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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer blendreduzierenden Beschichtung auf einem Substrat, insbesondere auf einem Solarglas und/oder auf einer Solarfolie, wobei eine strukturierte Beschichtung zum Brechen und/oder zum Streuen von einfallendem Licht auf das Substrat aufgebracht wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Solarglas mit einer solchen Beschichtung mit einer unregelmäßigen Mikrostruktur, eine Solarzelle und/oder ein Solarmodul, wobei die Solarzelle und/oder das Solarmodul ein Solarglas aufweisen, sowie eine Solaranlage mit mehreren Solarzellen und/oder mehreren Solarmodulen.
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Insbesondere für Photovoltaikzellen, welche auch Solarzellen genannt werden, ist es notwendig, eine entsprechende zumeist gläserne Oberfläche blendreduzierend auszugestalten, also eine Reflexion von einfallendem Licht insbesondere zu vermindern oder zu vermeiden, sodass eine möglichst große Solarausbeute oder ein großer Leistungsertrag mit der Solarzelle erzielbar ist. Weiterhin wird damit ein für beispielsweise Betrachter unangenehmes Reflexionsverhalten und/oder baurechtlich relevante Reflexionen vermieden.
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Bekannte Substrate, insbesondere Solargläser und/oder Solarfolien, werden dabei beispielsweise aus einer Matrize oder im Walzverfahren mit einem gleichmäßigen mikrostrukturierten Muster gepresst, sodass diese gleichmäßig strukturierte Fläche ein deutlich reduziertes Abstrahlverhalten gegenüber reflektierter Strahlung um mindestens einer bis zu drei Größenordnungen aufweist. Solche Mikrostrukturen werden von einem Master, also der Matrize oder entsprechenden Walzen abgeformt oder sind als natürliche regelmäßige oder unregelmäßige Mikrostrukturen in Floatglas vorhanden und werden, insbesondere als Folie oder als Walzglas ausgestaltet, sodann mit einem Frontglas oder einer anderen Abdeckung von Photovoltaikmodulen gebondet, also verklebt oder verbunden. Ebenso sind geätzte Gläser bekannt, die als Solarglas eingesetzt werden können. Diese Verfahren sind jedoch häufig aufwändig und erfordern teilweise spezifische Werkzeuge sowie zumeist mehrere Produktionsschritte. Zudem sind die erzielbaren Oberflächenstrukturierungen vergleichsweise grob, beispielsweise mit Strukturierungen in Größenordnungen von Millimetern oder mindestens einigen 100µm.
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Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Aufbringen einer blendreduzierenden Beschichtung auf einem Substrat, insbesondere auf einem Solarglas und/oder auf einer Solarfolie, wobei eine strukturierte Beschichtung zum Brechen und/oder zum Streuen von einfallendem Licht auf das Substrat aufgebracht wird, mit folgenden Schritten:
- - Bereitstellen des Substrats, sodass das Substrat zum Aufbringen der Beschichtung vorliegt,
- - Auftragen einer Beschichtungsflüssigkeit auf das Substrat, sodass eine flüssige Rohschicht auf dem Substrat erzeugt ist,
- - Vorhärten einer Oberfläche der Beschichtungsflüssigkeit mittels auf die Oberfläche eingestrahlter Vorhärtestrahlung, sodass die Oberfläche vorgehärtet und eine zwischen der Oberfläche und dem Substrat angeordnete Tragschicht weiterhin flüssig und/oder zumindest lediglich geliert ist und die Oberfläche durch das Einstrahlen der Vorhärtestrahlung eine zufällige Mikrostrukturierung ausbildet,
- - Aushärten der Oberfläche und der Tragschicht mittels auf die vorher flüssigen Rohschicht eingestrahlter Aushärtestrahlung, sodass die Beschichtung aus der ausgehärteten Oberfläche und der ausgehärteten Tragschicht mittels der Beschichtungsflüssigkeit aus der Rohschicht gebildet ist,
sodass eine blendreduzierende Beschichtung auf dem Substrat aufgebracht ist.
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Damit wird insbesondere ein kontinuierliches, einfaches und aufwandsoptimiertes Aufbringen einer entsprechenden Beschichtung auf das Substrat ermöglicht, zudem werden keine aufwändigen und teuren Werkzeuge benötigt. Insbesondere kann auf entsprechende Matrizen oder auch strukturierte Walzen verzichtet werden.
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Folgende Begriffe seien in diesem Zusammenhang erläutert:
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Ein „Verfahren zum Aufbringen einer blendreduzierenden Beschichtung“ ist ein technisches Verfahren, welches mit entsprechenden Schritten sicherstellt, dass eine „blendreduzierende Beschichtung“, also eine Beschichtung, welche das Reflexionsverhalten zum Erhöhen der Einstrahlung und/oder Reduzieren der Rückstrahlung positiv verbessert, genutzt wird. Neben einer Reduktion der eigentlichen Reflexion kann dabei auch das gezielte Streuen und/oder Ablenken von Licht die Rückstrahlung reduzieren, indem beispielsweise der Winkel ausfallenden Lichts verteilt oder verändert wird. Als Maß für eine Reduzierung der Blendung sei hier beispielsweise eine Referenz von maximal 100.000 cd/m2, maximal 50.000 cd/m2 oder auch maximal 25.000 cd/m2 oder maximal 10.000 cd/m2, abhängig von den jeweiligen Anforderungen und auch abhängig von jeweiligen Winkeln zur Senkrechten, genannt. Dabei wird die entsprechende blendreduzierende Beschichtung auf einem „Substrat“, also beispielsweise auf einer Solarfolie, einem Solarglas oder einem anderen Träger, insbesondere durchsichtigen oder teildurchsichtigen Träger, aufgebracht, sodass das entsprechende Substrat sodann zum Erzeugen eines Solarmoduls genutzt werden kann. Dabei kann das Substrat auch mittels einer Solarzelle selbst gebildet sein, also ein Beschichten der beispielsweise aus Silizium gebildeten Solarzelle direkt erfolgen, sofern beispielsweise das zusätzliche Gewicht eines Solarglases vermieden werden soll. Es sei hierzu erwähnt, dass das die Begriffe „Solarfolie“ und „Solarglas“ hierbei zum einen eine beispielsweise aus einem Kunststoff erzeugte Folie und zum anderen ein entsprechend aufbereitetes Glas zum Zwecke der Verwendung in einer Solaranwendung bezeichnen können, jedoch allgemein Synonym für eine die Solarzelle abdeckende und/oder schützende, insbesondere transluzente Schicht sind. Damit ist das erfindungsgemäße Verfahren allgemein dazu geeignet, entsprechende transluzente Schichten zum Abdecken und/oder Schützen von Solarzellen mit einer entsprechenden blendreduzierenden Beschichtung zu versehen.
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Eine „Solarzelle“ bezeichnet hierbei üblicherweise einen für die Photovoltaik aus Silizium erzeugten Wafer, welcher mittels anschlusskontakten zum Erzeugen von Strom eingerichtet ist. Ein „Solarmodul“ hingegen beschreibt einsetzbare und anwendbare, beispielsweise mit einem Rahmen robust gestaltete Einheiten, in denen eine Solarzelle oder mehrere Solarzellen verbaut und elektrisch kontaktiert sind. Ein solches Solarmodul kann dazu beispielsweise auch weitere elektrische Anschlüsse und/oder Schaltgeräte aufweisen, beispielsweise ein Einspeisen von elektrischer Leistung in ein Stromnetz zu ermöglichen.
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Eine „strukturierte Beschichtung“ beschreibt dabei eine Beschichtung, welche insbesondere in Dickenrichtung entsprechende Erhöhungen und Vertiefungen aufweist, sodass eine physische Struktur in der Beschichtung eingebracht ist, welche insbesondere dazu geeignet ist, einfallendes Licht zu brechen oder zu streuen. „Einfallendes Licht“ beschreibt in diesem Zusammenhang beispielsweise Sonnenlicht, welches auf das Solarglas und/oder auf die Solarfolie auftrifft und sodann nach dem Brechen und/oder Streuen entsprechend einfallenden Lichts für eine hinter dem Solarglas oder hinter der Solarfolie angeordnete Solarzelle nutzbar ist. Ein „Brechen“ des einfallenden Lichts beschreibt dabei das Ablenken oder Umlenken des einfallenden Lichts insbesondere an Übergangsbereichen zwischen unterschiedlichen Materialien, beispielsweise aus einer Umgebung in die Solarfolie, wobei ein „Streuen“ ein diffuses und/oder insbesondere ungeordnetes Umlenken und/oder Ablenken von einfallendem Licht beschreibt.
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Das „Bereitstellen“ des Substrats beschreibt dabei das beispielsweise in einem Prozess erfolgende Einbringen des Substrates in eine entsprechende Anlage oder auf einen entsprechenden Arbeitsplatz, sodass das Substrat in einer entsprechenden Position zum Aufbringen der Beschichtung vorliegt. Insbesondere wird das Substrat dabei beispielsweise waagerecht angeordnet, sodass eine Beschichtung entsprechend entlang einer Gravitationsrichtung aufgebracht werden kann.
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Das „Auftragen“ beschreibt das physische Aufbringen einer „Beschichtungsflüssigkeit“ auf das Substrat, wobei eine Beschichtungsflüssigkeit dabei eine Flüssigkeit beispielsweise mit einer Viskosität analog Wasser oder Lack, aber ebenso auch eine gelartige Masse beschreiben kann. „Flüssigkeit“ steht hierbei synonym für Viskosemedien unterschiedlicher Viskositäten, welche fließfähig oder verformungsfähig sind, insbesondere mit einer Viskosität unterhalb von beispielsweise 100.000 mPas. Gemeinsam ist diesen möglichen Beschichtungsflüssigkeiten, dass diese fließfähig oder streichfähig sind. Im Ergebnis ist dann eine „flüssige Rohschicht“, also eine Schicht aus der Beschichtungsflüssigkeit beispielsweise analog einer Lackschicht auf dem Substrat, erzeugt.
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Weiterhin sei erwähnt, dass vor dem Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit oder mit dem Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit eine Erhöhung der Haftkraft auf dem Substrat erreicht werden kann, indem beispielsweise durch das Auftragen eines Primers, durch das chemische oder physikalische Aktivieren der Oberfläche des Substrates und/oder durch ein Anpassen, Verändern oder Ausstatten der Beschichtungsflüssigkeit mit haftungserhöhenden Bestandteilen die Haftkraft vorab oder während des Auftragens erhöht wird. Sofern ein Primer verwendet wird, kann dieser Primer auch einem eigenen Härtevorgang unterzogen werden, bevor ein Auftrag der Beschichtungsflüssigkeit durchgeführt wird.
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Ein „Vorhärten“ beschreibt das teilweise Härten, also chemische und/oder physikalische Umwandeln, der Beschichtungsflüssigkeit derart, dass die Viskosität stark heraufgesetzt und beispielsweise in Richtung eines Feststoffes umgewandelt wird. Dabei erfolgt das Vorhärten einer „Oberfläche“, also einer dem Substrat abgewandten und einer Umgebung zugewandten Teilmenge der Beschichtungsflüssigkeit. Dieses Vorhärten erfolgt dabei mittels „eingestrahlter Vorhärtestrahlung“, also mit einer entsprechend energetischen, elektromagnetischen Strahlung, welche dazu geeignet und eingesetzt ist, das Vorhärten durchzuführen. Eine solche Vorhärtestrahlung kann dabei aus unterschiedlichen Spektralbereichen des elektromagnetischen Spektrums gewählt sein und beispielsweise auch sichtbares Licht umfassen. Im Ergebnis ist dann die Oberfläche vorgehärtet, also in einen höheren Viskositätszustand, insbesondere einen festen Zustand, überführt. Im Gegensatz zur Oberfläche verbleibt eine „Tragschicht“, welche zwischen der Oberfläche und dem Substrat angeordnet ist, weiterhin flüssig und/oder zumindest lediglich geliert, wobei „flüssig“ hierbei eine zumindest niedrigere Viskosität als die Oberfläche beschreibt. „Geliert“ beschreibt hierbei einen Übergang von einem technisch flüssigen Zustand hin zu einem Gel-artigen und/oder festen Zustand.
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Es hat sich hierbei überraschend gezeigt, dass die Oberfläche bei der Auswahl einer entsprechenden Beschichtungsflüssigkeit durch das Einstrahlen der Vorhärtestrahlung eine „zufällige Mikrostrukturierung“, also eine zufällige und insbesondere unregelmäßige Anzahl von Erhebungen und Absenkungen insbesondere im mikroskopischen Bereich ausbildet, sodass eine entsprechende strukturierte Oberfläche mit der zufälligen Mikrostrukturierung vorbereitet ist. Hierzu sei erwähnt, dass eine so erzeugte typische Mikrostrukturierung beispielsweise ein Aspektverhältnis von 0,1 bis 0,4 aufweist, wobei beispielsweise eine Frequenz von etwa 6 Schwingungen je 200 µm mit entsprechend unregelmäßigen Abweichungen entsteht. Damit kann eine Strukturierung im Bereich von 5µm bis 50µm, beispielsweise etwa 25µm oder auch etwa 35µm erzeugt werden. Die Amplitude entsprechender Mikrostrukturierungen kann hierbei beispielsweise 1µm bis 5µm betragen. Im Ergebnis entsteht eine feine und fein strukturierte Beschichtung mit deutlicher Blendreduzierung.
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Es erfolgt dann ein „Aushärten“ der Oberfläche und der Tragschicht, wobei das Aushärten ein Überführen der Oberfläche und der Tragschicht hin zu einem Feststoff oder einem derart weit gelierten viskosen Medium beschreibt, dass ein Abfließen und/oder Verändern der Oberfläche und der Tragschicht verhindert ist und ein dauerhafter Zustand eingestellt ist. Das Aushärten der vorher flüssigen Rohschicht erfolgt dabei mittels „eingestrahlter Aushärtestrahlung“, also einer analog zur eingestrahlten Vorhärtestrahlung jeweils spezifischen ausgewählten elektromagnetischen Strahlung, sodass die Beschichtung aus der ausgehärteten Oberfläche und der ausgehärteten Tragschicht mittels der Beschichtungsflüssigkeit aus der Rohschicht gebildet ist.
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Im Ergebnis ist dann eine blendreduzierende Beschichtung durch das Erzeugen und Fixieren, insbesondere Aushärten, der zufälligen Mikrostrukturierung auf dem Substrat aufgebracht.
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Um das Verfahren besonders zuverlässig und technisch möglichst einfach durchzuführen, erfolgt das Auftragen einer mit ultravioletter Strahlung erhärtbaren Beschichtungsflüssigkeit, insbesondere aufweisend ein Acrylat, einen Acrylat-Rest, einen Epoxy-Rest, ein Aryl, ein Vinyl und/oder einen Vinyl-Rest, sodass das Vorhärten und/oder das Aushärten insbesondere mittels ultravioletter Strahlung erfolgt und/oder das Vorhärten und/oder das Aushärten mittels einer Excimerstrahlung und/oder mittels einer Elektronenstrahlung und/oder mittels einer Infrarotstrahlung erfolgt. Hierzu sind insbesondere Monomere oder Oligomere mit ungesättigten Verbindungen zweckmäßig. Zudem kann die entsprechende Beschichtungsflüssigkeit Zuschlagstoffe aufweisen, welche beispielsweise dem Einstellen gewünschter Eigenschaften der Beschichtungsflüssigkeit oder der blendreduzierenden Beschichtung dienen.
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„Ultraviolette Strahlung" beschreibt dabei insbesondere einen für das menschliche Auge unsichtbaren Wellenlängenbereich der elektromagnetischen Strahlung, wobei der ultraviolette Bereich des elektromagnetischen Spektrums von etwa 380 nm bis etwa 100 nm beschrieben wird, wobei entsprechende Grenzbereiche hier verschwimmen können. Es hat sich hierbei gezeigt, dass insbesondere Acrylate und/oder oligomere Acrylate durch ultraviolette Strahlung vorhärtbar und/oder aushärtbar sind. Es kann dabei das Vorhärten und/oder das Aushärten auch mittels einer „Excimerstrahlung“ erfolgen, wobei eine solche Excimerstrahlung mittels eines Excimers, Akronym für „Excited Dimer“, erzeugt wird. Genutzt wird diese Technologie beispielsweise in Excimerlasern, in denen kurzlebige Teilchen in einem angeregten Zustand entsprechend Licht aussenden, wobei insbesondere hier Licht einer besonderen Wellenlänge erzeugt wird. Beispielsweise kann mittels eines Xenon-Excirad-Strahlers Licht mit 172 nm Wellenlänge erzeugt werden, welches zum Vorhärten anwendbar ist.
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Eine „Elektronenstrahlung“ beschreibt ein technisch erzeugtes Strahlenbündel aus Elektronen, wobei bei entsprechender Wahl von Beschichtungsflüssigkeiten auch Elektronenstrahlung zum Vorhärten und/oder Aushärten genutzt werden kann.
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In einer Ausführungsform weist die Vorhärtestrahlung und/oder die Aushärtestrahlung eine Wellenlänge von 100 nm bis 300 nm, insbesondere 150 nm bis 250 nm, insbesondere 172 nm und/oder 222 nm, auf.
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Um eine entsprechende, für Photovoltaikmodule nutzbare strukturierte Beschichtung zu erzeugen, erfolgt das Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit mit einer Schichtdicke von 5 µm bis 100 µm, insbesondere 25 µm bis 75 µm, und/oder mittels eines Walzenauftrages, mittels eines Sprühauftrags, mittels eines Siebdrucks, mittels eines Spritzens durch eine Schlitzdüse und/oder mittels eines Rakelauftrags.
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Entsprechende Schichtdicken stellen den oben beschriebenen Effekt des Erzeugens einer zufälligen Mikrostruktur besonders zuverlässig sicher. Ein „Walzenauftrag“ beschreibt hierbei das Auftragen beispielsweise mittels einer zylindrischen Walze, sodass beispielsweise im Durchlaufverfahren das Substrat mit der Beschichtungsflüssigkeit zuverlässig in einer entsprechenden Schichtstärke beschichtet werden kann. Analog dazu können beispielsweise bekannte Verfahren für die Beschichtung von Substraten verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Vorhärten in einer Umgebungsatmosphäre, wobei mittels eines Einstellens einer Einstrahldauer und/oder einer Wellenlänge der Vorhärtestrahlung die insbesondere temporäre Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit und/oder eine Frequenz einer Mikrofaltung der zufälligen Mikrostrukturierung der Oberfläche eingestellt wird. Ebenso können andere Parameter, beispielsweise eine Schichtdicke, eine Auswahl der Beschichtungsflüssigkeit, eine Anpassung der Strahlungsintensität der Vorhärtestrahlung und/oder der Aushärtestrahlung, variiert werden, um die blendreduzierende Beschichtung entsprechend einzustellen.
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Das Vorhärten in Umgebungsatmosphäre hat sich als besonders zuverlässig zum Erzeugen der zufälligen Mikrostrukturierung herausgestellt, wobei eine „Einstrahldauer“, also eine entsprechende Zeit der Bestrahlung, und/oder die Auswahl einer entsprechenden Wellenlänge der Vorhärtestrahlung genutzt werden kann, um die zufällige Mikrostrukturierung wie gewünscht zu gestalten. Dabei wird eine „temporäre Viskosität“, also eine während des Prozesses sich einstellende Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit, entsprechend gestaltet und/oder eine „Frequenz der Mikrofaltung“, also beispielsweise eine Anzahl von Aufwürfen und Tälern der Oberfläche innerhalb eines bestimmten Bemessungsbereiches, beispielsweise einer festgelegten Messstrecke.
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Insbesondere kann das Aushärten unter einer gegenüber der Umgebungsatmosphäre erhöhte Stickstoffanteile oder einen reduzierten Sauerstoffanteil aufweisenden Schutzatmosphäre erfolgen. Hierzu kann eine Atmosphäre mit einem erhöhten Anteil an Stickstoff oder einen anderen reaktionsträgen oder inerten Gas genutzt werden, insbesondere um Sauerstoff zu verdrängen.
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Dabei werden beispielsweise entsprechende schädliche Einflüsse durch die Schutzatmosphäre ferngehalten, wobei sich Stickstoff als besonders zuverlässig herausgestellt hat.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Säubern, Reinigen und/oder Vorbreiten des Substrates ebenfalls mit einer Excimerstrahlung erfolgen, insbesondere in einer Atmosphäre aus Umgebungsluft. Hierbei kann ein bereitgestellter oder sogar erhöhter Sauerstoffanteil dazu beitragen, das Reinigen, Säubern und/oder Vorbereiten zu verbessern.
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In einer Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der blendreduzierenden Beschichtung mittels eines Direktauftrages auf einer Solarzelle, einem Solarglas und/oder einem Solarmodul oder einem Produkt oder transluzentem Bauteil, welches Solarzellen und/oder Solarmodule einfasst, abdeckt und/oder schützt. Als Beispiel für Anwendungen, jeweils mit Photovoltaikelementen, seien hier genannt: Dächer von Automobilen, Häuserfassaden, elektronische Geräte zur Handbedienung, Tachometer von Fahrrädern, mobile Energiespeicher mit Solarstromversorgung und/oder mobile Datenverarbeitungsgeräte. Als Beispiels einer direkt beschichteten Solarzelle sei eine gewichtsoptimierte Solarzelle für eine Raumfahrtanwendung genannt.
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Ein solcher „Direktauftrag“ bezeichnet das direkte Auftragen der Beschichtungsflüssigkeit auf eine Solarzelle, ein Substrat, das Solarglas, die Solarfolie und/oder auf das Solarmodul, womit entsprechende Zwischenschritte für einen Transfer oder ein Bonden eines die Mikrostrukturierung tragenden Beschichtungselementes entfallen können. Hierbei kann das Substrat, insbesondere das Solarglas, die Solarfolie und/oder das Solarmodul beispielsweise schon mit einem Primer vorbehandelt sein.
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In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Substrat, insbesondere ein Solarglas oder eine Solarfolie mit einer Beschichtung mit einer unregelmäßigen Mikrostruktur, wobei die Beschichtung mit einem Verfahren gemäß der vorig beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist.
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Ein „Solarglas“, welches insbesondere ein Abdeckglas eines Photovoltaikmoduls bilden kann, ist dabei beispielsweise aus entsprechenden für Photovoltaikmodule nutzbaren Gläsern hergestellt, wobei Solarglas hier auf das Hindurchlassen bestimmten für den Solarertrag notwendigen Wellenlängenbereiche oder bezüglich einer anderen optischen Eigenschaft optimiert ist. Eine „Solarfolie“ ist, wie oben beschrieben, hierbei eine beispielsweise aus einem Kunststoff erzeugte, biegsame und/oder formbare Abdeckung, welche zumeist flächig und im Vergleich zu einer Flächenausdehnung dünn ausgebildet ist. Solarglas oder Solarfolie kann auch bezüglich einer mechanischen Festigkeit, aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten oder bezüglich einer Resistenz gegen Abrasion optimiert sein.
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In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Solarzelle und/oder ein Solarmodul, wobei die Solarzelle und/oder das Solarmodul ein Solarglas und/oder eine Solarfolie gemäß der vorig beschriebenen Ausführung und/oder die Solarzelle eine erfindungsgemäße blendreduzierende Beschichtung aufweist oder aufweisen.
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In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Solaranlage mit mehreren Solarzellen und/oder mehreren Solarmodulen gemäß vorig beschriebener Ausgestaltung. Eine solche Solaranlage kann die erfindungsgemäße Mikrostrukturierung, insbesondere die erfindungsgemäße blendreduzierende Beschichtung mit der zufälligen Mikrostrukturierung, dazu nutzen, besonders hohe Solarerträge zu erzeugen.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
- 1 ein Beschichtungsverfahren zum Beschichten eines Substrates für Solaranwendungen,
- 2 einen Flächenscan einer strukturierten Oberfläche der Beschichtung der 1 mit einem Diagramm,
- 3 ein Diagramm mit einer Funktion zur Rückstrahlung von einstrahlendem Licht auf die Beschichtung der 1, sowie
- 4 ein PV-Element mit einer Abdeckung aufweisend eine Beschichtung mit einer Strukturierung.
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Ein Beschichtungsverfahren 101 dient dem Beschichten eines Substrates 103. Das Substrat 103 kann dabei eine dünne Glasschicht sein, ebenso kann das Substrat 103 durch eine Folie oder durch eine andere, geeignete und insbesondere transluzente Fläche gebildet sein. Im hier beschriebenen Beispiel sei ein Substrat aus einem dünnen Solarglas angenommen. Ein solches Solarglas weist eine besonders hohe Durchlässigkeit für Lichtwellenlängen auf, welche von einer Solarzelle in elektrischen Strom umgewandelt werden können.
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Mittels einer Walze 105 wird in einem Auftragsbereich 106 eine Beschichtungsflüssigkeit 131 auf das Substrat 103 mit einer definierten Schichtstärke aufgewalzt. Die Schichtstärke beträgt dabei etwa 25 µm. Die Beschichtungsflüssigkeit 131 ist dabei ein Acrylat und weist eine lackartige Viskosität auf. Es sei hierzu erwähnt, dass das Substrat 103 entlang einer Förderbewegung 181 im Durchlaufverfahren bewegt wird, also auch unter der Walze 105 hindurchgeführt wird. In einem dem Auftragsbereich entlang der Förderbewegung anschließenden Vorbehandlungsbereich 107 kann dann ein Vorbehandeln und/oder Ablüften der Beschichtungsflüssigkeit 131 erfolgen. Ebenso kann beispielsweise ein gezieltes Belüften, Glätten und/oder Konditionieren der Beschichtungsflüssigkeit 131 in diesem Vorbehandlungsbereich 107 erfolgen.
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In diesem Vorbehandlungsbereich 107 ist die Beschichtungsflüssigkeit 131 als Flüssigschicht 133 auf dem Substrat 103 angeordnet. Entlang der Förderbewegung 181 anschließend durchläuft das Substrat 103 mit der Flüssigschicht 133 sodann eine Oberflächenhärtezone 123, in der mittels einer Oberflächenhärtung 109 Strahlung auf die Flüssigschicht 133 eingebracht wird. Es handelt sich hierbei um Excimerstrahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm. Innerhalb eines zwischen der Oberflächenhärtung 109 und der Flüssigschicht 133 befindlichen Vorhärtevolumens 153 kann eine entsprechende Atmosphäre, beispielsweise mittels gereinigter Luft, eingestellt werden. Die Flüssigschicht 133 bildet dann eine Oberfläche 135 sowie eine Tragschicht 137 aus, wobei die Oberfläche 135 in Richtung der Oberflächenhärtung 109 ausgerichtet ist, wohingegen die Tragschicht 137 den Kontakt in Richtung des Substrates 103 bildet. Dabei ist die Tragschicht 137 weiterhin flüssig, also ähnlich der Flüssigschicht 133 ausgebildet, wohingegen die Oberfläche 135 eine beginnende Härtung durch die Excimerstrahlung durch die Oberflächenhärtung 109 durchläuft. Dabei bildet die Oberfläche 135 eine zufällige Mikrostrukturierung aus, welche durch die Oberflächenhärtung 109 in ihrer Geometrie vorfixiert, beispielsweise geliert, wird und auf der Tragschicht 137 schwimmend aufgenommen ist. Wird sodann das Substrat 103 entlang der Förderbewegung 181 in eine Durchhärtezone 125 weitergefördert, so werden die Oberfläche 135 und die Tragschicht 137 mittels einer Durchhärtung 111 bestrahlt, wobei ein zwischen der Durchhärtung 111 und dem Substrat 103 angeordnetes Durchhärtevolumen beispielsweise mit einer Stickstoffatmosphäre ausgestattet sein kann, um beispielsweise Luftsauerstoff von der Oberfläche 135 fernzuhalten. In diesem Bereich wird die Oberfläche 135 sowie die Tragschicht 137 zur Fertigschicht 139 ausgehärtet, wobei auch die Mikrostrukturierung der Oberfläche 135 fixiert wird. Im Ergebnis entsteht eine Beschichtung 141 auf dem Substrat 103, wobei eine zufällige Mikrostrukturierung auf der Beschichtung 141 aufgebracht ist.
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Ein Flächenscan 201 zeigt diese Mikrostrukturierung auf der Beschichtung 141 in Form eines Höhenprofils. Dabei sind Hochbereiche 203 sowie Talbereiche 207 abgebildet, welche die Mikrostruktur 207 bilden. Es sei hierzu nochmals erwähnt, dass die Mikrostruktur 207 zufällig geometrisch ausgeformt ist, also beispielsweise mittels einer Intensität der Oberflächenhärtung 109 entsprechende mittlere Frequenzen und/oder Wellenlängen sowie entsprechende Amplituden eingestellt werden können, jedoch insbesondere keine geometrisch wiederholenden oder gleichmäßigen Strukturen entstehen. Ein Diagramm 221 weist eine Abszisse 223 sowie eine Ordinate 225 auf, wobei die Abszisse 223 sowie die Ordinate 225 entsprechenden X-/Y-Richtungen der Mikrostruktur 207 des Flächenscans 201 entsprechen. Eine Höhenfunktion 227 bildet dabei entlang einer Bezugslinie den entsprechenden Höhenverlauf um einen Mittelwert 229 ab, wobei der Mittelwert 229 hier bei „0“ liegt. Wie in 2 erkennbar, ist die Höhenfunktion 227 zufällig und weist unterschiedliche lokale Wellenlängen, unterschiedliche Amplituden sowie Tal-Tiefen auf.
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Ein Diagramm 301 weist eine Abszisse 303 sowie eine Ordinate 305 auf, wobei die Abszisse 303 einen Einstrahlwinkel von Licht auf die Oberfläche der Beschichtung 141, gemessen von 0° bis 90°, bezeichnet und die Ordinate 305 eine entsprechende Leuchtdichte in [cd/m2] abbildet. Eine Funktion 307 zeigt die entsprechende Leuchtdichte in Abhängigkeit vom Licht-Einfallswinkel.
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Ein PV-Element 401 weist ein Solarmodul 403 auf. Innerhalb des Solarmoduls 403 ist eine Solarzelle 405 eingebettet, wobei über Anschlusskabel 407 durch die Solarzelle 405 erzeugte elektrische Leistung abgeführt werden kann. In Richtung einstrahlenden Sonnenlichts 421 ist eine Abdeckung 409 aufgebracht, wobei die Abdeckung das Substrat 103 mit der Beschichtung 141, aufweisend die Mikrostruktur 207, umfasst. Mittels der Mikrostruktur wird die Reflexion des einfallenden Sonnenlichts 421 deutlich minimiert, sodass mehr effektive Einstrahlung auf die Solarzelle 405 gelangt, sodass die elektrische Ausbeute entsprechend erhöht ist und/oder eine unangenehme, schädliche oder baurechtlich unzulässige Blendung vermieden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Beschichtungsverfahren
- 103
- Substrat
- 105
- Walze
- 106
- Auftragsbereich
- 107
- Vorbehandlungsbereich
- 109
- Oberflächenhärtung
- 111
- Durchhärtung
- 121
- Vorhärtezone
- 123
- Oberflächenhärtezone
- 125
- Durchhärtezone
- 131
- Beschichtungsflüssigkeit
- 133
- Flüssigschicht
- 135
- Oberfläche
- 137
- Tragschicht
- 139
- Fertigschicht
- 141
- Beschichtung
- 153
- Vorhärtevolumen
- 155
- Durchhärtevolumen
- 181
- Förderbewegung
- 201
- Flächenscan
- 203
- Hochbereiche
- 205
- Talbereiche
- 207
- Mikrostruktur
- 221
- Diagramm
- 223
- Abszisse
- 225
- Ordinate
- 227
- Höhenfunktion
- 229
- Mittelwert
- 301
- Diagramm
- 303
- Abszisse
- 305
- Ordinate
- 307
- Funktion
- 401
- PV-Element
- 403
- Solarmodul
- 405
- Solarzelle
- 407
- Anschlusskabel
- 409
- Abdeckung
- 421
- Sonnenlicht