DE202016004056U1

DE202016004056U1 - Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folien-Rolle

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Publication number: DE202016004056U1
Application number: DE202016004056.2U
Authority: DE
Original assignee: Borealis GmbH
Current assignee: Borealis GmbH
Priority date: 2016-06-30
Filing date: 2016-06-30
Publication date: 2016-11-08
Anticipated expiration: 2026-07-01
Also published as: CN206976364U; CN107564983A

Abstract

Rolle einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, wobei die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie auf eine Trommel, die einen Feuchtigkeits-Gehalt von 1000 ppm oder weniger aufweist, gerollt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rolle für einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, eine Verpackung zum Lagern und/oder Transportieren einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, die diese Rolle umfasst, ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik-Moduls unter Verwendung der Rolle und eine Solarzelle, erhältlich durch dieses Verfahren und somit die Verwendung einer speziellen Trommel, bzw. Spule bzw. Haspel für Rollen von Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folien.
Photovoltaik-Module, auch bekannt als Solarzellen-Module, sind in der Solarenergie-Technologie gut bekannt. Photovoltaik(PV)-Module erzeugen Elektrizität von Licht und werden in verschiedenen Arten von Anwendungen, die auf dem Fachgebiet gut bekannt sind, verwendet. Der Typ des Photovoltaik-Moduls kann variieren. Die Module haben typischerweise eine Mehrschicht-Struktur, d. h. einige unterschiedliche Schicht-Elemente, welche unterschiedliche Funktionen aufweisen. Die Schicht-Elemente des Photovoltaik-Moduls können hinsichtlich der Schicht-Materialien und Schicht-Struktur variieren. Das fertige Photovoltaik-Modul kann steif oder flexibel sein. Solche Photovoltaik-Module werden gewöhnlich durch Laminierung erzeugt.
Die Photovoltaik-Elemente (oder Solarzellen-Elemente) in Photovoltaik-Modulen sind gewöhnlich durch ein Polymer verkapselt. Dies wird gewöhnlich durch Auftragen einer Folie von dem Verkapselungs-Material auf mindestens eine Seite der Solarzellen-Elemente vor dem Laminierungs-Verfahren erreicht. Häufiger werden Folien von dem Verkapselungs-Material auf beide Seiten der Solarzellen-Elemente vor dem Laminierungs-Verfahren aufgetragen.
Beim Lagern und Transportieren einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie sollte die Gegenwart von Wasser als Feuchtigkeit so weit wie möglich vermieden werden. Dies ist insbesondere der Fall bei Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, die Silan-Gruppe-enthaltende Verbindungen umfasst. Diese Silan-Gruppen können zum Vernetzen des Harzes verwendet werden und/oder die Anhaftung des Polymer-Harzes an benachbarte Schichten, z. B. an das Frontglas-Schicht-Element, das Photovoltaik-Element und das Schutz-Rückseiten-Schicht-Element fördern. Die Gegenwart von Wasser führt zu vorzeitigem Vernetzen, was die Viskosität senkt und Laminierung, insbesondere Anhaftung, negativ beeinflusst.
Somit sollte die Exposition einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie mit Feuchtigkeit während des Herstellens, Lagers und Transports möglichst gering sein.
Deshalb stellt die vorliegende Erfindung eine Rolle einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie bereit, wobei die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie auf eine Trommel, die einen Feuchtigkeits-Gehalt von 1000 ppm oder weniger aufweist, gerollt wird.
Es wurde in überraschender Weise gefunden, dass die Feuchtigkeit, die in der gegenwärtig für Rollen von Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folien (welche 50000 ppm oder mehr ist) verwendeten Papier-Trommel enthalten ist, die Anhaftung der Folie nach Laminierung, insbesondere im Fall von Folien, die Silan-Gruppe-enthaltende Verbindung(en) enthalten, stark beeinträchtigt. Folglich werden durch Anwendung einer Trommel, die einen Feuchtigkeits-Gehalt von 1000 ppm oder weniger aufweist, die Anhaftungs-Eigenschaften deutlich verbessert.
Der Feuchtigkeits-Gehalt der Trommel ist vorzugsweise 750 ppm oder weniger, bevorzugter 500 ppm oder weniger, besonders bevorzugt 350 ppm oder weniger und besonders bevorzugt 200 ppm oder weniger.
Die Trommel ist gewöhnlich frei von Papier- und Karton-Material, geeigneterweise frei von Papier und Karton.
Die Trommel umfasst vorzugsweise ein Polyolefin (PO1), umfasst bevorzugter ein Polyolefin (PO1) in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr, bevorzugter in einer Menge von 75 Gew.-% oder mehr und besonders bevorzugt in einer Menge von 90 Gew.-% oder mehr.
In einer Ausführungsform umfasst die Trommel mindestens 95 Gew.-% von dem Polyolefin (PO1), geeigneterweise mindestens 97 Gew.-%.
Die üblichen Additive sind z. B. herkömmliche Additive, die für die gewünschte Endverwendung geeignet sind, und in dem Wissen eines Fachmanns liegen, und schließen ohne Begrenzung vorzugsweise mindestens Antioxidant(ien) und UV Licht-Stabilisator(en) ein, und können auch Metall-Deaktivator(en), Keimbildungsmittel, Klärmittel (Clarifier), optische(s) Aufhellungsmittel, Säurefänger, sowie Gleitmittel oder Talkum usw. einschließen. Jedes Additiv kann z. B. in herkömmlichen Mengen verwendet werden. Solche Additive sind im Allgemeinen kommerziell erhältlich und werden zum Beispiel in ”Plastic Additive Handbook”, 5. Ausgabe, 2001 von Hans Zweifel beschrieben.
Das Polyolefin (PO1), das in der Trommel enthalten ist, ist vorzugsweise ein C₂ bis C₄ alpha-Olefin-Homo- oder -Copolymer, bevorzugter ein Ethylen- oder Propylen-Homo- oder -Copolymer und besonders bevorzugt ein Ethylen-Homo- oder -Copolymer gegebenenfalls mit einer MFR₂ (2,16 kg, ISO 1133), 190°C) von 0,01 bis 100 g/10 min.
Die Dichte des Polyolefins (PO1) liegt gewöhnlich im Bereich von 910 bis 975 kg/m³, vorzugsweise 920 bis 970 kg/m³.
Die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie umfasst vorzugsweise Silan-Gruppe(n) enthaltende Einheiten (S) und/oder ein Polyolefin (PO2), bevorzugter umfasst die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie Silan-Gruppe(n) enthaltende Einheiten (S) und ein Polyolefin (PO2). In diesem Fall können die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) und das Polyolefin (PO2) in der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie als getrennte Komponenten enthalten sein, d. h. als ein Blend oder Silan-Gruppe(n) enthaltende Einheiten (S) können Teil von dem Polyolefin (PO2) sein. Wenn die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) Teil von dem Polyolefin (PO2) sind, sind sie gewöhnlich in das Polymer durch Copolymerisation oder durch Pfropfen eingearbeitet. Im Allgemeinen sind Copolymerisation und Pfropfen der Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) gut bekannte Techniken und sind auf dem Polymergebiet und in dem Wissen eines Fachmanns gut dokumentiert und werden unter anderem in US 4 413 066 , US 4 297 310 , US 4 351 876 , US 4 397 981 , US 4 446 283 und US 4 456 704 offenbart.
Die Silan-Gruppe(n) enthaltende Einheit (S) ist vorzugsweise eine hydrolysierbare ungesättigte Silan-Verbindung wiedergegeben durch die Formel (I): R¹SiR²qY₃-q (I) worin
R¹ eine ethylenisch ungesättigte Kohlenwasserstoff-, Kohlenwasserstoffoxy- oder (Meth)acryloxy-Kohlenwasserstoff-Gruppe ist,
jedes R² unabhängig eine aliphatische gesättigte Kohlenwasserstoff-Gruppe ist,
Y, das gleich oder verschieden sein kann, eine hydrolysierbare organische Gruppe ist und q 0, 1 oder 2 ist. Spezielle Beispiele der ungesättigten Silan-Verbindung jene sind, worin
R¹ Vinyl, Allyl, Isopropenyl, Butenyl, Cyclohexanyl oder gamma-(Meth)acryloxy-propyl ist;
Y Methoxy-, Ethoxy-, Formyloxy-, Acetoxy-, Propionyloxy- oder eine Alkyl- oder Arylamino-Gruppe ist; und
R², falls vorliegend, eine Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Decyl- oder Phenyl-Gruppe ist.
Weitere geeignete Silan-Verbindungen oder vorzugsweise Comonomere sind z. B. gamma-(Meth)acryl-oxypropyl-trimethoxysilan, gamma-(Meth)acryloxypropyl-triethoxysilan und Vinyl-triacetoxysilan oder Kombinationen von zwei oder mehreren davon.
Eine geeignete Untergruppe der Einheit von Formel (I) ist eine ungesättigte Silan-Verbindung oder vorzugsweise ein Comonomer von Formel (II) CH₂=CHSi(OA)₃ (II) worin jedes A unabhängig eine Kohlenwasserstoff-Gruppe mit 1-8 Kohlenstoff-Atomen, geeigneterweise 1-4 Kohlenstoff-Atomen, ist. In einer Ausführungsform von Silan-Gruppe(n) enthaltender Einheit (S) der Erfindung sind Comonomere/Verbindungen von Formel (I), vorzugsweise von Formel (II), Vinyl-trimethoxysilan, Vinyl-bismethoxyethoxysilan, Vinyl-triethoxysilan, Vinyl-trimethoxysilan.
Die Menge der in der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie vorliegenden Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) ist vorzugsweise von 0,02 bis 2,0 Mol% von Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S), bevorzugter 0,10 bis 1,5 Mol% und besonders bevorzugt 0,20 bis 0,8 Mol%, wenn gemäß ”Comonomer-Gehalten”, wie in der Beschreibung unter ”Bestimmungs-Verfahren” beschrieben, bestimmt.
Vorzugsweise sind die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) Teil von dem Polyolefin (PO2), das in das Polymer durch Copolymerisation oder durch Pfropfen, bevorzugter durch Copolymerisation, eingebaut ist. Copolymerisation hat den Vorteil von längerer Lagerungs-Stabilität und wenig Abbau der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie. Zurückzuführen ist dies auf keine freie Silan-Gruppe(n) enthaltende Einheiten (S) und die Abwesenheit von Peroxid. Weiterhin hat die Copolymerisation den Vorteil von wenig Geruch und folglich besserer Arbeitsumgebung während der Handhabung der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie. Geeigneterweise ist die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie frei von Peroxid.
Wenn die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) Teil von dem Polyolefin (PO2) sind, ist die Menge der Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S), die in dem Polyolefin (PO2) vorliegt, vorzugsweise von 0,02 bis 2,0 Mol% von Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S), bevorzugter von 0,10 bis 1,5 Mol% und besonders bevorzugt von 0,20 bis 0,8 Mol%, wenn gemäß ”Comonomer-Gehalten”, wie in der Beschreibung unter ”Bestimmungs-Verfahren” beschrieben, bestimmt.
Vorzugsweise ist das Polyolefin (PO2) ein Ethylen-Homopolymer, das gegebenenfalls und vorzugsweise die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) umfasst, die durch Pfropfen in das Polymer eingebaut sind, oder das Polyolefin (PO2) ist ein Ethylen-Copolymer, das gegebenenfalls und vorzugsweise die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S), die durch Copolymerisation oder durch Pfropfen in das Polyolefin (PO2) eingebaut sind, bevorzugter ist das Polyolefin (PO2) ein Ethylen-Copolymer, umfassend die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S), die in das Polyolefin (PO2) durch Copolymerisation oder durch Pfropfen eingebaut sind, und besonders bevorzugt ist es ein Ethylen-Copolymer, umfassend die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S), die in das Polymer durch Copolymerisation eingebaut sind.
Die MFR₂, bestimmt gemäß ISO 1133 bei 190°C und unter einer Last von 2,16 kg, von dem Polyolefin (PO2), welches ein Ethylen-Homopolymer oder ein Ethylen-Copolymer ist, liegt vorzugsweise im Bereich von 0,0010 bis 20,00 g/10 min, bevorzugter im Bereich von 0,0050 bis 10,00 g/10 min, auch bevorzugter im Bereich von 0,010 bis 5,00 g/10 min.
Die Copolymerisation von Ethylen und den Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) kann unter beliebigen geeigneten Bedingungen, die zur Copolymerisation von den zwei Monomeren führen, ausgeführt werden.
Wenn die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) in das Polyolefin (PO2) durch Pfropfen eingearbeitet werden, kann dies zum Beispiel durch beliebige der zwei in US 3 646 155 bzw. US 4 117 195 beschriebenen Verfahren bewirkt werden.
Darüber hinaus kann die Copolymerisation in Gegenwart von einem oder mehreren anderen Comonomeren, welche mit den zwei Monomeren copolymerisiert werden können, durchgeführt werden. Solche Comonomere schließen (a) Vinylcarboxylatester, wie Vinylacetat und Vinylpivalat, (b) alpha-Olefine, wie Propen, 1-Buten, 1-Hexan, 1-Octen und 4-Methyl-1-penten, (c) (Meth)acrylate, wie Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat und Butyl(meth)acrylat, (d) olefinisch ungesättigte Carbonsäuren, wie (Meth)acrylsäure, Maleinsäure und Fumarsäure, (e) (Meth)acrylsäure-Derivate, wie (Meth)acrylnitril und (Meth)acrylamid, (f) Vinylether, wie Vinylmethylether und Vinylphenylether, und (g) aromatische Vinyl-Verbindungen, wie Styrol und alpha-Ethylstyrol, ein.
Unter diesen Comonomeren sind Vinylester von Monocarbonsäuren mit 1-4 Kohlenstoffatomen, wie Vinylacetat, und (Meth)acrylat von Alkoholen mit 1-4 Kohlenstoffatomen, wie Methyl(meth)acrylat, bevorzugt.
Besonders bevorzugte Comonomere sind Butylacrylat, Ethylacrylat und Methylacrylat.
Zwei oder mehrere solcher olefinisch ungesättigten Verbindungen können in Kombination verwendet werden.
Es ist vorgesehen, dass der Begriff ”(Meth)acrylsäure” sowohl Acrylsäure als auch Methacrylsäure umfasst.
Der Comonomer-Gehalt von dem Polyolefin (PO2) kann bis 70 Gew.-% Polyolefin (PO2), vorzugsweise etwa 0,5 bis 35 Gew.-%, besonders bevorzugt etwa 1 bis 30 Gew.-% Polyolefin (PO2) betragen.
Wenn die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) in das Polyolefin (PO2) durch Copolymerisation, wie vorstehend beschrieben, eingeführt werden, ist es bevorzugt, dass das Polyolefin (PO2) eine Dichte von 900 bis 970 kg/m³, bevorzugter von 920 bis 960 kg/m³, besonders bevorzugt von 930 bis 950 kg/m³ aufweist.
Wenn die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S), wie vorstehend beschrieben, in das Polyolefin (PO2) durch Pfropfen eingeführt werden, ist es bevorzugt, dass das Polyolefin (PO2) eine Dichte von 920 bis 960 kg/m³, bevorzugter von 925 bis 955 kg/m³, besonders bevorzugt von 930 bis 950 kg/m³ aufweist.
Wie vorstehend ausgewiesen, werden die Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (S) vorzugsweise in das Polyolefin (PO2) durch Copolymerisation eingeführt.
Geeignetes Polyolefin (PO2) ist zum Beispiel Visico LE4423, vertrieben von Borealis.
Die Trommel weist vorzugsweise eine Breite von 500 mm bis 1500 mm und einen äußeren Durchmesser von 50 mm bis 150 mm auf.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf eine Verpackung zum Lagern und/oder Transportieren einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, umfassend die Rolle gemäß der vorliegenden Erfindung, gerichtet.
Solche Verpackungen sind auf dem Fachgebiet bekannt. Zum Beispiel werden häufig Mehrschicht-Verpackungen, umfassend Polyester/Aluminium/LDPE-Schichten, verwendet. Typische Schichtdicken sind: Polyester 1 bis 25 μm, Aluminium 1 bis 15 μm und LDPE 10 bis 500 μm.
Durch Verwendung der Rolle gemäß der Erfindung wird der Gesamtwassergehalt in der Verpackung weiter vermindert.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung eines Photovoltaik-Moduls gerichtet, umfassend die nachstehenden Schritte

(a) Abwickeln mindestens eines Teils der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie von der Rolle gemäß der vorliegenden Erfindung;
(b) Bilden einer Photovoltaik-Vorlaminat-Anordnung, umfassend eine oder mehrere Solarzellen und die in Schritt (a) erhaltene Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie;
(c) Laminieren der in Schritt (b) erhaltenen Photovoltaik-Vorlaminat-Anordnung.

In der vorliegenden Erfindung bedeutet Photovoltaik-Vorlaminierungs-Anordnung eine Anordnung, welche in ein Photovoltaik-Modul durch Laminierung umgewandelt werden kann. Die Schritte zur Herstellung einer solchen Anordnung sind auf dem Fachgebiet bekannt.
Wie vorstehend ausgewiesen, kann das fertige Photovoltaik-Modul steif oder flexibel sein.
Das steife Photovoltaik-Modul kann zum Beispiel ein steifes Front-Schutz-Schicht-Element, wie ein Glas-Element, Front-Verkapselungs-Schicht-Element, ein Photovoltaik-Element, Rückseiten-Verkapselungs-Schicht-Element, ein Rück-Schutz-Schicht-Element, welches auch ein Rückseitenfolien-Schicht-Element genannt wird und welches steif oder flexibel sein kann; und gegebenenfalls z. B. einen Aluminium-Rahmen, enthalten.
Das Front-Verkapselungs-Schicht-Element und/oder das Rückseiten-Verkapselungs-Schicht-Element umfasst/umfassen, bevorzugter besteht/bestehen aus der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie gemäß der vorliegenden Erfindung. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen, bevorzugter bestehen das Front-Verkapselungs-Schicht-Element und das Rückseiten-Verkapselungs-Schicht-Element aus der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie gemäß der vorliegenden Erfindung In flexiblen Modulen sind alle von den vorstehenden Elementen flexibel, wobei das Front-Schutz-Schicht-Element z. B. eine fluorierte Schicht, hergestellt aus Polyvinylfluorid (PVF) oder Polyvinylidenfluorid(PVDF)-Polymer, ist und das Rückseitenfolien-Schicht-Element typischerweise ein polymeres Schicht-Element ist.
Die vorstehend beispielhaft angeführten Schicht-Elemente können Monoschicht- oder Mehrschicht-Elemente sein.
Alle die Begriffe haben auf dem Fachgebiet eine gut bekannte Bedeutung.
Somit können das steife Front-Schutz-Schicht-Element und das steife Rück-Schutz-Schicht-Element ein steifes Monoschicht-Element oder steifes Mehrschicht-Element sein. Das steife Monoschicht-Element ist vorzugsweise ein Glas-Schicht-Element. Das steife Mehrschicht-Element kann z. B. ein Glas-Schicht-Element, bedeckt von entweder einer oder beiden Seiten durch eine polymere Schicht(en), wie polymere Schutz-Schicht(en), sein.
Das steife Front-Schutz-Schicht-Element und das steife Rück-Schutz-Schicht-Element bestehen vorzugsweise aus einem Glas-Monoschicht-Element oder einem Mehrschicht-Element, umfassend eine Glas-Schicht, vorzugsweise ein Glas-Monoschicht-Element.
Der Typ und die Dicke des Glas-Schicht-Elements für Front- und/oder Rück-Schutz-Schicht-Element können unabhängig variieren, in Abhängigkeit von der gewünschte PV-Modul-Lösung. Typischerweise sind der Typ und die Dicke des Front- und/oder Rück-Glas-Schicht-Elements solche, die herkömmlicherweise auf dem PV-Gebiet verwendet werden.
Das ”Photovoltaik-Element” bedeutet, dass das Element Photovoltaik-Aktivität aufweist. Das Photovoltaik-Element kann z. B. ein Element von Photovoltaikzelle(n) sein, welches eine gut-bekannte Bedeutung auf dem Fachgebiet aufweist. Silizium basiertes Material, z. B. kristallines Silizium, ist ein nicht-begrenzendes Beispiel von Materialien, die in Photovoltaikzelle(n) verwendet werden. Kristallines Silizium-Material kann hinsichtlich Kristallinität und Kristallgröße variieren, wie dem Fachmann gut bekannt ist. Alternativ kann das Photovoltaik-Element eine Substrat-Schicht auf einer Oberfläche sein, von welcher eine weitere Schicht oder Abscheidung mit Photovoltaik-Aktivität unterzogen wird, zum Beispiel eine Glas-Schicht, wobei auf einer Seite davon ein Druckfarbenmaterial mit Photovoltaik-Aktivität gedruckt ist, oder eine Substrat-Schicht auf einer Seite davon eines Materials mit Photovoltaik-Aktivität abgeschieden worden ist. Zum Beispiel wird in gut-bekannten Dünn-Folien-Lösungen von Photovoltaik-Elementen z. B. eine Druckfarbe mit Photovoltaik-Aktivität auf eine Seite von einem Substrat gedruckt, welches typischerweise ein Glas-Substrat ist.
Das Photovoltaik-Element ist besonders bevorzugt ein Element von Photovoltaikzelle(n).
”Photovoltaikzelle(n)” bedeutet hierin ein(e) Schicht-Element(e) von Photovoltaikzellen, wie vorstehend erläutert, zusammen mit Konnektoren bzw. Anschlüssen.
Das PV-Modul kann ebenfalls andere Schicht-Elemente, wie auf dem Gebiet von PV-Modulen bekannt, umfassen. Darüber hinaus können beliebige von den anderen Schicht-Elementen Mono- oder Mehrschicht-Elemente sein.
In einigen Ausführungsformen kann es eine Haftschicht zwischen den unterschiedlichen Schicht-Elementen und/oder zwischen den Schichten von einem Mehrschicht-Element, wie auf dem Fachgebiet gut bekannt, geben. Solche Haftschichten haben die Funktion, die Anhaftung zwischen den zwei Elementen zu verbessern und haben eine gut bekannte Bedeutung auf dem Laminierungsgebiet. Die Haftschichten unterscheiden sich, wie für einen Fachmann ersichtlich, von den anderen funktionellen Schicht-Elementen der PV-Module, z. B. jenen wie vorstehend, nachstehend oder in den Ansprüchen ausgewiesen.
Wie auf dem PV-Gebiet gut bekannt, kann die Dicke der vorstehend erwähnten Elemente, sowie beliebiger zusätzlicher Elemente von dem laminierten Photovoltaik-Modul der Erfindung in Abhängigkeit von der gewünschten Photovoltaik-Modul-Ausführungsform variieren und kann gemäß einem Fachmann auf dem PV-Gebiet ausgewählt werden.
Alle vorstehend genannten Elemente des Photovoltaik-Moduls haben eine gut bekannte Bedeutung. Das Front-Schutz-Schicht-Element, vorzugsweise ein Frontglas-Schicht-Element, ein Front-Verkapselungs-Schicht-Element, ein Photovoltaik-Element, ein Rückseiten-Verkapselungs-Schicht-Element und das Front-Schutz-Schicht-Element, d. h. Rückseitenfolien-Schicht-Element, vorzugsweise ein Rück-Glas-Schicht-Element, können in einer gut bekannten Weise auf dem Photovoltaik-Gebiet erzeugt werden oder sind kommerziell erhältlich.
Wie dargelegt, kann die Dicke der unterschiedlichen Schicht-Elemente von PV-Modulen in Abhängigkeit von dem Typ der PV-Module und dem Material der Schicht-Elemente variieren, wie dem Fachmann gut bekannt ist.
Nur als ein nicht-begrenzendes Beispiel ist die Dicke des steifen Front-Schutz-Schicht-Elements, z. B. Glas-Schicht, typischerweise bis zu 10 mm, vorzugsweise bis zu 8 mm, vorzugsweise 2 bis 4 mm.
Nur als ein nicht-begrenzendes Beispiel ist die Dicke des steifen Rück-Schutz-(Rückseitenfolie)-Schicht-Elements, z. B. eine Glas-Schicht, typischerweise bis zu 10 mm, vorzugsweise bis zu 8 mm, vorzugsweise 2 bis 4 mm.
Nur als ein nicht-begrenzendes Beispiel ist die Dicke eines Photovoltaik-Elements, z. B. ein Element von monokristalliner/n Photovoltaikzelle(n), typischerweise zwischen 100 bis 700 Mikrometer.
Es ist auch verständlich, dass ein Teil der Elemente in integrierter Form bzw. als ein Ganzes vorliegen können, d. h. zwei oder mehrere der PV-Elemente können zusammen eingebunden sein, vorzugsweise durch Laminierung.
Im Allgemeinen kann die Laminierung von Schicht(en) an ein Substrat zum Beispiel durch 1) so genannte Castextrusion bzw. Chillrollextrusion, wobei mindestens ein Teil der Schichten auf einem vorher hergestellten Substrat während des Castextrusions-Schritts erzeugt werden oder 2) durch Integrieren von vorher hergestelltem Substrat und vorher hergestellten Schicht(en) zusammen unter Wärme und Druck, typischerweise in einem Vakuum in einer Laminator-Ausrüstung, ausgeführt werden.
Vorzugsweise wird in Schritt c) die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, bevorzugter auf eine Temperatur, die mindestens 3°C höher als die Schmelztemperatur der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie und besonders bevorzugt, welche mindestens 10°C höher als die Schmelztemperatur der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie ist, erwärmt. Gewöhnlich wird die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie nicht auf eine Temperatur mehr als 50°C höher als die Schmelztemperatur der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie erwärmt.
Gewöhnlich und vorzugsweise wird Schritt c) unter Verwendung eines Vakuum-Laminators ausgeführt, d. h. die Photovoltaik-Vorlaminat-Anordnung wird einem Evakuierungs-Schritt unterzogen.
Gewöhnlich und vorzugsweise werden keine Peroxide oder Silan-Kondensations-Katalysator (SCC), ausgewählt aus der SCC-Gruppe von Carboxylaten von Metallen, wie Zinn-, Zink-, Eisen-, Blei- oder Kobalt- oder Titan-Verbindung, die eine für eine Brönstedsäure, organische Basen, organische Sulfonsäuren und anorganische Säuren hydrolysierbare Gruppe tragen, vor oder während des Verfahrens zu der Photovoltaik-Vorlaminat-Anordnung, dem Intermediat oder Endprodukt(e), die während des Verfahrens erhalten werden, zugegeben, bevorzugter wird kein Vernetzungsmittel vor oder während des Verfahrens zu der Photovoltaik-Vorlaminat-Anordnung, dem Zwischen- oder Endprodukt(e), die während des Verfahrens erhalten werden, zugegeben.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf ein Photovoltaik-Modul, erhältlich oder erhalten durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, gerichtet.
Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens und des Photovoltaik-Moduls der vorliegenden Erfindung sind auch bevorzugte Merkmale der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie gemäß der vorliegenden Erfindung und umgekehrt.
Die vorliegende Erfindung ist weiterhin auf die Verwendung einer Trommel, die einen Feuchtigkeits-Gehalt von 1000 ppm oder weniger aufweist, vorzugsweise 750 ppm oder weniger, bevorzugter 500 ppm oder weniger, auch bevorzugter 350 ppm oder weniger und besonders bevorzugt 200 ppm oder weniger für Rollen von Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folien gerichtet.
Bevorzugte Ausführungsformen der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, das Verfahren und das Photovoltaik-Modul der vorliegenden Erfindung sind auch bevorzugte Merkmale der Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Experimenteller Teil
Wasser-Gehalt der Trommel
Der Gesamtwassergehalt der Polyolefin-Trommel wurde durch colorimetrische Karl-Fischer-Titration gemäß ISO 15512 (3. Ausgabe, Verfahren B2) gemessen.
Schmelzfussrate
Die Schmelzflussrate bzw. Schmelzindex (MFR) wird gemäß ISO 1133 bestimmt und wird in g/10 min angegeben. Die MFR ist ein Hinweis auf die Fließfähigkeit und folglich die Verarbeitbarkeit des Polymers. Je höher die Schmelzflussrate, umso geringer ist die Viskosität des Polymers. Die MFR wird bei 190°C für Polyethylen bestimmt. MFR kann bei unterschiedlichen Beladungen, wie 2,16 kg (MFR₂) oder 5 kg (MFR₅), bestimmt werden.
Dichte
Die Dichte des Polymers wurde gemäß ISO 1183-2 gemessen. Die Probenherstellung wurde gemäß ISO 1872-2 Tabelle 3 Q (Formpressen) ausgeführt.
Comonomer-Gehalte:
Der Gehalt (Gew.-% und Mol%) von polarem Comonomer, das in dem Polymer vorliegt, und der Gehalt (Gew.-% und Mol%) von Silan-Gruppe(n) enthaltenden Einheiten (vorzugsweise Comonomer), die in der Polymer-Zusammensetzung (vorzugsweise in dem Polymer) vorliegen:
Quantitative Kern-magnetische Resonanz(NMR)-Spektroskopie wurde verwendet, um den Comonomer-Gehalt der Polymer-Zusammensetzung oder des Polymers, wie vorstehend oder nachstehend in dem Zusammenhang angegeben, zu quantifizieren. Quantitative ¹H NMR-Spektren wurden in dem Lösungs-Zustand unter Verwendung eines Bruker Advance III 400 NMR-Spektrometers, betrieben bei 400,15 MHz, aufgezeichnet. Alle Spektren wurden unter Verwendung eines Standard-Breitband-inversen 5 mm Probenkopfes bei 100°C unter Verwendung von Stickstoffgas für alle Pneumatik aufgezeichnet. Ungefähr 200 mg Material wurden in 1,2-Tetrachlorethan-d₂ (TCE-d₂) unter Verwendung von Ditertiär-butylhydroxytoluol (BHT) (CAS 128-37-0) als Stabilisator gelöst. Standard-Einzel-Puls-Anregung wurde angewendet unter Verwendung eines 30-Grad-Impuls, einer Relaxations-Verzögerung von 3 s und ohne Probenrotation. Insgesamt 16 Transienten pro Spektren wurden unter Verwendung von 2 Blind-Scans aufgenommen. Insgesamt 32k Datenpunkte wurden pro FID mit einer Verweilzeit von 60 μs gesammelt, was einem Spektralfenster von ungefähr 20 ppm entspricht. Die FID wurde dann auf 64k-Datenpunkte null-gefüllt und eine exponentielle Fensterfunktion mit 0,3 Hz-Linienverbreiterung angewendet. Dieser Aufbau wurde vorwiegend wegen der Fähigkeit ausgewählt, die quantitativen Signale aufzulösen, die sich aus Methylacrylat- und Vinyltrimethylsiloxan-Copolymerisation ergeben, falls das gleiche Polymer vorliegt.
Quantitative ¹H NMR-Spektren wurden verarbeitet, integriert und quantitative Eigenschaften unter Verwendung kundenspezifischer Spektralanalysen-Automatisierungs-Programme bestimmt. Alle chemischen Verschiebungen wurden intern auf das zurückbleibende protonierte Lösungsmittel-Signal bei 5,95 ppm bezogen. Wenn vorhanden, wurden charakteristische Signale, die sich aus dem Einbau von Vinylacetat (VA), Methylacrylat (MA), Butylacrylat (BA) und Vinyltrimethylsiloxan (VTMS) ergeben, in verschiedenen Comonomer-Sequenzen, beobachtet (Randell89). Alle Comonomer-Gehalte wurden hinsichtlich aller anderer in dem Polymer vorliegender Monomere berechnet. Der Vinylacetat(VA)-Einbau wurde unter Verwendung des Integrals von dem Signal bei 4,84 ppm, zugeordnet zu dem *VA-Stellen, unter Berücksichtigung der Anzahl von angeführten Kernen pro Comonomer und korrigiert um die Überlappung der OH-Protonen von BHT, quantifiziert, falls vorliegend: VA = (I_*VA – (I_ArBHT)/2)/1
Der Methylacrylat(MA)-Einbau wurde unter Verwendung des Integrals von dem Signal bei 3,65 ppm, zugeordnet zu den 1MA-Stellen, unter Berücksichtigung der Anzahl von angeführten Kernen pro Comonomer, quantifiziert: MA = I_1MA/3
Der Butylacrylat(BA)-Einbau wurde unter Verwendung des Integrals von dem Signal bei 4,08 ppm, zugeordnet zu den 4BA-Stellen, die zu der Anzahl von angeführten Kernen pro Comonomer zählen, quantifiziert: BA = I_4BA/2
Der Vinyltrimethylsiloxan-Einbau wurde unter Verwendung des Integrals von dem Signal bei 3,56 ppm, zugeordnet zu den 1VTMS-Stellen, die zu der Anzahl von angeführten Kernen pro Comonomer zählen, quantifiziert: VTMS = I_1VTMS/9
Charakteristische Signale, die sich aus der zusätzlichen Verwendung von BHT als Stabilisator ergeben, wurden beobachtet. Der BHT-Gehalt wurde unter Verwendung des Integrals von dem Signal bei 6,93 ppm, zugeordnet zu den ArBHT-Stellen, die zu der Anzahl von angeführten Kernen pro Molekül zählen, quantifiziert: BHT = I_ArBHT/2
Der Ethylen-Comonomer-Gehalt wurde unter Verwendung des Integrals von dem aliphatischen (Masse) Signal zwischen 0,00–3,00 ppm quantifiziert. Dieses Integral kann die 1VA (3) und αVA (2)-Stellen von isoliertem Vinylacetat-Einbau einschließen, *MA und αMA-Stellen von isoliertem Methylacrylat-Einbau, 1BA (3), 2BA (2), 3BA (2), *BA (1) und αBA (2)-Stellen von isoliertem Butylacrylat-Einbau, die *VTMS und αVTMS-Stellen von isoliertem Vinylsilan-Einbau und die aliphatischen Stellen von BHT sowie die Stellen von Polyethylen-Sequenzen. Die Gesamtheit des Ethylen-Comonomer-Gehalts wurde berechnet, basierend auf dem Masse-Integral und unter Kompensieren gegen die beobachteten Comonomer-Sequenzen und BHT: E = (1/4)·[I_Masse – 5*VA – 3*MA – 10*BA – 3*VTMS – 21*BHT]
Es sollte angemerkt werden, dass die Hälfte der α-Signale in dem Masse-Signal Ethylen und kein Comonomer wiedergeben und dass ein unwesentlicher Fehler auf Grund der Unfähigkeit zum Kompensieren der zwei gesättigten Kettenenden (S) ohne zugehörige Verzweigungsstellen eingeführt wird. Die Gesamtheit der Molenbrüche von einem gegebenen Monomer (M) in dem Polymer wurde berechnet als: fM = M/(E + VA + MA + BA + VTMS)
Die Gesamtheit des Comonomer-Einbaus von einem gegebenen Monomer (M) in Molprozent wurde aus den Molenbrüchen in der Standardweise bestimmt: M [mol%] = 100·fM Die Gesamtheit des Comonomer-Einbaus von einem gegebenen Monomer (M) in Gewichtsprozent wurde aus den Molenbrüchen und Molekulargewicht des Monomers (MW) in der Standardweise bestimmt: M[Gew.-%] = 100·(fM·MW)/((fVA·86,09) + (fMA·86,09) + (fBA·128,17) + (fVTMS·148,23) + ((1 – fVA – fMA – fBA – fVTMS)·28,05)) randall89: J. Randall, Macromol. Sci., Rev. Macromol. Chem. Phys. 1989, C29, 201. Wenn charakteristische Signale von anderen speziellen chemischen Spezies beobachtet werden, kann die Logik von Quantifizierung und/oder Kompensation in einer ähnlichen Weise zu jener, die für die speziell beschriebenen chemischen Spezies verwendet wird, ausgedehnt werden. Das heißt, die Identifizierung von charakteristischen Signalen, Quantifizierung durch Integration von einem speziellen Signal oder Signalen, Skalieren der Anzahl von berichteten Kernen und Kompensation in dem Masse-Integral und verwandter Berechnungen. Obwohl dieses Verfahren für die speziellen in Frage kommenden chemischen Spezies spezifisch ist, basiert der Ansatz auf den Grundprinzipien der quantitativen NMR-Spektroskopie von Polymeren und kann somit erforderlichenfalls vom Fachmann implementiert werden.
Schmelztemperatur (T_m), Kristallisationstemperatur (T_cr) und Kristallinitätsgrad
Die Schmelztemperatur T_m von den verwendeten Polymeren und der thermoplastisch geprägten Folie wurde gemäß ASTM D3418 gemessen. T_m und T_cr wurden mit Mettler TA820 Dynamischer Differenzkalorimetrie (DSC) an 3+–0,5 mg Proben gemessen. Sowohl Kristallisations- als auch Schmelzkurven wurden während 10°C/min Kühl- und Wärme-Scans zwischen –10 bis 200°C erhalten. Schmelz- und Kristallisationstemperaturen wurden als die Peaks von Endothermen und Exothermen genommen. Der Kristallinitätsgrad wurde durch Vergleich mit Fusionswärme von einem perfekt kristallinem Polymer von dem gleichen Polymer-Typ, z. B. für Polyethylen, 290 J/g berechnet. Im Fall der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folien wurden Proben der Folie für die Messung verwendet.
Anhaftungstest:
Der Anhaftungstest wird an laminierten Streifen ausgeführt, die Verkapselungs-Folie und Rückseitenfolie wird in einer Zugtestausrüstung abgezogen unter Messen der dafür erforderlichen Kraft.
Ein Laminat, bestehend aus Glas, 2 Verkapselungs-Folien und Rückseitenfolie, wird zuerst laminiert. Zwischen dem Glas und der ersten Verkapselungs-Folie wird eine kleine Folie aus Teflon bei einem der Enden eingeschoben, dies wird einen kleinen Teil von der Ve0rkapselungs- und Rückseitenfolie erzeugen, der nicht an dem Glas haftet. Dieser Teil wird als der Verankerungspunkt für die Zugtest-Vorrichtung verwendet. Das Laminat wird dann entlang des Laminats geschnitten, um einen 15 mm breiten Streifen zu bilden, wobei der Schnitt durch die Rückseitenfolie und die Verkapselungs-Folien den gesamten Weg hinunter bis zu der Glasoberfläche geht. Das Laminat wird in der Zugtestausrüstung befestigt und die Klammer der Zugtestausrüstung wird mit dem Ende des Streifens befestigt. Der Ziehwinkel ist 90° in Bezug auf das Laminat und die Ziehgeschwindigkeit ist 14 mm/min. Die Ziehkraft wird als der Durchschnitt während 50 mm Abziehen, beginnend 25 mm in dem Streifen, gemessen. Die Durchschnittskraft über die 50 mm wird durch die Breite des Streifens (15 mm) geteilt und als Haftfestigkeit (N/cm) wiedergegeben.
Verwendetes Material: PO2: Ethylen-Vinyltrimethoxysilan-Copolymer, erhalten durch Copolymerisation mit einem Silan-Gruppen-Gehalt von 2,0 Gew.-%, einer MFR₂ (ISO 1133, 190°C, 2,16 kg) von 2,5 g/10 min
Karton-Trommel:
Die Karton-Trommel hat die Abmessungen Breite 1100 mm, Außendurchmesser 90 mm Innendurchmesser 70 mm, Feuchtigkeits-Gehalt 60000 ppm. Der Feuchtigkeits-Gehalt wurde durch Trocknen der Trommel in 125°C und messen des Gewichtsverlusts, bis sich das Gewicht nach Trocknen stabilisiert hatte, gemessen.
Kunststoff-Trommel
Die Kunststoff-Trommel ist eine schwarze Polyethylen-Trommel mit einer Dichte von 960 kg/m³ und einer MFR (2,16 kg) von 0,5 g/10 min. Die schwarze Farbe kommt von einer Zugabe von 1% Ruß. Der Gesamt-Feuchtigkeits-Gehalt, gemessen durch das Karl-Fischer-Verfahren, wie vorstehend ausgewiesen, war 140 ppm.

Die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie wird auf die entsprechende Trommel gerollt und unter Verwendung eines Aluminiumbeutels mit (600 mm × 1500 mm) verpackt. Die Folie war 0,45 mm dick und hatte eine Länge von 50 m. Die so erhaltenen Verpackungen werden bei der Temperatur und für den in nachstehender Tabelle 1 und 2 ausgewiesenen Zeitraum gelagert. Die MFR₂ sowie die Anhaftungs-Eigenschaften wurden bestimmt. Tabelle 1

Karton-Trommel	RE1A	RE1B	RE2A	RE2B
Temperatur [°C]	45	45	70	70
Lagerungszeit [d]	0	30	0	7
MFR₂ (Last 2,16 kg) [g/10 min]	0,8		0,8
MFR₂₁ (Last 21,6 kg) [g/10 min]		10,2		8,2
Anhaftung N/cm	154	73	154	17

Tabelle 2

Kunststoff-Trommel	IE3A	IE3B	IE4A	IE4B
Temperatur [°C]	40	40	60	60
Lagerungszeit [d]	0	14	0	14
MFR₂ (Last 2,16 kg) [g/10 min]	1,87	0,7	1,87	0,2
MFR₂₁ (Last 21,6 kg) [g/10 min]	-	-	-	-
Anhaftung N/cm	172	158	172	139

Wie aus den vorstehenden Tabellen ersichtlich werden kann, verschlechtern sich die Anhaftungs-Eigenschaften unter Verwendung einer Papier-Trommel signifikant, während mit der Kunststoff-Trommel die Anhaftungs-Eigenschaften bei einem hohen Niveau gehalten werden.

Die negative Wirkung von der hohe Feuchtigkeit enthaltenden Papier-Trommel kann beobachtet werden, wenn die MFR der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie nach Lagerung für 7 Tage bei 70°C in Aluminium, wie vorstehend ausgewiesen, auf unterschiedlichen Teilen der Walze analysiert wurde. Wie zu beobachten, hat die Folie in direktem Kontakt mit der Trommel eine extrem niedrige MFR, verglichen mit den Teilen weiter weg von der Karton-Rolle.

	MFR₂ (ISO 1133, 190°C, 2,16 kg Last) [g/10 min]
Folie bei äußerstem Teil der Rolle	0,018
Folie von 3,5 cm außerhalb der Trommel	0,17
Folie von 1,5 cm außerhalb der Trommel	0,31
Folie in Kontakt mit der Trommel	1,6*

* MFR₂₁ (ISO 1133, 190°C, 21,6 kg Last) [g/10 min]

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 4413066 [0015]
US 4297310 [0015]
US 4351876 [0015]
US 4397981 [0015]
US 4446283 [0015]
US 4456704 [0015]
US 3646155 [0025]
US 4117195 [0025]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 1133 [0013]
ISO 1133 [0023]
ISO 15512 [0070]
ISO 1133 [0071]
ISO 1183-2 [0072]
ISO 1872-2 [0072]
ASTM D3418 [0082]
ISO 1133 [0085]
ISO 1133 [0090]
ISO 1133 [0090]

Claims

Rolle einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, wobei die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie auf eine Trommel, die einen Feuchtigkeits-Gehalt von 1000 ppm oder weniger aufweist, gerollt ist.
Rolle nach Anspruch 1, wobei die Trommel ein thermoplastisches Material umfasst.
Rolle nach Anspruch 2, wobei die Trommel ein Polyolefin (PO1) umfasst.
Rolle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie Silan-Gruppe(n) enthaltende Einheiten (S) umfasst.
Rolle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie ein Polyolefin (PO2) umfasst.
Rolle nach Anspruch 5, wobei das Polyolefin (PO2) ein Ethylen-Copolymer ist, das Silan-Gruppe(n) enthaltende Einheiten (S) umfasst.
Rolle nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trommel eine Breite von 500 mm bis 1500 mm und einen äußeren Durchmesser von 50 mm bis 150 mm aufweist.
Verpackung zum Lagern und/oder Transportieren einer Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie, die die Rolle nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.
Photovoltaik-Modul, erhältlich durch ein Verfahren das die nachstehenden Schritte umfasst (a) Abwickeln mindestens eines Teils der Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie von der Rolle nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7; (b) Bilden einer Photovoltaik-Prelaminat-Anordnung, die eine oder mehrere Solarzellen und die in Schritt (a) erhaltene Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folie umfasst; (c) Laminieren der in Schritt (b) erhaltenen Photovoltaik-Prelaminat-Anordnung.
Verwendung einer Trommel, die einen Feuchtigkeits-Gehalt von 1000 ppm oder weniger aufweist, für Rollen von Solarzellen-Verkapselungsmaterial-Folien.