CN103563479A - 具有层的加热元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包含配备有薄层堆叠体的基材(1)的加热元件。该薄层堆叠体包含适合于加热的层(3)，这种层具有20至200Ω/平方的薄层电阻，其中该加热元件还包含两个适合于用电压馈电的导电集电极，该适合于加热的层是透明导电氧化物层并且该适合于加热的层(3)不进行机械加工并且被电连接至两个导电集电极，该适合于加热的层(3)具有50nm至300nm的厚度。本发明使得可以容易将该包含适合于加热的层的并制备简单的加热元件安装在电动车辆中，或易于将所述元件连接至国家电网。
Description
本发明涉及包含配备有薄层堆叠体的基材的加热元件，该薄层堆叠体包含适合于加热的层。
已知使用这种加热元件作为机动车辆的加热风挡以使风挡除雾和/或除霜。当玻璃门窗安装在车辆上并且连接到电力装置时，该适合于加热的层变热。
由加热风挡消耗的功率P等于馈电于该风挡的电压U的平方除以该加热层的电阻R(P=U2/R)。有效使对于使风挡除雾和/或除霜消耗的功率应该高于500W/m2。在使用内燃机的车辆中，车载电压为大约12或者42伏特。该使用的加热层基于银。它们分别地具有约1或者4Ω/平方的薄层电阻。
需要提供加热玻璃用于装备电动车辆。然而，电动车辆的车载电压比使用内燃机的车辆的车载电压高许多：它为大约100伏特或更高，甚至可以高达数百伏特。因此，如果尝试将用于使用内燃机的车辆的加热风挡安装在电动车辆中，由风挡消耗的功率将是很高的。然而，传统的电力装置，如使用内燃机的车辆车载存在的电力装置，将不能经受将由这种安装在电动车辆中的加热风挡产生的很高的消耗电力。特定的电力装置然而将是非常昂贵的并且实施复杂的。
而且，还已知使用具有由银制成的加热层的加热元件作为建筑物的电采暖器。由于在建筑物中可使用的电压是国家电网的电压，即在欧洲220或者230伏特或者在美国120伏特，即比12或者42伏特高许多，产生了相同的高压问题。为了降低消耗的功率(以避免取暖器变得过热)，该加热层的电阻通过蚀刻该加热层以使得电子运行更长的路径进行提高。这种方法然而是复杂的和昂贵的。
因此存在对包含配备有薄层堆叠体的基材的加热元件的需要，该薄层堆叠体包含适合于加热的层，该加热元件可以容易地安装在电动车辆中或者连接到国家电网并且其是制备简单的。
为此目的，本发明提出包含配备有薄层堆叠体的基材的加热元件，该薄层堆叠体包含适合于加热的层，这种层具有20至200Ω/平方的薄层电阻，该加热元件还包含两个适合于用电压馈电的导电集电极，该适合于加热的层是透明导电氧化物层并且该适合于加热的层不通过蚀刻进行加工并且被电连接至两个导电集电极，该适合于加热的层具有50nm至300nm的厚度。
根据另一特征，该透明导电氧化物层是:
- 由用选自以下元素或者用这些不同元素的组合掺杂的氧化锌制成：Al、Ga、In、B、Ti、V、Y、Zr、Ge，优选用铝掺杂的氧化锌(AZO)、铟掺杂的氧化锌(IZO)、镓掺杂的氧化锌(GZO)、或者硼掺杂的氧化锌(BZO)制成；
- 由氧化铟锡(ITO)或者用氟掺杂的氧化锡(SnO2:F)或者用锑掺杂的氧化锡(SnO2:Sb)制成；或
- 由铌掺杂的二氧化钛制成。
根据另一特征，该透明导电氧化物层通过阴极溅射，尤其磁场增强(磁控管)阴极溅射，或者通过化学气相沉积(CVD)进行沉积。
根据另一特征，该薄层堆叠体此外包含位于在该适合于加热的层下方的下邻非金属介电层，该非金属介电层用氮化物或者氧氮化物或者氧化物或者混合氧化物，例如Si3N4或SiOxNy或SiOC或SiOSn制成。
根据另一特征，该薄层堆叠体此外包含，特别地当透明导电氧化物层用掺杂的氧化锌或者铌掺杂的二氧化钛制成时，位于该适合于加热的层上面的上邻非金属介电层，该非金属介电层用氮化物，例如Si3N4制成。
根据另一特征，该导电集电极被设置在该加热元件的两个相反边缘附近。
根据另一特征，该配备有薄层堆叠体的基材用有机或者无机玻璃制成。
根据另一特征，该配备有薄层堆叠体的基材是透明的。
根据另一特征，该加热元件此外包含中间层和第二基材，该中间层在该两个基材之间以便形成层压体，该适合于加热的层面对中间层。
根据另一特征，该加热元件此外包含通过充气腔与该层压体分开的第三基材。
根据另一特征，该加热元件包含至少一个第二基材，该基材通过充气腔两两分开以形成阻隔性多层玻璃门窗，该适合于加热的层面对该充气腔。
根据另一特征，第二基材用无机或者有机玻璃制成。
根据另一特征，第二基材是透明的。
本发明还涉及包含如上所述的加热元件的建筑物的玻璃门窗。
本发明还涉及用于电动汽车车辆的玻璃门窗，所述玻璃门窗包含如上所述的加热元件。
本发明还涉及包含如上所述的玻璃门窗，尤其是风挡，前侧窗户，后侧窗户，后窗或者天窗的电动汽车车辆。
本发明还涉及用于建筑物的电取暖器，所述取暖器由如上所述的加热元件形成。
本发明的其它特征和优点现在将参照附图进行描述，其中：
· 附图1显示根据本发明的一个实施方案的加热元件的横断面图。
本发明涉及包含至少一种配备有薄层堆叠体的基材的加热元件，该薄层堆叠体包含适合于加热的层。该适合于加热的层具有20至200Ω/平方的薄层电阻。该适合于加热的层允许使玻璃门窗除雾/除霜或者甚至加热房间。该适合于加热的层是透明导电氧化物层。该加热元件还包含两个适合于用电压馈电的导电集电极，该适合于加热的层被电连接至两个导电集电极以可以加热。该适合于加热的层是实心的，即它不通过蚀刻进行加工，即它不包含允许加热层的电阻提高的刻纹。因此，无区域从该层被除去和无几何路径(使得该玻璃门窗的有效电阻提高)已经通过蚀刻被刻画在该适合于加热的层中。
因此该适合于加热的层的薄层电阻为20至200Ω/平方，不需要通过蚀刻加工它。这简化了用于制备加热元件的方法。而且，这允许具有受控制的并且与传统的电力装置相适合的被消耗的功率。本发明因此允许根据本发明的加热元件容易地安装在电动车辆中或者容易地连接到国家电网。
附图1显示根据本发明的一个实施方案的加热元件的横断面图。
该加热元件包含基材1，在其上已经沉积了包含适合于加热的层3的薄层堆叠体。该堆叠体的薄层通过例如阴极溅射，尤其通过磁场增强阴极溅射(“磁控管”沉积)，或者通过化学气相沉积(CVD)进行沉积。
基材1例如用有机或者无机玻璃制成。它例如是透明的，特别地当它用于要求是透视的应用中，例如在车辆或者建筑物的玻璃门窗中时。基材1优选地，但非限制性地，是玻璃片材。
适合于加热的层3用透明导电氧化物层(TCO)制成。通常，TCO层可以由用选自以下的元素或者用这些不同元素的组合掺杂的氧化锌制成：Al、Ga、In、B、Ti、V、Y、Zr、Ge。当该适合于加热的层通过磁控管进行沉积时，该TCO层是例如:
- 由铝掺杂的氧化锌(AZO)、铟掺杂的氧化锌(IZO)或者镓掺杂的氧化锌(GZO)制成；或者
- 由氧化铟锡(ITO)或者锑掺杂的氧化锡(SnO2:Sb)或者氟掺杂的氧化锡(SnO2:F)制成；或者
- 由铌掺杂的二氧化钛制成。
当该适合于加热的层通过CVD进行沉积时，TCO层例如由硼掺杂的氧化锌(BZO)或者氟掺杂的氧化锡(SnO2:F)制成。BZO层例如通过低压CVD(LPCVD)进行沉积。
该薄层堆叠体还包含位于该适合于加热的层3下方的下邻非金属介电层4。这种下邻非金属介电层4用氮化物或者氧氮化物或者氧化物或者混合氧化物，例如Si3N4或者SiOxNy(用于通过磁控管沉积物)或者SiOC或者SiOSn(用于CVD沉积)制成。这种下邻层4用作碱金属的阻挡层，碱金属否则可以在堆叠体的弯曲期间迁移并且破坏TCO层的电导率，当通过磁控管溅射进行该沉积时。该下邻层还具有调节颜色的功能。由混合氧化物SiOSn制成的下邻非金属介电层4特别地允许由SnO2:F制成的适合于加热的层3的优良粘合作用和在该玻璃门窗的弯曲期间优良的抗分层性。该下邻非金属介电层4例如通过阴极溅射，尤其磁场增强阴极溅射，或者通过CVD进行沉积。该下邻非金属介电层4的厚度为10至100纳米，例如为40至70纳米和优选为约50纳米。
对于加热元件在汽车玻璃门窗(旨在进行弯曲)中的应用，该薄层堆叠体必须是足够热稳定的和机械稳定的以经受弯曲操作。如果该TCO层不是足够地稳定的，将由氮化物，例如Si3N4制成的上邻非金属介电层5被沉积在该TCO层上。该非金属介电层5例如通过阴极溅射，尤其磁场增强的阴极溅射进行沉积。该上邻层5可以允许改变该基材的颜色。该上邻非金属介电层5具有在10至100纳米，优选约10纳米的厚度。10nm的厚度理论上是足以确保该要求的保护。
该适合于加热的层3的厚度为50至300nm，优选50至200nm。这种厚度范围同时在技术上可易于实现的并且允许在该玻璃片材的整个表面上方获得受控厚度的层，其中该适合于加热的层的薄层电阻为20至200Ω/平方。
该加热元件还包含两个设置在该加热元件的两个相反边缘附近的导电集电极(未显示)。该适合于加热的层3电连接至这些导电集电极。该导电集电极是该适合于加热的层3的电压馈电接线端。在加热风挡的情况下，该导电集电极例如被设置在该风挡的上部和底部。
作为第一种变型，该加热元件优选包含第二基材2和中间层6，该中间层在该两个基材1、2之间，以使得形成层压体。在这种构型中，基材1的面(在其上沉积薄层堆叠体)优选面对中间层6并且不定向朝向加热元件的外部，使得保护薄层堆叠体不受外部侵蚀。该中间层例如由标准PVB(聚乙烯醇缩丁醛)，或者适合于听觉上减弱声波的材料制成。适合于在声学上减弱声波的材料这时优选被设置在两个标准PVB的层之间。
在这种第一变型中，第二基材2例如由有机或者无机玻璃制成。它例如是透明的，特别地当它用于要求它是透视的应用中，例如在车辆或者建筑物的玻璃门窗中时。基材2优选地，但非限制性地，是玻璃片材。
根据这种第一种变型的加热元件可以用作为机动车辆，特别地电动车辆的玻璃门窗中。当玻璃门窗是风挡或者前侧窗户时，它得经受可见度限制。特别地光透射必须为至少70%，甚至至少75%，以满足现行的标准。这种光透射使用如上所定义的加热玻璃门窗实现。相反地，当玻璃门窗为后侧窗户、后窗或者天窗时。对它的光透射没有限制。为了降低光透射同时遵守现行标准(其可接近100%)，该基材可以进行着色或者该堆叠体可以包含吸收层，例如由NiCr或者NbN制成的吸收层。
根据这种第一种变型的加热元件还可以用作为建筑物的玻璃门窗，例如在两个房间的隔板中或者作为建筑物的外墙(与通过充气腔跟加热元件分开的第三基材组合)。第三基材例如用有机或者无机玻璃制成。该第三基材例如是透明的。
根据这种第一变型的加热元件还可以用作为建筑物用的电取暖器。
根据第二种变型，该加热元件至少包含第二基材2。该基材1、2通过充气腔两两地进行分隔以便形成隔离性多层玻璃门窗。该薄层堆叠体优选面对充气腔并且不定向朝向该加热元件的外部，以保护薄层堆叠体不受外部侵蚀。
根据这种第二种变型的加热元件可以用作为建筑物的玻璃门窗。
本发明因此还涉及用于电动汽车车辆的玻璃门窗，特别地风挡或者前侧窗户，其必须具有至少70%，甚至至少75%的光透射，或者后侧窗户、后玻璃窗甚至天窗，其不受任何光透射限制。本发明还涉及装有这种玻璃门窗的电动机动车辆。本发明还涉及建筑物的玻璃门窗和建筑物的电取暖器。
在车辆或者建筑物的玻璃门窗或者建筑物的电取暖器的情况下，导电集电极以已知方式连接至电力装置并且经由这种电力装置用电压馈电。当它在电压下时，该适合于加热的层变成加热层。借助于本发明，可以使用传统的电力装置。
在车辆或者建筑物的玻璃门窗的情况下，该适合于加热的层的一个目的是使玻璃门窗除雾和/或除霜。
在取暖器的情况下，该适合于加热的层基本上用于家用采暖但是还可以用于除雾目的，尤其是当它用于浴室中时。
实施例在下面给出。它们可以全部用于由本发明提供的任何应用中，即使已经对弯曲之后的风挡进行了消耗的功率的计算。
根据本发明的加热元件具有以下堆叠体：
玻璃/Si3N4/AZO/Si3N4/PVB/玻璃
按顺序具有以下厚度：
| 材料 | 玻璃 | Si3N4 | AZO | Si3N4 | PVB | 玻璃 |
| 厚度 | 2mm | 50nm | 160nm | 50nm | 0.76mm | 2mm |
具有30Ω/平方的薄层电阻。在这种实施例中，AZO层是该适合于加热的层。加热元件75cm高，用220V电压馈电，这时消耗2870W/m2的单位面积功率并且具有82.5%的光透射。
同样地，根据本发明的加热元件具有以下堆叠体：
玻璃/Si3N4/SnO2:F/PVB/玻璃
按顺序具有以下厚度：
| 材料 | 玻璃 | Si3N4 | SnO2:F | PVB | 玻璃 |
| 厚度 | 2mm | 50nm | 50nm | 0.76mm | 2mm |
具有100Ω/平方的薄层电阻。在这种实施例中，SnO2:F层是该适合于加热的层。加热元件75cm高，用220V电压馈电，这时消耗860W/m2的单位面积功率并且具有85%的光透射。
同样地，根据本发明的加热元件具有以下堆叠体：
玻璃/Si3N4/SnO2:F/PVB/玻璃
按顺序具有以下厚度：
| 材料 | 玻璃 | Si3N4 | SnO2:F | PVB | 玻璃 |
| 厚度 | 2mm | 50nm | 70nm | 0.76mm | 2mm |
具有70Ω/平方的薄层电阻。在这种实施例中，SnO2:F层是该适合于加热的层。加热元件75cm高，用220V电压馈电，这时消耗1129W/m2的单位面积功率并且具有84.5%的光透射。
根据本发明的加热元件具有以下堆叠体：
玻璃/Si3N4/GZO/Si3N4/PVB/玻璃
按顺序具有以下厚度：
| 材料 | 玻璃 | Si3N4 | GZO (5wt%) | Si3N4 | PVB | 玻璃 |
| 厚度 | 2mm | 50nm | 100nm | 50nm | 0.76mm | 2mm |
具有60Ω/平方的薄层电阻。在这种实施例中，GZO层是该适合于加热的层。加热元件75cm高，用220V电压馈电，这时消耗1434W/m2的单位面积功率并且具有83%的光透射。
根据本发明的加热元件具有以下堆叠体：
玻璃/Si3N4/AZO/Si3N4/PVB/玻璃
按顺序具有以下厚度：
| 材料 | 玻璃 | Si3N4 | AZO (2wt%) | Si3N4 | PVB | 玻璃 |
| 厚度 | 2mm | 50nm | 100nm | 50nm | 0.76mm | 2mm |
具有60Ω/平方的薄层电阻。在这种实施例中，AZO层是该适合于加热的层。加热元件75cm高，用220V电压馈电，这时消耗1434W/m2的单位面积功率并且具有83%的光透射。
根据本发明的加热元件具有以下堆叠体：
玻璃/Si3N4/AZO/Si3N4/PVB/玻璃
按顺序具有以下厚度：
| 材料 | 玻璃 | Si3N4 | TiO2:Nb (5wt%) | Si3N4 | PVB | 玻璃 |
| 厚度 | 2mm | 50nm | 100nm | 50nm | 0.76mm | 2mm |
具有150Ω/平方的薄层电阻。在这种实施例中，TiO2:Nb层是该适合于加热的层。加热元件75cm高，用220V电压馈电，这时消耗574W/m2的单位面积功率并且具有75%的光透射。
根据本发明的加热元件具有以下堆叠体：
玻璃/Si3N4/AZO/Si3N4/PVB/玻璃
按顺序具有以下厚度：
| 材料 | 玻璃 | Si3N4 | ITO (90%In和10%Sn) | Si3N4 | PVB | 玻璃 |
| 厚度 | 2mm | 50nm | 60nm | 50nm | 0.76mm | 2mm |
具有35Ω/平方的薄层电阻。在这种实施例中，ITO层是该适合于加热的层。加热元件75cm高，用220V电压馈电，这时消耗2458W/m2的单位面积功率并且具有83%的光透射。
Claims (17)
1.包含配备有薄层堆叠体的基材(1)的加热元件，该薄层堆叠体包含适合于加热的层(3)，这种层具有20至200Ω/平方的薄层电阻，该加热元件还包含两个适合于用电压馈电的导电集电极，该适合于加热的层是透明导电氧化物层并且该适合于加热的层(3)不通过蚀刻进行加工并且被电连接至两个导电集电极，该适合于加热的层(3)具有50nm至300nm的厚度。
2.根据权利要求1的加热元件，其中该透明导电氧化物层是：
- 由用选自以下元素或者用这些不同元素的组合掺杂的氧化锌制成：Al、Ga、In、B、Ti、V、Y、Zr、Ge，优选用铝掺杂的氧化锌(AZO)、铟掺杂的氧化锌(IZO)、镓掺杂的氧化锌(GZO)、或者硼掺杂的氧化锌(BZO)制成；
- 由氧化铟锡(ITO)或者用氟掺杂的氧化锡(SnO2:F)或者用锑掺杂的氧化锡(SnO2:Sb)制成；或
- 由用铌掺杂的二氧化钛制成。
3.根据权利要求1或2的加热元件，其中该透明导电氧化物层通过阴极溅射，尤其磁场增强(磁控管)阴极溅射，或者通过化学气相沉积(CVD)进行沉积。
4.根据权利要求1-3任一项的加热元件，其中该薄层堆叠体此外包含位于在该适合于加热的层(3)下方的下邻非金属介电层(4)，该非金属介电层(4)用氮化物或者氧氮化物或者氧化物或者混合氧化物，例如Si3N4或SiOxNy或SiOC或SiOSn制成。
5.根据权利要求1-4任一项的加热元件，其中该薄层堆叠体此外包含，特别地当透明导电氧化物层用掺杂的氧化锌或者铌掺杂的二氧化钛制成时，位于该适合于加热的层(3)上面的上邻非金属介电层(5)，该非金属介电层(5)用氮化物，例如Si3N4制成。
6.根据权利要求1-5任一项的加热元件，其中该导电集电极被设置在该加热元件的两个相反边缘附近。
7.根据权利要求1-6任一项的加热元件，其中该配备有薄层堆叠体的基材(1)用有机或者无机玻璃制成。
8.根据权利要求1-7任一项的加热元件，其中该配备有薄层堆叠体的基材(1)是透明的。
9.根据权利要求1-8任一项的加热元件，其此外包含中间层(6)和第二基材(2)，该中间层(6)在该两个基材(1，2)之间以便形成层压体，该适合于加热的层(3)面对中间层(6)。
10.根据权利要求9的加热元件，其此外包含通过充气腔与该层压体分开的第三基材。
11.根据权利要求1-8任一项的加热元件，其包含至少一个第二基材(2)，该基材(1，2)通过充气腔两两分开以形成阻隔性多层玻璃门窗，该适合于加热的层(3)面对该充气腔。
12.根据权利要求9-11任一项的加热元件，其中第二基材(2)用无机或者有机玻璃制成。
13.根据权利要求9-12任一项的加热元件，其中第二基材(2)是透明的。
14.建筑物的玻璃门窗，其包含根据权利要求1-13任一项的加热元件。
15.电动汽车车辆的玻璃门窗，当权利要求12或13引用权利要求9时，该玻璃门窗包含根据权利要求1-9和12或13任一项的加热元件。
16.电动汽车车辆，其包含根据权利要求15的玻璃门窗，尤其是风挡、前侧窗户、后侧窗户、后窗或者天窗。
17.建筑物的电取暖器，当权利要求11或12引用权利要求9时，该电取暖器由根据权利要求1-9和11或12任一项的加热元件构成。
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Granted publication date: 20160518 Termination date: 20190531 |
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