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Die
Erfindung betrifft eine Solarzelle, insbesondere eine flexible Solarzelle.
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Solarzellen
mit organischen Halbleiterschichten (OPV organische Photovoltaik)
weisen gegenüber
Solarzellen mit anorganischen Halbleiterschichten bei vergleichbarer
aktiver Fläche
einen geringeren Wirkungsgrad auf, der momentan im Bereich von 3–5% liegt.
Weiter weisen solche Solarzellen beispielsweise beim Aufbau aus
mehreren miteinander elektrisch verbundenen Solarzellenmodulen,
inaktive Bereiche ohne photovoltaische Halbleiterschicht auf, die
keinen Beitrag zur Energiegewinnung leisten. In den inaktiven Bereichen
sind beispielsweise die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen
den Solarzellenmodulen angeordnet, die üblicherweise aus einem metallischen
Material bestehen.
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Der
Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig zu
fertigende Solarzelle zu schaffen, die einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist.
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Diese
Aufgabe wird von einer Solarzelle in Form eines Mehrschichtkörpers, insbesondere
in Form einer mehrschichtigen, flexiblen Folie, mit einer als Lichteintrittseite
vorgesehenen Vorderseite gelöst,
wobei die Solarzelle ein oder mehrere aktive Bereiche, in denen
die Solarzelle mindestens eine photovoltaisch aktive Schicht aufweist,
und ein oder mehrere inaktive Bereiche aufweist, wobei die Solarzelle
einen Schichtkörper
mit ein oder mehreren transparenten oder semitransparenten Schichten aufweist,
der im Bezug auf die Lichteintrittseite oberhalb der mindestens
einen photovoltaisch aktiven Schicht angeordnet ist, und die Solarzelle
lichtablenkende und/oder lichtführende
Strukturen aufweist, die im Bereich der inaktiven Bereiche angeordnet sind.
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Mittels
der Erfindung ist es möglich,
die Effizienz einer Solarzelle, insbesondere einer aus mehreren
Einzelzellen zusammengesetzten Solarzelle, deutlich zu erhöhen. Weiter
wird ein besonders kompakter und kostengünstiger Aufbau erzielt. Bei
den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen können anstelle
von lichtablenkenden Strukturen auch lichtführende Strukturen oder eine
Kombination von lichtführenden/lichtablenkenden
Strukturen verwendet werden.
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Vorzugsweise
sind die lichtablenkenden Strukturen hierbei in den Schichtkörper abgeformt, der
in Bezug auf die Lichteintrittseite oberhalb der mindestens einen photovoltaisch
aktiven Schicht angeordnet ist. Der Schichtkörper bildet so ein Foliengebilde,
welches eine Lichtleitfunktion erbringt und das einfallende Licht
auf die aktiven Bereiche der Solarzelle leitet. Unterhalb dieses
Foliengebildes ist das Modul oder Zellengebilde der Solarzelle vorgesehen, welches
die optische/elektrische Energiewandlung durchführt. Hierdurch läßt sich
die erfindungsgemäße Solarzelle
besonders kostengünstig
herstellen.
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Gemäß eines
bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung sind die lichtablenkenden und/oder lichtführenden
Strukturen in die Unterseite des Schichtkörpers abgeformt. Die lichtablenkenden und/oder
lichtführenden
Strukturen sind hierbei bevorzugt so ausgestaltet, daß sie in
Reflexion wirken und so Reflexions-Strukturen darstellen, d. h.
das eingestrahlte Licht in Richtung der Vorderseite der Solarzelle
reflektiert bzw. gebeugt wird. Die lichtablenkenden Strukturen sind
hierzu mit einer Reflexionsschicht, beispielsweise mit einer metallischen
Reflexionsschicht, belegt oder grenzen an ein Medium mit unterschiedlichem
Brechungsindex an, beispielsweise Luft oder eine HRI- oder LRI-Schicht
(HRI = high refraction index, LRI = low refraction index) an. Die
Reflexionsschicht bzw. Schicht mit unterschiedlichem Brechungsindex
ist hierbei vorzugsweise ebenfalls Teil des Schichtkörpers.
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Bevorzugt
sind die lichtablenkenden Strukturen hierbei so ausgestaltet, daß Licht,
welches in inaktiven Bereichen einfällt, auf ein oder mehrere der transparenten
oder semitransparenten Schichten des Schichtkörpers in einem Winkel abgelenkt
wird, der geeignet ist, daß das
auf die transparente oder semitransparente Schicht abgelenkte Licht
von der transparenten oder semitransparenten Schicht, insbesondere
von einer deren Grenzflächen
zu einer angrenzenden Schicht oder gegen Luft, auf ein oder mehrere
aktive Bereiche der Solarzelle rückreflektiert wird.
Der Ablenkungswinkel ist hierbei bezüglich des Brechungsindex der
transparenten/semitransparenten Schicht des Schichtkörpers bevorzugt
so gewählt,
daß bei
näherungsweise
senkrechtem Lichteinfall das von den lichtablenkenden Strukturen
abgelenkte Licht in Totalreflexion auf die aktiven Bereiche der
Solarzelle rückreflektiert
wird. Der Schichtkörper
weist hierzu vorzugsweise eine transparente Schicht mit einem hohem
Brechungsindex, beispielsweise ZnS oder TiOx auf,
welche vorzugsweise an der Oberseite des Schichtkörpers angeordnet
ist. Der Schichtkörper
kann aber auch einfach an Luft angrenzen. Durch eine derartige Ausgestaltung
einer erfindungsgemässen
Solarzelle ist es möglich,
besonders hohe Effizienzsteigerungen zu erzielen.
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Gemäß eines
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiels
der Erfindung sind die lichtablenkenden Strukturen in die Oberseite
des Schichtkörpers abgeformt.
Die lichtablenkenden Strukturen sind hierbei bevorzugt so ausgestaltet,
daß sie
in Transmission arbeiten und so Transmissions-Strukturen darstellen,
d. h. daß sie
das auf die Vorderseite der Solarzelle einfallende Licht in einer
vorbestimmten Weise durch Brechung und/oder Beugung vom Einfallswinkel
ablenken. Solche Strukturen werden im Folgenden auch als Transmissions-Strukturen bezeichnet.
Vorzugsweise sind diese lichtablenkenden Strukturen so ausgestaltet,
daß sie
auf der Vorderseite der Solarzelle einfallendes Licht, welches in
inaktiven Bereichen einfällt,
auf eine Reflexionsschicht der Solarzelle in einem Winkel ablenken,
der so gewählt ist,
daß das
von der Reflexionsschicht reflektierte Licht auf ein oder mehrere
der transparenten oder semitransparenten Schichten des Schichtkörpers in
einem Winkel auftritt, der geeignet ist, daß das auf die transparente
oder semitransparente Schicht reflektierte Licht von der transparenten
oder semitransparenten Schicht auf ein oder mehrere aktive Bereiche der
Solarzelle rückreflektiert
wird. Auch hier wird der Winkel bevorzugt so gewählt, daß bei näherungsweise senkrechtem Lichteinfall
auf die Vorderseite der Solarzelle die von der Reflexionsschicht
rückreflektierten
Lichtstrahlen in einem Winkel auf die ein oder mehreren transparenten
oder semitransparenten Schichten des Schichtkörpers treffen, bei denen eine Totalreflexion
stattfindet, da hier keine Reflexionsverluste auftreten. Auch diese
Lösung
zeichnet sich durch eine besonders hohe Effizienz der Solarzelle aus.
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Weiter
ist es auch möglich,
daß die
lichtablenkenden Strukturen zumindest bei bestimmten Einfallswinkeln
des Lichts das einfallende Licht direkt von den nicht aktiven Bereichen
der Solarzelle auf aktive Bereiche der Solarzelle ablenken. Hierbei
ist es weiter auch möglich,
daß die
lichtablenkenden Strukturen so ausgestaltet sind, daß sie in
einem ersten Lichteinfallswinkel-Bereich das auf der Vorderseite
der Solarzelle einfallende Licht direkt auf aktive Bereiche der
Solarzelle ablenken und in einem weiteren, an diesen Bereich anschließenden Einfallswinkel-Bereich
das auf der Vorderseite der Solarzelle einfallende Licht auf die
Reflexionsschicht in einem Winkel ablenken, bei dem – wie oben
beschrieben – das
Licht durch Reflexion an der Reflexionsschicht und weiterer Reflexion
an den ein oder mehreren transparenten oder semitransparenten Schichten des
Schichtkörpers
auf die aktiven Bereiche abgelenkt werden.
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Weiter
ist es auch möglich,
daß lichtablenkende
Strukturen sowohl in die Oberseite als auch in die Unterseite des
Schichtkörpers
abgeformt sind und so die Ablenkung des Lichts auf die mindestens eine
transparente Schicht/semitransparente Schicht des Schichtkörpers sowohl
durch die auf der Oberseite als auch durch die auf der Unterseite
des Schichtkörpers
abgeformten Strukturen beeinflußt wird.
Hierdurch wird der Vorteil erzielt, daß lichtablenkende Strukturen
verwendet werden können,
die das einfallende Licht in geringerem Maße aus der Einfallsrichtung
bzw. dem Spiegelreflex ablenken.
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Weiter
kann durch eine derartige Vorgehensweise die Effizienz von Solarzellen
weiter verbessert werden, die über
inaktive Bereiche größerer Ausdehnung
verfügen.
Durch die sich so ergebende additive Verstärkung der Ablenkwirkung der
Transmissions-Strukturen und der Reflexions-Strukturen läßt sich
der Winkelbereich, in dem das auf die Vorderseite einfallende Licht
von den nicht aktiven Bereichen auf die aktiven Bereiche umgelenkt
wird, deutlich erhöhen.
Im Weiteren ergibt sich bei dieser Vorgehensweise der Vorteil für die ein
oder mehreren transparenten/semitransparenten Schichten des Schichtkörpers, Materialien
mit geringerem Brechungsindex einsetzen zu können.
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Weiter
haben sich folgende Maßnahmen
bewährt:
Die
lichtablenkenden Strukturen sind bevorzugt in eine Reflexionsschicht
abgeformt oder in einem der ein oder mehreren nicht aktiven Bereichen
einer Reflexionsschicht vorgesehen. Bei der Reflexionsschicht handelt
es sich bevorzugt um eine Schicht des Schichtkörpers, es ist jedoch auch möglich, daß die Reflexionsschicht
von einer Schicht der Solarzelle gebildet wird, die unterhalb des
Schichtkörpers
und auch unterhalb der photoaktiven Schicht der Solarzelle angeordnet
ist. Sind die lichtablenkenden Strukturen nicht in die Reflexionsschicht
abgeformt, so ist die Reflexionsschicht bevorzugt unterhalb der lichtablenkenden
Strukturen vorgesehen. Durch eine Erhöhung der Distanz zwischen der
Reflexionsschicht und der lichtablenkenden Struktur ergeben sich
insbesondere Vorteile bei inaktiven Bereichen, die größere Flächenbereiche
einnehmen.
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Die
lichtablenkenden Strukturen können
die nicht aktiven Bereiche vollständig oder partiell überdecken.
Es ist hierbei auch möglich,
daß die
lichtablenkenden Strukturen nicht in allen nicht aktiven Bereichen
der Solarzelle, sondern lediglich in ein oder mehreren der nicht
aktiven Bereiche der Solarzelle vorgesehen werden. Weiter können sich
die in einem nicht aktiven Bereich der Solarzelle angeordneten lichtablenkenden
Strukturen untereinander unterscheiden und so beispielsweise das
auf sie auftreffende Licht jeweils in unterschiedlichen Winkeln
aus dem Lichteinfallswinkel bzw. Spiegelreflex ablenken um so je
nach Lage der jeweiligen lichtablenkenden Strukturen zu den umgebenden
aktiven Bereichen das einfallende Licht in einem im Bezug auf die
oben dargelegten Grundsätze
optimierten Winkel abzulenken. Vorzugsweise ist die Reflexionsschicht
nicht in den aktiven Bereichen der Solarzelle, sondern lediglich
in den nicht aktiven Bereichen der Solarzelle vorgesehen. Die Reflexionsschicht
kann hierbei die nicht aktiven Bereiche der Solarzelle vollständig oder partiell überdecken.
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Bei
der Reflexionsschicht handelt es sich bevorzugt um eine metallische
Reflexionsschicht. Im Weiteren hat sich auch der Einsatz von dielektrischen Reflexionsschichten
bewährt,
die beispielsweise aus einer dielektrischen, hochbrechenden Schicht
oder aus einer Folge von dielektrischen, hoch- und niedrigbrechenden
Schichten bestehenden. Als hochbrechenden Schichten können beispielsweise
Schichten bestehend aus einem Material Al2O3, ZrO2 und ZnS verwendet
werden. Der Vorteil bei der Verwendung derartiger dielektrischer
anstelle von metallischen Spiegeln besteht darin, daß der Energieverlust
bei Reflexion geringer sein kann.
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Weiter
ist es auch möglich,
daß die
lichtablenkenden Strukturen in eine Oberfläche einer Kunststoffschicht
abgeformt sind, welche an ein Medium mit einem unterschiedlichen
optischen Brechungsindex angrenzt, insbesondere an Luft angrenzt.
Bei entsprechendem Unterschied der Brechungsindices und Abfolge
der Kunststoffschicht und des angrenzenden Mediums wirkt die lichtablenkende
Struktur als Reflexionsstruktur und ist somit in eine Reflexionsschicht
abgeformt.
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Vorzugsweise
sind die lichtablenkenden Strukturen, insbesondere die oben und
nachfolgend beschriebenen lichtablenkenden Strukturen lediglich im
Bereich der inaktiven Bereiche, nicht jedoch im Bereich der aktiven
Bereiche der Solarzelle vorgesehen. Es ist hierbei jedoch möglich, daß im Bereich der
aktiven Bereiche andere Strukturen in den Schichtkörper abgeformt
sind, die beispielsweise der Entspiegelung dienen. So ist es beispielsweise
möglich,
daß im
Bereich der inaktiven Bereiche und/oder im Bereich der aktiven Bereiche
die oben und im weiteren auch anhand von 2 bzw. 3 beschriebenen
lichtablenkenden Strukturen in die Unterseite bzw. Oberseite des
Schichtkörpers
abgeformt sind und im weiteren in die Unterseite und/oder Oberseite des
Schichtkörpers
in den aktiven Bereichen andere Strukturen als in den inaktiven
Bereichen abgeformt oder vorgesehen sind. So ist es beispielsweise
möglich,
daß zusätzlich zu
den oben beschriebenen Strukturen in den aktiven Bereichen in die
Unterseite des Schichtkörpers
Strukturen abgeformt sind, welche die Einkopplung des Lichts in
die photovoltaisch aktive Schicht verbessern bzw. den Weg im absorbierenden
Material verlängern.
Weiter ist es auch möglich
in den inaktiven Bereich oder den aktiven Bereich an der Oberseite
des Schichtkörpers
Antireflexionsstrukturen vorzusehen, die die Einkopplungsverluste reduzieren
(z. B. Mottenaugenstrukturen, tiefe, hochfrequente gekreuzte Sinusgitter).
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Bei
den lichtablenkenden Strukturen handelt es sich bevorzugt um Mikrostrukturen,
welche das einfallende Licht, wie bereits oben dargelegt, in einem
vorbestimmten und auch von ihrer Position zum nächstgelegenen aktiven Bereich
abhängigen
Winkel durch Reflexion, Beugung, Brechung oder Streuung ablenken.
Die lichtablenkenden Strukturen besitzen hierbei bevorzugt eine
Strukturtiefe zwischen 0,05 μm
und 20 μm
und die maximale Breite der lichtablenkenden Strukturen beträgt bevorzugt
weniger als 500 μm,
weiterhin bevorzugt weniger als 50 μm.
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In
einer ersten vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, daß die lichtablenkenden
Strukturen Blaze-Gitterstrukturen sind. Bei einem Blaze-Gitter handelt
es sich um eine Oberflächenstruktur
mit asymmetrischen sägezahnförmigen Strukturelementen,
die das Licht aufgrund der Asymmetrie der Strukturelemente in ein
oder mehrere bevorzugte Richtungen reflektieren und/oder beugen.
Die Spatialfrequenz der hier verwendeten Gitter liegt im Bereich von
20 Linien/mm bis 2000 Linien/mm. Die Gitterparameter sind hierbei
vorzugsweise so gewählt,
daß die
Gitter als achromatische Gitter wirken.
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Weitere
vorteilhafte Ausbildungen sehen vor, daß die lichtablenkenden Strukturen
von einer diffraktiven Oberflächenstruktur
gebildet sind. Insbesondere werden die lichtablenkenden Strukturen
von einem Kinoform gebildet, welches das Licht entsprechend dem
vorbestimmten Winkel gerichtet durch Beugung ablenkt. Die Spatialfrequenz
der diffraktiven Oberflächenstrukturen
liegt bevorzugt in einem Bereich von 200 Linien/mm bis 2000 Linien/mm.
Weiterhin ist es auch möglich,
daß die
lichtablenkenden Strukturen von isotropen oder anisotropen Mattstrukturen
gebildet werden, die das einfallende Licht ebenfalls entsprechend
gerichtet oder ungerichtet streuen. Sowohl das Kinoform als auch
die isotrope oder anisotrope Mattstruktur können mittels holographischer
oder nicht-holographischer Verfahren hergestellt werden.
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Es
ist weiter auch möglich,
daß es
sich bei den lichtablenkenden Strukturen nicht um Oberflächenstrukturen
handelt, sondern um Volumenhologramme.
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Eine
weitere bevorzugte Möglichkeit
besteht darin, daß die
lichtablenkenden Strukturen diffraktive Strukturen, insbesondere
lineare oder gekreuzte Gitterstrukturen, Sinus-Gitter oder asymmetrische
Gitterstrukturen sind. Diese Strukturen werden bezüglich ihrer
Spatialfrequenz und ihres Azimutwinkel derart ausgewählt, daß das Beugungs-Maximum
(beispielsweise in der 1. Ordnung) bezüglich der Wellenlänge, für die die
photovoltaisch aktive Schicht ein Effizienz-Maximum besitzt, welches
das Licht in dem gemäß der obigen Überlegungen
vorbestimmten Winkel aus dem Spiegelreflex/Einfallsrichtung beugt. Die
Längsrichtung
der inaktiven Bereiche stimmt hierbei bevorzugt mit der Richtung
der Gitterlinien des Beugungsgitters überein.
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Weiter
ist es auch möglich,
als lichtablenkende Strukturen Beugungsstrukturen nullter Ordnung zu
verwenden, bevorzugt mit einer Beabstandung der Strukturelemente
des Beugungsgitters unterhalb der Grenzwellenlänge des sichtbaren Lichts.
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Weiter
ist es auch möglich,
als lichtablenkende Strukturen Mikroprismen zu verwenden, insbesondere
in nicht aktiven Bereichen der Solarzelle Mikroprismen mit einer
Rasterweite von weniger als 300 μm,
und bevorzugt von weniger als 50 μm
vorzusehen.
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Weiter
ist es auch möglich,
als lichtablenkende Strukturen Linsenstrukturen, insbesondere Mikrolinsen
vorzusehen. Die Linsenstrukturen können hierbei sphärische oder
asphärische,
fokussierende oder defokussierende Linsenstrukturen sein. Der Brennpunkt
oder die Brennpunktlinien der Mikrolinsen sind bevorzugt weniger
als 500 μm
voneinander beabstandet. Die Mikrolinsen können hierbei von refraktiven
Mikrolinsen oder auch von diffraktiven Mikrolinsen gebildet werden.
Diese lichtablenkenden Strukturen werden bevorzugt mit anderen lichtablenkenden
Strukturen kombiniert, die, wie beispielsweise oben dargelegt, beabstandet
von diesen lichtablenkenden Strukturen in der Solarzelle angeordnet sind
und bevorzugt als Reflexions-Strukturen
ausgebildet sind.
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Die
lichtablenkenden Strukturen können
vorteilhafterweise in eine Replizierschicht, insbesondere eine Replizierlackschicht
aus einem thermoplastischen Kunststoff oder aus einem UV-härtbaren
Lack abgeformt sein, beispielsweise mittels eines Heißprägewerkzeugs
oder mittels UV-Replikation.
Weiter ist es auch möglich,
daß die
lichtablenkenden Strukturen in eine Trägerfolie, beispielsweise bestehend aus
einem biaxial gereckten transparenten Kunststoff, beispielsweise
PET, PEN oder BOPP, abgeformt sind.
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Der
Schichtkörper
besteht vorzugsweise aus einer Kunststofffolie, insbesondere aus
einer Kunststofffolie mit einer Dicke von 6 μm bis 500 μm oder weist eine solche Kunststofffolie
neben ein oder mehreren weiteren Schichten auf.
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Bei
der erfindungsgemässen
Solarzelle kann es sich auch um ein Solarzellenmodul mit zwei oder mehr
elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen handeln. Die Einzelzellen
können
hierbei parallel und/oder seriell miteinander elektrisch verschaltet sein.
Bei der erfindungsgemässen
Solarzelle kann es sich um eine Single- oder Multi-Junction-Solarzelle handeln.
Bei den Multi-Junction-Solarzellen handelt es sich um Solarzellen,
bei denen mehrere Einzelzellen mit verschiedenen Bandlückenenergien übereinander
gestapelt werden und möglichst
verlustfrei miteinander verschaltet werden. Auf diese Weise kann der
Wirkungsgrad der Solarzelle weiter verbessert werden. Die Einzelzellen
der erfindungsgemässen Solarzelle
können
beispielsweise auch beidseitig auf einem zentralen Träger angeordnet
sein. Je nach Aufbau der erfindungsgemässen Solarzelle können die
inaktiven Bereiche transparente oder semitransparente Elektroden
und/oder stromleitende Elemente aufweisen. Diese Elemente können hierbei
auch eine Zweitfunktion haben, beispielsweise eine dekorative Funktion
oder die Funktion einer Antenne. Die Solarzelle kann beispielsweise
schachbrettartig aufgebaut sein, wobei zwischen den aktiven Bereichen
mit den photovoltaisch aktiven Schichten streifenförmig inaktive
Bereiche angeordnet sind, in denen stromleitende Elemente vorgesehen
sind, die eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der von den aktiven
Bereichen ausgebildeten Einzelzellen herstellen. Auf diese Weise
kann die Solarzelle hinsichtlich der abgegebenen Spannung oder des
abgegebenen Stroms optimiert werden.
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Hierbei
ist es auch weiter möglich,
daß der Schichtkörper, der
die Lichtleitfunktion erbringt, lediglich bereichsweise auf die
darunter liegenden Schichten der Solarzelle appliziert ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist es so auch möglich,
daß der
Schichtkörper
als Halbzeug vorgefertigt wird und sodann mit dem in einem parallelen Herstellungsprozess
gefertigten, die photoaktiven Schichten der Solarzelle aufweisenden
Folienkörper in
einem anschließenden
Arbeitsschritt vorzugsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess zusammen
laminiert wird.
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Bei
der photovoltaischen Schicht handelt es sich vorzugsweise um eine
Schicht oder ein Schichtsystem enthaltend mindestens einen photovoltaisch aktiven
Halbleiter, insbesondere einen photovoltaisch aktiven organischen
Halbleiter.
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Eine
photovoltaisch aktive Schicht kann neben dem photovoltaisch aktiven
Halbleiter noch ein oder mehrere weitere Halbleiterschichten – vorzugsweise
organische Halbleiterschichten – beinhalten, die
beispielsweise als Elektronen-Donatoren
oder Akzeptoren wirken. Diese Schichten können in Form eines Gemisches
oder auch in Form von separaten Lagen vorliegen. Vorzugsweise wird
die photovoltaisch aktive Schicht oder die Schichten der photovoltaisch
aktiven Schicht mittels eines Druckverfahrens oder in einer anderen
Weise aus einer Lösung
bei der Herstellung der erfindungsgemässen organischen Solarzellen
auf die darunter liegenden Schichten, beispielsweise eine Elektrodenschicht,
aufgebracht.
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Aber
auch eine andersartige Ausgestaltung und ein andersartiger Aufbau
der photovoltaisch aktiven Schicht sind möglich. So ist es beispielsweise auch
möglich,
daß die
photovoltaisch aktive Schicht aus einem Gemisch oder einer Schichtabfolge
von organischen und/oder anorganischen Halbleitern besteht.
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Beidseitig
der photovoltaisch aktiven Schicht ist weiter eine Elektrode vorgesehen,
wobei sowohl die der Lichteintrittseite zugewandte Elektrode als auch
die der Lichteintrittseite abgewandte Elektrode aus einem transparenten
und/oder semitransparenten Material ausgebildet sein können oder
aus einem feinen Metallgitter bestehen kann.
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Die
erfindungsgemäße Solarzelle
ist bevorzugt als flexibler Mehrschichtkörper ausgebildet, beispielsweise
als Transfer- oder Laminierfolie. Die Solarzelle kann so besonders
einfach montiert und transportiert werden, beispielsweise durch
Aufkleben oder Auflaminieren bzw. durch Transport als Rollenware.
Die Montageflächen
sind wegen der Flexibilität der
Solarzelle nicht auf ebene Flächen
beschränkt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen
unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläutert:
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1 zeigt
eine Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines aktiven Bereichs
einer Solarzelle.
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2 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemässen Solarzelle
für ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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3 zeigt
eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemässen Solarzelle für ein weiteres
Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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In 1 ist
der vereinfachte Aufbau einer organischen Solarzelle (PV) dargestellt.
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1 zeigt
eine organische Solarzelle 1, die in Form eines Mehrschichtkörpers, insbesondere
in Form eines mehrschichtigen, flexiblen Folienkörpers ausgestaltet ist, und
die einen Schichtkörper 10,
ein Modul- oder Zellengebilde 20 und eine Verkapselungsschicht 40 in
der dargestellten Reihenfolge aufweist. Es ist hierbei auch möglich, daß die Solarzelle ein
oder mehrere weitere Schichten aufweist, die zwischen diesen Schichten
angeordnet ist. Weiter ist es auch möglich, auf die Verkapselungsschicht 40 zu verzichten.
Weiter ist es auch möglich,
daß direkt
auf das Modul- oder Zellengebilde 20 oder auf die Verkapselungsschicht 40 noch
eine Kleberschicht, insbesondere ein Schicht aus einem thermisch
aktivierbaren oder durch Druck aktivierbaren Kleber folgt, mittels
der die Solarzelle 1 an einem Zielsubstrat festlegbar ist.
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Der
Schichtkörper 10 bildet
die Vorderseite der Solarzelle 1, welche die Lichteintrittseite
darstellt. Das auf die Solarzelle 1 eingestrahlte Licht 4 bestehend
aus Lichtquanten fällt
so, wie in 1 dargestellt, auf der von dem
Modul- oder Zellengebilde 20 abgewandten Seite des Schichtkörpers 10 auf
die Solarzelle 1 ein, wird von dem Schichtkörper 10,
wie weiter unten detailliert erläutert,
bereichsweise umgeleitet und trifft sodann auf das Modul- oder Zellengebilde
der Solarzelle 1. Das Modul- oder Zellengebilde 20 besteht
aus ein oder mehreren Einzelzellen, bevorzugt aus einer Vielzahl
miteinander partiell und/oder seriell elektrisch verschalteten Einzelzellen, die
die einfallenden Lichtquanten in elektrische Energie umwandeln.
Die Verkapselungsschicht 40 dient dem Schutz des Moduls-
oder Zellengebildes 20 vor Umwelteinflüssen. Die Funktion einer Verkapselungsschicht
wird auf der Lichteintrittseite von dem Schichtkörper 10 wahrgenommen,
der so eine Doppelfunktion, nämlich
die einer Verkapselungsschicht und die einer die Effektivität der Solarzelle 1 verbessernden
Lichtleiteinrichtung erbringt.
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Bei
dem Schichtkörper 10 handelt
es sich, wie weiter unten detailliert erläutert, vorzugsweise um eine
transparente Kunststofffolie von etwa 6 um bis 500 μm, bevorzugt
von 20 bis 50 μm,
beispielsweise um eine PET-Folie, PEN- oder BOPP-Folie, welche weiter
optional noch mit ein oder mehreren weiteren Schichten versehen
sein kann. Der Schichtkörper 10 erbringt
so vorzugsweise auch noch die Funktion eines Trägersubstrats, welches der Solarzelle 1 die
nötige
mechanische Stabilität
verleiht. Mögliche
Ausgestaltungen des Schichtkörpers 10 werden
weiter unten anhand von 2 erläutert und im Weiteren wird
auf die vorgehenden Ausführungen bezüglich der
Ausgestaltung eines in einer erfindungsgemässen Solarzelle vorgesehenen
Schichtkörpers
verwiesen.
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Wie
bereits oben dargelegt, besteht das Modul- oder Zellengebilde 20 bevorzugt
aus einer Vielzahl von Einzelzellen, die über Stromleitelemente miteinander
in Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung elektrisch verbunden
sind. In den aktiven Bereichen, in denen in dem Modul- oder Zellengebilde 20 eine
photovoltaisch aktive Schicht vorgesehen ist, wird das in die Solarzelle 1 einfallende
Licht in elektrische Energie umgewandelt. In inaktiven Bereichen,
in denen beispielsweise Stromleitelemente zur elektrischen Verknüpfung von
aktiven Bereichen vorgesehen sind, wird das einfallende Licht nicht
in elektrische Energie umgewandelt, es ist hier so beispielsweise
keine photovoltaisch aktive Schicht vorgesehen. 1 zeigt
nun eine Schnittdarstellung durch einen aktiven Bereich, in dem
das Modul- oder Zellengebilde 20 photovoltaisch aktive
Schichten aufweist und eine photovoltaisch aktive Fläche ausbildet.
In diesem Bereich weist das Modul- oder Zellengebilde 20 eine
erste Elektrode 21, eine photovoltaisch aktive Schicht 23,
die vorzugsweise aus mehreren aktiven Schichten besteht und eine
zweite Elektrode 22 auf. Auf der ersten Elektrode 21,
die transparent oder semitransparent ausgebildet sein kann, sind
die aktiven Schichten wie z. B. Elektronenblocker-Schicht; SC-Schicht
und Hole-Blocker-Schicht aufgebracht. (Sc = semi-conductor, d. h.
photovoltaisch aktive Halbleiterschicht). Die SC-Schicht besteht vorzugsweise aus einem
Gebilde aus Elektronen-Donatoren und Elektronen-Akzeptoren. Sie
kann aus einer Schicht oder aus mehreren Schichten bestehen. Die Elektronen-Donatoren
und Elektronen-Akzeptoren können
in Form eines Gemisches (Bulk Heterojunction) oder in Form einzelner
Schichten oder einer Kombination beider vorliegen. Auf die photovoltaisch aktive
Schicht 23 wird sodann die zweite Elektrode 22 aufgebracht,
die vorzugsweise aus einer dünnen, opaken
Metallschicht besteht. Es ist jedoch auch möglich, daß es sich bei der zweiten Elektrode 22 ebenfalls
um eine transparente oder semitransparente Schicht handelt.
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Die
erste Elektrode 21 besteht beispielsweise aus einer metallischen
Schicht mit einer Schichtdicke von wenigen Nanometern, beispielsweise
mit einer Schichtdicke von 10 bis 15 nm. Die Elektrode 21 kann
jedoch auch aus einem elektrisch leitfähigen transparentem Material,
beispielsweise ITO, aus IMI (ITO-Metall-
ITO) oder aus einem elektrisch leitfähigen Polymer bestehen. Die
metallische Schicht kann vorzugsweise aus Gold, Aluminium, Kupfer
oder Silber oder aus einer Legierung aus diesen Metallen ausgebildet
sein. Zwischen der transparenten und/oder semitransparenten Elektrode 21 und
der vorzugsweise als organische Halbleiterschicht ausgebildeten
SC-Schicht der photovoltaisch aktiven Schicht 23 ist eine
Hole-Blocker-Schicht angeordnet, beispielsweise aus TiOx bestehend.
Auf die SC-Schicht folgt eine Elektronen-Blocker-Schicht, die beispielsweise
aus PEDOT : PSS gebildet sein kann. Die zweite Elektrode 22 kann
wie die erste Elektrode 21 ausgebildet sein, wobei diese
Elektrode auch aus einer Metallschicht mit einer größeren Dicke
gebildet sein kann. Vorzugsweise hat diese Elektrodenblockerschicht 21 hierbei
eine Schichtdicke von 10 nm bis 50 nm, die Hole-Blocker-Schicht
eine Schichtdicke von 10 nm bis 15 nm, die SC-Schicht, die beispielsweise
aus PCBM : P3HT besteht, eine Schichtdicke von 100 nm bis 200 nm
und die Elektronen-Blocker-Schicht
eine Schichtdicke von 100 nm bis 200 nm und die zwei Elektrodenschichten,
die Elektrode 22, eine Schichtdicke von 10 nm bis 50 nm.
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Fallen
nun Lichtquanten in den in 1 dargestellten
aktiven Bereich so erfolgt in der SC-Schicht eine Ladungstrennung,
die letztendlich zu einer Potentialdifferenz an den Elektroden (21 und 22)
führt (in
diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß in 2 und 3 die
Hole-Blocker- oder
Elektronen-Blocker-Schichten nicht separat dargestellt sind).
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Ein
erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nun detailliert anhand von 2 erläutert.
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2 zeigt
eine Schnittdarstellung der Solarzelle 1 mit dem Schichtkörper 10,
dem Modul- und Zellengebilde 20 und der Verkapselungsschicht 40. Wie
in 2 dargestellt, weist das Modul- oder Zellengebilde 20 mehrere
aktive Bereiche und inaktive Bereiche auf, von denen in 2 die
aktiven Bereiche 52 und der nichtaktive Bereich 51 gezeigt
ist. Wie bereits oben ausgeführt
ist das Modul- oder
Zellengebilde in den aktiven Bereichen 52 wie in 1 dargestellt
ausgestaltet, so daß in
diesen Bereichen das einfallende Licht in elektrische Energie umgewandelt wird
und in den nichtaktiven Bereichen 51 die photovoltaisch
aktive Schicht 23 nicht vorgesehen ist, so in diesen Bereichen
das einfallende Licht nicht in elektrische Energie umgewandelt wird.
In den nichtaktiven Bereichen 51 sind bevorzugt (in 2 nicht
dargestellt) Stromleitelemente vorgesehen, welche die aktiven Bereiche
elektrisch in Seriell- und/oder Parallelschaltung verbinden.
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Weiter
ist es auch möglich,
daß das
Modul- oder Zellengebilde 20 in den aktiven Bereichen nicht wie
in 1 dargestellt als Single-Junction-Zelle aufgebaut
sind, sondern als Multi-Junction-Zelle. Bei einer solchen Zelle
sind mehrere Einzelzellen übereinander
gestapelt vorgesehen, so daß sich
der anhand von 1 dargestellte Schichtaufbau
des Modul- oder Zellengebildes 20 ein oder mehrfach wiederholt. Vorzugsweise
sind hierbei Einzelzellen mit verschiedenen Bandlückenenergien
(unterschiedlichen SC-Schichten) übereinander gestapelt vorgesehen und
möglichst
verlustfrei miteinander verschaltet. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad
der Solarzelle 1 weiter verbessert werden.
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In
dem in 2 dargestellten Fall wird als Schichtkörper 10 ein
Foliengebilde mit partiell strukturierten Bereichen 11 auf
das Modul- oder Zellengebilde der Solarzelle 1, wie in 2 gezeigt,
aufgebracht, wobei sich die strukturierten Bereiche 11 auf der
Unterseite des Trägers
(Foliengebilde 10) befinden. Hierbei ist es weiter auch
möglich,
daß das
Foliengebilde 10 auch von Anfang an vorliegt und das Modul-
oder Zellengebilde 20 auf dem Foliengebilde 10 als
Trägersubstrat
mittels mehrerer Herstellungsschritte, insbesondere umfassend Druckprozesse bevorzugt
in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren aufgebaut wird. Weiter ist es
auch möglich,
daß – wie auch weiter
hinten erläutert – das Foliengebilde 10 in
Form einer Laminierfolie separat produziert wird und dann vollflächig oder
bereichsweise, vorzugsweise in Form von Streifen, auf das Modul-
oder Zellengebilde 20 aufgebracht wird. Dabei bedecken
die strukturierten Bereiche 11 des Foliengebildes 10 vollständig oder partiell
die nichtaktiven Bereiche 51 des Modul- oder Zellengebildes 20 und
führen
zu einer Lichtumlenkung des Lichtes aus dem jeweiligen inaktiven
Bereich 51 in den aktiven Bereich 52, wie in 2 verdeutlicht.
-
In
den strukturierten Bereichen 11 sind lichtablenkende Strukturen
vorgesehen, welche – wie in 2 dargestellt – in Reflexion
wirken und das einfallende Licht in Richtung der Vorderseite der
Solarzelle 1 durch Beugung/Reflexion umlenken. Wie bereits
oben dargestellt, ist es hierbei möglich, daß lichtablenkende Strukturen
lediglich in die Unterseite des Schichtkörpers, beispielsweise durch
ein thermisches Replizierverfahren oder durch ein UV-Replizierverfahren,
abgeformt sind und so eine entsprechend ausgeformte Grenzfläche zwischen
dem Material des Foliengebildes 10 und dem an diesem angrenzenden
Material, beispielsweise Luft, ausbilden. Je nach verwendeten Strukturen
und dem an das Material der Unterseite des Foliengebildes 10 angrenzenden
Mediums kann es weiter vorgesehen sein, daß die lichtablenkenden Strukturen
weiter mit einer metallischen Reflexionsschicht oder ein oder mehreren
dielektrischen als dielektrischer Spiegel wirkende Schichten versehen
sind, wie dies bereits oben erläutert
worden ist. So ist es beispielsweise möglich, auf der Unterseite des
Foliengebildes 10 in den nichtaktiven Bereichen eine metallische
Reflexionsschicht oder eine HRI-Schicht
vorzusehen, welche einen Brechungsindex > als 1,7 , vorzugsweise > als 2,3 aufweist.
-
Die
lichtablenkenden Strukturen werden hierbei – wie bereits oben aufgeführt – so ausgelegt, daß sie das
in dem nichtaktiven Bereich 51, welcher mit den lichtablenkenden
Strukturen versehen ist, einfallende Licht in einem vorbestimmten
Winkel ablenken, so daß das
Licht – wie
in 2 durch Pfeile verdeutlicht – an der Vorderseite des Foliengebildes auf
aktive Bereiche 52 der Solarzelle 1 rückreflektiert wird.
Handelt es sich bei dem Foliengebilde 10 um eine transparente
Trägerfolie,
so wird der Winkel vorzugsweise so gewählt, daß an der Grenzfläche zwischen
der Vorderseite des Foliengebildes 10 und dem angrenzenden
Medium (Luft) eine Totalreflexion stattfindet und so das Licht weitgehend
verlustfrei auf die aktiven Bereiche 52 zurückreflektiert
wird. Wie in 2 weiter verdeutlicht, sind
die lichtablenkenden Strukturen in dem nichtaktiven Bereich 51 unterschiedlich
ausgestaltet und lenken das Licht abhängig von ihrer jeweiligen Position
in einem unterschiedlichen Winkel ab, sodaß das in den in aktiven Bereichen 51 einfallende
Licht möglichst
gleichmäßig auf
die angrenzenden aktiven Bereiche 52 umgeleitet wird.
-
Bei
den Strukturen sind dabei folgende Strukturen denkbar:
- – asymmetrische
Gitter
- – Mikroprismen
- – sinusförmige Gitter
- – lineare
oder gekreuzte Gitter
- – statistisch
matte Strukturen
- – Zero-Order
Strukturen
- – Sphärische oder
asphärische
fokussierende oder defokussierende Linsenstrukturen
- – Kombinationen
aus obigen Strukturen
-
In
dem Ausführungsbeispiel
nach 2 werden die lichtablenkenden Strukturen beispielsweise von
Blaze-Gittern gebildet, bei denen die Ausrichtung der geneigten
Flanken und der Neigungswinkel der geneigten Flanken abhängig von
der Position des jeweiligen Strukturelements innerhalb des nichtaktiven Bereichs 51 entsprechend
gewählt
ist, um das einfallende Licht, wie in 2 gezeigt,
auf die Grenzfläche zwischen
Luft und dem Foliengebilde 10 zu reflektieren. Die Gitterlinien
des Blaze-Gitters sind so parallel zur Grenzlinie zwischen dem aktiven
Bereich 52 und dem inaktiven Bereich 51 orientiert,
der Azimutwinkel der Gitterstruktur ist weiter in Richtung des nächstgelegenen
aktiven Bereichs 52 orientiert und der Neigungswinkel der
aktiven Flanke der Strukturelemente verringert sich – vorzugsweise
linear – je
näher das jeweilige
Strukturelement an dem nächstgelegenen aktiven
Bereich 52 positioniert ist. Es ist weiter auch möglich, daß in dem
nichtaktiven Bereich ein symmetrisches Beugungsgitter vorgesehen
ist, welches das einfallende Licht aus dem Spiegelreflex beugt – vorzugsweise
wie bereits oben dargelegt – in
einem Winkel in Bezug auf das Beugungsmaxima des für die photovoltaisch
aktive Schicht relevanten Wellenlängenbereich, der den obigen Überlegungen entspricht.
Auch hier ist es möglich,
durch Veränderung der
Spatialfrequenz in Abhängigkeit
von der Distanz vom nächstgelegenen
aktiven Bereich den Beugungswinkel zu verändern, um so eine möglichst gleichmäßige Verteilung
des auf den nichtaktiven Bereich 51 einfallenden Lichts
auf die angrenzenden aktiven Bereiche zu erzielen.
-
Weiter
ist es auch möglich,
daß das
von den lichtablenkenden Strukturen der strukturierten Bereiche
abgelenkte, in den nicht aktiven Bereichen einfallende Licht nicht
nur einmal durch Totalreflexion innerhalb des Foliengebildes 10 reflektiert
wird, sondern mehrfach reflektiert wird und so das Licht in einen
größeren, aktiven
Bereich eingekoppelt wird. Dies bietet sich je nach Schichtdicke
des Foliengebildes, den Abmessungen der inaktiven/aktiven Bereiche
und der lichtablenkenden Strukturen an. Bei einem Ablenkwinkel von
45° wäre zur Überwindung
eines inaktiven Bereichs von 1 mm beispielsweise eine Dicke des
Foliengebildes von 500 μm
bei einer Totalreflexion, 250 μm
bei zwei Totalreflexionen und 125 μm bei drei Totalreflexionen
erforderlich. Bei einer Dicke des Schichtgebildes 10 von 150 μm (bei einer Schichtdicke
der Elektrode 21 von 40 bis 80 nm, der Elektrode 22 von
100 bis 150 nm und der photovoltaisch aktiven Schicht von 350 bis
450 nm), einer Breite der aktiven Bereiche 52 von 8 bis
12 mm und einer Breite der inaktiven Bereiche von 1 bis 2,5 mm hat sich
hierbei insbesondere die Verwendung folgender Strukturen als lichtablenkenden
Strukturen bewährt:
Lineare
Sinusgitter (Wellenlänge
= 550 nm) mit 1285 L/mm und einer Strukturtiefe von 0,11 μm; Verwendung
eines linearen Blazegitters (Wellenlänge = 550 nm) mit einer Beabstandung
der Strukturelemente von 2,3 μm
und einer Strukturtiefe von 0,8 μm;
Verwendung eines refraktiven Mikroprismas mit einem Abstand der
Strukturelemente von 20 μm
und einer Strukturtiefe von 8,3 μm
(geometrischer Winkel von 22,5°).
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Auch
ist es möglich,
daß in
den nichtaktiven Bereichen eine konkave oder konvexe diffraktive oder
refraktive Linse als lichtablenkende und/oder lichtführende Struktur
abgeformt ist.
-
Weiter
kann es auch vorgesehen sein, daß das Foliengebilde 10 eine
transparente oder mehrere transparente Schichten vorsieht, die vorzugsweise
in die Vorderseite des Foliengebildes 10 angrenzen und die
speziell dazu ausgelegt sind, daß von den lichtablenkenden
Strukturen auf sie gelenktes Licht möglichst verlustfrei auf die
aktiven Bereiche zurückzureflektieren.
Bei diesen Schichten handelt es sich vorzugsweise um eine HRI-Schicht
oder um eine Abfolge von HRI und LRI-Schichten. Es ist hierbei auch möglich, daß diese
Schichten in unterschiedlichen Höhenlagen
des Foliengebildes 10 angeordnet sind und so durch Mehrfachreflexion
eine möglichst
vollständige
und auch gleichmäßige Verteilung
des in den inaktiven Bereichen 51 eingestrahlten Lichts
auf die aktiven Bereiche 52 erzielt wird.
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Anhand
von 3 wird nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung
erläutert. 3 zeigt eine
Solarzelle 3 mit einem Schichtkörper 30, dem Modul- oder Zellengebilde 20 und
der Vekapselungsschicht 40. Das Modul oder Zellengebilde 20 ist
wie das Modul- oder Zellengebilde 20 nach den Figuren 2 und 1 ausgebildet
und weist aktive Bereiche 52 und inaktive Bereiche 51 auf.
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In
dem in 3 dargestellten Fall wird das Foliengebilde 303 mit
partiell strukturierten Bereichen 31 auf das Modul- oder
Zellengebilde 20 der Solarzelle 3, wie in 3 gezeigt,
aufgebracht, wobei sich die strukturierten Bereiche 31 auf
der Oberseite des Trägers,
d. h. des Foliengebilde 30 befinden und zudem „Spiegelbereiche" 32 (partieller
Metallspiegel) auf der Unterseite des Foliengebildes 30 befinden. Dabei
bedecken diese Bereiche, d. h. die Bereiche (31/32) des Foliengebildes 30 vollständig oder
partiell die nichtaktiven Bereiche 51 des Modul- oder Zellengebildes 20 und
führen,
wie in 3 verdeutlicht, zu einer Lichtumlenkung des Lichtes
aus den nichtaktiven Bereichen 51 in die aktiven Bereiche 52.
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Ansonsten
kann das Foliengebilde 30 in gleicher Weise wie das Foliengebilde 10 nach 2 ausgestaltet
sein. Das Selbe gilt für
die Applizierung des Foliengebildes 30 auf dem Modul- oder
Zellengebilde 20 oder die Herstellung des aus Foliengebilde 30 und 20 bestehenden
Gebildes. Es wird somit in Bezug auf diese Punkte auf die Ausführung zum
Foliengebilde 10 und dem Modul- und Zellengebilde 20 nach 1 und 2 verwiesen.
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Bei
den lichtablenkenden Strukturen, die in dem strukturierten Bereich 31 vorgesehen
sind, handelt es sich um in Transmission wirkende Strukturen, d.
h. Strukturen, die das einfallende Licht um weniger als 180° ablenken,
d. h. das einfallende Licht in das angrenzende Medium transmittieren
und ablenken, und beispielsweise durch Beugung oder durch Brechung
in Richtung der Unterseite des Foliengebildes 30 ablenken.
Vorzugsweise sind die lichtablenkenden Strukturen hierbei in die
Oberfläche
des Foliengebildes 30, beispielsweise durch thermische
Replikation oder UV-Replikation, abgeformt. Es ist jedoch auch weiter
möglich,
daß die
lichtablenkenden Strukturen des strukturierten Bereichs 31 zwischen
zwei Schichten des Foliengebildes 30 abgeformt sind, die über einen
unterschiedlichen Brechungsindex verfügen. So ist es beispielsweise
möglich,
daß die lichtablenkenden
Strukturen in die – in
Bezug auf den Lichteinfall – Unterseite
einer Replizierschicht des Foliengebildes 30 abgeformt
sind, an die eine weitere Schicht des Foliengebildes 30 mit unterschiedlichem Brechungsindex,
vorzugsweise eine HRI-Schicht angrenzt. Die lichtablenkenden Strukturen
des strukturierten Bereichs 31 können so in einer Grenzfläche zwischen
Luft und einer Schicht des Foliengebildes 30 oder in einer
Grenzfläche
zwischen zwei Schichten des Foliengebildes 30 abgeformt
sein. Im zweiten Fall unterscheidet sich der Brechungsindex der
beiden Schichten vorzugsweise um mehr als 0,2. Bei den Strukturen
sind dabei folgende Strukturen denkbar:
- – asymmetrische
Gitter
- – Mikroprismen
- – sinusförmige Gitter
- – lineare
oder gekreuzte Gitter
- – statistisch
matte Strukturen
- – Zero-Order
Strukturen
- – Sphärische oder
asphärische
fokussierende oder defokussierende Linsenstrukturen
- – Kombinationen
obiger Strukturen
-
Die
lichtablenkenden Strukturen können – wie bereits
bei den lichtablenkenden Strukturen nach 2 erläutert – vollflächig oder
lediglich partiell im Bereich der nichtaktiven Bereiche vorgesehen
sein und sich auch in Abhängigkeit
von der jeweiligen Position und dem jeweiligen Abstand von dem nächstgelegenen
aktiven Bereich 52 in ihren Strukturparametern unterscheiden.
Wie bereits in Bezug auf 2 erläutert, werden als lichtablenkende
Strukturen im Bereich 31 ebenfalls vorzugsweise Blaze-Gitter,
symmetrische Beugungsgitter, Mattstrukturen und (diffraktive) Linsen
verwendet, die das einfallende Licht in einem entsprechenden Winkel
aus der Einfallsrichtung durch Brechung oder Beugung ablenken, bei
dem durch Reflexion an der in dem Bereich 32 vorgesehenen
Reflexionsschicht und nochmalige Reflexion an einer Grenzfläche des
Schichtgebildes 30 das Licht in einen der aktiven Bereiche 52 gelenkt
wird. Bezüglich
der in dem Bereich 31 verwendbaren lichtablenkenden Strukturen
sowie bezüglich
der Abhängigkeit
zwischen der Dicke des Foliengebildes 30 und dem von den
lichtablenkenden Strukturen erzielten Ablenkungswinkel wird auf
die Ausführungen
zu 2 verwiesen. Auch hier ist es möglich, daß das von
der lichtablenkenden Struktur abgelenkte Licht nicht nur mittels
einer Totalreflexion in einen aktiven Bereich 52 eingekoppelt
wird, sondern daß auch
zwei oder mehr Totalreflexionen insbesondere an der Oberseite und/oder
Unterseite des Schichtgebildes 30 stattfinden und auf diese
Weise – wie
bereits in Bezug auf 2 ausgeführt – der inaktive Bereich "überbrückt" wird bzw. durch Mehrfachreflexion die
Einkopplung des Lichts in das Modul oder Zellengebilde 20,
insbesondere in die photovoltaisch aktive Schicht 23 verbessert
wird.
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Die
in dem Bereich 32 angeordnete Reflexionsschicht kann aus
einer Metallschicht oder auch aus ein oder mehreren dielektrischen
Schichten bestehen, die wie oben dargestellt einen dielektrischen Spiegel
ausbilden. Die Reflexionsschicht kann hierbei den inaktiven Bereich 51 vollständig oder
auch nur partiell überdecken.
Bezüglich
der Ausgestaltung des Foliengebildes 30 bezüglich der
Rückreflexion des
an dem Bereich 32 reflektierten Lichts, wird auf die Ausführungen
zu dem Foliengebilde 20 nach 2 verwiesen.
-
Insbesondere
wird auf folgende weitere vorteilhafte Weiterbildungen verwiesen,
die einzeln oder auch in beliebiger Kombination mit den obigen Ausführungsbeispielen
sowie den in den Ansprüchen
definierten Gegenständen
kombiniert werden können.
-
Hierbei
wird der Begriff Foliengebilde für
den vorgehend verwendeten Begriff Schichtkörper verwendet und ist insbesondere
auf die Ausführung
des Schichtkörpers
als Foliengebilde 10 und/oder Foliengebilde 30 nach 2 bzw. 3 gerichtet.
- – Es
kann vorgesehen sein, daß das
Foliengebilde aus einzelnen unterschiedlichen Schichten aufgebaut
ist.
- – Es
kann aber auch vorgesehen sein, daß das Foliengebilde aus einzelnen
gleichen Schichten aufgebaut ist.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß sich
partielle weitere Schichten in unterschiedlichen Bereichen des Foliengebildes
befinden.
- – Zudem
kann vorgesehen sein, daß direkt
auf das Foliengebilde mit den Strukturen die aktiven Bereiche durch
z. B. Tiefdruck aufgebracht werden – d. h. das Foliengebilde dient
direkt als Bedruckstoff.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß sich
die strukturierten Bereiche auf dem Foliengebilde in Größe, Form
und Struktur unterscheiden.
- – Darüber hinaus
kann vorgesehen sein, daß zu den
Strukturen über
den nichtaktiven Bereichen zur Umlenkung des Lichtes, auch Strukturen
in den aktiven Bereichen (z. B. Mottenaugenstrukturen) zur Reduzierung
der Reflektion mit eingebracht werden.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Strukturen direkt in den Trägerstoff
eingebracht werden.
- – Vorgesehen
kann aber auch sein, daß diese Strukturen
in einen oder mehrere Lackschichten eingebracht werden.
- – Es
kann auch vorgesehen sein, daß diese
Strukturen in Verbindung mit Hologrammen etc. aufgebracht werden,
um der PV ein entsprechendes Design zu verleihen.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß das
Foliengebilde nicht nur bei der OPV sondern auch bei der DSSC oder
anderen PV Technologien Einsatz findet.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß das
Foliengebilde in Form von einzelnen Streifen auf das PV Gebilde
aufgebracht wird.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß das
Foliengebilde in Form einer Laminierfolie separat produziert wird
und dann in einem Streifenlaminationsverfahren auf das PV System
aufgebracht wird.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß das
Foliengebilde sowohl auf der Vorderals auch auf der Rückseite
mit Mikrostrukturen versehen ist (Kombination der Ausführungsbeispiele
nach 2 und 3).
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Mikrostrukturen des Foliengebildes auf der Rückseite mit reflektionsverstärkenden
metallischen oder dielektrischen Schichten versehen sind. Diese
Schichten können
evtl. auch nur partiell mit der reflektionsverstärkenden Schicht belegt sein.
- – Es
kann ferner vorgesehen sein, daß das
Foliengebilde aus mehreren Lagen besteht, bei denen in unterschiedlichen
Tiefen Strukturen eingebracht sind.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß das
Foliengebilde nicht in allen nichtaktiven Bereichen entsprechende
Strukturen aufweist
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Foliengebilde sowohl auf der Font- wie auch Rückseite der PV aufgebracht
werden
- – Es
kann zudem vorgesehen sein, daß sich
in diesem Fall die Foliengebilde unterscheiden.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Foliengebilde bei Multi Junction Zellen oder Modulen Einsatz finden.
- – Es
kann ferner vorgesehen sein, daß die
Foliengebilde eingefärbt
sind.
- – In
diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, daß die Foliengebilde
gleich eine oder mehrere Barriereschichten im gesamten PV Aufbau
bilden.
- – Zudem
kann vorgesehen sein, daß die
Foliengebilde zudem Partikel enthalten, die selektiv Banden des
einfallenden Lichtes in andere Bereiche shiften.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Foliengebilde zudem Partikel etc. enthalten, die als Streuzentren
wirken.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Foliengebilde in einem R2R Verfahren auflaminiert werden.
- – Es
kann auch vorgesehen sein, daß einzelne Bereiche
des Foliengebildes (1, 3) aufgeprägt werden,
z. B. in über
eine R2R Prägung
oder eine Hubprägung.
- – In
diesem Zusammenhang kann auch sein, daß mehrere Prägungen vorgesehen
sind.
- – Es
kann zudem vorgesehen sein, daß das
Auflaminieren der Front- und Rückseite
der PV in einem Schritt erfolgt.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Erzeugung des Ausführungsbeispieleüber mehr
als ein Schritt erfolgt.
- – Es
kann zudem vorgesehen sein, daß die
rückseitige
Metallschicht (Spiegel) im Ausführungsbeispiel
2 gleich neben einander liegende Zellen eines Moduls elektrisch
verschaltet.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß im
Ausführungsbeispiel
2 das Foliengebilde 3 sowohl an der Front-, wie auch Rückseite
Strukturen in den nichtaktiven Bereichen aufweist.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß im
Ausführungsbeispiel
1 das Foliengebilde sowohl an der Front-, wie auch Rückseite
Strukturen in den nichtaktiven Bereichen aufweist.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Mikro-Strukturen – nicht
wie in 2 und 3 dargestellt – das Licht
sowohl auf die rechte, wie auch linke Seite ablenken, sondern nur
in eine Richtung.
- – In
diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, daß sowohl
Bereiche auf dem Foliengebilde vorhanden sind, die sowohl das Licht
in beide Richtungen, als auch das nur zu einer Seite ablenken.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß solche
Foliengebilde mit anderen Foliengebilden eingesetzt werden, die
z. B. auf der Rückseite
des Trägers aufgebracht
werden.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß die
Foliengebilde aus Material ähnlich
einer Schrumpffolie bestehen – somit
können
z. B. nach dem Auflaminieren Wellenstrukturen erzeugt werden.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß das
Foliengebilde partiell eingefärbt
ist – z.
B. eine zusätzliche Einfärbung in
den aktiven Bereichen.
- – Vorgesehen
kann auch sein, daß diese
Einfärbung
partiell ist und ein Design darstellt.
- – Es
kann aber auch vorgesehen sein, daß die Einfärbung im Foliengebilde nur
in den nichtaktiven Bereichen der Zelle oder des Moduls stattfindet
und so gestaltet ist, daß diese
in etwa die gleiche Einfärbung,
wie die der aktiven Bereiche aufweist.
- – Weiter
ist möglich,
daß unterschiedlichste
Trägerstärken für das Foliengebilde
zum Einsatz kommen.
- – In
diesem Zusammenhang ist auch möglich, daß nicht
nur unterschiedliche Trägerstärken sondern
auch unterschiedlichste Materialien zum Einsatz kommen können. Hier
sind beispielsweise Materialien denkbar, die unterschiedliches Schrumpfverhalten
in die beiden Raumrichtungen haben.
- – Es
ist weiter möglich,
daß das
gesamte Gebilde einschließlich
des Foliengebildes oder Teilgebildes als Inmold-Folie ausgestaltet
wird.
- – In
diesem Zusammenhang ist auch möglich, daß die Erzeugung
des gesamten Aufbaus (Strukturen + PV) über zwei Inmold-Prozesse erfolgt – andere
Verfahren sind auch hier denkbar.
- – Es
kann zudem vorgesehen sein, daß weitere Schichten
auf den strukturierten Bereiche des Foliengebildes vorgesehen sind.