CN103474507A - 太阳能电池组件的制造 - Google Patents
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Abstract
通过将可固化有机硅凝胶组合物涂敷并固化到两个面板的每一个的除外周区域之外的一个表面上以形成固化有机硅凝胶涂层，在一个面板(1a)的外周区域上提供密封部件(3)，将太阳能电池部件(4)放置到一个面板上的固化有机硅凝胶涂层上，将另一面板(1b)放置到该一个面板上从而使密封部件(3)紧邻该另一面板的该外周区域，以及将太阳能电池部件夹入这两面板之间，并在真空中将该面板(1a，1b)进行热压以将该太阳能电池部件(4)封装而制造太阳能电池组件。
Description
技术领域
本发明涉及通过利用树脂封装太阳能电池部件而制造太阳能电池组件的方法。
背景技术
为了提供具有提高的转换效率和20到30年或更久的长期可靠性的太阳能电池组件，在本领域中作出了许多关于封装剂的报道和提案。出于效率提高的观点，与作为当前的主流封装剂(例如，参见非专利文献1)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)相比，由于在大约300到400nm波长下的透光率，据报道有机硅材料在内部量子效率上有优势。事实上，报道了对采用EVA与有机硅材料作为封装剂的太阳能组件的输出功率进行比较的实验(例如，参见非专利文献2)。
最初，当制造用于太空船的太阳能电池组件时，在20世纪70年代早期已经实现了使用有机硅材料作为封装剂。在历史上，在制造用于地面应用的太阳能电池组件的阶段，由于有机硅材料具有包括材料成本和封装可加工性的突出问题，而EVA廉价并且以膜的形式提供，因此有机硅制料被EVA所替代。近来，太阳能电池的效率提高和长期可靠性再次得到重视。因此，有机硅材料作为封装剂的性能，例如，低模量、高透明性以及耐候性再次被认为是有价值的。最近提出了几个采用有机硅材料的封装方法。
例如，专利文献1公开了采用有机聚硅氧烷基热熔材料片材的封装。然而，难以在保持高透明性的同时将聚硅氧烷加工为片材。当将聚硅氧烷成形为大约1mm厚的片材时，例如，由于材料的“脆性”，只有诸如浇铸或压制的特定成形技术是适用的。此成形技术不适用于大量生产。为了改善脆性，可以将填料与聚硅氧烷混合。以牺牲透明性为代价，填料加载能提高成型性。专利文献2公开了采用多轴机器人将互连太阳能电池安置在涂敷在基材上的液体有机硅材料之上或之中。接着固化该液体有机硅材料，从而在没有捕集气泡的情况下实现了封装。此外，专利文献3提出将太阳能电池放置在真空中，并且采用具有活动板的电池压机将部件压紧，从而在没有捕集气泡的情况下实现了封装。然而，在这些专利文献中，对在其端面的太阳能电池组件的处理未提及。当采用有机硅时，它的透湿性产生对湿气侵入的担心。由于这些方法中的任一个均与封装太阳能电池的现有方法明显不同，因此存在目前可利用的批量生产系统不能使用的可能性。
专利文献4公开了通过在玻璃基板上设置密封复合物、太阳能电池元件和液态有机硅材料，接着在其上设置背侧保护基板以形成预制层叠体并在室温下在真空中将所述层叠体加压结合而将太阳能电池组件密封的方法。此方法可能难以适用于实用尺寸的太阳能电池组件的制造。
同样，专利文献5公开了一种通过在玻璃片的周边部之间的厚度方向上设置密封组合物、在该密封组合物中设置EVA或类似的树脂、以及在真空中进行热压结合从而将双层玻璃单元或太阳能电池面板密封的方法。利用此方法，熔化的EVA能够在热压结合步骤中被挤压出玻璃片的周边部，妨碍密封组合物与玻璃片的粘合。
引用文献列表：
专利文献1：JP 2009-515365A(US 20080276983)
专利文献2：JP 2007-527109A(US 20060207646)
专利文献3：JP 2011-514680A(US 20110061724)
专利文献4：WO 2009／091068(US 20100275992)
专利文献5：JP 2011-231309A
非专利文献1：S.Oh1，G.Hahn，“Increased internal quantum efficiencyof encapsulated solar cell by us ing two-component silicone as encapsulantmaterial”，Proc.23rd，EU PVSEC，瓦伦西亚(2008)，第2693-2697页
非专利文献2：Barry Ketola，Chris Shirk，Phillip Griffith，GabrielaBunea，“Demonstration of the benefits of silicone encapsulation of PVmodules in a large scale outdoor array”，道康宁公司
发明内容
本发明的目的是提供通过用可固化有机硅凝胶组合物在两个面板之间将太阳能电池部件封装而制造太阳能电池组件的方法，该方法能够利用现有的太阳能组件制造装置、避免夹带气泡并且不对太阳能电池部件造成损伤，所得到的太阳能电池组件十分耐用，在于禁止来自该组件侧边缘的任何湿气侵入。
本发明提供通过在两个面板之间将半导体基板基太阳能电池部件封装而制造太阳能电池组件的方法，包括如下步骤：
(i)在每一面板的除其外周区域之外的一个表面上涂敷可固化有机硅凝胶组合物并将该组合物固化以形成具有根据JIS K2220所测定的30到200的针入度的固化有机硅凝胶涂层，
(ii)向一个面板的一个表面的外周区域提供密封部件，在该外周区域未形成该固化有机硅凝胶涂层，所述密封部件由丁基橡胶基热塑性密封材料制成并且比该固化有机硅凝胶涂层厚，并将太阳能电池部件放置到该固化有机硅凝胶涂层上，
(iii)将另一面板放置在该一个面板上，同时使该另一面板上的固化有机硅凝胶涂层面向太阳能电池部件，以致该密封部件与该另一面板的一个表面的外周区域邻接，其中在该外周区域未形成固化有机硅凝胶涂层，并且该太阳能电池部件夹在两面板上的固化有机硅凝胶涂层之间，以及
(iv)将这两个面板挤压到一起，同时在真空中加热，从而封装该太阳能电池部件。
在优选实施方案中，该可固化有机硅凝胶组合物包括
(A)100重量份的每分子包含至少一个硅键合烯基的有机聚硅氧烷，由平均组成式(1)表示：
RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
其中R为烯基，R1为不合脂族不饱和度的取代或非取代的1到10个碳原子的一价烃基，a为0.0001到0.2的正数，b为1.7到2.2的正数，以及a+b的总和是1.9到2.4，
(B)每分子含有至少两个硅键合氢原子的有机氢聚硅氧烷，其量为每摩尔组分(A)中硅键合烯基0.3到2.5摩尔的硅键合氢，以及
(C)催化量的加成反应催化剂。
典型地，有机氢聚硅氧烷(B)具有40到400的平均聚合度。该固化有机硅凝胶涂层优选地具有200到1000μm的厚度。
在优选实施方案中，步骤(ii)包括将密封部件由丁基橡胶基热塑性密封材料预成形为带状或线状并将该密封部件伸展到一个面板的一个表面的外周区域上，该固化有机硅凝胶涂层未形成在该外周区域中。
在优选实施方案中，步骤(iv)包括在真空中在100到150℃下加热面板。通常，利用真空层压机进行该步骤(iv)。
典型地，这两个面板是无色钢化玻璃板。
发明的有益效果
根据本发明，在组件压装之前，将太阳能电池部件在真空中夹在两面板上的固化有机硅凝胶涂层之间，该固化有机硅凝胶涂层具有特定的针入度。能够在不夹带气泡并且不对该太阳能电池部件造成损害的情况下封装该太阳能电池部件。将丁基橡胶基热塑性密封材料的密封部件设置在面板表面的外周区域上，该固化有机硅凝胶涂层未形成在该外周区域，并且接着将这两个面板加热加压。结果，将该密封部件结合到该面板从而以紧固密封方式将内部固化有机硅凝胶涂层包围，防止湿气和气体透过该组件侧边缘的任何进入。所得到的的太阳能电池组件非常耐用。本发明的方法能够利用现有的用于EVA-封装组件的太阳能组件生产装置、典型地真空层压机而实施。因此，太阳能组件能够在不需要新设计的层压装置的情况下而制造。
在太阳能电池部件的厚度减小到低于100μm时的未来阶段，如此薄的太阳能部件能够被层叠成组件，同时利用特征是低模量、低硬度以及耐候性的固化有机硅凝胶涂层将其封装。所得到的太阳能电池组件具有更高的光电转换效率并保持长期可靠性。
附图说明
图1是两个具有形成于其上的固化有机硅凝胶涂层的面板的横截面图。
图2是一个面板的横截面图，其中密封部件提供在其外周区域上并且太阳能电池部件保持在固化有机硅凝胶涂层上。
图3是通过将另一面板放置在一个面板上以使得将太阳能电池部件夹在其间而构造的组件的横截面图。
图4是由真空层压机压制结合的面板组件的横截面图。
图5是在框架安装后的太阳能电池组件的横截面图。
具体实施方式
通过参照例示的优选实施方案而描述根据本发明的太阳能电池组件的制造方法。图1是在其上覆盖并固化了可固化有机硅凝胶组合物2的两个面板1a、1b的横截面图。图2是一个面板1a的横截面图，其中太阳能电池部件4放置在固化有机硅凝胶涂层2上并且密封部件3竖立地提供在未形成该固化有机硅凝胶涂层的面板表面的外周区域上。图3是通过将具有固化有机硅凝胶涂层2的另一面板1b放置在图2的该一个面板1a上、使得2朝向内而构造出的组件的横截面图。图4是通过将图3的两个面板1a、1b进行真空层压而得到的面板组件的横截面图。图5是太阳能电池组件的横截面图，在该太阳能电池组件中两个面板1a、1b的侧边缘由边框部件5固定。
(i)固化有机硅凝胶涂层的形成步骤(图1)
首先，如图1中所示，将可固化有机硅凝胶组合物涂敷到两个面板1a和1b的每一个的一个表面上，并且固化以在其上形成固化有机硅凝胶涂层2，两个面板是透明部件。
在采用两个面板的例示实施方案中，一个面板1a是作为太阳光入射侧的透明部件，其必须在如透明性、耐候性以及抗震性的特性上保持可靠性以延长在户外应用的期限。例如，它可由无色钢化玻璃、丙烯酸系树脂、氟树脂或聚碳酸酯树脂制造。经常采用大约3到5mm厚的玻璃板、典型地无色钢化玻璃板。
另一面板1b设置在远离太阳光入射侧并且与该一个面板1a相对。该另一面板1b需要高效池散发该太阳能电池部件的热量。它可由玻璃、合成树脂、金属以及复合材料制成。例示的玻璃材料包括浮法玻璃(绿色色调)、无色玻璃以及钢化玻璃。例示的合成树脂包括丙烯酸系树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂以及环氧树脂。例示的金属材料包括铜、铝和铁。例示的复合材料包括装载有例如二氧化硅、二氧化钛、氧化铝以及氮化铝的高导热性填料的合成树脂。
如果远离太阳光入射侧设置的该另一面板1b是与太阳光入射的一个面板1a相同的透明部件，部分入射太阳光和散射光可以传输到该较远侧。接着在将该太阳能电池组件安装到草地的实例中，部分太阳光到达布置在下面且由组件遮蔽的地面区域，从而使得植物甚至在否则遮蔽的区域也能够生长。这方便，在于组件安装区域也能够用于放牧。
关于其包括透明性和耐候性的特性，该固化有机硅凝胶涂层2必须在室外应用中保持20年以上的长期可靠性。从这个意义上说，该固化有机硅凝胶涂层2必须满足抗UV性、低模量以及良好的与面板1a、1b的粘合性。
该固化有机硅凝胶涂层2由可固化有机硅凝胶组合物形成。有机硅组合物的交联模式可以是任何湿气固化、UV固化、有机过氧化物固化以及由铂催化的加成固化。由于无固化副产物以及几乎无变色，因此优选使用加成固化有机硅组合物。
在此使用的可固化有机硅凝胶组合物优选地定义为包括下面的组分：
(A)100重量份的每分子包含至少一个硅键合烯基的有机聚硅氧烷，由平均组成式(1)表示：
RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
其中R为烯基，R1为不含脂肪族不饱和度的取代或未取代的1到10个碳原子的一价烃基，a为0.0001到0.2的正数，b为1.7到2.2的正数，以及a+b的总和是1.9到2.4，
(B)每分子含有至少两个硅键合氢原子的有机氢聚硅氧烷，其量给出每摩尔组合物(A)中硅键合烯基0.3到2.5摩尔的硅键合氢，以及
(C)催化量的加成反应催化剂。
组分(A)在可固化有机硅凝胶组合物中用作基础聚合物。其是每分子包含至少一个硅键合烯基的有机聚硅氧烷，由平均组成式(1)表示。
在式(1)中，R独立地为2到6个碳原子、优选地2到4个碳原子以及更优选地2到3个碳原子的烯基。实例包括乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基以及异丁烯基，最优选乙烯基。
R1独立地为具有1到10个碳原子、优选地1到6个碳原子的不合脂肪族不饱和度的取代或未取代的一价烃基。一价烃基的实例包括直链、支化或环状烷基例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、环己基、辛基和癸基：芳基例如苯基和甲苯基；芳烷基例如苯甲基和苯乙基；以及其中部分或所有的氢原子被卤素(例如氯、溴或氟)取代的前述基团的取代形式例如氯甲基和3，3，3-三氟丙基。这些中，由于合成容易，甲基、苯基和3，3，3-三氟丙基优选。其中，考虑到抗UV性，最优选甲基。
下标“a”为0.0001到0.2、优选地0.0005到0.1的正数；b为1.7到2.2、优选地1.9到2.02的正数。a+b之和在1.9到2.4、优选地1.95到2.05的范围内。
该有机聚硅氧烷每分子应当含有至少一个硅键合烯基，优选地至少两个、更优选地2到50个、以及更优选地2到10个硅键合烯基每分子。可选取a和b的值以符合硅键合烯基的需要。
对有机聚硅氧烷的分子结构无特别限制。它可以具有含有单元例如RSiO3/2、R1SiO3/2和SiO2单元(其中R和R1按照上述定义)的直链结构或支化结构。优选为具有通式(1a)的有机聚硅氧烷，即，具有主要由二有机硅氧烷重复单元组成的主链且由三有机甲硅烷氧基在分子链的两末端封端的实质上直链二有机聚硅氧烷。
在此R2独立地为不含脂肪族不饱和度的取代或未取代的一价烃基；R3独立地为不含脂肪族不饱和度的取代或未取代的一价烃基或者烯基，条件是至少一个、优选地至少两个R3为烯基；其中在分子链的相对末端的任一个R3为烯基的情况下，k为40到1200的整数，m为0到50的整数，并且n为0到50的整数；其中在分子链的相对末端的R3都不为烯基的情况下，k为40到1200的整数，m为1到50的整数，并且n为0到50的整数；以及m+n之和至少为1。
在式(1a)中，R2独立地为不含脂肪族不饱和度、具有1到10个碳原子、优选地1到6个碳原子的取代或未取代的一价烃基。实例为对式(1)中的R1所例示那样。其中，由于合成容易，甲基、苯基和3，3，3-三氟丙基优选。
R3也独立地为不含脂肪族不饱和度、具有1到10个碳原子、优选地1到6个碳原子的取代成未取代的一价烃基。实例为对式(1)中的R1所例示那样。其中，由于合成容易，甲基、苯基和3，3，3-三氟丙基优选。或者，R3为2到6个碳原子、优选地2到4个碳原子以及更优选地2到3个碳原子的烯基。实例包括乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基以及异丁烯基，最优选乙烯基。
在式(1a)中，其中在分子链的相对末端的任一个R3为烯基的情况下，k为40到1200的整数，m为0到50的整数，并且n为0到50的整数，并且优选地k为100到1000的整数，m为0到40的整数，并且n为0。在分子链的相对末端的R3都不为烯基的情况下，k为40到1200的整数，m为1到50的整数，并且n为0到50的整数，并且优选地k为100到1000的整数，m为2到40的整数，并且n为0。
式(1a)的有机聚硅氧烷的实例包括，但不限于：
两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷，
两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷共聚物，
两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物，
两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物，
两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的甲基三氟丙基聚硅氧烷，
两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基三氟丙基硅氧烷共聚物，
两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基三氟丙基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷共聚物，
两端三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/乙烯基甲基硅氧烷共聚物，
两端三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/乙烯基甲基硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物，
两端三甲基甲硅烷氧基-封端的乙烯基甲基硅氧烷/甲基三氟丙基硅氧烷共聚物，
三甲基甲硅烷氧基和二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷，
三甲基甲硅烷氧基和二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷共聚物，
三甲基甲硅烷氧基和二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/二苯基硅氧烷共聚物，
三甲基甲硅烷氧基和二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/二苯基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷共聚物，
三甲基甲硅烷氧基和二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的甲基三氟丙基聚硅氧烷，
三甲基甲硅烷氧基和二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基三氟丙基硅氧烷共聚物，
三甲基甲硅烷氧基和二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基三氟丙基硅氧烷／甲基乙烯基硅氧烷共聚物，
两端甲基二乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷，
两端甲基二乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基乙烯基硅氧烷共聚物，
两端甲基二乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／二苯基硅氧烷共聚物，
两端甲基二乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基乙烯基硅氧烷／二苯基硅氧烷共聚物，
两端甲基二乙烯基甲硅烷氧基-封端的甲基三氟丙基聚硅氧烷，
两端甲基二乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基三氟丙基硅氧烷共聚物，
两端甲基二乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基三氟丙基硅氧烷／甲基乙烯基硅氧烷共聚物，
两端三乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷，
两端三乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基乙烯基硅氧烷共聚物，
两端三乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／二苯基硅氧烷共聚物，
两端三乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基乙烯基硅氧烷／二苯基硅氧烷共聚物，
两端三乙烯基甲硅烷氧基-封端的甲基三氟丙基聚硅氧烷，
两端三乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基三氟丙基硅氧烷共聚物，以及
两端三乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷／甲基三氟丙基硅氧烷／甲基乙烯基硅氧烷共聚物。
尽管未对有机聚硅氧烷(A)的粘度特别限制，其优选在25℃具有在50到100000mPa-s、更优选地100到10000mPa-s范围内的粘度，原因在于组合物的处理和加工容易以及固化凝胶的强度和流动。应指出的是，在25℃通过旋转粘度计测定该粘度。
组分(B)通过与组分(A)反应用作交联剂。其是每分子含有至少两个硅键合氢原子(即氢甲硅烷基或SiH基团)的有机氢聚硅氧烷。该有机氢聚硅氧烷每分子含有优选地2到30个、更优选地2到10个、以及更优选地2到5个SiH基团。
在该有机氢聚硅氧烷中，氢可以在分子链的末端和／或中间位置连接到硅。对其分子结构未作出特别限制并且可以是直链、环状、支化或三维网状(或者树脂质)。
在该有机氢聚硅氧烷中，每分子的硅原子数，也就是，平均聚合度典型地为20到1000。为了使得组合物的处理和加工容易和固化凝胶的更优特性(例如低模量和低应力)，每分子的硅原子数优选地为40到1000，更优选地为40到400，更优选地为60到300，进一步优选地为100到300，并且最优选地为160到300。在此所采用的平均聚合度通过凝胶渗透色谱法(GPC)利用甲苯作为溶剂而相对于聚苯乙烯标样确定。
典型地，有机氢聚硅氧烷在25℃具有10到100000mPa-s、优选地20到10000mPa-s、以及更优选地50到5000mPa-s的粘度。优选在室温(25℃)下为液体的有机氢聚硅氧烷。
该有机氢聚硅氧烷优选地具有平均组成式(2)：
R4 。HdSiO(4-c-d)／2 (2)
其中R4各自独立地为不含脂肪族不饱和度的取代或未取代的一价烃基，c为0.7到2.2的正数，d为0.001到0.5的正数，以及c+d之和是0.8到2.5。
在式(2)中，R4独立地为不含脂肪族不饱和度的取代或非取代的一价烃基，其具有1到10个碳原子、优选地1到6个碳原子。一价烃基的实例包括例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、环己基、辛基、壬基和癸基的直链、支化或环状烷基；例如苯基、甲苯基、二甲苯基和萘基的芳基；例如苯甲基、苯乙基和苯丙基的芳烷基；以及其中部分或所有的氢原子被卤素(例如氯、溴或氟)取代的前述基团的取代形式例如3，3，3-三氟丙基。这些中，烷基、芳基和3，3，3-三氟丙基为优选，并且甲基、苯基和3，3，3-三氟丙基是最优选的。
下标c为0.7到2.2、优选地1.0到2.1的正数；d为0.001到0.5、优选地0.001到0.1、并且更优选地0.005到0.1、甚至更优选地0.005到0.05、并且最优选地0.005到0.03的正数；以及c+d之和在0.8到2.5、优选地1.0到2.5、并且更优选地1.5到2.2的范围内。
具有式(2)的有机氢聚硅氧烷的实例包括，但不限于：
甲基氢硅氧烷／二甲基硅氧烷环状共聚物，
两端三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢聚硅氧烷，
两端三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷／甲基氢硅氧烷共聚物，
两端二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷，
两端二甲基氢甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷／甲基氢硅氧烷共聚物，
两端三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷／二苯基硅氧烷共聚物，
两端三甲基甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷／二苯基硅氧烷／二甲基硅氧烷共聚物，
两端二甲基氢甲硅烷氧基封端的甲基氢硅氧烷／二甲基硅氧烷／二苯基硅氧烷共聚物，
由(CH3)2HSiO1／2、(CH3)3SiO1／2和SiO4／2单元组成的共聚物，
由(CH3)2HSiO1／2和SiO4／2单元组成的共聚物，以及
由(CH3)2HSiO1／2、(C6H5)SiO3／2和SiO4／2单元组成的共聚物。
每100重量份的组分(A)，所采用的组分(B)的合适量为至少1重量份、优选地至少3重量份。当考虑上限时，每100重量份的组分(A)，所采用的组分(B)的合适量为15到500重量份、更优选地20到500重量份、并且更优选地30到200重量份。除上述要求之外，组分(B)应当以如下的量使用以每摩尔的组分(A)中硅键合烯基提供0.3到2.5摩尔、优选地0.5到2摩尔、并且更优地0.6到1.5摩尔的硅键合氢。如果组分(B)的量少于1重量份，固化产物可能会泛油。小于0.3／1的SiH／烯基摩尔比可能提供不足的交联密度，显示出组合物可能不会充分固化，或者如果固化，固化产物可能具有差的耐热性。大于2.5／1的SiH／烯基摩尔比可能会引起包括由脱氢反应导致的冒泡、差的耐热性以及固化产物泛油的问题。
组分(C)是用于促进组分(A)中的硅键合烯基与组分(B)中的硅键合氢原子(即SiH基团)之间的加成反应的催化剂。该催化剂典型地为铂族金属基催化剂，其选自于多种公知的催化剂。实例包括铂黑、氯铂酸、氯铂酸的醇改性品以及氯铂酸与烯烃、醛、乙烯基硅氧烷或炔属醇的络合物。
该催化剂以催化量加入，可以依据所需的固化速度合适地确定。该催化剂典型地以如此的量加入以基于组分(A)和(B)的总重量提供0.1到1000ppm、优选地1到300ppm的铂原子。如果催化剂的量过多，固化产物可能会具有差的耐热性。
该可固化有机硅凝胶组合物可以以标准方式通过将前述的组分(A)到(C)以及任选组分(如果采用的话)进行混合而制备。如果需要的话，调制时该组合物可以分为两个或多个部分。例如，该组合物划分为由组分(A)的一部分和组分(C)组成的一个部分以及由剩余组分(A)和组分(B)组成的另一个部分，并且将这两个部分在使用时混合到一起。
将由此所得到的可固化有机硅凝胶组合物涂敷到面板1a和面板1b中的每一个的一个表面上，并且进行固化以形成固化有机硅凝胶涂层2，其中该面板1a为在太阳光入射侧的透明部件，该面板1b远离太阳光入射侧设置。
涂敷步骤
涂敷时，可以采用例如喷射涂敷、帘式涂布、刮刀涂敷、丝网涂敷及其组合的任何标准工艺。涂敷的重量优选调整为固化的有机硅凝胶涂层2可以具有200到1000μm、更优选地300到800μm的厚度。如果涂层厚度小于200μm，可能会出现下面的问题。不能充分利用包括低模量和低硬度的有机硅凝胶的有利特性。在面板之间夹入半导体基板基太阳能电池部件的步骤中，该涂层会使得太阳能电池部件破裂。在温度波动的室外环境中，该涂层不能适应线膨胀系数和模量与在太阳能电池部件表面上的电连接的差异，使得太阳能电池部件变脆。如果涂层厚度超过1000μm，固化会占据较长时间并且所涂敷的可固化有机硅凝胶组合物的增多量会增大费用。
固化步骤
在利用可固化有机硅凝胶组合物涂覆面板1a、1b之后，以常规方式在80到150℃进行5到30分钟的固化以在每个面板1a、1b上形成固化有机硅凝胶涂层2。
由此形成的该固化有机硅凝胶涂层2当根据JIS K2220采用1／4锥体测定时应当具有30到200、优选地40到150的针入度。如果涂层的针入度小于30，可能会产生下面的问题。不能充分利用包括低模量和低硬度的固化有机硅凝胶的有利特性。在面板之间夹入半导体基板基太阳能电池部件的步骤中，该涂层会使得太阳能电池部件破裂。在温度波动的室外环境中，该涂层不能适应线膨胀系数和模量与在太阳能电池部件表面上的电连接的差异，使得太阳能电池部件变脆。如果涂层的针入度超过200，该固化有机硅凝胶涂层可能会流动，不能保持其形状。
在利用有机硅凝胶组合物涂覆每个面板1a、1b的一个表面时，该面板表面(将利用固化有机硅凝胶涂层覆盖)的外周区域，例如，具有5到20mm的宽度的外周带(如同画框的外框)应当剩余而不涂敷。在接下来的步骤中，将丁基橡胶基热塑性密封材料的密封部件设置到此未被涂敷的区域上。如果在面板表面的外周区域上存在有机硅凝胶组合物，即使是轻微地，其也会对密封部件与面板之间的粘合产生不良影响，并且湿气能够通过此具有缺陷的结合处进入从而威胁到该太阳能电池组件的长期可靠性。因此，在将可固化有机硅凝胶组合物涂敷到该面板表面之前，利用遮蔽带(如同边框)遮蔽该面板表面的外周区域。因而组合物不会粘贴到该外周区域。
(ii)设置密封部件和太阳能电池部件的步骤(图2)
接着，如图2中所示，将比固化有机硅凝胶涂层2厚的丁基橡胶基热塑性密封材料的密封部件3提供到一个面板1a的一个表面的外周区域上，在该外周区域未形成该固化有机硅凝胶涂层2，并且将太阳能电池部件4设置到固化有机硅凝胶涂层2上。
该密封部件3由丁基橡胶基热塑性密封材料制造，其可以是任何可商购的丁基橡胶基密封材料。由于随后的真空层压步骤在100到150℃的温度施加热，因此优选在那个温度范围内能够保持其形状的热熔型密封材料。适合的热熔密封材料可利用由Yokohama Rubber有限公司生产的商品名Hot Melt M-155P(用于太阳能组件的粘合剂)。
可通过任何所需方式提供该密封部件3。例如，利用热熔涂布器，将丁基橡胶基热塑性密封材料涂敷到一个面板1a的一个表面的外周区域，在该外周区域未形成该固化有机硅凝胶涂层2。或者，将丁基椽胶基热塑性密封材料预先成型为带状或线状的片，其在外周区域上伸展。
该太阳能电池部件4可以包括采用选自单晶硅以及多晶硅或者这二者的硅材料(或硅基板)构造的太阳能或光伏电池。大多数情况下，太阳能电池部件4为包括通过例如极片线的内部连线电串联连接的2到60个太阳能电池的电池串。该太阳能电池优选地为双侧光接收型。这种情况下，两个面板1a和1b都是透明的。
在步骤(ii)中，如图2中所示，在使其入射侧朝向下方(向着面板1a)的情况下使太阳能电池部件4放置到固化有机硅凝胶涂层2上之前，将密封部件3提供(如同边框)到一个面板1a表面的外周区域上，在该外周区域未形成该固化有机硅凝胶涂层2。在选择性实施方案中，步骤(ii)可以实施到另一面板1b，该面板远离该太阳光入射侧设置。在选择性实施方案中，在使其入射侧朝向上方(与面板1b相对)的情况下使太阳能电池部件4布置到固化有机硅凝胶涂层2上之前，将密封部件3提供(如同边框)到另一面板1b表面的外周区域上，在该外周区域未形成该固化有机硅凝胶涂层2。在任一实施方案中，太阳能电池部件4可以设置到固化有机硅凝胶涂层2上从而在其间留下狭窄空间(未示出)，在随后步骤中由真空层压机抽真空时能够将其抽空。
(iii)在面板之间夹入太阳能电池部件的步骤(图3)
接着，如图3中所示，将另一面板1b放置到一个面板1a上，同时在该另一面板1b上的固化有机硅凝胶涂层2朝向位于一个面板1a上的固化有机硅凝胶涂层2之上的太阳能电池部件4，从而使得密封部件3紧邻着另一面板1b的一个表面的外周区域，在该外周区域未形成该固化有机硅凝胶涂层2，并且将太阳能电池部件4夹入面板1a、1b上的固化有机硅凝胶涂层2之间。此时，该另一面板1b由密封部件3物理支撑，但在密封部件3与面板1b之间留下间隙从而能够在面板1b的外部与面板1a、1b之间的任何空间之间提供流体连通。而且，布置在位于一个面板1a上的固化有机硅凝胶涂层2上的太阳能电池部件4与另一面板1b上的固化有机硅凝胶涂层2分开。此布置步骤可以在稍后描述的真空层压机的范围内进行。
(iv)真空层压步骤(图4)
接着，将如图3中所示夹入到两个面板1a、1b之间的太阳能电池部件4预制层叠体或组件真空层压。具体地，利用真空层压机(未示出)，在真空中加热的同时将两个面板1a、1b压到一起，从而如图4中所示将太阳能电池部件4封装。
在此所使用的真空层压机可以是包括由柔性隔膜分隔的两个相邻的真空箱的层压机，如在太阳能电池组件制造中通常所采用的。例如，将如图3中所示的面板1a、1b的预制组件放置到一个箱中，将两个箱抽真空，从而在面板1a和1b之间建立基本上的真空。同时，将面板1a、1b的至少外部加热。此后，将具有在其中设置的面板1a、1b的预制组件的一个箱保持在真空时，另一个箱释放至大气压或者甚至保持在施加压力下，由此通过隔膜在它们厚度方向上将面板1a、1b压紧。例如，在100到150℃加热的同时将面板1a、1b压紧1到5分钟。然后，该密封部件3被紧固地结合至面板1a、1b。
由于如图4中所示将在基板1a、1b上的固化有机硅凝胶涂层2在真空中彼此压紧，因此固化有机硅凝胶涂层2紧密结合并且合并为未俘获气泡的一体封装剂层。由于固化有机硅凝胶涂层2具有特定针入度，因此在没有故障的情况下将太阳能电池部件4嵌入到该封装剂层中。由于在挤压面板1a、1b的方向上作用的压力施加到在预定温度下加热的密封部件3，因此该密封部件3将面板1a、1b表面的外周区域以及固化有机硅凝胶涂层2的外周边缘紧固密封并结合到面板1a、1b。结果，密封部件3与两个面板1a、1b一起紧密包围该固化有机硅凝胶涂层2，防止由其边缘面向太阳能电池组件内的湿气和气体进入。所得到的太阳能电池组件由此具有充分的耐久性能。
(v)装框步骤(图5)
如图5中所示，通过压合将边框部件5安装到面板1a、1b的外周，完成了太阳能电池组件。
该边框部件5优选地由铝合金、不锈钢或具有抗震动、风压或雪堆积强度、耐候性以及重量轻的类似材料制造。安装这种材料的该边框部件5从而将面板1a、1b组件的外周包围并通过螺钉(未示出)固定到面板，其中该面板1a、1b组件具有夹入其间的太阳能电池部件4。
在如此构建的太阳能电池组件中，由于太阳能电池部件4通过固化有机硅凝胶涂层2由平坦面板1a、1b保持，当考虑作为面板时，将太阳能电池组件的相对于太阳光的光接收角度的变化最小化并由此发挥了稳定性能。根据本发明的方法，具有稳定性能的太阳能电池组件能够容易地以大规模制造。
实施例
下面通过例示而非限制方式给出了本发明的实施例。注意到在25℃通过旋转粘度计测定粘度。所有的份和百分比都基于重量。Vi代表乙烯基。在实施例和比较例中使用的面板为340mm×360mm的两个无色钢化玻璃板，其被简称为玻璃板。
实施例1
通过将100份的具有1000mPa-s的粘度的两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷、63份的由式(3)表示且具有1000mPa-s的粘度的两端三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物(以相时于每个组分(A)中的硅键合烯基，给出1.05个组分(B)中的硅键合氢，即，H/Vi比=1.05)以及0.05份的氯铂酸-乙烯基硅氧烷络合物的二甲基聚硅氧烷溶液(铂浓度为1％)混合直至均匀而制备有机硅凝胶组合物。
将组合物在烘箱中在150℃固化30分钟时，该固化凝胶产物具有70的针入度。注意到该针入度是根据JIS K2220采用1/4锥体，利用来自Rigo有限公司的自动针入度仪RPM-101测定的。
利用遮蔽带在其5mm宽的外周区域上将两个玻璃板的每一个进行遮挡。利用刮刀涂敷将该组合物施加到每个玻璃板的一个表面并在烘箱中在120℃进行10分钟的加热以形成具有200μm厚度的固化有机硅凝胶涂层。
在热固化后，将遮蔽带剥除。将由丁基橡胶基热塑性密封材料(由YokohamaRubber有限公司生产的热熔M-155P)制造的带状密封部件放置到一个玻璃板的外周区域上，在该外周区域遮蔽带被剥除。将2×2系列电池串保持在一个玻璃板上的固化有机硅凝胶涂层上，通过以2/2的列/行矩阵排布单晶硅太阳能电池并将它们通过内部连线串联连接从而构成该电池串。
在真空层压机中，将具有形成于其上的固化有机硅凝胶涂层的另一玻璃板放置在具有在其固化有机硅凝胶涂层上保持的电池串的该一个玻璃板上。将玻璃板在真空中在120℃加热的同时，将所述玻璃板在大气压下挤压2分钟，从而完成太阳能电池组件A。
实施例2
除了将组合物刮刀涂敷于两个玻璃板并在烘箱中在120℃加热10分钟以形成具有500μm厚度的固化有机硅凝胶涂层之外，如在实施例1中那样制造太阳能电池组件B。
实施例3
除了将组合物刮刀涂敷于两个玻璃板并在烘箱中在150℃加热10分钟以形成具有800μm厚度的固化有机硅凝胶涂层之外，如在实施例1中那样制造太阳能电池组件C。
实施例4
通过将100份的具有5000mPa-s的粘度的两端二甲基乙烯基甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷、25份的由式(4)表示且具有600mPa-s的粘度的两端二甲基氢甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基氢硅氧烷共聚物(以给出H/Vi比＝1.3)以及0.05份的氯铂酸-乙烯基硅氧烷络合物的二甲基聚硅氧烷溶液(铂浓度为1％)混合直至均匀而制备有机硅凝胶组合物。
将组合物在烘箱中在150℃进行30分钟固化时，固化凝胶产物具有40的针入度。
将该组合物刮刀涂敷于两个玻璃板的每一个的一个表面并在烘箱中在120℃进行10分钟的加热以形成具有200μm厚度的固化有机硅凝胶涂层。
除了利用这些具有形成于其上的固化有机硅凝胶涂层的玻璃板，如在实施例1中那样制造太阳能电池组件D。
实施例5
除了将组合物刮刀涂敷于两个玻璃板并在烘箱中在120℃加热10分钟以形成具有500μm厚度的固化有机硅凝胶涂层之外，如在实施例4中那样制造太阳能电池组件E。
实施例6
除了将组合物刮刀涂敷于两个玻璃板并在烘箱中在150℃加热10分钟以形成具有800μm厚度的固化有机硅凝胶涂层之外，如在实施例4中那样制造太阳能电池组件F。
实施例7
通过将100份的由式(5)表示且具有1000mPa-s的粘度的两端三甲基甲硅烷氧基-封端的二甲基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷共聚物、40份的由式(6)表示且具有600mPa-s的粘度的两端二甲基氢甲硅烷氧基-封端的二甲基聚硅氧烷(以给出H/Vi比＝0.95)以及0.05份的氯铂酸-乙烯基硅氧烷络合物的二甲基聚硅氧烷溶液(铂浓度为1％)混合直至均匀而制备有机硅凝胶组合物。
将组合物在烘箱中在120℃加热10分钟来进行固化时，固化凝胶产物具有120的针入度。
通过刮刀涂敷将该组合物涂敷于340mm×360mm的两个无色钢化玻璃板的每一个的一个表面，并在烘箱中在120℃进行10分钟的加热以形成具有200μm厚度的固化有机硅凝胶涂层。
除了利用这些具有形成于其上的固化有机硅凝胶涂层的玻璃板以外，如在实施例1中那样制造太阳能电池组件G。
实施例8
除了将组合物刮刀涂敷于两个玻璃板并在烘箱中在120℃加热10分钟以形成具有500μm厚度的固化有机硅凝胶涂层之外，如在实施例7中那样制造太阳能电池组件H。
实施例9
除了将组合物刮刀涂敷于两个玻璃板并在烘箱中在150℃加热10分钟以形成具有800μm厚度的固化有机硅凝胶涂层之外，如在实施例7中那样制造太阳能电池组件I。
实施例10
除了下面的变化之外，如在实施例1中那样制造太阳能电池组件J。在一个玻璃板上，将实施例1的有机硅凝胶组合物刮刀涂敷并在烘箱中在150℃加热30分钟以形成具有500μm厚度的固化有机硅凝胶涂层。此玻璃板用作在太阳光入射侧的面板。在另一玻璃板上，将实施例4的有机硅凝胶组合物刮刀涂敷并在烘箱中在120℃加热10分钟以形成具有500μm厚度的固化有机硅凝胶涂层。此玻璃板用作太阳光入射侧相对侧的面板。
比较例1
除了下面的变化之外，如在实施例4中那样制造太阳能电池组件K。两个玻璃板在不进行遮蔽的情况下使用。将实施例4的有机硅凝胶组合物刮刀涂敷于每个玻璃板的一个完整表面，并在烘箱中在120℃加热10分钟以形成具有500μm厚度的固化有机硅凝胶涂层。未设置如边框那样的密封部件。
比较例2
采用两个具有500μm厚度的EVA(具有28％乙酸乙烯酯含量的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)的透明膜。根据现有技术的方法，通过EVA膜将硅太阳能电池部件夹在两个玻璃板之间。利用真空层压机，将组件在真空中在120℃加热30分钟以熔化并压合该EVA膜。制造太阳能电池组件L。
通过开裂试验和加速老化试验评价由此制造的太阳能电池组件A到L。
(1)太阳能电池部件的开裂评价(初始裂纹数)
此试验是为了检查完成的太阳能组件中在太阳能电池部件中是否形成了裂纹。通过典型技术、目视观察和电致发光(EL)成像评价。具体地，在太阳能电池部件中的裂纹通过目视观察进行检查。将正向电流传导到该试验下的太阳能组件时，该太阳能组件发出光作为EL光源。不发光点的数目计为裂纹。
(2)加速老化试验
作为加速老化(或严重劣化)试验，对太阳能电池组件进行高压锅试验(PCT)。该试验在下面的条件下进行：温度125℃，湿度95％以及2.1个大气压进行100个小时。在此试验之后，通过EL成像对裂纹进行评阶或计数，通过目视观察检查极片线的侵蚀，并且通过目视观察检查侵入组件内的湿气。
表1中示出了试验结果。
表1
尽管已经在典型实施方案中例示并描述了本发明，其并不旨在限制于所示出的细节，因为在以任何方式不脱离本发明的精神的情况下可以做出各种变形和替代。同样地，在此所披露的本发明的进一步的变形和等同方式对于本领域技术人员来说可以不超出常规实验而发生，并且所有这些变形和等同方式均被认为落入了由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围之内。
Claims (8)
1.通过在两个面板之间封装半导体基板基太阳能电池部件而制造太阳能电池组件的方法，包括步骤：
(i)向每一面板的除其外周区域以外的一个表面上涂敷可固化有机硅凝胶组合物并将该组合物固化以形成具有根据JIS K2220测定的30到200的针入度的固化有机硅凝胶涂层，
(ii)在一个面板的一个表面的外周区域上提供密封部件，在该外周区域未形成该固化有机硅凝胶涂层，所述密封部件由丁基橡胶基热塑性密封材料制成并且比该固化有机硅凝胶涂层厚，并将太阳能电池部件放置到该固化有机硅凝胶涂层上，
(iii)将另一面板放置在该一个面板上，同时使在另一面板上的该固化有机硅凝胶涂层面向太阳能电池部件，从而使该密封部件紧邻该另一面板的一个表面的外周区域，在该外周区域未形成固化有机硅凝胶涂层，并且将该太阳能电池部件夹入两面板上的该固化有机硅凝胶涂层之间，以及
(iv)将这两个面板挤压到一起，同时在真空中加热，从而封装该太阳能电池部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中该可固化有机硅凝胶组合物包括：
(A)100重量份的每分子包含至少一个硅键合烯基的有机聚硅氧烷，由平均组成式(1)表示：
RaR1 bSiO(4-a-b)／2 (1)
其中R为烯基，R1为不合脂肪族不饱和度的取代或未取代的1到10个碳原子的一价烃基，a为0.0001到0.2的正数，b为1.7到2.2的正数，以及a+b之和是1.9到2.4，
(B)每分子含有至少两个硅键合氢原子的有机氢聚硅氧烷，其量为每摩尔组分(A)中的硅键合烯基提供0.3到2.5摩尔的硅键合氢，以及
(C)催化量的加成反应催化剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其中有机氢聚硅氧烷(B)具有40到400的平均聚合度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中该固化有机硅凝胶涂层具有200到1000μm的厚度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(ii)包括将密封部件由丁基橡胶基热塑性密封材料预成形为带状或线状并使该密封部件伸展到一个面板的一个表面的外周区域上，在该外周区域该固化有机硅凝胶涂层未形成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(iv)包括在真空中在100到150℃下加热面板。
7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(iv)利用真空层压机进行。
8.根据权利要求1所述的方法，其中这两个面板是无色钢化玻璃板。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131225 |