DE102012106275A1

DE102012106275A1 - Dünnschichtphotovoltaikmodul

Info

Publication number: DE102012106275A1
Application number: DE201210106275
Authority: DE
Inventors: Victor Verdugo; Wolf-Michael Gnehr; Andreas Mothes
Original assignee: Heliatek GmbH
Current assignee: Heliatek GmbH
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2014-01-16

Abstract

Ein Dünnschichtphotovoltaikmodul umfasst:
– eine erste (1) und eine zweite (2) Photovoltaikzelle, die jeweils einen photoaktiven Schichtstapel (110) aufweisen,
– eine Trennung (102), die zwischen der ersten (1) und der zweiten (2) Photovoltaikzelle angeordnet ist und die den ersten photoaktiven Schichtstapel (110) zumindest teilweise von dem zweiten photoaktiven Schichtstapel (110) trennt, so dass die erste (1) und die zweite (2) Photovoltaikzelle elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei
– die Trennung (102) einen ersten Bereich (103) und einen zweiten Bereich (104) aufweist, die aneinander anschließen und die so angeordnet sind, dass der erste Bereich (103) und der zweite Bereich (104) schräg zueinander verlaufen,
– eine Stromsammelschiene (105), die elektrisch mit der ersten Photovoltaikzelle (1) gekoppelt ist zur elektrischen Kontaktierung des Dünnschichtphotovoltaikmoduls und die einen ersten Bereich (106) und einen zweiten Bereich (107) aufweist, wobei
– der zweite Bereich (107) der Stromsammelschiene (105) so angeordnet ist, dass der zweite Bereich (107) der Stromsammelschiene (105) schräg zu dem ersten Bereich (106) der Stromsammelschiene (105) verläuft und dass der zweite Bereich (107) der Stromsammelschiene (105) in einer Region (108) des zweiten Bereichs (104) der Trennung (102) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtphotovoltaikmodul, insbesondere ein organisches Dünnschichtphotovoltaikmodul.
Dünnschichtphotovoltaikzellen, auch Dünnschichtsolarzellen genannt, können auf Basis von Silizium oder anderen anorganischen Materialien gemacht werden, z.B. CIGS hergestellt werden oder zum Teil oder ganz auf Materialien auf dem Gebiet der organischen Chemie beruhen (OPV).
Unter Organischer Photovoltaik (OPV) versteht man Bauelemente, die als Absorbermaterial ein Material aus dem Gebiet der organischen Chemie verwenden. Dabei können neben dem Absorbermaterial auch andere funktionelle Schichten aus organischen Materialien bestehen. Es sind verschiedene Ansätze zum Aufbau von organischen Solarzellen bekannt. So ist das organische Absorbermaterial als Lösung wie in Dye sensitized solar cells (DSSC) vorhanden oder wird als dünne Schichten aufgetragen. Als dünne Schichten werden die Materialien einzeln oder in Mischschichten oder dotiert verwendet. Die dünnen Schichten werden durch verschiedene Techniken hergestellt, z.B. durch Auftragen einer Lösung oder Emulsion des Absorbermaterials in einem Druck- oder Coatingverfahren oder durch Aufdampfen im Vakuum mit oder ohne Trägergas.
Als organische Absorbermaterialien werden sowohl Polymere als auch sogenannte kleine Moleküle eingesetzt. Unter kleinen Molekülen versteht man nicht-polymere organische Moleküle mit monodisperser Molmasse zwischen 100 und 2000, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen.
Seit der Demonstration der ersten organischen Solarzelle mit einem Wirkungsgrad im Prozentbereich durch Tang et al. 1986 [C.W. Tang et al. Appl. Phys. Lett. 48, 183 (1986)], werden organische Materialien intensiv für verschiedene elektronische und optoelektronische Bauelemente untersucht. Organische Solarzellen bestehen aus einer Folge dünner Schichten (typischerweise 1nm bis 1μm) aus organischen Materialien, welche bevorzugt im Vakuum aufgedampft oder aus einer Lösung aufgeschleudert werden. Die elektrische Kontaktierung kann durch Metallschichten, transparente leitfähige Oxide (TCOs) und/oder transparente leitfähige Polymere (PEDOT-PSS, PANI) erfolgen.
Eine Solarzelle wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. Der Begriff photoaktiv bezeichnet hierbei ebenfalls die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Im Gegensatz zu anorganische Solarzellen werden bei organischen Solarzellen durch das Licht nicht direkt freie Ladungsträger erzeugt, sondern es bilden sich zunächst Exzitonen, also elektrisch neutrale Anregungszustände (gebundene Elektron-Loch-Paare). Erst in einem zweiten Schritt werden diese Exzitonen in freie Ladungsträger getrennt, die dann zum elektrischen Stromfluss beitragen.
Der Vorteil solcher Bauelemente auf organischer Basis gegenüber den konventionellen Bauelementen auf anorganischer Basis (Halbleiter wie Silizium, Galliumarsenid) sind die teilweise extrem hohen optischen Absorptionskoeffizienten (bis zu 2 × 105 cm–1), so dass sich die Möglichkeit bietet, mit geringem Material- und Energieaufwand sehr dünne Solarzellen herzustellen. Weitere technologische Aspekte sind die niedrigen Kosten, die Möglichkeit, flexible großflächige Bauteile auf Plastikfolien herzustellen, und die nahezu unbegrenzten Variationsmöglichkeiten und die unbegrenzte Verfügbarkeit der organischen Chemie.
Eine in der Literatur bereits vorgeschlagene Realisierungsmöglichkeit einer organischen Solarzelle besteht in einer pin-Diode.
Bekannt ist, dass in Dünnschicht-Solarmodulen die aktive Fläche in mehrere Zellen getrennt ist. Diese Zellen müssen miteinander verschaltet werden, normalerweise in Serie. Dabei sind die einzelnen Zellen gemeinsam auf einem Substrat aufgebracht und/oder als einzelne Blöcke extern miteinander verschaltet.
Ein ebenso bekanntes Problem ist, dass auf Grund des Serienwiderstandes die Größe und Geometrie der einzelnen Zellen ein Kompromiss zwischen Flächenverlust und Serienwiderstand generiert. Es sind verschiedene Strategien bekannt, um hier das Optimum zu finden.
Das Standard-Muster derzeit kommerziell erhältlicher Dünnschicht-Solarzellen besteht aus nebeneinander angeordneter viereckiger oder quadratischer Zellen, die in Serie miteinander verschaltet sind. Variationen sind im Allgemeinen in der Zellbreite und -länge gegeben. Dieses Design erfordert eine nur eindimensionale Strukturierung, so dass die Produktionskosten und Komplexität klein gehalten werden.
In der US 2010/0018581 A1 wird eine Solarzelle beschrieben, bei der die auf dem Substrat aufgebrachte Anode größer als die Kathode ist und ein leitender Kontakt um die komplette Anode herum angebracht ist um den Serienwiderstand zu verringern.
In der DE 10 2007 035 883 A1 wird zum Verringern der Serienwiderstände eine versetzte und zum Teil parallel verlaufende Rückseitenkontaktierung mit mehreren Kontaktierungsstellen vorgeschlagen.
Um die Serienwiderstände gering zu halten ist es außerdem möglich, die einzelnen Zellen klein genug anzuordnen. Die Breite der Zelle wird in Abhängigkeit von dem Verhältnis der generierten Leistung zu der verlorenen Leistung gewählt, insbesondere so, dass dieses Verhältnis möglichst groß ist. Werden diese Zellen zudem in Serie geschaltet kommt es zu einer hohen Gesamtspannung.
Es ist wünschenswert, ein Dünnschichtphotovoltaikmodul anzugeben, das einen effektiven Betrieb ermöglicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Dünnschichtphotovoltaikmodul eine erste und eine zweite Photovoltaikzelle. Die Photovoltaikzellen weisen jeweils einen photoaktiven Schichtstapel auf. Das Dünnschichtphotovoltaikmodul umfasst eine Trennung, die zwischen der ersten und der zweiten Photovoltaikzelle angeordnet ist und die den ersten photoaktiven Schichtstapel zumindest teilweise von dem zweiten photoaktiven Schichtstapel trennt, sodass die erste und die zweite Photovoltaikzelle elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Trennung weist quer zur Stapelrichtung der Schichtstapel einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, die aneinander anschließen und die so angeordnet sind, dass der erste Bereich und der zweite Bereich schräg zueinander verlaufen. Insbesondere sind der erste Bereich und der zweite Bereich so angeordnet, dass der erste Bereich und der zweite Bereich unmittelbar, direkt aneinander anschließen. Das Dünnschichtphotovoltaikmodul umfasst eine Stromsammelschiene, die elektrisch mit der ersten Photovoltaikzelle komplett ist zur elektrischen Kontaktierung des Dünnschichtphotovoltaikmoduls. Die Stromsammelschiene weist einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf. Der zweite Bereich der Stromsammelschiene ist so angeordnet, dass der zweite Bereich schräg zu dem ersten Bereich der Stromsammelschiene verläuft. Der zweite Bereich der Stromsammelschiene ist in einer Region des zweiten Bereichs der Trennung angeordnet.
Die Trennung trennt die erste und die zweite Photovoltaikzelle des Dünnschichtphotovoltaikmoduls so voneinander, dass die Photovoltaikzellen entlang ihrer Hauptausdehnungsrichtung quer zur Stapelrichtung der Schichtstapel einen nichtlinearen Verlauf aufweisen. Die erste und die zweite Photovoltaikzelle verlaufen nicht über ihre gesamte Länge im Wesentlichen parallel zu einer Außenkante des Dünnschichtphotovoltaikmoduls. Insbesondere verläuft die Trennung nicht über ihre gesamte Länge parallel zu einer Außenkante des Dünnschichtphotovoltaikmoduls.
Die Abrennung bildet gemäß Ausführungsformen eine elektrische Isolierung zwischen der ersten und der zweiten Photovoltaikzelle aus. Beispielsweise ist die Trennung aus einem Metall gebildet, wobei die elektrische Isolationswirkung auf den unterschiedlichen Affinitäten der Elektronen zu dem Material der Photovoltaikzellen und dem Material der Trennung beruht.
Der Begriff "schräg" bedeutet beispielsweise, dass der erste Bereich und der zweite Bereich einen Winkel von größer als 0° und kleiner als 180° beziehungsweise von größer als 180° und kleiner als 360° einschließen. Schräg umfasst hierbei beispielsweise auch, dass sich der erste Bereich geradlinig erstreckt und der zweite Bereich gekrümmt bogenförmig von dem ersten Bereich weg verläuft. Schräg umfasst hierbei beispielsweise auch, dass sich der zweite Bereich geradlinig erstreckt und der erste Bereich gekrümmt bogenförmig von dem zweiten Bereich weg verläuft. Schräg umfasst hierbei beispielsweise auch, dass der erste Bereich mit einer positiven Krümmung verläuft und der zweite Bereich mit einer negativen Krümmung verläuft. Schräg umfasst hierbei beispielsweise auch, dass der erste Bereich mit einer negativen Krümmung verläuft und der zweite Bereich mit einer positiven Krümmung verläuft. Eine schräge Ausrichtung der beiden Bereiche zueinander umfasst auch eine Ausrichtung des zweiten Bereichs quer zum ersten Bereich.
Der Begriff "quer" bedeutet beispielsweise eine im wesentlichen rechtwinklige Ausrichtung der beiden Bereiche zueinander, insbesondere schließen die beiden Bereiche einen Winkel von 90° +/– 2° beziehungsweise 270° +/– 2° ein.
Die Photovoltaikzellen weisen gemäß Ausführungsformen jeweils beispielsweise mindestens drei Winkel, insbesondere mindestens vier Winkel, entlang ihrer Hauptausdehnungsrichtung auf. Beispielsweise sind die Photovoltaikzellen jeweils vieleckig ausgebildet. Die Photovoltaikzellen weisen gemäß Ausführungsformen jeweils mindestens eine Krümmung auf. Beispielsweise verlaufen die Photovoltaikzellen in einer Zickzackform, in einer T-Form oder wellenförmig. Auch Mischformen sind möglich, beispielsweise ein zuerst zickzackförmiger und anschließend bogenförmiger Verlauf.
Das Photovoltaikmodul weist gemäß Ausführungsformen eine viereckige, quadratische oder rechteckige Form auf. Die Außenkanten des Dünnschichtphotovoltaikmoduls sind gemäß Ausführungsformen so angeordnet, dass sich eine viereckige Form ergibt. Beispielsweise ist ein Substrat, auf dem die Photovoltaikzellen angeordnet sind, in Aufsicht viereckig.
Der nichtlineare Verlauf der Trennung mit den beiden Bereichen, die schräg zueinander verlaufen, ermöglicht einen ausreichend kurzen Weg zur jeweils benachbarten Photovoltaikzelle oder der Stromsammelschiene von jedem Punkt der Photovoltaikzelle aus. Dadurch, dass der zweite Bereich der Stromsammelschiene in einer Region des zweiten Bereichs der Trennung angeordnet ist, ist eine gute elektrische Kontaktierung der Photovoltaikzelle in dieser Region möglich.
Gemäß weiteren Ausführungsformen erstreckt sich der erste Bereich der Stromsammelschiene geradlinig entlang der Ausbreitungsrichtung der ersten Photovoltaikzelle. Beispielsweise erstreckt sich der erste Bereich der Stromsammelschiene im Wesentlichen parallel zu einer der Außenkanten des Dünnschichtphotovoltaikmoduls. Der erste Bereich und der zweite Bereich der Trennung sind so angeordnet, dass die erste Photovoltaikzelle entlang des ersten Bereichs der Stromsammelschiene eine erste und eine zweite Querausdehnung aufweist, wobei die zweite Querausdehnung größer ist als die erste Querausdehnung. Die Querausdehnungen verlaufen jeweils quer zur Stapelrichtung des photoaktiven Schichtstapels. Die Querausdehnungen verlaufen jeweils im Wesentlichen parallel zu der Hauptausdehnungsrichtung des Substrats. Insbesondere ist der zweite Bereich der Stromsammelschiene bei der zweiten Querausdehnung angeordnet. Somit ist es möglich, von jedem Punkt der Photovoltaikzelle aus einen ausreichend kurzen Weg zu der Stromsammelschiene zu gewährleisten. Durch die beiden Bereiche der Stromsammelschiene, die schräg zueinander verlaufen, ist es möglich, die unterschiedlichen Querausdehnungen der Photovoltaikzelle gut elektrisch zu kontaktieren. Beispielsweise verlaufen die beiden Bereiche der Stromsammelschiene quer zueinander, also im Wesentlichen rechtwinklig, insbesondere schließen die beiden Bereiche einen Winkel von 90° +/– 2° beziehungsweise 270° +/– 2° ein.
Gemäß Ausführungsformen wiederholen sich die erste und die zweite Querausdehnung entlang des ersten Bereichs der Stromsammelschiene abwechselnd, sodass ein wiederkehrendes Muster gebildet ist. Insbesondere umfasst das Dünnschichtphotovoltaikmodul eine Mehrzahl von zweiten Bereichen der Stromsammelschiene. Der erste Bereich der Stromsammelschiene verläuft gemäß Ausführungsform langgestreckt geradlinig, beispielsweise gleichgerichtet zu einer der Außenkanten des Dünnschichtphotovoltaikmoduls, und die zweiten Bereiche verlaufen jeweils quer zu dem ersten Bereich. Die zweiten Bereiche sind jeweils mit einem ersten Ende mit dem ersten Bereich der Stromsammelschiene elektrisch gekoppelt und weisen jeweils ein zweites, freies Ende auf. Somit ist die Stromsammelschiene gut elektrisch mit der ersten Photovoltaikzelle gekoppelt. Somit ist es möglich, die gewinkelten Formen der Photovoltaikzelle gut mit der Stromsammelschiene elektrisch zu koppeln, sodass von jedem Punkt der Photovoltaikzelle aus ein ausreichend kurzer Weg zu der Stromsammelschiene realisiert ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das Dünnschichtphotovoltaikmodul mehr als zwei Photovoltaikzellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die erste Photovoltaikzelle grenzt direkt lediglich an eine einzige der Photovoltaikzellen an. Das Dünnschichtphotovoltaikmodul weist eine Mehrzahl von Photovoltaikzellen auf, wobei die Stromsammelschiene an der ersten Photovoltaikzelle angeordnet ist, die am Rand des Photovoltaikmoduls angeordnet ist. Die erste Photovoltaikzelle mit der Stromsammelschiene grenzt direkt an eine Außenkante des Dünnschichtphotovoltaikmoduls an.
Bei einer vorgegebenen Fläche für das Dünnschichtphotovoltaikmodul ist es möglich, den Wert der Spannung während des Betriebs bei gleicher Oberflächenausnutzung zu variieren, ohne die toten Flächen zu erhöhen. Bei gleicher Größe des Photovoltaikmoduls und bei gleicher Oberflächenausnutzung ist eine kleinere Anzahl an Photovoltaikzellen möglich, ohne dass der interne Serienwiderstand der Photovoltaikzellen zu groß wird. Photovoltaikzellen gemäß dem Stand der Technik mit einer viereckigen, quadratischen oder linearen Zellform sind in ihrer Breite beschränkt, um den internen Serienwiderstand möglichst gering zu halten. Bei einem erfindungsgemäßen Dünnschichtphotovoltaikmodul gemäß Ausführungsformen bleibt die erzielbare Leistung gleich bei gleichzeitiger Verringerung der erzielbaren Spannung.
Die Photovoltaikzellen weisen jeweils eine nichtlineare und nichtquadratische Form auf. Die Photovoltaikzellen besitzen gemäß Ausführungsformen jeweils genau eine einzige gerade Seite oder mehr als eine gerade Seite, wobei mindestens eine Seite der Photovoltaikzellen jeweils mindestens einen weiteren Winkel aufweist oder als Krümmung oder Kurve ausgearbeitet ist. Die Photovoltaikzellen besitzen gemäß Ausführungsformen jeweils mehr als vier gerade Seiten, wobei mindestens eine Seite der Photovoltaikzellen jeweils mindestens einen weiteren Winkel aufweist oder als Krümmung oder Kurve ausgearbeitet ist. Insbesondere verlaufen die Photovoltaikzellen des Dünnschichtphotovoltaikmoduls gleichgerichtet zueinander. Die Form der jeweiligen Photovoltaikzellen ist aufeinander abgestimmt. Auf der vorgegebenen Fläche für das Dünnschichtphotovoltaikmodul werden die einzelnen Photovoltaikzellen so angeordnet, dass der Abstand von einem beliebigen Punkt jeder Photovoltaikzelle zu der oder den jeweils angrenzenden Photovoltaikzellen beziehungsweise der Stromsammelschiene gering bleibt und der Serienwiderstand gleich bleibt. Dies wird durch eine unterschiedliche Form der einzelnen Photovoltaikzellen auf der vorgegebenen Fläche realisiert.
Zudem ist es möglich, bei vorgegebener Fläche die erhaltene Spannung zu variieren. Die Modulspannung ist frei an eine vorgegebene Spannung anpassbar und somit ist es möglich, die Spannung des Dünnschichtphotovoltaikmoduls an Vorgaben für das Verbrauchssystem, das mit dem Dünnschichtphotovoltaikmodul koppelbar ist, anzupassen. Somit sind Dünnschichtphotovoltaikmodule realisiert, die auf einer vorgegebenen Fläche möglichst wenig Photovoltaikzellen aufweisen, insbesondere weniger Zellen als bei herkömmlichen Modulen. Somit wird sowohl die durch die Strukturierung entstehende nicht nutzbare Fläche als auch die resultierende Modulspannung verringert. Somit wird die Effektivität des Dünnschichtphotovoltaikmoduls erhöht.
Gemäß Ausführungsformen weist die erste Photovoltaikzelle entlang des ersten Bereichs der Stromsammelschiene eine andere Form auf als die Photovoltaikzellen, die jeweils an zwei der Photovoltaikzellen direkt angrenzen. Die erste Photovoltaikzelle weist insbesondere in der Hauptausdehnungsrichtung eine geradlinig verlaufende Außenkante auf, die beispielsweise im Wesentlichen parallel zu einer der Außenkanten des Dünnschichtphotovoltaikmoduls verläuft. Die in dem Photovoltaikmodul mittig angeordneten Photovoltaikzellen weisen dagegen in Hauptausdehnungsrichtung zwei gewinkelte beziehungsweise gekrümmte Außenkanten auf.
Gemäß Ausführungsformen weist der photoaktive Schichtstapel der Photovoltaikzellen jeweils eine erste Elektrodenschicht, eine zweite Elektrodenschicht sowie ein photoaktives Schichtsystem auf, das zwischen der ersten und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist. Das photoaktive Schichtsystem und die Elektrodenschichten weisen jeweils gemäß Ausführungsformen weitere Teilschichten auf. Durch Lichteinstrahlung werden im Betrieb ladungsträger generiert, die über die beiden Elektrodenschichten abgeführt werden. Die Ladungsträger des gesamten Dünnschichtphotovoltaikmoduls werden über die Stromsammelschiene abgeführt und nutzbar gemacht.
Gemäß Ausführungsformen ist die Stromsammelschiene integraler Bestandteil einer Elektrodenschicht der Elektrodenschichten. Separate Stromsammelschienen sind gemäß Ausführungsformen bei einer hinreichend hohen Leitfähigkeit der Elektrodenschicht nicht vorgesehen.
Gemäß Ausführungsformen ist die Stromsammelschiene separat zu den Elektrodenschichten ausgebildet. Gemäß Ausführungsformen ist die Stromsammelschiene außerhalb der Photovoltaikzellen angeordnet und elektrisch mit einer Elektrodenschicht der Elektrodenschichten gekoppelt.
Gemäß Ausführungsformen umfasst zumindest eine Schicht des photoaktiven Schichtsystems ein organisches Material. Insbesondere umfasst eine photoaktive Absorberschicht des photoaktiven Schichtsystems ein organisches Material. Die Photovoltaikzellen sind gemäß Ausführungsformen organische Dünnschichtphotovoltaikzellen. Beispielsweise sind die organischen Dünnschichtphotovoltaikzellen auf Basis von Polymeren oder kleinen Molekülen gebildet.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst zumindest eine Schicht des photoaktiven Schichtstapels ein anorganisches Material. Insbesondere umfasst eine photoaktive Absorberschicht des photoaktiven Schichtsystems ein anorganisches Material.
Gemäß weiteren Ausführungsformen ist ein Teil der Schichten aus organischen Materialien gebildet und ein weiterer Teil der Schichten aus anorganischen Materialien.
Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den 1 bis 6 erläuterten Beispielen. Gleiche, gleichartige und gleich wirkende Elemente können in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie beispielsweise Schichten und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieb dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß einer Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß einer Ausführungsform,
3 eine schematische Darstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß einer Ausführungsform,
4 eine schematische Darstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß einer Ausführungsform,
5 eine schematische Darstellung eines Photovoltaikmoduls gemäß einer Ausführungsform, und
6 eine schematische Schnittansicht eines Photovoltaikmoduls gemäß einer Ausführungsform.
1 zeigt schematisch eine Aufsicht auf ein Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 ist eingerichtet, im Betrieb Strahlungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln.
Das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 weist eine erste Photovoltaikzelle 1 auf. Das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 weist eine zweite Photovoltaikzelle 2 auf. Die beiden Photovoltaikzellen 1 und 2 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Zwischen der ersten Photovoltaikzelle 1 und der zweiten Photovoltaikzelle 2 ist eine Trennung 102 angeordnet. Die Trennung 102 unterbricht einzelne Schichten der Photovoltaikzellen 1 und 2 (6). Die Trennung 102 führt dazu, dass gleiche Schichten benachbarter Photovoltaikzellen gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die Trennung 102 ist so in die Photovoltaikzellen 1 und 2 eingebracht, dass die Photovoltaikzellen 1 und 2 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der Einbau der Trennung 102 erfolgt zur Reihenverschaltung der jeweils benachbarten Photovoltaikzellen.
Auf der ersten Photovoltaikzelle 1 ist eine Stromsammelschiene 105 angeordnet. Stromsammelschienen werden auch als Busbar bezeichnet. Die Stromsammelschiene 105 dient zur Kontaktierung des Dünnschichtphotovoltaikmoduls 100. Über die Stromsammelschiene 105 ist es möglich, während des Betriebs durch die beiden Photovoltaikzellen 1 und 2 erzeugte Spannung beziehungsweise erzeugter Strom aus dem Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 abzuführen und einem elektrischen Verbraucher zuzuführen. Entsprechend ist elektrisch leitfähig mit der zweiten Photovoltaikzelle 2 eine zweite Stromsammelschiene (nicht explizit dargestellt) gekoppelt (6).
Wie in 6 dargestellt, weist das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 in jeder Photovoltaikzelle 1 und 2 einen Schichtstapel 110 auf. Der Schichtstapel 110 ist auf einer Hauptfläche eines flächig ausgedehnten Substrats 121 angeordnet. Der Schichtstapel beginnt bei dem Substrat 121 mit einer Elektrodenschicht 111. Auf der dem Substrat abgewandten Seite der Elektrodenschicht 111 ist ein photoaktives Schichtsystem 112 angeordnet. Auf der dem Substrat abgewandten Seite des Schichtsystems 112 ist eine weitere Elektrodenschicht 113 angeordnet. Weiterhin ergeben sich bei einer Anordnung mit transparenten Elektrodenschicht 111 und hochleitfähigen Rückkontakt 113 (transparent oder metallisch) sehr verlustarme Strompfade zu den jeweils benachbarten Photovoltaikzellen. Auf der dem Substrat abgewandten Seite der Elektrodenschicht 113 der ersten Photovoltaikzelle 1 ist die erste Stromsammelschiene 105 angeordnet. Die zweite Stromsammelschiene ist elektrisch leitfähig mit der ersten Elektrodenschicht 111 der zweiten Photovoltaikzelle 2 gekoppelt. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind zwischen der ersten und der Photovoltaikzelle weitere Photovoltaikzellen angeordnet (5).
Das photoaktive Schichtsystem 112 umfasst insbesondere eine p-dotierte und eine n-dotierte Schicht sowie eine zwischen den dotierten Schichten angeordnete im Wesentlichen intrinsische, also undotierte, Schicht. Zur besseren Ausnutzung des Wellenlängenspektrums können zwischen den Elektrodenschichten 111 und 113 mehrere pin-Schichtstapel vorgesehen sein. Solche Mehrfachstapel werden beispielsweise Tandem- oder Triplezellen genannt. Es können aber auch mehr als drei pin-Schichtstapel vorgesehen sein. Die p-dotierte Schicht, die n-dotierte Schicht und/oder die intrinsische Schicht weisen gemäß Ausführungsformen jeweils eine Mehrzahl von Teilschichten auf.
Hierbei bedeutet n bzw. p eine n- bzw. p-Dotierung, die zu einer Erhöhung der Dichte freier Elektronen bzw. Löcher im thermischen Gleichgewichtszustand führt. Es ist allerdings auch möglich, dass die n-Schicht(en) bzw. p-Schicht(en) zumindest teilweise nominell undotiert sind und nur aufgrund der Materialeigenschaften (z.B. unterschiedliche Beweglichkeiten), aufgrund unbekannter Verunreinigungen (z.B. verbliebene Reste aus der Synthese, Zerfalls- oder Reaktionsprodukte während der Schichtherstellung) oder aufgrund von Einflüssen der Umgebung (z.B. angrenzende Schichten, Eindiffusion von Metallen oder anderen organischen Materialien, Gasdotierung aus der Umgebungsatmosphäre) bevorzugt n-leitende bzw. bevorzugt p-leitende Eigenschaften besitzen. In diesem Sinne sind derartige Schichten primär als Transportschichten zu verstehen. Die Bezeichnung i-Schicht bezeichnet demgegenüber eine nominell undotierte Schicht (intrinsische Schicht). Eine oder mehrere i-Schichten können hierbei Schichten sowohl aus einem Material, als auch eine Mischung aus zwei Materialien (sogenannte interpenetrierende Netzwerke bzw. bulk-heterojunction;) bestehen. Das durch den transparenten Grundkontakt einfallende Licht erzeugt in der i-Schicht bzw. in der n-/p-Schicht Exzitonen (gebundene Elektron-Loch-Paare). Diese Exzitonen können nur durch sehr hohe elektrische Felder oder an geeigneten Grenzflächen getrennt werden. In Organische Solarzellen stehen ausreichend hohe Felder nicht zur Verfügung, so dass alle Erfolg versprechenden Konzepte für organische Solarzellen auf der Exzitonentrennung an photoaktiven Grenzflächen beruhen. Die Exzitonen gelangen durch Diffusion an eine derartige aktive Grenzfläche, wo Elektronen und Löcher voneinander getrennt werden. Das Material, welches die Elektronen aufnimmt, wird dabei als Akzeptor, und das Material, welches das Loch aufnimmt, als Donator (oder Donor) bezeichnet. Die trennende Grenzfläche kann zwischen der p-(n-)Schicht und der i-Schicht bzw. zwischen zwei i-Schichten liegen. Im eingebauten elektrischen Feld der Solarzelle werden die Elektronen nun zum n-Gebiet und die Löcher zum p-Gebiet abtransportiert. Vorzugsweise handelt es sich bei den Transportschichten um transparente oder weitgehend transparente Materialien mit großer Bandlücke (wide-gap). Als wide-gap Materialien werden hierbei Materialien bezeichnet, deren Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich < 450nm liegt, vorzugsweise bei < 400nm.
Da durch das Licht immer erst Exzitonen erzeugt werden und noch keine freien Ladungsträger, spielt die rekombinationsarme Diffusion von Exzitonen an die aktive Grenzfläche eine kritische Rolle bei Organische Solarzellen. Um einen Beitrag zum Photostrom zu leisten, muss daher in einer guten organischen Solarzelle die Exzitonendiffusionslänge die typische Eindringtiefe des Lichts deutlich übersteigen, damit der überwiegende Teil des Lichts genutzt werden kann. Strukturell und bezüglich der chemischen Reinheit perfekte organische Kristalle oder Dünnschichten erfüllen durchaus dieses Kriterium. Für großflächige Anwendungen ist allerdings die Verwendung von monokristallinen organischen Materialien nicht möglich und die Herstellung von Mehrfachschichten mit ausreichender struktureller Perfektion ist bis jetzt noch sehr schwierig.
Falls es sich bei der i-Schicht um eine Mischschicht handelt, so übernimmt die Aufgabe der Lichtabsorption entweder nur eine der Komponenten oder auch beide. Der Vorteil von Mischschichten ist, dass die erzeugten Exzitonen nur einen sehr kurzen Weg zurücklegen müssen bis sie an eine Domänengrenze gelangen, wo sie getrennt werden. Der Abtransport der Elektronen bzw. Löcher erfolgt getrennt in den jeweiligen Materialien. Da in der Mischschicht die Materialien überall miteinander im Kontakt sind, ist bei diesem Konzept entscheidend, dass die getrennten Ladungen eine lange Lebensdauer auf dem jeweiligen Material besitzen und von jedem Ort aus geschlossene Perkolationspfade für beide Ladungsträgersorten zum jeweiligen Kontakt hin vorhanden sind.
Gemäß Ausführungsformen umfasst das i-Schichtsystem des photoaktiven Schichtsystems mindestens zwei Mischschichten, die direkt aneinandergrenzen und mindestens eine der beiden Hauptmaterialien einer Mischschicht ein anderes organisches Material ist als die beiden Hauptmaterialien einer anderen Mischschicht. Jede Mischschicht besteht aus mindestens zwei Hauptmaterialien, wobei diese ein photoaktives Donor-Akzeptor-System bilden. Das Donor-Akzeptor-System zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest für die Photoanregung der Donor-Komponente gilt, dass die gebildeten Exzitonen an der Grenzfläche zum Akzeptor bevorzugt in ein Loch auf dem Donor und ein Elektron auf dem Akzeptor getrennt werden. Als Hauptmaterial wird ein Material bezeichnet, dessen Volumen- oder Massen-Anteil in der Schicht größer als 16% ist. Weitere Materialien können technisch bedingt oder aber zur Einstellung von Schichteigenschaften beigemischt sein. Bereits bei einer Doppelmischschicht enthält das Bauelement drei bzw. vier verschiedene Absorbermaterialien.
Gemäß Ausführungsformen enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Akzeptor ein Material aus der Gruppe der Fullerene bzw. Fullerenderivate (C₆₀, C₇₀, etc.).
Gemäß Ausführungsformen enthalten alle photoaktiven Mischschichten als Akzeptor ein Material aus der Gruppe der Fullerene bzw. Fullerenderivate (C₆₀, C₇₀, etc.).
Gemäß Ausführungsformen enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Donator ein Material aus der Klasse der Phthalocyanine, Perylenderivate, TPD-Derivate, Oligothiophene.
Gemäß Ausführungsformen enthält mindestens eine der photoaktiven Mischschichten als Akzeptor das Material Fulleren C₆₀ und als Donator das Material 4P-TPD.
Gemäß Ausführungsformen bestehen die Elektrodenschichten aus Metall, einem leitfähigen Oxid, insbesondere ITO, ZnO:Al oder anderen TCOs oder einem leitfähigen Polymer, insbesondere PEDOT:PSS oder PANI.
Bei einer Dotierung organischer Materialien wird durch Beimischung einer akzeptorartigen bzw. donatorartigen Dotiersubstanz die Gleichgewichtsladungsträgerkonzentration in der Schicht erhöht und die Leitfähigkeit gesteigert. Die dotierten Schichten werden beispielsweise als Injektionsschichten an der Grenzfläche zu den Kontaktmaterialien in elektrolumineszierenden Bauelementen verwendet. Ähnliche Dotierungsansätze sind analog auch für Solarzellen zweckmäßig.
Möglich sind verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für die photoaktive i-Schicht. So kann es sich hierbei um eine Doppelschicht oder eine Mischschicht handeln. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist auch eine Kombination aus Doppel- und Mischschichten möglich. Beispielsweise ist das Mischungsverhältnis in verschiedenen Bereichen der Mischschicht unterschiedlich bzw. das Mischungsverhältnis einen Gradienten aufweist.
Das photoaktive Schichtsystem 112 umfasst gemäß Ausführungsformen organische Materialien. Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das photoaktive Schichtsystem 112 anorganische Materialien. Unter anorganischen photoaktiven Schichtsystemen werden unter anderem auch Silizium oder CIGS-basierende Schichtsysteme verstanden. Organische Schichtsysteme sind beispielsweise auf Basis von Polymeren oder kleinen Molekülen gebildet. Gemäß wiederum weiteren Ausführungsformen ist eine Mischung von organischen und anorganischen Schichten in dem photoaktiven Schichtsystem 112 möglich.
Kleine Molekülen sind gemäß Ausführungsformen nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen Molmassen zwischen 100 und 2000, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere könnend diese kleinen Molekülen auch photoaktiv sein, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteinfall ihren Ladungszustand ändern.
Zur Herstellung werden die Schichten auf das Substrat 121 aufgetragen. Das Auftragen erfolgt beispielsweise durch Abscheiden aus der Gasphase mit oder ohne Trägergas, durch Abscheiden aus einer Lösung oder einer Emulsion wie etwa Drucken oder Coaten.
In dem photoaktiven Schichtstapel 112 werden durch Lichteinstrahlung Ladungsträger generiert, die über die beiden Elektrodenschichten 111 und 113 abgeführt werden. Die Ladungsträger werden dann zu den Stromsammelschienen 105 geführt. Bei organischen Materialien in dem photoaktiven Schichtsystem 112 werden zunächst Exzitonen erzeugt, die an geeigneten Grenzschichten getrennt werden müssen. Meist werden zunächst Transportschichten, die n- oder p-dotiert sein können, verwendet zum Ableiten der entstandenen Ladungsträger.
Das Substrat 121 ist flächig ausgedehnt. Das Substrat 121 umfasst beispielsweise Glas, Metallblech, Kunststoff oder ein anderes Material. Insbesondere ist das Substrat 121 eben, gekrümmt oder flexibel. Bevorzugt ist das Substrat 121 eine Plastikfolie oder eine Metallfolie, die zum Beispiel Aluminium oder Stahl oder ein anderes Metall umfasst.
Gemäß Ausführungsformen sind die Photovoltaikzellen jeweils zumindest in einem vorgegebenen Lichtwellenlängenbereich semitransparent.
Wie in den bis dargestellt, verläuft die Trennung 102 nicht linear parallel zu einer Außenkante 109 des Dünnschichtphotovoltaikmoduls 100. Die Trennung 102 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 einen ersten Bereich 103 auf, der parallel zu der Außenkante 109 verläuft. An den ersten Bereich 103 schließt sich ein zweiter Bereich 104 der Isolierung 102 an, der quer zu der Außenkante 109 angeordnet ist. Der zweite Bereich 104 verläuft quer zu dem ersten Bereich 103.
An den zweiten Bereich 104 schließt sich ein dritter Bereich 118 an, der gleichgerichtet zu dem ersten Bereich 103 verläuft. Der dritte Bereich 118 verläuft parallel zu der Außenkante 109 und dem ersten Bereich 103. An den dritten Bereich 118 schließt sich ein vierter Bereich 119 an, der parallel zu dem zweiten Bereich 104 verläuft. Der vierte Bereich 119 verläuft quer zu der Außenkante 109, dem ersten Bereich 103 und dem dritten Bereich 118. Zwischen den jeweils direkt aneinander angrenzenden Bereichen der Bereiche 103, 104, 118 und 119 ist jeweils ein Winkel von in etwa 90° angeordnet. Das durch die vier Bereiche 103, 104, 118 und 119 gebildete Muster wird anschließend an den vierten Bereich 119 beliebig oft wiederholt.
Durch die nichtlinear ausgebildete Isolierung 102 sind die Photovoltaikzellen 1 und 2 mit unterschiedlichen Querausdehnungen entlang der Außenkante 109 ausgebildet. Die erste Photovoltaikzelle 1 weist entlang des ersten Bereichs 103 die Querausdehnung 114 auf. Daran anschließend in einer Region 108 des zweiten Bereichs 104 beziehungsweise des dritten Bereichs 118 weist die erste Photovoltaikzelle 1 eine zweite Querausdehnung 115 auf. Die zweite Querausdehnung 115 ist größer als die erste Querausdehnung 114. Entlang der Außenkante 109 wechseln sich die erste Querausdehnung 114 und die zweite Querausdehnung 115 abwechselnd ab. Die Querausdehnungen der zweiten Photovoltaikzelle 2 sind an die Querausdehnungen 114 und 115 der ersten Photovoltaikzelle 1 angepasst, sodass die zweite Photovoltaikzelle 2 ihre größere Querausdehnung im Bereich der Querausdehnung 114 aufweist und ihre kleinere Querausdehnung im Bereich der Querausdehnung 115. Gemäß Ausführungsformen weisen die Photovoltaikzellen 1 und 2 den gleichen Flächeninhalt auf. Gemäß weiteren Ausführungsformen weisen die Photovoltaikzellen 1 und 2 jeweils einen zueinander verschiedenen Flächeninhalt auf. Die Stromsammelschiene 105 und korrespondierend die zweite Stromsammelschiene weist einen ersten Bereich 106 auf. Der erste Bereich 106 erstreckt sich entlang der Außenkante 109. Der erste Bereich 106 der Stromsammelschiene 105 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Außenkante 109 entlang des gesamten Photovoltaikmoduls 100. Ein zweiter Bereich 107 der Stromsammelschiene 105 verläuft quer zu dem ersten Bereich 106. Der zweite Bereich 107 ist mit einem ersten Ende 116 mit dem ersten Bereich 106 der Stromsammelschiene 105 elektrisch gekoppelt. Das gegenüberliegende zweite Ende 117 des zweiten Bereichs 107 ist ein freies Ende. Der zweite Bereich 107 der Stromsammelschiene 105 erstreckt sich von dem ersten Bereich 106 in Richtung der zweiten Photovoltaikzelle 2. Der zweite Bereich 107 ist insbesondere in der Region 108 angeordnet, in der die Photovoltaikzelle 1 ihre größere Querausdehnung 115 aufweist. Insbesondere weist die Stromsammelschiene 105 eine Mehrzahl von zweiten Bereichen 107 auf. Die Stromsammelschiene 105 weist so viele zweite Bereiche 107 auf, wie die Photovoltaikzelle 1 Region mit der größeren Querausdehnung 115 aufweist.
Die erste Photovoltaikzelle 1 und die zweite Photovoltaikzelle 2, die jeweils mit der Stromsammelschiene 105 beziehungsweise der zweiten Stromsammelschiene gekoppelt sind, weisen jeweils auf ihrer nach außen gewandten Seite eine gerade Kante auf, die linear im Wesentlichen parallel zu der Außenkante 109 des Photovoltaikmoduls verläuft. Die Stromsammelschiene 105 weist die Finger-förmigen Verlängerungen 107 auf, sodass eine kammförmige Stromsammelschiene 105 ausgebildet ist.
Die Trennung 102 wird in einem oder mehreren Strukturierungsschritten während der Herstellung des Dünnschichtphotovoltaikmoduls 100 in die Schichtstapel 110 eingebracht. Strukturiert wird beispielsweise durch Lasern, Kratzen oder Drucken. Um die schräg zueinander verlaufenden Bereiche 103 und 104 auszubilden, wird ein zweidimensionaler Strukturierungsschritt durchgeführt.
Durch die gekrümmte Form der Photovoltaikzellen 1 und 2 und die daran angepassten zweiten Bereiche 107 der Stromsammelschiene 105 beziehungsweise der zweiten Stromsammelschiene ist von jedem Punkt jeder der Photovoltaikzellen aus ein ausreichend kurzer Weg zu der nächsten benachbarten Photovoltaikzelle oder der Stromsammelschiene 105 realisiert.
Durch die Variation der Anzahl an Serie geschalteten Photovoltaikzellen auf einer gleich großen vorgegebenen Fläche des Dünnschichtphotovoltaikmoduls 100 ist es möglich, den Wert der Spannung bei gleicher Oberflächenausnutzung der Modulfläche zu variieren, ohne die toten Flächen zu erhöhen. Es ist möglich, auf der vorgegebenen Größe für das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 und bei vorgegebener Oberflächenausnutzung eine kleinere Anzahl an Photovoltaikzellen vorzusehen und dadurch wird der Serienwiderstand gering gehalten. Somit kann eine vorgegebene Leistung bei geringerer Spannung erzielt werden. Zudem ist es möglich, die durch die Strukturierung entstehenden nicht nutzbaren Flächen zu reduzieren, da auf gleicher Fläche weniger Photovoltaikzellen und damit weniger Isolierungen vorgesehen werden. Somit wird das Photovoltaikmodul effektiver.
2 zeigt das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 gemäß 2 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der 1. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 verläuft die Isolierung 102 nicht eckig, sondern wellenförmig mit abgerundetem Übergängen und Krümmungen. Die zweiten Bereiche 107 der Stromsammelschiene 105 weisen zwischen dem ersten Ende 116 und dem zweiten Ende 117 eine sich ändernde Querausdehnung 120 auf, die an den Verlauf der Isolierung 102 angepasst ist. Ein gebogener Verlauf der Isolierung 102 ist einfach herstellbar.
3 zeigt das Photovoltaikmodul 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Photovoltaikmodul 100 gemäß 3 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 weisen die zweiten Bereiche 107 der Stromsammelschiene 105 eine T-Form auf. Die Trennung 102 verläuft so, dass die erste Photovoltaikzelle 1 und entsprechend die zweite Photovoltaikzelle 2 entlang der Außenkante 109 wiederkehrend beabstandet eine T-Form aufweist.
4 zeigt das Photovoltaikmodul 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Das Photovoltaikmodul der 4 entspricht im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 1. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 verläuft die Isolierung 102 zickzackförmig entlang der Außenkante 109 mit dazwischen liegenden geraden Bereichen. Entsprechend sind die zweiten Bereiche 107 der Stromsammelschiene 3 dreiecks-förmig ausgebildet. Die Winkel zwischen den Bereichen 103, 104, 118, 119 entsprechen nicht wie in 1 im Wesentlichen 90°. Die Winkel zwischen den Bereichen sind so gewählt, dass die Bereiche 103, 104, 118, 119 der Isolierung schräg zueinander verlaufen.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Dünnschichtphotovoltaikmoduls 100. Das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 der 5 entspricht im Wesentlichen der Ausführungsform der 1. Im Unterschied zu der Ausführungsform der 1 weist das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 gemäß 5 mehr als zwei Photovoltaikzellen auf.
Das Dünnschichtphotovoltaikmodul 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der 5 weist fünf Photovoltaikzellen 1, 2, 3, 4 und 5 auf. Jeweils zwischen zwei direkt aneinander angrenzenden Photovoltaikzellen 1, 3; 3, 4; 4, 5; 5, 2 ist eine Isolierung angeordnet. Die Isolierungen verlaufen jeweils parallel zu der Isolierung 102.
Die beiden äußersten Photovoltaikzellen 1 und 2, die jeweils nur an eine einzige Photovoltaikzelle 3 beziehungsweise 5 direkt angrenzen, weisen eine geradlinig verlaufende Kante auf. Die mittig angeordneten Photovoltaikzellen 3, 4 und 5, die jeweils an zwei Photovoltaikzellen direkt angrenzen, weisen jeweils zwei parallel verlaufende Außenkanten auf. Beispielsweise verlaufen die Außenkanten 123 und 124 der Photovoltaikzelle 4 parallel zueinander abhängig von der Form der ersten Photovoltaikzelle 1. Die erste und die zweite Photovoltaikzelle 1 und 2 sind jeweils mit der Stromsammelschiene 105 gekoppelt. Die mittig angeordneten Photovoltaikzellen 3, 4 und 5 sind nicht direkt mit den Stromsammelschienen 105 verbunden, sondern durch die Reihenschaltung der Photovoltaikzellen 1, 3, 4, 5 und 2. So wird die gesamte Spannung beziehungsweise der gesamte Strom aller fünf Photovoltaikzellen 1, 2, 3, 4 und 5 mittels der zwei Stromsammelschienen 105 nutzbar.
Bezugszeichenliste

100: Dünnschichtphotovoltaikmodul
102: Isolierung
103: erster Bereich
104: zweiter Bereich
105: Stromsammelschiene
106: erster Bereich
107: zweiter Bereich
108: Region
109: Außenkante
110: Schichtstapel
111, 113: Elektrodenschicht
112: Schichtsystem
114, 115: Querausdehnung
116: erstes Ende
117: zweites Ende
118: dritter Bereich
119: vierter Bereich
120: Querausdehnung
121: Substrat
123, 124: Außenkante
1, 2, 3, 4, 5: Photovoltaikzelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2010/0018581 A1 [0012]
DE 102007035883 A1 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Tang et al. 1986 [C.W. Tang et al. Appl. Phys. Lett. 48, 183 (1986)] [0005]

Claims

Dünnschichtphotovoltaikmodul, umfassend: – eine erste (1) und eine zweite (2) Photovoltaikzelle, die jeweils einen photoaktiven Schichtstapel (110) aufweisen, – eine Trennung (102), die zwischen der ersten (1) und der zweiten (2) Photovoltaikzelle angeordnet ist und die den ersten photoaktiven Schichtstapel (110) zumindest teilweise von dem zweiten photoaktiven Schichtstapel (110) trennt, so dass die erste (1) und die zweite (2) Photovoltaikzelle elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei – die Trennung (102) einen ersten Bereich (103) und einen zweiten Bereich (104) aufweist, die aneinander anschließen und die so angeordnet sind, dass der erste Bereich (103) und der zweite Bereich (104) schräg zueinander verlaufen, – eine Stromsammelschiene (105), die elektrisch mit der ersten Photovoltaikzelle (1) gekoppelt ist zur elektrischen Kontaktierung des Dünnschichtphotovoltaikmoduls und die einen ersten Bereich (106) und einen zweiten Bereich (107) aufweist, wobei – der zweite Bereich (107) der Stromsammelschiene (105) so angeordnet ist, dass der zweite Bereich (107) der Stromsammelschiene (105) schräg zu dem ersten Bereich (106) der Stromsammelschiene (105) verläuft und dass der zweite Bereich (107) der Stromsammelschiene (105) in einer Region (108) des zweiten Bereichs (104) der Trennung (102) angeordnet ist.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach Anspruch 1, bei dem sich der erste Bereich (106) der Stromsammelschiene (105) geradlinig entlang der erste Photovoltaikzelle (1) erstreckt und der erste Bereich (103) und der zweite Bereich (104) der Trennung (102) so angeordnet sind, dass die erste Photovoltaikzelle (1) entlang des ersten Bereichs (106) der Stromsammelschiene (105) eine erste (114) und eine zweite (115) Querausdehnung aufweist, wobei die zweite Querausdehnung (115) größer ist als die erste Querausdehnung (114).
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach Anspruch 2, bei dem der zweite Bereich (107) der Stromsammelschiene (105) bei der zweiten Querausdehnung (115) angeordnet ist.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach Anspruch 2 oder 3, bei dem sich die erste (114) und die zweite (115) Querausdehnung entlang dem ersten Bereich (106) der Stromsammelschiene (105) abwechselnd wiederholen, so dass ein wiederkehrendes Muster gebildet ist.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine Mehrzahl von zweiten Bereichen (107) der Stromsammelschiene (106), und bei dem – der erste Bereich (106) der Stromsammelschiene (105) langgestreckt geradlinig verläuft und die zweiten Bereiche (107) jeweils quer zu dem ersten Bereich (106) verlaufen, wobei die zweiten Bereiche (107) jeweils mit einem ersten Ende (116) mit dem ersten Bereich (106) der Stromsammelschiene (105) elektrisch gekoppelt sind und jeweils ein zweites, freies Ende (117) aufweisen.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach Anspruch 5, bei dem der zweite Bereich (107) der Stromsammelschiene (105) zwischen dem ersten Ende (116) und dem zweiten Ende (117) eine sich ändernde Querausdehnung (120) aufweist.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: mehr als zwei Photovoltaikzellen (1, 2, 3, 4, 5), die elektrisch in Reihe geschaltet sind, wobei die erste Photovoltaikzelle (1) lediglich an eine einzige (2) der Photovoltaikzellen (1, 2, 3, 4, 5) direkt angrenzt.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach Anspruch 7, bei der die erste Photovoltaikzelle (1) entlang des ersten Bereichs (106) der Stromsammelschiene (105) eine andere Form aufweist als die Photovoltaikzellen (3, 4, 5), die jeweils an zwei der Photovoltaikzellen (1, 2, 3, 4, 5) direkt angrenzen.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der photoaktive Schichtstapel (110) jeweils aufweist: – eine erste Elektrodenschicht (111), – eine zweite Elektrodenschicht (113), – ein photoaktives Schichtsystem (112), das zwischen der ersten (111) und der zweiten (113) Elektrodenschicht angeordnet ist.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach Anspruch 9, bei dem die Stromsammelschiene (105) mit der zweiten Elektrodenschicht (113) der ersten Photovoltaikzelle (1) gekoppelt ist.
Dünnschichtphotovoltaikmodul nach Anspruch 9 oder 10, bei dem zumindest eine Schicht (111, 112, 113) des photoaktiven Schichtsystems (112) ein organisches Material umfasst.