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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein fotoelektrisches Halbleiterelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf mehrere gleiche, ähnliche, bezüglich ihrer Kontur zueinander passende, oder identische fotoelektrische Halbleiterelemente, die in einem flächigen Verbund zusammengefügt werden können, um so eine Fläche auszufüllen oder abzudecken, die größer ist als die Fläche eines einzelnen fotoelektrischen Halbleiterelements. Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf organische lichtemittierende Dioden (OLED) oder auf Solarzellen, die auf dem oben beschriebenen fotoelektrischen Halbleiterelement basieren.
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Unter dem Begriff „fotoelektrisches Halbleiterelement“ werden im Folgenden sowohl Licht emittierende Elemente (in Erwiderung auf zugeführte elektrische Energie) wie auch solche Elemente verstanden, die bei einfallendem Licht einen elektrischen Strom erzeugen. Dieser Umwandlung von elektrischem Strom zu Licht oder umgekehrt liegt der fotoelektrische Effekt zu Grunde, der insbesondere in Halbleitern beobachtet werden kann und dort bestimmten Bedingungen unterliegt. Die verwendeten Halbleiter können sowohl anorganische Halbleiter (zum Beispiel Silizium) als auch organische Halbleiter sein.
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Weithin bekannt sind lichtemittierende Dioden (LED), die zunächst hauptsächlich als Kontrolllampen, Anzeigeelemente und Signalübertragungselemente (Optokoppler, Infrarot-Fernbedienung, Infrarot-Datenübertragung, etc.) verwendet wurden. Mit steigender Lichtausbeute und der Möglichkeit, nicht nur bestimmte Farben, sondern nahezu jede beliebige Farbe (inklusive weißem Licht oder zumindest annähernd weißem Licht) erzeugen zu können, fanden lichtemittierende Dioden in den vergangenen Jahren mehr und mehr auch als Beleuchtungsmittel Verwendung. Die technischen Eigenschaften von Licht emittierenden Dioden (geringe Wärmeentwicklung, Betrieb mit Niederspannung) ermöglichen darüber hinaus eine Abkehr von klassischen Lampenformen und einen höheren Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Beleuchtungsmittel. Insbesondere bei Verwendung von organischen LEDs (OLEDs) besteht die Möglichkeit, relativ großflächige Beleuchtungsmittel zu relativ niedrigen Kosten bereitzustellen.
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Zu den fotoelektrischen Halbleiterelementen werden auch Solarzellen gezählt, die zwar ebenfalls bereits seit längerem bekannt sind, aber in den letzten Jahren eine beträchtliche Steigerung des Umfangs ihrer Herstellung und Verwendung erfahren haben. Solarzellen sind in der Lage, einfallende (Sonnen-)Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Es ist unmittelbar einzusehen, dass die Menge der erzeugbaren elektrischen Energie mit größer werdender aktiver Fläche der Solarzelle wächst.
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Unter anderem diese Entwicklungen, aber auch andere Entwicklungen tragen dazu bei, dass fotoelektrische Halbleiterelemente vermehrt visuell wahrnehmbar werden.
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Bisherige Strukturierungen von lichtemittierenden Flächen sind stets geometrischer und/oder symmetrischer Natur und orientieren sich häufig hauptsächlich an technischen Erfordernissen. Ästhetische Ansprüche an eine Gestaltung der Leuchtfläche lassen die streng geometrischen Strukturierungen gemäß dem Stand der Technik zumeist unberücksichtigt.
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Ein Standardaufbau einer OLED oder auch einer Solarzelle beinhaltet eine transparente, elektrisch leitfähige Schicht (z.B. eine ITO-Schicht (Indium-Zinn-Oxid) oder allgemeiner ein transparentes, leitfähiges Oxid, (engl.: „transparent conducting oxide“, TCO)) auf Glas mit ca. 100nm Dicke, eine organische Schicht (mit teilweise bis zu 20 Sublagen) mit bis zu 1000nm Dicke und eine metallische Kathode (meistens Aluminium oder Silber) mit ca. 10-500nm Dicke. Eine Variante dieses Aufbaus ist die Nutzung einer transparenten Topelektrode (dünnes Metall oder ITO) um eine Auskopplung bzw. Einkopplung des Lichtes über die Topelektrode zu erreichen und transparente Bauelemente zu erzielen.
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Bei großflächigen Bauelementen führt der hochohmige Widerstand der transparenten Schicht (ca. 5-100 Ohm/square) zu einer Inhomogenität der Stromeinspeisung, da die Kontakte der Schicht nur am Rand des Leuchtelementes möglich sind. Dies limitiert die maximale Größe auf ca. 10×10cm2.
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Zur Erreichung größerer Flächen werden insbesondere Metallverstärkungen in Form von Netzen in die transparente Schicht eingebracht. Diese Metallnetze (im Englischen auch „busbars“ genannt) erniedrigen den effektiven Schichtwiderstand entsprechend deren Belegungsdichte und ermöglichen somit die Realisierung größerer Diodenflächen. Die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer
US 2011 / 0 041 890 A1 offenbart eine entsprechende hocheffiziente Solarzelle und ein Solarmodul. Eine oder mehrere Leiterbahnen können auf einer transparenten, leitfähigen Schicht angeordnet sein.
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Aufgrund der Nichttransparenz dieser Netze erniedrigen sie die effektive Bauelementfläche. Aus diesem Grunde wird versucht, die Netzstrukturen so zu verdünnen, dass sie mit bloßem Auge kaum mehr sichtbar sind. Jedoch ist auch hiermit die erreichbare Größe der homogen mit Strom versorgten Fläche beschränkt, da eine verlustarme Stromleitung bei solch dünnen Metallnetzen bzw. „busbars“ begrenzt ist. Zudem bedingen solche nahezu unsichtbaren „Busbars“ eine aufwendige und kostenintensive Fertigungstechnologie wie z.B. Fotolithografie.
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Eine Alternative zu ultradünnen, fotolithografisch strukturierten „Busbars“ stellen per Dickschichttechnik gedruckte Busbarsysteme dar, die jedoch Aufgrund ihrer Herstellungstechnik nicht beliebig dünn realisierbar und damit per se sichtbar sind.
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Das US Patent Nr.
US 4 932 755 A offenbart ein optisch transparentes Element mit Abschirmung gegen elektromagnetische Pulse. Das optisch transparente Element weist ein laminiertes, elektrisch leitfähiges Gitter auf, welches ein dicht gepacktes Array von Blendenöffnungen oder Aperturen definiert. Jede Blendenöffnung/Apertur ist ein modifiziertes Polygon mit mehreren kurvenförmigen Seiten, um eine minimale sichtbare Störung durch Fraunhofer-Beugung zu erreichen. Die deutsche Offenlegungsschrift
DE 10 2006 045 514 A1 offenbart eine transparente Flächenelektrode auf einem tragfähigen, starren oder flexiblen Substrat, bestehend aus einem Gitternetz von elektrisch leitfähigen sehr feinen Linien mit Knoten und Maschen, welches so ausgeführt ist, dass sich im Durchlicht ein möglichst kreisförmiges Beugungsbild und damit eine hochgradige optische Unauffälligkeit ergibt.
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Diese technisch bedingten Netzstrukturen sind jedoch für die meisten Anwender störend, da sie eine möglichst homogene, wenig technisch wirkende Leuchtfläche wünschen.
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Es wäre wünschenswert, wenn es ein flächiges fotoelektrisches Halbleiterelement geben würde, dass eine preiswerte, effiziente Kontaktierung einer fotoaktiven Schichtanordnung oder eines sonstigen fotoaktiven Elements auf für einen Betrachter unauffällige Weise ermöglicht, oder von diesem zumindest als nicht von einer technischen Funktion der Kontaktierung bedingt wahrgenommen wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein fotoelektrisches Halbleiterelement gemäß Anspruch 1 oder ein Verfahren zur Herstellung eines fotoelektrischen Halbleiterelement gemäß Anspruch 10 gelöst.
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Ausführungsbeispiele schaffen ein fotoelektrisches Halbleiterelement, das eine fotoaktive Schichtanordnung mit einer ersten Oberfläche, einer entgegengesetzten zweiten Oberfläche und einem Rand aufweist. Das fotoelektrische Halbleiterelement weist des Weiteren eine erste Kontaktanordnung und eine zweite Kontaktanordnung auf. Die erste Kontaktanordnung und die zweite Kontaktanordnung sind zumindest teilweise aus einem elektrischen Leitermaterial (elektrisch gut leitfähiges Material, im Vergleich zu der fotoaktiven Schichtanordnung), nicht jedoch unbedingt aus demselben elektrischen Leitermateri al. Die erste Kontaktanordnung ist zumindest bereichsweise an der ersten Oberfläche angeordnet und konfiguriert, einen ersten elektrischen Kontakt für die fotoaktive Schichtanordnung bereitzustellen. Die zweite Kontaktanordnung ist an Teilbereichen der zweiten Oberfläche angeordnet, so dass außerhalb der Teilbereiche ein Transfer von Licht zwischen der fotoaktiven Schichtanordnung und einer Umgebung des fotoelektrischen Halbleiterelements erfolgen kann. Die zweite Kontaktanordnung ist konfiguriert, einen zweiten elektrischen Kontakt für die fotoaktive Schichtanordnung bereitzustellen. Die zweite Kontaktanordnung weist zumindest eine Leiterbahn auf, die zumindest abschnittsweise schräg bezüglich des Randes der fotoaktiven Schichtanordnung verläuft.
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Weitere Ausführungsbeispiele schaffen ein Verfahren zum Herstellen eines fotoelektrischen Halbleiterelements. Das Verfahren weist das Bedrucken einer Oberfläche einer fotoaktiven Schichtanordnung mit einer Kontaktanordnung mittels eines Rolle-zu-Rolle-Verfahrens auf. Die Kontaktanordnung weist zumindest eine Leiterbahn auf, die zumindest abschnittsweise schräg bezüglich eines Rands der fotoaktiven Schichtanordnung verläuft.
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Ausführungsbeispiele basieren darauf, dass Leiterbahnen, die zumindest abschnittsweise schräg verlaufen, von einem Betrachter als unregelmäßiger und damit weniger „erzwungen“ (von einer zu erzielenden technischen Funktion) wahrgenommen werden. Dies gilt umso mehr, wenn mehrere an sich gleiche oder identische fotoelektrische Halbleiterelemente eindimensional oder zweidimensionalen aneinander gefügt werden, so dass sich über diese mehreren fotoelektrischen Halbleiterelemente hinweg ein (mehrfach) geknickter oder gekrümmter Leiterbahnverlauf ergibt. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass das fotoelektrische Halbleiterelement eine Rotationssymmetrie aufweist (zumindest was den Teil der zweiten Kontaktanordnung angeht, der sich am Rand der fotoaktiven Schichtanordnung befindet) und nebeneinander liegende fotoelektrische Halbleiterelemente unterschiedliche (gegebenenfalls zufällig ausgewählte) Ausrichtungen haben können. Ausführungsbeispiele stellen somit eine technische Lösung zur Verfügung, die einen größeren Freiraum bei der ästhetischen Gestaltung ermöglichen bzw. allzu technisch aussehende Gestaltungen zu vermeiden. Die Ausführungsbeispiele beziehen sich jedoch noch nicht auf eine konkrete ästhetische Gestaltung per se.
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Die fotoaktive Schichtanordnung kann bei organischen LEDs oder Solarzellen eine organische Schicht mit mehreren Sublagen sein. Bei fotoelektrischen Halbleiterelementen, die auf nicht-organischen Halbleitern basieren, kann die fotoaktive Schichtanordnung ein Halbleitersubstrat sein (zum Beispiel Silizium), das unterschiedlich dotierte Schichten aufweist, so dass sich zumindest ein pn-Übergang ergibt.
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Die Teilbereiche an der zweiten Oberfläche, an denen die zweite Kontaktanordnung angeordnet ist, können insbesondere dünne Linienstrukturen, Kurvenstrukturen oder Netzstrukturen sein. Die zweite Kontaktanordnung dient insbesondere dazu, auch solche Teilbereiche an der zweiten Oberfläche der fotoaktiven Schichtanordnung elektrisch zu kontaktieren, die relativ weit von einer Klemme des fotoelektrischen Halbleiterelements entfernt sind. Da die zweite Kontaktanordnung aus einem elektrischen Leitermaterial besteht oder ein elektrisches Leitermaterial aufweist, kann ein elektrischer Strom, der an der Klemme eingespeist bzw. abgeführt wird, mit relativ geringem elektrischen Widerstand zu den relativ weit von der Klemme entfernten Teilbereichen gelangen bzw. von dort zur Klemme fließen.
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Da die zumindest eine Leiterbahn abschnittsweise schräg zum Rand der fotoaktiven Schichtanordnung verläuft, nimmt ein Betrachter des fotoelektrischen Halbleiterelements die Leiterbahn als eine Struktur war, die weder strikt parallel noch orthogonal zum Rand der fotoaktiven Schichtanordnung verläuft. Man beachte jedoch, dass die Leiterbahn nichtsdestotrotz Abschnitte aufweisen kann, die stellenweise parallel oder senkrecht zum Rand der fotoaktiven Schichtanordnung verlaufen. Auf diese Weise nimmt der Betrachter die zweite Kontaktanordnung als eine Struktur wahr, die nicht von technischen Erfordernissen bedingt zu sein scheint.
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Einige Ausführungsbeispiele stellen ein lichtemittierendes Element zur Verfügung, das beispielsweise auf organischen Leuchtdioden (OLED) basiert. Das lichtemittierende Element weist sowohl im ausgeschalteten als auch im eingeschalteten Zustand innerhalb der aktiven Fläche eine Struktur auf, die im wesentlichen nichtgeometrisch und unsymmetrisch, also unregelmäßig ist, und gleichermaßen eine technische sowie eine ästhetische Funktion erfüllt. Technisch dient diese Strukturierung der Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der substratseitigen transparenten Elektrode. Der ästhetische Anspruch liegt im Wesentlichen in einer Unterteilung bzw. Musterung der leuchtenden Fläche. Zudem ermöglicht eine der Erfindung entsprechende, unregelmäßige Strukturierung der leuchtenden Fläche eine Aneinanderreihung mehrerer Elemente in mindestens einer Richtung. Damit ist es möglich, große leuchtende Flächen durch die Aneinanderreihung einer Vielzahl solcher erfindungsgemäß strukturierter lichtemittierender Elemente zu erzielen, die trotzdem kein wiederkehrendes gleichmäßiges Muster erzeugen.
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Eine erfindungsgemäße Strukturierung des lichtemittierenden Elementes hat die Eigenschaft, dass bei einer unregelmäßigen also wahllosen Verdrehung einer Vielzahl aneinandergereihter Einzelelemente das Einzelelement nicht oder nur noch sehr schwer erkennbar ist.
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Bekannte rechteckige lichtemittierende Elemente besitzen in der Regel nur zwei Ausrichtungsmöglichkeiten, die durch eine Drehung um 90° erreicht werden.
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Ein erfindungsgemäßes Element besitzt aufgrund der unregelmäßigen Struktur zum Beispiel vier Ausrichtungsmöglichkeiten und dadurch eine größere Variationsmöglichkeit bei Aneinanderreihung. Dreieckige fotoelektrische Halbleiterelemente bieten zum Beispiel drei Ausrichtungsmöglichkeiten, wohingegen sechseckige bzw. hexagonale fotoelektrische Halbleiterelemente bis zu sechs verschiedene Ausrichtungsmöglichkeiten bieten können.
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Der Rand der fotoaktiven Schichtanordnung weist zumindest zwei gleiche Randabschnitte auf, so dass zwei gleiche fotoelektrische Halbleiterelemente mittels jeweils einem ihrer gleichen Randabschnitte formschlüssig aneinander gefügt werden können. Die zwei Randabschnitte können im Wesentlichen geradlinig sein, wie es zum Beispiel bei quadratischen, rechteckigen, dreieckigen oder sechseckigen Schichtanordnungen bzw. fotoelektrischen Halbleiterelementen der Fall ist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Randabschnitte beispielsweise wellenförmig oder gekrümmt sind und trotzdem die Möglichkeit bieten, dass mehrere fotoelektrische Halbleiterelemente als flächiger Verbund aneinandergefügt werden.
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Die zweite Kontaktanordnung erstreckt sich bis zu einer ersten Stelle an einem ersten Randabschnitt der zumindest zwei gleichen Randabschnitte. Ebenso kann sich die zweite Kontaktanordnung bis zu einer zweiten Stelle an einem zweiten Randabschnitt der zumindest zwei gleichen Randabschnitte erstrecken. Die erste Stelle und die zweite Stelle können spiegelsymmetrisch, punktsymmetrisch oder punktsymmetrisch als auch spiegelsymmetrisch zueinander sein, so dass bei einem Aneinanderfügen von zwei fotoelektrischen Halbleiterelementen ein elektrischer Kontakt und auch eine optische Kontinuität zwischen den jeweiligen zweiten Kontaktanordnungen der zwei aneinandergefügten fotoelektrischen Halbleiterelemente hergestellt werden kann.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die zweite Kontaktanordnung sich sogar zumindest bis zu zwei Stellen des ersten Brandabschnitts und zumindest bis zu zwei Stellen des zweiten Randabschnitts erstrecken. Die zumindest zwei Stellen je Randabschnitt können symmetrisch zueinander entlang des jeweiligen Randabschnitts und an einander entsprechenden Stellen des ersten Randabschnitts und des zweiten Randabschnitts angeordnet sein. Beim Aneinanderfügen von zwei fotoelektrischen Halbleiterelementen kann dann ein elektrischer Kontakt zwischen den jeweiligen zweiten Kontaktanordnungen der zwei aneinandergefügten fotoelektrischen Halbleiterelemente hergestellt werden, und zwar an den zumindest zwei Stellen je Randabschnitt. Dies kann so verstanden werden, dass bei einem Durchlaufen des Randabschnitts ausgehend von einem Anfang des Randabschnitts nach jeweils den gleichen Teilstrecken eine Stelle erreicht wird, an der die zweite Kontaktanordnung auf den Randabschnitt trifft. Dies gilt zum einen, wenn der erste Randabschnitt mit dem zweiten Randabschnitt verglichen wird, und zum anderen auch dann, wenn derselbe Randabschnitt ausgehend von dem Anfang in einer ersten Richtung und ausgehend von einem Ende des Randabschnitt in einer entgegengesetzten zweiten Richtung durchlaufen wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass die zweite Kontaktanordnung nicht nur elektrisch sondern auch optisch über die Halbleiterelementgrenze zwischen zwei aneinandergefügten fotoelektrischen Halbleiterelemente an den zumindest zwei Stellen fortgesetzt wird, unabhängig davon, wie der beteiligte Randabschnitt des ersten Halbleiterelements und der beteiligte Randabschnitt des zweiten Halbleiterelements bezüglich einer Drehposition ausgerichtet sind.
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Gemäß Ausführungsbeispielen sind die zumindest zwei gleichen Randabschnitte drehsymmetrisch zueinander. Die Drehsymmetrie kann zum Beispiel eine 90° Drehsymmetrie, eine 180° Drehsymmetrie, eine 120° Drehsymmetrie oder eine 60° Drehsymmetrie sein.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die Kontaktanordnung derart strukturiert sein, dass sich die zweiten Kontaktanordnungen der zwei aneinandergefügten, gleichen, fotoelektrischen Halbleiterelemente an den aneinandergefügten Randabschnitten optisch fortsetzen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die zumindest eine Leiterbahnen zumindest abschnittsweise gekrümmt verlaufen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann das fotoelektrische Halbleiterelement eine Leuchtdiode, eine organische Leuchtdiode, ein Beleuchtungselement, ein Licht emittierendes Element oder eine Solarzelle sein.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die zweite Kontaktanordnung eine Netzstruktur aufweisen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die fotoaktiven Schichtanordnung eine rechteckige, quadratische, dreieckige, gleichseitig dreieckige oder sechseckige Form aufweisen.
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Gemäß Ausführungsbeispielen kann die erste Kontaktanordnung dieselben technischen Merkmale aufweisen, wie die zweite Kontaktanordnung. Auf diese Weise kann das fotoelektrische Halbleiterelement sowohl an der ersten Oberfläche als auch in der zweiten Oberfläche Licht emittieren, bzw. Licht kann über die erste und zweite Oberfläche in die fotoaktive Schichtanordnung einfallen. Es ist jedoch nicht notwendig, dass die erste Kontaktanordnung und die zweite Kontaktanordnung identisch oder auch nur ähnlich sind. Gerade bei Leuchtmitteln oder Beleuchtungselementen, die von beiden Seiten aus angeschaut werden können (beispielsweise ein leuchtender Raumteiler), kann es gewünscht sein, dass auch die erste Kontaktanordnung für den Betrachter möglichst dekorativ, natürlich und/oder unregelmäßig aussieht.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren, in denen gleiche oder gleich wirkende Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet sind, näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein bekanntes Einzelelement mit regelmäßiger, symmetrischer Struktur sowie eine 4×4 Anordnung von 16 dieser Einzelelemente;
- 2 ein Einzelelement eines fotoelektrischen Halbleiterelements gemäß Ausführungsbeispielen sowie eine 4×4 Anordnung von 16 dieser Einzelelemente;
- 3A und 3B schematische Schnittansichten von zwei Ausführungsbeispielen eines fotoelektrischen Halbleiterelements;
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Einzelelements mit komplexerer Strukturierung sowie eine 2×2 Anordnung von vier dieser Einzelelemente;
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Einzelelements mit kurvenförmigen Randabschnitten sowie eine 2×2 Anordnung von vier dieser Einzelelemente;
- 6 eine Anordnung mit 13 der Einzelelemente aus 5;
- 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines dreieckigen Einzelelements mit kurvenförmigen Randabschnitten, sowie eine Anordnung von acht dieser Einzelelemente; und
- 8 eine schematische Darstellung von zwei formschlüssig zueinander passenden Randabschnitten zweier aneinandergefügter fotoelektrischer Halbleiterelemente zur Veranschaulichung von Symmetriebeziehungen.
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Bevor im Folgenden die vorliegende Erfindung anhand der Figuren näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen gleiche Elemente oder funktionell gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Beschreibung von Elementen mit gleichen Bezugszeichen ist daher gegenseitig austauschbar und/oder in verschiedenen Ausführungsbeispielen aufeinander anwendbar.
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1 zeigt links eine schematische Draufsicht auf ein bekanntes Einzelelement mit regelmäßiger, symmetrischer Struktur. Rechts davon zeigt 1 eine 4×4 Anordnung mit unregelmäßiger (wahlloser) Verdrehung der Einzelelemente. Die Fortsetzung aller Strukturen über die Grenzen des Einzelelemente hinweg ist hierbei nicht gewährleistet.
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Die Kontaktanordnung, die an der sichtbaren Oberfläche der in 1 dargestellten fotoelektrischen Halbleiterelemente angeordnet ist, weist Leiterbahnen auf, die parallel zu den Rändern des fotoelektrischen Halbleiterelements verlaufen. Wie in der 4×4 Anordnung zu erkennen ist, setzen sich einige dieser Leiterbahnen über eine jeweilige Grenze zwischen zwei benachbarten fotoelektrischen Halbleiterelementen hinweg fort, während andere Leiterbahnen an diesen Grenzen enden. Für einen Betrachter der 4×4-Anordnung kann insbesondere störend wirken, dass jedes Einzelelement für sich zwar symmetrisch und regelmäßig ist, diese Symmetrie und Regelmäßigkeit jedoch aufgrund der wahllosen Verdrehung der Einzelelemente nicht fortgesetzt wird. Weiterhin könnte es auch unerwünscht sein, wenn die gesamte Anordnung mit 4×4 Elementen oder einer anderen Anzahl an Einzelelementen mit einheitlicher Ausrichtung der Einzelelemente angeordnet würde, da in diesem Fall die vielen geraden Linien die Anordnung (zu sehr) optisch unterteilen.
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2 zeigt links eine schematische Draufsicht auf ein Einzelelement 10 mit beispielhafter Strukturierung gemäß Ausführungsbeispielen. Weiterhin zeigt 2 auf der rechten Seite eine 4×4 Anordnung 100 mit unregelmäßiger (wahlloser) Verdrehung der Einzelelemente unter Beibehaltung der Fortsetzung aller Strukturen über die Grenzen des Einzelelemente hinweg.
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An der zweiten Oberfläche des Einzelelements 10 ist die zweite Kontaktanordnung 20 angeordnet, die bei diesem Ausführungsbeispiel vier geradlinige Leiterbahnen 22, 24, 26, 28 aufweist. Die Leiterbahnen 24, 26, 28 verlaufen schräg in Bezug auf vier Ränder 12, 14, 16, 18 der fotoaktiven Schichtanordnung des fotoelektrischen Halbleiterelements 10. Die Leiterbahn 22 verläuft dagegen im Wesentlichen parallel zu den Rändern 12 und 16 der fotoaktiven Schichtanordnung des fotoelektrischen Halbleiterelements 10.
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Wie im rechten Teil von 2 zu sehen, wirken die jeweiligen zweiten Kontaktanordnungen 20 der Vielzahl von fotoelektrischen Halbleiterelementen 10 wie ein zufälliges Muster. Ein Betrachter kann insbesondere bei flüchtiger Betrachtung und/oder einer Betrachtung aus einiger Entfernung keine wiederkehrende Struktur feststellen. Selbst die Grenzen 30 zwischen den einzelnen fotoelektrischen Halbleiterelementen 10 sind für den Betrachter aufgrund der schräg verlaufenden Leiterbahnen der zweiten Kontaktanordnung 20 nicht mehr so dominant wahrnehmbar.
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Die in dieser Erfindung vorgeschlagene Lösung beruht gegebenenfalls auf der Nutzung bewusst sichtbarer Netzstrukturen zur Verringerung des Flächenwiderstands der transparenten Elektrode und zur homogenen Stromversorgung großer Flächen. Im Vergleich zum Stand der Technik sind diese Netze auf dem lichtemittierenden oder -absorbierenden Modul jedoch nicht streng geometrisch ausgeführt (Fig.l), sondern unregelmäßig verteilt, nicht in rechten Winkeln, unsymmetrisch und überwiegend nicht in sich wiederholenden Mustern ausgeführt. Darüber hinaus ist die Netzstruktur so ausgeführt, dass sich bei einer Aneinanderreihung mehrerer Module diese unregelmäßige Struktur nach allen Seiten fortsetzt. Ziel dieses Ansatzes ist es, dass die technisch notwendige Netzgitterstruktur vom Laien wie vom Fachmann nicht als technisch notwendig wahrgenommen wird, sondern als ästhetisches Gestaltungselement der Licht- oder Solarzellenfläche dient.
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Ausführungsbeispiele schaffen ein lichtemittierendes oder -absorbierendes Element rechteckiger Grundfläche bei welcher die aktive Fläche eine Strukturierung aufweist, welche überwiegend nicht streng geometrisch, unregelmäßig verteilt, nicht in rechten Winkeln, unsymmetrisch und überwiegend nicht in sich wiederholenden Mustern ausgeführt ist. Darüber hinaus ist die Strukturierung so ausgeführt, dass sich bei einer Aneinanderreihung mehrerer Module diese unregelmäßige Struktur nach allen Seiten des Elementes fortsetzt.
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3A zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein fotoelektrisches Halbleiterelement 10 gemäß Ausführungsbeispielen. Das fotoelektrische Halbleiterelement 10 weist eine fotoaktive Schichtanordnung 5 auf, die ihrerseits eine erste Schicht 52 und eine zweite Schicht 54 aufweist. Die erste Schicht 52 ist zum Beispiel eine Emitterschicht und die zweite Schicht 54 ist zum Beispiel eine Lochleitungsschicht (engl.: „hole transport layer“) einer organischen lichtemittierenden Diode (OLED). An einer ersten Oberfläche der fotoaktiven Schichtanordnung 5 (in 3 die untere Oberfläche) ist eine erste Kontaktanordnung 60 als elektrische Anode vorgesehen. Die erste Kontaktanordnung 60 ist mit einer ersten Anschlussklemme 62 elektrisch verbunden, über die das fotoelektrische Halbleiterelement 10 mit einer externen Schaltung verbunden werden kann. Die erste Kontaktanordnung 60 ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen ganzflächig an der ersten Oberfläche der fotoaktiven Schichtanordnung 5 vorgesehen. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass die erste Kontaktanordnung 60 nur bereichsweise an der ersten Oberfläche angeordnet ist und dazwischen liegende Bereiche der ersten Oberfläche frei bleiben, so dass dort Licht ein- bzw. austreten kann.
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An einer zweiten Oberfläche der fotoaktiven Schichtanordnung 5 ist die zweite Kontaktanordnung 20 angeordnet. Die zweite Kontaktanordnung 20 weist Leiterbahnen 22, 24 und 26 auf, die elektrisch mit einer zweiten Anschlussklemme 64 verbunden sind, welche ebenfalls zum elektrischen Verbinden des fotoelektrischen Halbleiterelement 10 mit der externen Schaltung vorgesehen sind. Die Leiterbahnen 22, 24, 26 sind zum Teil im Querschnitt dargestellt (schraffiert). Die zweite Kontaktanordnung weist auch eine Schicht aus einem lichtdurchlässigen, elektrisch leitfähigem Material auf, wie zum Beispiel ein transparentes, leitfähiges Oxid (engl.: „transparent conducting oxide“, TCO). Dieses lichtdurchlässige, leitfähige Material kann zum Beispiel ITO (Indium-Zinn-Oxid) sein. Die lichtdurchlässige, leitfähige Schicht 29 dient insbesondere dazu, den elektrischen Strom auch zu den Bereichen zwischen den Leiterbahnen zu führen.
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3B zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein fotoelektrisches Halbleiterelement gemäß weiteren Ausführungsbeispielen. Im Vergleich zu der Konfiguration von 3A ist bei der Konfiguration von 3B die Lage der lichtdurchlässigen Schicht 29 (z.B. ITO) und der Leiterbahnen 22, 24, 26 vertauscht. Somit sind die Leiterbahnen zwischen der lichtdurchlässigen, leitfähigen Schicht 29 und der fotoaktiven Schichtanordnung 5 angeordnet. Die Anschlussklemme 64 kann mit der lichtdurchlässigen, leitfähigen Schicht 29 als auch mit zumindest einer der Leiterbahnen 22, 24, 26 elektrisch verbunden sein.
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4 zeigt im oberen Teil ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Einzelelements 10 mit komplexerer Strukturierung. Im unteren Teil zeigt 4 ein Ausführungsbeispiel einer 2×2-Anordnung von vier derartigen Einzelelementen 10 mit komplexerer Strukturierung.
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5 zeigt im oberen Teil ein Ausführungsbeispiel eines Einzelelements 10, das eine im Wesentlichen quadratische Grundform hat, wobei die Ränder 12, 14, 16, 18 jedoch kurvenförmig bzw. gekrümmt sind. Die zweite Kontaktanordnung weist zwei Leiterbahnen 22, 24 auf, die ebenfalls gekrümmt sind, und somit zumindest abschnittsweise schräg zu den Rändern 12, 14, 16 und 18 der fotoaktiven Schichtanordnung verlaufen. Die fotoaktive Schichtanordnung weist vier Eckpunkte auf, an denen jeweils zwei der Rändern 12 bis 18 aneinander stoßen. Die zwei Leiterbahnen 22, 24 treffen ebenfalls an diesen Eckpunkten auf den Rand 12 bis 18 der fotoaktiven Schichtanordnung. Somit trifft eine jede Leiterbahn 22, 24 an zwei Stellen auf den Rand der Schichtanordnung. Diese zwei Stellen sind, bezogen auf den entsprechenden Randabschnitt, jeweils am Anfang und am Ende dieses Randabschnitts. Mit anderen Worten: wenn man den Randabschnitt von Anfang bis Ende in einer Richtung durchläuft und die durchlaufene Wegstrecke misst, ist eine erste Stelle, an der die zweite Kontaktanordnung auf den Randabschnitt trifft, bei 0% der durchlaufenen Wegstrecke. Die zweite Stelle ist bei 100% der durchlaufenen Wegstrecke. Andere Prozentwerte sind ebenfalls möglich, z.B. 10% zu 90%, oder 20% zu 80%. Die Summe der Prozentwerte ergibt 100%. Auf diese Weise ist die erste Stelle genausoweit vom Anfang des Randabschnitts entfernt, wie die zweite Stelle vom Ende des Randabschnitts. Ein im Wesentlichen identischer Randabschnitt eines anderen fotoelektrischen Halbleiterelements 10 kann nun an den Randabschnitt angelegt werden und die jeweiligen Leiterbahnen der zwei beteiligten Halbleiterelement treffen an der Elementgrenze aufeinander. Auf diese Weise ist zum einen eine optische Kontinuität gegeben, zum Anderen auch eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen zweiten Kontaktanordnungen der aneinander gefügten Halbleiterelemente.
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6 ist im Wesentlichen ähnlich zum unteren Teil von 5 und zeigt eine Anordnung von 13 Einzelelementen.
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7 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem im Wesentlichen dreieckigen Einzelelement und eine sich daraus ergebende Anordnung von acht Einzelelementen. Andere Formen sind ebenfalls denkbar. Ein hexagonales Einzelelement (nicht dargestellt) bietet zum Beispiel sechs mögliche Drehorientierung und die Möglichkeit eines lückenlosen Aneinanderfügens mehrerer Einzelelemente. Aufgrund der 60° Drehsymmetrie der randnahen Bereiche der zweiten Kontaktanordnung bieten sich viele Kombinationsmöglichkeiten von aneinanderstoßenden Einzelelementen, so dass sich ein Muster nur sehr selten wiederholt. Ein Betrachter wird daher kaum eine Regelmäßigkeit wahrnehmen.
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8 zeigt schematisch eine Detailansicht von zwei aneinanderstoßenden Randabschnitten 12-1 und 12-2 von zwei aneinandergefügten Einzelelementen bzw. fotoelektrischen Halbleiterelementen 10-1 und 10-2. Die Randabschnitte 12-1 und 12-2 sind gekrümmt und passen formschlüssig zueinander. Entlang der Randabschnitte kann eine Wegstrecke s gemessen werden. Eine derart gemessene Länge eines jeden Randabschnitts 12-1, 12-2 beträgt L. Eine Leiterbahn 22-1 des ersten Halbleiterelements 10-1 trifft bei einer Stelle ¼ L auf den Randabschnitt 12-1. Eine Leiterbahn 24-1 des ersten Halbleiterelements 10-1 trifft bei einer Stelle ¾ L auf den Randabschnitt 12-1. Eine Leiterbahn 24-2 des zweiten Halbleiterelements 10-2 trifft bei einer Stelle ¼ L auf den Randabschnitt 12-2. Eine Leiterbahn 22-2 des zweiten Halbleiterelements 10-2 trifft bei einer Stelle ¾ L auf den Randabschnitt 12-2.
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Insbesondere bei Endlossubstraten, wie sie bei der Rolle-zu-Rolle-Anwendung zum Einsatz kommen, ist eine endlose Fortsetzung des Netzmusters notwendig, nicht nur über die Länge des Substrates hinweg auch bei der Aneinanderreihung mehrerer Endlossubstrate. Zudem wird die Strukturierung mittels Druckwalzen vorgenommen womit das Ende des Druckwalzenmusters mit dem Anfang übereinstimmen muss.
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Die Ausführung des Layouts wird in der Regel mit geeigneten Software-Werkzeugen ausgeführt, da eine Fortsetzung der Strukturen nach allen Seiten, ggf auch bei einer Drehung der Elemente um 90°/180°/270° mit zunehmender Größe und Komplexität der Struktur manuell nicht mehr zu leisten ist.
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Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
