WO2011157533A1 - Kunststoff-photovoltaik-modul und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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WO2011157533A1
WO2011157533A1 PCT/EP2011/058783 EP2011058783W WO2011157533A1 WO 2011157533 A1 WO2011157533 A1 WO 2011157533A1 EP 2011058783 W EP2011058783 W EP 2011058783W WO 2011157533 A1 WO2011157533 A1 WO 2011157533A1
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Thomas Rhein
Torsten Frank
Gunther Benz
Uwe Numrich
Florian Schwager
Michael Olbrich
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Evonik Degussa Gmbh
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention relates to a lightweight photovoltaic module (PV) with high
  • Caravan is suitable, as well as a method for its production.
  • a photovoltaic module is understood below to mean an arrangement of one or more solar cells, an encapsulation of the solar cells and
  • the fastening means of the photovoltaic module on a support optionally the fastening means of the photovoltaic module on a support.
  • Photovoltaic power generators can make a significant contribution to
  • the adhesive consists of an uncrosslinked copolymer composed of an amino group-containing, monoethylenically unsaturated, radically polymerizable monomer and an alkyl ester of (meth) acrylic acid. Page 3 of 39
  • (Meth) acrylate monomers the functional monomers having tertiary or quaternary amino groups and further containing 0.1 wt .-% to 45 wt .-% of an acid group-containing acrylate or (meth) acrylate polymers or copolymers and a plasticizer.
  • (Meth) acrylate monomers the functional monomers having tertiary or quaternary amino groups and further comprises 0.1 wt .-% to 15 wt .-% of an organic di- or tricarboxylic acid and a plasticizer.
  • Load changes in use can not break the cells.
  • the cover must be inert to the usual environmental influences, such as rain or hail
  • FIG. It consists of a plastic disc, an elastic intermediate layer with embedded PV cells and a barrier foil or a second one
  • Plastic disc as a barrier plate.
  • the structure consists of a weather-resistant, transparent plastic disc made of a thermoplastic material with sufficient mechanical strength, eg PMMA (polymethyl methacrylate) or PC (polycarbonate) with about 5 mm thickness.
  • the thickness of the transparent plastic disc made of a thermoplastic material is between 1 mm and 10 mm, preferably 2 mm to 8 mm and completely Particularly preferably 3 mm to 6 mm, a durable in the service temperature range (-40 to +80 degrees C) intermediate layer (eg a polyacrylate or a silicone with about 0.1 mm - 5.0 mm thickness, preferably between 0 , 15 mm - 4.5 mm and most preferably 0.2 mm - 4.0 mm thickness), in which the PV cells are embedded and a barrier layer or barrier plate, which protects the PV cells from external mechanical and climatic influences (eg PET, PVF, PMMA, PC with approx. 0.1 mm - 4.0 mm thickness).
  • a barrier layer or barrier plate which protects the PV cells from
  • Polycarbonates are known in the art. Polycarbonates can be formally considered as polyesters of carbonic acid and aliphatic or aromatic dihydroxy compounds. They are readily accessible by reaction of diglycols or bisphenols with phosgene or carbonic diesters in
  • polycarbonates are preferred which are derived from bisphenols.
  • bisphenols include in particular 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) propane (bisphenol A), 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) butane (bisphenol B), 1,1-bis (4-hydroxyphenyl ) cyclohexane (bisphenol C), 2,2'-methylenediphenol (bisphenol F), 2,2-bis (3,5-dibromo-4-hydroxyphenyl) propane (tetrabromobisphenol A) and 2,2-bis (3,5-bis) dimethyl-4-hydroxyphenyl) propane (tetramethyl bisphenol A).
  • the bisphenols are used as an aqueous, alkaline solution in inert organic solvents, such as
  • Step reaction reacted with phosgene.
  • Amines are used as catalysts, and in the case of sterically hindered bisphenols also phase transfer catalysts are used.
  • the resulting polymers are soluble in the organic solvents used. Page 6 of 39
  • Cycloolefinic polymers are polymers obtainable using cyclic olefins, especially polycyclic olefins.
  • Cyclic olefins include, for example, monocyclic olefins, such as cyclopentene, cyclopentadiene, cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene and alkyl derivatives of these monocyclic olefins having 1 to 3 carbon atoms, such as methyl, ethyl or propyl, such as methylcyclohexene or dimethylcyclohexene, and acrylate and / or methacrylate derivatives of these monocyclic Links.
  • cycloalkanes having olefinic side chains can also be used as cyclic olefins, such as cyclopentyl methacrylate.
  • bridged, polycyclic olefin compounds Preference is given to bridged, polycyclic olefin compounds. These polycyclic olefin compounds may have the double bond both in the ring, which are bridged polycyclic cycloalkenes, as well as in
  • Compounds may further include alkyl, aryl or aralkyl substituents.
  • Exemplary polycyclic compounds are, without thereby a
  • the cycloolefinic polymers are prepared using at least one of the cycloolefinic compounds described above, in particular the
  • cycloolefinic polymers in the preparation of the cycloolefinic polymers further olefins can be used which can be copolymerized with the aforementioned cycloolefinic monomers. These include u.a. Ethylene, propylene, isoprene, butadiene,
  • Methyl pentene, styrene and vinyl toluene Methyl pentene, styrene and vinyl toluene.
  • olefins especially the cycloolefins and polycycloolefins, can be obtained commercially.
  • many cyclic and polycyclic olefins are available through Diels-Alder addition reactions.
  • the preparation of the cycloolefinic polymers can be carried out in a known manner, as described i.a. Japanese Patent Laid-Open Nos. 1 1818/1972, 43412/1983, 1442/1986 and 19761/1987, Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei.
  • the cycloolefinic polymers can be polymerized in a solvent using, for example, aluminum compounds, vanadium compounds, tungsten compounds or boron compounds as a catalyst.
  • the catalyst used can be carried out under ring opening or under opening of the double bond.
  • plastic preferably of PMMA
  • a weight saving of the order of 50% is achieved.
  • Another preferred plastic comprises poly (meth) acrylates. These polymers are generally obtained by free radical polymerization of mixtures containing (meth) acrylates.
  • the term (meth) acrylates include methacrylates and acrylates as well as mixtures of both.
  • (Meth) acrylates derived from saturated alcohols, such as methyl acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, tert-butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate and 2-ethylhexyl (meth) acrylate;
  • Cycloalkyl (meth) acrylates such as 3-vinylcyclohexyl (meth) acrylate, bornyl (meth) acrylate; Hydroxyalkyl (meth) acrylates, such as 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, 3,4-dihydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate,
  • Glycol di (meth) acrylates such as 1,4-butanediol di (meth) acrylate, (meth) acrylates of ether alcohols, such as
  • Pentaerythritol tri (meth) acrylate Pentaerythritol tri (meth) acrylate.
  • these mixtures contain at least 40% by weight, preferably at least 60% by weight and more preferably at least 80% by weight, based on the weight of the
  • compositions to be polymerized may also contain other unsaturated monomers which are copolymerizable with methyl methacrylate and the abovementioned (meth) acrylates.
  • 1-alkenes such as hexene-1, heptene-1
  • branched alkenes such as vinylcyclohexane, 3,3-dimethyl-1-propene, 3-methyl-1-diisobutylene, 4-methylpentene-1
  • acrylonitrile Vinyl esters, such as vinyl acetate
  • Styrene substituted styrenes having an alkyl substituent in the side chain, such as.
  • ⁇ -methylstyrene and ⁇ -ethylstyrene substituted styrenes having an alkyl substituent on the ring, such as
  • Heterocyclic vinyl compounds such as 2-vinylpyridine, 3-vinylpyridine, 2-methyl-5-vinylpyridine, 3-ethyl-4-vinylpyridine, 2,3-dimethyl-5-vinylpyridine, vinylpyrimidine, vinylpiperidine, 9-vinylcarbazole, 3-vinylcarbazole, 4-vinylcarbazole, 1-vinylimidazole,
  • these comonomers are used in an amount of 0% by weight.
  • Page 10 of 39 is preferably 0 wt .-% to 40 wt .-% and particularly preferably 0 wt .-% to 20 wt .-%, based on the weight of the monomers used, wherein the compounds individually or as a mixture can be used.
  • Page 10 of 39 is preferably 0 wt .-% to 40 wt .-% and particularly preferably 0 wt .-% to 20 wt .-%, based on the weight of the monomers used, wherein the compounds individually or as a mixture can be used.
  • the polymerization is generally started with known free-radical initiators.
  • free-radical initiators include the azo initiators well known in the art, such as AIBN and 1,1-azobiscyclohexanecarbonitrile, as well as peroxy compounds such as methyl ethyl ketone peroxide, acetyl acetone peroxide,
  • These compounds are often used in an amount of from 0.01% to 10% by weight, preferably from 0.5% to 3% by weight, based on the weight of
  • the aforementioned polymers may be used singly or as a mixture. It is also possible to use various polycarbonates, poly (meth) acrylates or cycloolefinic polymers which are present, for example, in the
  • plastic substrates according to the invention can be made, for example
  • thermoplastic molding processes such as extrusion or injection molding.
  • the weight-average molecular weight M w of the present invention as a molding composition for producing the plastic substrates to be used homo- and / or
  • Copolymers can vary widely, the molecular weight usually being based on the application and the processing of the
  • Molding compound is tuned. In general, however, it is in the range between Page 11 of 39
  • plastic substrates can be produced by Gußsch.
  • suitable (meth) acrylic mixtures are added in a mold and polymerized.
  • Such (meth) acrylic mixtures have in the
  • the weight average molecular weight of polymers prepared by cast-chamber processes is in the range of 500,000 to 10,000,000 g / mol, but is not intended to be limiting.
  • the (meth) acrylic mixtures can be the copolymers described above and, in particular for adjusting the viscosity, polymers, in particular
  • Mold release agents flame retardants, lubricants, dyes,
  • Phosphorus compounds such as phosphites, phosphorinanes, phospholanes or
  • the plastic substrates made of PMMA can be made impact-resistant.
  • the impact-modified poly (meth) acrylate plastic consists of 20 wt .-% to 80 wt .-%, preferably 30 wt .-% to 70 wt .-% of a poly (meth) acrylate matrix and 80 wt .-% bis 20% by weight, preferably 70% by weight to 30% by weight, of elastomer particles having an average particle diameter of 10 to 150 nm (measurement, for example, by the ultracentrifuge method).
  • the elastomer particles dispersed in the poly (meth) acrylate matrix have a core with a soft elastomer phase and a bonded thereto
  • the impact-modified poly (meth) acrylate plastic consists of a proportion of matrix polymer polymerized from at least 80 wt .-% units
  • the matrix polymer consists in particular of 80% by weight to 100% by weight, preferably 90% by weight - 99.5% by weight, of free-radically polymerized
  • the average molecular weight M w (weight average) of the matrix is preferably in the range from 90,000 g / mol to 200,000 g / mol, in particular from 100,000 g / mol to 150,000 g / mol (determination of M w by means of
  • the determination of the molecular weight M w can Page 13 of 39 for example by gel permeation chromatography or by scattered light method (see, for example, BHF Mark et al., Encyclopedia of Polymer Science and
  • VET ISO 306-B50
  • VET ISO 306-B50
  • the impact modifier is the impact modifier
  • the polymethacrylate matrix contains an impact modifier, which z. B. may be a two- or three-shell constructed impact modifier.
  • Impact modifiers for polymethacrylate plastics are well known. Production and construction of impact-modified polymethacrylate molding compositions are, for. In EP-A 0 1 13 924, EP-A 0 522 351, EP-A 0 465 049 and EP-A 0 683 028.
  • the polymethacrylate matrix are 1 wt .-% to 30 wt .-%, preferably 2 wt .-% to 20 wt .-%, particularly preferably 3 wt .-% to 15 wt .-%, in particular 5 wt .-%. % to 12% by weight of an impact modifier which is an elastomeric phase of crosslinked polymer particles.
  • the impact modifier is prepared in per se known manner by bead polymerization or by
  • crosslinked particles obtainable by means of bead polymerization and having an average particle size in the range from 10 nm to 150 nm, preferably 20 nm to 100 nm, in particular 30 nm to 90 nm. These usually consist of at least 40% by weight %, preferably 50% by weight - 70% by weight
  • Methyl methacrylate 20% to 40%, preferably 25% to 35%, by weight Page 14 of 39
  • (Meth) acrylate such.
  • Preferred impact modifiers are polymer particles which may have a two- or three-layer core-shell structure and by
  • Emulsion polymerization see, for example, EP-A 0 1 13 924, EP-A 0 522 351, EP-A 0 465 049 and EP-A 0 683 028). Suitable particle sizes of these
  • emulsion polymers must be in the range from 10 nm to 150 nm, preferably from 20 nm to 120 nm, particularly preferably 50 nm to 100 nm.
  • a three-layer or three-phase structure with a core and two shells can be designed as follows.
  • An innermost (hard) shell may, for. B consists essentially of methyl methacrylate, small proportions of comonomers, such as. For example, ethyl acrylate and a crosslinker, z. As allyl methacrylate, exist.
  • the middle (soft) shell can z. B. from butyl acrylate and optionally styrene, while the outermost (hard) shell substantially corresponds to the matrix polymer, whereby the compatibility and good binding to the matrix is effected.
  • the polybutyl acrylate content of the impact modifier is crucial for the impact strength and is preferably in the range of 20 wt .-% to 40 wt .-%, particularly preferably in the range of 25 wt .-% to 35 wt .-%.
  • the toughening modifier and matrix polymer can be melt-blended into toughened polymethacrylate molding compositions.
  • the discharged material is usually first to granules Page 15 of 39 cut. This can be further processed by means of extrusion or injection molding into moldings, such as plates or injection-molded parts.
  • a system known in principle from EP 0 528 196 A1 which is a two-phase, impact-modified polymer of: a1) 10% by weight to 95% by weight of a coherent hard phase with a glass transition temperature T mg above 70 ° C, composed of a1 1) 80 wt .-% to 100 wt .-% (based on a1) of methyl methacrylate and
  • Monomers, and a2) from 90% by weight to 5% by weight of a hard phase advantageous toughening phase having a glass transition temperature T mg below -10 ° C., synthesized from a21) from 50% by weight to 99.5% by weight a C 1 -C 10 -alkyl acrylate (based on a2)
  • Emulsion polymerization are generated in water, such as. B. in DE-A 38 42 796 described.
  • the toughening phase a2) is produced which is composed of at least 50% by weight, preferably more than 80% by weight, of lower alkyl acrylates, resulting in a glass transition temperature T mg of this phase of below -10 ° C. results.
  • crosslinking monomers a22) are (meth) acrylic esters of diols, such as ethylene glycol dimethacrylate or 1, 4-butanediol dimethacrylate, aromatic compounds having two vinyl or allyl groups, such as divinylbenzene, or other crosslinkers having two ethylenically unsaturated, radically polymerizable radicals, such as , As allyl methacrylate as Pfropfvern etzer used.
  • crosslinkers containing three or more unsaturated, radically polymerizable groups such as allyl groups or (meth) acrylic groups
  • examples of crosslinkers containing three or more unsaturated, radically polymerizable groups include triallyl cyanurate, trimethylolpropane triacrylate and trimethacrylate, and pentaerythritol tetraacrylate and tetramethacrylate. Further examples are given in US Pat. No. 4,513,118.
  • the ethylenically unsaturated, free-radically polymerizable monomers mentioned under a23) can be, for example, acrylic or methacrylic acid and also their
  • the particle size of the toughening phase essentially depends on the concentration of the emulsifier.
  • the particle size can be controlled by the use of a seed latex. Particles having an average particle size (weight average) below 130 nm, preferably below 70 nm, and with a nonuniformity U 80 of Page 17 of 39
  • Emulsifier concentrations of 0.15 wt .-% to 1, 0 wt .-%, based on the water phase reached. This is especially true for anionic emulsifiers, such as the most preferred alkoxylated and sulfated paraffins.
  • polymerization initiators z. B. 0.01 wt .-% to 0.5 wt .-% alkali or ammonium peroxodisulfate, based on the water phase used and the
  • Polymerization is initiated at temperatures of 20 to 100 ° C. Preference is given to redox systems, for example a combination of 0.01 to 0.05% by weight of organic hydroperoxide and 0.05% by weight to 0.15% by weight.
  • the hard phase a1) covalently bonded to the toughening phase a2) to at least 15% by weight has a glass transition temperature of at least 70 ° C. and can be composed exclusively of methyl methacrylate.
  • Comonomers a12) may contain up to 20% by weight of one or more further ethylenically unsaturated, radically polymerizable monomers in the hard phase, alkyl (meth) acrylates, preferably alkyl acrylates having 1 to 4 carbon atoms, being used in amounts such that the above
  • the polymerization of the hard phase a1) in a second stage also proceeds in emulsion using the usual auxiliaries, as used, for example, for the polymerization of the tough phase a2).
  • the hard phase contains low molecular weight and / or copolymerized UV absorbers in amounts of 0.1 to 10 wt .-%, preferably 0.5 to 5 wt .-%, based on A as a component of the comonomers
  • Low molecular weight UV absorbers may be, for example, derivatives of 2-hydroxybenzophenone or 2-hydroxyphenylbenzotriazole or salicylic acid phenylester. In general, the low molecular weight UV absorbers have a molecular weight of less than 2 x
  • UV absorbers with low volatility at the processing temperature and homogeneous miscibility with the hard phase a1) of the polymer A.
  • Particularly preferred molding compositions containing poly (meth) acrylates are commercially available under the trade name PLEXIGLAS ® by the company. Evonik Röhm.
  • Preferred molding compositions comprising cycloolefinic polymers can be obtained under the trade names Topas® from Ticona and Zeonex® from Nippon Zeon.
  • Polycarbonate molding compounds are available, for example, under the trade names Makroion® from Bayer or Lexan® from General Electric.
  • the plastic particularly preferably comprises at least 80% by weight, in particular at least 90% by weight, based on the total weight of the substrate,
  • the plastic substrates are made of polymethyl methacrylate, wherein the polymethyl methacrylate may contain conventional additives.
  • plastics can be a
  • the plastic with a
  • Scratch-resistant siloxane coatings which can be used to prepare the coating are known per se and are used to furnish polymeric glazing materials. They are characterized by their inorganic character by good resistance to UV radiation and weathering.
  • siloxane varnishes can be obtained, inter alia, by condensation or hydrolysis of organic silicon compounds of the general formula (I) wherein R 1 represents a group having 1 to 20 carbon atoms, X represents an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms or a halogen, and n represents an integer of 0 to 3, wherein different groups X or R 1 may each be the same or different.
  • a group having 1 to 20 carbon atoms denotes radicals of organic compounds having 1 to 20 carbon atoms. It includes alkyl, cycloalkyl, aromatic groups, alkenyl groups and alkynyl groups having 1 to 20 carbon atoms, and heteroaliphatic and heteroaromatic groups, which in addition to carbon and hydrogen atoms in particular oxygen, nitrogen, sulfur and phosphorus atoms.
  • the groups mentioned may be branched or unbranched, it being possible for the radical R 1 to be substituted or unsubstituted.
  • the substituents include in particular halogens, 1 to 20
  • halogen denotes a fluorine, chlorine, bromine or iodine atom.
  • the preferred alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, 1-butyl, 2-butyl, 2-methylpropyl, tert-butyl, pentyl, 2-methylbutyl, 1, 1 Dimethylpropyl, hexyl, heptyl, octyl, 1,1,3,3-tetramethylbutyl, nonyl, 1-decyl, 2-decyl, undecyl, dodecyl, pentadecyl and the eicosyl groups ,
  • the preferred cycloalkyl groups include the cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl and cyclooctyl groups, which
  • the preferred alkenyl groups include the vinyl, allyl, 2-methyl-2-propene, 2-butenyl, 2-pentenyl, 2-decenyl and 2-eicosenyl groups.
  • the preferred alkynyl groups include the ethynyl, propargyl, 2-methyl-2-propyne, 2-butynyl, 2-pentynyl and 2-decynyl groups.
  • Preferred alkanoyl groups include the formyl, acetyl, propionyl, 2-methylpropionyl, butyryl, valeroyl, pivaloyl, hexanoyl, decanoyl and the
  • Preferred alkoxycarbonyl groups include the methoxycarbonyl
  • the preferred alkoxy groups include the methoxy, epoxy, propoxy, butoxy, tert-butoxy, hexyloxy, 2-methylhexyloxy, decyloxy or dodecyloxy group.
  • the preferred cycloalkoxy groups include cycloalkoxy groups whose hydrocarbon radical is one of the aforementioned preferred
  • Cycloalkyl groups is. Page 21 of 39
  • Preferred heteroaliphatic groups include those listed above
  • said preferred cycloalkyl radicals in which at least one carbon unit is replaced by O, S or a group NR 8 and R 8 is hydrogen, an alkyl having 1 to 6 carbon atoms, an alkoxy or an aryl group having 1 to 6 carbon atoms.
  • aromatic groups are radicals of mononuclear or polynuclear aromatic compounds having preferably 6 to 14, in particular 6 to 12, carbon atoms.
  • Heteroaromatic groups denote aryl radicals in which at least one CH group has been replaced by N and / or at least two adjacent CH groups have been replaced by S, NH or O.
  • Aromatic or heteroaromatic groups which are preferred according to the invention are derived from benzene, naphthalene, biphenyl, diphenyl ether, diphenylmethane, diphenyldimethylmethane, bisphenone,
  • Preferred radicals R 1 can be represented by the formulas (II),
  • the radical R 1 represents a methyl or ethyl group.
  • the alkyl radical of the alkoxy group preferably also by the above formulas (II), (III) or (IV) is representable.
  • the group X preferably represents a methoxy or ethoxy radical or a bromine or chlorine atom.
  • These compounds may be used singly or as a mixture to prepare siloxane varnishes.
  • chains or branched siloxanes are formed by hydrolysis or condensation from the silane compounds of the formula (I).
  • at least 60% by weight, in particular at least 80% by weight, of the silane compounds used have at least three alkoxy groups or halogen atoms, based on the weight of the condensable silanes.
  • Tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane,
  • Trialkoxysilanes include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane,
  • Dialkoxysilanes include dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, di-n-propyldimethoxysilane,
  • Di-n-octyl-diethoxysilane di-n-cyclohexyl-dimethoxysilane, di-n-cyclohexyl-diethoxysilane, diphenyl-dimethoxysilane and diphenyl-diethoxysilane.
  • methyltrimethoxysilane methyltriethoxysilane
  • Alkyltrialkoxysilanes at least 80 wt .-%, in particular at least 90 wt .-%, based on the weight of the silane compounds used.
  • siloxane coatings described above can be commercially available under the
  • the plastic disc can be flat or e.g. be arched by previous forming.
  • the radius of curvature of the plastic disk may be between 0.4 m and 100 m, preferably between 0.5 m and 80 m and most preferably between 0.6 m and 60 m.
  • the permanently elastic intermediate layer must have a low elastic modulus of a maximum of 500 MPa according to DIN ISO 527 and good adhesion to the
  • Plastic disk, to the PV cells and the barrier layer have.
  • the adhesion can be improved if necessary by a primer as adhesion promoter.
  • suitable substrates for the elastic intermediate layer are acrylates (DuploCOLL ® VP20618 or CPT 3000 from Fa. Lohmann), silicones (Silgel ® 612 from Fa. Wacker), polyurethanes (Vestanat ® T / oxyesters T of Fa. Evonik) or thermoplastic elastomers ( TPU Krystalflex ® PE 429 of Messrs. Huntsman)
  • silicone resins in aliphatic hydrocarbon for example, primer from Wacker: Primer G 790
  • primers from Wacker: Primer G 790 silicone resins in aliphatic hydrocarbon
  • PV cells all known cell types, e.g. monocrystalline,
  • multicrystalline silicon cells or thin-film PV cells are used.
  • the barrier layer is usually transparent or non-transparent
  • PET such as for example Tritan ® FX 100 (Eastman), for example, PVF Tedlar ((DuPont), PMMA eg PLEX ® 8943 F (Evonik)).
  • the manufacturing process of the PV module is effected by lamination in a moderate temperature range (for example between about 0 degrees C and 90 degrees C, preferably between 10 degrees C and 80 degrees C and most preferably between 15 degrees C and 75 degrees C).
  • a moderate temperature range for example between about 0 degrees C and 90 degrees C, preferably between 10 degrees C and 80 degrees C and most preferably between 15 degrees C and 75 degrees C.
  • the elastic intermediate layer may be in one or two stages in the form of films or in the form of thermoplastic or liquid, optionally more reactive
  • Components e.g., 2K systems.
  • a film (2a) of the elastic intermediate layer is applied to the plastic disc (1).
  • the already soldered to strings PV cells are placed and then covered with a second film (2b) of the elastic intermediate layer.
  • the barrier film (3) is applied.
  • the barrier film has been provided as a composite film on one side with the elastic intermediate layer (3 + 2b), the separate process step with the film (2b) is unnecessary.
  • the composite thus obtained is then pressed in a suitable shape adapted to the geometry or curvature of the plastic disk.
  • Process step is characterized in that it can be done without heat or with only low heat.
  • Page 26 of 39
  • the pressing pressure is between 0.001 N / mm 2 and 10 N / mm 2 , preferably between 0.01 N / mm 2 and 5 N / mm 2 and very particularly preferably between 0.03 N / mm 2 and 3 N / mm 2 .
  • the compression can be carried out under vacuum to remove air bubbles, the pressure range is between 0.00001 bar and 0.9 bar, preferably in the range between 0.0001 bar and 0.5 bar, most preferably in the range between 0.001 bar and 0.3 bar.
  • the second and third laminating step may advantageously coincide if the barrier film is previously unilaterally with the elastic
  • lamination can be done under vacuum to remove air bubbles.
  • a plate PMMA / PMMA-Solar (brand: PLEXIGLAS ® Solar, manufactured and sold by Evonik Röhm GmbH) is used in a laminator with a
  • the nip has the width of the cumulative thicknesses of the individual components minus zero to five tenths of a millimeter.
  • the plate is preferably covered with photovoltaic cells in a vacuum and the composite is laminated again with an acrylate adhesive layer.
  • the nip width results from the formula of the first lamination.
  • the composite can now be additionally provided with sheet metal or a sandwich component. All steps are done at room temperature
  • a strand PMMA / PMMA-Solar (Brand: Solar PLEXIGLAS ®, manufactured and marketed by Evonik Röhm GmbH) is immediately after extrusion in a laminator with a Acrylatklebetik (CPT DuploCOLL ® 500, manufactured by Fa Lohmann.) Coated.
  • CPT DuploCOLL ® 500 Acrylatklebetik 500, manufactured by Fa Lohmann.
  • the nip has the width of the cumulative thicknesses of the individual components minus zero to five tenths of a millimeter.
  • the plate is preferably covered with photovoltaic cells in a vacuum and the composite is laminated again with an acrylate adhesive layer.
  • the nip width results from the formula of the first lamination. Page 28 of 39
  • the composite can now be additionally provided with sheet metal or a sandwich component. At the end of the route, there is lamination and the length of the strand to form individual modules.
  • PMMA / PMMA-Solar brand: PLEXIGLAS ® Solar, manufactured and sold by Evonik Röhm GmbH
  • one or more dispensers are used to apply one grade of silicone (Silgel ® 612 from Wacker) or several types of silicone.
  • the application thickness is 0.5 mm to 3 mm.
  • Silicone layer is now under UV lamps or infrared radiators or a
  • the plate is preferably covered in vacuum with photovoltaic cells.
  • a layer of silicone On the composite is now applied again a layer of silicone.
  • This layer can again consist of several types of silicone and has a thickness of 0.5 mm to 3 mm.
  • the reaction of the silicone layer is now carried out under UV lamps or infrared radiators or a combination of both.
  • the nip has the width of the cumulative thicknesses of the individual components minus zero to five tenths of a millimeter. Page 29 of 39
  • the composite can now be additionally provided with sheet metal or a sandwich component.
  • PMMA / PMMA-Solar brand: PLEXIGLAS ® Solar, manufactured and sold by Evonik Röhm GmbH
  • silicone Silicongel ® 612 from Wacker
  • the application thickness is 0.5 mm to 3 mm.
  • the silicone layer is now carried out under UV lamps or infrared radiators or a combination of both.
  • the plate is preferably covered in vacuum with photovoltaic cells.
  • a layer of silicone On the composite is now applied again a layer of silicone.
  • This layer can again consist of several types of silicone and has a thickness of 0.5 mm to 3 mm.
  • the reaction of the silicone layer is now carried out under UV lamps or infrared radiators or a combination of both.
  • the nip has the width of the cumulative thicknesses of the individual components minus zero to five tenths of a millimeter.
  • the composite can now be additionally provided with sheet metal or a sandwich component. At the end of the route, there is lamination and the length of the strand to form individual modules. Page 30 of 39
  • PMMA / PMMA-Solar brand: PLEXIGLAS ® Solar, manufactured and sold by Evonik Röhm GmbH
  • one or more dispensers are used to apply one grade of silicone (Silgel ® 612 from Wacker) or several types of silicone.
  • the application thickness is 0.5 mm to 3 mm.
  • the silicone layer is now carried out under UV lamps or infrared radiators or a combination of both.
  • the plate is preferably covered in vacuum with photovoltaic cells.
  • a layer of silicone On the composite is now applied again a layer of silicone.
  • This layer can again consist of several types of silicone and has a thickness of 0.5 mm to 3 mm.
  • the reaction of the silicone layer is now carried out under UV lamps or infrared radiators or a combination of both.
  • the nip has the width of the cumulative thicknesses of the individual components minus zero to five tenths of a millimeter.
  • the composite can now be additionally provided with sheet metal or a sandwich component.
  • Polyurethane embedding composition :
  • PMMA / PMMA-Solar (brand: PLEXIGLAS ® Solar, produced and sold by Evonik Röhm GmbH) is connected directly to the extrusion line by means of one or more dispensers of a mixture of one or more types Page 31 of 39
  • the plate is preferably covered in vacuum with photovoltaic cells.
  • a layer of polyurethane On the composite is now applied again a layer of polyurethane.
  • This layer may again consist of several types of polyurethane and has a thickness of 0.5 mm to 3 mm.
  • Infrared radiators or a combination of both.
  • the nip has the width of the cumulative thicknesses of the individual components minus zero to five tenths of a millimeter.
  • the composite can now be additionally provided with sheet metal or a sandwich component. At the end of the route, there is lamination and the length of the strand to form individual modules.
  • a plate PMMA / PMMA-Solar (Brand: Solar PLEXIGLAS ®, manufactured and marketed by Evonik Röhm GmbH) is coated in a laminator with a TPU layer (Krystalflex ® PE 429, manufactured by Huntsman.).
  • TPU layer Kerstalflex ® PE 429, manufactured by Huntsman.
  • the PMMA plate from below and the TPU film are guided under the influence of temperature from above into the nip.
  • the nip has the width of the cumulative thicknesses of the individual components minus zero to five tenths of a millimeter.
  • the plate is preferably covered in vacuum with photovoltaic cells and the composite again laminated with an adhesive layer of a TPU.
  • Nip width results from the formula of the first lamination. Page 32 of 39
  • the composite can now be additionally provided with sheet metal or a sandwich component. All steps are done at room temperature
  • a strand PMMA / PMMA-Solar (Brand: PLEXIGLAS ® Solar, manufactured and sold by Evonik Röhm GmbH) is immediately after extrusion in a laminator with a TPU layer (Krystalflex ® PE 429, manufactured by Huntsman.) Coated.
  • a laminator with a TPU layer (Krystalflex ® PE 429, manufactured by Huntsman.) Coated.
  • the PMMA strand from below and the TPU film under
  • the nip has the width of the cumulative thicknesses of the individual components minus zero to five tenths of a millimeter.
  • the plate is preferably covered in vacuum with photovoltaic cells and the composite again laminated with an adhesive layer of a TPU.
  • Nip width results from the formula of the first lamination.
  • the composite can now be additionally provided with sheet metal or a sandwich component.
  • the PV modules were examined for weathering stability.
  • the PV modules were examined for weathering stability.
  • PV modules according to the invention are generally very resistant to Page 33 of 39
  • the weathering resistance according to DIN 53387 (Xenotest) is at least 5,000 hours.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Verbund zur Einkapselung von Solarzellen, ein Photovoltaik-Modul, aufgebaut aus folgenden Elementen: einer Deckschicht aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff und/oder einer Barriere-Folie, und einer elastischen Schicht, in die die Solarzellen eingebettet sind und einer Barriere-Folie oder einer Barriere-Platte.

Description

Seite 1 von 39
Kunststoff-Photovoltaik-Modul und Verfahren zu seiner
Herstellung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein leichtgewichtiges Photovoltaik-Modul (PV) mit hohem
Wirkungsgrad, das zur Verwendung z.B. im automobilen Dachbereich oder im
Wohnwagen geeignet ist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Unter einem Photovoltaik-Modul versteht man im Folgenden eine Anordnung aus einer oder mehreren Solarzellen, einer Einkapselung der Solarzellen und
gegebenenfalls die Befestigungsmittel des Photovoltaik-Moduls auf einem Träger.
Stand der Technik
Zur Gewinnung von Energie aus Sonnenlicht sind Photovoltaik-Module u.a. in
Automobilen von großem Interesse. Neben der Bereitstellung von Energie für sogenannte Komfort-Funktionen wie die Aufrechterhaltung des Batterieladezsutands, Standentlüftung des Fahrzeuginnenraums, Trocknung der Luftkanäle und des Wärmetauschers der Klimaanlage im Stand sowie eine generelle Reduzierung der Klimaanlagen-Laufzeit nach dem Start gewinnt die Fahrzeug-integrierte
Stromgewinnung zusätzliche Bedeutung im Bereich der Elektromobilität.
Photovoltaische Stromgeneratoren können einen nennenswerten Beitrag zur
Antriebsenergie von Elektroantrieben leisten, indem die gewonnene Solar-Energie in das Bordnetz eingespeist oder in der Fahrzeugbatterie gespeichert wird. Darüber hinaus kann die Solar-Energie zum Betrieb von elektrischen Verbrauchern wie z.B. von Kühlgeräten in Wohnmoblilen, LKWs, usw. verwendet werden. Seite 2 von 39
Aufgrund der begrenzten Flächen an Automobilen sind vor allem PV-Module mit möglichst hohem Wirkungsgrad erwünscht, die z.B. mit kristallinen PV-Zellen erreicht werden. Darüber hinaus ist eine gewichtsparende Bauweise, insbesondere in der Verwendung in Leichtbaufahrzeugen, erwünscht.
Auf dem Markt sind kristalline Photovoltaik-Dächer für Automobile derzeit nur mit Glas als Deckscheibe erhältlich (Webasto Solar). Glas hat ein etwa 2,1 fach höheres spezifisches Gewicht als eine Deckscheibe aus Kunststoff, z.B.
Polymethy(meth)acrylat PMMA.
Allerdings hat z.B. PMMA eine deutliche höhere Wärmeausdehnung als Glas.
Der einfache Ersatz der Glasscheibe durch eine Kunststoffscheibe in einem dem Stand der Technik entsprechenden Modulaufbau (ESG-Scheibe/EVA(Ethylen- Vinylacetat-Copolymer)/PV-Zellen/EVA Barriere-Folie) würde deshalb sowohl beim Fügeprozess der Komponenten (Siegeln/Pressen bei hohen Temperaturen um 150 Grad Celsius) als auch im späteren Gebrauch zu so großen thermischen
Spannungen in den kristallinen PV-Zellen führen, dass diese zerbrechen und funktionslos werden.
Die Verwendung von vorgefertigten Glasscheiben in Photovoltaik-Modulen, wie es z.B. bei Einscheibensicherheitsglas notwendig ist, hat generell den Nachteil, dass der Fügeprozess der Modul-Komponenten nur diskontinuierlich erfolgen kann und gegenüber kontinuierlichen Verfahren teurer ist.
DE 39 24 393 (Röhm GmbH) beschreibt einen dauerelastischen und
druckempfindlichen Haftkleber, der keinen Weichmacher enthält. Der Kleber besteht aus einem unvernetzten Copolymer, aufgebaut aus einem aminogruppenhaltigen, monoethylenisch ungesättigten, radikalisch polymerisierbaren Monomer und einem Alkylester der (Meth)acrylsäure. Seite 3 von 39
DE 196 53 605 (Röhm GmbH) beschreibt einen Kleber, der aus 55 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% eines (Meth)acrylatcopolymeren aus strukturellen und funktionellen
(Meth)acrylatmonomeren besteht, wobei die funktionellen Monomeren tertiäre oder quaternäre Aminogruppen aufweisen und weiter 0,1 Gew.-% bis 45 Gew.-% eines säuregruppenhaltigen Acrylat- oder (Meth)acrylat-Polymeren oder -Copolymeren enthält sowie einen Weichmacher.
DE 196 53 606 (Röhm GmbH) beschreibt einen Kleber, der aus 55 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% eines (Meth)acrylatcopolymeren aus strukturellen und funktionellen
(Meth)acrylatmonomeren besteht, wobei die funktionellen Monomeren tertiäre oder quaternäre Aminogruppen aufweisen und weiter 0,1 Gew.-% bis 15 Gew.-% einer organischen Di- oder Tricarbonsäure enthält sowie einen Weichmacher.
Aufgabe
Erfindungsgemäße Aufgaben sind daher:
• die Entwicklung eines PV-Moduls mit einem gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduzierten Gewicht.
• die Entwicklung eines Kunststoff-PV-Moduls mit einem Aufbau, der die thermische Ausdehnung der Kunststoffdeckscheibe von der der kristallinen PV-Zellen entkoppelt, so dass es bei thermischen
Lastwechseln im Gebrauch nicht zum Bruch der Zellen kommen kann.
• die Entwicklung eines PV-Moduls mit sphärischer Form, die der Form des zur Anwendung kommenden Trägers, etwa einem Automobildach, angepasst ist.
• . Die Entwicklung eines flexiblen PV-Moduls, das durch kaltes Einbiegen in eine sphärische Form gebracht werden kann, ohne dass die PV-Zellen darunter leiden oder zerbrechen Seite 4 von 39
• die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens des PV-Moduls, so dass bei der Verfügung der Komponenten keine thermischen Ausdehnungen auftreten, die zum Bruch der PV-Zellen führen.
• Die Entwicklung eines kostengünstigen Herstellverfahrens des PV- Moduls, das sich für eine kontinuierliche Herstellung eignet.
• die Entwicklung eines Formgebungsverfahrens des PV-Moduls, das eine sphärische Form abbildet.
• die Entwicklung einer Kleberrezeptur, die eine ausreichende Witterungsstabilität über einen langen Zeitraum gewährleistet, beispielsweise über maximal 30 Jahre.
• die Entwicklung einer Kleberrezeptur, die eine ausreichende Elastizität über einen langen Zeitraum gewährleistet.
• Ferner muß die Abdeckung inert gegen die üblichen Umwelteinflüsse, wie beispielsweise Regen oder Hagel sein
• .die Entwicklung einer Barrierefolie, die eine ausreichende
Witterungsstabilität über einen langen Zeitraum gewährleistet.
Lösung
Die erfindungsgemäßen Aufgaben werden wie folgt gelöst:
Der schematische Aufbau der erfindungsgemäßen Lösung ist in Figur 1 beschrieben. Er besteht aus einer Kunststoff-Scheibe, einer elastischen Zwischenschicht mit eingebetteten PV-Zellen und einer Barriere-Folie oder einer zweiten
Kunststoffscheibe als Barriere-Platte.
Der Aufbau besteht aus einer witterungsbeständigen, transparenten Kunststoff- Scheibe aus einem thermoplastischen Kunststoff mit ausreichender mechanischer Festigkeit, z.B. PMMA (Polymethylmethacrylat) oder PC (Polycarbonat) mit ca. 5 mm Dicke. Die Dicke der transparenten Kunststoff-Scheibe aus einem thermoplastischen Kunststoff beträgt zwischen 1 mm und 10 mm, bevorzugt 2 mm bis 8 mm und ganz Seite 5 von 39 besonders bevorzugt 3 mm bis 6 mm, einer im Gebrauchstemperaturbereich (-40 bis +80 Grad C) dauerelastischen Zwischenschicht (z.B. einem Polyacrylat oder einem Silikon mit ca. 0,1 mm - 5,0 mm Dicke, bevorzugt zwischen 0,15 mm - 4,5 mm und ganz besonders bevorzugt 0,2 mm - 4,0 mm Dicke), in der die PV-Zellen eingebettet sind und einer Barriereschicht oder Barriereplatte, die die PV-Zellen vor äußeren mechanischen und klimatischen Einflüssen schützt (z.B. PET, PVF, PMMA, PC mit ca. 0,1 mm - 4,0 mm Dicke).
Polycarbonate sind in der Fachwelt bekannt. Polycarbonate können formal als Polyester aus Kohlensäure und aliphatischen oder aromatischen Dihydroxy- Verbindungen betrachtet werden. Sie sind leicht zugänglich durch Umsetzung von Diglykolen oder Bisphenolen mit Phosgen bzw. Kohlensäurediestern in
Polykondensations- bzw. Umesterungsreaktionen.
Hierbei sind Polycarbonate bevorzugt, die sich von Bisphenolen ableiten. Zu diesen Bisphenolen gehören insbesondere 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-propan (Bisphenol A), 2,2-Bis-(4-hydroxyphenyl)-butan (Bisphenol B), 1 ,1 -Bis(4-hydroxyphenyl)cyclohexan (Bisphenol C), 2,2'-Methylendiphenol (Bisphenol F), 2,2-Bis(3,5-dibrom- 4-hydroxyphenyl)propan (Tetrabrombisphenol A) und 2,2-Bis(3,5-dimethyl-4- hydroxyphenyl)propan (Tetramethylbisphenol A).
Üblich werden derartige aromatische Polycarbonate durch
Grenzflächenpolykondensation oder Umesterung hergestellt, wobei Einzelheiten in Encycl. Polym. Sei. Engng. 1 1 , 648-718 dargestellt sind.
Bei der Grenzflächenpolykondensation werden die Bisphenole als wäßrige, alkalische Lösung in inerten organischen Lösungsmitteln, wie beispielsweise
Methylenchlorid, Chlorbenzol oder Tetra hydrofu ran, emulgiert und in einer
Stufenreaktion mit Phosgen umgesetzt. Als Katalysatoren gelangen Amine, bei sterisch gehinderten Bisphenolen auch Phasentransferkatalysatoren zum Einsatz. Die resultierenden Polymere sind in den verwendeten organischen Lösungsmitteln löslich. Seite 6 von 39
Über die Wahl der Bisphenole können die Eigenschaften der Polymere breit variiert werden. Bei gleichzeitigem Einsatz unterschiedlicher Bisphenole lassen sich in Mehrstufen-Polykondensationen auch Block-Polymere aufbauen.
Cycloolefinische Polymere sind Polymere, die unter Verwendung von cyclischen Olefinen, insbesondere von polycyclischen Olefinen erhältlich sind.
Cyclische Olefine umfassen beispielsweise monocyclische Olefine, wie Cyclopenten, Cyclopentadien, Cyclohexen, Cyclohepten, Cycloocten sowie Alkylderivate dieser monocyclischen Olefine mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl oder Propyl, wie beispielsweise Methylcyclohexen oder Dimethylcyclohexen, sowie Acrylat- und/oder Methacrylatderivate dieser monocyclischen Verbindungen. Darüber hinaus können auch Cycloalkane mit olefinischen Seitenketten als cyclische Olefine verwendet werden, wie beispielsweise Cyclopentylmethacrylat.
Bevorzugt sind verbrückte, polycyclische Olefinverbindungen. Diese polycyclischen Olefinverbindungen können die Doppelbindung sowohl im Ring aufweisen, es handelt sich hierbei um verbrückte polycyclische Cycloalkene, als auch in
Seitenketten. Hierbei handelt es sich um Vinylderivate, Allyloxycarboxyderivate und (Meth)acryloxyderivate von polycyclischen Cycloalkanverbindungen. Diese
Verbindungen können des weiteren Alkyl-, Aryl- oder Aralkylsubstituenten aufweisen.
Beispielhafte polycyclische Verbindungen sind, ohne daß hierdurch eine
Einschränkung erfolgen soll, Bicyclo[2.2.1]hept-2-en (Norbornen), Bicyclo[2.2.1]hept- 2,5-dien (2,5-Norbornadien), Ethyl-bicyclo[2.2.1]hept-2-en (Ethylnorbornen),
Ethylidenbicyclo[2.2.1]hept-2-en (Ethyliden-2-norbornen), Phenylbicyclo[2.2.1]hept-2- en, Bicyclo[4.3.0]nona-3,8-dien, Tricyclo[4.3.0.12'5]-3-decen, Tricyclo[4.3.0.12'5]- 3,8-decen-(3,8-dihydrodicyclopentadien), Tricyclo[4.4.0.12'5]-3-undecen,
Tetracyclo[4.4.0.12'5,17'10]-3-dodecen, Ethyliden-tetracyclo[4.4.0.12'5.17'10]-3-dodecen, Methyloxycarbonyltetracyclo[4.4.0.12,5,17,10]-3-dodecen, Ethyliden-9- ethyltetracyclo[4.4.0.12'5,17'10]-3-dodecen, Pentacyclo[4.7.0.12'5,O,O3'13,19'12]-3- pentadecen, Pentacyclo[6.1 .13'6.02'7.09,13]-4-pentadecen, Seite 7 von 39
Hexacyclo[6.6.1 .13 6.110'13.02'7.09'14]-4-heptadecen,
Dimethylhexacyclo[6.6.1 .13 6.110'13.02'7.09'14]-4-heptadecen,
Bis(allyloxycarboxy)tricyclo[4.3.0.12'5]-decan, Bis(methacryloxy)tricyclo[4.3.0.12'5]- decan, Bis(acryloxy)tricyclo[4.3.0.12'5]-decan.
Die cycloolefinischen Polymere werden unter Verwendung von zumindest einer der zuvor beschriebenen cycloolefinischen Verbindungen, insbesondere der
polycyclischen Kohlenwasserstoffverbindungen hergestellt. Darüber hinaus können bei der Herstellung der cycloolefinischen Polymere weitere Olefine verwendet werden, die mit den zuvor genannten cycloolefinischen Monomeren copolymerisiert werden können. Hierzu gehören u.a. Ethylen, Propylen, Isopren, Butadien,
Methylpenten, Styrol und Vinyltoluol.
Die meisten der zuvor genannten Olefine, insbesondere auch die Cycloolefine und Polycycloolefine, können kommerziell erhalten werden. Darüber hinaus sind viele cyclische und polycyclische Olefine durch Diels-Alder-Additionsreaktionen erhältlich. Die Herstellung der cycloolefinischen Polymere kann auf bekannte Art und Weise erfolgen, wie dies u.a. in den japanischen Patentschriften 1 1818/1972, 43412/1983, 1442/1986 und 19761/1987 und den japanischen Offenlegungsschriften Nr.
75700/1975, 129434/1980, 127728/1983, 168708/1985, 271308/1986, 221 118/1988 und 180976/1990 und in den Europäischen Patentanmeldungen EP-A-0 6 610 851 , EP-A-0 6 485 893, EP-A-0 6 407 870 und EP-A-0 6 688 801 dargestellt ist.
Die cycloolefinischen Polymere können beispielsweise unter Verwendung von Aluminiumverbindungen, Vanadiumverbindungen, Wolframverbindungen oder Borverbindungen als Katalysator in einem Lösungsmittel polymerisiert werden.
Es wird angenommen, daß die Polymerisation je nach den Bedingungen,
insbesondere dem eingesetzten Katalysator, unter Ringöffnung oder unter Öffnung der Doppelbindung erfolgen kann.
Darüber hinaus ist es möglich, cycloolefinische Polymere durch radikalische
Polymerisation zu erhalten, wobei Licht oder ein Initiator als Radikalbildner verwendet wird. Dies gilt insbesondere für die Acryloylderivate der Cycloolefine Seite 8 von 39 und/oder Cycloalkane. Diese Art der Polymerisation kann sowohl in Lösung als auch in Substanz erfolgen.
Durch die Verwendung von Kunststoff, bevorzugt von PMMA, als Deckscheibe in einer Schichtdicke, wie sie auch in konventionellen Glas-Modulen zur Anwendung kommt, wird eine Gewichtseinsparung in der Größenordnung von 50% erreicht.
Ein weiterer bevorzugter Kunststoff umfaßt Poly(meth)acrylate. Diese Polymere werden im Allgemeinen durch radikalische Polymerisation von Mischungen erhalten, die (Meth)acrylate enthalten. 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 Methylacrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, n-Butyl(meth)acrylat, tert.-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat und 2-Ethylhexyl(meth)acrylat;
(Meth)acrylate, die sich von ungesättigten Alkoholen ableiten, wie z. B.
Oleyl(meth)acrylat, 2-Propinyl(meth)acrylat, Allyl(meth)acrylat, Vinyl(meth)acrylat; Aryl(meth)acrylate, wie Benzyl(meth)acrylat oder Phenyl(meth)acrylat, wobei die Arylreste jeweils unsubstituiert oder bis zu vierfach substituiert sein können;
Cycloalkyl(meth)acrylate, wie 3-Vinylcyclohexyl(meth)acrylat, Bornyl(meth)acrylat; Hydroxylalkyl(meth)acrylate, wie 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, 3,4- Dihydroxybutyl(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat,
2-Hydroxypropyl(meth)acrylat; Glycoldi(meth)acrylate, wie 1 ,4- Butandioldi(meth)acrylat, (Meth)acrylate von Etheralkoholen, wie
Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, Vinyloxyethoxyethyl(meth)acrylat; Amide und Nitrile der (Meth)acrylsäure, wie N-(3-Dimethylaminopropyl)(meth)acrylamid,
N-(Diethylphosphono)(meth)acrylamid, 1 -Methacryloylamido-2-methyl-2-propanol; schwefelhaltige Methacrylate, wie Ethylsulfinylethyl(meth)acrylat, 4- Thiocyanatobutyl(meth)acrylat, Ethylsulfonylethyl(meth)acrylat,
Thiocyanatomethyl(meth)acrylat, Methylsulfinylmethyl(meth)acrylat,
Bis((meth)acryloyloxyethyl)sulfid; mehrwertige (Meth)acrylate, wie Seite 9 von 39
Trimethyloylpropantri(meth)acrylat, Pentaerythrittetra(meth)acrylat und
Pentaerythrittri(meth)acrylat.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthalten diese Mischungen mindestens 40 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 60 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 80 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der
Monomere, Methylmethacrylat.
Neben den zuvor dargelegten (Meth)acrylaten können die zu polymerisierenden Zusammensetzungen auch weitere ungesättigte Monomere aufweisen, die mit Methylmethacrylat und den zuvor genannten (Meth)acrylaten copolymerisierbar sind.
Hierzu gehören unter anderem 1 -Alkene, wie Hexen-1 , Hepten-1 ; verzweigte Alkene, wie beispielsweise Vinylcyclohexan, 3,3-Dimethyl-1 -propen, 3-Methyl-1 -diisobutylen, 4-Methylpenten-1 ; Acrylnitril; Vinylester, wie Vinylacetat; Styrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten in der Seitenkette, wie z. B. α-Methylstyrol und a -Ethylstyrol, substituierte Styrole mit einem Alkylsubstituenten am Ring, wie
Vinyltoluol und p-Methylstyrol, halogenierte Styrole, wie beispielsweise
Monochlorstyrole, Dichlorstyrole, Tribromstyrole und Tetrabromstyrole;
Heterocyclische Vinylverbindungen, wie 2-Vinylpyridin, 3-Vinylpyridin, 2-Methyl-5- vinylpyridin, 3-Ethyl-4-vinylpyridin, 2,3-Dimethyl-5-vinylpyridin, Vinylpyrimidin, Vinylpiperidin, 9-Vinylcarbazol, 3-Vinylcarbazol, 4-Vinylcarbazol, 1 -Vinylimidazol,
2- Methyl-1 -vinylimidazol, N-Vinylpyrrolidon, 2-Vinylpyrrolidon, N-Vinylpyrrolidin,
3- Vinylpyrrolidin, N-Vinylcaprolactam, N-Vinylbutyrolactam, Vinyloxolan, Vinylfuran, Vinylthiophen, Vinylthiolan, Vinylthiazole und hydrierte Vinylthiazole, Vinyloxazole und hydrierte Vinyloxazole; Vinyl- und Isoprenylether; Maleinsäurederivate, wie beispielsweise Maleinsäureanhydrid, Methylmaleinsäureanhydrid, Maleinimid, Methylmaleinimid; und Diene, wie beispielsweise Divinylbenzol.
Im Allgemeinen werden diese Comonomere in einer Menge von 0 Gew.-%
bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 0 Gew.-% bis 40 Gew.-% und besonders bevorzugt 0 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Monomeren, eingesetzt, wobei die Verbindungen einzeln oder als Mischung verwendet werden können. Seite 10 von 39
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 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 0,5 Gew.-% bis 3 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der
Monomeren, eingesetzt.
Die zuvor genannten Polymere können einzeln oder als Mischung verwendet werden. Hierbei können auch verschiedene Polycarbonate, Poly(meth)acrylate oder cycloolefinische Polymere eingesetzt werden, die sich beispielsweise im
Molekulargewicht oder in der Monomerzusammensetzung unterscheiden.
Die erfindungsgemäßen Kunststoffsubstrate können beispielsweise aus
Formmassen der zuvor genannten Polymere hergestellt werden. Hierbei werden im Allgemeinen thermoplastische Formgebungsverfahren eingesetzt, wie Extrusion oder Spritzguß.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw der erfindungsgemäß als Formmasse zur Herstellung der Kunststoffsubstrate 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 Seite 11 von 39
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.
Des Weiteren können die Kunststoffsubstrate durch Gußkammerverfahren erzeugt werden. Hierbei werden beispielsweise geeignete (Meth)acrylmischungen in einer Form gegeben und polymerisiert. Derartige (Meth)acrylmischungen weisen im
Allgemeinen die zuvor dargelegten (Meth)acrylate, insbesondere Methylmethacrylat auf.
Das Gewichtsmittel des Molekulargewichts Mw der Polymere, die durch
Gusskammerverfahren hergestellt werden, ist im Allgemeinen höher als das
Molekulargewicht von Polymeren, die in Formmassen verwendet werden. Hierdurch ergeben sich eine Reihe bekannter Vorteile. Im Allgemeinen liegt das Gewichtsmittel des Molekulargewichts von Polymeren, die durch Gusskammerverfahren hergestellt werden im Bereich von 500 000 bis 10 000 000 g/mol, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.
Des Weiteren können die (Meth)acrylmischungen die zuvor dargelegten Copolymere sowie, insbesondere zur Einstellung der Viskosität, Polymere, insbesondere
Poly(meth)acrylate, enthalten.
Darüber hinaus können die zur Herstellungen der Kunststoffsubstrate zu
verwendenden Formmassen sowie die Acrylharze übliche Zusatzstoffe aller Art enthalten. Hierzu gehören unter anderem Antistatika, Antioxidantien,
Entformungsmittel, Flammschutzmittel, Schmiermittel, Farbstoffe,
Fließverbesserungsmittel, Füllstoffe, Lichtstabilisatoren und organische
Phosphorverbindungen, wie Phosphite, Phosphorinane, Phospholane oder
Phosphonate, Pigmente, Verwitterungsschutzmittel und Weichmacher. Die Menge an Zusatzstoffen ist jedoch auf den Anwendungszweck beschränkt. Seite 12 von 39
Die Kunststoffsubstrate aus PMMA können gegebenenfalls schlagzäh ausgerüstet sein.
Schlagzähmodifizierter Poly(meth)acrylat-Kunststoff
Der schlagzähmodifizierte Poly(meth)acrylat-Kunststoff besteht aus 20 Gew.-% bis 80 Gew.-%, bevorzugt 30 Gew.-% bis 70 Gew.-% einer Poly(meth)acrylat-Matrix und 80 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bevorzugt 70 Gew.-% bis 30 Gew.-% Elastomerteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis 150 nm (Messung z. B. mit der Ultrazentrifugenmethode).
Bevorzugt weisen die in der Poly(meth)acrylat-Matrix verteilten Elastomerteilchen einen Kern mit einer weichen Elastomerphase und einer daran gebundenen
Hartphase auf.
Der schlagzähmodifizierte Poly(meth)acrylat-Kunststoff (szPMMA) besteht aus einem Anteil Matrixpolymer, polymerisiert aus mindestens 80 Gew.-% Einheiten
Methylmethacrylat sowie gegebenenfalls 0 Gew.-% bis 20 Gew.-% Einheiten von mit Methylmethacrylat copolymerisierbaren Monomeren und einem in der Matrix verteilten Anteil an Schlagzähmodifizierungsmitteln auf Basis von vernetzten
Poly(meth)acrylaten
Das Matrixpolymer besteht insbesondere aus 80 Gew.-% bis 100 Gew.-%, vorzugsweise zu 90 Gew.-% - 99,5 Gew.-%, aus radikalisch polymerisierten
Methylmethacrylat-Einheiten und gegebenenfalls zu 0 Gew.-% - 20 Gew.-%, bevorzugt zu 0,5 Gew.-% - 10 Gew.-% aus weiteren radikalisch polymerisierbaren Comonomeren, z. B. d- bis C4-Alkyl(meth)acrylaten, insbesondere Methylacrylat, Ethylacrylat oder Butylacrylat. Vorzugsweise liegt das mittlere Molekulargewicht Mw (Gewichtsmittel) der Matrix im Bereich von 90.000 g/mol bis 200.000 g/mol, insbesondere 100.000 g/mol bis 150.000 g/mol (Bestimmung von Mw mittels
Gelpermeationschromatographie unter Bezug auf Polymethylmethacrylat als
Eichstandard) entsprechen. Die Bestimmung des Molekulargewichts Mw kann Seite 13 von 39 beispielsweise per Gelpermeationschromatographie oder per Streulichtmethode erfolgen (siehe z. B. H. F. Mark et al., Encyclopedia of Polymer Science and
Engineering, 2nd. Edition, Vol. 10, Seiten 1 ff., J. Wiley, 1989).
Bevorzugt ist ein Copolymer aus 90 bis 99,5 Gew.-% Methylmethacrylat und 0,5 bis 10 Gew.-% Methylacrylat. Die Vicaterweichungstemperaturen VET (ISO 306-B50) können im Bereich von mindestens 85, bevorzugt von 95 bis 1 15 °C liegen.
Das Schlagzähmodifizierungsmittel
Die Polymethacrylat-Matrix enthält ein Schlagzähmodifizierungsmittel, welches z. B. ein zwei- oder dreischalig aufgebautes Schlagzähmodifizierungsmittel sein kann.
Schlagzähmodifizierungsmittel für Polymethacrylat-Kunststoffe sind hinlänglich bekannt. Herstellung und Aufbau von schlagzähmodifizierten Polymethacrylat- Formmassen sind z. B. in EP-A 0 1 13 924, EP-A 0 522 351 , EP-A 0 465 049 und EP- A 0 683 028 beschrieben.
Schlagzähmodifizierungsmittel
In der Polymethacrylat-Matrix sind 1 Gew.-% bis 30 Gew.-%, bevorzugt 2 Gew.-% bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 Gew.-% bis 15 Gew.-%, insbesondere 5 Gew.-% bis 12 Gew.-% eines Schlagzähmodifizierungsmittels, das eine Elastomerphase aus vernetzten Polymerisatteilchen ist, enthalten. Das Schlagzähmodifizierungsmittel wird in an sich bekannter Weise durch Perlpolymerisation oder durch
Emulsionspolymerisation erhalten.
Im einfachsten Fall handelt es sich um, mittels Perlpolymerisation erhältliche, vernetzte Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 10 nm bis 150 nm, bevorzugt 20 nm bis 100 nm, insbesondere 30 nm bis 90 nm. Diese bestehen in der Regel aus mindestens 40 Gew.-%, bevorzugt 50 Gew.-% - 70 Gew.-%
Methylmethacrylat, 20 Gew.-% bis 40 Gew.-%, bevorzugt 25 Gew.-% bis 35 Gew.-% Seite 14 von 39
Butylacrylat sowie 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 1 Gew.-% Gew.-% eines vernetzenden Monomeren, z. B. einem mehrfunktionellen
(Meth)acrylat wie z. B. Allylmethacrylat und gegebenenfalls weiteren Monomeren wie z. B. 0 Gew.-% bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% an C1 -C4- Alkylmethacrylaten, wie Ethylacrylat oder Butylmethacrylat, bevorzugt Methylacrylat, oder anderen vinylisch polymerisierbaren Monomeren wie z. B. Styrol.
Bevorzugte Schlagzähmodifizierungsmittel sind Polymerisatteilchen, die einen zwei- oder einen dreischichtigen Kern-Schale-Aufbau aufweisen können und durch
Emulsionspolymerisation erhalten werden (s. z. B. EP-A 0 1 13 924, EP-A 0 522 351 , EP-A 0 465 049 und EP-A 0 683 028). Geeignete Teilchengrößen dieser
Emulsionspolymerisate müssen jedoch für die Zwecke der Erfindung im Bereich von 10 nm - 150 nm, bevorzugt 20 nm bis 120 nm, besonders bevorzugt 50 nm - 100 nm.
Ein dreischichtiger bzw. dreiphasiger Aufbau mit einem Kern und zwei Schalen kann wie folgt beschaffen sein. Eine innerste (harte) Schale kann z. B im Wesentlichen aus Methylmethacrylat, geringen Anteilen von Comonomeren, wie z. B. Ethylacrylat und einem Vernetzeranteil, z. B. Allylmethacrylat, bestehen. Die mittlere (weiche) Schale kann z. B. aus Butylacrylat und gegebenenfalls Styrol aufgebaut sein, während die äußerste (harte) Schale im wesentlichen meist dem Matrixpolymerisat entspricht, wodurch die Verträglichkeit und gute Anbindung an die Matrix bewirkt wird. Der Polybutylacrylat-Anteil am Schlagzähmodifizierungsmittel ist entscheidend für die schlagzähe Wirkung und liegt bevorzugt im Bereich von 20 Gew.-% bis 40 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 25 Gew.-% bis 35 Gew.-%.
Schlagzähmodifizierte Polymethacrylat-Formmassen
Im Extruder können das Schlagzähmodifizierungsmittel und Matrix-Polymerisat zu schlagzähmodifizierten Polymethacrylat-Formmassen in der Schmelze vermischt werden. Das ausgetragene Material wird in der Regel zunächst zu Granulat Seite 15 von 39 geschnitten. Dieses kann mittels Extrusion oder Spritzguß zu Formkörpern, wie Platten oder Spritzgußteilen weiterverarbeitet werden.
Zweiphasiger Schlagzähmodifier gemäß EP 0 528 196 A1
Bevorzugt, insbesondere zur Folienherstellung, jedoch nicht auf diese beschränkt, wird ein, im Prinzip aus EP 0 528 196 A1 bekanntes System verwendet, das ein zweiphasiges, schlagzähmodifiziertes Polymerisat ist aus: a1 ) 10 Gew.-% bis 95 Gew.-% einer zusammenhängenden Hartphase mit einer Glasübergangstemperatur Tmg über 70 °C, aufgebaut aus a1 1 ) 80 Gew.-% bis 100 Gew.-% (bezogen auf a1 ) Methylmethacrylat und
a12) 0 Gew.-% bis 20 Gew.-% eines oder mehrerer weiterer ethylenisch ungesättigter, radikalisch polymerisierbarer
Monomeren, und a2) 90 Gew.-% bis 5 Gew.-% einer in der Hartphase vorteilten Zähphase mit einer Glasübergangstemperatur Tmg unter -10 °C, aufgebaut aus a21 ) 50 Gew.-% bis 99,5 Gew.-% eines C1-C10-Alkylacrylats (bezogen auf a2)
a22) 0,5 Gew.-% bis 5 Gew.-% eines vernetzenden Monomeren mit zwei oder mehr ethylenisch ungesättigten, radikalisch
polymerisierbaren Resten, und
a23) gegebenenfalls weiteren ethylenisch ungesättigten, radikalisch polymerisierbaren Monomeren, wobei wenigstens 15 Gew.-% der Hartphase a1 ) mit der Zähphase a2) kovalent verknüpft sind. Seite 16 von 39
Das zweiphasige Schlagzähmodifizierungsmittel kann durch eine zweistufige
Emulsionspolymerisation in Wasser erzeugt werden, wie z. B. in DE-A 38 42 796 beschrieben. In der ersten Stufe wird die Zähphase a2) erzeugt, die zu mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 80 Gew.-%, aus niederen Alkylacrylaten aufgebaut ist, woraus sich eine Glasübergangstemperatur Tmg dieser Phase von unter -10 °C ergibt. Als vernetzende Monomere a22) werden (Meth)acrylester von Diolen, wie beispielsweise Ethylenglykoldimethacrylat oder 1 ,4- Butandioldimethacrylat, aromatische Verbindungen mit zwei Vinyl- oder Allylgruppen, wie beispielsweise Divinylbenzol, oder andere Vernetzer mit zwei ethylenisch ungesättigten, radikalisch polymerisierbaren Resten, wie z. B. Allylmethacrylat als Pfropfvern etzer, eingesetzt. Als Vernetzer mit drei oder mehr ungesättigten, radikalisch polymerisierbaren Gruppen, wie Allylgruppen oder (Meth)acrylgruppen, seien beispielhaft Triallylcyanurat, Trimethylolpropan-triacrylat und -trimethacrylat sowie Pentaerythrit-tetraacrylat und -tetramethacrylat genannt. Weitere Beispiele sind hierzu in US 4,513,1 18 angegeben.
Die unter a23) genannten ethylenisch ungesättigten, radikalisch polymerisierbaren Monomeren können beispielsweise Acryl- bzw. Methacrylsäure sowie deren
Alkylester mit 1 - 20 Kohlenstoffatomen, sofern noch nicht genannt, sein, wobei der Alkylrest linear, verzweigt oder cyclisch sein kann. Des Weiteren kann a23) weitere radikalisch polymerisierbare aliphatische Comonomere, die mit den Alkylacrylaten a21 ) copolymerisierbar sind, umfassen. Jedoch sollen nennenswerte Anteile an aromatischen Comonomeren, wie Styrol, alpha-Methylstyrol oder Vinyltoluol ausgeschlossen bleiben, da sie - vor allem bei Bewitterung - zu unerwünschten Eigenschaften der Formmasse A führen.
Bei der Erzeugung der Zähphase in der ersten Stufe muß die Einstellung der
Teilchengröße und deren Uneinheitlichkeit genau beachtet werden. Dabei hängt die Teilchengröße der Zähphase im Wesentlichen von der Konzentration des Emulgators ab. Vorteilhafterweise kann die Teilchengröße durch den Einsatz eines Saatlatex gesteuert werden. Teilchen mit einer mittleren Teilchengröße (Gewichtsmittel) unter 130 nm, vorzugsweise unter 70 nm, und mit einer Uneinheitlichkeit U80 der Seite 17 von 39
Teilchengröße unter 0,5, (U80 wird aus einer integralen Betrachtung der
Teilchengrößenverteilung, die per Ultrazentrifuge bestimmt wird, ermittelt. Es gilt: Uso = [(rgo - rio) / r50] - 1 , wobei ri0, r50, r90 = mittlerer integraler Teilchenradius für den gilt 10,50,90 % der Teilchenradien liegen unter und 90,50,10 % der Teilchenradien liegen über diesem Wert) vorzugsweise unter 0,2, werden mit
Emulgatorkonzentrationen von 0,15 Gew.-% bis 1 ,0 Gew.-%, bezogen auf die Wasserphase, erreicht. Dies gilt vor allem für anionische Emulgatoren, wie beispielsweise die besonders bevorzugten alkoxylierten und sulfatierten Paraffine. Als Polymerisationsinitiatoren werden z. B. 0,01 Gew.-% bis 0,5 Gew.-% Alkali- oder Ammoniumperoxodisulfat, bezogen auf die Wasserphase eingesetzt und die
Polymerisation wird bei Temperaturen von 20 bis 100 °C ausgelöst. Bevorzugt werden Redox-Systeme, beispielsweise eine Kombination aus 0,01 bis 0,05 Gew.-% organischem Hydroperoxid und 0,05 Gew.-% bis 0,15 Gew.-%
Natriumhydroxymethylsulfinat, bei Temperaturen von 20 bis 80 °C verwendet.
Die mit der Zähphase a2) zumindest zu 15 Gew.-% kovalent verbundene Hartphase a1 ) weist eine Glasübergangstemperatur von wenigstens 70 °C auf und kann ausschließlich aus Methylmethacrylat aufgebaut sein. Als Comonomere a12) können bis zu 20 Gew.-% eines oder mehrerer weiterer ethylenisch ungesättigter, radikalisch polymerisierbarer Monomerer in der Hartphase enthalten sein, wobei Alkyl(meth)acrylate, vorzugsweise Alkylacrylate mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, in solchen Mengen eingesetzt werden, daß die oben genannte
Glasübergangstemperatur nicht unterschritten wird.
Die Polymerisation der Hartphase a1 ) verläuft in einer zweiten Stufe ebenfalls in Emulsion unter Verwendung der üblichen Hilfsmittel, wie sie beispielsweise auch zur Polymerisation der Zähphase a2) verwandt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Hartphase niedermolekulare und/oder einpolymerisierte UV-Absorber in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 0,5 - 5 Gew.-%, bezogen auf A als Bestandteil der comonomeren
Komponenten a12) in der Hartphase. Beispielhaft für die polymerisierbaren UV- Seite 18 von 39
Absorber, wie sie u.a. in der US 4 576 870 beschrieben sind, seien 2-(2'- Hydroxyphenyl)-5-methacrylamidobenzotriazol oder 2-Hydroxy-4- methacryloxybenzophenon genannt. Niedermolekulare UV-Absorber können beispielsweise Derivate des 2-Hydroxybenzophenons oder des 2- Hydroxyphenylbenzotriazols oder Salicylsäurephenylester sein. Im Allgemeinen weisen die niedermolekularen UV-Absorber ein Molekulargewicht von weniger als 2 x
3
10 (g/mol) auf. Besonders bevorzugt sind UV-Absorber mit geringer Flüchtigkeit bei der Verarbeitungstemperatur und homogener Mischbarkeit mit der Hartphase a1 ) des Polymerisats A.
Besonders bevorzugte Formmassen, die Poly(meth)acrylate umfassen, sind unter dem Handelsnamen PLEXIGLAS® von der Fa. Evonik Röhm kommerziell erhältlich.
Bevorzugte Formmassen, die cycloolefinische Polymere umfassen, können unter dem Handelsnamen Topas® von Ticona und Zeonex® von Nippon Zeon bezogen werden. Polycarbonat-Formmassen sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Makroion® von Bayer oder Lexan® von General Electric erhältlich.
Besonders bevorzugt umfaßt der Kunststoff mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Substrats,
Poly(meth)acrylate, Polycarbonate und/oder cycloolefinische Polymere.
Besonders bevorzugt bestehen die Kunststoffsubstrate aus Polymethylmethacrylat, wobei das Polymethylmethacrylat übliche Additive enthalten kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können Kunststoffe eine
Schlagzähigkeit gemäß ISO 179/1 von mindestens 10 kJ/m2, bevorzugt mindestens 15 kJ/m2 aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Kunststoff mit einer
Kratzfestbeschichtung versehen sein. Seite 19 von 39
Kratzfeste Siloxanlacke, die zur Herstellung der Beschichtung dienen können, sind an sich bekannt und werden zur Ausrüstung von polymeren Verglasungsmaterialien eingesetzt. Sie zeichnen sich aufgrund ihres anorganischen Charakters durch gute Beständigkeit gegenüber UV-Strahlung und Witterungseinflüssen aus. Die
Herstellung derartiger Lacke wird beispielsweise in EP-A-0 073911 beschrieben. Üblich sind unter anderem Lacke, die neben den Siloxan-Kondensationsprodukten Wasser und/oder Alkohol als Lösungsmittel enthalten.
Diese Siloxanlacke können unter anderem durch Kondensation oder Hydrolyse von organischen Siliciumverbindungen der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000021_0001
worin R1 eine 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisende Gruppe, X ein Alkoxyrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen oder ein Halogen und n eine ganze Zahl von 0 bis 3 darstellt, wobei verschiedene Reste X oder R1 jeweils gleich oder unterschiedlich sein können, erhalten werden.
Der Ausdruck "eine 1 bis 20 Kohlenstoffatome aufweisende Gruppe" kennzeichnet Reste organischer Verbindungen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen. Er umfaßt Alkyl-, Cycloalkyl-, aromatische Gruppen, Alkenylgruppen und Alkinylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, sowie heteroaliphatische und heteroaromatische Gruppen, die neben Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen insbesondere Sauerstoff-, Stickstoff-, Schwefel- und Phosphoratome aufweisen. Dabei können die genannten Gruppen verzweigt oder nicht verzweigt sein, wobei der Rest R1 substituiert oder unsubstituiert sein kann. Zu den Substituenten gehören insbesondere Halogene, 1 bis 20
Kohlenstoff aufweisende Gruppen, Nitro-, Sulfonsäure-, Alkoxy-, Cycloalkoxy-, Alkanoyl-, Alkoxycarbonyl-, Sulfonsäureester-, Sulfinsäure-, Sulfinsäureester-, Thiol-, Cyanid-, Epoxy-, (Meth)acryloyl-, Amino- und Hydroxygruppen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck "Halogen" ein Fluor-, Chlor-, Bromoder lodatom. Seite 20 von 39
Zu den bevorzugten Alkylgruppen gehören die Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, 1 - Butyl-, 2-Butyl-, 2-Methylpropyl-, tert.-Butyl-, Pentyl-, 2-Methylbutyl-, 1 ,1 - Dimethylpropyl-, Hexyl-, Heptyl-, Octyl-, 1 ,1 ,3,3-Tetramethylbutyl-, Nonyl-, 1 -Decyl-, 2-Decyl-, Undecyl-, Dodecyl-, Pentadecyl- und die Eicosyl-Gruppe.
Zu den bevorzugten Cycloalkylgruppen gehören die Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl- und die Cyclooctyl-Gruppe, die
gegebenenfalls mit verzweigten oder nicht verzweigten Alkylgruppen substituiert sind.
Zu den bevorzugten Alkenylgruppen gehören die Vinyl-, Allyl-, 2-Methyl-2-propen-, 2- Butenyl-, 2-Pentenyl-, 2-Decenyl- und die 2-Eicosenyl-Gruppe.
Zu den bevorzugten Alkinylgruppen gehören die Ethinyl-, Propargyl-, 2-Methyl-2- propin, 2-Butinyl-, 2-Pentinyl- und die 2-Decinyl-Gruppe.
Zu den bevorzugten Alkanoylgruppen gehören die Formyl-, Acetyl-, Propionyl-, 2- Methylpropionyl-, Butyryl-, Valeroyl-, Pivaloyl-, Hexanoyl-, Decanoyl- und die
Dodecanoyl-Gruppe.
Zu den bevorzugten Alkoxycarbonylgruppen gehören die Methoxycarbonyl-,
Ethoxycarbonyl-, Propoxycarbonyl-, Butoxycarbonyl-, tert.-Butoxycarbonyl-,
Hexyloxycarbonyl-, 2-Methylhexyloxycarbonyl-, Decyloxycarbonyl- oder
Dodecyloxycarbonyl-Gruppe.
Zu den bevorzugten Alkoxygruppen gehören die Methoxy-, Epoxy-, Propoxy-, Butoxy-, tert.-Butoxy-, Hexyloxy-, 2-Methylhexyloxy-, Decyloxy- oder Dodecyloxy- Gruppe.
Zu den bevorzugten Cycloalkoxygruppen gehören Cycloalkoxygruppen, deren Kohlenwasserstoffrest eine der vorstehend genannten bevorzugten
Cycloalkylgruppen ist. Seite 21 von 39
Zu den bevorzugten heteroaliphatischen Gruppen gehören die vorstehend
genannten bevorzugten Cycloalkylreste, in denen mindestens eine Kohlenstoff- Einheit durch O, S oder eine Gruppe NR8 ersetzt ist und R8 Wasserstoff, eine 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweisende Alkyl-, eine 1 bis 6 Kohlenstoffatome aufweisende Alkoxy- oder eine Arylgruppe bedeutet.
Erfindungsgemäß bezeichnen aromatische Gruppen Reste ein oder mehrkerniger aromatischer Verbindungen mit vorzugsweise 6 bis 14, insbesondere 6 bis 12 C- Atomen. Heteroaromatische Gruppen kennzeichnen Arylreste, worin mindestens eine CH-Gruppe durch N ersetzt ist und/oder mindestens zwei benachbarte CH- Gruppen durch S, NH oder O ersetzt sind. Erfindungsgemäß bevorzugte aromatische oder heteroaromatische Gruppen leiten sich von Benzol, Naphthalin, Biphenyl, Diphenylether, Diphenylmethan, Diphenyldimethylmethan, Bisphenon,
Diphenylsulfon, Thiophen, Furan, Pyrrol, Thiazol, Oxazol, Imidazol, Isothiazol, Isoxazol, Pyrazol, 1 ,3,4-Oxadiazol, 2,5-Diphenyl-1 ,3,4-oxadiazol, 1 ,3,4-Thiadiazol, 1 ,3,4-Triazol, 2,5-Diphenyl-1 ,3,4-triazol, 1 ,2,5-Triphenyl-1 ,3,4-triazol, 1 ,2,4- Oxadiazol, 1 ,2,4-Thiadiazol, 1 ,2,4-Triazol, 1 ,2,3-Triazol, 1 ,2,3,4-Tetrazol,
Benzo[b]thiophen, Benzo[b]furan, Indol, Benzo[c]thiophen, Benzo[c]furan, Isoindol, Benzoxazol, Benzothiazol, Benzimidazol, Benzisoxazol, Benzisothiazol,
Benzopyrazol, Benzothiadiazol, Benzotriazol, Dibenzofuran, Dibenzothiophen, Carbazol, Pyridin, Pyrazin, Pyrimidin, Pyridazin, 1 ,3,5-Triazin, 1 ,2,4-Triazin, 1 ,2,4,5- Triazin, Chinolin, Isochinolin, Chinoxalin, Chinazolin, Cinnolin, 1 ,8-Naphthyridin, 1 ,5- Naphthyridin, 1 ,6-Naphthyridin, 1 ,7-Naphthyridin, Phthalazin, Pyridopyrimidin, Purin, Pteridin oder 4H-Chinolizin, Diphenylether, Anthracen und Phenanthren ab.
Bevorzugte Reste R1 lassen sich durch die Formeln (II),
-(CH2)mNH-[(CH2)n-NH]pH worin m und n für eine Zahl von 1 bis 6, und p für null oder eins steht,
oder die Formel (III) Seite 22 von 39
O
H2C— CH-CH2-O— (CH2)q- worin q für eine Zahl von 1 bis 6 steht, oder die Formel (IV)
Figure imgf000024_0001
worin R Methyl oder Wasserstoff und r eine Zahl von 1 bis 6 bedeutet,
darstellen.
Ganz besonders bevorzugt stellt der Rest R1 eine Methyl- oder Ethylgruppe dar.
Hinsichtlich der Definition der Gruppe X in Formel (I) bezüglich der Alkoxygruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatome sowie des Halogens sei auf die zuvor genannte Definition verwiesen, wobei der Alkylrest der Alkoxygruppe bevorzugt ebenfalls durch die zuvor dargelegten Formeln (II), (III) oder (IV) darstellbar ist. Bevorzugt stellt die Gruppe X ein Methoxy- oder Ethoxyrest oder ein Brom- oder Chloratom dar.
Diese Verbindungen können einzeln oder als Mischung verwendet werden, um Siloxanlacke herzustellen.
Je nach Anzahl der Halogene oder über Sauerstoff an das Silizium gebundene Alkoxygruppen bilden sich Ketten oder verzweigte Siloxane durch Hydrolyse bzw. Kondensation aus den Silanverbindungen der Formel (I). Bevorzugt weisen mindestens 60 Gew.-%, insbesondere mindestens 80 Gew.-% der eingesetzten Silanverbindungen mindestens drei Alkoxygruppen oder Halogenatome auf, bezogen auf das Gewicht der kondensierbaren Silane. Seite 23 von 39
Tetraalkoxysilane umfassen Tetramethoxysilan, Tetraethoxysilan,
Tetra-n-propoxysilan, Tetra-i-propoxysilan und Tetra-n-butoxysilane;
Trialkoxysilane umfassen Methyl-trimethoxysilan, Methyltriethoxysilan,
Ethyltrimethoxysilan, n-Propyltrimethoxysilan, n-Propyltriethoxysilan,
1- Propyltriethoxysilan, i-Propyl-trimethoxysilan, i-Propyl-tripropoxysilan,
n-Butyl-trimethoxysilan, n-Butyl-triethoxysilan, n-Pentyl-trimethoxysilan,
n-Hexyl-trimethoxysilan, n-Heptyl-trimethoxysilan, n-Octyl-trimethoxysilan,
Vinyl-trimethoxysilan, Vinyl-triethoxysilan, Cyclohexyl-triethoxysilan,
Cyclohexyl-triethoxysilan, Phenyl-trimethoxysilan, 3-Chlorpropyl-trimethoxysilan, 3-Chlorpropyl-triethoxysilan, 3,3,3-Trifluorpropyl-trimethoxysilan, 3,3,3-Trifluorpropyl triethoxysilan, 3-Aminopropyl-trimethoxysilan, 3-Aminopropyl-triethoxysilan,
2- Hydroxyethyl-trimethoxysilan, 2-Hydroxyethyl-triethoxysilan, 2-Hydroxypropyl- trimethoxysilan, 2-Hydroxypropyl-triethoxysilan, 3-Hydroxypropyl-trimethoxysilan,
3- Hydroxypropyl-triethoxysilan, 3-Mercaptopropyl-trimethoxysilan, 3-Mercaptopropyl triethoxysilan, 3-lsocyanatopropyl-trimethoxysilan, 3-lsocianatopropyl-triethoxysilan, 3-Glycidoxypropyl-trimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyl-triethoxysilan,
2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl-trimethoxysilan, 2-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethyl- triethoxysilan, 3-(Meth)acryloxypropyl-trimethoxysilan, 3-(Meth)acryloxypropyl- triethoxysilan, 3-Ureidopropyl-trimethoxysilan und 3-Ureidopropyl-triethoxysilan;
Dialkoxysilane umfassen Dimethyldimethoxysilan, Dimethyl-diethoxysilan, Diethyl- dimethoxysilan, Diethyl-diethoxysilan, Di-n-propyl-dimethoxysilan,
Di-n-propyldiethoxysilan, Di-i-propyl-dimethoxysilan, Di-i-propyl-diethoxysilan, Di-n-butyl-dimethoxysilan, Di-n-butyldiethoxysilan, Di-n-pentyl-dimethoxysilan, Di-n-pentyl-diethoxysilan, Di-n-hexyl-dimethoxysilan, Di-n-hexyl-diethoxysilan, Di-n- peptyl-dimethoxysilan, Di-n-peptyl-diethoxysilan, Di-n-octyl-dimethoxysilan,
Di-n-octyl-diethoxysilan, Di-n-cyclohexyl-dimethoxysilan, Di-n-cyclohexyl- diethoxysilan, Diphenyl-dimethoxysilan und Diphenyl-diethoxysilan.
Besonders bevorzugt sind Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan,
Ethyltrimethoxysilan und Ethyltriethoxysilan. Gemäß einem besonderen Aspekt der Seite 24 von 39 vorliegenden Erfindung beträgt der Anteil dieser besonders bevorzugten
Alkyltrialkoxysilanen mindestens 80 Gew.-%, insbesondere mindestens 90 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der eingesetzten Silanverbindungen.
Die zuvor beschriebenen Siloxanlacke können kommerziell unter dem
Handelsnamen Acriplex® 100 und Acriplex® 180 SR von Evonik Röhm GmbH erhalten werden.
Die Kunststoffscheibe kann plan oder z.B. durch vorhergehende Umformung gewölbt sein.
Der Krümmungsradius der Kunststoffscheibe kann zwischen 0,4 m und 100 m liegen, bevorzugt zwischen 0,5 m und 80 m und ganz besonders bevorzugt zwischen 0,6 m und 60 m.
Die dauerelastische Zwischenschicht muss einen niedrigen Elastizitätsmodul von maximal 500 MPa nach DIN ISO 527 aufweisen und eine gute Adhäsion zur
Kunststoffscheibe, zu den PV-Zellen sowie zur Barriereschicht haben. Die Adhäsion kann bei Bedarf durch einen Primer als Haftvermittler verbessert werden. Beispiele geeigneter Substrate für die elastische Zwischenschicht sind Acrylate (DuploCOLL® VP20618 oder CPT 3000 von Fa. Lohmann), Silicone (Silgel® 612 von Fa. Wacker), Polyurethane (Vestanat® T / Oxyester T von Fa. Evonik) oder Thermoplastische Elastomere (TPU Krystalflex® PE 429 von Fa. Huntsman)
Als Primer können Siliconharze in aliphatischem Kohlenwasserstoff (z.B. Primer der Fa. Wacker: Grundierung G 790) verwendet werden.
Als PV-Zellen können alle bekannten Zell-Typen wie z.B. monokristalline,
multikristalline Silizium-Zellen oder Dünnschicht-PV-Zellen verwendet werden.
Als Barriereschicht kommen gängige transparente oder nicht transparente
Kunststoff-Folien, gegebenenfalls mit einer haftvermittelnden Beschichtung, in Seite 25 von 39
Betracht (PET, wie beispielsweise z.B. Tritan® FX 100 (Eastman), PVF z.B. Tedlar( (DuPont), PMMA z.B. PLEX® 8943 F (Evonik Röhm GmbH)).
Herstellung des PV-Moduls
Der Herstellprozess des PV-Moduls erfolgt durch Lamination in einem moderaten Temperaturbereich (beispielsweise zwischen ca. 0 Grad C und 90 Grad C, bevorzugt zwischen 10 Grad C und 80 Grad C und ganz besonders bevorzugt zwischen 15 Grad C und 75 Grad C).
Die elastische Zwischenschicht kann in einer oder in zwei Stufen in Form von Folien oder in Form thermoplastischer oder flüssiger, gegebenenfalls reaktiver
Komponenten (z.B. 2-K-Systeme) aufgebracht werden.
Variante 1 :
Dazu wird eine Folie (2a) der elastischen Zwischenschicht auf die Kunststoffscheibe (1 ) aufgebracht. Anschließend werden die bereits zu Strings verlöteten PV-Zellen aufgesetzt und danach mit einer zweiten Folie (2b) der elastischen Zwischenschicht abgedeckt. Schließlich wird die Barrierefolie (3) aufgebracht.
Variante 2:
Wenn die Barrierefolie als Verbundfolie einseitig mit der elastischen Zwischenschicht ausgestattet wurde (3+2b), erübrigt sich der separate Verfahrensschritt mit der Folie (2b).
Der so erhaltene Verbund wird dann in einer geeigneten Form, die der Geometrie bzw. Wölbung der Kunststoffscheibe angepasst ist, verpresst. Dieser
Verfahrensschritt ist dadurch gekennzeichnet, dass er ohne Wärmezufuhr oder mit nur geringer Wärmezufuhr erfolgen kann. Seite 26 von 39
Der Preßdruck liegt zwischen 0,001 N/mm2 und 10 N/mm2, bevorzugt zwischen 0,01 N/mm2 und 5 N/mm2 und ganz besonders bevorzugt zwischen 0,03 N/mm2 und 3 N/mm2.
Bei Bedarf kann das Verpressen unter Vakuum zur Entfernung von Lufteinschlüssen erfolgen, der Druckbereich liegt dabei zwischen 0,00001 bar und 0,9 bar, bevorzugt im Bereich zwischen 0,0001 bar und 0,5 bar, ganz besonders bevorzugt im Bereich zwischen 0,001 bar und 0,3 bar.
Alternativ wird in einem besonders wirtschaftlichen Verfahren die elastische
Zwischenschicht (2a) kontinuierlich z.B. in einem Rollenlaminator auf die
Kunststoffscheibe (1 ) laminiert.
Nach dem Aufsetzen des Strings wird in einem weiteren kontinuierlichen
Laminierschritt die zweite elastische Zwischenschicht (2b) aufgebracht und schließlich in einem dritten kontinuierlichen Laminierschritt die Barrierefolie (3) aufgebracht. Der zweite und dritte Laminierschritt können vorteilhafterweise zusammenfallen, wenn die Barrierefolie zuvor einseitig mit der elastischen
Zwischenschicht ausgestattet wurde (3+2b).
Bei Bedarf kann das Laminieren unter Vakuum zur Entfernung von Lufteinschlüssen erfolgen.
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Beispiele
Diskontinuierliche Herstellung eines Moduls mit
Acrylateinbettungsmasse:
Eine Platte PMMA/PMMA-Solar (Marke: PLEXIGLAS® Solar, hergestellt und vertrieben von der Evonik Röhm GmbH) wird in einem Laminator mit einer
Acrylatklebeschicht (DuploCOLL® CPT 500, hergestellt von Fa. Lohmann)
beschichtet. Dazu wird die PMMA-Platte von unten und die Klebefolie von oben in den Walzenspalt geführt. Der Walzenspalt hat die Weite der kumulierten Dicken der Einzelkomponenten abzüglich Null bis fünf Zehntel Millimeter.
Anschließend wird die Platte vorzugsweise im Vakuum mit Photovoltaikzellen belegt und der Verbund erneut mit einer Acrylatklebeschicht laminiert. Die Walzenspaltweite ergibt sich aus der Formel der ersten Lamination.
Danach wird auf die Klebefolie eine Barrierefolie laminiert und so das Modul abgeschlossen.
Der Verbund kann nun noch zusätzlich mit Blech oder einem Sandwichbauteil versehen werden. Alle Schritte erfolgen bei Raumtemperatur
Kontinuierliche Herstellung eines Moduls mit Acrylateinbettungsmasse:
Eine Strang PMMA/PMMA-Solar (Marke: PLEXIGLAS® Solar, hergestellt und vertrieben von der Evonik Röhm GmbH) wird direkt nach der Extrusion in einem Laminator mit einer Acrylatklebeschicht (DuploCOLL® CPT 500, hergestellt von Fa. Lohmann) beschichtet. Dazu werden der PMMA-Strang von unten und die Klebefolie von oben in den Walzenspalt geführt. Der Walzenspalt hat die Weite der kumulierten Dicken der Einzelkomponenten abzüglich Null bis fünf Zehntel Millimeter.
Anschließend wird die Platte vorzugsweise im Vakuum mit Photovoltaikzellen belegt und der Verbund erneut mit einer Acrylatklebeschicht laminiert. Die Walzenspaltweite ergibt sich aus der Formel der ersten Lamination. Seite 28 von 39
Danach wird auf die Klebefolie eine Barrierefolie laminiert und so das Modul abgeschlossen.
Der Verbund kann nun noch zusätzlich mit Blech oder einem Sandwichbauteil versehen werden. Am Ende der Strecke befinden sich dann Kaschierung und die Ablängung des Strangs zu einzelnen Modulen.
Alle Schritte erfolgen bei Raumtemperatur.
Diskontinuierliche Herstellung eines Moduls mit
Silikoneinbettungsmasse:
Auf eine Platte PMMA/PMMA-Solar (Marke: PLEXIGLAS® Solar, hergestellt und vertrieben von der Evonik Röhm GmbH) wird durch einen oder mehrere Dispenser eine Sorte Silikon (Silgel® 612 von Fa. Wacker) oder mehrere Sorten Silikon aufgetragen. Die Auftragsdicke beträgt 0,5 mm bis 3mm. Die Reaktion der
Silikonschicht wird nun unter UV-Strahlern oder Infrarotstrahlern oder einer
Kombination aus Beidem durchgeführt.
Anschließend wird die Platte vorzugsweise im Vakuum mit Photovoltaikzellen belegt. Auf den Verbund wird nun erneut eine Schicht Silikon aufgetragen. Diese Schicht kann wieder aus mehreren Silikonsorten bestehen und hat eine Dicke von 0,5 mm bis 3mm.
Die Reaktion der Silikonschicht wird nun unter UV-Strahlern oder Infrarotstrahlern oder einer Kombination aus Beidem durchgeführt.
Danach wird auf den Verbund eine Barrierefolie laminiert und so das Modul abgeschlossen.
Der Walzenspalt hat die Weite der kumulierten Dicken der Einzelkomponenten abzüglich Null bis fünf Zehntel Millimeter. Seite 29 von 39
Der Verbund kann nun noch zusätzlich mit Blech oder einem Sandwichbauteil versehen werden.
Kontinuierliche Herstellung eines Moduls mit Silikoneinbettungsmasse:
Auf einen Strang PMMA/PMMA-Solar (Marke: PLEXIGLAS® Solar, hergestellt und vertrieben von der Evonik Röhm GmbH) wird direkt an die Extrusion angeschlossen durch einen oder mehrere Dispenser eine Sorte Silikon (Silgel® 612 von Fa. Wacker) oder mehrere Sorten Silikon aufgetragen. Die Auftragsdicke beträgt 0,5 mm bis 3mm. Die Silikonschicht wird nun unter UV-Strahlern oder Infrarotstrahlern oder einer Kombination aus Beidem durchgeführt.
Anschließend wird die Platte vorzugsweise im Vakuum mit Photovoltaikzellen belegt. Auf den Verbund wird nun erneut eine Schicht Silikon aufgetragen. Diese Schicht kann wieder aus mehreren Silikonsorten bestehen und hat eine Dicke von 0,5 mm bis 3mm.
Die Reaktion der Silikonschicht wird nun unter UV-Strahlern oder Infrarotstrahlern oder einer Kombination aus Beidem durchgeführt.
Danach wird auf den Verbund eine Barrierefolie laminiert und so das Modul abgeschlossen.
Der Walzenspalt hat die Weite der kumulierten Dicken der Einzelkomponenten abzüglich Null bis fünf Zehntel Millimeter.
Der Verbund kann nun noch zusätzlich mit Blech oder einem Sandwichbauteil versehen werden. Am Ende der Strecke befinden sich dann Kaschierung und die Ablängung des Strangs zu einzelnen Modulen. Seite 30 von 39
Diskontinuierliche Herstellung eines Moduls mit
Silikoneinbettungsmasse:
Auf eine Platte PMMA/PMMA-Solar (Marke: PLEXIGLAS® Solar, hergestellt und vertrieben von der Evonik Röhm GmbH) wird durch einen oder mehrere Dispenser eine Sorte Silikon (Silgel® 612 von Fa. Wacker) oder mehrere Sorten Silikon aufgetragen.
Die Auftragsdicke beträgt 0,5 mm bis 3mm. Die Silikonschicht wird nun unter UV- Strahlern oder Infrarotstrahlern oder einer Kombination aus Beidem durchgeführt.
Anschließend wird die Platte vorzugsweise im Vakuum mit Photovoltaikzellen belegt. Auf den Verbund wird nun erneut eine Schicht Silikon aufgetragen. Diese Schicht kann wieder aus mehreren Silikonsorten bestehen und hat eine Dicke von 0,5 mm bis 3mm.
Die Reaktion der Silikonschicht wird nun unter UV-Strahlern oder Infrarotstrahlern oder einer Kombination aus Beidem durchgeführt.
Danach wird auf den Verbund eine Barrierefolie laminiert und so das Modul abgeschlossen.
Der Walzenspalt hat die Weite der kumulierten Dicken der Einzelkomponenten abzüglich Null bis fünf Zehntel Millimeter.
Der Verbund kann nun noch zusätzlich mit Blech oder einem Sandwichbauteil versehen werden.
Kontinuierliche Herstellung eines Moduls mit
Polyurethaneinbettungsmasse:
Auf einen Strang PMMA/PMMA-Solar (Marke: PLEXIGLAS® Solar, hergestellt und vertrieben von der Evonik Röhm GmbH) wird direkt an die Extrusion angeschlossen durch einen oder mehrere Dispenser eine Mischung aus einer Sorte oder mehrere Seite 31 von 39
Sorten Polyester (Oxyester T1 136, hergestellt von Fa. EVONIK) und einem oder mehreren multifunktionellen Isocyanaten (VESTANAT® T6040, hergestellt von Fa. EVONIK) aufgetragen. Die Auftragsdicke beträgt 0,5 mm bis 3mm. Die Reaktion der Polyurethanschicht wird nun unter UV-Strahlern oder Infrarotstrahlern oder einer Kombination aus Beidem durchgeführt.
Anschließend wird die Platte vorzugsweise im Vakuum mit Photovoltaikzellen belegt. Auf den Verbund wird nun erneut eine Schicht Polyurethan aufgetragen. Diese Schicht kann wieder aus mehreren Polyurethansorten bestehen und hat eine Dicke von 0,5 mm bis 3mm.
Die Reaktion der Polyurethanschicht wird nun unter UV-Strahlern oder
Infrarotstrahlern oder einer Kombination aus Beidem durchgeführt.
Danach wird auf den Verbund eine Barrierefolie laminiert und so das Modul abgeschlossen.
Der Walzenspalt hat die Weite der kumulierten Dicken der Einzelkomponenten abzüglich Null bis fünf Zehntel Millimeter.
Der Verbund kann nun noch zusätzlich mit Blech oder einem Sandwichbauteil versehen werden. Am Ende der Strecke befinden sich dann Kaschierung und die Ablängung des Strangs zu einzelnen Modulen.
Diskontinuierliche Herstellung eines Moduls mit TPU-Einbettungsmasse:
Eine Platte PMMA/PMMA-Solar (Marke: PLEXIGLAS® Solar, hergestellt und vertrieben von der Evonik Röhm GmbH) wird in einem Laminator mit einer TPU- Schicht (Krystalflex® PE 429, hergestellt von Fa. Huntsman) beschichtet. Dazu werden die PMMA-Platte von unten und die TPU-Folie unter Temperatureinfluss von oben in den Walzenspalt geführt. Der Walzenspalt hat die Weite der kumulierten Dicken der Einzelkomponenten abzüglich Null bis fünf Zehntel Millimeter.
Anschließend wird die Platte vorzugsweise im Vakuum mit Photovoltaikzellen belegt und der Verbund erneut mit einer Klebeschicht aus einem TPU laminiert. Die
Walzenspaltweite ergibt sich aus der Formel der ersten Lamination. Seite 32 von 39
Danach wird auf die Klebefolie eine Barrierefolie laminiert und so das Modul abgeschlossen.
Der Verbund kann nun noch zusätzlich mit Blech oder einem Sandwichbauteil versehen werden. Alle Schritte erfolgen bei Raumtemperatur
Kontinuierliche Herstellung eines Moduls mit TPU-Einbettungsmasse:
Eine Strang PMMA/PMMA-Solar (Marke: PLEXIGLAS® Solar, hergestellt und vertrieben von der Evonik Röhm GmbH) wird direkt nach der Extrusion in einem Laminator mit einer TPU-Schicht (Krystalflex® PE 429, hergestellt von Fa. Huntsman) beschichtet. Dazu wird der PMMA-Strang von unten und die TPU-Folie unter
Temperatureinfluss von oben in den Walzenspalt geführt. Der Walzenspalt hat die Weite der kumulierten Dicken der Einzelkomponenten abzüglich Null bis fünf Zehntel Millimeter.
Anschließend wird die Platte vorzugsweise im Vakuum mit Photovoltaikzellen belegt und der Verbund erneut mit einer Klebeschicht aus einem TPU laminiert. Die
Walzenspaltweite ergibt sich aus der Formel der ersten Lamination.
Danach wird auf die Klebefolie eine Barrierefolie laminiert und so das Modul abgeschlossen. Am Ende der Strecke befinden sich dann Kaschierung und die Ablängung des Strangs zu einzelnen Modulen.
Der Verbund kann nun noch zusätzlich mit Blech oder einem Sandwichbauteil versehen werden.
Alle Schritte erfolgen bei Raumtemperatur.
Ergebnisse
Die PV Module wurden auf Bewitterungsstabilität untersucht. Die
erfindungsgemäßen PV-Module sind im Allgemeinen sehr beständig gegenüber Seite 33 von 39
Bewitterung. So beträgt die Bewitterungsbeständigkeit gemäß DIN 53387 (Xenotest) mindestens 5.000 Stunden.
Auch nach einer langen UV-Bestrahlung von mehr als 5.000 Stunden ist der
Gelbindex gemäß DIN 6167 (D65/10) von bevorzugten Kunststoffen kleiner oder gleich 8, bevorzugt kleiner oder gleich 5, ohne daß hierdurch eine Beschränkung erfolgen soll.

Claims

Seite 34 von 39 Patentansprüche
1. Photovoltaik-Modul, aufgebaut aus folgenden Elementen: a. einer Deckschicht aus einem transparenten, thermoplastischen Kunststoff und/oder einer Barriere-Folie,
b. einer elastischen Schicht, in die die Solarzellen eingebettet sind und c. einer Barriere-Folie oder einer Barriere-Platte.
2. Photovoltaik-Modul nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, daß
als transparenter, thermoplastischer Kunststoff PMMA verwendet wird.
3. Photovoltaik-Modul nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elastische Schicht einen Elastizitätsmodul nach DIN ISO 527 von maximal 500 MPa hat.
4. Verfahren zur Herstellung eines PV-Moduls nach 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schichten bei Temperaturen unterhalb 90 Grad C laminiert werden.
5. Verfahren zur Herstellung eines PV-Moduls nach 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Lamination der Schichten in einer Vakuumpresse erfolgt.
6. Verfahren zur Herstellung eines PV-Moduls nach 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schichten in einem kontinuierlichen Laminierverfahren aufgebracht werden. Seite 35 von 39
7. Verfahren zur Herstellung eines PV-Moduls nach 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schichten in einem kontinuierlichen Laminierverfahren im Vakuum aufgebracht werden.
8. Verfahren zur Herstellung eines PV-Moduls nach 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elastischen Schichten als Folien aufgebracht werden.
9. Verfahren zur Herstellung eines PV-Moduls nach 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die elastischen Schichten in flüssiger Form aufgebracht werden.
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