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DE9308513U1 - Anordnung für eine Serienverschaltung von photoelektrochemischen (PEC-) Solarzellen - Google Patents

Anordnung für eine Serienverschaltung von photoelektrochemischen (PEC-) Solarzellen

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DE9308513U1
DE9308513U1 DE9308513U DE9308513U DE9308513U1 DE 9308513 U1 DE9308513 U1 DE 9308513U1 DE 9308513 U DE9308513 U DE 9308513U DE 9308513 U DE9308513 U DE 9308513U DE 9308513 U1 DE9308513 U1 DE 9308513U1
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Description

Beschreibung
Titel: Anordnung für eine Serienverschaitung von photoelektrochemischen (PEC-) Solarzellen
Es wird eine Anordnung von gefalteten bipolaren PEC-Solarzellen angegeben, welche selbstjustierend die Einzelzellen abdichtet und ohne lichtabsorbierende Hilfselemente eine kostengünstige Serienverschaltung gewährleistet.
Stand der Technik:
Solarzellen neuer Bauart (Dünnschichtsolarzellen) bestehen aus einer lichtempfindlichen Halbleiterschicht, die zwischen zwei Elektroden eingebettet ist.
Mindestens eine Elektrode muß für das Sonnenspektrum ausreichend transparent beschaffen sein, damit freie Ladungsträger generiert werden können. Für diese Aufgabe sind sogenannte TCO-(transparent conductiv oxyd) Layer geeignet. Sie bestehen aus Metalloxiden (beispielsweise von Indium, Zinn oder Zink) und sind nur einige 100 nm dick, damit die Verluste durch Photonenabsorption gering gehalten werden.
Die lichtabsorbierende Schicht kann ebenfalls sehr dünn ausgeführt sein, bei Verbindungshalbleitern, wie GaAlAs, CIS und CdTe vorzugsweise kleiner 1 Mikrometer.
Da übliche Fotospannungen unter 1 Volt liegen, wird für technische Anwendungen eine Serienverschaltung von Einzelzellen vorgenommen. Zunächst werden auf einem metallischen oder transparenten Träger die gewünschten Schichtfolgen großflächig abgeschieden, um dann Verbindungsstege, sog. "Stich-Bars" und Trennstege, sog. "Lift-off-Bars" zu erzeugen. Bekannt sind derartige Anordnungen z.B. aus DE 3210742. Es liegt am Ende eine Anordnung von Einzelsolarzellen in Serienverschaltung vor, bei der die die Halbleiterschicht umschließenden Grund- und Deckelektroden in bestimmten Abständen linienförmig miteinander kontaktiert sind. Es entsteht eine Z-förmige Elektrodenanordnung, da die Deckelektrode mit der benachbarten Grundelektrode verschaltet ist.
Nachteilig ist bei Verschaltungen dieser Art, daß Verbindungsund Trennstege sehr präzise zueinander positioniert werden müssen, damit an den Elektroden keine Kurzschlüsse oder Unterbrechungen auftreten. Es müssen aufwendige photolithografisehe Verfahren bemüht werden, die den Gesamtprozeß verteuern. Außerdem wird unter Schräglichteinfall durch die Stich-Bars ein Teil lichtempfindliche Fläche abgeschattet. Anstelle einer Metall- oder Metalloxid-Elektrode kann auch eine Seite von lichtempfindlichen Schichten mit einem flüssigen Redoxsystem kontaktieren. Der Aufbau einer solchen PEC-Solarzelle ist in EP 89810038.3 beschrieben, Dem kostengünstigen Abscheiden einer Metalioxid-Halbleiterschicht und einer monomolekularen Farbstoffschicht aus flüssiger Phase steht auch hier eine aufwendige Serienverschaltung von Grund- und Deckelektrode gegenüber. Bei Verwendung von Stich-Bars müssen zusätzlich Abdichtungen eingebracht werden, damit sie nicht durch das Redoxsystem zerstört werden. Da PEC-Solarzellen zwangsweise mit flüssigem Elektrolyt als Redoxsystem arbeiten, sind die Elektroden auf getrennten Substraten angeordnet. Bei Herstellung bipolarer Anordnungen der photoempfindlichen Schichten kann auf die Verwendung von Stich-Bars verzichtet werden, da das flüssige Medium (Elektrolyt) zu einer Serienverschaltung beiträgt. Bei der Montage der beiden Substrate einer bipolaren Elektrodenanordnung vereinfacht sich zwar die Positionierung, es sind jedoch weiterhin lithografische Prozeßschritte zur Ausgestaltung der Einzelzellen erforderlich.
Problem:
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Serienverschaltung von PEC-Solarzellen so auszuführen, daß während der Herstellung keine lithografischen Verfahren bemüht werden und mit dem Zusammenbau gleichzeitig eine Abdichtung der Einzelzellen voneinander erreicht wird.
Vorteilhafte Wirkung:
Mit der Erfindung wird eine selbstjustierende Montage der beiden bipolaren Substrate ereicht. Da die Oberflächen der
Einzelzellen in vorgegebenen Winkeln zueinander angestellt sind, sind mittels gerichteter Beschichtungsverfahren wie Sprühen, Dampfen oder Sputtern anisotrope Beschichtungen benachbarter Zellflächen ohne bzw. mit wenig aufwendiger Maskierung durchführbar.
Selektive Beschichtungen lassen sich ebenso aus flüssiger Phase unter Ausnutzung der Schwerkraft zur Abgrenzung des Beschichtungsvorgangs an benachbarten Zellflächen hochproduktiv ausführen,
Weiterbildungen der Erfindung:
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2, bis 5. angegeben. Die Faltung der Elektrodenflächen bewirkt neben einer Vergrößerung der effektiven lichtempfindlichen Oberfläche eine bessere Verwertung der einfallenden Strahlung durch Mehrfachreflexion und -streuung. Wird zusätzlich eine antireflektive Oberflächenbeschichtung aufgebracht, kann bei südlicher Ausrichtung der verwertbare Strahlungsanteil über den Tagesverlauf beträchtlich angehoben werden,
Des weiteren wird die Anordnung ein breitbandiges Strahlungsspektrum absorbieren, wenn die sich gegenüberliegenden photoaktiven Schichten auf unterschiedliche spektrale Empfind!ichkeitsmaxima eingestellt sind. Durch Streuung und Reflexion gelangen Photonen, deren Energieniveau nicht vom Absorptionsbereich der einen Schicht erfaßt wird, zur benachbarten photoaktiven Schicht,
Die beiden äußersten Zellen dienen erfindungsgemäß zum Abgriff der elektrischen Energie mittels leitend eingeklebter Metallfolien. über deren Dicke wird gleichzeitig der innere Abstand der Elektroden zueinander eingestellt,
Darstellung der Erfindung:
Die Erfindung wird anhand Ausführungsbeispiel in Figur 1 erläutert,
Es sind zwei Glassubstrate mit gefalteter Oberflächenstruktur dargestellt, die abwechselnd durch eine photoempfindliche
Elektrode (1) und eine Gegenelektrode (2) belegt sind. Durch die gegenüberliegende Anordnung von photoempfindlicher Elektrode und Gegenelektrode werden jeweils einzelne Solarzellen gebiIdet.
Die Serienverschaltung zu einem Modul ist durch Trenngräben (3) an den Spitzen der gefalteten Strukturen geschaffen, so daß der Photostrom in alternierender Richtung benachbarte einzelne Solarzellen durchlaufen muß.
Die zwei Glassubstrate justieren sich über die gefaltete Oberfläche selbständig zueinander und sind durch einen transparenten Faden (4) auf Abstand gehalten. Gleichzeitig sind damit die serienverschalteten PCE-Solarzellen untereinander gegen Kurzschlüsse durch Elektrolytflüssigkeit (5) geschützt. Die jeweils zum Rand abschließende gefaltete Struktur ist zum Abgriff der Photoströme eingerichtet. Folienzuleitungen (6) stützen die Anordnung hier ebenso ab wie im inneren Bereich die transparenten Fäden (4).

Claims (4)

Schutzansprüche
1. Anordnung einer Senenverschaitung, insbesondere zur Generierung von Photoströmen mittels Photoelektrochemischen Solarzellen, bei der zwei Substrate mit alternierend angeordneten lichtempfindlichen Elektroden aufeinander positioniert sind, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Elektroden auf einer regelmäßig, vorzugsweise im Winkel von 90 Grad gefalteten Struktur befinden, die auf einer Seite jeweils eine photoempfindliche Elektrode (1) und auf der anderen Seite jeweils eine Gegenelektrode (2) trägt und daß auf den Spitzen der gefalteten Struktur Trenngräben (3) zwischen den Elektroden ausgebildet sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
daß zwei identisch ausgebildete Teile durch die gefaltete Struktur selbstjustierend aufeinander positioniert sind und durch transparente Fäden (4) über, beziehungsweise unter den Trenngräben definiert auf Abstand gehalten werden.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2
dadurch gekennzeichnet,
daß der transparente Faden aus Silikonkautschuk besteht und die Einzelzellen gegen einen Austausch von Elektrolytflüssigkeit (5) untereinander abdichtet.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3
dadurch gekennzeichnet,
daß an den Randzonen der serienverschalteten Anordnung Folien als Zuleitungen (6) elektrisch leitend eingeklebt sind, die ebenfalls die Einhaltung eines definierten Abstandes der beiden Teile bewirken.
5, Anordnung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile zwar geometrisch identisch sind, durch den Schichtaufbau der Elektroden (1) und (2) jedoch zwei unterschiedliche Anpassungen an solare Spektral anteile vorgenommen werden.
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