JP2015520516A - 光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネル - Google Patents

Abstract

本発明は、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネルであって、熱可塑性の層（３）を介して互いに面状に結合されている基板（１）及び外側パネル（２）と、熱可塑性の層（３）内に埋め込まれた少なくとも１つの光起電性のシステム（４）と、を少なくとも有しており、該光起電性のシステム（４）は、条片状に形成された少なくとも２つのソーラセル（６）を有していて、該ソーラセル（６）は、少なくとも１つの導電性の接続エレメント（５）を介して互いに直列接続されている。

Description

本発明は、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネル、ルーフパネルを製造する方法、並びにルーフパネルの使用に関する。

光起電性モジュールを車両のルーフパネルに組み込むことができることは、公知である。このようなルーフパネルは例えば独国特許出願公開第３７１３８５４号明細書、独国特許出願公開第４００６７５６号明細書及び独国特許発明第４１０５３８９号明細書に基づいて公知である。

光起電性モジュールが組み込まれた、特に、ルーフパネルに大面積で配置されていて結晶シリコンをベースにした光起電性モジュールを備えた、汎用のルーフパネルは、不透明であり、かつ僅かな湾曲しか有することができない。このことは、車両メーカの設計自由度を敏感に制限することがある。

本発明の課題は、光起電性モジュールが組み込まれた改善されたルーフパネルを提供することである。このとき、ルーフパネルの面の大部分に光起電性モジュールを設けること、及びルーフパネルに強い湾曲を付与することができることが望ましい。さらにルーフパネルは、組み込まれた光起電性モジュールの領域において、選択可能な部分透明性を有することが望まれている。

本発明の課題は、本発明によれば、独立請求項である請求項１記載の、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネルによって解決される。好適な態様は、従属請求項に記載されている。

光起電性モジュールが組み込まれた本発明によるルーフパネルは、少なくとも下記の特徴、すなわち、
熱可塑性の層を介して互いに面状に結合されている基板及び外側パネルと、
熱可塑性の層内に埋め込まれた少なくとも１つの光起電性のシステムと、を有しており、該光起電性のシステムは、条片状に形成された少なくとも２つのソーラセルを有していて、該ソーラセルは、少なくとも１つの導電性の接続エレメントを介して互いに直列接続されている。

本発明に係るルーフパネルは、ルーフの領域において例えば車両の内室を外部環境から画するために構成されている。このとき外側パネルは本発明によれば、外部環境に向けられている。基板は、内室に向けられている。太陽光線は、外側パネルを介してルーフパネルに進入し、熱可塑性の層の内部における光起電性のシステムに衝突する。基板及びルーフパネルの互いに反対側を向いた表面は、好ましくはルーフパネルの外側面を形成している。すなわち、基板及び外側パネルの互いに反対側を向いた表面には、何ら別のエレメント、例えば別のパネルが配置されていない。しかしながら基板及び外側パネルの互いに反対側を向いた表面は、コーティングを有することができる。

本発明の利点は、本発明のように、光起電性のシステムが互いに直列接続された複数のソーラセルに分けられていることにある。個々のソーラセルを適宜に寸法設定すると、個々のソーラセルが僅かしか可撓性でないとしても、光起電性のシステムは全体として高いフレキシビリティを有する。これによって大きな曲率を有するルーフパネルを実現することができる。さらにソーラセルの寸法設定とソーラセルの面積占有率とによって、光起電性のシステムの領域におけるルーフパネルの所望の部分透明性を調節することができる。

ソーラセルは本発明によれば、条片状に形成されている。ここで条片というのは、１つの形状、好ましくは、長さが幅よりも明らかに大きい方形の形状を意味している。本発明によれば条片の長さは、幅の５倍よりも大きく、好ましくは幅の１０倍よりも大きい。

ソーラセルは好ましくは、５ｃｍ〜３０ｃｍの長さ、特に好ましくは１０ｃｍ〜２０ｃｍの長さを有している。ソーラセルは、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍの幅、特に好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍの幅を有している。これは特に、光起電性のシステムのフレキシビリティ、光起電性のシステムの出力及び、本発明に係るルーフパネルの美的な印象に関して、特に好適である。

条片状のソーラセルは例えば、市販されている汎用のソーラセルから切断することができる。本発明のように僅かな幅を有する条片状の形態によって、特殊なつまり特に薄いソーラセルの使用に制限されることなく、湾曲を有するルーフパネルを実現することできる。

条片状のソーラセルは、好ましくは互いに平行に配置されていて、ソーラセルの長い縁部は互いに向かい合っている。これによりソーラセルは、好適にスペースを節減して配置されていて、導電性の接続エレメントを介して簡単に直列に接続することができる。光起電性のシステムは、２つ又はそれ以上の互いに並んで配置されたソーラセルグループを有することができ、このとき各１つのグループのソーラセルは、互いに平行に配置されている。このようにして、光起電性のシステムによるルーフパネルにおける大面積の占有が好適に達成される。

本発明に係る光起電性のシステムもしくは互いに平行に配置されたソーラセルの１つのグループは、好ましくは１０〜１００のソーラセル、特に好ましくは２０〜５０のソーラセルを有している。このことは、光起電性のシステムによるルーフパネルにおける大面積の占有に関して、並びに光起電性のシステムの出力に関して、特に有利である。

互いに平行に配置されている互いに隣接したソーラセルの間の間隔は、好ましくは１ｍｍ〜１０ｍｍ、特に好ましくは２ｍｍ〜５ｍｍである。この間隔によって、光起電性のシステムの領域におけるルーフパネルを通る光の透過性を調節することができる。

光起電性のシステムの領域においてソーラセルは好ましくは、２０％〜９０％の面積占有率、特に好ましくは５０％〜８０％の面積占有率でルーフパネルに配置されている。このことは、光起電性のシステムの出力に関して特に有利である。面積占有率によって、光起電性のシステムの領域におけるルーフパネルを通る光の透過性を調節することができる。このとき光起電性のシステムの領域は、互いに直列接続されたソーラセルのグループの外側に位置する側縁によって固定され、ソーラセルと、ソーラセルの間における中間室を有している。つまり光起電性のシステムの領域は、光起電性のシステムのソーラセルが完全に配置されている、ルーフパネルの最小領域である。

光起電性のシステムは、好ましくは完全に又は部分的に、本発明に係るルーフパネルのシースルー領域に配置されている。そこで光起電性のシステムは、好ましくは大面積で配置することができ、メーカによって選択可能な光の透過率を生ぜしめることができる。このときシースルー領域は、５ｃｍの幅を有する環状の縁部領域を引いたルーフパネルの面である。光起電性のシステムは、ルーフパネルの縁部領域には配置されていないか、又はもっぱらルーフパネルの縁部領域にだけ配置されていない。特に好適な態様では、光起電性のシステムは完全にルーフパネルのシースルー領域に配置されており、つまりルーフパネルの側縁に対して少なくとも５ｃｍの間隔を有している。

各ソーラセルは、好ましくは、前側電極と背側電極との間における、光起電に関して活性の吸収層を有している。前側電極は、吸収層の、外側パネルに向いた表面に配置されている。背側電極は、吸収層の、基板に向いた表面に配置されている。前側電極及び／又は背側電極は、例えば薄い導体の又は半導体の層として形成されていて、好ましくは３００ｎｍ〜２μｍの厚さを有している。このような層は、例えばモリブデン、チタン、タングステン、ニッケル、チタン、クロム、タンタル、アルミニウムをドーピングされた酸化亜鉛及び／又はインジウム-酸化亜鉛を含むことができる。しかしながらまた前側電極及び／又は背側電極は、例えばアルミニウム、銅、銀及び／又は金を含む細いワイヤの編組み織物として形成することができる。

光起電に関して活性の吸収層は、本発明の好適な態様では、例えば単結晶シリコン又は多結晶シリコンである結晶シリコンを含む。光起電に関して活性の吸収層は、好ましくは１０μｍ〜５００μｍ、特に好ましくは２０μｍ〜２００μｍの層厚さを有している。このようないわゆる厚膜ソーラセルは、基本的に僅かしか曲がることができない。このとき本発明のように光起電性のシステムを互いに直列に接続されたソーラセルに分けることは、特に好適である。なぜならば、このように構成すると、光起電性のシステムに可撓性が与えられ、これにより大きな曲率を有するルーフパネルを実現することができるからである。

しかしながらまた原則的に光起電性のシステムは、薄膜システムであってよい。薄膜システムというのは、数マイクロメートルの厚さを有する層システムのことである。このとき光起電に関して活性の吸収層は、例えばアモルファスシリコン又は微結晶シリコン、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、半導体の有機ポリマ又はオリゴマ、又は、銅-インジウム-硫黄／セレン（ＣＩＳ）の群の化合物、例えば銅インジウムジセレナイド（ＣｕＩｎＳｅ₂）のような、又は銅-インジウム-ガリウム-硫黄／セレン（ＣＩＧＳ）の群の化合物、例えばＣｕ（ＩｎＧａ）（ＳＳｅ）₂のような、黄銅鉱半導体を含むことができる。

光起電に関して活性の吸収層は、好ましくは５００ｎｍ〜５μｍの層厚さ、特に好ましくは１μｍ〜３μｍの層厚さを有することができる。

光起電性のシステムはもちろん、当業者には公知であるその他の個別層、例えば吸収層と電極層又は拡散防止層との間における電子的な特性を適合させるための緩衝層を有することできる。

光起電性のシステムのソーラセルは、本発明によれば導電性の接続エレメントを介して互いに直列に接続されている。このとき各ソーラセルの背側電極は、第１の方向において隣接したソーラセルの前側電極に導電接続されている。ソーラセルの前側電極は、他方の方向において隣接したソーラセルの背側電極に導電接続されている。互いに隣接した２つのソーラセルの間における接続は、少なくとも１つの接続エレメントを用いて行われる。導電性の接続エレメントは好ましくは、少なくとも１種の金属又は金属合金を含むベルト又は条片として形成されている。導電性の接続エレメントは、好ましくは少なくとも、アルミニウム、銅、スズをコーティングされた銅、金、銀、スズ又はこれらの合金又は混合物を含んでいる。導電性の接続エレメントは、好ましくは０.０３ｍｍ〜０.８ｍｍの厚さを有している。導電性の接続エレメントは好ましくは、０.５ｍｍ〜２０ｍｍの幅、特に好ましくは２ｍｍ〜８ｍｍの幅を有している。このとき幅によって、接続エレメントの寸法、つまりそれに沿って接続エレメントが電極と接触させられている、接続エレメントの寸法が示される。接続エレメントの長さは、互いに隣接したソーラモジュールの間隔に従って決定される。これによって、互いに隣接したソーラセルの特に好適で効果的な電気的な接触接続が達成される。接続エレメントと電極との間における安定した結合は、例えばろう接、溶接、ボンディング、クランプ、導電性接着剤を用いた接着によって、又は、熱可塑性の中間層内への適宜な挿入によって達成することができる。

熱可塑性の層には、好ましくは、自体公知のバスバーが、光起電性のシステムの電気的な接続のために埋め込まれている。直列回路の終端の２つのソーラセルは、好ましくは直に又はそれぞれ少なくとも１つの導電性の接続エレメントを介して、各１つのバスバーに電気的に接続されている。バスバーは好ましくは、ベルト又は条片として形成されている。バスバーは好ましくは少なくとも１種の金属又は金属合金を含んでいる。原則的に、フィルムに加工することができる如何なる導電性の材料でも、バスバーのために使用することができる。バスバーのために特に適した材料は、例えばアルミニウム、銅、スズめっきされた銅、金、銀又はスズ及びこれらの合金である。バスバーは例えば、０.０３ｍｍ〜０.３ｍｍの厚さと２ｍｍ〜１６ｍｍの幅を有している。

光起電性のシステムの外側の給電体は、好ましくは適宜なケーブルとして、好ましくはフィルム導体のようなフラット導体として形成されている。ケーブルはバスバーに、好ましくは接着、ろう接、溶接、クランプ、ボンディング又は接着によって結合されている。ケーブルは好ましくは、熱可塑性の層の内部におけるバスバーを起点として、熱可塑性の層の側縁を越えて延びている。

本発明の好適な態様では、ルーフパネルは、少なくとも２つの本発明に係る光起電性のシステムを有していて、両光起電性のシステムは、少なくとも２つの共通のバスバーとの接触接続によって互いに並列に接続されている。ルーフパネルは、例えば２〜１５の光起電性のシステムを、好ましくは３〜８の光起電性のシステムを有することができる。

本発明の好適な態様では、基板はガラス、好ましくはフラットガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス又はソーダ石灰ガラスを含んでいる。このとき基板は、プレストレスを付与されていなくても、プレストレスを部分的に付与されていても、プレストレスを付与されていても又は硬化されていても、例えば熱的又は化学的に硬化されていてもよい。しかしながらまた基板は、プラスチック、例えば剛性のプラスチック、特にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチロール、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル及び／又はこれらの混合物を含むことができる。基板の厚さは、好ましくは０.７ｍｍ〜２５ｍｍ、特に好ましくは０.８ｍｍ〜５ｍｍである。特別な利点は、本発明に係るルーフパネルの安定性にある。

本発明の別の好適な態様では、基板はフレキシブルなフィルムとして形成されている。フレキシブルなフィルムの厚さは、好ましくは０.０２ｍｍ以上であり、例えば０.０２ｍｍ〜２ｍｍである。フレキシブルなフィルムの厚さは、特に好ましくは０.２５ｍｍ〜２ｍｍ、極めて好ましくは０.３ｍｍ〜１.５ｍｍ、特に０.４５ｍｍ〜１ｍｍである。特別な利点は、本発明に係るルーフパネルの僅かな重量と安価な製造コストにある。フレキシブルなフィルムは好ましくは少なくとも１種のポリマ、特に好ましくは熱可塑性のポリマを含む。熱可塑性のポリマは好ましくは、フッ素によって置換されている。このことは、基板の化学的及び機械的な安定性に関して特に有利である。基板は、特に好ましくは、少なくともポリフッ化ビニル及び／又はポリフッ化ビニリデンを含む。このことは、化学的及び機械的な耐性、並びに基板における熱可塑性の層の固着に関して、特に好適である。しかしながらまたフレキシブルなフィルムは、他の材料、例えば適宜な金属又は合金から製造することができる。

外側パネルは好ましくはガラス、好ましくはフラットガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス又はソーダ石灰ガラスを含んでいる。外側パネルは、プレストレスを付与されていなくても、プレストレスを部分的に付与されていても、プレストレスを付与されていても又は硬化されていても、例えば熱的又は化学的に硬化されていてもよい。外側パネルの厚さは、好ましくは１.０ｍｍ〜１２ｍｍ、特に好ましくは１.４ｍｍ〜４ｍｍである。このことは、本発明に係るルーフパネルの安定性、並びに外部の影響、例えば雹又は霰のような降雪による損傷に対する光起電性のシステムの保護に関して、特に好適である。基板がフレキシブルなフィルムとして形成されている場合、外側パネルの厚さは、好ましくは２.８ｍｍ〜５ｍｍである。これによってルーフパネルの好適な安定性が得られる。しかしながらまた外側パネルは原則的には、プラスチック、例えば剛性のプラスチック、特にポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチロール、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル及び／又はこれらの混合物を含むことができる。

熱可塑性の層は、好ましくは１種の熱可塑性のポリマ、好ましくは、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレン（ＰＥ）及び／又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含んでいる。しかしながらまた熱可塑性の層は、例えば少なくとも、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリラート、ポリ塩化ビニル、ポリアセテート樹脂、注型用樹脂、アクリレート、フッ化エチレンプロピレン、ポリビニルフルオライド及び／又はエチレン-テトラフルオロエチレンを含むことができる。熱可塑性の層の厚さは、好ましくは０.５ｍｍ〜１０ｍｍ、特に好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍの厚さ、さらに特に好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍである。熱可塑性の層は、好ましくは少なくとも２つの熱可塑性のフィルムから形成され、これらのフィルムの間に、光起電性のシステムが配置されている。このとき各熱可塑性のフィルムは、好ましくは、０.２５ｍｍ〜１ｍｍの厚さ、例えば０.３８ｍｍ〜０.７６ｍｍの厚さを有している。

本発明に係るルーフパネルは、任意の三次元形状を有することができる。ルーフパネルは、平らであっても、又は軽く又は強く、空間の１つの方向に又は複数の方向に曲げられていてもよい。曲げられたルーフパネルの曲率半径は、例えば５０ｍｍ〜１１００ｍｍであってよい。曲率半径は、ルーフパネル全体にわたって一定である必要はない。強く曲げられた領域とあまり強く曲げられていない領域とが存在していてよい。起電性モジュールが組み込まれた汎用のルーフパネルでは、典型的な曲率半径は、７００ｍｍ〜１０００ｍｍである。これに対して、光起電性のシステムの本発明に係る構成によって、少なくとも８００ｍｍ以下、好ましくは６５０ｍｍ以下の曲率半径を有するルーフパネルを実現することができる。

本発明に係るルーフパネルの面積は、大きな範囲で変化可能であり、個々の事例における必要性に極めて好適に適合可能である。ルーフパネルの面積は、例えば１００ｃｍ²〜５ｍ²、好ましくは０.５ｍ²〜２.５ｍ²であってよい。

本発明に係る光起電性のシステム又は複数の本発明に係る光起電性のシステムを有する面積は、好ましくは、本発明に係るルーフパネルの面積の２０％〜１００％である。このことは、組み込まれた光起電性モジュールの出力、ルーフパネルを通る可視光の透過率、並びにルーフパネルの美的な見栄えに関して、特に好適である。光起電性のシステムの面積は、例えば０.３ｍ²〜３ｍ²、好ましくは０.５ｍ²〜２ｍ²である。

本発明に係るルーフパネルは、好ましくは、２０％〜５０％の可視光の全透過率（Gesamttransmission）を有している。このとき全透過率によって、ルーフパネルに全体として衝突してパネルを貫通する光の割合が示される。全透過率のために与えられた領域において、一方では、内室における快適な明るさが得られ、かつ他方では、直接的な太陽光入射に起因する内室の強い加熱が回避される。全透過率は特に、本発明に係るソーラセルの寸法によって、ソーラセルの面積占有率によって、並びに、ルーフパネルにおける光起電性のシステムの面積割合によって調節することができる。透過率をさらに低減することは、例えば色付きの基板によって達成することができる。

組み込まれた光起電性モジュールは、好適な態様では、１０Ｗ／ｍ²〜３００Ｗ／ｍ²の獲得可能な最大比出力Ｐ_MPP、特に好ましくは、５０Ｗ／ｍ²〜１５０Ｗ／ｍ²の獲得可能な最大比出力Ｐ_MPPを有している。このとき出力は、光起電性モジュールのための通常のスタンダードテスト条件下（１０００Ｗ／ｍ²の放射照度、温度２５℃、照射スペクトラムＡＭ１.５）において測定されている。

本発明の課題はさらに、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネルを製造する方法によって解決され、この本発明に係る方法は、
（ａ）少なくとも２つの条片状に形成されたソーラセルを熱可塑性の層内に埋め込み、少なくとも１つの導電性の接続エレメントを介して直列接続して、光起電性のシステムを形成するステップと、
（ｂ）熱可塑性の層を面状に基板と外側パネルとの間に配置するステップと、
（ｃ）基板を、熱、真空及び／又は圧力の作用下で熱可塑性の層を介して外側パネルに結合するステップと、
を少なくとも有する。

熱可塑性の層は、好ましくは、少なくとも１つの第１の熱可塑性のフィルムと第２の熱可塑性のフィルムとによって形成され、このとき光起電性のシステムは面状に、第１の熱可塑性のフィルムと第２の熱可塑性のフィルムとの間に埋め込まれる。各熱可塑性のフィルムは、好ましくは、０.２５ｍｍ〜１ｍｍの厚さ、特に好ましくは０.５ｍｍ〜０.８ｍｍの厚さを有している。第１の及び第２の熱可塑性のフィルムは、同じ材料から成っていても、又は異なる材料から成っていてもよい。熱可塑性の層は、もちろん、２つよりも多くの熱可塑性のフィルムから形成されてもよい。

本発明に係る方法の１態様では、最初に基板又は外側パネルを準備する。少なくとも第１の熱可塑性のフィルムを、基板もしくは外側パネルの表面に配置する。次いでソーラセルを、第１の熱可塑性のフィルム上に配置する。次にソーラセルは、導電性の接続エレメントを用いて直列接続することができる。択一的に、電気的な接続エレメントを備えたソーラセルは、既に予め、例えば支持フィルムに配置され、この支持フィルムが第１の熱可塑性のフィルムに配置されてよい。次に、第２の熱可塑性のフィルムが面状に、今や起電性のシステムを備えた第１の熱可塑性のフィルムに配置される。ステップ（ｂ）において、この態様では、外側パネルもしくは基板が面状に第２の熱可塑性の層に配置され、これによって光起電性のシステムを備えた熱可塑性の層は、基板と外側パネルとの間に配置される。

択一的な構成において、ソーラセル及び導電性の接続エレメントは、第１及び第２の熱可塑性のフィルムのうちの１つが基板もしくはカバーパネルに配置される前に、少なくとも第１の熱可塑性のフィルムと第２の熱可塑性のフィルムとの間に挿入される。第１及び第２の熱可塑性のフィルムは、好ましくは熱、圧力及び／又は真空の作用下で結合させられて、光起電性のシステムを備えた予め積層された熱可塑性の層に形成される。方法ステップ（ｂ）において、予め製造された積層体であるプレラミネートは、基板とカバーパネルとの間に配置される。

このようなプレラミネートの利点は、本発明に係るルーフパネルの製造が簡単かつ安価になることにある。プレラミネートは、基板を外側パネルと結合する前に準備することができる。次いで、ルーフパネルを製造するための汎用の方法を使用することができ、このとき基板を汎用の形式で外側パネルと接着させる熱可塑性の中間層の代わりに、プレラミネートが使用される。さらに光起電性のシステムはプレラミネートの内部において、好適に損傷、特に腐食に対して保護されている。従ってプレラミネートは、ルーフパネルの本来の製造よりも明らかに前の時点において、多数準備することができ、このことは、経済的な理由から望ましいことであると言える。プレラミネートは、直接又は別の熱可塑性のフィルムを介して、基板及び外側パネルに結合することができる。

光起電性のシステムの電気的な接触接続のためにバスバーが設けられている場合には、バスバーは方法ステップ（ａ）において熱可塑性の層内に挿入されて、光起電性のシステムに、直接又は導電性の接続エレメントを介して、例えば溶接、ボンディング、ろう接、クランプ、導電性接着剤を用いた接着によって、又は、適宜な挿入によって接触接続される。バスバーは好ましくは、熱可塑性の層の側縁を越えて延びていて外側の供給ラインとして働くフィルム導体に接続される。

基板がガラスを含んでいる場合、基板と外側パネルとの結合は、熱可塑性の層を介して、合わせガラスを製造する公知の方法によって行われる。例えばオートクレーブ法を、約１０ｂａｒ〜１５ｂａｒの高められた圧力と１３０℃〜１４５℃の温度で、約２時間にわたって実施することができる。自体公知の真空ザック法又は真空リング法は、例えば約２００ｍｂａｒで１３０℃〜１４５℃の温度で作業が行われる。

外側パネル、光起電性のシステムを備えた熱可塑性の層及び基板は、カレンダにおいて少なくとも１つのローラ対の間で、本発明に係るルーフパネルにプレスすることができる。このような形式の設備は、合わせガラスを製造するために公知であり、通常は、プレス装置の前に少なくとも１つの加熱トンネルを有している。プレス過程中における温度は、例えば４０℃〜１５０℃である。カレンダ法とオートクレーブ法との組合せは、実地において特に有効であることが実証されている。

択一的に、真空ラミネータを使用することができる。真空ラミネータは、単数又は複数の加熱可能でかつ排気可能な室から成っており、この室において、外側パネル及び基板は、例えば約６０分以内で、０.０１ｍｂａｒ〜８００ｍｂａｒの減じられた圧力と８０℃〜１７０℃の温度でラミネートすることができる。

基板がフレキシブルなフィルムとして形成されている場合、基板と外側パネルとの結合は、特に有利な態様では以下に記載のように行われる。時間的に方法ステップ（ｃ）の前に、分離フィルムが、基板の、外側パネルとは反対側の表面に配置され、支持パネルが、分離フィルムの、基板とは反対側の表面に配置される。支持パネルは好ましくは構成のパネルであり、好ましくはガラス、特に好ましくはフラットガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス又はソーダ石灰ガラスを含んでいるか、又はプラスチック、好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチロール、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル及び／又はこれらの混合物を含んでいる。支持パネルの厚さは、好ましくは１.０ｍｍ〜２５ｍｍ、特に好ましくは１.４ｍｍ〜５ｍｍである。このとき支持パネルの、基板に向いた表面は、外側パネルの、基板に向いた表面と同じ湾曲を有している。つまり支持パネルは、その大きさ及び形状に関して、支持パネルが、原則的に外側パネルと結合されて合わせガラスを形成するのに適しているように選択される。分離フィルムは、支持パネルと基板との間における持続的な固着を阻止するのに適した材料から製造されている。分離フィルムは、好ましくは少なくとも１種のポリテトラハロゲンエチレン、特に好ましくは、少なくともポリテトラフルオロエチレン及び／又はポリクロロトリフルオロエチレンを含んでいる。これは分離フィルムの固着防止特性に関して、特に好適である。分離フィルムは好ましくは、０.０１ｍｍ〜１０ｍｍの厚さ、特に好ましくは０.１ｍｍ〜２.５ｍｍの厚さ、例えば０.１ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有している。

外側パネル、光起電性のシステムを備えた熱可塑性の層、分離フィルム及び支持パネルから成る積層体は、合わせガラスを製造するために、例えば上に記載したような自体公知の方法で処理することができる。これによって、熱可塑性の層を介して外側パネルと基板との間における持続的に安定した結合部が得られる。分離フィルムの固着防止作用に基づいて、支持パネルは次いで簡単に除去することができる。

本発明の別の観点は、陸上、空中又は水における交通のための車両、好ましくは、列車、路面電車、船舶及び、バス、トラック並びに特に乗用車のような自動車における、本発明に係るルーフパネルの使用に関する。組み込まれた光起電性モジュールを用いて得られた電気エネルギによって、例えば電気自動車のバッテリを冷却することができ、駐車中において車室内を冷却することができ、車両の二次バッテリをチャージすることができ、又は駐車中に窓ガラスを加熱することができる。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳説する。図面は概略図であり、忠実な寸法を表すものではない。また本発明は図示の実施の形態に制限されるものではない。

光起電性モジュールが組み込まれた本発明に係るルーフパネルの１実施形態を示す平面図である。 図１に示したルーフパネルのＡ−Ａ′に沿った横断面図である。 図２に示した部分Ｚを拡大して示す図である。 本発明に係るルーフパネルの製造前における、基板、光起電性のシステムを備えた熱可塑性の層、外側パネル、分離フィルム及び支持パネルを示す横断面図である。 本発明による方法の１実施形態を示すフローチャートである。

図１、図２及び図３には、光起電性モジュールが組み込まれた本発明に係るルーフパネルの詳細がそれぞれ示されている。このルーフパネルは、熱可塑性の層３を介して互いに結合されている基板１と外側パネル２とを有している。ルーフパネルは、自動車のルーフパネルであり、外側パネル２は、取付け位置において外部環境に向けられるように設けられている。外側パネル２は、熱的にプレストレスを付与されたソーダ石灰ガラスから成っていて、２.６ｍｍの厚さを有している。基板１は、熱的にプレストレスを付与されたソーダ石灰ガラスから成っていて、２.１ｍｍの厚さを有している。ルーフパネルは、自動車のルーフパネルにおいて通常であるように、湾曲されて成形されている。ルーフパネルは、１１０ｃｍの幅と１４０ｃｍの長さを有している。図１には、ルーフパネルの外側パネル２が上から見た平面図で示されている。光起電性のシステム４とバスバー７とは、外側パネル２を貫いて認識することができる。

熱可塑性の層３には、本発明に係る４つの光起電性のシステム４が埋め込まれている。熱可塑性の層３は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を含み、約３ｍｍの厚さを有している。熱可塑性の層３は、それぞれ０.７６ｍｍの厚さを有するＰＶＢ製の熱可塑性フィルムから形成されている。熱可塑性フィルムのうちの２つは、熱可塑性の層３の製造時に光起電性のシステム４と基板１との間に配置されている。熱可塑性フィルムのうちの２つは、熱可塑性の層３の製造時に光起電性のシステム４と外側パネル２との間に配置されている。光起電性のシステム４は、熱可塑性の層３の内部において好ましくは、環境影響に対して、特に腐食に対して保護されている。

各光起電性のシステム４は、条片状のソーラセル６のグループを有している。各ソーラセル６は、１５.６ｍｍの長さと３ｍｍの幅とを有している。光起電性のシステム４の互いに隣接したソーラセル６は、互いの間に３ｍｍの間隔を有している。ソーラセル６の図示は、寸法通りに縮尺されたものではない。特にソーラセル６の幅は、明瞭にするために大幅に拡大して示されており、ソーラセル６の数は大幅に減じられている。各光起電性のシステム４は、例えば１００のソーラセルを有しているので、各光起電性のシステム４は全部で０.１ｍ²の面積を有している。このとき光起電性のシステム４の領域における面積占有率は、約５０％である。本発明に係る光起電性のシステム４の領域は、光起電性のシステム４のソーラセルの外側に位置する側縁によって固定される。光起電性のシステム４の領域は、ソーラセル６と、ソーラセル６の間における中間室とを有していて、図１において破線で示す方形によって略示されている。

各ソーラセル６は、前側電極９と背側電極１０との間における、光起電に関して活性の吸収層８を有している。この吸収層８は、多結晶シリコンを含み、０.２ｍｍの厚さを有している。背側電極１０は銀を含んでいる。前側電極９は、細い銅ワイヤから成る編組み織物として形成されている。これによって前側電極９は、入射する光に対して十分に透明である。

多結晶シリコンをベースにした吸収層８は、僅かしか曲がることができない。しかしながら本発明のように光起電性のシステム４を条片状のソーラセル６に分けることによって、光起電性のシステム４は大きなフレキシビリティを有する。これによって曲げられたルーフパネルをも実現することができる。さらにルーフパネルは光起電性のシステム４の領域において不透明ではない。なぜならば光は、ルーフパネルを通過してソーラセル６の間の中間室内に進入することができるからである。完全に不透明な光起電性のシステム４は、車両内部への不均一な、ゆえに美しくない、又はそれどころか不都合な入射光を生ぜしめることになる。光起電性のシステム４の領域における光の透過は、ソーラセル６の寸法とソーラセル６の間の間隔とによって（ひいては面積占有率によって）調節することができる。このことは、本発明の大きな利点である。

各光起電性のシステム４のソーラセル６は、導電性の接続エレメント５を介して互いに直列に接続されている。そのためにソーラセル６の背側電極１０は、隣接したソーラセル６の前側電極９に接続されていて、この隣接したソーラセル６の背側電極１０はさらに、後続のソーラセル６の前側電極９に接続されている。導電性の接続エレメント５は、０.５ｍｍの厚さと３ｍｍの幅を有する銅製の条片として形成されている。ソーラセル６の直列接続によって、光起電性のシステム４の高い出力を好適に得ることができる。

ルーフパネルはさらに２つのバスバー７を有しており、これらのバスバー７も同様に熱可塑性の層３内に埋め込まれている。バスバー７は、０.５ｍｍの厚さと５ｍの長さと１ｍｍの幅を有する銅製の条片として形成されている。４つの光起電性のシステム４はそれぞれ、２つの終端のソーラセル６を有している。各光起電性のシステム４の終端のソーラセル６のうちの１つは、導電性の接続エレメント５を介して第１のバスバー７に接続されている。各光起電性のシステム４の他方の終端のソーラセル６は、導電性の接続エレメント５を介して第２のバスバー７に接続されている。従って４つの光起電性のシステム４は、並列に接続されている。

択一的な構成においてソーラセル６は、図示のように、互いに平行なソーラセル６のグループにおいて配置されていてもよく、これらのソーラセル６は例えばその終端のソーラセル６を介して導電性の接続エレメント５を用いて直列に接続されている。この構成では、すべてのソーラセル６が、本発明に係るただ１つの光起電性のシステム４を形成している。

図４には、本発明による方法の好適な実施形態における、ルーフパネルへの接続前の本発明に係るルーフパネルの択一的な構成の構成部材が横断面図で示されている。基板１、第１の熱可塑性のフィルム１１、ソーラセル６と導電性の接続エレメント５とバスバー７とを備えた光起電性のシステム４、第２の熱可塑性のフィルム１２及び外側パネル２は、互いに上下に面状もしくは層状に配置されている。光起電性のシステム４及びバスバー７は、図１におけるように構成されている。図１に示した構成とは異なり、基板１はガラスから形成されているのではなく、０.８ｍｍの厚さを有するポリビニルフルオライド製のフレキシブルなフィルム（デュポン社の製品Ｔｅｄｌａｒ）として形成されている。これによってルーフパネルの好適に減じられた重量が得られる。外側パネル２は、熱的にプレストレスを付与されたソーダ石灰ガラスから成っていて、３ｍｍの厚さを有している。第１の熱可塑性のフィルム１１及び第２の熱可塑性のフィルム１２は、ＰＶＢから成っていて、０.７６ｍｍの厚さを有している。ルーフパネルの積層時に、第１の熱可塑性のフィルム１１及び第２の熱可塑性のフィルム１２は、熱可塑性の中間層３を形成する。択一的に、第１の熱可塑性のフィルム１１及び第２の熱可塑性のフィルム１２は、既に予め、間に埋め込まれた光起電性のシステム４と結合されて、予め積層された熱可塑性の層３を形成していてもよい。

基板１の、外側パネル２とは反対側の表面には、支持パネル１４が配置されている。この支持パネル１４は、ソーダ石灰ガラスから成っていて、外側パネル２と同様の大きさ及び形状で形成されている。支持パネル１４と基板１との間には、分離フィルム１３が配置されている。この分離フィルム１３は、ポリテトラフルオロエチレンから成っていて、０.８ｍｍの厚さを有している。分離フィルム１３は、基板１の表面全体を覆っている。つまり分離フィルム１３の面積は、少なくとも基板１の表面と同じ大きさであり、しかしながら図示の例におけるようにより大きくてもよく、基板１の側縁を越えて突出していてもよい。

支持パネル１４によって、基板１がフレキシブルなフィルムとして形成されているにも拘わらず、本発明に係るルーフパネルは簡単に製造することができる。熱可塑性の層３を介して基板１とルーフパネル（外側パネル２）とを結合するために、支持パネル１４、分離フィルム１３、基板１、熱可塑性のフィルム１１，１２、バスバー７を備えた光起電性のシステム４及び外側パネル２から成る積層体は、合わせガラスを製造するための公知の方法を利用して簡単に製造することができる。これによって熱可塑性の層３を介した、外側パネル２と基板１との間における持続的に安定した結合が達成される。分離フィルム１３は、支持パネル１４と基板１との間における固着を阻止する。ルーフパネルの製造後に、支持パネル１４と分離フィルム１３とは簡単に除去することができる。

図５には、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネルを製造する本発明に係る方法の１実施形態を示すフローチャートである。

当業者にとって予期しない驚くべきことであったが、本発明のように、光起電性のシステム４を、互いに直列に接続されたソーラセル６に分けることによって、強く曲げて形成することができかつ光起電性のシステム４の領域における透過率を調節することができる、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネルを得ることができる。さらにソーラセル６の直列接続によって、及び場合によっては、複数の光起電性のシステム４の並列接続によって、高い出力を得ることができる。

１ 基板
２ 外側パネル
３ 熱可塑性の層
４ 光起電性のシステム
５ 導電性の接続エレメント
６ ソーラセル
７ バスバー
８ 吸収層
９ 前側電極
１０ 背側電極
１１ 第１の熱可塑性のフィルム
１２ 第２の熱可塑性のフィルム
１３ 分離フィルム
１４ 支持パネル
Ａ−Ａ′ 切断ライン
Ｚ ルーフパネルの部分

Claims (15)

1. 光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネルであって、
   熱可塑性の層（３）を介して互いに面状に結合されている基板（１）及び外側パネル（２）と、
   前記熱可塑性の層（３）内に埋め込まれた少なくとも１つの光起電性のシステム（４）と、を少なくとも有しており、該光起電性のシステム（４）は、条片状に形成された少なくとも２つのソーラセル（６）を有していて、該ソーラセル（６）は、少なくとも１つの導電性の接続エレメント（５）を介して互いに直列接続されており、
   当該ルーフパネルは曲げられていて、前記ソーラセル（６）は、１ｍｍ〜１０ｍｍの幅を有していることを特徴とする、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネル。
2. 前記各ソーラセル（６）は、光起電に関して活性の吸収層（８）を前側電極（９）と背側電極（１０）との間に有していて、光起電に関して活性の前記吸収層（８）は、少なくとも単結晶シリコン又は多結晶シリコンを含んでいる、請求項１記載のルーフパネル。
3. 前記ソーラセル（６）は、５ｃｍ〜３０ｃｍの長さ、好ましくは１０ｃｍ〜２０ｃｍの長さ、及び２ｍｍ〜５ｍｍの幅を有していて、好ましくは互いに平行に配置されている、請求項１又は２記載のルーフパネル。
4. 前記光起電性のシステム（４）は、１０〜１００、好ましくは２０〜５０の直列接続されたソーラセル（６）を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のルーフパネル。
5. 前記ソーラセル（６）は、前記光起電性のシステム（４）の領域において２０％〜９０％の面積占有率をもって配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のルーフパネル。
6. 前記導電性の接続エレメント（５）は、少なくとも銅、アルミニウム、金、銀、スズ又はこれらの合金を含んでいて、好ましくは０.０３ｍｍ〜０.８ｍｍの厚さと０.５ｍｍ〜２０ｍｍの幅を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のルーフパネル。
7. 当該ルーフパネルは、少なくとも２つのバスバー（７）を用いて並列接続されている少なくとも２つの光起電性のシステム（４）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のルーフパネル。
8. 前記基板（１）は、ガラス、好ましくはフラットガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス又はソーダ石灰ガラスを含んでいて、好ましくは０.７ｍｍ〜２５ｍｍの厚さ、特に好ましくは０.８ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のルーフパネル。
9. 前記基板（１）は、フレキシブルなフィルムとして形成されていて、該フィルムは、好ましくは少なくとも１種の熱可塑性のポリマ、特に好ましくはポリフッ化ビニル及び／又はポリフッ化ビニリデンを含み、かつ好ましくは０.２５ｍｍ〜２ｍｍの厚さ、特に好ましくは０.３ｍｍ〜１.５ｍｍの厚さ、極めて特に好ましくは０.４５ｍｍ〜１ｍｍの厚さを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のルーフパネル。
10. 前記熱可塑性の層（３）は、０.５ｍｍ〜１０ｍｍの厚さ、好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍの厚さ、特に好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍの厚さを有していて、好ましくは少なくとも１種のポリマ、特に好ましくはエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリエチレン（ＰＥ）及び／又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含んでいる、請求項１から９までのいずれか１項記載のルーフパネル。
11. 前記外側パネル（２）は、ガラス、好ましくはフラットガラス、フロートガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス又はソーダ石灰ガラスを含んでいて、好ましくは１.０ｍｍ〜１２ｍｍの厚さ、特に好ましくは１.４ｍｍ〜４ｍｍの厚さを有している、請求項１から１０までのいずれか１項記載のルーフパネル。
12. 当該ルーフパネルは、少なくとも１つの領域に、８００ｍｍ以下の曲率半径を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載のルーフパネル。
13. 請求項１から１２までのいずれか１項記載の、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネルを製造する方法であって、
    （ａ）少なくとも２つの条片状に形成されたソーラセル（６）を熱可塑性の層（３）内に埋め込み、少なくとも１つの導電性の接続エレメント（５）を介して直列接続して、光起電性のシステム（４）を形成するステップと、
    （ｂ）前記熱可塑性の層（３）を面状に基板（１）と外側パネル（２）との間に配置するステップと、
    （ｃ）前記基板（１）を、熱、真空及び／又は圧力の作用下で前記熱可塑性の層（３）を介して前記外側パネル（２）に結合するステップと、
    を少なくとも有することを特徴とする、光起電性モジュールが組み込まれたルーフパネルを製造する方法。
14. 方法ステップ（ａ）において、前記光起電性のシステム（４）を、少なくとも１つの第１の熱可塑性のフィルム（１１）と第２の熱可塑性のフィルム（１２）との間に配置し、次いで該第１及び第２の熱可塑性のフィルムを、熱、真空及び／又は圧力の作用下で結合させて予め積層された熱可塑性の層（３）を形成する、請求項１３記載の方法。
15. 陸上、空中又は水における交通のための車両、好ましくは、列車、路面電車、船舶及び、バス、トラック並びに特に乗用車のような自動車における、請求項１から１２までのいずれか１項記載のルーフパネルの使用。

Images