CN103392238A - 太阳能电池用密封膜和使用密封膜的太阳能电池 - Google Patents
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Abstract
提供一种太阳能电池用密封膜和使用该密封膜的太阳能电池，所述密封膜具有在高温高湿环境中保持长时间粘合方面的优良的耐久性，在太阳能电池制造期间具有高交联速度，并且具有降低的起泡。太阳能电池用密封膜包含乙烯-极性单体共聚物、有机过氧化物和硅烷偶联剂；并且特征在于硅烷偶联剂由式(I)表示：(其中R1为具有1至3个碳原子的烷基，三个R1基团可以相同或不同，且n为1至8的整数)，和硅烷偶联剂含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物为0.02-1.0质量份。还提供了使用该太阳能电池用密封膜的太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及以乙烯-极性单体共聚物作为主成分的太阳能电池用密封膜，特别是具有增强的耐久性和优良的生产性的太阳能电池用密封膜。此外，本发明涉及使用该密封膜的太阳能电池。
背景技术
近年来，从有效使用自然资源和防止环境污染的观点，已广泛采用太阳能电池(太阳能电池组件)作为直接将太阳能转换为电能的装置。此外，太阳能电池的开发正在进行中。
如图1所示，太阳能电池通常包括透明的正面侧保护材料11(例如，玻璃板)、正面侧密封膜13A、多个光伏元件14(例如，硅制光伏元件)、背面侧密封膜13B和背面侧保护材料12(背面侧保护构件)。为了制备太阳能电池，首先，依次连续地层压上述构件。然后，将层压体进行真空脱气，随后，在加压下加热以将正面侧密封膜13A和背面侧密封膜13B交联或固化从而粘合地结合成层压体。
为了产生大的电输出，太阳能电池具有彼此相连的多个光伏元件14。因此，为了确保光伏元件14之间的电绝缘性，具有高绝缘性的密封膜13A、13B将光伏元件密封。
此外，薄膜太阳能电池例如薄膜硅型太阳能电池、非晶硅膜型太阳能电池和铜铟硒化物(CIS)型太阳能电池的研发也在推进。这些薄膜太阳能电池通过例如，通过化学汽相沉积法等在透明材料例如玻璃基板和聚酰亚胺基板的表面上形成薄膜光伏元件例如半导体层，在薄膜光伏元件上叠置密封膜并使它们粘合地结合来制备。
作为太阳能电池用密封膜，使用由乙烯-极性单体共聚物例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(有时缩写为EVA)或乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)制成的膜。特别是，优选使用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，这是因为其成本低且透明性高。此外，为了确保太阳能电池的机械耐久性和防止内部电引线和电极因湿气或渗透的水引起的生锈，需要用于密封膜的乙烯-极性单体共聚物膜与玻璃板、光伏元件和背面侧保护构件通过高粘合强度来结合。
由于该原因，在常规太阳能电池用密封膜中，向乙烯-极性单体共聚物添加作为交联剂的有机过氧化物得到交联结构从而改善耐候性，此外，向乙烯-极性单体共聚物添加硅烷偶联剂带来粘合强度的改善(专利文献1)。
近年来，需求具有更长运行寿命的太阳能电池。此外，在严酷环境例如沙漠地带或热带地域中越来越多的太阳能电池的使用需要太阳能电池用密封膜还具有更强的耐久性和耐候性，特别是在高温高湿环境下长时间保持粘合性的耐久性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-183382A
发明内容
发明要解决的问题
然而，为改善粘合强度而添加硅烷偶联剂通常引起交联速度下降，以及太阳能电池用密封膜的生产性下降。近年来，太阳能电池的生产爆发地增长，因此重视生产性。虽然，已出现称为“快速固化(fast cure)”的能够高速生产的太阳能电池用密封膜，然而进一步需要短时间生产更多太阳能电池。另一方面，为了增加交联速度而增加有机过氧化物的添加量因气体产生而引起膜起泡(blistering)(以下称为“起泡(blister)”)。起泡的发生损害太阳能电池的良好外观并降低绝缘性和防湿性，从而导致品质问题。
因此本发明的目的是提供一种太阳能电池用密封膜，其以乙烯-极性单体共聚物为主成分并包含用于得到交联结构的有机过氧化物，所述太阳能电池用密封膜具有在高温高湿环境下长时间保持粘合性的优良耐久性，在太阳能电池生产时呈现高交联速度，并抑制起泡的发生。
此外，本发明的目的是提供使用该密封膜的太阳能电池。
用于解决问题的方案
通过包含乙烯-极性单体共聚物、有机过氧化物和硅烷偶联剂的太阳能电池用密封膜实现上述目的，其中所述硅烷偶联剂由式(I)表示：
其中R1表示具有1至3个碳原子的烷基，三个R1彼此相同或不同，且“n”为1至8的整数；和
硅烷偶联剂的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物在0.02至1.0质量份的范围内。
该密封膜具有长时间保持粘合性的优良耐久性，认为原因如下。在将具有甲基丙烯酰氧基或丙烯酰氧基作为反应性官能团的常规硅烷偶联剂例如γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷添加到乙烯-极性单体共聚物树脂的情况中，硅烷偶联剂经由COO-基与树脂结合。在高温高湿环境下，COO-基键易于水解从而劣化粘合性。相反，认为由式(I)表示的硅烷偶联剂不具有可水解官能团，进而能够使粘合性长时间保持。此外，认为交联速度高的原因如下。在添加具有含甲基的官能团，例如甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂的情况中，通过空间位阻可抑制交联反应。相比之下认为由式(I)表示的硅烷偶联剂的官能团具有较小的空间位阻效应，由此所述硅烷偶联剂较少使交联速度降低。因此，没有必要增加有机过氧化物的添加量，并能够抑制起泡的发生。
此外，在硅烷偶联剂的乙烯基(CH2=CH-)和Si之间没有碳原子(即，式(I)中的“n”为0)的情况中，在添加到乙烯-极性单体共聚物树脂时硅烷偶联剂由于其分子量较小而趋于飞散，并在将该试剂与其它组分混合后有时渗出，渗出意味着添加剂的浸出。
另外，在其中式(I)中的“n”为0的硅烷偶联剂的情况中，在与树脂的连接位置和粘合界面之间的距离比本发明短。因此，硅烷偶联剂的分子难以变得彼此缠结(entangle)，由此该试剂可能对粘合性具有不利影响。相反，本发明中式(I)的硅烷偶联剂(其中，“n”为1至8的整数)具有在乙烯基(CH2=CH-)和Si之间的特定长度的碳链，并确保在与树脂的连接位置和粘合界面之间适当的距离。因此，认为硅烷偶联剂的分子具有扭转(torsion)或变得彼此强烈缠结，由此该试剂具有粘合性的优点。
硅烷偶联剂的使用量过少得到上述有利效果较小，然而，硅烷偶联剂的使用量过大有时引起聚合物浸渍困难并且渗出。因此，硅烷偶联剂的含量在上述范围内。
根据本发明的太阳能电池用密封膜的优选实施方案如下所述：
(1)式(I)中的“n”为1至4的整数。当“n”为5以上时，硅烷偶联剂的分子量较高，由此硅烷偶联剂与乙烯-极性单体共聚物的相容性趋于降低。
(2)式(I)中的“n”为4。就良好的粘合性和与乙烯-极性单体共聚物的相容性而言优选该材料。
(3)式(I)中的R1为甲基。由此，硅烷偶联剂具有高反应性。
(4)硅烷偶联剂的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物在0.15至1.0质量份的范围内。由此更加改善长时间保持粘合性的耐久性。
(5)乙烯-极性单体共聚物为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
此外，通过借助于使用本发明的太阳能电池用密封膜获得的太阳能电池实现上述目的。
发明的效果
本发明的太阳能电池用密封膜以乙烯-极性单体共聚物为主成分，包含用于得到交联结构的有机过氧化物和用于改善粘合强度的特定的硅烷偶联剂，所述太阳能电池用密封膜改善在高温高湿环境下长时间保持粘合性的耐久性。此外，特定的硅烷偶联剂具有较小的空间位阻效应，进而对交联速度具有较小的不利影响。因此，本发明的太阳能电池用密封膜在太阳能电池生产时呈现高交联速度。结果，无需增加有机过氧化物的添加量，并能够抑制起泡的发生，和防止损害良好外观。
因此，本发明的太阳能电池用密封膜的使用产生通过高粘合强度而结合和具有增强的耐久性和高生产性，并抑制由于起泡的发生而损害良好外观的太阳能电池。
附图说明
图1为常规太阳能电池的示意性截面图。
图2为说明评价粘合强度用180°剥离试验的示意图。
具体实施方式
本发明的太阳能电池用密封膜包含乙烯-极性单体共聚物、作为交联剂的有机过氧化物和作为粘合改进剂的由式(I)表示的硅烷偶联剂。
其中R1表示具有1至3个碳原子的烷基，三个R1彼此相同或不同，且“n”为1至8的整数。
此外，硅烷偶联剂的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物在0.02至1.0质量份的范围内。
本发明中，式(I)的硅烷偶联剂的添加使其可以改善在高温高湿环境下长时间保持粘合性的耐久性，在太阳能电池生产时可以呈现高交联速度，并可以抑制起泡的发生。然而，硅烷偶联剂的使用量过少得到有利效果较小，而硅烷偶联剂的使用量过大有时引起聚合物浸渍困难并渗出。因此，硅烷偶联剂的含量在上述范围内。
<硅烷偶联剂>
硅烷偶联剂经由反应性官能团(例如，式(I)中的CH2=CH-(CH2)n)连接到有机材料，并通过使可水解基团(例如，式(I)中的OR1)水解的反应而进一步连接到无机材料的表面。由此硅烷偶联剂起到牢固结合彼此具有不同化学性质的两种以上的材料的作用。
包含由式(I)表示的硅烷偶联剂的密封膜具有改善的在高温高湿环境下长时间保持粘合性的耐久性，认为原因如下。在将具有甲基丙烯酰氧基或丙烯酰氧基作为反应性官能团的常规硅烷偶联剂例如γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷添加到乙烯-极性单体共聚物树脂的情况中，硅烷偶联剂经由COO-基与树脂结合。在高温高湿环境下，COO-基键易于水解从而劣化粘合性。相反，认为由式(I)表示的硅烷偶联剂不具有可水解官能团，进而能够在高温高湿环境下长时间保持粘合性。
此外，认为高交联速度的原因如下。在添加具有含有甲基的官能团，例如甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂的情况中，可通过空间位阻而抑制交联反应。相比之下认为由式(I)表示的硅烷偶联剂的官能团具有较小的空间位阻效应，由此硅烷偶联剂较少使交联速度降低。因此，无需增加有机过氧化物的添加量，并能够抑制起泡的发生。
此外，在硅烷偶联剂的乙烯基(CH2=CH-)和Si之间没有碳原子(即，式(I)中的“n”为0)的情况中，在添加到乙烯-极性单体共聚物树脂时硅烷偶联剂由于其分子量较小而趋于飞散，并在将该试剂与其它组分混合后有时渗出，渗出意味着添加剂的浸出。
另外，在其中式(I)中的“n”为0的硅烷偶联剂的情况中，在与树脂的连接位置和粘合界面之间的距离比本发明短。因此，硅烷偶联剂的分子难以变得彼此缠结，由此该试剂可能对粘合性具有不利影响。相反，本发明中式(I)的硅烷偶联剂(其中，“n”为1至8的整数)具有在乙烯基(CH2=CH-)和Si之间的特定长度的碳链，并确保在与树脂的连接位置和粘合界面之间适当的距离。因此，认为硅烷偶联剂的分子具有扭转或变得彼此强烈缠结，由此该试剂具有粘合性的优点。
式(I)中的“n”优选为1至4的整数。当“n”为5以上时，硅烷偶联剂的分子量较高，由此硅烷偶联剂与乙烯-极性单体共聚物的相容性趋于降低。从良好的粘合性和与乙烯-极性单体共聚物的相容性的观点，式(I)中的“n”特别为4。
R1为具有1至3个碳原子的烷基，并且R1的实例包括甲基、乙基和异丙基。从高反应性的观点，式(I)中的R1优选甲基。
由式(I)表示的硅烷偶联剂的实例包括烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三异丙氧基硅烷、乙烯基乙基三甲氧基硅烷、乙烯基乙基三乙氧基硅烷、乙烯基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基丁基三甲氧基硅烷、乙烯基丁基三乙氧基硅烷、乙烯基丁基三异丙氧基硅烷、乙烯基戊基三甲氧基硅烷、乙烯基己基三甲氧基硅烷、乙烯基庚基三甲氧基硅烷和乙烯基辛基三甲氧基硅烷。这些硅烷偶联剂可单独或以两种以上的组合来采用。硅烷偶联剂更优选烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、烯丙基三异丙氧基硅烷、乙烯基乙基三甲氧基硅烷、乙烯基乙基三乙氧基硅烷、乙烯基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基丁基三甲氧基硅烷、乙烯基丁基三乙氧基硅烷和乙烯基丁基三异丙氧基硅烷。特别优选乙烯基丁基三甲氧基硅烷。
如上所述硅烷偶联剂的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物在0.02至1.0质量份的范围。硅烷偶联剂的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物优选在0.15至1.0质量份，特别是0.3至1.0质量份的范围内。只要硅烷偶联剂的含量在上述范围内，即可获得具有更加改善的粘合性的耐久性的太阳能电池用密封膜。
<乙烯-极性单体共聚物>
本发明中，乙烯-极性单体共聚物的极性单体优选为不饱和羧酸、其盐、其酯和其酰胺，乙烯基酯和一氧化碳。极性单体的实例包括不饱和羧酸例如丙烯酸、甲基丙烯酸、富马酸、衣康酸、马来酸单甲酯、马来酸单乙酯、马来酸酐和衣康酸酐、这些不饱和羧酸的单价金属盐(例如，锂、钠或钾)和这些不饱和羧酸的多价金属盐(例如，镁、钙或锌)；不饱和羧酸酯例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯和马来酸二甲酯；乙烯基酯例如乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯；一氧化碳；和二氧化硫。所述单体可单独或以两种以上的组合使用。
乙烯-极性单体共聚物的实例包括乙烯-不饱和羧酸共聚物例如乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸共聚物；通过借助于上述金属中和乙烯-不饱和羧酸共聚物的部分或全部羧酸获得的离聚物(ionomer)；乙烯-不饱和羧酸酯共聚物例如乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸酸异丁酯共聚物和乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物；乙烯-不饱和羧酸酯-不饱和羧酸共聚物例如乙烯-丙烯酸酸异丁酯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸正丁酯-甲基丙烯酸共聚物；通过借助于上述金属中和乙烯-不饱和羧酸酯-不饱和羧酸共聚物的部分或全部羧酸获得的离聚物；和乙烯-乙烯基酯共聚物例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
用于本发明的乙烯-极性单体共聚物优选具有35g/10min以下，特别是3至6g/10min的熔体流动速率(根据JIS K7210)。使用具有上述范围的熔体流动速率的乙烯-极性单体共聚物能够抑制当在制备太阳能电池的密封步骤中加压下加热膜时密封膜熔融并离开规定位置从而凸出到基板外的现象。
根据JIS K7210在190℃温度和21.18N负荷的条件下测定熔体流动速率(MFR)的值。
乙烯-极性单体共聚物最优选为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)，由此可获得具有低成本和优异的透明性和挠性的太阳能电池用密封膜。
在EVA中，相对于100质量份EVA，乙酸乙烯酯重复单元的含量通常在20至35重量%，优选22至30重量%，特别是24至28重量%的范围内。乙酸乙烯酯的含量越少，获得的EVA组合物越硬。当含量小于20重量%时，高温下交联和固化的密封膜有时不显示足够高的透明性。另一方面，当含量大于35重量%时，密封膜易于具有不足的硬度，更进一步形成羧酸、醇或胺从而在密封膜和保护材料之间的界面处产生气泡(bubble)。
本发明的太阳能电池用密封膜除乙烯-极性单体共聚物之外还可次要地包含聚乙烯醇缩醛类树脂(例如，聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛(PVB树脂)、改性PVB)或氯乙烯树脂。该情况下特别优选PVB。
<有机过氧化物>
使用作为交联剂的有机过氧化物能够使乙烯-极性单体共聚物交联。因此，可以获得具有改善的粘合强度、透明性、耐湿性和耐贯通性(penetrationresistance)的太阳能电池用密封膜。
作为上述有机过氧化物可采用任何可在不小于100℃的温度下分解从而产生自由基的有机过氧化物。通常考虑成膜温度、组合物的制备条件、固化(结合)温度、被粘结体(body to be bonded)的耐热性、贮藏稳定性来选择有机过氧化物。特别地，优选使用10小时半衰期时分解温度不小于70℃的材料。
从树脂加工温度和贮藏稳定性的观点，有机过氧化物的实例包括2,5-二甲基己烷-2,5-二氢过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、过氧化3-二叔丁基、过氧化二枯基、2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己酰过氧化)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己炔、过氧化二枯基、叔丁基枯基过氧化物、α,α’-双(叔丁基过氧化异丙基)苯、叔丁基过氧化-2-乙基己基单碳酸酯、α,α’-双(叔丁基过氧化)二异丙基苯、正丁基-4,4-双(叔丁基过氧化)丁烷、2,2-双(叔丁基过氧化)丁烷、1,1-双(叔丁基过氧化)环己烷、1,1-双(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、叔丁基过氧化苯甲酸酯、过氧化苯甲酰、1,1-二(叔己基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷。
作为有机过氧化物，特别优选使用2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己酰过氧化)己烷、叔丁基过氧化-2-乙基己基单碳酸酯和1,1-二(叔己基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷。
密封膜中的有机过氧化物的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物优选在0.1至5质量份的范围内，更优选在0.2至1.8质量份的范围内，更加优选在0.5至1.5质量份的范围内。
<交联助剂>
如有必要本发明的太阳能电池用密封膜可包含交联助剂。交联助剂能够增加乙烯-极性单体共聚物的凝胶分数并改善密封膜的粘合性和耐久性。
相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物交联助剂的用量通常在10质量份以下，优选在0.1至5.0质量份的范围内。因此，可获得具有优异的粘合性的密封膜。
交联助剂(具有自由基聚合性基团作为官能团的化合物)的实例包括三官能交联助剂例如氰脲酸三烯丙酯和异氰脲酸三烯丙酯，(甲基)丙烯酸酯(例如，NK Ester等)的单官能或双官能交联助剂。这些化合物中，优选氰脲酸三烯丙酯和异氰脲酸三烯丙酯，并特别优选异氰脲酸三烯丙酯。
<其它>
如有必要本发明的太阳能电池用密封膜可进一步包含各种添加剂例如增塑剂、含丙烯酰氧基的化合物、含甲基丙烯酰氧基的化合物和/或含环氧基的化合物用于改善或调整膜的各种性质(例如，机械强度、粘合性、透明性等光学特性、耐热性、耐光性或交联速度等)，特别是用于改善膜的机械强度。
通常而言，作为上述增塑剂可使用多元酸酯和多元醇酯，虽然对使用的增塑剂没有特别限定。增塑剂的实例包括邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二己酯、三甘醇-二-2-乙基丁酸酯、癸二酸丁酯、四甘醇二庚酸酯和三甘醇二壬酸酯。可单独或以两种以上的组合使用增塑剂。相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物，增塑剂的含量优选不超过5质量份。
通常而言，作为上述含丙烯酰氧基的化合物和含甲基丙烯酰氧基的化合物可使用丙烯酸或甲基丙烯酸的衍生物，例如丙烯酸或甲基丙烯酸的酯和酰胺。酯残基的实例包括直链烷基(例如，甲基、乙基、十二烷基、硬脂基和月桂基)、环己基、四氢化糠基、氨乙基、2-羟乙基、3-羟丙基、3-氯代-2-羟丙基。酰胺的实例包括双丙酮丙烯酰胺。此外，酯类包括丙烯酸或甲基丙烯酸与多元醇例如乙二醇、三甘醇、聚丙二醇、聚乙二醇、三羟甲基丙烷或季戊四醇的酯类。
含环氧基的化合物的实例包括三缩水甘油基三(2-羟乙基)异氰脲酸酯、新戊二醇二缩水甘油醚(neopentylglycol diglycidyl ether)、1,6-己二醇二缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚、2-乙基己基缩水甘油醚、苯基缩水甘油醚、苯酚(乙烯氧基)5缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚、二缩水甘油己二酸酯、邻苯二甲酸二缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯和丁基缩水甘油醚。
含丙烯酰氧基的化合物、含甲基丙烯酰氧基的化合物或含环氧基的化合物的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物通常在0.5至5.0质量份，特别优选1.0至4.0质量份的范围内。
此外，本发明的太阳能电池用密封膜可进一步包含紫外线吸收剂，光稳定剂和/或抗氧化剂。
通过将紫外线吸收剂添加到密封膜，可以防止乙烯-极性单体共聚物由于光照射等而劣化，并防止太阳能电池用密封膜黄变。
对于本发明中要使用的紫外线吸收剂没有特别限定。紫外线吸收剂的优选实例为二苯甲酮类紫外线吸收剂例如2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正十二烷氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。另外，二苯甲酮类紫外线吸收剂的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物优选在0.01至5质量份的范围内。
通过将光稳定剂添加到密封膜也可以防止乙烯-极性单体共聚物由于光照射等而劣化，并防止太阳能电池用密封膜黄变。可使用受阻胺光稳定剂作为所述光稳定剂。光稳定剂的实例包括LA-52、LA-57、LA-62、LA-63、LA-63p、LA-67和LA-68(各自由ADEKA Co.,Ltd.制造)，Tinuvin 744、Tinuvin770、Tinuvin 765、Tinuvin 144、Tinuvin 622LD和CHIMASSORB 944LD(各自由Ciba Specialty Chemicals Co.,Ltd.制造)，和UV-3034(各自由B.F.Goodrich制造)。光稳定剂可各自单独或以两种以上的组合使用。光稳定剂的含量相对于100质量份乙烯-极性单体共聚物优选在0.01至5质量份的范围内。
抗氧化剂的实例包括受阻酚类抗氧化剂例如N,N’-己烷-1,6-二基-双[3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酰胺]、磷类热稳定剂、内酯类热稳定剂、维生素E类热稳定剂和硫类热稳定剂。
本发明的太阳能电池用密封膜可根据迄今已知的方法来制备。
例如，包含上述材料的组合物通过使用超速混合机(高速流动混合机)或辊磨机的普通方法来混合，随后通过挤出成型或压延成形(压延)成形为片状制品。另外，将组合物溶解于溶剂中，由此获得的溶液通过适当的涂布机涂布到适当的支持体，然后干燥施涂的溶液形成涂膜。由此，可制备片状制品。此外，成膜时的加热温度优选交联剂不引起反应或几乎不引起反应的温度。例如，加热温度优选在50至90℃的范围内，特别在50至80℃的范围内。本发明的太阳能电池用密封膜对厚度不具有任何特殊限定，其通常在50μm至2mm的范围内。
[太阳能电池]
本发明的太阳能电池的结构不特别限定，只要使用本发明的太阳能电池用密封膜即可。所述结构的实例包括通过太阳能电池用密封膜将光伏元件密封在透明正面侧保护材料和背面侧保护材料之间的结构。本发明中，“正面侧”相当于用光照射光伏元件的一侧(受光面侧)，而“背面侧”相当于光伏元件的受光面侧的反面侧。
为了充分密封太阳能电池中的光伏元件，例如，如图1所示，可依次层压透明正面侧保护材料11、正面侧密封膜13A、光伏元件14、背面侧密封膜13B和背面侧保护材料12。之后，可根据常规方法例如加热加压来交联或固化密封膜。
例如，层压体可通过使用真空层压机在135至180℃，优选140至180℃，特别是155至180℃的温度，0.1至5分钟的脱气时间，0.1至1.5kg/cm2的加压压力和5至15分钟的加压时间的条件下在加热和加压下结合在一起。该加热和加压能够使包含于正面侧密封膜13A和背面侧密封膜13B中的乙烯-极性单体共聚物交联，由此使透明正面侧保护材料11、背面侧保护材料12和光伏元件14通过正面侧密封膜13A和背面侧密封膜13B组合在一起，产生光伏元件14的密封。
另外，本发明的太阳能电池用密封膜可不仅用于如图1所示的使用单晶或多晶硅晶体型光伏元件的太阳能电池，而且还用于薄膜太阳能电池，例如薄膜硅型太阳能电池、薄膜非晶硅型太阳能电池和铜铟硒化物(CIS)型太阳能电池。薄膜太阳能电池的结构的实例包括：
在通过化学气相淀积法等于透明正面侧保护材料例如玻璃基板、聚酰亚胺基板和氟树脂型透明基板的表面上形成的薄膜光伏元件上，叠置并粘合地组合本发明的太阳能电池用密封膜和背面侧保护材料的结构，
在形成于背面侧保护材料的表面上的薄膜光伏元件上，叠置并粘合地组合本发明的太阳能电池用密封膜和透明正面侧保护材料的结构，和
将透明正面侧保护材料、正面太阳能电池用密封膜、薄膜光伏元件、背面侧太阳能电池用密封膜和背面侧保护材料依次层压，并粘合地组合的结构。
本发明的太阳能电池用密封膜改善在高温高湿环境下长时间保持粘合性的耐久性，并在太阳能电池生产时呈现高交联速度，并进一步抑制起泡的发生。因此，可获得在高温高湿环境下的耐久性改善的，和生产性高，并抑制由于起泡的发生损害良好外观的太阳能电池。
用于本发明的太阳能电池的透明正面侧保护材料11优选玻璃基板例如硅酸盐玻璃。玻璃基板的厚度通常在0.1至10mm，优选0.3至5mm的范围内。玻璃基板可化学地或热力地强化而成。
用于本发明的背面侧保护材料12优选塑料膜例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。从耐热性和耐湿热性的观点，优选氟化的聚乙烯膜或特别是具有氟化的聚乙烯膜/Al/氟化的聚乙烯膜依次层压的结构的膜。塑料膜例如PET通常显示对太阳能电池用密封膜不良的粘合性。因此，具有良好粘合性的本发明的太阳能电池用密封膜优选用于具有塑料膜例如PET作为背面侧保护材料的太阳能电池。
本发明的太阳能电池(包括薄膜太阳能电池)的特征在于用作正面侧和/或背面侧密封膜的特定的密封膜。因此，对除了密封膜之外的太阳能电池的材料(即，透明正面侧保护材料、背面侧保护材料、光伏元件等)没有特别限定。这些材料可具有与迄今已知的太阳能电池中的那些相同的结构/组成。
实施例
使用以下实施例详细说明本发明。
[实施例1]
将具有表1的配方的材料供给到辊磨机，并在70℃下捏合以制备太阳能电池用密封膜用组合物。密封膜用组合物通过在70℃温度下压延来成形。使成形的组合物冷却后，制备太阳能电池用密封膜(厚度：0.6mm)。
[实施例2至14和比较例1至21]
除了将材料和配方变为表1至3中的那些以外，以与实施例1相同的方式制备太阳能电池用密封膜用组合物。通过使用这些组合物，制备太阳能电池用密封膜。
[评价方法]
(1)交联速度
在炉中在155℃下加热上述制备的太阳能电池用密封膜以进行交联反应。在反应期间以规则的时间间隔精确收集大约1g密封膜作为样品。在索格利特萃取器中使样品通过加热的二甲苯进行提取处理6小时。随后，在80℃下干燥所得凝胶组分12小时以上，并精确称重。之后，计算相对于密封膜样品重量的凝胶组分的重量百分数。将交联速度定义为当凝胶组分的重量百分数达到80%时的交联时间。将10分钟以下的交联速度设定为可接受水平。
(2)玻璃粘合强度
(i)初期玻璃粘合强度
密封膜的粘合强度根据180°剥离试验(JIS K6584，1994)来评价。如图2所示以下列步骤进行180°剥离试验。
层压玻璃基板21(浮法玻璃：厚度：3mm)、太阳能电池用密封膜23。获得的层压体通过使用真空层压机进行真空脱气和在100℃的温度下10分钟的初步压接处理。随后，将层压体放入炉内，并通过在155℃温度下的加压加热处理45分钟。之后，层压体放置于23℃和50%RH的气氛中24小时。然后，从玻璃基板21部分地剥离密封膜23。将密封膜23的剥离部180°翻转折叠。通过使用拉伸试验机(Autograph，由Shimadzu Co.,LTD制造)，测量在100mm/min拉伸速度下的剥离强度作为玻璃粘合强度(N/cm)。
(ii)湿热处理后的玻璃粘合强度
以上制备的层压体放置于85℃温度和85%RH湿度的炉内5000小时。之后以与(i)中相同的方式测量层压体的玻璃粘合强度(N/cm)。
(3)起泡性(由气体产生引起的膜的起泡)
依次层压玻璃基板、太阳能电池用密封膜、光伏元件、太阳能电池用密封膜和阻气层(聚氟乙烯(polyethylene fluoride)膜(由DuPont制造)/铝箔/
)。通过使用真空层压机使所得层压体进行真空脱气。随后，在炉内于155℃下加热层压体。然后，测量直至由气体产生出现膜的起泡的时间作为起泡性。将45分钟以上的起泡性设定为可接受水平。
(4)渗出
评价在(2)(ii)中所述的在85℃温度和85%RH湿度的炉内放置5000小时的层压体样品，关于渗出(意味着添加剂浸出)如下。
○：未观察到渗出的发生。
×：观察到渗出的发生。
[评价结果]
结果示于表1至3中。
表1
注)*1：Ultrasen 634(由Tosoh Co.,Ltd.制造)(EVA中的乙酸乙烯酯的含量为26重量%)。
*2：2,5-二甲基-2,5-二(2-乙基己酰过氧化)己烷。
*3：异氰尿酸三烯丙酯
*4：烯丙基三甲氧基硅烷(Z-6825(由Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造))。
*5：乙烯基丁基三甲氧基硅烷。
表2
注)*1-*5如表1所述。
*6:3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(Z-6030(由Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造))。
表3
注)*1-*3如表1所示。
*7:3-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷(Z-6033(由Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造))。
*8:3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷(Z-6036(由Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造))。
*9:乙烯基三甲氧基硅烷(Z-6300(由Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造))。
*10:乙烯基三乙氧基硅烷(Z-6519(由Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造))。
*11:乙烯基三异丙氧基硅烷(Z-6550(由Dow Corning Toray Co.,Ltd.制造))。
根据实施例1至14，相对于100质量份EVA以0.03至1.0质量份的量包含由式(I)表示的硅烷偶联剂(硅烷偶联剂(1)或(2))的太阳能电池用密封膜显示高交联速度。因此，实施例中不需添加大量有机过氧化物作为交联剂，并能够抑制起泡的发生。此外，实施例的密封膜显示在湿热处理后的粘合强度高，因此足以保持粘合性。
在比较例1至4中，相对于100质量份EVA以0.01质量份的量包含式(I)的硅烷偶联剂的太阳能电池用密封膜不足以保持粘合性，然而以1.0质量份的量包含硅烷偶联剂的密封膜显示发生渗出。
另一方面，在比较例5至15中，使用具有甲基丙烯酰氧基作为反应性官能团的硅烷偶联剂的太阳能电池用密封膜显示低交联速度，所述硅烷偶联剂选自除式(I)之外的硅烷偶联剂。另外湿热处理后的粘合强度降低，因此，密封膜不足以保持粘合性。此外，为了增加交联速度以比其余的更大的量包含有机过氧化物的比较例10和11的膜显示差的起泡性。另外，使用其中式(I)中的“n”为0的硅烷偶联剂的比较例16至21的膜显示密封膜在湿热处理后的粘合强度低，因此，密封膜不足以保持粘合性。此外，使用具有最低分子量的硅烷偶联剂(6)的比较例16和17的膜显示发生渗出。
因此，上述结果显示通过本发明可获得具有在高温高湿环境下长时间保持粘合性的优良的耐久性并呈现高交联速度的太阳能电池用密封膜。本发明不局限于上述实施方案和实施例，因此可在本发明的主旨内广泛变化。
附图标记说明
11：透明正面侧保护材料
12：背面侧保护材料
13A：正面侧密封膜
13B：背面侧密封膜
14：光伏元件
21：玻璃基板
23：太阳能电池用密封膜
Claims (7)
1.一种太阳能电池用密封膜，其包含：
乙烯-极性单体共聚物，
有机过氧化物，和
硅烷偶联剂，
其中所述硅烷偶联剂由式(I)表示：
其中R1表示具有1至3个碳原子的烷基，三个R1彼此相同或不同，且n为1至8的整数；和
所述硅烷偶联剂的含量相对于100质量份所述乙烯-极性单体共聚物在0.02至1.0质量份的范围内。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用密封膜，其中所述式(I)中的n为1至4。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池用密封膜，其中所述式(I)中的n为4。
4.根据权利要求1至3任一项所述的太阳能电池用密封膜，其中所述式(I)中的R1为甲基。
5.根据权利要求1至4任一项所述的太阳能电池用密封膜，其中所述硅烷偶联剂的含量相对于100质量份所述乙烯-极性单体共聚物在0.15至1.0质量份的范围内。
6.根据权利要求1至5任一项所述的太阳能电池用密封膜，其中所述乙烯-极性单体共聚物为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
7.一种太阳能电池，其通过使用根据权利要求1至6任一项所述的太阳能电池用密封膜来获得。
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