DE102020131743A1

DE102020131743A1 - Photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle und mit einer Rückseitenbarriere

Info

Publication number: DE102020131743A1
Application number: DE102020131743.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Meissner
Original assignee: Heliatek GmbH
Current assignee: Heliatek GmbH
Priority date: 2020-11-30
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-06-02
Also published as: WO2022111766A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Element 1 mit mindestens einer photovoltaischen Zelle 3 und mit einer Rückseitenbarriere 11.

Description

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle und mit einer Rückseitenbarriere.
Die Optoelektronik setzt sich aus dem Gebiet der Optik und der Halbleiterelektronik zusammen. Sie umfasst insbesondere Systeme und Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Energien in Lichtemission ermöglichen oder Lichtemissionen in Energie umwandeln. Optoelektronische Bauelemente, insbesondere organische photovoltaische Elemente (OPVs) 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 photovoltaischen Element herausgeführt oder hineingeführt werden muss. Dazu werden Sammelschienen, auch Busbars genannt, eingesetzt, welche den Anforderungen eines flexiblen photovoltaischen Elements gerecht werden müssen. Sammelschienen stellen einen Punkt in einem optoelektronischen Bauelement dar, an dem die umgewandelte Energie gebündelt und in Form von elektrischen Strömen weitergeleitet wird. Im Bereich der photovoltaische Elemente sind Sammelschienen bekannt, welche auf der Vorderseite oder auf der Rückseite der photovoltaischen Elemente aufgebracht sind.
Photovoltaische Elemente werden zum Schutz vor äußeren Einflüssen mit einer Schutzschicht versehen oder eingekapselt, insbesondere um diese mechanisch und gegen Umwelteinflüsse, beispielsweise Feuchtigkeit oder Diffusion von Sauerstoff, zu schützen. Die Sammelschienen sind dabei unter der Schutzschicht angeordnet. Um erzeugte elektrische Energie von photovoltaische Elementen durch die Schutzschicht herauszuführen, müssen die innerhalb der Schutzschicht liegenden Sammelschienen durch die Schutzschicht hindurch elektrisch leitend kontaktiert werden.
Organische optoelektronische Bauelemente, insbesondere organische photovoltaische Elemente oder organische Photodetektoren, zeigen eine stark verminderte Lebensdauer durch direkten Kontakt mit Luft, insbesondere Sauerstoff, und/oder Feuchtigkeit, insbesondere Wasser, und müssen daher hinreichend durch eine Barriereschicht und/oder eine Verkapselung geschützt werden.
Die Stromableitung von photovoltaischen Elementen kann mittels zwei Sammelschienen, sogenannten Busbars, die am Rand einer Rückelektrode mit einem leitfähigen Klebstoff aufgebracht sind erfolgen. Der elektrische Strom wird mittels einer elektrisch leitfähigen Kontaktierung aus dem photovoltaischen Element herausgeführt, wobei dieser an eine Anschlussdose weitergeleitet wird. Dabei führt die elektrisch leitfähige Verbindung von den Sammelschienen zur Anschlussdose durch Öffnungen einer Barriereschicht des photovoltaischen Elements. Die Öffnungen der Barriereschicht sind anfällig gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit und Luftsauerstoff in das photovoltaische Element, insbesondere zu den Sammelschienen, den Elektroden und dem Schichtsystem, und führen dadurch zur Degradation und Verminderung der Lebensdauer des photovoltaischen Elements.
Auf die Rückseite des photovoltaischen Elements kann zur Stromableitung auch eine metallhaltige Rückseitenbarriere aufgebracht sein. Die Rückseitenbarriere schützt dabei das Schichtsystem und die Elektroden vor äußeren Einflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Luftsauerstoff. Zur Kontaktierung der Sammelschienen nach außen wird die Rückseitenbarriere an bestimmten Stellen geöffnet, sogenannten Kontaktlöchern. Dabei müssen Kurzschlüsse zwischen elektrisch leitfähigen Verbindungsstellen verhindert und weiterhin eine ausreichende Barrierefunktion an den Kontaktlöchern gewährleistet werden.
DE102007052972A1 offenbart ein Verfahren zum Verbinden dünner Metallschichten auf polymeren Trägern, beispielsweise Solarzellen, unter Anwendung eines Laserstrahls zur Öffnung einer Polymerschicht und anschließender Vernietung der dünnen Metallschichten zum Verbinden der Metallschichten.
US20110308562A1 offenbart eine Anschlussdose für photovoltaische Elemente mit einer Schutzschicht, wobei die Anschlussdose Kontaktstellen aufweist, die ausgebildet sind eine Schutzschicht zu durchstoßen, und dadurch eine elektrisch leitende Kontaktierung mit dem die Schutzschicht aufweisenden photovoltaischen Element bilden.
US20140261610 offenbart ein photovoltaisches Modul, wobei mehrere Schichten auf eine Rückseite mit einer mehrschichtigen Struktur aufgebracht sind. Eine leitfähige Schicht dient dabei als Barriere gegen Feuchtigkeit und als Ersatz für Sammelschienen, um die elektrischen Strom aus dem photovoltaische Modul herauszuführen.
Nachteilig aus dem Stand der Technik ist jedoch, dass die bei der elektrisch leitfähigen Kontaktierung eines photovoltaischen Elements entstandenen Öffnungen nicht ausreichend gegen äußere Einflüsse, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, geschützt sind, da die Funktion einer Barriereschicht beeinträchtigt wird und darunterliegende Elemente bei Alterung zumindest teilweise beschädigt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle und mit einer Rückseitenbarriere bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine elektrisch leitende Kontaktierung mit einem verbesserten Schutz des photovoltaischen Elements vor äußeren Einflüssen bereitgestellt wird.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle mit jeweils einer Vorderelektrode, einer Rückelektrode und einem Schichtsystem mit mindestens einer photoaktiven Schicht bereitgestellt wird, wobei das Schichtsystem zwischen der Vorderelektrode und der Rückelektrode angeordnet ist, und mit einer auf einer der Rückelektrode zugewandten Seite des photovoltaischen Elements angeordneten Rückseitenbarriere. Die Rückseitenbarriere ist zumindest über die gesamte Ausdehnung der mindestens einen photovoltaischen Zelle ausgebildet und weist mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht auf, wobei zumindest die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht der Rückseitenbarriere mittels eines Spalts in mindestens einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich voneinander elektrisch isoliert getrennt ist, und wobei der erste Bereich mittels mindestens einer Kontaktstelle die Rückelektrode und/oder der zweite Bereich mittels mindestens einer Kontaktstelle die Vorderelektrode an der dem Schichtsystem zugewandten Seite der Rückseitenbarriere elektrisch leitend kontaktiert, so dass über die Rückseitenbarriere ein elektrischer Strom aus dem photovoltaischen Element hinausführbar ist.
Durch die voneinander elektrisch isolierte Trennung der Rückseitenbarriere in mindestens den ersten Bereich und den zweiten Bereich weist die Rückseitenbarriere zwei voneinander getrennte Spannungspotentiale auf. Die Rückseitenbarriere ist insbesondere auf einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements angeordnet.
Vorzugsweise wird die Rückseitenbarriere über deren gesamte Länge, bevorzugt über die gesamte Länge des photovoltaischen Elements bzw. der photovoltaischen Zellen, in den ersten Bereich und den zweiten Bereich elektrisch isoliert getrennt.
Vorzugsweise sind die Kontaktstellen an der Rückseitenbarriere an der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite ausgebildet.
Unter einem photovoltaischen Element wird insbesondere eine photovoltaische Zelle verstanden, insbesondere eine Solarzelle. Das photovoltaische Element ist bevorzugt aus mehreren photovoltaischen Zellen aufgebaut, die in Reihe oder parallel verschaltet sein können. Die mehreren photovoltaischen Zellen können auf unterschiedliche Weise in dem photovoltaischen Element angeordnet und/oder verschaltet sein.
Das photovoltaische Element kann CIS-, CIGS-, GaAs-, oder Si-Zelle, eine Perovskit-Zellen oder organische Zellen aufweisen, also ein organisches photovoltaisches Element (OPV), eine sogenannte organische Solarzelle, sein. Unter einem organischen photovoltaische 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. Während Polymere sich dadurch auszeichnen, dass diese nicht verdampfbar und daher nur aus Lösungen aufgebracht werden können, sind kleine Moleküle meist verdampfbar und können entweder wie Polymere als Lösung aufgebracht werden, aber auch mittels Verdampfungstechnik, insbesondere durch Verdampfen aus dem Vakuum. Insbesondere bevorzugt ist das photovoltaische Element ein flexibles organisches photovoltaisches Element auf Basis kleiner Moleküle.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die photoaktive Schicht des Schichtsystems kleine Moleküle, welche im Vakuum verdampfbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest die photoaktive Schicht des Schichtsystems im Vakuum aufgedampft.
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.
Unter einem flexiblen optoelektronischen Bauelement wird insbesondere ein optoelektronisches Bauelement verstanden, dass in einem bestimmten Bereich biegbar und/oder dehnbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine Kotaktstelle eine Querschnittsfläche von 0,1 bis 75 mm² auf, bevorzugt von 0,1 bis 30 mm², bevorzugt von 1 bis 75 mm², bevorzugt von 1 bis 30 mm², bevorzugt von 1 bis 10 mm², bevorzugt von 0,1 bis 10 mm², bevorzugt von 20 bis 50 mm², oder bevorzugt von 10 bis 30 mm² .
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht der Rückseitenbarriere eine Schichtdicke von 10 µm bis 500 µm auf, von 10 µm bis 200 µm, bevorzugt von 100 µm bis 200 µm, bevorzugt von 10 µm bis 100 µm, bevorzugt von 10 µm bis 60 µm, oder bevorzugt von 20 µm bis 40 µm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Zellen des photovoltaischen Elements nebeneinander angeordnet und in Reihe verschaltet. Vorzugsweise hat dabei jede Zelle eine eigene Rückelektrode und Vorderelektrode. Die Reihenschaltung erfolgt durch elektrisches Verbinden der Elektrode einer Zelle mit der Gegenelektrode der nächsten Zelle.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovoltaische Element mindestens eine Barriereschicht auf der Vorderseite und mindestens eine Barriereschicht auf der Rückseite des photovoltaischen auf. Dadurch ist das photovoltaische Element mit der Rückseitenbarriere besonders gut gegen äußere Einflüsse, insbesondere Feuchtigkeit und Luftsauerstoff geschützt.
Unter einer Barriereschicht wird insbesondere eine Schicht zum Verhindern der Durchlässigkeit von äußeren Einflüssen, insbesondere von Luftsauerstoff und/oder Feuchtigkeit, und/oder eine Schicht zur Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit, und/oder eine Filterschicht, bevorzugt eine Schicht mit einem UV-Filter, verstanden.
Unter einem unter einer Barriereschicht angeordneten Element wird insbesondere ein Element verstanden, dass derart an der Schutzschicht angeordnet ist, dass es von der Barriereschicht vor äußeren Einflüssen geschützt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Barriereschicht aus einer Folie oder einer Beschichtung, bevorzugt aus einem Lack oder einem Polymer, ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Barriereschicht als Verkapselung ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die mindestens eine vordere Barriereschicht und/oder die mindestens eine hintere Barriereschicht ein Material auf ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyacrylat (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und thermoplastischem Polyurethan (TPU).
Unter einer Vorderseite eines photovoltaischen Elements, entsprechend auch unter einer vorderen Barriereschicht und einer vorderen Schutzschicht, wird eine bestimmungsgemäß einem Sonnenlicht zugewandte Seite des photovoltaischen Elements verstanden. Dementsprechend wird unter einer Rückseite eines photovoltaischen Elements, entsprechend auch unter einer hinteren Barriereschicht und einer hinteren Schutzschicht, eine bestimmungsgemäß einem Sonnenlicht abgewandte Seite des photovoltaischen Elements verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Rückseitenbarriere zwischen den Kontaktstellen der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene in den ersten Bereich und den zweiten Bereich elektrisch isoliert getrennt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kontaktstellen des ersten Bereichs der Rückseitenbarriere mit der Rückelektrode und/oder der ersten Sammelschiene, und/oder die Kontaktstellen des zweiten Bereichs der Rückseitenbarriere mit der Vorderelektrode und/oder der zweiten Sammelschiene in bestimmten Abständen in dem ersten Bereich und/oder dem zweiten Bereich ausgebildet, bevorzugt in einem Abstand von 20 cm zueinander, bevorzugt 50 cm zueinander, oder bevorzugt 100 cm zueinander. Dabei sind keine Kontaktstellen des ersten Bereichs mit der Vorderelektrode und keine Kontaktstellen des zweiten Bereichs mit der Rückelektrode ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das photovoltaische Element an der der Rückelektrode zugewandten Seite der Rückseitenbarriere eine erste Sammelschiene und eine zweite Sammelschiene aufweist, die zwischen der Rückseitenbarriere und dem Schichtsystem angeordnet sind, wobei die erste Sammelschiene mit der Rückelektrode und die zweite Sammelschiene mit der Vorderelektrode elektrisch leitend kontaktiert ist, und wobei mit dem ersten Bereich die erste Sammelschiene und mit dem zweiten Bereich die zweite Sammelschiene elektrisch leitend kontaktiert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die erste Sammelschienen an der Rückelektrode und/oder die zweite Sammelschiene an der Vorderelektrode angeordnet, wobei die erste Sammelschiene einem ersten Potential und die zweite Sammelschiene einem zweiten Potential zugeordnet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Sammelschiene direkt auf die Rückelektrode und die zweite Sammelschiene direkt auf die Vorderelektrode aufgebracht, also elektrisch leitend verbunden. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der ersten Sammelschiene und der Rückelektrode und/oder der zweiten Sammelschiene und der Vorderelektrode eine elektrisch leitende Schicht angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schichtsystem und/oder die Rückelektrode oder die erste Sammelschiene und/oder die zweite Sammelschiene auf die Rückseitenbarriere angeordnet, bevorzugt auf die Rückseitenbarriere geklebt.
Unter einer Sammelschiene, einem sogenannten Busbar, wird insbesondere eine Anordnung verstanden, die zur elektrischen Kontaktierung als zentraler Verteiler von elektrischer Energie an ankommende und abgehende Leitungen elektrisch leitend verbunden ist, bevorzugt mit mindestens einer Elektrode und/oder mindestens einer Gegenelektrode. Die Sammelschiene ist insbesondere planar als Band, Streifen, Platte oder als Metallschicht ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Sammelschiene und/oder die zweite Sammelschiene auf einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des Schichtsystems des photovoltaischen Elements angeordnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erste Sammelschiene und/oder die zweite Sammelschiene eine Schichtdicke von 10 µm bis 500 µm auf, bevorzugt von 100 µm bis 500 µm, bevorzugt von 10 µm bis 200 µm, bevorzugt von 10 µm bis 100 µm, bevorzugt von 10 µm bis 50 µm, oder bevorzugt von 20 µm bis 40 µm.
Unter einer Kontaktstelle wird insbesondere eine stoffschlüssige elektrisch leitfähige Kontaktierung der leitfähigen Schicht der Rückseitenbarriere mit der Rückelektrode und/oder der Vorderseitenelektrode verstanden, oder mit der ersten Sammelschiene und/oder der zweiten Sammelschiene verstanden, bevorzugt mittels eines elektrisch leitfähigen Verbindungselements.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist eine Kontaktfläche der mindestens einen Kontaktstelle zu der mindestens einen leitfähigen Schicht der Rückseitenbarriere einen Durchmesser von mindestens 4 mm auf, bevorzugt von mindestens 5 mm, oder bevorzugt von mindestens 6 mm, oder von 4 bis 20 mm, bevorzugt von 4 bis 10 mm, bevorzugt von 6 bis 20 mm, bevorzugt von 10 bis 20 mm, oder bevorzugt von 6 bis 14 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine Kontaktstelle zu der mindestens einen leitfähigen Schicht der Rückseitenbarriere, insbesondere die elektrisch leitfähige Kontaktierung zwischen der mindestens einen leitfähigen Schicht der Rückseitenbarriere und der Rückelektrode und/oder der Vorderseitenelektrode, oder mit der ersten Sammelschiene und/oder der zweiten Sammelschiene, mittels eines leitfähigen Lots gebildet. Dadurch ist insbesondere die Kontaktstelle oder eine dafür gebildete Öffnung abgedichtet, insbesondere gegen Diffusion von Feuchtigkeit und Luftsauerstoff.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in und/oder an die Kontaktstellen oder die dafür gebildeten Öffnungen ein Abdichtmaterial aufgetragen und/oder eingetragen, so dass die Kontaktstellen abgedichtet werden, bevorzugt ist das Abdichtmaterial ein Silikon, ein Butyl und/oder ein Harz.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Rückelektrode, die Vorderelektrode und das Schichtsystem laserstrukturiert, so dass die Rückelektrode und/oder die Vorderelektrode jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements mit der der Rückseitenbarriere oder der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene elektrisch leitend kontaktierbar sind. Dadurch ist insbesondere das elektrisch leitende Kontaktieren unterschiedlicher Potentiale auf einer Ebene des photovoltaischen Elements, insbesondere einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Schichtsystems, über den ersten Bereich und den zweiten Bereich der Rückseitenbarriere oder die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene möglich. Dadurch sind insbesondere in einer Ebene mittels der Rückseitenelektrode zwei potentiale abgreifbar, insbesondere ein Potential der Vorderelektrode und ein Potential der Rückelektrode.
Das erfindungsgemäße photovoltaische Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle und mit einer Rückseitenbarriere weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise wird die Anzahl der Öffnungen der Rückseitenbarriere und/oder der hinteren Barriereschicht reduziert. Vorteilhafterweise wird die Diffusionsdichtigkeit verbessert, insbesondere für Feuchtigkeit und/oder Luftsauerstoff. Vorteilhafterweise wird die Anzahl potentieller Schwachstellen bei der elektrisch leitfähigen Kontaktierung reduziert. Vorteilhafterweise wird die Rückseitenbarriere als Stromabnehmer verwendet. Vorteilhafterweise können die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene wesentlich kleiner ausgebildet sein, insbesondere lässt sich der Querschnitt der Sammelschienen reduzieren, oder es kann auf die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene verzichtet werden, da der erste Bereich der Rückseitenbarriere und der zweite Bereich der leitfähigen Schicht der Rückseitenbarriere deren Funktion übernehmen. Vorteilhafterweise kann auf eine hintere Barriereschicht verzichtet werden, da die Rückseitenbarriere als Barriereschicht dient. Vorteilhafterweise sind Stromverluste geringer. Vorteilhafterweise weist die Topologie weniger Unebenheiten auf. Vorteilhafterweise entfällt ein aufwendiges Isolieren von weiteren Kontaktstellen. Vorteilhafterweise kann der Kontakt der Anschlussdose ebenfalls an der Rückseitenbarriere erfolgen. Vorteilhafterweise können Kosten für die elektrisch leitfähige Kontaktierung des photovoltaischen Elements eingespart werden. Vorteilhafterweise wird die Lebensdauer eines optoelektronischen Bauelements erhöht.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rückseitenbarriere mindestens eine erste Schutzschicht auf der dem Schichtsystem zugewandten Seite und mindestens eine zweite Schutzschicht auf der dem Schichtsystem abgewandten Seite aufweist, bevorzugt ist die mindestens eine erste Schutzschicht und die mindestens eine zweite Schutzschicht jeweils eine isolierende Schicht, wobei die mindestens eine leitfähige Schicht zwischen der mindestens einen ersten Schutzschicht und der mindestens einen zweiten Schutzschicht angeordnet ist, und/oder eine Schichtdicke der Rückseitenbarriere von 10 µm bis 1000 µm beträgt, bevorzugt von 20 µm bis 100 µm, oder bevorzugt von 20 µm bis 50 µm.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist erste Schutzschicht und/oder die zweite Schutzschicht eine Schichtdicke von 10 µm bis 400 µm auf, bevorzugt von 100 µm bis 400 µm, bevorzugt von 10 µm bis 100 µm, bevorzugt von 10 µm bis 50 µm, oder bevorzugt von 20 µm bis 40 µm.
Unter einer Schutzschicht wird insbesondere eine Schicht zum Verhindern der Durchlässigkeit von äußeren Einflüssen, insbesondere von Luftsauerstoff und/oder Feuchtigkeit, und/oder eine Schicht zur Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit, und/oder eine Filterschicht, bevorzugt eine Schicht mit einem UV-Filter, verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Erfindung die erste Schutzschicht und/oder die zweite Schutzschicht der Rückseitenbarriere aus einer Folie ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die vordere Schutzschicht und/oder die hintere Schutzschicht der Rückseitenbarriere ein Material auf ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenvinylacetat (EVA), Polyacrylat (PA), Polycarbonat (PC), Polyethylen (PE), Polyethylennaphthalat (PEN), Polyethylenterephthalat (PET), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), und thermoplastischem Polyurethan (TPU).
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rückseitenbarriere mittels eines isolierenden Klebstoffs oder Klebeschicht auf die Rückelektrode, oder die Rückelektrode und die erste Sammelschiene und/oder die zweite Sammelschiene aufgebracht ist, wobei in einem Bereich der Elektroden oder der Sammelschienen elektrisch leitend mit der Rückseitenbarriere kontaktiert ist, und/oder der Spalt zwischen dem mindestens ersten Bereich und dem zweiten Bereich der Rückseitenbarriere mittels eines Barrierematerials, bevorzugt einem Klebeband, verschlossen und gegen äußere Einflüsse geschützt ist. Der Spalt kann mittels Durchtrennung der mindestens einen leitfähigen Schicht der Rückseitenbarriere mittels Laser oder mechanisch, bevorzugt Fräsen, ausgebildet werden. Alternativ ist es denkbar, den ersten Bereich und den zweiten Bereich der Rückseitenbarriere getrennt aufzubringen. Der Spalt ist dabei bevorzugt mindestens 1 mm breit, bevorzugt mindestens 2 mm, oder bevorzugt mindestens 3 mm, oder bevorzugt von 1 mm bis 10 mm, bevorzugt von 2 mm, bis 10 mm, oder bevorzugt von 3 mm bis 10 mm.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das photovoltaische Element mindestens eine Barriereschicht aufweist, bevorzugt eine vordere Barriereschicht auf einer Vorderseite des photovoltaischen Elements und eine hintere Barriereschicht auf einer Rückseite des photovoltaischen Elements, bevorzugt eine Verkapselung, wobei die hintere Barriereschicht auf der dem Schichtsystem abgewandten Seite der Rückseitenbarriere angeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine photovoltaische Zelle laserstrukturiert ist, so dass die Rückelektrode und die Vorderelektrode jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements elektrisch leitend kontaktierbar sind, wobei der erste Bereich der Rückseitenbarriere der Rückelektrode und der zweite Bereich der Rückseitenbarriere der Vorderelektrode zugeordnet ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rückseitenbarriere auf der dem Schichtsystem zugewandten Seite der Rückseitenbarriere oder auf der dem Schichtsystem abgewandten Seite der Rückseitenbarriere mittels mindestens eines Kontaktelements mit einer Anschlussdose elektrisch leitend kontaktiert ist.
Unter einer Anschlussdose wird insbesondere ein Element zum Anschluss des photovoltaischen Elements an einen elektrischen Stromkreislauf verstanden. Die Anschlussdose dient insbesondere zur elektrisch leitenden Verbindung einer Rückelektrode und/oder einer Vorderelektrode der Zellen, oder einer ersten Sammelschiene und/oder einer zweiten Sammelschiene an einen elektrischen Stromkreislauf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose auf der bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite der Solarzelle angeordnet. In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose auf der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite der Solarzelle angeordnet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine leitfähige Schicht der Rückseitenbarriere aus Aluminium oder einer Legierung davon gebildet ist, und/oder die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene aus mindestens einem Metall oder einer Legierung davon ausgebildet ist, bevorzugt aus Kupfer und Zinn.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die erste Sammelschiene und/oder die zweite Sammelschiene als Streifen oder Schicht ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Schutzschicht der Rückseitenbarriere eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, ist, und/oder mindestens eine Barriereschicht eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das photovoltaische Element aus mindestens zwei photovoltaischen Zellen gebildet ist, bevorzugt aus einer Vielzahl an photovoltaischen Zellen, wobei die mindestens zwei photovoltaischen Zellen seriell miteinander verschaltet sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mehrerer Zellen eines photovoltaischen Elements mit einem laserstrukturierten Schichtsystem;
2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle an einer Rückseitenbarriere in einer Seitenansicht und einer Draufsicht;
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle an einer Rückseitenbarriere in einer Seitenansicht und einer Draufsicht; und
4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle an einer Rückseitenbarriere in einer Seitenansicht und einer Draufsicht.

Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mehrerer Zellen eines photovoltaischen Elements mit einem laserstrukturierten Schichtsystem.
1 zeigt mehrere photovoltaische Zellen 3 mit einem laserstrukturierten Schichtsystem 9, wobei die photovoltaischen Zellen 3 untereinander seriell verschaltet sind. Die Beschichtung 40 ist auf einem Substrat angeordnet (nicht dargestellt), wobei mehrere photovoltaische Zellen 3 nebeneinander angeordnet sind. Die Beschichtung 40 umfasst jeweils eine Vorderelektrode 5, eine Rückelektrode 7 und ein Schichtsystem 9 mit mindestens einer photoaktiven Schicht. Das Schichtsystem 9 kann beispielsweise zwei halbleitende und/oder organische Transportschichten und zwischen diesen eine halbleitende und/oder organische Absorberschicht aufweisen. Das Schichtsystem 9 ist derart eingerichtet sein, dass dieses bei Bestrahlung mit optischer Strahlung eine Ausgabespannung zwischen den Elektroden 5,7 erzeugt. Das Strukturieren der Beschichtung weist jeweils einen P1-Typ, einen P2-Typ und einen P3-Typ auf. Dadurch werden die Rückelektrode 7 und die Vorderelektrode 5 miteinander ohmsch verschalten, des Weiteren werden mehrere photovoltaische Zellen 3 miteinander seriell verschalten. Die Pfeile deuten dabei den Stromfluss an.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements 1 mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle 21 an einer Rückseitenbarriere 11 in einer Seitenansicht (3A) und einer Draufsicht (3B). Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wurde der Spalt mittels eines Butylklebebands als Barriere verschlossen.
Das photovoltaisches Element 1 weist mindestens eine photovoltaische Zelle 3 mit jeweils einer Vorderelektrode 5, einer Rückelektrode 7 und einem Schichtsystem 9 mit mindestens einer photoaktiven Schicht, wobei das Schichtsystem 9 zwischen der Vorderelektrode 5 und der Rückelektrode 7 angeordnet ist, und eine auf einer der Rückelektrode 7 zugewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 angeordnete Rückseitenbarriere 11 auf. Die Rückseitenbarriere 11 ist zumindest über die gesamte Ausdehnung der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 ausgebildet und weist mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht 13 auf, wobei zumindest die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 mittels eines Spalts 15 in mindestens einen ersten Bereich 17 und einen zweiten Bereich 19 voneinander elektrisch isoliert getrennt ist. Der erste Bereich 17 kontaktiert mittels mindestens einer Kontaktstelle 21 die Rückelektrode 7 und/oder der zweite Bereich 19 mittels mindestens einer Kontaktstelle 21 die Vorderelektrode 5 an der dem Schichtsystem 9 zugewandten Seite der Rückseitenbarriere 11 elektrisch leitend, so dass über die Rückseitenbarriere 11 ein elektrischer Strom aus dem photovoltaischen Element 1 hinausführbar ist. Die mindestens eine leitfähige Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 ist also zwischen zwei Spannungspotentialen getrennt, insbesondere um einen Kurzschluss zu vermeiden.
Dadurch wird die Anzahl der Öffnungen der Rückseitenbarriere 11 bzw. der hinteren Barriereschicht 33 reduziert. Vorteilhafterweise wird die Diffusionsdichtigkeit verbessert. Vorteilhafterweise wird die Rückseitenbarriere 11 als Stromabnehmer verwendet. Vorteilhafterweise kann auf Sammelschienen verzichtet werden. Vorteilhafterweise kann auf eine hintere Barriereschicht verzichtet werden, da die Rückseitenbarriere 11 als Barriereschicht dient. Vorteilhafterweise sind Stromverluste geringer.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das photovoltaische Element 1 ein flexibles photovoltaisches Element 1, insbesondere eine flexible Solarzelle. Die flexible Solarzelle ist insbesondere eine organische Solarzelle mit mindestens einer photoaktiven Schicht auf Basis kleiner Moleküle, es ist aber auch die Verwendung anderer flexibler organischer Solarzellen denkbar.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Rückelektrode 7, die Vorderelektrode 5 und das Schichtsystem 9 laserstrukturiert, so dass die Rückelektrode 7 und/oder die Vorderelektrode 5 jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite oder jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 mit den Elektroden 5,7 bzw. Sammelschienen 23,25 elektrisch leitend kontaktierbar sind.
Dadurch ist insbesondere das elektrisch leitende Kontaktieren unterschiedlicher Potentiale auf einer Ebene des photovoltaischen Elements 1, insbesondere einer Ebene parallel zur Ausdehnung des Schichtsystems 9, über die elektrisch leitfähige Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 möglich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das photovoltaische Element 1 an der der Rückelektrode 7 zugewandten Seite der Rückseitenbarriere 11 eine erste Sammelschiene 23 und eine zweite Sammelschiene 25 auf, die zwischen der Rückseitenbarriere 11 und dem Schichtsystem 9 angeordnet sind, wobei die erste Sammelschiene 23 mit der Rückelektrode 7 und die zweite Sammelschiene 25 mit der Vorderelektrode 5 elektrisch leitend kontaktiert ist, und wobei mit dem ersten Bereich 17 die erste Sammelschiene 23 und mit dem zweiten Bereich 19 die zweite Sammelschiene 25 elektrisch leitend kontaktiert ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Rückseitenbarriere 11 mindestens eine erste Schutzschicht 27 auf der dem Schichtsystem 9 zugewandten Seite und mindestens eine zweite Schutzschicht 29 auf der dem Schichtsystem 9 abgewandten Seite auf, bevorzugt ist die mindestens eine erste Schutzschicht 27 und die mindestens eine zweite Schutzschicht 29 jeweils eine isolierende Schicht, wobei die mindestens eine leitfähige Schicht 13 zwischen der mindestens einen ersten Schutzschicht 27 und der mindestens einen zweiten Schutzschicht 29 angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Schichtdicke der Rückseitenbarriere 11 von 10 µm bis 400 µm, bevorzugt von 20 µm bis 100 µm, oder bevorzugt von 20 µm bis 50 µm.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückseitenbarriere 11 mittels eines isolierenden Klebstoffs oder Klebeschicht auf die Rückelektrode 7, oder die Rückelektrode 7 und die erste Sammelschiene 23 und/oder die zweite Sammelschiene 25 aufgebracht, wobei in einem Bereich der Elektroden 5,7 oder der Sammelschienen 23,25 elektrisch leitend mit der Rückseitenbarriere 11 kontaktiert ist, und/oder der Spalt 15 mittels eines Barrierematerials, bevorzugt einem Klebeband, gegen äußere Einflüsse geschützt ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das photovoltaische Element 1 mindestens eine Barriereschicht auf, bevorzugt eine vordere Barriereschicht 31 auf einer Vorderseite des photovoltaischen Elements 1 und eine hintere Barriereschicht 33 auf einer Rückseite des photovoltaischen Elements 1, bevorzugt eine Verkapselung, wobei die hintere Barriereschicht 33 auf der dem Schichtsystem 9 abgewandten Seite der Rückseitenbarriere 11 angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die mindestens eine photovoltaische Zelle 3 laserstrukturiert, so dass die Rückelektrode 7 und die Vorderelektrode 5 jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 elektrisch leitend kontaktierbar sind, wobei der erste Bereich 17 der Rückseitenbarriere 11 der Rückelektrode 7 und der zweite Bereich 19 der Rückseitenbarriere 11 der Vorderelektrode 5 zugeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Rückseitenbarriere 11 auf der dem Schichtsystem 9 zugewandten Seite oder auf der dem Schichtsystem 9 abgewandten Seite mittels mindestens eines Kontaktelements 35 mit einer Anschlussdose 37 elektrisch leitend kontaktiert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine leitfähige Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 aus Aluminium oder einer Legierung davon gebildet, und/oder die erste Sammelschiene 23 und die zweite Sammelschiene 25 aus mindestens einem Metall oder einer Legierung davon ausgebildet ist, bevorzugt aus Kupfer und Zinn.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Schutzschicht 27,29 der Rückseitenbarriere 11 eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, und/oder ist mindestens eine Barriereschicht 31,33 eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das photovoltaische Element 1 aus mindestens zwei photovoltaischen Zellen 3 gebildet, bevorzugt aus einer Vielzahl an photovoltaischen Zellen 3, wobei die mindestens zwei photovoltaischen Zellen 3 seriell miteinander verschaltet sind.
In 2A ist in einem Ausführungsbeispiel ein photovoltaisches Element 1 mit einer Rückseitenbarriere 11 dargestellt. An der Rückseitenbarriere 11 ist eine Kontaktstelle 21 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der Sammelschiene 23,25 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 13, insbesondere dem ersten Bereich 17 oder dem zweiten Bereich 19 der elektrisch leitfähigen Schicht 13, ausgebildet, und ein Kontaktelement 35 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der elektrisch leitfähigen Schicht 13 mit einer auf dem photovoltaischen Element 1 angeordneten Anschlussdose 37. Die Kontaktstelle 21 und das Kontaktelement 35 verlaufen durch die elektrisch leitfähige Schicht 13 hindurch und weisen jeweils an dem von der Sammelschiene 23,25 bzw. der Anschlussdose 37 abgewandten Ende eine Kontaktfläche zu der mindestens einen leitfähigen Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 auf, wobei der Durchmesser der Kontaktfläche mindestens 4 mm beträgt.
In 2B ist in einem Ausführungsbeispiel eine von einem Schichtsystem 9 abgewandte Seite der Rückseitenbarriere 11 dargestellt, wobei die Rückseitenbarriere 11 mittels eines Spalts 15 in einen ersten Bereich 17 und einen zweiten Bereich 19 elektrisch isoliert getrennt ist, wobei sich der Spalt 15 über die gesamte Länge der Rückseitenbarriere 11 erstreckt. In dem ersten Bereich 17 ist eine Kontaktstelle 21 zu einer ersten Sammelschiene 23 vorhanden, und in dem zweiten Bereich 19 ist eine Kontaktstelle 21 zu einer zweiten Sammelschiene 25 vorhanden. Der erste Bereich 17 und der zweite Bereich 19 sind jeweils mittels eines Kontaktelements 35 mit einer Anschlussdose 37 elektrisch leitfähig kontaktiert.
Die Herstellung eines solchen photovoltaischen Elements 1, insbesondere die Kontaktierung mit mindestens einer Kontaktstelle 21 der Rückelektrode 7 und/oder der Vorderelektrode 5 bzw. der ersten Sammelschiene 23 und/oder der zweiten Sammelschiene 25 kann folgendermaßen durchgeführt werden:

a) Bereitstellen des photovoltaischen Elements 1 mit der Rückelektrode 7, der Vorderelektrode 5 und dem Schichtsystem 9, und der daran angeordneten Rückseitenbarriere 11 mit der mindestens einen leitfähigen Schicht 13 zwischen der vorderen Schutzschicht 27 und der hinteren Schutzschicht 29. Alternativ kann das photovoltaische Element 1 eine erste Sammelschiene 23 und eine zweite Sammelschiene 25 aufweisen;
b) Bilden mindestens einer Öffnung in der Rückseitenbarriere 11, aufweisend die vordere Schutzschicht 27, die elektrisch leitfähige Schicht 13 und die hintere Schutzschicht 29 mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl mit einem dreistufigen Laser-Prozess, mit einem CO2-Laser zum Öffnen der hinteren Schutzschicht 29, insbesondere aus Kunststoff, mit einem Nd:YAG-Laser zum Öffnen der elektrisch leitfähigen Schicht 13, insbesondere einer Alu-Barriere, und mit einem CO2-Laser zum Öffnen der vorderen Schutzschicht 27, insbesondere aus Kunststoff, bis zur Rückelektrode 7 oder zur ersten Sammelschiene 23 und/oder zweiten Sammelschiene 25, so dass diese freigelegt werden;
c) Einbringen eines Lots in die in Schritt b) erhaltene Öffnung, insbesondere unter Verwendung einer Lot-Preform; und
d) Bilden der mindestens einen Kontaktstelle 21 mittels induktivem Löten mit gleichmäßigem Wärmeeintrag, so dass ein Kontaktelement der Kontaktstelle 21 gebildet wird, wobei mittels der Kontaktstelle 21 die Rückelektrode 7, oder die Rückelektrode 7 und die erste Sammelschiene 23 und die zweite Sammelschiene 25 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 elektrisch leitfähig kontaktiert werden.

Die Parameter der Laserablation, insbesondere eine Energiedichte, eine Pulsdauer, eine Pulsform, eine Pulsfrequenz und/oder eine Wellenlänge des mindestens einen Laserstrahls, werden in Abhängigkeit des Materials und der Schichtdicke der Schichten der Rückseitenbarriere 11 derart eingestellt, dass die Laserablation den Abtrag der Rückseitenbarriere 11 zur Freilegung der Elektroden 5,7 bzw. der Sammelschienen 23,25 ohne eine Beschädigung der Elektroden 5,7, des Schichtsystems 9 und der Sammelschienen 23,25 gewährleistet.
Die Parameter des induktiven Lötens werden in Abhängigkeit der zu bildenden Kontaktstelle 21 derart eingestellt, dass das induktive Löten die Bildung eines Kontaktelements der Kontaktstelle 21 zur elektrisch leitenden Kontaktierung der Elektroden 5,7 bzw. der Sammelschienen 23,25 und der elektrisch leitfähigen Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 gewährleistet, und dabei die Elektroden 5,7, die Sammelschienen 23,25 und das Schichtsystem 9 nicht beschädigt.
Zum elektrisch leitenden Kontaktieren der Anschlussdose 37 mit der elektrische leitfähigen Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 wird nach Schritt d) in einem Schritt e) eine Anschluss-Öffnung mittels Laserablation mit mindestens einem Laserstrahl zumindest in der vorderen Schutzschicht 27 der Rückseitenbarriere 11 erzeugt, wobei die elektrisch leitfähige Schicht 13 teilweise freigelegt wird. In die in Schritt e) gebildete Anschluss-Öffnung wird in einem Schritt f) ein Lot eingebracht, und in einem Schritt g) mittels induktivem Löten ein weiteres Kontaktelement in der Anschluss-Öffnung gebildet, so dass die elektrisch leitfähige Schicht 13 und die Anschlussdose 37 über das weitere Kontaktelement elektrisch leitend kontaktiert werden.
Zwischen den Elektroden 5,7 und/oder den Sammelschienen 23,25 und der Rückseitenbarriere 11 kann ein Verbindungsmaterial angeordnet sein, bevorzugt ein Klebstoff. Das Verbindungsmaterial ist insbesondere ein Material zum Verbinden, insbesondere zum Verkleben, von Schichten, insbesondere Barriereschichten 31,33 und/oder Schutzschichten 27,29, untereinander und/oder dem photovoltaischen Element 1. Das Verbindungsmaterial kann eine der folgenden Materialien sein: Siloxanen/Polysiloxanen, Epoxiden, insbesondere einem Epoxidharz, Acrylaten/Polyacrylaten, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA), Styrolen/Polysytrolen, Urethanen/Polyurethanen oder Derivate davon in Form von Monomeren, Oligomeren oder Polymeren.
Die Rückelektrode 7, die Vorderelektrode 5 und das Schichtsystem 9 sind laserstrukturiert, wobei die Rückelektrode 7 und/oder die Vorderelektrode 5 jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite oder jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 mit der ersten Sammelschiene 23 und der zweiten Sammelschiene 25 elektrisch leitend kontaktiert sind.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements 1 mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle 21 an einer Rückseitenbarriere 11 in einer Seitenansicht (3A) und einer Draufsicht (3B). Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
In 3A ist in einem Ausführungsbeispiel ein photovoltaisches Element 1 mit einer Rückseitenbarriere 11 dargestellt. An der Rückseitenbarriere 11 ist eine Kontaktstelle 21 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der Sammelschiene 23,25 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 13, insbesondere dem ersten Bereich 17 oder dem zweiten Bereich 19 der elektrisch leitfähigen Schicht 13, ausgebildet, und ein Kontaktelement 35 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der elektrisch leitfähigen Schicht 13 mit einer auf dem photovoltaischen Element 1 angeordneten Anschlussdose 37. Die Kontaktstelle 21 verläuft durch die elektrisch leitfähige Schicht 13 hindurch und weist an dem von der Sammelschiene 23,25 abgewandten Ende eine erweiterte Kontaktfläche zu der mindestens einen leitfähigen Schicht 13 der Rückseitenbarriere 11 auf, wobei der Durchmesser der Kontaktfläche mindestens 4 mm beträgt. Das Kontaktelement 35 weist keine erweiterte Kontaktfläche auf und ist auf der der Anschlussdose 37 zugewandten Seite mit der elektrisch leitfähigen Schicht 13 kontaktiert.
In 3B ist in einem Ausführungsbeispiel eine von einem Schichtsystem 9 abgewandte Seite der Rückseitenbarriere 11 dargestellt, wobei die Rückseitenbarriere 11 mittels eines Spalts 15 in einen ersten Bereich 17 und einen zweiten Bereich 19 elektrisch isoliert getrennt ist, wobei sich der Spalt 15 über die gesamte Länge der Rückseitenbarriere 11 erstreckt. In dem ersten Bereich 17 sind mehrere Kontaktstellen 21 zu einer ersten Sammelschiene 23 vorhanden, und in dem zweiten Bereich 19 sind mehrere Kontaktstellen 21 zu einer zweiten Sammelschiene 25 vorhanden. Der erste Bereich 17 und der zweite Bereich 19 sind jeweils mittels eines Kontaktelements 35 mit einer Anschlussdose 37 elektrisch leitfähig kontaktiert.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements 1 mit einer elektrisch leitfähigen Kontaktstelle 21 an einer Rückseitenbarriere 11 in einer Seitenansicht (4A) und einer Draufsicht (4B). Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird.
In 4A ist in einem Ausführungsbeispiel ein photovoltaisches Element 1 mit einer Rückseitenbarriere 11 dargestellt. An der Rückseitenbarriere 11 sind zwei Kontaktstelle 21 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der Sammelschiene 23,25 mit der elektrisch leitfähigen Schicht 13, insbesondere dem ersten Bereich 17 oder dem zweiten Bereich 19 der elektrisch leitfähigen Schicht 13, ausgebildet, und ein Kontaktelement 35 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der elektrisch leitfähigen Schicht 13 mit einer auf dem photovoltaischen Element 1 angeordneten Anschlussdose 37. Die Kontaktstellen 21 und das Kontaktelement 35 weisen keine erweiterte Kontaktfläche auf und sind jeweils auf der der Sammelschiene 23,25 und der Anschlussdose 37 zugewandten Seite mit der elektrisch leitfähigen Schicht 13 kontaktiert.
In 4B ist in einem Ausführungsbeispiel eine von einem Schichtsystem 9 abgewandte Seite der Rückseitenbarriere 11 dargestellt, wobei die Rückseitenbarriere 11 mittels eines Spalts 15 in einen ersten Bereich 17 und einen zweiten Bereich 19 und einen weiteren Bereich 39 elektrisch isoliert getrennt ist. In dem ersten Bereich 17 ist eine Kontaktstelle 21 zu einer ersten Sammelschiene 23 vorhanden, und in dem zweiten Bereich 19 ist eine Kontaktstelle 21 zu einer zweiten Sammelschiene 25 vorhanden. Der weitere Bereich 39 weist keine Kontaktstelle zu einer Sammelschiene 21,23 oder einer Elektrode 5,7 auf. Der erste Bereich 17 und der zweite Bereich 19 sind jeweils mittels eines Kontaktelements 35 mit einer Anschlussdose 37 elektrisch leitfähig kontaktiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007052972 A1 [0007]
US 20110308562 A1 [0008]
US 20140261610 [0009]

Claims

Photovoltaisches Element (1) mit mindestens einer photovoltaischen Zelle (3) mit jeweils einer Vorderelektrode (5), einer Rückelektrode (7) und einem Schichtsystem (9) mit mindestens einer photoaktiven Schicht, wobei das Schichtsystem (9) zwischen der Vorderelektrode (5) und der Rückelektrode (7) angeordnet ist, und mit einer auf einer der Rückelektrode (7) zugewandten Seite des photovoltaischen Elements (1) angeordneten Rückseitenbarriere (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenbarriere (11) zumindest über die gesamte Ausdehnung der mindestens einen photovoltaischen Zelle (3) ausgebildet ist und mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht (13) aufweist, wobei zumindest die mindestens eine elektrisch leitfähige Schicht 13 der Rückseitenbarriere (11) mittels eines Spalts (15) in mindestens einen ersten Bereich (17) und einen zweiten Bereich (19) voneinander elektrisch isoliert getrennt ist, und wobei der erste Bereich (17) mittels mindestens einer Kontaktstelle (21) die Rückelektrode (7) und/oder der zweite Bereich (19) mittels mindestens einer Kontaktstelle (21) die Vorderelektrode (5) an der dem Schichtsystem (9) zugewandten Seite der Rückseitenbarriere (11) elektrisch leitend kontaktiert, so dass über die Rückseitenbarriere (11) ein elektrischer Strom aus dem photovoltaischen Element (1) hinausführbar ist.
Photovoltaisches Element (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element (1) an der der Rückelektrode (7) zugewandten Seite der Rückseitenbarriere 11 eine erste Sammelschiene (23) und eine zweite Sammelschiene (25) aufweist, die zwischen der Rückseitenbarriere (11) und dem Schichtsystem (9) angeordnet sind, wobei die erste Sammelschiene (23) mit der Rückelektrode (7) und die zweite Sammelschiene (25) mit der Vorderelektrode (5) elektrisch leitend kontaktiert ist, und wobei mit dem ersten Bereich (17) die erste Sammelschiene (23) und mit dem zweiten Bereich (19) die zweite Sammelschiene (25) elektrisch leitend kontaktiert ist.
Photovoltaisches Element (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenbarriere (11) mindestens eine erste Schutzschicht (27) auf der dem Schichtsystem (9) zugewandten Seite und mindestens eine zweite Schutzschicht (29) auf der dem Schichtsystem (9) abgewandten Seite aufweist, bevorzugt ist die mindestens eine erste Schutzschicht (27) und die mindestens eine zweite Schutzschicht (29) jeweils eine isolierende Schicht, wobei die mindestens eine leitfähige Schicht (13) zwischen der mindestens einen ersten Schutzschicht (27) und der mindestens einen zweiten Schutzschicht (29) angeordnet ist, und/oder eine Schichtdicke der Rückseitenbarriere 11 von 10 µm bis 400 µm beträgt, bevorzugt von 20 µm bis 100 µm, oder bevorzugt von 20 µm bis 50 µm.
Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenbarriere (11) mittels eines isolierenden Klebstoffs oder Klebeschicht auf die Rückelektrode (7), oder die Rückelektrode (7) und die erste Sammelschiene (23) und/oder die zweite Sammelschiene (25) aufgebracht ist, wobei in einem Bereich der Elektroden (5,7) oder der Sammelschienen (23,25) elektrisch leitend mit der Rückseitenbarriere (11) kontaktiert ist, und/oder der Spalt (15) mittels eines Barrierematerials, bevorzugt einem Klebeband, gegen äußere Einflüsse geschützt ist.
Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element (1) mindestens eine Barriereschicht (31,33) aufweist, bevorzugt eine vordere Barriereschicht (31) auf einer Vorderseite des photovoltaischen Elements (1) und eine hintere Barriereschicht (33) auf einer Rückseite des photovoltaischen Elements (1), bevorzugt eine Verkapselung, wobei die hintere Barriereschicht (33) auf der dem Schichtsystem (9) abgewandten Seite der Rückseitenbarriere (11) angeordnet ist.
Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine photovoltaische Zelle (3) laserstrukturiert ist, so dass die Rückelektrode (7) und die Vorderelektrode (5) jeweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements (1) elektrisch leitend kontaktierbar sind, wobei der erste Bereich (17) der Rückseitenbarriere (11) der Rückelektrode (7) und der zweite Bereich (19) der Rückseitenbarriere (11) der Vorderelektrode (5) zugeordnet ist.
Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseitenbarriere (11) auf der dem Schichtsystem (9) zugewandten Seite oder auf der dem Schichtsystem (9) abgewandten Seite mittels mindestens eines Kontaktelements (35) mit einer Anschlussdose (37) elektrisch leitend kontaktiert ist.
Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine leitfähige Schicht (13) der Rückseitenbarriere (11) aus Aluminium oder einer Legierung davon gebildet ist, und/oder die erste Sammelschiene (23) und die zweite Sammelschiene (25) aus mindestens einem Metall oder einer Legierung davon ausgebildet ist, bevorzugt aus Kupfer und Zinn.
Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schutzschicht (27,29) der Rückseitenbarriere (11) eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, ist, und/oder mindestens eine Barriereschicht (31,33) eine UV-Schutzschicht, eine Anti-Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Schutzschicht, bevorzugt zur Erhöhung der Kratzfestigkeit, ist.
Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element (1) aus mindestens zwei photovoltaischen Zellen (3) gebildet ist, bevorzugt aus einer Vielzahl an photovoltaischen Zellen (3), wobei die mindestens zwei photovoltaischen Zellen (3) seriell miteinander verschaltet sind.