EP2585523A1 - Herstellung von solarzellenmodulen - Google Patents

Herstellung von solarzellenmodulen

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EP2585523A1
EP2585523A1 EP11725384.9A EP11725384A EP2585523A1 EP 2585523 A1 EP2585523 A1 EP 2585523A1 EP 11725384 A EP11725384 A EP 11725384A EP 2585523 A1 EP2585523 A1 EP 2585523A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solar cell
acrylate
formula
meth
cell module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11725384.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Battenhausen
Ernst Becker
Klaus Schultes
Sven Strohkark
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Roehm GmbH
Original Assignee
Evonik Roehm GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Evonik Roehm GmbH filed Critical Evonik Roehm GmbH
Publication of EP2585523A1 publication Critical patent/EP2585523A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0203—Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes
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    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08K5/00—Use of organic ingredients
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08L33/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06—Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
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    • C08L33/12—Homopolymers or copolymers of methyl methacrylate
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    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0543—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the refractive type, e.g. lenses
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to the production of solar cell modules and the corresponding
  • a solar cell or photovoltaic cell is a
  • Fig. 3 is a schematic cross section illustrating the
  • 501 denotes a photovoltaic element
  • Sunlight is irradiated on the photosensitive surface of the photovoltaic element 501 by forming the disk 503 and the solidification agent 502
  • the photovoltaic element can not be extreme
  • Moisture resistance and a high electrical resistance is inserted and laminated.
  • EVA Polyvinyl butyral and ethylene-vinyl acetate copolymers
  • crosslinkable EVA compositions exhibit excellent properties, such as good heat resistance, high weather resistance, high transparency and good cost efficiency.
  • the solar cell module should have a high resistance
  • the solidifying agent u. a. excellent weatherability and high
  • the liberated acetic acid acts as a catalyst and accelerates the degradation in addition.
  • the photovoltaic element and / or other metal parts in the solar cell module are corroded by the acetic acid.
  • Patent Application EP 1 065 731 A2 discloses the use of a
  • a solar cell module comprising a photovoltaic element and a polymeric solidifying agent, wherein the polymeric solidifying agent is an ethylene-acrylic ester-acrylic acid terpolymer, an ethylene-acrylic ester-maleic anhydride terpolymer, an ethylene-methacrylic ester-acrylic ester terpolymer
  • Ethylene-acrylic acid ester-methacrylic acid terpolymer an ethylene-methacrylic ester-methacrylic acid terpolymer and / or an ethylene-methacrylic acid ester-maleic anhydride terpolymer.
  • UV absorbers for example, DE 103 11 641 A1 describes tanning aids which comprise a polymethyl methacrylate molding which contains 0.005% by weight to 0.1% by weight of a UV stabilizer according to formula (I)
  • R and R independently represent an alkyl or
  • JP 2005-298748 A provides moldings of a methacrylic resin which preferably comprises 100 parts by weight of methacrylic resin comprising 60-100% by weight of methyl methacrylate units and 0-40% by weight of other copolymerizable vinyl monomer units, and 0.005-0.15% by weight.
  • 2- (2-hydroxy-4-n-octyloxyphenyl) -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1,3,3-triazine and / or 2-hydroxy-4- contain octyloxybenzophenone.
  • the moldings should have a significant barrier to UV rays and a
  • the moldings are intended in particular as
  • Lighting covers are used. Indications of using the molded parts for the production of
  • multi-junction solar cells also called tandem solar cells, stacked solar cell or multi-j unction solar cells
  • materials are to be provided which offer the best possible protection of the solar modules and enable the best possible efficiency.
  • the radicals R and R independently represent an alkyl or cycloalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms, for the production of solar cell modules, and ensures that the solar cell comprises at least one element comprising a polyalkyl (meth) acrylate, the concentration of the compound of the formula ( I) in this element in the range defined below If it is not possible to foresee a performance loss of a solar cell, in particular a multiple solar cell, during long-term outdoor use, especially at high temperature and / or high
  • Humidity best possible to prevent.
  • an excellent weatherability a very high heat resistance and a very large
  • Wavelength ranges especially in the UV range, which can not be used to generate electricity absorbed extremely effective.
  • This absorption increases the weather resistance of the solar cell modules.
  • a disadvantageous effect of heating the light collectors is prevented by the absorption without cooling elements must be used for this purpose, the life of the solar cell modules is
  • the solar cell can develop its full spectrum of effects.
  • Moisture resistance made accessible No peeling occurs even if the module is exposed to outdoor conditions for a long time. Furthermore, the weather resistance is improved because even at high
  • FIG. 1 is a schematic cross section of a preferred solar cell module according to the present invention.
  • Figs. 2a and 2b are schematic cross sections showing the basic structure of a photovoltaic element used in the
  • Solar cell module according to FIG. 1 is preferably used, or a plan view of the photosensitive surface of
  • Fig. 3 is a schematic cross section of a
  • Fig. 6 Transmission spectra of Examples 1 to 5 in comparison
  • FIG. 7 Long-term weathering test of Example 6 on the basis of the respective transmission spectra
  • radicals R and R independently represent an alkyl or cycloalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms, used for the production of solar cell modules, wherein it is ensured that the solar cell comprises at least one element comprising a polyalkyl (meth) acrylate and that the concentration of Compound according to formula (I) in this element (s) in the following
  • Polyalkyl (meth) acrylate as well as “alkyl (meth) acrylate and mixtures of both, as can be used, for example, in the form of a syrup for casting processes.
  • element comprising a polyalkyl (meth) acrylate and a compound according to formula (I) is a constituent of a solar cell, for example a layer or a pane or a two or three-dimensionally shaped body, for example . from a
  • Solidifying understood, which helps to shield the solar modules against external harmful influences and both a polyalkyl (meth) acrylate and a
  • An inventive Solar cell may contain several such elements, which may have different structures.
  • the concentration of the UV absorber is preferably
  • the factor in the numerator of the above equation thus always refers to a 3 mm thick element (thick layer or plate).
  • the consideration of the real thickness in the denominator of the above equations ensures that the effect of the UV absorber is ensured for elements with different thicknesses, regardless of the real thickness.
  • the components a) and b) can work together in one
  • Composition e.g. B. in a mixture in a molding material or in a Gußmonomermischung, for producing a
  • the solar cell module can be used. It is also possible that they each separately for the production of different
  • Individual elements of a solar cell module are used if in the solar cell at least one element comprising both component a) and b) in the o.
  • the (poly) alkyl (meth) acrylate can be used individually or in a mixture of several different ones
  • poly alkyl (meth) acrylates are used. Furthermore, the polyalkyl (meth) acrylate can also be in the form of a
  • Copolymers present.
  • Ci-Cio _ alkyl (meth) acrylates suitably of Ci-Cio _ alkyl (meth) acrylates
  • the notation (meth) acrylate here means both
  • Methacrylate such as. As methyl methacrylate, ethyl methacrylate, etc., as well as acrylate, such as. For example, methyl acrylate,
  • Ethyl acrylate, etc. as well as mixtures of both monomers.
  • copolymers which contain from 70% by weight to 99% by weight, in particular from 70% by weight to 90% by weight, of C 1 -C 10 -alkyl methacrylates has proven particularly useful.
  • Preferred C 1 -C 10 -alkyl methacrylates include methyl methacrylate,
  • Decylmethcrylat and cycloalkyl methacrylates such as
  • cyclohexyl methacrylate for example, cyclohexyl methacrylate, isobornyl methacrylate or ethylcyclohexlmethacrylate.
  • Very particularly preferred copolymers comprise 80% by weight to 99% by weight of methyl methacrylate (MMA) units and 1% by weight to 20% by weight, preferably 1% by weight to 5% by weight, of Ci-Cio
  • MMA methyl methacrylate
  • Ci-Cio Ci-Cio
  • Alkyl acrylate units especially methyl acrylate
  • Polymethyl methacrylate PLEXIGLAS ® 7N has proven particularly useful in this context.
  • the polyalkyl (meth) acrylate can be prepared by per se known polymerization, wherein radical polymerization process, in particular
  • Emulsion polymerization are particularly preferred.
  • Particularly suitable for this purpose initiators include in particular azo compounds, such as 2,2'-azobis (isobutyronitrile) or 2, 2 'azobis (2, 4 dimethylvaleronitrile), redox systems, such as the combination of tertiary amines with peroxides or Sodium disulfite and persulfates of potassium, sodium or ammonium or preferably peroxides (cf.
  • Particularly suitable peroxide polymerization initiators are dilauroyl peroxide, tert. Butyl peroctoate, tert-butyl perisononanoate, dicyclohexyl peroxydicarbonate,
  • Dibenzoyl peroxide and 2,2-bis (tert-butylperoxy) butane Dibenzoyl peroxide and 2,2-bis (tert-butylperoxy) butane. It is also possible to carry out the polymerization with a mixture of different polymerization initiators having a different half-life, for example dilauroyl peroxide and 2,2-bis- (tert-butylperoxy) -butane, in order to control the free radical flow in the course of the polymerization and at different temperatures
  • the amounts of polymerization initiator used are generally from 0.01% by weight to 2% by weight, based on the monomer mixture.
  • the polymerization can be carried out both continuously and batchwise. After polymerization, the polymer is over conventional insulation and
  • Molecular weight regulators are carried out, in particular by the known mercaptans, for example n-butylmercaptan, n-dodecylmercaptan, 2-mercaptoethanol or 2-ethylhexyl thioglycolate, pentaerythritol tetrathioglycolate; wherein the molecular weight regulator generally in amounts of 0.05 wt.% To 5 wt.% Based on the monomer or
  • Monomer mixture preferably in amounts of 0.1 wt.% To 2 wt.% And particularly preferably in amounts of 0.2 wt.% To 1 wt.%, Based on the monomer or monomer mixture used (see, for example, H. Rauch-Puntigam, Th. Völker, "Acrylic and Methacrylic Compounds", Springer, Heidelberg, 1967; Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Vol. XIV / 1, page 66, Georg Thieme, Heidelberg, 1961 or Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1, pages 296ff, J. Wiley, New York, 1978). Particular preference is given to using n-dodecyl mercaptan as molecular weight regulator.
  • radicals R and R independently represent an alkyl or cycloalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably having 1 to 8 carbon atoms, used for the preparation of the solar cell modules.
  • Aliphatic radicals are preferably linear or branched and may have substituents such as halogen atoms.
  • the preferred alkyl groups include the 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 and the eicosyl group.
  • the preferred cycloalkyl groups include
  • Plasticizers such as plasticizers, fillers and the like.
  • At least one sterically hindered amine is used, whereby the
  • Yellow discoloration or degradation of materials exposed to outdoor conditions for a long time can be further reduced.
  • hindered amines include dimethyl succinate 1- (2-hydroxyethyl) -4-hydroxy-2, 2,6,6-tetramethylpiperazine polycondensate, poly [ ⁇ 6- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) amino] 1, 3,5-triazine-2,4, -diyl ⁇ ⁇ (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) imino ⁇ hexamethylene ⁇ (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) imino ⁇ ], N, N'-bis (3-aminopropyl) ethylenediamine-2, 4-bis [N-butyl-N- (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) amino] -6-chloro -l, 3, 5-triazine condensate, bis (2,2,6, 6-tetramethyl-4-piperidyl) sebazate and 2- (3,5-di-t-4-hydroxybenzyl) -2-n-n
  • Silanhaftvermittgru or organic titanium compounds has proven particularly useful, whereby the adhesion to inorganic materials is further improved.
  • Vinyltrichlorosilane vinyltris ( ⁇ -methoxyethoxy) silane, vinyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, ⁇ - Methacryloxypropyltrimethoxysilane, ⁇ - (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, ⁇ -
  • components a) and b) are present in a common molding compound.
  • Particularly preferred molding compositions comprise, in each case based on their total weight, 90% by weight to 99.999% by weight.
  • Molding composition can be carried out by the processes known from the literature, for example by mixing with the polymer prior to further processing at elevated temperature, by adding it to the melt of the polymer or by adding it to suspended or dissolved polymer during its
  • a molding compound particularly preferred for the purposes of the present invention has a softening temperature of not less than 80 ° C (Vicat softening temperature VET (ISO 306-B50)). It is therefore particularly suitable as
  • Solidifying agent for solar cell modules since it does not begin to creep, even if the module in the
  • the monomers which can be polymerized to give components a) and the UV absorber b) are optionally together with further o.
  • Resin mixtures from the Gußmonomermischache can be prepared by known methods, preferably chamber polymerization and continuous casting polymerization, solar cell elements.
  • the total light transmittance is preferably at least 90%.
  • the total light transmittance preferably at least 80% (measurement using the
  • Gußmonomermischache containing the constituents mentioned are particularly suitable as solidifying agent for solar cell modules, especially in
  • Multijunction solar cells are preferably used for the production of so-called light concentrators. These are components that have high light
  • advantageous light concentrators are converging lenses which collect light incident in parallel and focus in the focal plane.
  • the light incident parallel to the optical axis is focused at the focal point.
  • Compound lenses can biconvex (both sides to the outside
  • plano-convex (1 side plan, 1 side convex) or concave-convex (1 side arched inside, 1 side to
  • the convex side is preferably more curved than the concave) be.
  • particularly preferred collection lenses comprise at least one convex region, with plano-convex structures have proved to be particularly advantageous.
  • the light concentrators have the structure of a Fresnel lens. This is an optical lens used by the
  • Volume reduction leads, which in particular affects large lenses with short focal length.
  • the reduction of the volume is done in the Fresnel lens by a division into annular areas. In each of these areas, the thickness is reduced so that the lens receives a series of annular steps. Since light is refracted only on the surface of the lens, the
  • Angle of refraction does not depend on the thickness, but only on the angle between the two surfaces of a lens.
  • the lens retains its focal length, although the image quality is degraded by the step structure.
  • rotationally symmetric lenses used with a Fresnel structure to the optical axis. They focus the light in one direction to a point.
  • Embodiment of the present invention Fresnel-type linear lenses are used, which focus the light in a plane.
  • the solar cell module can be a per se
  • the solar cell module in particular the pane, the rear wall and / or the solidification means, preferably the
  • the solar cell module comprises at least one element comprising a polyalkyl (meth) acrylate and the concentration of the compound of the formula (I) in this element (s) in the range of lies.
  • the solar cell module according to the invention preferably comprises a photovoltaic element 101, a disk 103 covering the front side of the photovoltaic element 101, a first solidifying agent 102 between the
  • photovoltaic element 101 and the disk 103 a back wall 105 covering the back surface 104 of the photovoltaic element 101, and a second solidifying agent 104 between the photovoltaic element 101 and the back wall 105.
  • the photovoltaic element preferably comprises a photoactive semiconductor layer on a conductive
  • a substrate as a first electrode for light conversion and a transparent conductive layer as a second electrode formed thereon.
  • the conductive substrate in this context preferably comprises stainless steel, whereby the
  • Adhesive strength of the solidifying agent to the substrate is further improved.
  • Contains ingredient is preferably on the
  • Elements is favorably provided with an element containing a polyalkyl (meth) acrylate containing at least one
  • the first solidifying agent 102 is intended to protect the photovoltaic element 101 from being exposed to the outside by causing
  • a polyalkyl (meth) acrylate is preferably used as the first solidifying agent which preferably contains at least one compound of the formula (I) in the above-mentioned. Concentration contains.
  • the wavelength range from 400 nm to less than 500 nm (measurement using the spectral photometer Lambda 19 from Perkin Elmer). Furthermore, it preferably has a refractive index of 1.1-2.0,
  • the second solidification agent 104 is used to protect the photovoltaic element 101 from external influences by covering unevenness on the back surface of the element 101. Furthermore, it also serves, the Rear wall 105 to bind to the element 101. Therefore, the second solidifying agent as the first
  • Solidifying agents have a high weather resistance, a high adhesion and a high heat resistance. It is therefore preferable to use a polyalkyl (meth) acrylate which preferably contains at least one compound of the formula (I) as a second solidifying agent. Preferably, the same material is used for both the first solidifying agent and the second
  • Solidifying agent used.
  • a filler such as an organic oxide may be added to the second solidifying agent to further improve the weatherability and the mechanical properties, or a pigment may be added to color it.
  • photovoltaic element 101 are preferably known elements, in particular monocrystalline
  • Silicon cells multicrystalline silicon cells, amorphous silicon and microcrystalline silicon used, as they are also used in thin-film silicon cells.
  • FIG. 2a is a schematic cross-sectional view of a photovoltaic element
  • Fig. 2b shows a
  • numeral 201 designates a conductive substrate, 202 a reflective layer on the back, 203 a photoactive semiconductor layer, 204 a transparent conductive layer, 205 a collector electrode, 206a and 206b alligator clips and 207 and 208 conductive, adhesive or conductive pastes.
  • the conductive substrate 201 serves not only as a substrate of the photovoltaic element but also as a second one
  • the material of the conductive substrate 201 preferably comprises silicon, tantalum, molybdenum, tungsten,
  • On the conductive substrate 201 is preferably a
  • Metal layer a metal oxide layer or both provided as a reflective layer 202 on the back.
  • the metal layer preferably comprises Ti, Cr, Mo, B, Al, Ag and / or Ni, whereas the metal oxide layer
  • ZnO, T1O 2 and SnÜ 2 contains.
  • the metal layer and the metal oxide layer are suitably vapor-deposited by heating or by
  • Electron beam or formed by sputtering
  • the photoactive semiconductor layer 203 serves for
  • preferred materials are multicrystalline silicon with pn junction, pin junction types of amorphous
  • Silicon pin junction types of microcrystalline silicon and semiconductor compounds, in particular CuInSe 2 , CuInS 2 , GaAs, CdS / Cu 2 S, CdS / CdTe, CdS / InP and CdTe / Cu 2 Te.
  • the preparation of the photoactive semiconductor layer is preferably carried out by forming molten silicon into a film, or by heat treatment of amorphous silicon in the case of polycrystalline silicon, by plasma gas phase deposition using a
  • Ion plating Ion plating, ion beam deposition, vacuum evaporation, sputtering or plating in case of
  • the transparent conductive layer 204 serves as the upper electrode of the solar cell. It preferably comprises In 2 O 3 , SnO 2 , In 2 O 3 -SnO 2 (ITO), ZnO, TiO 2 , Cd 2 SnO 4 or a
  • Concentration of impurities is doped. It can be by resistance heating-evaporation, sputtering, spraying, vapor deposition or by diffusion of
  • the conductive substrate and the transparent conductive layer may be partly due to the unevenness of the
  • the leakage resistance is low. Therefore, it is desirable to eliminate the short circuits and to admit the photovoltaic element to a defect removing treatment after forming the transparent conductive layer undergo.
  • a defect removing treatment is described in detail in US Pat. No. 4,729,970.
  • the shunt resistance of the photovoltaic element is set to 1 - 500 kQ x cm 2 , preferably 10 - 500 kQ x cm 2 .
  • the collecting electrode can be formed on the transparent conductive layer 204. It is preferably in the form of a grid, a comb, a line or the like to effectively collect the electric current.
  • Preferred examples of the material constituting the collecting electrode 205 are Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu, Sn or a conductive paste referred to as
  • the collecting electrode 205 is preferably formed by sputtering using a masking pattern
  • Resistance heating by vapor deposition, by a method comprising the steps of having a
  • Vapor deposition forms, by a process
  • a marking pattern of the grid electrode is formed and the patterned surface is plated by a method of printing a conductive paste by a method of soldering metal wires onto a printed conductive paste.
  • a conductive paste there is preferably used a binder polymer in which silver, gold, copper, nickel, carbon or the like is dispersed in the form of a fine powder.
  • the Binder polymer preferably includes polyester resins, ethoxy resins, acrylic resins, alkyd resins, polyvinyl acetate resins, gums, urethane resins, and / or phenolic resins.
  • tapping ends 206 are preferably attached to the conductive substrate 201 and to the collecting electrode 205, respectively, for tapping the electromotive force.
  • the attachment of the taps 206 to the conductive substrate is preferably accomplished by attaching a metal body, such as a copper nose, to the conductive substrate by spot welding or soldering, while the metal body
  • Attachment of Abisden to the collecting electrode is preferably accomplished by a
  • the photovoltaic elements are connected either in series or in parallel according to the desired voltage or current. Furthermore, the voltage or current can be controlled by inserting the photovoltaic elements into an insulating substrate.
  • the disk 103 in FIG. 1 is intended to have as high a height as possible
  • Layer of the solar cell module is. Furthermore, it should contribute to the long-term reliability of the solar cell module
  • Slices which may be suitably used for the purposes of the present invention include (reinforced) glass sheets and
  • the glass sheet is a glass sheet preferably used with high light transmittance.
  • Suitable fluoride polymer films include in particular
  • Ethylene tetrafluoride ethylene copolymer (ETFE)
  • PVDF tetrafluoroethylene resin
  • FEP ethylene tetrafluoride-propylene hexafluoride copolymer
  • CTFE chlorotrifluoroethylene
  • the polyvinylidene fluoride resin is particularly suitable in terms of weatherability, while the ethylene tetrafluoride-ethylene copolymer is particularly advantageous in terms of the combination of weatherability and mechanical strength.
  • stretched films are also preferably used to further improve the mechanical strength.
  • the disc comprises at least one polyalkyl (meth) acrylate and preferably furthermore at least one compound according to formula (I) in the above-mentioned.
  • the disc is further preferably a
  • Light concentrator that focuses light with high efficiency on the photovoltaic element, so a high
  • Irradiance achieved are converging lenses that collect parallel incident light and focus in the focal plane.
  • the incident parallel to the optical axis light in
  • the converging lenses may be biconvex, plano-convex or concave convex. However, plano-convex structures are particularly preferred. Furthermore, the disk preferably has the structure of a Fresnel lens.
  • the rear wall 105 is for electrical insulation between the photovoltaic element 101 and the environment and for improving the weatherability and acts as a reinforcing material. It is preferably formed of a material which ensures sufficient electrical insulating properties, an excellent
  • Particularly suitable materials for these purposes include nylon films, polyethylene terephthalate (PET) films, and polyvinyl fluoride films. Will one
  • Moisture resistance is required, it is preferred to use aluminum-laminated polyvinyl fluoride films, aluminum-coated PET films, silica-coated PET films. Furthermore, the fire resistance of the module can be improved by using a foil laminated galvanized iron foil or a stainless steel foil as the back wall.
  • the rear wall comprises at least one polyalkyl (meth) acrylate which preferably also contains at least one compound of the formula (I).
  • a supporting plate may be attached to further enhance or reduce the mechanical strength of the solar cell module
  • Especially preferred Back panels are stainless steel sheets,
  • a building material may be attached to the rear window.
  • the solidifying agent film is preferably introduced between the element and the disc and between the
  • the solar cell module according to the invention preferably has an operating temperature of up to 80 ° C or higher, wherein, in particular at high temperatures, the heat-resistant effect of the materials according to the invention can be used effectively.
  • the following examples serve to illustrate and to better understand the present invention, but do not restrict it in any way. Examples
  • Example 1 PLEXIGLAS ® 7H wt% Tinuvin ® 312 0.04
  • Example 2 .. PLEXIGLAS ® 7H weight with 0.06% Tinuvin ® 312
  • Example 3 PLEXIGLAS ® 7H weight with 0.08% Tinuvin ® 312th
  • Example 4 PLEXIGLAS ® 7H with 0.1% Tinuvin ® 312th
  • Example 5 PLEXIGLAS ® 7H with 0.2 wt% Tinuvin ® 312th
  • Example 6 PLEXIGLAS ® 7H weight with 0.04% Tinuvin ® 312, and 0.04 wt%.
  • PLEXIGLAS ® 7H (Comparative Example 1) shows in Figure 4 that large parts of the UV light passing through the sample and so also contribute to the heating of the corresponding solar module.
  • This wavelength range usually begins in the near UV range (from 350 nm) and ends - depending on the used conversion cell in the (near) IR range. Comparing the transmission spectra, it can be seen that in Examples 1 to 6 (see FIG. 6) a significantly higher proportion of UV light is passed through the corresponding plates than in Comparative Example 2 (see FIG. 5). This is advantageous if the transformation cell used is a multiple cell whose sensitivity over the wavelength can be seen in FIGS. 8 and 9.
  • the Suntest is a method for assessing the weatherability of samples based on the standard DIN EN ISO 4892-2. Unlike the standard, no dribble cycle was performed on the tests shown in Figure 7. That the samples are constantly irradiated with 60W / m2. The point "relative

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Abstract

Verwendung von a) mindestens einem (Poly)alkyl(meth)acrylat und b) mindestens einer Verbindung gemäß Formel (I), worin die Reste R1 und R2 unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, zur Herstellung von Solarzellenmodulen, insbesondere zur Herstellung von Lichtkonzentratoren für Solarzellenmodule.

Description

Herstellung von Solarzellenmodulen
Die vorliegende Erfindung betrifft die 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. Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt, der die
Grundstruktur eines Solarzellenmoduls zeigt. In Fig. 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 Witterungsbeständigkeit von Acrylformmassen durch die
Verwendung geeigneter UV-Absorber bekannt. So beschreibt die DE 103 11 641 AI Bräunungshilfen, die einen Polymethylmethacrylat-Formkörper umfassen, der 0,005 Gew.% bis 0,1 Gew.% eines UV-Stabilisators gemäß Formel (I) enthält
worin die Reste R und R 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 AI 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 enthalten . 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.% Methylmethacrylateinheiten 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 Formteile 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 wurden insbesondere nach Wegen gesucht, eine exzellente Witterungsbeständigkeit, eine möglichst hohe Wärmeformbeständigkeit und eine möglichst große Lichtdurchlässigkeit sowie eine möglichst geringe Wasserabsorption zu erreichen.
Speziell für Mehrfachsolarzellen (auch Tandemsolarzellen, Stapelsolarzelle oder multi-j unction solar cells genannt) sollen Materialien zur Verfügung gestellt werden, welche einen best möglichen Schutz der Solarmodule bieten und einen best möglichen Wirkungsgrad ermöglichen.
Weiterhin wurden eine möglichst geringe Freisetzung von korrosionsfordernden 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
Verwendung einer Formmasse mit allen Merkmalen des
vorliegenden Patentanspruchs 1 gelöst. Die auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche beschreiben besonders
zweckmäßige Varianten der Erfindung. Weiterhin werden auch die entsprechenden Solarzellenmodule unter Schutz gestellt.
Dadurch, dass man
a) mindestens ein ( Poly) alkyl (meth) acrylat
b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel
worin die Reste R und R unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, zur Herstellung von Solarzellenmodulen, einsetzt und sicherstellt, dass die Solarzelle mindestens ein Element umfassend ein Polyalkyl (meth) acrylat aufweist wobei die Konzentration der Verbindung gemäß Formel (I) in diesem Element im nachfolgend definierten Bereich von liegt, gelingt es auf nicht ohne weiteres vorhersehbare Weise, einen Leistungsabfall einer Solarzelle, insbesondere einer Mehrfachsolarzelle, bei Langzeitnutzung im Freien, insbesondere bei hoher Temperatur und/oder hoher
Luftfeuchtigkeit, bestmöglich zu verhindern. Insbesondere wird eine exzellente Witterungsbeständigkeit, eine sehr hohe Wärmebeständigkeit und eine sehr große
Lichtdurchlässigkeit sowie eine überaus geringe
Wasserabsorption erreicht. Zudem wird sichergestellt, dass der von der Solarzelle, insbesondere von
Mehrfachsolarzellen, nutzbare Spektralbereich des
Sonnenlichts nicht, der schädliche UV-Bereich jedoch best möglich, absorbiert wird.
Weiterhin werden auch bei Langzeitnutzung im Freien keine korrosionsfordernden Substanzen freigesetzt und es wird eine sehr starke Adhäsion an den verschiedenen
Grundelementen eines Solarzellenmoduls erreicht.
Die hier vorgestellte Lösung erlaubt somit die
effizienteste Nutzung von „brauchbarem" Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich. Gleichzeitig werden andere
Wellenlängenbereiche, insbesondere im UV-Bereich, welche nicht zur Erzeugung von Strom genutzt werden können, äußerst 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. Gleichzeitig kann die Solarzelle ihr volles Wirkungsspektrum entfalten.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile: Es wird ein Solarzellenmodul mit exzellenter
Witterungsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und
Feuchtigkeitsbeständigkeit zugänglich gemacht. Es tritt kein Abschälen auf, selbst wenn das Modul Außenbedingungen für eine lange Zeit ausgesetzt wird. Weiterhin wird die Witterungsbeständigkeit verbessert, da auch bei hohen
Temperaturen und hoher Feuchtigkeit keine Säure freigesetzt wird. Da keine Korrosion des photovoltaischen Elements durch Säure auftritt, wird eine stabile dauerhafte Leistung der Solarzelle über eine lange Zeit aufrecht erhalten.
Weiterhin werden Materialien verwendet, deren
Witterungsbeständigkeit, Wärmeformbeständigkeit und
Feuchtigkeitsbeständigkeit überragend sind und die eine exzellente Lichtdurchlässigkeit aufweisen, welches die
Herstellung von sehr guten Solarzellenmodulen ermöglicht.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt eines bevorzugten Solarzellenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figs . 2a und 2b sind schematische Querschnitte, die die Grundstruktur eines photovoltaischen Elements, das im
Solarzellenmodul nach Fig. 1 bevorzugt verwendet wird, bzw. eine Aufsicht auf die lichtempfindliche Fläche des
photovoltaischen Elements zeigen.
Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt einer
konventionellen Solarzelle.
Fig. 4: Transmissionsspektrum von Vergleichsbeispiel 1 Fig. 5: Transmissionsspektrum von Vergleichsbeispiel 2
Fig. 6: Transmissionsspektren der Beispiele 1 bis 5 im Vergleich
Fig. 7: Langzeitbewitterungstest von Beispiel 6 anhand der jeweiligen Transmissionsspektren
Fig. 8: Empfindlichkeit einer Mehrfachsolarzelle (CDO-100 ConcentratorPhotovoltaik Cell, Fa. Spectrolab Inc.
(USA) ) in Abhängigkeit von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts im Wellenlängenbereich von 250 bis 450 nm Fig. 9: Empfindlichkeit einer Mehrfachsolarzelle in
Abhängigkeit von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts im Wellenlängenbereich von 330 bis 1730 nm
Bezugs zeichen Figur 1
101 photovoltaisches Element
102 Verfestigungsmittel
103 Scheibe
104 Verfestigungsmittel
105 Rückwand Figur 2a
201 leitendes Substrat
202 reflektierende Schicht 203 photoaktive Halbleiterschicht
204 transparente leitfähige Schicht
205 Sammelelektrode
206a Abgreifklemme
206b Abgreifklemme
207 leitende, adhäsive Pasten
208 leitende Paste oder Lötzinn
Figur 2b
201 leitendes Substrat
202 reflektierende Schicht
203 photoaktive Halbleiterschicht
204 transparente leitfähige Schicht
205 Sammelelektrode
206a Abgreifklemme
206b Abgreifklemme
207 leitende, adhäsive Pasten Figur 3
501 photovoltaisches Element
502 Verfestigungsmittel
503 Scheibe
504 Rückwand
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden a) mindestens ein ( Poly) alkyl (meth) acrylat und b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I)
worin die Reste R und R unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, zur Herstellung von Solarzellenmodulen eingesetzt, wobei dafür Sorge getragen wird, dass die Solarzelle mindestens ein Element umfassend ein Polyalkyl (meth) acrylat aufweist und dass die Konzentration der Verbindung gemäß Formel (I) in diesem Element / diesen Elementen im nachfolgend
definierten Bereich von liegt .
"( Poly) alkyl (meth) acrylat" steht dabei sowohl für
"Polyalkyl (meth) acrylat" als auch für "Alkyl (meth) acrylat sowie für Mischungen von beiden, wie sie z. B. in Form eines Sirups für Gussprozesse verwendet werden können.
Unter „Element umfassend ein Polyalkyl (meth) acrylat und eine Verbindung gemäß Formel (I)" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bestanteil einer Solarzelle, z. B. eine Schicht oder eine Scheibe oder ein zwei oder dreidimensional geformter Körper, z. B. aus einem
Verfestigungsmittel, verstanden, der dazu beiträgt die Solarmodule gegen äußere schädliche Einflüsse abzuschirmen und sowohl ein Polyalkyl (meth) acrylat als auch eine
Verbindung gemäß Formel (I) enthält. Eine erfindungsgemäße Solarzelle kann mehrere solcher Elemente enthalten, welche unterschiedlich aufgebaut sein können.
Bevorzugt liegt die Konzentration des UV-Absorbers
(Verbindung gemäß Formel (I)) im Bereich von
ganz besonders bevorzugt im Bereich von
und speziell bevorzugt im Bereich von
Die oben genannten Grenzen und Einheiten erklären sich wie folgt :
An einer 3 mm dicken Plexiglas®-Platte mit verschiedenen Konzentrationen der erfindungsgemäß verwendeten UV-Absorber (Verbindung gemäß Formel (I)) wurden Transmissionsspektren gemessen (siehe Beispiele) . Die Konzentrationen an UV- Absorber wird, wie nachfolgend an einer Beispielkalkulation mit einem UV-Absorbergehalt von 0,06 Gew.% gezeigt, ermittelt :
Dabei bedeuten:
Cuv-Absorber : Konzentration des UV-Absorbers
Verbindung gemäß Formel (I) in der Formmasse bzw. der Gußmonomermischung bzw. dem Element oder Schicht der Solarzelle, dass die Komponenten a) und b) enthält dFormkörper: Dicke des Formkörpers
Der Faktor im Zähler der obigen Gleichung bezieht sich somit immer auf ein 3 mm dickes Element (dicke Schicht bzw. Platte) . Durch die Berücksichtigung der realen Dicke im Nenner der obigen Gleichungen wird sichergestellt, dass bei Elementen mit unterschiedlichen Dicken, unabhängig von der realen Dicke, die entsprechende Wirkung des UV-Absorbers gewährleistet wird.
Die Komponenten a) und b) können gemeinsam in einer
Zusammensetzung, z. B. in Mischung in einer Formmasse oder in einer Gußmonomermischung, zur Herstellung eines
Elements, wie z. B. eines Formteils, des Solarzellenmoduls verwendet werden. Es ist aber auch möglich, dass sie jeweils separat für die Herstellung von verschiedenen
Einzelelementen eines Solarzellenmoduls eingesetzt werden sofern in der Solarzelle mindestens ein Element umfassend sowohl Komponente a) als auch b) in der o. g.
Konzentration, vorhanden ist. Das ( Poly) alkyl (meth) acrylat kann einzeln oder auch in Mischung von mehreren verschiedenen
( Poly) alkyl (meth) acrylaten eingesetzt werden. Des Weiteren kann das Polyalkyl (meth) acrylat auch in Form eines
Copolymers vorliegen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Homo- und
Copolymere von Ci-Ci8_Alkyl (meth) acrylaten,
zweckmäßigerweise von Ci-Cio_Alkyl (meth) acrylaten,
insbesondere von Ci-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.%, Ci-Cio-Alkylmethacrylate enthalten, hat sich ganz besonders bewährt. Bevorzugte Ci- Cio-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 .
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.%, Ci-Cio-
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 wird weiterhin
mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I)
worin die Reste R und R unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, darstellen, zur Herstellung der Solarzellenmodule eingesetzt. 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.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann es ggf. hilfreich sein, dem Fachmann wohlbekannte Hilfsmittel zusätzlich einzusetzen. Bevorzugt werden externe Schmiermittel,
Antioxidantien, Flammschutzmittel, weitere UV- Stabilisatoren, bevorzugt HALS 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 wird mindestens ein sterisch gehindertes Amin eingesetzt, wodurch die
Witterungsbeständigkeit weiter verbessert wird. Eine
Gelbverfärbung oder ein Abbau der Materialien, die lange Zeit Außenbedingungen ausgesetzt werden, kann weiter verringert werden.
Besonders bevorzugte sterisch gehinderte Amine schließen Dimethylsuccinat-1- (2-hydroxyethyl) -4-hydroxy-2 , 2,6,6- tetramethylpiperazin-polykondensat , Poly[{6-(l,l,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-l, 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.
Weiterhin hat sich der Einsatz von Silanhaftvermittlern oder organischen Titanverbindungen ganz besonders bewährt, wodurch die Adhäsion an anorganischen Materialien weiter verbessert wird.
Geeignete Silanhaftvermittler schließen
Vinyltrichlorosilan, Vinyl-tris ( ß-methoxyethoxy) silan, Vinyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, γ- Methacryloxypropyltrimethoxysilan, ß- (3, 4- Epoxycyclohexyl ) ethyltrimethoxysilan, γ-
Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan, N-ß- (Aminoethyl) -γ- aminopropyltrimethoxysilan, N-ß- (Aminoethyl) -γ- aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-
Aminopropyltriethoxysilan, N-Phenyl-γ- aminopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan und γ-Chlorpropyltrimethoxysilan ein. Die relativen Anteile des Polyalkyl (meth) acrylats und der
Verbindung gemäß Formel (I) können prinzipiell frei gewählt werden .
In einer ersten bevorzugten Ausführungsform liegen die Komponenten a) und b) in einer gemeinsamen Formmasse vor. Besonders bevorzugte Formmassen umfassen, jeweils bezogen auf ihr Gesamtgewicht, 90 Gew.% bis 99,999 Gew.%
Polyalkyl (meth) acrylat, wobei die Konzentration der
Verbindung gemäß Formel (I) im o . g. Bereich bzw.
Vorzugsbereich liegt.
Die Einarbeitung der Verbindungen in eine gemeinsame
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 bereits 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 . Eine für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugte Formmasse besitzt 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.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform werden die zu Komponenten a) polymerisierbaren Monomere und der UV- Absorber b) ggf. zusammen mit weiteren o. g. Komponenten zu einer polymerisierbaren Monomermischung
(Gußmonomermischung) gemischt. Gußmonomermischungen
umfassen im Rahmen der vorliegenden Erfindung sowohl
Mischungen aus Monomeren als auch Mischungen aus Monomeren, Polymeren und Oligomeren, sogenannte Sirup- oder
Harzmischungen. Aus den Gußmonomermischungen können nach bekannten Verfahren, bevorzugt Kammerpolymerisation und kontinuierliche Gußpolymerisation, Solarzellelemente hergestellt werden.
Besonders vorteilhaft sind Solarzellelemente aus Formmassen und / oder Gußmonomermischungen, die eine vergleichsweise hohe Totallichtdurchlässigkeit besitzen und auf diese Weise insbesondere bei der Anwendung als Verfestigungsmittel in Solarzellmodulen, speziell bei Mehrfachsolarzellen, einen Leistungsabfall der Solarzelle verhindern, 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) .
Weiterhin sind auch Solarzellelemente aus Formmassen und / oder Gußmonomermischungen vorteilhaft, die einen
Ableitwiderstand von 1 - 500 kQ x cm2 besitzen. Eine
Leistungsabnahme der Solarzelle aufgrund von Kurzschlüssen wird bestmöglich vermieden. Solarzellelemente aus Formmassen und / oder
Gußmonomermischungen, die die genannten Bestandteile enthalten, eignen sich insbesondere als Verfestigungsmittel für Solarzellenmodule, insbesondere bei
Mehrfachsolarzellen. Weiterhin werden sie vorzugsweise zur Herstellung von sogenannten Lichtkonzentratoren verwendet. Hierbei handelt es um Bauteile, die Licht mit hoher
Effizienz auf einer möglichst geringen Fläche
konzentrieren, also eine hohe Bestrahlungsstärke erzielen. Es ist dabei nicht notwendig, ein Bild der Lichtquelle zu erzeugen.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders
vorteilhafte Lichtkonzentratoren sind Sammellinsen, die parallel eingestrahltes Licht sammeln und in der Brennebene bündeln. Dabei wird insbesondere das parallel zur optischen Achse eingestrahlte Licht im Brennpunkt fokussiert.
Sammellinsen können bikonvex (beidseitig nach außen
gewölbt), plankonvex (1 Seite plan, 1 Seite konvex) oder konkav-konvex (1 Seite nach Innen gewölbt, 1 Seite nach
Außen gewölbt, wobei die konvexe Seite vorzugsweise stärker gewölbt ist als die konkave) sein. Erfindungsgemäß
besonders bevorzugte Sammellinsen umfassen mindestens einen konvexen Bereich, wobei sich plankonvexe Strukturen als ganz besonders vorteilhaft erwiesen haben.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Lichtkonzentratoren die Struktur einer Fresnel-Linse auf. Hierbei handelt es sich um eine optische Linse, die durch das angewendete
Bauprinzip generell zu einer Gewichts- und
Volumenverringerung führt, was sich im Besonderen bei großen Linsen mit kurzer Brennweite auswirkt.
Die Verringerung des Volumens geschieht bei der Fresnel- Linse durch eine Aufteilung in ringförmige Bereiche. In jedem dieser Bereiche wird die Dicke verringert, sodass die Linse eine Reihe ringförmiger Stufen erhält. Da Licht nur an der Oberfläche der Linse gebrochen wird, ist der
Brechungswinkel nicht von der Dicke, sondern nur vom Winkel zwischen den beiden Oberflächen einer Linse abhängig.
Deshalb behält die Linse ihre Brennweite bei, obwohl die Bildqualität durch die Stufenstruktur verschlechtert wird. Im Rahmen einer ersten besonders bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden
rotationssymmetrische Linsen mit einer Fresnelsche Struktur zur optischen Achse eingesetzt. Sie bündeln das Licht in eine Richtung auf einen Punkt.
Im Rahmen einer weiteren besonders bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden lineare Linsen mit Fresnelscher Struktur verwendet, die das Licht in einer Ebene bündeln.
Im Übrigen kann das Solarzellenmodul einen an sich
bekannten Aufbau aufweisen. Es umfasst vorzugsweise
mindestens ein photovoltaisches Element, das zweckmäßiger Weise zwischen einer Scheibe und einer Rückwand eingelegt und laminiert ist, wobei die Scheibe und die Rückwand günstiger Weise jeweils mit einem Verfestigungsmittel am photovoltaischen Element befestigt sind. Dabei umfasst das Solarzellenmodul, insbesondere die Scheibe, die Rückwand und/oder die Verfestigungsmittel, vorzugsweise die
erfindungsgemäß eingesetzten Komponenten, d.h. das
Polyalkyl (meth) acrylat und die Verbindung gemäß Formel (I).
Im Rahmen einer weiteren ganz besonders bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Solarzellenmodul
a) mindestens ein photovoltaisches Element,
b) mindestens einen Lichtkonzentrator, der mindestens ein Polyalkyl (meth) acrylat enthält, und
c) mindestens eine transparente Scheibe, die mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) enthält,
wobei das Solarzellmodul mindestens ein Element umfassend ein Polyalkyl (meth) acrylat aufweist und die Konzentration der Verbindung gemäß Formel (I) in diesem Element / diesen Elementen im nachfolgend definierten Bereich von liegt.
Ein besonders vorteilhafter Aufbau eines Solarzellenmoduls wird im Folgenden unter gelegentlicher Bezugnahme auf die Figuren Fig. 1 bis Fig. 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.
Eine Sammelelektrode, die Kupfer und/oder Silber als
Bestandteil enthält, wird vorzugsweise auf der
lichtempfindlichen Seite des photovoltaischen Elements gebildet und ein Polyalkyl (meth) acrylat enthaltendes
Element, das bevorzugt mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) on der o. g. Konzentration enthält, wird
vorzugsweise mit der Sammelelektrode in Kontakt gebracht. Die lichtempfindliche Oberfläche des photovoltaischen
Elements wird günstiger Weise mit einem Element, dass ein Polyalkyl (meth) acrylat enthält, das mindestens eine
Verbindung gemäß Formel (I) in der o. g. Konzentration aufweist, 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 ein Polyalkyl (meth) acrylat als erstes Verfestigungsmittel eingesetzt, das bevorzugt mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) in der o. g. Konzentration enthält.
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, ein Polyalkyl (meth) acrylat , das bevorzugt mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) enthält, 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 Figs . 2a und 2b gezeigt. Fig. 2a ist eine schematische Querschnittsansicht eines photovoltaischen Elements, wohingegen Fig. 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, AI, Ag und/oder Ni, wohingegen die Metalloxidschicht
vorzugsweise ZnO, T1O2 und SnÜ2 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-Type 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 In203, Sn02, In203-Sn02 (ITO) , ZnO, Ti02, Cd2Sn04 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 kQ x cm2, vorzugsweise auf 10 - 500 kQ x 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, AI, 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
Gitterelektrodenmuster 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 Fig. 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 umfasst die Scheibe mindestens ein Polyalkyl (meth) acrylat und bevorzugt weiterhin mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) in der o. g.
Konzentration. Die Scheibe ist weiterhin vorzugsweise ein
Lichtkonzentrator, der Licht mit hoher Effizienz auf dem photovoltaischen Element konzentriert, also eine hohe
Bestrahlungsstärke erzielt. Besonders bevorzugt werden Sammellinsen, die parallel eingestrahltes Licht sammeln und in der Brennebene bündeln. Dabei wird insbesondere das parallel zur optischen Achse eingestrahlte Licht im
Brennpunkt fokussiert. Die Sammellinsen können bikonvex, plankonvex oder konkavkonvex sein. Jedoch werden plankonvexe Strukturen besonders bevorzugt. Weiterhin weist die Scheibe vorzugsweise die Struktur einer Fresnel-Linse auf.
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, Aluminiumbeschichtete 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 umfasst die Rückwand mindestens ein Polyalkyl (meth) acrylat , das bevorzugt weiterhin mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) enthält.
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 rostfreiem 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 Materialien effektiv genutzt werden kann. Die nachfolgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung und dem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung, schränken diese aber in keiner Hinsicht ein. Beispiele
Es wurden folgende Formmassen hergestellt und das
Transmissionsspektrum der
hieraus hergestellten Formkörper mit einer Dicke
gemessen (Spektren
s . Anhang) :
Vergleichsbeispiel 1 : PLEXIGLAS 7H der Firma Evonik® Röhm GmbH
Vergleichsbeispiel 2: PLEXIGLAS® 7H mit 0,1 Gew.% Tinuvin® P (UV-Absorber auf Benztriazolbasis )
Beispiel 1 : PLEXIGLAS® 7H mit 0,04 Gew.% Tinuvin® 312 Beispiel 2: PLEXIGLAS® 7H mit 0,06 Gew.% Tinuvin® 312
Beispiel 3: PLEXIGLAS® 7H mit 0,08 Gew.% Tinuvin® 312
Beispiel 4: PLEXIGLAS® 7H mit 0,1 Gew.% Tinuvin® 312
Beispiel 5: PLEXIGLAS® 7H mit 0,2 Gew.% Tinuvin ®312
Beispiel 6: PLEXIGLAS® 7H mit 0,04 Gew.% Tinuvin® 312 und 0,04 Gew.%
Tinuvin® 770
Das Transmissionsspektrum von dem Probekörper aus
PLEXIGLAS® 7H (Vergleichsbeispiel 1) in Figur 4 zeigt, dass große Teile des UV Lichts durch die Probe gehen und so auch zur Aufheizung des entsprechenden Solarmoduls beitragen.
Allerdings wird nur bei gewissen Wellenlängen das Licht von entsprechenden Solarumwandlungszellen in Energie
umgewandelt. Dieser Wellenlängenbereich beginnt in der Regel im nahen UV Bereich (ab 350 nm) und endet - abhängig von der verwendeten Umwandlungszelle im (nahen) IR - Bereich . Vergleicht man die Transmissionsspektren erkennt man, dass bei Beispiel 1 bis 6 (siehe Figur 6) ein deutlich höherer Anteil an UV - Licht durch die entsprechenden Platten gelassen wird, als bei Vergleichsbeispiel 2 (siehe Figur 5) . Dies ist von Vorteil, wenn als Umwandlungszelle eine Mehrfachzelle verwendet wird, deren Empfindlichkeit über die Wellenlänge in Figuren 8 und 9 zu sehen ist.
Daneben kann aufgezeigt werden, dass das
Transmissionsspektrum nach mindestens
2500h Suntest - Bewitterung weitgehend erhalten bleibt, wenn die mit TINUVIN® 312 additivierte Formmasse noch mit zusätzlich TINUVIN® 770 (einem HALS Stabilisator,
Bis (2,2,6,6, -tetramethyl-4piperidinyl ) sebacate)
stabilisiert wird (siehe Figur 7) . Der Suntest ist eine Methode zur Bewertung der Bewitterbarkeit von Proben in Anlehnung an die Norm DIN EN ISO 4892-2. Im Unterschiedlich zur Norm wurde bei den im Abbildung 7 gezeigten Tests kein Sprühregen-Zyklus durchgeführt. D.h. die Proben werden konstant mit 60W/m2 bestrahlt. Der Punkt "relative
Luftfeuchte bei 65 +/- 10 %" der Norm entfällt.

Claims

Patentansprüche :
1. Verwendung von
a) mindestens einem ( Poly) alkyl (meth) acrylat und
b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I),
worin die Reste R und R unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
darstellen,
zur Herstellung von Solarzellenmodulen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle mindestens ein Element umfassend ein Polyalkyl (meth) acrylat
aufweist und dass die Konzentration der Verbindung gemäß Formel (I) in diesem Element bzw. diesen Elementen im nachfolgend definierten Bereich von
liegt .
2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten a) und b) ggf. zusammen mit weiteren Komponenten in einem Gußverfahren zu Solarmodulen oder Bestandteilen von Solarmodulen oder zu einer Formmasse, welche dann zur Herstellung von Solarmodulen oder
Bestandteilen von Solarmodulen verwendet wird,
verarbeitet werden. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse oder die Gußmonomermischung mindestens ein Ci-Ci8_Alkyl (meth) acrylat-Homopolymer oder -Copolymer enthält .
Verwendung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die die Formmasse oder die
Gußmonomermischung mindestens ein Copolymer enthält, das 80 Gew.% bis 99 Gew.% Methylmethacrylat-Einheiten und 1 Gew.% bis 20 Gew.% Ci-Cio-Alkylacrylat-Einheiten, bevorzugt Methylacrylat- und/oder Ethylacrylat-Einheiten umfasst .
Verwendung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung gemäss Formel (I) eingesetzt wird, bei welcher die Reste R1 und R2 unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 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 oder eine Cyclopropyl- , Cyclobutyl-, Cyclopentyl- , Cyclohexyl-, Cycloheptyl- oder eine Cyclooctyl-Gruppe darstellen, die gegebenenfalls mit verzweigten oder nicht verzweigten Alkylgruppen substituiert sind. Verwendung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung gemäß Formel (II)
eingesetzt wird.
Verwendung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verbindung gemäß Formel (I), bevorzugt Formel (II) ), deren
Konzentration in dem/den Polyalkyl (meth) acrylat- enthaltenden Element (en) im nachfolgend definierten Bereich
bevorzugt im Bereich von und speziell bevorzugt im Bereich von
liegt .
8. Solarzellenmodul, umfassend Formteile, enthaltend a) mindestens ein Polyalkyl (meth) acrylat und
b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I),
worin die Reste R und R unabhängig einen Alkyl- oder
Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
darstellen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Solarzelle mindestens ein Element ein Polyalkyl (meth) acrylat aufweist und dass die Konzentration der Verbindung gemäß Formel (I) in diesem Emelent bzw. diesen Elementen im nachfolgend definierten Bereich von liegt .
9. Solarzellenmodul nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das Formteil ein
Lichtkonzentrator ist.
10. Solarzellenmodul nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, dass das Formteil eine Sammellinse ist .
11. Solarzellenmodul nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sammellinse einen konvexen Bereich umfasst.
12. Solarzellenmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse eine plankonvexe Struktur aufweist.
13. Solarzellenmodul nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sammellinse eine Fresnel- Linse ist. 14. Solarzellenmodul nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin ein photovoltaisches Element umfasst. 15. Solarzellenmodul, umfassend
a) mindestens ein photovoltaisches Element,
b) mindestens eine Sammellinse, die mindestens
Polyalkyl (meth) acrylat enthält, und
c) mindestens eine transparente Scheibe, die
mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) enthält
worin die Reste R und R unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
darstellen,
dadurch gekennzeichnet, dass das Solarzellenmodul mindestens ein Element umfassend ein
Polyalkyl (meth) acrylat aufweist und dass die
Konzentration der Verbindung gemäß Formel (I) in diesem Element bzw. diesen Elementen im nachfolgend definierten Bereich von liegt .
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