DE2334164A1 - Sonnenbatterieelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Sonnenbatterieelement und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Societe Anonyme de Telecommunications Paris / Frankreich
Sonnenbatterieelement und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Sonnenbatterieelement mit zwei Elektroden, einem Sammelgitter, einer Kupfersulfidschicht und einer Kadmiumsulfidschicht.
Derartige Sonnenbatterieelemente sind bereits bekannt. Derartige Elemente bestehen aus übereinander liegenden Schichten unterschiedlicher chemischer Milieus, nämlich einer isolierenden Trägerschicht wie beispielsweise Kapton (Polyimidfolie der Fa. Du Pont, eingetragenes Warenzeichen), einer leitenden Lackschicht, gewöhnlich auf der Basis von Silber, welche die η-Elektrode bildet, einer CdS-Schicht und einer Cu2S-ScMcht, welche die aktiven Schichten des Elementes sind und ein Sammelgitter, welches die p-Elektrode bildet. Derartige Elemente können beispielsweise unter Anwendung der in der FR-PS 1 562 163 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Dabei wird das Sammelgitter auf dem Wege der Photot-ypie
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und des Vergoldens einer Kupferfolie hergestellt. Die Befestigung dieses Gitters auf der Cu2S-Schicht wird mittels einer leitenden Klebstoffschicht erhalten, wobei im allgemeinen ein Goldklebstoff verwendet wird.
Das Übereinanderlagern der beiden Schichten hat einen Höhenunterschied zwischen den beiden Elektroden zur Folge oder die Elektroden befinden sich in unterschiedlichen parallelen Ebenen, die in einem Abstand voneinander liegen, der gleich der Summe der Dicken der einzelnen chemischen Schichten ist, die das Element bilden. In den meisten Anwendungsfällen, bei denen mehrere Elemente in Reihe und/oder parallel zur Bildung größerer Einheiten bzw. Batterien zusammengefaßt sind, ist dieser Höhenunterschied zwischen den beiden Elektroden nachteilig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beheben.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Sonnenbatterieelement dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden durch eine in einer Ebene liegende leitende Schicht gebildet sind, die in zwei durch eine Zone aus isolierendem Material getrennte Abschnitte unterteilt ist, und daß die Sulfidschichten auf einem der beiden Abschnitte aufgetragen und von dem Sammelgitter überlagert sind, das elektrisch mit dem anderen Abschnitt der leitenden Schicht verbunden ist.
Der Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Sonnenbatterieelementes besteht darin, daß die beiden Elektroden sich in ein und derselben Ebene befinden, wodurch die Vereinigung bzw. das Anschließen mehrerer Elemente erleichtert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig auf einer einzigen Trägerschicht eine in zwei voneinander getrennte Abschnitte unterteilte leitende Schicht bzw. Folie abgelagert wird.
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Bei Anwendung dieses Verfahrens ist mit absoluter Sicherheit gewährleistet, daß die beiden Elektroden genau die gleiche Dicke haben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, daß die Trägerschicht biegsam ist.
Das Verfahren ist gemäß weiterer Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgitter durch direkte elektrolytische Ablagerung auf der Oberfläche des sich in der Herstellung befindenden Sonnenbatterieelementes hergestellt wird.
Gemäß weiterer Erfindung ist vorgesehen, daß das Sammelgitter elektrisch mit der zweiten Elektrode durch Ablagerung einer leitenden Lackschicht verbunden wird, die gegenüber den GupS- und CdS-Schichten und der ersten Elektrode durch Ablaggerung einer isolierenden Lackschicht isoliert ist.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden sowohl die Herstellungskosten als auch das Gewicht des Elementes beträchtlich verringert.
Dadurch, daß das Ankleben des Gitters fortfällt, braucht das Element nicht zum Polymerisieren des Klebstoffes erwärmt werden, wodurch die Gefahren einer Verschlechterung bzw. Beeinträchtigung des sich in der Herstellung befindenden Elementes beträchtlich herabgesetzt werden.
Das durch elektrolytischen Niederschlag erhaltene Gitter hat eine genauere Formgebung bzw. Gestalt, und zwar im Gegensatz zu solchen Gittern, die einem mechanischen BearbeitungsVorgang unterworfen sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht eines bekannten Sonnenbatterieelementes auf der Basis von CdS;
Fig. 2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Sonnenbatterieelementes j
Fig. 3 eine Draufsicht auf die beiden Elektroden des erfindungsgemäßen Sonnenbatterieelementes, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur elektrolytischen Ablagerung des Gitters auf dem erfindungsgemäßen Sonnenbatterieelement.
Das in Fig. 1 im Schnitt dargestellte Sonnenbatterieelement auf der Basis von CdS bekannter Art weist von unten nach oben folgende Schichten auf: Eine isolierende Trägerschicht 1, die aus einer Kaptonfolie besteht; eine aus Silberlack gebildete leitende Schicht 2; eine CdS-Schicht 3; eine Cu2S-ScMcht 4 und ein Gitter 6, das auf die CUpS-Schicht 4 mittels einer leitenden Klebstoffschicht 7 aufgeklebt ist. Die Verbreiterung des Gitters 6 in Form einer Metallplatte 8 bildet die zweite Elektrode des Sonnenbatterieelementes, während die aus Silberlack bestehende Schicht 2 die erste Elektrode darstellt.
Um zu verhinden, daß die Metallplatte 8 das Sonnenbatterieelement kurzschließt, ist zwischen die Metallplatte 8 und die CUpS-Schicht 4 eine Isolierfolie 5 zwischengelegt, etwa eine Kaptonfolie.
Aus Fig. 1 ist der Höhenunterschied zwischen den beiden Elektroden 2 und 8 sehr klar ersichtlich.
Um den auf dem Höhenunterschied beruhenden Nachteil auszuschalten, hat das erfindungsgemäße Sonnenbatterieelement den aus Fig. 2 ersichtlichen neuen Aufbau.
Erfindungsgemäß ist auf einer isolierenden Trägerschicht 10, beispielsweise einer Kaptonfolie, eine beispielsweise aus Silberlack bestehende leitende Schicht bzw. Folie aufgetragen, die gemäß Fig. 3 in zwei gesonderte Abschnitte 11 und 12
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unterteilt ist, welche durch eine Zone 13 voneinander getrennt sind, in deren Bereich die isolierende Trägerschicht unbedeckt bleibt. Auf den leitenden Schichtabschnitt 11 sind in bekannter Weise die CdS-Schicht 14 und die C^S-Schicht des Sonnenbatterieelementes aufgetragen. Auf der Ch^S-Schicht 15 ist direkt das Sammelgitter 16 befestigt, welches erfindungsgemäß durch die bei der Herstellung von Sonnenbatterieelementen neue Anwendung des bekannten Verfahrens der elektrolytischen Ablagerung erhalten worden ist.
Zu diesem Zweck erzeugt man auf der C^S-Schicht mittels Phototypie eine Abbildung des Gitters derart, daß die freibleibenden Abschnitte der C^S-Schicht die Abbildung des gewünschten Gitters bilden, wobei sämtliciE silberhaltigen Zonen gleichzeitig von dem photoresistenten Produkt überdeckt werden, Jedoch mit Ausnahme des Endes des Elektrodenabschnittes 11. Es kann jedoch auch jedes andere geeignete Verfahren, wie beispielsweise ein Netz- bzw. Siebdruckverfahren, zu diesem Zweck angewendet werden. Das Gitter 16 wird anschließend auf den nicht abgedeckten Teilen des sich in der Herstellung befindenden Sonnenbatterieelementes auf elektrolytischem Wege abgelagert, wobei dieser Prozeß gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Verfahrensschema durchgeführt wird.
Ein Behälter 17 enthält einen Elektrolyten 18, der aus einer Goldsalzlösung besteht. In den Behälter ist als Kathode das sich in der Herstellung befindende Sonnenbatterieelement eingetaucht, das mit dem Ende 19 seiner η-Elektrode an die eine Klemme 20 eines Amperemeters 21 angeschlossen ist, dessen zweite Klemme 22 an den negativen Pol einer Gleichstromquelle 23 angeschlossen ist, deren positiver Pol mit der Anode 24 der Elektrolyseanordnung in Verbindung steht. Diese Anode, deren Fläche mindestens gleich der Fläche des Sonnenbatterieelementes ist, besteht aus einer Platinplatte. Die Temperatur der Elektrolytlösung 18 wird mittels eines in die Lösung eingetauchten Thermometers 25 überwacht. Der pH-Wert
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dieser Lösung wird auf einen Wert zwischen 7 und 10 eingestellt. Die Stromdichte wird derart gewählt, daß ein festhaftender metallischer Niederschlag erhalten wird; die Stromdichte darf jedoch nicht einen bestimmten Wert überschreiten, oberhalb dem die Gefahr besteht, daß der CdS-CupS-Übergang gestört wird. Dieser Stromdichtewert ist eine Funktion der Dicke bzw. eine Funktion der CdS- und der Ci^S-Schichten. Ausgehend von üblichen Dicken dieser Schichten sollte die Stromdichte vorzugsweise zwischen 5 und 20
ρ
Milliampere je cm betragen.
Die Dicke des das Gitter bildenden metallischen Niederschlages wird in der Weise festgesetzt, daß der Widerstand des Sonnenbatterieelementes in maximalem Umfang vermindert wird. Die erwünschte Dicke wird durch Steuerung bzw. Überwachung der eingesetzten Elektrizitätsmenge erhalten. Gute Resultate werden mit einer Dicke in der Größenordnung von 3 bis 5 Mikron erhalten.
Nach der Ablagerung des Gitters wird das Abdeckprodukt mittels Xylol oder Trichloräthylen entfernt und das Element wird anschließend mit Alkohol gewaschen und im Vakuum getrocknet.
Das Gitter 16 wird dann erfindungsgemäß mit der p-Elektrode 12 elektrisch mittels einer aus leitendem Lack bestehenden Schicht 26 verbunden, die gegenüber den CupS- und CdS-Schichten isoliert ist, ebenso wie gegenüber der η-Elektrode, und zwar mittels einer isolierenden Lackschicht 27, die auf die bis jetzt freigelassenen Zone 13 der isolierenden Trägerschicht 10 des Sonnenbatterieelementes aufgetragen ist.
Das erfindungsgemäße Sonnenbatterieelement hat den außerordentlichen Vorteil, daß sich ihre beiden Elektroden in ein und derselben Ebene befinden. Auf diese Weise wird die Herstellung einer aus mehreren erfindungsgemäßen Elementen zusammengesetzten Einheit bzw. Batterie erleichtert.
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Die Verwirklichung des Sammelgitters der erfindungsgemäßen Sonnenbatterieelemente durch elektrolytische Ablagerung hat den Vorteil, daß sowohl die Herstellungskosten als auch das Gewicht der Sonnenbatterieelemente auf der Basis von CdS herabgesetzt werden, wobei gleichzeitig die Formgebung des Gitters verfeinert wird und jede Gefahr der Beeinträchtigung des Elementes durch Erwärmen unterdrückt wird, die bei der Polymerisation des Gold-Klebstoffes stattfindet, die dazu dient, die erhaltenen Sammelgitter mittels bekannter Verfahren zu befestigen.
Die erfindungsgemäßen Elemente haben die gleichen Verwendungsmöglichkeiten wie die üblichen Sonnenbatterieelemente.
Die elektrische Verbindung des Sammelgitters mit dem Element v/ird fehlerlos gewährleistet, da die elektrolytische Ablagerung beim Durchgang des Elektrolytstromes durch das Element stattfindet.
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Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Sonnenbatterieelement mit zwei Elektroden, einem Sammelgitter, einer Kupfersulfidschicht und einer Kadmiumsulfidschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden durch eine in einer Ebene liegende leitende Schicht gebildet sind, die in zwei durch eine Zone aus isolierendem Material getrennte Abschnitte (11, 12) unterteilt ist, und daß die Sulfidschichten (14, 15) auf einem der beiden Abschnitte aufgetragen und von dem Sammelgitter (16) überlagert sind, das elektrisch mit dem anderen Abschnitt der leitenden Schicht verbunden ist.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung eines Sonnenbatterieelementes ge mäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig auf einer einzigen Trägerschicht eine in zwei voneinander getrennte Abschnitte unterteilte leitende Schicht bzw. Folie abgelagert wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht biegsam ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sammelgitter durch direkte elektrolytische Ablagerung auf der Oberfläche des sich in der Herstellung befindenden Sonnenbatterieelementes hergestellt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Sammelgitter elektrisch mit der zweiten Elektrode durch Ablagerung einer leitenden Lackschicht verbunden wird, die gegenüber den CupS- und CdS-Schichten und der ersten Elektrode durch Ablagerung einer isolierenden Lackschicht isoliert ist.
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