CN103715297A - 制造太阳能电池组件的方法 - Google Patents
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Abstract
制造太阳能电池组件的方法,包括在真空中压制被提供在太阳能电池串的太阳光接收表面上的第一聚硅氧烷凝胶片材和被提供在所述太阳能电池串的对面侧太阳光非接收表面上的第二聚硅氧烷凝胶片材,以用所述第一和第二聚硅氧烷凝胶片材封装所述太阳能电池串;将所述第一聚硅氧烷凝胶片材的太阳光接收表面侧布置在透明光接收面板的一个表面上并且以相框样形状沿所述第一聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶;和将所述光接收面板和所述光非接收面板或背板覆盖在彼此之上,使聚硅氧烷凝胶片材封装的太阳能电池串在内部,并且在100-150℃在真空中压制它们,以通过丁基橡胶将所述光接收表面面板和所述光非接收表面面板或背板彼此压力接合。
Description
技术领域
本发明涉及制造太阳能电池组件的方法。
背景技术
作为提高太阳能电池组件的效率和确保其在20年至大于30年的长时期内的可靠性的手段,有人已经做出关注密封剂材料的各种报道和提案。关于提高效率,已经有报道称,与目前作为密封剂材料的主流的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(后文简化为EVA)相比,在基于具有约300-400nm波长的光的透光率特征的内部量子效率方面聚硅氧烷是有利的(参见例如S.Ohl,G.Hahn,“Increased internal quantumefficiency of encapsulated solar cell by using two-componentsilicone as encapsulant material,”Proc.23rd,EU PVSEC,Valencia(2008),pp.2693-2697(非专利文件1))。此外,实际分别使用EVA和聚硅氧烷的情况之间的输出电功率对比实验也已经被报道(参见例如Barry Ketola,Chris Shirk,Philip Griffith,GabrielaBunea,DEMONSTRATION OF THE BENEFITS OF SILICONE ENCAPSULATIONOF PV MODULES IN A LARGE SCALE OUTDOOR ARRAY,Dow CorningCorporation(非专利文件2))。
原本,在1970年代的前半段,在制造用于空间用途的太阳能电池的基础上已经实现了聚硅氧烷作为密封剂材料的应用。然而,在制造用于地面用途的太阳能电池中存在关于聚硅氧烷的成本和关于在用聚硅氧烷封装太阳能电池中的可加工性的问题。鉴于这些问题,聚硅氧烷被EVA取代,那时EVA可以以低成本并且以薄膜形式得到。
然而,在近些年,人们再次密切关注太阳能电池的效率的提高和长期可靠性。同时,聚硅氧烷作为密封剂材料的性能(例如低模量特性、高透光度和高耐气候性)已经再次得到高度评价。因此,人们已经提出了多种基于使用聚硅氧烷的新封装方法。
例如,在JP-A2009-515365(专利文件1)中,提出了使用主要由有机聚硅氧烷组成的热熔型片材的封装。然而,将材料加工成单层片材形式同时维持高透光度是困难的。例如,为了将材料加工成约1mm的厚度,由于材料的“脆性”,加工方法限于铸塑和压制。因此,该材料不适合大量生产。此外,尽管可以通过将材料与填料混合而提高模压加工性(可成形性)来改善“脆性”,但该方法是不利的,因为不能维持高透光度。在JP-A2007-527109(专利文件2)中,提出了一种方法,其中将互联的太阳能电池布置在液体聚硅氧烷材料之上或其中,其通过使用多轴机器人涂布在基材之上,之后固化聚硅氧烷材料以实现没有气泡包埋的封装。此外,在JP-A2011-514680(专利文件3)中,提出了一种方法,其中在真空中通过使用具有动板(movable plate)的电池压机在固化或半固化的聚硅氧烷上布置太阳能电池,以实现没有气泡包埋的封装。在另一方面,在WO2009/091068(专利文件4)中,提出了一种方法,其中将密封剂材料、太阳能电池和液体聚硅氧烷材料布置在玻璃基材上,并且最后将背表面保护基材覆盖在它们上以形成暂时的层状体,该层状体被在真空中在室温下压至紧密接触,由此完成封装。然而,在该方法中,将太阳能电池组件开发成实际使用的尺寸可能是困难的。在这些方法的任何一种中,在太阳能电池封装步骤之前或之后涉及施用或布置液体聚硅氧烷材料的步骤。相当不同于现在采取的、基于使用EVA的封装方法,该步骤极大地阻碍了在太阳能电池组件制造业中聚硅氧烷作为密封剂材料的应用。简言之,上述在专利文件中提出的方法的任何一种都极大地不同于常规的太阳能电池封装方法,并且可能不能使用现有的大量生产设备处理。
引用列表
专利文件1:JP-A2009-515365,对应于US2008/276983A1
专利文件2:JP-A2007-527109,对应于US2006/207646A1
专利文件3:JP-A2011-514680,对应于US2011/005066A1
专利文件4:WO2009/091068,对应于US2010/275992A1
非专利文件1:S.Ohl,G.Hahn,“Increased internal quantumefficiency of encapsulated solar cell by using two-componentsilicone as encapsulant material,”Proc.23rd,EU PVSEC,Valencia(2008),pp.2693-2697
非专利文件2:Barry Ketola,Chris Shirk,Philip Griffith,Gabriela Bunea,“DEMONSTRATION OF THE BENEFITS OF SILICONEENCAPULATION OF PV MODULUS IN A LARGE SCALE OUTDOOR ARRAY,”Dow Corning Corporation
发明内容
本发明的目标是通过在用聚硅氧烷作为密封剂材料封装太阳能电池串中使用聚硅氧烷凝胶片材,提供能够使用常规太阳能电池组件制造设备制造太阳能电池组件的方法。
本发明人为了达到以上目标做了深入和广泛的研究。结果,本发明人已经发现了有前景的太阳能电池组件的制造方法。在该方法中,通过在真空中压制将太阳能电池串的太阳光接收表面和在对面侧上的太阳光非接收表面封装在各自的聚硅氧烷凝胶片材(第一聚硅氧烷凝胶片材和第二聚硅氧烷凝胶片材)之间。然后,将所述第一聚硅氧烷凝胶片材的太阳光接收表面侧布置在将成为太阳光入射表面的透明光接收面板的一个表面上,并且以相框样形状沿所述第一聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶。或者,将所述第二聚硅氧烷凝胶片材的太阳光非接收表面侧布置在在太阳光非入射侧的光非接收面板或背板的一个表面上,并且以相框样形状沿所述第二聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶。而且,将所述光接收面板和所述光非接收面板或背板覆盖在彼此之上,使所述聚硅氧烷凝胶片材封装的太阳能电池串在内部。然后,将它们在100-150℃在真空中压制,以通过丁基橡胶将所述光接收面板和所述光非接收面板或背板压力接合至彼此上,由此制造太阳能电池组件。已经发现,按照该制造方法,不需要将聚硅氧烷用作密封剂材料的施用装置,并且可以采用在相关技术中已经被用作太阳能电池组件制造设备的真空层压机。
因此,按照本发明,提供了由以下[1]-[3]表示的制造太阳能电池组件的方法。
[1]制造太阳能电池组件的方法,包括:
在真空中压制被提供在太阳能电池串的太阳光接收表面上的第一聚硅氧烷凝胶片材和被提供在所述太阳能电池串的对面侧太阳光非接收表面上的第二聚硅氧烷凝胶片材,以用所述第一和第二聚硅氧烷凝胶片材封装所述太阳能电池串;
将所述第一聚硅氧烷凝胶片材的太阳光接收表面侧布置在将成为太阳光入射表面的透明光接收面板的一个表面上并且以相框样形状沿所述第一聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶,或者将所述第二聚硅氧烷凝胶片材的太阳光非接收表面侧布置在将成为太阳光非入射侧的光非接收面板或背板的一个表面上并且以相框样形状沿所述第二聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶;和
将所述光接收面板和所述光非接收面板或背板覆盖在彼此之上,使聚硅氧烷凝胶片材封装的太阳能电池串在内部,并且在100-150℃在真空中压制它们,以通过丁基橡胶将所述光接收面板和所述光非接收面板或背板彼此压力接合。
[2]根据[1]的制造太阳能电池组件的方法,
其中所述聚硅氧烷凝胶片材为通过固化聚硅氧烷凝胶组合物获得的聚硅氧烷凝胶的片材,所述聚硅氧烷凝胶组合物包含:
(A)在一个分子中具有至少一个硅键合的烯基基团并且由以下平均组成式(1)表示的有机聚硅氧烷:
RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
其中R为烯基基团,R1独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团,a为0.0001-0.2的正数,b为1.7-2.2的正数,且a+b为1.9-2.4;
(B)在一个分子中具有至少两个硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷;和
(C)铂催化剂,
所述聚硅氧烷凝胶具有30-200的针入度。
[3]根据[1]或[2]的制造太阳能电池组件的方法,其中所述聚硅氧烷凝胶片材的厚度为200-1,000μm。
发明的有利效果
本发明的制造太阳能电池组件的方法确保了真空层压机(其为在相关技术中用于使用EVA薄膜制造太阳能电池组件的设备)可以被用于进行将太阳能电池串封装在聚硅氧烷凝胶片材之间的步骤和将所述聚硅氧烷凝胶片材(太阳能电池元件封装在其之间)封装在光接收面板和光非接收面板或背板之间的步骤。因此,可以制造太阳能电池组件而不用准备在相关技术中制造聚硅氧烷封装的太阳能电池组件所需的液体聚硅氧烷施用装置。
附图简要说明
图1为一种状态的剖面图,其中太阳能电池串被布置在聚硅氧烷凝胶片材上;
图2为一种状态的剖面图,其中通过真空层压机用聚硅氧烷凝胶片材封装太阳能电池串;
图3为其中在图2中的基础部件被剥离的剖面图;
图4为一种状态的剖面图,其中将在光接收面板侧上的、具有封装的太阳能电池串的聚硅氧烷凝胶片材布置在光接收面板上,并且布置丁基橡胶;和
图5为太阳能电池组件的剖面图,其中通过真空层压机压制接合所述丁基橡胶。
实施方案的描述
现在,将在以下描述本发明的制造太阳能电池组件的方法的优选实施方案。
在本发明的制造太阳能电池组件的方法中,聚硅氧烷凝胶片材被用于太阳能电池串的封装。
在获得聚硅氧烷凝胶片材的情况中,将聚硅氧烷凝胶组合物施加到基础部件上并且固化以形成聚硅氧烷凝胶层,并且如果需要,将保护性片材可剥离地覆盖在所述聚硅氧烷凝胶层上。顺带提及,优选使用聚硅氧烷凝胶层(聚硅氧烷凝胶片材)可以从其剥离的基础部件作为基础部件。具体地,可以使用柔性薄片形材料(例如聚对苯二酸乙二醇酯薄膜、聚丙烯薄膜、纸和织物)作为基础部件。普通地,使用缠绕成卷形式的材料作为基础部件。通过使用涂布仪器用以下描述的聚硅氧烷凝胶材料(组合物)连续涂布所述基础部件。使用例如缺角轮涂布机(comma coater)、逆转辊涂布机、绕线棒刮涂机和模口涂布机的那些已知涂布机之一作为涂布仪器。在通过使用涂布仪器将聚硅氧烷凝胶材料施涂至基础部件之后,通过在100-300℃加热约5分钟固化聚硅氧烷凝胶材料,以形成聚硅氧烷凝胶片材。加热温度优选在120-200℃的范围内。将保护性片材粘合至以该方式形成的聚硅氧烷凝胶片材的聚硅氧烷凝胶侧的表面,由此保护聚硅氧烷凝胶片材并且使其处理便利。使用柔性的薄片形材料(例如聚对苯二酸乙二醇酯薄膜、聚丙烯薄膜、纸和织物)作为保护性片材的材料,如同用于基础部件的材料。
在实际使用的基础上优选将聚硅氧烷凝胶片材的厚度控制至在200-1,000μm,更优选300-800μm的范围内。如果厚度小于200μm,固化的聚硅氧烷凝胶产品的有利特征如低模量和低硬度变得难以展示。结果,太阳能电池元件在其中将包括半导体基材的太阳能电池元件夹入面板之间的制造过程中可能破裂。尤其是,在其中产生温度变化的室外环境中,吸收太阳能电池元件表面和导线连接部件之间线性膨胀系数或模量的差异可能变得不可能,导致太阳能电池元件的脆变。在另一方面,如果厚度大于1,000μm,则需要更长的时间用于固化聚硅氧烷凝胶片材,并且聚硅氧烷凝胶的用量增加,可能导致成本的上升。
此外,就按照JIS K2220使用1/4锥测定的针入度来说,在其固化后聚硅氧烷凝胶的针入度为优选30-200,更优选40-150。如果针入度在30以下,固化的聚硅氧烷凝胶产品的有利特征如低模量和低硬度变得难以展示。结果,太阳能电池元件在其中将包括半导体基材的太阳能电池元件夹入面板之间的制造过程中可能破裂。特别是,在其中产生温度变化的室外环境中,吸收太阳能电池元件表面和导线连接部件之间线性膨胀系数或模量的差异可能变得不可能,导致太阳能电池元件的脆变。在另一方面,如果针入度超过200,固化的聚硅氧烷凝胶产品会变得不能维持其形式并且会流动。
现在,将在以下描述聚硅氧烷凝胶组合物。聚硅氧烷凝胶组合物可以通过基于使用铂催化剂的缩合固化型、UV固化型、有机过氧化物固化型和加成固化型中任何一种类型的方法交联。聚硅氧烷凝胶优选由可加成固化的聚硅氧烷凝胶组合物的固化产物构成,其不涉及副产物并且其对变色不敏感。具体地,将要使用的聚硅氧烷凝胶组合物包含:
(A)在一个分子中具有至少一个硅键合的烯基基团并且由以下平均组成式(1)表示的有机聚硅氧烷:
RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
其中R为烯基基团,R1独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团,a为0.0001-0.2的正数,b为1.7-2.2的正数,且a+b为1.9-2.4;
(B)在一个分子中具有至少两个硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷;和
(C)铂催化剂,
组分(A)为聚硅氧烷凝胶组合物的主要组分(基础聚合物)。组分(A)为在一个分子中具有至少一个硅键合的烯基基团,优选至少两个硅键合的烯基基团并且由上述平均组成式(1)表示的有机聚硅氧烷(本文中用语“硅键合的烯基基团”意为键合至硅原子的烯基基团)。
在以上的式(1)中,R为具有2-6个碳原子,优选2-4个碳原子,并且更优选2-3个碳原子的烯基基团。烯基基团的具体实例包括乙烯基、烯丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基和异丁烯基基团,其中优选的是乙烯基基团。R1独立地为未取代或取代的单价烃基团,其不具有任何脂肪族不饱和键并且其具有1-10个碳原子,优选1-6个碳原子。所述烃基团的具体实例包括烷基基团,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、辛基和癸基基团;芳基基团,例如苯基和甲苯基基团;芳烷基基团,例如苯甲基和苯乙基基团;通过用卤素原子如氯、溴和氟取代所述未取代的基团中的至少一个氢原子获得的取代的基团,例如氯甲基和3,3,3-三氟丙基基团。在这些基团中,考虑到易于合成,优选的是甲基、苯基和3,3,3-三氟丙基基团。
此外,字母a应该为0.0001-0.2的正数,并且优选为0.0005-0.1的正数,同时字母b应该为1.7-2.2的正数,并且优选为1.9-2.02的正数,前提是a+b应该在1.9-2.4的范围内,并且优选在1.95-2.05的范围内。
该组分在一个分子中应该具有至少一个硅键合的烯基基团,优选2-50个硅键合的烯基基团,并且更优选2-10个硅键合的烯基基团。上述如此选择的a和b的值足以使得这个关于硅键合的烯基基团的条件得到满足。
有机聚硅氧烷的分子结构不被特别限制,并且可以为直链结构或可以为支链结构,其包括例如RSiO3/2单元(R与上述相同)、R1SiO3/2单元(R1与上述相同)或SiO2单元。优选地,有机聚硅氧烷为直链二有机聚硅氧烷,其中主链基本由二有机硅氧烷单元的重复组成并且分子链的两端都各自由三有机硅氧基基团封端(封堵),通常是由以下通式(1a)表示的有机聚硅氧烷:
在式(1a)中,R2独立地为未取代或取代的单价烃基团,其不具有任何脂肪族不饱和键,并且R3独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团或烯基基团,前提是至少一个基团R3为烯基基团。在其中在分子链两端的基团R3之一是烯基基团的情况中,k为40-1,200的整数,m为0-50的整数,并且n为0-50的整数。在其中在分子链两端的基团R3都不是烯基基团的情况中,k为40-1,200的整数,m为1-50的整数,特别是2-50的整数,并且n为0-50的整数,前提是m+n至少为1,优选至少为2。
在以上式(1a)中,不具有任何脂肪族不饱和键如烯基基团并且由R2表示的未取代或取代的单价烃基团具有1-10个碳原子,优选1-6个碳原子。基团R2的具体实例包括上面作为基团R1的实例提及的基团,其中考虑到易于合成,优选的是甲基、苯基和3,3,3-三氟丙基基团。
此外,不具有任何脂肪族不饱和键并且由R3表示的未取代或取代的单价烃基团具有1-10个碳原子,优选1-6个碳原子。基团K3的具体实例包括上面作为基团R1的实例提及的基团,其中考虑到易于合成,优选的是甲基、苯基和3,3,3-三氟丙基基团。由R3表示的烯基基团具有2-6个碳原子,优选2-4个碳原子,并且更优选2-3个碳原子。由R3表示的烯基基团的具体实例包括乙烯基、烯丙基、丙烯基,异丙烯基、丁烯基和异丁烯基基团,其中优选的是乙烯基基团。
在以上式(1a)中,在其中在分子链两端的基团R3之一是烯基基团的情况中,优选k为100-1,000的整数,m为0-40的整数,并且n为0。在其中在分子链两端的基团R3都不是烯基基团的情况中,优选k为100-1,000的整数,m为2-40的整数,并且n为0。
由以上式(1a)表示的有机聚硅氧烷的实例包括:
两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的二甲基聚硅氧烷,
两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的甲基三氟丙基聚硅氧烷,
两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物,
两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
两端三甲基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-乙烯基甲基硅氧烷共聚物,
两端三甲基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-乙烯基甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
两端三甲基硅氧基封堵的乙烯基甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物,
三甲基硅氧基二甲基乙烯基硅氧基端封堵的二甲基聚硅氧烷,
三甲基硅氧基二甲基乙烯基硅氧基端封堵的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
三甲基硅氧基二甲基乙烯基硅氧基端封堵的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
三甲基硅氧基二甲基乙烯基硅氧基端封堵的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
三甲基硅氧基二甲基乙烯基硅氧基端封堵的甲基三氟丙基聚硅氧烷,
三甲基硅氧基二甲基乙烯基硅氧基端封堵的二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物,
三甲基硅氧基二甲基乙烯基硅氧基端封堵的二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
两端甲基二乙烯基硅氧基封堵的二甲基聚硅氧烷,
两端甲基二乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
两端甲基二乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
两端甲基二乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
两端甲基二乙烯基硅氧基封堵的甲基三氟丙基聚硅氧烷,
两端甲基二乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物,
两端甲基二乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
两端三乙烯基硅氧基封堵的二甲基聚硅氧烷,
两端三乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
两端三乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
两端三乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
两端三乙烯基硅氧基封堵的甲基三氟丙基聚硅氧烷,
两端三乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷共聚物,和
两端三乙烯基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基三氟丙基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物。
有机聚硅氧烷的粘度不被特别限制。考虑到处理组合物中的优良可加工性和获得的固化产物的优良强度和流动性,在25℃通过旋转粘度计测定的粘度优选为50-100,000mPa·s,更优选为1,000-50,000mPa·s。
接着,组分(B)与上述组分(A)反应,并且充当交联剂。组分(B)为在一个分子中具有至少2个硅键合的氢原子(本文使用的用语“硅键合的氢原子”意为键合至硅原子的氢原子,即,其是指SiH基团(氢硅烷基基团))的有机氢聚硅氧烷。所述有机氢聚硅氧烷中硅键合的氢原子的数目优选为一个分子中2-30个,更优选2-10个,并且最优选2-5个。
包含在所述有机氢聚硅氧烷中的硅键合的氢原子可以位于分子链的末端或分子链的中间位置,或两者。尽管所述有机氢聚硅氧烷的分子结构不被具体限制,其可以为直链、环状、支链和三维网(树脂的)结构中的任何一种。
在一分子有机氢聚硅氧烷中硅原子的数目(即有机氢聚硅氧烷的聚合度)为20-1,000。从组合物处理中的优良可加工性和获得的固化产物的优良特征(低弹性模量、低应力)的视角来看,一个分子中硅原子的数目优选为40-1,000个,更优选为40-400个,进一步优选为60-300个,还进一步优选为100-300个,并且最优选为160-300个。
所述有机氢聚硅氧烷在25℃通过旋转粘度计测定的粘度为10-100,000mPa·s,更优选200-50,000mPa·s,并且最优选500-25,000mPa·s。因此,优选使用在室温(25℃)下是液体的有机氢聚硅氧烷。
优选使用具有以下平均组成式(2)的有机氢聚硅氧烷作为所述有机氢聚硅氧烷:
R4 cHdSiO(4-c-d)/2 (2)
其中R4独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团,c为0.7-2.2的正数,并且d为0.001-0.5的正数,并且c+d为0.8-2.5。
在以上式(2)中,R4独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团,并且其具有1-10个碳原子,优选1-6个碳原子。基团R4的具体实例包括:烷基基团,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、和癸基基团;芳基基团,例如苯基、甲苯基、二甲苯基和萘基基团;芳烷基基团,例如苯甲基、苯乙基和苯丙基基团;和通过由卤素原子如氯、溴和氟取代这些基团的至少一个氢原子获得的基团,例如3,3,3-三氟丙基基团。在这些基团中,优选的是烷基基团、芳基基团和3,3,3-三氟丙基基团,并且更优选的是甲基、苯基和3,3,3-三氟丙基基团。
此外,c优选为1.0-2.1的正数,同时d优选为0.001-0.1的正数,更优选为0.005-0.1的正数,进一步优选为0.005-0.05的正数,并且最优选为0.005-0.03的正数。此外,c+d优选在1.0-2.5的范围内,并且更优选在1.5-2.2的范围内。
由以上式(2)表示的有机氢聚硅氧烷的实例包括:
甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷环状共聚物,
两端三甲基硅氧基封堵的甲基氢聚硅氧烷,
两端三甲基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物,
两端二甲基氢硅氧基封堵的二甲基聚硅氧烷,
两端二甲基氢硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物,
两端三甲基硅氧基封堵的甲基氢硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
两端三甲基硅氧基封堵的甲基氢硅氧烷-二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物,
两端二甲基氢硅氧基封堵的甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷-二苯基硅氧烷共聚物,
由(CH3)2HSiO1/2单元和(CH3)3SiO1/2单元和SiO4/2单元构成的共聚物,
由(CH3)2HSiO1/2单元和SiO4/2单元构成的共聚物,和
由(CH3)2HSiO1/2单元和(C6H5)3SiO1/2单元和SiO4/2单元构成的共聚物。
组分(B)的量为至少1重量份,优选至少3重量份,基于100重量份组分(A)计。考虑该量的上限,该量优选为15-500重量份/100重量份组分(A),更优选为20-500重量份/100重量份组分(A),并且进一步优选为30-200重量份/100重量份组分(A)。在满足上述条件的同时,该组分(B)的量应该使得相对于组分(A)中存在的一个硅键合的烯基基团,存在于该组分(B)中的硅键合的氢原子的数目在0.3-2.5的范围内,优选在0.5-2的范围内,并且更优选在0.6-1.5的范围内。如果该量小于1重量份,则获得的固化产物易受渗油影响。如果硅键合的氢原子的数目/一个硅键合的烯基基团小于0.3,则交联密度会低至使得获得的组合物可能不能被固化,或者即使被固化,固化的产物可能显示降低的耐热性。如果硅键合的氢原子的数目/一个硅键合的烯基基团大于2.5,则可能导致因脱氢反应的起泡或获得的固化产物耐热性的降低或渗油的产生。
此外,组分(C)被用作催化剂,用于加速组分(A)中硅键合的烯基基团和组分(B)中硅键合的氢原子之间的加成反应。组分(C)为铂催化剂(铂或铂化合物),并且可以使用已知的那些。铂催化剂的具体实例包括铂黑、氯铂酸或氯铂酸的醇改性产物;和氯铂酸与烯烃、醛或乙烯基硅氧烷或炔属醇的配合物。
该组分(C)的量可以为有效的量,其可以根据希望的固化速率恰当地增加或降低。以基于组分(A)和组分(B)总量的铂原子的重量计,所述量为0.1-1,000ppm,优选1-300ppm。如果所述量过大,获得的固化产物可能显示降低的耐热性。
可以通过根据普通方法混合上述组分(A)-(C)(如果使用任选的组分,其包括在内)制备聚硅氧烷凝胶组合物。在混合的情况中,可以在根据需要分成两份或更多份之后混合要混合的组分。例如,可以在分成由部分组分(A)和组分(C)组成的一份和由剩余的组分(A)和组分(B)组成的一份之后混合组分(A)-(C)。
在固化所述聚硅氧烷凝胶组合物以获得聚硅氧烷凝胶的情况中,根据普通的固化方法,固化条件优选为80-150℃的温度和5-30分钟的时间。
现在,将在以下描述通过使用如上获得的聚硅氧烷凝胶片材制造太阳能电池组件的方法。
首先,在其中将保护性薄膜粘合至聚硅氧烷凝胶片材(第一聚硅氧烷凝胶片材)的情形中,剥离所述保护性薄膜,将太阳能电池串排布在所述第一聚硅氧烷凝胶片材的一个表面上,使光接收表面侧与所述聚硅氧烷凝胶片材接触。将因此排布在第一聚硅氧烷凝胶片材上的太阳能电池串布置在真空层压机上。将剥去保护性薄膜的另一聚硅氧烷凝胶片材(第二聚硅氧烷凝胶片材)覆盖在所述在光接收表面侧的第一聚硅氧烷凝胶片材上,使得所述太阳能电池串的光接收表面对面侧上的光非接收表面与所述第二聚硅氧烷凝胶片材接触(参见图1)。进一步地,将该组合件在真空中压在一起,由此用所述第一和第二聚硅氧烷凝胶片材封装所述太阳能电池串(图2)。
顺带提及,在图1和2中,数字3表示聚硅氧烷凝胶片材,数字4表示基础部件,并且数字5表示太阳能电池串。
在该情形中,也可以采取与以上过程反向的过程。在该反向的过程中,首先将太阳能电池串排布在在光非接收表面侧(与光接收表面相对)的聚硅氧烷凝胶片材(第二聚硅氧烷凝胶片材)上,使得所述串的与光接收表面相对的非接收表面与所述聚硅氧烷凝胶片材接触,然后将另一聚硅氧烷凝胶片材(第一聚硅氧烷凝胶片材)覆盖在所述第二聚硅氧烷凝胶片材上,使得所述太阳能电池串的光接收表面与所述第一聚硅氧烷凝胶片材接触,并且将该组合件在真空中压在一起,从而用所述第一和第二聚硅氧烷凝胶片材封装所述太阳能电池串。顺带提及,通过使用单晶硅和/或多晶硅生产所述太阳能电池,并且所述太阳能电池串为通过连接导线(tab wire)互联的太阳能电池组。
此外,在将所述堆叠的组合件在真空中在一起压制的时候,在真空中压制之前,所述第一聚硅氧烷凝胶片材的光接收表面侧或所述第二聚硅氧烷凝胶片材的光非接收表面侧(与所述光接收表面侧相对)可以预备地经历等离子体辐射处理或受激准分子束辐射处理,以活化所述聚硅氧烷凝胶片材的表面。而且,按照普通的方法,在真空中压制的过程中温度在从室温到150℃的范围内。
在通过使用真空层压机封装之后,剥离在光接收表面侧和光非接收表面侧的聚硅氧烷凝胶片材的基础部件(图3)。之后,将所述具有封装在其间的太阳能电池串的聚硅氧烷凝胶片材排布在光接收面板上,使所述光接收表面侧与所述面板接触,并且同时以具有5-20mm宽度的相框样形状沿所述第一聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶(图4)。在该图中,数字1表示透明光接收面板,数字2表示光非接收面板或背板,并且数字6表示丁基橡胶。此外,也可以采取与以上过程反向的过程。在该反向的过程中,首先将具有封装在其间的太阳能电池串的第二聚硅氧烷凝胶片材布置在光非接收面板或背板上,并且进一步地沿所述组合件的外周部分布置丁基橡胶。
在制造所述光接收面板中,除优良的透光度、耐候性和耐冲击性外还具有在户外使用中优良的长期可靠性的部件是需要的。满足这些条件的部件的实例包括钢化白玻璃、丙烯酸类树脂、氟树脂和碳酸酯树脂;一般地,广泛使用具有约3-5mm的厚度的钢化白玻璃。
此外,所用的丁基橡胶为通过使用热熔施涂机预备地加工成胶带样形状或绳样形状的橡胶。所述丁基橡胶可以是常见商业化的类型的。然而,因为所述丁基橡胶在后续步骤中在真空层压过程中经受100-150℃的温度,所述丁基橡胶优选为在该温度范围内能够保持其形状的热熔类型的;例如,使用丁基橡胶M-155P(由Yokohama RubberCo.,Ltd.生产)。
然后,将光非接收面板或背板布置在光接收表面侧的对面侧上,在减压下或在真空中通过真空层压机处理具有封装在其间的太阳能电池串的聚硅氧烷凝胶片材,以从光接收表面侧上的第一聚硅氧烷凝胶片材的表面和光接收面板之间的间隙中以及从光非接收表面侧上的第二聚硅氧烷凝胶片材的表面和光非接收面板或背板之间的间隙中除去空气。之后,在大气压力下并在于100-150℃加热下进行压制1-5分钟,以压力接合所述以相框样形状布置的丁基橡胶,由此制造太阳能电池组件(图5)。
在这里,要求在光接收表面对面侧上的光非接收面板有效地辐射太阳能电池串的热(或有效地降低太阳能电池串的温度)。因此,用于所述光非接收面板的材料的实例包括玻璃材料、合成树脂材料、金属材料及它们的复合部件。玻璃材料的实例包括蓝色平板玻璃、白色平板玻璃和钢化玻璃。合成树脂材料的实例包括丙烯酸类树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、聚对苯二酸乙二醇酯(PET)树脂和环氧树脂。金属材料的实例包括铜、铝和铁。复合部件的实例包括其上负载有高导热性材料如二氧化硅、二氧化钛、氧化铝或氮化铝的合成树脂。
顺带提及,和在太阳光入射侧上的面板一样,可以使用透明的部件作为在太阳光入射侧对面侧上的光非接收面板。这确保了直接到达的太阳光及其散射光可以部分地透射至阳光入射侧的对面侧。因此,例如在太阳能电池组件被安装在草地上的情况下,在太阳能电池组件的入射表面的对面侧上的部分,或者原本将在阴影中的部分也由部分太阳光辐射,由此可以促进植物的生长并且可以实现用于放牧牲畜的功用。
此外,在使用背板的情况中,背板的具体实例包括薄膜ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)薄膜,氟树脂薄膜如PVF(聚氟乙烯)薄膜,和具有夹在PVF片材之间的铝箔或PET薄膜的层压片材。
实施例
现在,将在以下通过实施例和对比实施例详细描述本发明。在所述实施例中,“份”意为“重量份”,“%”意为“wt%”,并且“Vi”表示“乙烯基基团”。此外,以在25℃通过旋转粘度计测定的值给出粘度。
实施例1
将100份具有10,000mPa·s的粘度的两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的二甲基聚硅氧烷,63份由以下式(3)表示并且具有10,000mPa·s的粘度的两端三甲基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物(组分(B)中硅键合的氢原子的数目/组分(A)中一个硅键合的烯基基团(该数在下文将被称为H/Vi)为1.05),
和0.05份具有1%铂原子浓度的氯铂酸乙烯基硅氧烷配合物的二甲基聚硅氧烷溶液均匀混合,以获得一种组合物。将如此获得的组合物在150℃在烘箱中加热30分钟,以获得具有75的针入度的固化产物。顺带提及,根据JIS K2220通过使用1/4锥测定所述针入度;具体地,通过使用Rigo Co.,Ltd.生产的自动针入度测试仪RPM-101测定针入度。
然后,使用上述材料生产聚硅氧烷凝胶片材。将上述材料加入缺角轮涂布机中,并且用所述组合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到250μm的总厚度。另外,在烘箱中在150℃固化如此获得的涂料薄膜30分钟,以获得聚硅氧烷凝胶片材。将保护性薄膜层合在所述聚硅氧烷凝胶片材的聚硅氧烷凝胶侧上,以获得聚硅氧烷凝胶片材卷。
从如此获得的聚硅氧烷凝胶片材卷中冲切出两个尺寸为320mm乘340mm的片材。首先,剥离在第一个聚硅氧烷凝胶片材上的保护性薄膜,并且用172nm波长的受激准分子激光束辐射所述聚硅氧烷凝胶片材的暴露的表面。接着,在所述辐射过的表面上排布单晶太阳能电池串,并且将在其上具有太阳能电池串的所述聚硅氧烷凝胶片材布置在真空层压机中。也剥离另一个聚硅氧烷凝胶片材上的保护性薄膜,并且以与以上相同的方式用受激准分子激光束辐射暴露的表面。将所述第二聚硅氧烷凝胶片材覆盖在在其上承载有太阳能电池串的、在光接收侧上的第一聚硅氧烷凝胶片材上,并且将得到的组合件(堆叠体)在真空中在60℃在一起压20分钟,以封装所述太阳能电池串。
接着,剥离光接收表面侧和其对面的光非接收表面侧上的聚硅氧烷凝胶片材上的PET基础部件。然后,将如此获得的、具有封装在聚硅氧烷凝胶片材之间的太阳能电池串的所述组合件布置在3.2mm厚的、尺寸为340mm乘360mm的钢化白玻璃上,使其光接收表面侧与所述玻璃接触,留下具有10mm宽度的外周空间。同时,以相框样形状在所述空白区域中布置具有6mm直径的绳样形状的丁基橡胶。
随后,还在光接收表面侧的对面侧上放置3.2mm厚的、尺寸为340mm乘360mm的钢化白玻璃,以封装所述太阳能电池串。通过使用真空层压机将所得到的具有封装在聚硅氧烷凝胶片材之间的太阳能电池串的组合件在真空气氛中在大气压力下在150℃压制5分钟,以制造太阳能电池组件A。
(评估太阳能电池元件中的裂缝)
进行太阳能电池组件A中的裂缝的评估。根据普通方法,通过目测或EL(电致发光)光发射法进行评估。
(通过严重劣化测试的评估)
通过PCT(压力锅测试)将太阳能电池组件A置于严重劣化测试。测试条件为125℃的温度、95%的湿度、2.1atm的压力和100小时的时间。测试后,进行通过EL光发射法的裂缝评估、通过目测的存在/不存在连接导线腐蚀的评估和通过目测的存在/不存在水(湿气)侵入组件的评估。
实施例2
将在实施例1中获得的均匀液体混合物加入缺角轮涂布机中,并且用所述混合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到550μm的总厚度。随后,以与实施例1中相同的方式制造太阳能电池组件B。将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
实施例3
将在实施例1中获得的均匀液体混合物加入缺角轮涂布机中,并且用所述混合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)膜,进行控制以得到850μm的总厚度。随后,以与实施例1中相同的方式制造太阳能电池组件C。将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
实施例4
将100份具有12,000mPa·s的粘度的两端二甲基乙烯基硅氧基封堵的二甲基聚硅氧烷,25份由以下式(4)表示并且具有2,000mPa·s的粘度的两端二甲基氢硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物(H/Vi为1.3),
和0.05份具有1%铂原子浓度的氯铂酸乙烯基硅氧烷配合物的二甲基聚硅氧烷溶液均匀混合,以获得一种组合物。将该组合物在150℃在烘箱中加热30分钟,以获得具有40的针入度的固化产物。
然后,将上述材料加入缺角轮涂布机中,并且用所述组合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到250μm的总厚度。随后,除了将一个25μm厚的、尺寸为340mm乘360mm的作为背板的ETFE薄膜放置在光接收表面侧的对面侧上外,以与实施例1中相同的方式制造太阳能电池组件D。将所述太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
实施例5
将在实施例4中获得的均匀液体混合物加入缺角轮涂布机中,并且用所述混合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到550μm的总厚度。接着,以与实施例4中相同的方式制造太阳能电池组件E。将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
实施例6
将在实施例4中获得的均匀液体混合物加入缺角轮涂布机中,并且用所述混合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到850μm的总厚度。接着,以与实施例4中相同的方式制造太阳能电池组件F,并将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
实施例7
将100份由以下式(5)表示并且具有10,000mPa·s的粘度的两端三甲基硅氧基封堵的二甲基硅氧烷-甲基乙烯基硅氧烷共聚物,
40份由以下式(6)表示并且具有6,000mPa·s的粘度的两端二甲基氢硅氧基封堵的二甲基聚硅氧烷(H/Vi为0.95),
和0.05份具有1%铂原子浓度的氯铂酸乙烯基硅氧烷配合物的二甲基聚硅氧烷溶液均匀混合,以获得一种组合物。将该组合物在150℃在烘箱中加热30分钟,以获得具有120的针入度的固化产物。
将上述材料加入缺角轮涂布机中,并且用所述材料涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到250μm的总厚度。以与实施例1中相同的方式制造太阳能电池组件G,并且将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
实施例8
将在实施例7中获得的均匀液体混合物加入缺角轮涂布机中,并且用所述混合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到550μm的总厚度。随后,以与实施例7中相同的方式制造太阳能电池组件H,并且将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
实施例9
将在实施例7中获得的均匀液体混合物加入缺角轮涂布机中,并且用所述混合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到850μm的总厚度。接着,以与实施例7中相同的方式制造太阳能电池组件I。将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
实施例10
以与实施例1中相同的方式制造太阳能电池组件J,除了以与实施例2中相同的方式通过使用缺角轮涂布机用实施例1中获得的均匀液体混合物涂布基础部件,进行控制以得到550μm的总厚度,以获得在光接收表面侧上的所述两个聚硅氧烷凝胶片材之一,并且以与实施例5中相同的方式施涂实施例4中获得的均匀液体混合物,进行控制以得到550μm的总厚度,以获得面板形式的、在光接收表面对面侧上的所述两个聚硅氧烷凝胶片材中的另一个。将所述太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
对比实施例1
将在实施例4中获得的均匀液体混合物加入缺角轮涂布机中,并且用所述混合物涂布作为基础部件的50μm厚的聚对苯二酸乙二醇酯(PET)薄膜,进行控制以得到550μm的总厚度,以获得聚硅氧烷凝胶片材卷。从该聚硅氧烷凝胶片材卷中冲切出两个具有340mm乘360mm的尺寸的片材。接着,以与实施例4中相同的方式制造太阳能电池组件K,但是不以相框样形状布置丁基橡胶。将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
对比实施例2
使用两片500μm厚的EVA(具有28%的乙酸乙烯酯含量的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)透明薄膜,基于普通方法,将单晶硅太阳能电池元件封装在两个具有340mm乘360mm的尺寸的钢化白玻璃基础部件之间。通过使用真空层压机在真空气氛中采用120℃加热的熔体压力接合30分钟,来进行所述封装,以由此制造太阳能电池组件L。将该太阳能电池元件置于裂缝评估和严重劣化测试。
裂缝评估和严重劣化测试的结果和上述条件一起在表1中列出。
表1
Claims (3)
1.制造太阳能电池组件的方法,包括:
在真空中压制被提供在太阳能电池串的太阳光接收表面上的第一聚硅氧烷凝胶片材和被提供在所述太阳能电池串的对面侧太阳光非接收表面上的第二聚硅氧烷凝胶片材,以用所述第一和第二聚硅氧烷凝胶片材封装所述太阳能电池串;
将所述第一聚硅氧烷凝胶片材的太阳光接收表面侧布置在将成为太阳光入射表面的透明光接收面板的一个表面上并且以相框样形状沿所述第一聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶,或者将所述第二聚硅氧烷凝胶片材的太阳光非接收表面侧布置在将成为太阳光非入射侧的光非接收面板或背板的一个表面上并且以相框样形状沿所述第二聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶;和
将所述光接收面板和所述光非接收面板或背板覆盖在彼此之上,使聚硅氧烷凝胶片材封装的太阳能电池串在内部,并且在100-150℃在真空中压制它们,以通过丁基橡胶将所述光接收面板和所述光非接收面板或背板彼此压力接合。
2.权利要求1所述的制造太阳能电池组件的方法,
其中所述聚硅氧烷凝胶片材为通过固化聚硅氧烷凝胶组合物获得的聚硅氧烷凝胶的片材,所述聚硅氧烷凝胶组合物包含:
(A)在一个分子中具有至少一个硅键合的烯基基团并且由以下平均组成式(1)表示的有机聚硅氧烷:
RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
其中R为烯基基团,R1独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团,a为0.0001-0.2的正数,b为1.7-2.2的正数,且a+b为1.9-2.4;
(B)在一个分子中具有至少两个硅键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷;和
(C)铂催化剂,
所述聚硅氧烷凝胶具有30-200的针入度。
3.权利要求1或2所述的制造太阳能电池组件的方法,其中所述聚硅氧烷凝胶片材的厚度为200-1,000μm。
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