CN101542746A - 包括使用具有低结块趋势的某种聚(乙烯醇缩丁醛)/薄膜双层封装层的太阳能电池及其简化的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池层压体，所述层压体包括具有聚(乙烯醇缩丁醛)亚层的预成形的双层片材。

Description

包括使用具有低结块趋势的某种聚(乙烯醇缩丁醛)/薄膜双层封装层的太阳能电池及其简化的制备方法
发明领域
本发明涉及包括含有无结块聚(乙烯醇缩丁醛)的双层片材的太阳能电池模块。
发明背景
作为一种可再生的能源，太阳能电池模块的应用范围正迅速扩大。随着太阳能电池模块或层压体变得日益复杂，对具有增强功能的封装材料的需求也不断增加。太阳能电池是将光能转变为电能的装置。太阳能电池模块的典型或常规构造从顶部、或入射层(即，首先接触光的层)到底片(离入射层最远的层)由至少5个结构层组成：(1)入射层；(2)前片封装层；(3)太阳能电池层；(4)底片封装层；和(5)底片。入射层的作用是提供允许日光进入太阳能电池模块的透明保护窗口。入射层通常为玻璃板或聚合物薄膜(例如含氟聚合物或聚酯薄膜)，但也可以设想为是可完全透过日光的任何材料。
太阳能电池模块的封装层被设计用于封装和保护易碎的太阳能电池层。一般来讲，太阳能电池模块将包含夹在太阳能电池层周围的至少两个封装层。前片封装层的光学特性必须使得光能够有效地被透射至太阳能电池层。多年以来，已经开发出用于制备层压的太阳能电池产品的多种聚合物薄膜和片材。一般来讲，这些聚合物薄膜和片材必须具有多种特性的组合，所述特性包括很高的光学清晰度、低雾度、高抗冲击性、减震性、优异的耐紫外线性能、良好的长期热稳定性、与玻璃及其他太阳能电池层压层之间的优异粘合力、低紫外线透射率、低吸潮性、高防潮性和优异的长期耐侯性。广泛使用的封装材料包括基于下列物质的络合的多组分组合物：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、离聚物、聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB)、α-烯烃与α，β-烯键不饱和羧酸的酸性共聚物、衍生自α-烯烃与α，β-烯键不饱和羧酸的部分或完全中和的酸性共聚物的离聚物、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(如茂金属催化的线性低密度聚乙烯)、聚烯烃嵌段弹性体、乙烯-丙烯酸酯共聚物(如乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物)、硅氧烷弹性体、环氧树脂等。
例如，以下文献公开了聚(乙烯醇缩丁醛)在形成太阳能电池封装层时的用途：美国专利3,957,537、4,249,958、4,321,418、5,508,205、5,582,653、5,728,230、6,075,202、6,288,323、6,288,326、6,538,192、6,777,610、6,822,157、6,940,008；美国专利申请2004/0191422和2005/0284516；欧洲专利EP 0 343 628、EP 0 631 328、EP 1 005 096和EP 1 054 456。
然而，由于聚(乙烯醇缩丁醛)片材在环境温度下极其柔软并具有粘着性，在运输和储存过程中需要冷冻，因此在太阳能电池模块内使用聚(乙烯醇缩丁醛)片材一直非常复杂。此外，由于随着温度升高，塑化的聚(乙烯醇缩丁醛)片材的粘着性会增加，并且其向玻璃的滑动性能变差，因此往往损害其可加工性和可使用性。为了改善这种趋势并抑制潮解性，工作场所的温度必须保持在约20℃。并且在实践中，当把塑化的聚(乙烯醇缩丁醛)片材用作两片玻璃之间的夹层时，需要采用两步粘结法来制备层压体(参见例如欧洲专利EP 0 145 928第2页第30行)。
包括聚(乙烯醇缩丁醛)亚层的双层层压体已经用于玻璃装配业，并且可以商品名
Figure A20078004379600071
SpallShield从E.I.du Pont de Nemours andCompany(DuPont)，Wilmington，Delaware商购获得。通常将这种双层层压体直接施加到玻璃表面上，以制成防破坏和防盗玻璃，更具体地讲是为了防止玻璃碎裂，即防止玻璃板尤其是钢化的玻璃板破裂时锋利的玻璃碎片朝受冲击的相反侧四处飞溅。包括此类结构的玻璃制品在例如下列专利中有所公开：美国专利3,781,184、3,900,673、4,059,469、4,072,779、4,242,403、4,469,743、4,543,283、4,832,782、4,834,829、4,925,737、4,952,457、5,028,287、5,069,942、5,082.515、5,188,692、5,250,146、5,356,745、5,393,365、5,415,942、5,501,910、5,567,529、5,631,089、5,698,053、5,763,089、5,965,853、以及美国专利申请2005/0129954。
本发明提供了包括预成形的聚(乙烯醇缩丁醛)/薄膜双层片材的太阳能电池层压体和制备所述层压体的简化的方法。所谓“预成形的”是指在太阳能电池层压体结构的构造过程中在涉及到双层片材的任何进一步加工之前，已经将该双层片材的两个亚层层压并粘结在一起而形成单个单元。具体地讲，在常规方法中，当把聚(乙烯醇缩丁醛)片材用作层压层时，经常在层压过程中使用交错层例如聚乙烯或聚丙烯薄膜层，然后再将其作为不需要的垃圾丢弃。然而在本发明中，由预成形的双层片材的薄膜亚层充当聚(乙烯醇缩丁醛)片材的交错层，所述薄膜亚层不被丢弃，而是保留在层压体中以提供附加功能。
发明概述
本发明涉及太阳能电池层压体，该层压体包括(i)太阳能电池层，其包括一个或多个电互连的太阳能电池并且具有受光面和背面；和(ii)至少一个预成形的双层片材，该双层片材包括含有聚(乙烯醇缩丁醛)的第一亚层和含有金属或聚合物薄膜的第二亚层。
本发明还涉及制造太阳能电池层压体的方法，该方法包括：(i)提供组合件，该组合件从顶部至底部包括前片封装层、包括一个或多个电互连的太阳能电池的太阳能电池层和底片封装层；并且(ii)将该组合件层压以形成太阳能电池模块，其中两个封装层中的至少一个由预成形的双层片材形成，该双层片材包括含有聚(乙烯醇缩丁醛)的第一亚层和含有金属或聚合物薄膜的第二亚层。
附图简述
图1为本文所公开的预成形双层片材10的未按比例绘制的剖面图。预成形的双层片材10包括第一亚层12和第二亚层14，其中第一亚层12包含聚(乙烯醇缩丁醛)，并且第二亚层14由金属或聚合物薄膜形成。
图2为典型的现有技术太阳能电池模块20的未按比例绘制的剖面图，该模块包括：(i)入射层21；(ii)前片封装层22；(iii)太阳能电池层23；(iv)底片封装层24；以及(v)底片25。
图3为本发明的一个特定实施方案的未按比例绘制的剖面图，其中太阳能电池模块20a包括一层预成形的双层片材10，该片材的第一亚层12与太阳能电池层23的受光面23a直接接触。在该实施方案中，预成形的双层片材10可同时起前片封装层22和入射层21的作用。
图4为本发明另一个实施方案的未按比例绘制的剖面图，其中与图3的太阳能电池层压体20a相比较，层压体20b还包括紧挨第二前片封装层22a层压的入射层21，第二前片封装层继而紧靠预成形的双层片材10的第二亚层14被层压。
图5为本发明另一个实施方案的未按比例绘制的剖面图，其中太阳能电池模块20c包括一层预成形的双层片材10，该片材的第一亚层12与太阳能电池层23的背面23b直接接触。在该实施方案中，预成形的双层片材10可以同时起底片封装层24和底片25的作用。
图6为本发明另一个实施方案的未按比例绘制的剖面图，其中与图5的太阳能电池层压体20c相比较，层压体20d还包括紧挨第二底片封装层24a层压的底片25，第二底片封装层继而紧靠预成形的双层片材10的第二亚层14层压。
图7为本发明另一个实施方案的未按比例绘制的剖面图，其中太阳能电池模块20e包括第一预成形的双层片材10和第二预成形的双层片材10，第一预成形的双层片材的第一亚层12与太阳能电池层23的受光面23a直接接触，第二预成形的双层片材的第一亚层12与太阳能电池层23的背面23b直接接触。在该实施方案中，第一预成形的双层片材10可同时起前片封装层22和入射层21的作用，而第二预成形的双层片材10可同时起底片封装层24和底片25的作用。
图8为本发明另一个实施方案的未按比例绘制的剖面图，其中太阳能电池模块20f包括一层预成形的双层片材10，在该双层片材中，第二亚层14更靠近太阳能电池层23的受光面23a。此外，太阳能电池模块20f还包括第二前片封装层22a，该封装层置于预成形的双层片材10和入射层21之间。
图9为本发明另一个实施方案的未按比例绘制的剖面图，其中太阳能电池模块20g包括一层预成形的双层片材10，在该双层片材中，第二亚层14更靠近太阳能电池层23的背面23b。此外，太阳能电池模块20g还包括第二底片封装层24a，该封装层置于预成形的双层片材10和底片25之间。
发明详述
本文所提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献均全文以引用方式并入本文。
本文的材料、方法和实例仅出于说明目的，本发明的范围应仅通过权利要求书来判断。
定义
下列定义适用于本说明书从始至终所使用的术语，除非在具体情况中另行限制。
除非另行指出，否则所有百分数、份数、比率等均按重量计。
当术语“约”用于描述值或范围的端点时，本公开内容应被理解为包括具体的值或所涉及的端点。
在本专利申请中，术语“片材”和“薄膜”在广义上可互换使用。
在描述本发明和/或要求本发明的权利时，术语“共聚物”用来指包含两种或更多种单体的聚合物。
当将第一薄膜或片材“层压至”第二薄膜或片材上时，这表示将第一薄膜或片材直接或间接地层压至第二薄膜或片材上。所谓“直接”是指第一薄膜或片材直接接触并被粘附至第二薄膜或片材。所谓“间接”是指第一薄膜或片材没有直接接触第二薄膜或片材，而是通过置于二者之间的至少一层另外的薄膜或片材被粘合至第二薄膜或片材。
双层片材
现在参见图1，本发明涉及在太阳能电池模块内使用至少一个预成形的双层片材10。该预成形的双层片材10具有衍生自聚(乙烯醇缩丁醛)片材的第一亚层12和衍生自金属或聚合物薄膜的第二亚层14。
I.聚(乙烯醇缩丁醛)片材
本文所公开的聚(乙烯醇缩丁醛)片材是由某种聚(乙烯醇缩丁醛)组合物制成的。本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)可以通过水性或溶剂的缩醛化工艺来制备。在溶剂方法中，缩醛化反应在存在足够的溶剂的情况下进行，以便在缩醛化反应结束时溶解聚(乙烯醇缩丁醛)并制备均匀的溶液。通过沉淀含水的固体颗粒将聚(乙烯醇缩丁醛)从溶液中分离出来，然后再洗涤和干燥固体颗粒。所用的溶剂为例如乙醇之类的低级脂族醇。在水性方法中，通过下列方式进行缩醛化反应：在存在酸性催化剂的情况下，将丁醛添加到约20℃至约100℃的聚(乙烯醇)水溶液中，搅拌该混合物，使中间产物聚(乙烯醇缩丁醛)以细分的形式沉淀，在加热的同时继续搅拌，直到反应混合物达到理想的端点，接着中和催化剂，分离、稳定并干燥聚(乙烯醇缩丁醛)树脂。例如，聚(乙烯醇缩丁醛)树脂可以按照美国专利3,153,009和4,696,971中所公开的进行制备。
通过使用小角度激光光散射技术以尺寸排阻色谱法进行测量，本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)通常具有约30,000至约600,000，或约45,000至约300,000，或约200,000至300,000的重均分子量(Mw)。按组合物的总重量计，本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物可包含约12至约23重量％，或约14至约21重量％，或约15至约19.5重量％，或约15至约19重量％的以聚乙烯醇(PVOH)计算的羟基。羟基数量可根据标准方法例如ASTM D1396-92来确定。此外，本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物可包含以聚乙烯酯计算的0至约10％，或优选地0至约3％的残余酯基(通常为乙酸基)，其余为丁醛乙缩醛。聚(乙烯醇缩丁醛)组合物也可以包含少量除丁缩醛之外的乙缩醛基，例如2-乙基己醇，如美国专利5,137,954所公开。
本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物通常包含增塑剂，其含量取决于具体的聚(乙烯醇缩丁醛)树脂和应用中的所需的特性。增塑剂为聚(乙烯醇缩丁醛)组合物提供增强的柔韧性和可加工性。合适的增塑剂是本领域普遍已知的，例如美国专利3,841,890、4,144,217、4,276,351、4,335,036、4,902,464、5,013,779和PCT专利申请WO 96/28504中所公开的。常用的增塑剂为多元酸或多元醇的酯。优选的增塑剂包括但不限于通过三甘醇或四甘醇与含有6至10个碳原子的脂族羧酸的反应而获得的二酯；通过癸二酸与含有1至18个碳原子的脂族醇的反应而获得的二酯；缺乙烯甘醇二-2-乙基己酸酯；四甘醇二正庚酸酯；己二酸二正己酯；己二酸二辛酯；己二酸庚酯和己二酸壬酯的混合物；癸二酸二丁酯；磷酸三丁氧基乙酯；磷酸苯基异癸基酯；亚磷酸三异丙酯；聚合物增塑剂，例如油改性的癸二酸醇酸；磷酸酯和己二酸酯的混合物；己二酸酯和邻苯二甲酸烷基苄基酯的混合物；以及它们的混合物。可以使用单种增塑剂，也可以使用增塑剂的混合物。为方便起见，当描述本发明的组合物时，增塑剂的混合物在本文中也可以称为“增塑剂”。也就是说，如本文所用，词语“增塑剂”的单数形式既可以表示使用一种增塑剂，也可以表示使用两种或更多种增塑剂的混合物。
如上所述，增塑剂为聚(乙烯醇缩丁醛)组合物提供柔韧性和可加工性。优选地，本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物掺入按所述组合物的总重量计约15至约60重量％，或更优选地约15至约50重量％，或最优选地约25至约40重量％的增塑剂。
本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物也包括声学聚(乙烯醇缩丁醛)树脂，其具有按组合物的总重量计例如含量为约28至约40重量％的单种增塑剂。合适的声学聚(乙烯醇缩丁醛)组合物在PCT专利申请WO 2004/039581中有所公开。
也可以使用粘合控制添加剂来例如控制聚(乙烯醇缩丁醛)亚层和太阳能电池层压体内其他组件层之间的粘结力。这些添加剂通常为无机酸和有机酸的碱金属盐或碱土金属盐。优选地，这些添加剂为具有2至16个碳原子的有机羧酸的碱金属盐或碱土金属盐。更优选地，这些添加剂为具有2至16个碳原子的有机羧酸的镁盐或钾盐。粘合控制添加剂的用量按聚合物片材组合物的总重量计通常在约0.001至约0.5重量％的范围内。
聚(乙烯醇缩丁醛)组合物内可以掺入表面张力控制剂，例如
Figure A20078004379600121
290或
Figure A20078004379600122
296(得自Trans-Chemco Company)或(得自DowChemical Company)。
本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物也可以包含本领域已知的其他添加剂。这些添加剂可以包括但不限于加工助剂、流动增强剂、润滑剂、颜料、染料、阻燃剂、冲击改性剂、成核剂、抗粘连剂(如二氧化硅)、热稳定剂、紫外线吸收剂、紫外线稳定剂、分散剂、表面活性剂、螯合剂、偶联剂、粘合剂、底漆、增强剂(如玻璃纤维)、填充剂等。一般来讲，对于用作底片封装层或底片的片材，应限制使用可能降低组合物光学清晰度的添加剂，例如增强剂和填充剂。
本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物还可以包含有效量的热稳定剂。任何合适的热稳定剂都可以在本发明中使用。优选的一般类别的热稳定剂包括但不限于酚类抗氧化剂、烷基化一元酚、烷硫基甲基苯酚、对苯二酚、烷基化对苯二酚、生育酚、羟基化硫代联苯醚、亚烷基双酚、O-、N-和S-苄基化合物、丙二酸羟基苄基酯、芳族羟基苄基化合物、三嗪化合物、蚁酸抗氧化剂、芳基胺、二芳基胺、聚芳基胺、酰氨基酚、草酰胺、金属减活化剂、亚磷酸盐、亚膦酸盐、苯基膦酸盐、抗坏血酸(维生素C)、破坏过氧化物的化合物、羟胺、硝酮、硫代增效剂、苯并呋喃酮、吲哚酮等，以及它们的混合物。本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物优选地掺入按所述组合物的总重量计最多约10.0重量％，或最多约5.0重量％，或最多约1.0重量％的热稳定剂。
本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)还可以包含有效量的紫外线吸收剂。任何合适的紫外线吸收剂都可以在本发明中使用。优选的一般类别的紫外线吸收剂包括但不限于苯并三唑、羟基苯甲酮、羟基苯基三嗪、取代和未取代的苯甲酸的酯等，以及它们的混合物。本文所用组合物可以包含按所述组合物的总重量计最多约10.0重量％，或最多约5.0重量％，或最多约1.0重量％的紫外线吸收剂。
本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物也可以掺入有效量的阻胺光稳定剂(HALS)。一般来讲，所公开的HALS为仲、叔、乙酰化的、正-烷氧基化取代的、羟基取代的正-烷氧基化取代的、或其他取代的环状胺，其进一步掺入空间位阻，一般衍生自邻近胺官能团的碳原子上的脂族取代。本文所用的组合物可以包含按所述组合物的总重量计最多约10.0重量％，或最多约5.0重量％，或最多约1.0重量％的HALS。
本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)片材可通过任何已知方法来制备。一般来讲，聚(乙烯醇缩丁醛)片材通过挤出铸塑方法来制备。该片材可以具有光滑或粗糙化的表面。优选地，本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)片材具有粗糙化的表面，以利于在层压过程中排气。
本文所用的塑化的聚(乙烯醇缩丁醛)片材可以通过以下方法形成：首先将聚(乙烯醇缩丁醛)树脂组合物与增塑剂混合，然后将制剂从片材成形模具中挤出，即，将熔融的塑化的聚(乙烯醇缩丁醛)从长宽基本上适形于被成形片材的长度和宽度的、水平方向长并且竖直方向窄的模具开口中用力挤出。塑化的聚(乙烯醇缩丁醛)组合物一般可以在约225℃至约245℃的温度下挤出。位于挤出片材的一侧或两侧的粗糙表面优选地由模具开口的设计和挤出物所经过的模具出口表面的温度来提高，例如美国专利4,281,980中所公开。用于在挤出聚(乙烯醇缩丁醛)片材上制备优选的粗糙表面的另一种技术涉及聚合物分子量分布、水含量和熔融温度中的一项或多项的规格及对其的控制。聚(乙烯醇缩丁醛)片材的成形公布于以下文献中：美国专利2,904,844、2,909,810、3,679,788、3,994,654、4,161,565、4,230,771、4,292,372、4,297,262、4,575,540、5,151,234、5,886,675和欧洲专利EP0 185 863。作为另外一种选择，可以使处于“已挤出”状态的片材从模辊的特制表面上经过，其中模辊设置成紧邻为熔融的聚合物一侧赋予优选表面特性的模具出口。因此，当该辊表面具有微小峰和谷时，由浇铸在其上的聚合物形成的片材在接触该辊的一侧时将具有粗糙表面，该粗糙表面一般分别适形于辊表面的谷和峰。此类模辊在例如美国专利4,035,549中有所公开。优选粗糙化的片材表面，以简化层压过程并提供优异的太阳能电池层压体。应当理解，此类粗糙表面只是临时的，并且特别有利于在层压过程中排气，层压之后，该粗糙表面将在与压热和其他层压方法有关的高温高压作用下被熔平。
本文所用的聚(乙烯醇缩丁醛)片材的厚度可以为太阳能电池层压体结构所需的任何厚度。优选地，聚(乙烯醇缩丁醛)片材具有约30密耳(0.76mm)或更小，或约20密耳(0.51mm)或更小，或约10密耳(0.25mm)至约20密耳的厚度。
II.薄膜层
除了聚(乙烯醇缩丁醛)片材的第一亚层外，本文所公开的预成形的双层片材还包括金属薄膜例如铝箔或聚合物薄膜形成的第二亚层。适用于聚合物薄膜的聚合物包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯、环状聚烯烃、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯、间规立构聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二酯、聚醚砜、聚砜、尼龙、聚氨基甲酸酯、丙烯酸、乙酸纤维素、三乙酸纤维素、玻璃纸、氯乙烯聚合物、聚偏二氯乙烯、偏二氯乙烯共聚物、氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物等。优选地，该薄膜选自双轴取向的PET薄膜、包被的双轴取向的PET薄膜和含氟聚合物薄膜(如，聚氟乙烯或聚偏二氟乙烯薄膜，例如，DuPont的商品
Figure A20078004379600151
或
Figure A20078004379600152
薄膜)。更优选地，该薄膜选自双轴取向的PET薄膜和包被的双轴取向的PET薄膜。
薄膜层的一个或两个表面可以经过处理，以增强与太阳能电池层压体内其他层压层之间的粘合力。这种处理可以采取本领域已知的任何方式，包括粘合剂；底漆例如硅烷；火焰处理例如美国专利2,632,921、2,648,097、2,683,894和2,704,382中所公开；等离子处理例如美国专利4,732,814所公开；电子束处理；氧化处理；电晕放电处理；化学处理；铬酸处理；热空气处理；臭氧处理；紫外线处理；喷砂处理；溶剂处理；等等以及它们的组合。例如，可以通过美国专利4,865,711中所公开的真空溅射法在聚合物薄膜的一个或两个表面上沉积薄薄一层碳。例如，美国专利5,415,942公开了一种羟基丙烯酸水溶胶底漆涂层，可以作为PET薄膜的助粘底漆使用。
优选地，粘合剂或底漆为掺入胺官能团的硅烷。此类材料的具体实例包括但不限于γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、正-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、等等以及它们的混合物。此类材料的商用实例包括例如A-
Figure A20078004379600153
硅烷(得自Silquest Company，以前得自Union Carbide Company，据信为γ-氨基丙基三甲氧基硅烷)和
Figure A20078004379600154
硅烷(得自Dow Company)。
更优选地，本文所用的聚合物薄膜包括一个或两个表面(更优选地两个表面)上的底漆涂层，包括基于聚烯丙基胺的底漆的涂层。基于聚烯丙基胺的底漆及其在PET薄膜上的施用在美国专利5,411,845、5,770,312、5,690,994和5,698,329中有所公开。一般来讲，PET薄膜通过如上所述的常规方法挤出并浇铸为薄膜，聚烯丙基胺涂层可以在拉伸之前或在纵向拉伸与横向拉伸操作之间施用到PET薄膜上，和/或在这两次拉伸操作之后施用，并在拉幅炉中热定型。优选的是，涂层在横向拉伸操作之前施用，以便涂覆的PET幅材在温度限制在约220℃的拉幅炉中加热，从而将聚烯丙基胺固化到PET薄膜表面上。此类材料在例如美国专利申请2005/0129954中有所公开。除了该固化的涂层以外，还可以在拉伸和拉幅炉热定型之后在其上施用另外的聚烯丙基胺涂层，以获得更厚的总体涂层。
本文所用的预成形的双层片材内的薄膜层的厚度并不重要，可以根据具体应用情况变化。一般来讲，薄膜层的厚度可以在约0.1密耳(0.003mm)至约10密耳(0.26mm)，或约1密耳至约7密耳(0.18mm)的范围内变化。
本文所用的聚合物薄膜经过涂覆和层压过程后优选地进行充分的应力释放和收缩稳定化。优选地，本文所用的聚合物薄膜经过热稳定处理，以便在承受高温时提供低收缩特性(即，在150℃下放置30分钟后两个方向的收缩率小于2％)，这种情况可以在下述整个层压过程中看到。
如果需要，本文所公开的预成形的双层片材的薄膜层可经过涂覆。例如，涂层可以充当氧气和水分阻挡涂层，例如美国专利6,521,825与6,818,819和欧洲专利EP 1 182 710中所公开的金属氧化物涂层。
本文所用的薄膜层也可以在一个或两个表面上具有硬涂层。尤其优选的是，如果要用作外部层压表面，任何薄膜表面均可以具有硬涂层。可以采用本领域已知的任何硬涂层制剂。一般来讲，硬涂层由紫外线固化树脂形成。可以使用紫外线可固化的任何树脂。用于紫外线固化树脂的材料的具体实例包括例如低聚物，例如氨基甲酸酯低聚物、聚酯低聚物和具有两个或更多个烯双键的环氧化物低聚物、单官能或多官能低聚物例如四丙烯酸季戊四醇酯(PETA)、四甲基丙烯酸季戊四醇酯和双季戊四醇六丙烯酸酯(DPEHA))、等等以及它们的混合物。紫外线固化树脂一般由低聚物、光引发剂和活性稀释剂(单体)(如果需要)组成。光引发剂的具体实例包括例如苯偶姻、二苯甲酮、苄基甲醚、苯偶姻乙基醚、苯偶姻异丙醚、苯偶姻异丁醚、联苄基、5-硝基苊、六氯环戊二烯、对硝基联苯、对硝基苯胺、2，4，6-三硝基苯胺、苯并蒽-7，12-二酮、3-甲基-1，3-二氮杂-1，9-苯并蒽酮、等等以及它们的混合物。按紫外线可固化树脂的总重量计，稀释剂的含量优选地在约0.1至约10重量％，或约0.5至约5重量％的范围内。按紫外线可固化树脂的总重量计，光引发剂的含量优选地小于或等于约5重量％。硬涂层可以通过典型的溶液涂敷法施用到薄膜上。
硬涂层也可以掺入其他添加剂，或经过改性，以提供其他所期望的属性，例如较高的耐刮擦性。一般来讲，要增强硬涂层的耐刮擦性，必须增加铅笔硬度。优选地，耐刮擦的硬涂层应具有至少5H，或至少8H，或至少9H的铅笔硬度。硬涂层可以包含SiO2、TiO2、Zr02、Al2O3或MgO的细小颗粒，以改善硬度和耐磨性。这些颗粒基本上为透明的，不会降低薄膜对可见光的透射率。耐刮擦硬涂层添加剂的一个实例包括可从Toshiba SiliconeCorporation商购获得的
Figure A20078004379600171
树脂。耐磨聚硅氧烷和低聚的硬涂层材料在美国专利申请20050077002中有所公开。可用于本文的耐磨材料的其他实例包括公开于美国专利4,177,315的二氧化硅和有机硅烷醇涂层。
硬涂层还可以掺入抗雾添加剂，以防止结露和丧失薄膜的透明性。当薄膜的表面形成太阳能电池模块的外层时，这一点尤其重要。一般来讲，要提供抗雾性，可以使用亲水性低聚物和单体或表面活性剂(尤其是润湿剂)。抗雾硬涂层可以使用例如得自Mitsubishi Rayon Co.，Ltd的
Figure A20078004379600172
MH-3263树脂来形成。
硬涂层还可以掺入提供高光泽度的添加剂，优选地光泽度为至少95(根据JIS K 7105)或更大。高光泽硬涂层的实例可使用例如得自ASAHIDENKA KOGYO K.K.Company的ADEKA
Figure A20078004379600173
KR-567形成。
硬涂层还可以掺入提供高耐溶剂性的添加剂，尤其提供对高极性溶剂例如N，N’-二甲基甲酰胺的优异耐溶剂性。一般来讲，此类耐溶剂硬涂层组合物将包括疏水性添加剂，例如硅改性或氟改性的低聚物、单体或树脂。耐溶剂硬涂层组合物的实例为得自Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd的Silicone Hardcoat
Figure A20078004379600174
(硅氧烷硬涂层试剂)KP851树脂。
硬涂层还可以掺入增加薄膜的水分阻挡特性的添加剂。一般来讲，此类水分阻挡硬涂层组合物可以包括疏水性添加剂，例如，硅改性或氟改性的低聚物、单体或树脂。水分阻挡硬涂层组合物的实例为例如得自NIPPONKASEI Co.，Ltd的Ultraviolet Curing Resin Having Low Permeability(具有低渗透性的紫外线固化树脂)。
该薄膜还可以具有改性的表面。例如，该薄膜可以具有防静电材料涂层。抗静电剂的实例包括离子高分子化合物、表面活性剂、导电性无机细颗粒、无机电解质、有机络盐等。术语“离子高分子化合物”是高分子化合物的统称，每一个高分子化合物具有位于主链或侧链内或作为主链的侧基的离子基团。各自具有离子基团的高分子化合物的离子基团的实例包括但不限于磺酸根盐、羧酸盐、磷酸盐、烷基磺酸盐、烷基磷酸酯盐等的阴离子基团；各自主要由叔胺盐例如烷基化三甲基铵盐、十二烷基三甲基氯化铵、烷基吡咯烷盐等组成的化合物的阳离子基团；各自主要由聚醚、多元醇、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯脂肪酸酯等组成的化合物的非离子基团；长链脂肪酸基团；各自具有叔铵氮和羧基或磺基的化合物的两性离子；等等。主链内具有离子基团的高分子化合物的实例包括在其主链中各自具有吡咯烷环、哌啶环等的高分子化合物；这些高分子化合物各自还包含作为共聚单体的具有不饱和键的化合物。侧链中具有离子基团的高分子化合物的实例包括这样的高分子化合物：其各自的主链包含丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯等的均聚物和/或与另一个共聚单体例如饱和烃(如乙烯、丙烯)、不饱和烃(如乙炔)或烯化氧)的共聚物，并且其侧链具有磷酸盐、磺酸盐、乙烯基磺酸盐、羧酸盐、叔铵盐等的离子基团。
III.预成形双层片材的制备
本文所公开的双层片材的预成形方法可以采取多种形式，并且可以通过任何已知的方法来制备。例如，预成形的双层片材可以通过使用两个或更多个狭缝模的共挤出法来制备，或通过例如将聚(乙烯醇缩丁醛)亚层挤出涂布到预成形的薄膜层上来制备。
优选地，本文所公开的预成形的双层片材通过层压预成形的聚(乙烯醇缩丁醛)片材和预成形的薄膜层进行制备。例如，可以通过压送辊粘结法将聚(乙烯醇缩丁醛)片材轻轻粘合到薄膜层上。在该方法中，薄膜由辊供应，并且首先经过张紧辊。可以使薄膜通过加热区例如烘箱对其进行适当加热。聚(乙烯醇缩丁醛)片材也可以由辊供应或作为平片材坯料，并且首先经过张紧辊。可以使聚(乙烯醇缩丁醛)片材通过加热区例如烘箱对其进行适当加热。应当加热到足够的温度，以促进临时熔合粘合，即，引起聚(乙烯醇缩丁醛)片材的表面变粘。对于优选的聚(乙烯醇缩丁醛)片材而言，合适的温度在约50℃至约120℃的范围内，优选的表面温度应达到约65℃。
薄膜层可以与聚(乙烯醇缩丁醛)片材一起送入压送辊，在这里这两个层在中等压力下结合在一起，形成弱粘合的层压体。如果需要，可以通过加热压送辊以促进粘合过程。压送辊施加的粘合压力可以根据薄膜材料、聚(乙烯醇缩丁醛)材料和所采用的温度的不同而变化。一般来讲，粘合压力可以在约10psi(0.7kg/cm2)至约75psi(5.3kg/cm2)，或约25psi(1.8kg/cm2)至约30psi(2.1kg/cm2)的范围内。聚(乙烯醇缩丁醛)片材与薄膜层之间的张力可以通过从惰轮辊上经过来控制。通过辊组合件的典型线速度在每分钟约5英尺(1.5m)至约30英尺(9.2m)的范围内。恰当地控制速度和张力有助于最大限度地减少薄膜的褶皱。粘合之后，预成形的双层片材从一系列冷却辊上经过，以确保片材从辊上拿起时不粘。通常，水冷却足以达到这一目的。通过使用惰轮辊可以进一步保持该系统内的张力。通过该方法制备的片材具有足够的强度，使得制备包含这些预成形的双层片材的太阳能电池最终层压体的层压者可对其进行处理。
此类预成形的聚(乙烯醇缩丁醛)/薄膜双层复合材料片材也可以商品名
Figure A20078004379600191
SpallShield从DuPont商购获得。例如，
Figure A20078004379600192
Spallshield 3010是由30密耳(0.76mm)厚的聚(乙烯醇缩丁醛)片材和10密耳(0.25mm)厚的聚酯薄膜层组成的双层复合材料；Spallshield 1510是由15密耳(0.38mm)厚的聚(乙烯醇缩丁醛)片材和10密耳(0.25mm)厚的聚酯薄膜层组成的双层复合材料；
Figure A20078004379600194
Spallshield 307是由30密耳(0.76mm)厚的聚(乙烯醇缩丁醛)片材和7密耳(0.18mm)厚的聚酯薄膜层组成的双层复合材料。
太阳能电池模块
随着技术的发展，通常可用的太阳能电池的种类正在不断增加。在本发明范围内，太阳能电池旨在包括可以将光能转化为电能的任何制品。各种形式的太阳能电池的典型领域实例包括例如单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、铜铟硒化物太阳能电池、化合物半导体太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。最常见的太阳能电池类型包括多晶太阳能电池、薄膜太阳能电池、化合物半导体太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
薄膜太阳能电池通常通过将若干薄膜层沉积到基底例如玻璃或柔性薄膜上来制备，并使各层图案化，从而形成多个单个电池，这些单个电池电互连在一起以提供合适的电压输出。根据多层沉积进行的顺序，基底可以充当太阳能电池模块的后表面或前窗口。作为举例，薄膜太阳能电池在美国专利5,512,107、5,948,176、5,994,163、6,040,521、6,137,048和6,258,620中有所公开。
现在参见图2，典型的现有技术太阳能电池模块20由以下部分组成：(i)太阳能电池层23，其由一个或多个电互连的太阳能电池形成；(ii)层压到太阳能电池层任意一面的一个或多个封装层，例如层压到太阳能电池层的受光面23a上的前片封装层22和层压到太阳能电池层的背面23b上的底片封装层24；(iii)层压体的受光面上的第一外层，即，入射层21；(iv)层压体的背面上的第二外层，即底片25；和(v)任选地嵌入层压体的其他功能性薄膜或片材层，例如介电层或阻挡层(如水分或氧气阻挡层)。层压到太阳能电池层的受光面上的所有薄膜或片材层均应由透明材料制成，以允许阳光有效地透射到太阳能电池内，这一点很重要。在某些情况下，可以包括专用薄膜或片材层，以同时起封装层和外层例如入射层或底片的作用。还可以想到的是，层压体内包括的任何薄膜或片材层可由单层或多层的薄膜或片材形成。
一般来讲，太阳能电池层压体的封装层可得自任何类型的合适的薄膜或片材。此类合适的薄膜或片材包括但不限于包含下列物质的薄膜或片材：聚乙烯醇缩醛(如聚乙烯醇缩丁醛)、α-烯烃与α，β-烯键不饱和羧酸的酸性共聚物、衍生自α-烯烃与α，β-烯键不饱和羧酸的部分或完全中和的酸性共聚物的离聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯(如，茂金属催化的线性低密度聚乙烯)、聚烯烃嵌段弹性体、乙烯-丙烯酸酯共聚物(如，乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物聚)、硅氧烷弹性体和环氧树脂。太阳能电池层压体内包括的封装层可以具有光滑或粗糙化的表面。优选地，封装层具有粗糙化的表面，以利于在层压过程中对层压体排气。
太阳能电池层压体的外层即入射层和底片可得自任何合适的片材或薄膜。本文所用的合适的片材可以是玻璃或塑料片材，例如聚碳酸酯、丙烯酸、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃(如乙烯降冰片烯聚合物)、茂金属催化的聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物等以及它们的组合；或金属片材，例如铝、钢和镀锌钢；或陶瓷板。
玻璃可以充当太阳能电池层压体的入射层，并且太阳能电池模块的支承底片可得自玻璃、刚性塑料片材或金属片材。术语“玻璃”旨在不仅包括窗玻璃、玻璃板、硅酸盐玻璃、片材玻璃、低铁玻璃、钢化玻璃、钢化无氧化铈玻璃和浮法玻璃，而且包括彩色玻璃、含有控制例如日光加热的成分的特种玻璃、具有例如用于控制日光的溅射金属例如银或铟氧化锡的涂覆的玻璃、E-玻璃、Toroglass、
Figure A20078004379600211
玻璃(Solutia的产品)等。此类特种玻璃在例如美国专利4,615,989、5,173,212、5,264,286、6,150,028、6,340,646、6,461,736和6,468,934中有所公开。具体层压体所选择的玻璃类型取决于预期用途。
本文所用的薄膜层可以是金属的或聚合物的。这些薄膜层的细节类似于如上所述预成形的双层片材中使用的薄膜。
本文所用的薄膜可以充当入射层(例如，含氟聚合物或PET薄膜)或底片(例如，含氟聚合物、铝箔、或PET薄膜)。
嵌入到层压体内的任选其他功能性薄膜或片材层例如介电层或阻挡层)可得自涂覆有附加功能性涂层的任何上述聚合物薄膜。例如，涂覆有金属氧化物涂层的PET薄膜例如美国专利6,521,825和6,818,819及欧洲专利EP 1 182 710中所公开的那些可以充当层压体内的氧气和水分阻挡层。
如果需要，还可以在太阳能电池层压体内包括一层非织造玻璃纤维(稀松布)，以利于在层压过程中排气，或起加强封装层的作用。此类稀松布层在太阳能电池层压体内的用途在例如美国专利5,583,057、6,075,202、6,204,443、6,320,115、6,323,416和欧洲专利0 769 818中有所公开。
本文所公开的太阳能电池模块包括至少一层起封装层作用的预成形的双层片材10(如图1所示)。
在一个方面，太阳能电池模块包括至少一层预成形的双层片材10，该片材在更靠近太阳能电池层处具有聚(乙烯醇缩丁醛)亚层12。
在一个特定实施方案(如图3所示)中，预成形的双层片材10是作为前片封装层22被包括在太阳能电池层压体20a内，该封装层的聚(乙烯醇缩丁醛)亚层12直接接触太阳能电池层23的受光面23a并粘附到其上。太阳能电池层压体20a还可以包括至少一个底片封装层24和底片25。在该特定实施方案中，预成形的双层片材10可以同时起前片封装层22和入射层21的作用。或者，如图4所示，太阳能电池层压体20b还包括入射层21和至少一个另外的前片封装层22a。在该特定实施方案中，预成形的双层片材10起前片封装层的作用，并且由于薄膜亚层14和入射层21之间缺乏粘合力，所述至少一个另外的前片封装层22a被包含在预成形的双层片材10和入射层21之间，以便在这两层间形成粘合。
在另一个特定实施方案(如图5所示)中，预成形的双层片材10作为底片封装层24被包括在太阳能电池层压体20c内，该封装层的聚(乙烯醇缩丁醛)亚层12直接接触并粘附到太阳能电池层23的背面23b上。太阳能电池层压体20c还可以包括前片封装层22和入射层21。在该特定实施方案中，预成形的双层片材10可以同时起底片封装层24和底片25的作用。或者，如图6所示，太阳能电池层压体20d还可以包括底片25和至少一个另外的底片封装层24a。在该特定实施方案中，预成形的双层片材10起底片封装层24的作用，并且由于薄膜亚层14和底片25之间缺乏粘合力，所述至少一个另外的底片封装层24a被包含在预成形的双层片材10和底片25之间，以便在这两层间形成粘合。
在另一个特定实施方案(如图7所示)中，太阳能电池层压体20e可以包括两(2)层预成形的双层片材10。在该特定实施方案中，这两层预成形的双层片材10被层压到太阳能电池层23的每一面上，并且其聚(乙烯醇缩丁醛)亚层更靠近太阳能电池23。任选地，太阳能电池层压体20e中也可以包括入射层和/或底片和/或另外的封装层。
在另一方面，太阳能电池层压体包括至少一层预成形的双层片材10，该片材的薄膜亚层14更靠近太阳能电池层。在这种情况下，由于薄膜亚层14和太阳能电池层之间缺乏粘合力，在预成形的双层片材10和太阳能电池层23之间置入至少一个另外的封装层，以便在这两层间形成粘合。
在一个特定实施方案中，如图8所示，所述至少一个预成形的双层片材10作为前片封装层22被包括在太阳能电池层压体20f内，并且其薄膜亚层14更靠近太阳能电池层23的受光面23a。此外，在预成形的双层片材10和太阳能电池层23之间置入另外的前片封装层22a，以便在这两层间形成粘合。在该特定实施方案中，太阳能电池层压体20f还可以包括被层压到预成形的双层片材10的聚(乙烯醇缩丁醛)亚层12上的入射层21、底片封装层24和底片25。
在另一个实施方案中，如图9所示，所述至少一个预成形的双层片材10作为底片封装层24被包括在太阳能电池层压体20g内，并且其薄膜亚层14更靠近太阳能电池层23的背面23b。此外，在预成形的双层片材10和太阳能电池层23之间置入另外的底片封装层24a，以便在这两层间形成粘合。在该特定实施方案中，太阳能电池层压体20g还可以包括被层压到预成形的双层片材10的聚(乙烯醇缩丁醛)亚层12上的底片25、前片封装层22和入射层21。
应当理解，以上描述或图中示出的这些特定实施方案还可以包括其他另外的片材或薄膜层。此外，本发明的范围不应局限于这些特定实施方案。基本上，包括至少一层预成形的双层片材10的任何太阳能电池层压体或模块均在本发明的范围内。
如果需要更大粘合力，本发明的太阳能电池层压体的任何复合材料层的一个或两个表面可以经过以上所述的某种粘合增强处理。
要注意的是，具体的太阳能电池层压体构造(顶(光入射)面至底面)包括但不限于
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/[PVB/薄膜]；
·玻璃/其他封装层/太阳能电池/[PVB/薄膜]；
·含氟聚合物薄膜(如
Figure A20078004379600231
薄膜)/其他封装层/太阳能电池/[PVB/薄膜]；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/其他封装层/玻璃；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/其他封装层/含氟聚合物薄膜；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/其他封装层/PET薄膜；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/其他封装层/铝料；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/其他封装层/镀锌钢片材；
·[薄膜/PVB]/[薄膜/PVB]/太阳能电池/[PVB/薄膜]；
·[薄膜/PVB]/[薄膜/PVB]/太阳能电池/[PVB/薄膜]/[PVB/薄膜]；
·玻璃/其他封装层/太阳能电池/[PVB/薄膜]/[PVB/薄膜]；
·玻璃/[PVB/薄膜]/其他封装层/太阳能电池/[PVB/薄膜]；
·玻璃/其他封装层/[薄膜/PVB]/太阳能电池/[PVB/薄膜]；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/[PVB/薄膜]/其他封装层/铝料；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/其他封装层/[薄膜/PVB]/铝料；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/[PVB/薄膜]/其他封装层/镀锌钢片材；
·[薄膜/PVB]/太阳能电池/其他封装层/[薄膜/PVB]/镀锌钢片材；
·玻璃/其他封装层/太阳能电池/[PVB/薄膜]/其他封装层/铝料；
·玻璃/其他封装层/太阳能电池/其他封装层/[薄膜/PVB]/铝料；
·玻璃/其他封装层/太阳能电池/[PVB/薄膜]/其他封装层/镀锌钢片材；
·玻璃/其他封装层/太阳能电池/其他封装层/[薄膜/PVB]/镀锌钢片材，
其中本文所用的“薄膜/PVB”或“PVB/薄膜”表示预成形的双层片材10。
经证明，在太阳能电池层压体中使用包含聚(乙烯醇缩丁醛)的预成形的双层片材比直接在太阳能电池层压体内使用聚(乙烯醇缩丁醛)片材更有益处。首先，预成形的双层片材的薄膜亚层有助于减轻或消除在环境条件下储存或运输过程中聚(乙烯醇缩丁醛)片材在辊内结块或粘在一起的趋势。这是通过不让聚(乙烯醇缩丁醛)表面彼此接触并又结块或粘结在一起来实现的。此外，由于减轻或消除了层结块的趋势，当把聚(乙烯醇缩丁醛)片材直接层压到其他薄膜或片材上时所需要的两步层压法就不再必要，从而大大简化了层压过程。此外，如上所述，在常规方法中，当聚(乙烯醇缩丁醛)片材用作层压层时，在层压过程中经常使用交错层如PET薄膜层，然后将其作为不需要的垃圾丢弃。然而在本发明中，预成形的双层片材的薄膜亚层充当了聚(乙烯醇缩丁醛)片材的交错层，并且不仅未被丢弃，而且保留在层压体中以提供附加功能。
太阳能电池模块或层压体的制造
在另一个实施方案中，本发明为制造太阳能电池层压体的简化的方法，该层压体包括本文所公开的含聚(乙烯醇缩丁醛)的预成形的双层片材。
具体地讲，与包含聚(乙烯醇缩丁醛)片材的太阳能电池层压体不同，本文所公开的预成形的双层片材可以与其他层压体层简单地堆叠，并可经受如下所述的进一步层压过程。
本发明的太阳能电池层压体可以通过如下所述的高压釜和非高压釜方法来制备。例如，上述太阳能电池构造可以在真空压合机内堆叠，并在真空受热和标准大气压或高压条件下层压在一起。
在一个示例性方法中，在受热和加压以及真空(例如，在约27-28英寸(689-711mm)汞柱的范围内)条件下将玻璃片材、前片封装层、太阳能电池、底片封装层、含氟聚合物薄膜(如
Figure A20078004379600251
薄膜)和覆盖玻璃片材层压在一起，以移除空气。优选地，玻璃片材经过洗涤和干燥。典型的玻璃类型为90密耳厚的退火低铁玻璃。在一个示例性过程中，将层压体组合件置于能够承受真空的袋子(“真空袋”)中，使用真空管或将袋子抽成真空的其他装置抽去袋中空气，在保持真空的同时密封袋子，将密封袋放入高压釜中约10至约50分钟，高压釜的温度为约120℃至约180℃，压力为约200psi(约15巴)。优选地，袋子在温度约120℃至约160℃下被压热20分钟至约45分钟。更优选地，袋子在温度约135℃至约160℃下被压热约20分钟至约40分钟。可以用真空环代替真空袋。美国专利3,311,517公开了一种类型的真空袋。
通过压送辊方法可以移除层压体组合件内存留的任何空气。例如，可以将层压体组合件在烘箱内加热约30分钟，烘箱温度为约80℃至约120℃，或优选地介于约90℃和约100℃之间。此后，将加热过的层压体组合件经过一组压送辊，以便挤出太阳能电池外层、太阳能电池和封装层之间的空隙间内的空气，并将组合件边缘密封。该方法可以提供最终的太阳能电池层压体，或可以提供所谓的预压组合件，具体取决于构造的材料和所利用的确切条件。
然后可以将预压组合件置于空气高压釜中，高压釜中的温度升至约120℃至约160℃，或约135℃至约160℃，压力升至约100psig(6.09巴)至约300psig(20.7巴)，或约200psig(14.3巴)。将这些条件保持约15分钟至约1小时，或约20至约50分钟，然后在高压釜不进入新的空气的情况下将空气冷却。冷却约20分钟之后，释放掉多余的空气压力，并从高压釜中取出太阳能电池层压体。该方法不应认为具有限制性。实质上，本发明的封装材料可以使用本领域已知的任何层压方法。
本发明的层压体也可以通过非高压釜方法来制备。此类非高压釜方法公开于例如美国专利3,234,062、3,852,136、4,341,576、4,385,951、4,398,979、5,536,347、5,853,516、6,342,116和5,415,909；美国专利申请2004/0182493；欧洲专利EP 1 235 683 B1；以及PCT专利申请WO91/01880和WO 03/057478 A1中。一般来讲，非高压釜方法包括加热层压体组合件或预压组合件，以及施加真空和/或压力。例如，预压件可以连续通过加热烘箱和压送辊。
如果需要，可以通过本领域已公开的任何方法来密封太阳能电池层压体的边缘，以减少水分和空气的进入，以及其对太阳能电池效率和使用寿命的潜在负面影响。一般技术的边缘密封材料包括但不限于丁基橡胶、多硫化物、硅氧烷、聚氨酯、聚丙烯弹性体、聚苯乙烯弹性体、嵌段弹性体、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)等。
实施例
下列实施例旨在举例说明本发明，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。为了使结构清晰，下列实施例中省去了太阳能电池互连部分，但在本发明中可以利用任何常见技术的太阳能电池互连部分。
方法
下列方法用于下文提出的实施例中。
I.层压方法1：
下述层压层经堆叠(摞)形成实施例中描述的预层压结构。对于包含薄膜层作为入射层或底片的层压体，在该薄膜层上放置了覆盖玻璃片材。然后将预层压结构放入真空袋，将真空袋密封，通过施加真空移除真空袋内的空气。将真空袋放入烘箱内，并在对真空袋持续施加真空的同时，将其在135℃下加热30分钟。然后从烘箱取出真空袋，并让其冷却至室温(25+5℃)。待真空消失后，从真空袋中取出层压体。
II.层压方法2：
下述层压层经堆叠(摞)形成实施例中描述的预层压结构。对于包含薄膜层作为入射层或底片的层压体，在该薄膜层上放置了覆盖玻璃片材。然后将预层压结构放入真空袋，将真空袋密封，通过施加真空移除真空袋内的空气。将真空袋放入烘箱内，并在90至100℃下加热30分钟，以移除组合件之间包含的任何空气。接着，如上所述，将预压组合件在温度135℃、压力200psig(14.3巴)的空气高压釜内压热30分钟。然后在没有新空气进入高压釜的情况下冷却空气。冷却20分钟之后，当空气温度达到小于约50℃时，释放多余压力，并将层压体从高压釜中取出。
实施例1-14
通过层压方法1来组装和层压下表1所述的12×12英寸(305×305mm)太阳能电池层压体结构。在每个结构中，各层均按从顶部至底部的顺序描述，并且预成形的双层片材的聚(乙烯醇缩丁醛)亚层与太阳能电池表面直接接触。
表1
太阳能电池层压体结构
·ACR为由乙烯-甲基丙烯酸共聚物制成的20密耳(0.51mm)厚的压花片材，其中聚乙烯-甲基丙烯酸共聚物包含15重量％的甲基丙烯酸聚合的残基，并具有5.0g/10分钟的MI(190℃，ISO 1133，ASTM D1238)。
·AL为3.2mm厚的铝片材，其为含有2.5重量％镁的5052铝合金，并符合联邦规范QQ-A-250/8和ASTM B209的要求。
·双层1为Spallshield 3010(DuPont)。
·双层2为
Figure A20078004379600282
Spallshield 1510(DuPont)。
·双层3为电晕表面处理过的1.5密耳(0.038mm)厚的WH15BL3等级
Figure A20078004379600283
薄膜(DuPont)和20密耳(0.51mm)厚塑化的聚(乙烯醇缩丁醛)片材的双层层压体。
·EBA为基于乙烯-丙烯酸丁酯共聚物的配制组合物，并且呈20密耳(0.51mm)厚的片材形式，其中乙烯-丙烯酸丁酯共聚物包含按共聚物的总重量计20重量％的丙烯酸丁酯聚合的残基。
·EMA为基于乙烯-丙烯酸甲酯共聚物的配制的组合物，并且呈20密耳(0.51mm)厚的片材形式，其中乙烯-丙烯酸甲酯共聚物包含按共聚物的总重量计20重量％的丙烯酸甲酯聚合的残基。
·EVA为SC50B，据信为基于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的配制组合物，呈20密耳(0.51mm)厚的片材形式(为Hi-Sheet Corporation，原Mitsui ChemicalsFabro，Inc.的产品)。
·FPF为1.5密耳(0.038mm)厚的电晕表面处理过的WH15BL3等级
Figure A20078004379600284
薄膜(DuPont)。
·玻璃1为玻璃(PPG Corporation，Pittsburgh，PA)。
·玻璃2为透明的退火浮法玻璃板层(2.5mm厚)。
·玻璃3为
Figure A20078004379600286
日光控制玻璃(3.0mm厚)。
·离聚物1为乙烯-甲基丙烯酸共聚物制成的90密耳(2.25mm)厚的压花片材，其中乙烯-甲基丙烯酸共聚物包含18重量％的甲基丙烯酸聚合的残基，该甲基丙烯酸用锌离子中和30％，并具有1g/10分钟的MI(190℃，ISO 1133，ASTM D1238)。离聚物1由具有60g/10分钟的MI的乙烯-甲基丙烯酸共聚物来制备。
·离聚物2为乙烯-甲基丙烯酸共聚物制成的20密耳(0.51mm)厚的压花片材，其中乙烯-甲基丙烯酸共聚物包含22重量％的甲基丙烯酸聚合的残基，该甲基丙烯酸用锌离子中和26％，并具有0.75g/10分钟的MI(190℃，ISO 1133，ASTMD1238)。离聚物2由具有60g/10分钟的MI的乙烯-甲基丙烯酸共聚物来制备。
·PVB为B51V，据信为基于聚(乙烯醇缩丁醛)的配制的组合物，呈20密耳(0.51mm)厚的片材形式(DuPont)。
·PVB A为声学聚(乙烯醇缩丁醛)片材，其包括100百分份数(pph)羟基数为15的聚(乙烯醇缩丁醛)，与按照PCT专利申请WO 2004/039581中所公开的类似方法制备的48.5pph增塑剂四乙二醇二庚酸酯塑化在一起。
·太阳能电池1为10英寸乘10英寸非晶硅光伏器件，其包括不锈钢基底(125微米厚)和非晶硅半导体层(美国专利6,093,581，实施例1)。
·太阳能电池2为10英寸乘10英寸铜铟二硒(CIS)光伏器件(美国专利6,353,042，第6列，第19行)。
·太阳能电池3为10英寸乘10英寸碲化镉(CdTe)光伏器件(美国专利6,353,042，第6列，第49行)。
·太阳能电池4为由10英寸乘10英寸多晶EFG生长晶片制成的硅太阳能电池(美国专利6,660,930，第7列，第61行)。
实施例15-28
通过层压方法2组装和层压上表1所述的12×12英寸(305×305mm)太阳能电池层压体结构。在每个结构中，各层均按从顶部至底部的顺序描述，并且预成形的双层片材的聚(乙烯醇缩丁醛)亚层与太阳能电池表面直接接触。

Claims (15)

1.一种太阳能电池层压体，所述太阳能电池层压体包括(i)太阳能电池层，所述电池层包括一个或多个电互连的太阳能电池并且具有受光面和背面；和(ii)至少一个预成形的双层片材，所述双层片材包括包含聚(乙烯醇缩丁醛)的第一亚层和包含金属或聚合物薄膜的第二亚层。
2.权利要求1的太阳能电池层压体，其中(a)所述金属薄膜为铝箔；(b)所述聚合物薄膜包含聚合物组合物，所述聚合物组合物选自：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯、环状聚烯烃、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯、间规立构聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚萘二甲酸乙二酯、聚醚砜、聚砜、尼龙、聚氨基甲酸酯、丙烯酸、乙酸纤维素、三乙酸纤维素、玻璃纸、氯乙烯聚合物、聚偏二氯乙烯、偏二氯乙烯共聚物、氟聚合物、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物；并且(c)所述一个或多个太阳能电池选自多晶太阳能电池、薄膜太阳能电池、化合物半导体太阳能电池和非晶硅太阳能电池。
3.权利要求1或2的太阳能电池层压体，其中(a)所述至少一个预成形的双层片材被层压到所述太阳能电池层的受光面上并充当前片封装层；(b)所述至少一个预成形的双层片材的第二亚层包含所述聚合物薄膜；并且(c)所述太阳能电池层压体还包括底片封装层，所述底片封装层层压到所述太阳能电池层的背面上并包含聚合物组合物，所述聚合物组合物选自：聚(乙烯醇缩丁醛)、α-烯烃与α，β-烯键不饱和羧酸的酸性共聚物、衍生自α-烯烃与α，β-烯键不饱和羧酸的部分或完全中和的酸性共聚物的离聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩醛、热塑性聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚烯烃嵌段弹性体、乙烯-丙烯酸酯共聚物、硅氧烷弹性体和环氧树脂。
4.权利要求3的太阳能电池层压体，其中所述底片封装层由第二预成形的双层片材形成。
5.权利要求1或2的太阳能电池层压体，其中(a)所述至少一个预成形的双层片材被层压到所述太阳能电池层的背面并充当底片封装层；(b)所述至少一个预成形的双层片材的第二亚层包含所述聚合物薄膜；并且(c)所述太阳能电池层压体还包括前片封装层，所述前片封装层被层压到所述太阳能电池层的受光面并且包含聚合物组合物，所述聚合物组合物选自：聚(乙烯醇缩丁醛)、α-烯烃与α，β-烯键不饱和羧酸的酸性共聚物、衍生自α-烯烃与α，β-烯键不饱和羧酸的部分或完全中和的酸性共聚物的离聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩醛、热塑性聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚烯烃嵌段弹性体、乙烯-丙烯酸酯共聚物、硅氧烷弹性体和环氧树脂。
6.权利要求3的太阳能电池层压体，所述太阳能电池层压体还包括入射层、第二前片封装层和底片，其中(a)所述至少一个预成形的双层片材的第一亚层直接接触所述太阳能电池层并粘附到其上；(b)所述入射层被粘合到所述预成形的双层片材上，其中所述第二前片封装层夹在中间；并且(c)所述底片在所述太阳能电池层的对面被层压到所述底片封装层上。
7.权利要求5的太阳能电池层压体，所述太阳能电池层压体还包括入射层、第二底片封装层和底片，其中(a)所述至少一个预成形的双层片材的第一亚层直接接触所述太阳能电池层并粘附到其上；(b)所述入射层在所述太阳能电池层的对面被层压到所述前片封装层上；并且(c)所述底层被粘合到所述至少一个预成形的双层片材上，其中所述第二底片封装层夹在中间。
8.权利要求3的太阳能电池层压体，所述太阳能电池层压体还包括入射层、第二前片封装层和底片，其中(a)所述入射层在所述第一亚层侧被层压到所述至少一个预成形的双层片材上；(b)所述至少一个预成形的双层片材的第二亚层被粘合到所述太阳能电池层的受光面上，其中所述第二前片封装层夹在中间；并且(d)所述底片被层压到所述底片封装层上，所述底片封装层继而被层压到所述太阳能电池层的背面。
9.权利要求5的太阳能电池层压体，所述太阳能电池层压体还包括入射层、第二底片封装层和底片，其中(a)所述入射层被层压到所述前片封装层上，所述前片封装层继而被层压到所述太阳能电池层的受光面上；(b)所述至少一个预成形的双层片材的第二亚层被粘合到所述太阳能电池层的背面上，其中所述第二底片封装层夹在中间；并且(c)所述底片在所述第一亚层侧被层压到所述至少一个预成形的双层片材上。
10.一种制造太阳能电池层压体的方法，所述方法包括：(i)提供组合件，所述组合件从顶部至底部包括前片封装层、包括一个或多个电互连的太阳能电池的太阳能电池层和底片封装层；并且(ii)将所述组合件层压以形成所述太阳能电池模块，其中所述两个封装层中的至少一个由预成形的双层片材形成，所述双层片材包括包含聚(乙烯醇缩丁醛)的第一亚层和包含金属或聚合物薄膜的第二亚层。
11.权利要求10的方法，其中在步骤(i)中，(a)所述组合件还包括入射层、第二前片封装层和底片；(b)所述前片封装层由所述预成形的双层片材形成并且具有与所述太阳能电池层直接接触的所述第一亚层；(c)所述入射层紧靠所述第二前片封装层放置，所述第二前片封装层继而紧靠所述预成形的双层片材的第二亚层放置；并且(d)所述底片在所述太阳能电池层的对面紧靠所述底片封装层放置。
12.权利要求10的方法，其中在步骤(i)中，(a)所述组合件还包括入射层、第二底片封装层和底片；(b)所述底片封装层由所述预成形的双层片材形成并且具有与所述太阳能电池层直接接触的第一亚层；(c)所述入射层在所述太阳能电池层的对面紧靠所述前片封装层放置；并且(d)所述底片紧靠所述第二底片封装层放置，所述第二底片封装层继而紧靠所述预成形的双层片材的第二亚层放置。
13.权利要求10的方法，其中在步骤(i)中，(a)所述组合件还包括入射层、第二前片封装层和底片；(b)所述前片封装层由所述预成形的双层片材形成；(c)所述入射层紧靠所述预成形的双层片材的第一亚层放置，所述预成形的双层片材的第二亚层继而紧靠所述第二前片封装层放置，所述第二前片封装层则继而紧靠所述太阳能电池层放置；并且(d)所述底片在所述太阳能电池层的对面紧靠所述底片封装层放置。
14.权利要求10的方法，其中在步骤(i)中，(a)所述组合件还包括入射层、第二底片封装层和底片；(b)所述底片封装层由所述预成形的双层片材形成；(c)所述入射层在所述太阳能电池层的对面紧靠所述前片封装层放置；并且(d)所述底片紧靠所述预成形的双层片材的第一亚层放置，所述预成形的双层片材的第二亚层继而紧靠所述第二底片封装层放置，所述第二底片封装层则继而紧靠所述太阳能电池层放置。
15.权利要求10的方法，其中所述层压的步骤(ii)通过对所述组合件加热来实施。
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