JP7290710B2 - パターン化したカバープレートと光干渉層とを備えたソーラーモジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽光発電エネルギー生成の技術分野にあり、パターン化したカバープレートと少なくとも一つの光干渉層とを備えたソーラーモジュールに関する。本発明は、さらに、本発明によるソーラーモジュールを製造するための方法並びにこのソーラーモジュールの使用に及ぶ。

壁又はファサードの構成要素としてのソーラーモジュールの使用は、現在、依然として経済的には比較的小さな市場であるが、環境保護の観点からは非常に興味深い市場である。特に、分散型エネルギーソリューションやエネルギー・ニュートラル・ビルへの取り組みが強化されたことを踏まえ、ソーラーモジュールを建物外面の一体化部品として使用する要求が高まっている。ソーラーモジュールの他の興味深い適用領域は、ノイズ低減壁（道路、鉄道）、屋外のプライバシー障壁、又は温室の壁である。これらの新しい用途は、特に美観、耐用年数、及び封止や断熱などのような他の機能の点で、ソーラーモジュールに全く新しい要求を与える。特に、このために使用されるソーラーモジュールは、様々な形状、サイズ、及び色で利用可能でなければならず、かつ可能な限り最も均一な色印象を与えなければならない。色の由来（吸収／再発光、干渉、屈折）に応じて、ソーラーモジュールそれ自身の均一な表面の色は、視野角及び／又は入射角に依存し得る。さらに、光のスペクトルと物理的分布（拡散、集束）も色の印象を決定する。

これらの新しい用途は、特に美観、耐用年数、及び封止や断熱のような他の機能の点で、太陽電池モジュールに全く新しい要求を与える。特に、このために使用されるソーラーモジュールは、様々な形状、サイズ、及び色で利用可能でなければならず、可能な限り最も均一な色印象を与えなければならない。しかしながら、ソーラーモジュールに対するこれらの要求は、ソーラーモジュールの実際の機能、すなわち、太陽光からの電力を最も効率的に可能な限り生成することと矛盾する技術的問題を引き起こす。

理想的なソーラーモジュールは、効率の最適化の観点から、入射光を完全に吸収する黒体であり、それによって、放射エネルギーを電気エネルギーに最適に変換するようになっている。しかしながら、入射した放射線が、実際の物体ごとに反射され、かつ吸収された放射線が再放射され、ここで、スペクトル的に選択された光の反射と再発光によって、人間の目にその色印象が基本的に形成される。可視スペクトル範囲において、太陽スペクトルは最も高いエネルギー強度を有しており、かつ人間の目は最も高い検出感度を有する。ソーラーモジュールを着色したものとして設計するとき、言い換えれば、理想的な黒体とは異なる色印象を人間の目に作り出すことが意図されているとき、光学的に活性な半導体に吸収される光の強度、ひいては、ソーラーモジュールの電気出力又は効率は、必然的に低下する。最適な効率は、原理的には黒色ソーラーモジュールでのみ達成することができる。一方で、色の由来（吸収／再発光、干渉、屈折）に応じて、ソーラーモジュールそれ自身の均一な表面の色は、視野角及び／又は入射角に依存し得る。さらに、光のスペクトルと物理的分布（拡散、集束）も色の印象を決定する。

国際公開第２０１４／０４５１４２号には、所定のスペクトル範囲の太陽光を反射する、前面ガラスの内側の多層干渉層が記載されている。このような多層干渉層は、製造するのに非常に高価であり、したがって、工業的利用には限られた適合性しか有さない。また、多層干渉層とカバーガラスの粗面化した側とが、カバーガラスの異なる側（内側に多層干渉層；外側を粗面化）に位置する、散漫（拡散）散乱するカバーガラスの任意の使用も提示されている。

また、チョウの構造に類似したナノ構造を生成する生体工学的方法の使用も知られている（参照：Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ，Ｂｌａｅｓｉら、第３３回欧州太陽光発電エネルギー会議及び展示会（３３ｒｄ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ＰＶ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ）、２０１７年９月２４日～２９日、オランダ、アムステルダム）。これらの方法はかなり複雑でコスト集約的であり、大面積のソーラーモジュールの工業的な連続生産にはいまだ適していない。

さらに、セラミックスクリーン印刷によるカバーグレージング、又は有機ガラス色の使用による色の適用が知られている。これらは比較的安価な技術であり、色の幅広いスペクトルを生成することもできる。加えて、色印象は、限られた範囲でのみ角度依存性である。しかしながら、そのようなカラー層は、原則として、不透明であり、かつ効率損失が不可避的に高くなるように光を吸収する。これは、許容できない効率損失を一般にもたらす明るい色調について特に当てはまる。

その一方で、本発明の目的は、着色したソーラーモジュールを利用可能にすることにあり、ここで、その色が、視野角及び入射角にできるだけ依存しないものとすべきである。そうでなければ、建物一体型の範囲での使用について、その色が、観察者の位置又は太陽の位置に強く依存することになるからである。さらに、顧客が望む各色に対して、ソーラーモジュールの効率損失はできるだけ小さいものでなければならない。工業的な連続生産のためには、ソーラーモジュールが、許容可能なコストで、かつ満足のいく均質性を有しながら、広い面積で生産可能であることも重要である。

これらの目的及び他の目的は、特許請求の範囲によるソーラーモジュール及びその製造方法によって、本発明の提案にしたがって達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の特徴によって示される。

本発明によって、直列に電気的に接続した太陽電池を有する、太陽光発電エネルギー生成のためのソーラーモジュールを提示する。原理的には、本発明によるソーラーモジュールは、任意のタイプのソーラーモジュール、特に、ウェハーベースの、シリコンベースソーラーモジュール又はモノリシックに一体化した直列接続した太陽電池を有する薄膜ソーラーモジュールとすることができる。

好ましくは、本発明によるソーラーモジュールは、薄膜ソーラーモジュールである。有利には、このソーラーモジュールは、熱可塑性又は架橋性ポリマー中間層（例えば、ＰＶＢ又はＥＶＡ）によって互いにしっかりと結合した前面の透明カバープレートと背面基板（例えば、ガラスプレート）とを有する、複合ペイン構造を有する薄膜ソーラーモジュールである。本発明は、特に、太陽電池を製造するための層構造が、光入射側に面した背面基板の表面に適用されている、サブストレート構造（下側基材）の薄膜ソーラーモジュールに関する。同様に、本発明は、層構造が、光の入射側とは反対側を向いた前面の透明カバープレートの表面に適用されている、スーパーストレート構造（上側基材）の薄膜ソーラーモジュールに関する。

用語の一般的使用を踏まえて、「薄膜ソーラーモジュール」という用語は、十分な機械的安定性のためにキャリアを必要とする、例えば数マイクロメートルの薄い厚さの層構造を有するモジュールを指す。キャリアは、例えば、無機ガラス、プラスチック、金属、又は金属合金でできていてよく、それぞれの層の厚さ及び特定の材料特性に応じて、剛性プレート又は可撓性フィルムとして設計することができる。

薄膜ソーラーモジュールの場合、層構造は、それ自体公知の方法で、背面電極層、前面電極層、及び背面電極層と前面電極層との間に配置された光起電活性吸収体層を含む。層構造への光の通過を可能にしなければならないので、前面電極層は光学的に透過性である。光学的に透過性の前面電極層は、典型的には、ドープした金属酸化物（ＴＣＯ＝透明導電性酸化物）を含むか又はそれでできており、例えば、ｎ－導電性酸化物、特に、アルミニウムドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）を含むか又はそれでできている。

光起電活性吸収体層は、好ましくは、黄銅鉱型半導体を含むか又はこれでできており、有利には、銅インジウム／ガリウムジスルフィド／ジセレニド（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２）の群からのＩ－ＩＩＩ－ＶＩ－三元化合物半導体を含むか又はこれでできている。上記式において、インジウム及びガリウムは、それぞれ単独で又は組み合わせて存在することができる。硫黄及びセレンについても同様であり、これらはそれぞれ単独で又は組み合わせて存在することができる。吸収体層の材料としては、特に、ＣＩＳ（銅インジウムジセレニド／ジスルフィド）又はＣＩＧＳ（銅インジウムガリウムジセレニド、銅インジウムガリウムジスルフィド、銅インジウムガリウムジスルホセレニド）が適している。吸収体層は、典型的には、第一の導体タイプ（電荷キャリアタイプ）のドーピングを有し、かつ前面電極は、逆の導体タイプのドーピングを有する。一般的に言えば、吸収体層は、ｐ－導電性（ｐ－ドープ）であり、すなわち、欠陥電子（ホール）が過剰に存在し、かつ前面電極層は、ｎ－導電性（ｎ－ドープ）であり、自由電子が過剰に存在するようになっている。バッファー層は、通常、吸収体層と前面電極層との間に配置する。これは、特に、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２に基づく吸収体層に対して当てはまり、このため、一般的に言えば、ｐ－導電性Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２吸収体層と、ｎ－導電性前面電極との間にバッファー層が必要となる。現在の理解によれば、バッファー層は、吸収体と前面電極との間の電子的適合を可能にする。さらに、バッファー層は、例えば、ＤＣマグネトロンスパッタリングによる前面電極の堆積の後続のプロセス工程におけるスパッタリング損傷に対する保護を提供する。ｎ－導電性前面電極層、バッファー層、及びｐ－導電性吸収体層の連続によって、ｐ－ｎ－ヘテロ接合が形成され、言い換えれば、逆の導体タイプの層間の接合が形成される。光起電活性吸収体層は、例えば、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、又はアモルファスの及び／又は微結晶性のシリコンでできていてもよい。

薄膜ソーラーモジュールでは、ゾーンをパターニングすることによって、直列接続した太陽電池を形成する。したがって、少なくとも背面電極層は、第１のパターニングライン（Ｐ１ライン）によって、互いに完全に分離された複数の部分に分割されており、これらの部分が太陽電池の背面電極を形成する。また、少なくとも吸収体層は、第２のパターニングライン（Ｐ２ライン）によって、互いに完全に分離された複数の部分に分割され、これらの部分が太陽電池の吸収体を形成し、かつ少なくとも前面電極層は、第３のパターニングライン（Ｐ３ライン）によって、互いに完全に分離された複数の部分に分割され、これらの部分が、太陽電池の前面電極を形成する。隣り合う太陽電池は、第２のパターニングラインにおける導電性材料を介して直列接続で互いに電気的に接続しており、ここで、一の太陽電池の前面電極は、隣り合う太陽電池の背面電極に電気的に接続しており、典型的には、ただし必須ではないが、隣り合う太陽電池の背面電極と直接物理的に接触している。各パターニングゾーンは、それぞれ、この順序で、３つのパターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３の直接的な連続を含んでいる。

用語の一般的使用を踏まえて、「太陽電池」との用語は、前面電極、光起電活性吸収体、及び背面電極を有し、互いに直接隣り合う２つのパターニングゾーンによって画定される層構造の領域を指す。これは、類推によってモジュールの縁部領域にもあてはまり、ここでは、パターニングゾーンの代わりに、太陽電池の直列接続と電気的に接触するための接続部分が存在し、それによって、パターニングゾーンと直接隣り合う接続部分との間に位置する、前面電極、吸収体、及び背面電極を有する層領域によって、太陽電池が画定されるようになっている。各太陽電池は、互いに重ねて配置した積層体の形態で、背面電極、吸収体、及び前面電極を有し、かつ光を電流に光電変換することができる光学的活性領域を有している。

本発明によるソーラーモジュールは、光入射側又は前面の透明カバープレートを備えており、このカバープレートは、外部環境に面する外面と、外面と反対側の内面とを有する。カバープレートの外面は、ファサードにおけるファサード構成要素が取り付けられた状態で、外部環境に面しており、かつ任意選択でその上に適用された層とともに、ファサードの外側又は外面の一部を形成する。本発明の一実施形態によれば、カバープレートは、一つの同じ材料、例えば、ガラス又はプラスチック、好ましくはソーダ石灰ガラスでできている。好ましくは、カバープレートは、硬質ガラス又はプラスチックプレートである。この場合、カバープレートの外面又は内面は、カバープレートの各材料から形成される。本発明の代替の実施形態によれば、カバープレートは、少なくとも二つの異なる材料でできており、ここで、カバープレートの外面及び／又は内面は、カバープレートのコアとは異なる材料から形成される。カバープレートのコアは、好ましくは、一つの同じ材料、例えば、ガラス又はプラスチック、好ましくはソーダ石灰ガラスでできている。カバープレートのコア、外側、及び／又は内側には、カバープレートのコアとは異なる材料が適用され、この材料は、透明であり、かつカバープレートのコアの材料と同じ光屈折率を有する。この場合、カバープレートの外面又は内面は、カバープレートのコアに適用されるそれぞれの材料によって形成される。本発明によれば、カバープレートを形成する材料が透明であり、かつ一つの同じ光屈折率を有するという条件で、「カバープレート」との用語は、「複合体」も含む。好ましくは、カバープレートは、湾曲を有しておらず、したがって、平面（平坦）である。しかしながら、カバープレートは湾曲していてもよい。カバープレートは、剛性であっても、又は可撓性であってもよい。可撓性カバープレートの形態では、カバープレートを平面形態で設けることができる。

平坦な（平面の）カバープレートは平面を画定し、本発明に関して、この平面は、「カバープレートの平面」を意味する。湾曲したカバープレートの場合、「カバープレートの平面」をまた意味する局所面は、この平面の任意の点における（仮想の）平坦な接線面によって画定することができる。

本発明に関して、「透明（性）」又は「透過性」という用語は、少なくとも８５％、特に少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、特に１００％の可視光透過率を指す。典型的には、可視光は、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの波長範囲にある。「不透明（性）」又は「不透過性」という用語は、５％未満、特に０％の可視光透過率を指す。この百分率のデータは、外部周囲から前面カバープレートに当たる光の強さに対する、前面カバープレートのモジュール内部側で測定した光の強さを指す。カバープレートの透過性は、測定配置を用いた簡単な方法で決定することができ、ここで、例えば、白色光源（可視光用の光源）を前面カバープレートの一方の側に配置し、可視光用の検出器を前面カバープレートの他方の側に配置する。光屈折率について以下で言及する値は、常に、３８０ｎｍ～７８０ｎｍの可視波長範囲における光屈折率を指す。

本発明によるソーラーモジュールは、白色光によるモジュール外側からの照明中に、特に太陽光による照明中に、観察者に少なくとも一つのモジュール部分における均一な色印象を与え、言い換えると、このソーラーモジュールは、モジュール部分において着色している。表面全体に均一な色の印象を有する太陽電池モジュールは、特に魅力的であると考えられる。ソーラーモジュールの色は、３つの色座標Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊によって記述することができ、この色座標は、当業者にそれ自体知られている（ＣＩＥ）Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間を指し、ここで、知覚可能な色はすべて正確に定義される。この色空間は、欧州規格ＥＮ ＩＳＯ １１６６４－４「比色分析（Ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）－Ｐａｒｔ ４：ＣＩＥ １９７６ Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間」に明記されており、その全体を本発明の明細書で参照する。（ＣＩＥ）Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊色空間では、各色を、３つのデカルト座標（直交座標）Ｌ^＊、ａ^＊、ｂ^＊を持つ色の位置によって定義する。緑と赤は、ａ^＊軸上で互いに反対側にあり；ｂ^＊軸は、青と黄の間をはしっており；Ｌ^＊軸は、色の明度（輝度）を表す。より明確な表現のために、これらの値をＬｈｃ色空間に変換することができ、ここで、Ｌは、同様に明度であり、ｃは、半径内の範囲の彩度であり、かつｈは、ａ^＊ｂ^＊面内の色点の角度（色相角）である。

ソーラーモジュールの色は、外部環境からのソーラーモジュールの観察に基づくものであり、言い換えれば、前面カバープレートを見ることに基づいている。ソーラーモジュールの比色分析又は色座標の決定は、市販の比色計（分光光度計）によって簡単な方法で行うことができる。この目的のために、分光光度計を前面カバープレートの外面に向け、特に外面に配置する。一般的な分光光度計は、標準に準拠した色測定を可能にし、その構造及び公差は、例えば、ＤＩＮ ５０３３、ＩＳＯ／ＣＩＥ １０５２７、ＩＳＯ ７７２４、及びＡＳＴＭ Ｅ１３４７によって定義されている国際規格に一般的に従う。例として、色測定に関して、規格ＤＩＮ ５０３３の全体を参照する。分光光度計は、例えば、光源として、キセノンフラッシュランプ、タングステンハロゲンランプ、又は一つ若しくは複数のＬＥＤを有し、これによって、物体の外面を生成した光（例えば、白色光）で照射し、かつソーラーモジュールから受け取った光を測定する。序論で説明したように、比色計で測定した物体の色は、ソーラーモジュールで反射しかつ再発光した光に起因するものである。

本発明によるソーラーモジュールが、少なくとも一つの部分において、比較的角度依存性の少ない均一な色を有することを確実にするために、透明カバープレートの外面は、少なくとも一つのパターン化領域を有し、この領域上に、光を反射するための着色した（透明な）光干渉層を、所定の波長範囲内又は事前に規定することができる波長範囲内で光を反射するために配置する。好ましくは、光干渉層をカバープレートの外側表面上に直接（別の中間層を伴わずに）配置する。光干渉層は、単層又は多層で実施することができ、言い換えれば、一つ又は複数の光屈折層（屈折層）を有することができる。

光干渉層の様々な界面で反射する光の建設的干渉又は相殺的干渉が可能であるようにして光干渉層を実施しながら、光干渉層は、ソーラーモジュールの色を生成する役割を果たす。ソーラーモジュールの色は、光干渉層の界面で反射した光の干渉から生じる。（白色）光、特に太陽光による照明の際に、光干渉層は、均一な色を生成するためのカラーフィルターとして作用する。例えば、青みがかった黒色を有する光起電活性太陽電池（ＣＩＧＳ薄膜太陽電池）は、ソーラーモジュールの全体的な色に寄与する。

好ましくは、外面のパターン化領域が、カバープレート全体にわたって、すなわち、カバープレートの外面全体にわたって延在し、それによって、ソーラーモジュールが均一な色を有するようになっている。ソーラーモジュールはまた、各々が均一な色を有するモジュールの複数の区分を有することができる。このモジュールの区分の色は、同じであってもよく、又は互いに異なるものであってもよい。

少なくとも一つのパターン化領域は、カバープレートの平面に対して垂直に、山（隆起）と谷（くぼみ）とを有する高さプロファイルを有し、山と谷との間の高さの差の平均は、少なくとも２μｍであり、好ましくは、ただし必須ではないが、透明カバープレートの厚さの最大２０％である。また、外面のパターン化領域の少なくとも５０％は、異なる傾斜の複数のセグメント又はファセット（表面の反射領域）から構成されている。このセグメントは、外部環境に向けられたカバープレートの表面の部分であり、それぞれ、カバープレートの平面に対して傾斜した平坦な面として実施されている。ここで、セグメントの少なくとも２０％は、カバープレートの平面を基準にして、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し、セグメントの少なくとも３０％は、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有する。有利には、しかし必須ではないが、セグメントの３０％未満が４５°を超える傾斜角を有する。パターンは、好ましくは、周期的ではなく、異方性である。しかしながら、特殊な光学効果のために、周期的パターンと異方性パターンとを使用することができる。また、セグメントはそれぞれ平坦（平面）であり、かつ少なくとも１μｍ^２のセグメント面積を有する。パターン化領域を、例えば、カバープレートのエッチング、サンドブラスト、又はローリングによって製造することができる。

したがって、パターン化領域は、複数の平坦（平面）セグメントを有する。本発明に関して、平坦な（平面の）セグメントは、非湾曲面によって形成することができる。しかしながら、平坦（平面）セグメントをわずかに湾曲した表面によって形成することも可能である。本発明に関して、セグメントの各点において次のことが当てはまるとき、セグメントはわずかに湾曲している。すなわち、セグメントのある点において、１μｍ^２の面積を有する（仮想）接平面が構成される場合に、接平面に対する法線方向に基づくセグメントの面と接平面との間の間隔は、５０ｎｍ未満である。

また、パターン化領域の少なくとも一つのゾーン（すなわち、サブ領域）において、セグメントは、それぞれ、パターン化領域上に適用される光干渉層の層厚の１５％未満の平均粗さを有することが当てはまる。光干渉層が複数の屈折層からなる場合、少なくとも一つのゾーンのセグメントは、それぞれ、最小の層厚を有する屈折層の層厚の１５％未満の平均粗さを有する。セグメントがそれぞれ、光干渉層の層厚の１５％未満の平均粗さを有するゾーンは、パターン化領域に相当し得る。すなわち、このとき、このゾーンとパターン化領域とは同一である。

本発明に関して、「パターニング」又は「パターン化領域」との用語は、カバープレートの外面又は内面の領域を指し、この領域では、上記の段落に記載した特徴が組み合わせて存在する。

パターン化領域の特徴によって、視射角外から見ても（視射角では、カバープレートの平面に対して、入射光の入射角は、反射光の反射角に相当する）、カバープレートに光を照射すると、光が比較的高い強度で反射されることを有利に保証することができる。その理由は、十分な数、適切なサイズ、及び適切な粗さ、並びに適切な傾斜角度で存在する、異なる傾斜のセグメントが、視射角以外で見ても、反射光の高い強度を可能にするためである。外側にパターニングを有するセグメント上の屈折によって、かつ内側にパターニングを有するセグメント上の反射によって、カバープレートの視射角外の方向に十分な強度で光を散乱する、十分に傾斜したセグメントが常に存在する。

ここで、及び以下で使用するように、「視射角」という用語は、セグメントの平面に対する法線を指す「局所視射角」とは区別して、カバープレートの平面に対する法線を指す。視射角と局所視射角とを等しくすることができるが（セグメントはカバープレートの平面に対して平行である）、しかしながら、一般的に言えば、視射角と局所視射角とは異なっている（セグメントはカバープレートの平面に対して傾斜している）。

その結果、視射角に反射しない（すなわち、散乱する）光の強度が比較的高く、かつこのようなパターン化領域のない反射面と比較して、入射方向及び見る方向に対して、ほんのわずかな角度依存性だけしか有さないことを達成することができる。光干渉層によって、視射角以外に反射される光が、光干渉層の屈折率及び層厚に応じて色選択を受け、それによって、カバープレートの表面が、比較的角度依存性の少ない均一な色を有することができるようになっている。

この点に関して、有利には、パターン化領域は、山と谷との間の高さの差の平均が、少なくとも２μｍ、好ましくは少なくとも１０μｍ、特に好ましくは少なくとも１５μｍである高さプロファイルを有する。このようなパターン化領域は、カバープレート（例えば、カバーガラス）のエッチングによって作り出すことができる。この点に関して、同様に有利には、パターン化領域は、山と谷との間の高さの差の平均が、少なくとも５０μｍ、好ましくは少なくとも１００μｍである高さプロファイルを有する。このようなパターン化領域は、カバープレート（例えば、カバーガラス）の圧延（ローリング）によって作り出すことができる。したがって、本発明は、有利には、カバープレートの少なくとも一つのパターン化領域を、エッチング又は圧延（ローリング）によって形成し、それによって上記の高さプロファイルを形成することができるファサード構成要素を提供する。しかしながら、このパターンは、カバープレート上に、透明でありかつパターン化した層を適用することによっても作り出すことができる。この層は、カバープレートと同じ（又は少なくとも非常に類似した）屈折率を有していなければならない。本発明によれば、カバープレートの表面のパターニングは、そのような透明でありかつパターン化した層を適用することも含むべきである。

カバープレートのパターン化領域の上述した特性は、顕微鏡、特に共焦点顕微鏡又はスタイラスプロフィロメータのような通常の測定装置によって測定することができる。

好ましくは、（それぞれカバープレートの平面に対する法線に基づく）４５°及び１５°の視野角、及び（両方向に）それぞれの視射角から４５°ずれた入射角で、本発明によるソーラーモジュールの（コーティングされていない）カバープレートの少なくとも一つのパターン化領域によって、少なくとも１０の反射光の明度Ｌを生じさせることを達成する。好ましくは、少なくとも１５、より好ましくは少なくとも２０の反射光の明度Ｌが生じる。この測定時に、黒色のカバーを、特徴付ける側とは反対側を向いた（コーティングされていない）カバープレートの側に取り付ける。測定にはＤ６５光源を使用し、明度Ｌを市販のマルチアングル分光計（開口角１０°）で測定する。測定のための設定は、図１４に関連して以下で詳細に説明する。これに関しては、ヨーロッパ規格ＥＮ ＩＳＯ １１６６４－４の全体を参照するものとする。

したがって、本発明は、外部環境に面する外面と、反対側の内面とを有する透明なカバープレートを備えた、太陽光発電エネルギー生成のためのソーラーモジュールを提供し、ここで、この外面が、少なくとも一つのパターン化領域を有し、この領域の上に、所定の波長範囲内の光を反射するための光干渉層が配置されており、このパターン化領域が以下の特徴を有する、ソーラーモジュールを提供する：
－ パターン化領域が、カバープレートの平面に対して垂直に、山と谷とを有する高さプロファイルを有し、ここで、この山と谷との間の高さの差の平均が、少なくとも２μｍであり、
－ パターン化領域の少なくとも５０％は、カバープレートの平面に対して傾斜する複数のセグメントから構成されており、カバープレートの平面を基準にして、このセグメントの少なくとも２０％が、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し、かつこのセグメントの少なくとも３０％が、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有し、ここで、
－ このセグメントは、それぞれ平坦であり、かつ少なくとも１μｍ^２のセグメント面積を有し、このセグメントが、それぞれ、外面上の光干渉層の層厚の１５％未満の平均粗さを有する。

ここで、黒色の裏面を備えるパターン化した、コーティングされていないカバープレートは、（それぞれ、カバープレートの平面に対する法線に基づいて）４５°及び１５°の視野角、及びそれぞれの視射角から（両方向に）４５°ずれた入射角で、少なくとも１０、少なくとも１５、又は少なくとも２０の反射光の明度Ｌが生じるように実施することが有利である。

同様に、本発明は、外部環境に面する外面と、反対側の内面とを有する透明なカバープレートを備えた、太陽光発電エネルギー生成のためのソーラーモジュールを提供し、ここで、この外面が、少なくとも一つのパターン化領域を有し、この領域の上に、所定の波長範囲内の光を反射するための光干渉層が配置されており、ここで、黒色の裏面を備え、かつ少なくとも一つのパターン化領域を有する、コーティングされていないカバープレートを、（それぞれ、カバープレートの平面に対する法線に基づいて）４５°及び１５°の視野角、及びそれぞれの視射角から（両方向に）４５°ずれた入射角で、少なくとも１０、少なくとも１５、又は少なくとも２０の反射光の明度Ｌが生じるように実施する。

本発明によれば、序論で述べた、角度依存性がほとんどない均一な色を達成することと、それと同時にソーラーモジュールの高い効率を達成することとの間の相殺（トレードオフ）を、極めて満足のいくように解決することができる。一方で、カバープレートのパターン化した表面の結果として、高い強度でありかつ角度依存性がほとんどない光が、視射角以外でも反射される。他方で、光干渉層のフィルター作用の結果、光が、高い強度で太陽電池の光起電力活性半導体に当たることが可能であり、それによって、高い効率で、又は少なくともソーラーモジュールの低い効率損失で、入射光の大部分を電流に変換できるようになっている。さらに、着色光干渉層の結果として、良好な均一な色印象を達成する。干渉層は、可能な限り最良の狭帯域反射及び広帯域透過を有するフィルターとして作用する。

本発明によるソーラーモジュールの好ましい実施形態では、カバープレートの外面には少なくとも一つのパターン化領域が設けられており、その上に着色光干渉層が配置されている。さらに、カバープレートの内面にはパターン化領域がなく、かつ光干渉層もない。この内面は、好ましくは滑らかである（製造の不正確さの限度内で）。光干渉層は、好ましくは、カバープレートの外面上に直接配置する（言い換えれば、追加の中間層なしで配置する）。

本発明によるソーラーモジュールの別の好ましい実施形態では、カバープレートの外面には少なくとも一つのパターン化領域が設けられており、その上に着色光干渉層が配置されている。さらに、内面にはパターン化領域がなく、ここで、所定の波長範囲内の光を反射するための別の光干渉層がカバープレートの内面に配置されている。この内面は、好ましくは滑らかである（製造の不正確さの限度内で）。カバープレートの外面の光干渉層に関する上述の記載は、カバープレートの内面の光干渉層に類似して適用される。この２つの光干渉層は、互いに同じであっても異なっていてもよい。特に、光を反射するための２つの光干渉層を、一つの同じ波長範囲内で実施する。しかしながら、光を反射するための２つの光干渉層を、異なるか又は部分的にのみ重複する波長範囲内で実施することも可能である。２つの光干渉層の層厚及び屈折率は、互いに同一又は異なるものとすることができる。この手段により、ソーラーモジュールの色をさらに良好に定義することができる。さらに、混合色を生成することができる。

本発明によるソーラーモジュールの別の好ましい実施形態では、カバープレートの外面には少なくとも一つのパターン化領域が設けられており、その上に着色光干渉層が配置されている。さらに、内面は、少なくとも一つのパターン化領域を有し、その上に所定の波長範囲内の光を反射するための光干渉層が配置されている。カバープレートの外面のパターン化領域に関する上述の記載は、カバープレートの内面のパターン化領域に対して類似的に適用される。内面のパターン化領域及び外面のパターン化領域は、互いに同じであっても異なっていてもよい。カバープレートの内面上の追加の光干渉層について、ソーラーモジュールの上記の実施形態におけるこの点に関する記述が同様に適用され、ここで、２つの光干渉層の層厚及び屈折率は、互いに同じであっても異なっていてもよい。これらの手段を通じて、ソーラーモジュールの色をさらに良好に定義することができる。さらに、混合色を生成することができる。

本発明によるソーラーモジュールでは、カバープレートの少なくとも一つのパターン化した面の結果として、高い強度でありかつ角度依存性がほとんどない光は、視射角以外であっても反射される。色を与える役割を果たす少なくとも一つの光干渉層の結果として、非常に均一な色印象が生成する。上述したすべての実施形態に共通して、光が干渉層を有するパターン化した外面に当たると、反射及び干渉の結果として、視射角以外でも、高い強度でありかつ角度依存性がほとんどない色が発現する。内面上の追加の干渉層及び／又はパターニングによって、この効果をさらに強化することができる。

本発明によるソーラーモジュールの有利な実施形態では、（どちらの面をパターン化するのかに応じて）外面又は内面のパターン化領域の少なくとも８０％、特に好ましくは少なくとも９０％は、カバープレートの平面に対して傾斜する複数のセグメントから構成されている。セグメントの数を増やすことによって、カバープレートの表面のパターン化領域によって反射される光の強度が、視射角以外であってもさらに増大し、かつその角度安定性がさらに増大する。

本発明によるソーラーモジュールの別の有利な実施形態では、少なくとも一つのパターン化領域の複数のセグメントの少なくとも３０％は、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し；このセグメントの少なくとも４０％は、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有し、かつ好ましくは、ただし必須ではないが、このセグメントの１０％未満は、４５°を超える傾斜角を有する。特に好ましくは、このセグメントの少なくとも４０％は、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し；このセグメントの少なくとも５０％は、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有し、かつ好ましくは、ただし必須ではないが、このセグメントの１０％未満は、４５°を超える傾斜角を有する。１５°未満の小さい傾斜角を有する比較的多くのファセット（小平面）が存在する場合、実質的に、視射角に近い視野角での反射強度のみが生じ（パターン化していない面の場合のように）、これは、本発明によれば望ましくない。より急勾配のファセットでは、反射光の角度依存性は低減するが、多数の非常に急勾配のファセット（４５°を超えるファセット）では、多重反射がますます発生する可能性があり、これは不都合となる。なぜならば、このことは、その反射が本発明に関して望ましい、この割り当て分の光の吸収体層へのカップリング（結合）をより大きな程度でもたらし得るからである。加えて、多くのコーティング方法では、平坦でありかつ急勾配の表面セグメント上で、同じ層厚の適合する被覆を同時に確保することは困難である。したがって、光干渉層の層厚は、傾斜角に依存し、ここで再び、望ましくない角度依存性をもたらす。この点で最も好ましいのは、複数のセグメントがそれぞれ、０°を超え、かつ最大４５°である傾斜角を有する実施形態である。前述の条件にしたがって、視射角以外でも非常に高い強度の反射光を達成することができると同時に、特に強度の角度依存性がほとんどない、非常に高い強度の反射光を達成することができる。

パターンは、周期的ではなく、異方性であることが好ましい。しかしながら、特定の光学的効果のために、周期的パターン及び／又は異方性パターンを使用することもできる。ピラミッド状（角錐）、正方形状、若しくは六角形状のハニカムパターン、又は半球のような周期的でありかつ異方性のパターンも、ガラス延伸中にローラーを用いて良好に作り出すことができる。これらは、魅力的な光沢効果及び色効果のために使用することができる。表面パターンが上述の条件を満たすとき、ソーラーモジュールは、視射角以外での角度に対する色度の減少が著しく低下する。しかしながら、角度依存性は、モジュールレベル上の配向に対して異方性である。

少なくとも一つの光干渉層は、一つ又は複数の屈折層を含むことができ、特に、一つ又は複数の屈折層でできている。屈折層は、一つの同じ材料（同じ組成を有する）でできており、特に、層の厚さ全体にわたって均一な（等しい）屈折率を有する。光干渉層が複数の屈折層を含む場合、少なくとも２つの屈折層は、互いに異なる材料でできており、かつ異なる屈折率を有する。有利には、少なくとも一つの屈折層は、１．７を超え、好ましくは２．０を超え、特に好ましくは２．３を超える屈折率ｎを有する。原理的には、屈折率が大きいほど、反射光の角度依存性が低くなり、それによって、色印象の角度依存性をさらに低下させることができる。

有利には、光干渉層は、ＴｉＯ_ｘ、ＺｒＯ_ｘ、ＳｉＣ、及びＳｉ_３Ｎ_４から選択された少なくとも一つの化合物を含む。光干渉層が２層、３層、又はそれ以上の層を有する場合、光干渉層は、好ましくは、ＭｇＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及び酸窒化ケイ素から選択される少なくとも一つの化合物を含む。これらは、比較的低い屈折率を有する化合物である。

本発明によるソーラーモジュールでは、パターン化表面と、少ない数（例えば、１～３個の屈折層）だけの屈折層を有する光干渉層との組み合わせにより、良好な色印象をすでに達成することができる。屈折層の数が少ないために、ソーラーモジュールの生産が簡素化され、製造コストが低減する。

有利には、ソーラーモジュールの少なくとも一つの光干渉層（特に、全ての光干渉層）は、正確に１つの屈折層を含み（又はその屈折層でできており）、その屈折率ｎは、１．９を超え、好ましくは２．３を超える。

同様に、有利には、ソーラーモジュールの少なくとも一つの光干渉層（特に、すべての光干渉層）は、正確に２つの屈折層を含み（又はそれらの屈折層でできており）、第１の屈折率ｎ１を有する第１の屈折層が、屈折率ｎｄを有するカバープレート上に存在し、第２の屈折率ｎ２を有する第２の屈折層が、第１の屈折層上に存在する。屈折率の差の量（絶対値）について、｜ｎ１－ｎｄ｜＞０．３ 及び ｜ｎ２－ｎ１｜＞０．３であり、かつ屈折率ｎ１及びｎ２のうちの少なくとも一方は、１．９を超え、好ましくは２．３を超える。

同様に、有利には、ソーラーモジュールの少なくとも一つの光干渉層（特に、すべての光干渉層）は、正確に３つの屈折層を含み（又はそれらの屈折層でできており）、第１の屈折率ｎ１を有する第１の屈折層が、屈折率ｎｄを有するカバープレート上に存在し、第２の屈折率ｎ２を有する第２の屈折層が、第１の屈折層上に存在し、第３の屈折率ｎ３を有する第３屈折層が、第２の屈折層上に存在する。屈折率の差の量（絶対値）について、｜ｎ３－ｎ２｜＞０．３、｜ｎ２－ｎ１｜＞０．３、及び｜ｎ１－ｎｄ｜＞０．３である。ここで、屈折率の値は、次のいずれかである：ｎ１＞ｎ２ 及び ｎ３＞ｎ２、あるいはｎ１＜ｎ２ 及び ｎ３＜ｎ２。さらに、屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３のうちの少なくとも一つは、１．９を超え、好ましくは２．３を超える。

正確に１つ、正確に２つ、又は正確に３つの屈折層を有する光干渉層は、結果として、ソーラーモジュールの均一な色印象を、ソーラーモジュールの簡素化した生産と、より低い生産コストで達成することができる。２層又は３層の層の結果として、色強度、言い換えれば明度（明るさ）と彩度、すなわち、特定の狭い波長範囲での反射を増加させることができる。比較的高い屈折率の結果、角度依存性が低下する。３つを超える層を有する積層体でできた干渉層と本発明によるパターン化したカバープレートとの組み合わせ、及び提示した実施形態もまた、本発明の範囲内にあるが、製造はより複雑である。例えば、高屈折率と低屈折率を交互に有する４層の屈折層によって、透過を改善しながら反射光の帯域幅をさらにいっそう減少させることができる。

カバープレートのパターン化領域では、入射光ビームの反射が、視射角以外でも比較的高い強度で発生する。この目的のために、このパターン化領域は、５０％を超える、特に好ましくは９０％を超える反射ヘイズが存在するように、好ましくは実施される。反射ヘイズは、市販のヘイズ計によって測定することができる。ＡＳＴＭ Ｄ１００３によれば、ヘイズは、全反射に対する反射光の拡散割合の比である。

本発明によるソーラーモジュールでは、少なくとも一つのゾーンが提供され、このゾーンでは、セグメントは、外面上の光干渉層の層厚の１５％未満の平均粗さを有し、これによって、反射光の建設的干渉又は相殺的干渉が可能になる。有利には、このゾーンは、カバープレート全体にわたって延在する。本発明の一実施形態によれば、パターン化領域は、少なくとも一つの他のゾーン、すなわち、（サブ）領域を有し、この領域では、セグメントは、それぞれ、光干渉層上で干渉が生じないような平均粗さを有する。例えば、ここでは、セグメントは干渉層の層厚の５０％～１００％の平均粗さを有する。これらのゾーンでは、ソーラーモジュールは、光干渉層によって生成する色を有さない。

本発明は、さらに、上記のような本発明によるソーラーモジュールを製造する方法に関する。本発明による方法は、カバープレートを処理するための以下の工程を含む。

第１の工程（ａ）では、外部環境に面することを意図した外面と、反対側の内面とを有する平坦な透明カバープレートを提供する。

次に、単一の第２の工程（ｂ１）、（ｂ２）、又は（ｂ３）を、以下の３つの（択一的）工程から選択し、かつ実施する：

（ｂ１）少なくとも一つの領域において外面をパターニングし、かつパターン化した領域上に光干渉層を適用する。この場合、内面はパターン化されておらず、かつ光干渉層を内面上には適用しない。

（ｂ２）少なくとも一つの領域において外面をパターニングし、外面のパターン化した領域に光干渉層を適用し、かつ内面に別の光干渉層を適用する。この場合、内面はパターン化されていない。

（ｂ３）少なくとも一つの領域において外面をパターニングし、外面のパターン化した領域に光干渉層を適用し、少なくとも一つの領域において内面をパターニングし、かつ内面のパターン化した領域に別の光干渉層を適用する。

上述の方法では、外面又は内面のパターニングは、外面又は内面を形成するカバープレート上に、少なくとも一つのパターン化領域を設けた透明層を適用することも含む。

本発明はさらに、建物外面（建物壁）又は独立壁、例えば、プライバシー壁又はノイズバリアの（一体化した）構成要素としての本発明によるソーラーモジュールの使用を提供する。

本発明の様々な実施形態は、個別に、又は任意の組合せで実現することができる。特に、上記した特徴及び以下に述べる特徴は、示された組み合わせだけでなく、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、他の組み合わせで、又は単独でも使用することができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。これらの図面は、正確な縮尺のとおりのものではなく、簡略化して描写されている。

本発明によるソーラーモジュールの例示的な実施形態の概略断面図である。 本発明によるソーラーモジュールの基本構造の概略断面図である。 図２のソーラーモジュールのカバープレートの拡大した詳細図の概略断面図である。 ファサード要素として実施したソーラーモジュールの典型的な光の関係の概略図である。 図２のソーラーモジュールのカバープレート上での反射における例示的な光路の概略図である。 図２のソーラーモジュールのカバープレート上での反射における例示的な光路の概略図である。 図２のソーラーモジュールのカバープレート上での反射における例示的な光路の概略図である。 図２のソーラーモジュールのカバープレート上での反射における例示的な光路の概略図である。 光干渉層における光線の干渉の概略図である。 本発明によるソーラーモジュールの実施形態である。 本発明によるソーラーモジュールの実施形態である。 本発明によるソーラーモジュールの実施形態である。 本発明によるソーラーモジュールの実施形態である。 マルチアングルでの色測定のための測定方法の概略図である。 ４つの異なるガラスペインの明度の角度依存測定による測定値を示したグラフである。 ガラスペインの高さプロファイルである。 ガラスペインの高さプロファイルである。 様々なガラスペインのセグメントの角度分布を示したグラフである。 光干渉層の特性を示したグラフである。 光干渉層の特性を示したグラフである。 光干渉層の特性を示したグラフである。 光干渉層の特性を示したグラフである。 光干渉層の特性を示したグラフである。 本発明による方法を説明するためのフローチャートである。

図１は、全体として番号１として言及する本発明によるソーラーモジュールを、断面図を使って概略的に例示したものである（モジュールの表面に対して垂直に切断したもの）。薄膜ソーラーモジュールの形態で例示的に実施されているソーラーモジュール１は、一体化された形態で互いに直列接続した複数の太陽電池１２を含み、ここでは大幅に簡略化した様式で、２つの太陽電池のみが描かれている。もちろん、一般的に言えば、ソーラーモジュール１には、多数の太陽電池１２（例えばおおよそ１００～１５０）が直列接続している。

ソーラーモジュール１は、サブストレート形態において複合ペイン構造を有している。これは、薄層でできた層構造３をその上に適用した背面基板２を備えており、層構造３が、この基板２の光入射側の表面に配置されている。ここで、基板２は、例えば、比較的高い光透過性を有する硬質の平坦なガラスプレートとして実施されるが、実施するプロセス工程に対して所望の安定性及び不活性挙動を有する他の電気絶縁材料も同様に使用することができる。

基板２の表面に配置されている層構造３は、不透明な背面電極層５を含み、この背面電極層は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）のような光不透過性金属でできており、蒸着又はマグネトロン強化カソードスパッタリング（スパッタリング）によって基板２上に直接適用されている。背面電極層５は、例えば、３００ｎｍ～６００ｎｍの範囲の層厚を有する。背面電極層５の上に、光学的（光起電性）活性吸収体層６を適用し、この吸収体層は、割り当てられる日光を可能な限りたくさん吸収することのできるバンドギャップを有する金属イオンをドープした半導体でできている。吸収体層６は、例えば、ｐ－導電性黄銅鉱型半導体でできており、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ／Ｇａ）（Ｓ／Ｓｅ）_２の群の化合物、特にナトリウム（Ｎａ）をドープしたＣｕ（Ｉｎ／Ｇａ）（Ｓ／Ｓｅ）_２でできている。上記式中、インジウム（Ｉｎ）及びガリウム（Ｇａ）並びに硫黄（Ｓ）及びセレン（Ｓｅ）は、任意に又は組み合わせて存在することができる。吸収体層６は、例えば１～５μｍの範囲にあり、特に約２μｍである層厚を有する。典型的には、吸収体層６を製造するために、例えば、スパッタリングによって、種々の材料層を適用し、これらの層は、任意に、Ｓ及び／又はＳｅを含む雰囲気中で、炉内で加熱することによって（ＲＴＰ＝急速熱処理）、続いて熱的に変換され、化合物半導体を形成する。化合物半導体のこの製造方法は、当業者には周知であり、ここで詳細に論じる必要はない。吸収体層６の上に堆積するのはバッファー層７であり、図１には詳細に描かれていないが、ここでは、このバッファー層は、例えば、硫化カドミウム（ＣｄＳ）の単一層と、（ドープされていない）イントリンシックな（本来の）酸化亜鉛（ｉ－ＺｎＯ）の単一層とから構成されている。前面電極層８を、例えばスパッタリングによってバッファー層７の上に適用する。前面電極層８は、可視スペクトル範囲の放射線に対して透明であり（「ウィンドウ電極」）、それによって、入射する太陽光（図１に矢印で示されている）がわずかにしか弱められないようになっている。前面電極層８は、例えば、ドープした金属酸化物、例えば、ｎ－導電性アルミニウム（Ａｌ）－ドープ酸化亜鉛（ＺｎＯ）に基づく。このような前面電極層８は、一般に、ＴＣＯ層（ＴＣＯ＝透明導電性酸化物）と呼ばれる。前面電極層８の層厚は、例えば、約５００ｎｍである。前面電極層８は、バッファー層７及び吸収体層６とともに、ヘテロ接合（すなわち、連続した逆の導体タイプの層）を形成する。バッファー層７は、吸収体層６と前面電極層８との間の電子的適合を効果的に行うことができる。

環境の影響からの保護のために、特に層構造３を封止する役割を果たす（プラスチック製の）接着剤層９を層構造３の上に適用する。接着剤層９で接着するのは、太陽光に対して透明な前面又は光入射側のカバープレート１０であり、ここでは、例えば、鉄含有量の少ない極白色ガラスでできた硬質の（平坦な）ガラスプレートの形成で実施されている。カバープレート１０は、シーリングのため、及び層構造３の機械的保護のために使用する。カバープレート１０は、太陽電池１２に面した内面１３と、太陽電池１２とは反対側に面した外面１１とを有し、同時に、この外面は、モジュール表面又はモジュール上部である。ソーラーモジュール１は、外面１１を介して太陽光４を吸収することができ、それによって、結果として生じる電圧接続（＋、－）上に電気電圧を発生させることができるようになっている。電流経路は、連続して配置された矢印によって図１に示されている。カバープレート１０及び基板２は、ここで実施されている接着剤層９によって互いにしっかりと結合し（「積層され」）、例えば、接着剤層は、加熱によって塑性変形可能であり、冷却すると、カバープレート１０及び基板２を互いに固定的に結合する熱可塑性接着剤層として実施される。接着剤層９は、製造工程において積層フィルムとして設けることができ、ここでは、例えばＰＶＢでできている。カバープレート１０と、太陽電池１２が接着剤層９に埋め込まれた基板２とは、一緒になって積層複合体を形成する。モジュールの裏面１４は、太陽電池１２の反対側を向いている基板２の面である。

太陽電池１２を形成しかつ直列に接続するために、例えばレーザースクライビング及び／又は機械的アブレーションのような適切なパターン形成技術を用いて、層構造３をパターン化する。一般的には、この目的のために、直接的に連続した３つのパターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３をそれぞれ層構造３に導入する。ここで、第１のパターニングラインＰ１は、少なくとも背面電極層５を分割して、太陽電池１２の背面電極を生成する。第２のパターニングラインＰ２は、少なくとも吸収体層６を分割して、太陽電池１２の光起電活性領域（吸収体）を生成する。第３のパターニングラインＰ３は、少なくとも前面電極層８を分割して、太陽電池１２の前面電極を生成する。第２のパターニングラインＰ２を用いて、一つの太陽電池１２の前面電極は、隣り合う太陽電池１２の背面電極に電気的に接続し、ここで、前面電極は、例えば、背面電極に直接接触する。図１の例示的な実施形態では、第１のパターニングラインＰ１のトレンチは、吸収体層６の材料で充填されている。第２のパターニングラインＰ２のトレンチは、前面電極層８の材料で充填されており、第３のパターニングラインＰ３のトレンチは、接着剤層９で充填されている。第１、第２、及び第３のパターニングラインＰ１－Ｐ２－Ｐ３のそれぞれ直接的な連続が、直接隣り合う太陽電池１２の直列接続のためのパターニングゾーンを形成する。

ここで、図２を参照する。図２には、本発明によるソーラーモジュール１の基本構造が示されている。ソーラーモジュール１は、カバープレート１０（例えば、前面ガラス）と背面基板２上に適用された層構造３とを備えており、これらは、接着剤層９（積層フィルム）によって互いにしっかりと結合している。ソーラーモジュール１のための着色要素は、被覆されたカバープレート１０であり、その外面１１は入射光に面し、その内面１３は接着剤層９を介して光起電性の太陽電池１２（シリコンウェハ又は薄膜ソーラーモジュール）に接続されている。ソーラーモジュール１は、特に、図１に示すように構造化することができる。カバープレート１０は、ここでは、例えば、可能な限り吸収の少ないガラスペインであり、例えば、鉄含有量の低いソーダ石灰ガラスからなる。着色カバープレート１０は、（例えば、延伸プロセス中のエッチング、サンドブラスト、又はローリングによって）外面１１上がパターン化されており、かつ図１及び図２には示されていないが、このパターン化領域上に光干渉層の形態のコーティングを有している（図３を参照されたい）。

図３は、図１及び図２のソーラーモジュール１のカバープレート１０の拡大した詳細図の断面図を示したものである。カバープレート１０の外面１１は、領域１５においてパターン化されており、この例では、領域１５が外面１１の全体にわたって延在している。光干渉層１６が、この外面１１上に直接配置されている。パターン化した領域１５において、外面１１は、山と谷とを有する高さプロファイルを備えている。ここで、外面１１の５０％以上は、平面の複数のセグメント１７からなり、その平面は、それぞれ、カバープレート１０の平面に対して傾斜しており、すなわち、ゼロではない角度を有している。セグメント１７はそれぞれ、少なくとも１μｍ^２のセグメント面積と、光干渉層１６の層厚ｄの１５％未満の平均粗さとを有する。外面１１の最高点（山）と最低点（谷）との間の高さの差の平均は、少なくとも２μｍであり、例えば、透明なカバープレート１０の厚さの最大２０％である。カバープレート１０の平面に対して、セグメントの少なくとも２０％は、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し；セグメントの少なくとも３０％は、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有し；セグメント１７の３０％未満は、４５°を超える傾斜角を有する。図３の例示的な実施形態では、すべてのセグメントが、最大４５°の傾斜角度を有している。光干渉層１６は薄く、例えば０．１～２μｍの範囲の層厚を有し、それによって、薄い干渉層１６の表面が、パターン化領域１５の山と谷とに追従するようになっている。光干渉層１６は、１．７を超え、好ましくは２．０を超え、特に好ましくは２．３を超える屈折率ｎを有し、かつ入射光に関して可能な限り最小の吸収を有する。光干渉層１６は、単層又は多層とすることができ、一つ又は複数の屈折層から構成することができる。それぞれの屈折層は、特定の屈折率を有し、かつ同じ材料でできている。例えば、光干渉層１６は、ＭｇＯ、ＳｉＯＮ_ｘ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_ｘ、及び／又はＳｉＣでできている。一つ又は複数の屈折層の導電率は、可能な限り低くなければならない。

以下に、外面１１のパターニングの動作原理を詳述する。最初に図４を考慮すると、ここでは、一例として、ファサード構成要素として実施されているソーラーモジュール１についての典型的な光の関係が図示されている。図４では、太陽Ｓからの光は、ソーラーモジュール１の外面１１に直接当たり、かつ視射角に反射される（カバープレートの平面の面法線に対して、入射角＝反射角）。入射光線Ｅと、視射角で反射した光線Ｒが描かれている。反射光線Ｒに加えて、入射光はまた、視射角以外に拡散的に散乱（散漫散乱）される。拡散的に散乱（散漫散乱）した２つの光線Ｒ’を例として示している。色効果は、反射、散乱、及び干渉によって作り出される。観察者Ｂがソーラーモジュール１の前に立ち、外面１１に対して直角に、直射日光で、自分自身の前を直接見るとき、直接反射光Ｒが観察者の目に当たるのは、ほんの稀な場合だけである（換言すれば、観察者は、通常、視射角内にはいない）。このことが図４に示されており、ここでは、観察者Ｂが視射角外に位置し、かつ拡散的に散乱された光線Ｒ’のみを見ている。パターン化領域１５のない滑らかな表面の場合、拡散的に散乱された光Ｒ’の強度は低く、かつ強い角度依存性を有する。拡散的に散乱された光の割合が十分に大きい場合にのみ、満足のいく強度（明度、Ｌ値）を有するきれいな色が存在する。

パターン化領域１５の傾斜セグメント１７の動作の基本原理は、図５に示されており、ここでは、例として、ソーラーモジュール１のガラス面又は外面１１に対して直角に見ている観察者Ｂに対して、様々な光路が描かれている。カバープレート１０の概略的に示した平面ＧＥに対して異なる傾斜を有する３つのセグメント１７、並びにセグメント１７に当たる光線Ｅが描かれており、光線Ｅは、視射角で、それぞれセグメント１７によって観察者Ｂに反射する（反射光線Ｒ）。中央のセグメント１７は、カバープレート１０の平面ＧＥに対して平行に配置されており、ここで、入射光線Ｅがセグメント１７に直角に当たり、かつ観察者Ｂに直角に反射される（反射光線Ｒ）。２つの隣接するセグメント１７の場合には、入射光線Ｅは、それぞれ、カバープレート１０の平面ＧＥの面法線に対してゼロではない角度を有し、かつ同様に観察者Ｂに視射角で当たる。セグメント１７の異なる傾斜によって、異なる方向からの光が、それぞれ、モジュール表面を直角に見ている観察者Ｂに対して、セグメント１７の局所的な視射角で反射される。図５の例示的実施形態では、入射角及び反射角は、最大で４５°である。

図６は、観察者Ｂが、カバープレート１０の平面ＧＥの面法線に対して４５°の角度で見ている状況を描いている。図５と同様に、例として、カバープレート１０の平面ＧＥに対して傾斜の異なる３つのセグメント１７、並びにセグメント１７にそれぞれ入射する光線Ｅが描かれており、光線Ｅは、局所的な視射角で、セグメント１７によって観察者Ｂに反射される（反射光線Ｒ）。セグメント１７の異なる傾斜によって、モジュール面を見る観察者Ｂに対して局所的な視射角で、それぞれ異なる方向から光が反射される。図６の例示的な実施形態では、入射角及び反射角は最大６７．５°である。原則として、視射角の値が比較的大きいと、反射光は青方偏移する。この青方偏移（ブルーシフト）は、より高い屈折率を有する光干渉層によって減少させることができる。比較的急勾配の面傾斜では、隣接するファセット上の多重反射も起こり得る。

図７は、光源が、かつそれに対応して入射光線が、モジュール表面（カバープレート１０の平面ＧＥ）に対して常に４５°の角度で傾斜している状況を描いている。観察者Ｂは、モジュール表面を異なる角度で観察する。図７の角度データは、以下のように理解されるべきである：（カバープレート１０の平面ＧＥに対する）入射角／視野角又は反射角（平面ＧＥの面法線に対する視射角のずれ）。度数の記号「°」は示されていない。図７は、例として、カバープレート１０の平面ＧＥに対して異なる傾斜を有する４つのセグメント１７を示す。カバープレート１０の平面ＧＥに対して平行な一つだけのセグメント１７において、観察者Ｂは、カバープレート１０の平面ＧＥに対して視射角度に位置しており：４５／０である。これは、入射光線は、カバープレート１０の平面ＧＥに対して４５°の角度を有し；反射光線は、視射角からの角度のずれがゼロであることを意味する。他のセグメント１７では、観察者Ｂは、（カバープレート１０の平面ＧＥを基準にして）視射角以外に位置する。２つの左側のセグメント１７（４５／９０、４５／４５）では、光が平面ＧＥに対して４５°の角度で当たりながら、観察者Ｂは、視射角に対して９０°又は４５°の角度でモジュール表面を見る。右側のセグメント１７（４５／－１５）では、観察者は、視射角に対して－１５°の角度に位置する。異なって傾斜したセグメント１７と、それから生じる（セグメント１７の平面を基準とする）視射角における局所的な反射とに起因して、観察者がカバープレート１０の平面ＧＥに対して視射角に位置していない場合であっても、十分な強度で光が観察者Ｂに反射される。

図８は、観察者Ｂが、モジュール表面又はカバープレート１０の平面ＧＥに対して４５°の角度でソーラーモジュール１の表面を常に観察する状況を描いている。図８は、例として、カバープレート１０の平面ＧＥに対して異なる傾斜を有する４つのセグメント１７を示す。カバープレート１０の平面ＧＥに対して平行な面を有する一つだけのセグメント１７において、観察者Ｂは、カバープレート１０の平面ＧＥに対して視射角度に位置しており：４５／０である。他のセグメント１７では、観察者Ｂは、（カバープレート１０の平面ＧＥを基準にして）視射角外に位置する。２つの左側のセグメント１７（４５／９０、４５／４５）では、光が、（カバープレート１０の平面ＧＥの面法線に対して）視射角に対して９０°又は４５°ずれて当たりながら、観察者Ｂは、モジュール表面を４５°の角度で見る。右側のセグメント１７（４５／－１５）では、光は、視射角に対して－１５°の角度で当たる。異なって傾斜したセグメント１７と、それから生じる（セグメント１７の平面を基準とする）視射角における局所的な反射とに起因して、光が（カバープレート１０の平面ＧＥを基準として）視射角以外に当たった場合であっても、十分な強度で光が観察者Ｂに反射される。

本発明によるソーラーモジュール１では、着色した光干渉層１６との組み合わせた、カバープレート１０の外面１１のパターニングによって、予め規定可能な波長範囲における均一な色印象を達成することができ、ここで、その色印象は、パターン化されていないモジュール表面と比較して、角度依存性がはるかに少ない。

図９は、層厚ｄを有する光干渉層１６を示す。入射光線Ｅは、大気／干渉層界面（Ｒ１）及び干渉層／カバープレート界面（Ｒ２）の両方で反射される。２つの光線Ｒ１、Ｒ２の光路差が入射光線の波長の倍数に相当する場合、建設的干渉が発生し；光路差が半波長の倍数に相当する場合、相殺的干渉が発生する。白色光による照明の場合は、光干渉層はカラーフィルターとして作用する。その理由は、屈折率ｎ及び層厚ｄに依存した建設的干渉（強め合う干渉）は、干渉条件λ＝４ｄ（ｎ^２－ｓｉｎ^２（α））^１／２に従い、適切な波長の光に対してのみが生じるからである。ここで、αは、面法線に対する反射光線Ｒ１、Ｒ２の角度である。光線Ｒ’は、一例として、干渉層／カバープレート間の界面の粗さが大きすぎるときに、パターン化領域１５において発生し得る、視射角以外の反射光を示したものである。干渉条件を満たすためには、散乱中心が、それぞれ、波長及び層厚よりも小さいことが必要である。これは、本発明による請求の範囲に示したセグメントの最小面積及びそれらの最大粗さによって達成することができる。この効果は、本発明の実施形態によって利用される（図１０を参照されたい）。

カバープレート１０の外面１１を、無機質の化学的に不活性でありかつ硬質の層、例えばＳｉ_３Ｎ_４でできた光干渉層でコーティングすることにより、ソーラーモジュール１には、高い耐引掻性、化学的安定性、及び防塵作用がもたらされる。また、気候試験により、Ｓｉ_３Ｎ_４又はＴｉＯ_２のような材料でできた干渉層が、湿熱によるガラスの腐蝕を防止することも実証されている。さらに、ＴｉＯ_２のような光触媒層を使用することにより、自己清浄効果が得られる。

ここで、図１０を参照する。図１０には本発明によるソーラーモジュール１の別の実施形態が描かれている。不必要な繰り返しを避けるために、図１及び図２の実施形態との相違点のみを説明し、それ以外の点は、上述の説明を参照するものとする。本実施形態では、外面１１のパターン化領域１５は、第１のゾーン１８及び第２のゾーン１９を有している。ここで、第１のゾーン１８は、セグメントが光干渉層１６の層厚ｄの１５％未満の平均粗さを有するようにして実施される。図２の実施形態では、これは、パターン化領域１５全体について当てはまる。対照的に、第２のゾーン１９における平均粗さは、光干渉層１６において干渉を防止するほど十分に大きい。例えば、第２のゾーン１９におけるセグメント１７の平均粗さは、光干渉層１６の層厚の５０％を超える。このため、ソーラーモジュール１は、第１のゾーン１８において、光干渉層１６のカラーフィルタリング作用に起因して、均一な色を有する。第２のゾーン１９では、建設的干渉がない結果として、光干渉層１６はカラーフィルタリング効果を有さず、このため、光干渉層１６のないソーラーモジュールに対応する表面が本質的に存在する。したがって、ソーラーモジュール１は、任意選択で、事前に定義することができる第１のゾーン１８に均一な色を提供することができる。図１０は、第２のゾーン１９を、より大きな粗さによって概略的に示したものである。

図１１は、本発明によるソーラーモジュール１の別の実施形態を示す。不必要な繰り返しを避けるために、図１及び図２の実施形態との相違点のみを説明し、それ以外の点は、上述の説明を参照するものとする。したがって、ソーラーモジュール１は、パターン化領域１５において、カバープレート１０の外面１１上に第１の光干渉層１６を有し、かつカバープレート１０の内面１３上に第２の光干渉層１６’を有している。カバープレート１０の内面１３はパターン化されておらず、すなわち、外面１１に類似したパターン化領域１５を有していない。第２の光干渉層１６’は、第１の光干渉層１６と同じ層厚ｄ’及び光学屈折率ｎ’を有するが、この層厚及び屈折率は必ずしも同じである必要はない。第２の光干渉層１６’の結果、色効果がさらに強化される。カバープレート１０（ガラス）と接着剤層９との間の第２の光干渉層１６’の屈折率は、カバープレート１０（ガラス）の屈折率及び接着剤層９の屈折率よりも大きいので、これにより、カラーフィルタリング作用を有する第２の反射源が得られる。光の屈折の結果、入射角は第２の反射に伴い小さくなる。光は光干渉層を計３回通過するので、観察者に到達する光はより強力にフィルタリングされる。特に、２つの光干渉層１６、１６’の厚さｄ、ｄ’及び屈折率ｎ、ｎ’は、互いに著しく異なっていてもよい。顕著に異なる光学的厚さｎ^＊ｄ、又はｎ’^＊ｄ’を有するコーティングの場合には、第１の光干渉層１６が第２の干渉層１６’とは異なる反射スペクトルを生成し、かつ第２の光干渉層１６’によって反射された光が、再び第１の光干渉層１６を通過する際に重ね合わされるので、混合色を生成することができる。したがって、様々な色及び高い角度安定性を有する着色モジュールを、非常に簡素であり、かつ経済的な方法で作り出すことができる。

図１２は、２つの光干渉層１６、１６’の存在下で、入射光Ｅ及び反射光Ｒ１、Ｒ２のビーム経路を非常に簡略化した様式で示したものである。図１２には、カバープレートのパターニングを表示していない。ここでは、カバープレートの平面を基準とした視射角で、単一のビーム経路のみが描かれている。図からわかるように、第１の干渉層１６を通過した光は、カバープレート１０（例えば、ガラス）内で屈折し、２度目に第２の干渉層１６’上で反射され、かつそれにより、干渉によってフィルタリングされる。カバープレート１０を出るとき、光は３度目に干渉層を通過する。

図１３は、本発明によるソーラーモジュール１の別の実施形態を示す。不必要な繰り返しを避けるために、図１１の実施形態との相違点のみを説明し、それ以外の点は、上述の説明を参照するものとする。したがって、このソーラーモジュールは、カバープレート１０の外面１１上に、第１のパターン化領域１５を有し；かつカバープレート１０の内面１３上に、第２のパターン化領域１５’を有し、ここで、第１のパターン化領域１５上に第１の光干渉層１６が配置され、かつ第２のパターン化領域１５’上（太陽電池側）に第２の光干渉層１６’が配置されている。２つのパターン化領域１５、１５’を類似して実施することができる。同様に、２つの光干渉層１６、１６’を類似して実施することができ、これらは同じ層厚ｄ’＝ｄ及び同じ屈折率ｎ’＝ｎを有する。しかしながら、層厚ｄ’及び屈折率ｎ’は、必ずしも正確に同じである必要はない。特に、２つの光干渉層１６、１６’の層厚ｄ及び屈折率ｎは、互いに異なっていてもよい。２つの光干渉層１６、１６’に対して同じ光学的厚さｎ’^＊ｄ’を選択すると、ソーラーモジュール１の色を強めることができる。著しく異なる光学的厚さを有するコーティングの場合には、混合色を生成することができる。

図３、図１１、及び図１２に記載した実施形態に共通するのは、光が干渉層を有するパターン化した外面に既に当たったとき、視射角以外であっても反射及び干渉の結果として、強度が高く、かつ角度依存性のほとんどない色が発現するという事実である。図１１及び図１２の実施形態における内面上の追加の干渉層及び／又はパターニングは、この効果をさらに強化することができる。

図１４は、マルチアングルでの色測定のための測定方法を示したものであり、ここでは、カバープレート１０がガラスプレートとして実施されており、光干渉層１６でまだコーティングされていないカバープレート１０の散漫散乱を、市販のマルチアングル分光光度計２１（ｘ－ｒｉｔｅ ＭＡ－Ｔ１２）で測定する。パターン化領域１５は、カバープレート１０の外面１１の全体にわたって延在している。Ｄ６５標準光源の光線が、特徴付けられるカバープレート１０の外面１１に様々な入射角の下で向けられ、ここでは、例えばガラスプレートの面法線に対して１５°又は４５°といった様々な視野角から散乱光又は反射光をスペクトル的に測定する。黒色の非光沢層２０（例えば、約１．５の屈折率を有する液体で付着されている）が、カバープレート１０の下に位置している。マルチアングル分光光度計２１を使って、Ｌ－ａ－ｂシステムにおける明度を、Ｄ６５標準照明及び１０°の開口角で測定することができる。良好な角度安定性（散乱光の低い角度依存性）が存在し、（カバープレートの平面の法線に対して、それぞれ）４５°と１５°の両方の視野角で、かつ（両方向の）視射角から測定した４５°の入射角で、少なくとも、Ｌ＝１０、好ましくはＬ＝１５、さらに好ましくはＬ＝２０の明度（明るさ）が依然として存在することがわかっている。角度データは、以下のように理解されるべきである：（面法線に対する）反射角／（視射角に対する）入射角。例えば、（面法線に対して測定した）視野角４５°及び（視射角から測定した）入射角４５°では、入射光線は表面に対して正確に垂直に当たる（４５／４５）。視野角１５°及び入射角４５°で、入射方向は視野方向と同じ側で面法線から３０°である（１５／４５）。マルチアングル分光光度計２１は、面法線に対して４５°又は１５°の視野角で配置する。

図１５は、着色光干渉層のない４つの異なる前面ガラスによる明度Ｌの測定結果を示したものであり、図１４のようにマルチアングル分光光度計２１で測定したものである。グリセリンの薄層（屈折率ｎ＝１．４７）を使用して、前面ガラスの裏面に、両面を黒くした艶消しガラスを光学的に付着させ、それによって、実質的に表面の反射が測定されるようになっている。ヘイズが９４％の２つのサテンガラスａ及びｂ；ヘイズが２％の、反射防止層を有するわずかにテクスチャー加工されたソーラーガラスｃ（ソーラーガラス、タイプ：Ａｌｂａｒｉｎｏ Ｔ）、並びにヘイズが０．５％未満（＜０．５％）のパターン化されていないフロートガラスｄについて測定した。角度データは、「／」が「ａｓ」で置き換えられていることを除いて、図１４の角度データに対応している。２つのサテン前面ガラスａ、ｂは、外面１１上に、本発明によるパターン化領域１５を有しており、他の２つのガラスｃ、ｄは、このようなパターン化領域１５を有していない。

明らかに、２つのサテン前面ガラスａ、ｂは、わずかにテクスチャー加工されたソーラーガラスｃ又はパターン化されていないフロートガラスｄよりも、全体的に、著しく高い強度の反射光を呈する。フロートガラスｄは、実質的に、視射角で一つだけの反射を有する（視射角自体は、この装置では測定されず、このため図示していない）。特に、視射角から遠く離れた角度で、２つのサテンガラスａ、ｂでは、依然として大きな明度を認識することができる。正確には、この効果は、着色干渉層と組み合わせて、本発明によって有利に使用される。ガラスの粗さの結果として、最適な傾斜角（局所視射角、入射角＝出射角）を有する微視的表面を常に利用でき、それによって、低いヘイズを有するパターン化されていないガラスペイン（例えば、フロートガラスｄ）上にコーティングを有するものよりも、色の方向依存性、特に明度（明るさ）の方向依存性を著しく低いものとすることができる。本発明によるパターン化した表面は、それぞれ、可視光の波長よりも大きい寸法のファセット（小平面）及びパターンサイズを有していなければならない。例えば、エッチングしたガラスは、これに適している。しかしながら、パターンは、例えば、圧延ガラスのように、ミリメートル未満及びミリメートルの範囲内とすることもできる。圧延パターンをエッチングしたテクスチャーと組み合わせることもできる。パターンは、カバープレート上への異なる透明材料の堆積プロセス及びパターニングによって適用することもできる。パターンは、傾斜角の分布が広い、できる限り異なる表面傾斜を有するべきである。

図１６は、図１５のわずかにテクスチャー加工されたガラスペインｃ（ソーラーガラス、タイプ： Ａｌｂａｒｉｎｏ Ｔ）の高さプロファイルを示し；図１７は、エッチングによってより強くパターン化した図１４のガラスペインａ（サテンガラス）の高さプロファイルを示す。この高さプロファイルは、共焦点顕微鏡による測定から生成した。

図１８は、図１６及び図１７の共焦点顕微鏡による測定から生成された角度分布を示したものである。わずかにパターン化したガラスペインｃ（ソーラーガラス、タイプ：Ａｌｂａｒｉｎｏ Ｔ）では、セグメントは非常に大きく、かつわずか５～１０°の傾斜角しか生じないが、エッチングされたガラスペインａ（サテンガラス）のセグメントは、約２５°の平均角度で４０μｍ（ガラス面における山から谷までの距離）の範囲にある。エッチングされたガラス板ａの角度分布は、わずかにパターン化したガラスペインｃの角度分布よりも非常に広い。図１５からもわかるように、視射角から２０～３０°を超える角度で、わずかにテクスチャー加工した（パターン化した）ガラスペインｃには、（Ｌ値として測定された）ほとんどわずかな反射の強度しか見出されない。対照的に、サテンガラスペインａでは、４５／４５又は１５／４５で依然として著しい明度が見られる。図１８には、他のペイン（サテンガラスペインｂ、タイプ：Ａｌｂａｒｉｎｏ Ｓのわずかにテクスチャー加工されたソーラーガラスｃ’、追加のガラスｅ、ｅ’）の角度分布も示してある。

本発明によれば、ガラスペインのパターン化した表面上に光干渉層を適用することによって、色効果の明確に検出可能な増強を達成することができる。これとは対照的に、他のパターン化されていないガラスペインの内面に光干渉層を適用した場合、色効果はより少なく、かつ強い角度依存性がある。また、パターン化した外面に光干渉層を有するコーティングの場合の色は、パターン化したガラスペインの内面に光干渉層を有するコーティングの場合よりも強い（はっきりしている）。一般的に、屈折率のより高いコントラストは、より強い反射をもたらし、したがって、より強い色（はっきりした色）をもたらす。光干渉層（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４）を用いて外側から前面ガラスをコーティングすることにより、空気／Ｓｉ_３Ｎ_４／ガラス／封入ポリマーの屈折率のコントラストは、空気／ガラス／Ｓｉ_３Ｎ_４／封入ポリマーの層順序のものよりも高くなる。Ｓｉ_３Ｎ_４の代わりにＳｉＣ、ＺｒＯ_２、又はＴｉＯ_２を使用すると、色効果（すなわち、反射した着色光の強度）がさらに高くなる。

薄層上の干渉に対する規則性から、色の変化の角度依存性は、屈折率が高いほど、より少ないということに従う（λ＝４^＊ｄ^＊（ｎ^２－ｓｉｎ^２（α））^１／２）。

上記の表Ｉの簡単な例から、斜め入射では反射光の青方偏移（ブルーシフト）があることが明らかであり、かつこの青方偏移は、より高い屈折率によって低減できることが明らかになる。

図１９は、種々の角度での波長依存性の反射率を示す図である。ここでも、斜め入射で青方偏移が見られる。

光干渉層は、単層又は多層であってよく、ここで、各層は、均一な屈折率を有する同一の材料の屈折層によって形成される。特に、光干渉層は、正確に２つ又は正確に３つの屈折層からなることができる。ブラッグフィルター（λ／４の層）としての三層からなる層を使用すると、例えば、反射スペクトルの着色最大値の幅が小さくなり、かつ強度が強くなる。適切な層の組み合わせでは、赤色の色調を生成することもできる。より高いオーダーでは常に過剰に青色又は緑色が導入されるので、単層では赤色の色調はほとんど不可能である。シミュレーションは、例えば、ガラス上の、６５ｎｍＴｉＯ_２／１１５ｎｍＳｉＯ_２／６５ｎｍＴｉＯ_２の層の組み合わせ用いて、強い赤色成分を有する反射スペクトルが得られることを示している（ＲＧＢ座標（０．８１；０．３１；０．０８））。また、二層と三層の光干渉層により、透過と反射のより良い妥協が得られる。着色したソーラーモジュールであっても、可能な限り高い効率を有する必要がある。太陽放射の最大値は緑色のスペクトル範囲にある。二層及び三層からなる層によって、反射光のスペクトル範囲を狭くすることができ、かつ正しい色合いを見つけるための自由度がより大きくなる。

次の表ＩＩは、例えば、いくつかの層の組み合わせと、それらの特性とを示したものである。ここでは、シミュレーションを通じて、特定の強い（はっきりした）暗い青色のトーン（Ｌ＝３７、ａ＝２２、ｂ＝－６０）に最も適した層の組み合わせを求めた。すべての層システムについて、色距離（色差）ｄＥをこの色値から計算した。さらに、得られた透過スペクトルを太陽スペクトルと計算した透過率で重み付けした。次いで、これから、層システムに起因する透過損失を算出した。本発明にとって不可欠なのは、光干渉層の角度安定性である。多層の干渉層とパターン化したガラスペインとの組み合わせにより、コーティングしたガラス要素の高い角度安定性と高い色強度を得ることができる。このため、２０°の照射と５０°照射との間の色値の差も、（滑らかな基板上の）シミュレートした層パッケージについて計算した。平滑なガラス上のシミュレーションは、パターン化ガラス上のコーティングに対する基準点としての役割を果たす。パターン化したガラスでは、観察者は、異なる角度からの反射の総和を見る。層パッケージが、平滑なガラス上でより良い角度安定性及びより大きい色強度を有する場合、そのことは、パターン化したガラス上でも成り立つ。しかしながら、明度及び彩度の角度安定性は、パターンガラス上で、はるかに良好である。

可視範囲における太陽電池の方向の透過率は１０～２０％であり、近赤外線の範囲では依然として９０％を超えているので、三層からなる層を用いることによって、ほとんど白色であるにもかかわらず電力を生じるソーラーモジュールを製造することができる。

図２０に４５ｎｍＴｉＯ_２／９０ｎｍＳｉ_３Ｎ_４／４５ｎｍＴｉＯ_２からなる層システムのシミュレーションしたスペクトルを示す。この層パッケージの反射スペクトルの色係数は、ＲＧＢ座標（０．８；０．８６；０．７６）で計算することができる。これは、わずかに灰色に着色した白色に相当する。斜め入射（６０°）では、青色成分がいくらか増加する。しかしながら、全体的な印象は、ＲＧＢ＝（０．６６；０．８１；０．８４）で、比較的中間色（無彩色）のままである。

既に述べたように、二層の光干渉層の使用によって、明度及び色合いの彩度を向上させることができ、かつ透過率を同時に最適化することができる。好ましくは、光干渉層は、異なる屈折率ｎ１、ｎ２を有する二つの異なる材料の正確に二層で構成されている。屈折率の差の量については、以下が適用される：
｜ｎ１－ｎｄ｜＞０．３ 及び ｜ｎ２－ｎ１｜＞０．３
かつ、屈折率ｎ１及びｎ２のうちの少なくとも一方は、１．９を超え、好ましくは２．３を超え、ここで、ｎ_ｄは、カバープレートの屈折率である。

三層の光干渉層を使用することにより、さらに多くの色を可能にし、かつ色合い、角度依存性、及び透過率についてのさらなる最適化が可能になる。正確に３つの層（屈折層）からなる光干渉層は、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３を有する２つ又は３つの異なる材料でできていて、以下が適用される： ｜ｎ３－ｎ２｜＞０．３ 及び ｜ｎ２－ｎ１｜＞０．３ 及び ｜ｎ１－ｎｄ｜＞０．３
屈折率の値は交互になっており、すなわち、ｎ１＞ｎ２ 及び ｎ３＞ｎ２であるか、又はｎ１＜ｎ２ 及び ｎ３＜ｎ２のいずれかである。さらに、屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３のうちの少なくとも一つは、１．９を超え、好ましくは２．３を超える。低屈折率の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＦ_２が可能である。パターン化したカバープレートとの組み合わせにより、一層若しくは二層、又は最大三層で、明度及び彩度の高い値が可能になっている。

様々な実施形態における本発明の技術的な実施の結果を以下に説明する。

ＣＩＧＳ薄膜ソーラーモジュールを製造した。通常の前面ガラスの代わりに、コーティングし、かつパターン化した前面ガラスを使用した。標準的な前面ガラスは、反射防止層を有し、かつほんのわずかしかパターン化されていない（ヘイズ＝２％）。化学的にエッチングしたガラス、すなわちサテンガラスを、パターン化した、又はテクスチャー加工したガラスとして使用した。ガラスは９４％のヘイズを有していた。顕微鏡分析は、２０～４０μｍのパターンサイズ及び１５μｍのパターン高さを有する表面パターンを示した。使用したサテンガラスの表面の共焦点顕微鏡像を図１７に示す。表面パターンの角度（ガラスの平面に対する角度）は、２０～４０°付近の典型的な角度で、どちらかといえば平坦であった。比較のために、内側に多層干渉層を有する市販の前面ガラスを用いた。

マグネトロンスパッタリングを用いて、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）の単層を用いて、ガラスのパターン化した面をコーティングした。次いで、コーティングしかつパターン化した側を外側（すなわち、太陽に面した側）にして、ガラスをＣＩＧＳ薄膜回路に積層した。第二の実験では、さらに、滑らかな内側も窒化ケイ素層で被覆した。参考として、異なる屈折率を有する様々な材料でできた多層からなる層で内側がコーティングされている市販の前面ガラスを使用した。

続いて、モジュールを、マルチアングル分光光度計を用いて特徴付け、かつＬｈｃ座標における色値を評価した（Ｌ＝明度、Ｃ＝色度又は彩度、及びｈ＝色相又は色合い（色むら））。マルチアングル分光光度計は、２つの視野角度と６つの照射角度をそれぞれ有している。照射角度は、視射角を基準とするものである。それぞれの場合において、測定は、視射角においては行わなかった。

図２１～図２３は、外側のコーティング、両側のコーティング、及び多層からなる層システムを（内側に）有するコーティングについての、Ｌ、ｈ、及びｃの結果を示したものである。軸の表示「１５ａｓ４５」は、先の表記と同様に、１５°の検出角度、及び視野方向の方向で視射角から４５°の照明角度を指し、言い換えれば、照明方向と視野方向との間の角度は、視射角よりも小さい。「１５ａｓ－４５」は、視射角の４５°後方を意味し、つまり、照明方向と視野方向との間の角度は、視射角よりも大きい。

確かに、外側のコーティングについての明度Ｌは多少低いが、より安定していることがわかる。両側のコーティングの明度Ｌは、多層からなる層のコーティングの明度に非常に近い。色の彩度にも同様の結果がみられ、両側のコーティングでは、彩度がいくらか弱いが、非常に安定である。さらに、色合い（色むら）の角度依存性は、本発明によるコーティングでは、いくらか強い。より大きな角度では、わずかな青方偏移が見られる。より屈折率の高い材料（ＴｉＯ_ｘ、ＳｉＣ）を用いることでこれを低減することができる。

さらなる実験では、Ｓｉ_３Ｎ_４又は二酸化チタンの単層を様々なガラス上にコーティングし、かつガラスを様々な構成でモジュールに組み込んだ。表面を拡散的に照らし（Ｄ６５タイプの光）、かつ面法線に対して８°の角度で色を測定する分光光度計で、モジュールを測定した。視射角における照明を包含する（ＳＣＩ）か、又は排除する（ＳＣＥ）ことができる。Ｌａｂ座標で色値を算出し、かつこれから色度（彩度）及び色調も求めた。

表ＩＩＩは、単層からなる層によって、飽和色及び明るい色調が得られることを示している。層の厚さは、２０ｎｍ～３００ｎｍの範囲であった。予想通り、二酸化チタンでは、より明るく、かつより強く飽和した色調を作り出すことが可能であった。非常に薄い層では、灰色の色調でさえも生成することができる。

また、視射角を含めた色と視射角を排除した色との差を、色差ｄＥ（２０００）で求めた。この測定法は角度安定性の評価も与える。

青い色調の例の結果を以下の表ＩＶに示す。片面サテンガラス上のＳｉ_３Ｎ_４の単層については、非常に小さなｄＥ（２０００）が既に存在する。内側の別のＳｉ_３Ｎ_４層でこの構成を補うと、明度及び色の彩度は、ｄＥのわずかな増加のみを伴い増加する。片面サテンガラスの外側のサテンガラス面上をＴｉＯ_２でコーティングすると、明度及び色の彩度は、極端に低いｄＥを有する従来の構成と比較して増加する。参考として、片側サテンペインの平滑面上にＴｉＯ_２をコーティングしかつ積層して、外側に向かってコーティングを有するモジュールを形成した。ガラスと積層フィルムとは、屈折率がわずかにしか異ならないので、サテンガラス側はほとんど影響を受けない。この場合に、視射角を含めると、良好な明度及び彩度が得られるが、視射角を除外すると、明度及び彩度が大幅に低下した状態で色効果は完全に消失し、言い換えれば、ＳＣＩ対ＳＣＥの色差ｄＥはかなり大きい。

変わらない角度安定性での色及び性能の最適化の証拠として、三層からなる層、ＴｉＯ_２（２７ｎｍ）／Ｓｉ_３Ｎ_４（１００ｎｍ）／ＴｉＯ_２（１８ｎｍ）を、記載した構造特性を有するサテンカバーガラス上にコーティングした。これとの比較として、別のカバーガラス上に単一層からなる層、ＴｉＯ_２（１２５ｎｍ）を堆積させた。この２つのガラスをさらに処理して、ＣＩＧＳ薄膜モジュールを形成した。青色モジュール両方とも、Ｌ＝４１の明度及びｃ＝３６の彩度を有していた。単一層からなる層を有するモジュールの性能損失は２５％であったのに対して、三層からなる層を有するモジュールは、わずか１５％の性能損失だけであった。

本発明の好ましい実施形態は、テクスチャー加工したガラスペイン上へ高い屈折率を有する材料をコーティングし、かつコーティングしかつテクスチャー加工した側を外側にしてモジュールに統合することである。両側をコーティングすることも有利である。明度及び彩度は、両側サテンガラスの両側をコーティングすることによってさらに増加させることができた。上述の特性を有するパターン化したガラス上の、三層からなる層の外側のコーティングは、高い彩度と、良好な角度安定性と、最適化した性能とを有する、建物に統合するための太陽光発電モジュールをもたらす。

図２４は、本発明によるソーラーモジュール１を製造するための本発明による方法を示したものであり、カバープレートを処理するための工程のみが記載されている。

ここで、第一の工程（ａ）において、平面の透明カバープレートを提供し、このカバープレートは、外部環境に面することを意図した外面と、反対側の内面とを有する。次に、単一の第２の工程（ｂ１）、（ｂ２）、又は（ｂ３）を、以下の３つの（択一的）工程から選択し、かつ実行する。

（ｂ１）少なくとも一つの領域において外面をパターニングし、かつこのパターン化した領域上に光干渉層を適用する。この場合、内面はパターン化されず、かつ内面に光干渉層は適用されない。

（ｂ２）少なくとも一つの領域において外面をパターニングし、外面のこのパターン化した領域上に光干渉層を適用し、かつ内面に別の光干渉層を適用する。この場合、内面はパターン化されない。

（ｂ３）少なくとも一つの領域において外面をパターニングし、外面のこのパターン化した領域上に光干渉層を適用し、少なくとも一つの領域において内面をパターニングし、かつ内面のパターン化した領域上に別の光干渉層を適用する。

本発明は、方向依存性がほとんどないか又は全くない、非常に均一で強い色を有する、改良されたソーラーモジュール、並びにその製造方法を利用可能にする。色生成のための光干渉の使用を通じて、不透明な着色層を使用するのに比べて、下層のソーラーモジュールの著しく少ない効率損失が得られる。本発明は、高効率で高抵抗のカラーソーラーモジュールを製造するための非常に簡単で経済的な方法を提供すること可能にする。

１ ソーラーモジュール
２ 基板
３ 層構造
４ 太陽光線
５ 背面電極層
６ 吸収体層
７ バッファー層
８ 前面電極層
９ 接着剤層
１０ カバープレート
１１ 外面
１２ 太陽電池
１３ 内面
１４ モジュール裏面
１５、１５’ パターン化領域
１６、１６’ 光干渉層
１７、１７’ セグメント
１８、１８’ 第１のゾーン
１９ 第２のゾーン
２０ 黒色層
２１ マルチアングル分光光度計

Claims (15)

1. 外部環境に面する外面（１１）と、反対側の内面（１３）とを有する透明なカバープレート（１０）を備えた、太陽光発電エネルギー生成のためのソーラーモジュール（１）であって、
   前記外面（１１）が、少なくとも一つのパターン化領域（１５）を有し、この領域の上に、所定の波長範囲内の光を反射するための光干渉層（１６）が配置されており、
   前記パターン化領域（１５）が以下の特徴を有する、
   ソーラーモジュール（１）：
   － 前記パターン化領域（１５）が、前記カバープレート（１０）の平面に対して垂直に、山と谷とを有する高さプロファイルを有し、ここで、前記山と谷との間の高さの差の平均が、少なくとも２μｍであり、
   － 前記パターン化領域（１５）の少なくとも５０％は、前記カバープレート（１０）の前記平面に対して傾斜する複数のセグメント（１７）から構成されており、前記カバープレート（１０）の前記平面を基準にして、前記セグメント（１７）の少なくとも２０％が、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し、かつ前記セグメント（１７）の少なくとも３０％が、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有し、ここで、
   － 前記セグメント（１７）は、それぞれ平坦であり、かつ少なくとも１μｍ^２のセグメント面積を有し、前記セグメント（１７）が、それぞれ、前記外面（１１）上の前記光干渉層（１６）の層厚の１５％未満の平均粗さを有する。
2. 前記内面（１３）が、パターン化領域を有しておらず、かつ光干渉層を有していない、請求項１に記載のソーラーモジュール（１）。
3. 前記内面（１３）が、パターン化領域を有しておらず、かつ所定の波長範囲内の光を反射するための別の光干渉層（１６’）が、前記カバープレート（１０）の前記内面（１３）上に配置されている、請求項１記載のソーラーモジュール（１）。
4. 前記内面（１３）が、少なくとも一つのパターン化領域（１５’）を有しており、この領域の上に、所定の波長範囲内の光を反射するための光干渉層（１６’）が配置されている、請求項１に記載のソーラーモジュール（１）。
5. 少なくとも一つの前記光干渉層（１６、１６’）が、１つの屈折層を含み、前記屈折層が、１．７を超えるか、２．０を超えるか、又は２．３を超える屈折率ｎを有する、請求項１、請求項３、請求項４のうちのいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）。
6. 少なくとも一つの前記光干渉層（１６、１６’）が、２つの屈折層を含み、第１の屈折率ｎ１を有する第１の屈折層が、屈折率ｎｄを有する前記カバープレート（１０）上に配置されており、かつ第２の屈折率ｎ２を有する第２の屈折層が、前記第１の屈折層上に配置されており、前記屈折率の差の絶対値に下記が適用されている、請求項１、請求項３，請求項４、請求項５のうちのいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）：
   ｜ｎ１－ｎｄ｜＞０．３ 及び ｜ｎ２－ｎ１｜＞０．３
   ここで、屈折率ｎ１及びｎ２のうちの少なくとも一方は、１．９を超える。
7. 少なくとも一つの前記光干渉層（１６，１６’）が３つの屈折層を含み、第１の屈折率ｎ１を有する第１の屈折層が、屈折率ｎｄを有する前記カバープレート（１０）上に配置されており、第２の屈折率ｎ２を有する第２の屈折層が、前記第１の屈折層上に配置されており、かつ第３屈折率ｎ３を有する第３屈折層が、前記第２屈折層上に配置されており、前記屈折率の差の絶対値に下記が適用されている、請求項１、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６のうちのいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）：
   ｜ｎ３－ｎ２｜＞０．３、｜ｎ２－ｎ１｜＞０．３、及び｜ｎ１－ｎｄ｜＞０．３、
   ここで、屈折率ｎ１、ｎ２、及びｎ３のうちの少なくとも一つは、１．９を超え、ここで、以下が適用される：
   （ｉ）ｎ１＞ｎ２ 及び ｎ３＞ｎ２、又は（ｉｉ）ｎ１＜ｎ２ 及び ｎ３＜ｎ２。
8. 前記パターン化領域（１５、１５’）の少なくとも８０％が、前記カバープレート（１０）の前記平面に対して傾斜した前記セグメント（１７）から構成されている、請求項１、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７のうちのいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）。
9. （ｉ）前記セグメント（１７）の少なくとも３０％が、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し、前記セグメント（１７）の少なくとも４０％が、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有し、かつ前記セグメント（１７）の１０％未満が、４５°を超える傾斜角を有するか、又は
   （ｉｉ）前記セグメント（１７）の少なくとも４０％が、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し、前記セグメント（１７）の少なくとも５０％が、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有し、かつ前記セグメント（１７）の１０％未満が、４５°を超える傾斜角を有する、
   請求項１～８のいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）。
10. 少なくとも一つの前記光干渉層（１６、１６’）が、ＴｉＯＸ、ＺｒＯＸ、ＳｉＣ、及びＳｉ_３Ｎ_４から選択された少なくとも一つの化合物を含む、請求項１、請求項３、請求項４，請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９のうちのいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）。
11. 少なくとも一つの前記光干渉層（１６、１６’）が、ＭｇＦ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、及び酸窒化ケイ素から選択された少なくとも一つの化合物を含む、請求項１、請求項３、請求項４、及び、請求項６～１０のうちのいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）。
12. 前記カバープレート（１０）が、５０％を超える反射ヘイズを有する、請求項１～１１のいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）。
13. 前記山と谷との間の高さの差の平均が、少なくとも５０μｍである、請求項１～１２のいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）。
14. 以下の工程を含む、請求項１、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２、請求項１３のいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）の製造方法：
    （ａ）外部環境に面することを意図した外面（１１）と、反対側の内面（１３）とを有する透明なカバープレート（１０）を提供すること；
    （ｂ１）少なくとも一つの領域（１５）において前記外面（１１）をパターニングし、かつパターン化した前記領域（１５）上に光干渉層（１６）を適用すること、又は
    （ｂ２）少なくとも一つの領域（１５）において前記外面（１１）をパターニングし、パターン化した前記領域（１５）上に光干渉層（１６）を適用し、かつ前記内面（１３）上に別の光干渉層（１６’）を適用すること、又は
    （ｂ３）少なくとも一つの領域（１５）において前記外面（１１）をパターニングし、
    パターン化した前記領域（１５）上に光干渉層（１６）を適用し、少なくとも一つの領域（１５’）において前記内面（１３）をパターニングし、かつ前記内面（１３）のパターン化した前記領域（１５’）上に別の光干渉層（１６’）を適用すること；
    ここで、パターン化した前記領域（１５、１５’）は、以下の特徴を有する：
    － パターン化した前記領域（１５、１５’）が、前記カバープレート（１０）の平面に対して垂直に、山と谷とを有する高さプロファイルを有し、ここで、前記山と谷との間の高さの差の平均が、少なくとも２μｍであり、
    － パターン化した前記領域（１５、１５’）の少なくとも５０％は、前記カバープレート（１０）の前記平面に対して傾斜する複数のセグメント（１７）から構成されており、前記カバープレート（１０）の前記平面を基準にして、前記セグメント（１７）の少なくとも２０％が、０°を超えて最大１５°までの範囲の傾斜角を有し、かつ前記セグメント（１７）の少なくとも３０％が、１５°を超えて最大４５°までの範囲の傾斜角を有し、ここで、
    － 前記セグメント（１７）は、それぞれ平坦であり、かつ少なくとも１μｍ^２のセグメント面積を有し、前記セグメント（１７）が、それぞれ、前記外面（１１）上の前記光干渉層（１６）の層厚の１５％未満の平均粗さを有する。
15. 建物外面又は独立壁の統合部品としての、ウィンドウ、ファサード、又はルーフの構成要素としての、請求項１～１４のいずれか一項に記載のソーラーモジュール（１）の使用方法。

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