DE102010041060A1

DE102010041060A1 - Schichtverbund zur Erzeugung elektrischer Energie aus Licht

Info

Publication number: DE102010041060A1
Application number: DE201010041060
Authority: DE
Inventors: Arvid Hunze; Florian Jakubka; Ralf Krause; Frank Steinbacher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-09-20
Filing date: 2010-09-20
Publication date: 2012-03-22
Also published as: WO2012038319A3; WO2012038319A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schichtverbund, umfassend zumindest zwei Schichten in Form einer Einfangsschicht und einem Substrat, wobei die zumindest zwei Schichten im sichtbaren Spektralbereich im Wesentlichen transparent in zumindest einer Richtung ausgebildet sind, und wobei zumindest eine Schicht, insbesondere die Einfangsschicht, derart ausgebildet ist, um auf die Einfangschicht einfallendes Sonnenlicht mit zumindest einer Wellenlänge in zumindest einem ersten, nicht-sichtbaren Spektralbereich zu absorbieren und, vorzugsweise isotrop, mit zumindest einer Wellenlänge in zumindest einem zweiten, nicht-sichtbaren Spektralbereich zu reemittieren, ein entsprechendes Modul, ein entsprechendes

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtverbund, ein Modul, ein Stoffgemisch sowie ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie aus Licht.
Aufgrund immer knapper werdender Ressourcen steigt der Beitrag des Anteils von regenerativen Energien zur Energieversorgung. Neben der Wind- und Wasserkraftnutzung ist dies insbesondere die Nutzung von Sonnenenergie mittels fotovoltaischen Anlagen. Dabei werden die von der Sonne emittierten, elektromagnetischen Wellen durch Absorption und Ladungstrennung mittels Solarzellen in elektrische Energie umgewandet.
Solarzellen weisen zwar einen relativ hohen Wirkungsgrad auf, sind jedoch im sichtbaren Spektralbereich des Sonnenlichts nicht transparent, was deren Nutzungs- und Verwendungsmöglichkeiten einschränkt. Um den Wirkungsgrad von Solarzellenmodulen zu erhöhen bzw. einen möglicht hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten, ist eine möglichst effektive Flächennutzung der einzelnen Solarzellen erforderlich, was einer Transparenz der Solarzellenmodule entgegensteht. Gleichzeitig sind die meistverwendeten Basisstoffe der Solarzellen, beispielsweise Kadmiumtellurit im Infrarotbereich transparent, nicht jedoch im sichtbaren Bereich. Dementsprechend können Solarzellen bei Anwendungen, bei denen eine zumindest teilweise Transparenz gewünscht wird, wie beispielsweise Autoscheiben oder bei in Gebäude integrierten Glasflächen, nicht eingesetzt werden.
Um dennoch eine gewisse Transparenz herkömmlicher Solarzellen und damit hergestellten Solarzellenmodule zu ermöglichen, ist es der Anmelderin bekannt geworden, feine Löcher in herkömmliche Solarzellen zu bohren, beispielsweise mit einem Durchmesser von wenigen Millimetern. Diese Solarzellen weisen jedoch trotzdem eine schlechte Transparenz, teilweise deutlich unter 30%, auf und damit eine erschwerte Durchsichtigkeit.
Zudem sind für die Ableitung der in den Solarzellen entstehenden elektrischen Energie entsprechende Leitungen auf deren Rückseite erforderlich, die die Transparenz der Solarzelle insgesamt weiter einschränkt. Neben der schlechten Transparenz sind diese auch weit weniger effizient, da die für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie zur Verfügung stehende Fläche durch die Löcher reduziert ist.
Des Weiteren ist es bekannt, Farbstoffzellen, sogenannte Grätzelzellen, zu verwenden, die einen Teil des sichtbaren Lichts passieren lassen. Nachteilig dabei ist jedoch, dass diese Farbstoffzellen, je nach verwendeten Materialien, immer noch eine gewisse Farbigkeit aufweisen, zudem erheblich geringere Wirkungsgrade als bei Silizium basierten oder anderen anorganischen Solarzellen aufweisen und die optische Transparenz trotzdem gering ist.
Schließlich ist es der Anmelderin noch bekannt geworden, optisch transparente Kontakte für eine Verdrahtung der Solarzellen einzusetzen. Sie sind jedoch aufwändig herzustellen und deshalb dementsprechend teuer.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Mittel anzugeben, welche die Flexibilität sowie den Einsatzbereich von Solarzellen erheblich erweitern, einfach und kostengünstig herstellbar sind und eine im Wesentlichen optische Transparenz im sichtbaren Spektralbereich ohne wesentliche Verfärbungen bereitstellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Schichtverbund gelöst, umfassend zumindest zwei Schichten in Form einer Einfangsschicht und einem Substrat, wobei die zumindest zwei Schichten im sichtbaren Spektralbereich im Wesentlichen transparent in zumindest einer Richtung ausgebildet sind, und wobei zumindest eine Schicht, insbesondere die Einfangsschicht, derart ausgebildet ist, um auf die Einfangschicht einfallendes Sonnenlicht mit zumindest einer Wellenlänge in zumindest einem ersten, nicht-sichtbaren Spektralbereich zu absorbieren und, vorzugsweise isotrop, mit zumindest einer Wellenlänge in zumindest einem zweiten, nicht-sichtbaren Spektralbereich zu reemittieren.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch Modul zur Erzeugung elektrischer Energie aus Licht, insbesondere Sonnenlicht, gelöst, umfassend:
einen Schichtverbund gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–6, sowie zumindest eine Solarzelle zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie.
Die Aufgabe wird ebenfalls durch Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie aus Licht, gelöst, insbesondere geeignet zur Durchführung mit einem Schichtverbund gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–6 und/oder einem Modul gemäß zumindest einem der Ansprüche 8–11, umfassend die Schritte:

a) Einfallen von Licht, insbesondere Sonnenlicht, auf die Einfangsschicht;
b) Absorbieren des Lichtes mit zumindest einer Wellenlänge in zumindest einem ersten nicht-sichtbaren Spektralbereich;
c) Emittieren des absorbierten Lichts mit zumindest einer Wellenlänge in zumindest einem zweiten, nicht-sichtbaren Spektralbereich;
d) Weiterleiten des emittierten Lichts, insbesondere mittels des Substrats, zu der zumindest einen Solarzelle, vorzugsweise mittels zumindest teilweiser Totalreflexion;
e) Absorbieren des weitergeleiteten Lichts durch die Solarzelle sowie
f) Erzeugen von elektrischer Energie mittels der Solarzelle anhand des absorbierten Lichts.

Schließlich wird die Aufgabe ebenfalls durch ein Stoffgemisch gelöst, umfassend zumindest einen Absorberstoff und zumindest einen Reemitterstoff, wobei der Absorberstoff ausgebildet ist, um Licht mit zumindest einer Wellenlänge in zumindest einem ersten, nicht-sichtbaren Spektralbereich zu absorbieren und wobei der Reemitterstoff ausgebildet ist, um vorzugsweise isotrop, mit zumindest einer Wellenlänge in zumindest einem zweiten, nicht-sichtbaren Spektralbereich das absorbierte Licht zu reemittieren.
Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit nicht-sichtbare Anteile des Spektrums zusätzlich für eine Umwandlung in elektrischer Energie durch eine Solarzelle zur Verfügung stehen, was deren Effizienz erhöht. Durch die Absorption und anschließende Reemission in einem zweiten nicht-sichtbaren Spektralbereich, die insbesondere isotrop erfolgt, ist es möglich, die Solarzelle nicht direkt in der Richtung des einfallenden Sonnenlichts anzuordnen, sondern diese kann auch außerhalb der direkten Richtung angeordnet sein. Damit wird auch die optische Transparenz in Richtung des einfallenden Lichts sichergestellt. Das Modul ermöglicht also eine Trennung der „Sammlung” des einfallenden Lichts und der Solarzelle an sich. Mittels des Substrats wird zusätzlich eine entsprechende Lichtleitung des emittierten Lichts zu der Solarzelle gewährleistet. Insgesamt wird damit ein Solarmodul bereitgestellt, welche optische Transparenz im sichtbaren Bereich aufweist und gleichzeitig nicht-sichtbare Bereiche des Spektrums von Sonnenlicht effektiv nutzt.
Zweckmäßigerweise umfasst der erste nicht-sichtbare Spektralbereich einen ultra-violetten Spektralbereich und der zweite, nicht-sichtbare Spektralbereich einen ultra-violetten und/oder infraroten Spektralbereich. Der Vorteil dabei ist, dass damit die Bereiche des Sonnenlichts mit hoher Leistungsdichte absorbiert werden können und gleichzeitig eine Reemission in dem Spektralbereich erfolgt, welcher für optische Solarzellen eine effektive Ausnutzung und einen hohen Wirkungsgrad ermöglicht.
Vorteilhafterweise weist die Einfangsschicht einen hohen Stokes-Shift auf, insbesondere mit mehr als 200 nm und vorzugsweise mehr als 400 nm. Der Vorteil hierbei ist, dass damit eine erneute Absorption des emittierten Lichts im Wesentlichen verhindert wird. Dies erhöht die Effizienz einer mit dem Schichtverbund verbundenen Solarzelle.
Zweckmäßigerweise enthält die Einfangsschicht einen organischen Stoff und/oder ein Polymer und/oder einen Farbstoff. Der Vorteil dabei ist, dass zum einen die Flexibilität der Einfangsschicht erhöht wird, da die Einfangsschicht an verschiedene Anforderungen angepasst werden kann. Zum anderen sind organische Stoffe, Polymere oder Farbstoffe einfach und kostengünstig verfügbar, besitzen einen relativ großen Stokes-Shift und weisen eine nahezu 100%ige Photoluminiszenz-Quantenausbeute auf. Schließlich sind sie unter UV-Strahlung stabil, was bedeutet, dass sich diese nicht im Laufe der Zeit durch Einstrahlung durch Sonnenlicht zersetzen, was sich nachteilig auf die Lebensdauer der Einfangsschicht und damit auch auf den Schichtverbund aufwirkt.
Vorteilhafterweise enthält die Einfangsschicht zumindest zwei unterschiedliche, insbesondere organische, Stoffe, die zur Bildung einer gemeinsamen Energietransferkaskade zum Absorbieren und Reemittieren von Licht zusammenwirken. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit mehrere kostengünstigere Materialien für die Einfangsschicht zur Verfügung gestellt werden, anstelle eines einzelnen teueren Stoffes, um die Absorption in dem ersten und anschließende Reemission in dem zweiten nicht-sichtbaren Spektralbereich sicherzustellen. Gleichzeit ist damit auch ein „Einstellen” der optimalen Wellenlänge des reemittieren Lichts für die Solarzelle möglich. Die Energieeffizienz einer Solarzelle kann mittels des Schichtverbundes weiter verbessert werden.
Zweckmäßigerweise ist die Einfangsschicht derart ausgebildet, so dass ein Energietransfer der Energietransferkaskade im Wesentlichen strahlungsarm, vorzugsweise mittels Förster- und/oder Dextertransfer erfolgt. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass ein strahlungsarmer Transfer von Energie in der Energietransferkaskade effizient erfolgen kann, da Reabsorption oder Strahlungsverluste insgesamt reduziert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Moduls sind Schichtverbund und Solarzelle derart zueinander angeordnet sind, sodass in einer ersten Richtung das Modul im sichtbaren Spektralbereich transparent ausgebildet ist und Licht in zumindest einem zweiten, nicht-sichtbaren Spektralbereich in einer zweiten Richtung auf die zumindest eine Solarzelle auftrifft. Damit wird eine hohe optische Transparenz im sichtbaren Bereich des Spektrums des Moduls in einer Richtung sichergestellt. Weiterhin wird damit die Flexibilität des Moduls erheblich gesteigert.
Vorteilhafterweise ist das Modul, vorzugsweise das Substrat, zur Totalreflexion von Licht in zumindest einem nichtsichtbaren Spektralbereich des Spektrums ausgebildet. Auf diese Weise ist eine effiziente Weiterleitung von der Einfangsschicht zur Solarzelle mit gleichzeitig hohem Wirkungsgrad möglich. Sie ist auch kostengünstig, da keine weiteren zusätzlichen Materialien für die Lichtweiterleitung, beispielsweise eine verspiegelte Oberfläche, etc. eingesetzt werden müssen.
Zweckmäßigerweise sind der zweite, nicht-sichtbare Spektralbereich und der Absorptionsbereich der Solarzelle derart überlappend, so dass ein optimaler Wirkungsgrad der Solarzelle erreicht wird. Durch die Überlappung wird sichergestellt, dass das reemittierte Licht am Ende der Energietransferkaskade sich möglichst wenig von der optimalen Wellenlänge für den Wirkungsgrad der Solarzelle unterscheidet. Auf diese Weise wird die Effizienz der Solarzelle verbessert.
Vorteilhafterweise ist das Substrat zumindest teilweise als Glasscheibe ausgebildet ist und die zumindest eine Solarzelle an einer Längs- und/oder Querkante der Glasscheibe angeordnet ist. Auf diese Weise wird zum einen ein im sichtbaren Bereich kostengünstiges, optisch transparentes Substrat zur Verfügung gestellt. Durch die Anordnung der Solarzellen an den Quer- und/oder Längskanten des Glases beeinträchtigen diese nicht die optische Transparenz der Glasscheibe. Weiterhin wird das Licht durch die Totalreflexion oberhalb der Glasscheibe effizient und kostengünstig zu der Solarzelle weitergeleitet.
Insgesamt kann der Schichtverbund, insbesondere die Einfangsschicht, beispielsweise aus einem oder mehreren Absorber- und/oder Reemitterstoffen bestehen, die auch als Matrix beziehungsweise Dotanden bezeichnet werden. Die Matrix kann dabei derart ausgebildet sein, dass diese Licht im UV-Bereich absorbiert. Die Dotanden dienen dann beispielsweise dazu, eine Energietransferkaskade zu initiieren, um das absorbierte Licht im ultra-violetten Bereich in Licht in einem Infrarotbereich, wiederum außerhalb des sichtbaren Spektralbereichs umzuwandeln mittels einer Reemission.
Die Matrix für den Schichtverbund, insbesondere die Einfangsschicht, kann dabei folgende Moleküle enthalten:

– TPBi[2,2',2'-(1,3,5-Benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazol)] mit einer Absorptionswellenlänge von 305 nm
– TcTa[4,4',4''-Tris(carbazol-9-yl)triphenylamin] mit Absorptionswellenlängen von 293 nm und 326 nm
– MCP[1,3-Bis(carbazol-9-yl)benzen] mit Absorptionswellenlängen von 292 nm und 338 nm
– CBP[4,4'-Bis(carbazol-9-yl)biphenyl] mit Absorptionswellenlängen von 292 nm und 318 nm
– BAlq[Bis(2-methyl-8-quinolinolat)-4-(phenylphenolato)aluminium mit einer Absorptionswellenlänge von 259 nm
– TAPC[Di-[4-(N,N-ditolyl-amino)-phenyl]cyclohexanel mit einer Absorptionswellenlänge von 305 nm
– Spiro-TTB[2,2',7,7'-tetra(N,N-di-tolyl)amino-9,9-spirobifluoren] mit einer Photoluminenzenz von 418 nm
– Spiro-TAD[2,2',7,7'-Tetrakis(N,N-diphenylamino)-9,9-spirobifluoren] mit einer Photoluminenzenz von 415 nm
– NPB[N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin] mit einer Absorptionswellenlänge von 339 nm
– TPD[N,N'-Bis(3-methylphenyl)-N,N'-bis(phenyl)-benzidin]. mit einer Absorptionswellenlänge von 352 nm
– 1T-NATA[4,4',4''-Tris(N-(naphthalen-1-yl)-N-phenylamino)triphenylamin] mit einer Absorptionswellenlänge von 339 nm
– BCP[2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthrolin] mit einer Absorptionswellenlänge von 277 nm
– Bphen[4,7-Diphenyl-1,10-phenanthrolin] mit einer Absorptionswellenlänge von 272 nm
– TAZ[3-(4-Biphenyl))-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazol] mit einer Absorptionswellenlänge von 290 nm

Als Dotanden können die folgenden Moleküle verwendet werden:

– BCzVBi[4,4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylen)-1-1'-biphenyl] mit einer Photolumineszenz von 438 nm und 459 nm
– DPAVBi[4,4'-Bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl] mit einer Photolumineszenz von 475 nm
– TBADN[2-Tert-butyl-9-10-di(naphth-2-yl)anthracen] mit einer Photolumineszenz von 431 nm
– C545T[2,3,6,7-Tetrahydro-1,1,7,7-tetramethyl-1H,5H,11H-10-(2-benzothiazolyl)quinolizino[9,9a,1gh]coumarin] mit einer Photolumineszenz von 506 nm
– Rubren[(5,6,11,12)-Tetraphenylnaphthacen] mit einer Photolumineszenz von 553 nm
– DCM2[4-(Dicyanomethylen)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran] mit einer Photolumineszenz von 605 nm
– DCJTB[4-(Dicyanomethylen)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran] mit einer Photolumineszenz von 602 nm
– Coumarin[6,3-(2-Benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin] mit einer Photolumineszenz von 494 nm
– Ir(ppy)3[Tris(2-phenylpyridin)iridium(III)] mit einer Photolumineszenz von 513 nm
– Ir(ppy)2(acac)[Bis(2-phenylpyridin)(acetylacetonat)iridium(III)] mit einer Photolumineszenz von 378 nm und 524 nm
– FIrPic[Bis(3,5-difluoro-2-)2-pyridyl)pheny-(2-carboxypyridyl)iridium III] mit einer Photolumineszenz von 472 nm
– FIr6[Bis(2,4-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borat iridium III] mit einer Photolumineszenz von 461 nm und 490 nm
– Ir(piq)3[Tris(1-phenylisoquinolin)iridium(III)] mit einer Photolumineszenz von 615 nm

Vorteilhafterweise kommt als Matrix TcTA und als Dotand DCM2 zur Anwendung.
Als Matrixmaterialien können weiterhin Polymere, wie PMMA (Polymethylmethacrylat), Pedot(Poly(3,4-ethylenedioxythiophen)), PANI(Polyanilin), PVK(Polyvinylcarbazol), Poylthiophene, Polycarbonate etc. verwendet werden.
Die Dotanden innerhalb der Energietransferkaskade können in geringer Konzentration vorliegen, d. h. es wird nur sehr wenig Licht im sichtbaren Bereich absorbiert, so dass insgesamt eine hohe Transparenz des Schichtverbundes gegeben ist. Gleichzeitig wird durch die geringe Konzentration der Dotanden eine hohe Quanteneffizienz möglich, da zusätzliche Auslöschungsprozesse bei höheren Konzentrationen vermieden werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Dabei zeigen:
1 ein Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Energietransferkaskade mit einer Einfangsschicht eines Moduls gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt ein Modul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In 1 bezeichnet Bezugszeichen M ein Modul gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 1 ist das Modul M im Querschnitt dargestellt. Das Modul M umfasst als Substrat 2 eine Glasscheibe, wobei auf deren Oberseite eine Einfangsschicht 1 angeordnet ist. An den Querseiten K der Glasscheibe 2 bzw. an der auf der Glasscheibe 2 angeordneten Einfangsschicht 1 sind links und rechts in 1 Solarzellen S angeordnet. Fällt nun Licht L von oben auf die Einfangsschicht 1 des Moduls M ein, umfasst dieses sowohl einen sichtbaren Lichtanteil L_S als auch einen nicht-sichtbaren Lichtanteil L_NS. Das sichtbare Licht L_S passiert dabei die Einfangsschicht 1 und das Substrat 2 ungehindert und tritt auf der Unterseite der Glassscheibe 2 wieder aus.
Das nicht-sichtbare Licht L_NS mit zumindest einer von mehreren Wellenlängen im nicht-sichtbaren Spektralbereich wird in der Einfangsschicht 1 absorbiert (Wellenlänge 10) in einem organischen Molekül 20. Das Molekül 20 reemittiert das absorbierte Licht in Form von ultra-violetter Strahlung (Wellenlänge 11') und/oder infraroter Strahlung (Wellenlänge 11). Die Reemission erfolgt dabei im Wesentlichen isotrop. Das reemittierte Licht 11, 11' tritt in das Substrat 2 ein und wird an der Grenzfläche zwischen Substrat 2 und Umgebung U mittels Totalreflexion R in dem Substrat 2 weitergeleitet, bis es an den Querkanten K auf die Solarzelle S trifft. Um eine Energietransferkaskade zu ermöglichen, können in der Einfangsschicht 1 unterschiedliche organische Materialien bzw. Moleküle 20, 20a, 20b sowie Farbstoffe 21 angeordnet sein. Insgesamt ist damit das Modul M in einer Richtung R₁ (in 1 in vertikaler Richtung) optisch transparent im sichtbaren Bereich des einfallenden Lichts L. Gleichzeitig ist das Modul M in einer zweiten Richtung R₂, also in horizontaler Richtung gemäß 1, nicht-transparent. Das nicht-sichtbare Licht L_NS wird mittels der Einfangsschicht 1 absorbiert und mittels der Glasscheibe 2 totalreflektiert, so dass dieses schließlich auf eine Solarzelle S auftrifft.
2 zeigt eine Energietransferkaskade mit einer Einfangsschicht gemäß der Ausführungsform der 1 der vorliegenden Erfindung.
In 2 trifft ultra-violettes Licht mit einer Wellenlänge 10 auf ein erstes organisches Molekül 100. Das erste organische Molekül 100 weist ein Grundzustandsniveau N_G und zumindest ein Anregungsniveau N_A auf. Das erste organische Molekül 100 absorbiert in einem Absorptionsprozess A₁ das eingestrahlte ultra-violette Licht der Wellenlänge 10 und geht dadurch in den angeregten Zustand mit Anregungsniveau N_A über. Anschließend erfolgt ein erster Energietransfer E₁ zu dem zweiten organischen Molekül 110, welches durch den Energietransfer E₁ von seinem Grundzustand N_G auf seinen Anregungszustand N_A angehoben wird. Das Anregungsniveau N_A des zweiten organischen Moleküls 110 liegt dabei unterhalb des Anregungsniveaus N_A des ersten organischen Moleküls 100.
Durch einen weiteren strahlungsarmen Energietransfer E₂ wird ein drittes organisches Molekül 120 von seinem Grundzustandsniveau N_G in seinen angeregten Zustand mit Niveau N_A angehoben mittels des Anregungsvorgangs A₃. Das Anregungsniveau N_A des dritten organischen Moleküls 120 liegt dabei unterhalb des Anregungsniveaus N_A des zweiten organischen Moleküls 110.
Durch einen dritten strahlungsarmen Energietransfer E₃ auf ein viertes organisches Molekül 130 wird dieses durch den Energietransfer mittels eines Anregungsvorgangs A₄ in einen angeregten Zustand mit Anregungsniveau N_A gehoben. Das Anregungsniveau N_A des vierten organischen Moleküls 130 liegt dabei unterhalb des Anregungsniveaus N_A des dritten organischen Moleküls 120.
Dies ermöglicht schließlich eine Emittierung mit einer Wellenlänge 11 im infraroten Bereich mittels eines Reemissionsprozesses B, wobei das vierte organische Molekül 130 im angeregten Zustand (Anregungsniveau N_A) wieder in den Grundzustand (Grundzustandsniveau N_G) übergeht.
Die Dicke der Einfangsschicht 1 beträgt üblicherweise zwischen 100 mm und 2 μm, insbesondere zwischen 50 mm und 10 μm. Weiterhin ist es möglich, die Effizienz zu steigern und geeignete Quer-, Längs- und/oder sonstige Flächen zu verspiegeln, beispielsweise mittels Metallbedampfung. Die Einfangsschicht 1 kann dabei auf dem Substrat, beispielsweise durch Sloat-Coating, Rakeln oder Spin-Coaten aufgebracht werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Zusammenfassend weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, dass man transparente, insbesondere auch flexible, d. h. biegbare Flächen, wie beispielsweise Fenster, Glasscheiben, etc. nutzen kann, um Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln, ohne deren Transparenz zu beeinträchtigen. Gleichzeitig stellt die Erfindung verbesserte Ausnutzung von einfallendem Licht zur Verfügung. Darüber hinaus wird durch die Erfindung für die Haut eines Menschen schädliche UVA- und/oder UVB-Strahlung absorbiert, so dass das Melanom-Risiko durch die Absorption im Schichtverbund gesenkt wird.

Claims

Schichtverbund, mit zumindest zwei Schichten in Form einer Einfangsschicht (1) und einer Substratschicht (2), wobei die zumindest zwei Schichten (1, 2) in einem sichtbaren Spektralbereich im Wesentlichen transparent in zumindest einer Richtung ausgebildet sind, und wobei zumindest eine Schicht, insbesondere die Einfangsschicht (1), derart ausgebildet ist, um auf die Einfangschicht (1) einfallendes Sonnenlicht (L) mit zumindest einer Wellenlänge (10) in zumindest einem ersten, nichtsichtbaren Spektralbereich zu absorbieren und, vorzugsweise isotrop, mit zumindest einer Wellenlänge (11, 11') in zumindest einem zweiten, nicht-sichtbaren Spektralbereich zu reemittieren.
Schichtverbund gemäß Anspruch 1, wobei der erste nicht-sichtbare Spektralbereich einen ultravioletten Spektralbereich und der zweite nicht-sichtbare Spektralbereich einen ultra-violetten und/oder infraroten Spektralbereich umfasst.
Schichtverbund gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–2, wobei zumindest eine der Schichten (1, 2), insbesondere die Einfangsschicht (1), einen hohen Stokes-Shift aufweist, insbesondere mit mehr als 200 nm und vorzugsweise mehr als 400 nm.
Schichtverbund gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–3, wobei die Einfangsschicht (1) einen organischen Stoff (20, 20a, 20b) und/oder ein Polymer und/oder einen Farbstoff (21) enthält.
Schichtverbund gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–4, wobei die Einfangsschicht (1) zumindest zwei unterschiedliche, insbesondere organische, Stoffe (20, 20a, 20b) enthält, die zur Bildung einer gemeinsamen Energietransferkaskade zum Absorbieren und Reemittieren von Licht zusammenwirken.
Schichtverbund gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–5, wobei die Einfangsschicht (1), derart ausgebildet ist, sodass zumindest ein Energietransfer der Energietransferkaskade im Wesentlichen strahlungsarm, vorzugsweise mittels Förster- und/oder Dextertransfer erfolgt.
Modul (M) zur Erzeugung elektrischer Energie aus Licht (L), insbesondere Sonnenlicht, umfassend: einen Schichtverbund (1, 2) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–6, sowie zumindest eine Solarzelle (S) zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie.
Modul (M) gemäß Anspruch 7, wobei der Schichtverbund (1, 2) und Solarzelle (S) derart zueinander angeordnet sind, sodass in einer ersten Richtung (R₁) das Modul (M) im sichtbaren Spektralbereich transparent ausgebildet ist und Licht in zumindest einem zweiten, nicht-sichtbaren Spektralbereich in einer zweiten Richtung (R₂) auf die zumindest eine Solarzelle (S) auftrifft.
Modul gemäß zumindest einem der Ansprüche 7 und 8, wobei das Modul (M), vorzugsweise die Substratschicht (2), zur Totalreflexion von Licht in zumindest einem nichtsichtbaren Spektralbereich des Spektrums ausgebildet ist.
Modul gemäß zumindest einem der Ansprüche 7–9, wobei der zweite nicht-sichtbare Spektralbereich und der Absorptionsbereich der Solarzelle (S) derart überlappend sind, sodass ein zumindest annährend optimaler Wirkungsgrad der Solarzelle (S) erreicht wird.
Modul gemäß zumindest einem der Ansprüche 7–10, wobei die Substratschicht (2) zumindest teilweise als Glasscheibe ausgebildet ist und die zumindest eine Solarzelle (S) an einer Längs- und/oder Querkante (K) der Glasscheibe (2) angeordnet ist.
Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie aus Licht, insbesondere geeignet zur Durchführung mit einem Schichtverbund gemäß zumindest einem der Ansprüche 1–6 und/oder einem Modul gemäß zumindest einem der Ansprüche 8–11, umfassend die Schritte: – Empfangen von einfallendem Licht (L), insbesondere Sonnenlicht, durch die Einfangsschicht (1); – Absorbieren des Lichtes (L_NS) mit zumindest einer Wellenlänge (10) in zumindest einem ersten nicht-sichtbaren Spektralbereich; – Emittieren des absorbierten Lichts (L_NS) mit zumindest einer Wellenlänge (11) in zumindest einem zweiten, nichtsichtbaren Spektralbereich; – Weiterleiten (R) des emittierten Lichts, insbesondere mittels der Substratschicht (2), zu der zumindest einen Solarzelle (S), vorzugsweise mittels zumindest teilweiser Totalreflexion; – Absorbieren des weitergeleiteten Lichts durch die Solarzelle (S) sowie – Erzeugen von elektrischer Energie mittels der Solarzelle (S) anhand des absorbierten Lichts (L).
Verfahren gemäß zumindest Anspruch 12, wobei die Schritte b) und c) mehrfach in Form einer Energietransferkaskade durchgeführt werden.
Stoffgemisch, umfassend zumindest einen Absorberstoff (100, 110, 120, 130) und zumindest einen Reemitterstoff (100, 110, 120, 130), wobei der Absorberstoff (100, 110, 120, 130) ausgebildet ist, um Licht (L) mit zumindest einer Wellenlänge (10) in zumindest einem ersten, nicht-sichtbaren Spektralbereich zu absorbieren und wobei der Reemitterstoff (100, 110, 120, 130) ausgebildet ist, um vorzugsweise isotrop, mit zumindest einer Wellenlänge (11) in zumindest einem zweiten, nicht-sichtbaren Spektralbereich das absorbierte Licht zu reemittieren.