DE4227504A1 - Photovoltaische Zelle - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Zelle mit
einer photovoltaisch aktiven Schicht bzw. Schichtbereichen
davon, welche mindestens an einer Seite dem
Einfall elektromagnetischer Strahlung, insbesondere von
Sonnenstrahlung zugänglich ist, sowie mit der
photovoltaisch aktiven Schicht polar zugeordneten,
elektrisch leitenden Pol-Kontaktelementen bzw. Elektroden
zur Abnahme des photovoltaisch ausgelösten Ladungsstroms.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad
photovoltaischer Zellen zu erhöhen, insbesondere auch
durch Verminderung der Rekombinationsverluste.
Dementsprechend ist die Erfindung in erster Linie dadurch
gekennzeichnet,
daß eine - insbesondere gesonderte - Spannungsquelle vorgesehen ist, zwischen deren Polaritäten die photovoltaisch aktive Schicht unter Ausbildung eines senkrecht durch die photovoltaische Schicht hindurch verlaufenden elektrischen Feldes angeordnet sind,
daß die photovoltaisch freigesetzten Ladungen (e-/e⁺) in Richtung zur jeweils ihrer Ladung entgegengesetzten Polarität des elektrischen Feldes ableitbar und die elektrisch leitenden Kontaktelemente bzw. Elektroden des positiven und negativen Pols des elektrischen Ausgangs der photovoltaischen Zelle im Bereich der ladungsmäßig jeweils entgegengesetzten Polarität des elektrischen Feldes angeordnet sind.
daß eine - insbesondere gesonderte - Spannungsquelle vorgesehen ist, zwischen deren Polaritäten die photovoltaisch aktive Schicht unter Ausbildung eines senkrecht durch die photovoltaische Schicht hindurch verlaufenden elektrischen Feldes angeordnet sind,
daß die photovoltaisch freigesetzten Ladungen (e-/e⁺) in Richtung zur jeweils ihrer Ladung entgegengesetzten Polarität des elektrischen Feldes ableitbar und die elektrisch leitenden Kontaktelemente bzw. Elektroden des positiven und negativen Pols des elektrischen Ausgangs der photovoltaischen Zelle im Bereich der ladungsmäßig jeweils entgegengesetzten Polarität des elektrischen Feldes angeordnet sind.
Die erfindungsgemäß an eine photovoltaische Zelle
angelegte Vorspannung zur Vor-Orientierung einer Trennung
der Ladungsträger ist bevorzugt dadurch ermöglicht, daß
die Spannungsquelle eine gleichmäßige Gleichspannung
besitzt, welche aber auch amplituden- und/oder
frequenzmoduliert sein kann.
Dabei ist unter photovoltaisch aktiver Schicht jedes
Material (z. B. amorphes/kristallines Silicium oder
Kunststoffe, jeweils mit oder ohne Dotierungen bzw. in
verschiedenen dotierten Schichten sowie auch beispielsweise
Metalloberflächen) zu verstehen, in dem unter dem
Einfluß von elektromagnetischen Wellen, insbesondere mit
Wellenlängen in der Größenordnung in und um das sichtbare
Licht oder der Sonneneinstrahlung elektrische
Ladungsträger zum Fließen freigesetzt werden.
Die photovoltaisch aktive Schicht oder die photovoltaisch
aktiven Schichtbereiche kann bzw. können dabei
in material- und verarbeitungsspezifisch unterschiedlich
dünner Schichtdicken, vorzugsweise in den für
photovoltaische Zellen bekannten Schichtdicken und auch
in den verschiedensten Formen, insbesondere
Querschnittsformen vorliegen. Auch können verschiedene
abgewandelte Anordnungen der Kontaktelektroden bzw.
Kontaktelementen vorgesehen sein.
Unter der von der Spannungsquelle erzeugten Polarität
sind die positiv und die negativ geladene Seite des
elektrischen Feldes zu verstehen.
Das Spannungspotential der Spannungsquelle kann je nach
verwendetem photovoltaisch aktivem Schichtmaterial sowie
von der Art der Wellen-Einstellung von wenigen Volt bis
zu solchen Energielücken-Spannungswerten reichen, die
z. B. aus reinen Metalloberflächen bei Sonneneinstrahlung
Elektronen freizusetzen vermögen.
Als elektrisch isolierende, gegebenenfalls dielektrische
Schicht kann es auch ausreichend sein, auf das die
Ladungsträger von der Oberfläche der photovoltaischen
aktiven Schicht abgreifende Kontaktelement eine
entsprechende Kunststoffschicht aufzusprühen, auf welcher
dann die elektrisch bzw. elektrostatisch aufladbare
Schicht angebracht ist.
Die Erfindung wird nachstehend in Ausführungsbeispielen
näher beschrieben:
Fig. 1 eine teils perspektivisch ergänzte, teilweise
weggebrochene Querschnittsdarstellung mit
grundsätzlicher Schaltbildwiedergabe der erfindungsgemäßen
Anordnung einer photovoltaischen
Zelle,
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung mit
Schaltbildwiedergabe einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung einer photovoltaischen Zelle
und die
Fig. 3a bis 3c Beispiele unterschiedlichen Amplitudenverlaufs
des erfindungsgemäß an eine photovoltaische
Zelle angelegten Feldes
sowie
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung einer
abgewandelten Ausführungsform.
Die in ihrem schematischen Aufbau in Fig. 1 und 2
dargestellte photovoltaische Zelle 1 besteht - beginnend
auf ihrer Lichteinfallseite 2 - in Schichten aus einer
elektrisch- oder elektrostatisch aufladbaren Oberschicht
3, welche für die Lichteinstrahlung transparent ist,
einer Ebene 4, in der das oder die Kontaktelemente 7 des
einen Pols der photovoltaischen Zelle (im dargestellten
Falle des --Pols) z. B. in Form fingerförmig aufgebrachter
metallischer Strompfade angeordnet sind und einer
photovoltaisch aktiven Schicht 5, z. B. einer
Raumladungsschicht, an deren Unterseite in einer Ebene 6
die Kontaktelemente 8 des anderen Pols der
photovoltaischen Zelle (dargestellt als +-Pol) die
photovoltaische Leistung abgreifen.
Die elektrisch bzw. elektrostatisch aufladbare
Oberschicht 3 ist über einen Kontakt 9 mit einer
Spannungsquelle 10 verbunden.
Zur gleichmäßigen Verteilung auf der Schichtfläche der
auf die Oberschicht 3 angelegten Spannung, kann diese
Oberschicht 3 entweder aus einem beschränkt elektrisch
leitfähigen Material, insbesondere einem
Kunststoffmaterial, welches also einen hohen
Eigenwiderstand aufweist, bestehen oder es können an
mindestens einer ihrer Randkanten elektrisch gut
leitfähige Kontakte vorgesehen sein, oder es kann auch
ein ein Netzwerk aus sehr dünnen elektrischen
Kontaktfasern 11 vorgesehen sein.
Um einen Ausgleich der Ladungen zwischen den Kontaktelementen
7 und der elektrisch aufgeladenen Oberschicht 3
noch zusätzlich zu unterbinden, kann auf den mit der
Oberschicht 3 in Kontakt stehenden Oberflächen der
Kontaktelemente 7 eine zusätzliche, elektrisch
isolierende Schicht 12 - schematisch in Fig. 1 als
Beschichtung der Oberfläche der Kontaktelemente 7 bzw.
auf der Oberseite der Ebene 4 angedeutet - vorgesehen
sein.
Die Oberschicht 3 kann zudem zur Lichteinfallseite 2 noch
mit einer transparenten Schutzschicht gegen
Umwelteinflüsse, gegebenenfalls noch mit zusätzlich
lichtabsorbierender Profilierung (Fig. 4), abgedeckt
sein. Wenn die nach außen gerichtete Seite der
Oberschicht 3 oder ihrer Abdeckung elektrostatisch
positiv aufgeladen sind, dann wird damit zusätzlich eine
elektrostatische Abschirmung gegen Verschmutzung der
Oberfläche durch Staubeinflüsse erzielt.
Der andere Pol der gesonderten Spannungsquelle 10 ist
über den Kontakt 13 mit den Kontaktelementen 8 bzw. der
Ebene 6 der anderen Elektrode der photovoltaischen Zelle
1 (in den Fig. 1 und 2 des --Pols) elektrisch verbunden.
In den Schaltkreis 25, in dem die gesonderte
Spannungsquelle 10 geschaltet ist, kann ein Kondensator
15 in Reihe zwischengeschaltet sein, so daß ein Strom-
Rückfluß von photovoltaisch erzeugten Ladungen
unterbunden ist.
Bei von der Spannungsquelle 10 nicht von vornherein
ausreichend hoher Spannung kann ein Spannungs-
Wechselrichter 17 z. B. in Serie eingeschaltet sein. Damit
lassen sich nicht nur (bei z. B. einer Batterie bzw. einem
Batteriesatz als Spannungsquelle 10) höhere Spannungen
erzeugen, sondern auch eine verschiedenartige Pulsation
dieser Spannung. Diese kann (gemäß Fig. 3a) aus einer
Grundspannung 18 und darüber hinaus gehende
Spannungsspitzen 19 bestehen oder auch sogar (Fig. 3b)
auch gewisse Spannungs-Umkehrspitzen 20 aufweisen oder in
pulsierend bzw. intermittierend unterschiedlich hohen
Spannungsimpulsen 21 bestehen. Je höher die Spannung an
den Kontakten 9 und 13 ist, umso größer ist die Vor-
Orientierung für die durch die Lichtstrahlen ausgelöste
Ladungstrennung. Die optimale Spannung zwischen den
Kontakten 9 und 13 ergibt sich unter Berücksichtigung der
je nach Material gegebenen Energielücke und ist nach oben
jedenfalls durch die Durchschlagfestigkeit der dazwischen
liegenden Schichten begrenzt. Spannungen von 5 bis 8 V
oder auch bis 12 bis 24 können schon die erwünschten
Vorteile eintreten lassen.
Mit der vorstehend beschriebenen Anlegung eines
elektrischen Feldes 22 mittels der Spannungsquelle 10 an
die photovoltaisch aktive Schicht 5 der photovoltaischen
Zelle 1 wird nicht nur eine Vor-Orientierung oder auch
schon Vor-Trennung der negativen und der positiven Ladung
aufgrund der mit dem Strahlungseinfall aufgenommenen
Photonen-Energie erreicht, sondern insbesondere auch die
Rekombination dieser Ladungen unterdrückt, weil die
voneinander getrennten Ladungen den jeweils gegenpoligen
Polaritäten 22a und 22b verstärkt zuwandern und dort
potential bildend gehalten werden.
In Fig. 2 ist die elektrisch isolierende Schicht 12 in
dickerer Ausführung als dielektrische Schicht vorgesehen,
wobei sich innerhalb dieser Schicht 12 eine Ladungsaufteilung
ergibt.
Durch Zwischenfügung einer ausreichend elektrisch
isolierenden Schicht 12 kann die Oberschicht 3 auch
uneingeschränkt elektrisch leitend ausgeführt sein.
Insbesondere bei vollflächig abdeckender Ausführung der
Oberschicht 3 müßte diese aus transparentem Material,
also z. B. aus Metalloxiden (z. B. ZnO) oder aus elektrisch
leitenden Kunststoffen wie Polypyrrol oder Polyacethylen
bestehen.
Dasselbe kann auch für das Material der in der Ebene 4
angeordneten Kontaktelemente 7 bzw. Elektroden gelten,
die auch ganzflächig als Folie oder aufgebrachte dünne
Schicht ausgeführt sein können. Der Einfluß des
erfindungsgemäß angelegten elektrostatischen bzw.
elektrischen Feldes 22 braucht aber nicht nur parallel
zur Richtung der Lichteinfallseite 2 hin ausgenutzt zu
werden. Beispielsweise kann die Oberschicht 3 oder die
dielektrische Schicht 12 durch z. B. wellenartige oder mit
Narben bzw. Pocken profiliert unter entsprechender
Anpassung der Anordnung der Kontaktelemente 7 (Fig. 4)
auch eine Ladungstrennung mit einer Komponente in der
Ebene der photovoltaisch aktiven Schicht 5 fördern, wobei
sich eine Oberflächenvergrößerung ergibt.
Bezugszeichenliste
1 Photovoltaische Zelle
2 Lichteinfallseite
3 Elektrisch bzw. elektrostatisch aufladbare Oberschicht
4 Ebene
5 Photovoltaisch aktive Schicht
6 Ebene
7 Kontaktelement der photovoltaischen Zelle 1
8 Kontaktelement der photovoltaischen Zelle 1
9 Kontakt
10 Spannungsquelle
11 Kontaktfasern
12 Elektrisch isolierende dielektrische Schicht
13 Kontakt
15 Kondensator
17 Spannungs-Wechselrichter
18 Grundspannung
19 Spannungsspitzen
20 Spannungs-Umkehrspitzen
21 Spannungsimpulse
22 Elektrostatisches Feld
22a Polarität
22b Polarität
25 Schaltkreis
2 Lichteinfallseite
3 Elektrisch bzw. elektrostatisch aufladbare Oberschicht
4 Ebene
5 Photovoltaisch aktive Schicht
6 Ebene
7 Kontaktelement der photovoltaischen Zelle 1
8 Kontaktelement der photovoltaischen Zelle 1
9 Kontakt
10 Spannungsquelle
11 Kontaktfasern
12 Elektrisch isolierende dielektrische Schicht
13 Kontakt
15 Kondensator
17 Spannungs-Wechselrichter
18 Grundspannung
19 Spannungsspitzen
20 Spannungs-Umkehrspitzen
21 Spannungsimpulse
22 Elektrostatisches Feld
22a Polarität
22b Polarität
25 Schaltkreis
Claims (6)
1. Photovoltaische Zelle mit einer photovoltaisch
aktiven Schicht bzw. Schichtbereichen davon, welche
mindestens an einer Seite dem Einfall elektromagnetischer
Strahlung, insbesondere von Sonnenstrahlung, zugänglich
ist, sowie mit der photovoltaisch aktiven Schicht polar
zugeordneten, elektrisch leitenden Pol-Kontaktelementen
bzw. Elektroden zur Abnahme des photovoltaisch
ausgelösten Ladungsstroms,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine - insbesondere gesonderte - Spannungsquelle (10) vorgesehen ist, zwischen deren Polaritäten (9, 13 bzw. 22a und 22b) die photovoltaisch aktive Schicht (5) unter Ausbildung eines senkrecht durch die photovoltaische Schicht hindurch verlaufenden elektrischen Feldes (22) angeordnet sind,
daß die photovoltaisch freigesetzten Ladungen (e-/e⁺) in Richtung zur jeweils ihrer Ladung entgegengesetzten Polarität (22a, 22b) des elektrischen Feldes ableitbar und die elektrisch leitenden Kontaktelemente (7 bzw. 8) bzw. Elektroden des positiven und negativen Pols des elektrischen Ausgangs der photovoltaischen Zelle (1) im Bereich der ladungsmäßig jeweils entgegengesetzten Polarität des elektrischen Feldes angeordnet sind.
daß eine - insbesondere gesonderte - Spannungsquelle (10) vorgesehen ist, zwischen deren Polaritäten (9, 13 bzw. 22a und 22b) die photovoltaisch aktive Schicht (5) unter Ausbildung eines senkrecht durch die photovoltaische Schicht hindurch verlaufenden elektrischen Feldes (22) angeordnet sind,
daß die photovoltaisch freigesetzten Ladungen (e-/e⁺) in Richtung zur jeweils ihrer Ladung entgegengesetzten Polarität (22a, 22b) des elektrischen Feldes ableitbar und die elektrisch leitenden Kontaktelemente (7 bzw. 8) bzw. Elektroden des positiven und negativen Pols des elektrischen Ausgangs der photovoltaischen Zelle (1) im Bereich der ladungsmäßig jeweils entgegengesetzten Polarität des elektrischen Feldes angeordnet sind.
2. Photovoltaische Zelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsquelle (10) eine gleichmäßige Gleichspannung
besitzt.
3. Photovoltaische Zelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Spannungsquelle (10) eine schwankende, amplituden-
und/oder frequenzmodulierte Gleichspannung besitzt.
4. Photovoltaische Zelle nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
zur Strahlungs- bzw. Lichteinfallseite (2) hin auf der
photovoltaisch aktiven Schicht (5) eine für die
einfallende Strahlung durchlässige elektrostatisch
aufladbare Schicht (Oberschicht 3) vorgesehen ist, an
welche der eine Pol (9) der Spannungsquelle (10)
angeschlossen ist, während deren andere Polarität (13)
mit dem ladungsmäßig jeweils entgegengesetzten
Kontaktelement-Pol (8) der photovoltaischen Zelle (1)
verbunden ist, deren anderer Kontaktelement-Pol (7)
zwischen der elektrostatisch aufladbaren Schicht (3) und
der photovoltaisch aktiven Schicht (5) angeordnet und mit
dieser in elektrisch leitendem Kontakt steht.
5. Photovoltaische Zelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
in den Schaltkreis (25) der Spannungsquelle (10)
mindestens ein Kondensator (15) eingeschaltet ist.
6. Photovoltaische Zelle nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen mindestens einem ihrer Kontaktelement-Pole (7
und/oder 8) und den jeweils zugehörigen Kontakten (9
und/oder 13) eine dielektrische Schicht (12) vorgesehen
ist, welche auf derjenigen Seite der bzw. des
Kontaktelement-Pols (7 und/oder 8) angebracht ist, die
der photovoltaischen Schicht (5) gegenüberliegt.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4227504A DE4227504A1 (de) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | Photovoltaische Zelle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4227504A DE4227504A1 (de) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | Photovoltaische Zelle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4227504A1 true DE4227504A1 (de) | 1994-02-24 |
Family
ID=6465917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4227504A Withdrawn DE4227504A1 (de) | 1992-08-20 | 1992-08-20 | Photovoltaische Zelle |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE4227504A1 (de) |
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