光活性组件的滤光系统的制作方法

光活性组件的滤光系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基材上的光电组件，其包括第一和第二电极，其中，第一电极布置在基材上并且第二电极形成对电极，其中，在这些电极之间布置有至少一个光活性层系统，其中，光活性组件还包括至少一个层或层序列，其设计为使得该层或层序列在光活性组件中在450nm至800nm的范围中起光谱选择性色彩滤光器的作用。
【专利说明】光活性组件的滤光系统

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光活性组件的滤光系统。

【背景技术】
[0002] 光活性组件，譬如太阳能电池现今在日常环境以及工业环境中得到了广泛的应 用。在此特别令人感兴趣的是：把光伏元件整合到建筑物中（整合在建筑中的光伏设 备-GiPV，还经常由英文Building-integratedPhotovoltaic(光伏-建筑一体化）而被称 为BiPV)，其中，不仅期待着传统的能量获取（把阳光转变为电流），而且还期待着其他的功 能。在BundesverbandesfiirBausystemee.V.(建筑系统联邦协会）的框架下的专业组 "PhotovoltaikinGebjiuden(建筑中的光伏）"将BiPV描述为：在考虑到PV模块的多 功能的性能的情况下使PV元件在建筑学、建筑物理和结构上融合到建筑围护结构中。
[0003] 特别地，将光活性组件整合到玻璃元件中的是特别令人感兴趣的，其中，这不仅适 用于BiPV领域，而且适用于譬如汽车的其他领域。
[0004] 然而，整合在玻璃幕墙中表现出了一定的难度，这是因为，所期望的经常是色彩中 性的印象。然而，这特别是在有色的吸收器系统的情况下是难于实现的。
[0005] 此外需求还在于，仅允许特定波长范围的透射通过光活性组件。据此，例如可以使 特定的波长范围选择性地通过光活性组件，这例如在作物生产区域中（譬如在温室大棚中 应用的情况下）是期望的。
[0006] 太阳能电池的特定应用要求在必要时对视觉外观，特别是色觉进行适配。
[0007] 这可以是为不透明的太阳能电池以及为半透明的太阳能电池所期望的。
[0008] 在此，可以设置不同的目标，也就是说例如实现特定的物体色彩或针对透射光实 现特定的色彩。
[0009] 物体色彩是在设计应用或BIPV应用中意义重大的，其中，顾客想要选择的是其产 品或其建筑围护的色彩，或者在有色的机动车窗玻璃中是意义重大的，其中，取决于制造 商，期望不同的颜色细微差异。
[0010] 那么，例如在应当达到透射光的中性色时，也就是说在要被透射的应当主要起用 于减少光射入的灰色滤光器的作用时，透射光的色彩可以是意义重大的。这在BIPV解决方 案中例如可以是如下情况：其中，在建筑的内部空间中，在光谱上看日光比例应当是占主导 的。
[0011] 在机动车辆中得出了近似的应用情况，其中，取决于制造商和应用目的，应当使用 设置带有半透明光伏设备的、不同着色的车窗玻璃。
[0012]迄今的解决方案的特征在于使用基于硅的太阳能模组，其大多构造成板状。在此， 在建筑物表面上的布置通常通过在屋顶上或在墙壁的帘系统上的挂架系统实现。这些系统 的特征尤其是在于其结构复杂的构造以及整体上大的重量。此外，用于容纳相应的板状模 组的结构必须提供足够的模组锁定以防掉落，因为否则的话板状模组会基于自身重量而对 人员和物品表现出相应的风险。
[0013] 此外，问题在于，基于硅的光伏模组为了理想的效率需要向南取向，并且在必要时 需要30°的安放角，以便保障理想的阳光入射。
[0014] 此外，基于硅的光伏模组具有通过由于直接的阳光照射形成升高的温度而在模组 中造成的功率损失。因此，有利地使用相应的带有主动或被动后通风装置的系统。
[0015] 由于上述向南的取向、必要的安放角、防坠保险以及背景通风装置，将基于硅的电 池直接布置在建筑物表面上是困难的。
[0016] 备选的系统例如提供了直接整合在屋顶瓦片中的光伏元件。
[0017] 迄今，特别有挑战的是隆起的或弯曲的建筑物表面，譬如玻璃幕墙。在此，相应的 几何结构在使用基于硅的板状模组的情况下仅能艰难地实现。
[0018] 备选于板状模组，提供了带有柔性设计的薄层太阳能电池。
[0019] 因此，已知了例如薄层太阳能电池，其具有柔性的设计并且因此能够被布置到弯 曲的表面上。在此，这些太阳能电池优选具有由无定形硅或非晶硅（a-Si、i!-Si)、CdTe* CIGS(Cu(In，Ga) (S，Se)2)制成的活性层。
[0020] 在这些薄层太阳能电池中不利的是，主要由材料造成的、高的产品成本。
[0021] 此外，还已知了带有有机活性层的太阳能电池，其设计为柔性的（Konarka-超级 塑料（PowerPlastic)系列）。在此，有机活性层可以由聚合物（例如US7825326B2)或小 分子（例如EP2385556A1)构建而成。而聚合物的突出之处在于，其不可蒸发并且因此只 能从溶液施布，而小分子是能蒸发的。
[0022] 这种基于有机物的组件相对于传统的基于无机物（譬如硅、砷化镓）的组件的优 点是，在部分情况下极高的光吸收系数（直至2XKfcnT1)，从而提供了以微小的材料耗费 和能量耗费制造非常薄的太阳能电池的方案。其他技术方面为：低的成本、在塑料膜上制造 柔性的大面积构件的可能性、以及有机化学的近似无限的变化可能性和无限的可提供性。 另一优点在于，可以制造透明组件的可能性，其例如可以在玻璃应用中得到采用。另一重大 优点是相对于无机半导体组件的更低的成本。
[0023] 太阳能电池把光能转变为电能。术语"光活性"在此同样代表光能到电能的转变。 相对于无机太阳能电池，在有机太阳能电池的情况下通过光不直接产生自由载流子，而是 首先形成激发子，也就是说电中性的激发态（结合的电子_空穴对）。在第二步骤中才使这 些激发子分离为自由载流子，然后它们对电流作出贡献。
[0024] 在文献中已经提出的有机太阳能电池的实现可能性为带有以下层结构的pin 二极管（MartinPfeiffer,"Controlleddopingoforganicvacuumdepositeddye layers:basicsandapplications"("有机真空沉积染料层的受控掺杂：基础和应用），德 累斯顿工业大学博士论文，1999):
[0025] 0?载体，基材
[0026] 1.底接触，大多是透明的
[0027] 2.p层（一个或多个）
[0028] 3.i层（一个或多个）
[0029] 4.n层（一个或多个）
[0030] 5?顶接触。
[0031] 在此，n或p代表n掺杂或p掺杂，它们在热平衡状态下导致自由电子或空穴的密 度升高。然而还可以实现，（一个或多个）n层或（一个或多个）p层至少在名义上是未掺 杂的并且仅由于材料性能（例如不同的可运动性）地，由于未知的杂质（例如来自于合成 的剩余残留物、层制造期间的分解产物或反应产物）或由于环境影响（相邻层、金属或其 他有机材料的扩散、来自环境大气的气体掺杂物）而优选拥有n型导电性能或优选拥有p 型导电性能。在这种意义上，这种层首先理解为传输层。而名称"i层"表示名义上未掺杂 的层（本征层）。在此，一个或多个i层既可以由一种材料制成的层所组成，也可以是由两 种材料制成的混合物（所谓的内渗透网格或本体异质结；M.Hiramoto等，Mol.Cryst.Liq. Cryst.，2006, 444, 33 - 40页）。通过透明的底接触射入的光在i层中或在n层/p层中产生 激发子（结合的电子_空穴对）。这些激发子仅能通过非常高的电场或者在适当的界面上 分离。在有机太阳能电池中，没有提供足够高的电场，从而有机太阳能电池的有前途的概念 的所有成果都基于在光活性界面上的激发子分离。激发子通过扩散到达这种光活性界面， 在那里电子和空穴彼此分离。在此，容纳电子的材料被称为受体，而容纳空穴的材料被称为 供体（Donor)。分离界面可以处在p层（n层）与i层之间，或两个i层之间。现在在太阳 能电池的内建电场中，电子被运向n区并且空穴被运向p区。优选地，传输层为透明的或很 大程度上透明的材料，其如在W0 2004083958中所描述的那样带有宽能隙（widegap)。宽 能隙材料在此表示：最大吸收值处在<450nm、优选<400nm的波长范围内的材料。
[0032] 因为通过光总是首先产生激发子，并且还没有产生自由载流子，所以激发子缺乏 重组地扩散到活性边界上在有机太阳能电池中起到关键作用。因此，为了实现光电流的贡 献，在良好的有机太阳能电池中，激发子扩散长度必须明显超过光的典型穿透深度，据此可 以对光的大部分进行利用。在结构上以及在化学纯度方面完美的有机晶体或薄层完全满足 这种标准。然而对于大面积应用，不能使用单晶的有机材料，并且制造带有充分的结构上的 完美性的多层迄今仍然是非常困难的。
[0033] 已知了把太阳能电池整合到建筑中的系统，其中，还使用柔性的太阳能电池。那 么，JP2011-109051A公开了 ：在塑料板上布置无定形太阳能电池，其可以联接于建筑地安 装。然而由于这种设计方案，无法期待：如此设计的模组有充足的柔性（其要求：布置在弯 曲的和隆起的表面上）。
[0034] EP1191605A2说明了一种无玻璃的、柔性的太阳能层压板，其用于建筑技术中，其 中，太阳能电池在压力和温度下（约130°C)被施布到钢板上并且其随后通过布置在背侧的 粘合层安装到建筑物外表面上。
[0035] W0 20120303971说明了一种柔性的基于CIGS(铜铟镓二硒化物）的薄层太阳能电 池模组，其带有多个借助层压结合在一起的薄层太阳能电池层。该模组在其背侧上具有用 于布置在建筑外表面上的粘合层。
[0036] 对太阳能模组在还带有复杂的几何结构的建筑或建筑物中的越来越多的整合的 需求还要求：太阳能模组设计的新概念以及将太阳能模组布置在成型件上。


【发明内容】

[0037] 因此，本发明的任务在于，提供一种太阳能模组，其克服了现有技术的缺点。
[0038] 这个任务通过根据独立权利要求所述的组件解决。有利的设计方案在从属权利要 求中得出。
[0039] 根据本发明，提出了一种基材上的光活性组件，其包括第一和第二电极，其中，第 一电极布置在基材上并且第二电极形成对电极，其中，在这些电极之间布置有至少一个光 活性层系统。根据本发明，光活性组件还包括至少一个层或层序列，其设计为使得其在光活 性组件中起在可见光范围中的光谱选择性色彩滤光器的作用。在此，光谱选择性色彩滤光 器意味着：起色彩滤光器作用的层或层序列在450nm至800nm的范围中可见光光谱的特定 波长范围中发生吸收，其中，色彩滤光器相应于应用要求地选取。通过选取光谱选择性色彩 滤光器可以调整光活性组件的透射以及反射。
[0040] 在本发明的另一种实施方式中，光活性组件还包括至少一个层或层序列，其设计 为使得其在光活性组件中起在红外范围中的光谱选择性红外滤光器的作用。在此，光谱选 择性红外滤光器意味着：起红外滤光器作用的层或层序列在llOOnm至2500nm的范围中红 外光谱的特定波长范围中发生吸收，其中，红外滤光器相应于应用要求地选取。通过附加的 红外滤光器降低例如在建筑中的热能输入。据此，可以避免在建筑或温室大棚中的强烈升 温，其在带有负的温度系数的太阳能电池的情况下导致在温度提高时产率的降低。
[0041] 在本发明的另一种实施方式中，光活性组件还包括至少一个层或层序列，其设计 为使得其在光活性组件中起在250nm至430nm的紫外范围中的光谱选择性紫外滤光器的作 用。通过附加的紫外滤光器，例如保护了在光活性组件中含有的有机分子，以免发生可能的 降解。这同样适用于可能采用的聚合物、粘合剂以及层压剂。
[0042] 在第一实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列包括至少一个吸收性材料， 其中，该层设计为使得该层不具有电接触。
[0043] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列布置在光活性组 件的电活性部分之外，也就是说电极之外。
[0044] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列包括有机和/或 无机物质或者它们的组合。优选使用有机染料。这些有机染料具有典型地在50nm与300nm 之间的光谱半值宽度，并且由于这种选择性特别适用于在可见光范围中的选择性滤光。
[0045] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列包括纳米材料， 譬如纳米晶体、纳米管、纳米颗粒，它们构造为色彩选择性吸收层。
[0046] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列要么布置在光活 性组件的朝向光入射的一侧上，要么布置在背离光入射的一侧上。
[0047] 在该实施方式的一种设计方案中，起色彩滤光器作用的层或层序列布置在光活性 组件的朝向光入射的一侧上，其中，层或层序列设计为：使得它透过光谱的对于光活性组件 的效果至关重要的部分。
[0048] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列包括至少一种荧 光染料。这种荧光染料可以选择为：使得该荧光染料吸收来自所选取的光谱范围的光，并且 在所期望的光谱范围发射。据此，例如可以对色觉进行适配。基于通过荧光染料的发射，在 此可以在光活性组件的光活性层系统中发生重吸收，并且因此发生效率提升。在相应于用 户要求而相应地选取荧光发射体的情况下，可以构造出设计为有色的表面。这例如是为广 告应用所感兴趣的。
[0049] 在本发明的一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列在光活性组件的朝 向光的一侧上构造为金属结构，譬如金属层、金属格栅等。有利地，金属结构具有在1至 lOnm之间的层厚度。
[0050] 在本发明的一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列布置在光活性组件 的背离光入射的一侧上。如果起色彩滤光器作用的层或层序列不吸收还可以被光活性组件 的光活性层利用的光，则该解决方案总是有利的。这通过以下方式无损地实现：即，起色彩 滤光器作用的层或层序列包括额外的吸收器，其安装在背离光入射的一侧上；或者通过选 取选择性吸收器实现，该吸收器在不期望的光谱范围中过滤掉进入的光，并且例如可以起 紫外滤光器的作用。如此设计的组件可以例如特别有利地使用在以下地点：在此处仅有特 定的波长范围应当通过光活性组件。这例如是在将组件在整合在玻璃中或者应用在膜上的 情况下能想到的。如此设计的组件特别适用于：例如布置在温室大棚上。在此，例如可以按 以下方式实现滤光：在红外范围中的射线不能通过，据此可以避免温室大棚内的升温。这 例如通过由金属或金属氧化物制成的叠层实现。同时，起色彩滤光器作用的层设计为使得 对于作物所必需的光谱范围能够通过。据此，除了发电之外还可以经由光活性组件通过足 够的光，以便保障作物的最优化生长。在此，经由光活性组件产生的电流例如可以用于运行 附加的照明或通风装置，其在光量减少的情况下得到采用，以便延长照明阶段或者运行灌 溉系统。此外，通过产生的红外滤光避免了在温室大棚内的加热。该设计方案的优点还在 于，光活性组件布置在透明的或不透明的柔性基材上，据此可以实现：直接由布置在基材上 的组件制成的温室大棚。据此，可以生成轻巧结构形式的温室大棚。
[0051] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列构造为在真空中 施布或者由溶液施布的薄层。在前述实施方式的一种设计方案中，层或层序列具有至少3nm 至100iim的、优选在5nm与300nm之间的层厚度。
[0052] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列包括至少一个吸 收器。在前述实施方式的一种设计方案中，起色彩滤光器作用的层或层序列包括两个或多 个吸收器的混合和/或排布。在使用超过一个附加的吸收器的情况下具有以下优点：由此 能够实现进一步的光谱扩大，其例如有利于实现色彩中性。
[0053] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列构造为通过有机 或无机染料染色的膜。在该实施方式的一种设计方案中，膜具有至少3ym至1000ym的、 优选10Um至300iim的厚度。
[0054] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列构造为通过有机 或无机染料染色的玻璃，其带有至少50iim的厚度。
[0055] 在本发明的备选的实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列实施为载流子传 输层，其在该波长范围的至少一个子范围中具有吸收。在此，至少一个载流子传输层充当色 彩滤光器。载流子传输层在此包括至少一个空穴导体（HTL)和/或电子导体材料（ETL)，其 选择为：使得在所希望的波长范围中具有选择性吸收并且因此调整色彩外观。
[0056] 这要么可以通过ETL/HTL材料本身色彩实现，要么其含有色彩选择性的吸收的混 杂物。在此，在这些载流子传输层中吸收的光对载流子的生成没有贡献，这使这种载流子传 输层与在光活性层中的吸收器相区别。
[0057] 那么通过有针对性地选取载流子传输层的材料，可以实现整合在光活性组件中的 色彩滤光器，而不必在电极以外布置额外的层。
[0058] 在本发明的另一种实施方式中，使用起色彩滤光器作用的层或层序列，以便均衡 色觉上的不均匀性。在由制造造成的不同层厚度下，这例如可以是以下情况：在例如边沿区 域实现光活性组件的层的较微小的沉积。
[0059] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列具有结构化。据 此，在光活性组件的色觉上有意地生成了不均匀性，这导致：感知到图案。据此，例如可以实 现徽标等，以便根据用户的要求实现组件的个性化。
[0060] 在本发明的一种实施方式中，基材实施为不透明的或透明的。
[0061] 在本发明的另一种实施方式中，起色彩滤光器作用的层或层序列具有在5与 500nm之间层厚度，据此通过薄层光学效果实现了：对滤光效果进行适配。
[0062] 在本发明的一种实施方式中，基材实施为玻璃或膜。
[0063] 在本发明的一种实施方式中，在光活性组件中使用至少一个由至少一种有机材料 制成的有机层，其布置在电极与对电极之间。
[0064] 在本发明的一种实施方式中，有机层构造为光活性组件中的活性层。
[0065] 在本发明的另一种实施方式中，活性层具有至少一种有机材料。
[0066] 在本发明的另一种实施方式中，活性层包括至少一个带有至少两种主要材料的混 合层，其中，这些材料形成活性的供体_受体-系统。
[0067] 在本发明的另一种实施方式中，至少一种主要材料是有机材料。
[0068] 在本发明的另一种实施方式中，有机材料为小分子。术语"小分子"在本发明的意 义上理解为在真空中能够蒸发并且进而沉积到基材上的单体。
[0069] 在本发明的另一种实施方式中，有机材料至少部分为聚合物。但是在此，至少一个 光活性i层由小分子形成。
[0070] 在本发明的另一种实施方式中，活性混合层中的至少一个层包括选自富勒烯或富 勒烯衍生物的组的材料作为受体。
[0071] 在本发明的另一种实施方式中，在电极与对电极之间布置有至少一个掺杂的、部 分掺杂或未掺杂的传输层。
[0072] 在本发明的另一种实施方式中，组件至少在200nm与3iim之间的一定的光线波长 范围中是半透明的。
[0073] 在本发明的另一种实施方式中，光活性组件是有机太阳能电池。
[0074] 在本发明的另一种实施方式中，组件为pin单电池、pin双重电池、pin多重电池、 nip单电池、nip双重电池或nip多重电池。
[0075] 在本发明的另一种实施方式中，组件由nip、ni、ip、pnip、pni、pip、nipn、nin、ipn、 pnipn、pnin或pipn结构的组合所组成，其中，多个独立的、含有至少一个i层的组合彼此 相继地堆叠。
[0076] 在本发明的另一种实施方式中，光活性组件在电极与对电极之间具有超过一个光 活性层。
[0077] 在本发明的另一种实施方式中，光活性组件的活性层系统至少由两个混合层所组 成，这些混合层彼此直接相邻，并且一个混合层的两种主要材料中的一种是与另一个混合 层的两种主要材料不同的有机材料。每个混合层由至少两种主要材料所组成，其中，这些 主要材料形成光活性的供体-受体-系统。供体_受体-系统的突出之处在于，至少对于 供体成分的光激发适用的是，所形成的激发子在与受体的界面上优选被分离到供体的空穴 中，而电子被分离到受体上。主要材料表示：在层中的体积份额或质量份额大于16%的材 料。其他材料可以是技术导致的或者是为了调整层性能而混杂入。在双混合层的情况下， 组件已经含有了三种或四种不同的吸收材料，因此可以覆盖约600nm或约800nm的光谱范 围。
[0078] 在本方面的另一种实施方式中，还可以将双混合层用于，针对特定的光谱范围获 得明显提高的光电流，其中，混合优选在同样的光谱范围中发生吸收的材料。那么，可以进 一步地利用这一点，以便在双重电池或多重电池中实现在不同的子电池之间的电流适配。 因此，除了使用空腔层之外，还给出了对子电池的电流进行适配的另一种可能性。
[0079] 在本发明的另一种实施方式中，为了改进混合层的载流子传输性能，在不同的混 合层中的混合比例可以是相同或者不同的。
[0080] 在本发明的另一种实施方式中，混合层优选分别由两种主要材料组成。
[0081] 在本发明的另一种实施方式中，在各个混合层中可以存在混合比例梯度。
[0082] 在本发明的优选设计方案中，光活性组件实施为双重电池，并且通过使用双混合 层或多混合层的其他优点在于，可以通过选取混合层中的吸收器材料来最优化子电池之间 的电流匹配（currentmatching),并且因此可以进一步提高效率。
[0083] 在本发明的另一种实施方式中，各个材料可以在此定位在表征性波长（这些材料 吸收该波长）的光分布的不同的最大值中。因此，混合层中的材料例如可以处在其表征性 波长的第二最大值中，并且另一种材料处在第三最大值中。
[0084] 在本发明的另一种实施方式中，光活性组件（特别是有机电池）由电极和对电极 以及在电极之间的至少两个有机活性混合层组成，其中，混合层分别主要由两种材料组成， 并且混合层的两种主要材料总是形成供体-受体-系统，并且两个混合层彼此直接相邻，并 且一个混合层的两种主要材料中的至少一种是与另一混合层的两种主要材料不同的有机 材料。
[0085] 在前述实施方式的一个改进方案中，混合层的多种或所有主要材料是彼此不同 的。
[0086] 在本发明的另一种实施方式中，存在三个或多个混合层，它们布置在电极与对电 极之间。
[0087] 在本发明的另一种实施方式中，除了所列出的混合层之外还存在其他的光活性单 层或混合层。
[0088] 在本发明的另一种实施方式中，在混合层系统与电极之间还存在至少一个其他的 有机层。
[0089] 在本发明的另一种实施方式中，在混合层系统与对电极之间还存在至少一个其他 的有机层。
[0090] 在本发明的另一种实施方式中，其他的有机层中的一个或多个是经掺杂的宽能隙 层，其中，吸收的最大值处在< 450nm。
[0091] 在本发明的另一种实施方式中，混合层的至少两种主要材料具有不同的光学吸收 光谱。
[0092] 在本发明的另一种实施方式中，混合层的主要材料具有不同的光学吸收光谱，它 们彼此互补，以便覆盖尽可能宽的光谱范围。
[0093] 在本发明的另一种实施方式中，混合层的主要材料中的至少一种的吸收范围延伸 到红外范围中。
[0094] 在本发明的另一种实施方式中，混合层的主要材料中的至少一种的吸收范围延伸 到>700nm至1500nm的波长范围的红外范围中。
[0095] 在本发明的另一种实施方式中，主要材料的HOMO和LUM0能级适配为，使得系统能 够实现最大开路电压、最大短路电流和最大填充系数。
[0096] 在本发明的另一种实施方式中，光活性混合层中的至少一个含有选自富勒烯或富 勒烯衍生物化6(|、(：7(|等）的组的材料作为受体。
[0097] 在本发明的另一种实施方式中，所有的光活性混合层都含有选自富勒烯或富勒烯 衍生物化 6(|、(：7(|等）的组的材料作为受体。
[0098] 在本发明的另一种实施方式中，光活性混合层中的至少一个含有由酞菁、茈衍生 物、TH)衍生物、低聚噻吩类别所制成的材料或者如在W02006092134中所描述的材料作为 供体。
[0099] 在本发明的另一种实施方式中，光活性混合层中的至少一个含有富勒烯C6(l材料 作为受体，并且含有4P-TH)材料作为供体。
[0100] 在本发明的另一种实施方式中，接触部由金属，导电氧化物，特别是ITO、ZnO:Al 或其他的TC0,或者导电的聚合物，特别是PED0T:PSS或PANI所组成。
[0101] 在本发明的意义中还包括包含两个或多个光活性混合层的聚合物太阳能电池，其 中，混合层彼此直接相邻。但是在聚合物太阳能电池中问题在于，施布由溶液制成的材料， 并且因而进一步施布的层非常容易导致：处于其下的层溶出、溶解或在形态上发生改变。因 此在聚合物太阳能电池中，仅能非常受限地制造多重混合层，并且由此只有使用不同的材 料和溶剂系统，它们在制造时相互不发生或几乎不发生影响。由小分子制成的太阳能电池 在此具有非常清楚的优点，这是因为，通过在真空中的气相沉积，任意系统和层都可以彼此 相继地施加，并且因此可以非常广泛地利用多混合层结构的优点并以任意的材料组合来实 现。
[0102] 在根据本发明的组件的另一种实施方式中，在第一电子传导层（n层）与处在基材 上的电极之间还存在一个P掺杂的层，从而存在pnip或pni结构，其中，优选把掺杂度选择 为：使得直接的pn接触部不具有堵塞效应，而是优选通过隧穿过程发生低损重组。
[0103] 在本发明的另一种实施方式中，在组件中在活性层与处在基材上的电极之间还存 在P掺杂的层，从而存在pip或pi结构，其中，附加的P掺杂层具有费米能级位置，其处在i层的电子传输能级以下最高〇. 4eV，但是优选在其以下少于0. 3eV，从而可以由i层向该p 层发生低损电子提取。
[0104] 在本发明的另一种实施方式中，在p掺杂的层与对电极之间还存在n-层系统，从 而存在nipn或ipn结构，其中，优选把掺杂度选择为如此之高：即，使得直接的pn接触部不 具有堵塞效应，而是优选通过隧穿过程发生低损重组。
[0105] 在本发明的另一种实施方式中，在组件中在本征的光活性层与对电极之间还存在 n层系统，从而存在nin或in结构，其中，附加的p掺杂层具有费米能级位置，其处在i层的 空穴传输能级以上最高〇. 4eV，但是优选在其以上少于0. 3eV，从而可以由i层向该n层发 生低损空穴提取。
[0106] 根据本发明的组件的另一种实施方式在于，组件含有n层系统和/或p层系统，从 而存在pnipn、pnin、pipn或p-i-n结构，它们在所有情况下的突出之处在于，（不依赖于导 体类型地）在基材侧与光活性的i层相邻的层具有比背离基材的与i层邻接的层更小的热 逸出功，从而当没有外部电压施加到该组件时，光生电子优选向着基材传出。
[0107] 在本发明的另一种实施方式中，多个转换接触部相继地级联，从而存在npnipn、 pnipnp、npnipnp、pnpnipnpn或pnpnpnipnpnpn结构。
[0108] 在上述结构的优选改进方案中，其实施为有机双重太阳能电池或多重太阳能电 池。因此，组件为由nip、ni、ip、pnip、pni、pip、nipn、nin、ipn、pnipn、pnin或pipn结构 的组合制成的双重电池，其中，多个独立的、含有至少一个i层的组合彼此相继地堆叠（交 叉组合）。
[0109] 在上述结构的另一种实施方式中，其实施为pnipnipn双重电池。
[0110] 在另一种实施方式中，混合层中的受体材料至少部分地以结晶形式存在。
[0111] 在另一种实施方式中，混合层中的供体材料至少部分地以结晶形式存在。
[0112] 在另一种实施方式中，混合层中的受体材料以及供体材料至少部分地以结晶形式 存在。
[0113] 在另一种实施方式中，受体材料拥有在>450nm的波长范围中的最大吸收值。
[0114] 在另一种实施方式中，供体材料拥有在>450nm的波长范围中的最大吸收值。
[0115] 在另一种实施方式中，活性层系统除了所列出的混合层之外，还含有其他的光活 性单层或混合层。
[0116] 在另一种实施方式中，n材料系统由一个或多个层组成。
[0117] 在另一种实施方式中，p材料系统由一个或多个层组成。
[0118] 在另一种实施方式中，n材料系统含有一个或多个经掺杂的宽能隙层。术语"宽能 隙层"在此定义为带有在<450nm的波长范围中的最大吸收值的层。
[0119] 在另一实施方式中，P材料系统含有一个或多个经掺杂的宽能隙层。
[0120] 在另一种实施方式中，组件在第一电子传导层（n层）与处在基材上的电极之间含 有P掺杂的层，从而涉及pnip或pni结构。
[0121] 在另一种实施方式中，组件在光活性的i层与处在基材上的电极之间含有p掺杂 的层，从而存在pip或pi结构，其中，附加的P掺杂的层具有费米能级位置，其处在i层的 电子传输能级以下最高〇. 4eV，但是优选在其以下少于0. 3eV。
[0122] 在另一种实施方式中，组件在p掺杂的层与对电极之间含有n层系统，从而存在 nipn或ipn结构。
[0123] 在另一种实施方式中，组件在光活性的i层与对电极之间含有n层系统，从而存在 nin或in结构，其中，附加的n掺杂的层具有费米能级位置，其处在i层的空穴传输能级以 上最高0. 4eV，但是优选在其以上少于0. 3eV。
[0124] 在另一种实施方式中，组件含有n层系统和/或p层系统，从而涉及pnipn、pnin、 pipn或p-i-n结构。
[0125] 在另一种实施方式中，附加的p材料层和/或附加的n材料层含有一个或多个经 掺杂的宽能隙层。
[0126] 在另一种实施方式中，组件还含有其他的n层系统和/或p层系统，从而例如存在 npnipn、pnipnp、npnipnp、pnpnipnpn或pnpnpnipnpnpn结构。
[0127] 在另一种实施方式中，其他的p材料系统和/或其他的n材料系统中的一个或多 个含有一个或多个经掺杂的宽能隙层。
[0128] 在另一种实施方式中，组件为由nip、ni、ip、pnip、pni、pip、nipn、nin、ipn、pnipn、 pnin或pipn结构的组合制成的双重电池。
[0129] 在另一种实施方式中，有机材料至少部分为聚合物，但是其中，至少一种光活性i 层由小分子形成。
[0130] 在另一种实施方式中，受体材料是选自富勒烯或富勒烯衍生物（优选C6(l或C 7(l)或 者PT⑶I衍生物（茈-3, 4, 9, 10-双（二甲酰亚胺）衍生物）的组的材料。
[0131]在另一种实施方式中，供体材料是低聚物（特别是根据W02006092134的低聚物）、 卟啉衍生物、并五苯衍生物或者茈衍生物，如DIP(二茚并茈）、DBP(二苯并茈）。
[0132] 在另一种实施方式中，p材料系统含有TH)衍生物（三苯胺二聚体），螺环 化合物，如螺吡喃、螺恶嗪，Me〇-TPD(N，N，N'，N'-(四甲氧基苯基）-对二氨基联苯）， Di-NPB(N,N' -二苯基-N,N' -双（N,N' -二（1-萘基））-N,N' -二苯基-(1，1' -联 苯）-4,4'_二胺），MTDATA(4,4'，4"-三（N-3-甲基苯基-N-苯基氨基）三苯胺）， TNATA(4, 4'，4 "-三[N-(l-萘基）-N-(苯基）-氨基]三苯基胺），BPAPF(9, 9-双 {4-[二_(对苯基）氨基苯基]}芴），NPAPF(9, 9-双[4-(N，N' -双-萘基-2基-胺 基）苯基]-9H-芴），Spir〇-TAD(2,2'，7,7' -四（N，N'_ 二苯基氨基）-9,9'_ 螺二芴）， PV-TPD(N,N-二4-2, 2-二苯基-乙撑-1-基-苯基-N,N' -二-4-甲基苯基苯基联苯胺）、 4P-TH) (4, 4'-双（N,N-二苯氨基）四苯），或者在DE102004014046中描述的p材料。
[0133] 在另一种实施方式中，n材料系统包含富勒稀，诸如C6(l、C7(l ; NTCDA(1，4, 5, 8-萘-四羧酸二酐）、NTCDI(萘四羧酸二酰亚胺）或者 PTCDI(茈-3, 4, 9, 10-双（二甲酰亚胺））。
[0134] 在另一种实施方式中，p材料系统包含p掺杂体，其中该p-掺杂体为F4-TCNQ， 如在DE10338406、DE10347856、DE10357044、DE102004010954、DE102006053320、 DE102006054524和DE102008051737中描述的p掺杂体，或过渡金属氧化物（VO、WO、M〇0 等）。
[0135] 在另一种实施方式中，n材料系统包含n掺杂体，其中该n掺杂体为TTF衍生物（四 硫富瓦烯衍生物）或DIT衍生物（并三噻吩），如在DE10338406、DE10347856、DE10357044、 DE102004010954、DE102006053320、DE102006054524 和DE102008051737 中描述的n-掺杂 体，或者Cs、Li或Mg。
[0136] 在另一种实施方式中，一个电极实施为透射率>80%的透明形式，并且另一个电极 实施为反射率>50%的反射形式。
[0137] 在另一种实施方式中，组件实施为具有10-80%的透射率的半透明形式。
[0138] 在另一种实施方式中，电极由以下材料组成：金属（例如Al、Ag、Au或其组合）、 导电氧化物，特别是ITO、ZnO:Al或某些其他TC0(透明导电氧化物）、导电聚合物，特别是 PED0T/PSS聚（3, 4-乙烯二氧噻吩）聚（苯乙烯磺酸）或PANI(聚苯胺），或这些材料的组 合。
[0139] 在另一种实施方式中，所使用的有机材料具有低的烙点，优选小于l〇〇°C的烙点。
[0140] 在另一种实施方式中，所使用的有机材料具有低的玻璃转变温度，优选小于150°C 的玻璃转变温度。
[0141] 在本发明的另一种实施方式中，通过使用光阱在活性系统中扩大了入射光光路。
[0142] 在本发明的另一种实施方式中，组件实施为有机pin太阳能电池或有机pin双重 电池。在此，双重太阳能电池表示一种太阳能电池，其由两个串联联接的太阳能电池坚直堆 叠所组成。
[0143] 在另一种实施方式中，光阱通过如下方式来实现：组件在周期性微结构基材上构 建，并且通过使用掺杂的宽能隙层保障组件的均匀功能，换句话说，无短路的接触以及电场 在整个面上的均匀分布。超薄组件具有增加的、在构建的基材上形成局部短路的风险，从而 整个组件的功能性最终受到这种明显的不均匀性的损害。通过使用掺杂的传输层来降低这 种短路的风险。
[0144] 在本发明的另一种实施方式中，光阱通过如下方式来实现：组件在周期性微结构 基材上构建，并且通过使用掺杂的宽能隙层保障组件的均匀功能、无短路的接触以及在整 个面上电场的均匀分布。在此特别有利的是，光穿过吸收层至少两次，这可以导致光吸收增 加并且由此导致太阳能电池效率改进。这例如可以通过以下方式实现：基材在表面上具有 锥体状结构，其总是带有在1至数百微米的范围中的高度和宽度。高度和宽度可以选取为 相同的或不同的。同样，可以对称地或非对称地构建锥体。
[0145] 在本发明的另一种实施方式中，光阱通过以下方式实现：掺杂的宽能隙层具有相 对于i层光滑的界面和相对于反射接触部的粗糙界面。粗糙界面例如通过周期性微结构实 现。特别有利的是，粗糙界面使光漫反射，这导致：光活性层中的光路变长。
[0146] 在另一种实施方式中，光阱通过以下方式实现：组件构建在周期性微结构的基材 上，并且掺杂的宽能隙层具有相对于i层光滑界面以及相对于反射接触部的粗糙界面。
[0147] 在本发明的另一种实施方式中，光电组件的整体结构配设有透明的底接触和顶接 触。
[0148] 在本发明的另一种实施方式中，根据本发明的光活性组件用于布置在成形体上， 譬如玻璃、水泥、塑料和温室大棚。
[0149] 为了实现本发明，还可以把上述实施方式彼此组合。

【专利附图】

【附图说明】
[0150] 以下应当参考一些实施例和附图详细阐述本发明。在此，实施例应当对本发明进 行说明，而不对其产生限制。在附图中：
[0151] 图1示出根据本发明的光活性组件的示意图；
[0152] 图2示出根据本发明的光活性组件的另一幅示意图；
[0153] 图3示出根据本发明的光活性组件的另一幅示意图；
[0154] 图4示出根据本发明的带有红外线滤光器的光活性组件的另一幅示意图；
[0155] 图5示出根据本发明的带有红外线滤光器和紫外线滤光器的光活性组件的示意 图。

【具体实施方式】
[0156] 在第一实施例中，在图1中示出了根据本发明的光活性组件，其例如实施为有机 太阳能电池。该有机太阳能电池包括例如实施为透明的DMD电极（介电-金属-介电）的 第一电极2,以及由透明导电氧化物（譬如IT0)实施成的第二电极3。在这两个电极2、3之 间布置有光活性层系统4。该光活性层系统4例如可以包括由小的有机分子制成的供体-受 体系统。在光活性组件1的与光入射相对置的一侧布置有设计为至少在450nm至800nm的 范围中的光谱选择性色彩滤光器的层5。其例如包括有机的、吸收性的材料。在此，没有详 细示出的基材既可以在第一电极2处布置在光射入的一侧上，也可以在第二电极3处布置 在相对置的一侧上。
[0157] 在另一种实施例中，在图2中反映了前述实施例的备选设计方案。在此，设计为至 少在450nm至800nm的范围中的光谱选择性色彩滤光器的层5布置在光射入的一侧上。此 夕卜，组件包括耦合层6,其起抗反射层或刮划保护层的作用，并且辅助光到组件中的传播。在 此，可以以任意的顺序以及相混合地布置层5以及层6。在该设计方案中，没有详细示出的 基材还是既可以在第一电极2处布置在光射入的一侧上，也可以在第二电极3处布置在相 对置的一侧上。
[0158] 在另一种实施例中，在图3中示出了另一个根据本发明的组件。在此，层5构造为 在450nm至800nm的范围中的波长范围的至少一个子范围中具有吸收的电荷载流子传输 层。在此，电荷载流子传输层5可以实施为空穴导体或电子传输层，其中，电荷传输层5具 有不对电荷载流子生成做出贡献的吸收。在此，层5例如可以由MPP和n-C6(l实施。例如， 电荷载流子传输层可以布置在双重电池的两个光活性层系统4之间。
[0159] 在另一种实施例中，在图4中描述了前述实施例的备选设计方案。在此，设计为至 少在450nm至800nm的范围中的光谱选择性色彩滤光器的层5布置在光射入的一侧上。此 夕卜，组件包括耦合层6,其起抗反射层或刮划保护层的作用，并且辅助光到组件中的传播。在 此，可以以任意的顺序以及相混合地布置层5以及层6。在该设计方案中，没有详细示出的 基材还是既可以在第一电极2处布置在光射入的一侧上，也可以在第二电极3处布置在相 对置的一侧上。此外，光活性组件1包括层或层序列7,其在至少850nm至2500nm的范围中 起红外线滤光器的作用。据此，例如在建筑物中避免了热量输入。
[0160] 在另一种实施例中，在图4中描述了前述实施例的备选设计方案。在此，光活性组 件1包括层或层序列8,其至少在250nm至430nm的范围中起紫外线滤光器的作用。起紫外 线滤光器的作用的层在此用于保护例如包含在光活性层中的有机分子。
[0161] 附图标记列表
[0162] 1光活性组件
[0163] 2 电极
[0164] 3 电极
[0165] 4光活性层系统
[0166] 5滤光层
[0167] 6f禹合层
[0168] 7红外线滤光层
[0169] 8紫外线滤光层
【权利要求】
1. 一种基材上的光活性组件（1)，其包括第一和第二电极（2、3)，其中，所述第一电极 布置在所述基材上并且所述第二电极形成对电极，其中，在这些电极（2、3)之间布置有至 少一个光活性层系统（4)，其特征在于，所述光活性组件还包括至少一个层或层序列（5)， 其设计为使得该层或层序列（5)在所述光活性组件中在至少450nm至800nm的范围中起光 谱选择性色彩滤光器的作用。
2. 根据权利要求1所述的组件，所述组件还包括至少一个层或层序列（7)，其设计为使 得该层或层序列在所述光活性组件（1)中在至少850nm至2500nm的范围中起光谱选择性 红外滤光器的作用。
3. 根据权利要求1或2所述的组件，所述组件还包括至少一个层或层序列（8)，其设计 为使得该层或层序列在所述光活性组件（1)中在至少250nm至430nm的紫外范围中起光谱 选择性紫外滤光器的作用。
4. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述起色彩滤光器的作用 的层或层序列（5)包括至少一种吸收性材料，其中，所述层设计为使得其不具有电接触。
5. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述的层或层序列（5)布 置在所述电极（1、3)之外。
6. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述的层或层序列（5)包 括有机和/或无机的物质或者它们的组合。
7. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述的层或层序列（5)包 括纳米材料，所述纳米材料构造为色彩选择性吸收层。
8. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述的层或层序列（5)包 括至少一种荧光染料。
9. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述层或层序列（5)要么 布置在所述光活性组件的朝向光入射的一侧上，要么布置在所述光活性组件的背离光入射 的一侧上。
10. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述层或层序列（5)在所 述光活性组件的朝向光的一侧上实施为金属结构。
11. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述层或层序列（5)具有 至少3nm至100 y m的、优选在5nm与300nm之间的层厚度。
12. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述基材是透明的或不透 明的。
13. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述基材实施为玻璃或 膜。
14. 根据前述权利要求中任意一项所述的组件，其特征在于，所述光活性组件（1)是有 机太阳能电池。
15. 根据权利要求1至14中任意一项所述的光活性组件的一种用途，用于布置在成形 体上。
【文档编号】H01L51/42GK104428898SQ201380030901
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2012年6月11日
【发明者】卡尔斯滕·沃尔泽, 贝尔特·梅恩尼希 申请人:赫里亚泰克有限责任公司