DE102011012482A1

DE102011012482A1 - Photovoltaische Solarzelle

Info

Publication number: DE102011012482A1
Application number: DE102011012482A
Authority: DE
Inventors: Dr. Goldschmidt Jan Christoph; Dr. Fischer Stefan; Marius Peters; Martin Hermle
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Element zur Umwandlung einfallender elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, insbesondere photovoltaische Solarzelle oder photovoltaisches Solarzellenmodul, mit einer bei Betrieb des photovoltaischen Elementes einfallender elektromagnetischer Strahlung zugewandten Strahlungseinfallseite, an welcher Strahlungseinfallseite mindestens eine Abwärtskonversionsschicht (2, 22) angeordnet ist, welche Abwärtskonversionsschicht (2, 22) lumineszentes Material aufweist, wobei das lumineszente Material zur Abwärtskonversion geeignet ist, durch Absorption eines Photons einer ersten Wellenlänge und nach Konversion Emission von einem oder mehreren Photoren einer gegenüber der ersten Wellenlänge größeren zweiten Wellenlänge. Wesentlich ist, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) als reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht (2, 22) ausgebildet ist, zur Verringerung der Reflexion der einfallenden elektromagnetischen Strahlung und dass das lumineszente Material in einer Matrix in einem Verbundmaterial der Abwärtskonversionsschicht (2, 22) eingebettet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Element zur Umwandlung einfallender elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, insbesondere eine photovoltaische Solarzelle oder ein photovoltaisches Solarzellenmodul gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine photovoltaische Solarzelle stellt ein flächiges opto-elektronisches Bauelement dar, bei dem mittels einfallender elektromagnetischer Strahlung Ladungsträgerpaare erzeugt und anschließend getrennt werden, so dass zwischen mindestens zwei elektrischen Kontaktpunkten der Solarzelle ein Potential entsteht und über einen mit diesen Kontaktpunkten verbundenen externen Stromkreis elektrische Leistung von der Solarzelle abgegriffen werden kann. Die Ladungsträgertrennung erfolgt beispielsweise an einem pn-Übergang, der beispielsweise dadurch realisiert werden kann, dass in einem Siliziumsubstrat eines Basisdotierungstyps eine Dotierung eines hierzu entgegengesetzten Dotierungstyps zur Ausbildung eines Emitters vorgenommen wird. Ebenso ist es bekannt, den Emitter durch Aufbringen einer oder mehrerer Schichten auf einem Basissubstrat auszubilden.
Ein wesentlicher Faktor für den Gesamtwirkungsgrad einer photovoltaischen Solarzelle ist daher die Quanteneffizienz, d. h. das Verhältnis von auf die Solarzelle auftreffender Photonenzahl zu den durch diese Photonen erzeugten Ladungsträgerpaaren. Die Quanteneffizienz ist hierbei erheblich von der Wellenlänge des Photons abhängig.
Typische Solarzellen, insbesondere Silizium-Solarzellen, weisen im kurzwelligen (hochenergetischen) Bereich eine niedrigere Quanteneffizienz auf als bei mittleren Wellenlängen der einfallenden Photonen. Solche Verluste lassen sich durch so genannte Abwärtskonversion reduzieren. Hierbei wird aus einem kurzwelligen (hochenergetischen) Photon durch Abwärtskonversion hinsichtlich der Energie ein oder mehr Photonen mit mittlerer Wellenlänge, d. h. gegenüber dem einfallenden Photon größerer Wellenlänge (und geringerer Energie) erzeugt. Werden hierbei aus einem Photon zwei oder mehr Photonen erzeugt, so wird dies zusätzlich als Quantum-Cutting bezeichnet. Durch Quantum-Cutting werden zusätzlich Verluste vermieden, die bei herkömmlichen Solarzellen durch Thermalisierung hochenergetischer Photonen auftreten. Thermalisierung bezeichnet den Vorgang, dass der Anteil der Energie eines Photons, welches den Schwellenwert zur Erzeugung eines Elektronen-Loch Paares übersteigt, in Wärme umgewandelt wird.
Es ist bekannt, zur Abwärtskonversion und zum Quantum-Cutting lumineszente Materialien zu verwenden, wie in Hovel HJ, Hodgson RT, Woodall JM. The effect of fluorescent wavelength shifting an solar cell spectral response. Solar Energy Materials & Solar Cells 1979; 2: 19–29 vorgeschlagen. Die Erhöhung der Quanteneffizienz bei Siliziumsolarzellen aufgrund der Verwendung einer Abwärtskonversionsschicht, welche lumineszentes Material enthält, wurde bereits in Mclntosh KR, Lau G, Cotsell JN, Hanton K, Batzner DL, Bettiol F, Richards BS. Increase in external quantum efficiency of encapsulated silicon solar cells from a luminescent down-shifting layer. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 2009; 17(3): 191–197 und E. Klampaftis and B. S. Richards. Improvement in multi-crystalline silicon solar cell efficiency via addition of luminescent material to EVA encapsulation layer. Prog. Photovolt: Res. Appl. (2010), DOI: 10.1002/pip.1019 gezeigt.
Die bisherigen Untersuchungen zeigen, dass insbesondere bei typischen Silizium-Solarzellen die Wirkungsgradgewinne aufgrund der Verwendung von Abwärtskonversion durch lumineszente Materialien gering ausfallen, so dass fraglich ist, ob der zusätzliche Herstellungsaufwand und die damit verbundenen höheren Produktionskosten durch die erzielte Erhöhung im Wirkungsgradgewinn und entsprechend höhere Ausbeute bei Betrieb der Solarzelle gerechtfertigt ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein photovoltaisches Element, wie eine photovoltaische Solarzelle oder ein Solarzellenmodul, zu schaffen, bei dem eine Wirkungsgradsteigerung mittels Abwärtskonversion bei im Vergleich zu vorbekannten Solarzellen und Modulen kostengünstigerer Herstellung möglich ist, so dass sich eine höhere Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Produktionskosten und des erzielten Wirkungsgrades ergibt.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein photovoltaisches Element gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen photovoltaischen Elementes finden sich in den Ansprüchen 2 bis 16. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen.
Das photovoltaische Element weist eine bei Betrieb des photovoltaischen Elementes einfallender elektromagnetischer Strahlung zugewandte Strahlungseinfallsseite auf, an welcher Strahlungseinfallsseite mindestens eine Abwärtskonversionsschicht angeordnet ist.
Die Abwärtskonversionsschicht weist lumineszentes Material auf, welches zur Abwärtskonversion geeignet ist. Mittels des lumineszenten Materials wird somit durch Absorption eines Photons einer ersten Wellenlänge und nach Emission von einem oder mehreren Photonen einer gegenüber der ersten Wellenlänge größeren zweiten Wellenlänge eine Abwärtskonversion hinsichtlich der Energie, wie eingangs beschrieben, erzielt.
Wesentlich ist, dass bei dem erfindungsgemäßen photovoltaischen Element die Abwärtskonversionsschicht als reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht ausgebildet ist. Bei dem erfindungsgemäßen photovoltaischen Element erfolgt somit mittels der Abwärtskonversionsschicht zusätzlich eine Verringerung der Reflexion der einfallenden elektromagnetischen Strahlung. Ebenso ist das lumineszente Material in einer Matrix in einem Verbundmaterial der Abwärtskonversionsschicht eingebettet.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis des Anmelders zugrunde, dass durch die spezielle Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht des erfindungsgemäßen photovoltaischen Elementes die Wirtschaftlichkeit insbesondere gegenüber vorbekannten Solarzellen und Solarzellenmodulen mit Abwärtskonversionsschicht deutlich erhöht wird:
Durch die Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht als reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht werden zwei wirkungsgradsteigernde Mechanismen – Reflexionsverringerung und Abwärtskonversion – in einer Schicht gebündelt. Zusätzlich ermöglicht die Einbettung des lumineszenten Materials in einer Matrix in einem Verbundmaterial eine kostengünstige Herstellung der reflexionsvermindernden Abwärtskonversionsschicht.
Insbesondere bei Solarzellenstrukturen vorbekannter photovoltaischen Solarzellen oder Solarzellenmodulen, die bereits eine reflexionsvermindernde Schicht aufweisen, kann in kostengünstiger Weise durch die erfindungsgemäße Solarzelle eine wirtschaftliche Wirkungsgraderhöhung erzielt werden.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, das photovoltaische Element als photovoltaische Solarzelle auszubilden. Hierbei liegt die Ausbildung gemäß beliebiger vorbekannter photovoltaischer Solarzellen, wie beispielsweise Farbstoffsolarzellen, im Rahmen der Erfindung. Insbesondere ist die Ausbildung gemäß vorbekannter photovoltaischer Halbleitersolarzellen und hierbei insbesondere Siliziumsolarzellen vorteilhaft. Ebenso liegt die Ausbildung des photovoltaischen Elementes als photovoltaisches Solarzellenmodul im Rahmen der Erfindung sowie die Ausbildung als photovoltaisches Solarzellenmodul, welches wiederum Solarzellen gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen photovoltaischen Elementes umfasst.
Durch die Einbettung des lumineszenten Materials in einer Matrix in dem Verbundmaterial ist das lumineszente Material vor Witterungseinflüssen und Sauerstoff der Umgebungsatmosphäre geschützt. Weiterhin wird durch die Einbettung die Effizienz des eigentlichen Absorptions-/Emissionsvorgangs erhöht, beispielsweise durch Passivierung der Oberfläche, insbesondere bei lumineszenten HL-Nanokristallen bzw. durch eine Unterdrückung oder zumindest Verringerung von nicht-strahlenden Prozessen nach dem Absorptionsvorgang durch Multiphononen Zerfälle. Weiterhin kann eine Verbreiterung des Absorptionsbereiches aufgrund des Einflusses des Kristallgitters des Verbundmaterials auf die Übergänge im lumineszenten Material erfolgen. Wird die Abwärtskonversionsschicht direkt auf ein Halbleitermaterial, beispielsweise den Emitter oder die Basis einer Solarzelle aufgebracht, so kann darüber hinaus eine oberflächenpassivierende Wirkung, d. h. eine Verringerung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit erzielt werden.
Vorzugsweise ist die Abwärtskonversionsschicht derart ausgebildet, dass nach Absorption eines Photons einer ersten Wellenlänge zwei oder mehrere Photonen einer gegenüber der ersten Wellenlänge größeren zweiten Wellenlänge emittiert werden, d. h. dass zusätzlich zur Abwärtskonversion auch ein Quantum-Cutting, wie eingangs beschrieben, stattfindet.
Vorzugsweise ist die Abwärtskonversionsschicht ausgebildet zur Abwärtskonversion durch Absorption von Photonen insbesondere im Wellenlängenbereich 300 nm bis 500 nm und Emission von einem oder mehrerer Photonen insbesondere im Wellenlängenbereich 600 nm bis 900 nm. Hierdurch wird eine optimale Wirkungsgradsteigerung in dem für typische Solarzellen relevanten Wellenlängenbereichen erzielt.
Das lumineszente Material kann einen oder mehrere der folgenden Bestandteile umfassen:

– Terbium, Erbium und/oder andere Seltene Erden, (wie z. B. in Photon Down-Conversion in Terbium(III)-doped Thin Dielectric Films and Fluorozirconate Glasses for Thin Film Solar Cells, PHOTONICS FOR SOLAR ENERGY SYSTEMS III, Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 7725, 2010 DOI: 10.1117/12.853939 beschrieben)
– lumineszente Halbleiter-Nanopartikel,
– organische Farbstoffe, (wie z. B. in E. Klampaftis and B. S. Richards. Improvement in multi-crystalline silicon solar cell efficiency via addition of luminescent material to EVA encapsulation layer. Prog. Photovolt: Res. Appl. (2010), DOI: 10.1002/pip.1019 beschrieben).

Insbesondere die Verwendung lumineszenter Halbleiter-Nanopartikel weist den Vorteil eines breiteren Absorptionsbereiches auf, wobei die optischen und Abwärtskonversionseigenschaften der Abwärtskonversionsschicht unter anderem durch die Auswahl der Größe der Halbleiter-Nanopartikel beeinflussbar ist und somit in einfacher Weise vorgegeben werden kann.
Wie zuvor ausgeführt, ist das lumineszente Material in einer Matrix in einem Verbundmaterial der Abwärtskonversionsschicht eingebettet. Vorzugsweise weist die Matrix des Verbundmaterials einen oder mehrere der folgenden Bestandteile auf:

– Al₂O₂,
– SiO₂,
– Si_xN_1-x, x zwischen 0 und 1
– Si_xC_1-x, x zwischen 0 und 1
– Gläser,
– Glaskeramiken, (für Gläser un Glaskeramiken) (wie z. B in Photon Down-Conversion in Terbium(III)-doped Thin Dielectric Films and Fluorozirconate Glasses for Thin Film Solar Cells, PHOTONICS FOR SOLAR ENERGY SYSTEMS III, Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 7725, 2010 DOI: 10.1117/12.853939 beschrieben),
– Polymere, insbesondere PMMA, Polycarbonat, Fluorpolymere und/oder Nafion, (wie z. B in E. Klampaftis and B. S. Richards. Improvement in multi-crystalline silicon solar cell efficiency via addition of luminescent material to EVA encapsulation layer. Prog. Photovolt: Res. Appl. (2010), DOI: 10.1002/pip. 1019 beschrieben).

Die Verwendung der Bestandteile Al₂O₂, SiO₂, Si_xN_1-x, und/oder Si_xC_1-x weist insbesondere den Vorteil einer zusätzlichen elektrischen Oberflächenpassivierung, d. h. Verringerung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit eines angrenzenden Halbleiterbereiches auf.
Die Abwärtskonversionsschicht ist vorzugsweise ausgebildet zur Verringerung der Reflexion der einfallenden elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich 400 nm bis 700 nm, bevorzugt 300 nm bis 1200 nm. Hierdurch wird bei typischen photovoltaischen Elementen eine optimale Wirkungsgradsteigerung, insbesondere bei terrestrischem Sonnenspektrum erzielt, insbesondere bei Ausbildung der photovoltaischen Elemente gemäß typischer Silizium-Solarzellen.
Es ist bekannt, einzelne Elemente einer photovoltaischen Solarzelle als Schicht auszubilden. Hierbei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die gesamte Solarzelle als Schichtsystem ausgebildet ist. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass ausgehend von einem Halbleitersubstrat Schichten aufgebracht werden. Durch solche Schichten kann beispielsweise, wie zuvor beschrieben, ein Emitter realisiert werden. Ebenso ist das Aufbringen von Schichten, wie vorgehend beschrieben, zur Reflexionsverringerung und/oder zur elektrischen Passivierung, d. h. Verringerung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit, bekannt. Bevorzugte Ausgestaltungen der Abwärtskonversionsschicht sind:
In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung ist die Abwärtskonversionsschicht als Antireflexschicht mit einem räumlich konstanten Brechungsindex ausgebildet. Die Abwärtskonversionsschicht weist somit einen räumlich homogenen Brechungsindex auf. Hierbei sind Dicke und Brechungsindex der Ab wärtskonversionsschicht für eine Reflexionsminderung bei Betrieb des photovoltaischen Elementes ausgebildet, insbesondere bei Betrieb der Solarzelle in einem Solarzellenmodul.
Zur Bestimmung der Dicke und des Brechungsindex kann auf vorbekannte Erfahrungswerte und Berechnungs- sowie Optimierungsverfahren zurückgegriffen werden.
So berechnet sich der ideale Brechungsindex n einer einlagigen Antireflexschicht über
wobei n₁ und n₂ die Brechungsindizes der umgebenden Medien sind. Die Dicke d der Schicht errechnet sich über d = λ₀/4, wobei λ₀ die Wellenlänge ist, bei der die höchste Reflexionsminderung auftritt.
Beispielsweise sind bei Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Solarzelle als Silizium-Solarzelle in einem typischen Solarzellenmodul mit Modulverglasung und bei Anordnung der Antireflexschicht auf der Modulverglasung folgende Werte vorteilhaft: n im Bereich 1.2 bis 1.4, d im Bereich 120 nm bis 190 nm. Bei Anordnung der Antireflexschicht auf der planen Oberfläche einer Siliziumsolarzellen ist es vorteilhaft, n im Bereich 2.1 bis 2.4 und eine Dicke d im Bereich von 80 nm bis 140 nm, insbesondere etwa 105 nm zu wählen. Bei Anordnung der Antireflexschicht auf einer texturierten Solarzelle ergeben sich besonders geeignete Dicken d im Bereich von 55 nm bis 95 nm, insbesondere etwa 67,8 nm.
Bei der Festlegung der optimalen Dicke und damit der Wellenlänge um die herum die Antireflexionswirkung maximal ist, ist das Spektrum zu berücksichtigen, das auf die Antireflexschicht einfällt, sowie die spektrale Empfindlichkeit des Solarmoduls, bzw. der verwendeten Solarzellen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass diese durch die Verwendung von Abwärtskonversion verändert wird. So kann es z. B. günstig sein, die Antireflexwirkung eher zu kürzeren Wellenlängen als bei herkömmlichen Modulen zu verschieben, da dadurch der durch Abwärtskonversion besonders effizient ausgenutzte Spektralbereich besser ausgenutzt wird.
Um die benötigten Brechungsindizes zu erreichen, insbesondere solche kleiner 1.5, kann auf Schichten zurückgegriffen werden, die aus Strukturen aus unterschiedlichen Medien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen, wobei die Strukturgrößen kleiner als die Wellenlänge des Lichtes im relevanten Spektralbereich sind, und deshalb ein effektiver Brechungsindex auf das Licht wirkt. Wie auch weiter unten für die Index-Gradient-Schicht ausgeführt wird, kann diese innere Struktur in einer bevorzugten Ausführung auch durch Partikel erzeugt werden, welche das lumineszente Material enthalten. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist dann das andere Medium Luft.
Darüber hinaus ist es in einer weiteren Ausführung möglich, die Antireflexschicht aus mehreren Lagen mit jeweils optimierter Dicke und Brechungsindex zu realisieren.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Abwärtskonversionsschicht als Index-Gradient-Antireflexschicht mit einem räumlich, senkrecht zur Strahlungseinfallsseite variierenden Brechungsindex ausgebildet. Hierbei steigt der Brechungsindex ausgehend von der bei Betrieb der einfallenden Strahlung zugewandten Seite zu der Basis hin zumindest im Mittel an. Vorzugsweise steigt der Brechungsindex hierbei stetig an.
Die Ausbildung der Antireflexschicht als Index-Gradient-Antireflexschicht ermöglicht eine stärkere reflexionsvermindernden Wirkung über einen breiteren Spektralbereich im Vergleich zu einer einlagigen Antireflexschicht.
Vorteilhafterweise liegt bei der Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht als Index-Gradient-Antireflexschicht der Brechungsindex an der bei Betrieb der einfallenden Strahlung zugewandten Seite der Abwärtskonversionsschicht im Bereich 1 bis 1.2 und steigt hiervon ausgehend an auf einen Brechungsindex bis 1.5 bei einer Anordnung auf dem Modulglas bzw. bei 1.5 bis 2 und steigt hiervon ausgehend an auf einen Brechungsindex vorzugsweise größer 2, bevorzugt größer 3, bei einer Anordnung auf der Solarzelle.
Vorzugsweise ist das lumineszente Material in Partikeln des Verbundmaterials eingebettet, welche Partikel gegebenenfalls auch noch in ein weiteres Material eingebettet sein können.
Insbesondere bei der Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht als Index-Gradient-Antireflexschicht ist es vorteilhaft, dass das lumineszente Material in Partikeln des Verbundmaterials eingebettet ist und die räumliche Änderung des Brechungsindex durch eine Änderung der Partikelkonzentration in der Abwärtskonversionsschicht ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich bei Herstellung der Abwärtskonversionsschicht in technisch unaufwändiger und damit kostengünstiger Weise der gewünschte Gradient des Brechungsindex erzeugen, in dem beim Herstellen der Schicht die Partikelkonzentration des Verbundmaterials entsprechend verändert wird. Der Gradient des Brechungsindex lässt sich somit in einfacher Weise dadurch erzeugen, dass lediglich bei der Schichtherstellung die Menge des zugegebenen Verbundmaterials variiert wird.
Vorzugsweise weisen die Partikel des Verbundmaterials einen Durchmesser kleiner 500 nm, bevorzugt kleiner 100 nm auf.
Eine weitere vorzugsweise Ausführungsform bei Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht als Index-Gradient-Antireflexschicht wird durch eine Strukturierung erzielt: Hierbei erfolgt eine Strukturierung der Index-Gradient-Schicht mit einer Strukturgröße kleiner 500 nm, bevorzugt kleiner 100 nm, so dass durch die Strukturierung der Brechungsindex vorgegeben wird und durch eine entsprechende Variation der Strukturierung der Brechungsindex-Gradient erzielt wird. Hierbei kann die Struktur die Geometrie der an sich bekannten Mottenaugen haben. Ebenso liegen andere Geometrien, beispielsweise Gittergeometrien, Pyramidengeometrien oder nanoporöse Strukturen im Rahmen der Erfindung. Die Erzielung eines vorgegebenen Brechungsindex aufgrund solcher Strukturierungen ist an sich bekannt und beispielsweise in A. Gombert, "Vorlesung: Mikrostrukturierte Oberflächen mit optischen Funktionen". (SS 2003) beschrieben.
Die Strukturierung der Abwärtskonversionsschicht kann hierbei durch Lithografieverfahren und/oder Ätzverfahren erfolgen. Insbesondere ist die Anwendung eines Nano-Imprint-Verfahrens H. Hauser, P. Voisin, A. Guttowski, J. Mick, M. Pfeifer, C. Müller, M. Hermle, S. Glunz, and B. Bläsi. "Honeycomb textured multicrystalline silicon via nanoimprint lithography". in Proceedings of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference. (2009). Hamburg, Germany vor teilhaft. Ebenso liegt die Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht als nanoporöse Schicht mit einem an sich bekannten Sol-Gel-Verfahren (wie in Antireflection (AR) coatings made by sol-gel processes: A review, Chen, Dinguo, Solar Energy Materials and Solar Cells, 68 (3–4), p.313, Jun 2001 doi:10.1016/S0927-0248(00)00365-2 beschrieben) im Rahmen der Erfindung.
Vorzugsweise weist bei Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht als Index-Gradient-Antireflexschicht der Brechungsindex einen Verlauf, der einer quintischen Funktion entspricht. Ein solcher Verlauf ist beispielsweise in A. Gombert, "Vorlesung: Mikrostrukturierte Oberflächen mit optischen Funktionen". (SS 2003). beschriebe. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine besonders hohe Antireflexwirkung erzielt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Abwärtskonversionsschicht Teil einer photonischen Struktur. Die photonische Struktur ist vorzugsweise integraler Bestandteil der Solarzelle oder integraler Bestandteil eines Solarzellenmoduls. Vorzugsweise ist die photonische Struktur neben der Reflexionsminderung bei bestimmten Wellenlängen und des wirkungsgradsteigernde Effektes der Abwärtskonversionsschicht zusätzlich mit einer winkelselektiven Eigenschaft ausgebildet. Dadurch kann eine Lichtfallenwirkung erzielt werden, die dafür sorgt, dass schwach absorbiertes Licht länger in der Solarzelle gehalten wird und dass durch strahlende Rekombination emittiertes Licht die Solarezlle nur eingeschränkt verlassen kann. Dafür ist es notwendig, dass die photonische Struktur unter flachen Einfallswinkeln zumindest bei den Wellenlängen die schwach absorbiert werden bzw. die häufig emittiert werden eine hohe Reflexion aufweist. Diese Effekte sind z. B. in M. Peters, J. C. Goldschmidt, T. Kirchartz, and B. Bläsi, "The photonic light trag – Improved light trapping in solar cells by angularly selective filters". Solar Energy Materials and Solar Cells, (2009). 93(10): 1721–1727. und Marius Peters, Carolin Ulbrich, Jan Christoph Goldschmidt, Jara Fernandez, Gerald Siefer, and Benedikt Bläsi, "Directionally selective light trapping in a germanium solar cell," Opt. Express 19, A136–A145 (2011) beschrieben.
Die photonische Struktur kann dabei als Schichtsystem in an sich bekannter Weise als Braggstapel, Rugatefilter ausgebildet sein, insbesondere als Kantenfilter.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform wird die photonische Struktur gebildet durch Partikel des Verbundmaterials, in welche das lumineszente Material eingebettet ist, und welche Partikel in einer photonischen Kristallstruktur angeordnet sind. Die Ausbildung einer solchen Struktur wird vorzugsweise bei der Herstellung durch einen selbst-organisierten Prozess realisiert, wie beispielsweise in J. Üpping, A. Bielawny, C. Ulbrich, M. Peters, J. C. Goldschmidt, L. Steidl, R. Zentel, T. Beckers, A. Lambertz, R. Carius, B. Rau, and R. Wehrspohn. "3D photonic crystals for photon management in solar cells". in Proceedings of SPIE. (2010). San Diego, CA, USA. beschrieben.
Vorzugsweise weisen bei Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht als photonische Struktur die Partikel einen Durchmesser im Bereich 50 nm bis 2 μm, bevorzugt im Bereich 100 nm bis 1 μm auf.
Wie bereits ausgeführt, zeichnet sich das erfindungsgemäße photovoltaische Element durch eine hohe Wirtschaftlichkeit aus, da Abwärtskonversion und Reflexionsverminderung mittels einer Abwärtskonversionsschicht erzielt werden. Insbesondere diese beiden Maßnahmen zur Steigerung des Wirkungsgrades führen zu einer erheblichen Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. Weiterhin lässt sich die Wirtschaftlichkeit verbessern, in dem zusätzliche Maßnahmen zur Steigerung des Wirkungsgrades in der Abwärtskonversionsschicht integriert werden, insbesondere ist vorzugsweise die Abwärtskonversionsschicht zusätzlich als Passivierungsschicht zur Verringerung der Oberflächenrekombination von Ladungsträgern ausgebildet. Hierzu ist die Abwärtskonversionsschicht vorzugsweise unmittelbar auf einem Emitter und/oder einer Basis einer Solarzelle aufgebracht. Die elektrische Passivierung durch die wie vorgenannt ausgebildete Abwärtskonversionsschicht führt zu einer Verringerung der Rekombinationsverluste in der Solarzelle und damit zu einer Wirkungsgradsteigerung.
Untersuchungen des Anmelders haben ergeben, dass folgende Ausgestaltungen der Abwärtskonversionsschicht eine wirtschaftliche Wirkungsgradsteigerung unter Verwendung an sich bekannter Herstellungsverfahren ermöglichen:
Vorzugsweise ist Abwärtskonversionsschicht als an sich bekannte Sol-Gel-Schicht ausgebildet. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass das lumineszente Material in SiO₂-Partikeln eingebettet ist, bevorzugt umfasst hierbei das lumineszente Material Tb, insbesondere wird vorzugsweise ausschließlich Tb als lumineszentes Material verwendet. Die Ausbildung einer Sol-Gel-Schicht ist an sich bekannt und in Antireflection (AR) coatings made by sol-gel processes: A review, Chen, Dinguo, Solar Energy Materials and Solar Cells, 68 (3–4), p.313, Jun 2001 doi:10.1016/S0927-0248(00)00365-2 beschrieben.
Diese vorzugsweise Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass bereits bekannte Verfahren verwendet werden können.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Abwärtskonversionsschicht als Siliziumdioxidschicht ausgebildet, in welche das lumineszente Material eingebettet ist. Siliziumdioxidschichten sind bei typischen Solarzellenstrukturen an sich bekannt und finden bei der elektrischen Passivierung und/oder der Reflexionsverringerung Anwendung. Es kann bei der Herstellung somit auf an sich bekannte Herstellungsverfahren zurückgegriffen werden. Vorzugsweise ist die Siliziumdioxidschicht mit dem lumineszenten Material dotiert. Auch bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform ist die Verwendung von Tb als lumineszentes Material vorteilhaft.
Wie eingangs erwähnt, liegt der Erfindung die Erkenntnis des Anmelders zugrunde, dass die Ausbildung einer Abwärtskonversionsschicht als reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht vorteilhaft, welche Abwärtskonversionsschicht an der Strahlungseinfallsseite der Basis, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer Zwischenschichten; angeordnet ist. Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung, die Abwärtskonversionsschicht als integralen Bestandteil der Solarzelle auszubilden, insbesondere bei der Solarzellenherstellung direkt die Abwärtskonversionsschicht als eine Schicht auf die Basis und/oder dem Emitter und/oder auf weitere Schichten der Solarzelle aufzubringen. Insbesondere bei an sich bekannten Herstellungsverfahren, bei denen bereits eine reflexionsvermindernde Schicht auf die Solarzelle aufgebracht wird, kann in einfacher Weise durch zusätzliche Ausbildung der reflexionsvermindernden Schicht als Abwärtskonversionsschicht kostengünstig eine Wirkungsgradsteigerung der Solarzelle erzielt werden.
In der vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen photovoltaischen Elementes als photovoltaische Solarzelle ist die Solarzelle zur Umwandlung einfallender elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie ausgebildet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Solarzelle gemäß beliebiger vorbekannter Solarzellenstrukturen auszubilden unter Hinzufügung einer Abwärtskonversionsschicht wie zuvor beschrieben. So liegt es im Rahmen der Erfindung, die Solarzelle als photovoltaische Farbstoffsolarzelle auszubilden. Insbesondere vorteilhaft ist die Ausgestaltung des photovoltaischen Elementes als photovoltaische Halbleiter-Solarzelle und hierbei insbesondere als photovoltaische Silizium-Solarzelle. Die Solarzelle umfasst mindestens eine Basis eines Basisdotierungstyps und mindestens einen Emitter eines Emitterdotierungstyps, welcher Emitterdotierungstyp zu dem Basisdotierungstyp entgegengesetzt ist. Emitter und Basis sind derart angeordnet, dass sich zumindest in Teilbereichen zwischen Basis und Emitter ein pn-Übergang ausbildet. Hierbei liegt sowohl die Ausbildung des Emitters mittels Dotierung in einem Basis-Halbleitersubstrat, als auch die Ausbildung des Emitters als separate Schicht und insbesondere die Ausbildung des pn-Übergangs als pin-Übergang im Rahmen der Erfindung.
An einer bei Betrieb der Solarzelle der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zugewandten Strahlungseinfallseite der Basis ist eine Abwärtskonversionsschicht angeordnet. Die Abwartskonversionsschicht kann unmittelbar an der Basis oder unmittelbar an dem Emitter angeordnet sein. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass zwischen Basis und/oder Emitter einerseits und der Abwärtskonversionsschicht andererseits eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sind.
Die erfindungsgemäße Solarzelle kann somit grundsätzlich vergleichbar mit an sich bekannten Silizium-Solarzellen aufgebaut sein. Ebenso liegt die Ausbildung der erfindungsgemäßen Solarzelle gemäß dem grundsätzlichen Aufbau anderer vorbekannter photovoltaischen Solarzellen basierend auf der Ladungstrennung an einem pn-Übergang zwischen einer Basis und einem Emitter im Rahmen der Erfindung.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass mehrere Solarzellen eine gemeinsame Abwärtskonversionsschicht aufweisen.
Insbesondere liegt es im Rahmen der Erfindung, das erfindungsgemäße photovoltaische Element als Solarzellenmodul auszubilden, so dass bei der Modulherstellung eine Abwärtskonversionsschicht, welche mehrere Solarzellen überdeckt, vorzugsweise welche sämtliche Solarzellen des Moduls überdeckt, an der Strahlungseinfallsseite des Moduls angeordnet ist. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, dass das Modul an der bei Betrieb für einfallende elektromagnetische Strahlung zugewandten Seite eine an sich bekannte Modulverglasung aufweist und die Abwärtskonversionsschicht an der Modulverglasung angeordnet ist, vorzugsweise auf der der Strahlung zugewandten Seite der Modulverglasung.
Vorteilhafterweise weist das Solarzellenmodul an der bei Betrieb der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zugewandten Seite eine Modulverglasung auf, welche an der außen liegenden, d. h. der einfallenden Strahlung zugewandten Seite, mit einer Abwärtskonversionsschicht, wie vorhergehend beschrieben, welche als reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht ausgebildet ist, bedeckt ist. An der der einfallenden Strahlung abgewandten Seite ist vorzugsweise in an sich bekanner Weise eine Schicht EVA ausgebildet, an welche die Solarzellen des Solarzellenmoduls, anschließen, worauf wiederum eine EVA-Schicht folgt. An der der einfallenden Strahlung abgewandten Seite des Solarzellenmoduls ist vorzugsweise in an sich bekannter Weise ein so genanntes „back sheet” angeordnet, welches aus mehreren Lagen bestehen kann oder ebenfalls als Glas ausgebildet sein kann.
Die Herstellung der reflexionsvermindernden Abwärtskonversionsschicht kann durch an sich bei der Solarzellenherstellung bzw. Solarzellenmodulherstellung bekannte Verfahren erfolgen, z. B. Abscheidung aus der Gasphase, Abscheidung aus der Flüssigphase oder Festkörperabscheidung. Insbesondere sind folgende Verfahren möglich: Spin-Coating, Abscheidung mittels Sputtern, Abscheidung mittels Co-Sputtern, CVD (Chemical Vapour Deposition), PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) und/oder ALD (Atomic Layer Deposition). Hierbei ist es möglich, das Verbundmaterial und das lumineszente Material gleichzeitig aufzubringen. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, zuerst das Matrixmaterial aufzubringen und das lumineszente Material nachträglich beispielsweise durch. Diffusion, Ionenstrahlverfahren, Elektronenstrahlverdampfen und/oder Implantationsverfahren einzubringen.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines eines erfindungsgemäßen photovoltaischen Elementes in Ausführung als Solarzelle, welche eine reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht als integralen Bestandteil umfasst und
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen photovoltaischen Elementes in Ausführung als Solarzellenmodul, bei dem sämtliche Solarzellen des Moduls durch eine gemeinsame reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht bedeckt sind.
In 1 ist eine Solarzelle dargestellt, anderen bei Betrieb der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zugewandten Vorderseite eine reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht 2 angeordnet ist. Die Abwärtskonversionsschicht 2 ist integraler Bestandteil der Solarzelle 1.
Die Solarzelle 1 kann in ihrem Grundaufbau gemäß einer Vielzahl vorbekannter Solarzellenstrukturen ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die Solarzelle 1 als multikristalline Silizium-Solarzelle ausgebildet sein, welche ein multikristallines Siliziumsubstrat einer Basisdotierung umfasst, in welchem an der Vorderseite mittels entgegengesetzter Dotierung ein Emitter ausgebildet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Abwärtskonversionsschicht 2 als Siliziumdioxidschicht ausgebildet, in welche Tb als lumineszentes Material eingebettet ist, in dem die Siliziumdioxidschicht mit Tb dotiert ist.
Die Ausbildung der Abwärtskonversionsschicht 2 als Siliziumdioxidschicht weist darüber hinaus eine passivierende Eigenschaft auf, so dass durch die Abwärtskonversionsschicht zusätzlich die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit an der Grenzfläche des multikristallinen Siliziumsubstrates zu der Abwärtskonversionsschicht verringert wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Wirkungsgrad der Solarzelle somit dadurch erhöht, dass einerseits die Siliziumdioxidschicht insbesondere im Wellenlängenbereich 400 nm bis 900 nm eine reflexionsverringernde Wirkung zeigt, dass aufgrund der Dotierung der Abwärtskonversionsschicht mit Tb eine Abwärtskonversion derart erfolgt, dass absorbierte Photonen im Wellenlängenbereich 350 nm bis 380 nm nach Konversion als Photonen im Wellenlängenbereich 400 nm bis 630 nm wieder emittiert werden. In diesem Emissionsspektrum weist die Solarzelle eine höhere Quanteneffizienz, verglichen mit dem erstgenannten Wellenlängenbereich auf, so dass sich eine Wirkungsgraderhöhung ergibt. Zusätzlich verringert die passivierende Wirkung der Abwärtskonversionsschicht die Rekombinationsverluste, so dass auch hierdurch sich eine Wirkungsgraderhöhung ergibt.
Die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Solarzelle weist hierbei folgende Kenndaten auf:
Die Solarzelle weist eine Dicke im Bereich 100 μm bis 200 μm, eine Basisdotierung im Bereich 0,5 Ohmcm bis 5 Ohmcm auf. Die bei Betrieb der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zugewandten Seite der Solarzelle ist texturiert, um die Lichteinkopplung zu erhöhen.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes photovoltaisches Solarzellenmodul.
Das Solarzellenmodul umfasst in an sich bekannter Weise eine Vielzahl von Solarzellen 1, die an einer Modulverglasung 3 angeordnet sind. An der bei Betrieb der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zugewandten Seite der Modulverglasung 3 ist eine reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht 22 angeordnet, welche sämtliche Solarzellen des Solarzellenmoduls überdeckt.
Das in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Solarzellenmodul weist den Vorteil auf, dass an sich bekannte, insbesondere industriell gefertigte Solarzellen und an sich bekannte Modulkomponenten wie beispielsweise Zellverbinder zur elektrischen Verbindung benachbarter Zellen und weitere Elemente zum Aufbau und zum Abdichten gegenüber Umwelteinflüssen verwendet werden können. Lediglich auf der in 2 oben liegend dargestellten Seite der Modulverglasung 3 wird zusätzlich eine Abwärtskonversionsschicht angeordnet, welche als reflexionsvermindernde Schicht ausgebildet ist. Hierdurch wird der Gesamtmodulwirkungsgrad einerseits durch die Abwärtskonversion und andererseits durch die Reflexionsverringerung erhöht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims

Photovoltaisches Element zur Umwandlung einfallender elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie, insbesondere photovoltaische Solarzelle oder photovoltaisches Solarzellenmodul, mit einer bei Betrieb des photovoltaischen Elementes einfallender elektromagnetischer Strahlung zugewandten Strahlungseinfallseite, an welcher Strahlungseinfallseite mindestens eine Abwärtskonversionsschicht (2, 22) angeordnet ist, welche Abwärtskonversionsschicht (2, 22) lumineszentes Material aufweist, wobei das lumineszente Material zur Abwärtskonversion geeignet ist, durch Absorption eines Photons einer ersten Wellenlänge und nach Konversion Emission von einem oder mehreren Photonen einer gegenüber der ersten Wellenlänge größeren zweiten Wellenlänge, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) als reflexionsvermindernde Abwärtskonversionsschicht (2, 22) ausgebildet ist, zur Verringerung der Reflexion der einfallenden elektromagnetischen Strahlung und dass das lumineszente Material in einer Matrix in einem Verbundmaterial der Abwärtskonversionsschicht (2, 22) eingebettet ist.
Photovoltaisches Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) ausgebildet ist zur Abwärtskonversion durch Absorption von Photonen im Wellenlängenbereich 300 bis 500 und nach Konversion Emission von Photonen im Wellenlängenbereich 600 bis 900.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszente Material einen oder mehrere der folgenden Bestandteile umfasst: – Terbium, Erbium und/oder andere Seltene Erden, – lumineszente Halbleiter-Nanopartikel, – organische Farbstoffe.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix des Verbundmaterials, in welche Matrix das lumineszente Material eingebettet ist, einen oder mehre der folgenden Bestandteile umfasst: – Al₂O₂, – SiO₂, – Si_xN_1-x, x zwischen 0 und 1 – Si_xC_1-x, x zwischen 0 und 1 – Gläser, – Glaskeramiken, – Polymere, insbesondere PMMA, Polycarbonat, Fluorpolymere und/oder Nafion.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) ausgebildet ist zur Verringerung der Reflexion der einfallenden elektromagnetischen Strahlung im Wellenlängenbereich 400 nm bis 700 nm, bevorzugt 300 nm bis 1200 nm.
Photovoltaisches Element (1,4) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) als Antireflexschicht mit einem räumlich konstanten Brechungsindex ausgebildet ist, indem Dicke und Brechungsindex der Abwartskonversionsschicht für eine Reflexionsminderung bei Betrieb ausgebildet ist.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) als Index-Gradient-Antireflexschicht mit einem räumlich, senkrecht zur Strahlungseinfallseite variierenden Brechungsindex ausgebildet ist, welcher Brechungsindex ausgehend von der bei Betrieb der einfallenden Strahlung zugewandten Seite zu der Basis hin zumindest im Mittel ansteigt, vorzugsweise stetig ansteigt.
Photovoltaisches Element nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex an der bei Betrieb der einfallenden Strahlung zugewandten Seite der Abwärtskonversionsschicht (2, 22) bei Anordnung der Abwärtskonverionsschicht auf einem Modulglas im Bereich 1 bis 1.2 liegt und hiervon ausgehend ansteigt auf einen Brechungsindex größer 1.3, vorzugsweise etwa 1.5 oder bei einer Anordnung der Abwärtskonverionsschicht auf einer Solarzelle im Bereich 1.5 bis 2 liegt und hiervon ausgehend ansteigt auf einen Brechungsindex größer 2, bevorzugt größer 3.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das lumineszente Material in Partikeln des Verbundmaterials eingebettet ist und die räumliche Änderung des Brechungsindex durch eine Änderung der Partikelkonzentration in der Abwärtskonversionsschicht (2, 22) ausgebildet ist, insbesondere, dass die Partikel einen Durchmesser kleiner 500 nm, bevorzugt kleiner 100 nm aufweisen.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) Teil eines Schichtsystems ist, welches Schichtsystem neben der Abwärtskonversionsschicht (2, 22) weitere Schichten zur Reflexionsverminderung aufweist, insbesondere, dass das Schichtsystem als Braggstapel, Rugatefilter und/oder mit winkelselektiven Eigenschaften, insbesondere als Kantenfilter, ausgebildet ist.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) als photonische Struktur ausgebildet ist, indem das lumineszente Material in Partikeln des Verbundmaterials eingebettet ist, welche Partikel in einer photonischen Kristallstruktur angeordnet sind, insbesondere, dass die Partikel einen Durchmesser im Bereich 50 nm bis 2 μm, bevorzugt im Bereich 100 nm bis 1 μm aufweisen.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) als Sol-Gel-Schicht ausgebildet ist, insbesondere, dass das lumineszente Material in SiO₂-Partikeln eingebettet ist, bevorzugt, dass das lumineszente Material Tb umfasst.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) als Siliziumdioxidschicht ausgebildet ist, in welche Siliziumdioxidschicht das lumineszente Material eingebettet ist, insbesondere, dass die Siliziumdioxidschicht mit dem lumineszenten Material dotiert ist, vorzugsweise mit Tb.
Photovoltaisches Element nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element als photovoltaische Solarzelle (1) zur Umwandlung einfallender elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie ausgebildet ist, welche Solarzelle (1) mindestens eine Basis eines Basisdotierungstyps und mindestens einen Emitter eines Emitterdotierungstyps, welcher Emitterdotierungstyp zu dem Basisdotierungstyp entgegengesetzt ist, wobei Emitter und Basis derart angeordnet sind, dass sich zumindest in Teilbereichen zwischen Basis und Emitter ein pn-Übergang ausbildet, wobei an einer bei Betrieb einfallender elektromagnetischer Strahlung zugewandten Strahlungseinfallseite der Basis die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) angeordnet ist, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer oder mehrerer Zwischenschichten.
Photovoltaisches Element nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass Abwärtskonversionsschicht (2, 22) zusätzlich als Passivierungsschicht zur Verringerung der Oberflächenrekombination von Ladungsträgern ausgebildet ist, insbesondere, dass die Abwärtskonversionsschicht (2, 22) unmittelbar auf der bei Betrieb der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zugewandten Seite des Emitters und/oder der Basis angeordnet ist.
Photovoltaisches Element (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element als photovoltaisches Solarzellenmodul (4) ausgebildet ist, umfassend mehrere nebeneinander angeordnete photovoltaischen Solarzellen, wobei dass das Modul an der bei Betrieb der einfallenden elektromagnetischen Strahlung zugewandten Seite eine Modulverglasung (3) aufweist und die Abwärtskonversionsschicht (22) an der Modulverglasung (3) angeordnet ist, vorzugsweise auf der der Strahlung zugewandten Seite der Modulverglasung (3), insbesondere, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzellen gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 13 bis 14 ausgebildet, weiter bevorzugt, dass mehrere Solarzellen, vorzugsweise alle Solarzellen des Moduls eine gemeinsame Abwärtskonversionsschicht (22) aufweisen.