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WO2011110329A4 - Photovoltaisches element mit optisch funktionaler konversionsschicht zur verbesserung der umwandlung des einfallenden lichts sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Photovoltaisches element mit optisch funktionaler konversionsschicht zur verbesserung der umwandlung des einfallenden lichts sowie verfahren zu dessen herstellung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein photovoltaisches Element (1) mit einer optisch funktionalen Oberflächenschicht (5) zur Verbesserung der Umwandlung des einfallenden Lichts. Funktionsweise dieser Schicht ist es, einfallendes niederwelliges Sonnenlicht zu absorbieren und als höherwellige Lichtstrahlung wieder abzugeben, so dass dieses Lichtspektrum für Solarzellen nutzbar wird. Um das derzeitig ungelöste Problem der Einbettung einer solchen Schicht in eine Dünnschicht-Solarzelle (2) mit frontseitig angeordnetem Substrat (4) bei Gewährleistung einer hohen Witterungsbeständigkeit zu lösen, wird vorgeschlagen, die optische funktionale Schicht (5) in einem zusätzlichen frontseitigen Verkapselungselement (10) anzuordnen und somit das photovoltaische Element als Doppel- oder Mehrfachverbund aufzubauen.

Claims

14 GEÄNDERTE ANSPRÜCHE beim Internationalen Büro eingegangen am 03. April 2012 (03.04.2012)
1. Photovoltaisches Element (1) zur Umwandlung einfallenden Lichts in Strom umfassend eine Dünnschichtsolarzelle (2) mit einem transparenten Substrat (4), das auf der dem einfallenden Licht zugewandten Frontseite der Dünnschichtsolarzelle (2) angeordnet ist, wobei auf dem Substrat (4) der Dünnschichtsolarzelle (2) ein Verkapselungselement ( 10) zum Schutz der Solarzelle (2) vor Witterungseinflüssen angeordnet ist, wobei das Verkapselungselement ( 10) eine transparente Glas- oder Kunststoffplatte oder -folie (6) aufweist, wobei das Verkapselungselement ( 10) eine Konversionsschicht (5) mit einem optisch funktionalen Material, welches einfallendes Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs absorbiert und als Lichtstrahlung eines veränderten Wellenlängenbereichs wieder emittiert, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungselement ( 10) als Verbund einer Mehrzahl von Schichten (5, 6) aufgebaut ist und das Verkapselungselement (10) eine verbundbildende Zwischenschicht (5) aufweist, die einen Verbund zwischen Verkapselungselement (10) und Substrat (4) der Dünnschichtsolarzelle (2) herstellt.
2. Photovoltaisches Element ( 1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die verbundbildende Zwischenschicht (5) als die Konversionsschicht (5) ausgebildet ist.
3. Photovoltaisches Element ( 1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsschicht (5) zwischen dem Substrat (4) der Dünnschichtsolarzelle (2) und der Glas- bzw. Kunststoffplatte bzw. -folie (6) angeordnet ist und/oder dass die Konversionsschicht dadurch als die Glas- bzw. Kunststoffplatte bzw. - folie ausgebildet ist, dass das optisch funktionale Material in der Glas- bzw. Kunststoffplatte bzw. -folie angeordnet ist.
4. Photovoltaisches Element nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konversionsschicht (2) in Form einer Emulsion, eines Gels, einer Paste, eines Lackes, eines Klebers oder einer Folie aufgebracht ist.
5. Photovoltaisches Element nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das photovoltaische Element eine Mehrzahl von Dünnschichtsolarzellen aufweist, die im Superstrataufbau als monolithisch verschaltete Dünnschichtpakete einheitlich auf dem Substrat ausgebildet und angeordnet sind.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 15
6. Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkapselungselement ( 10) derart ausgebildet ist, dass es mindestens eine der folgenden Eigenschaften aufweist: Reflexionsreduktion, Kratzfestigkeit und Selbstreinigung.
7. Photovoltaisches Element ( 1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass es frontseitig direkt auf dem Substrat (4) das Verkapselungselement ( 10) aufweist, das aus folgenden Schichten (5, 6) besteht: eine erste verbundbildende Zwischenschicht (5), die direkt auf dem Substrat (4) angeordnet ist, und eine auf der ersten verbundbildenden Zwischenschicht (5) angeordnete erste transparente Glas- oder Kunststoffplatte oder -folie (6).
8. Photovoltaisches Element (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass es rückseitig direkt auf der Dünnschichtsolarzelle (2, 3) ein weiteres Verkapselungselement (9) aufweist, das aus folgenden Schichten (7, 8) besteht: eine zweite verbundbildende Zwischenschicht (7), die auf der Dünnschichtsolarzelle (2,3) angeordnet ist, und eine auf der zweiten verbundbildenden Zwischenschicht (7) angeordnete zweite transparente Glas- oder Kunststoffplatte oder -folie (8).
9. Verfahren zur Herstellungen eines photovoltaisches Elements ( 1 ) zur Umwandlung einfallenden Lichts in Strom umfassend eine Dünnschichtsolarzelle (2) mit einem transparenten Substrat (4), das auf der dem einfallenden Licht zugewandten Frontseite der Dünnschichtsolarzelle (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verkapselungsel- ment ( 10) bereitgestellt wird, das eine transparente Glas- oder Kunststoffplatte oder -folie (6) aufweist, wobei das Verkapselungselement (10) eine Konversionsschicht (5) mit einem optisch funktionalen Material aufweist, welches einfallendes Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs absorbiert und als Lichtstrahlung eines veränderten Wellenlängenbereichs wieder emittiert, und dass das Verkapselungselement (10) auf dem Substrat (4) der Dünnschichtsolarzelle (2) zum Schutz der Solarzelle (2) vor Witterungseinflüssen angeordnet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Herstellung der Dünnschichtsolarzelle (2) die Glas- bzw. Kunststoffplatte bzw. -folie (6) auf dem Substrat (4) angeordnet wird, wobei zwischen der Glas- bzw. Kunststoffplatte bzw. -folie (6) eine
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19) 16 verbundbildende Zwischenschicht (5) angeordnet wird, wobei das optisch funktionale Material in der Zwischenschicht (5) und/oder in der Glas- bzw. Kunststoffplatte bzw. -folie (6) angeordnet ist.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht eine Folie (5) verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (5) als Lack, Gel, Emulsion, Kleber oder Paste auf die Glas- bzw. Kunststoffplatte bzw. -folie (6) aufgebracht wird, bevor die Glas- bzw. Kunststoffplatte bzw. -folie (6) auf dem Substrat (4) angeordnet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es verwendet wird, ein photovoltaisches Elements ( 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 herzustellen.
GEÄNDERTES BLATT (ARTIKEL 19)

17

IN ARTIKEL 19 (1) GENANNTE ERKLÄRUNG

Die Dl und D2 betreffen Photovoltaikelemente im Superstrataufbau, wobei auf der Frontseite des Substrates eine Lichtkonversionsschicht aufgebracht ist.

Die D3 betrifft eine Anordnung mit einer zwischen zwei Substraten eingekapselten Solarzelle, wobei auf den Substraten eine Konversionsschicht angeordnet ist. Es handelt sich also hier um eine ähnliche Lösung wie bei der D4, nur dass zwei gegenüberliegende Substrate zur Verkapselung vorgesehen sind.

Im Zusammenhang mit der D3 verweist der Recherchebericht darauf, dass in Absatz 41 offenbart sei, dass die gleiche Lösung auch für andere Solarzellen angewandt werden könne und der Fachmann daher die Lösung auch bei Dünnschichtmodulen in Betracht ziehen würde. Dieser Folgerung ist zu widerspechen, da in Abschnitt [0041] wörtlich angegeben ist:„In the illustrated embodiment, the PV cells 104 are pn-junction devices formed from thin slices or strips of crystalline Silicon. However, the PV cells 104 can also be formed from another suitable photoactive material". Zwar würde der Fachmann in Betracht ziehen, statt der eingekapselten kristallinen Solarzellen Dünnschichtsolarzellen einzukapseln, jedoch würde er den Gesamtaufbau nicht in einen Suberstrataufbau umwandeln, also die Einkapselung weglassen.

Die D5 und D6 beschreiben normale Substrataufbauten mit einer direkt auf der Solarzelle angeordneten Konversionsschicht.

Gegenüber der Dl , die zeigt, dass das Substrat einer Superstrat-Solarzelle mit einer Konversionsschicht beschichtet ist, bestehen sowohl hinsichtlich des Verfahrens als auch hinsichtlich des photo- voltaischen Elementes deutliche Unterschiede dahingehend, dass die Konversionsschicht 1 kein Verkapselungselement im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung ist, das also die Solarzelle und die Konversionspartikel vor Witterungseinflüssen schützt. 18

In der D2 ist in Abschnitt [0026] zwar offenbart, dass das Luminiszensmaterial auch einen Klebstoff umfasst, allerdings offenbart die D2 nicht die Merkmale des Kennzeichens von Anspruch 1 und legt diese auch nicht nahe.

Außerdem beschreibt die D2 ein völlig anderes Verfahren, da die Schicht 26 auf dem Substrat mittels eines Beschichtungsprozesses aufgebracht und ausgehärtet wird, wie auch aus Fig. 4 und der zugehörigen Beschreibung in den Abschnitten [0033] bis [0038] eindeutig hervorgeht. Die D2 beschriebt als kein Verkapselungselement, das als solches, also fertig, bereitgestellt und auf der Solarzelle aufgebracht wird.

Mit dem Verfahren der D2 sind im übrigen Nachteile verbunden, die schon in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben sind. Hierzu ist im 3. Absatz auf Seite 1 angegeben, dass durch Aufbringen auf eine Solarzelle eingebettet in ein geeignetes Trägermaterial, beispielsweise als Gel, Emulsion oder Folie, die Energieaufnahme der Solarzelle und damit ihr Wirkungsgrad erhöht werden könnte. Einem standardisierten Einsatz stehen jedoch derzeit noch technische Probleme entgegen. Die derzeitig verwendeten Materialien weisen nicht die nötige Witterungsbeständigkeit auf .... Ein einfaches Aufbringen auf die Sonnenseite der Solarzelle ist daher nicht möglich." Somit ist schon in der vorliegenden Patentanmeldung beschrieben, dass die Lösung der D2 keine Langzeitstabilität ermöglicht.

Mit dem neuen Anspruchsatz ist nunmehr klargestellt, dass das Verkapselungselement, dass eine Konversionsschicht aufweist, abhängig von der Superstrat-Solarzelle hergestellt und anschließend darauf aufgebracht wird, also die wechselweise Beeinflussung von Solarzelle und Konversionsschicht so gering wie möglich im Produktionsprozess gehalten wird.

Dieser erfindungsgemäße Gegenstand ist aus dem Stand der Technik weder bekannt noch dem Fachmann irgendwie nahe gelegt.

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