DE102011112696B4 - Solar cell with film for back contact, process for its preparation and use of a film as back contact - Google Patents

Solar cell with film for back contact, process for its preparation and use of a film as back contact Download PDF

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Abstract

Solarzelle (6) mit einer photovoltaisch absorbierenden Schicht (8), wobei eine einer Einfallrichtung auftreffender Photonen abgewandte Seite der photovoltaisch absorbierenden Schicht eine Folie (1) mit einem Substrat (2) und einer auf dem Substrat (2) befindlichen diffraktiven optischen Struktur mit einem photonischen Kristall (3) aufweist.A solar cell (6) having a photovoltaic absorbing layer (8), wherein a side of the photovoltaic absorbing layer facing away from a direction of incidence comprises a foil (1) having a substrate (2) and a diffractive optical structure located on the substrate (2) photonic crystal (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einer Folie zur Rückseitenkontaktierung, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Solarzelle sowie eine Verwendung einer entsprechenden Folie als Rückseitenkontakt einer Solarzelle.The present invention relates to a solar cell with a film for back side contacting, a method for producing such a solar cell, and a use of a corresponding film as back contact of a solar cell.

Herkömmliche Solarzellen verfügen im Allgemeinen über einen Absorber, in dem Photonen absorbiert werden, wobei die Absorption einerseits vom Material des Absorbers und andererseits von dessen Dicke abhängt. Die Absorption des Lichts ist hierbei in der Regel bei begrenzter Dicke und kleinen Absorptionskoeffizienten, welche beispielsweise in der Nähe der elektronischen Bandkante des Absorbers vorliegen, unzureichend. Photonen mit einer Wellenlänge nahe der Bandkante können die Solarzelle in einem solchen Fall wieder verlassen und sind für die Energiegewinnung verloren.Conventional solar cells generally have an absorber in which photons are absorbed, the absorption depending on the one hand on the material of the absorber and on the other hand on its thickness. The absorption of the light here is usually insufficient with limited thickness and small absorption coefficients, which are present for example in the vicinity of the electronic band edge of the absorber. Photons with a wavelength near the band edge can leave the solar cell in such a case again and are lost for energy.

Aus diesem Grund ist es wünschenswert, die Weglänge, die ein Photon in einem photovoltaischen Absorber zurücklegt, möglichst zu vergrößern, um die Wahrscheinlichkeit einer Absorption zu erhöhen. Aus dem Stand der Technik sind hierzu bereits Lösungen bekannt. Beispielsweise kann an eine der Einfallsrichtung der Photonen abgewandte Seite der Solarzelle eine reflektierende, texturierte Fläche aufgebracht werden, welche auftreffende Photonen in den über ihr befindlichen Halbraum zurückreflektiert und sie somit die Solarzelle nochmals durchlaufen lässt.For this reason, it is desirable to maximize the path length traveled by a photon in a photovoltaic absorber in order to increase the probability of absorption. Solutions for this are already known from the prior art. By way of example, a reflective, textured surface can be applied to a side of the solar cell facing away from the direction of incidence, which reflects incident photons back into the half space above them and thus allows the solar cell to pass through again.

Eine weitere Möglichkeit besteht im Einsatz resonanter Strukturen wie optischen Gittern, die das Licht beugen und hierdurch die im photovoltaischen Absorber zurückgelegte Weglänge vergrößern. Optische Gitter können jedoch nicht mit texturierten Flächen kombiniert werden und sind in ihrer Herstellung vergleichsweise teuer.Another possibility is the use of resonant structures such as optical gratings, which diffract the light and thereby increase the path length traveled in the photovoltaic absorber. However, optical gratings can not be combined with textured surfaces and are relatively expensive to manufacture.

Ein wesentlicher Nachteil bei Verwendung derartiger Strukturen besteht weiterhin darin, dass das Aufbringen einer reflektierenden Fläche oder eines optischen Gitters auf eine Solarzelle mit zusätzlichen Prozessschritten der selbigen verbunden ist, was den Fertigungsaufwand erhöht sowie die Fertigstellung der Solarzelle hinauszögert und die zusätzlichen Prozessschritte zu Fehlern in der Solarzelle führen können.A significant disadvantage of using such structures is further that the application of a reflective surface or an optical grating is connected to a solar cell with additional process steps of the same, which increases the production cost and delays the completion of the solar cell and the additional process steps to errors in the Solar cell can lead.

Die Druckschriften DE 10 2007 012 042 A1 sowie DE 10 2007 007 029 A1 zeigen Sicherheitselemente für Sicherheitspapiere, welche Folien mit einem Substrat sowie einem photonischen Kristall aufweisen.The pamphlets DE 10 2007 012 042 A1 such as DE 10 2007 007 029 A1 show security elements for security papers, which have films with a substrate and a photonic crystal.

Mikrokapseln, welche in Solarzellen eingesetzt werden können, sind in DE 10 2008 032 610 A1 beschrieben.Microcapsules that can be used in solar cells are in DE 10 2008 032 610 A1 described.

US 2006/0260673 A1 offenbart Solarzellen mit einer absorbierenden Schicht. US 2006/0260673 A1 discloses solar cells with an absorbing layer.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, die die genannten Nachteile vermeidet.The present invention is therefore based on the object to develop a device which avoids the disadvantages mentioned.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Solarzelle mit einer Folie zur Rückseitenkontaktierung, ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Solarzelle sowie eine Verwendung einer entsprechenden Folie als Rückseitenkontakt einer Solarzelle. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by a solar cell with a film for back contact, a method for producing such a solar cell and a use of a corresponding film as back contact of a solar cell. Advantageous developments are described in the subclaims.

Eine erfindungsgemäße Solarzelle mit einer photovoltaisch absorbierenden Schicht weist auf einer einer Einfallsrichtung auftreffender Photonen abgewandten Seite der photovoltaisch absorbierenden Schicht eine Folie mit einem Substrat und einer auf dem Substrat befindlichen diffraktiven optischen Struktur mit einem photonischen Kristall auf. Auf die diffraktive optische Struktur auftreffende Photonen werden durch den photonischen Kristall gebeugt sowie reflektiert. Ist die diffraktive optische Struktur in Kontakt mit der Solarzelle, werden die Photonen somit nochmals durch die Solarzelle, also auch durch den photovoltaischen Absorber geleitet. Die Reflexion erfolgt hierbei breitbandig, d. h. dass eine Vielzahl von Wellenlängen reflektiert wird. Die Beugung kann besonders effizient als resonante Beugung für bestimmte, durch Strukturparameter des photonischen Kristalls vorgegebene Wellenlängen erfolgen.A solar cell according to the invention with a photovoltaically absorbing layer has on a side of the photovoltaically absorbing layer facing away from an incident direction a film with a substrate and a diffractive optical structure on the substrate with a photonic crystal. Photons incident on the diffractive optical structure are diffracted and reflected by the photonic crystal. If the diffractive optical structure is in contact with the solar cell, the photons are thus conducted once again through the solar cell, that is also through the photovoltaic absorber. The reflection is in this case broadband, d. H. that a plurality of wavelengths is reflected. The diffraction can be carried out particularly efficiently as resonant diffraction for specific wavelengths predetermined by structural parameters of the photonic crystal.

Hierdurch ist eine Kombination aus reiner Reflexion mehrerer Wellenlängen und einer effizienten Beugung ausgewählter Wellenlängen gegeben, welche es ermöglicht, die Photonen durch eine Erhöhung der Absorptionswahrscheinlichkeit für die Energiegewinnung zu verwenden. Ein photonischer Kristall weist gegenüber einem optischen Gitter den Vorteil auf, dass er nicht nur zweidimensional wirken kann, sondern auch dreidimensional ausgelegt sein kann. Ein photonischer Kristall kann zum einen einfacher auf ein Substrat aufgebracht werden und kann zum anderen einen weiten Bereich an Einstellmöglichkeiten durch die mehrdimensionale Ausführung aufweisen, beispielsweise hinsichtlich der Schichtdicke oder des inneren Aufbaus.This provides a combination of pure reflection of several wavelengths and efficient diffraction of selected wavelengths, which makes it possible to use the photons by increasing the absorption probability for energy production. A photonic crystal has the advantage over an optical grating that it can not only have a two-dimensional effect, but can also be designed in three dimensions. On the one hand, a photonic crystal can be applied more easily to a substrate and, on the other hand, can have a wide range of adjustment possibilities due to the multi-dimensional design, for example with respect to the layer thickness or the internal structure.

Das Substrat kann eine Oberflächenrauigkeit aufweisen, die eine Reflexion in verschiedenen Winkeln ermöglicht.The substrate may have a surface roughness that allows reflection at different angles.

Die Folie hat den Vorteil, dass diese unabhängig vom Absorber gefertigt und bearbeitet werden kann und lediglich nach ihrer Fertigung mit dem Absorber verbunden werden muss. Weitere Strukturierungsschritte des Absorbers werden so vermieden, so dass die thermische und mechanische Belastung der Solarzelle bei ihrer Herstellung verringert wird.The film has the advantage that it can be manufactured and processed independently of the absorber and only needs to be connected to the absorber after its production. Further structuring steps of the absorber are thus avoided so that the thermal and mechanical stress of the solar cell is reduced in their manufacture.

In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Substrat flexibel ist. Hiermit kann die Folie auf eine Vielzahl von Solarzellen aufgebracht werden, ohne dass bei der Herstellung der Folie bereits geometrische Eigenschaften der Solarzelle berücksichtigt werden müssen und somit der Anwendungsbereich erfindungsgemäßer Folien vergrößert werden kann.In an embodiment it can be provided that the substrate is flexible. Hereby, the film can be applied to a large number of solar cells, without it being necessary to take into account geometrical properties of the solar cell during the production of the film, and thus the field of application of films according to the invention can be increased.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Material des Substrats selbst leitfähig ist und bzw. oder das Substrat eine zusätzliche Metallisierung aufweist. Ein leitfähiges Substrat umfasst in vorteilhafter Weise Metall, insbesondere Aluminium. Durch die Leitfähigkeit des Substrats kann auf einfache Art und Weise eine elektrische Kontaktierung der Folie mit der Solarzelle herbeigeführt werden. Dies ist nötig, um den produzierten Strom der Solarzelle auch bei elektrischer Kontaktierung der Folie mit der absorbierenden Schicht der Solarzelle abführen zu können. Die zusätzliche Metallisierung kann in vorteilhafter Weise die Leitfähigkeit erhöhen sowie eine Herstellung der diffraktiven optischen Struktur, insbesondere des photonischen Kristalls, vereinfachen. Um die Herstellung des photonischen Kristalls zu vereinfachen, wird die Metallisierung in einer Gitterstruktur aufgebracht bzw. für die Metallisierung ein Metall mit einer Gitterstruktur ausgewählt, welche ein Ausbilden einer speziellen Kristallstruktur der darauf abzuscheidenden diffraktiven optischen Struktur unterstützt, mithin also als Keimschicht für den diffraktiven optischen Kristall dient.Furthermore, it can be provided that the material of the substrate itself is conductive and / or the substrate has an additional metallization. A conductive substrate advantageously comprises metal, in particular aluminum. Due to the conductivity of the substrate can be brought about in a simple manner an electrical contacting of the film with the solar cell. This is necessary in order to be able to dissipate the produced current of the solar cell even when the foil is in electrical contact with the absorbing layer of the solar cell. The additional metallization can advantageously increase the conductivity and simplify production of the diffractive optical structure, in particular of the photonic crystal. In order to simplify the production of the photonic crystal, the metallization is applied in a lattice structure or for metallization, a metal with a lattice structure is selected, which supports formation of a special crystal structure of the diffractive optical structure to be deposited thereon, thus as a seed layer for the diffractive optical Crystal serves.

In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der photonische Kristall ein dreidimensionaler photonischer Kristall ist. Durch eine Ausbildung des Kristalls in drei Dimensionen wird wiederum die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass ein auftreffendes Photon von dem Kristall gestreut bzw. reflektiert wird. Darüber hinaus erlaubt ein dreidimensionaler photonischer Kristall eine weitergehende Einstellung seiner Eigenschaften, beispielsweise eine Einstellung der Schichtdicke, um die Reflexions- oder Beugungswahrscheinlichkeit zu erhöhen, oder eine Änderung einer den photonischen Kristall definierenden Gitterstruktur in mehr als einer Dimension.In one embodiment, it may be provided that the photonic crystal is a three-dimensional photonic crystal. Forming the crystal in three dimensions in turn increases the likelihood that an incident photon will be scattered by the crystal. In addition, a three-dimensional photonic crystal allows further adjustment of its properties, for example, adjustment of the layer thickness to increase the reflection or diffraction probability, or a change of a photonic crystal defining lattice structure in more than one dimension.

In einer alternativen Ausführungsform kann der photonische Kristall auch ein zweidimensionaler photonischer Kristall sein. Dies erlaubt ebenfalls eine erhöhte Flexibilität einer Einstellung der Kristalleigenschaften gegenüber einem eindimensionalen photonischen Kristall, allerdings ist der Kristallaufbau gegenüber einem dreidimensionalen photonischen Kristall einfacher gehalten.In an alternative embodiment, the photonic crystal may also be a two-dimensional photonic crystal. This also allows increased flexibility of adjusting the crystal properties over a one-dimensional photonic crystal, but simplifies the crystal structure over a three-dimensional photonic crystal.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der dreidimensionale photonische Kristall eine invertierte Gitterstruktur, insbesondere einen invertierten Opal, eine kubisch flächenzentrierte Kristallstruktur (welche auch als fcc-Gitter bezeichnet wird), eine hexagonal dichteste Kugelpackung (welche auch als hcp-Gitter bezeichnet wird) oder eine Struktur mit einer tetragonalen Symmetrie wie eine Woodpile-Struktur. Eine Woodpile-Struktur, welche auch als Holzstoff-Struktur bezeichnet wird, besteht aus übereinander geschichteten Balken, wobei in einer der Schichten liegende Balken parallel zueinander angeordnet sind und in jeder der diese Struktur bildenden Schichten die Balken um einen bestimmten Winkel, im Allgemeinen zwischen 70° und 110°, vorzugsweise 90° gegenüber der Ausrichtung der Balken in der vorhergehenden Schicht gedreht sind. Eine Woodpile-Struktur zeichnet sich dadurch aus, dass durch die schichtweise Anordnung und voneinander beabstandete Balken einer Schicht Bereiche mit unterschiedlicher Dielektrizitätszahl leicht herstellbar sind. Statt der genannten invertierten Gitterstrukturen kann der dreidimensionale photonische Kristall auch die aufgezählten Gitterstrukturen in nicht-invertierter Form umfassen.In a preferred embodiment, the three-dimensional photonic crystal comprises an inverted lattice structure, in particular an inverted opal, a cubic face-centered crystal structure (also referred to as fcc lattice), a hexagonal closest sphere packing (also referred to as hcp lattice) or a structure with a tetragonal symmetry like a woodpile structure. A woodpile structure, also referred to as a wood pulp structure, consists of stacked beams, with beams lying in one of the layers being arranged parallel to each other, and in each of the layers forming this structure, the beams are inclined by a certain angle, generally between 70 ° and 110 °, preferably 90 ° relative to the orientation of the beams in the previous layer are rotated. A woodpile structure is characterized by the fact that the layered arrangement and spaced-apart beams of a layer areas with different dielectric constant are easy to produce. Instead of the said inverted grating structures, the three-dimensional photonic crystal may also comprise the enumerated grating structures in non-inverted form.

Eine invertierte Gitterstruktur zeichnet sich besonders dadurch aus, dass Räume zwischen den die nicht-invertierte Gitterstruktur definierenden Gitterpunkten mit Material gefüllt sind, wodurch die Ausbildung von Bereichen mit unterschiedlicher Dielektrizitätszahl erreicht werden kann. Durch die Bereitstellung eines invertierten Opals wird vorteilhaft eine Struktur verwendet, bei der die kubisch dichteste Kugelpackung des Opals den zur Verfügung stehenden Raum der invertierten Struktur minimiert und diese besonders effizient Photonen in ihrer Ausbreitungsrichtung beeinflussen kann.An inverted lattice structure is characterized in particular by the fact that spaces between the lattice points defining the non-inverted lattice structure are filled with material, whereby the formation of regions having a different relative permittivity can be achieved. By providing an inverted opal, a structure is advantageously used in which the cubic closest sphere packing of the opal minimizes the available space of the inverted structure and this can particularly efficiently influence photons in their propagation direction.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der photonische Kristall Kavitäten mit einem Durchmesser zwischen 200 nm bis 1000 nm aufweist. Die Kavitäten weisen somit eine Größenordnung auf, die der halben Wellenlänge des sichtbaren Lichts und des nahen Infrarots entspricht. Die letztgenannten Wellenlängen sind in der Regel die für die Energiekonversion durch Solarzellen gewünschten Wellenlängenbereiche, welche bei derartigen Größen der Kavitäten besonders effizient in ihrer Ausbreitungsrichtung beeinflusst werden. Durch die entsprechende Wahl der Abmessungen werden Photonen dieser Wellenlängen besonders effizient beeinflusst.Furthermore, it can be provided that the photonic crystal has cavities with a diameter between 200 nm to 1000 nm. The cavities thus have an order of magnitude which corresponds to half the wavelength of the visible light and the near infrared. The latter wavelengths are generally the wavelength ranges desired for the energy conversion by solar cells, which are particularly efficiently influenced in their propagation direction with such sizes of the cavities. By appropriate choice of dimensions, photons of these wavelengths are particularly efficiently influenced.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Kavitäten mit einem dielektrischen, transparenten Material mit niedriger Brechzahl, insbesondere Luft, oder Polymerkugeln aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polystryrol gefüllt sind. Die Verwendung derartiger dielektrischer Materialien erlaubt die Herstellung eines photonischen Kristalls mit lokal unterschiedlich einstellbaren Dielektrizitätskonstanten. Polymerkugeln erlauben die Ausbildung einer definierten gleichmäßigen Gitterstruktur sowie eine definierte Einstellung der bereichsweisen Dielektrizitätskonstanten. Der Begriff ”transparent” soll hierbei so definiert sein, dass das entsprechende Material eine einfallende optische Strahlung derart schwach absorbiert, dass nach Durchlaufen des besagten Materials diese optische Strahlung eine zur Detektion ausreichende Intensität aufweist. Der Begriff ”optische Strahlung” soll dabei nicht nur sichtbares Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm bis 780 nm bezeichnen können, sondern auch infrarotes Licht und/oder ultraviolettes Licht. Der Begriff ”niedrige Brechzahl” soll Brechzahlen n ≤ 2 bei einer Wellenlänge des gebrochenen Lichts von 589 nm bezeichnen.Furthermore, it can be provided that the cavities are filled with a dielectric, transparent material with a low refractive index, in particular air, or polymer spheres made of polymethyl methacrylate (PMMA) or polystyrene. The use of such dielectric materials allows the production of a photonic crystal with local different adjustable dielectric constants. Polymer balls allow the formation of a defined uniform lattice structure as well as a defined adjustment of the area-wise dielectric constant. The term "transparent" should in this case be defined such that the corresponding material absorbs incident optical radiation so weakly that after passing through said material, this optical radiation has an intensity sufficient for detection. The term "optical radiation" should not only be able to designate visible light with a wavelength of 400 nm to 780 nm, but also infrared light and / or ultraviolet light. The term "low refractive index" is intended to denote refractive indices n ≦ 2 at a wavelength of the refracted light of 589 nm.

Außerdem kann vorgesehen sein, dass die diffraktive optische Struktur leitfähig ist, wozu sie vorzugsweise ein transparentes leitfähiges Oxid, insbesondere dotiertes Zinkoxid oder Indiumzinnoxid, umfasst. Die Dotierung kann hierbei beispielsweise Aluminium umfassen. Durch eine leitfähige diffraktive optische Struktur wird die elektrische Kontaktierung der erfindungsgemäßen Folie mit der Solarzelle erleichtert. Die Verwendung von transparenten Oxiden erlaubt Photonen, gegebenenfalls bis zum Substrat durchzudringen und spätestens an dieser Stelle reflektiert zu werden, sodass keine Absorption in der diffraktiven optischen Struktur selbst stattfindet. Die diffraktive optische Struktur kann in einer weiteren Ausführungsform jedoch auch elektrisch isolierend sein.In addition, it can be provided that the diffractive optical structure is conductive, for which purpose it preferably comprises a transparent conductive oxide, in particular doped zinc oxide or indium tin oxide. The doping may include, for example, aluminum. A conductive diffractive optical structure facilitates the electrical contacting of the film according to the invention with the solar cell. The use of transparent oxides allows photons to possibly penetrate to the substrate and be reflected at the latest at this point, so that no absorption takes place in the diffractive optical structure itself. However, in another embodiment, the diffractive optical structure may also be electrically insulating.

In einer weiteren Ausführungsform weist der photonische Kristall eine Dicke zwischen 100 nm und 1 mm, vorzugsweise 500 nm bis 500 μm, auf. Des Weiteren kann die mit dem photonischen Kristall versehene Folie als kontinuierliche Bahn hergestellt werden und eine Breite zwischen 1 mm und 2 m, vorzugsweise zwischen 1 mm und 1 m, aufweisen. Selbstverständlich sind auch Folien mit begrenzter Länge, wie zum Beispiel mit einer Länge von bis zu 50 cm, möglich.In a further embodiment, the photonic crystal has a thickness of between 100 nm and 1 mm, preferably 500 nm to 500 μm. Furthermore, the photonic crystal-provided film can be produced as a continuous web and have a width between 1 mm and 2 m, preferably between 1 mm and 1 m. Of course, also films of limited length, such as with a length of up to 50 cm, possible.

Ein Verfahren, bei dem eine Solarzelle mit einer Folie zur Rückseitenkontaktierung hergestellt wird, umfasst als ersten Schritt das Aufbringen einer kolloidalen Suspension auf das Substrat, sofern eine herzustellende kristalline Struktur kugelförmige Kavitäten aufweisen soll. Die kolloidale Suspension enthält zu diesem Zweck vorzugsweise Polymerkugeln, beispielsweise aus PMMA oder Polystyrol. Durch das Aufbringen auf das Substrat wird eine selbstorganisierende Ausbildung einer kristallinen Struktur ermöglicht. In besonders vorteilhafter Weise weisen die in der kolloidalen Suspension verwendeten Kugeln einen Durchmesser zwischen 200 nm und 1000 nm auf. Nach Herstellung der kristallinen Struktur auf dem Substrat wird die kristalline Struktur gegebenenfalls mit einer zusätzlichen Schicht versehen und so eine invertierte kristalline Struktur geschaffen, d. h. Hohlräume zwischen den die kristalline Struktur bildenden Polymerkugeln werden mit Material, vorzugsweise transparenten leitfähigen Oxiden, gefüllt. Auch die erzeugte invertierte Struktur weist somit Kavitäten mit der Größe der verwendeten Polymerkugeln auf. Durch das Aufbringen der kolloidalen Lösung auf das Substrat kann auch eine Glättung der Oberflächenrauigkeit des Substrats erreicht werden (falls das Substrat eine texturierte Oberfläche aufweist), wodurch eine Verbindung mit einem photovoltaischen Absorber einer Solarzelle erleichtert wird.A method in which a solar cell is produced with a film for back contact, comprises, as a first step, the application of a colloidal suspension to the substrate, if a crystalline structure to be produced is to have spherical cavities. For this purpose, the colloidal suspension preferably contains polymer spheres, for example of PMMA or polystyrene. By applying to the substrate, a self-organizing formation of a crystalline structure is made possible. In a particularly advantageous manner, the spheres used in the colloidal suspension have a diameter between 200 nm and 1000 nm. After preparation of the crystalline structure on the substrate, the crystalline structure is optionally provided with an additional layer to provide an inverted crystalline structure, i. H. Voids between the polymer beads forming the crystalline structure are filled with material, preferably transparent conductive oxides. The generated inverted structure thus also has cavities with the size of the polymer spheres used. By applying the colloidal solution to the substrate, it is also possible to achieve a smoothing of the surface roughness of the substrate (if the substrate has a textured surface), thereby facilitating a connection with a photovoltaic absorber of a solar cell.

Sofern der photonische Kristall der diffraktiven optischen Struktur eine Woodpile-Struktur aufweist, wird zunächst ein Polymer auf das Substrat aufgebracht. Nach einem Aushärten des Polymers wird die Woodpile-Struktur durch eine dreidimensionale Lithographietechnik in das Polymer geschrieben und nicht beschriebene Bereiche des Polymers herausgelöst, sodass nur noch die durch Lithographie eingeschriebenen Bereiche des Polymers stehen bleiben. Gegebenenfalls kann die hergestellte Woodpile-Struktur auch invertiert werden.If the photonic crystal of the diffractive optical structure has a woodpile structure, a polymer is first applied to the substrate. After curing of the polymer, the woodpile structure is written into the polymer by means of a three-dimensional lithography technique and unillustrated regions of the polymer are dissolved out so that only the areas of the polymer inscribed by lithography remain in place. Optionally, the woodpile structure produced can also be inverted.

In einer Ausführungsform des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die kolloidale Suspension durch Tauchbeschichtung, Rakelbeschichtung oder Sprühbeschichtung aufgebracht wird. Hierdurch wird in einfacher Art und Weise eine gleichmäßige Beschichtung des Substrats ermöglicht.In one embodiment of the method it can be provided that the colloidal suspension is applied by dip coating, knife coating or spray coating. As a result, a uniform coating of the substrate is possible in a simple manner.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass durch Aufbringen eines transparenten leitfähigen oder elektrisch isolierenden Oxids durch Gasphasenabscheidung, in vorteilhafter Weise Atomlagenabscheidung, oder elektrochemische Abscheidungen die invertierte Struktur erzeugt wird. Hierbei werden, wie bereits erläutert, Hohlräume zwischen den das nicht-invertierte Gitter bildenden Polymerkugeln mit Material aufgefüllt. Die genannten Verfahren weisen den Vorteil auf, dass eine zuverlässige und gleichmäßige Invertierung der Struktur zeitsparend mit bekannten Techniken durchgeführt werden kann.Furthermore, it can be provided that by applying a transparent conductive or electrically insulating oxide by vapor deposition, advantageously atomic layer deposition, or electrochemical depositions, the inverted structure is generated. Here, as already explained, cavities between the polymer balls forming the non-inverted grid are filled up with material. The aforementioned methods have the advantage that a reliable and uniform inversion of the structure can be performed in a time-saving manner using known techniques.

In einem Verfahrensschritt kann vorgesehen sein, dass Bestandteile der kolloidalen Suspension aus der invertierten Struktur gelöst werden, wobei in vorteilhafter Weise Tetrahydrofuran als Lösungsmittel verwendet wird. Hierdurch kann die kolloidale Suspension, welche zur Herstellung der invertierten Struktur verwendet wurde, vollständig aus der invertierten Struktur entfernt werden, um somit keine störenden Beimischungen zuzulassen. Der flüssige Teil der kolloidalen Suspension verflüchtigt sich in der Regel bereits durch verdampfen, die in der kolloidalen Suspension enthaltenen Kugeln werden durch die Verwendung eines Lösungsmittels herausgelöst.In one process step it can be provided that constituents of the colloidal suspension are dissolved out of the inverted structure, wherein tetrahydrofuran is advantageously used as solvent. As a result, the colloidal suspension used to prepare the inverted structure can be completely removed from the inverted structure so as not to allow any interfering admixtures. The liquid part of the colloidal suspension usually volatilizes by evaporation, the spheres contained in the colloidal suspension are dissolved out by the use of a solvent.

Zur Herstellung einer Solarzelle mit einer Folie mit den zuvor beschriebenen Eigenschaften kann vorgesehen sein, dass die Folie mit einem photovoltaischen Absorber der Solarzelle durch thermisches Fügen oder Laserfügen verbunden wird. Hierdurch wird einerseits eine zuverlässige elektrische und mechanische Kontaktierung der beiden Elemente sichergestellt, während andererseits keine oder nur wenige zusätzliche Defekte in der vorgefertigten Solarzelle entstehen. To produce a solar cell with a film having the properties described above, it can be provided that the film is connected to a photovoltaic absorber of the solar cell by thermal joining or laser joining. As a result, a reliable electrical and mechanical contacting of the two elements is ensured on the one hand, while on the other hand no or only a few additional defects in the prefabricated solar cell arise.

In einer Ausführungsform kann hierbei auch vorgesehen sein, dass eine elektrische Kontaktierung eines leitfähigen Substrats mit dem photovoltaischen Absorber an lediglich zwei definierten Abschnitten durch lokales Schmelzen des Substrats erfolgt, wobei das leitfähige Substrat und der photovoltaische Absorber durch einen nicht leitfähigen Bereich räumlich voneinander separiert sind und die beiden aufzuschmelzenden Abschnitte ebenfalls voneinander isoliert sind. Dies erlaubt eine Kontaktierung der Folie mit dem photovoltaischen Absorber der Solarzelle an ausgewählten Abschnitten und verhindert einen ungewollten Kurzschluss.In one embodiment, it can also be provided that an electrical contacting of a conductive substrate with the photovoltaic absorber takes place at only two defined sections by local melting of the substrate, wherein the conductive substrate and the photovoltaic absorber are spatially separated from each other by a non-conductive region and the two sections to be melted are also isolated from each other. This allows a contacting of the film with the photovoltaic absorber of the solar cell at selected sections and prevents unwanted short circuit.

In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass die Folie derart strukturiert wird, dass eine Anordnung von Rückseitenkontakten des photovoltaischen Absorbers der Solarzelle zu einer Anordnung von aufschmelzbaren Kontaktierpunkten der Folie korrespondiert. Hierdurch wird eine besonders einfache Aufbringung und elektrische Kontaktierung der Folie mit der vorgefertigten Solarzelle ermöglicht.In an advantageous manner, it can be provided that the film is structured such that an arrangement of rear side contacts of the photovoltaic absorber of the solar cell corresponds to an arrangement of fusible contact points of the film. This allows a particularly simple application and electrical contacting of the film with the prefabricated solar cell.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 6 erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described below with reference to the 1 to 6 explained. Show it:

1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Folie bestehend aus Substrat und diffraktiver optische Struktur, 1 a cross section through a film according to the invention consisting of substrate and diffractive optical structure,

2 eine 1 entsprechende vergrößerte Darstellung einer erfindungsgemäßen Folie in vergrößerter Ansicht, 2 a 1 corresponding enlarged view of a film according to the invention in an enlarged view,

3 eine 2 entsprechende Darstellung einer erfindungsgemäßen Folie mit einer zusätzlichen Metallisierung zwischen einem Substrat und einer diffraktiven optischen Struktur, 3 a 2 corresponding representation of a film according to the invention with an additional metallization between a substrate and a diffractive optical structure,

4 eine 2 entsprechende Darstellung einer Solarzelle mit aufgebrachter Folie, 4 a 2 corresponding representation of a solar cell with applied foil,

5 eine 4 entsprechende Darstellung einer Solarzelle mit aufgebrachter Folie und Kontaktierung zwischen Substrat und Solarzelle und 5 a 4 corresponding representation of a solar cell with applied film and contacting between substrate and solar cell and

6 eine Aufsicht auf eine Woodpile-Struktur als diffraktive optische Struktur. 6 a view of a woodpile structure as a diffractive optical structure.

In 1 ist im Querschnitt eine erfindungsgemäße Folie 1 dargestellt. Die Folie 1 umfasst ein Substrat 2, welches flexibel ist, sowie eine diffraktive optische Struktur, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen photonischen Kristall 3, der als streuender und beugender Reflektor wirkt. Das Substrat 2 umfasst ein Metall, im vorliegenden Fall aus Aluminium. Die in Kontakt mit dem photonischen Kristall 3 stehende Oberfläche des Substrats 2 ist aufgeraut, kann in weiteren Ausführungsformen jedoch auch glatt sein. Der photonische Kristall 3 ist ein dreidimensionaler photonischer Kristall und umfasst einen invertierten Opal als invertierte Gitterstruktur. Die Struktur des photonischen Kristalls 3 wird in den folgenden Abbildungen noch genauer beschrieben. Statt eines dreidimensionalen photonischen Kristalls kann in einer weiteren Ausführungsform natürlich auch ein zweidimensionaler photonischer Kristall verwendet werden, bei dem die Kristallstruktur durch parallel zueinander verlaufende Zylinder gebildet wird.In 1 is a cross-section of a film according to the invention 1 shown. The foil 1 includes a substrate 2 , which is flexible, as well as a diffractive optical structure, in the illustrated embodiment, a photonic crystal 3 , which acts as a diffusing and diffractive reflector. The substrate 2 comprises a metal, in the present case of aluminum. The in contact with the photonic crystal 3 standing surface of the substrate 2 is roughened, but may also be smooth in other embodiments. The photonic crystal 3 is a three-dimensional photonic crystal and includes an inverted opal as an inverted lattice structure. The structure of the photonic crystal 3 is described in more detail in the following illustrations. Of course, instead of a three-dimensional photonic crystal, in a further embodiment, a two-dimensional photonic crystal may also be used, in which the crystal structure is formed by cylinders running parallel to one another.

Die dargestellte Folie 1 ist geeignet zur rückseitigen Kontaktierung einer in 1 nicht dargestellten Solarzelle, wobei der photonische Kristall 3 und ein photovoltaischer Absorber der Solarzelle in mechanischem Kontakt stehen. Photonen, die aus dem photovoltaischen Absorber der Solarzelle kommend auf den photonischen Kristall 3 auftreffen, werden von diesem reflektiert und gebeugt, und somit in die Solarzelle zurückgestreut. Sofern auftreffende Photonen nicht bereits durch den photonischen Kristall 3 in ihrer Bewegungsrichtung beeinflusst werden und durch den photonischen Kristall 3 propagieren, werden diese an der Oberfläche des Substrats 2, welche zu diesem Zwecke reflektierend ist, zurückgeworfen. Eine Texturierung oder sonstige Aufrauung der Oberfläche des Substrats 2 sorgt für eine Reflexion in verschiedenen Winkeln, was wiederum die Weglänge der Photonen in einem photovoltaischen Absorber vergrößert.The illustrated film 1 is suitable for the back contacting of a 1 not shown solar cell, wherein the photonic crystal 3 and a photovoltaic absorber of the solar cell are in mechanical contact. Photons coming from the photovoltaic absorber of the solar cell coming to the photonic crystal 3 are reflected by this and bent, and thus backscattered into the solar cell. Unless incident photons are already through the photonic crystal 3 be influenced in their direction of movement and by the photonic crystal 3 propagate, these are on the surface of the substrate 2 , which is reflective for this purpose, thrown back. A texturing or other roughening of the surface of the substrate 2 provides reflection at different angles, which in turn increases the path length of the photons in a photovoltaic absorber.

In 2 ist in vergrößerter Ansicht ein 1 entsprechender Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Folie 1 dargestellt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Der photonische Kristall in 2 weist eine invertierte Struktur auf, die durch zwischen Kavitäten 4 liegende Zwischenräume gebildet wird, wobei die Kavitäten 4 als Opal angeordnet sind. Die invertierte Struktur, welche vorliegend ein invertierter Opal ist, wird durch eine Füllung der Zwischenräume mit einem weiteren Material geschaffen.In 2 is in an enlarged view 1 corresponding cross section through a film according to the invention 1 shown. Recurring features are provided with identical reference numerals in this as well as in the following figures. The photonic crystal in 2 has an inverted structure passing through between cavities 4 lying intermediate spaces is formed, wherein the cavities 4 arranged as an opal. The inverted structure, which in the present case is an inverted opal, is created by filling the gaps with another material.

Die Kavitäten 4 des photonischen Kristalls 3 weisen einen Durchmesser von 350 nm auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese Kavitäten 4 mit Luft als dielektrischem, für optische Strahlung transparentem Material gefüllt. Alternativ kann auch ein anderes dielektrisches Material wie beispielsweise ein Polymer verwendet werden. Die Zwischenräume, d. h. die invertierte Opalstruktur, ist zwischen den Kavitäten 4 des photonischen Kristalls 3 mit einem transparenten leitfähigen Oxid gefüllt, im dargestellten Fall Zinkoxid. Das transparente leitfähige Oxid kann zur Verbesserung seiner Leitfähigkeit zusätzlich mit Metall dotiert sein, beispielsweise mit Aluminium.The cavities 4 of the photonic crystal 3 have a diameter of 350 nm. In the illustrated embodiment, these cavities 4 filled with air as a dielectric, transparent to optical radiation material. Alternatively, another dielectric material such as For example, a polymer can be used. The spaces, ie the inverted opal structure, is between the cavities 4 of the photonic crystal 3 filled with a transparent conductive oxide, in the case illustrated zinc oxide. The transparent conductive oxide may additionally be doped with metal, for example with aluminum, to improve its conductivity.

Die Kavitäten 4 sind in kubisch dichtester Kugelpackung angeordnet und füllen somit den photonischen Kristall 3 möglichst raumfüllend aus. Die Kavitäten 4 können selbstverständlich in anderen Ausführungsformen auch in hexagonal dichtester Kugelpackung angeordnet sein. Die Kavitäten 4 weisen identische Abmessungen auf, es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass unterschiedliche Abmessungen der Kavitäten 4 vorliegen. Die Abmessungen der Kavitäten 4 entsprechen einer halben Wellenlänge der zu beugenden Photonen und können in einem Bereich von 200 nm bis 1000 nm liegen. Die gewählte Abmessung der Kavitäten 4 von 350 nm führt zu einer resonanten, also besonders effizienten Beugung dieser Wellenlänge. Somit kann der photonische Kristall 3 spektral selektiv eingesetzt werden und durch entsprechende Wahl der Struktur an das benötigte Einsatzgebiet, also an bestimmte Wellenlängen, angepasst werden. Die Schichtdicke einer Schicht 3' der invertierten Struktur beträgt im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel 30 nm.The cavities 4 are arranged in cubic close-packed spherical packing and thus fill the photonic crystal 3 as full as possible. The cavities 4 Of course, in other embodiments, they can also be arranged in hexagonal close-packed spherical packing. The cavities 4 have identical dimensions, but it can also be provided that different dimensions of the cavities 4 available. The dimensions of the cavities 4 correspond to half a wavelength of the photons to be diffracted and may be in a range of 200 nm to 1000 nm. The selected dimension of the cavities 4 of 350 nm leads to a resonant, so particularly efficient diffraction of this wavelength. Thus, the photonic crystal 3 be used spectrally selective and adapted by appropriate choice of structure to the required application, ie to certain wavelengths. The layer thickness of a layer 3 ' the inverted structure is in 2 illustrated embodiment 30 nm.

Zur Herstellung einer derartigen Folie 1 wird auf das Substrat 2 zunächst eine kolloidale Suspension aufgebracht. Die kolloidale Suspension enthält Kugeln aus Polymethylmethacrylat (PMMA), welche sich in selbstorganisierender Weise auf der Oberfläche des Substrats 2 in periodischer Anordnung abscheiden. Dies kann beispielsweise durch eine Tauchbeschichtung geschehen. Hierbei überzieht ein dünner Film die Oberfläche des Substrats 2, wobei durch die Oberflächenspannung und Kapillarkräfte bedingt sich die Polymerkugeln gleichmäßig auf der Oberfläche verteilen und sich in übereinanderliegenden Schichten in kubisch dichtester Kugelpackung ablagern. Die Flüssigkeit der kolloidalen Suspension verdampft oder kann durch einen zusätzlichen Backschritt entfernt werden. Die derartig selbstorganisierend herausgebildete kristalline Struktur wird zur Herstellung der invertierten Struktur des photonischen Kristalls 3 benutzt. Hierzu wird ein transparentes leitfähiges Oxid durch Gasphasenabscheidung aufgebracht, welches die Zwischenräume zwischen den Kugeln aus PMMA füllt und so zu einer Schichtdicke der invertierten Struktur von 30 nm führt. Hierdurch entsteht im dargestellten Ausführungsbeispiel ein invertierter Opal in der kubisch dichtesten Kugelpackung. Die Kugeln können im photonischen Kristall 3 verbleiben, können jedoch auch herausgelöst werden, wozu der photonische Kristall 3 einem Lösungsmittel, in der Regel Tetrahydrofuran, ausgesetzt wird.For producing such a film 1 gets on the substrate 2 initially applied a colloidal suspension. The colloidal suspension contains spheres of polymethyl methacrylate (PMMA) which self-assemble on the surface of the substrate 2 in a periodic arrangement. This can be done for example by a dip coating. In this case, a thin film covers the surface of the substrate 2 , Due to the surface tension and capillary forces due to the polymer spheres evenly distributed on the surface and deposited in superimposed layers in cubic close-packed spherical packing. The liquid of the colloidal suspension vaporizes or can be removed by an additional baking step. The crystalline structure thus formed self-assembling becomes the production of the inverted structure of the photonic crystal 3 used. For this purpose, a transparent conductive oxide is applied by vapor deposition, which fills the spaces between the balls of PMMA and thus leads to a layer thickness of the inverted structure of 30 nm. This results in the illustrated embodiment, an inverted opal in the cubic dense sphere package. The balls can be in the photonic crystal 3 remain, but can also be removed, including the photonic crystal 3 a solvent, usually tetrahydrofuran, is exposed.

Das transparente leitfähige Oxid wird durch Atomlagenabscheidung aufgebracht, wobei eine Schichtdicke von 30 nm innerhalb von 15–20 Minuten erreicht werden kann. Statt Atomlagenabscheidung kann auch ein elektrochemisches Aufwachsen oder eine Gasphasenabscheidung erfolgen.The transparent conductive oxide is deposited by atomic layer deposition, whereby a layer thickness of 30 nm can be achieved within 15-20 minutes. Instead of atomic layer deposition, electrochemical growth or vapor deposition can also take place.

3 stellt in einer 2 entsprechenden Darstellung wiederum eine Folie 1 mit Substrat 2 und photonischem Kristall 3 dar. Im Gegensatz zu 2 ist zwischen photonischem Kristall 3 und Substrat 2 eine weitere zusätzliche Metallisierung 5 aufgebracht, welche die Leitfähigkeit des Substrats 2 erhöht. Die Kavitäten 4 weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von 600 nm auf, sind jedoch mit Kugeln aus PMMA gefüllt. Der Zwischenraum zwischen den Kavitäten 4 ist in diesem Fall mit Indiumzinnoxid (ITO) gefüllt. Für die weitere zusätzliche Metallisierung 5 wird Kupfer verwendet, es kann aber natürlich auch anderes Metall mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit wie Silber, Aluminium, Gold oder Zink verwendet werden. 3 puts in one 2 corresponding representation in turn a slide 1 with substrate 2 and photonic crystal 3 dar. Unlike 2 is between photonic crystal 3 and substrate 2 another additional metallization 5 applied, which indicates the conductivity of the substrate 2 elevated. The cavities 4 have in the illustrated embodiment, a diameter of 600 nm, but are filled with balls of PMMA. The space between the cavities 4 is in this case filled with indium tin oxide (ITO). For further additional metallization 5 Copper is used, but of course other metal with a high electrical conductivity such as silver, aluminum, gold or zinc can be used.

4 zeigt in einer 2 entsprechenden Darstellung einen Querschnitt einer Solarzelle 6, welche eine Folie 1 umfasst. Die Folie 1 ist hierbei mit einem photovoltaischen Absorber 8, der Bestandteil der Solarzelle 6 ist, verbunden. Die Folie 1 befindet sich auf einer Seite des photovoltaischen Absorbers 8, die auftreffenden Photonen abgewandt ist. Die Folie 1 wurde an dem photovoltaischen Absorber 8 durch thermisches Fügen bei 200°C befestigt. Hierzu wurde außerdem ein nicht dargestellter leitfähiger Kleber verwendet. Da jeder Prozessschritt zu Defekten an der Solarzelle 6 führen kann, wurde erst nach Fertigstellung der Folie 1 diese in einem einzelnen separaten Schritt mit dem photovoltaischen Absorber 8 der Solarzelle 6 verbunden bzw. gefügt. 4 shows in one 2 corresponding representation of a cross section of a solar cell 6 which is a foil 1 includes. The foil 1 is here with a photovoltaic absorber 8th , the component of the solar cell 6 is connected. The foil 1 is located on one side of the photovoltaic absorber 8th that faces away from impinging photons. The foil 1 was at the photovoltaic absorber 8th attached by thermal joining at 200 ° C. For this purpose, an unillustrated conductive adhesive was also used. Because every process step leads to defects in the solar cell 6 could lead, only after completion of the film 1 these in a single separate step with the photovoltaic absorber 8th the solar cell 6 connected or joined.

Der photovoltaische Absorber 8 verfügt über eine ebenfalls nicht dargestellte Rückseiten- und Frontseitenkontaktierung, wodurch das leitfähige Substrat 2 und die ebenfalls leitfähige diffraktive optische Struktur 3 einfach kontaktiert werden können und somit erzeugter Strom aus der Solarzelle 6 abgeführt werden kann.The photovoltaic absorber 8th has also not shown back and front side contacting, whereby the conductive substrate 2 and the likewise conductive diffractive optical structure 3 can be contacted easily and thus generated electricity from the solar cell 6 can be dissipated.

4 zeigt auch die Ablenkung eines einfallenden Photons 7 am photonischen Kristall 3. Das Photon 7, welches durch den photovoltaischen Absorber 8 läuft, ohne hierbei absorbiert zu werden, fällt auf die der Solarzelle 6 zugewandte Seite des photonischen Kristalls 3 und wird hier reflektiert und bzw. oder gebeugt. Das Photon 7 erfährt hierbei eine Richtungsumkehr und wird in den Halbraum, aus dem es kam, zurückgeleitet. Somit durchläuft das Photon 7 den photovoltaischen Absorber 8 erneut und die Wahrscheinlichkeit einer Absorption steigt. 4 also shows the distraction of an incident photon 7 at the photonic crystal 3 , The photon 7 , which by the photovoltaic absorber 8th running, without being absorbed, falls on the solar cell 6 facing side of the photonic crystal 3 and is reflected here and or or bent. The photon 7 experiences here a reversal of direction and is returned to the half-space from which it came. Thus, the photon goes through 7 the photovoltaic absorber 8th again and the probability of absorption increases.

5 stellt eine 4 entsprechende Darstellung einer Solarzelle 6 mit einer Folie 1 dar. Der photovoltaische Absorber 8 der Solarzelle 6 verfügt nun jedoch nur über rückseitige Kontakte zur Stromabführung, weshalb der photonische Kristall 3 nichtleitend ist, während das Substrat 2 immer noch elektrisch leitend ist. Der photonische Kristall 3 dient in diesem Fall als nichtleitende Barriereschicht zwischen photovoltaischem Absorber 8 und Substrat 2, welche einen Kurzschluss vermeidet. Der photonische Kristall enthält in dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel Zinkoxid (ZnO), kann aber natürlich auch ein anderes nichtleitfähiges transparentes Oxid wie Titandioxid (TiO2), Aluminiumoxid (Al2O3) oder Siliziumdioxid (SiO2) umfassen. In diesem Fall werden zur elektrischen Kontaktierung des Substrats 2 und des photovoltaischen Absorbers 8 durch Laserfügen lokale Aufschmelzungen 7 des Substrats 2 erzeugt, die die dünne diffraktive optische Struktur durchdringen und somit einen Kontakt zum photovoltaischen Absorber 8 herstellen. In 5 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine derartige lokale Aufschmelzung 7 dargestellt, es werden allerdings mindestens zwei elektrische Verbindungen zwischen Substrat 2 und photovoltaischem Absorber 8 benötigt. 5 make one 4 corresponding representation of a solar cell 6 with a foil 1 dar. The photovoltaic absorber 8th the solar cell 6 However, now only has back-to-back contacts for power dissipation, which is why the photonic crystal 3 is non-conductive while the substrate 2 still electrically conductive. The photonic crystal 3 serves in this case as a non-conductive barrier layer between photovoltaic absorber 8th and substrate 2 which avoids a short circuit. The photonic crystal contains in the in 5 illustrated embodiment zinc oxide (ZnO), but may of course also include another non-conductive transparent oxide such as titanium dioxide (TiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ) or silicon dioxide (SiO 2 ). In this case, the electrical contacting of the substrate 2 and the photovoltaic absorber 8th by laser joining local melting 7 of the substrate 2 generated, which penetrate the thin diffractive optical structure and thus a contact with the photovoltaic absorber 8th produce. In 5 For reasons of clarity, this is just such a local melting 7 however, there are at least two electrical connections between substrate 2 and photovoltaic absorber 8th needed.

Hierzu kann auch vorgesehen sein, dass das Substrat 2 bereits derart strukturiert ist, dass aufschmelzbare Kontaktierpunkte des Substrats 2 an Positionen sitzen, an denen auch rückseitige Kontakte des photovoltaischen Absorbers 8 sich befinden. Durch diese korrespondierende Anordnung der Kontakte kann durch Laserfügen in besonders einfacher Art und Weise eine Kontaktierung vorgenommen werden.For this purpose, it can also be provided that the substrate 2 already structured such that fusible contact points of the substrate 2 sit at positions where also rear contacts of the photovoltaic absorber 8th to find oneself. By this corresponding arrangement of the contacts can be made by laser joining in a particularly simple manner contacting.

Anstelle des invertierten Opals kann auch eine Woodpile-Struktur, wie sie in 6 in Aufsicht dargestellt ist, als photonischer Kristall 3 verwendet werden. Die Woodpile-Struktur wird durch in horizontaler Richtung parallel zueinander liegende Balken 9 und in vertikaler Richtung parallel zueinander liegende Balken 10 gebildet. Die horizontalen Balken 9 und die vertikalen Balken 10 sind aus Zinnindiumoxid und in mehreren Schichten angeordnet. Innerhalb jeder der Schichten sind die jeweiligen Balken parallel zueinander angeordnet, Balken aufeinanderfolgender Schichten sind jedoch um 90° gegeneinander verdreht. Wird eine beliebige der Schichten als Referenzschicht genommen, so sind die Balken der übernächsten Schicht zwar parallel zu den Balken der Referenzschicht periodisch angeordnet, aber gegenüber diesen um eine halbe Periode derart versetzt, dass ein zwischen den Balken der Referenzschicht liegender Zwischenraum überdeckt wird. In diesem Fall werden die Kavitäten 4 durch in der Aufsicht nicht durch einen der Balken 9, 10 überdeckte Leerräume gebildet. Eine derartige Struktur ist beispielsweise durch schichtweise holographische Strukturierung und Ätzung eines die Woodpile-Struktur bildenden Substrats möglich. Alternativ können auch durch Lithographie und Ätzung Gräben in ein Substrat eingebracht und diese Gräben mit Material gefüllt werden. Danach wird der gleiche Verfahrensschritt wiederholt, wobei die Gräben nun um beispielsweise 90° gedreht zu der ursprünglichen Richtung eingebracht werden. Das zur Auffüllung verwendete Material wird abschließend herausgelöst.Instead of the inverted opal can also be a woodpile structure, as in 6 in plan view, as a photonic crystal 3 be used. The woodpile structure is made by horizontally parallel bars 9 and in the vertical direction parallel bars 10 educated. The horizontal bars 9 and the vertical bars 10 are made of tin indium oxide and arranged in several layers. Within each of the layers, the respective beams are arranged parallel to one another, but beams of successive layers are rotated by 90 ° relative to one another. If any one of the layers is taken as the reference layer, the bars of the next but one layer are periodically arranged parallel to the bars of the reference layer, but offset by half a period with respect to these so that an intermediate space lying between the bars of the reference layer is covered. In this case, the cavities 4 through in the supervision not by one of the beams 9 . 10 Covered voids formed. Such a structure is possible, for example, by layerwise holographic structuring and etching of a substrate forming the woodpile structure. Alternatively, trenches can also be introduced into a substrate by lithography and etching and these trenches filled with material. Thereafter, the same process step is repeated, wherein the trenches are now introduced rotated by 90 °, for example, to the original direction. The material used for filling is finally dissolved out.

Eine derartige Woodpile-Struktur kann auch invertiert werden, indem Hohlräume zwischen den Balken 9, 10 mit einem der bereits genannten leitfähigen Oxide gefüllt wird und anschließend die Balken 9, 10 herausgelöst werden, sodass nur noch die aufgefüllten Hohlräume als invertierte Woodpile-Struktur bestehen bleibt.Such a woodpile structure can also be inverted by leaving voids between the beams 9 . 10 is filled with one of the already mentioned conductive oxides and then the bars 9 . 10 be removed, so that only the filled cavities remains as an inverted woodpile structure.

Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.Only features disclosed in the embodiments of the various embodiments can be combined and claimed individually.

Claims (15)

Solarzelle (6) mit einer photovoltaisch absorbierenden Schicht (8), wobei eine einer Einfallrichtung auftreffender Photonen abgewandte Seite der photovoltaisch absorbierenden Schicht eine Folie (1) mit einem Substrat (2) und einer auf dem Substrat (2) befindlichen diffraktiven optischen Struktur mit einem photonischen Kristall (3) aufweist.Solar cell ( 6 ) with a photovoltaic absorbing layer ( 8th ), wherein a side of the photovoltaic absorbing layer facing away from a direction of incidence of incident photons has a foil ( 1 ) with a substrate ( 2 ) and one on the substrate ( 2 ) diffractive optical structure with a photonic crystal ( 3 ) having. Solarzelle (6) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (2) flexibel ist.Solar cell ( 6 ) according to claim 1, wherein the substrate ( 2 ) is flexible. Solarzelle (6) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Substrat (2) leitfähig ist und/oder das Substrat (2) eine zusätzliche Metallisierung (5) aufweist.Solar cell ( 6 ) according to claim 1 or claim 2, wherein the substrate ( 2 ) is conductive and / or the substrate ( 2 ) an additional metallization ( 5 ) having. Solarzelle (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der photonische Kristall (3) ein zweidimensionaler photonischer Kristall oder ein dreidimensionaler photonischer Kristall ist.Solar cell ( 6 ) according to any one of the preceding claims, wherein the photonic crystal ( 3 ) is a two-dimensional photonic crystal or a three-dimensional photonic crystal. Solarzelle (6) nach Anspruch 4, wobei der dreidimensionale photonische Kristall eine invertierte kubisch flächenzentrierte Struktur, eine invertierte hexagonal dichteste Kugelpackung, eine invertierte Woodpile-Struktur oder einen invertierten Opal aufweist.Solar cell ( 6 ) according to claim 4, wherein the three-dimensional photonic crystal has an inverted cubic face centered structure, an inverted hexagonal closest sphere packing, an inverted woodpile structure or an inverted opal. Solarzelle (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der photonische Kristall (3) Kavitäten (4), welche einen Durchmesser zwischen 200 nm bis 1000 nm aufweisen, oder Kavitäten, welche einen Durchmesser zwischen 200 nm bis 1000 nm aufweisen und mit einem dielektrischen, transparenten Material mit niedriger Brechzahl gefüllt sind, aufweist. Solar cell ( 6 ) according to any one of the preceding claims, wherein the photonic crystal ( 3 ) Cavities ( 4 ) having a diameter between 200 nm to 1000 nm, or cavities having a diameter of between 200 nm to 1000 nm and filled with a low-refractive-index dielectric transparent material. Solarzelle (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die diffraktive optische Struktur leitfähig ist und ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist.Solar cell ( 6 ) according to one of the preceding claims, wherein the diffractive optical structure is conductive and has a transparent conductive oxide. Verfahren, bei dem eine Solarzelle (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wird, wobei auf das Substrat (2) eine kolloidale Suspension zur selbstorganisierenden Ausbildung einer kristallinen Struktur aufgebracht wird, wobei die kristalline Struktur zur Herstellung des photonischen Kristalls (3) invertiert wird.Method in which a solar cell ( 6 ) according to any one of claims 1 to 7, wherein on the substrate ( 2 ) is applied to a colloidal suspension for self-organizing formation of a crystalline structure, wherein the crystalline structure for the preparation of the photonic crystal ( 3 ) is inverted. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die kolloidale Suspension durch Tauchbeschichtung, Rakelbeschichtung oder Sprühbeschichtung aufgebracht wird.The method of claim 8, wherein the colloidal suspension is applied by dip coating, knife coating or spray coating. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei zur Schaffung einer invertierten kristallinen Struktur ein transparentes elektrisch leitfähiges oder elektrisch isolierendes Oxid durch Gasphasenabscheidung oder elektrochemische Abscheidung auf die ausgebildete kristalline Struktur aufgebracht wird.A method according to claim 8 or claim 9 wherein, to provide an inverted crystalline structure, a transparent electrically conductive or electrically insulating oxide is deposited on the formed crystalline structure by vapor deposition or electrochemical deposition. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei Bestandteile der kolloidalen Suspension aus der invertierten Struktur gelöst werden.A method according to any one of claims 8 to 10, wherein components of the colloidal suspension are dissolved from the inverted structure. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Folie (1) mit der absorbierenden Schicht (8) der Solarzelle (6) durch thermisches Fügen oder Laserfügen verbunden wird.Method according to one of claims 8 to 11, wherein the film ( 1 ) with the absorbent layer ( 8th ) of the solar cell ( 6 ) is connected by thermal joining or laser joining. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (6) nach Anspruch 12, wobei eine elektrische Kontaktierung eines leitfähigen Substrats (2) mit der absorbierenden Schicht (8) an mindestens zwei definierten Abschnitten durch lokales Schmelzen des Substrats (2) erfolgt, wobei die beiden Abschnitte elektrisch voneinander isoliert sind.Process for producing a solar cell ( 6 ) according to claim 12, wherein an electrical contacting of a conductive substrate ( 2 ) with the absorbent layer ( 8th ) at at least two defined sections by local melting of the substrate ( 2 ), wherein the two sections are electrically isolated from each other. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle (6) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Folie (1) derart strukturiert wird, dass eine Anordnung von Rückseitenkontakten der absorbierenden Schicht (8) zu einer Anordnung von aufschmelzbaren Kontaktierpunkten der Folie (1) korrespondiert.Process for producing a solar cell ( 6 ) according to one of claims 12 or 13, wherein the film ( 1 ) is structured in such a way that an arrangement of back side contacts of the absorbent layer ( 8th ) to an arrangement of fusible contact points of the film ( 1 ) corresponds. Verwendung einer Folie (1), welche ein Substrat (2) und eine auf dem Substrat (2) befindliche diffraktive optische Struktur mit einem photonischen Kristall (3) aufweist, als Rückseitenkontaktierung einer Solarzelle.Using a foil ( 1 ), which is a substrate ( 2 ) and one on the substrate ( 2 ) diffractive optical structure with a photonic crystal ( 3 ), as rear-side contacting of a solar cell.
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