WO2008012079A1 - Organische solarzelle - Google Patents

Organische solarzelle Download PDF

Info

Publication number
WO2008012079A1
WO2008012079A1 PCT/EP2007/006596 EP2007006596W WO2008012079A1 WO 2008012079 A1 WO2008012079 A1 WO 2008012079A1 EP 2007006596 W EP2007006596 W EP 2007006596W WO 2008012079 A1 WO2008012079 A1 WO 2008012079A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar cell
layer
light
cell according
organic
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2007/006596
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Schindler
Achim Hansen
Andreas Schilling
Michael Heilmann
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.)
Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Original Assignee
Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Leonhard Kurz GmbH and Co KG
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
Priority claimed from DE102006035293A external-priority patent/DE102006035293B4/de
Priority claimed from DE102007005090A external-priority patent/DE102007005090A1/de
Application filed by Leonhard Kurz Stiftung and Co KG, Leonhard Kurz GmbH and Co KG filed Critical Leonhard Kurz Stiftung and Co KG
Publication of WO2008012079A1 publication Critical patent/WO2008012079A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/87—Light-trapping means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the invention relates to an organic solar cell comprising at least three functional layers, wherein a first functional layer in the form of at least one electrically conductive first electrode layer, a second functional layer in the form of at least one organic semiconductor layer and a third functional layer in the form of at least one translucent, in particular transparent, electrically conductive second Electrode layer is formed, wherein the at least one organic semiconductor layer is photovoltaic active and is disposed between the at least one first electrode layer and the at least one second electrode layer.
  • An organic component is generally understood to be one which has at least one functional layer which is based at least partially on an organic material.
  • a functional layer is in particular an electrically conductive layer, a semiconductor layer, an electrically insulating layer or a substrate.
  • organic materials all kinds of organic, organometallic and / or inorganic plastics are referred to, wherein a restriction to a carbonaceous material is not provided. Rather, silicones, polymers or oligomers as well as the so-called "small molecules" are included.
  • DE 102004045211 A1 describes a flexible film body comprising an organic solar cell, which in the simplest case comprises a layer conjugated polymer which is disposed between a transparent electrode layer and a metallic electrode layer.
  • an organic solar cell which in the simplest case comprises a layer conjugated polymer which is disposed between a transparent electrode layer and a metallic electrode layer.
  • the solar cell optionally of an optically variable element such as a Kinegram ® covered.
  • organic solar cells have an efficiency of about 3 to 5%, which is far below the efficiencies already achieved with silicon-based solar cells.
  • the task is for the solar cell, comprising at least three
  • Functional layers wherein a first functional layer in the form of at least one electrically conductive first electrode layer, a second functional layer in the form of at least one organic semiconductor layer and a third functional layer in the form of at least one transparent, in particular transparent, electrically conductive second electrode layer is formed, wherein the at least one organic semiconductor layer is photovoltaically active and is arranged between the at least one first electrode layer and the at least one second electrode layer, in which the solar cell has at least one light-transmitting, in particular transparent, organic functional layer which increases the efficiency of the solar cell and comprises light-scattering and / or luminescent particles Seen perpendicular to the at least one semiconductor layer are arranged overlapping with and / or next to this, and / or at least one of the efficiency of the solar cell enhancing translucent, in particular transparent, organic or inorganic functional layer having a refractive index, which is between the refractive index of air and the refractive index of the second electrode layer, wherein the at least one organic or inorganic functional layer on the at least A
  • an organic functional layer with light-scattering particles scatter and / or direct the incident light.
  • the light is thereby deflected in one or more directions, so that the light travels on the one hand in the active layer of the solar cell or the at least one organic semiconductor layer a longer distance than would be the case without the particles.
  • the light beams which have already been deflected impinge, if appropriate, on further particles which scatter the light again, so that an exit of the light or of parts of the light from the active layer can be completely prevented in the most favorable case.
  • Light scattering particles that are perpendicular to at least one semiconductor layer seen next to this or are not overlapped with this, serve the light that would have missed the active layer and would have remained unused, redirecting towards the active layer of the solar cell.
  • the light incident on and next to the solar cell is thus better utilized, thereby increasing the efficiency of the solar cell by up to 100%.
  • an organic functional layer with luminescent particles are excited by incident light of at least one wavelength and emit light of a different wavelength.
  • the luminescent particles are chosen so that the emitted wavelength can be better utilized or at least used by the active layer of the solar cell.
  • the light exciting the luminescent particles can in particular be light of a wavelength which can not be utilized or only poorly utilized by the active layer of the solar cell.
  • the light emitted by a luminescent particle light is radiated uniformly on all sides and is thus usable independent of direction. The light incident on and next to the solar cell is thus better utilized, thereby increasing the efficiency of the solar cell by up to 100%.
  • luminescent particles fluorescent particles or phosphorescent particles may be used, and a combination thereof may be used.
  • an organic or inorganic functional layer which has a refractive index which lies between the refractive index of air and the refractive index of the second electrode layer is arranged on the light incidence side of the solar cell, ie substantially in front of the second electrode layer, it is achieved that the reflection of the light is reduced when hitting the solar cell. There is more light crossing the interface Air and solar cell in the solar cell over than without this measure. Previously reflected at the interface light that has been diverted unused by the solar cell is now largely available for energy, the efficiency of the solar cell is increased by up to 20%.
  • Such organic or inorganic functional layers are preferably each formed in a layer thickness in the range from 15 to 300 nm.
  • Particularly suitable materials for forming functional layers are dielectric materials which are translucent, in particular transparent, in such a layer thickness, such as SiO 2 , ZnS, Al 2 O 3 , ZrO 2 , MgF 2 , Ca 2 O 3 , etc.
  • an organic or inorganic functional layer which has at least one first relief structure, which reduces a reflection of the light when hitting the solar cell, on the light incident side of the
  • Solar cell so be arranged substantially in front of the second electrode layer. More light passes through the interface between the air and the solar cell into the solar cell than without this measure. Previously reflected at the interface light that has been diverted unused by the solar cell is now largely available for energy, the efficiency of the solar cell is increased by up to 20%.
  • the at least one first relief structure is designed in the form of a matt structure.
  • Matt structures have on a microscopic scale fine relief structure elements that determine the scattering power and can only be described with statistical parameters such.
  • the at least one first relief structure is in the form of a periodic structure, in particular as a blazed grating, line structure, cross grating, linear or crossed sine grating, circular grating, lens structure or a combination of two or more of these structures.
  • the at least one first relief structure prefferably has a depth-to-width ratio of> 0.3 and in particular of> 1, since this generally results in an improved function, ie. a reduced reflection is achieved.
  • Depth is the distance between the highest and the lowest consecutive point of such a re-structure, that is, the distance between "mountain” and “valley”. Width is the distance between two adjacent highest points, ie between two "mountains.” The higher the depth-to-width ratio is, the steeper the "mountain flanks" are formed.
  • the first relief structure may be periodic relief structures or quasi-periodic relief structures having discretely distributed line-shaped regions formed only as a "valley", the distance between two “valleys” being many times greater than the depth of the valley
  • the calculated depth-to-width ratio of quasi-periodic relief structures can be approximately zero, so that in discretely arranged relief structures, which are essentially formed only from a "valley", the depth of the "valley” Width of the "valley” is to determine the depth-to-width ratio. It has proven useful if the at least one first periodic relief structure has a spatial frequency in the range of 300 to 4000 lines / mm.
  • printing media are preferably used which have at least one organic binder and to which light-scattering and / or luminescent particles are added or into which the first relief structures are embossed.
  • Organic or inorganic functional layers whose refractive index has to be set in a defined manner, are selected as a function of the refractive index of the materials used for the formation, with in particular up to three functional layers being stacked on top of one another.
  • Inorganic functional layers having a refractive index which is between that of air and that of the second electrode layer are in particular formed from magnesium fluoride or SiÜ 2 .
  • Organic materials for forming organic functional layers are preferably dissolved in an organic solvent or solvent mixture, a printing medium is prepared and this is preferably gravure printed.
  • a printing medium is prepared and this is preferably gravure printed.
  • flexographic printing, screen printing or a nozzle for structured application of the printing medium can be used.
  • the first electrode layer is preferably formed of a metal, in particular of gold, silver, copper, aluminum, nickel or alloys of at least two of these metals and may, depending on the layer thickness, opaque or translucent, in particular also transparent, be formed. It has proven useful if the second electrode layer is formed from indium tin oxide (ITO). This is usually deposited by sputtering. But also doped polyethylene, polyaniline, silver, gold, organic semiconductors, nanoparticulate solutions and so on are usable. A second electrode layer of a material with inherent color, such as gold, is formed in particular in a small layer thickness or as a lattice structure in order to be sufficiently transparent.
  • ITO indium tin oxide
  • a hole blocker layer in particular of TiO 2
  • a layer is sometimes arranged which assumes the function of an electron blocker layer.
  • electrically conductive polymer in particular poly-3,4-Ethylenedioxythiophene (PEDOT), has proven.
  • the at least one photovoltaically active organic semiconductor layer preferably has a layer thickness in the range from 50 to 300 nm, in particular in the range from 100 to 250 nm. It has proven particularly useful if the at least one organic semiconductor layer is formed by at least two organic semiconductor materials by forming a composite of at least one electron donor and at least one electron acceptor in a ratio of 2: 0.5 to 0.5: 2 , in particular in the ratio of 1: 0.9 to 1: 1, is formed. In this case, it is particularly preferred if the at least one electron donor is formed from a polythiophene, in particular from poly (3-hexylthiophene) (P3HT), and the at least one electron acceptor is formed from a fullerene derivative, in particular from PCBM.
  • P3HT poly (3-hexylthiophene)
  • a solar cell not only one of the "single junction" type having a photovoltaic active semiconductor layer made of a material but also a “multi-junction" solar cell having two or more photovoltaically active semiconductor layers made of different materials can be used wherein the different materials can utilize different wavelengths of incident light.
  • the solar cell optionally has a transparent substrate, at least one second electrode layer, at least one light-transmissive photovoltaically active organic semiconductor layer, at least one, optionally transparent, first electrode layer and an encapsulation layer.
  • Other layers such as the blocker layers already mentioned above, may be present.
  • the encapsulation layer serves to shield the functional layers of the solar cell from harmful ones
  • the solar cell has at least two functional layers which increase the efficiency of the solar cell. This ensures that the efficiency of the solar cell is further increased.
  • a plurality of organic functional layers comprising particles according to case a) may be present or one or more organic functional layers containing particles according to case a) with functional layers having a defined refractive index and / or first relief structure according to case b) are used in combination.
  • a plurality of functional layers having a defined refractive index and / or a first relief structure can be produced according to case b) be used in combination
  • the first electrode layer is transparent, in particular transparent, is formed.
  • the formation of a substantially transparent or transparent solar cell is possible, which can be applied for example on a window, label, security element, a lettering or the like, after the organic semiconductor layer is usually translucent or transparent.
  • a first electrode layer of a material with inherent color, such as gold, is formed in particular in a small layer thickness or as a lattice structure in order to be sufficiently transparent.
  • the solar cell has at least one functional layer which has at least one diffractive and / or refractive second relief structure which, viewed at right angles to the plane of the semiconductor layer, overlaps and / or next to the semiconductor layer, in particular on the side of the semiconductor layer facing away from the semiconductor layer first electrode layer is arranged.
  • the second relief structure makes it possible to deflect, focus or reflect light in a targeted manner in the direction of the active layer or at least one organic semiconductor layer or in areas thereof, thus resulting in a further increase in the efficiency of the solar cell.
  • the second relief structure can also serve only decorative purposes, for example, to produce an optically variable element, such as a hologram or Kinegram ® .
  • a combination of light-guiding second relief structures and second relief structures serving for decorative purposes is also possible.
  • the at least one second relief structure in the form of a matt structure, an asymmetric relief structure, a linear one or crossed linear grating, a diffractive or refractive lens structure or a combination of at least two such structures is formed.
  • Such relief structures are particularly well suited to scattering, collecting, focusing or distracting light incident thereon.
  • Functional layers with second relief structures can, depending on the arrangement, be made translucent or opaque with regard to the incidence of light in the solar cell.
  • At least one opaque reflective functional layer having at least one second relief structure may be arranged on the side of a light-permeable first electrode layer facing away from the at least one semiconductor layer and / or a light-permeable functional layer having at least one second relief structure on the side of the light-permeable second side facing away from the at least one semiconductor layer Electrode layer be arranged.
  • the light-scattering and / or luminescent particles have a maximum particle size in the range from 5 nm to 10 ⁇ m. Since the layer thicknesses of the individual functional layers of an organic solar cell are usually each in the range below 1 ⁇ m, such small particles can readily be incorporated into a functional layer.
  • the light-scattering particles are transparent or semitransparent, in particular made of an oxide, a sulfide, a carbide or a nitride.
  • Particles of SiO 2 or ZnS have proved to be particularly suitable. Particles of this type allow incident light to pass through, at least in part, so that the light distribution is improved compared to light-impermeable particles.
  • Fluorescent particles are available, for example under the name -Lumogen ®.
  • Lumogen ® Yellow S 0790 for example, does not scatter light and causes a displacement of wavelengths 300 to 500 nm in a range of 500 to 650 nm.
  • the light-scattering and / or luminescent particles preferably have a rod, platelet or spherical shape.
  • rod-shaped or platelet-shaped particles can be present in a specific spatial orientation or disordered in the organic functional layer. Furthermore, it has proven useful if the at least one organic
  • Functional layer has a mixture of light-scattering and / or luminescent particles of different shapes.
  • light-scattering and / or luminescent particles are contained in the range from 0.1 to 10% by weight in the at least one organic functional layer. Less, but also more particles lead to a reduction in the efficiency of the solar cell.
  • the light-scattering and / or luminescent particles are selectively formed for a wavelength of the electromagnetic spectrum.
  • the at least one organic functional layer has light-scattering and / or luminescent particles which are selectively formed for at least two different wavelengths of the electromagnetic spectrum.
  • the light-scattering particles are also designed to be luminescent, and to convert a wavelength of the electromagnetic spectrum into another wavelength.
  • wavelengths which can be exploited only slightly by the solar cell can be converted into wavelengths which can be better utilized.
  • the at least one organic functional layer has light-scattering particles which are of different fluorescence and / or phosphorescent design.
  • the light-scattering and / or luminescent particles can be distributed uniformly in the at least one organic functional layer.
  • it can also offer advantages if the light-scattering and / or luminescent particles are distributed unevenly over an area and / or a layer thickness of the at least one organic functional layer. For example, it has proven useful if more light-scattering and / or luminescent particles are arranged in the edge region of the functional layers of the solar cell than in the middle of the solar cell
  • the at least one organic functional layer comprising the light-scattering and / or luminescent particles corresponds to the at least one semiconductor layer.
  • the light-scattering and / or luminescent particles are thus used distributed in the material of the at least one semiconductor layer. The distribution of the particles takes place in particular uniformly within the at least one photovoltaically active semiconductor layer.
  • the at least one organic functional layer containing the light-scattering and / or luminescent particles on the at least one semiconductor layer remote side of the second electrode layer is arranged.
  • the distribution of the particles in the at least one organic functional layer takes place here either uniformly or only partially.
  • a translucent, in particular transparent, spacer layer may be arranged between the functional layer containing the light-scattering and / or luminescent particles and the second electrode layer in order to change the path to be traced for the incident light, finally finally into the active layer or the at least one semiconductor layer couple.
  • a translucent, in particular transparent substrate can also be used.
  • the at least one organic functional layer containing the light-scattering and / or luminescent particles can also be provided on the side of the first side facing away from the at least one semiconductor layer
  • Be disposed electrode layer provided that it is transparent, in particular transparent.
  • the distribution of the particles in the at least one organic functional layer also takes place here either uniformly or only partially.
  • a translucent, in particular transparent spacer layer can be arranged between the functional layer containing the light-scattering and / or luminescent particles and the first electrode layer in order to change the path to be traced for the incident light, finally finally into the active layer or the at least one semiconductor layer couple.
  • a translucent, in particular transparent substrate can also be used.
  • the at least one organic functional layer having a refractive index that is between the refractive index of air and the refractive index the transparent electrically conductive second electrode layer is located on the, the at least one semiconductor layer facing away from the second electrode layer.
  • at least two transparent organic functional layers each having a refractive index which lies between the refractive index of air and the refractive index of the second electrode layer are present, the at least two transparent organic functional layers having a different refractive index and are stacked on the second electrode layer such that the refractive index of the at least two transparent organic functional layers decreases starting from the second electrode layer.
  • the arrangement of at least one organic functional layer with a correspondingly defined refractive index on the second electrode layer has the effect of reducing reflection of the incident light at the air-solar cell interface and further increasing the efficiency of the solar cell. If light also impinges on the solar cell on the side of the first electrode layer and if it is translucent, it is of course also possible for at least one such organic functional layer, which has a refractive index, between the refractive index of air and the refractive index of the transparent electrically conductive first electrode layer lies, be arranged.
  • the solar cell further comprises a light-transmitting, in particular transparent substrate.
  • a substrate has a thickness in the range of 6 ⁇ m to 1 mm, in particular in the range of 12 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • Suitable substrate materials are generally inorganic or organic materials, in particular PET, PEN, PVC or glass.
  • the functional layers of the solar cell can be readily applied in a continuous process, the active layer in particular in a printing process.
  • the substrate is used in particular as an elongated, flexible film strip, which can be transported from roll to roll, so that a large number of solar cells can be formed thereon.
  • the elongated film strip is provided wound onto a supply roll, deducted from this, successively formed the individual functional layers of the solar cells and finally the film strip including a plurality of formed thereon, optionally electrically interconnected solar cells wound on another supply roll. This can be a separation of solar cells and / or
  • Solar cell groups in particular by cutting or punching, connect or other process steps are made, such as a thermal, chemical or mechanical treatment, a coating, irradiation, etc.
  • the at least one organic semiconductor layer comprises the light-scattering and / or luminescent particles and / or if the at least one transparent organic functional layer containing the light-scattering and / or luminescent particles between the optionally present
  • Substrate and the at least one second electrode layer is arranged. If a translucent, in particular transparent substrate is present, it is also advantageous if the at least one transparent organic functional layer containing the light-scattering and / or luminescent particles on the, the second electrode layer facing away from the substrate is arranged. Furthermore, it has proven useful if the at least one transparent organic functional layer containing the light-scattering and / or luminescent particles is arranged between the at least one transparent first electrode layer and the encapsulation layer.
  • a transparent, in particular transparent substrate is present and at least three transparent functional layers with different refractive indices are arranged on the side of the substrate facing away from the second electrode layer.
  • the refractive index of the substrate must be taken into account when selecting the functional layers.
  • a translucent, in particular transparent substrate is present and at least one transparent organic functional layer, which has first and / or second relief structures, is arranged on the side of the substrate facing away from the second electrode layer.
  • At least one reflective functional layer which has the at least one second relief structure, on the side of the light-permeable first electrode layer facing away from the at least one semiconductor layer and directly to the
  • Encapsulation layer is disposed adjacent.
  • the reflective functional layer is, in particular, an opaque metallic layer, but the use of transparent, high-index dielectric layers, known as HRI layers, has also proved successful. in particular, if the solar cell as a whole is to be made transparent.
  • FIG. 1 to 9 are intended to exemplify solar cells according to the invention. So shows:
  • FIG. 1 shows a first solar cell in cross-section, which has a semiconductor layer containing particles
  • FIG. 2 shows a second solar cell in cross section, which contains an organic functional layer containing particles on the second
  • FIG. 3 shows a third solar cell in cross-section, which has an organic functional layer containing particles on a transparent substrate
  • FIG. 4 shows a fourth solar cell in cross-section, which has an organic functional layer containing particles on a transparent first electrode layer formed
  • Figure 5 shows a fifth solar cell in cross-section, which three
  • 6 shows a sixth solar cell in cross section, which three
  • Figure 7 is a seventh solar cell in cross section, which three organic compounds
  • FIG. 8 shows an eighth solar cell in cross section, which is a
  • Functional layer having a defined refractive index and two organic functional layers containing particles of different shape and distribution;
  • FIG. 9 shows a ninth solar cell in cross section, which is a
  • Functional layer having a defined refractive index
  • an organic functional layer having second relief structures and two organic functional layers containing particles of different shape and distribution.
  • first solar cell in cross section, which comprises a first electrode layer 1 made of gold, an active layer containing at least one organic functional layer in the form of a photovoltaically active organic semiconductor layer 2 of a composite of P3HT and PCBM in the ratio 1: 1, and a second electrode layer 3 indium tin oxide (ITO) has.
  • the first electrode layer 1 is opaque and formed by cathode sputtering in a layer thickness of 25 nm.
  • the semiconductor layer 2 is printed formed and has a layer thickness of 200 nm.
  • the semiconductor layer 2 has 1% by weight of light-scattering particles 4 a which have a maximum diameter of 100 nm and which are distributed uniformly in the semiconductor layer 2.
  • the second electrode layer 3 is transparent and formed by sputtering in a layer thickness of 10 nm.
  • the functional layers 1, 2, 3 of the solar cell are located on a transparent substrate 10 made of PET with a layer thickness of 12 microns and are protected with an encapsulation layer 11 made of a tantalum-coated PET film from harmful environmental influences.
  • the light incidence occurs in the first solar cell according to FIG. 1 from the side of the transparent substrate 10 and the second electrode layer 3.
  • the light penetrates through the substrate 10 and the second electrode layer 3 and reaches the active layer comprising the semiconductor layer 2.
  • At the light-scattering particles 4 a Light scattered and optimally distributed in the semiconductor layer 2.
  • FIG. 2 shows a second solar cell in cross section, which is constructed similarly to the first solar cell according to FIG. 1 (identical reference symbols designate the same components) and a first electrode layer 1 made of gold, a photovoltaically active layer containing at least one organic functional layer in the form of an organic semiconductor layer 2 a composite of P3HT and PCBM in a ratio of 1: 1, and a second electrode layer 3 of indium tin oxide (ITO).
  • the semiconductor layer 2 contains no light-scattering particles, but an organic functional layer 5b made of a transparent lacquer is provided on the second electrode layer 3, which contains light-scattering particles 4a.
  • the organic functional layer 5b has 1% by weight of light-scattering particles 4a which have a maximum diameter of 100 nm and which are uniformly distributed in the organic functional layer 5b.
  • the incidence of light takes place in the second solar cell according to Figure 2 also from The light penetrates the substrate 10, the organic functional layer 5b and the second electrode layer 3 and reaches the active layer comprising the semiconductor layer 2.
  • the light is scattered and optimally distributed at the light-scattering particles 4a in the organic functional layer 5b.
  • FIG. 3 shows a third solar cell in cross section, which is constructed similarly to the second solar cell according to FIG. 2 (identical reference symbols designate the same components) and an opaque first electrode layer 1 made of gold, a photovoltaically active layer containing at least one organic
  • Functional layer in the form of a semiconductor layer 2 made of a composite of P3HT and PCBM in the ratio 1: 1, and a transparent second electrode layer 3 of indium tin oxide (ITO).
  • An organic functional layer 5 made of a transparent lacquer is provided on the side of the substrate 10 facing away from the second electrode layer 3, which contains light-scattering particles 4a.
  • the organic functional layer 5 has 1% by weight of light-scattering particles 4 a which have a maximum diameter of 100 nm and which are uniformly distributed in the organic functional layer 5.
  • the light is also incident on the side of the transparent substrate 10 in the case of the third solar cell according to FIG. 3. The light penetrates the organic functional layer 5, resulting in optimum scattering on the light-scattering particles 4a, the substrate 10 and the second electrode layer 3 and reaches the active layer comprising the semiconductor layer 2.
  • FIG. 4 shows a fourth solar cell in cross section, which is constructed similarly to the second solar cell according to FIG. 2 (identical reference symbols designate the same components) and a first electrode layer 1 made of gold, a photovoltaically active layer containing at least one organic layer Functional layer in the form of an organic semiconductor layer 2 made of a composite of P3HT and PCBM in the ratio 1: 1, and a transparent second electrode layer 3 of indium tin oxide (ITO).
  • the first electrode layer 1 is designed to be transparent in a layer thickness of 8 nm.
  • An organic functional layer 5a made of a transparent lacquer is provided on the first electrode layer 1, which contains light-scattering particles 4a.
  • the organic functional layer 5a has a layer thickness of 100 nm and contains 1% by weight of light-scattering particles 4a which have a maximum diameter of 100 nm and are uniformly distributed in the organic functional layer 5a. 4, the light penetrates the substrate 10, the second electrode layer 3 and reaches the active layer comprising the semiconductor layer 2 pass through to the first electrode layer 1, are substantially transmitted by this, so that the remaining light is scattered at the light-scattering particles 4a of the organic functional layer 5a and thrown back into the semiconductor layer 2, so that a further utilization of these light components can take place.
  • FIG. 5 shows a fifth solar cell in cross section, which is constructed similarly to the third solar cell according to FIG. 3 (identical reference symbols designate identical components) and an opaque first electrode layer 1 made of gold, a photovoltaically active layer containing at least one organic functional layer in the form of an organic semiconductor layer 2 from a composite of P3HT and PCBM in a ratio of 1: 1, as well as a transparent second electrode layer 3 made of indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • An inorganic functional layer 6 is formed here from magnesium fluoride and has a refractive index ni which lies between the refractive index ⁇ L of air and the refractive index ⁇ E2 of the second electrode layer 3.
  • An organic functional layer 7 is formed from a polymer and has a refractive index n 2 which lies between the refractive index ni of the functional layer 6 and the refractive index ⁇ E2 of the second electrode layer 3.
  • Another organic functional layer 8 is formed from a further polymer and has a refractive index n 3 , which lies between the refractive index n 2 of the functional layer 7 and the refractive index ⁇ E2 of the second electrode layer 3.
  • FIG. 6 shows a sixth solar cell in cross section, which has a construction combined according to FIG. 1 and FIG. According to the fifth solar cell, see FIG. 5, three functional layers 6, 7, 8 with different refractive indices are arranged on the transparent substrate 10, however, according to the first solar cell, see FIG. 1, a semiconductor layer 2 comprising refractive particles 4a is formed.
  • FIG. 7 shows a seventh solar cell in cross section, which has a transparent first electrode layer 1 made of gold, an active layer comprising at least one organic functional layer in the form of a photovoltaically active organic semiconductor layer 2 of a composite of P3HT and PCBM in a ratio of 1: 1, and a transparent second electrode layer 3 of indium tin oxide (ITO) has.
  • an organic functional layer 5a containing first refractive, fluorescent particles 4a which are uniformly distributed.
  • the semiconductor layer 2 has, to the first light-scattering, fluorescent particles 4 a different, spherical second light-scattering phosphorescent particles 4 c, which have a maximum diameter of 15 nm and which are distributed unevenly in the semiconductor layer 2 or present only in their edge regions.
  • a further organic functional layer 5b containing first light-scattering particles 4a as well as different third light-diffusing particles 4b.
  • the first light-scattering particles 4a are arranged in a region above the second electrode layer 3, while the third light-scattering particles 4b are located only in an edge region of the further functional layer 5b, which is located next to the second electrode layer 3.
  • the Concentration of the third particles 4b in the edge region selected to be greater than the concentration of the first particles 4a in the region above the second electrode layer 3.
  • the third particles 4b are platelet-shaped and arranged in parallel spatial orientation.
  • the light incidence occurs in the seventh solar cell according to FIG. 7 from the side of the transparent substrate 10 and the second electrode layer 3.
  • the light penetrates the substrate 10, the further organic functional layer 5 b, the second electrode layer 3 and reaches the active layer comprising the semiconductor layer 2 the first light-scattering particles 4a of the further organic functional layer 5b, the light is scattered and optimally distributed.
  • the third light-scattering particles 4b of the further organic functional layer 5b the light is deflected in the direction of the semiconductor layer 2.
  • the second light-diffusing particles 4c in the edge region of the semiconductor layer 2 prevent a coupling out of the light from the
  • the first light-diffusing particles 4 a in the organic functional layer 5 a scatter light passing through the first electrode layer 1 and throw it back toward the semiconductor layer 2.
  • FIG. 8 shows an eighth solar cell in cross section, which has a similar construction to the seventh solar cell according to FIG. 7.
  • the organic functional layer 5 a has been omitted and instead a functional layer 6 with a defined refractive index n 1? which is between the refractive index ⁇ L of air and the refractive index n s of the substrate 10, and wherein the refractive index n s of the substrate 10 is between the refractive index of the functional layer 6 and the refractive index ng 2 of the second electrode layer 3, disposed on the substrate 10.
  • Figure 9 shows a ninth solar cell in cross-section, which has a similar structure, as the seventh solar cell according to Figure 7.
  • the organic functional layer has also been omitted 5a and instead a transparent functional layer 7 of magnesium fluoride with a defined refractive index n 2 arranged between the refractive index n L of air and the refractive index n s of the substrate 10 of PET having a refractive index n s of about 1, 6, which in turn is greater than the refractive index n E2 of the second electrode layer 3.
  • a transparent organic functional layer 9 is between the substrate 10 and the functional layer 7 with the refractive index n 2 in the form of a
  • Lacquer layer arranged, which is stamped on its side facing away from the substrate 10 with a second relief structure 9a in the form of a sawtooth structure.
  • the second structure Re 9a is located in the edge region above and next to the active layer of the solar cell, so that light from this area can be deflected to the semiconductor layer 2.
  • Relief structures in a simple manner, the most varied variations of an efficient single junction or multi-junction solar cell can be formed, which are not explicitly shown in Figures 1 to 9.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine organische Solarzelle, welche mindestens eine die Effizienz der Solarzelle erhöhende lichtdurchlässige, insbesondere transparente, organische Funktionsschicht aufweist, die entweder lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel aufweist und/oder mindestens eine die Effizienz der Solarzelle erhöhende lichtdurchlässige, insbesondere transparente, organische oder anorganische Funktionsschicht aufweist, die einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex einer lichtdurchlässigen Elektrodenschicht der Solarzelle liegt, und/oder die mindestens eine reflektionsvermindernde erste Reliefstruktur aufweist.

Description

Organische Solarzelle
Die Erfindung betrifft eine organische Solarzelle, umfassend mindestens drei Funktionsschichten, wobei eine erste Funktionsschicht in Form mindestens einer elektrisch leitenden ersten Elektrodenschicht, eine zweite Funktionsschicht in Form mindestens einer organischen Halbleiterschicht und eine dritte Funktionsschicht in Form mindestens einer lichtdurchlässigen, insbesondere transparenten, elektrisch leitenden zweiten Elektrodenschicht ausgebildet ist, wobei die mindestens eine organische Halbleiterschicht photovoltaisch aktiv ist und zwischen der mindestens einen ersten Elektrodenschicht und der mindestens einen zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist.
Organische Solarzellen und Verfahren zu deren Herstellung sind bekannt. Unter einem organischen Bauelement wird im allgemeinen ein solches verstanden, das mindestens eine Funktionsschicht aufweist, die zumindest teilweise auf einem organischen Material basiert. Eine Funktionsschicht ist insbesondere eine elektrisch leitende Schicht, eine Halbleiterschicht, eine elektrisch isolierende Schicht oder ein Substrat. Als organische Materialien werden alle Arten von organischen, metallorganischen und/oder anorganischen Kunststoffen bezeichnet, wobei eine Beschränkung auf ein kohlenstoffhaltiges Material nicht vorgesehen ist. Vielmehr werden auch Silikone, Polymere oder Oligomere sowie die so genannten „small molecules" dazugerechnet.
Die DE 102004045211 A1 beschreibt einen flexiblen Folienkörper umfassend eine organische Solarzelle, welche im einfachsten Fall eine Schicht aus konjugiertem Polymer umfasst, welche zwischen einer transparenten Elektrodenschicht und einer metallischen Elektrodenschicht angeordnet ist. Um die Effizienz der Solarzelle zu erhöhen, wird Licht aus den die Solarzelle umgebenden Bereichen mittels Reliefstrukturen in Richtung der Solarzelle geleitet. Dabei ist die Solarzelle gegebenenfalls von einem optisch variablen Element, wie einem Kinegram®, bedeckt.
Derzeit besitzen organische Solarzellen eine Effizienz bzw. einen Wirkungsgrad von etwa 3 bis 5 %, der weit unter bereits mit Solarzellen auf Silizium-Basis erzielten Wirkungsgraden liegt.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, eine organische Solarzelle mit verbesserter Effizienz bereitzustellen.
Die Aufgabe wird für die Solarzelle, umfassend mindestens drei
Funktionsschichten, wobei eine erste Funktionsschicht in Form mindestens einer elektrisch leitenden ersten Elektrodenschicht, eine zweite Funktionsschicht in Form mindestens einer organischen Halbleiterschicht und eine dritte Funktionsschicht in Form mindestens einer lichtdurchlässigen, insbesondere transparenten, elektrisch leitenden zweiten Elektrodenschicht ausgebildet ist, wobei die mindestens eine organische Halbleiterschicht photovoltaisch aktiv ist und zwischen der mindestens einen ersten Elektrodenschicht und der mindestens einen zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist, gelöst, indem die Solarzelle mindestens eine die Effizienz der Solarzelle erhöhende lichtdurchlässige, insbesondere transparente, organische Funktionsschicht aufweist, die lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel aufweist, welche senkrecht zur mindestens einen Halbleiterschicht gesehen überlappend mit und/oder neben dieser angeordnet sind, und/oder mindestens eine die Effizienz der Solarzelle erhöhende lichtdurchlässige, insbesondere transparente, organische oder anorganische Funktionsschicht aufweist, die einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der zweiten Elektrodenschicht liegt, wobei die mindestens eine organische oder anorganische Funktionsschicht auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist, und/oder mindestens eine die Effizienz der Solarzelle erhöhende lichtdurchlässige, insbesondere transparente, organische oder anorganische Funktionsschicht aufweist, wobei die mindestens eine organische oder anorganische Funktionsschicht auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist und an ihrer der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Grenzfläche mindestens eine erste Reliefstruktur aufweist, welche eine Reflektion von in die Solarzelle einfallendem Licht an dieser Funktionsschicht im Vergleich zu einer Reflektion an einer solchen Funktionsschicht mit einer ebenen Grenzfläche, insbesondere um mindestens 20 %, vermindert.
Wird eine organische Funktionsschicht mit lichtstreuenden Partikeln eingesetzt, so streuen und/oder lenken diese das einfallende Licht. Das Licht wird dabei in eine oder mehrere Richtungen abgelenkt, so dass das Licht einerseits in der aktiven Schicht der Solarzelle bzw. der mindestens einen organischen Halbleiterschicht eine längere Wegstrecke zurücklegt, als es ohne die Partikel der Fall wäre. Dabei treffen die bereits abgelenkten Lichtstrahlen gegebenenfalls auf weitere, das Licht erneut streuende Partikel, so dass ein Austritt des Lichts oder von Teilen des Lichts aus der aktiven Schicht im günstigsten Fall vollständig verhindert werden kann. Lichtstreuende Partikel, die senkrecht zur mindestens einen Halbleiterschicht gesehen neben dieser bzw. nicht mit dieser überlappend angeordnet sind, dienen dazu das Licht, das die aktive Schicht verfehlt hätte und ungenutzt geblieben wäre, in Richtung der aktiven Schicht der Solarzelle umlenken. Das auf und neben der Solarzelle auftreffende Licht wird somit besser genutzt und dadurch die Effizienz der Solarzelle um bis zu 100 % erhöht.
Wird eine organische Funktionsschicht mit lumineszierenden Partikeln eingesetzt, so werden diese von auftreffendem Licht mindestens einer Wellenlänge angeregt und emittieren Licht einer anderen Wellenlänge. Die lumineszierenden Partikel werden dabei so gewählt, dass die emittierte Wellenlänge von der aktiven Schicht der Solarzelle besser genutzt oder zumindest genutzt werden kann. Dabei kann das die lumineszierenden Partikel anregende Licht insbesondere Licht einer Wellenlänge sein, die von der aktiven Schicht der Solarzelle nicht oder nur schlecht verwertet werden kann. Das von einem lumineszierenden Partikel ausgesandte Licht wird allseitig gleichmäßig abgestrahlt und ist somit richtungsunabhängig nutzbar. Das auf und neben der Solarzelle auftreffende Licht wird somit besser verwertet und dadurch die Effizienz der Solarzelle um bis zu 100 % erhöht.
Als lumineszierende Partikel können fluoreszierende Partikel oder phosphoreszierende Partikel eingesetzt werden, wobei auch eine Kombination aus diesen verwendbar ist.
Wird eine organische oder anorganische Funktionsschicht, die einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der zweiten Elektrodenschicht liegt, auf der Lichteinfallseite der Solarzelle, also im wesentlichen vor der zweiten Elektrodenschicht angeordnet, so wird erreicht, dass die Reflektion des Lichtes beim Auftreffen auf die Solarzelle vermindert wird. Es tritt mehr Licht über die Grenzfläche zwischen Luft und Solarzelle in die Solarzelle über als ohne diese Maßnahme. Vormals an der Grenzfläche reflektiertes Licht, das ungenutzt von der Solarzelle abgelenkt wurde, steht nun größtenteils zur Energiegewinnung zur Verfügung, wobei die Effizienz der Solarzelle um bis zu 20 % erhöht wird.
Bevorzugt werden derartige organische oder anorganische Funktionsschichten, die einen definierten Brechungsindex aufweisen, jeweils in einer Schichtdicke im Bereich von 15 bis 300 nm ausgebildet. Besonders geeignete Materialien zur Bildung von Funktionsschichten sind dielektrische Materialien, die in einer derartigen Schichtdicke lichtdurchlässig, insbesondere transparent, sind, wie SiO2, ZnS, AI2O3, ZrO2, MgF2, Ca2O3 usw.
Weiterhin kann eine organische oder anorganische Funktionsschicht, die mindestens eine erste Reliefstruktur aufweist, die eine Reflektion des Lichtes beim Auftreffen auf die Solarzelle vermindert, auf der Lichteinfallseite der
Solarzelle, also im wesentlichen vor der zweiten Elektrodenschicht, angeordnet sein. Es tritt mehr Licht über die Grenzfläche zwischen Luft und Solarzelle in die Solarzelle über als ohne diese Maßnahme. Vormals an der Grenzfläche reflektiertes Licht, das ungenutzt von der Solarzelle abgelenkt wurde, steht nun größtenteils zur Energiegewinnung zur Verfügung, wobei die Effizienz der Solarzelle um bis zu 20 % erhöht wird.
Dabei hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine erste Reliefstruktur in Form einer Mattstruktur ausgebildet ist. Mattstrukturen besitzen im mikroskopischen Maßstab feine Reliefstrukturelemente, die das Streuvermögen bestimmen und nur mit statistischen Kenngrößen beschrieben werden können, wie z. B. Mitten rauh wert Ra1 Korrelationslänge Ic usw., wobei die Werte für den Mittenrauhwert Ra im Bereich 20 nm bis 2000 nm liegen mit Vorzugswerten im Bereich von 50 nm bis 1000 nm, während die Korrelationslänge Ic in wenigstens einer Richtung Werte im Bereich von 200 nm bis 50000 nm, vorzugsweise im Bereich von 500 nm bis 10000 nm, aufweist.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine erste Reliefstruktur in Form einer periodischen Struktur, insbesondere als Blazegitter, Linienstruktur, Kreuzgitter, lineares oder gekreuztes Sinusgitter, Kreisgitter, Linsenstruktur oder einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Strukturen ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die mindestens eine erste Reliefstruktur ein Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis von > 0,3 und insbesondere von > 1 aufweist, da dadurch in der Regel eine verbesserte Funktion, d.h. eine verminderte Reflektion erreicht wird.
Als Tiefe ist hier der Abstand zwischen dem höchsten und dem tiefsten aufeinanderfolgenden Punkt einer solchen Re lief struktur bezeichnet, d.h. es handelt sich um den Abstand zwischen „Berg" und „Tal". Als Breite ist der Abstand zwischen zwei benachbarten höchsten Punkten, d.h. zwischen zwei „Bergen", bezeichnet. Je höher nun das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis ist, desto steiler sind die „Bergflanken" ausgebildet. Beispielsweise kann es sich bei der ersten Reliefstruktur um periodische Reliefstrukturen oder quasi-periodische Reliefstrukturen mit diskret verteilten linienförmigen Bereichen handeln, die nur als ein „Tal" ausgebildet sind, wobei der Abstand zwischen zwei „Tälern" um ein Vielfaches höher ist als die Tiefe der „Täler". Das berechnete Tiefen-zu-Breiten- Verhältnis von quasi-periodischen Reliefstrukturen kann dabei annähernd Null sein, so dass bei diskret angeordneten Reliefstrukturen, die im wesentlichen nur aus einem „Tal" gebildet sind, die Tiefe des „Tales" zur Breite des „Tales" ins Verhältnis zu setzen ist, um das Tiefen-zu-Breiten-Verhältnis zu bestimmen. Es hat sich bewährt, wenn die mindestens eine erste periodische Reliefstruktur eine Spatialfrequenz im Bereich von 300 bis 4000 Linien/mm aufweist.
Dabei werden zur Bildung einer lichtdurchlässigen, insbesondere transparenten organischen Funktionsschicht vorzugsweise Druckmedien verwendet, die mindestens ein organisches Bindemittel aufweisen und denen lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel zugegeben oder in die die ersten Reliefstrukturen eingeprägt werden.
Organische oder anorganische Funktionsschichten, deren Brechungsindex definiert eingestellt werden muss, werden in Abhängigkeit vom Brechungsindex der zur Bildung verwendeten Materialien ausgewählt, wobei insbesondere bis zu drei Funktionsschichten übereinander gestapelt verwendet werden. Anorganische Funktionsschichten mit einem Brechungsindex, der zwischen dem von Luft und dem der zweiten Elektrodenschicht liegt, werden insbesondere aus Magnesiumfluorid oder SiÜ2 gebildet.
Organische Materialien zur Bildung organischer Funktionsschichten werden bevorzugt in einem organischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch gelöst, ein Druckmedium hergestellt und dieses bevorzugt im Tiefdruck verdruckt. Alternativ kann auch Flexodruck, Siebdruck oder eine Düse zum strukturierten Applizieren des Druckmediums eingesetzt werden.
Die erste Elektrodenschicht wird vorzugsweise aus einem Metall, insbesondere aus Gold, Silber, Kupfer, Aluminium, Nickel oder Legierungen aus mindestens zwei dieser Metalle gebildet und kann dabei, je nach Schichtdicke, opak oder lichtdurchlässig, insbesondere auch transparent, ausgebildet sein. Es hat sich bewährt, wenn die zweite Elektrodenschicht aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) gebildet wird. Dieses wird üblicherweise durch Kathodenzerstäubung abgeschieden. Aber auch dotiertes Polyethylen, Polyanilin, Silber, Gold, organische Halbleiter, nanopartikuläre Lösungen und so weiter sind verwendbar. Eine zweite Elektrodenschicht aus einem Material mit Eigenfarbe wie beispielsweise Gold wird dabei insbesondere in einer geringen Schichtdicke oder als Gitterstruktur ausgebildet, um ausreichend lichtdurchlässig zu sein.
Zwischen einer Elektrodenschicht und der organischen Halbleiterschicht der Solarzelle kann eine Lochblocker-Schicht, insbesondere aus TiO2 angeordnet werden, welche die elektrische Ableitung von Ladungen verbessert. Auf der Seite der organischen Halbleiterschicht, welche der Lochblocker-Schicht abgewandt ist, wird mitunter eine Schicht angeordnet, die die Funktion einer Elektronenblocker-Schicht übernimmt. Hierbei hat sich elektrisch leitfähiges Polymer, insbesondere Poly-3,4-Ethylenedioxythiophene (PEDOT), bewährt.
Die mindestens eine photovoltaisch aktive, organische Halbleiterschicht weist vorzugsweise eine Schichtdicke im Bereich von 50 bis 300 nm, insbesondere im Bereich von 100 bis 250 nm, auf. Besonders bewährt hat es sich, wenn die mindestens eine organische Halbleiterschicht durch mindestens zwei organische Halbleitermaterialien gebildet ist, indem ein Komposit aus mindestens einem Elektronen-Donator und mindestens einem Elektronen- Akzeptor in einem Verhältnis von 2:0,5 bis 0,5:2, insbesondere im Verhältnis von 1 :0,9 bis 1 :1 , gebildet ist. Besonders bevorzugt ist hierbei, wenn der mindestens eine Elektronen-Donator aus einem Polythiophen, insbesondere aus Poly(3-Hexylthiophen) (P3HT), und der mindestens eine Elektronen- Akzeptor aus einem Fullerenderivat, insbesondere aus PCBM, gebildet ist. Als Solarzelle kann nicht nur eine vom Typ „Single-Junction" eingesetzt werden, welche eine photovoltaisch aktive Halbleiterschicht aus einem Material aufweist, sondern auch eine Solarzelle vom Typ „Multi-Junction", welche zwei oder mehr photovoltaisch aktive Halbleiterschichten aus unterschiedlichen Materialien aufweist und wobei die unterschiedlichen Materialien unterschiedliche Wellenlängen des einfallenden Lichtes verwerten können.
Folgender Aufbau einer Single-Junction-Solarzelle hat sich besonders bewährt. Die Solarzelle weist dabei in dieser Reihenfolge optional ein transparentes Substrat, mindestens eine zweite Elektrodenschicht, mindestens eine lichtdurchlässige photovoltaisch aktive organische Halbleiterschicht, mindestens eine, optional transparente, erste Elektrodenschicht und eine Verkapselungsschicht auf. Weitere Schichten, wie die oben bereits erwähnten Blocker-Schichten, können vorhanden sein. Die Verkapselungsschicht dient zur Abschirmung der Funktionsschichten der Solarzelle vor schädlichen
Umwelteinflüssen und ist vorzugsweise aus einer anorganisch beschichteten Polymerfolie, wobei die Beschichtung insbesondere auf Tantal, SiOx oder Siθχ/Na basiert, gebildet.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Solarzelle mindestens zwei, die Effizienz der Solarzelle erhöhende Funktionsschichten aufweist. Dadurch wird erreicht, dass die Effizienz der Solarzelle weiter gesteigert wird. So können mehrere organische Funktionsschichten enthaltend Partikel gemäß Fall a) vorhanden sein oder eine oder mehrere organische Funktionsschichten enthaltend Partikel gemäß Fall a) mit Funktionsschichten mit definiertem Brechungsindex und/oder erster Reliefstruktur gemäß Fall b) kombiniert eingesetzt werden. Weiterhin können mehrere Funktionsschichten mit definiertem Brechungsindex und/oder erster Reliefstruktur gemäß Fall b) kombiniert eingesetzt werden
Es hat sich bewährt, wenn auch die erste Elektrodenschicht lichtdurchlässig, insbesondere durchsichtig, ausgebildet ist. Somit wird die Ausbildung einer im wesentlichen transparenten bzw. durchsichtigen Solarzelle möglich, die beispielsweise auf einem Fenster, Etikett, Sicherheitselement, einem Schriftzug oder ähnlichem aufgebracht werden kann, nachdem auch die organische Halbleiterschicht üblicherweise lichtdurchlässig bzw. durchsichtig ist. Eine erste Elektrodenschicht aus einem Material mit Eigenfarbe wie beispielsweise Gold wird dabei insbesondere in einer geringen Schichtdicke oder als Gitterstruktur ausgebildet, um ausreichend lichtdurchlässig zu sein.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Solarzelle mindestens eine Funktionsschicht aufweist, die mindestens eine diffraktive und/oder refraktive zweite Reliefstruktur aufweist, welche senkrecht zur Ebene der Halbleiterschicht gesehen überlappend mit und/oder neben der Halbleiterschicht, insbesondere auf der, der Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Elektrodenschicht, angeordnet ist. Durch die zweite Reliefstruktur ist es möglich, Licht gezielt in Richtung der aktiven Schicht bzw. mindestens einen organischen Halbleiterschicht oder in Bereiche dieser abzulenken, zu fokussieren oder zurückzuwerfen, so dass eine weitere Erhöhung der Effizienz der Solarzelle resultiert. Die zweite Reliefstruktur kann aber auch lediglich dekorativen Zwecken dienen, um beispielsweise ein optisch variables Element, wie ein Hologramm oder Kinegram®, zu erzeugen. Auch eine Kombination aus Licht lenkenden zweiten Reliefstrukturen und zu dekorativen Zwecken dienenden zweiten Reliefstrukturen ist möglich.
Besonders bewährt hat es sich, wenn die mindestens eine zweite Reliefstruktur in Form einer Mattstruktur, einer asymmetrischen Reliefstruktur, eines linearen oder gekreuzten Lineargitters, einer diffraktiven oder refraktiven Linsenstruktur oder einer Kombination von mindestens zwei derartigen Strukturen ausgebildet ist. Derartige Reliefstrukturen sind besonders gut geeignet, darauf auftreffendes Licht zu streuen, zu sammeln, zu fokussieren oder abzulenken. Funktionsschichten mit zweiten Reliefstrukturen können je nach Anordnung im Hinblick auf den Lichteinfall in die Solarzelle lichtdurchlässig oder opak ausgebildet ein. So kann mindestens eine opake reflektierende Funktionsschicht mit mindestens einer zweiten Reliefstruktur auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite einer lichtdurchlässigen ersten Elektrodenschicht angeordnet sein und/oder eine lichtdurchlässige Funktionsschicht mit mindestens einer zweiten Reliefstruktur auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite der lichtdurchlässigen zweiten Elektrodenschicht angeordnet sein.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel eine maximale Partikelgröße im Bereich von 5 nm bis 10 μm aufweisen. Nachdem die Schichtdicken der einzelnen Funktionsschichten einer organischen Solarzelle jeweils üblicherweise in Bereich unterhalb von 1 μm liegen, lassen sich derart kleine Partikel ohne weiteres in eine Funktionsschicht einbauen.
Es ist von Vorteil, wenn die lichtstreuenden Partikel transparent oder semitransparent, insbesondere aus einem Oxid, einem Sulfid, einem Karbid oder einem Nitrid, ausgebildet sind. Besonders bewährt haben sich hierbei Partikel aus SiO2 oder ZnS. Derartige Partikel lassen auftreffendes Licht zumindest zum Teil passieren, so dass die Lichtverteilung gegenüber lichtundurchlässigen Partikeln verbessert ist. Fluoreszierende Partikel sind beispielsweise unter der Bezeichnung Lumogen® erhältlich. Lumogen® Gelb S 0790 beispielsweise streut das Licht nicht und bewirkt eine Verschiebung von Wellenlängen mit 300 bis 500 nm in einen Bereich von 500 bis 650 nm.
Die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel weisen vorzugsweise eine Stäbchen-, plättchen- oder kugelförmige Form auf. Dabei können Stäbchen- oder plättchenförmige Partikel in einer bestimmten räumlichen Ausrichtung oder ungeordnet in der organischen Funktionsschicht vorliegen. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine organische
Funktionsschicht ein Gemisch aus lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikeln unterschiedlicher Form aufweist.
Vorzugsweise sind lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% in der mindestens einen organischen Funktionsschicht enthalten. Weniger, aber auch mehr Partikel führen zu einer Verminderung der Effizienz der Solarzelle.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel selektiv für eine Wellenlänge des elektromagnetischen Spektrums ausgebildet sind. Insbesondere hat es sich als günstig erwiesen, wenn die mindestens eine organische Funktionsschicht lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel aufweist, die selektiv für mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums ausgebildet sind.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die lichtstreuenden Partikel zudem lumineszierend ausgebildet sind, und eine Wellenlänge des elektromagnetischen Spektrums in eine andere Wellenlänge umzuwandeln. Dadurch lassen sich zusätzlich zu den erzielbaren Streuungseffekten Wellenlängen, die von der Solarzelle nur wenig ausgenutzt werden können, in Wellenlängen umwandeln, die besser genutzt werden können. Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine organische Funktionsschicht lichtstreuende Partikel aufweist, die unterschiedlich fluoreszierend und/oder phosphoreszierend ausgebildet sind.
Dabei können die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel gleichmäßig in der mindestens einen organischen Funktionsschicht verteilt sein. Es kann jedoch auch Vorteile bieten, wenn die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel ungleichmäßig über eine Fläche und/oder eine Schichtdicke der mindestens einen organischen Funktionsschicht verteilt sind. So hat es sich beispielsweise bewährt, wenn im Randbereich der Funktionsschichten der Solarzelle mehr lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel angeordnet sind, als in der Mitte der
Funktionsschichten, um einen Austritt von Licht aus der Solarzelle zu vermeiden.
Es hat sich bewährt, wenn die mindestens eine organische Funktionsschicht enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel der mindestens einen Halbleiterschicht entspricht. Die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel werden somit im Material der mindestens einen Halbleiterschicht verteilt eingesetzt. Die Verteilung der Partikel erfolgt hier insbesondere gleichmäßig innerhalb der mindestens einen photovoltaisch aktiven Halbleiterschicht.
Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, wenn die mindestens eine organische Funktionsschicht enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist. Die Verteilung der Partikel in der mindestens einen organischen Funktionsschicht erfolgt hier entweder gleichmäßig oder lediglich partiell. Eine lichtdurchlässige, insbesondere transparente Abstandshalterschicht kann zwischen der Funktionsschicht enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet sein, um den zurückzulegenden Weg für das einfallende Licht zu verändern, um es schließlich genau in die aktive Schicht bzw. die mindestens eine Halbleiterschicht einzukoppeln. Anstatt einer Abstandshalterschicht, oder in Kombination mit dieser, kann auch ein lichtdurchlässiges, insbesondere transparentes Substrat eingesetzt werden.
Die mindestens eine organische Funktionsschicht enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel kann aber auch auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten
Elektrodenschicht angeordnet sein, sofern diese lichtdurchlässig, insbesondere transparent ausgebildet ist. Die Verteilung der Partikel in der mindestens einen organischen Funktionsschicht erfolgt auch hier entweder gleichmäßig oder lediglich partiell. Eine lichtdurchlässige, insbesondere transparente Abstandshalterschicht kann zwischen der Funktionsschicht enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel und der ersten Elektrodenschicht angeordnet sein, um den zurückzulegenden Weg für das einfallende Licht zu verändern, um es schließlich genau in die aktive Schicht bzw. die mindestens eine Halbleiterschicht einzukoppeln. Anstatt einer Abstandshalterschicht, oder in Kombination mit dieser, kann auch ein lichtdurchlässiges, insbesondere transparentes Substrat eingesetzt werden.
Die mindestens eine organische Funktionsschicht, die einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der transparenten elektrisch leitenden zweiten Elektrodenschicht liegt, ist auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht angeordnet. Dabei hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens zwei transparente organische Funktionsschichten, die jeweils einen Brechungsindex aufweisen, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der zweiten Elektrodenschicht liegt, vorhanden sind, wobei die mindestens zwei transparenten organischen Funktionsschichten einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen und auf der zweiten Elektrodenschicht derart übereinander gestapelt angeordnet sind, dass der Brechungsindex der mindestens zwei transparenten organischen Funktionsschichten ausgehend von der zweiten Elektrodenschicht abnimmt. Die Anordnung mindestens einer organischen Funktionsschicht mit einem demgemäß definierten Brechungsindex auf der zweiten Elektrodenschicht bewirkt, dass eine Reflektion des einfallenden Lichts an der Grenzfläche zwischen Luft und Solarzelle reduziert und die Effizienz der Solarzelle weiter gesteigert wird. Sofern Licht auch auf der Seite der ersten Elektrodenschicht her auf die Solarzelle auftrifft und diese lichtdurchlässig ist, kann natürlich auch auf dieser mindestens eine derartige organische Funktionsschicht, die einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der transparenten elektrisch leitenden ersten Elektrodenschicht liegt, angeordnet sein.
Vorzugsweise weist die Solarzelle weiterhin ein lichtdurchlässiges, insbesondere transparentes Substrat auf. Es hat sich bewährt, wenn das Substrat eine Dicke im Bereich von 6 μm bis 1 mm, insbesondere im Bereich von 12 μm bis 150 μm aufweist. Die Verwendung eines Substrats aus einer flexiblen Folie ermöglichst die Bildung biegsamer organischer Solarzellen, da deren Funktionsschichten üblicherweise eine sehr viel geringere Schichtdicke als das Substrat aufweisen und dessen Biegsamkeit nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigen. Als Substratmaterialien kommen generell anorganische oder organische Materialien in Frage, insbesondere PET, PEN, PVC oder Glas. Auf einem derartigen Substrat lassen sich die Funktionsschichten der Solarzelle ohne weiteres in einem kontinuierlichen Verfahren, die aktive Schicht insbesondere in einem Druckverfahren, aufbringen. Dabei wird das Substrat insbesondere als langgestreckter, flexibler Folienstreifen verwendet, welcher von Rolle zu Rolle transportiert werden kann, so dass eine Vielzahl von Solarzellen darauf gebildet werden können. Dabei wird der langgestreckte Folienstreifen auf eine Vorratsrolle aufgewickelt bereitgestellt, von dieser abgezogen, darauf sukzessive die einzelnen Funktionsschichten der Solarzellen gebildet und schließlich der Folienstreifen inklusive einer Vielzahl von darauf gebildeten, gegebenenfalls miteinander elektrisch verschalteten Solarzellen auf eine weitere Vorratsrolle aufgewickelt. Daran kann sich eine Vereinzelung von Solarzellen und/oder
Solarzellengruppen, insbesondere durch Schneiden oder Stanzen, anschließen oder weitere Verfahrensschritte vorgenommen werden, wie beispielsweise eine thermische, chemische oder mechanische Behandlung, eine Beschichtung, eine Bestrahlung usw.
Innerhalb des Aufbaus der Solarzelle hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine organische Halbleiterschicht die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel aufweist und/oder wenn die mindestens eine transparente organische Funktionsschicht enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel zwischen dem optional vorhandenen
Substrat und der mindestens einen zweiten Elektrodenschicht angeordnet ist. Sofern ein lichtdurchlässiges, insbesondere transparentes Substrat vorhanden ist, so ist es auch von Vorteil, wenn die mindestens eine transparente organische Funktionsschicht enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel auf der, der zweiten Elektrodenschicht abgewandten Seite des Substrats angeordnet ist. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn die mindestens eine transparente organische Funktionsschicht enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel zwischen der mindestens einen transparenten ersten Elektrodenschicht und der Verkapselungsschicht angeordnet ist.
Besonders bevorzugt ist es, gegebenenfalls in Kombination zu mindestens einer Funktionsschicht enthaltend lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel, wenn ein lichtdurchlässiges, insbesondere transparentes Substrat vorhanden ist und mindestens drei transparente Funktionsschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex auf der, der zweiten Elektrodenschicht abgewandten Seite des Substrats angeordnet sind. Der Brechungsindex des Substrats ist bei der Auswahl der Funktionsschichten zu berücksichtigen.
Weiterhin hat sich es bewährt, wenn ein lichtdurchlässiges, insbesondere transparentes Substrat vorhanden ist und mindestens eine transparente organische Funktionsschicht, die erste und/oder zweite Reliefstrukturen aufweist, auf der, der zweiten Elektrodenschicht abgewandten Seite des Substrats angeordnet ist.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn mindestens eine reflektierende Funktionsschicht, die die mindestens eine zweite Reliefstruktur aufweist, auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite der lichtdurchlässigen ersten Elektrodenschicht und unmittelbar an die
Verkapselungsschicht angrenzend angeordnet ist. Bei der reflektierenden Funktionsschicht handelt es sich insbesondere um eine opake metallische Schicht, aber auch der Einsatz von transparenten hochbrechenden dielektrischen Schichten, sogenannten HRI-Schichten, hat sich bewährt, insbesondere, wenn die Solarzelle insgesamt transparent ausgebildet werden soll.
Durch eine Kombination unterschiedlicher, die Effizienz der Solarzelle erhöhender Funktionsschichten ist eine Erhöhung des Wirkungsgrads einer organischen Solarzelle um insgesamt bis zu 100 % möglich.
Die Figuren 1 bis 9 sollen erfindungsgemäße Solarzellen beispielhaft erläutern. So zeigt:
Figur 1 eine erste Solarzelle im Querschnitt, welche eine Halbleiterschicht enthaltend Partikel aufweist;
Figur 2 eine zweite Solarzelle im Querschnitt, welche eine organische Funktionsschicht enthaltend Partikel auf der zweiten
Elektrodenschicht aufweist;
Figur 3 eine dritte Solarzelle im Querschnitt, welche eine organische Funktionsschicht enthaltend Partikel auf einem transparenten Substrat aufweist;
Figur 4 eine vierte Solarzelle im Querschnitt, welche eine organische Funktionsschicht enthaltend Partikel auf einer transparent ausgebildeten ersten Elektrodenschicht aufweist;
Figur 5 eine fünfte Solarzelle im Querschnitt, welche drei
Funktionsschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex aufweist; Figur 6 eine sechste Solarzelle im Querschnitt, welche drei
Funktionsschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex und eine Halbleiterschicht enthaltend Partikel aufweist;
Figur 7 eine siebente Solarzelle im Querschnitt, welche drei organische
Funktionsschichten enthaltend Partikel unterschiedlicher Form und Verteilung aufweist;
Figur 8 eine achte Solarzelle im Querschnitt, welche eine
Funktionsschicht mit definiertem Brechungsindex und zwei organische Funktionsschichten enthaltend Partikel unterschiedlicher Form und Verteilung aufweist; und
Figur 9 eine neunte Solarzelle im Querschnitt, welche eine
Funktionsschicht mit definiertem Brechungsindex, eine organische Funktionsschicht mit zweiten Reliefstrukturen und zwei organische Funktionsschichten enthaltend Partikel unterschiedlicher Form und Verteilung aufweist.
Figur 1 zeigt eine erste Solarzelle im Querschnitt, welche eine erste Elektrodenschicht 1 aus Gold, eine aktive Schicht enthaltend mindestens eine organische Funktionsschicht in Form einer photovoltaisch aktiven organischen Halbleiterschicht 2 aus einem Komposit aus P3HT und PCBM im Verhältnis 1 :1 , sowie eine zweite Elektrodenschicht 3 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) aufweist. Die erste Elektrodenschicht 1 ist opak und mittels Kathodenzerstäubung in einer Schichtdicke von 25 nm ausgebildet. Die Halbleiterschicht 2 ist durch Drucken gebildet und weist eine Schichtdicke von 200 nm auf. Die Halbleiterschicht 2 weist 1 Gew.-% lichtstreuende Partikel 4a auf, die einen maximalen Durchmesser von 100 nm aufweisen und die gleichmäßig in der Halbleiterschicht 2 verteilt vorliegen. Die zweite Elektrodenschicht 3 ist transparent und durch Kathodenzerstäubung in einer Schichtdicke von 10 nm gebildet. Die Funktionsschichten 1 , 2, 3 der Solarzelle befinden sich auf einem transparenten Substrat 10 aus PET mit einer Schichtdicke von 12 μm und sind mit einer Verkapselungsschicht 11 aus einer Tantal-beschichteten PET-Folie vor schädlichen Umwelteinflüssen geschützt. Der Lichteinfall erfolgt bei der ersten Solarzelle gemäß Figur 1 von Seiten des transparenten Substrats 10 und der zweiten Elektrodenschicht 3. Das Licht durchdringt das Substrat 10 sowie die zweite Elektrodenschicht 3 und gelangt zur aktiven Schicht umfassend die Halbleiterschicht 2. An den lichtstreuenden Partikeln 4a wird das Licht gestreut und optimal in der Halbleiterschicht 2 verteilt.
Figur 2 zeigt eine zweite Solarzelle im Querschnitt, welche ähnlich zur ersten Solarzelle gemäß Figur 1 aufgebaut ist (gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Bauteile) und eine erste Elektrodenschicht 1 aus Gold, eine photovoltaisch aktive Schicht enthaltend mindestens eine organische Funktionsschicht in Form einer organischen Halbleiterschicht 2 aus einem Komposit aus P3HT und PCBM im Verhältnis 1 :1 , sowie eine zweite Elektrodenschicht 3 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) aufweist. Hier enthält die Halbleiterschicht 2 jedoch keine lichtstreuenden Partikel, sondern es ist eine organische Funktionsschicht 5b aus einem transparenten Lack auf der zweiten Elektrodenschicht 3 vorgesehen, die lichtstreuende Partikel 4a enthält.
Die organische Funktionsschicht 5b weist 1 Gew.-% lichtstreuende Partikel 4a auf, die einen maximalen Durchmesser von 100 nm aufweisen und die gleichmäßig in der organischen Funktionsschicht 5b verteilt vorliegen. Der Lichteinfall erfolgt bei der zweiten Solarzelle gemäß Figur 2 ebenfalls von Seiten des transparenten Substrats 10. Das Licht durchdringt das Substrat 10, die organische Funktionsschicht 5b sowie die zweite Elektrodenschicht 3 und gelangt zur aktiven Schicht umfassend die Halbleiterschicht 2. An den lichtstreuenden Partikeln 4a in der organischen Funktionsschicht 5b wird das Licht gestreut und optimal verteilt.
Figur 3 zeigt eine dritte Solarzelle im Querschnitt, welche ähnlich zur zweiten Solarzelle gemäß Figur 2 aufgebaut ist (gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Bauteile) und eine opake erste Elektrodenschicht 1 aus Gold, eine photovoltaisch aktive Schicht enthaltend mindestens eine organische
Funktionsschicht in Form einer Halbleiterschicht 2 aus einem Komposit aus P3HT und PCBM im Verhältnis 1 :1 , sowie eine transparente zweite Elektrodenschicht 3 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) aufweist. Es ist eine organische Funktionsschicht 5 aus einem transparenten Lack auf der, der zweiten Elektrodenschicht 3 abgewandten Seite des Substrats 10 vorgesehen, welche lichtstreuende Partikel 4a enthält. Die organische Funktionsschicht 5 weist 1 Gew.-% lichtstreuende Partikel 4a auf, die einen maximalen Durchmesser von 100 nm aufweisen und die gleichmäßig in der organischen Funktionsschicht 5 verteilt vorliegen. Der Lichteinfall erfolgt bei der dritten Solarzelle gemäß Figur 3 ebenfalls von Seiten des transparenten Substrats 10. Das Licht durchdringt die organische Funktionsschicht 5, wobei eine optimale Streuung an den lichtstreuenden Partikeln 4a erfolgt, das Substrat 10 sowie die zweite Elektrodenschicht 3 und gelangt zur aktiven Schicht umfassend die Halbleiterschicht 2.
Figur 4 zeigt eine vierte Solarzelle im Querschnitt, welche ähnlich zur zweiten Solarzelle gemäß Figur 2 aufgebaut ist (gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Bauteile) und eine erste Elektrodenschicht 1 aus Gold, eine photovoltaisch aktive Schicht enthaltend mindestens eine organische Funktionsschicht in Form einer organischen Halbleiterschicht 2 aus einem Komposit aus P3HT und PCBM im Verhältnis 1 :1 , sowie eine transparente zweite Elektrodenschicht 3 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) aufweist. Die erste Elektrodenschicht 1 ist hier jedoch in einer Schichtdicke von 8 nm lichtdurchlässig ausgebildet. Es ist eine organische Funktionsschicht 5a aus einem transparenten Lack auf der ersten Elektrodenschicht 1 vorgesehen, die lichtstreuende Partikel 4a enthält. Die organische Funktionsschicht 5a weist eine Schichtdicke von 100 nm auf und enthält 1 Gew.-% lichtstreuende Partikel 4a, die einen maximalen Durchmesser von 100 nm aufweisen und gleichmäßig in der organischen Funktionsschicht 5a verteilt vorliegen. Der Lichteinfall erfolgt bei der vierten Solarzelle gemäß Figur 4 ebenfalls von Seiten des transparenten Substrats 10. Das Licht durchdringt das Substrat 10, die zweite Elektrodenschicht 3 und gelangt zur aktiven Schicht umfassend die Halbleiterschicht 2. Die Anteile des Lichts, die ungenutzt durch die Halbleiterschicht 2 hindurch zur ersten Elektrodenschicht 1 gelangen, werden von dieser im wesentlichen durchgelassen, so dass das verbleibende Licht an den lichtstreuenden Partikeln 4a der organischen Funktionsschicht 5a gestreut und in die Halbleiterschicht 2 zurückgeworfen wird, so dass eine weitere Ausnutzung dieser Lichtanteile erfolgen kann.
Figur 5 zeigt eine fünfte Solarzelle im Querschnitt, welche ähnlich zur dritten Solarzelle gemäß Figur 3 aufgebaut ist (gleiche Bezugszeichen kennzeichnen gleiche Bauteile) und eine opake erste Elektrodenschicht 1 aus Gold, eine photovoltaisch aktive Schicht enthaltend mindestens eine organische Funktionsschicht in Form einer organischen Halbleiterschicht 2 aus einem Komposit aus P3HT und PCBM im Verhältnis 1 :1 , sowie eine transparente zweite Elektrodenschicht 3 aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) aufweist. Auf der, der zweiten Elektrodenschicht 3 abgewandten Seite des transparenten Substrats 10 sind drei Funktionsschichten 6, 7, 8 mit unterschiedlichen Brechungsindices angeordnet. Eine anorganische Funktionsschicht 6 ist hier aus Magnesiumfluorid gebildet und weist einen Brechungsindex ni auf, der zwischen dem Brechungsindex ΠL von Luft und dem Brechungsindex ΠE2 der zweiten Elektrodenschicht 3 liegt. Eine organische Funktionsschicht 7 ist aus einem Polymer gebildet und weist einen Brechungsindex n2 auf, der zwischen dem Brechungsindex ni der Funktionsschicht 6 und dem Brechungsindex ΠE2 der zweiten Elektrodenschicht 3 liegt. Eine weitere organische Funktionsschicht 8 ist aus einem weiteren Polymer gebildet und weist einen Brechungsindex n3 auf, der zwischen dem Brechungsindex n2 der Funktionsschicht 7 und dem Brechungsindex ΠE2 der zweiten Elektrodenschicht 3 liegt. Nachdem auch das Substrat 10 aus PET hier vor der zweiten Elektrodenschicht 3 angeordnet ist, ist dessen Brechungsindex ns von ca. 1 ,6 so ausgewählt, dass dieser zwischen dem Brechungsindex n3 der Funktionsschicht 8 und dem Brechungsindex nE2 der zweiten Elektrodenschicht 3 liegt. Es gilt somit für den Schichtstapel aus den Schichten 6, 7, 8, 10, 3 folgender Zusammenhang: nL < ni < n2 < n3 < ns <
Der Lichteinfall erfolgt bei der fünften Solarzelle gemäß Figur 5 von Seiten des transparenten Substrats 10. Das Licht durchdringt die drei Funktionsschichten 6, 7, 8 mit unterschiedlichen Brechungsindices, das Substrat 10, die zweite Elektrodenschicht 3 und gelangt zur photovoltaisch aktiven Schicht umfassend die Halbleiterschicht 2. Würde das Licht unmittelbar auf die Oberfläche des Substrats 10 auftreffen, so würde dies dazu führen, dass Anteile des Lichts an der Oberfläche des Substrats 10 reflektiert werden und nicht zur Halbleiterschicht 2 gelangen. Die Funktionsschichten 6, 7, 8 verhindern eine derartige Reflektion weitgehend, so dass nun weitaus mehr Licht zur Halbleiterschicht 2 gelangen kann und auch eine Ausnutzung der andernfalls reflektierten Lichtanteile erfolgen kann. Figur 6 zeigt eine sechste Solarzelle im Querschnitt, welche einen gemäß Figur 1 und Figur 5 kombinierten Aufbau aufweist. Gemäß der fünften Solarzelle, siehe Figur 5, sind drei Funktionsschichten 6, 7, 8 mit unterschiedlichen Brechungsindices auf dem transparenten Substrat 10 angeordnet, jedoch ist weiterhin gemäß der ersten Solarzelle, siehe Figur 1 , eine Halbleiterschicht 2 enthaltend lichtbrechende Partikel 4a ausgebildet.
Figur 7 zeigt eine siebente Solarzelle im Querschnitt, welche eine transparente erste Elektrodenschicht 1 aus Gold, eine aktive Schicht enthaltend mindestens eine organische Funktionsschicht in Form einer photovoltaisch aktiven organischen Halbleiterschicht 2 aus einem Komposit aus P3HT und PCBM im Verhältnis 1 :1 , sowie eine transparente zweite Elektrodenschicht 3 aus Indium- Zinn-Oxid (ITO) aufweist. Zwischen der Verkapselungsschicht 11 und der ersten Elektrodenschicht 1 befindet sich eine organische Funktionsschicht 5a enthaltend erste lichtbrechende, fluoreszierende Partikel 4a, welche gleichmäßig verteilt vorliegen.
Die Halbleiterschicht 2 weist zu den ersten lichtstreuenden, fluoreszierenden Partikeln 4a unterschiedliche, kugelförmige zweite lichtstreuende phosphoreszierende Partikel 4c auf, die einen maximalen Durchmesser von 15 nm aufweisen und die ungleichmäßig in der Halbleiterschicht 2 verteilt bzw. nur in deren Randbereichen vorliegen. Zwischen der transparenten zweiten Elektrodenschicht 3 und dem transparenten Substrat 10 befindet sich eine weitere organische Funktionsschicht 5b enthaltend erste lichtstreuende Partikel 4a sowie dazu unterschiedliche dritte lichtstreuende Partikel 4b. Dabei sind die ersten lichtstreuenden Partikel 4a in einem Bereich oberhalb der zweiten Elektrodenschicht 3 angeordnet, während die dritten lichtstreuenden Partikel 4b sich lediglich in einem Randbereich der weiteren Funktionsschicht 5b befinden, der sich neben der zweiten Elektrodenschicht 3 befindet. Weiterhin ist die Konzentration der dritten Partikel 4b im Randbereich größer gewählt als die Konzentration der ersten Partikel 4a im Bereich oberhalb der zweiten Elektrodenschicht 3. Die dritten Partikel 4b sind plättchenförmig und zueinander in paralleler räumlicher Ausrichtung angeordnet.
Der Lichteinfall erfolgt bei der siebenten Solarzelle gemäß Figur 7 von Seiten des transparenten Substrats 10 und der zweiten Elektrodenschicht 3. Das Licht durchdringt das Substrat 10, die weitere organische Funktionsschicht 5b, die zweite Elektrodenschicht 3 und gelangt zur aktiven Schicht umfassend die Halbleiterschicht 2. An den ersten lichtstreuenden Partikeln 4a der weiteren organischen Funktionsschicht 5b wird das Licht gestreut und optimal verteilt. An den dritten lichtstreuenden Partikeln 4b der weiteren organischen Funktionsschicht 5b wird das Licht in Richtung der Halbleiterschicht 2 umgelenkt. Die zweiten lichtstreuenden Partikel 4c im Randbereich der Halbleiterschicht 2 verhindern eine Auskopplung des Lichts aus der
Halbleiterschicht 2 in diesem Bereich. Die ersten lichtstreuenden Partikel 4a in der organischen Funktionsschicht 5a streuen durch die erste Elektrodenschicht 1 hindurchtretendes Licht und werfen es wieder zurück in Richtung der Halbleiterschicht 2.
Figur 8 zeigt eine achte Solarzelle im Querschnitt, welche einen ähnlichen Aufbau aufweist, wie die siebente Solarzelle gemäß Figur 7. Hier ist allerdings die organische Funktionsschicht 5a weggelassen worden und statt dessen eine Funktionsschicht 6 mit definiertem Brechungsindex n1 ? der zwischen dem Brechungsindex ΠL von Luft und dem Brechungsindex ns des Substrats 10 liegt, und wobei der Brechungsindex ns des Substrats 10 zwischen dem Brechungsindex der Funktionsschicht 6 und dem Brechungsindex ng2 der zweiten Elektrodenschicht 3 liegt, auf dem Substrat 10 angeordnet. Figur 9 zeigt eine neunte Solarzelle im Querschnitt, welche einen ähnlichen Aufbau aufweist, wie die siebente Solarzelle gemäß Figur 7. Hier ist ebenfalls die organische Funktionsschicht 5a weggelassen worden und statt dessen eine transparente Funktionsschicht 7 aus Magnesiumfluorid mit definiertem Brechungsindex n2 angeordnet, der zwischen dem Brechungsindex nL von Luft und dem Brechungsindex ns des Substrats 10 aus PET mit einem Brechungsindex ns von ca. 1 ,6 liegt, der wiederum größer ist als der Brechungsindex nE2 der zweiten Elektrodenschicht 3. Zwischen dem Substrat 10 und der Funktionsschicht 7 mit dem Brechungsindex n2 ist eine transparente organische Funktionsschicht 9 in Form einer
Lackschicht angeordnet, welche auf ihrer dem Substrat 10 abgewandten Seite mit einer zweiten Reliefstruktur 9a in Form einer Sägezahnstruktur beprägt ist. Die zweite Re lief struktur 9a befindet sich im Randbereich über und neben der aktiven Schicht der Solarzelle, so dass Licht aus diesem Bereich zur Halbleiterschicht 2 umgelenkt werden kann.
Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass unter Verwendung unterschiedlichster Funktionsschichten enthaltend lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel und/oder aufweisend definierte Brechungsindices oder mindestens eine erste Reliefstruktur, gegebenenfalls auch zweite
Reliefstrukturen, in einfacher Weise unterschiedlichste Variationen einer effizienten Single Junction- oder Multi Junction-Solarzelle gebildet werden können, die in den Figuren 1 bis 9 nicht explizit gezeigt sind.

Claims

Patentansprüche
1. Organische Solarzelle, umfassend mindestens drei Funktionsschichten, wobei eine erste Funktionsschicht in Form mindestens einer elektrisch leitenden ersten Elektrodenschicht (1), eine zweite Funktionsschicht in Form mindestens einer organischen Halbleiterschicht (2) und eine dritte Funktionsschicht in Form mindestens einer lichtdurchlässigen, insbesondere transparenten, elektrisch leitenden zweiten Elektrodenschicht (3) ausgebildet ist, wobei die mindestens eine organische Halbleiterschicht (2) photovoltaisch aktiv ist und zwischen der mindestens einen ersten Elektrodenschicht (1) und der mindestens einen zweiten Elektrodenschicht (3) angeordnet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Solarzelle mindestens eine die Effizienz der Solarzelle erhöhende lichtdurchlässige, insbesondere transparente, organische Funktionsschicht (2, 5, 5a, 5b) aufweist, die lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel (4a, 4b, 4c) aufweist, welche senkrecht zur mindestens einen Halbleiterschicht (2) gesehen überlappend mit und/oder neben dieser angeordnet sind, und/oder mindestens eine die Effizienz der Solarzelle erhöhende lichtdurchlässige, insbesondere transparente, organische oder anorganische
Funktionsschicht (6, 7, 8) aufweist, die einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der zweiten Elektrodenschicht (3) liegt, wobei die mindestens eine organische oder anorganische Funktionsschicht (6, 7, 8) auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht (3) angeordnet ist, und/oder mindestens eine die Effizienz der Solarzelle erhöhende lichtdurchlässige, insbesondere transparente, organische oder anorganische
Funktionsschicht aufweist, wobei die mindestens eine organische oder anorganische Funktionsschicht auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht (2) abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht (3) angeordnet ist und an ihrer der mindestens einen Halbleiterschicht (2) abgewandten Grenzfläche mindestens eine erste Re lief struktur aufweist, welche eine Reflektion von in die Solarzelle einfallendem Licht an dieser Funktionsschicht im Vergleich zu einer Reflektion an einer solchen Funktionsschicht mit einer ebenen Grenzfläche vermindert.
2. Solarzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Reliefstruktur die Reflektion an der
Grenzfläche um mindestens 20 % vermindert.
3. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle mindestens zwei, die Effizienz der Solarzelle erhöhende Funktionsschichten (2, 5, 5a, 5b, 6, 7, 8) aufweist.
4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenschicht (1) lichtdurchlässig, insbesondere transparent, ausgebildet ist.
5. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Reliefstruktur in Form einer Mattstruktur ausgebildet ist.
6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Reliefstruktur in Form einer periodischen Struktur, insbesondere als Blazegitter, Linienstruktur, Kreuzgitter, lineares oder gekreuztes Sinusgitter, Kreisgitter, Linsenstruktur oder Kombinationen aus mindestens zwei dieser Strukturen ausgebildet ist.
7. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Reliefstruktur ein Tϊefen-zu-Breiten-
Verhältnis von > 0,3, insbesondere von > 1 aufweist.
8. Solarzelle nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste Reliefstruktur eine Spatialfrequenz im
Bereich von 300 bis 4000 Linien/mm aufweist.
9. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle mindestens eine Funktionsschicht (9) aufweist, die mindestens eine diffraktive und/oder refraktive zweite Reliefstruktur (9a) aufweist, welche senkrecht zur Ebene der Halbleiterschicht (2) gesehen überlappend mit und/oder neben der Halbleiterschicht (2), insbesondere auf der, der Halbleiterschicht (2) abgewandten Seite der ersten Elektrodenschicht (1), angeordnet ist.
10. Solarzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Reliefstruktur (9a) in Form einer
Mattstruktur, eines linearen oder gekreuzten Lineargitters, einer asymmetrischen Reliefstruktur, einer diffraktiven oder refraktiven Linsenstruktur, oder einer Kombination mindestens zwei solcher Strukturen ausgebildet ist.
11. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a, 4b, 4c) eine maximale Partikelgröße im Bereich von 5 nm bis 10 μm aufweisen.
12. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstreuenden Partikel (4a, 4b, 4c) transparent oder semitransparent, insbesondere aus einem Oxid, einem Sulfid, einem Karbid oder einem Nitrid, ausgebildet sind.
13. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a, 4b, 4c) eine Stäbchen-, plättchen- oder kugelförmige Form aufweisen.
14. Solarzelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Funktionsschicht (5b) ein Gemisch aus lichtstreuenden Partikeln (4a, 4b) unterschiedlicher Form aufweist.
15. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a, 4b, 4c) im
Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% in der mindestens einen organischen Funktionsschicht (2, 5, 5a, 5b) enthalten sind.
16. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a, 4b,.4c) selektiv für eine Wellenlänge des elektromagnetischen Spektrums ausgebildet sind.
17. Solarzelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Funktionsschicht (2, 5, 5a, 5b) lichtstreuende und/oder lumineszierende Partikel (4a, 4b, 4c) aufweist, die selektiv für mindestens zwei unterschiedliche Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums ausgebildet sind.
18. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstreuenden Partikel (4a, 4b, 4c) fluoreszierend oder phosphoreszierend ausgebildet sind, und eine Wellenlänge des elektromagnetischen Spektrums in eine andere Wellenlänge umwandeln.
19. Solarzelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Funktionsschicht (2, 5, 5a, 5b) lichtstreuende Partikel (4a, 4b, 4c) aufweist, die unterschiedlich fluoreszierend oder phosphoreszierend ausgebildet sind.
20. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstreuenden Partikel (4a) gleichmäßig in der mindestens einen organischen Funktionsschicht verteilt sind.
21. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtstreuenden Partikel (4c) ungleichmäßig über eine Fläche und/oder eine Schichtdicke der mindestens einen organischen
Funktionsschicht (2, 5b) verteilt sind.
22. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Funktionsschicht (2) enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a, 4c) der mindestens einen Halbleiterschicht (2) entspricht.
23. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Funktionsschicht (5b) enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a, 4b) auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht (2) abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht (3) angeordnet ist.
24. Solarzelle nach Anspruch 4 in Verbindung mit einem der Ansprüche 5 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Funktionsschicht (5a) enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a) auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht (2) abgewandten Seite der lichtdurchlässigen ersten Elektrodenschicht (1) angeordnet ist.
25. Solarzelle nach Anspruch 4 in Verbindung mit einem der Ansprüche 5 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische oder anorganische Funktionsschicht (6, 7, 8), die einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex der Luft und dem Brechungsindex der lichtdurchlässigen ersten Elektrodenschicht (1) liegt, auf der, der mindestens einen
Halbleiterschicht (2) abgewandten Seite der ersten Elektrodenschicht (1) angeordnet ist.
26. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei transparente Funktionsschichten (6, 7, 8), die jeweils einen Brechungsindex aufweisen, der zwischen dem Brechungsindex von Luft und dem Brechungsindex der zweiten Elektrodenschicht (3) liegt, vorhanden sind, wobei die mindestens zwei transparenten Funktionsschichten (6, 7, 8) einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen und auf der zweiten Elektrodenschicht (3) derart übereinander gestapelt angeordnet sind, dass der Brechungsindex der mindestens zwei transparenten Funktionsschichten (6, 7, 8) ausgehend von der zweiten Elektrodenschicht (3) abnimmt.
27. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle weiterhin ein lichtdurchlässiges, insbesondere transparentes Substrat (10), insbesondere aus PET, PEN, PVC oder Glas, aufweist.
28. Solarzelle nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (10) eine Dicke im Bereich von 6 μm bis 1 mm, insbesondere im Bereich von 12 μm bis 150 μm, aufweist.
29. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, die mindestens eine Halbleiterschicht (2) in einer Schichtdicke im Bereich von 50 bis 300 nm, insbesondere im Bereich von 100 bis 250 nm, ausgebildet ist.
30. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Halbleiterschicht (2) durch mindestens zwei organische Halbleitermaterialien gebildet ist, indem ein Komposit aus mindestens einem Elektronen-Donator und mindestens einem Elektronen- Akzeptor in einem Verhältnis von 2:0,5 bis 0,5:2, insbesondere im Verhältnis von 1 :0,9 bis 1 :1 , gebildet ist.
31. Solarzelle nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elektronen-Donator aus einem Polythiophen und der mindestens eine Elektronen-Akzeptor aus einem Fullerenderivat gebildet ist.
32. Solarzelle nach Anspruch 31 , dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elektronen-Donator aus Poly(3-Hexylthiophen)
(P3HT) und der mindestens eine Elektronen-Akzeptor aus PCBM gebildet wird.
33. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle in dieser Reihenfolge optional ein transparentes Substrat (10), mindestens eine zweite Elektrodenschicht (3), mindestens eine organische Halbleiterschicht (2), mindestens eine, optional lichtdurchlässige, erste Elektrodenschicht (1) und eine Verkapselungsschicht (11) aufweist.
34. Solarzelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine organische Halbleiterschicht (2) die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a, 4b, 4c) aufweist.
35. Solarzelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine transparente organische Funktionsschicht (5b) enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a, 4b) zwischen dem optional vorhandenen Substrat (10) und der mindestens einen zweiten Elektrodenschicht (3) angeordnet ist.
36. Solarzelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (10) vorhanden ist und die mindestens eine transparente organische Funktionsschicht (5) enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a) auf der, der zweiten Elektrodenschicht (3) abgewandten Seite des Substrats (10) angeordnet ist.
37. Solarzelle nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine transparente organische Funktionsschicht (5a) enthaltend die lichtstreuenden und/oder lumineszierenden Partikel (4a) zwischen der mindestens einen lichtdurchlässigen ersten Elektrodenschicht (1 ) und der Verkapselungsschicht (11 ) angeordnet ist.
38. Solarzelle nach einem der Ansprüche 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (10) vorhanden ist und mindestens drei transparente organische Funktionsschichten (6, 7, 8) mit unterschiedlichem
Brechungsindex auf der, der zweiten Elektrodenschicht (3) abgewandten Seite des Substrats (10) angeordnet sind.
39. Solarzelle nach einem der Ansprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Substrat (10) vorhanden ist und mindestens eine transparente organische Funktionsschicht (9), die erste und/oder zweite Reliefstrukturen (9a) aufweist, auf der, der zweiten Elektrodenschicht (3) abgewandten Seite des Substrats (10) angeordnet ist.
40. Solarzelle nach einem der Ansprüche 33 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine reflektierende Funktionsschicht, die die mindestens eine zweite Reliefstruktur aufweist, auf der, der mindestens einen Halbleiterschicht (2) abgewandten Seite der lichtdurchlässigen ersten Elektrodenschicht (1) und unmittelbar an die Verkapselungsschicht (11) angrenzend angeordnet ist.
PCT/EP2007/006596 2006-07-26 2007-07-25 Organische solarzelle Ceased WO2008012079A1 (de)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102006035293.9 2006-07-26
DE102006035293A DE102006035293B4 (de) 2006-07-26 2006-07-26 Verfahren zur Herstellung eines organischen elektrischen Bauelements
DE102007005090.0 2007-02-01
DE102007005090A DE102007005090A1 (de) 2007-02-01 2007-02-01 Organische Solarzelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2008012079A1 true WO2008012079A1 (de) 2008-01-31

Family

ID=38561751

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2007/006596 Ceased WO2008012079A1 (de) 2006-07-26 2007-07-25 Organische solarzelle

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2008012079A1 (de)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009143561A1 (en) 2008-05-25 2009-12-03 3Gsolar Ltd Optical enhancement for solar devices
WO2009120330A3 (en) * 2008-03-25 2010-09-16 Corning Incorporated Substrates for photovoltaics
CN102280587A (zh) * 2010-12-31 2011-12-14 友达光电股份有限公司 堆叠式太阳能电池模块
US8558105B2 (en) 2006-05-01 2013-10-15 Wake Forest University Organic optoelectronic devices and applications thereof
US8772629B2 (en) 2006-05-01 2014-07-08 Wake Forest University Fiber photovoltaic devices and applications thereof
US9105848B2 (en) 2006-08-07 2015-08-11 Wake Forest University Composite organic materials and applications thereof
CN109801989A (zh) * 2019-01-31 2019-05-24 光之科技发展(昆山)有限公司 一种发电建材及其制备方法
CN109860316A (zh) * 2019-01-31 2019-06-07 光之科技发展(昆山)有限公司 一种采用光学调控层的发电板及其制备方法
CN109888048A (zh) * 2019-01-31 2019-06-14 光之科技发展(昆山)有限公司 一种具备建材外观的发电板及其制备方法
CN109904244A (zh) * 2019-01-31 2019-06-18 光之科技发展(昆山)有限公司 一种光伏建材及其制备方法
WO2020155628A1 (zh) * 2019-01-31 2020-08-06 光之科技发展(昆山)有限公司 一种发电建材及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030071567A1 (en) * 2000-08-23 2003-04-17 Mitsuru Eida Organic el display
US20050279402A1 (en) * 2004-06-03 2005-12-22 Kwang-Soon Ahn Solar cell and method of manufacturing the same
US20060025311A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Christoph Brabec Nanoporous fullerene layers and their use in organic photovoltaics

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030071567A1 (en) * 2000-08-23 2003-04-17 Mitsuru Eida Organic el display
US20050279402A1 (en) * 2004-06-03 2005-12-22 Kwang-Soon Ahn Solar cell and method of manufacturing the same
US20060025311A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Christoph Brabec Nanoporous fullerene layers and their use in organic photovoltaics

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SLOOFF L H ET AL: "THE LUMINESCENT CONCENTRATOR: A BRIGHT IDEA FOR SPECTRUM CONVERSION?", EUROPEAN PHOTOVOLTAIC SOLAR ENERGY CONFERENCE AND EXHIBITION, XX, XX, no. 20th, 6 June 2005 (2005-06-06), pages 4pp, XP007903181 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8558105B2 (en) 2006-05-01 2013-10-15 Wake Forest University Organic optoelectronic devices and applications thereof
US8772629B2 (en) 2006-05-01 2014-07-08 Wake Forest University Fiber photovoltaic devices and applications thereof
US9105848B2 (en) 2006-08-07 2015-08-11 Wake Forest University Composite organic materials and applications thereof
WO2009120330A3 (en) * 2008-03-25 2010-09-16 Corning Incorporated Substrates for photovoltaics
EP2340565A4 (de) * 2008-05-25 2012-04-18 3Gsolar Photovoltaics Ltd Optische verstärkung für solarelemente
WO2009143561A1 (en) 2008-05-25 2009-12-03 3Gsolar Ltd Optical enhancement for solar devices
CN102280587A (zh) * 2010-12-31 2011-12-14 友达光电股份有限公司 堆叠式太阳能电池模块
CN109801989A (zh) * 2019-01-31 2019-05-24 光之科技发展(昆山)有限公司 一种发电建材及其制备方法
CN109860316A (zh) * 2019-01-31 2019-06-07 光之科技发展(昆山)有限公司 一种采用光学调控层的发电板及其制备方法
CN109888048A (zh) * 2019-01-31 2019-06-14 光之科技发展(昆山)有限公司 一种具备建材外观的发电板及其制备方法
CN109904244A (zh) * 2019-01-31 2019-06-18 光之科技发展(昆山)有限公司 一种光伏建材及其制备方法
WO2020155628A1 (zh) * 2019-01-31 2020-08-06 光之科技发展(昆山)有限公司 一种发电建材及其制备方法
CN109904244B (zh) * 2019-01-31 2020-11-03 光之科技发展(昆山)有限公司 一种光伏建材及其制备方法
CN109860316B (zh) * 2019-01-31 2020-11-03 光之科技发展(昆山)有限公司 一种采用光学调控层的发电板及其制备方法
US12237803B2 (en) 2019-01-31 2025-02-25 Photon Technology (Kunshan) Co., Ltd Power-generating building materials and preparation process thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2008012079A1 (de) Organische solarzelle
DE102007060108B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Solarzellenmoduls
WO2005104261A1 (de) Organisches, elektro-optisches element mit erhöhter auskoppeleffizienz
EP2347449B1 (de) Substrat für eine optoelektronische vorrichtung
DE102012200084B4 (de) Strahlungsemittierendes organisches bauteil
DE102007024152A1 (de) Organisches optoelektronisches Bauelement
WO2013068520A1 (de) Organisches licht emittierendes bauelement
DE102007005091B4 (de) Solarzelle
DE102008004771A1 (de) Solarzelle
DE112015002819T5 (de) Organisches, elektrolumineszierendes Element, Grundmaterial und Licht-emittierende Vorrichtung
DE102007021843A1 (de) Photovoltaisches Modul
DE112012003937T5 (de) Organisches elektrolumineszentes Element
DE102015100253B4 (de) Licht emittierende Vorrichtung
EP2160773B1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip
DE102013113533A1 (de) Konversionselement und Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements
DE102007005090A1 (de) Organische Solarzelle
DE102008051012A1 (de) Lichtemittierende Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen
DE102008031531A1 (de) Organisches strahlungsemittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines organischen strahlungsemittierenden Bauelements
WO2013189894A1 (de) Organische leuchtdiode
DE102013113486B4 (de) Organisches Licht emittierendes Bauelement
DE102012205413B4 (de) Organisches licht emittierendes bauelement
EP4581686A1 (de) Strukturiertes optoelektronisches bauelement
WO2009124532A1 (de) Elektrooptisches organisches bauelement
DE102008021655B4 (de) Strahlungsquelle und Solarzelle
DE102006059417A1 (de) Photovoltaik-Vorrichtung mit holografischer Struktur zum Umlenken einfallender Sonnenstrahlung, sowie Herstellverfahren hierfür

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07786321

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: RU

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07786321

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1