WO2011000624A1 - Fluoreszenzkonversionssolarzelle - herstellung im extrusionsverfahren oder im coextrusionsverfahren - Google Patents

Fluoreszenzkonversionssolarzelle - herstellung im extrusionsverfahren oder im coextrusionsverfahren Download PDF

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WO2011000624A1
WO2011000624A1 PCT/EP2010/056562 EP2010056562W WO2011000624A1 WO 2011000624 A1 WO2011000624 A1 WO 2011000624A1 EP 2010056562 W EP2010056562 W EP 2010056562W WO 2011000624 A1 WO2011000624 A1 WO 2011000624A1
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WO
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meth
acrylate
plastic molding
polymethyl
plastic
Prior art date
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PCT/EP2010/056562
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Inventor
Hans Lichtenstein
Claudius Neumann
Ghirmay Seyoum
Achim NEUHÄUSER
Original Assignee
Evonik Degussa Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/0008—Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0041—Optical brightening agents, organic pigments
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 invention relates to a combination of
  • Fluorescence conversion dyes in plastic moldings of polymethyl (meth) acrylate which are used to convert the natural solar radiation in usable for the solar cell light.
  • the plastic moldings are made by extrusion from plastic molding compounds
  • Photovoltaic cells can only partially convert the incident sunlight into usable electrical energy, a large part of the energy is lost in the form of heat.
  • a silicon solar cell can absorb all photons that have energy above the band edge of 1.1 eV of crystalline silicon. This corresponds to a wavelength ⁇ 1100 nm. The excess energy of the absorbed photons is converted into heat and leads to a heating of the photocell, the efficiency of the photocell is lowered.
  • Fluorescence conversion solar cells is known from US 4,110,123 (Fraunhofer) or Appl. Phys. 14, 123 ff (1977). WO 2007/031446 (BASF AG)
  • Fluorescence conversion solar cells constructed of one or more glass plates or polymer plates coated with a fluorescent dye.
  • Fluorescent dye dyes based on Terrylencarbonklaivaten or combinations of these dyes are used with other fluorescent dyes.
  • the disadvantage here is the separately required step of coating the glass plates with the formulation containing the dye.
  • Solar cell eg, Si or GaAs
  • the dyes can be added to the plastic, for example in powder form, via a masterbatch, via a color preparation or in the form of a liquid metering. Preference is given to incorporating the dyes or the dye mixtures into a masterbatch which is subsequently mixed with a molding composition and converted into a masterbatch
  • Plastic molding is extruded or coextruded.
  • the plastic molded body can be constructed in one or more layers and comprise layers which contain no, identical or different dyes or dye mixtures.
  • the individual layers may e.g. by
  • the stratification can also by loose
  • the irradiated sunlight is in for
  • Fluorescence conversion solar cells can be made by known methods,
  • the plastic molding is lighter than a comparable arrangement of mineral glass
  • the plastic molding can be impact resistant
  • (Meth) acrylates The term includes (meth) acrylates
  • Cycloalkyl (meth) acrylates such as
  • Vinyloxyethoxyethyl (meth) acrylate Amides and nitriles of (meth) acrylic acid, such as
  • Trimethyloylpropane tri (meth) acrylate Trimethyloylpropane tri (meth) acrylate.
  • These monomers may be used singly or as a mixture.
  • mixtures are particularly preferred which contain methacrylates and acrylic esters.
  • the polymerization is generally known
  • Initiators include, among others, the well-known in the art azo initiators, such as AIBN and
  • These compounds are often used in an amount of 0.01 to 1.0 wt .-%, preferably from 0.025 to 0.3 wt .-%, based on the weight of the monomers.
  • the molding composition can optionally by a
  • EP-A 0 113 924 impact-modified polymethacrylate molding compositions are described inter alia in EP-A 0 113 924, EP-A 0 522 351, EP-A 0 465 049 and EP-A 0 683 028.
  • Preferred impact-resistant molding compositions have 70-99 wt .-%
  • Polymethyl (meth) acrylates used by free-radical polymerization of mixtures containing 80 wt .-% to 100 wt .-%, preferably 90 wt .-% - 98 wt .-%, methyl methacrylate and optionally 0 wt .-% - 20 Wt .-%, preferably 2 wt .-% - 10 wt .-% further free radical
  • Particularly preferred comonomers are, inter alia, C 1 -C 4 -alkyl (meth) acrylates, in particular methyl acrylate, ethyl acrylate or butyl methacrylate.
  • the average molecular weight Mw of the polymethyl (meth) acrylates for the preparation is particularly
  • impact-resistant molding compositions in the range of 90,000 g / mol to 200,000 g / mol, in particular 100,000 g / mol to 150,000 g / mol.
  • Preferred impact-resistant molding compositions contain 1 wt .-% to 60 wt .-%, preferably 2 wt .-% to 50 wt .-%, especially
  • the impact modifier can be prepared in per se known manner by bead polymerization or by
  • Emulsion polymerization can be obtained.
  • Preferred impact modifiers are crosslinked particles having an average particle size in the range of 50 to 1000 nm, preferably 60 to 500 nm and particularly preferably 80 to 450 nm.
  • Such particles can, for example, by the
  • comonomers include C 1 -C 4 -alkyl (meth) acrylates, such as ethyl acrylate or
  • Butyl methacrylate preferably methyl acrylate, or other vinylic polymerizable monomers such. Styrene.
  • the mixtures for the preparation of the aforementioned particles may preferably comprise 0 wt .-% to 30 wt .-%, preferably 0.5 wt .-% to 15 wt .-% comonomers.
  • Particularly preferred toughening modifiers are polymerizate particles which have a two-layer, particularly preferably a three-layer core-shell structure.
  • Such core-shell polymers are described inter alia in EP-A 0 113 924, EP-A 0 522 351, EP-A 0 465 049 and EP-A 0 683 028.
  • Particularly preferred impact modifiers based on acrylate rubber have, inter alia, the following structure: Core: polymer having a methyl methacrylate content of at least 90% by weight, based on the weight of the core.
  • Shell 1 polymer with a butyl acrylate content of
  • Shell 2 polymer having a methyl methacrylate content of at least 90% by weight, based on the weight of the second shell.
  • the core and the shells may each contain other monomers in addition to the monomers mentioned.
  • a preferred acrylate rubber modifier may have the following structure:
  • the ratio of core to shell (s) of the acrylate rubber modifier can vary within wide limits.
  • the weight ratio of core to shell K / S is in the range from 20:80 to 80:20, preferably from 30:70 to 70:30
  • Modified shell-to-shell 1 to shell 2 K / S1 / S2 ratios ranging from 10:80:10 to 40:20:40, more preferably from 20:60:20 to 30:40:30 for modifiers with two bowls.
  • the particle size of the core-shell modifier is usually in the range of 50 to 1000 nm, preferably 100 to 500 nm and more preferably from 150 to 450 nm, without this being a restriction.
  • Such impact modifiers are commercially available from Mitsubishi under the trade name METABLEN® IR 441
  • impact-modified molding compositions are obtained. These include ACRYLITE PLUS ® from the manufacturer CYRO Industries.
  • the plastic molding can also be made of polycarbonate (PC) polystyrene (PS), polyamide (PA), polyester (PE),
  • thermoplastic polyurethane PU
  • polyethersulfone PU
  • Polyvinyl chloride (PVC), be constructed. Light stabilizers
  • UV-A and / or UV-B absorbers are used as a light stabilizer UV-A and / or UV-B absorbers.
  • classes of substances which can be used are the HALS compounds.
  • HALS compounds are sterically hindered amines
  • Benzophenone derivatives are used. These products are marketed by BASF under the brand UVINUL ® 5411. Benzotriazole based light stabilizers can also be used. In the trade these products by Cytec under the brand CYASORB ® UV 5411 or Ciba under the trade name TINUVIN ® P, Tinuvin ® 571 and
  • Phenols or phosphites or phosphonites are used. In the trade, these products are made by Ciba under the trademarks Irganox ® and Irgafos ®.
  • the molding composition may contain other polymers to modify the properties. These include, but are not limited to, polyacrylonitriles, polystyrenes, polyethers,
  • Polyesters polycarbonates and polyvinyl chlorides.
  • Polymers can be used individually or as a mixture, and copolymers which can be derived from the abovementioned polymers can also be used.
  • the weight-average molecular weight Mw of the homo- and / or copolymers to be used in the molding composition can vary within wide limits, the molecular weight usually being based on the intended use and the molecular weight
  • the molding compositions for the production of the molding may contain conventional additives / additives of all kinds. These include, inter alia, dyes, antistatic agents, antioxidants, mold release agents, flame retardants, lubricants,
  • Plasticizers are limited to the purpose of use. Thus, the light-conducting property of the molding composition and its transparency should not be overly affected by additives.
  • the molding composition has at least 70, preferably at least 80 and particularly preferably at least 90% by weight, based on the weight of the molding composition,
  • the plate according to the invention can be produced in a manner known per se by extrusion or coextrusion.
  • Polymethyl methacrylate plastics may, for. B. in the range of 220 0 C to 300 ° C are processed.
  • plates may have a thickness in the range of 1.0 mm to 100 mm.
  • the widths of the extruded sheets can z. B. from 100 mm to 4,000 mm.
  • Extruded or coextruded films or plates may, for. B. from a polymethacrylate plastic (PMMA), a toughened polymethyl methacrylate plastic (sz-PMMA), a polycarbonate plastic, a polystyrene plastic, a styrene-acrylonitrile plastic, a polyethylene terephthalate plastic, a
  • the PMMA grades have a molecular weight between 20,000 and 500,000 g / mol, preferably from 70,000 to 250,000 g / mol and particularly preferably from 100,000 to 200,000 g / mol, without this being intended to restrict this
  • distribution tools is regulated. This can, for example, via the so-called adapter or
  • Adapters are z. B. known from DE-OS 37 41 793. These are interchangeable one or more parts slider whose profile was previously adapted to the desired distribution profile.
  • Lamella adapters are z. B. known from EP 0 418 681 A2.
  • the extrusion profile can be influenced in width by a plurality of actuators, so-called slats. The control can take place via a control loop which is measured on the basis of the extruded product
  • the adjustment of the distribution by means of distribution tool is made accessible by on the top of the extrusion tool accessible control elements, which form part of
  • Distributor tool are. It may be z. These can be, for example, bolts, expansion bolts or piezotranslators (see, for example, EP 0 418 681 A2).
  • the extrudate cross-section can additionally be regulated by means of profile tools, so-called flex lips or superflex lips (see, for example, EP-A 435 078, EP-A 367 022, EP-A 484 841).
  • the molecular weight of the PMMA plastic molding compositions may, for. B. after gel chromatography using
  • Preferred plastic substrates can be used as
  • dyes dyes of the types perylene,
  • Nile Blue A pyridines, styryl derivatives, dioxazines, naphthalimides, thiazines, stilbenes and cyanines (eg DODCI) of e.g. B. Lambdachrome ® and Exciton ® can be used.
  • quantum dots e.g. based on cadmium selenide, cadmium sulfide, zinc sulfide,
  • Lead selenide, lead sulfide and the like. are suitable for it.
  • the photonic layer is arranged on the plastic molding, so that the sunlight must first penetrate this layer before the fluorescent dyes in
  • Plastic moldings can be excited to fluorescence
  • photonic layer or wavelength dependent mirrors are e.g. Interference filter (stack filter, rugate filter,
  • Notch filters which may be constructed as band-pass filters or edge filters. These are e.g. by depositing a plurality of thin dielectric layers having different refractive indices on a substrate. (see Olaf Stenzel, The Physics of Thin Film Optical
  • the layer thickness of the individual layer is generally smaller than the wavelength of light.
  • hollow spherical structures have the diameter of about 1/3 of the wavelength of light to be reflected
  • an optically reflective coating may be added below the plastic molding to increase the yield
  • Shaped bodies e.g. a mirror or a white foil or a plate.
  • the solar cell can be constructed of the usual materials, such as
  • c-Si Monocrystalline silicon
  • mc-Si multicrystalline silicon
  • a-Si amorphous silicon
  • III-V semiconductor solar cells gallium arsenide (GaAs), gallium indium phosphide
  • tandem cells multiple solar cell of gallium indium phosphide and gallium arsenide, of gallium indium arsenide and gallium indium arsenic phosphide, of gallium indium phosphide and gallium indium arsenide, of gallium arsenide and gallium antimonide or out
  • Gallium arsenide and germanium or gallium indium phosphide, gallium indium arsenide and gallium antimonide Gallium arsenide and germanium or gallium indium phosphide, gallium indium arsenide and gallium antimonide.
  • Cadmium telluride CdTe
  • CdS cadmium sulfide
  • CIS cells copper indium diselenide (CuInSe2) or
  • Copper indium disulfide (CuInS2)
  • CIGS cells copper indium gallium diselenide
  • the specified wavelength corresponds to the wavelength of the light which provides the energy equal to the energy of the energy gap of the semiconductor, ie with this light, the semiconductor works as
  • the mixture is stirred intensively, in a bag
  • the final polymerization is carried out in a tempering at 120 0 C for about 10 hours. Subsequently, the material obtained is granulated in a mill.
  • a plate in 10mm thickness is prepared by extrusion.
  • Lumogen Yellow 083 (BASF)
  • the mixture is stirred intensively, in a bag
  • the final polymerization is carried out in a tempering at 120 0 C for about 10 hours.
  • the mixture is stirred intensively, in a bag
  • the final polymerization is carried out in a tempering at 120 0 C for about 10 hours. Subsequently, the material obtained is granulated in a mill.
  • the mixture is stirred intensively, in a bag
  • the final polymerization is carried out in a tempering at 120 0 C for about 10 hours. Subsequently, the material obtained is granulated in a mill.
  • Each of the three granules (green, red, orange) is melted in a separate extruder.
  • the three melts are brought together via a coextrusion adapter and arranged one above the other flatly. Then this will
  • each color layer is 3mm. Outside are the red or green layer, the inner layer is orange.
  • a three-layered fluorescent plate with a total thickness of 9 mm is obtained.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of FIG. 1:
  • FIG. 2 is a diagrammatic representation of FIG. 1
  • Solar cells (4, 41-43) on the fluorescence collector (2, 21-23), on its upper side optionally with a photonic molded body (1) and on its underside optionally with a reflector, for. B. mirror or white plate (3) is equipped.
  • FIG. 3 Schematic diagram of the fluorescence measurement

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kombination aus Fluoreszenzkonversionsfarbstoffen in extrudierten oder coextrudierten Kunststoffformkörpern aus Polymethyl(meth)acrylat, die dazu eingesetzt werden, die natürliche Sonneneinstrahlung in für die Solarzellen nutzbares Licht umzuwandeln.

Description

FluoreszenzkonversionsSolarzelle -
Herstellung im Extrusionsverfahren oder im
Coextrusionsverfahren
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Kombination aus
Fluoreszenzkonversionsfarbstoffen in Kunststoffformkörpern aus Polymethyl (meth) acrylat, die dazu eingesetzt werden, die natürliche Sonneneinstrahlung in für die Solarzellen nutzbares Licht umzuwandeln. Die Kunststoffformkörper werden durch Extrusion aus Kunststoffformmassen
hergestellt .
Stand der Technik
Photovoltaikzellen können das eingestrahlte Sonnenlicht nur zum Teil in nutzbare elektrische Energie umwandeln, ein großer Teil der Energie geht in Form von Wärme verloren. So kann beispielsweise eine Silizium-Solarzelle alle Photonen absorbieren, die eine Energie oberhalb der Bandkante von 1,1 eV des kristallinen Siliziums aufweise. Dies entspricht einer Wellenlänge < 1.100 nm. Die überschüssige Energie der absorbierten Photonen wird in Wärme umgewandelt und führt zu einer Aufheizung der Photozelle, der Wirkungsgrad der Photozelle wird erniedrigt.
Der Aufbau und die Wirkung von
Fluoreszenzkonversionssolarzellen ist aus der US 4,110,123 (Fraunhofer) oder aus Appl . Phys . 14, 123 ff (1977) bekannt . WO 2007/031446 (BASF AG) beschreibt
Fluoreszenzkonversionssolarzellen, aufgebaut aus einer oder mehreren Glasplatten oder Polymerplatten, die mit einem Fluoreszenzfarbstoff beschichtet sind. Als
Fluoreszenzfarbstoff werden Farbstoffe auf der Basis von Terrylencarbonsäurederivaten oder Kombinationen dieser Farbstoffe mit anderen Fluoreszenzfarbstoffen verwendet. Nachteilig ist hier der gesondert erforderliche Schritt der Beschichtung der Glasplatten mit der Formulierung, die den Farbstoff enthält.
Konzentrator-Systeme mit Linsen oder Spiegeln Optische Systeme basierend auf Linsen oder Spiegeln zur
Konzentration des Lichts auf die Solarzellen sind bekannt, es werden Konzentrationsfaktoren von bis zu 1.000-fach erreicht. Nachteilig bei den optischen Lösungen ist
allerdings, daß das gesamte elektromagnetische Spektrum des Lichts konzentriert wird, so daß nicht nur das wirksame Licht konzentriert wird, sondern auch das das
photovoltaisch unwirksame Licht. Dies führt zu einer unerwünschten thermischen Belastung der Solarzellen und zu einer Verringerung des Wirkungsgrads. Um die Temperaturen nicht zu hoch werden zu lassen, kann man die Solarzellen aktiv oder passiv kühlen. Darüber hinaus müssen die Linsen oder die Linsensysteme aufwendig mechanisch dem Sonnenstand nachgeführt werden, ferner können sie nur das direkt auftreffende Licht abbilden. Diffuses Licht trägt wenig oder gar nicht zur Energiegewinnung bei. (siehe US-PS
5,489,297) Aufgabe
Es bestand angesichts des oben diskutierten Standes der Technik die Aufgabe, Konzentrationswege für die optische Strahlung der Sonne zu entwickeln, die in der Lage sind,
• diffuses Licht zu nutzen und daher ohne aufwendige Nachführmechanik auskommen, • ein auf das Absorptionsspektrum der verwendeten
Solarzelle (beispielsweise Si oder GaAs) abgestimmtes Licht zu liefern,
• einen den optischen Konzentratoren vergleichbaren
Konzentrationsgrad zu erzielen,
• einfach und preiswert hergestellt zu werden,
• die Wärmebelastung der Solarzellen und den damit
verbundenen Wirkungsgradverlust zu verringern,
• die aktive Solarzellenfläche zu verringern,
• beständig gegen Witterungseinflüsse zu sein und im Laufe des Betriebs die optischen Eigenschaften praktisch nicht verändern, Lösung Die Lösung der oben aufgeführten Aufgabe gelingt durch eine Verwendung verschiedener Fluoreszenzkonversionsfarbstoffe in Kunststoffformkörpern, deren Spektren so aufeinander abgestimmt sind, daß das eingestrahlte Licht gezielt mit solchen Wellenlängen abgestrahlt wird, die auf die
jeweilige Solarzelle abgestimmt sind.
Die Farbstoffe können beispielsweise in Pulverform, über ein Masterbatch, über eine Farbpräparation oder in Form einer Flüssigdosierung dem Kunststoff zugegeben werden. Bevorzugt ist die Einarbeitung der Farbstoffe oder der Farbstoffgemische in einen Masterbatch, das anschließend mit einer Formmasse gemischt und zu einem
Kunststoffformkörper extrudiert oder coextrudiert wird. Der Kunststoffformkörper kann ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein und Schichten umfassen, die keine, gleiche oder unterschiedliche Farbstoffe oder Farbstoffgemische enthalten. Die einzelnen Schichten können z.B. durch
Coextrusion oder Lamination miteinander fest verbunden sein.
Die Schichtung kann aber auch durch loses
aufeinanderstapeln der einzelnen Kunststoffformkörper erfolgen . indungsgemäße Lösung bietet folgende Vorteile:
— Das eingestrahlte Sonnenlicht wird in für
Silizium-Photovoltaikzellen optimale Wellenlängen umgewandelt,
— Die Herstellung der
Fluoreszenzkonversionssolarzellen kann nach bekannten Verfahren erfolgen,
— Die Solarzellen werden vor Vandalismus geschützt,
— die Konversionsraten sind überraschend hoch,
— der Kunststoffformkörper ist einfach an die
geometrischen und statischen Erfordernisse der Solarzelle anpassbar, — der Kunststoffformkörper ist leichter als eine vergleichbare Anordnung aus Mineralglas,
— der Kunststoffformkörper kann schlagzäh
ausgerüstet sein, so daß die Solarzellenanordnung gegen Hagel geschützt ist. Die Herstellung des Kunststoffformkörpers Die Monomere Die (Meth) acrylate
Eine besonders bevorzugte Gruppe von Monomeren stellen
(Meth) acrylate das. Der Ausdruck (Meth) acrylate umfaßt
Methacrylate und Acrylate sowie Mischungen aus beiden.
Diese Monomere sind weithin bekannt. Zu diesen gehören unter anderem (Meth) acrylate, die sich von gesättigten
Alkoholen ableiten, wie beispielsweise Methyl (meth) acrylat,
Ethyl (meth) acrylat, Propyl (meth) acrylat,
Isopropyl (meth) acrylat, n-Butyl (meth) acrylat,
tert . -Butyl (meth) acrylat, Butoxymethyl (meth) acrylat,
Pentyl (meth) acrylat, Hexyl (meth) acrylat,
Heptyl (meth) acrylat, Octyl (meth) acrylat,
Isooctyl (meth) acrylat, Isodecyl (meth) acrylat,
Tetrahydrofurfuryl (meth) acrylat, Cyclohexyl (meth) acrylat und 2-Ethylhexyl (meth) acrylat ; (Meth) acrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie beispielsweise
Oleyl (meth) acrylat, 2-Propinyl (meth) acrylat,
Allyl (meth) acrylat, Vinyl (meth) acrylat ; Aryl (meth) acrylate, wie beispielsweise Benzyl (meth) acrylat oder
Phenyl (meth) acrylat, wobei die Arylreste jeweils
unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können; Cycloalkyl (meth) acrylate, wie beispielsweise
3-Vinylcyclohexyl (meth) acrylat, Bornyl (meth) acrylat;
Isobornyl (meth) acrylat, Hydroxylalkyl (meth) acrylate, wie beispielsweise 3-Hydroxypropyl (meth) acrylat, 3,4- Dihydroxybutyl (meth) acrylat, 2-Hydroxyethyl (meth) acrylat, 2-Hydroxypropyl (meth) acrylat ; Glycoldi (meth) acrylate, wie beispielsweise 1, 4-Butandiol (meth) acrylat, (Meth) acrylate von Etheralkoholen, wie beispielsweise
Tetrahydrofurfuryl (meth) acrylat,
Vinyloxyethoxyethyl (meth) acrylat ; Amide und Nitrile der (Meth) acrylsäure, wie beispielsweise
N- (3-Dimethylaminopropyl) (meth) acrylamid,
N- (Diethylphosphono) (meth) acrylamid, l-Methacryloylamido-2- methyl-2-propanol; schwefelhaltige Methacrylate, wie beispielsweise Ethylsulfinylethyl (meth) acrylat, 4-
Thiocyanatobutyl (meth) acrylat,
Ethylsulfonylethyl (meth) acrylat,
Thiocyanatomethyl (meth) acrylat,
Methylsulfinylmethyl (meth) acrylat,
Bis ( (meth) acryloyloxyethyl) sulfid; mehrwertige
(Meth) acrylate, wie beispielsweise
Trimethyloylpropantri (meth) acrylat.
Diese Monomere können einzeln oder als Mischung verwendet werden. Hierbei sind Mischungen besonders bevorzugt, die Methacrylate und Acrylsäureester enthalten.
Die Radikalbildner
Die Polymerisation wird im Allgemeinen mit bekannten
Radikalinitiatoren gestartet. Zu den bevorzugten
Initiatoren gehören unter anderem die in der Fachwelt weithin bekannten Azoinitiatoren, wie AIBN und
1, 1-Azobiscyclohexancarbonitril, sowie Peroxyverbindungen, wie Methylethylketonperoxid, Acetylacetonperoxid,
Dilaurylperoxyd, tert . -Butylper-2-ethylhexanoat,
Ketonperoxid, Methylisobutylketonperoxid,
Cyclohexanonperoxid, Dibenzoylperoxid, tert.- Butylperoxybenzoat, tert . -Butylperoxyisopropylcarbonat, 2, 5-Bis (2-ethylhexanoyl-peroxy) -2, 5-dimethylhexan, tert . - Butylperoxy-2-ethylhexanoat, tert . -Butylperoxy-3, 5, 5- trimethylhexanoat, Dicumylperoxid,
1, 1-Bis (tert. -butylperoxy) cyclohexan,
1, 1-Bis (tert. -butylperoxy) 3,3, 5-trimethylcyclohexan, Cumylhydroperoxid, tert . -Butylhydroperoxid,
Bis (4-tert . -butylcyclohexyl) peroxydicarbonat, Mischungen von zwei oder mehr der vorgenannten Verbindungen
miteinander sowie Mischungen der vorgenannten Verbindungen mit nicht genannten Verbindungen, die ebenfalls Radikale bilden können.
Diese Verbindungen werden häufig in einer Menge von 0,01 bis 1,0 Gew.-%, vorzugsweise von 0,025 bis 0,3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, eingesetzt.
Die Schlagzähmodifier
Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Formmasse gegebenenfalls durch einen
Schlagzähmodifier mechanisch stabiler ausgerüstet werden. Derartige Schlagzähmodifizierungsmittel für
Polymethacrylat-Kunststoffe sind hinlänglich bekannt, so sind die Herstellung und der Aufbau von
schlagzähmodifizierten Polymethacrylat-Formmassen unter anderem in EP-A 0 113 924, EP-A 0 522 351, EP-A 0 465 049 und EP-A 0 683 028 beschrieben.
Bevorzugte schlagzähe Formmassen weisen 70 - 99 Gew.-%
Polymethyl (meth) acrylate auf. Diese
Polymethyl (meth) acrylate wurden zuvor beschrieben. Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die zur Herstellung von schlagzähmodifizierten
Formmassen verwendeten Polymethyl (meth) acrylate durch radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten, die 80 Gew.-% bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 90 Gew.-% - 98 Gew.-%, Methylmethacrylat und gegebenenfalls 0 Gew.-% - 20 Gew.-%, bevorzugt 2 Gew.-% - 10 Gew.-% weitere radikalisch
polymerisierbare Comonomere umfassen, die ebenfalls zuvor aufgeführt wurden. Besonders bevorzugte Comonomere sind unter anderem Ci- bis C4-Alkyl (meth) acrylate, insbesondere Methylacrylat, Ethylacrylat oder Butylmethacrylat .
Vorzugsweise liegt das mittlere Molekulargewicht Mw der Polymethyl (meth) acrylate zur Herstellung besonders
schlagzäher Formmassen im Bereich von 90.000 g/mol bis 200.000 g/mol, insbesondere 100.000 g/mol bis 150.000 g/mol. Bevorzugte schlagzähe Formmassen enthalten 1 Gew.-% bis 60 Gew.-%, bevorzugt 2 Gew.-% bis 50 Gew.-%, besonders
bevorzugt 3 Gew.-% bis 45 Gew.-%, insbesondere 5 Gew.-% bis 42 Gew.-% eines Schlagzähmodifizierungsmittels, welches eine Elastomerphase aus vernetzten Polymerisatteilchen darstellt .
Das Schlagzähmodifizierungsmittel kann in an sich bekannter Weise durch Perlpolymerisation oder durch
Emulsionspolymerisation erhalten werden. Bevorzugte Schlagzähmodifizierungsmittel stellen vernetzte Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 50 bis 1000 nm, bevorzugt 60 bis 500 nm und besonders bevorzugt 80 bis 450 nm dar.
Derartige Partikel können beispielsweise durch die
radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten werden, die in der Regel mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt 50 Gew.-% bis 70 Gew.-% Methylmethacrylat, 20 Gew.-% bis 50 Gew.-%, bevorzugt 25 Gew.-% bis 45 Gew.-% Butylacrylat sowie 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 1 Gew.-% eines vernetzenden Monomeren, z. B. einem mehrfunktionellen (Meth) acrylat, wie z. B. Allylmethacrylat und Comonomeren enthalten, die mit den zuvor genannten Vinylverbindungen copolymerisiert werden können.
Zu den bevorzugten Comonomeren gehören unter anderem Ci-C4- Alkyl (meth) acrylate, wie Ethylacrylat oder
Butylmethacrylat, bevorzugt Methylacrylat, oder andere vinylisch polymerisierbare Monomere wie z. B. Styrol. Die Mischungen zur Herstellung der zuvor genannten Partikel können vorzugsweise 0 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 15 Gew.-% Comonomere umfassen. Besonders bevorzugte Schlagzähmodifizierungsmittel sind Polymerisatteilchen, die einen zwei-, besonders bevorzugt einen dreischichtigen Kern-Schale-Aufbau aufweisen.
Derartige Kern-Schale-Polymerisate sind unter anderem in EP-A 0 113 924, EP-A 0 522 351, EP-A 0 465 049 und EP-A 0 683 028 beschrieben.
Besonders bevorzugte Schlagzäh-Modifier auf Basis von Acrylatkautschuk haben unter anderem folgenden Aufbau: Kern: Polymerisat mit einem Methylmethacrylatanteil von mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Kerns .
Schale 1: Polymerisat mit einem Butylacrylatanteil von
mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der ersten Schale.
Schale 2: Polymerisat mit einem Methylmethacrylatanteil von mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der zweiten Schale.
Der Kern sowie die Schalen können neben den genannten Monomeren jeweils weitere Monomere enthalten.
Beispielsweise kann ein bevorzugter Acrylatkautschuk- Modifier folgenden Aufbau aufweisen:
Kern: Copolymerisat aus Methylmethacrylat (95,7 Gew.-%),
Ethylacrylat (4 Gew.-%) und Allylmethacrylat (0,3
Gew.-%)
Sl: Copolymerisat aus Butylacrylat (81,2 Gew.-%),
Styrol (17,5 Gew.-%) und Allylmethacrylat
(1,3 Gew.-%) S2 : Copolymerisat aus Methylmethacrylat (96 Gew.-%) und Ethylacrylat (4 Gew.-%)
Das Verhältnis von Kern zu Schale (n) der Acrylatkautschuk- Modifier kann in weiten Bereichen schwanken. Vorzugsweise liegt das Gewichtsverhältnis Kern zu Schale K/S im Bereich von 20:80 bis 80:20, bevorzugt von 30:70 zu 70:30 bei
Modifiern mit einer Schale bzw. das Verhältnis von Kern zu Schale 1 zu Schale 2 K/S1/S2 im Bereich von 10:80:10 bis 40:20:40, besonders bevorzugt von 20:60:20 bis 30:40:30 bei Modifiern mit zwei Schalen.
Die Partikelgröße der Kern-Schale-Modifier liegt üblich im Bereich von 50 bis 1.000 nm, vorzugsweise 100 bis 500 nm und besonders bevorzugt von 150 bis 450 nm, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
Derartige Schlagzähmodifier sind von der Fa. Mitsubishi unter dem Handelsnamen METABLEN® IR 441 kommerziell
erhältlich. Darüber hinaus können auch
schlagzähmodifizierte Formmassen erhalten werden. Hierzu gehört unter anderem ACRYLITE PLUS® vom Hersteller CYRO Industries .
Der Kunststoffformkörper kann auch aus Polycarbonat (PC] Polystyrol (PS), Polyamid (PA), Polyester (PE),
thermoplastischem Polyurethan (PU) , Polyethersulfon,
Polysulfonen, Vinylpolymeren, wie beispielsweise
Polyvinylchlorid (PVC), aufgebaut sein. LichtSchutzmittel
Als Lichtschutzmittel werden UV-A und/oder UV-B-Absorber eingesetzt. Als Beispiele für Stoffklassen, die eingesetzt werden können, seien die HALS-Verbindungen genannt. Unter HALS-Verbindungen werden sterisch gehinderte Amine
verstanden, wie sie beispielsweise in der JP 0347856 beschrieben sind. Diese „hindered amine light stabilizers" fangen die Radikale ab, die sich bei Strahlenbelastung bilden. In den Handel werden diese Produkte durch Ciba unter der Marke TINUVIN® 123, TINUVIN® 571, TINUVIN® 770 und TINUVIN® 622 gebracht. Ferner können Lichtschutzmittel auf der Basis von
Benzophenon-Derivaten eingesetzt werden. In den Handel werden diese Produkte durch BASF unter der Marke UVINUL® 5411 gebracht. Lichtschutzmittel auf der Basis von Benzotriazolen können ebenfalls verwendet werden. In den Handel werden diese Produkte durch Cytec unter der Marke CYASORB® UV 5411 oder von Ciba unter der Marke TINUVIN® P, Tinuvin® 571 und
TINUVIN® 234 gebracht.
OxidationsSchutzmittel
Als Oxidationsschutzmittel können sterisch gehinderte
Phenole oder Phosphite oder Phosphonite eingesetzt werden. In den Handel werden diese Produkte durch Ciba unter den Marken Irganox® und Irgafos® gebracht.
Des Weiteren kann die Formmasse weitere Polymere enthalten, um die Eigenschaften zu modifizieren. Hierzu gehören unter anderem Polyacrylnitrile, Polystyrole, Polyether,
Polyester, Polycarbonate und Polyvinylchloride. Diese
Polymere können einzeln oder als Mischung eingesetzt werden, wobei auch Copolymere, die von den zuvor genannten Polymeren ableitbar sind, eingesetzt werden können.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw der in der Formmasse zu verwendenden Homo- und/oder Copolymere kann in weiten Bereichen schwanken, wobei das Molekulargewicht üblicherweise auf den Anwendungszweck und die
Verarbeitungsweise der Formmasse abgestimmt wird. Im
Allgemeinen liegt es aber im Bereich zwischen 20.000 und 1.000.000 g/mol, vorzugsweise 50.000 bis 500.000 g/mol und besonders bevorzugt 80.000 bis 300.000 g/mol, ohne dass hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll.
Die Formmassen zur Herstellung des Formteils können übliche Additive/Zusatzstoffe aller Art enthalten. Hierzu gehören unter anderem Farbstoffe, Antistatika, Antioxidantien, Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Schmiermittel,
Fliessverbesserungsmittel, Füllstoffe, Lichtstabilisatoren und organische Phosphorverbindungen, wie Phosphite oder Phosphonate, Pigmente, Verwitterungsschutzmittel und
Weichmacher. Die Menge an Zusatzstoffen ist jedoch auf den Anwendungszweck beschränkt. So sollte die lichtleitende Eigenschaft der Formmasse sowie deren Transparenz nicht zu stark durch Additive beeinträchtigt werden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Formmasse mindestens 70, vorzugsweise mindestens 80 und besonders bevorzugt mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Formmasse,
Polymethyl (meth) acrylat auf.
Extrusion
Die erfindungsgemäße Platte kann in an sich bekannter Weise durch Extrusion oder Coextrusion hergestellt werden.
Dazu wird thermisch plastifizierte Schmelze bei der
Einfachextrusion über einen bzw. bei der Coextrusion über mehrere Extruder erzeugt und in ein Extrusionswerkzeug eingespeist. Zwischen Extruder und Extrusionsdüse können in an sich bekannter Weise zusätzliche Vorrichtungen wie z. B. eine Schmelzepumpe und/oder ein Schmelzefilter angeordnet sein. Die extrudierten Bahnen können anschließend einem
Glattwerk oder einer Kalibriereinrichtung zugeführt werden.
Je nach Kunststoff liegen die Verarbeitungstemperaturen in den meisten Fällen im Bereich von 1500C bis 320 0C.
Polymethylmethacrylat-Kunststoffe können z. B. im Bereich von 2200C bis 300 °C verarbeitet werden. Platten können beispielsweise eine Dicke im Bereich von 1,0 mm bis 100 mm haben. Die Breiten der extrudierten Bahnen können z. B. von 100 mm bis 4.000 mm liegen. Extrudierte oder coextrudierte Folien oder Platten können z. B. aus einem Polymethacrylat-Kunststoff (PMMA), einem schlagzäh modifizierten Polymethylmethacrylat-Kunststoff (sz-PMMA) , einem Polycarbonat-Kunststoff, einem Polystyrol- Kunststoff, einem Styrol-Acryl-Nitril-Kunststoff, einem Polyethylentherephthalat-Kunststoff, einem
glykolmodifizierten Polyethylentherephthalat-KunstStoff, einem Polyvinylchlorid-Kunststoff, einem transparenten Polyolefin-Kunststoff, einem Acrylnitril-Butadien-Stryrol (ABS) -Kunststoff oder aus Kombinationen oder Mischungen (Blends) der genannten Kunststoffe bestehen. Die PMMA-Typen weisen ein Molekulargewicht zwischen 20.000 und 500.000 g/mol, vorzugsweise von 70.000 bis 250.000 g/mol und besonders bevorzugt von 100.000 bis 200.000 g/mol auf, ohne dass hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll
Coextrusion
Im Falle der Coextrusion werden zwei oder mehrere
Schmelzeströme vereinigt, wobei das Aufsetzen einer
zusätzlichen Schmelzeschicht in der Regel mit Hilfe
sogenannter Verteilerwerkzeuge reguliert wird. Dies kann beispielsweise über die sogenannte Adapter- oder
Mehrkanalcoextrusionstechnologie umgesetzt werden. Adapter sind z. B. bekannt aus DE-OS 37 41 793. Es handelt sich dabei um austauschbare ein- oder mehrteilige Schieber, deren Profil zuvor dem gewünschten Verteilungsprofil angepaßt wurde. Lamellenadapter sind z. B. bekannt aus EP 0 418 681 A2. Hier kann das Extrusionsprofil in der Breite durch eine Vielzahl von Stellgliedern, sogenannte Lamellen beeinflußt werden. Die Regelung kann über einen Regelkreis erfolgen, der anhand am Extrusionsprodukt gemessener
Schichtdicken und Auflagenbreiten, die Stellung der
Lamellen als auch den Durchsatz des Extruders regelt.
Die Anpassung der Verteilung mittels Verteilerwerkzeugs erfolgt durch auf der Oberseite des Extrusionswerkzeugs zugängliche Stellelemente, die Bestandteil des
Verteilerwerkzeugs sind. Dabei kann es sich um z. B. um Bolzen, Dehnbolzen oder Piezotranslatoren handeln (s. z. B, EP 0 418 681 A2 ) . Im Düsenausgangsbereich kann der Extrudatquerschnitt zusätzlich mit Hilfe von Profilwerkzeugen, sogenannten Flexlippen oder Superflexlippen reguliert werden (s. z. B. EP-A 435 078, EP-A 367 022, EP-A 484 841) . Das Molekulargewicht der PMMA-Kunststoffformmassen kann z. B. nach der Gelchromatographie anhand von
Polymethylmethacrylat-Eichstandards bzw. Eichgeraden, die mit der Viskositätszahl korrelieren, bestimmt werden. Bevorzugte KunststoffSubstrate können als
Kunststoffformassen von Evonik Röhm GmbH kommerziell unter dem Handelsnamen Plexiglas" erhalten werden. Die verwendeten Farbstoffe
Fluoreszierende Farbstoffe
Als Farbstoffe können Farbstoffe der Typen Perylen-,
Terrylen- und Rylenderivate aus der Lumogen ® - Reihe der BASF, Rhodamine, LDS ® - Reihe von Exciton, substituierte Pyrane (z.B. DCM), Coumarine (z.B. Coumarin 30, Coumarin 1, Coumarin 102, usw.) Oxazine (z.B. Nilblau oder auch als
Nilblau A bezeichnet) , Pyridine, Styrylderivate, Dioxazine, Naphthalimide, Thiazine, Stilbene und Cyanine (z.B. DODCI) von z. B. Lambdachrome ® und Exciton ® eingesetzt werden. Die Typen der Perylen-, Terrylen- und Rylenderivate
Farbstoffe sind in der WO 2007/031446 beschrieben.
Auch Komplexverbindungen der Lanthanide sowie nanoskopische Halbleiterstrukturen, sogenannte Quantum Dots, z.B. auf Basis Cadmiumselenid, Cadmiumsulfid, Zinksulfid,
Bleiselenid, Bleisulfid u.a. sind dafür geeignet.
Herstellung und Verwendung der Quantum Dots sind in US 2007/0132052, US 2007/0174939, WO 0229140, WO 2004022637, WO 2006065054 und WO 2007073467 beschrieben. Komplexverbindungen der Lanthanide sind in CA 20072589575, EP 0767912 und in WO 9839822 sowie in Appl . Phys . Lett. 91, 051903 (2007), 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, Valencia, 700 (2008), Am. Chem. Soc. (2007), DOI 10.1021/ja070058e beschrieben. Die photonische Schicht
Die photonische Schicht ist auf den Kunststoffformkörper angeordnet, so daß das Sonnenlicht diese Schicht erst durchdringen muß, bevor die Fluoreszenzfarbstoffe im
Kunststoffformkörper zur Fluoreszenz angeregt werden können
Als photonische Schicht bzw. wellenlängenabhängige Spiegel sind z.B. Interferenzfilter (Stack Filter, Rugate Filter,
Notch Filter usw.), die als Bandpaßfilter oder Kantenfilter aufgebaut sein können, bekannt. Diese werden z.B. durch abscheiden mehrerer dünner dielektrischer Schichten mit verschiedenen Brechzahlen auf ein Substrat hergestellt. (s. Olaf Stenzel, "The Physics of Thin Film Optical
Spectra", Springer-Verlag) und (N.Kaiser, H. K. Pulker, "Optical Interference Coatings", Springer-Verlag) .
Die Schichtdicke der einzelnen Schicht ist dabei in der Regel kleiner als die Lichtwellenlänge.
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von
photonischen Kristallen, die in folgenden Anmeldungen beschrieben werden (DE 10024466, DE 10204338, DE 10227071, DE 10228228, DE 102004055303, US 6,863,847, WO 0244301, DE 10357681, DE 102004009569, DE 102004032120, WO 2006045567, DE 10245848, DE 102006017163)
Dabei handelt es sich um kleine transparente kugelförmige anorganische oder organische Körper, die in der dichtesten Kugelpackung angeordnet sind. Je nach Größe und Abstand der Kugeln reflektieren diese Licht in einer definierten
Bandbreite und lassen das übrige Licht nahezu vollständig durch diese Schicht durch. Es können auch hohlkugelförmige Strukturen eingesetzt werden. Dann handelt es sich um inverse Opale. Die einzelnen kugelförmigen oder
hohlkugelförmigen Strukturen haben dabei den Durchmesser von ca. 1/3 der zu reflektierenden Lichtwellenlänge
(Abhängig vom Einfallswinkel des Lichtes und dem Abstand der Kugeln) .
Der Reflektor
Unter dem Kunststoffformkörper kann gegebenenfalls zur Ausbeuteerhöhung noch ein optisch reflektierender
Formkörper, z.B. ein Spiegel oder eine weiße Folie oder eine Platte angeordnet sein.
Die Solarzellen
Die Solarzelle kann aus den üblichen Materialen aufgebaut sein, wie beispielsweise
• Siliziumsolarzellen
Monokristallines Silizium (c-Si) , multikristallines Silizium (mc-Si) , amorphes Silizium (a-Si) , ebenso Tandemzellen aus multikristallinem und amorphem
Silizium
• III-V-Halbleiter Solarzellen Galliumarsenid (GaAs), Gallium-Indium-Phosphid
(GaInP), Gallium-Indium-Arsenid (GaInAs) , Gallium- Indium-Arsen-Phosphid (GaInAsP) , Gallium-Indium- Phosphid (GaInP) , Galliumantimonid (GaSb) Ebenso Tandemzellen (Mehrfachsolarzelle) aus Gallium- Indium-Phosphid und Galliumarsenid, aus Gallium- Indium-Arsenid und Gallium-Indium-Arsen-Phosphid, aus Gallium-Indium-Phosphid und Gallium-Indium-Arsenid , aus Galliumarsenid und Galliumantimonid oder aus
Gallium-Arsenid und Germanium bzw. Tripelzellen (3- fach Solarzelle) aus Gallium-Indium-Phosphid,
Galliumarsenid und Germanium oder aus Gallium-Indium- Phosphid, Gallium-Indium-Arsenid und Galliumantimonid.
• II-VI-Halbleiter Solarzellen
Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmiumsulfid (CdS)
• I-III-V-Halbleiter Solarzellen
CIS-Zellen: Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2) bzw.
Kupfer-Indium-Disulfid (CuInS2)
CIGS-Zellen: Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid
(CuInGaSe2)
Kupfer-Gallium-Diselenid (CuGaSe2), Kupfer-Gallium- Disulfid (CuGaS2) • Außerdem gibt es noch neuere Entwicklungen von
Solarzellen auf der Basis von organischen Werkstoffen,
Die folgende Tabelle zeigt einige Beispiele von Halbleitern für Solarzellen. Die angegebene Wellenlänge entspricht der Wellenlänge des Lichtes, das die Energie liefert, die gleich der Energie der Energielücke des Halbleiters ist, d.h. mit diesem Licht arbeitet der Halbleiter als
Solarzelle am effektivsten (Die Fluoreszenzkonversionszelle wird auf diese Wellenlänge abgestimmt) .
Figure imgf000023_0001
Durchführung der Erfindung Beispiele Beispiel 1: Herstellung eines homogen eingefärbten
Spritzgussteils
In
940 Gewichts-Teilen Methylmethacrylat und
60 Gewichts-Teilen Methylacrylat werden
0,34 Gewichts-Teilen Dilauroylperoxid und
3,0 Gewichts-Teilen 2-Ethylhexylthioglycolat gelöst. Anschließend wird eine Mischung, bestehend aus
0,15 Gewichts-Teilen Lumogen Gelb 083 (BASF)
0,16 Gewichts-Teilen Lumogen Orange 240 (BASF)
0,40 Gewichts-Teilen Lumogen Rot 305 (BASF) hinzugefügt.
Der Ansatz wird intensiv gerührt, in eine Tasche aus
Polyesterfolie eingefüllt, verschlossen und 24 Stunden im Wasserbad bei 600C polymerisiert . Die Endpolymerisation erfolgt im Temperschrank bei 1200C für etwa 10 Stunden. Anschließend wird das erhaltene Material in einer Mühle granuliert .
Aus dem erhaltenen Granulat wird eine Platte in 10mm Dicke mittels Extrusion hergestellt.
Man erhält eine homogene rot fluoreszierende Platte von 10 mm Dicke. Beispiel 2 : Herstellung einer Vorrichtung mit drei
Schichten durch ein Spritzgussverfahren
Grünes Granulat:
In
940 Gewichts-Teilen Methylmethacrylat und
60 Gewichts-Teilen Methylacrylat werden
0,34 Gewichts-Teilen Dilauroylperoxid und
3,0 Gewichts-Teilen 2-Ethylhexylthioglycolat gelöst.
Anschließend werden 0,15 Gewichts-Teile Lumogen Gelb 083 (BASF) hinzugefügt .
Der Ansatz wird intensiv gerührt, in eine Tasche aus
Polyesterfolie eingefüllt, verschlossen und 24 Stunden im
Wasserbad bei 600C polymerisiert . Die Endpolymerisation erfolgt im Temperschrank bei 1200C für etwa 10 Stunden.
Anschließend wird das erhaltene Material in einer Mühle granuliert . Rotes Granulat:
In
940 Gewichts-Teilen Methylmethacrylat und
60 Gewichts-Teilen Methylacrylat werden
0,34 Gewichts-Teilen Dilauroylperoxid und
3,0 Gewichts-Teilen 2-Ethylhexylthioglycolat gelöst,
Anschließend werden
0,40 Gewichts-Teile Lumogen Rot 305 (BASF) hinzugefügt .
Der Ansatz wird intensiv gerührt, in eine Tasche aus
Polyesterfolie eingefüllt, verschlossen und 24 Stunden im Wasserbad bei 600C polymerisiert . Die Endpolymerisation erfolgt im Temperschrank bei 1200C für etwa 10 Stunden. Anschließend wird das erhaltene Material in einer Mühle granuliert .
Oranges Granulat: In
940 Gewichts-Teilen Methylmethacrylat und
60 Gewichts-Teilen Methylacrylat werden
0,34 Gewichts-Teilen Dilauroylperoxid und
3,0 Gewichts-Teilen 2-Ethylhexylthioglycolat gelöst. Anschließend werden
0,16 Gewichts-Teile Lumogen Orange 240 (BASF) hinzugefügt.
Der Ansatz wird intensiv gerührt, in eine Tasche aus
Polyesterfolie eingefüllt, verschlossen und 24 Stunden im Wasserbad bei 600C polymerisiert . Die Endpolymerisation erfolgt im Temperschrank bei 1200C für etwa 10 Stunden. Anschließend wird das erhaltene Material in einer Mühle granuliert .
Jedes der drei Granulate (grün, rot, orange) wird in einem separaten Extruder aufgeschmolzen. Die drei Schmelzen werden über einen Coextrusionsadapter zusammengeführt und flächig übereinander angeordnet. Anschließend wird diese
Mischung über ein Breitschlitzwerkzeug zu einer Platte ausgeformt .
Die Dicke jeder einzelnen Farbschicht ist 3mm. Außen befinden sich die Rote bzw. grüne Schicht, die Innenschicht ist orange.
Man erhält eine dreischichtige fluoreszierende Platte mit der Gesamtdicke 9 mm.
Ergebnisse
Von den Versuchen nach Bsp.l und 2 wurden Proben in den Abmessungen von ca. 50x50mm geschnitten und an allen Kanten poliert. Anschließend wurde die Fluoreszenzintensität an einem Fluoreszenz Spektralphotometer LS-55 (Perkin Eimer) vermessen. Zur Anregung wurde eine tageslichtähnliche
Xenonlichtquelle eingesetzt.
Die maximalen Intensitäten und die zugehörigen Wellenlängen sind in Tab. 1 erfasst.
Tabelle 1
Figure imgf000028_0001
Der Versuch nach Bsp 2 zeigt eine deutlich höhere
Intensität .
Figuren
Figur 1 :
Aufbau einer Solarzelle mit dem homogen eingefärbten
Fluoreszenzkollektor, hergestellt durch Extrusion, nach Bsp.1
Figur 2 :
Aufbau einer Solarzelle mit dem mehrschichtig eingefärbten Fluoreszenzkollektor, hergestellt durch Coextrusion, nach Bsp.2 Figuren 1 und 2 zeigen beispielhafte Anordnungen von
Solarzellen (4, 41-43) am Fluoreszenzkollektor (2, 21-23), der auf seiner Oberseite optional mit einem photonischen Formkörper (1) und an seiner Unterseite optional mit einem Reflektor, z. B. Spiegel oder weißen Platte (3) ausgerüstet ist.
Figur 3 : Prinzipskizze der Fluoreszenzmessung
3.1 Lichtquelle
3.2 Oberfläche der Probe
3.3 Kante der Probe
3.4 Detektor Figurenbeschreibung
1 photonische Schicht
2 Homogen eingefärbte lumineszierender
Fluoreszenzkollektor
21, 22, 23 mehrschichtig eingefärbte lumineszierender Fluoreszenzkollektor 3 Reflektor, z. B. Spiegel oder weiße Platte
4, 41, 42, 43 an Fluoreszenzkollektor angepasste
Solarzellen

Claims

Patentansprüche
1. Kunststoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem Fluoreszenzfarbstoff
eingefärbt ist.
2. Mehrschichtiger Kunststoffformkörper aus
Polymethyl (meth) acrylat, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem Fluoreszenzfarbstoff
eingefärbt ist.
3. Kunststoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus mehreren einzelnen Kunststoffformkörpern, die mit mindestens einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbt sind, aufgebaut ist.
4. Kunststoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einzelnen verklebten Kunststoffformkörpern, die mit mindestens einem Fluoreszenzfarbstoff eingefärbt sind, aufgebaut ist.
5. Kunstoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Verfahren der Extrusion hergestellt ist.
6. Kunstoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass er nach einem der Verfahren der Coextrusion
hergestellt ist.
7. Kunststoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem organischen
Fluoreszenzfarbstoff gefärbt ist.
8. Kunststoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem organische
Fluoreszenzfarbstoff auf der Basis von Rylen, Perylen, Terrylen und/oder Quaterrylen gefärbt ist.
9. Kunststoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem Farbstoff auf Basis komplexer Lanthanoidverbindungen gefärbt ist.
10. Kunststoffformkörper aus Polymethyl (meth) acrylat nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er mit mindestens einem Farbstoff auf Basis
nanoskopischer Halbleiterstrukturen (Quantum Dots) gefärbt ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffformkörpers aus Polymethyl (meth) acrylat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in einem Extrusionsverfahren hergestellt wird, welches folgende Schritte umfaßt:
Lösung der Farbstoffe oder der Farbstoffmischung in einem Monomergemisch, überführen des Monomergemischs in einen Behälter, polymerisieren durch
Temperaturerhöhung und anschließendes granulieren des erhaltenen Polymerisats, das Granulat wird über
Extrusions- oder Coextrusions-Verfahren
weiterverarbeitet.
12. Anordnung aus einem Kunststoffformkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und einer Solarzelle.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine photonische Schicht auf dem Kunststoffformkörper angeordnet ist.
14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine photonische Schicht aus einem dielektrischen Interferenzfilter angeordnet ist.
15. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine photonische Schicht aus einem dielektrischen Interferenzfilter, der als Kantenfilter ausgebildet ist, angeordnet ist
16. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine photonische Schicht aus einem dielektrischen
Interferenzfilter, der als
Bandpaßfilter ausgebildet ist, angeordnet ist
17. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine photonische Schicht, die aus photonischen
Kristallen aufgebaut ist, angeordnet ist
18. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine photonische Schicht, die als inverser Opal ausgebildet ist, angeordnet ist
19. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein flächiger Reflektor auf dem Kunststoffformkörper angeordnet ist.
20. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor ein Spiegel auf dem Kunststoffformkörper angeordnet ist.
21. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Reflektor eine weiße Folie oder Platte auf dem Kunststoffformkörper angeordnet ist
22. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine photonische Schicht auf dem Kunststoffformkörper und ein Reflektor auf dem Kunststoffformkörper angeordnet sind.
23. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine photonische Schicht nach Anspruch 13 bis 18 auf dem Kunststoffformkörper und ein Reflektor nach
Anspruch 19 bis 21 auf dem Kunststoffformkörper angeordnet sind.
24. Verwendung eines Kunststoffformkörpers nach einem der Patentansprüche 1 bis 10 zur Herstellung von
Solarkollektoren.
25. Verwendung einer Anordnung nach einem der
Patentansprüche 12 bis 23 zur Herstellung von Solarkollektoren
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