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Patent Searching and Data


Title:
SOLAR CELL HAVING OPTICAL AMPLIFIER STRUCTURES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/062837
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a solar cell having a solar element (10) for converting solar rays into electrical energy. The solar element (10) is covered by a radiation-transparent cover element (16), through which the sunlight penetrates. According to the invention, diffractive surface elements (20) are provided on the cover element (16). The incident sun light is directed toward the solar element (10) by the surface elements (20). In this manner, the effectiveness of the solar cell (10) can be improved significantly.

Inventors:
KLENKE MARTIN (DE)
HENYK MATTHIAS (DE)
ZASTRAU RALF (DE)
Application Number:
PCT/EP2008/064532
Publication Date:
May 22, 2009
Filing Date:
October 27, 2008
Export Citation:
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Assignee:
NANOGATE ADVANCED MATERIALS GMBH (DE)
KLENKE MARTIN (DE)
HENYK MATTHIAS (DE)
ZASTRAU RALF (DE)
International Classes:
H01L31/052
Domestic Patent References:
WO2004038462A12004-05-06
Foreign References:
US20070256732A12007-11-08
US20050039788A12005-02-24
GB2071414A1981-09-16
US20060283495A12006-12-21
US5782993A1998-07-21
EP1237166A22002-09-04
Attorney, Agent or Firm:
VON KIRSCHBAUM, Alexander (Deichmannhaus am Dom, Köln, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Solarzelle, mit

einem Solareiement (10) zum Umwandein von Sonnenstrahlung in elektrische Energie,

einem strahlungstransparentem Abdeckelement (16), durch das das Sonnenlicht zum Solarelement (10) hindurch tritt und

an dem Abdeckelement (16) angeordneten diffraktiven Oberflächenelementen (20) zur Lenkung einfallenden Sonnenlichts in Richtung des Solarelements (10).

2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenelemente (20) derart ausgebildet sind, dass insbesondere Licht, das in einem Winkel von weniger als 45° insbesondere weniger als 30° und besonders bevorzugt weniger als 20° auf das Abdeckelement (16) auftrifft, in Richtung des Soiarelements (10) gelenkt wird,

3. Solarzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenelemente (20) derart ausgebildet sind, dass hochenergetisches Licht, das insbesondere eine Wellenlänge von 500 nm und besonders bevorzugt von weniger als 450 nm aufweist, in Richtung des Soiarelements (10) gelenkt wird,

4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenelemente (20) eine Größe von 0,04 bis 10000 nm 2 , insbesondere 0,04 bis 500 nm 2 aufweisen.

5. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Oberflächenelemente (20) untereinander einen Abstand von 0 bis 100 nm 2 , insbesondere 0 bis 50 nm z und besonders bevorzugt 0 bis 15 nm 2 aufweisen.

6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenelemente (20) an zumindest einer Außenseite (22), insbesondere an einer dem Abdeckelement (16) gegenüberliegender Außenseite ein Beugungsgitter aufweisen,

7. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfiächenelemente (20) an einer vom Solareiement (10) wegweisenden Außenfiäche (18) des Abdeckeiements (16) angeordnet sind.

8. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckelement (16) in einem Abstand zum Soiareiement (10) angeordnet ist und an der dem Solareiement (10) zugewandten Innenfläche (36) Oberflächenelemente (20) angeordnet sind,

9. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch mit dem Abdeckelement (16) verbundene Einkoppelelemente (38, 52, 58, 64, 66), die an zumindest einer Außenseite (40) Oberflächenelemente (20) aufweisen.

10. Solarzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppelelemente (38, 52, 58, 64, 66) lichttransparentes Material aufweisen,

11. Solarzelle nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeleiemente (38, 52, 58, 64, 66) im Wesentlichen senkrecht zu einer vom Solarelement (10) wegweisenden Außenfläche (18) angeordnet sind.

12. Solarzeile nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einkoppeielemente (38, 52, 58, 64, 66) an einer vom Solarelement (10) wegweisenden Außenseite ein Refiexionselement (46) aufweisen.

Description:

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SOLARZELLE MIT OPTISCHEN VERSTäRKUNGSSTRUKTUREN

Die Erfindung betrifft eine SoSarzeile.

Solarzelten weisen ein üblicherweise ais Haibleitereiement ausgebildetes Solarelement auf. In dem Haibleitereiement wird die insbesondere durch das Sonnenlicht zugefuhrte Energie in elektrischen Strom umgewandelt. Dies erfolgt Im Wesentlichen dadurch, dass die Strahlung in das Halbleiterbauteii eindringt und dort freie Ladungsträger erzeugt. Mit Hilfe eines internen elektrischen Feldes erfolgt sodann ein Stromfluss. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt neben den verwendeten Materialien insbesondere davon ab, wieviel Strahlung in das Solarelement eindringt und freie Ladungsträger erzeugt. Dies hängt teilweise von der Menge an Strahlung bzw. der Strahlungsdichte und andererseits von der Wellenlänge der Strahlung ab. Hierbei ist kurzwelligeres Licht wirkungsvoller, da es steh hierbei um hoch energetische Strahlung handelt.

Bei bekannten Solarzellen besteht der Nachteil, dass insbesondere in den Morgen- und Abendstunden das Licht in einem flachen Winkel auf die Soiarzeile trifft und somit ein Großteil des auftreffenden Lichts reflektiert wird. Ein Großteil des auf die Solarzelle treffenden Lichts wird somit nicht in elektrischen Strom umgewandelt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Solarzelle mit verbessertem Wirkungsgrad zu schaffen, wobei insbesondere eine Wirkungsgraderhöhung bei flachem Einfallswinkel der Sonnenstrahlung erreicht werden soll.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Die erfindungsgemäße Solarzelle weist ein Solarelement auf, bei dem es sich insbesondere um ein Halbleitereiement handelt. Durch das Solarelement erfolgt eine Umwandlung der auftreffenden Sonnenstrahlung in elektrische Energie auf bekannte Weise. Das Solareiement ist mit einem strahlungstransparenten Abdeckelement abgedeckt. Das Abdeckelement dient insbesondere zur Vermeidung von Verschmutzungen. Bei dem Abdeckelement kann es sich somit um ein insbesondere für Sonnenlicht transparentes Abdeckelement aus Glas oder Kunststoff handeln. Das Abdeckelement kann als Folie ausgebildet sein. Das Abdeckeiement ist unmittelbar mit dem Solareiement verbunden oder in einem Abstand zu diesem angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Abdeckelement um ein ebenes AbdeckeSement

Erfindungsgemäß sind an dem Abdeckelement diffraktive Oberflächeelemente vorgesehen. Bei diesen insbesondere klein ausgestalteten und in einer großen Anzahl vorgesehenen Oberflächenelementen handelt es sich vorzugsweise um Erhebungen, die zumindest an einer Seite ein Beugungsgitter zur Lenkung einfallenden Sonnenlichts aufweisen. Hierdurch sind die Oberflächenelemente derart ausgebildet, dass das einfallende Sonnenlicht in Richtung des Solarelements umgelenkt wird. Insbesondere bei Sonnenlicht, das in einem flachen Winkel auf die Solarzelle trifft, erfolgt somit keine Reflexion eines Großteils des Lichts. Vielmehr wird ein Großteil des einfallenden Sonnenlichtes umgelenkt und kann somit zur Energiegewinnung genutzt werden. Hierdurch ist die Effizienz der Solarzelle erheblich verbessert, da auch insbesondere in den Morgen- und Abendstunden auf die Solarzelle auftreffendes Licht zu einem größeren Teil als bei bekannten Solarzellen genutzt werden kann.

Erfindungswesentlich ist, dass das Sonnenlicht durch Diffraktion, d.h. Beugung an einem Gitter und nicht durch Brechung zu der wirksamen Oberfläche der

Solarzelle umgelenkt wird. Eine Diffraktion bzw. Beugung erfolgt nur bei Gittern mit einer kleinen Gitterperiode, die zumindest kleiner als 10.000 nm ist. Insbesondere liegt die Gitterperiode im Bereich von 300 bis 900 nm. Des Weiteren tritt Beugung bei breiteren Spalten nur am Rand auf. Hierbei erfolgt die Lichtlenkung jedoch bereits im wesentlichen aufgrund der Brechungsgesetze. Hiervon unterscheidet sich auch die Refraktion, bei der es sich um geometrische Lichtienkung handelt. Refraktion beschreibt Lichtphänomene bei geometrischen Optiken, wie Linsen und dergleichen und ist als ein Sonderfali der Lichtbrechung nicht mit Lichtbeugung gleichzusetzen.

Vorzugsweise sind die Oberflächenelemente, insbesondere deren Abmessungen und deren Oberflächegestaltung derart ausgebildet, dass auch Licht, das in einem Winkel von weniger als 45° bezogen auf das Abdeckelement auf dieses trifft, im wesentlichen Teil in Richtung des Solareiements gelenkt wird. Insbesondere erfolgt ein Umlenken des einfallenden Lichts in Richtung des Solarelements bei Winkeln von weniger als 30°, besonders bevorzugt bei Winkeln von weniger als 20° und weiter bevorzugt einen Winkel von weniger als 10°. Erfindungsgemäß wird hierbei insbesondere von dem hochenergetischen Licht, das in einem Welienlängenbereich von 300 bis 500 nm liegt, mehr als 50% insbesondere mehr als 80% in Richtung des Solarelements umgelenkt und kann somit zu einem entsprechenden Prozentsatz zur Stromerzeugung genutzt werden. Besonders bevorzugt ist es, Licht durch die Oberflächenelemente in Richtung des Solarelements umzulenken, das einen Wellenlängenbereich von weniger als 500 nm, insbesondere von weniger als 450 nm aufweist und somit hochenergetisch ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist somit durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Oberflächenelemente ein Einfangeπ von Licht in Winkelbereichen möglich, bei denen bei heute bekannten Solarzeilen Totalreflexion stattfindet. Der Winkel der Totalreflexion hängt hierbei insbesondere von dem verwendeten Material ab. Durch das erfindungsgemäße Vorsehen der Oberflächenelemente kann somit der Winkelbereich, in dem Licht in Richtung des Solarelements umgelenkt wird, vergrößert werden. Hierdurch kann die Effizienz der Solarzelle deutlich verbessert werden.

Die einzelnen Oberflächenelernente sind vorzugsweise als Erhebung ausgebildet und weisen einen im wesentlichen quader- oder würfelförmige Form auf. Insbesondere an der Oberseite der Oberflächenelernente ist eine als Beugungsgitter wirkende Oberflächenstruktur vorgesehen. Diese ist insbesondere welienförmig und besonders bevorzugt als Doppel-Sinuswelle ausgebildet. Je nach Abstand der Wellen bzw. je nach Frequenz der Welienstruktur erfolgt eine Beugung von Licht der korrespondierenden Wellenlänge. Durch die Wahl der Oberflächenstruktur insbesondere der Frequenz und der Amplitude einer wellenförmigen Oberflächenstruktur kann definiert werden, welches Licht eines bestimmten Wellenlängenbereichs gebeugt wird und in weiche Richtung die Beugung erfolgt.

Vorzugsweise weisen unterschiedliche Oberflächenelemente Oberflächen mit unterschiedlichen Beugungscharakteristika auf. Hierdurch kann in einem relativ großen Wellenlängen- und Winkelbereich das auf die Solarzelle treffende Licht in Richtung der Solarelemente umgelenkt werden, so dass der Wirkungsgrad der Solarzeile weiter verbessert werden kann. Insbesondere ist es möglich, einzelne Oberflächenelemente derart auszugestalten, dass in einem definierten Winkelbereich ein definierter Weilenlängenbereich des auftretenden Lichts in Richtung der Solarelemente umgelenkt wird. Die Auswahl kann ebenso umgekehrt erfolgen.

Die einzelnen Oberflächenelemente weisen vorzugsweise eine Größe von 0,04 μm 2 bis 10000 μrn 2 , insbesondere 0,04 μm 2 bis 500 μrn 2 auf. Der Abstand der einzelnen Oberflächenelemente untereinander beträgt vorzugsweise 0 bis 100 μm 2 , insbesondere 0 bis 50 μm 2 und besonders bevorzugt 0 bis 15 μm 2 . Bevorzugt ist es, dass der Abstand der einzelnen Oberfiächeneiemente jedoch größer 0 μm 2 , insbesondere größer 1 μm 2 und besonders bevorzugt größer als 3 μm 2 ist. Dies hat den Vorteil, dass die Herstellung der einzelnen Oberflächenelemente vereinfacht ist, wenn die Oberflächenelemente in einem Abstand zueinander angeordnet sind. Werden die Oberfiächeneiemente beispielsweise durch einen aushärtenden Lack in Verbindung mit einem Abformelement bzw. einem Negativ hergestellt, ist durch die Beabstandung der Oberflächenelemente eine Verfälschung an den Grenzen der Oberflächenelemente, beispielsweise durch entstehende Lackstege, vermieden.

Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ist das Abdeckelement in einem Abstand zur Oberfläche des Soiarelements angeordnet. Auf der Innenseite, das heißt auf der dem SoSareiernent zugewandten Seite des Abdeckeiements sind erfindungsgemäße Oberflächenelemente vorgesehen Hierdurch wird Licht, das an der Oberseite des Solareiements reflektiert wird, zumindest zu einem wesentlichen Tei! derart durch die Oberflächenelemente umgelenkt und/oder durch die Innenseite des Abdeckelements reflektiert, dass das Licht zum Soiarelement zurückgelettet und dort zur Energiegewinnung genutzt werden kann„ Bei dieser Ausführungsform handelt es sich somit um eine Art Lichtfalle. Selbstverständlich kann diese Ausfuhrungsform der Erfindung mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, bei der an der Außenfläche des Abdeckeiements, das heißt der vom Soiarelement wegweisenden Fläche, Oberflächenelemente vorgesehen sind, kombiniert werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform, die insbesondere auch mit den beiden vorstehend beschriebenen bevorzugten wesentlichen Ausfύhrungsformen kombiniert werden kann, sind mit dem Abdeckelement Einkoppelelemente, wie z. B. Rippeπelemente verbunden. Bei den Rippenelementen handelt es sich beispielsweise um quaderförmig ausgebildete Elemente, die derart mit dem Abdeckelement verbunden sind, dass sie von diesem wegweisen. Insbesondere sind die Rippenelemeπte zu dem Abdeckelement senkrecht angeordnet. Bei den Einkoppelelementen kann es sich auch um andere geometrische steg- oder stabförmige Körper handeln, die auf der Oberseite des Abdeckelements angeordnet sind. Beispielsweise sind zylindrisch ausgebildete Einkoppelelemente möglich. Auch kann es sich hierbei um Pyramiden- oder teilpyramidenförmige Elemente oder ähnliches handeln. Die Einkoppelelemente weisen an zumindest einer Außenseite Oberflächenelemente auf, durch die das auftreffende Licht durch Beugung zumindest teilweise in Richtung des Solareiements gelenkt wird. Das Vorsehen von Rippenelementen mit erfindungsgemäßen Oberflächenelementen stellt eine Oberflächenvergrößerung und somit eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades der Solarzelle dar.

Die Einkoppelelemente sind vorzugsweise aus dem selben Material wie das Abdeckelement. Insbesondere sind die Rippenelemente aus lichttransparentem

Material. Insbesondere handelt es sich bei dem Material um die nachstehend aufgeführten Thermoplasten oder Kombinationen dieser Werkstoffe:

- PP, PE, PC, PMMA,PVC, PET, PU, PVF, PVDF und ETFE.

Ferner sind auch Mineralglas oder FEP Teflon sowie EVA mögliche Materialien. Die Verwendung erfolgt häufig über Klebeverbindungen unter Einsatz von PVB f Silikon oder EPDM. Bevorzugt ist der Einsatz von Materialverbunden, wie PVF- PET-PVF, wobei Paketschichtdicken im Bereich von 0,1 bis 0,4 mm bevorzugt sind.

Um ein Austreten von Licht an der vom Solarelement wegweisenden Außenseite der Rippenelemente zu vermeiden, ist an diesen Außenseiten vorzugsweise ein Reflektionseiement, wie ein Sptegelelement vorgesehen. Hierbei kann es sich um eine aufgedampfte Schicht oder dergleichen handeln.

Unter Licht wird hinsichtlich der Erfindung stets das gesamte Spektrum des Sonnenlichts, d. h. auch nicht sichtbare Bereiche der elektromagnetischen Strahlung verstanden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugten Ausfuhrungsformen unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematisch perspektivische Ansicht einer ersten

Ausfuhrungsform einer Solarzelle,

Fig. 2 eine schematische Vergrößerung eines Bereichs II in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer zweiten Ausfuhrungsform einer Solarzelle,

Fig. 4 eine schematische vergrößerte Schnittansicht eines Teils einer dritten Ausfuhrungsform einer Solarzelle,

Fig, 5 eine schematische perspektivische Ansicht der dritten bevorzugten Ausfuhrungsform der Solarzelle,

Fign. 6 und 7 schematische Diagramme einer Simulationsberechnung auf Basis der in Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsform und

Fign. 8 bis 10 schematische vergrößerte Schnittansichten weiterer Ausfuhrungsformen einer Solarzelle,

Bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Solarzelle (Fig, 1 und 2) ist ein üblicherweise als Halbleiterelement ausgebildetes Solarelement 10 auf einem Trägerelement 12 angeordnet. Innerhalb des Solarelements 10 erfolgt durch die eindringende Strahlung ein Freisetzen von Ladungen und aufgrund eines internen elektrischen Feldes ein Erzeugen von elektrischem Strom. Dieser wird über Leitungen 14 abgeführt.

Eine Oberseite des Solarelements 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Abdeckelement 16 verbunden. Das Abdeckelement 16 liegt beispielsweise unmittelbar auf dem Solarelement 10 auf oder ist mit diesem durch Verkleben oder dergleichen fest verbunden.

Das lichttransparente Abdeckelement 16 weist an seiner Oberseite 18 eine Vielzahl von einzelnen Oberflächeneiementen 20 auf. Die einzelnen Oberflächenelemente sind im Wesentlichen quaderförmig oder wurfeiförmig ausgebildet und weisen an ihrer Oberseite 22 eine wellenförmige Struktur auf, so dass eine diffraktiv wirkende Oberfläche ausgebildet ist. Insbesondere ist die Struktur sinusförmig ausgebildet. Je nach Frequenz und Amplitude einer insbesondere sinusförmig ausgebildeten Oberflächenstruktur erfolgt ein Beugen und somit Umlenken von Lichtstrahlung, wie vereinfacht durch die Pfeile 24 dargestellt, in Richtung des Solarelements 10. Insbesondere bei Sonnenlicht, das gegenüber der Oberseite 18 in einem flachen Winkel einstrahlt, kann durch die Erfindung eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades der Solarzelle erzielt werden.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 3) sind identische oder ähnliche Bauteile mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Bei dieser Ausführungsform ist das Abdeckelement 16 in einem Abstand zu einer Oberseite 26 des Solareiements 10 angeordnet. Der Zwischenraum 28 kann hierbei hohl, das heißt mit Luft gefüllt, oder mit einem anderen ggf. festen Medium gefüllt sein. Ein schematisch dargestellter Lichtstrahl 30 wird an einem Punkt 32 an der Oberseite 26 des Solareiements teilweise reflektiert und würde ohne das erfindungsgemäß Vorsehen von Oberflächenelementen im Wesentlichen vollständig in Richtung eines gepunkteten Pfeils 34 abgestrahlt und somit nicht mehr zur Energienutzung genutzt werden können.

Um dies zu vermeiden, sind erfindungsgemäß an einer Innenfläche 36 des Abdeckelements 16 eine Vielzahl von Oberflächenelementen 20 angeordnet. Diese sind vorzugsweise wie anhand der Fig. 2 beschrieben, ausgebildet. Das Vorsehen von Oberflächenelementen 20 an der Innenfläche 36 des Abdeckeiements 16 fuhrt dazu, dass der Raum im Wesentlichen als Lichtfalle dient.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung (Figuren 4 und 5) sind identische oder ähnliche Bauteile wiederum mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet. Erfindungsgemäß sind bei dieser Ausführungsform an der Außenseite 18 des Abdeckelements Rippenelemente 38 vorgesehen. Die Rippenelemente 38 sind im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und senkrecht zur Außenfläche 18 des Abdeckelements 16 angeordnet. An zumindest einer Außenfläche 40 der Rippenelemente 38 sind wiederum eine Vielzahl von Oberflächenelementen 20, die wie vorstehend erläutert ausgebildet sind, vorgesehen. Wie durch den Strahlverlauf 42 angedeutet, wird somit zumindest ein Teil des Lichts innerhalb des Rippenelements reflektiert und gelangt somit in Richtung des Solarelements 10. Ein nicht reflektierter Teil 44 des Lichts wird aufgrund der entsprechenden Beugung durch die Oberflächenelemente des benachbarten Rippenelements 38 innerhalb dieses Rippenelements in Richtung des Solarefements 10 umgelenkt. Durch das Vorsehen von Rippenelementen mit zumindest an einer Außenfläche 40 vorgesehenen Oberflächenelementen 20

kann die effektiv wirksame Oberfläche der Solarzelle erheblich vergrößert werden. Um ein Austreten eines Lichtstrahls aus dem Rippenelement an einer vom Solarelement 10 wegweisenden Seite zu vermeiden, sind an dieser Reflexionselemente 46 vorgesehen.

Die drei vorstehend beschriebenen wesentlichen Ausführungsformen der Erfindung zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Solarzellen können beliebig miteinander kombiniert werden.

Mit Hilfe einer geeigneten Simulationssoftware wurden zur Bestimmung der Effizienzsteigerung auf Basis einer der in den Figuren 4 und 5 dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsform der Solarzeile Berechnungen durchgeführt Die entsprechenden graphischen Auswertungen sind in den Figuren 6 und 7 dargestellt.

Hierbei zeigt Figur 6 eine herkömmliche Solarzelle 10, auf deren Oberseite entsprechend dem in Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel, Rippenelemente 38 angeordnet sind. Um die Simulationsergebnisse vergleichen zu können, weisen die Rippenelemente 38 bei dem in Figur 6 dargestellten Beispiel jeweils glatte Oberflächen 40 auf. Auf den Oberflächen 40 sind keine Oberflächenelemente vorgesehen. Bei dem Material handelt es sich um ein transparentes Material mit einem Brechungsindex von nD= l,52. Die Transmittanz des Materials beträgt 95%, der Reflektionsgrad 5 % und der Absorbtionsgrad 0%, Ferner ist in Figur 6 der Verlauf eines einzelnen einfallenden Lichtstrahls 48 dargestellt. Wie ersichtlich ist, trifft nur ein geringer Teil des Lichtstrahls auf die Außenseite 18 des Solarelements 10.

In Figur 7 ist nunmehr das identische Bauteil wie in Figur 6 bei der Simulation verwendet worden, wobei auf den Oberflächen 40 der Rippenelemente 38 diffraktive Oberflächenelemente 20 angeordnet sind. Die Oberflächenelemente weisen eine Gitterperiode von 400 bis 2.000 nm auf.

In Figur 7 sind drei Strahlengänge dargestellt, die mit unterschiedlichem Winkel auf die Rippenelemente 38 auftreffen. Der jeweils obere bzw. rechte Strahl 50 der drei Strahlenverläufe ist der ξtrahlenverlauf der 0. Ordnung. Dieser wird nur

gebrochen und nicht gebeugt. Die jeweils anderen Strahlenverläufe sind diejenigen Strahlenverläufe der -1. Ordnung. Diese Strahlen werden ausschließlich gebeugt. Aus Figur 7 ist ersichtlich, dass insbesondere auch bei sehr flachen Strahtenverläufen und der entstehenden Beugung ein Großteil des einfallenden Lichts auf die Solarzelle 10 umgelenkt wird. Bei sehr steil einfallenden Strahlen ergibt sich, dass das Vorsehen der erfindungsgemäßen Oberfiächenelemeπte auf den Rippenelementen 38 nicht störend ist.

Die Simulation hat ergeben, dass im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen durch das Vorsehen der Rippenelemente 38 mit diffraktiven Oberflächenetementen 20 eine Steigerung um ca. 30 % erzielt werden kann„ Nicht berücksichtigt wurden hierbei die Beugungen höherer Ordnungen. Dies wurde zu einer weiteren Effizienzsteigerung führen.

Aufgrund dieser erheblichen Effizienzsteigerung ist es beispielsweise nicht mehr erforderlich, ein Solarzellenpaneel dem Sonnenverlauf nachzuführen. Das Vorsehen eines entsprechenden Elektromotors mit der zugehörigen Mechanik etc. kann somit entfallen. Ferner hat die Simulation gezeigt, dass Einfallswinkel in einem Bereich von annähernd +/-90° akzeptabel sind.

Eine weitere Effizienzsteigeruπg kann durch Verringern des Abstandes zwischen den Rippenelementen 38 erzielt werden. Ferner ist es möglich, der Oberfläche 18 des Soiarelements 10 gegenüberliegend, beispielsweise an der Oberseite der Rippenelemente 38, einen halbdurchiässigen Spiegel vorzusehen, so dass Strahlung, die nach oben von dem Solarelement 10 weggebeugt wird, zuruckreflektiert wird.

In den Figuren 8 bis 10 sind auf dem Solarelement 10 jeweils unterschiedliche Ausführungsformen von Einkoppelelementen dargestellt, die die Rippeneiemente 38 ersetzen. Selbstverständlich ist es möglich, sämtliche dargestellten Ausfuhrungsformen auch miteinander zu kombinieren.

In Figur 8 sind als Einkoppelelemente 52 im wesentlichen teilpyramidenförmige Elemente dargestellt. Diese weisen zwei gegenüber der Oberfläche 18 des Solarelements 10 geneigte Oberflächen 54 und eine der zu der Oberfläche 18 des

Solarelements 10 parallele Oberfläche 56 auf. Bevorzugt ist es hierbei, dass auf den Oberflächen 54, 56 Oberflächenelemente 20 mit einem unterschiedlichen Oberflächengitter angeordnet sind. Hierdurch ist es je nach Sonnenstand möglich, auf den Einstrahlwinkel angepasste Gitter vorzusehen.

Auch die gemäß Figur 9 auf dem Solarelement 10 angeordneten Einkoppelelemente 58, die kreiszylindrisch ausgebildet sind, sind derart ausgebildet, dass eine gute Einkopplung der Sonnenstrahlen möglich ist, obwohl sich der Einfallswinkel im Laufe des Tages ändert. Auf der zylindrischen Außenseite der Einkoppelelemente 58 sind wiederum diffraktive Oberflächenelemente 20 angeordnet. Auf der flachen Oberseite 62 können ebenfalls diffraktive Oberflächenelemente 20 vorgesehen sein, die ebenfalls eine andere Gitterkonstante als die auf der Oberfläche 60 angeordneten diffraktiven Oberflächenelemente 20 aufweisen. Ebenso kann an Oberfläche 32 ein insbesondere halbdurchlässiger Spiegel vorgesehen sein, dessen Funktion dem Spiegel 46 (Figur 4 und 5) entspricht.

Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit, die eine geringere Bauhöhe aufweist, ist schematisch in Figur 10 dargestellt. Die einzelnen Einkoppelelemente 64, 66 sind in einem rechten Winke! zueinander angeordnet und entsprechend einer Gitterstruktur gestapelt. An unterschiedlichen Außenseiten der Einkoppelelemente 64, 66 können Oberflächenelemente 20 vorgesehen sein, die gegebenenfalls unterschiedliche Gitterstrukturen aufweisen. Ferner ist es möglich, insbesondere auf der nach oben von dem Solarelement wegweisenden Seite, halbdurchlässige Spiegel vorzusehen.