JP2021177552A - 室温法によるpvフィルム構造の入手およびpvフィルム構造の室温製造法 - Google Patents
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Abstract
Description
者らが関与した、独国特許第102015102801号明細書に概説される。周知の手
段、特徴および方法は、上記出願およびその中に引用される従来技術から認識され得る。
PV層シーケンスの室温製造法に関する。
製造のプロセス工学費用が著しく減少し、そして製造における実質的な利点を提供する。
しかしながら、これは、高温で正確に焼結されたか、または計画的に圧縮された層が、P
V層シーケンスに存在することが不可能であることも意味する。なお、光起電力的に活性
な層複合体の計画的に調整されたナノスケール平面性は、確立されたPV系の性能決定特
徴であり:ここでPV層は、しばしば、十分なエネルギー収量を保証するために真空プラ
ズマ法によって正確に調整される。印刷、フローコーティングまたスピンコーティングに
よって、すなわち、機械的手段によって、薄層、すなわち、固体の連続層シーケンスを生
じる室温法は、しばしば、制御された様式で、ナノメートル範囲で平面性を調整すること
ができない。層は不均等であり、そしてしばしば、マイクロメートル範囲でのみ平坦であ
る。マイクロメートル範囲でのみ平坦な不均等な層の不利益は、それらが、かなりの損失
を伴ってのみ、発電のため、ドーピングによってナノスケールで確立された領域的PV接
合を使用することができるということである。本発明者らは、これが、商業的光起電力製
造技術の分野において、非常にわずかな文献およびアプローチのみがRT製造法(RT=
室温)に真剣に関心を示していない理由を説明すると考える。
、気相が化学反応を強制するように補助する)によって、堆積およびエッチングプロセス
を含んでなる様々な反応が順番に生じ、したがって最初に、高平面性の領域的PVベース
構造が形成される、PV装置およびその製造法が記載される。ここでの不利益は、真空反
応チャンバーが、費用のかかるバッチ処理を必要とするということであり:真空反応チャ
ンバー中、装填され、次いで排出され、そして任意に乾燥され、最後に反応性気体下での
コーティング後、再び除去されることが可能であるのは、常に、特定の数の基材のみであ
る。別の不利益は、同一種類および厚さの層の反応性形成が常に達成されるように、コー
ティングされる基材が、コーティングの間に正確に調整された温度で保持されなければな
らないということである。さらに、この文献は、焼成されなければならないCu電極ペー
ストによるその後の印刷を教示し、すなわち、層複合体は、接触に関連して高温を受けな
ければならず、PV活性層の層および電極を形成するように意図された層の両方が圧縮お
よび焼結されて、十分な導電性および接触した全セルが得られる。それは、銅ペーストを
導体トラックへと焼結する焼結温度において、不純物および最小汚染が同様に拡散される
ため、正確に、高コストおよび不利益をもたらす。結果として、このような製造方法に関
して、さもなければ不純物が最終的にPV活性層中に拡散し、上記層を弱化するか、また
は完全に破損しさえするため、最終焼結ステップでさえも不純物を含まない高価かつ高純
度の反応物質が使用されなければならない。
ーケンス、特にPV層シーケンスに適用され得る印刷可能なホットメルト接着剤混合物を
電極構造および/または接触として提案する。導電性ペーストは、それらの表面上で銀ま
たはアルミニウムフレークを吸収する導電性鉛ガラス粒子を含有し、このベース混合物は
熱可塑性マトリックスで固定される。しかしながら、ここでの不利益は、さもなければ層
の十分な導電性および安定性のいずれも保証されないため、全ての有機部分が最終的に6
50℃〜900℃で焼成除去されなければならないということである。
または外部への通過を提供し、そしてPVまたはディスプレイ装置に適切である光学層の
形成方法を開示する。ここで、ポリマー層がポリイミド層に所望の配列および空間構成で
印刷され、そして重合温度までその後加熱される。分子鎖の標的とされた配列および変性
によって、光学層の屈折率は、光学上部層が最終的なエッチングまたは構造化を必要とし
ないように、方向的に調整され得る。ここでの不利益は、完全重合を保証するための最終
加熱が提供されるということでもある。この文献は、さらに、完全なPV層複合体、特に
PV活性層または層の組合せに、このような方法を適用することができるかどうか、そし
てもしそうであれば、どのようにそれを実行するかの指示を提供しない。
、最終PVモジュールが基材上に提供され、かつインクジェット印刷ステーションを介し
て、室温で様々な色でUV硬化接着剤によってカプセル化され、そして同時に、基材との
安定な組合せで密閉される、PVモジュールのための密閉系を開示する。ここでの不利益
は、モジュールとしての習慣的な確定されたPV活性層の使用であり、すなわち、電流供
給PV活性層の製造法は、上記不利益を有する、確立された費用の高い様式で実行される
。
ノスケールの水性分散体として提供され得るトリプチセン系を開示する。水性分散体は、
径が50nm〜200μmのトリプチセンの凝集体を提供することができ、したがって、
水性分散体を介して、前もって決定された領域において印刷可能な半導体特性を提供する
ことができる。
ジェット印刷ヘッド、塗料または顔料の静電スプレー適用、パッド印刷、リソグラフ印刷
、フレキソ印刷、溶融可能な熱可塑性プラスチックベースを介して顔料インクを適用する
ことが可能である熱昇華印刷までのオフセット印刷などの習慣的な印刷系も理解される。
ンおよびアントラセンから誘導される。このような系は、しばしば、時間をかけてゆっく
りと、主生成物のマトリックスから脱気する。したがって、そのような有機電気技術的薄
層は、しばしば、長期安定性を示さず、それらの腐食挙動において電気技術的特性の強い
初期悪化を示し、しばしばVOCと略される揮発性有機成分として層複合体から脱気し、
それらの存在を危険にさらし、そして追加的に、隣接層を破損するか、またはさらには破
壊する可能性がある、ベンゼンなどの申告すべき成分を含有する。
ース上の導電性分散を開示する。このベースは、架橋剤および希釈剤と一緒に有機樹脂中
に分散され、したがって、印刷可能な有機ペーストとして提供される。不利益は、樹脂が
平均モル質量に粗く調整されるのみであるということであり、それらは、しばしば、VO
C部分、ならびにしばしば潜在的に発がん性があるベンゼンおよびその誘導体を含んでな
る。加えて、希釈剤を含有する接着剤は分散接着剤であり、それらは希釈剤/溶媒のエバ
ポレーションによって硬化されるが、それらは、急速に、かつ完全に室温で生じることが
不可能であり、かつ希釈剤の長期かつ連続的なエバポレーションを必要とする。不完全な
硬化および長期のVOC放出の危険性は、このような樹脂系の周知の、かつ典型的な不利
益である。
温での工業的方法および大面積製造にもかかわらず、最終の接触可能層複合体においてP
V活性層を提供する薄層を提供することができる方法および本方法による電気技術的薄層
を提供することである。
従属請求項および以下の記載から認識できる。
薄層シーケンスとして印刷され、導電性および/または半導電性無機凝集体を含んでなる
少なくとも1種の水溶液および/または混合物を印刷によって適用し、そして同時化学反
応によって硬化し、PV活性層が得られ、次に、反応の間、鎖、網目構造、網目構造管、
空孔、細孔からなる群から選択される少なくとも1つの構造を含んでなるナノスケール構
造がPV層シーケンス中に形成される、室温法によって得られるPV層シーケンスを提供
する。
れて、層が提供される、電気技術的にPV薄層を製造するための対応する室温法は、硬化
が室温で実行されること、および硬化が、PV層シーケンスを形成するための少なくとも
1種の試薬による処理によって促進されることを特徴とする。
本発明によるPV層シーケンスは、本発明において請求された方法によって入手可能で
ある。本方法は、すでに、独国特許出願公開第102015102801A号明細書に関
連して、本発明者らによって提示されるが、そのプロセス工学的教示も、本明細書中、優
先権によって主張される。本方法の継続的開発において、本発明者らは価値のある追加的
製品に遭遇した。これらは、独国特許出願公開第102015015435A1号明細書
および独国特許出願公開第102015015600A1号明細書に記載されるとおり、
補足的なプロセス工学手段に関連して、本製造法に関しても請求される。
可能であり、かつ習慣的である範囲であり、すなわち、0℃〜60または70℃としてお
おまかに規定され得、そして欧州地域においては、約25℃±5℃である。PV層シーケ
ンスは、この温度において薄層シーケンスとして形成される。
が、2桁の大きさ以内で外れ得るマイクロメートル範囲の層として理解される。
れは、光起電流を受け取り、かつ利用することが可能である既存のシステムへの接続のみ
を必要とする、最終PV層シーケンスを形成する。
1種の水溶液および/または混合物は、印刷によって適用され、かつ同時の化学反応によ
って硬化され、PV活性層が得られる。反応性溶液または混合物の印刷は、極めて短い硬
化時間をもたらし、そして第1の時間に関して、工業印刷セクターから既知であるような
反応時間が入手可能である。本発明者らは、さらに、硬化は典型的に、薄層の表面におい
て最も急速に進行し、したがって、薄層において、電気技術的特性を有用に説明すること
ができる勾配を構築すると考える。導電性および/または半導電性凝集体に関して、空孔
および/または反応生成物の勾配は、この様式で製造された層が、より良好に電荷を分離
し、P−N接合においてPV効果を支持し、そしてダイオード様特性を示すことも可能で
あることを有用に説明することができる電気化学的輸送力をもたらすことができる。加え
て、PV薄層において、反応の間、鎖、網目構造、網目構造管、空孔、細孔からなる群か
ら選択される少なくとも1つの構造を含んでなるナノスケール構造がPV層シーケンスで
形成された。反応性硬化およびナノスケール構造を形成する反応の両方が同時に実行され
る場合、それは特に有利である。これによって、ナノスケール構造勾配のみならず、確立
されるナノ構造要素の濃度勾配および径分布も可能であり、そして本発明者らは、これを
、測定可能な電気技術的特性がバンドギャップ内で複数の励振プロセスを示す理由を説明
するものとして考える。低い製造温度でも、追加的利点がもたらされる。工業銘柄純度反
応物のみ(大規模工業製造において、95%〜99%、好ましくは、99%±0.5%の
純度)の作用に関してさえ、製造の間に印刷および/または化学的に作成されたP−N接
合が、その後の焼結の結果としての不純物の拡散によって破壊されないため、安定したP
V層シーケンスを得ることができる。さらに、実質的に層シーケンスを形成する凝集体の
無機塩基構造は、改善された安定性を説明することができる。そのようにして形成された
層シーケンスは、約160℃の温度における最終の、わずかに酸性の密閉の後、気候チャ
ンバー試験において全く初期分解を示さない典型的な性能値を示し;1000時間以上、
特定のPV層シーケンス試験片は性能安定性であり、これについて、本発明者らは、安定
した無機凝集体マトリックスに起因した。必要とされる製造プラントのみならず、必要な
材料の費用にも関連して、そのようにして入手可能なPV層シーケンスは、したがって、
従来の製造費用の一部で入手可能であり、かつ比較すると、初期分解を示さず、著しくよ
り良好な長期安定性を示す。
視のスペクトル範囲までの範囲、好ましくは、1200nmより高いスペクトル範囲にお
いて、特に好ましくは、1500nm〜4000nmの範囲において、その開放電圧の少
なくとも4%、好ましくは、その開放電圧の5%〜18%、特に好ましくは、その開放電
圧の10±4%を発生するPV活性層を含んでなる。上記されるように、P−N接合が同
時反応によって形成される場合、ナノ構造は、追加的に、直接的に接合においてバンドギ
ャップを変更することができる。長い、半導電性から導電性のナノ構造は、バンドギャッ
プ内の追加レベルを生成する追加的長波調整量子ドットまたはウェルと見なされ得る。本
発明者らは、これを、長波から可視光スペクトルのみからエネルギーを発生する独国特許
出願公開第102015015600A1号明細書に開示される薄層シーケンスの製造が
すでに達成されている理由を説明すると考える。少なくとも部分的にPV層シーケンスが
このような長波部分を利用することを可能にする手段および付随する生成物も本ケースで
主張される。
揮発性有機成分を含まず、有毒重金属を含有せず、好ましくは、添加剤または添加された
ドーパントとしてセレン、ヒ素、鉛、カドミウム、インジウム、ガリウムを有さず、PV
層シーケンスが、少なくとも10±4%の地上効率を有し、かつPV層シーケンスが、紙
様のフレキシブル担体の上部に適用可能であることを特徴とする。
は、長鎖および重分子として時間とともに脱ガスし、セルおよび存在するヒトの両方に損
傷を与える可能性がある。
ム、インジウム、ガリウムドが添加剤または添加されたドーパントとして存在しない。
も10±4%の地上効率を示した。印刷セクターから既知のブレンドおよび適用技術の使
用によって、紙上への適用は、第1の試験片を製造するための最も単純かつ最速の選択肢
である。これらの試験片は、印刷製品に関してのみ典型的であるフレキシビリティおよび
安定性を示す。そのような印刷製品は、転写フィルムおよび/またはラベルフィルムに印
刷されてもよく、次いで、最終的に、実際の担体の上部に適用されてもよいため、PV層
シーケンスは、同様の傾向において、紙様フレキシブル担体の上部に適用可能であるよう
に形成され得る。電気技術的薄層を有する対応する自己接着フィルムは、すでに製造され
ている。
されて層が得られる、電気技術的PV薄層を製造するための本発明の室温法は、硬化が室
温で実行されること、および硬化が、PV層シーケンスが形成される少なくとも1種の試
薬への暴露によって促進されることを特徴とする。
くは印刷によって適用され、そして最後に少なくとも1つの手段によって支持される同時
反応によって硬化される場合、PV活性層が担体層上に形成され、上記少なくとも1つの
手段が、UV照射、CO2への暴露、酸性気体への暴露、塩基性気体への暴露、酸化気体
への暴露、還元気体への暴露、酸塩化物への暴露、尿素溶液への暴露、金属分散体への暴
露、金属カルボニルへの暴露、金属錯体化合物への暴露、金属化合物への暴露、金属塩へ
の暴露、水への暴露、乾燥剤への暴露、乾燥気体への暴露、不活性気体への暴露、乾燥空
気への暴露からなる群から選択されることを特徴とする。
電性銀凝集体層、導電性金凝集体層、導電性金属酸化物凝集体層、導電性ガラス凝集体層
、導電性グラフェン層、導電性CNT層、導電性SWCNT層、導電性MWCNT層から
なる群から選択される少なくとも1つの層を含んでなる少なくとも1つの領域を有する担
体層上に少なくとも部分的に配列されることを特徴とする。
含んでなることを特徴とする。
、酸性シリカ凝集体、ナトリウム水ガラス凝集体、カリウム水ガラス凝集体、臭素凝集体
、ヨウ素凝集体、ハロゲン凝集体、炭素凝集体、ケイ素凝集体、ゲルマニウム凝集体、ス
ズ凝集体、鉛凝集体、ホウ素凝集体、アルミニウム凝集体、ガリウム凝集体、インジウム
凝集体、リン凝集体、ヒ素凝集体、アンチモン凝集体、イオウ凝集体、セレン凝集体、テ
ルル凝集体、ビスマス凝集体からなる群から選択される少なくとも1種の凝集体型、好ま
しくは酸化凝集体型を含んでなることを特徴とする。
成分、ポリオール成分、ポリエステル成分、ポリヘキソース成分、ポリアミノ酸成分、膨
潤性ポリヘキソース成分、紅藻類抽出物、寒天、トウモロコシでんぷん、ジャガイモでん
ぷん、でんぷん、カラゲナン、トラガカントゴム、膨潤性多糖、アラビアゴム、アルギネ
ート、ペクチン、膨潤性ポリペプチド、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロ
キシエチルセルロース、ポリアクリル、ポリカルボン酸、ポリエーテル、ポリアミド、ポ
リイミド、メタクリル酸ベースの重合性側鎖基を有する有機シリコン化合物、オルガノシ
ロキサンからなる群から選択される少なくとも1種の架橋成分を含んでなることを特徴と
する。
化、385nm以下の波長によるUV照射下での酸化、重水素ランプによるUV照射下で
の酸化、365nmにおけるUV LEDによるUV照射下での酸化、周囲酸素による酸
化、水銀蒸気ランプによるUV照射下での酸化、254nm付近での波長によるUV照射
下での酸化、185nm付近での波長によるUV照射下での酸化、UV照射下での架橋お
よび酸化、濃縮による有機酸の分離、濃縮による有機アルコールの分離、酸化物形成によ
るアルコールの分離からなる群から選択される少なくとも1種の反応が実行されることを
特徴とする。
リイオンが、ポリハライドイオン、インターハライドイオン、ポリスルフィドイオン、ポ
リヨージド−ヨージドイオン、複合化炭素イオン、グラフェンイオン、CNTイオンから
なる群から選択される少なくとも1種のポリイオンを含んでなることを特徴とする。
ことを特徴とする。
り、上記担体分子が、イオン受容足場ポリマー、Liイオン受容足場ポリマーイオン交換
樹脂、イオン交換ポリマー、イオン交換ガラス、ハロゲンイオン交換ガラス、ハロゲンイ
オン交換シリケート、ヨードフォアからなる群から選択されることを特徴とする。
ことを特徴とする。
表面酸化を含んでなることを特徴とする。
上でのCu2Oの形成、導電性成分上でのAg2Oの形成、金属成分上でのZnSの形成
、金属成分上でのSnOの形成、導電性成分上でのチタン−4酸化物化合物の形成、低価
金属酸化物混合物を有するチタン−4酸化物化合物の形成からなる群から選択される少な
くとも1つの反応を含んでなることを特徴とする。
有利な実施形態において、分散体中に領域的に導電性および/または半導電性無機凝集
体が提供され、そして硬化されて層が得られる、電気技術的PV活性薄層シーケンスの室
温製造法は、
−硬化が室温で実行され、
−硬化が、少なくとも1種の試薬への暴露によって促進され、
−印刷機において実行され、
−PV層シーケンスが形成され、次に、
−流動可能な水性混合物または溶液が提供される時に、担体層上にPV活性層が形成
され、
−混合物または溶液は、シリカ凝集体、塩基性シリカ凝集体、酸性シリカ凝集体、ナ
トリウム水ガラス凝集体、カリウム水ガラス凝集体、ハロゲン凝集体、ヨウ素凝集体、好
ましくは、pHが調整されたシリカ凝集体とハロゲン凝集体との組合せからなる群から選
択される少なくとも1種の無機凝集体型を含んでなり、
−混合物または溶液は、さらなる成分として、その架橋可能な分子部分が、ラクトン
部分、アクリル部分、多糖部分、重合可能なメタクリル酸をベースとする側鎖基を有する
有機シリコン化合物、オルガノシロキサン、オルガノシリルアセテートからなる群から選
択される少なくとも1種の分子部分を含んでなる、少なくとも1種の有機架橋可能成分を
含んでなり、
−混合物または溶液が、薄層で印刷によって適用され、そして最終的に、UV照射ま
たは乾燥気体への暴露によって支持される同時反応によって硬化され、PV活性層が、連
続有機網目構造を有する無機マトリックスを形成することを特徴とする。
無機凝集体が提供され、そして硬化されて層が得られる、電気技術的PV活性薄層シーケ
ンスの室温製造法は、
−印刷機において、PV層シーケンスが形成され、次に、
−流動可能な水性混合物または溶液が提供される時に、担体層上にPV活性層が形成
され、
−相互に反応する成分を有する混合物または溶液が製造され、薄層で印刷によって適
用され、そして最終的に、継続反応によって硬化され、PV活性層が、架橋結合剤架橋を
有する連続有機網目構造を有する無機マトリックスを形成することを特徴とする。
開第2015015435A1号明細書に記載されるように、室温で、担体として自己接
着性2プライラベル紙を用い、そして複数の印刷ステーションを用いるフレキソ印刷機で
の印刷プロセスに関連して、最初に、少なくとも部分的に金属の薄層、この場合は銅層お
よび/また銀層が紙上の還元グラファイトカーボン層上に形成される。
体を分散体中に含んでなる混合物として、以下の通りに製造された。第2の成分として部
分的に架橋可能な多糖−でんぷんエーテルは、分散体中のアスコルビン酸−塩酸混合物に
よって低pHに調整された。pHは、添加された色指示薬によって監視された。その後、
連続的に撹拌しながら、残留固体を蒸留水中に溶解し、そして粘度を調整するためのデキ
ストラン比率を有する糖類と混合した。酸性〜強酸性溶液を主成分としてシリカと混合し
、そして撹拌しながら、強塩基性pHになるまで、すなわち、指示薬の色変化が生じるま
で、水酸化ナトリウムで調整した。これによって、シリカは凝固/沈殿し、そして無機凝
集体が形成する。強塩基性分散体は、塩基溶解性金属、本例においては、同一量のヨウ化
カリウムヨウ素と一緒に、少量の完全溶解性アルミニウムの添加によって、還元的に製造
される。ヨウ化カリウムは、同時に溶解して着色錯体を形成し、そして視覚的にも、混合
物の導電率によっても水性分散体の溶液の動力学を監視することが可能となる。なお反応
性であり、かつ還元性の水性分散体は、フレキソ印刷機の次の印刷ステーション中に印刷
ペーストとして通過した。したがって、金属層の印刷直後、還元性ペーストが印刷によっ
て適用される。還元性分散体の印刷適用後、新しい、まだ湿っているペーストを、水銀蒸
気ランプを用いたUV照射および乾燥空気への暴露下で乾燥させた。UV照射によって少
なくとも部分的にヨウ素錯体は再び脱色し、すなわち、元素ヨウ素が放出し、そして硬化
の間に、周囲マトリックスおよび存在する塩化物イオンとの同時反応を受ける。さらに、
ヨウ素および同様に塩素は、下面にあらかじめ印刷された金属層と反応することが可能で
ある。本発明者らは、そのようにしてP−N接合が金属層において直接形成され、同時に
、無機凝集体に沿って、対応する接合が、溶解された金属、この場合はアルミニウムから
形成され得、そしてハロゲンが放出されると考える。全プロセスは、フレキソ印刷機で実
行される。PV活性層は、少なくとも部分的に金属層を有する担体層上に形成される。塩
酸、ヨウ化カリウムおよび還元性溶解金属の量の変動は、PV活性層の効率および性能に
重要な影響を与え、そして特性の最適化を可能にする。混合物または溶液は、さらなる成
分として、多糖部分を含んでなる。本発明者らは、第2の成分としての上記部分が、ハロ
ゲン凝集体およびハロゲン間凝集体を含んでなり、かつそれを支持することができる有機
足場を形成すると考える。したがって、薄層に印刷され、その後、UV照射および乾燥気
体への暴露によって支持される同時反応によって硬化されるPV活性層は、第2の成分と
して相互貫入する有機網目構造を有する無機マトリックスを主成分として形成した。PV
層シーケンスは、上部で、部屋乾燥導電性銀と接触し;下面上に印刷された金属層ごとに
慣習的な自己接着性電極および/または層による印刷も代わりに想像可能である。光から
電流への十分なPV変換を保証するために、PV活性層が被覆されていないことが重要で
ある。すでに接触したPV層シーケンスはラインが提供され、そして貼合せ機にてアクリ
レート熱可塑性プラスチック被覆で溶接された。そのようにして溶接されたセルを、確定
したSi標準に従ってその効率に関して調査し、そして約0.3〜0.4の低充填率にお
いて10±4%の効率を示した。本発明によって製造されたセルの達成可能な電位は、1
0%〜20%の効率の範囲である。IEC規格61215に基づく気候チャンバー試験に
おいて、セルは、80℃および高大気湿度のUV比率を有する強直射日光に暴露された。
性能の変化は、1000時間にわたって観察されなかった。屋外使用に最適化されないラ
ミネート溶接が脱着し、湿性雰囲気が数百時間、薄層シーケンスと直接接触していた後の
み、6%以下の性能低下が観察された。本発明者らは、湿性雰囲気との直接接触時されも
高い安定性(最初の性能低下がない)および驚くべき安定した性能は、無機塩基足場に帰
すると考え:凝集体は、それら自身の間で固体接点および架橋を形成した。マトリックス
は極めて安定し、かつ焼結または腐食プロセスの可能性がほとんどない。架橋構造は、印
刷プロセスによって得られる製品の高いフレキシビリティを説明することも可能であり:
印刷された薄層シーケンスが剥離または剥がれ落ちることなく、紙担体は、古典的な印刷
製品と同様に、巻く、曲げる、および折り畳まれ得る。
源の出力を増加すると、本発明のセルは、習慣的なSi PVセルと比較して、出力の著
しく高い増加を示した:Siセルは、増加した輝度において、0.5〜1パーセントのみ
多くの電流を提供するが、本発明による印刷されたセルは、数パーセントの追加的出力を
提供した。さらに、スイッチを切られたが、まだ暖かい電球に関して、本発明によるセル
は、当初利用可能な開放電圧の約10%の残余出力を示し、したがって、電球温度低下に
よって縮小した。本発明者らは、これらの優れた性能特性は、その形態学および変更され
たバンドギャップ構造に帰すると考える:比較的強い光入射において、印刷された凝集体
の著しく大きい表面は、より多くのフォトンを変換することが可能であり、そして凝集体
上に表面的に配列されたPV活性およびナノスケール構造は、様々な入射角に対して本セ
ルをいっそう耐性にする:ひどく傾いた入射角でさえ、出力の著しくより大きい部分は、
なお確立された利用可能なSiセルの場合と同様に思われ得る。さらに、長波から可視光
スペクトルまで配列された残り有効性は、量子ドットおよび/または長波フォトンの変換
を可能にするバンドギャップ内の近間隔のエネルギーレベルを示す。本発明者らは、反応
形成されたナノスケール構造が、ここでバンドギャップを変更すると考える。これによっ
て、明白な暗闇の中でさえ、上記されたセルが、加温された電球によって、有用な一定の
残余出力を提供することが可能である理由を有効に説明することができる。
および熱焼戻しまたは焼結ステップを必要とするということであり、薄い、ドープされた
真空層は、腐食および汚染に非常に影響されやすいことである。
層シーケンスを提供することであった。
化される室温法によって解決される。同時反応によって、層境界において勾配およびナノ
スケール構造が形成され、これは、習慣的な性能および高い安定性を有するPV活性層を
生じる。気候チャンバー試験において、約10%の効率が、安定に、かつ初期性能低下が
生じずに達成可能であり、そして20年の試験期間にわたって、変動がほとんどなく、一
定して入手可能である。
料の使用が可能であり、かつ製造または流通の典型的な資本経費の一部分で、最終の高フ
レキシブルセルとして利用可能であるPV層シーケンスが製造される。PV層シーケンス
は、初めて、印刷製品の製造と完全に同様に製造され得る。したがって、本発明は、確立
されたPV薄層が、以前に非常に高価であるか、または非常に不安定であるために却下さ
れた全ての分野における製造および使用の両方に関して、極めて用途が広い適応性を提供
する。
Claims (19)
- −PV層シーケンスが、連続印刷法で室温において少なくとも接触電極を含む薄層シ
ーケンスとして印刷され、
−導電性および/または半導電性無機凝集体を含んでなる少なくとも1種の水溶液お
よび/または混合物を印刷によって適用し、そして同時化学反応によって硬化し、PV活
性層が得られ、次に、
−前記反応の間、鎖、網目構造、網目構造管、空孔、細孔からなる群から選択される
少なくとも1つの構造を含んでなるナノスケール構造が前記PV層シーケンス中に形成さ
れる、室温法によって得られるPV層シーケンス。 - 長波から可視のスペクトル範囲までの範囲、好ましくは、1200nmより高いスペク
トル範囲において、特に好ましくは、1500nm〜4000nmの範囲において、その
開放電圧の少なくとも4%、好ましくは、その開放電圧の5%〜18%、特に好ましくは
、その開放電圧の10±4%を発生するPV活性層を含んでなる、請求項1に記載のPV
層シーケンスを有する薄層シーケンス。 - 完全薄層シーケンスが、
−揮発性有機成分を含まず、有毒重金属を含有せず、好ましくは、添加剤または添加
されたドーパントとしてセレン、ヒ素、鉛、カドミウム、インジウム、ガリウムを有さず
、
−前記PV層シーケンスが、少なくとも10±4%の地上効率を有し、
−前記PV層シーケンスが、紙様のフレキシブル担体の上部に適用可能であることを
特徴とする、請求項1または2に記載のPV層シーケンスを有する薄層シーケンス。 - 分散体中に領域的に導電性および/または半導電性無機凝集体が提供され、そして硬化
されて層が得られる、電気技術的薄層、特に、請求項1〜3のいずれか一項に記載の薄層
シーケンスの室温製造であって、
−前記硬化が室温で実行されること、および
−前記硬化が、少なくとも1種の試薬への暴露によって促進され、
−PV層シーケンスが形成されることを特徴とする、方法。 - 流動性混合物または溶液が提供され、薄層で適用され、好ましくは印刷によって適用さ
れ、そして最後に少なくとも1つの手段によって支持される同時反応によって硬化される
場合、PV活性層が担体層上に形成され、前記少なくとも1つの手段が、UV照射、CO
2への暴露、酸性気体への暴露、塩基性気体への暴露、酸化気体への暴露、還元気体への
暴露、酸塩化物への暴露、尿素溶液への暴露、金属分散体への暴露、金属カルボニルへの
暴露、金属錯体化合物への暴露、金属化合物への暴露、金属塩への暴露、水への暴露、乾
燥剤への暴露、乾燥気体への暴露、不活性気体への暴露、乾燥空気への暴露からなる群か
ら選択されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。 - PV活性層が、導電性銅層、導電性グラファイト凝集体層、導電性銀凝集体層、導電性
金凝集体層、導電性金属酸化物凝集体層、導電性ガラス凝集体層、導電性グラフェン層、
導電性CNT層、導電性SWCNT層、導電性MWCNT層からなる群から選択される少
なくとも1つの層を含んでなる少なくとも1つの領域を有する担体層上に少なくとも部分
的に配列されることを特徴とする、請求項4または5に記載の方法。 - 印刷機で実行されることを特徴とする、請求項4〜6のいずれか一項に記載の方法。
- PV活性層が、連続有機網目構造を有する無機マトリックスを含んでなることを特徴と
する、請求項4〜7のいずれか一項に記載の方法。 - 前記無機マトリックスが、シリカ凝集体、塩基性シリカ凝集体、酸性シリカ凝集体、ナ
トリウム水ガラス凝集体、カリウム水ガラス凝集体、臭素凝集体、ヨウ素凝集体、ハロゲ
ン凝集体、炭素凝集体、ケイ素凝集体、ゲルマニウム凝集体、スズ凝集体、鉛凝集体、ホ
ウ素凝集体、アルミニウム凝集体、ガリウム凝集体、インジウム凝集体、リン凝集体、ヒ
素凝集体、アンチモン凝集体、イオウ凝集体、セレン凝集体、テルル凝集体、ビスマス凝
集体からなる群から選択される少なくとも1種の凝集体型、好ましくは酸化凝集体型を含
んでなることを特徴とする、請求項8に記載の方法。 - 前記有機マトリックスが、ポリアミド成分、ポリアクリレート成分、ポリオール成分、
ポリエステル成分、ポリヘキソース成分、ポリアミノ酸成分、膨潤性ポリヘキソース成分
、紅藻類抽出物、寒天、トウモロコシでんぷん、ジャガイモでんぷん、でんぷん、カラゲ
ナン、トラガカントゴム、膨潤性多糖、アラビアゴム、アルギネート、ペクチン、膨潤性
ポリペプチド、ゼラチン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、
ポリアクリル、ポリカルボン酸、ポリエーテル、ポリアミド、ポリイミド、メタクリル酸
ベースの重合性側鎖基を有する有機シリコン化合物、オルガノシロキサンからなる群から
選択される少なくとも1種の架橋成分を含んでなることを特徴とする、請求項8または9
に記載の方法。 - 前記同時反応として、ハロゲンによる酸化、UV照射下での酸化、385nm以下の波
長によるUV照射下での酸化、重水素ランプによるUV照射下での酸化、365nmにお
けるUV LEDによるUV照射下での酸化、周囲酸素による酸化、水銀蒸気ランプによ
るUV照射下での酸化、254nm付近での波長によるUV照射下での酸化、185nm
付近での波長によるUV照射下での酸化、UV照射下での架橋および酸化、濃縮による有
機酸の分離、濃縮による有機アルコールの分離、酸化物形成によるアルコールの分離から
なる群から選択される少なくとも1種の反応が実行されることを特徴とする、請求項4〜
10のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ナノスケールポリイオンの硬化の導入の前および間に、前記ポリイオンが、ポリハ
ライドイオン、インターハライドイオン、ポリスルフィドイオン、ポリヨージド−ヨージ
ドイオン、複合化炭素イオン、グラフェンイオン、CNTイオンからなる群から選択され
る少なくとも1種のポリイオンを含んでなることを特徴とする、請求項4〜11のいずれ
か一項に記載の方法。 - 好ましくは鎖様の前記ポリイオンの長さが、平均鎖長に調整されることを特徴とする、
請求項12に記載の方法。 - PV活性層が、少なくとも部分的に担体分子の種類を含んでなり、前記担体分子が、イ
オン受容足場ポリマー、Liイオン受容足場ポリマーイオン交換樹脂、イオン交換ポリマ
ー、イオン交換ガラス、ハロゲンイオン交換ガラス、ハロゲンイオン交換シリケート、ヨ
ードフォアからなる群から選択されることを特徴とする、請求項4〜13のいずれか一項
に記載の方法。 - PV活性層が、少なくとも1種のさらなる増感剤を含んでなることを特徴とする、請求
項4〜14のいずれか一項に記載の方法。 - 導電性成分に適用されたPV活性層の同時反応が、金属成分の表面酸化を含んでなるこ
とを特徴とする、請求項4〜15のいずれか一項に記載の方法。 - 前記酸化が、粒子状銅成分上でのCuIの形成、粒子状銅成分上でのCu2Oの形成、
導電性成分上でのAg2Oの形成、金属成分上でのZnSの形成、金属成分上でのSnO
の形成、導電性成分上でのチタン−4酸化物化合物の形成、低価金属酸化物混合物を有す
るチタン−4酸化物化合物の形成からなる群から選択される少なくとも1つの反応を含ん
でなることを特徴とする、請求項16に記載の方法。 - 分散体中に領域的に導電性および/または半導電性無機凝集体が提供され、そして硬化
されて層が得られる、請求項4〜17のいずれか一項に記載の電気技術的PV活性薄層シ
ーケンスの室温製造法であって、
−前記硬化が室温で実行され、
−前記硬化が、少なくとも1種の試薬への暴露によって促進され、
−印刷機において実行され、
−PV層シーケンスが形成され、次に、
−流動可能な水性混合物または溶液が提供される時に、担体層上にPV活性層が形成
され、
−前記混合物または溶液は、シリカ凝集体、塩基性シリカ凝集体、酸性シリカ凝集体
、ナトリウム水ガラス凝集体、カリウム水ガラス凝集体、ハロゲン凝集体、ヨウ素凝集体
、好ましくは、pHが調整されたシリカ凝集体とハロゲン凝集体との組合せからなる群か
ら選択される少なくとも1種の無機凝集体型を含んでなり、
−前記混合物または溶液は、さらなる成分として、その架橋可能な分子部分が、ラク
トン部分、アクリル部分、多糖部分、重合可能なメタクリル酸をベースとする側鎖基を有
する有機シリコン化合物、オルガノシロキサン、オルガノシリルアセテートからなる群か
ら選択される少なくとも1種の分子部分を含んでなる、少なくとも1種の有機架橋可能成
分を含んでなり、
−前記混合物または溶液が、薄層で印刷によって適用され、そして最終的に、UV照
射または乾燥気体への暴露によって支持される同時反応によって硬化され、前記PV活性
層が、連続有機網目構造を有する無機マトリックスを形成することを特徴とする、方法。 - 分散体中に領域的に導電性および/または半導電性無機凝集体が提供され、そして硬化
されて層が得られる、請求項4〜18のいずれか一項に記載の電気技術的PV活性薄層シ
ーケンスの室温製造法であって、
−印刷機において、PV層シーケンスが形成され、次に、
−流動可能な水性混合物または溶液を提供することによって、担体層上にPV活性層
が形成され、
−相互に反応する成分を有する混合物または溶液が製造され、薄層で印刷によって適
用され、そして最終的に、継続反応によって硬化され、前記PV活性層が、架橋結合剤架
橋を有する連続有機網目構造を有する無機マトリックスを形成することを特徴とする、方
法。
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