DE102011078478B4

DE102011078478B4 - Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie und Solarmodul mit Energiespeicher

Info

Publication number: DE102011078478B4
Application number: DE102011078478A
Authority: DE
Inventors: Dr. Strietzel Thomas
Original assignee: Von Ardenne Anlagentechnik GmbH
Current assignee: Von Ardenne Asset GmbH and Co KG
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-09-05
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: DE102011078478A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie, das eine n-dotierte Halbleiterschicht 3, eine Isolatorschicht 4 und eine p-dotierte Halbleiterschicht 2 auf einem Substrat 1 enthält, einen Energiespeicher und eine energiespeichernde Solarzelle. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zu entwickeln, mit dem große Energiemengen auf elektrostatischem Wege über einen längeren Zeitraum gespeichert werden können. Dies wird erreicht durch ein Dünnschichtsystem, einen Energiespeicher mit diesem Dünnschichtsystem sowie ein Solarmodul mit einem solchen Energiespeicher, wobei das Dünnschichtsystem als elektrostatisches, mit Spannungen von hundert bis mehreren hundert Volt arbeitendes, Energiespeichermedium ausgebildet ist und die relative Permittivität εri der elektrischen Isolatorschicht 4 mindestens fünf Mal größer ist als die relativen Permittivitäten εrn,p der beiden Halbleiterschichten 2, 3.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie, das eine n-dotierte Halbleiterschicht, eine Isolatorschicht und eine p-dotierte Halbleiterschicht auf einem Substrat enthält, insbesondere als ein Energiespeicher ausgebildet, und eine energiespeichernde Solarzelle.
Mit der zunehmenden Verwendung regenerativer Energien entsteht ein erhöhter Bedarf von Energiespeichermöglichkeiten, da diese Energien in der Regel nicht in gleichbleibender Art und Weise zur Verfügung stehen: Die Energie aus der Sonneneinstrahlung kann nur am Tage gewonnen werden, zudem ist die gewonnene Energiemenge stark von den Wetterverhältnissen sowie der Jahreszeit abhängig. In JP 61 070 769 A wird deshalb eine Solarzelle in Kombination mit einem Kondensator zur Speicherung von Energie beschrieben. Windenergie kann nur bei entsprechend hohen Windgeschwindigkeiten gewonnen werden. Schließlich kann auch die Wasserkraft nur genutzt werden, wenn entsprechende Wassermengen vorhanden sind.
Zur Speicherung der Energie werden deshalb verschiedenste Lösungen, die unterschiedlichste Technologien verwenden, vorgeschlagen. Viele Lösungen beschäftigen sich mit der Herstellung von leistungsfähigen Akkumulatoren, durch die die Energie auf elektrochemischem Wege gespeichert wird. Andere wiederum nutzen thermische Speicher oder Systeme zum Verdichten von Gasen.
Prinzipiell kann elektrische Energie auch auf elektrostatische Art und Weise gespeichert werden. Solcherart Energiespeicher sind als Kondensatoren bekannt. Dazu werden zwei leitfähigen Flächen durch einen Isolator voneinander getrennt angeordnet.
Die speicherbare Energie E wird dabei durch die maximale einsetzbare Spannung U_max und die Kapazität des Kondensator C in der folgenden Form bestimmt: E = 1 / 2C·U 2 / MAX
Die Kapazität wiederum ist eine Funktion der Kondensatorfläche, dem inversen Abstand der beiden leitfähigen Flächen, der relativen Permittivität des die beiden Kondensatorflächen trennenden Isolators ε_r.
Ein Problem der elektrostatischen Energiespeicherung ist es jedoch, Energiedichten zu erreichen, die denen anderer Energiespeichertechnologien entsprechen. Zudem führen je nach Kondensatoraufbau, insbesondere abhängig von den verwendeten Materialien und den geometrischen Verhältnissen, Leckströme zu einer sukzessiven Entladung des Kondensators.
Kondensatoren sind aus verschiedenen Anwendungen bekannt. In der DE 103 38 277 A1 wird beispielsweise ein organischer Kondensator mit spannungsgesteuerter variabler Kapazität beschrieben. In Abhängigkeit von der an den Elektroden angelegten Spannung wird die Konzentration von freien Ladungsträgern in einer Halbleiterschicht gesteuert, wobei die Konzentration der der Ladungsträger die Kapazität des Kondensators definiert.
In US 5 146 075 A wird ein Schichtsystem für einen Impulsgenerator, beispielsweise für die Steuerung der Sendeimpulse von Radargeräten beschreiben. Ziel ist es die Zeit zwischen der Abgabe zweier Sendeimpulse zu minimieren und die Energiedichte des Energiespeichers in einem Impulsgenerator zu erhöhen.
US 4 907 054 A offenbart ein Schichtsystem für Kondensatoren in Mehrelementdetektoren, die beispielsweise bei der Aufnahme von Röntgenbildern eingesetzt werden, zur Speicherung der auftreffenden Strahlungsenergie und Bilder in elektrische Signale umzuwandeln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein System zu entwickeln, mit dem große Energiemengen auf elektrostatischem Wege über einen längeren Zeitraum gespeichert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und einem Solarmodul nach Anspruch 13. Die Ansprüche 2 bis 12 sowie 14 bis 21 geben Ausführungsvarianten dieser erfindungsgemäßen Lösung wieder.
Das erfindungsgemäße Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie umfasst dabei eine n-dotierte Halbleiterschicht, eine elektrische Isolatorschicht und eine p-dotierte Halbleiterschicht auf einem Substrat, wobei die elektrische Isolatorschicht zwischen den beiden dotierten Halbleiterschichten angeordnet ist.
Solcher Art Speichersysteme sind aus der Mikroelektronik bekannt. Dort ist jedoch ihr Ziel nicht die Speicherung großer Energiemengen, sondern die sichere Konservierung eines Zustands, der später wieder abgerufen werden kann, durch eine entsprechende Ladung bei möglichst kleinen Strömen und Spannungen, um den Energieverbrauch beim Einsatz dieser Speicher entsprechend zu minimieren.
In der erfindungsgemäßen Lösung soll jedoch eine möglichst große Menge elektrischer Energie dem Schichtsystem zu deren Speicherung zugeführt und möglichst verlustlos konserviert werden. Dazu muss das Arbeiten mit hohen Spannungen sowie mit möglichst hohen Strömen garantiert sein.
Deshalb sind die Schichten des erfindungsgemäßen Dünnschichtsystems so gewählt, zueinander angeordnet und kontaktiert, dass sie als ein elektrostatisches, mit Spannungen von mehr als 20 Volt arbeitendes, vorteilhafterweise mit Spannungen von mehr als 30 Volt arbeitendes und besonders vorteilhafterweise mit Spannungen von mehr als 100 Volt arbeitendes Energiespeichermedium, also ein Kondensatorensystem, ausgebildet sind, wobei die relative Permittivität ε_ri, auch Dielektrizitätszahl genannt, der elektrischen Isolationsschicht mindestens fünf Mal größ0er ist als die relativen Permittivitäten ε_rn,p der n-dotierten und der p-dotierten Halbleiterschichten sind.
Das erfindungsgemäße Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie, das als elektrostatisches Energiespeichermedium ausgebildet ist, ist dabei bezüglich seiner Arbeitsspannung des Energiespeichermediums nicht nach oben begrenzt. In besonderen Ausführungsvarianten soll die maximale Arbeitsspannung des Energiespeichermediums jedoch mehrere 10 Kilovolt, in weiteren speziellen Ausgestaltungen 10 Kilovolt nicht überschreiten, gegebenenfalls jedoch mindestens bis zu einem Kilovolt betragen.
Um diese Forderung zu erreichen, ist es nötig, sehr große durch die dotierten Halbleiterschichten gebildete Kondensatorflächen, in der Regel in der Größenordnung vieler Quadratmeter, zu schaffen, die durch eine elektrische Isolatorschicht getrennt sind, die möglichst dünn sein muss, um eine hohe Kapazität zu erreichen, jedoch ausreichend spannungsfest, um eine Entladung durch die Isolatorschicht hindurch zu verhindern. Idealerweise übernehmen zudem die dotierten Halbleiterschichten auch die Funktion des Zu- bzw. Ableiters von Ladungsträgern.
Im erfindungsgemäßen Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie werden dabei in der Regel die drei Schichten (n-dotierte Halbleiterschicht, elektrische Isolatorschicht und p-dotierte Halbleiterschicht) direkt aufeinanderfolgen. In besonderen Ausführungen der erfindungsgemäßen Lösung ist es jedoch auch möglich, jede dieser drei Schichten als Abfolge von Teilschichten aufzubauen, die in ihrer Integrität zu der gewünschten Funktion führen, nämlich als n-dotierte oder p-dotierte Halbleiterschicht bzw. als elektrische Isolatorschicht zu wirken. So ist es möglich, dass die Dotierung der Halbleiterschichten einen Gradienten und/oder die Halbleiterschichten Teilschichten mit verschiedenen Größenordnungen der Dotierung und/oder unterschiedlichen Dotanten aufweist. Die elektrische Isolatorschicht wiederum kann ebenfalls verschiedene dielektrische Materialien enthalten und/oder an den Grenzflächen zu den dotierten Halbleiterschichten eine besondere Behandlung erfahren haben, beispielsweise, um Grenzflächendefekte zu vermeiden bzw. durch Nutzung vorteilhafter Keimschichten die Abscheidung der jeweils nachfolgenden Schichten positiv zu beeinflussen.
Nicht zuletzt ist es dabei auch möglich über die Beeinflussung der Oberflächenstruktur der dotierten Halbleiterschichten bzw. der elektrischen Isolatorschicht Einfluss auf die maximal speicherbare Energiemenge zu nehmen.
Der Abstand der dotierten Halbleiterschichten und die Spannungsfestigkeit der elektrischen Isolatorschicht begrenzt die maximal mögliche Spannung, mit der das Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie betrieben werden kann. Die Permittivität ε gibt die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder an.
Beim Laden des Kondensatorensystems werden der n-dotierten Halbleiterschicht Ladungsträger entzogen und Löcher in der p-dotierten Halbleiterschicht gefüllt. Durch die zwischen den n-dotierten und p-dotierten Halbleiterschichten entstehenden elektrischen Felder entstehen jeweils von der Grenzfläche zur elektrischen Isolatorschicht beginnend in den dotierten Halbleiterschichten Sperrschichten. Durch die Wahl eines geeigneten Materials für die elektrische Isolatorschicht wird der Spannungsabfall bei hohen Betriebsspannungen in ähnlicher Größe auf die Sperrschichten in den dotierten Halbleitschichten sowie auf die elektrische Isolatorschicht verteilt. Hierfür wird eine elektrische Isolatorschicht benötigt, deren Permittivität etwa fünf Mal so groß ist wie die der dotierten Halbleiterschichten. Zum Erreichen einer hohen Energiedichte sind dann Schichtdicken im Bereich von 100 nm bis 1000 nm erforderlich.
Ein solcher Aufbau führt zu einem weiteren wichtigen Effekt: Ungleichmäßigkeiten in der elektrischen Isolatorschicht, schlimmstenfalls sogar Löcher, führen nicht zur Unbrauchbarkeit dieses Speichersystems sondern werden durch die entstehenden Sperrschichten ausgeglichen.
Dabei ist es günstig, wenn die Dotierung der Halbleiterschichten Werte von größer oder gleich 10¹⁹/cm³ aufweist. Zum einen ist dies vorteilhaft für eine hohe Speicherdichte. Zum anderen ermöglicht eine gute Leitfähigkeit der dotierten Halbleiterschichten, dass diese dotierten Halbleiterschichten auch die Funktion des Zu- oder Ableitens der Ladungsträger übernehmen können. Damit ist im Schichtaufbau des erfindungsgemäßen Dünnschichtsystems zum Speichern elektrischer Energie keine zusätzliche Kontaktierungsschicht metallischen Charakters nötig.
Eine ganz signifikante Erhöhung der Gesamtkapazität des erfindungsgemäßen Dünnschichtsystems in einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist dadurch möglich, dass dieses Dünnschichtsystem eine mehrfach alternierende Schichtabfolge von n-dotierter Halbleiterschicht, elektrischer Isolatorschicht, p-dotierter Halbleiterschicht und weiterer elektrischer Isolatorschicht enthält, wobei alle n-dotierten Halbleiterschichten sowie alle p-dotierten Halbleiterschichten jeweils untereinander verbunden sind.
Dies führt zu einer Parallelschaltung der in den einzelnen Schichten gebildeten Kondensatoren zu einem Kondensatorsystem, dessen Gesamtkapazität sich aus der Summe der Einzelkapazitäten der in den einzelnen Schichten gebildeten Kondensatoren zusammensetzt. Auf einer gleichen Grundfläche kann durch das wiederholte Abscheiden der benannten Schichtabfolge die elektrische Kapazität des gebildeten Kondensatorsystems also vervielfacht werden. Zudem leisten dadurch beide Oberflächen einer dotierten Halbleiterschicht, mit Ausnahme der ersten bzw. der letzten dotierten Halbleiterschicht der Schichtabfolge, einen Beitrag zur Kapazitätserhöhung und damit auch zur maximal speicherbaren Energie.
Zum Kontaktieren werden dabei alle n-dotierten Halbleiterschichten auf einer Seite und alle p-dotierten Halbleiterschichten auf der anderen Seite des Schichtstapels jeweils herausgeführt und untereinander verbunden.
Der Anschluss erfolgt dann entweder

– am jeweiligen Seitenstreifen
– oder flächig an der Ober- und Unterseite, wobei hierfür die alternierende Schichtabfolge mit einer dotierten Halbleiterschicht der einen Dotierung begonnen und mit einer dotierten Halbleiterschicht der entgegengesetzten Dotierung abgeschlossen werden muss.

In einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Dünnschichtsystems ist die n-dotierte Halbleiterschicht und/oder die p-dotierte Halbleiterschicht als dotierte Siliziumschicht ausgebildet. Silizium ist das am weitesten verbreitete Halbleitermaterial, für dessen Abscheidung vielfältigste Verfahren und für dessen Dotierung eine größere Zahl von Dotanten zur Verfügung stehen. Zudem ist eine Dotierung über einen weiten Bereich möglich, was das Material zu einem idealen Kandidaten für das erfindungsgemäße Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie macht.
Um die Bedingungen bezüglich der Permittivität zu erreichen, ist es günstig, die elektrische Isolatorschicht durch ein „high-k” Material, also einem Material mit hoher Dielektrizitätszahl, auszubilden. „High-k” Materialien sind Materialien, deren relative Permittivität bzw. Dielektrizitätszahl ε_r größer ist als die von Siliziumoxinitrid bzw. mindestens von Siliziumdioxid, wobei ε_r(SiON) < 6 und ε_r(SiO₂) = 3,9.
Ein solches Material ist zum Beispiel Titanoxid, dessen relative Permittivität ε_r(TiO₂) = 80 beträgt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erfindungsgemäße Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie im Stapel mit Schichten anderer Funktionen kombiniert werden kann, so dass die entsprechende Fläche, auf die das Schichtsystem abgeschieden wird, mehrfach genutzt werden kann. Insbesondere bietet sich eine Kombination eines Schichtaufbaus zur Energieerzeugung mit einem erfindungsgemäßen Dünnschichtsystem an. Dazu wird auf einem transparenten Substrat zunächst eine solarzellentypische Schichtabfolge abgeschieden und damit entsprechend funktionsfähige Solarzellen aufgebaut. Im Anschluss daran wird über dem Rückseitenkontakt und unter Berücksichtigung entsprechender Isolationserfordernisse sowie einer steuerbaren Kontaktierung zum Schaffen einer Verbindung im Aufladefall das erfindungsgemäße Dünnschichtsystem, das die n-dotierte Halbleiterschicht, die elektrische Isolatorschicht und die p-dotierte Halbleiterschicht enthält, aufgebracht. Damit können die nicht unerheblichen Flächen von Solarmodulen gleichzeitig zur Speicherung der durch sie erzeugten Energie genutzt werden.
Wird für ein erfindungsgemäßes Dünnschichtsystem ein flexibles Substrat genutzt, so bietet dies weitere Vorteile: Nach der Abscheidung des Dünnschichtsystems zur Energiespeicherung auf dem flexiblen Substrat kann dieses aufgerollt werden, was zu einem geringen Raumbedarf dieses elektrostatischen Energiespeichers führt und damit die Energiedichte positiv beeinflusst.
Auch ist es wiederum denkbar, das auf flexiblem Substrat abgeschiedene Dünnschichtsystem zur Energiespeicherung mit entsprechend auf flexiblem Substrat herstellbaren Solarzellen zu kombinieren und diese Folien an jeglichen gewünschten Stellen, an denen ein potentieller Energiebedarf besteht, aufzukleben und die gewonnene Energie zeitlich flexibel und anwendungsnah zu nutzen.
Desweiteren enthält ein erfindungsgemäßer Energiespeicher, das hier beschriebene Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie, neben diesem kann er jedoch auch eine Vielzahl weiterer Bauteile enthalten.
Ein erfindungsgemäßes Solarmodul ist mit einem Energiespeichermedium verbunden, das eine n-dotierte Halbleiterschicht, eine elektrische Isolatorschicht und eine p-dotierte Halbleiterschicht auf einem Substrat enthält, wobei die relative Permittivität ε_ri, auch Dielektrizitätszahl genannt, der elektrischen Isolationsschicht mindestens fünf Mal größer ist als die relativen Permittivitäten ε_rn,p der n-dotierten und der p-dotierten Halbleiterschichten sind.
Insbesondere kann dabei das erfindungsgemäße Solarmodul folgende vorteilhafte Ausgestaltungen enthalten:

– eine Dotierung der Halbleiterschichten Werte von größer oder gleich 10¹⁹/cm³.
– eine mehrfach alternierende Schichtabfolge von n-dotierter Halbleiterschicht, elektrischer Isolatorschicht, p-dotierter Halbleiterschicht und weiterer elektrischer Isolatorschicht, wobei alle n-dotierten Halbleiterschichten sowie alle p-dotierten Halbleiterschichten jeweils untereinander verbunden sind.
– eine als dotierte Siliziumschicht ausgebildete n-dotierte Halbleiterschicht und/oder die p-dotierte Halbleiterschicht.
– eine elektrische Isolatorschicht, die durch ein „high-k” Material, also einem Material mit hoher Dielektrizitätszahl, ausgebildet ist.
– das zwischen einem transparenten Substrat und der das Energiespeichermedium bildenden Schichtabfolge, die die n-dotierte Halbleiterschicht, die elektrische Isolatorschicht und die p-dotierte Halbleiterschicht enthält, eine solarzellentypische Schichtabfolge aufweist.
– ein flexibles Substrat enthält.

Die erfindungsgemäße Lösung für Dünnschichtsysteme zum Speichern elektrischer Energie soll nun anhand mehrerer Anwendungsbeispiele erläutert werden.
Die 1 zeigt einen Aufbau eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsystems zum Speichern elektrischer Energie.
Die 2a bis 2c zeigen Tabellen mit Simulationen zur erreichbaren Ladungsdichte für verschiedene erfindungsgemäße Dünnschichtsysteme.
In der 1 wird der schematische Aufbau eines erfindungsgemäßen Dünnschichtsystems zum Speichern elektrischer Energie dargestellt. Dabei wird eine alternierende Schichtabfolge von n-dotierter Halbleiterschicht 3, elektrischer Isolatorschicht 4, p-dotierter Halbleiterschicht 2 und erneuter elektrischer Isolatorschicht 4 mehrfach übereinander auf einem Substrat 1 abgeschieden. Alle n-dotierten Halbleiterschichten 3 werden dabei auf einer Seite und alle p-dotierten Halbleiterschichten 2 auf der anderen Seite des Schichtstapels jeweils herausgeführt und untereinander verbunden. Der Anschluss der n-dotierten 3 bzw. p-dotierten Halbleiterschichten 2 erfolgt dann günstig am jeweiligen Seitenstreifen. Im hier dargestellten Beispiel wird die p-dotierte Halbleiterschicht 2 von einem p-dotierten Silizium, p-Si, die n-dotierte Halbleiterschicht 3 von einem n-dotierten Silizium, n-Si, und die elektrische Isolatorschicht 4 von einem Titanoxid, TiO₂, gebildet.
Die 2a zeigt tabellarisch die Simulationsergebnisse, insbesondere für die Ladungsdichte, für ein Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie, das eine n-dotierte Siliziumschicht 3 einer Dicke von 500 nm mit einer Dotierung von 10¹⁹/cm³, eine „high-k” Isolatorschicht 4 einer Dicke von 200 nm und einer relativen Permittivität ε_r von 200 und eine p-dotierte Siliziumschicht 2 einer Dicke von 500 nm mit einer Dotierung von 10¹⁹/cm³ enthält, das mit einer Maximalspannung von 1000 V betrieben wird. Mit diesem System kann eine Ladungsdichte von 0.40 As/m² erreicht werden.
Wird die elektrische Isolatorschicht 4 unter ansonsten gleichen Bedingungen durch eine TiO₂-Schicht ersetzt, deren relative Permittivität ε_r = 80 beträgt, so ergibt sich eine erreichbare Ladungsdichte von 0.389 As/m², wie aus der in 2b gezeigten Tabelle entnommen werden kann. Eine solche Verminderung der Permittivität bedeutet also nur eine geringfügige Verringerung der Ladungsdichte gegenüber dem Beispiel der 2a.
Aus der Tabelle der 2c ist ersichtlich, was passiert, wenn die elektrische Isolatorschicht 4 durch eine Folie ersetzt wird, deren Dicke auf 1000 nm erhöht wird, deren relative Permittivität ε_r nur 2,4 beträgt und damit geringer als die der n-dotierten 3 und p-dotierten Halbleiterschichten 4 ist, die eine relative Permittivität ε_r von 12 haben. Dabei wird zudem die Maximalspannung auf 500 V vermindert. Für dieses Dünnschichtsystem ergibt sich eine erreichbare Ladungsdichte von nur 0.0106 As/m².
Bezugszeichenliste

1: Substrat
2: p-dotierter Halbleiter; p-Si
3: n-dotierter Halbleiter; n-Si
4: Isolatorschicht; TiO₂

Claims

Dünnschichtsystem zum Speichern elektrischer Energie, das eine n-dotierte Halbleiterschicht (3), eine elektrische Isolatorschicht (4) und eine p-dotierte Halbleiterschicht (2) auf einem Substrat (1) umfasst, wobei es als elektrostatisches Energiespeichermedium ausgebildet ist, das mit Spannungen von mehr als 20 Volt befähigt ist zu arbeiten, wobei die relative Permittivität ε_ri, auch Dielektrizitätszahl genannt, der elektrischen Isolatorschicht (4) mindestens fünf Mal größer ist als die relativen Permittivitäten ε_rn,p der n-dotierten (3) und der p-dotierten Halbleiterschichten (2).
Dünnschichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als elektrostatisches Energiespeichermedium ausgebildet ist, das mit Spannungen von mehr als 30 Volt befähigt ist zu arbeiten.
Dünnschichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es als elektrostatisches Energiespeichermedium ausgebildet ist, das mit Spannungen von mehr als 100 Volt befähigt ist zu arbeiten.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es als elektrostatisches Energiespeichermedium ausgebildet ist, das mit Spannungen von bis zu mehreren 10 Kilovolt befähigt ist zu arbeiten.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es als elektrostatisches Energiespeichermedium ausgebildet ist, das mit Spannungen von bis zu 10 Kilovolt befähigt ist zu arbeiten.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es als elektrostatisches Energiespeichermedium ausgebildet ist, das mit Spannungen von bis einem Kilovolt befähigt ist zu arbeiten.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung der Halbleiterschichten Werte von größer oder gleich 10¹⁹/cm³ aufweist.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es eine mehrfach alternierende Schichtabfolge von n-dotierter Halbleiterschicht (3), elektrischer Isolatorschicht (4), p-dotierter Halbleiterschicht (2) und weiterer elektrischer Isolatorschicht (4) enthält, wobei alle n-dotierten Halbleiterschichten (3) sowie alle p-dotierten Halbleiterschichten (2) jeweils untereinander verbunden sind.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die n-dotierte Halbleiterschicht (3) und/oder die p-dotierte Halbleiterschicht (2) als dotierte Siliziumschicht ausgebildet ist.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolatorschicht (4) durch ein „high-k” Material, also einem Material mit einer Dielektrizitätszahl von mindestens ε > 3,9, ausgebildet ist.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen einem transparenten Substrat (1) und der das Energiespeichermedium bildenden Schichtabfolge, die die n-dotierte Halbleiterschicht (3), die elektrische Isolatorschicht (4) und die p-dotierte Halbleiterschicht (2) enthält, eine für funktionsfähige Solarzellen geeignete Schichtabfolge aufweist.
Dünnschichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) flexibel ist.
Solarmodul mit einem Energiespeichermedium, dessen Dünnschichtsystem eine n-dotierte Halbleiterschicht (3), eine elektrische Isolatorschicht (4) und eine p-dotierte Halbleiterschicht (2) auf einem Substrat (1) enthält, wobei die relative Permittivität ε_ri, auch Dielektrizitätszahl genannt, der elektrischen Isolatorschicht (4) mindestens fünf Mal größer ist als die relativen Permittivitäten ε_rn,p der n-dotierten (3) und der p-dotierten Halbleiterschichten (2).
Solarmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung der Halbleiterschichten Werte von größer oder gleich 10¹⁹/cm³ aufweist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass es eine mehrfach alternierende Schichtabfolge von n-dotierter Halbleiterschicht (3), elektrischer Isolatorschicht (4), p-dotierter Halbleiterschicht (2) und weiterer elektrischer Isolatorschicht (4) enthält, wobei alle n-dotierten Halbleiterschichten (3) sowie alle p-dotierten Halbleiterschichten (2) jeweils untereinander verbunden sind.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die n-dotierte Halbleiterschicht (3) und/oder die p-dotierte Halbleiterschicht (2) als dotierte Siliziumschicht ausgebildet ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Isolatorschicht (4) durch ein „high-k” Material, also einem Material mit einer Dielektrizitätszahl von mindestens ε > 3,9, ausgebildet ist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es zwischen einem transparenten Substrat (1) und der das Energiespeichermedium bildenden Schichtabfolge, die die n-dotierte Halbleiterschicht (3), die elektrische Isolatorschicht (4) und die p-dotierte Halbleiterschicht (2) enthält, eine für funktionsfähige Solarzellen geeignete Schichtabfolge aufweist.
Solarmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) flexibel ist.