Vortrag A.Schadewald_IKTR

Material und Applikationsverfahren
zur vakuumlaminationsfreien
PV-Modulherstellung
1. Photovoltaik-Symposium
16.11.2007
1. Vorstellung des IKTR
1. Photovoltaik-Symposium
16.11.2007
IKTR - Institutsdaten
•
Gründung:
17.09.1993
•
Rechtsform:
eingetragener Verein
rechtlich selbständig
•
Standort:
Industriestraße 12
06369 Weißandt-Gölzau
•
Kontaktdaten: Tel. 03 49 78/ 2 12 03
Fax: 03 49 78 /2 11 59
e-mail: [email protected]
www.iktr-online.de
1. Photovoltaik-Symposium
16.11.2007
Forschungsschwerpunkte
- Entwicklung von halogenfreien Plastisolen auf
Kunststoff- und Kautschuk-Basis
- Entwicklung von halogenfreien reaktiven
Flammschutzmitteln
- Automatisierte und laminationsfreie PVModulherstellung
- Modifizierung nachwachsender Rohstoffe
1. Photovoltaik-Symposium
16.11.2007
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.
1. Photovoltaik-Symposium
16.11.2007
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.
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16.11.2007
Grundrezepturen der PO-Plastisole
•
Aufgrund umfangreicher FuE-Arbeiten sind inzwischen Grundrezepturen vorhanden für:
7DXFKEHVFKLFKWXQJHQ
3ODQHQ
)X‰ERGHQEHODJ
6FKZHUHU
.RUURVLRQVVFKXW]
.I]8QWHUERGHQVFKXW]
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.XQVWOHGHU
6RODU]HOOHQ
9HUNDSVHOXQJHQ
7DSHWH
6LHEGUXFN
6FKDXPVWRIIH
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 30.34 (Leistritz AG)
• Labordissolver VL-05 (VMA Getzmann GmbH)
• Dreiwalzwerk EXAKT 120S (EXAKT Apparatebau GmbH & Co. KG)
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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)
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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)
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
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mit
gekoppeltem
Ausstattung
1. Zmart.Pro Universalzugprüfmaschine
(Zwick GmbH & Co. KG)
1
2
4
5
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 B2
3
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2. FuE-Beispiel:
Material und Applikationsverfahren
zur vakuumlaminationsfreien
PV-Modulherstellung
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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)
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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
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Stand der Materialentwicklung
Lichtdurchlässigkeit
Wirkungsgrad
100
ohne Beschichtung
mit Beschichtung (200 µm)
60
40
20
0
0
300
600
900
Wellenlänge λ [nm]
1200
1500
Wirkungsgrad in %
Transmission [%]
17,00
80
16,50
16,00
15,50
15,00
1
2
Versuchsnummer
1. Photovoltaik-Symposium
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Stand der Materialentwicklung
UV-Dosis: UV-A 104,7 kWh/m²
UV-B 7,5 kWh/m²
Bestrahlungsdauer: 727 h
Leistungsverlust: 2,6 %
Wärmeleitfähigkeit
(Rückseitenbeschichtung)
100
90
80
70
Temp. in °C
UV-Test nach EN IEC
61215 (TÜV Rheinland)
60
50
40
30
Herkömmliche Beschichtung
20
Wärmeleitfähiges Plastisol
10
0
0
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5
10
15
Zeit in s
20
25
30
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
120 °C - 150 °C
1. Photovoltaik-Symposium
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Auftragen des
Plastisols
Kaschierung der
Rückseitenfolie
Gelieren
des Modulverbundes
120 °C - 150 °C
Zusammenfassung
Für die vakuumlaminationsfreie Herstellung von
Photovoltaikmodulen wurde ein halogenfreies PolyolefinPlastisol 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.
1. Photovoltaik-Symposium
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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
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Ich danke für Ihre Aufmerksamkeit.
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