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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anordnung von optoelektronischen Bauelementen auf Formkörpern.
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Die Optoelektronik setzt sich aus dem Gebiet der Optik und der Halbleiterelektronik zusammen. Sie umfasst Systeme und Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Daten und Energien in Lichtemission ermöglichen oder Lichtemissionen in Energie umwandeln. Optoelektronische Bauelemente, insbesondere organische Photovoltaikmodule (PV-Modul), im folgenden OPV-Module genannt und organische Leuchtdioden (organic light emitting diode, OLED) erzeugen elektrische Energie oder wandeln elektrische Energie in Lichtemissionen um, welche zur Anwendung im weiteren Verlauf aus dem Modul herausgeführt oder hineingeführt werden muss. Der Begriff photoaktiv bezeichnet hierbei ebenfalls die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie.
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Optoelektronische Bauelemente unterscheiden sich unter anderen in ihrem Aufbau. Organische Leuchtdioden können aufgrund ihrer geringen Arbeitsspannung beispielsweise für die Realisierung großflächiger Displays eingesetzt werden [
C. W. Tang et al., Appl.Phys. Lett. 51 (12, 1913 (1987)]. Wie in der
DE 102 15 210 A1 ausgeführt, weisen OLED’s dünne Schichten aus organischen Material auf. Die Kontaktierung der Kathode und Anode erfolgt mittels einer transparenten Elektrode (z.B. Indium-Zinn-Oxid ITO) und einem metallischen Kontakt, der sich auf einem Substrat (z.B. Glas, Folie) befindet. Zudem kann auch der zweite Kontakt eine transparente Ausführung aufweisen.
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Darüber hinaus weist auch die Photovoltaikbranche aus dem Stand der Technik eine Vielzahl unterschiedlicher Bauweisen auf. Die Photovoltaik unterscheidet sich grundlegend in Solarzellen der ersten Generation (Silizium Solarzellen, bestehend aus: Poly c-Si und Mono c-Si), der zweiten Generation(Dünnfilm Solarzellen, bestehend aus: CdTe, CI(G)S(e), μc-Si und a-Si) und der dritten Generation(Organische Solarzellen, bestehend aus: Oligomere, Polymere und DSSC (Hybrid)).
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Insbesondere organische Solarzellen sind in ihrer Ausgestaltungsform flexibel. Wie z.B. aus der
EP 2385556 A1 hervorgehend, können sie aktive Schichten aus kleinen verdampfbaren Molekülen oder Polymeren (z.B.
US7825326 B2 ) aufweisen. Polymere haben den Nachteil, dass sie nicht verdampfbar sind und nur als Lösung aufgebracht werden können.
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Aus einem in der Literatur beschriebenen Aufbau einer organischen Solarzelle, wird eine Realisierungsmethode mittels einer pin-Diode vorgeschlagen.
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Diese organische Solarzelle ist wie folgt aufgebaut:
- 0. Träger, Substrat,
- 1. Grundkontakt, meist transparent,
- 2. p-Schicht(en),
- 3. i-Schicht(en),
- 4. n-Schicht(en),
- 5. Deckkontakt.
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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 derartigen Schichten primär als Transportschichten zu verstehen.
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Die Bezeichnung i-Schicht bezeichnet demgegenüber eine nominell undotierte Schicht (intrinsische Schicht).
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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.
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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 organischen 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 und innerhalb der Diffusion werden die Elektronen nun zum n-Gebiet und die Löcher zum p-Gebiet abtransportiert. Der Transport beschränkt sich nicht auf das elektrische Feld. Er findet auch durch die Diffusion statt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Transportschichten um transparente oder weitgehend transparente Materialien mit großer Bandlücke (wide-gap) wie sie z.B. in
WO 2004083958 beschrieben sind. Als wide-gap Materialien werden hierbei Materialien bezeichnet, deren Absorptionsmaximum im Wellenlängenbereich <450nm liegt, vorzugsweise bei <400nm.
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Bei Kombination einer Donor- und Akzeptorschicht (keine Einzelschicht), ist diese durch die Exzitonendiffusionslänge limitiert. Exzitonen die in der Schicht in weiter Entfernung generiert werden, erreichen die trennende Grenzfläche nicht
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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.
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Aus der Literatur sind verschiedene Realisierungsmöglichkeiten für die photoaktive i-Schicht bekannt. So kann es sich hierbei um eine Doppelschicht oder eine Mischschicht handeln. Bekannt ist auch eine Kombination aus Doppel-und Mischschichten (
US 6,559,375 ), sowie der Kombination mehrerer Mischschichten. Ebenfalls bekannt ist, dass das Mischungsverhältnis in verschiedenen Bereichen der Mischschicht unterschiedlich ist (
US 20050110005 ) bzw. das Mischungsverhältnis einen Gradienten aufweist.
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Weiterhin sind Tandem- bzw. Mehrfachsolarzellen aus der Literatur bekannt (Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990).
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Aus der Literatur schon lange bekannt sind organische Tandemsolarzellen (Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990). In der Tandemzelle von Hiramoto et al. befindet sich eine 2nm dicke Goldschicht zwischen den beiden Einzelzellen. Die Aufgabe dieser Goldschicht besteht darin für eine gute elektrische Verbindung zwischen den beiden Einzelzellen zu sorgen: die Goldschicht bewirkt eine effiziente Rekombination der Löcher aus der einen Teilzelle mit den Elektronen aus der anderen Teilzelle und bewirkt damit, dass die beiden Teilzellen elektrisch in Serie verschaltet sind. Weiterhin absorbiert die Goldschicht wie jede dünne Metallschicht (bzw. Metallcluster) einen Teil des einfallenden Lichts. Diese Absorption ist in der Tandemzelle von Hiramoto ein Verlustmechanismus, da dadurch den photoaktiven Schichten (H2Pc (metallfreies Phthalocyanin)/ Me-PTC (N,N′’-dimethylperylene-3,4,9,10-bis(dicarboximide) in den beiden Einzelzellen der Tandemzelle weniger Licht zur Verfügung steht. Die Aufgabe der Goldschicht ist in dieser Tandemstruktur daher rein auf der elektrischen Seite. Innerhalb dieser Konzeption sollte die Goldschicht möglichst dünn sein bzw. im besten Fall komplett wegfallen.
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Weiterhin aus der Literatur bekannt sind organische pin-Tandemzellen: Die Struktur solch einer Tandemzelle besteht aus zwei pin-Einzelzellen wobei die Schichtfolge „pin“ die Abfolge aus einem p-dotierten Schichtsystem, einem undotierten photoaktiven Schichtsystem und einem n-dotierten Schichtsystem beschreibt. Die dotierten Schichtsysteme bestehen bevorzugt aus transparenten Materialien, so genannten wide-gap Materialien/Schichten und sie können hierbei auch teilweise oder ganz undotiert sein oder auch ortsabhängig verschiedene Dotierungskonzentrationen aufweisen bzw. über einen kontinuierlichen Gradienten in der Dotierungskonzentration verfügen. Speziell auch sehr gering dotierte oder hochdotierte Bereiche im Grenzbereich an den Elektroden, im Grenzbereich zu einer anderen dotierten oder undotierten Transportschicht, im Grenzbereich zu den aktiven Schichten oder bei Tandem- oder Mehrfachzellen im Grenzbereich zu der anliegenden pin- bzw. nip-Teilzelle, d.h. im Bereich der Rekombinationszone sind möglich. Auch eine beliebige Kombination aus allen diesen Merkmalen ist möglich. Natürlich kann es sich bei einer solchen Tandemzelle auch um eine sogenannte invertierte Struktur (z.B. nip-Tandemzelle; handeln. Im Folgenden werden alle diese möglichen Tandemzellen-Realisierungsformen mit dem Begriff pin-Tandemzellen bezeichnet. Ein Vorteil einer solchen pin-Tandemzelle besteht darin, dass durch die Verwendung von dotierten Transportschichten eine sehr einfache und gleichzeitig sehr effiziente Realisierungsmöglichkeit für die Rekombinationszone zwischen den beiden Teilzellen möglich ist. Die Tandemzelle weist z.B. eine pinpin-Struktur auf (oder auch z.B. möglich nipnip). An der Grenzfläche zwischen den beiden pin-Teilzellen befinden sich jeweils eine n-dotierte Schicht und eine p-dotierte Schicht, die ein pn-System (bzw. np-System) bilden. In einem solchen dotierten pn-System erfolgt eine sehr effiziente Rekombination der Elektronen und Löcher. Die Stapelung von zwei pin-Einzelzellen ergibt damit direkt eine vollständige pin-Tandemzelle, ohne dass noch weitere Schichten benötigt werden. Speziell von Vorteil ist hier, dass keine dünnen Metallschichten mehr benötigt werden wie bei Hiramoto, um die effiziente Rekombination zu gewährleisten. Hierdurch kann die Verlustabsorption solcher dünnen Metallschichten komplett vermieden werden.
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Besondere Probleme ergeben sich jedoch bei der Anordnung von optoelektronischen Bauelementen auf gekrümmten Oberflächen, wie Glasdächern oder Bauteilen.
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So beschreibt die
DE 10 2010 004 831 A1 ein Fahrzeug mit einer durch eine Sicherheitsglas-Sichtscheibe mit einer transparenten Solarzelle gebildeten photovoltaische Vorrichtung. Die Sicherheitsglasscheibe für Fahrzeuge weist dabei naturgemäß eine gekrümmte Oberfläche auf. Die transparente Solarzelle weist dabei Unterbrechungen auf, welche zum einen der mangelnden Transparenz der Halbleiter- und/oder der Metallelektroden geschuldet sind zum anderen aber der gekrümmten Oberfläche der Sicherheitsglasscheibe. Insbesondere die Anordnung planar ausgebildeter Solarzellen auf gekrümmten Oberflächen bereitet Probleme, welche meist mittels Durchbrechung oder Beabstandung der einzelnen Solarzellen gelöst werden. Problematisch dabei ist jedoch, dass aufgrund der sich dadurch ergebenden Geometrie ein Verlust an aktiver Fläche gegeben ist, welche nicht zur Stromgeneration beitragen kann.
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Die
DE 10 2004 003 328 B4 beschriebt ein Verfahren zur Herstellung eines gewölbten Karosserieteils mit Solarzellen, wobei auf eine Seite des Karosserieelements eine erste Schmelzklebefolie aufgelegt wird, auf die erste Schmelzklebefolie ein flächiger Verbund aus mehreren planen Solarzellen aufgelegt wird, auf den Solarzellenverbund eine zweite Schmelzklebefolie aufgelegt wird, mittels einer Matrize Druck auf die zweite Schmelzklebefolie ausgeübt wird, und der so gebildete Folienverbund einer Wärmebehandlung unterzogen wird, um den Solarzellenverbund mit dem Karosserieelement zu laminieren. Die Anordnung der Solarzellen als flächiger Verbund aus mehreren planen Solarzellen zwischen zwei Schmelzklebefolien führt wiederum zu einer unvollständigen Bedeckung der Oberfläche des Karosserieteils und somit zu einem Verlust an aktiver Fläche.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2009 031 A1 ein Photovoltaikmodul und ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaikmoduls, wobei das Photovoltaikmodul ein aus einem dehnbaren Material bestehendes Substrat und mehrere auf diesem aufgebrachte Solarzellen, die zumindest teilweise zueinander beabstandet sind, aufweist. Die Solarzellen sind dabei durch ein weiteres dehnbares Material zumindest überwiegend bedeckt. Zudem werden Leiterbahnen offenbart, welche als alternierend in einander gegenüberliegende Richtungen aus einer Hauptrichtung gekrümmten, insbesondere zickzack-, wellen- oder mäanderförmig verlaufenden Leiterbahnen ausgebildet sind. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Kontaktstrukturen durch eine Dehnung des Photovoltaik Moduls nicht beschädigt werden. Zwar erlaubt die Dehnung des Photovoltaikmoduls eine einfachere Anordnung auf gekrümmten Oberflächen jedoch weisen die Solarzellen im Modul weiterhin eine Beabstandung voneinander auf.
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Es wäre daher in hohem Maße wünschenswert ein Verfahren zur Anordnung eines optoelektronischen Bauelements auf einem Formkörper anzugeben, welches eine Anordnung auf gekrümmten Oberflächen bei möglichst vollflächiger Ausbildung anzugeben.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Anordnung eines oder mehrerer optoelektronischer Bauelemente auf Formkörpern anzugeben, welches die Nachteile aus dem Stand der Technik überwindet.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Anordnung mindestens eines optoelektronischen Bauelements auf einem Formkörper vorgeschlagen, umfassend die Schritte mindestens einen Dehnungsschritt, wobei das optoelektronische Bauelement in zumindest eine Richtung gedehnt wird, wobei der Dehnungsschritt eine Dehnung des optoelektronischen Bauelements in Längen- und/oder Breiten- und/ oder Dickendehnung/-stauchung umfasst und die Anordnung des gedehnten optoelektronischen Bauelements auf dem Formkörper.
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Unter einer Dehnung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Längenänderung in Zugrichtung verstanden. Dabei wird mittels einer Zugkraft eine Längenänderung des optoelektronischen Bauelements in Richtung der Zugkraft bewirkt.
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Unter einem Formkörper wird im Sinne der vorliegenden Erfindung ein zweidimensionaler, band- oder folienförmig ausgestalteter bzw. ein dreidimensionaler Gegenstand verstanden.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung erfolgt eine Dehnung des optoelektronischen Bauelements im Bereich von 0,25%–20%, vorzugsweise 0,5%–10%, besonders bevorzugt 1%–5%.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Formkörper zumindest einmal plastisch formbar ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Formkörper flexibel ausgebildet.
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Unter einem flexiblen Formkörper wird Formkörper mit elastischer und plastischer Verformbarkeit verstanden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Formkörper eine zweidimensional gewölbte Oberfläche auf.
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Unter einer zweidimensional gewölbten Oberfläche wird im Sinne der Erfindung eine Fläche mit einer ersten und einer zweiten Hauptkrümmungsrichtung verstanden, wobei die erste und zweite Hauptkrümmungsrichtung voneinander verschieden sind und einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Formkörper transparent, semitransparent oder opak ausgeführt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt vor der Anordnung des gedehnten optoelektronischen Bauelements auf dem Formkörper eine Vorbehandlung der Oberfläche des Formkörpers zumindest im Bereich des anzuordnenden optoelektronischen Bauelements und / oder des optoelektronischen Bauelements.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorbehandlung der Oberfläche des Formkörpers und / oder des optoelektronischen Bauelements zumindest einen Verfahrensschritt ausgewählt aus Plasmabehandlung, Silanisierung, Ätzen, Anrauen, elektrostatische Aufladung, Beflammung, Sandstrahlen umfasst.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anordnung des gedehnten optoelektronischen Bauelements mittels eines Haftvermittlers, welcher zwischen optoelektronischen Bauelement und Formkörper angeordnet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anordnung des gedehnten optoelektronischen Bauelements auf dem Formkörper mittels eines Haltemittels, welches eine mechanische Anordnung des optoelektronischen Bauelements auf dem Formkörper realisiert.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anordnung des gedehnten optoelektronischen Bauelements auf dem Formkörper mittels eines Energieeintrags.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anordnung des gedehnten optoelektronischen Bauelements auf dem Formkörper mittels eines Strahlungsenergieeintrags.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anordnung des gedehnten optoelektronischen Bauelements auf dem Formkörper mittels magnetischer, elektrostatischer, chemischer, physikalischer Wechselwirkung zwischen optoelektronischen Bauelement und Formkörper.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren weiterhin eine Versiegelung des auf dem Formkörper angeordneten optoelektronischen Bauelements mittels eines Versiegelungsmittels.
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Unter einer Versiegelung im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Abschirmung des optoelektronischen Bauelements gegen äußere Umwelteinflüsse verstanden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Versiegelungsmittel ein weiterer Formkörper verwendet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als Versiegelungsmittel ein folienförmiger Formkörper verwendet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Versiegelungsmittel durch ein Anordnungsverfahren ausgewählt aus Lamination, Abscheiden, Beschichten, Verkleben, Fügen, Verschweißen, Bonden oder Sprayen auf dem optoelektronischen Bauelement angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das anzuordnende optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle.
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In einer Ausführungsform der Erfindung wird im photoaktiven Bauelement zumindest eine organische Schicht aus mindestens einem organischen Material verwendet, welche zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angeordnet ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die aktive Schicht zumindest ein organisches Material auf.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die aktive Schicht mindestens eine Mischschicht mit mindestens zwei Hauptmaterialien, wobei diese ein aktives Donor-Akzeptor-System bilden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Hauptmaterial ein organisches Material. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem organischen Material um kleine Moleküle. Unter dem Begriff kleine Moleküle werden im Sinne der Erfindung Monomere verstanden, die verdampft und damit auf dem Substrat abgeschieden werden können. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem organischen Material zumindest teilweise um Polymere. Dabei wird aber zumindest eine photoaktive i-Schicht aus kleinen Molekülen gebildet. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst mindestens eine der aktiven Mischschichten als Akzeptor ein Material aus der Gruppe der Fullerene bzw. Fullerenderivate.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode zumindest eine dotierte, teilweise dotierte oder undotierte Transportschicht angeordnet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das anzuordnende optoelektronische Bauelement eine organische Leuchtdiode, eine organische Solarzelle, eine Dünnschichtsolarzelle, Grätzel-Zelle, eine Photodiode oder ein Phototransistor.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei dem Bauelement um eine pin-Einzel, pin-Tandemzelle, pin-Mehrfachzelle, nip-Einzelzelle, nip-Tandemzelle oder nip-Mehrfachzelle.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht das Bauelement aus einer Kombination aus nip, ni, ip, pnip, pni, pip, nipn, nin, ipn, pnipn, pnin oder pipn-Strukturen, bei der mehrere unabhängige Kombinationen, die mindestens eine i-Schicht enthalten, übereinander gestapelt sind.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das anzuordnende optoelektronische Bauelement eine dehnbare Elektrode auf. Das besonderes Merkmal dieser Elektrode ist ihre im Gegensatz zu herkömmlichen transparente Elektroden, die oft z.B. aus Indium-Zinn-Oxid, Fluor-Zinn-Oxid, oder Zink-Aluminium-Oxid bestehen, erhöhte Dehnbarkeit bei gleichzeitiger Erhaltung der elektrischen Leiteigenschaften.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das anzuordnende optoelektronische Bauelement eine transparente, dehnbare Elektrode auf.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist die transparente Elektrode ausgewählt aus Silber-Nanowire, Carbon-Nanotubes (CNT), Carbon Nanotubes/Graphen-Elektrode, Dünnschicht-Metall-Elektrode, Metallgrid-Elektrode, Busbar oder mäanderförmig ausgebildet.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist das optoelektronische Bauelement transparent, semitransparent oder opak ausgebildet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das optoelektronische Bauelement eine organische Solarzelle oder einen organischen Photovoltaikfilm.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Kombinationen der Ansprüche oder einzelner Merkmale davon.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele und Figuren eingehend erläutert werden. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beschreiben ohne diese zu beschränken. Es zeigt die
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1 ein Diagramm, welches einen Vergleich der Dehnung von Modulen mit erfindungsgemäßen Solarzellen und von solchen mit Vergleichssolarzellen darstellt.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel sind in der 1 schematisch die Dehnung zweier Module mit erfindungsgemäßen Solarzellen sowie zweier Module mit Vergleichssolarzellen dargestellt. Dabei weisen die Vergleichssolarzellen (ITO1 und ITO2) eine ITO-Elektrode und die erfindungsgemäßen Solarzellen (AG-NW 1 und AG-NW 2) eine Silber-Nanowire-Elektrode (Cambrios Technologies Corporation, Sunnyvale, CA, USA) auf.
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Die Solarzellen wurden in eine Zwick-Zugprüfmaschine eingespannt. Dazu wurden geriffelte metallische Klemmbacken genutzt. Die Dehnung der Solarzellen wurde über ein taktiles Extensometer aufgenommen. Als Lichtquelle diente eine Halogen Kaltlichtquelle mit doppeltem Lichtleiter zur kompletten Ausstrahlung der Solarzellen. Während des Versuchs wurde die Kraft manuell so weit erhöht, bis eine bestimmte Dehnung erreicht wurde. Dann wurde die Kraft gehalten und die Messung der Effizienz durchgeführt. Anschließend erfolgte der nächste Dehnungsschritt.
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Um den Einfluss der Dehnung der Solarzellen auf deren Effizienz zu testen, wurden die normierten Effizienzen gegen die erfolgte Dehnung aufgetragen. Aus der 1 lässt sich dabei erkennen, dass ab einer Dehnung von 1,5 % ein deutlicher Leistungsabfall bei den Vergleichszellen (ITO1 und ITO2) erfolgt, wobei bei etwa 2 % Dehnung keine Effizienz mehr festgestellt werden konnte. Dagegen weisen die erfindungsgemäßen Solarzellen einen linearen Abfall der normierten Effizienz gegen die erfolgte Dehnung auf. Bei einer Dehnung von 7 % beträgt die normierte Effizienz immerhin noch etwa 50 % des Ausgangswerts.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Anordnung eines Moduls mit einem erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelement, wie etwa erfindungsgemäßen Solarzellen, auf einem Formkörper, wie etwa einem Panorama-Glasdach für Automobile, durchgeführt. Die Solarzellen, welche vorzugsweise als organische Solarzellen ausgeführt sind, werden vorzugsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt. Dabei erfolgt die Abscheidung der einzelnen Schichten auf einem dehnbaren Substrat, wie etwa einer PET-Folie (Polyethylenterephthalat-Folie) oder PEN-Folie (Polyethylennaphthalat-Folie). Um eine effektive Dehnbarkeit der Solarzellen zu gewährleisten ist es vorteilhaft, eine dehnbare Elektrode, wie etwa eine Silber-Nanowire-Elektrode zu verwenden.
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Zur Anordnung des optoelektronischen Bauelements wird dieses in zumindest eine Richtung gedehnt und auf die gewölbte Oberfläche des Formkörpers, beispielsweise eines Panorama-Glasdachs für den Automobilbau, angeordnet. Dazu kann zudem ein Wärmeeintrag, etwa über die Glasscheibe erfolgen, sodass das dehnbare Substrat, welches beispielsweise aus einem Kunststoff wie PET ausgebildet ist, über seine Glasübergangstemperatur erwärmt wird und aufgrund seines Fließverhaltens in Kombination mit der erfolgenden Dehnung eine optimale Anordnung auf der gewölbten Oberfläche des Formteils gewährleistet.
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Die Anordnung kann dabei über geeignete Umformverfahren, wie etwa Thermoformen, erfolgen, wobei das Modul, welches das optoelektronische Bauelement enthält, als Halbzeug fungiert, welches auf dem Formkörper angeordnet wird. Als Haltemittel wird erfindungsgemäß beispielsweise ein Klebstoff oder ein polymerer Füllstoff wie z.B. EVA oder PVB verwendet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10215210 A1 [0003]
- EP 2385556 A1 [0005]
- US 7825326 B2 [0005]
- WO 2004083958 [0011]
- US 6559375 [0014]
- US 20050110005 [0014]
- DE 102010004831 A1 [0019]
- DE 102004003328 B4 [0020]
- DE 102009031 A1 [0021]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- C. W. Tang et al., Appl.Phys. Lett. 51 (12, 1913 (1987) [0003]
- Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990) [0015]
- Hiramoto, Chem. Lett.,1990, 327 (1990) [0016]
