CN114788006A - 在遮蔽情况下效率提高的光伏元件，以及用于生产这种光伏元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏元件(1)，该光伏元件包括至少一个光伏电池(2)，该至少一个光伏电池具有基底电极(3)、顶部电极(4)以及具有至少一个光敏层(6)的层系统(5)，所述层系统(5)布置在该基底电极(3)与该顶部电极(4)之间。该至少一个光伏电池(2)被至少部分地分割成片段(7)，其中，该分割被设计为使得一个片段(7)的至少该顶部电极(4)和该层系统(5)与另一个片段(7)的该顶部电极(4)和该层系统(5)通过至少一个空腔(8)分离，从而防止彼此之间接触，或者一个片段(7)的该顶部电极(4)、该层系统(5)和至少部分地该基底电极(3)与另一个片段(7)的该顶部电极(4)、该层系统(5)和至少部分地该基底电极(3)通过至少一个空腔(8)分离，从而防止彼此之间接触；相对于该至少一个光伏电池(2)的层系统(5)至少基本上垂直地形成该至少一个空腔(8)；并且该至少一个光伏电池(2)的片段(7)以导电方式并联连接在一起，使得流经该至少一个光伏电池(2)的电流分布到各个片段(7)。
Description
本发明涉及一种包括至少一个光伏电池的光伏元件，一种包括至少两个这种光伏元件的光伏系统，以及一种用于生产这种光伏元件的方法。
光伏元件、特别是集成到建筑结构中的光伏元件会被暂时遮蔽。光伏元件由至少一个可以串联或并联连接的光伏电池组成，该光伏电池包括至少一个光敏层。
光伏元件或其串联连接的光伏电池并不总是都以相同的程度被遮蔽，而是仍然部分地暴露于阳光下。在这种情况下，与其它光伏电池串联连接的被遮蔽的光伏电池产生与未被遮蔽的光伏电池相比相反的电压，这限制或阻止了来自其它光伏电池的电流流经该光伏电池。
现有技术中已知的用于避免部分遮蔽问题的方法使用旁路二极管，以继续确保串联连接的光伏电池的电流，并且避免损坏部分地被遮蔽的光伏电池。在被遮蔽的或有缺陷的光伏电池的情况下，通过将旁路二极管与光伏电池并联连接来降低功率损耗。如果光伏元件、特别是光伏元件的光伏电池至少部分地被遮蔽，则该光伏电池不产生电压或产生较低的电压，并且由在其上游串联连接的光伏电池产生的电流无法被传导并会损坏至少部分地被遮蔽的光伏电池。在这种情况下，旁路二极管可以接管所产生的电流从在上游连接的光伏电池通过旁路二极管到在下游连接的光伏电池的传导，从而防止损坏被遮蔽的光伏电池。因此，光伏元件可以在至少部分地被遮蔽的光伏电池下继续工作。然而，这种解决方案非常昂贵并且需要高度的复杂性，这也导致高昂的额外成本。
US 20150349164 A1披露了一种包括集成旁路二极管的太阳能电池，其中，旁路二极管和太阳能电池包括在基板上彼此相邻的不同区域并且通过间隙分离。
EP 1 920 468 B1披露了一种包括旁路二极管的有机光伏电池。
WO 2014/051889 A1披露了一种包括大量光伏电池的太阳能电池，其中，光伏电池具有特定的中间空间布置，使得电池的最终区域仅允许最大反向电压，并且可以减少旁路二极管的数量。
然而，现有技术的缺点是，在生产期间将完整的旁路二极管集成到光伏电池中已被证明是复杂的。旁路二极管需要更大的不能再产生电流的区域，这导致光伏元件的功率损耗更大。此外，已知的方法特别不适合用于生产光伏元件的卷对卷方法。
因此，本发明的目的在于提供一种光伏元件，该光伏元件在至少部分地遮蔽单独的光伏电池或电池区域的情况下具有更好的效率，并且增加了被遮蔽的光伏电池的使用寿命，而不会出现上述缺点，并且，特别是在至少部分地遮蔽光伏电池的情况下，光伏元件不会被损坏。特别地，有效区域损失应该尽可能小，并且对性能的影响应该最小。
该目的通过独立权利要求的主题来实现。有利的配置通过从属权利要求而显而易见。
特别地，该目的通过提供一种光伏元件来实现，该光伏元件包括至少一个光伏电池，该至少一个光伏电池具有基底电极、顶部电极以及包括至少一个光敏层的层系统，其中，该层系统布置在该基底电极与该顶部电极之间。该至少一个光伏电池被至少部分地分割成片段，其中，该分割被设计为使得一个片段的至少顶部电极和层系统与另一个片段的顶部电极和层系统分离，或者，一个片段的顶部电极、层系统和至少部分地基底电极与另一个片段的顶部电极、层系统和至少部分地基底电极在各自的情况下通过至少一个空腔分离，从而防止彼此之间接触，其中，相对于该至少一个光伏电池的层系统至少基本上垂直地形成该至少一个空腔，并且其中，该至少一个光伏电池的片段彼此导电地并联连接，使得流经该至少一个光伏电池的电流分布在各个片段上。
在优选实施例中，基底电极、层系统和顶部电极是经激光结构化的。在优选实施例中，基底电极形成阴极，并且顶部电极形成阳极。
在本发明的优选实施例中，基底电极布置在基板、特别是膜上。
特别地，空腔被理解为至少两个片段之间的空间，该空间至少在截面上将这些片段彼此分离，使得至少两个片段之间至少不存在经由这种截面的导电连接和/或在该截面区域中这些片段彼此不接触。空腔在两个片段之间形成特定距离，一个片段在层系统的水平方向上位于另一个片段下方。空腔特别是中间空间。
特别地，本发明披露了一种用于防止所谓的热点对光伏元件、特别是有机光伏元件造成损坏的技术方案。该解决方案的实施使得，即使一个或多个光伏电池被遮蔽，由多个光伏电池组成的光伏元件也能继续工作而不会受到损害。
分割被理解为特别是指将光伏电池的顶部电极和层系统，或顶部电极、层系统和至少部分地基底电极至少部分地分离，使得在至少一个光伏电池中出现至少部分遮蔽和/或缺陷的情况下，所得到的每个单独片段中的电流足够大而不会损坏光伏电池。取决于相应片段中电流密度的期望限制，可以根据片段的截面面积、特别是片段的宽度和长度来分割这些片段，与没有分割的光伏电池相比，各个片段中的电流密度更低。在本发明的优选实施例中，各个片段的电流减小、特别是电流密度很低，使得至少部分地被遮蔽的光伏电池、特别是完全被遮蔽的光伏电池仍然能够传导未被遮蔽的相邻光伏电池的电流而不会损坏。
遮蔽被理解为特别是指光在光伏元件上的入射至少部分地减少，特别是指至少基本上不透明的物体将其来自太阳的阴影投射到光伏元件的部件上。在被遮蔽或至少部分地被遮蔽的电池中，当光照射时，与未被遮蔽的电池相比存在相反的电压，因为至少部分地被遮蔽的电池本身没有产生电流或产生较低的电流。结果，与其他未被遮蔽的电池串联连接的至少部分地被遮蔽的电池可能被损坏。
缺陷被理解为特别是指光伏电池的层系统中的故障、或包括至少一个电极的层系统的导电连接中的故障。
光伏元件被理解为特别是指太阳能电池，其中光伏元件具有至少一个光伏电池。光伏电池可以以不同方式布置和/或连接在光伏元件中。光伏元件优选地由多个串联连接的光伏电池构成。
在WO 2004083958 A2、WO 2011013219 A1、WO 2011138021 A2、WO 2011161108 A1中描述了光伏电池的层系统的可能结构。在此处指明的申请中，优选地使用以下层系统，其中光敏层包括可蒸发的并且通过物理气相沉积(PVD)施加或已经施加的吸收材料。为此，使用属于“小分子”组的材料，这些材料尤其在WO 2006092134 A1、WO 2010133208 A1、WO2014206860 A1、WO 2014128278 A1、WO 2017114937 A1和WO 2017114938 A1中进行了描述。光敏层形成受体/施体系统，并且可以由多个单独的层或混合层组成，作为平面异质结并且优选地作为体异质结。可以完全通过物理气相沉积施加的层系统是优选的。
层系统可以是单电池、串联电池或多电池的形式，名称由子电池的数量决定，每个子电池包含至少一个光敏层，该至少一个光敏层优选地由传输层和可选的复合层分离，并且该至少一个光敏层本身可以由多个层组成。p层系统或n层系统(也简称为p层或n层)可以由多个层组成，其中p层系统或n层系统的至少一个层是p掺杂或n掺杂的、优选地作为p掺杂或n掺杂的宽间隙层。i层系统(也称为i层)是未掺杂的或较少掺杂的，即相对于子电池中的p层和n层具有较弱的掺杂，并且采用光敏层的形式。这些n层、p层、i层中的每一种可以由另外的层组成，其中，n层和p层分别由至少一个掺杂的n层和掺杂的p层组成，其掺杂有助于电荷载流子的增加。这意味着光伏电池的层堆叠体由p层、n层和i层系统的有利组合组成，即，每个子电池包括i层系统和至少一个p层或n层系统。
层系统的水平延伸被理解为特别是指基本上平行于基板和/或层系统的层延伸的方向。
在优选实施例中，光伏元件具有包括至少一个光敏层的电池，特别是CIS、CIGS、GaAs或Si电池、钙钛矿电池或有机光伏元件(OPV)，即所谓的有机太阳能电池。有机光伏元件被理解为特别是指具有至少一个有机光敏层的光伏元件、特别是聚合物有机光伏元件或基于小分子的有机光伏元件。虽然聚合物的特点是不可蒸发，因此只能从溶液中施加，但是小分子通常是可蒸发的，并且既可以像聚合物一样作为溶液施加，也可以通过气相沉积技术、特别是在真空中通过气相沉积施加。光伏元件特别优选地是基于小分子的柔性有机光伏元件。
在本发明的优选实施例中，层系统的光敏层包括在真空中可蒸发的小分子。在本发明的优选实施例中，层系统的至少光敏层是在真空中气相沉积的。
小分子被理解为特别是指单分散摩尔质量介于100至2000g/mol之间的非聚合有机分子，这些非聚合有机分子在标准压力(环境大气的气压)和室温下以固相存在。特别地，小分子是光敏的，“光敏”被理解为是指当提供光时分子经历电荷状态和/或偏振状态的变化。
在本发明的优选实施例中，顶部电极包括银或银合金、铝或铝合金、金或金合金、或这些材料的组合，优选地包括Ag:Mg或Ag:Ca作为银合金。
根据本发明的光伏元件具有优于现有技术的优点。有利地，可以保护光伏元件免受热点的影响；特别地，在未被遮蔽的电池中产生的电流可以在至少部分地被遮蔽的电池的各个片段之间分配，从而防止对至少部分地被遮蔽的电池的损坏。因此，光伏元件可以使用其他未被遮蔽的电池继续产生电力。有利地，在至少部分地遮蔽的情况下和/或在光伏电池存在缺陷的情况下，该至少一个光伏电池不会被损坏。有利地，当光伏元件的各个光伏电池被遮蔽时，效率提高，并且光伏元件的使用寿命增加。有利地，光伏电池的面积没有损失或至少基本上没有损失和/或光伏电池的性能没有损失或至少基本上没有损失。来自前一个光伏电池的电流有利地分布到至少部分地被遮蔽的光伏电池的各个片段。有利地，分割可以特别容易地整合到当前的生产方法中；特别地，对激光结构化进行编程只需要少量的努力。生产可以有利地整合到卷对卷方法中。分割可以在生产期间直接结合到层系统中，而无需使用额外的外部部件、特别是二极管。
有利地，与其他解决方案相比、尤其是与旁路二极管相比，光伏电池的分割更具成本效益。有利地，流经各个片段的电流较低。
根据本发明的发展，规定该光伏元件包括至少第一光伏电池和第二光伏电池，其中，该至少第一光伏电池和第二光伏电池串联连接，并且其中，第一光伏电池的顶部电极与第二光伏电池的基底电极导电连接，其中，光伏电池的基底电极优选地在相对于层系统的水平方向上彼此分离，并且光伏电池的顶部电极在相对于层系统的水平方向上彼此分离。
根据本发明的发展，规定基于层系统的水平范围，该至少一个光伏电池的片段的截面面积彼此相同，其中，优选地，片段的截面面积根据流经该至少一个光伏电池的电流而具有相同的大小。在流经各个片段的电流较低的情况下，电流密度变低，其中，流经各个片段的电流越大，电流密度就越大。
截面面积被理解为特别是指片段在层系统的水平延伸中的面积、特别是沿着层系统的层的面积。
根据本发明的发展，规定片段的宽度为1cm至2m、优选地为5cm至1m，和/或各个片段在层系统水平方向上相对于彼此之间的距离在10nm至200nm的范围内、优选地在40nm至80nm的范围内。各个片段之间的距离特别是由至少一个空腔形成。
根据本发明的发展，规定片段的长度、特别是该至少一个光伏电池的长度为1mm至1m、优选地为5mm至5cm，其中，这些片段优选地至少基本上彼此平行地形成。
根据本发明的发展，规定各个片段各自在光伏电池的整个方向上形成，其中，这些片段的形状优选地具有不同的设计。
根据本发明的发展，规定这些片段至少基本上平行、优选地为带状的，其中，与前一个光伏电池相比，后一个光伏电池的片段优选地相对于彼此平行偏移。
根据本发明的发展，规定光伏元件的光伏电池通过至少一条母线导电连接。
取决于光敏层系统的数量，光伏电池被划分为单电池、串联电池或多电池，光敏层系统由两个基底触点和顶部触点之间的层结构中的传输层和其他层形成。串联电池和多电池由在电极之间彼此上下布置的至少两个子电池构成，其中，每个子电池包括至少一个光敏层系统。
根据本发明的发展，规定该层系统包括至少两个光敏层，其中，光伏电池是串联电池，该层系统优选地包括至少三个光敏层，其中，光伏电池是三重电池，和/或规定该层系统额外包括至少一个电荷载流子传输层，其中，该至少一个电荷载流子传输层布置在基底电极或顶部电极与光敏层之间，该层系统优选地包括至少第一电荷载流子传输层和第二电荷载流子传输层，其中，第一电荷载流子传输层布置在基底电极与至少一个光敏层之间，并且其中，第二电荷载流子传输层布置在至少一个光敏层与顶部电极之间。
根据本发明的发展，规定该光伏元件是有机光伏元件、优选地是柔性有机光伏元件，其中，该有机光伏元件的至少一个光敏层优选地具有小分子作为吸收材料。
特别地，柔性光伏被理解为是指在特定区域中可弯曲和/或可拉伸的光伏元件。
根据本发明的发展，规定该光伏元件不具有旁路二极管。
本发明的目的还通过提供一种光伏系统来实现，该光伏系统包括至少两个光伏元件、尤其是根据上述示例性实施例之一的光伏元件。对于光伏系统来说，这特别导致了已经结合包括至少一个光伏电池的光伏元件描述的优点。在这种情况下，该至少两个光伏元件串联连接。光伏元件优选地由彼此串联连接的光伏电池组成。这些光伏电池优选地通过将一个光伏电池的顶部电极导电连接到下一个光伏电池的基底电极而串联连接。
本发明的目的还通过提供一种用于生产光伏元件、特别是柔性光伏元件的方法来实现，该光伏元件包括至少两个光伏电池，每个光伏电池具有基底电极、顶部电极以及布置在基底电极与顶部电极之间的层系统，其中，该层系统具有至少一个光敏层、特别是根据上述示例性实施例之一的光敏层。对于该方法来说，这特别导致了已经结合包括至少一个光伏电池的光伏元件和结合光伏系统描述的优点。该方法包括以下步骤：
a)提供具有基底电极层的基板，
b)对该基底电极层进行激光结构化，使得该基底电极层被分为单独的基底电极，
c)将具有至少一个光敏层的层系统施加到所结构化的基底电极上，并且通过激光烧蚀在层系统中形成与每个单独的基底电极相关联的至少一个开口，其中，这些基底电极至少部分地暴露在该至少一个开口处，
d)将顶部电极层施加到该至少一个开口中和/或通过该至少一个开口将顶部电极层施加到层系统上，其中，填充该至少一个开口，
e)对顶部电极层和层系统进行激光结构化，使得形成单独的顶部电极和单独的层系统，其中，第一光伏电池的顶部电极与第二光伏电池的基底电极导电连接，以及
f)通过激光烧蚀分割至少一个光伏电池的至少顶部电极和层系统，或顶部电极、层系统和至少部分地基底电极，其中，形成该至少一个光伏电池的片段。
在本发明的优选实施例中，步骤e)和步骤f)同时执行。
在本发明的优选实施例中，为了在步骤c)中通过激光烧蚀形成开口，在步骤b)和步骤e)中进行激光结构化，和/或为了在步骤f)中进行分割，根据基底电极、层系统和/或顶部电极的材料和层厚度来调整至少一个激光束的参数，这些参数优选地为能量密度、脉冲持续时间、脉冲形状、脉冲频率和/或波长。
在本发明的优选实施例中，基底触点和层系统、层系统的各个层，和/或层系统和顶部电极通过合适的结构化、特别是激光结构化进行导电连接。
在本发明的优选实施例中，通过印刷方法、优选地喷墨方法、丝网印刷方法和/或柔性版印刷方法，和/或通过对要施加的材料的气相沉积来施加这些层。
在本发明的优选实施例中，步骤c)中的激光烧蚀、步骤b)和步骤e)中的激光结构化和/或步骤f)中的分割中的激光的波长范围为300nm至1200nm、优选地400nm至1000nm、或优选地450nm至800nm。
在本发明的优选实施例中，步骤c)中的激光烧蚀和/或步骤f)中的分割中的至少一个激光束的能量密度在烧蚀期间根据层系统的去除深度进行调整。
在本发明的优选实施例中，层系统通过激光结构化与基底电极和/或顶部电极导电连接。
根据本发明的发展，规定在相对于该至少一个光伏电池的层系统的水平方向上对顶部电极层进行划分，从而得到顶部电极，并且在基于该至少一个光伏电池的层系统的水平方向上对基底电极层进行划分，从而得到基底电极。
根据本发明的发展，规定在卷对卷方法中使用该方法。
在本发明的优选实施例中，结构化发生在施加层系统的各个层期间。在本发明的替代性优选实施例中，结构化发生在施加层系统的各个层之后。
下面参考附图对本发明进行了更加详细的阐述。在附图中：
图1示出了包括光伏电池的电极的层系统的结构的示意性表示；
图2以侧视图示出了光伏元件的示意性表示，以阐明至少部分地被遮蔽的光伏电池的问题；以及
图3以侧视图和平面图示出了分割下的光伏元件的示例性实施例的示意性表示。
具体实施方式
图1示出了包括光伏电池2的电极3、4的层系统5的结构的示意性表示。
光伏元件1、特别是有机光伏元件1由一系列薄层(层系统5)组成，这些薄层具有至少一个光敏层6，该至少一个光敏层优选地在真空中气相沉积或者从溶液中加工。电链接可以通过金属层、透明导电氧化物和/或透明导电聚合物来实施。有机层的真空气相沉积是有利的，特别是在生产多层太阳能电池、特别是串联电池或三重电池时。在图1的一个示例性实施例中描绘了这种光伏电池2的层系统5。
在该示例性实施例中，光伏电池2具有玻璃作为基板13，该基板包括由ITO(M)14制成的透明基底电极3、由富勒烯C60层15组成的层系统5、包括至少一种吸收材料和富勒烯C60的光敏层16、由Di-NPB和NDP9制成的p掺杂空穴传输层17、以及由金18制成的顶部电极4。
图2以侧视图示出了光伏元件1的示意性表示，以阐明至少部分地被遮蔽的光伏电池2的问题。相同且功能等效的元件设置有相同的附图标记，并且因此在这方面参考以上描述。
在串联连接的光伏电池2中关于光伏电池2的至少部分遮蔽12的问题是：相对于串联连接的、未被遮蔽的或较少被遮蔽的光伏电池2，被遮蔽的光伏电池2是反向偏置的二极管。因此，这些反向偏置的二极管阻碍了光生电流的流出，这对效率产生负面影响。还存在由于缺陷点导致在被遮蔽的光伏电池2中可能出现电流集中的风险，这会导致局部过热并最终导致光伏电池2的不可逆退化，并且因此导致光伏元件1的效率损失。
由至少部分遮蔽12引起的光伏电池2退化的示例如图2所示。在这种情况下，至少部分遮蔽12导致对光伏电池2的不期望的局部损坏。
图3以侧视图和平面图示出了分割下的光伏元件1的示例性实施例的示意性表示。相同且功能等效的元件设置有相同的附图标记，并且因此在这方面参考以上描述。
光伏元件1具有至少一个光伏电池2，该至少一个光伏电池具有基底电极3、顶部电极4以及包括至少一个光敏层6的层系统5，其中，该层系统5布置在基底电极3与顶部电极4之间。至少一个光伏电池2被至少部分地分割成片段7，其中，该分割被设计为使得一个片段7的至少顶部电极4和层系统5与另一个片段7的顶部电极4和层系统5分离，或者，一个片段7的顶部电极4、层系统5和至少部分地基底电极3与另一个片段7的顶部电极4、层系统5和至少部分地基底电极3在各自的情况下通过至少一个空腔8分离，从而防止彼此之间接触，其中，相对于至少一个光伏电池2的层系统5至少基本上垂直地形成至少一个空腔8，并且其中，至少一个光伏电池2的片段7彼此导电地并联连接，使得流经至少一个光伏电池2的电流分布在各个片段7上。
结果，在至少部分地遮蔽12的情况下和/或在光伏电池2存在缺陷的情况下，至少一个光伏电池2不会被损坏、特别是不会被热点损坏。此外，当光伏元件1的各个光伏电池2被遮蔽12时，效率提高，并且光伏元件的使用寿命以与此相关联的方式增加。有利地，光伏电池2的面积没有损失或至少基本上没有损失和/或光伏电池2的性能至少基本上没有损失。分割可以特别容易地整合到现有的生产方法中；特别地，对激光结构化进行编程只需要少量的努力。
在本发明的一种配置中，光伏元件1包括至少第一光伏电池2和第二光伏电池2，其中，至少第一光伏电池2和第二光伏电池2串联连接，并且其中，第一光伏电池2的顶部电极4与第二光伏电池2的基底电极3导电连接，其中，光伏电池2的基底电极3优选地在相对于层系统5的水平方向上彼此分离，并且光伏电池2的顶部电极4在相对于层系统5的水平方向上彼此分离。前一个光伏电池2的顶部电极4优选地在各自的情况下与下一个光伏电池2的基底电极3导电连接。
在本发明的进一步配置中，基于层系统5的水平范围，至少一个光伏电池2的片段7的截面面积9彼此相同，其中，优选地，根据流经至少一个光伏电池2的电流来设计片段7的截面面积9的大小。
在本发明的进一步配置中，片段7的宽度10为1cm至2m、优选地为5cm至1m，和/或各个片段7在层系统水平5的水平方向上相对于彼此之间的距离在10nm至200nm的范围内、优选地在40nm至80nm的范围内。
在本发明的进一步配置中，片段7的长度11、特别是至少一个光伏电池2的长度11为1mm至1m、优选地为5mm至5cm，其中，片段7优选地至少基本上彼此平行地形成。
在本发明的进一步配置中，各个片段7各自在光伏电池2的整个方向上形成，其中，片段7的形状优选地具有不同的设计。
在本发明的进一步配置中，片段7至少基本上平行、优选地为带状的，其中，与前一个光伏电池2相比，后一个光伏电池2的片段7优选地相对于彼此平行偏移。
在本发明的进一步配置中，光伏元件1的光伏电池2通过至少一条母线导电连接。
在本发明的进一步的实施例中，层系统5包括至少两个光敏层6，光伏电池2是串联电池，该层系统优选地包括至少三个光敏层6，光伏电池2优选地是三重电池，和/或层系统5额外包括至少一个电荷载流子传输层，该至少一个电荷载流子传输层设置在基底电极3或顶部电极4与光敏层6之间，该层系统优选地包括至少第一电荷载流子传输层和第二电荷载流子传输层，该第一电荷载流子传输层设置在基底电极3与至少一个光敏层6之间，并且该第二电荷载流子传输层设置在至少一个光敏层6与顶部电极4之间。
在本发明的进一步配置中，光伏元件1是有机光伏元件1、优选地是柔性有机光伏元件1，其中，有机光伏元件1的至少一个光敏层6优选地具有小分子作为吸收材料。
在本发明的进一步配置中，光伏元件1不具有旁路二极管。
通过将至少两个光伏元件1彼此串联连接来形成光伏系统。
用于生产光伏元件1、特别是柔性光伏元件1的方法，该光伏元件包括至少两个光伏电池2，每个光伏电池具有基底电极3、顶部电极4以及布置在基底电极3与顶部电极4之间的层系统5，其中，层系统5具有至少一个光敏层6，该方法包括以下步骤：
a)提供具有基底电极层的基板13，
b)对该基底电极层进行激光结构化，使得该基底电极层被划分为单独的基底电极3，
c)将具有至少一个光敏层6的层系统5施加到所结构化的基底电极3上，并且通过激光烧蚀在层系统5中形成与每个单独的基底电极3相关联的至少一个开口，其中，基底电极3至少部分地暴露在该至少一个开口处，
d)将顶部电极层施加到该至少一个开口中和/或通过该至少一个开口将顶部电极层施加到层系统5上，其中，填充该至少一个开口，
e)对顶部电极层和层系统5进行激光结构化，使得形成单独的顶部电极4和单独的层系统5，其中，第一光伏电池2的顶部电极4与第二光伏电池2的基底电极3导电连接，以及
f)通过激光烧蚀分割至少一个光伏电池2的至少顶部电极4和层系统5，或顶部电极4、层系统5和至少部分地基底电极3，其中，形成至少一个光伏电池2的片段7。层系统优选地通过激光结构化与基底电极3和/或顶部电极4导电连接。
步骤e)中对顶部电极层和层系统5的激光结构化和步骤f)中的分割可以同时进行。
在本发明的配置中，在相对于至少一个光伏电池2的层系统5的水平方向上对顶部电极层进行划分，从而得到顶部电极4，并且在基于至少一个光伏电池2的层系统5的水平方向上对基底电极层进行划分，从而得到基底电极3。
在本发明的进一步配置中，至少部分地通过真空中蒸发来施加层系统5。
在本发明的进一步配置中，在卷对卷方法中使用该方法。
在一个示例性实施例中，在步骤b)中的激光烧蚀中使用以下参数：激光速度为4μJ-385mm/s，以及每个激光脉冲的能量为25kHz(每秒25个脉冲)。
在一个实施例(图3)中，在提供基板13后，用光伏电池2的基底电极层对所提供的基板进行涂覆并结构化(P1)，该基底电极层被分离成各个片段7的基底电极3。随后将层系统5施加到基底电极3上。层系统5可以作为单电池、串联电池或多电池施加，优选地通过蒸发小分子来施加。为了形成层系统5，可以至少部分地通过印刷工艺、优选地通过喷墨、丝网印刷、凹版印刷或柔性版印刷工艺，或者通过对要施加的材料的气相沉积来将各个层施加到基底电极3的区域。层系统5、特别是层系统5的各个层优选地通过真空中物理气相沉积来施加。然后对光伏电池2的层系统5(P2)进行结构化。将顶部电极层施加到层系统5上，并且最终结构化(P3)将顶部电极层分离成单独的顶部电极4。通过示例的方式，可以通过激光烧蚀、电子或离子束烧蚀或阴影掩模来对光伏电池2的各个层进行结构化。
在一个示例性实施例中，通过使用激光、使用以下参数对P1/P2/P3进行结构化：
P1：1030nm波长和50μm线宽；P2：515nm波长和50μm线宽；以及P3：1030nm波长和100μm线宽。P1/P2/P3在这里串联连接，而各个片段并联连接。
光伏电池2的激光结构化的示例性实施例如图3所示。示出了结构P1/P2/P3。电流由箭头标记。在该示例性实施例中，光生电流特别地通过被遮蔽的光伏电池2的顶部电极4(被划分为光伏电池2的各个片段7)流动，并且可以通过额外的P2结构化更好地流入基底电极3。
Claims (15)
1.一种光伏元件(1)，该光伏元件包括至少一个光伏电池(2)，该至少一个光伏电池具有基底电极(3)、顶部电极(4)以及包括至少一个光敏层(6)的层系统(5)，其中，该层系统(5)布置在该基底电极(3)与该顶部电极(4)之间，其特征在于，
该至少一个光伏电池(2)被至少部分地分割成片段(7)，其中，该分割被设计为使得一个片段(7)的至少该顶部电极(4)和该层系统(5)与另一个片段(7)的该顶部电极(4)和该层系统(5)分离，或者，一个片段(7)的该顶部电极(4)、该层系统(5)和至少部分地该基底电极(3)与另一个片段(7)的该顶部电极(4)、该层系统(5)和至少部分地该基底电极(3)在各自的情况下通过至少一个空腔(8)分离，从而防止彼此之间接触，其中，相对于该至少一个光伏电池(2)的层系统(5)至少基本上垂直地形成该至少一个空腔(8)，并且其中，该至少一个光伏电池(2)的片段(7)彼此导电地并联连接，使得流经该至少一个光伏电池(2)的电流分布在各个片段(7)上。
2.如权利要求1所述的光伏元件(1)，其特征在于，该光伏元件(1)包括至少第一光伏电池(2)和第二光伏电池(2)，其中，该至少第一光伏电池(2)和第二光伏电池(2)串联连接，并且其中，该第一光伏电池(2)的顶部电极(4)与该第二光伏电池(2)的基底电极(3)导电连接，其中，这些光伏电池(2)的基底电极(3)优选地在相对于该层系统(5)的水平方向上彼此分离，并且这些光伏电池(2)的顶部电极(4)在相对于该层系统(5)的水平方向上彼此分离。
3.如权利要求1或2所述的光伏元件(1)，其特征在于，基于该层系统(5)的水平范围，该至少一个光伏电池(2)的片段(7)的截面面积(9)彼此相同，其中，优选地，这些片段(7)的截面面积(9)根据流经该至少一个光伏电池(2)的电流而具有相同的大小。
4.如前述权利要求之一所述的光伏元件(1)，其特征在于，片段(7)的宽度(10)为1cm至2m、优选地为5cm至1m，和/或各个片段(7)在该层系统(5)的水平方向上相对于彼此之间的距离在10nm至200nm的范围内、优选地在40nm至80nm的范围内。
5.如前述权利要求之一所述的光伏元件(1)，其特征在于，这些片段(7)的长度(11)、特别是该至少一个光伏电池(2)的长度(11)为1mm至1m、优选地为5mm至5cm，其中，这些片段(7)优选地至少基本上彼此平行地形成。
6.如前述权利要求之一所述的光伏元件(1)，其特征在于，各个片段(7)各自在该光伏电池(2)的整个方向上形成，其中，这些片段(7)的形状优选地具有不同的设计。
7.如前述权利要求之一所述的光伏元件(1)，其特征在于，这些片段(7)至少基本上平行、优选地为带状的，其中，与前一个光伏电池(2)相比，后一个光伏电池(2)的这些片段(7)优选地相对于彼此平行偏移。
8.如前述权利要求之一所述的光伏元件(1)，其特征在于，该光伏元件(1)的光伏电池(2)通过至少一条母线导电连接。
9.如前述权利要求之一所述的光伏元件(1)，其特征在于，该层系统(5)包括至少两个光敏层(6)，其中，该光伏电池(2)是串联电池，该层系统优选地包括至少三个光敏层(6)，其中，该光伏电池(2)优选地是三重电池，和/或该层系统(5)额外包括至少一个电荷载流子传输层，其中，该至少一个电荷载流子传输层布置在该基底电极(3)或该顶部电极(4)与光敏层(6)之间，该层系统优选地包括至少第一电荷载流子传输层和第二电荷载流子传输层，其中，该第一电荷载流子传输层布置在该基底电极(3)与该至少一个光敏层(6)之间，并且其中，该第二电荷载流子传输层布置在该至少一个光敏层(6)与该顶部电极(4)之间。
10.如前述权利要求之一所述的光伏元件(1)，其特征在于，该光伏元件(1)是有机光伏元件(1)、优选地是柔性有机光伏元件(1)，其中，该有机光伏元件(1)的至少一个光敏层(6)优选地包括小分子作为吸收材料。
11.如前述权利要求之一所述的光伏元件(1)，其特征在于，该光伏元件(1)不具有旁路二极管。
12.一种光伏系统，包括至少两个如权利要求1至11之一所述的光伏元件(1)，其中，该至少两个光伏元件(1)串联连接。
13.一种用于生产光伏元件(1)、特别是柔性光伏元件(1)的方法，该光伏元件包括至少两个如权利要求1至11之一所述的光伏电池(2)，每个光伏电池具有基底电极(3)、顶部电极(4)、以及布置在该基底电极(3)与该顶部电极(4)之间的层系统(5)，其中，该层系统(5)具有至少一个光敏层(6)，该方法包括以下步骤：
a)提供具有基底电极层的基板，
b)对该基底电极层进行激光结构化，使得该基底电极层被划分为单独的基底电极(3)，
c)将具有至少一个光敏层(6)的层系统(5)施加到所结构化的基底电极(3)上，并且通过激光烧蚀在该层系统(5)中形成与每个单独的基底电极(3)相关联的至少一个开口，其中，这些基底电极(3)至少部分地暴露在该至少一个开口处，
d)将顶部电极层施加到该至少一个开口中和/或通过该至少一个开口将顶部电极层施加到该层系统(5)上，其中，填充该至少一个开口，
e)对该顶部电极层和该层系统(5)进行激光结构化，使得形成单独的顶部电极(4)和单独的层系统(5)，其中，第一光伏电池(2)的该顶部电极(4)与第二光伏电池(2)的该基底电极(3)导电连接，以及
f)通过激光烧蚀分割至少一个光伏电池(2)的至少该顶部电极(4)和该层系统(5)，或该顶部电极(4)、该层系统(5)和至少部分地该基底电极(3)，其中，形成该至少一个光伏电池(2)的片段(7)。
14.如权利要求13所述的用于生产光伏元件(1)的方法，其中，在相对于该至少一个光伏电池(2)的层系统(5)的水平方向上对该顶部电极层进行划分，从而得到顶部电极(4)，并且在基于该至少一个光伏电池(2)的层系统(5)的水平方向上对该基底电极层进行划分，从而得到基底电极(3)。
15.如权利要求13或14所述的用于生产光伏元件(1)的方法，其中，在卷对卷方法中使用该方法。
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