DE69513203T2 - Batterie-anordnung von fotovoltaischen zellen und herstellungsverfahren - Google Patents

Batterie-anordnung von fotovoltaischen zellen und herstellungsverfahren

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft monolithische, in Reihe geschaltete farbstoffsensibilisierte photovoltaische Module, die aus farbstoffsensibilisierten nanoporösen Halbleiterschichten als Photoelektroden auf einem elektrisch leitenden transparenten Substrat, einem elektronenübertragenden Redoxelektrolyten und Gegenelektroden besteht. Einzelne photovoltaische Zellen dieser Art sind bereits beschrieben worden [Journal of the American Chemical Society, Band 115 (1993), S. 6382-6390]. Mit Zinnoxid beschichtetes Glas als transparentes, elektrisch leitendes Substrat wird mit einer porösen Halbleiterschicht aus nanokristallinem Titandioxid als Photoelektrode beschichtet und durch Adsorption eines Farbstoffs für sichtbares Licht sensibilisiert. Der Farbstoff wird durch Absorption von Licht angeregt und injiziert ein Elektron in das Titandioxid. Durch das leitende Substrat erreichen die Elektronen den äußeren Stromkreis, wo sie elektrische Arbeit verrichten können. Der oxidierte Farbstoff wird durch den Elektronen übertragenden Elektrolyten reduziert, der die Poren der Photoelektrode und den Raum bis zur Gegenelektrode füllt. Gewöhnlich besteht die Gegenelektrode ebenfalls aus mit Zinnoxid beschichtetem Glas, das katalytisch mit Platin aktiviert ist, um die von dem äußeren Stromkreis ankommenden Elektroden zu dem Elektrolyten zurück zu übertragen.
  • Bisher war die Fertigung effizienter Zellen mit großen Oberflächen schwierig, da der Abstand zwischen Photoelektrode und Gegenelektrode wegen der begrenzten Flachheit der separaten Substrate schnell zu groß wird (> 20 um), was zu zusätzlichen ohmschen Verlusten und sogar Diffusionsbeschränkungen des Photostroms in der Elektrolytschicht führt. Außerdem reicht die Leitfähigkeit des Substrats nicht aus, um die von einer Zelle mit großer Oberfläche produzierten großen Photoströme zu führen. Eine mögliche Lösung wäre die Reihenschaltung vieler schmaler Streifen von Zellen zu einem Modul, indem die Gegenelektrode einer Zelle mit der Photoelektrode der benachbarten Zelle verbunden wird, wie dies von Zellen aus amorphem Silicium bekannt ist [Solar Energy, Band 23 (1979), S. 145-147]. Bei der gegenwärtigen Auslegung der farbstoffsensibilisierten photovoltaischen Zelle würde dies allerdings leitende Brücken erfordern, die von einem Substrat durch den Elektrolyten zu dem anderen Substrat gehen, wobei gleichzeitig der Abstand zwischen den Substraten sehr klein gehalten werden muß (< 20 um). Durch das Korrosionsvermögen des Elektrolyten bleibt hinsichtlich geeigneter Materialien für diese verbindenen Brücken kaum eine Wahl. Außerdem ist die Ausbildung von Linien von elektrischen Kontakten zwischen den beiden separaten Substraten bei Temperaturen, die den sensibilisierenden Farbstoff nicht zerstören, schwierig zu erreichen.
  • In DE-A-42 25 576 wird eine photovoltaische Zelle beschrieben, bei der in Reihe geschaltete Elemente als parallele längliche Streifen auf einem gemeinsamen elektrisch isolierenden transparenten Substrat angeordnet sind.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neue Auslegung der farbstoffsensibilisierten Solarzelle vorgestellt, die die Fertigung von photovoltaischen Modulen mit großer Oberfläche durch Reihenschaltung vieler Photoelektroden und Gegenelektroden auf dem gleichen Substrat gestattet.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft dazu eine Batterie aus photovoltaischen Zellen nach Anspruch 1. Besonders nützliche Ausführungsformen der Batterie sind in den Unteransprüchen 2 bis 13 beschrieben. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung der Batterie nach Anspruch 14. Besonders nützliche Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 15 bis 20 beschrieben.
  • Die Figur zeigt einen schematischen Querschnitt einer Ausführungsform der Batterie.
  • Die nanoporösen Photoelektroden 4 werden auf ein transparentes leitendes Substrat 1 aufgetragen, wie in der Originalversion der farbstoffsensibilisierten Solarzelle [Journal of the American Chemical Society, Band 115 (1993), S. 6382-6390], und zwar jede auf einen vorbestimmten Bereich der leitenden Beschichtung 2. Diese Bereiche bilden parallele Streifen mit der erforderlichen Breite für jede Solarzelle, die durch schmale isolierende Linien 3 getrennt sind, wo die leitende Beschichtung 2 des Substrats 1 entfernt worden ist. Die Photoelektroden 4 werden derart aufgetragen, daß sich jede geringfügig über einen Rand der entsprechenden leitenden Beschichtung 2 erstreckt und gleichzeitig den entgegengesetzten Rand freiläßt. Die Photoelektroden 4 werden dann mit einer porösen Schicht aus einem elektrischen Isolator 5 bedeckt. Diese Schicht ist erforderlich, um in solchen Fällen, in denen das Material der Gegenelektroden 6 mit den Photoelektroden 4 einen ohmschen Kontakt bilden würde, einen Kurzschluß zu verhindern. Die isolierenden Schichten 5 können gleichzeitig als diffuser Reflektor wirken, der Licht, das noch nicht absorbiert worden ist, zurück in die Photoelektroden 4 reflektiert.
  • Es werden nun über dem freien Rand jedes leitenden Streifens 2 und der benachbarten Photoelektrode 4 poröse Gegenelektroden 6 aus einem beliebigen zweckmäßigen, elektrisch leitenden Material aufgetragen, wodurch die Solarzellen in Reihe geschaltet werden. Die Lücken 7 zwischen den Gegenelektroden 6 können mit einem nichtporösen Isolator gefüllt werden, um einen elektrischen Nebenschluß durch den Elektrolyten zu verhindern. Die Beschichtungen 4 bis 6 können, um unerwünschte Additive zu entfernen und durch Sintern gute elektrische Kontakte herzustellen, in jeder Stufe wärmebehandelt werden.
  • Der sensibilisierende Farbstoff wird dann durch die porösen Gegenelektroden 6 und isolierenden Schichten 5 hindurch bis zu den nanoporösen Photoelektroden 4 adsorbiert. Die Poren der Schichten 4 bis 6 werden schließlich mit dem Elektrolyten gefüllt. Das Solarzellenmodul wird durch eine Abdeckung 8 abgedichtet, um die Verdunstung des Elektrolyten und das Eindringen von Feuchtigkeit oder Sauerstoff zu verhindern. Die Abdec kung 8 kann gleichzeitig dazu dienen, die Lücken 7 zwischen den Gegenelektroden 6 zu füllen. An der ersten Gegenelektrode 9 und der letzten Photoelektrode 10 der Reihenschaltung werden Kontakte hergestellt.
  • Diese neue Ausgestaltung der farbstoffsensibilisierten Solarzelle weist die folgenden Vorteile auf:
  • 1. Es ist nur ein einzelnes transparentes leitendes Substrat 1 erforderlich, was die Materialkosten der Solarzelle beträchtlich reduziert.
  • 2. Sowohl die Photoelektroden 4 als auch die Gegenelektroden 6 werden auf dem gleichen Substrat aufeinander abgeschieden. Ihr Abstand ist somit unabhängig von der Flachheit des Substrats auf ein Minimum reduziert.
  • 3. Die isolierenden Schichten 5 wirken als diffuse Reflektoren unmittelbar auf den Photoelektroden 4 und verbessern somit den Wirkungsgrad der Solarzelle.
  • 4. Der Elektrolyt wird durch Kapillarkräfte in der porösen Matrix der Beschichtungen 4 bis 6 festgehalten und stellt keine zusätzliche, freifließende Schicht dar.
  • 5. Die Gegenelektroden 6 weisen aufgrund ihrer Porosität eine vergrößerte Oberfläche auf, was für den Elektronenaustausch mit dem Elektrolyten zu einem höheren katalytischen Wirkungsgrad führt.
  • 6. Die Reihenschaltung vieler Solarzellen auf einem einzelnen Substrat in "Z"-Konfiguration wird, wie im Fall von Zellen aus amorphem Silicium [Solar Energy, Band 23 (1979), S. 145-147], durch einfaches Überlappen der Gegenelektroden 6 mit den hinteren Kontakten 2 der benachbarten Photoelektroden 4 erzielt.
  • 7. Das Muster der Schichten 4 bis 6 kann in großem Maßstab durch übliche Druckverfahren, wie beispielsweise Tiefdruck oder Siebdruck, hergestellt werden. Es können aber auch die Schichten 4 bis 6 zuerst auf der ganzen Oberfläche abgeschieden und danach, zum Beispiel durch mechanische Bearbeitung, Luftstrahl-, Wasserstrahl- oder Laserbearbeitung strukturiert werden.
  • 8. Die Schichten 4 bis 6 können unmittelbar nach der Fertigung des Glassubstrats 1 und der Beschichtung mit der transparenten leitenden Schicht 2 in einem kontinuierlichen Verfahren nacheinander durch Abscheidung, Strukturierung und Wärmebehandlung der Schichten 4 bis 6 auf dem Substrat 1 hergestellt werden, das in Richtung der Linien 3 durch die verschiedenen Herstellungsstufen transportiert wird.
  • 9. Die Porosität der isolierenden Schichten 5 und der Gegenelektroden 6 gestattet das Auftragen des wärme- und feuchtigkeitsempfindlichen Farbstoffs und des Elektrolyten nach Fertigung der Schichten 4 bis 6 und Ausbildung der elektrischen Verbindungen.
  • 10. Die Abdeckung 8 dient lediglich dem Abdichten und Isolieren der Zellen, weist aber keine elektrische Leiterfunktion auf.
    • Beispiel:
  • Die transparente leitende Schicht 2 (z. B. fluordotiertes Zinnoxid, zinndotiertes Indiumoxid) wird auf dem isolierenden Substrat 1 (z. B. Glas, Kunststoff) in parallelen Linien 3 mit dem erforderlichen Abstand (etwa 1 cm) geritzt, geätzt oder mit Laser geschrieben, um die leitende Beschichtung 2 zu entfernen und auf diese Weise den Bereich jeder Zelle zu definieren.
  • Es wird eine Dispersion aus nanokristallinem Halbleiterpulver (z. B. Titandioxid) aufgetragen (z. B. durch Tiefdruck oder Siebdruck durch eine Maske mit entsprechender Geometrie), um die Photoelektroden 4 (ca. 10 um dick) abzuscheiden, die sich jeweils geringfügig über einen Rand der entsprechenden leitenden Beschichtung 2 erstrecken, wobei sie den gegenüberliegenden Rand freilassen. Die Photoelektroden 4 können eben falls zuerst über der ganzen Oberfläche abgeschieden werden, z. B. durch Rakeln, Drucken oder Sprühen, und danach in parallele Streifen getrennt werden, z. B. durch mechanisches Abtragen, Abtragen mit Luftstrahl, Wasserstrahl oder Laser. Diese Strukturierung kann auch nach dem Abscheiden der isolierenden Schichten 5 durch gleichzeitiges Entfernen der Schichten 4 und 5 an den erforderlichen Stellen ausgeführt werden.
  • Es wird nun eine Dispersion aus einem Isolatorpulver (z. B. Glas oder Keramik, wie etwa Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titaniumdioxid, Zirconiumdioxid) über den Photoelektroden 4 aufgetragen, um die porösen isolierenden Schichten 5 (etwa 10 um dick) herzustellen. Damit Licht, das nicht von der Photoelektrode 4 absorbiert worden ist, in diese zurückreflektiert wird und um auf diese Weise den Wirkungsgrad der Solarzelle zu steigern, sollten die isolierenden Schichten 5 Teilchen mit hohem Brechungsindex (z. B. die Rutilmodifikation von Titandioxid) und die entsprechende Größe für starke Lichtstreuung (im Fall von Rutil ein Durchmesser von etwa 0,3 um) aufweisen. Zur Ausbildung von gut zusammenhängenden und anhaftenden Schichten 5 ist möglicherweise der Zusatz eines Bindemittels erforderlich, das bei der Temperatur der Wärmebehandlung (unter 550ºC) sintert. Im Fall von schlecht isolierenden, lichtstreuenden Teilchen, wie etwa Rutil, kann das Bindemittel gleichzeitig als Isolator zwischen den Teilchen dienen.
  • Die Schichten 5 können beispielsweise aus einer Dispersion aus Rutilpulver mit einer mittleren Teilchengröße von etwa 0,3 um und etwa 10% ihres Gewichts an nanokristallinem Zirconiumdioxidpulver mit einer Teilchengröße unter 20 nm, das bei Wärmebehandlung unter 550ºC sintert und ein gut isolierendes Bindemittel zwischen den Rutilteilchen bildet, erhalten werden. Die Rutilteilchen können aber auch mit einem dünnen Film mit einer Dicke von mehreren Nanometern aus einem Isolator (ein niedrigschmelzendes Glas, Siliciumdioxid, Aluminiumdioxid, Boroxid, Zirconiumdioxid oder eine Kombination davon), der bei Wärmebehandlung unter 550ºC sintert, beschichtet werden.
  • Die Strukturierung der isolierenden Schichten 5 kann wie für die Photoelektroden 4 beschrieben durch Verfahren wie beispielsweise Tiefdruck oder Siebdruck oder durch mechanisches Bearbeiten oder Bearbeiten mit Luftstrahl, Wasserstrahl oder Laser erzielt werden.
  • Eine Dispersion aus einem Metallpulver (z. B. ein Metall der Platingruppe, Titan, Wolfram, Molybdän, Chrom), Graphitpulver, Ruß, einem leitenden Keramikpulver (z. B. fluordotiertes Zinnoxid oder zinndotiertes Indiumoxid) wahlweise mit einer katalytischen Ablagerung eines Metalls der Platingruppe oder ein leitendes Polymer (z. B. Polyanilin, Polpyrrol, Polythiophen) wird für die Gegenelektroden 6 (je nach der erforderlichen Leitfähigkeit mit einer Dicke von mehreren 10 um) aufgetragen.
  • Es hat sich herausgestellt, daß Graphitpulver eine gute Wahl darstellt, da es ausreichende Leitfähigkeit und Hitzebeständigkeit sowie Korrosionsbeständigkeit und elektrokatalytische Aktivität bezüglich des Redox-Elektrolyten kombiniert. Graphitpulver besteht aus plättchenartigen Kristallen, die sich bei Abscheiden aus einer flüssigen Dispersion und Trocknen vorzugsweise in der Ebene der Gegenelektroden 6 ausrichten, was in dieser Ebene zu einer hohen Leitfähigkeit führt.
  • Die katalytische Aktivität der Gegenelektroden 6 zur Reduktion des Redox-Elektrolyten sowie ihre Leitfähigkeit können durch Zusatz von etwa 20% Ruß zu der Dispersion aus Graphitpulver beträchtlich gesteigert werden. Die gesteigerte katalytische Aktivität ist auf die sehr hohe Oberfläche von Ruß zurückzuführen, während die verbesserte Leitfähigkeit sich aus dem teilweisen Füllen von großen Poren zwischen den Graphitflocken mit kleineren Rußanhäufungen ergibt.
  • Für eine gute Kohäsion und Haftung der Gegenelektroden 6 ist wieder ein Bindemittel erforderlich. Somit sintert der Dispersion mit einem Gewicht von 15% des Graphitpulvers hinzugegebenes nanokristallines Titandioxid mit einer Teilchengröße unter 20 nm bei Erwärmung unter 550ºC und liefert gut haftende, kratzfeste Gegenelektroden mit einem Schichtwiderstand von weniger als 10 Ohm bei einer Dicke von 30 um.
  • Wie für die Photoelektroden 4 beschrieben, kann die Strukturierung der Gegenelektroden 6 durch Verfahren wie beispielsweise Tiefdruck oder Siebdruck durch eine entsprechende Maske oder durch mechanisches Bearbeiten oder Bearbeiten mit Luftstrahl, Wasserstrahl oder Laser erzielt werden.
  • Die Lücken 7 können, um benachbarte Gegenelektroden 6 voneinander zu isolieren, mit einem nichtporösen Isolator (z. B. Silikonkautschuk, einer niedrigschmelzenden Glasfritte oder einem organischen Polymer) gefüllt werden. Eine derartige Isolierung ist nicht erforderlich, wenn nur die Poren der Beschichtungen 4 bis 6 später durch Kapillarwirkung mit dem Elektrolyten gefüllt werden, so daß die Lücken 7 weiterhin mit Luft, Stickstoff oder einem anderen Gas gefüllt sind. Die Beschichtungen 4 bis 6 werden gegebenenfalls in einer beliebigen Stufe wärmebehandelt, um Lösungsmittel und andere unerwünschte Additive zu entfernen und durch Sintern ihre mechanische Festigkeit und elektrischen Eigenschaften zu verbessern.
  • Zum Sensibilisieren der Photoelektroden 4 wird das beschichtete Substrat 1 in eine Farbstofflösung getaucht. Nach dem Trocknen wird Elektrolyt zugeführt, um durch Kapillarwirkung die Poren der Schichten 4 bis 6 zu füllen. Das Modul wird mit einer Abdeckung 8 (z. B. Glas, organisches Polymer, anodisiertes Aluminium, Lack oder ein beliebiger anderer Isolator) verkapselt. Die Abdeckung 8 kann gegebenenfalls auch dazu dienen, die Lücken 7 zwischen den Gegenelektroden 6 zu füllen. An der ersten Gegenelektrode 9 und der letzten Photoelektrode 10 des in Reihe geschalteten Moduls werden elektrische Kontakte hergestellt.

Claims (20)

1. Batterie aus photovoltaischen Zellen, die aus einer monolithischen Baugruppe aus mehreren in Reihe geschalteten photovoltaischen Elementen besteht, die als parallele, längliche Streifen auf einem gemeinsamen, elektrisch isolierenden transparenten Substrat (1) angeordnet sind, wobei jedes Element aus einer farbstoffsensibilisierten Photoanode, die aus einer porösen Schicht (4) aus einem polykristallinen Halbleiter hergestellt ist, einer Gegenelektrode, die aus einer porösen Schicht (6) aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt ist und von der Photoanode durch eine dazwischenliegende poröse Schicht (5) eines elektrisch isolierenden Materials getrennt ist, wobei die Poren der Schichten (4, 5, 6) mindestens teilweise mit einem elektronenübertragenden Elektrolyten gefüllt sind, und einer dazwischenliegenden Schicht (2) aus einem transparenten, elektrisch leitenden Material, die zwischen dem Substrat (1) und der die Photoanode jedes Elements darstellenden Schicht (4) angeordnet ist, besteht, wobei die jeweiligen elektrisch leitenden dazwischenliegenden Schichten (2) zweier benachbarter Elemente voneinander durch eine durchgehende längliche Lücke (3) voneinander getrennt sind und die die Gegenelektrode des ersten Elements der Reihe darstellende Schicht (6) elektrisch mit einem ersten Anschluß (9) der Batterie verbunden ist, während die Schichten (6) der Gegenelektroden der anderen Elemente über die Lücke (3) elektrisch mit der dazwischenliegenden, elektrisch leitenden Schicht (2) eines benachbarten Elements verbunden ist, wobei sie voneinander elektrisch isoliert sind und die elektrisch leitende, dazwischenliegende Schicht (2) des letzten Elements der Reihe elektrisch mit einem zweiten Anschluß (10) der Batterie verbunden ist und die Baugruppe mit einer elektrisch isolierenden, flüssigkeitsdichten Abdeckung (8) abgedeckt ist.
2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dazwischenliegende poröse Schicht (5) aus elektrisch isolierendem Material aus feinen Teilchen eines Glas- oder Keramikmaterials hergestellt ist.
3. Batterie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material aus mindestens einem der folgenden Metalloxide besteht: Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Titandioxid und Zirconiumdioxid.
4. Batterie nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dazwischenliegende poröse Schicht (5) wenigstens teilweise aus mindestens einem Material mit einem hohen Brechungsindex in Form von Teilchen mit einer Größe hergestellt ist, die geeignet ist, ihnen stark lichtstreuende Eigenschaften zu geben.
5. Batterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material Titandioxid in Form von Rutil ist, wobei die Größe der Teilchen in der Größenordnung von 0,3 Mikrometern liegt.
6. Batterie nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dazwischenliegende poröse Schicht (5) aus einem Gemisch einer größeren Menge des Materials mit hohem Brechungsindex mit einer kleineren Menge eines elektrisch isolierenden Materials in Form von Teilchen mit einer Größe, die geeignet ist, ihnen die Eigenschaft zu geben, bei einer Temperatur unter 550ºC zu sintern, besteht.
7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch isolierende Material aus einem niedrigschmelzenden Glas oder mindestens einem der folgenden Metalloxide gewählt ist: Siliciumdioxid, Aluminiumdioxid, Bordioxid, Zirconiumdioxid oder einer Kombination mindestens zweier dieser Oxide.
8. Batterie nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Teilchen aus Material mit hohem Brechungsindex mit einem Film aus einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sind, wobei der Film die Eigenschaft aufweist, bei einer Temperatur unter 550ºC zu sintern.
9. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (6) aus elektrisch leitendem Material aus einem Material hergestellt ist, das aus mindestens einem Metallpulver, mindestens einem elektrisch leitenden Keramikpulver, pulverförmigem Graphit, pulverförmigem Ruß, mindestens einem elektrisch leitenden organischen Polymer und Mischungen davon gewählt ist.
10. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall aus einem Metall der Platingruppe oder mindestens einem der folgenden Metalle gewählt ist: Titan, Wolfram, Molybdän und Chrom, wobei das elektrisch leitende Keramikmetall aus mit Fluor oder Antimon dotiertem Zinnoxid, mit Zinn dotiertem Indiumoxid gewählt ist und das elektrisch leitende organische Polymer ein Polymer auf der Basis von Polyanilin, Polypyrrol oder Polythiophen ist, wobei eine katalytische Abscheidung eines Metalls aus der Platingruppe mindestens die elektrochemisch aktive Oberfläche der von der porösen Schicht (6) gebildeten Gegenelektrode bedeckt.
11. Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (6) aus elektrisch leitendem Material aus einem Gemisch aus pulverförmigem Graphit, Ruß und mindestens einem Bindemittelmaterial in Form von Teilchen mit einer Größe, die sich eignet, ihnen die Eigenschaft zu geben, bei einer Temperatur unter 550ºC zu sintern, hergestellt ist.
12. Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittelmaterial Titandioxid mit einer Teilchengröße von unter 20 Nanometern ist.
13. Batterie nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (6) aus etwa 65 Gew.-% Graphitpulver, 20 Gew.-% Ruß und 15 Gew.-% Titandioxid hergestellt ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Batterie aus photovoltaischen Zehen nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:
a) Ausbilden mehrerer paralleler Streifen (2) aus einem transparenten, elektrisch leitenden Material auf der Oberfläche eines elektrisch isolierenden, transparenten Substrats (1), wobei die Streifen (2) voneinander durch eine durchgehende längliche Lücke (3) mit freier Oberfläche von Substrat (1) getrennt sind:
b) Abdecken jedes der Streifen (2) mit einer porösen Schicht (4) aus einem polykristallinen Halbleiter;
c) Abdecken der porösen Schicht (4) mit einer porösen Schicht (5) aus einem isolierenden Material, wobei die drei oben angegebenen Schritte a), b) und c) so durchgeführt werden, daß die porösen Schichten (4) und (5) den freiliegenden Bereich der Oberfläche des Substrats (1) in der länglichen Lücke (3) entlang einem Rand des Streifens (2) aus elektrisch leitendem Material abdecken und dabei mindestens einen Teil der Oberfläche des Streifens (2) entlang dem gegenüberliegenden Rand freilassen;
d) Abdecken der porösen Schicht (5) aus isolierendem Material mit einer porösen Schicht (6) aus elektrisch leitendem Material, so daß letztere Schicht (6) die erstere Schicht (5) über ihrem, die Lücke (3) abdeckenden Teil überlappt und den freien Teil der Oberfläche des benachbarten Streifens (2) aus elektrisch leitendem Material kontaktiert und dabei an dem gegenüberliegenden Rand eine Lücke (7) läßt, wodurch eine Baugruppe aus mehreren in Reihe geschalteten Elementen gebildet wird;
e) Kontaktieren der Baugruppe mit einer flüssigen Lösung aus einem Farbstoffsensibilisierer, so daß diese Lösung in die aus Halbleiter bestehende poröse Schicht (4) jedes Elements durch die poröse Schicht (6) aus elektrisch leitendem Material und die poröse Schicht (5) aus elektrisch isolierendem Material hindurch eingeführt wird;
f) Verdampfen des Lösungsmittels der Lösung aus Farbstoffsensibilisierer, wobei der Farbstoff auf der Schicht (4) aus Halbleiter adsorbiert bleibt;
g) Kontaktieren der Baugruppe mit einem flüssigen Elektrolyten, so daß dieser Elektrolyt die Poren der porösen Schichten (6, 5 und 4) füllt; und
h) Ausbilden einer elektrischen ersten und zweiten Verbindung (9, 10) mit den Batterieanschlüssen, wobei die erste Verbindung (9) elektrisch mit der porösen Schicht (6) aus leitendem Material des ersten Elements der Batterie und die zweite Verbindung (10) elektrisch mit dem Streifen (2) aus elektrisch leitendem Material des letzten Elements verbunden ist, und Abdecken der auf diese Weise erhaltenen Baugruppe mit einer elektrisch isolierenden, flüssigkeitsdichten Abdeckung (8).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte e), f) und g) miteinander verknüpft werden, indem in einem flüssigen Elektrolyten eine Lösung aus einem Farbstoffsensibilisierer verwendet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin folgenden Schritt umfaßt:
i) elektrisches Isolieren der porösen Schichten (6) aus elektrisch leitendem Material aller Elemente voneinander durch Füllen der diese Schichten (6) trennenden Lücken (7) mit einem flüssigkeitsdichten isolierenden Material, wobei Schritt i) wahlweise mit dem letzten Vorgang von Schritt h) verknüpft wird.
17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt g) des Kontaktierens der Baugruppe mit einem flüssigen Elektrolyten derart durchgeführt wird, daß die Innenhohlräume der porösen Schichten (4, 5, 6) durch Kapillarität mit Elektrolyt gefüllt werden und daß in den Lücken (7), die die die Gegenelektrode bildenden porösen Schichten (6) trennen, ein isolierendes Gas wie beispielsweise Luft oder Stickstoff zurückbleibt.
18. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte b), c) und d) durch geeignete Druckverfahren durchgeführt werden, um die porösen Schichten (4, 5 und 6) aus Halbleiter, isolierendem Material bzw. elektrisch leitendem Material in dem erforderlichen Muster aus parallelen Streifen auf dem Substrat (1) abzuscheiden.
19. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte a), b) c) und d) durchgeführt werden, indem zunächst eine Schicht (2) aus transparentem, elektrisch leitendem Material auf die ganze Oberfläche des Substrats (1) aufgetragen wird, dann zum Ausbilden der Lücken (3) diese Schicht (2) an den entsprechenden Stellen entfernt wird, dann die porösen Schichten (4 und 5) aus Halbleiter bzw. isolierendem Material über die ganze Oberfläche des derart beschichteten Substrats (1) aufgetragen werden, dann zum Freilegen eines Rands jedes Streifens (2) aus transparentem, elektrisch leitenden Material diese Schichten (4 und 5) an den entsprechenden Stellen entfernt werden, dann auf die gesamte Oberfläche des derart beschichteten Substrats eine Schicht (6) aus porösem, elektrisch leitendem Material aufgetragen wird, dann zum Ausbilden der Lücken (7) diese Schicht (6), wahlweise zusammen mit den darunterliegenden porösen Schichten (4 und 5) an den entsprechenden Stellen entfernt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die länglichen Lücken (3) und die porösen Schichten (4, 5, 6) in einem durchgehenden Verfahren gefertigt werden, und zwar nacheinander durch Strukturieren der Schicht (2) aus transparentem, elektrisch leitenden Material und abscheiden, Strukturieren und Wärmbehandlung der die Photoanoden darstellenden Schicht (4), der Schicht (5) aus isolierendem Material und der Schicht (6) aus elektrisch leitendem Material auf dem Substrat (1) bei gleichzeitigem ständigem Transport von letzterem entlang der Länge der länglichen Lücken (3) durch mehrere Arbeitsstationen.
DE69513203T 1995-10-31 1995-10-31 Batterie-anordnung von fotovoltaischen zellen und herstellungsverfahren Expired - Lifetime DE69513203T2 (de)

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