Material und Applikationsverfahren zur vakuumlaminationsfreien PV-Modulherstellung. 1. Photovoltaik-Symposium

Transkript

1 Material und Applikationsverfahren zur vakuumlaminationsfreien PV-Modulherstellung

2 1. Vorstellung des IKTR

3 IKTR - Institutsdaten Gründung: Rechtsform: eingetragener Verein rechtlich selbständig Standort: Industriestraße Weißandt-Gölzau Kontaktdaten: Tel / Fax: / info@iktr-online.de

4 Forschungsschwerpunkte - Entwicklung von halogenfreien Plastisolen auf Kunststoff- und Kautschuk-Basis - Entwicklung von halogenfreien reaktiven Flammschutzmitteln - Automatisierte und laminationsfreie PV- Modulherstellung - Modifizierung nachwachsender Rohstoffe

5 Was sind PO-Plastisole? Polyolefin-Plastisole sind nichtwässrige feinteilige Dispersionen mit Plastisolcharakter. PO-Plastisole werden in einem zweistufigen Verfahren (Dispergierund Formulierungsstufe) hergestellt. Benötigt werden Extruder bzw. Knetmischer und Dissolver. PO-Plastisole können mit den gleichen Applikationsverfahren (streichen, rakeln, tauchen, spritzen, gießen) zu Produkten mit gleichen Anwendungseigenschaften wie PVC-Plastisole weiterverarbeitet werden. PO-Plastisole werden bei Temperaturen von 110 C b is 200 C ausgehärtet.

6 Eigenschaften der PO-Plastisole Anwendungsbezogene Eigenschaften, wie Viskosität/ Fließverhalten Gelierbedingungen mechanische Eigenschaften Flammwidrigkeit Verschäumbarkeit Chemikalienbeständigkeit Lichtdurchlässigkeit Abriebbeständigkeit Wasserdichtheit Permeabilität Alterungsbeständigkeit UV- und Witterungsbeständigkeit sind in einem breiten Bereich definiert einstellbar.

7 Grundrezepturen der PO-Plastisole Aufgrund umfangreicher FuE-Arbeiten sind inzwischen Grundrezepturen vorhanden für:

8 Ausstattung Für die Bearbeitung unserer FuE-Projekte und Dienstleistungen stehen u.a. folgende Labor- und Technikumseinrichtungen zur Verfügung: Mischtechniken Labormeßkneter Plastograph und Plasticorder mit Zubehör (Brabender OHG) Labormeßkneter IKAVISC MKD-0,6 (IKA GmbH & Co. KG) Laborkneter Type LKS 2 (Herrmann Linden GmbH & Co. KG) Laborextrusionssystem LSM (Leistritz AG) Labordissolver VL-05 (VMA Getzmann GmbH) Dreiwalzwerk EXAKT 120S (EXAKT Apparatebau GmbH & Co. KG)

9 Ausstattung Beschichtungstechniken Labor-Streich- und Trocknungsanlage LTE-S(M) (Werner Mathis AG) K-Control Coater Modell 624 (Erichsen GmbH & Co. KG) Beschichtungsanlage zur Verkapselung von Solarzellen (eigene FuE)

10 Ausstattung Analysen- und Messtechniken Rotationsviskosimeter Rheostress RS 150 (Haake GmbH) Zmart.Pro Universalzugprüfmaschine (Zwick GmbH & Co. KG) Thermoanalysesystem DSC 30, TG 50 (Mettler-Toledo GmbH) FT-IR-Spektrometer FT-IR 16 PC (Perkin Elmer) Laserbeugungsgranulometer Cilas 715 (Quantachrome GmbH) Lichtmikroskop (Auflicht, Durchlicht, polarisiertes Licht, Heiztisch) mit gekoppeltem Bildanalysesystem Olympus BH-2 (Olympus Optical Co. GmbH) Randwinkelmesseinrichtung (Krüss GmbH) Oberflächenspannung (Krüss GmbH) Shore A-Prüfgerät Vicat-Prüfgerät Brandprüfung nach DIN 4102 B2 und UL 94 Wasserdampfdurchlässigkeitsmessgerät Gasdurchlässigkeitsmessgerät

11 Ausstattung 1. Zmart.Pro Universalzugprüfmaschine (Zwick GmbH & Co. KG) 2. Thermoanalysesystem DSC 30, TG 50 (Mettler-Toledo GmbH) 3. Rotationsviskosimeter Rheostress RS 150 (Haake GmbH) 4. Lichtmikroskop mit Bildanalysesystem (Olympus Optical Co. GmbH) 5. Brandprüfung nach DIN 4102 B

12 2. FuE-Beispiel: Material und Applikationsverfahren zur vakuumlaminationsfreien PV-Modulherstellung

13 Projektziele Entwicklung von Versiegelungsmaterialien für die sonnenzugewandte Seite und Rückseitenverklebung (Einsatz von wärmeleitfähigen PO-Plastisolen) Entwicklung von Materialien für die Verklebung der Lötbänder (Einsatz von elektrisch leitfähigen PO-Plastisolen) Gewährleistung eines dauerhaft hohen Wirkungsgrades der Photovoltaik-Module Sicherstellen von guten optischen und mechanischen Eigenschaften sowie einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen Witterungseinflüsse Erreichen von sehr guten Haftungseigenschaften Bereitstellen einer neuen laminationsfreien Basistechnologie zur wirtschaftlich effektiven und fehlerfreien Herstellung von PV-Modulen (in Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Sondermaschinenbau Köthen GmbH)

14 Lösungsweg Auswahl geeigneter Polyolefin-Komponenten Auswahl geeigneter Dispergiermittel Auswahl geeigneter Additive Entwicklung der Pastenrezeptur aus den Bestandteilen Festlegung eines definierten Temperaturprofiles für die Aushärtung Plastisolzusammensetzung ca. 50 % PO-Anteil ca. 46 % Dispersionsmittel ca. 4 % Additive

15 Stand der Materialentwicklung Lichtdurchlässigkeit Wirkungsgrad ,00 ohne Beschichtung Transmission [%] Wellenlänge λ [nm] Wirkungsgrad in % 16,50 16,00 15,50 mit Beschichtung (200 µm) 15, Versuchsnummer

16 Stand der Materialentwicklung UV-Test nach EN IEC (TÜV Rheinland) Wärmeleitfähigkeit (Rückseitenbeschichtung) UV-Dosis: UV-A 104,7 kwh/m² UV-B 7,5 kwh/m² Bestrahlungsdauer: 727 h Leistungsverlust: 2,6 % Temp. in C Herkömmliche Beschichtung Wärmeleitfähiges Plastisol Zeit in s

17 Entwicklung der Applikationstechnologie automatisierte Applikation des PO-Materials und automatisierte Modulherstellung Positionierung der Solarzellen Auftragen des Plastisols Positionierung des Trägerglases und Kaschierung Gelieren des Plastisols Auftragen des Plastisols Kaschierung der Rückseitenfolie Gelieren des Modulverbundes 120 C C 120 C C

18 Zusammenfassung Für die vakuumlaminationsfreie Herstellung von Photovoltaikmodulen wurde ein halogenfreies Polyolefin- Plastisol zur Versiegelung von Solarzellen entwickelt, dass sich durch einen einfachen Beschichtungsvorgang verarbeiten lässt. Die Aushärtung des Materials erfolgt bei Temperaturen um 135 C. Eine Laboranlage zur Herstellung von Modulen bis zur Größe 70 cm x 70 cm wird zur Verfügung gestellt.

19 Zusammenfassung Vorteile des Verkapselungsmaterials und der Applikationstechnologie: - Verarbeitung ohne Vakuumlaminationsprozess - Erhöhung des Wirkungsgrades der Solarzelle um ca. 0,6 % - Einsatz von elektrisch leitfähigen PO-Plastisolen, z.b. für die lötfreie und schonende Kontaktierung von Back-Kontaktzellen - Einsatz von wärmeleitfähigen PO-Plastisolen für die Rückseitenverklebung - hohe Adhäsion zu Glas und Rückseitenfolie - hohe UV- und Alterungsstabilität - automatisierte Modulherstellung mit SMBK Modulmaker - kurze Taktzeiten (Beschichtungsgeschwindigkeit: 0,1 m/s) - Verwendung als Komplettverkapselungsmaterial für waferbasierte Solarmodule - Verwendung als Rückseitenbeschichtung für Dünnschichtmodule

20 Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit.