DE102008043719A1

DE102008043719A1 - Formmassen zur Herstellung von Solarzellenmodulen

Info

Publication number: DE102008043719A1
Application number: DE102008043719A
Authority: DE
Inventors: Peter Battenhausen; Ernst Becker; Klaus Dr. Schultes; Sven Dr. Strohkark
Original assignee: Evonik Roehm GmbH
Current assignee: Evonik Roehm GmbH
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-20
Also published as: RU2011123674A; AU2009315791A1; MA32793B1; KR20110087284A; TW201033276A; EP2344579A1; IL212141A0; JP2012508802A; US20110269883A1; TN2011000159A1; CA2743657A1; BRPI0921050A2; CN102216379A; WO2010054906A1; ZA201103488B

Abstract

Formmasse, umfassend a) mindestens ein Polyalkyl(meth)acrylat und b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I), $F1 worin die Reste R1 und R2 unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei die Formmasse weiterhin c) mindestens einen Infrarotabsorber enthält, wobei die Formmasse . bei 500 nm eine Transmission kleiner 89% aufweist, . bei 1000 nm eine Transmission kleiner 80% aufweist, . bei 1150 nm eine Transmission kleiner 70% aufweist und . bei 1600 nm eine Transmission kleiner 77% aufweist, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen. Die Formmasse wird insbesondere zur Herstellung von Solarzellenmodulen eingesetzt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Formmassen, die Verwendung der Formmassen zur Herstellung von Solarzellenmodulen sowie die entsprechenden Solarzellenmodule.
STAND DER TECHNIK
Eine Solarzelle oder photovoltaische Zelle ist ein elektrisches Bauelement, das die im Licht, insbesondere die im Sonnenlicht, enthaltene Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie umwandelt. Die physikalische Grundlage der Umwandlung ist der photovoltaische Effekt, der ein Sonderfall des inneren photoelektrischen Effekts ist.
3 ist ein schematischer Querschnitt, der die Grundstruktur eines Solarzellenmoduls zeigt. In 3 bezeichnet 501 ein photovoltaisches Element, 502 ein Verfestigungsmittel, 503 eine Scheibe und 504 eine Rückwand. Sonnenlicht strahlt auf die lichtempfindliche Oberfläche des photovoltaischen Elements 501 ein, indem es die Scheibe 503 und das Verfestigungsmittel 502 durchdringt, und wird in elektrische Energie umgewandelt. Der gebildete Strom wird von Ausgangsklemmen (nicht gezeigt) abgegeben.
Das photovoltaische Element kann keine extremen Außenbedingungen aushalten, weil es leicht korrodiert und sehr zerbrechlich ist. Es muss daher durch ein geeignetes Material bedeckt und geschützt werden. In den meisten Fällen wird dies erreicht, indem man das photovoltaische Element unter Verwendung eines geeigneten Verfestigungsmittels zwischen einer transparenten Scheibe mit Witterungsbeständigkeit, wie z. B. einer Glasscheibe, und einer Rückwand mit exzellenter Feuchtigkeitsbeständigkeit und einem hohen elektrischen Widerstand einlegt und laminiert.
Als Verfestigungsmittel für Solarzellen werden häufig Polyvinylbutyral und Ethylen-Vinylacetatcopolymere (EVA) verwendet. Dabei zeigen insbesondere vernetzbare EVA-Zusammensetzungen exzellente Eigenschaften, wie eine gute Wärmebeständigkeit, eine hohe Witterungsbeständigkeit, eine große Transparenz und eine gute Kosteneffizienz.
Das Solarzellenmodul soll eine hohe Beständigkeit aufweisen, weil es draußen für eine lange Zeit verwendet werden soll. Demzufolge muss das Verfestigungsmittel u. a. eine exzellente Witterungsbeständigkeit und eine hohe Wärmeformbeständigkeit aufweisen. Jedoch werden häufig ein Licht-induzierter und/oder thermisch-induzierter Abbau des Verfestigungsmittels und infolge dessen eine Gelbverfärbung des Verfestigungsmittels und/oder ein Abschälen vom photovoltaischen Element beobachtet, wenn das Modul für eine lange Zeit, wie z. B. zehn Jahre, draußen verwendet wird. Die Gelbverfärbung des Verfestigungsmittels führt zu einer Abnahme des nutzbaren Anteils des einfallenden Lichts und demzufolge zu einer geringeren elektrischen Leistung. Andererseits ermöglicht ein Abschälen vom photovoltaischen Element das Eindringen von Feuchtigkeit, welches zu Korrosion des photovoltaischen Elements selber oder von metallischen Teilen im Solarzellenmodul führen kann und ebenfalls eine Verschlechterung der Solarzellenmodulleistung zur Folge hat.
Obwohl die gewöhnlich verwendeten EVAs an sich gute Verfestigungsmittel sind, werden sie durch Hydrolyse und/oder Pyrolyse graduell abgebaut. Mit der Zeit wird durch Wärme oder Feuchtigkeit Essigsäure freigesetzt. Dies führt zu einer Gelbverfärbung des Verfestigungsmittels, zu einer Abnahme der mechanischen Festigkeit und zu einer Abnahme der Adhäsionsstärke des Verfestigungsmittels. Weiterhin wirkt die freigesetzte Essigsäure als Katalysator und beschleunigt den Abbau zusätzlich. Darüber hinaus tritt das Problem auf, dass das photovoltaische Element und/oder andere Metallteile im Solarzellenmodul durch die Essigsäure korrodiert werden.
Zur Lösung dieser Probleme schlägt die europäische Patentanmeldung EP 1 065 731 A2 die Verwendung eines Solarzellenmoduls vor, das ein photovoltaisches Element und ein polymeres Verfestigungsmittel umfasst, wobei das polymere Verfestigungsmittel ein Ethylen-Acrylester-Acrylsäure-Terpolymer, ein Ethylen-Acrylester-Maleinsäureanhydrid-Terpolymer, ein Ethylen-Methacrylsäureester-Acrylsäureester-Terpolymer, ein Ethylen-Acrylsäureester-Methacrylsäure-Terpolymer, ein Ethylen-Methacrylsäureester-Methacrylsäure-Terpolymer und/oder ein Ethylen-Methacrylsäureester-Maleinsäureanhydrid-Terpolymer enthalten soll. Jedoch ist sowohl die Witterungsbeständigkeit als auch die Effektivität derartiger Solarzellenmodule beschränkt.
Aus dem Stand der Technik ist auch die Verbesserung der Witterungs-beständigkeit von Acrylformmassen durch die Verwendung geeigneter UV-Absorber bekannt.
So beschreibt die DE 103 11 641 A1 Bräunungshilfen, die einen Polymethylmethacrylat-Formkörper umfassen, der 0,005 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% eines UV-Stabilisators gemäß Formel (I) enthält
worin die Reste R¹ und R² unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen.
Hinweise auf die Verwendung der Formkörper für die Herstellung von Solarzellenmodulen sind der Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.
DE 38 38 480 A1 offenbart Methylmethacrylat-Polymere und -Copolymere, die

a) eine Oxalsäureanilid- oder 2,2,6,6-Tetramethylpiperidinverbindung als Stabilisator gegen die Lichtschädigung und
b) eine flammhemmende organische Phosphor-Verbindung

Hinweise auf die Verwendung der Zusammensetzung für die Herstellung von Solarzellenmodulen sind der Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.
JP 2005-298748 A stellt Formteile aus einem Methacrylharz zur Verfügung, die bevorzugt 100 Gew.-Teile Methacrylharz, umfassend 60–100 Gew.-% Methmethacrylateinheiten und 0–40 Gew.-% anderer copolymerisierbarer Vinylmonomereinheiten, und 0,005–0,15 Gew.-% 2-(2-Hydroxy-4-n-octyloxyphenyl)-4,6-bis(2,4-dimethylphenyl)-1,3,5-triazin und/oder 2-Hydroxy-4-octyloxybenzophenon enthalten. Die Formteile sollen eine deutliche Barriere für UV-Strahlen aufweisen und eine Transparenz von höchstens 20% bei 340 nm und eine Transparenz von mindestens 70% bei 380 nm zeigen, gemessen an Formteilen mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 5 mm.
Die Formteile sollen insbesondere als Beleuchtungsabdeckungen eingesetzt werden. Hinweise auf einen Einsatz der Formmassen für die Herstellung von Solarzellenmodulen sind der Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.
ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Möglichkeiten zur Verringerung des Leistungsabfalls einer Solarzelle bei Langzeitnutzung im Freien, insbesondere bei hoher Temperatur und/oder hoher Luftfeuchtigkeit, aufzuzeigen. Zu diesem Zweck sollte insbesondere ein Verfestigungsmittel für ein Solarzellenmodul angegeben werden, welches eine exzellente Witterungsbeständigkeit, eine möglichst hohe Wärmeformbeständigkeit und eine möglichst große Lichtdurchlässigkeit sowie eine möglichst geringe Wasserabsorption zeigt. Weiterhin wurde eine möglichst geringe Freisetzung von Korrosions-fördernden Substanzen, insbesondere von Säuren, und eine möglichst starke Adhäsion an den verschiedenen Grundelementen eines Solarzellenmoduls gewünscht.
Diese sowie weitere nicht konkret genannte Aufgaben, die sich aus den einleitend diskutierten Zusammenhängen jedoch in nahe liegender Weise ergeben, werden durch die Bereitstellung einer Formmasse mit allen Eigenschaften des vorliegenden Patentanspruchs 1 gelöst. Die auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche beschreiben besonders zweckmäßige Abwandlungen der Formmasse. Weiterhin werden auch die Verwendung der Formmasse zur Herstellung von Solarzellenmodulen sowie die entsprechenden Solarzellenmodule unter Schutz gestellt.
Dadurch, dass man eine Formmasse zur Verfügung stellt, die

a) mindestens ein Polyalkyl(meth)acrylat und
b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) umfasst,
worin die Reste R¹ und R² unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei die Formmasse weiterhin
c) mindestens einen Infrarotabsorber enthält, wobei die Formmasse • bei 500 nm eine Transmission kleiner 89% aufweist, • bei 1000 nm eine Transmission kleiner 80% aufweist, • bei 1150 nm eine Transmission kleiner 70% aufweist und • bei 1600 nm eine Transmission kleiner 77% aufweist, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen,

Die hier vorgestellte Formmasse erlaubt die effiziente Nutzung von „brauchbarem” Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich. Gleichzeitig werden andere Wellenlängenbereiche, insbesondere im UV-Bereich, welche nicht zur Erzeugung von Strom genutzt werden können, effektiv absorbiert. Durch diese Absorption wird die Witterungsbeständigkeit der Solarzellenmodule erhöht. Weiterhin wird durch die Absorption ein sich nachteilig auswirkendes Aufheizen der Lichtkollektoren verhindert, ohne dass Kühlelemente für diese Zwecke eingesetzt werden müssen, die Lebensdauer der Solarzellenmodule wird verlängert und ihre Gesamtleistung und Effektivität wird gesteigert.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile:
Es wird ein Solarzellenmodul mit exzellenter Witterungsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit zugänglich gemacht. Da die Adhäsion des Verfestigungsmittels verbessert wird, tritt kein Abschälen auf, selbst wenn das Modul Außenbedingungen für eine lange Zeit ausgesetzt wird. Weiterhin wird die Witterungsbeständigkeit verbessert, da das Schutzmaterial sich unter hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit nicht zersetzt, um Säure freizusetzen. Da keine Korrosion des photovoltaischen Elements durch Säure auftritt, wird eine stabile dauerhafte Leistung der Solarzelle über eine lange Zeit aufrecht erhalten.
Weiterhin wird ein Verfestigungsmittel verwendet, dessen Witterungsbeständigkeit, Wärmeformbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit überragend sind und das eine exzellente Lichtdurchlässigkeit aufweist, welches die Herstellung von sehr guten Solarzellenmodulen ermöglicht.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematischer Querschnitt eines bevorzugten Solarzellenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
2a und 2b sind schematische Querschnitte, die die Grundstruktur eines photovoltaischen Elements, das im Solarzellenmodul nach 1 bevorzugt verwendet wird, bzw. eine Aufsicht auf die lichtempfindliche Fläche des photovoltaischen Elements zeigen.
3 ist ein schematischer Querschnitt einer konventionellen Solarzelle.

1

101: photovoltaisches Element
102: Verfestigungsmittel
103: Scheibe
104: Verfestigungsmittel
105: Rückwand

2a

201: leitendes Substrat
202: reflektierende Schicht
203: photoaktive Halbleiterschicht
204: transparente leitfähige Schicht
205: Sammelelektrode
206a: Abgreifklemme
206b: Abgreifklemme
207: leitende, adhäsive Paste
208: leitende Paste oder Lötzinn

2b

201: leitendes Substrat
202: reflektierende Schicht
203: photoaktive Halbleiterschicht
204: transparente leitfähige Schicht
205: Sammelelektrode
206a: Abgreifklemme
206b: Abgreifklemme
207: leitende, adhäsive Pasten

3

501: photovoltaisches Element
502: Verfestigungsmittel
503: Scheibe
504: Rückwand

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Formmasse enthält mindestens ein Polyalkyl(meth)acrylat, welches einzeln oder auch in Mischung von mehreren verschiedenen Polyalkyl(meth)acrylaten eingesetzt werden kann. Des Weiteren kann das Polyalkyl(meth)acrylat auch in Form eines Copolymers vorliegen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Homo- und Copolymere von C₁-C₁₈-Alkyl(meth)acrylaten, zweckmäßigerweise von C₁-C₁₀-Alkyl(meth)acrylaten, insbesondere von C₁-C₄-Alkyl(meth)acrylatpolymeren, die ggf. noch davon verschiedene Monomereinheiten enthalten können, besonders bevorzugt.
Die Schreibweise (Meth)acrylat bedeutet hier sowohl Methacrylat, wie z. B. Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat usw., als auch Acrylat, wie z. B. Methylacrylat, Ethylacrylat usw., sowie Mischungen aus beiden Monomeren.
Die Verwendung von Copolymeren, die 70 Gew.-% bis 99 Gew.-%, insbesondere 70 Gew.-% bis 90 Gew.-%, C₁-C₁₀-Alkyl(meth)acrylate enthalten, hat sich ganz besonders bewährt. Bevorzugte C₁-C₁₀-Alkylmethacrylate umfassen Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat, Isopropylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, tert.-Butylmethacrylat, Pentylmethacrylat, Hexylmethacrylat, Heptylmethacrylat, Oktylmethacrylat, Isooctylmethacrylat und Ethylhexylmethacrylat, Nonylmethacrylat, Decylmethcrylat sowie Cycloalkylmethacrylate, wie beispielsweise Cyclohexylmethacrylat, Isobornylmethacrylat oder Ethylcyclohexlmethacrylat. Bevorzugte C₁-C₁₀-Alkylacrylate umfassen Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, tert.-Butylacrylat, Pentylacrylat, Hexylacrylat, Heptylacrylat, Octylacrylat, Isooctylacrylat, Nonylacrylat, Decylacrylat und Ethylhexylacrylat sowie Cycloalkylacrylate, wie beispielsweise Cyclohexylacrylat, Isobornylacrylat oder Ethycyclohexlacrylat.
Ganz besonders bevorzugte Copolymere umfassen 80 Gew.-% bis 99 Gew.-% Methylmethacrylat (MMA)-Einheiten und 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, C₁-C₁₀-Alkylacrylat-Einheiten, insbesondere Methylacrylat-, Ethylacrylat- und/oder Butylacrylat-Einheiten. Die Verwendung des bei der Firma Röhm GmbH erhältlichen Polymethylmethacrylats PLEXIGLAS^® 7N hat sich in diesem Zusammenhang ganz besonders bewährt.
Das Polyalkyl(meth)acrylat kann durch an sich bekannte Polymerisationsverfahren hergestellt werden, wobei radikalische Polymerisationsverfahren, insbesondere Substanz-, Lösungs-, Suspensions- und Emulsionspolymerisationsverfahren besonders bevorzugt werden. Für diese Zwecke besonders geeignete Initiatoren umfassen insbesondere Azoverbindungen, wie 2,2'-Azobis-(isobutyronitril) oder 2,2'-Azobis(2,4-dimethylvaleronitril), Redox-Systeme, wie beispielsweise die Kombination von tertiären Aminen mit Peroxiden oder Natriumdisulfit und Persulfate von Kalium, Natrium oder Ammonium oder bevorzugt Peroxide (vgl. hierzu beispielsweise H. Rauch-Puntigam, Th. Völker, "Acryl- und Methacrylverbindungen", Springer, Heidelberg, 1967 oder Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, Seiten 386ff, J. Wiley, New York, 1978). Beispiele besonders geeigneter Peroxid-Polymerisationsinitiatoren sind Dilauroylperoxid, tert.-Butylperoctoat, tert.-Butylperisononanoat, Dicyclohexylperoxidicarbonat, Dibenzoylperoxid und 2,2-Bis-(tert.-butylperoxy)-butan. Man kann auch bevorzugt die Polymerisation mit einem Gemisch verschiedener Polymerisationsinitiatoren unterschiedlicher Halbwertzeit durchführen, beispielsweise Dilauroylperoxid und 2,2-Bis-(tert.-butylperoxy)-butan, um den Radikalstrom im Verlauf der Polymerisation sowie bei verschiedenen Polymerisationstemperaturen konstant zu halten. Die eingesetzten Mengen an Polymerisationsinitiator liegen im Allgemeinen bei 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-% bezogen auf das Monomerengemisch.
Die Polymerisation kann sowohl kontinuierlich als auch chargenweise durchgeführt werden. Nach der Polymerisation wird das Polymer über herkömmliche Isolier- und Trennschritte, wie z. B. Filtration, Koagulation und Sprühtrocknung, gewonnen.
Die Einstellung der Kettenlängen der Polymerisate oder Copolymerisate kann durch Polymerisation des Monomers oder Monomerengemisches in Gegenwart von Molekulargewichtsreglern erfolgen, wie insbesondere von den dafür bekannten Mercaptanen, wie beispielsweise n-Butylmercaptan, n-Dodecylmercaptan, 2-Mercaptoethanol oder 2-Ethylhexylthioglycolat, Pentaerythrittetrathioglycolat; wobei die Molekulargewichtsregler im Allgemeinen in Mengen von 0,05 Gew.-% bis 5 Gew.-% bezogen auf das Monomer oder Monomerengemisch, bevorzugt in Mengen von 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-% und besonders bevorzugt in Mengen von 0,2 Gew.-% bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Monomer oder Monomerengemisch, eingesetzt werden (vgl. beispielsweise H. Rauch-Puntigam, Th. Völker, "Acryl- und Methacrylverbindungen", Springer, Heidelberg, 1967; Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. XIV/1, Seite 66, Georg Thieme, Heidelberg, 1961 oder Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, Seiten 296ff, J. Wiley, New York, 1978). Besonders bevorzugt wird als Molekulargewichtsregler n-Dodecylmercaptan eingesetzt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung enthält die Formmasse mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I)
worin die Reste R¹ und R² unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, darstellen. Die aliphatischen Reste sind vorzugsweise linear oder verzweigt und können Substituenten, wie beispielsweise Halogenatome aufweisen.
Zu den bevorzugten Alkylgruppen gehören die Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, 1-Butyl-, 2-Butyl-, 2-Methylpropyl-, tert.-Butyl-, Pentyl-, 2-Methylbutyl-, 1,1-Dimethylpropyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, 1,1,3,3-Tetramethylbutyl, Nonyl-, 1-Decyl-, 2-Decyl-, Undecyl-, Dodecyl-, Pentadecyl- und die Eicosyl-Gruppe.
Zu den bevorzugten Cycloalkylgruppen gehören die Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl- und die Cyclooctyl-Gruppe, die gegebenenfalls mit verzweigten oder nicht verzweigten Alkylgruppen substituiert sind.
Besonders bevorzugt wird die Verbindung der Formel (II)
eingesetzt.
Diese Verbindung ist kommerziell von Clariant unter dem Handelsnamen ^®Sanduvor VSU sowie von Ciba Geigy unter dem Handelsnamen ^®Tinuvin 312 erhältlich.
Die erfindungsgemäße Formmasse zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie

• bei 500 nm eine Transmission kleiner 89%, insbesondere im Bereich von 80% bis kleiner 89%, aufweist,
• bei 1000 nm eine Transmission kleiner 80%, insbesondere im Bereich von 75% bis kleiner 80%, aufweist,
• bei 1150 nm eine Transmission kleiner 70%, insbesondere im Bereich von 55% bis kleiner 70%, aufweist und
• bei 1600 nm eine Transmission kleiner 77% aufweist, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen.

Dabei kann die Infrarotspektroskopie auf an sich bekannt Weise durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Vorgehensweise, bei der man das Transmissionsspektrum mithilfe des Spectralphotometer Lambda 19 von der Fa. Perkin Elmer misst.
Um die Transparenzeigenschaften zu erreichen, umfasst die erfindungsgemäße Formmasse mindestens einen Infrarotabsorber. „Infrarotabsorber” im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen Substanzen, die im Infrarot-Bereich, d. h. im Bereich von 780 nm bis 1 mm Licht absorbieren.
Für den vorliegenden Zweck werden Infrarotabsorber bevorzugt, die bei 500 nm, 1000 nm, 1150 nm und/oder 1600 nm Licht absorbieren. Diese können einzeln oder auch in Mischung von zwei oder mehreren Verbindungen eingesetzt werden, die ggf. bei verschiedenen Wellenlängen Licht unterschiedlich stark absorbieren.
Besonders bevorzugt werden Infrarotabsorber, die bei 500 nm, 1000 nm, 1150 nm und bei 1600 nm Licht absorbieren.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ganz besonders bevorzugte Infrarotabsorber absorbieren Licht in einer Weise, dass das Verhältnis der Transparenz der Formmasse bei 500 nm zur Transparenz der Formmasse bei 1150 nm im Bereich von 88 zu 65 bis 69 liegt, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich weiterhin die Verwendung von Polyalkyl(meth)acrylaten als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, die, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen, ein Infrarotspektrum im Bereich von 250 nm bis 2500 nm aufweisen, das sich in der Transparenz bei jeder Wellenlänge um maximal 5%, besonders bevorzugt um maximal 2,5%, insbesondere um maximal 1%, von der Transparenz des im folgenden angegebenen Referenzspektrums („norm Polyalkyl(meth)acrylat”) unterscheidet, jeweils bezogen auf die Transparenz der Referenz.

Ferner hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Verwendung von solchen Infrarotabsorber-Polyalkyl(meth)acrylat-Kombinationen ganz besonders bewährt, die, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen, ein Infrarotspektrum im Bereich von 250 nm bis 2500 nm aufweisen, das sich in der Transparenz bei jeder Wellenlänge um maximal 5%, besonders bevorzugt um maximal 2,5%, insbesondere um maximal 1%, von der Transparenz des im folgenden angegebenen Referenzspektrums („norm Polyalkyl(meth)acrylat + Infrarotabsorber”) unterscheidet, jeweils bezogen auf die Transparenz der Referenz.

Wellenlänge [nm]	„norm Polyalkyl(meth)acrylat + Infrarotabsorber” Transparenz [%]	”norm Polyalkyl(meth)acrylat” Transparenz [%]
250	0,04	0,04
255	0,27	0,34
260	2,19	2,74
265	6,51	7,91
270	13,73	16,66
275	22,92	27,28
280	32,11	37,61
285	39,39	46,11
290	47,05	54,50
295	52,96	61,26
300	60,08	67,56
305	64,74	73,33
310	69,82	78,12
315	72,35	80,87
320	74,99	82,74
325	76,32	84,58
330	77,97	86,00
335	78,90	86,82
340	80,09	87,36
345	80,33	88,47
350	80,91	88,85
355	81,30	89,70
360	81,58	90,24
365	82,67	90,06
370	82,32	91,03
375	82,75	91,02
380	83,58	91,13
385	83,66	91,62
390	83,99	91,80
395	83,92	91,45
400	84,48	91,74
405	84,87	91,71
410	84,97	91,69
415	85,05	91,59
420	85,35	91,67
425	85,22	91,87
430	85,66	91,86
435	85,94	91,80
440	86,13	92,08
445	86,10	91,87
450	86,52	92,16
455	86,70	92,01
460	86,73	92,08
465	87,16	92,04
470	87,28	92,22
475	87,28	92,02
480	87,73	92,10
485	87,70	91,81
490	87,99	91,90
495	88,07	92,13
500	88,15	92,07
505	88,36	92,23
510	88,52	92,03
515	88,72	92,22
520	88,69	92,17
525	89,07	92,32
530	89,04	92,21
535	89,36	92,33
540	89,38	92,07
545	89,68	92,24
550	89,64	92,25
555	89,63	92,03
560	89,70	91,97
565	89,83	92,31
570	89,60	92,42
575	89,89	92,47
580	90,02	92,41
585	89,84	92,40
590	89,81	92,44
595	89,82	92,27
600	89,77	92,23
605	89,62	92,15
610	89,42	92,41
615	89,36	92,47
620	89,11	92,27
625	88,66	92,18
630	88,46	92,50
635	88,19	92,16
640	88,13	92,37
645	87,76	92,36
650	87,42	92,34
655	87,20	92,42
660	86,95	92,41
665	86,80	92,41
670	86,71	92,35
675	86,56	92,32
680	86,48	92,52
685	86,34	92,53
690	86,37	92,31
695	86,06	92,63
700	86,27	92,11
705	86,13	92,30
710	86,01	92,13
715	85,54	92,26
720	85,74	92,25
725	85,63	92,31
730	85,52	92,20
735	85,33	92,29
740	85,16	92,39
745	85,30	92,63
750	84,83	92,37
755	84,90	92,34
760	84,51	92,02
765	84,44	92,50
770	83,99	92,52
775	84,06	92,69
780	84,23	93,15
785	83,87	91,87
790	83,69	92,31
795	83,44	92,49
800	85,09	91,91
805	84,38	91,56
810	83,66	91,21
815	83,11	92,92
820	82,56	94,63
825	83,04	92,67
830	83,51	90,72
835	83,48	91,09
840	83,44	91,46
845	83,25	91,75
850	83,05	92,04
855	82,87	92,46
860	82,69	92,88
865	82,15	92,34
870	81,60	91,80
875	81,22	91,54
880	80,83	91,28
885	80,62	91,06
890	80,41	90,83
895	80,13	90,82
900	79,84	90,80
905	79,82	90,99
910	79,79	91,19
915	80,00	91,45
920	80,21	91,72
925	80,27	92,00
930	80,33	92,28
935	80,30	92,37
940	80,27	92,47
945	80,20	92,43
950	80,12	92,38
955	80,02	92,36
960	79,92	92,34
965	79,73	92,20
970	79,54	92,06
975	79,30	91,95
980	79,07	91,83
985	78,81	91,64
990	78,56	91,45
995	78,39	91,34
1000	78,21	91,24
1005	78,11	91,22
1010	78,01	91,20
1015	78,02	91,24
1020	78,03	91,28
1025	78,03	91,30
1030	78,02	91,32
1035	78,04	91,45
1040	78,05	91,59
1045	78,10	91,69
1050	78,16	91,80
1055	78,22	91,93
1060	78,29	92,07
1065	78,31	92,12
1070	78,32	92,18
1075	78,34	92,21
1080	78,36	92,25
1085	78,27	92,18
1090	78,17	92,12
1095	77,98	91,89
1100	77,79	91,66
1105	77,31	91,12
1110	76,83	90,59
1115	75,98	89,57
1120	75,13	88,55
1125	73,81	87,00
1130	72,48	85,44
1135	71,18	83,84
1140	69,87	82,24
1145	68,48	80,65
1150	67,09	79,05
1155	65,36	77,00
1160	63,62	74,94
1165	62,39	73,48
1170	61,15	72,02
1175	61,80	72,74
1180	62,44	73,46
1185	64,61	75,95
1190	66,77	78,45
1195	68,73	80,72
1200	70,69	82,98
1205	72,26	84,74
1210	73,83	86,50
1215	74,91	87,70
1220	76,00	88,91
1225	76,51	89,44
1230	77,03	89,97
1235	77,34	90,30
1240	77,66	90,64
1245	77,91	90,87
1250	78,16	91,09
1255	78,34	91,22
1260	78,53	91,34
1265	78,61	91,36
1270	78,68	91,39
1275	78,74	91,40
1280	78,79	91,41
1285	78,84	91,36
1290	78,88	91,32
1295	78,90	91,29
1300	78,92	91,26
1305	78,85	91,08
1310	78,78	90,89
1315	78,47	90,42
1320	78,17	89,94
1325	76,76	88,22
1330	75,36	86,50
1335	72,32	82,95
1340	69,29	79,40
1345	66,89	76,55
1350	64,49	73,70
1355	62,99	71,98
1360	61,48	70,27
1365	60,58	69,14
1370	59,67	68,02
1375	59,76	67,99
1380	59,84	67,96
1385	60,73	68,86
1390	61,63	69,76
1395	63,16	71,31
1400	64,68	72,86
1405	65,74	73,88
1410	66,80	74,91
1415	66,82	74,89
1420	66,85	74,87
1425	66,95	74,94
1430	67,04	75,01
1435	67,80	75,86
1440	68,56	76,70
1445	70,06	78,39
1450	71,56	80,09
1455	73,03	81,67
1460	74,51	83,25
1465	75,19	83,96
1470	75,86	84,67
1475	76,34	85,11
1480	76,81	85,54
1485	77,25	86,03
1490	77,68	86,52
1495	78,16	86,92
1500	78,64	87,32
1505	79,01	87,65
1510	79,39	87,99
1515	79,67	88,19
1520	79,96	88,39
1525	80,12	88,46
1530	80,27	88,53
1535	80,26	88,47
1540	80,24	88,42
1545	80,10	88,22
1550	79,96	88,02
1555	79,68	87,69
1560	79,40	87,36
1565	79,12	86,97
1570	78,85	86,58
1575	78,52	86,15
1580	78,19	85,73
1585	77,74	85,15
1590	77,30	84,56
1595	76,61	83,75
1600	75,92	82,93
1605	74,90	81,76
1610	73,88	80,59
1615	72,65	79,19
1620	71,42	77,78
1625	70,00	76,17
1630	68,59	74,56
1635	66,02	71,76
1640	63,45	68,96
1645	57,81	62,75
1650	52,18	56,54
1655	44,08	47,70
1660	35,98	38,85
1665	29,12	31,42
1670	22,26	23,99
1675	19,50	21,07
1680	16,74	18,14
1685	17,34	18,73
1690	17,93	19,32
1695	18,80	20,24
1700	19,66	21,16
1705	19,93	21,51
1710	20,20	21,86
1715	20,83	22,41
1720	21,45	22,96
1725	22,92	24,61
1730	24,39	26,26
1735	26,95	28,89
1740	29,51	31,52
1745	32,61	34,83
1750	35,71	38,14
1755	38,41	40,99
1760	41,11	43,84
1765	42,49	45,31
1770	43,86	46,78
1775	44,21	47,16
1780	44,56	47,55
1785	45,69	48,63
1790	46,82	49,70
1795	49,08	52,13
1800	51,34	54,56
1805	53,45	56,73
1810	55,57	58,89
1815	56,82	60,13
1820	58,06	61,37
1825	58,37	61,90
1830	58,69	62,44
1835	58,39	61,95
1840	58,09	61,46
1845	57,49	60,73
1850	56,89	60,00
1855	56,74	59,88
1860	56,58	59,75
1865	57,03	60,10
1870	57,49	60,45
1875	57,66	60,14
1880	57,83	59,83
1885	57,18	58,51
1890	56,53	57,19
1895	55,41	55,28
1900	54,29	53,36
1905	54,05	52,89
1910	53,81	52,42
1915	54,72	54,08
1920	55,62	55,74
1925	55,66	56,28
1930	55,70	56,81
1935	54,00	55,26
1940	52,30	53,71
1945	51,52	53,33
1950	50,74	52,95
1955	52,54	54,74
1960	54,35	56,54
1965	56,52	58,96
1970	58,70	61,38
1975	59,78	62,48
1980	60,85	63,58
1985	61,03	63,85
1990	61,21	64,13
1995	60,97	63,68
2000	60,74	63,23
2005	60,55	63,13
2010	60,36	63,03
2015	60,13	62,60
2020	59,90	62,16
2025	59,50	61,86
2030	59,10	61,56
2035	58,92	60,90
2040	58,74	60,24
2045	57,47	59,46
2050	56,20	58,68
2055	55,58	57,60
2060	54,97	56,53
2065	53,88	56,09
2070	52,80	55,66
2075	51,00	53,31
2080	49,20	50,96
2085	46,04	47,59
2090	42,87	44,23
2095	37,87	39,46
2100	32,86	34,69
2105	29,70	30,80
2110	26,53	26,91
2115	24,04	24,77
2120	21,56	22,63
2125	20,38	20,95
2130	19,20	19,28
2135	18,97	18,60
2140	18,74	17,92
2145	20,00	19,79
2150	21,27	21,66
2155	22,02	22,81
2160	22,76	23,95
2165	23,02	23,83
2170	23,27	23,70
2175	21,30	21,97
2180	19,34	20,24
2185	17,27	17,89
2190	15,20	15,54
2195	12,90	12,90
2200	10,60	10,26
2205	8,17	7,91
2210	5,74	5,57
2215	3,80	3,66
2220	1,86	1,75
2225	1,21	0,93
2230	0,55	0,11
2235	0,26	0,12
2240	–0,02	0,13
2245	0,36	0,31
2250	0,74	0,48
2255	0,55	0,21
2260	0,36	–0,06
2265	0,44	–0,32
2270	0,53	–0,57
2275	0,47	–0,32
2280	0,40	–0,06
2285	0,19	0,11
2290	–0,03	0,28
2295	0,25	0,32
2300	0,52	0,35
2305	0,32	0,12
2310	0,12	–0,11
2315	0,18	0,14
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2325	0,46	0,25
2330	0,68	0,10
2335	0,41	0,06
2340	0,14	0,01
2345	0,18	0,06
2350	0,23	0,10
2355	0,10	0,01
2360	–0,02	–0,08
2365	0,03	–0,12
2370	0,09	–0,16
2375	0,00	–0,02
2380	–0,09	0,12
2385	–0,07	–0,12
2390	–0,05	–0,37
2395	–0,14	–0,22
2400	–0,22	–0,08
2405	0,01	–0,16
2410	0,24	–0,24
2415	0,18	–0,17
2420	0,13	–0,10
2425	0,02	–0,13
2430	–0,09	–0,16
2435	0,02	–0,46
2440	0,13	–0,76
2445	0,14	–0,27
2450	0,15	0,23
2455	0,37	0,50
2460	0,58	0,76
2465	0,77	0,46
2470	0,95	0,16
2475	0,92	0,37
2480	0,89	0,57
2485	0,37	1,02
2490	–0,14	1,46
2495	0,41	0,75
2500	0,96	0,05

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ganz besonders geeignete Infrarotabsorber sind hybride organische–anorganische Nanopartikel, wie z. B. LUMOGEN IR 1050 von der Firma BASF.
Die erfindungsgemäße Formmasse kann ggf. weitere, dem Fachmann wohlbekannte Additive enthalten. Bevorzugt werden externe Schmiermittel, Antioxidantien, Flammschutzmittel, weitere UV-Stabilisatoren, Fließhilfen, Metalladditive zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung, Antistatika, Entformungsmittel, Farbstoffe, Pigmente, Haftvermittler, Verwitterungsschutzmittel, Weichmacher, Füllstoffe und dergleichen.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Formmasse mindestens ein sterisch gehindertes Amin, wodurch die Witterungsbeständigkeit weiter verbessert wird. Eine Gelbverfärbung oder ein Abbau der Formmasse, die lange Zeit Außenbedingungen ausgesetzt wird, kann weiter verringert werden.
Besonders bevorzugte sterisch gehinderte Amine schließen Dimethylsuccinat-1-(2-hydroxyethyl)-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperazin-polykondensat, Poly[{6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)amino-1,3,5-triazin-2,4,-diyl}{(2.2,6,6-tetramethyl-4- piperidyl)imino}hexamethylen((2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino}], N,N'-Bis(3-aminopropyl)ethylenediamin-2,4-bis[N-butyl-N-(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)amino]-6-chlor-1,3,5-triazinkondensat, bis(2,2,6,6-Tetramethyl-4-piperidyl)sebazat und 2-(3,5-di-t-4-Hydroxybenzyl)-2-n-butylmalonat bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) ein.
Die erfindungsgemäße Formmasse enthält vorzugsweise weiterhin mindestens einen Silanhaftvermittler oder eine organische Titanverbindung, wodurch die Adhäsion an anorganischen Materialien weiter verbessert wird.
Geeignete Silanhaftvermittler schließen Vinyltrichlorosilan, Vinyl-tris(β-methoxyethoxy)silan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, β-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyltrimethoxysilan, γ-Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan, N-β-(Aminoethyl)-γ-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan und γ-Chlorpropyltrimethoxysilan ein.
Die relativen Anteile des Polyalkyl(meth)acrylats, der Verbindung gemäß Formel (I) und des Infrarotabsorbers können prinzipiell frei gewählt werden. Besonders bevorzugte Formmassen umfassen jedoch, jeweils bezogen auf ihr Gesamtgewicht,

a) 90 Gew.-% bis 99,9989 Gew.-% Polyalkyl(meth)acrylat
b) 0,001 Gew.-% bis 0,03 Gew.-% Verbindung gemäß Formel (I) und
c) 0,0001 Gew.-% bis 0,04 Gew.-% Infrarotabsorber

Die Einarbeitung der Verbindungen in die erfindungsgemäße Formmasse kann nach den literaturbekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Vermischen mit dem Polymer vor der Weiterverarbeitung bei höherer Temperatur, durch Zugabe in die Schmelze des Polymeren oder durch Zugabe zu suspendiertem oder gelöstem Polymer während seiner Verarbeitung. Sie können gegebenenfalls auch bereite den Ausgangstoffen zur Herstellung des Polymers zugesetzt werden und verlieren auch in Gegenwart weiterer üblicher Licht- und Hitzestabilisatoren, Oxidations- und Reduktionsmitteln und dergleichen ihre Absorptionsfähigkeit nicht.
Die erfindungsgemäße Formmasse besitzt vorzugsweise eine Erweichungstemperatur von nicht weniger als 80°C (Vicaterweichungstemperatur VET (ISO 306-B50)). Sie eignet sich daher insbesondere als Verfestigungsmittel für Solarzellenmodule, da sie nicht anfängt zu kriechen, selbst wenn das Modul bei der Verwendung hohen Temperaturen ausgesetzt wird.
Die erfindungsgemäße Formmasse besitzt eine vergleichsweise hohe Totallichtdurchlässigkeit und verhindert auf diese Weise bei der Anwendung der Formmasse als Verfestigungsmittel in Solarzellmodulen ein Leistungsabfall der Solarzelle, der durch optischen Verlust des Verfestigungsmittels bedingt sein könnte. Über den Wellenlängenbereich von 400 nm bis kleiner 500 nm ist die Totallichtdurchlässigkeit vorzugsweise mindestens 90%. Über den Wellenlängenbereich von 500 nm bis kleiner 1000 nm ist die Totallichtdurchlässigkeit vorzugsweise mindestens 80% (Messung mithilfe des Spectralphotometer Lambda 19 von der Fa. Perkin Elmer).
Die erfindungsgemäße Formmasse eignet sich besonders für die Herstellung von Solarzellenmodulen, insbesondere als Verfestigungsmittel in Solarzellenmodulen.
Ein besonders vorteilhafter Aufbau eines Solarzellenmoduls wird im Folgenden unter gelegentlicher Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 2B beschrieben.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul umfasst vorzugsweise ein photovoltaisches Element 101, eine Scheibe 103, die die Vorderseite des photovoltaisches Elements 101 bedeckt, ein erstes Verfestigungsmittel 102 zwischen dem photovoltaischen Element 101 und der Scheibe 103, eine Rückwand 105, die die Rückseite 104 des photovoltaisches Elements 101 bedeckt und ein zweites Verfestigungsmittel 104 zwischen dem photovoltaischen Element 101 und der Rückwand 105.
Das photovoltaische Element umfasst vorzugsweise eine photoaktive Halbleiterschicht auf einem leitfähigen Substrat als eine erste Elektrode zur Lichtumwandlung und eine transparente leitfähige Schicht als zweite Elektrode, die darauf gebildet ist.
Das leitfähige Substrat umfasst in diesem Zusammenhang vorzugsweise rostfreien Stahl, wodurch die Adhäsionsfestigkeit des Verfestigungsmittels am Substrat weiter verbessert wird.
Die erfindungsgemäße Formmasse besitzt vorzugsweise einen Ableitwiderstand von 1–500 kΩ × cm². Eine Leistungsabnahme der Solarzelle aufgrund von Kurzschlüssen wird bestmöglich vermieden.
Eine Sammelelektrode, die Kupfer und/oder Silber als Bestandteil enthält, wird vorzugsweise auf der lichtempfindlichen Seite des photovoltaischen Elements gebildet und die erfindungsgemäße Formmasse wird vorzugsweise mit der Sammelelektrode in Kontakt gebracht.
Die lichtempfindliche Oberfläche des photovoltaischen Elements wird günstiger Weise mit der erfindungsgemäßen Formmasse bedeckt und dann wird vorzugsweise ein dünner Fluoridpolymerfilm als äußerste Schicht darauf angeordnet.
Das erste Verfestigungsmittel 102 soll das photovoltaische Element 101 vor der Außeneinwirkung schützen, indem es Unebenheiten der lichtempfindlichen Oberfläche des Elements 101 bedeckt. Weiterhin dient es auch dazu, die Scheibe 103 an das Element 101 zu binden. Daher soll es eine hohe Witterungsbeständigkeit, eine große Adhäsion und eine hohe Wärmebeständigkeit zusätzlich zu einer hohen Transparenz aufweisen. Weiterhin soll es eine niedrige Wasserabsorption zeigen und keine Säure freisetzen. Um diesen Wünschen zu genügen, wird vorzugsweise eine erfindungsgemäße Formmasse als erstes Verfestigungsmittel eingesetzt.
Um eine Reduktion der Lichtmenge zu minimieren, die das photovoltaische Element 101 erreicht, ist die Lichtdurchlässigkeit des ersten Verfestigungsmittels 102 im sichtbaren Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm vorzugsweise mindestens 80%, besonders bevorzugt mindestens 90% im Wellenlängenbereich von 400 nm bis kleiner 500 nm (Messung mithilfe des Spectralphotometer Lambda 19 von der Fa. Perkin Elmer). Weiterhin hat es vorzugsweise einen Brechungsindex von 1,1–2,0, vorteilhafter Weise von 1,1–1,6, um den Lichteinfall aus Luft zu erleichtern (Messung nach ISO 489).
Das zweite Verfestigungsmittel 104 wird verwendet, um das photovoltaische Element 101 vor Außeneinwirkungen zu schützen, indem Unebenheiten auf der Rückseite des Elements 101 bedeckt werden. Weiterhin dient es auch dazu, die Rückwand 105 an das Element 101 zu binden. Daher soll das zweite Verfestigungsmittel wie das erste Verfestigungsmittel eine hohe Witterungsbeständigkeit, eine große Adhäsion und eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen. Es ist daher bevorzugt, die erfindungsgemäße Formmasse auch als zweites Verfestigungsmittel zu verwenden. Vorzugsweise wird das gleiche Material sowohl für das erste Verfestigungsmittel als auch für das zweite Verfestigungsmittel eingesetzt. Da jedoch die Transparenz optional ist, kann bei Bedarf ein Füllstoff, wie ein organisches Oxid, zum zweiten Verfestigungsmittel zugegeben werden, um die Witterungsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern, oder ein Pigment kann zugegeben werden, um es anzufärben.
Als photovoltaisches Element 101 werden vorzugsweise bekannte Elemente, insbesondere monokristalline Siliziumzellen, multikristalline Siliziumzellen, amorphes Silizium und mikrokristallines Silizium eingesetzt, wie sie auch in Dünnschichtsiliziumzellen verwendet werden. Weiterhin sind auch Kupfer-Indium-Selenid- und Halbleiterverbindungen besonders geeignet.
Ein schematisches Blockdiagramm eines bevorzugten photovoltaischen Elements wird in 2a und 2b gezeigt. 2a ist eine schematische Querschnittsansicht eines photovoltaischen Elements, wohingegen 2b eine schematische Draufsicht auf ein photovoltaisches Element ist. In diesen Figuren bezeichnet die Nummer 201 ein leitendes Substrat, 202 eine reflektierende Schicht auf der Rückseite, 203 eine photoaktive Halbleiterschicht, 204 eine transparente, leitende Schicht, 205 eine Sammelelektrode, 206a und 206b Abgreifklemmen und 207 und 208 leitende, adhäsive oder leitende Pasten.
Das leitende Substrat 201 dient nicht nur als Substrat des photovoltaischen Elements, sondern auch als zweite Elektrode. Das Material des leitenden Substrats 201 umfasst vorzugsweise Silizium, Tantal, Molybdän, Wolfram, rostfreien Stahl, Aluminium, Kupfer, Titan, eine Karbonfolie, eine verbleite Stahlplatte, einen Harzfilm und/oder Keramik mit einer leitfähigen Schicht darauf.
Auf dem leitenden Substrat 201 ist vorzugsweise eine Metallschicht, eine Metalloxidschicht oder beides als reflektierende Schicht 202 auf der Rückseite vorgesehen. Die Metallschicht umfasst vorzugsweise Ti, Cr, Mo, B, Al, Ag und/oder Ni, wohingegen die Metalloxidschicht vorzugsweise ZnO, TiO₂ und SnO₂ enthält. Die Metallschicht und die Metalloxidschicht werden zweckmäßiger Weise durch Gasphasenabscheidung durch Erwärmen oder durch Elektronenstrahl oder durch Sputtern gebildet.
Die photoaktive Halbleiterschicht 203 dient zur Durchführung der photoelektrischen Umwandlung. In diesem Zusammenhang bevorzugte Materialen sind multikristallines Silizium mit pn-Übergang, Pin Junction-Typen aus amorphes Silizium, Pin Junction-Typen aus mikrokristallines Silizium und Halbleiterverbindungen, insbesondere CuInSe₂, CuInS₂, GaAs, CdS/Cu₂S, CdS/CdTe, CdS/InP und CdTe/Cu₂Te. Der Einsatz von Pin Junction-Typen aus amorphem Silizium wird dabei besonders bevorzugt.
Die Herstellung der photoaktiven Halbleiterschicht erfolgt vorzugsweise, indem man geschmolzenes Silizium in eine Folie umformt, oder durch Wärmebehandlung von amorphem Silizium im Falle von polykristallinem Silizium, durch Plasmagasphasenabscheidung unter Verwendung eines Silangases als Ausgangsmaterial im Falle von amorphem Silizium und mikrokristallinem Silizium und durch Ionenplattieren, Ionenstrahlabscheidung, Vakuumverdampfen, Sputtern oder Galvanisieren im Falle einer Halbleiterverbindung.
Die transparente leitfähige Schicht 204 dient als obere Elektrode der Solarzelle. Sie umfasst vorzugsweise In₂O₃, SnO₂, In₂O₃-SnO₂(ITO), ZnO, TiO₂, Cd₂SnO₄ oder eine kristalline Halbleiterschicht, die mit einer großen Konzentration an Verunreinigungen dotiert ist. Sie kann durch Widerstandserwärmen-Aufdampfen, Sputtern, Sprühen, Gasphasenabscheidung oder durch Diffusion von Verunreinigungen gebildet werden.
Im Übrigen können bei dem photovoltaischen Element, auf welchem die transparente leitfähige Schicht 204 gebildet wurde, das leitfähige Substrat und die transparente, leitende Schicht teilweise wegen der Unebenheit der Oberfläche des leitfähigen Substrats 201 und/oder der Nicht-Einheitlichkeit zum Zeitpunkt der Bildung der photoaktiven Halbleiterschicht kurzgeschlossen sein. In diesem Fall kommt es zu einem großen Stromverlust proportional zur Ausgabespannung. D. h. der Leckwiderstand (Nebenwiderstand) ist niedrig. Daher ist es wünschenswert, die Kurzschlüsse zu beheben und das photovoltaische Element nach der Bildung der transparenten leitfähigen Schicht einer Behandlung zur Entfernung von Fehlstellen zu unterziehen. Eine derartige Behandlung wird im Patent US 4,729,970 im Detail beschrieben. Durch diese Behandlung wird der Nebenwiderstand des photovoltaischen Elements auf 1–500 kΩ × cm², vorzugsweise auf 10–500 kΩ × cm², eingestellt.
Auf der transparenten leitfähigen Schicht 204 kann die Sammelelektrode (Gitternetz) gebildet werden. Sie hat vorzugsweise die Gestalt eines Gitternetzes, eines Kamms, einer Linie oder ähnliches, um den elektrischen Strom effektiv zu sammeln. Bevorzugte Beispiele des Materials, das die Sammelelektrode 205 bildet, sind Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu, Sn oder eine leitfähige Paste, die als Silberpaste bezeichnet wird.
Die Sammelelektrode 205 wird bevorzugt durch Sputtern unter Verwendung eines Maskierungsmusters, durch Widerstandserwärmung, durch Gasphasenabscheidung, durch ein Verfahren, umfassend die Schritte, dass man einen Metallfilm über die gesamte Schicht durch Gasabscheidung bildet und nicht benötigte Teile des Films durch Ätzen entfernt, durch ein Verfahren, bei welchem man ein Gitterelektronenmuster durch photochemische Gasphasenabscheidung bildet, durch ein Verfahren, umfassend die Schritte, dass man ein negatives Markierungsmuster der Gitterelektrode bildet und die gemusterte Oberfläche plattiert, durch ein Verfahren, bei welchem man eine leitfähige Paste aufdruckt, durch ein Verfahren, bei welchem man Metalldrähte auf eine gedruckte leitfähige Paste auflötet, gebildet. Als leitfähige Paste wird vorzugsweise ein Bindemittelpolymer verwendet, in welchem Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Karbon oder ähnliches in Form eines feinen Pulvers dispergiert ist. Das Bindemittelpolymer schließt vorzugsweise Polyesterharze, Ethoxyharze, Acrylharze, Alkydharze, Polyvinylacetatharze, Gummis, Urethanharze und/oder Phenolharze ein.
Schließlich werden vorzugsweise Abgreifenden 206 am leitfähigen Substrat 201 bzw. an der Sammelelektrode 205 befestigt, um die elektromotorische Kraft abzugreifen. Die Befestigung der Abgreifenden 206 am leitfähigen Substrat wird vorzugsweise erreicht, indem man einen Metallkörper, wie z. B. eine Kupfernase, am leitfähigen Substrat durch Punktschweißen oder Löten befestigt, während die Befestigung der Abgreifenden an der Sammelelektrode vorzugsweise bewerkstelligt wird, indem man einen Metallkörper mit der Sammelelektrode mittels einer leitfähigen Paste oder mittels Lötzinn 207 und 208 elektrisch verbindet.
Die photovoltaischen Elemente werden gemäß der gewünschten Spannung oder Stromstärke entweder in Reihe oder parallel geschaltet. Weiterhin kann die Spannung oder Stromstärke gesteuert werden, indem man die photovoltaischen Elemente in ein isolierendes Substrat einfügt.
Die Scheibe 103 in 1 soll eine möglichst hohe Witterungsbeständigkeit, eine möglichst gute schmutzabweisende Wirkung und eine möglichst große mechanische Festigkeit besitzen, da sie die äußerste Schicht des Solarzellenmoduls ist. Weiterhin soll sie die Langzeitzuverlässlichkeit des Solarzellenmoduls bei Außenanwendung sicherstellen. Scheiben, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise verwendet werden können, schließen (verstärkte) Glasfolien und Fluoridpolymerfilme ein. Als Glasfolie wird eine Glasfolie mit hoher Lichtdurchlässigkeit bevorzugt verwendet. Geeignete Fluoridpolymerfolien umfassen insbesondere Ethylentetrafluorid-Ethylencopolymer (ETFE), Polyvinylfluoridharz (PVF), Polyvinylidenfluoridharz (PVDF), Tetrafluorethylenharz (TFE), Ethylentetrafluorid-Propylenhexafluoridcopolymer (FEP) und Chlortrifluorethylen (CTFE). Das Polyvinylidenfluoridharz ist hinsichtlich der Witterungsbeständigkeit besonders geeignet, während das Ethylentetrafluorid-Ethylencopolymer hinsichtlich der Kombination aus Witterungsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit besonders vorteilhaft ist. Um die Adhäsion zwischen der Fluoridpolymerfolie und dem Verfestigungsmittel zu verbessern, ist es wünschenswert, die Folie einer Koronabehandlung oder einer Plasmabehandlung zu unterziehen. Weiterhin werden auch gestreckte Folien bevorzugt verwendet, um die mechanische Festigkeit weiter zu verbessern.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Scheibe aus der erfindungsgemäßen Formmasse gefertigt.
Die Rückwand 105 dient der elektrischen Isolation zwischen dem photovoltaischen Element 101 und der Umgebung und zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit und wirkt als verstärkendes Material. Sie ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, das hinreichende elektrisch isolierende Eigenschaften sicherstellt, eine exzellente Langzeitbeständigkeit aufweist, thermischer Ausdehnung und thermischer Kontraktion widerstehen kann und das flexibel ist. Für diese Zwecke besonders geeignete Materialien schließen Nylonfolien, Polyethylenterephthalat (PET)-Folien und Polyvinylfluoridfolien ein. Wird eine Feuchtigkeitsbeständigkeit gefordert, so werden bevorzugt Aluminium-laminierte Polyvinylfluoridfolien, Aluminium-beschichtete PET- Folien, Siliziumoxid-beschichtete PET-Folien verwendet. Weiterhin kann die Feuerbeständigkeit des Moduls verbessert werden, indem man eine folienlaminierte, galvanisierte Eisenfolie oder eine Folie aus rostfreiem Stahl als Rückwand verwendet.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Rückwand aus der erfindungsgemäßen Formmasse gefertigt.
Auf der Außenoberfläche der Rückwand kann eine stützende Platte befestigt sein, um die mechanische Festigkeit des Solarzellenmoduls weiter zu verbessern oder um ein Ausbeulen und Durchbiegen der Rückwand in Folge von Temperaturänderungen zu verhindern. Besonders bevorzugte Rückwände sind Bleche aus frostfreiem Stahl, Kunststoffbleche und Bleche aus FRP (faserverstärkter Kunststoff). Weiterhin kann ein Baustoff an der Rückscheibe befestigt sein.
Die Herstellung eines derartigen Solarzellenmoduls kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. Besonders zweckmäßig ist jedoch eine Vorgehensweise, die im Folgenden beschrieben wird.
Um das photovoltaische Element mit dem Verfestigungsmittel zu bedecken, wird vorzugsweise ein Verfahren verwendet, bei welchem man das Verfestigungsmittel thermisch aufschmilzt und durch einen Schlitz extrudiert, um eine Folie zu bilden, die dann thermisch am Element befestigt wird. Die Verfestigungsmittelfolie wird vorzugsweise zwischen dem Element und der Scheibe eingebracht und zwischen dem Element und der Rückwand und dann verfestigt.
Zur Durchführung der thermischen Verfestigung können bekannte Verfahren, wie z. B. Vakuumlaminierung und Rolllaminierung, verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul hat vorzugsweise eine Betriebstemperatur von bis zu 80°C oder höher, wobei insbesondere bei hohen Temperaturen der wärmebeständige Effekt der erfindungsgemäßen Formmasse effektiv genutzt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1065731 A2 [0008]
- DE 10311641 A1 [0010]
- DE 3838480 A1 [0012]
- JP 2005-298748 A [0014]
- US 4729970 [0074]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- H. Rauch-Puntigam, Th. Völker, ”Acryl- und Methacrylverbindungen”, Springer, Heidelberg, 1967 [0030]
- Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, Seiten 386ff, J. Wiley, New York, 1978 [0030]
- H. Rauch-Puntigam, Th. Völker, ”Acryl- und Methacrylverbindungen”, Springer, Heidelberg, 1967 [0032]
- Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. XIV/1, Seite 66, Georg Thieme, Heidelberg, 1961 [0032]
- Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, Seiten 296ff, J. Wiley, New York, 1978 [0032]
- ISO 306-B50 [0054]
- ISO 489 [0065]

Claims

Formmasse, umfassend a) mindestens ein Polyalkyl(meth)acrylat und b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I),
worin die Reste R¹ und R² unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse weiterhin c) mindestens einen Infrarotabsorber enthält, wobei die Formmasse • bei 500 nm eine Transmission kleiner 89% aufweist, • bei 1000 nm eine Transmission kleiner 80% aufweist, • bei 1150 nm eine Transmission kleiner 70% aufweist und • bei 1600 nm eine Transmission kleiner 77% aufweist, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen.
Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein C₁-C₁₈-Alkyl(meth)acrylat-Homopolymer oder -Copolymer enthält.
Formmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Copolymer enthält, das 80 Gew.-% bis 99 Gew.-% Methylmethacrylat-Einheiten und 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% C₁-C₁₀-Alkylacrylat-Einheiten umfasst.
Formmasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer Methylacrylat- und/oder Ethylacrylat-Einheiten umfasst.
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R¹ und R² in Formel (I) unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen darstellen.
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R¹ und R² in Formel (I) eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, 1-Butyl-, 2-Butyl-, 2-Methylpropyl-, tert.-Butyl-, Pentyl-, 2-Methylbutyl-, 1,1-Dimethylpropyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, 1,1,3,3-Tetramethylbutyl, Nonyl-, 1-Decyl-, 2-Decyl-, Undecyl-, Dodecyl-, Pentadecyl- oder eine Eicosyl-Gruppe darstellen.
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R¹ und R² in Formel (I) eine Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl- oder eine Cyclooctyl-Gruppe darstellen, die gegebenenfalls mit verzweigten oder nicht verzweigten Alkylgruppen substituiert sind.
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verbindung gemäß Formel (II) enthält
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 500 nm eine Transmission im Bereich von 80%) bis kleiner 89% aufweist.
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 1000 nm eine Transmission im Bereich von 75% bis kleiner 80% aufweist.
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 1150 nm eine Transmission im Bereich von 55% bis kleiner 70% aufweist.
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein sterisch gehindertes Amin umfasst.
Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Silanhaftvermittler umfasst.
Verwendung einer Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung von Solarzellenmodulen.
Solarzellenmodul, umfassend eine Formmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13.