WO1995016271A1 - Photovoltaic cells - Google Patents

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WO1995016271A1
WO1995016271A1 PCT/EP1993/003434 EP9303434W WO9516271A1 WO 1995016271 A1 WO1995016271 A1 WO 1995016271A1 EP 9303434 W EP9303434 W EP 9303434W WO 9516271 A1 WO9516271 A1 WO 9516271A1
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cells
cells according
glass panes
edge
glass
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PCT/EP1993/003434
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Inventor
Werner Ouinten
Klaus Crummenauer
Original Assignee
Werner Ouinten
Klaus Crummenauer
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2068—Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells

Definitions

  • the invention relates to photovoltaic cells. From DE 43 03 055 AI, photovoltaic cells with two glass panes that enclose a photovoltaic material combination between them are known, which have mutually facing electrically conductive coatings that have at least one edge of the glass pane with an exposed contact, in particular in the form of a along of the rail running along the edge are connected, in particular furthermore to conductor tracks running in the above-mentioned coating.
  • AI photovoltaic cells with at least one glass pane forming their surface are known, which are provided with a translucent, current-conducting coating, conductors running in contact with the coating being laid in grooves in the glass pane and the latter being laid has a size of at least 20 x 20.
  • the object of the invention is to create a suitable arrangement for interconnecting a plurality of cells.
  • this object is achieved with the features of claim 1 in such a way that the cells are set up in plurality on the same glass panes 1 and 2 and are separated from one another by sealing strips.
  • the invention includes the finding that the separation of the cells in the space between the glass panes 1 and 2, which is not necessary under all circumstances, significantly improves the result.
  • the glass panes 1 and 2 preferably have grooves facing one another on the sealing strips, and the sealing compound extends in cross section from one groove to the other.
  • the sealing compound can thus be placed precisely over a small width and a tight bond with the glass panes 1 and 2 can be achieved.
  • the simplification of production can be combined with the fact that the electrically conductive coating and, if appropriate, the conductor tracks can initially be applied continuously to the entire surface of the glass pane 1 and 2 and then interrupted at the grooves.
  • the, preferably square, cells will be arranged in two or more rows, the outer sides of the rows being available for the contacts mentioned.
  • the invention achieves its particular advantage in the further development that one of the two glass panes 1 at its edge on each cell can partially protrude beyond the edge of the other glass pane 2 and here has its contact and can partially spring back from the edge and here the other glass pane 2 has their contact.
  • the protruding part can be arranged on one side of the corner and the recessed part on the other side of the corner.
  • This training is particularly suitable for a unit consisting of four cells.
  • the coatings have peripheral busbars connected to the contacts at their edges. This measure is particularly advantageous if the conductor tracks are dispensed with.
  • FIG. 1 shows a top view of a unit consisting of eight photovoltaic cells
  • Fig. 2 shows a section along line II-II in Fig. 1,
  • Fig. 3 shows a first glass pane 1 of a second unit of eight photovoltaic cells and Fig. 4 shows a glass pane 2 together with Fig. 3 belonging to the second glass pane.
  • FIG. 2 The basic structure of the unit can best be seen from FIG. 2:
  • Two glass panes 1 and 2 are each provided with a coating 3 made of tin dioxide or indium tin oxide, which is coated with e.g. 0.2 to 0.5 ⁇ m thickness is translucent. Under the coating 3, conductor tracks 4 are worked into the glass panes 1 and 2 in contact with the coating 3. Like the coating 3 itself, they are connected to a busbar 5 that runs around the frame of a cell.
  • a photovoltaic material combination is arranged in the, for example, approximately 20 to 25 ⁇ m high space between the glass panes 1 and 2, more precisely the coatings 3. It consists of a colloidal titanium dioxide layer applied to the coating by the sol-gel method, which is characterized by a high roughness factor and thus serves as a light trap, and also a monomolecular layer of a suitable transition metal layer placed on the rough surface of the titanium dioxide layer.
  • Complex which acts as a sensitizer, in such a way that, after excitation by visible light, it electrons into the conduction band of the titanium di oxid ⁇ induced, and finally from an electrolyte filling the remaining space, which a redox system, for.
  • B. iodine-iodide iodine-iodide.
  • the electrons come from the titanium dioxide layer via the adjacent current-conducting coating 3, the conductor tracks 4 and the busbar 5 to a contact and from there to an external circuit, where they do work, and back via a further contact into the busbar 5, the busbars 4 and the coating 3 of the other disk, and the electrolyte transports the electrons further and back onto the monomolecular layer of the sensitizer.
  • the cells designated 8 to 15 are spatially separated from one another by sealing strips 16, e.g. made of silicone mass.
  • a sealing strip 17 ⁇ m runs on the outer edges of the glass panes 1 and 2.
  • Grooves 18 are formed on the sealing strips 16 into the glass panes 1 and 2, into which the mass extends.
  • FIGS. 3 and 4 in which essentially the same parts are provided with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2, differ from FIGS. 1 and 2 in that the conductor tracks 4 are laid more densely, but without a peripheral conductor 5 and instead, each with only one busbar and contact rail 19 or 20 arranged at the edge of the glass pane, the latter being only half the length of the former and being provided with an inwardly angled branch 21 (only once) draws).
  • the projecting section 23 and on this the busbar and contact rail 20 could be extended at the expense of the recessed section 24, in such a way that the busbar and contact rail 20 covers most of the relevant edge of the coating 3 and, in the case shown, with the additional conductor tracks 4 also all the conductor tracks 4 tapering to the relevant edge.
  • the busbar and contact rail 20 are respectively arranged on the projecting sections 23.
  • On the recessed sections 24 is the collection and
  • the eight cells 8 are connected by line bridges 25, which are respectively soldered to the busbar and contact rail 19 or the busbar 5 of one cell and the busbar and contact rail 20 of the next cell (only two drawn in FIG. 1) up to 15 connected in series.
  • the invention further relates to photovoltaic cells that are electrically connected in series, in particular photovoltaic cells with two glass panes that have mutually facing electrically conductive coatings and include a photovoltaic material combination between them that includes a material layer on one of the two conductive coatings comprises, in particular, a gel layer of titanium dioxide coated monomolecularly with a sensitizer made of a transition metal complex, which together with an electrolyte containing a redox system and filling the remaining space between the glass panes forms the photovoltaic material combination.
  • the monomolecular coating mentioned acts in such a way that, after excitation by visible light, it induces electrons into the conduction band of the titanium dioxide. With this system it is possible in the wavelength range of the absorption maximum of the sensitizer over 80% of the incident photons in electrical current convert. The electrons pass through the adjacent conductive coating into an external circuit where they do work and back to the cell into the conductive coating of the other pane of glass.
  • the series connection of the cells is particularly well possible in that the cells are set up in plurality on the same glass panes 1 and 2 and are connected in series in such a way that the photovoltaic material layer mentioned moves from one cell to the next between the two alternated between two glass panes 1 and 2 and the electrically conductive coating, offset on the two glass panes, is only interrupted at every second cell edge.
  • the row of cells is preferably guided back and forth in adjacent sections at least once.
  • an area of the glass panes 1 and 2 of normal rectangular dimensions can be used.
  • the conductive coating is expediently interrupted, in the case of the adjacent sections of the row also between them, by grooves removed after their application, preferably as far as into the glass pane 1 and 2. This is an easy way of making.
  • Said titanium dioxide gel layer or a comparable layer can be applied, for example, by masking the areas not to be coated in the checkerboard pattern.
  • the dimensions of the individual cells should not be chosen too large in view of the generally inadequate conductivity of the electrically conductive layer, which should be as thin as possible because of the required light permeability and are in the range of 4 x 4 cm to 6 x 6 cm. It is not necessary to separate the cells from one another.
  • the space between the two glass panes 1 and 2 only needs to be sealed overall at the outer edge in order to hold the electrolyte in it.
  • the glass panes 1 and 2 could also consist of organic glass, although the normal inorganic mineral glass should generally be advantageous, especially with regard to its dimensional stability.
  • the glass panes 1 and 2 are each provided with an electrically conductive coating 3 made of tin dioxide or indium tin oxide, which is translucent with a thickness of, for example, 0.2 to 0.5 ⁇ m.
  • the coating 3 is interrupted on the glass pane 1 between the cells 9/10 and 11/12 by milled grooves 21 and on the glass pane 2 between the cells 8/9, 10/11 and 12/13 by grooves 22. 5, the cells 8 to 12 are separated by the same grooves 31 in the glass pane 1 and 32 in the glass pane 2 from further cells following in this direction; that repeats itself.
  • the glass pane 1 is provided on its coating 3 with a titanium dioxide gel layer 6, in cells 9, 11 and 12 it is the glass pane 2.
  • This alternating arrangement is set up in a checkerboard pattern on the rest of the surface Glass panes 1 and 2 continue.
  • the remaining space between the glass panes 1 and 2, more precisely between their coatings 6, is filled with an electrolyte 7 containing a redox system iodine / iodide and is sealed off at the edge of the glass panes 1 and 2 by a sealing strip 16 all around.
  • the glass pane 2 projects beyond the sealing strip 17 on one side and carries two contact rails 19 and 20 here.
  • the electrons are transferred in the cell 8 in the titanium dioxide gel layer 6 arranged on the glass plate 1 and in the cell 9 in the titanium dioxide gel layer 6 arranged on the glass plate 2, and so on. They therefore migrate downward in the cell 8 into the conductive coating 3 of the glass pane 1 in the coating 3 further into the cell 9 and upwards into the titanium dioxide layer 9 there and the coating 3 of the glass pane 2, further in this coating into cell 10 and so on.
  • the electrons in the coating 3 of the glass pane 2 pass from the cell 13 from the previously considered first section 25 of the cell row into the next, returning section 26.
  • the groove 32 separating the sections 25 and 26 ends in the glass pane 2 on the cell 13, so that the coating 3 there extends into the section 25.
  • the electron flow thus runs, as shown in FIG. 7, overall from the contact rail 20 to the contact rail 19.
  • the glass pane 1 can thus be comparatively easily produced with a uniform grid of its grooves 21.

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Abstract

Photovoltaic cells are disclosed. A plurality of cells are mounted on the same glass pane and are separated by sealing strips into segments having several cells.

Description

Photovoltaische Zellen Photovoltaic cells
Gegenstand der Erfindung sind photovoltaische Zellen. Aus der DE 43 03 055 AI sind photovoltaische Zellen mit zwei, eine photovoltaische Materialkombination zwischen sich einschließen¬ den Glasscheiben bekannt, die einander zugekehrte elektrisch leitende Beschichtungen aufweisen, die mindestens an einem Rand der Glasscheibe mit einem frei liegenden Kontakt, insbesondere in Form einer entlang des Randes verlaufenden Schiene, verbunden sind, insbesondere ferner mit in der genannten Beschichtung ver¬ laufenden Leiterbahnen.The invention relates to photovoltaic cells. From DE 43 03 055 AI, photovoltaic cells with two glass panes that enclose a photovoltaic material combination between them are known, which have mutually facing electrically conductive coatings that have at least one edge of the glass pane with an exposed contact, in particular in the form of a along of the rail running along the edge are connected, in particular furthermore to conductor tracks running in the above-mentioned coating.
Darüber hinaus sind aus der DE 43 03 055 AI photovoltaische Zellen mit mindestens einer ihre Oberfläche bildenden Glas¬ scheibe bekannt, die mit einer lichtdurchlässigen, stromlei¬ tenden Beschichtung versehen sind, wobei in Berührung mit der Beschichtung verlaufende Leiterbahnen in Nuten der Glasscheibe verlegt und diese eine Größe von wenigstens 20 x 20 aufweist.In addition, from DE 43 03 055 AI photovoltaic cells with at least one glass pane forming their surface are known, which are provided with a translucent, current-conducting coating, conductors running in contact with the coating being laid in grooves in the glass pane and the latter being laid has a size of at least 20 x 20.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Anor- dung zur Zusammenschaltung mehrerer Zellen zu schaffen.The object of the invention is to create a suitable arrangement for interconnecting a plurality of cells.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 in der Weise erfüllt, daß die Zellen in Mehrzahl auf denselben Glasscheiben 1 und 2 eingerichtet und durch Dicht¬ streifen voneinander getrennt sind.According to the invention, this object is achieved with the features of claim 1 in such a way that the cells are set up in plurality on the same glass panes 1 and 2 and are separated from one another by sealing strips.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß die primär nicht unter allen Umständen notwendige Trennung der Zellen in dem nur wenige μ Höhe aufweisenden Zwischenraum der Glasscheiben 1 und 2 das Ergebnis wesentlich verbessert. Bevorzugt weisen die Glasscheiben 1 und 2 an den Dichtstreifen einander zugekehrte Rillen auf, und die Dichtmasse erstreckt sich im Querschnitt von der einen Rille in die andere.The invention includes the finding that the separation of the cells in the space between the glass panes 1 and 2, which is not necessary under all circumstances, significantly improves the result. The glass panes 1 and 2 preferably have grooves facing one another on the sealing strips, and the sealing compound extends in cross section from one groove to the other.
Damit läßt sich die Dichtmasse auf geringer Breite genau pla¬ zieren und ein dichter Verbund mit den Glasscheiben 1 und 2 erzielen. Zugleich kann damit die Herstellungsvereinfachung verbunden werden, daß die elektrisch leitende Beschichtung und gegebenenfalls die Leiterbahnen zunächst durchgehend auf die gesamte Fläche der Glasscheibe 1 und 2 aufgebracht werden können und dann an den Rillen unterbrochen werden.The sealing compound can thus be placed precisely over a small width and a tight bond with the glass panes 1 and 2 can be achieved. At the same time, the simplification of production can be combined with the fact that the electrically conductive coating and, if appropriate, the conductor tracks can initially be applied continuously to the entire surface of the glass pane 1 and 2 and then interrupted at the grooves.
In der Regel wird man die, vorzugsweise quadratischen, Zellen in zwei oder mehr Reihen anordnen, wobei die Außenseiten der Reihen für die genannten Kontakte zur Verfügung stehen.As a rule, the, preferably square, cells will be arranged in two or more rows, the outer sides of the rows being available for the contacts mentioned.
Ihren besonderen Vorteil erreicht die Erfindung jedoch in der Weiterbildung, daß eine der beiden Glasscheiben 1 an ihrem Rand an jeder Zelle teilweise über den Rand der anderen Glasscheibe 2 vorstehen kann und hier ihren Kontakt aufweist und teilweise von dem Rand zurückspringen kann und hier die andere Glasscheibe 2 ihren Kontakt aufweist.However, the invention achieves its particular advantage in the further development that one of the two glass panes 1 at its edge on each cell can partially protrude beyond the edge of the other glass pane 2 and here has its contact and can partially spring back from the edge and here the other glass pane 2 has their contact.
So entstehen auch an der genannten anderen Glasscheibe 2, die dabei einen normalen, rechteckigen Querschnitt haben kann, frei liegende Kontaktflächen, und es kann sehr einfach jeweils der eine Kontakt einer Zelle mit dem anderen Kontakt der nächsten Zelle verbunden werden, z.B. durch eine an beiden Kontakten angelötete Leiterbrücke oder eine als eine Klammer ausgebildete Brücke.In this way, exposed contact surfaces also arise on the other glass pane 2 mentioned, which can have a normal, rectangular cross section, and it is very easy to connect one contact of one cell to the other contact of the next cell, e.g. by means of a conductor bridge soldered to both contacts or a bridge designed as a clamp.
An den Ecken der Glasscheiben 1 und 2 kann der vorstehende Teil auf einer Seite der Ecke und der zurückspringende Teil auf der anderen Seite der Ecke angeordnet sein. Diese Ausbildung kommt insbesondere für eine aus vier Zellen bestehende Einheit in Betracht. Schließlich wird als vorteilhafte Ausgestaltung der Zellen vorgeschlagen, daß die Beschichtungen an ihrem Rand umlaufende, mit den Kontakten verbundene Sammelleiter aufweisen. Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft bei Verzicht auf die Leiter¬ bahnen.At the corners of the glass panes 1 and 2, the protruding part can be arranged on one side of the corner and the recessed part on the other side of the corner. This training is particularly suitable for a unit consisting of four cells. Finally, it is proposed as an advantageous embodiment of the cells that the coatings have peripheral busbars connected to the contacts at their edges. This measure is particularly advantageous if the conductor tracks are dispensed with.
Die Zeichnungen geben Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder.The drawings show exemplary embodiments of the invention.
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Einheit aus acht photovol- taischen Zellen,1 shows a top view of a unit consisting of eight photovoltaic cells,
Fig. 2 zeigt einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1,Fig. 2 shows a section along line II-II in Fig. 1,
Fig. 3 zeigt eine erste Glasscheibe 1 einer zweiten Einheit aus acht photovoltaischen Zellen und Fig. 4 zeigt eine mit der Glasscheibe 2 nach Fig. 3 zusammenge hörige zweite Glasscheibe.Fig. 3 shows a first glass pane 1 of a second unit of eight photovoltaic cells and Fig. 4 shows a glass pane 2 together with Fig. 3 belonging to the second glass pane.
Der prinzipielle Aufbau der Einheit läßt sich am besten aus Fig. 2 erkennen:The basic structure of the unit can best be seen from FIG. 2:
Zwei Glascheiben 1 und 2 sind jeweils mit einer Beschichtung 3 aus Zinndioxid oder Indium-Zinn-Oxid versehen, die mit z.B. 0,2 bis 0,5 μm Dicke lichtdurchlässig ist. Unter der Beschichtung 3 sind Leiterbahnen 4 in Berührung mit der Beschichtung 3 in die Glasscheiben 1 und 2 eingearbeitet. Sie sind, wie auch die Beschichtung 3 selbst, mit einem jeweils am Rand einer Zelle rahmenförmig umlaufenden Sammelleiter 5 verbunden.Two glass panes 1 and 2 are each provided with a coating 3 made of tin dioxide or indium tin oxide, which is coated with e.g. 0.2 to 0.5 μm thickness is translucent. Under the coating 3, conductor tracks 4 are worked into the glass panes 1 and 2 in contact with the coating 3. Like the coating 3 itself, they are connected to a busbar 5 that runs around the frame of a cell.
In dem beispielsweise etwa 20 bis 25 μm hohen Zwischenraum zwischen den Glasscheiben 1 und 2, genauer gesagt den Beschich¬ tungen 3, ist eine photovoltaische Materialkombination ange¬ ordnet. Sie besteht in einer, auf der einen Beschichtung nach dem Sol-Gel-Verfahren aufgebrachten kolloidalen Titandioxid¬ schicht, die sich durch einen hohen Rauheitsfaktor auszeichnet und damit als Lichtfalle dient, ferner einer auf die rauhe Oberfläche der Titandioxidschicht aufgelegten monomolekularen Schicht eines geeigneten Übergangsmetall-Komplexes, die als Sensibilisator wirkt, derart, daß sie nach Anregung durch sichtbares Licht Elektronen in die Leitungsbande des Titandi- oxidε induziert, und schließlich aus einem den restlichen Zwischenraum ausfüllenden Elektrolyten, der ein Redoxsystem, z. B. Jod-Jodid, enthält. Die Elektronen gelangen aus der Titandioxidschicht über die angrenzende stromleitende Beschichtung 3, die Leiterbahnen 4 und den Sammelleiter 5 zu einem Kontakt und von diesem in einen äußeren Stromkreis, wo sie Arbeit verrichten, und zurück über einen weiteren Kontakt in den Sammelleiter 5, die Leiterbahnen 4 und die Beschichtung 3 der anderen Scheibe, und der Elektrolyt transportiert die Elektronen weiter und auf die monomolekulare Schicht des Sensibilisators zurück.A photovoltaic material combination is arranged in the, for example, approximately 20 to 25 μm high space between the glass panes 1 and 2, more precisely the coatings 3. It consists of a colloidal titanium dioxide layer applied to the coating by the sol-gel method, which is characterized by a high roughness factor and thus serves as a light trap, and also a monomolecular layer of a suitable transition metal layer placed on the rough surface of the titanium dioxide layer. Complex, which acts as a sensitizer, in such a way that, after excitation by visible light, it electrons into the conduction band of the titanium di oxidε induced, and finally from an electrolyte filling the remaining space, which a redox system, for. B. iodine-iodide. The electrons come from the titanium dioxide layer via the adjacent current-conducting coating 3, the conductor tracks 4 and the busbar 5 to a contact and from there to an external circuit, where they do work, and back via a further contact into the busbar 5, the busbars 4 and the coating 3 of the other disk, and the electrolyte transports the electrons further and back onto the monomolecular layer of the sensitizer.
Die Art der einzelnen photovoltaischen Zellen an sich ist grundsätzlich bekannt aus der Zeitschrift "Schweizer Ingenieur und Architekt" Nr. 13, März 1991, Seiten 292 bis 295 sowie aus der US-A-4,927,721 und der WO-91/16719. Die Leiterbahnen 4 sind aus der DE 43 03 055 AI bekannt.The nature of the individual photovoltaic cells per se is known in principle from the magazine "Swiss Engineer and Architect" No. 13, March 1991, pages 292 to 295 and from US-A-4,927,721 and WO-91/16719. The conductor tracks 4 are known from DE 43 03 055 AI.
Die mit 8 bis 15 bezeichneten Zellen sind im Zwischenraum der Glasscheiben 1 und 2 räumlich voneinander getrennt durch Dicht¬ streifen 16, z.B. aus Silikonmasse. An den Außenrändern der Glasscheiben 1 und 2 läuft ein Dichtstreifen 17 μm.The cells designated 8 to 15 are spatially separated from one another by sealing strips 16, e.g. made of silicone mass. A sealing strip 17 μm runs on the outer edges of the glass panes 1 and 2.
An den Dichtstreifen 16 sind Rillen 18 in die Glasscheiben 1 und 2 eingeformt, in die die Masse hineinreicht.Grooves 18 are formed on the sealing strips 16 into the glass panes 1 and 2, into which the mass extends.
Fig. 3 und 4, in denen im wesentlichen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 1 und 2, unter¬ scheiden sich von Fig. 1 und 2 durch eine dichtere Verlegung der Leiterbahnen 4, aber ohne umlaufenden Sa melleiter 5 und statt¬ dessen nur jeweils mit einer am Rand der Glasscheibe angeordne¬ ten Sammel- und Kontaktschiene 19 bzw. 20, wobei die letztere nur die halbe Länge der ersteren hat und dafür noch mit einem nach innen abgewinkelten Ast 21 versehen ist (nur einmal ge¬ zeichnet). Statt des Astes 21 könnten auch der vorspringende Abschnitt 23 und auf diesem die Sammel- und Kontaktschiene 20 auf Kosten des zurückspringenden Abschnittes 24 verlängert sein, derart, daß die Sammel- und Kontaktεchiene 20 den größten Teil des betreffenden Randes der Beschichtung 3 erfaßt und in dem dargestellten Falle mit den zusätzlichen Leiterbahnen 4 auch alle auf den betreffenden Rand zulaufenden Leiterbahnen 4.3 and 4, in which essentially the same parts are provided with the same reference numerals as in FIGS. 1 and 2, differ from FIGS. 1 and 2 in that the conductor tracks 4 are laid more densely, but without a peripheral conductor 5 and instead, each with only one busbar and contact rail 19 or 20 arranged at the edge of the glass pane, the latter being only half the length of the former and being provided with an inwardly angled branch 21 (only once) draws). Instead of the branch 21, the projecting section 23 and on this the busbar and contact rail 20 could be extended at the expense of the recessed section 24, in such a way that the busbar and contact rail 20 covers most of the relevant edge of the coating 3 and, in the case shown, with the additional conductor tracks 4 also all the conductor tracks 4 tapering to the relevant edge.
Wie Fig. 3 erkennen läßt, springen die beiden Längsränder der Glasscheibe 1 über die Längsränder der Glasscheibe 2 an jederAs can be seen in FIG. 3, the two longitudinal edges of the glass pane 1 jump over the longitudinal edges of the glass pane 2 on each
Zelle vor und zurück. Auf den vorspringenden Abschnitten 23 ist jeweils die Sammel- und Kontaktschiene 20 angeordnet. An den rückspringenden Abschnitten 24 liegt jeweils die Sammel- undCell back and forth. The busbar and contact rail 20 are respectively arranged on the projecting sections 23. On the recessed sections 24 is the collection and
Kontaktschiene 19 der anderen Glasscheibe 2 frei, im Falle der Fig. 1 der Sammelleiter 5.Contact rail 19 of the other glass pane 2 is free, in the case of FIG. 1 the busbar 5.
Durch Leitungsbrücken 25, die jeweils an der Sammel- und Kon¬ taktschiene 19 bzw. dem Sammelleiter 5 der einen Zelle und der Sammel- und Kontaktschiene 20 der nächsten Zelle angelötet sind (nur zwei gezeichnet in Fig. 1), sind die acht Zellen 8 bis 15 in Reihe geschaltet.The eight cells 8 are connected by line bridges 25, which are respectively soldered to the busbar and contact rail 19 or the busbar 5 of one cell and the busbar and contact rail 20 of the next cell (only two drawn in FIG. 1) up to 15 connected in series.
Die Erfindung betrifft weiterhin photovoltaische Zellen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind, insbesondere photovol¬ taische Zellen mit zwei Glasscheiben, die einander zugekehrte elektrisch leitende Beschichtungen aufweisen und eine photo¬ voltaische Materialkombination zwischen sich einschließen, die eine Materialschicht auf der einen der beiden leitenden Beschichtungen umfaßt, insbesondere eine monomolekular mit einem Sensibilisator aus einem Übergangsmetall-Komplex belegte Gel¬ schicht aus Titandioxid, die zusammen mit einem ein Redox-System enthaltenden, den übrigen Zwischenraum zwischen den Glasscheiben füllenden Elektrolyten die photovoltaische Materialkombination bildet.The invention further relates to photovoltaic cells that are electrically connected in series, in particular photovoltaic cells with two glass panes that have mutually facing electrically conductive coatings and include a photovoltaic material combination between them that includes a material layer on one of the two conductive coatings comprises, in particular, a gel layer of titanium dioxide coated monomolecularly with a sensitizer made of a transition metal complex, which together with an electrolyte containing a redox system and filling the remaining space between the glass panes forms the photovoltaic material combination.
Die genannte monomolekulare Belegung wirkt derart, daß sie nach Anregung durch sichtbares Licht Elektronen in die Leitungsbande des Titandioxids induziert. Mit diesem System gelingt es, im Wellenlängenbereich des Absorptionsmaximums des Sensibilisators über 80 % der einfallenden Photonen in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Elektronen gelangen über die angrenzende stromleitende Beschichtung in einen äußeren Stromkreis, wo sie Arbeit verrichten, und zurück zur Zelle in die stromleitende Beschichtung der anderen Glasscheibe.The monomolecular coating mentioned acts in such a way that, after excitation by visible light, it induces electrons into the conduction band of the titanium dioxide. With this system it is possible in the wavelength range of the absorption maximum of the sensitizer over 80% of the incident photons in electrical current convert. The electrons pass through the adjacent conductive coating into an external circuit where they do work and back to the cell into the conductive coating of the other pane of glass.
Gemäß der Erfindung ist die Reihenschaltung der Zellen besonders gut möglich, indem die Zellen in Mehrzahl auf denselben Glas¬ scheiben 1 un 2 eingerichtet und in der Weise in Reihe geschaltet sind, daß die genannte photovoltaische Material¬ schicht von der einen Zelle zur nächsten zwischen den beiden Glasscheiben 1 und 2 abwechselt und die elektrisch leitende Beschichtung, an den beiden Glasscheiben versetzt, nur an jedem zweiten Zellenrand unterbrochen ist.According to the invention, the series connection of the cells is particularly well possible in that the cells are set up in plurality on the same glass panes 1 and 2 and are connected in series in such a way that the photovoltaic material layer mentioned moves from one cell to the next between the two alternated between two glass panes 1 and 2 and the electrically conductive coating, offset on the two glass panes, is only interrupted at every second cell edge.
Die Funktion dieser Anordnung ist weiter unten noch im einzelnen beschrieben.The function of this arrangement is described in detail below.
Vorzugsweise ist die Reihe der Zellen in nebeneinanderliegenden Abschnitten wenigstens einmal hin- und zurückgeführt.The row of cells is preferably guided back and forth in adjacent sections at least once.
Durch mehrmaliges Hin- und Zurückführen kann eine Fläche der Glasscheiben 1 und 2 von normalen Rechteck-Abmessungen ausgenutzt werden.By repeatedly guiding it back and forth, an area of the glass panes 1 and 2 of normal rectangular dimensions can be used.
Zweckmäßigerweise ist die leitende Beschichtung, im Falle der nebeneinanderliegenden Abschnitte der Reihe auch zwischen diesen, durch nach ihrem Aufbringen, vorzugsweise bis in die Glasscheibe 1 und 2 hinein, abgetragene Rillen unterbrochen. Dies ist eine einfach Art der Herstellung. Die genannte Titandioxid-Gelschicht oder eine vergleichbare Schicht, kann beispielsweise durch Maskierung der nicht zu beschichteten Flächen im Schachbrettmuster aufgetragen werden.The conductive coating is expediently interrupted, in the case of the adjacent sections of the row also between them, by grooves removed after their application, preferably as far as into the glass pane 1 and 2. This is an easy way of making. Said titanium dioxide gel layer or a comparable layer can be applied, for example, by masking the areas not to be coated in the checkerboard pattern.
Die Abmessungen der einzelnen Zellen sollten mit Rücksicht auf die grundsätzlich mangelhafte Leitfähigkeit der elektrisch leitenden Schicht, die wegen der erforderlichen Lichtdurch¬ lässigkeit möglichst dünn sein soll, nicht zu groß gewählt werden und etwa im Bereich von 4 x 4 cm bis 6 x 6 cm liegen. Eine räumliche Abtrennung der Zellen voneinander ist nicht erforderlich. Der Zwischenraum der beiden Glasscheiben 1 und 2 braucht nur insgesamt am äußeren Rand abgedichtet zu werden, um den Elektrolyten darin zu halten.The dimensions of the individual cells should not be chosen too large in view of the generally inadequate conductivity of the electrically conductive layer, which should be as thin as possible because of the required light permeability and are in the range of 4 x 4 cm to 6 x 6 cm. It is not necessary to separate the cells from one another. The space between the two glass panes 1 and 2 only needs to be sealed overall at the outer edge in order to hold the electrolyte in it.
Die Glasscheiben 1 und 2 könnten auch aus organischem Glas bestehen, wenngleich das normale anorganische Mineralglaε in der Regel vorteilhaft sein dürfte, vor allem hinsichtlich seiner Formbeständigkeit.The glass panes 1 and 2 could also consist of organic glass, although the normal inorganic mineral glass should generally be advantageous, especially with regard to its dimensional stability.
Zwischen zwei Glasscheiben 1 und 2 sind in dem in Fig. 5 er¬ scheinenden, nicht maßstäblichen Schnitt, entlang der Linien I-I der Figuren 6 und 7 sechs photovoltaische Zellen 8, 9, 10, 11, 12 und 13 eingerichtet wie folgt:Between the two glass panes 1 and 2, six photovoltaic cells 8, 9, 10, 11, 12 and 13 are set up as follows in line with the lines I-I in FIGS. 6 and 7 in the section which is not to scale in FIG. 5:
Die Glasscheiben 1 und 2 sind jeweils mit einer elektrisch leitenden Beschichtung 3 aus Zinndioxid oder Indium-Zinn-Oxid versehen, die mit beispielsweise 0,2 bis 0,5 μm Dicke licht¬ durchlässig ist. Die Beschichtung 3 ist auf der Glasscheibe 1 zwischen den Zellen 9/10 und 11/12 durch eingefräste Rillen 21 und auf der Glasscheibe 2 zwischen den Zellen 8/9, 10/11 und 12/13 durch Rillen 22 unterbrochen. Hinter dem Schnitt gemäß Fig. 5 sind die Zellen 8 bis 12 durch gleiche Rillen 31 in der Glasscheibe 1 und 32 in der Glasscheibe 2 von in dieser Richtung folgenden, weiteren Zellen abgetrennt; das wiederholt sich.The glass panes 1 and 2 are each provided with an electrically conductive coating 3 made of tin dioxide or indium tin oxide, which is translucent with a thickness of, for example, 0.2 to 0.5 μm. The coating 3 is interrupted on the glass pane 1 between the cells 9/10 and 11/12 by milled grooves 21 and on the glass pane 2 between the cells 8/9, 10/11 and 12/13 by grooves 22. 5, the cells 8 to 12 are separated by the same grooves 31 in the glass pane 1 and 32 in the glass pane 2 from further cells following in this direction; that repeats itself.
In den Zellen 8, 10 und 12 ist die Glasscheibe 1 auf ihrer Beschichtung 3 mit einer Titandioxid-Gelschicht 6 versehen, in den Zellen 9, 11 und 12 ist es die Glasscheibe 2. Diese wechselnde Anordnung setzt sich im Schachbrettmuster auf der übrigen Fläche der Glasscheiben 1 und 2 fort.In cells 8, 10 and 12 the glass pane 1 is provided on its coating 3 with a titanium dioxide gel layer 6, in cells 9, 11 and 12 it is the glass pane 2. This alternating arrangement is set up in a checkerboard pattern on the rest of the surface Glass panes 1 and 2 continue.
Der verbleibende Zwischenraum zwischen den Glasscheiben 1 und 2, genauer zwischen deren Beschichtungen 6, ist mit einem ein Redox-System Jod/Jodid enthaltenden Elektrolyten 7 gefüllt und am Rand der Glasscheiben 1 und 2 ringsum durch einen Dicht¬ streifen 16 abgeschlossen. Die Glasscheibe 2 ragt an einer Seite über den Dichtstreifen 17 hinaus und trägt hier zwei Kontaktschienen 19 und 20.The remaining space between the glass panes 1 and 2, more precisely between their coatings 6, is filled with an electrolyte 7 containing a redox system iodine / iodide and is sealed off at the edge of the glass panes 1 and 2 by a sealing strip 16 all around. The glass pane 2 projects beyond the sealing strip 17 on one side and carries two contact rails 19 and 20 here.
Entsprechend der obigen Erläuterung werden die Elektronen in der Zelle 8 in deren auf der Glasscheibe 1 angeordente Titandioxid- Gelschicht 6 und in der Zelle 9 in deren auf der Glasscheibe 2 angeordnete Titandioxid-Gelschicht 6 überführt und so weiter. Sie wandern daher in der Zelle 8 nach unten in die leitende Beschichtung 3 der Glasscheibe 1 in der Beschichtung 3 weiter in die Zelle 9 und in dieser nach oben in die dortige Titandioxid¬ schicht 9 und die Beschichtung 3 der Glasscheibe 2, in dieser Beschichtung weiter in die Zelle 10 und so weiter.According to the above explanation, the electrons are transferred in the cell 8 in the titanium dioxide gel layer 6 arranged on the glass plate 1 and in the cell 9 in the titanium dioxide gel layer 6 arranged on the glass plate 2, and so on. They therefore migrate downward in the cell 8 into the conductive coating 3 of the glass pane 1 in the coating 3 further into the cell 9 and upwards into the titanium dioxide layer 9 there and the coating 3 of the glass pane 2, further in this coating into cell 10 and so on.
Aus der Zelle 13 gelangen die Elektronen in der Beschichtung 3 der Glasscheibe 2 von dem bisher betrachteten, ersten Abschnitt 25 der Zellenreihe in den nächsten, zurückführenden Abschnitt 26. Wie Fig.7 erkennen läßt, endet die die Abbschnitte 25 und 26 trennende Rille 32 in der Glasscheibe 2 an der Zelle 13, so daß sich dort die Beschichtung 3 in den Abschnitt 25 hineinzieht. Gleichermaßen verhält es sich mit der nächsten Rille 32 am Ende des Abschnitts 26 und Übergang in den nächsten Abschnitt 27 und noch einmal am Übergang in den letzten Abschnitt 28.The electrons in the coating 3 of the glass pane 2 pass from the cell 13 from the previously considered first section 25 of the cell row into the next, returning section 26. As can be seen in FIG. 7, the groove 32 separating the sections 25 and 26 ends in the glass pane 2 on the cell 13, so that the coating 3 there extends into the section 25. The same applies to the next groove 32 at the end of section 26 and transition to the next section 27 and again at the transition to the last section 28.
Der Elektronenfluß verläuft somit, wie in Fig. 7 eingezeichnet, insgesamt von der Kontaktschiene 20 zur Kontaktschiene 19.The electron flow thus runs, as shown in FIG. 7, overall from the contact rail 20 to the contact rail 19.
Bei der geraden Anzahl der Zellen in jedem Abschnitt 25 bis 28 fallen alle Besonderheiten in die Glasscheibe 2. Zu erwähnen sind an dieser Stelle noch die Kontaktschienen 19 und 20 abtrennenden Rillen 29 und 30.Given the even number of cells in each section 25 to 28, all the special features fall into the glass pane 2. At this point, the grooves 29 and 30 separating the contact rails 19 and 20 should also be mentioned.
Die Glasscheibe 1 kann dadurch mit einem gleichmäßigen Raster ihrer Rillen 21 vergleichweise einfach hergestellt werden.The glass pane 1 can thus be comparatively easily produced with a uniform grid of its grooves 21.
Bei der vorgeschlagenen Anordnung ergibt sich, abgesehen von der mit der Reihenschaltung verbundenen Spannungserhöhung, eine verhältnismäßig große Stromstärke. In the proposed arrangement, apart from the voltage increase associated with the series connection, there is a relatively large current.

Claims

Patentansprüche claims
1. Photovoltaische Zellen mit zwei, eine photovoltaische Materialkombination zwischen sich einschließenden Glas¬ scheiben (1;2), die einander zugekehrte elektrisch leitende Beschichtungen (3) aufweisen, die mindestens an einem Rand der Glasscheibe (1;2) mit einem freiliegenden Kontakt (5; 19;20), insbesondere in Form einer entlang des Randes verlaufenden Schiene (5;19; 20), verbunden sind, insbeson¬ dere ferner mit in der genannten Beschichtung (3) verlau¬ fenden Leiterbahnen (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (8-15) jeweils in Mehrzahl auf denselben Glas¬ scheiben (1;2) eingerichtet und durch Dichtstreifen (16) voneinander in Segmente mit einer Vielzahl von Zellen (8- 15) getrennt sind.1. Photovoltaic cells with two, a photovoltaic material combination between enclosing glass panes (1; 2), which have mutually facing electrically conductive coatings (3), which have at least one edge of the glass pane (1; 2) with an exposed contact ( 5; 19; 20), in particular in the form of a rail (5; 19; 20) running along the edge, in particular also with conductor tracks (4) running in said coating (3), characterized in that that the cells (8-15) are each set up in plurality on the same glass panes (1; 2) and are separated from one another by sealing strips (16) into segments with a plurality of cells (8-15).
2. Zellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasscheiben (1;2) an den Dichstreifen (16) einander zugekehrte Rillen (18) aufweisen und sich die Dichtmasse im Querschnitt von der einen Rille (18) in die andere er¬ streckt.2. Cells according to claim 1, characterized in that the glass panes (1; 2) on the sealing strips (16) have mutually facing grooves (18) and the sealing compound in cross section extends from one groove (18) into the other .
3. Zellen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die, vorzugsweise quadratischen, Zellen (8-15) in zwei Reihen angeordnet sind, wobei die genannten Kontakte (5; 19; 20) an den Außenseiten der Reihen angeordnet sind.3. Cells according to claim 1 or 2, characterized in that the, preferably square, cells (8-15) are arranged in two rows, said contacts (5; 19; 20) being arranged on the outer sides of the rows.
4. Zellen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine (1) der beiden Glasscheiben (1;2) an ihrem Rand an jeder Zelle (8-15) teilweise über den Rand der anderen Glas¬ scheibe (2) vorsteht (23) und hier ihren Kontakt (20) aufweist und teilweise von dem Rand zurückweicht (24) und hier die andere Glasscheibe (2) ihren Kontakt (5; 19) auf¬ weist. 4. Cells according to claim 3, characterized in that one (1) of the two glass panes (1; 2) on its edge on each cell (8-15) partially projects over the edge of the other glass pane (2) (23) and here has its contact (20) and partially withdraws from the edge (24) and here the other glass pane (2) has its contact (5; 19).
5. Zellen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ecken der Glasscheiben der vorstehende Teil auf einer Seite der Ecke und der zurückspringende Teil auf der anderen Seite der Ecke angeordnet ist.5. Cells according to claim 4, characterized in that the protruding part is arranged on one side of the corner and the recessed part on the other side of the corner at the corners of the glass panes.
6. Zellen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Beschichtungen (3) an ihrem Rand umlau¬ fende, mit den Kontakten verbundene, gegebenenfalls zu¬ gleich als die Kontakte (5) dienende, Sammelleiter (5) aufweisen.6. Cells according to one of claims 1 to 5, characterized gekenn¬ characterized in that the coatings (3) at its edge circumferential, connected to the contacts, optionally at the same time as the contacts (5) serving busbars (5) exhibit.
7. Photovoltaische Zellen nach Anspruch 1, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind.7. Photovoltaic cells according to claim 1, characterized gekenn¬ characterized in that the cells are electrically connected in series.
8. Zellen nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Schicht (6) von der einen Zelle (8- 15) zur nächsten Zelle (8-15) zwischen den beiden Glas¬ scheiben (1;2) abwechselt und die elektrisch leitende Beschichtung (3), an den beiden Glasscheiben (1;2) ver¬ setzt, nur an jedem zweiten Zellenrand unterbrochen (21; 22) ist.8. Cells according to claim 1 to 7, characterized in that the light-sensitive layer (6) from one cell (8-15) to the next cell (8-15) alternates between the two glass panes (1; 2) and the electrically conductive coating (3), offset on the two glass panes (1; 2), is interrupted (21; 22) only at every second cell edge.
9. Zellen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der Zellen (8-13) in nebeneinanderliegenden Abschnit¬ ten (25,26,27,28) wenigstens einmal hin- und zurückgeführt ist.9. Cells according to claim 7, characterized in that the row of cells (8-13) in adjacent sections (25, 26, 27, 28) is guided back and forth at least once.
10. Zellen nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Beschichtung (3), im Falle der nebeneinander liegenden Abschnitte (25,26,27,28) der Reihe auch zwischen diesen, durch nach ihrem Aufbringen, vorzugsweise bis in die Glasscheibe hinein, abgetragene Rillen unterbrochen ist. 10. Cells according to claim 7 to 9, characterized in that the conductive coating (3), in the case of the adjacent sections (25,26,27,28) of the row also between these, by after their application, preferably up to the Glass pane inside, worn grooves is interrupted.
11. Zellen nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Zellen (25,26,27,28) räumlich nicht voneinander abgetrennt sind.11. Cells according to one of claims 7 to 10, characterized gekenn¬ characterized in that the cells (25,26,27,28) are not spatially separated from each other.
12. Zellen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine monomolekular mit einem Sensibilisator aus einem Übergangsmetall-Komplex belegte Gelschicht (6) aus Titandioxid, die zusammmen mit einem ein Redox-System enthaltenden, den übrigen Zwischenraum zwischen den Glasscheiben (1;2) füllenden Elektrolyten (7) die photovoltaische Materialkombination bildet. 12. Cells according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that a monomolecularly coated with a sensitizer from a transition metal complex gel layer (6) made of titanium dioxide, which together with a redox system containing the remaining space between the Glass panes (1; 2) filling electrolytes (7) forms the photovoltaic material combination.
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