DE102008041457A1 - Photovoltaic cell for use as solar cell, solar panel or photo-electrochemical converter in open or in buildings, comprises partially transparent photoelectrode, transparent conductive coating, and intrinsically conductive layer - Google Patents

Photovoltaic cell for use as solar cell, solar panel or photo-electrochemical converter in open or in buildings, comprises partially transparent photoelectrode, transparent conductive coating, and intrinsically conductive layer Download PDF

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Abstract

A photovoltaic cell comprises a partially transparent photoelectrode, which is composed of a transparent electrically insulating material (1) and a transparent conductive coating (2). A p-conductive layer of nanosilicon (3), an intrinsically conductive layer of nanosilicon (4), and n-conductive layer of nanosilicon (5) are also included. A counter-electrode having a layer (6) of conductive material and an outer layer (7) are additionally provided in the photovoltaic cell. The used silicon is nanocrystalline silicon having a primary particle size of 5-200 nanometers. An independent claim is included for a method for producing photovoltaic cells, which involves: (A) preparing transparent photoelectrode by applying transparent conductive coating on transparent insulating material; and (B) applying porous layer nanocrystalline p-conductive silicon, intrinsically conductive layer of nanosilicon, n-conductive layer of nanosilicon and counter-electrode on the transparent photo electrode.

Description

Die Erfindung betrifft neuartige photovoltaische Zellen, die aus nanopartikulärem, dotiertem und/oder undotiertem Silizium aufgebaut sind.The This invention relates to novel photovoltaic cells made of nanoparticulate, doped and / or undoped silicon are constructed.

Die Entdeckung der Umwandlung von Licht in elektrische Energie geht zurück auf Alexandre Edmond Becquerel im Jahr 1839 [ Becquerel, A. E. ”Le spectre solaire et la constitution de la lumière électrique.” C. R. l'Acad. Sci., 1839–1841. ]. Grundlage aller photovoltaischer Zellen (Photovoltaische Zellen) bildet die Trennung von elektrischen Ladungen durch die Bestrahlung mit Photonen hinreichender Energie.The discovery of the transformation of light into electrical energy goes back to Alexandre Edmond Becquerel in 1839 [ Becquerel, AE "Le specter solaire et la constitution de la lumiere électrique." CR l'Acad. Sci., 1839-1841. ]. The basis of all photovoltaic cells (photovoltaic cells) is the separation of electrical charges by irradiation with photons of sufficient energy.

Am weitesten verbreitet sind photovoltaische Zellen aus Halbleitern, bei denen die durch Lichtquanten erzeugten Ladungsträgerpaare durch innere elektrische Felder oder auf Grund der unterschiedlichen Beweglichkeiten teilweise hinsichtlich ihrer Ladungsschwerpunkte getrennt werden [ Ch. Weißmantel, C. Hamann, Grundlagen der Festkörperphysik, 4. Auflage, Barth, Leipzig 1995. ].Most widespread are photovoltaic cells made of semiconductors, in which the pairs of charge carriers generated by light quanta are separated by internal electric fields or, due to the different mobilities, partly with respect to their charge centers [ Ch. Weißmantel, C. Hamann, Fundamentals of Solid State Physics, 4th Edition, Barth, Leipzig 1995. ].

Für terrestrischen Anwendungen haben aufgrund ihrer Verbreitung photovoltaische Zellen aus Silizium eine besondere Bedeutung. Man unterscheidet monokristalline, polykristalline und amorphe Silizium-Solarzellen.For terrestrial applications have photovoltaic because of their diffusion Silicon cells have a special meaning. One differentiates monocrystalline, polycrystalline and amorphous silicon solar cells.

Nachteilig an diesen Ausführungsformen ist die aufwendige Herstellung der photovoltaischen Zellen. In allen Fällen liegt eine kompakte Siliziumschicht vor, die je nach Herstellungs-prozeß aus entsprechenden Blöcken gesägt, aus einer Schmelze gegossen oder gezogen bzw. aus einem Vakuumprozeß als dünne Schicht abgeschieden wurde.adversely In these embodiments, the complicated production the photovoltaic cells. In all cases there is one compact silicon layer before, depending on the manufacturing process sawed corresponding blocks, poured from a melt or pulled or from a vacuum process as a thin Layer was deposited.

Aus diesen Gründen wurden in den letzten Jahren große Anstrengungen unternommen, um photovoltaische Zellen mit verbesserter Leistung, Robustheit und geringeren Herstellungs-kosten zu entwickeln. Beispiele hierfür sind in der DE 44 99 682 T1 und der US 4,947,219 angegeben. Jedoch besitzen die in diesen Patenten beschriebenen photovoltaische Zellen noch immer Nachteile wie z. B. die Notwendigkeit von monokristallinem Silizium oder einem komplizierten Aufbau mit vielen verschiedenen Materialien.For these reasons, great efforts have been made in recent years to develop photovoltaic cells with improved performance, ruggedness, and lower manufacturing costs. Examples are in the DE 44 99 682 T1 and the US 4,947,219 specified. However, the photovoltaic cells described in these patents still have disadvantages such. For example, the need for monocrystalline silicon or a complicated structure with many different materials.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, photovoltaische Zellen zu entwickeln, die mit möglichst wenigen verschiedenen Materialien einfach hergestellt werden können und eine hohe Effektivität zeigen.task The present invention was therefore photovoltaic cells to develop with as few different ones as possible Materials can be easily made and one show high effectiveness.

Es wurde überraschend gefunden, daß nanoskaliges, kristallines Silizium (nano-Silizium), mit Elementen der III., II. und der V. sowie der VI. Hauptgruppe des Periodensystems dotiert werden kann und sowohl in dotierter als auch undotierter Form geeignet ist für die Herstellung neuartiger photovoltaischer Zellen.It it was surprisingly found that nanoscale, crystalline silicon (nano-silicon), with elements of III., II. and the V. as well as the VI. Main group of the periodic system doped can be and suitable both in doped and undoped form is for the production of novel photovoltaic cells.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher photovoltaische Zellen, bestehend aus einer zumindest teilweise transparenten Photoelektrode A, welche aus einem transparenten isolierenden Material (1), einer transparenten, leitfähigen Beschichtung (2) zusammengesetzt ist, sowie einer p-leitende Schicht aus nano-Silizium (3), einer intrinsisch leitende Schicht aus nano-Silizium (4), einer n-leitenden Schicht aus nano-Silizium (5) und einer Gegenelektrode B, die eine Schicht (6) aus einem leitfähigen Material aufweist.
dadurch gekennzeichnet, daß

  • a) das verwendete Silizium Primärpartikelgrößen im Bereich von 5–200 nm aufweist,
  • b) kristallines nano-Silizium eingesetzt wird,
  • c) an den beiden leitfähigen Elektroden unter dem Einfluß von Licht elektrische Energie entnommen werden kann.
The present invention therefore relates to photovoltaic cells consisting of an at least partially transparent photoelectrode A, which consists of a transparent insulating material ( 1 ), a transparent, conductive coating ( 2 ) and a p-type layer of nano-silicon ( 3 ), an intrinsically conductive layer of nano-silicon ( 4 ), an n-type layer of nano-silicon ( 5 ) and a counterelectrode B which is a layer ( 6 ) of a conductive material.
characterized in that
  • a) the silicon used has primary particle sizes in the range of 5-200 nm,
  • b) crystalline nano-silicon is used,
  • c) electrical energy can be taken from the two conductive electrodes under the influence of light.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, durch Aufbringen einer transparenten leitfähigen Beschichtung (2) auf ein transparentes isolierendes Material (1) und Beschichten der Beschichtung (2) mit einer porösen Schicht (3) aus nano-Silizium mit Elektronen aufnehmenden Eigenschaften, erstellt wird, und auf diese Photoelektrode A nacheinander eine intrinsisch leitfähige Schicht (4) aus nano-Silizium, eine Schicht (5) aus nano-Silizium mit Elektronen abgebenden Eigenschaften und eine Gegenelektrode B mit einer leitfähigen Schicht aufgebracht wird.The present invention further provides a process for producing the photovoltaic cells according to the invention, characterized in that an at least partially transparent photoelectrode A, by applying a transparent conductive coating ( 2 ) on a transparent insulating material ( 1 ) and coating the coating ( 2 ) with a porous layer ( 3 ) of nano-silicon having electron-accepting properties, and on this photoelectro A successively an intrinsically conductive layer ( 4 ) made of nano-silicon, a layer ( 5 ) is applied from nano-silicon with electron-donating properties and a counter electrode B with a conductive layer.

Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung von erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen als Solarzellen, Solarpaneele oder photoelektrochemischer Wandler.Furthermore The object of the present invention is the use of photovoltaic according to the invention Cells as solar cells, solar panels or photoelectrochemical Converter.

Die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen weisen gegenüber dem Stand der Technik eine einfache Struktur, mit wenigen unterschiedlichen Materialien und geringen Herstellungskosten, bei verbessertem Wirkungsgrad und höheren Stromdichten auf.The have photovoltaic cells according to the invention a simple structure compared to the prior art, with few different materials and low production costs improved efficiency and higher current densities.

Die erfindungsgemäße photovoltaischen Zellen weisen eine sogenannte pin-Struktur auf. Dabei bedeutet p Dotierung mit einem Element der II. oder III. Hauptgruppe des Periodensystems, n Dotierung mit einem Element der V. oder VI. Hauptgruppe des Periodensystems und i intrinsisch leitfähiges Material.The have photovoltaic cells according to the invention a so-called pin structure on. Here, p means doping with an element of the II. or III. Main group of the periodic table, n doping with an element of the V. or VI. Main group of the periodic table and i intrinsically conductive material.

Das transparente isolierende Material (1), kann ausgewählt sein aus anorganischen und/oder organischen Gläsern und/oder Kunststoffen und/oder ein biegsames Verbundsystem darstellen. Wichtigstes Merkmal, welches dieses Material erfüllen muss, ist die Durchlässigkeit für die Strahlung, welche ein strahlungssensibles Elektron in das Leitungsband des Halbleiters anregt. Es kann vorteilhaft sein, wenn das isolierende Material Glas oder Kunststoff oder eine Kombination von Glas oder Kunststoff aufweist, welche eine besonders hohe Kratzfestigkeit aufweist, da Kratzer an der der Strahlung zugewandten Oberfläche des Material zu einer Ablenkung bzw. Streuung der Strahlung führen können und damit die Stromausbeute bezogen auf die einfallende Strahlung verringert werden kann.The transparent insulating material ( 1 ) may be selected from inorganic and / or organic glasses and / or plastics and / or constitute a flexible composite system. The most important feature that must be fulfilled by this material is the transmission of the radiation, which excites a radiation-sensitive electron into the conduction band of the semiconductor. It can be advantageous if the insulating material comprises glass or plastic or a combination of glass or plastic which has a particularly high scratch resistance, since scratches on the surface of the material facing the radiation can lead to a deflection or scattering of the radiation and thus the current efficiency relative to the incident radiation can be reduced.

Die direkt auf dem transparenten Material vorhandene transparente, leitfähige Beschichtung (2) muss ebenfalls durchlässig für Strahlung sein. Vorzugsweise weist die transparente leitfähige Beschichtung ein Fluor dotiertes Zinnoxid, Zinn dotiertes Indiumoxid (ITO), dotiertes Zinkoxid oder dünne Silberschichten auf. Besonders bevorzugt weist die Beschichtung ITO auf.The transparent, conductive coating directly on the transparent material ( 2 ) must also be permeable to radiation. Preferably, the transparent conductive coating comprises a fluorine doped tin oxide, tin doped indium oxide (ITO), doped zinc oxide or thin silver layers. Particularly preferably, the coating has ITO.

Das in den Schichten (3)–(5) der erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen verwendete nano-Silizium kann mittels eines Heißwandreaktors oder eines Mikrowellenreaktors hergestellt werden.That in the layers ( 3 ) - ( 5 nano silicon used in the photovoltaic cells of the present invention can be produced by means of a hot wall reactor or a microwave reactor.

Die Schichten (3) bis (5) können identisches oder aber nach unterschiedlichen Verfahren hergestelltes nano-Silizium enthalten, wobei die Partikelgrößen zwischen 5–200 nm liegen. Folglich können die Schichten (3)–(5) unterschiedliche, aber auch gleiche Partikelgrößenverteilungen aufweisen.The layers ( 3 ) to ( 5 ) may contain identical or but produced by different methods nano-silicon, the particle sizes are between 5-200 nm. Consequently, the layers ( 3 ) - ( 5 ) have different, but also the same particle size distributions.

In den Schichten (3)–(5) wird das nano-Silizium mittels zumindest eines Bindemittels zusammengehalten.In the layers ( 3 ) - ( 5 ), the nano-silicon is held together by means of at least one binder.

Gegenstand der Erfindung sind auch photovoltaische Zellen, in denen statt drei einzeln aufgetragenen Schichten (3)–(5), ein nano-Siliziumpressling enthalten ist, der auf der einen Seite p-dotiert und auf der anderen Seite n-dotiert wurde.The invention also relates to photovoltaic cells in which, instead of three individually applied layers ( 3 ) - ( 5 ), a nano-silicon compact which was p-doped on one side and n-doped on the other side.

Die Gegenelektrode, die als leitfähige Schicht (6) ausgebildet ist, kann eine aus Metallpartikeln oder anderen leitfähigen Partikeln aufgebaute Struktur aufweisen. Vorzugsweise kann die Schicht (6) als Partikel ein Metallpulver, ausgewählt aus Platin, Wolfram, Molybdän, Chrom, Titan ein elektrisch leitendes keramisches Pulver, ausgewählt aus Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid, ITO, dotiertem Zinkoxid, Titannitrid, Titancarbid oder Wolframcarbid oder Graphitpulver, Ruß und/oder eine elektrisch leitendes Polymer, ausgewählt aus Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen oder Polyacetylen aufweisen. Bevorzugt weist die leitfähige Schicht der Gegenelektrode ein Graphitpulver auf. Die leitfähige Schicht (6) weist eine Dicke von 5 bis 100, vorzugsweise von 20 bis 50 μm auf.The counter electrode, which serves as a conductive layer ( 6 ), may have a structure constructed of metal particles or other conductive particles. Preferably, the layer ( 6 ) as particles a metal powder selected from platinum, tungsten, molybdenum, chromium, titanium an electrically conductive ceramic powder selected from fluorine or antimony doped tin oxide, ITO, doped zinc oxide, titanium nitride, titanium carbide or tungsten carbide or graphite powder, carbon black and / or an electric conductive polymer selected from polyaniline, polypyrrole, polythiophene or polyacetylene. The conductive layer of the counterelectrode preferably has a graphite powder. The conductive layer ( 6 ) has a thickness of 5 to 100, preferably from 20 to 50 microns.

Es ist dem Fachmann klar, dass auch eine erfindungsgemäße photovoltaische Zelle Anschlüsse benötigt, die es ermöglichen, den produzierten Strom einem Verbraucher zuzuleiten. Zu diesem Zweck weist die photovoltaische Zelle zumindest zwei Anschlüsse auf, wobei der eine Anschluss eine elektrisch leitende Verbindung zur leitfähigen Schicht (2) und der andere Anschluss eine elektrisch leitende Verbindung zur elektrisch leitfähigen Schicht der Gegenelektrode (6) realisieren muss.It is clear to the person skilled in the art that a photovoltaic cell according to the invention also requires connections which make it possible to supply the electricity produced to a consumer. For this purpose, the photovoltaic cell has at least two terminals, wherein the one terminal has an electrically conductive connection to the conductive layer (FIG. 2 ) and the other terminal an electrically conductive connection to the electrically conductive layer of the counter electrode ( 6 ) must realize.

Die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen können als Abschlussschicht auf der elektrisch leitfähigen Schicht der Gegenelektrode (6) eine isolierende Beschichtung oder Schicht (7) aufweisen, welche die photovoltaische Zelle zur Seite der Gegenelektrode hin abschließt. Die Beschichtung kann z. B. eine Kunststoff- oder Keramikbeschichtung sein. Die Schicht (7) kann auch eine Glas- oder Kunststoffscheibe sein, die mit einer Kunststoff- oder Keramikmasse auf die Schicht (6) der Gegenelektrode aufgeklebt wurde. Die isolierende Beschichtung bzw. Schicht kann nicht nur auf die Gegenelektrode aufgebracht werden sondern so ausgeführt sein, dass alle Seiten der photovoltaischen Zelle mit Ausnahme der der Strahlung zugewandten Seite mit dieser Beschichtung beschichtet sind. Durch die Beschichtung wird ein mechanischer Schutz der photovoltaischen Zelle erreicht.The photovoltaic cells according to the invention can be used as a finishing layer on the electrically conductive layer of the counterelectrode ( 6 ) an insulating coating or layer ( 7 ), which terminates the photovoltaic cell to the side of the counter electrode. The coating may, for. B. be a plastic or ceramic coating. The layer ( 7 ) can also be a glass or plastic disc, which with a plastic or ceramic mass on the layer ( 6 ) was adhered to the counter electrode. The insulating coating or layer can not only be applied to the counterelectrode but can be designed so that all sides of the photovoltaic cell, with the exception of the side facing the radiation, are coated with this coating. The coating achieves mechanical protection of the photovoltaic cell.

Die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen werden vorzugsweise durch ein Verfahren hergestellt, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, durch Aufbringen einer transparenten leitfähigen Beschichtung (2) auf ein transparentes isolierendes Material (1) und Beschichten der Beschichtung (2) mit einer porösen Schicht (3) aus nano-Silizium mit Elektronen aufnehmenden Eigenschaften, erstellt wird, auf die Photoelektrode A wird anschließend nacheinander eine intrinsisch leitfähige Schicht (4) aus nano-Silizium, eine Schicht (5) aus nano-Silizium mit Elektronen abgebenden Eigenschaften und eine Gegenelektrode B aufgebracht. Als Materialien zum Aufbau der Schichten sowie als Elektrode A können die oben beschriebenen Materialien eingesetzt werden.The photovoltaic cells according to the invention are preferably produced by a method which is characterized in that an at least partially transparent photoelectrode A, by applying a transparent conductive coating ( 2 ) on a transparent insulating material ( 1 ) and coating the coating ( 2 ) with a porous layer ( 3 ) is made of nano-silicon with electron-accepting properties, on the photoelectrode A is then successively an intrinsically conductive layer ( 4 ) made of nano-silicon, a layer ( 5 ) of nano-silicon with electron-donating properties and a counter electrode B applied. As materials for the construction of the layers and as the electrode A, the materials described above can be used.

Das Aufbringen von elektrisch leitfähigen transparenten Beschichtungen ist allgemein bekannt und kann wie dort beschrieben oder z. B. durch Gasphasenabscheidung erfolgen. Es ist aber auch möglich direkt mit einer elektrisch leitfähigen, transparenten Beschichtung ausgerüstetes isolierendes Material (1) einzusetzen, welches im Handel, z. B. von Pilkington unter dem Namen LOFTEC 8 erhältlich ist.The application of electrically conductive transparent coatings is well known and can be as described there or z. B. by gas phase separation. But it is also possible directly with an electrically conductive, transparent coating equipped insulating material ( 1 ), which is commercially available, for. B. from Pilkington under the name LOFTEC 8 is available.

Auf die einseitig auf das Material (1) aufgebrachte elektrisch leitfähige Schicht (2) wird dann die halbleitende Schicht (3) aufgebracht.On the one-sided on the material ( 1 ) applied electrically conductive layer ( 2 ), the semiconducting layer ( 3 ) applied.

Das Halbleitermaterial kann z. B. direkt auf die Schicht (2) aufgedampft oder durch das Spin-On-Verfahren aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, eine Dispersion von nano-Silizium, als Dispersion auf die Schicht (2) aufzubringen und dort zu verfestigen, z. B. durch eine thermische Behandlung. Vorzugsweise wird eine Dispersion des Halbleitermaterials durch Aufstreichen, Aufrakeln, Aufdampfen, Sputtern, Tauchen, Sprühen oder Druckverfahren (wie z. B. Hochdruckverfahren, Tiefdruckverfahren, Flachdruckverfahren, Offsetdruck, Durchdruckverfahren Siebdruck, Risografie und Tampondruck, elektrostatischen Druck, Laserdrucker, Tintenstrahldrucker) auf die Schicht (2) aufgebracht und anschließend durch Sintern bei einer Temperatur von 300–700°C verfestigt.The semiconductor material may, for. B. directly on the layer ( 2 ) or applied by the spin-on method. But it is also possible, a dispersion of nano-silicon, as a dispersion on the layer ( 2 ) and solidify there, z. B. by a thermal treatment. Preferably, a dispersion of the semiconductor material by brushing, knife coating, vapor deposition, sputtering, dipping, spraying or printing processes (such as, for example, letterpress printing, gravure printing, planographic printing, offset printing, screen printing, risography and pad printing, electrostatic printing, laser printers, inkjet printers) Layer ( 2 ) and then solidified by sintering at a temperature of 300-700 ° C.

Das Aufbringen der nachfolgenden Schicht (4) und (5) erfolgt wie für die Schicht (3) beschrieben.The application of the following layer ( 4 ) and ( 5 ) takes place as for the layer ( 3 ).

Auf die Schicht (5) wird die Gegenelektrode (6) aufgebracht. Das Aufbringen dieser Schicht kann z. B. durch die gleichen Verfahrensschritte wie beim Aufbringen der Schichten (3)–(5) erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen durch Aufdrucken, insbesondere nach dem Siebdruckverfahren. Besonders bevorzugt erfolgt das Aufbringen der katalytischen Zwischenschicht durch Aufbringen einer Lösung oder Dispersion. Das Aufbringen der Schicht kann wiederum durch Aufstreichen, Aufrakeln, Aufdampfen, Sputtern, Tauchen, Sprühen oder Drucken, einer Dispersion, die zumindest einen der oben für die katalytische Zwischenschicht genannten Einsatzstoffe aufweist, und anschließendes Sintern, vorzugsweise bei einer Temperatur von 300 bis 700°C, erfolgen.On the layer ( 5 ), the counterelectrode ( 6 ) applied. The application of this layer can, for. B. by the same process steps as in the application of the layers ( 3 ) - ( 5 ) respectively. The application is preferably carried out by printing, in particular by the screen printing method. Particularly preferably, the catalytic intermediate layer is applied by applying a solution or dispersion. The application of the layer may in turn by brushing, knife coating, vapor deposition, sputtering, dipping, spraying or printing, a dispersion having at least one of the above for the catalytic interlayer feedstocks, and then sintering, preferably at a temperature of 300 to 700 ° C, done.

Auf die Zelle können zusätzlich stromführende Leiterbahnen und Dichtstoffe flächig strukturiert aufgebracht werden, wodurch die Zelle leichter zu handhaben und anzuschließen ist. Vorzugsweise wird die photovoltaische Zelle außerdem versiegelt. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass die Zelle durch eine rückseitige Verbindung mit einem Abdeckmaterial, z. B. ausgewählt aus Glas, Kunststoff, Polymeren oder Verbundmaterial versiegelt wird. Die Versiegelung kann durch Erwärmen der Zelle auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des transparenten, elektrisch isolierenden Material (1) und des Abdeckmaterials erfolgen.In addition, current-carrying conductor tracks and sealants can be applied to the cell surface in a structured manner, which makes the cell easier to handle and connect. Preferably, the photovoltaic cell is also sealed. This can be z. B. be done by the cell by a rear connection with a covering, z. B. selected from glass, plastic, polymers or composite material is sealed. The seal may be achieved by heating the cell to a temperature above the softening temperature of the transparent, electrically insulating material ( 1 ) and the covering material.

Die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen können z. B. zur Herstellung von Photovoltaische Zellen, Solarpaneelen oder photo-elektrochemischen Wandlern, insbesondere solchen, die sowohl im Freien als auch in Gebäuden eingesetzt werden können, verwendet werden.The photovoltaic cells according to the invention can z. B. for the production of photovoltaic cells, solar panels or photo-electrochemical converters, especially those which can be used both outdoors and in buildings, be used.

An Hand der 1 wird die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle beispielhaft näher erläutert.Based on 1 the photovoltaic cell according to the invention is explained in more detail by way of example.

In 1 wird schematisch der Aufbau der erfindungsgemäßen photovoltaischen Zelle, bestehend aus einem Glas (1) mit einer leitfähigen transparenten Oxidschicht (transparent conducting oxide, TCO) (2), einer p-leitenden Schicht aus nano-Silizium (3), einer intrinsisch leitenden Schicht aus nano-Silizium (4), einer n-leitenden Schicht aus nano-Silizium (5), einer Gegenelektrode (6) und einer Schutzschicht (7), dargestellt.In 1 schematically the structure of the photovoltaic cell according to the invention, consisting of a glass ( 1 ) with a conductive transparent oxide layer (TCO) ( 2 ), a p-type layer of nano-silicon ( 3 ), an intrinsically conductive layer of nano-silicon ( 4 ), an n-type layer of nano-silicon ( 5 ), a counter electrode ( 6 ) and a protective layer ( 7 ).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4499682 T1 [0006] - DE 4499682 T1 [0006]
  • - US 4947219 [0006] US 4947219 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Becquerel, A. E. ”Le spectre solaire et la constitution de la lumière électrique.” C. R. l'Acad. Sci., 1839–1841. [0002] - Becquerel, AE "Le specter solaire et la constitution de la lumiere électrique." CR l'Acad. Sci., 1839-1841. [0002]
  • - Ch. Weißmantel, C. Hamann, Grundlagen der Festkörperphysik, 4. Auflage, Barth, Leipzig 1995. [0003] - Ch. Weißmantel, C. Hamann, Fundamentals of Solid State Physics, 4th Edition, Barth, Leipzig 1995. [0003]

Claims (9)

Photovoltaische Zelle umfassend – eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, welche aus einem transparenten isolierenden Material (1), einer transparenten, leitfähigen Beschichtung (2) zusammengesetzt ist, – eine p-leitende Schicht aus nano-Silizium (3), – eine intrinsisch leitende Schicht aus nano-Silizium (4), – eine n-leitenden Schicht aus nano-Silizium (5), – eine Gegenelektrode B, die eine Schicht (6) aus einem leitfähigen Material aufweist – eine Deckschicht (7), dadurch gekennzeichnet, dass – das verwendete Silizium Primärpartikelgrößen im Bereich von 5–200 nm aufweist, – kristallines nano-Silizium eingesetzt wird, – sich an den beiden leitfähigen Elektroden unter dem Einfluß von Licht elektrische Energie abnehmen läßt.Photovoltaic cell comprising - an at least partially transparent photoelectrode A, which consists of a transparent insulating material ( 1 ), a transparent, conductive coating ( 2 ), - a p-type layer of nano-silicon ( 3 ), - an intrinsically conductive layer of nano-silicon ( 4 ), - an n-type layer of nano-silicon ( 5 ), - a counter electrode B, which is a layer ( 6 ) of a conductive material - a cover layer ( 7 ), characterized in that - the silicon used has primary particle sizes in the range of 5-200 nm, - crystalline nano-silicon is used, - can be removed at the two conductive electrodes under the influence of light electrical energy. Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente isolierende Material (1), ausgewählt ist aus anorganischen und/oder organischen Gläsern und/oder Kunststoffen und/oder ein biegsames Verbundsystem darstellt.Photovoltaic cell according to claim 1, characterized in that the transparent insulating material ( 1 ) selected from inorganic and / or organic glasses and / or plastics and / or a flexible composite system represents. Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente leitfähige Beschichtung (2) Fluor dotiertes Zinnoxid, Zinn dotiertes Indiumoxid (ITO), dotiertes Zinkoxid oder dünne Silberschichten aufweist.Photovoltaic cell according to claim 1 or 2, characterized in that the transparent conductive coating ( 2 ) Fluorine doped tin oxide, tin doped indium oxide (ITO), doped zinc oxide or thin silver layers. Photovoltaische Zelle gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (6) der Gegenelektrode eine aus Metallpartikeln oder anderen leitfähigen Partikeln aufgebaute Struktur aufweist, wobei die Partikel ausgewählt sind aus Platin, Wolfram, Molybdän, Chrom, Titan, Titannitrid, Titancarbid, Wolframcarbid, Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid, ITO, dotiertem Zinkoxid, Graphitpulver, Ruß und/oder einem elektrisch leitenden Polymer, ausgewählt aus Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen oder Polyacetylen aufweist.Photovoltaic cell according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the layer ( 6 ) of the counterelectrode has a structure composed of metal particles or other conductive particles, wherein the particles are selected from platinum, tungsten, molybdenum, chromium, titanium, titanium nitride, titanium carbide, tungsten carbide, fluorine or antimony doped tin oxide, ITO, doped zinc oxide, graphite powder, carbon black and / or an electrically conductive polymer selected from polyaniline, polypyrrole, polythiophene or polyacetylene. Verfahren zur Herstellung von Photovoltaischen Zellen gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – durch Aufbringen einer transparenten leitfähigen Beschichtung (2) auf ein transparentes isolierendes Material (1) eine Photoelektrode A hergestellt wird, auf die – eine poröse Schicht (3) aus nanokristallinem, p-leitfähigen Silizium, – eine intrinsisch leitfähige Schicht (4) aus nano-Silizium, – eine n-leitfähige Schicht (5) aus nano-Silizium – und eine Gegenelektrode B aufgebracht werden.Process for the production of photovoltaic cells according to at least one of Claims 1 to 4, characterized in that - by applying a transparent conductive coating ( 2 ) on a transparent insulating material ( 1 ) a photoelectrode A is made onto which - a porous layer ( 3 ) of nanocrystalline, p-conductive silicon, - an intrinsically conductive layer ( 4 ) made of nano-silicon, - an n-conductive layer ( 5 ) of nano-silicon - and a counter electrode B are applied. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Zelle zusätzlich stromführende Leiterbahnen und Dichtstoffe flächig strukturiert aufgebracht werden.A method according to claim 5, characterized characterized in that in addition to the cell current-carrying Printed conductors and sealants applied structured surface become. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaische Zelle durch rückseitige Verbindung mit einem Abdeckmaterial, ausgewählt aus Glas oder Verbundmaterial versiegelt wird.A method according to claim 5 or 6, characterized in that the photovoltaic cell by back connection with a cover material, selected made of glass or composite material. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung durch Erwärmen der Zelle auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des transparenten, elektrisch isolierenden Material (1) und des Abdeckmaterials erfolgt.A method according to claim 7, characterized in that the seal by heating the cell to a temperature above the softening temperature of the transparent, electrically insulating material ( 1 ) and the covering material. Verwendung von photovoltaischen Zellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 als Solarzellen, Solarpaneelen oder photo-elektrochemische Wandler, die sowohl im Freien als auch in Gebäuden eingesetzt werden können.Use of photovoltaic cells according to a of claims 1 to 4 as solar cells, solar panels or photo-electrochemical converters that are both outdoor and in Buildings can be used.
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