AT514091A1 - Mehrschichtige Folie für die Rückseite eines Solarmoduls - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Folie (1) für die Rückseite einesSolarmoduls, umfassend eine erste der Solarzelle abgewandte Außenschicht (2),eine zweite der Solarzelle zugewandte Außenschicht (6), sowie einedazwischenliegende Trägerschicht (4), wobei jeweils zwischen Trägerschicht (4)und den Außenschichten (2 und 6) eine Zwischenschicht (3 bzw. 5) angeordnet ist,und die Zwischenschicht (3 bzw. 5) ein Polymer und einen Füllstoff aufweist, wobeider Füllstoff Fasern aufweist und wobei das Verhältnis der Faserlänge zumdurchschnittlichen Faserdurchmesser bei mindestens 10: 1, vorzugsweise beimindestens 12:1, am meisten bevorzugt bei mindestens 15:1 liegt, sowie einVerfahren zur Herstellung einer solchen mehrschichtigen Folie (1), umfassend dieSchritte des Einwiegen, reaktiven Compoundieren, Filtrieren, Coextrudieren,Oberflächenbehandeln und die sphäroidähnliche Oberflächenprägung einer Rautiefevon 10 - 20 pm mittels einer Luftrakel und die Verwendung einer solchenmehrschichtigen Folie (1) in einer Solarzelle.
Description
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Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Folie für die Rückseite eines Solarmoduls, umfassend eine erste der Solarzelle abgewandte Außenschicht, eine zweite der Solarzelle zugewandte Außenschicht, sowie eine dazwischenliegende Trägerschicht, wobei jeweils zwischen Trägerschicht und den Außenschichten eine Zwischenschicht angeordnet ist.
Eine Solarzelle oder photovoltaische Zelle, der aktive Teil eines Solarmoduls, ist ein elektrisches Bauelement, das Sonnenlicht durch den photovoltaischen Effekt in elektrische Energie umwandelt. Aufgrund der in der heutigen Zeit zunehmenden Problematik fossiler Brennstoffe nimmt die Bedeutung der Energiegewinnung durch alternative und umweltfreundliehe Methoden stetig zu. Insbesondere die Energiegewinnung durch Solarzellen ist hierbei von Interesse, da Sonnenlicht als Energiequelle im Vergleich mit Energiequellen, die sich aus der Gezeitenkraft wie etwa Wind oder Wasser ergeben, die ergiebigste Form ist. Aus diesem Grund besteht ein großes wirtschaftliches Interesse an der Herstellung effizienter Solarmodule.
Die Betriebstemperatur herkömmlicher Solarmodule liegt bei etwa 80 bis 87°C, mit einem Wirkungsgrad von maximal 10 - 14%, wobei bekannt ist, dass der photovoltaische Wirkungsgrad der heute verwendeten Halbleitermaterialien in einer direkten Abhängigkeit zur Betriebstemperatur steht. Untersuchungen haben ergeben, dass eine Absenkung der heutigen durchschnittlichen Betriebstemperatur um 1°C den Wirkungsgrad der heutigen Module um etwa 1,2% erhöht.
Eine der Möglichkeiten die Betriebstemperatur zu senken besteht darin, die Wärmeabstrahlung zu erhöhen. Dies lässt sich aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ableiten, wobei der von einem Körper abgestrahlte Wärmestrom Q für einen Körper wie folgt berechenbar ist:
Q ist in der obgenannten Formel der Wärmestrom bzw. die Strahlungsleistung. 2/23 2 ε ist der Emissionsgrad, dessen Wert zwischen 0 (perfekter Spiegel) und 1 (idealer Schwarzer Körper) liegen kann. σ ist die Stefan-Boltzmann-Konstante (5;67*10'8 W/m2K4). A ist die Oberfläche des abstrahlenden Körpers. T ist die Temperatur des abstrahlenden Körpers (in Kelvin).
Die Intensität bezeichnet in der Physik die Energie pro Zeit pro Fläche, also eine Flächenleistungsdichte. Demgemäß ist die Wärmeabstrahlung eine Funktion der Größe der Oberfläche des abstrahlenden Körpers.
Wesentlich verantwortlich für die Effizienz eines Solarmoduls ist jedoch nicht nur die Beschaffenheit und Effizienz des photovoltaischen Elements an sich, sondern auch die rückseitig an dem Solarmodul angebrachte Folie, die das photovoltaische Element von der Umwelt abgrenzt. Wie oben bereits abgeleitet ist die Oberflächenbeschaffenheit indirekt für die Effizienz der Energieumwandlung mitverantwortlich, da die Wärmeabstfahlung der Oberfläche verantwortlich ist für den Temperaturhaushalt und die Abkühlung der Solarzelle. Weiters charakterisiert die Oberflächenbeschaffenheit der Folie den Emissionsgrad.
Nicht nur die Oberflächenbeschaffenheit einer Rüekseitenfolie ist für ein Solarmodul relevant, sondern aufgrund der Funktion der Abgrenzung der Solarzelle von der Umwelt sind auch hohe Anforderungen an äußere Umweltfaktoren wie etwa Feuchtigkeit, UV-Licht, Staub, mechanische Einwirkungen, sowie extreme Temperaturschwankungen im Bereich von - 40°C bis + 85°C gestellt, die eine ständige Beanspruchung bedeuten, und denen die Rückseitenfolie ohne Materialschädigung bzw. ohne Beeinträchtigung der Materialeigenschaften widerstehen muss. So darf es aufgrund der vielfachen Temperaturwechsel weder zu einem Abbau der inneren Festigkeit oder zu einer Rissbildung kommen. Prüfnormen wie etwa die IEC 61730 für Solarmodule und Rückseitenfolien umfassen eine
Betrachtung aller Einflussgrößen, die für die Alterung von Solarzellen verantwortlich Sind. Neben der Anforderung an eine langjährige physikalische Beständigkeit von Solarzelle und der Rückseitenfolie ist weiters höchstmögliche Blickdichtheit, höchstmögliche Formbeständigkeit sowie ein maximaler Reflexionsgrad der der 3/23 3
Solarzelle zugewandten Seite der Rückseitenfolie erforderlich. Dies ist in der Regel durch einen Schichtaufbau mehrerer Schichten unterschiedlicher Eigenschaften realisiert. Ein typischer Schichtaufbau stellt sich wie folgt dar: hochreflektierende schützende Außenschicht, den photovoltaischen Elementen abgewandt
Zwischenschicht trägerschicht (auch "Träger- und Barriereschicht" oder "Trägerlage” genannt) Zwischenschicht hoehreflektierende schützende Außenschicht, den photovoltaischen Elementen zugewandt
Dabei sind die Außenschichten hochreflektierend, UV-stabil, beständig gegen Umwelteinflüsse, chemisch resistent, langzeitstabil, abriebfest, hart, zäh, maßbeständig, oberflächenbehandelt, und die der Solarzelle zugewandte Außenschicht weist zusätzlich eine hohe Lichtreflexion und Klebkraft zu Ethylenvinylacetat (EVA) auf. Die Zwischenschichten sind UV-beständig, beständig gegen Umwelteinflüsse, chemisch resistent, langzeitstabil, zäh und maßbeständig. Die Trägerlage bildet eine Barriere gegenüber Wasser, ist hydrolysebeständig, wasserdampfundurchlässig, sauerstoffundurchlässig, UV-beständig, beständig gegenüber Umwelteinflüssen, chemisch resistent, langzeitstabil, schlagzäh, rissfest, unzerbrechlich und maßbeständig. Die Schichten der Folie sind herkömmlicherweise im Innenbereich aus einem Polymer auf Polyester- oder Polyolefinbasis und im Außenbereich aus Fluorpolymeren hergestellt. Es ist bekannt, dass dem Polymer oftmals Füllstoffe zugesetzt werden. Herkömmliche Füllstoffe sind gemahlene Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 90 pm, wobei die Fasern eine Normalverteilung ohne Abweichungsbegrenzungen aufweisen.
Folien für Solarmodule sind im Stand der Technik etwa bekannt aus den folgenden Patentschriften: DE 11 2009 002 652 T5 beschreibt eine Funktionsfolie für ein Solarzellenmodul, wobei die Rückseitenfölie einen Basisfilm und einen reflektierenden Film enthält, 4/23 4 und der reflektierende Film eine Vielzahl von unebenen Teilen, wie etwa dreieckige Prismenfiguren auf der Oberfläche aufweisen kann. US 2012/0028060 Al beschreibt eine mehrschichtige Rückfolie für ein Photovolta ik-Modul, das eine erste und eine zweite Außenschicht, sowie eine dazwischenliegende Innenschicht aufweist, wobei die Innenschicht eine Wasser- und Sauerstoffbarriere bildet, und alle Schichten aus Polymeren sind. EP 2 410 570 A2 beschreibt eine mehrschichtige Rückfolie für ein Solarmodul, wobei eine Schicht ein PVDF-basierendes Polymer mit einer Kristallinität von 50% oder weniger aufweist, was zu verbesserten physikalischen Eigenschaften führt. EP 2 208 755 Al beschreibt eine Rückschicht für eine Solarzelle und ein Verfahrung zur Herstellung einer solchen. Zur Verstärkung der Fluorpolymer-Schicht werden als Polymer-Füllstoffe Acrylat-Polymerpartikel, Vinyl-Polymerpartikel, oder auch fluorinierte Polymerpartikel mit einer Partikelgröße von 1 - 4 pm verwendet. US 2011/0247686 Al beschreibt einen mehrschichtigen Film, bestehend aus einer adhäsiven UV-absorbierenden Schicht, einer Fluorpolymerschicht, sowie intermediären Schichten. WO 2011/009568 Al beschreibt eine auf Polypropylen basierende Rückschicht für ein Solarmodul.
Der Nachteil von bekannten Solarmodulen des Stand der Technik ist der relativ geringe Wirkungsgrad und die Gefahr der Schädigung durch die extremen umweltbedingten Langzeiteinflüsse und Temperaturschwankungen.
Aufgrund des eingangs erwähnten großen wirtschaftlichen Interesses an Solarmodulen ist es wünschenswert, deren Wirkungsgrad sowie deren Materialbeständigkeit und damit Lebensdauer zu erhöhen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rüekseitenfolie für ein Solarmodul mit verbesserten physikalischen: Eigenschaften bereitzustellen. Dabei soll in einem ersten Aspekt eine Verbesserung der mechanischen Langzeiteigenschaften der Folie erzielt werden, sowie in einem weiteren Aspekt eine Folie mit einer verbesserten Langzeittemperaturheständigkeit bereitgestellt werden, 5/23 5 was Wirkungsgrad und Lebensdauer der Solarzelle und folglich des Solarmoduls erhöht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Folie für die Rückseite eines Solarmoduls der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die der Außenschicht angrenzende Zwischenschicht ein Polymer und einen Füllstoff aufweist, wobei der Füllstoff Fasern aufweist, und wobei das Verhältnis der Faserlänge zum durchschnittlichen Faserdurchmesser bei mindestens 10:1, vorzugsweise bei mindestens 12:1, am meisten bevorzugt bei mindestens 15:1 liegt.
Die in der Außenschicht angrenzenden Zwischenschicht eingebauten Fasern sind Nadelform-ähnliche Partikel mit einem Aspektverhältnis, das heißt einem Verhältnis von durchschnittlicher Faserlänge zum durchschnittlichen Faserdurchmesser, von mindestens 10:1, vorzugsweise mindestens 12:1, am meisten bevorzugt mindestens 15:1.
Durch dieses Aspektverhäitnis von Faserlänge zu Faserdurchmesser der Fasern des zur mechanischen Verstärkung dienenden Füllstoffes wird eine Vergrößerung der Oberfläche relativ zum Volumen erzielt. Das Verkleinern der einzelnen Füllstoffpartikel, bei gleich bleibendem Volumengehalt/ führt zum starken Ansteigen der Partikelanzahl, die zusammen eine sehr große spezifische Oberfläche (Oberflächen-Volumen-Verhältnis) aufweisen und zu der umgebenden Matrix eine große Grenzfläche bilden. Das drastisch erhöhte Oberflächen-Volumen-Verhältnis hat zur Folge, dass die Morphologie des Matrixpolymers signifikant verändert wird. Dies bewirkt eine verbesserte Reißfestigkeit, verbesserte Stabilität und macht die Folie insgesamt langzeitstabiler. Dadurch wird die Lebensdauer der Solarzelle erhöht. Ebenso wird die Langzeittemperaturbeständigkeit der Folie erhöht, was den Wirkungsgrad der Solarzelle verbessert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Folie weist die Zwischenschicht, welche direkt an die der Solarzelle abgewandte Außenschicht angrenzt, einen Faseranteil von 15 - 50%, vorzugsweise 20 - 40%, am meisten bevorzugt von 25 - 35% auf, wobei mindestens 10% der enthaltenen Fasern mindestens 50 pm lang sind. Die Fasern sind dabei in die Polymermatrix eingebaut, wobei exakt oder annähernd 50% der Fasern eine mittlere Normallängenverteilung von 10 - 15 pm aufweisen· 6/23 6
Unter dem obig genannten Aspektverhältnis führt dies dazu, dass die Durchmesserhauptverteilung im Nanometerbereich liegt. Dadurch erhöht sich die spezifische Oberfläche um ein Vielfaches, wodurch aufgrund der Polymer-Füllstoff-Wechselwirkung eine gute Anbindung an das Polymer, welches auch als Polymermatrix zu verstehen ist, erfolgt, und der Anteil der modifizierten Polymergrenzschicht am Gesamtvolumen wesentlich erhöht wird. Dies entspricht einem Übergang von einem Polymermatrixmaterial zu einem Polymergrenzschichtmaterial.
Im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Fasern, mit normal verteilten Faserlängen ohne Abweichungsbegrenzung, ergibt sich somit bei gleichem Füllgehalt und gleichem Verhältnis von Füllstoff zu Polymer, eine zusätzliche Erhöhung der Anbindungsoberfläche. Durch Vergrößerung der Anbindungsfläche ergibt sich eine bessere Anbindung an die Außenschicht.
Im Vergleich zu in heutigen Anwendung eingesetzten Fasern mit Faserlängen mit Normalverteilung ohne Abweichungsbegrenzung ergibt sich bei gleichem Aspektverhältnis und gleichem Füllgehalt eine zusätzliche Erhöhung der zur Verfügung stehende Anbindungsoberfläche.
Die Pölymerlegierung in dieser Schicht ist dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkristallisationsgrad der Polymerlegierung der Zwischenschicht kleiner, als der Teilkristallisationsgrad der Polymerlegierung der ihr angrenzenden Außenschicht. Die in der Zwischenschicht liegenden Fasern sind in die Polymermatrix eingebaut und sind auch als Verstärkungsfasern zu bezeichnen. Diese Verstärkungsfasern bilden im ExtruSionsprozess ein definiertes Fasergitter. Dieses Fasergitter, wie auch die unterschiedlichen Teilkristallisationsgrade in der Zwischenschicht und der darüber liegenden nach außen gerichteten (der Solarzelle abgewandten) Außenschicht, ermöglicht eine leichte Formung der Oberfläche, sodass unter Anwendung beispielweise einer definierten Luftrakel, eine Oberfläche erzeugt werden Mnn, die einer sphäroidähnlichen Prägung gleicht und bei einer definierten mittleren Rautiefe von 10 pm bis 20 pm ein Vergrößerung der Oberfläche von mindestens 30% erzielt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Folie an ihrer ersten, der Solarzelle abgewandten Außenschicht oberflächenvergrößernde 7/23 7
Strukturen auf, wobei die Oberfläche der Außenschicht mindestens 30% größer als deren Grundfläche ist* Durch die vergrößerte Oberfläche kann der Wärmestrom besser abgeleitet werden, was die Absenkung der Betriebstemperatur einer Solarzelle mit der erfindungsgemäßen Folie, ermöglicht. Dies ist von besonderem Vorteil, da die Absenkung der Betriebstemperatur den Wirkungsgrad der Solarzelle erhöht, funktionsbedingt durch eine höhere Wärmeabstrahlung, die sich aus dem einleitend beschriebenen Stefa n - Bol tz ma η n - Gesetz ableiten lässt. Unter oberflächenvergrößernden Strukturen ist eine Vielzahl von unebenen Elementen zu verstehen, die auf der Oberfläche ausgebildet sind. Dies können regelmäßige geometrische Formen, regelmäßig auftretende Erhebungen, unregelmäßig auftretende Erhebungen oder Ausbuchtungen, oder eine Rauigkeit der Oberfläche sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Oberfläche der Außenschicht der erfindungsgemäßen Folie, sphäroidartige bzw. sphäroidähnliche Oberflächenelemente mit einer Rautiefe von 10 - 20 pm auf. Nach der Formel
ergibt dies eine Vergrößerung der Oberfläche von mindestens 30% und bewirkt somit eine um 30% erhöhte Wärmeabstrahlung.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Folie ist der Füllstoff der Zwischenschicht der Folie ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SchichtSiiikäten, Glimmer, vorzugsweise kalzinierte Glimmer, Woliastonit, Bornitrid, Kaolin, vorzugsweise kalziniertes Kaolin, Montmorillonit, sowie Mischungen davon. Dadurch wird eine mechanische Verstärkung der Zwischenschicht erzielt, was die Langlebigkeit der erfindungsgemäßen Folie erhöht. Dabei umfasst der Begriff Schichtsilikate die folgenden Verbindungen, wobei diese Auflistung nicht einschränkend aufzufassen ist: Gillespit-Gruppe, Ekanit-Gruppe, Apophyllitgruppe, Magadiit-Gruppa, Dalyit-Gruppe, Sazhinit-Gruppe, Armstrongit-Gruppe, Okenit-Gruppe, Nekoit-Gruppe, Cavansit-Gruppe, Pentagonit-Gruppe, Penkvilksit-Gruppe, Nabesit-Gruppe, Ajoit-Gruppe, Zeravshanit-Gruppe, Bussyite-(Ce), Plumbophyllit-Gruppe, Rhodesit-Gruppe, Delhayelith-Gruppe, Monteregianit-Gruppe, Carietonit-Gruppe, Talk-Gruppe, Pyrophyllit-Gruppe, Muskovit-Gruppe, Phlogopit-Gruppe, Illit- 8/23 8
Gruppe, Margarit-Gruppe, Clintonit-Gruppe, Montmorillonit-Gruppe, Saponit-Gruppe, Vermikulit-Gruppe, Chlorit-Gruppe, Corrensit-Gruppe, Macaulayit-Gruppe, Burckhardtit-Gruppe, Surit-Gruppe, Kegelit-Gruppe, Kaolinit-Gruppe, Halloysit-Gruppe, Serpentin-Gruppe, Bismutoferrit-Gruppe, Bementit-Gruppe, Schallerit-Gruppe, Palygorskit-Gruppe, Sepiolith-Gruppe, Gyrolith-Gruppe, Reyerit-Gruppe, Natrosilit-Gruppe, Makatit-Gruppe, Varennesit-Gruppe, Rait-Gruppe, Intersilit-Gruppe, Shafranovskit-Gruppe, Zeophyllit-Gruppe, Minehillite, Lalondeite, Petalit-Gruppe, Sanbornit-Gruppe, Searlesit-Gruppe, Silinait-Gruppe, Kanemit-Gruppe, Yakovenchukite-(Y), Cymrit-Gruppe, Naujakasit-Gruppe, Dmisteinbergit-Gruppe, Kampfit-Gruppe, Strätlingit-Gruppe, Ganophyllit-Gruppe, Zussmanit-Gruppe, Stilpnomelan-Gruppe, Latiumit-Gruppe/ Jagoit-Gruppe, Wickenburgit-Gruppe, Hyttsjölt-Gruppe, Armbrusterit-Gruppe, Britvinite, Bannisterite, Neptunit-Gruppe, Grumantit-Gruppe, Ussingit-Gruppe, Leifit-Gruppe, Nafertisit-Gruppe,
Lo u re n svva IS it, M i d d e n d o rfit-Gruppe·
In einer A/veiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Füllstoff der Zwischenschicht einen Gewichtsanteil von 5 - 70% auf/ vorzugsweise 10 - 50%, am meisten bevorzugt zwischen 15 - 35%. Dies gewährleistet eine ausreichende Anbindung des Füllstoffes, sodass es über den gesamten Temperaturbereich, mit dem die Folie umweltbedingt konfrontiert ist, weder zu einem Abbau an inneren Festigkeit, noch zur Rissbildung aufgrund einer zu geringer Steckdehnung kommt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern der Zwischenschicht mit einem Benetzungsmittel umhüllt, welches vorzugsweise ein maieiniertes Gradientencopolymer (random Copolymer) ist, welches vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe der Alkene. Benetzungsmittel ist hierin mit dem Begriff Schlichten gleichzusetzen. Herkömmlicherweise sind die Fasern der Zwischenschicht mit Silanen, Orgonotitanaten, oder Orgonozirkonaten umhüllt. Die Umhüllung mit Benetzungsmittel, sogenannten Schlichten, führt zu einer Verbesserung der Haftung zwischen Polymer bzw. Polymermatrix und Füllstoffen. Bereits eine hauchdünne Umhüllung ist ausreichend zur Erzielung dieses Effektes. Die durch die Benetzung erzeugten funktionellen Filme reagieren mit dem Verstärkungsstoff und halten dessen Oberfläche frei von Luft und Wasser. Verstärkungsstoff ist hierin als eine äquivalente Bezeichnung für Füllstoff zu verstehen. Die Haftvermittlermoleküle, vorteilhafterweise OH- und/oder OR-Gruppen, sind auf die jeweilige Polymermatrix abgestimmt, um so eine gute 9/23 9
Ankoppluhg von Füllstoff mit Schlichten und Polymermatrix zu gewährleisten. Durch Einsatz eines maleinierten random Copolymer wird eine verbesserte Ankopplung als mit herkömmlich verwendeten Benetzungsmittel erzielt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Polymer der Zwischenschicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Polyester, Polyoefine, Polyacryiate, Benzenoie sowie Blends davon. Dadurch erhält die erfindungsgemäße Folie die gewünschten Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Steifheit und Wärmeformbeständigkeit. Die Gruppe der Polyester umfasst auch Polycarbonate (PC), PQlybutylenterephthalat (PBT), Polyethylennaphthalat (PEN) und Polyethylenterephthalat (PET). Unter Polyolefine sind Polyalkene zu verstehen. Bei in daraus gefertigten Blends kommen auch Monomere aus den Monomergruppen Acrylnitril, Acrylester, Acrylsäureester, Acrylsäure und Styrole zum Einsatz.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Copolymer der Zwischenschicht Monomereinheiten der Polyamide, Alkene, vorzugsweise Propen, Polyacryiate oder Phenylethen auf. Dies verbessert ebenso die bei der erfindungsgemäßen Folie erwünschten Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Steifheit und Wärmeformbeständigkeit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Polymer der Zwischenschicht ein Copolymer, Block-Copolymer, vorzugsweise Diblock-Copolymer, mehr bevorzugt Triblock-Copolymer, oder ein Hydrierungsprodukt davon. Dadurch werden weiters die gewünschten Eigenschaften wie Schlagzähigkeit, Steifheit und Wärmeformbeständigkeit verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zwischenschicht eine Polymerlegierung auf, wobei die Polymerlegierung das Polymer und mindestens ein weiteres Polymer aufweist, wobei das weitere Polymer vorzugsweise ein Copolymer mit Polyamiden oder Alkenen, vorzugsweise Propen, Polyaeryiat oder Phenylethen als Monomereinheit aufweist.
Die erfindungsgemäße Polymerlegierung kann auch mehrere verschiedene Polymere enthalten. Durch das Mischen (Compoundierung) von zwei oder mehreren Polymeren, oder Copolymeren entstehen sogenannte Polyblende, auch Blende 10/23 10 genannt, mit spezifischen Eigenschaften, die sich insbesondere durch Schlagzähigkeit, Steifheit und Wärmeformbeständigkeit auszeichnen. Diese Eigenschaften werden insbesondere durch Phasenkopplung von Block- oder Pfropf-Copolymeren erreicht. Vergleichbar ist dies mit Metall-Legierungen, bei denen eine Legierung ebenfalls ganz andere Eigenschaften haben kann, als die einzelnen Metalle für sich genommen. So kann beispielsweise einer harten Polymerphase wie Polypropylen (PP), eine elastische Kautschukphase, zum Beispiel auf Basis von Polybutadien oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) zugesetzt werden.
Eine höhere Wärmeformbeständigkeit erreicht man beispielweise durch Polymerlegierungen aus Polycarbonaten (PC) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren (ABS). Weitere Beispiele sind Legierungen aus Polyphenylenoxid (PPQ) und Polystyrol (PS), beziehungsweise Polyamid (PA), die zu einer hohen Temperaturbeständigkeit und Schlagzähigkeit führen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das weitere Polymer ein Copolymer mit Alken als Monomereinheit, vorzugsweise Propen. Dadurch werden hohen Adhäsionskräften zu keramischen und anorganischen Füllstoffen erzielt, was eine höhere "MVR" (Schmelzvolumenrate, "melting volume rate") bewirkt, im Vergleich zu Polymeriegierung mit anderen Polymere. Dies bewirkt, dass während des Aufschmelzprozesses bei der Coextrusion im Mischteil dieses Polymer vorzeitig, das heißt vor allen anderen Polymeren der Polymerlegierung, die eingearbeiteten Füllstoffe benetzt, diese mit einer hauchdünnen funktionellen Haftungsschicht überzieht und mit den auf dem anorganischen Füllstoff befindlichen Kationen, Anionen und/oder Hydroxyden reagiert. Eine verbesserte Ankopplung des Verstärkungsstoffes ist somit gegeben, ohne den Füllstoff, wie zum Erreichen des gleichen Zieles üblich, vor dem eigentlichen Compoundierungsprozess bzw. dem Extrusionsprozess mit einer Schlichte zu beaufschlagen bzw. zu umhüllen.
Das weitere zugesetzte Copolymer weist vorteilhafterweise einen Gewichtsanteil von mindestens 1% und maximal 85% auf, vorteilhafterweise zwischen 1% und 30%, am besten zwischen 1% und 5%. Dies gewährleistet einen ausreichende Anbindung des Füllstoffes, sodass es über den gesamten Temperaturbereich, mit dem die Folie umweltbedingt konfrontiert ist, weder zu einem Abbau an inneren Festigkeit, noch zur Rissbildung aufgrund einer zu geringer Streckdehnung kommt. 11/23 11
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zugesetzte weitere Polymer, oder die zugesetzten weiteren Polymere carboxyliert, maleiniert, oder mit 3-Cyc|obuten-l,2-dion (auch Dieketocydobuten oder C2H2O2 genannt) gepfropft. Dies verbessert die physikalischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Folie und fördert die Stabilität des Polymeres und somit der Folie.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Polymer oder die Polymeriegierung der Zwischenschicht der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Folie einen Gewichtsanteil von mindestens 25% auf, vorzugsweise von 50 - 75%, mehr bevorzugt von 50 - 85%, am meisten bevorzugt von 65 - 85% auf. Dadurch wird die gewünschte Festigkeit, Reißfestigkeit und Stabilität der erfindungsgemäßen Folie erzielt.
Die eingangs genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Folie für eine Solarzelle gelöst, wobei das Verfahren die Schritte des Einwiegens, reaktiven Compoundierens, Filtrierens, Coextrudierens, Öberflächenbehandelns und die sphäroidähnliche Oberflächenprägung einer Rautiefe von 10 - 20 pm mittels einer Luftrakel umfasst. Dabei werden die verschiedenen Polymere über gravimetrische Einwaagen zugeführt. Nach dem maschinellen Einziehen der Polymergranulate werden diese unter Druck gemischt, wobei auch unter Druck die Aufschmelzung und Polymerisation erfolgt. In diese Schmelze werden dann ein oder mehrere
Verstärkerstaffe und/oder Füllstoffe zugegeben. Nach der Entgasung erfolgt das
Kneten unter Druck und im Anschluss werden unter Druck chemische Stoffe zugeführt und die gesamte Schmelze homogenisiert. Nach einer Vakuumierung erfolgt erneut eine Entgasung, danach die Plastifizierung, danach die Verdichtung, danach eine Schmelzefilterung. Über einen Adapter erfolgt eine Verteilung und Zuführung zu den Düsen. Nach der Coextrusion erfolgt sodann die Kristallisation beziehungsweise Teilkristallisation der Polymerschmelze über Kühlwalzen. Abschließend erfolgen die Behandlung der Oberfläche, sowie die Dimensionierung.
Weiteres wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Verwendung der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Folie in einer Solarzelle gelöst.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, welches in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellt ist. 12/23 12
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles einer mehrschichtigen Folie für ein Solarmodul.
Fig. 2a zeigt eine Draufsicht auf die erste Außenschicht der mehrschichtigen Folie für ein Solarmodul, Fig. 2b zeigt die Schnittansicht derselben.
Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau eines Solarmoduls mit der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Rückseitenfolie.
In Fig. 1 ist der Schichtaufbau der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Folie 1 zu ersehen, wobei mit 2 die mit der Umwelt in Verbindung stehende, erste, der Solarzelle abgewandte Außenschicht bezeichnet ist. 3 bezeichnet die Zwischenschicht, welche zwischen der ersten Außenschicht 2 und der Trägerschicht 4 liegt. 5 bezeichnet eine weitere Zwischenschicht die zwischen der Trägerschicht 4 und der zweiten, der Solarzelle zugewandten Außenschicht 6 liegt. Die Zwischenschicht (3 bzw. 5) besteht aus Alkene-Copolymer, Phenylethen-Triblock-Copolymer, Benzenol-Copolymer und weist den faserartigen Füllstoff Silikat auf.
Der Füllstoff hat einen Massenanteil von 15 - 35%. Das Verhältnis von Faserlänge zum durchschnittlichen Faserdurchmesser liegt bei 10:1. Die durchschnittliche Faserlänge ist 15 gm. Als weiteres Copolymer ist der Polymerlegierung in der Zwischenschicht (3 bzw. 5), ein melaniertes random Copolymer zugesetzt. Dieses Copolymer ist carboxyliert. Die Polymerlegierung weist einen Massenanteil von 65-85% auf.
Die beispielhafte erfindungsgemäße mehrschichtige Folie weist eine Sphäroidähnliche Oberflächenstruktur auf, welche in Fig. 2a und Fig.2b zu ersehen ist. Die sphäroidähnliche Oberflächenstruktur bildet dabei Berge 7, welche den höchsten Punkt darstellen und Täler 8, welche den tiefsten Punkt darstellen. Die Rautiefe, also die Distanz zwischen Bergen 7 und Täler 8, beträgt 10 - 20 pm.
Fig. 3 zeigt ein beispielhaftes Solarmodul, mit mehreren Solarzellen 9, welche in Einbettungsmaterial 10 eingebettet sind. Dieses Einbettungsmaterial 10 grenzt an der der Umwelt, beziehungsweise dem Lichteinfall abgewandten Seite an die erfindungsgemäße mehrschichtige Folie 1, sowie an der der Umwelt, beziehungsweise dem Lichteinfall zugewandten Seite an die Frontalabdeckung 11. 13/23 13
Die Herstellung des faserförmigen Füllstoffes mit hohem Aspektverhältnis erfolgt in sogenannten Strahlmühlen. Das zu zerkleinernde Gut wird von den aus speziell ausgebildeten Mahldüsen austretenden Gasstrahlen erfasst, beschleunigt und durch gegenseitige Teilchenstöße zerkleinert. Über ein im Zentrum der Mahlkammer positioniertes Tauchrohr wird das mikronisierte Pulver einer statischen Sichtung unterzogen. Feines Produkt wird aus der Maschine ausgetragen, zu grobe Partikel werden einer erneuten Mahlbeanspruchung unterzogen. Die Einstellung der gewünschten Mahlfeinheit erfolgt über die Strahlbeladung, also den Produktdurchsatz. Optimiert wird das Herstellverfahren durch die Eingliederung eines Sichtrades in den Herstellungsprozess, bei dem die Funktionen "Mahlen" und "Sichten" voneinander getrennt sind. Bei diesem sogenannten dynamischen Windsichter, einem mechanischen Trennverfahren, werden die Partikel anhand ihres Verhältnisses von Trägheits- bzw. Schwerkraft und Strömungswiderstand in einem Gasstrom getrennt. Es ist ein Klassifizierungsverfahren und nutzt das Prinzip der Schwer- oder Fliehkrafttrennung aus. Feine Partikel folgen der Strömung, grobe der Massen kraft.
Die Bestimmung der Partikelgröße erfolgt über die Laserdiffraktometrie, die am häufigsten eingesetzte Methode überhaupt. Der Vorteil dieser Methode ist der enorm große Messbereich, welcher von einigen Nanometern bis hin zu mehreren Millimetern reicht. Es können also Nahöpärtikel, Mikropartikel und Makropartikel oder Mischungen aus diesen Systemen vermessen werden. Die Messergebnisse werden als Verteilungskurve angegeben, mit dem Vorteil, dass man nicht nur eine Aussage über die mittlere Partikelgröße erhält, sondern auch Informationen über die kleinsten und vor allem die größten Partikel in der Probe erhält. Weiterhin ist es möglich zu erkennen ob es sich um eine einzige Partikelpopulation handelt (monomodale Verteilung) oderum mehrere Partikelpopulationen (multimodal). 14/23
Claims (16)
14 PATENTANSPRÜCHE 1. Mehrschichtige Folie (1) für die Rückseite eines Solarmoduls, umfassend eine erste der Solarzelle abgewandte Außenschicht (2), eine zweite, der Solarzelle zugewandte Außenschicht (6), sowie eine dazwischenliegende Trägerschicht (4), wobei jeweils zwischen Trägerschicht (4) und den Außenschichten (2 und 6) eine Zwischenschicht (3 bzw. 5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3 bzw. 5) ein Polymer und einen Füllstoff aufweist, wobei der Füllstoff Fasern aufweist, und wobei das Verhältnis der durchschnittlichen Faserlänge zum durchschnittlichen Faserdurchmesser in die Zwischenschicht (3), welche direkt an die der Solarzelle abgewandte Außenschicht (2) angrenzt, bei mindestens 10:1, vorzugsweise bei mindestens 12:1, am meisten bevorzugt bei mindestens 15:1 liegt.
2. Mehrschichtige Folie (1) nach einem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3), welche direkt an die der Solarzelle abgewandte Außenschicht (2) angrenzt, einen Faseranteil von 15 - 50%, vorzugsweise 20 - 40%, am meisten bevorzugt von 25 - 35% aufweist, wobei mindestens 10% der enthaltenen Fasern mindestens 50 pm lang sind und mindestens 50% der Fasern 10 - 15 pm lang sind.
3. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilkristallisationsgrad des Polymers/der Polymerlegierung der Zwischenschicht (3) kleiner ist als der Teilkristallisationsgrad der ihr angrenzenden Außenschicht (2).
4. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste der Solarzelle abgewandte Außenschicht (2), oberflächenvergrößernde Strukturen aufweist, wobei die Oberfläche der Außenschicht mindestens 30% größer als deren Grundfläche ist.
5. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Außenschicht sphäroidartige Oberflächenelemente mit einer Rautiefe von 10 - 20 pm aufweist. 15/23 15
6. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff der Zwischenschicht (3 bzw. 5) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Schichtsilikaten, Glimmer, vorzugsweise kalzinierte Glimmer, Wollastonit, Bornitrid, Kaolin, vorzugsweise kalziniertes Kaolin, Montmorillonit, sowie Mischungen davon.
7. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff der Zwischenschicht (3 bzw. 5) einen Gewichtsanteil von 5 - 70% aufweist, vorzugsweise 10 - 50%, am meisten bevorzugt zwischen 15 - 35%.
8. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern der Zwischenschicht (3 bzw. 5) mit einem Benetzungsmittel umhüllt sind, welches vorzugsweise ein maleiniertes random Copolymer ist, welches vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe der Alkene.
9. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer der Zwischenschicht (3 bzw. 5) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Polyamid, Polyester, Polyolefine, Polyacrylate, Benzenoie sowie Blends davon.
10. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer der Zwischenschicht (3 bzw. 5) ein Copolymer, Block-Copolymer, vorzugsweise Diblock-Copolymer, mehr bevozugt Triblock-Copolymer, oder ein Hydrierüngsprodükt davon ist.
11. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer der Zwischenschicht (3 bzw. 5) Monomereinheiten der Polyamide, Alkene, vozugsweise Propen, Polyacrylate oder Penyiethen aufweist.
12. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3 bzw. 5) eine Polymerlegierung aufweist, wobei die Polymerlegierung das Polymer und mindestens ein 16/23 16 weiteres Polymer aufweist, wobei das weitere Polymer vorzugsweise ein Copolymer mit Alken als Monomereinheit, vorzugsweise Propen, ist,
13. Mehrschichtige Folie (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Polymer/die weitere Polymere der Zwischenschicht (3 bzw. 5) carboxyliert, maleiniert, oder mit 3-Cyclobuten-l,2-dion gepfropft ist/sind.
14. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer oder die Polymerlegierung der Zwischenschicht (3 und/oder 5) einen Gewichtsanteil von mindestens 25% aufweist, vorzugweise von 50 - 75%, mehr bevorzugt von 50 - 85%, am meisten bevorzugt von 65 - 85%.
15. Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einwiegen, b) reaktives Compoundieren, c) Filtrieren, d) Coextrudieren, e) 0 be rflä ch en behände In, f) sphäroidähnliche Oberflächenprägung einer Rautiefe von 10 - 20 pm mittels einer Luftrakel.
16. Verwendung einer mehrschichtigen Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einer Solarzelle. 2013 03 26 Ha/St 17/23
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