WO2010063614A2 - Photovoltaic layer arrangement - Google Patents

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WO2010063614A2
WO2010063614A2 PCT/EP2009/065702 EP2009065702W WO2010063614A2 WO 2010063614 A2 WO2010063614 A2 WO 2010063614A2 EP 2009065702 W EP2009065702 W EP 2009065702W WO 2010063614 A2 WO2010063614 A2 WO 2010063614A2
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Definitions

  • the invention relates to a photovoltaic layer arrangement for attachment to surfaces exposed to sunlight or carriers by, in particular, a painting process.
  • the object of the invention is to provide a Photovoitaik-Schichtan ⁇ rdnung, which can be applied in a simple manner to almost any shape shaped carrier or support surfaces.
  • a photovoltaic layer arrangement is proposed with the invention, which is provided with an electrically conductive first electrode layer, a transparent to solar radiation electrically conductive second
  • Electrode layer an arranged between the two electrode layers, electrically insulating investment material layer and - a plurality of semiconductor particles, each having a p-doped region and an n-doped region and a pn junction, wherein the semiconductor particles are arranged side by side embedded in the embedding mass layer such in that the p-doped and the n-doped th regions over each of the same side of the Einbettrnassentik protrude from this and protrude in the jeweüs adjacent first or second electrode layer for electrical connection thereto,
  • the essential feature of the inventive concept of the photovoltaic layer arrangement is the fact that the photovoltaic arrangement in the form of individual layers can be applied to a carrier or a carrier surface.
  • doubly doped semiconductor particles are used, which are embedded in an embedding mass layer which has an electrically insulating effect. Every semiconductor particle! has a p-doped region, in n-doped region, and a pn junction between these regions.
  • the semiconductor particles are, for example, photodiode dies that have been separated by cutting a wafer, or also fragments of, for example, so-called “rejected wafers", wherein each fragment has a pn junction with (exactly one) n-doped and (exactly one) p-doped region has.
  • the semiconductor particles are all the same electrically aligned, which can be realized for example by introducing the semiconductor particles in an electric field.
  • the p-doped regions (and the n-doped regions) of all semiconductor particles in each case in the same direction (namely, for example, upwards or downwards).
  • the Halbieiterpartike! be arranged with their p- and n-area alignments at right angles or at another, ie acute angle to the plane of extension of the investment.
  • the semiconductor particles are embedded in the embedding mass layer in such a way that their p-doped regions project beyond the one main side of the embedding mass layer and the n-doped regions of all semiconductor particles over the other main surface of the embedding mass layer.
  • a potting compound layer is now arranged between two electrically conductive electrode layers, then the individual semiconductor particles are electrically contacted via the electrode layers. This results in a layer structure with a plurality of photodiodes forming a monoparticle layer.
  • the solar layer exposed to the electrode layer is transparent to the solar radiation, which for the carrier surface or the carrier facing Electrode layer does not have to be required. In this case, it is particularly appropriate if this (lower) electrode layer reflects the solar radiation.
  • the irregular surface structure of the silicon particles makes the light capture factor considerably larger than in the case of conventional solar cells, which have a smooth, highly reflective surface.
  • the advantage of the photovoltaic layer arrangement according to the invention is to be seen in the fact that all layers such as lacquer can be applied to a support or a substrate.
  • an OSC (organic semi coductor) material comes into question.
  • you can also use a materia! use which acts on itself electrically insulating and is provided with electrically conductive particles.
  • silver lacquer can also be used for the electrically side electrode layers.
  • the investment layer is expediently, for example, polyisoprene.
  • the semiconductor particles are expediently doped silicon particles (Si particles), which impart to the layer arrangement a dark-silver optical appearance.
  • copper-indium-diseumide particles (CuInSe) can be used, which makes the layer arrangement appear optically black.
  • other semiconductor material particles such as gallium arsenide (GaAs) can be used.
  • the size of the semiconductor particles moves in the ⁇ m range, between 1 ⁇ m and 400 ⁇ m (the thickness of silicon wafers is typically 365 ⁇ m), preferably between 10 ⁇ m and 100 ⁇ m and in particular between 20 ⁇ m and 30 ⁇ m.
  • a factory-prepared, electrically insulating layer with embedded Haibieiterpumblen as described above is suitable.
  • This layer can then be applied to an electrically conductive electrode layer applied to a carrier, the semiconductor particles being pressed with their regions projecting beyond the layer into the not yet hardened electrode layer.
  • the layer with the embedded semiconductor materials is expediently flexible, so that it can adapt to the contour of the substrate or of the carrier.
  • the second electrode layer is then applied, which, as in the case of the application of the first electrode layer, can take place in the manner of a lacquer application.
  • the photovoltaic layer according to the invention can be applied, for example, to vehicles (here in particular on the vehicle roofs), the photovoltaic layer arrangement depending on the choice of Halbieiterpumble example, silver or black acts. Both are similar to a Metaliic finish.
  • a photovoltaic layer assembly 10 is shown, which has been created by applying several layers, such as in a multi-layer paint on, for example, a vehicle car roof 12.
  • This layer serves the mechanical or thermal adaptation of the photovoltaic layer arrangement 10 to the carrier (in this case the vehicle roof 12).
  • the intermediate layer 14 is not absolutely necessary and may be omitted depending on the nature of the carrier.
  • the photovoltaic layer arrangement 10 comprises an electrically conductive first electrode layer 16 of, for example, a semi-conductive polymer material (OSC), which can be up to 100 ⁇ m thick.
  • the material of this first electrode layer 16 should preferably be transparent to sunlight.
  • the investment material layer 18 is electrically insulating and permeable to solar radiation.
  • a material is particularly suitable, for example, polyisoprene.
  • each half-liter particle 24 has a p-doped region 26 and an n-doped region 28, a pn junction 30 being formed between the two regions.
  • the semi-conductor particles 24 are electrically aligned the same, which means that (with reference to the illustration in the drawing) their p-doped regions 26 point upwards and their n-doped regions 28 face downwards.
  • Another special feature is that each semiconductor particle 24 protrudes from the embedding mass layer 18 on both sides.
  • the electrical alignment of the semiconductor particles 24 takes place, for example, by applying an electric field of suitable strength, namely at a time when the embedding mass layer has not yet cured in such a way. that the semiconductor particles 24 can no longer align or move in this layer.
  • the material used for the embedding mass layer 18 can not necessarily be hardenable materials.
  • Flexible materials for example elastomers
  • the investment material layer with its semiconductor particles is flexible.
  • the average size of the semiconductor particles 24 is for example 20 microns to 30 microns.
  • the thickness of the embedding mass layer 18 is selected accordingly, in such a way that the semiconductor particles 24 protrude on both sides of the embedding mass layer 18.
  • the second electrode layer 32 expediently has a thickness of only 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • a protective layer 34 which is likewise transparent to solar radiation, can also be applied to this second electrode layer 32, which can preferably be electrically insulating but also electrically conductive.
  • the two electrode layers 16, 32 are electrically connected to the n-doped regions 28 or p-doped regions 26 of the semiconductor particles 24. When exposed to sunlight, an electrical voltage arises between these layers which can be used to operate electrical consumers (the vehicle).
  • the described photovoltaic layer assembly 10 serves to generate electricity from solar radiation, i. from light of the wavelengths of substantially 320 Nm to 1000 Nm.
  • solar radiation i. from light of the wavelengths of substantially 320 Nm to 1000 Nm.
  • the photovoltaic layer arrangement on substrates or carriers one can make use of the techniques of painting processes. In particular, no high-temperature processes for applying the photovoltaic layer arrangement are required and a vacuum process is not provided.
  • the Photovoitaik layer arrangement can be essentially on aüen side ends or non-conductive surfaces such as facade panels, roofs, noise barriers or the like. muster.
  • the photovoltaic layer arrangement according to the invention a monolayer of individual, adjacently arranged doubly doped HaIb- conductor particles, which viewed in the thickness direction of the Einbettmassen für not form agglomerations to transfer resistances vermei ⁇ , Aiso is advantageous in that each semiconductor particle is electrically connected to the electrode layers directly.
  • the semiconducting Particles of the particles in the case of the use of transparent materials for the electrode layer facing the sunlit side of the photovoltaic layer arrangement) become visually appealing.
  • the subsequent assembly is already known to align the solar particles optimally to the sunlight.
  • the particles can be aligned to the mean solar angle of incidence (compass direction 180 °, angle to the surface 42 °).

Abstract

The invention relates to a photovoltaic layer arrangement (10) comprising an electrically conducting first electrode layer (16) and an electrically conducting second electrode layer (32) which is transparent to solar radiation. The photovoltaic layer arrangement (10) further comprises an electrically insulating investment material layer (18), which is arranged between the two electrode layers (16, 32), and a plurality of semiconductor particles (24), which each comprise a p-doped region (26), an n-doped region (28), and a p-n junction (30). The semiconductor particles (24) are embedded in the investment material layer (18) so as to be arranged next to each other and in such a way that the p-doped and the n-doped regions (26, 28) protrude from the investment material layer through the same side (22, 20), respectively, of the investment material layer (18) and project into the adjacent first or second electrode layer (16, 32), respectively, in order to electrically connect to said electrode layer.

Description

Photovoltaik-Schichtanordnuno Photovoltaic Schichtanordnuno
Die Erfindung betrifft eine Photovoltaik-Schichtanordnung zur Anbringung an dem Sonnenlicht ausgesetzten Flächen bzw. Trägern durch insbesondere einen Lackierungsprozess.The invention relates to a photovoltaic layer arrangement for attachment to surfaces exposed to sunlight or carriers by, in particular, a painting process.
Aus Umweltschutzgesichtspunkten gewinnt die Erzeugung von Elektrizität aus regenerativen Energiequellen in zunehmendem Maße an Bedeutung. Neben den regenerativen Energiequellen Wind und Wasser kommt hierbei insbesondere der Solartechnik eine zunehmend bedeutendere Rolle zu. Es existieren Solarzellenanordnungen in den unterschiedlichsten Ausgestaltungen, die je- doch sämtlich den Nachteil aufweisen, dass sie sich nur bedingt an die von ebenen Strukturen abweisenden geometrischen Formen von potenziell in Frage kommenden Träger bzw. Trägerflächen anpassen lassen,From an environmental point of view, the generation of electricity from renewable energy sources is becoming increasingly important. In addition to the regenerative energy sources wind and water, solar technology in particular is playing an increasingly important role here. There are solar cell arrangements in a very wide variety of designs, all of which however have the disadvantage that they can only be adapted to a limited extent to the geometrical shapes, which repel planar structures, of potentially possible carriers or carrier surfaces,
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Photovoitaik-Schichtanσrdnung zu schaffen, die sich auf einfache Art und Weise auf nahezu beliebig geformte Träger bzw, Trägerflächen aufbringen lässt.The object of the invention is to provide a Photovoitaik-Schichtanσrdnung, which can be applied in a simple manner to almost any shape shaped carrier or support surfaces.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Photovoltaik-Schichtanordnung vorgeschlagen, die versehen ist mit einer elektrisch leitenden ersten Elektrodenschicht, einer für Sonnenstrahlung transparenten elektrisch leitenden zweitenTo solve this problem, a photovoltaic layer arrangement is proposed with the invention, which is provided with an electrically conductive first electrode layer, a transparent to solar radiation electrically conductive second
Elektrodenschicht, einer zwischen den beiden Elektrodenschichten angeordneten, elektrisch isolierenden Einbettmassenschicht und - einer Vielzahl von Halbleiterpartikeln, die jeweils ein p-dotiertes Gebiet sowie ein n-dotiertes Gebiet und einen pn-ύbergang aufweisen, wobei die Halbleiterpartikel nebeneinander angeordnet in der Einbettmassenschicht derart eingebettet sind, dass die p-dotierten und die n-dotier- ten Gebiete über jeweils derselben Seite der Einbettrnassenschicht von dieser vorstehen und in der jeweüs benachbarten ersten bzw. zweiten Elektrodenschicht zur elektrischen Verbindung mit dieser hineinragen,Electrode layer, an arranged between the two electrode layers, electrically insulating investment material layer and - a plurality of semiconductor particles, each having a p-doped region and an n-doped region and a pn junction, wherein the semiconductor particles are arranged side by side embedded in the embedding mass layer such in that the p-doped and the n-doped th regions over each of the same side of the Einbettrnassenschicht protrude from this and protrude in the jeweüs adjacent first or second electrode layer for electrical connection thereto,
Wesensmerkmal des erfinduπgsgemäßen Konzepts der Photovoltaik-Schicht- anordnung ist die Tatsache, dass sich die Photovoltaik-Aπordnung in Form einzelner Schichten auf einen Träger bzw, eine Trägerfläche aufbringen lässt. Dabei werden zweifach dotierte Halbleiterpartikel verwendet, die in eine Einbettmassenschicht, welche elektrisch isolierend wirkt, eingebettet sind. Jeder Halbleiterpartike! weist ein p-dotiertes Gebiet, in n-dotiertes Gebiet und einen pn-Ubergang zwischen diesen Gebieten auf. Bei den Haibleiterpartikeln handelt es sich beispielsweise um Photodioden-Dies, die durch Schneiden eines Wafer vereinzelt worden sind, oder aber auch um Bruchstücke von beispielsweise sogenannten "rejected wafer", wobei jedes Bruchstück einen pn-Übergang mit (genau einem) n-dotierten und (genau einem) p-dotierten Gebiet aufweist.The essential feature of the inventive concept of the photovoltaic layer arrangement is the fact that the photovoltaic arrangement in the form of individual layers can be applied to a carrier or a carrier surface. In this case, doubly doped semiconductor particles are used, which are embedded in an embedding mass layer which has an electrically insulating effect. Every semiconductor particle! has a p-doped region, in n-doped region, and a pn junction between these regions. The semiconductor particles are, for example, photodiode dies that have been separated by cutting a wafer, or also fragments of, for example, so-called "rejected wafers", wherein each fragment has a pn junction with (exactly one) n-doped and (exactly one) p-doped region has.
Die Halbleiterpartikel sind sämtlich elektrisch gleich ausgerichtet, was z.B. durch Einbringen der Halbleiterpartikel in ein elektrisches Feld realisiert werden kann. Damit weisen also die p- dotierten Gebiete (und die n-dotierten Gebiete) sämtlicher Halbleiterpartikel jeweils in die gleiche Richtung (nämlich beispielsweise nach oben oder nach unten). Dabei können die Halbieiterpartike! mit ihren p- und n-Gebietsausrichtuπgen rechtwinklig oder in einem anderen, d.h. spitzen Winkel zur Erstreckungsebene der Einbettmasse angeordnet sein. Ferner sind die Halbleiterpartikel derart in die Einbettmassenschicht eingebettet, dass ihre p-dotierten Gebiete über die eine Hauptseite der Einbettmassenschicht und die n-dotierten Gebiete sämtlicher Halbleiterpartikel über die andere Hauptfläche der Einbettmassenschicht überstehen. Wird nun eine derartige Einbettmassenschicht zwischen zwei elektrisch leitenden Elektrodenschichten angeordnet, so werden die einzelnen Halbleiterpartikel über die Elektrodenschichten elektrisch kontaktiert. Damit entsteht ein Schichtenaufbau mit einer Vielzahl von eine Monopartikelschicht bildenden Photodioden. Die der Sonnenstrahlung ausgesetzte Elektrodenschicht ist dabei für die Sonnenstrahlung transparent, was für die der Trägerfläche bzw. dem Träger zugewandte Elektrodenschicht nicht erforderlich sein muss. Hier bietet es sich insbesondere an, wenn diese (untere) Eiektrodenschicht die Sonnenstrahiung reflektiert.The semiconductor particles are all the same electrically aligned, which can be realized for example by introducing the semiconductor particles in an electric field. Thus, therefore, the p-doped regions (and the n-doped regions) of all semiconductor particles in each case in the same direction (namely, for example, upwards or downwards). The Halbieiterpartike! be arranged with their p- and n-area alignments at right angles or at another, ie acute angle to the plane of extension of the investment. Furthermore, the semiconductor particles are embedded in the embedding mass layer in such a way that their p-doped regions project beyond the one main side of the embedding mass layer and the n-doped regions of all semiconductor particles over the other main surface of the embedding mass layer. If such a potting compound layer is now arranged between two electrically conductive electrode layers, then the individual semiconductor particles are electrically contacted via the electrode layers. This results in a layer structure with a plurality of photodiodes forming a monoparticle layer. The solar layer exposed to the electrode layer is transparent to the solar radiation, which for the carrier surface or the carrier facing Electrode layer does not have to be required. In this case, it is particularly appropriate if this (lower) electrode layer reflects the solar radiation.
Außerdem äst hervorzuheben, dass durch die unregelmäßige Oberflächen- struktur der Silizium-Partikel der Lichtfangfaktor erheblich größer ist als bei üblichen Solarzellen, die eine glatte, stark reflektierende Oberfläche haben.Furthermore, it should be pointed out that the irregular surface structure of the silicon particles makes the light capture factor considerably larger than in the case of conventional solar cells, which have a smooth, highly reflective surface.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Schichtanordnung ist vor allem darin zu sehen, dass sich sämtliche Schichten wie Lack auf einen Träger bzw. ein Substrat auftragen lassen.The advantage of the photovoltaic layer arrangement according to the invention is to be seen in the fact that all layers such as lacquer can be applied to a support or a substrate.
Ferner ist von Vorteil, dass kein spezielles Gehäuse o.dgl. zum Schutz vor Umwelteinflüssen benötigt wird. Die Kosten für ein derartiges wetterfestes Gehäuse können beträchtlich sein.Furthermore, it is advantageous that no special housing or the like. is needed to protect against environmental influences. The cost of such a weatherproof housing can be considerable.
Ais Materialien für die beiden Elektrodenschichten kommt beispielsweise ein OSC- (organic semi coπductor) Material in Frage. Alternativ lässt sich aber auch ein Materia! einsetzen, das an sich elektrisch isolierend wirkt und mit elektrisch leitenden Partikeln versehen ist. Beispielsweise kann für die elek- trisch Seitenden Elektrodenschichten auch Silberlack eingesetzt werden. Bei der Einbettmassenschicht handelt es sich zweckmäßigerweise um beispielsweise Polyisopren. Bei den Halbleiterpartikeln handelt es sich zweckmäßigerweise um dotierte Silizium-Partikel (Si-Partikel), die der Schichtanordnung eine dunkelsilbrige optische Erscheinung verleihen. Alternativ lassen sich auch Kupfer- Indium-Diseienid-Partikel (CuInSe) einsetzen, die die Schichtanordnung optisch schwarz erscheinen lässt. Aber auch andere Halbleitermaterial-Partikel wie beispielsweise Galliurn-Arsenid (GaAs) sind einsetzbar.As materials for the two electrode layers, for example, an OSC (organic semi coductor) material comes into question. Alternatively, you can also use a materia! use, which acts on itself electrically insulating and is provided with electrically conductive particles. For example, silver lacquer can also be used for the electrically side electrode layers. The investment layer is expediently, for example, polyisoprene. The semiconductor particles are expediently doped silicon particles (Si particles), which impart to the layer arrangement a dark-silver optical appearance. Alternatively, copper-indium-diseumide particles (CuInSe) can be used, which makes the layer arrangement appear optically black. But other semiconductor material particles such as gallium arsenide (GaAs) can be used.
Die Größe der Haibleiterpartikel bewegt sich im μm-Bereich, und zwar zwi- sehen 1 μm und 400 μm (die Dicke von Silizium-Wafern beträgt typischerweise 365 μm), vorzugsweise zwischen 10 μm und 100 μm und insbesondere zwischen 20 μm und 30 μm. Als Halbzeug zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Photovoitaik-Schicht- anordnung eignet sich eine werksseitig präparierte, elektrisch isolierende Schicht mit in diese eingebetteten Haibieiterpartikeln, wie sie oben beschrieben sind. Diese Schicht kann dann auf eine auf einen Träger aufgebrachte elektrisch leitende Elektrodenschicht aufgebracht werden, wobei die Halbleiter- Partikel mit ihren über die Schicht überstehenden Bereichen in die noch nicht ausgehärtete Elektrodenschicht eingedrückt werden. Zweckmäßigerweise ist die Schicht mit den eingebetteten Halbleitermaterialien flexibien, so dass sie sich der Kontur des Substrats bzw. des Trägers anpassen kann. Anschließend wird dann die zweite Elektrodenschicht aufgetragen, was, wie beim Auftrag der ersten Elektrodenschicht nach Art eines Lackauftrages erfolgen kann.The size of the semiconductor particles moves in the μm range, between 1 μm and 400 μm (the thickness of silicon wafers is typically 365 μm), preferably between 10 μm and 100 μm and in particular between 20 μm and 30 μm. As semifinished product for use in the photovoltaic layer arrangement according to the invention, a factory-prepared, electrically insulating layer with embedded Haibieiterpartikeln, as described above is suitable. This layer can then be applied to an electrically conductive electrode layer applied to a carrier, the semiconductor particles being pressed with their regions projecting beyond the layer into the not yet hardened electrode layer. The layer with the embedded semiconductor materials is expediently flexible, so that it can adapt to the contour of the substrate or of the carrier. Subsequently, the second electrode layer is then applied, which, as in the case of the application of the first electrode layer, can take place in the manner of a lacquer application.
Die erfindungsgemäße Photovoltaik-Schicht lässt sich beispielsweise auf Fahrzeugen (hier insbesondere auf den Fahrzeugdächern) auftragen, wobei die Photovoltaik-Schichtanordnung je nach Wahl der Halbieiterpartikel beispielsweise silberfarben oder auch schwarz wirkt. Beides ähnelt einem Metaliic-Au- tolack.The photovoltaic layer according to the invention can be applied, for example, to vehicles (here in particular on the vehicle roofs), the photovoltaic layer arrangement depending on the choice of Halbieiterpartikel example, silver or black acts. Both are similar to a Metaliic finish.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment and with reference to the drawing.
In Fig. 1 ist eine Photovoltaik-Schichtanordnung 10 gezeigt, die durch Auftragen mehrerer Schichten wie beispielsweise bei einem mehrlagigen Lack auf beispielsweise einem Fahrzeug-Autodach 12 erstellt worden ist. Zunächst wird auf dem Dach 12 eine Zwischenschicht 14 aus elektrisch leitendem oder elektrisch isolierendem Materia! aufgebracht. Diese Schicht dient der mechanischen bzw. thermischen Anpassung der Photovoltaik-Schichtanordnung 10 an den Träger (in diesem Fall das Fahrzeugdach 12). Die Zwischenschicht 14 ist nicht zwingend erforderlich und kann je nach Beschaffenheit des Trägers entfallen.In Fig. 1, a photovoltaic layer assembly 10 is shown, which has been created by applying several layers, such as in a multi-layer paint on, for example, a vehicle car roof 12. First, on the roof 12, an intermediate layer 14 of electrically conductive or electrically insulating Materia! applied. This layer serves the mechanical or thermal adaptation of the photovoltaic layer arrangement 10 to the carrier (in this case the vehicle roof 12). The intermediate layer 14 is not absolutely necessary and may be omitted depending on the nature of the carrier.
Die Photovoltaik-Schichtanordnung 10 umfasst eine elektrisch leitende erste Elektrodenschicht 16 aus beispielsweise einem halbSeitenden Polymermaterial (OSC), die bis zu 100 μm dick sein kann. Das Material dieser ersten Elektrodenschicht 16 sollte vorzugsweise für Sonnenlicht durchlässig sein.The photovoltaic layer arrangement 10 comprises an electrically conductive first electrode layer 16 of, for example, a semi-conductive polymer material (OSC), which can be up to 100 μm thick. The material of this first electrode layer 16 should preferably be transparent to sunlight.
Auf die erste Eiektrodenschicht 16 ist eine Einbettmassenschicht 18 mit einer an die erste Eiektrodenschicht 16 angrenzenden Unterseite 20 und einer Oberseite 22 aufgetragen. Die Einbettmassenschicht 18 ist elektrisch isolierend und für Sonnenstrahlung durchlässig. Als Material eignet sich insbesondere beispielsweise Polyisopren.Applied to the first electrode layer 16 is an embedding compound layer 18 having a lower side 20 adjoining the first electrode layer 16 and an upper side 22. The investment material layer 18 is electrically insulating and permeable to solar radiation. As a material is particularly suitable, for example, polyisoprene.
In der Einbettmassenschicht 18 befinden sich eine Vielzahl von einzelnen HalbleiterpartikeSn 24, die jeweils zweifach dotiert sind. Jeder Halbieiterpartikel 24 weist ein p-dotiertes Gebiet 26 sowie ein n-dotiertes Gebiet 28 auf, wobei zwischen beiden Gebieten ein pn-Übergang 30 ausgebildet ist. Die Halbieiterpartikel 24 sind elektrisch gleich ausrichtet, was bedeutet, dass (bezogen auf die Darstellung in der Zeichnung) ihre p-dotierten Gebiete 26 nach oben und ihre n-dotierten Gebiete 28 nach unten weisen. Eine weitere Besonderheit besteht darin, dass jeder Halbleiterpartikel 24 beidseitig aus der Einbettmassen- Ξchicht 18 herausragt Die elektrische Ausrichtung der Halbleiterpartikel 24 erfolgt beispielsweise durch Anlegen eines elektrischen Feldes geeigneter Stärke, und zwar zu einem Zeitpunkt, zu dem die Einbettmassenschicht noch nicht derartig ausgehärtet ist, dass sich die Halbleiterpartikel 24 in dieser Schicht nicht mehr ausrichten bzw. bewegen können.In the investment material layer 18 are a plurality of individual HalbleitpartikeSn 24, which are each doped twice. Each half-liter particle 24 has a p-doped region 26 and an n-doped region 28, a pn junction 30 being formed between the two regions. The semi-conductor particles 24 are electrically aligned the same, which means that (with reference to the illustration in the drawing) their p-doped regions 26 point upwards and their n-doped regions 28 face downwards. Another special feature is that each semiconductor particle 24 protrudes from the embedding mass layer 18 on both sides. The electrical alignment of the semiconductor particles 24 takes place, for example, by applying an electric field of suitable strength, namely at a time when the embedding mass layer has not yet cured in such a way. that the semiconductor particles 24 can no longer align or move in this layer.
Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, dass als Material für die Einbettmassen- schicht 18 nicht notwendigerweise aushärtbare Materialien Verwendung finden können. Es sind auch flexible Materialien (beispielsweise Elastomere) denkbar, womit die Einbettmassenschicht mit ihren Halbleiterpartikeln flexibel ist.It should be emphasized at this point that the material used for the embedding mass layer 18 can not necessarily be hardenable materials. Flexible materials (for example elastomers) are also conceivable, with which the investment material layer with its semiconductor particles is flexible.
Die mittlere Größe der Halbleiterpartikel 24 beträgt beispielsweise 20 μm bis 30 μm. Die Dicke der Einbettmassenschicht 18 ist entsprechend gewählt, und zwar derart, dass die Halbleiterpartikel 24 beidseitig aus der Einbettmassenschicht 18 herausragen. Auf der Oberseite 22 der Einbettmassenschicht 18 befindet sich eine zweite Elektrodenschicht 32, die ebenfalls für die Sonnenstrahlung transparent ist und beispielsweise ein halbierendes Polymaterial (OSC) aufweist. Die zweite Elektrodenschicht 32 weist zweckmäßigerweise eine Dicke von lediglich 5 μm bis 10 μm auf. Auf diese zweite Elektrodenschicht 32 kann noch eine ebenfalls für Sonnenstrahlung transparente Schutzschicht 34 aufgetragen sein, die vorzugsweise elektrisch isolierend, aber auch elektrisch leitend sein kann.The average size of the semiconductor particles 24 is for example 20 microns to 30 microns. The thickness of the embedding mass layer 18 is selected accordingly, in such a way that the semiconductor particles 24 protrude on both sides of the embedding mass layer 18. On the upper side 22 of the embedding mass layer 18 there is a second electrode layer 32, which is likewise transparent to the solar radiation and has, for example, a bisecting polymer material (OSC). The second electrode layer 32 expediently has a thickness of only 5 μm to 10 μm. A protective layer 34, which is likewise transparent to solar radiation, can also be applied to this second electrode layer 32, which can preferably be electrically insulating but also electrically conductive.
Die beiden Elektrodenschichten 16,32 sind mit den n-dotierten Gebieten 28 bzw. p-dotierten Gebieten 26 der Halbleiterpartikel 24 elektrisch verbunden. Zwischen diesen Schichten entsteht bei Sonneneinstrahlung eine elektrische Spannung, die für den Betrieb elektrischer Verbraucher (des Fahrzeuges) eingesetzt werden kann.The two electrode layers 16, 32 are electrically connected to the n-doped regions 28 or p-doped regions 26 of the semiconductor particles 24. When exposed to sunlight, an electrical voltage arises between these layers which can be used to operate electrical consumers (the vehicle).
Die beschriebene Photovoltaik-Schichtanordnung 10 dient der Erzeugung von Elektrizität aus Sonnenstrahlung, d.h. aus Licht der Wellenlängen von im Wesentlichen 320 Nm bis 1000 Nm. Für die Aufbringung der Photovoltaik- Schichtanordnung auf Substraten bzw. Trägern kann man sich der Techniken von Lackierprozessen bedienen. Insbesondere sind keine Hochtemperatur-Pro- zesse zur Aufbringung der Photovoltaik-Schichtanordnung erforderlich und auch ein Vakuumprozess ist nicht vorgesehen.The described photovoltaic layer assembly 10 serves to generate electricity from solar radiation, i. from light of the wavelengths of substantially 320 Nm to 1000 Nm. For the application of the photovoltaic layer arrangement on substrates or carriers one can make use of the techniques of painting processes. In particular, no high-temperature processes for applying the photovoltaic layer arrangement are required and a vacuum process is not provided.
Insbesondere sind keine Hochtemperatur-Prozesse zur Aufbringung der Photo- voStaϊk-Schichtanordnung erforderlich. Die Photovoitaik-Schichtanordnung lässt sich im Wesentlichen auf aüen Seitenden bzw. nicht leitenden Flächen wie z.B. Fassadenplatten, Dächern, Schallschutzwänden o.dgl. aufbringen. Im Gegen¬ satz zu herkömmlichen Photovoitaik-Elementen aus monokristaliinen Silizium¬ zellen weist die erfindungsgemäße Photovoltaik-Schichtanordnung eine MonoSchicht aus einzelnen, nebeneinander angeordneten zweifach dotierten HaIb- leiterpartikeln auf, die in Dickenerstreckung der Einbettmassenschicht betrachtet keine Agglomerationen bilden, um Übergangswiderstände zu vermei¬ den. Vorteilhaft ist aiso, dass jeder Halbleiterpartikel elektrisch an die Elektrodenschichten direkt angebunden ist. Je nach Verwendung des halbleitenden Materials für die Partikel steilen sich (bei Verwendung von lichtdurchlässigen Materialien für die der sonnenbeschienenen Seite der Photovoltaik-Schichtan- ordnung zugewandten Elektrodenschicht) optisch ansprechende Erscheinungsformen ein.In particular, no high-temperature processes for applying the photovoltaic layer arrangement are required. The Photovoitaik layer arrangement can be essentially on aüen side ends or non-conductive surfaces such as facade panels, roofs, noise barriers or the like. muster. In counter ¬ set to conventional Photovoitaik elements from monokristaliinen silicon ¬ cell, the photovoltaic layer arrangement according to the invention a monolayer of individual, adjacently arranged doubly doped HaIb- conductor particles, which viewed in the thickness direction of the Einbettmassenschicht not form agglomerations to transfer resistances vermei ¬ , Aiso is advantageous in that each semiconductor particle is electrically connected to the electrode layers directly. Depending on the use of the semiconducting Particles of the particles (in the case of the use of transparent materials for the electrode layer facing the sunlit side of the photovoltaic layer arrangement) become visually appealing.
Es ist ferner möglich, wenn die spätere Montage bereits bekannt ist, die Solar- Partikel optimal zur Sonneneinstrahlung auszurichten. Z.B. bei einer senkrechten Montage auf einer Hausfassade können die Partikel auf den mittleren Sonneneinfallswinkel ausgerichtet sein (Kompassrichtung 180°, Winkel zur Oberfläche 42°). It is also possible, if the subsequent assembly is already known to align the solar particles optimally to the sunlight. For example, in a vertical installation on a house facade, the particles can be aligned to the mean solar angle of incidence (compass direction 180 °, angle to the surface 42 °).

Claims

ANSPRÜCHE
1. Photovoltaik-Schichtanordnung mit1. Photovoltaic layer arrangement with
- einer elektrisch leitenden ersten Elektrodenschicht (16), einer für Sonnenstrahlung transparenten elektrisch leitenden zweiten Elektrodenschicht (32); einer zwischen den beiden Eiektrodenschschten (16,32) angeordneten, elektrisch isolierenden Einbettmassenschicht (18) und einer Vielzahl von Halbleiterpartikeln (24), die jeweils ein p~dotiertes Gebiet (26) sowie ein n-dotiertes Gebiet (28) und einen pn-Übergang (30) aufweisen, wobei die Halbleiterpartikel (24) nebeneinander angeordnet in der Einbettmassenschicht (18) derart eingebettet sind, dass die p-dotier- ten und die n-dotierten Gebiete (26,28) über jeweils derselben Seite (22,20) der Einbettmassenschscht (18) von dieser vorstehen und in der jeweils benachbarten ersten bzw. zweiten Elektrodenschicht (16,32) zur elektrischen Verbindung mit dieser hineinragen.- An electrically conductive first electrode layer (16), a solar radiation transparent electrically conductive second electrode layer (32) ; an electrically insulating embedding mass layer (18) arranged between the two electrode sheaths (16, 32) and a multiplicity of semiconductor particles (24), each having a p-doped region (26) and an n-doped region (28) and a pn Transition (30), wherein the semiconductor particles (24) arranged side by side in the embedding mass layer (18) are embedded such that the p-doped and the n-doped regions (26,28) on each side (22,20 ) of the Einbettmassenschscht (18) projecting therefrom and in the respectively adjacent first and second electrode layer (16,32) protrude for electrical connection therewith.
2. Photovoltaik-Schichtanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Substrat (12,14), auf dem die erste Elektrodenschicht (16) und/oder eine für Sonnenstrahlung transparente Schutzschicht (34) auf der zweiten Elektrodenschicht (32) angeordnet ist .2. Photovoltaic layer arrangement according to claim 1, characterized by a substrate (12, 14) on which the first electrode layer (16) and / or a solar radiation-transparent protective layer (34) is arranged on the second electrode layer (32).
3. Photovoltaik-Schichtanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Größe der Halbieiterpartike! (24) zwischen 1 μm und 400 μm, vorzugsweise zwischen 10 μm und 100 μm und insbesondere zwischen 20 μm und 30 μm liegt.3. Photovoltaic layer arrangement according to claim 1 or 2, characterized marked ¬ characterized in that the size of the Halbieiterpartike! (24) is between 1 μm and 400 μm, preferably between 10 μm and 100 μm and in particular between 20 μm and 30 μm.
4. Photovoltaik-Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschichten (16,32) und die Einbettmassenschicht (18) jeweils wie Lackschichten aufgetragen sind. 4. Photovoltaic layer arrangement according to one of claims 1 to 3, since ¬ characterized in that the electrode layers (16,32) and the embedding mass layer (18) are each applied as paint layers.
5. Photovoltaik-Schichtanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterpartikel (24) nach Art einer Monopartikelschicht nebeneinander angeordnet sind.5. Photovoltaic layer arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the semiconductor particles (24) are arranged side by side in the manner of a monoparticle layer.
6, In einer Schicht eingebettete Haibleiterpartikel mit jeweils einem p- dotierten Gebiet, einem n-dotierten Gebiet und einem pn-Übergang für eine Photovoltaik-Schichtanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer elektrisch isolierenden Einbettmassenschicht (18) und einer Vielzahl von Halbleiterpartikeln (24), die jeweils ein p-dotiertes6, In a layer embedded Haibleiterpartikel each having a p-doped region, an n-doped region and a pn junction for a photovoltaic layer assembly according to any one of the preceding claims, with an electrically insulating investment material layer (18) and a plurality of semiconductor particles ( 24), each a p-doped
Gebiet (26) sowie ein n-dotiertes Gebiet (28) und einen pn-ÜbergangArea (26) and an n-doped region (28) and a pn junction
(30) aufweisen, wobei die Halbleiterpartikel (24) nebeneinander angeordnet in der(30), wherein the semiconductor particles (24) arranged side by side in the
Einbettmassenschicht (18) derart eingebettet sind, dass die p-dotier- ten und die n-dotierten Gebiete (26,28) über jeweils derselben SeiteEmbedding mass layer (18) are embedded such that the p-doped and the n-doped regions (26,28) on each side
(22,20) der Einbettmassenschicht (18) von dieser zur elektrischen(22,20) of the investment material layer (18) from this to the electrical
Kontaktierung vorstehen. Protrude contact.
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