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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
von versiegelten, monolithischen, photoelektrochemischen Systemen
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs l und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung
monolithischer, photoelektrochemischer Systeme, die ein Substrat
enthalten, ein Muster einer porösen
Struktur, das auf diesem Substrat angeordnet ist, wobei die poröse Struktur
eine Photoelektrode, eine Isolierschicht und eine Gegenelektrode
aufweist und wobei diese poröse
Struktur mit einem Elektrolyt gefüllt wird, bevor das Muster
der porösen
Struktur zwischen dem Substrat und einer hinteren Ebene eingeschlossen
wird, die aus einem Dichtungsmaterial besteht.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein versiegeltes monolithisches,
photoelektrochemisches System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
16.
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STAND DER
TECHNIK
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Aus
der WO97/16838 ist ein Verfahren zur Herstellung von monolithischen,
photoelektrochemischen Zellen vorbekannt. Bei diesem Verfahren werden
die photoelektrochemischen Zellen aus Mustern von leitfähigem Material
geformt, das auf einem elektrisch isolierenden transparenten Material
aufgebracht wird. Dann wird eine poröse Struktur durch aufeinanderfolgende
Anwendung einer Lage aus einem porösen Halbleiter, einer Lage
aus einem porösen
Isolator und einer Lage aus einem porösen Leiter aufgebracht. Nach
dem Aufbringen der porösen Struktur
wird die poröse
Struktur mit einem flüssigen Elektrolyt
versehen. Die poröse
Struktur ist auch von einer isolierenden Deckschicht abgedeckt.
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Es
wurde jedoch festgestellt, das sich beim Versiegeln des monolitischen,
photoelektrochemischen Systems eine Reihe von Problemen ergeben. Einerseits
wurde festgestellt, dass die Zellen empfindlich gegen Feuchtigkeit
und Verunreinigungen sind, da die Gegenwart von Feuchtigkeit und
Verunreinigungen beträchtliche
Auswirkungen auf die langfristige Stabilität des Systems hat.
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Andererseits
ist es wichtig, dass die Versiegelung entlang der Außenkante
der Zellen einem Lecken oder einem Verlust einerseits von Elektrolyt
aus dem Inneren der Zelle und andererseits dem Eindringen von Verunreinigungen
und Feuchtigkeit von außen
in die Zelle wirksam vorbeugt.
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Um
monolithische, photoelektrochemische Systeme zu versiegeln, bei
denen beim Versiegeln ein Elektrolyt vorhanden ist, wurden verschiedene Verfahren
ausprobiert, wie zum Beispiel eine Verleimung und eine Verbindung
durch Pressen zwischen zwei Rollen. Keines der in der Vergangenheit
ausprobierten Verfahren hat zu photoelektrochemischen Systemen geführt, die
ausreichend langfristige Eigenschaften aufweisen und bei dem durch
den Versiegelungsvorgang nur eine geringe Beeinträchtigung
der Funktion der Zelle eintritt; dies hat auch zu einer kostenaufwendigen,
industriellen Herstellung von photoelektrochemischen Systemen geführt, die dadurch
schwieriger wurden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Das
Ziel der Erfindung ist es. ein Verfahren zur Herstellung von versiegelten,
monolithischen, photoelektrochemischen Systemen zur Verfügung zu stellen,
bei dem die Gefahr verringert ist, dass nach der Versiegelung Feuchtigkeit
und Verunreinigungen in der Zelle vorhanden sind, bei dem die langfristige Stabilität der Zellen
verbessert wird und bei dem die Versiegelung einen hohen Grad an
Undurchlässigkeit
in Bezug auf die Umgebung aufweist.
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Diese
Ziele werden durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil
des Patentanspruchs l erreicht. Das Dichtungsmaterial besteht aus
einem Kunstharz, das geschmolzen und mit einer vorderen Ebene verbunden
wird, die aus einem Substrat und aus Zellen besteht, die auf dem
Substrat angeordnet sind. Durch die Tatsache, dass das Dichtungsmaterial
erhitzt und zusammengepresst wird, wird eine Versiegelung entlang
der Kanten des Musters der porösen
Struktur erreicht. Kante bedeutet einerseits die innere Kante, die
die einzelnen Zellen einer Gruppe von Zellen voneinander trennt
und andererseits die äußere Kante,
die eine Gruppe von Zellen von der Umgebung trennt. Da die Kunststoffschicht
in ihrem erhitzten Zustand sehr flexibel ist, wird eine sehr dichte
und gute Versiegelung erreicht, wobei die Gefahr von eindringender
Feuchtigkeit und von eindringenden Verunreinigungen verringert ist und
somit die langfristige Stabilität
des Systems verbessert wird. Das erfindungsgemäße Versiegelungsverfahren verringert
auch die Gefahr, dass die Funktion der Zellen während des Herstellungsvorgangs verringert
wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das monolithische, photoelektrochemische System
einem Unterdruck unterworfen, was die Evakuierung von Feuchtigkeit
und Gasen aus der porösen
Struktur ermöglicht.
Dies führt
zu der Möglichkeit,
ein reineres und somit langfristig stabileres Produkt zu erhalten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die vordere Ebene und die hintere Ebene durch
ein flexibles Presswerkzeug zusammengepresst. Durch das Zusammenpressen
der vorderen Ebene und der hinteren Ebene mit einem flexiblen Presswerkzeug
wird eine gute Versiegelung entlang der Kanten des aufgebrachten
Musters von Zellen erreicht. Die gute Versiegelung wird sowohl entlang
der inneren Kante zwischen den einzelnen Zellen und ebenso an der äußeren, die
Zellen umgebenden, Kante erreicht. Die Versiegelung zwischen den
Zellen, das ist sozusagen die innere Kante, führt dazu, dass die Gefahr von
Undichtigkeit zwischen den Zellen verringert ist; ebenso verringert
die Versiegelung, die das Muster von Zellen umgibt, das ist sozusagen
die äußere Kante,
die Gefahr, dass Schmutz und Feuchtigkeit aus der Umgebung in die Zellen
eindringen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein versiegeltes, monolithisches,
photoelektrochemisches System zur Verfügung zu stellen, das eine wirksame
Schutzbarriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit und Verunreinigungen
aus der Umgebung in die Zellen aufweist, bei dem die Gefahr einer Verschlechterung
der Funktion der Zelle während
der Verkapselung verringert ist und eine ausreichend gute und lange
Lebensdauer der Zellen nicht beeinträchtigt ist. Diese Ziele werden
durch ein versiegeltes, monolithisches, photoelektrochemisches System gemäß dem kennzeichnenden
Teil des Patentanspruchs 16 erreicht. Durch die Verwendung eines Versiegelungsmaterials,
das wenigstens eine erste Lage aus einem Kunststofffilm aufweist,
wird eine Verbindung zwischen der vorderen Ebene und der hinteren
Ebene des photoelektrochemischen Systems hergestellt, die die Gefahr
verringert, dass Feuchtigkeit in die Zelle eindringt, wobei auch
die Gefahr verringert wird, dass Elektrolyt aus der Zelle ausfließt und mit
einer benachbarten Zelle in Berührung kommt.
Da die Kunststoffschicht in ihrem erhitzten Zustand sehr flexibel
ist, wird eine sehr dichte und gute Versiegelung erreicht, die die
Gefahr eindringender Feuchtig keit verringert und somit die langfristige
Stabilität
des Systems erhöht.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält das Versiegelungsmaterial
wenigstens eine zweite Lage, die eine Sperrlage darstellt und der
geeignete Eigenschaften gegeben werden, damit sie das Eindringen
von Schmutz und Feuchtigkeit in die Zelle aus der Umgebung blockieren
kann. Diese Art von Dichtungsmaterial ist insbesondere geeignet, weil
es die Gefahr einer Beeinträchtigung
der Langzeitstabilität
des Systems verringert.
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BESCHREIBUNG
DER FIGUREN
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Die
Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben. In diesen zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch ein monolithisches photoelektrochemisches System,
das eine Anzahl von Zellen aufweist;
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2 eine
andere Ausführungsform
eines monolithischen, photoelektrochemischen Systems. bei dem eine
Reihenschaltung zwischen einer Anzahl von Zellen durch abwechselnde
Zusammenschaltung von Stirnwänden
erreicht ist;
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3 ein
Satz von Zellen, die auf einem Substrat angeordnet sind;
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4 ein
Flussdiagramm des Versiegelungsvorganges des monolithischen, photoelektrochemischen
Systems;
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4A ein
Flussdiagramm einer Gruppe von Teilverfahren bei einem in 4 gezeigten
Versiegelungsverfahren;
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5 das
Zusammenpressen eines photoelektrochemischen Systems mittels eines
flexiblen Diaphragmas;
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6 einen
weichen Pressstempel;
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7 ein
Zweikammersystem zum Zusammenpressen eines photoelektrochemischen
Systems;
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8 ein
photoelektrochemisches System mit einem aus zwei Teilen bestehenden
Versieglungsmaterial; und
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9 ein
photoelektrochemisches System, bei dem die äußeren Bereiche hart miteinander
verpresst sind;
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AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
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In 1 ist
ein versiegeltes, monolithisches, photoelektrochemisches System
im Querschnitt gezeigt, das eine Reihe von Zellen 2A, 2B, 2C aufweist. Jede
Zelle 2A, 2B, 2C hat eine poröse Struktur
und weist eine Photoelektrode 6, eine Isolierschicht 7 und eine
Gegenelektrode 8 auf. Die Zellen 2A, 2B, 2C oder
die poröse
Struktur sind als Muster auf einem Substrat aufgebracht. Das Muster
ist von einer Kante umgeben, die aus einer inneren Kante besteht,
die die einzelnen Zellen voneinander trennt und einer äußeren Kante,
die eine Gruppe von Zellen, die dieses Muster bilden, umgibt. Ein
Beispiel für
ein derartiges System ist in WO 97/16838 beschrieben, wobei diese Beschreibung
in ihrer Gesamtheit in diese Beschreibung einbezogen wird.
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Das
monolithische, photoelektrochemische System 1 weist Photoelektroden
in Form von nanoporösen
Photoelektroden 6 auf, die auf einem Substrat aufgebaut
sind. Das Substrat besteht aus einer Trägerschicht 3 aus vollständig oder
teilweise transparentem Material und ebenso aus einer dünnen leitenden
Schicht 4, die auf der Trägerschicht 3 aufgebracht
ist. Die Trägerschicht 3 kann
aus Glas oder Kunstharz bestehen, wobei in diesem Fall das photoelektrische
System etwas flexibel ausgeführt
sein kann. Jede Photoelektrode 6 ist auf der dünnen, leitenden
Schicht angeordnet. Die leitende Schicht ist in ein Muster von dünnen Trennungslinien 5 aufgeteilt, wo
die leitende Schicht entfernt ist, so dass ein Satz von gegenseitig
isolierten Zellen entsteht. Das Muster besteht vorzugsweise aus
einem Satz von länglichen
Rechtecken, es kann aber auch in beliebiger Weise gestaltet sein,
obwohl ein die Oberfläche
abdeckendes Muster bevorzugt wird. Ein Beispiel für ein geeignetes
Muster ist in 2 dargestellt, die ein photoelektrochemisches
System in Draufsicht zeigt.
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Gemäß der Ausführungsform
der 2 besteht das Muster der porösen Struktur aus einem Satz
von rechteckigen Zellen 2A–2D. Die Zellen sind mit
ihrer langen Seite nebeneinander angeordnet. In diesem Fall wird
die äußere Kante
von einem Rechteck 40 gebildet , das den Satz von Zellen
umgibt, wobei eine innere Kante durch einen Satz von parallelen Linien 41 gebildet
wird, der die Zellen voneinander trennt. Eine Gruppe von Zellen
ist in bekannter Weise in Serie geschaltet, wie dies zum Beispiel
unten angegeben ist. Es sind auch andere die Oberfläche bedeckende
Muster denkbar, zum Beispiel ein Satz von Sechsecken. Die bevorzugte
Ausführungsform
mit Rechtecken ermöglicht
indessen eine einfache Serienschaltung zwischen den Zellen. Um eine
einfache Serienschaltung zwischen den Zellen zu verwirklichen, sind
die Lagen der Zellen in der Weise angeordnet, wie dies die Ausführungsform
der 1 zeigt, wo die Zellen Seite an Seite in folgender
Weise miteinander verbunden sind: Die Photoelektrode 6 erstreckt
sich bis zu einer Kante der leitenden Schicht 4 der Zellen,
während
eine andere Kante frei bleibt. Die aufteilenden Linien 5 sind
in einer solchen Breite ausgeführt,
dass für
die Photoelektrode keine Gefahr für einen Kontakt zu einer benachbarten
Zelle besteht.
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Die
Photoelektrode 6 wird von einer porösen Lage eines Isolators 7 abgedeckt,
die sich über
eine Kante der leitenden Lage erstreckt und die Photoelektrode 6 von
einer porösen
Gegenelektrode 8 isoliert, die auf dem Isolator 7 angeordnet
ist. Der Isolator 7 kann vorzugsweise auch als diffuser
Reflektor ausgebildet sein, der das durch die Photoelektrode gedrungene
Licht reflektiert, ohne darin absorbiert zu werden, was den Grad
der Absorption des Systems erhöht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Gegenelektrode 8 in der Weise angebracht, das sie
den Isolator 7 im wesentlichen abdeckt und sich bis zu
der Lage einer benachbarten Zelle erstreckt, die nicht von dem Isolator 7 abgedeckt
ist. Auf diese Weise werden in Serie geschaltete Zellen geschaffen,
wobei Kontakte 11, 12 nur für die erste und die letzte
einer in Serie geschalteten Gruppe von Zellen vorgesehen sein müssen.
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Die
Gegenelektroden 8 in den entsprechenden Zellen sind durch
einen Zwischenraum 9 voneinander getrennt. Es ist wichtig,
dass die Zellen voneinander isoliert sind, so dass die Elektrolyte
nicht aus den Elektroden oder dem Isolator auslecken und einen Kontakt
zwischen den Elektroden verschiedener Zellen schaffen können. Um
sicherzustellen, dass dies nicht geschieht, kann der Zwischenraum
mit einem isolierenden Material gefüllt werden. In einer bevorzugten
Ausführungsform
besteht dieses isolierende Material aus Teilen des Dichtungsmaterials 10, das
in die Zwischenräume 9 eingepresst
ist.
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Bevor
das photoelektrochemische System 1 versiegelt wird, wird
eine aktive Substanz absorbiert, zum Beispiel ein Licht absorbierendes
Färbemittel
für die
Photoelektrode 6. Außerdem
wird der porösen Struktur,
die auf der Photoelektrode 7, dem Isolator 7 und
der Gegenelektrode 8 besteht, ein Elektrolyt zugeführt. In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Elektrolyt mittels eines Druckvorgangs zugeführt, vorzugsweise
mittels Siebdruck. Bei Anwendung dieses Verfahrens kann die genaue
Menge des Elektrolyten so zugeführt
werden, dass die poröse
Struktur in jeder Zelle gefüllt
wird, ohne überfüllt zu werden. Wenn
zu viel Elektrolyt zugeführt
wird, dann besteht die Gefahr, dass der Elektrolyt in den Zwischenraum 9 zwischen
den Zellen ausläuft,
was zur Gefahr eines Kurzschlusses zwischen den Zellen führt. Bei
einer anderen Ausführungsform
wird der Elektrolyt so zugeführt,
dass man der porösen
Struktur die Möglichkeit
gibt den Elektrolyt während
des Zuführvorgangs zu
adsorbieren.
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Bei
einer anderen Ausführungsform,
die in 3 gezeigt ist, wird eine Reihenschaltung zwischen
einer Anzahl von Zellen 2A, 2B, 2C durch Stirnwände der
Zellen bewirkt, die in der unten beschriebenen Weise miteinander
verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform
sind die Zellen in einem Muster angeordnet, bei dem jede Zelle rechteckig
ist und zwei lange Seiten und zwei Stirnseiten aufweist. Die Zellen
sind auf einem Substrat mit einer Lage 4 aus einem leitenden
Material ausgebildet. Die Zellen sind durch Bahnen 5 des
leitenden Materials, das weggeätzt
wurde, voneinander getrennt. Jede Zelle enthält eine Anode 6 aus
porösem
Material, wobei im vorliegenden Fall diese Anode aus einer lichtempfindlichen
Photoelektrode besteht. Ein aus porösem Material bestehender Isolator 7 ist
auf die Anode 6 aufgebracht. Eine Gegenelektrode 8 aus
porösem Material
ist auf diesem Isolator 7 aufgebracht. Um eine Serienschaltung
zwischen den Zellen zu verwirklichen, sind die Zellen in der Weise
miteinander verbunden, dass die Anode einer Zelle mit der Gegenelektrode
der nächsten
Zelle verbunden ist. Bei der in 2 gezeigten
Ausführungsform
wird dies durch die ausgeätzten
Bahnen 5 erreicht, die in einem Zick-Zack-Muster angeordnet
sind, das ein L-förmiges
Muster der aus einem Satz von L's
bestehenden, leitenden Oberflächen
ergibt und die eine Rückseite 13 und
einen Fuß 14 aufweisen,
die einander derart zugewandt sind, dass der vorstehende Teil eines
L's annähernd direkt
neben dem nächsten
L angeordnet ist. Die Photoelektrode 6 ist vollständig innerhalb
der Rückseite
angeordnet, das heißt,
dem langen Teil eines L-förmig
ausgebildeten Bereichs. Der Isolator 7 ist so angeordnet,
dass er die Photoelektrode abdeckt und sich leicht bis auf den Fuß 14 des
L-förmigen
Bereichs einer benachbarten Zellen erstreckt, das heißt, der
Isolator 7 überbrückt die
ausgeätzte
Bahn 5 innerhalb eines Bereichs, der der Breite der Zelle
entspricht. Eine Serienschaltung wird durch die Gegenelektrode 8 einer
Zelle bewirkt, die sich in die leitende Lage 4 einer benachbarten
Zelle hinein erstreckt. Bei der in 3 gezeigten
Ausführungsform
wird dies durch die Gegenelektrode 8 verwirklicht, die
sich in den Fuß 14 eines
L-förmigen
Bereichs der benachbarten Zelle erstreckt. 3 zeigt auch
ein Material zum Einkapseln 10A und eine Abdeckschicht 10B,
die zusammen ein Dichtungsmaterial 10 darstellen. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
besteht das Material zum Einkapseln 10A aus einer Adhäsionslage 19A,
wobei die Abdeckschicht 10B aus einer Adhäsionsschicht 19B und
einer Sperrlage 19C besteht.
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Nachdem
der Elektrolyt auf die poröse
Struktur aufgebracht wurde, wird das photoelektrochemische System
erfindungsgemäß mittels
eines Dichtungsmaterials 10 unter Anwendung eines Verfahrens
versiegelt, das im Folgenden mit Bezug auf 4 beschrieben
wird. In einem ersten Verfahrensschritt 20 wird ein Dichtungsmaterial 10 auf
das Substrat 3 in der Weise aufgebracht, dass es die Zellen 2A–2C und
ihre poröse
Struktur vollständig
abdeckt, um ein versiegeltes, monolithisches, photoelektrisches
System zu bilden, das eine vordere Ebene aufweist, die aus dem genannten
Substrat und der porösen
Struktur besteht, und aus einer hinteren Ebene, die aus dem Dichtungsmaterial
besteht. Das Dichtungsmaterial enthält wenigstens eine Lage aus Kunstharz,
vorzugsweise aus einem Thermoplast, wie zum Beispiel aus Methacrylsäure-Polyethylen, das
bei Erhitzung an dem darunter liegenden Substrat haften soll und,
wenn dies zweckmäßig ist,
an der porösen
und auf dem Substrat angeordneten porösen Struktur. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
besteht das Dichtungsmaterial aus einem Laminat mit einer Adhäsionslage
aus Kunstharz und einer Sperrschicht mit wenig oder keiner Luft-
und Flüssigkeitsdurchlässigkeit,
zum Beispiel aus einer Aluminiumfolie. Bei einer anderen bevorzugten
Ausführungsform
enthält
das Dichtungsmaterial einerseits eine Adhäsionlage aus Kunstharz, die,
wie oben beschrieben, gegen das Substrat anliegt und andererseits
ein Laminat, das aus einer Kunstharzschicht und einer Aluminiumschicht
besteht, wobei die Kunstharzschicht an dieser Kunstharzlage anhaften soll.
Die Kunstharzschicht ist mit der Aluminiumschicht in einer dem durchschnittlichen
Fachmann allgemein bekannten Weise verbunden, zum Beispiel durch
Verleimung. Indem man eine Zwischenlage verwendet, erreicht man
eine gute Verbindung, da die flexiblere Adhäsionslage die Form der Unterlage
besser annimmt als die weniger flexible Aluminiumlage.
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Um
sicherzustellen, dass eine ausreichende Dichtigkeit gegen das Eindringen
von Flüssigkeit durch
die Kante der Adhäsionslage
erreicht wird, weist die Adhäsionslage
in einer bevorzugten Ausführungsform
eine Dicke von wenigstens 50 μm
auf und in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Dicke von weniger
als 30 μm.
Mit der genannten Dicke wird eine Lage erhalten, die ausreichend
dünn ist,
so dass der Durchfluss durch die Kante die Langzeitstabilität der eingeschlossenen
Zelle nicht negativ beeinflusst wird und gleichzeitig die Dicke
ausreichend groß ist,
um leicht gehandhabt werden zu können.
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In
einem zweiten Verfahrensschritt 2l wird das Dichtungsmaterial
mit dem Substrat und den auf dem Substrat angeordneten Zellen zusammengepresst.
Die Versiegelung wird durch eine vordere Ebene bewirkt, die aus
diesem Substrat und der porösen
Struktur besteht und einer hinteren Ebene, die aus dem Dichtungsmaterial
besteht, die zusammengepresst werden, während sie Wärme unterworfen werden, wobei
die Adhäsionslage
mit der vorderen Ebene verschmilzt und eine Versiegelung entlang
der Kante des Musters erlaubt. Diese Versiegelung isoliert die einzelnen
Zellen voneinander entlang der inneren Kante des Musters und beugt
somit einem Lecken von Elektrolyt zwischen den Zellen vor und isoliert
ebenso die Gruppen von Zellen an der Außenkante des Musters von der
Umgebung und beugt somit dem Eindringen von Schmutz und Feuchtigkeit
in die Zellen vor. Alternative, bevorzugte Ausführungsformen des Zusammenpressens
werden im Folgenden beschrieben.
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Es
werden außerdem
bevorzugte Teilverfahren während
des Versiegelns 21 symbolisch in 4A gezeigt.
In einem ersten Teilverfahren 22 wird eine Adhäsionslage
aus Kunstharz zuerst gegen die vordere Ebene gelegt und danach ein
Laminat aus einer Adhäsionslage,
die vorzugsweise aus Kunstharz besteht, sowie eine Sperrschicht,
die vorzugsweise aus Aluminium besteht. Falls von einer Kunstharzschicht
und einer Aluminiumschicht Gebrauch gemacht wird, wird die Kunstharzschicht
mit der Aluminiumschicht in einer dem durchschnittlichen Fachmann
allgemein bekannten Art verbunden, zum Beispiel durch Verleimung.
Fall eine Zwischenlage verwendet wird, wird eine gute Verbindung
erreicht, weil sich die flexiblere Adhäsionslage der Form der Auflage
besser anpasst als die weniger flexible Aluminiumlage. 8 zeigt
die vordere Ebene 19, die Adhäsionslage 19A und
die Sperrlage der Adhäsionslage 19B,
sowie die Sperrlage 19C. Die Adhäsionslage 19B hat
die Funktion, die Sperrlage 19C und die Adhäsionslage 19A miteinander
zu verbinden.
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In
einem zweiten Teilverfahren 23 werden die vordere Ebene
und das Dichtungsmaterial einem Unterdruck unterworfen, der die
Möglichkeit
bietet, das Vorhandensein von Schmutz und Feuchtigkeit in den Zellen
zu verringern.
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In
einem dritten Teilverfahren 24 werden die vordere Ebene
und das Dichtungsmaterial von einem flexiblen Presswerkzeug zusammengepresst,
wobei eine gute Abdichtung sowohl um die inneren als auch um die äußeren Kanten
erreicht wird.
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Um
noch eine bessere Versiegelung um die äußeren Kanten herum zu erreichen,
kann die äußere Kante
außerdem
etwas außerhalb
der Zellen, zum Beispiel 2–5
mm, in einem vierten Teilverfahren 25 durch ein hartes
Presswerkzeug zusammengepresst werden. Dieses Zusammenpressen macht
jede vorhandene Adhäsionslage 19A dünner, und
verringert damit die Gefahr, dass nach der Verbindung Schmutz und
Feuchtigkeit aus der Umgebung eindringen könnten. 9 zeigt
eine Gruppe von Zellen, die innerhalb zweier Bereiche 26A und 26B,
die im wesentlichen eine Gruppe von Zellen 2A–2D umgeben, von
einem harten Presswerkzeug zusammengepresst sind. In einem Bereich 26C, 26D um
jeden der Kontakte 11, 12 ist die Gruppe von Zellen
nicht zusammengepresst, um zu vermeiden, dass die Aluminiumschicht
in der Sperrlage mit der leitenden Lage auf dem Substrat zusammengepresst
wird. Um sicherzustellen, dass sich jeder Überschlag zwischen der leitenden
Lage und der Aluminiumlage in den Bereichen 26A und 26B nicht
negativ auf die Zellgruppen auswirkt, sind diese Bereiche durch
weggeätzte Bahnen 26E und 26F getrennt,
wobei die Bereiche, wo das Hartpressen stattfindet, elektrisch von
der Zellgruppierung insgesamt isoliert sind.
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Die
Teilverfahren können,
wie dies oben angegeben wurde, einzeln kombiniert werden, um einzeln
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung zu erhalten.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Zusammenpressen von einem flexiblen Presswerkzeug durchgeführt. Ein
flexibles Presswerkzeug bedeutet, dass dem Presswerkzeug die Möglichkeit gegeben
wird, sich ausreichend zu deformieren, um dem deformierten Presswerkzeug
die Möglichkeit
zu geben, in die Zwischenräume
zwischen den Zellen einzudringen, wobei das Dichtungsmaterial so
gegen die vordere Ebene gepresst wird, dass das Dichtungsmaterial
gegen die Zellen und nach unten in die Zwischenräume zwischen den Zellen und
ebenso um die Kanten des Musters gepresst wird. Die 5, 6 und 7 zeigen
Beispiele von Ausführungsformen
mit flexiblen Presswerkzeugen.
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5 zeigt
das Zusammenpressen eines monolithischen, photoelektrischen Systems
mittels eines flexiblen Diaphragmas 15A. Das photoelektrochemische
System 1 wird auf einer Auflage 15B angeordnet;
danach wird es von dem flexiblen Diaphragma 15A abgedeckt.
Das flexible Diaphragma kann zweckmäßig aus Gummi hergestellt sein.
Das photoelektrochemische System wird dann über das Diaphragma 15A einem
Druck unterworfen, wobei durch die aufgebrachte Wähne eine
Versiegelung bewirkt wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird
der Druck auf das Diaphragma 15A über einem Raum 16 um
das photelektrochemische System 1 herum aufgebracht, der
einem Unterdruck unterworfen wird. Der Unterdruck verringert die
Gegenwart von Feuchtigkeit und Verunreinigungen in den Zellen, bevor
die Versiegelung stattfindet, wobei die Qualität der Zellen verbessert wird.
Die Auflage 15B kann auch als ein flexibles Diaphragma
ausgebildet sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Zusammenpressen unter Druck vorgenommen, der durch das
flexible Diaphragma erzeugt wird, das das monolithische, photoelektrochemische
System umgibt. Dadurch, dass man von einem flexiblen Diaphragma
Gebrauch macht, wird über
das gesamte monolithische, photoelektrochemische System ein gleichmäßiger Druck
erzeugt und eine gute Versiegelung in den oben erwähnten Zwischenräumen 9 zwischen
den Zellen erreicht.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Druck dadurch erreicht, dass das monolithische, photoelektrochemische
System in einer Tasche zwischen zwei flexiblen Diaphragmen untergebracht
und diese Tasche einem Unterdruck unterworfen wird, wobei der umgebende
Druck das monolithische, photoelektrochemische System zusammenpresst.
Dieser Unterdruck trägt
ebenso dazu bei, die Feuchtigkeit und die Gegenwart von Verschmutzungen
in der porösen
Struktur zu verringern, bevor die Versiegelung schließlich durchgeführt wird.
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6 zeigt
eine alternative Ausführungsform,
bei der das Zusammenpressen durch einen Pressstempel 17 mit
einer Pressfläche 18 erfolgt,
die aus einem weichen Material, zum Beispiel aus Gummi, hergestellt
ist und die es erlaubt, das Dichtungsmaterial und die vordere Ebene
so zusammenzupressen, dass das Dichtungsmaterial gegen die Zellen
und in die Zwischenräume
zwischen den Zellen und ebenso um die Kanten des Musters herum gepresst
wird. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
kann diese Art von Verpressung in einer Kammer stattfinden, die
einem Unterdruck unterworfen ist und die es möglich macht, die Gegenwart
von Schmutz und Feuchtigkeit in dem fertiggestellten Produkt zu
verringern.
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In
einer beispielsweisen Ausführungsform wird
das monolithische, photoelektrochemische System in einen Wärmeofen
eingeführt,
der das monolithische, photoelektrochemische System auf etwa 100°C aufheizt,
wobei eine Erwärmung,
bei Raumtemperatur beginnend, in etwa 30 Minuten stattfindet. Das
Material wird anschließend
langsam gekühlt.
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Gemäß einem
alternativen Verfahren wird das photoelektrochemische System durch
die vordere Ebene und das Dichtungsmaterial versiegelt, indem es
in eine Kammer eingeführt
wird, die einem Unterdruck unterworfen wird. Damit durch das Aufbringen
eines Vakuums das Vorhandensein von Schmutz und Feuchtigkeit weiter
verringert werden kann, sind gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
die vordere Ebene und das Dichtungsmaterial für eine gewisse Zeit durch einen
Spalt getrennt, während
sie einem Unterdruck unterworfen sind.
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Wenn
die vordere Ebene und das Dichtungsmaterial die genaue Temperatur
erreicht haben, dann wird die vordere Ebene mit dem Dichtungsmaterial zusammengepresst.
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Bei
einer Ausführungsform
der Erfindung wird das Zusammenpressen unter Verwendung einer zweiteiligen
Kammer durchgeführt.,
wie sie in 7 gezeigt ist. Die Kammer 30 ist
in einem Gehäuse 31 ausgebildet
und weist eine erste und eine zweite Teilkammer 34, 35 auf,
die durch ein flexibles Diaphragma voneinander getrennt sind. Das
zu verbindende photoelektrochemische System 33 wird in
einer der Teilkammern untergebracht. Eine Luftpumpe (nicht gezeigt)
ist oder kann mit diesem Aufbau verbunden sein, um sowohl das Aufbringen
eines Vakuums in der ersten, wie in der zweiten Teilkammer zu ermöglichen.
Hierzu kann das Gehäuse 31 mit
einem Verbindungsrohr zwischen der ersten und der zweiten Kammer
versehen sein, wobei das Verbindungsrohr ein Rückschlagventil aufweist, das
so angeordnet ist, dass das Vakuum auf die erste und die zweite
Kammer zusammen aufgebracht werden kann, wobei aber keine Luft von
der zweiten Kammer zu der ersten Kammer strömt, wenn später Luft eingeführt wird, um
das Zusammenpressen der vorderen Eben und des Dichtungsmaterials
des photoelektrochemischen Systems zu ermöglichen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt,
sondern sie kann innerhalb des Schutzbereichs der unten aufgeführten Patentansprüche abgeändert werden.
Bei einer Ausführungsform
ist es denkbar, entlang einer Solarzelle ein Display einzukapseln.
In diesem Fall können
für das
Display und die Solarzelle verschiedene Elektrolyte eingesetzt werden,
die gleichzeitig eingekapselt werden. Außerdem können sowohl die hintere Ebene
wie auch die vordere Ebene zusätzliche
Lagen enthalten; zum Beispiel kann eine farbige Schicht zwischen
der Adhäsionslage 19A und
der Adhäsionslage 19B vorgesehen
sein, um dem Produkt das gewünschte
Aussehen zu verleihen; es können
aber alternativ auch diese oder andere Lagen, die einen Teil des
Produktes bilden, eingefärbt
sein.