WÖLFLIK, Oliver (Auf dem Rucken 22, Blaubeuren, 89143, DE)
BURESCH, Isabell (Bgm.-Wannerstrasse 62, Illertissen, 89257, DE)
WÖLFLIK, Oliver (Auf dem Rucken 22, Blaubeuren, 89143, DE)
| Patentansprüche Photovoltaikmodul mit einer photoaktiven Schicht, die auf ein gewalztes Metallsubstrat aus einem Metallband oder einem daraus hergestellten Blech aufgebracht ist, welches aus einem Cu- oder Cu-Legierungsband, einem AI- oder AI-Legierungsband, einem Fe- oder Fe-Legierungsband, einem Ti- oder Ti-Legierungsband, einem Ni oder Ni-Legierungsband oder einem Edelstahlband besteht, dadurch gekennzeichnet, - dass das Metallsubstrat eine Oberflächenstruktur mit einer Rauheit im Bereich von Ra = 0,01 - 5 μιη und/oder Rz = 0,01 - 20 pm aufweist, - dass die Oberflächenstruktur Vertiefungen mit einer minimalen lateralen Ausdehnung von 0,3 - 300 m aufweist, - dass die Vertiefungen in einer offenen Struktur mit einer parallel zur Bandoberfläche verlaufenden lateralen Ausdehnung mit einem Längen-/ Breitenverhältnis von 3 : 1 bis 1 : 3 angeordnet sind, wobei die Länge in Walzrichtung und die Breite senkrecht zur Walzrichtung gemessen ist und, - dass der Profil-Leeregrad λρ im Bereich von 0,25 bis 0,85 liegt. Photovoltaikmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Metallsubstrat eine der thermischen Ausdehnung Rechnung tragende Ausgleichsschicht und/oder eine Diffusionssperrschicht aufgebracht ist. Photovoltaikmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsschicht bzw. die Diffusionssperrschicht aus TiC, WC, TiN, TiNOx, TiOx, Mo, Cr, Co, NiCo, Ni oder Invar und/oder Kombinationen davon aufgebaut ist. 4. Photovoltaikmodul nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichs- bzw. Diffusionssperrschicht eine Schichtdicke von 100 nm bis 100 μΓΠ aufweist. 5. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Metallsubstrat oder auf der Ausgleichsschicht oder auf der Diffusionssperrschicht eine elektrisch isolierende Beschichtung aufgebracht ist. 6. Photovoltaikmodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung zumindest eine keramische Schicht aus AI203, Zr02, Si02, SiOH, Si3N4 oder AIN oder Kombinationen aus diesen Schichten ist. 7. Photovoltaikmodul nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der elektrisch isolierenden Beschichtung 100 nm bis 100 μΐτι, vorzugsweise 500 nm bis 100 μιτι beträgt. 8. Photovoltaikmodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf die isolierende Beschichtung und/oder auf die nicht mit einer photoaktiven Schicht versehenen Band- oder Blechrückseite eine Molybdänschicht aufgebracht ist. 9. Photovoltaikmodul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Molybdänschicht 3 μιη bis 200 μηη beträgt. 10. Photovoltaikmodul nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Molybdänschicht als photoaktive Beschichtung eine CIS- oder CIGS-Schicht mit entsprechender Frontkontaktschicht aus ZnO und einer Zwischenschicht aus CdS aufgebracht ist, welche durch geeignete Strukturierung im vorgegebenen Schichtaufbau zu monolitisch miteinander verschalteten CIS-Solarzellen angeordnet sind. Photovoltaikmodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Metallsubstrats Rohre oder Kanäle aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zur Kühlung der Zellen aufgeschweißt, aufgelötet oder aufgeklebt sind. 12. Solarkollektor mit einem Solarabsorber, bestehend aus einem gewalzten Metallsubstrat aus einem Metallband oder einem daraus hergestellten Blech aus Cu- oder Cu-Legierungsband, einem AI- oder AI- Legierungsband, einem Fe- oder Fe-Legierungsband, einem Ti- oder Ti- Legierungsband, einem Ni oder Ni-Legierungsband oder einem Edelstahlband, dadurch gekennzeichnet, - dass das Metallsubstrat, auf welches die Absorberschicht aufgebracht wird, eine Oberflächenstruktur mit einer Rauheit im Bereich von Ra = 0,01 - 5 pm und/oder Rz = 0,01 - 20 pm aufweist, - dass die Oberflächenstruktur Vertiefungen mit einer minimalen lateralen Ausdehnung von 0,3 - 300 pm aufweist und, - dass die Vertiefungen in einer offenen Struktur mit einer parallel zur Bandoberfläche verlaufenden lateralen Ausdehnung mit einem Längen-/ Breitenverhältnis von 3 : 1 bis 1 : 3 angeordnet sind, wobei die Länge in Walzrichtung und die Breite senkrecht zur Walzrichtung gemessen ist und, - dass der Profil-Leeregrad λρ im Bereich von 0,25 bis 0,85 liegt. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Breite zu Tiefe der Vertiefungen zumindest 1 :12 beträgt. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen halbkugelförmig, pyramidal oder mit polygonalen Flächen ausgebildet sind. Produkt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen der Oberflächenstruktur mittels Walzen mit strukturierten Arbeitswalzen erzeugt ist, die eine Oberfläche mit kalottenförmigen, pyramidalen oder polygonalen Erhebungen aufweist. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur stochastisch oder regelmäßig-periodisch ausgebildet ist. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zu strukturierende Bandoberfläche blank ist. Produkt nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsverfahren nach dem Walzen galvanische Beschichtung, PVD-, CVD-Verfahren, Plasmapolymerisation oder eine nasschemische Beschichtung zur Anwendung kommen. Produkt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der Profil-Leeregrad λρ im Bereich von 0,5 bis 0,8 liegt. Produkt nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich net, dass der räumliche Leeregrad λΓ im Bereich von 0,49 bis 0,8 ausgebildet ist. |
Photovoltaikmodul mit einer photoaktiven Schicht oder Solarkollektor mit einem
Solarabsorber
Die Erfindung betrifft ein Photovoltaikmodul mit einer photoaktiven Schicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder einen Solarkollektor mit einem
Solarabsorber gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Möglichkeiten, Oberflächen durch Walzen zu strukturieren sind bereits aus der Aluminium- und der Stahlindustrie bekannt, wo Aluminium- und Stahlbleche für den Einsatz als Karosseriekomponenten so strukturiert werden, dass beim anschließenden Streckziehen keine Fließlinien auf der Karosserieoberfläche nach der Lackierung sichtbar sind. Beispiele für Strukturierungsverfahren der Oberflächen der Arbeitswalzen oder der Bänder direkt sind das Lasertexturieren, Schleifen oder Strahlen. Auch die sogenannten EBT-Verfahren (electron beam texturing) oder EDT-Verfahren (electro discharge texturing) sind bereits bekannte Herstellungsverfahren für texturierte Oberflächen. Diese Art der Walzenstrukturie- rung führt jedoch zu sehr rauen Oberflächen mit unregelmäßigen geometrischen Formen, die bei manchen Anwendungen den Anforderungen an die optischen bzw. mechanischen Eigenschaften nicht genügen. Aus der Druckschrift EP 1 146 971 B1 ist ein mechanisch texturiert.es Blech aus einer Aluminiumlegierung bekannt, das sich für Reflektorsysteme in Beleuchtungen eignet. Für diese Anwendungen müssen die Bleche entsprechende photometrische Eigenschaften aufweisen. Zu den im Vordergrund stehenden photometrischen Eigenschaften gehört eine hohe Gesamtreflexion, durch die ein möglichst hoher Anteil des einfallenden Lichts an der Oberfläche reflektiert wird. Zu den bevorzugten Eigenschaften der Blechoberfläche gehört darüber hinaus eine diffuse oder ungerichtete Lichtreflexion. Derartige Eigenschaften werden durch Walzen des Blechmaterials mit zumindest einer texturierten Arbeitswalze erzielt. Es entsteht eine ungerichtete, diffus reflektierende Blechoberfläche, auf deren gesamten Oberfläche zufällig geformte, mikroskopische Vertiefungen ausgebildet sind. Bevorzugt sollten die Vertiefungen eine ineinander greifende Form von dicht nebeneinander liegenden oder sich überlappenden,
dachziegelartigen Strukturen ausbilden.
Weitere Anwendungen sind aus der Druckschrift EP 1 368 140 B1 bekannt. Bei dem beschriebenen Verfahren wird ein Metallblech oder Metallband zwischen Walzen durchgeführt, die ein texturiert.es Muster auf der Oberfläche aufweisen und dieses Muster über mehrere Walzstiche auf das Blech oder Band übertragen. Die durch jeden Walzstich eingeprägten Strukturen überlappen sich zum endgültigen texturierten Muster. Auch kann mittels eines Walzstiches zwischen einer Vielzahl von aufeinander angeordneten Walzenpaaren eine derartige Struktur erzeugt werden. Das Texturieren eines Aluminiumbandes umfasst nach einer Vielzahl an Walzstichen ein mikroskopisches Oberflächenmuster. Durch einen möglichst geringen Umformgrad werden weitgehend durch die Walzen vorgegebene originäre und unverzerrte Strukturen angestrebt. Derartig hergestellte Metallbleche finden bevorzugt einen Einsatz als lithographische Platte oder als Automobil-Reflektorblech.
Weitere lithographische Platten sind aus der Druckschrift WO 97/31783 A1 bekannt. Die eingewalzte Struktur ist dabei als einheitliche und ungerichtete Mikrostruktur ausgebildet, bei der sich die in der Oberfläche eingeprägten
Vertiefungen gegenseitig stark überlappen oder ineinander übergehen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Photovoltaikmodule und Solarkollektoren derart weiterzubilden, dass über eine Vergrößerung der wirksamen
Oberfläche und eine Verminderung der Reflexion eine Wirkungsgradsteigerung erzielt wird.
Dies soll durch eine Strukturierung der Oberfläche mit bestimmten Topographieformen erfolgen. Herkömmliche CIS-Dünnschichtzellen sind auf Glas oder Glaskeramiksubstraten aufgebaut, die teuer, nicht flexibel und damit anfällig für Bruch während der Montage und des Transports sind; zudem lassen sich derartige Substrate nur aufwändig und teuer strukturieren.
Die Erfindung wird bezüglich Photovoltaikmodulen durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich Solarkollektoren durch die Merkmale des Anspruchs 12 wiedergegeben. Die weiteren rückbezogenen Ansprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung schließt ein Photovoltaikmodul mit einer photoaktiven Schicht ein, die auf ein gewalztes Metallsubstrat aus einem Metallband oder einem daraus hergestellten Blech aufgebracht ist, welches aus einem Cu- oder Cu-Legierungs- band, einem AI- oder AI-Legierungsband, einem Fe- oder Fe-Legierungsband, einem Ti- oder Ti-Legierungsband, einem Ni oder Ni-Legierungsband oder einem Edelstahlband besteht. Das Metallsubstrat weist eine Oberflächenstruktur mit einer Rauheit im Bereich von Ra = 0,01 - 5 pm und/oder Rz = 0,01 - 20 pm auf. Die Oberflächenstruktur weist Vertiefungen mit einer minimalen lateralen
Ausdehnung von 0,3 - 300 pm auf. Die Vertiefungen sind in einer offenen
Struktur mit einer parallel zur Bandoberfläche verlaufenden lateralen Ausdehnung mit einem Längen-/Breitenverhältnis von 3 : 1 bis 1 : 3 angeordnet, wobei die Länge in Walzrichtung und die Breite senkrecht zur Walzrichtung gemessen ist. Der Profil-Leeregrad λρ liegt im Bereich von 0,25 bis 0,85. Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Oberfläche eines gewalzten Metallsubstrats in Form eines Metallbands oder Metallblechs zur Verwendung in einem Photovoltaikmodul oder einem Solarkollektor einer
Feingestaltung der Oberfläche unterzogen wird. Diese Strukturen prägen sich, in der Wirkungsweise einem Parabolspiegel gleich, bis auf die photoaktiven
Schichten einer Solarzelle durch und optimieren die Lichtausbeute durch verminderte Streuung und einer gerichteten Reflexion, so dass reflektiertes Sonnenlicht erneut auf die Solarzellenoberfläche trifft.
Die Feinstruktur kann in eine unbeschichtete Band- oder Blechoberfläche oder auch bereits in eine zumindest mit einer Schicht bedeckte Oberfläche eingebracht sein. Die hierfür erforderlichen Walzen zur Erzeugung der Feinblechstrukturen sind im Karosseriebau bereits bekannt. Es handelt sich beispielsweise um
Walzenoberflächen mit elektrolytisch erzeugter Struktur und Hartverchromung.
Als offene Strukturen wird im Sinne der Erfindung auf dem Substratmaterial eine Oberflächengestaltung angesehen, die auf einer noch erkennbaren glatten Oberfläche einzelne Vertiefungen aufweist. Benachbarte Vertiefungen können sich beispielsweise auch berühren oder geringfügig überlagern, fließen allerdings als Strukturelemente nicht so ineinander, dass die Topographie der Oberfläche nur noch als einheitliche Rauheit erkennbar ist. Es handelt sich demnach um eine durch Walzen aus einer Substratoberfläche herausgebildete Feinstruktur mit einem mehr oder weniger glatten unverformten originären Restbestandteil der ursprünglichen Oberflächentopographie. Beispielhaft ist hier die unter dem
Markennamen verbreitete PRETEX-Walzstruktur zu verstehen. Bei derartigen Oberflächen ist es von Bedeutung, dass durch den originären Restbestandteil der Oberfläche ein hoher Flächentraganteil vorhanden ist. Die Vertiefungen mit der angegebenen minimalen lateralen Ausdehnung können dabei kreisrunde Formen zeigen. Des Weiteren sind auch ovale Formen denkbar. Bei einer ellipsenartigen Form beträgt die minimalen laterale Ausdehnung dem doppelten Wert der kleinen Achse der Ellipse. Bei kreisrunden Formen entspricht die minimale lateralen Ausdehnung dem Kreisdurchmesser. Die verschiedenen Vertiefungen selbst können dabei in ihrer Ausdehnung entweder im gesamten Intervall im Bereich 0,3 - 300 pm variieren oder auch um einen bestimmten Wert in geringem Maße schwanken. Beispielsweise ist eine typischer Wert für die minimale laterale Ausdehnung bei 20 pm, der angenähert an eine Gauß- Normalverteilung eine Schwankungsbreite mit einer Standardabweichung von 5 pm aufweist. Um gleichmäßige Strukturgrößen herzustellen, können auch im angegebenen Intervall engere Grenzen festgelegt werden. Eine gewisse, wenn auch geringe Schwankungsbreite der einmal ausgewählten minimalen
Ausdehnung wird in der Praxis immer auftreten. Prinzipiell sind Vertiefungen in der offenen Struktur mit einer parallel zur Bandoberfläche verlaufenden lateralen Ausdehnung mit einem Längen-/Breitenver- hältnis von 3 : 1 bis 1 : 3 angeordnet, wobei die Länge in Walzrichtung und die Breite senkrecht zur Walzrichtung gemessen ist. In der Regel werden Längen-/ Breitenverhältnisse von 1 : 1 angestrebt, die einer kreisrunden Randbegrenzungs- linie entsprechen. Je nach Ausgestaltung der Vertiefungen und durch Bandzug beim Walzen kann es allerdings zu gewissen Verstreckungen führen. Je nach Lichteinfall können die angegebenen Längen-/Breitenverhältnisse der Strukturen eine höhere Effizienz in der Lichtausbeute aufweisen. Die gängigen Rauheitskennwerte Ra und Rz alleine legen die Ausbildung der Oberflächenprofilformen noch nicht zufriedenstellend fest. Die Beschreibung derartiger Profilformen über Messverfahren erfolgt über den Profil-Leeregrad Leeregrad λρ. Wichtig bei den Profilformen dabei ist, dass eine Form ausgewählt wird, die in erster Linie gleich einem Parabolspiegel wirkt, um Licht die
Lichtausbeute entsprechend zu unterstützen. Auch können die Rauheits- kennwerte über die Abott-Traganteilkurve tp sowie den räumlichen Leeregrad beschrieben werden.
Der besondere Vorteil besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Strukturen bei Photovoltaikmodulen wesentlich zu einer Wirkungsgradsteigerung beitragen, die bis zu 20 % betragen kann. Auch wird bei der Herstellung und Verarbeitung der Module mittels optischer Fügeverfahren, beispielsweise unter Anwendung von Laserschweißverfahren, durch die geringere Reflektivität der Oberfläche die Strahleinkopplung positiv beeinflusst. Ebenso wird die Lötbarkeit durch die Verbesserung der Be- und Entnetzungseigenschaften gesteigert.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung können auf dem Metallsubstrat eine der thermischen Ausdehnung Rechnung tragende Ausgleichsschicht und/oder eine Diffusionssperrschicht aufgebracht sein. Mit den sogenannten cte-Aus- gleichsschichten wird das unterschiedliche Wärmeausdehnungsverhalten der jeweils miteinander in Kontakt stehenden Materialien, wie beispielsweise dem Substratmaterial, der Diffusionssperrschicht oder der photoaktiven halbleitenden Schicht, entsprechend angepasst und ausgeglichen. Der Begriff cte leitet sich aus den Anfangsbuchstaben der in Fachkreisen gebräuchlichen englischen
Bezeichnung„coefficient of thermal expansion" ab. Hierdurch wird das
Substratmaterial in Bezug auf darauf aufgebrachte photoaktive Schichten angepasst.
Vorteilhafterweise kann die Ausgleichsschicht bzw. Diffusionssperrschicht aus TiC, WC, TiN, TiNOx, TiOx, Mo, Cr, Co, NiCo, Ni oder Invar und/oder
Kombinationen davon aufgebaut sein. Durch derartige Schichtkombinationen können auch Anpassungen von Substrat und Isolierschicht bezüglich der
Wärmeausdehnung und Haftfähigkeit vorgenommen werden. Um eine
zuverlässige Anpassung zu gewährleisten, kann die cte-Ausgleichs- bzw.
Diffusionssperrschicht eine Schichtdicke von 100 nm bis 100 μηη aufweisen. Der Aufbau herkömmlicher CIS- bzw. CIGS-Solarmodule auf Metallbasis erfolgt mit einer Verschaltung in der sogenannten Schindeltechnik, welche
vergleichsweise aufwändig und platzintensiv ist. Um bei der Herstellung der Solarmodule eine direkte bzw. monolithische Verschaltung zu erreichen, kann in vorteilhafter Ausführungsform der Erfindung auf dem Metallsubstrat oder auf der cte-Ausgleichsschicht oder auf der Diffusionssperrschicht eine elektrisch isolierende Beschichtung aufgebracht sein. Hierbei kann die elektrisch isolierende Beschichtung zumindest eine keramische Schicht aus AI203, Zr02, Si02, SiOH, Si3N4 oder AIN oder Kombinationen aus diesen Schichten sein. Um eine zuverlässige elektrische Isolation zu gewährleisten, kann die Schichtdicke der Beschichtung 100 nm bis 100 μπι, vorzugsweise 500 nm bis 100 μΐη betragen. Die isolierende Schicht verhindert zusätzlich die Oberflächendiffusion von Kupfer bei der Herstellung der CIS/CIGS-Schicht.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann auf die isolierende Beschichtung und/oder auf die nicht mit einer photoaktiven Schicht versehenen Band- oder Blechrückseite eine Molybdänschicht aufgebracht sein. Diese Schicht dient als metallischer Rückseitenkontakt für eine auf dieser Struktur angeordnete photoaktive Schicht einer Solarzelle, über die der erzeugte Strom geführt wird. Die Schichtdicke der Molybdänschicht, die beispielsweise mittels Sputtern
aufgebracht wird, kann 3 μΐτι bis 200 μητι betragen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung können auf der Molybdänschicht als photoaktive Beschichtung eine CIS- oder CIGS-Schicht mit entsprechender Frontkontaktschicht aus ZnO und einer Zwischenschicht aus CdS aufgebracht sein, welche durch geeignete Strukturierung im vorgegebenen Schichtaufbau zu monolitisch miteinander verschalteten CIS-Solarzellen angeordnet sind. Mit Hilfe der Molybdänschicht als metallischer Rückseitenkontakt können einzelne
Solarzellen im Modul miteinander verschaltet werden. Durch das Aufbringen der einzelnen Schichten und Schichtsysteme mittels CVD, PVD oder galvanischen Beschichtungsverfahren können sich die erfindungsgemäßen Vertiefungen bei der Feingestaltung der Substratoberfläche bis auf die photoaktiven Schichten einer Solarzelle durchprägen und so die Lichtausbeute durch eine geringere oder gezielte Reflexion in Verbindung mit einer Vergrößerung der nutzbringenden Oberfläche optimieren. Die Herstellung derartiger Solarzellen aus Verbindungshalbleitern ist bereits bekannt und kann, gegebenenfalls auf der Grundlage des fachmännischen Wissens, auf das Substratmaterial entsprechend angepasst werden. Hierdurch lässt sich ein Photovoltaikmodul auf Metallbandsubstratbasis realisieren, welches über den Schichtaufbau eine monolithische Verschaltung ermöglicht, wobei die Substratoberfläche so strukturiert ist, dass durch eine Oberflächenvergrößerung und eine Verminderung der Reflexion bzw. eine gezielte Reflexion eine Wirkungsgradsteigerung von bis zu 20% erreicht wird. Vorteilhafterweise können auf der Rückseite des Metallsubstrats Rohre oder Kanäle aus Kupfer oder einer Kupferlegierung zur Kühlung der Zellen
aufgeschweißt, aufgelötet oder aufgeklebt sein. Der Flüssigkeitskreislauf auf der Rückseite der Solarzellen sorgt aufgrund der Kühlwirkung für einen höheren Stromertrag. Zudem kann die erwärmte Flüssigkeit zur Heizungsunterstützung genutzt werden. Das hierbei gebildete Photovoltaik - Solarthermie - Kombimodul weist eine wesentliche Wirkungsgradsteigerung gegenüber herkömmlichen Systemen auf.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung schließt einen Solarkollektor mit einem
Solarabsorber ein, bestehend aus einem gewalzten Metallsubstrat aus einem Metallband oder einem daraus hergestellten Blech aus Cu- oder Cu-Legierungs- band, einem AI- oder AI-Legierungsband, einem Fe- oder Fe-Legierungsband, einem Ti- oder Ti-Legierungsband, einem Ni oder Ni-Legierungsband oder einem Edelstahlband. Das Metallsubstrat, auf welches die Absorberschicht aufgebracht wird, weist eine Oberflächenstruktur, welche isotrop sein kann, mit einer Rauheit im Bereich von Ra = 0,01 - 5 μιτη und/oder Rz = 0,01 - 20 pm auf. Die Oberflächenstruktur weist Vertiefungen mit einer minimalen lateralen Ausdehnung von 0,3 - 300 pm auf. Die Vertiefungen sind in einer offenen Struktur mit einer parallel zur Bandoberfläche verlaufenden lateralen Ausdehnung mit einem
Längen-/Breitenverhältnis von 3 : 1 bis 1 : 3 angeordnet, wobei die Länge in
Walzrichtung und die Breite senkrecht zur Walzrichtung gemessen ist. Der Profil- Leeregrad λρ im Bereich von 0,25 bis 0,85 liegt.
Diesem Aspekt der Erfindung liegen dieselben Überlegungen und Vorteile zugrunde, wie bereits vorstehend zu Anspruch 1 ausgeführt ist. Hierdurch lässt sich ein Solarabsorbermodul auf Metallbandsubstratbasis realisieren, bei dem der lichtoptische Effekt in gleicher Weise genutzt und damit der Wirkungsgrad in gleicher Weise gesteigert wird. Im Folgenden werden gemeinsame vorteilhafte Ausgestaltungen zu
Photovoltaikmodulen und Solarkollektoren als Teilaspekte der Erfindung näher ausgeführt.
Bevorzugt kann bei den Photovoltaikmodulen und Solarkollektoren das Verhältnis von Breite zu Tiefe der Vertiefungen zumindest 1 :12 betragen. So sind für kleine Verhältnisse auch Vertiefungen angedacht, deren Tiefe die laterale Ausdehnung parallel zur Substratoberfläche deutlich übersteigen. Für größere Verhältnisse werden in die Substratoberfläche wesentlich flachere Strukturen eingebracht, die allerdings noch so gestaltet werden, dass eine effiziente Lichtausbeute stattfindet. Bevorzugt lassen sich herstellungstechnisch wie auch in ihrer Effizienz günstige Verhältnisse von Breite zu Tiefe im Bereich von 1.3 bis 3: 1 gestalten.
Um den Parabolspiegeleffekt nutzen zu können, müssen die Profilformen der Oberflächenstruktur bestimmte Geometrien aufweisen. Vorteilhafterweise können bei den Photovoltaikmodulen und Solarkollektoren die Vertiefungen halbkugelförmig, pyramidal oder mit polygonalen Flächen ausgebildet sein.
Derartige Geometrien sorgen für eine besonders effiziente Lichtausbeute und lassen sich mit Walzverfahren gut realisieren. Bevorzugt können die Vertiefungen der Oberflächenstruktur mittels Walzen mit strukturierten Arbeitswalzen erzeugt sein, die eine Oberfläche mit
kalottenförmigen, pyramidalen oder polygonalen Erhebungen aufweist. Die Walzenoberfläche bildet das Negativ der in eine Band- oder Blechoberfläche einzubringenden Feinstruktur.
Vorteilhafterweise kann die Struktur stochastisch oder regelmäßig-periodisch ausgebildet sein. Bei regelmäßig-periodischen Strukturen können flächige inselförmige Bereiche, die keine überlappenden oder nur geringfügig sich überlappende Strukturen aufweisen, unter einer Solarabsorberschicht das
Sonnenlicht besonders effizient nutzen, wohingegen zwischen den periodischen Strukturen, beispielsweise glatte Zonen, für elektrische Leiterbahnen oder weitere Strukturierungselemente vorhanden sein können.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die zu strukturierende Band- Oberfläche blank sein. Bevorzugt können als Beschichtungsverfahren nach dem Walzen galvanische Beschichtung, PVD-, CVD-Verfahren, Plasmapolymerisation oder eine nasschemische Beschichtung zur Anwendung kommen.
Vorteilhafterweise kann der Profil-Leeregrad λρ im Bereich von 0,5 bis 0,8 liegen. In vorteilhafter Weise kann der räumliche Leeregrad Xr im Bereich von 0,49 bis 0,8 ausgebildet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der schematischen Zeichnung und den weiteren Abbildungen näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Walzvorgang auf einer Substratoberfläche,
Fig. 2 eine gewalzte Substratoberfläche mit offener Struktur, und
Fig. 3 eine unverformte Substratoberfläche im Ausgangszustand.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Walzvorgang auf der Oberfläche eines Metall- Substrates 1. Die Oberfläche wird als offene Struktur ausgestaltet. Zur Bildung offener Strukturen sind auf dem Metallsubstrat 1 auf einer noch erkennbaren glatten unverformten Oberfläche 1 1 einzelne Vertiefungen 12 eingewalzt. Auf dem Walzenkörper 22 der verwendeten Walze 2 sind auf der Oberfläche Kalotten 21 angeordnet, die in die Oberfläche des Metallsubstrats 1 eindringen. Diese
Kalotten 21 sind beispielhaft gleich groß, so dass sie eine gleichmäßige
Negativstruktur auf der Substratoberfläche erzeugen. Alternativ können allerdings die Strukturgröße der Walzenoberfläche etwas stärker variieren und auch andere Formen, wie beispielsweise Pyramidenform oder Zylinderform, annehmen.
Jedenfalls handelt es sich um eine durch Walzen aus einer Substratoberfläche herausgebildete Feinstruktur mit einem mehr oder weniger glatten unverformten originären Restbestandteil der ursprünglichen Oberfläche. Derartige Strukturen sind in der Lage, das auf die Oberfläche einfallende Licht, einem Parabolspiegel gleich, zu bündeln. Fig. 2 zeigt eine gewalzte Substratoberfläche mit offener Struktur. In Walzrichtung, in der Figur von links nach rechts, sind die Vertiefungen 12 etwas verstreckt. Dies kommt entweder durch einen erhöhten Bandzug beim Walzvorgang oder durch eine Walzenoberfläche mit in Walzrichtung gelängten Strukturen zustande. Hierbei sind die Vertiefungen in einer offenen Struktur mit einer parallel zur Bandoberfläche verlaufenden lateralen Ausdehnung mit einem Längen-/ Breitenverhältnis von ungefähr 2 : 1 ausgebildet, wobei die Länge in Walzrichtung, in Fig. 2 von links nach rechts, und die Breite senkrecht zur Walzrichtung, in Fig. 2 von oben nach unten, gemessen wird. Auf der Oberfläche des Metallsubstrats 1 sind noch Reste der glatten unverformten Oberfläche 1 1 zwischen den Vertiefungen 12 erkennbar.
Zum Vergleich zeigt Fig. 3 eine unverformte Oberfläche eines Metallsubstrats 1 im Ursprungszustand vor dem Walzen. Auf dieser Oberfläche sind noch keine Vertiefungen eingewalzt und nur parallel verlaufende feine Schleifriefen zu erkennen.
Bezugszeichenliste
Metallsubstrat
unverformte Substratoberfläche
Vertiefungen
Walze
Kalotten auf Walzenoberfläche
Walzenkörper
Next Patent: ELECTRO-OPTICAL OR ELECTROMECHANICAL STRUCTURAL ELEMENT OR SLIDING ELEMENT