AT514091B1 - Mehrschichtige Folie für die Rückseite eines Solarmoduls - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine 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, und die Zwischenschicht (3 bzw. 5) 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, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen mehrschichtigen Folie (1), umfassend die Schritte des Einwiegen, reaktiven Compoundieren, Filtrieren, Coextrudieren, Oberflächenbehandeln und die sphäroidähnliche Oberflächenprägung einer Rautiefe von 10 - 20 µm mittels einer Luftrakel und die Verwendung einer solchen mehrschichtigen Folie (1) in einer Solarzelle.
Description
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Folie für die Rückseite eines Solarmoduls,umfassend eine erste der Solarzelle abgewandte Außenschicht, eine zweite der Solarzellezugewandte Außenschicht, sowie eine dazwischenliegende Trägerschicht, wobei jeweils zwi¬schen Trägerschicht und den Außenschichten eine Zwischenschicht angeordnet ist.
[0002] Eine Solarzelle oder photovoltaische Zelle, der aktive Teil eines Solarmoduls, ist einelektrisches Bauelement, das Sonnenlicht durch den photovoltaischen Effekt in elektrischeEnergie umwandelt. Aufgrund der in der heutigen Zeit zunehmenden Problematik fossilerBrennstoffe nimmt die Bedeutung der Energiegewinnung durch alternative und umweltfreundli¬che Methoden stetig zu. Insbesondere die Energiegewinnung durch Solarzellen ist hierbei vonInteresse, da Sonnenlicht als Energiequelle im Vergleich mit Energiequellen, die sich aus derGezeitenkraft wie etwa Wind oder Wasser ergeben, die ergiebigste Form ist. Aus diesem Grundbesteht ein großes wirtschaftliches Interesse an der Herstellung effizienter Solarmodule.
[0003] Die Betriebstemperatur herkömmlicher Solarmodule liegt bei etwa 80 bis 87°C, miteinem Wirkungsgrad von maximal 10 - 14%, wobei bekannt ist, dass der photovoltaische Wir¬kungsgrad der heute verwendeten Halbleitermaterialien in einer direkten Abhängigkeit zurBetriebstemperatur steht. Untersuchungen haben ergeben, dass eine Absenkung der heutigendurchschnittlichen Betriebstemperatur um 1 °C den Wirkungsgrad der heutigen Module um etwa1,2% erhöht.
[0004] Eine der Möglichkeiten die Betriebstemperatur zu senken besteht darin, die Wärmeab-strahlung zu erhöhen. Dies lässt sich aus dem Stefan-Boltzmann-Gesetz ableiten, wobei dervon einem Körper abgestrahlte Wärmestrom Q für einen Körper wie folgt berechenbar ist: ζ)= — = εσΑΤ4dt Q ist in der obgenannten Formel der Wärmestrom bzw. die Strahlungsleistung. ε ist der Emissionsgrad, dessen Wert zwischen 0 (perfekter Spiegel) und 1 (idealer SchwarzerKörper) liegen kann. σ ist die Stefan-Boltzmann-Konstante (5,67*10'8W/m2K4). A ist die Oberfläche des abstrahlenden Körpers.
Tist die Temperatur des abstrahlenden Körpers (in Kelvin).
[0005] Die Intensität bezeichnet in der Physik die Energie pro Zeit pro Fläche, also eine Flä¬chenleistungsdichte. Demgemäß ist die Wärmeabstrahlung eine Funktion der Größe der Ober¬fläche des abstrahlenden Körpers.
[0006] Wesentlich verantwortlich für die Effizienz eines Solarmoduls ist jedoch nicht nur dieBeschaffenheit und Effizienz des photovoltaischen Elements an sich, sondern auch die rücksei¬tig an dem Solarmodul angebrachte Folie, die das photovoltaische Element von der Umweltabgrenzt. Wie oben bereits abgeleitet ist die Oberflächenbeschaffenheit indirekt für die Effizienzder Energieumwandlung mitverantwortlich, da die Wärmeabstrahlung der Oberfläche verant¬wortlich ist für den Temperaturhaushalt und die Abkühlung der Solarzelle. Weiters charakteri¬siert die Oberflächenbeschaffenheit der Folie den Emissionsgrad.
[0007] Nicht nur die Oberflächenbeschaffenheit einer Rückseitenfolie ist für ein Solarmodulrelevant, sondern aufgrund der Funktion der Abgrenzung der Solarzelle von der Umwelt sindauch hohe Anforderungen an äußere Umweltfaktoren wie etwa Feuchtigkeit, UV-Licht, Staub,mechanische Einwirkungen, sowie extreme Temperaturschwankungen im Bereich von - 40°Cbis + 85°C gestellt, die eine ständige Beanspruchung bedeuten, und denen die Rückseitenfolieohne Materialschädigung bzw. ohne Beeinträchtigung der Materialeigenschaften widerstehen muss. So darf es aufgrund der vielfachen Temperaturwechsel weder zu einem Abbau der inne¬ren Festigkeit oder zu einer Rissbildung kommen. Prüfnormen wie etwa die IEC 61730 fürSolarmodule und Rückseitenfolien umfassen eine Betrachtung aller Einflussgrößen, die für dieAlterung von Solarzellen verantwortlich sind. Neben der Anforderung an eine langjährige physi¬kalische Beständigkeit von Solarzelle und der Rückseitenfolie ist weiters höchstmögliche Blick¬dichtheit, höchstmögliche Formbeständigkeit sowie ein maximaler Reflexionsgrad der der So¬larzelle zugewandten Seite der Rückseitenfolie erforderlich. Dies ist in der Regel durch einenSchichtaufbau mehrerer Schichten unterschiedlicher Eigenschaften realisiert. Ein typischerSchichtaufbau stellt sich wie folgt dar: - hochreflektierende schützende Außenschicht, den photovoltaischen Elementen abgewandt - Zwischenschicht - Trägerschicht (auch "Träger- und Barriereschicht" oder "Trägerlage" genannt) - Zwischenschicht - hochreflektierende schützende Außenschicht, den photovoltaischen Elementen zugewandt [0008] Dabei sind die Außenschichten hochreflektierend, UV-stabil, beständig gegen Umwelt¬einflüsse, chemisch resistent, langzeitstabil, abriebfest, hart, zäh, maßbeständig, oberflächen¬behandelt, und die der Solarzelle zugewandte Außenschicht weist zusätzlich eine hohe Lichtre¬flexion und Klebkraft zu Ethylenvinylacetat (EVA) auf. Die Zwischenschichten sind UV-beständig, beständig gegen Umwelteinflüsse, chemisch resistent, langzeitstabil, zäh und ma߬beständig. Die Trägerlage bildet eine Barriere gegenüber Wasser, ist hydrolysebeständig, was¬serdampfundurchlässig, sauerstoffundurchlässig, UV-beständig, beständig gegenüber Umwelt¬einflüssen, chemisch resistent, langzeitstabil, schlagzäh, rissfest, unzerbrechlich und maßbe¬ständig. Die Schichten der Folie sind herkömmlicherweise im Innenbereich aus einem Polymerauf Polyester- oder Polyolefinbasis und im Außenbereich aus Fluorpolymeren hergestellt. Es istbekannt, dass dem Polymer oftmals Füllstoffe zugesetzt werden. Herkömmliche Füllstoffe sindgemahlene Fasern mit einer durchschnittlichen Faserlänge von 90 pm, wobei die Fasern eineNormalverteilung ohne Abweichungsbegrenzungen aufweisen.
[0009] Folien für Solarmodule sind im Stand der Technik etwa bekannt aus den folgendenPatentschriften: [0010] DE 11 2009 002 652 T5 beschreibt eine Funktionsfolie für ein Solarzellenmodul, wobeidie Rückseitenfolie einen Basisfilm und einen reflektierenden Film enthält, und der reflektieren¬de Film eine Vielzahl von unebenen Teilen, wie etwa dreieckige Prismenfiguren auf der Ober¬fläche aufweisen kann.
[0011] US 2012/0028060 A1 beschreibt eine mehrschichtige Rückfolie für ein Photovoltaik-Modul, das eine erste und eine zweite Außenschicht, sowie eine dazwischenliegende Innen¬schicht aufweist, wobei die Innenschicht eine Wasser- und Sauerstoffbarriere bildet, und alleSchichten aus Polymeren sind.
[0012] EP 2 410 570 A2 beschreibt eine mehrschichtige Rückfolie für ein Solarmodul, wobeieine Schicht ein PVDF-basierendes Polymer mit einer Kristallinität von 50% oder weniger auf¬weist, was zu verbesserten physikalischen Eigenschaften führt.
[0013] EP 2 208 755 A1 beschreibt eine Rückschicht für eine Solarzelle und ein Verfahrung zurHerstellung einer solchen. Zur Verstärkung der Fluorpolymer-Schicht werden als Polymer-Füllstoffe Acrylat-Polymerpartikel, Vinyl-Polymerpartikel, oder auch fluorinierte Polymerpartikelmit einer Partikelgröße von 1 - 4 pm verwendet.
[0014] US 2011/0247686 A1 beschreibt einen mehrschichtigen Film, bestehend aus eineradhäsiven UV-absorbierenden Schicht, einer Fluorpolymerschicht, sowie intermediären Schich¬ten.
[0015] WO 2011/009568 A1 beschreibt eine auf Polypropylen basierende Rückschicht für einSolarmodul.
[0016] Der Nachteil von bekannten Solarmodulen des Stand der Technik ist der relativ geringeWirkungsgrad und die Gefahr der Schädigung durch die extremen umweltbedingten Langzeit¬einflüsse und Temperaturschwankungen.
[0017] Aus der DE 40 29 405 A und der DE 38 42 890 A sind verschiedene Verbundmaterialienbekannt, die jedoch nicht für den Einsatz in Solarmodulen geeignet sind.
[0018] Aufgrund des eingangs erwähnten großen wirtschaftlichen Interesses an Solarmodulenist es wünschenswert, deren Wirkungsgrad sowie deren Materialbeständigkeit und damit Le¬bensdauer zu erhöhen.
[0019] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Rückseitenfolie fürein Solarmodul mit verbesserten physikalischen Eigenschaften bereitzustellen. Dabei soll ineinem ersten Aspekt eine Verbesserung der mechanischen Langzeiteigenschaften der Folieerzielt werden, sowie in einem weiteren Aspekt eine Folie mit einer verbesserten Langzeittem-peraturbeständigkeit bereitgestellt werden, was Wirkungsgrad und Lebensdauer der Solarzelleund folglich des Solarmoduls erhöht.
[0020] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Folie für die Rückseite eines Solarmo-duls der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die der Außenschicht angrenzendeZwischenschicht ein Polymer und einen Füllstoff aufweist, wobei der Füllstoff Fasern aufweist,und wobei das Verhältnis der Faserlänge zum durchschnittlichen Faserdurchmesser bei min¬destens 10:1, vorzugsweise bei mindestens 12:1, am meisten bevorzugt bei mindestens 15:1liegt.
[0021] Die in der Außenschicht angrenzenden Zwischenschicht eingebauten Fasern sind erfin-dungsgemäß Nadelform-ähnliche Partikel mit einem Aspektverhältnis, das heißt einem Verhält¬nis von durchschnittlicher Faserlänge zum durchschnittlichen Faserdurchmesser, von mindes¬tens 10:1, vorzugsweise mindestens 12:1, am meisten bevorzugt mindestens 15:1.
[0022] Durch dieses Aspektverhältnis von Faserlänge zu Faserdurchmesser der Fasern des zurmechanischen Verstärkung dienenden Füllstoffes wird eine Vergrößerung der Oberfläche relativzum Volumen erzielt. Das Verkleinern der einzelnen Füllstoffpartikel, bei gleich bleibendemVolumengehalt, führt zum starken Ansteigen der Partikelanzahl, die zusammen eine sehr großespezifische Oberfläche (Oberflächen-Volumen-Verhältnis) aufweisen und zu der umgebendenMatrix eine große Grenzfläche bilden. Das drastisch erhöhte Oberflächen-Volumen-Verhältnishat zur Folge, dass die Morphologie des Matrixpolymers signifikant verändert wird. Dies bewirkteine verbesserte Reißfestigkeit, verbesserte Stabilität und macht die Folie insgesamt langzeit¬stabiler. Dadurch wird die Lebensdauer der Solarzelle erhöht. Ebenso wird die Langzeittempe¬raturbeständigkeit der Folie erhöht, was den Wirkungsgrad der Solarzelle verbessert.
[0023] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Folie weist die Zwi¬schenschicht, welche direkt an die der Solarzelle abgewandte Außenschicht angrenzt, einenFaseranteil 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 sinddabei in die Polymermatrix eingebaut, wobei exakt oder annähernd 50% der Fasern eine mittle¬re Normallängenverteilung von 10 - 15 pm aufweisen. Unter dem obig genannten Aspektver¬hältnis führt dies dazu, dass die Durchmesserhauptverteilung im Nanometerbereich liegt.Dadurch erhöht sich die spezifische Oberfläche um ein Vielfaches, wodurch aufgrund der Poly-mer-Füllstoff-Wechselwirkung eine gute Anbindung an das Polymer, welches auch als Poly¬mermatrix zu verstehen ist, erfolgt, und der Anteil der modifizierten Polymergrenzschicht amGesamtvolumen wesentlich erhöht wird. Dies entspricht einem Übergang von einem Polymer¬matrixmaterial zu einem Polymergrenzschichtmaterial.
[0024] Im Vergleich zu herkömmlich verwendeten Fasern, mit normal verteilten Faserlängenohne Abweichungsbegrenzung, ergibt sich somit bei gleichem Füllgehalt und gleichem Verhält¬nis von Füllstoff zu Polymer, eine zusätzliche Erhöhung der Anbindungsoberfläche. DurchVergrößerung der Anbindungsfläche ergibt sich eine bessere Anbindung an die Außenschicht.
[0025] Im Vergleich zu in heutigen Anwendung eingesetzten Fasern mit Faserlängen mit Nor¬malverteilung ohne Abweichungsbegrenzung ergibt sich bei gleichem Aspektverhältnis undgleichem Füllgehalt eine zusätzliche Erhöhung der zur Verfügung stehende Anbindungsoberflä¬che.
[0026] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Zwischenschicht und die angrenzende angren¬zenden Außenschicht teilkristallin sind und dass der Teilkristallisationsgrad der Polymerlegie¬rung der Zwischenschicht kleiner, als der Teilkristallisationsgrad der Polymerlegierung der ihrangrenzenden Außenschicht. Die in der Zwischenschicht liegenden Fasern sind in die Poly¬mermatrix eingebaut und sind auch als Verstärkungsfasern zu bezeichnen. Diese Verstärkungs¬fasern bilden im Extrusionsprozess ein definiertes Fasergitter. Dieses Fasergitter, wie auch dieunterschiedlichen Teilkristallisationsgrade in der Zwischenschicht und der darüber liegendennach außen gerichteten (der Solarzelle abgewandten) Außenschicht, ermöglicht eine leichteFormung der Oberfläche, sodass unter Anwendung beispielweise einer definierten Luftrakel,eine Oberfläche erzeugt werden kann, die einer sphäroidähnlichen Prägung gleicht und beieiner definierten mittleren Rautiefe von 10 pm bis 20 pm ein Vergrößerung der Oberfläche vonmindestens 30% erzielt.
[0027] In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Folie an ihrer ersten,der Solarzelle abgewandten Außenschicht oberflächenvergrößernde Strukturen auf, wobei dieOberfläche der Außenschicht mindestens 30% größer als deren Grundfläche ist. Durch dievergrößerte Oberfläche kann der Wärmestrom besser abgeleitet werden, was die Absenkungder Betriebstemperatur einer Solarzelle mit der erfindungsgemäßen Folie, ermöglicht. Dies istvon besonderem Vorteil, da die Absenkung der Betriebstemperatur den Wirkungsgrad derSolarzelle erhöht, funktionsbedingt durch eine höhere Wärmeabstrahlung, die sich aus demeinleitend beschriebenen Stefan-Boltzmann-Gesetz ableiten lässt. Unter oberflächenvergrö¬ßernden Strukturen ist eine Vielzahl von unebenen Elementen zu verstehen, die auf der Ober¬fläche ausgebildet sind. Dies können regelmäßige geometrische Formen, regelmäßig auftreten¬de Erhebungen, unregelmäßig auftretende Erhebungen oder Ausbuchtungen, oder eine Rauig¬keit der Oberfläche sein.
[0028] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Oberfläche der Außen¬schicht der erfindungsgemäßen Folie, sphäroidartige bzw. sphäroidähnliche Oberflächenele¬mente mit einer Rautiefe von 10 - 20 pm auf. Nach der Formel
ergibt dies eine Vergrößerung der Oberfläche von mindestens 30% und bewirkt somit eine um30% erhöhte Wärmeabstrahlung.
[0029] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Folie ist der Füllstoff derZwischenschicht der Folie ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schichtsilikaten, Glim¬mer, vorzugsweise kalzinierte Glimmer, Wollastonit, Bornitrid, Kaolin, vorzugsweise kalziniertesKaolin, Montmorillonit, sowie Mischungen davon. Dadurch wird eine mechanische Verstärkungder Zwischenschicht erzielt, was die Langlebigkeit der erfindungsgemäßen Folie erhöht. Dabeiumfasst der Begriff Schichtsilikate die folgenden Verbindungen, wobei diese Auflistung nichteinschränkend aufzufassen ist: Gillespit-Gruppe, Ekanit-Gruppe, Apophyllitgruppe, Magadiit-Gruppe, 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, Carletonit-Gruppe, Talk-Gruppe, Pyrophyllit-Gruppe, Muskovit-Gruppe, Phlogopit-Gruppe, Illit-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, Stilpno-melan-Gruppe, Latiumit-Gruppe, Jagoit-Gruppe, Wickenburgit-Gruppe, Hyttsjölt-Gruppe, Arm-brusterit-Gruppe, Britvinite, Bannisterite, Neptunit-Gruppe, Grumantit-Gruppe, Ussingit-Gruppe,Leifit-Gruppe, Nafertisit-Gruppe, Lourenswalsit, Middendorfit-Gruppe.
[0030] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Füllstoff der Zwischenschichteinen Gewichtsanteil von 5 - 70% auf, vorzugsweise 10 - 50%, am meisten bevorzugt zwischen15 - 35%. Dies gewährleistet eine ausreichende Anbindung des Füllstoffes, sodass es über dengesamten Temperaturbereich, mit dem die Folie umweltbedingt konfrontiert ist, weder zu einemAbbau an inneren Festigkeit, noch zur Rissbildung aufgrund einer zu geringer Steckdehnungkommt.
[0031] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern der Zwischenschicht miteinem Benetzungsmittel umhüllt, welches vorzugsweise ein maleiniertes Gradientencopolymer(random Copolymer) ist, welches vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe der Alkene.Benetzungsmittel ist hierin mit dem Begriff Schlichten gleichzusetzen. Herkömmlicherweise sinddie Fasern der Zwischenschicht mit Silanen, Orgonotitanaten, oder Orgonozirkonaten umhüllt.Die Umhüllung mit Benetzungsmittel, sogenannten Schlichten, führt zu einer Verbesserung derHaftung zwischen Polymer bzw. Polymermatrix und Füllstoffen. Bereits eine hauchdünne Um¬hüllung ist ausreichend zur Erzielung dieses Effektes. Die durch die Benetzung erzeugten funk¬tionellen Filme reagieren mit dem Verstärkungsstoff und halten dessen Oberfläche frei von Luftund Wasser. Verstärkungsstoff ist hierin als eine äquivalente Bezeichnung für Füllstoff zu ver¬stehen. Die Haftvermittlermoleküle, vorteilhafterweise OH- und/oder OR- Gruppen, sind auf diejeweilige Polymermatrix abgestimmt, um so eine gute Ankopplung von Füllstoff mit Schlichtenund Polymermatrix zu gewährleisten. Durch Einsatz eines maleinierten random Copolymer wirdeine verbesserte Ankopplung als mit herkömmlich verwendeten Benetzungsmittel erzielt.
[0032] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Polymer der Zwischenschichtausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyamid, Polyester, Polyoefine, Polyacrylate,Benzenoie sowie Blends davon. Dadurch erhält die erfindungsgemäße Folie die gewünschtenEigenschaften wie Schlagzähigkeit, Steifheit und Wärmeformbeständigkeit. Die Gruppe derPolyester umfasst auch Polycarbonate (PC), Polybutylenterephthalat (PBT), Polyethylennaph-thalat (PEN) und Polyethylenterephthalat (PET). Unter Polyolefine sind Polyalkene zu verste¬hen. Bei in daraus gefertigten Blends kommen auch Monomere aus den MonomergruppenAcrylnitril, Acrylester, Acrylsäureester, Acrylsäure und Styrole zum Einsatz.
[0033] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Copolymer der Zwischen¬schicht Monomereinheiten der Polyamide, Alkene, vorzugsweise Propen, Polyacrylate oderPhenylethen auf. Dies verbessert ebenso die bei der erfindungsgemäßen Folie erwünschtenEigenschaften wie Schlagzähigkeit, Steifheit und Wärmeformbeständigkeit.
[0034] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Polymer der Zwischenschicht einCopolymer, Block-Copolymer, vorzugsweise Diblock-Copolymer, mehr bevorzugt Triblock-Copolymer, oder ein Hydrierungsprodukt davon. Dadurch werden weiters die gewünschtenEigenschaften wie Schlagzähigkeit, Steifheit und Wärmeformbeständigkeit verbessert.
[0035] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zwischenschicht eine Polymer¬legierung auf, wobei die Polymerlegierung das Polymer und mindestens ein weiteres Polymeraufweist, wobei das weitere Polymer vorzugsweise ein Copolymer mit Polyamiden oder Alke-nen, vorzugsweise Propen, Polyacrylat oder Phenylethen als Monomereinheit aufweist.
[0036] Die erfindungsgemäße Polymerlegierung kann auch mehrere verschiedene Polymereenthalten. Durch das Mischen (Compoundierung) von zwei oder mehreren Polymeren, oderCopolymeren entstehen sogenannte Polyblende, auch Blende genannt, mit spezifischen Eigen¬schaften, 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 eineLegierung ebenfalls ganz andere Eigenschaften haben kann, als die einzelnen Metalle für sichgenommen. So kann beispielsweise einer harten Polymerphase wie Polypropylen (PP), eineelastische Kautschukphase, zum Beispiel auf Basis von Polybutadien oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) zugesetzt werden.
[0037] Eine höhere Wärmeformbeständigkeit erreicht man beispielweise durch Polymerlegie¬rungen aus Polycarbonaten (PC) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren (ABS). WeitereBeispiele sind Legierungen aus Polyphenylenoxid (PPO) und Polystyrol (PS), beziehungsweisePolyamid (PA), die zu einer hohen Temperaturbeständigkeit und Schlagzähigkeit führen.
[0038] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das weitere Polymer ein Copolymer mit Alkenals Monomereinheit, vorzugsweise Propen. Dadurch werden hohen Adhäsionskräften zu kera¬mischen und anorganischen Füllstoffen erzielt, was eine höhere "MVR" (Schmelzvolumenrate,"melting volume rate") bewirkt, im Vergleich zu Polymerlegierung mit anderen Polymere. Diesbewirkt, dass während des Aufschmelzprozesses bei der Coextrusion im Mischteil dieses Poly¬mer vorzeitig, das heißt vor allen anderen Polymeren der Polymerlegierung, die eingearbeitetenFüllstoffe benetzt, diese mit einer hauchdünnen funktionellen Haftungsschicht überzieht und mitden auf dem anorganischen Füllstoff befindlichen Kationen, Anionen und/oder Hydroxydenreagiert. Eine verbesserte Ankopplung des Verstärkungsstoffes ist somit gegeben, ohne denFüllstoff, wie zum Erreichen des gleichen Zieles üblich, vor dem eigentlichen Compoundie¬rungsprozess bzw. dem Extrusionsprozess mit einer Schlichte zu beaufschlagen bzw. zu um¬hüllen.
[0039] Das weitere zugesetzte Copolymer weist vorteilhaftenweise einen Gewichtsanteil vonmindestens 1% und maximal 85% auf, vorteilhaftenweise zwischen 1% und 30%, am bestenzwischen 1% und 5%. Dies gewährleistet einen ausreichende Anbindung des Füllstoffes, so-dass es über den gesamten Temperaturbereich, mit dem die Folie umweltbedingt konfrontiertist, weder zu einem Abbau an inneren Festigkeit, noch zur Rissbildung aufgrund einer zu gerin¬ger Streckdehnung kommt.
[0040] In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zugesetzte weitere Polymer,oder die zugesetzten weiteren Polymere carboxyliert, maleiniert, oder mit 3-Cyclobuten-1,2-dion(auch Dieketocyclobuten oder C2H202 genannt) gepfropft. Dies verbessert die physikalischenEigenschaften der erfindungsgemäßen Folie und fördert die Stabilität des Polymeres und somitder Folie.
[0041] In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Polymer oder die Polymerlegierung derZwischenschicht der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Folie einen Gewichtsanteil von min¬destens 25% auf, vorzugsweise von 50 - 75%, mehr bevorzugt von 50 - 85%, am meisten be¬vorzugt von 65 - 85% auf. Dadurch wird die gewünschte Festigkeit, Reißfestigkeit und Stabilitätder erfindungsgemäßen Folie erzielt.
[0042] Die eingangs genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß auch durch ein Verfahren zurHerstellung einer mehrschichtigen Folie für eine Solarzelle gelöst, wobei das Verfahren dieSchritte des Einwiegens, reaktiven Compoundierens, Filtrierens, Coextrudierens, Oberflächen-behandelns und die sphäroidähnliche Oberflächenprägung einer Rautiefe von 10 - 20 pm mit¬tels einer Luftrakel umfasst. Dabei werden die verschiedenen Polymere über gravimetrischeEinwaagen zugeführt. Nach dem maschinellen Einziehen der Polymergranulate werden dieseunter Druck gemischt, wobei auch unter Druck die Aufschmelzung und Polymerisation erfolgt. Indiese Schmelze werden dann ein oder mehrere Verstärkerstoffe und/oder Füllstoffe zugegeben.Nach der Entgasung erfolgt das Kneten unter Druck und im Anschluss werden unter Druckchemische Stoffe zugeführt und die gesamte Schmelze homogenisiert. Nach einer Vakuumie¬rung erfolgt erneut eine Entgasung, danach die Plastifizierung, danach die Verdichtung, danacheine Schmelzefilterung. Über einen Adapter erfolgt eine Verteilung und Zuführung zu den Dü¬sen. Nach der Coextrusion erfolgt sodann die Kristallisation beziehungsweise Teilkristallisationder Polymerschmelze über Kühlwalzen. Abschließend erfolgen die Behandlung der Oberfläche, sowie die Dimensionierung.
[0043] Weiteres wird die eingangs genannte Aufgabe durch die Verwendung der erfindungs¬gemäßen mehrschichtigen Folie in einer Solarzelle gelöst.
[0044] Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, wel¬ches in den Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellt ist.
[0045] Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles einer mehrschichtigen
Folie für ein Solarmodul.
[0046] Fig. 2a zeigt eine Draufsicht auf die erste Außenschicht der mehrschichtigen Folie für ein Solarmodul, [0047] Fig. 2b zeigt die Schnittansicht derselben.
[0048] Fig. 3 zeigt den schematischen Aufbau eines Solarmoduls mit der erfindungsgemä¬ ßen mehrschichtigen Rückseitenfolie.
[0049] In Fig. 1 ist der Schichtaufbau der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Folie 1 zu erse¬hen, wobei mit 2 die mit der Umwelt in Verbindung stehende, erste, der Solarzelle abgewandteAußenschicht bezeichnet ist. 3 bezeichnet die Zwischenschicht, welche zwischen der erstenAußenschicht 2 und der Trägerschicht 4 liegt. 5 bezeichnet eine weitere Zwischenschicht diezwischen der Trägerschicht 4 und der zweiten, der Solarzelle zugewandten Außenschicht 6liegt. Die Zwischenschicht (3 bzw. 5) besteht aus Alkene-Copolymer, Phenylethen-Triblock-Copolymer, Benzenol-Copolymer und weist den faserartigen Füllstoff Silikat auf.
[0050] Der Füllstoff hat einen Massenanteil von 15 - 35%. Das Verhältnis von Faserlänge zumdurchschnittlichen Faserdurchmesser liegt bei 10:1. Die durchschnittliche Faserlänge ist 15 pm.Als weiteres Copolymer ist der Polymerlegierung in der Zwischenschicht (3 bzw. 5), ein mela-niertes random Copolymer zugesetzt. Dieses Copolymer ist carboxyliert. Die Polymerlegierungweist einen Massenanteil von 65 - 85% auf.
[0051] Die beispielhafte erfindungsgemäße mehrschichtige Folie weist eine sphäroidähnlicheOberflächenstruktur auf, welche in Fig. 2a und Fig. 2b zu ersehen ist. Die sphäroidähnlicheOberflächenstruktur 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 undTäler 8, beträgt 10 - 20 pm.
[0052] Fig. 3 zeigt ein beispielhaftes Solarmodul, mit mehreren Solarzellen 9, welche in Einbet¬tungsmaterial 10 eingebettet sind. Dieses Einbettungsmaterial 10 grenzt an der der Umwelt,beziehungsweise dem Lichteinfall abgewandten Seite an die erfindungsgemäße mehrschichtigeFolie 1, sowie an der der Umwelt, beziehungsweise dem Lichteinfall zugewandten Seite an dieFrontalabdeckung 11.
[0053] Die Herstellung des faserförmigen Füllstoffes mit hohem Aspektverhältnis erfolgt insogenannten Strahlmühlen. Das zu zerkleinernde Gut wird von den aus speziell ausgebildetenMahldüsen austretenden Gasstrahlen erfasst, beschleunigt und durch gegenseitige Teilchen¬stöße zerkleinert. Über ein im Zentrum der Mahlkammer positioniertes Tauchrohr wird dasmikronisierte Pulver einer statischen Sichtung unterzogen. Feines Produkt wird aus der Maschi¬ne ausgetragen, zu grobe Partikel werden einer erneuten Mahlbeanspruchung unterzogen. DieEinstellung der gewünschten Mahlfeinheit erfolgt über die Strahlbeladung, also den Produkt¬durchsatz. Optimiert wird das Herstellverfahren durch die Eingliederung eines Sichtrades in denHerstellungsprozess, bei dem die Funktionen "Mahlen" und "Sichten" voneinander getrenntsind. Bei diesem sogenannten dynamischen Windsichter, einem mechanischen Trennverfahren,werden die Partikel anhand ihres Verhältnisses von Trägheits- bzw. Schwerkraft und Strö¬mungswiderstand in einem Gasstrom getrennt. Es ist ein Klassifizierungsverfahren und nutztdas Prinzip der Schwer- oder Fliehkrafttrennung aus. Feine Partikel folgen der Strömung, grobeder Massenkraft.
[0054] Die Bestimmung der Partikelgröße erfolgt über die Laserdiffraktometrie, die am häufigs- ten eingesetzte Methode überhaupt. Der Vorteil dieser Methode ist der enorm große Messbe¬reich, welcher von einigen Nanometern bis hin zu mehreren Millimetern reicht. Es können alsoNanopartikel, Mikropartikel und Makropartikel oder Mischungen aus diesen Systemen vermes¬sen werden. Die Messergebnisse werden als Verteilungskurve angegeben, mit dem Vorteil,dass man nicht nur eine Aussage über die mittlere Partikelgröße erhält, sondern auch Informa¬tionen über die kleinsten und vor allem die größten Partikel in der Probe erhält. Weiterhin ist esmöglich zu erkennen ob es sich um eine einzige Partikelpopulation handelt (monomodale Ver¬teilung) oder um mehrere Partikelpopulationen (multimodal).
Claims (13)
- Patentansprüche 1. Mehrschichtige Folie (1) für die Rückseite eines Solarmoduls, umfassend eine erste derSolarzelle abgewandte Außenschicht (2), eine zweite, der Solarzelle zugewandte Außen¬schicht (6), sowie eine dazwischenliegende Trägerschicht (4), wobei jeweils zwischen Trä¬gerschicht (4) und den Außenschichten (2 und 6) eine Zwischenschicht (3 bzw. 5) ange¬ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (3 bzw. 5) ein erstes Po¬lymer und einen Füllstoff aufweist, wobei der Füllstoff Fasern aufweist, und wobei das Ver¬hältnis der durchschnittlichen Faserlänge zum durchschnittlichen Faserdurchmesser in dieZwischenschicht (3), welche direkt an die der Solarzelle abgewandte Außenschicht (2) an¬grenzt, bei mindestens 10:1, vorzugsweise bei mindestens 12:1, am meisten bevorzugt beimindestens 15:1 liegt und dass die Zwischenschicht (3), welche direkt an die der Solarzelleabgewandte Außenschicht (2) angrenzt, einen Faseranteil von 15 - 50%, vorzugsweise 20- 40%, am meisten bevorzugt von 25 - 35% aufweist, wobei mindestens 10% der enthalte¬nen Fasern mindestens 50 pm lang sind und mindestens 50% der Fasern 10 - 15 pm langsind.
- 2. Mehrschichtige Folie (1) nach einem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieZwischenschicht (3) und die angrenzende angrenzenden Außenschicht (2) teilkristallin sindund dass der Teilkristallisationsgrad des Polymers/der Polymerlegierung der Zwischen¬schicht (3) kleiner ist als der Teilkristallisationsgrad der ihr angrenzenden Außenschicht (2).
- 3. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet,dass die erste der Solarzelle abgewandte Außenschicht (2), oberflächenvergrößerndeStrukturen aufweist, wobei die Oberfläche der Außenschicht mindestens 30% größer alsderen Grundfläche ist.
- 4. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass die Oberfläche der Außenschicht (2) sphäroidartige Oberflächenelemente mit einerRautiefe von 10 - 20 pm aufweist.
- 5. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Füllstoff der Zwischenschicht (3 bzw. 5) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehendaus: Schichtsilikaten, Glimmer, vorzugsweise kalzinierte Glimmer, Wollastonit, Bornitrid,Kaolin, vorzugsweise kalziniertes Kaolin, Montmorillonit, sowie Mischungen davon.
- 6. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,dass der Füllstoff der Zwischenschicht (3 bzw. 5) einen Gewichtsanteil von 5 - 70% auf¬weist, vorzugsweise 10 - 50%, am meisten bevorzugt zwischen 15 - 35%.
- 7. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Fasern der Zwischenschicht (3 bzw. 5) mit einem Benetzungsmittel umhüllt sind,welches vorzugsweise ein maleiniertes random Copolymer ist, welches vorzugsweise aus¬gewählt ist aus der Gruppe der Alkene.
- 8. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Polymer der Zwischenschicht (3 bzw. 5) ausgewählt ist aus der Gruppe be¬stehend aus: Polyamid, Polyester, Polyolefine, Polyacrylate, Benzenoie sowie Blends da¬von.
- 9. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Polymer der Zwischenschicht (3 bzw. 5) ein Copolymer, Block-Copolymer,vorzugsweise Diblock-Copolymer, mehr bevozugt Triblock-Copolymer, oder ein Hydrie¬rungsprodukt davon ist.
- 10. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass die Zwischenschicht (3 bzw. 5) eine Polymerlegierung aufweist, wobei die Polymerle¬gierung das Polymer und mindestens ein weiteres Polymer aufweist, wobei das weitere Po¬lymer vorzugsweise ein Copolymer mit Alken als Monomereinheit, vorzugsweise Propen,ist.
- 11. Mehrschichtige Folie (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das weiterePolymer/die weitere Polymere der Zwischenschicht (3 bzw. 5) carboxyliert, maleiniert, odermit 3-Cyclobuten-1,2-dion gepfropft ist/sind.
- 12. Mehrschichtige Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass das erste Polymer oder die Polymerlegierung der Zwischenschicht (3 und/oder 5) ei¬nen Gewichtsanteil von mindestens 25% aufweist, vorzugweise von 50 - 75%, mehr bevor¬zugt von 50 - 85%, am meisten bevorzugt von 65 - 85%.
- 13. Verwendung einer mehrschichtigen Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einerSolarzelle. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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