WO2009132987A2 - Photovoltaikmodule enthaltend plastifizierte zwischenschicht-folien mit niedrigem polyvinylacetatgehalt - Google Patents

Photovoltaikmodule enthaltend plastifizierte zwischenschicht-folien mit niedrigem polyvinylacetatgehalt Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to the production of photovoltaic modules using plasticized films based on polyvinyl acetal with low polyvinyl acetate content to prevent corrosion on the photosensitive semiconductor layers.
  • Both systems are often placed between a sheet of glass and a rigid, rear cover plate, e.g. laminated from glass or plastics using a transparent adhesive.
  • Photovoltaic modules are subjected to a multitude of tests according to IEC 61215 (damp heat test, wet leakage current test) in order to reduce the leakage currents of the modules.
  • films of this type are generally prepared by extrusion at elevated temperatures, whereby thermal decomposition of the polymeric material or the plasticizer may occur. Furthermore, by diffused water cleavage of the residual acetate groups of the polyvinyl acetal occur, whereby acetic acid is released. In both cases, acid traces that can attack the photosensitive semiconductor layers result.
  • the films used according to the invention therefore preferably have an increased basicity, expressed as alkali titers, which may be above 5 or 10, preferably above 15 and in particular above 20, 30 or 40. A maximum alkali titre of 100 should not be exceeded.
  • the alkali titer is, as described below, determined by back-titration of the film and can by addition of basic substances, such as metal salts of organic carboxylic acids having 1 to 15 carbon atoms, in particular alkali or alkaline earth salts such Magnesium or potassium acetate or NaOH, KOH or Mg (OH) 2 can be adjusted.
  • the basic compound is usually used in a concentration of 0.005 to 2% by weight, in particular 0.05 to 1% by weight, based on the total mixture.
  • polyvinyl alcohol is dissolved in water and acetalized with an aldehyde such as butyraldehyde with the addition of an acid catalyst.
  • the precipitated polyvinyl acetal is separated, washed neutral, optionally suspended in an alkaline aqueous medium, then washed neutral again and dried.
  • the polyvinyl alcohol used to make the polyvinyl acetal film used in the present invention must have a corresponding degree of hydrolysis, i. Residual acetate content.
  • the polyvinyl alcohol content of the polyvinyl acetal can be adjusted by the amount of aldehydes used in the acetalization.
  • Aldehydes having 2-10 carbon atoms e.g., valeraldehyde.
  • a laminated as described above composite body between at least one pair of rollers at a temperature of 60 to 150 ° C are pressed into a module according to the invention.
  • Systems of this type are known for the production of laminated glazing and usually have at least one heating tunnel before or after the first press shop in systems with two pressing plants.
  • the water or moisture content of the films is with the
  • Karl Fischer method determined This method can be carried out both on the unlaminated film and on a laminated photovoltaic module as a function of the distance to the edge of the film.
  • test laminates were exposed for 1000h at 85 ° C to a humidity of 85% RH (according to Damp-Heat test according to IEC 61646) and the corrosion state of the aluminum layer visually assessed on a scale of 1-5, on the 1 the best Condition and 5 corresponds to the worst condition.
  • the aluminum layer is almost unchanged, i. still has the original reflectivity and transmission.
  • the corrosion tendency of low-acetate PVB films is still low even at high alkali titre.
  • Films of this type are particularly suitable for the production of photovoltaic modules, in particular of chemically sensitive thin-film modules.
  • the metal layer is "blind" and partially dissolved, films of this type are not suitable for the production of photovoltaic modules.
  • AEROSIL 130 and TINUVIN 328 are commercial products of Evonik Degussa GmbH or CIBA. The degree of corrosion of the aluminum layer is assessed visually as described above, and the volume resistivity according to DIN IEC 60093 is indicated on a film conditioned at 23 ° C./85% RH in ohm * cm.

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Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung von weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierenden Folien, welche einen niedrigen Polyvinylacetatgehalt aufweisen, zur Herstellung von Photovoltaikmodulen.

Description

Beschreibung
Photovoltaikmodule enthaltend plastifizierte Zwischenschicht-Folien mit niedrigem
Polyvinylacetatgehalt
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft die Herstellung von Photovoltaikmodulen unter Verwendung von weichmacherhaltigen Folien auf Basis von Polyvinylacetal mit niedrigem Polyvinylacetatgehalt zur Vermeidung von Korrosion an den photosensitiven Halbleiterschichten.
Stand der Technik
[0002] Photovoltaikmodule bestehen aus einer photosensitiven Halbleiterschicht, die zum Schutz gegen äußere Einflüsse mit einer transparenten Abdeckung versehen wird. Als photosensitive Halbleiterschicht können monokristalline Solarzellen oder polykristalline, dünne Halbleiterschichten auf einem Träger eingesetzt werden. Dünnschicht-Solarmodule bestehen aus einer photosensitiven Halbleiterschicht, die auf ein Substrat wie z.B. eine transparente Platte oder eine flexible Trägerfolie z.B. durch Aufdampfen, Gasphasenabscheidung, Sputtern oder Nassabscheidung aufgebracht ist.
[0003] Beide Systeme werden häufig zwischen eine Glasscheibe und eine rigide, hintere Abdeckplatte z.B. aus Glas oder Kunststoffen mit Hilfe eines transparenten Klebers laminiert.
[0004] Der transparente Kleber muss die photosensitive Halbleiterschicht und deren elektrische Verbindungsleitungen vollständig umschließen, UV-stabil und Feuchtigkeitsunempfindlich sein und nach dem Laminierprozess vollständig blasenfrei sein.
[0005] Als transparente Kleber werden häufig aushärtende Gießharze oder vernetzbare, auf Ethylenvinylacetat (EVA) basierende Systeme eingesetzt, so wie beispielsweise in DE 41 22 721 C1 oder DE 41 28 766 A1 offenbart. Diese Klebesysteme können im ungehärteten Zustand so niedrigviskos eingestellt werden, dass sie die Solarzelleneinheiten blasenfrei umschließen. Nach Zugabe eines Härters oder Vernetzungsmittels wird eine mechanisch widerstandfähige Klebeschicht erhalten. Nachteilig diesen Klebesystemen ist, dass beim Aushärteprozess häufig aggressive Substanzen wie Säuren freigesetzt werden, die die photosensitiven Halbleiterschichten, insbesondere Dünnschichtmodule, zerstören können. Zudem neigen einige Gießharze nach einigen Jahren zur Blasenbildung bzw. Delamination durch UV-Strahlung.
[0006] Eine Alternative zu aushärtenden Klebesystemen ist der Einsatz von weichmacherhaltigen Folien auf Basis von Polyvinylacetalen wie das aus der Verbundglasherstellung bekannte Polyvinylbutyral (PVB). Die Solarzelleneinheiten werden mit einer oder mehreren PVB-Folien bedeckt und diese unter erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur mit den gewünschten Abdeckmaterialien zu einem Laminat verbunden.
[0007] Verfahren zur Herstellung von Solarmodulen mit Hilfe von PVB-Folien sind z. B. durch DE 40 26 165 C2, DE 42 278 60 A1 , DE 29 237 70 C2, DE 35 38 986 C2 oder US 4,321 ,418 bekannt. Die Verwendung von PVB-Folien in Solarmodulen als Verbund-sicherheits-verglasungen ist z.B. in DE 20 302 045 U 1 , EP 1617487 A1 , und DE 35 389 86 C2 offenbart. Diese Schriften enthalten aber keine Information über die mechanischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften der verwendeten PVB-Folien.
[0008] Insbesondere die elektrischen Eigenschaften der Folien werden mit zunehmender Leistungsfähigkeit der photosensitiven Halbleiterschichten und der weltweiten Verbreitung von Solarmodulen immer wichtiger. Ladungsverluste oder gar Kurzschlüsse der Halbleiterschicht müssen auch unter extremen Witterungsbedingungen wie tropische Temperaturen, hohe Luftfeuchtigkeit oder starke UV-Strahlung über die gesamte Lebensdauer des Moduls vermieden werden. Photovoltaikmodule werden nach IEC 61215 einer Vielzahl von Tests unterzogen (Damp heat test, wet leakage current test) um Verlustströme der Module zu reduzieren.
[0009] Es ist bekannt, dass der elektrische Widerstand von PVB-Folien mit steigendem Feuchtegehalt steil abfällt, was das Auftreten von Leckströmen in Photovoltaikmodulen stark begünstigt. Im Randbereich des Photovoltaikmoduls sind die Folien als Einkapselungsmaterial zur Umgebung offen und den Umweltbedingungen wie z.B. hohen Umgebungsfeuchten ausgesetzt. Hierdurch kann der Wassergehalt der Folien im Randbereich stark zunehmen und Werte bis zur Gleichgewichtsfeuchte (ca. 3 Gew. %) annehmen. Der erhöhte Wassergehalt im Randbereich der Folie reduziert deren elektrischen Widerstand in diesem Bereich stark. Der Wassergehalt nimmt zwar zur Folienmitte wieder ab, aber zur Vermeidung von Leckströmen können die photosensitiven Halbleiterschichten daher nicht bis in den Randbereich der Folie bzw. des Moduls verlegt werden. Dies reduziert die Flächenbelegung und damit die Stromausbeute des Moduls.
[0010] Solarzellen, insbesondere photosensitive Halbleiterschichten von Dünnschicht-Solarmodulen, z.B. auf Basis von CIS (Copper/lndium/(di)Selenit) oder
Copper/-Indium-/Gallium-/Sulphide-/Selenit (CIGS) oder die als elektrischer Leiter eingesetzten dünnen Schichten (TCO, „transparent conductive oxide") sind chemisch korrosionsanfällig. Das Einkapselungsmaterial muss daher weitestgehend chemisch innert sein und darf keine aggressiven chemischen Additive wie Vernetzer, Crosslinker oder Primer enthalten. Weiterhin ist die Anwesenheit von Wasser oder Säurespuren zu vermeiden.
Technische Aufgabe
[0011] Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, weichmacherhaltige Folien auf Basis von Polyvinylacetal mit geringer Korrosionsneigung gegenüber photosensitiven Halbleiterschichten oder den verwendeten elektrischen Leitern bereit zu stellen.
Technische Lösung
[0012] Es wurde gefunden, dass Folien auf Basis von Polyvinylacetalen mit niedrigem Restacetatgehalt eine verringerte Korrosionsneigung gegenüber photosensitiven Halbleiterschichten oder den verwendeten elektrischen Leitern aufweisen.
[0013] Ohne an die Richtigkeit dieser Theorie gebunden zu sein, ist die verringerte Korrosionsneigung möglicherweise drauf zurückzuführen, dass die durch eindiffundierte Feuchtigkeit katalysierte Spaltung der Restacetatgruppen des Polyvinylacetals in Essigsäure und Polyvinylalkoholgruppen durch den geringeren Anteil an Restacetatgruppen ebenfalls verringert ist. Darstellung der Erfindung
[0014] Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind daher Photovoltaikmodule, umfassend ein Laminat aus a) einer transparenten Frontabdeckung b) einer oder mehreren photosensitiven Halbleiterschichten c) mindestens eine weichmacherhaltige, auf Polyvinylacetal basierenden Folie und d) einer rückwärtigen Abdeckung, wobei das in der weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierenden Folie c) verwendete Polyvinylacetal einen Polyvinylacetatgehalt von weniger als 1 Gew.% aufweist.
[0015] Der Polyvinylacetatgehalt des erfindungsgemäß eingesetzten
Polyvinylacetals liegt unter 1 Gew.%, bevorzugt unter 0,75 Gew.%, ganz besonders bevorzugt unter 0,5 Gew.% und insbesondere unter 0,25 Gew.%
[0016] Eine weitere Möglichkeit, die Korrosionsneigung der erfindungsgemäß eingesetzten Folien gegenüber photosensitiven Halbleiterschichten zu verringern, ist die Vermeidung von Säurespuren bei der Herstellung des Materials. Folien diese Art werden in der Regel durch Extrusion unter erhöhten Temperaturen hergestellt, wodurch eine thermische Zersetzung des polymeren Materials bzw. des Weichmachers auftreten kann. Weiterhin kann durch eindiffundiertes Wasser eine Spaltung der Restacetatgruppen des Polyvinylacetals auftreten, wodurch Essigsäure freigesetzt wird. In beiden Fällen resultieren Säurespuren, die die photosensitiven Halbleiterschichten angreifen können.
[0017] Bevorzugt weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Folien daher eine erhöhte Basizität, ausgedrückt als Alkali-Titer auf, der über 5 oder 10, bevorzugt über 15 und insbesondere über 20, 30 oder 40 liegen kann. Ein maximaler Alkali-Titer von 100 sollte nicht überschritten werden.
[0018] Der Alkali-Titer wird, wie im folgenden beschrieben, durch Rücktitration der Folie bestimmt und kann durch Zugabe von basischen Substanzen, wie z.B. Metallsalze von organischen Carbonsäuren mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen, insbesondere Alkali- oder Erdalkalisalze wie Magnesium- oder Kaliumacetat oder NaOH, KOH oder Mg(OH)2 eingestellt werden. Die basische Verbindung wird üblicherweise in einer Konzentration von 0,005 bis 2 Gew.% insbesondere 0,05 bis 1 Gew.%, bezogen auf die gesamte Mischung eingesetzt.
[0019] Bevorzugt weisen die erfindungsgemäß eingesetzten Folien bei einer
Umgebungsfeuchte von 85% rF bei 23°C einen spezifischen Widerstand von mindestens 1 E+11 ohm*cm, bevorzugt mindestens 5E+11 ohm*cm, bevorzugt 1 E+12 ohm*cm, bevorzugt 5E+12 ohm*cm, bevorzugt 1 E+13, bevorzugt 5E+13 ohm*cm, bevorzugt 1 E+14 ohm*cm auf.
[0020] Zur Herstellung von Polyvinylacetal wird Polyvinylalkohol in Wasser gelöst und mit einem Aldehyd wie Butyraldehyd unter Zusatz eines Säurekatalysators acetalisiert. Das ausgefallene Polyvinylacetals wird abgetrennt, neutral gewaschen, ggf. in einem alkalisch eingestellten wässrigen Medium suspendiert, danach erneut neutral gewaschen und getrocknet. Der zur Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Polyvinylacetalfolie verwendete Polyvinylalkohol muss einen entsprechenden Hydrolysegrad, d.h. Restacetatgehalt, aufweisen.
[0021] Die zur Acetalisierung eingesetzte Säure muss nach erfolgter Reaktion wieder neutralisiert werden. Wird hier ein Überschuss an Base (z.B. NaOH, KOH oder Mg(OH)2) eingesetzt, so erhöht sich der Alkalititer und es kann ganz oder teilweise auf die Zugabe der basischen Substanz verzichtet werden.
[0022] Der Polyvinylalkoholgehalt des Polyvinylacetals kann durch die Menge des bei der Acetalisierung eingesetzten Aldehyde eingestellt werden.
[0023] Es ist auch möglich, die Acetalisierung mit anderen oder mehreren
Aldehyden mit 2-10 Kohlenstoffatomen (z.B. Valeraldehyd) durchzuführen.
[0024] Die auf weichmacherhaltigem Polyvinylacetal basierenden Folien enthalten bevorzugt unvernetztes Polyvinylbutyral (PVB), das durch Acetalisierung von Polyvinylalkohol mit Butyraldehyd gewonnen wird.
[0025] Der Einsatz von vernetzten Polyvinylacetalen, insbesondere vernetztem Polyvinylbutyral (PVB) ist ebenso möglich. Geeignete vernetzte Polyvinylacetale sind z.B. in EP 1527107 B1 und WO 2004/063231 A1 (thermische Selbstvernetzung von carboxylgruppenhaltigen Polyvinylacetalen), EP 1606325 A1 (mit Polyaldehyden vernetzte Polyvinylacetale) und WO 03/020776 A1 (mit Glyoxylsäure vernetzte Polyvinylacetale) beschrieben. Auf die Offenbarung dieser Patentanmeldungen wird vollumfänglich Bezug genommen.
[0026] Als Polyvinylalkohol können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch Terpolymere aus hydrolysierten Vinylacetat/Ethylen-Copolymeren eingesetzt werden. Diese Verbindungen sind in der Regel zu mehr als 98 Mol% hydrolysiert und enthalten 1 bis 10 Gew. auf Ethylen basierende Einheiten (z.B. Typ „Exceval" der Kuraray Europe GmbH).
[0027] Als Polyvinylalkohol können im Rahmen der vorliegenden Erfindung weiterhin auch hydrolysierte Copolymere aus Vinylacetat und mindestens einem weiteren ethylenisch ungesättigten Monomer eingesetzt werden.
[0028] Die Polyvinylalkohole können im Rahmen der vorliegenden Erfindung rein oder als Mischung von Polyvinylalkoholen mit unterschiedlichem Polymerisationsgrad oder Hydrolysegrad eingesetzt werden.
[0029] Polyvinylacetale enthalten neben den Acetaleinheiten noch aus
Vinylacetat und Vinylalkohol resultierende Einheiten. Die erfindungsgemäß verwendeten Polyvinylacetale weisen bevorzugt einen Polyvinylalkoholanteil von weniger als 22 Gew.%, 20 Gew.% oder 18 Gew.%, weniger als 16 Gew.% oder 15 Gew.% und insbesondere weniger als 14 Gew.% auf. Ein Polyvinylalkoholanteil von 12 Gew.% sollte nicht unterschritten werden.
[0030] Aus dem Polyvinylalkoholanteil und dem Restacetatgehalt kann der Acetalisierungsgrad rechnerisch ermittelt werden.
[0031] Bevorzugt weisen die Folien einen Weichmachergehalt von maximal 40 Gew.%, 35 Gew.%, 32 Gew.%, 30 Gew.%, 28 Gew.%, 26 Gew.%, 24 Gew.% oder 22 Gew.% auf, wobei ein Weichmachergehalt von 15 Gew.% aus Gründen der Verarbeitbarkeit der Folie nicht unterschritten werden sollte (jeweils bezogen auf die gesamte Folienformulierung). Erfindungsgemäße Folien bzw. Photovoltaikmodule können einen oder mehrere Weichmacher enthalten.
[0032] Geeignete Weichmacher für die erfindungsgemäß eingesetzten Folien sind eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus den folgenden Gruppen:
- Ester von mehrwertigen aliphatischen oder aromatischen Säuren, z.B. Dialkyladipate wie Dihexyladipat, Dioctyladipat, Hexylcyclohexyladipat, Mischungen aus Heptyl- und Nonyl-adipaten, Diisononyladipat, Heptylnonyl-adipat sowie Ester der Adipinsäure mit cycloaliphatischen oder Etherbindungen enthaltenden Esteralkoholen, Dialkylsebazate wie Dibutylsebazat sowie Ester der Sebazinsäure mit cycloaliphatischen oder Etherbindungen enthaltenden Esteralkoholen, Estern der Phthalsäure wie Butylbenzylphthalat oder Bis-2-butoxyethylphthalat
- Ester oder Ether von mehrwertigen aliphatischen oder aromatischen Alkoholen oder Oligoetherglykolen mit einem oder mehreren unverzweigten oder verzweigten aliphatischen oder aromatischen Substituenten, wie z.B. Estern von Di-, Tri- oder Tetraglykolen mit linearen oder verzweigten ali-phatischen oder cycloaliphatischen Carbonsäuren; Als Beispiele für letztere Gruppe können dienen Diethylenglykol-bis-(2-ethyl-hexanoat), Triethylenglykol-bis-(2-ethyl-hexanoat), Tri-ethylen-glykol-bis-(2-ethylbu-ta-no-at),
Tetra-ethylen-glykol-bis-n-heptanoat, Triethylengly-kol-bis-n-heptanoat, Triethylenglykol-bis-n-hexanoat, Tetraethylen-glykol-dimethyl-ether und/oder Dipropylenglykolbenzoat
- Phosphate mit aliphatischen oder aromatischen Esteralkoholen wie z.B. Tris(2-ethylhexyl)phosphat (TOF), Triethylphosphat, Diphenyl-2-ethylhexylphosphat, und/oder Trikresylphosphat
- Ester der Zitronensäure, Bernsteinsäure und/oder Fumarsäure Besonders geeignet als Weichmacher für die erfindungsgemäß eingesetzten Folien sind eine oder mehrere Verbindungen ausgewählt aus der folgende Gruppe Di-2-ethylhexylsebacat (DOS), Di-2-ethylhexyladipat (DOA), Dihexyladipat (DHA), Dibutylsebacat (DBS), Triethylenglykol-bis-n-heptanoat (3G7), Tetraethylenglykol-bis-n-heptanoat (4G7), Triethylenglykol-bis-2-ethylhexanoat (3GO bzw. 3G8) Tetraethylenglykol-bis-n-2-ethylhexanoat (4GO bzw. 4G8) Di-2-butoxy-ethyl-adipat (DBEA), Di-2-butoxyethoxyethyladipat (DBEEA) Di-2-butoxyethylsebacat (DBES), Di-2-ethylhexylphthalat (DOP), Di-isononylphthalat (DINP) Triethylenglykol-bis-isononanoat, Triethylenglykol-bis-2-propylhexanoat, Tris(2-ethylhexyl)phosphat (TOF), Diisononylcyclohexandicarbonsäureester (DINCH) und Dipropylenglykolbenzoat.
[0034] Ganz besonders geeignet als Weichmacher für die erfindungsgemäß eingesetzten Folien sind Weichmacher, deren Polarität, ausgedrückt durch die Formel 100 x O/(C+H) kleiner/gleich 9.4 ist, wobei O, C und H für die Anzahl der Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Wasserstoffatome im jeweiligen Molekül steht. Die nachfolgende Tabelle zeigt erfindungsgemäß einsetzbare Weichmacher und deren Polaritätswerte nach der Formel 100 x O/(C+H).
[0035]
Tabelle 1
Figure imgf000009_0001
[0036] Weiterhin kann die möglicherweise vom Wassergehalt der Folie abhängende lonenbeweglichkeit und damit der spezifische Widerstand durch den Zusatz von SiO2, insbesondere pyrogener Kieselsäure beeinflusst werden. Bevorzugt enthalten die weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierenden Folien 0.001 bis 15 Gew.%, bevorzugt 2 bis 5 Gew.% SiO2.
[0037] Weiterhin können die erfindungsgemäßen Folien zusätzlich auch übliche Additive, wie zum Beispiel Oxidationsstabilisatoren, UV-Stabilisatoren, Farbstoffe, Pigmente sowie Antihaftmittel enthalten.
[0038] Die prinzipielle Herstellung und Zusammensetzung von Folien auf Basis von Polyvinylacetalen ist z. B. in EP 185 863 B1 , EP 1 118 258 B1 WO 02/102591 A1. EP 1 118 258 B1 oder EP 387 148 B1 beschrieben.
[0039] Die Laminierung der Photovoltaikmodule erfolgt unter Verschmelzung der Folien, so dass ein blasen- und schlierenfreier Einschluss der photosensitiven Halbleiterschicht mit den Folien erhalten wird.
[0040] In einer Variante der erfindungsgemäßen Photovoltaikmodule werden die photosensitiven Halbleiterschichten auf die Abdeckung d) aufgebracht (z.B. durch Aufdampfen, Gasphasenabscheidung, Sputtern oder Nassabscheidung) und durch eine Folie c) mit der transparenten Frontabdeckung a) verklebt.
[0041] In einer anderen Variante werden die photosensitiven Halbleiterschichten auf die transparente Frontabdeckung a) aufgebracht und durch die Folie c) mit der rückwärtigen Abdeckung d) verklebt.
[0042] Alternativ können die photosensitiven Halbleiterschichten zwischen zwei Folien c) eingebettet und so mit den Abdeckungen a) und d) verklebt werden.
[0043] Die Dicke der auf weichmacherhaltigem Polyvinylacetal basierenden
Folien liegt üblicherweise bei 0.38, 0.51 , 0.76, 1.14, 1.52 oder 2.28 mm.
[0044] Erfindungsgemäß eingesetzte Folien füllen während des
Laminierprozesses die an den photosensitiven Halbleiterschichten bzw. deren elektrischen Verbindungen vorhandenen Hohlräume aus.
[0045] Die transparente Frontabdeckung a) besteht in der Regel aus Glas oder PMMA. Die rückwärtige Abdeckung d) (sog. Backsheet) des erfindungsgemäßen Photovoltaikmoduls kann aus Glas, Kunststoff oder Metall oder deren Verbünden bestehen, wobei einer der Träger transparent sein kann. Es ist ebenfalls möglich, einen oder beide Abdeckungen als Verbundverglasung (d. h. als Laminat aus mindestens zwei Glasscheiben und mindestens einer PVB-Folie) oder als Isolier-verglasung mit einem Gaszwischenraum auszuführen. Selbstverständlich ist auch die Kombination dieser Maßnahmen möglich.
[0046] Die in den Modulen eingesetzten photosensitiven Halbleiterschichten müssen keine besonderen Eigenschaften besitzen. Es können mono-, polykristalline oder amorphe Systeme eingesetzt werden. [0047] Bei Dünnschicht-Solarmodulen ist die photosensitive Halbleiterschicht direkt auf einen Träger aufgebracht. Eine Einkapselung ist hier nicht möglich. Daher wird der Schichtkörper aus einem Träger (z.B. der rückwärtigen Abdeckung) mit der photosensitiven Halbleiterschicht und der transparenten Frontabdeckung durch mindestens eine zwischen gelegte, auf weichmacherhaltigem Polyvinylacetal basierende erfindungsgemäße Folie zusammengelegt und durch diese bei erhöhter Temperatur verklebt. Alternativ kann die photosensitive Halbleiterschicht auf die transparente Frontabdeckung als Träger aufgebracht und mit der der rückwärtigen Abdeckung durch mindestens eine zwischen gelegte, auf weichmacherhaltigem Polyvinylacetal basierende erfindungsgemäße Folie verklebt sein.
[0048] Zur Laminierung der so erhaltenen Schichtkörper können die dem
Fachmann geläufigen Verfahren mit und ohne vorhergehende Herstellung eines Vorverbundes eingesetzt werden.
[0049] So genannte Autoklaven prozesse werden bei einem erhöhten Druck von ca. 10 bis 15 bar und Temperaturen von 130 bis 145 °C über ca. 2 Stunden durchgeführt. Vakuumsack- oder Vakuumring-verfahren z.B. gemäß EP 1 235 683 B1 arbeiten bei ca. 200 mbar und 130 bis 145 0C
[0050] Vorzugsweise werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Photovoltaikmodule Vakuumlaminatoren eingesetzt. Diese bestehen aus einer beheizbaren und evakuierbaren Kammer, in denen Verbund-verglasungen innerhalb von 30 - 60 Minuten laminiert werden können. Verminderte Drücke von 0,01 bis 300 mbar und Temperaturen von 100 bis 200 0C, insbesondere 130 - 160 0C haben sich in der Praxis bewährt.
[0051] Alternativ kann ein so oben beschrieben zusammengelegter Schichtkörper zwischen mindestens einem Walzenpaar bei einer Temperatur von 60 bis 150 °C zu einem erfindungsgemäßen Modul verpresst werden. Anlagen dieser Art sind zur Herstellung von Verbundverglasungen bekannt und verfügen normalerweise über mindestens einen Heiztunnel vor bzw. nach dem ersten Presswerk bei Anlagen mit zwei Presswerken.
Gewerbliche Anwendbarkeit [0052] Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung von weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierenden Folien zur Herstellung von Photovoltaikmodulen, wobei das in der weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierende Folie c) verwendete Polyvinylacetal einen Polyvinylacetatgehalt von weniger als 1 Gew.% bzw. die bevorzugten Ausführungsformen aufweist.
[0053] Erfindungsgemäße Photovoltaikmodule können als Fassadenbauteil,
Dachflächen, Wintergartenabdeckung, Schallschutzwand, Balkon- oder Brüstungselement oder als Bestandteil von Fensterflächen verwendet werden.
Messmethoden
[0054] Die Messung des spezifischen Durchgangswiderstandes der Folie erfolgt gemäß DIN IEC 60093 bei definierter Temperatur und Umgebungsfeuchte (23 °C und 85% rl_F) nachdem die Folie wenigstens 24h bei diesen Bedingungen konditioniert wurde. Zur Durchführung der Messung wurde eine Plattenelektrode Typ 302 132 von der Firma Fetronic GmbH sowie ein Widerstandsmessgerät ISO-Digi 5kV von der Firma Amprobe verwendet. Die Prüfspannung betrug 2,5kV, die Wartezeit nach Anlegen der Prüfspannung bis zur Messwerterfassung 60 sek. Damit ein ausreichender Kontakt zwischen den flachen Platten der Messelektrode und der Folie gewährleistet ist, sollte deren Oberflächenrauhikgkeit Rz bei Messung nach DIN EN ISO 4287 nicht größer als 10 mm sein, d.h. gegebenenfalls muss die Originaloberfläche der PVB-Folie vor der Widerstandsmessung durch thermisches Umprägen geglättet werden.
[0055] Der Polyvinylalkohol- und Polyvinylalkoholacetatgehalt der
Polyvinylacetale wurde gemäß ASTM D 1396-92 bestimmt. Die Analyse des Metallionengehaltes erfolgte durch Atomabsorptionsspekroskopie (AAS).
[0056] Der Wasser- bzw. Feuchtegehalt der Folien wird mit der
Karl-Fischer-Methode bestimmt. Diese Methode kann sowohl an der unlaminierten Folie als auch an einem laminierten Photovoltaikmodul in Abhängigkeit vom Abstand zum Rand der Folie durchgeführt werden.
[0057] Zur Bestimmung des Alkali-Titers werden 3 bis 4 gr. des weichmacherhaltigen Polyvinylacetal-Films in 100 ml einer Mischung von Ethanol/THF (80:20) in einem Magnetrührer über Nacht gelöst. Hierzu werden 10 ml einer verdünnten Salzsäure (c=0,01 mol/Liter) gegeben und anschließend potentiometrisch mit einer Lösung von Tetrabutylammoniumhydroxid (TBAH) in 2-Propanol (c=0,01 mol/Liter) mit einem Titroprozessor gegen eine Leerprobe potentiometrisch titriert. Der Alkali-Titer berechnet sich wie folgt:
[0058] Alkali-Titer = ml HCl pro 100 gr einer Probe = (Verbrauch TBAH Leerprobe - TBAH Probe x 100 durch Gewicht der Probe in gr.)
[0059] Der Damp-Heat Test wird gemäß IEC 61646 durchgeführt.
Beispiele
[0060] Die Korrosivität der Folien wurde anhand von Verbundgläsern der
Abmessung 10 x 10 cm, in denen eine zur Folie orientierte Glasoberfläche mit einem frischen Aluminiumspiegel versehen war, bewertet.
[0061] Die Testlaminate wurden während 1000h bei 85 °C einer Luftfeuchtigkeit von 85 % RF ausgesetzt (entsprechend Damp-Heat-Test gemäß IEC 61646) und der Korrosionzustand der Aluminiumschicht visuell nach einer Skala von 1 - 5 beurteilt, auf der 1 dem besten Zustand und 5 dem schlechtestem Zustand entspricht.
[0062] Bei Verwendung von Folien aus PVB mit niedrigem Acetatgehalt
(erfindungsgemäß) zeigt sich die Aluminiumschicht nahezu unverändert, d.h. weist noch die ursprüngliche Reflektivität und Transmission auf. Die Korrosionsneigung von Folien aus PVB mit niedrigem Acetatgehalt ist auch bei hohem Alkalititer noch gering. Folien dieser Art sind zur Herstellung von Photovoltaikmodulen, insbesondere von chemisch empfindlichen Dünnschichtmodulen besonders geeignet.
[0063] Bei den nicht erfindungsgemäßen Folien ist die Metallschicht „blind" und teilweise aufgelöst. Folien dieser Art sind zur Herstellung von Photovoltaikmodulen nicht geeignet.
[0064] Die Mengenangaben in Tabelle 2 und 3 sind in Gew.% angegeben, bezogen auf die Summe PVB und Weichmacher. 3G8 steht für Triethylenglykol-bis-2-ethylhexanoat, RA für Restacetatgehalt und AT für Alkalititer. AEROSIL 130 und TINUVIN 328 sind Handelsprodukte der Evonik Degussa GmbH bzw. CIBA. Der Korrosionsgrad der Aluminiumschicht wird wie oben beschrieben visuell beurteilt und der Durchgangswiderstand nach DIN IEC 60093 an einer bei 23°C/85%rF klimatisierten Folie in Ohm*cm angegeben.
[0065]
Tabelle 2
Figure imgf000014_0001
[0066]
Tabelle 3
Figure imgf000014_0002
Figure imgf000015_0001

Claims

Ansprüche
1. Photovoltaikmodul, umfassend ein Laminat aus a) einer transparenten Frontabdeckung b) einer oder mehreren photosensitiven Halbleiterschichten c) mindestens einer weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierenden Folie und d) einer rückwärtigen Abdeckung, dadurch gekennzeichnet, dass das in der weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierende Folie c) verwendete Polyvinylacetal einen Polyvinylacetatgehalt von weniger als 1 Gew.% aufweist.
2. Photovoltaikmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierenden Folien c) einen Weichmachergehalt von maximal 40 Gew.% aufweisen.
3. Photovoltaikmodul nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das die weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierenden Folien c) in einem Umgebungsklima von 85% rF/23°C einen elektrischen Durchgangswiderstand von mehr als 1 E11 Ohm*cm aufweisen.
4. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die weichmacherhaltige, auf Polyvinylacetal basierende Folie c) einen Alkali-Titer von mehr als 5 aufweist.
5. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Polyvinylacetal einen Polyvinylalkoholanteil von weniger als 22 Gew.% aufweist.
6. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die weichmacherhaltigen auf Polyvinylacetal basierenden Folien c) ein Metallsalz einer Carbonsäure mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen als basische Verbindung enthalten.
7. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die weichmacherhaltige, auf Polyvinylacetal basierende Folie 0.001 bis 5 Gew.% SiO2 enthält.
8. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere photosensitive Halbleiterschichten b) auf eine rückwärtige Abdeckung d) aufgebracht werden und durch mindestens eine weichmacherhaltige, auf Polyvinylacetal basierende Folie c) mit der transparenten Frontabdeckung a) verklebt sind.
9. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere photosensitive Halbleiterschichten b) auf eine transparente Frontabdeckung a) aufgebracht werden und durch mindestens eine weichmacherhaltige, auf Polyvinylacetal basierende Folie c) mit der rückwärtigen Abdeckung d) verklebt sind.
10. Photovoltaikmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere photosensitive Halbleiterschichten b) zwischen zwei Folien c) eingebettet und mit den Abdeckungen a) und d) verklebt werden.
11. Verwendung von weichmacherhaltigen, auf Polyvinylacetal basierenden Folien, die einen Polyvinylacetatgehalt von weniger als 1 Gew.% aufweisen, zur Herstellung von Photovoltaikmodulen.
12. Verwendung von Photovoltaikmodulen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 als Fassadenbauteil, Dachflächen, Wintergartenabdeckung, Schallschutzwand, Balkon- oder Brüstungselement oder als Bestandteil von Fensterflächen.
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