DE102018203256A1

DE102018203256A1 - Verfahren zum Einbringen eines photovoltaisch aktiven Materials in ein eine Vielzahl von Zellen aufweisendes photovoltaisches Modul und entsprechendes photovoltaisches Modul

Info

Publication number: DE102018203256A1
Application number: DE102018203256.4A
Authority: DE
Inventors: Lukas Wagner; Andreas Hinsch; Simone MASTROIANNI
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Albert Ludwigs Universitaet Freiburg
Priority date: 2018-03-05
Filing date: 2018-03-05
Publication date: 2019-09-05
Also published as: WO2019170641A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines photovoltaisch aktiven Materials in ein eine Vielzahl von Zellen aufweisendes photovoltaisches Modul, bei dem das photovoltaisch aktive Material zunächst durch Einleiten eines polaren Gases verflüssigt wird und in einem ersten Schritt in flüssiger Form aktiv mittels Druckänderung durch eine Öffnung in einen mit den einzelnen Zellen in Verbindung stehenden Verteilerkanal und die einzelnen Zellen transportiert wird und anschließend in einem zweiten Schritt eine weitere Verteilung des photovoltaisch aktiven Materials in porösen Strukturen, die in den Zellen enthalten sind, passiv mittels Kapillarkräften erfolgt. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung ein derart hergestelltes photovoltaisches Modul.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines photovoltaisch aktiven Materials in ein eine Vielzahl von Zellen aufweisendes photovoltaisches Modul, bei dem das photovoltaisch aktive Material zunächst durch Einleiten eines polaren Gases verflüssigt wird und in einem ersten Schritt in flüssiger Form aktiv mittels Druckänderung durch eine Öffnung in einen mit den einzelnen Zellen in Verbindung stehenden Verteilerkanal und die einzelnen Zellen transportiert wird und anschließend in einem zweiten Schritt eine weitere Verteilung des photovoltaisch aktiven Materials in porösen Strukturen, die in den Zellen enthalten sind, passiv mittels Kapillarkräften erfolgt. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung ein derart hergestelltes photovoltaisches Modul.
Gemäß Stand der Technik erfolgt das Einbringen des photovoltaisch aktiven Materials in photovoltaische Elemente mit porösen Kontaktstrukturen in der Regel in flüssiger Form. Insbesondere bei photovoltaischen Elementen, die organische Verbindungen enthalten (insbesondere Perowskit-Solarzellen), welche thermisch instabil sind, muss dieser Prozess möglichst bei Raumtemperatur erfolgen. Ein Aufschmelzen des photovoltaisch aktiven Materials bei hohen Temperaturen entfällt hierbei.
Daher wurde das photovoltaisch aktive Material bisher in einem oder mehreren Lösungsmitteln gelöst und durch chemische Fällung aus dem Lösungsmittel in der porösen Trägerschicht kristallisiert, insbesondere durch Überschreiten der Löslichkeit des aktiven Materials durch Verdunstung des Lösungsmittels. Bei großflächigen photovoltaischen Elementen (größer oder gleich 1 cm²), die zwischen zwei Substratplatten eingeschlossen sind, ist auf diesem Wege bislang eine gleichmäßige Kristallisation nicht möglich, da das Verdampfen des Lösungsmittel aus dem Element eine großflächig homogene Kristallisation verhindert, z.B. durch unkontrollierte Transportprozesse wie Diffusion der das aktive Material enthaltenden Lösung in bereits getrockneten Bereiche bzw. Wiederauflösung bereits kristallisierter Bereiche durch nachfließendes flüssiges oder gasförmiges Lösungsmittel.
Zudem kommt es bei vielen organischen Lösungsmitteln zur Bildung von Komplexen (z.B. MAPbl₃ und DMF), welche beim Austreiben des Lösungsmittels zu ungewollten inhomogenen Kristallstrukturen führen.
Eine Methode zur Herstellung einer Beschichtungslösung auf offenen Substraten mit Perowskit-Absorber wurde von Noel et al., A low viscosity, low boiling point, clean solvent system for the rapid crystallisation of highly specular perovskite films. Energy Environ. Sci. 2017, 10, 145-152 beschrieben. Hier wurde davon Gebrauch gemacht, einen Absorber-Precursor herzustellen, indem Perowskit-Pulver in einer Trägerflüssigkeit durch Einleiten eines polaren Gases verflüssigt wurde. Allerdings ist dieses Verfahren für Solarzellen, die durch zwei Substratplatte verschlossen sind, problematisch, da beim Austreiben der Trägerflüssigkeit der Absorber-Precursor in Bewegung gerät, was zu Inhomogenität des Absorbermaterials in den porösen Strukturen führt. Zudem kommt es beim Austreiben des Lösungsmittels zu einer Volumenänderung (vom flüssigen Precursor zum festen Absorber), die zu einer ungleichmäßigen Füllung der porösen Strukturen mit dem Absorbermaterial führt.
Bis heute ist keine Methode bekannt, das aktive Material in flüssiger Form in die einzelnen Zellen des Moduls gleichmäßig über eine Befüllstruktur zu verteilen und anschließend das aktive Material auszukristallisieren. Insbesondere bei langgezogenen photovoltaischen Elemente (bevorzugt 5 mm x 100 mm) mit geringen Plattenabständen (bevorzugt 10 µm) ist ein Ausgasen eines das photovoltaisch aktive Material auflösenden oder verdünnenden Lösungsmittels für eine gleichmäßiges Aufbringen des photovoltaisch aktiven Materials aufgrund der starken Transportprozesse und Neu-Auflösung des aktiven Materials störend.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Einbringung von photovoltaisch aktivem Material in ein Modul bereitzustellen, das die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das photovoltaische Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst, Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf,
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Einbringen eines photovoltaisch aktiven Materials in ein eine Vielzahl von Zellen aufweisendes photovoltaisches Modul mit einem vorderseitigem und einem rückseitigen Substrat bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist:

a) Ein im festen Aggregatszustand vorliegendes photovoltaisch aktives Material wird durch Einleiten eines polaren Gases verflüssigt,
b) Das flüssige photovoltaisch aktive Material wird aktiv mittels Druckänderung durch eine Öffnung in einen mit den einzelnen Zellen in Verbindung stehenden Verteilerkanal und die einzelnen Zellen transportiert wird.
c) Es erfolgt eine weitere Verteilung des photovoltaisch aktiven Materials in den Zellen passiv mittels Kapillarkräften .
d) Das die Verflüssigung bewirkende polare Gas wird aus dem photovoltaisch aktiven Material ausgetrieben

Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist es, dass das reine photovoltaisch aktive Material ohne Lösungsmittel in flüssiger Form in das photovoltaische Element eingebracht werden kann, indem eine starke Herabsetzung des Schmelzpunktes, insbesondere unter Raumtemperatur, erfolgt, wobei dies durch eine Änderung des Umgebungsgases erreicht werden kann. Das auf diese Weise verflüssigte aktive Material kann anschließend in das photovoltaische Modul eingebracht werden und im Gegensatz zur chemischen Fällung aus der Schmelze in reiner Form kristallisiert werden, indem der Schmelzpunkt wieder stark angehoben wird, insbesondere auf den ursprünglichen Schmelzpunkt durch eine Entfernung des zum verflüssigen geänderten Umgebungsgases. Insbesondere für Solarzellen welche durch zwei Substratplatte verschlossen sind eignet sich diese Herangehensweise gut, da hier bei der Herstellung das Umgebungsgas einfach angepasst werden kann.
Die Einbringung des photovoltaisch aktiven Materials in die Module erfolgt erfindungsgemäß in zwei Teilprozessen. Zunächst erfolgt eine Vorbefüllung durch Druck- oder Temperaturänderung. Dafür wird das photovoltaisch aktive Material über (mindestens) einen Befüllkanal zu den einzelnen Zellen verteilt. Es handelt sich somit um eine aktive Befüllung.
Im zweiten Teilprozess erfolgt die eigentliche Verteilung in den einzelnen Zellen. Diese erfolgt passiv, indem sich das flüssige photovoltaisch aktive Material gleichmäßig durch Kapillarkräfte in den porösen Kontaktstrukturen verteilt. Dieser Prozessschritt kann mehr Zeit in Anspruch nehmen, bis sich das flüssige photovoltaisch aktive Material durch Ausgleich der Konzentrationsgradienten vollständig homogen verteilt hat.
Durch das erfindungsgemäße Modul-Design wird somit das Einbringen und Verteilen des flüssigen photovoltaisch aktiven Materials getrennt.
Das Design und die Prozessschritte werden also so gewählt, dass die Vorbefüllung schneller stattfindet als die Verteilung durch die Kapillarkräfte. Am Ende wird der Verteilerkanal durch die stärkeren Kapillarkräfte geleert.
Durch Änderung des Umgebungsgases und/oder der Temperatur und/oder des Umgebungsdrucks wird schließlich das polare Gas, durch das das photovoltaisch aktive Material verflüssigt wurde, ausgetrieben. Dabei wird - im Gegensatz zu lösungsmittel-basierten Ansätzen - das bereits homogen verteilte photovoltaisch aktive Material nicht wieder in Bewegung gesetzt. Somit bleibt die Homogenität erhalten. Auch auf mikroskopischer Ebene innerhalb der Poren bleibt die gleichmäßige Verteilung gegeben, da es bei dieser Form der Kristallisation aus der Schmelze nicht zu einer starken Änderung des Volumens des Precursors kommt.
Erfindungsgemäß findet im Gegensatz zur Fällung aus einem Lösungsmittel, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, auch keine oder nur eine geringe Volumenänderung beim Übergang von der flüssigen zur festen Form statt, was zu einer verbesserten Einbettung in die porösen Strukturen und somit zu einer höheren Funktionalität des photovoltaischen Moduls führt.
Die Probleme, die insbesondere beim Austreiben von Lösungsmitteln, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, entstehen, werden umgangen, indem erfindungsgemäß das photovoltaisch aktive Material in der Schmelze in das Modul eingebracht wird und kein Lösungsmittel verwendet werden muss. Mit dem vorgestellten Verfahren kann das Entfernen des Lösungsmittels, welche für das aktive Material für die Herstellung einer reinen und homogenen aktiven Schicht hinderlich sind, vermieden werden und die damit verbundeneren Prozessschritte, durch welche höhere Herstellungszeiten und -kosten entstehen erübrigen sich.
Vorzugsweise ist das photovoltaisch aktive Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus organischen oder anorganischen Materialien oder einem organisch-anorganischen Hybridmaterial oder Kombinationen hiervon. Dabei handelt es sich bei den Materialien um photovoltaische Absorbermaterialien, die durch Einleiten eines polaren Gases verflüssigbar sind. Besonders bevorzugt sind diese ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus halbleitenden Perowskiten der allgemeinen Form K-M-A₃ (K: Kation, M: Metall, A: Anion), wobei K bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cs⁺, CH₃NH₃ ⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Ag⁺, Cu⁺, Imidazoliumkationen, Ammoniumkationen, Pyridiniumkationen, Formamidiniumkationen, Guanidiniumkationen, Thioureakationen, Bipyridyle, Ca²⁺ und Mg²⁺, M bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pb, Sn, Bi, Fe, Mn, Cu, Co, W, Ti und Zn, und A bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus I^-, Cl^-, F^-, Br^-, SCN^-, BF₄ ^-, OTf^-, MnO₄ ^-, O^2-, S^2- und SO₄ ^2-.
Ein besonders bevorzugtes Beispiel für die erfindungsgemäße Verfahrensweise ist ein photovoltaisch aktives Material mit Perowskit-Kristallstruktur ABX₃, das mit einem polaren Gas verflüssigt werden kann, z.B. wird das Perowskit-Material Methylammonium Blei Triiodid mit dem Gas Methylamin verflüssigt.
Vorzugsweise erfolgt in Schritt b) die Befüllung mit dem photovoltaisch aktiven Material mittels Unterdruck, insbesondere einem Vakuum von 100 bis 800 mbar, bevorzugt 500 bis 700 mbar.
Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass in Schritt b) das photovoltaisch aktive Material bei Umgebungsdruck eingebracht und anschließend durch Anlegen eines Druckes, insbesondere von 1 bis 3 bar, in die Zellen transportiert wird.
Vorzugsweise sind an dem dem Verteilerkanal zugewandten Ende der einzelnen Zellen jeweils Reservoirs zur Aufnahme des photovoltaisch aktiven Materials angeordnet. Mit Hilfe der Reservoirs ist es möglich, das photovoltaisch aktive Material gleichmäßig in den Zellen zu verteilen. Im Schritt c) erfolgt dann aus dem Reservoir die passive Verteilung mittels Kapillarkräften. Eine weitere bevorzugte Variante sieht vor, dass in den Reservoris poröse Strukturen enthalten sind, die dann als Docht dienen und eine bessere anfängliche Benetzung für die passive Verteilung mittels Kapillarkräften ermöglichen.
Es ist weiter bevorzugt, dass die photovoltaisch aktiven Bereiche, und optional der Verteilerkanal und/oder die Reservoirs poröse Strukturen, insbesondere aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TiO₂, SnO₂,ZnO, TiN, SiN, TiC, SiC, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, Fe₂O₃, Nickeloxiden, Chromoxiden, Kobaltoxiden, Glaspigmenten, Ruß und Graphit oder aus Kombinationen hiervon zur Aufnahme des photovoltaisch aktiven Materials aufweisen.
Vorzugsweise ist zwischen Verteilerkanal und den einzelnen Zellen ein Verbindungsstück mit einer den Strömungsweg verlängernden Geometrie angeordnet. Hierbei handelt es sich z.B. um mäanderförmige oder zickzackförmige Verbindungsstücke. Durch Wahl solcher Geometrien des Verbindungsstücks kann somit die Verteilgeschwindigkeit kontrolliert werden. Außerdem kann eine solche Struktur genutzt werden, um Effekte von im Betrieb im ungünstigen Fall auftretenden lonenbewegungen zu verringern und somit die Lebensdauer des photovoltaischen Moduls zu verlängern, indem für Ionen die Wegstrecke zwischen benachbarten Zellen verlängert wird.
Das polare Gas ist vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus

• primären, sekundären und tertiären Aminen, insbesondere Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin,
• Amidine, insbesondere Formamidine,
• Pyridine,
• Imidazolen,
• Iodwasserstoff, Chlorwasserstoff oder Bromwasserstoff
• Ammoniak sowie
• Mischungen hiervon.

Für die Austreibung des polaren Gases aus dem photovoltaisch aktiven Materials können verschiedene Verfahren verwendet werden.
Eine erste bevorzugte Variante sieht vor, das polare Gas durch ein weiteres Gas, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Stickstoff, Argon, Wasserdampf, oder Ethern bzw. Mischungen aus diesen Gasen aus dem photovoltaisch aktiven Material auszutreiben. Das polare Gas kann gegebenenfalls auch geringe Mengen lodwasserstoff, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff zur Optimierung des Kristallisationsprozesses durch bessere Kontrolle der Kristallisationsgeschwindigkeit und ein Ausheilen von Defekten enthalten.
Eine zweite bevorzugte Variante sieht vor, das polare Gas durch eine Temperaturänderung aus dem photovoltaisch aktiven Material auszutreiben.
Eine dritte bevorzugte Variante sieht vor, das polare Gas durch Anlegen eines Unterdrucks aus dem photovoltaisch aktiven Material auszutreiben.
Diese drei Varianten können einzeln oder in Kombination angewandt werden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein photovoltaisches Modul bereitgestellt, das folgende Merkmale aufweist:

• eine Frontelektrode und eine weitere Elektrode enthaltend jeweils ein Substrat und eine auf dem Substrat angeordnete elektrisch leitfähige Elektrodenschicht,
• eine zwischen den Substraten angeordnete Vielzahl von photovoltaischen Zellen, die mit einem Verteilerkanal in Verbindung stehen,
• mindestens eine zwischen den Substraten zumindest bereichsweise in den photovoltaisch aktiven Bereichen angeordnete poröse Struktur,
• eine zwischen den beiden Elektroden angeordnete Versiegelungsstruktur mit einer Vielzahl von Glaslotstegen und
• einem ohne Verwendung eines Lösungsmittels eingebrachten und in den Zellen homogen verteilten photovoltaisch aktiven Material.

Hierbei ist hervorzuheben, dass die mindestens eine poröse Struktur frei von Lösungsmitteln ist.
Vorzugsweise ist das photovoltaische Modul durch das zuvor beschriebene Verfahren herstellbar.
Anhand der nachfolgenden Figuren soll der erfindungsgemäße Gegenstand beschrieben werden ohne diesen auf die hier gezeigten spezifischen Ausführungsformen einschränken zu wollen.

1 zeigt anhand einer schematischen Darstellung den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einbringen eines photovoltaisch aktiven Materials in ein photovoltaisches Modul.
2 zeigt eine Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes photovoltaisches Modul
3 zeigt verschiedene Varianten für das Verbindungsstück zwischen Verteilerkanal und den einzelnen photovoltaischen Zellen
4 zeigt eine Ausführungsform einer Befüllvorrichtung für das erfindungsgemäße photovoltaische Modul
5 zeigt die Aufsicht auf ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Modul

In 1 ist dargestellt, wie das photovoltaische Material in ein photovoltaisches Modul eingebracht wird. Zunächst wird in einem ersten Schritt als photovoltaisches aktives Material das Perowskitpulver Methylammonium Blei Triiodid (1) berereitgestellt (1A). Dieses wird durch Einleiten des Gases Methylamin (2) verflüssigt (3) (1B).
Wie in 1C dargestellt wird der nun in flüssiger Form vorliegende Perowskit (3) in einem nachfolgenden Schritt durch Anlegen eines Drucks von 2 bar in ein Modul bestehend aus zwei Substratplatten (4, 5) über durch eine Öffnung zur Befüllung (6) eingebracht und über einen Verteilerkanal (7) und ein Reservoir (8) zu den noch ungefüllten porösen Sturkuturen (9) der einzelnen photovoltaischen Zellen transportiert.
1D zeigt die beginnende Benetzung der porösen Strukturen mit flüssigen Perowskits (10) in den einzelnen Zellen.
In einem weiteren Schritt (1E) kommt es zur weiteren Verteilung des flüssigen Perowskits in den porösen Strukturen (10) in den einzelnen Zellen (). Diese Verteilung beruht auf Kapillarkräften und ermöglicht so eine sehr homogene Verteilung des Perowskits in den porösen Strukturen.
In einem abschließenden Schritt (1F) wird das für die Verflüssigung eingesetzt Gas (2) aus dem Perowskit ausgetrieben sodass der Perowskit in den porösen Strukturen kristallisiert (11). Hierzu wird das photovoltaische Modul abwechselnd mit Umgebungsluft unter einem Druck von 2 bar gespült und ein Unterdruck angelegt.
In 2 ist die Aufsicht auf ein erfindungsgemäßes Modul gezeigt. Hierin ist eine Befüllöffnung (6) zu erkennen, die mit einem Verteilerkanal (7) in Verbindung steht. Der Verteilerkanal ist wiederum mit mehreren photovoltaischen Zellen, in denen poröse Strukturen (9)vorliegen, verbunden. Ein Reservoir (8) dient zur Speicherung des photovoltaischen Materials, von wo aus es über Kapillarkräfte in die porösen Strukturen der Zellen homogen verteilt wird.
In 3 ist die Aufsicht auf verschiedene Varianten für die Verbindung zwischen Verteilerkanal und photovoltaischer Zelle dargestellt. Hierbei kann der Verteilerkanal (7) direkt mit den porösen Strukturen der Zellen(9) verbunden sein (3A). Eine weitere Variante stellt das Anbringen eines Reservoirs (8) dar (3B), in dem das flüssige aktive Material gesammelt wird, bevor es sich über Kapillarkräfte in den porösen Strukturen der Zellen verteilt. Um die Ankopplung an die Zellen zu verbessern können die den porösen Strukturen auch teilweise in das Reservoir eingebracht werden. Wie in 3C skizziert kann die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsverteilung auch kontrolliert werden, indem die Verteilerkanäle (7', 12) verschiedene Querschnittsflächen aufweisen. In dünneren Kanälen erhöht sich der Strömungswiderstand gegenüber einer aktiven Einbringung z.B. durch Druckänderung während sich die Kapillarkräfte für eine schnellere passive Verteilung vergrößern. Die Geschwindigkeit des Einströmens der Flüssigkeit vom Verteilerkanal zu den Zellen kann auch über eine Verlängerung der Wegstrecke erreicht werden, wie in 3D durch eine Zick-Zack Struktur (13) dargestellt.
In 4 ist der Querschnitt durch eine Befüllvorrichtung dargestellt, die zur Befüllung des photovoltaischen Moduls dient. Dargestellt ist der Querschnitt durch einen Verteilerkanal (7), welcher zwischen zwei Substratplatten (4, 5) eingeschlossen ist. Über der Befüllöffnung (6)des Moduls ist durch einen Dichtungsring (14) formschlüssig eine Glocke zur Befüllung angebracht (15). Innerhalb der Glocke kann durch einen Anschluss (16) der flüssige Absorber eingebacht werden. Über einen zweiten Anschluss (17) kann ein Druck angelegt bzw. das Umgebungsgas ausgetauscht werden.
5 zeigt die Aufsicht auf ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Modul. Durch eine Befüllungsöffnung (6)kann das flüssige aktive Material in den Verteilerkanal (7) eingeleitet werden, worüber es zu den einzelnen Zelle (9) gelangt.

Claims

Verfahren zum Einbringen eines photovoltaisch aktiven Materials in ein eine Vielzahl von Zellen aufweisendes photovoltaisches Modul mit einem vorderseitigen und einem rückseitigen Substrat, bei dem a) ein im festen Aggregatszustand vorliegendes photovoltaisch aktives Material durch Einleiten eines polaren Gases verflüssigt wird, b) das flüssige photovoltaisch aktive Material aktiv mittels Druck- und/oder Temperaturänderung durch eine Öffnung in einen mit den einzelnen Zellen in Verbindung stehenden Verteilerkanal und die einzelnen Zellen transportiert wird, c) eine weitere Verteilung des photovoltaisch aktiven Materials in porösen Strukturen, die in den Zellen enthalten sind, passiv mittels Kapillarkräften erfolgt und d) das die Verflüssigung bewirkende polare Gas aus dem photovoltaisch aktiven Material ausgetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) der Unterdruck des Moduls zur Befüllung mit dem photovoltaisch aktiven Material im Inneren des Moduls durch eine Temperaturänderung bewirkt wird, indem das Moduls vor dem Befüllen erwärmt und nach dem Befüllen abgekühlt wird, insbesondere von 100 °C auf 20 °C.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass photovoltaisch aktive Material ausgewählt ist aus einem organischen oder anorganischen Material oder einem organisch-anorganischen Hybridmaterial oder Kombinationen hiervon, wobei die Materialien photovoltaische Absorbermaterialien sind, die durch Einleiten eines polaren Gases verflüssigbar sind, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus halbleitenden Perowskiten der allgemeinen Form K-M-A₃ (K: Kation, M: Metall, A: Anion), wobei K bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Cs⁺, CH₃NH₃ ⁺, Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Ag⁺, Cu⁺, Imidazoliumkationen, Ammoniumkationen, Pyridiniumkationen, Formamidiniumkationen, Guanidiniumkationen, Thioureakationen, Bipyridyle, Ca²⁺ und Mg²⁺, M bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pb, Sn, Bi, Fe, Mn, Cu, Co, W, Ti und Zn, und A bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus I^-, Cl^-, F^-, Br^-, SCN^-, BF₄ ^-, OTf^-, MnO₄ ^-, O^2-, S^2-und SO₄ ^2-.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) die Befüllung mit dem photovoltaisch aktiven Material mittels Unterdruck, insbesondere einem Vakuum von 100 bis 800 mbar, bevorzugt 500 bis 700 mbar, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) das photovoltaisch aktive Material bei Umgebungsdruck eingebracht und anschließend durch Anlegen eines Druckes, insbesondere von 1 bis 3 bar, in die Zellen transportiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem dem Verteilerkanal zugewandten Ende der einzelnen Zellen jeweils Reservoirs zur Aufnahme des photovoltaisch aktiven Materials angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaisch aktiven Bereiche, und optional der Verteilerkanal und/oder die Reservoirs poröse Strukturen, insbesondere aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TiO₂, SnO₂,ZnO, TiN, SiN, TiC, SiC, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, Fe₂O₃, Nickeloxiden, Chromoxiden, Kobaltoxiden, Glaspigmenten, Ruß und Graphit oder aus Kombinationen hiervon zur Aufnahme des photovoltaisch aktiven Materials aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verteilerkanal und den einzelnen Zellen ein Verbindungsstück mit einer den Strömungsweg verlängernden Geometrie, insbesondere eine mäanderförmige oder zickzackförmige Geometrie, angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das polare Gas ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus • primären, sekundären und tertiären Aminen, insbesondere Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, • Amidine, insbesondere Formamidine, • Pyridine, • Imidazolen, • Iodwasserstoff, Chlorwasserstoff oder Bromwasserstoff • Ammoniak und • Mischungen hiervon.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das polare Gas durch ein weiteres Gas, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Luft, Stickstoff, Argon, lodwasserstoff, Chlorwasserstoff, Bromwasserstoff, Wasserdampf, oder Ethern bzw. Mischungen aus diesen Gasen und/oder durch eine Temperaturänderung und/oder durch eine Änderung des Umgebungsdrucks, insbesondere durch Anlegen eines Unterdrucks, aus dem photovoltaisch aktiven Material ausgetrieben wird.
Photovoltaisches Modul mit einer Frontelektrode und einer weiteren Elektrode enthaltend jeweils ein Substrat und eine auf dem Substrat angeordnete elektrisch leitfähige Elektrodenschicht, einer zwischen den Substraten angeordneten Vielzahl von photovoltaischen Zellen, die mit einem Verteilerkanal in Verbindung stehen, mindestens einer zwischen den Substraten zumindest bereichsweise in den photovoltaisch aktiven Bereichen angeordnete poröse Struktur, einer zwischen den beiden Elektroden angeordnete Versiegelungsstruktur mit einer Vielzahl von Glaslotstegen und einem ohne Verwendung eines Lösungsmittels eingebrachten und in den porösen Strukturen der Zellen homogen verteiltem photovoltaisch aktiven Material.
Photovoltaisches Modul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaisch aktiven Material in mindestens einer porösen Struktur frei von Lösungsmitteln ist.
Photovoltaisches Modul nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Frontelektrode angeordnete elektrisch leitfähige Elektrodenschicht und/oder die auf der weiteren Elektrode angeordnete elektrisch leitfähige Elektrodenschicht transparent ausgeführt ist.
Photovoltaisches Modul nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der mindestens zwei porösen Trägerschichten zwischen benachbarten Glaslotstegen 3 bis 10 mm beträgt und/oder die Dicke aller der mindestens zwei porösen Trägerschichten zusammen 0,5 bis 20 um, bevorzugt 2 bis 10 um, beträgt.
Photovoltaisches Modul nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei porösen Trägerschichten aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus TiO₂, TiN, SiN, TiC, SiC, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, Fe₂O₃, Nickeloxiden, Chromoxiden, Kobaltoxiden, Glaspigmenten, Ruß und Graphit oder aus Kombinationen hiervon bestehen.
Photovoltaisches Modul nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Elektrodenschichten aus einem Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SnO₂:F, ZnO:Al und Indiumzinnoxid oder aus Kombinationen hiervon bestehen.
Photovoltaisches Modul nach einem der Ansprüche 11 bis 16 und herstellbar nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.