Die Erfindung betrifft eine Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung.

Es ist bekannt, dass Photovoltaik-Module in die Dachscheibe von Fahrzeugen integriert werden können. Solche Dachscheiben sind beispielsweise aus DE 3713854 A1 , DE 4006756 A1 , DE 4105389 C1 und US 20120097218 A1 bekannt.

Herkömmliche Dachscheiben mit einem integrierten Photovoltaik-Modul sind typischerweise als Verbundscheiben aus zwei Glasscheiben ausgebildet, zwischen denen das Photovoltaik-Modul angeordnet ist. Solche Dachscheiben haben den Nachteil, dass sie ein hohes Gewicht aufweisen. Viele herkömmliche Dachscheiben mit einem integrierten Photovoltaik-Modul, insbesondere mit einem integrierten Photovoltaik-Modul auf Basis von kristallinem Silizium, haben zudem den Nachteil, dass nur kleine Flächen mit dem Photovoltaik-Modul versehen werden können und dass die Dachscheiben nur eine geringe Krümmung aufweisen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul bereitzustellen. Die Dachscheibe soll ein geringes Gewicht aufweisen. Außerdem soll es möglich sein, einen Großteil der Fläche der Dachscheibe mit dem Photovoltaik-Modul zu versehen und die Dachscheibe mit einer starken Krümmung zu versehen. Zudem soll die Dachscheibe einfach und kostengünstig herzustellen sein.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird erfindungsgemäß durch eine Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die erfindungsgemäße Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul umfasst zumindest ein Substrat und eine Außenscheibe, die über eine thermoplastische Schicht flächenmäßig miteinander verbunden sind, wobei ein photovoltaisches Schichtsystem in die thermoplastische Schicht eingelagert ist und das Substrat zumindest ein Polymer enthält. Die erfindungsgemäße Dachscheibe ist dafür vorgesehen, im Bereich des Dachs den Innenraum beispielsweise eines Fahrzeugs von der äußeren Umgebung abzugrenzen. Die Außenscheibe ist dabei erfindungsgemäß der äußeren Umgebung zugewandt. Das Substrat ist dem Innenraum zugewandt. Die Sonnenstrahlung tritt über die Außenscheibe in die Dachscheibe ein und trifft auf das photovoltaische Schichtsystem innerhalb der thermoplastischen Schicht.

Der Vorteil der Erfindung liegt in dem erfindungsgemäßen Substrat, welches zumindest ein Polymer enthält. Nach dem Stand der Technik umfassen Dachscheiben mit integriertem Photovoltaik-Modul typischerweise zwei durch Lamination miteinander verbundene Glasscheiben. Im Vergleich dazu wird durch das erfindungsgemäße polymere Substrat eine deutliche Reduzierung des Gewichts der Dachscheibe erreicht. Es hat sich gezeigt, dass erfindungsgemäße Dachscheiben trotz des polymeren Substrats eine hinreichende Stabilität aufweisen, um sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen einsetzen zu können. Die erfindungsgemäße Dachscheibe ist außerdem kostengünstiger herzustellen als herkömmliche Dachscheiben. Das photovoltaische Schichtsystem kann großflächig in der thermoplastischen Schicht angeordnet werden und es können Dachscheiben mit starker Krümmung realisiert werden.

Die voneinander abgewandten Oberflächen des Substrats und der Außenscheibe bilden bevorzugt die Außenflächen der Dachscheibe. Das bedeutet, dass auf den voneinander abgewandten Oberflächen des Substrats und der Außenscheibe keine weiteren Elemente angeordnet sind, beispielsweise weitere Scheiben. Insbesondere ist es nicht nötig, auf der von der Außenscheibe abgewandten Oberfläche des polymeren Substrats eine weitere Glasscheibe anzuordnen, um eine ausreichende Stabilität der Dachscheibe zu erreichen. Der besondere Vorteil liegt in dem geringen Gewicht der Dachscheibe. Die voneinander abgewandten Oberflächen des Substrats und der Außenscheibe können aber Beschichtungen aufweisen. Das polymere Substrat kann beispielsweise eine Schutzbeschichtung aufweisen, beispielsweise eine UV-Schutzschicht oder eine Schicht zur Vermeidung von Beschädigungen durch Verkratzen.

Bevorzugt besteht das Substrat aus Kunststoff. Das Substrat enthält insbesondere kein Glas, beispielsweise als Glasscheibe. Insbesondere ist innenraumseitig des photovoltaischen Schichtsystems keine Glasscheibe angeordnet. Das bedeutet, dass die erfindungsgemäße Dachscheibe keine Glasscheibe enthält, welche einen geringeren Abstand zu dem durch die Dachscheibe begrenzten Innenraum aufweist als das photovoltaische Schichtsystem.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat als starre Scheibe ausgebildet. Das Substrat kann beispielsweise zumindest Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polybutadien, Polynitrile, Polyester, Polyurethan (PU), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid (PVC), Polyacrylat, Polyamid, Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA) und/oder Copolymere oder Gemische davon enthalten. Das Substrat enthält bevorzugt zumindest ein thermoplastisches Polymer. Das Substrat enthält besonders bevorzugt zumindest Polycarbonat (PC) und/oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Verarbeitung, die Festigkeit und die mechanische und chemische Beständigkeit des Substrats. Die Dicke des Substrats beträgt bevorzugt von 0,8 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 0,8 mm bis 4 mm, beispielsweise 2, 1 mm. Der besondere Vorteil eines als starre Scheibe ausgebildeten Substrats liegt in der Stabilität der erfindungsgemäßen Dachscheibe.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Substrat als flexible Folie ausgebildet. Die Dicke der flexiblen Folie beträgt bevorzugt von 0,02 mm bis 2 mm, besonders bevorzugt von 0,1 mm bis 1 ,5 mm, beispielsweise von 0,4 mm bis 1 ,5 mm, ganz besonders bevorzugt von 0,15 mm bis 0,8 mm, insbesondere von 0,45 mm bis 0,8 mm. Der besondere Vorteil liegt in einem geringen Gewicht der erfindungsgemäßen Dachscheibe und geringen Herstellungskosten. Die flexible Folie enthält bevorzugt zumindest ein thermoplastisches Polymer. Das thermoplastische Polymer ist bevorzugt mit Fluor substituiert. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die chemische und mechanische Stabilität des Substrats. Das Substrat enthält ganz besonders bevorzugt zumindest Polyvinylfluorid und/oder Polyvinylidenfluorid. Gleichermaßen bevorzugt sind Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die chemische und mechanische Beständigkeit sowie die Haftung der thermoplastischen Schicht am Substrat. Das Substrat kann auch Gemische oder Copolymere davon enthalten.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Außenscheibe Glas, bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas oder Kalk-Natron-Glas. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Stabilität der erfindungsgemäßen Dachscheibe und den Schutz des photovoltaischen Schichtsystems vor äußeren Einflüssen, beispielsweise vor Beschädigung durch Niederschlag wie Hagel oder Graupel. Die Außenscheibe kann nichtvorgespannt, teilvorgespannt, vorgespannt oder gehärtet, beispielsweise thermisch oder chemisch gehärtet sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Außenscheibe zumindest ein Polymer, bevorzugt ein thermoplastisches Polymer. Die Außenscheibe kann beispielsweise zumindest Polyethylen (PE), Polycarbonat (PC), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polybutadien, Polynitrile, Polyester, Polyurethan (PU), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid (PVC), Polyacrylat, Polyamid, Polyethylenterephthalat (PET), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA) und/oder Copolymere oder Gemische davon enthalten, bevorzugt Polycarbonat (PC) und/oder Polymethylmethacrylat (PMMA). Durch die Verwendung einer polymeren Außenscheibe kann das Gewicht der Dachscheibe weiter reduziert werden.

Ist die Außenscheibe als polymere Außenscheibe ausgebildet, so ist in einer bevorzugten Ausgestaltung das Substrat als flexible Folie ausgebildet. So können Dachscheiben mit einem sehr geringen Gewicht realisiert werden.

Die Dicke der Außenscheibe beträgt bevorzugt von 1 ,0 mm bis 12 mm, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 5 mm, beispielsweise 2,1 mm. Ist das Substrat als flexible Folie ausgebildet, so beträgt die Dicke der Außenscheibe bevorzugt von 2,8 mm bis 5 mm. Dadurch wird eine vorteilhafte Stabilität der Dachscheibe erreicht.

Die thermoplastische Schicht enthält zumindest ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt Ethylenvinylacetat (EVA), Polyvinylbutyral (PVB), Polyurethan (PU), Polyethylen (PE) und/oder Polyethylenterephthalat (PET). Die thermoplastische Schicht kann aber auch beispielsweise zumindest Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmetacrylat, Polyacrylat, Polyvinylchlorid, Polyacetatharz, Gießharze, Acrylate, Fluorinierte Ethylen-Propylene, Polyvinylfluorid und/oder Ethylen-Tetrafluorethylen enthalten. Die thermoplastische Schicht weist bevorzugt eine Dicke von 0,5 mm bis 5 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 3 mm auf, ganz besonders bevorzugt von 1 mm bis 2 mm auf. Die thermoplastische Schicht ist bevorzugt aus zumindest einer ersten thermoplastischen Folie und einer zweiten thermoplastischen Folie ausgebildet, zwischen denen das photovoltaische Schichtsystem angeordnet ist. Jede thermoplastische Folie weist dabei bevorzugt eine Dicke von 0,25 mm bis 1 mm auf, besonders bevorzugt von 0,45 mm bis 0,85 mm. Die erste und die zweite thermoplastische Folie können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen.

Die thermoplastische Schicht kann aber auch aus mehr als zwei Folien gebildet werden. Weitere Folien können beispielsweise als Schutzschichten oder Trägerschichten des photovoltaischen Schichtsystems vor der Herstellung der Dachscheibe dienen.

Ein umlaufender Randbereich der thermoplastischen Schicht mit einer Breite von beispielsweise 3 mm bis 50 mm ist bevorzugt nicht mit dem photovoltaischen Schichtsystem versehen. In diesem Randbereich sind die erste und die zweite thermoplastische Folie bevorzugt direkt oder auch über andere Schichten, beispielsweise andere polymere Schichten miteinander verbunden. Die photovoltaische Schichtstruktur ist dadurch dauerhaft stabil und ohne Kontakt zur äußeren Umgebung innerhalb der thermoplastischen Schicht eingelagert und vorteilhaft vor Umwelteinflüssen, insbesondere Korrosion und mechanischer Beschädigung geschützt.

Die erfindungsgemäße Dachscheibe kann eine beliebige dreidimensionale Form aufweisen. Die Dachscheibe kann plan oder leicht oder stark in einer Richtung oder in mehreren Richtungen des Raumes gebogen sein. Die Krümmungsradien der gebogenen Dachscheibe können beispielsweise von 50 mm bis 1200 mm betragen. Der Krümmungsradius muss nicht über die gesamte Dachscheibe konstant sein. Es können stärker und weniger stark gebogene Bereiche vorliegen. Es können auch plane und gebogene Bereiche vorliegen. Bei herkömmlichen Dachscheiben mit integriertem Photovoltaik-Modul treten typischerweise Krümmungsradien von 700 mm bis 1000 mm auf. Durch das erfindungsgemäße, in der thermoplastischen Schicht eingelagerte photovoltaische Schichtsystem und das erfindungsgemäße polymere Substrat können demgegenüber Dachscheiben realisiert werden, die zumindest in einem Bereich Krümmungsradien von 600 mm bis 900 mm, bevorzugt von 600 bis 650 mm aufweisen. Die Fläche der erfindungsgemäßen Dachscheibe kann breit variieren und so hervorragend den Erfordernissen im Einzelfall angepasst werden. Die Fläche der Dachscheibe kann beispielsweise von 100 cm ² bis zu 5 m ² betragen, bevorzugt von 0,5 m ² bis 2 m ² .

Bei Dachscheiben ist häufig eine verminderte Transmission von sichtbarem Licht gewünscht, um eine direkte Sonneneinstrahlung in den Innenraum zu vermeiden. Die Transmission kann beispielsweise kleiner 50%, kleiner 20% oder sogar kleiner 10% betragen. Typischerweise wird dies durch eine getönte und/oder gefärbte Außen- und/oder Innenscheibe oder durch getönte Folien innerhalb des Verbundes erreicht. Durch das lichtabsorbierende photovoltaische Schichtsystem, welches großflächig innerhalb der Dachscheibe angeordnet ist, wird die Transmission von sichtbarem Licht durch die Dachscheibe vorteilhaft verringert, so dass die Außenscheibe, das Substrat und die thermoplastischen Schichten transparent und klar ausgebildet sein können. Solche transparenten Außenscheiben, Substrate und thermoplastischen Schichten sind einfache und kostengünstiger herzustellen und führen zu einer verminderten Korrosionsgefährung von beispielsweise auf der Außenscheibe aufgetragenen funktionellen Beschichtungen. Die Transmission von sichtbarem Licht durch die Dachscheibe im Bereich des photovoltaischen Schichtsystems beträgt bevorzugt kleiner 50 %.

Das photovoltaische Schichtsystem bewirkt die zur Umwandlung von Strahlungsenergie in elektrische Energie erforderliche Ladungsträgertrennung. Das photovoltaische Schichtsystem ist bevorzugt ein Dünnschichtsystem. Darunter werden Schichtsysteme mit Dicken von nur wenigen Mikrometern verstanden. Der besondere Vorteil liegt in einer geringen Dicke und einer großen Flexibilität der erfindungsgemäßen thermoplastischen Schicht. Die große Flexibilität der thermoplastischen Schicht hat insbesondere den Vorteil, dass Dachscheiben mit starken Krümmungen realisiert werden können.

Das photovoltaische Schichtsystem umfasst bevorzugt zumindest eine photovoltaisch aktive Absorberschicht zwischen einer Frontelektrodenschicht und einer Rückelektrodenschicht. Die Frontelektrodenschicht ist dabei auf der zur Außenscheibe hingewandten Seite der Absorberschicht angeordnet. Die Rückelektrodenschicht ist auf der zum Substrat hingewandten Seite der Absorberschicht angeordnet.

Die photovoltaisch aktive Absorberschicht umfasst bevorzugt mindestens eine p-leitende Halbleiterschicht. Die p-leitende Halbleiterschicht kann beispielsweise amorphes, mikromorphes oder polykristallines Silizium, Cadmium-Tellurid (CdTe), Cadmium-Selenid (CdSe), Gallium-Arsenid (GaAs) oder halbleitende organische Polymere oder Oligomere enthalten.

Die p-leitende Halbleiterschicht enthält in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen Chalkopyrithalbleiter wie eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium- Schwefel/Selen (CIS), beispielsweise Kupfer-Indium-Diselenid (CulnSe ₂ ), oder eine Verbindung der Gruppe Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel/Selen (CIGS), beispielsweise Cu(lnGa)(SSe) ₂ . CI(G)S-basierte Halbleiterschichten zeichnen sich aufgrund eines an das Spektrum des Sonnenlichts angepassten Bandabstands durch einen besonders hohen Absorptionskoeffizienten aus. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Leistung des photovoltaischen Schichtsystems. Außerdem wird durch eine CI(G)S-basierte Absorberschicht ein homogener, dunkler Eindruck der Dachscheibe ohne Farbstich erreicht. Die Absorberschicht kann mit Metallen, bevorzugt Natrium dotiert sein. Die photovoltaisch aktive Absorberschicht hat bevorzugt eine Schichtdicke von 500 nm bis 5 μιη, besonders bevorzugt von 1 μιη bis 3 μιη.

In einer alternativen besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält die Absorberschicht halbleitende organische Polymere oder Oligomere. Bei solchen Schichtsystemen ist die Transparenz vorteilhaft einstellbar, insbesondere durch die Wahl der Schichtdicke und des Materials der aktiven Absorberschicht sowie des Materials der Rückelektrode. Es lässt sich also auch durch solche Schichtsysteme ein vorteilhaft dunkles Erscheinungsbild realisieren.

Die Rückelektrodenschicht kann beispielsweise zumindest ein Metall enthalten, bevorzugt Molybdän, Titan, Wolfram, Nickel, Titan, Chrom und/oder Tantal. Die Rückelektrodenschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 300 nm bis 600 nm auf.

Die Frontelektrodenschicht ist im Spektralbereich, in dem die Absorberschicht empfindlich ist, transparent. Die Frontelektrodenschicht kann beispielsweise einen n-leitenden Halbleiter enthalten, bevorzugt Aluminium-dotiertes Zinkoxid oder Indium-Zinnoxid. Die Frontelektrodenschicht weist bevorzugt eine Schichtdicke von 500 nm bis 2 μιη auf. Die Elektrodenschichten können auch Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Chrom, Wolfram, Zinnoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und/oder Kombinationen sowie Gemische davon enthalten.

Die Elektrodenschichten können auch einen Schichtstapel unterschiedlicher Einzelschichten umfassen. Ein solcher Schichtstapel kann beispielsweise eine Diffusionssperrschicht aus beispielsweise Siliziumnitrid enthalten, um eine Diffusion von Ionen in die photovoltaisch aktive Absorberschicht zu verhindern.

Das photovoltaische Schichtsystem kann natürlich weitere Einzelschichten umfassen, die dem Fachmann bekannt sind, beispielsweise eine Pufferschicht zur Anpassung der elektronischen Eigenschaften zwischen der Absorberschicht und einer Elektrodenschicht.

Das photovoltaische Schichtsystem kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung durch eine geeignete, an sich bekannte Strukturierung und Verschaltung von Rückelektrodenschicht, Absorberschicht und Frontelektrodenschicht in einzelne photovoltaisch aktive Bereiche, sogenannte Solarzellen, unterteilt sein. Solche unterteilten photovoltaischen Schichtsysteme sind beispielsweise aus EP 2200097 A1 bekannt. Die Unterteilung erfolgt durch Einschnitte unter Einsatz einer geeigneten Strukturierungstechnologie wie Laserschreiben und mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Abheben oder Ritzen. Die einzelnen Solarzellen sind über einen Bereich der Rückelektrodenschicht in integrierter Form seriell miteinander verschaltet.

Die thermoplastische Schicht enthält bevorzugt an sich bekannte Sammelleiter, sogenannte Busbars, zur elektrischen Kontaktierung des photovoltaischen Schichtsystems. Die Sammelleiter sind mit der Front- und/oder Rückelektrodenschicht elektrisch leitend verbunden. Der Sammelleiter ist vorteilhafterweise als Band beziehungsweise Streifen ausgebildet. Der Sammelleiter enthält bevorzugt zumindest ein Metall oder eine Metalllegierung oder besteht aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Prinzipiell kann jedes elektrisch leitfähige Material, das sich zu Folien verarbeiten lässt, für den Sammelleiter verwendet werden. Besonders geeignete Materialien für den Sammelleiter sind beispielsweise Aluminium, Kupfer, verzinntes Kupfer, Gold, Silber oder Zinn und Legierungen davon. Der Sammelleiter hat beispielsweise eine Dicke von 0,03 mm bis 0,3 mm und eine Breite von 2 mm bis 16 mm. Die Sammelleiter können zwischen die erste und die zweite thermoplastische Folie eingelegt werden, bevor diese zur thermoplastischen Schicht verbunden werden. Die Sammelleiter werden durch die Verklebung der Folien an der vorgesehenen Position gehalten. Alternativ kann die elektrisch leitende Verbindung zwischen den Sammelleitern und der jeweiligen Elektrodenschicht beispielsweise durch Schweißen, Bonden, Löten, Klemmen oder Kleben mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers erfolgen.

Die Sammelleiter können sich über die Seitenkanten der thermoplastischen Schicht hinaus erstrecken und außerhalb der thermoplastischen Schicht über geeignete Kabel elektrisch kontaktiert werden. Alternativ kann die elektrische Kontaktierung der Sammelleiter mittels geeigneter Kabel, bevorzugt Flachleiter wie Folienleiter innerhalb der thermoplastischen Schicht erfolgen. Dazu werden die Kabel vor dem Verbinden der ersten und der zweiten thermoplastischen Folie mit den Sammelleitern verbunden, so dass sich die Kabel von den Sammelleitern im Inneren der thermoplastischen Schicht über ihre Seitenkanten hinaus erstrecken.

Das photovoltaische Schichtsystem kann in physisch voneinander getrennte Teilabschnitte unterteilt sein. Darunter sind Teilabschnitte zu verstehen, die über keine der Einzelschichten des photovoltaischen Schichtsystems direkt, also ohne die Verwendung weitere Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Ein solcher Teilabschnitt weist bevorzugt eine Länge und Breite von 100 mm bis 2000 mm auf, besonders bevorzugt von 500 mm bis 1000 mm. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Teilabschnitten beträgt bevorzugt von 1 mm bis 100 mm, besonders bevorzugt von 10 mm bis 50 mm. Die Teilabschnitte können beispielsweise eine rechteckige Fläche aufweisen und in Form zueinander paralleler Reihen angeordnet sein. Die einzelnen Teilbereiche sind bevorzugt mittels elektrisch leitfähiger Verbindungselemente in Abhängigkeit vom Einsatzzweck parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sein. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente sind beispielsweise als Bänder oder Streifen, welche zumindest ein Metall oder eine Metalllegierung enthalten, ausgebildet. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente enthalten bevorzugt zumindest Aluminium, Kupfer, verzinntes Kupfer, Gold, Silber oder Zinn und Legierungen davon. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente weisen bevorzugt eine Dicke von 0,03 mm bis 0,3 mm auf. Die Teilabschnitte des photovoltaischen Schichtsystems können auch in Gruppen aufgeteilt sein, wobei die Teilabschnitte jeweils einer Gruppe seriell miteinander verschaltet sind und wobei die Gruppen parallel miteinander verschaltet sind, beispielsweise durch den Anschluss an gemeinsame Sammelleiter. Die Fläche des photovoltaischen Schichtsystems beträgt bevorzugt von 50 % bis 100 % der Fläche der erfindungsgemäßen Dachscheibe, beispielsweise von 50 % bis 90%. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die Leistung des integrierten Photovoltaik-Moduls sowie ein einheitliches Erscheinungsbild der Dachscheibe. Die Fläche des photovoltaischen Schichtsystems kann beispielsweise von 0, 1 m ² bis 5 m ² , bevorzugt 0,5 m ² bis 2 m ² betragen.

Das integrierte Photovoltaik-Modul weist in einer bevorzugten Ausgestaltung eine spezifische maximale erzielbare Leistung PMPP von 10 W/m ² bis 300 W/m ² , besonders bevorzugt von 50 W/m ² bis 150 W/m ² auf. Die Leistung ist dabei unter den üblichen Standardtestbedingungen für Photovoltaik-Module gemessen (Einstrahlungsstärke von 1000 W/m ² , Temperatur 25 °C, Strahlungsspektrum AM 1 ,5 global).

Die Aufgabe der Erfindung wird weiter durch ein Verfahren zur Herstellung einer Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul gelöst, wobei zumindest

(a) ein photovoltaisches Schichtsystem in eine thermoplastische Schicht eingebracht wird,

(b) die thermoplastische Schicht flächenmäßig zwischen einem Substrat, welches zumindest ein Polymer enthält, und einer Außenscheibe angeordnet wird und

(c) das Substrat mit der Außenscheibe über die thermoplastische Schicht unter Einwirkung von Hitze, Vakuum und/oder Druck verbunden wird.

Die thermoplastische Schicht wird bevorzugt aus zumindest einer ersten und einer zweiten thermoplastischen Folie gebildet, wobei das photovoltaische System flächenmäßig zwischen der ersten und der zweiten thermoplastischen Folie einbracht wird.

Das photovoltaische Schichtsystem kann direkt auf eine Oberfläche der ersten oder der zweiten thermoplastischen Folie abgeschieden werden. Das photovoltaische Schichtsystem kann alternativ beispielsweise auf eine Trägerfolie abgeschieden werden, welche anschließend zwischen die erste und die zweite thermoplastische Folie eingelegt wird. Zwischen die erste und die zweite thermoplastische Folie können weiter Schichten, beispielsweise haftvermittelnde Schichten oder weitere Trägerfolien, angeordnet werden.

Das Abscheiden des thermoplastischen Schichtsystems auf eine Oberfläche beispielsweise der ersten oder zweiten thermoplastischen Folie oder einer Trägerfolie erfolgt bevorzugt durch Kathodenzerstäubung, Aufdampfen oder chemische Gasphasenabscheidung (chemical vapour deposition, CVD).

In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst das Substrat oder die Außenscheibe bereitgestellt. Zumindest die erste thermoplastische Folie wird auf einer Oberfläche des Substrats beziehungsweise der Außenscheibe angeordnet. Ist das photovoltaische Schichtsystem auf einer Trägerfolie vorgesehen, so wird diese Trägerfolie flächenmäßig auf der ersten thermoplastischen Folie angeordnet. Anschließend wird zumindest die zweite thermoplastische Folie flächenmäßig auf der ersten thermoplastischen Folie beziehungsweise der Trägerfolie angeordnet. In Verfahrensschritt (b) wird in dieser Ausführung die Außenscheibe beziehungsweise das Substrat flächenmäßig auf der zweiten thermoplastischen Folie angeordnet, wodurch die thermoplastische Schicht mit dem photovoltaischen System zwischen dem Substrat und der Außenscheibe angeordnet wird.

In einer alternativen Ausführung wird das photovoltaische Schichtsystem zwischen zumindest der ersten und der zweiten thermoplastischen Folie angeordnet, noch bevor eine der thermoplastischen Folien auf dem Substrat beziehungsweise der Deckscheibe angeordnet wird. Die erste und die zweite thermoplastische Folie werden großflächig über das photovoltaische Schichtsystem zu einer prälaminierten thermoplastischen Schicht verbunden. Das Verbinden erfolgt bevorzugt unter Einwirkung von Hitze, Druck und/oder Vakuum. In Verfahrensschritt (b) wird das vorgefertigte Prälaminat mit dem eingelagerten photovoltaischen Schichtsystem zwischen dem Substrat und der Deckscheibe angeordnet.

Der Vorteil eines solchen Prälaminats liegt in einer einfachen und kostengünstigen Herstellung der erfindungsgemäßen Dachscheibe. Das Prälaminat kann vor dem Verbinden des Substrats mit der Außenscheibe bereitgestellt werden. Es können dann die herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer Dachscheibe angewendet werden, wobei die thermoplastische Zwischenschicht, über die das Substrat herkömmlich mit der Außenscheibe verklebt wird, durch das Prälaminat ersetzt wird. Zudem ist das photovoltaische System im Inneren des Prälaminats vorteilhaft vor Beschädigungen, insbesondere Korrosion geschützt. Das Prälaminat kann daher deutlich vor der eigentlichen Herstellung der Dachscheibe auch in größerer Stückzahl bereitgestellt werden, was aus ökonomischen Gründen wünschenswert sein kann. Das Prälaminat kann direkt oder über weitere thermoplastische Folie mit dem Substrat und der Außenscheibe verbunden werden.

Bevorzugt werden die Rück- und/oder die Frontelektrodenschicht zur elektrischen Kontaktierung nach dem Aufbringen des photovoltaischen Schichtsystems und vor dem Verbinden von erster und zweiter thermoplastische Schicht mit beispielsweise Sammelleitern und/oder Folienleiter elektrisch leitend verbunden.

Ist das Substrat als starre Scheibe ausgebildet, so erfolgt das Verbinden des Substrats mit der Außenscheibe über die thermoplastische Schicht durch an sich bekannte Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe. Es können beispielsweise sogenannte Autoklavverfahren bei einem erhöhten Druck von etwa 10 bar bis 15 bar und Temperaturen von 130 °C bis 145 °C über etwa 2 Stunden durchgeführt werden. An sich bekannte Vakuumsack- oder Vakuumringverfahren arbeiten beispielsweise bei etwa 200 mbar und 130 °C bis 145 °C.

Die Außenscheibe, die thermoplastische Schicht und das Substrat können auch in einem Kalander zwischen mindestens einem Walzenpaar zu einer erfindungsgemäßen Dachscheibe verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundverglasungen bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor einem Presswerk. Die Temperatur während des Pressvorgangs beträgt beispielsweise von 40 °C bis 150 °C. Kombinationen von Kalander- und Autoklavverfahren haben sich in der Praxis besonders bewährt.

Alternativ können Vakuumlaminatoren eingesetzt werden. Diese bestehen aus einer oder mehreren beheizbaren und evakuierbaren Kammern, in denen Außenscheibe und Substrat innerhalb von beispielsweise etwa 60 Minuten bei verminderten Drücken von 0,01 mbar bis 800 mbar und Temperaturen von 80°C bis 170°C laminiert werden können.

Ist das Substrat als flexible Folie ausgestaltet, so erfolgt das Verbinden des Substrats mit der Außenscheibe über die thermoplastische Schicht in einer besonders vorteilhaften Ausführung in der nachfolgend beschriebenen Weise. Zeitlich vor, nach oder zeitgleich mit Verfahrensschritt (b) und vor Verfahrensschritt (c) wird eine Trennfolie auf der von der Außenscheibe abgewandten Oberfläche des Substrats und eine Stützscheibe auf der vom Substrat abgewandten Oberfläche der Trennfolie angeordnet. Die Stützscheibe ist bevorzugt eine starre Scheibe und enthält bevorzugt Glas, besonders bevorzugt Flachglas, Floatglas, Quarzglas, Borosilikatglas oder Kalk-Natron-Glas oder Kunststoffe, bevorzugt Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat, Polymethylmethacrylat, Polystyrol, Polyamid, Polyester, Polyvinylchlorid und/oder Gemische davon enthalten. Die Dicke der Stützscheibe beträgt bevorzugt von 1 ,0 mm bis 25 mm, besonders bevorzugt von 1 ,4 mm bis 5 mm. Die zum Substrat hingewandte Oberfläche der Stützscheibe sollte dabei die gleiche Krümmung aufweisen wie die zum Substrat hingewandte Oberfläche der Außenscheibe. Die Stützscheibe wird also nach Größe und Form so gewählt, dass sie prinzipiell dazu geeignet wäre, mit der Außenscheibe zu einer Verbundscheibe verbunden zu werden. Die Trennfolie ist aus einem Material gefertigt, dass dazu geeignet ist, eine dauerhafte Haftung zwischen Stützscheibe und Substrat zu verhindern. Die Trennfolie enthält bevorzugt zumindest ein Polytetrahalogenethylen, besonders bevorzugt zumindest Polytetrafluorethylen und/oder Polychlortrifluorethylen. Das ist besonders vorteilhaft im Hinblick auf die haftungsverhindernden Eigenschaften der Trennfolie. Die Trennfolie weist bevorzugt eine Dicke von 0,01 mm bis 10 mm auf, besonders bevorzugt von 0,1 mm bis 2,5 mm, beispielsweise von 0,1 mm bis 1 mm.

Der Stapel aus Außenscheibe, thermoplastische Schicht, Substrat, Trennfolie und Stützscheibe kann einfach an sich bekannten Verfahren zur Herstellung einer Verbundscheibe unterzogen werden, beispielsweise den oben beschriebenen. Dadurch wird eine dauerhaft stabile Verbindung zwischen Außenscheibe und Substrat über die thermoplastische Schicht bereitgestellt. Aufgrund der haftungsverhindernden Wirkung der Trennfolie kann die Stützscheibe anschließend einfach entfernt werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung umfasst die Verwendung einer erfindungsgemäßen Dachscheibe in Fahrzeugen für den Verkehr auf dem Lande, in der Luft oder zu Wasser, bevorzugt in Zügen, Straßenbahnen, Schiffen und Kraftfahrzeugen wie Bussen, Lastkraftwagen und insbesondere Personenkraftwagen. Durch die mittels des integrierten Photovoltaik-Moduls gewonnen elektrische Energie kann beispielsweise die Batterie eines Elektro-Fahrzeugs gekühlt werden, die Fahrgastzelle während des Parkens gekühlt werden, eine sekundäre Batterie des Fahrzeugs geladen werden oder eine beheizbare Scheibe während des Parkens betrieben werden. Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung ist eine schematische Darstellung und nicht maßstabsgetreu. Die Zeichnung schränkt die Erfindung in keiner Weise ein. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen

Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Abschnitts Z aus Figur 1 ,

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Substrat, die thermoplastische Schicht, die

Außenscheibe, die Trennfolie und die Stützscheibe vor der Herstellung der erfindungsgemäßen Dachscheibe und

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines

Flussdiagramms.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen je ein Detail einer erfindungsgemäßen Dachscheibe mit einem integrierten Photovoltaik-Modul. Die Dachscheibe umfasst ein Substrat 1 und eine Außenscheibe 2, die über eine thermoplastische Schicht 3 miteinander verbunden sind. Die Dachscheibe ist die Dachscheibe eines Kraftfahrzeugs. Die Außenscheibe 2 besteht aus thermisch vorgespanntem Kalk-Natron-Glas und weist eine Dicke von 3 mm auf. Das Substrat 1 besteht aus Polyvinylfluorid (DuPont Tedlar ^® ) und weist eine Dicke von 0,8 mm auf. Die voneinander abgewandten Oberflächen der Außenscheibe 2 und des Substrats 1 stellen die Außenflächen der Dachscheibe dar. Dabei ist die vom Substrat 1 abgewandte Oberfläche der Außenscheibe 2 in Einbaulage der äußeren Umgebung zugewandt und die von der Außenscheibe 2 abgewandte Oberfläche des Substrats 1 dem Fahrzeuginnenraum zugewandt. Die Dachscheibe ist gebogen ausgeformt, wie es für Kraftfahrzeug- Dachscheiben üblich ist. Die Dachscheibe weist eine Breite von 1 10 cm und eine Länge von 130 cm auf.

Die thermoplastische Schicht 3 ist aus einer ersten thermoplastischen Folie 4 und einer zweiten thermoplastischen Folie 5 gebildet. Die erste und die zweite thermoplastische Folie 4, 5 bestehen aus Ethylenvinylacetat (EVA) und weisen jeweils eine Dicke von etwa 0,7 mm auf. Die thermoplastischen Folien 4, 5 sind schematisch zur Verdeutlichung dargestellt. Nach dem Laminieren der Dachscheibe muss der Übergang zwischen den thermoplastischen Folien 4, 5 nicht als klare Grenze zu erkennen sein, insbesondere wenn die thermoplastischen Folien 4, 5 aus dem gleichen Material bestehen. Zwischen der ersten thermoplastischen Folie 4 und der zweiten thermoplastischen Folie 5 ist ein photovoltaisches Schichtsystem 6 angeordnet. Das photovoltaische Schichtsystem 6 erstreckt sich nicht bis zu den Seitenkanten der thermoplastischen Schicht 3. Ein umlaufender Randbereich der thermoplastischen Schicht 3 mit einer Breite von etwa 50 mm ist nicht mit dem photovoltaischen Schichtsystem 6 versehen. In diesem Randbereich sind die erste und die zweite thermoplastische Folie 4, 5 direkt miteinander verbunden. Das photovoltaische Schichtsystem 6 ist somit im Inneren der thermoplastischen Schicht 3 vorteilhaft vor Umwelteinflüssen, insbesondere Korrosion geschützt. Das photovoltaische Schichtsystem 6 weist insgesamt eine Fläche von etwa 1 ,2 m ² auf. Die Fläche des photovoltaischen Schichtsystems 6 beträgt damit etwa 84 % der Fläche der Dachscheibe.

Das photovoltaische Schichtsystem 6 umfasst eine Rückelektrodenschicht 10, die Molybdän enthält und eine Schichtdicke von etwa 300 nm aufweist. Das photovoltaische Schichtsystem 6 enthält weiter eine photovoltaisch aktive Absorberschicht 1 1 , welche Natrium-dotiertes Cu(lnGa)(SSe) ₂ enthält und eine Schichtdicke von etwa 2 μιη aufweist. Das photovoltaische Schichtsystem 6 enthält weiter eine Frontelektrodenschicht 12, die Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO) enthält und eine Schichtdicke von etwa 1 μιη aufweist. Zwischen Frontelektrodenschicht 12 und Absorberschicht 1 1 ist eine nicht dargestellte Pufferschicht angeordnet, die eine Einzellage Cadmiumsulfid (CdS) und eine Einzellage intrinsisches Zinkoxid (i-ZnO) enthält. Die Pufferschicht bewirkt eine elektronische Anpassung zwischen Absorberschicht 1 1 und Frontelektrodenschicht 12.

Das photovoltaische Schichtsystem 6 ist in Teilabschnitte 7 unterteilt. Die Teilabschnitte 7 sind physisch voneinander getrennt, sind also über keine der Einzelschichten des photovoltaischen Schichtsystems 6 direkt miteinander verbunden. Das photovoltaische Schichtsystem 6 weist insgesamt neun dieser Teilabschnitte 7 auf, welche in drei zueinander parallelen Reihen mit jeweils drei Teilabschnitten 7 angeordnet sind. Die Figur 1 zeigt den Querschnitt durch eine dieser Reihen. Die Teilabschnitte 7 jeweils einer dieser Reihen sind miteinander seriell verschaltet. Die Verschaltung erfolgt durch eine geeignete elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenschichten 10, 12 jeweils benachbarter Teilabschnitte 7 über elektrisch leitfähige Verbindungselemente 8. Die elektrisch leitfähigen Verbindungselemente 8 sind als Streifen aus Aluminium mit einer Dicke von 0,2 mm ausgestaltet. Der Abstand zwischen benachbarten Teilabschnitten 7 beträgt etwa 5 mm. Die beiden äußeren Teilabschnitte 7 der dargestellten Reihe von seriell verschalteten Teilabschnitten 7 sind mit jeweils einem nicht dargestellten Sammelleiter verbunden. An den Sammelleiter ist jeweils ein ebenfalls nicht dargestellter Folienleiter angeschlossen, welcher sich über die Seitenkanten der thermoplastischen Schicht 3 hinaus erstreckt und dem äußeren elektrischen Anschluss dient. Jede der drei Reihen der seriell miteinander verschalteten Teilabschnitte 7 ist mit denselben Sammelleitern verbunden, die Reihen sind also parallel verschaltet.

Jeder der Teilabschnitte 7 des photovoltaischen Schichtsystems 6 ist mit an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Dünnschicht-Photovoltaik-Moduls in einzelne photovoltaisch aktive Bereiche, sogenannte Solarzellen 9 unterteilt. Die Solarzellen 9 eines Teilabschnitts 7 sind jeweils über einen Bereich der Rückelektrodenschicht 10 und einen Bereich der Frontelektrodenschicht 12, welcher auf die Rückelektrodenschicht 10 zurückgeführt ist, in monolithisch-integrierter Form seriell miteinander verschaltet.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Bestandteile einer erfindungsgemäßen Dachscheibe vor dem Verbinden zur Dachscheibe in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Substrat 1 , die thermoplastische Schicht 3 mit der ersten thermoplastischen Folie 4, dem photovoltaischen Schichtsystem 6 und der zweiten thermoplastischen Folie 5 und die Außenscheibe 2 sind flächenmäßig übereinander angeordnet. Die thermoplastischen Folien 4, 5 und das photovoltaische Schichtsystem 6 können optional bereits als prälaminierte thermoplastische Schicht 3 vorliegen. Das Substrat 1 , die thermoplastische Schicht 3, das photovoltaische Schichtsystem 6 und die Außenscheibe 2 sind wie bei der Dachscheibe aus Figur 1 ausgestaltet. Auf der von der Außenscheibe 2 abgewandten Oberfläche des Substrats 1 ist eine Stützscheibe 14 angeordnet. Die Stützscheibe 14 besteht aus Natron-Kalk-Glas und ist nach Größe und Form wie die Außenscheibe 2 ausgebildet. Zwischen der Stützscheibe 14 und dem Substrat 1 ist eine Trennfolie 13 angeordnet. Die Trennfolie 13 besteht aus Polytetrafluorethylen und weist eine Dicke von 1 mm auf. Die Trennfolie 13 bedeckt die gesamte Oberfläche des Substrats 1. Die Fläche der Trennfolie 13 ist also mindestens ebenso groß wie die Oberfläche des Substrats 1 , kann aber wie in dem gezeigten Beispiel auch größer sein und über die Seitenkanten des Substrats 1 hinausragen.

Durch die Stützscheibe 14 kann die erfindungsgemäße Dachscheibe einfach hergestellt werden, obwohl das Substrat 1 als flexible Folie ausgebildet ist. Zum Verbinden von Substrat 1 und Dachscheibe 2 über die thermoplastische Schicht 3 kann der Stapel aus Stützscheibe 14, Trennfolie 13, Substrat 1 , thermoplastischer Schicht 3 und Außenscheibe 2 in einfacher Weise an sich bekannten Verfahren zur Herstellung eines Verbundglases unterzogen werden. Dadurch wird eine dauerhaft stabile Verbindung zwischen Außenscheibe 2 und Substrat 1 über die thermoplastische Schicht 3 erreicht. Die Trennfolie 13 verhindert die Haftung zwischen der Stützscheibe 14 und dem Substrat 1. Nach der Herstellung der Dachscheibe können die Stützscheibe 14 und die Trennfolie 13 einfach entfernt werden.

Fig. 4 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Dachscheibe mit integriertem Photovoltaik-Modul.

Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen polymeren Substrat 1 Dachscheiben realisiert werden können, die im Vergleich zu herkömmlichen Dachscheiben mit integriertem Photovoltaik-Modul ein deutlich verringertes Gewicht, aber dennoch eine ausreichende Stabilität aufweisen, um als Dachscheiben beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet werden zu können. Durch die Flexibilität der thermoplastischen Schicht 3 mit dem photovoltaischen Schichtsystem 6 können auch Dachscheiben mit starken Krümmungsradien realisiert werden. Zudem kann die photovoltaische Schichtstruktur 6 großflächig in der thermoplastischen Schicht 3 angeordnet werden. Diese Vorteile der Erfindung waren für den Fachmann unerwartet und überraschend.

Bezugszeichenliste:

(1 ) Substrat

(2) Außenscheibe

(3) thermoplastische Schicht

(4) erste thermoplastische Folie

(5) zweite thermoplastische Folie

(6) photovoltaisches Schichtsystem

(7) Teilabschnitt des photovoltaischen Schichtsystems 6

(8) elektrisch leitfähiges Verbindungselement

(9) Solarzelle

(10) Rückelektrodenschicht

(1 1 ) Absorberschicht

(12) Frontelektrodenschicht

(13) Trennfolie

(14) Stützscheibe

Z Abschnitt der Dachscheibe