DE4221084A1 - Photovoltaic cell array - comprises series connected cell rows between two glass panes - Google Patents

Photovoltaic cell array - comprises series connected cell rows between two glass panes

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Abstract

A photovoltaic cell array has two glass panes (1,2) having facing electrically conductive coatings (9) and sandwiching a photovoltaic material combination (14,15) which comprises a material layer (14) (esp. a monomolecular titanium oxide gel layer loaded with a transition metal complex as sensitiser) an one of the conductive coatings (9) and a redox system-contg. electrolyte (15) filling the remaining space between the panes (1,2). Severla cells (3-8) are arranged on the same panes (1,2) and are series-connected such that the material layer (14) of adjacent cells alternates between the two panes (1,2) and the electrically conductive coatings (9) are interrupted only at each second cell edge at offset locations on the two panes (1,2). ADVANTAGE - The cells are series- connected in a simple manner to provide increased voltage and thus a relatively high current strength.

Description

Die Erfindung betrifft photovoltaische Zellen mit zwei Glasschei­ ben, die einander zugekehrte elektrisch leitende Beschichtungen aufweisen und eine photovoltaische 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 Gelschicht aus Titanoxid, die zu­ sammen mit einem ein Redox-System enthaltenden, den übrigen Zwi­ schenraum zwischen den Glasscheiben füllenden Elektrolyten die photovoltaische Materialkombination bildet.The invention relates to photovoltaic cells with two glass panes ben, the mutually facing electrically conductive coatings have and a photovoltaic material combination between include a layer of material on one of the includes two conductive coatings, especially a monomolecular with a sensitizer from a Transition metal complex coated gel layer made of titanium oxide together with one containing a redox system, the remaining two space between the glass panes filling the electrolytes combination of photovoltaic materials.

Über Versuche mit dieser verhältnismäßig neuen Art photovoltai­ scher Zellen ist in der Zeitschrift "Schweizer Ingenieur und Architekt" Nr. 13, März 1991, Seiten 292 bis 295 berichtet. Fer­ ner befassen-sich mit diesem Gegenstand die US-A-4,927,721 und die WO-91/16719.About experiments with this relatively new type of photovoltai scher cells is in the magazine "Swiss engineer and Architect "No. 13, March 1991, pages 292 to 295. Fer ner-deal with this subject US-A-4,927,721 and WO-91/16719.

Die genannte Materialschicht aus Titandioxid wird nach dem Sol-Gel-Verfahren aufgebracht. Sie zeichnet sich durch einen hohen Rauhig­ keitsfaktor aus und dient damit als Lichtfalle. Die genannte monomolekulare Belegung wirkt derart, daß sie nach Anregung durch sichtbares Licht Elektronen in die Leitungsbande des Titandioxids injiziert. Mit diesem System gelingt es, im Wellenlängenbereich des Absorbtionsmaximums des Sensibilistors über 80% der einfal­ lenden Photonen in elektrischen Strom umzuwandeln. Die Elektro­ nen gelangen über die angrenzende stromleitende Beschichtung in einen äußeren Stromkreis, wo sie Arbeit verrichten, und zurück zur Zelle in die stromleitende Beschichtung der anderen Scheibe. Der den Zwischenraum zwischen dieser Beschichtung und dem Sensi­ bilisator - etwa die Hälfte des freien Abstands von z. B. 20 bis 25 µm zwischen den elektrisch leitenden Beschichtungen - füllende Elektrolyt, der als das Redox-System z. B. Jod/Jodid enthält, transportiert die Elektronen weiter und auf die monomolekulare Schicht des Sensibilisators zurück.The material layer made of titanium dioxide is after the Sol-gel process applied. It is characterized by a high roughness factor and thus serves as a light trap. The said monomolecular occupancy works in such a way that after excitation visible light electrons in the conduction band of the titanium dioxide injected. With this system it succeeds in the wavelength range  of the absorption maximum of the sensistor over 80% of the convert lumbar photons into electrical current. The electro NEN get in through the adjacent conductive coating an outer circuit where they do work, and back to the cell in the conductive coating of the other pane. The space between this coating and the Sensi bilizer - about half the free distance of z. B. 20 to 25 µm between the electrically conductive coatings - filling Electrolyte, which as the redox system z. B. contains iodine / iodide, transports the electrons further and onto the monomolecular Layer of the sensitizer back.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Anord­ nung zur Reihenschaltung von Zellen der eingangs genannten Art zu schaffen.The invention has for its object a suitable arrangement for the series connection of cells of the type mentioned to accomplish.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck erfüllt, indem die Zellen in Mehrzahl auf denselben Glasscheiben eingerichtet und in der Weise in Reihe geschaltet sind, daß die genannte Materialschicht von der einen Zelle zur nächsten zwischen den beiden Glasscheiben abwechselt und die elektrisch leitende Beschichtung, an den bei­ den Glasscheiben versetzt, nur an jedem zweiten Zellenrand unter­ brochen ist.According to the invention, this purpose is achieved by the cells mostly set up on the same glass panes and in the Are connected in series that the material layer mentioned from one cell to the next between the two panes of glass alternates and the electrically conductive coating to which at the glass panes, only on every second cell edge under is broken.

Die Funktion dieser Anordnung ist weiter unten noch im einzelnen beschrieben.The function of this arrangement is detailed below described.

Vorzugsweise ist die Reihe der Zellen in nebeneinanderliegenden Abschnitten mindestens einmal hin und zurück geführt.Preferably the row of cells is in side by side Sections back and forth at least once.

Durch mehrmaliges Hin- und Zurückführen kann eine Fläche der Glasscheiben von normalen Rechteck-Abmessungen ausgenutzt werden.By repeatedly returning and returning a surface of the Glass panes of normal rectangle 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 hinein, abgetragene Rillen unterbrochen. Dies ist eine einfache Art der Herstellung. Die genannte Titandioxid-Gelschicht o.a. kann z. B. durch Maskie­ rung der nicht zu beschichteten Flächen im Schachbrettmuster aufgetragen werden.The conductive coating is expedient, in the case of adjacent sections of the series also between these, by after their application, preferably up to the glass pane  into it, worn grooves interrupted. This is an easy way of making. The above-mentioned titanium dioxide gel layer or the like. can e.g. B. by maskie Surface of the checkerboard pattern that is not to be coated be applied.

Die Abmessungen der einzelnen Zellen sollten mit Rücksicht auf die grundsätzlich mangelhafte Leitfähigkeit der elektrisch lei­ tenden Schicht, die wegen der erforderlichen Lichtdurchlässigkeit möglichst dünn sein soll, nicht zu groß gewählt werden und etwa im Bereich von 4 × 4 cm bis 6 × 6 cm liegen.The dimensions of each cell should be taken into account the fundamentally poor conductivity of the electrical lei tendency layer because of the required light transmittance should be as thin as possible, should not be chosen too large and about are in the range of 4 × 4 cm to 6 × 6 cm.

Eine räumliche Abtrennung der Zellen voneinander ist nicht erfor­ derlich. Der Zwischenraum der beiden Glasscheiben braucht nur insgesamt am Rand abgedichtet zu werden, um den Elektrolyten darin zu halten.A spatial separation of the cells from one another is not required such. The space between the two glass panes only needs overall to be sealed at the edge to the electrolyte to keep in it.

Die Glasscheiben könnten auch aus organischem Glas bestehen, wenngleich das normale anorganische Glas in der Regel vorteilhaf­ ter sein dürfte, vor allem hinsichtlich seiner Formbeständigkeit.The glass panes could also be made of organic glass, although the normal inorganic glass is usually advantageous is likely to be, especially with regard to its dimensional stability.

Die Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.The drawing shows an embodiment of the invention.

Fig. 1 zeigt einen - nicht maßstäblichen - Querschnitt durch eine Reihe photovoltaischer Zellen nach den Linien I-I in Fig. 2 und Fig. 3, Fig. 1 shows a - not to scale - cross section through a row of photovoltaic cells according to the lines II in Fig 2 and Fig 3,..

Fig. 2 zeigt schematisch die untere Hälfte von Fig. 1 in Drauf­ sicht und Fig. 2 shows schematically the lower half of Fig. 1 in plan view and

Fig. 3 zeigt schematisch die obere Hälfte vom Fig. 1 in Drauf­ sicht. Fig. 3 shows schematically the top half of Fig. 1 in plan view.

Zwischen zwei Glasscheiben 1 und 2 sind in dem in Fig. 1 erschei­ nenden Schnitt sechs photovoltaische Zellen 3, 4, 5, 6, 7 und 8 ein­ gerichtet wie folgt:Between two glass panes 1 and 2 in the section appearing in FIG. 1, six photovoltaic cells 3 , 4 , 5 , 6 , 7 and 8 are directed as follows:

Die Glasscheiben 7 und 8 sind jeweils mit einer elektrisch lei­ tenden Beschichtung 9 aus Zinndioxid oder Indium-Zinn-Oxid versehen, die mit z. B. 0,2 bis 0,5 µm Dicke lichtdurchlässig ist. Die Beschichtung 9 ist auf der Glasscheibe 1 zwischen den Zellen 4/5 und 6/7 durch eingefräste Rillen 10 und auf der Glas­ scheibe 2 zwischen den Zellen 3/4, 5/6 und 7/8 durch Rillen 11 unterbrochen. Hinter dem Schnitt gemäß Fig. 1 sind die Zellen 3 bis 7 durch gleiche Rillen 12 in der Glasscheibe 1 und 13 in der Glasscheibe 2 von in dieser Richtung folgenden, weiteren Zellen abgetrennt; das wiederholt sich.The glass panes 7 and 8 are each provided with an electrically conductive coating 9 made of tin dioxide or indium tin oxide, which with z. B. 0.2 to 0.5 microns thickness is translucent. The coating 9 is interrupted on the glass pane 1 between the cells 4/5 and 6/7 by milled grooves 10 and on the glass pane 2 between the cells 3/4 , 5/6 and 7/8 by grooves 11 . . Behind the section shown in Figure 1 are separated from the cells 3 to 7 by the same grooves 12 in the glass pane 1 and 13 in the glass 2 in this direction by the following, other cells; that repeats itself.

In den Zellen 3, 5 und 7 ist die Glasscheibe 1 auf ihrer Be­ schichtung 9 mit einer Titandioxid-Gelschicht 14 versehen, in den Zellen 4, 6 und 8 ist es die Glasscheibe 2. Diese wechselnde Anordnung setzt sich im Schachbrettmuster auf der übrigen Fläche der Glasscheiben 1 und 2 fort.In cells 3 , 5 and 7 , the glass pane 1 is provided on its coating 9 with a titanium dioxide gel layer 14 , in cells 4 , 6 and 8 it is the glass pane 2 . This changing arrangement continues in the checkerboard pattern on the remaining surface of the glass panes 1 and 2 .

Der verbleibende Zwischenraum zwischen den Glasscheiben 1 und 2, genauer zwischen deren Beschichtungen 9, ist mit einem ein Redox-System Jod/Jodid enthaltenden Elektrolyten 15 gefüllt und am Rand der Glasscheiben 1 und 2 ringsum durch einen Dichtstreifen 16 ab­ geschlossen.The remaining space between the glass panes 1 and 2 , more precisely between their coatings 9 , is filled with an electrolyte 15 containing a redox system iodine / iodide and is closed off at the edge of the glass panes 1 and 2 by a sealing strip 16 .

Die Glasscheibe 2 ragt an einer Seite über den Dichtstreifen 16 hinaus und trägt hier zwei Kontaktschienen 17 und 18.The glass pane 2 projects beyond the sealing strip 16 on one side and here carries two contact rails 17 and 18 .

Entsprechend der obigen Erläuterung werden die Elektronen in der Zelle 3 in deren auf der Glasscheibe 1 angeordnete Titandioxid-Gelschicht 14 und in der Zelle 4 in deren auf der Glasscheibe 2 angeordnete Titandioxid-Gelschicht 14 überführt usf . . Sie wandern daher in der Zelle 3 nach unten in die leitende Beschichtung 9 der Glasscheibe 1 in der Beschichtung 9 weiter in die Zelle 4 und in dieser nach oben in die dortige Titandioxidschicht 14 und die Beschichtung 9 der Glasscheibe 2, in dieser Beschichtung weiter in die Zelle 5 usf. According to the above explanation, the electrons in the cell 3 are transferred into the titanium dioxide gel layer 14 arranged on the glass plate 1 and in the cell 4 into the titanium dioxide gel layer 14 arranged on the glass plate 2 and so on. . They therefore migrate downward in the cell 3 into the conductive coating 9 of the glass pane 1 in the coating 9 further into the cell 4 and upwards into the titanium dioxide layer 14 there and the coating 9 of the glass pane 2 , in this coating further into the Cell 5 etc.

Aus der Zelle 8 gelangen die Elektronen in der Beschichtung 9 der Glasscheibe 2 von dem bisher betrachteten, ersten Abschnitt 19 der Zellenreihe in den nächsten, zurückführenden Abschnitt 20. Wie Fig. 3 erkennen läßt, endet die die Abschnitte 19 und 20 trennende Rille 13 in der Glasscheibe 2 an der Zelle 8, so daß sich dort die Beschichtung 9 in den Abschnitt 19 hineinzieht. Gleichermaßen verhält es sich mit der nächsten Rille 13 am Ende des Abschnitts 20 und Übergang in den nächsten Abschnitt 21 und noch einmal am Übergang in den letzten Abschnitt 22.The electrons in the coating 9 of the glass pane 2 pass from the cell 8 from the previously considered first section 19 of the cell row to the next, returning section 20 . As can be seen in FIG. 3, the groove 13 separating the sections 19 and 20 ends in the glass pane 2 on the cell 8 , so that the coating 9 there extends into the section 19 . The same applies to the next groove 13 at the end of section 20 and transition to the next section 21 and again at the transition to the last section 22 .

Der Elektronenfluß verläuft somit, wie in Fig. 3 eingezeichnet, insgesamt von der Kontaktschiene 17 zur Kontaktschiene 18.The electron flow thus runs, as shown in FIG. 3, overall from the contact rail 17 to the contact rail 18 .

Bei der geraden Anzahl der Zellen in jedem Abschnitt 19 bis 22 fallen alle Besonderheiten in die Glasscheibe 2. Zu erwähnen sind an dieser Stelle noch die Kontaktschienen 17 und 18 abtrennende Rillen 23 und 24.Given the even number of cells in each section 19 to 22 , all the special features fall into the glass pane 2 . At this point, the contact rails 17 and 18 separating grooves 23 and 24 should also be mentioned .

Die Glasscheibe 1 kann dadurch mit einem gleichmäßigen Raster ihrer Rillen 10 vergleichsweise einfach hergestellt werden.The glass pane 1 can thus be produced in a comparatively simple manner with a uniform grid of its grooves 10 .

Bei der vorgeschlagenen Anordnung ergibt sich, abgesehen von der mit der Reihenschaltung verbundenen Spannungserhöhung, eine ver­ hältnismäßig große Stromstärke.In the proposed arrangement, apart from the connected with the series connection voltage increase, a ver relatively large current.

Claims (4)

1. Photovoltaische Zellen mit zwei Glasscheiben (1; 2), die einan­ der zugekehrte elektrisch leitende Beschichtungen (9) aufwei­ sen und eine photovoltaische Materialkombination (14, 15) zwi­ schen sich einschließen, die eine Materialschicht (14) auf der einen der beiden leitenden Beschichtungen (9) umfaßt, insbesondere eine monomolekular mit einem Sensibilisator aus einem Übergangsmetall-Komplex belegte Gelschicht (14) aus Ti­ tanoxid, die zusammen mit einem ein Redox-System enthaltenden, den übrigen Zwischenraum zwischen den Glasscheiben (1; 2) fül­ lenden Elektrolyten (15) die photovoltaische Materialkombina­ tion (14, 15) bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (3-8) in Mehrzahl auf denselben Glasscheiben (1; 2) eingerichtet und in der Weise in Reihe geschaltet sind, daß die genannte Materialschicht (14) von der einen Zelle (3-8) zur nächsten zwischen den beiden Glasscheiben (1; 2) abwechselt und die elektrisch leitende Beschichtung (9), an den beiden Glasscheiben (1; 2) versetzt, nur an jedem zweiten Zellenrand unterbrochen (10; 11) ist.1. Photovoltaic cells with two glass panes ( 1 ; 2 ), the one facing the electrically conductive coatings ( 9 ) sen and include a photovoltaic material combination ( 14 , 15 ) between which include a material layer ( 14 ) on one of the two conductive coatings ( 9 ), in particular a monomolecularly coated with a sensitizer from a transition metal complex gel layer ( 14 ) made of titanium oxide, which together with a redox system containing, the remaining space between the glass panes ( 1 ; 2 ) fill fill Electrolytes ( 15 ) forms the photovoltaic material combination ( 14 , 15 ), characterized in that the cells ( 3 - 8 ) are set up in plurality on the same glass panes ( 1 ; 2 ) and are connected in series in such a way that said material layer ( 14 ) alternates from one cell ( 3 - 8 ) to the next between the two glass panes ( 1 ; 2 ) and the electrically conductive coating ( 9 ), on the two glass panes ( 1 ; 2 ) offset, only interrupted at every second cell edge ( 10 ; 11 ). 2. Zellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe der Zellen (3-8) in nebeneinanderliegenden Ab­ schnitten (19-22) mindestens einmal hin und zurück geführt ist.2. Cells according to claim 1, characterized in that the row of cells ( 3 - 8 ) in side by side sections ( 19 - 22 ) is guided back and forth at least once. 3. Zellen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Beschichtung (9), im Falle der nebeneinander­ liegenden Abschnitte (19-22) der Reihe auch zwischen diesen, durch nach ihrem Aufbringen, vorzugsweise bis in die Glas­ scheibe (1; 2) hinein, abgetragene Rillen (10; 11; 12; 13) unter­ brochen ist. 3. Cells according to claim 1 or 2, characterized in that the conductive coating ( 9 ), in the case of the adjacent sections ( 19 - 22 ) of the row also between them, by after their application, preferably up to the glass pane ( 1 ; 2 ) in, worn grooves ( 10 ; 11 ; 12 ; 13 ) is broken. 4. Zellen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (3-8) räumlich nicht voneinander abgetrennt sind.4. Cells according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cells ( 3 - 8 ) are not spatially separated from one another.
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