Modul und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Modul, das aus wenigstens einer Lage oberflächlich behandeltes Glas und wenigstens einer Lage
Kunststoff besteht.
Ein Modul, in dem Kunststoff als Folienmaterial vorliegt, kann in einem Laminationsverfahren hergestellt werden.
In Betracht gezogen sind im Rahmen der Erfindung unter anderem Vakuummodule oder Glas-Glas-Module, wie sie in der Photovoltaik, bei organischen Leuchtdioden (OLED) , bei Beschattungselementen, Beleuchtungsmitteln und im Verbundglas verwendet werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Photovoltaik-Modul (= Solarmodul) .
Photovoltaik-Module bestehen für gewöhnlich aus wenigstens einem Photovoltaik-Element (= Solarzelle) , das zwischen Abdeckplatten eingekapselt ist. Wenigstens die dem einfallenden Licht
zugekehrte Abdeckplatte ist lichtdurchlässig. Bekannt ist es auch, zwischen dem Photovoltaik-Element und der dem Lichteinfall zugekehrten Abdeckplatte eine KunststoffSchicht , z.B. in Form einer Folie, vorzusehen, um das Photovoltaik-Element
einzukapseln.
Der Aufbau eines typischen Solarmoduls kann wie folgt
beschrieben werden:
Eine Glasscheibe (meist sogenanntes Einscheiben- Sicherheitsglas, kurz ESG) als Vorderseiten-Abdeckung auf der zur Sonne gewandten Seite.
Eine transparente KunststoffSchicht (Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB) oder Silikone oder
Silikonharz) , in der die Solarzellen eingebettet sind, mono- oder polykristalline Solarzellen ( Photovoltaik- Elemente) , die durch Lötbändchen elektrisch miteinander verschaltet sind,
Rückseitenkaschierung oder -abdeckung mit einer
witterungsfesten Kunststoffverbundfolie z.B. aus
Polyvinylfluorid (Tedlar) oder Polyester,
Anschlussdose mit Freilaufdiode bzw. Bypassdiode und
Anschlussterminal,
ein Aluminiumprofil-Rahmen zum Schutz der Glasscheibe bei Transport, Handhabung und Montage, für die Befestigung und für die Versteifung des Verbundes.
Problematisch bei bekannten Modulen der eingangs genannten
Gattung, insbesondere bei Photovoltaik-Modulen, ist, dass auf das Modul auftreffendes Licht (Sonnenlicht) mit beträchtlichen Verlusten zu den eingebetteten Photovoltaik-Zellen gelangt, so dass der Wirkungsgrad von Photovoltaik-Modulen niedriger ist als jener der Photovoltaik-Zellen selbst.
Weiters können ionische Verunreinigungen, wie z.B. Natrium- Ionen, aus dem Natron-Kalk-Glas durch die Einbettungsfolien zu den Photovoltaik-Zellen diffundieren, wodurch auch das
elektrische Verhalten der Module beeinträchtigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modul der eingangs genannten Gattung anzugeben, das einfach aufgebaut ist und das verbesserte mechanische, physikalisch-chemische und/oder
optische Eigenschaften durch Grenzflächenanpassung ("Matching") aufweist. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Modul, wenn es ein Photovoltaik-Modul ist, einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Modul, das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des
erfindungsgemäßen Moduls sind Gegenstand der Unteransprüche.
Insbesondere besitzt das erfindungsgemäße Modul, auch wenn es ein Photovoltaik-Modul ist, eine verbesserte Haftung zwischen Glas und dem Kunststoff, insbesondere dem Gießharz. oder der Laminationsfolie. Dies auch, wenn es sich um gewöhnliche, funktionalisierte Verbundgläser oder um Vakuumelemente handelt.
Des Weiteren ist es bei dem erfindungsgemäßen Modul von Vorteil,
dass in einer bevorzugten Ausführungsform ein verringerter
Übertritt von Natrium-Ionen aus dem Glas in den Kunststoff, insbesondere die Kunststofffolie, auftritt. Dies ist
vorteilhaft, weil verhindert wird, dass Natrium-Ionen den
Halbleiterbauteil (von Photovoltaikelementen) beschädigen.
Schließlich hat das erfindungsgemäße Modul den Vorteil einer erhöhten Transmission von Licht, weil die relativen
Brechungsindices angepasst sind.
Wenn es sich bei dem erfindungsgemäßen Modul um ein
Photovoltaik-Modul handelt ist sichergestellt, dass einfallendes Licht zu einem weit überwiegenden Teil zu dem (wenigstens einen) Photovoltaik-Element gelangt und Licht mit hohem Wirkungsgrad in Strom umgewandelt wird.
Diese Maßnahmen sind insbesondere:
Verwenden einer Abdeckung aus Glas, insbesondere eisenarmes Natron-Kalk-Glas, dessen vom Photovoltaik-Element
abgekehrte, also dem Lichteinfall zugewendete, äußere
Fläche die Licht-Reflexion verringernd behandelt ist, das Verwenden einer Abdeckung aus einem lichtdurchlässigen Werkstoff, z.B. Glas, insbesondere Natron-Kalk-Glas, dessen optische Eigenschaften durch Oberflächenbehandlung so angepasst sind, dass die durch die Oberflächenbehandlung gebildete Schicht einen Brechungsindex aufweist, der zwischen dem Brechungsindex des Glases und dem
Brechungsindex des Kunststoffes liegt.
Erfindungsgemäße Module, insbesondere auch erfindungsgemäße Photovoltaik-Module, können durch Vakuumverkapselung oder durch gewöhnliche Laminationsverfahren hergestellt werden, wenn die zusätzlichen Verfahrensschritte der Oberflächenbehandlung, insbesondere einer Behandlung mit Wasserglas in Betracht gezogen sind.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Behandeln von Glas (mit dem Ziel dessen optische Eigenschaften zu ändern und es zu härten) können beispielsweise folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden :
1. Vorreinigung/Aktivierung
Die Oberfläche von Glas wird (wieder) frisch gemacht, um Öle, Fette und Feststoffpartikel, z.B. Schneidöl am Scheibenrand, zu entfernen. Vorteilhaft für eine erfolgreiche Behandlung mit einer Kalium-Wasserglas-Lösung ist, dass die Lösung das Glas benetzt, also ein durchgehender Film und keine Tropfen/Schlieren gebildet werden, also auf die zu behandelnde Oberfläche des Glases Kalium-Wasserglaslösung gleichmäßig aufgebracht ist.
Es ist vorteilhaft, wenn die Zeitspanne zwischen dem
Vorreinigen/Aktivieren und dem eigentlichen Behandeln so kurz wie möglich ist, damit die Oberfläche des Glases, z.B. durch Staub, nicht wieder verunreinigt wird.
2. Besprühen mit Behandlungsmittel
Besprüht wird beispielsweise Kalk-Natron-Flachglas mit einer wässrigen Kalium-Wasserglas-Lösung, die auf das beispielsweise im Wesentlichen lotrecht ausgerichtete Flachglas durch einen vertikalen Sprühbalken nach dem Sol-Gel-Verfahren aufgebracht wird. Sol-Gel-Verfahren wird im Vorliegenden als ein Verfahren verstanden, bei dem ein auf das Glas aufgebrachtes Sol dann durch Entfernen (Abdampfen) des Lösungsmittels (Wasser) in ein Gel übergeführt wird.
Wesentlich dabei ist nicht so sehr das Zerstäuben der
aufzutragenden Lösung aus Kalium-Wasserglas, sondern, dass auf der Glasoberfläche eine geschlossene Fläche (Film) des Sol erreicht wird, was insbesondere durch das in dem obigen Punkt erwähnte Vorbehandeln erreicht wird.
3. Reaktionszeit (Trocknen)
Das aufgebrachte Sol wird zu einem Gel auftrocknen gelassen, was auch ohne Klimakammer oder spezielle Reinraumbedingungen
erfolgen kann. Dabei reagiert das Kalium-Wasserglas mit dem Glas, insbesondere dem Natron-Kalk-Glas.
Je nach klimatischen Verhältnissen und Scheibentemperatur beträgt die Trockenzeit zwischen 5 min und 25 min.
Die Trockenzeit kann durch (geringfügig) erhöhte Temperatur des Flachglases und/oder Heizpaneele und/oder (leichte) Konvektion mit trockener Luft beschleunigt werden.
Es ist vorteilhaft, wenn das Sol vollständig zu Gel auftrocknet, da sonst die Gefahr besteht, dass große Bestandteile der Schicht entfernt werden und Flecken in der Oberfläche des ( Flach- ) Glases sichtbar werden.
Eine gute Behandlung der Oberfläche zeigt sich, wenn im
Tageslicht ein bläulich-violettes Schimmern zu erkennen ist.
4. Nachreinigung
Ziel ist es, dass mit einem großen Volumen an temperiertem
Osmosewasser (Leitfähigkeit kleiner als 30 S/cm) nicht
gebundenes Kalium aus der Schicht gelöst wird.
5. Thermisches Härten des behandelten Glases verdichtet die
Schicht und stärkt die Bindung mit dem Glas-Substrat.
Eine weitere im Rahmen der Erfindung in Betracht gezogene
Möglichkeit, die Eigenschaften von Glas nach dem
erfindungsgemäßen Behandeln zu verändern, besteht darin, dem Kalium-Wasserglas Zusätze beizumengen. Solche Zusätze können Farbstoffe, z.B. ein weißer Farbstoff (wie Zinkoxid), der das Reflexionsvermögen erhöht, ein Fluoreszenz bewirkender Stoff oder ein Stoff sein, der die nach dem Behandeln erhaltene, in der Oberfläche des Glases vorliegende Schicht, elektrisch leitend macht, sein.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
wiedergegeben .
Beispiel 1
Bei diesem Beispiel wird 2,1 mm dickes Weißglas mit Abmessungen 550 x 360 mm mit einer Oberfläche versehen, die eine verringerte Reflexion aufweist.
Die Vorgangsweise ist wie folgt:
Das Glas wird in der Waschmaschine mit ca. 40° C heißem Wasser gewaschen. Im Anschluss daran wird die Glasoberfläche mit einer Butangasflamme behandelt. Dann wird eine Glasoberfläche mit einer wässrigen Kalium-Wasserglaslösung besprüht. Danach wird gewartet bis das Kalium-Wasserglas mit dem Glas im Bereich von dessen Oberfläche reagiert hat, was etwa 10 bis 15 min in
Anspruch nimmt.
Die zum Besprühen verwendete Lösung hatte folgende
Zusammensetzung 96-97 Gew.-% Wasser und 3-4 Gew.-%
Feststoffanteile (Si02, K20, ...), wobei der Kaliumgehalt der Flüssigkeit kleiner 1 Gew.-% ist und im Behandlungsmaterial ein Feststoffanteil von 3,4 Gew.-% vorliegt.
Im Anschluss daran wird das Glas erneut mit 40° C heißem Wasser abgespült .
Im Anschluss daran wird das Glas einem thermischen Härten unterworfen, wobei mit einer berührungslosen Verfahrensweise gearbeitet wird.
Im Ergebnis werden die Durchlässigkeiten (Transmission) erzielt, die im Diagramm der Fig. 1 gezeigt sind.
Beispiel 2
Mit der in Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweise und unter
Verwendung der dort genannten Mittel werden drei Stück
Glasscheiben auf einer Seite mit Kalium-Wasserglas behandelt und gehärtet. Bei diesem Versuch werden die in dem Diagramm der Fig. 2 wiedergegebenen Transmissionswerte (die Kurven sind
Mittelwerte über die drei Scheiben) ermittelt.
Beispiel 3
Mit der Arbeitsweise und den Mitteln, die im Beispiel 1 genannt sind, werden Glasscheiben behandelt. Bei einer Scheibe wird ein Drittel der Fläche unbehandelt belassen, ein Drittel der Fläche einseitig und ein Drittel der Fläche beidseitig behandelt, wobei die Behandlung nach der Arbeitsweise und mit den Mitteln, die in Beispiel 1 genannt sind, erfolgt. Bei diesem Versuch werden die Transmissionswerte gemäß Fig. 3 erzielt.
Die in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung vorgesehene Behandlung der Oberfläche von Glas kann beispielsweise folgende Verfahrensschritte umfassen:
- Der Gegenstand aus Glas, vorzugsweise eine Flachglasscheibe, insbesondere eine Flachglasscheibe aus Natron-Kalk-Glas, wird gereinigt,
- auf den Gegenstand wird eine wässerige Lösung von Kalium- Wasserglas in einer unterbrechungsfreien Schicht aufgetragen, indem der Gegenstand aus Glas mit einer wässerigen Lösung von Kalium-Wasserglas besprüht wird,
- die auf dem Gegenstand aus Glas aufgetragene Schicht wird
trocknen gelassen, wobei das Kalium-Wasserglas mit der
Oberfläche des Gegenstandes aus Glas reagiert,
- nicht gebundenes Kalium wird aus der aufgetragenen Schicht mit Wasser ausgewaschen und
- der Gegenstand aus Glas wird zum thermischen Behandeln erwärmt und zum thermischen Härten wieder auf Raumtemperatur
abgeschreckt.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass der Gegenstand zum thermischen Behandeln auf eine Temperatur im Bereich von 600 bis 650 °C, vorzugsweise berührungsfrei, erwärmt und dann wieder auf Raumtemperatur abgeschreckt wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass eine Lösung verwendet wird, die in Wasser 3 bis 4 Gew.-%, vorzugsweise 3,4 Gew.-%, Feststoffe des Kalium- Wasserglas enthält.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass eine Lösung verwendet wird, die weniger als 2 Gew.-%, insbesondere weniger als 1 Gew.-%, Kalium enthält.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass eine Lösung verwendet wird, der wenigstens ein Farbstoff, insbesondere mineralischer Farbstoff, beigemengt ist .
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass eine Lösung verwendet wird, der wenigstens ein Fluoreszenz auslösender Stoff beigemengt ist.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass eine Lösung verwendet wird, der wenigstens ein leitfähig machender Stoff beigemengt ist.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass der Gegenstand nach dem Reinigen und vor dem Auftragen der Schicht mit einer offenen Flamme behandelt wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass beim Reinigen und/oder beim Auswaschen von Kalium mit etwa 30 bis 50°C, insbesondere mit 40°C warmen Wasser gewaschen wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass zum Auswaschen von nicht gebundenem Kalium regeneriertes Wasser, insbesondere Wasser mit einer
Leitfähigkeit von weniger als 50 S/cm, vorzugsweise weniger als 30 S/cm, verwendet wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass der Gegenstand vor dem Besprühen mit der Lösung von Kalium-Wasserglas auf eine Temperatur zwischen 20 und 40°C, vorzugsweise auf etwa 30°C, angewärmt wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass beim Behandeln von Flachglas, dieses im Wesentlichen stehend ausgerichtet behandelt wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass die Lösung enthaltend Kalium-Wasserglas aus lotrecht übereinander angeordneten Düsen auf das Flachglas gesprüht wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass der Gegenstand aus Glas einseitig
behandelt wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass der Gegenstand aus Glas beidseitig
behandelt wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass die mit Kalium-Wasserglas ausgeführte Behandlung des Gegenstandes aus Glas und nachfolgendes Erhitzen in der Ausbildung einer nano-porösen Haut an der Oberfläche des Glasgegenstandes resultiert.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass dabei der Gegenstand aus Glas auf eine Temperatur in der Größenordnung von 600°C bis 650°C erhitzt wird.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass nach dem Erhitzen des als Flachglas vorliegenden Gegenstandes aus Glas abrupt abgekühlt wird, um das Flachglas zu härten.
Bei der Oberflächenbehandlung des Gegenstandes aus Glas kann vorgesehen sein, dass aus der nano-porösen Oberfläche nicht an den Gegenstand gebundenes Kalium ausgewaschen wird.
Im Rahmen der Erfindung sind die nachstehend angeführten
Varianten von Modulen in Betracht gezogen:
Die in Fig. 4 und Fig. 5 schematisch in auseinandergezogener Darstellung gezeigten Module 1 bestehen aus zwei planparallel angeordneten flächigen oder plattenförmigen Bauteilen 2, 2', von denen wenigstens der erste Bauteil 2 als Flachglasscheibe ausgeführt ist und zwischen die eine Folie 4 (Fig. 4) oder ein zwischen zwei Folien 5, 5' (Fig. 5) eingebetteter platten- oder folienförmiger Bauteil 6 eingebracht ist. Die Bauteile 2, 2' sowie die dazwischen eingebrachte Folie 4 bzw. der dazwischen eingebrachte Stapel aus den zwei Folien 5, 5' und dem zwischen diesen befindlichen Bauteil 6 sind durch Lamination miteinander verbunden, wobei vor dem Zusammenbau des Moduls die
folienseitige Oberfläche 3 einer Oberflächenbehandlung
(insbesondere wie oben beschrieben) unterzogen wird, oder, falls beide Bauteile 2, 2' als Flachglasscheiben ausgeführt sind, gegebenenfalls auch auf beiden folienseitigen Oberflächen 3, 3' eine Oberflächenbehandlung vorgenommen wird.
Alternativ wird vor dem Zusammenbau des Moduls 1 die
folienseitige Oberfläche 3 einer Oberflächenbehandlung,
(insbesondere wie oben beschrieben) unterzogen oder, falls beide Bauteile 2, 2 ' als Flachglasscheiben ausgeführt sind, werden gegebenenfalls auch beide folienseitigen Oberflächen 3, 3' einer Oberflächenbehandlung (insbesondere wie oben beschrieben) unterzogen, sodass im Zuge des Laminationsprozesses das
Folienmaterial nicht direkt mit dem Glas eine Verbindung
eingeht, sondern mit der durch die Oberflächenbehandlung auf der
Oberfläche 3 gebildeten Schicht bzw. auf den Oberflächen 3,3' gebildeten Schichten.
Alternativ wird vor dem Zusammenbau des Moduls 1 die
folienseitige Oberfläche 3 einer Oberflächenbehandlung
(insbesondere wie oben beschrieben) unterzogen oder, falls beide Bauteile 2, 2' als Flachglasscheiben ausgeführt sind, werden gegebenenfalls auch beide folienseitigen Oberflächen 3, 3' einer Oberflächenbehandlung (insbesondere wie oben beschrieben) unterzogen, wodurch zumindest eine der folgenden Eigenschaften erreicht wird:
- verstärkte Haftung zwischen Flachglasscheibe bzw. Scheiben und Folienmaterial,
- verringerter Übertritt von Natriumionen aus dem Glas in das Folienmaterial und
- erhöhte Transmission von Licht im sichtbaren Spektralbereich durch die wenigstens eine Flachglasscheibe durch Anpassung der relativen Brechungsindices .
In einer anderen Alternative wird vor dem Zusammenbau des Moduls 1 die folienseitige Oberfläche 3 einer Oberflächenbehandlung unterzogen oder, falls beide Bauteile 2, 2' als
Flachglasscheiben ausgeführt sind, werden gegebenenfalls
auch beide folienseitigen Oberflächen 3, 3' einer
Oberflächenbehandlung mit Wasserglas unterzogen, wobei die
Oberflächenbehandlung folgende Verfahrensschritte umfasst:
- Die Oberflächen 3, 3', insbesondere die Oberflächen von
Flachglasscheiben, insbesondere von Flachglasscheiben aus Natron-Kalk-Glas, werden gereinigt,
- auf den Bauteilen 2, 2' wird eine wässerige Lösung von Kalium- Wasserglas in einer unterbrechungsfreien Schicht aufgetragen, indem die Bauteile 2, 2' mit einer wässerigen Lösung von
Kalium-Wasserglas besprüht wird,
- die auf den Bauteilen 2, 2' aufgetragene Schicht wird trocknen gelassen, wobei das Kalium-Wasserglas mit der Oberfläche des Gegenstandes reagiert,
- nicht gebundenes Kalium wird aus der Schicht mit Wasser ausgewaschen und
- die Bauteile 2, 2' werden zum thermischen Behandeln erwärmt und zum thermischen Härten wieder auf Raumtemperatur
abgeschreckt.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die vor dem Zusammenbau erfolgte Behandlung der Oberfläche mit Wasserglas vorgenommen wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die vor dem Zusammenbau erfolgte Behandlung der Oberfläche mit Kalium-Wasserglas vorgenommen wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass vor dem Zusammenbau eine Behandlung der Oberfläche mit Kalium-Wasserglas nach folgenden Verfahrensschritten erfolgt:
- Der Bauteil 2 oder 2', vorzugsweise eine Flachglasscheibe, insbesondere eine Flachglasscheibe aus Natron-Kalk-Glas, wird gereinigt,
- auf den Bauteil 2 oder 2' wird eine wässerige Lösung von
Kalium-Wasserglas in einer unterbrechungsfreien Schicht aufgetragen, indem der Bauteil 2 oder 2' mit einer wässerigen Lösung von Kalium-Wasserglas besprüht wird,
- die auf dem Bauteil 2 oder 2' aufgetragene Schicht wird
trocknen gelassen, wobei das Kalium-Wasserglas mit der
Oberfläche des Gegenstandes reagiert,
- nicht gebundenes Kalium wird aus der aufgetragenen Schicht mit Wasser ausgewaschen und
- der Bauteil 2 oder 2' wird zum thermischen Behandeln erwärmt und zum thermischen Härten wieder auf Raumtemperatur
abgeschreckt .
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Brechungsindex der durch die Oberflächenbehandlung auf der Oberfläche 3 und/oder 3' gebildeten Schicht zwischen dem Brechungsindex der Flachglasscheibe 2 und der Folie 4 bzw. den Folien 5 und/oder 5' liegt.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei der Behandlung der Oberfläche 3 und/oder 3' vor dem Zusammenbau eine Lösung zum Einsatz kommt, der wenigstens ein Farbstoff, insbesondere anorganischer Farbstoff, beigemengt ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei der Behandlung der Oberfläche 3 und/oder 3' vor dem Zusammenbau eine Lösung zum Einsatz kommt, der wenigstens ein fluoreszierender Stoff beigemengt ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei der Behandlung der Oberfläche 3 und/oder 3' vor dem Zusammenbau eine Lösung zum Einsatz kommt, der wenigstens ein leitfähig machender Stoff beigemengt ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei dem für die Behandlung der Oberfläche 3' (in Fig. 4 und 5 nach oben weisend) der hinteren Abdeckung vor dem Zusammenbau eine Lösung zum Einsatz kommt, der ein Farbstoff, beigemengt ist, der der hinteren Abdeckplatte erhöhtes Reflexionsvermögen verleiht .
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die lichteinfallseitige Oberfläche 7 (in Fig. 4 und 5 nach unten weisend) der vorderen Abdeckplatte mit verringerten
Reflexionseigenschaften im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts ausgestattet ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die lichteinfallseitige Oberfläche 7 und/oder die der
Laminierfolie zugewandte Oberfläche 3 der vorderen Abdeckplatte mit erhöhtem Reflexionsvermögen für infrarotes Licht
ausgestattet ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Folie 4 aus silikonbasiertem Kunststoff besteht bzw. gegebenenfalls beide Folien 5, 5' aus silikonbasiertem
Kunststoff bestehen.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Modul durch Einbau eines Photovoltaikelements als Bauteil 6 als Photovoltaik-Modul aufgebaut ist, und bei dem der der Sonne zugewandte plattenförmige Bauteil 2, der als vordere Abdeckplatte dient, aus einer Flachglasscheibe besteht während der der Sonne angewandte Bauteil 2', der als hintere
Abdeckplatte dient, aus einem von Glas verschiedenen Material, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff oder aus
Kunststoff, besteht.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass es durch Einbau eines Photovoltaik-Elements als Bauteil 6 als Photovoltaik-Modul aufgebaut ist und bei dem sowohl das der Sonne zugewandte plattenförmige Bauteil 2, der als vordere
Abdeckplatte dient, als auch der der Sonne angewandte Bauteil 2', der als hintere Abdeckplatte dient, aus einer
Flachglasscheibe besteht.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Oberfläche 3 und/oder 3' vor dem Zusammenbau mit einer Schicht oder mehreren Schichten mit lichtemittierender,
photovoltaischer oder elektrochromatischer Funktion oder mit einer Kombination aus mehreren der genannten Funktionen
ausgestattet ist.
Die in Fig. 4 und 5 gezeigten Module können auch wie nachstehend beschrieben aufgebaut sein:
Ein Photovoltaik-Modul, aufgebaut wie in Fig. 5 gezeigt, bei dem 6 ein Photovoltaikelement ist und 5, 5' Verbund gebende
Schichten aus Kunststoff, eventuell aus silikonbasiertem
Kunststoff, sind. Bauteil 2 ist eine oberflächenbehandelte
Flachglasscheibe, die auf ihrer Seite 3 durch die
Oberflächenbehandlung mit einer Schicht mit angepasstem
Brechungsindex, Barrierewirkung für Na+ und Haftungsverbesserung versehen ist. Die lichteinfallseitige Oberfläche 7 des Bauteils 2 kann mit verringerten Reflexionseigenschaften für Licht im sichtbaren Spektralbereich ausgestattet sein. Die
lichteinfallseitige Oberfläche 7 kann weiters mit erhöhtem
Reflexionsvermögen für IR-Strahlung ab llOOnm ausgestattet sein, um die Erwärmung des Moduls bei Lichteinfall zu vermindern
(Leistung bei hoher Temperatur verringert). 2' ist eine Platte aus von Glas verschiedenem Material, z.B. AI (leicht und
spiegelnd) oder Kunststoff.
Das zuvor beschriebene Modul 1 kann als Photovoltaik-Modul auch wie folgt beschrieben aufgebaut sein:
Das Photovoltaik-Modul besitzt den zuvor beschriebenen Aufbau, wobei der Bauteil 2' als Flachglasscheibe ausgeführt ist, die durch Behandlung der Oberfläche 3' mit erhöhter Reflexion ausgestattet ist. Dazu dient ein anorganischer Farbstoff.
Bei einem Photovoltaik-Modul mit dem Aufbau nach Fig. 4 ist die Oberfläche 3' mit einer photovoltaischen Schicht ausgestattet. Eine Verbund gebende Schicht 4 besteht aus Kunststoff, eventuell aus silikonbasiertem Kunststoff. Bauteil 2 ist eine
oberflächenbehandelte Flachglasscheibe, die durch die
Oberflächenbehandlung auf ihrer Seite 3 mit einer Schicht mit angepasstem Brechungsindex, Barrierewirkung für Na+ und
Haftungsverbesserung versehen ist. Die lichteinfallseitige
Oberfläche 7 des Bauteils 2 kann mit verminderten
Reflexionseigenschaften für Licht im sichtbaren Spektralbereich ausgestattet sein. Die lichteinfallseitige Oberfläche 7 kann weiters mit erhöhtem Reflexionsvermögen für IR-Strahlung
ausgestattet sein, um die Erwärmung des Photovoltaik-Moduls bei Lichteinfall zu vermindern (Leistung bei hoher Temperatur verringert) .
Möglich ist ein OLED-Modul mit dem Aufbau nach Fig. 4, bei der die Oberfläche 3' flächig mit einer organischen Leuchtdiode (organic light-emitting diode, OLED) belegt ist. Eine Verbund gebende Schicht 4 aus Kunststoff besteht eventuell aus
silikonbasiertem Kunststoff. Eine oberflächenbehandelte Flachglasscheibe 2 ist durch die Oberflächenbehandlung auf ihrer Seite 3 mit einer Schicht mit angepasstem Brechungsindex und Haftverbesserung versehen.
In Betracht gezogen ist auch ein OLED-Modul mit einem Aufbau nach Fig. 5, bei der der Bauteil 6 flächig mit einer organischen Leuchtdiode (organic light-emitting diode, OLED) belegt ist. Die Folien 5, 5' sind Verbund gebende Schichten aus Kunststoff, eventuell aus silikonbasiertem Kunststoff. Der Bauteil 2 ist eine oberflächenbehandelte Flachglasscheibe, die auf ihrer Seite 3 durch Oberflächenbehandlung mit einer Schicht mit angepasstem Brechungsindex und Haftverbesserung versehen ist.
Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Moduls in der Ausführungsform als Photovoltaik-Modul ist beispielhaft in Fig. 6 gezeigt, wobei die Abstände zwischen den Bestandteilen in der Praxis nicht gegeben sind und nur aus zeichnerischen Gründen dargestellt sind. Das Photovoltaik-Modul besitzt ein Photovoltaik-Element 15, auf dem (lichteinfallseitig) eine Silizium-Nitrid-Schicht 16 aufgetragen ist, auf der eine Folie 14 angelegt ist. Außen auf der Folie 14 ist als Vorderseiten-Abdeckung eine thermisch gehärtete Flachglasscheibe 11 aus Natron-Kalk-Glas, insbesondere in Form von Einscheiben-Sicherheitsglas ("ESG") , angeordnet. Die äußere Oberfläche der Glasscheibe 11 ist reflexionsvermindernd ausgebildet. Außerhalb des Rückkontaktes 17 des Photovoltaik- Elementes 16 ist eine Folie 18 angebracht, die zur
Lichtreflexion dient. An der Rückseite des Photovoltaik-Moduls ist im gezeigten Beispiel als rückseitige Abdeckung
(Rückseitenkaschierung) eine Scheibe 19, z.B. aus Natron-Kalk- Glas, vorgesehen, die eine Schicht 20 tragen kann, welche die Reflexionseigenschaften der Scheibe 19 erhöht. Die Abdeckung 19 kann aus Glas, aus Kunststoff oder aus Metall, z.B. Aluminium, bestehen. Diese Schicht 20 kann erhalten werden, indem Natron- Kalk-Glas mit Kalium-Wasserglas behandelt wird, dem ein weißer, anorganischer Farbstoff (z.B. Zinkoxid) zugesetzt ist.
Von Vorteil ist die Anpassung (Matching) der (optischen)
Eigenschaften zwischen der Scheibe aus Natron-Kalk-Glas und
Kunststoffschich , indem durch die Oberflächenbehandlung der Scheibe eine Schicht gebildet wird, deren Brechungsindex
zwischen dem Brechungsindex des Glases und dem Brechungsindex der Kunststoffschicht liegt.
Die Folie 14 und gegebenenfalls auch die Folie 18 dienen als Einbettungsmaterial und sind beispielsweise ein
silikonbasierender Kunststoff, wie z.B. ein thermoplastisch verarbeitbares Silikonelastomer, wie das unter dem Markennamen Tectosil (www.wacker.com) erhältliche Elastomer, ein
silikonbasierter Kunststoff oder ein Silikon. An Stelle von Folien als Einbettungsmaterial kann auch ein flüssiges Silikon als Einbettungsmaterial verwendet werden. Im Vergleich zu EVA oder PVB ergeben die silikonbasierten Einbettungs- oder
Hüllmaterialien einen niedrigeren Brechungsindex als das Natron- Kalk-Glas, das sich bei Photovoltaik-Elementen bewährt hat. Beim Zusammenfügen vom Natron-Kalk-Glas als Abdeckung 11 und einer Folie 14 aus Silikonelastomer (z.B. Tectosil) ist es vorteilhaft, einerseits die Differenz den optischen
Eigenschaften anzupassen (Brechungsindices) , und eine Barriere gegen das Auswandern, insbesondere von positivem Natrium-Ionen und anderen leichten Ionen aus dem Glas (Abdeckung 11) in die Folie 14 (Tectosil, Silikon) zu erreichen, da Ionen, wie
Natrium-Ionen, das optische Verhalten an der Grenzfläche negativ beeinflussen (die opt. Reflexion nimmt zu). Weiters könnte die Langzeitstabilität (elektrische und mechanische Stabilität) der Glas/Folie (Encapsulant ) -Grenzfläche des Photovoltaik-Moduls beinträchtigt werden.
Dies gelingt durch Verwenden von entsprechend behandeltem Glas, beispielsweise Natron-Kalk-Glas, das wie folgt behandelt worden ist :
Flachglas, das im Rahmen der Erfindung als dem Licht zugewendete Vorderseiten-Abdeckung 11 verwendet werden kann, kann wie folgt erhalten werden:
Zunächst wird das Glas, vorzugsweise Flachglas aus Natron-Kalk- Glas, beispielsweise in einer Kammer, mit einem Wasserglas-
Sprühnebel besprüht. Verwendet wird insbesondere eine wässerige Lösung von Kalium-Wasserglas. Vor dem Aufsprühen kann das Glas auf 30° C vorgewärmt werden, damit sich nicht Wasser aus der Luft auf dem Glas niederschlägt.
Vor der Vorbehandlung wird das Glas heiß gewaschen und mit regeneriertem Wasser gespült.
Mit Vorteil wird die Glasoberfläche vor dem Härten und vor dem Aufsprühen des Kalium-Wasserglas-Gemisches so konditioniert, dass die Oberfläche des Glases hydrophil wird. Dies ist für die Homogenität des Wasserglasauftrages auf der Glasoberfläche von vorteilhafter Bedeutung (gutes Benetzen der Glasoberfläche durch die Lösung von Kalium-Wasserglas) . Nach dem Auftragen der Lösung von Kalium-Wasserglas und nach dem Trocknen des Auftrages (also nach dem Reagieren) kann nicht gebundenes Kalium mit Wasser bei Raumtemperatur (oder mit Essigsäure) ausgewaschen werden, um das Ausblühen der Oberfläche wegen der Reaktion von Kaliumoxid mit Kohlendioxid der Luft zu vermeiden.
Der Sprühnebel enthält in erster Linie eine stark verdünnte Lösung von Kalium-Wasserglas in Wasser. Vorzugsweise wird das Glas durch den Sprühnebel, der aus Düsen austritt, hindurch bewegt .
Der Sprühnebel schlägt sich auf der Flachglasscheibe nieder und erzeugt dort eine in sich geschlossene Fläche, bestehend aus der Lösung von Kalium-Wasserglas in Wasser. Die Lösung von Kalium- Wasserglas bildet auf dem Glas auf einer oder auf beiden Seiten desselben einen einheitlichen Film.
Als nächster Schritt wird der Film enthaltend Kalium-Wasserglas trocknen gelassen, wobei das Kalium-Wasserglas mit dem Glas reagiert. In einem nachfolgenden Waschvorgang wird nicht an Glas gebundenes Kalium ausgewaschen.
Im Anschluss daran wird das Glas, wie dies für thermisches
Härten üblich ist, aufgewärmt und abgeschreckt, wobei die zuvor
gebundene Schicht aufsintert und ein kontinuierlicher Übergang vom Glaskern zur äußeren Schicht aus Kalium-Wasserglas entsteht.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil von wie beschrieben mit
Kalium-Wasserglas behandeltem Natron-Kalk-Glas ist, dass das Glas an den als Einbettungsmaterial verwendeten Silikonen (z.B. Tectosil-Folie) besser haftet, so dass eine innige Verbindung zwischen Glas als Abdeckung und Silikon als Einbettungsmaterial gegeben ist. Diese innige Verbindung zwischen dem
Einbettungsmaterial und der als Vorderseiten-Abdeckung
vorgesehenen Glasscheibe 11, verbessert u.a. wegen der
verringerten Reflexion den Lichtzutritt zur Photovoltaik-Zelle 15.
Die' Dicke der durch Oberflächenbehandlung auf der Glasoberfläche gebildeten Schicht liegt unter 200 nm, so dass eine glatte
Oberfläche ohne Streuzentren für sichtbares Licht vorliegt.
So wird (dünnes) in seinen optischen Eigenschaften behandeltes und thermisch gehärtetes, also veredeltes, Glas erhalten, das für das erfindungsgemäße Modul in Form eines Photovoltaik-Moduls verwendet werden kann.
Für die Oberflächenbehandlung der äußeren Flächen (7, 7' in Fig. 4 und 5) und die der inneren Flächen (3, 3' in Fig. 4 und 5) kann grundsätzlich das weiter oben beschriebene Verfahren angewendet werden.
In Betracht gezogen ist es, das Verfahren an das gewünschte Ergebnis (insbesondere Änderung der Reflexionseigenschaften und Änderung der Brechungsindices) durch Wahl der
Verfahrensparameter und Einstellen des Behandlungsmittels anzupassen .
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wiedergegeben:
Beispiel :
Bei diesem Beispiel wird 2,1 mm dickes Weißglas mit Abmessungen 550 x 360 mm mit einer wässerigen Lösung von Kalium-Wasserglas behandelt .
Die Vorgangsweise ist wie folgt:
Das Glas wird in einer Waschmaschine mit ca. 40° C heißem Wasser gewaschen. Im Anschluss daran wird die Glasoberfläche mit einer Flamme behandelt. Dann wird eine Glasoberfläche mit einer wässerigen Kalium-Wasserglaslösung behandelt. Nach dem Behandeln wird gewartet, bis das Behandlungsmaterial mit dem Glas im
Bereich von dessen Oberfläche reagiert hat, was etwa 10 bis 15 Minuten in Anspruch nimmt.
Die zum Behandeln verwendete Lösung hatte folgende
Zusammensetzung: 96-97 Gew.-% Wasser und 3-4 Gew.-%
Feststoffanteile (Si02, K20, ...), wobei der Kaliumgehalt der Flüssigkeit kleiner 1 Gew.-% ist und im Behandlungsmaterial ein Feststoffanteil von 3,4 Gew.-% vorliegt.
Im Anschluss daran wird das Glas erneut mit 40° C heißem Wasser abgespült .
Im Anschluss daran wird das Glas einem thermischen Härten unterworfen, wobei nach einer üblichen Verfahrensweise
gearbeitet wird.
Danach wird ein Photovoltaik-Modul mit dem behandelten Glas mit folgendem Aufbau angefertigt:
- Frontglas aus wie zuvor beschrieben behandeltem Glas, wobei die behandelte Glasoberfläche zur Modulinnenseite
(Einbettungsmaterial) zeigt,
- Tectosil Einbettungsfolie,
- Photovoltaik-Zelle,
- Tectosil Einbettungsfolie,
- Rückglas 2mm thermisch behandelt.
Als Referenzmodul wurde ein gleichwertiges Modul wie zuvor beschrieben, jedoch mit nicht behandeltem Frontglas, gebaut.
Durch die Messung der elektrischen Leistung bei Bestrahlung mit einer Lichtquelle der beiden Modulaufbauten konnte bei dem Modul mit behandeltem Frontglas ein Mehrertrag von 1 % festgestellt werden.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden.
Ein Modul, beispielsweise ein Photovoltaik-Modul , umfasst unter anderem als vordere, dem Lichteinfall zugekehrte Abdeckung eine Glasplatte 11, ein Bauteil ( Photovoltaik-Element ) 15 und eine als Einbettungsmaterial vorgesehene Kunststoffschicht 14, wobei die Glasplatte 11 auf der der Kunststoffschicht 14 zugewandten Seite oberflächlich behandelt ist, sodass der Brechungsindex der durch die Oberflächenbehandlung entstandenen Schicht zwischen dem Brechungsindex des Glases der Abdeckung 11 und dem
Brechungsindex des Kunststoffmaterials der Schicht 14 liegt.