WO2007042019A1 - Schichtanordnung zur abdunklung einer transparenten scheibe - Google Patents

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WO2007042019A1
WO2007042019A1 PCT/DE2006/001814 DE2006001814W WO2007042019A1 WO 2007042019 A1 WO2007042019 A1 WO 2007042019A1 DE 2006001814 W DE2006001814 W DE 2006001814W WO 2007042019 A1 WO2007042019 A1 WO 2007042019A1
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layer
photovoltaic
light
darkening
layer arrangement
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PCT/DE2006/001814
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Ismail Cuma
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Webasto Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60J—WINDOWS, WINDSCREENS, NON-FIXED ROOFS, DOORS, OR SIMILAR DEVICES FOR VEHICLES; REMOVABLE EXTERNAL PROTECTIVE COVERINGS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES
    • B60J3/00—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles
    • B60J3/04—Antiglare equipment associated with windows or windscreens; Sun visors for vehicles adjustable in transparency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B17/00—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres
    • B32B17/06—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material
    • B32B17/10—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin
    • B32B17/10005—Layered products essentially comprising sheet glass, or glass, slag, or like fibres comprising glass as the main or only constituent of a layer, next to another layer of a specific material of synthetic resin laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10165—Functional features of the laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10431—Specific parts for the modulation of light incorporated into the laminated safety glass or glazing
    • B32B17/10467—Variable transmission
    • B32B17/10495—Variable transmission optoelectronic, i.e. optical valve

Definitions

  • the present invention relates to a layer arrangement for darkening a transparent pane or foil, in particular a motor vehicle pane, for protection against incident light.
  • the sun visor or sun blind in a motor vehicle takes the upper field of view completely out of sight, so that signals or the like can be overlooked. This can lead to dangerous traffic situations.
  • a protection against external view into the interior of the motor vehicle can currently only by mecanical reflections, d. H. semi-permeable mirror surfaces, by intensive tinting of the windows or by internal curtains or blinds can be achieved. Removing this protection during driving for safety-relevant windows is impossible with mirrored and tinted windows and can only be achieved with mechanical aids, such as sun visors, roller blinds or blinds, with great expenditure of time and traffic-deflecting movements.
  • an anti-glare device in which in a partial area of a windscreen of a motor vehicle the light transmission can be regulated with high speed as a function of the brightness of an external light source.
  • a phototransistor which is arranged outside the pane, detects the light of an oncoming vehicle.
  • the windshield is formed in the liquid crystal region whose light transmittance is controlled by the phototransistor. Since the phototransistor detects no directional dependence on the incident light, it detects the entire ambient light and thus controls the intended windshield area dark.
  • the present invention is based on the object, a device for protecting a transparent pane or film indicate in front of incident light, which can be produced inexpensively, which can be easily integrated and their protective effect in dependence of the incident light is controlled.
  • the idea underlying the present invention is that the layer arrangement for darkening a transparent pane to protect against incident light at least a first photovoltaic layer having a high degree of light absorption; at least one second photovoltaic layer having a high degree of light absorption and a high degree of light reflection, which is arranged in the direction of the incident light behind the at least one first photovoltaic layer; at least one active insulation layer with an electrically variable darkening degree, which is arranged in the direction of the incident light behind the at least one second photovoltaic layer; and a control device for electrically controlling the degree of darkening of the at least one active insulation layer using the electrical energy generated by the at least one first photovoltaic layer and / or the at least one second photovoltaic layer.
  • the present invention over the known approaches in the prior art has the advantage that no additional energy sources for driving the at least one active insulating layer for a change in the dimming level of the same are necessary because the electric
  • the photovoltaic layers have a dual function, since they on the one hand absorb the incident light radiation into electrical energy and on the other hand already absorb and / or reflect a certain percentage of the incident radiation and thus already ensure a predetermined darkening of the transparent pane.
  • the layer arrangement of the present invention can be formed as a thin film, which can be attached, for example, in a simple and cost-effective manner on a disc to be darkened.
  • a plurality, preferably two to three, first photovoltaic layers are provided successively in order to increase the total amount of light absorbed.
  • a plurality, preferably two to three, second photovoltaic layers are used to increase the total absorbed and reflected
  • Amount of light (photons, light quanta) provided sequentially. This can also increase the degree of darkening and the amount of electrical energy generated.
  • the at least one photovoltaic layer and / or the at least one second photovoltaic layer each consist of at least one suitably doped semiconductor material, for example of silicon, germanium or the like.
  • the material of the at least one first photovoltaic layer has in particular a high degree of light absorption, wherein the material of the at least one second photovoltaic layer preferably has a high degree of light absorption and a high degree of light reflection such that reflected light passes through the at least one first photovoltaic layer again is reflected through to generate additional electrical energy.
  • the at least one first photovoltaic layer and / or the at least one second photovoltaic layer each have a nano and / or a pikomaterial and / or an even smaller material.
  • the photovoltaic layers can be formed in such a finer and improved manner that the amount of light absorbed and thus the current generated and the degree of darkening can be increased in comparison to an embodiment with a micromaterial.
  • the at least one active insulation layer is formed as a semiconductor layer.
  • the active insulation layer may be in the form of an organic light-emitting diode (OLED), in the form of a light-emitting diode (LED), an LCD and / or a mixture of substances provided for this purpose.
  • OLED organic light-emitting diode
  • LED light-emitting diode
  • LCD liquid crystal display
  • a mixture of substances provided for this purpose.
  • Such organic light-emitting diodes are good insulators and particularly suitable for darkening.
  • the at least one active insulation layer may advantageously have a nano and / or a pico material and / or an even smaller material.
  • the layer arrangement can be fastened on a transparent pane, for example by means of a suitable adhesive connection.
  • the layer arrangement can also be integrated in a pane, for example, the layer arrangement can be laminated or embedded in the pane.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a layer arrangement applied on a pane according to a first preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of a layer arrangement applied on a pane according to a second preferred embodiment of the present invention.
  • Disk 4 of a motor vehicle are preferably glued by means of a suitable adhesive.
  • the arrows denoted by the reference numeral 5 designate the direction of the incident light, for example the incident sunlight.
  • the layer arrangements are accordingly arranged on the outside of the transparent pane 4 in the direction of the incident light 5.
  • the layer arrangements can also be mounted analogously on the inside of the pane 4 or can be laminated into the pane 4 in the case of a pane of glass pane.
  • the layer arrangement for darkening the transparent pane 4 consists of a first photovoltaic layer 1 which represents the foremost one in the direction of the incident light 5 or the uppermost layer in FIG.
  • the entire layer arrangement is formed for example as a thin film, which can be easily glued to the transparent pane 4 or laminated or embedded in the transparent pane 4.
  • the solar cell layer 1 serving essentially as an energy converter preferably consists of one or more semiconductor elements, such as silicon, germanium or the like.
  • the semiconductor elements are appropriately doped in a conventional manner such that a predetermined percentage of the incident light 5 is converted into electrical energy or heat energy.
  • the operation of such solar cells together with the energy-absorbing device is well known in the prior art, so that a detailed description thereof can be dispensed with.
  • the first photovoltaic layer 1 is further preferably designed such that it has a high degree of light absorption in order to convert a predetermined portion of the incident light 5 into electrical energy.
  • a second photovoltaic layer 2 is arranged behind the first photovoltaic layer 1 in the direction of the incident light 5, which likewise advantageously has a high degree of light absorption and a high degree of light reflection, on the one hand a predetermined proportion of the incident light 5 passing through the first photovoltaic layer into electric energy and, on the other hand, reflecting a portion of the incident light 5 toward the first photovoltaic layer 1, so that the first photovoltaic layer 1 additionally has a proportion thereof by scattering or refraction absorb reflected radiation and convert it into electrical energy. This increases the efficiency of the layer arrangement.
  • the second photovoltaic layer 2 is analogous to the first photovoltaic layer 1 preferably one or more formed semiconductor elements, for example, again suitably doped silicon or germanium can be used.
  • the photovoltaic layers 1 and 2 each serve for a light absorption for the generation of electrical energy or heat energy and for darkening the transparent pane 4.
  • the charge carrier layers of the two photovoltaic layers 1 and 2 are each preferably produced by means of nano and / or picotechnology and / or even smaller technologies, ie. H. at least the p-n layers of the photovoltaic layers 1 and 2 have nano- and / or pico particles and / or even smaller particles.
  • a larger portion of the incident radiation 5 can be absorbed as compared with the conventional microtechnology because of the smaller size of the particles and thus smaller interparticle space, so that the efficiency of the photovoltaic layers 1 and 2 is increased over the commonly used micro-technology can.
  • the photovoltaic layers 1 and 2 are designed such that the efficiency, d. H. the generated electrical energy is optimized.
  • the layer arrangement has an active insulation layer 3 behind the second photovoltaic layer 2 in the direction of the incident radiation 5.
  • the active insulation layer 3 is preferably composed of one or more semiconductor elements. builds and has, for example, polycarbonate or silicon dioxide and each heavily depleted space charge zones.
  • the active insulation layer 3 is in the form of an organic light emitting diode (OLED), wherein the organic material in the undoped state has no free charge carrier.
  • OLED organic light emitting diode
  • An organic light-emitting diode (OLED) generally consists of a substrate, an anode, an organic emitter layer and a cathode, wherein by applying a suitable electrical voltage, the degree of absorption or the degree of the generated current and thus the degree of darkening can be changed , If a voltage is applied in such a way that the current flowing in the OLED layer 3 is reduced, the degree of darkening of the layer 3 is correspondingly increased. Thus, the degree of darkening of the OLED layer 3 can be appropriately controlled by applying an appropriate voltage.
  • the active insulation layer 3 is formed as OLED from suitable thin-film layers. These are already at low temperatures and thus easy and inexpensive to produce.
  • the active insulation layer 3 can also be produced by means of nanotechnology or picotechnology and accordingly have nano- or pico-particles in order to improve the properties of the insulation layer 3 accordingly.
  • a control device is provided in the layer arrangement, for example a common thin-film control circuit which uses the electrical energy generated by the photovoltaic layers 1 and / or 2 to drive the active insulation layer 3 to change the degree of darkening thereof.
  • the degree of darkening of the OLED layer 3 can be achieved by applying a suitable voltage as a function of the Lenden light intensity can be controlled, in which case the incident radiation 5 is detected and evaluated.
  • a control by the motor vehicle user can be made such that it manually adjusts the dimming level of the layer arrangement by setting a suitable voltage at the OLED layer 3.
  • FIG. 2 illustrates a cross-sectional view of a layer arrangement applied to a transparent pane 4 according to a second preferred embodiment of the present invention. Unless otherwise stated below, the embodiments made according to the first exemplary embodiment are analogously applicable to the second exemplary embodiment.
  • the layer arrangement according to the second exemplary embodiment has two successive first photovoltaic layers Ia and Ib. It is obvious to a person skilled in the art that more than two first photovoltaic layers can be provided in succession. Several first photovoltaic layers cause an increase in the degree of light absorption of the entire layer arrangement and thus an increase in the generated electrical energy.
  • the generated electrical energy is not used exclusively for controlling the degree of darkening of the active insulation layer, but can be stored, for example, in an energy store or used directly for operating further components of the motor vehicle.
  • a second photovoltaic layer 2 is shown in FIG.
  • two or more second photovoltaic layers 2 can also be provided in order to form the entire layer arrangement with the desired absorption and reflection properties.
  • a plurality of first and second layers may also be arranged alternately or in any desired sequence.
  • two active insulation layers 3a and 3b are provided in succession. Again, it will be apparent to one skilled in the art that more than two active isolation layers may be provided.
  • the insulating layers 3a and 3b are preferably analogous to the first exemplary embodiment in each case formed as inorganic light emitting diodes (OLED) and are in each case by a common or separate control device with the energy generated by the photovoltaic layers Ia, Ib and / or 2 such energy controlled that they achieve a total desired darkening.
  • OLED inorganic light emitting diodes

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schichtanordnung zur Abdunklung einer transparenten Scheibe (4), insbesondere einer Kraftfahrzeugscheibe, zum Schutz vor einfallendem Licht (5), bestehend aus: mindestens einer ersten photovoltaischen Schicht (1; 1a, 1b) mit einem hohen Lichtabsorptionsgrad, mindestens einer zweiten photovoltaischen Schicht (2) mit einem hohen Lichtabsorptionsgrad und einem hohen Lichtreflektionsgrad, welche in Richtung des einfallenden Lichtes (5) hinter der mindestens einen ersten photovoltaischen Schicht (1; 1a, 1b) angeordnet ist, mindestens einer aktiven Isolationsschicht (3; 3a, 3b) mit elektrisch veränderbarem Abdunklungsgrad, welche in Richtung des einfallenden Lichtes (5) hinter der mindestens einen zweiten photovoltaischen Schicht (2) angeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung zum elektrischen Steuern des Abdunklungsgrades der mindestens einen aktiven Isolationsschicht (3; 3a, 3b) unter Verwendung der von der mindestens einen ersten photovoltaischen Schicht (1; 1a, 1b) und/ oder der mindestens einen zweiten photovoltaischen Schicht (2) erzeugten elektrischen Energie.

Description

Schichtanordnung zur Abdunklung einer transparenten Scheibe
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schichtanord- nung zur Abdunklung einer transparenten Scheibe oder Folie, insbesondere einer Kraftfahrzeugscheibe, zum Schutz vor einfallendem Licht.
Obwohl auf beliebige Scheiben anwendbar, werden die vorliegen- de Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf eine Kraftfahrzeugscheibe und insbesondere in Bezug auf eine Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges näher erläutert.
Zur Verhinderung des Lichteinfalls durch eine transparente Scheibe in die Augen von Personen, die ein Kraftfahrzeug führen oder benutzen, existieren bisher Einrichtungen wie z. B. Sonnenblenden, Sonnenschutzrollos, dunkle Klebefolien für durchsichtige Scheiben, getönte Scheiben, Blendklappen oder Sonnenbrillen.
Derartige Einrichtungen weisen jedoch allesamt spezifische Nachteile auf, wie z. B. unveränderbare Lichtdämpfung, komplette Abdunklung des gesamten Bereiches einer transparenten Scheibe durch Einfärbung oder Tönung, vollständige optische Ausblendung durch das Abblendmittel, wie eine Sonnenbrille, die eine Verdunklung auch an ungewollten Bereichen bewirkt. Weitere Nachteile bilden die umständliche Handhabung und das störende Design einiger dieser Einrichtungen.
Zudem nimmt die Sonnenblende oder das Sonnenrollo in einem Kraftfahrzeug das obere Blickfeld völlig aus dem Sichtbereich, sodass Signale oder dergleichen übersehen werden können. Dies kann zu gefährlichen Verkehrssituationen führen.
Ein weiterer Nachteil von durchsichtigen und/oder getönten Scheiben ist es, dass sie den Innenraum des Kraftfahrzeuges bei intensiver Sonneneinstrahlung, insbesondere bei tagsüber im Freien geparkten Kraftfahrzeugen, enorm aufheizen, zumal herkömmliche Sonnenschutzmittel nur teilweise die Scheibenflächen abdecken.
Des Weiteren kann ein Schutz gegen Durchsicht von außen in den Innenraum des Kraftfahrzeuges gegenwärtig nur durch Innenver- spiegelungen, d. h. halbdurchlässige Spiegelflächen, durch intensive Tönung der Scheiben oder durch Innenvorhänge oder Jalousien erreicht werden. Eine Aufhebung dieses Schutzes wäh- rend der Fahrt für sicherheitsrelevante Scheiben ist bei verspiegelten und getönten Scheiben unmöglich und bei mechanischen Hilfsmitteln, wie Sonnenblenden, Rollos oder Jalousien nur mit großem Zeitaufwand und vom Verkehrsgeschehen ablenkenden Bewegungen erreichbar.
Aus der Druckschrift DE 2 421 486 B2 ist eine Blendschutzvorrichtung bekannt, bei der in einem Teilbereich einer Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeuges die Lichtdurchlässigkeit mit hoher Schnelligkeit in Abhängigkeit von der Helligkeit ei- ner äußeren Lichtquelle regelbar ist. Dabei erfasst ein Fototransistor, der außerhalb der Scheibe angeordnet ist, das Licht eines entgegenkommenden Fahrzeuges. Die Windschutzscheibe ist in dem Bereich mit einem Flüssigkristall ausgebildet, dessen Lichtdurchlässigkeit von dem Fototransistor gesteuert wird. Da der Fototransistor keine Richtungsabhängigkeit für das einfallende Licht erkennt, erfasst er das gesamte Umgebungslicht und steuert damit den vorgesehenen Windschutzscheibenbereich dunkel.
An diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt, dass der Fototransistor zum Erfassen des einfallenden Lichts außerhalb der Scheibe und somit umständlich und kostenintensiv angebracht werden muss. Des Weiteren sind zusätzliche Energiequellen zur Ansteuerung des Flüssigkris- talls notwendig.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schutz einer transparenten Scheibe oder Folie vor einfallendem Licht anzugeben, welche kostengünstig herstellbar, welche einfach integrierbar und deren Schutzwirkung in Abhängigkeit des einfallenden Lichts steuerbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Schichtanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass die Schichtanordnung zur Abdunklung einer transpa- renten Scheibe zum Schutz vor einfallendem Licht mindestens eine erste photovoltaischen Schicht mit einem hohen Lichtabsorptionsgrad; mindestens eine zweite photovoltaische Schicht mit einem hohen Lichtabsorptionsgrad und einem hohen Lichtre- flektionsgrad, welche in Richtung des einfallenden Lichtes hinter der mindestens einen ersten photovoltaischen Schicht angeordnet ist; mindestens eine aktive Isolationsschicht mit elektrisch veränderbarem Abdunklungsgrad, welche in Richtung des einfallenden Lichtes hinter der mindestens einen zweiten photovoltaischen Schicht angeordnet ist; und eine Steuerein- richtung zum elektrischen Steuern des Abdunklungsgrades der mindestens einen aktiven Isolationsschicht unter Verwendung der von der mindestens einen ersten photovoltaischen Schicht und/oder der mindestens einen zweiten photovoltaischen Schicht erzeugten elektrischen Energie aufweist.
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass keine zusätzlichen Energiequellen zur Ansteuerung der mindestens einen aktiven Isolationsschicht für eine Veränderung des Abdunklungsgrades derselben notwendig sind, da die elektrische
Energie von den photovoltaischen Schichten erzeugt und für die Ansteuerung verwendet wird. Des Weiteren weisen die photovoltaischen Schichten eine Doppelfunktion auf, da sie einerseits die einfallende Lichtstrahlung in elektrische Energie umwan- dein und andererseits bereits einen gewissen Prozentsatz der einfallenden Strahlung absorbieren und/oder reflektieren und somit bereits für eine vorbestimmte Abdunklung der transparenten Scheibe sorgen. Zudem kann die Schichtanordnung der vorliegenden Erfindung als dünne Folie ausgebildet werden, welche beispielsweise auf einfache und kostengünstige Weise auf einer abzudunkelnden Schei- be anbringbar ist.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der im Patentanspruch 1 angegebenen Schichtanordnung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind mehrere, vorzugsweise zwei bis drei erste photovoltaische Schichten zur Erhöhung der insgesamt absorbierten Lichtmenge aufeinanderfolgend vorgesehen. Dadurch wird einerseits bereits eine vorbestimmte Abdunklung und andererseits eine ausreichende elektrische E- nergiemenge geschaffen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind mehrere, vorzugsweise zwei bis drei zweite photovoltaische Schichten zur Erhöhung der insgesamt absorbierten und reflektierten
Lichtmenge (Photonen, Lichtquanten) aufeinanderfolgend vorgesehen. Dadurch kann ebenfalls der Verdunklungsgrad sowie die Menge der erzeugten elektrischen Energie erhöht werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen die mindestens eine photovoltaische Schicht und/oder die mindestens eine zweite photovoltaische Schicht jeweils aus mindestens einem geeignet dotierten Halbleitermaterial, beispielsweise aus Silizium, Germanium oder dergleichen. Das Ma- terial der mindesten einen ersten photovoltaischen Schicht weist insbesondere einen hohen Lichtabsorptionsgrad auf, wobei das Material der mindestens einen zweiten photovoltaischen Schicht vorzugsweise einen hohen Lichtabsorptionsgrad und einen hohen Lichtreflektionsgrad derart aufweist, dass reflek- tiertes Licht nochmalig durch die mindestens eine erste photovoltaische Schicht hindurch reflektiert wird, um zusätzliche elektrische Energie zu erzeugen. Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weisen die mindestens eine erste photovoltaische Schicht und/oder die mindestens eine zweite photovoltaische Schicht jeweils ein Nano- und/oder ein Pikomaterial und/oder ein noch kleineres Material auf. Dadurch können die photovoltaischen Schichten derart feiner und verbessert ausgebildet werden, dass die absorbierte Lichtmenge und somit der erzeugte Strom sowie der Verdunklungsgrad gegenüber einer Ausgestaltung mit einem Mikromateri- al erhöht werden kann.
Vorteilhaft sind mehrere, beispielsweise zwei bis drei aktive Isolationsschichten zur Erhöhung des Gesamtabdunklungsgrades aufeinanderfolgend vorgesehen. Vorteilhaft werden alle Isolationsschichten unter Verwendung der an den photovoltaischen Schichten erzeugten Energie durch eine gemeinsame Steuereinrichtung in Abhängigkeit des einfallenden Lichtes angesteuert.
Vorzugsweise ist die mindestens eine aktive Isolationsschicht als Halbleiterschicht ausgebildet. Beispielsweise kann die ak- tive Isolationsschicht in Form einer organischen Licht emittierenden Diode (OLED) , in Form einer Licht emittierenden Diode (LED) , einer LCD und/oder einer Mischung aus diesen vorgesehen Substanzen ausgebildet sein. Derartige organische lichtemittierende Dioden sind gute Isolatoren und für eine Abdunk- lung besonders geeignet. Die mindestens eine aktive Isolationsschicht kann vorteilhaft ein Nano- und/oder ein Pikomaterial und/oder ein noch kleineres Material aufweisen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schichtanordnung auf einer transparenten Scheibe befestigbar, beispielsweise mittels einer geeigneten Klebeverbindung. Alternativ kann die Schichtanordnung auch in einer Scheibe integriert werden, beispielsweise kann die Schichtanordnung in der Scheibe einlaminiert oder eingebettet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert . Von den Figuren zeigen:
Figur 1: eine Querschnittsansicht einer auf einer Scheibe aufgebrachten Schichtanordnung gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
Figur 2 : eine Querschnittsansicht einer auf einer Scheibe aufgebrachten Schichtanordnung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Die Figuren illustrieren Querschnittsansichten erfindungsgemäßer Schichtanordnungen gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung, welche auf einer transparenten
Scheibe 4 eines Kraftfahrzeuges vorzugsweise mittels eines geeigneten Klebers aufgeklebt sind. In dem Ausführungsbeispielen bezeichnen die mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichneten Pfeile die Richtung des einfallenden Lichtes, beispielsweise des ein- fallenden Sonnenlichtes. Ferner sind in den Ausführungsbeispielen demnach die Schichtanordnungen auf der Außenseite der transparenten Scheibe 4 in Richtung des einfallenden Lichtes 5 weisend angeordnet. Es ist für einen Fachmann jedoch offensichtlich, dass die Schichtanordnungen auch analog auf der In- nenseite der Scheibe 4 angebracht oder bei einem Glasscheibenverbund in die Scheibe 4 einlaminiert werden können.
Gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 besteht die Schichtanordnung zur Abdunklung der transparenten Scheibe 4 aus einer ersten photovoltaisehen Schicht 1, welche in Richtung des einfallenden Lichtes 5 die vorderste bzw. in Figur 1 die oberste Schicht darstellt. Die gesamte Schichtanordnung ist beispielsweise als dünne Folie ausgebildet, welche leicht auf die transparente Scheibe 4 aufgeklebt oder in die transparente Scheibe 4 einlaminiert oder eingebettet werden kann.
Die erste photovoltaische Schicht 1, d. h. die im Wesentlichen als Energiewandler dienende Solarzellenschicht 1, besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren Halbleiterelementen, wie beispielsweise aus Silizium, Germanium oder dergleichen. Die Halbleiterelemente werden auf gängige Art und Weise derart ge- eignet dotiert, dass ein vorbestimmter Prozentsatz des einfallenden Lichtes 5 in elektrische Energie bzw. in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die Funktionsweise derartiger Solarzellen mitsamt Energieabnahmeeinrichtung ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt, sodass auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet werden kann.
Die erste photovoltaische Schicht 1 ist ferner vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie einen hohen Lichtabsorptionsgrad aufweist, um einen vorbestimmten Anteil des einfallenden Lich- tes 5 in elektrische Energie umzuwandeln.
Wie in Figur 1 ersichtlich ist, ist in Richtung des einfallenden Lichtes 5 eine zweite photovoltaische Schicht 2 hinter der ersten photovoltaischen Schicht 1 angeordnet, welche vorteil- haft ebenfalls einen hohen Lichtabsorptionsgrad und einen hohen Lichtreflektiongrad aufweist, um einerseits einen vorbestimmten Anteil des einfallenden Lichtes 5, welcher durch die erste photovoltaische Schicht hindurchgeht, in elektrische E- nergie umzuwandeln und um andererseits einen Anteil des ein- fallenden Lichtes 5 in Richtung der ersten photovoltaischen Schicht 1 zu reflektieren, sodass die erste photovoltaische Schicht 1 zusätzlich einen Anteil dieser durch Streuung oder Brechung reflektierten Strahlung absorbieren und in elektrische Energie umwandeln kann. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Schichtanordnung.
Die zweite photovoltaische Schicht 2 ist analog zur ersten photovoltaischen Schicht 1 vorzugsweise aus einem oder mehre- ren Halbleiterelementen ausgebildet, wobei beispielsweise wiederum geeignet dotiertes Silizium oder Germanium verwendet werden kann.
Die photovoltaischen Schichten 1 und 2 dienen jeweils zum einen einer Lichtabsorption zur Erzeugung von elektrischer Energie bzw. Wärmeenergie und zum anderen zur Abdunklung der transparenten Scheibe 4.
Vorzugsweise sind insbesondere die Ladungsträgerschichten der beiden photovoltaischen Schichten 1 und 2 jeweils mittels der Nano- und/oder Picotechnologie und/oder noch kleineren Technologien hergestellt, d. h. zumindest die p-n-Schichten der photovoltaischen Schichten 1 und 2 weisen Nano- und/oder Pico- teilchen und/oder noch kleinere Teilchen auf. Dadurch kann verglichen mit der gängigen Mikrotechnologie aufgrund der kleineren Abmessungen der Teilchen und des dadurch geringeren Zwischenraumes zwischen den Teilchen ein größerer Anteil der einfallenden Strahlung 5 absorbiert werden, sodass der Wir- kungsgrad der photovoltaischen Schichten 1 und 2 gegenüber der im Allgemeinen verwendeten Mikrotechnologie erhöht werden kann. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass anstelle der Nanotechnologie auch die Pikotechnologie oder gegebenenfalls auch die Mikrotechnologie Verwendung finden können, oder dass mehrere Schichten mit sich unterscheidenden Teilchenausgestaltungen aufeinanderfolgend vorgesehen werden können. Des Weiteren können Schichten verwendet werden, welche eine Mischung von Femto-, Piko-, Nano- und/oder Mikroteilchen oder von noch kleineren Teilchen aufweisen. Vorteilhaft sind die photovoltaischen Schichten 1 und 2 derart ausgebildet, dass der Wirkungsgrad, d. h. die erzeugte elektrische Energie optimiert ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 weist die Schichtanordnung in Richtung der einfallenden Strahlung 5 hinter der zweiten photovoltaischen Schicht 2 eine aktive Isolationsschicht 3 auf. Die aktive Isolationsschicht 3 ist vorzugsweise aus einem oder mehreren Halbleiterelementen aufge- baut und weist beispielsweise Polycarbonat oder Siliziumdioxid und jeweils stark verarmte Raumladungszonen auf.
Vorzugsweise ist die aktive Isolationsschicht 3 in Form einer organischen Licht emittierenden Diode (OLED) ausgebildet, wobei das organische Material im undotierten Zustand keinen freien Ladungsträger aufweist. Somit sind derartige Materialien gute Isolatoren. Eine organische Licht emittierende Diode (OLED) besteht im Allgemeinen aus einem Substrat, einer Anode, einer organischen Emitterschicht und einer Katode, wobei durch Anlegen einer geeigneten elektrischen Spannung der Absorptionsgrad bzw. der Grad des erzeugten Stromes und somit der Ab- dunklungsgrad verändert werden kann. Wird eine Spannung derart angelegt, dass der in der OLED-Schicht 3 fließende Strom ver- ringert wird, wird der Abdunklungsgrad der Schicht 3 entsprechend erhöht. Somit kann der Abdunklungsgrad der OLED-Schicht 3 durch Einlegen einer geeigneten Spannung entsprechend gesteuert werden.
Beispielsweise ist die aktive Isolationsschicht 3 als OLED aus geeigneten Dünnfilmschichten gebildet. Diese sind bereits bei geringen Temperaturen und somit einfach und kostengünstig herstellbar.
Beispielsweise kann auch die aktive Isolationsschicht 3 mittels der Nanotechnologie oder der Pikotechnologie hergestellt werden und entsprechend Nano- oder Pikoteilchen aufweisen, um die Eigenschaften der Isolationsschicht 3 entsprechend zu verbessern.
Vorzugsweise ist eine nicht dargestellte Steuereinrichtung in der Schichtanordnung vorgesehen, beispielsweise eine gängige als Dünnfilm hergestellte Steuerschaltung, welche die von den photovoltaischen Schichten 1 und/oder 2 erzeugte elektrische Energie zur Ansteuerung der aktiven Isolationsschicht 3 für eine Änderung des Abdunklungsgrades derselben verwendet. Beispielsweise kann der Abdunklungsgrad der OLED-Schicht 3 durch Anlegen einer geeigneten Spannung in Abhängigkeit der einfal- lenden Lichtintensität gesteuert werden, wobei in diesem Fall die einfallende Strahlung 5 erfasst und ausgewertet wird. Des Weiteren kann eine Steuerung durch den Kraftfahrzeugbenutzer derart erfolgen, dass er manuell den Abdunklungsgrad der Schichtanordnung durch Einstellen einer geeigneten Spannung an der OLED-Schicht 3 einstellt.
Um den Eigenverbrauch und die hohe Temperaturentwicklung der photovoltaischen Schichten 1 und 2 zu reduzieren, ist es auch denkbar, diese beiden Schichten ebenfalls aus einer organischen Licht emittierenden Diode (OLED) auszubilden, wobei in diesem Fall vorzugsweise der Absorptionsgrad zum Erzeugen von elektrischer Energie einen hohen Wert aufweist.
Figur 2 illustriert eine Querschnittsansicht einer auf einer transparenten Scheibe 4 aufgebrachten Schichtanordnung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Falls im Folgenden nichts Gegenteiliges ausgeführt ist, sind die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel getätigten Ausführungen analog auf das zweite Ausführungsbeispiel anwendbar.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist die Schichtanordnung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zwei aufeinanderfolgende erste photovoltaische Schichten Ia und Ib auf. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass auch mehr als zwei erste photovoltaische Schichten hintereinander vorgesehen werden können. Mehrere erste photovoltaische Schichten bewirken eine Erhöhung des Lichtabsorptionsgrades der gesamten Schichtanordnung und somit eine Erhöhung der erzeugten elektrischen Energie. Vorteilhaft wird die erzeugte elektrische E- nergie nicht ausschließlich für die Steuerung des Abdunklungs- grades der aktiven Isolationsschicht verwendet, sondern kann beispielsweise in einem Energiespeicher abgespeichert oder di- rekt zum Betrieb weiterer Komponenten des Kraftfahrzeuges verwendet werden. Obwohl in Figur 2 lediglich eine zweite photovoltaische Schicht 2 dargestellt ist, ist es für einen Fachmann ebenfalls offensichtlich, dass auch zwei oder mehrere zweite photovoltaische Schichten 2 vorgesehen werden können, um die gesamte Schichtanordnung mit den gewünschten Absorptions- und Reflek- tionseigenschaften auszubilden. Ferner können auch mehrere erste und zweite Schichten alternierend oder in beliebiger Abfolge angeordnet sein.
Wie in Figur 2 zudem dargestellt ist, sind im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel zwei aktive Isolationsschichten 3a und 3b aufeinanderfolgend vorgesehen. Es ist für einen Fachmann wiederum offensichtlich, dass auch mehr als zwei aktive Isolationsschichten vorgesehen werden können.
Die Isolationsschichten 3a und 3b sind vorzugsweise analog zum ersten Ausführungsbeispiel jeweils als anorganische Licht e- mittierende Dioden (OLED) ausgebildet und werden jeweils durch eine gemeinsame oder getrennte Steuereinrichtung mit der von den photovoltaischen Schichten Ia, Ib und/oder 2 erzeugten E- nergie derart angesteuert, dass sie insgesamt einen gewünschten Abdunklungsgrad erzielen.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausfüh- rungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste
1 erste Schicht
Ia vordere erste Schicht Ib hintere erste Schicht
2 zweite Schicht
3 aktive Isolationsschicht
3a vordere aktive Isolationsschicht
3b hintere aktive Isolationsschicht 4 transparente Scheibe
5 einfallendes Licht

Claims

Patentansprüche
1. Schichtanordnung zur Abdunklung einer transparenten Scheibe (4) , insbesondere einer Kraftfahrzeugscheibe, zum Schutz vor einfallendem Licht (5), mit:
mindestens einer ersten photovoltaischen Schicht (1; Ia, Ib) mit einem hohen Lichtabsorptionsgrad;
mindestens einer zweiten photovoltaischen Schicht (2) mit einem hohen Lichtabsorptionsgrad und einem hohen Lichtreflektionsgrad, welche in Richtung des einfallenden Lichtes (5) hinter der mindestens einen ersten photovoltai- sehen Schicht (1; Ia, Ib) angeordnet ist;
mindestens einer aktiven Isolationsschicht (3; 3a, 3b) mit elektrisch veränderbarem Abdunklungsgrad, welche in Richtung des einfallenden Lichtes (5) hinter der mindestens einen zweiten photovoltaischen Schicht (2) angeordnet ist; und
einer Steuereinrichtung zum elektrischen Steuern des Abdunk- lungsgrades der mindestens einen aktiven Isolationsschicht (3; 3a, 3b) unter Verwendung der von der mindestens einen ersten photovoltaischen Schicht (1; Ia, Ib) und/oder der mindestens einen zweiten photovoltaischen Schicht (2) erzeugten elektrischen Energie, wobei die Steuereinrichtung in der Schichtanordnung als Dünnfilm hergestellte Steuerschaltung vorgesehen ist.
2. Schichtanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, beispielsweise zwei oder drei, erste photovol- taische Schichten (Ia, Ib) zur Erhöhung der insgesamt absorbierten Lichtmenge aufeinanderfolgend vorgesehen sind.
3. Schichtanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, beispielsweise zwei oder drei, zweite photovoltaische Schichten (2) zur Erhöhung der insgesamt absorbierten und reflektierten Lichtmenge aufeinanderfolgend vorgesehen sind.
4. Schichtanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste photovoltaische Schicht (1; Ia, Ib) und/oder die mindestens eine zweite photovoltaische Schicht (2) jeweils aus mindestens einem geeignet dotierten Halbleitermaterial bestehen, beispielsweise aus dotiertem Silizium, dotiertem Germanium oder dergleichen.
5. Schichtanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine erste photovoltaische Schicht (1; Ia, Ib) und/oder die min- destens eine zweite photovoltaische Schicht (2) jeweils ein Nano- und/oder Pikomaterial aufweisen.
6. Schichtanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, beispiels- weise zwei oder drei, aktive Isolationsschichten (3; 3a, 3b) zur Erhöhung des Gesamtabdunklungsgrades aufeinanderfolgend vorgesehen sind.
7. Schichtanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aktive Isolationsschicht (3; 3a, 3b) als Halbleiterschicht, vorzugsweise in Form einer organischen Licht emittierenden Diode (OLED) , einer LED, einer LCD oder einer Mischung der OLED, LED und LCD oder dergleichen ausgebildet ist.
8. Schichtanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine aktive Isolationsschicht (3; 3a, 3b) ein Nano- und/oder Pikomaterial und/oder ein noch kleineres Material aufweist.
9. Schichtanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtanordnung auf einer transparenten Scheibe (4) mittels einer Klebever- bindung anbringbar oder in einer transparenten Scheibe (4) mittels einer Einlamminierung, Einbettung, oder dergleichen integrierbar ist.
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