DE102020108847A1 - Arrangement of cells in a photovoltaic element - Google Patents
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Abstract
Photovoltaisches Element (1) mit mindestens zwei auf einem Substrat (3) angeordneten Zellen (5), wobei die Zellen (5) durch Trennbereiche (7) untereinander elektrisch isolierend getrennt sind, wobei in einer Querrichtung (Q) in Reihe angeordnete Zellen (5) untereinander seriell verschaltet sind, wobei in einer Längsrichtung (L) nebeneinander angeordnete Zellen (5) und/oder Reihen von untereinander seriell verschalteten Zellen (5) parallel verschaltet sind, und wobei die Zellen (5) jeweils ein bestimmte Breite (9) und eine bestimmte Länge (11) aufweisen, wobei mindestens zwei Zellen (5) eine unterschiedliche Breite (9) aufweisen, und die seriell verschalteten Zellen (5) und/oder Reihen von untereinander seriell verschalteten Zellen (5) untereinander eine gleiche Fläche aufweisen.Photovoltaic element (1) with at least two cells (5) arranged on a substrate (3), the cells (5) being separated from one another in an electrically insulating manner by separating regions (7), cells (5 ) are interconnected in series, cells (5) and / or rows of cells (5) interconnected in series being connected in parallel in a longitudinal direction (L), and the cells (5) each have a certain width (9) and have a certain length (11), at least two cells (5) having a different width (9), and the serially connected cells (5) and / or rows of serially connected cells (5) have the same area as one another.
Description
Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Element mit mindestens zwei auf einem Substrat angeordneten Zellen, wobei in einer Querrichtung in Reihe angeordnete Zellen untereinander seriell verschaltet sind, wobei in einer Längsrichtung nebeneinander angeordnete Zellen und/oder Reihen von untereinander seriell verschalteten Zellen parallel verschaltet sind, und wobei die Zellen jeweils eine bestimmte Breite und eine bestimmte Länge aufweisen, wobei mindestens zwei Zellen eine unterschiedliche Breite aufweisen, und die seriell verschalteten Zellen und/oder Reihen von untereinander seriell verschalteten Zellen untereinander eine gleiche Fläche aufweisen.The invention relates to a photovoltaic element with at least two cells arranged on a substrate, cells arranged in series in a transverse direction being interconnected in series, cells arranged next to one another in a longitudinal direction and / or rows of cells interconnected in series being interconnected in parallel, and wherein the cells each have a certain width and a certain length, with at least two cells having a different width, and the serially connected cells and / or rows of cells interconnected in series have the same area as one another.
Die Optoelektronik setzt sich aus dem Gebiet der Optik und der Halbleiterelektronik zusammen. Sie umfasst insbesondere Systeme und Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugter Energie in Lichtemission ermöglichen oder Lichtemissionen in Energie umwandelt. Optoelektronische Bauelemente, insbesondere photovoltaische Elemente, beispielsweise organische photovoltaische Elemente (OPVs) und organische Leuchtdioden (organic light emitting diode, OLEDs), erzeugen elektrische Energie oder wandeln elektrische Energie in Lichtemissionen um, welche zur Anwendung im weiteren Verlauf aus dem optoelektronischen Bauelement herausgeführt oder hineingeführt werden muss. Die Ableitung des elektrischen Stroms erfolgt meist über zwei Sammelschienen, sogenannte Busbars, die am Rand einer Elektrode aufgebracht sind. Stromsammelschienen stellen einen Punkt in einem optoelektronischen Bauelement dar, an dem die umgewandelte Energie gebündelt und in Form von elektrischem Strom weitergeleitet wird. Zur Kontaktierung werden Anschlussdosen auf dem photovoltaischen Element im Bereich der Sammelschienen angeordnet. Auf dem Schichtsystem angeordnete Anschlussdosen führen zu einer teilweisen Verschattung bzw. einer teilweisen Inaktivität der unter der Anschlussdose liegenden Bereiche der Zellen. Bei einer seriellen Verschaltung begrenzen die Zellen mit dem niedrigsten Strom den Gesamtstrom der seriell verschalteten Zellen, was zu einem Verlust des Gesamtstroms des photovoltaischen Elements führt.Optoelectronics is made up of the fields of optics and semiconductor electronics. In particular, it includes systems and methods that enable the conversion of electronically generated energy into light emission or convert light emissions into energy. Optoelectronic components, in particular photovoltaic elements, for example organic photovoltaic elements (OPVs) and organic light emitting diodes (OLEDs), generate electrical energy or convert electrical energy into light emissions, which for further use are led out or into the optoelectronic component must become. The electrical current is usually diverted via two busbars, so-called busbars, which are attached to the edge of an electrode. Busbars represent a point in an optoelectronic component at which the converted energy is bundled and passed on in the form of electrical current. To make contact, junction boxes are arranged on the photovoltaic element in the area of the busbars. Junction boxes arranged on the layer system lead to partial shading or partial inactivity of the areas of the cells located under the junction box. When connected in series, the cells with the lowest current limit the total current of the cells connected in series, which leads to a loss of the total current of the photovoltaic element.
Photovoltaische Elemente, insbesondere Dünnschicht-photovoltaische Elemente weisen einen Schichtaufbau mit Schichten auf. Der Schichtaufbau umfasst üblicherweise Elektrodenschichten, insbesondere aus einem elektrisch leitfähigen transparenten Material, einem transparenten leitenden Metalloxid (TCO - transparent conductive oxide), eine oder mehrere photoaktive Schichten, und eine nichtmetallische Elektrodenschicht. Ein möglicher Aufbau des Schichtsystems eines photovoltaischen Elements ist in
Organische photovoltaische Elemente können beispielsweise durch Verdampfen der Materialien, durch Drucken von Polymeren oder durch Prozessieren aus Flüssigkeiten hergestellt werden. Der prinzipielle Aufbau organischer photovoltaische Elemente ist in
Photovoltaische Elemente werden auf Dächern oder Fassaden aufgebracht. Die photovoltaischen Elemente können meist in Bahnen oder größeren Flächen auf die Dächer oder Fassaden aufgebracht werden. An manchen Bereichen der Dächer oder Fassaden befinden sich jedoch Bauelemente, die ein flächiges Verlegen der photovoltaischen Element einschränken, beispielsweise Antennen, Fenster oder Schornsteine, so dass das photovoltaische Element hier nicht vollständig angeordnet werden kann. Zugleich soll aber eine Fläche möglichst vollständig für ein photovoltaisches Element genutzt werden. Des Weiteren werden auf vielen photovoltaischen Elementen frontseitig Anschlussdosen angeordnet, insbesondere bei flexiblen photovoltaischen Elementen, die entweder direkt auf photoaktiven Schichten aufgebracht sind oder neben photoaktiven Schichten, also Zellen des photovoltaischen Elements, aufgebracht sind.Photovoltaic elements are applied to roofs or facades. The photovoltaic elements can usually be applied to the roofs or facades in strips or larger areas. In some areas of the roofs or facades, however, there are components that restrict the planar laying of the photovoltaic element, for example antennas, windows or chimneys, so that the photovoltaic element cannot be completely arranged here. At the same time, however, an area should be used as completely as possible for a photovoltaic element. Furthermore, junction boxes are arranged on the front of many photovoltaic elements, in particular in the case of flexible photovoltaic elements that are either applied directly to photoactive layers or are applied next to photoactive layers, that is to say cells of the photovoltaic element.
Zellen werden nicht immer alle gleichmäßig stark verschattet, sondern sind weiterhin teilweise einer Einstrahlung von Sonnenlicht ausgesetzt. Unter einer Verschattung wird insbesondere eine zumindest teilweise Verringerung der Lichteinstrahlung auf ein photovoltaisches Element verstanden, wobei insbesondere ein zumindest im Wesentlichen lichtundurchlässiges Objekt seinen Sonnenschatten auf Bestandteile eines photovoltaischen Elements wirft. Dabei erzeugen verschattete Zellen, die seriell mit anderen Zellen geschaltet sind, eine im Vergleich zu nicht-verschatteten Zellen entgegengesetzte Spannung, die den Stromfluss von den anderen photovoltaischen Zellen durch diese photovoltaische Zelle hindurch einschränken oder sperren. Wird eine Zelle des photovoltaischen Elements zumindest teilweise verschattet, so erzeugt diese Zelle keine Spannung, und der erzeugte Strom der davor seriell geschalteten Zellen kann nicht durchgeleitet werden und beschädigt diese Zelle. Ein Problem seriell geschalteter photovoltaischer Zellen bei zumindest teilweiser Verschattung ist, dass die verschatteten Zellen in Sperrrichtung geschaltete Dioden bezüglich der dazu seriell verschalteten, nicht verschatteten oder schwächer verschatteten Zellen darstellen. Damit behindern sie den Abfluss des photogenerierten Stroms, was sich negativ auf die Effizienz des photovoltaischen Elements auswirkt und/oder die Zelle beschädigt.Cells are not always shaded to the same degree, but are still partially exposed to sunlight. Shading is understood to mean, in particular, an at least partial reduction in the light irradiation on a photovoltaic element, with in particular an at least essentially light-impermeable object casting its sun shadow on components of a photovoltaic element. In this case, shaded cells that are connected in series with other cells generate a voltage that is opposite to that of non-shaded cells, which increases the flow of current from the other photovoltaic cells through this photovoltaic cell restrict or block through it. If a cell of the photovoltaic element is at least partially shaded, this cell does not generate any voltage and the current generated by the cells connected in series cannot be passed through and damages this cell. A problem of serially connected photovoltaic cells with at least partial shading is that the shaded cells represent diodes connected in the reverse direction with respect to the serially connected, not shaded or less shaded cells. They thus hinder the outflow of the photogenerated current, which has a negative effect on the efficiency of the photovoltaic element and / or damages the cell.
Während in Solarzellen auf Siliziumbasis die Fläche des photoaktiven Bereichs durch die Größe der Wafer begrenzt ist, kann in Dünnschicht-Solarzellen die Größe in bestimmten Grenzen den Anforderungen nach angepasst werden.While the area of the photoactive area in silicon-based solar cells is limited by the size of the wafer, in thin-film solar cells the size can be adapted to requirements within certain limits.
Um die tote Fläche von photovoltaischen Elementen zu minimieren werden Anschlussdosen direkt auf dem Schichtsystem, insbesondere im Bereich einer photoaktiven Schicht des Schichtsystems, angeordnet, so dass keine Fläche außerhalb der Apertur verloren geht. Dies führt allerdings zu teilweiser Verschattung der dadurch abgedeckten Zellen. Da der erhaltene Strom einer Zelle proportional zur Fläche der Zelle ist, liefert eine teilweise abgedeckte Zelle einen geringeren Strom, wobei bei seriell geschalteten Zellen die Zelle mit dem niedrigsten Strom, insbesondere der geringsten Fläche, den Strom des photovoltaischen Elements bestimmt.In order to minimize the dead area of photovoltaic elements, junction boxes are arranged directly on the layer system, in particular in the area of a photoactive layer of the layer system, so that no area outside the aperture is lost. However, this leads to partial shading of the cells covered by it. Since the current obtained in a cell is proportional to the area of the cell, a partially covered cell supplies a lower current, with the cell with the lowest current, in particular the smallest area, determining the current of the photovoltaic element in the case of cells connected in series.
Nachteilig aus dem Stand der Technik ist, dass eine flexible Gestaltung der Abmessungen eines photovoltaischen Elements und/oder der auf einem photovoltaischen Element angeordneten Zellen nicht bekannt ist.The disadvantage of the prior art is that a flexible design of the dimensions of a photovoltaic element and / or the cells arranged on a photovoltaic element is not known.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein photovoltaisches Element mit mindestens zwei auf einem Substrat angeordneten Zellen bereitzustellen, wobei die im Stand der Technik beschriebenen Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine Anordnung von Zellen auf einem photovoltaischen Element den Anforderungen nach ausgebildet werden kann, insbesondere das Schaffen von freien und/oder inaktiven Bereichen auf dem photovoltaischen Element auf denen kein Schichtsystem, insbesondere keine photoaktive Schicht, angeordnet ist ermöglicht wird, so dass Anschlussdosen des photovoltaischen Elements auf solchen freien und/oder inaktiven Bereichen angeordnet werden können und/oder bestimmte Abmessungen des photovoltaischen Elements ermöglicht werden, wodurch die Fläche eines photovoltaischen Elements an Gegebenheiten eines Dachs und einer Fassade angepasst werden kann.The object of the present invention is to provide a photovoltaic element with at least two cells arranged on a substrate, the disadvantages described in the prior art not occurring, and in particular an arrangement of cells on a photovoltaic element being able to be designed according to requirements, in particular the Creation of free and / or inactive areas on the photovoltaic element on which no layer system, in particular no photoactive layer, is arranged is made possible, so that junction boxes of the photovoltaic element can be arranged on such free and / or inactive areas and / or certain dimensions of the photovoltaic element are made possible, whereby the area of a photovoltaic element can be adapted to the conditions of a roof and a facade.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous refinements result from the subclaims.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein photovoltaisches Element mit mindestens zwei auf einem Substrat angeordneten Zellen, bevorzugt mit einer Vielzahl auf einem Substrat angeordneten Zellen, bereitgestellt wird, wobei die Zellen durch Trennbereiche untereinander elektrisch isolierend getrennt sind, wobei in einer Querrichtung in Reihe angeordnete Zellen untereinander seriell verschaltet sind, wobei in einer Längsrichtung nebeneinander angeordnete Zellen und/oder Reihen von untereinander seriell verschalteten Zellen parallel verschaltet sind, und wobei die Zellen jeweils eine bestimmte Breite und eine bestimmte Länge aufweisen. The object is achieved in particular by providing a photovoltaic element with at least two cells arranged on a substrate, preferably with a plurality of cells arranged on a substrate, the cells being separated from one another in an electrically insulating manner by separating areas, with cells arranged in series in a transverse direction Cells are interconnected in series with one another, cells and / or rows of cells interconnected in series in a longitudinal direction being interconnected in parallel, and the cells each having a certain width and a certain length.
Mindestens zwei Zellen, bevorzugt mindestens zwei seriell verschaltete Zellen, weisen eine unterschiedliche Breite auf, und die seriell verschalteten Zellen und/oder Reihen von untereinander seriell verschalteten Zellen weisen untereinander eine gleiche Fläche auf.At least two cells, preferably at least two cells connected in series, have a different width, and the cells connected in series and / or rows of cells connected in series with one another have the same area as one another.
Unter einem photovoltaischen Element wird insbesondere eine photovoltaische Zelle verstanden, insbesondere eine Solarzelle. Das photovoltaische Element ist bevorzugt aus mehreren photovoltaischen Zellen aufgebaut, die seriell oder parallel verschaltet sein können. Die mehreren photovoltaischen Zellen können auf unterschiedliche Weise in dem photovoltaischen Element angeordnet und/oder verschaltet sein.A photovoltaic element is understood to mean, in particular, a photovoltaic cell, especially a solar cell. The photovoltaic element is preferably made up of several photovoltaic cells which can be connected in series or in parallel. The plurality of photovoltaic cells can be arranged and / or connected in different ways in the photovoltaic element.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das photovoltaische Element mindestens eine Zelle mit mindestens einer photoaktiven Schicht auf, insbesondere eine CIS-, CIGS-, GaAs-, oder Si-Zelle, eine Perovskit-Zelle oder ein organisches photovoltaisches Element (OPV), eine sogenannte organische Solarzelle.In a preferred embodiment of the invention, the photovoltaic element has at least one cell with at least one photoactive layer, in particular a CIS, CIGS, GaAs, or Si cell, a perovskite cell or an organic photovoltaic element (OPV), a so-called organic solar cell.
Unter einem organischen photovoltaischen Element wird insbesondere ein photovoltaisches Element mit mindestens einer organischen photoaktiven Schicht verstanden, insbesondere ein polymeres organisches photovoltaisches Element oder ein organisches photovoltaisches Element auf Basis kleiner Moleküle. Die photoaktiven Schichten bilden insbesondere Akzeptor-Donor-Systeme, und können aus mehreren Einzelschichten, oder aus Mischschichten, als planar-heterojunction, und bevorzugt als bulk-heterojunction.An organic photovoltaic element is understood to mean, in particular, a photovoltaic element with at least one organic photoactive layer, in particular a polymeric organic photovoltaic element or an organic photovoltaic element based on small molecules. In particular, the photoactive layers form acceptor-donor systems and can consist of several individual layers or mixed layers, as planar heterojunction, and preferably as bulk heterojunction.
Unter kleinen Molekülen werden insbesondere nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen molaren Massen zwischen 100 und 2000 g/mol verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen. Insbesondere sind die kleinen Moleküle photoaktiv, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteintrag ihren Ladungszustand und/oder ihren Polarisierungszustand ändern. Vorteile dieser Absorbermaterialien auf Basis kleiner Moleküle sind eine Verdampfbarkeit im Vakuum.Small molecules are understood to mean, in particular, non-polymeric organic molecules with monodisperse molar masses between 100 and 2000 g / mol, which are present in the solid phase under normal pressure (air pressure of the surrounding atmosphere) and at room temperature. In particular, the small molecules are photoactive, photoactive being understood to mean that the molecules change their state of charge and / or their state of polarization when light is introduced. The advantages of these absorber materials based on small molecules are that they can be evaporated in a vacuum.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die mindestens eine photoaktive Schicht des Schichtsystems kleine Moleküle, welche im Vakuum verdampfbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine photoaktive Schicht des Schichtsystems im Vakuum aufgedampft.In a preferred embodiment of the invention, the at least one photoactive layer of the layer system comprises small molecules which can be evaporated in a vacuum. In a preferred embodiment of the invention, at least one photoactive layer of the layer system is vapor-deposited in a vacuum.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind durch den Trennbereich alle Schichten eines Schichtsystems des photovoltaischen Elements durchtrennt. Durch die Trennbereiche ist das Schichtsystem des photovoltaischen Elements in eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Schichtsystemen unterteilt, insbesondere eine Vielzahl an Zellen.In a preferred embodiment of the invention, all layers of a layer system of the photovoltaic element are cut through by the separating region. The layer system of the photovoltaic element is subdivided into a multiplicity of layer systems arranged next to one another, in particular a multiplicity of cells, by the separating regions.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das photovoltaische Element ein Schichtsystem mit mindestens zwei photoaktiven Schichten auf, wobei das photovoltaische Element eine Tandem-Zelle ist, bevorzugt ein Schichtsystem mit mindestens drei photoaktiven Schichten, wobei das photovoltaische Element eine Triple-Zelle ist.In a preferred embodiment of the invention, the photovoltaic element has a layer system with at least two photoactive layers, the photovoltaic element being a tandem cell, preferably a layer system with at least three photoactive layers, the photovoltaic element being a triple cell.
Unter einer Querrichtung Q wird insbesondere eine Richtung eines elektrischen Stromflusses in einem photovoltaischen Element verstanden, wobei insbesondere mehrere nebeneinander auf einem Substrat eines photovoltaischen Elements angeordnete Zellen in Querrichtung Q untereinander seriell verschaltet sind.A transverse direction Q is understood to mean, in particular, a direction of an electrical current flow in a photovoltaic element, with in particular a plurality of cells arranged next to one another on a substrate of a photovoltaic element being interconnected in series in the transverse direction Q.
Unter einer Längsrichtung L wird insbesondere eine Richtung quer zur Querrichtung Q verstanden, wobei insbesondere mehrere nebeneinander angeordnete Zellen und/oder Reihen von untereinander seriell verschalteten, auf einem Substrat eines photovoltaischen Elements angeordnete Zellen in Längsrichtung L untereinander parallel verschaltet sind.A longitudinal direction L is understood to mean, in particular, a direction transverse to the transverse direction Q, with in particular a plurality of cells arranged next to one another and / or rows of cells connected in series and arranged on a substrate of a photovoltaic element being interconnected in parallel in the longitudinal direction L.
Das erfindungsgemäße photovoltaische Element weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise wird die Fläche eines Substrats oder einer Apertur besser ausgenutzt, insbesondere werden bisher ungenutzte Bereiche auf einem Substrat nutzbar und somit die genutzte Fläche vergrößert. Vorteilhafterweise wird das Verhältnis von Apertur zur Fläche des photovoltaischen Elements kleiner, wodurch sich der Preis pro Fläche zwischen Apertur und Fläche des photovoltaischen Elements weniger unterscheidet. Vorteilhafterweise kann die Effizienz eines photovoltaischen Elements verbessert werden. Vorteilhafterweise werden Missmatch Verluste zwischen mehreren Zellen, insbesondere Zellen in serieller Verschaltung, minimiert. Vorteilhafterweise wird die Lebensdauer photovoltaischer Elemente erhöht. Vorteilhafterweise wird eine Beschädigung des photovoltaischen Elements oder einzelner Zellen davon durch weitere darauf angebrachte Bauteile, beispielsweise Anschlussdosen, insbesondere durch einen Hot-Sport, verhindert, da die photoaktive Schicht der Zellen nicht durch darauf angeordnete Bauteile, beispielsweise Anschlussdosen, teilweise abgedunkelt wird. Vorteilhafterweise können Bauteile, insbesondere Anschlussdosen, durch die flexible Gestaltung der Zellen variabel auf einem photovoltaischen Element angebracht werden, beispielsweise am Rand oder in der Mitte eines photovoltaischen Elements, ohne eine photoaktive Schicht einer Zelle abzudunkeln.The photovoltaic element according to the invention has advantages compared to the prior art. Advantageously, the area of a substrate or an aperture is better utilized; in particular, previously unused areas on a substrate can be used and the area used is thus increased. The ratio of the aperture to the area of the photovoltaic element is advantageously smaller, as a result of which the price per area differs less between the aperture and the area of the photovoltaic element. The efficiency of a photovoltaic element can advantageously be improved. Mismatch losses between a number of cells, in particular cells connected in series, are advantageously minimized. The service life of photovoltaic elements is advantageously increased. Damage to the photovoltaic element or individual cells thereof by other components attached to it, for example junction boxes, in particular from hot sport, is advantageously prevented, since the photoactive layer of the cells is not partially darkened by components arranged on it, for example junction boxes. Advantageously, due to the flexible design of the cells, components, in particular junction boxes, can be attached variably to a photovoltaic element, for example on the edge or in the middle of a photovoltaic element, without darkening a photoactive layer of a cell.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fläche der seriell und/oder parallel verschalteten Zellen untereinander gleich groß ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Fläche mindestens einer Zelle der untereinander parallel verschalteten Zellen unterschiedlich groß.According to a further development of the invention, it is provided that the area of the cells connected in series and / or in parallel is equal to one another. In a preferred embodiment of the invention, the area of at least one cell of the cells connected in parallel with one another is different in size.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellen eine rechteckige Fläche aufweisen.According to a development of the invention it is provided that the cells have a rectangular area.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Länge der Zellen mindestens doppelt so groß wie die Breite der Zellen, bevorzugt mindestens fünfmal so groß, bevorzugt mindestens 10 mal so groß, bevorzugt mindestens 20 mal so groß, bevorzugt mindestens 50 mal so groß, bevorzugt mindestens 100 mal so groß, oder bevorzugt mindestens 1000 mal so groß.In a preferred embodiment of the invention, the length of the cells is at least twice as large as the width of the cells, preferably at least five times as large, preferably at least 10 times as large, preferably at least 20 times as large, preferably at least 50 times as large, preferably at least 100 times as big, or preferably at least 1000 times as big.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens zwei Zellen ein unterschiedliches Verhältnis von Breite zu Länge aufweisen, wobei bevorzugt das Verhältnis von Breite zu Länge einer Zelle 1 zu 1000 bis 1 zu 300 beträgt, bevorzugt 1 zu 500 bis 1 zu 300.According to a development of the invention it is provided that at least two cells have a different ratio of width to length, the ratio of width to length of a cell preferably being 1: 1000 to 1: 300, preferably 1: 500 to 1: 300.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt das Verhältnis von Breite zu Länge einer Zelle 1 zu 10 bis 1 zu 1000, bevorzugt 1 zu 10 bis 1 zu 500, bevorzugt 1 zu 10 bis 1 zu 300, bevorzugt 1 zu 10 bis 1 zu 100, bevorzugt 1 zu 100 bis 1 zu 1000, bevorzugt 1 zu 100 bis 1 zu 500, oder bevorzugt 1 zu 100 bis 1 zu 300.In a preferred embodiment of the invention, the ratio of width to length of a cell is 1: 10 to 1: 1000, preferably 1: 10 to 1: 500, preferably 1: 10 to 1: 300, preferably 1: 10 to 1: 100, preferably 1 in 100 to 1 in 1000, preferably 1 in 100 to 1 in 500, or preferably 1 in 100 to 1 in 300.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen mindestens drei Zellen, bevorzugt mindestens vier Zellen, unterschiedliches Verhältnis von Breite zu Länge auf.In a preferred embodiment of the invention, at least three cells, preferably at least four cells, have different ratios of width to length.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zellen auf dem Substrat untereinander zumindest weitgehend parallel zueinander angeordnet sind.According to a further development of the invention, it is provided that the cells on the substrate are arranged at least largely parallel to one another.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens zwei untereinander seriell verschaltete Zellen zumindest weitgehend über die gesamte Länge des photovoltaischen Elements ausgebildet sind, oder alle Reihen untereinander seriell verschalteter Zellen zumindest weitgehend über die gesamte Breite des photovoltaischen Elements ausgebildet sind.According to a further development of the invention it is provided that at least two cells connected in series are formed at least largely over the entire length of the photovoltaic element, or all rows of cells connected in series are formed at least largely over the entire width of the photovoltaic element.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Breite einer Zelle 1 cm bis 200 cm beträgt, bevorzugt 2 cm bis 100 cm, und/oder eine Länge einer Zelle 10 cm bis 1000 cm beträgt, bevorzugt 10 cm bis 1000 cm, oder bevorzugt 50 cm bis 100 cm, und/oder die Trennbereiche zwischen den Zellen eine Breite von mindestens 0,1 mm aufweisen, bevorzugt von mindestens 0,5 mm.According to a development of the invention it is provided that a width of a cell is 1 cm to 200 cm, preferably 2 cm to 100 cm, and / or a length of a cell is 10 cm to 1000 cm, preferably 10 cm to 1000 cm, or preferably 50 cm to 100 cm, and / or the separation areas between the cells have a width of at least 0.1 mm, preferably of at least 0.5 mm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Zelle zumindest weitgehend über die gesamte Länge des photovoltaischen Elements ausgebildet ist, und/oder die Länge einer Zelle oder die Länge einer Reihe untereinander parallel verschalteter Zellen kürzer ist als die Länge einer anderen Zelle oder die Länge einer anderen Reihe untereinander parallel verschalteter Zellen.According to a development of the invention it is provided that at least one cell is formed at least largely over the entire length of the photovoltaic element, and / or the length of a cell or the length of a row of cells connected in parallel is shorter than the length of another cell or the Length of another row of cells connected in parallel to one another.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Trennbereiche zwischen den Zellen mittels Laserstrukturierung gebildet sind. Vorzugsweise sind die einzelnen Zellen mittels Laserstrukturierung miteinander verschaltet. Durch Anpassung der Layouts der Laserstrukturierung lässt sich die Größe der Zellen, also die Breite und die Länge der Zellen, so anpassen, dass die aktive Fläche aller Zellen in einer seriellen Verschaltung gleich ist, bevorzugt ist auch die Gesamtfläche der Zellen in einer parallelen Verschaltung untereinander gleich. Dadurch wird insbesondere der Verlust durch ungleich verteilte Stromleitfähigkeit minimiert.According to a further development of the invention, it is provided that the separating areas between the cells are formed by means of laser structuring. The individual cells are preferably interconnected by means of laser structuring. By adapting the layout of the laser structuring, the size of the cells, i.e. the width and length of the cells, can be adapted so that the active area of all cells in a serial connection is the same; the total area of the cells in a parallel connection is also preferred same. In particular, this minimizes the loss due to unevenly distributed electrical conductivity.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Länge einer Zelle derart gestaltet, dass in Bereichen einer Anschlussdose oder einer vorgesehenen Anschlussdose kein Schichtsystem, insbesondere keine photoaktive Schicht, vorhanden ist. Eine Anschlussdose muss dadurch nicht auf einem Bereich mit einem Schichtsystem, insbesondere einer photoaktiven Schicht, angeordnet werden.In a preferred embodiment of the invention, the length of a cell is designed in such a way that no layer system, in particular no photoactive layer, is present in areas of a junction box or a junction box provided. As a result, a junction box does not have to be arranged on an area with a layer system, in particular a photoactive layer.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Bereich auf dem Substrat des photovoltaischen Elements nicht mit einem Schichtsystem, insbesondere einer aktiven Schicht, beschichtet, weist also keine Zelle auf, wobei mindestens ein freier Bereich auf dem Substrat gebildet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf dem mindestens einen freien Bereich mindestens eine Anschlussdose zur Kontaktierung des photovoltaischen Elements angeordnet.In a preferred embodiment of the invention, at least one area on the substrate of the photovoltaic element is not coated with a layer system, in particular an active layer, that is, has no cell, with at least one free area being formed on the substrate. In a preferred embodiment of the invention, at least one junction box for contacting the photovoltaic element is arranged on the at least one free area.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das photovoltaische Element mindestens einen inaktiven Bereich auf, also einen Bereich in dem zwar ein Schichtsystem, insbesondere eine photoaktive Schicht, vorhanden ist, diese aber inaktive geschaltet ist, insbesondere mittels entsprechender Laserstrukturierung. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auf dem mindestens einen inaktiven Bereich mindestens eine Anschlussdose zur Kontaktierung des photovoltaischen Elements angeordnet.In a preferred embodiment of the invention, the photovoltaic element has at least one inactive area, that is to say an area in which a layer system, in particular a photoactive layer, is present, but this is switched inactive, in particular by means of corresponding laser structuring. In a preferred embodiment of the invention, at least one junction box for contacting the photovoltaic element is arranged on the at least one inactive area.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das photovoltaische Element ein organisches photovoltaisches Element ist, bevorzugt ein flexibles organisches photovoltaisches Element, wobei bevorzugt mindestens eine photoaktive Schicht des organischen photovoltaischen Elements kleine Moleküle als Absorbermaterial aufweist.According to a further development of the invention it is provided that the photovoltaic element is an organic photovoltaic element, preferably a flexible organic photovoltaic element, with at least one photoactive layer of the organic photovoltaic element preferably having small molecules as absorber material.
Unter einem flexiblen photovoltaischen Element wird insbesondere ein photovoltaisches Element verstanden, dass in einem bestimmten Bereich biegbar und/oder dehnbar ist.A flexible photovoltaic element is understood to mean, in particular, a photovoltaic element that can be bent and / or stretched in a specific area.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Aufbaus eines Schichtsystems eines photovoltaischen Elements in einer Seitenansicht; -
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements mit mehreren seriell geschalteten Zellen in einer Draufsicht; -
3 eine schematische Darstellung weiterer Ausführungsbeispiele photovoltaischer Elemente mit mehreren seriell geschalteten Zellen in einer Draufsicht.
-
1 a schematic representation of an embodiment of a structure of a layer system of a photovoltaic element in a side view; -
2 a schematic representation of an embodiment of a photovoltaic element with a plurality of cells connected in series in a plan view; -
3 a schematic representation of further embodiments of photovoltaic elements with several cells connected in series in a plan view.
AusführungsbeispieleEmbodiments
Das photovoltaische Element
In diesem Ausführungsbeispiel weisen die Zellen
Die Strukturierung der einzelnen Schichten und der Elektroden kann beispielsweise mittels Laserablation, Elektronen- oder Ionenstrahlablation, oder Schattenmasken erfolgen.The structuring of the individual layers and the electrodes can take place, for example, by means of laser ablation, electron or ion beam ablation, or shadow masks.
Das photovoltaische Element
Das photovoltaische Element
In diesem Ausführungsbeispiel weisen jeweils die rechts und links in Querrichtung Q des photovoltaischen Elements
Dadurch wird die Fläche eines Substrats
Vorteilhafterweise wird eine Beschädigung des photovoltaischen Elements
In einer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Zellen
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Fläche der seriell und/oder parallel verschalteten Zellen
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen mindestens zwei Zellen
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Zellen
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei untereinander seriell verschaltete Zellen
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Breite
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Zelle
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Trennbereiche
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das photovoltaische Element
Die photovoltaischen Elemente
In
In
In
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2004083958 A2 [0003]WO 2004083958 A2 [0003]
- WO 2011138021 A2 [0003]WO 2011138021 A2 [0003]
- WO 2004083958 [0004]WO 2004083958 [0004]
- WO 2011138021 [0004]WO 2011138021 [0004]
- DE 202007010590 U1 [0007]DE 202007010590 U1 [0007]
- DE 3714920 C1 [0008]DE 3714920 C1 [0008]
- EP 2466640 A2 [0009]EP 2466640 A2 [0009]
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- 2020-03-31 DE DE102020108847.7A patent/DE102020108847A1/en active Pending
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