DE3609842A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer oberflaechenstrukturierten polyaethylenvinylazetat-folie - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer oberflaechenstrukturierten polyaethylenvinylazetat-folie

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen einer oberflächenstrukturierten Polyäthylen­ vinylazetat-Folie nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und 2 bzw. 7 und 10.
Derartige Polyäthylenvinylazetat-Folien werden bevorzugt bei der Fertigung von Solarzellen-Modulen eingesetzt. Da­ bei wird auf eine Unterlage aus Glas oder Metall-Kunst­ stofflaminat eine erste solche Folie aufgebracht, auf diese Folie werden Solarzellen, z.B. in Form dünner Siliziumblättchen, aufgelegt, die Solarzellen werden von einer zweiten derartigen Folie abgedeckt und hierauf folgt eine die Oberseite des Moduls bildende Glasplatte. Um den ganzen Aufbau in einen festen gegenseitigen Verbund zu bringen, wird er unter Druckausübung im Vakuum auf bei­ spielsweise 150°C aufgeheizt, so daß die schmelzende Folie alle Zwischenräume füllt und das Ganze zu einem festen Verbund miteinander verklebt.
Wichtig bei dieser Modulherstellung ist die Verhinderung von Lufteinschlüssen.
Es ist bekannt, Polyäthylenvinylazetat-Folien, die für die Herstellung von Solarzellen-Modulen verwendet werden, oberflächlich aufzurauhen. Aufgrund dieser rauhen Ober­ flächenstruktur kann die Luft beim Zusammenpressen der einzelnen Modulschichten verhältnismäßig leicht seit­ lich ausgepreßt werden. Die Oberflächenstrukturierung von Polyäthylenvinylazetat-Folien wurde bisher in der Weise erzeugt, daß die Folie durch ein Zwei-Walzen- Glättwerk geleitet wurde. Dabei gelangte die Folie zwischen zwei Quetschwalzen hindurch, deren Mantelfläche eine Oberflächenstruktur aufwies, die der gewünschten Oberflächenstruktur der Folie komplementär entsprach. Es wurde jedoch gefunden, daß die Folie beim Durchlauf zwischen Quetschwalzen eine Verstreckung erfährt, die zum Aufbau innerer Spannungen innerhalb der Folie führt. Wenn dann bei der Herstellung des Moduls die Folie auf­ geschmolzen wird, führen die sich auflösenden Spannungen zu Schrumpfungen und anderen Deformationen, wodurch die Solarzellen so weit verschoben werden können, daß sich ihre gegenseitigen elektrischen Verbindungen lösen. In der Praxis sind somit durch Quetschwalzen oberflächen­ strukturierte Polyäthylenvinylazetat-Folien bei der Herstellung von Solarzellen-Modulen nicht einsetzbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine voll­ kommen spannungsfreie Polyäthylenvinylazetat-Folie zum Verbinden von Bauelementen herzustellen, insbesondere zur Fertigung von Solarzellen-Modulen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale der Patentansprüche 1 oder 2 bzw. 7 oder 10 gelöst.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den übrigen Patent­ ansprüchen. Auf der beigefügten Zeichnung zeigen:
Fig. 1 schematisch in Seitenansicht eine Vor­ richtung zur Herstellung einer ober­ flächenstrukturierten Polyäthylenvinyl­ azetat-Folie;
Fig. 2 und 3 verschiedene Oberflächenriefungen an einer Chill-Roll-Walze;
Fig. 4 und 5 schematische Darstellungen der Herstellung von Solarzellen-Modulen.
Die Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Flachfolienanlage zur Herstellung von Polyäthylenvinylazetat-Folien. Der Kopf 1 eines an sich bekannten Extruders weist eine Düse 2 auf, aus welcher breitflächig eine Schmelze aus Polyäthylen­ vinylazetat austritt. Die Schmelze enthält in an sich bekannter Weise einen Vinylazetat-Anteil von ca. 30 Gew.-% und weiterhin verschiedener Additive in Form von Stabi­ lisatoren, Haftvermittlern sowie eine organische Peroxid­ verbindung, die später für die Vernetzung des Vinylazetats in der fertigen Folie sorgt. Äthylenvinylazetat wird in an sich bekannter Weise in Form von Granulat an der dem Kopf 1 gegenüberliegenden Einlaufseite des Extruders ein­ gegeben.
Die Schmelze gelangt aus der Düse 2 breit auseinander­ gezogen auf die Mantelfläche einer Chill-Roll-Walze 3, die in Pfeilrichtung umläuft. Die Mantelfläche der Walze 3 wird von innen her gekühlt, so daß die Schmelze zu einer Folie erstarrt. Ein Luftrakel 4 sorgt für das gleichmäßige Anliegen der Schmelze an der Mantelfläche der Walze 3.
Über mehrere Umlenkrollen gelangt die von der Walze 3 abgezogene Folie 5 in Pfeilrichtung zu einer Aufwickel­ rolle 6, wo die Aufrollung der Folie vorgenommen wird. Da die so erzeugte Polyäthylenvinylazetat-Folie an ihrer Oberfläche ziemlich klebrig ist, wird ausgehend von einer Vorratsrolle 7 eine Trennfolie 8 aus Papier oder Nieder­ druckpolyäthylen zwischen die einzelnen Folienlagen auf der Rolle 6 eingebracht.
Um der Folie 5 einseitig eine gewünschte Oberflächen­ struktur zu erteilen, weist die Mantelfläche der Chill- Roll-Walze 3 eine Oberflächenstruktur auf, die der ge­ wünschten Oberflächenstruktur der Folie 5 komplementär entspricht. In Fig. 2 und 3 sind zwei Beispiele für mögliche Oberflächenstrukturen der Walze 3 dargestellt. Beide Figuren zeigen jeweils einen kleinen Ausschnitt aus der Mantelfläche der Walze 3. In Fig. 2 umfaßt die Oberflächenstruktur nebeneinanderliegende, kreisförmige Riefen oder Rillen 10, die in Ebenen senkrecht zur Achse 9 der Walze 3 verlaufen. In der Fig. 3 besteht die Ober­ flächenstruktur der Walze 3 aus kreuz und quer verlaufen­ den Riefungen 11 bzw. 12. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Oberflächenstruktur der Walze 3 auch als sogenannte "Orangenhaut" ausgebildet sein, d.h. in Form von wellenförmig verlaufenden Erhöhungen und Vertiefungen. In jedem Falle sollen die gebildeten Oberflächenvertiefungen möglichst bis zum Rand der Folie verlaufen, so daß bei der späteren Herstellung der Solarzellen-Module die Luft seitlich entweichen kann.
Die gewünschte Oberflächenstruktur der Folie entsteht auf deren einer Seite dadurch, daß die aus der Düse 2 austretende Schmelze in die komplementären Vertiefungen auf der Mantelfläche der Walze 3 eindringt, was zu ent­ sprechenden Erhöhungen auf der Folienoberseite führt, zwischen denen dann wiederum die gewünschten Vertiefungen in Form von Rillen, Riefen oder dergleichen verlaufen.
Mit der soweit beschriebenen Vorrichtung kann lediglich eine einseitig oberflächenstrukturierte Polyäthylen­ vinylazetat-Folie erzeugt werden. In vielen Fällen kann bereits eine derart einseitig strukturierte Folie bei der Herstellung von Solar-Modulen ihren Zweck erfüllen, beispielsweise dann, wenn die mit Oberflächenstruktur versehene Seite der Folie der erwähnten Unterlage oder der abdeckenden Glasplatte zugekehrt ist. Noch besser ist es, wenn beide Seiten der Folie oberflächenstruk­ turiert sind. Hierzu kann, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, zwischen der Walze 3 und der Aufwickel­ rolle 6 quer zur Folienlaufrichtung eine rotierend an­ getriebene Bürstenwalze 13 angeordnet werden, deren Borsten 14 über die benachbarte Oberfläche der Folie 5 streifen und dort die gewünschte Oberflächenstruktur in Gestalt dicht nebeneinanderliegender, auf die Abriebwir­ kung der Borsten zurückgehender Rillen hervorrufen. Die Borsten 14, die aus Kunststoff, insbesondere Nylon, oder aus Metall, insbesondere Stahl, gefertigt sein können, stehen vorzugsweise senkrecht von der Drehachse der Bürstenwalze 13 ab. Die Umlaufgeschwindigkeit der Bür­ stenwalze 13 ist größer als die Vorschubgeschwindig­ keit der Folie 5. Die Bürstenwalze greift an derjenigen Seite der Folie 5 an, die der durch die Walze 3 ober­ flächenstrukturierten Seite der Folie 5 gegenüberliegt, so daß nach dem Vorbeilaufen an der Bürstenwalze 13 die Folie 5 beidseitig oberflächenstrukturiert ist.
Der Bürstenwalze 13 ist eine die Folie 5 abstützende Gegendruckwalze 15 zugeordnet, die so angetrieben ist, daß ihre Umfangsgeschwindigkeit gleich der Laufge­ schwindigkeit der Folie 5 ist. Auf diese Weise verhin­ dert man einerseits ein Kleben der Folie an der Gegen­ druckwalze 15 und andrerseits ein unerwünschtes Strecken und Spannen der Folie 5 beim Überlaufen der Gegendruckwalze 15.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann auch eine Chill-Roll-Walze 3 ohne Oberflächen­ struktur, also mit glatter Mantelfläche verwendet werden. Um in diesem Fall eine beidseitig oberflächenstruktu­ rierte Folie 5 zu erhalten, ist in Laufrichtung hinter der Bürstenwalze 13 und deren Gegendruckwalze 15 eine weitere Bürstenwalze 16 vorgesehen, der eine Gegendruck­ walze 17 zugeordnet ist. Die Bürstenwalze 13 dient der Oberflächenstrukturierung der einen, die Bürstenwalze 16 der Oberflächenstrukturierung der anderen Seite der Folie 5. Beide Gegendruckwalzen 15, 17 bestehen vorzugs­ weise aus Stahl und sind gekühlt, wodurch ein Kleben­ bleiben der Folie 5 weiterhin reduziert ist.
Durch die Einwirkung der Bürstenwalzen 13, 16 erfolgt eine mechanische Aufrauhung der Folienoberflächen. Eine entsprechende mechanische Aufrauhung kann auch unter Verwendung von Reib- oder Schleifwalzen erzeugt werden, die anstelle der Bürstenwalzen 13, 16 vorgesehen werden können.
Die erfindungsgemäß ausgeführte Oberflächenstruktur (Oberflächenrauhigkeit) der Polyäthylenvinylazetat-Folie kann zu dem weiteren Vorteil führen, daß die Verklebung aufeinanderliegender Folienlagen so weitgehend herabge­ setzt ist, daß die Trennfolie 8 entfallen kann. Es ist also möglich, die Folie 5 zu einer Rolle 6 aufzuwickeln, in der die einzelnen Folienlagen unmittelbar aufeinander­ liegen. Die Folie läßt sich wegen der durch die Ober­ flächenrauhigkeit herabgesetzten Klebrigkeit leicht wieder von der Rolle 6 abziehen.
Anhand der schematischen Fig. 4 und 5 wird die Herstellung eines Solarzellen-Moduls unter Verwendung erfindungsge­ mäß strukturierter Folien erläutert. Auf eine Unterlage 18 aus Glas oder aus einem Laminat, bestehend aus Aluminium und Kunststoff-Folie, wird eine erste erfindungsgemäß oberflächenstrukturierte Polyäthylenvinylazetat-Folie 19 aufgelegt. Hierauf schichtet man nebeneinander Solarzellen 20, beispielsweise in Gestalt dünner Siliziumplättchen. Die Solarzellen 20 sind in nicht dargestellter Weise elek­ trisch miteinander verbunden. Auf die Lage der Solarzellen 20 kommt eine weitere erfindungsgemäß strukturierte Folie 21 aus Polyäthylenvinylazetat. Den Abschluß bildet eine Glasplatte 22. Der in Fig. 4 dargestellte Aufbau wird im Vakuum unter Druckausübung auf ca. 150° erwärmt. Bei dieser Temperatur schmilzt das Material der Folien 19 und 21 und füllt alle Zwischenräume aus. Wegen der Ober­ flächenstruktur der Folien kann dabei Luft zu Beginn der Aufschmelzung seitlich vollkommen ausgepreßt werden, so daß keinerlei Lufteinschlüsse entstehen. Gleichzeitig vernetzt die im Folienmaterial enthaltene organische Peroxidverbindung das Vinylazetat. Nach dem Abkühlen entsteht ein kompakter Verbund der einzelnen Bauelemente.
Die erfindungsgemäß oberflächenstrukturierte Polyäthylen­ vinylazetat-Folie eignet sich nicht nur für die Herstel­ lung von Solarzellen-Modulen. Sie kann auch zur Verbin­ dung anderer Bauelemente eingesetzt werden, beispiels­ weise bei der Herstellung von Verbundglas zum Verbinden zweier Glasscheiben, zwischen denen die Folie angeordnet wird. Die Dicke der hergestellten Folie kann zwischen 0,1 und 1,2, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,8 mm liegen. Ein bevorzugter Dickenbereich liegt zwischen 0,5 und 0,7 mm. Beim Extrudieren aus der Düse 2 des Extruder­ kopfes 1 hat die Schmelze eine Temperatur unterhalb 100°, so daß das die Vernetzung des Vinylazetats bewir­ kende Peroxid noch nicht wirksam werden kann.

Claims (15)

1. Verfahren zum Herstellen einer oberflächenstrukturier­ ten Polyäthylenvinylazetat-Folie, bei dem eine breit­ flächig ausgebreitete Schmelze aus einem Extruder auf die Mantelfläche einer umlaufenden Chill-Roll-Walze extrudiert, dort gekühlt und anschließend als fertige Folie, gegebenenfalls unter Zwischenlegung einer Trenn­ folie, auf einer Aufwickelrolle aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze auf eine Chill-Roll-Walze extrudiert wird, deren Mantelfläche eine Oberflächenstruktur aufweist, die ihrerseits der herzustellenden Ober­ flächenstruktur der Folie komplementär entspricht.
2. Verfahren zum Herstellen einer oberflächenstrukturier­ ten Polyäthylenvinylazetat-Folie, bei dem eine breit­ flächig ausgebreitete Schmelze aus einem Extruder auf die Mantelfläche einer umlaufenden Chill-Roll- Walze extrudiert, dort gekühlt und anschließend als fertige Folie, gegebenenfalls unter Zwischenlegung einer Trennfolie, auf einer Aufwickelrolle aufge­ wickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seite der Folie auf ihrem Lauf­ weg zwischen der Chill-Roll-Walze und der Aufwickel­ rolle mechanisch aufgerauht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seite der Folie rauh gebürstet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Seite der Folie rauh geschliffen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Seite der Folie durch Aufbringen auf die Chill-Roll-Walze und die andere Seite durch mechanische Aufrauhung oberflächenstrukturiert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Seiten der Folie rauh gebürstet werden.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 mit einem Extruder, mit einer Chill-Roll- Walze zur Aufnahme und Kühlung der aus dem Extruder austretenden Folien-Schmelze und mit einer Aufwickel­ rolle für die fertige Folie, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Chill-Roll-Walze (3) in Form einer Riefung (10, 11, 12) aufgerauht ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Riefen (10) kreisförmig in Ebenen senkrecht zur Walzenachse (9) verlaufen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelfläche der Chill-Roll-Walze (3) kreuz und quer gerieft ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einem Extruder, mit einer Chill-Roll- Walze zur Aufnahme und Kühlung der aus dem Extruder austretenden Folien-Schmelze und mit einer Aufwickel­ rolle für die fertige Folie, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Chill-Roll-Walze (3) und Aufwickel­ rolle (6) quer zur Folienlaufrichtung wenigstens eine rotierend angetriebene Bürstenwalze (13, 16) angeordnet ist, deren Borsten (14) über eine benach­ barte Oberfläche der Folie (5) streifen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bürstenwalze (13, 16) eine drehend angetrie­ bene, die Folie (5) abstützende Gegendruckwalze (15, 17) zugeordnet ist, deren Umfangsgeschwindigkeit gleich der Laufgeschwindigkeit der Folie ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bürstenwalzen (13, 16) mit Gegendruckwalzen (15, 17) vorgesehen sind, von denen eine Bürsten­ walze (13) die eine und die andere Bürstenwalze (16) die andere Seite der Folie (5) aufrauhen.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (14) der Bürstenwalze (13, 16) aus Kunststoff bestehen.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten (14) der Bürstenwalze (13, 16) aus Metall bestehen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Oberflächenstrukturierung der einen Folienseite eine entsprechend aufgerauhte Chill-Roll-Walze (3) und zur Oberflächenstruktu­ rierung der anderen Folienseite eine Bürstenwalze (13, 16) vorgesehen sind.
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