DE102017007676A1 - Mehrschichtfolie und Photovoltaik-Modul - Google Patents

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Alan F. Green
Babak Hamzavy
STEVEN WILLIAM MacMASTER
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EI Du Pont de Nemours and Co
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Abstract

Unter einem ersten Aspekt beinhaltet eine Mehrschichtfolie eine Polymersubstrat-Folie, eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist. Die Mehrschichtfolie besitzt eine nach ASTM 1927-07 gemessene Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag. Unter einem zweiten Aspekt beinhaltet ein Photovoltaik-Modul eine Rückseite und eine Einkapselungsschicht. Die Rückseite beinhaltet eine Mehrschichtfolie, die eine Polymersubstrat-Folie, eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, beinhaltet. Die Mehrschichtfolie besitzt eine nach ASTM 1927-07 gemessene Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag. Die Einkapselungsschicht ist an die polymere Sauerstoffbarriereschicht angeheftet.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Offenbarung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Mehrschichtfolien und Photovoltaik-Module.
  • Beschreibung des verwandten Standes der Technik
  • Solarzellen werden zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Sonnenlicht verwendet, was eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Methoden der Elektrizitätserzeugung bietet. Diese Solarzellen werden aus verschiedenen Halbleitersystemen gebaut, die vor Umwelteinflüssen, wie Feuchtigkeit, Sauerstoff und UV-Licht, geschützt werden müssen. Die Zellen sind in der Regel auf beiden Seiten von Schutzschichten aus Glas und/oder Kunststofffolien ummantelt, die eine als Photovoltaik(PV)-Modul bekannte mehrschichtige Struktur bilden. Man kennt Fluorpolymer-Folien wegen ihrer ausgezeichneten Festigkeits-, Witterungsbeständigkeits-, UV-Beständigkeits- und Feuchtigkeitsbarriere-Eigenschaften als wichtigen Bestandteil in Photovoltaik-Modulen. Besonders nützlich sind in diesen Modulen Folienverbundstoffe aus Fluorpolymer-Folie und Polymersubstrat-Folie, die als rückwärtige Trägerfolie für das Modul fungieren. Solche Verbundstoffe werden herkömmlicherweise aus vorgeformten Folien aus Fluorpolymer, insbesondere Polyvinylfluorid (PVF), die an Polyestersubstrat-Folie, insbesondere Polyethylenterephthalat, angeheftet werden, hergestellt. Wenn Fluorpolymer, wie PVF, als Rückseite für das PV-Modul verwendet wird, verbessern dessen Eigenschaften signifikant die Lebensdauer des Moduls, so dass Modul-Garantien von bis zu 25 Jahren möglich werden. Fluorpolymer-Rückseiten werden häufig in Form eines Laminats mit Polyethylenterephthalat(PET)-Folien eingesetzt, wobei in der Regel das PET sandwichartig zwischen zwei PVF-Folien eingebracht wird.
  • Die PV-Industrie steht derzeit vor einem in der Branche als ”Snail Trails” (dtsch.: Schneckenspuren) bezeichneten Problem, das mit der Zeit die Leistung von PV-Modulen beeinträchtigen kann. Schneckenspuren sind sichtbare Verfärbungen, von denen beobachtet wird, dass sie sich entlang der Oberfläche der Zelle aus kristallinem Silizium (c-Si) innerhalb des Moduls fortsetzen, und man hat sie einer chemischen Reaktion zwischen Silber-Nanopartikeln in Zellgitterlinien mit Reduktionsmitteln, die sich im einkapselnden Material befinden, üblicherweise Ethylen-Vinylacetat (EVA), das mit den Zellen und Gitterlinien in Kontakt steht, zugeschrieben. Dieses Problem tritt auf, wenn eine Zelle aus kristallinem Silizium infolge von mechanischer Beanspruchung beschädigt ist. Diese Beanspruchung kann mit der Installations- oder Windbelastung oder der Herstellung der Zelle oder des Moduls in Zusammenhang stehen und zu einem Mikroriss in einer Schutzschicht des Moduls führen. Diese Mikrorisse können zu Infiltration von Umwelteinflüssen in das Modul führen und chemische Reaktionen mit Modulkomponenten ermöglichen. Man hat vorgeschlagen, dass Feuchtigkeitseintritt an der Grenzfläche zwischen dem Silber-Metall und dem EVA-Einkapselungsmaterial in Gegenwart eines elektrischen Felds und bei Modul-Betriebstemperaturen (und möglicherweise UV-Bestrahlungskorrosionsprozessen) zu einer Migration von Silber in die Einkapselungsschicht führen kann, in der es mit einer Vielzahl von in der Einkapselungsschicht verwendeten Komponenten reagieren kann (siehe zum Beispiel Meyer et al., Energy Procedia 38 (2013) 498–505). Infolgedessen hat man Rückseiten mit verringerten Wasserdampfdurchlässigkeitsraten vorgeschlagen, um die Bildung von Schneckenspuren in PV-Modulen zu verhindern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Unter einem ersten Aspekt beinhaltet eine Mehrschichtfolie eine Polymersubstrat-Folie, eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist. Die Mehrschichtfolie besitzt eine nach ASTM 1927-07 gemessene Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag.
  • Unter einem zweiten Aspekt beinhaltet ein Photovoltaik-Modul eine Rückseite und eine Einkapselungsschicht. Die Rückseite beinhaltet eine Mehrschichtfolie, die eine Polymersubstrat-Folie, eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, beinhaltet. Die Mehrschichtfolie besitzt eine nach ASTM 1927-07 gemessene Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag. Die Einkapselungsschicht ist an die polymere Sauerstoffbarriereschicht angeheftet.
  • Die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung sind lediglich beispielhaft und erläuternd und dienen nicht der Einschränkung der Erfindung, wie sie in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Unter einem ersten Aspekt beinhaltet eine Mehrschichtfolie eine Polymersubstrat-Folie, eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist. Die Mehrschichtfolie besitzt eine nach ASTM 1927-07 gemessene Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag.
  • In einer Ausführungsform des ersten Aspekts beinhaltet das erste Fluorpolymer ein Fluorpolymer, das aus der aus Homopolymeren und Copolymeren von Vinylfluorid, Vinylidenfluorid, Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen, Chlortrifluorethylen, Fluorethylen-Alkylvinylether und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  • In einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts wird die polymere Sauerstoffbarriereschicht aus der aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylalkohol, Nylon, Polyacrylnitril, Polychlortrifluorethylen und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt.
  • In noch einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts wird das polymere Substrat aus der aus Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyimid bestehenden Gruppe ausgewählt.
  • In noch einer anderen Ausführungsform des ersten Aspekts ist die polymere Sauerstoffbarriereschicht eine Folienschicht oder eine Lackschicht.
  • In einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts enthält die Mehrschichtfolie weiterhin eine erste Klebstoffschicht zwischen der Polymersubstrat-Folie und der polymeren Sauerstoffbarriereschicht.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts beinhaltet die polymere Sauerstoffbarriereschicht einen Klebstoff.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts beinhaltet die Mehrschichtfolie ferner eine zweite Klebstoffschicht, die an die polymere Sauerstoffbarriereschicht an eine Seite gegenüber der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des ersten Aspekts beinhaltet die Mehrschichtfolie weiterhin eine Einkapselungsschicht, die an die polymere Sauerstoffbarriereschicht angeheftet ist. In einer spezifischen Ausführungsform wird die Einkapselungsschicht aus der aus Poly(vinylbutyral), Ethylen-Vinylacetat, Poly(vinylacetal), Polyurethan, linearem Polyethylen niedriger Dichte, Polyolefin-Blockelastomeren, Ethylen-Acrylatester-Copolymeren, Ionomeren, Silikonpolymeren, Epoxidharzen und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt.
  • Unter einem zweiten Aspekt beinhaltet ein Photovoltaik-Modul eine Rückseite und eine Einkapselungsschicht. Die Rückseite beinhaltet eine Mehrschichtfolie, die eine Polymersubstrat-Folie, eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, beinhaltet. Die Mehrschichtfolie besitzt eine nach ASTM 1927-07 gemessene Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag. Die Einkapselungsschicht ist an die polymere Sauerstoffbarriereschicht angeheftet.
  • Vorstehend wurden viele Aspekte und Ausführungsformen beschrieben und sind nur beispielhaft sowie nicht einschränkend. Nach dem Lesen dieser Beschreibung wird der Fachmann erkennen, dass andere Aspekte und Ausführungsformen möglich sind, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und aus den Ansprüchen ersichtlich.
  • Definitionen
  • Die folgenden Definitionen werden hier dazu verwendet, die Offenbarung weiter zu definieren und zu beschreiben.
  • Die Begriffe ”umfasst”, ”umfassend”, ”beinhaltet”, ”einschließlich”, ”hat”, ”besitzt” oder jede beliebige andere Variante davon sollen sich auf eine nicht-ausschließende Einbeziehung erstrecken. Zum Beispiel ist ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, umfassend eine Liste von Elementen, nicht notwendigerweise nur auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente beinhalten, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Prozess, Verfahren, Gegenstand oder einer solchen Vorrichtung innewohnen. Weiterhin bezieht sich ”oder” auf ein einschließendes oder und nicht auf ein ausschließendes oder, es sei denn, es ist ausdrücklich etwas anderes angegeben. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eines der Folgenden erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden) und A und B sind beide wahr (oder vorhanden).
  • Die Begriffe ”ein” und ”eine” usw. beinhalten die Auffassungen ”mindestens ein” sowie ”ein oder mehr als ein”.
  • Sofern es nicht anders angegeben ist, beziehen sich alle Prozentangaben, Teile, Verhältnisse usw. auf Gewicht.
  • Wenn der Begriff ”etwa” bei der Beschreibung eines Werts oder eines Endpunkts eines Bereichs verwendet wird, sollte die Offenbarung so verstanden werden, dass der spezifische genannte Wert oder Endpunkt mit eingeschlossen ist.
  • Die Begriffe ”Lage”, ”Schicht” und ”Folie” werden in ihrem weitesten Sinne synonym verwendet. Eine ”Rückseite” ist eine Lage, eine Schicht oder eine Folie auf der Seite eines Photovoltaik-Moduls, die von einer Lichtquelle abgewandt ist, und ist in der Regel undurchsichtig.
  • ”Einkapselungsmittel” bedeutet Material, das dazu verwendet wird, die fragile spannungserzeugende Solarzellenschicht zu umhüllen, um sie vor Umwelt- oder physischen Schäden zu schützen und sie in einem Photovoltaik-Modul an Ort und Stelle zu halten. Einkapselungsschichten werden herkömmlicherweise zwischen der Solarzellenschicht und der vorderen Lichteinfallsschicht sowie zwischen der Solarzellenschicht und der Rückseitenträgerschicht positioniert. Geeignete polymere Werkstoffe für diese Einkapselungsschichten besitzen in der Regel eine Kombination von Eigenschaften, wie hohe Transparenz, hohe Schlagfestigkeit, hohe Durchstoßfestigkeit, hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit, gute Ultraviolett(UV)lichtbeständigkeit, gute Langzeitwärmebeständigkeit, angemessene Haftfestigkeit an Vorderseiten, Rückseiten, andere starre Polymerschichten und Solarzellenoberflächen und langfristige Witterungsbeständigkeit.
  • Der Begriff ”Copolymer” wird hier dazu verwendet, auf Polymere zu verweisen, die copolymerisierte Einheiten von zwei verschiedenen Monomeren (ein Dipolymer) oder mehr als zwei verschiedenen Monomeren enthalten.
  • Polymersubstrat-Folien
  • Polymersubstrat-Folien können aus einem breiten Spektrum von Polymeren ausgewählt werden. In einer Ausführungsform ist die Polymersubstrat-Folie ein Polyester, ein Polyethylen, ein Polypropylen, ein Polyethylenterephthalat, ein Polyethylennaphthalat, ein Polyvinylchlorid, ein Polyamid oder ein Polyimid. In einer Ausführungsform ist die Polymersubstrat-Folie ein thermoplastisches Polymer, das aufgrund seiner Fähigkeit, höheren Verarbeitungstemperaturen widerstehen zu können, wünschenswert sein kann. In einer speziellen Ausführungsform wird ein Polyester für die Polymersubstrat-Folie aus Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat und einem Coextrudat von Polyethylenterephthalat/Polyethylennaphthalat ausgewählt.
  • Füllstoffe können ebenfalls in die Substratfolie eingeschlossen werden, in der ihre Anwesenheit die physikalischen Eigenschaften des Substrats verbessern kann, zum Beispiel höheres Modul und höhere Zugfestigkeit. Sie können auch die Anhaftung der Fluorpolymer-Beschichtung an die Polymersubstrat-Folie verbessern. Ein beispielhafter Füllstoff ist Bariumsulfat, obgleich auch andere verwendet werden können.
  • Fluorpolymer-Schichten
  • In einer Ausführungsform kann eine Mehrschichtfolie eine erste Fluorpolymer-Schicht enthalten, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist. Es gibt keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des in der ersten Fluorpolymer-Schicht eingesetzten Fluorpolymers. Es kann sich um jedes im Stand der Technik bekanntes Fluorpolymer handeln, einschließlich Homopolymeren fluorierter Monomere, Copolymeren fluorierter Monomere oder Copolymeren aus einem fluorierten Monomer und einem nicht-fluorierten Monomer, solange die von dem fluorierten Monomer herrührenden Monomer-Einheiten in dem Copolymer mehr als 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers, oder von etwa 40 bis etwa 99 Gewichtsprozent ausmachen.
  • Das Fluorpolymer in der ersten Fluorpolymer-Schicht kann zum Beispiel aus Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE), Hexafluorpropylen (HFP), Polychlortrifluorethylen (PCTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE), Fluorethylen-Alkylvinylether-Copolymer (FEVE), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP), Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen/Vinylidenfluorid-Terpolymer (THV), Copolymeren und Terpolymeren, die Polyvinylfluorid und Polytetrafluorethylen umfassen, und dergleichen bestehen. In einer Ausführungsform umfassen die Fluorpolymere PVF-Homopolymer oder -Copolymere oder PVDF-Homopolymer oder -Copolymere.
  • Für die Verwendung in der ersten Fluorpolymer-Schicht geeignete Fluorpolymere beinhalten auch Mischungen von zwei oder mehr der vorstehenden Polymere oder Copolymere. Die erste Fluorpolymer-Schicht kann auch kleinere Mengen an anderen Polymeren und/oder Additiven enthalten. Die zweite Schicht besteht vorzugsweise aus mindestens etwa 60 Gewichtsprozent oder mindestens etwa 80 Gewichtsprozent oder mindestens etwa 90 Gewichtsprozent von einem oder mehreren der vorstehenden Fluorpolymere, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Schicht. In einer Ausführungsform kann die zweite Schicht ferner Additive enthalten. Zu Additiven können zum Beispiel Lichtstabilisator, UV-Stabilisatoren, thermische Stabilisatoren, Hydrolysebeständigkeitsmittel, Lichtreflexionsmittel, Pigmente, Titandioxid, Farbstoffe und Gleitmittel gehören. Geeignete Fluorpolymer-Folien sind im Handel erhältlich. Zum Beispiel wird PVF-Folie von DuPont unter dem Markennamen Tedlar® vertrieben.
  • In einer Ausführungsform kann/können (eine) zusätzliche Fluorpolymer-Schicht oder -Schichten an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie, zwischen der ersten Fluorpolymer-Schicht und der Polymersubstrat-Folie, auf die erste Fluorpolymer-Folie auf einer Seite gegenüber der Polymersubstrat-Folie oder eine Kombination davon angeheftet werden.
  • Polymere Sauerstoffbarriereschicht
  • In einer Ausführungsform kann eine Mehrschichtfolie eine polymere Sauerstoffbarriereschicht enthalten, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist. Das Einbringen einer polymeren Sauerstoffbarriereschicht in eine Mehrschichtfolie kann die Rate der Sauerstoffdurchlässigkeit zu dem Metall, das in einem PV-Modul in Kontakt mit der Einkapselungsschicht steht, erheblich verringern, wodurch die Rate des Sauerstoff-katalysierten chemischen Abbaus aufgrund einer Reaktion zwischen Silber-Metall und reaktiven Spezies in der Einkapselungsschicht verringert wird. Eine polymere Sauerstoffbarriereschicht kann angemessen flexibel sein, damit Schäden durch Mikrorisse aufgrund von physischen Belastungen auf das Modul vermieden werden. In einer Ausführungsform wird die polymere Sauerstoffbarriereschicht weiter vor physischer Beschädigung durch die äußere Umgebung geschützt, indem eine polymere Sauerstoffbarriereschicht auf einer Seite der Polymersubstrat-Folie platziert wird, die weiter entfernt von der äußeren Oberfläche des Moduls (d. h. näher an den zentral gelegenen Zellen) liegt. Außerdem positioniert das Platzieren einer polymeren Sauerstoffbarriereschicht auf einer Innenseite der Polymersubstrat-Folie die Schicht in größerer Nähe zu der Einkapselungsschicht und kann die Sauerstoffpermeation von den äußeren Rändern des Moduls verringern.
  • In einer Ausführungsform kann die polymere Sauerstoffbarriereschicht aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH), Polyvinylidenchlorid (PVDC), Polyvinylalkohol (PVOH), Nylon, Polyacrylnitril (PAN), Polychlortrifluorethylen (PCTFE) und deren Gemischen bestehen.
  • In einer Ausführungsform kann die polymere Sauerstoffbarriereschicht eine Dicke in einem Bereich von etwa 10 bis etwa 50 μm oder von etwa 10 bis etwa 40 μm oder von etwa 15 bis etwa 35 μm besitzen.
  • In einer Ausführungsform kann die polymere Sauerstoffbarriereschicht eine Folienschicht sein. Wenn eine polymere Sauerstoffbarriereschicht eine Folienschicht ist, kann sie in einer Ausführungsform an die Polymersubstrat-Folie unter Verwendung eines Klebstoffs angeheftet werden. In einer anderen Ausführungsform kann eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die eine Folienschicht ist, weiterhin einen Klebstoff umfassen, der in die Folienschicht eingemischt ist, so dass kein zusätzlicher Klebstoff zum Anheften der polymeren Sauerstoffbarriereschicht an die Polymersubstrat-Folie benötigt wird. In einer Ausführungsform kann die polymere Sauerstoffbarriereschicht eine Beschichtungszusammensetzung sein, die auf die Polymersubstrat-Folie aufgebracht und unter Bildung der polymeren Sauerstoffbarriereschicht gehärtet wird.
  • Klebstoffe
  • In einer Ausführungsform kann eine Mehrschichtfolie einen oder mehrere Klebstoffe enthalten. Geeignete Klebstoffe können diejenigen sein, die im Stand der Technik für das Anheften von Polymerfolien bekannt sind. In einer Ausführungsform kann ein Klebstoff einen Urethan-Klebstoff oder einen Epoxy-Klebstoff enthalten. Verschiedene bekannte Additive können zu einem Klebstoff zugegeben werden, um verschiedenen Anforderungen an die Mehrschichtfolie gerecht zu werden. Zu geeigneten Additiven gehören zum Beispiel Lichtstabilisator, UV-Stabilisatoren, thermische Stabilisatoren, Hydrolysebeständigkeitsmittel, Lichtreflexionsmittel, Pigmente, Titandioxid, Farbstoffe und Gleitmittel. Es gibt keine bestimmten Einschränkungen hinsichtlich des Inhalts der Additive, solange die Additive keinen negativen Einfluss auf die endgültigen Hafteigenschaften der Mehrschichtfolie hervorrufen.
  • In einer Ausführungsform kann ein Klebstoff in einer Klebstoffschicht zum Anheften der polymeren Sauerstoffbarriereschicht an eine Polymersubstrat-Folie verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform kann ein Klebstoff in einer polymeren Sauerstoffbarriereschicht verwendet werden.
  • Mehrschichtfolie und Rückseite
  • In einer Ausführungsform beinhaltet eine Mehrschichtfolie eine Polymersubstrat-Folie, eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist. In einer Ausführungsform beinhaltet die Mehrschichtfolie eine erste Klebstoffschicht zwischen der Polymersubstrat-Folie und der polymeren Sauerstoffbarriereschicht. In einer Ausführungsform beinhaltet die polymere Sauerstoffbarriereschicht einen Klebstoff. In einer Ausführungsform beinhaltet die Mehrschichtfolie eine zweite Klebstoffschicht, die an die polymere Sauerstoffbarriereschicht an einer Seite gegenüber der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist. In einer Ausführungsform beinhaltet die Mehrschichtfolie eine Einkapselungsschicht, die an die polymere Sauerstoffbarriereschicht angeheftet ist.
  • In einer Ausführungsform kann eine Mehrschichtfolie als Rückseite für ein Photovoltaik-Modul verwendet werden, die langfristigen Schutz als mechanische, elektrische und andere Barriere für die empfindlichen Solarzellen innerhalb des Moduls bereitstellt. In einer Ausführungsform umfasst eine Rückseite eine Mehrschichtfolie mit einer Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag oder weniger als 2,0 cm3/m2-Tag oder weniger als 1,0 cm3/m2-Tag.
  • Photovoltaik-Modul
  • Ein Photovoltaik-Modul kann weiterhin eine oder mehrere Vorderseitenschichten oder Folienschichten umfassen, die als das lichtdurchlässige Substrat (auch als die Lichteinfallsschicht bekannt) dienen. Die lichtdurchlässige Schicht kann aus Glas oder Kunststofflagen, wie Polycarbonat, Acryle, Polyacrylat, zyklische Polyolefine, wie Ethylen-Norbornen-Polymere, Metallocen-katalysiertes Polystyrol, Polyamide, Polyester, Fluorpolymere und dergleichen und Kombinationen davon, bestehen. Glas dient am häufigsten als die Vorderseiten-Lichteinfallsschicht des Photovoltaik-Moduls. Der Begriff ”Glas” ist so gemeint, dass er nicht nur Fensterglas, Flachglas, Silikatglas, Scheibenglas, eisenarmes Glas, Sicherheitsglas, CeO-freies gehärtetes Glas und Floatglas beinhaltet, sondern auch gefärbtes Glas, Spezialglas, das zum Beispiel Inhaltsstoffe zum Regeln der Sonnenwärme enthält, beschichtetes Glas, zum Beispiel mit gesputterten Metallen, wie Silber oder Indiumzinnoxid, zu Solarregelungszwecken, E-Glas, Toroglass, Solex®-Glas (ein Produkt von Solutia) und dergleichen beinhaltet. Der Typ des Glases hängt vom Verwendungszweck ab.
  • In einer Ausführungsform besteht eine Einkapselungsschicht eines Photovoltaik-Moduls aus Ethylen-Methacrylsäure und Ethylen-Acrylsäure, davon herrührenden Ionomeren oder Kombinationen davon. Solche Einkapselungsschichten können auch Folien oder Schichten sein, die Poly(vinylbutyral) (PVB), Ethylen-Vinylacetat (EVA), Poly(vinylacetal), Polyurethan (PU), lineares Polyethylen niedriger Dichte, Polyolefin-Blockelastomere, Ethylen-Acrylatester-Copolymere, wie Poly(ethylen-Co-methylacrylat) und Poly(ethylen-Co-butylacrylat), Ionomere, Silikonpolymere und Epoxyharze umfassen. Wie hier verwendet, bedeutet und bezeichnet der Begriff ”Ionomer” ein thermoplastisches Harz, das sowohl kovalente als auch ionische Bindungen, die von Ethylen/Acryl- oder Methacrylsäure-Copolymeren herrühren, enthält. Eine Einkapselungsschicht kann außerdem ein beliebiges im Stand der Technik bekanntes Additiv enthalten. Zu solchen beispielhaften Additiven gehören, sie sind aber nicht beschränkt auf Weichmacher, Verarbeitungshilfsmittel, Fließverbesserungsadditive, Gleitmittel, Pigmente, Farbstoffe, Flammschutzmittel, Stoßmodifikatoren, Keimbildner zur Steigerung der Kristallinität, Antiblockmittel, wie Siliziumdioxid, thermische Stabilisatoren, gehindertes-Amin-Lichtstabilisatoren (HALS), UV-Absorptionsmittel, UV-Stabilisatoren, Dispergiermittel, Tenside, Chelatbildungsmittel, Kupplungsmittel, Klebstoffe, Grundierungen, Verstärkungszusätze, wie Glasfaser, Füllstoffe und dergleichen.
  • In einer Ausführungsform kann ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik-Moduls ein Vakuumlaminationsverfahren beinhalten. Zum Beispiel können die vorstehend beschriebenen Photovoltaik-Modul-Aufbauten in einer Vakuumlaminierungspresse aufgelegt und unter Vakuum mit Hitze und Standard-Atmosphären- oder erhöhtem Druck miteinander laminiert werden. In einem beispielhaften Verfahren werden eine Glasplatte, eine vordere Einkapselungsschicht, eine Solarzellenschicht, eine hintere Einkapselungsschicht und eine Mehrschichtfolie, die eine Rückseite ist, unter Hitze und Druck und unter einem Vakuum, um Luft zu entfernen, miteinander laminiert. Vorzugsweise ist die Glasplatte gewaschen und getrocknet worden. In einem beispielhaften Verfahren wird der Laminataufbau der vorliegenden Erfindung auf eine Platte eines Vakuumlaminators gelegt, die auf etwa 120°C erhitzt wurde. Der Laminator wird geschlossen und abgedichtet und ein Vakuum wird in der Kammer, die den Laminataufbau enthält, gezogen. Nach einem Evakuierungszeitraum von etwa 6 Minuten wird eine Silikonblase über dem Laminataufbau abgesenkt, um einen Überdruck von etwa 1 Atmosphäre über einen Zeitraum von etwa 1 bis 2 Minuten anzulegen. Der Druck wird etwa 14 Minuten lang gehalten, wonach der Druck entfernt, die Kammer geöffnet und das Laminat aus der Kammer entnommen wird.
  • Falls gewünscht, können die Ränder des Photovoltaik-Moduls durch ein beliebiges, im Stand der Technik bekanntes Mittel abgedichtet werden, um das Eindringen von Feuchtigkeit und Luft zu verringern. Dieses Eindringen von Feuchtigkeit und Luft kann die Effizienz und Lebensdauer des Photovoltaik-Moduls beeinträchtigen. Zu Randabdichtungswerkstoffen des allgemeinen Standes der Technik gehören, sie sind aber nicht beschränkt auf Butyl-Kautschuk, Polysulfid, Silikon, Polyurethan, Polypropylen-Elastomere, Polystyrol-Elastomere, Blockelastomere, Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol (SEBS) und dergleichen.
  • Das beschriebene Verfahren sollte nicht als einschränkend betrachtet werden. Im Wesentlichen kann jedes im Stand der Technik bekannte Laminierverfahren zur Herstellung der Photovoltaik-Module mit Rückseite, die eine Mehrschichtfolie, einschließlich einer polymeren Sauerstoffbarriereschicht, umfasst, verwendet werden.
  • Die hier offenbarte Erfindung wurde zwar anhand bevorzugter Ausführungsformen davon veranschaulicht und beschrieben, aber dem Fachmann wird klar sein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, abzuweichen.
  • BEISPIELE
  • Die hier beschriebenen Konzepte werden in den folgenden Beispielen weiter beschrieben, die den Umfang der in den Patentansprüchen beschriebenen Erfindung nicht einschränken.
  • Testverfahren
  • Wasserdampfdurchlässigkeitsrate
  • Die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (engl.: water vapor transmission rate, WVTR) wurde unter Verwendung eines PERMATRAN-W® Modell 700-Testsystems (MOCON, Inc., Minneapolis, MN) nach ASTM F1249 unter 100% RH, einer Stickstoffgas-Strömungsrate von 10 cm3/min und einer Temperatur von 38°C gemessen.
  • Sauerstoffdurchlässigkeitsrate
  • Die Sauerstoffdurchlässigkeitsrate (engl.: Oxygen transmission rate, OTR) wurde unter Verwendung eines OX-TRAN® Modell 2/21-Testsystems (MOCON) nach ASTM F1927-07 bei Raumtemperatur unter 60% RH gemessen.
  • Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1
  • Für die Vergleichsbeispiele 1 (VB1) wurde eine Laminatfolie aus PVF(38 μm)/PET(125 μm)/EVA(100 μm) (TPE HD Rückseite, Madico, Inc., Woburn, MA) auf WVTR und OTR untersucht. Die Laminatfolie beinhaltet Klebstoffschichten (nominell 10 μm dick) sowohl zwischen der PVF- und der PET-Folie als auch der PET- und der EVA-Folie.
  • Für Beispiel 1 (B1) wurde die Folie von VB1 auf eine 25 μm dicke polymere Sauerstoffbarriereschicht-Folie (EVALTM EF-F EVOH, Kuraray America, Inc., Houston, TX) unter Verwendung einer Klebstoffschicht (eines zweiteiligen Urethan-Klebstoffs, der von Bostik, Inc., Wauwatosa, WI, erhältlich ist) laminiert, wobei eine PVF/PET/EVA/EVOH-Mehrschichtfolie hergestellt wurde, die auf WVTR und OTR untersucht wurde. Die Mehrschichtfolie hatte nach dem Laminieren eine Gesamtdicke von 300 μm.
  • Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2
  • Für die Vergleichsbeispiele 2 (VB2) wurde eine Laminatfolie aus PVF(38 μm)/PET(250 μm)/EVA(60 μm) (Solmate® VTPE Rückseite, Taiflex Scientific Co., Inc., Taiwan) auf WVTR und OTR untersucht. Die Laminatfolie beinhaltet Klebstoffschichten (nominell 10 μm dick) sowohl zwischen der PVF- und der PET-Folie als auch der PET- und der EVA-Folie.
  • Für Beispiel 2 (B2) wurde die Folie von VB2 auf eine 25 μm dicke polymere Sauerstoffbarriereschicht-Folie (EVALTM EF-F EVOH) unter Verwendung einer Urethan-Klebstoff-Schicht (Bostik) laminiert, wobei eine PVF/PET/EVA/EVOH-Mehrschichtfolie hergestellt wurde, die auf WVTR und OTR untersucht wurde. Die Mehrschichtfolie hatte nach dem Laminieren eine Gesamtdicke von 380 μm.
  • Beispiel 3 und Vergleichsbeispiel 3
  • Für die Vergleichsbeispiele 3 (VB3) wurde eine Laminatfolie aus PVF(25 μm)/PET(250 μm) (Tedlar® PV 2111, DuPont) auf WVTR und OTR untersucht. Die Laminatfolie beinhaltet eine Klebstoffschicht (nominell 10 μm dick) zwischen der PVF- und der PET-Folie.
  • Für Beispiel 3 (B3) wurde die Folie von VB3 auf eine 25 μm dicke polymere Sauerstoffbarriereschicht-Folie (EVALTM EF-F EVOH) unter Verwendung einer Urethan-Klebstoff-Schicht (Bostik) laminiert, wobei eine PVF/PET/EVOH-Mehrschichtfolie hergestellt wurde, die auf WVTR und OTR untersucht wurde. Die Mehrschichtfolie hatte nach dem Laminieren eine Gesamtdicke von 300 μm.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Für die Vergleichsbeispiele 4 (VB4) wurde eine Laminatfolie aus PVF(25 μm)/PET(250 μm)/PVF(25 μm) (ICOSOLAR® 2442, Isovoltaic AG, Österreich) auf WVTR und OTR untersucht. Die Laminatfolie enthält jeweils Klebstoffschichten (nominell 10 μm dick) zwischen der PVF- und der PET-Folie.
  • Tabelle 1 fasst die WVTR und OTR von B1–B3 und VB1–VB4 zusammen. Die für die jeweiligen Beispiele dargestellten Ergebnisse sind der Durchschnitt von drei Proben. Während die WVTR durch das Einbringen einer polymeren Sauerstoffbarriereschicht in eine Mehrschichtfolie mäßig beeinflusst wird, ist die OTR deutlich verringert. Die in den Beispielen für einzelne Folienschichten genannte Foliendicke entspricht der nominellen Dicke dieser Schichten vor der Laminierung. Die Gesamtdicke der Mehrschichtfolien entspricht der nach dem Laminieren gemessenen. Tabelle 1
    Beispiel WVTR (g/m2-Tag) OTR (cm3/m2-Tag)
    VB1 2,3 7,71
    B1 2,1 0,47
    VB2 2,1 4,23
    B2 1,9 0,56
    VB3 4,7 7,83
    B3 4,7 0,33
    VB4 - 4,53
  • Man beachte, dass nicht sämtliche der vorstehend in der allgemeinen Beschreibung oder den Beispielen beschriebenen Aktivitäten erforderlich sind, dass ein Teil einer spezifischen Aktivität eventuell nicht erforderlich ist und dass eine oder mehrere weitere Aktivitäten zusätzlich zu den beschriebenen durchgeführt werden kann/können. Weiterhin ist die Reihenfolge, in der die Aktivitäten aufgeführt werden, nicht unbedingt die Reihenfolge, in der sie durchgeführt werden. Nach dem Lesen dieser Beschreibung ist der Fachmann in der Lage zu bestimmen, welche Aktivitäten er für seine spezifischen Bedürfnisse oder Wünsche verwenden kann.
  • In der vorstehenden Beschreibung ist die Erfindung anhand spezifischer Ausführungsformen beschrieben. Ein Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennt jedoch, dass eine oder mehrere Modifikationen oder eine oder mehrere andere Veränderungen vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung, wie er nachstehend in den Ansprüchen dargelegt ist, zu verlassen. Folglich ist die Beschreibung in einem veranschaulichenden und nicht in einem einschränkenden Sinn zu sehen und jede und alle solcher Modifikationen und anderer Veränderungen sollen in den Umfang der Erfindung mit eingeschlossen sein.
  • Ein beliebiger oder mehrere Nutzen, ein oder mehrere weitere Vorteile, eine oder mehrere Lösungen für ein oder mehrere Probleme oder eine beliebige Kombination davon ist vorstehend in Bezug auf eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen beschrieben. Der (die) Nutzen, Vorteil(e), die Losung(en) für (ein) Problem(e) oder (ein) beliebige(s) Element(e), wodurch ein beliebiger Nutzen, Vorteil oder eine beliebige Lösung auftreten oder deutlicher hervortreten kann, ist jedoch nicht als entscheidend, erforderlich oder als wesentliches Merkmal oder Element eines oder aller Ansprüche aufzufassen.
  • Man sollte erkennen, dass bestimmte Merkmale der Erfindung, die aus Gründen der Klarheit vorstehend und nachstehend in Zusammenhang mit separaten Ausführungsformen beschrieben sind, auch miteinander kombiniert in einer einzigen Ausführungsform bereitgestellt werden können. Umgekehrt können verschiedene Merkmale der Erfindung, die aus Gründen der Kürze in Zusammenhang mit einer einzigen Ausführungsform beschrieben sind, getrennt oder in einer beliebigen Unterkombination bereitgestellt werden. Weiterhin beinhaltet ein Verweis auf Werte, die in Bereichen genannt werden, jeden und alle Werte innerhalb dieses Bereichs.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Meyer et al., Energy Procedia 38 (2013) 498–505 [0003]
    • ASTM 1927-07 [0004]
    • ASTM 1927-07 [0005]
    • ASTM 1927-07 [0007]
    • ASTM 1927-07 [0016]
    • ASTM F1249 [0047]
    • ASTM F1927-07 [0048]

Claims (11)

  1. Mehrschichtfolie, umfassend: eine Polymersubstrat-Folie; eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist; und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, wobei die Mehrschichtfolie eine nach ASTM 1927-07 gemessene Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag besitzt.
  2. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, wobei das erste Fluorpolymer ein Fluorpolymer umfasst, das aus der aus Homopolymeren und Copolymeren von Vinylfluorid, Vinylidenfluorid, Tetrafluorethylen, Hexafluorpropylen, Chlortrifluorethylen, Fluorethylen-Alkylvinylether und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  3. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, wobei die polymere Sauerstoffbarriereschicht aus der aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylalkohol, Nylon, Polyacrylnitril, Polychlortrifluorethylen und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  4. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, wobei das Polymersubstrat aus der aus Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyvinylchlorid, Polyamid, Polyimid bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  5. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, wobei die polymere Sauerstoffbarriereschicht eine Folienschicht oder eine Lackschicht ist.
  6. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, die weiterhin eine erste Klebstoffschicht zwischen der Polymersubstrat-Folie und der polymeren Sauerstoffbarriereschicht umfasst.
  7. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, wobei die polymere Sauerstoffbarriereschicht einen Klebstoff umfasst.
  8. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, die ferner eine zweite Klebstoffschicht umfasst, die an die polymere Sauerstoffbarriereschicht an einer Seite gegenüber der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist.
  9. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, die ferner eine Einkapselungsschicht umfasst, die an die polymere Sauerstoffbarriereschicht angeheftet ist.
  10. Mehrschichtfolie nach Anspruch 9, wobei die Einkapselungsschicht aus der aus Poly(vinylbutyral), Ethylen-Vinylacetat, Poly(vinylacetal), Polyurethan, linearem Polyethylen niedriger Dichte, Polyolefin-Blockelastomeren, Ethylen-Acrylatester-Copolymeren, Ionomeren, Silikonpolymeren, Epoxidharzen und deren Gemischen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.
  11. Photovoltaik-Modul, umfassend: eine Rückseite, wobei die Rückseite eine Mehrschichtfolie umfasst, die Folgendes umfasst: eine Polymersubstrat-Folie; eine erste Fluorpolymer-Schicht, die an eine erste Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist; und eine polymere Sauerstoffbarriereschicht, die an eine zweite Seite der Polymersubstrat-Folie angeheftet ist, wobei die Mehrschichtfolie eine nach ASTM 1927-07 gemessene Sauerstoffdurchlässigkeitsrate von weniger als 4,0 cm3/m2-Tag besitzt; und eine an die polymere Sauerstoffbarriereschicht angeheftete Einkapselungsschicht.
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