Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
THIN LAYER ENERGY SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/050886
Kind Code:
A2
Abstract:
The combination of at least one thin layer energy storage system with at least one thin layer energy converter is disclosed. Solar cells are preferably applied as energy converters and particularly preferred are those comprising at least one organic functional polymer and/or are flexible. The energy converter should meet the mechanical requirements of a mobile thin layer energy system and at the same time be incorporated in the production chain with as few problems as possible.

Inventors:
Rogler, Wolfgang (Frankenstr. 44, Möhrendorf, 91096, DE)
Brabec, Christoph (Birkenweg 5a, Erlangen, 91054, DE)
Application Number:
PCT/DE2002/004563
Publication Date:
June 19, 2003
Filing Date:
December 12, 2002
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Wittelsbacherplatz 2, München, 80333, DE)
Rogler, Wolfgang (Frankenstr. 44, Möhrendorf, 91096, DE)
Brabec, Christoph (Birkenweg 5a, Erlangen, 91054, DE)
International Classes:
H01L51/30; H01L51/42; H01M6/40; H01M10/04; H01M10/46; H01M14/00; H02S40/38; H01L27/30; (IPC1-7): H01L31/058; H01L51/20
Foreign References:
US4481265A1984-11-06
DE19926318A12000-12-14
US5626976A1997-05-06
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 011, no. 292 (E-543), 19. September 1987 (1987-09-19) & JP 62 092380 A (KANEGAFUCHI CHEM IND CO LTD), 27. April 1987 (1987-04-27)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 126 (E-318), 31. Mai 1985 (1985-05-31) & JP 60 012780 A (MATSUSHITA DENKI SANGYO KK), 23. Januar 1985 (1985-01-23)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 008, no. 039 (E-228), 21. Februar 1984 (1984-02-21) & JP 58 197888 A (NIPPON DENSO KK), 17. November 1983 (1983-11-17)
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Postfach 22 16 34, München, 80506, DE)
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche
1. Dünnschichtenergiesystem mit zumindest einem wiederauflad barem Dünnschichtenergiespeicher und zumindest einem Dünn schichtenergiewandler, wobei der Energiewandler mit dem wie deraufladbaren Energiespeicher elektrisch leitend verbunden ist.
2. Dünnschichtenergiesystem nach Anspruch 1, wobei der Dünn schichtenergiewandler zumindest eine photovoltaische Zelle umfasst.
3. Dünnschichtenergiesystem nach Anspruch 2, wobei die photo voltaische Zelle zumindest ein organisches Funktionspolymer umfasst.
4. Dünnschichtenergiesystem nach einem der vorstehenden An sprüche, das eine Bauhöhe im Bereich von lum bis 10 mm hat.
5. Dünnschichtenergiesystem nach einem der vorstehenden An sprüche, das flexibel ist.
6. Dünnschichtenergiesystem nach einem der vorstehenden An sprüche, bei dem der Energiewandler direkt in den Energie speicher integriert ist.
7. Dünnschichtenergiesystem nach einem der vorstehenden An sprüche, bei dem der Energiewandler in den Energiespeicher über eine gemeinsame Elektrode integriert ist.
8. Dünnschichtenergiesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der Enf iewandler mit dem Energiespeicher über eine Verbindungsschicht verbunden ist.
9. Dünnschichtenergiesystem nach einem der vorstehenden An sprüche, das mobil ist.
Description:
Beschreibung Dünnschichtenergiesystem Die Erfindung betrifft ein Dünnschichtenergiesystem.

Es sind Dünnschichtenergiesysteme wie Batterien für Handys, handheld Computers oder ähnliche mobile Elektronikbauteile bekannt.

Ein Dünnschichtenergiesystem umfasst zumindest einen Energie- speicher wie einen Akku und/oder eine Batterie und/oder einen Kondensator in Dünnschichtbauweise, das heißt aufgebaut auf einem dünnen Substrat mit einer Bauhöhe des gesamten Energie- speichers im Millimeterbereich. Teilweise müssen die dazuge- hörigen Energiespeicher also Akkus und/oder Batterien und/oder Kondensatoren eine hohe mechanische Flexibilität ha- ben, damit sie in funktionellen SmartCards wie Bankomatkarten oder Telefonkarten mit zusätzlichen Funktionen eingesetzt werden können. Ein Beispiel für einen solchen Dünnschicht- energiespeicher ist eine Lithium/Polymer Elektrolyt Batterie mit einer Bauhöhe von ca. 1um bis 10 mm. Bevorzugt sind Dünn- schichtenergiesysteme flexibel.

Nachteilig an den bekannten Systemen ist, dass sie eine kurze Lebensdauer im Vergleich zu den von ihnen angetriebenen Vor- richtungen haben und einerseits praktisch nicht wiederauflad- bar sind, weil die elektrischen Vorrichtungen für ein Wieder- aufladen platzraubend, aufwendig und teuer sind und anderer- seits sich auch ein Auswechseln der Systeme nicht direkt an- bietet, weil es schwierig ist, diese kleinsten Bauteile zu ersetzen.

Es besteht daher der Bedarf wiederaufladbare mobile Dünn- schichtenergiesysteme zu schaffen, die trotz hoher Lebensdau- er eine Bauhöhe im Bereich der Dünnschichtenergiesysteme ha- ben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, wiederauf- ladbare mobile Dünnschichtenergiesysteme zur Verfügung zu stellen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Dünnschichtenergiesystem mit zumindest einem wiederaufladbarem Dünnschichtenergiespeicher und zumindest einem Dünnschichtenergiewandler, wobei der Energiewandler mit dem wiederaufladbaren Energiespeicher elektrisch leitend verbunden ist.

Nach einer Ausführungsform umfasst der Energiewandler zumin- dest eine photovoltaische Zelle.

Nach einer Ausführungsform umfasst die photovoltaische Zelle zumindest ein organisches Funktionspolymer. Insbesondere be- vorzugt ist eine flexible photovoltaische Zelle.

Unter dem Begriff"organisches Funktionspolymer"wird jede Schicht eines Halbleiterbauelements verstanden, die nicht aus dem Material der herkömmlichen Halbleitertechnologie auf Si- liziumbasis ist. Eine Beschränkung auf Molekülgröße, wie der Ausdruck".. polymer" vermuten ließe, wird nicht vorgenommen, vielmehr können auch sog."small molecules"unter diesen Beg- riff fallen. Die Bauelemente mit organischen Funktionspolyme- re sind bevorzugt auf flexiblen Substraten aufgebracht.

Als"Dünnschichtenergiesystem"wird dabei ein beispielsweise flexibles Energiesystem bezeichnet, das eine Bauhöhe im Be- reich zwischen 1 um und 10 mm, bevorzugt zwischen 10 um und 1000 um hat.

Bevorzugt handelt es sich bei dem Energiewandler um eine or- ganische Photovoltaikzelle, die im Dünnschichtverfahren her- stellbar ist und eine Bauhöhe zwischen 1 um bis 8 mm hat.

Als Energiespeicher können alle Akkus/Batterien/Kondensatoren eingesetzt werden, deren Bauhöhe die genannten Maße nicht signifikant überschreitet.

Nach einer Ausführungsform ist die photovoltaische Zelle di- rekt in den Energiespeicher integriert, so dass beispielswei- se eine Elektrode eine gemeinsame Elektrode ist und von der photovoltaischen Zelle und dem Energiespeicher genutzt wird.

Nach einer anderen Ausführungsform ist die photovoltaische Zelle nicht direkt im Energiespeicher integriert, sondern nur in einer gemeinsamen Verpackung kombiniert (joint packaging).

Bevorzugt ist das Dünnschichtenergiesystem mobil, also unab- hängig von einem Netzanschluss betreibbar.

Im folgenden wird die Erfindung noch anhand zweier Figuren, die Ausführungsformen der Erfindung zeigen, näher erläutert : Figur 1 zeigt ein Beispiel, bei dem der Energiewandler, z. B. die photovoltaische Zelle, auf eine der Speicherelektroden aufgesetzt wird.

Figur 2 zeigt ein Beispiel, bei dem der Energiewandler, z. B. die photovoltaische Zelle durch eine Verbindungs-und/oder Schutzschicht mit dem Speicher verbunden ist.

In Figur 1 ist die Kombination eines Dünnschichtenergiespei- chers 1 mit einer Dünnschichtsolarzelle 2 zu sehen. Bei Be- lichtung fällt Licht, symbolisiert über die Pfeile 4, auf die transparente Top-Elektrode 5 (Anode oder Kathode) der photo- voltaischen Zelle 2. Das Licht dringt bis zum photovoltaisch aktiven Bereich 6 der photovoltaischen Zelle 2 vor, die gege- benenfalls durch eine leitfähige Polymerschicht 7 mit der Ge- genelektrode 8 (Anode oder Kathode) verbunden ist. Die Elekt- rode 8 ist eine gemeinsame Elektrode von der Solarzelle 2 und dem Energiespeicher 1. Entsprechend grenzt sie an das Ener-

giespeichermedium 9, das beispielsweise auf einem Elektrolyt basiert, an. Im Anschluss an das Energiespeichermedium 9 be- findet sich die Gegenelektrode des Energiespeichers 10 (Anode oder Kathode), die ihrerseits an den Elektroden Strom Sammler 13 anschließt, der an eine Lade-Elektronik 11 angeschlossen ist. Das ganze System ist auf einem Substrat 12 aufgebracht.

Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform zeigt eine Kombinati- on eines Energiespeichers 1, d. h. Batterie/Akku/Kondensator Systems mit einer Dünnschichtsolarzelle 2, bei der die Solar- zelle 2 auf eine der Speicherelektroden 8 aufgesetzt ist. Die Solarzelle 2 und der Energiespeicher 1 können gemeinsam durch eine semitransparente Versiegelung gemeinsam geschützt und verpackt sein. Die Solarzelle 2 kann dabei nur einen Teil des Speichers 1 oder die gesamte Fläche bedecken. Ebenso kann der Speicher 1 die gesamte Fläche der Solarzelle 2 bedecken oder nur einen Teil davon. Es kann auch eine leitfähige Polymer- schicht 7 mit Elektrodeneigenschaften eingesetzt werden. Bei- spiele dafür sind PEDOT, PANI, Polypyrrol, etc..).

Die Anordnung der Elektroden des Speichers 1 und der Solar- zelle 2 werden so gewählt, dass mittels einer geeignete Lade- elektronik 11 die Solarzelle 2 den Speicher 1 auflädt aber die Energieentnahme aus dem Speicher 1 ansonsten nicht beein- flusst.

Figur 2 zeigt die Kombination eines Dünnschichtenergiespei- chers 1, z. B. eines Akku/Kondensator-und/oder Batteriesys- tems mit einer Dünnschicht-Solarzelle 2, bei der die Solar- zelle 2 mit dem Energiespeicher 1 durch eine geeignete Ver- bindungsschicht 3 verbunden ist. Die Solarzelle 2 kann auf dieser Schicht 3 produziert werden oder es kann eine fertige Solarzelle 2 auf diese Schicht aufgesetzt werden. Die gemein- same Schicht 3 kann weitere Funktionen erfüllen, z. B. als Versiegelungs-und/oder Schutzschicht von einem der beiden Bauelemente 1 oder 2 oder von beiden Bauelementen. Es können auch die beiden Bauelemente 1 und 2, also Energiespeicher 1

und Solarzelle 2 innerhalb oder auf der Verbindungsschicht 3 miteinander elektrisch verbunden werden. Je nach Anordnung der Solarzelle 2 kann eine semitransparente Versieglungs-/ Schutz-/elektrisch leitende oder isolierende Verbindungs- schicht 3 besser sein. Nach einer Ausführungsform ist die So- larzelle 2 so angeordnet, dass das Substrat 12 für die Solar- zelle 2 (z. B. Polyester/ITO für Solarzellen auf organischer Basis) als Abschlussschicht zur Oberfläche nach außen verwen- det wird.

Die Anordnung der Elektroden (Anode/Kathode) des Energiespei- chersystems und der Solarzelle wird so gewählt, dass mittels einer geeigneten Ladeelektronik 11 die Solarzelle 2 das Ener- giespeichersystem 1 auflädt, aber die Energieentnahme aus dem Speicher 1 ansonsten nicht beeinflusst.

Die Erfindung schlägt die Kombination zumindest eines Dünn- schichtenergiespeichersystems mit zumindest einem Dünn- schichtenergiewandler vor. Es werden vorzugsweise Solarzellen als Energiewandler eingesetzt und insbesondere bevorzugt sol- che, die zumindest ein organisches Funktionspolymer umfassen und/oder flexibel sind. Der Energiewandler sollte den mecha- nischen Beanspruchungen eines mobilen Dünnschichtenergiesys- tems genügen und gleichzeitig möglichst problemlos in die Produktionskette einbaubar sein.