AT409902B - Lichtdurchlässiger flachkörper - Google Patents

Description

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   Die Erfindung bezieht sich auf einen lichtdurchlässigen Flachkörper mit zwei transparenten Deckschichten, die zwischen sich eine in einem elektrischen Feld ihre Lichtdurchlässigkeit ändern- de Aktivschicht zwischen zwei gegebenenfalls in Abschnitte unterteilte Elektrodenschichten ein- schliessen, und mit einem vorzugsweise über eine Steuerstufe an die Elektrodenschichten ange- schlossenen photovoltaischen Element, das eine photoaktive Schicht zwischen zwei Elektrodenschichten aufweist. 



   Lichtdurchlässige Flachkörper, wie sie durch Flüssigkristallanzeigen oder in ihrer Lichtdurch- lässigkeit steuerbare Fensterscheiben gebildet werden, weisen eine in einem elektrischen Feld ihre Lichtdurchlässigkeit ändernde Aktivschicht zwischen zwei gegebenenfalls in Abschnitte unterteilte Elektrodenschichten auf, über die das zur Steuerung der Aktivschicht erforderliche elektrische Feld zumindest abschnittsweise aufgebracht wird. Beim Einsatz von Flüssigkristallen bilden die im wesentlichen schichtparallelen Flüssigkristallmoleküle nematische Drehzellen, wobei sich die Flüssigkristallmoleküle beim Anlegen eines elektrischen Feldes in die Feldrichtung drehen und nach dem Abschalten der elektrischen Spannung aus dem feldorientierten Zustand wieder in die verdrillte Struktur zurückkehren.

   Durch den Einsatz von Polarisationsfiltern auf beiden Deckschich- ten der Aktivschicht kann der feldorientierte Zustand durch Lichtabsorption sichtbar gemacht wer- den. Elektrochrome Aktivschichten beruhen hingegen auf dem Zusammenwirken von zwei farblo- sen oder nur schwach gefärbten, einerseits oxidierbaren und anderseits reduzierbaren Substan- zen, von denen die eine unter Einfluss einer elektrischen Spannung reduziert und die andere oxi- diert wird, wobei wenigstens eine dieser Substanzen farbig wird. Nach dem Abschalten der Span- nung bilden sich die beiden ursprünglichen Redoxsubstanzen wieder zurück, und zwar unter einer Entfärbung bzw. Farbaufhellung.

   Da zum Aufbau des elektrischen Feldes zur Steuerung der Licht- durchlässigkeit der Aktivschicht vergleichsweise geringe elektrische Energien unabhängig vom Aufbau der Aktivschicht erforderlich sind, bieten sich für die Energieversorgung photovoltaische Elemente an, zumal aufgrund der Lichtempfindlichkeit photovoltaischer Elemente eine einfache selbständige Steuerung der Lichtdurchlässigkeit der Aktivschicht verwirklicht werden kann. 



  Nachteilig bei den hiefür zum Einsatz kommenden photovoltaischen Elementen ist, dass sie eine ausreichend grosse Aufnahmefläche für eine Lichtstrahlung aufweisen müssen, um die erforderliche Energieversorgung sicherzustellen. Der hiefür erforderliche Platzbedarf steigt mit sinkendem Wirkungsgrad. Dies gilt insbesondere für photovoltaische Elemente, deren photoaktive Schicht nicht in herkömmlicher Weise auf Silizium, sondern auf konjugierte Kunststoffe aufgebaut ist, bei denen abwechselnd Einfach- und Doppelbindungen aufeinanderfolgen. Dabei ergeben sich hin- sichtlich der Elektronenenergie mit Halbleitern vergleichbare Energiebänder, so dass sie durch ein Dotieren vom nichtleitenden in den metallisch leitenden Zustand überführt werden können.

   Zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Energieumwandlung von photovoltaischen Polymerzellen aus einem konjugierten Polymer ist es bekannt (US 5 670 791 A), die photoaktive Schicht aus zwei molekularen Komponenten aufzubauen, nämlich einer konjugierten Polymerkomponente als Elektronendonator und einem Fulleren als Elektronenakzeptor. Durch diese Massnahme konnte die sonst übliche Ladungsträgerrekombination weitgehend vermieden werden, was zwar zu einer erheblichen Steigerung des Wirkungsgrades führt, der jedoch im Vergleich zu photovoltaischen Elementen auf Siliziumbasis noch immer gering ausfällt. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen lichtdurchlässigen Flachkörper der ein- gangs geschilderten Art über ein photovoltaisches Element mit der für die Steuerung der Aktiv- schicht erforderlichen Energie zu versorgen, und zwar mit einem vergleichsweise geringen Kon- struktionsaufwand, ohne zusätzlichen Platz für die Anordnung des photovoltaischen Elementes vorsehen zu müssen. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die photoaktive Schicht des photovoltai- schen Elementes in an sich bekannter Weise aus zwei lichtdurchlässigen molekularen Komponen- ten besteht, dass eine der beiden Elektrodenschichten der Aktivschicht zugleich eine der Elektro- denschichten des photovoltaischen Elementes ist und dass die beiden transparenten Deckschichten sowohl das photovoltaische Element als auch die Aktivschicht zwischen sich einschliessen. 



   Da ein photovoltaisches Element mit einer photoaktiven Schicht aus zwei lichtdurchlässigen molekularen Komponenten als Elektronendonator und Elektronenakzeptor zum Einsatz kommt, kann der lichtdurchlässige Flachkörper selbst als Träger für das photovoltaische Element dienen, so dass sich das photovoltaische Element über die gesamte Fläche des lichtdurchlässigen Flach- 

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 körpers erstrecken kann. Damit kann auch bei einem vergleichsweise geringen Wirkungsgrad der 
Energieumwandlung eine für die Steuerung der Aktivschicht des lichtdurchlässigen Flachkörpers ausreichende elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden.

   Trotz des vergleichsweise gross- flächigen photovoltaischen Elementes bleibt der Konstruktionsaufwand gering, weil eine der beiden 
Elektrodenschichten der Aktivschicht des lichtdurchlässigen Flachkörpers als Elektrode für das photovoltaische Element genützt wird, dessen photoaktive Schicht somit auf der einen Elektroden- schicht des lichtdurchlässigen Flachkörpers aufgebaut wird. Dies bedeutet, dass nicht nur transpa- rente Deckschichten zwischen der Aktivschicht des lichtdurchlässigen Flachkörpers und der photo- aktiven Schicht des photovoltaischen Elementes überflüssig werden, sondern auch der erhebliche Aufwand zum Herstellen einer gesonderten Elektrodenschicht für das photovoltaische Element auf der Seite der Aktivschicht des lichtdurchlässigen Flachkörpers entfallen kann.

   Sowohl die Aktiv- schicht des lichtdurchlässigen Flachkorpers als auch die photoaktive Schicht des photovoltaischen 
Elementes werden zwischen zwei gemeinsamen, transparenten Deckschichten eingeschlossen, was wiederum eine gemeinsame Versiegelung des lichtdurchlässigen Flachkorpers und des pho- tovoltaischen Elementes erlaubt. 



   Da im allgemeinen die Energieversorgung des hinsichtlich seiner Lichtdurchlässigkeit steuerba- ren Flachkörpers unabhängig von der jeweils gewählten Lichtdurchlässigkeit sichergestellt sein soll, empfiehlt es sich, das photovoltaische Element auf der einer Lichtquelle zugekehrten Seite der Aktivschicht anzuordnen. 



   In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird ein erfindungsgemässer lichtdurchlässiger Flachkörper in einem schematischen Querschnitt gezeigt. 



   Der lichtdurchlässige Flachkörper weist gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei transparente Deckschichten 1, 2 aus Glas oder Kunststoff auf, die zwischen sich einerseits eine Aktivschicht 3 zur Steuerung der Lichtdurchlässigkeit und anderseits eine photoaktive Schicht 4 eines photovoltaischen Elementes 5 einschliessen. Die Aktivschicht 3 kann dabei in üblicher Weise als elektrochrome Schicht aufgebaut sein, die zwischen zwei anliegenden Elektrodenschichten 6 und 7 einem elektrischen Feld ausgesetzt werden kann, über das die Lichtdurchlässigkeit der Aktivschicht 3 gesteuert wird.

   Diese Elektrodenschichten 6 und 7 bestehen vorzugsweise aus einem Indium-Zinn-Oxid (ITO), wobei jedoch im Gegensatz zu herkömmlichen, bezüglich ihrer Lichtdurchlässigkeit steuerbaren Flachkörpern, insbesondere Fensterscheiben, nur eine der beiden Elektrodenschichten 6,7 auf eine transparente Deckschicht 1 aufgebracht ist. Die der Deckschicht 1 abgekehrte Elektrodenschicht 6 ist nämlich zugleich Elektrodenschicht für das photovoltaische Element 5, dessen andere Elektrodenschicht 8 der Deckschicht 2 zugeordnet ist. Die photoaktive Schicht 4 des photovoltaischen Elementes 5, das mehrschichtig aufgebaut sein kann, besteht aus einem konjugierten Polymer als Elektronendonator und einem Fulleren als Elektronenakzeptor. 



  Während die lochsammelnde Elektrodenschicht 6 aus einem transparenten, leitfähigen Oxid be- steht, kann die elektronensammelnde Elektrodenschicht 8 des photovoltaischen Elementes 5 aus Aluminium bestehen, das auf die photoaktive Schicht 4 aufgedampft wird. Aufgrund der geringen Schichtdicke ist auch die metallische Elektrodenschicht 8 lichtdurchlässig. 



   Mit der Anregung des konjugierten Polymers durch eingestrahltes Licht werden Elektronen an das Fulleren der photoaktiven Schicht 4 abgegeben, was zu einem entsprechenden Spannungs- aufbau führt. Da die Elektrodenschicht 8 über einen elektrischen Anschluss 9 mit dem elektrischen Anschluss 10 der Elektrodenschicht 7 der Aktivschicht 3 elektrisch verbunden ist, bedingt der Span- nungsaufbau in der photoaktiven Schicht 4 aufgrund der gemeinsamen Elektrodenschicht 6 ein elektrisches Feld zwischen den Elektrodenschichten 6 und 7, das die chemische Reaktion der Redoxsubstanzen der Aktivschicht 3 und damit deren Farbverhalten steuert. Zur Beeinflussung dieser Steuerung kann in die elektrische Verbindung der beiden elektrischen Anschlüsse 9 und 10 eine entsprechende Steuerstufe 11eingeschaltet werden. 



   Wird die Aktivschicht 3 nicht aus elektrochromen Substanzen aufgebaut, sondern auf der Basis von Flüssigkristallen erstellt, so ändert sich zwar die Wirkungsweise der Aktivschicht 3, nicht aber deren Ansteuerung über das photovoltaische Element 5. Die Deckschichten 1 und 2 müssen allerdings mit entsprechenden   Polarisationsschichten   12 und 13 versehen werden, wie dies in der Zeichnung strichpunktiert angedeutet ist, um die Ausrichtung der Flüssigkristallmoleküle in Rich- tung des elektrischen Feldes für die Abschattung des lichtdurchlässigen Flachkörpers ausnützen zu können. 

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   Obwohl in der Zeichnung der lichtdurchlässige Flachkörper in Form einer Fensterscheibe dar- gestellt ist, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, sondern kann auch im Zusammenhang mit einer Flüssigkristallanzeige eingesetzt werden. Zu diesem Zweck ist die Elekt- rodenschicht 7 entsprechend zu unterteilen und die Teile getrennt voneinander anzusteuern, um durch die dadurch bedingte Ansteuerung einzelner Flüssigkristallzellen der in einem Matrixmuster angeordneten Flüssigkristallzellen der Aktivschicht 3 eine Anzeige zu erhalten. 



   Durch die Kombination einer Aktivschicht 3 zur Steuerung der Lichtdurchlässigkeit mit einem photovoltaischen Element 5 zur Energieversorgung der Steuerung der Aktivschicht 3 in einem gemeinsamen, lichtdurchlässigen Flachkörper werden einfache Konstruktionsverhältnisse geschaf- fen, die die gemeinsame Nutzung einer Elektrodenschicht 6 zwischen der Aktivschicht 3 und der photoaktiven Schicht 4 sowie der transparenten Deckschichten 1 und 2 für die beiden Schichten 3 und 4 ermöglichen. Ausserdem können die beiden Schichten 3 und 4 gemeinsam versiegelt wer- den, weil ja lediglich der randseitige Spalt zwischen den Deckschichten 1 und 2 über eine Dichtung 14 abzudichten ist. Der gegenseitige Abstand der Deckschichten 1 und 2 kann über Abstandhalter 15 sichergestellt werden, die vorzugsweise die elektrischen Anschlüsse 9 und 10 tragen. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Lichtdurchlässiger Flachkörper mit zwei transparenten Deckschichten, die zwischen sich eine in einem elektrischen Feld ihre Lichtdurchlässigkeit ändernde Aktivschicht zwischen zwei gegebenenfalls in Abschnitte unterteilte Elektrodenschichten einschliessen, und mit einem vorzugsweise über eine Steuerstufe an die Elektrodenschichten angeschlossenen photovoltaischen Element, das eine photoaktive Schicht zwischen zwei Elektrodenschich- ten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die photoaktive Schicht (4) des photovoltai- schen Elementes (5) in an sich bekannter Weise aus zwei lichtdurchlässigen molekularen 
Komponenten besteht, dass eine der beiden Elektrodenschichten (6,7) der Aktivschicht (3) zugleich eine der Elektrodenschichten (6,8) des photovoltaischen Elementes (5) ist und dass die beiden transparenten Deckschichten (1,2)

   sowohl das photovoltaische Element (5) als auch die Aktivschicht (3) zwischen sich einschliessen.

Claims (1)

1. 2. Lichtdurchlässiger Flachkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pho- tovoltaische Element (5) auf der einer Lichtquelle zugekehrten Seite der Aktivschicht (3) angeordnet ist.

   HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN