least some of the method steps may be performed in a different order, for example, the second layer may be applied before the first layer. Heating in air may, for example, be carried out simultaneously with the formation of a light absorbing layer over the porous first conductive layer.

Краткое описание чертежей Brief description of the drawings

Фиг. 1 показывает первый пример сенсибилизированного красителем блока солнечного элемента.Fig. 1 shows a first example of a dye-sensitized solar cell stack.

Фиг. 2 показывает второй пример сенсибилизированного красителем блока солнечного элемента.Fig. 2 shows a second example of a dye-sensitized solar cell stack.

Фиг. 3 показывает вид сверху на фотоэлектрическое зарядное устройство в соответствии с одним или более вариантами осуществления изобретения.Fig. 3 shows a top view of a photovoltaic charger in accordance with one or more embodiments of the invention.

Фиг. 4 показывает разрез фотоэлектрического зарядного устройства, показанного на фиг. 3, в увеличенном виде.Fig. 4 shows a cross section of the photovoltaic charger shown in FIG. 3, enlarged.

Фиг. 5 показывает диаграмму измеренных значений для сгенерированного напряжения (мВ) для интенсивностей света (освещенностей) от 200 до 20000 люкс для третьего примера блока солнечного элемента, имеющего электролит, содержащий ионы йодида и трийодида.Fig. 5 shows a plot of measured values for generated voltage (mV) for light intensities (illuminances) from 200 to 20,000 lux for a third example of a solar cell package having an electrolyte containing iodide and triiodide ions.

Фиг. 6 показывает диаграмму на основе измеренных значений для сгенерированного тока (мкА/см2) для интенсивностей света от 200 до 20000 люкс для третьего примера блока солнечного элемента.Fig. 6 shows a diagram based on measured values for generated current (μA/cm 2 ) for light intensities from 200 to 20,000 lux for a third example of a solar cell package.

Фиг. 7 показывает диаграмму на основе измеренных значений для сгенерированной мощности на площадь (мкВт/см2) для интенсивностей света от 200 до 20000 люкс для третьего примера блока солнечного элемента, имеющего электролит, содержащий ионы йодида и трийодида.Fig. 7 shows a graph based on measured values for generated power per area (µW/cm 2 ) for light intensities from 200 to 20,000 lux for a third example of a solar cell package having an electrolyte containing iodide and triiodide ions.

Фиг. 8 показывает диаграмму измеренных значений для сгенерированного напряжения (мВ) для интенсивностей света от 200 до 50000 люкс для третьего примера блока солнечного элемента, имеющего электролит, содержащий ионы меди.Fig. 8 shows a plot of measured values for generated voltage (mV) for light intensities from 200 to 50,000 lux for a third example of a solar cell package having an electrolyte containing copper ions.

Фиг. 9 показывает диаграмму на основе измеренных значений для сгенерированного тока (мкА/см2) для интенсивностей света от 200 до 50000 люкс для третьего примера блока солнечного элемента, имеющего электролит, содержащий ионы меди.Fig. 9 shows a graph based on measured values for generated current (μA/cm 2 ) for light intensities from 200 to 50,000 lux for a third example of a solar cell package having an electrolyte containing copper ions.

Фиг. 10 показывает диаграмму на основе измеренных значений для сгенерированной мощности на площадь (мкВт/см2) для интенсивностей света от 200 до 50000 люкс для третьего примера блока солнечного элемента, имеющего электролит, содержащий ионы меди.Fig. 10 shows a graph based on measured values for generated power per area (µW/cm 2 ) for light intensities from 200 to 50,000 lux for a third example of a solar cell package having an electrolyte containing copper ions.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDetailed description of the preferred embodiments of the invention

Аспекты настоящего раскрытия будут описаны далее более полно со ссылкой на прилагаемые чертежи. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента и фотоэлектрическое зарядное устройство, раскрытые здесь, могут, однако, быть реализованы во множестве разных форм и не должны пониматься как ограниченные изложенными здесь аспектами. Одинаковые ссылочные позиции на чертежах относятся к одинаковым элементам.Aspects of the present disclosure will be described more fully below with reference to the accompanying drawings. The dye sensitized solar cell assembly and photovoltaic charger disclosed herein may, however, be implemented in a variety of different forms and should not be construed as being limited to the aspects set forth herein. Like reference numerals in the drawings refer to like elements.

Терминология, используемая здесь, имеет целью только описание конкретных аспектов раскрытия и не предназначена ограничивать изобретение. The terminology used here is only intended to describe specific aspects of the disclosure and is not intended to limit the invention.

Если не определено иное, все термины, используемые здесь, имеют то же самое значение, что и обычно понимаемое специалистом в области техники, которой принадлежит настоящее раскрытие.Unless otherwise defined, all terms used herein have the same meaning as generally understood by a person skilled in the art to which this disclosure belongs.

Фиг. 1 показывает пример блока 1 сенсибилизированного красителем солнечного элемента. Блок 1 солнечного элемента содержит рабочий электрод, содержащий светопоглощающий слой 10 и пористый первый проводящий слой 12 для извлечения фотогенерированных электронов из светопоглощающего слоя 10. Предпочтительно, светопоглощающий слой 10 является пористым. Светопоглощающий слой 10 расположен поверх первого проводящего слоя 12. Блок 1 солнечного элемента дополнительно содержит пористый изолирующий слой 105, выполненный из изолирующего материала, причем первый проводящий слой 12 расположен поверх пористого изолирующего слоя 105. Например, пористый изолирующий слой 105 представляет собой пористую подложку. Fig. 1 shows an example of a block 1 of a dye-sensitized solar cell. The solar cell block 1 includes a working electrode comprising a light absorbing layer 10 and a porous first conductive layer 12 for extracting photogenerated electrons from the light absorbing layer 10. Preferably, the light absorbing layer 10 is porous. The light absorbing layer 10 is disposed over the first conductive layer 12. The solar cell assembly 1 further comprises a porous insulating layer 105 made of an insulating material, with the first conductive layer 12 overlying the porous insulating layer 105. For example, the porous insulating layer 105 is a porous substrate.

Блок 1 солнечного элемента имеет противоэлектрод, содержащий пористый каталитический проводящий слой 106, содержащий пористый проводящий материал 107’ и каталитические частицы 107’’, распределенные в пористом проводящем материале 107’, для улучшения переноса электронов в электролит 110, расположенный в порах пористого каталитического проводящего слоя 106. В одном аспекте проводящий материал 107’ пористого каталитического проводящего слоя 106 содержит проводящие частицы 107’. Например, пористый каталитический проводящий слой 106 содержит смесь проводящих частиц 107’ и каталитических частиц 107’’, как показано на увеличенной фигуре справа на фиг. 1. Предпочтительно, каталитические частицы 107’’ по существу равномерно распределены в проводящем материале 107’ каталитического проводящего слоя 106.The solar cell block 1 has a counter electrode comprising a porous catalytic conductive layer 106 comprising a porous conductive material 107' and catalytic particles 107'' dispersed in the porous conductive material 107' to improve electron transfer to an electrolyte 110 located in the pores of the porous catalytic conductive layer 106. In one aspect, the conductive material 107' of the porous catalytic conductive layer 106 comprises conductive particles 107'. For example, the porous catalytic conductive layer 106 contains a mixture of conductive particles 107' and catalytic particles 107'', as shown in the enlarged figure on the right in FIG. 1. Preferably, the catalyst particles 107'' are substantially uniformly distributed in the conductive material 107' of the catalytic conductive layer 106.

Пористый каталитический проводящий слой 106 расположен смежно с пористым изолирующим слоем 105 на противоположной стороне изолирующего слоя по сравнению с первым проводящим слоем. The porous catalytic conductive layer 106 is located adjacent to the porous insulating layer 105 on the opposite side of the insulating layer compared to the first conductive layer.

В одном аспекте противоэлектрод блока 1 солнечного элемента содержит второй проводящий слой 16, включающий в себя проводящий материал. Пористый каталитический проводящий слой 106 расположен между пористым изолирующим слоем 105 и вторым проводящим слоем 16. Каталитический проводящий слой 106 находится в электрическом контакте со вторым проводящим слоем 16. Второй проводящий слой 16 является по существу некаталитическим. Первый проводящий слой 12, каталитический проводящий слой 106 и изолирующий слой 105 являются пористыми, позволяя электролиту проникать через слои, чтобы достигать светопоглощающего слоя 10. В одном аспекте второй проводящий слой также является пористым. В альтернативном варианте осуществления второй проводящий слой 16 может быть исключен.In one aspect, the counter electrode of the solar cell assembly 1 comprises a second conductive layer 16 including a conductive material. The porous catalytic conductive layer 106 is located between the porous insulating layer 105 and the second conductive layer 16. The catalytic conductive layer 106 is in electrical contact with the second conductive layer 16. The second conductive layer 16 is essentially non-catalytic. The first conductive layer 12, the catalytic conductive layer 106, and the insulating layer 105 are porous, allowing electrolyte to permeate through the layers to reach the light absorbing layer 10. In one aspect, the second conductive layer is also porous. In an alternative embodiment, the second conductive layer 16 may be omitted.

Блок 1 солнечного элемента также содержит ионный электролит 110 для переноса зарядов между противоэлектродом и рабочим электродом. Например, ионный электролит является жидкостью или гелем. Ионный электролит расположен в порах пористых слоев, таких как пористый первый проводящий слой 12, каталитический проводящий слой 106, пористый изолирующий слой 105 и светопоглощающий слой 10. Ионный электролит может также быть расположен в порах второго проводящего слоя 16, если второй проводящий слой является пористым. The solar cell block 1 also contains an ionic electrolyte 110 for transferring charges between the counter electrode and the working electrode. For example, an ionic electrolyte is a liquid or a gel. The ionic electrolyte is located in the pores of the porous layers, such as the porous first conductive layer 12, the catalytic conductive layer 106, the porous insulating layer 105, and the light absorbing layer 10. The ionic electrolyte may also be located in the pores of the second conductive layer 16 if the second conductive layer is porous.

Проводящий материал в пористом каталитическом проводящем слое 106 является частью противоэлектрода. Следовательно, поскольку каталитический проводящий слой 106 и второй проводящий слой 16 находятся в электрическом контакте, эффективное расстояние между светопоглощающим слоем 10 и вторым проводящим слоем 16 короче и потери на сопротивление в проводящей среде поэтому уменьшаются. Дополнительно, каталитические частицы 107’’ способствуют переносу электронов из проводящего материала 107’ в пористом каталитическом проводящем слое в электролит 110. The conductive material in the porous catalytic conductive layer 106 is part of the counter electrode. Therefore, since the catalytic conductive layer 106 and the second conductive layer 16 are in electrical contact, the effective distance between the light absorbing layer 10 and the second conductive layer 16 is shorter, and the resistance loss in the conductive medium is therefore reduced. Additionally, the catalytic particles 107'' facilitate the transfer of electrons from the conductive material 107' in the porous catalytic conductive layer to the electrolyte 110.

В одном аспекте каталитический проводящий слой 106 содержит смесь проводящих частиц 107’ и каталитических частиц 107’’. Проводящие частицы находятся в электрическом контакте со вторым проводящим слоем 16. Предпочтительно, проводящие частицы являются некаталитическими и исключают каталитический материал. Смесь проводящих частиц и каталитических частиц будет приводить к эффективному переносу электронов из каталитического проводящего слоя в электролит.In one aspect, the catalytic conductive layer 106 comprises a mixture of conductive particles 107' and catalytic particles 107''. The conductive particles are in electrical contact with the second conductive layer 16. Preferably, the conductive particles are non-catalytic and exclude catalytic material. The mixture of conductive particles and catalytic particles will result in an efficient transfer of electrons from the catalytic conductive layer to the electrolyte.

Проводящие частицы каталитического проводящего слоя включают в себя проводящий материал и находятся в электрическом контакте со вторым проводящим слоем 16. Каталитические частицы распределены среди проводящих частиц. Проводящие частицы действуют как держатель для каталитических частиц и удерживают их на месте. Проводящие частицы могут образовывать матрицу для размещения каталитических частиц и удержания их на месте. Например, матрица содержит спеченные металлические частицы.The conductive particles of the catalytic conductive layer include a conductive material and are in electrical contact with the second conductive layer 16. The catalytic particles are dispersed among the conductive particles. The conductive particles act as a holder for the catalytic particles and hold them in place. The conductive particles may form a matrix to accommodate and hold the catalyst particles in place. For example, the matrix contains sintered metal particles.

В одном аспекте каталитические частицы по существу равномерно распределены среди проводящих частиц. Путем распределения каталитических частиц по существу равномерно в каталитическом проводящем слое, перенос электронов от проводящих частиц в электролит улучшается. В одном аспекте проводящие частицы скреплены друг с другом, например, путём спекания. Проводящая частица может образовывать матрицу, вмещающую каталитические частицы. Каталитические частицы внедрены в матрицу проводящих частиц. Например, каталитический проводящий слой содержит спеченные проводящие частицы, и каталитические частицы расположены между проводящими частицами. Проводящие частицы действуют как клей между каталитическими частицами и удерживают каталитические частицы в положении между проводящими частицами. In one aspect, the catalyst particles are substantially evenly distributed among the conductive particles. By distributing the catalytic particles substantially uniformly in the catalytic conductive layer, the transfer of electrons from the conductive particles to the electrolyte is improved. In one aspect, the conductive particles are bonded to each other, such as by sintering. The conductive particle may form a matrix containing the catalytic particles. The catalytic particles are embedded in a matrix of conductive particles. For example, the catalytic conductive layer contains sintered conductive particles, and the catalytic particles are located between the conductive particles. The conductive particles act as a glue between the catalyst particles and hold the catalyst particles in position between the conductive particles.

В одном аспекте по меньшей мере 80% каталитических частиц 107’’ имеют диаметр менее 50 нм. Такие небольшие частицы имеют большое отношение поверхность/объем и будут обеспечивать эффективную катализацию с уменьшенным объемом каталитического материала. Если каталитическим материалом является платина, это уменьшит затраты на каталитический материал. В одном аспекте по меньшей мере 80% проводящих частиц имеют диаметр больше 100 нм. Предпочтительно, размер проводящих частиц составляет от 0,1 до 15 мкм.In one aspect, at least 80% of the 107″ catalyst particles are less than 50 nm in diameter. Such small particles have a high surface/volume ratio and will provide efficient catalysis with a reduced volume of catalytic material. If the catalytic material is platinum, this will reduce the cost of the catalytic material. In one aspect, at least 80% of the conductive particles are greater than 100 nm in diameter. Preferably, the size of the conductive particles is from 0.1 to 15 µm.

Проводящий материал первого и второго проводящих слоев 12, 16 может, например, представлять собой металл, металлический сплав, оксид металла или другие проводящие материалы, например, титан, титановые сплавы, никель или никелевые сплавы. Допустимо, что первый и второй проводящие слои 12, 16 содержат титан или его сплав. Например, проводящий материал первого и второго проводящих слоев является титаном. Например, первый проводящий слой 12 может содержать спеченные частицы титана, чтобы быть пористым. Предпочтительно использовать титан, поскольку он является весьма коррозионностойким, а ионные электролиты часто являются весьма коррозионными.The conductive material of the first and second conductive layers 12, 16 may, for example, be a metal, a metal alloy, a metal oxide or other conductive materials such as titanium, titanium alloys, nickel or nickel alloys. It is possible that the first and second conductive layers 12, 16 contain titanium or an alloy thereof. For example, the conductive material of the first and second conductive layers is titanium. For example, the first conductive layer 12 may contain sintered titanium particles to be porous. Titanium is preferred because it is highly corrosion resistant and ionic electrolytes are often highly corrosive.

Проводящий материал 107’ в каталитическом проводящем слое 106 может, например, быть выполнен из металла, металлического сплава, оксида металла или других проводящих материалов, например, титана, титановых сплавов, никеля или никелевых сплавов, индия или оксида индия. Каталитические частицы 107’’ выполнены, например, из материалов на основе углерода, таких как графен или графит, или сажа, или углеродные нанотрубки, платины или их комбинации. The conductive material 107' in the catalytic conductive layer 106 may, for example, be made of metal, metal alloy, metal oxide, or other conductive materials such as titanium, titanium alloys, nickel or nickel alloys, indium, or indium oxide. Catalyst particles 107'' are made, for example, of carbon-based materials such as graphene or graphite, or carbon black, or carbon nanotubes, platinum, or combinations thereof.

В одном аспекте каталитические частицы 107’’ содержат частицы углерода. Углерод является недорогим и экологически безопасным. Более предпочтительно, каталитические частицы 107’’ включают в себя платинированные частицы углерода. Платина является лучшим катализатором, чем углерод, но является дорогостоящей. Путем использования комбинации платины и углерода, хороший катализатор обеспечивается с более низкими затратами. Каталитические частицы могут быть электрически проводящими, а также каталитическими. Например, углерод является электрически проводящим, а также каталитическим. Однако, углерод является плохим проводником по сравнению с другим проводящим материалом, таким как титан.In one aspect, the 107″ catalyst particles comprise carbon particles. Carbon is inexpensive and environmentally friendly. More preferably, the 107″ catalyst particles include platinized carbon particles. Platinum is a better catalyst than carbon, but is expensive. By using a combination of platinum and carbon, a good catalyst is provided at a lower cost. Catalytic particles can be electrically conductive as well as catalytic. For example, carbon is electrically conductive as well as catalytic. However, carbon is a poor conductor compared to other conductive materials such as titanium.

Электрическая проводимость первого и второго проводящего слоя 12, 16 может быть выше электрической проводимости каталитического проводящего слоя 106. Комбинация каталитического проводящего слоя 106 со смесью проводящего материала и каталитических частиц и второго проводящего слоя 16 по существу без каталитических частиц приведет в результате к эффективному переносу электронов из проводящих частиц 107’ противоэлектрода в электролит, а также высокой электрической проводимости противоэлектрода.The electrical conductivity of the first and second conductive layers 12, 16 may be higher than the electrical conductivity of the catalytic conductive layer 106. The combination of the catalytic conductive layer 106 with a mixture of conductive material and catalytic particles and the second conductive layer 16 substantially free of catalytic particles will result in an efficient transfer of electrons from the conductive particles 107' of the counter electrode into the electrolyte; and the high electrical conductivity of the counter electrode.

Предпочтительно, каталитический проводящий слой содержит от 1 до 50 мас.% каталитических частиц. Мас.% каталитических частиц, необходимый для достижения эффективного переноса электронов от проводящего материала к электролиту, зависит от размера и формы каталитических частиц и типа материала в каталитических частицах и типа проводящего материала. Например, каталитический проводящий слой может содержать от 5 до 30 мас.% каталитических частиц. Этот диапазон, например, подходит, когда проводящие частицы состоят из титана, а каталитические частицы состоят из платинированного углерода. Однако, как упомянуто ранее, мас.% каталитических частиц зависит от размера частиц.Preferably, the catalytic conductive layer contains from 1 to 50 wt.% catalytic particles. The wt % of catalyst particles required to achieve efficient electron transfer from the conductive material to the electrolyte depends on the size and shape of the catalyst particles and the type of material in the catalyst particles and the type of conductive material. For example, the catalytic conductive layer may contain from 5 to 30 wt.% catalytic particles. This range is suitable, for example, when the conductive particles consist of titanium and the catalytic particles consist of platinized carbon. However, as mentioned earlier, the wt.% of the catalytic particles depends on the size of the particles.

Например, если проводящий материал 107’ в каталитическом проводящем слое 106 является титаном, каталитические частицы 107’’ содержат платинированный углерод, а размер каталитических частиц 107’’ меньше размера проводящих частиц 107’, каталитический проводящий слой 106 может содержать от 5 до 30 мас.% каталитических частиц 107’’ для обеспечения эффективного переноса электронов в электролит. Например, каталитический проводящий слой содержит от 50 до 90 мас.% титана, по меньшей мере 5 мас.% углерода и по меньшей мере 0,001 мас.% платины. Титан имеет хорошую механическую прочность и удерживает платинированные частицы углерода в их положениях в каталитическом проводящем слое. Таким образом, углерод, платина и титан вместе обеспечивают каталитический проводящий слой с высокой механической прочностью и высокой способностью переносить электроны в электролит. For example, if the conductive material 107' in the catalytic conductive layer 106 is titanium, the catalyst particles 107'' contain platinized carbon, and the size of the catalytic particles 107'' is smaller than the size of the conductive particles 107', the catalytic conductive layer 106 may contain from 5 to 30 wt. % catalytic particles 107'' to ensure efficient transfer of electrons to the electrolyte. For example, the catalytic conductive layer contains from 50 to 90 wt.% titanium, at least 5 wt.% carbon and at least 0.001 wt.% platinum. Titanium has good mechanical strength and holds the platinized carbon particles in their positions in the catalytic conductive layer. Thus, carbon, platinum and titanium together provide a catalytic conductive layer with high mechanical strength and high electron transfer capacity in the electrolyte.

В одном аспекте толщина t1 каталитического проводящего слоя 106 составляет по меньшей мере 1 мкм, предпочтительно по меньшей мере 5 мкм и наиболее предпочтительно по меньшей мере 10 мкм. В одном аспекте толщина t1 каталитического проводящего слоя 106 меньше 100 мкм, а предпочтительно меньше 20 мкм. В одном аспекте толщина t2 пористого изолирующего слоя 105 составляет от 0,1 мкм до 20 мкм, а предпочтительно от 0,5 мкм до 10 мкм. В одном аспекте толщина t4 второго проводящего слоя 16 составляет по меньшей мере 1 мкм, предпочтительно по меньшей мере 10 мкм и предпочтительно по меньшей мере 20 мкм.In one aspect, the thickness t1 of the catalytic conductive layer 106 is at least 1 µm, preferably at least 5 µm, and most preferably at least 10 µm. In one aspect, the thickness t1 of the catalytic conductive layer 106 is less than 100 microns, and preferably less than 20 microns. In one aspect, the thickness t2 of the porous insulating layer 105 is 0.1 µm to 20 µm, and preferably 0.5 µm to 10 µm. In one aspect, the thickness t4 of the second conductive layer 16 is at least 1 µm, preferably at least 10 µm, and preferably at least 20 µm.

Первый проводящий слой 12 содержит изолирующий оксидный слой 109, сформированный на поверхности проводящего материала, как показано на увеличенной фигуре слева на фиг. 1. Этот оксидный слой 109 формируется, например, путем окисления проводящего материала первого проводящего слоя. Проводящий материал приемлемым образом содержит металл или металлический сплав, например, титан. Поверхность проводящего материала окисляется при подвергании воздействию воздуха. Оксидный слой 109 может формироваться путем выполнения термической обработки первого проводящего слоя в окислительной среде, так что проводящий материал становится окисленным. Изолирующий оксидный слой 109 обеспечивает электрически изолирующий слой на проводящем материале, который по меньшей мере частично препятствует переносу электронов между первым проводящим слоем 12 и электролитом, расположенным в порах первого проводящего слоя 12. The first conductive layer 12 includes an insulating oxide layer 109 formed on the surface of the conductive material, as shown in the enlarged left figure in FIG. 1. This oxide layer 109 is formed by, for example, oxidizing the conductive material of the first conductive layer. The conductive material suitably comprises a metal or metal alloy, such as titanium. The surface of the conductive material oxidizes when exposed to air. The oxide layer 109 may be formed by performing heat treatment on the first conductive layer in an oxidizing environment so that the conductive material becomes oxidized. The insulating oxide layer 109 provides an electrically insulating layer on the conductive material that at least partially prevents the transfer of electrons between the first conductive layer 12 and the electrolyte located in the pores of the first conductive layer 12.

В одном аспекте первый проводящий слой 12 содержит пористый титан и слой 109 оксида титана, сформированный на поверхностях пористого титана, так что оксидный слой 109 электрически изолирует пористый титан первого проводящего слоя и за счёт этого препятствует утечке электронов из пористого титана в первом проводящем слое в электролит в порах первого проводящего слоя. Таким образом, КПД блока солнечного элемента повышается. Например, первый проводящий слой 12 содержит спеченные частицы 107 титана, и поверхности спеченных частиц 107 титана покрыты слоем 109 оксида титана, как показано на увеличенной фигуре слева на фиг. 1. В одном аспекте толщина слоя оксида титана больше 5 нм, предпочтительно больше 10 нм и более предпочтительно больше 20 нм. В одном аспекте толщина слоя оксида титана составляет от 10 до 200 нм, а предпочтительно от 20 до 50 нм.In one aspect, the first conductive layer 12 comprises porous titanium and a titanium oxide layer 109 formed on the surfaces of the porous titanium such that the oxide layer 109 electrically insulates the porous titanium of the first conductive layer and thereby prevents the porous titanium in the first conductive layer from leaking electrons into the electrolyte. in the pores of the first conductive layer. Thus, the efficiency of the solar cell unit is improved. For example, the first conductive layer 12 contains titanium sintered particles 107, and the surfaces of the titanium sintered particles 107 are coated with a titanium oxide layer 109, as shown in the enlarged left figure in FIG. 1. In one aspect, the thickness of the titanium oxide layer is greater than 5 nm, preferably greater than 10 nm, and more preferably greater than 20 nm. In one aspect, the thickness of the titanium oxide layer is from 10 to 200 nm, and preferably from 20 to 50 nm.

В частности, комбинация изолирующего оксидного слоя 109, который предотвращает утечку электронов из первого проводящего слоя в электролит на жидкой основе, и противоэлектрода, содержащего каталитический проводящий слой 106, включающий в себя каталитические частицы 107’’, распределенные в пористом проводящем материале 107, и некаталитический проводящий слой 16, который улучшает КПД противоэлектрода, приведет к эффективному блоку солнечного элемента, который способен вырабатывать мощность в широком диапазоне разных условий освещения. Блок солнечного элемента работает как при плохих, так и при отличных условиях освещения, например, в помещении при искусственном освещении и на улице в тени и при воздействии сильного солнечного света. Specifically, the combination of an insulating oxide layer 109 that prevents electrons from leaking from the first conductive layer into the liquid-based electrolyte, and a counter electrode comprising a catalytic conductive layer 106 including catalytic particles 107'' dispersed in the porous conductive material 107, and a non-catalytic the conductive layer 16, which improves the efficiency of the counter electrode, will result in an efficient solar cell assembly that is capable of generating power in a wide range of different lighting conditions. The solar cell unit operates in both poor and excellent lighting conditions, such as indoors under artificial light and outdoors in shade and strong sunlight.

В одном аспекте электролит представляет собой любое из йодидного/трийодидного электролита, электролита на основе комплексных соединений меди или электролита на основе комплексных соединений кобальта или их комбинации. В одном аспекте электролит содержит йодид (I-) и трийодид (I3 -) и содержание трийодида в проводящей среде составляет от 1 мМ до 20 мМ. Этот вариант осуществления делает возможным достижение генерации высокой мощности при низких интенсивностях света.In one aspect, the electrolyte is any of an iodide/triiodide electrolyte, a copper complex electrolyte, or a cobalt complex electrolyte, or a combination thereof. In one aspect, the electrolyte contains iodide (I - ) and triiodide (I 3 - ) and the content of triiodide in the conductive medium is from 1 mm to 20 mm. This embodiment makes it possible to achieve high power generation at low light intensities.

Изолирующий материал пористого изолирующего слоя 105 представляет собой, например, неорганический материал (вещество), который расположен между первым проводящим слоем 12 и каталитическим проводящим слоем 106 и изолирует первый проводящий слой 12 и каталитический проводящий слой 106 друг от друга. Пористый изолирующий слой 105, например, выполнен из стекловолокон, керамических микроволокон или материалов, полученных расслоением многослойных кристаллов, таких как 2D материалы или нанолисты.The insulating material of the porous insulating layer 105 is, for example, an inorganic material (substance) that is interposed between the first conductive layer 12 and the catalytic conductive layer 106 and insulates the first conductive layer 12 and the catalytic conductive layer 106 from each other. The porous insulating layer 105 is, for example, made of glass fibers, ceramic microfibers, or laminated crystal materials such as 2D materials or nanosheets.

Блок 1 солнечного элемента может содержать пористую подложку. Пористый изолирующий слой 105 может содержать всю подложку, как показано на фиг. 1, или только часть 114a пористой подложки 114 как показано на фиг. 2. В соответствии с одним аспектом, пористая подложка представляет собой лист, содержащий тканые микроволокна, проходящие по всему блоку солнечного элемента. Например, тканые микроволокна выполнены из стекловолокон. Block 1 solar cell may contain a porous substrate. The porous insulating layer 105 may comprise the entire substrate, as shown in FIG. 1, or only a portion 114a of the porous substrate 114 as shown in FIG. 2. In one aspect, the porous substrate is a sheet containing woven microfibers extending throughout the solar cell assembly. For example, woven microfibers are made from glass fibers.

Фиг. 2 показывает пример сенсибилизированного красителем солнечного элемента 1’, содержащего пористую подложку 114, выполненную из изолирующего материала. Одинаковые или соответствующие части на фиг. 1 и 2 обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Разница между солнечными элементами 1’ и 1 состоит в том, что пористый каталитический проводящий слой 106’ содержит первую часть 114a пористой подложки 114, а пористый изолирующий слой 105 содержит вторую часть 114b пористой подложки 114. Каталитический проводящий слой 106’ содержит проводящие частицы 107’ и каталитические частицы 107’’, расположенные в порах первой части 114a пористой подложки 114. Проводящие частицы 107’ каталитического проводящего слоя 106’ образуют проводящую сетку 209 через изолирующий материал части 114a пористой подложки 114. Проводящая сетка 209 образует одну или более электрически проводящих дорожек через изолирующий материал первой части 114a пористой подложки. Проводящие частицы 107’ и каталитические частицы 107’’ расположены в порах пористой подложки 114. Предпочтительно, размер этих частиц меньше размера пор в пористой подложке, чтобы они могли проникать в подложку во время изготовления солнечного элемента. Проводящая сетка 209 обеспечивает расширение второго проводящего слоя, который проходит в пористую подложку 114. Благодаря проводящей сетке в пористой подложке, расстояние между противоэлектродом и светопоглощающим слоем больше не зависит от толщины пористой подложки. Таким образом, толщина изолирующего слоя может быть уменьшена, и за счёт этого расстояние между противоэлектродом и светопоглощающим слоем может быть уменьшено. Соответственно, потери на сопротивление в электролите уменьшаются. Fig. 2 shows an example of a dye-sensitized solar cell 1' comprising a porous substrate 114 made of an insulating material. The same or corresponding parts in FIG. 1 and 2 are designated by the same reference numerals. The difference between the solar cells 1' and 1 is that the porous catalytic conductive layer 106' contains the first part 114a of the porous substrate 114, and the porous insulating layer 105 contains the second part 114b of the porous substrate 114. The catalytic conductive layer 106' contains the conductive particles 107' and catalytic particles 107'' located in the pores of the first part 114a of the porous substrate 114. The conductive particles 107' of the catalytic conductive layer 106' form a conductive mesh 209 through the insulating material of the part 114a of the porous substrate 114. The conductive mesh 209 forms one or more electrically conductive paths through an insulating material of the first porous substrate portion 114a. The conductive particles 107' and the catalytic particles 107'' are located in the pores of the porous substrate 114. Preferably, these particles are smaller than the pores in the porous substrate so that they can penetrate into the substrate during manufacture of the solar cell. The conductive mesh 209 provides an expansion of the second conductive layer that extends into the porous substrate 114. Due to the conductive mesh in the porous substrate, the distance between the counter electrode and the light absorbing layer is no longer dependent on the thickness of the porous substrate. Thus, the thickness of the insulating layer can be reduced, and thereby the distance between the counter electrode and the light absorbing layer can be reduced. Accordingly, the resistance losses in the electrolyte are reduced.

В дальнейшем кратко описан пример способа изготовления блока 1 солнечного элемента.In the following, an example of a manufacturing method of the solar cell unit 1 will be briefly described.

1) Приготовление первого красителя, содержащего проводящие частицы, выполненные из электрически проводящего материала. Проводящие частицы выполнены, например, из гидрида титана.1) Preparation of a first dye containing conductive particles made of an electrically conductive material. The conductive particles are made, for example, of titanium hydride.

2) Приготовление второго красителя, содержащего смесь проводящих частиц и каталитических частиц. Проводящие частицы выполнены, например, из гидрида титана (TiH2), а каталитические частицы являются, например, платинированными частицами углерода. 2) Preparation of a second dye containing a mixture of conductive particles and catalytic particles. The conductive particles are made of, for example, titanium hydride (TiH 2 ) and the catalytic particles are, for example, platinized carbon particles.

3) Обеспечение пористой изолирующей подложки, например, стеклополотна.3) Providing a porous insulating substrate, such as fiberglass.

4) Нанесение проводящих частиц на одну сторону пористой изолирующей подложки, например, путём нанесения печатью первого красителя, включающего в себя частицы гидрида титана, на одну сторону пористой изолирующей подложки. 4) Applying conductive particles to one side of the porous insulating substrate, for example by printing a first dye including titanium hydride particles on one side of the porous insulating substrate.

5) Последующее обеспечение сушки на воздухе нанесенного печатью первого красителя.5) Subsequent provision of air-drying of the printed first dye.

6) Нанесение смеси каталитических частиц и проводящих частиц на другую сторону пористой изолирующей подложки, например, путем нанесения печатью второго красителя, включающего в себя частицы гидрида титана и платинированные частицы углерода, на другую сторону пористой изолирующей подложки. 6) Applying a mixture of catalytic particles and conductive particles to the other side of the porous insulating substrate, for example by printing a second dye, including titanium hydride particles and platinized carbon particles, to the other side of the porous insulating substrate.

7) Последующее обеспечение сушки на воздухе нанесенного печатью второго красителя.7) Subsequently allowing air-drying of the printed second dye.

8) Нанесение проводящих частиц поверх каталитического проводящего слоя, например, путем нанесения печатью первого красителя, включающего в себя частицы гидрида титана, на слой смеси каталитических частиц и проводящих частиц. 8) Applying the conductive particles over the catalytic conductive layer, for example by printing a first dye comprising titanium hydride particles onto the layer of the mixture of catalytic particles and conductive particles.

9) Последующее обеспечение сушки на воздухе нанесенного печатью первого красителя.9) Subsequent provision of air-drying of the printed first dye.

10) Пористая изолирующая подложка с нанесенными печатью слоями затем спекается в вакууме, например, при 600°C в течение часа. Во время процесса спекания гидрид титана преобразуется в титан. Следовательно, первый проводящий слой, включающий в себя спеченный титан, второй проводящий слой, включающий в себя спеченный титан, и каталитический проводящий слой, включающий в себя спеченный титан и платинированные частицы углерода, расположенные в порах между спеченным титаном, формируются во время процесса спекания.10) The porous insulating substrate with printed layers is then sintered in vacuum, for example at 600°C for an hour. During the sintering process, titanium hydride is converted to titanium. Therefore, a first conductive layer including sintered titanium, a second conductive layer including sintered titanium, and a catalytic conductive layer including sintered titanium and platinized carbon particles located in pores between the sintered titanium are formed during the sintering process.

11) Пористая изолирующая подложка со спеченными проводящими слоями нагревается в воздухе для образования оксида титана на поверхностях спеченного титана первого проводящего слоя. 11) A porous insulating substrate with sintered conductive layers is heated in air to form titanium oxide on the surfaces of the sintered titanium of the first conductive layer.

12) Краситель на основе TiO2 наносится печатью поверх первого проводящего слоя и затем высушивается. Стеклополотно с упомянутыми слоями нагревается, например, до 600°C. Затем нанесенный слой TiO2 спекается.12) A TiO 2 based dye is printed over the first conductive layer and then dried. Glass cloth with said layers is heated, for example, up to 600°C. The deposited TiO 2 layer is then sintered.

13) Спеченный слой TiO2 сенсибилизируется красителем для формирования светопоглощающего слоя.13) The TiO 2 sintered layer is sensitized with a dye to form a light absorbing layer.

14) Ионный электролит, например, окислительно-восстановительный электролит на основе йодида/трийодида (I-/I3 -), просачивается в пористые слои. 14) An ionic electrolyte, such as an iodide/triiodide (I - /I 3 - ) redox electrolyte, seeps into the porous layers.

15) Солнечная батарея герметизируется, например, с помощью прозрачной оболочки.15) The solar battery is sealed, for example, using a transparent shell.

Альтернативно, этап 11 может выполняться одновременно со спеканием слоя TiO2 на этапе 12.Alternatively, step 11 may be performed simultaneously with the sintering of the TiO 2 layer in step 12.

Пористые проводящие слои могут наноситься на пористую подложку любым из трафаретной печати, нанесения с использованием щелевой экструзионной головки, распыления или мокрого переноса копии.The porous conductive layers can be applied to the porous substrate by any of screen printing, die-cutting, spraying, or wet copy transfer.

Во время термической обработки на этапе 11 на каталитическом проводящем слое также формируется оксид титана. Можно предположить, что оксидный слой на каталитическом проводящем слое будет препятствовать переносу электронов между проводящим материалом и электролитом, расположенным в порах каталитического проводящего слоя. Неожиданным образом, было обнаружено, что каталитические частицы, например, платинированные частицы углерода, обеспечивают возможность переноса электронов от проводящего материала к электролиту, несмотря на оксидный слой на проводящем материале каталитического проводящего слоя.During the heat treatment in step 11, titanium oxide is also formed on the catalytic conductive layer. It can be assumed that the oxide layer on the catalytic conductive layer will prevent the transfer of electrons between the conductive material and the electrolyte located in the pores of the catalytic conductive layer. Surprisingly, it has been found that catalytic particles, for example platinized carbon particles, allow the transfer of electrons from the conductive material to the electrolyte despite the oxide layer on the conductive material of the catalytic conductive layer.

Фиг. 3 показывает вид сверху примера фотоэлектрического зарядного устройства 200. Фотоэлектрическое зарядное устройство 200 специально приспособлено для питания портативных электронных устройств, которые могут использоваться в помещении, а также на улице, таких как наушники, ноутбуки, планшеты, мобильные телефоны и пульты дистанционного управления. Фотоэлектрическое зарядное устройство 200 может также использоваться для питания миниатюрных электронных устройств, встроенных в другие физические устройства, такие как транспортные средства, и бытовые электронные приборы, называемые Интернетом вещей (IoT).Fig. 3 shows a plan view of an example of a photovoltaic charger 200. The photovoltaic charger 200 is specially adapted to power portable electronic devices that can be used indoors as well as outdoors, such as headphones, laptops, tablets, mobile phones, and remote controls. The photovoltaic charger 200 may also be used to power miniature electronic devices embedded in other physical devices such as vehicles and consumer electronic devices referred to as the Internet of Things (IoT).

Фотоэлектрическое зарядное устройство 200 содержит блок 1 солнечного элемента, оболочку 5, заключающую в себе блок 1 солнечного элемента, первый проводник 18 и второй проводник 20. Фотоэлектрическое зарядное устройство может дополнительно содержать соединительные элементы (не показаны) для соединения фотоэлектрического зарядного устройства 200 с электронным устройством. Блок 200 солнечного элемента представляет собой DSC монолитного типа. Монолитный тип DSC отличается от стандартного DSC тем, что он создается на единственной подложке, с множественными слоями, расположенными на подложке.The photovoltaic charger 200 includes a solar cell stack 1, a shell 5 containing the solar cell stack 1, a first conductor 18, and a second conductor 20. The photovoltaic charger may further comprise connectors (not shown) for connecting the photovoltaic charger 200 to an electronic device. . The solar cell block 200 is a monolithic type DSC. Monolithic type DSC differs from standard DSC in that it is built on a single substrate, with multiple layers arranged on the substrate.

Оболочка содержит множество проходов в соединении с первым и вторым проводниками для соединения фотоэлектрического устройства с внешним устройством. Другими словами, имеются проходы в оболочке для доступа к мощности, вырабатываемой фотоэлектрическим устройством. Некоторый вид проводного соединения будет проходить через проходы. Например, первый и второй проводники могут выходить из оболочки через проходы для соединения с проводкой для питания внешнего устройства. Альтернативно, провода извне оболочки проходят через проходы и электрически соединяются с первым и вторым проводниками. Проходы плотно посажены на провода, проходящие через оболочку, так что газ или жидкость не могут проникнуть через проходы. Например, проходы представляют собой отверстия в оболочке, плотно посаженные на провода, проходящие через оболочку. The shell contains a plurality of passages in connection with the first and second conductors for connecting the photovoltaic device with an external device. In other words, there are passages in the shell to access the power generated by the photovoltaic device. Some kind of wired connection will go through the passages. For example, the first and second conductors may exit the sheath through passageways to connect to wiring to power an external device. Alternatively, wires from outside the sheath pass through the passages and are electrically connected to the first and second conductors. The passages are tightly fitted to the wires passing through the jacket so that no gas or liquid can enter through the passages. For example, the passages are holes in the sheath, tightly fitted to the wires passing through the sheath.

Оболочка 5 содержит множество проходов 7a-b, скомпонованных в соединении с первым проводником 18 и вторым проводником 20 для соединения фотоэлектрического устройства 1 с внешним устройством и за счет этого осуществления доступа к мощности, вырабатываемой фотоэлектрическим устройством. Например, проходы ведут через отверстия в оболочке. Проводка некоторого типа будет проходить через отверстия. Например, первый и второй проводники 18, 20 могут выходить из оболочки через проходы 7a-b для соединения с проводкой для питания внешнего устройства, как показано на фиг. 3. Альтернативно, провода извне оболочки проходят через проходы и электрически соединяются с первым и вторым проводниками. Проходы плотно посажены на (подогнаны к) провода, так что газ или жидкость не могут проникнуть через них. Проходы могут быть выполнены имеющими провода или проводники, которые должны проходить через предусмотренные отверстия, когда оболочка расположена на блоке 1 солнечного элемента. Оболочка состоит из верхнего листа 5a и нижнего листа 5b, которые, например, представляют собой клейкие пленки, которые помещаются вместе поверх блока 1 солнечного элемента. Альтернативно, верхний и нижний листы выполнены из гибкого пластика, и края верхнего и нижнего листов скрепляются друг с другом путем плавления пластика. Если провода/проводники уже предусмотрены между листами до скрепления и выступают на краях листов, проходы будут создаваться во время скрепления. Альтернативно, проходы содержат сквозные отверстия в оболочке, выполненные после инкапсуляции блока солнечного элемента. Сквозные отверстия герметизируются после того, как провода/проводники расположены в сквозных отверстиях. Местоположения проходов будут зависеть от положения первого и второго проводников. Число проходов может варьироваться. Имеется по меньшей мере один проход для каждого из первого и второго проводника. Однако также можно иметь множество проходов для каждого из первого и второго проводников.The sheath 5 comprises a plurality of passages 7a-b arranged in connection with the first conductor 18 and the second conductor 20 for connecting the photovoltaic device 1 to an external device and thereby accessing the power generated by the photovoltaic device. For example, passages lead through openings in the shell. Some type of wiring will go through the holes. For example, the first and second conductors 18, 20 may exit the sheath through passages 7a-b to connect to wiring to power an external device, as shown in FIG. 3. Alternatively, wires from outside the sheath pass through the passages and are electrically connected to the first and second conductors. The passages are tightly fitted to (fitted to) the wires so that no gas or liquid can pass through them. The passages may be made having wires or conductors which must pass through the provided openings when the sheath is located on the solar cell block 1. The shell consists of a top sheet 5a and a bottom sheet 5b, which are, for example, adhesive films that are placed together on top of the solar cell unit 1. Alternatively, the top and bottom sheets are made of flexible plastic, and the edges of the top and bottom sheets are bonded to each other by melting the plastic. If wires/conductors are already provided between the sheets prior to bonding and protrude at the edges of the sheets, passages will be created during bonding. Alternatively, the passages comprise through-holes in the shell made after encapsulation of the solar cell package. The through holes are sealed after the wires/conductors are placed in the through holes. The locations of the passages will depend on the position of the first and second conductors. The number of passes may vary. There is at least one passage for each of the first and second conductors. However, it is also possible to have multiple passages for each of the first and second conductors.

Фиг. 4 показывает увеличенный разрез части фотоэлектрического зарядного устройства 200, показанного на фиг. 3. Фотоэлектрическое зарядное устройство 200 содержит один блок 1 солнечного элемента или блок 1’ солнечного элемента, который описан более подробно со ссылкой на фиг. 1 и 2. Например, светопоглощающий слой 10 содержит окрашенный TiO2. Могут использоваться традиционные красители, известные в данной области техники. Краситель выбирается для обеспечения хорошего КПД солнечного элемента, в особенности в комбинации с проводящей средой на основе меди. Светопоглощающий слой 10 расположен поверх первого проводящего слоя 12. Пористый светопоглощающий слой 10 представляет собой пористый слой TiO2, нанесенный на первый проводящий слой 12. Слой TiO2 содержит частицы TiO2, окрашенные путем поглощения молекул красителя на поверхности частиц TiO2. Светопоглощающий слой 10 расположен на верхней стороне блока 1 солнечного элемента. Верхняя сторона должна быть обращена к свету, чтобы позволять свету попадать на молекулы красителя рабочего электрода.Fig. 4 shows an enlarged section of a portion of the photovoltaic charger 200 shown in FIG. 3. The photovoltaic charger 200 includes one solar cell unit 1 or solar cell unit 1', which is described in more detail with reference to FIG. 1 and 2. For example, the light absorbing layer 10 contains colored TiO 2 . Conventional dyes known in the art may be used. The dye is chosen to provide good solar cell efficiency, especially in combination with a copper-based conductive medium. The light absorbing layer 10 is located on top of the first conductive layer 12. The porous light absorbing layer 10 is a porous TiO 2 layer deposited on the first conductive layer 12. The TiO 2 layer contains TiO 2 particles colored by absorption of dye molecules on the surface of the TiO 2 particles. The light absorbing layer 10 is located on the upper side of the solar cell unit 1. The top side should be facing the light to allow light to hit the dye molecules of the working electrode.

Первый проводящий слой 12 находится в прямом электрическом контакте со светопоглощающим слоем 10. В этом примере второй проводящий слой 16 является пористым. Однако, в альтернативном варианте осуществления второй проводящий слой 16 не обязательно должен быть пористым. Например, второй проводящий слой может быть выполнен из металлической фольги. В этом примере пористый изолирующий слой 105 содержит по меньшей мере часть пористой подложки. Пористая подложка обеспечивает электрическую изоляцию между первым проводящим слоем 12 и каталитическим проводящим слоем 106. Первый проводящий слой 12 и каталитический проводящий слой 106 отделены физически и электрически пористой подложкой. Пористость пористой подложки обеспечит возможность ионного транспорта через изолирующий слой 105. Пористость первого проводящего слоя 12 и каталитического проводящего слоя 106 обеспечит возможность ионного транспорта между противоэлектродом и рабочим электродом. The first conductive layer 12 is in direct electrical contact with the light absorbing layer 10. In this example, the second conductive layer 16 is porous. However, in an alternative embodiment, the second conductive layer 16 need not be porous. For example, the second conductive layer may be made of a metal foil. In this example, the porous insulating layer 105 contains at least a portion of the porous substrate. The porous substrate provides electrical isolation between the first conductive layer 12 and the catalytic conductive layer 106. The first conductive layer 12 and the catalytic conductive layer 106 are separated by a physically and electrically porous substrate. The porosity of the porous substrate will allow ion transport through the insulating layer 105. The porosity of the first conductive layer 12 and the catalytic conductive layer 106 will allow ion transport between the counter electrode and the working electrode.

Фотоэлектрическое зарядное устройство 200 содержит только один-единственный блок 1 солнечного элемента. По меньшей мере первый проводящий слой 12 и пористая подложка непрерывно проходят через весь блок солнечного элемента. Светопоглощающий слой 10 и второй проводящий слой 16 проходят непрерывно по меньшей мере через основную часть блока солнечного элемента. The photovoltaic charger 200 contains only one single solar cell unit 1. At least the first conductive layer 12 and the porous substrate continuously extend through the entire solar cell stack. The light absorbing layer 10 and the second conductive layer 16 extend continuously through at least the main portion of the solar cell package.

Блок 1 солнечного элемента заполняется электролитом для переноса зарядов между противоэлектродом и светопоглощающим слоем 10. Электролит представляет собой, например, традиционный I-/I3 - электролит или аналогичный электролит, или электролит на основе меди (Cu), или электролит на основе комплексных соединений кобальта (Co). Электролит содержит ионы, например, йодид-ионы (I-) и трийодид-ионы (I3 -) или ионы меди (Cu2+ и Cu+). Солнечный свет собирается красителем, вырабатывая фото-возбужденные электроны, которые инжектируются в проводящую полосу частиц TiO2 и далее собираются первым проводящим слоем. В то же время ионы в электролите транспортируют электроны из второго проводящего слоя в светопоглощающий слой 10. Первый проводник 18 собирает электроны из первого проводящего слоя, а второй проводник предоставляет электроны во второй проводящий слой, так что блок солнечного элемента может непрерывно вырабатывать мощность из входящих фотонов.The solar cell block 1 is filled with an electrolyte for charge transfer between the counter electrode and the light absorbing layer 10. The electrolyte is, for example, a traditional I - /I 3 - electrolyte or a similar electrolyte, or a copper (Cu)-based electrolyte, or an electrolyte based on cobalt complex compounds (Co). The electrolyte contains ions, for example iodide ions (I - ) and triiodide ions (I 3 - ) or copper ions (Cu 2+ and Cu + ). Sunlight is collected by the dye, generating photo-excited electrons that are injected into the conductive band of TiO 2 particles and further collected by the first conductive layer. At the same time, ions in the electrolyte transport electrons from the second conductive layer to the light absorbing layer 10. The first conductor 18 collects electrons from the first conductive layer and the second conductor provides electrons to the second conductive layer so that the solar cell stack can continuously generate power from the incoming photons. .

Электролит проникает в поры светопоглощающего слоя 10, первого проводящего слоя 12, пористого изолирующего слоя 105, второго проводящего слоя 16 и каталитического проводящего слоя 106, позволяя ионам переноситься между светопоглощающим слоем 10 и вторым проводящим слоем 16 и за счет этого переносить электроны из рабочего электрода в светопоглощающий слой.The electrolyte penetrates into the pores of the light absorbing layer 10, the first conductive layer 12, the porous insulating layer 105, the second conductive layer 16 and the catalytic conductive layer 106, allowing ions to be transferred between the light absorbing layer 10 and the second conductive layer 16 and thereby transfer electrons from the working electrode to the light absorbing layer.

Существует множество красителей, которые могут использоваться, и в соответствии с некоторыми аспектами, краситель содержит триариламиновый органический краситель, содержащий любой из или смесь красителей в классе донор-π мостик-акцептор (D-π-A) и в классе донор-акцептор-π мостик-акцептор (D-A-π-A). Такие красители дают хороший КПД солнечного элемента, в особенности в комбинации с проводящей средой на основе меди. К фотосенсибилизаторам первого класса относятся, например, замещенные (дифениламинофенил)-тиофен-2-цианоакриловые кислоты или замещенные (дифениламинофенил)циклопента-дитиофен-2-цианоакриловые кислоты. Ко второму классу относятся, например, замещенные (((дифениламинофенил)бензотиа-диазолил)-циклопентадитиофенил)арил/гетероарил-2-цианоакриловые кислоты или (((дифенил-аминофенил)-циклопентадитиофенил)бензотиадиазолил)арил/гетероарил-2-цианоакриловые кислоты.There are a variety of dyes that can be used, and in some aspects, the dye contains a triarylamine organic dye containing any or a mixture of dyes in the donor-π bridge-acceptor (D-π-A) class and in the donor-acceptor-π class. acceptor bridge (D-A-π-A). Such dyes give good solar cell efficiency, especially in combination with a copper-based conductive medium. Photosensitizers of the first class include, for example, substituted (diphenylaminophenyl)-thiophene-2-cyanoacrylic acids or substituted (diphenylaminophenyl)cyclopenta-dithiophene-2-cyanoacrylic acids. The second class includes, for example, substituted (((diphenylaminophenyl)benzothia-diazolyl)-cyclopentadithiophenyl)aryl/heteroaryl-2-cyanoacrylic acids or (((diphenylaminophenyl)-cyclopentadithiophenyl)benzothiadiazolyl)aryl/heteroaryl-2-cyanoacrylic acids.

Первый проводник 18 электрически соединен с первым проводящим слоем 12, а второй проводник 20 электрически соединен со вторым проводящим слоем 16. Например, первый и второй проводники выполнены из металла для достижения высокой электрической проводимости.The first conductor 18 is electrically connected to the first conductive layer 12, and the second conductor 20 is electrically connected to the second conductive layer 16. For example, the first and second conductors are made of metal to achieve high electrical conductivity.

Оболочка 5 содержит верхний лист 5a, покрывающий верхнюю сторону блока 1 солнечного элемента, и нижний лист 5b, покрывающий нижнюю сторону блока солнечного элемента. Оболочка 5 заключает в себя блок солнечного элемента и электролит и действует как гидравлический барьер для электролита и препятствует утечке электролита из фотоэлектрического зарядного устройства 200. Верхний лист 5a является прозрачным, или по меньшей мере часть, покрывающая активную площадь блока 1 солнечного элемента, является прозрачной. Верхний лист 5a на верхней стороне блока солнечного элемента покрывает светопоглощающий слой 10 и позволяет свету проходить через него. Верхний и нижний листы 5a-b выполнены, например, из полимерного материала. Полимерный материал является прочным и устойчивым к воздействиям и гибким. Верхний и нижний листы 5a-b герметизированы на краях, чтобы защитить блок солнечного элемента от окружающей атмосферы и предотвратить испарение или утечку электролита из внутреннего пространства блока солнечного элемента.The shell 5 comprises a top sheet 5a covering the top side of the solar cell block 1 and a bottom sheet 5b covering the bottom side of the solar cell block. The shell 5 encloses the solar cell package and the electrolyte, and acts as a hydraulic barrier to the electrolyte and prevents leakage of the electrolyte from the photovoltaic charger 200. The top sheet 5a is transparent, or at least the portion covering the active area of the solar cell package 1 is transparent. The top sheet 5a on the top side of the solar cell package covers the light absorbing layer 10 and allows light to pass through. The top and bottom sheets 5a-b are made of a resin material, for example. The polymer material is strong and impact resistant and flexible. The top and bottom sheets 5a-b are sealed at the edges to protect the solar cell package from the surrounding atmosphere and prevent the electrolyte from evaporating or leaking from the inside of the solar cell package.

В одном примере пористая подложка представляет собой лист, содержащий волокно из тканых микроволокон. Микроволокно представляет собой волокно, имеющее диаметр менее 10 мкм и более 1 нм. Полотно из тканых микроволокон может быть выполнено очень тонким и механически очень прочным. Полотно из тканых микроволокон содержит отверстия между ткаными нитями. Пористая подложка может дополнительно содержать один или более слоев из нетканых микроволокон, расположенных на тканых микроволокнах, чтобы по меньшей мере частично блокировать отверстия между нитями. Дополнительно, нетканый слой обеспечивает ровную поверхность на подложке, подходящую для нанесения ровного проводящего слоя на подложку путем печати. Подложка выполнена, например, из стекла, оксида кремния (SiO2), оксида алюминия (Al2O3), алюмосиликата или кварца. Соответственно, нетканое и тканое микроволокна пористой подложки выполнены из стекловолокон, что обеспечивает прочную и гибкую подложку. Толщина полотна из тканых микроволокон составляет соответственно от 4 мкм до 30 мкм, предпочтительно от 4 мкм до 20 мкм, чтобы обеспечивать требуемую механическую прочность, в то же время она является достаточно тонкой для обеспечения возможности быстрой транспортировки ионов между противоэлектродом и рабочим электродом. In one example, the porous substrate is a sheet containing a woven microfiber fiber. A microfiber is a fiber having a diameter of less than 10 μm and greater than 1 nm. The web of woven microfibers can be made very thin and mechanically very strong. The web of woven microfibers contains holes between the woven threads. The porous substrate may further comprise one or more layers of nonwoven microfibers disposed on the woven microfibers to at least partially block the openings between the filaments. Additionally, the non-woven layer provides a flat surface on the substrate suitable for applying an even conductive layer to the substrate by printing. The substrate is made, for example, of glass, silicon oxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), aluminosilicate or quartz. Accordingly, the non-woven and woven microfibers of the porous substrate are made of glass fibers, which provides a strong and flexible substrate. The thickness of the web of woven microfibers is respectively 4 µm to 30 µm, preferably 4 µm to 20 µm, in order to provide the required mechanical strength, while at the same time it is thin enough to allow rapid transport of ions between the counter electrode and the working electrode.

В одном аспекте светопоглощающий слой 10 и первый проводящий слой 12 являются непрозрачными. В этом примере верхняя поверхность блока 1 солнечного элемента является однородно черной, как показано на фиг. 3. TiO2 светопоглощающего слоя является черным. Отсутствуют проводники, проходящие по поверхности блока 1 солнечного элемента, как это имеет место в панелях солнечных элементов предшествующего уровня техники. Это объясняется тем, что фотоэлектрическое зарядное устройство 200 содержит только один-единственный блок солнечного элемента, а не множество последовательно соединенных блоков солнечных элементов, как в солнечных панелях, используемых в фотоэлектрических зарядных устройствах предшествующего уровня техники. In one aspect, the light absorbing layer 10 and the first conductive layer 12 are opaque. In this example, the top surface of the solar cell block 1 is uniformly black, as shown in FIG. 3. TiO 2 light absorbing layer is black. There are no conductors running over the surface of the solar cell unit 1, as is the case in prior art solar cell panels. This is because the photovoltaic charger 200 contains only a single solar cell stack, rather than a plurality of solar cell stacks connected in series as in the solar panels used in prior art photovoltaic chargers.

Размер блока солнечного элемента, т.е. длина и ширина блока солнечного элемента, может изменяться в зависимости от того, для зарядки какого устройства он предназначается. Соответственно, активная площадь блока солнечного элемента может изменяться в зависимости от требуемой мощности устройства, подлежащего зарядке. Отсутствуют ограничения по возможной форме и размеру блока солнечного элемента. Например, размер блока солнечного элемента может изменяться от 1×1 см с активной площадью 1 см2 до 1×1 м с активной площадью 1 м2. Отсутствует верхний предел длины и ширины блока солнечного элемента. Однако блок солнечного элемента более 1×1 м может стать громоздким для обработки при изготовлении блока солнечного элемента.Solar cell block size, i.e. the length and width of the solar cell unit may vary depending on which device it is intended to charge. Accordingly, the active area of the solar cell unit may vary depending on the required power of the device to be charged. There are no restrictions on the possible shape and size of the solar cell block. For example, the size of the solar cell block may vary from 1×1 cm with an active area of 1 cm 2 to 1×1 m with an active area of 1 m 2 . There is no upper limit to the length and width of the solar cell stack. However, a solar cell unit larger than 1×1 m may become cumbersome to process when manufacturing the solar cell unit.

Фотоэлектрическое зарядное устройство 200 включает в себя единственный блок 1 солнечного элемента и повышающий преобразователь 22, электрически соединенный с первым и вторым проводниками 18, 20. Повышающий преобразователь, также называемый повышающим регулятором, представляет собой преобразователь мощности постоянного тока в постоянный ток, который повышает напряжение при понижении тока с его входа на выход. Напряжение, вырабатываемое единственным блоком солнечного элемента, является слишком низким для зарядки определенных типов батарей, например, литиевых батарей, которые требуют по меньшей мере 3,6 В. Повышающий преобразователь приспособлен, чтобы повышать напряжение из блока 1 солнечного элемента при понижении тока из блока солнечного элемента. Требуемый уровень напряжения достигается путем подключения повышающего преобразователя к единственному блоку солнечного элемента. Таким образом, можно обеспечить фотоэлектрическое зарядное устройство, имеющее только один-единственный блок солнечного элемента, способный заряжать батареи, которые требуют разных уровней напряжения.The photovoltaic charger 200 includes a single solar cell stack 1 and a boost converter 22 electrically coupled to first and second conductors 18, 20. A boost converter, also referred to as a boost regulator, is a DC to DC power converter that boosts voltage at decrease in current from its input to its output. The voltage produced by a single solar cell bank is too low to charge certain types of batteries, such as lithium batteries, which require at least 3.6V. element. The required voltage level is achieved by connecting the boost converter to a single solar cell unit. Thus, it is possible to provide a photovoltaic charger having only one single solar cell unit capable of charging batteries that require different voltage levels.

Фотоэлектрическое зарядное устройство 200 содержит соединительные элементы 3, 4 для соединения фотоэлектрического зарядного устройства с батареей электронного устройства, которую оно заряжает. Повышающий преобразователь 22 содержит входные выводы, электрически соединенные с первым и вторым проводниками 18, 20, и выходные выводы, электрически соединенные с соединительными элементами 3, 4. The photovoltaic charger 200 includes connectors 3, 4 for connecting the photovoltaic charger to the battery of the electronic device that it charges. Boost converter 22 includes input terminals electrically connected to the first and second conductors 18, 20 and output terminals electrically connected to connecting elements 3, 4.

Уровень генерируемого напряжения зависит от ионов в электролите. Например, если электролит содержит ионы меди, блок солнечного элемента генерирует напряжение примерно 1 В в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс, и если электролит содержит йодид- и трийодид-ионы, блок солнечного элемента генерирует напряжение примерно 0,65 В в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс. Однако, блок 1 солнечного элемента генерирует напряжение, изменяющееся максимум на 0,4 В в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, изменяется между 200 и 20000 люкс. Требование преобразования напряжения повышающего преобразователя зависит от требуемого напряжения перезаряжаемой батареи. Большинство типов перезаряжаемых батарей, используемых для электронных устройств для потребительских применений, требуют напряжение от 1 до 10 В. Повышающий преобразователь позволяет генерировать стабильное напряжение на уровне, требуемом перезаряжаемой батареей. Предпочтительно, повышающий преобразователь 22 способен преобразовывать выходные напряжение и ток из блока солнечного элемента в уровень напряжения, который составляет от 1 до 10 В. Разные повышающие преобразователи могут использоваться в зависимости от требуемого выходного напряжения. Таким образом, фотоэлектрическое зарядное устройство способно заряжать батареи, используемые для множества типов электронных устройств, такие как литиевые батареи (3,6 В), NiCd и NiMH батареи (1,25 В).The level of voltage generated depends on the ions in the electrolyte. For example, if the electrolyte contains copper ions, the solar cell stack generates an open circuit voltage of about 1 V when the light intensity received by the light absorbing layer is 20,000 lux, and if the electrolyte contains iodide and triiodide ions, the solar cell stack generates a voltage of about 0 .65 V in open circuit when the light intensity received by the light absorbing layer is 20,000 lux. However, the solar cell unit 1 generates a voltage changing by a maximum of 0.4 V in an open circuit when the intensity of light received by the light absorbing layer changes between 200 and 20,000 lux. The voltage conversion requirement of the boost converter depends on the required voltage of the rechargeable battery. Most types of rechargeable batteries used for electronic devices for consumer applications require a voltage of 1 to 10 V. The boost converter generates a stable voltage at the level required by the rechargeable battery. Preferably, boost converter 22 is capable of converting the output voltage and current from the solar cell stack to a voltage level that is between 1 and 10 V. Different boost converters can be used depending on the desired output voltage. Thus, the photovoltaic charger is capable of charging batteries used for many types of electronic devices, such as lithium batteries (3.6V), NiCd and NiMH batteries (1.25V).

Испытания показали, что блок солнечного элемента способен вырабатывать ток по меньшей мере 15 мкА/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс, и ток по меньшей мере 1500 мкА/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс. Таким образом, блок солнечного элемента способен вырабатывать достаточно мощности для зарядки батарей электронных устройств в широком диапазоне интенсивностей света.Tests have shown that the solar cell stack is capable of generating a current of at least 15 μA/cm 2 when the intensity of light received by the light absorbing layer is 200 lux, and a current of at least 1500 μA/cm 2 when the intensity of light received by the light absorbing layer is is 20,000 lux. Thus, the solar cell stack is capable of generating enough power to charge the batteries of electronic devices over a wide range of light intensities.

В соответствии с некоторыми аспектами, по меньшей мере первый проводящий слой 12 и пористая подложка 114 непрерывно проходят через весь блок 1 солнечного элемента. Светопоглощающий слой 10 и второй проводящий слой 16 проходят непрерывно по меньшей мере через основную часть блока солнечного элемента. In accordance with some aspects, at least the first conductive layer 12 and the porous substrate 114 continuously extend through the entire block 1 of the solar cell. The light absorbing layer 10 and the second conductive layer 16 extend continuously through at least the main portion of the solar cell package.

Измерения сгенерированной мощности на площадь для разных условий освещения были выполнены на примере фотоэлектрического зарядного устройства по изобретению, включающего в себя один-единственный блок 1 солнечного элемента. В этом примере блок 1 солнечного элемента имеет размер 14,5×23,4 см и активную площадь 340 см2. Электролит блока 1 солнечного элемента содержит йодид- и трийодид-ионы, и первый и второй проводящие слои выполнены из титана (Ti). Ненагруженное фотоэлектрическое зарядное устройство подвергается воздействию света от 200 до 20000 люкс (люмен на квадратный метр), и измеряются выходное напряжение и выходной ток от фотоэлектрического зарядного устройства. Результаты измерений показаны в таблице 1 ниже. Общая сгенерированная мощность определяется на основе измеренных тока и напряжения, и сгенерированная мощность на площадь определяется путем деления общей мощности на активную площадь блока солнечного элемента.Measurements of the generated power per area for different lighting conditions were made on the example of a photovoltaic charger according to the invention, including a single solar cell unit 1. In this example, the solar cell block 1 has a size of 14.5×23.4 cm and an active area of 340 cm 2 . The electrolyte of the solar cell unit 1 contains iodide and triiodide ions, and the first and second conductive layers are made of titanium (Ti). An unloaded PV charger is exposed to light from 200 to 20,000 lux (lumens per square meter) and the output voltage and output current from the PV charger are measured. The measurement results are shown in Table 1 below. The total generated power is determined based on the measured current and voltage, and the generated power per area is determined by dividing the total power by the active area of the solar cell stack.

Таблица 1. Измерения сгенерированной мощности на активную площадь, тока на активную площадь, напряжения и коэффициентов заполнения (ff) для интенсивностей света от 200 до 20000 люкс для блока 1 солнечного элемента, имеющего электролит, содержащий йодид-ионы (I-) и трийодид-ионы (I3 -). Содержание трийодида составляет от 1 мМ до 20 мМ. Йодид работает как окислитель, а трийодид работает как восстановитель.Table 1. Measurements of generated power per active area, current per active area, voltage and duty cycles (ff) for light intensities from 200 to 20000 lux for solar cell bank 1 having an electrolyte containing iodide ions (I - ) and triiodide - ions (I 3 - ). The content of triiodide is from 1 mm to 20 mm. Iodide works as an oxidizing agent and triiodide works as a reducing agent.

ЛюксSuite мкВт/см2 μW / cm 2 Isc (мкА/см2)Isc (µA/cm 2 ) Voc (мВ)Voc (mV) ff (%)ff (%) 200200 6,26.2 1818 483483 7272 500500 1818 4444 521521 7777 10001000 3737 9090 542542 7676 20002000 8080 179179 565565 7979 30003000 123123 266266 576576 8080 50005000 208208 445445 591591 7979 60006000 249249 531531 600600 7878 1000010000 405405 880880 614614 7575 2000020000 730730 17001700 650650 6969

Измерения рабочих характеристик блока 1 солнечного элемента при разных интенсивностях света (освещенностях) (интенсивности измеряются в люксах) могут выполняться путём облучения светом блока солнечного элемента и одновременного сканирования приложенного электрического напряжения по блоку солнечного элемента, чтобы измерить и получить вольтамперную характеристику солнечного элемента. Измерения выполнялись с использованием теплого белого светодиода в качестве источника света.Performance measurements of solar cell stack 1 at different light intensities (illuminances) (intensities are measured in lux) can be performed by irradiating the solar cell stack with light and simultaneously scanning the applied electrical voltage across the solar cell stack to measure and obtain the solar cell I-V characteristic. Measurements were taken using a warm white LED as the light source.

Полученная кривая IV при освещении обеспечивает информацию о напряжении разомкнутой цепи, токе короткого замыкания, коэффициенте заполнения, мощности и КПД преобразования мощности. Путем получения кривых IV при разных интенсивностях света, возможно собрать информацию о зависимости интенсивности света от напряжения разомкнутой цепи, тока короткого замыкания, коэффициента заполнения (отношение максимальной получаемой мощности к произведению напряжения разомкнутой цепи и тока короткого замыкания), мощности и эффективности (КПД) преобразования мощности, соответственно.The resulting IV curve under illumination provides information on open circuit voltage, short circuit current, duty cycle, power, and power conversion efficiency. By obtaining IV curves at different light intensities, it is possible to collect information on the dependence of light intensity on open circuit voltage, short circuit current, duty cycle (the ratio of the maximum power received to the product of open circuit voltage and short circuit current), power and conversion efficiency (COP) power, respectively.

Результат из таблицы 1 получают по измерениям на образце блока 1 солнечного элемента. Измерения на разных блоках солнечного элемента этого типа могут варьироваться. Например, генерируемая мощность на площадь может составлять от 5 мкВт/см2 до 8 мкВт/см2.The result from table 1 is obtained from measurements on a sample solar cell block 1. Measurements on different solar cell units of this type may vary. For example, the generated power per area may be from 5 μW/cm 2 to 8 μW/cm 2 .

Источник света, используемый для облучения светом солнечного элемента, может изменяться в зависимости от применения солнечного элемента. Для применений в помещении может быть полезным использовать электрические лампы дневного света или внутреннее светодиодное освещение. Для применений солнечного элемента, которые используют внешнее освещение, может быть полезным облучать солнечный элемент светом с использованием имитатора солнечного излучения для генерирования искусственного солнечного света.The light source used for irradiating the light of the solar cell may vary depending on the application of the solar cell. For indoor applications, it may be useful to use electric fluorescent lamps or indoor LED lighting. For solar cell applications that use ambient lighting, it may be useful to irradiate the solar cell with light using a solar simulator to generate artificial sunlight.

Интенсивность света источника света можно измерить разными способами, например, с использованием люксметра или спектрорадиометра, расположенного в том же самом положении, что и блок солнечного элемента относительно источника света. В этом случае интенсивность света измерялась с использованием люксметра.The light intensity of a light source can be measured in various ways, for example, using a luxmeter or a spectroradiometer placed at the same position as the solar cell stack relative to the light source. In this case, the light intensity was measured using a luxmeter.

Таблица 1 показывает определенную мощность в микроваттах на квадратный сантиметр (мкВт/см2) для разных интенсивностей света, измеренных в люксах. Как видно из таблицы, блок 1 солнечного элемента генерирует 6,2 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 200 люкс, генерирует 208 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 5000 люкс, и генерирует 730 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 20000 люкс. Это показывает, что фотоэлектрическое зарядное устройство способно вырабатывать более 5 мкВт/см2 и даже более 5,5 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 200 люкс. Это также показывает, что фотоэлектрическое зарядное устройство способно вырабатывать более 700 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет 20000 люкс. Таким образом, блок 1 солнечного элемента по меньшей мере способен вырабатывать от 5,5 до 700 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, составляет от 200 до 20 000 люкс. Мощность, вырабатываемая фотоэлектрическим зарядным устройством, повышается по существу линейно, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, повышается от 200 до 20000 люкс. Таким образом, фотоэлектрическое зарядное устройство способно вырабатывать мощность в широком диапазоне разных условий освещения.Table 1 shows the specific power in microwatts per square centimeter (µW/cm 2 ) for various light intensities measured in lux. As can be seen from the table, the solar cell unit 1 generates 6.2 µW/cm 2 when the light intensity received by the solar cell unit 1 is 200 lux, generates 208 µW/cm 2 when the light intensity received by the solar cell unit 1 is 5000 lux, and generates 730 μW/cm 2 when the light intensity received by the solar cell unit 1 is 20,000 lux. This shows that the photovoltaic charger is capable of generating more than 5 μW/cm 2 and even more than 5.5 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is 200 lux. It also shows that the photovoltaic charger is capable of generating more than 700 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is 20,000 lux. Thus, the solar cell unit 1 is at least capable of generating 5.5 to 700 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer is 200 to 20,000 lux. The power generated by the photovoltaic charger increases substantially linearly when the intensity of light received by the light absorbing layer increases from 200 to 20,000 lux. Thus, the photovoltaic charger is capable of generating power in a wide range of different lighting conditions.

Фиг. 5 показывает диаграмму сгенерированного напряжения (мВ) для интенсивностей света от 200 до 20000 люкс на основе измеренных значений по таблице 1. Как видно из диаграммы и таблицы 1, блок 1 солнечного элемента способен генерировать напряжение 480 мВ в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 200 люкс. Дополнительно, фотоэлектрическое зарядное устройство 200 способно генерировать напряжение 650 мВ в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 20000 люкс. Как видно из диаграммы, повышение сгенерированного напряжения является наибольшим между 200 и 3000 люкс. Сгенерированное напряжение является по существу линейным между 3000 и 20000 люкс. Как видно из таблицы 1, разница в сгенерированном напряжении между 200 и 20000 люкс составляет только 167 мВ. Таким образом, блок 1 солнечного элемента генерирует напряжение, изменяющееся менее чем на 0,2 В в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, изменяется от 200 до 20000 люкс. Соответственно, разница в сгенерированном напряжении между 200 и 20000 люкс составляет примерно 35%.Fig. 5 shows a diagram of the generated voltage (mV) for light intensities from 200 to 20,000 lux based on the measured values in Table 1. As can be seen from the diagram and Table 1, the solar cell unit 1 is capable of generating an open circuit voltage of 480 mV when the intensity of light received block 1 solar cell, is 200 lux. Further, the photovoltaic charger 200 is capable of generating an open circuit voltage of 650 mV when the intensity of the light received by the solar cell unit 1 is 20,000 lux. As can be seen from the diagram, the increase in the generated voltage is greatest between 200 and 3000 lux. The generated voltage is essentially linear between 3000 and 20000 lux. As can be seen from Table 1, the difference in generated voltage between 200 and 20,000 lux is only 167 mV. Thus, the solar cell unit 1 generates a voltage changing by less than 0.2 V in an open circuit when the intensity of light received by the light absorbing layer changes from 200 to 20,000 lux. Accordingly, the difference in generated voltage between 200 and 20,000 lux is approximately 35%.

Фиг. 6 показывает диаграмму сгенерированного тока (мкА/см2) для интенсивностей света от 200 до 20 000 люкс на основе измеренных значений по таблице 1. Как видно из фигуры, ток возрастает линейно.Fig. 6 shows a diagram of the generated current (μA/cm 2 ) for light intensities from 200 to 20,000 lux based on the measured values in Table 1. As can be seen from the figure, the current increases linearly.

Фиг. 7 показывает диаграмму сгенерированной мощности на площадь (мкВт/см2) для интенсивностей света от 200 до 20000 люкс, вычисленной на основе измеренных значений напряжения и тока по таблице 1. Как видно из диаграммы, измеренная мощность по существу пропорциональна интенсивности входящего света в интервале 200-20000 люкс. Fig. 7 shows a graph of the generated power per area (µW/cm 2 ) for light intensities from 200 to 20,000 lux, calculated from the measured voltage and current values in Table 1. As can be seen from the graph, the measured power is essentially proportional to the intensity of the incoming light in the range of 200 -20000 lux.

Дополнительные измерения сгенерированной мощности на площадь для разных условий освещения были произведены на другом примере фотоэлектрического зарядного устройства по изобретению. В этом примере электролит блока 1 солнечного элемента содержит ионы меди (Cu+ и Cu2+), что является единственным отличием между подвергаемыми измерению фотоэлектрическими зарядными устройствами. Условия измерения были теми же самыми. Незагруженное фотоэлектрическое зарядное устройство 200 подвергается воздействию света от 200 до 20000 люкс (люмен на квадратный метр), и измеряется выходное напряжение и выходной ток от фотоэлектрического зарядного устройства. Результат измерений показан в таблице 2 ниже.Additional measurements of the generated power per area for different lighting conditions were made on another example of a photovoltaic charger according to the invention. In this example, the electrolyte of the solar cell unit 1 contains copper ions (Cu + and Cu 2+ ), which is the only difference between the photovoltaic chargers being measured. The measurement conditions were the same. The unloaded photovoltaic charger 200 is exposed to light from 200 to 20,000 lux (lumens per square meter), and the output voltage and output current from the photovoltaic charger are measured. The measurement result is shown in Table 2 below.

Таблица 2. Измерения сгенерированной мощности на активную площадь, тока на активную площадь, напряжения и коэффициента заполнения (ff) для интенсивностей света от 200 до 20000 люкс для блока 1 солнечного элемента, имеющего электролит, содержащий ионы меди; Cu+ в качестве восстановителя и Cu2+ в качестве окислителя.Table 2. Measurements of generated power per active area, current per active area, voltage and duty cycle (ff) for light intensities from 200 to 20000 lux for solar cell bank 1 having an electrolyte containing copper ions; Cu + as a reducing agent and Cu 2+ as an oxidizing agent.

ЛюксSuite мкВт/см2 μW / cm 2 Isc (мкА/см2)Isc (µA/cm 2 ) Voc (мВ)Voc (mV) ff (%)ff (%) 00 00 00 00 00 200200 12,812.8 2525 699699 72,772.7 500500 3838 6767 762762 74,374.3 10001000 85,485.4 140140 800800 76,176.1 20002000 186186 290290 835835 77,177.1 50005000 498498 737737 881881 76,676.6 1000010000 10201020 14901490 915915 75,175.1 2000020000 20202020 29602960 943943 72,372.3 3000030000 29202920 43904390 954954 69,769.7 4000040000 37203720 57505750 958958 67,667.6 5000050000 44104410 70007000 958958 65,865.8

Как видно из таблицы 2, блок 1 солнечного элемента генерирует 12,8 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 200 люкс, генерирует 498 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 5000 люкс, и генерирует 2020 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 20000 люкс. Это показывает, что это фотоэлектрическое зарядное устройство 200 способно вырабатывать более 12 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем 10, составляет 200 люкс. Это также показывает, что фотоэлектрическое зарядное устройство 200 способно вырабатывать более 2000 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем 10, составляет 20000 люкс. Мощность, вырабатываемая фотоэлектрическим зарядным устройством, повышается по существу линейно, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, повышается с 200 до 20000 люкс. Таким образом, фотоэлектрическое зарядное устройство 200 способно вырабатывать мощность в широком диапазоне разных условий освещения.As can be seen from Table 2, the solar cell unit 1 generates 12.8 µW/cm 2 when the light intensity received by the solar cell unit 1 is 200 lux, generates 498 µW/cm 2 when the light intensity received by the solar cell unit 1 is is 5000 lux, and generates 2020 μW/cm 2 when the intensity of light received by the solar cell unit 1 is 20000 lux. This shows that this photovoltaic charger 200 is capable of generating more than 12 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer 10 is 200 lux. It also shows that the photovoltaic charger 200 is capable of generating more than 2,000 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer 10 is 20,000 lux. The power generated by the photovoltaic charger increases substantially linearly when the intensity of light received by the light absorbing layer increases from 200 to 20,000 lux. Thus, the photovoltaic charger 200 is capable of generating power in a wide range of different lighting conditions.

Фиг. 8 показывает диаграмму сгенерированного напряжения (мВ) для интенсивностей света от 200 до 50000 люкс на основе измеренных значений по таблице 2. Как видно из диаграммы и таблицы 2, блок 1 солнечного элемента способен генерировать напряжение 699 мВ в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 200 люкс. Дополнительно, фотоэлектрическое зарядное устройство 200 способно генерировать напряжение 943 мВ в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого блоком 1 солнечного элемента, составляет 20000 люкс. Как видно из диаграммы, сгенерированное напряжение является по существу линейным между 3000 и 50000 люкс. Как видно из таблицы 2, разница в сгенерированном напряжении между 200 и 20000 люкс составляет всего 244 мВ. Соответственно, разница в сгенерированном напряжении между 200 и 20000 люкс составляет примерно 35%. Разница в сгенерированном напряжении между 200 и 50000 люкс составляет всего 259 мВ. Таким образом, блок 1 солнечного элемента генерирует напряжение, изменяющееся менее чем на 300 мВ в разомкнутой цепи, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем, изменяется между 200 и 50000 люкс. Соответственно, разница в сгенерированном напряжении между 200 и 50000 люкс составляет примерно 37%.Fig. 8 shows a diagram of the generated voltage (mV) for light intensities from 200 to 50,000 lux based on the measured values in Table 2. As can be seen from the diagram and Table 2, the solar cell unit 1 is capable of generating an open circuit voltage of 699 mV when the intensity of the light received block 1 solar cell, is 200 lux. Further, the photovoltaic charger 200 is capable of generating an open circuit voltage of 943 mV when the intensity of the light received by the solar cell unit 1 is 20,000 lux. As can be seen from the diagram, the generated voltage is essentially linear between 3000 and 50000 lux. As can be seen from Table 2, the difference in generated voltage between 200 and 20,000 lux is only 244 mV. Accordingly, the difference in generated voltage between 200 and 20,000 lux is approximately 35%. The difference in generated voltage between 200 and 50,000 lux is only 259 mV. Thus, the solar cell unit 1 generates a voltage varying by less than 300 mV in an open circuit when the intensity of light received by the light absorbing layer changes between 200 and 50,000 lux. Accordingly, the difference in generated voltage between 200 and 50,000 lux is approximately 37%.

Фиг. 9 показывает диаграмму сгенерированного тока (мкА/см2) для интенсивностей света от 200 до 50000 люкс на основе измеренных значений по таблице 2. Как видно из фигуры, ток повышается линейно.Fig. 9 shows a diagram of the generated current (µA/cm 2 ) for light intensities from 200 to 50,000 lux based on the measured values in Table 2. As can be seen from the figure, the current rises linearly.

Фиг. 10 показывает диаграмму сгенерированной мощности на площадь (мкВт/см2) для интенсивностей света от 200 до 50000 люкс, вычисленной на основе измеренных значений напряжения и тока по таблице 1. Как видно из диаграммы, измеренная мощность по существу пропорциональна интенсивности входящего света в интервале 200-20000 люкс. Fig. 10 shows a graph of the generated power per area (µW/ cm2 ) for light intensities from 200 to 50,000 lux, calculated from the measured voltage and current values in Table 1. As can be seen from the graph, the measured power is essentially proportional to the intensity of the incoming light in the range of 200 -20000 lux.

Настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления, но может изменяться и модифицироваться в пределах объема следующей формулы изобретения. Например, второй проводящий слой 16 может быть исключен. Исключение второго проводящего слоя может уменьшить диапазон различных условий освещения, при которых блок солнечного элемента может вырабатывать достаточно мощности для питания устройства. Однако, в некоторых применениях условия освещения не изменяются так сильно, и достаточно блока солнечного элемента, способного вырабатывать мощность в меньшем диапазоне.The present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be changed and modified within the scope of the following claims. For example, the second conductive layer 16 may be omitted. Eliminating the second conductive layer can reduce the range of different lighting conditions under which the solar cell stack can generate enough power to power the device. However, in some applications, lighting conditions do not change as much and a solar cell unit capable of producing power in a smaller range is sufficient.

Claims (33)

1. Блок (1; 1’) сенсибилизированного красителем солнечного элемента, содержащий:1. Block (1; 1’) of a dye-sensitized solar cell, containing: - рабочий электрод, содержащий пористый светопоглощающий слой (10),- a working electrode containing a porous light-absorbing layer (10), - пористый первый проводящий слой (12), включающий в себя проводящий материал для извлечения фотогенерированных электронов из светопоглощающего слоя (10), причем светопоглощающий слой расположен поверх первого проводящего слоя,- a porous first conductive layer (12), including a conductive material for extracting photogenerated electrons from the light-absorbing layer (10), the light-absorbing layer being located on top of the first conductive layer, - пористый изолирующий слой (105), выполненный из изолирующего материала, причем первый проводящий слой (12) сформирован на одной стороне пористого изолирующего слоя (105),a porous insulating layer (105) made of an insulating material, wherein the first conductive layer (12) is formed on one side of the porous insulating layer (105), - противоэлектрод, содержащий пористый каталитический проводящий слой (106; 106’), сформированный на противоположной стороне пористого изолирующего слоя (105), и - a counter electrode containing a porous catalytic conductive layer (106; 106') formed on the opposite side of the porous insulating layer (105), and - ионный электролит для переноса электронов от противоэлектрода к рабочему электроду, расположенный в порах пористого первого проводящего слоя (12), пористого каталитического проводящего слоя (106; 106’) и пористого изолирующего слоя (105), причем первый проводящий слой (12) содержит изолирующий оксидный слой (109), сформированный на поверхностях проводящего материала, а пористый каталитический проводящий слой (106; 106’) содержит проводящий материал (107’) и каталитические частицы (107’’), распределенные в проводящем материале (107’), для улучшения переноса электронов от проводящего материала к электролиту,- ionic electrolyte for electron transfer from the counter electrode to the working electrode, located in the pores of the porous first conductive layer (12), the porous catalytic conductive layer (106; 106') and the porous insulating layer (105), wherein the first conductive layer (12) contains an insulating an oxide layer (109) formed on the surfaces of the conductive material, and the porous catalytic conductive layer (106; 106') contains the conductive material (107') and catalytic particles (107'') dispersed in the conductive material (107') to improve transfer of electrons from a conductive material to an electrolyte, при этом толщина изолирующего оксидного слоя (109) составляет от 10 до 200 нм. while the thickness of the insulating oxide layer (109) is from 10 to 200 nm. 2. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по п. 1, в котором каталитические частицы (107’’) равномерно распределены в проводящем материале (107’) пористого каталитического проводящего слоя (106; 106’). 2. The dye-sensitized solar cell assembly according to claim 1, wherein the catalytic particles (107'') are uniformly distributed in the conductive material (107') of the porous catalytic conductive layer (106; 106'). 3. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором проводящий материал (107’) пористого каталитического проводящего слоя (106) формирует пористую матрицу и каталитические частицы (107’’) распределены в пористой матрице.3. The dye sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein the conductive material (107') of the porous catalytic conductive layer (106) forms a porous matrix and the catalytic particles (107'') are dispersed in the porous matrix. 4. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый каталитический проводящий слой (106; 106’) содержит от 1 до 50 мас.% каталитических частиц (107’’).4. The dye-sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein said catalytic conductive layer (106; 106') contains from 1 to 50% by weight of catalytic particles (107''). 5. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором противоэлектрод содержит второй проводящий слой (16), включающий в себя проводящий материал в электрическом контакте с пористым каталитическим проводящим слоем (106; 106’), причем второй проводящий слой (16) является некаталитическим, а пористый каталитический проводящий слой (106; 106’) расположен между пористым изолирующим слоем (105) и вторым проводящим слоем (16).5. The dye-sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein the counter electrode comprises a second conductive layer (16) including a conductive material in electrical contact with a porous catalytic conductive layer (106; 106'), wherein the second conductive layer (16 ) is non-catalytic, and the porous catalytic conductive layer (106; 106') is located between the porous insulating layer (105) and the second conductive layer (16). 6. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый проводящий материал (107’) первого проводящего слоя (12) является титаном, а упомянутый изолирующий оксидный слой (109) является оксидом титана, образованным на поверхностях титана.6. The dye-sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein said conductive material (107') of the first conductive layer (12) is titanium and said insulating oxide layer (109) is titanium oxide formed on titanium surfaces. 7. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые каталитические частицы (107’’) являются платинированными частицами углерода.7. The dye-sensitized solar cell assembly of any one of the preceding claims, wherein said catalyst particles (107'') are platinized carbon particles. 8. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый проводящий материал (107’) пористого каталитического проводящего слоя (106; 106’) является титаном.8. The dye-sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein said conductive material (107') of the porous catalytic conductive layer (106; 106') is titanium. 9. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутый проводящий материал (107’) пористого каталитического проводящего слоя (106; 106’) является титаном, упомянутые каталитические частицы (107’’) являются платинированными частицами углерода, а пористый каталитический проводящий слой содержит от 50 до 90 мас.% титана, по меньшей мере 5 мас.% углерода и по меньшей мере 0,001 мас.% платины.9. The dye sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein said conductive material (107') of the porous catalytic conductive layer (106; 106') is titanium, said catalytic particles (107'') are platinized carbon particles, and the porous the catalytic conductive layer contains from 50 to 90 wt.% titanium, at least 5 wt.% carbon and at least 0.001 wt.% platinum. 10. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором по меньшей мере 80% упомянутых каталитических частиц (107’’) имеют диаметр менее 50 нм.10. The dye sensitized solar cell assembly of any one of the preceding claims, wherein at least 80% of said catalyst particles (107'') are less than 50 nm in diameter. 11. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, в котором толщина упомянутого изолирующего оксидного слоя (109) составляет от 20 до 50 нм.11. The dye sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein said insulating oxide layer (109) is between 20 and 50 nm thick. 12. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, причем блок (1; 1’) солнечного элемента вырабатывает по меньшей мере 5 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем (10), составляет 200 люкс, и по меньшей мере 600 мкВт/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем (10), составляет 20000 люкс.12. The dye-sensitized solar cell unit according to any one of the preceding claims, wherein the solar cell unit (1; 1') produces at least 5 μW/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer (10) is 200 lux, and at least 600 μW/cm 2 when the intensity of light received by the light absorbing layer (10) is 20,000 lux. 13. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, причем блок (1; 1’) солнечного элемента генерирует напряжение, изменяющееся менее чем на 40%, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем (10), изменяется между 200 и 50000 люкс.13. A dye-sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein the solar cell assembly (1; 1') generates a voltage varying by less than 40% when the intensity of light received by the light absorbing layer (10) varies between 200 and 50,000 lux . 14. Блок сенсибилизированного красителем солнечного элемента по любому из предшествующих пунктов, причем блок (1; 1’) солнечного элемента вырабатывает ток по меньшей мере 15 мкА/см2, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем (10), составляет 200 люкс, и вырабатываемый блоком солнечного элемента ток линейно увеличивается, когда интенсивность света, принимаемого светопоглощающим слоем (10), повышается с 200 до 20000 люкс.14. The dye-sensitized solar cell assembly according to any one of the preceding claims, wherein the solar cell assembly (1; 1') generates a current of at least 15 µA/cm 2 when the light intensity received by the light absorbing layer (10) is 200 lux, and the current generated by the solar cell unit increases linearly when the intensity of the light received by the light absorbing layer (10) increases from 200 to 20,000 lux. 15. Фотоэлектрическое зарядное устройство (200), приспособленное для зарядки электронного устройства, содержащее:15. Photoelectric charger (200) adapted for charging an electronic device, containing: - блок (1, 1’) сенсибилизированного красителем солнечного элемента по п. 1, - a block (1, 1') of a dye-sensitized solar cell according to claim 1, - оболочку (5), инкапсулирующую блок солнечного элемента,- a shell (5) encapsulating the solar cell unit, - первый проводник (18), электрически соединенный с первым проводящим слоем (12), и - a first conductor (18) electrically connected to the first conductive layer (12), and - по меньшей мере один второй проводник (20), электрически соединенный со вторым проводящим слоем (16), причем фотоэлектрическое зарядное устройство (200) содержит только один-единственный блок (1, 1’) солнечного элемента и повышающий преобразователь (22), электрически соединенный с первым и вторым проводниками (18, 20), и при этом повышающий преобразователь приспособлен повышать напряжение от блока солнечного элемента, в то же время снижая ток от блока солнечного элемента.- at least one second conductor (20) electrically connected to the second conductive layer (16), moreover, the photovoltaic charger (200) contains only one single solar cell block (1, 1') and a boost converter (22), electrically connected to the first and second conductors (18, 20), wherein the boost converter is adapted to increase the voltage from the solar cell pack while at the same time decreasing the current from the solar cell pack. 16. Способ изготовления блока солнечного элемента по п. 1, причем способ содержит:16. A method for manufacturing a solar cell block according to claim 1, the method comprising: - приготовление первого красителя, содержащего проводящие частицы,- preparation of the first dye containing conductive particles, - приготовление второго красителя, содержащего смесь проводящих частиц (107’) и каталитических частиц (107’’),- preparation of a second dye containing a mixture of conductive particles (107') and catalytic particles (107''), - обеспечение пористой изолирующей подложки (105),- providing a porous insulating substrate (105), - нанесение первого слоя первого красителя на первую сторону пористой изолирующей подложки, - applying the first layer of the first dye to the first side of the porous insulating substrate, - нанесение второго слоя второго красителя на вторую сторону пористой изолирующей подложки, - applying a second layer of the second dye to the second side of the porous insulating substrate, - спекание пористой изолирующей подложки с нанесенными слоями с преобразованием первого слоя в пористый первый проводящий слой (12) и второго слоя в пористый каталитический проводящий слой (106; 106’), и- sintering the porous insulating substrate with the applied layers, converting the first layer into a porous first conductive layer (12) and the second layer into a porous catalytic conductive layer (106; 106'), and - нагрев пористой изолирующей подложки со спеченными проводящими слоями в воздухе с образованием оксида титана на поверхностях первого проводящего слоя.- heating the porous insulating substrate with sintered conductive layers in air to form titanium oxide on the surfaces of the first conductive layer.
RU2021100709A 2018-07-16 2019-05-07 Dye-sensitized solar cell unit, a photovoltaic charger including a dye-sensitized solar cell unit, and a method for manufacturing a solar cell unit RU2792023C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18183590.1 2018-07-16
SE1950025-5 2019-01-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2792023C1 true RU2792023C1 (en) 2023-03-15

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6291763B1 (en) * 1999-04-06 2001-09-18 Fuji Photo Film Co., Ltd. Photoelectric conversion device and photo cell
JP2007324080A (en) * 2006-06-05 2007-12-13 Japan Carlit Co Ltd:The Electrolyte-catalyst composite electrode for dye-sensitized solar battery, its manufacturing method, and dye-sensitized solar battery comprising the same
WO2013149787A1 (en) * 2012-04-04 2013-10-10 Exeger Sweden Ab A dye-sensitized solar cell module having a serial structure and a method for manufacturing the solar cell
RU2545352C1 (en) * 2013-12-17 2015-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" Photoconverter element

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6291763B1 (en) * 1999-04-06 2001-09-18 Fuji Photo Film Co., Ltd. Photoelectric conversion device and photo cell
JP2007324080A (en) * 2006-06-05 2007-12-13 Japan Carlit Co Ltd:The Electrolyte-catalyst composite electrode for dye-sensitized solar battery, its manufacturing method, and dye-sensitized solar battery comprising the same
WO2013149787A1 (en) * 2012-04-04 2013-10-10 Exeger Sweden Ab A dye-sensitized solar cell module having a serial structure and a method for manufacturing the solar cell
RU2545352C1 (en) * 2013-12-17 2015-03-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тольяттинский государственный университет" Photoconverter element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10964486B2 (en) Dye-sensitized solar cell unit and a photovoltaic charger including the solar cell unit
KR100658263B1 (en) Tandem structured photovoltaic cell and preparation method thereof
US7649140B2 (en) Photovoltaic module with full utilization of surface area
CN101510470B (en) Laminated structure of amorphous silicon solar battery and dye sensitization battery
EP3824488B1 (en) A dye-sensitized solar cell unit, a photovoltaic charger including the dye-sensitized solar cell unit and a method for producing the solar cell unit
JP5489621B2 (en) Photoelectric conversion element and photovoltaic device using the photoelectric conversion element
RU2792023C1 (en) Dye-sensitized solar cell unit, a photovoltaic charger including a dye-sensitized solar cell unit, and a method for manufacturing a solar cell unit
CN202949381U (en) Photovoltaic cell device for photovoltaic solar building integration
TWI780213B (en) A photovoltaic charger for charging an electronic device, a method for producing the photovoltaic charger, and use of the photovoltaic charger for charging an electronic device
Alfa et al. Fabrication and Characterisation of Titanium Dioxide Based Dye Sensitized Solar Cell using Flame of the Forest Dye
EP3598465A1 (en) Photovoltaic cell with fiber mesh support and charger for portable electronics
Arvani et al. Flexible energy supply for distributed electronics powered by organic solar cell and printed supercapacitor
Kim et al. A study of the photo-electric efficiency of dye-sensitized solar cells under lower light intensity
Xiao et al. Potential Applications of Organic Solar Cells
Toivola Dye-sensitized solar cells on alternative substrates
CN113838981B (en) Photoelectric energy storage device and preparation method thereof
Miyasaka Dye-sensitized solar cells built on plastic substrates by low-temperature preparation of semiconductor films
KR20230107106A (en) Photo-charging storage device
Lee et al. Five strip-type dye sensitized solar cells with metal grid lines