EP4272258A1 - Photovoltaisches element mit mindestens einer photovoltaischen zelle und mindestens einer gefalteten sammelschiene - Google Patents

Photovoltaisches element mit mindestens einer photovoltaischen zelle und mindestens einer gefalteten sammelschiene

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Publication number
EP4272258A1
EP4272258A1 EP21847517.6A EP21847517A EP4272258A1 EP 4272258 A1 EP4272258 A1 EP 4272258A1 EP 21847517 A EP21847517 A EP 21847517A EP 4272258 A1 EP4272258 A1 EP 4272258A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photovoltaic
folded
busbar
electrode
layer system
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.)
Pending
Application number
EP21847517.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Meissner
Susanne Müller
Assaad ZAWIT
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.)
Heliatek GmbH
Original Assignee
Heliatek GmbH
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 Heliatek GmbH filed Critical Heliatek GmbH
Publication of EP4272258A1 publication Critical patent/EP4272258A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • H01L31/0508—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module the interconnection means having a particular shape
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022433—Particular geometry of the grid contacts

Definitions

  • Photovoltaic element having at least one photovoltaic cell and at least one folded busbar
  • the invention relates to a photovoltaic element with at least one photovoltaic cell and at least one folded busbar which is electrically conductively contacted at the front electrode and/or the rear electrode, the at least one folded busbar being designed as a U-shaped profile.
  • Optoelectronics consists of the fields of optics and semiconductor electronics. In particular, it includes systems and processes that enable the conversion of electronically generated energies into light emissions or convert light emissions into energy.
  • Optoelectronic components in particular organic photovoltaic elements (OPVs) and organic light-emitting diodes (organic light-emitting diodes, OLED), generate electrical energy or convert electrical energy into light emissions, which must be led out of or into the photovoltaic element for use in the further course.
  • OLED organic light-emitting diodes
  • busbars also known as busbars, are used, which have to meet the requirements of a flexible photovoltaic element.
  • Busbars represent a point in an optoelectronic component at which the converted energy is bundled and forwarded in the form of electrical currents.
  • busbars are known which are attached to the front or to the rear of the photovoltaic elements.
  • the dimensions of the cross-section of a busbar depend on the amperage to be transmitted.
  • the busbars must be particularly flat.
  • Photovoltaic elements are usually provided with a barrier layer or encapsulated to protect against external influences, in particular to protect them mechanically and against environmental influences, for example moisture or oxygen.
  • the busbars are located under the barrier layer. In order to lead out electrical energy generated by photovoltaic elements through the barrier layer, the busbars located within the barrier layer must be electrically conductively contacted through the barrier layer.
  • the current dissipation of photovoltaic elements can be done by means of two busbars that are attached to the edge of a back electrode.
  • the electrical current is led out of the photovoltaic element by means of an electrically conductive contact, and is passed on to a junction box.
  • the electrically conductive contact leads from the busbars to the junction box through openings in a protective layer of the photovoltaic element.
  • the openings in the protective layer are susceptible to moisture and atmospheric oxygen penetrating the photovoltaic element, in particular to the busbars, the electrodes and the layer system, and thereby lead to degradation and a reduction in the service life of the photovoltaic element.
  • a disadvantage of the prior art is that local contacting of the busbars shortens the service life of the contacting, and mechanical stress or temperature fluctuations more easily leads to breakage of the contacting. Furthermore, the busbars are arranged horizontally on the layer system, with no protection of the layer system on the sides, i.e. vertically on the layer system, from external Influences, in particular moisture and / or oxygen, is guaranteed.
  • the invention is therefore based on the object of providing a photovoltaic element with at least one photovoltaic cell and with at least one busbar, the disadvantages mentioned not occurring, and in particular providing electrically conductive contacting with improved protection of the layer system of the photovoltaic element from external influences becomes .
  • a photovoltaic element with at least one photovoltaic cell with a layer system with a front electrode, a rear electrode and at least one photoactive layer, the at least one photoactive layer being arranged between the front electrode and the rear electrode, and at least one folded busbar , which is electrically conductively contacted at the front electrode and/or the rear electrode.
  • the at least one folded busbar is designed as a U-shaped profile, with edges of one side of the at least one photovoltaic cell being arranged on an inside of the U-shaped profile of the at least one folded busbar, so that the U-shaped profile covers the edges of one side which encloses at least one photovoltaic cell.
  • the at least one busbar can therefore preferably be connected to the layer system or a barrier layer arranged thereon can be arranged such that one side of the at least one photovoltaic cell in the vertical extension of the layer system and the edges of the side are enclosed by the folded busbar.
  • the inner area of the U-shaped profile is arranged in the entire longitudinal direction of one side of the vertical extension of the layer system.
  • the photovoltaic element can have a CIS, CIGS, GaAs or Si cell, a Perovs kit cell or organic cells, ie an organic photovoltaic element (OPV), a so-called organic solar cell.
  • An organic photovoltaic element is understood to mean in particular a photovoltaic element with at least one organic photoactive layer, in particular a polymeric organic photovoltaic element or an organic photovoltaic element based on small molecules. While polymers are characterized by the fact that they cannot be vaporized and can therefore only be applied from solutions, small molecules are usually vaporizable and can either be applied as a solution like polymers, but also by means of evaporation technology, in particular by evaporation from a vacuum. More preferably, the photovoltaic element is a flexible organic small molecule photovoltaic element.
  • the photoactive layer of the layer system comprises small molecules which can be evaporated in a vacuum. In a preferred embodiment, at least the photoactive layer of the layer system is vapor-deposited in a vacuum.
  • Small molecules are understood to mean, in particular, non-polymeric organic molecules with monodisperse molar masses between 100 and 2000 g/mol, which are present in the solid phase under normal pressure (air pressure of the atmosphere surrounding us) and at room temperature.
  • the small molecules are photoactive, photoactive meaning that the molecules change their charge state and/or their polarization state when exposed to light.
  • the at least one photovoltaic cell is a single, tandem or multiple cell. Tandem and multiple cells consist of at least two cells which are arranged one above the other between the electrodes, with each cell having at least one photoactive layer.
  • the photovoltaic element is preferably made up of several photovoltaic cells.
  • the plurality of photovoltaic cells can be arranged and/or interconnected in different ways in the photovoltaic element; in particular, the photovoltaic cells are interconnected in series and/or in parallel.
  • a front side of a photovoltaic element correspondingly also a front protective layer, a front barrier layer, a front electrode and a front leg, is understood to mean a side of the photovoltaic element intended to face sunlight.
  • a rear side of a photovoltaic element correspondingly also a rear protective layer, a rear barrier layer, a rear electrode and a rear leg, is understood to mean a side of the photovoltaic element that is intended to face away from sunlight.
  • the photovoltaic element is a flexible photovoltaic element.
  • a flexible photovoltaic element is understood to mean, in particular, a photovoltaic element that can be bent and/or stretched in a specific area.
  • the photovoltaic element is provided with a protective layer and/or encapsulated with a protective layer in order to minimize degradation due to external influences, in particular moisture and atmospheric oxygen.
  • a protective layer there is in particular a layer to prevent the permeability of external influences, in particular atmospheric oxygen and/or moisture, and/or a layer to increase the mechanical resistance, in particular scratch resistance, and/or a filter layer, preferably a layer with a UV Filters, got it.
  • a side of the at least one photovoltaic cell that is not protected by a folded busbar is protected by a barrier layer, preferably an overlapping barrier layer with a specific diffusion length.
  • the U-shaped profile of the at least one folded busbar is formed from a side element with a front leg arranged horizontally to the layer system on one side of the side element and a rear leg arranged horizontally to the layer system on an opposite side of the side element is, the two legs running at a distance from one another horizontally in the same direction, with a connection area of the front leg and/or the rear leg preferably being angled or curved relative to the side element, and/or the side element being vertical to the layer system, i.e in the vertical extension of the layer system, planar or curved.
  • a busbar a so-called busbar, is understood in particular to mean an arrangement which is electrically conductively connected for electrical contacting as a central distributor of electrical energy to incoming and outgoing lines, preferably with at least one electrode and/or at least one counter-electrode.
  • the busbar is designed in particular as a planar strip, strip, plate or as a metal layer.
  • the folded busbar has a layer thickness of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m to , preferably from 100 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably from 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, preferably from 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably from 10 ⁇ m to 50 ⁇ m, or preferably from 20 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the layer system is laser-structured so that the rear electrode and/or the front electrode can be electrically conductively contacted with the first busbar and the second busbar from a side of the photovoltaic element intended to be remote from the sun.
  • This enables in particular the electrically conductive contacting of different potentials on one level of the photovoltaic element, in particular on a level horizontal to the extension of the layer system via the first busbar and the second busbar.
  • two potentials can be tapped off in particular in one plane, in particular a potential of the front electrode and a potential of the rear electrode.
  • Different potentials of the at least one photovoltaic cell are preferably separated from one another during the laser structuring.
  • either the front leg or the back leg of the first folded busbar grabs the potential of the front electrode, preferably the front electrode, and/or the potential of the back electrode, preferably the back electrode, and the front leg or the back leg of the second folded busbar from the potential of the other electrode electrically conductive.
  • the photovoltaic element according to the invention with at least one photovoltaic cell and at least one folded busbar has advantages compared to the prior art.
  • a barrier against atmospheric oxygen and moisture is advantageously formed on one side of the photovoltaic element with a folded busbar, in particular in the vertical extension of the layer system.
  • Advantageously will improves the diffusion tightness on the sides vertical to the layer system.
  • less photoactive area of the photovoltaic element is covered, with improved efficiency of the photovoltaic element being obtained.
  • the photovoltaic elements advantageously have a constant current-carrying capacity.
  • the stability of the busbar is advantageously increased, with the waviness of the busbar being reduced in particular.
  • the proportion of the inactive photoactive surface is reduced and the efficiency of the photovoltaic element is thus increased.
  • on one side with a folded busbar there is no need for barriers projecting beyond the at least one photovoltaic cell, ie wide lateral diffusion zones, since edges of the photovoltaic element are surrounded by the folded busbar.
  • lateral diffusion areas of the photovoltaic element are protected by means of the folded busbar.
  • the barrier layer in particular the front barrier layer and/or the rear barrier layer, has a layer thickness of from 10 ⁇ m to 400 ⁇ m, preferably from 100 ⁇ m to 400 ⁇ m, preferably from 10 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably from 10 ⁇ m to 50 pm, or preferably from 20 pm to 40 pm.
  • the photovoltaic element has at least one barrier layer, preferably a front barrier layer on a front side of the photovoltaic element and a rear barrier layer on a rear side of the photovoltaic element, preferably an encapsulation, the rear barrier layer on the intended side facing away from the sun photovoltaic element and the front barrier layer arranged on the intended sun-facing side of the photovoltaic element wherein the barrier layer is a UV barrier layer, an anti-reflection layer, a layer against moisture and/or oxygen, and/or a mechanical barrier layer, wherein preferably the at least one folded busbar is arranged under the at least one barrier layer.
  • the barrier layer is a UV barrier layer, an anti-reflection layer, a layer against moisture and/or oxygen, and/or a mechanical barrier layer, wherein preferably the at least one folded busbar is arranged under the at least one barrier layer.
  • a barrier layer is in particular a layer to prevent the permeability of external influences, in particular atmospheric oxygen and/or moisture, a barrier layer to increase the mechanical resistance, in particular scratch resistance, an anti-reflection layer, and/or a filter layer, preferably a layer with a UV filter, understood.
  • the at least one barrier layer is formed from a film, in particular a light-transmitting film.
  • the at least one barrier layer is made of ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene vinyl acetate (EVA), polyacrylate (PA), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), Polypropylene (PP), or thermoplastic polyurethane (TPU) formed.
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PA polyacrylate
  • PC polycarbonate
  • PE polyethylene
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PP Polypropylene
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the photovoltaic element has at least one barrier layer on the front side and at least one barrier layer. In a preferred embodiment, at least one of the at least one barrier layer on the front side is bonded to one of the at least one barrier layer on the back side.
  • a front side of a photovoltaic element is understood to mean in particular a side of the photovoltaic element that is intended to face the sun. Accordingly, a rear side of a photovoltaic element is understood to mean, in particular, a side of the photovoltaic element that is intended to face away from the sun.
  • a longitudinal direction is understood to mean, in particular, an extension of the photovoltaic element in its longest extension horizontal to the extension of the layer system.
  • a transverse direction is understood to mean, in particular, an expansion of the photovoltaic element transverse to the longitudinal direction, horizontal to the expansion of the layer system.
  • a horizontal extension to the layer system is understood to mean in particular an extension in a plane or parallel to a plane, in particular a layer, of the layer system.
  • the horizontal extension of the layer system preferably runs in the longitudinal direction and/or in the transverse direction of the layer system.
  • the layers of the layer system are preferably arranged parallel to one another horizontally to the extent of the layer system.
  • a vertical extension to the layer system is understood in connection with the present invention to mean in particular an extension at the level of the layer system, ie an extension along the layers of the layer system arranged one above the other.
  • the at least one photovoltaic cell is laser-structured, so that the front electrode and/or the rear electrode can be electrically conductively contacted from one side of the photovoltaic element by means of the front leg or the rear leg of the at least one folded busbar. preferably from the side of the photovoltaic element that is intended to be remote from the sun.
  • the front electrode is preferably connected to the back electrode in such a way that the potential of the front electrode can be tapped off at the back electrode.
  • several photovoltaic cells are arranged next to one another and connected in series by means of laser structuring. Each photovoltaic cell preferably has a back electrode and a front electrode. The serial connection is preferably carried out by electrically connecting the front electrode of one photovoltaic cell to the rear electrode of the next photovoltaic cell.
  • the layer system is arranged vertically on the side element, and the front leg relative to the layer system is arranged horizontally to the front electrode and the rear leg is arranged horizontally to the back electrode of the layer system, and/or the folded busbar over the entire extension is in the longitudinal direction of one side of the at least one photovoltaic cell, and/or the at least one folded busbar is arranged on a photovoltaic cell or on photovoltaic cells connected in parallel to one another.
  • At least one barrier layer is arranged between the at least one folded busbar and the front electrode and/or between the at least one folded busbar and the rear electrode, the at least one folded busbar being connected to the front electrode and/or is in electrically conductive contact with the rear electrode by means of a second electrically conductive contact element, and/or between the front leg and the front electrode and/or the rear leg and the rear electrode, at least in one area, an electrically conductive connecting material, preferably an adhesive layer, is arranged.
  • An electrically conductive contact element is, in particular, a cohesive, electrically conductive contact between the folded busbar and the rear electrode and / or understood the front electrode.
  • the electrical contact element is a round contact surface to the front electrode and/or the rear electrode, preferably with a diameter of 4 mm to 14 mm, preferably 4 mm to 10 mm, or preferably 6 mm to 10 mm , or is designed as an elongate contact surface, in particular a slot, the elongate contact surface being formed at least largely over the extent of the folded busbar in the longitudinal direction.
  • the rear leg of the at least one folded busbar is formed at least largely over the entire rear side of the photovoltaic element.
  • the photovoltaic element has two folded busbars, with a first folded busbar making electrically conductive contact with the front electrode and a second folded busbar making electrically conductive contact with the rear electrode, with the folded busbars making electrically conductive contact with two different potentials, in particular tap, preferably both on the front or both on the back of the at least one photovoltaic cell, and / or the first folded busbar and the second folded busbar are arranged on opposite sides in the longitudinal direction of the at least one photovoltaic cell.
  • the first folded busbar is arranged on the rear electrode and/or the second folded busbar on the front electrode, the first folded busbar being assigned a first potential and the second folded busbar being assigned a second potential.
  • the folded busbar has a layer thickness of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to 50 ⁇ m, and/or the front leg has a width horizontal to the layer system of 2 to 20 mm, preferably 2 to 10 mm, and the rear leg has a Width horizontal to the layer system of preferably 2 to 20 mm, or preferably at least 10 mm.
  • the photovoltaic element has at least one protective layer, preferably a front protective layer on a front side of the photovoltaic element and a rear protective layer on a rear side of the photovoltaic element, preferably an encapsulation.
  • the protective layer is opened at certain points. In this case, short circuits between electrically conductive connection points must be prevented and an adequate barrier function at the contact holes must also be ensured.
  • the at least one protective layer is formed from a film, in particular a light-transmitting film.
  • the at least one protective layer is made of ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), ethylene vinyl acetate (EVA), polyacrylate (PA), polycarbonate (PC), polyethylene (PE), polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polymethyl methacrylate (PMMA), Polypropylene (PP) or thermoplastic polyurethane (TPU).
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • PA polyacrylate
  • PC polycarbonate
  • PE polyethylene
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • PP polypropylene
  • TPU thermoplastic polyurethane
  • the at least one folded busbar is designed in one piece or in two parts, with the side element being divided vertically to the layer system into a front element and a rear element, with the front element and the rear element being electrically conductive are connected to one another, an electrically conductive connecting material preferably being arranged between the front element and the rear element.
  • the at least one folded busbar is electrically insulated on the surface facing away from the layer system, and/or the at least one folded busbar has a passivation, preferably made of a metal oxide, on the surface facing away from the layer system.
  • a surface facing away from the layer system is understood as meaning a surface lying on the outside.
  • the first folded busbar and/or the second folded busbar are electrically conductively connected or can be connected to a junction box for connecting the photovoltaic element.
  • a junction box is understood to mean, in particular, an element for connecting the photovoltaic element to an electrical circuit.
  • the junction box is used in particular for electrically conductive contacting of a rear electrode and/or a front electrode, or a first busbar and/or a second busbar to an electrical circuit.
  • the junction box is arranged on the intended sun-facing side of the photovoltaic element.
  • the junction box is arranged on the side of the photovoltaic element that is intended to be remote from the sun.
  • the at least one folded busbar is formed as a metal layer made of at least one metal or an alloy thereof, preferably copper and tin.
  • the photovoltaic element consists of at least two photovoltaic elements Cells are formed, preferably from a large number of photovoltaic cells, the at least two photovoltaic cells being connected to one another in series and/or in parallel.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a plurality of photovoltaic cells of a photovoltaic element with a laser-structured layer system
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a photovoltaic element with a folded busbar in a side view
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a photovoltaic element with a folded busbar and a protective layer in a side view
  • Fig. 4 shows a schematic representation of an embodiment of a photovoltaic element with a folded busbar and a protective layer in a side view
  • Fig. 5 shows a schematic representation of an embodiment of a photovoltaic element with two folded busbars in a side view.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a plurality of photovoltaic cells 3 of a photovoltaic element 1 with a laser-structured layer system 11 .
  • Fig. 1 shows several photovoltaic cells 3 with a laser-structured layer system 9, the photovoltaic cells 3 being connected to one another in series.
  • the layer system 11 is arranged on a substrate (not shown), with several photovoltaic cells 3 being arranged next to one another.
  • the layer system 11 each comprises a front electrode 5, a back electrode 7 and a layer system 9 with at least one photoactive layer.
  • the layer system 9 can have, for example, two semiconducting and/or organic transport layers and between them a semiconducting and/or organic absorber layer.
  • the layer system 9 is set up in such a way that it generates an output voltage between the electrodes 5 , 7 when irradiated with optical radiation.
  • the structuring of the layer system 11 each has a PI type, a P2 type and a P3 type.
  • the rear electrode 7 and the front electrode 5 are connected to one another in an ohmic manner, and a number of photovoltaic cells 3 are also connected to one another in series.
  • the arrows indicate the current flow.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a photovoltaic element 1 with a folded busbar 13 in a side view. Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the previous description.
  • the photovoltaic element 1 has at least one photovoltaic cell 3 with a layer system 11 with a front electrode 5 , a rear electrode 7 and at least one photoactive layer 9 , wherein the at least one photoactive layer 9 is arranged between the front electrode 5 and the rear electrode 7 , and at least one folded busbar 13, which is electrically conductively contacted at the front electrode 5 and/or the rear electrode 7.
  • the at least one folded busbar 13 is designed as a U-shaped profile, with edges 15 on one side of the at least one photovoltaic cell 3 being arranged on an inside of the U-shaped profile of the at least one folded busbar 13, so that the U-shaped profile Edges 15 of one side of the at least one photovoltaic cell 3 encloses.
  • a barrier against atmospheric oxygen and moisture is formed on one side with a folded busbar 13 of the photovoltaic element 1 , in particular in the vertical extension of the layer system 11 .
  • the diffusion tightness on the sides vertical to the layer system 11 is advantageously improved.
  • the stability of the busbar 13 is increased, with a waviness of the busbar 13 being reduced in particular.
  • the U-shaped profile of the at least one folded busbar 13 consists of a side element 17 with a front leg 19 arranged horizontally to the layer system 11 on one side of the side element 17 and a front leg 19 that is horizontal to the layer system 11 on an opposite side of the side element 17 arranged rear leg 21, the two legs 19, 21 running horizontally at a distance from one another in the same direction, with a connection area of the front leg 19 and/or the rear leg 21 preferably being angled or curved relative to the side element 17, and/or the side element 17 is designed to be planar or curved vertically to the layer system 11 .
  • the at least one photovoltaic cell 3 is laser-structured, so that the front electrode 5 and/or the rear electrode 7 can be electrically connected from one side of the photovoltaic element 1 by means of the front leg 19 or the rear leg 21 of the at least one folded busbar 13 can be contacted in a conductive manner, preferably from the side of the photovoltaic element 1 which is intended to be remote from the sun.
  • the electrically conductive contacting of different potentials on a plane of the photovoltaic element 1 in particular a plane horizontal to the extent of the layer system 9 , is possible.
  • this is Layer system 11 is arranged vertically on the side element 17, and the front leg 19 relative to the layer system 11 is arranged horizontally to the front electrode 5 and the rear leg 21 is arranged horizontally to the back electrode 7 of the layer system 11, and/or the busbar 13 is folded over the entire Extension in the longitudinal direction of one side of the at least one photovoltaic cell, and/or the at least one folded busbar 13 is arranged on a photovoltaic cell 3 or on photovoltaic cells 3 connected in parallel to one another.
  • At least one barrier layer 23/25 is arranged between the at least one folded busbar 13 and the front electrode 5 and/or between the at least one folded busbar 13 and the rear electrode 7, with the at least one folded busbar 13 being protected by a first electrically conductive contact element 27 with the front electrode 5 and/or by means of a second electrically conductive contact element 27 with the rear electrode 7, and/or between the front leg 19 and the front electrode 5 and/or the rear leg 21 and the rear electrode 7
  • An electrically conductive connecting material 29 preferably an adhesive layer, is arranged at least in one area.
  • the folded busbar 13 has a layer thickness of 20 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 20 ⁇ m to 50 ⁇ m, and/or the front leg 19 has a width horizontally to the layer system 11 of 2 to 20 mm. preferably from 2 to 10 mm, and the rear leg 21 has a width horizontal to the layer system, preferably from 2 to 20 mm, or preferably at least 10 mm.
  • the at least one folded busbar 13 is attached to the layer system 11 electrically insulated from the surface facing away, and/or the at least one folded busbar 13 has a passivation on the surface facing away from the layer system 11, preferably made of a metal oxide.
  • first folded busbar 13 and/or the second folded busbar 13 are electrically conductively connected or can be connected to a junction box for connecting the photovoltaic element 1 .
  • FIG. 2 shows a photovoltaic element 1 with a folded busbar 12 in one embodiment.
  • An electrically conductive contact element 27 for electrically conductive contacting of the folded busbar 13 with the rear electrode 7 is formed on the folded busbar 13 .
  • the layer system 11 with the front electrode 5, the back electrode 7, and the photoactive layer 9 are laser-structured.
  • the rear electrode 7 and/or the front electrode 5 make electrically conductive contact with the folded busbar 13 from a side of the photovoltaic element 1 that is intended to be remote from the sun.
  • the electrically conductive contact element 27 runs through the barrier layer 25 and has a contact surface to the back electrode 7 at the end remote from the busbar 13 , the diameter of the contact surface being 10 mm, for example.
  • the folded busbar can be used for production on one side of the layer system 11 or are applied to a barrier layer 23, 25 arranged there, preferably fastened with a connecting material 29, and from this side to the opposite side of the layer system or the opposite barrier layer 23, 25 are bent, preferably fixed there with a connecting material 29 (see FIGS. 3 and 4), the connecting material 29 being electrically conductive in the area of the electrically conductive contact element 27 is .
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an embodiment of a photovoltaic element 1 with a folded busbar 13 and a protective layer 31 in a side view. Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the previous description.
  • the layer system 11 with the front electrode 5, the back electrode 7, and the photoactive layer 9 are laser-structured.
  • the rear electrode 7 and/or the front electrode 5 make electrically conductive contact with the folded busbar 13 from a side of the photovoltaic element 1 that is intended to be remote from the sun.
  • the electrically conductive contact element 27 runs through the barrier layer 25 and has a contact surface to the back electrode 7 at the end remote from the busbar 13 , the diameter of the contact surface being 10 mm.
  • the photovoltaic element 1 has a protective layer 31 , an adhesive layer 33 preferably being arranged between the protective layer 31 and the layer system 11 .
  • the photovoltaic element 1 is formed from a plurality of photovoltaic cells 3 which are connected to one another in series and/or in parallel by means of laser structuring.
  • the photovoltaic element 1 is a flexible photovoltaic element 1 .
  • the photovoltaic element 1 has at least one protective layer 31, preferably a front protective layer 31 on a front side of the photovoltaic element 1 and a rear protective layer 31 on a rear side of the photovoltaic element 1, preferably an encapsulation.
  • Fig. 4 shows a schematic representation of a Embodiment of a photovoltaic element 1 with a folded busbar 13 and a protective layer 31 in a side view. Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that reference is made to the previous description.
  • the layer system 11 with the front electrode 5, the back electrode 7, and the photoactive layer 9 are laser-structured.
  • the rear electrode 7 and/or the front electrode 5 make electrically conductive contact with the folded busbar 13 from a side of the photovoltaic element 1 that is intended to be remote from the sun.
  • the electrically conductive contact element 27 runs through the barrier layer 25 and has a contact surface to the back electrode 7 at the end remote from the busbar 13 , the diameter of the contact surface being 10 mm in this exemplary embodiment.
  • the photovoltaic element 1 is formed from a plurality of photovoltaic cells 3 which are connected to one another in series and/or in parallel by means of laser structuring.
  • the at least one folded busbar 13 can be designed in one piece or, as in this exemplary embodiment, in two parts, with the side element 17 being divided vertically to the layer system 11 into a front element 35 and a rear element 37, with the front element 35 and the rear element 37 are connected to one another in an electrically conductive manner, with an electrically conductive connecting material 39 preferably being arranged between the front element 35 and the rear element 37 .
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a photovoltaic element 1 with a folded busbar 13 in a side view. Elements that are the same and have the same function are provided with the same reference symbols, so that the previous description applies in this respect is referenced.
  • the layer system 11 with the front electrode 5, the back electrode 7, and the photoactive layer 9 are laser-structured.
  • the rear electrode 7 and/or the front electrode 5 make electrically conductive contact with the folded busbar 13 from a side of the photovoltaic element 1 that is intended to be remote from the sun.
  • the electrically conductive contact element 27 runs through the barrier layer 25 and has a contact surface to the back electrode 7 at the end remote from the busbar 13 , the diameter of the contact surface being 10 mm.
  • the photovoltaic element 1 is formed from a plurality of photovoltaic cells 3 which are connected to one another in series by means of laser structuring.
  • the photovoltaic element 1 has two folded busbars 13, with a first folded busbar 13 making electrically conductive contact with the front electrode 5 and a second folded busbar 13 making electrically conductive contact with the rear electrode 7, with the folded busbars 13 having two different potentials electrically conductive contact, preferably both on the front or both on the back of the at least one photovoltaic cell 3 , and/or the first folded busbar 13 and the second folded busbar 13 are arranged on opposite sides in the longitudinal direction of the at least one photovoltaic cell 3 .
  • two folded busbars 13 are arranged on opposite sides in the horizontal extension of the photovoltaic element 1 .
  • a first folded busbar is electrically conductively contacted with a front electrode 5 and a second folded busbar with a rear electrode 7, the first folded busbar 13 being assigned a first potential and the second busbar 13 is associated with a second potential.
  • the folded busbars 13 and the front electrodes 5 and 5 respectively. the back electrodes 7 are each electrically conductively connected to one another with an electrically conductive contact element 29 .
  • the folded busbars 13 of the photovoltaic element 1 are led to a junction box (not shown).
  • a junction box not shown
  • the folded busbars 13 it is also conceivable for the folded busbars 13 to be electrically conductively connected to a junction box through a protective layer 31 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Element (1) mit mindestens einer photovoltaischen Zelle (3) und mindestens einer gefalteten Sammelschiene (13), die an der Vorderelektrode (5) und/oder der Rückelektrode (7) elektrisch leitfähig kontaktiert ist, wobei die mindestens eine gefaltete Sammelschiene (13) als U-förmiges Profil ausgebildet ist, und Kanten (15) einer Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle (3) an einer Innenseite des U-förmigen Profils der mindestens einen gefalteten Sammelschiene (13) angeordnet sind.

Description

Photovol taisches Element mit mindestens einer photovol tai sehen Zelle und mindestens einer gefalteten Sammelschiene
Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle und mindestens einer gefalteten Sammelschiene , die an der Vorderelektrode und/oder der Rückelektrode elektrisch leitfähig kontaktiert ist , wobei die mindestens eine gefaltete Sammelschiene als U-förmiges Profil ausgebildet ist .
Die Optoelektronik setzt sich aus dem Gebiet der Optik und der Halbleiterelektronik zusammen . Sie umfasst insbesondere Systeme und Verfahren, die die Umwandlung von elektronisch erzeugten Energien in Lichtemission ermöglichen oder Lichtemissionen in Energie umwandeln . Optoelektronische Bauelemente , insbesondere organische photovoltaische Elemente (OPVs ) und organische Leuchtdioden ( organic light emitting diode , OLED) , erzeugen elektrische Energie oder wandeln elektrische Energie in Lichtemissionen um, welche zur Anwendung im weiteren Verlauf aus dem photovoltaischen Element herausgeführt oder hineingeführt werden muss . Dazu werden Sammelschienen, auch Busbars genannt , eingesetzt , welche den Anforderungen eines flexiblen photovoltaischen Elements gerecht werden müssen .
Sammelschienen stellen einen Punkt in einem optoelektronischen Bauelement dar, an dem die umgewandelte Energie gebündelt und in Form von elektrischen Strömen weitergeleitet wird . Im Bereich der photovoltaischen Elemente sind Sammelschienen bekannt , welche auf der Vorderseite oder auf der Rückseite der photovoltaischen Elemente aufgebracht sind . Die Ausmaße des Querschnitts einer Sammelschiene richtet sich nach der zu übertragenden Stromstärke . Für flache und flexible photovoltaische Elemente und die einfache Integration in solchen Elementen müssen die Sammelschienen besonders flach ausgebildet sein . Photovoltaische Elemente werden in der Regel zum Schutz vor äußeren Einflüssen mit einer Barriereschicht versehen oder eingekapselt , insbesondere um diese mechanisch und gegen Umwelteinflüsse , beispielsweise Feuchtigkeit oder Sauerstoff , zu schützen . Die Sammelschienen sind unter der Barriereschicht angeordnet . Um erzeugte elektrische Energie von photovoltaischen Elementen durch die Barriereschicht herauszuführen, müssen die innerhalb der Barriereschicht liegenden Sammelschienen durch die Barriereschicht hindurch elektrisch leitend kontaktiert werden .
Die Stromableitung von photovoltaischen Elementen kann mittels zwei Sammelschienen, die am Rand einer Rückelektrode aufgebracht sind erfolgen . Der elektrische Strom wird mittels einer elektrisch leitfähigen Kontaktierung aus dem photovoltaischen Element herausgeführt , wobei dieser an eine Anschlussdose weitergeleitet wird . Dabei führt die elektrisch leitfähige Kontaktierung von den Sammelschienen zur Anschlussdose durch Öffnungen einer Schutzschicht des photovoltaischen Elements . Die Öffnungen der Schutzschicht sind anfällig gegenüber dem Eindringen von Feuchtigkeit und Luftsauerstoff in das photovoltaische Element , insbesondere zu den Sammelschienen, den Elektroden und dem Schichtsystem, und führen dadurch zur Degradation und Verminderung der Lebensdauer des photovoltaischen Elements .
DE 10 2018 132 147 Al offenbart eine Sammelschiene mit einer Vielzahl an Knicken, wobei die Sammelschiene eine Anschlussaufnahmeaussparung aufweist , und ein Verfahren zur Herstellung davon .
Nachteilig aus dem Stand der Technik ist j edoch, dass eine lokale Kontaktierung der Sammelschienen eine Lebensdauer der Kontaktierung verkürzt , und bei mechanischer Belastung oder Temperaturschwankungen leichter zu einem Bruch der Kontaktierung führt . Des Weiteren sind die Sammelschienen horizontal am Schichtsystem angeordnet , wobei kein Schutz des Schichtsystems an den Seiten, also vertikal am Schichtsystem, vor äußeren Einflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff , gewährleistet wird .
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , ein photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle und mit mindestens einer Sammelschiene bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine elektrisch leitende Kontaktierung mit einem verbesserten Schutz des Schichtsystems des photovoltaischen Elements vor äußeren Einflüssen bereitgestellt wird .
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst , indem ein photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle mit einem Schichtsystem mit einer Vorderelektrode , einer Rückelektrode und mindestens einer photoaktiven Schicht , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht zwischen der Vorderelektrode und der Rückelektrode angeordnet ist , und mindestens einer gefalteten Sammelschiene , die an der Vorderelektrode und/oder der Rückelektrode elektrisch leitfähig kontaktiert ist , bereitgestellt wird . Die mindestens eine gefaltete Sammelschiene ist als U- förmiges Profil ausgebildet , wobei Kanten einer Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle an einer Innenseite des U- förmigen Profils der mindestens einen gefalteten Sammelschiene angeordnet sind, so dass das U-förmige Profil die Kanten der einen Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle umschließt .
Bevorzugt kann die mindestens eine Sammelschiene also derart an das Schichtsystem bzw . eine daran angeordnete Barriereschicht angeordnet werden, dass eine Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle in vertikaler Ausdehnung des Schichtsystems und den Kanten der Seite von der gefalteten Sammelschiene umschlossen sind . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Innenbereich des U-förmigen Profils in der gesamten Längsrichtung einer Seite der vertikalen Ausdehnung des Schichtsystems angeordnet .
Das photovoltaische Element kann CIS- , CIGS- , GaAs- , oder Si- Zelle , eine Perovs kit-Zellen oder organische Zellen aufweisen, also ein organisches photovoltaisches Element ( OPV) , eine sogenannte organische Solarzelle , sein . Unter einem organischen photovoltaischen Element wird insbesondere ein photovoltaisches Element mit mindestens einer organischen photoaktiven Schicht verstanden, insbesondere ein polymeres organisches photovoltaisches Element oder ein organisches photovoltaisches Element auf Basis kleiner Moleküle . Während Polymere sich dadurch aus zeichnen, dass diese nicht verdampfbar und daher nur aus Lösungen aufgebracht werden können, sind kleine Moleküle meist verdampfbar und können entweder wie Polymere als Lösung aufgebracht werden, aber auch mittels Verdampfungstechnik, insbesondere durch Verdampfen aus dem Vakuum . Insbesondere bevorzugt ist das photovoltaische Element ein flexibles organisches photovoltaisches Element auf Basis kleiner Moleküle .
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die photoaktive Schicht des Schichtsystems kleine Moleküle , welche im Vakuum verdampfbar sind . In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest die photoaktive Schicht des Schichtsystems im Vakuum auf gedampft .
Unter kleinen Molekülen werden insbesondere nicht-polymere organische Moleküle mit monodispersen molaren Massen zwischen 100 und 2000 g/mol verstanden, die unter Normaldruck (Luftdruck der uns umgebenden Atmosphäre ) und bei Raumtemperatur in fester Phase vorliegen . Insbesondere sind die kleinen Moleküle photoaktiv, wobei unter photoaktiv verstanden wird, dass die Moleküle unter Lichteintrag ihren Ladungs zustand und/oder ihren Polarisierungszustand ändern . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine photovoltaische Zelle eine Single- , Tandem- oder Mehrfachzelle . Tandem- und Mehrfachzellen bestehen aus mindestens zwei Zellen, die übereinander zwischen den Elektroden angeordnet sind, wobei j ede Zelle mindestens eine photoaktive Schicht aufweist .
Das photovoltaische Element ist bevorzugt aus mehreren photovoltaischen Zellen aufgebaut . Die mehreren photovoltaischen Zellen können auf unterschiedliche Weise in dem photovoltaischen Element angeordnet und/oder verschaltet sein, insbesondere sind die photovoltaischen Zellen untereinander seriell und/oder parallel verschaltet .
Unter einer Vorderseite eines photovoltaischen Elements , entsprechend auch unter einer vorderen Schutzschicht , einer vorderen Barriereschicht , einer Vorderelektrode und einem vorderen Schenkel , wird eine bestimmungsgemäß einem Sonnenlicht zugewandte Seite des photovoltaischen Elements verstanden . Dementsprechend wird unter einer Rückseite eines photovoltaischen Elements , entsprechend auch unter einer hinteren Schutzschicht , einer hinteren Barriereschicht , einer Rückelektrode und einem hinteren Schenkel , eine bestimmungsgemäß einem Sonnenlicht abgewandte Seite des photovoltaischen Elements verstanden .
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das photovoltaische Element ein flexibles photovoltaisches Element .
Unter einem flexiblen photovoltaischen Element wird insbesondere ein photovoltaisches Element verstanden, dass in einem bestimmten Bereich biegbar und/oder dehnbar ist .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das photovoltaische Element mit einer Schutzschicht versehen und/oder mit einer Schutzschicht eingekapselt , um eine Degradierung durch äußere Einflüsse zu minimieren, insbesondere Feuchtigkeit und Luf t sauer stoff . Unter einer Schutzschicht wird insbesondere eine Schicht zum Verhindern der Durchlässigkeit von äußeren Einflüssen, insbesondere von Luftsauerstoff und/oder Feuchtigkeit , und/oder eine Schicht zur Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit , insbesondere Kratzfestigkeit , und/oder eine Filterschicht , bevorzugt eine Schicht mit einem UV-Filter, verstanden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine nicht durch eine gefaltete Sammelschiene geschützte Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle durch eine Barriereschicht , bevorzugt einer überlappende Barriereschicht mit einer bestimmten Diffusionslänge geschützt .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das U-förmige Profil der mindestens einen gefalteten Sammelschiene aus einem Seitenelement mit einem horizontal zum Schichtsystem an einer Seite des Seitenelements angeordneten vorderen Schenkel und einem horizontal zum Schichtsystem an einer gegenüberliegenden Seite des Seitenelements angeordneten hinteren Schenkel ausgebildet ist , wobei die beiden Schenkel in einem Abstand horizontal zueinander in der gleichen Richtung verlaufen, wobei bevorzugt ein Verbindungsbereich des vorderen Schenkels und/oder des hinteren Schenkels relativ zu dem Seitenelement gewinkelt oder gebogen ausgebildet ist , und/oder das Seitenelement vertikal zum Schichtsystem, also in vertikaler Ausdehnung des Schichtsystems , planar oder gebogen ausgebildet ist .
Unter einer Sammelschiene , einem sogenannten Busbar , wird insbesondere eine Anordnung verstanden, die zur elektrischen Kontaktierung als zentraler Verteiler von elektrischer Energie an ankommende und abgehende Leitungen elektrisch leitend verbunden ist , bevorzugt mit mindestens einer Elektrode und/oder mindestens einer Gegenelektrode . Die Sammelschiene ist insbesondere planar als Band, Streifen, Platte oder als Metallschicht ausgebildet .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die gefaltete Sammelschiene eine Schichtdicke von 10 pm bis 500 pm auf , bevorzugt von 100 pm bis 500 pm, bevorzugt von 10 pm bis 200 pm, bevorzugt von 10 pm bis 100 pm, bevorzugt von 10 pm bis 50 pm, oder bevorzugt von 20 pm bis 40 pm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Schichtsystem laserstrukturiert , so dass die Rückelektrode und/oder die Vorderelektrode j eweils von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements mit der ersten Sammelschiene und der zweiten Sammelschiene elektrisch leitend kontaktierbar sind . Dadurch ist insbesondere das elektrisch leitende Kontaktieren unterschiedlicher Potentiale auf einer Ebene des photovoltaischen Elements , insbesondere einer Ebene horizontal zur Ausdehnung des Schichtsystems über die erste Sammelschiene und die zweite Sammelschiene möglich . Dadurch sind insbesondere in einer Ebene zwei Potentiale abgreifbar, insbesondere ein Potential der Vorderelektrode und ein Potential der Rückelektrode . Vorzugsweise werden bei der Laserstrukturierung unterschiedliche Potentiale der mindestens einen photovoltaischen Zelle voneinander getrennt .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung greift entweder der vordere Schenkel oder der hintere Schenkel der ersten gefalteten Sammelschiene das Potential der Vorderelektrode , bevorzugt die Vorderelektrode , und/oder das Potential der Rückelektrode , bevorzugt die Rückelektrode , und der vordere Schenkel oder der hintere Schenkel der zweiten gefalteten Sammelschiene das Potential der anderen Elektrode elektrisch leitfähig ab .
Das erfindungsgemäße photovoltaisches Element mit mindestens einer photovoltaischen Zelle und mindestens einer gefalteten Sammelschiene weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf . Vorteilhafterweise wird an einer Seite des photovoltaischen Elements mit einer gefalteten Sammelschiene eine Barriere gegen Luftsauerstoff und Feuchtigkeit gebildet , insbesondere in vertikaler Ausdehnung des Schichtsystems . Vorteilhafterweise wird die Diffusionsdichtigkeit an den Seiten vertikal zum Schichtsystem verbessert . Vorteilhafterweise kann auf seitliche Dif f ussionszonen an der Kante des Schichtsystems , beispielsweise eine Barriereschicht , verzichtet werden . Vorteilhafterweise wird weniger photoaktive Fläche des photovoltaischen Elements abgedeckt , wobei eine verbesserte Effizienz des photovoltaischen Elements erhalten wird . Vorteilhafterweise weisen die photovoltaischen Elemente eine konstante Stromtragfähigkeit auf . Vorteilhafterweise wird die Stabilität der Sammelschiene erhöht , wobei insbesondere eine Welligkeit der Sammelschiene reduziert wird . Vorteilhafterweise wird der Anteil der inaktiven photoaktiven Fläche reduziert und damit die Effizienz des photovoltaischen Elements erhöht . Vorteilhafterweise kann auf einer Seite mit einer gefalteten Sammelschiene auf über die mindestens eine photovoltaische Zelle hinausragende Barrieren, also breite seitliche Diffusionszonen, verzichtet werden, da Kanten des photovoltaischen Elements von der gefalteten Sammelschiene umschlossen sind . Vorteilhafterweise werden seitliche Diffusionsbereiche des photovoltaischen Elements mittels der gefalteten Sammelschiene geschützt .
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Barriereschicht , insbesondere die vordere Barriereschicht und/oder die hintere Barriereschicht , eine Schichtdicke von 10 pm bis 400 pm auf , bevorzugt von 100 pm bis 400 pm, bevorzugt von 10 pm bis 100 pm, bevorzugt von 10 pm bis 50 pm, oder bevorzugt von 20 pm bis 40 pm.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das photovoltaische Element mindestens eine Barriereschicht auf , bevorzugt eine vordere Barriereschicht auf einer Vorderseite des photovoltaischen Elements und eine hintere Barriereschicht auf einer Rückseite des photovoltaischen Elements , bevorzugt eine Verkapselung , wobei die hintere Barriereschicht auf der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements und die vordere Barriereschicht auf der bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des photovoltaischen Elements angeordnet ist, wobei die Barriereschicht eine UV-Barriereschicht, eine Anti- Reflexionsschicht, eine Schicht gegen Feuchtigkeit und/oder Sauerstoff, und/oder eine mechanische Barriereschicht ist, wobei bevorzugt die mindestens eine gefaltete Sammelschiene unter der mindestens einen Barriereschicht angeordnet ist.
Unter einer Barriereschicht wird insbesondere eine Schicht zum Verhindern der Durchlässigkeit von äußeren Einflüssen, insbesondere von Luftsauerstoff und/oder Feuchtigkeit, eine Barriereschicht zur Erhöhung der mechanischen Widerstandsfähigkeit, insbesondere Kratzfestigkeit, eine Anti- Reflexionsschicht, und/oder eine Filterschicht, bevorzugt eine Schicht mit einem UV-Filter, verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Barriereschicht aus einer Folie, insbesondere einer lichtdurchlässigen Folie, ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Barriereschicht aus Ethylentetrafluorethylen (ETFE) , Ethylenvinylacetat (EVA) , Polyacrylat (PA) , Polycarbonat (PC) , Polyethylen (PE) , Polyethylennaphthalat (PEN) , Polyethylenterephthalat (PET) , Polymethylmethacrylat (PMMA) , Polypropylen (PP) , oder thermoplastisches Polyurethan (TPU) ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das photovoltaische Element mindestens eine Barriereschicht auf der Vorderseite und mindestens eine Barriereschicht auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine der mindestens einen Barriereschicht der Vorderseite mit einer der mindestens einen Barriereschicht der Rückseite verklebt.
Unter einer Vorderseite eines photovoltaischen Elements wird insbesondere eine bestimmungsgemäß sonnenzugewandte Seite des photovoltaischen Elements verstanden. Dementsprechend wird unter einer Rückseite eines photovoltaischen Elements insbesondere eine bestimmungsgemäß sonnenabgewandte Seite des photovoltaischen Elements verstanden. Unter einer Längsrichtung wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Ausdehnung des photovoltaischen Elements in seiner längsten Ausdehnung horizontal zur Ausdehnung des Schichtsystems verstanden .
Unter einer Querrichtung wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Ausdehnung des photovoltaischen Elements quer zur Längsrichtung horizontal zur Ausdehnung des Schichtsystems verstanden .
Unter einer horizontalen Ausdehnung zum Schichtsystem wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Ausdehnung in einer Ebene oder parallel zu einer Ebene , insbesondere einer Schicht , des Schichtsystems verstanden . Die horizontale Ausdehnung des Schichtsystems verläuft dabei bevorzugt in Längsrichtung und/oder in Querrichtung des Schichtsystems . Bevorzugt sind die Schichten des Schichtsystems parallel zueinander horizontal zur Ausdehnung des Schichtsystems angeordnet .
Unter einer vertikalen Ausdehnung zum Schichtsystem wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Ausdehnung in Höhe des Schichtsystems , also eine Ausdehnung entlang der übereinander angeordneten Schichten des Schichtsystems verstanden .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine photovoltaische Zelle laserstrukturiert ist , so dass die Vorderelektrode und/oder die Rückelektrode mittels des vorderen Schenkels oder des hinteren Schenkels der mindestens einen gefalteten Sammelschiene von einer Seite des photovoltaischen Elements elektrisch leitfähig kontaktierbar ist , bevorzugt von der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements . Vorzugsweise ist in dem laserstrukturierten Schichtsystem die Vorderelektrode mit der Rückelektrode derart verbunden, dass das Potential der Vorderelektrode an der Rückelektrode abgegriffen werden kann . In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere photovoltaische Zellen nebeneinander angeordnet und mittels der Laserstrukturierung seriell verschaltet . Vorzugsweise hat dabei j ede photovoltaische Zelle eine Rückelektrode und Vorderelektrode . Die serielle Verschaltung erfolgt bevorzugt durch elektrisches Verbinden der Vorderelektrode einer photovoltaischen Zelle mit der Rückelektrode der nächsten photovoltaischen Zelle .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schichtsystem vertikal an dem Seitenelement angeordnet ist , und der vordere Schenkel relativ zu dem Schichtsystem horizontal zu der Vorderelektrode und der hintere Schenkel horizontal zu der Rückelektrode des Schichtsystems angeordnet ist , und/oder die gefaltete Sammelschiene über die gesamte Ausdehnung in Längsrichtung einer Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle ausgebildet ist , und/oder die mindestens eine gefaltete Sammelschiene an einer photovoltaischen Zelle oder an parallel zueinander verschalteten photovoltaischen Zellen angeordnet ist .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der mindestens einen gefalteten Sammelschiene und der Vorderelektrode und/oder zwischen der mindestens einen gefalteten Sammelschiene und der Rückelektrode mindestens eine Barriereschicht angeordnet ist , wobei die mindestens eine gefaltete Sammelschiene mittels eines ersten elektrisch leitfähigen Kontaktelements mit der Vorderelektrode und/oder mittels eines zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktelements mit der Rückelektrode elektrisch leitfähig kontaktiert ist , und/oder zwischen dem vorderen Schenkel und der Vorderelektrode und/oder dem hinteren Schenkel und der Rückelektrode zumindest in einem Bereich ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial , bevorzugt eine Klebeschicht , angeordnet ist .
Unter einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement wird insbesondere eine stoff schlüssige elektrisch leitfähige Kontaktierung der gefalteten Sammelschiene mit der Rückelektrode und/oder der Vorderelektrode verstanden .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das elektrische Kontaktelement als eine runde Kontaktfläche zu der Vorderelektrode und/oder der Rückelektrode , bevorzugt mit einem Durchmesser von 4 mm bis 14 mm, bevorzugt von 4 mm bis 10 mm, oder bevorzugt von 6 mm bis 10 mm, oder ist als eine längliche Kontaktfläche ausgebildet , insbesondere ein Langloch, wobei die längliche Kontaktfläche zumindest weitgehend über die Ausdehnung der gefalteten Sammelschiene in Längsrichtung ausgebildet ist .
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der hinter Schenkel der mindestens einen gefalteten Sammelschiene zumindest weitgehend über die gesamte Rückseite des photovoltaischen Elements ausgebildet .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das photovoltaische Element zwei gefaltete Sammelschienen aufweist , wobei eine erste gefaltete Sammelschiene die Vorderelektrode elektrisch leitfähig kontaktiert und eine zweite gefaltete Sammelschiene die Rückelektrode elektrisch leitfähig kontaktiert , wobei die gefalteten Sammelschienen zwei unterschiedliche Potentiale elektrisch leitfähig kontaktieren, insbesondere abgreifen, bevorzugt beide an der Vorderseite oder beide an der Rückseite der mindestens einen photovoltaischen Zelle , und/oder die erste gefaltete Sammelschiene und die zweite gefaltete Sammelschiene an gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung der mindestens einen photovoltaischen Zelle angeordnet sind .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erste gefaltete Sammelschiene an der Rückelektrode und/oder die zweite gefaltete Sammelschiene an der Vorderelektrode angeordnet , wobei die erste gefaltete Sammelschiene einem ersten Potential und die zweite gefaltete Sammelschiene einem zweiten Potential zugeordnet ist .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die gefaltete Sammelschiene eine Schichtdicke von 20 pm bis 100 pm aufweist , bevorzugt von 20 pm bis 50 pm, und/oder der vordere Schenkel eine Breite horizontal zum Schichtsystem von 2 bis 20 mm aufweist , bevorzugt von 2 bis 10 mm, und der hintere Schenkel eine Breite horizontal zum Schichtsystem von bevorzugt 2 bis 20 mm, oder bevorzugt mindestens 10 mm aufweist .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das photovoltaische Element mindestens eine Schutzschicht auf , bevorzugt eine vordere Schutzschicht auf einer Vorderseite des photovoltaischen Elements und eine hintere Schutzschicht auf einer Rückseite des photovoltaischen Elements , bevorzugt eine Verkapselung . Zur Kontaktierung der gefalteten Sammelschienen nach außen wird die Schutzschicht an bestimmten Stellen geöffnet . Dabei müssen Kurzschlüsse zwischen elektrisch leitfähigen Verbindungsstellen verhindert und weiterhin eine ausreichende Barrierefunktion an den Kontaktlöchern gewährleistet werden .
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht aus einer Folie , insbesondere einer lichtdurchlässigen Folie , ausgebildet . In einer bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine Schutzschicht aus Ethylentetrafluorethylen ( ETFE ) , Ethylenvinylacetat ( EVA) , Polyacrylat ( PA) , Polycarbonat ( PC ) , Polyethylen ( PE ) , Polyethylennaphthalat ( PEN ) , Polyethylenterephthalat ( PET ) , Polymethylmethacrylat ( PMMA) , Polypropylen ( PP ) , oder thermoplastisches Polyurethan ( TPU ) ausgebildet .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine gefaltete Sammelschiene einteilig ausgebildet ist , oder zweiteilig ausgebildet ist , wobei das Seitenelement vertikal zum Schichtsystem in ein vorderes Element und ein hinteres Element geteilt ist , wobei das vordere Element und das hintere Element elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, wobei bevorzugt zwischen dem vorderen Element und dem hinteren Element ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial angeordnet ist . Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine gefaltete Sammelschiene an der dem Schichtsystem abgewandten Oberfläche elektrisch isoliert ist , und/oder die mindestens eine gefaltete Sammelschiene an der dem Schichtsystem abgewandten Oberfläche eine Passivierung aufweist , bevorzugt aus einem Metalloxid .
Im Zusammenhang mit der Erfindung wird unter einer der dem Schichtsystem abgewandten Oberfläche eine nach außenliegende Oberfläche verstanden .
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste gefaltete Sammelschiene und/oder die zweite gefaltete Sammelschiene mit einer Anschlussdose zum Anschluss des photovoltaischen Elements elektrisch leitfähig verbunden oder verbindbar sind .
Unter einer Anschlussdose wird insbesondere ein Element zum Anschluss des photovoltaischen Elements an einen elektrischen Stromkreislauf verstanden . Die Anschlussdose dient insbesondere zur elektrisch leitenden Kontaktierung einer Rückelektrode und/oder einer Vorderelektrode , oder einer ersten Sammelschiene und/oder einer zweiten Sammelschiene an einen elektrischen Stromkreislauf . In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose auf der bestimmungsgemäß sonnenzugewandten Seite des photovoltaischen Elements angeordnet . In einer alternativ bevorzugten Ausführungsform ist die Anschlussdose auf der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements angeordnet .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die mindestens eine gefaltete Sammelschiene als eine Metallschicht aus mindestens einem Metall oder einer Legierung davon ausgebildet ist , bevorzugt aus Kupfer und Zinn .
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das photovoltaische Element aus mindestens zwei photovoltaischen Zellen gebildet , bevorzugt aus einer Vielzahl an photovoltaischen Zellen, wobei die mindestens zwei photovoltaischen Zellen seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind .
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert . Dabei zeigen :
Fig . 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mehrerer photovoltaischer Zellen eines photovoltaischen Elements mit einem laserstrukturierten Schichtsystem;
Fig . 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements mit einer gefalteten Sammelschiene in einer Seitenansicht ;
Fig . 3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements mit einer gefalteten Sammelschiene und einer Schutzschicht in einer Seitenansicht ;
Fig . 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements mit einer gefalteten Sammelschiene und einer Schutzschicht in einer Seitenansicht ; und
Fig . 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements mit zwei gefalteten Sammelschienen in einer Seitenansicht .
Aus f ührungsbei spi eie
Fig . 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels mehrerer photovoltaischer Zellen 3 eines photovoltaischen Elements 1 mit einem laserstrukturierten Schichtsystem 11 .
Fig . 1 zeigt mehrere photovoltaische Zellen 3 mit einem laserstrukturierten Schichtsystem 9 , wobei die photovoltaischen Zellen 3 untereinander seriell verschaltet sind . Das Schichtsystem 11 ist auf einem Substrat angeordnet ( nicht dargestellt ) , wobei mehrere photovoltaische Zellen 3 nebeneinander angeordnet sind . Das Schichtsystem 11 umfasst j eweils eine Vorderelektrode 5 , eine Rückelektrode 7 und ein Schichtsystem 9 mit mindestens einer photoaktiven Schicht . Das Schichtsystem 9 kann beispielsweise zwei halbleitende und/oder organische Transportschichten und zwischen diesen eine halbleitende und/oder organische Absorberschicht aufweisen . Das Schichtsystem 9 ist derart eingerichtet , dass dieses bei Bestrahlung mit optischer Strahlung eine Ausgabespannung zwischen den Elektroden 5 , 7 erzeugt . Das Strukturieren das Schichtsystems 11 weist j eweils einen Pl-Typ, einen P2 -Typ und einen P3-Typ auf . Dadurch werden die Rückelektrode 7 und die Vorderelektrode 5 miteinander ohmsch verschalten, des Weiteren werden mehrere photovoltaische Zellen 3 miteinander seriell verschalten . Die Pfeile deuten dabei den Stromfluss an .
Fig . 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements 1 mit einer gefalteten Sammelschiene 13 in einer Seitenansicht . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird .
Das photovoltaisches Element 1 weist mindestens eine photovoltaische Zelle 3 mit einem Schichtsystem 11 mit einer Vorderelektrode 5 , einer Rückelektrode 7 und mindestens einer photoaktiven Schicht 9 , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht 9 zwischen der Vorderelektrode 5 und der Rückelektrode 7 angeordnet ist , und mindestens einer gefalteten Sammelschiene 13 , die an der Vorderelektrode 5 und/oder der Rückelektrode 7 elektrisch leitfähig kontaktiert ist , auf . Die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 ist als U-förmiges Profil ausgebildet , wobei Kanten 15 einer Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 an einer Innenseite des U-förmigen Profils der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 angeordnet sind, so dass das U- förmige Profil die Kanten 15 der einen Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 umschließt . Dadurch wird an einer Seite mit einer gefalteten Sammelschiene 13 des photovoltaischen Elements 1 eine Barriere gegen Luftsauerstoff und Feuchtigkeit gebildet , insbesondere in vertikaler Ausdehnung des Schichtsystems 11 . Vorteilhafterweise wird die Diffusionsdichtigkeit an den Seiten vertikal zum Schichtsystem 11 verbessert . Vorteilhafterweise wird die Stabilität der Sammelschiene 13 erhöht , wobei insbesondere eine Welligkeit der Sammelschiene 13 reduziert wird .
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das U-förmige Profil der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 aus einem Seitenelement 17 mit einem horizontal zum Schichtsystem 11 an einer Seite des Seitenelements 17 angeordneten vorderen Schenkel 19 und einem horizontal zum Schichtsystem 11 an einer gegenüberliegenden Seite des Seitenelements 17 angeordneten hinteren Schenkel 21 ausgebildet , wobei die beiden Schenkel 19 , 21 in einem Abstand horizontal zueinander in der gleichen Richtung verlaufen, wobei bevorzugt ein Verbindungsbereich des vorderen Schenkels 19 und/oder des hinteren Schenkels 21 relativ zu dem Seitenelement 17 gewinkelt oder gebogen ausgebildet ist , und/oder das Seitenelement 17 vertikal zum Schichtsystem 11 planar oder gebogen ausgebildet ist .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine photovoltaische Zelle 3 laserstrukturiert , so dass die Vorderelektrode 5 und/oder die Rückelektrode 7 mittels des vorderen Schenkels 19 oder des hinteren Schenkels 21 der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 von einer Seite des photovoltaischen Elements 1 elektrisch leitfähig kontaktierbar ist , bevorzugt von der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 . Dadurch ist insbesondere das elektrisch leitende Kontaktieren unterschiedlicher Potentiale auf einer Ebene des photovoltaischen Elements 1 , insbesondere einer Ebene horizontal zur Ausdehnung des Schichtsystems 9 möglich .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Schichtsystem 11 vertikal an dem Seitenelement 17 angeordnet , und der vordere Schenkel 19 relativ zu dem Schichtsystem 11 horizontal zu der Vorderelektrode 5 und der hintere Schenkel 21 horizontal zu der Rückelektrode 7 des Schichtsystems 11 angeordnet , und/oder ist die gefaltete Sammelschiene 13 über die gesamte Ausdehnung in Längsrichtung einer Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle ausgebildet , und/oder ist die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 an einer photovoltaischen Zelle 3 oder an parallel zueinander verschalteten photovoltaischen Zellen 3 angeordnet .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 und der Vorderelektrode 5 und/oder zwischen der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 und der Rückelektrode 7 mindestens eine Barriereschicht 23 /25 angeordnet , wobei die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 mittels eines ersten elektrisch leitfähigen Kontaktelements 27 mit der Vorderelektrode 5 und/oder mittels eines zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktelements 27 mit der Rückelektrode 7 elektrisch leitfähig kontaktiert ist , und/oder zwischen dem vorderen Schenkel 19 und der Vorderelektrode 5 und/oder dem hinteren Schenkel 21 und der Rückelektrode 7 zumindest in einem Bereich ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial 29 , bevorzugt eine Klebeschicht , angeordnet ist .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die gefaltete Sammelschiene 13 eine Schichtdicke von 20 pm bis 100 pm auf , bevorzugt von 20 pm bis 50 pm, und/oder weist der vordere Schenkel 19 eine Breite horizontal zum Schichtsystem 11 von 2 bis 20 mm auf , bevorzugt von 2 bis 10 mm, und der hintere Schenkel 21 eine Breite horizontal zum Schichtsystem bevorzugt von 2 bis 20 mm, oder bevorzugt von mindestens 10 mm auf .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 an der dem Schichtsystem 11 abgewandten Oberfläche elektrisch isoliert , und/oder weist die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 an der dem Schichtsystem 11 abgewandten Oberfläche eine Passivierung auf , bevorzugt aus einem Metalloxid .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die erste gefaltete Sammelschiene 13 und/oder die zweite gefaltete Sammelschiene 13 mit einer Anschlussdose zum Anschluss des photovoltaischen Elements 1 elektrisch leitfähig verbunden oder verbindbar .
In Fig . 2 ist in einem Ausführungsbeispiel ein photovoltaisches Element 1 mit einer gefalteten Sammelschiene 12 dargestellt . An der gefalteten Sammelschiene 13 ist eine elektrisch leitfähiges Kontaktelement 27 zum elektrisch leitfähigen Kontaktieren der gefalteten Sammelschiene 13 mit der Rückelektrode 7 ausgebildet .
Das Schichtsystem 11 mit der Vorderelektrode 5 , der Rückelektrode 7 , und der photoaktiven Schicht 9 sind laserstrukturiert . Die Rückelektrode 7 und/oder die Vorderelektrode 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 mit der gefalteten Sammelschiene 13 elektrisch leitfähig kontaktiert . Das elektrisch leitfähige Kontaktelement 27 verläuft durch die Barriereschicht 25 hindurch und weist an dem von der Sammelschiene 13 abgewandten Ende eine Kontaktfläche zu der Rückelektrode 7 auf , wobei der Durchmesser der Kontaktfläche beispielsweise 10 mm beträgt .
Die gefaltete Sammelschiene kann zur Herstellung an einer Seite des Schichtsystems 11 bzw . an einer dort angeordneten Barriereschicht 23 , 25 angelegt werden, bevorzugt mit einem Verbindungsmaterial 29 befestigt werden, und von dieser Seite auf die gegenüberliegende Seite des Schichtsystems bzw . die gegenüberliegende Barriereschicht 23 , 25 gebogen werden, bevorzugt dort mit einem Verbindungsmaterial 29 befestigt werden ( siehe Fig . 3 und 4 ) , wobei das Verbindungsmaterial 29 im Bereich des elektrisch leitfähigen Kontaktelements 27 elektrisch leitfähig ist .
Fig . 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements 1 mit einer gefalteten Sammelschiene 13 und einer Schutzschicht 31 in einer Seitenansicht . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugs zeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird .
Das Schichtsystem 11 mit der Vorderelektrode 5 , der Rückelektrode 7 , und der photoaktiven Schicht 9 sind laserstrukturiert . Die Rückelektrode 7 und/oder die Vorderelektrode 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 mit der gefalteten Sammelschiene 13 elektrisch leitfähig kontaktiert . Das elektrisch leitfähige Kontaktelement 27 verläuft durch die Barriereschicht 25 hindurch und weist an dem von der Sammelschiene 13 abgewandten Ende eine Kontaktfläche zu der Rückelektrode 7 auf , wobei der Durchmesser der Kontaktfläche 10 mm beträgt . Zum Schutz des Schichtsystems 11 weist das photovoltaische Element 1 eine Schutzschicht 31 auf , wobei bevorzugt zwischen der Schutzschicht 31 und dem Schichtsystem 11 eine Klebeschicht 33 angeordnet ist .
Das photovoltaische Element 1 ist aus mehreren photovoltaischen Zellen 3 gebildet , die mittels Laserstrukturierung seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind . In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das photovoltaische Element 1 ein flexibles photovoltaisches Element 1 .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das photovoltaische Element 1 mindestens eine Schutzschicht 31 auf , bevorzugt eine vordere Schutzschicht 31 auf einer Vorderseite des photovoltaischen Elements 1 und eine hintere Schutzschicht 31 auf einer Rückseite des photovoltaischen Elements 1 , bevorzugt eine Verkapselung .
Fig . 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements 1 mit einer gefalteten Sammelschiene 13 und einer Schutzschicht 31 in einer Seitenansicht . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugs zeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird .
Das Schichtsystem 11 mit der Vorderelektrode 5 , der Rückelektrode 7 , und der photoaktiven Schicht 9 sind laserstrukturiert . Die Rückelektrode 7 und/oder die Vorderelektrode 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 mit der gefalteten Sammelschiene 13 elektrisch leitfähig kontaktiert . Das elektrisch leitfähige Kontaktelement 27 verläuft durch die Barriereschicht 25 hindurch und weist an dem von der Sammelschiene 13 abgewandten Ende eine Kontaktfläche zu der Rückelektrode 7 auf , wobei der Durchmesser der Kontaktfläche in diesem Ausführungsbeispiel 10 mm beträgt .
Das photovoltaische Element 1 ist aus mehreren photovoltaischen Zellen 3 gebildet , die mittels Laserstrukturierung seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind .
Die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 kann einteilig ausgebildet sein, oder wie in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgebildet sein, wobei das Seitenelement 17 vertikal zum Schichtsystem 11 in ein vorderes Element 35 und ein hinteres Element 37 geteilt ist , wobei das vordere Element 35 und das hintere Element 37 elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, wobei bevorzugt zwischen dem vorderen Element 35 und dem hinteren Element 37 ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial 39 angeordnet ist .
Fig . 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines photovoltaischen Elements 1 mit einer gefalteten Sammelschiene 13 in einer Seitenansicht . Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird .
Das Schichtsystem 11 mit der Vorderelektrode 5 , der Rückelektrode 7 , und der photoaktiven Schicht 9 sind laserstrukturiert . Die Rückelektrode 7 und/oder die Vorderelektrode 5 sind in diesem Ausführungsbeispiel von einer bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 mit der gefalteten Sammelschiene 13 elektrisch leitfähig kontaktiert . Das elektrisch leitfähige Kontaktelement 27 verläuft durch die Barriereschicht 25 hindurch und weist an dem von der Sammelschiene 13 abgewandten Ende eine Kontaktfläche zu der Rückelektrode 7 auf , wobei der Durchmesser der Kontaktfläche 10 mm beträgt .
Das photovoltaische Element 1 ist aus mehreren photovoltaischen Zellen 3 gebildet , die mittels Laserstrukturierung seriell miteinander verschaltet sind .
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das photovoltaische Element 1 zwei gefaltete Sammelschienen 13 auf , wobei eine erste gefaltete Sammelschiene 13 die Vorderelektrode 5 elektrisch leitfähig kontaktiert und eine zweite gefaltete Sammelschiene 13 die Rückelektrode 7 elektrisch leitfähig kontaktiert , wobei die gefalteten Sammelschienen 13 zwei unterschiedliche Potentiale elektrisch leitfähig kontaktieren, bevorzugt beide an der Vorderseite oder beide an der Rückseite der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 , und/oder die erste gefaltete Sammelschiene 13 und die zweite gefaltete Sammelschiene 13 an gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 angeordnet sind .
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei gefaltete Sammelschienen 13 auf gegenüberliegenden Seiten in horizontaler Ausdehnung des photovoltaischen Elements 1 angeordnet . Dabei ist eine erste gefaltete Sammelschiene mit einer Vorderelektrode 5 und eine zweite gefaltete Sammelschiene mit einer Rückelektrode 7 elektrisch leitfähig kontaktiert , wobei die erste gefaltete Sammelschiene 13 einem ersten Potential zugeordnet ist und die zweite Sammelschiene 13 einem zweiten Potential zugeordnet ist . Die gefalteten Sammelschienen 13 und die Vorderelektrode 5 bzw . die Rückelektrode 7 sind j eweils mit einem elektrisch leitfähigen Kontaktelement 29 elektrisch leitfähig miteinander verbunden .
Die gefalteten Sammelschienen 13 des photovoltaischen Elements 1 sind zu einer Anschlussdose geführt ( nicht dargestellt ) . Es ist alternativ auch denkbar , dass die gefalteten Sammelschienen 13 durch eine Schutzschicht 31 hindurch mit einer Anschlussdose elektrisch leitfähig verbunden sind .

Claims

24 Patentansprüche
1 . Photovoltaisches Element 1 mit mindestens einer photovoltaischen Zelle 3 mit einem Schichtsystem 11 mit einer Vorderelektrode 5 , einer Rückelektrode 7 und mindestens einer photoaktiven Schicht 9 , wobei die mindestens eine photoaktive Schicht 9 zwischen der Vorderelektrode 5 und der Rückelektrode 7 angeordnet ist , und mindestens einer gefalteten Sammelschiene 13 , die an der Vorderelektrode 5 und/oder der Rückelektrode 7 elektrisch leitfähig kontaktiert ist , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 als U-förmiges Profil ausgebildet ist , wobei Kanten 15 einer Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 an einer Innenseite des U-förmigen Profils der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 angeordnet sind, so dass das U-förmige Profil die Kanten 15 der einen Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 umschließt .
2 . Photovoltaisches Element nach Anspruch 1 , wobei das U-förmige Profil der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 aus einem Seitenelement 17 mit einem horizontal zum Schichtsystem 11 an einer Seite des Seitenelements 17 angeordneten vorderen Schenkel 19 und einem horizontal zum Schichtsystem 11 an einer gegenüberliegenden Seite des Seitenelements 17 angeordneten hinteren Schenkel 21 ausgebildet ist , wobei die beiden Schenkel 19 , 21 in einem Abstand horizontal zueinander in der gleichen Richtung verlaufen, wobei bevorzugt ein Verbindungsbereich des vorderen Schenkels 19 und/oder des hinteren Schenkels 21 relativ zu dem Seitenelement 17 gewinkelt oder gebogen ausgebildet ist , und/oder das Seitenelement 17 vertikal zum Schichtsystem 11 planar oder gebogen ausgebildet ist .
3 . Photovoltaisches Element 1 nach Anspruch 1 oder 2 , wobei die mindestens eine photovoltaische Zelle 3 laserstrukturiert ist , so dass die Vorderelektrode 5 und/oder die Rückelektrode 7 mittels des vorderen Schenkels 19 oder des hinteren Schenkels 21 der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 von einer Seite des photovoltaischen Elements 1 elektrisch leitfähig kontaktierbar ist , bevorzugt von der bestimmungsgemäß sonnenabgewandten Seite des photovoltaischen Elements 1 .
4 . Photovoltaisches Element 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei das Schichtsystem 11 vertikal an dem Seitenelement 17 angeordnet ist , und der vordere Schenkel 19 relativ zu dem Schichtsystem 11 horizontal zu der Vorderelektrode 5 und der hintere Schenkel 21 horizontal zu der Rückelektrode 7 des Schichtsystems 11 angeordnet ist , und/oder die gefaltete Sammelschiene 13 über die gesamte Ausdehnung in Längsrichtung einer Seite der mindestens einen photovoltaischen Zelle ausgebildet ist , und/oder die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 an einer photovoltaischen Zelle 3 oder an parallel zueinander verschalteten photovoltaischen Zellen 3 angeordnet ist .
5 . Photovoltaisches Element 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei zwischen der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 und der Vorderelektrode 5 und/oder zwischen der mindestens einen gefalteten Sammelschiene 13 und der Rückelektrode 7 mindestens eine Barriereschicht 23 /25 angeordnet ist , wobei die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 mittels eines ersten elektrisch leitfähigen Kontaktelements 27 mit der Vorderelektrode 5 und/oder mittels eines zweiten elektrisch leitfähigen Kontaktelements 27 mit der Rückelektrode 7 elektrisch leitfähig kontaktiert ist , und/oder zwischen dem vorderen Schenkel 19 und der Vorderelektrode 5 und/oder dem hinteren Schenkel 21 und der Rückelektrode 7 zumindest in einem Bereich ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial 29 , bevorzugt eine Klebeschicht , angeordnet ist .
6 . Photovoltaisches Element 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei das photovoltaische Element 1 zwei gefaltete Sammelschienen 13 aufweist , wobei eine erste gefaltete Sammelschiene 13 die Vorderelektrode 5 elektrisch leitfähig kontaktiert und eine zweite gefaltete Sammelschiene 13 die Rückelektrode 7 elektrisch leitfähig kontaktiert , wobei die gefalteten Sammelschienen 13 zwei unterschiedliche Potentiale elektrisch leitfähig kontaktieren, bevorzugt beide an der Vorderseite oder beide an der Rückseite der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 , und/oder die erste gefaltete Sammelschiene 13 und die zweite gefaltete Sammelschiene 13 an gegenüberliegenden Seiten in Längsrichtung der mindestens einen photovoltaischen Zelle 3 angeordnet sind .
7 . Photovoltaisches Element 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die gefaltete Sammelschiene 13 eine Schichtdicke von 20 pm bis 100 pm aufweist , bevorzugt von 20 pm bis 50 pm, und/oder der vordere Schenkel 19 eine Breite horizontal zum Schichtsystem von 2 bis 20 mm aufweist , bevorzugt von 2 bis 10 mm, und der hintere Schenkel 21 eine Breite horizontal zum Schichtsystem von mindestens 10 mm aufweist .
8 . Photovoltaisches Element 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 einteilig ausgebildet ist , oder zweiteilig ausgebildet , wobei das Seitenelement 17 vertikal zum Schichtsystem in ein vorderes Element 35 und ein hinteres Element 37 geteilt ist , wobei das vordere Element 35 und das hintere Element 37 elektrisch leitfähig miteinander verbunden sind, wobei bevorzugt zwischen dem vorderen Element 35 und dem hinteren Element 37 ein elektrisch leitfähiges Verbindungsmaterial 39 angeordnet ist .
9 . Photovoltaisches Element 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 an 27 der dem Schichtsystem 11 abgewandten Oberfläche elektrisch isoliert ist , und/oder die mindestens eine gefaltete Sammelschiene 13 an der dem Schichtsystem 11 abgewandten Oberfläche eine Passivierung aufweist , bevorzugt aus einem Metalloxid .
10 . Photovoltaisches Element 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die erste gefaltete Sammelschiene 13 und/oder die zweite gefaltete Sammelschiene 13 mit einer Anschlussdose zum Anschluss des photovoltaischen Elements 1 elektrisch leitfähig verbunden oder verbindbar sind .
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