DE102007005091A1

DE102007005091A1 - Solarzelle

Info

Publication number: DE102007005091A1
Application number: DE102007005091A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. Schindler; Achim Dr. Hansen
Original assignee: Leonhard Kurz GmbH and Co KG
Current assignee: Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-08-07
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: DE102007005091B4; WO2008092679A1

Abstract

Es wird eine Solarzelle (2) mit aktiven Bereichen (2a) mit einer vorzugsweise organischen Halbleiterschicht (14) und mit inaktiven Bereichen (2i) ohne die Halbleiterschicht (14) und einer als Lichteintrittsseite vorgesehenen Vorderseite beschrieben. Die Solarzelle (2) weist auf ihrer Rückseite Lichtleiteinrichtungen (20) mit lichtablenkenden Strukturelementen (23s) auf, die in die inaktiven Bereiche (2i) einfallendes Licht (29) auf die Halbleiterschicht (14) in den aktiven Bereichen (2a) lenken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solarzellen mit organischen Halbleiterschichten (OPV – organische Photovoltaik) weisen gegenüber Solarzellen mit anorganischen Halbleiterschichten bei vergleichbarer aktiver Fläche einen geringeren Wirkungsgrad auf, der momentan im Bereich von 5% liegt. Weiter weisen solche Solarzellen beispielsweise beim Aufbau aus mehreren miteinander elektrisch verbundenen Solarzellenmodulen inaktive Bereiche ohne photovoltaische Halbleiterschicht auf, die keinen Beitrag zur Energiegewinnung leisten. In den inaktiven Bereichen sind beispielsweise die elektrischen Verbindungsleitungen zwischen den Solarzellenmodulen angeordnet, die üblicherweise aus einem metallischen Material bestehen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Solarzelle zu schaffen, die einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Solarzelle in Form eines Mehrschichtkörpers, insbesondere in Form einer mehrschichtigen, flexiblen Folie gelöst, die aktive Bereiche mit mindestens einer photovoltaischen Halbleiterschicht und inaktiven Bereichen aufweist, wobei vorgesehen ist, dass die Solarzelle eine Lichtleiteinrichtung mit lichtablenkenden Strukturelementen aufweist, die in Bezug auf die Lichteintrittsseite unterhalb der mindestens einen Halbleiterschicht angeordnet sind und so ausgeformt sind, dass sie in die inaktiven Bereiche einfallendes Licht auf die mindestens eine Halbleiterschicht in den aktiven Bereichen lenken.
Bei der erfindungsgemäßen Solarzelle ist eine Lichtleiteinrichtung vorgesehen, die in den Aufbau der Solarzelle integriert ist. Durch die Integration in die Solarzelle ist ein besonders kompakter Aufbau möglich. Besondere Justagearbeiten sind nicht vorgesehen, so dass ein personeller Aufwand für Montage und/oder Justage der Lichtleiteinrichtungen nicht eintritt.
Die erfindungsgemäße Solarzelle ist als ein flexibler Mehrschichtkörper ausgebildet, beispielsweise als Transfer- oder Laminierfolie. Die Solarzelle kann so besonders einfach montiert und transportiert werden, beispielsweise durch Aufkleben oder Auflaminieren bzw. durch Transport als Rollenware. Die Montageflächen sind wegen der Flexibilität der Solarzelle nicht auf ebene Flächen beschränkt.
Bei der Solarzelle kann es sich um eine Single- oder Multi-Junction-Solarzelle handeln. Bei den Multi-Junction-Solarzellen handelt es sich um Solarzellen, bei denen mehrere Einzelsolarzellen mit verschiedenen Bandlückenenergien übereinander gestapelt werden und möglichst verlustfrei miteinander verschaltet werden. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad der Solarzelle weiter verbessert werden.
Besondere Vorteile sind zu verzeichnen, wenn es sich bei der Solarzelle um eine Solarzelle mit organischer photovoltaischer Halbleiterschicht handelt, die mittels Druckverfahren in einem sogenannten Rolle-zu-Rolle-Prozess herstellbar ist. Photovoltaische Halbleiterschicht bedeutet hierbei, dass die Halbleiterschicht eine Funktionsschicht des photovoltaischen Prozesses bildet und als solche zur photovoltaischen Stromerzeugung beiträgt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
Es kann vorgesehen sein, dass die inaktiven Bereiche transparente oder semitransparente Elektroden und/oder Stromleitelemente aufweisen. Die Solarzelle kann beispielsweise schachbrettartig aufgebaut sein, wobei zwischen den aktiven Bereichen mit den photovoltaischen Halbleiterschichten streifenförmige inaktive Bereiche angeordnet sind, deren Stromleitelemente so ausgebildet sein können, dass sie Reihen- und/oder Parallelschaltungen der aktiven Bereiche herstellen. Auf diese Weise kann die Solarzelle hinsichtlich der abgegebenen Spannung und des abgegebenen Stromes optimiert werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die lichtablenkenden Strukturelemente in den inaktiven Bereichen der Solarzelle angeordnet sind.
Weitere lichtablenkende Strukturelemente können über den aktiven Bereichen der Solarzelle angeordnet sind, beispielsweise in Form unterhalb der Halbleiterschicht angeordneter Reflexionsschichten, die durch die Halbleiterschicht hindurchtretendes Licht wieder auf die Halbleiterschicht zurücklenken.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass die lichtablenkenden Strukturelemente gegenüber der Oberfläche der Solarzelle geneigte Reflexionsflächen aufweisen.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass die Reflexionsflächen mindestens bereichsweise mit unterschiedlicher Neigung ausgebildet sind. Bei einer Lichtleiteinrichtung, die zwischen einem ersten und einem zweiten aktiven Bereich angeordnet ist, können also erste Reflexionsflächen vorgesehen sein, die eine solche Neigung zu den einfallenden Lichtstrahlen aufweisen, dass ein erster Teil der ausfallenden Lichtstrahlen auf den ersten aktiven Bereich gerichtet ist, und es können zweite Reflexionsflächen vorgesehen sein, die eine solche Neigung zu den einfallenden Lichtstrahlen aufweisen, dass ein zweiter Teil der ausfallenden Lichtstrahlen auf den zweiten aktiven Bereich gerichtet ist.
Es kann so vorgesehen sein, dass die Strukturelemente in Abhängigkeit von ihrem Abstand zum nächstgelegenen aktiven Bereich das einfallende Licht in einem unterschiedlichen Winkel durch Reflexion, Beugung oder Streuung ablenken und so das in den nicht aktiven Bereichen einfallende Licht möglichst gleichmäßig über die aktiven Bereiche verteilen.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Lichtleiteinrichtung als ein- oder mehrschichtiger Körper ausgebildet ist, der mindestens eine Strukturschicht aufweist, wobei die lichtablenkenden Strukturelemente in einer Oberflächenstruktur der Strukturschicht abgeformt sind. Die Ausbildung der Lichtleiteinrichtung als ein Mehrschichtkörper, vorzugsweise als ein folienartiger Mehrschichtkörper, ermöglicht das Aufbringen der Lichtleiteinrichtung auf die Solarzelle in einem an die Herstellung der Solarzelle unmittelbar anschließenden Arbeitsschritt bzw. Arbeitsschritten, vorzugsweise in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, die Lichtleiteinrichtung als vorgefertigten Folienkörper auf die Solarzelle zu kaschieren oder die unterste Schicht der Lichtleiteinrichtung auf die Solarzelle aufzubringen und danach sodann die weiteren Schichten der Lichtleiteinrichtung aufzubringen. Bei der Strukturschicht handelt es sich um eine vorzugsweise transparente Schicht, deren der photovoltaischen Halbleiterschicht abgewandte Seite mit der besagten Oberflächenstruktur versehen ist.
In einer ersten vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur eine Blaze-Gitter-Struktur ist. Bei einem Blaze-Gitter handelt es sich um eine Oberflächenstruktur mit asymmetrischen sägezahnförmigen Strukturelementen, die das Licht aufgrund der Asymmetrie der Strukturelemente in ein oder mehrere bevorzugte Richtungen reflektieren und/oder beugen. Die Spatialfrequenzen der hier verwendeten Gitter liegen im Bereich von 20 Linien/mm bis 1500 Linien/mm. Die Gitterfrequenz wird hierbei vorzugsweise so gewählt, dass diese Gitter als achromatische Gitter wirken.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sehen vor, dass die Oberflächenstruktur eine diffraktive Oberflächenstruktur ist, insbesondere ein Kinoform, die Licht entsprechend gerichtet durch Beugung ablenkt, oder dass die Oberflächenstruktur eine anisotrope Mattstruktur ist, die das einfallende Licht entsprechend gerichtet streut. Sowohl das Kinoform als auch die anisotrope Mattstruktur können hierbei mittels holographischer Verfahren hergestellt werden.
Es kann vorgesehen sein, dass die Oberflächenstruktur eine Tiefe von 0,1 µm bis 10 µm aufweist.
Solche Feinstrukturen können vorteilhafterweise in eine Strukturschicht aus einem thermoplastischen Kunststoff oder aus einem UV-härtenden Lack abgeformt werden, beispielsweise mittels eines beheizten Prägewerkzeugs oder mittels UV-Replikation.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Strukturschicht eine Dicke von 0,1 µm bis 100 µm aufweist. Bedingt durch die vorzugsweise vorgesehene geringe Schichtdicke und durch die geringe Strukturtiefe wird eine Lichtleiteinrichtung erhalten, die an die Schichtdicken der Solarzelle und deren mechanische Eigenschaften angepasst ist und daher auch keinerlei Zwangskräfte auf die Solarzelle ausübt, sei es bei der Montage oder beim Gebrauch, beispielsweise bei Temperaturwechseln oder bei Windbelastung oder dergleichen.
In einer vorteilhaften Ausbildung ist vorgesehen, dass auf der Rückseite der Strukturschicht eine Reflexionsschicht angeordnet ist.
Bei der Reflexionsschicht kann es sich vorzugsweise um eine metallische Schicht aus einem gut reflektierenden und vorzugsweise witterungsbeständigen Metall handeln. Zur Erhöhung der Witterungsbeständigkeit kann eine Schutzschicht auf der Reflexionsschicht vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Reflexionsschicht aus Aluminium, Gold, Silber, Kupfer und/oder aus einer Legierung dieser Metalle ausgebildet ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Reflexionsschicht aus einem Metall- Mehrschichtkörper ausgebildet ist.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Reflexionsschicht eine Dicke von 10 nm bis 50 nm aufweist oder x-mal dieser Schichtdicke bei einem Mehrschichtkörper ist. Die Festlegung der Dicke der Reflexionsschicht kann materialabhängig vorgesehen sein und die Dicke so bemessen sein, dass die Reflexionsschicht gerade nicht mehr transparent ist. Die Dickenbestimmung kann vorteilhafterweise in einer Versuchsreihe vorgenommen werden.
Weiter ist es auch möglich, dass die Reflexionsschicht aus einer Abfolge von hoch- und niedrigbrechenden, dielektrischen Schichten (HRI-, LRI-Schichten) gebildet wird.
In einer weiteren alternativen Ausbildung zur Reflexionsschicht kann vorgesehen sein, dass die Strukturschicht eine optische Brechzahl > 1,7 aufweist. Die Brechzahl ist so zu bestimmen, dass an der Rückseite der Strukturschicht Totalreflexion eintritt, wodurch eine besonders gute Reflexion erreicht ist. Vorteilhafterweise sollte allerdings sichergestellt sein, dass die Rückseite der Strukturschicht an Luft angrenzt. Das kann beispielsweise dadurch erreicht sein, dass die Montagefläche für die Solarzelle in den inaktiven Bereichen der Solarzelle zurückspringt, so dass die Solarzelle bereichsweise an Luft grenzt.
Es kann vorgesehen sein, dass die Strukturschicht auf einer Trägerschicht angeordnet ist.
Die Trägerschicht kann aus PET ausgebildet sein. Es können aber auch andere vorzugsweise thermoplastische Kunststoffe vorgesehen sein.
Weiter kann vorgesehen sein, dass die Trägerschicht eine Barriere-Schicht bildet, die die Witterungsbeständigkeit der Zelle, wie auch die Langzeitstabilität gegen UV-Strahlung erhöht.
Es kann vorgesehen sein, dass die Trägerschicht eine Dicke von 19 µm bis 150 µm aufweist.
In einer weiteren Ausbildung kann vorgesehen sein, dass zwischen der Trägerschicht und der Rückseite einer Gegenelektrode der Solarzelle eine Zwischenschicht angeordnet ist. Die Zwischenschicht kann beispielsweise als Haftschicht und/oder als Funktionsschicht vorgesehen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zwischenschicht einen schichtweisen Aufbau aufweist.
Eine erste Schicht der Zwischenschicht kann aus PEDOT/PSS gebildet sein.
Die erste Schicht kann eine Dicke von 100 nm bis 250 nm aufweisen.
Eine zweite Schicht der Zwischenschicht kann aus ITO gebildet sein.
Die zweite Schicht kann eine Dicke von 50 nm bis 150 nm aufweisen.
Die vorstehend genannten Zwischenschichten bilden eine Zwischenschicht, die z. B. zur Erhöhung der Leitfähigkeiten dient. Es kann aber auch ein anderer Schichtaufbau vorgesehen sein und/oder es können andere Schichtmaterialien vorgesehen sein, die z. B. die Lichtführung positiv beeinflussen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung kann vorgesehen sein, dass die optischen Brechzahlen der Schichten der Lichtleiteinrichtung um nicht mehr als 0,2 voneinander abweichen. Dadurch ist erreicht, dass eine zusätzliche Lichtablenkung an den Schichtübergängen tolerierbar ist und die Lichtablenkung im wesentlichen durch den oben beschriebenen Neigungswinkel der Reflexionsflächen der lichtablenkenden Strukturelemente gegenüber den einfallenden Lichtstrahlen bestimmt ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass es sich bei der photovoltaischen Halbleiterschicht um eine organische Halbleiterschicht handelt. Es kann aber auch anorganisches Halbleitermaterial oder ein Gemisch aus organischem und anorganischem Halbleitermaterial vorgesehen sein, welches vorzugsweise mittels eines Sprüh- oder Druckprozesses in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren aufgebracht wird.
Es kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass sowohl eine der Lichteintrittsseite der Solarzelle zugewandte Elektrode als auch die der Lichteintrittsseite abgewandte Gegenelektrode als transparente und/oder semitransparente Elektroden ausgebildet sind. Bei Solarzellen nach dem Stand der Technik muss die Gegenelektrode nicht transparent ausgebildet sein. Bei der erfindungsgemäßen Solarzelle erleichtert die transparente und/oder semitransparente Gegenelektrode jedoch das Einleiten des an den Reflexionsflächen der Strukturelemente abgelenkten Lichtes in die photovoltaische Halbleiterschicht.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen beispielhaft verdeutlicht.
Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Solarzelle vor dem Aufbringen von Lichtleiteinrichtungen;
2 einen schematischen Querschnitt des Ausführungsbeispiels in 1 nach dem Aufbringen der Lichtleiteinrichtungen.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Solarzelle 1, die als Single-Stack-Version ausgebildet ist. Bei der Solarzelle 1 handelt es sich um eine so genannte organische Solarzelle, bei der die photovoltaische Halbleiterschicht aus einem organischen Halbleitermaterial besteht. Dieser Aufbau wird auch als OVP bezeichnet.
Die Solarzelle 1 weist ein Trägersubstrat 11 auf, bei dem es sich um eine Kunststofffolie von etwa 20 bis 50 µm Stärke handeln kann, beispielsweise um eine PET-Folie. Das Trägersubstrat 11 ist transparent ausgebildet und der zum Betrieb der Solarzelle 1 benötigten Lichtquelle zugewandt, beispielsweise der Sonne. Das Trägersubstrat 11 bildet daher die Lichteintrittsseite der Solarzelle 1.
Die Solarzelle 1 ist abschnittsweise aufgebaut aus Solarzellenmodulen 1m mit aktiven Bereichen 1a und inaktiven Bereichen 1i. In den aktiven Bereichen 1a wird in die Solarzelle 1 einfallendes Licht in elektrische Energie umgewandelt. In den inaktiven Bereichen 1i sind Stromleitelemente angeordnet, welche die aktiven Bereiche 1a elektrisch leitend miteinander verbinden, wobei Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung der aktiven Bereiche vorgesehen sein kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, r aktive Bereiche in Reihe zu schalten und p dieser Reihenschaltungen parallel zu schalten oder umgekehrt, so dass Ausgangsspannung und Ausgangsstrom der Solarzelle 1 an den Bedarf eines mit der Solarzelle 1 verbundenen Verbrauchers anpassbar sind. Die inaktiven Bereiche 1i reduzieren die für die Stromerzeugung nutzbare Fläche der Solarzelle 1.
Auf dem Trägersubstrat 11 ist eine transparente und/oder semitransparente Elektrode 12 angeordnet, die beispielsweise aus einer metallischen Schicht mit einer Schichtdicke von einigen Nanometer ausgebildet sein kann, beispielsweise mit einer Schichtdicke von 10 bis 15 nm. Die Elektrode 12 kann jedoch auch aus einem elektrisch leitfähigen transparenten Material, beispielsweise ITO, aus IMI (ITO; Metall; ITO) oder einem elektrisch leitfähigen Polymer, bestehen. Die metallische Schicht kann vorzugsweise aus Gold, Aluminium, Kupfer oder Silber oder aus einer Legierung aus diesen Metallen ausgebildet sein. Zwischen der transparenten und/oder semitransparenten Elektrode 12 und einer organischen Halbleiterschicht 14 ist eine Hole-Blockerschicht 13 angeordnet, die beispielsweise aus TiO_x gebildet sein kann. Auf der Halbleiterschicht 14 ist eine Elektronen-Blockerschicht 15 angeordnet, die beispielsweise aus PEDOT/PSS gebildet sein kann. Die Solarzelle 1 ist im aktiven Bereich 1a durch eine Gegenelektrode 16 abgeschossen, die beispielsweise wie die Elektrode 12 als transparente und/oder semitransparente Elektrode ausgebildet sein kann.
Die Gegenelektrode 16 weist einen überstehenden Randbereich auf, der zur Kontaktierung der Gegenelektrode 16 mit der Elektrode 12 des benachbarten aktiven Bereichs vorgesehen ist. Dazu ist der unter dem genannten Randbereich angeordnete Randbereich des aktiven Bereichs 1a mit einer senkrecht angeordneten Isolatorschicht 17 überzogen, auf der eine elektrisch leitende Verbindungsschicht 18 angeordnet ist, welche die Gegenelektrode 16 mit der benachbarten Elektrode 12 elektrisch leitend verbindet. Es handelt sich bei der Verbindungsschicht 18 also um eine senkrecht zur Oberfläche der Solarzelle 1 verlaufende Durchkontaktierung zwischen der Gegenelektrode 16 und der Elektrode 12 des benachbarten aktiven Bereichs. Die Verbindungsschicht 18 besteht beispielsweise aus einem leitfähigen Kleber, aus einer leitfähigen Tinte oder aus einer leitfähigen Schicht, die vorzugsweise transparent und/oder semitransparent ist. Die Elektrode 12 weist ebenfalls einen überstehenden Randbereich auf, der mit dem überstehenden Randbereich der Gegenelektrode 16 des vorangehenden aktiven Bereichs 1a korrespondiert, wobei die genannten Elektroden wiederum durch Durchkontaktierung miteinander verbunden sind.
2 zeigt nun eine Solarzelle 2, die auf der in 1 beschriebenen Solarzelle 1 aufbaut.
Auf der der Lichteintrittsseite abgewandten Rückseite der Solarzellenmodule 1m sind Lichtleiteinrichtungen 20 aufgebracht und überdecken dabei den aktiven Bereich 1a sowie den inaktiven Bereich 1i der Solarzellenmodule 1m. Die Lichtleiteinrichtungen 20 können auf eine nach 1 aufgebaute Solarzelle laminiert sein. Die Lichtleiteinrichtungen 20 sind als Mehrschichtkörper ausgebildet mit einer transparenten Trägerschicht 22, die beispielsweise aus einer PET-Folie von 20 bis 25 µm Schichtdicke gebildet sein kann. Auf der Trägerschicht 22 ist eine transparente Strukturschicht 23 angeordnet, die beispielsweise aus einer Replizierlackschicht besteht. Die Strukturschicht 23 weist in dem über dem inaktiven Bereich 1i des Solarzellenmoduls 1m angeordneten Abschnitt auf der der Lichteintrittsseite der Solarzelle 2 abgewandten Seite eine Oberflächenstruktur auf mit Strukturelementen 23s, die in 2 schematisch angedeutet sind. Die Strukturelemente 23s weisen zur Oberfläche der Solarzelle 2 geneigte Flächenabschnitte auf. Die Neigung der Flächenabschnitte ist in Abhängigkeit von der Relativposition des jeweiligen Strukturelements 23s zu dem nächstgelegenen aktiven Bereich 1a so bemessen, dass in die inaktiven Bereiche 1i einfallende Lichtstrahlen 29 in die aktiven Bereiche 1a des Solarzellenmoduls 1m abgelenkt werden. Die Strukturelemente 23s sind in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Dreikant-Prismen ausgebildet, die eine sägezahnförmige Oberflächenstruktur bilden. Wie in 2 weiter schematisch dargestellt, weisen die dem aktiven Bereich eines benachbarten Solarzellenmoduls zugewandten Randabschnitte der Oberflächenstruktur eine andere Orientierung auf als die übrigen Abschnitte der Oberflächenstruktur, so dass in den Randabschnitten einfallendes Licht auf die Halbleiterschicht 14 des benachbarten Solarzellenmoduls gelenkt wird. Durch diese Maßnahme wird das in die inaktiven Bereiche 2i einfallende Licht jeweils auf dem kürzesten Weg auf die Halbleiterschicht 14 gelenkt.
Die Strukturschicht 23 ist von einer Reflexionsschicht 24 bedeckt. Bei der Reflexionsschicht 24 handelt es sich um eine Licht gut reflektierende metallische Schicht, beispielsweise aus Aluminium, Gold, Silber oder Kupfer, einer Metalllegierung aus diesen Metallen oder aus einem Metallmehrschichtkörper. Auf die Reflexionsschicht 24 kann verzichtet sein, wenn die Strukturschicht 23 einen so hohen Brechungsindex aufweist, dass an der Rückseite der Strukturschicht 23 an den geneigten Flächenabschnitten der Strukturelemente 23s Totalreflexion eintritt. Vorzugsweise ist dann vorgesehen, dass die Rückseite der Strukturschicht 23 an Luft grenzt und dass der Brechungsindex > 1,7 ist.
Zwischen der Trägerschicht 22 und der Gegenelektrode 16 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine aus zwei Teilschichten aufgebaute Zwischenschicht 21 vorgesehen. Eine erste Teilschicht ist aus PEDOT/PSS auf der Rückseite der Gegenelektrode 16 ausgebildet. Eine zweite Teilschicht 22 ist aus ITO ausgebildet und zwischen der Rückseite der ersten Teilschicht 21 und der Vorderseite der Trägerschicht 22 angeordnet. Die Zwischenschicht 21 kann optional vorgesehen sein.
Die Strukturelemente 23s besitzen hierbei bevorzugt eine Flankenneigung von 3° bis 60°, eine Breite von 0,5 µm bis 50 µm und eine Tiefe von 0,1 µm bis 10 µm. Die Ablenkung des Lichts erfolgt hierbei durch Reflexion und/oder Beugung.
Weiter ist es auch möglich, dass anstelle der Strukturelemente 23s ein Blaze-Gitter – vorzugsweise mit abschnittweise unterschiedlichen Neigungswinkeln der Flanken gemäss dem anhand von 2 erläuterten Konzept – ein Kinoform oder eine anisotrope Mattstruktur abgeformt ist, welche das in den inaktiven Bereichen 1i einfallende Licht in die aktiven Bereiche durch Reflexion/Beugung ablenkt. Weiter ist es auch möglich, dass es sich bei der Oberflächenstruktur um eine binäre Oberflächenstruktur mit einer lokal variierenden Spatialfrequenz und einer Periode unterhalb der Wellenlänge des sichtbaren Lichts handelt, die entsprechende lichtablenkende Eigenschaften besitzt.
Der Abstandsraum zwischen zwei benachbarten Solarzellenmodulen 1m ist zumindest teilweise durch eine transparente Isolatorschicht 27 aufgefüllt, die sich in der Höhenausdehnung zwischen der Rückseite der Elektrode 12 und der Vorderseite der Zwischenschicht erstreckt. Die Isolatorschicht 27 ist im wesentlichen als Lichtleiter vorgesehen, da ein Luftweg zwischen den Schichten zu Lichtverlusten infolge Grenzflächenreflexion und/oder zu einer störenden Ablenkung der Lichtstrahlen führen kann. Weiter ist in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel die elektrische Verbindungsschicht 18 als Kleberschicht aus elektrisch leitfähigem Kleber ausgebildet.
Was die optischen Eigenschaften der Lichtleiteinrichtung 20 betrifft, so ist vorgesehen, die Schichten mit einem hohen Transmissionsgrad und einem möglichst gleichen Brechungsindex auszubilden, wobei die Brechzahlen vorteilhafterweise nicht mehr als um 0,2 voneinander abweichen.

Ein Ausführungsmuster der erfindungsgemäßen Solarzelle 2 weist folgenden schichtweisen Aufbau auf:

Schicht	Material	Schichtdicke
Trägersubstrat 11	PET	19 µm bis 50 µm
Elektrode 12	z. B. ITO; IMI	10 nm bis 50 nm
Hole-Blockerschicht 13	TiO_x	10 nm bis 15 nm
Halbleiterschicht 14	z. B. PCMB/PBHT	100 nm bis 200 nm
Elektronen-Blockerschicht 15	PEDOT/PSS	100 nm bis 200 nm
Gegenelektrode 16	semitransparentes Metall, z. B. Silber	10 nm bis 50 nm
erste Teilschicht der Zwischenschicht	PEDOT/PSS	10 nm bis 50 nm
zweite Teilschicht der Zwischenschicht	ITO	10 nm bis 50 nm
Trägerschicht 22	PET	6 µm bis 19 µm
Strukturschicht 23	Polymer	2 µm bis 3 µm
Reflexionsschicht 24	Aluminium	50 nm bis 100 nm

Die inaktiven Bereiche 1i der Solarzelle 1 nehmen ca. 10% bis 30% der Gesamtfläche der Solarzelle ein.
Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel beschreibt eine sogenannte Single-Junction-Zelle. Die erfindungsgemäße Lösung ist jedoch auch auf ein Multi-Junction-Modul anwendbar, das aus einzelnen übereinander angeordneten Zellen aufgebaut ist, die jeweils für unterschiedliche Wellenlängenbereiche ausgelegt sind.

Claims

Solarzelle (2) in Form eines Mehrschichtkörpers, insbesondere in Form einer mehrschichtigen, flexiblen Folie, mit einer als Lichteinstrittsseite vorgesehenen Vorderseite, wobei die Solarzelle aktive Bereiche (2a), in denen die Solarzelle mindestens eine photovoltaische Halbleiterschicht aufweist, und inaktive Bereiche (2i) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle (2) eine Lichtleiteinrichtung (20) mit lichtablenkenden Strukturelementen (23s) aufweist, die in Bezug auf die Lichteintrittsseite unterhalb der mindestens einen Halbleiterschicht (14) angeordnet sind und so ausgeformt sind, dass sie in ein oder mehrere der inaktiven Bereiche (2i) einfallendes Licht (29) auf die mindestens eine Halbleiterschicht (14) in ein oder mehreren der aktiven Bereichen (2a) lenken.
Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inaktiven Bereiche (2i) transparente und/oder semitransparente Elektroden und/oder Stromleitelemente aufweisen.
Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtablenkenden Strukturelemente (23s) über den inaktiven Bereichen (2i) der Solarzelle (2) angeordnet sind.
Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtablenkenden Strukturelemente (23s) gegenüber der Vorderseite der Solarzelle (2) geneigte Reflexionsflächen aufweisen.
Solarzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionsflächen mindestens bereichsweise mit unterschiedlicher Neigung ausgebildet sind.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiteinrichtung (20) als ein ein- oder mehrschichtiger Körper ausgebildet ist, welcher mindestens eine Strukturschicht (23) aufweist, wobei eine Oberflächenstruktur, die die lichtablenkenden Strukturelemente (23s) ausbildet, in einer Oberfläche der Strukturschicht (23) abgeformt ist.
Solarzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur eine Blaze-Gitter-Struktur ist.
Solarzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur eine diffraktive Oberflächenstruktur ist, insbesondere ein Kinoform, die Licht entsprechend gerichtet ablenkt.
Solarzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur eine anisotrope Mattstruktur ist, die Licht entsprechend ablenkt.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstruktur eine Tiefe von 0,1 µm bis 10 µm aufweist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturschicht (23) aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgebildet ist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturschicht (23) aus einem UV-härtenden Lack ausgebildet ist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass auf der der Halbleiterschicht (14) abgewandten Seite der Strukturschicht (23) eine Reflexionsschicht (24) angeordnet ist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturschicht (23) eine optische Brechzahl > 1,7 aufweist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturschicht (23) auf einer Trägerschicht (22) angeordnet ist.
Solarzelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (22) eine Barriere-Schicht bildet.
Solarzelle nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Trägerschicht (22) und der Rückseite einer Gegenelektrode (16) der Solarzelle (2) eine Zwischenschicht (21) angeordnet ist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiteinrichtung von einem ein- oder mehrschichtigen Folienkörper gebildet ist, der vollflächig in einem oder mehreren der aktiven und/oder inaktiven Bereiche der Solarzelle vorgesehen ist.
Solarzelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet. dass die Lichtleiteinrichtung eine Laminierfolie ist, die die Strukturschicht, die Trägerschicht und eine auf der der Halbleiterschicht zugewandten Seite der Trägerschicht vorgesehene Kleberschicht umfasst.
Solarzelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Schicht der Zwischenschicht (21) aus PEDOT/PSS gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht eine Dicke von 10 nm bis 100 nm aufweist.
Solarzelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Schicht der Zwischenschicht (21) aus ITO gebildet ist.
Solarzelle nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht eine Dicke von 5 nm bis 20 nm aufweist.
Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Brechzahlen der Schichten der Lichtleiteinrichtung (20) um nicht mehr als 0,2 voneinander abweichen.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (14) durch mindestens eine organische Halbleiterschicht gebildet wird.
Solarzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl eine der Lichteintrittsseite der Solarzelle (2) zugewandte Elektrode (12) als auch die der Lichteintrittsseite abgewandte Gegenelektrode (16) als transparente und/oder semitransparente Elektroden ausgebildet sind.