DE102010056338B4 - Arrangement with at least one dye solar cell - Google Patents
Arrangement with at least one dye solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010056338B4 DE102010056338B4 DE102010056338.2A DE102010056338A DE102010056338B4 DE 102010056338 B4 DE102010056338 B4 DE 102010056338B4 DE 102010056338 A DE102010056338 A DE 102010056338A DE 102010056338 B4 DE102010056338 B4 DE 102010056338B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate
- electrodes
- electrical
- electrode
- multilayer structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
- H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/20—Light-sensitive devices
- H01G9/2059—Light-sensitive devices comprising an organic dye as the active light absorbing material, e.g. adsorbed on an electrode or dissolved in solution
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
Abstract
Anordnung mit mindestens einer Farbstoffsolarzelle, bei der mindestens eine Elektrode (3 oder 5) auf einer Oberfläche eines für elektromagnetische Strahlung transparenten ersten Substrats (1) und mindestens eine weitere Elektrode (3 oder 5) auf einer der mit der mindestens einen Elektrode (3 oder 5) versehenen Oberfläche des ersten Substrats (1) gegenüberliegenden Oberfläche eines zweiten Substrats (6) in einem Abstand zueinander angeordnet sind und zwischen dem ersten Substrat (1) und dem zweiten Substrat (6) ein einen Elektrolyten aufnehmender Hohlraum (15) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Substrat (6) ein keramischer Mehrschichtaufbau aus einer LTCC- oder einer HTCC-Keramik ist, an dem mindestens eine elektrische leitende Verbindung von mindestens einer der Elektroden (3, 5) mittels elektrischer Durchkontaktierungen (7) durch mindestens eine Schicht (6.1) des keramischen Mehrschichtaufbaus des zweiten Substrats (6) und/oder mindestens eine metallische Leiterbahn (8), die zwischen zwei Schichten (6.1, 6.2) des keramischen Mehrschichtaufbaus des zweiten Substrats (6) ausgebildet ist, nach außen geführt ist, und ein elektrochemischer Doppelschichtkondensator (18) mit einem weiteren Hohlraum (16) für die Aufnahme eines Elektrolyten im keramischen Mehrschichtaufbau des zweiten Substrats (6) ausgebildet ist, an dem an zwei sich gegenüberliegend angeordneten Oberflächen zwei Elektroden (12) ausgebildet und mittels mindestens einer elektrischen Durchkontaktierung (7, 13) und/oder einer elektrischen Leiterbahn (8) mit jeweils mindestens einer Elektrode (3 oder 5) elektrisch leitend verbunden sind und einzelne Schichten (6.1–6.6) des keramischen Mehrschichtaufbaus des zweiten Substrats (6) für die Ausbildung elektrischer Durchkontaktierungen (7), des Hohlraums (15) und des weiteren Hohlraums (16) mittels darin ausgebildeter Durchbrechungen strukturiert sind, und in die elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens einer Elektrode (5) einer Farbstoffzolarzelle und eine der Elektroden (12) des Kondensators (18) mindestens eine Diode (19) geschaltet ist, um eine Entladung des Doppelschichtkondensators (18) über die Farbstoffsolarzelle zu vermeiden.Arrangement with at least one dye solar cell, in which at least one electrode (3 or 5) on a surface of a first substrate (1) transparent to electromagnetic radiation and at least one further electrode (3 or 5) on one of the at least one electrode (3 or 5) provided surface of the first substrate (1) opposite surface of a second substrate (6) are arranged at a distance from one another and an electrolyte-receiving cavity (15) is formed between the first substrate (1) and the second substrate (6), characterized in that the second substrate (6) is a ceramic multilayer structure made of an LTCC or an HTCC ceramic, on which at least one electrically conductive connection of at least one of the electrodes (3, 5) by means of electrical vias (7) through at least one Layer (6.1) of the ceramic multilayer structure of the second substrate (6) and / or at least one metallic conductorb ahn (8), which is formed between two layers (6.1, 6.2) of the ceramic multilayer structure of the second substrate (6), is led to the outside, and an electrochemical double-layer capacitor (18) with a further cavity (16) for receiving an electrolyte is formed in the ceramic multilayer structure of the second substrate (6), on which two electrodes (12) are formed on two oppositely arranged surfaces and by means of at least one electrical through-hole (7, 13) and / or an electrical conductor track (8) each with at least one Electrode (3 or 5) are electrically connected and individual layers (6.1-6.6) of the ceramic multilayer structure of the second substrate (6) for the formation of electrical vias (7), the cavity (15) and the further cavity (16) by means of therein formed openings are structured, and in the electrically conductive connection between at least one electrode (5) of a color fabric solar cell and one of the electrodes (12) of the capacitor (18) at least one diode (19) is connected in order to avoid a discharge of the double layer capacitor (18) via the dye solar cell.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit mindestens einer Farbstoffsolarzelle. Dabei ist aber eine Anordnung mit mehreren elektrisch leitend verbundenen Farbstoffsolarzellen bevorzugt und ein zusätzlich an Farbstoffsolarzellen angeschlossenes Energiespeicherelement besonders bevorzugt, Gegenstand der Erfindung.The invention relates to an arrangement with at least one dye solar cell. In this case, however, an arrangement with a plurality of electrically conductive dye-sensitized solar cells is preferred, and in addition to an energy storage element connected to dye solar cells particularly preferred object of the invention.
Farbstoffsolarzellen, die auch als Grätzel-Zelle bezeichnet werden, sind elektrochemische Elemente mit denen die Energie elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie gewandelt werden kann. Hierfür werden geeignete Elektrodenmaterialien in Verbindung mit einem Elektrolyten eingesetzt. Der Wirkungsgrad kann dabei ca. 11% erreichen. Problematisch dabei ist die elektrische Verschaltung mehrerer solcher Farbstoffsolarzellen, beispielsweise in einer elektrischen Reihenschaltung, um eine erhöhte elektrische Spannung erreichen zu können.Dye solar cells, also referred to as Grätzel cells, are electrochemical elements with which the energy of electromagnetic radiation can be converted into electrical energy. For this purpose, suitable electrode materials are used in conjunction with an electrolyte. The efficiency can reach about 11%. The problem here is the electrical connection of several such dye solar cells, for example, in an electrical series circuit in order to achieve an increased electrical voltage can.
Ein weiteres Problem bei dieser Form von Solarzellen sind die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Elektrodenwerkstoffe, der Substratwerkstoffe, elektrisch leitender Stoffe, die für die elektrische Kontaktierung eingesetzt werden und auch des Elektrolyten. Dabei sollten die Farbstoffsolarzellen dauerhaft fluiddicht abgeschlossen werden können.Another problem with this form of solar cell are the different thermal expansion coefficients of the electrode materials, the substrate materials, electrically conductive substances that are used for the electrical contacting and also of the electrolyte. The dye solar cells should be permanently sealed fluid-tight.
Außerdem muss auch die chemische Aggressivität der üblicherweise eingesetzten Elektrolyten für die anderen bei Farbstoffsolarzellen eingesetzten Werkstoffe berücksichtigt werden.In addition, the chemical aggressiveness of the commonly used electrolytes for the other materials used in dye solar cells must be considered.
Da diese Solarzellen, wie auch andere Solarzellen, lediglich für eine Energieumwandlung geeignet sind, wird es häufig und insbesondere für mobile oder miniaturisierte Anwendungen gewünscht, die nach der Umwandlung erhaltene elektrische Energie zu speichern.Since these solar cells, like other solar cells, are only suitable for energy conversion, it is often desired, and in particular for mobile or miniaturized applications, to store the electrical energy obtained after the conversion.
Dadurch können verschiedene Anwendungen verbessert bzw. ermöglicht werden. So können Farbstoffsolarzellen in Verbindung mit gedruckten Schaltkreisen, beispielsweise für die Herstellung von Ladegeräten, in Verbindung mit Halbleiterschaltkreisen oder -elementen, Aktoren, Detektoren oder auch bei Silicium basierten Schaltungen eingesetzt werden.As a result, various applications can be improved or made possible. Thus, dye-sensitized solar cells can be used in conjunction with printed circuits, for example for the production of chargers, in connection with semiconductor circuits or elements, actuators, detectors or even silicon-based circuits.
Größere Solarmodule können auch für dekorative Zwecke, beispielsweise an Gebäudefassaden, zur Eigenenergiebedarfsdeckung eingesetzt werden.Larger solar modules can also be used for decorative purposes, for example on building facades, for self-energy demand coverage.
Neben herkömmlichen Akkumulatoren können auch Kondensatoren für die Elektroenergiespeicherung eingesetzt werden. So ist es aus
Aus
Aus
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für einen dauerhaften sicheren Betrieb von Farbstoffsolarzellen anzugeben, mit denen auch eine elektrische Verschaltung mehrerer Farbstoffsolarzellen miteinander über einen längeren Zeitraum zuverlässig erreichbar ist und sich Möglichkeiten für den kompakten Anschluss für ein Elektroenergiespeicherelement ergeben.It is therefore an object of the invention to provide options for a permanent safe operation of dye solar cells, with which an electrical interconnection of a plurality of dye solar cells can be reliably achieved with each other over a longer period of time and opportunities arise for the compact connection for an electric energy storage element.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anordnung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten technischen Merkmalen realisiert werden.According to the invention this object is achieved with an arrangement having the features of
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist mindestens eine Farbstoffsolarzelle vorhanden. Dabei sind mindestens eine Elektrode auf einer Oberfläche eines für elektromagnetische Strahlung transparenten ersten Substrats (bevorzugt ein Glas) und mindestens eine weitere Elektrode auf einer der mit der mindestens einen Elektrode versehenen Oberfläche des ersten Substrats gegenüberliegenden Oberfläche eines zweiten Substrats in einem Abstand zueinander angeordnet. Zwischen dem ersten Substrat und dem zweiten Substrat ist ein einen Elektrolyten aufnehmender Hohlraum ausgebildet. Das zweite Substrat ist dabei mit einem keramischen Mehrschichtaufbau gebildet, an dem mindestens eine elektrische leitende Verbindung von mindestens einer der Elektroden mittels elektrischer Durchkontaktierungen (VIA's) durch mindestens eine Schicht des keramischen Mehrschichtaufbaus des zweiten Substrats und/oder mindestens eine metallische Leiterbahn, die zwischen zwei Schichten des keramischen Mehrschichtaufbaus des zweiten Substrats ausgebildet ist, nach außen geführt.In the arrangement according to the invention, at least one dye solar cell is present. In this case, at least one electrode on a surface of a first substrate transparent to electromagnetic radiation (preferably a glass) and at least one further electrode on a surface of the second substrate opposite to the surface of the first substrate are at a distance arranged to each other. Between the first substrate and the second substrate, an electrolyte-accommodating cavity is formed. The second substrate is formed with a ceramic multilayer structure, on which at least one electrically conductive connection of at least one of the electrodes by means of electrical vias (VIA's) by at least one layer of the ceramic multilayer structure of the second substrate and / or at least one metallic interconnect between two Layers of the ceramic multilayer structure of the second substrate is formed, led to the outside.
Für die Elektroden, das erste Substrat und den Elektrolyten können alle für den Aufbau und den Betrieb von Farbstoffsolarzellen geeigneten Werkstoffe eingesetzt werden. Für den keramischen Mehrschichtaufbau des zweiten Substrats werden mehrere Lagen/Schichten eines keramischen Werkstoffs aus einer LTCC- oder einer HTCC-Keramik eingesetzt werden. Einzelne Lagen/Schichten können dabei strukturiert sein, um so bestimmte Elemente an einer erfindungsgemäßen Anordnung auszubilden. Die Strukturierung kann mit Aussparungen/Vertiefungen, Durchbrechungen oder eine Beschichtung durchgeführt werden. So können beispielsweise mit Durchbrechungen elektrische Durchkontaktierungen (VIA's) erhalten werden, die nachträglich mit einem elektrisch leitenden Stoff, beispielsweise einer Silberpaste ausgefüllt werden. Mit Durchbrechungen können aber auch Hohlräume in einer oder mehreren Lagen/Schichten des keramischen Mehrschichtaufbaus ausgebildet werden, die dann mit Elektrolyt befüllt werden können. Mit solchen Durchbrechungen können aber auch hohle Kanäle ausgebildet werden, über die eine Befüllung eines Hohlraums mit Elektrolyt möglich ist. Dabei können an einem Hohlraum zwei solcher Kanäle vorhanden sein, die ein erleichtertes Befüllen ermöglichen. Die Befüllung kann als letzter bzw. vorletzter Verfahrensschritt bei der Herstellung sein, wodurch eine Beeinträchtigung des Elektrolyten durch erhöhte Temperaturen vermieden werden kann. Nach der Befüllung können Kanäle verschlossen werden.For the electrodes, the first substrate and the electrolyte, all suitable materials for the construction and operation of dye solar cells can be used. For the ceramic multilayer structure of the second substrate, a plurality of layers / layers of a ceramic material made of an LTCC or a HTCC ceramic will be used. Individual layers / layers can be structured so as to form certain elements on an arrangement according to the invention. The structuring can be carried out with recesses / depressions, apertures or a coating. Thus, for example, through openings electrical vias (VIA's) can be obtained, which are subsequently filled with an electrically conductive material, such as a silver paste. With openings but also cavities in one or more layers / layers of the ceramic multilayer structure can be formed, which can then be filled with electrolyte. With such openings but also hollow channels can be formed, via which a filling of a cavity with electrolyte is possible. In this case, two such channels may be present on a cavity, which allow easier filling. The filling can be as the last or penultimate process step in the production, whereby an impairment of the electrolyte can be avoided by elevated temperatures. After filling channels can be closed.
Zur Realisierung einer elektrischen Reihenschaltung mehrerer Farbstoffsolarzellen an einer erfindungsgemäßen Anordnung können am ersten Substrat und am zweiten Substrat jeweils mehrere Elektroden alternierend in versetzter sich diametral gegenüberliegender Anordnung vorhanden sein. Dabei sollten nebeneinander an den Substraten angeordnete Elektroden, also eine Anode und eine Kathode elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Bei jeweils zwei nebeneinander am ersten Substrat angeordneten Elektroden sollten diese mit einer für elektromagnetische Strahlung transparenten, elektrisch leitenden Schicht elektrisch leitend verbunden sein. Dies kann beispielsweise durch einen entsprechend strukturierten schichtartigen Auftrag auf der Oberfläche des ersten Substrats erreicht werden. Es kann sich dabei um mehrere in einem Abstand zu einander angeordnete Einzelschichten, die aus einem transparenten elektrisch leitenden Oxid (TOC) gebildet sein können, handeln. Sie können so positioniert sein, dass eine Zuordnung zur Anordnung eines Elektrodenpaars (Anode-Kathode) berücksichtigt und damit deren elektrisch leitende Verbindung erreicht ist. Dadurch können jeweils zwei solcher unterschiedlichen Elektroden miteinander verbunden sein. Diesen in versetzter Anordnung gegenüberliegende Elektroden können dann jeweils mittels einer oder auch mehreren elektrischen Durchkontaktierungen als elektrisch leitende Verbindungen zu einem nach außen geführten Anschlusskontakt oder ggf. zu einer weiteren Elektrode eines Kondensators geführt sein. Für die elektrisch leitende Verbindung können aber auch elektrische Leiterbahnen, die auf einer Schicht/Lage des keramischen Mehrschichtaufbaus ausgebildet sind, genutzt werden. Diese elektrischen Leiterbahnen sind bevorzugt zwischen zwei Lagen/Schichten eingefasst und sie können als Metallisierung, die mit verschiedenen bekannten Verfahren ausgebildet werden können, ausgebildet sein. Elektrische Leiterbahnen ermöglichen so eine elektrisch leitende Verbindung in eine andere Achsrichtung, bevorzugt senkrecht zur mit elektrischen Durchkontaktierungen erreichbaren Richtung einer elektrisch leitenden Verbindung.In order to realize an electrical series connection of a plurality of dye-sensitized solar cells to an arrangement according to the invention, a plurality of electrodes may alternately be present in staggered, diametrically opposite arrangement on the first substrate and on the second substrate. In this case, electrodes arranged side by side on the substrates, that is to say an anode and a cathode, should be electrically conductively connected to one another. In the case of two electrodes arranged side by side on the first substrate, they should be electrically conductively connected to an electrically conductive layer that is transparent to electromagnetic radiation. This can be achieved for example by a correspondingly structured layer-like application on the surface of the first substrate. It may be a plurality of spaced apart individual layers, which may be formed of a transparent electrically conductive oxide (TOC) act. They can be positioned so that an assignment to the arrangement of a pair of electrodes (anode-cathode) is taken into account and thus their electrically conductive connection is achieved. As a result, in each case two such different electrodes can be connected to one another. These opposing electrodes in a staggered arrangement can then be guided in each case by means of one or more electrical feedthroughs as electrically conductive connections to a connection contact led to the outside or possibly to a further electrode of a capacitor. For the electrically conductive connection but also electrical conductor tracks, which are formed on a layer / layer of the ceramic multilayer structure, can be used. These electrical conductor tracks are preferably enclosed between two layers / layers and can be formed as metallization, which can be formed using various known methods. Electrical interconnects thus allow an electrically conductive connection in another axial direction, preferably perpendicular to the achievable with electrical feedthroughs direction of an electrically conductive connection.
Für eine Energiespeicherung kann, wie bereits angedeutet, am/im keramischen Mehrschichtaufbau des zweiten Substrats mindestens ein elektrischer Kondensator oder ein sekundär Elektroenergiespeicherelement vorhanden oder ausgebildet sein, der/das über elektrische Durchkontaktierungen und/oder mit mindestens einer zwischen Schichten des keramischen Mehrschichtaufbaus ausgebildeten elektrischen Leiterbahn mit mindestens einer Elektrode elektrisch leitend verbunden ist. Dabei kann es sich um einen herkömmlichen Plattenkondensator handeln, dessen Elektroden von einem dazwischen angeordneten Dielektrikum voneinander getrennt sind.For energy storage, as already indicated, on / in the ceramic multilayer structure of the second substrate, at least one electrical capacitor or a secondary electric energy storage element may be present or formed, via electrical vias and / or with at least one electrical interconnect formed between layers of the ceramic multilayer structure is electrically connected to at least one electrode. This may be a conventional plate capacitor whose electrodes are separated from each other by a dielectric disposed therebetween.
Als sekundäres Elektroenergiespeicherelement können geeignete elektrische Akkumulatoren eingesetzt werden. Bevorzugt sind hierfür Lithium-Ionen-Akkumulatoren. Dabei können die elektrischen Anschlüsse oder die elektrische Schaltung analog zu einem Kondensator gewählt werden, wie dies nachfolgend noch näher beschrieben wird.As a secondary electric energy storage element suitable electric storage batteries can be used. Lithium ion accumulators are preferred for this purpose. In this case, the electrical connections or the electrical circuit can be selected analogous to a capacitor, as will be described in more detail below.
Es wird ein elektrochemischer Doppelschichtkondensator eingesetzt, da dieser bessere Lade- und Entladeeigenschaften sowie ein erhöhtes Energiespeichervermögen aufweist.An electrochemical double-layer capacitor is used, since it has better charging and discharging properties and increased energy storage capacity.
Dabei ist ein weiterer Hohlraum für die Aufnahme eines Elektrolyten, des Doppelschichtkondensators, im (innerhalb) des keramischen Mehrschichtaufbaus des zweiten Substrats ausgebildet, an dem an zwei sich gegenüberliegend angeordneten Oberflächen zwei Elektroden ausgebildet und diese mittels mindestens einer elektrischen Durchkontaktierung und/oder einer elektrischen Leiterbahn mit jeweils mindestens einer Elektrode elektrisch leitend verbunden sind. Als Elektrolyt kann Acetonitril mit TaTBF-Tetraethylammoniumfluoroborat oder auch Propylencarbonat mit LiClO4 für den Doppelschichtkondensator aber auch die Farbstoffsolarzellen eingesetzt werden. In this case, a further cavity for receiving an electrolyte, the double-layer capacitor, is formed in (inside) the ceramic multilayer structure of the second substrate, on which electrodes are formed on two oppositely arranged surfaces and these by means of at least one electrical feedthrough and / or an electrical conductor track each having at least one electrode are electrically connected. As the electrolyte acetonitrile can be used with TaTBF tetraethylammonium fluoroborate or propylene carbonate with LiClO 4 for the double-layer capacitor but also the dye solar cells.
Die Elektroden eines Doppelschichtkondensators können aus reinem Kohlenstoff, RuO2 oder Ni gebildet sein. Bei Nickelelektroden können diese an der Oberfläche zusätzlich Kohlenstoff aufweisen. Wie dies erreicht werden kann und welche Vorteile damit verbunden sind, soll nachfolgend bei der Beschreibung von Beispielen erläutert werden.The electrodes of a double-layer capacitor may be formed of pure carbon, RuO 2 or Ni. For nickel electrodes, these may additionally have carbon on the surface. How this can be achieved and the advantages associated therewith will be explained below in the description of examples.
Ein solcher Hohlraum kann mit einer entsprechend dimensionierten und geometrisch gestalteten Durchbrechung in mindestens einer Lage/Schicht des keramischen Mehrschichtaufbaus gebildet sein. Die eine oder mehrere miteinander verbundenen Schicht(en)/Lage(n) sollten eine Dicke aufweisen, mit der ein geeigneter Abstand der Elektroden des Doppelschichtkondensators eingehalten werden kann.Such a cavity may be formed with a suitably dimensioned and geometrically shaped aperture in at least one layer / layer of the ceramic multilayer structure. The one or more interconnected layer (s) / layer (s) should have a thickness with which a suitable spacing of the electrodes of the double-layer capacitor can be maintained.
Bei Einsatz eines elektrochemischen Doppelschichtkondensators kann zwischen dessen beiden Elektroden im zweiten Hohlraum ein Separatorelement angeordnet sein.When using an electrochemical double-layer capacitor may be arranged between the two electrodes in the second cavity a separator.
In die elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens einer Elektrode einer Farbstoffsolarzelle und eine der Elektroden des Kondensators ist mindestens eine Diode geschaltet. Vorteilhaft kann in die elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens einer Elektrode, der Farbstoffsolarzellen, zu einem nach außen geführten Anschlusskontakt mindestens eine Diode geschaltet sein. Dadurch kann eine geeignete elektrische Spannung (bevorzugt mindestens 1,2 V und maximal 2,7 V für die Kondensatorladung) mit einem geeigneten elektrischen Strom (bevorzugt mindestens 10 μA) dem Kondensator zugeführt werden. Mit einer solchen elektrischen Verschaltung kann eine Entladung des Kondensators über die Farbstoffsolarzelle(n) vermieden werden. Dadurch kann auch eine Abstimmung der Leistung der Farbstoffsolarzelle(n) mit der Speicherkapazität des Kondensators oder einer angeschlossenen elektronischen Schaltung (Verbraucher), die mit Elektroenergie versorgt werden soll, erreicht werden.At least one diode is connected in the electrically conductive connection between at least one electrode of a dye-sensitized solar cell and one of the electrodes of the capacitor. Advantageously, at least one diode can be connected in the electrically conductive connection between at least one electrode, the dye-sensitized solar cells, to a connection contact led to the outside. As a result, a suitable electrical voltage (preferably at least 1.2 V and a maximum of 2.7 V for the capacitor charge) can be supplied to the capacitor with a suitable electric current (preferably at least 10 μA). With such an electrical connection, a discharge of the capacitor via the dye solar cell (s) can be avoided. This can also be a vote of the performance of the dye solar cell (s) with the storage capacity of the capacitor or a connected electronic circuit (consumer) to be supplied with electrical energy can be achieved.
Zusätzlich oder allein zu mindestens einer zwischen geschalteten Diode, kann in die elektrisch leitende Verbindung zwischen mindestens einer Elektrode zu einem nach außen geführten Anschlusskontakt und einer der Elektroden des Kondensators ein elektrisches Widerstandselement geschaltet sein. Dadurch kann ein hoher elektrischer Stromfluss vom Kondensator zu einem Verbraucher vermieden werden, wenn keine ausreichende Menge an elektromagnetischer Strahlung zur Energieumwandlung auf die erfindungsgemäße Anordnung auftrifft. Mit diesem elektrischen Widerstand kann auch der elektrische Ladestrom für den Kondensator begrenzt werden. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit diese elektrisch leitende Verbindung so auszubilden, dass sie einen elektrischen Widerstand aufweist, der dem elektrischen Widerstand des elektrischen Widerstandselements entspricht. Bei einer Anordnung mit vier elektrisch in Reihe geschalteten Farbstoffsolarzellen sollte dieser elektrische Widerstand im Bereich 5 bis 10 kΩ liegen.In addition or alone to at least one diode connected between, an electrically resistive element can be connected in the electrically conductive connection between at least one electrode to an outwardly-directed terminal contact and one of the electrodes of the capacitor. As a result, a high electrical current flow from the capacitor to a load can be avoided if no sufficient amount of electromagnetic radiation impinges on the arrangement according to the invention for energy conversion. With this electrical resistance and the electric charging current for the capacitor can be limited. Alternatively, however, it is also possible to form this electrically conductive connection in such a way that it has an electrical resistance which corresponds to the electrical resistance of the electrical resistance element. In an arrangement with four dye-sensitized solar cells connected in series, this electrical resistance should be in the
Bei einer entsprechend ausgebildeten elektrisch leitenden Verbindung zwischen Farbstoffsolarzell(en) und Kondensator ist es möglich, Elektroenergie auch in einem vollständig entladenen Kondensator (elektrische Spannung des Kondensators = 0 V) zu speichern.With a correspondingly formed electrically conductive connection between dye solar cell (s) and capacitor, it is possible to store electric energy in a fully discharged capacitor (electrical voltage of the capacitor = 0 V).
Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung können die Elektroden, die elektrisch leitende(n) Schicht(en) und/oder die metallische(n) Leiterbahn(en) in Dickschichttechnik und/oder ein Direktdruck- oder Spritzverfahren (Inkjet-Printing bzw. Aerosol-Printing) aufgebracht werden, wodurch der Aufwand reduziert und die Herstellung erleichtert werden kann.In the production of an arrangement according to the invention, the electrodes, the electrically conductive layer (s) and / or the metallic conductor track (s) in thick film technology and / or a direct printing or spraying method (inkjet printing or aerosol printing) can be used. Printing) are applied, whereby the effort can be reduced and the production can be facilitated.
Mit der durch den keramischen Mehrschichtaufbau möglichen Führung elektrisch leitender Verbindungen können die elektrisch leitenden Verbindungen dreidimensional mit den elektrischen Durchkontaktierungen und den elektrischen Leiterbahnen ausgebildet werden. Es bestehen viele flexible Möglichkeiten elektrisch leitende Verbindungen, die für unterschiedlichste Applikationen erforderlich sein können, bei einer erfindungsgemäßen Anordnung auszubilden und dabei auch unterschiedlichste Anschlussmöglichkeiten für verschiedene Verbraucher elektrischer Energie zu realisieren.With the possible leadership of electrically conductive connections by the ceramic multilayer structure, the electrically conductive connections can be formed three-dimensionally with the electrical feedthroughs and the electrical conductor tracks. There are many flexible possibilities electrically conductive connections that may be required for a wide variety of applications, form in an inventive arrangement and thereby also realize different connection options for different consumers of electrical energy.
Bei der Erfindung weisen die als erste Substrate aus Glas, die mit der für die nutzbare elektromagnetische Strahlung transparenten elektrisch leitenden Schichten (TCO Transparent Conductive Oxide-Beschichtung) versehen sind, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ca. 6 ppm/K auf, so dass dieser thermische Ausdehnungskoeffizient in ausreichender Nähe des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des für den keramischen Mehrschichtaufbau einsatzbaren keramischen Werkstoffs (LTCC-Glaskeramik, HTCC-Keramik Al2O3) liegt, so dass die erforderliche thermo-mechanische Kompatibilität und ein Einsatz bei erhöhter thermischer Wechselbeanspruchung und Temperaturunterschieden an den einzelnen Elementen der erfindungsgemäßen Anordnung gegeben ist. Diese Keramikwerkstoffe sind auch für die einsetzbaren Elektrolyten ausreichend chemisch resistent.In the invention, the first substrates of glass, which are provided with the transparent to the usable electromagnetic radiation electrically conductive layers (TCO Transparent Conductive Oxide coating), a thermal expansion coefficient of about 6 ppm / K, so that this thermal Expansion coefficient in sufficient proximity to the thermal expansion coefficient of the usable ceramic multilayer structure for the ceramic material (LTCC glass ceramic, HTCC ceramic Al 2 O 3 ) is, so that the required thermo-mechanical compatibility and use in elevated thermal cycling and temperature differences is given to the individual elements of the inventive arrangement. These ceramic materials are also sufficiently chemically resistant to the usable electrolytes.
Die unterschiedliche Temperaturstabilität der verschiedenen Werkstoffe, der einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Anordnung können bei der Herstellung einfach berücksichtigt werden. So können Teilelemente mit bzw. für solche kritischen Werkstoffe (Z. B. Kohlenstoffschichten der Elektroden des Kondensators, Platinschichten für Farbstoffsolarzellenelektroden, der jeweilige für die Strahlungsabsorption erforderliche Farbstoff und/oder der/die Elektrolyt(en) zu Zeiten bzw. bei Verfahrensschritten eingesetzt werden, bei denen die jeweils kritische Temperaturobergrenze nicht erreicht wird.The different temperature stability of the different materials, the individual elements of the arrangement according to the invention can be easily taken into account in the production. Thus, sub-elements with or for such critical materials (eg carbon layers of the electrodes of the capacitor, platinum layers for dye solar cell electrodes, the respective required for the radiation absorption dye and / or the / the electrolyte (s)) can be used at times or in process steps in which the respective critical upper temperature limit is not reached.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden:The invention will be explained in more detail by way of example below:
Dabei zeigen:Showing:
Bei dem in
Dieser Elektrodenanordnung am ersten Substrat
Das zweite Substrat
Bei diesem Beispiel sind die Elektroden
Mit
Die von den beiden innenliegend auf der Oberfläche des zweiten Substrats
Bei der Herstellung kann so vorgegangen werden, dass einzelne keramische Schichten
Auf die in
Auf einer Oberfläche des ersten Substrats
Bei einem weiteren Fügen wird eine radial umlaufende Dichtung
Durch einen der im Substrat ausgebildeten Kanäle
Die so mit den vier elektrisch in Reihe geschalteten Farbstoffsolarzellen ist dann funktionsfähig und bei Einfall von Sonnenlicht auf das erste Substrat
Bei dem in
Dabei wurde an der Anordnung ein elektrischer Doppelschichtkondensator realisiert, der mit zwei Elektroden
Der Aufbau für die Farbstoffsolarzellen kann analog zum Beispiel nach
Die Ausbildung der einzelnen Elemente kann bei diesem Beispiel analog zum Beispiel nach
Für die Befüllung des zweiten Hohlraums
Das in
In
Dabei kann die maximale elektrische Spannung der elektrisch in Reihe geschalteten vier Farbstoffsolarzellen (jeweils 0,75 V) von 3 V eingehalten werden. Eine Entladung des Doppelschichtkondensators
Ebenso kann mit den Dioden
Der elektrische Ladestrom kann mit dem elektrischen Widerstandselement
Der Anschluss eines Senders
Bei dieser elektrischen Schaltung sind eine elektrische Kapazität im Bereich 0,5 F bis 10 F, ein elektrischer Widerstand des elektrischen Widerstandselements
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010056338.2A DE102010056338B4 (en) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | Arrangement with at least one dye solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010056338.2A DE102010056338B4 (en) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | Arrangement with at least one dye solar cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010056338A1 DE102010056338A1 (en) | 2012-06-21 |
DE102010056338B4 true DE102010056338B4 (en) | 2014-09-25 |
Family
ID=46512233
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010056338.2A Expired - Fee Related DE102010056338B4 (en) | 2010-12-16 | 2010-12-16 | Arrangement with at least one dye solar cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010056338B4 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030013008A1 (en) * | 2000-09-27 | 2003-01-16 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Light-receiving device and image sensor |
US20040074531A1 (en) * | 2000-12-26 | 2004-04-22 | Fumio Matsui | Solar cell |
WO2005114686A1 (en) * | 2003-05-21 | 2005-12-01 | Sustainable Technologies International Pty Ltd | Combined photoelectrochemical cell and capacitor |
US20060021649A1 (en) * | 2004-07-08 | 2006-02-02 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Porous electrodes, devices including the porous electrodes, and methods for their production |
US20060180197A1 (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-17 | Gui John Y | Layer-to-layer interconnects for photoelectric devices and methods of fabricating the same |
JP2006309990A (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Dye-sensitized solar cell with capacitor |
US7649140B2 (en) * | 2004-06-15 | 2010-01-19 | Dyesol Ltd. | Photovoltaic module with full utilization of surface area |
US20100032009A1 (en) * | 2003-11-03 | 2010-02-11 | Sustainable Technologies International Pty Ltd. | Multilayered photovoltaic device on envelope surface |
-
2010
- 2010-12-16 DE DE102010056338.2A patent/DE102010056338B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20030013008A1 (en) * | 2000-09-27 | 2003-01-16 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Light-receiving device and image sensor |
US20040074531A1 (en) * | 2000-12-26 | 2004-04-22 | Fumio Matsui | Solar cell |
WO2005114686A1 (en) * | 2003-05-21 | 2005-12-01 | Sustainable Technologies International Pty Ltd | Combined photoelectrochemical cell and capacitor |
US20100032009A1 (en) * | 2003-11-03 | 2010-02-11 | Sustainable Technologies International Pty Ltd. | Multilayered photovoltaic device on envelope surface |
US7649140B2 (en) * | 2004-06-15 | 2010-01-19 | Dyesol Ltd. | Photovoltaic module with full utilization of surface area |
US20060021649A1 (en) * | 2004-07-08 | 2006-02-02 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Porous electrodes, devices including the porous electrodes, and methods for their production |
US20060180197A1 (en) * | 2005-02-15 | 2006-08-17 | Gui John Y | Layer-to-layer interconnects for photoelectric devices and methods of fabricating the same |
JP2006309990A (en) * | 2005-04-26 | 2006-11-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Dye-sensitized solar cell with capacitor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010056338A1 (en) | 2012-06-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE60027888T2 (en) | PROCESS FOR INTRODUCING INTERMEDIATE COMPOUNDS IN REGENERATIVE PHOTOVOLTAIC PHOTOELECTROCHEMICAL MULTIPLE REGULATIONS | |
EP2248217B1 (en) | Three-dimensional microbattery and method for the production thereof | |
EP1673834B1 (en) | Battery, especially a microbattery, and the production thereof using wafer-level technology | |
DE10085271B3 (en) | Electrochemical energy storage device with improved housing arrangement | |
DE1639152C3 (en) | Solar cell batteries and processes for their manufacture | |
EP1359633B1 (en) | Galvanic element with thin electrodes | |
EP0622815B1 (en) | Long time stable electrode and double layer capacitor with this electrode | |
DE112019000374T5 (en) | SOLID LITHIUM ION SECONDARY BATTERY | |
DE112014003358T5 (en) | Lithium-based battery electrodes | |
WO2012010539A1 (en) | Battery comprising cuboid cells which contain a bipolar electrode | |
WO2012159786A1 (en) | Layer arrangement, energy storage means and method for producing an energy storage means | |
DE112017004886T5 (en) | SOLID STATE LITHIUM SECONDARY BATTERY ION | |
DE112018001802T5 (en) | RECHARGEABLE SOLIDS LITHIUMION BATTERY AND COMPOSITE BODY | |
WO2019072811A1 (en) | Method for producing a current collector, electrode and battery cell | |
DE202022100065U1 (en) | Coin cell battery-like module and battery device therefor | |
DE102010056338B4 (en) | Arrangement with at least one dye solar cell | |
DE102014211743A1 (en) | Galvanic element and method for its production | |
EP3058614B1 (en) | Switching device for an electrochemical energy storage and energy storage system | |
DE60201813T2 (en) | Cylindrical high voltage supercapacitor and its manufacturing process | |
WO2003050886A2 (en) | Thin layer energy system | |
DE10350478B4 (en) | fuel cell unit | |
EP3039732B1 (en) | Electrochemical energy store comprising a conductivity section for overcharge protection | |
EP3631890B1 (en) | Hybrid power supply circuit, use of a hybrid power supply circuit and method for producing a hybrid power supply circuit | |
DE60306100T2 (en) | Electrochemical generator with monoblock connector | |
DE202021105203U1 (en) | Electrochemical zinc manganese dioxide cell with layered structure and battery |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01H0009260000 Ipc: H01G0009260000 |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |