DE3616332A1 - Fotovoltaisch wirksamer glasbaustein - Google Patents
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Description
Die Anmeldung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von Glasbausteinen, die zur Erzeugung von Solarenergie unter Nutzung
des fotoelektrischen Effektes bestimmter chemischer Elemente mit
eben diesen Elementen beschichtet sind. Eine wesentliche Voraussetzung
der Wirksamkeit und Dauerhaftigkeit dieser Beschichtung im Hinblick auf
den gewünschten Effekt ist der Zustand der Glasoberfläche zum Zeitpunkt
des Aufbringens der fotowirksamen Schicht und die Art der Auftragung der
Schicht selbst.
Viele Versuche haben gezeigt, daß unter den rauhen Bedingungen von Klima
und mechanischer Abrasion derartige Bausteine nicht die Lebensdauer als
fotovoltaisch wirksames Element besitzen, gekennzeichnet durch die Eigenschaften
kurz nach der Herstellung und im Vergleich dazu nach Jahren des
Einsatzes im Bauwerk.
Ursache hierfür ist in dem meisten Fällen eine mechanische und chemische
Veränderung der Ausgangsform des Solarglasbausteines auf seiner fotovoltaisch
wirksamen Oberflächenseite. In der Folge dessen tritt vielfach
eine mikroskopische Ablösung und Kristallstrukturveränderung der fotowirksamen
Schicht auf, die den Fotoeffekt beeinflußt und den elektrischen
Wirkungsgrad, inneren Widerstand und Spannungshöhe verschlechtert.
Dabei sinkt die Wirtschaftlichkeit und das Produkt stellt sich in Frage.
Es sind zahlreiche Lösungen vorgeschlagen, diese Haftfestigkeit der Fotoschicht
zu verbessern, sei es durch die Art der Aufbringung der Fremdatome
oder durch eine Behandlung der Glasoberfläche.
In der vorliegenden
Anmeldung wird ein Verfahren vorgeschlagen, welches wirtschaftlich tragbar
ist und den Strukturen des Glases und der fotoelektrisch wirksamen
Elemente Rechnung trägt.
Bekanntlich ist die atomare Struktur der meisten Gläser ein Netzwerk.
Beim Erstarren aus der Schmelze zieht sich der Glaskörper zusammen, wobei
entsprechend dem Temperaturgradienten zwischen Glasoberfläche und
Glasinnerem mechanische Spannungen auftreten. Tritt beispielsweise Wasser
unter Kapillarwirkung zwischen Fremdschicht und Glas bei beschichteten
Glasflächen, so kann eine Spannungsrißkorrosion im Glas beobachtet
werden. Die Mikrorisse sind eine Folge der inneren Glasspannungen
und können durch den Herstell- und Verarbeitungsprozeß nie ausgeschlossen
werden. Neben der Glasoberflächenbeschädigung tritt eine Festigkeitsverringerung
ein, die den Glasbaustein in seinen physikalischen Eigenschaften
ebenfalls negativ beeinflußt. Besonders die empfindliche fotoelektrische
Schicht neigt dann zum Ablösen von der Unterlage bei zeitlich
längerer äußerer Einwirkung von Temperatur- und Kräfteschwankungen
mit den genannten negativen Auswirkungen auf ihre elektrischen Aufgaben.
Vorgeschlagen wird, der noch im jungfräulichen Zustand befindlichen
Glasoberfläche beim Abkühlen des Glasbausteines eine Titandioxid-Schutzschicht
zu geben. Dieses an sich seit längerem bekannte Schutzschicht-Bilden
führt in Verbindung mit den dann danach auftretenden fotowirksamen
Fremdatomen zu einer sehr festhaftenden Verbindung zum Glas.
Das Titanoxid wird aus der Dampfphase aufgetragen beispielsweise durch
Zerfall von Titantetrachlorid in Anwesenheit von Wasserdampf zu Salzsäure
und Titanoxid. Eine andere Möglichkeit ist die Zuführung organischer
Titanverbindungen wie die von Isopropyltitanat (Titanester).
Wesentlich ist bei den Reaktionen der Temperaturbereich, innerhalb dessen
die Oberflächenreaktionen stattfinden. Im Falle der Beschichtung des
Glasbausteines mit Hilfe von Titanchlorid wird der trockene Dampf
dieser Verbindung bis an die Reaktionsflächen geleitet mit einer so niedrigen
Temperatur, daß zum einen noch keine Kondensation eintritt, zum
anderen die Sättigung des Luft-Titanchlorid-Gemisches so hoch wie möglich
getrieben wird. Entsprechend den Eigenschaften dieses Gemisches
liegt seine Temperatur deutlich oberhalb der Raumtemperatur. Die Temperatur
der Glasoberfläche, an der die Reaktion stattfindet, soll zwischen
450 und 600 Grad Celsius liegen.
Der so beschichtete Glasbaustein wird unter weitestgehender Schonung der
beschichteten Oberfläche gegen mechanische oder chemische Angriffe
weiter abgekühlt und zum Ausgleich der inneren Spannungen einem Wiedererwärmprozeß
mit geregelter langsamer Abkühlung unterworfen.
Die nachfolgende Beschichtung mit den fotovoltaisch wirksamen Elementen
oder chemischen Verbindungen erfolgt innerhalb eines begrenzten Zeitraumes,
der abhängig ist von Temperatur und Feuchtigkeit sowie Zusammensetzung
der Umgebungsluft. Ziel ist die Vermeidung von Adsorptionsschichtbildung
oder Flächenkorrosion.
Eine Verminderung mechanischer Oberflächenangriffe wird durch geeignete
Ausbildung der Glasbausteine erreicht, beispielsweise durch konkave Flächen
mit Kantenauflage.
Die Fotobeschichtung soll möglichst inert erfolgen wie durch Ionenbedampfung
unter vermindertem Gasdruck, durch Dampfstrahl in inertem Gas
oder aus Lösungen mit gegenüber Titanoxid neutralem Reaktionsverhalten.
Eine Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Titanoxidschicht zum
besseren Ableiten der Ladungen kann durch Einlagerung von Spurenelementen
in den Titanchloriddampf erreicht werden, desgleichen eine Verbesserung
seines Temperatur-Leistungs-Verhältnisses im Betrieb.
Eine beispielsweise Ausführung einer Vorrichtung zum Aufdampfen der Titanverbindung
zeigt Fig. 1:
Der beliebig geformte Glasbaustein 1 liegt mit seiner zu beschichtenden
Oberfläche 2 auf einer geeigneten Transporteinrichtung, beispielsweise
einem Netzband oder einem Wagen aus korrosionsfestem Werkstoff wie rostfreiem
Stahl 3. Dieses Transportelement ist gegen Gase durchlässig und
wird von unten mit einem trichterartigen Behältnis 4 mit angesetztem
Rohr abgeschlossen. Die Transporteinrichtung bewegt sich senkrecht zur
Zeichnungsebene. Das Ganze wird umschlossen von einem Gehäuse 5 aus korrosionsfreiem
Werkstoff. Ein Abzugsrohr 6 sorgt für einen leichten Unterdruck
im Reaktionsraum, um ein unkontrolliertes Entweichen von Reaktionsgasen
beispielsweise an den Stellen 7 zu verhindern. Heizelemente 8 erlauben,
die Reaktionsverhältnisse optimal einzustellen. Der Titanchloriddampf
tritt durch das Rohr 4 ein und wird durch das Rohr 6 abgesaugt.
Claims (7)
1. Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung fotovoltaisch anwendbarer,
teilweise oder ganz aus Glas bestehender Bausteine für Bauwerke, wobei
diese Glasbausteine auf ihrer dem einfallenden Licht gegenüberliegenden
Oberfläche eine Schicht fotovoltaisch wirksamer chemischer Elemente oder
Verbindungen aufgebracht besitzen, dadurch gekenzeichnet, daß vor dem
Aufbringen der fotowirksamen Schicht die betreffende Oberfläche des Glases
unmittelbar beim Herstellen des Glasbausteines beim Erstarren und
Abkühlen aus dem schmelzflüssigen Zustand unter genau definierten Verhältnissen
eine Zwischenschicht aus Titandioxid erhält
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Titandioxid
aus anorganischen Ausgangsprodukten wie Titanchlorid oder organischen
Verbindungen wie Titanester durch Dissoziation und Reaktion an der Glasoberfläche
gebildet wird
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Titandampftemperatur
so gehalten wird, daß im Reaktionsraum höchstmögliche
Sättigung, aber noch keine Kondensation, vorliegt
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragung
der fotovoltaisch wirksamen Schicht nach kurzer Zeit erfolgt, so
daß noch keine Adsorption dritter Reaktionspartner an die Glasoberfläche
eintreten konnte.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragung
der fotovoltaisch wirksamen Schicht in inerter Umgebung und Methodik
erfolgt wie durch Ionenstrahl, Dampfstrahl oder aus Lösungen.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbaustein
eine Ausbildung erhält, die einen bestmöglichen Schutz
gegen mechanische Angriffe während der Verarbeitung bietet wie konkave
Flächen
7. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß der Glasbaustein
mit seiner zu beschichtenden Fläche auf einem korrosionsfestem
Transportgerät ruht, in einem gleichfalls korrosionsfesten Behälter mit
dem Titanreaktionsdampf behandelt wird und die Temperatur von Dampf und
Glas geregelt wird.
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| DE19863623578 DE3623578A1 (de) | 1986-05-15 | 1986-07-12 | Fotovoltaisch wirksames bauteil von bauwerken und gebaeuden |
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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