CN102576713A - 玻璃上的薄层元件、用于制造该薄层元件的方法及其使用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种薄层元件（I），其中，在玻璃板（1）上施加层结构（2）和导电的保护装置（3），在层结构（2）和导电的保护装置（3）上施加至少一个介电保护层（4），和其中，导电的保护装置（3）和玻璃板（1）的外棱边（5）之间的间距小于层结构（2）和玻璃板（1）的外棱边（5）之间的间距，以及涉及一种用于制造该薄层元件（1）的方法及其使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种玻璃上的持久地免受潮湿和高的电场强度的薄层元件、一种用于制造该薄层元件的方法和该薄层元件的使用。
背景技术
薄层元件例如作为露天场地系统或屋顶系统上的光电模块（Photovoltaik-Module）在直至1000V的高电压情况下遭受强烈的风吹雨打。薄层光电模块通常含有单片集成薄层光电池，所述单片集成薄层光电池在光电模块中在潮湿存在下受腐蚀。也公知的是，由于在光电池和地电位之间的高的系统电压和从中产生的高的电场强度，可能出现电瞬变（Transienten），而或者离子从玻璃中漂移到光电池的薄层中。光电池的腐蚀或脱层导致光电模块的持久的功率退化或完全失效。
用于将电能馈送到公共电源网络中的光电系统含有光电模块的电路和用于将直流电压转换成交流电压的逆变器。
为了减小在长时间使用中的功率退化，从DE 10 2007 050 554 A1中已知具有电位提升的光电系统。在此，在逆变器处相对于地电位来推移光电模块的电路的正极的电位，使得不出现从光电模块向地的不受控制的以电方式的放电。
也已知用于光电系统的逆变器，这些光电系统经由隔离变压器将光电模块在电流上（galvanisch）与对接地的电位分开，以便防止从光电系统向接地的不受控制的放电。
不过，在此必须采用具有小电效率的、费事地与光电模块匹配的逆变器。
发明内容
本发明所基于的任务在于，提供一种玻璃上的改善的薄层元件，该薄层元件与逆变器无关地在同时高的电场强度情况下相对于风吹雨打具有高的长时间稳定性。
通过在权利要求1，13和17中所列举的特征来解决该任务。
在本发明的薄层元件中，在玻璃板上施加层结构和导电的保护装置，在层结构和导电的保护装置上施加至少一个介电保护层，并且导电的保护装置和玻璃板的外棱边（Aussenkante）之间的间距小于层结构和玻璃板的外棱边之间的间距。
本发明的薄层元件可以具有像根据其功能性通常的那样的外部形状。层结构尤其是可以具有光电的、电致变色的、发光的或加热功能。薄层元件优选是板状的。板面积可以为100 cm2直至18 m2，但是优选0.5 m2至3 m2。薄层元件可以实施为平坦的或弯曲的。
层结构通常含有前电极层和后电极层。在电极层之间施加具有光电的、电致变色的、发光的或加热功能的层系统。电极层优选含有银、金、铜、镍、铬、钨、钼、氧化锡、氧化锌、铝、氧化铟锡、二氧化硅、氮化硅和/或组合以及混合。层结构特别优选是单片集成串联电路。
优选在玻璃板的棱边处环绕地以优选5 mm至20 mm的宽度对层结构去除涂层，以便免受潮湿进入或通过在边缘处的固定件的遮阴。
由于在薄层元件的直接周围环境的地电位和层结构之间的不同的电位而产生电场。例如可以通过薄层元件的接地的固定装置或具有在薄层元件上的对地短路的传导水膜来示出地电位上的周围环境。
优选在电极之间出现直流电压。但是也可能出现交流电压而或出现电瞬变。
根据本发明，导电的保护装置优选布置在层结构和玻璃棱边的外棱边之间，使得最大的电场强度出现在导电的保护装置的范围中并且不出现在功能性的层结构的范围中。将由电场所引起的离子从玻璃板的漂移或以电方式的放电，从层结构向导电的保护装置转移。
通常的光电的、电致变色的、发光的和/或可加热的层结构具有至少两个电的极。一个极优选处于地电位。第二极可以作为阳极相对于第一极是正的，或作为阴极相对于第一极是负的。
在一种其它有利的扩展方案中，导电的保护装置经由至少一个接触区与层结构的一个极在电流上相连接。经由电流上的连接，导电的保护装置处于层结构一个极的电位上。导电的保护装置优选与以下极相连接，该极与光电模块有关地具有对于周围的地电位的最高负电位差。
导电的保护装置但是也可以与附加的外部电压源相连接，该外部电压源提供等于或大于层结构的最大负电位的电位。
导电的保护装置特别优选在极处与层结构的前电极层在电流上相连接。
替代地，导电的保护装置在极处与层结构的后电极层在电流上相连接。
在本发明的一种其它有利的扩展方案中，层结构完全由导电的保护装置包围，并因此环绕地屏蔽层结构。导电的保护装置可以完全或部分地由固定装置和/或不透明的丝网印刷所覆盖。
导电的保护装置的线宽度优选具有0.5 mm至5 mm的宽度。
导电的保护装置可以具有在导电的保护装置处提供相对于层结构较高的电场强度的所有形式。导电的保护装置优选线形地、曲折形地、梳形地或以连接的矩形的形式来形成并且在总体上优选构成框架形状。导电的保护装置优选设计为围绕层结构的环绕的框架。
在本发明的一种有利的扩展方案中，在薄层元件处、优选在玻璃板的外棱边处安置导电的固定装置。
在本发明的一种其它有利的扩展方案中，在玻璃板的外棱边处的导电的固定装置至少部分地将薄层元件包围。导电的固定装置优选沿着薄层元件的外棱边设计为环绕的框架。
导电的固定装置但是也可以优选实施为中断的框架、环绕的框架，或实施为覆盖层。经由固定件的拧紧、夹紧和/或粘接进行元件在例如支架处的固定。固定装置的电位通常对应于参考系统的地电位，优选对应于接地电位或车辆外壳的地电位。
导电的保护装置可以具有经由多个接触区在电流上互相连接的多个交错的框架。
在本发明的一种其它有利的扩展方案中，导电的保护装置含有银、金、铜、镍、铬、钨、钼、氧化锡、氧化锌、铝、氧化铟锡、二氧化硅、氮化硅和/或其组合以及混合。
可以将导电的保护装置作为涂层或也作为导线或导线网来施加。
如果导电的保护装置和接触区具有与层结构的前电极层或后电极层相同的材料，则是特别有利的。
但是导电的保护装置也可以含有不同于层结构的材料，以便相对于潮湿、高的场强、来自玻璃的杂质和脱层实现较高的长时间稳定性。
导电的保护装置可以设计成消耗层（Opferschicht），该消耗层随着薄层元件的寿命在化学上改变或脱层。层结构的功能不受此影响。
如果玻璃板含有0.1重量百分比（Gew.-%）至20重量百分比并且优选10重量百分比至16重量百分比碱元素，优选Na2O，本发明则是特别有利的。
在本发明的一种其它有利的扩展方案中，介电保护层含有硅酸盐玻璃，聚乙烯醇缩丁醛（PVB），聚氨酯（PU），聚丙烯（PP），聚丙烯酸酯，聚乙烯（PE），聚碳酸酯（PC），聚甲基丙烯酸甲酯，聚氯乙烯，多醋酸盐树脂（Polyacetatharz），浇铸树脂，丙烯酸酯，乙烯醋酸乙烯酯（EVA），氟化乙烯丙烯，聚氟乙烯，乙烯-四氟乙烯，共聚物和/或其混合。
介电保护层优选含有由增附的（haftvermittelnd）乙烯醋酸乙烯酯和聚氟乙烯所组成的复合物，或者与附加的硅酸盐玻璃板相结合的增附的聚乙烯醇缩丁醛。
在一种特别有利的扩展方案中，层结构含有具有硅、黄铜矿和/或碲化镉的薄层光电池。
具有层结构和导电的保护装置的玻璃板可以形成薄层光电模块的朝向光入射的玻璃板或又可以形成背向光入射的玻璃板。
进一步通过一种用于制造薄层元件的方法来解决本发明的任务，其中，将层结构施加到玻璃板上，将导电的保护装置施加到玻璃板上，将至少一个介电保护层施加到层结构和导电的保护装置上，并且将玻璃板、层结构、导电的保护装置和介电保护层连接成薄层元件。
在本发明方法的一种有利的实施形式中，通过激光切割消融或机械磨蚀从具有绝缘线的层结构的部分区域中形成导电的保护装置。
在一种其它的实施形式中，用例如丝网印刷、凹印滚筒印刷、喷墨印刷、气流喷射印刷（Aerosoljet-Druck）、柔版印刷、脉冲喷射印刷和/或其组合的印刷方法来施加导电的保护装置。
也可以通过激光切割消融、机械磨蚀或印刷方法的组合来制造导电的保护装置。
在本发明方法的一种有利的实施形式中，将固定零件拧紧、夹紧或粘接在玻璃板的外棱边的至少部分区域中。
本发明进一步涉及薄层元件作为光电模块和在对接地为至少-100 V和优选至少-600 V的负电位的情况下光电模块的串联电路（Reihenverschaltung）的使用。
附图说明
在附1至6中示意化地示出了本发明的实施例。
图1展示了根据图2剖面A-A’的通过本发明薄层元件（I）的实施例的截面，
图2展示了本发明薄层元件（I）的实施例的俯视图，
图3展示了本发明薄层元件（I）的替代实施例的俯视图，
图4展示了本发明薄层元件（I）的其它替代的实施例的俯视图，
图5以用于制造薄层元件（I）的流程图展示了本发明方法的实施例，和
图6以用于制造薄层元件（I）的流程图展示了本发明方法的替代的实施例。
具体实施方式
以下借助图按照所示出的发明的构造和必要时也按照作用方式阐述本发明。
图1和图2展示了本发明薄层光电元件（I）。具有多个非晶硅薄层光电池的层结构（2）位于具有12重量百分比的氧化钠含量的玻璃板（1）上。
将层结构（2）的各个条形的光电池单片集成地串联。层结构（2）在堆栈构造中作为功能性层含有两个非晶硅半导体结。具有氟掺杂的氧化锡的前电极层位于功能性层和玻璃板（1）之间。层结构（2）的背向玻璃板（1）的后电极层含有银。
在边缘范围中，在具有15 mm宽度的玻璃板（1）的棱边（5）处机械磨蚀地对层结构（2）去除涂层。在边缘去除涂层之内，用含银的丝网印刷膏将4 mm宽的导电的保护装置（3）印刷到玻璃板（1）上。导电的保护装置（3）以5 mm的间距将层结构（2）完全围绕。经由接触区（7）用银丝网印刷，将导电的保护装置（3）和薄层光电池的前电极在极（2a）处与薄层光电模块的最高电位在电流上相连接。
导电的保护装置（3）通过接触区（7）具有与层结构（2）的区域（2a）相同的电位。在具有两个介电保护装置（4）的复合物中，用聚乙烯醇缩丁醛和背侧玻璃板使层结构（2）和导电的保护装置（3）免受环境、尤其是潮湿影响。由作为导电固定器（8）的铝框架围绕薄层光电元件（I）的外棱边（5）。在玻璃（1，4）的表面处用5 mm的深度进行固定框架（8）的夹紧。
薄层光电元件（I）的空载电压相对于接地电位为-600 V。在没有隔离变压器的情况下经由没有示出的逆变器将正极与接地电位在电流上相连接。固定框架（8）同样处于接地电位上。区域（2a）是薄层光电元件（I）的负极。区域（2a）和导电的保护装置（3）具有对地电位的最高负电位差。固定框架（8）和导电的保护装置（3）之间的间距小于固定框架（8）和层结构（2）之间的间距。由于在导电的保护装置（3）的范围中较大的场强，离子、尤其是带正电荷的钠离子的漂移加强地指向导电的保护装置（3）。在层结构（2）的范围中没有观察到杂质的积聚。在潮湿经由棱边（8）进入薄层光电元件（I）的边缘范围中和高电场强度下，没有观察到层结构（2）的腐蚀或脱层。在长时间的风吹雨打之后，观察到导电的保护装置（3）的开始的脱层和腐蚀。层结构（2）的功能性不受影响。惊人的和明确的是，通过本发明的导电的保护装置（3）在同时高电场强度时在风吹雨打下可以防止杂质漂移到层结构（2）中和薄层光电元件（I）的与此相关联的持久的功率退化。
图2以俯视图表明了根据图1的本发明实施例。薄层光电元件（I）具有1.2 m x 0.6 m的面积，并且由作为导电固定器（8）的具有铝的框架完全围绕。固定框架（8）具有接地的电位。穿过没有示出的透明的玻璃板（1），展示了同样框架形的导电的保护装置（3），该导电的保护装置（3）经由接触区（7）与极（2a）在电流上接触。导电的保护装置（3）将层结构（2）完全围绕。在俯视图中明显展示了，固定框架（8）和导电的保护装置（3）之间的间距小于固定框架（8）和层结构（2）之间的间距。
图3展示了本发明薄层光电模块（1）的替代扩展方案的俯视图。导电的保护装置（3）含有透明的传导的氧化物，并且由层结构（2）的前电极层的改进所构成。通过7 mm的边缘去除涂层和环绕的具有100μm宽度的绝缘线（9）以及在接触区（7）中的中断，形成了框架形的区域作为透明的导电的保护装置（3）。在接触区（7）中，框架形的导电的保护装置（3）与极（2a）在电流上相连接。在本发明的扩展方案中，以简单的方式，从层结构（2）的电极层的继续发展提供导电的保护装置（3）。惊人的和明确的是，通过本发明导电的和透明的保护装置（3）可以防止杂质漂移到层结构（2）中和薄层光电元件（I）的与此相关联的持久的功率退化。
图4展示了本发明薄层光电模块（1）的一种其它替代的扩展方案的俯视图。导电的保护装置（3）含有透明的传导的氧化物，并且从层结构（2）的电极层的继续发展构成。通过7 mm的边缘去除涂层和具有接触区（7）中的中断的两个环绕的100μm宽的绝缘线（9）形成两个框架形的区域作为透明的导电保护装置（3）。在接触区（7）中，框架形的透明的导电的保护装置（3）经由多个接触区（7）与极（2a）在电流上相连接。在本发明的扩展方案中，以简单的方式从层结构（2）的电极层的改进中获得导电的保护装置（3）。通过将导电的保护装置（3）实施为双框架，进一步提高用于层结构（2）的保护功能。在导电的保护装置（3）的外框架由于在长时间测试之后脱层而退化时，导电的保护装置（3）的内框架和层结构（2）保持工作能力。惊人的和明确的是，通过本发明导电的和透明的保护装置（3）的扩展方案，可以防止杂质漂移到层结构（2）中和薄层光电元件（I）的与此相关联的持久的功率退化。
图5以流程图详细展示了用于制造本发明薄层元件（I）的本发明方法的实施例。
图6以流程图详细展示了用于制造本发明薄层元件（I）的本发明方法的替代的实施例。
附图标记列表
（I） 薄层元件
（1） 玻璃板
（2） 层结构
（2a） 层结构的极
（3） 导电的保护装置
（4） 介电保护装置
（5） 玻璃板的外棱边
（7） 接触区
（8） 固定装置
（9） 绝缘线
Claims (18)
1.薄层元件（I），其中，在玻璃板（1）上施加层结构（2）和导电的保护装置（3），在层结构（2）和导电的保护装置（3）上施加至少一个介电保护层（4），和其中，导电的保护装置（3）和玻璃板（1）的外棱边（5）之间的间距小于层结构（2）和玻璃板（1）的外棱边（5）之间的间距。
2.按照权利要求1的薄层元件（I），其中，导电的保护装置（3）经由至少一个接触区（7）与层结构（2）的极（2a）在电流上相连接。
3.按照权利要求2的薄层元件（I），其中，导电的保护装置（3）在极（2a）处与层结构（2）的前电极在电流上相连接。
4.按照权利要求2的薄层元件（I），其中，导电的保护装置（3）在极（2a）处与层结构（2）的后电极在电流上相连接。
5.按照权利要求1至4之一的薄层元件（I），其中，导电的保护装置（3）具有0.5 mm至5 mm的宽度。
6.按照权利要求1至5之一的薄层元件（I），其中，导电的保护装置（3）将层结构（2）至少部分地包围。
7.按照权利要求1至6之一的薄层元件（I），其中，导电的固定装置（8）安置在薄层元件（I）的外棱边（5）处、优选在玻璃板（1）处。
8.按照权利要求7的薄层元件（I），其中，导电的固定装置（8）将薄层元件（I）至少部分地包围。
9.按照权利要求1至8之一的薄层元件（I），其中，导电的保护装置（3）含有银、金、铜、钨、镍、铬、钼、氧化锡、氧化锌、铝、二氧化硅、氮化硅、氧化铟锡和/或其组合以及混合。
10.按照权利要求1至9之一的薄层元件（I），其中，玻璃板（1）含有0.1重量百分比至20重量百分比和优选10重量百分比至16重量百分比的碱元素。
11.按照权利要求1至10之一的薄层元件（I），其中，介电保护层（4）含有硅酸盐玻璃、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚氨酯（PU）、聚丙烯（PP）、聚丙烯酸酯、聚乙烯（PE）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、多醋酸盐树脂、浇铸树脂、丙烯酸酯、乙烯醋酸乙烯酯（EVA）、氟化乙烯丙烯、聚氟乙烯、乙烯-四氟乙烯、共聚物和/或其混合。
12.按照权利要求1至11之一的薄层元件（I），其中，层结构（2）含有具有硅、黄铜矿和/或碲化镉的薄层光电池。
13.用于制造薄层元件（I）的方法，其中，
a.将层结构（2）施加到玻璃板（1）上，
b.将导电的保护装置（3）施加到玻璃板（1）上，
c.将至少一个介电保护层（4）施加到层结构（2）和导电的保护装置（3）上，和
d.将玻璃板（1）、层结构（2）、导电的保护装置（3）和介电保护层（4）连接成薄层元件（I）。
14.按照权利要求13的方法，其中，从具有绝缘线（9）的层结构（2）的部分区域中通过激光切割消融或机械磨蚀来形成导电的保护装置（3）。
15.按照权利要求13或14的方法，其中，用例如丝网印刷、凹印滚筒印刷、喷墨印刷、气流喷射印刷、柔版印刷、脉冲喷射印刷和/或其组合的印刷方法来施加导电的保护装置（3）。
16.按照权利要求13至15之一的方法，其中，将固定装置（8）至少拧紧、夹紧或粘接在玻璃板（1）的外棱边（5）的部分区域中。
17.按照权利要求1至12之一的薄层元件（I）作为薄层光电模块的使用。
18.在对接地为至少-100 V和优选至少-600 V的负电位的情况下按照权利要求16的薄层元件的使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20160406 |
|
| C20 | Patent right or utility model deemed to be abandoned or is abandoned |