EP2018644A2 - Photovoltaische zelle - Google Patents

Photovoltaische zelle

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Publication number
EP2018644A2
EP2018644A2 EP07725175A EP07725175A EP2018644A2 EP 2018644 A2 EP2018644 A2 EP 2018644A2 EP 07725175 A EP07725175 A EP 07725175A EP 07725175 A EP07725175 A EP 07725175A EP 2018644 A2 EP2018644 A2 EP 2018644A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
cell according
dye
metal oxide
fibers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07725175A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Chabrecek
Egbert Figgemeier
Uwe Pieles
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sefar AG
Universitaet Basel
Fachhochschule Nordwestschweiz
Original Assignee
Sefar AG
Universitaet Basel
Fachhochschule Nordwestschweiz
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sefar AG, Universitaet Basel, Fachhochschule Nordwestschweiz filed Critical Sefar AG
Publication of EP2018644A2 publication Critical patent/EP2018644A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2095—Light-sensitive devices comprising a flexible sustrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2031—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • H10K85/341—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes
    • H10K85/344—Transition metal complexes, e.g. Ru(II)polypyridine complexes comprising ruthenium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a photovoltaic cell according to the preamble of the main claim, in particular a so-called.
  • a generic device is well known in the art and is often referred to as a Grätzel cell, according to the inventor of US 4,927,721, which discloses essential structural features and photovoltaic or chemical details of the present technology, which is believed to be generic.
  • the external electrodes are realized as thin, conductive glass substrates (to allow light to enter the cell), taking advantage of the effect that incident light excites an electron from the dye layer and enters the TiO 2 conduction band, resulting in a state of charge separation is reached.
  • the charge in the conduction band is then conducted via a load to the counter electrode, where a redox electrolyte is reduced, which in turn leads to the reduction of the (oxidized) dye.
  • the representation of FIG. 4 illustrates this basic process in a two-dimensional arrangement of sequence or geometry of the individual layers in the horizontal and the energy level in the vertical.
  • the titanium dioxide typically having a large effective surface area
  • a surface roughness of between about 20 and 200 defined as the ratio of an effective surface area with respect to the projected base area, eg by a nano-particulate structure
  • the titanium dioxide is in the inherent brittleness of the material, with the associated mechanical stability problem.
  • such a metal oxide layer adheres only poorly on a (conductive) polymer as a carrier substrate.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved photoelectric cell, in particular a solar cell of the DNSC type, which combines improved mechanical flexibility of the end product with favorable production properties, advantageous photoelectric properties and good long-term stability.
  • a cell is to create, which is potentially manufacturable for mass production with little effort and a high reproducibility of the photoelectric properties also outside the small series or laboratory environment allowed.
  • a fabric is used as the basis for the conductive substrate according to the invention (complementary or alternatively also for realization) the counterelectrode), this flexible fabric offering numerous surprising advantages for solving the above-mentioned problem: Even if the fibrous material should be used which itself is not transparent, the use of a tissue, more preferably a tissue with predetermined Breakthroughs and / or fabric gaps, an adjustable or predetermined and advantageous transparency of the carrier substrate and thus potentially also of the overall arrangement. Even a fabric as such already offers a potentially large effective surface area (for example, by means of the individual jacket surfaces).
  • the fiber-interwoven fibers so that, with subsequent coating of the (in turn high surface area) metal oxide semiconductor material, an effective total area exists as a basis for the overlying (preferably monomolecular) dye layer, thus - to realize one so far Unmatched high efficiency - efficiency and stability can be optimized.
  • the inherently high effective surface area of the fabric makes it possible to apply the metal oxide semiconductor material only very thinly, preferably nano-particulate and / or nano-structured in a further development, with correspondingly positive effects on the efficiency - a lower dark current through a shorter distance to the conductive layer of the substrate for the electron and improved mechanical stability due to less brittleness of the thin coating). Also, this configuration allows the effective use of a much wider range of suitable dyes (especially those with lower extinction coefficients).
  • the tissue used according to the invention allows numerous possible configurations in order to achieve these advantageous effects.
  • suitable copper, titanium or aluminum fibers can be used as examples of conductive fibers.
  • conductive layer may in turn be a (eg suitably doped) metal oxide, a metal or a conductive polymer. It is also particularly suitable to use the fabric itself in order to guide the lines required for feeding in or discharging the charges to corresponding terminal electrodes of the solar cell; According to a preferred embodiment of the invention, this is done by the fact that these leads in the form of metallic wires (which traditionally must be elaborately formed approximately on the conductive glass plates known solar cells) in the context of the development of the invention during the manufacture of the fabric with the other fibers are woven , In this way, in addition to favorable mechanical flexibility and connection properties, a favorable electrical contact is ensured (again with positive effects on the efficiency by reducing ohm 1 shear contact resistance).
  • nanostructured TiO 2 or ZnO is used as metal oxide semiconductor material, since the above-described optimization between mechanical stability and elasticity with the desired effective surface area can be achieved here.
  • this material dispersed in a suitable solvent, is also applied to the fabric by impregnation and pressed after drying (volatilization of the solvent).
  • suitable methods which produce a favorable connection with the tissue without adversely affecting it are, for example, sintering, the so-called sol-gel method or sputtering.
  • a thin dye layer is then applied to the composite of (conductive) fabric-based fabric substrate with metal oxide semiconductor layer, again by a suitable solution.
  • Ru-based metal complexes as also organic dyes, wherein in the context of the selection of the dye layer according to the invention ensures that the energy levels of the dye, the semiconductor and the electrolyte are coordinated with each other to run the desired photochemical and -elektrischen processes optimized.
  • a further, preferred embodiment of the present invention provides that the electrolyte layer according to the invention (for example by using an acrylate resin or another, deformable and curable polymer) in a liquid or flow state, the deformation of the cells according to the invention in an almost arbitrary , allows the desired shape (in particular also for adaptation to an intended use environment, eg in the construction or building sector), whereupon this material is then hardenable and thus permanently fixes the shape in its design.
  • the electrolyte layer suitably comprises a solvent, a redox couple and, if appropriate, additives which, in the manner of the construction with glass-fiber reinforced plastics, can enable mechanically very stable units, at the same time realizing the photochemical or photoelectric properties of a DNSC solar cell.
  • a lateral light entry ie light input in the plane of the tissue
  • photoconductive fibers as fibers for the fabric or films or thin glass layers through which then end- or Light can be introduced on the face side and, after appropriate modification of the fibers or light guide, can emerge on the shell side into the further, photoelectrically active layers of the cell arrangement (according to the present invention, a conventional direction of the light input would otherwise occur from the side of the conductive carrier substrate which, particularly suitable by the tissue used according to the invention, suitably transparent).
  • the substrates used need not be transparent.
  • the encapsulation can be optimized, since, in principle, the light-introducing layer can have an arbitrary thickness, and it is also a suitable adjustment or control of the light entry wavelength possible.
  • the present invention in a surprisingly elegant and manufacturing technology favorable manner how flexible solar cells can be produced with favorable efficiency or efficiency properties and excellent mechanical stability, so that it is expected that numerous new applications for photovoltaic developed can be.
  • FIG. 1 shows a schematic, exploded sectional side view of the layer structure of the photovoltaic cell according to a first, preferred embodiment of the present invention
  • Fig. 2 is a diagram of the molecular structure of the dye used for the dye layer in the embodiment of Fig. 1 (N719);
  • FIG. 3 shows a current / voltage diagram to illustrate the electrical properties of the photovoltaic cell analogous to FIG. 1 and FIG. 3
  • FIG. 4 shows a schematic diagram with an energy level and slice representation to illustrate the basic mode of operation of a DNSC.
  • FIGS. 1 to 3 Since manufacturing aspects are important for achieving the desired properties, in the following description each effective layer according to FIG. 1 will be described and linked in connection with associated, particularly suitable production steps.
  • a metal oxide semiconductor layer of TiO 2 is applied to a thickness of 1 to 20 microns, for which purpose a 5 wt .-% Ti ⁇ 2 ⁇ solution in ethanol was sprayed onto the ITO-modified fabric and after the drying or evaporation of the solvent, the coating at a pressure of about 15000 min / cm 2 over a period of 10 sec. To 10 min. was charged.
  • Alternative ways of applying the semiconductor layer are (plasma) sputtering, corona + aerosol and screen printing.
  • the TiO 2 layer 16 is then provided with a light-absorbing dye layer 18 as a monomolecular layer.
  • the dyestuff N719 (Solaronix, CH-Arbonne), a ruthinium metal complex of the structural formula according to FIG. 2, was used, the application to the substrate coated with metal oxide semiconductor material taking place in that the PEEK TiO 2 substrate was placed in a 3 mmole dye solution for four hours.
  • a counter electrode 20 which in turn has a conductive PEEK / ITO substrate 22, 24 (about 100 nm), which on the conductor side with a platinum layer of conventional thickness is coated.
  • the platinization was carried out by introducing the counter electrode 20 into a 0.5 nM solution of H 2 PtCl 2 in 2-propanol for a few seconds. After removing the counter electrode from the solution, it was dried and heated at a temperature of 200 ° C. for 10 minutes.
  • Both the counter electrode 20 and the photoelectrically active substrate 10 each have an electrical input and output in the form of an electrical contact electrode 28 and 30, which is realized in the illustrated embodiment by silver paint, but also in other suitable ways, in particular by Weaving appropriate conductive fibers into the fabric 12, 22, may be realized.
  • These Feed lines 28, 30 are then used for external contacting of the solar cell in FIG. 1.
  • FIG. 1 shows an exploded exploded view in schematic form
  • an electrolyte of the type PEG20000 (Aldrich) in combination with LiI (0.1 M) and I 2 ( 0.01 M) was used. Since PEG20000 is solid at room temperature, melting was required to mix with the active redox components.
  • the electrolyte was applied in liquid form to the active layer of the electrode 10 (i.e., the ink surface 18), and the counter electrode was set while the electrolyte was still liquid. After cooling and curing of the electrolyte, an adhesive bond of the entire layer arrangement was created, whereby care was taken that the contact electrodes 28, 30 did not come into contact with the electrolyte and that no short circuit occurs between the two electrodes.
  • the current / voltage diagram in FIG. 3 shows, between the no-load voltage and the short-circuit current, the electrical behavior of the photovoltaic cell thus produced under ambient light and room temperature.
  • the substrate may also consist of conductive material (AI fibers or optionally self-coated carbon fibers), with sufficient electrical conductor properties then the conductor layer 14 may be omitted.
  • This in turn may itself have a doped metal oxide to achieve the desired conductivity properties, as described in the exemplary embodiment, alternatively a metal (eg Ti or Al) or a conductive polymer (eg PDOT).
  • a metal eg Ti or Al
  • a conductive polymer eg PDOT
  • Another variant for realizing the (main) electrode is the use of the so-called Carbotex, a fabric offered by the company Sefar, CH-Thal, which has carbon-coated polyamide fibers and makes the ITO coating unnecessary by virtue of its conductivity properties ,
  • metal-free dyes are also possible, in the form of so-called organic dyes, such as AZO dyes, oligoenes, merocyanines or others.
  • a preferred development of the invention provides for providing the electrolyte layer 32 with acrylate resin, polyethylene oxide or polyethylene glycol, so that, in the manner of a procedure in the processing of glass fiber reinforced plastics, the solar cell arrangement of the described, inventive manner integral part from various object and / or construction projects, whereby flexibility in processing with thermal stability and rigidity can be advantageously combined with given transparency.
  • an alternative procedure for realizing the photovoltaic cell according to a second embodiment of the present invention is described as a sequence of the steps required or preferred according to the invention:
  • a tissue for electrode eg PEEK coated with ITO
  • the counter electrode eg Carbotex
  • a tissue for electrode eg PEEK coated with ITO
  • the counter electrode eg Carbotex
  • a tissue for electrode eg PEEK coated with ITO
  • the counter electrode eg Carbotex
  • tissue tape (1 x 4 cm format
  • the electrode fabric is placed on the adhesive surface or the aluminum foil, then folded over the supernatant section of the aluminum foil and pressed.
  • a fabric strip (PET 1000) is cut as intermediate fabric in dimensions of 0.8 x 4 cm.
  • Airbrush gun (model Double Action CI) sprayed (0.4 bar pre-pressure (argon), spray distance to the fabric about 10 cm, twice five spray cycles on one side). Between the spray cycles, the solvent is evaporated on the fabric in the argon stream of the gun.
  • the electrode assembly is light and moisture protected inserted for about 3 hours in this dye solution, then removed, washed with ethanol and about 1 min. dried in a stream of hot air.
  • the electrolyte is concentrated on a hotplate at 100 ° C. until it is barely flowable.
  • the counter electrode - when using a counter electrode from Carbotex (Fa. Sefar) may possibly be dispensed with a further coating - is placed on a glass base, the intermediate fabric (step a) in the heated electrolyte by immersion coated on both sides and placed on the counter electrode. The electrode is immersed 1 mm deep in the electrolyte and then placed on top. By resting the assembly (about 10 minutes), the curing of the electrolyte takes place, followed by a treatment in a stream of hot air (about 1 min.), So that residual solvent can evaporate.
  • the arrangement is at least partially translucent even after coating with non-transparent material; moreover, the realized flexibility allows virtually any fixing and curing on different shaped surfaces.
  • the metal oxide semiconductor layer (such as TiO 2 ) can be correspondingly thinner (and thus more flexible), with the further advantages of reduced delamination and less material consumption.
  • the electrical contacting or derivation is easily possible by means of (woven) or sewn-in threads, and the book structure which can be realized further opens up additional fields of application and application.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Zelle, insbesondere farbstoffsensibilisierte Solarzelle, mit einem leitend ausgebildeten Trägersubstrat (10), welches mit einer Metalloxid-Halbleiterschicht (16) beschichtet ist, einer zum elektronischen Zusammenwirken mit der Metalloxid- Halbleiterschicht ausgebildeten Farbstoff Schicht (18), einer auf der Farbstoff Schicht aufliegenden Elektrolytschicht (32) und einer mit der Elektrolytschicht verbundenen Gegenelektrode (20), wobei das Trägersubstrat und/oder die Gegenelektrode mittels eines aus einer Mehrzahl von Fibern verwobenen, flexiblen Gewebes realisiert ist.

Description

Photovoltaische Zelle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine photovoltaische Zelle nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches, insbesondere eine sog. farbstoffsensibilisierte, nano-strukturierte Solarzelle (DNSC = DYE-SENSITIVED NANO STRUCTURE SOLAR CELL) , wobei sich die Erfindung gleichwohl auch für andere Solarzellentechnologien, etwa organische Solarzellen, eig- net.
Eine gattungsbildende Vorrichtung ist in der Fachwelt allgemein bekannt und wird häufig auch als Grätzel-Zelle bezeichnet, nach dem Erfinder der US 4,927,721, welche we- sentliche strukturelle Merkmale und photovoltaische bzw. chemische Details der vorliegenden, als gattungsbildend vorausgesetzten Technologie offenbart. Kern einer solchen Zelle ist eine auf einer Elektrode vorgesehene Titandioxidschicht, auf welcher eine Farbstoffschicht (= DYE-Schicht) gebildet ist, auf dieser wiederum ist eine Elektrolytschicht sowie eine Gegenelektrode gebildet. Typischerweise werden die außenliegenden Elektroden als dünne, leitfähige Glassubstrate (zum Ermöglichen eines Lichteintritts in die Zelle) realisiert, wobei der Effekt ausgenutzt wird, dass durch einfallendes Licht ein Elektron aus der Farbstoffschicht angeregt und in das Leitungsband des TiÜ2 eintritt, wodurch ein Zustand der Ladungstrennung erreicht wird. Die Ladung im Leitungsband wird dann über eine Last zur Gegenelektrode geleitet, wo ein Redox-Elektrolyt reduziert wird, was wiederum zur Reduktion des (oxidierten) Farbstoffes führt. Die Darstellung der Fig. 4 verdeutlicht diesen prinzipiellen Vorgang in einer zweidimensionalen Anordnung aus Abfolge bzw. Geometrie der einzelnen Schichten in der Horizontalen und dem Energieniveau in der Vertikalen.
Für zahlreiche Anwendungen erweist sich jedoch eine derartige starre Anordnung (bedingt durch die leitenden Glasplatten-Elektroden) als zu starr und entsprechend unflexi- bei, so dass auch Bestrebungen bekannt sind, flexible DNSCs herzustellen. Zum einen war es hierfür notwendig, Niedrigtemperaturverfahren (speziell für das Aufbringen des Metalloxid-Halbleiters) zu schaffen, um polymere Substrate an Stelle der Glasplatten verwenden zu können (typischerweise wird Titandioxid bei hohen Temperaturen aufgebracht, was mit der Verwendung von Kunststoffen inkompatibel ist) . So existieren Bestrebungen, polymer-basierte Substrate einzusetzen, etwa in Form von leitend beschichtetem PET (etwa ITO-PET, also eine leitende Schicht auf PET, hergestellt durch Indium-dotiertes Snθ2) . Die leitenden Schichten bei polymer-basierten Substratfolien beschränken sich auf transparente Materialien, wie z.B. dotierte Metalloxide, leitende Polymere. Lichtundurchlässige Beschichtungen (wie z.B. Metalle) können typischerweise nicht eingesetzt werden. Ein weiteres Problem von hier eingesetzten (leitenden) Polymeren ist deren nach wie vor ungeeignet hoher Flächenwiderstand.
Ein noch weiterer Nachteil derartiger (zunächst lediglich prinzipiell existierender) Überlegungen zum Herstellen flexibler Solarzellen nach dem DNSC-Prinzip ist das mechanische Problem, dass ein Verbiegen zwischen der sog. aktiven Schicht (d.h. dem leitenden Substrat, der darauf gebildeten Titandioxidschicht und der Farbschicht) einerseits und der Gegenelektrode andererseits zu instabilen Verhältnissen führt, bedingt durch das Verschieben bzw. Scheren an der Kontaktfläche .
Schließlich besteht ein wesentliches Problem bei der Konzeption flexibler SECMs in dem Herstellen einer stabilen, belastbaren und gleichwohl flexiblen Verbindung zwischen dem Substrat und dem Metalloxid-Halbleitermaterial: Das typischerweise aufgrund seiner großen wirksamen Oberfläche gewählte Titandioxid (mit einem Oberflächen-Rauheitsmaß zwischen etwa 20 und 200, definiert als das Verhältnis einer wirksamen Oberfläche bezogen auf die projizierte Grundfläche z.B. durch eine nano-partikuläre Struktur) liegt in der inhärenten Sprödigkeit des Materials, mit dem dadurch verbundenen mechanischen Stabilitätsproblem. Insbesondere haftet damit eine derartige Metalloxidschicht nur schlecht auf einem (leitenden) Polymer als Trägersubstrat.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte photoelektrische Zelle, insbesondere Solarzelle des DNSC-Typs, zu schaffen, welche verbesserte mechanische Flexibilität des Endproduktes mit günstigen Herstellungsei- genschaften, vorteilhaften photoelektrischen Eigenschaften und guter Langzeitstabilität kombiniert. Zusätzlich ist eine Zelle zu schaffen, welche potentiell mit geringem Aufwand großserientauglich fertigbar ist und eine hohe Reproduzierbarkeit der photoelektrischen Eigenschaften auch au- ßerhalb der Kleinserien- bzw. Laborumgebung erlaubt.
Die Aufgabe wird durch die photovoltaische Zelle mit den Merkmalen des Hauptanspruches sowie das Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Zelle nach dem unabhängigen Patentanspruch 16 gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise wird, unter prinzipieller Ausnutzung der Wirkungsweise der sog. Grätzel-So- larzelle (etwa gemäß US 4,927,721 oder EP-B-O 525 070), ein Gewebe als Grundlage für das erfindungsgemäße, leitend ausgebildete Trägersubstrat (ergänzend oder alternativ auch zur Realisierung der Gegenelektrode) gewählt, wobei dieses flexible Gewebe zahlreiche überraschende Vorteile zur Lo- sung der oben genannten Aufgabe ermöglicht: Selbst wenn für die Fibern Material verwendet werden sollte, welches selbst nicht transparent ist, ermöglicht die Verwendung eines Gewebes, weiter bevorzugt ein Gewebe mit vorbestimmten Durchbrüchen und/oder Gewebelücken, eine einstell- bzw. vorbe- stimmte und vorteilhafte Transparenz des Trägersubstrates und damit potentiell auch der Gesamtanordnung. Auch bietet bereits ein Gewebe als solches eine potentiell große wirksame Oberfläche an (etwa mittels der einzelnen Mantelflä- chen der im Gewebe verwobenen Fibern) , so dass, mit nachfolgender Beschichtung des (selbst wiederum eine hohe Oberfläche aufweisenden) Metalloxid-Halbleitermaterials, eine wirksame Gesamtfläche als Grundlage für die aufliegende (bevorzugt mono-molekulare) FarbstoffSchicht existiert, womit — zum Realisieren eines bislang unerreicht hohen Wirkungsgrades — Effizienz und Stabilität optimiert werden können. (Die inhärent hohe wirksame Oberfläche des Gewebes gestattet es, in weiterbildungsgemäß vorteilhafter Weise das Metalloxid-Halbleitermaterial lediglich sehr dünn, bevorzugt nano-partikulär und/oder nano-strukturiert, aufzutragen, mit entsprechend positiven Auswirkungen auf den Wirkungsgrad -- niedrigerer Dunkelstrom durch kürzeren Abstand zur leitenden Schicht des Substrats für das Elektron -- und verbesserter mechanischer Stabilität durch geringere Sprödigkeit der dünnen Beschichtung) . Auch ermöglicht diese Konfiguration den wirksamen Einsatz eines wesentlich größeren Spektrums an geeigneten Farbstoffen (insbesondere von solchen mit niedrigeren Extinktionskoeffizienten) .
Dabei erlaubt das erfindungsgemäß herangezogene Gewebe zahlreiche mögliche Konfigurationen, um diese vorteilhaften Wirkungen zu erzielen. Einerseits ist es bevorzugt, das Gewebe aus nicht oder lediglich schwach elektrisch leitenden Fibern zu realisieren, welche dann -- vor oder nach dem Verweben -- geeignet leitend beschichtet werden, wobei es weiterbildungsgemäß günstig ist, Carbon- oder (leitende) Polymerfasern zu verwenden. Andererseits können geeignete Kupfer-, Titan- oder Aluminiumfasern beispielhaft für lei- tende Fibern eingesetzt werden.
Eine weiterbildungsgemäß auf das Gewebe zum Realisieren des Trägersubstrates (vor allem bei nicht/schwach leitenden Fibern) aufgebrachte leitende Schicht kann selbst wiederum ein (z.B. geeignet dotiertes) Metalloxid, ein Metall oder ein leitendes Polymer sein. Besonders geeignet ist es auch, das Gewebe selbst zu benutzen, um die zum Zu- bzw. Ableiten der Ladungen zu entsprechenden Anschlusselektroden der Solarzelle benötigten Leitungen zu führen; gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung geschieht dies dadurch, dass diese Zuleitungen in Form metallischer Drähte (die traditionell etwa auf den leitenden Glasplatten bekannter Solarzellen aufwändig gebildet werden müssen) im Rahmen der erfindungsgemäßen Weiterbildung während der Herstellung des Gewebes mit den an- deren Fibern eingewoben werden. Auf diese Weise ist, neben günstigen mechanischen Flexibilitäts- und Verbindungseigenschaften, auch eine günstige elektrische Kontaktgebung sichergestellt (wiederum mit positiven Auswirkungen auf den Wirkungsgrad durch Verminderung ohm1 scher Übergangswider- stände) .
Wie bereits beschrieben, wird im Rahmen bevorzugter Realisierungsformen der Erfindung als Metalloxid-Halbleitermaterial bevorzugt nanostrukturiert ausgebildetes TiO2 oder ZnO (exemplarisch) verwendet, da hier die oben beschriebene Optimierung zwischen mechanischer Stabilität und Elastizität mit gewünschter wirksamer Oberfläche erreicht werden kann. Prozesstechnisch im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung wird zudem dieses Material, in geeignetem Lö- sungsmittel dispergiert, durch Tränken auf das Gewebe gebracht und nach einem Trocknen (Verflüchtigen des Lösungsmittels) verpresst. Weitere geeignete Verfahren, die eine günstige Verbindung mit dem Gewebe herstellen, ohne dieses nachteilig zu beeinträchtigen, sind etwa das Sintern, das sog. Sol-Gel-Verfahren oder Sputtern.
Auf den so vorliegenden Verbund aus (leitendem) gewebebasiertem Gewebesubstrat mit Metalloxid-Halbleiterschicht wird dann im Rahmen der Erfindung eine dünne Farbstoff- Schicht, weiterbildungsgemäß mono-molekular, also lediglich mit der Schichtdicke eines Farbstoffmoleküls, aufgebracht, wiederum durch eine geeignete Lösung. Es eignen sich im Rahmen der Erfindung sowohl Ru-basierte Metallkomplexe, als auch organische Farbstoffe, wobei im Rahmen der Auswahl der FarbstoffSchicht erfindungsgemäß dafür gesorgt wird, dass die Energieniveaus des Farbstoffs, des Halbleiters und des Elektrolyten aufeinander abgestimmt sind, um die gewünsch- ten photochemischen und -elektrischen Prozesse optimiert ablaufen zu lassen.
Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (best mode) sieht vor, dass die erfindungsgemäße Elektrolytschicht (etwa durch Einsatz eines Acrylatharzes oder eines anderen, verform- und härtbaren Polymers) in einem flüssigen bzw. Fließzustand das Verformen der erfindungsgemäßen Zellen in eine nahezu beliebige, gewünschte Form (insbesondere auch zur Anpassung an eine vorgesehene Einsatzumgebung, z. B. im Bau- bzw. Gebäudebereich) ermöglicht, woraufhin dann dieses Material aushärtbar ist und damit die Formgebung in ihrer Gestaltung dauerhaft fixiert. Zu diesem Zweck weist die Elektrolytschicht geeignet ein Lösungsmittel, ein Redoxpaar sowie gegebenenfalls Additive auf, welche, in der Art etwa der Bauweise mit glasfaserverstärkten Kunststoffen, mechanisch sehr stabile Einheiten ermöglichen können, gleichzeitig die photochemisch- bzw. photoelektrischen Eigenschafen einer DNSC-Solarzelle realisieren. Im Rahmen geeigneter Weiterbildungen der Erfindung ist es dabei insbesondere auch vorgesehen, neben einer geeigneten Aushärtbarkeit des mit entsprechenden Eigenschaften versehenen Elektrolyten (neben thermisch härtendem Harz kommt hier insbesondere auch unter UV härtendes Harz in Betracht) , ein derartiges Aushärten bzw. dauerhaftes Verfor- men dadurch zu gewährleisten, dass Harze außerhalb des Elektrolyten (die also nicht in Verbindung mit dem Elektroyten stehen) eine solche Funktionalität erhalten, etwa durch eine zusätzliche äußere Harzschicht, die durch geeignete Formulierung dann in dieser weiterbildungsgemäßen Weise durch Aushärten in ihre dauerhafte Form gebracht wird und, davon unabhängig, das Elektrolytmaterial gewählt sein kann. Im Rahmen einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist es prozesstechnisch bevorzugt, eine oder mehrere der Schichten auch mittels eines Siebdruckverfahrens aufzubringen.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Zellen an ihren Flachseiten aufeinander zu stapeln, um insoweit eine sehr kompakte, effiziente Mehrzellenstruktur zu schaffen, etwa in der Art eines Buches mit aufeinanderlie- genden Seiten.
Besonders geeignet ist für diese Realisierungsform dann ein seitlicher Lichteintrag (d.h. Lichteintrag in der Ebene des Gewebes) , weiter bevorzugt ermöglicht etwa durch die Verwendung von lichtleitenden Fasern als Fibern für das Gewebe oder Folien bzw. dünne Glasschichten, durch welche dann entsprechend end- bzw. stirnseitig Licht eingetragen und — nach geeigneter Modifikation der Fasern bzw. Lichtleiter -- mantelseitig in die weiteren, photoelektrisch aktiven Schichten der Zellenanordnung austreten kann (gemäß der vorliegenden Erfindung würde ansonsten eine übliche Richtung des Lichteintrages von der Seite des leitenden Trägersubstrates erfolgen, welches, besonders geeignet durch das erfindungsgemäß eingesetzte Gewebe, geeignet transparent ist) . Als Vorteil einer solchen (einer Buchform entsprechenden) Ausführungsvariante der Erfindung bleibt festzuhalten, dass die verwendeten Substrate nicht transparent sein müssen. Zusätzlich ist die Verkapselung optimierbar, da, prinzipiell, die lichteintragende Schicht eine beliebige Dicke aufweisen kann, und es ist auch eine geeignete Einstellung bzw. Steuerung der Lichteintrittswellenlänge möglich. Im Ergebnis wird durch die vorliegende Erfindung in überraschend eleganter und herstellungstechnisch günstiger Weise ein Weg aufgezeigt, wie flexible Solarzellen mit günstigen Wirkungsgrad- bzw. Effizienzeigenschaften und hervorragender mechanischer Stabilität hergestellt werden können, so dass zu erwarten ist, dass zahlreiche neue Einsatzfelder für die Photovoltaik erschlossen werden können.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in
Fig. 1: eine schematische, explosionsartig geschnittene Seitenansicht der Schichtstruktur der photovoltaischen Zelle gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er- findung;
Fig. 2: ein Schaubild der Molekularstruktur des für die Farbstoffschicht im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendeten Farbstoffes (N719) ;
Fig. 3: ein Strom-/Spannungsdiagramm zum Verdeutlichen der elektrischen Eigenschaften der photovoltaischen Zelle analog Fig. 1 und
Fig. 4: ein Prinzipschaubild mit einer Energieniveau- und Schichtdarstellung zur Verdeutlichung der prinzipiellen Funktionsweise einer DNSC.
Im Weiteren wird anhand der Fig. 1 bis 3 der Aufbau sowie die Herstellung der photovoltaischen Zelle gemäß einer ersten, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Da es zum Erreichen der gewünschten Eigenschaften auch auf Fertigungsaspekte ankommt, wird in der folgenden Beschreibung jede wirksame Schicht gemäß Fig. 1 in Verbindung mit zugehörigen, besonders geeigneten Herstellungsschritten beschrieben und verknüpft.
So weist bei dem Ausführungsbeispiel der photovoltaischen Zelle in Fig. 1 ein leitend ausgebildetes Trägersubstrat 10 eine unterliegende Gewebeschicht 12 als PEEK-Gewebe auf, welche mit Indium-dotiertem SnO2 (= ITO) als leitende Schicht 14 in ansonsten bekannter Weise beschichtet ist. Auf diese Schichten 12, 14 ist eine Metalloxid-Halbleiterschicht aus TiO2 einer Dicke von 1 bis 20 μm aufgebracht, wobei zu diesem Zweck eine 5 Gew.-% Tiθ2~Lösung in Ethanol auf das mit ITO-modifizierte Gewebe gesprüht wurde und nach dem Trocknen bzw. Verdunsten des Lösungsmittels die Be- schichtung mit einem Druck von etwa 15000 min/cm2 über eine Dauer von 10 sec. bis 10 min. beaufschlagt wurde. Alternative Wege zum Aufbringen der Halbleiterschicht sind das (Plasma-) Sputtern, Korona+Aerosol sowie der Siebdruck.
Die TiO2-Schicht 16 wird dann mit einer lichtabsorbierenden Farbstoffschicht 18 als mono-molekulare Schicht versehen. Im vorliegenden Fall wurde als Farbstoff N719 (Firma Solaronix, CH-Arbonne) , ein Ruthinium-Metall-Komplex der Struk- turformel gemäß Fig. 2, verwendet, wobei der Auftrag auf das mit Metalloxid-Halbleitermaterial beschichtete Substrat dadurch erfolgt, dass das PEEK-TiO2-Substrat in eine 3 mMol-Farbstofflösung für vier Stunden eingebracht wurde.
Der so aufgebauten, photoelektrisch (und -chemisch) aktiven Schicht 14, 16, 18 gegenüberliegend, ist eine Gegenelektrode 20 vorgesehen, welche wiederum ein leitendes PEEK/ITO-Substrat 22, 24 (ca. 100 nm) aufweist, welches auf der Leiterseite mit einer Platinschicht üblicher Dicke be- schichtet ist. Konkret wurde die Platinierung durch Einbringen der Gegenelektrode 20 in eine 0,5 nM-Lösung aus H2PtCIo in 2-Propanol für einige Sekunden durchgeführt. Nach dem Entfernen der Gegenelektrode aus der Lösung wurde dieses getrocknet und 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 2000C erwärmt.
Sowohl die Gegenelektrode 20 als auch das photoelektrisch aktive Substrat 10 weisen jeweils eine elektrische Zu- bzw. Ableitung in Form einer elektrischen Kontaktelektrode 28 bzw. 30 auf, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel durch Silberlack realisiert ist, aber auch auf geeignete andere Wege, insbesondere auch durch Einweben geeigneter leitender Fasern in die Gewebe 12, 22, realisiert sein kann. Diese Zuleitungen 28, 30 dienen dann der externen Kontaktierung der Solarzelle in Fig. 1.
Zur Realisierung einer zwischen den jeweiligen beschichte- ten Elektroden vorzusehenden Elektrolytschicht 32 (die Fig. 1 zeigt in schematischer Form eine auseinandergezogene Explosionsdarstellung) ist ein Elektrolyt des Typs PEG20000 (Firma Aldrich) in Verbindung mit LiI (0,1 M) und I2 (0,01 M) eingesetzt worden. Da PEG20000 bei Zimmertemperatur fest ist, war ein Aufschmelzen zum Mischen mit den aktiven Re- dox-Komponenten erforderlich.
Zum Verbinden der beschichteten Gegenelektrode 20 mit der photoelektrisch beschichteten Substratelektrode 10 wurde das Elektrolyt in flüssiger Form auf die aktive Schicht der Elektrode 10 (d.h. die Farbstofffläche 18) aufgetragen, und die Gegenelektrode wurde bei noch flüssigem Elektrolyt aufgesetzt. Nach Abkühlen und Aushärten des Elektrolyts entstand so eine Klebeverbindung der gesamten Schichtanord- nung, wobei Sorge getragen wurde, dass die Kontaktelektroden 28, 30 nicht in Kontakt mit dem Elektrolyten traten und kein Kurzschluss zwischen den beiden Elektroden entsteht.
Das Strom-/Spannungsdiagramm in Fig. 3 zeigt zwischen der LeerlaufSpannung und dem Kurzschlussstrom das elektrische Verhalten der so hergestellten photovoltaischen Zelle bei Umgebungslicht und Raumtemperatur.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das gezeigte Aus- führungsbeispiel oder die beschriebenen Prozessschritte beschränkt. So kann beispielsweise das Substrat auch aus leitendem Material (AI-Fibern oder ggf. selbst beschichteten Carbonfibern) bestehen, wobei bei hinreichend elektrischen Leitungseigenschaften dann die Leiterschicht 14 entfallen kann. Diese wiederum kann zum Erreichen der gewünschten Leitfähigkeitseigenschaften selbst ein dotiertes Metalloxid aufweisen, wie im Ausführungsbeispiel beschrieben, alternativ ein Metall (z.B. Ti oder Al) oder ein leitendes Polymer (z.B. PDOT). Eine weitere Variante zur Realisierung der (Haupt-) Elektrode ist die Verwendung des sog. Carbotex, ein von der Firma Sefar, CH-Thal, angebotenes Gewebe, welches Carbon-beschichtete Polyamidfasern aufweist und durch seine Leitfähigkeitseigenschaften die ITO-Beschich- tung unnötig macht.
Auch ist das Aufbringen des Metalloxid-Halbleiters (anstelle von TiO2 ist z.B. auch ZnO verwendbar) durch Sintern eines entsprechenden Pulvers möglich, durch den sog. SoI- Gel-Prozess oder durch Sputtern.
Während als FarbstoffSchicht ein Ru-basierter Metallkomplex verwendet wurde, sind auch metallfreie Farbstoffe möglich, in Form sog. organischer Farbstoffe, etwa AZO-Farbstoffe, Oligoene, Merocyanine oder andere.
Während die Gegenelektrode 20 in Fig. 1 eine Platinierung 26 aufwies, kann alternativ mit vergleichsweise guten kata- lytischen Eigenschaften auch ein Snθ2~Nano-Pulver od.dgl. aufgetragen werden.
Auch ist zu berücksichtigen, dass die obige Beschreibung lediglich exemplarisch zu verstehen ist und zur Realisie- rung der jeweiligen Funktionalität der Einzelschichten auch andere geeignete Prozessschritte und/oder Materialien möglich sind.
Insbesondere sieht eine bevorzugte Weiterbildung der Erfin- düng vor, die Elektrolytschicht 32 mit Acrylatharz, PoIy- ethylenoxid oder Polyethylenglycol zu versehen, so dass, in der Art einer Vorgehensweise bei der Verarbeitung glasfaserverstärkter Kunststoffe, die Solarzellenanordnung der beschriebenen, erfindungsgemäßen Weise integraler Bestand- teil von verschiedenen Objekt- und/oder Bauprojekten werden kann, wobei Flexibilität bei der Verarbeitung mit thermischer Stabilität und Starrheit bei gleichzeitig gegebener Transparenz vorteilhaft kombiniert werden können. Im weiteren wird noch eine alternative Vorgehensweise zur Realisierung der photovoltarischen Zelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Abfolge der erforderlichen bzw. erfindungsgemäß bevorzugten Schritte beschrieben:
a) Ein Gewebe für Elektrode (z.B. PEEK mit ITO beschichtet) sowie für die Gegenelektrode (z.B. Carbotex) wird zum Herstellen des Solarzellenmusters jeweils auf ein Format 1,5 x 4 cm geschnitten und mit jeweils streifenförmig vorliegender Alufolie sowie Gewebe-Klebeband kontaktiert, wobei ein Streifen handelsüblicher Aluminiumfolie eines Formats 0,8 x 6 cm so mittig auf der Klebe- fläche eines Streifens Gewebe-Klebeband (Format 1 x 4 cm) aufgebracht wird, dass die Alufolie auf einer Längsseite 2 cm übersteht. Das Elektrodengewebe wird auf die Klebefläche bzw. die Alufolie aufgelegt, dann der überstehende Abschnitt der Aluminiumfolie umgelegt und angedrückt. Ferner wird ein Gewebestreifen (PET 1000) als Zwischengewebe in Abmessungen 0,8 x 4 cm zugeschnitten.
b) Unter Argonatmosphäre wird dann eine IM TTIP/Ethanol- Lösung bereitet und die Elektrode mittels einer EBFE-
Airbrushpistole (Modell Double Action CI) besprüht (0,4 bar Vordruck (Argon), Sprühabstand zum Gewebe ca. 10 cm, zweimal fünf Sprühzyklen einseitig) . Zwischen den Sprühzyklen wird jeweils das Lösungsmittel auf dem Ge- webe im Argonstrom der Pistole verdampft.
c) Behandeln der Anordnung im Miniclave, 10 ml bidestilliertes Wasser; Wärmebehandlung 1000C über 12 Stunden, danach Abkühlen auf Raumtemperatur. Die Elekt- rode wird beidseitig mit Ethanol gewaschen und das Gewebe ca. 1 min. im Warmluftstrom getrocknet. d) Es wird eine 3mmol Farbstofflösung (N719/Ethanol absolut 100 %) bereitet; der gesamte Farbstoff ist zu lösen (z.B. mittels Ultraschallbad).
Die Elektrodenanordnung wird ca. 3 Stunden in diese Farbstofflösung licht- und feuchtigkeitsgeschützt eingelegt, anschließend entnommen, mit Ethanol gewaschen und ca. 1 min. im Warmluftstrom getrocknet.
e) Es wird der Elektrolyt wie folgt bereitet: 20ml Aceto- nitril (ACN, pure grade) mit 0,0160 g TiO2 (ca. 10 % zu Polyethylenoxid, Degussa P25) , 1,3384 g LiI (0,5 M, purity 99,9 %, Firma Aldrich) , 0,2538 g 12 (0,05 M, pu- rity > = 99,5 %, Firma Fluka) . 0,16 g Polyethylenoxid (Mw = 2000000, Firma Fluka) werden über einen Zeitraum von 1 min. zugeführt. Diese Elektrolytmischung wird bei Raumtemperatur 12 Stunden gerührt.
f) Zur Montage der Solarzelle wird der Elektrolyt auf ei- ner Heizplatte bei 1000C eingeengt, bis er gerade noch gut fließfähig ist. Die Gegenelektrode - bei Benutzung einer Gegenelektrode aus Carbotex (Fa. Sefar) kann ggf. auf eine weitere Beschichtung verzichtet werden - wird auf eine Glasunterlage gelegt, das Zwischengewebe (Schritt a) im erwärmten Elektrolyt durch Eintauchen beidseitig beschichtet und auf die Gegenelektrode gelegt. Die Elektrode wird 1 mm tief in den Elektrolyten getaucht und anschließend aufgelegt. Durch Ruhenlassen der Anordnung (ca. 10 min.) erfolgt das Härten des Elektrolyten, anschließend erfolgt eine Behandlung im Warmluftstrom (ca. 1 min.), damit restliches Lösungsmittel verdampfen kann. Zur Versiegelung kann beidseitig Klarlack oder ein transparentes Harz aufgetragen werden, womit sich wiederum mechanische Eigenschaften einstellen lassen, z.B. Schutz gegen Witterungseinflüsse und/oder dauerhafte Formfixierung. Kommentar: Carbotex kann unbehandelt als Gegenelektrode benutzt werden. Ansonsten kann man der Methode 1 analoge Verfahren anwenden.
Im Ergebnis lassen sich mit der vorliegenden, gewebebasierten Technologie zahlreiche Vorteile realisieren. Durch die Struktur ist die Anordnung auch nach einer Beschichtung mit nicht-transparentem Material zumindest teilweise lichtdurchlässig, darüber hinaus ermöglicht die realisierte FIe- xibilität eine nahezu beliebige Fixierung und Aushärtung auf verschiedenen geformten Flächen.
Gegenüber Folien wird eine wesentliche größere wirksame Oberfläche realisiert, und nicht zuletzt aufgrund der grö- ßeren Flächen kann die Metalloxid-Halbleiterschicht (etwa TiO2) entsprechend dünner (und damit flexibler) sein, mit den weiteren Vorteilen verringerter Delaminierung und geringerem Materialverbrauch. Somit ist die elektrische Kon- taktierung bzw. Ableitung einfach mittels (ein-) gewobener oder genähter Fäden möglich, und die weiterbildungsgemäß realisierbare Buchstruktur eröffnet zusätzliche Einsatz- und Applikationsgebiete.

Claims

Pa-teiltansprüche
1. Photovoltaische Zelle, insbesondere farbstoffsensibili- sierte Solarzelle, mit einem leitend ausgebildeten Trägersubstrat (10), welches mit einer Metalloxid-Halbleiterschicht (16) beschichtet ist, einer zum elektronischen Zusammenwirken mit der Metall- oxid-Halbleiterschicht ausgebildeten FarbstoffSchicht (18), einer auf der Farbstoffschicht aufliegenden Elektrolytschicht (32) und einer mit der Elektrolytschicht verbundenen Gegenelekt- rode (20), dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat und/oder die Gegenelektrode mittels eines aus einer Mehrzahl von Fibern verwobenen, flexiblen Gewebes realisiert ist.
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fibern aus einem elektrisch leitenden Material bestehen oder eine elektrisch leitende Beschichtung auf einem nicht oder schwach elektrisch leitenden Kern, insbeson- dere aus einem Polymer, Glas, Keramik oder Komposit- Werkstoff, aufweisen.
3. Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fibern aus der Gruppe ausgewählt sind, welche Carbonfibern, Fibern aus leitenden Polymeren, Metallfibern, insbesondere AI-Fibern oder Kombinationen von diesen aufweist.
4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Gewebe (12, 22) mit einer leitenden
Schicht (14, 24) zum Realisieren des leitend ausgebildeten Trägersubstrats beschichtet ist.
5. Zelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die leitende Schicht ein dotiertes Metalloxid, ein Metall und/oder ein elektrisch leitendes Polymer aufweist.
6. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe mindestens eine eingewobene, elektrisch leitende Faser zur Zu- bzw. Ableitung des von der photovoltaischen Zelle erzeugten Stroms zu einer Anschlusselektrode aufweist.
7. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe eine Mehrzahl von vorbestimmten Gewebelücken und/oder Durchbrüchen zum Realisieren einer partiellen Transparenz des Trägersubstrats auf- weist, wobei bevorzugt eine Breite einer Gewebelücke zwischen 50 um und 500 μm liegt.
8. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Halbleiterschicht ein be- vorzugt nanostrukturiert ausgebildetes und/oder aufgebrachtes TiO2 und/oder ZnO und/oder BaTiθ3 aufweist.
9. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Halbleiterschicht durch Ein- und/oder Aufpressen einer Lösung des Metall-Halbleitermaterials in das Gewebe, durch Sintern, durch einen Sol-Gel-Prozess, durch Korona-Aerosol, durch Siebdruck oder durch Plasmasputtern aufgebracht ist.
10. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die FarbstoffSchicht eine Dicke im Molekularbereich aufweist, insbesondere mono-partikulär und/oder nano-strukturiert, aufgetragen ist.
11. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbstoff der FarbstoffSchicht einen bevorzugt Ru-basierten Metallkomplex und/oder einen organischen Farbstoff, insbesondere einen Farbstoff auswählt aus der Gruppe bestehend aus Azo-Farbstoffen, Oligoenen, Merocyaninen oder Mischungen von diesen.
12. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolytschicht (32) ein verformbares und verfestigbares Material, insbesondere ein Acrylatharz, aufweist, wobei das Material so ausgebildet ist, dass dieses zum Ausformen in eine vorbestimmte Formgebung verformbar und nachfolgend in dieser Formgebung durch Aushärten verfestigbar ist, und/oder das verformbare und verfestigbare Material an oder in der photovoltaischen Zelle außerhalb der Elektrolytschicht vorgesehen ist.
13. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die so ausgebildet ist, dass sie durch Aufeinanderschichten einer Mehrzahl von Zellen als Mehrfachschichtung herstellbar ist, wobei eine bevorzugte Richtung des Lichteinfalls auf die Zelle senkrecht zur Richtung der Mehr- fachschichtung vorgesehen ist.
14. Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrschichtanordnung in ihrer jeweiligen Farbstoff- Schicht verschiedene Farbstoffe, bevorzugt mit ver- schiedenen Absorptionsspektren, aufweist.
15. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe lichtleitende Fasern als Fibern aufweist, die so ausgebildet sind, dass in die Fasern stirnseitig Licht eintragbar ist.
16. Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Zelle, insbesondere Verfahren zum Herstellen der Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Schritte
- Beschichten eines leitend ausgebildeten Gewebes mit einer Metalloxid-Halbleiterschicht; - Aufbringen einer zum elektronischen Zusammenwirken mit der Metalloxid-Halbleiterschicht ausgebildeten Färbstoffschicht;
- Aufbringen einer Elektrolytschicht auf die Farbstoffschicht und
- Aufbringen einer Gegenelektrode auf die Elektrolytschicht .
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalloxid-Halbleiterschicht in emulgierter
Form, durch Plasmasputtern, durch ein Sol-Gel-Verfahren und/oder durch Auf- und/oder Einpressen auf bzw. in das
Gewebe gebracht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Farbstoff der Farbstoffschicht in gelöster Form und mit einer Auftragsdicke im molekularen Bereich, insbesondere mono-molekular, auf die Metalloxid-Halbleiterschicht aufgebracht wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen der Elektrolytschicht im fließfähigen Zustand auf die Gegenelektrode sowie die den Verbund aus Gewebe, Metalloxid-Halblei- terschicht und Farbstoffschicht erfolgt und nachfolgend verfestigt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfestigen durch ein Verfestigen der Elektro- lytschicht und/oder eines zusätzlich verwendeten Polymers, bevorzugt außerhalb der Elektrolytschicht, nach einem Verformen der Gesamtanordnung in eine vorbestimmte Formgebung erfolgt.
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