DE10249246B4

DE10249246B4 - Farbstoffsensibilisierte photovoltaische Zelle, ein Verfahren zur Herstellung dieser photovoltaischen Zellen sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE10249246B4
Application number: DE10249246A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Petrat Frank-Martin; Dr. Stützel Bernhard; Dipl.-Chem. Dr. Schmidt Friedrich Georg; Dr. Michael Günther; Dipl.-Ing. Dr. Gutsch Andreas; Stipan Katusic; Dipl.-Phys. Dr. Hinsch Andreas; Dipl.-Phys. Dr. Kern Rainer; Dipl.-Phys. Sastrawan Ronald
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2002-10-23
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2022-10-24
Also published as: WO2004038745A3; AU2003274066A8; AU2003274066A1; WO2004038745A2; DE10249246A1

Abstract

Photovoltaische Zelle, umfassend – eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, die auf einem transparenten, elektrisch isolierenden Material (1) eine transparente, leitfähige Beschichtung (2) und eine poröse Schicht (3) aus nanokristallinem Halbleitermaterial, an welche ein strahlungssensitiver Farbstoff adsorbiert ist, aufweist, – eine Gegenelektrode B, die eine Schicht (8) aus einem leitfähigen Material aufweist, und zwischen den Elektroden A und B – zumindest eine auf der Elektrode A aufgebrachte poröse, elektrisch isolierende Zwischenschicht (9), – wobei die Poren der Schichten (3), (8) und (9) zumindest teilweise mit einem leitfähigen Elektrolyten gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der elektrisch isolierenden Zwischenschicht (9) die katalytische Zwischenschicht (10) aufgebracht ist und auf der katalytischen Zwischenschicht (10) die Gegenelektrode (8) aufgebracht ist, wobei sich die katalytische Zwischenschicht (10) in der Zusammensetzung von der Zusammensetzung der Gegenelektrode (8) und der Zusammensetzung der Zwischenschicht (9) unterscheidet und eine hochporöse, katalytisch aktive,...

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind photovoltaischen Zellen, ein Verfahren zur Herstellung dieser Photovoltaischen Zellen sowie deren Verwendung als Solarzellen zur Stromerzeugung.
Auf Grund des weltweit steigenden Bedarfs an elektrischer Energie und der begrenzten Vorräte an fossilen Brennstoffen, wie z. B. Kohle, Gas oder Öl, hat die Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenlicht in den letzten Jahren erhöhtes Interesse gefunden. Üblicherweise werden photovoltaische Zellen, sogenannte Solarzellen zur Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht verwendet. Die ersten funktionsfähigen Solarzellen auf Halbleiterbasis wurden erst in den vierziger und fünfziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts verfügbar.
Die meisten heute verwendeten Solarzellen weisen als lichtabsorbierendes Halbleitermaterial Silizium auf, welches für diese Anwendungen allerdings höchsten Anforderungen an Reinheit und Qualität der Verarbeitung genügen muss. Aus Kostengründen sind die Solarzellen im Moment nicht konkurrenzfähig gegenüber herkömmlichen Arten Strom zu erzeugen.
In den sechziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts wurde durch H. Tributsch eine Farbstoff-sensibilisierte Solarzelle entwickelt, die als Halbleiter TiO₂ verwendet, welcher mit einem strahlungssensitiven Farbstoff (Chromophor) beschichtet ist.
Die heute üblicherweise verwendeten und in der Patentliteratur beschriebenen farbstoffsensibilisierten Solarzellen (dye sensitized solar cell, DSC) bestehen aus einem Glas (1) mit einer leitfähigen transparenten Oxidschicht (transparent conducting Oxide, TCO) (2) einer porösen Halbleiterschicht, vorzugsweise aus TiO₂ (Schichtdicke typisch 10 μm) mit einem angelagerten Farbstoff (3), einem Elektrolytsystem bestehend aus einem I^–/I₃ ^– Redoxpaar (4) sowie einer Gegenelektrode bestehend aus einer dünnen Platinschicht (5) als Katalysator für das Redoxpaar auf einem leitfähigen transparenten Oxid (6) auf einer weiteren Glasscheibe (7). Eine solche Solarzelle, wie sie in 1 abgebildet ist, wird beispielsweise von Grätzel et al. in WO 91/16719 beschrieben.
Die elektrochemischen Vorgänge können am besten in einem Energiediagramm beschrieben werden, welches in 2 wiedergegeben wird. Die Glasscheiben wurden in dieser Darstellung weggelassen. Durch die Wechselwirkung eines Lichtquants mit der Energie hv (im sichtbaren Bereich) wird ein Elektron vom Farbstoff S angeregt und in das Leitungsband des Halbleiters TiO₂ injiziert, so dass der einfach positiv geladene Farbstoff S⁺ zurückbleibt. Über die poröse TiO₂-Schicht gelangen die Elektronen per Diffusion durch das TiO₂-Leitungsband zur TCO-Schicht und fließen über einen Verbraucher zur Gegenelektrode. Dort wird das Iodid-Redoxsystem (A) reduziert. Über Diffusion gelangt das I^– zum Farbstoff und gibt sein Elektron an den Farbstoff ab, womit der Kreislauf geschlossen ist.
In EP 0 333 641 wird eine photoelektochemische Zelle beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen nanoporösen, d. h. einen extrem aufgerauten und damit eine vergrößerte Oberfläche aufweisenden Metalloxidhalbleiter aufweist. Der Ladungstransport zwischen Halbleiter/Chromophor und Gegenelektrode erfolgt in dieser Zelle durch eine Elektrolytlösung. Nachteilig an diesem System ist die Tatsache, dass das Elektron (die Ladung) durch Diffusion von Ionen an den Farbstoff zurückgeführt werden muss. Dazu wird ein Redox-System (I^–/I₃ ^–) eingesetzt, wodurch allerdings ein Großteil der eingefangenen Sonnenenergie als Wärme verloren geht.
DE 42 07 659 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von photoelektrochemischen Zellen wobei der Wirkungsgrad gegenüber der in EP 0 333 641 beschriebenen Zelle durch den Einsatz einer porösen Halbleiterschicht verbessert wird.
In DE 195 33 850 ist eine Weiterentwicklung der Solarzellen auf Basis von Chromophoren beschrieben, bei denen als Ladungstransportschicht eine Lochleiterschicht verwendet wird. Solche Lochleitermaterialien haben die Eigenschaft, dass Ladungs- und Massentransport entkoppelt sind. Solche Materialien sind elektronenreiche, vorzugsweise organische Verbindungen, die reversibel oxidierbar sind, wie z. B. Spiro- und Heterospiroverbindungen.
In EP 0 407 182 wird die Verwendung von porösen keramischen Membranen, die einen elektrisch leitenden Träger aufweisen, wobei dieser bevorzugt transparent ist, als halbleitende Elektrode vorgeschlagen. Die keramische Membran weist vorzugsweise TiO₂-Partikel auf und wird auf Glasplatten, welche eine leitfähige Beschichtung aufweisen, aufgebracht. Als Elektrolyt wird eine Salzlösung eingesetzt.
In EP 0 911 841 werden Solarzellen auf Basis von Chromophoren dadurch optimiert, dass als Elektrolyte ein Gel-Elektrolyt eingesetzt wird, der als Gel vernetzte Polymere z. B. auf Basis von vernetzbaren Monomeren, wie z. B. Methacrylaten, N-Vinyl-N'-Ethylimidazolium-Iodid etc. und als Elektrolyt selbst z. B. Metalljodide, Jodsalze von quaternären Ammoniumverbindungen, Metallbromide oder Bromsalze von quaternären Ammoniumverbindungen.
Auch in US 5,683,832 wir der Einsatz von ionischen Flüssigkeiten bzw. geschmolzenen Salzen als Elektrolyten für photovoltaische Zellen beschrieben.
Typischerweise werden die bis jetzt bekannten Zellen aufgebaut, indem zwei planparallele Glasscheiben durch einen geeigneten Abstandhalter auf einen Abstand von ca. 50 bis 60 μm eingestellt werden, was bei einer Produktion zu Problemen mit der Maßhaltigkeit führen kann. Um die Produktion der Zellen zu vereinfachen, wurde von Kay ein monolithischer Aufbau beschrieben ( DE 44 16 247 A1 , EP 0 858 669 B1 und DE 195 40 172 A1 ), wie er in 3 wiedergegeben wird. Beim Aufbau der Zelle gemäß Kay wird die Gegenelektrode bestehend aus einer dünnen Platinschicht (5) als Katalysator für das Redoxpaar auf einem leitfähigen transparenten Oxid (6) auf einer weiteren Glasscheibe (7) ersetzt durch eine leitfähige Graphitschicht (8), die auf die TiO₂-Schicht aufgedruckt. wird. Um einen Kurzschluss der Zellen zu verhindern, muss eine isolierende Zwischenschicht (9) eingefügt werden, welche zunächst auf die TiO₂-Schicht aufgedruckt wird. Diese Schicht besteht vorzugsweise aus ZrO₂. Die Schichtdicke dieser Zwischenschicht wird so eingestellt, dass die Schicht optisch gegenüber dem Graphit deckend ist (typisch 2 μm). Dies hat den Vorteil, dass Photonen, welche nicht in der TiO₂-Schicht absorbiert wurden von der ZrO₂-Schicht diffus zurückgestreut werden statt vom Graphit totalabsorbiert zu werden. Durch diese Maßnahme wird der Wirkungsgrad der Zelle erhöht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, eine photovoltaische Zelle zu entwickeln, die einen nochmals gesteigerten Wirkungsgrad gegenüber den photo-voltaischen Zellen bereitzustellen, wobei die Herstellung solcher Zellen möglichst einfach sein soll.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass photovoltaische Zellen, die eine zusätzliche katalytische Zwischenschicht sowie eine Elektrolytloesung, die eine ionische Flüssigkeit aufweist, umfasst, eine deutlich höhere Stromdichte und damit ein besseren Wirkungsgrad erreicht als herkömmliche photovoltaische Zellen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind deshalb farbstoffsensibilisierte photovoltaische Zellen, umfassend eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, die auf einem transparenten isolierenden Material (1) eine transparente, leitfähige Beschichtung (2) und eine Schicht (3) aus nanokristallinem Halbleitermaterial, an welche ein strahlungssensitiver Farbstoff adsorbiert ist, aufweist, eine Gegenelektrode B, die eine Schicht (8) aus einem leitfähigen Material aufweist, und zwischen den Elektroden A und B zumindest eine auf der Elektrode A aufgebrachte poröse, elektrisch isolierende Zwischenschicht (9), wobei die Poren der Schichten (3), (8) und (9) zumindest teilweise mit einem Elektronen leitenden Elektrolyten gefüllt sind, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass auf der elektrisch isolierenden Zwischenschicht (9) eine katalytische Zwischenschicht (10) aufgebracht ist, und auf der katalytischen Zwischenschicht (10) die Gegenelektrode (8) aufgebracht ist, wobei sich die katalytische Zwischenschicht (10) in der Zusammensetzung von der Zusammensetzung der Gegenelektrode (8) und der Zusammensetzung der Zwischenschicht (9) unterscheidet und die eine hochporöse leitfähige Schicht aufweist, die einen mit Metallkatalysatorpartikeln und/oder katalytisch aktiven Metallverbindungen dekorierten Träger aufweist, und die Poren der katalytischen Zwischenschicht zumindest teilweise ebenfalls mit dem Elektrolyten gefüllt sind und der Elektrolyt zumindest ein Salz, das eine ionische Flüssigkeit ist und eine zur Ausbildung eines Redox-System befähigte Verbindung, beispielsweise ein Iodid-Anion, aufweist. Eine Ausführungsart einer solchen Zelle ist in 4 wiedergegeben.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, durch Aufbringen der transparenten leitfähigen Beschichtung (2) auf das transparente isolierende Material (1) und Beschichten der Beschichtung (2) mit der Schicht (3) aus nanokristallinem Halbleitermaterial, erstellt wird, auf diese Photoelektrode A die poröse, elektrisch isolierende Zwischenschicht (9) aufgebracht wird, auf die eine katalytische, poröse Zwischenschicht (10) aufgebracht wird, auf welche die Schicht (8) aus einem leitfähigen Material als Gegenelektrode B gebracht wird, die Schicht (3) anschließend mit einer den strahlungssensitiven Farbstoff aufweisenden Flüssigkeit behandelt wird und die Schichten (3), (8), (9) und (10) mit dem Elektrolyten, der zumindest das Salz, das eine ionische Flüssigkeit ist, und die zur Ausbildung des Redox-Systems befähigte Verbindung aufweist, gefüllt werden.
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung von erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen als Solarzellen, Solarpaneele oder photo-elektrochemische Wandler.
Die erfindungsgemäßen farbstoffsensibilisierten photovoltaischen Zellen haben gegenüber den Zellen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil, dass sie einen deutlich höheren Wirkungsgrad und höhere Stromdichten aufweisen. Insbesondere zeigen die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen unter hoher Bestrahlungsstärke von ca. 100 bis 1000 Watt/m² einen deutlich höheren Wirkungsgrad als bekannte vergleichbare Zellen ohne zusätzliche katalytische Zwischenschicht.
Die Ursachen für die Erhöhung der Stromdichten liegen vermutlich in der Verringerung der Diffusionsstrecken für das Redoxsystem aufgrund der kleinen Abstände zur katalytisch aktiven Schicht, die dadurch erreicht werden, dass die Gegenelektrode gemäß der Erfindung aufgeteilt wird in die Gegenelektrode selbst und eine vorgelagerte Zwischenschicht, die katalytisch aktive Partikel aufweist. Im Gegensatz dazu beschreibt Kay in DE 44 16 247 A1 und DE 195 40 172 A1 keinen zweischichtigen Aufbau der Gegenelektrode. Vielmehr wird auf eine wenige um dicke Schicht verwiesen, welche Platin als Katalysator enthalten kann. Allerdings erfordern die für eine ausreichende Leitfähigkeit notwendigen Schichtdicken mit üblichen Graphitsorten eine Schichtdicke von ca. 50 μm. Dies hat den Nachteil, dass aufgrund der großen Schichtdicke der Graphitschicht die langen Diffusionswege im Elektrolyten zu einer Abnahme des Stroms führen. Dies gilt insbesondere für höherviskose Elektrolytsysteme, bei welchen ein längerer Diffusionsweg zu einer Diffusionsbegrenzung des Stromes führen kann.
Der Vorteil des neuen Zellaufbaus mit einer hochporösen katalytischen Zwischenschicht (9) besteht deshalb darin, dass auch bei der Verwendung von höherviskosen Elektrolytsystemen ein höherer Strom pro Fläche (Flächenstromdichte) erzielt werden kann als bei üblichen Zellen. Durch die besondere Bauweise können Elektrolytsysteme eingesetzt werden, die eine gegenüber den literaturbekannten Acetonitril-basierten Elektrolytkompositionen einen erheblich niedrigeren Dampfdruck aufweisen. Der Einsatz solcher Elektrolytsysteme verhindert das Austrocknen der Zellen, was derzeit ein Hauptproblem der farbstoffsensibilisierten Solarzellen darstellt.
Schließlich kann bei der Verwendung von gelierten Elektrolytsystemen nicht nur ein Austrocknen verhindert werden sondern darüber hinaus auch im Falle von Undichtigkeiten ein Auslaufen unterdrückt werden, was die Lebensdauer solcher Zellen erhöht.
Die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen sowie ein Verfahren zu deren Herstellung wird nachfolgend beschrieben, ohne dass die Erfindung auf die beschriebenen Ausführugsformen beschränkt sein soll.
Die erfindungsgemäße farbstoffsensibilisierte photovoltaische Zelle, umfassend eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, die auf einem transparenten isolierenden Material (1) eine transparente, leitfähige Beschichtung (2) und eine Schicht (3) aus nanokristallinem Halbleitermaterial, an welche ein strahlungssensitiver Farbstoff adsorbiert ist, aufweist, eine Gegenelektrode B, die eine Schicht (8) aus einem leitfähigen Material aufweist, und zwischen den Elektroden A und B zumindest eine auf der Elektrode A aufgebrachte poröse isolierende Zwischenschicht (9), wobei die Poren der Schichten (3), (8) und (9) zumindest teilweise mit einem Elektronen leitenden Elektrolyten gefüllt sind, zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der Zwischenschicht (9) und der Gegenelektrode (8) eine katalytische Zwischenschicht (10) vorhanden ist, die sich in der Zusammensetzung von der Zusammensetzung der Gegenelektrode (8) und der Zusammensetzung der Zwischenschicht (9) unterscheidet und die eine hochporöse leitfähige Schicht aufweist, die einen mit Metallkatalysatorpartikeln dekorierten Träger aufweist, und die Poren der katalytischen Zwischenschicht zumindest teilweise ebenfalls mit dem Elektrolyten gefüllt sind und der Elektrolyt zumindest eine ionische Flüssigkeit und eine zur Ausbildung eines Redoxsystems befähigte Mischung aufweist. Das Redox-System kann z. B. I^–/I^3– oder Co²⁺/Co³⁺ aufweisen.
Das transparente isolierende Material (1), kann ausgewählt sein aus anorganischen und/oder organischen Gläsern und/oder Kunststoffen und/oder ein biegsames Verbundsystem darstellen. Wichtigstes Merkmal, welches dieses Material erfüllen muss, ist die Durchlässigkeit für die Strahlung, welche das strahlungssensible Farbstoffmolekül zur Abgabe eines Elektrons in das Leitungsband des Halbleiters anregt. Es kann vorteilhaft sein, wenn das isolierende Material Glas oder Kunststoff oder eine Kombination von Glas oder Kunststoff aufweist, welche eine besonders hohe Kratzfestigkeit aufweist, da Kratzer an der der Strahlung zugewandten Oberfläche des Material zu einer Ablenkung bzw. Streuung der Strahlung führen können und damit die Stromausbeute bezogen auf die einfallende Strahlung verringert werden kann.
Die direkt auf dem transparenten Material vorhandene transparente leitfähige Beschichtung (2) muss ebenfalls durchlässig für die Strahlung, welche das strahlungssensible Farbstoffmolekül zur Abgabe eines Elektrons in das Leitungsband des Halbleiters anregt, sein. Vorzugsweise weist die transparente leitfähige Beschichtung ein Fluor dotiertes Zinnoxid, Zinn dotiertes Indiumoxid (ITO), dotiertes Zinkoxid oder dünne Silberschichten auf Besonders bevorzugt weist die Beschichtung ITO auf.
Die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle enthält als strahlungsabsorbierende, vorzugsweise lichtabsorbierende halbleitende Schicht (3) vorzugsweise einen Halbleiter, der vorzugsweise eine sehr große Bandlücke, bevorzugt mindestens 3,0 eV, besonders bevorzugt über 3,0 eV, aufweist. Die Aufgabe der lichtabsorbierenden Schicht übernimmt die auf der Schicht (2) der erfindungsgemäßen photovoltaischen Zelle aufgebrachte poröse Schicht aus einem elektronenleitende Halbleitermaterial. Diese weist vorzugsweise ein Metalloxid, insbesondere ein Oxid der Übergangsmetalle, sowie der Elemente der dritten Hauptgruppe und der vierten, fünften und sechsten Nebengruppe (des periodischen Systems der Elemente) von Titan, Zirkon, Hafnium, Strontium, Zink, Indium, Yttrium, Lanthan, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, aber auch Oxyde von Zink, Eisen, Nickel oder Silber, Perowskite wie SrTiO₃, CaTiO₃, BaTiO₃ oder Oxide von anderen Metallen der zweiten und dritten Hauptgruppe oder Mischoxyde oder Oxydgemische dieser Metalle auf. Es kann aber auch jedes andere Metalloxyd mit Halbleiter Eigenschaften, insbesondere Elektronen aufnehmenden Eigenschaften und großem Energieabstand (Bandlücke) zwischen Valenzband und Leitungsband vorhanden sein. Besonders bevorzugt weist die poröse Schicht (3) als halbleitendes Material Titandioxid und/oder ein Metalloxid, ausgewählt aus den Oxiden von Zirkon, Hafnium, Strontium, Zink, Indium, Yttrium, Lanthan, Vanadium, Niob, Tantal, Molybdän, Wolfram, Zink, Eisen, Nickel, Silber oder Mischoxiden oder Oxidgemischen dieser Elemente auf. Ganz besonders bevorzugt als Halbleitermaterial ist Titandioxid.
Die Halbleiter aufweisende Schicht (3) weist vorzugsweise einen Rauheitsfaktor von größer als 1, besonders bevorzugt von größer als 20, ganz besonders von größer als 150 auf. Der Rauheitsfaktor ist definiert als das Verhältnis einer wirklichen/effektiven Oberfläche zur Fläche der Projektion dieser Oberfläche eines Körpers, in diesem Fall also der Oberfläche der halbleitenden Schicht.
Der Rauheitsfaktor kann z. B. durch gravimetrische Adsorptionsmethoden bestimmt werden, wie z. B. in F. Kohlrausch, Praktische Physik, Band 1, S. 397 (Stuttgart: B. G. Teubner, 1985) beschrieben wird. Im allgemeinen beträgt die mittlere Größe der Poren 5 bis 200 nm, vorzugsweise 10 bis 50 nm.
Das Halbleitermaterial, insbesondere bei der Verwendung von Titandioxid kann kein Licht mit Wellenlängen im Bereich des sichtbaren Spektrums absorbieren. Um Sonnenlicht als Energiequelle zu nutzen ist es deshalb notwendig, das Halbleitermaterial zu sensibilisieren. Dies erfolgt dadurch, dass auf der Oberfläche des elektronenleitenden Halbleiters strahlungssensitive Farbstoffe, sog. Chromophore, auch Sensibilatoren oder Dyes genannt, angeordnet werden. Diese Farbstoffe müssen in der Lage sein, durch Strahlungsabsorption einen energiereicheren Zustand einzunehmen und beim Verlassen des Zustands ein Elektron in das Leitungsband des Halbleitermaterials zu heben. Zu diesem Zweck weist das Chromophor Gruppen auf, die eine Kupplung der chromophoren Gruppen der Chromophoren mit dem Halbleitermaterial ermöglichen. Solche Gruppen sind z. B. π-leitende Substituenten bzw. Gruppen, wie z. B. Carboxylat-, Cyano-, Sulfonsäure-, Phosphonsäure-, Phospat- oder Chelat-Gruppen mit π-leitenden Eigenschaften wie z. B. Oxime, Dioxime, Hydroxychinole, Silicylate oder α-Ketoenolate.
Vorzugsweise sind diese Farbstoffe als Ladungsträger chemisch an- oder eingelagert (chemisorbiert). Die beiden Funktionen der Strahlungsabsorption und der Ladungsträger-Trennung sind bei diesen photoelektrischen Systemen getrennt. Die Strahlungsabsorption wird vom Chromophor im Oberflächenbereich übernommen, und die Trennung der Ladungsträger erfolgt an der Grenzschicht Halbleiter/Chromophor.
Verschiedene Chromophore haben unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten. Die Wahl des Chromophors kann somit der spektralen Zusammensetzung der Strahlung der Strahlungsquelle, insbesondere des Lichts der Lichtquelle angepasst werden, um die Ausbeute möglichst zu vergrößern. Zur Erhöhung der Lichtausbeute kann es vorteilhaft sein, wenn mehr als ein Chromophor in der Halbleiterschicht vorhanden ist. In zahlreichen Veröffentlichungen sind solche als Chromophoren bzw. strahlungssensitive Farbstoffe geeignete Verbindungen beschrieben worden. So geben z. B. WO 91/16719 , EP 0 980 082 , WO 94/04497 , EP 0 602 488 , WO 95/29924 und WO 98/50393 eine große Anzahl an einsetzbaren Verbindungen an, auf die ausdrücklich verwiesen wird.
Als strahlungssensitiven Farbstoff bzw. Chromophor oder Sensibilisator, der an die nanoskaligen Halbleiterpartikel der Schicht (3) adsorbiert bzw. chemisorbiert ist, weist die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle vorzugsweise solche auf, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die die Komplexe der Übergangsmetalle, ausgewählt aus den Komplexen insbesondere von Technetium, Rhenium, Eisen, Ruthenium, Platin oder Osmium und deren Salze und metallfreie organische Farbstoffkomplexe, wie z. B. solche die ausgewählt sind aus der Gruppe der Cyanin-Farbstoffe umfasst. Bevorzugt weisen diese Komplexe zwei-, drei- oder mehrzahnige Liganden auf, vorzugsweise Polypyridylverbindungen. Es können ein oder mehrere Farbstoffe an die Schicht (3) adsorbiert sein. Vorzugsweise ist aber nur ein Farbstoff adsorbiert.
Ganz besonders bevorzugt werden als Chromophore bzw. strahlungssensitive Farbstoffe Verbindungen der nachfolgenden Formel I bis XI eingesetzt. [ML_zX_y] I mit M = Ru, Os, Fe, Re oder Tc,
L = Ligand L_a, L_b, L_c, L_d, L_e, L_f, L_g, L_h, L_i, I_j, L_k oder L_l,
z = eine ganze Zahl ausgewählt aus 2 oder 3
X = unabhängig voneinander ein Ligand, ausgewählt aus der Gruppe SCN^–, SeCN^–, NCS^–, Cl^–, Br^–, I^–, CN^–, NCO^–, H₂O, P(R¹)₃, P(R¹)₂ wobei R¹ ein unsubstituierter C1- bis C30-Alkylrest, ein Phenylrest, ein substituierter oder unsubstituierter C1- bis C4-Alkylrest, ein C1- bis C4-Alkkoxyrest, ein Halogen oder ein unsubstituierter oder mit einer Gruppe ausgewählt aus einer Vinylgruppe, einer primären, sekundären oder tertiären Amingruppe, einer Hydroxygruppe oder einer C1- bis C30-Alkylgruppe substituierter Pyridinrest sein kann, und y = eine ganz Zahl ausgewählt aus 0, 1 oder 2. [MLL'(X)_y] II mit M definiert wie unter I und L und L' = unterschiedliche Liganden von Typ L_a, L_b, L_c, L_d,
L_e,L_f, L_g, L_h, L_i, L_j, L_k oder L_l, [ML₃] III mit M definiert wie unter I und L = L_a oder L_b [MLL'₂] IV mit M definiert wie unter I und L = L_a und L' = L_b, L_f, L_g, L_h, oder L_i [ML₂L'] V mit M definiert wie unter I und L = L_a und L' = L_b, L_f, L_g, L_h, oder L_i [ML₂] VI mit M definiert wie unter I und L = L_c, oder L_d [MLL'] VII mit M definiert wie unter I und L = L_c und L' = L_e, L_f, L_g, L_h, L_i oder L_j [MLL'X] VIII mit M und X definiert wie unter I und L = L_a und L' = L_e, L_f, L_g, L_h, L_i oder L_j [MLL'X] IX mit M und X definiert wie unter I und L = L_c und L' = L_a, L_b, L_f, L_g, L_h oder L_i [L₂M{NCM'L'₂]CN}₂] X mit M definiert wie unter I, M' = Ru, Os oder Re und L = L_a und L' = L_a, L_b, L_f, L_g, L_h oder L_i [LM{NCM'L'₂]CN}₃] XI mit M und M' definiert wie unter IX und L = L_c und L' = L_a, L_b, L_f, L_g, L_h oder L_i
Die in den vorgenannten Formeln genannten Liganden L werden nachfolgend beschrieben:

wobei R' ein C1- bis C30 Alkylrest oder ein Phenylrest sein kann.
wobei jeder Rest R unabhängig ein Wasserstoff oder ein C1- bis C30 Alkylrest sein kann.
Die Gegenelektrode, die als leitfähige Schicht (8) ausgebildet ist, kann eine aus Metallpartikeln oder anderen leitfähigen Partikeln aufgebaute Struktur aufweisen. Vorzugsweise kann die Schicht (8) als Partikel ein Metallpulver, ausgewählt aus Platin, Wolfram, Molybdän, Chrom, Titan ein elektrisch leitendes keramisches Pulver, ausgewählt aus Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid, ITO, dotiertem Zinkoxid, Titannitrid, Titancarbid oder Wolframcarbid oder Graphitpulver, Ruß und/oder eine elektrisch leitendes Polymer, ausgewählt aus Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen oder Polyacetylen aufweisen. Bevorzugt weist die leitfähige Schicht der Gegenelektrode ein Graphitpulver auf. Die leitfähige Schicht (8) ist vorzugsweise ebenfalls porös ausgeführt. Besonders bevorzugt weist die leitfähige Schicht eine Porosität von 30 bis 50% und eine Dicke von 5 bis 100, vorzugsweise von 20 bis 50 μm auf.
Die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle weist bevorzugt als isolierende Zwischenschicht (9) eine Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumoxid und/oder elektrisch isolierend ausgerüstetes Titandioxid aufweisende Schicht auf. Besonders bevorzugt weist die isolierende Zwischenschicht Zirkonoxid ZrO₂ auf. Die Zwischenschicht ist ebenfalls porös ausgeführt, damit sie mit dem Elektrolyten gefüllt werden kann. Bevorzugte Zwischenschichten (9) weisen eine Porosität von 30 bis 70%, bevorzugt 45 bis 55% und/oder eine Dicke von 1 bis 20, vorzugsweise von 3 bis 10 μm auf.
Die erfindungsgemäß vorgesehene katalytische Zwischenschicht (10), die zwischen isolierender Zwischenschicht (9) und leitfähiger Schicht (8) der Gegenelektrode angeordnet ist, weist vorzugsweise von 0,01 bis 40 Gew.-%, bevorzugt von 0,05 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,1 bis 2,5 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 0,25 bis 1,25 Gew.-% an Katalysator auf. Die Schicht kann als Katalysator Metalle, wie z. B. Platin, Silber oder Gold, Metalloxide wie z. B. Cobaltoxid, ITO, Zinnoxid oder dotiertes Zinkoxid oder Russ aufweisen. Besonders bevorzugt weist die katalytische Zwischenschicht Platinpartikel als Metallkatalysator auf. Neben dem Katalysator weist die katalytische Zwischenschicht bevorzugt die gleichen Materialien auf wie die Gegenelektrode bzw. die die Gegenelektrode bildende Schicht.
Als Träger weist die katalytische Zwischenschicht (10) vorzugsweise leitende oder halbleitende Oxide und/oder dotierte Mischoxide, vorzugsweise ausgewählt aus ITO, Aluminium dotiertes Zinkoxid, Antimon dotiertes Zinnoxid, Graphit oder Russ auf. Die katalytische Zwischenschicht weist bevorzugt eine hohe Porosität auf. Besonders bevorzugt weist die katalytische Zwischenschicht BET-Oberfläche von größer 3 m²/g vorzugsweise von 10 m²/g bis 200 m²/g und ganz besonders bevorzugt von 50 m²/g bis 100 m²/g auf. Zum Erreichen einer hohen Stromdichte kann es vorteilhaft sein, wenn die katalytische Zwischenschicht eine Dicke von 0,05 bis 10 μm, vorzugsweise von 0,1 bis 5 μm und ganz besonders bevorzugt von 0,5 bis 3 μm aufweist.
Die porösen Schichten, insbesondere die Schichten (3), (8), (9) und (10) können neben den genannten Bestandteilen weiterhin nanoskalige Pulver, insbesondere nanoskalige Metalloxidpulver, wie z. B. Titandioxid oder Zirkondioxid aufweisen, die als keramische Binde- oder Klebemittel in den Schichten den Zusammenhalt der einzelnen Partikel sicherstellt. Isolierende Schichten weisen vorzugsweise Zirkondioxidpulver auf, elektrisch leitende Schichten weisen vorzugsweise Titandioxidpulver auf.
Der Elektrolyt weist zumindest eine ionische Flüssigkeit sowie eine oder mehrere zur Ausbildung eines Redox-Systems befähigte Verbindungen oder Mischungen, wie z. B. I^–/I₃ ^– und/oder Co²⁺/Co³⁺-Komplexe auf. Das Iodid-Anion muss zur Bildung des Redoxpaares I₃ ^–/I^– im Elektrolyten vorhanden sein. Neben der ionischen Flüssigkeit und dem Iodid-Anion kann der Elektrolyt weitere Materialien aufweisen. So kann der Elektrolyt z. B. ein Matrixmaterial zur Einstellung der Viskosität (bis hin zur Gelierung) des Elektrolyten aufweisen. Solche Matrixmaterialien können z. B. ausgewählt sein aus intrinsisch leitfähigen Polymeren, lochleitfähigen Nanopartikeln oder organischen oder anorganischen Verdickern mit physikalischen oder chemischen Netzwerken. Als Matrixmaterialien kann der Elektrolyt außerdem gelbildende Zusatzstoffe aufweisen. Geeignete Matrixmaterialien oder Verdickungsmittel werden z. B. in Römpp Lexikon Chemie – Version 2.0, Stuttgart/New York: Georg Thieme Verlag 1999 unter dem Stichwort Verdickungsmittel beschrieben. Neben ionischen Flüssigkeiten, die an das jeweilige Redoxsystem angepassten Ionen, im Fall des I^–/I₃ ^– Systems Jodid-Anionen aufweisen können im Elektrolyten weitere ionische Flüssigkeiten mit von Iodid verschiedenen Anionen vorhanden sein. Diese ionischen Flüssigkeiten können z. B. als Lösungsmittel (also Verdünnungsmittel zum Einstellen (Herabsetzen) der Viskosität im Elektrolyten vorhanden sein.
Vorzugsweise kann die ionischen Flüssigkeiten ein Salz mit einem Kation, gemäß den nachfolgenden Strukturen,

wobei R1, R2, R3, R4, R5 und R6, gleich oder unterschiedlich und Wasserstoff, einen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen, einen durch ein oder mehrere Heteroatome (Sauerstoff NH, NCH₃) unterbrochenen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, einen durch ein oder mehrere Funktionalitäten, ausgewählt aus der Gruppe -O-C(O)-, -(O)C-O-, -NH-C(O)-, -(O)C-NH, -(CH₃)N-C(O)-, -(O)C-N(CH₃)-, -S(O)₂-O-, -O-S(O)₂-, -S(O)₂-NH-, -NH-S(O)₂-, -S(O)₂-N(Ck₃)-, -N(CH₃)-S(O)₂-, unterbrochenen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, einen endständig -OH, -NH₂, -N(H)CH₃ funktionalisierten linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder einen blockweise oder statistisch aufgebauten Polyether gemäß -(R⁷-O)_n-R⁸ bedeuten, wobei R⁷ ein 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthaltender linearer oder verzweigter Kohlenwasserstoffrest, n = 1 bis 30 ist und R⁸ Wasserstoff, einen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen bedeutet oder ein Rest -C(O)-R⁹ mit R⁹ gleich einem linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einem cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, einem aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, einem Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen sind; und einem Anion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogenid, Phosphat, Halogenphosphaten, Alkylphosphaten, Nitrat, Sulfat, Hydrogennulfat, Alkylsulfaten, Arylsulfaten, perfluorierten Alkyl- und Arylsulfaten, Sulfonat, Alkylsulfonaten, Arylsulfonaten, perfluorierten Alkyl- und Arylsulfonaten, Perchlorat, Tetrachloroaluminat, Tetrafluoroborat, Alkylboraten, Tosylat, Saccharinat, Alkylcarboxylaten und Bis(perfluoralkylsulfonyl)amid-Anionen; oder eine Mischung mehrerer solcher Salze sein.
Die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle weist besonders bevorzugt eine ionische Flüssigkeit auf, die ein Salz mit einem Kation, ausgewählt aus Imidazolium-Ionen, Pyridinium-Ionen, Ammonium-Ionen und Phosphonium-Ionen gemäß den nachfolgenden Strukturen,
wobei R und R' jeweils unabhängig voneinander H, eine Alkyl-, Olefin-, Arylalkyl- oder Aryl-Gruppe sind, oder aus substituierten oder unsubstituierten Imdidazolinium-, Tetrahydropyrimidinium- und Tetrahydro-1,3-diazepinium-Ionen, und einem Anion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogenid, Phosphat, Halogenphosphaten, Alkylphosphaten, Nitrat, Sulfat, Hydrogensulfat, Alkylsulfaten, Arylsulfaten, perfluorierten Alkyl- und Arylsulfaten, Sulfonat, Alkylsulfonaten, Arylsulfonaten, perfluorierten Alkyl- und Arylsulfonaten, Perchlorat, Tetrarchloroaluminat, Tetrafluoroborat, Alkylboraten, Tosylat, Saccharinat, Alkylcarboxylaten und Bis(perfluoralkylsulfonyl)amid-Anionen; oder eine Mischung mehrerer solcher Salze ist, wobei zumindest vorzugsweise zumindest eine ionische Flüssigkeit mit einem Iodid-Anion vorhanden ist.
Ganz besonders bevorzugt weist der Elektrolyt in der erfindungsgemäßen photovoltaischen Zelle ein Imidazoliumsalz gemäß der Formel
mit R = CH₃ und R' = lineare oder verzweigte C₂ bis C₈-Alkyl-Gruppe auf, wie z. B. 1-Methyl-3-Hexyl-Imidazolium-Iodid auf. Es kann besonders bevorzugt sein, wenn der Elektrolyt eine immobilisierte oder chemisch oder physikalisch vernetzte ionische Flüssigkeit aufweist. Die Immobilisation bzw. Vernetzung kann z. B. durch entsprechende Verdickungsmittel und/oder chemische Bindungen erfolgen.
Es ist dem Fachmann klar, dass auch eine erfindungsgemäße photovoltaische Zelle Anschlüsse benötigt, die es ermöglichen, den produzierten Strom einem Verbraucher zuzuleiten. Zu diesem Zweck weist die photovoltaische Zelle zumindest zwei Anschlüsse auf, wobei der eine Anschluss eine elektrisch leitende Verbindung zur leitfähigen Schicht (2) und der andere Anschluss eine elektrisch leitende Verbindung zur elektrisch leitfähigen Schicht der Gegenelektrode (8) realisieren muss.
Die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen können, als Abschlussschicht auf der elektrisch leitfähigen Schicht der Gegenelektrode (8) eine isolierende Beschichtung oder Schicht (11) aufweisen, welche die photovoltaische Zelle zur Seite der Gegenelektrode hin abschließt. Die Beschichtung kann z. B. eine Kunststoff- oder Keramikbeschichtung sein. Die Schicht (11) kann auch eine Glas- oder Kunststoffscheibe sein, die mit einer Kunststoff- oder Keramikmasse auf die Schicht (8) der Gegenelektrode aufgeklebt wurde. Die isolierende Beschichtung bzw. Schicht kann nicht nur auf die Gegenelektrode aufgebracht werden sondern so ausgeführt sein, dass alle Seiten der photovoltaischen Zelle mit Ausnahme der der Strahlung zugewandten Seite mit dieser Beschichtung beschichtet sind. Durch die Beschichtung wird insbesondere erreicht, dass der Elektrolyt im Inneren der photovoltaischen Zelle bleiben muss. Neben dem Verhindern des Ausblutens bewirkt die Beschichtung außerdem einen mechanischen Schutz der photovoltaischen Zelle.
Die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen werden vorzugsweise durch ein Verfahren hergestellt, welches sich dadurch auszeichnet, dass eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, durch Aufbringen einer transparenten leitfähigen Beschichtung (2) auf ein transparentes isolierendes Material (1) und Beschichten der Beschichtung (2) mit einer porösen Schicht (3) aus nanokristallinem Halbleitermaterial, insbesondere solchen mit Elektronen aufnehmenden Eigenschaften erstellt wird, auf diese Photoelektrode A eine poröse, elektrisch isolierende Zwischenschicht (9) aufgebracht wird, auf die eine katalytische Zwischenschicht (10) aufgebracht wird, auf welche die Schicht (8) aus einem leitfähigen porösen Material als Gegenelektrode B gebracht wird, die Schicht (3) anschließend mit einer den strahlungssensitiven Farbstoff aufweisenden Flüssigkeit behandelt wird und die Schichten (3), (8), (9) und (10) mit dem Elektrolyten gefüllt werden. Als Materialien zum Aufbau der Schichten sowie als Elektrode A können oben beschriebenen Materialien eingesetzt werden.
Das Aufbringen von elektrisch leitfähigen transparenten Beschichtungen ist allgemein bekannt und kann wie dort beschrieben oder z. B. durch Gasphasenabscheidung erfolgen. Es ist aber auch möglich direkt mit einer elektrisch leitfähigen, transparenten Beschichtung ausgerüstetes isolierendes Material (1) einzusetzen, welches im Handel, z. B. von Pilkington unter dem Namen LOFTEC 8 erhältlich ist.
Auf die einseitig auf das Material (1) aufgebrachte elektrisch leitfähige Schicht (2) wird dann die halbleitende Schicht (3) aufgebracht.
Das Halbleitermaterial kann z. B. direkt auf die Schicht (2) aufgedampft werden. Es ist aber auch möglich eine Dispersion von nanokristallinen Halbleitermaterialien, wie z. B. Titandioxid, als Dispersion auf die Schicht (2) aufzubringen und dort zu verfestigen, z. B. durch eine thermische Behandlung. Vorzugsweise wird eine Vorstufe des Halbleitermaterials durch Aufstreichen, Aufrakeln, Aufdampfen, Sputtern, Tauchen, Sprühen oder Drucken, insbesondere durch Siebdrucken, auf die Schicht (2) aufgebracht und aus der Vorstufe das poröse Halbleitermaterial hergestellt, da auf diese Weise eine deutlich bessere Haftung des Halbleitermaterials auf der Schicht (2) erzielt wird. Das poröse Halbleitermaterial kann z. B. durch Verfestigen der Vorstufe durch eine thermische Behandlung hergestellt werden.
Ein solches Verfahren ist z. B. das Sol-Gel-Verfahren, welches in der Literatur mehrfach beschrieben wurde (beschrieben in Einzelheiten z. B. in Stalder und Augustynski, J. Electrochem. Soc. 1979, 126, 2007). Bei diesem Verfahren wird ein Metallalkoholat hydrolysiert und es wird eine polykristalline Metalloxid-Halbleiterschicht erzeugt. Beim Verfahrensschritt der Hydrolyse des Metall-Alkoholats kann es vorteilhaft sein, wenn die prozentuale relative Feuchtigkeit der Umgebungsatmosphäre in einem Bereich von 30% bis 80% liegt und innerhalb von +/–5%, vorzugsweise +/–1%, konstant gehalten wird. Es ergeben sich Metalloxid-Halbleiterschichten, mit denen in erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen eine besonders hohe elektrische Ausbeute erzielt werden kann. Die Herstellung einer solchen Schicht wird nachfolgend beispielhaft beschrieben.
Auf eine Schicht (2) aus ITO wird eine Titan-Ethoxyd-Lösung, die durch Lösen von 21 mmol TiCl₄ in 10 ml sehr reinem Ethanol (puriss.) erhalten werden kann und die dann mit sehr reinem Methanol (puriss.) verdünnt wird, um eine Titankonzentration im Bereich von etwa 25 bis 50 mg/ml zu erhalten, als Tropfen aufgebracht. Das Titan-Alkoxyd wird bei Raumtemperatur während ca. 30 Minuten bei einer Feuchtigkeit von 48 +/–1% hydrolisiert. Danach wird das Substrat mit der hydrolysierten Schicht während ca. 15 Minuten auf ca. 450°C erhitzt. Dieser Prozess wird mehrmals wiederholt. Nach 10- bis 15maliger Wiederholung hat die erhaltene TiO₂-Schicht eine Dicke von etwa 20 μm erreicht. Danach wird das Substrat mit der Schicht bei etwa 500°C während etwa 30 Minuten in einer Rein-Argon-Atmosphäre (z. B. 99,997%) ausgeheizt. Die so hergestellte TiO₂-Schicht hat einen Rauheitsfaktor im Bereich von 200. Derartige Metalloxid-Halbleiter-Schichten (auch von anderen Metallen) können nach analogen Verfahren auch auf anderen Substraten erzeugt werden. Die oberen Schichten des Halbleiters können gegebenenfalls, wie z. B. in der WO-A 91/16719 beschrieben, mit einem divalenten oder trivalenten Metall dotiert sein.
Es kann besonders vorteilhaft sein, eine abgewandelte Methode der Sol-Gel-Methode zur Herstellung der Halbleiter-Schichten zu verwenden. Diese Methode ist z. B. in WO 96/00198 oder in WO 99/15262 detailliert beschrieben, weshalb auf diese Dokumente ausdrücklich verwiesen wird. Bei dieser Methode wird ein Metallalkoholat, vorzugsweise ein Titanalkoholat, hydrolysiert. In das Hydrolysat wird ein Pulver aus dem entsprechenden Metalldioxid suspendiert. Diese Suspension wird auf die Schicht (2) aufgebracht und durch eine Behandlung von weniger als 10 Sekunden bei 300 bis 800°C auf der Elektrode verfestigt. Diese Art der Herstellung der Halbleiterschicht hat den Vorteil, dass die resultierende Beschichtung besonders gute Hafteigenschaften aufweist.
Auf die so hergestellte mit einem porösen Halbleitermaterial beschichtete Elektrode A wird auf die poröse Halbleiterschicht eine strahlungssensitive Farbstoffschicht aufgebracht. Diese Farbstoffschicht wird vorzugsweise dadurch aufgebracht, dass eine Lösung oder Dispersion, welche ein oder mehrere Chromophore, beispielsweise Ruthenium-tris-(2,2'-bipyridyl-4,4'-dicarbonsäure), oder ein oder mehrere Salze von Chromophoren aufweist, hergestellt wird und die Schicht (3) mit dieser Flüssigkeit behandelt wird. Die Lösung bzw. Dispersion ist vorzugsweise eine wässrige oder alkoholische Lösung oder Dispersion und weist vorzugsweise eine Konzentration des Chromophors von 0,1 bis 10 mol/l, besonders bevorzugt von 1 bis 5 mol/l und besonders bevorzugt von 2,25 bis 4 mol/l auf. In diese Lösung bzw. Dispersion kann die mit der Schicht (2) ausgestattete Elektrode A getaucht werden, oder aber die Lösung bzw. Dispersion wird auf die Schicht (2) aufgerakelt, aufgesprüht oder aufgestrichen. Nach dem Abtropfen der überschüssigen Lösung sind die Chromophoren ausreichend fest an der Halbleiterschicht (3) chemisorbiert bzw. angelagert. Andere Chromophore lassen sich nach analogen Verfahren auf Titanoxid oder andere Metalloxid-Halbleiterschichten ausbringen.
Das Aufbringen der Chromophoren bzw. der Farbstoffe auf die halbleitende Schicht (3) kann, je nach Stabilität des Farbstoffes und den Verfahrensparametern mit denen die weiteren Schichten aufgebracht werden, vor oder nach dem Aufbringen der Schichten (9), (10) und (8) erfolgen. Bevorzugt erfolgt das Aufbringen bzw. die Sorption der Farbstoffe nach dem Aufbringen der weiteren Schichten aber vor dem Aufbringen der Schutzschicht (11).
Auf die halbleitende Schicht (3) wird eine isolierende Schicht (9) aufgebracht. Diese Schicht ist wiederum porös. Die isolierende Schicht kann z. B. durch die gleichen Verfahrensschritte wie die halbleitende Schicht aufgebracht werden, wobei bei der Herstellung der isolierenden Schicht keine leitenden oder halbleitenden Materialien eingesetzt werden dürfen bzw. durch das Verfahren in der Schicht hergestellt werden dürfen. Vorzugsweise weist die isolierende Schicht (9) deshalb keine Titanoxid-Verbindungen und keine elementaren Metalle auf. Besonders bevorzugt erfolgt das Aufbringen der isolierenden Schicht auf die Photoelektrode A durch Aufstreichen, Aufrakeln, Aufdampfen, Sputtern, Tauchen, Sprühen oder Drucken, besonders bevorzugt durch Siebducken Dispersionen oder Suspensionen, die die Einsatzstoffe zur Herstellung der entsprechenden Schichten, insbesondere Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Siliziumoxid oder isolierend ausgerüstetes Titandioxid aufweisen und anschließendes Sintern.
Auch das Aufbringen der porösen, katalytischen Zwischenschicht (10) auf die isolierende Schicht (9) kann z. B. durch die gleichen Verfahrensschritte wie beim Ausbringen der isolierenden Schicht erfolgen. Da der Träger des Metallkatalysators in dieser Schicht elektrisch leitend sein muss, wird die Trägerschicht bevorzugt durch ein Druckverfahren, wie z. B. Siebdruck hergestellt. Der Metallkatalysator kann vor oder nach der Erstellung der Trägerschicht dem Träger zugefügt werden. Das Zufügen kann z. B. durch Feuchtimprägnierung, Hydrolyseimprägnierung oder CVD erfolgen. Üblicherweise erfolgt das Zufügen des Metallkatalysators durch Fällen oder sonstiges Freisetzen aus einer Metallsalzlösung. Besonders vorteilhaft erfolgt das Dekorieren des Trägers mit dem Metallkatalysator vor dem Aufbringen des Trägers, damit ein Eindringen des Katalysators in die isolierende Schicht (9) vermieden wird, da dabei Kurzschlüsse entstehen könnten. Weitere Informationen über das Dekorieren können z. B. Catalyst Support and supported Catalyst, Alvin B. Stiles, Butterworth, Boston, 1987 entnommen werden.
Auf diese erfindungsgemäße katalytische Zwischenschicht wird die eigentliche leitende Schicht (8) der Gegenelektrode aufgebracht. Das Aufbringen dieser Schicht kann z. B. durch die gleichen Verfahrensschritte wie beim Aufbringen der isolierenden Schicht (9) erfolgen. Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen durch Aufdrucken, insbesondere nach dem Siebdruckverfahren. Besonders bevorzugt erfolgt das Aufbringen der katalytischen Zwischenschicht durch Aufbringen einer Lösung oder Dispersion. Das Aufbringen der Schicht kam wiederum durch Aufstreichen, Aufrakeln, Aufdampfen, Sputtern, Tauchen, Sprühen oder Drucken, einer Dispersion, die zumindest einen der oben für die katalytische Zwischenschicht genannten Einsatzstoffe aufweist, und anschließendes Sintern, vorzugsweise bei einer Temperatur von 300 bis 700°C, erfolgen.
Die so hergestellte Zelle aus den Schichten (1, 2, 3, 9, 10 und 8) wird anschließend mit dem Elektrolyten gefallt. Es kann vorteilhaft sein, wenn der Elektrolyt zusätzlich einen strahlungssensitiven Farbstoff vorzugsweise von 10 bis 100 mmol/l, in gelöster oder dispergierter Form enthält, was den Vorteil bringt, dass sowohl das zusätzliche Ansetzen einer Farbstofflösung als auch der zusätzliche Einfärbeschritt mit dieser Farbstofflösung entfällt. Das Füllen erfolgt vorzugsweise durch Einsaugen, Eindrücken oder Einpressen einer Elektrolytlösung, die die genannten Elektrolyten und ionischen Flüssigkeiten aufweisen. Besonders bevorzugt wird die photovoltaische Zelle mit Elektrolyt und/oder Farbstoff mittels einer Vakuum Rückfüllung befüllt.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Elektrolytlösung gelbildende Materialien aufweist, die erst nach dem Füllen der Poren der Schichten (3), (8), (9), (10) und gegebenenfalls (11) z. B. durch eine thermische Behandlung das Gel ausbilden. Solche Gelbildner können z. B. Monomere von thermisch polymerisierbaren oder vernetzbaren Verbindungen sein. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Elektrolytlösung während des Füllens der Poren der entsprechenden Schichten eine ausreichend niedrige Viskosität aufweist und somit ein möglichst vollständiges Füllen der Poren erreicht werden kann. Durch die anschließende Gelbildung werden die ionischen Flüssigkeiten in den Poren immobilisiert, wodurch ein Ausbluten der Schichten weitestgehend verhindert werden kann.
Auf die Zelle können zusätzlich stromführende Leiterbahnen und Dichtstoffe flächig strukturiert aufgebracht werden, wodurch die Zelle leichter zu handhaben und anzuschließen ist. Vorzugsweise wird die photovoltaische Zelle außerdem versiegelt. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, dass die Zelle durch eine rückseitige Verbindung mit einem Abdeckmaterial, z. B. ausgewählt aus Glas, Kunststoff, Polymeren oder Verbundmaterial versiegelt wird. Die Versiegelung kann durch Erwärmen der Zeile auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des transparenten, elektrisch isolierenden Material (1) und des Abdeckmaterials erfolgen.
Die erfindungsgemäßen photovoltaischen Zellen können z. B. zur Herstellung von Solarzellen, Solarpaneelen oder photo-elektrochemischen Wandlern, insbesondere solchen, die sowohl im Freien als auch in Gebäuden eingesetzt werden können, verwendet werden.
An Hand der Figuren 1 bis 4 wird die erfindungsgemäße photovoltaische Zelle näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein.
In 1 wird schematisch der Aufbau der heute üblicherweise verwendeten und in der Patentliteratur beschriebenen farbstoffsensibilisierten Solarzellen bestehend aus einem Glas (1) mit einer leitfähigen transparenten Oxidschicht (transparent conducting Oxide, TCO) (2) einer porösen Halbleiterschicht, vorzugsweise aus TiO₂ mit einem angelagerten Farbstoff (3), einem Elektrolytsystem bestehend aus einem I^–/I₃ ^– Redoxpaar (4) sowie einer Gegenelektrode bestehend aus einer dünnen Platinschicht (5) als Katalysator für das Redoxpaar auf einem leitfähigen transparenten Oxid (6) auf einer weiteren Glasscheibe (7) dargestellt.
In 2 werden die elektrochemischen Vorgänge in einer farbstoffsensibilisierten Photozelle in einem Energiediagramm beschrieben. Durch die Wechselwirkung eines Lichtquants mit der Energie hv (im sichtbaren Bereich) wird ein Elektron vom verankerten Farbstoff (anchored dye) S angeregt und in das Leitungsband des Halbleiters TiO₂ (n-Halbleiter = n-SC) injiziert, so dass der einfach positiv geladene Farbstoff S⁺ zurückbleibt. Über die poröse TiO₂-Schicht gelangen die Elektronen per Diffusion durch das TiO₂-Leitungsband zur TCO-Schicht und fließen über einen Verbraucher (load) zur Gegenelektrode (counter electrode). Dort wird das Iodid-Redoxsystem (A/A^–) durch Aufnahme eines Elektrons e^– reduziert. Über Diffusion gelangt das I^– zum Farbstoff und gibt sein Elektron an den Farbstoff ab, womit der Kreislauf geschlossen ist.
In 3 wird der Aufbau einer photovoltaischen Zelle gemäß Kay wiedergegeben. Bei der Zelle gemäß Kay werden die Gegenelektrode bestehend aus einer dünnen Platinschicht (5) als Katalysator für das Redoxpaar auf einem leitfähigen transparenten Oxid (6) auf einer weiteren Glasscheibe (7) gemäß 1 ersetzt durch eine leitfähige Graphitschicht (8), die auf die TiO₂-Schicht aufgedruckt wird. Um einen Kurzschluss der Zellen zu verhindern, muss eine isolierende Zwischenschicht (9) eingefügt werden, welche zunächst auf die TiO₂-Schicht aufgedruckt wird. Diese Schicht besteht vorzugsweise aus ZrO₂.
In 4 ist schematisch eine möglich Ausführungsart der erfindungsgemäßen, farbstoffsensibilisierten, photovoltaischen Zelle abgebildet. Diese umfasst eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, die auf einem transparenten isolierenden Material (1) eine transparente, leitfähige Beschichtung (2) und eine Schicht (3) aus nanokristallinem Halbleitermaterial, an welche ein strahlungssensitiver Farbstoff adsorbiert ist. Auf dieser Photoelektrode weist die Zelle eine isolierende Schicht (9), und auf dieser eine Gegenelektrode B, die eine katalytische Zwischenschicht (10), und eine Schicht (8) aus einem leitfähigen Material umfasst, auf. Schicht (11) stelle eine Schutzschicht dar, die gegebenenfalls vorhanden sein kann.

Claims

Photovoltaische Zelle, umfassend – eine zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, die auf einem transparenten, elektrisch isolierenden Material (1) eine transparente, leitfähige Beschichtung (2) und eine poröse Schicht (3) aus nanokristallinem Halbleitermaterial, an welche ein strahlungssensitiver Farbstoff adsorbiert ist, aufweist, – eine Gegenelektrode B, die eine Schicht (8) aus einem leitfähigen Material aufweist, und zwischen den Elektroden A und B – zumindest eine auf der Elektrode A aufgebrachte poröse, elektrisch isolierende Zwischenschicht (9), – wobei die Poren der Schichten (3), (8) und (9) zumindest teilweise mit einem leitfähigen Elektrolyten gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der elektrisch isolierenden Zwischenschicht (9) die katalytische Zwischenschicht (10) aufgebracht ist und auf der katalytischen Zwischenschicht (10) die Gegenelektrode (8) aufgebracht ist, wobei sich die katalytische Zwischenschicht (10) in der Zusammensetzung von der Zusammensetzung der Gegenelektrode (8) und der Zusammensetzung der Zwischenschicht (9) unterscheidet und eine hochporöse, katalytisch aktive, leitfähige Schicht aufweist, die einen mit Metallkatalysatorpartikeln und/oder katalytisch aktiven Metallverbindungen dekorierten Träger aufweist, und die Poren der katalytischen Zwischenschicht (10) zumindest teilweise ebenfalls mit dem Elektrolyten gefüllt sind und der Elektrolyt zumindest ein Salz, das eine ionische Flüssigkeit ist und eine zur Ausbildung eines Redox-Systems befähigte Verbindung aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente isolierende Material (1), ausgewählt ist aus anorganischen und/oder organischen Gläsern und/oder Kunststoffen und/oder ein biegsames Verbundsystem darstellt.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente leitfähige Beschichtung (2) Fluor dotiertes Zinnoxid, Zinn dotiertes Indiumoxid (ITO), dotiertes Zinkoxid oder dünne Silberschichten aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Schicht (3) als halbleitendes Material Titandioxid und/oder ein Metalloxid, ausgewählt aus den Oxiden von Zirkon, Hafnium, Strontium, Zink, Indium, Yttrium, Lanthan, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Zink, Eisen, Nickel, Silber oder Mischoxiden oder Oxidgemischen dieser Elemente aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (8) der Gegenelektrode eine aus Metallpartikeln oder anderen leitfähigen Partikeln aufgebaute Struktur aufweist, wobei die Partikel ausgewählt sind aus Platin, Wolfram, Molybdän, Chrom, Titan, Titannitrid, Titancarbid, Wolframcarbid, Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid, ITO, dotiertem Zinkoxid, Graphitpulver, Ruß und/oder einem elektrisch leitenden Polymer, ausgewählt aus Polyanilin, Polypyrrol, Polythiophen oder Polyacetylen.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zwischenschicht (9) Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumoxid oder elektrisch isolierend ausgerüstetes Titandioxid aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Zwischenschicht (10) von 0,4 bis 40 Gew.-% Katalysator aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Zwischenschicht (10) Platinpartikel als Metallkatalysator aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Zwischenschicht (10) als Träger halbleitende Oxide und/oder dotierte Mischoxide, ausgewählt aus ITO, Aluminium dotiertes Zinkoxid, Antimon dotiertes Zinnoxid, Graphit oder Russ aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der strahlungssensitive Farbstoff ausgewählt ist aus einer Gruppe, die die Komplexe der Übergangsmetalle, ausgewählt aus den komplexen von Technetium, Rhenium, Eisen, Ruthenium oder Osmium oder Platin sowie metallfreier organische Farbstoffe, ausgewählt aus den Cyanin-Farbstoffen umfasst.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt neben der ionischen Flüssigkeit ein Matrixmaterial zur Einstellung der Viskosität aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial ausgewählt ist aus intrinsisch leitfähigen Polymeren, lochleitfähigen Nanopartikeln oder organischen oder anorganischen Verdickungsmitteln mit physikalischen und/oder chemischen Netzwerken.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit ein Salz mit einem Kation, gemäß den nachfolgenden Strukturen,
wobei R1, R2, R3, R4, R5 und R6, gleich oder unterschiedlich und Wasserstoff, einen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen, einen durch ein oder mehrere Heteroatome (Sauerstoff, NH, NCH₃) unterbrochenen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, einen durch ein oder mehrere Funktionalitäten, ausgewählt aus der Gruppe -O-C(O)-, -(O)C-O-, -NH-C(O)-, -(O)C-NH, -(CH₃)N-C(O)-, -(O)C-N(CH₃)-, -S(O)₂-O-, -O-S(O)₂-, -S(O)₂-NH-, -NH-S(O)₂-, -S(O)₂-N(CH₃)-, -N(CH₃)-S(O)₂-, unterbrochenen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, einen endständig -OH, -NH₂, -N(H)CH₃ funktionalisierten linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder einen blockweise oder statistisch aufgebauten Polyether gemäß -(R⁷-O)_n-R⁸ bedeuten, wobei R⁷ ein 2 bis 4 Kohlenstoffatome enthaltender linearer oder verzweigter Kohlenwasserstoffrest, n = 1 bis 30 ist und R⁸ Wasserstoff, einen linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen einen cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, einen Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen bedeutet oder ein Rest -C(O)-R⁹ mit R⁹ gleich einem linearen oder verzweigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, einem cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, einem aromatischen Kohlenwasserstoffrest mit 6 bis 30 Kohlenstoffatomen, einem Alkylarylrest mit 7 bis 40 Kohlenstoffatomen sind; und einem Anion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus. Halogenid, Phosphat, Halogenophosphaten, Alkylphosphaten, Nitrat, Sulfat, Hydrogensulfat, Alkylsulfaten, Arylsulfaten, perfluorierten Alkyl- und Arylsulfaten, Sulfonat, Alkylsulfonaten, Arylsulfonaten, perfluorierten Alkyl- und Arylsulfonaten, Perchlorat, Tetrachloroaluminat, Tetrafluoroborat, Alkylboraten, Tosylat, Saccharinat, Alkylcarboxylaten und Bis(perfluoralkylsulfonyl)amid-Anionen; oder eine Mischung mehrerer solcher Salze ist.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit ein Salz mit einem Kation, ausgewählt aus Imidazolium-Ionen, Pyridinium-Ionen, Ammonium-Ionen und Phosphonium-Ionen gemäß den nachfolgenden Strukturen,
wobei Rund R' jeweils unabhängig voneinander H, eine Alkyl-, Olefin-, Arylalkyl- oder Aryl-Gruppe sind, oder aus substituierten oder unsubstituierten Imdidazolinium-, Tetrahydropyrimidinium- und Tetrahydro-1,3-diazepinium-Ionen, und einem Anion, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogenid, Phosphat, Halogenphosphaten, Alkylphosphaten, Nitrat, Sulfat, Hydrogensulfat, Alkylsulfaten, Arylsulfaten, perfluorierten Alkyl- und Arylsulfaten, Sulfonat, Alkylsulfonaten, Arylsulfonaten, perfluorierten Alkyl- und Arylsulfonaten, Perchlorat, Tetrachloroaluminat, Tetrafluoroborat, Alkylboraten, Tosylat, Saccharinat, Alkylcarboxylaten und Bis(perfluoralkylsulfonyl)amid-Anionen; oder eine Mischung mehrerer solcher Salze ist.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Imidazoliumsalz gemäß der Formel
mit R = CH₃ und R' lineare oder verzweigte C₂ bis C₈ Alkyl-Gruppe aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt 1-Methyl-3-Hexyl-Imidazolium-Iodid aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt zumindest eine immobilisierte oder physikalisch oder chemisch vernetzte ionische Flüssigkeit aufweist.
Photovoltaische Zelle gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt als zur Ausbildung eines Redox-Systems befähigte Verbindungen oder Mischungen elementares I^–/I₃ ^– oder Co²⁺/Co³⁺-Komplexe aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Photovoltaischen Zellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise transparente Photoelektrode A, – durch Aufbringen der transparenten leitfähigen Beschichtung (2) auf das transparente isolierende Material (1) und – Beschichten der Beschichtung (2) mit der porösen Schicht (3) aus nanokristallinem Halbleitermaterial, erstellt wird, auf diese Photoelektrode A die poröse, elektrisch isolierende Zwischenschicht (9) aufgebracht wird, auf die die katalytische Zwischenschicht (10) aufgebracht wird, auf welche die Schicht (8) aus einem leitfähigen porösen Material als Gegenelektrode B gebracht wird, die Schicht (3) anschließend mit einer den strahlungssensitiven Farbstoff aufweisenden Flüssigkeit behandelt wird und die Schichten (3), (8), (9) und (10) mit dem Elektrolyten, der zumindest das Salz, das eine ionische Flüssigkeit ist, und die zur Ausbildung eines Redox-Systems befähigte Verbindung aufweist, gefüllt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die den strahlungssensitiven Farbstoff aufweisende Flüssigkeit im Elektrolyten vorhanden ist.
Verfahren gemäß Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der katalytischen Zwischenschicht durch Aufbringen einer Lösung oder Dispersion, erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Schichten (3), (8), (9) und (10) durch Aufstreichen, Aufrakeln, Aufdampfen, Sputtern, Tauchen, Sprühen oder Drucken einer Dispersion, die zumindest einen der Einsatzstoffe gemäß einem der Ansprüche 1, 4, 5, 6, 8 oder 9 aufweist, und anschließendes Sintern erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Zelle zusätzlich stromführende Leiterbahnen und Dichtstoffe flächig strukturiert aufgebracht werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaische Zelle durch rückseitige Verbindung mit einem Abdeckmaterial, ausgewählt aus Glas oder Verbundmaterial versiegelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Versiegelung durch Erwärmen der Zelle auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des transparenten, elektrisch isolierenden Material (1) und des Abdeckmaterials erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die photovoltaische Zelle mit Farbstoff und/oder Elektrolyt mittels Vakuum Rückfällung befüllt wird.
Verwendung von photovoltaischen Zellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 als Solarzellen, Solarpaneelen oder photo-elektrochemische Wandler, die sowohl im Freien als auch in Gebäuden eingesetzt werden können.