WO1999052154A1 - Photovoltaik-module mit verbundfolien - Google Patents

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polycarbonate
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Klaus Zander
Hans Braun
Ulrich Fugger
Lothar Schlegel
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Bayer Aktiengesellschaft
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    • Y10T428/3158—Halide monomer type [polyvinyl chloride, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to photovoltaic modules that contain one or more layers of a multi-layer composite film and their
  • Glass is used almost exclusively as a cover for rigid photovoltaic modules. Covers made of glass are characterized by their low mechanical strength.
  • Covers made of transparent plastics instead of glass are known. They mainly consist of polycarbonate sheets. They are used when a higher mechanical strength is required, as is the case on sailing ships, for example.
  • the modules are used in the deck superstructures, so that e.g. it cannot be ruled out that the modules will be entered.
  • Modules with polycarbonate as a cover have the disadvantage that they are not very weatherproof. In addition, they are permeable to water vapor, so that the photovoltaic modules can corrode. This means that these modules have to be replaced after a short time.
  • foils made of fluoropolymers are used as light-transmitting cover foils in light and flexible photovoltaic modules.
  • pure fluoropolymers e.g. Polyvinyl fluoride (PVF)
  • modified fluoropolymers such as ethylene-tetrafluoroethylene copolymers (ETFE) are used.
  • PVF Polyvinyl fluoride
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene copolymers
  • Films for this purpose are used, for example, Tedlar ® or Tefzel®, both commercial products from Du Pont.
  • Three-layer films with the layer structure of polyvinyl fluoride / polyester / polyvinyl fluoride are also used as backing films for photovoltaic modules.
  • An example of this is Icosolar ® , a commercial product from Isovolta.
  • Photovoltaic modules with covers made of fluoropolymer films are only mechanically resilient. The fluoropolymer films are difficult to print on.
  • the present invention has for its object to provide photovoltaic modules with improved properties.
  • the printability should be improved compared to photovoltaic modules with covers made of fluoropolymers.
  • the mechanical resilience should be improved.
  • weight is to be saved and break resistance is to be increased. Compared to
  • Photovoltaic modules with polycarbonate as a cover are said to improve weather resistance, water vapor impermeability and scratch resistance.
  • the low operating temperature resistance of photovoltaic modules with fluoropolymers as a cover is to be increased.
  • photovoltaic modules which are characterized in that they contain one or more layers consisting of a multilayer composite film which contains at least one layer of polycarbonate and at least one layer of a polymer containing fluorine.
  • the photovoltaic modules according to the invention have numerous advantages.
  • Photovoltaic modules based on polycarbonate / fluoropolymer composite films show improved mechanical resilience with low weight.
  • the low weight is particularly advantageous for the use of the photovoltaic modules according to the invention for mobile power generation.
  • the scratch resistance is high. - 3 -
  • the photovoltaic modules according to the invention contain at least one layer consisting of a multilayer composite film which contains at least one layer made of polycarbonate and at least one layer made of a polymer containing fluorine. They also contain at least one layer consisting of one or more
  • the solar cells can be connected in parallel or in series.
  • the photovoltaic modules according to the invention are preferably constructed from a plurality of layers, the uppermost layer facing the light consisting of a composite film, the at least one layer made of polycarbonate and at least one
  • the solar cells of the photovoltaic modules according to the invention consist of inorganic and / or organic photosensitive materials, e.g. monocrystalline silicon, polycrystalline silicon or amorphous silicon or copper indium
  • the solar cells are preferably based on silicon.
  • the polycarbonate-fluoropolymer composite films according to the invention can consist of two or more layers.
  • a preferred embodiment of the polycarbonate-fluoropolymer composite films according to the invention is the two-layer structure comprising a layer of polycarbonate and a layer of fluoropolymer. There may be an adhesive layer between the two layers. In addition, other additives such as UV absorbers can be contained in the layers. - 4 -
  • polycarbonate-fluoropolymer composite films according to the invention is a three-layer system composed of a layer of fluoropolymer, a layer of polycarbonate and a layer of ethylene-vinyl acetate copolymer.
  • Adhesion promoter layers can lie between the layers mentioned.
  • other additives such as UV absorbers can be contained in the layers.
  • This layer structure is particularly advantageous for the production of the photovoltaic modules according to the invention, since the solar cells can be laminated into the ethylene-vinyl acetate copolymer layer without having to use a separate film made of ethylene-vinyl acetate copolymer.
  • the polycarbonate-fluoropolymer composite films according to the invention can e.g. be produced by extrusion, coextrusion or lamination. You can by plasma deposition, e.g. CVD (chemical vapor deposition), sputtering, vapor deposition, ion beam-supporting deposition, painting, etc. are surface-coated.
  • CVD chemical vapor deposition
  • sputtering vapor deposition
  • ion beam-supporting deposition ion beam-supporting deposition
  • painting etc. are surface-coated.
  • the polycarbonate-fluoropolymer composite films according to the invention can have thicknesses of 5 ⁇ m to 1000 ⁇ m. A thickness of 100 ⁇ m to 1,000 ⁇ m is preferred. A thickness of 200 ⁇ m to 600 ⁇ m is particularly preferred.
  • the weight ratio polycarbonate / fluoropolymer can be from 1000: 1 to 1: 1000. This ratio is preferably 100: 1 to 1: 100. It is particularly preferably 20: 1 to 1:20.
  • the polycarbonates used in the polycarbonate-fluoropolymer composite films are those based on the diphenols of the formula (II)
  • A is a single bond Cj-C 5 alkylene, C2-C 5 alkylidene, C 5 -C 6 cycloalkylidene, -S- or -SO2-,
  • R 7 and R 8 independently of one another, in each case hydrogen, halogen, preferably chlorine or bromine, C r C 8 alkyl, C 5 -C 6 cycloalkyl, C 6 -C 10 aryl, preferably phenyl, and C 7 -Ci 2 Aralkyl, preferably phenyl-C 1 -C 6 -alkyl, in particular benzyl,
  • n is an integer of 4, 5, 6 or 7, preferably 4 or 5,
  • R 9 and R 10 can be selected individually for each Z, independently of one another hydrogen or C r C 6 alkyl, - 6 -
  • Z means carbon, with the proviso that ZR 9 and R 10 simultaneously mean alkyl on at least one atom.
  • Suitable diphenols of formula (II) are e.g. Hydroquinone, resorcinol, 4,4'-dihydroxydiphenyl, 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (ie bisphenol A), 2,4-bis (4-hydroxyphenyl) -2-methylbutane, 1, 1-bis (4-hydroxyphenyl) cyclohexane, 2,2-bis (3-chloro-4-hydroxy-phenyl) propane, 2,2-bis (3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl) - propane.
  • Preferred diphenols of the formula (II) are 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane, 2,2-bis (3,5-dichloro-4-hydroxyphenyl) propane and 1,1-bis- (4th -hydroxyphenyl) cyclohexane.
  • Preferred diphenols of the formula (III) are l, l-bis- (4-hydroxyphenyl) -3,3-dimethylcyclohexane, l, l-bis- (4-hydroxyphenyl) -3,3,5-trimethylcyclohexane and 1,1- Bis- (4-hydroxyphenyl) -2,4,4-trimethyl-cyclopentane.
  • Polycarbonates suitable according to the invention are both homopolycarbonates and
  • Copolycarbonates A mixture of the thermoplastic polycarbonates defined above is also suitable.
  • Polycarbonates can be made in a known manner from diphenols with phosgene according to the interfacial process or with phosgene according to the process in a homogeneous manner
  • Suitable chain terminators are, for example, phenol, p-chlorophenol, p-tert-butylphenol or 2,4,6-tribromophenol, but also long-chain alkylphenols, such as 4- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) phenol or monoalkylphenol or dialkylphenol with a total of 8 to 20 carbon atoms in the alkyl substituents such as 3,5-di-tert-butylphenol, p-iso-octylphenol, p-tert-octylphenol, p-dodecylphenol and 2- (3rd , 5-dimethyl-heptyl) phenol and 4- (3, 5-dimethyl-heptyl) phenol.
  • alkylphenols such as 4- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) phenol or monoalkylphenol or dialkylphenol with a total of 8 to 20 carbon atoms in the alkyl substituents such as 3,5-di-
  • the amount of chain terminators is generally between 0.5 and 10 mol%, based on the sum of the diphenols of the formulas (II) and / or (III) used in each case.
  • the polycarbonates suitable according to the invention have average molecular weights (M w ), weight average, measured, for example, by ultracentrifugation or scattered light measurement) of 10,000 to 200,000, preferably 18,000 to 80,000.
  • the polycarbonates suitable according to the invention can be branched in a known manner, preferably by incorporating 0.05 to 2 mol%, based on the sum of the diphenols used, of three or more than three-functional compounds, e.g. those with three or more than three phenolic groups.
  • preferred polycarbonates are the copolycarbonates of bisphenol A with up to 15 mol%, based on the molar sum of diphenols, of 2,2-bis (3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl) propane and the copolycarbonates of bisphenol A with up to 60 mol%, based on the molar sums
  • polycarbonates can be replaced by aromatic polyester carbonates.
  • aromatic polycarbonates can also contain polysiloxane blocks. Their manufacture is described, for example, in US Pat. No. 3,821,325.
  • the fluoropolymers used are polymers in which the hydrogen atoms in the carbon chain of polyethylene are replaced in whole or in part by fluorine atoms, and chlorine or fluorine-chlorine derivatives and copolymers derived therefrom.
  • a preferred embodiment of the photovoltaic modules according to the invention is given by the following structure.
  • the side facing the light consists of a composite film according to the invention.
  • Underneath is the solar cell layer embedded in a polymer.
  • the polymer can e.g. Ethylene-vinyl acetate copolymer,
  • Ethylene-vinyl acetate copolymer is preferably used here.
  • the embedding is preferably done so that the solar cells are laminated between two ethylene-vinyl acetate copolymer films.
  • a backing layer made of glass, metal, epoxy resin mats or plastic.
  • the other layers of the photovoltaic module are preferably combined into a complete module in one manufacturing step at the same time as the solar cells are laminated.
  • the photovoltaic modules can be surrounded by a frame made of metal or other materials.
  • the photovoltaic modules can also be directly, without a support layer, on other documents, e.g. Wing frame of gliders, lie.
  • the side facing the light consists of a composite film according to the invention.
  • Underneath is the layer of solar cells embedded in a polymer.
  • the polymer can e.g. Ethylene-vinyl acetate copolymer, polyurethane or a polysiloxane. Ethylene-vinyl acetate copolymer is preferably used here.
  • the embedding is preferably carried out in such a way that the solar cells are laminated between two ethylene-vinyl acetate copolymer films.
  • Underneath there is a second layer made of the composite film according to the invention.
  • the photovoltaic modules can be from one
  • the photovoltaic modules according to the invention can be flat or not flat. They are preferably not flat.
  • the photovoltaic modules according to the invention can also be part of so-called
  • Hybrid modules that generate electricity and heat.
  • the photovoltaic modules according to the invention can be used for stationary and mobile power generation.
  • the photovoltaic modules according to the invention can e.g. are used for solar vehicles, e.g. Solar automobiles, for
  • Airplanes or airships for ships or boats, for watermobiles or caravans, for toys, for advertising media such as Illuminated boards, for lighting timetables, for parking ticket machines, for lighting systems in the trekking area or in the leisure area, in the area of security technology, for facade modules, roof modules or for noise protection wall modules.
  • the photovoltaic modules according to the invention can either serve to cover the entire energy requirement of the corresponding object, i.e. e.g. Deliver energy that e.g. a solar automobile is required for movement, or the photovoltaic modules according to the invention only supply part of the energy required by the corresponding objects, e.g. for lighting a vehicle.
  • the manufacture of the photovoltaic modules according to the invention can e.g. after the embedding process or after the casting process.
  • a vacuum lamination process using ethylene vinyl acetate (EVA) as an adhesive film has proven to be an essential embedding process.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the photovoltaic modules are assembled into a "laminate" in a vacuum chamber under the action of negative and / or positive pressure at elevated temperature.
  • EVA melts in this process and encloses the solar cells - 10 -
  • the other layers of the photovoltaic module are preferably combined into a complete module in one manufacturing step at the same time as the solar cells are laminated into the EVA layer.
  • a casting process was developed for the production of large-area modules.
  • the solar cells are sandwiched between two cover layers, e.g. Polycarbonate-polyvinyl fluoride composite films, inserted.
  • the space is e.g. with a low viscosity polyurethane resin or
  • Polycarbonate-polyvinyl fluoride composite film (according to the invention); printed on the polycarbonate side screen printing ink A no detachment of ink 0 screen printing ink B no detachment of ink 1
  • Polyvinyl fluoride film (comparative example) screen printing ink A no adhesion of the ink 5 screen printing ink B no adhesion of the ink 5
  • Ethylene-tetrafluoroethylene copolymer film (comparative example) Screen printing ink A no adhesion of ink 5 Screen printing ink B no adhesion of ink 5
  • the foils were printed with two different one-component screen printing inks:
  • the printing was carried out once over a 100 mesh. Horde drying was carried out at room temperature. The test was carried out 43 hours after printing.
  • the cross cut test was carried out according to DIN 53 151, ISO 2409.
  • cross hatch score 0 is the best assessment. This is followed by grading up to cross-hatch index 5 as the worst assessment. Cross-hatch index 0 to cross-hatch index 5 is graded on comparative images according to the standard mentioned.
  • the adhesive tape test is carried out as follows. A cross cut is carried out, then an adhesive strip 18 mm wide is stuck to the ink layer, pressed on with a rubber roller with medium pressure, and then the adhesive strip is pulled off evenly at medium speed. The assessment is carried out analogously to the grid check.
  • the test weight with a mass of 250 grams is rotatably mounted on a lever.
  • the radius on the underside of the test weight is 20 mm. For the test, it is raised by an amount x and, in free fall, dropped onto the photovoltaic module to be tested.
  • the pad is made of solid material. It is exchangeable and is adapted to the respective module mounting conditions in practice.
  • the height of the free fall can be read on the scale in stages.
  • the impact resistance is checked by dropping the weight ten times and then determining the damage visually and by measuring the electrical parameters of the module.

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt Photovoltaik-Module, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Schichten bestehend aus einer mehrschichtigen Verbundfolie, die mindestens eine Schicht aus Polycarbonat und mindestens eine Schicht aus einem fluorhaltigen Polymeren enthält, enthalten, sowie deren Verwendung.

Description

Photovoltaik-Module mit Verbundfolien
Die vorliegende Erfindung betrifft Photovoltaik-Module, die eine oder mehrere Schichten aus einer mehrschichtigen Verbundfolie enthalten sowie deren
Verwendung zur stationären und mobilen Stromerzeugung.
Für starre Photovoltaik-Module wird fast ausschließlich Glas als Abdeckung eingesetzt. Abdeckungen aus Glas sind gekennzeichnet durch geringe mechanische Belast- barkeit.
Abdeckungen aus transparenten Kunststoffen anstelle von Glas sind bekannt. Sie bestehen überwiegend aus Polycarbonatplatten. Sie werden eingesetzt, wenn eine höhere mechanische Belastbarkeit benötigt wird, wie dies zum Beispiel auf Segelschiffen der Fall ist. Hier werden die Module in den Deckaufbauten eingesetzt, so daß z.B. nicht auszuschließen ist, daß die Module betreten werden. Module mit Polycarbonat als Abdeckung haben den Nachteil, daß sie nur wenig witterungsbeständig sind. Außerdem sind sie wasserdampfdurchlässig, so daß die Photovoltaik-Module korrodieren können. Dies führt dazu, daß diese Module nach kurzer Zeit ausgewechselt werden müssen.
Es ist bereits bekannt, in leichten und flexiblen Photovoltaik-Modulen Folien aus Fluorpolymeren als lichtdurchlässige Abdeckfolie einzusetzen. Hierbei werden sowohl reine Fluorpolymere, wie z.B. Polyvinylfluorid (PVF), als auch modifizierte Fluorpolymere, wie Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymere (ETFE), eingesetzt. Als
Folien für den genannten Zweck werden z.B. Tedlar® oder Tefzel®, beides Handelsprodukte der Firma Du Pont, eingesetzt.
Dreischichtfolien mit dem Schichtaufbau Polyvinylfluorid/Polyester/Polyvinylfluorid werden ebenfalls als Rückseitenfolien für Photovoltaik-Module eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist Icosolar®, ein Handelsprodukt der Fa. Isovolta. Photovoltaik-Module mit Abdeckungen aus Fluorpolymerfolien sind nur wenig mechanisch belastbar. Die Fluorpolymerfolien sind schlecht bedruckbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Photovoltaik-Module mit verbesserten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen. In erster Linie soll im Vergleich zu Photovoltaik-Modulen mit Abdeckungen aus Fluorpolymeren die Be- druckbarkeit verbessert werden. Darüber hinaus soll die mechanische Belastbarkeit verbessert werden. Im Vergleich zu Photovoltaik-Modulen mit Glasabdeckungen soll Gewicht eingespart werden und die Bruchsicherheit erhöht werden. Im Vergleich zu
Photovoltaik-Modulen mit Polycarbonat als Abdeckung soll die Witterungsbeständigkeit, Wasserdampfundurchlässigkeit und Kratzfestigkeit verbessert werden. Die geringe Einsatztemperaturbeständigkeit von Photovoltaik-Modulen mit Fluorpolymeren als Abdeckung soll erhöht werden.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch Photovoltaik-Module, die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie eine oder mehrere Schichten bestehend aus einer mehrschichtigen Verbundfolie, die mindestens eine Schicht aus Polycarbonat und mindestens eine Schicht aus einem fiuorhaltigen Polymeren enthält, enthalten.
Die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module haben zahlreiche Vorteile.
Photovoltaik-Module auf Basis von Polycarbonat/Fluorpolymer- Verbundfolien zeigen eine verbesserte mechanische Belastbarkeit bei niedrigem Gewicht. Das geringe Gewicht ist besonders vorteilhaft für die Verwendung der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module zur mobilen Stromerzeugung. Im Vergleich zu Polycarbonat-Abdeckungen besitzen sie eine verbesserte Witterungsbeständigkeit und Wasserdampfundurchlässigkeit. Die Kratzfestigkeit ist hoch. - 3 -
Zusätzlich kann aufgrund einer immer mehr geforderten architektonischen Designfreiheit die Anforderung nach guter Bedruckbarkeit der Deckschicht oder erforderlichenfalls auch tieferliegender Schichten erfüllt werden. Weiterhin können derartige Module unter Praxisbedingungen höheren Temperaturen ausgesetzt werden als Pho- tovoltaik-Module mit Fluorpolymer-Schichten.
Die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module enthalten mindestens eine Schicht bestehend aus einer mehrschichtigen Verbundfolie, die mindestens eine Schicht aus Polycarbonat und mindestens eine Schicht aus einem fiuorhaltigen Polymer enthält. Außerdem enthalten sie mindestens eine Schicht, bestehend aus einer oder mehreren
Solarzellen. Die Solarzellen können parallel oder in Reihe geschaltet sein.
Bevorzugt sind die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module aus mehreren Schichten aufgebaut, wobei die oberste, dem Licht zugewandte Schicht aus einer Verbundfolie, die mindestens eine Schicht aus Polycarbonat und mindestens eine
Schicht aus einem fiuorhaltigen Polymeren enthält, besteht.
Die Solarzellen der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module besthen aus anorganischen und/oder organischen photosensitiven Materialien, z.B. monokristallinem Sili- cium, polykristallinem Silicium oder amorphem Silicium oder Kupfer-Indium-
Selenid oder Cadmiumtellurid oder organischen Farbstoffen oder Graetzel-Zellen. Bevorzugt basieren die Solarzellen auf Silicium.
Die erfindungsgemäßen Polycarbonat-Fluorpolymer-Verbundfolien können aus zwei oder mehr Schichten bestehen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Polycarbonat-Fluorpoly- mer- Verbundfolien ist der zweischichtige Aufbau aus einer Schicht Polycarbonat und einer Schicht Fluorpolymer. Zwischen den beiden Schichten kann eine Haftver- mittlerschicht liegen. Zusätzlich können weitere Additive wie z.B. UV-Absorber in den Schichten enthalten sein. - 4 -
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Polycarbonat- Fluorpolymer- Verbundfolien ist ein Dreischichtsystem aus einer Schicht Fluorpolymer, einer Schicht Polycarbonat und einer Schicht Ethylen-Vinylacetat-Copolymer. Zwischen den genannten Schichten können Haftvermittlerschichten liegen. Zusätzlich können weitere Additive wie z.B. UV- Absorber in den Schichten enthalten sein. Dieser Schichtaufbau ist besonders vorteilhaft zur Herstellung der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module, da die Solarzellen in die Ethylen- Vinylacetat-Copolymer-Schicht einlaminiert werden können, ohne daß eine separate Folie aus Ethylen-Vinylacetat-Copolymer eingesetzt werden muß.
Die erfindungsgemäßen Polycarbonat-Fluorpolymer- Verbundfolien können z.B. durch Extrusion, Coextrusion oder Kaschieren hergestellt werden. Sie können durch Plasmaabscheidung, z.B. CVD (chemical vapour deposition), Sputtern, Aufdampfen, ionenstrahlunterstützendes Abscheiden, Lackieren usw. oberflächenvergütet werden.
Die erfindungsgemäßen Polycarbonat-Fluorpolymer- Verbundfolien können Dicken von 5 μm bis zu 1 000 μm aufweisen. Bevorzugt ist eine Dicke von 100 μm bis 1 000 μm. Besonders bevorzugt ist eine Dicke von 200 μm bis 600 μm. Das Gewichtsverhältnis Polycarbonat/Fluorpolymer kann von 1000:1 bis 1 :1000 betragen. Bevorzugt beträgt dieses Verhältnis 100:1 bis 1:100. Besonders bevorzugt beträgt es 20:1 bis 1 :20.
Die in den Polycarbonat-Fluorpolymer- Verbundfolien eingesetzten Polycarbonate sind solche auf Basis der Diphenole der Formel (II)
<9>α (?)„
.OH (II)
HO' / \\ // 5 -
woπn
A eine Einfachbindung Cj-C5-Alkylen, C2-C5-Alkyliden, C5-C6- Cycloalkyliden, -S- oder -SO2-,
B Chlor, Brom,
0, 1 oder 2 und
1 oder 0 sind,
oder alkylsubstituierte Dihydroxyphenylcycloalkane der Formel (III),
R' R'
HO- w -6- -OH
// \ \ // (III)
R° (zrm R°
R3 10
worin
R7 und R8 unabhängig voneinander, jeweils Wasserstoff, Halogen, bevorzugt Chlor oder Brom, CrC8-Alkyl, C5-C6-Cycloalkyl, C6-C10-Aryl, bevorzugt Phenyl, und C7-Ci2-Aralkyl, bevorzugt Phenyl-Cι-C -Alkyl, insbesondere Benzyl,
m eine ganze Zahl von 4, 5, 6 oder 7, bevorzugt 4 oder 5,
R9 und R10 für jedes Z individuell wählbar, unabhängig voneinander Wasserstoff oder CrC6-Alkyl, - 6 -
und
Z Kohlenstoff bedeutet, mit der Maßgabe, daß an mindestens einem Atom Z R9 und R10 gleichzeitig Alkyl bedeuten.
Geeignete Diphenole der Formel (II) sind z.B. Hydrochinon, Resorcin, 4,4'-Di- hydroxydiphenyl, 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (d.h. Bisphenol A), 2,4-Bis-(4- hydroxyphenyl)-2-methylbutan, 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclohexan, 2,2-Bis-(3- chlor-4-hydroxy-phenyl)-propan, 2,2-Bis-(3 ,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan.
Bevorzugte Diphenole der Formel (II) sind 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan, 2,2- Bis-(3,5-dichlor-4-hydroxyphenyl)-propan und 1 , l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-cyclo- hexan.
Bevorzugte Diphenole der Formel (III) sind l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3- dimethylcyclohexan, l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan und 1,1- Bis-(4-hydroxyphenyl)-2,4,4-trimethyl-cyclopentan.
Erfindungsgemäß geeignete Polycarbonate sind sowohl Homopolycarbonate als auch
Copolycarbonate. Auch eine Mischung der vorstehend definierten thermoplastischen Polycarbonate ist geeignet.
Polycarbonate können in bekannter Weise aus Diphenolen mit Phosgen nach den Phasengrenzflächenverfahren oder mit Phosgen nach dem Verfahren in homogener
Phase, dem sogenannten Pyridinverfahren oder nach dem Schmelzumesterungsver- fahren aus Diphenolen und Kohlensäureestern, hergestellt werden, wobei das Molekulargewicht in bekannter Weise durch eine entsprechende Menge an bekannten Kettenabbrechern eingestellt werden kann. Diese Herstell verfahren sind z.B. be- schrieben in H. Schnell, "Chemistry and Physis of Polycarbonates", Polymer
Reviews, Band 9, S. 31-76 Interscience Publishers, 1964. Geeignete Kettenabbrecher sind z.B. Phenol, p-Chlorphenol, p-tert.-Butylphenol oder 2,4,6-Tribromphenol, aber auch langkettige Alkylphenole, wie 4-(l,l,3,3-Tetrame- thylbutyl)-phenol oder Monoalkylphenol bzw. Dialkylphenol mit insgesamt 8 bis 20 C-Atomen in den Alkylsubstituenten wie z.B. 3,5-di-tert.-Butylphenol, p-iso-Octyl- phenol, p-tert.-Octylphenol, p-Dodecylphenol und 2-(3,5-Dimethyl-heptyl)-phenol und 4-(3 ,5-Dimethyl-heptyl)-phenol.
Die Menge an Kettenabbrechern beträgt im allgemeinen zwischen 0,5 und 10 Mol-%, bezogen auf die Summe der jeweils eingesetzten Diphenole der Formeln (II) und/oder (III).
Die erfindungsgemäß geeigneten Polycarbonate haben mittlere Molekulargewichte (Mw), Gewichtsmittel, gemessen z.B. durch Ultrazentrifugation oder Streulichtmes- sung) von 10 000 bis 200 000, vorzugsweise 18 000 bis 80 000.
Die erfindungsgemäß geeigneten Polycarbonate können in bekannter Weise verzweigt sein, und zwar vorzugsweise durch den Einbau von 0,05 bis 2 Mol-%, bezogen auf die Summe der eingesetzten Diphenole, an drei- oder mehr als dreifunktio- nellen Verbindungen, z.B. solchen mit drei oder mehr als drei phenolischen Gruppen.
Bevorzugte Polycarbonate sind neben dem Bisphenol-A-Homopolycarbonat die Copolycarbonate von Bisphenol A mit bis zu 15 Mol-%, bezogen auf die Mol-Summen an Diphenolen, an 2,2-Bis-(3,5-dibrom-4-hydroxyphenyl)-propan und die Copo- lycarbonate von Bisphenol A mit bis zu 60 Mol-%, bezogen auf die Mol-Summen an
Diphenolen, l,l-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan.
Die Polycarbonate können teilweise oder vollständig durch aromatische Polyester- carbonate ersetzt werden. Die aromatischen Polycarbonate können auch Polysiloxan- Blöcke enthalten. Deren Herstellung wird beispielsweise in der US-A 3 821 325 beschrieben. Die eingesetzten Fluorpolymere sind Polymere, bei denen die Wasserstoffatome der Kohlenstoffkette des Polyethylens ganz oder teilweise durch Fluoratome ersetzt sind sowie davon abgeleitete Chlor- bzw. Fluor-Chlor-Derivate und abgeleitete Copoly- mere.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module ist durch folgenden Aufbau gegeben. Die dem Licht zugewandte Seite besteht aus einer erfindungsgemäßen Verbundfolie. Darunter befindet sich die in ein Polymeres einge- bettete Solarzellenschicht. Das Polymere kann z.B. Ethylen-Vinylacetat-Copolymer,
Polyurethan oder ein Polysiloxan sein. Bevorzugt wird hier Ethylen-Vinylacetat- Copolymer verwendet. Die Einbettung geschieht bevorzugt so, daß die Solarzellen zwischen zwei Ethylen-Vinylacetat-Copolymer-Folien einlaminiert werden. Darunter befindet sich eine Trägerschicht aus Glas, Metall, Epoxidharzmatten oder Kunststoff. Dabei werden bevorzugt gleichzeitig mit dem Einlaminieren der Solarzellen auch die weiteren Schichten des Photovoltaik-Moduls in einem Herstellungsschritt zum kompletten Modul zusammengefügt. Die Photovoltaik-Module können von einem Rahmen aus Metall oder anderen Materialien eingefaßt sein. Die Photovoltaik- Module können auch direkt, ohne Trägerschicht, auf anderen Unterlagen, z.B. Flügelrahmen von Segelflugzeugen, liegen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photovoltaik- Module ist durch folgenden symetrischen Aufbau gegeben. Die dem Licht zugewandte Seite besteht aus einer erfindungsgemäßen Verbundfolie. Darunter befindet sich die in ein Polymeres eingebettete Solarzellenschicht. Das Polymere kann z.B. Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Polyurethan oder ein Polysiloxan sein. Bevorzugt wird hier Ethylen-Vinylacetat-Copolymer verwendet. Die Einbettung geschieht bevorzugt so, daß die Solarzellen zwischen zwei Ethylen-Vinylacetat-Co- polymer-Folien einlaminiert werden. Darunter befindet sich eine zweite Schicht aus der erfindungsgemäßen Verbundfolie. Die Photovoltaik-Module können von einem
Rahmen aus Metall oder anderen Materialien eingefaßt sein. - 9 -
Die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module können eben oder nicht eben sein. Sie sind vorzugsweise nicht eben.
Die erfindungsgemäßen Photovolatik-Module können auch Bestandteil sogenannter
Hybrid-Module sein, mit denen elektrischer Strom und Wärme erzeugt wird.
Die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module können zur stationären und mobilen Stromerzeugung verwendet werden. Die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module können z.B. verwendet werden für Solarfahrzeuge, wie z.B. Solar-Automobile, für
Flugzeuge oder Luftschiffe, für Schiffe oder Boote, für Wassermobile oder Wohnwagen, für Spielzeug, für Werbeträger wie z.B. Leuchttafeln, zur Beleuchtung von Fahrplänen, für Parkscheinautomaten, für Beleuchtungssysteme im Trekkingbereich oder im Freizeitbereich, im Bereich der Sicherheitstechnik, für Fassadenmodule, Dachmodule oder für Lärmschutzwand-Module.
Bei allen genannten Verwendungen können die erfindungsgemäßen Photovoltaik- Module entweder dazu dienen, den gesamten Energiebedarf des entsprechenden Objektes zu decken, d.h. z.B. Energie liefern, die z.B. ein Solar-Automobil zur Fort- bewegung benötigt, oder die erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module liefern nur einen Teil des Energiebedarfs der entsprechenden Objekte, z.B. zur Beleuchtung eines Fahrzeuges.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Photovoltaik-Module kann z.B. nach dem Einbettungsverfahren oder nach dem Gießverfahren erfolgen.
Als wesentliches Einbettungsverfahren hat sich ein Vakuumlaminierungsverfahren unter Verwendung von Ethylenvinylacetat (EVA) als Klebefolie bewährt. Bei diesem Verfahren werden die Photovoltaik-Module in einer Vakuumkammer unter Einwir- kung von Unter- und/oder Überdruck bei erhöhter Temperatur zu einem "Laminat" zusammengefügt. EVA schmilzt bei diesem Prozeß und umschließt die Solarzellen - 10 -
allseitig. Nach dem Vernetzungsprozeß sind die Solarzellen weitgehend gegen Feuchtigkeit, Schmutz etc. geschützt. Dabei werden bevorzugt gleichzeitig mit dem Einlaminieren der Solarzellen in die EVA-Schicht auch die weiteren Schichten des Photovoltaik-Moduls in einem Herstellungsschritt zum kompletten Modul zusammengefügt.
Als Alternative zu diesem Verfahren wurde für die Herstellung großflächiger Module ein Gießverfahren entwickelt. Bei diesem werden die Solarzellen zwischen zwei Deckschichten, z.B. Polycarbonat-Polyvinylfluorid- Verbundfolien, eingelegt. Der Zwischenraum wird z.B. mit einem niedrigviskosen Polyurethanharz oder
Polysiloxan ausgegossen. Dieses Verfahren eignet sich auch für die Herstellung von Kleinmodulen. Bei entsprechender Gehäusekonstruktion ist eine optimale Integration möglich.
- 11
Beispiele
Zur Prüfung der Bedruckbarkeit wurden die folgenden Versuche zur Bedruckbarkeit verschiedener Folien durchgeführt:
Folientyp Klebstreifentest Gitterschnittkennwert
Polycarbonat-Polyvinylfluorid- Verbundfolie (erfindungsgemäß); bedruckt auf der Polycarbonatseite Siebdruckfarbe A keine Ablösung der Farbe 0 Siebdruckfarbe B keine Ablösung der Farbe 1
Polyvinylfluorid-Folie (Vergleichsbeispiel) Siebdruckfarbe A keine Haftung der Farbe 5 Siebdruckfarbe B keine Haftung der Farbe 5
Ethylen-Tetrafluorethylen- Copolymerfolie (Vergleichsbeispiel) Siebdruckfarbe A keine Haftung der Farbe 5 Siebdruckfarbe B keine Haftung der Farbe 5
Polyvinylfluorid-Polyethylen- terephthalat-Polyvinylfluorid- Verbundfolie (Vergleichsbeispiel) Siebdruckfarbe A keine Haftung der Farbe 5 Siebdruckfarbe B Ablösung der Farbe 2
Figure imgf000013_0001
Die Bedruckung der Folien erfolgte mit zwei verschiedenen Einkomponenten-Sieb- druckfarben:
1. Siebdruckfarbe A (Hochtemperaturfarbe: Noriphan® HTR,
Bindemittel Copolycarbonat auf Basis Bisphenol-A und l,l-Bis-(4- - 12 -
hydroxyphenyl)-3-3-5-trimethylcyclohexan (Handelsnahme APEC® HT)), 2. Siebdruckfarbe B (Standardfarbe: Jet 200, Firma Pröll, Bindemittel
Polyacrylatharz und Cellulosederivate).
Die Bedruckung wurde einmal über einem 100er Gewebe durchgeführt. Es erfolgte eine Hordentrocknung bei Raumtemperatur. Die Prüfung erfolgte 43 Stunden nach Andruck.
Die Gitterschnittprüfung wurde nach DIN 53 151 , ISO 2409 durchgeführt.
Die Beurteilung Gitterschnittkennwert 0 ist die beste Beurteilung. Danach erfolgt eine Abstufung bis Gitterschnittkennwert 5 als schlechteste Beurteilung. Die Einstufung Gitterschnittkennwert 0 bis Gitterschnittkennwert 5 erfolgt an Vergleichs- bildern gemäß der genannten Norm.
Der Klebstreifentest wird wie folgt durchgeführt. Es wird ein Gitterschnitt durchgeführt, anschließend ein Klebstreifen von 18 mm Breite auf die Farbschicht geklebt, mit einer Gummiwalze mit mittlerem Druck angedrückt und anschließend wird der Klebstreifen gleichmäßig mit mittlerer Geschwindigkeit abgezogen. Beurteilt wird analog der Gitterscl ittprüfung.
Zur Prüfung der mechanischen Belastbarkeit wurden die folgenden Versuche durchgeführt:
Der Aufbau der Prüfeinrichtung ist der Zeichnung "Figur 1 " zu entnehmen. - 13 -
Zur Prüfung der mechanischen Belastbarkeit wurden die folgenden Versuche an Photovoltaik-Modulen durchgeführt.
Beschreibung der Prüfeinrichtung:
Das Prüfgewicht mit einer Masse von 250 Gramm ist drehbar an einem Hebel gelagert. Der Radius an der Unterseite des Prüfgewichtes beträgt 20 mm. Es wird zur Prüfung um einen Betrag x angehoben und im freien Fall auf das zu prüfende Photo- valtik-Modul fallen gelassen.
Die Unterlage ist aus festem Material. Sie ist wechselbar und wird den jeweiligen in Praxis vorliegenden Modul-Befestigungsverhältnissen angepaßt.
Die Höhe des freien Falls ist auf der Skala in Stufen ablesbar.
Die Schlagfestigkeit wird durch zehnmaliges Fallenlassen des Gewichtes und anschließendem Feststellen des Schadens visuell und durch Messung der elektrischen Kenngrößen des Moduls geprüft.
Versuchsdurchführung und Versuchsergebnisse:
Die Versuche zum Vergleich der Widerstandsfähigkeit der Photovoltaik-Module (eingebettete Solarzellen mit verschiedenen handelsüblichen Deckfolien) wurden durchgeführt mit einem Fallgewicht mit einer Masse von 250 g.
Das Fallgewicht wurde jeweils 10 x aus der Höhe A = 10 cm, B = 20 cm, C = 30 cm auf die Probe fallen gelassen. Dazu wurde die Probe bei jedem Versuch um 30 mm von der letzten Trefferstelle weggerückt. - 14 -
Beurteilt wurde, ob die eingebettete Solarzelle zerbrochen war. Im Schadensfalle verschieben sich die Zellenstücke in der Ethylen-Vinylacetat-Copolymer-Schicht in einer Weise, daß der Schaden im Durchlicht sicher erkennbar ist.
Die Tests ergaben:
Abdeckung mit Polyvinylfluoridfolie A 3 x i.O. (= in Ord nung) (Tedlar®)
7 x Bruch
B 10 x Bruch
Abdeckung mit Polycarbonatfolie A 10 x i.O.
B 1 x Bruch
9 x i.O.
C 10 x Bruch
Abdeckung mit Polycarbonat-Polyvinyl- A 10 x i.O. fluorid-Verbundfolie (Makrofol® EPC): B 10 x i.O.
C 9 x i.O.
Figure imgf000016_0001
1 x Bruch

Claims

- 15 -Patentansprüche
1. Photovoltaik-Module, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine oder mehrere Schichten bestehend aus einer mehrschichten Verbundfolie, die mindestens eine Schicht aus Polycarbonat und mindestens eine Schicht aus einem fiuorhaltigen Polymeren enthält, enthalten.
2. Photovoltaik-Module gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrschichtige Verbundfolie aus einer Schicht Polycarbonat und einer Schicht aus einem fiuorhaltigen Polymer und optional einer Schicht
Haftvermittler dazwischen bestehen.
3. Photovoltaik-Module gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrschichtige Verbundfolie aus einer Schicht fluorhaltigem Polymer, einer Schicht Polycarbonat, einer Schicht Ethylen-Vinylacetat-Copolymer und optional Haftvermittlerschichten zwischen diesen besteht.
4. Photovoltaik-Module gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Polycarbonatschichten oder die Schichten aus einem fluor- haltigen Polymer oder beide UV- Absorber enthalten.
5. Photovoltaik-Module gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der mehrschichtigen Verbundfolien die dem Licht zugewandte oberste Schicht des Photovoltaik-Modules bildet.
6. Photovoltaik-Module gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polycarbonat ein Polycarbonat auf Basis von Bisphenol A ist.
7. Photovoltaik-Module gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polycarbonat ein Copolycarbonat auf Basis von Bisphenol - 16 -
A und bis zu 60 Mol-% bezogen auf die Mol-Summe der Diphenole an 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan ist.
8. Photovoltaik-Module gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das fluorhaltige Polymer Polyvinylfluorid ist.
9. Photovoltaik-Module gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der mehrschichtigen Verbundfolien bedruckt ist.
10. Verwendung von Photovoltaik-Modulen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur stationären oder mobilen Stromerzeugung.
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