DE102008050335A1

DE102008050335A1 - Mehrfach-Solarzelle

Info

Publication number: DE102008050335A1
Application number: DE102008050335A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Schindler; Andreas Riebel
Original assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-10-08
Also published as: DE102008050335B4

Abstract

Es wird eine Solarzelle mit organischen photoaktiven Schichten, gebildet aus mindestens zwei hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten, die in einer elektrischen Serienschaltung miteinander verbunden sind, und die sich in der Ausbildung und/oder Materialzusammensetzung der photoaktiven Schichten unterscheiden. Die photoaktiven Schichten (13, 16) weisen mindestens ein erstes und ein zweites Elektronen-Donator-Material (13a, 16d) und mindestens ein erstes und ein zweites Elektronen-Akzeptor-Material (13a, 16a) auf. Mindestens eine der photoaktiven Schichten (13, 16) weist mindestens einen ersten Bereich, in dem ein erstes Gemisch A aus dem ersten Elektronen-Donator-Material (13d) und dem ersten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt (13a), und mindestens einen zweiten Bereich, in dem ein zweites Gemisch B aus dem zweiten Elektronen-Donator-Material (16d) und dem zweiten Elektronen-Akzeptor-Material (16a) vorliegt, auf. Es ist auch möglich, dass die unterschiedlichen photoaktiven Schichten (13, 16) durch ein Gemisch aus dem ersten und dem zweiten Elektronen-Donator-Material (13d, 16d) und dem ersten und dem zweiten Elektronen-Akzeptor-Material (13a, 16a) gebildet sind, wobei sich die unterschiedlichen photoaktiven Schichten (13, 16) durch den Mischungsanteil der besagten Materialien unterscheiden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Mehrfach-Solarzelle.
Zur Erhöhung der Effizienz von Solarzellen ist es bekannt, mehrere Solarzellen bzw. Solarzellenbereiche hintereinander anzuordnen und elektrisch in Reihe zu schalten, so dass das in die photoaktiven Schichten der Solarzelle einfallende Licht besser ausgenutzt wird. Die hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten können beispielsweise unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten aufweisen, so dass ein größerer Wellenlängenbereich des Lichtes zur Energiegewinnung beiträgt und der einfallende Photonenstrom besser ausgenutzt wird, als das bei einer herkömmlichen Solarzelle mit nur einer photoaktiven Schicht möglich ist. Derartige Solarzellen mit mehr als einer photoaktiven Schicht werden als Mehrfach-Solarzellen oder Multi-Junction-Solarzellen bezeichnet, Solarzellen mit einer photoaktiven Schicht hingegen als Single-Junction-Solarzellen. Auf anorganischen photoaktiven Schichten beruhende Mehrfach-Solarzellen sind insbesondere aus der Raumfahrt bekannt, da für diesen Anwendungsbereich die hohen Herstellungskosten und die komplizierteren Herstellungsverfahren für eine Steigerung der Effizienzwerte in Kauf genommen werden und nicht so stark ins Gewicht fallen. Zudem kommt es dadurch zu einer Steigerung des Effizienz/Gewicht Verhältnisses und zu einer Minimierung der sehr hohen Frachtkosten.
Über Mehrfach-Solarzellen mit organischen photoaktiven Schichten wird in der Veröffentlichung „Efficient Tandem Polymer Solar Cells Fabricated by All-Solution Processing, Jin Young Kim et al., Science 317, 222 (2007)” berichtet. Es wird eine Tandem-Solarzelle mit zwei hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten vorgeschlagen, die jeweils aus unterschiedlichen Gemischen von Elektronen-Donator-Materialien und Elektronen-Akzeptor-Materialien auf organischer Basis gebildet sind, und die für die Nutzung unterschiedlicher spektraler Bereiche des einfallenden Lichtes ausgewählt sind. Es treten jedoch in den beiden Gemischen unterschiedliche Stromdichten und damit wegen der gleichen Flächenabmessungen auch unterschiedliche Ströme auf. Da beide Solarzellenbereiche in Serie bzw. Reihe geschaltet sind, ist nun der Gesamtstromfluss durch den von beiden photoaktiven Schichten niedrigsten Stromfluss begrenzt, wodurch die eigentliche Energieumwandlungseffizienz der Mehrfach-Solarzelle beeinträchtigt ist. In diesem Zusammenhang muss auch erwähnt werden, dass der Photonenstrom zum hinteren photoaktiven Bereich der Tandemzelle aufgrund einer Absorption durch davor liegende Schichten und somit den vorderen Tandemsolarzellenbereich gehemmt wird. Generell ist deshalb eine sorgfältige Abstimmung und Auswahl der beiden Systeme und Bereiche einschließlich aller anderen Schichten erforderlich, um letztendlich durch den komplizierteren Aufbau auch einen Effizienzgewinn durch den Multi-Junction-Aufbau zu erzielen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Mehrfach-Solarzelle auf der Basis organischer photoaktiver Schichten zu schaffen, die eine verbesserte Energieumwandlungseffizienz aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Solarzelle mit organischen photoaktiven Schichten gelöst, gebildet aus mindestens zwei in Bezug auf das einfallende Licht hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten, die in einer elektrischen Serienschaltung miteinander verbunden sind, und die sich in der Ausbildung und/oder Materialzusammensetzung der photoaktiven Schichten unterscheiden, wobei vorgesehen ist, dass die photoaktiven Schichten mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Elektronen-Donator-Material und mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Elektronen-Akzeptor-Material aufweisen, und dass mindestens eine erste der photoaktiven Schichten mindestens einen ersten Bereich, in dem ein erstes Gemisch A aus mindestens dem mindestens einen ersten Elektronen-Donator-Material und dem mindestens einen ersten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt und mindestens einen zweiten Bereich, in dem ein zweites Gemisch B aus mindestens dem mindestens einen zweiten Elektronen-Donator-Material und dem mindestens einen zweiten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt, aufweist oder dass die unterschiedlichen photoaktiven Schichten jeweils durch ein Gemisch aus mindestens dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Elektronen-Donator-Material und dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Elektronen-Akzeptor-Material gebildet sind, wobei sich die unterschiedlichen photoaktiven Schichten durch den Mischungsanteil der besagten Materialien unterscheiden.
Die Elektronenniveaus der unterschiedlichen Elektronen-Akzeptor- und Elektronen-Donator-Materialien sind vorzugsweise so zueinander abzustimmen, dass die Elektronen-Akzeptor-Materialien nicht ihre Akzeptor-Wirkung und die Elektronen-Donator-Materialien nicht ihre Donator-Wirkung verlieren oder Donator-Materialien zu Akzeptor-Materialien werden oder umgekehrt. Die für die jeweiligen Gemische ausgewählten Elektronen-Akzeptor-Materialien und Elektronen-Donator-Materialien sind somit bezüglich ihrer Elektronenniveaus so auszuwählen, dass die Elektronen-Akzeptor-Materialien nicht ihre Akzeptor-Wirkung und die Elektronen-Donator-Materialien nicht ihre Donator-Wirkung verlieren oder Donator-Materialien zu Akzeptor-Materialien werden oder umgekehrt.
Die Formulierung, dass ein erstes Gemisch A aus mindestens dem mindestens einen ersten Elektronen-Donator-Material und dem mindestens einen ersten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt und ein zweites Gemisch B aus mindestens dem mindestens einen zweiten Elektronen-Donator-Material und dem mindestens einen zweiten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt, bedeutet, dass das Gemisch mehr als ein erstes Material bzw. mehr als ein zweites Material enthalten kann. Das Gemisch A kann so aus zwei und mehr Komponenten bestehen, ebenso kann das Gemisch B aus zwei oder mehr Komponenten bestehen.
In organischen Halbleitern führt die Lichtabsorption zur Entstehung stark gekoppelter Elektronen-Loch-Paare bzw. zu neutralen Anregungszuständen (Frenkel Exzitonen), welche sich nur über kurze Distanzen (etwa 10 bis 20 nm) diffusiv bewegen können und bereits nach Zeitdauern in der Größenordnung von Nanosekunden wieder rekombinieren. Diese Eigenschaft macht die konventionelle Struktur anorganischer Solarzellen, d. h. die Ausbildung eines pn-Übergangs, für organische Halbleiter ungeeignet.
Deshalb werden heterogene Donator-Akzeptor-Gemische verwendet, zum Beispiel Polymer-Fulleren-Gemische, in denen ein ultraschneller photoinduzierter Elektronentransfer stattfindet (Ladungstrennung findet im Sub-Pikosekundenbereich bzw. im Bereich von 50 fs statt und ist somit ca. drei Potenzen schneller als die Rekombination (vergl. V. Dyakonov; PV-UNI-NETZ; Workshop 2003)). Das Polymer bildet den Elektronen-Donator und Fullerene bilden beispielsweise den Elektronen-Akzeptor. In organischen Solarzellen liegen die Donator-Akzeptor-Gemische als sog. Bulk-Heterojunction vor, wobei in der photoaktiven Schicht jede der beiden Komponenten idealerweise in Richtung der entsprechenden Elektrode (Akzeptor-Materialien in Richtung der Kathode; Donator-Materialien in Richtung der Anode) verbundene Cluster bzw. eine Art Perkolationswege bilden und so ungeordnete, sich gegenseitig durchdringende Netzwerke der Donator- und Akzeptorphase entstehen, die einen optimalen und schnellen Ladungstransport in Richtung der Elektroden ermöglichen.
Folglich sind idealerweise viele Grenzflächen zwischen den Elektronen-Donator-Materialien und der Elektronen-Akzeptor-Materialien über das gesamte Volumen der photoaktiven Schicht verteilt. Diese sind für die Landungstrennung und somit für die Funktionalität des photovoltaischen Bauelementes unerlässlich, und deren Ausbildungen können beispielsweise bei der Bildung der photoaktiven Schicht über ein Druckverfahren mitunter durch den Lösungsansatz (Art) der beiden Materialien, das dabei verwendete Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch und/oder auch durch eine mögliche Nachbehandlung (beispielsweise thermische Nachbehandlung) usw. beeinflusst werden.
Die erfindungsgemäße Solarzelle zeichnet sich dadurch aus, dass die mindestens zwei hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten so ausgebildet sind, dass sie die gleiche Stromdichte aufweisen bzw. dass der durch die in Serie geschalteten photoaktiven Schichten generierte Strom in jeder der photoaktiven Schichten gleich ist. Damit ist der Stromfluss aller im Reihenstromkreis liegender photoaktiver Schichten voll nutzbar. Folglich wirkt keine der hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten strombegrenzend.
Die erfindungsgemäße Solarzelle kann im Rolle-zu-Rolle-Verfahren als ein Folien-Mehrschichtkörper hergestellt werden. Aufbauend auf einer transparenten Kunststoff-Trägerfolie, beispielsweise einer PET-Folie (Polyethylenterephthalat) oder einer BOPP-Folie (verstreckte Polypropylen-Folie) mit einer Dicke von vorteilhafterweise 12 bis 150 μm mit entsprechender ersten Elektrode (ITO; IMI; semitransparente Elektrode; Gitterelektrode; Streifenelektrode etc.) können vorzugsweise in einer Inertgasatmosphäre die einzelnen, vorzugsweise organischen Schichten der Solarzelle nacheinander aufgebracht werden. Dazu sind Verfahren wie Spin-Coating, Drucken oder Rakeln geeignet, wobei der Auftrag der Schichten vorzugsweise aus einer flüssigen Phase erfolgen kann. Als Druckverfahren können beispielsweise Siebdruck oder Tintenstrahldruck vorgesehen sein, wobei gleichzeitig die Schichten strukturiert appliziert werden können. Metallische Schichten können im Vakuum aufgedampft oder aufgesputtert werden. Es ist aber auch möglich, metallische Druckpasten zu verwenden, um beispielsweise Elektroden zu bilden.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Es kann vorgesehen sein, dass mindestens der erste und der zweite Bereich aneinander grenzen und die Bereichsgrenzen der ersten und zweiten Bereiche senkrecht zu der Oberfläche der photoaktiven Schichten verlaufen, d. h. parallel zur Flächennormalen dieser Schichten. Angesichts der geringen Dicke der photoaktiven Schichten kann diese Ausführung bevorzugt sein, da sie durch Nebeneinanderdrucken der unterschiedlichen Gemische annähernd leicht ausbildbar ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass mindestens eine zweite der photoaktiven Schichten mindestens einen ersten Bereich, in dem das zweite Gemisch aus dem zweiten Elektronen-Donator-Material und dem zweiten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt und mindestens einen zweiten Bereich, in dem das erste Gemisch aus dem ersten Elektronen-Donator-Material und dem ersten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt, aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der erste Bereich der mindestens einen zweiten photoaktiven Schicht und der erste Bereich der mindestens einen ersten photoaktiven Schicht sowie der zweite Bereich der mindestens einen zweiten photoaktiven Schicht und der zweite Bereich der mindestens einen ersten photoaktiven Schicht übereinander angeordnet sind. Es ist also vorgesehen, die beiden Gemische „über Kreuz” in den beiden photoaktiven Schichten der als Tandem-Solarzelle ausgebildeten Solarzelle anzuordnen. Die optimale Lage der Bereichsgrenze zwischen den beiden Gemischen, die für beide photoaktiven Schichten fluchtet, kann wie folgt berechnet werden: L2 [cm] = (L·(JA – KB·JB))/((KA + 1)·JA – (KB + 1)·JB) L1 = L – L2 wobei

L [cm] = Länge der photoaktiven Schicht,
L₁ [cm] = Länge des ersten Bereiches der photoaktiven Schicht,
L₂ [cm] = Länge des zweiten Bereiches der photoaktiven Schicht,
K_A [–] = Faktor = ((100 – R_A)/100), wobei R_A die prozentuale Reduzierung der ursprünglichen Stromdichte in dem Gemisch A durch Lichtabsorption durch das vorgelagerte Gemisch B ist,
K_B [–] = Faktor = ((100 – R_B)/100), wobei R_B die prozentuale Reduzierung der ursprünglichen Stromdichte in dem Gemisch B durch Lichtabsorption durch das vorgelagerte Gemisch A ist,
J_A, J_B [mA/cm²] = Stromdichte im Gemisch A bzw. im Gemisch B ist.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Bereichsgrenzen benachbarter photoaktiver Schichten fluchten.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Bereichsgrenzen innerhalb der ersten und zweiten benachbarten photoaktiven Schichten versetzt zueinander angeordnet sind.
Weiter kann vorgesehen sein, dass in mindestens einem der Bereiche die Konzentration mindestens eines der Materialien in einer Richtung zunimmt oder abnimmt. Das kann beispielsweise erreicht werden, indem das mindestens eine der Materialien in einem Druckvorgang punktweise aufgetragen wird, wobei die Punktdichte ortsabhängig variiert wird.
In einer weiteren Ausbildung ist vorgesehen, dass mindestens eine der photoaktiven Schichten einen Übergangsbereich aufweist, in dem sich benachbarte Bereiche überlappen und/oder ineinander übergehen.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass mindestens einer der Bereiche ein optisches Element aufweist. Bei dem optischen Element kann es sich beispielsweise um ein optisches Element der geometrischen Optik handeln, wie Linse, Prisma oder Spiegel, um ein diffraktives optisches Element, wie ein optisches Gitter, oder um ein optisch variables Element (OVD), beispielsweise ein Hologramm, handeln.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die unterschiedlichen photoaktiven Schichten unterschiedliches Elektronen-Donator-Material und/oder Elektronen-Akzeptor-Material aufweisen.
Weiter kann vorgesehen sein, dass mindestens eines der Elektronen-Donator-Materialien und/oder Elektronen-Akzeptor-Materialien eine diskrete Schicht innerhalb der photoaktiven Schicht bildet.
Weiter ist es möglich, dass mindestens eine der hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten an eine Elektronen-Blocker-Schicht und/oder eine Loch- Blocker-Schicht angrenzt.
Die Elektronen-Blocker-Schicht und/oder die Loch-Blocker-Schicht kann bereichsweise aus unterschiedlichem Material gebildet oder als Materialmischung ausgebildet sein.
Zwischen benachbarten Elektronen-Blocker-Schichten und Lochblocker-Schichten kann mindestens eine elektrisch leitende Zwischenschicht angeordnet sein. Diese zusätzliche Schicht kann den Ladungsträgertransfer zwischen den mindestens zwei hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten oder auch die laterale Elektronenbewegung verbessern. Die Zwischenschicht kann auch als ein Mehrschichtgebilde aufgebaut sein und/oder aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise Metallen aufgebaut sein. Die Zwischenschicht kann weiter strukturiert sein, beispielsweise als ein Gitter ausgebildet sein.
Weiter kann vorgesehen sein, dass mindestens eine der hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten Zusätze, wie lichtbrechende Partikel oder elektrisch leitende Partikel aufweist.
In den Schichtaufbau der Solarzelle können weitere Bauelemente integriert sein, die nicht zum Aufbau der Solarzelle, insbesondere zum Aufbau der photoaktiven Schicht beitragen. Es kann sich beispielsweise um Antennenstrukturen handeln, wie zum Beispiel Antennen von sog. RFID-Tags, die als Sicherheitselemente zum Schutz und/oder Identifizieren von Dokumenten und Waren üblich sind.
Der hier für organische Mehrfach-Solarzellen beschriebene Aufbau kann auch für anorganische Mehrfach-Solarzellen vorgesehen sein, ebenso für Mehrfach-Solarzellen mit hybridem Aufbau, die organische und anorganische Solarzellen aufweisen.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Tandem- bzw. Multi-Junction-Solarzelle nach dem Stand der Technik,
2 eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle;
3 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle;
4 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle.
1 zeigt eine Solarzelle 1 nach dem Stand der Technik (Efficient Tandem Polymer Solar Cells Fabricated by All-Solution Processing, Jin Young Kim et al., Science 317, 222 (2007)). Bei der Solarzelle 1 handelt es sich um eine Tandem-Solarzelle, die zwei hintereinander angeordnete organische photoaktive Schichten 13 und 16 aufweist. Die photoaktive Schicht 13 ist die vordere photoaktive Schicht, d. h. sie ist bezüglich des einfallenden Lichtes 19 stromaufwärts angeordnet. Die photoaktive Schicht 16 bildet die hintere photoaktive Schicht, d. h. sie ist stromabwärts der photoaktiven Schicht 13 angeordnet. Die photoaktiven Schichten 13 und 16 sind als sog. Bulk- Heterojunction-Schichten ausgebildet, die jeweils aus einem Gemisch aus einem organischen Elektronen-Donator-Material und einem organischen Elektronen-Akzeptor-Material ausgebildet sind.
Die Solarzelle 1 ist auf einer Trägerschicht 10 aus Glas aufgebaut, auf der weitere Schichten aus Lösungen abgeschieden wurden.
Auf der Trägerschicht 10 ist auf der der Lichteintrittsseite abgewandten Seite eine erste Elektrode 11 angeordnet. Die erste Elektrode 11 ist eine transparente Schicht aus einer Schicht aus ITO (Indium-Zinn-Oxid). Auf der ersten Elektrode 11 ist eine erste Elektronenblocker-Schicht 12 angeordnet, die aus PEDOT/PSS (Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Polystyrolsulfonat) besteht. Es folgt nun im Schichtaufbau der Solarzelle 1 die erste photoaktive Schicht 13, die aus einem Bulk-Heterojunction-Gemisch aus PCPDTBT (poly[2,6-(4,4-bis-(2-Ethylhexyl)-4H-cyclopenta[2,1-b;3,4-b']dithiophene)-alt-4,7-(2,1,3-benzothiadiazole)]) und PCBM ([6,6]-phenyl-C₆₁ butyric acid methyl ester) gebildet ist. Bei den beiden vorgenannten Gemischkomponenten handelt es sich um ein erstes Elektronen-Donator-Material 13d bzw. um ein erstes Elektronen-Akzeptor-Material 13a.
Auf der ersten photoaktiven Schicht 13 ist eine erste Lochblocker-Schicht 14 aus TiO_x angeordnet. Es folgt eine zweite Elektronen-Blocker-Schicht 15 aus PEDOT/PSS, auf der die zweite photoaktive Schicht 16 angeordnet ist, die aus einem Bulk-Heterojunction-Gemisch aus P3HT (poly(3-hexylthiophene)) und PC₇₀BM ([6,6]-phenyl-C₇₁ butyric acid methyl ester) gebildet ist. Bei den beiden vorgenannten Gemischkomponenten handelt es sich um ein zweites Elektronen-Donator-Material 16d bzw. um ein zweites Elektronen-Akzeptor-Material 16a.
Auf der zweiten photoaktiven Schicht 16 ist eine zweite Lochblocker-Schicht 17 aus TiO_x angeordnet, die von einer zweiten Elektrode 18 aus Aluminium überdeckt ist.
Die beiden Elektroden 11 und 18 sind mit Anschlusskontakten 11k und 18k verbunden, an denen eine Klemmenspannung U abgreifbar ist. Die Klemmenspannung U ist annähernd gleich der Summe aus den von den photoaktiven Schichten 13 und 16 bereitgestellten Teilspannungen U₁ und U₂.
Die Bulk-Heterojunction-Gemische der beiden photoaktiven Schichten 13 und 16 sind in ihrer Zusammensetzung so gewählt, dass unter Berücksichtigung der in der ersten photoaktiven Schicht 13 eingetretenen Lichtschwächung beide photoaktiven Schichten etwa die gleiche Stromdichte aufweisen, so dass keine der beiden elektrisch in Serie geschalteten photoaktiven Schichten 13 und 16 den Stromfluss durch die Solarzelle 1 begrenzt. Die Angleichung der Stromdichten wäre beispielsweise durch die Dicke der applizierten Schichten (Variation der Auftragsmenge) oder die Konzentrationen der aufgetragenen Medien (bei gleicher Auftragsmenge) einstellbar. Diese Vorgehensweise zur Angleichung der Stromdichten ist jedoch sehr kompliziert, da sich generell die Schichtdicken der trocknen aktiven Bereiche in den Größenordnungen von 50 bis 200 nm bewegen und diese geändert werden müssten.
2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle. Eine Solarzelle 2 ist prinzipiell wie die in 1 beschriebene Solarzelle 1 aufgebaut, mit dem Unterschied, dass die Trägerschicht 10 aus einer Kunststofffolie ausgebildet ist und dass die photoaktiven Schichten 13 und 16 einen nicht homogenen Aufbau aufweisen.
Bei der Trägerschicht 10 handelt es sich nun um eine transparente thermoplastische Kunststofffolie mit einer Dicke von vorteilhafterweise 12 bis 100 μm. Davon abweichende Dicken der Trägerschicht können vorgesehen sein, wenn es die geplanten Eigenschaften der Solarzelle 1 erfordern. Als Material der Trägerschicht 10 kann beispielsweise eine PET-Folie (Polyethylenterephthalat) oder eine BOPP-Folie (verstreckte Polypropylen-Folie) vorgesehen sein.
Die erste Elektrode 11 ist vorzugsweise als eine semitransparente metallische Gitterelektrode ausgebildet, die beispielsweise aus Silber mit einer Dicke von ca. 70 nm mit einer Elektrodenbreite von ca. 0,3 mm und einem Gitterabstand von ca. 1 mm gebildet ist, auf die eine dünne ITO Schicht in einer Dicke von 40 nm zum Schutz aufgesputtert wurde. Anstatt Silber kann auch ein anderes metallisches Material vorgesehen sein, beispielsweise Gold, Aluminium oder Kupfer, jedoch kann die Schichtdicke unterschiedlich sein. Die optimale Schichtdicke wird vorteilhafterweise durch Versuche bestimmt. Ebenso muss bei der Wahl der einzelnen Komponenten sichergestellt werden, dass es zu keiner Beeinflussung (z. B. durch chemische Reaktion) einzelner Schichten im gesamten PV-Bauelement kommt, wodurch die Langzeitstabilität beeinträchtigt würde. Ebenso ist es möglich, andere Arten von Elektroden bzw. Elektrodensystemen einzusetzen.
Die beiden photoaktiven Schichten 13 und 16 weisen jeweils aneinander grenzende erste und zweite Bereiche auf, die beispielsweise die beiden weiter oben in 1 genannten Bulk-Heterojunction-Gemische aufweisen können. Wie in 1 dargestellt, handelt es sich um ein erstes Bulk-Heterojunction-Gemisch aus dem ersten Elektronen-Donator-Material 13d (PCPDTBT) und dem ersten Elektronen-Akzeptor-Material 13a (PCBM) sowie um ein zweites Bulk-Heterojunction-Gemisch aus dem zweiten Elektronen-Donator-Material 16d (P3HT) und dem zweiten Elektronen-Akzeptor-Material 16a (PC₇₀BM). Die Wahl der vorgenannten Materialien würde den direkten Vergleich der wesentlichen Parameter der erfindungsgemäßen Solarzelle 2 mit der weiter oben beschriebenen Solarzelle 1 nach dem Stand der Technik ermöglichen, der Einsatz anderer Materialien ist aber möglich.
Die ersten und die zweiten Bereiche der photoaktiven Schichten 13 und 16 korrespondieren miteinander, wobei der erste Bereich in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils kleiner ist als der zweite Bereich. Wie in 2 zu erkennen, weisen der erste und der zweite Bereich zusammen eine Länge L auf und der zweite Bereich weist eine Länge L₂ auf. Folglich weist der erste Bereich die Länge L = L – L₂ auf.
Wie in 2 weiter zu erkennen, ist der erste Bereich der ersten photoaktiven Schicht 13 aus dem ersten Bulk-Heterojunction-Gemisch (Gemisch A aus dem ersten Elektronen-Donator-Material 13d und dem ersten Elektronen-Akzeptor-Material 13a) und der zweite Bereich der ersten photoaktiven Schicht 13 aus dem zweiten Bulk-Heterojunction-Gemisch (Gemisch B aus dem zweiten Elektronen-Donator-Material 16d und dem zweiten Elektronen-Akzeptor-Material 16a) gebildet. Hingegen ist der erste Bereich der zweiten photoaktiven Schicht 16 aus dem zweiten Bulk-Heterojunction-Gemisch (Gemisch B aus dem zweiten Elektronen-Donator-Material 16d und dem zweiten Elektronen-Akzeptor-Material 16a) und der zweite Bereich der zweiten photoaktiven Schicht 16 aus dem ersten Bulk-Heterojunction-Gemisch (Gemisch A aus dem ersten Elektronen-Donator-Material 13d und dem ersten Elektronen-Akzeptor-Material 13a) gebildet. Folglich weisen benachbarte Bereiche der benachbarten photoaktiven Schichten 13 und 16 unterschiedliche Bulk-Heterojunction-Gemische auf. Die beiden Bulk-Heterojunction-Gemische A und B sind „über Kreuz” in der Solarzelle 2 angeordnet.
Zum Schutz gegen mechanische Beschädigung oder Umwelteinflüsse kann auf der zweiten Elektrode 18 eine in dem Ausführungsbeispiel in 2 nicht dargestellte Schutzschicht aufgebracht sein. Die Schutzschicht kann weiter als eine optisch wirksame Schicht ausgebildet sein, die aus der Solarzelle 2 austretendes Licht wieder in die photoaktiven Schichten 16, 13 der Solarzelle 2 zurücklenkt.
Die Länge L der photoaktiven Schichten 13 und 16 ist die Summe der Länge L₁ des ersten Bereiches und der Länge L₂ des zweiten Bereiches. Das Teilungsverhältnis L₁/L₂ kann so gewählt werden, dass durch die photoaktiven Schichten 13 und 16 in Summe der gleiche Strom fließt. Die Längen der beiden Bereiche können wie folgt ermittelt werden: Zur Berücksichtigung der Reduzierung der Stromdichte in der hinteren photoaktiven Schicht 16, die durch die Lichtschwächung der vorgelagerten photoaktive Schicht 13 und die anderen vorgelagerten Schichten hervorgerufen wird, werden Faktoren K_A und K_B eingeführt: KA [–] = (100 – RA)/100

R_A: ist die prozentuale Reduzierung der ursprünglichen Stromdichte in dem Gemisch A aufgrund der Lichtabsorption durch das vorgelagerte Gemisch B und die weiteren vorgelagerten Schichten (Frontzelle).

KB [–] = (100 – RB)/100

R_B: ist die prozentuale Reduzierung der ursprünglichen Stromdichte in dem Gemisch B aufgrund der Lichtabsorption durch das vorgelagerte Gemisch A und die weiteren vorgelagerten Schichten (Frontzelle).

Die Flächen der beiden Bereiche der photoaktiven Schichten 13 und 16 sind als das Produkt der Länge L = L₁ + L₂ und der in 2 nicht darstellbaren Breite B der photoaktiven Schichten 13 und 16 (die Breite B erstreckt sich senkrecht zur Zeichenebene) bestimmbar. Weiter sei die Stromdichte im ersten Gemisch JA und im zweiten Gemisch J_B.
Der durch die photoaktive Schicht 13 fließende Strom ist I13 [mA] = B·L1·JA + B·L2·JB
Der durch die photoaktive Schicht 16 fließende Strom ist I16 [mA] = KB·B·L1·JB + KA·B·L2·JA
Wegen des gleichen Stromes in den beiden photoaktiven Schichten 13 und 16 gilt: B·L1·JA + B·L2·JB = KB·B·L1·JB + KA·B·L2·JA
Daraus folgt für die Länge L₂ des zweiten Bereiches: L2 [cm] = (L·(JA – KB·JB))/((KA + 1)·JA – (KB + 1)·JB)
Ein entscheidendes Kriterium für eine Solarzelle ist die Energieumwandlungseffizienz η_E. Die Energieumwandlungseffizienz η_E ist definiert als das prozentuale Verhältnis der von der Solarzelle bzw. photoaktiven Schicht generierten Leistung pro Solarzellenfläche zu der eingestrahlten Leistung/Solarzellenfläche. Wenn im Weiteren eine eingestrahlte Leistung von 100 mW/cm² = 1000 W/m² (AM 1,5) zu Grunde gelegt wird, gilt: ηE [%] = JZ·UZ·FFmit J_Z [mA/cm²] = Stromdichte, U_Z = Zellenspannung und FF [–] = Füllfaktor der Solarzelle bzw. der photoaktiven Schicht.
Im folgenden Berechnungsbeispiel wurden Beispielwerte für Zellen und Materialien angenommen, anhand derer das neue Konzept erläutert werden soll.
Berechnungsbeispiel:

Der Berechnung liegen folgende Beispielwerte (Annahmen) zu Grunde:

Solarzelle
Länge der Zelle	L [cm]	2
Breite der Zelle	B [cm]	1,5
Fläche der Zelle	AZ [cm²]	3

Gemisch A
Stromdichte	JA [mA/cm²]	11
Klemmenspannung	U_A [V]	0,6
Füllfaktor	FF_A [–]	0,69
Effizienz (im Falle eines Single-Junction-Aufbaus)	ηE [%]	4,6

Gemisch B
Stromdichte	J_B [mA/cm²]	7
Klemmenspannung	U_B [V]	0,7
Füllfaktor	FF_B [–]	0,5
Effizienz (im Falle eines Single-Junction-Aufbaus)	η_E [%]	2,5

Prozentuale Reduzierung der Stromdichte in dem Gemisch A aufgrund der Absorption durch das vorgelagerte Gemisch B und weitere vorgelagerte Schichten (Frontzelle)	R_A [%]	25
Prozentuale Reduzierung der Stromdichte in dem Gemisch B aufgrund der Absorption durch das vorgelagerte Gemisch A und weitere vorgelagerte Schichten (Frontzelle)	R_B [%]	15

a) Berechnung der Faktoren K_A und K_B: KA [–] = (100 – RA)/100 KA [–] = (100 – 25)/100 KA [–] = 0,75 KB [–] = (100 – RB)/100 KB [–] = (100 – 15)/100 KB [–] = 0,85
b) Berechnung der Längen L₁ und L₂: L2 [cm] = (L·(JA – KB·JB))/((KA + 1)·JA – (KB + 1)·JB) L2 = (2·(11 – 0,85·7))/(1,75·11 – 1,85·7) L2 = 1,6 cm L1 [cm] = L – L2 L1 = 2 – 1,6 L1 = 0,4 cm
c) Berechnung des Stroms in der ersten photoaktiven Schicht 13: I13 [mA] = B·L1·JA + B·L2·JB I13 = 1,5·((2 – 1,6)·11 + 1,6·7) I13 = 23,4 mA
d) Berechnung der Stromdichte in der ersten photoaktiven Schicht 13 (Frontzellenbereich): J13 [mA] = I13/(B·L) J13 = 23,4/(1,5·2) J13 = 7,8 mA/cm2
e) Berechnung des Stroms in der zweiten photoaktiven Schicht 16 (Rückzellenbereich): I16 [mA] = KB·B·L1·JB + KA·B·L2·JA I16 = 0,85·1,5·0,4·7 + 0,75·1,6·11 I16 = 23,4 mA
f) Berechnung der Stromdichte in der zweiten photoaktiven Schicht 13: J16 [MA] = I16/(B·L) J16 = 23,4/(1,5·2) J16 = 7,8 mA/cm2

Wie die Beispielrechnung zeigt, sind die Stromdichten in den beiden hintereinander angeordneten und in Reihe geschalteten photoaktiven Schichten 13 und 16 gleich: J13 = J16 = 7,8 mA/cm2

g) Berechnung der Energieumwandlungseffizienz η_E mit beiden Füllfaktoren FF_A und FF_B zur Abschätzung der Effizienz dieser Tandemzelle: η1 [%] = J13·(UA + UB)·FFA η1 = 7,8·(0,6 + 0,7)·0,69 η1 = 7,0% η2 [%] = J13·(UA + UB)·FFB η2 = 7,8·(0,6 + 0,7)·0,5 η2 = 5,1%

Der Mittelwert der Energieumwandlungseffizienz (als Abschätzungsmöglichkeit) beträgt: ηE = (7,0 + 5,1)/2 ηE = 6,1%
Zum Vergleich kann die in 1 beschriebene Solarzelle nach dem Stand der Technik herangezogen werden, wobei die weiter oben genannten Parameter der Gemische A und B sowie die Abmessungen der Schichten gewählt werden.
Erste Ausführungsvariante:
Die photoaktive Schicht 13 ist aus dem Gemisch B, die dahinter angeordnete photoaktive Schicht 16 ist aus dem Gemisch A gebildet, d. h. der Frontzellenbereich wird durch das Gemisch B, der Rückzellenbereich durch das Gemisch A gebildet.
Der Schichtstrom der photoaktiven Schicht 13 beträgt (Fronzellenbereich): IB [mA] = JB·(B·L) IB = 7·(1,5·2) IB = 21 mA
Der Schichtstrom der photoaktiven Schicht 16 beträgt (Rückzellenbereich): IA [mA] = JA·(B·L)·KA IA = 11·(1,5·2)·0,75 IA = 24,8 mA
Die Schichtströme der beiden photoaktiven Schichten 13, 16 sind nicht gleich, sie unterscheiden sich um 3,8 mA. Betrachtet man nun diese Konstellation, so ist der Frontzellenbereich limitierend, was dazu führt, dass die dort errechneten Werte maßgebend für die weiteren Berechnungen sind, d. h. die vordere photoaktive Schicht begrenzt den Maximalstrom durch die Tandem-Solarzelle auf 21 mA.
Berechnung der Energieumwandlungseffizienz η_E mit beiden Füllfaktoren FF_A und FF_B zur Abschätzung der Effizienz dieser Tandemzelle: η1 [%] = JB·(UA + UB)·FFA η1 = 7·(0,6 + 0,7)·0,69 η1 = 6,3% n2 [%] = JB·(UA + UB)·FFB η2 = 7·(0,6 + 0,7)·0,5 η2 = 4,6%
Der Mittelwert der Energieumwandlungseffizienz (als Abschätzungsmöglichkeit) beträgt: ηEM = (6,3 + 4,6)/2 ηEM = 5,5%
Der Mittelwert der Energieumwandlungseffizienz der ersten Ausführungsvariante nach dem Stand der Technik ist mit 5,5% kleiner als der weiter oben ermittelte Mittelwert der Energieumwandlungseffizienz der erfindungsgemäßen Solarzelle in 2 mit 6,1%.
Zweite Ausführungsvariante:
Die photoaktive Schicht 13 ist aus dem Gemisch A, die dahinter angeordnete photoaktive Schicht 16 ist aus dem Gemisch B gebildet, d. h. der Frontzellenbereich wird durch das Gemisch A, der Rückzellenbereich durch das Gemisch B gebildet.
Der Schichtstrom der photoaktiven Schicht 13 beträgt nun IA [mA] = JA·(B·L) IA = 11·(1,5·2) IA = 33 mA
Der Schichtstrom der photoaktiven Schicht 16 beträgt nun IB [mA] = KB·JB·(B·L) IB = 0,85·7·(1,5·2) IB = 17,9 mA
Die Schichtströme der beiden photoaktiven Schichten 13, 16 sind wiederum nicht gleich, sie unterscheiden sich nun um 15,1 mA! Die hintere photoaktive Schicht begrenzt den Maximalstrom durch die Tandem-Solarzelle auf 17,9 mA. Folglich sinkt die Energieumwandlungseffizienz der photoaktiven Schicht 13.
Berechnung der Energieumwandlungseffizienz η_E mit beiden Füllfaktoren FF_A und FF_B zur Abschätzung der letztendlichen Effizienz dieser Tandemzelle: η1 [%] = KB·JB·(UA + UB)·FFA η1 = 0,85·7·(0,6 + 0,7·0,69 η1 = 5,3% η2 [%] = KB·JB·(UA + UB)·FFB η2 = 0,85·7·(0,6 + 0,7)·0,5 η2 = 3,9%
Der Mittelwert der Energieumwandlungseffizienz (als Abschätzungsmöglichkeit) beträgt: ηEM = (5,3 + 3,9)/2 ηEM = 4,6%
Auch der Mittelwert der Energieumwandlungseffizienz der zweiten Ausführungsvariante nach dem Stand der Technik ist mit 4,6% kleiner als der weiter oben ermittelte Mittelwert der Energieumwandlungseffizienz der erfindungsgemäßen Solarzelle in 2 mit 6,1%. Es ist also ersichtlich, dass eine Tandemzelle nach der zweiten Ausführungsvariante (Stand der Technik) keine wesentlich höhere Effizienz als eine aus dem Gemisch A aufgebaute Single-Junction-Zelle aufweist.
3 zeigt nun ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle. Eine Solarzelle 3 ist wie die in 2 beschriebene Solarzelle 2 aufgebaut, mit dem Unterschied, dass zwischen der ersten Lochblocker-Schicht 14 und der zweiten Elektronen-Blocker-Schicht 16 eine elektrisch leitende Zwischenschicht 20 angeordnet ist. Die Zwischenschicht 20 kann vorgesehen sein, um einen optimalen Ladungsträgertransfer von der ersten photoaktiven Schicht 13 in die zweite photoaktive Schicht 16 zu sichern und auch einen lateralen Elektronentransfer. Die Zwischenschicht 20 kann als eine hauchdünne metallische Schicht mit einer Dicke von einer bis einigen Atomlagen des entsprechenden Metalls ausgebildet sein.
4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Solarzelle. Eine Solarzelle 4 ist wie die in 2 beschriebene Mehrfachsolarzelle 2 aufgebaut, mit dem Unterschied, dass sowohl die photoaktive Schicht 13 als auch die photoaktive Schicht 16 aus einem Bulk-Heterojunction-Gemisch aus dem ersten Elektronen-Donator-Material 13d und dem ersten Elektronen-Akzeptor-Material 13a sowie aus dem zweiten Elektronen-Donator-Material 16d und dem zweiten Elektronen-Akzeptor-Material 16a gebildet sind. Die beiden photoaktiven Schichten 13 und 16 unterscheiden sich durch die Anteile der genannten vier Komponenten an dem Gemisch. Dadurch sind zwei unterschiedliche Bulk-Heterojunction-Gemische bereitgestellt, die in ihren Eigenschaften so einstellbar sind, dass die Stromdichte in den beiden photoaktive Schichten 13 und 16 gleich ist. Weiter müssen die Elektronenniveaus der unterschiedlichen Materialien der Gemische so zueinander abgestimmt sein, dass die Elektronen-Akzeptor-Materialien nicht ihre Akzeptor-Wirkung und die Elektronen-Donator-Materialien nicht ihre Donator-Wirkung verlieren und so beispielsweise Donator-Materialien zu Akzeptor-Materialien werden und umgekehrt.
Die resultierenden Stromdichten und Effizienzwerte können entsprechend den Berechnungen zu 2 abgeschätzt werden.
In den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen weisen die Schichten der Solarzellen einen rechteckförmigen Umriss auf. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mindestens eine der Schichten einen vom rechteckigen Umriss abweichenden Umriss aufweist.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschreiben Tandem-Solarzellen. Nach dem geschilderten Prinzip können jedoch auch sog. Multi-Junction-Solarzellen mit mehr als zwei hintereinander bzw. übereinander angeordneten Solarzellen aufgebaut sein.
Was die Loch-Blocker-Schichten und/oder die Elektronen-Blocker-Schichten betrifft, so können sie auch bereichsweise aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut sein, ebenso die Elektrodenschichten.

1, 2, 3: Solarzelle
10: Trägerschicht
11: erste Elektrode
12: erste Elektronenblocker-Schicht
13: erste photoaktive Schicht
13a: erstes Elektronen-Akzeptor-Material
13d: erstes Elektronen-Donator-Material
14: erste Lochblocker-Schicht
15: zweite Elektronenblocker-Schicht
16: zweite photoaktive Schicht
16a: zweites Elektronen-Akzeptor-Material
16d: zweites Elektronen-Donator-Material
17: zweite Lochblocker-Schicht
18: zweite Elektrode
19: einfallendes Licht
20: Zwischenschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Efficient Tandem Polymer Solar Cells Fabricated by All-Solution Processing, Jin Young Kim et al., Science 317, 222 (2007) [0003]
- Efficient Tandem Polymer Solar Cells Fabricated by All-Solution Processing, Jin Young Kim et al., Science 317, 222 (2007) [0035]

Claims

Solarzelle mit organischen photoaktiven Schichten, gebildet aus mindestens zwei in Bezug auf das einfallende Licht hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten, die in einer elektrischen Serienschaltung miteinander verbunden sind, und die sich in der Ausbildung und/oder Materialzusammensetzung der photoaktiven Schichten unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, dass die photoaktiven Schichten (13, 16) mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Elektronen-Donator-Material (13d, 16d) und mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Elektronen-Akzeptor-Material (13a, 16a) aufweisen, und dass mindestens eine erste der photoaktiven Schichten (13, 16) mindestens einen ersten Bereich, in dem ein erstes Gemisch A aus mindestens dem mindestens einen ersten Elektronen-Donator-Material (13d) und dem mindestens einen ersten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt (13a) und mindestens einen zweiten Bereich, in dem ein zweites Gemisch B aus mindestens dem mindestens einen zweiten Elektronen-Donator-Material (16d) und dem mindestens einen zweiten Elektronen-Akzeptor-Material (16a) vorliegt, aufweist oder dass die unterschiedlichen photoaktiven Schichten (13, 16) jeweils durch ein Gemisch aus mindestens dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Elektronen-Donator-Material (13d, 16d) und dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Elektronen-Akzeptor-Material (13a, 16a) gebildet sind, wobei sich die unterschiedlichen photoaktiven Schichten (13, 16) durch den Mischungsanteil der besagten Materialien unterscheiden.
Solarzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Bereich aneinander grenzen und die Bereichsgrenzen der ersten und zweiten Bereiche senkrecht zu der Oberfläche der photoaktiven Schichten (13, 16) verlaufen.
Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite der photoaktiven Schichten (16) mindestens einen ersten Bereich, in dem das zweite Gemisch B aus dem mindestens zweiten Elektronen-Donator-Material (16d) und dem mindestens zweiten Elektronen-Akzeptor-Material vorliegt (16a) und mindestens einen zweiten Bereich, in dem das erste Gemisch A aus dem mindestens ersten Elektronen-Donator-Material (13d) und dem mindestens ersten Elektronen-Akzeptor-Material (13a) vorliegt, aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich der mindestens einen zweiten photoaktiven Schicht (16) und der erste Bereich der mindestens einen ersten photoaktiven Schicht (13) sowie der zweite Bereich der mindestens einen zweiten photoaktiven Schicht (16) und der zweite Bereich der mindestens einen ersten photoaktiven Schicht (13) übereinander angeordnet sind.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereichsgrenzen zwischen ersten und zweiten Bereichen innerhalb der ersten und zweiten benachbarten photoaktiven Schichten (13, 16) versetzt zueinander angeordnet sind.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem der ersten und/oder zweiten Bereiche die Konzentration mindestens eines der Materialien in einer Richtung zunimmt oder abnimmt.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der photoaktiven Schichten (13, 16) einen Übergangsbereich aufweist, in dem sich benachbarte Bereiche überlappen und/oder ineinander übergehen.
Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedlichen photoaktiven Schichten (13, 16) unterschiedliches Elektronen-Donator-Material (13d, 16d) und/oder Elektronen-Akzeptor-Material (13a, 16a) aufweisen.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Elektronen-Donator-Materialien (13d, 16d) und/oder Elektronen-Akzeptor-Materialien (13a, 16a) eine diskrete Schicht innerhalb der photoaktiven Schicht (13, 16) bildet.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten (13, 16) an eine Elektronen-Blocker-Schicht (12, 15) und/oder eine Loch-Blocker-Schicht (14, 17) angrenzt.
Solarzelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronen-Blocker-Schicht (12, 15) und/oder die Loch-Blocker-Schicht (14, 17) bereichsweise aus unterschiedlichem Material gebildet ist oder als Materialmischung ausgebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen benachbarten Elektronen-Blocker-Schichten (12, 15) und Lochblocker-Schichten (14, 17) eine elektrisch leitende Zwischenschicht angeordnet ist.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der hintereinander angeordneten photoaktiven Schichten (13, 16) Zusätze, wie lichtbrechende Partikel oder elektrisch leitende Partikel aufweist.