DE102007050680A1 - Sheet structure, especially polymer-based photovoltaic element, e.g. for solar cell, comprises supporting grating with lattice openings covered by skin of viscous coating material - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Flächengebilde gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und insbesondere ein Flächengebilde, das ein fotovoltaisches Element auf Polymerbasis bildet, wobei das fotovoltaische Element eine erste und eine zweite Elektrode und ein fotovoltaisch aktives Schichtengebilde aus viskosem Schichtmaterial zwischen den beiden Elektroden aufweist, wobei eine Elektrode als Gitterelektrode ausgebildet ist.The The invention relates to a fabric according to the preamble of claim 1 and in particular a sheet, the forms a photovoltaic element based on polymer, wherein the photovoltaic Element a first and a second electrode and a photovoltaic active Layers of viscose layer material between the two Having electrodes, wherein one electrode formed as a grid electrode is.
Aus
der
Ein
fotovoltaisches Element (DSSC) mit einer Gitterelektrode ist beispielsweise
auch aus der
Aus
der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flächengebilde, insbesondere ein fotovoltaisches Element auf Polymerbasis zu schaffen, das einfach herstellbar ist.Of the Invention is based on the object, a sheet, in particular to provide a polymer-based photovoltaic element, that is easy to produce.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1, d. h. dadurch gelöst, dass das Trägerelement von einem Gittermaterial gebildet ist, dessen Rastergitter und die Oberflächenspannung des Beschichtungsmaterials aneinander derartig angepasst sind, dass die Kavitätsfenster des Gittermaterials des Trägerelementes nach dem Beschichten des Trägerelementes von einer Haut des viskosen Beschichtungsmaterials überspannt sind, die nach dem Trocknen einen das Gittermaterial bedeckenden und rissfrei überspannenden Film bildet.These The object is achieved by the features of claim 1, d. H. thereby solved that the carrier element of a grid material is formed, its grid and the surface tension of the coating material are adapted to each other such that the cavity window of the grid material of the carrier element after coating the carrier element of a skin of the viscous coating material are spanned, the after drying, a film covering the grid material and spanning crack-free spanning forms.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass bei der Herstellung flexibler fotovoltaischer Elemente in Gestalt flexibler Solarzellen auf Polymerbasis sehr dünnflüssige Medien, wie beispielsweise SC-Gemische (Halbleiter) aus PCBM (Fullerene; Elektronenakzeptor) und P3HT (Poly-3-hexylthiopene; Elektronendonator), mit hoher Genauigkeit appliziert und verdruckt werden müssen, um ein entsprechendes Modul zu realisieren. Bei dem SC-Gemisch ist die niedrige Viskosität insbesondere durch die schlechte und somit sehr niedrige Lösbarkeit der Ausgangskomponenten in Form von PCBM und P3HT in einem Lösungsmittel bedingt und kann bislang nicht einfach umgangen werden. Sollen derartige partielle Bereiche auf einen flexiblen Träger gedruckt und hierbei die erforderliche Schichtdicke erzielt werden, um ein fotovoltaisches Element auf Polymerbasis zu realisieren, so ist dies nur durch einen Mehrfachdruck möglich. Durch die Erfindung wird es nun möglich, ohne einen technisch sehr aufwendigen und teuren Mehrfachdruck derartige Schichten zu realisieren. Das erfindungsgemäße Flächengebilde zeichnet sich hierbei weiter durch eine besonders hohe Güte der Beschichtungsmaterial-Schicht aus, so dass mittels der Erfindung insbesondere fotovoltaische Elemente auf Polymerbasis geschaffen werden können, die sich durch kostengünstige Herstellung und hohe Effizienz auszeichnen.Of the Invention is based on the consideration that in the production flexible photovoltaic elements in the form of flexible solar cells Polymer-based very fluid media, such as For example, SC mixtures (semiconductors) from PCBM (fullerenes, electron acceptor) and P3HT (poly-3-hexylthiopene; electron donor) with high accuracy must be applied and printed to a corresponding Module to realize. For the SC mixture, the low viscosity is especially due to the poor and thus very low solubility the starting components in the form of PCBM and P3HT in a solvent conditionally and so far can not be easily avoided. Should such partial areas printed on a flexible support and in this case the required layer thickness can be achieved to a Such is to realize polymer-based photovoltaic element this only possible by multiple printing. By the invention It is now possible without a technically very complex and expensive multiple printing to realize such layers. The Inventive sheet draws This continues through a particularly high quality of Coating material layer, so that by means of the invention In particular, photovoltaic elements based on polymer created Can be made by cost-effective production and high efficiency.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Flächengebilde um ein fotovoltaisches Element, bei dem es sich beispielsweise um eine Solarzelle oder um eine Leuchtdiode o. dgl. handeln kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das fotovoltaische Element eine selbsttragende Gitterelektrode auf, so dass ein Substrat für die Gitterelektrode prinzipiell entbehrlich ist. Vorzugsweise bildet die selbsttragende Gitterelektrode direkt und unmittelbar einen Benetzungsträger für das viskose Beschichtungsmaterial, insbesondere für das viskose Beschichtungsmaterial des fotovoltaisch aktiven Schichtengebildes des fotovoltaischen Elements, wobei die Kavitätsfenster der selbsttragenden Gitterelektrode von der Haut des viskosen Schichtmaterials überspannt sind.Preferably, the sheet is a photovoltaic element, which may be, for example, a solar cell or a light-emitting diode o. The like. According to a before Toward the embodiment of the invention, the photovoltaic element has a self-supporting grid electrode, so that a substrate for the grid electrode is basically dispensable. Preferably, the self-supporting grid electrode directly and directly forms a wetting carrier for the viscous coating material, in particular for the viscous coating material of the photovoltaically active layer structure of the photovoltaic element, wherein the cavity windows of the self-supporting grid electrode are covered by the skin of the viscous layer material.
Dabei kann es zweckmäßig sein, wenn die Gitterelektrode partiell eine Oberflächenbeschichtung aufweist, und wenn die oberflächenbeschichtete Gitterelektrode von der Haut aus dem viskosen Schichtmaterial überspannt ist.there it may be useful if the grid electrode partially has a surface coating, and when the surface-coated grid electrode from the skin is spanned from the viscous layer material.
Die selbsttragende Gitterelektrode kann aus einem Metalldrahtgitter oder aus einem oberflächenmetallisierten Gitterflächenelement aus nichtmetallischen Gitterfäden bestehen. Das Metalldrahtgitter kann aus jedem beliebigen Drahtmaterial, wie beispielsweise einem Kupferdraht, bestehen, wobei das Metalldrahtgitter auch aus einem beliebigen anderen Metall- oder Metalllegierungsdraht bestehen kann.The self-supporting grid electrode can be made of a metal wire grid or a surface-metallized grid surface element consist of non-metallic grid threads. The metal wire grid can be made of any wire material, such as a Copper wire, the metal wire mesh also consist of a can consist of any other metal or metal alloy wire.
Die Struktur des Gittermaterials kann einheitlich sein, d. h. bei Betrachtung senkrecht zur Gitterebene in Form eines symmetrischen Gitters ausgeformt sein. Es jedoch auch möglich, dass die Struktur des Gittematerials nicht regelmäßig ausgestaltet ist, beispielsweise in ein oder beide Raumrichtungen, die das Gitter aufspannen, unterschiedliche konstante Rasterabstände aufweist. Weiter ist es möglich, dass die Gitterlinien des Gitters nicht geradlinig sind, sondern beispielsweise geometrisch transformiert in Form einer Schlangenlinie verlaufend oder auch schiefwinklig zueinander angeordnet, d. h. beispielsweise durch ein geometrisch transformiertes Koordinatensystem definiert sind, welches durch zwei nicht durch die selbe geometrische Funktion beschriebene Koordinatenachsen aufgespannt wird. Weiter kann das Gittermaterial auch Bereiche mit unterschiedlichen Mustern aufweisen, wobei die Muster sowohl funktionale als auch nichtfunktionale Eigenschaften besitzen können.The Structure of the grid material may be uniform, i. H. on consideration formed perpendicular to the lattice plane in the form of a symmetrical grid be. However, it is also possible that the structure of the lattice material is not configured regularly, for example in one or both spatial directions, which span the grid, different has constant pitches. It is also possible that the grid lines of the grid are not straight, but for example, geometrically transformed in the form of a serpentine line or also obliquely arranged to each other, d. H. for example a geometrically transformed coordinate system are defined, which is described by two not by the same geometric function Coordinate axes is spanned. Next, the grid material also have areas with different patterns, the Patterns have both functional and non-functional properties can.
Besteht die Gitterelektrode aus einem Drahtgebilde, so können die Drähte der Gitterelektrode auch aus einem Mehrschichtgebilde gebildet sein. Das Drahtgitter weist hierbei bevorzugt ein Webmuster auf, bei dem zwei Schussfäden nebeneinanderliegen, wobei auch andere Variationen möglich sind.Consists the grid electrode of a wireform, so can the Wires of the grid electrode also from a multi-layer structure be formed. The wire mesh here preferably has a weave pattern on, in which two weft threads are juxtaposed, wherein Other variations are possible.
Gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung weist das Drahtgitter in einer Richtung nur leitende Fäden und in einer anderen Richtung nicht leitende Fäden auf, so dass sich eine richtungsabhängige Leitfähigkeit ergibt. Weiter ist es auch möglich, dass die Gitterfäden auch abwechselnd leitend und nichtleitend sind oder in bestimmten Bereichen leitende und in anderen Bereichen nichtleitende Gitterfäden vorgesehen sind. Durch eine entsprechende Auswahl von leitfähigen und nichtleitfähigen Fäden für bestimmte Bereiche des fotovoltaischen Elements ist es möglich, ein gesamtes Modul bestehend aus mehreren fotovolatischen Zellen ohne eine Zerteilung des Gitters auf einer einzigen Gittermateriallage (Datengitter) aufzubauen. Hierdurch wird ein besonders kostengünstiger Aufbau eines fotovoltaischen Moduls ermöglicht. Weiter ist es auch möglich, bei der Herstellung des fotovoltaischen Moduls das Gitter entsprechend zu zerteilen und anschließend schaltungsgerechte Kontaktierungen vorzusehen. Auch eine Kombination dieser beiden Verfahren ist zur Herstellung eines fotovoltaischen Moduls möglich.According to one preferred embodiment of the invention, the Wire mesh in one direction only conductive threads and in another direction non-conductive threads, so that there is a directional conductivity. Further, it is also possible that the grid threads also alternately conductive and non-conductive or in certain Conductive and in other areas non-conductive grid threads are provided. By an appropriate selection of conductive and non-conductive threads for certain Areas of the photovoltaic element makes it possible to enter entire module consisting of several photovoltaic cells without a division of the grid on a single grid material layer Build up (data grid). This will be a particularly cost-effective Construction of a photovoltaic module allows. Further It is also possible in the production of photovoltaic Module to divide the grid accordingly and then provide circuit-compatible contacts. Also a combination Both of these methods is for producing a photovoltaic Module possible.
Weiter ist es auch möglich, abwechselnd leitende und nichtleitende Fäden vorzusehen oder einzelne Fäden oder das gesamte Gitter zumindestens partiell farbig auszuführen.Further It is also possible, alternating conductive and non-conductive Provide threads or single threads or the entire grid at least partially colored perform.
Bei dem oberflächenmetallisierten Gitterflächenelement aus nichtmetallischen Gitterfäden kann es sich z. B. um ein Flächengebilde aus Kunststofffäden handeln, die oberflächlich metallisiert sind. Von Wichtigkeit ist einzig und allein, dass der Gitterabstand der Gitterelektrode und die Oberflächenspannung des viskosen Beschichtungsmaterials, insbesondere des fotovoltaisch aktiven Schichtengebildes aneinander derartig angepasst sind, dass die Kavitätsfenster der Gitterelektrode von einer Haut des viskosen Beschichtungsmaterials, z. B. SC, überspannt werden, die nach dem Trocknen einen das Gittermaterial bedeckenden und rissfrei überspannenden Film bildet. Die Haut aus dem viskosen Schichtmaterial kann an der Gitterelektrode ein- oder mehrlagig vorgesehen sein.at the surface metallized grid surface element from non-metallic grid yarns, it may be, for. B. order a sheet of plastic threads act, which are superficially metallized. Of importance is solely and solely, that the lattice spacing of the grid electrode and the surface tension of the viscous coating material, in particular of the photovoltaically active layer structure together are adapted such that the cavity window of the grid electrode from a skin of the viscous coating material, e.g. B. SC, spans which, after drying, cover one of the lattice material and forming a crack-free spanning film. The skin from the Viscous layer material may be single or multi-layered at the grid electrode be provided.
Weiter ist es auch möglich, dass die filmbildende Schicht bzw. die filmbildenden Schichten nur bereichsweise auf dem Gittermaterial vorgesehen sind, beispielsweise das Gittermaterial nur zur Hälfte bedecken, und so ein Teil des Gittermaterials frei zugänglich ist. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Gittermaterial eine Gitterelektrode ausbildet.Further it is also possible that the film-forming layer or the film-forming layers only partially on the grid material are provided, for example, the grid material only half cover, and so a part of the grid material freely accessible is. This is particularly advantageous when the grid material forms a grid electrode.
Das fotovoltaische Schichtgebilde des fotovoltaischen Elements wird vorzugsweise zwischen zwei (flexiblen) Trägern einlaminiert, bei denen es sich um zwei Kunststoffträgersubstrate, beispielsweise um Kunststofffolien einer Dicke zwischen 12 und 250 μm handeln kann, aber auch um zwei transparente Glasträger handeln kann. Das Gittermaterial des Flächengebildes übernimmt vorteilhafter Weise insbesondere bei der Verwendung von transparenten Glasträgern zusätzlich eine Steifigkeitsfunktion. Wird das Gittermaterial so beispielsweise als selbsttrangendes Drahtgitter ausgebildet, so ergibt sich in Verbindung mit den beidseitig laminierten Trägersubstraten ein mechanisch äußerst stabiles Gebilde, bei dem das Drahtgitter sowohl wesentliche elektrische, als auch wesentliche mechanische Funktionen übernimmt. Auch mehrere Stapel solcher Gebilde können übereinander angeordnet sein und ein fotovoltaisches Element, beispielsweise ein fotovoltaisches Modul ausbilden.The photovoltaic layer structure of the photovoltaic element is preferably laminated between two (flexible) carriers, which are two plastic substrates, for example to plastic films of a thickness between 12 and 250 microns can act, but also around two transparent glass slides can act. The grid material of the fabric takes over Advantageously, especially when using transparent glass slides in addition a stiffness function. Will the grid material for example, designed as a self-tending wire mesh, this results in connection with the carrier substrates laminated on both sides a mechanically extremely stable structure in which the wire mesh both essential electrical, as well as essential takes over mechanical functions. Also several stacks of such Formations can be arranged one above the other and a photovoltaic element, for example a photovoltaic Train module.
Weiter ist es auch möglich, dass das fotoaktive Schichtgebilde mit dem Gittermaterial umspritzt ist, insbesondere mit Kunststoff umspritzt ist und so vor Umwelteinflüssen geschützt ist.Further it is also possible that the photoactive layered structure is encapsulated with the grid material, in particular with plastic is overmoulded and thus protected from environmental influences is.
Weiter ist es auch möglich, dass das fotoaktive Schichtgebilde mit dem Gittermaterial auf sonstige Weise in einem eine Folie oder eine Folienbahn ausgebildeten Mehrschichtkörper eingebracht ist. In diesem Fall wird das Flächengebilde von dem mehrschichten Folienkörper gebildet. Hierbei ist es auch möglich, dass einzelne Schichten des Folienkörpers – nach deren Applikation – strukturiert werden oder der Folienkörper insgesamt strukturiert sein kann.Further it is also possible that the photoactive layered structure with the grid material in any other way in a foil or introduced a film web formed multi-layer body is. In this case, the sheet of the multilayer Formed film body. It is also possible that individual layers of the film body - after their application - are structured or the film body can be structured overall.
Erfindungsgemäß kann die Oberflächenbeschichtung die Gitterelektrode partiell bedecken, und die oberflächenbeschichtete Gitterelektrode kann von der Haut aus dem viskosen Schichtmaterial überspannt sein. Dabei kann die die oberflächenbeschichtete Gitterelektrode überspannende Haut aus dem viskosen Schichtmaterial die Gitterelektrode mit Ausnahme eines Kontaktflächenabschnittes bedecken.According to the invention the surface coating the grid electrode partially Cover, and the surface-coated grid electrode may be spanned by the skin from the viscous layer material. In this case, the surface-coated grid electrode spanning Skin from the viscous layer material the grid electrode except cover a contact surface portion.
Die Oberflächenbeschichtung der Gitterelektrode kann beispielsweise aus TiOx bestehen und beispielsweise über eine chemische Reaktion, wie z. B. Hydrolisierung, oder über einen Kathodenzerstäubungsvorgang oder dergleichen gebildet werden. Selbstverständlich sind im Falle einer organischen Photovoltaik Zelle auch andere Lochblockermaterialien oder – Materialkombinationen möglich. Das heißt, es ist selbstverständlich auch möglich, für die Oberflächenbeschichtung der selbsttragenden Gitterelektrode ein anderes geeignetes Material zu benutzen.The surface coating of the grid electrode can for example consist of TiO x and, for example via a chemical reaction such. As hydrolization, or via a sputtering process or the like. Of course, in the case of an organic photovoltaic cell, other hole blocker materials or material combinations are possible. That is, it is of course also possible to use another suitable material for the surface coating of the self-supporting grid electrode.
Vorzugsweise besteht das fotovoltaisch aktive Schichtgebilde aus einer Lage bestehend aus einem Halbleitermaterial, im folgenden als SC (Semiconductor) bezeichnet, wobei ausgehend von der SC Lage in Richtung der einen Elektrode eine Lage bestehend aus einem Elektronenblocker und in Richtung der anderen Elektrode eine Lage bestehend aus einem Lochblockermaterial vorgesehen ist. Bei dem Elektronenblockermaterial und dem Lochblockermaterial kann es sich hierbei ebenfalls um ein Material mit halbleitenden Eigenschaften, beispielsweise um TiOx handeln. Als SC-Material wird ein Halbleitermaterial verwendet, bei dem beim Einfall eines Lichtquants eine Ladungstrennung erfolgt, d. h. ein fotoaktives Halbleitermaterial darstellt. Vorzugsweise besteht das SC-Material aus einem Gemisch enthaltend einen Elektronendonator und einen Elektronenakzeptor. Auf die Lochblockerschicht und/oder Elektronenblockerschicht kann auch verzichtet werden.Preferably, the photovoltaically active layer structure consists of a layer consisting of a semiconductor material, hereinafter referred to as SC (semiconductor), starting from the SC layer in the direction of the one electrode, a layer consisting of an electron blocker and in the direction of the other electrode, a layer consisting of a hole blocker material is provided. The electron blocker material and the hole blocker material may likewise be a material having semiconductive properties, for example TiO x . As a SC material, a semiconductor material is used, in which the charge of a light quantum occurs, ie represents a photoactive semiconductor material. Preferably, the SC material consists of a mixture containing an electron donor and an electron acceptor. The hole blocking layer and / or electron blocking layer can also be dispensed with.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das fotovoltaisch aktive Schichtengebilde bspw. mindestens eine Lage SC (Semiconductor) und mindestens eine Lage PEDOT:PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonat)) auf. Wie bereits eingangs erwähnt worden ist, handelt es sich beispielsweise beim SC um ein Gemisch aus PCBM und P3HT, wobei das Verhältnis von PCBM:P3HT zwischen 0,5:2 und 2:0,5 betragen kann. Das fotovoltaisch aktive Schichtengebilde kann auch mehr als eine Lage SC und mehr als eine Lage PEDOT:PSSaufweisen. Desgleichen kann vorgesehen sein, dass die PEDOT:PSS-Lage durch eine oder mehrere andere Elektronenblocker-Schichten oder Kombinationen solcher Schichten ersetzt sein kann. Sowohl die Lochblockerschicht als auch die Elektronenblockerschicht können weiter auch aus einem Schichtverbund aus unterschiedlichen Lochblocker-Materialen bzw. Elektronenblocker-Materialien gebildet sein oder auch aus einem Gemisch bestehend aus unterschiedlichen Lochblockermaterialien bzw. Elektronenblockermaterialien bestehen.According to one preferred embodiment of the invention has the photovoltaic active layer structures eg at least one layer SC (Semiconductor) and at least one layer of PEDOT: PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonate)) on. As already mentioned, it is For example, the SC is a mixture of PCBM and P3HT, where the ratio of PCBM: P3HT is between 0.5: 2 and 2: 0.5 can. The photovoltaic active layer structure can also be more than one Location SC and more than one location PEDOT: PSS have. Likewise be provided that the PEDOT: PSS location by one or more other electron blocker layers or combinations of such layers can be replaced. Both the hole blocking layer and the electron blocking layer can also be made from a layer composite of different Lochblocker materials and electron blocker materials formed be or also from a mixture consisting of different ones Lochblockermaterialien or electron block materials exist.
Weiter ist es auch möglich, dass das Flächengebilde sowohl ein Multi-Junction Schichtgebilde als auch ein Single-Junction Schichtgebilde umfasst, beispielsweise auf der einen Seite einen Multi-Junction Aufbau und auf der andere Seite einen Single-Junction Aufbau aufweist.Further It is also possible that the fabric is both a multi-junction layered structure as well as a single-junction layered structure includes, for example on the one hand a multi-junction Construction and on the other side has a single-junction structure.
Die Schichten aus dem SC-Material werden vorzugsweise aus einem Gemisch von Elektronenakzeptoren und Elektronendonatoren gebildet. Weiter ist es auch möglich, dass die SC-Lage aus mehreren Schichten ausgewählt aus der Gruppe Schichten enthaltend einen Elektronenakzeptor, Schichten enthaltend einen Elektronendonator und Schichten enthaltend ein Gemisch aus Elektronenakzeptor und Elektronendonator besteht.The layers of the SC material are preferably made of a mixture of Elektronenakzep formed gates and electron donors. Furthermore, it is also possible for the SC layer to consist of a plurality of layers selected from the group consisting of layers comprising an electron acceptor, layers comprising an electron donor and layers comprising a mixture of electron acceptor and electron donor.
Weiter hat es sich bewährt, dass in ein oder mehreren Schichten des Flächengebildes andere Stoffe, beispielsweise Nanopartikel, insbesondere zur Effizienzsteigerung mit beeinhaltet sind. Neben den hier angegebenen Schichten ist es weiter auch möglich, dass das Flächengebilde ein oder mehrere weitere Schichten beinhalten kann, beispielsweise metallische Zwischenschichten. Weiter ist es möglich, dass ein oder mehrere Schichten des Flächengebildes nur partiell vorgesehen sind.Further It has been proven that in one or more layers of the fabric, other substances, such as nanoparticles, in particular to increase efficiency are included. Next it is also possible to use the layers specified here the fabric includes one or more further layers can, for example metallic intermediate layers. It is next possible that one or more layers of the fabric are only partially provided.
Desgleichen ist es möglich, dass mit der erfindungsgemäßen Gitterelektrode nicht ein Single-Junction-Schichtgebilde, sondern ein Multi-Junction-Schichtgebilde aufgebaut wird, um z. B. die Effizienz der solchermaßen gebildeten Zellen oder Module durch die Lichtabsorption in einen größeren Wellenlängenbereich zu erhöhen.Similarly is it possible that with the inventive Grid electrode is not a single-junction layered structure, but a multi-junction layer structure is built to z. Eg the efficiency the cells or modules thus formed by the Light absorption in a wider wavelength range increase.
Erfindungsgemäß kann die mindestens eine SC-Lage und die mindestens eine PEDOT:PSS-Lage den Flächenbereich der oberflächenbeschichteten Gitterelektrode vollflächig bedecken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die mindestens eine SC-Lage und die mindestens eine PEDOT:PSS-Lage den Flächenbereich der oberflächenbeschichteten selbsttragenden Gitterelektrode nur partiell bedecken, so dass ein Flächenabschnitt der oberflächenbeschichteten Gitterelektrode vom fotovoltaisch aktiven Schichtengebilde frei bleibt. Bei einer Ausbildung der zuletzt genannten Art kann die mindestens eine PEDOT:PSS-Lage die mindestens eine SC-Lage vollflächig bedecken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die mindestens eine PEDOT:PSS-Lage die mindestens eine SC-Lage nur partiell bedeckt, so dass ein Flächenabschnitt der mindestens eine SC-Lage von der mindestens einen PEDOT:PSS-Lage frei bleibt.According to the invention the at least one SC layer and the at least one PEDOT: PSS layer the surface area of the surface-coated Cover grid electrode over entire area. Another possibility exists in that the at least one SC layer and the at least one PEDOT: PSS position the surface area of the surface-coated Only partially cover self-supporting grid electrode, so that a Surface portion of the surface-coated Grid electrode remains free from the photovoltaic active layer structure. In a training of the latter type, the at least a PEDOT: PSS position the at least one SC location over its entire surface cover. Another possibility is that the At least one PEDOT: PSS position the at least one SC location only partially covered, so that a surface portion of the at least one SC position of the at least one PEDOT: PSS position remains free.
Für die besagte partielle Bedeckung können herkömmliche Strukturierungsverfahren, wie chemische Strukturierungsverfahren, Laser-Strukturierungsverfahren oder dergleichen, oder herkömmlich Beschichtungsverfahren, wie z. B. Düsenteilbeschichtung oder dergleichen, sowie Kombinationen dieser an sich bekannten Verfahren und auch andere bekannte Techniken zum Einsatz gelangen.For said partial coverage may be conventional Structuring methods, such as chemical structuring methods, Laser structuring method or the like, or conventional Coating method, such. B. nozzle part coating or the like, as well as combinations of these per se known methods and other known techniques are used.
Bei dem erfindungsgemäßen fotovoltaischen Element auf Polymerbasis kann die zweite Elektrode das fotovoltaische Schichtengebilde vollflächig oder nur partiell bedecken, so dass ein Flächenabschnitt des fotovoltaischen Schichtengebildes von der zweiten Elektrode frei bleibt. Die zweite Elektrode kann von einer Metallschicht gebildet sein. Bei dieser Metallschicht kann es sich um eine Metalldickschicht oder um eine Metalldünnschicht handeln. Die Metalldickschicht kann beispielsweise durch Siebdrucken hergestellt werden. Die Metalldünnschicht kann durch Vakuumbedampfen, Kathodenzerstäuben o. dgl. hergestellt sein.at the photovoltaic element according to the invention based on polymer, the second electrode, the photovoltaic layer structure Cover completely or only partially, so that a surface section of the photovoltaic layered structure of the second electrode remains free. The second electrode may be formed by a metal layer be. This metal layer may be a metal thick layer or act to a metal thin film. The metal thick film can be produced for example by screen printing. The metal thin film can by vacuum evaporation, sputtering o. The like. be prepared.
Die genannte Metallschicht kann auch aus einer Kombination von Metallen bestehen; sie kann ein- oder mehrlagig ausgebildet sein. Die zweite Elektrode kann beispielsweise auch aus ITO o. dgl. bestehen.The called metal layer can also be made of a combination of metals consist; it can be formed in one or more layers. The second For example, the electrode may also consist of ITO or the like.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird verfahrensgemäß dadurch gelöst, dass eine selbsttragende Gitterelektrode mit einem Gitterabstand verwendet wird, der an die Oberflächenspannung des viskosen Schichtmaterials des fotovoltaisch aktiven Schichtengebildes derartig angepasst ist, dass die Kavitätsfenster der Gitterelektrode beim Aufbringen des viskosen Schichtmaterials auf die Gitterelektrode von einer Haut aus dem viskosen Schichtmaterial überspannt werden und nach der Trocknung einen rissfreien, überspannenden aktiven Film bilden. Die Trocknung kann beispielsweise durch gemäßigte Heißluft oder durch Kontakttrocknung oder dergleichen geschehen.The The object underlying the invention is characterized according to the method solved that a self-supporting grid electrode with a Grid spacing is used, which is related to the surface tension the viscous layer material of the photovoltaically active layer structure is adapted such that the cavity window of the grid electrode when applying the viscous layer material on the grid electrode spanned by a skin from the viscous layer material and after drying a crack-free, spanning form an active film. The drying can, for example, by moderate Hot air or done by contact drying or the like.
Das Aufbringen des viskosen Schichtmaterials auf die selbsttragende Gitterelektrode kann durch ein- oder mehrmalig wiederholtes Eintauchen der selbsttragenden Gitterelektrode in das viskose Schichtmaterial des fotovoltaisch aktiven Schichtengebildes erfolgen. Dabei kann die selbsttragende Gitterelektrode in das viskose Schichtmaterial des fotovoltaisch aktiven Schichtengebildes partiell eingetaucht werden, so dass ein Kontaktflächenabschnitt der Gitterelektrode vom viskosen Schichtmaterial frei bleibt.The Applying the viscous layer material on the self-supporting Grid electrode can be immersed once or more times the self-supporting grid electrode in the viscous layer material of take place photovoltaically active Schichtgebildes. It can the Self-supporting grid electrode in the viscous layer material of partially immersed in a photovoltaically active layered structure, such that a contact surface portion of the grid electrode remains free from the viscous layer material.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der anliegenden Zeichnungen.Further Details, features and advantages of the invention will become apparent the following description of the accompanying drawings.
Es zeigen:It demonstrate:
Die
Das
fotovoltaische Element
Die
erste Elektrode
Die
selbsttragende Gitterelektrode
Die
Haut
Das
fotovoltaisch aktive Schichtengebilde
Die
zweite Elektrode
Die
zweite Elektrode
Wird
das fotovoltaische Element
Licht
kann in das fotovoltaische Element
Die
partiell vorgesehene zweite Elektrode
Gleiche
Einzelheiten sind in
In
In
Während
die
In
Oben
wurden verschiedene Ausbildungen organischer fotovoltaischer Elemente
Die Beschichtung des Gittergebildes kann ein- oder beidseitig beispielsweise durch Tauchen erfolgen. Desgleichen ist es möglich, das Gittergebilde zuerst durch Tauchen zu beschichten und anschließend ein Slot-Dye-Verfahren durchzuführen.The Coating of the lattice structure can be one or both sides, for example done by dipping. Likewise it is possible that Coat lattice structures first by dipping and then to perform a slot-dyeing process.
Die Trocknung des am Gittergebilde vorgesehenen Mediums erfolgt in der Weise, dass der entsprechende dünne Film nicht durch während der Trocknung auftretende mechanische Spannungen reißt.The Drying of the provided on the lattice structure medium takes place in the Way, that the appropriate thin film is not through during The drying occurring mechanical stresses breaks.
Die
Schichtdicken der in den
Die einzelnen Lagen bzw. Schichten können auf die Gitterelektrode durch Tauchbeschichtung, Düsenbeschichtung oder dergleichen aufgebracht werden. Dabei kann die jeweils erforderliche Gesamtschichtdicke durch mehr als einen Beschichtungsschritt realisiert werden. Außerdem kann die Beschichtung der Gitterelektrode bei unterschiedlichen Temperaturen erfolgen. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Gitterelektrode und die jeweilige Beschichtungslösung eine mindestens annähernd gleiche Temperatur besitzen.The individual layers or layers can be applied to the grid electrode by dip coating, die coating or the like be applied. In this case, the required total layer thickness by be realized more than one coating step. Furthermore can the coating of the grid electrode at different Temperatures occur. In this context, it may be provided that the grid electrode and the respective coating solution have an at least approximately the same temperature.
Desgleichen ist es möglich, dass die Gitterelektrode auf ein Trägermaterial aufgebracht wird, bevor die Beschichtung der Gitterelektrode erfolgt. Desgleichen ist es möglich, dass im Anschluss an den Beschichtungsvorgang bzw. die Beschichtungsschritte ein Laminiervorgang erfolgt. Hierbei kann das Trägermaterial flexibel, nicht flexibel, transparent oder opak, leitfähig oder isolierend ausgebildet sein.Similarly it is possible for the grid electrode to be on a substrate is applied before the coating of the grid electrode takes place. Likewise, it is possible that following the coating process or the coating steps a lamination takes place. in this connection the carrier material can be flexible, not flexible, transparent or opaque, conductive or insulating.
Des Weiteren ist es möglich, dass die Gitterelektrode vor der Beschichtung bzw. den aufeinander folgenden Beschichtungen gereinigt, aufgeraut, bedampft, besputtert oder dergleichen wird.Of Furthermore, it is possible that the grid electrode in front of the Cleaned coating or successive coatings, roughened, steamed, sputtered or the like.
Die Gitterelektrode kann aus einem besonders bearbeiteten Drahtmaterial, das beispielsweise strukturiert wurde, gebildet sein. Denkbar sind hierbei Strukturen wie Muldenstrukturen, Linien- oder Prismenstrukturen oder dergleichen, die zusätzlich erwünschte Effekte bewirken können. Das ist insbesondere beim Aufbau von Solarzellen interessant, um beispielsweise die Lichtführung zu beeinflussen.The Grid electrode can be made of a specially processed wire material, which has been structured, for example, be formed. Are conceivable structures such as well structures, line or prism structures or the like, which additionally desired effects can effect. This is especially true when building solar cells interesting, for example, to influence the light guidance.
Die Gitterelektrode kann gleiche oder unterschiedliche Maschengrößen besitzen. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass sich die Dimensionen der Maschen in den beiden orthogonalen Flächen-Raumrichtungen voneinander unterscheiden.The Grid electrode may have the same or different mesh sizes have. In this context, it can be provided that the dimensions of the mesh in the two orthogonal surface spatial directions differ from each other.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Gitterelektrode aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut ist, die sich regelmäßig abwechseln oder die chaotisch verteilt sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die zur Anwendung gelangenden Materialien unterschiedliche Leitfähigkeiten besitzen und z. B. durch eine Webung der Gitterelektrode beispielsweise Leitfähigkeitsgradienten realisiert werden.Of Furthermore, it can be provided that the grid electrode consists of different ones Materials is built up regularly alternate or are distributed chaotically. This can be provided be that the materials used are different Have conductivities and z. B. by a weaving of Grid electrode, for example, conductivity gradients will be realized.
Die Gitterelektrode kann z. B. aus Drähten aufgebaut sein, die unterschiedliche Durchmesser besitzen. Hierbei ist auch denkbar, dass durch die Webung Dickengradienten erzeugt werden, um besondere Effekte zu bewirken. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, Gitterelektroden zum Einsatz zu bringen, die in einer Flächenrichtung isolierende und in der dazu orthogonalen anderen Flächenrichtung leitende Eigenschaften besitzen.The Grid electrode can, for. B. be composed of wires, which have different diameters. It is also conceivable that by the weaving Dickengradienten be generated to special Effect effects. In this context, it is also possible Grid electrodes are used in a plane direction insulating and in the orthogonal other surface direction possess conductive properties.
Des Weiteren ist es möglich, dass mehrere Gitterelektroden aufeinander gestapelt werden. Das kann beispielsweise nach den Beschichtungsvorgängen erfolgen, um weitere gewünschte Effekte oder Eigenschaften zu erzielen.Of Furthermore, it is possible that multiple grid electrodes stacked on top of each other. This can, for example, after the coating operations done to other desired effects or properties to achieve.
Es ist auch möglich, beispielsweise ein Gewebe einzusetzen, das ursprünglich nicht leitfähig ist und erst durch einen Bedampfungsprozess partiell oder vollflächig leitfähig wird. Darüber hinaus ist es möglich, dass das gesamte fotovoltaische Element, d. h. die Gitterelektrode mit ihrem Schichten- bzw. Lagenaufbau, nach Abschluss der Beschichtungen einem Temperprozess ausgesetzt wird, um beispielsweise den Lagenverbund zu verbessern. Des Weiteren ist es möglich, dass die Gitterelektrode bzw. das Gewebe vor dem Einsatz beispielsweise durch einen Walzvorgang teilgeglättet wird.It it is also possible, for example, to use a tissue, which is not originally conductive and only partial or full surface through a sputtering process becomes conductive. In addition, it is possible that the entire photovoltaic element, d. H. the grid electrode with their layer or layer structure, after completion of the coatings a tempering process is exposed to, for example, the composite layer to improve. Furthermore, it is possible that the grid electrode or the fabric before use, for example, by a rolling process partially smoothed.
Eine
mögliche Spezifikation für die Gitterelektrode
eines Ausführungsbeispiels des fotovoltaischen Elementes
Material:
rostfreier Stahl/1.4306
Drahtdurchmesser: 0,030 mm
Maschenweite/Aperture:
0,480 mm
Hersteller: Paul GmbH & Co. – Metallgewebe – und
Filterfabriken
Gewebe: Plain WeaveA possible specification for the grid electrode of an embodiment of the photovoltaic element
Material: stainless steel / 1.4306
Wire diameter: 0.030 mm
Mesh size / Aperture: 0.480 mm
Manufacturer: Paul GmbH & Co. - Metallgewebe - und Filterfabriken
Fabric: Plain Weave
- 1010
- fotovoltaisches Elementphotovoltaic element
- 1212
-
erste
Elektrode (von
10 )first electrode (from10 ) - 1414
-
zweite
Elektrode (von
10 )second electrode (from10 ) - 1616
-
fotovoltaisch
aktives Schichtengebilde (zwischen
12 und14 )photovoltaic active layer structure (between12 and14 ) - 1818
-
Gitterelektrode
(von
12 )Grid electrode (from12 ) - 2020
-
Kavitätsfenster
(von
18 )Cavity window (from18 ) - 2222
-
Haut
(an
18 für16 )Skin (on18 For16 ) - 2424
-
Oberflächenbeschichtung
(von
18 )Surface coating (from18 ) - 2626
-
Abschnitt
(von
18 ohne24 )Section (from18 without24 ) - 2828
-
Kontaktelement
(von
10 an26 )Contact element (from10 at26 ) - 3030
-
Kontaktflächenabschnitt
(von
10 )Contact surface section (from10 ) - 3232
-
SC-Lage
(von
16 )SC position (from16 ) - 3434
-
PEDOT:PSS-Lage
(von
16 )PEDOT: PSS position (from16 ) - 3636
-
Flächenabschnitt
(von
32 )Area section (from32 ) - 3838
-
Überstand
(von
34 über14 )Supernatant (from34 above14 ) - 4040
-
Überstand
(von
34 über14 )Supernatant (from34 above14 ) - 4242
-
zweites
Kontaktelement (
10 an14 )second contact element (10 at14 )
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - US 2004/0187911 A1 [0002] US 2004/0187911 A1 [0002]
- - US 7022910 B2 [0003] US 7022910 B2 [0003]
- - US 2005/0263178 A1 [0004] US 2005/0263178 A1 [0004]
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ID=40576742
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Cited By (1)
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