CN110140219A - 在部分遮阴下具有改进的效率和使用寿命的用于将光转换成电能的有机构造元件 - Google Patents

在部分遮阴下具有改进的效率和使用寿命的用于将光转换成电能的有机构造元件 Download PDF

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Abstract

本发明描述了具有集成式旁通二极管的用于将光转换成电能的有机构造元件，这些构造元件被集成到光电子堆叠中，以便在单独电池单元或电池单元段的部分遮阴/遮阴的情况下提高光电子构造元件的效率和使用寿命。还可以将这种构造元件的生产用于卷对卷方法中的大面积应用。

Description

在部分遮阴下具有改进的效率和使用寿命的用于将光转换成 电能的有机构造元件
技术领域
本发明作为有机太阳能电池的实例说明了一种光电子模块组件，该组件包括可以在部分遮阴下使用的各种电池单元并且即使在遮阴情况下也保证该模块的改进的效率和更长的使用寿命。
现有技术
光电子构造元件(例如太阳能单元)作为串联和/或并联连接的模块来制造。单独的模块由多个一般彼此串联的电池单元组成，通常呈电池单元条的形式。
在单独模块/电池单元的部分遮阴的情况下，所连接的模块的问题是，遮阴的电池单元相对于与之串联连接的未遮阴或遮阴较少的电池单元形成在截止方向上连接的二极管。因此它们阻止了光生成电流的流出，这对效率产生了负面影响。此外还存在如下风险：在遮阴的电池单元中可能由于缺陷而出现集中的电流，这可能导致局部过热且最终导致电池单元的不可逆退化和因此模块的效率损失。
针对性诱发的退化的实例展示在图1中。可以明显看出，这导致模块的可见表面的点状损坏并且这是不希望的。
经济性生产的目标是生产具有长使用寿命的大面积、高效率模块。
在具有大于50cm、优选大于1m的模块宽度和大于2m、优选大于5或10m的模块长度的大面积模块的情况下，单独电池单元的失效从经济角度看与在例如1cm x 1cm的小面积电池单元或模块的情况下相比更严重。对应的更换对于用户来说更加昂贵并且因此同样是不希望的。
在常规的薄层光伏装置中使用旁通二极管。在此情况下，单独的或多个模块后续设置有旁通二极管。
在有机光伏太阳能电池的领域中，EP 1 920 468 B1建议为模块或太阳能电池配备与之并排布置的旁通二极管，其中该旁通二极管和太阳能电池在结构上、尤其在传输层的结构上有所不同。所属的原始国际申请WO 2007 028 036 A2还公开了一种染料敏化的太阳能电池，其中在电极与光电层之间使用氟化的氧化锌。这种组件的缺点是它只能用于染料敏化的太阳能电池。
WO 2007 028 036 A2还公开了必需使用两个层160(顶部覆盖层)和170(底部覆盖层)，这些层在电极上被安置在旁通二极管的区域，由此当光伏电池单元被照射时旁通二极管不生成电流。
US 2015 0349164 A1公开了一种集成在太阳能电池中的旁通二极管，其中该旁通二极管和太阳能电池包括在基板上的彼此并排的不同区域并且通过沟槽完全电分离，并且后续才进行接触。
发明概述
技术目的
本发明的目标是，以在单独电池单元或电池单元区域(部分)遮阴的情况下更高的效率和部分和/或完全遮阴的电池单元或电池条的使用寿命的提高来实现一种光电子构造元件、优选太阳能电池的组件(该组件包括至少一个模块)，并且减少现有技术中所描述的缺点。
在实现该目的时还要求，所建议的用于改进在部分遮阴情况下的效率和使用寿命的解决方案可以为用户尽可能少地影响太阳能电池(模块)的光学表面并且可以将本发明的构造元件的制造整合在卷对卷方法(Rolle-zu-Rolle-Prozess)中并且还适用于大面积光电子模块。
另一个目的是，给出一种用于本发明组件的制造方法，其中该方法优选可以整合在卷对卷方法中。
术语定义
光电子构造元件由至少一个具有光活性层的模块组成。有机光电子构造元件是具有至少一个有机光活性层的光电子构造元件。该有机光电子构造元件由至少一个模块组成。模块由不同(光活性)电池单元组成，这些电池单元特别优选串联连接，但是还可以并联连接。条或电池单元条是电池单元在模块中的某种组件，其中电池单元的纵向延伸尺寸在模块宽度上。根据本发明，条的一部分理解为，当将旁通二极管安排在条上时，条的由至少一个旁通二极管限定或者包含旁通二极管的子区域。发明人将“集成式旁通二极管”理解为具有电压截止范围和导通范围的构造元件，其中根据本发明的集成式旁通二极管在光电子构造元件的对应的光电子电池单元的VMpp下产生低电流并且在光电子构造元件的对应的光电子电池单元的反向负载下产生高电流。术语“集成式旁通二极管”基本上理解为根据本发明的所有如下变体：这些变体即使不是经典二极管，也仍实现了所要求的目的。
有机光电子电池单元取决于光活性层体系的数量，这些层体系由层构造中在这两个基部触点与顶部触点之间的传输层和其他层区分为单结电池单元、级联电池单元或多结电池单元。级联电池单元和多结电池单元由在电极之间彼此重叠安排地至少两个子电池单元组成，其中每个子电池单元至少一个光活性层体系，该层体系包括至少一个光活性(吸收光的)层和至少一个传输层。
在本发明的意义上，小分子理解为具有介于100与2000g/mol之间的单分散摩尔质量的非聚合物型有机分子，这些分子在常压下(包围我们的大气的空气压力)并在室温下以固相存在。这些小分子尤其还可以是光活性的，其中光活性理解为这些分子在光入射下改变其荷电状态。
本发明的公开内容和本发明的技术效果
这个目的通过一种光电子构造元件(即太阳能电池)的组件来实现，在该构造元件中集成有至少一个旁通二极管。集成式旁通二极管可以被印刷或蒸镀。
在第一实施方式中，至少一个旁通二极管和电池单元的有机构造元件的这些层在电极之间彼此重叠地安排，其中有机构造元件的这些层在旁通二极管的区域中至少部分被中断或桥接，使得存在旁通二极管的这些层与基部触点和顶部触点的直接电接触。这种组件在下文中称为夹层组件。
在一个替代实施方式中，集成式旁通二极管和有机光电子电池单元彼此并排安排在基板上并且在生产期间通过针对性的结构化、优选激光结构化来制造并适当地连接，这种组件在下文中称为激光处理的组件。为了实现如此制造的集成式旁通二极管的更好的结果，加工在集成式旁通二极管的区域中所施加的层是必要的，由此这些层不会由于其与这些有机光电子电池单元的连接而在工作中大幅度降低光电子电池单元的效率。
结构化可以设计为，使得旁通二极管在基板上如此集成在光电子电池单元的条旁边或在光电子电池单元的条中，使得光电子电池单元的条的基部触点与相关旁通二极管的顶部触点电子连接并且相关旁通二极管的基部触点与相邻的光电子电池单元的条的基部触点电子连接。在此情况下，旁通二极管在基部触点与顶部触点之间应具有与光电子电池单元的条相同的截止方向。
在处理技术方面在这种情况下最简单的是，对于旁通二极管和光电子电池单元使用相同的层堆叠。此外，这种方案具有以下优点：产生了非常均匀的外观印象，因为旁通二极管的面在颜色上与光电子电池单元并无不同。但是这种变体具有以下缺点：旁通二极管同样是光活性的并且因而生成与光电子构造元件反向流动的电流。当旁通二极管面积较小(小于相关联的条的面积的10％、但优选小于5％或进一步优选小于2％、非常特别优选小于0.5％)时这个缺点是可以接受的。根据本发明，旁通二极管所需面积的比例还可以通过将旁通二极管设计得非常窄而最小化(小于8mm，优选小于5mm，进一步优选小于2mm)。虽然这要求总体上向某一总面积中集成更多的旁通二极管，但是仍然是有利的，因为与少量但较大的旁通二极管相比，更多的较小的旁通二极管的发热更容易消散。旁通二极管的最优的尺寸在此敏感地取决于结构化方法的精确度。
所述的损耗可以根据本发明以如下方式降低：通过合适的后处理(例如通过激光辐射、UV辐射、电子或离子轰击)来针对性地减少在旁通二极管的区域中光电子构造元件的层堆叠的光伏函数(载流子生成的外部量子产率)。如果该光电子构造元件为多结电池单元(级联电池单元、三结电池单元或四结电池单元)，则在此根据本发明，在旁通二极管的区域中针对性地降低至少一个子电池单元的量子产率就足够。
旁通二极管的相对面积要求的降低需要旁通二极管对正向电流的尽可能高的负载能力。在多结电池单元作为光电子构造元件的情况下，这种负载能力也可以根据本发明如下地提高：在旁通二极管的区域中通过适合的消融方法来磨削该多结电池单元的一个或多个子电池单元并且由此在更小的电压下实现相同的电流，这对应于更少的发热。
为了进一步使损耗最小化，有意义的是在相同的连接情况下(即同样在光电子构造元件的底部触点与顶部触点之间具有相同的截止方向)在旁通二极管的区域中沉积另外的、优选非光活性的或至少较低光活性的层堆叠，该层堆叠被优化到最大的电流负载能力。最大的电流负载能力在此要求使用热学上尽可能稳定的材料，即在二极管的耗尽区(本征的或掺杂较少的)中的高载流子可移动性和在所施加的正向电压下至少一种载流子类型的尽可能无阻挡的注入。根据本发明特别优选的是在所施加的正向电压下构造元件具有向耗尽区中的双极注入，其中所注入的载流子云在相反方向上渗入，这降低了电流的空间电荷限制。在旁通二极管的耗尽区中使用有机材料的情况下，根据本发明通过以下方式来实现双极注入：使用由空穴传导材料和电子传导材料形成的混合层，该混合层构成互穿的双连续的网络。另外有利的是使用经掺杂的层并且在此如此选择掺杂特征曲线或掺杂密度，使得耗尽区正好如为了获得足够好的截止行为所需的那样厚，对于有机半导体典型地为约15至50nm。
替代地，当集成式旁通二极管和有机光电子电池单元的层序列彼此并排安排在基板上时，可以在光电子电池单元的层序列之前安置至少一个集成式旁通二极管。在此情况下可以印刷或蒸镀旁通二极管。
如果光电子构造元件的层堆叠应沉积到整个面上，即，在基部触点上已经安置有用于旁通二极管的层堆叠的区域上也进行沉积，则必须至少部分地通过适合的消融方法(例如激光消融)将旁通二极管的区域中的层堆叠再次磨削，以便能够实现旁通二极管的层堆叠与顶部触点的电接触。在此情况下，根据本发明，该旁通二极管的层堆叠可以包括传导层作为最后一层，例如金属或PEDOT:PSS，使得无须通过消融来暴露旁通二极管的整个面。反而，在此情况下通过消融实现在旁通二极管与顶部触点之间的点状或线状的电连接就足够。
光电子构造元件的电池单元的单独层与旁通二极管一起和/或自身独自的结构化可以例如借助于激光消融、电子或离子束消融、掩模或类似方式进行。
本发明的构造元件的制造通过适当地选择待安置的层的顺序与单独或多个层的对应的结构化相结合地进行。
通过旁通二极管的层和光电子构造元件的电池单元的层体系的施加顺序可以实现整合到卷对卷的方法中并且还可以实现制造大面积模块。
本发明的有利效果
与一个或多个有机电池单元并联安排的旁通二极管允许在(部分)遮阴的情况下，当有机电池单元中的电流降低时，在给定的电压下在有机电池单元的截止方向上实现更大的电流。
本发明的集成式旁通二极管的优点可以实现光电子构造元件的保持不变的表面外观，并且在构造元件的单独电池单元遮阴的情况下提高效率，并且与之相伴地提高完整的光电子构造元件的使用寿命。在另一个实施方式中，可以借助于集成式旁通二极管的组件来在光电子构造元件的表面上提供图案。
在本发明的组件中(其中集成式旁通二极管具有与安排在集成式旁通二极管旁边的光电子电池单元具有完全相同或几乎完全相同的堆叠)，通过本发明的处理、优选在制造过程中通过激光，以及在集成式旁通二极管的区域中对该堆叠的任选的激光加工，不需要使用在集成式旁通二极管的区域上的额外的覆盖层，由此当光伏电池单元被照射时旁通二极管不生成电流(如在WO 2007 028 036 A2中所公开的)。因此，本发明的组件更适合于卷对卷方法。
通过本发明的制造方法，与生产没有旁通二极管的光电子构造元件相比，在生产具有集成式旁通二极管的有机光电子构造元件时，可以在没有在制造方法中进行广泛匹配的情况下以卷对卷方法进行制造。
附图说明
借助附图来说明本发明。
图1示出一张照片，用于说明在有意引起电池单元退化的情况下遮阴的电池单元或电池单元区域的问题。
图2示出了本发明的组件，其中集成式旁通二极管和电池单元的层序列作为堆叠安排在基部触点与顶部触点之间(夹层组件)。
图3展示了根据夹层组件(参见图2)直接安置在基部触点上的集成式旁通二极管的可能的形式。
图4示出了安排在光伏堆叠旁边的集成式旁通二极管的根据本发明的实施方式。图5展示了用于制造集成式旁通二极管的激光结构化过程。
图6和图7示出了在图4中所示实例的电流-电压特征曲线和热成像照片。
图8示出了根据在图9中所示的结构化的实例的电流-电压特征曲线。
图10和图11示出了用于在具有夹持组件的太阳能电池中使用的所印刷的集成式旁通二极管的电流-电压特征曲线。
图12示出了用于在夹层组件中的有机光电子构造元件中使用的作为集成式旁通二极管的单载流子装置的电流-电压特征曲线。
具体实施方式
本发明的光电子构造元件(0)的模块包括至少一个集成式旁通二极管(4)、至少一个有机电池单元的层堆叠(3)、至少两个触点，其中靠近基板的触点称为基部触点或基部电极(1)，并且远离基板的触点称为顶部触点或顶部电极(2)。
下文中有机光电子电池单元的层堆叠或者集成式旁通二极管的层堆叠假定为，层堆叠是指电极之间的层体系，也就是说是指没有基部和顶部电触点的层堆叠。
在一个实施方式中，有机光电子电池单元的层堆叠作为条以其触点彼此并排安排并且串联连接。每个电池单元条具有其自身的基部触点和顶部触点。通过将一个电池单元的基部触点(1)与下一个电池单元的顶部触点(2)电连接来进行串联连接。
在一个实施方式中，光电子电池单元的每个电池单元条正好与一个集成式旁通二极管相关联。
在另一个实施方式中，光电子电池单元的一个条的每个部分与一个集成式旁通二极管相关联。这尤其在大面积且宽的模块(比25cm更宽、优选比50cm更宽、且特别优选比1m更宽的模块)中能够将多个较小的旁通二极管与光电子电池单元的一个条相关联。另一个优点是，由此可以将集成式旁通二极管选择为足够小，并且避免了在仅一个旁通二极管的情况下在较大电池单元中导出电流时的问题(例如热学问题)。
在另一个实施方式中，集成式旁通二极管可以与多个光电子电池单元/电池单元区域相关联。
在一个实施方式中，在该基部触点上的集成式旁通二极管的面积比例，也就是说所有集成式旁通二极管在这个基部触点上或与这个基部触点相关的面积比例的总和，小于相应基部触点面积的20％、优选小于10％、特别优选小于5％、非常特别优选小于1％。
在另一个实施方式中，在一个模块中的所有集成式旁通二极管的面积比例小于模块面积的20％、优选小于10％、特别优选小于5％、非常特别优选小于1％。
安排在基部触点与顶部触点之间的光电子电池单元的层堆叠包括多个层。该层堆叠可以实施为单结电池单元、级联电池单元或多结电池单元，其名称由子电池单元的数量决定，其中每个子电池单元包含至少一个光活性层，这些光活性层可以通过传输层、优选经掺杂的传输层、特别优选通过宽隙层以及任选的再结合层而被分开并且自身由多个层组成。
p层体系或n层体系(也简称为p层或n层)可以由多个层组成，其中p层体系或n层体系的这些层中的至少一个是p掺杂或n掺杂的，优选作为p或n掺杂的宽隙层。i层体系(也称为i层)是未掺杂的或相对于p或n层而言在子电池单元中更少(即更弱)掺杂的，并且实施为光活性层。这些n、p、i层中的每一者可以由另外的层组成，其中n或p层由至少一个经掺杂的n或p层组成，该层由于其掺杂而有助于增加载流子。这意味着，光电子电池单元的层堆叠由p、n和i层体系的有意义的组合组成，也就是说，每个子电池单元包括i层体系以及p或n层体系中的至少一者。
光电子电池单元的层堆叠的可能的构造在WO 2004 083 958 A2、WO 2011 013219 A1、WO 2011 138 021 A2、WO 2011 161 108 A1中公开。
在此处提及的申请中，优选使用如下层体系，其中光活性层包括吸收材料，这些吸收材料是可蒸镀的并且通过蒸镀(英文：vapor deposition)来安置。为此使用了术语“小分子”组的材料，这些材料尤其在WO 2006 092 134 A1、WO 2010 133 208 A1、WO 2014 206860 A1、WO 2014 128 278 A1、EP 16 181 348.0、EP 16 181 347.2中描述。光活性层由此构成受主-施主体系，并且可以由多个单独层、或者由混合层，作为平面异质结且优选作为本体异质结。发明人优选可以完全通过蒸镀施加的光电子层堆叠。
通过对应地选择层堆叠，除了不透明的光电子构造元件之外还可以生产透明或部分透明的光电子构造元件。发明人将透明的层/电极理解为其具有大于80％的透射率，其中在理想情况下另一个电极实施为至少50％反射。发明人将部分透明或半透明的层/电极理解为该层/电极具有介于10％与80％之间的透射率。不透明电极是并非透明的层。
在一个实施方式装置中，顶部电极包括银或银合金、铝或铝合金、金或金合金，或者这些材料的组合，优选包括作为银合金的Ag:Mg或Ag:Ca。
作为光电子电池单元的层堆叠，根据本发明还理解为染料太阳能电池或聚合物太阳能电池的层堆叠。
光电子电池单元的层堆叠根据本发明还可以包括基于钙钛矿的太阳能电池。另外还可能的是，邻接电极、优选邻接顶部电极增加优选包括氧化钼或氧化钨的钝化层，以便减少由于环境影响造成的有机层堆叠的退化。
另外，成品模块可以设置有或封装有额外安置的阻挡层，以便进一步将由于环境影响造成的退化最小化。
夹层组件
在一个实施方式中，旁通二极管的安排可以在具有光电子堆叠的夹层组件中进行，其中在共同的基部触点和顶部触点之间彼此重叠地安排集成式旁通二极管和光电子层堆叠，见图2。
集成式旁通二极管的实现可以通过单独的层堆叠(4)，见图2a)，或者通过至少两个分开的层堆叠(4，5)，见图2b)，来进行。
在图2a)和图2b)中示出了任选的中间层(12)和/或(13)，作为关于顶部触点(2)的实例。这些中间层(12，13)同样可以任选地关于基部触点(1)安排。优选地，将旁通二极管安置在靠近基板的电极上。在靠近基板的电极与集成式旁通二极管之间和/或还在集成式旁通二极管与远离基板的电极(顶部触点)之间可以再引入至少一个另外的层(12)/(13)。
作为所引入的另外的层，尤其用于保护旁通二极管或光电子电池单元的层结构的钝化层(英文：passivation layer)或者注入层(英文：injection layer)是有意义的。为了接触集成式旁通二极管所需的是，有机构造元件的这些层，即在旁通二极管之后已经被安置在基部触点和旁通二极管上的光电子电池单元的层堆叠，在集成式旁通二极管的区域中至少部分被中断或桥接，从而存在集成式旁通二极管的层到基部触点和顶部触点的直接电接触。
单独的层的结构化(以便保证集成旁通到顶部触点的直接电连接)可以例如借助于激光消融、电子或离子束消融、掩模或其他本领域技术人员已知的方法来进行，优选通过激光消融。
有机光电子模块的单独的电池单元是串联连接的。集成式旁通二极管与一个有机电池单元并联。在另一个实施方规则中，集成式旁通二极管可以与多个有机电池单元并联连接。
光电子电池单元的层堆叠(光电子层堆叠)优选实施为有机层堆叠，其中层堆叠包含至少一个光活性层体系、优选有机光活性层体系，并且由此实施为单结电池单元、级联电池单元或多结电池单元。
优选光电子电池单元的层堆叠包含可以蒸镀的小分子。光电子电池单元中的单独的子电池单元除了至少一个光活性(吸收光的)层之外还包括至少一个经掺杂的传输层。在单独的另外的实施规则中，光电子层堆叠可以包括仍另外的经掺杂的、部分掺杂的或未掺杂的层，例如钝化层和空腔层，使得每个子电池单元形成in、ip、pin、nip、pnip等的电池单元，其中单独的i、n、p层中的每一个可以通过多个层来代表。子电池单元可以通过再结合层来分开。
在一个本发明的实施方式中，该旁通二极管呈不同的分立的形状，例如圆形、多边形、矩形、连续或中断的线。不同的分立的形状(优选在一个模块中仅使用一种分立的形状)的制造可以简单地整合到卷对卷制造过程中。图3示出了可能的俯视图，这取决于在图2中所示的本发明构造元件的集成式旁通二极管所采用的分立形状。
在另一个实施方式中建议，根据本发明，该旁通二极管的层堆叠包括传导层作为最后一层，例如金属或PEDOT:PSS，使得无须通过消融来暴露旁通二极管的整个面。反而，在此情况下通过消融实现在旁通二极管与顶部触点之间的点状或线状的电连接就足够。
在一个优选的实施方式中，该太阳能电池单元的基部触点构成阴极，并且顶部触点构成阳极。
根据本发明在一个实施方式中建议，作为阳极的顶部电极基本上或完全包括具有小于4.5eV的热学逸出功的金属，例如铝或铝合金、银或银合金，该银合金优选作为Ag:Mg或Ag:Ca。
在此情况下进一步建议，集成式旁通二极管包括以下层或层序列中的至少一种：
-无机或有机的、优选本征的或弱掺杂的层，其中在弱掺杂该层的情况下，在该层中掺杂物的浓度小于10％、优选小于5％且特别优选小于1％，其中该层实施为空穴传导层；
-具有大于4.5eV的逸出功的非本征的有机或无机层，即p或n掺杂的层，随后是绝缘层，用于关于该阳极形成隧道二极管；
-包括高度掺杂的有机p导体(例如PEDOT:PSS)的层，该p导体通过其中包含的氧化剂来氧化阴极的表面，并且因此导致在朝向阳极的界面处构成绝缘层，例如由金属氧化物、金属硫化物或金属-受体络合物形成的绝缘层。
根据本发明在另一个实施方式中建议，作为阳极的顶部电极基本上或完全包括金属或具有任意热学逸出功的材料，或者其中在该顶部触点之下的该集成式旁通二极管的区域中安排有包括具有小于约4.5eV的热学逸出功的退化的或高度掺杂的n导体的层，并且该旁通二极管包括以下层或层序列中的至少一种：
-无机或有机的层、优选本征掺杂或弱掺杂的，其中在该层中掺杂物的浓度小于10％、优选小于5％且特别优选小于1％，其中该层安置到该基部触点上，或者
-具有大于4.5eV的逸出功的非本征层，随后是绝缘层，用于关于该退化的或高度掺杂的n导体层形成隧道二极管。
进一步建议，在另一个实施方式中，基部电极(阴极)的热学逸出功通过适合的中间层(例如氧化钼、氧化钨、PEDOT:PSS、适合的自组装单层(自组织单层))和/或通过适合的预处理(例如UV-臭氧处理或者氧等离子体处理)而提高到大于4.5eV、优选大于5.0eV的值。
根据本发明，该集成式旁通二极管的空穴传导层包括以下材料或材料类别中的至少一种：
-具有共轭π电子体系的低分子空穴传导物质和任选地具有共轭或不共轭的侧链、具有在约4.8eV与约5.8eV之间、特别优选在约5.0eV与5.5eV之间的中等逸出功的化合物；
-具有对应官能化的侧基或者包含第二材料的物质，该第二材料可以通过对应官能化的侧基与实际的空穴传导物质反应，这些侧基例如在沉积之后能够以热学方式或在光、优选UV光的作用下聚合。此类官能团例如为乙烯、甲基丙烯酸酯、三氯硅烷、叠氮化物、环氧化物或氧杂环丁烷。叠氮化物借助于UV辐射转化为氮烯，然后它促进交联。在氧杂环丁烷的情况下，交联通过阳离子开环聚合来进行；
-聚合物型空穴传导在此优选具有在4.8eV与约5.8eV之间、优选在约5.0eV与约5.5eV之间的中等逸出功的化合物和/或具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度；在此优选为具有对应官能化的侧基的物质，这些侧基在沉积之后能够以热学方式或在光、优选UV光的作用下交联，例如聚噻吩如PEDOT，传导型染料例如Plexcore，聚吡咯，聚胺如聚苯胺，聚对苯撑，聚亚苯基亚乙烯，聚亚苯基亚乙炔，聚乙烯基咔唑，包含三芳基胺基团、氟基团或咔唑基团的聚合物；或者
-聚合物型的共轭或非共轭物质(例如作为用于简化印刷过程或层形成的结合剂以及低分子空穴传导物质)的混合物；在此优选具有在4.8eV与约5.8eV之间、优选在约5.0eV与约5.5eV之间的中等逸出功的化合物和具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度。
根据本发明，该集成式旁通二极管的电子传导层包括以下材料或材料类别中的至少一种：
-低分子电子传导物质，如富勒烯或者包括二羧酸酐、二羧酸酰亚胺或氰基、尤其二氰基乙烯基的化合物，或者
-优选具有在约3.5eV与约4.5eV之间、优选在约3.8eV与约4.5eV之间的中等电子亲和性的低分子电子传导物质，以及具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度，优选带有辅助溶解的烷基、烷氧基、寡聚醚和部分氟化烷基的萘、蒽、2,8-二氮苝-1,3,7,9-四酮、苝、涤纶和四萘嵌三苯的双酰亚胺染料。在此该双酰亚胺的核心骨架可以是未取代的也可以具有吸电子取代基(F、Cl、CN)。苝双酰亚胺的嵌合式连接的(buchtenverknüpfte)二聚体、三聚体和寡聚体同样属于此类。具有所详述的辅助溶解的基团的十环烯三酰亚胺将这种材料类别补充完整。
-另外的低分子电子传导化合物为硼-亚酞菁，酞菁，具有吸电子取代基(F、Cl、CN)、同样携带辅助溶解的烷基、烷氧基、寡聚醚和部分氟化烷基的聚环状芳香和杂芳香烃。同样属于此类的还有带有辅助溶解的基团的荧蒽稠合的酰亚胺。
-具有上述辅助溶解的基团的四氮苯并二氟蒽二酰亚胺和吡咯并吡咯二酮(DPP)官能化的受体也构成低分子的电子传导化合物。
-9,9’-联亚茀，其中通过接收电子，由于满足14-π-电子规则，降低了立体结构要求；
-三聚茚酮衍生物和由其衍生的二氰基亚乙烯以及氰基羧基亚乙烯；或者
-具有富电子中间基团的长棒状分子，该中间基团如芴、二苯并硅杂环戊二烯、引达省并二噻吩和引达省并二噻吩并[3,2-b]噻吩，两侧为少电子的末端受体，如罗丹宁、酰亚胺、茚二酮、二氰基亚乙烯，这些末端受体通过乙烯桥与该中间基团相连；
-聚合物型电子传导物质，例如氰基取代的聚亚苯基亚乙烯；在此优选具有在3.5eV与约4.5eV之间、优选在约3.8eV与约4.5eV之间的中等电子亲和性的化合物和具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度；例如聚((9,9-二辛基芴)-2,7-二基-交替-[4,7-双(3-己基噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑]-2’,2”-二基)(F8TBT)以及具有氰基取代的乙烯基单元的由螺二芴单元和吡咯并吡咯二酮单元组成的聚合物；
-聚合物型的共轭或非共轭物质(例如作为用于简化印刷过程或层形成的结合剂，以及低分子电子传导物质)混合物；在此优选具有在3.5eV与约4.5eV之间、优选在约3.8eV与约4.5eV之间的中等逸出功的化合物和具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度。
在另一个实施方式中，集成式旁通二极管可以为有机的双极性传导层，包括优选由上述电子传导材料之一和上述空穴传导材料之一形成的混合物。
替代地，集成式旁通二极管可以包括如下材料，这些材料在光电子电池单元的层体系之前优选在真空中蒸镀到或从溶液中或在印刷过程中施加到基部电极或经预处理的基部电极上。
另外根据本发明公开了集成式旁通二极管的另一个实施方式，用于在光电子设备中、优选在光伏设备中使用。该集成式旁通二极管的构造类似于上述集成式旁通二极管或替代地以单载流子装置的形式来进行。
发明人另外已经出人意料地确定，在两个电极之间使用呈单载流子装置(该装置包括一种载流子类型的三个层，在中部具有一个有较低能量势垒的本征层和两个用于产生截止范围的更大程度上空穴传导或电子传导的层)形式的层堆叠作为“集成式旁通二极管”时实现了集成式旁通二极管的同样的效果。发明人将较低能量势垒理解为具有0.2至0.5eV、优选最多0.75eV强度的势垒。本征层的厚度优选小于100nm、优选小于50nm、特别优选小于20nm、非常特别优选小于10nm、极特别优选约5nm。
在两个电极之间使用呈单载流子装置(该装置包括一种载流子类型的三个层，在中部具有一个有较高能量势垒的弱掺杂(本征)层和两个用于产生截止范围的强掺杂层)形式的层堆叠作为“集成式旁通二极管”时同样实现了相同的效果。根据本发明，较高能量势垒理解为约0.5至1.0、优选最多1.5eV的势垒。
弱掺杂的本征层优选具有小于100nm、优选小于50nm、特别优选小于20nm、非常特别优选小于10nm、极特别优选约5nm的厚度。在弱掺杂层的情况下，掺杂量在小于约1mol％、优选小于0.5mol％、特别优选小于0.1、非常特别优选小于0.05mol％、非常特别优选约0.01mol％的范围内。
在较小的电压范围(1至3V)内仅有较小的电流流过该构造元件，因为载流子流量受到能量势垒的阻止。在较高的电压下可以克服势垒，使得一种载流子类别可以流过构造元件。
由此这种替代的层堆叠可以构造为：
i)p-HTL1/i-HTL2/p-HTL3，(HTL＝空穴传导层)
ii)n-ETL1/i-ETL2/n-ETL3，(ETL＝电子传导层)
在i)和ii)的情况下，在用于HTL1和HTL3或者用于ETL1和ETL3的材料相同的情况下获得了在负和正电压范围内具有导通范围的大致对称的特征曲线。
作为用于在单载流子装置中的层的材料，例如可以使用CBP(4,4’-双(N-咔唑基)-1,1’-联苯)、TCTA(三(4-咔唑基-9-基苯基)胺)、AZO或上述空穴传导材料或电子传导材料。可以例如将F4-TCNQ用于必要的掺杂。还可以使用对于掺杂有机太阳能电池中的传输层而言已知的掺杂物。
但载流子装置可以实施为MoOx/i-HTL/MoOx，在图12中示例性实施为MoOx/ATO/MoOx。在此情况下，第一个MoOx层或最后一个MoOx层可以实施为基部触点(1)、顶部触点(2)的一部分或者中间层(12，13)的一部分。
夹层组件的制造
在提供基板之后，在基板上安置每个电池单元的基部电极并将其结构化(P1)。接着在没有电极的情况下在基部触点上施加集成式旁通二极管的这个或这些层堆叠，其中旁通二极管不覆盖基部触点的整个面积。
在该基部触点上的集成式旁通二极管的面积比例，也就是说所有集成式旁通二极管在这个基部触点上或与这个基部触点相关的面积比例的总和，小于相应基部触点中面积的20％、优选小于10％、特别优选小于5％、非常特别优选小于1％。
在一个模块中的所有集成式旁通二极管的面积比例小于模块面积的20％、优选小于10％、特别优选小于5％、非常特别优选小于1％。
安置旁通二极管可以通过印刷单独的层来进行，优选通过喷墨印刷方法、丝网印刷方法、凹版印刷方法或柔版印刷方法，或者通过蒸镀层堆叠，或者通过印刷与蒸镀的组合来进行，优选使用上述材料，特别优选使用有机材料或包括有机材料的油墨。已经表现为成功的是例如使用AZO。
接着，根据本发明作为单结电池单元、级联电池单元或多结电池单元来安置层堆叠，优选通过蒸镀小分子。接着进行光电子电池单元的层堆叠的结构化(P2)并且优选在同一时间点进行结构化/暴露(P2’)以便使集成式旁通二极管(4)与顶部触点(2)进行接触。
接着进行顶部触点的安置和随后的结构化(P3)。
这些结构化可以通过掩模、结构化印刷方法或激光消融来进行，优选在使用具有纳秒、皮秒或飞秒范围内的脉冲长度的超短脉冲激光的情况下进行激光消融。
在将激光消融用于对光电子电池单元的层堆叠进行结构化(P2)并且将集成式旁通二极管结构化/暴露(P2’)的情况下，要将过程参数(强度、重叠、特征曲线)对于P2’结构化进行匹配。
该模块可以随后再被封装，以便保护层构造免于外部影响。
另外，例如可以安置钝化层，以便保护光电子层体系的有机层和/或以便在生产过程期间保护旁通二极管。
激光集成的旁通二极管
在另一个实施规则中建议，在基板上在顶部触点与基部触点之间除了光电子电池单元以外还安排至少一个集成式旁通二极管，见图4，并且在生产期间通过针对性的结构化来制造并适当连接该旁通二极管。
根据本发明建议，将该至少一个集成式旁通二极管与一个电池单元条相关联。
另外还可能的是，一个集成式旁通二极管桥接多个电池单元条。
在所有情况下，集成式旁通二极管与电池单元条并联电连接并且由电池单元条展示的电池单元串联连接以便获得平行延伸的电池单元条。
根据本发明该结构化设计为，使得集成式旁通二极管在基板上如此集成在光电子电池单元的条旁边或在光电子电池单元的条中，使得光电子电池单元的条的基部触点与相关旁通二极管的顶部触点电子连接并且相关旁通二极管的基部触点与相邻的光电子电池单元的条的基部触点电子连接。在此情况下，旁通二极管在基部触点与顶部触点之间应具有与光电子电池单元的条相同的截止方向。
在处理技术方面在这种情况下最简单的是，对于旁通二极管和光电子电池单元使用相同的层堆叠。此外，这种方案具有以下优点：产生了非常均匀的外观印象，因为旁通二极管的面在颜色上与光电子电池单元并无不同。但是这种变体具有以下缺点：旁通二极管同样是光活性的并且因而生成与光电子构造元件反向流动的电流。
当旁通二极管面积较小(也就是说，小于相关联的条的面积的10％、优选小于5％、进一步优选小于0.5至2％)时这个缺点是可以接受的。根据本发明，旁通二极管所需面积的比例还可以通过将旁通二极管设计得非常窄而最小化(也就是说集成式旁通二极管的宽度小于8mm，优选小于5mm，进一步优选小于2mm)。虽然这要求总体上向某一总面积中集成更多的旁通二极管，但是仍然是有利的，因为与少量但较大的旁通二极管相比，更多的较小的旁通二极管的发热更容易消散。旁通二极管的最优的尺寸在此敏感地取决于结构化方法的精确度。
所述的损耗可以根据本发明以如下方式进一步降低：即，通过合适的后处理(通过激光辐射、UV辐射、电子或离子轰击)来针对性地减少在旁通二极管的区域中光电子构造元件的层堆叠的光伏函数，生成的外部量子产率。
如果该光电子构造元件为多结电池单元(级联电池单元、三结电池单元或四结电池单元)，则在此根据本发明，在旁通二极管的区域中针对性地降低至少一个子电池单元的量子产率就足够。
旁通二极管的相对面积要求的降低需要旁通二极管对正向电流的尽可能高的负载能力。在多结电池单元作为光电子构造元件的情况下，这种负载能力也可以根据本发明如下地提高：在旁通二极管的区域中通过适合的消融方法来磨削该多结电池单元的一个或多个子电池单元并且由此在更小的电压下实现相同的电流，这对应于更少的发热。
为了进一步使损耗最小化，有意义的是在相同的连接情况下(即同样在光电子构造元件的底部触点与顶部触点之间具有相同的截止方向)在旁通二极管的区域中沉积另外的、优选非光活性的或至少较低光活性的层堆叠，该层堆叠被优化到最大的电流负载能力。最大的电流负载能力在此要求使用热学上尽可能稳定的材料，即在二极管的耗尽区(本征的或掺杂较少的)中的高载流子可移动性和在所施加的正向电压下至少一种载流子类型的尽可能无阻挡的注入。
根据本发明特别优选的是在所施加的正向电压下构造元件具有向耗尽区中的双极注入，其中所注入的载流子云在相反方向上渗入，这降低了电流的空间电荷限制。在旁通二极管的耗尽区中使用有机材料的情况下，根据本发明通过以下方式来实现双极注入：使用由空穴传导材料和电子传导材料形成的混合层，该混合层构成互穿的双连续的网络。另外有利的是使用经掺杂的层并且在此如此选择掺杂特征曲线或掺杂密度，使得耗尽区正好如为了获得足够好的截止行为所需的那样厚，对于有机半导体典型地为约15至50nm。
替代地，在如下实施方式中，即，集成式旁通二极管和有机光电子电池单元彼此并排安排在基板上，同样可以在安置光电子层堆叠之前安置至少一个集成式旁通二极管。在此情况下可以优选在真空中印刷或蒸镀旁通二极管。
光电子构造元件的电池单元的单独层与旁通二极管一起和/或自身独自的结构化可以例如借助于激光消融、电子或离子束消融、掩模或类似方式进行。
本发明的构造元件的制造通过适当地选择待安置的层的顺序与单独或多个层的对应的结构化相结合地进行。
通过旁通二极管的层和光电子构造元件的电池单元的层体系的施加顺序可以实现整合到卷对卷的方法中并且还可以实现制造大面积模块。
优选地将通过真空中蒸镀施加的层堆叠作为光电子电池单元的层堆叠。
根据本发明建议，为了将集成式旁通二极管的串联电阻最小化，在集成式旁通二极管与所属的光电子电池单元之间增加额外的结构化，优选作为激光结构化。
实施例
夹层组件的实例
本发明的模块包括集成式旁通二极管和有机电池单元的层堆叠，它们在夹层组件中安排在共同的基部触点与顶部触点之间，见图2a)和图2b)。在图2a)中，集成式旁通二极管的层序列包括至少两个层，为了展示，在电极与集成式旁通二极管之间还可以安排有隧道二极管或者该集成式旁通二极管由多个层组成。
在图10和图11中展示了用于夹层组件的此类旁通二极管的两个实施方式的电流-电压特征曲线。
A)图10示出具有如下层序列的构造元件的电流-电压曲线：玻璃/ITO(130nm)/ZnO(30nm)/AZO(60nm)/背部触点。为了制造该构造元件以喷墨方法向用ITO涂覆的玻璃基板上沉积30nm厚的由ZnO纳米颗粒形成的ZnO层。接着是沉积AZO层(60nm)，同样以喷墨方法沉积纳米颗粒。借助于真空沉积通过掩模来进行背部触点的沉积。ITO被结构化为，通过与背部触点重叠来产生约6mm2的活性面积。构造元件在-2至+3V范围内显示出较小的电流。在小于-2V和大于+3V电压的范围内电流流动并且特征曲线显示出相对陡峭的斜率。由此在图10中示出其特征曲线的构造元件满足可以作为集成式旁通二极管用在有机光电子构造元件中的要求。
B)图11示出具有如下层序列的构造元件的电流-电压曲线：玻璃-ITO(130nm)-PTAA(30nm)-AZO(60nm)-背部触点。如在实例A)中一样，在喷墨方法中印刷PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])层和AZO层(由纳米颗粒形成)。重新通过掩模借助于真空沉积来沉积背部触点。这种构造元件在(-3至+3V)电压范围内也显示出较小的电流(截止范围)。在小于-3V和大于+3V的电压范围内，相对较大的电流流动。这种构造元件也适合于作为旁通二极管集成到夹层组件中。
旁通二极管为此直接安置在基部触点上并且在安置背部触点之前被随后安置的有机光电子堆叠包围。在安置背部触点之前进行结构化，优选作为激光结构化，由此可以将集成式旁通二极管与这个/这些光电子电池单元并联连接。
图12示出用于作为集成式旁通二极管集成到夹层组件中的构造元件的另一个实施方式的电流-电压曲线。在此涉及一种具有用于不同i-HTL层厚度(以及p-HTL1和p-HTL3的相同p-HTL材料)的空穴传导材料的单载流子装置。在ITO涂覆的玻璃基板上以真空蒸镀方法首先安置40nm厚的p-HTL1层，用7重量％的掺杂物NDP9掺杂的BF-DPB，随后是由4P-TPD形成的本征层(i-HTL2)。这个层的厚度从20nm变化到60nm。接着安置另一个40nm厚的BF-DPB层，用7重量％的NDP9掺杂。沉积100nm的Al作为顶部触点。所有层通过掩模进行沉积。由于HT1和HT3相对于HTL2的势垒，在较小的电压(+1V)下仅少量电流流动。在较高电压下这个势垒可以被略微克服并且电流随着电压指数式增大。截止范围可以通过势垒的高度和本征层的厚度来调节。
尽管有相同的材料HTL1和HTL3，电流-电压曲线也不是完全对称的，这预计可追溯到对相邻不同电极的影响(ITO/p-HTL1/i-HTL2/p-HTL3/Al)。这种构造元件也适合于作为旁通二极管集成到夹层组件中。
有意义的是，向有机光电子层的堆叠中或在有机堆叠与电极之间引入另外的中间层。例如在安置集成式旁通二极管之后安置导电层。
激光结构化的组件的实例
在激光结构化的组件的这个实施例中，集成式旁通二极管包括与光电子电池单元相同的堆叠。
借助于真空中蒸镀在相同的制造过程中安置光电子电池单元和集成式旁通二极管的堆叠。在制造过程期间通过本发明的结构化(优选作为激光结构化)来进行光电子电池单元与集成式旁通二极管的分离。
其优点是，这种组件可以在卷对卷方法期间在一次运行中制造。
图4示出一种组件，包括两个具有光电子电池单元(3)的两个电池单元条，这些电池单元在中间通过具有集成式旁通二极管(4)的条而被中断。在这个实施规则中，与光电子电池单元的上部的电池单元条相关联的旁通二极管位于这个电池单元条的上方。与第二电池单元条相关联的旁通二极管集成到先前的电池单元条中。可以清楚地看出结构化标记。图7示出两张发热照片，左侧是在“光电子电池单元运行”时，而右侧是在旁通二极管运行时。图6展示了在照明下“实线”和在完全遮阴(没有照明)下“虚线”的电流-电压图。与没有旁通二极管的模块相对，对于小于-3V的电压，电流-电压特征曲线显示出随着电压值减小而在数值上增大。在此电流根据本发明流过旁通二极管并且模块的光电子电池单元不受负载。
在用于激光结构化的实施方式的另一个实施例中，集成式旁通二极管集成在这两个相邻的对应的电池单元条旁边。图9示出如下实施方式，其中通过额外地使用P4激光切割实现了将集成式旁通二极管安排在对应的电池单元条旁边。这个实例相对于激光集成的旁通二极管的第一实施例的优点是，“第一”集成式旁通二极管的上部条可以减小并且由此可以增大用于获取电流的可用区域。制造不仅可以通过激光处理还可以通过掩模来进行。实例和电流-电压图在图8和图9中示出。
这在图8中通过另外的P2和P3切割来实现。电流通过箭头标识。在此实例中，光生成的电流尤其通过遮阴的光电子电池单元的顶部触点流到旁通二极管并且在那里可以通过额外的P2结构化以改进的幅度流入旁通二极管的基部触点中。这使得旁通二极管的串联电阻降低并且在旁通二极管中的电流密度在面积上均匀化。
在图5中示出具有偏置的电流行为的另一个实施方式。展示了所需的结构化P1(虚线)/P2(点线)/P3(实线)。在这个展示中，第一集成式旁通二极管不是与第一电池单元条平行安排的，也就是说集成式旁通二极管是与电池单元条偏置安排的。
通过使结构化偏移，还可以将第一集成式旁通二极管直接基本上平行于第一电池单元条安排，类似于对后续的旁通二极管和电池单元条。
向旁通二极管中和来自旁通二极管的电流(减小旁通二极管的串联电阻)可以通过另外的结构化措施(P1，P2，P3)来改进。
附图标记清单
0 具有集成式旁通二极管的太阳能电池
1 基部触点
2 顶部触点
3 光电子电池单元的有机堆叠/光电子层堆叠
4 无触点的集成式旁通二极管
5 无触点的集成式旁通二极管
6 光电子电池单元的光活性层
7 传输层
8 i层
9 p层
10 n层
11 再结合区
12 钝化层
13 注入层
14 基板
P1，P2，P2’，P3，P4 结构化(激光结构化)

Claims (29)

1.用于将光转换成电能的有机构造元件，包括至少一个模块、靠近基板的至少一个基部触点(1)以及至少一个顶部触点(2)，其中每个模块包括至少两个有机光电子电池单元和至少一个集成式旁通二极管，
a.该光电子电池单元包括有机的光电子的堆叠层体系，该层体系安排在该基部触点(1)与该顶部触点(2)之间，并且这些光电子电池单元串联连接，
b.该集成式旁通二极管在基板上与这些光电子电池单元安排成使得每个旁通二极管与正好一个光电子电池单元或者与多个光电子电池单元并联连接，并且无触点的集成式旁通二极管(4，5)安排成使得该无触点的集成式旁通二极管在该基部触点(1)与该顶部触点(2)之间具有与这些光电子电池单元(3)的条相同的截止方向，并且通过结构化将该旁通二极管与这些光电子电池单元的条并排地集成在该基板上，
c.其特征在于，这些光电子电池单元的条的基部触点(1)与相关联的旁通二极管的顶部触点(2)电子连接并且该相关联的旁通二极管的基部触点(1)与相邻的光电子电池单元的条的基部触点(1)电子连接。
2.用于将光转换成电能的有机构造元件，包括至少一个模块、靠近基板的至少一个基部触点(1)以及至少一个顶部触点(2)，其中每个模块包括至少两个有机光电子电池单元和至少一个集成式旁通二极管，其中
a.该光电子电池单元包括有机的光电子的层体系，该层体系安排在该基部触点(1)与该背部触点(2)之间，并且这些光电子电池单元串联连接，
b.这些集成式旁通二极管(4，5)在基板上与这些光电子电池单元安排成使得每个旁通二极管与正好一个光电子电池单元或者与多个光电子电池单元并联连接，并且该集成式旁通二极管在这些触点之间具有与这些光电子电池单元相反的截止方向，并且通过结构化将该旁通二极管与这些光电子电池单元的条并排地集成在该基板上，
c.其特征在于，该旁通二极管的顶部触点与相关联的光电子电池单元的条的顶部触点电连接并且该旁通二极管的基部触点与该相关联的光电子电池单元的条的基部触点电连接。
3.用于将光转换成电能的有机构造元件，包括至少一个模块、靠近基板的至少一个基部触点(1)以及至少一个顶部触点(2)，其中每个模块包括至少两个有机光电子电池单元和至少一个集成式旁通二极管，其中
a.该光电子电池单元包括有机的光电子的层体系，该层体系安排在该基部触点(1)与该背部触点(2)之间，并且这些光电子电池单元串联连接，
b.这些集成式旁通二极管(4，5)在基板上与这些光电子电池单元安排成使得每个旁通二极管与正好一个光电子电池单元或者与多个光电子电池单元并联连接，
其特征在于，
c.这些无触点的集成式旁通二极管(4，5)的层序列和该光电子层堆叠(3)在共同的基部触点(1)与共同的顶部触点(2)之间彼此堆叠地安排，使得
i)将该无触点的集成式旁通二极管(4，5)的层序列安置在该基部触点(1)上，
ii)将该光电子层堆叠安置在基部触点(1)与顶部触点(2)之间或在安置于该基部触点上的该无触点的旁通二极管(4)与该顶部触点(2)之间，并且
iii)在该旁通二极管(4)的区域中通过结构化过程、优选通过激光结构化来中断该光电子层堆叠，使得该无触点的集成式旁通二极管(4)的层体系与该顶部触点(2)电连接。
4.根据权利要求3所述的有机构造元件，其特征在于，该集成式旁通二极管对应于单载流子装置。
5.根据以上权利要求之一所述的有机构造元件，其中该基部触点(1)构成阴极并且该顶部触点(2)构成阳极，其中该顶部触点(1)包括具有小于4.5eV的热学逸出功的金属，优选铝或铝合金、银或银合金，该银合金优选为Ag:Mg或Ag:Ca，并且该集成式旁通二极管包括以下层或层序列中的至少一种：
a.无机或有机的、优选本征或弱掺杂的层，其中在该层中掺杂物的浓度小于10％、优选小于5％且特别优选小于1％，或者
b.具有大于4.5eV的逸出功的有机或非有机的非本征层，随后是绝缘层，用于关于电极形成隧道二极管，或者
c.包括高度掺杂的有机p导体的层，该p导体通过氧化电极的表面、例如通过掺杂物与电极的化学反应在与电极共同作用的情况下产生二极管行为。
6.根据以上权利要求之一、优选根据权利要求3或4所述的有机构造元件，其中该基部触点(1)构成阴极并且该顶部触点(2)构成阳极，其中该顶部触点(1)包括金属或具有任意热学逸出功的材料，或者其中在该顶部触点之下的该集成式旁通二极管的区域中安排有包括具有小于约4.5eV的热学逸出功的退化的或高度掺杂的n导体的层，并且该旁通二极管包括以下层或层序列中的至少一种：
a.无机或有机的层、优选本征或弱掺杂的层，其中在该层中掺杂物的浓度小于10％、优选小于5％且特别优选小于1％，其中该层安置到该基部触点上，或者
b.具有大于4.5eV的逸出功的非本征层，随后是绝缘层，用于关于该退化的或高度掺杂的n导体层形成隧道二极管。
7.根据以上权利要求之一所述的光学构造元件，其特征在于，该阴极的热学逸出功
a.通过中间层(11，12)，该中间层包括氧化钼、氧化钨、PEDOT:PSS或者自组装单层、或者这些材料的组合，和/或
b.通过对该电极的预处理，优选借助于UV-臭氧处理或氧等离子体处理，
提高到大于4.5eV、优选大于5eV的值。
8.根据以上权利要求之一所述的有机构造元件，其中该集成式旁通二极管的无机或有机的空穴传导层包括以下材料或材料类别中的至少一种：
a.具有共轭π电子体系和任选地共轭或不共轭的侧链的低分子空穴传导物质，优选具有在约4.8eV与约5.8eV之间、特别优选在约5.0eV与5.5eV之间的中等逸出功的化合物；
b.具有对应官能化的侧基或者包含第二材料的物质，该第二材料能够通过对应官能化的侧基与实际的空穴传导物质反应，例如乙烯基类、甲基丙烯酸酯类、三氯硅烷、叠氮化物类、环氧化物类或氧杂环丁烷；
c.聚合物型空穴传导物质，优选具有在4.8eV与约5.8eV之间、特别优选在约5eV与约5.5eV之间的中等逸出功的化合物和/或具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度；优选为具有对应官能化的侧基的物质，这些侧基在沉积之后能够以热学方式或在光、优选UV光的作用下交联，优选聚噻吩如PEDOT，传导型染料例如Plexcore，聚吡咯，聚胺如聚苯胺，聚对苯撑，聚亚苯基亚乙烯，聚亚苯基亚乙炔，聚乙烯基咔唑，包含三芳基胺基团、氟基团或咔唑基团的聚合物；
d.由聚合物型共轭或非共轭物质与低分子空穴传导物质形成的混合物；在此优选具有在4.8eV与约5.8eV之间、特别优选在约5eV与约5.5eV之间的中等逸出功的化合物和具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度。
9.根据以上权利要求之一所述的有机构造元件，其中该旁通二极管包含无机电子传导层，例如ZnO、TiO2或其他的具有小于约4.5eV的热学逸出功的半导体氧化物，或者包含有机电子传导层，该有机电子传导层包括以下材料或材料类别中的至少一种：
a.低分子电子传导物质，优选富勒烯、包括二羧酸酐、二羧酸酰亚胺或氰基、尤其二氰基乙烯基的化合物，
b.优选具有在约3.5eV与约4.5eV之间、优选在约3.8eV与约4.5eV之间的中等电子亲和性的化合物，以及具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度，优选带有辅助溶解的烷基、烷氧基、寡聚醚和部分氟化烷基的萘、蒽、2,8-二氮苝-1,3,7,9-四酮、苝、涤纶和四萘嵌三苯的双酰亚胺染料，其中该双酰亚胺的核心骨架可以是未取代的也可以具有吸电子取代基(F、Cl、CN)，
c.具有上述辅助溶解的基团的苝双酰亚胺或十环烯三酰亚胺的嵌合式连接的二聚体、三聚体或寡聚物，
d.硼-亚酞菁，酞菁，具有吸电子取代基(F、Cl、CN)、同样携带辅助溶解的烷基、烷氧基、寡聚醚和部分氟化烷基的聚环状芳香和杂芳香烃，另外带有辅助溶解的基团的荧蒽稠合的酰亚胺，或者具有上述辅助溶解的基团的四氮苯并二氟蒽二酰亚胺和吡咯并吡咯二酮(DPP)官能化的受体；
e.9,9’-联亚茀；
f.三聚茚酮衍生物和由其衍生的二氰基亚乙烯以及氰基羧基亚乙烯，
g.具有富电子中间基团的长棒状分子，该中间基团优选芴、二苯并硅杂环戊二烯、引达省并二噻吩和引达省并二噻吩并[3,2-b]噻吩，两侧为少电子的末端受体，如罗丹宁、酰亚胺、茚二酮、二氰基亚乙烯，这些末端受体可以通过乙烯桥与该中间基团相连；
h.聚合物型电子传导物质，优选具有在约3.5eV与约4.5eV之间、特别优选在约3.8eV与4.5eV之间的中等电子亲和性的化合物和具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度，例如聚((9,9-二辛基芴)-2,7-二基-交替-[4,7-双(3-己基噻吩-5-基)-2,1,3-苯并噻二唑]-2’,2”-二基)(F8TBT)，具有氰基取代的乙烯基单元的由螺二芴单元和吡咯并吡咯二酮单元组成的聚合物；
i.由聚合物型、共轭的或非共轭的物质以及低分子电子传导物质形成的混合物，在此优选为具有在约3.5eV与约4.5eV之间的中等逸出功的低分子电子传导化合物和具有适当的非共轭侧链的化合物，这些非共轭侧链确保对于印刷过程而言足够的溶解度。
10.根据以上权利要求之一所述的有机构造元件，其中该旁通二极管包含有机的双极性传导层，该传导层包括由对应于权利要求8或9的电子传导材料和空穴传导材料形成的混合物。
11.根据以上权利要求之一所述的有机构造元件，其中该光电子电池单元的该基部触点(1)和该集成式旁通二极管构成阴极并且该顶部触点(2)构成阳极，
a.其中该顶部触点(2)至少在该旁通二极管的区域中包括具有大于4.8eV、进一步优选大于5eV的大热学逸出功的金属或者具有任意热学逸出功的、与由具有大于约5eV的高热学逸出功的半导体氧化物、优选氧化钼或氧化钨制成的层相组合的金属或金属合金，和/或
b.该基部触点至少在该集成式旁通二极管的区域中包括具有小于约4.5eV、优选小于约4.2eV的小热学逸出功的传导氧化物或金属、优选铝掺杂的ZnO、TiO2或经适当预处理的ITO或非贵金属，
c.该旁通二极管包括以下层或层序列中的至少一种：
i)具有小于约4.5eV的热学逸出功的未掺杂的或非常少量n掺杂的半导体氧化物，优选ZnO或TiO2，
ii)对应于权利要求9的未掺杂或非常少量n掺杂的电子传导物质，
iii)对应于权利要求8的未掺杂或非常少量p掺杂的空穴传导物质，或者
iv)由对应于权利要求9和8的电子传导物质和空穴传导物质形成的混合层。
12.根据以上权利要求之一所述的有机构造元件，其中在该旁通二极管的区域中，该层堆叠另外包括在阳极侧的具有大于约4.8eV的大热学逸出功的一个或多个掺杂层和/或在阴极侧的具有小于约4.5eV的小热学逸出功的掺杂层。
13.根据权利要求1或2之一所述的有机构造元件，其中这些光电子电池单元和这些旁通二极管包括相同的半导体材料堆叠。
14.根据权利要求1、2或13之一所述的有机构造元件，其中通过脉冲式激光或者通过以带电粒子轰击来降低在该旁通二极管的区域中层堆叠的光伏效应。
15.根据权利要求1、2、13或14之一所述的有机构造元件，其特征在于，增加了额外的用于减小串联电阻的结构化。
16.根据以上权利要求之一所述的光学构造元件，其特征在于，该集成式旁通二极管包括对应于以上权利要求8或9的电子传导材料和/或空穴传导材料。
17.根据以上权利要求之一所述的有机构造元件，光电子电池单元的条，即光电子层堆叠(3)，为太阳能电池、光检测器、优选有机光活性的单结太阳能电池、级联太阳能电池或多结太阳能电池，特别优选包括可蒸镀材料。
18.根据以上权利要求之一所述的光学构造元件，其特征在于，该旁通二极管呈不同的分立的形状，例如圆形、多边形、矩形、连续或中断的线。
19.根据以上权利要求之一所述的光学构造元件，其特征在于，
a.在该基部触点上所安排的所有旁通二极管的面积比例的总和小于该基部触点面积的20％、优选小于该基部触点面积的10％、特别优选小于该基部触点面积的5％、非常特别优选小于该基部触点面积的2％、尤其优选小于该基部触点面积的1％或小于该基部触点面积的0.5％，或者
b.一个模块的所安排的所有旁通二极管的面积的总和小于该模块的面积的20％、优选小于该模块的面积的10％、特别优选小于该模块的面积的5％、非常特别优选小于该模块的面积的2％、尤其优选小于该模块的面积的1％或小于该模块的面积的0.5％。
20.用于制造具有集成式旁通二极管的有机太阳能电池的方法，包括以下步骤：
a.提供基板，
b.安置基部电极(1)并且将该基部电极结构化(P1)，
c.在施加旁通二极管的单个层或多个层和/或光电子电池单元的层堆叠之后，将该集成式旁通二极管(4，5)的层堆叠和该光电子电池单元的层堆叠在没有其背部触点(3)的情况下通过结构化来进行安置(P2，P2’，P3)；
d.安置背部触点(2)，包括将其结构化(P4)。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，将光电子电池单元串联连接并且安排在基部触点与背部触点之间，并且在沉积光电子层体系的电池单元之前、也就是在安置该光电子层堆叠之前，在没有该集成式旁通二极管的背部触点的情况下安置该集成式旁通二极管，优选通过印刷方法，并且通过后续安置的光电子层体系的适当的结构化，该集成式旁通二极管与顶部触点电连接。
22.根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，通过印刷方法、优选通过喷墨印刷方法、丝网印刷方法、凹版印刷方法或柔版印刷方法、或者通过蒸镀待施加材料来将该旁通二极管的层序列安置到该基部触点的区域上。
23.根据权利要求20至22之一所述的方法，其特征在于，通过使用掩模、结构化的印刷方法或激光消融在相应的旁通二极管的区域上进行该光电子层体系的结构化，优选借助于通过具有纳秒、皮秒或飞秒范围内的脉冲长度的超短脉冲激光进行的激光消融。
24.根据权利要求20至23之一所述的方法，其特征在于，在将该光电子构造元件的电池单元的光电子层沉积在相应的光电子电池单元的基部触点上之前，将该集成式旁通二极管或这些集成式旁通二极管在没有其背部触点的情况下进行安置，并且通过后续安置的光电子层体系的适当的结构化，该集成式旁通二极管或这些集成式旁通二极管与相应的光电子电池单元的背部触点电连接。
25.根据权利要求20至24之一所述的方法，其特征在于，安置该集成式旁通二极管或这些集成式旁通二极管是与在相应的光电子电池单元的基部触点上沉积该光电子构造元件的电池单元的光电子层同时进行的，并且使该旁通二极管和这些光电子电池单元通过适当的结构化与其背部触点电连接。
26.根据权利要求20至25之一所述的方法，其中这些光电子电池单元和/或该旁通二极管的结构化在安置该层序列期间和/或在施加这些光电子电池单元和/或该旁通二极管的所有层序列之后进行。
27.根据权利要求20至26之一所述的方法，在这些光电子层与该集成式旁通二极管之间，当在这两个电极(1)与(2)之间彼此并排地安排时增加额外的结构化，优选通过激光消融，以便减小该集成式旁通二极管的串联电阻。
28.根据权利要求20至27之一所述的方法，当在这两个电极(1)与(2)之间将该集成式旁通二极管与这些光电子层并排安排时，在该集成式旁通二极管的区域中的至少一个子电池单元的光活性层，和该集成式旁通二极管具有与这些光电子层几乎完全相同的堆叠，通过脉冲激光辐射、UV辐射或带电粒子轰击来处理。
29.有机光电子构造元件，包括模块或电池单元，其包括集成式旁通二极管，该集成式旁通二极管根据权利要求20至28之一来制造，或者根据权利要求1至19之一来构造。
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