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WO2010054906A1 - Formmassen zur herstellung von solarzellenmodulen - Google Patents

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Publication number
WO2010054906A1
WO2010054906A1 PCT/EP2009/063439 EP2009063439W WO2010054906A1 WO 2010054906 A1 WO2010054906 A1 WO 2010054906A1 EP 2009063439 W EP2009063439 W EP 2009063439W WO 2010054906 A1 WO2010054906 A1 WO 2010054906A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
molding composition
composition according
less
transmission
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2009/063439
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Battenhausen
Ernst Becker
Klaus Schultes
Sven Strohkark
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Roehm GmbH Darmstadt
Original Assignee
Evonik Roehm GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to JP2011535951A priority patent/JP2012508802A/ja
Priority to EP09752767A priority patent/EP2344579A1/de
Priority to US13/123,790 priority patent/US20110269883A1/en
Priority to CA2743657A priority patent/CA2743657A1/en
Priority to RU2011123674/05A priority patent/RU2011123674A/ru
Priority to CN2009801449956A priority patent/CN102216379A/zh
Application filed by Evonik Roehm GmbH filed Critical Evonik Roehm GmbH
Priority to BRPI0921050A priority patent/BRPI0921050A2/pt
Publication of WO2010054906A1 publication Critical patent/WO2010054906A1/de
Priority to IL212141A priority patent/IL212141A0/en
Priority to TN2011000159A priority patent/TN2011000159A1/fr
Priority to ZA2011/03488A priority patent/ZA201103488B/en
Priority to MA33841A priority patent/MA32793B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06—Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00—Use of ingredients characterised by shape
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/16—Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/20—Carboxylic acid amides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L33/00—Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides or nitriles thereof; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L33/04—Homopolymers or copolymers of esters
    • C08L33/06—Homopolymers or copolymers of esters of esters containing only carbon, hydrogen and oxygen, which oxygen atoms are present only as part of the carboxyl radical
    • C08L33/10—Homopolymers or copolymers of methacrylic acid esters
    • C08L33/12—Homopolymers or copolymers of methyl methacrylate
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F10/00—Individual photovoltaic cells, e.g. solar cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one photovoltaic cell covered by group H10F10/00, e.g. photovoltaic modules
    • H10F19/80—Encapsulations or containers for integrated devices, or assemblies of multiple devices, having photovoltaic cells
    • H10F19/804—Materials of encapsulations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to molding compositions, the use of the molding compositions for the production of solar cell modules and the corresponding solar cell modules.
  • a solar cell or photovoltaic cell is an electrical component that converts the radiation energy contained in the light, especially in sunlight, directly into electrical energy.
  • the physical basis of the transformation is the photovoltaic effect, which is a special case of the internal photoelectric effect.
  • Fig. 3 is a schematic cross section showing the basic structure of a solar cell module.
  • 501 denotes a photovoltaic element, 502 a solidifying agent, 503 a disc, and 504 a rear wall.
  • Sunlight is irradiated on the photosensitive surface of the photovoltaic element 501 by penetrating the disk 503 and the solidifying agent 502, and is converted into electric energy.
  • the generated current is output from output terminals (not shown).
  • the photovoltaic element can not withstand extreme external conditions because it is easily corroded and very fragile. It must therefore be covered and protected by a suitable material. In most cases, this is accomplished by sandwiching and laminating the photovoltaic element between a transparent weather-resistant sheet such as a glass sheet and a back wall having excellent moisture resistance and high electrical resistance using a suitable solidifying agent.
  • a transparent weather-resistant sheet such as a glass sheet and a back wall having excellent moisture resistance and high electrical resistance
  • a suitable solidifying agent As solidifying agents for solar cells, polyvinyl butyral and ethylene-vinyl acetate copolymers (EVA) are often used.
  • EVA polyvinyl butyral and ethylene-vinyl acetate copolymers
  • crosslinkable EVA compositions exhibit excellent properties, such as good heat resistance, high weather resistance, high transparency and good cost efficiency.
  • the solar cell module is said to have a high durability because it is to be used outside for a long time. Consequently, the solidifying agent u. a. have an excellent weather resistance and a high heat resistance.
  • the solidifying agent u. a. have an excellent weather resistance and a high heat resistance.
  • light-induced and / or thermally-induced degradation of the solidifying agent and, as a result, yellowing of the solidifying agent and / or peeling off of the photovoltaic element are frequently observed when the module is left for a long time, e.g. ten years, used outside.
  • the yellow discoloration of the solidifying agent leads to a decrease in the usable portion of the incident light and consequently to a lower electrical power.
  • peeling off of the photovoltaic element allows the penetration of moisture, which can lead to corrosion of the photovoltaic element itself or of metallic parts in the solar cell module and also results in a deterioration of the solar cell module performance.
  • EVAs are good solidifying agents, they are gradually degraded by hydrolysis and / or pyrolysis. Over time, heat or moisture releases acetic acid. This leads to a yellow discoloration of the solidifying agent, a decrease in the mechanical strength and a decrease in the adhesive strength of the solidifying agent. Furthermore, the liberated acetic acid acts as a catalyst and accelerates the degradation in addition. In addition, there is a problem that the photovoltaic element and / or other metal parts in the solar cell module are corroded by the acetic acid.
  • European patent application EP 1 065 731 A2 proposes the use of a solar cell module comprising a photovoltaic element and a polymeric solidifying agent, the polymeric solidifying agent being an ethylene-acrylic ester-acrylic acid terpolymer, an ethylene-acrylic ester-maleic anhydride terpolymer , an ethylene-methacrylic ester-acrylic ester terpolymer, an ethylene-acrylic acid ester-methacrylic acid terpolymer, an ethylene-methacrylic ester-methacrylic acid terpolymer and / or an ethylene-methacrylic ester-maleic anhydride terpolymer.
  • both the weatherability and the effectiveness of such solar cell modules is limited.
  • DE 103 11 641 A1 describes tanning aids which comprise a polymethyl methacrylate molding which contains 0.005% by weight to 0.1% by weight of a UV stabilizer according to formula (I)
  • radicals R 1 and R 2 independently represent an alkyl or cycloalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms.
  • DE 38 38 480 A1 discloses methyl methacrylate polymers and copolymers which comprise a) an oxalic anilide or 2,2,6,6-tetramethylpipehdine compound as a stabilizer against light damage and b) a flame-retardant organic phosphorus compound.
  • JP 2005-298748 A provides moldings of a methacrylic resin which preferably comprises 100 parts by weight of methacrylic resin comprising 60-100% by weight of methyl methacrylate units and 0-40% by weight of other copolymerizable vinyl monomer units, and 0.005-0.15% by weight % 2- (2-hydroxy-4-n-octyloxyphenyl) -4,6-bis (2,4-dimethylphenyl) -1, 3,5-thazine and / or 2-hydroxy-4-octyloxybenzophenone.
  • the moldings are said to have a marked barrier to UV rays and to exhibit a transparency of at most 20% at 340 nm and a transparency of at least 70% at 380 nm, measured on moldings having a thickness in the range of 0.5 to 5 mm.
  • the moldings are to be used in particular as lighting covers.
  • references to the use of the molding compositions for the production of solar cell modules are not to be found in the document.
  • a solidifying agent for a solar cell module should be specified, which has an excellent weather resistance, the highest possible Heat retentive and the greatest possible light transmission and the lowest possible water absorption shows. Furthermore, the lowest possible release of corrosion-promoting substances, in particular of acids, and the strongest possible adhesion to the various basic elements of a solar cell module was desired.
  • a molding composition which comprises a) at least one polyalkyl (meth) acrylate and b) at least one compound of the formula (I),
  • radicals R 1 and R 2 independently represent an alkyl or cycloalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms, wherein the molding composition further c) contains at least one infrared absorber, wherein the molding material
  • a solar cell module having excellent weather resistance, heat resistance and moisture resistance is made available. Since the adhesion of the solidifying agent is improved, no peeling occurs even if the module is exposed to external conditions for a long time. Furthermore, the weatherability is improved because the protective material does not decompose under high temperatures and high humidity to release acid. Since no corrosion of the photovoltaic element by acid occurs, stable long-term performance of the solar cell is maintained. Further, a solidifying agent whose weatherability, heat distortion resistance and moisture resistance are superior and which has excellent light transmittance, which enables the production of very good solar cell modules is used.
  • Fig. 1 is a schematic cross section of a preferred solar cell module according to the present invention.
  • Figs. 2a and 2b are schematic cross sections showing the basic structure of a photovoltaic element which is preferably used in the solar cell module of Fig. 1 and a plan view of the photosensitive surface of the photovoltaic element, respectively.
  • Fig. 3 is a schematic cross section of a conventional solar cell.
  • FIG. 1 A first figure.
  • the molding composition according to the invention comprises at least one polyalkyl (meth) acrylate, which can be used individually or in a mixture of several different polyalkyl (meth) acrylates. Furthermore, the polyalkyl (meth) acrylate may also be in the form of a copolymer.
  • homopolymers and copolymers of C 1 -C 18 -alkyl (meth) acrylates advantageously of C 1 -C 10 -alkyl (meth) acrylates, in particular of C 1 -C 4 -alkyl (meth) acrylates, which may still be present thereof may contain various monomer units, more preferably.
  • the notation (meth) acrylate here means both methacrylate, such as. As methyl methacrylate, ethyl methacrylate, etc., as well as acrylate, such as. As methyl acrylate, ethyl acrylate, etc., as well as mixtures of both monomers.
  • copolymers containing 70 wt .-% to 99 wt .-%, in particular 70 wt .-% to 90 wt .-%, Ci-Cio-alkyl (meth) acrylates has proven particularly useful.
  • Preferred d-Cio-alkyl methacrylates include methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, tert-butyl methacrylate, pentyl methacrylate, hexyl methacrylate, heptyl methacrylate, octyl methacrylate, isooctyl methacrylate and ethylhexyl methacrylate, nonyl methacrylate, decyl methacrylate and cycloalkyl methacrylates such as cyclohexyl methacrylate, isobornyl methacrylate or ethylcyclohexlmethacrylate.
  • Preferred d-Cio-alkyl acrylates include methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, tert-butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, heptyl acrylate, octyl acrylate, isooctyl acrylate, nonyl acrylate, decyl acrylate and ethylhexyl acrylate and cycloalkyl acrylates such as cyclohexyl acrylate, isobornyl acrylate or Ethycyclohexlacrylat.
  • Very particularly preferred copolymers comprise from 80% by weight to 99% by weight of methyl methacrylate (MMA) units and from 1% by weight to 20% by weight, preferably from 1% by weight to 5% by weight, do-alkyl acrylate units, in particular methyl acrylate, ethyl acrylate and / or butyl acrylate units.
  • MMA methyl methacrylate
  • do-alkyl acrylate units in particular methyl acrylate, ethyl acrylate and / or butyl acrylate units.
  • the polyalkyl (meth) acrylate can be prepared by polymerization processes known per se, with radical polymerization processes, in particular, bulk, solution, suspension and emulsion polymerization processes being particularly preferred.
  • Particularly suitable for this purpose initiators include in particular azo compounds, such as 2,2'-azobis (isobutyronitrile) or 2,2'-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), redox systems, such as the combination of tertiary amines with peroxides or Nathium disulfite and persulfates of potassium, sodium or ammonium or preferably peroxides (cf., for example, H. Rauch-Puntigam, Th.
  • peroxide polymerization initiators are dilauroyl peroxide, tert-butyl peroctoate, tert-butyl phesononanoate, dicyclohexyl peroxydicarbonate, dibenzoyl peroxide and 2,2-bis (tert-butylperoxy) butane.
  • polymerization initiator for example dilauroyl peroxide and 2,2-bis (tert-butylperoxy) butane, in order to keep the radical stream constant during the polymerization and at different polymerization temperatures.
  • the amounts of polymerization initiator used are generally from 0.01% by weight to 2% by weight, based on the monomer mixture.
  • the polymerization can be carried out both continuously and batchwise. After polymerization, the polymer is removed via conventional isolation and separation steps, such. As filtration, coagulation and spray drying, won.
  • the adjustment of the chain lengths of the polymers or Copolymehsate can be carried out by polymerization of the monomer or monomer mixture in the presence of molecular weight regulators, in particular of the known mercaptans, such as n-butylmercaptan, n-dodecylmercaptan, 2-mercaptoethanol or 2-Ethylhexylthioglycolat, pentaerythritol tetrathioglycolate; wherein the molecular weight regulator generally in amounts of 0.05 wt .-% to 5 wt .-% based on the monomer or monomer mixture, preferably in amounts of 0.1 wt .-% to 2 wt .-%, and particularly preferably in amounts from 0.2% by weight to 1% by
  • the molding composition contains at least one compound of the formula (I)
  • radicals R 1 and R 2 independently represent an alkyl or cycloalkyl radical having 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably having 1 to 8 carbon atoms.
  • the aliphatic radicals are preferably linear or branched and may have substituents such as halogen atoms.
  • 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 group.
  • Preferred cycloalkyl groups include the cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, and cyclooctyl groups, optionally substituted with branched or unbranched alkyl groups.
  • This compound is commercially available from Clariant under the tradename ® Sanduvor VSU and from Ciba Geigy under the tradename ® Tinuvin 312.
  • At 500 nm has a transmission of less than 89%, in particular in the range of 80% to less than 89%,
  • At 1000 nm has a transmission of less than 80%, in particular in the range of 75% to less than 80%,
  • At 1150 nm has a transmission of less than 70%, in particular in the range of 55% to less than 70%, and
  • the infrared spectroscopy can be carried out in a known manner.
  • a procedure is particularly preferred in which the transmission spectrum is measured by means of the spectral photometer Lambda 19 from Perkin Elmer.
  • the molding composition according to the invention comprises at least one infrared absorber.
  • infrared absorbers designate substances which absorb light in the infrared range, ie in the range from 780 nm to 1 mm.
  • infrared absorbers which absorb light at 500 nm, 1000 nm, 1150 nm and / or 1600 nm are preferred. These can be used individually or else in a mixture of two or more compounds which, if necessary, absorb light differently at different wavelengths.
  • Infrared absorbers which absorb light at 500 nm, 1000 nm, 1150 nm and at 1600 nm are particularly preferred.
  • very particularly preferred infrared absorbers absorb light in such a way that the ratio of the transparency of the molding compound at 500 nm to the transparency of the molding compound at 1150 nm is in the range of 88 to 65 to 69, in each case measured by means of infrared spectroscopy at 25 ° C to 3 mm platelets.
  • polyalkyl (meth) acrylates has furthermore proven particularly advantageous which, measured in each case by means of infrared spectroscopy at 25 ° C. on 3 mm platelets, have an infrared spectrum in the range from 250 nm to 2500 nm differs in transparency at each wavelength by a maximum of 5%, more preferably by a maximum of 2.5%, in particular by a maximum of 1%, of the transparency of the reference spectrum ("standard polyalkyl (meth) acrylate”), in each case based on the transparency of the reference.
  • infrared absorber-polyalkyl (meth) acrylate combinations has proven to be particularly useful, which, in each case measured by means of infrared spectroscopy at 25 ° C to 3 mm platelets, a Infrared spectrum in the range of 250 nm to 2500 nm, which in the transparency at each wavelength by a maximum of 5%, more preferably by a maximum of 2.5%, in particular by a maximum of 1%, of the transparency of the reference spectrum given below ("norm Polyalkyl (meth) acrylate + infrared absorber "), in each case based on the transparency of the reference.
  • infrared absorbers are hybrid organic-inorganic nanoparticles, such.
  • the molding composition according to the invention may optionally contain further additives well known to the person skilled in the art. Preference is given to external lubricants, antioxidants, flame retardants, other UV stabilizers, flow aids, metal additives for shielding electromagnetic radiation, antistatic agents, mold release agents, dyes, pigments, adhesion promoters, weathering inhibitors, plasticizers, fillers and the like.
  • the molding composition contains at least one sterically hindered amine, whereby the weather resistance is further improved.
  • a yellow discoloration or degradation of the molding material, which is exposed to external conditions for a long time, can be further reduced.
  • hindered amines include dimethyl succinate 1 - (2-hydroxyethyl) -4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperazine polycondensate, poly [ ⁇ 6- (1,1,3,3-tetramethylbutyl) amino] 1, 3,5-triazine-2,4, -diyl ⁇ ⁇ (2,2,6,6-tetramethyl-4-) piperidyl) imino ⁇ hexamethylene ⁇ (2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl) imino ⁇ ], N, N'-bis (3-aminopropyl) ethylenediannine-2,4-bis [N-butyl-N- (1, 2,2,6,6-pentanoethyl-4-piperidyl) amino] -6-chloro-1, 3,5-triazine condensate, bis (2,2,6,6-tetrannethyl-4-piperidyl) sebacate and 2- (3,5-di-t-butyl-4
  • the molding composition according to the invention preferably also contains at least one silane coupling agent or an organic titanium compound, whereby the adhesion to inorganic materials is further improved.
  • Suitable silane coupling agents include vinyltrichlorosilane, vinyltris ( ⁇ -methoxyethoxy) silane, vinyltriethoxysilane, vinylthmethoxysilane, Y-methacryloxypropyltrimethoxysilane, ⁇ - (3,4-epoxycyclohexyl) ethylthmethoxysilane, ⁇ - glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, N- ⁇ - (aminoethyl) - ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, N- ⁇ - (aminoethyl) - ⁇ -aminopropylmethyldimethoxysilane, ⁇ -aminopropyltriethoxysilane, N-phenyl- ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, ⁇ -mercaptopropyltrimethoxysilane and ⁇ -chloropropyltrimethoxysilane
  • the relative proportions of the polyalkyl (meth) acrylate, of the compound of the formula (I) and of the infrared absorber can in principle be chosen freely.
  • particularly preferred molding compositions comprise, in each case based on their total weight, a) 90% by weight to 99.9998% by weight of polyalkyl (meth) acrylate b) 0.001% by weight to 0.03% by weight of compound of the formula (I) and c) 0.0001% to 0.04% by weight of infrared absorber
  • the incorporation of the compounds into the molding composition according to the invention can be carried out by the processes known from the literature, for example by mixing with the polymer prior to further processing at elevated temperature, by adding it to the melt of the polymer or adding it to suspended or dissolved polymer during its processing. If appropriate, they can also be added to the starting materials for the preparation of the polymer and also lose their weight Presence of other conventional light and heat stabilizers, oxidizing and reducing agents and the like does not improve their absorbency.
  • the molding composition of the invention preferably has a softening temperature of not less than 80 0 C (Vicat softening point VSP (ISO 306-B50)). It is therefore particularly suitable as a solidifying agent for solar cell modules, since it does not begin to creep, even if the module is exposed to high temperatures in use.
  • the molding composition according to the invention has a comparatively high total light transmittance and thus prevents a loss of performance of the solar cell in the application of the molding compound as solidifying agent in solar cell modules, which could be due to optical loss of the solidifying agent.
  • the total light transmittance is preferably at least 90%.
  • the total light transmittance is preferably at least 80% (measurement using the spectral photometer Lambda 19 from Perkin Elmer).
  • the molding composition according to the invention is particularly suitable for the production of solar cell modules, in particular as solidifying agents in solar cell modules.
  • the solar cell module according to the invention preferably comprises a photovoltaic element 101, a disk 103 covering the front side of the photovoltaic element 101, a first solidifying agent 102 between the photovoltaic element 101 and the disk 103, a rear wall 105 covering the back 104 of the photovoltaic element 101 and a second solidification agent 104 between the photovoltaic element 101 and the back wall 105.
  • the photovoltaic element preferably comprises a photoactive semiconductor layer on a conductive substrate as a first electrode for light conversion and a transparent conductive layer as a second electrode formed thereon.
  • the conductive substrate in this context preferably comprises stainless steel, thereby further improving the adhesion strength of the solidifying agent to the substrate.
  • the molding compound according to the invention preferably has a bleeder resistance of 1 to 550000 kk ⁇ xx ccmm 22 .
  • a collecting electrode containing copper and / or silver as an ingredient is preferably formed on the photosensitive side of the photovoltaic element, and the molding compound of the invention is preferably brought into contact with the collecting electrode.
  • the photosensitive surface of the photovoltaic element is favorably covered with the molding composition of the invention and then, preferably, a thin fluoride polymer film is disposed as the outermost layer thereon.
  • the first solidifying agent 102 is intended to protect the photovoltaic element 101 from being exposed to the outside by covering unevenness of the photosensitive surface of the element 101. Furthermore, it also serves to bind the disc 103 to the element 101. Therefore, it should have high weather resistance, high adhesion and high heat resistance in addition to high transparency. Furthermore, it should show a low water absorption and release no acid. In order to satisfy these wishes, a molding compound according to the invention is preferably used as the first solidifying agent.
  • the light transmittance of the first solidifying agent 102 in the visible wavelength range of 400 nm to 800 nm is preferably at least 80%, more preferably at least 90% in the wavelength range from 400 nm to less than 500 nm (Measurement using the spectral photometer Lambda 19 from the company Perkin Elmer). Furthermore, it preferably has a refractive index of 1, 1 - 2.0, advantageously 1, 1 - 1, 6, to facilitate the incidence of light from air (measurement according to ISO 489).
  • the second solidification agent 104 is used to protect the photovoltaic element 101 from external influences by covering unevenness on the back surface of the element 101. Furthermore, it also serves to bind the rear wall 105 to the element 101. Therefore, the second solidifying agent such as the first solidifying agent should have high weather resistance, high adhesion and high heat resistance. It is therefore preferred to use the molding composition of the invention as a second solidifying agent. Preferably, the same material is used for both the first solidifying agent and the second solidifying agent. However, since the transparency is optional, if necessary, a filler such as an organic oxide may be added to the second solidifying agent to further improve the weatherability and the mechanical properties, or a pigment may be added to color it.
  • a filler such as an organic oxide may be added to the second solidifying agent to further improve the weatherability and the mechanical properties, or a pigment may be added to color it.
  • photovoltaic element 101 known elements, in particular monocrystalline silicon cells, multicrystalline silicon cells, amorphous silicon and microcrystalline silicon are preferably used, as they are also used in thin-film silicon cells. Furthermore, copper-indium-selenide and semiconductor compounds are particularly suitable.
  • FIG. 2a A schematic block diagram of a preferred photovoltaic element is shown in Figs. 2a and 2b.
  • Fig. 2a is a schematic cross-sectional view of a photovoltaic element
  • Fig. 2b is a schematic plan view of a is photovoltaic element.
  • numeral 201 denotes a conductive substrate, 202 a reflective layer on the back surface, 203 a photoactive semiconductor layer, 204 a transparent conductive layer, 205 a collector electrode, 206a and 206b alligator clips, and 207 and 208 conductive, adhesive or conductive pastes.
  • the conductive substrate 201 serves not only as a substrate of the photovoltaic element but also as a second electrode.
  • the material of the conductive substrate 201 preferably comprises silicon, tantalum, molybdenum, tungsten, stainless steel, aluminum, copper, titanium, a carbon foil, a leaded steel plate, a resin film and / or ceramic having a conductive layer thereon.
  • a metal layer, a metal oxide layer or both is preferably provided as a reflective layer 202 on the back side.
  • the metal layer preferably comprises Ti, Cr, Mo, B, Al, Ag and / or Ni, whereas the metal oxide layer preferably contains ZnO, TiO 2 and SnO 2.
  • the metal layer and the metal oxide layer are suitably formed by vapor deposition by heating or by electron beam or by sputtering.
  • the photoactive semiconductor layer 203 serves to perform the photoelectric conversion.
  • Matehals preferred in this context are pn junction polycrystalline silicon, amorphous silicon pin junction types, microcrystalline silicon pin junction types, and semiconductor compounds, particularly CuInSe 2 , CuInS 2 , GaAs, CdS / Cu 2 S, CdS / CdTe, CdS / lnP and CdTe / Cu 2 Te.
  • the use of pin junction types made of amorphous silicon is particularly preferred.
  • the preparation of the photoactive semiconductor layer is preferably carried out by forming molten silicon into a film, or by heat treatment of amorphous silicon in the case of polycrystalline silicon, by plasma gas phase deposition using a silane gas as Starting material in the case of amorphous silicon and microcrystalline silicon and by ion plating, ion beam deposition, vacuum evaporation, sputtering or plating in the case of a semiconductor compound.
  • the transparent conductive layer 204 serves as the upper electrode of the solar cell. It preferably comprises ln 2 O 3, SnO 2 , In 2 Os-SnO 2 (ITO), ZnO, TiO 2 , Cd 2 SnO 4 or a crystalline semiconductor layer doped with a large concentration of impurities. It can be formed by resistance heating vapor deposition, sputtering, spraying, vapor deposition or by diffusion of impurities.
  • the conductive substrate and the transparent conductive layer may partially due to the unevenness of the surface of the conductive substrate 201 and / or the non-uniformity at the time of formation of the photoactive Semiconductor layer be shorted.
  • the leakage resistance shunt resistance
  • a defect-removing treatment is described in detail in US Pat. No. 4,729,970.
  • the shunt resistance of the photovoltaic element is set to 1 - 500 k ⁇ ⁇ cm 2 , preferably 10 - 500 k ⁇ ⁇ cm 2 .
  • the collecting electrode can be formed on the transparent conductive layer 204. It is preferably in the form of a grid, a comb, a line or the like to effectively collect the electric current.
  • Preferred examples of the material constituting the collecting electrode 205 are Ti, Cr, Mo, W, Al, Ag, Ni, Cu, Sn or a conductive paste called silver paste.
  • the collecting electrode 205 is preferably formed by sputtering using a mask pattern, by resistance heating, by vapor deposition, by a method comprising the steps of forming a metal film over the entire layer by gas deposition and removing unnecessary portions of the film by etching, by a method in which one forms a grid electrode pattern by photochemical vapor deposition by a method comprising the steps of forming a negative marking pattern of the grid electrode and plating the patterned surface by a method of printing a conductive paste by a method which is used to solder metal wires onto a printed conductive paste.
  • the conductive paste there is preferably used a binder polymer in which silver, gold, copper, nickel, carbon or the like is dispersed in the form of a fine powder.
  • the binder polymer preferably includes polyester resins, ethoxy resins, acrylic resins, alkyd resins, polyvinyl acetate resins, rubbers, urethane resins, and / or phenolic resins.
  • tapping ends 206 are preferably attached to the conductive substrate 201 and to the collecting electrode 205, respectively, for tapping the electromotive force.
  • the attachment of the taps 206 to the conductive substrate is preferably achieved by placing a metal body, such as a metal body.
  • a copper nose is attached to the conductive substrate by spot welding or soldering, while the attachment of the pickup ends to the collecting electrode is preferably accomplished by electrically connecting a metal body to the collecting electrode by means of a conductive paste or solder 207 and 208.
  • the photovoltaic elements are connected either in series or in parallel according to the desired voltage or current. Furthermore, the voltage or current can be controlled by inserting the photovoltaic elements into an insulating substrate.
  • the pane 103 in FIG. 1 should have the highest possible weather resistance, the best possible dirt-repellent effect and the greatest possible mechanical strength, since it is the outermost layer of the solar cell module. Furthermore, it should ensure the long-term reliability of the solar cell module in outdoor use.
  • Discs that may be suitably used for the purposes of the present invention include (reinforced) glass sheets and fluoride polymer films. As the glass sheet, a glass sheet having high light transmittance is preferably used.
  • Suitable fluoride polymer films include, in particular, ethylene tetrafluoride-ethylene copolymer (ETFE), polyvinyl fluoride resin (PVF), polyvinylidene fluoride resin (PVDF), tetrafluoroethylene resin (TFE), ethylene tetrafluoride-propylene hexafluoride copolymer (FEP), and chlorotrifluoroethylene (CTFE).
  • ETFE ethylene tetrafluoride-ethylene copolymer
  • PVDF polyvinylidene fluoride resin
  • TFE tetrafluoroethylene resin
  • FEP ethylene tetrafluoride-propylene hexafluoride copolymer
  • CTFE chlorotrifluoroethylene
  • the polyvinylidene fluoride resin is particularly suitable in terms of weatherability, while the ethylene tetrafluoride-ethylene copolymer is particularly advantageous in the combination of weatherability and mechanical strength.
  • stretched films are
  • the disc is made of the molding composition of the invention.
  • the rear wall 105 is for electrical insulation between the photovoltaic element 101 and the environment and for improving the weatherability and acts as a reinforcing material. It is preferably formed of a material which ensures sufficient electrical insulating properties, has excellent long term durability, can withstand thermal expansion and thermal contraction, and is flexible. Particularly suitable materials for these purposes include nylon films, polyethylene terephthalate (PET) films, and polyvinyl fluoride films. If moisture resistance is required, preference is given to aluminum-laminated polyvinyl fluoride films, aluminum-coated PET Films, silica-coated PET films used. Furthermore, the fire resistance of the module can be improved by using a foil laminated galvanized iron foil or a stainless steel foil as the back wall.
  • the rear wall is made of the molding composition according to the invention.
  • a supporting plate may be mounted on the outer surface of the backplane to further enhance the mechanical strength of the solar cell module or to prevent buckling and sagging of the backplane due to temperature changes.
  • Particularly preferred back walls are sheets of stainless steel, plastic sheets and sheets of FRP (fiber reinforced plastic).
  • a building material may be attached to the rear window.
  • the solidifying agent film is preferably introduced between the element and the disk and solidified between the element and the back wall and then.
  • thermo consolidation For carrying out the thermal consolidation, known methods, such as e.g. Vacuum lamination and roll lamination can be used.
  • the solar cell module according to the invention preferably has an operating temperature of up to 80 0 C or higher, in particular at high temperatures of the heat-resistant effect of the molding composition of the invention can be effectively used.

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Abstract

Formmasse, umfassend a) mindestens ein Polyalkyl(meth)acrylat und b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I), worin die Reste R1 und R2 unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei die Formmasse weiterhin c) mindestens einen Infrarotabsorber enthält, wobei die Formmasse ° bei 500 nm eine Transmission kleiner 89 % aufweist, ° bei 1000 nm eine Transmission kleiner 80 % aufweist, ° bei 1150 nm eine Transmission kleiner 70 % aufweist und ° bei 1600 nm eine Transmission kleiner 77 % aufweist, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen. Die Formmasse wird insbesondere zur Herstellung von Solarzellenmodulen eingesetzt.

Description

Formmassen zur Herstellung von Solarzellenmodulen
Die vorliegende Erfindung betrifft Formmassen, die Verwendung der Formmassen zur Herstellung von Solarzellenmodulen sowie die entsprechenden Solarzellenmodule.
STAND DER TECHNIK
Eine Solarzelle oder photovoltaische Zelle ist ein elektrisches Bauelement, das die im Licht, insbesondere die im Sonnenlicht, enthaltene Strahlungsenergie direkt in elektrische Energie umwandelt. Die physikalische Grundlage der Umwandlung ist der photovoltaische Effekt, der ein Sonderfall des inneren photoelektrischen Effekts ist.
Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt, der die Grundstruktur eines Solarzellenmoduls zeigt. In Fig. 3 bezeichnet 501 ein photovoltaisches Element, 502 ein Verfestigungsmittel, 503 eine Scheibe und 504 eine Rückwand. Sonnenlicht strahlt auf die lichtempfindliche Oberfläche des photovoltaischen Elements 501 ein, indem es die Scheibe 503 und das Verfestigungsmittel 502 durchdringt, und wird in elektrische Energie umgewandelt. Der gebildete Strom wird von Ausgangsklemmen (nicht gezeigt) abgegeben.
Das photovoltaische Element kann keine extremen Außenbedingungen aushalten, weil es leicht korrodiert und sehr zerbrechlich ist. Es muss daher durch ein geeignetes Material bedeckt und geschützt werden. In den meisten Fällen wird dies erreicht, indem man das photovoltaische Element unter Verwendung eines geeigneten Verfestigungsmittels zwischen einer transparenten Scheibe mit Witterungsbeständigkeit, wie z.B. einer Glasscheibe, und einer Rückwand mit exzellenter Feuchtigkeitsbeständigkeit und einem hohen elektrischen Widerstand einlegt und laminiert. Als Verfestigungsmittel für Solarzellen werden häufig Polyvinylbutyral und Ethylen- Vinylacetatcopolymere (EVA) verwendet. Dabei zeigen insbesondere vernetzbare EVA- Zusammensetzungen exzellente Eigenschaften, wie eine gute Wärmebeständigkeit, eine hohe Witterungsbeständigkeit, eine große Transparenz und eine gute Kosteneffizienz.
Das Solarzellenmodul soll eine hohe Beständigkeit aufweisen, weil es draußen für eine lange Zeit verwendet werden soll. Demzufolge muss das Verfestigungsmittel u. a. eine exzellente Witterungsbeständigkeit und eine hohe Wärmeformbeständigkeit aufweisen. Jedoch werden häufig ein Licht-induzierter und/oder thermisch-induzierter Abbau des Verfestigungsmittels und infolge dessen eine Gelbverfärbung des Verfestigungsmittels und/oder ein Abschälen vom photovoltaischen Element beobachtet, wenn das Modul für eine lange Zeit, wie z.B. zehn Jahre, draußen verwendet wird. Die Gelbverfärbung des Verfestigungsmittels führt zu einer Abnahme des nutzbaren Anteils des einfallenden Lichts und demzufolge zu einer geringeren elektrischen Leistung. Andererseits ermöglicht ein Abschälen vom photovoltaischen Element das Eindringen von Feuchtigkeit, welches zu Korrosion des photovoltaischen Elements selber oder von metallischen Teilen im Solarzellenmodul führen kann und ebenfalls eine Verschlechterung der Solarzellenmodulleistung zur Folge hat.
Obwohl die gewöhnlich verwendeten EVAs an sich gute Verfestigungsmittel sind, werden sie durch Hydrolyse und/oder Pyrolyse graduell abgebaut. Mit der Zeit wird durch Wärme oder Feuchtigkeit Essigsäure freigesetzt. Dies führt zu einer Gelbverfärbung des Verfestigungsmittels, zu einer Abnahme der mechanischen Festigkeit und zu einer Abnahme der Adhäsionsstärke des Verfestigungsmittels. Weiterhin wirkt die freigesetzte Essigsäure als Katalysator und beschleunigt den Abbau zusätzlich. Darüber hinaus tritt das Problem auf, dass das photovoltaische Element und/oder andere Metallteile im Solarzellenmodul durch die Essigsäure korrodiert werden. Zur Lösung dieser Probleme schlägt die europäische Patentanmeldung EP 1 065 731 A2 die Verwendung eines Solarzellenmoduls vor, das ein photovoltaisches Element und ein polymeres Verfestigungsmittel umfasst, wobei das polymere Verfestigungsmittel ein Ethylen-Acrylester-Acrylsäure-Terpolymer, ein Ethylen- Acrylester- Maleinsäureanhydrid-Terpolymer, ein Ethylen-Methacrylsäureester-Acrylsäureester- Terpolymer, ein Ethylen-Acrylsäureester-Methacrylsäure-Terpolymer, ein Ethylen- Methacrylsäureester-Methacrylsäure-Terpolymer und/oder ein Ethylen- Methacrylsäureester-Maleinsäureanhydrid-Terpolymer enthalten soll. Jedoch ist sowohl die Witterungsbeständigkeit als auch die Effektivität derartiger Solarzellenmodule beschränkt.
Aus dem Stand der Technik ist auch die Verbesserung der Witterungs-beständigkeit von Acrylformmassen durch die Verwendung geeigneter UV-Absorber bekannt.
So beschreibt die DE 103 11 641 A1 Bräunungshilfen, die einen Polymethylmethacrylat- Formkörper umfassen, der 0,005 Gew.-% bis 0,1 Gew.-% eines UV-Stabilisators gemäß Formel (I) enthält
Figure imgf000004_0001
worin die Reste R1 und R2 unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen.
Hinweise auf die Verwendung der Formkörper für die Herstellung von Solarzellenmodulen sind der Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen. DE 38 38 480 A1 offenbart Methylmethacrylat-Polynnere und -Copolymere, die a) eine Oxalsäureanilid- oder 2,2,6,6-Tetramethylpipehdinverbindung als Stabilisator gegen die Lichtschädigung und b) eine flammhemmende organische Phosphor-Verbindung enthalten.
Hinweise auf die Verwendung der Zusammensetzung für die Herstellung von Solarzellenmodulen sind der Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.
JP 2005-298748 A stellt Formteile aus einem Methacrylharz zur Verfügung, die bevorzugt 100 Gew.-Teile Methacrylharz, umfassend 60-100 Gew.-% Methylmethacrylateinheiten und 0-40 Gew.-% anderer copolymehsierbarer Vinylmonomereinheiten, und 0,005-0,15 Gew.-% 2-(2-Hydroxy-4-n-octyloxyphenyl)-4,6- bis(2,4-dimethylphenyl)-1 ,3,5-thazin und/oder 2-Hydroxy-4-octyloxybenzophenon enthalten. Die Formteile sollen eine deutliche Barriere für UV-Strahlen aufweisen und eine Transparenz von höchstens 20% bei 340 nm und eine Transparenz von mindestens 70% bei 380 nm zeigen, gemessen an Formteilen mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 5 mm.
Die Formteile sollen insbesondere als Beleuchtungsabdeckungen eingesetzt werden. Hinweise auf einen Einsatz der Formmassen für die Herstellung von Solarzellenmodulen sind der Druckschrift jedoch nicht zu entnehmen.
ZUSAMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Möglichkeiten zur Verringerung des Leistungsabfalls einer Solarzelle bei Langzeitnutzung im Freien, insbesondere bei hoher Temperatur und/oder hoher Luftfeuchtigkeit, aufzuzeigen. Zu diesem Zweck sollte insbesondere ein Verfestigungsmittel für ein Solarzellenmodul angegeben werden, welches eine exzellente Witterungsbeständigkeit, eine möglichst hohe Wärmefornnbeständigkeit und eine möglichst große Lichtdurchlässigkeit sowie eine möglichst geringe Wasserabsorption zeigt. Weiterhin wurde eine möglichst geringe Freisetzung von Korrosions-fördernden Substanzen, insbesondere von Säuren, und eine möglichst starke Adhäsion an den verschiedenen Grundelementen eines Solarzellenmoduls gewünscht.
Diese sowie weitere nicht konkret genannte Aufgaben, die sich aus den einleitend diskutierten Zusammenhängen jedoch in nahe liegender Weise ergeben, werden durch die Bereitstellung einer Formmasse mit allen Eigenschaften des vorliegenden Patentanspruchs 1 gelöst. Die auf Anspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche beschreiben besonders zweckmäßige Abwandlungen der Formmasse. Weiterhin werden auch die Verwendung der Formmasse zur Herstellung von Solarzellenmodulen sowie die entsprechenden Solarzellenmodule unter Schutz gestellt.
Dadurch, dass man eine Formmasse zur Verfügung stellt, die a) mindestens ein Polyalkyl(meth)acrylat und b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I) umfasst,
Figure imgf000006_0001
worin die Reste R1 und R2 unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, wobei die Formmasse weiterhin c) mindestens einen Infrarotabsorber enthält, wobei die Formmasse
• bei 500 nm eine Transmission kleiner 89 % aufweist,
• bei 1000 nm eine Transmission kleiner 80 % aufweist,
• bei 1150 nm eine Transmission kleiner 70 % aufweist und
• bei 1600 nm eine Transmission kleiner 77 % aufweist, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen, gelingt es auf nicht ohne weiteres vorhersehbare Weise, eine Verringerung der Leistung einer Solarzelle bei Langzeitnutzung im Freien, insbesondere bei hoher Temperatur und/oder hoher Luftfeuchtigkeit, bestmöglich zu verhindern. Insbesondere wird ein Verfestigungsmittel für ein Solarzellenmodul zur Verfügung gestellt, welches eine exzellente Witterungsbeständigkeit, eine sehr hohe Wärmebeständigkeit und eine sehr große Lichtdurchlässigkeit sowie eine überaus geringe Wasserabsorption zeigt. Weiterhin werden auch bei Langzeitnutzung im Freien keine Korrosions-fördernden Substanzen freigesetzt und es wird eine sehr starke Adhäsion des Verfestigungsmittels an den verschiedenen Grundelementen eines Solarzellenmoduls erreicht.
Die hier vorgestellte Formmasse erlaubt die effiziente Nutzung von „brauchbarem" Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich. Gleichzeitig werden andere Wellenlängenbereiche, insbesondere im UV-Bereich, welche nicht zur Erzeugung von Strom genutzt werden können, effektiv absorbiert. Durch diese Absorption wird die Witterungsbeständigkeit der Solarzellenmodule erhöht. Weiterhin wird durch die Absorption ein sich nachteilig auswirkendes Aufheizen der Lichtkollektoren verhindert, ohne dass Kühlelemente für diese Zwecke eingesetzt werden müssen, die Lebensdauer der Solarzellenmodule wird verlängert und ihre Gesamtleistung und Effektivität wird gesteigert.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ergeben sich insbesondere die folgenden Vorteile:
Es wird ein Solarzellenmodul mit exzellenter Witterungsbeständigkeit, Wärmebeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit zugänglich gemacht. Da die Adhäsion des Verfestigungsmittels verbessert wird, tritt kein Abschälen auf, selbst wenn das Modul Außenbedingungen für eine lange Zeit ausgesetzt wird. Weiterhin wird die Witterungsbeständigkeit verbessert, da das Schutzmaterial sich unter hohen Temperaturen und hoher Feuchtigkeit nicht zersetzt, um Säure freizusetzen. Da keine Korrosion des photovoltaischen Elements durch Säure auftritt, wird eine stabile dauerhafte Leistung der Solarzelle über eine lange Zeit aufrecht erhalten. Weiterhin wird ein Verfestigungsmittel verwendet, dessen Witterungsbeständigkeit, Wärmeformbeständigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit überragend sind und das eine exzellente Lichtdurchlässigkeit aufweist, welches die Herstellung von sehr guten Solarzellenmodulen ermöglicht.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt eines bevorzugten Solarzellenmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
Figs. 2a und 2b sind schematische Querschnitte, die die Grundstruktur eines photovoltaischen Elements, das im Solarzellenmodul nach Fig. 1 bevorzugt verwendet wird, bzw. eine Aufsicht auf die lichtempfindliche Fläche des photovoltaischen Elements zeigen.
Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt einer konventionellen Solarzelle.
Bezugszeichen
Figur 1
101 photovoltaisches Element
102 Verfestigungsmittel
103 Scheibe
104 Verfestigungsmittel
105 Rückwand
Figur 2a
201 leitendes Substrat
202 reflektierende Schicht
203 photoaktive Halbleiterschicht
204 transparente leitfähige Schicht
205 Sammelelektrode 206a Abgreifklemme 206b Abgreifklemme 207leitende, adhäsive Paste 208 leitende Paste oder Lötzinn
Figur 2b
201 leitendes Substrat
202 reflektierende Schicht
203 photoaktive Halbleiterschicht
204 transparente leitfähige Schicht
205 Sammelelektrode 206a Abgreifklemme 206b Abgreifklemme
207 leitende, adhäsive Pasten
Figur 3
501 photovoltaisches Element
502 Verfestigungsmittel
503 Scheibe
504 Rückwand
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Formmasse enthält mindestens ein Polyalkyl(meth)acrylat, welches einzeln oder auch in Mischung von mehreren verschiedenen Polyalkyl(meth)acrylaten eingesetzt werden kann. Des Weiteren kann das Polyalkyl(meth)acrylat auch in Form eines Copolymers vorliegen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Homo- und Copolymere von C1-C18- Alkyl(meth)acrylaten, zweckmäßigerweise von Ci-Cio-Alkyl(meth)acrylaten, insbesondere von Ci-C4-Alkyl(meth)acrylaten, die ggf. noch davon verschiedene Monomereinheiten enthalten können, besonders bevorzugt.
Die Schreibweise (Meth)acrylat bedeutet hier sowohl Methacrylat, wie z. B. Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat usw., als auch Acrylat, wie z. B. Methylacrylat, Ethylacrylat usw., sowie Mischungen aus beiden Monomeren.
Die Verwendung von Copolymeren, die 70 Gew.-% bis 99 Gew.-%, insbesondere 70 Gew.-% bis 90 Gew.-%, Ci-Cio-Alkyl(meth)acrylate enthalten, hat sich ganz besonders bewährt. Bevorzugte d-Cio-Alkylmethacrylate umfassen Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, Propylmethacrylat, Isopropylmethacrylat, n-Butylmethacrylat, Isobutylmethacrylat, tert.-Butylmethacrylat, Pentylmethacrylat, Hexylmethacrylat, Heptylmethacrylat, Oktylmethacrylat, Isooctyl methacrylat und Ethylhexylmethacrylat, Nonylmethacrylat, Decylmethcrylat sowie Cycloalkylmethacrylate, wie beispielsweise Cyclohexylmethacrylat, Isobornylmethacrylat oder Ethylcyclohexlmethacrylat. Bevorzugte d-Cio-Alkylacrylate umfassen Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat, n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, tert.-Butylacrylat, Pentylacrylat, Hexylacrylat, Heptylacrylat, Octylacrylat, Isooctylacrylat, Nonylacrylat, Decylacrylat und Ethylhexylacrylat sowie Cycloalkylacrylate, wie beispielsweise Cyclohexylacrylat, Isobornylacrylat oder Ethycyclohexlacrylat. Ganz besonders bevorzugte Copolymere umfassen 80 Gew.-% bis 99 Gew.-% Methylmethacrylat (MMA)-Einheiten und 1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 1 Gew.-% bis 5 Gew.-%, d-do-Alkylacrylat-Einheiten, insbesondere Methylacrylat-, Ethylacrylat- und/oder Butylacrylat-Einheiten. Die Verwendung des bei der Firma Röhm GmbH erhältlichen Polymethylmethacrylats PLEXIGLAS® 7N hat sich in diesem Zusammenhang ganz besonders bewährt.
Das Polyalkyl(meth)acrylat kann durch an sich bekannte Polymerisationsverfahren hergestellt werden, wobei radikalische Polymerisationsverfahren, insbesondere Substanz-, Lösungs-, Suspensions- und Emulsionspolymehsationsverfahren besonders bevorzugt werden. Für diese Zwecke besonders geeignete Initiatoren umfassen insbesondere Azoverbindungen, wie 2,2'-Azobis-(isobutyronitril) oder 2,2'-Azobis(2,4- dimethylvaleronitril), Redox-Systeme, wie beispielsweise die Kombination von tertiären Aminen mit Peroxiden oder Nathumdisulfit und Persulfate von Kalium, Natrium oder Ammonium oder bevorzugt Peroxide (vgl. hierzu beispielsweise H. Rauch-Puntigam, Th. Völker, "Acryl- und Methacrylverbindungen", Springer, Heidelberg, 1967 oder Kirk- Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1 , Seiten 386ff, J. Wiley, New York, 1978). Beispiele besonders geeigneter Peroxid-Polymerisationsinitiatoren sind Dilauroylperoxid, tert.-Butylperoctoat, tert.-Butylpehsononanoat, Dicyclohexylperoxidicarbonat, Dibenzoylperoxid und 2,2-Bis-(tert.-butylperoxy)-butan. Man kann auch bevorzugt die Polymerisation mit einem Gemisch verschiedener Polymerisationsinitiatoren unterschiedlicher Halbwertzeit durchführen, beispielsweise Dilauroylperoxid und 2,2-Bis-(tert.-butylperoxy)-butan, um den Radikalstrom im Verlauf der Polymerisation sowie bei verschiedenen Polymerisationstemperaturen konstant zu halten. Die eingesetzten Mengen an Polymerisationsinitiator liegen im Allgemeinen bei 0,01 Gew.-% bis 2 Gew.-% bezogen auf das Monomerengemisch.
Die Polymerisation kann sowohl kontinuierlich als auch chargenweise durchgeführt werden. Nach der Polymerisation wird das Polymer über herkömmliche Isolier- und Trennschritte, wie z. B. Filtration, Koagulation und Sprühtrocknung, gewonnen. Die Einstellung der Kettenlängen der Polymerisate oder Copolymehsate kann durch Polymerisation des Monomers oder Monomerengemisches in Gegenwart von Molekulargewichtsreglern erfolgen, wie insbesondere von den dafür bekannten Mercaptanen, wie beispielsweise n-Butylmercaptan, n-Dodecylmercaptan, 2- Mercaptoethanol oder 2-Ethylhexylthioglycolat, Pentaerythrittetrathioglycolat; wobei die Molekulargewichtsregler im Allgemeinen in Mengen von 0,05 Gew.-% bis 5 Gew.-% bezogen auf das Monomer oder Monomerengemisch, bevorzugt in Mengen von 0,1 Gew.-% bis 2 Gew.-% und besonders bevorzugt in Mengen von 0,2 Gew.-% bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Monomer oder Monomerengemisch, eingesetzt werden (vgl. beispielsweise H. Rauch-Puntigam, Th. Völker, "Acryl- und Methacrylverbindungen", Springer, Heidelberg, 1967; Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Bd. XIV/1 , Seite 66, Georg Thieme, Heidelberg, 1961 oder Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 1 , Seiten 296ff, J. Wiley, New York, 1978). Besonders bevorzugt wird als Molekulargewichtsregler n-Dodecylmercaptan eingesetzt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung enthält die Formmasse mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I)
Figure imgf000013_0001
worin die Reste R1 und R2 unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, darstellen. Die aliphatischen Reste sind vorzugsweise linear oder verzweigt und können Substituenten, wie beispielsweise Halogenatome aufweisen.
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.
Besonders bevorzugt wird die Verbindung der Formel (II)
Figure imgf000014_0001
eingesetzt.
Diese Verbindung ist kommerziell von Clariant unter dem Handelsnamen ®Sanduvor VSU sowie von Ciba Geigy unter dem Handelsnamen ®Tinuvin 312 erhältlich.
Die erfindungsgemäße Formmasse zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie
• bei 500 nm eine Transmission kleiner 89 %, insbesondere im Bereich von 80 % bis kleiner 89 %, aufweist,
• bei 1000 nm eine Transmission kleiner 80 %, insbesondere im Bereich von 75 % bis kleiner 80 %, aufweist,
• bei 1150 nm eine Transmission kleiner 70 %, insbesondere im Bereich von 55 % bis kleiner 70 %, aufweist und
• bei 1600 nm eine Transmission kleiner 77 % aufweist, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen.
Dabei kann die Infrarotspektroskopie auf an sich bekannt Weise durchgeführt werden. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Vorgehensweise, bei der man das Transmissionsspektrum mithilfe des Spectralphotometer Lambda 19 von der Fa. Perkin Eimer misst. Um die Transparenzeigenschaften zu erreichen, umfasst die erfindungsgemäße Formmasse mindestens einen Infrarotabsorber. „Infrarotabsorber" im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnen Substanzen, die im Infrarot-Bereich, d. h. im Bereich von 780 nm bis 1 mm Licht absorbieren.
Für den vorliegenden Zweck werden Infrarotabsorber bevorzugt, die bei 500 nm, 1000 nm, 1150 nm und/oder 1600 nm Licht absorbieren. Diese können einzeln oder auch in Mischung von zwei oder mehreren Verbindungen eingesetzt werden, die ggf. bei verschiedenen Wellenlängen Licht unterschiedlich stark absorbieren.
Besonders bevorzugt werden Infrarotabsorber, die bei 500 nm, 1000 nm, 1150 nm und bei 1600 nm Licht absorbieren.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ganz besonders bevorzugte Infrarotabsorber absorbieren Licht in einer Weise, dass das Verhältnis der Transparenz der Formmasse bei 500 nm zur Transparenz der Formmasse bei 1150 nm im Bereich von 88 zu 65 bis 69 liegt, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich weiterhin die Verwendung von Polyalkyl(meth)acrylaten als ganz besonders vorteilhaft erwiesen, die, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen, ein Infrarotspektrum im Bereich von 250 nm bis 2500 nm aufweisen, das sich in der Transparenz bei jeder Wellenlänge um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 2,5 %, insbesondere um maximal 1 %, von der Transparenz des im folgenden angegebenen Referenzspektrums („norm Polyalkyl(meth)acrylat") unterscheidet, jeweils bezogen auf die Transparenz der Referenz.
Ferner hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Verwendung von solchen Infrarotabsorber-Polyalkyl(meth)acrylat-Kombinationen ganz besonders bewährt, die, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen, ein Infrarotspektrum im Bereich von 250 nm bis 2500 nm aufweisen, das sich in der Transparenz bei jeder Wellenlänge um maximal 5 %, besonders bevorzugt um maximal 2,5 %, insbesondere um maximal 1 %, von der Transparenz des im folgenden angegebenen Referenzspektrums („norm Polyalkyl(meth)acrylat+Infrarotabsorber") unterscheidet, jeweils bezogen auf die Transparenz der Referenz.
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Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ganz besonders geeignete Infrarotabsorber sind hybride organische -anorganische Nanopartikel, wie z. B. LUMOGEN IR 1050 von der Firma BASF.
Die erfindungsgemäße Formmasse kann ggf. weitere, dem Fachmann wohlbekannte Additive enthalten. Bevorzugt werden externe Schmiermittel, Antioxidantien, Flammschutzmittel, weitere UV-Stabilisatoren, Fließhilfen, Metalladditive zur Abschirmung elektromagnetischer Strahlung, Antistatika, Entformungsmittel, Farbstoffe, Pigmente, Haftvermittler, Verwitterungsschutzmittel, Weichmacher, Füllstoffe und dergleichen.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die Formmasse mindestens ein sterisch gehindertes Amin, wodurch die Witterungsbeständigkeit weiter verbessert wird. Eine Gelbverfärbung oder ein Abbau der Formmasse, die lange Zeit Außenbedingungen ausgesetzt wird, kann weiter verringert werden.
Besonders bevorzugte sterisch gehinderte Amine schließen Dimethylsuccinat-1 -(2- hydroxyethyl)-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperazin-polykondensat, Poly[{6-(1 ,1 ,3,3- tetramethylbutyl)amino-1 ,3,5-triazin-2,4,-diyl}{(2.2,6,6-tetramethyl-4- piperidyl)imino}hexamethylen{(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino}], N,N'-Bis(3- aminopropyl)ethylenediannin-2,4-bis[N-butyl-N-(1 ,2,2,6,6-pentannethyl-4- piperidyl)amino]-6-chlor-1 ,3,5-triazinkondensat, bis(2,2,6,6-Tetrannethyl-4- piperidyl)sebazat und 2-(3,5-di-t-butyl-4-Hydroxybenzyl)-2-n-butylmalonat bis(1 ,2,2,6,6- pentamethyl-4-piperidyl) ein.
Die erfindungsgemäße Formmasse enthält vorzugsweise weiterhin mindestens einen Silanhaftvermittler oder eine organische Titanverbindung, wodurch die Adhäsion an anorganischen Materialien weiter verbessert wird.
Geeignete Silanhaftvermittler schließen Vinyltrichlorosilan, Vinyl-tris(ß- methoxyethoxy)silan, Vinyltriethoxysilan, Vinylthmethoxysilan, Y- Methacryloxypropyltrimethoxysilan, ß-(3,4-Epoxycyclohexyl)ethylthmethoxysilan, \- Glycidoxypropylmethyldiethoxysilan, N-ß-(Aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysilan, N- ß-(Aminoethyl)-γ-aminopropylmethyldimethoxysilan, γ-Aminopropyltriethoxysilan, N- Phenyl-γ-aminopropyltrimethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan und v- Chlorpropyltrimethoxysilan ein.
Die relativen Anteile des Polyalkyl(meth)acrylats, der Verbindung gemäß Formel (I) und des Infrarotabsorbers können prinzipiell frei gewählt werden. Besonders bevorzugte Formmassen umfassen jedoch, jeweils bezogen auf ihr Gesamtgewicht, a) 90 Gew.-% bis 99,9989 Gew.-% Polyalkyl(meth)acrylat b) 0,001 Gew.-% bis 0,03 Gew.-% Verbindung gemäß Formel (I) und c) 0,0001 Gew.-% bis 0,04 Gew.-% Infrarotabsorber
Die Einarbeitung der Verbindungen in die erfindungsgemäße Formmasse kann nach den literaturbekannten Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Vermischen mit dem Polymer vor der Weiterverarbeitung bei höherer Temperatur, durch Zugabe in die Schmelze des Polymeren oder durch Zugabe zu suspendiertem oder gelöstem Polymer während seiner Verarbeitung. Sie können gegebenenfalls auch bereite den Ausgangstoffen zur Herstellung des Polymers zugesetzt werden und verlieren auch in Gegenwart weiterer üblicher Licht- und Hitzestabilisatoren, Oxidations- und Reduktionsmitteln und dergleichen ihre Absorptionsfähigkeit nicht.
Die erfindungsgemäße Formmasse besitzt vorzugsweise eine Erweichungstemperatur von nicht weniger als 800C (Vicaterweichungstemperatur VET (ISO 306-B50)). Sie eignet sich daher insbesondere als Verfestigungsmittel für Solarzellenmodule, da sie nicht anfängt zu kriechen, selbst wenn das Modul bei der Verwendung hohen Temperaturen ausgesetzt wird.
Die erfindungsgemäße Formmasse besitzt eine vergleichsweise hohe Totallichtdurchlässigkeit und verhindert auf diese Weise bei der Anwendung der Formmasse als Verfestigungsmittel in Solarzellmodulen ein Leistungsabfall der Solarzelle, der durch optischen Verlust des Verfestigungsmittels bedingt sein könnte. Über den Wellenlängenbereich von 400 nm bis kleiner 500 nm ist die Totallichtdurchlässigkeit vorzugsweise mindestens 90 %. Über den Wellenlängenbereich von 500 nm bis kleiner 1000 nm ist die Totallichtdurchlässigkeit vorzugsweise mindestens 80 % (Messung mithilfe des Spectralphotometer Lambda 19 von der Fa. Perkin Eimer).
Die erfindungsgemäße Formmasse eignet sich besonders für die Herstellung von Solarzellenmodulen, insbesondere als Verfestigungsmittel in Solarzellenmodulen.
Ein besonders vorteilhafter Aufbau eines Solarzellenmoduls wird im Folgenden unter gelegentlicher Bezugnahme auf die Figuren Fig. 1 bis Fig. 2B beschrieben.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul umfasst vorzugsweise ein photovoltaisches Element 101 , eine Scheibe 103, die die Vorderseite des photovoltaisches Elements 101 bedeckt, ein erstes Verfestigungsmittel 102 zwischen dem photovoltaischen Element 101 und der Scheibe 103, eine Rückwand 105, die die Rückseite 104 des photovoltaisches Elements 101 bedeckt und ein zweites Verfestigungsmittel 104 zwischen dem photovoltaischen Element 101 und der Rückwand 105. Das photovoltaische Element umfasst vorzugsweise eine photoaktive Halbleiterschicht auf einem leitfähigen Substrat als eine erste Elektrode zur Lichtumwandlung und eine transparente leitfähige Schicht als zweite Elektrode, die darauf gebildet ist.
Das leitfähige Substrat umfasst in diesem Zusammenhang vorzugsweise rostfreien Stahl, wodurch die Adhäsionsfestigkeit des Verfestigungsmittels am Substrat weiter verbessert wird.
Die erfindungsgemäße Formmasse besitzt vorzugsweise einen Ableitwiderstand von 1 -- 550000 kkΩΩ xx ccmm22 EEiinnee LLeeiissttuunncgsabnahme der Solarzelle aufgrund von Kurzschlüssen wird bestmöglich vermieden.
Eine Sammelelektrode, die Kupfer und/oder Silber als Bestandteil enthält, wird vorzugsweise auf der lichtempfindlichen Seite des photovoltaischen Elements gebildet und die erfindungsgemäße Formmasse wird vorzugsweise mit der Sammelelektrode in Kontakt gebracht.
Die lichtempfindliche Oberfläche des photovoltaischen Elements wird günstiger Weise mit der erfindungsgemäßen Formmasse bedeckt und dann wird vorzugsweise ein dünner Fluoridpolymerfilm als äußerste Schicht darauf angeordnet.
Das erste Verfestigungsmittel 102 soll das photovoltaische Element 101 vor der Außeneinwirkung schützen, indem es Unebenheiten der lichtempfindlichen Oberfläche des Elements 101 bedeckt. Weiterhin dient es auch dazu, die Scheibe 103 an das Element 101 zu binden. Daher soll es eine hohe Witterungsbeständigkeit, eine große Adhäsion und eine hohe Wärmebeständigkeit zusätzlich zu einer hohen Transparenz aufweisen. Weiterhin soll es eine niedrige Wasserabsorption zeigen und keine Säure freisetzen. Um diesen Wünschen zu genügen, wird vorzugsweise eine erfindungsgemäße Formmasse als erstes Verfestigungsmittel eingesetzt. Um eine Reduktion der Lichtmenge zu minimieren, die das photovoltaische Element 101 erreicht, ist die Lichtdurchlässigkeit des ersten Verfestigungsmittels 102 im sichtbaren Wellenlängenbereich von 400 nm bis 800 nm vorzugsweise mindestens 80 %, besonders bevorzugt mindestens 90 % im Wellenlängenbereich von 400 nm bis kleiner 500 nm (Messung mithilfe des Spectralphotometer Lambda 19 von der Fa. Perkin Eimer). Weiterhin hat es vorzugsweise einen Brechungsindex von 1 ,1 - 2,0, vorteilhafter Weise von 1 ,1 - 1 ,6, um den Lichteinfall aus Luft zu erleichtern (Messung nach ISO 489).
Das zweite Verfestigungsmittel 104 wird verwendet, um das photovoltaische Element 101 vor Außeneinwirkungen zu schützen, indem Unebenheiten auf der Rückseite des Elements 101 bedeckt werden. Weiterhin dient es auch dazu, die Rückwand 105 an das Element 101 zu binden. Daher soll das zweite Verfestigungsmittel wie das erste Verfestigungsmittel eine hohe Witterungsbeständigkeit, eine große Adhäsion und eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen. Es ist daher bevorzugt, die erfindungsgemäße Formmasse auch als zweites Verfestigungsmittel zu verwenden. Vorzugsweise wird das gleiche Material sowohl für das erste Verfestigungsmittel als auch für das zweite Verfestigungsmittel eingesetzt. Da jedoch die Transparenz optional ist, kann bei Bedarf ein Füllstoff, wie ein organisches Oxid, zum zweiten Verfestigungsmittel zugegeben werden, um die Witterungsbeständigkeit und die mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern, oder ein Pigment kann zugegeben werden, um es anzufärben.
Als photovoltaisches Element 101 werden vorzugsweise bekannte Elemente, insbesondere monokristalline Siliziumzellen, multikristalline Siliziumzellen, amorphes Silizium und mikrokristallines Silizium eingesetzt, wie sie auch in Dünnschichtsiliziumzellen verwendet werden. Weiterhin sind auch Kupfer-Indium- Selenid- und Halbleiterverbindungen besonders geeignet.
Ein schematisches Blockdiagramm eines bevorzugten photovoltaischen Elements wird in Figs. 2a und 2b gezeigt. Fig. 2a ist eine schematische Querschnittsansicht eines photovoltaischen Elements, wohingegen Fig. 2b eine schematische Draufsicht auf ein photovoltaisches Element ist. In diesen Figuren bezeichnet die Nummer 201 ein leitendes Substrat, 202 eine reflektierende Schicht auf der Rückseite, 203 eine photoaktive Halbleiterschicht, 204 eine transparente, leitende Schicht, 205 eine Sammelelektrode, 206a und 206b Abgreifklemmen und 207 und 208 leitende, adhäsive oder leitende Pasten.
Das leitende Substrat 201 dient nicht nur als Substrat des photovoltaischen Elements, sondern auch als zweite Elektrode. Das Material des leitenden Substrats 201 umfasst vorzugsweise Silizium, Tantal, Molybdän, Wolfram, rostfreien Stahl, Aluminium, Kupfer, Titan, eine Karbonfolie, eine verbleite Stahlplatte, einen Harzfilm und/oder Keramik mit einer leitfähigen Schicht darauf.
Auf dem leitenden Substrat 201 ist vorzugsweise eine Metallschicht, eine Metalloxidschicht oder beides als reflektierende Schicht 202 auf der Rückseite vorgesehen. Die Metallschicht umfasst vorzugsweise Ti, Cr, Mo, B, AI, Ag und/oder Ni, wohingegen die Metalloxidschicht vorzugsweise ZnO, TiO2 und SnO2 enthält. Die Metallschicht und die Metalloxidschicht werden zweckmäßiger Weise durch Gasphasenabscheidung durch Erwärmen oder durch Elektronenstrahl oder durch Sputtern gebildet.
Die photoaktive Halbleiterschicht 203 dient zur Durchführung der photoelektrischen Umwandlung. In diesem Zusammenhang bevorzugte Matehalen sind multikristallines Silizium mit pn-Übergang, Pin Junction-Typen aus amorphes Silizium, Pin Junction- Typen aus mikrokristallines Silizium und Halbleiterverbindungen, insbesondere CuInSe2, CuInS2, GaAs, CdS/Cu2S, CdS/CdTe, CdS/lnP und CdTe/Cu2Te. Der Einsatz von Pin Junction-Typen aus amorphem Silizium wird dabei besonders bevorzugt.
Die Herstellung der photoaktiven Halbleiterschicht erfolgt vorzugsweise, indem man geschmolzenes Silizium in eine Folie umformt, oder durch Wärmebehandlung von amorphem Silizium im Falle von polykristallinem Silizium, durch Plasmagasphasenabscheidung unter Verwendung eines Silangases als Ausgangsmaterial im Falle von amorphem Silizium und mikrokristallinem Silizium und durch lonenplattieren, lonenstrahlabscheidung, Vakuumverdampfen, Sputtern oder Galvanisieren im Falle einer Halbleiterverbindung.
Die transparente leitfähige Schicht 204 dient als obere Elektrode der Solarzelle. Sie umfasst vorzugsweise ln2θ3, SnO2, In2Os-SnO2(ITO), ZnO, TiO2, Cd2SnO4 oder eine kristalline Halbleiterschicht, die mit einer großen Konzentration an Verunreinigungen dotiert ist. Sie kann durch Widerstandserwärmen-Aufdampfen, Sputtern, Sprühen, Gasphasenabscheidung oder durch Diffusion von Verunreinigungen gebildet werden.
Im Übrigen können bei dem photovoltaischen Element, auf welchem die transparente leitfähige Schicht 204 gebildet wurde, das leitfähige Substrat und die transparente, leitende Schicht teilweise wegen der Unebenheit der Oberfläche des leitfähigen Substrats 201 und/oder der Nicht-Einheitlichkeit zum Zeitpunkt der Bildung der photoaktiven Halbleiterschicht kurzgeschlossen sein. In diesem Fall kommt es zu einem großen Stromverlust proportional zur Ausgabespannung. D.h. der Leckwiderstand (Nebenwiderstand) ist niedrig. Daher ist es wünschenswert, die Kurzschlüsse zu beheben und das photovoltaische Element nach der Bildung der transparenten leitfähigen Schicht einer Behandlung zur Entfernung von Fehlstellen zu unterziehen. Eine derartige Behandlung wird im Patent US 4,729,970 im Detail beschrieben. Durch diese Behandlung wird der Nebenwiderstand des photovoltaischen Elements auf 1 - 500 kΩ x cm2, vorzugsweise auf 10 - 500 kΩ x cm2, eingestellt.
Auf der transparenten leitfähigen Schicht 204 kann die Sammelelektrode (Gitternetz) gebildet werden. Sie hat vorzugsweise die Gestalt eines Gitternetzes, eines Kamms, einer Linie oder ähnliches, um den elektrischen Strom effektiv zu sammeln. Bevorzugte Beispiele des Materials, das die Sammelelektrode 205 bildet, sind Ti, Cr, Mo, W, AI, Ag, Ni, Cu, Sn oder eine leitfähige Paste, die als Silberpaste bezeichnet wird. Die Sammelelektrode 205 wird bevorzugt durch Sputtern unter Verwendung eines Maskierungsmusters, durch Widerstandserwärmung, durch Gasphasenabscheidung, durch ein Verfahren, umfassend die Schritte, dass man einen Metallfilm über die gesamte Schicht durch Gasabscheidung bildet und nicht benötigte Teile des Films durch Ätzen entfernt, durch ein Verfahren, bei welchem man ein Gitterelektrodenmuster durch photochemische Gasphasenabscheidung bildet, durch ein Verfahren, umfassend die Schritte, dass man ein negatives Markierungsmuster der Gitterelektrode bildet und die gemusterte Oberfläche plattiert, durch ein Verfahren, bei welchem man eine leitfähige Paste aufdruckt, durch ein Verfahren, bei welchem man Metalldrähte auf eine gedruckte leitfähige Paste auflötet, gebildet. Als leitfähige Paste wird vorzugsweise ein Bindemittelpolymer verwendet, in welchem Silber, Gold, Kupfer, Nickel, Karbon oder ähnliches in Form eines feinen Pulvers dispergiert ist. Das Bindemittelpolymer schließt vorzugsweise Polyesterharze, Ethoxyharze, Acrylharze, Alkydharze, Polyvinylacetatharze, Gummis, Urethanharze und/oder Phenolharze ein.
Schließlich werden vorzugsweise Abgreifenden 206 am leitfähigen Substrat 201 bzw. an der Sammelelektrode 205 befestigt, um die elektromotorische Kraft abzugreifen. Die Befestigung der Abgreifenden 206 am leitfähigen Substrat wird vorzugsweise erreicht, indem man einen Metallkörper, wie z.B. eine Kupfernase, am leitfähigen Substrat durch Punktschweißen oder Löten befestigt, während die Befestigung der Abgreifenden an der Sammelelektrode vorzugsweise bewerkstelligt wird, indem man einen Metallkörper mit der Sammelelektrode mittels einer leitfähigen Paste oder mittels Lötzinn 207 und 208 elektrisch verbindet.
Die photovoltaischen Elemente werden gemäß der gewünschten Spannung oder Stromstärke entweder in Reihe oder parallel geschaltet. Weiterhin kann die Spannung oder Stromstärke gesteuert werden, indem man die photovoltaischen Elemente in ein isolierendes Substrat einfügt. Die Scheibe 103 in Fig. 1 soll eine möglichst hohe Witterungsbeständigkeit, eine möglichst gute schmutzabweisende Wirkung und eine möglichst große mechanische Festigkeit besitzen, da sie die äußerste Schicht des Solarzellenmoduls ist. Weiterhin soll sie die Langzeitzuverlässlichkeit des Solarzellenmoduls bei Außenanwendung sicherstellen. Scheiben, die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise verwendet werden können, schließen (verstärkte) Glasfolien und Fluoridpolymerfilme ein. Als Glasfolie wird eine Glasfolie mit hoher Lichtdurchlässigkeit bevorzugt verwendet. Geeignete Fluoridpolymerfolien umfassen insbesondere Ethylentetrafluorid-Ethylencopolymer (ETFE), Polyvinylfluoridharz (PVF), Polyvinylidenfluoridharz (PVDF), Tetrafluorethylenharz (TFE), Ethylentetrafluorid- Propylenhexafluoridcopolymer (FEP) und Chlortrifluorethylen (CTFE). Das Polyvinylidenfluoridharz ist hinsichtlich der Witterungsbeständigkeit besonders geeignet, während das Ethylentetrafluorid-Ethylencopolymer hinsichtlich der Kombination aus Witterungsbeständigkeit und mechanischer Festigkeit besonders vorteilhaft ist. Um die Adhäsion zwischen der Fluoridpolymerfolie und dem Verfestigungsmittel zu verbessern, ist es wünschenswert, die Folie einer Koronabehandlung oder einer Plasmabehandlung zu unterziehen. Weiterhin werden auch gestreckte Folien bevorzugt verwendet, um die mechanische Festigkeit weiter zu verbessern.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Scheibe aus der erfindungsgemäßen Formmasse gefertigt.
Die Rückwand 105 dient der elektrischen Isolation zwischen dem photovoltaischen Element 101 und der Umgebung und zur Verbesserung der Witterungsbeständigkeit und wirkt als verstärkendes Material. Sie ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, das hinreichende elektrisch isolierende Eigenschaften sicherstellt, eine exzellente Langzeitbeständigkeit aufweist, thermischer Ausdehnung und thermischer Kontraktion widerstehen kann und das flexibel ist. Für diese Zwecke besonders geeignete Materialien schließen Nylonfolien, Polyethylenterephthalat (PET)-Folien und Polyvinylfluoridfolien ein. Wird eine Feuchtigkeitsbeständigkeit gefordert, so werden bevorzugt Aluminium-laminierte Polyvinylfluoridfolien, Aluminium-beschichtete PET- Folien, Siliziumoxid-beschichtete PET-Folien verwendet. Weiterhin kann die Feuerbeständigkeit des Moduls verbessert werden, indem man eine folienlaminierte, galvanisierte Eisenfolie oder eine Folie aus rostfreiem Stahl als Rückwand verwendet.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Rückwand aus der erfindungsgemäßen Formmasse gefertigt.
Auf der Außenoberfläche der Rückwand kann eine stützende Platte befestigt sein, um die mechanische Festigkeit des Solarzellenmoduls weiter zu verbessern oder um ein Ausbeulen und Durchbiegen der Rückwand in Folge von Temperaturänderungen zu verhindern. Besonders bevorzugte Rückwände sind Bleche aus rostfreiem Stahl, Kunststoffbleche und Bleche aus FRP (faserverstärkter Kunststoff). Weiterhin kann ein Baustoff an der Rückscheibe befestigt sein.
Die Herstellung eines derartigen Solarzellenmoduls kann auf an sich bekannte Weise erfolgen. Besonders zweckmäßig ist jedoch eine Vorgehensweise, die im Folgenden beschrieben wird.
Um das photovoltaische Element mit dem Verfestigungsmittel zu bedecken, wird vorzugsweise ein Verfahren verwendet, bei welchem man das Verfestigungsmittel thermisch aufschmilzt und durch einen Schlitz extrudiert, um eine Folie zu bilden, die dann thermisch am Element befestigt wird. Die Verfestigungsmittelfolie wird vorzugsweise zwischen dem Element und der Scheibe eingebracht und zwischen dem Element und der Rückwand und dann verfestigt.
Zur Durchführung der thermischen Verfestigung können bekannte Verfahren, wie z.B. Vakuumlaminierung und Rolllaminierung, verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Solarzellenmodul hat vorzugsweise eine Betriebstemperatur von bis zu 800C oder höher, wobei insbesondere bei hohen Temperaturen der wärmebeständige Effekt der erfindungsgemäßen Formmasse effektiv genutzt werden kann.

Claims

Patentansprüche:
1. Formmasse, umfassend a) mindestens ein Polyalkyl(meth)acrylat und b) mindestens eine Verbindung gemäß Formel (I),
Figure imgf000042_0001
worin die Reste R1 und R2 unabhängig einen Alkyl- oder Cycloalkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen darstellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Formmasse weiterhin c) mindestens einen Infrarotabsorber enthält, wobei die Formmasse
• bei 500 nm eine Transmission kleiner 89 % aufweist,
• bei 1000 nm eine Transmission kleiner 80 % aufweist,
• bei 1150 nm eine Transmission kleiner 70 % aufweist und
• bei 1600 nm eine Transmission kleiner 77 % aufweist, jeweils gemessen mittels Infrarotspektroskopie bei 25°C an 3 mm Plättchen.
2. Formmasse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Ci-Ci8-Alkyl(meth)acrylat-Homopolymer oder -Copolymer enthält.
3. Formmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Copolymer enthält, das 80 Gew.-% bis 99 Gew.-% Methylmethacrylat-Einheiten und 1 Gew.-% bis 20 Gew.-% Ci-Cio-Alkylacrylat-Einheiten umfasst.
4. Formmasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer Methylacrylat- und/oder Ethylacrylat-Einheiten umfasst.
5. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R1 und R2 in Formel (I) unabhängig einen Alk oder Cycloalkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen darstellen.
6. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R1 und R2 in Formel (I) eine 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- oder eine Eicosyl-Gruppe darstellen.
7. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reste R1 und R2 in Formel (I) eine Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cycloheptyl- oder eine Cyclooctyl-Gruppe darstellen, die gegebenenfalls mit verzweigten oder nicht verzweigten Alkylgruppen substituiert sind.
8. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verbindung gemäß Formel (II) enthält
Figure imgf000043_0001
9. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 500 nm eine Transmission im Bereich von 80 % bis kleiner 89 % aufweist.
10. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 1000 nm eine Transmission im Bereich von 75 % bis kleiner 80 % aufweist.
11. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei 1150 nm eine Transmission im Bereich von 55 % bis kleiner 70 % aufweist.
12. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein stehsch gehindertes Amin umfasst.
13. Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Silanhaftvermittler umfasst.
14. Verwendung einer Formmasse nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche zur Herstellung von Solarzellenmodulen.
15. Solarzellenmodul, umfassend eine Formmasse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13.
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