CN115004385A - 具有结构化盖板和滤色层的彩色板状组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种板状组件(1)，包括透明盖板(2)和附接到盖板(2)的平面背部元件(3)，其中盖板(2)具有面向外部环境的正面(4)和面向背部元件(3)的背面(5)，其中选自正面和背面的至少一个表面(4、5)具有至少一个结构化区域(8、8’)，并且其中用于反射预定波长范围内的光的至少一个滤色层(9、9’)设置在选自正面和背面的至少一个表面(4、5)上，其中所述至少一个结构化区域(8、8’)具有以下特征(i)至(iii)：(i)垂直于所述盖板(2)的平面，高度轮廓包括峰和谷，峰谷间的平均高度差至少为2μm，(ii)至少50％的所述结构化区域由相对于盖板(2)的平面倾斜的分段组成，其中相对于盖板(2)的平面，分段中的至少20％具有在0°以上至最大15°范围内的倾角，并且分段中的至少30％具有在15°以上至最大45°范围内的倾角，其中(iii)分段各自都是平面的且具有至少1μm2的分段面积，分段各自的平均粗糙度小于至少一个滤色层(9、9’)的层厚的15％，并且其中至少一个滤色层(9、9’)包含至少一个高折射层，至少一个折射层在400nm至至少700nm的波长范围内的折射率大于2.5，并且消光系数在低于450nm的情况下至少为0.2且在高于700nm的情况下小于0.2(尤其小于0.1)。

Description

具有结构化盖板和滤色层的彩色板状组件
技术领域
本发明属于立面制作和太阳能电池组件制造的技术领域，并且涉及一种具有结构化盖板和至少一个滤色层的彩色板状组件。该板状组件尤其以太阳能电池组件或立面元件的形式形成。
背景技术
尽管目前从经济角度来看使用太阳能电池组件作为墙面元件或立面元件仍是一个相对较小的市场，但是从生态角度来看却非常有吸引力。尤其是考虑到在分散式能源解决方案和能源中和建筑方面不断加大的努力，对太阳能电池组件作为建筑围护结构的集成组件的应用的需求正在不断增长。这包括了在屋顶(集成屋顶或表面安装屋顶)和立面方面的应用。太阳能电池组件的其他有吸引力的应用领域是隔音屏障(用于道路和铁路)、户外区域的防窥隔屏或用于温室的墙壁或用于桥梁或塔楼结构设计的覆盖物。如果出于景观保护或特殊客户要求的原因而不需要常规的蓝黑色太阳能电池组件，甚至可以设想在地面安装系统中采用彩色太阳能电池组件。这些新的应用对太阳能电池组件提出了全新的要求，尤其是在美观、使用寿命以及诸如密封和隔热等其他功能性方面。尤其是，用于此目的的太阳能电池组件必须具有各种形状、尺寸和颜色，并且必须传达尽可能均匀的颜色印象。根据颜色的来源(吸收/发射、干涉和折射)，太阳能电池组件的固有均匀表面的颜色可能取决于观察和/或照射角度。此外，光的光谱和空间分布(漫射分布和定向分布)也决定了颜色印象。
就效率优化而言，理想的太阳能电池组件应该是一个完全吸收入射阳光的黑色物体，以便以最佳的方式将辐射能转换成电能。然而，入射辐射被反射，而被吸收的辐射被每个真实物体漫反射，因此人眼所见的颜色印象基本上是由光的光谱选择反射和漫反射产生的。太阳光谱在可见光谱范围内具有最高的能量强度，并且人眼具有最高的敏感度。如果太阳能电池组件设计成是彩色的，即，如果要在人眼中产生与理想的黑色物体不同的太阳能电池组件的颜色印象，则在光伏活性半导体中吸收的光的强度必然会降低，从而太阳能电池组件的电输出或效率也会降低。基本上只能利用黑色太阳能电池组件来实现最佳效率。在另一方面，根据颜色的来源(吸收/发射、干涉和折射)，太阳能电池组件的固有均匀表面的颜色可能取决于观察和/或照射角度。此外，光的光谱和空间分布(漫射分布和定向分布)也决定了颜色印象。
在未公开的欧洲专利申请EP 1818615和EP18186161中，示出了太阳能电池组件，其中通过至少一个光学干涉层来实现着色。通过结构化前玻璃来获得彩色太阳能电池组件，该太阳能电池组件具有对于人眼来说即使在不同的观察方向和不同的光照条件下也基本上稳定的颜色效果，同时仍能实现可接受的能量输出(尤其是良好的效率)。
立面的特定尺寸设置可能需要有不同尺寸和形状的彩色太阳能电池组件来使立面具有尽可能均匀的颜色。通常，如果制造大面积的实际半导体堆且必须通过分割来生产更小尺寸的组件，则较小的非矩形太阳能电池组件会导致显著的额外成本，因为较小的太阳能电池组件每单位输出功率需要明显更高的材料投入。此外，对于较小的太阳能电池组件，组件面积与组件边缘的比率变得不太有利，因此总的组件效率也较低。此外，某些材料的成本以及附加组件和边缘密封的固定成本在小型太阳能电池组件的总成本中占有较高的份额。此外，对于不同的基板尺寸，制造过程的某些步骤只能通过经过较大修改的系统概念来实现。
由于上述原因，太阳能电池组件的工业化批量生产适合少许的标准组件尺寸且通常适合矩形的太阳能电池组件，因此利用太阳能电池组件来覆盖立面的整个表面通常是不可能的或者在经济上是不可接受的。此外，针对标准组件尺寸，对太阳能电池和各种附加部件(诸如接触带、接线盒和电缆)的光伏设计进行了优化。此外，不利的向阳方向或同一建筑的各个部分或相邻建筑的遮挡会使利用太阳能电池组件覆盖立面的某些区域变得不划算，因为这类太阳能电池组件的能量输出不能获得额外的收益。
为了解决缺少合适尺寸和/或形状的彩色太阳能电池组件的问题，可以设想采用由金属片或其他传统建筑材料制成的光伏钝性立面元件，可以理解的是，这类光伏钝性立面元件的颜色应当尽可能与彩色太阳能电池组件的颜色相似。然而，这里有一个技术和设计问题，其存在于颜色生成的本质。事实上，根据颜色的来源(吸收/发射、干涉和折射)，太阳能电池组件的颜色可以在不同的光照条件下(尤其是取决于光的类型(漫射、直射和光色)以及通过改变入射角和/或观察角度)改变。如果光伏钝性立面元件由与彩色太阳能电池组件不同的材料制成，这通常会导致从设计角度来看不理想的颜色对比。
在未公开的欧洲专利申请EP 18186175中给出了这个问题的解决方案。在该欧洲专利申请中示出了光伏钝性立面元件，其中类似于未公开的欧洲专利申请EP 1818615和EP18186161，前玻璃具有结构化设计，并且提供了至少一个光学干涉层。
利用未公开的欧洲专利申请EP 1818615、EP186161和EP 18186175中所示的彩色光伏活性太阳能电池组件或彩色钝性立面元件，可以很好地产生不同的颜色(诸如绿色、蓝色、青绿色或黄色以及不同色调的灰色)。这些欧洲专利申请中采用的干涉涂层基于透明介电层(诸如Si3N4、SiO2、TiO2和ZrO2)。然而，白色或红色太阳能电池组件或立面元件很难实现，因此在效率损失可接受的前提下生产它们仍然是一个主要的技术挑战。尤其是对于白色和红色，会发生较高的效率损失，因为可见光谱的大部分一定会被自然地反射。此外，所提及的材料系统的折射率在可见光谱(380nm至780nm)中仅限于低于3的值，因此顶多可以实现浅色调的灰色(L<60)。
通常，L值大于80或者甚至更好地大于85的颜色被认为是白色色调。在RAL系统中，最深的白色是草纸白(L＝81)：RAL 9018，草纸白，L＝81.34，a＝-2.29，b＝2.96。
为了生产具有干涉层的红色太阳能电池组件或立面元件，需要多个层，因为对于一个或两个干涉层，较高级将蓝色分量添加到了反射光谱中，从而常常导致了蓝紫色或紫色色调。多个层的角度依赖性通常很强。
发明内容
相比之下，本发明的任务是提供一种彩色太阳能电池组件或光伏钝性立面元件，其中还可以以简单的方式来实现红色和白色。对于彩色太阳能电池组件，效率损失应当尽可能小。此外，该太阳能电池组件或光伏钝性立面元件的颜色应当尽可能少地依赖于光照条件以及观察和照射角度，并且应当能够以可接受的成本和令人满意的均匀性来生产各种尺寸和形状的太阳能电池组件或光伏钝性立面元件。
根据本发明的建议，通过具有独立权利要求的特征的板状组件来实现这些及其他目的。从属权利要求的特征指出了本发明的有利实施方案。
根据本发明，示出了一种尤其具有复合嵌板结构的彩色板状组件。
术语“板状组件”通常指的是适合用作可见表面元件的组件。优选地，该板状组件是太阳能电池组件，尤其是薄膜太阳能电池组件，其可以用在例如地面安装或屋顶安装的系统中。同样优选地，该板状组件是用于安装在立面中的光伏活性或钝性立面元件。光伏活性立面元件也是太阳能电池组件。通常，立面具有前侧或外侧和后侧或内侧，其中立面的前侧可以从外部环境看到。例如，立面是建筑物的墙壁或独立的墙壁，其用作例如视觉或噪音屏障。立面元件可以作为独立组件集成到立面中，其中该立面元件的正面是立面的外表面或正面的一部分。立面元件的正面或外表面用于允许光(例如，阳光)照射到立面元件上。立面元件的后侧或内侧不能从外部环境看到，也不用于光的入射。
“彩色”板状组件或“具有颜色效果的板状组件”应当理解为指的是板状组件的前侧或外侧在暴露于光(例如，阳光)时具有某种(可选择的)颜色。
“复合嵌板结构”指的是板状组件具有至少两块通过中间层牢固连接在一起(例如，层压)的嵌板。
根据本发明，示出了具有颜色效果的板状组件，该板状组件包括透明盖板和至少一个平面背部元件。尤其是，盖板和平面背部元件可以通过中间层彼此牢固连接，并形成复合嵌板。优选地，中间层是热塑性或交联聚合物中间层(例如，PVB或EVA)。还可以利用透明硅树脂或浇铸树脂进行粘合。
出于本发明的目的，术语“透明度”或“透明的”指的是至少85％(尤其是至少90％，优选为至少95％，尤其是100％)的可见光透射率。典型地，可见光存在于380nm至780nm的波长范围内。术语“不透明度”或者“不透明的”指的是可见光透射率小于5％，尤其是0％。术语“半透明性”或“半透明的”指的是可见光透射率小于85％且至少为5％。百分比指的是在每种情况下在待检查的平面结构(例如，嵌板)的一侧测量的光强，其相对于入射到该平面结构的另一侧的光强。对于这种测量，例如，白光源(可见光源)可以放置在平面结构的一侧，而可见光检测器放置在平面结构的另一侧。光学折射率的下列值始终指的是在380nm至780nm的可见波长范围内的光学折射率。
在根据本发明的板状组件中，盖板用于着色，下文将对此进行更详细的说明。着色盖板具有设置在光入射侧的正面和相对的背面。因此，盖板的正面面向外部环境，从该外部环境可以看到该板状组件的正面或外表面。相应地，盖板的背面背离外部环境。
根据本发明的板状组件的一个实施方案，盖板由玻璃或塑料制成，优选地由钠钙玻璃制成。优选地，盖板形成为刚性玻璃或塑料板。在这种情况下，盖板的正面或背面由盖板的相应材料形成。根据盖板的一个备选实施方案，盖板可以由至少两种不同的材料形成，其中正面和/或背面由与盖板的板芯不同的材料形成。优选地，该盖板的板芯由相同的材料(例如，玻璃或塑料，优选为钠钙玻璃)制成。讲与盖板的板芯不同的材料施加到盖板的板芯的外侧和/或内侧，该材料是透明的且具有与盖板的板芯的材料相同的光学折射率。在这种情况下，正面或背面由施加到盖板的板芯的相应材料形成。因此，根据本发明，术语“盖板”还包括复合本体，条件是形成该嵌板的材料是透明的且具有相同的光学折射率。
优选地，盖板没有弯曲，因此是平面的(平坦的)。然而，盖板也可以是弯曲的。盖板可以是刚性的或柔性的。还可以以平面的形式来提供柔性盖板。在平面(平坦)盖板的情况下，平面由盖板本身限定，在本发明的意义上来说，该平面应被理解为“盖板的平面”。在弯曲盖板的情况下，局部平面可以由该平面任意一点处的(假想)平面正切面来定义，这也属于术语“盖板的平面”。
当从外部用白光照射时(尤其是当用太阳光照射时)，根据本发明的板状组件在至少一个部分中向观察者传达均匀的颜色印象，即该板状组件是彩色的。优选地，彩色部分在该板状组件的整个正面上延伸。在整个表面上具有均匀的颜色印象的板状组件被认为特别有吸引力。
该板状组件的颜色可以由三个颜色坐标L*、a*、b*来描述，其中这些颜色坐标指的是技术人员本身已知的(CIE)L*a*b*颜色空间，在其中精确定义了所有可感知的颜色。在欧洲标准EN ISO 11664-4“色度学-第4部分：CIE 1976L*a*b*颜色空间”中规定了这种颜色空间，在本发明的描述中充分参考了这种颜色空间。在(CIE)L*a*b*颜色空间中，每种颜色由具有三个笛卡尔坐标L*、a*、b*的颜色轨迹定义。在a*轴上，绿色和红色彼此相对，b*轴在蓝色和黄色之间贯穿，并且L*轴描述颜色的亮度(发光度)。对于更具描述性的表示，可以将这些量转换到Lhc颜色空间，其中L保持不变，并且在a*b*平面中，饱和度是半径，而h是一个色点的角度。
该板状组件的颜色指的是从外部环境观察到的颜色，即从前侧嵌板玻璃或盖板的角度观察到的颜色。可以通过市售的色度计(分光光度计)以简单的方式进行该板状组件的颜色测量或颜色坐标确定。为此，将色度计对准盖板的正面，尤其是放置在正面上。常用的颜色测量仪器允许根据标准进行颜色测量，其中它们的设计和公差通常遵循国际标准，例如由DIN5033、ISO/CIE 10527、ISO 7724和ASTM E1347定义的国际标准。例如，对于颜色测量，完全参考了DIN 5033标准。颜色测量仪器具有例如氙闪光灯、钨卤素灯或一个或多个LED作为光源，其中本体的正面被所产生的光(例如，白光)照亮，并且测量由该板状组件接收到的光。如开头所描述的，色度计测量的本体颜色是由该板状组件反射和漫反射的光产生的。
为了实现根据本发明的板状组件至少在一个部分中具有均匀的颜色，盖板的至少一个表面(即正面和/或背面)具有至少一个结构化区域。此外，盖板上设置有至少一个着色滤色层。至少一个滤色层使盖板成为着色盖板。至少一个滤色层用于反射预定或可预定波长范围内的光。至少一个滤色层优选地直接设置在盖板的表面上(即没有任何其他的中间层)。因为至少一个滤色层产生彩色反射，所以它不再是完全透明的。在较深且不饱和颜色的情况下，可见光的透射率仍然可以大于85％，而在较浅且较饱和颜色的情况下，其通常小于85％。
滤色层可以设计有一层或多层，即具有一个或多个光折射层(折射层)。滤色层用于产生盖板的颜色，从而产生该板状组件的颜色，滤色层设计成例如使得在滤色层的不同界面处反射的光可以发生相长干涉或相消干涉。在这种情况下，该板状组件的颜色由在滤色层的界面处反射的光的干涉产生。如下所示，即使对于相长干涉或相消干涉来说太薄的极薄层也可以通过折射率突变和色散(折射率对波长的依赖性)而单独用作滤色体。此外，本发明还采用了对于可见光的特定子范围表现出部分吸收的材料用于滤色层。这种选择性的部分吸收也有助于着色。因此，着色层在本文中通常被称为滤色层。
当利用(白)光(尤其是日光)照射时，滤色层充当滤色体来产生均匀的颜色。优选地，结构化区域在整个盖板上延伸(即在盖板的整个表面(正面和/或背面)上延伸)，使得整个板状组件具有均匀的颜色。板状组件还可以具有多个板状组件部分，每个板状组件部分具有均匀的颜色。板状组件部分的颜色可以相同或彼此不同。
至少一个结构化区域具有垂直于盖板平面的高度轮廓，该高度轮廓具有峰(隆起)和谷(凹陷)，峰谷间的平均高度差为盖板厚度的至少2μm，并且优选但非必须地为盖板厚度的至多20％，优选地至多10％，更优选地至多5％。此外，表面(正面和/或背面)的结构化区域的至少50％(优选为至少80％，更优选为至少90％)由倾角不同的分段或小平面组成。这些分段是盖板面向外部环境的表面的部分，并且各自形成为相对于盖板的平面倾斜的平坦表面。此处，相对于盖板的平面，分段中的至少20％具有0°以上至最大15°范围内的倾角，并且分段中的至少30％具有15°以上至最大45°范围内的倾角。有利地，但并非一定地，不到30％的分段具有45°以上的倾角。这些结构优选是非周期性的和各向异性的。然而，周期性结构和各向异性结构也可以用于特殊的光学效果。
此外，每个分段都是平面的，并且具有至少1μm2的分段面积。此外，在结构化区域的至少一个区段(即，部分区域)中，每个分段的平均粗糙度小于施加到结构化区域的滤色层的层厚的15％(优选地小于10％，更优选地小于5％)。如果滤色层由多个折射层组成，则至少一个区段的分段各自具有小于具有最小层厚的折射层的层厚的15％的平均粗糙度。每个分段的平均粗糙度小于滤色层的层厚的15％的区段可以对应于结构化区域，即该区段和结构化区域是完全相同的。例如可以通过蚀刻、喷砂或滚压盖板来形成结构化区域。
因此，盖板的至少一个结构化区域具有多个平面分段。出于本发明的目的，平面分段可以由非弯曲表面形成。然而，平面分段也可以由略微弯曲的表面形成。在本发明的意义上来说，一个分段是略微弯曲的，前提是对于该分段的每个点，以下情况适用：如果在该分段的一个点上构造一个面积为1μm2的(假想)正切平面，则该分段的面积和该正切平面之间的距离(相对于该正切平面的法线方向)小于50nm。
出于本发明的目的，术语“结构化”或“结构化区域”在该板状组件的背景中指的是盖板的正面或背面的区域，上述特征以组合形式存在于该区域中。
由于结构化区域的特征，可以以有利的方式实现以下目的：当利用光来照射盖板时，即使在光泽角之外观察，光也以相对较高的强度反射(相对于着色盖板的平面，入射光的入射角对应于反射光的反射角)。其原因在于倾角不同的分段，这些分段以足够的数量、合适的尺寸和合适的倾角存在，以实现即使在光泽角之外观察时光也以较高的强度反射。一直会有足够数量的倾斜分段，当在这些分段处根据折射进行外部构造以及在这些分段处根据反射进行内部构造时，这些分段在着色盖板的光泽角之外的方向上散射足够光强。
如在本文以及其他地方所使用的，与“局部光泽角”(指的是分段平面的法线)相反，术语“光泽角”指的是着色盖板的平面的法线。光泽角和局部光泽角可以相同(分段平行于着色第一嵌板的平面)，但通常是不同的(分段相对于该着色盖板的平面倾斜)。
因此，可以实现的是，在光泽角中未被反射(即，散射)的光的强度相对较高，这与没有这种结构化区域的反射表面相比，相对于入射和观察方向仅具有较低的角度依赖性。借助于滤色层，根据滤色层的折射率和层厚，可以对在光泽角之外反射的光进行颜色选择，使得着色盖板的表面具有角度依赖性相对较低的均匀颜色。滤色层充当具有范围最小的反射率和宽带透射率的滤色体。
在这个方面有利的是，结构化区域具有峰谷间的平均高度差为至少2μm(优选地为至少10μm，尤其优选地为至少15μm)的高度轮廓。这种结构化区域可以通过蚀刻盖板(例如，玻璃盖板)来产生。在这个方面同样有利的是，结构化区域具有峰谷间的平均高度差为至少50μm(优选地为至少100μm)的高度轮廓。这种结构化区域可以通过滚压着色盖板(例如，由玻璃制成)来产生。因此，有利的是，本发明扩展到板状组件，该板状组件的着色盖板的至少一个结构化区域通过蚀刻或滚压来产生，由此可产生所述高度轮廓。
然而，这些结构也可以通过在着色盖板上施加透明的结构化层来形成。在这种情况下，该层必须具有与盖板相同(或者至少非常相似)的折射率。根据本发明，盖板表面的结构化还应该包括这种透明的结构化层的应用。
着色盖板的结构化区域的上述特性可以通过常规测量仪器(诸如显微镜，尤其是共焦显微镜或针式轮廓曲线仪)来测量。
优选地，根据本发明的板状组件的(未涂覆)盖板的至少一个结构化区域确保了在45°和15°的观察角(在每种情况下，相对于盖板的平面)和偏离相应的光泽角45°(在两个方向上)的入射角处出现至少为10的反射光亮度L。优选地，反射光亮度L至少为15，更优选地至少为20。在这种测量中，将黑色覆盖物施加到(未涂覆)盖板上，背离待表征的侧面(即，背面)。采用D65发射器进行测量，并且利用市售的多角度色度计(孔径角为10°)来测量亮度L。下面结合图26对测量设置进行更详细的说明。在这种情况下，充分参考了欧洲标准EN ISO11664-4。
当利用白光(例如，太阳光)照射时，该板状组件的颜色由至少一个滤色层选择的颜色产生，所选择的颜色与背部元件的背景颜色结合在一起。因此，整体印象由所选择的颜色和背景颜色产生。
该板状组件在其背侧具有至少一个平面背部元件。优选地，至少一个平面背部元件是不透明的或半透明的。平面背部元件设置在该板状组件的背面，即，在盖板后面的光入射方向上。
至少一个背部元件有助于该板状组件的着色。为此，背部元件例如是消色差的、深色的且无光泽的。背部元件也可以被着色，以便与设置在盖板上的至少一个着色滤色层相结合赋予该板状组件某种(预定的或可预定的)颜色印象。
如已说明的，盖板具有面向外部环境的正面和与之相反的背面。在该板状组件在立面中的安装状态下，相应嵌板的正面面向外部环境。至少一个平面背部元件具有与盖板的背面牢固连接的接触表面。
例如，至少一个平面背部元件覆盖盖板背面的至少70％、至少90％或至少99％。尤其是，平面背部元件覆盖盖板的整个背面(100％，即完全覆盖)。然而，至少一个平面背部元件也可以覆盖盖板背面的不到70％(尤其是不到50％)。
根据本发明的板状组件的一个优选实施方案，至少一个平面背部元件设计成是光伏活性的，即适合用于从阳光产生电能。因此，该彩色板状组件可以以有利的方式用于光伏发电。
至少一个平面背部元件可以是光伏活性的或钝性的。如果背部元件是光伏活性的并且具有例如CIGS薄膜太阳能电池的特征，则这些有助于整体颜色。CIGS薄膜太阳能电池通常是蓝黑色的。
优选地，光伏活性背部元件是其上应用了串联太阳能电池的承载基板(嵌板)，其中该承载基板优选地通过中间层(例如，通过层压)直接(即，没有中间嵌板)牢固地连接到盖板。
原则上，它可以是任何类型的太阳能电池，尤其是基于晶片的硅基太阳能电池(覆板构造中承载基板上的太阳能电池)或者以单片集成形式串联的薄膜太阳能电池(基板或覆板构造中承载基板上的太阳能电池)。优选地，这些是以单片集成形式串联的薄膜太阳能电池。
通过将盖板与承载基板和应用的太阳能电池层压，产生了具有复合嵌板结构的(薄膜)太阳能电池组件。夹层优选地是热塑性或交联聚合物夹层(例如，PVB或EVA)。还可以利用透明硅树脂或浇铸树脂进行粘合。
光伏活性背部元件优选地在基板构造中具有薄膜太阳能电池，在该基板构造中用于制作太阳能电池的层状结构沉积在承载基板面向光入射侧的表面上。与普通用法一致，术语“薄膜太阳能电池”指的是具有例如几微米的较小厚度的层状结构，因此支撑基板需要有足够的机械强度。承载基板可以例如由无机玻璃或塑料组成，并且根据相应的层厚和特定的材料特性，可以设计为刚性板或柔性膜。优选地，承载基板由玻璃制成。
在薄膜太阳能电池中，层状结构包括背电极层、前电极层和设置在背电极层和前电极层之间的光伏活性吸收层。前电极层是光学透明的，因为光必须能够穿过到达层状结构。光学透明的前电极层通常包括掺杂金属氧化物(TCO＝透明导电氧化物)(例如，n型，尤其是铝掺杂氧化锌(AZO))，或者由其组成。
优选地，光伏活性吸收层包括黄铜矿半导体或由其组成，该黄铜矿半导体有利地是选自铜铟/镓硒/硫(Cu(In,Ga)(S,Se)2)的三元I-III-VI化合物半导体。在上式中，铟和镓可以各自单独存在或以组合的形式存在。这同样适用于硫和硒，它们可以各自单独存在或以组合的形式存在。尤其适用于吸收层的材料是CIS(铜铟硒/硫)或CIGS(铜铟镓硒、铜铟镓硫或铜铟镓硒硫)。吸收层通常具有第一导电类型(电荷载流子类型)的掺杂，而前电极具有相反导电类型的掺杂。通常，吸收层是p型的(p掺杂的)，即具有过量的欠缺电子(空穴)，而前电极层是n型的(n掺杂的)，因此存在过量自由电子。缓冲层通常设置在吸收层和前电极层之间。这尤其适用于基于Cu(In,Ga)(S,Se)2的吸收层，其中在p型Cu(In,Ga)(S,Se)2吸收层和n型前电极之间通常需要有缓冲层。根据目前的知识，缓冲层能够实现吸收体和前电极之间的电子匹配。它还在沉积前电极的后续工艺步骤(例如通过DC磁控溅射)中提供了防止溅射损伤的保护。n型前电极层、缓冲层和p型吸收层的顺序形成了p-n异质结，即相反导电类型的层之间的结。例如，光伏活性吸收层也可以由碲化镉(CdTe)或者非晶硅和/或微晶硅组成。
在层状结构中，串联太阳能电池通过结构化区段形成。因此，至少背电极层被第一结构化线(P1线)分成彼此完全分离的部分，这些部分形成太阳能电池的背电极。此外，至少吸收层被第二结构化线(P2线)分成彼此完全分离的部分，这些部分形成太阳能电池的吸收体，并且至少前电极层被第三结构化线(P3线)分成彼此完全分离的部分，这些部分形成太阳能电池的前电极。相邻的太阳能电池经由串联的第二图案化线中的导电材料彼此电性连接，其中太阳能电池的前电极电性连接到相邻太阳能电池的背电极，并且通常但不是必须地与后者直接接触。每个图案化区段包括直接排序的三条图案化线P1、P2、P3，每条图案化线都按此顺序排列。
基于非晶硅和/或微晶硅且基于CdTe的薄膜电池组件大多以覆板构造进行构造。因此，薄膜太阳能电池设置在玻璃的光入射侧表面上。在背侧，通常有第二玻璃用于气候稳定封装。在这种构造中，它们也可以在这里所示的其中一个实施方案中被连接，以形成彩色板状组件作为彩色太阳能电池组件或彩色立面元件。
与普通用法一致，薄膜太阳能电池中的术语“太阳能电池”指的是层状结构的一个区域，该区域包括前电极、光伏活性吸收体和背电极，并由两个紧邻的图案化区段界定。每个太阳能电池具有光学活性区段，该光学活性区段包括逐一堆叠的后电极、吸收体和前电极，并能够将光光电转换成电流。
平面背部元件牢固地连接到盖板。平面背部元件本身可以具有颜色，因此背部元件的颜色影响了该板状组件的整体颜色。
根据本发明的板状组件的一个实施方案，背部元件具有机械支撑嵌板。该措施使得该板状组件能够承受更高的风力载荷。优选地，机械支撑嵌板通过中间层牢固地连接到盖板。
根据本发明的板状组件的一个实施方案，平面背部元件是光伏钝性的，即不合适用于通过阳光产生电能。
光伏钝性背部元件以例如盖板背面的涂层(尤其是不透明涂层)的形式形成。类似地，背部元件可以以例如牢固地结合到盖板(或例如板状的刚性本体(无涂层)，尤其是不透明刚性本体)背面的箔片(尤其是不透明箔片)的形式形成。刚性本体可以是支撑本体或非支撑本体，并且作为支撑本体，尤其可以是支撑板。薄膜或本体可以通过透明粘合剂(尤其是透明粘膜)结合到盖板上。
尤其是，光伏钝性平面背部元件的颜色可以选择为对应于彩色太阳能电池组件的不透明背景，即背部元件可以具有对应于光学活性太阳能电池的颜色。优选地，光伏钝性平面背部元件是消色差的、深色的且无光泽的。那么，该板状组件的颜色印象及其角度依赖性尤其可以与基于薄膜电池组件的相应制造的彩色电池组件很好地匹配。这些特性可以描述如下：
L值最大为50，优选地小于45或小于40；
色度c＝(a2+b2)1/2至多为5，优选地小于2或更优选地小于1.5。
为了避免光泽，可以增加以下附加要求：
反射雾度至少为90％，其中反射雾度是漫反射光与总反射光的比例。
下面描述根据本发明的板状组件的着色盖板的各种实施方案。
根据该板状组件的一个实施方案(为了便于参考，在下文中称为“类型I”)，着色盖板的正面具有至少一个结构化区域，在该结构化区域上设置有着色(透明或半透明)滤色层，用于反射预定或可预定波长范围内的光。滤色层优选地直接设置在盖板的正面上(即没有任何其他的中间层)。
在根据类型I的上述实施方案中，如果着色盖板的背面没有结构化区域且没有滤色层，则可能是有利的。那么，背面优选地是光滑的(在生产误差的范围内)。
在根据类型I的上述实施方案中，如果着色盖板的背面没有结构化区域，则可能是进一步有利的，其中在着色盖板的背面上设置另一个滤色层用于反射预定波长范围内的光。背面优选地是光滑的(在生产误差的范围内)。两个滤色层可以相同或彼此不同。尤其是，两个滤色层可以设计成反射相同波长范围内的光。然而，两个滤色层也可以设计成反射不同或仅部分重叠的波长范围内的光。两个滤色层的层厚和折射率可以相同或彼此不同。通过这种措施，可以更好地定义该板状组件的颜色。此外，可以产生混合颜色。
在上述类型I实施方案中，如果背面具有至少一个结构化区域(在该结构化区域上设置有滤色层，用于反射预定波长范围内的光)，则可能是进一步有利的。背面的结构化区域和正面的结构化区域可以相同或不同。两个滤色层的厚度和折射率可以相同或彼此不同。该措施也可以用于进一步定义该板状组件的颜色。此外，可以产生混合颜色。
在根据类型I的板状组件中，当光由于反射、透射、部分吸收和干涉而照射具有干涉层的盖板的结构化正面时，即使在光泽角之外，也已经产生了强度较高且角度依赖性较低的颜色。盖板背面上的附加滤色层和/或结构话可以进一步增强这种效果。
根据板状组件的另一个实施方案(为了便于参考，在下文中称为“类型II”)，着色(透明或半透明)滤色层设置在着色盖板的背面上，用于反射预定或可预定波长范围内的光。滤色层优选地直接设置在着色盖板的背面上(即没有任何其他的中间层)。此外，着色盖板的背面和/或正面分别具有至少一个结构化区域，条件是正面具有至少一个结构化区域，或者在正面上设置有用于反射预定或可预定波长范围内的光的另一个滤色层。滤色层优选地直接设置在着色盖板的正面上(即没有任何其他的中间层)。这意味着如果正面具有至少一个结构化区域，则在正面上没有设置滤色层。
因此，入射光必须至少一次穿过盖板，并且在内部滤色层处被反射，以便获得角度稳定性得到改善的所需色彩。由于着色盖板的内部和/或外部结构化表面，强度较高且角度依赖性较低的光也被反射到光泽角之外，因为位于内部的滤色层代表了具有较高折射率的边界表面。由于外部结构化设计，光已经在空气和嵌板之间的界面处折射，并且从各种角度漫散射到内部滤色层上。仅在内部结构化的情况下，漫反射才发生在该内部界面处，因为根据本发明，有许多具有不同倾角的表面分段。此外，通过滤色层实现了良好的均匀颜色印象。因此，滤色层充当具有范围最小的反射率和范围最大的透射率的滤色体。
在上述类型II实施方案中，如果滤色层设置在着色盖板的背面上，则可能是有利的，其中着色盖板的背面没有结构化区域，而着色盖板的正面具有至少一个结构化区域，其中在着色盖板的正面上没有设置其他的滤色层。背面优选地是光滑的(在生产误差的范围内)。对于板状组件的正面的结构化区域的分段，没有粗糙度条件。结构化正面还可以具有更大的微观粗糙度。在该界面处，只发生透射、折射和散射，而不发生干涉。在根据本发明的板状组件的该实施方案中，如果着色盖板的正面涂覆有光学折射率小于着色盖板的光学折射率的(例如，较薄的)抗反射层，则可能是有利的。这可以抑制着色盖板(例如，玻璃)的基本上消色差的反射，并增加颜色的饱和度。然而，盖板正面上的附加层也可以具有与盖板相同的折射率。在这种情况下，该层仅用于保护着色盖板免受湿气和空气中其他腐蚀性成分的影响。相比平面玻璃或压延玻璃，蚀刻抛光玻璃表现出更高的湿热敏感性。在蚀刻钠钙玻璃的情况下，附加层可以是例如较薄的溅射SiO2层。
在上述类型II实施方案中，如果滤色层设置在着色盖板的背面上，则可能是进一步有利的，其中着色盖板的背面具有至少一个结构化区域，而正面具有至少一个结构化区域，其中在着色盖板的正面上没有设置其他的滤色层。着色盖板的背面的结构化区域和正面的结构化区域可以相同或彼此不同。对于正面的结构化区域的分段没有粗糙度条件。结构化正面还可以具有更大的微观粗糙度。在该界面处，只发生透射、折射和散射，而不发生干涉。因为滤色层放置在结构化区域上，所以对于背面的结构化区域的分段来说，上述粗糙度条件适用。如果正面是结构化的且滤色层在背面上，则角度稳定性源于这样的事实，即光在通过结构化正面进入的同时在倾角不同的分段处被折射，以不同的角度照射滤色层，并且在干涉、部分吸收和反射之后从着色盖板射出的同时再次穿过结构化的正面，从而再次通过折射改变其方向。
在该板状组件的上述类型II实施方案中，如果滤色层设置在着色盖板的背面上，则可能是进一步有利的，其中着色盖板的背面具有至少一个结构化区域，而着色盖板的正面没有结构化区域，其中在着色盖板的正面上没有设置其他的滤色层。正面优选地是光滑的(在生产误差的范围内)。由于滤色层设置在结构化区域上，因此对于背面的结构化区域的分段来说，上述粗糙度条件适用。在根据本发明的板状组件的该实施方案中，如果着色盖板的正面涂覆有折射率小于盖板的折射率的(例如，较薄的)抗反射层，则可能是有利的。这可以抑制玻璃盖板的基本上白色的反射，并增加颜色的饱和度。
在上述类型II实施方案中，如果着色盖板的背面具有至少一个结构化区域且正面没有结构化区域，则可能是进一步有利的，其中在着色盖板的正面上设置有另一个滤色层。正面优选地是光滑的(在生产误差的范围内)。由于滤色层设置在结构化区域上，因此对于背面的结构化区域的分段来说，上述粗糙度条件适用。两个滤色层可以相同或彼此不同。尤其是，两个滤色层可以设计成反射相同波长范围内的光。然而，两个滤色层也可以设计成反射不同或仅部分重叠的波长范围内的光。光滑外侧上的滤色层也可以是颜色中性的抗反射层，以减少总反射光的白色分量。颜色是通过在具有滤色层的结构化内侧上的反射来产生的。然而，光滑外侧上的滤色层也可以是产色层，该产色层增强了在内侧上产生的颜色或者将不同波长范围内的另一种颜色分量与其混合。
因此，入射光必须至少一次穿过着色盖板，并且必须被内部滤色层反射，以便在从着色盖板的正面射出之后获得角度稳定性得到改善的所需色彩。
在根据本发明的板状组件中，即使在光泽角之外，光也被结构化盖板以较高强度和较低角度依赖性反射。具有着色效果的至少一个滤色层产生非常均匀的颜色印象。
在根据本发明的板状组件的一个有利实施方案中，着色盖板的正面或背面(取决于哪个表面是结构化的)的结构化区域的至少80％(尤其优选为至少90％)由相对于着色盖板的平面倾斜的分段组成。通过增加分段的数量，即使在光泽角之外，从着色盖板表面的结构化区域反射的光的强度及其角度稳定性也可以进一步增加。
在根据本发明的板状组件的一个有利实施方案中，(表面)分段相对于盖板平面(玻璃平面)的倾角在0°和45°之间。至少50％(优选为70％)的倾斜分段应该具有小于25°的迎角。迎角的分布应该在0°至35°的角度范围(优选为在0°至25°的角度范围)内具有频率最大值，其位于5°至25°的范围内，优选地位于在10°和20°之间。此外，非倾斜表面(迎角＝0°)的比例应当小于总角度分布的5％。
在根据本发明的板状组件的一个有利实施方案中，结构(分段)的宽度(B)与高度(H)的纵横比至少为B∶H>2∶1且B∶H<50∶1，优选为B∶H>3∶1且B∶H<10∶1。
在根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案中，至少一个结构化区域的至少30％的分段具有0°以上至最大15°范围内的倾斜角，至少40％的分段具有15°以上至最大45°范围内的倾斜角，并且优选地但不是必须地，不到10％的分段具有大于45°的倾斜角。如果有相对较多的小倾角小于10°的小平面，则在接近光泽角的观察角度下，基本上只有反射光强出现(如在非结构化表面的情况下)，这是本发明所不希望的。根据上述条件，即使在光泽角之外，也可以实现非常高的反射光强度，同时强度的角度依赖性特别低。这些结构优选是非周期性的和各向异性的。然而，周期性结构和/或各向异性结构也可以用于特殊的光学效果。在玻璃拉制过程中，利用滚筒可以很容易地形成周期性和各向异性结构，诸如金字塔结构、四边形或六边形蜂窝结构或半球结构。这些周期性和各向异性结构可以用于产生引人注目的光泽和颜色效果。如果表面结构满足上述条件，则对于光泽角之外的角度，该板状组件再次显示出色泽的显著减少，但是角度依赖性相对于盖板平面中的取向是各向异性的。
至少一个滤色层可以包含一个或多个折射层，并且尤其由这些折射层组成。折射层由相同的材料(具有相同的成分)组成，并且尤其是在整个层厚上具有均匀(相同)的折射率。如果滤色层包含多个折射层，则至少两个折射层由不同的材料组成且具有不同的折射率。
至少一个滤色层包含至少一个由高折射且部分透明的材料制成的折射层，以下称为“高折射层”，缩写为“HTM”。高折射层(HTM)由在400nm至至少700nm的波长范围内折射率n大于2.5且消光系数在低于450nm的情况下至少为0.2以及在高于700nm的情况下小于0.2(优选地小于0.1)的材料组成。这使得以尤其有利的方式生产具有白色或红色的彩色板状组件成为可能，但是其他颜色也是可能的。
根据本发明的板状组件的一个有利实施方案，对于该板状组件的白色或红色的产生而言，至少一个高折射层的消光系数在高于500nm的情况下小于0.2，优选地小于0.1。
根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案，对于产生该板状组件的白色或红色而言，至少一个高折射层在400nm至至少700nm的波长范围内具有大于3.0(优选地大于3.5)的折射率n。
根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案，对于产生该板状组件的白色或红色而言，至少一个高折射层的层厚在5nm至300nm的范围内，优选地在5nm至40nm的范围内。
根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案，对于产生该板状组件的白色而言，至少一个高折射层在400nm至至少700nm的波长范围内具有大于3.0(优选地大于3.5)的折射率n，并且层厚在5nm至40nm的范围内。
例如，高折射率层包括选自以下的至少一种材料：结晶硅或微晶硅Si、非晶a-Si:H(非晶氢钝化硅)、a-SiC:H(富非晶氢钝化硅碳化硅)、a-SiO:H(富非晶氢钝化硅氧化硅)、a-SiGe:H、富硅SixNy、富硅SixNyOz(y>z)、Cu2O和Fe2O3。高折射率层也可以由选定的至少一种材料组成。
根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案，至少一个滤色层包括至少一个折射率小于2.5的透明介电材料制成的折射层，以下称为“低折射率折射层”，缩写为“TD”。
例如，低折射率层(TD)包含选自ZrOx、SiC、Si3N4、MgF2、Al2O3、SiO2和氮氧化硅中的至少一种化合物。这些化合物是折射率相对较低的化合物。低折射率层也可以由选定的至少一种化合物组成。
根据本发明的板状组件的一个有利实施方案，至少一个低折射率层的层厚大于10nm且小于250nm。
根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案，至少一个滤色层具有包括高折射率层和低折射率层的双层。
根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案，至少一个滤色层具有三层，其中一个高折射率层设置在两个低折射率层之间，或者一个低折射率层设置在两个高折射率层之间。
根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案，至少一个滤色层具有四层，其中两个高折射率层和两个低折射率层以交替顺序设置，一个高折射率层设置在两个低折射率层之间，并且一个低折射率层设置在两个高折射率层之间。
根据本发明的板状组件的另一个有利实施方案，形成至少一个滤色层，使得：
在日光下1000V的电压和2cm的测量电极距离下的电阻不小于10GOhm，优选地不小于100GOhm；并且
比暗电阻大于1010Ωcm，优选地大于1011Ωcm。
在着色盖板的至少一个结构化区域中，在光泽角之外还发生强度相对较高的入射光辐射的反射。为此，结构化区域优选地设计为使得存在大于50％(尤其优选地大于90％)的反射雾度。反射雾度可以由市售雾度测量仪来测定。根据ASTM D1003，雾度是反射光的漫射分量与全反射的比率。
在根据本发明的板状组件中，将提供至少一个区段，在该区段中分段的平均粗糙度小于正面上的滤色层的层厚的15％，从而能够实现反射光的相长干涉或相消干涉。有利地，该区段在整个着色盖板上延伸。根据一个实施方案，结构化区域具有至少一个另外的区段，即(部分)区域，在该区段中分段分别具有平均粗糙度，使得不会发生与滤色层的干涉。例如，此处的分段的平均粗糙度为滤色层的层厚的50％至100％。在这些区段中，板状组件不具有由滤色层产生的颜色。
本发明的各种实施方案可以单独或以任何组合来实现。尤其是，在不脱离本发明的范围的情况下，上述特征及下面将说明的特征不仅可以用在所示的组合中，而且可以用在其他组合中或单独使用。
附图说明
下面结合附图对本发明进行了更详细的说明。这些附图以简化的且不按比例的方式示出：
图1至图4是根据本发明的板状组件的各种实施方案的示意性剖视图；
图5和图6是用于表征前玻璃的各种示意图；
图7和图8是平面浮法玻璃上愈发富硅的SixNy层的反射和吸收光谱；
图9是根据本发明的板状组件的一个实施方案的着色盖板的示意性剖视图；
图10是根据本发明的板状组件上的典型光照条件的示意图；
图11至图14是在图9的着色盖板的结构化区域中具有反射的示例性光路的示意图；
图15是滤色层中光线干涉的示意图；
图16和图17是根据本发明的板状组件的着色盖板的其他实施方案的示意性剖视图；
图18是当从着色盖板反射时的示例性光路的示意图；
图19和图20是根据本发明的板状组件的着色盖板的其他实施方案的示意性剖视图；
图21是在图20的板状组件的结构化区域中反射时的示例性光路的示意图；
图22是根据本发明的板状组件的着色盖板的另一实施方案的示意性剖视图；
图23是当从图22的板状组件的着色盖板反射时的示例性光路的示意图；
图24和图25是根据本发明的板状组件的着色盖板的其他实施方案的示意性剖视图；以及
图26是用于多角度颜色测量的测量过程的示意图。
具体实施方式
图1至图4示意性地示出了基于剖视图(垂直于板状组件表面的截面)的板状组件的各种实施方案，该板状组件总体上由附图标记1来表示。板状组件1例如用于安装在立面中。立面可以是建筑物的外皮或者诸如隔音屏障、隔屏、桥梁或塔楼等其他结构的覆盖层。该板状组件还可以设计成安装在屋顶或露天场所的彩色太阳能电池组件。
板状组件1包括透明着色盖板2和牢固地连接到盖板2的背部元件14。盖板2例如是玻璃嵌板，并且由优选地具有低吸收率的玻璃(诸如钠钙玻璃)制成。盖板2设置有至少一个纹理区域和用于给板状组件1着色的至少一个滤色层，下面将对此进行详细的说明。
在图1的实施方案中，板状组件1是光伏活性板状组件1，适合用于从阳光产生电能。板状组件1是太阳能电池组件20的形式。除了盖板2之外，板状组件1还包括承载基板16(玻璃嵌板)，该承载基板在这里例如是玻璃的，并且在该承载基板上形成多个串联的太阳能电池18。承载基板16通过中间层13(例如，通过层压)牢固地连接到盖板2。盖板2与承载基板16形成复合嵌板15。中间层13优选地是热塑性或交联聚合物中间层(例如，PVB或EVA)。优选地，太阳能电池18是薄膜太阳能电池，其中光伏活性吸收层由黄铜矿半导体(尤其是由铜铟/镓硒/硫(Cu(In,Ga)(S,Se)2)组制成的三元I-III-VI化合物半导体)组成。
板状组件1具有从外部环境(光入射侧)观察的前侧V和后侧R。为了本发明的目的，外部环境被认为是板状组件1的前侧V的周围区域U(分别在图1至图4中位于板状组件1上方的周围区域)。
着色盖板2包括面向外部环境U的正面4和与之相对的背对外部环境U的背面5。为了本发明的目的，如果表面面向外部环境U，则它们被称为“正面”。因此，如果表面背对外部环境U，则它们被称为“背面”。
图2示出了一个实施方案，其中板状组件1是光伏钝性板状组件1。这里，盖板2牢固地连接到不透明的背部元件14。这里，背部元件14例如形成为盖板2的背面5的全表面涂层。类似地，背部元件14可以例如以薄膜(尤其是不透明的薄膜)的形式形成，其牢固地连接到盖板2的背面5，或者以刚性体(尤其是不透明的刚性体)的形式(例如，以平板的形式)形成。
图3示出了一个实施方案，其中板状组件1是光伏活性板状组件1。板状组件1包括盖板2和机械支撑嵌板3，它们通过中间层13(例如，通过层压)牢固地彼此连接。盖板2和机械支撑嵌板3例如是玻璃嵌板，并且由优选地具有低吸收率的玻璃(诸如钠钙玻璃)制成。这形成了复合嵌板15。根据结构要求，两个嵌板2、3优选地由加工玻璃(例如，热钢化玻璃、所谓的钢化安全玻璃(ESG)或热强化玻璃(TVG))制成。
机械支撑嵌板3用于机械支撑(即，加固)着色盖板2，并且显著地有助于板状组件1的机械稳定性，使得该板状组件能够承受更大的风力载荷。
在图3所示的实施方案中，着色盖板2比机械支撑嵌板3薄。例如，盖板具有2mm至4mm范围内的嵌板厚度。机械支撑嵌板3比盖板2厚，并且具有例如大于4mm的嵌板厚度。
机械支撑嵌板3具有正面4’和背面5’。背面5’通过另一个中间层13’直接牢固地结合(例如，通过层压)到承载基板16上，即没有中间嵌板。因此，机械支撑嵌板3与承载基板16形成另一个复合嵌板15'。总体上，这形成了复合嵌板结构，其中三个嵌板通过层压彼此牢固地连接。另一个中间层13’优选地是热塑性或交联聚合物中间层(例如，PVB或EVA)。
图4示出了图3的一个变型，该变型与图3的设计的不同之处在于，机械支撑嵌板3比盖板2薄。此外，机械支撑嵌板3比盖板2小，并且其尺寸对应于承载基板16。机械支撑嵌板3在这里被设计成用于具有太阳能电池18的承载基板16的盖板的形式。在板状组件1的生产过程中，包括作为盖板的机械支撑嵌板3和具有太阳能电池18的承载基板16的太阳能电池组件20可以层压到盖板2上。从工艺工程的角度来看，这可能是有利的，因为太阳能电池组件20可以预制。背部元件14则对应于完整的太阳能电池组件20。太阳能电池组件20在承载基板16的平面中的尺寸小于盖板2的尺寸，从而很好地保护了太阳能电池组件20免受外部影响。还可以将盖板2形成为太阳能电池组件20的前玻璃(相应地具有与承载基板16相同的尺寸)，然后将太阳能电池组件20牢固地连接到设置在前部的第二机械支撑嵌板3。
在图3和图4的实施方案中，掩蔽层19设置在最后一个滤色层的后面(见下文)，即在着色盖板2的后面。在图3和图4中，在每种情况下，掩蔽层19都被施加到盖板2的背面5。掩蔽层19仅部分覆盖背面5，从而覆盖了光伏非活性区域。太阳能电池18的光伏活性区域没有被覆盖。这改善了板状组件1的外观。
根据板状组件1的实施方案，着色盖板2的正面4和/或背面5被结构化(例如，在拉制过程中通过蚀刻、喷砂或滚压)，并且具有至少一个滤色层，这在图1至图4中未示出。下面将对此进行更详细的说明。
图9示出了根据本发明的板状组件1的一个实施方案，其中仅示出了具有示例性结构化设计的着色盖板2。板状组件1尤其可以设计成如图1至图4所示。因此，着色盖板2的正面4在区域8中被结构化，在本实例中，该区域在整个正面4上延伸，即正面4和结构化区域8是相同的。滤色层9直接设置在正面4上。在结构化区域8中，正面4设有具有峰和谷的高度轮廓。这里，正面4的50％以上由平面分段10组成，这些分段的平面均相对于着色盖板2的平面倾斜，即相对于着色盖板2的平面具有非零角度。分段10各自具有至少1μm2的分段面积和小于滤色层9的层厚d的15％的平均粗糙度。正面4的最高点(峰)和最低点(谷)之间的平均高度子层至少为2μm，例如最多为着色盖板2厚度的20％。相对于着色盖板2的平面，分段中的至少20％具有0°以上至最大15°范围内的倾角，分段中的至少30％具有15°以上至最大45°范围内的倾角，并且分段10中不到30％具有大于45°的倾角。在图9的实施方案实例中，所有分段都具有最大45°的倾角。
下面将更详细地描述着色盖板2的正面4的结构化的操作模式。让我们首先看一下图10，其中通过实例示出了板状组件1的典型光照条件。因此，来自太阳S的光直接照射到着色盖板2上，并以一个光泽角反射。示出了以光泽角反射的入射光束E和光束R。除了反射光束R之外，入射光还在光泽角之外漫反射。作为实例，示出了两个漫散射光束R’。颜色效果是由反射、散射和干涉产生的。如果观察者B站在板状组件1(例如，立面)的前面且垂直观看他前面的着色盖板2，他的眼睛很少会遇到直接反射的光束R(即，观察者通常没有站在光泽角的位置)。这在图10中示出，其中观察者B在光泽角之外，并且只看到漫散射光束R’。对于没有结构化区域8的光滑表面，漫散射光束R’的强度相对较低，并表现出较强的角度依赖性。只有当漫散射部分足够大时，才会有强度(亮度，L值)令人满意的清晰颜色。
结构化区域8的倾斜分段10的操作的基本原理在图11中示出，其中对于垂直观看板状组件1的玻璃表面或正面4的观察者B来说，通过实例示出了各种光路。示出了相对于着色盖板2的示意性示出的平面GE具有不同倾角的三个分段10以及入射到分段10上的光线E，这些光线在每种情况下都被分段10以局部光泽角反射给观察者B(反射光线R)。中间分段10平行于平面GE设置，其中入射光束E垂直地照射分段10并垂直地反射到观察者B(反射光束R)。对于中间分段10，光泽角和局部光泽角是相同的。对于两个相邻的分段10，入射光线E均与垂直于平面GE的表面成非零角度，并且还以局部光泽角照射观察者B。由于分段10的倾角不同，来自不同方向的光在每种情况下都以分段10的局部光泽角反射给垂直观看组件表面的观察者B。在图11的实例中，入射角和反射角最多为45°。
图12示出了观察者B以与表面法线成45°的角度观看着色盖板2的平面GE的情况。如图11所示，作为一个实例，示出了相对于着色盖板2的平面GE具有不同倾角的三个分段10以及在每种情况下都照射到分段10的光线E，这些光线被分段10以局部光泽角反射到观察者B(反射光线R)。由于分段10的倾角不同，来自不同方向的光在每种情况下都以局部光泽角反射到观看表面的观察者B。在图12的实施方案实例中，入射角和反射角的最大值合计为67.5°。原则上，反射光在相对较大的光泽角值下蓝移。可以通过滤色层的较高折射率来减少这种蓝移。由于相对较高的表面倾角，在相邻小平面处还会发生多次反射。
图13示出了光源以及相应的入射光线总是与着色盖板2的平面GE成45°角倾斜的情况。观察者B以不同的角度观察板状组件1的表面。图13中的角度指示应理解为：入射角(参照着色盖板2的平面GE)/观察角或反射角(偏离参照平面GE上的表面法线的光泽角)。未指明度数符号“°”。图13示出了相对于平面GE具有不同倾角的四个分段10的一个实例。仅在一个分段10(其平面平行于着色盖板2的平面)中，观察者B位于相对于平面GE的光泽角处：45/0。这意味着入射光束与平面GE成45°的角度，反射光束与光泽角的角度偏差为零。对于其他分段10，观察者B在光泽角之外。对于两个左侧分段10(45/90、45/45)，观察者分别以90°和45°的角度观察板状组件1的表面，同时光以45°的角度入射到平面GE。在右侧分段17(45/-15)的情况下，观察者与光泽角成-15°的角度。由于倾角不同的分段10以及以局部光泽角产生的反射，即使观察者没有位于相对于着色盖板2的平面GE的光泽角，光也会以足够的强度反射到观察者B
图14示出了观察者B总是以与着色盖板2的组块表面或平面GE成45°的角度观察板状组件1的表面的情况。在图14中，作为实例，示出了相对于平面GE具有不同倾角的四个分段10。仅在其平面平行于平面GE的一个分段10处，观察者B位于光泽角：45/0。在其他分段10中，观察者B位于光泽角之外。对于两个左侧分段10(45/90、45/45)，观察者B以45°的角度观看板状组件1的表面，同时光相对于光泽角分别以90°和45°的偏差入射。在右侧分段10(45/-15)的情况下，光相对于光泽角以-15°的角度入射。由于倾角不同的分段10以及在局部光泽角处产生的反射，即使光在光泽角之外入射，光也会以足够的强度反射给观察者B。
在根据本发明的板状组件1中，与着色滤色层9相结合的着色盖板2的正面4的结构化使得可以在预定波长范围内实现均匀的颜色印象，由此与非结构化表面相比，颜色印象对角度的依赖性要小得多。
图15示出了在具有层厚d的滤色层9处的反射。入射光束E在大气-滤色层界面(R1)和滤色层-圆盘界面(R2)处都会被反射。如果两条光束R1、R2的光路差对应于入射光束波长的倍数，则发生相长干涉；而如果光路差是半波长的倍数，则发生相消干涉。当用白光照射时，滤色层9因此充当滤色体，因为取决于折射率n和层厚d的相长干涉仅针对合适波长的光发生。这里，α是反射光线R1、R2与表面法线的夹角。光线R’例示了在光泽角之外的反射光，如果滤色层-嵌板界面的粗糙度太高，则该反射光可能会出现在图案化区域15中。为了满足干涉条件，散射中心必须分别小于波长和层厚。这可以通过本发明要求保护的分段的最小面积和它们的最大粗糙度来实现。然而，如果层厚明显小于波长(例如由于折射率的色散(折射率依赖于波长)以及由于根据本发明使用的高折射材料在可见光谱的一部分中的部分吸收)，着色也是可能的。对于这些非常薄的层，还应该满足粗糙度条件。
例如，如果着色盖板2的正面4涂覆有由化学惰性的无机硬层(诸如Si3N4)组成的滤色层9，这会使板状组件1产生高耐擦伤性、耐化学性和防污效果。采用光催化层(诸如TiO2)还可以产生自清洁效果。气候试验还表明，由诸如Si3N4或TiO2等材料制成的滤色层还能防止玻璃盖板2被湿热腐蚀。
现在参考图16，其中示出了根据本发明的板状组件1的另一实施方案，同样仅示出了着色盖板2。为了避免不必要的重复，仅描述了与图9的不同之处，其他方面请参考上述说明。在该实施方案中，正面4的结构化区域8具有第一区段11和第二区段12。这里，第一区段11形成为使得分段10具有小于正面4上的滤色层9的层厚d的15％的平均粗糙度。在图9的实施方案中，这适用于整个结构化区域8。相比之下，第二区段12中的平均粗糙度防止了滤色层9中的干涉。例如，第二区段12中的分段10的平均粗糙度大于滤色层9的层厚的50％。因此，板状组件1在第一区段11中具有均匀的颜色，这是由滤色层9的滤色效应产生的。在第二区段12中，由于缺少相长干涉，滤色层9没有滤色效果，因此实质上存在对应于该板状组件的没有滤色层9的表面。因此，板状组件1可以根据需要在可预先限定的第一区段11中具有均匀的颜色。在图16中，按照更高的粗糙度示意性地示出了第二区段12。
图17示出了根据本发明的板状组件1的另一个实施方案，其中仅示出了着色盖板2。为了避免不必要的重复，仅描述了与图9的实施方案的不同之处，其他方面请参考上述说明。因此，板状组件1在结构化区域8上的着色盖板2的正面4上具有第一滤色层9，并且在着色盖板2的背面5上具有第二滤色层9’。着色盖板2的背面5不是结构化的，即没有类似于正面4的结构化区域8。背面5在生产误差的范围内是光滑的。第二滤色层9’的层厚d’和光学折射率n’可以与第一滤色层9的相同，但不是必须相同。第二滤色层9’进一步增强了颜色效果。参考图9的实施方案，这提供了具有滤色效果的第二反射源，因为着色盖板2(例如，玻璃)和胶粘层6之间的第二滤色层9’的折射率大于第一着色嵌板2(例如，玻璃)和胶粘层6的折射率。由于光的折射，第二次反射时的入射角较小。由于光总共穿过滤色层三次，因此到达观察者的光被更多地过滤。尤其是，两个滤色层9、9’的涂层厚度d、d’和折射率n、n’也可以彼此显著不同。在涂层具有显著不同的光学厚度n*d或n’*d’的情况下，会产生混合颜色，因为第一滤色层9接着产生与第二滤色层9’不同的反射光谱，并且当第二滤色层9’反射光再次穿过第一滤色层9时被叠加。这样，可以以非常简单且经济的方式生产用于彩色太阳能电池组件和彩色活性和钝性立面元件的具有多种颜色和较高角度稳定性的彩色板状组件1。
图18示出了入射光E和反射光R1、R2的光路的高度简化的示意图。图18没有示出着色盖板2的结构化。这里仅以相对于着色盖板2的平面的光泽角示出了单条光路。可以看出，已经通过第一滤色层9的光在着色盖板2(例如，玻璃)中被折射，在第二滤色层9’处被第二次反射，并且通过干涉被过滤。当离开着色盖板2时，光通过滤色层9，从而滤色层被通过了三次。
图19示出了根据本发明的板状组件1的另一个实施方案，其中仅示出了着色盖板2。为了避免不必要的重复，仅描述了不同之处，其他方面请参考上述说明。因此，板状组件1具有在着色盖板2的正面4上的第一结构化区域8和在着色盖板2的背面5上的第二结构化区域8’，其中第一滤色层9设置在第一结构化区域8上，而第二滤色层9’设置在第二结构化区域8’上。两个结构化区域8、8’可以是相同或不同的设计。同样地，两个滤色层9、9’可以以相同或不同的方式形成，因此尤其是两个滤色层9、9’的层厚d、d’和折射率n、n’可以彼此不同。如果为两个滤色层9、9’选择相等的光学厚度n*d，则可以增强板状组件1的颜色。当涂层具有明显不同的光学厚度时，会产生混合颜色。
这些设计的共同点在于，当光照射到具有滤色层的结构化正面时，即使在光泽角之外，也已经通过反射和干涉产生了强度较高且角度依赖性较低的颜色。背面上的附加滤色层和/或结构化可以进一步增强这种效果。
图20通过板状组件1的着色盖板2的放大截面示出了根据本发明的板状组件1的另一实施方案。为了避免不必要的重复，仅描述了不同之处，其他方面请参考上述说明。因此，着色盖板2的正面4在区域8中被结构化，在本实例中，该区域在整个正面4上延伸，即正面4和结构化区域8是相同的。滤色层9直接设置在着色盖板2的背面5上。背面5不是结构化的，并且在生产误差的范围内是光滑的。在正面4上没有滤色层。对于图20的板状组件1的正面4的结构化区域8的分段10，没有粗糙度条件。
图21更详细地示出了与如图20所示的内部滤色层9相结合的结构化正面4的功能。其中示出了着色盖板2的倾角不同的分段10的各种光路的实例。通过实例示出了三个分段10，其中右侧的分段10平行于着色盖板2的平面，而另外两个分段10与着色盖板2的平面成非零角度。以简化的形式示出了光线从滤色层9的反射。已经说明了滤色层9处的反射。在图21中，示出了三条光束的光路，每条光束以相对于着色盖板2的平面的法线的相同角度照射到着色盖板2的正面4的倾角不同的分段10上。各分段10的垂线用虚线画出。由于不同倾角的分段10，因此光线以不同的方式反射。第一光束1-1照射到分段10上，穿过着色盖板2成为折射光束1-2，被滤色层9反射(以光泽角)成光束1-3，并从着色盖板2出射到外部环境成为折射光束1-4。最终从着色盖板2反射的光束1-4具有与入射光束1-1不同的相对于着色盖板2平面的法线的角度，因此在光泽角处没有反射，只有散射。以相应的方式，第二光束2-1照射到另一个分段10上，穿过着色盖板2成为折射光束2-2，被滤色层9反射成光束2-3，并从着色盖板2向外部环境射出成为折射光束2-4。反射光束2-4以与光束2-1的入射方向大致相反的方向从着色盖板2射出，这也是一种散射过程，而不是在光泽角的反射。第三光束3-1照射到另一个分段10上，穿过着色盖板2成为折射光束3-2，被滤色层9反射成光束3-3，并且从着色盖板2向外部环境射出成为折射光束3-4。该分段10平行于着色盖板2的平面，使得光束2-4在光泽角反射。这里重要的是，由于在相应的分段10处的折射、随后在与滤色层9的界面处的反射以及在结构化表面处的进一步折射，即使在光泽角(相对于着色盖板2的平面)之外，通过那些相对于着色盖板2的平面倾斜的分段10，总体上也发生强烈的反射，使得结合滤色层9实现了反射光的均匀颜色效果。图21示出了位于光泽角之外的观察者B的位置的一个实例。由于具有外部结构化设计和内部滤色层的相对较强(漫)散射的着色盖板2，对于光泽角之外的不同视角，通常会找到合适的光路，这些光路已经穿过了滤色层。这实现了方向依赖性比没有结构化区域8的传统电池组件更少的颜色印象。
现在参考图22，其中示出了根据本发明的板状组件1的另一实施方案，仅示出了着色盖板2。为了避免不必要的重复，仅描述了不同之处，其他方面请参考上述说明。因此，板状组件1在着色盖板2的背面5上具有结构化区域8，其中滤色层9设置在结构化区域8上。滤色层9很薄，并且沿着结构化区域8的表面延伸。结构化区域8和滤色层9可以分别类似于前述实施方案形成。着色盖板2的正面4没有结构化区域8，并且在生产误差范围内是光滑的。此外，在正面4上没有设置滤色层。与正面4的结构化区域8的分段10不同，滤色层9设置在背面5的结构化区域8上，使得分段10必须满足以下条件：背面5的结构化区域8的分段10均为平面，具有至少1μm2的分段面积，并且具有小于背面5上的滤色层9的层厚的15％的平均粗糙度。
图23示出了三种不同的光路作为实例。以简化的形式再次示出了在滤色层9处的光线反射。由于不同倾角的分段10，光线以不同的方式从着色盖板2反射。第一光束1-1照射到着色盖板2的正面4，穿过着色盖板2成为折射光束1-2，从相对于着色盖板2的平面倾斜的分段10反射成光束1-3，并从着色盖板2向外部环境射出成为折射光束1-4。以相应的方式，第二光束2-1照射在着色盖板2的正面4，穿过着色盖板2成为折射光束2-2，从与着色盖板2的平面平行的分段10反射成光束2-3，并从着色盖板2向外部环境射出成为折射光束2-4。以相应的方式，第三光束3-1照射到着色盖板2的正面4，穿过着色盖板2成为折射光束3-2，被相对于着色盖板2的平面倾斜的分段10反射成光束3-3，并从着色盖板2向外部环境射出成为折射光束3-4。仅对于中间分段10来说，对于入射光束2-1和出射光束2-4，满足以下条件：入射角＝反射角(即，光泽角反射)。其他光束在每种情况下以局部光泽角被分段10反射，然而，该局部光泽角并不对应于着色盖板2的平面的光泽角，从而发生相对较强的散射。结合滤色层9，可以实现板状组件1的均匀颜色效果，该颜色效果的方向依赖性不是非常高。
图24示出了根据本发明的板状组件1的另一个实施方案，其中仅示出了着色盖板2。为了避免不必要的重复，仅描述了不同之处，其他方面请参考上述说明。因此，除了在着色盖板2的背面5的结构化区域8上的滤色层9之外，板状组件1还具有直接在着色盖板2的正面4上的另一个滤色层9’。着色盖板4的背面5不是结构化的，即没有类似于背面5的结构化区域8。相反，正面4在生产误差的范围内是光滑的。两个滤色层9、9’可以具有相同或不同的光学折射率以及相同或不同的层厚。如果为两个滤色层9、9’选择相等的光学厚度n*d，则可以增强板状组件1的颜色，因为到达观察者的光总共穿过滤色层三次，因此被更多地过滤。在涂层具有明显不同的光学厚度的情况下，会产生混合颜色。
例如，如果着色盖板2的正面4涂覆有由化学惰性的无机硬层(诸如Si3N4)组成的滤色层9，这会使板状组件1获得高耐擦伤性、耐化学性和防污效果。采用光催化层(诸如TiO2)还可以产生自清洁效果。
设置在正面4上的这种附加层也可以是较薄的抗反射层，该抗反射层的光学折射率小于着色盖板2的光学折射率，从而抑制了着色盖板2(例如，玻璃)的基本上白色的反射且提高了颜色的饱和度。
图25示出了根据本发明的板状组件1的另一个实施方案，其中仅示出了着色盖板2。为了避免不必要的重复，仅描述了不同之处，其他方面请参考上述说明。因此，板状组件1的着色盖板2的背面5具有结构化区域8，在该结构化区域上设置有滤色层9。此外，着色盖板2的正面4也具有结构化区域8’。在正面4上没有设置滤色层。两个结构化区域8、8’可以相同或彼此不同。在图25的实施方案实例中，所有分段10都具有最大45°的倾角。与背面5的结构化区域8的分段10相反，图25的板状组件1的正面4的结构化区域8’的分段10’没有粗糙度条件。
设置在正面4上的这种附加层也可以是颜色中性的较薄抗反射层，该抗反射层的光学折射率小于着色盖板2的光学折射率。这抑制了着色盖板2(例如，玻璃)的基本上白色的反射，并提高了颜色的饱和度。然而，设置在正面4上的附加层也可以具有与着色盖板2相同的光学折射率。在这种情况下，该层仅用于保护着色盖板2免受湿气和空气中其他腐蚀性成分的影响。已经表明，通过蚀刻生产的抛光玻璃比平面玻璃或压延玻璃对湿热更敏感。在蚀刻钠钙玻璃的情况下，附加层可以是例如较薄的溅射SiO2层。
在这些实施方案中，光必须至少一次穿过着色盖板，并且必须被内部滤色层反射，以便在从正面之射出后实现角度稳定性改善的的所需色泽。
原则上，板状组件1可以利用任何合适的紧固技术(例如，背轨、钻孔点固定器、夹紧带等)安装在立面上。紧固技术也可以用于将板状组件1安装在立面上。悬挂系统常常用于幕墙通风立面，其中接头连接是通过形状配合实现的。
图26示出了根据本发明的采用市售多角度色度计17(多角度颜色测量)来确定板状组件1的漫散射的测量装置。没有更详细示出的结构化区域8在整个着色盖板2(例如，玻璃)上延伸。这里，光束以不同的入射角被引导到待表征的板状组件1的正面4上，并且从不同的观察角度(例如，相对于着色盖板2的平面的表面法线成15°或45°)对散射光或反射光进行光谱测量。在着色盖板2下面的是不透明的背部元件14，该背部元件在这里形成为例如黑色的非光泽层(例如，利用折射率约为1.5的液体粘合)。多角度色度计17可以用于确定具有D65标准照明和10°孔径角的L-a-b系统中的亮度。已经表明，当在45°和15°的观察角以及45°的入射角的情况下仍有至少L＝10(优选为L＝15，甚至更好地L＝20)的亮度时，提供了良好的角度稳定性(即，散射光的低角度依赖性)。由于着色盖板2的正面4和/或背面5的至少一个结构化区域8，在45°和15°的观察角以及45°的入射角的情况下至少可以实现L＝10的亮度(在每种情况下根据光泽角(在两个方向上)测量)。度数应理解为:反射角(参照表面法线)/入射角(参照光泽角)。例如，在观察角为45°(相对于表面法线测量)且入射角为45°(根据光泽角测量)的情况下，入射光束完全垂直于表面入射(45/45)。对于15°的观察角和45°的入射角，入射方向与观察方向同侧的表面法线成30°(15/45)。多角度色度计20相对于表面法线以45°或15°的观察角度定位。
图5示出了仅轻微结构化的玻璃嵌板(A型)、更强结构化的玻璃嵌板(特别蚀刻的玻璃，B型)以及另一种适当结构化的玻璃(C型)的共焦显微镜测量得出的高度轮廓(角度分布)。尽管在轻度结构化的嵌板(A型)的情况下结构非常大且仅出现5°至10°的倾角，但是B型蚀刻嵌板的结构在80μm至100μm(玻璃平面内的峰间距离)的范围内，平均角度约为17°。经过表面光度仪的测量，得出14μm的平均结构深度(峰谷间的高度)。在图5中可以看出，对于轻度纹理化的玻璃(A型)，在与光泽角相差20°至30°以上的角度的情况下几乎没有反射强度(以L值测量)。利用B型纹理玻璃，在45/45或15/45处仍能看到清晰的亮度。如果我们测量B型玻璃上的高度轮廓，我们会发现特有的结构特性：结构的宽度(B)与高度(H)的纵横比在B∶H>3∶1和B∶H<10∶1之间，倾斜角为45°的结构将具有2∶1的纵横比。另一种合适的结构化玻璃(C型)具有相似的表面分段角度分布，并且在多角度色度计中测量的L具有良好的角度稳定性。然而，结构尺寸要小得多：峰间距离为30μm，而峰谷间高度为4μm。这再次产生了与类型B相似的16°的平均倾斜角。对于亮度的角度分布来说重要的是非常相似的倾角分布，而不是绝对的结构尺寸(至少在从几微米到几百微米的很宽的尺寸范围内)。20°至30°的平均倾角的其他分布也可以是有利的。如果倾角太高，则多次反射的可能性会显著增加。
图6是示出了利用多角度色度计(x-rite MA-T12)测量的未涂覆结构化玻璃的亮度的曲线图。在前玻璃的背面，借助于一个较薄的甘油层(折射率n＝1.47)来光学粘合两面黑色的哑光玻璃，以便基本上测量纹理表面的反射。根据本发明适用的结构化前玻璃(例如，B型或C型，雾度＝92％-94％)总体上显示出比轻度纹理化的太阳能玻璃(A型，压延玻璃，雾度＝2％)或非结构化浮法玻璃(雾度<0.5％)明显更高的漫反射光强。平面浮法玻璃仅在光泽角有反射，这不是通过本方法测量的。特别是在远离光泽角的角度的情况下，对于根据本发明结构化的玻璃，仍然可以看到清晰的亮度。这种效果可以有利地与滤色层结合使用。
根据一个实施方案，根据本发明的板状组件在外侧具有至少一个结构化侧面，并且在外侧具有至少一个滤色层。由于至少一个滤色层被施加到漫散射玻璃元件上，因此从不同的视角可以发现微观表面元件，其倾角满足以下反射条件：入射角＝反射角。这产生了对方向的依赖性较小的平均颜色印象。根据另一个实施方案，在内侧至少有一个滤色层，并且至少一个结构化侧面(外侧或内侧)或两个侧面都是结构化的。由于至少一个结构化层的漫射效应，存在许多不同的光路，这些光路导致在内侧的滤色层处发生反射，并且再次以不同的方向出射，从而与两侧光滑的玻璃相比，实现了亮度的显著更高的角度稳定性。在这些情况下，光必须至少一次穿过玻璃，然后再次返回，以在不同角度产生所需的颜色效果，即使远离光泽角度。
如果结构化侧面和至少一个滤色层在外侧，则至少一个结构化表面的漫射效应意味着存在许多不同的光路，这些光路导致在外侧的滤色层处在不同方向发生反射，从而与两侧都光滑的玻璃相比，实现了亮度的显著更高的角度稳定性。在任何情况下，该结构必须具有范围大于可见光波长的小平面和结构尺寸。为了能够在滤色层中对入射波前产生干涉，表面分段必须足够平坦，例如粗糙度小于滤色层厚度的15％或10％。为了实现甚至在最大厚度为几百纳米的层上倾斜入射时的相长干涉或相消干涉的干涉条件，表面分段必须具有最小尺寸，即要求边长或直径尺寸为1μm，否则在上界面处直接反射的波包不能与在下界面处反射并横向偏移出射的波包发生干涉。随着入射角和层厚的增加，在下界面处反射的光束的出射点在该分段上的横向位移也越来越大。可以通过蚀刻来生产合适的玻璃，例如，具有尺寸为几微米至几十微米的结构。然而，结构尺寸也可以在亚毫米范围内，例如在压延玻璃中。这些结构应该优选地具有不同的表面倾角，倾角的分布很宽。还可以通过激光或通过利用印刷技术或类似技术施加并结构化透明覆盖层来形成这些结构。
板形组件1的至少一个滤色层9、9’包含至少一个高折射层，该高折射层由在从400nm至至少700nm的波长范围内折射率n大于2.5且在低于450nm的情况下至少为0.2以及在高于700nm的情况下消光系数小于0.2(优选地小于0.1)的材料制成。可选地，至少一个滤色层9、9’可以包括至少一个由折射率小于2.5的透明介电材料制成的折射层。在从一开始就已经说明了，如果至少一个滤色层9、9’具有包括高折射率层(HTM)和低折射率层(TD)的双层、一个高折射率层(HTM)设置在两个低折射率层(TD)之间或者一个低折射率层(TD)设置在两个高折射率层(HTM)之间的三层或者两个高折射率层(HTM)和两个低折射率层(TD)交替设置的四层(其中一个高折射率层(HTM)设置在两个低折射率层(TD)之间，而一个低折射率层(TD)设置在两个高折射率层(HTM)之间)，则可能是有利的。
当非吸收材料(例如Si3N4、SiO2、SiON、ZrO2或TiO2(典型的电介质))用于滤色层时，在可见波长范围(380nm至780nm)内，可用折射率的选择限于n＝3以下的值。模拟(转移矩阵法)表明，利用玻璃上较薄的Si3N4层(例如，50nm至70nm)，可以产生亮度为L＝55的消色差反射(色度c<3)。采用ZrO2可以达到L＝60，而采用TiOx可以达到L＝70(参见下面插入的表1)。
Figure GDA0003779079840000381
Figure GDA0003779079840000391
表1(用于白色色调的层封装)
然而，对于白色印象，要求L为85及以上。利用由与SiO2结合的这些材料制成的更复杂的多层，可以实现ΔL为5至10以上。然而，所需的层厚变得非常大，并且角度依赖性显著增加。由于TiOx的催化作用和紫外线激活，TiOx也被证明是至关重要的。内侧具有TiOx涂层的太阳能电池组件在彩色涂层和边缘密封之间表现出明显的反应。即使有了外涂层，由于溅射到内侧，仍然可以看到衰减和光学缺陷。
为了获得白色色调(L>80，c<3.5)，在可见波长范围内的反射必须平均为R＝65％。相关波长范围在400nm和700nm之间。如果这要用由几层组成的简单层系统来实现，材料的折射率必须大于3.0，优选地大于3.5。在高于700nm的情况下，透射率应该在80％以上(优选地在90％以上)，以实现尽可能最大的效率。相应地，吸收率和反射率必须较低。由硅或CIGS(铜铟镓硒)制成的太阳能电池在700nm和1250nm之间仍然具有较高光谱灵敏度。为了减少与具有正常透明的前玻璃的太阳能电池组件对比之下的效率损失，滤色体应该在近红外区内尽可能地透明。
从半导体物理学出版物和教科书中可以了解到结晶硅、微晶硅和非晶氢钝化硅(a-Si:H)以及诸如GaP、GaAs或Ge的其他半导体的折射率和消光系数特性(例如，SeyedSadreddin Mirshafieyan和Junpeng Guo，《光学快报》第22卷，31545至31554页(2014年))。在特性上，这些材料在380nm至780nm的整个可见波长范围内具有非常高的折射率(大于n＝3)，极大在300nm至400nm范围内，值的范围为n＝4至n＝7。这些材料在250nm至250nm的范围内的消光系数非常高，值的范围为k＝2至k＝6以上。然而，在高于400nm至500nm的情况下，在800nm以上的近红外区(NIR)中，消光系数显著下降到低于0.2的值，并最终低于0.01。
非晶硅、氢和元素C、Ge或O的混合系统也是合适的。通过添加O、C和Ge，可以进一步改变光学特性，以在NIR中获得高反射率、低色度和高透射率。具有上述折射率和消光系数条件的材料是用于根据本发明的高折射率层的材料。折射率<2.2且k＝0的透明绝缘电介质(诸如SiO2、S3N4或SiON)是用于根据本发明的低折射率层的材料。
硅和氮的混合系统也是合适的：从化学计量的Si3N4开始，提高硅和氮的比率会提高折射率，并在蓝光中产生吸收限。利用氧的掺和物，光学特性可以进一步变化，因此一般的富硅SION涂层是合适的。优选地，氮含量应该大于氧含量。
所有硅基材料还可以含有铝。为了改进溅射过程，采用了硅中铝含量高达10％的溅射靶。
此外，还存在具有上述合适光学特性的各种过渡金属氧化物(例如，Cu2O或Fe2O3)。甚至一些金属硫化物或金属硒化物(诸如Mo2S3或Mo2Se3)也具有同样合适的光学特性。然而，由于金属硫硒化物较低的硬度和粘附性，这些金属硫硒化物可能会出现粘附性和稳定性问题。
为了避免与电绝缘或PID(电势诱导衰减)有关的问题，这些层应该是未掺杂的和高度绝缘的。在日光中，在电压为1000V以及测量电极距离为2cm的情况下，层/层叠堆的电阻R不应小于10GOhm，更好地不小于10GOhm。比暗电阻应该大于1010Ωcm，更好地大于1011Ωcm。
通过采用具有典型电介质(诸如折射率<2.2的SiO2、S3N4和SiON)的多层，可以进一步降低电流损耗。三层的实例可以在上面的表1中找到。
总之，在上述其中一种构造中的纹理化玻璃上的以下滤色层(纹理内侧、外侧或两侧以及涂层内侧、外侧或两侧)适用于白色(L>80，c<3.5):
在400nm至700nm的波长范围内折射率大于3.0(优选地大于3.5)且在高于700nm(优选地高于500nm)的情况下消光系数小于0.2(优选地小于0.1)的高折射且部分透明的材料(HTM)。尤其合适的HTM的实例是：结晶Si或微晶Si、非晶a-Si:H、a-SiC:H、a-SiO:H、a-SiGe:H、富硅SixNy以及富硅SixNyOz(y>z)。HTM的层厚应该小于30nm且大于5nm。在日光中，在电压为1000V以及测量电极距离为2cm的情况下，层/层叠堆的电阻率R不应小于10GOhm，更好地不小于10GOhm。比暗电阻应该大于1010Ωcm，更好地大于1011Ωcm。
例如，滤色层具有一个高折射率(HTM)层(单层)。
例如，滤色层具有一个高折射率(HTM)层和一个低折射率(TD)层(双层)。即，玻璃/HTM/TD或TD/HTM/玻璃中的双层。在外部涂层的情况下，DT的顶层应该在顶部，即在与空气接触的最外侧，而在内部涂层的情况下，DT的顶层应该在与层压膜接触的最内侧。
例如，滤色层具有一个高折射率层(HTM)和两个低折射率层(TD)或者备选地只有一个低折射率层(TD)和两个高折射率层(HTM)(三层)。即，HTM/DT/HTM/玻璃、玻璃/DT/HTM/DT、玻璃/DT/HTM/DT或DT/HTM/DT/玻璃中的三层。
例如，滤色层具有交替设置的两个高折射率层(HTM)和两个低折射率层(TD)(四层)。即，玻璃/HTM/DT/HTM/DT或DT/HTM/DT/HTM/玻璃中的四层。
不能采用单层或双层的普通介电透明材料(TD)(诸如Si3N4、ZrO2或TiOx)在干涉的基础上来制作红色板状组件(尤其是太阳能电池组件)。对于Si3N4或TiOx制成的单层，通过增加层厚可以将一级极大可以位移到红色波长范围(>600nm)内，但是二级极大已经出现在蓝色中。极大之间的距离随着折射率的降低而增加，但是即使对于低折射率(1和1.5之间)，该距离也已经太小了。此外，干涉极大对于单层或双层来说太宽了：在人眼中，光感受器的红色(长波长视锥细胞)和绿色(中波长视锥细胞)视色素的光谱吸收曲线的重叠度非常高。对于深红色色调，长波长视锥细胞和中波长视锥细胞的信号之间的差异是决定性的。对于尽可能饱和的红色色调，需要在580nm和620nm之间的色谱中有相对快速的上升。一个过度平缓的上升则会导致从红色和绿色的混合中产生黄色色调。由于层厚的增加，始终会以同样的方式发生从金色色调到蓝紫色或紫色色调的位移。
利用基于HTM的滤色体，可以产生更好的低蓝色且角度稳定的红色色调。两种不同的特性对此有所贡献：首先，折射率非常高。这降低了匹配滤色层所需的层厚。这显著提高了角度稳定性。其次，对蓝色的较高吸收率使得反射光谱中蓝色分量减少。
图6示出了硅含量更高的玻璃上SixNy的反射光谱，而图7示出了平面浮法玻璃上硅含量更高的SixNy层的吸收光谱(A＝1-T-R)。薄膜厚度约为260nm。随着硅含量的增加，红色光谱范围内的反射显著增加，而蓝色分量减少。随着硅含量的增加，蓝色吸收增加。
利用这种富硅SixNy形成的单层，可以在结构化玻璃上制作L＝41、h＝5且c＝31的红紫色太阳能电池组件作为内涂层，并且可以制作L＝60、h＝29且c＝31的浅粉色太阳能电池组件作为外涂层(以Di:8°，D65测量)。通过与SiO2(或另一种TD)薄层结合，可以进一步抑制蓝色色调，并保护该层免受潮湿的影响。此外，与白色电池组件一样，顶层可以实现更好的电绝缘。
利用多层叠堆和厚层，即使没有HTM，也可以从透明介电材料(1.5<n<2.8)(诸如TiOx、SiO2、Si3N4或ZrO2)产生红色色调。然而，由于相对较高的总层厚和较大的光程长度，角度稳定性太低：在不同的观察和照明角度下，色调变化太大。在更大的角度下，极大从红色位移到黄橙色区域：例如，玻璃上的110nm-SiN-90nm SiO2-90SiN TiO2层封装产生了L＝47.2、a＝38.9且b＝20.8的土红色。然而，在20°和50°之间，颜色通过ΔE＝42变为金色色调。
利用三层或四层，HTM可以以小得多的层厚用于产生红色色调。例如，可以在模拟中利用非晶硅产生一种红色色调，该红色色调对应于上面所示的土红色：L＝47、a＝36且b＝19的4nm aSi-45nm SiN-18nm aSi玻璃。与上面所示的ΔE＝42相比，20°和50°之间的ΔE＝13表现出高得多的角度稳定性，因为光程长度小得多。这里估计的电流损耗是30％。
还可以利用具有三层或四层的结晶Si的n和k色散数据来模拟深红色。其他实例可以在下面的表2中找到。
Figure GDA0003779079840000431
Figure GDA0003779079840000441
表2：用于红色色调的层封装
因此，为了产生角度稳定性更高、饱和和低蓝红色色调，具有上述相同特性的结构化玻璃元件(内侧、外侧或两侧)上的滤色体是合适的，同时改变如下：
滤色体包含至少一层或多层高折射且部分透明的材料(HTM)，该材料的折射率在400nm至至少700nm的波长范围内大于2.5(优选地大于3.0)，并且消光系数在低于450nm的情况下至少为0.2且在高于700nm(优选地高于500nm)的情况下小于0.2(优选为0.1)。HTM的层厚可以在5nm至300nm的范围内。
白色和红色的板状组件是上述滤色体在具有HTM的结构化前玻璃上的主要应用。然而，有吸引力的特性(在VIS中的高折射率以及在高于700nm或高于500nm的情况下的低吸收率)还可以用于其他颜色。
对于TD/HTM/玻璃中的双层，可以利用较薄的HTM层和50nm至150nm范围内的TD层厚来产生角度稳定性较好且效率损失适度的一系列鲜艳的且高度饱和的颜色，诸如由L＝50、c＝46、h＝245、E20°50°＝11且Jsc-loss＝-15％的110nmSiN/10nm/玻璃产生的蓝色。可能的组合有很多。重要的是，1或2层HTM与透明电介质TD交替设置。
HTM可以通过各种已知的涂覆工艺沉积在玻璃上：反应溅射、CVD(化学气相沉积)、ALD(原子层沉积)、蒸发(热或电子束)等。由于薄膜厚度相对较小，因此建议采用ALD。ALD和CVD还形成了结构化表面的良好保形覆盖。
从本发明的上述描述中可以看出，本发明提供了一种改进的板状组件，该板状组件具有非常均匀且强烈的颜色，该颜色的方向依赖性极低或不存在。尤其是，该板状组件可以以尤其有利的方式具有白色或红色。例如，该板状组件可以很经济地制造成各种形状和尺寸，并且可以以简单的方式集成到立面中。因此，本发明提供了一种创新，该创新在立面建造的实践中以及在太阳能电池组件作为用于屋顶安装或开放空间的彩色电池组件的可能应用中带来了相当大的优势。
参考号列表
1 板状组件
2 盖板
3 机械支撑嵌板
4、4’ 正面
5、5’ 背面
6 胶粘层
7 接触面
8、8’ 结构化区域
9、9’ 滤色层
10、10’ 分段
11 第一区段
12 第二区段
13、13’ 中间层
14 背部元件
15、15’ 复合嵌板
16 承载基板
17 多角度色度计
18 太阳能电池
19 掩蔽层
20 太阳能电池组件
前部 V
背部 R
外部环境 U

Claims (15)

1.一种板状组件(1)，包括透明盖板(2)和附接到所述盖板(2)的至少一个平面背部元件(14)，其中所述盖板(2)具有面向外部环境的正面(4)和面向所述背部元件(3)的背面(5)，其中选自正面和背面的至少一个表面(4、5)具有至少一个结构化区域(8、8’)，并且其中用于反射预定波长范围内的光的至少一个滤色层(9、9’)设置在选自正面和背面的至少一个表面(4、5)上，
其中所述至少一个结构化区域(8、8’)具有以下特征(i)至(iii)：
(i)垂直于所述盖板(2)的平面，高度轮廓包括峰和谷，其中峰谷间的平均高度差至少为2μm，
(ii)至少50％的所述结构化区域由相对于所述盖板(2)的平面倾斜的分段组成，其中相对于所述盖板(2)的平面，所述分段中的至少20％具有在0°以上至最大15°范围内的倾角，并且所述分段中的至少30％具有在15°以上至最大45°范围内的倾角，其中
(iii)所述分段各自都是平面的且具有至少1μm2的分段面积，其中所述分段各自的平均粗糙度小于所述至少一个滤色层(9、9’)的层厚的15％，并且
其中所述至少一个滤色层(9、9’)包含至少一个高折射层，其中所述至少一个折射层在400nm至至少700nm的波长范围内的折射率大于2.5，并且消光系数在低于450nm的情况下至少为0.2且在高于700nm的情况下小于0.2(尤其小于0.1)。
2.根据权利要求1所述的板状组件(1)，其中所述至少一个高折射层的消光系数在高于500nm的情况下小于0.2，尤其小于0.1。
3.根据权利要求1或2所述的板状组件(1)，其中所述至少一个高折射层的折射率在400nm至至少700nm的波长范围内大于3.0，尤其大于3.5。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的板状组件(1)，其中所述至少一个高折射层的层厚在5nm至300nm的范围内，尤其是在5nm至40nm的范围内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的板状组件(1)，其中所述至少一个高折射层的折射率在400nm至至少700nm的波长范围内大于3.0(尤其大于3.5)，并且层厚在5nm至40nm的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的板状组件(1)，其中所述至少一个滤色层(9、9’)包括由至少一种透明介电材料制成的低折射率层，所述至少一个低折射率层的折射率小于2.5。
7.根据权利要求6所述的板状组件(1)，其中所述至少一个低折射率层的层厚大于10nm且小于250nm。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的板状组件(1)，其中所述至少一个滤色层(9、9’)包括：
双层，由高折射率层和低折射率层组成；或者
三层，其中一个高折射率层夹在两个低折射率层之间，或者一个低折射率层夹在两个高折射率层之间；或者
四层，其中两个高折射率层和两个低折射率层以交替顺序设置，其中一个高折射率层设置在两个低折射率层之间，并且一个低折射率层设置在两个高折射率层之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的板状组件(1)，其中所述背部元件(14)包括支撑基板(16)，所述支撑基板具有用于光伏发电的太阳能电池(18)。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的板状组件(1)，其中，所述背部元件(14)形成为：
盖板(2)的涂层(尤其是不透明涂层)；
薄膜(尤其是不透明的薄膜)，所述薄膜通过透明粘合剂(尤其是透明粘膜)牢固地结合到盖板(2)上；或者
刚性体(尤其是不透明的刚性体)，所述刚性体通过透明粘合剂(尤其是透明粘膜)牢固地结合到盖板(2)上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的板状组件(1)，其中所述背部元件(14)包括机械支撑嵌板(3)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的板状组件(1)，其中所述盖板(2)的正面(4)具有至少一个结构化区域(8)，在所述结构化区域(8)上设置有滤色层(9)，用于反射预定波长范围内的光。
13.根据权利要求12所述的板状组件(1)，其中
(i)所述盖板(2)的背面(5)没有结构化区域和滤色层；或者
(ii)所述盖板(2)的背面(5)没有结构化区域，并且在所述盖板(2)的背面(5)上设置有另一个滤色层(9’)，用于反射预定波长范围内的光；或者
(iii)所述盖板(2)的背面(5)具有至少一个结构化区域(8’)，在所述结构化区域(8’)上设置有滤色层(9’)，用于反射预定波长范围内的光。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的板状组件(1)，其中用于反射预定波长范围内的光的滤色层(9)设置在所述盖板(2)的背面(5)上，所述背面(5)和/或所述正面(4)各自具有至少一个结构化区域(8、8’)，所述正面(4)具有至少一个结构化区域(8)，或者用于反射预定波长范围内的光的另一个滤色层(9’)设置在所述正面(4)上。
15.根据权利要求14所述的板状组件(1)，其中
(i)所述盖板(2)的背面(5)没有结构化区域，并且所述正面(4)具有至少一个结构化区域(8)，其中在所述正面(4)上没有设置滤色层；或者
(ii)所述盖板(2)的背面(5)具有至少一个结构化区域(8)，并且所述正面(4)具有至少一个结构化区域(8’)，其中在所述正面(4)上没有设置滤色层；或者
(iii)所述盖板(2)的背面(5)具有至少一个结构化区域(8)，并且所述正面(4)没有结构化区域，其中在所述正面(4)上没有设置滤色层；或者
(iv)所述盖板(2)的背面(5)具有至少一个结构化区域(8)，并且正面(4)没有结构化区域，另一个滤色层(9’)设置在所述正面(4)上。
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