CN104185906B - Uv辐射可固化聚氨酯树脂用于制备太阳能层压品的用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及辐射可固化的树脂组合物用于制备太阳能层压品的用途、借助本发明的树脂组合物制备太阳能层压品的方法以及可通过所述方法制备的太阳能层压品。

Description

UV辐射可固化聚氨酯树脂用于制备太阳能层压品的用途
本发明涉及辐射可固化的树脂组合物用于制备太阳能层压品的用途、借助本发明的树脂组合物制备太阳能层压品的方法以及可通过所述方法制备的太阳能层压品。
太阳能电池或光伏系统包括半导体,其用于将光转化成电。下文使用通用术语太阳能电池描述这些。用光照射太阳能电池一般在太阳能电池相对的两端之间产生电势差,这由通过光照射产生的电子流动引起。电势值取决于入射到所述太阳能电池上的光的强度。
太阳能电池可以由各种类型的半导体材料制备,例如由单晶硅或多晶硅制备,或者作为薄层电池由无定形硅或半结晶硅、砷化镓、二硒化铜铟、碲化镉、二硒化铜铟镓或这些化合物的混合物制备。
原则上,两种不同类型的太阳能电池之间具有明显区别,即:一方面是晶片基太阳能电池另一方面是薄膜太阳能电池。晶片是由单晶或多晶圆柱体通过锯切法切割的薄层的半导体材料。与此相反,薄层太阳能电池是基于沉积在基材上的半导体材料层,在此沉积方法例如是溅射、PVD(物理气相沉积)、CVD(化学气相沉积)或类似的技术。
无论制备方法如何,晶片基和薄层基太阳能电池均具有低的机械强度并因此在使用时作太阳能电池与载体层组合。所述载体层,其用于机械加固(例如降低弯曲或冲击的不利影响的风险),可以是刚性材料,例如玻璃板,或柔韧性材料,如金属膜或由合适的塑料材料例如聚酰胺箔制成的层。
太阳能电池模块或光伏模块(下文称为太阳能电池模块)包含单独的太阳能电池或在载体层上相互连接的平面设置的太阳能电池。太阳能电池模块一般进行封装以便保护各个电池不受破裂影响的作用。这里太阳能电池模块的机械增强层可以例如采用透明外层的形式。然而,同样可以在所述太阳能电池模块的反面上提供机械增强层。这两种可能性也常常彼此组合从而使得太阳能电池模块包含机械稳定的外层和机械稳定的基材。
系列太阳能电池模块常常相互连接以便形成所谓的太阳能电池阵。这里,多个太阳能电池模块以这样的方式相互连接从而产生用于供应具有所要求的电压的电气系统的合适电压。
通常通过各个太阳能电池相互的电连接和在外层和基材之间层压所连接的电池来制备太阳能电池模块。进行此层压的方式不仅确保了太阳能电池模块具有足够的机械稳定性而且对其提供保护免受环境影响如风、雪、雨、污物等。
一般制备的晶片基太阳能电池模块带有通常借助粘合层固定的透明外层。因此光穿过所述上层和粘合层然后到达晶片的半导体表面。反面的机械保护层同样通过一层或多层封装材料固定在晶片反面。
现有技术公开了多种不同的用于太阳能电池模块的封装材料。例如,使用乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、Dupont的Tedlar®和热塑性聚氨酯箔以及UV-可固化氨基甲酸酯。所述封装材料一般作为膜使用以便将太阳能电池的上述各构件相互层压起来。例如US 4,331,494中描述了上述材料和加工方法。还已知用于制备耐候性层的丙烯酸酯基聚合物,例如如US 4,374,995中所描述。用于太阳能电池模块的另一已知的方法是丙烯酸酯基预聚物的施加和固化。这例如描述于US 4,549,033中。US 6,320,116和EP 0 406 814 A1公开了用于太阳能电池或光伏系统的其它封装体系。
此外WO 2009/007786 A2描述了一种包括硅氧烷基预聚物的层压粘合剂。使用此类型的粘合剂制备有机硅树脂膜,所述半导体材料和所述外层通过所述膜相互连接在一起。
WO 2005/006451 A1公开了类似的材料。此公开的说明书描述了用于太阳能电池的封装材料,其包含每分子具有至少两个硅-烯基基团的液体二有机聚硅氧烷。将此预聚物施加到待相互连接的太阳能电池构件上,并将其热固化或通过红外辐射固化。
上述方法具有各种缺点。由乙烯-乙酸乙烯酯制备且用于制备太阳能模块的层压品的上述箔片首先插入到待胶粘的层之间。接着将此层状结构在真空下加热到约140℃达40分钟以便达到充足的接合强度。在此所述EVA箔片熔融并在冷却后固定所述层状复合组件。一方面,此基于真空的方法复杂,另外,太阳能电池模块加热到140℃使得所述半导体构件处于应力之下,所述应力不利地影响太阳能电池的耐久性和效率。含硅氧烷的粘合剂比较昂贵,并且在所有基材上都没有足够的粘附性。
US 8,034,455 B2描述了UV-可固化的组合物的用途,所述组合物可用于太阳能模块的涂层。US 8,034,455 B2没有表明UV可固化的组合物是否或如何可以用于太阳能模块的胶粘,从而使得在阴影区域中单独的层之间也达到足够的粘附。
在上述现有技术的基础上,本发明的目的在于提供一种树脂组合物,其适合用于以容易实施的连续法制备太阳能层压品,其中所述树脂组合物在太阳能层压品的各个层之间的所有区域中均产生良好的粘附性。
本发明通过使用用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物实现了所述目的,所述组合物包含至少一种异氰酸酯官能的化合物(组分A)和至少一种多元醇(组分B),所述异氰酸酯官能的化合物具有至少一种选自如下的辐射固化基团:乙烯基、丙烯基、烯丙基、乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯基团。
对于本发明,“(甲基)丙烯酸酯”是指相应的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯官能团,或二者的混合物。
不定冠词“一个”或“一种”并不表示任何数值限制而是意味着“至少一个”或“至少一种”,除非明确排除了所述意思。
对于本发明,辐射固化基团是在暴露于光化辐射时通过聚合反应的官能团。表述光化辐射是指电磁、电离辐射,特别是电子束、UV辐射和可见光(Roche Lexikon Medizin[Roche encyclopedia of medicine],第4版;Urban & Fischer Verlag, Munich 1999)。对于本发明,表述在暴露于光化辐射时通过聚合与烯键式不饱和化合物反应的基团(辐射固化基团)是指乙烯基、丙烯基、烯丙基、乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯基团,其中优选为乙烯基醚和/或(甲基)丙烯酸酯基团,并特别优选为(甲基)丙烯酸酯基团。
令人惊讶地,已经发现当使用上述类型的辐射可固化树脂组合物时在层压步骤过程中可以省去加热,不同组分之间的连接由此显著地简化。本发明中使用的组合物可以例如在室温下加工,从而不仅节约了热能而且消除了在制备工艺过程中太阳能电池模块通过高温加热所经受的应力。
本发明中使用的树脂组合物可以例如通过暴露于光化辐射固化,并且如果需要的话也可以通过热活化固化。为此,向所述组合物中加入适当的引发剂作为组分E),该引发剂在所需的方法中能够引发特别是组分C)和/或D)的双键聚合。对此所要求的物质和用量是本领域技术人员已知的。如果使用高能辐射如电子束,则通常不需要加入引发剂。
因此,在一个优选的实施方案中,本发明还涉及辐射可固化的树脂组合物用于制备太阳能层压品的用途,所述组合物包含至少一种异氰酸酯官能的化合物(组分A)、至少一种多元醇(组分B)、至少一种不带有异氰酸酯基团的不饱和氨基甲酸酯丙烯酸酯(组分C)和至少一种(甲基)丙烯酸酯组分(组分D),所述异氰酸酯官能的化合物具有至少一种选自如下的辐射固化基团:乙烯基、丙烯基、烯丙基、乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯基团。
因此,在一个特别优选的实施方案中,本发明还涉及辐射可固化的树脂组合物用于制备太阳能层压品的用途,所述组合物包含至少一种异氰酸酯官能的化合物(组分A),所述异氰酸酯官能的化合物具有至少一种选自如下的辐射固化基团:乙烯基、丙烯基、烯丙基、乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯基团,
包含至少一种多元醇(组分B),
至少一种不带有异氰酸酯基团的不饱和氨基甲酸酯丙烯酸酯(组分C),
至少一种(甲基)丙烯酸酯组分(组分D)和
至少一种引发剂(组分E)。
优选本发明中使用的树脂组合物不含沸点< 150℃,特备是< 200℃的溶剂。这意味着至多存在痕量此类物质,基于所述树脂组合物计例如至多0.5重量%,特别是至多0.1重量%。
可用于本发明的异氰酸酯官能的化合物例如由多异氰酸酯组成,其中初始存在的部分NCO基团已与羟基官能的化合物反应,所述羟基官能的化合物具有选自下组的官能团:乙烯基、丙烯基、烯丙基、乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯基团,从而所述异氰酸酯官能的化合物带有乙烯基、丙烯基、烯丙基、乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和/或(甲基)丙烯酸酯基团以及异氰酸酯基团。
使用的多异氰酸酯一般是数均分子量在800 g/mol以下的芳族、脂族和环脂族多异氰酸酯。合适的化合物的实例是选自下组的二异氰酸酯:2,4-/2,6-甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、三异氰酸根合壬烷(TIN)、萘二异氰酸酯(NDI)、4,4'-二异氰酸酯根合二环己基甲烷、3-异氰酸根合甲基-3,3,5-三甲基环己基异氰酸酯(异佛尔酮二异氰酸酯= IPDI)、四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、2-甲基五亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯(THDI)、十二亚甲基二异氰酸酯、1,4-二异氰酸根合环己烷、4,4'-二异氰酸根合-3,3'-二甲基二环己基甲烷、4,4'-二异氰酸根合-2,2-二环己基丙烷、3-异氰酸根合甲基-1-甲基-1-异氰酸根合环己烷(MCI)、1,3-二异辛基氰酸根合-4-甲基环己烷、1,3-二异氰酸根合-2-甲基环己烷和α,α,α',α'-四甲基-间-或-对-苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)和这些化合物组成的混合物。
用于制备所述异氰酸酯官能化合物的优选的起始材料是六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和/或4,4'-二异氰酸根合二环己基甲烷。
同样合适的多异氰酸酯是上述这些的相同或不同的异氰酸酯之间的反应产物,得到脲二酮或得到异氰脲酸酯。例如,可以提及的是Desmodur® N3300、Desmodur® N3400或Desmodur® N3600(均来自Bayer MaterialScience, Leverkusen,DE)。此外,异氰酸酯的衍生物也是合适的,例如脲基甲酸酯或缩二脲。例如,可以提及的是Desmodur® N100、Desmodur® N75MPA/BA或Desmodur® VPLS2102 (均来自Bayer MaterialScience,Leverkusen, DE)。
具有辐射固化基团的含羟基化合物的实例是(甲基)丙烯酸2-羟基乙酯、 聚环氧乙烷单(甲基)丙烯酸酯(例如 PEA6 / PEM6;Laporte Performance Chemicals Ltd.,UK)、聚环氧丙烷单(甲基)丙烯酸酯 (例如 PPA6、PPM5S;Laporte Performance ChemicalsLtd., UK)、聚环氧烷单(甲基)丙烯酸酯 (例如 PEM63P, Laporte PerformanceChemicals Ltd., UK)、聚(ε-己内酯)单(甲基)丙烯酸酯如Tone M100®(Dow,Schwalbach, DE)、(甲基)丙烯酸2-羟基丙酯、 (甲基)丙烯酸4-羟基丁酯、 羟基丁基乙烯基醚、(甲基)丙烯酸3-羟基-2,2-二甲基丙酯、羟基官能的单-、二-或可能的更高级的丙烯酸酯如二(甲基)丙烯酸甘油酯、三羟甲基丙烷二(甲基)丙烯酸酯、 三(甲基)丙烯酸季戊四醇酯或五(甲基)丙烯酸二季戊四醇酯,这些化合物通过任选地烷氧基化的多元醇如三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇和二季戊四醇的反应可获得。
在氨基甲酸酯化反应中也可用作具有辐射固化基团的这些OH官能的化合物的是含双键的酸与任选地含有双键的环氧化合物的反应产物,例如(甲基)丙烯酸与(甲基)丙烯酸缩水甘油酯或双酚A二缩水甘油基醚的反应产物。
优选所述具有至少一种辐射固化基团的异氰酸酯官能的化合物是异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯,其中所述辐射固化基团选自下组:乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯基团。表述氨基甲酸酯丙烯酸酯是指每分子具有至少一个异氰酸酯基团和至少一个丙烯酸酯基团的化合物。此类体系本身是已知的且能够通过与多元醇或多元胺的NCO/OH反应和通过丙烯酸酯官能团借助UV光或电子束自由基聚合。由于这些化合物具有两种不同的聚合机理,所以包含此类化合物的组合物也称作“双固化”体系。
可以用于本发明的异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯例如由其中初始存在的部分NCO基团已经与羟基官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯反应的多异氰酸酯组成,从而所述分子带有(甲基)丙烯酸酯端基和异氰酸酯端基。
在此,单体二-或三异氰酸酯可以用作用于异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯的起始化合物。合适的单体多异氰酸酯的实例是1,5-萘二异氰酸酯、2,2'-、2,4-和/或4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、氢化的MDI(H12MDI)、苯二甲基二异氰酸酯 (XDI)、四甲基苯二甲基二异氰酸酯 (TMXDI)、4,4'-二苯基二甲基甲烷二异氰酸酯、4,4'-二苄基二异氰酸酯、1,3-苯撑二异氰酸酯、 1,4-苯撑二异氰酸酯、甲苯基二异氰酸酯(TDI)、1-甲基-2,4-二异氰酸根合环己烷、1,6-二异氰酸根合-2,2,4-三甲基己烷、1,6-二异氰酸根合-2,4,4-三甲基己烷、1-异氰酸根合甲基-3-异氰酸根合-1,5,5-三甲基环己烷(IPDI)、四甲氧基丁烷-1,4-二异氰酸酯、己烷-1,6-二异氰酸酯(HDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯、环己烷-1,4-二异氰酸酯、乙撑二异氰酸酯、三甲基六亚甲基二异氰酸酯、1,4-二异氰酸根合丁烷、1,12-二异氰酸根合十二烷、二聚脂肪酸二异氰酸酯或二异氰酸酯的脲二酮、缩二脲或异氰脲酸酯。也可以使用例如在EP 1 002 818 B1中描述的异氰酸酯三聚体,其公开内容通过引用并入本申请。
使用的羟基官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯原则上是任何可能的此类化合物。所述化合物包含至少一种(甲基)丙烯酸的一元羟基官能的酯。这些可以是丙烯酸或甲基丙烯酸与二元醇的具有游离羟基的酯,例如2-羟基乙基、2-或3-羟基丙基、或2-、3-或4-羟基丁基(甲基)丙烯酸酯,或者此类化合物的任何需要的混合物。另外,也可以使用具有(甲基)丙烯酰基基团的一元醇,或者通过n元醇与(甲基)丙烯酸酯化反应获得的主要由此类醇组成的反应产物,其中使用的醇也可以是各种醇的混合物,以这样的方式n为整数或是统计平均的非整数,其值大于2至4,优选3,其中每摩尔所提到的醇使用的(甲基)丙烯酸的量为(n-0.8)至(n-1.2),优选(n-1)摩尔。这些化合物或产物混合物例如是:甘油、三羟甲基丙烷和/或季戊四醇,该类醇的低分子量的烷氧基化产物,例如乙氧基化或丙氧基化的三羟甲基丙烷,例如环氧乙烷加成到具有OH值550的三羟甲基丙烷上的加合物,或该类至少三元醇与二元醇,例如乙二醇或丙二醇的任何需要的混合物与(ii)(甲基)丙烯酸以所提及的摩尔比的反应产物。
可用于本发明的氨基甲酸酯丙烯酸酯的制备同样可以通过由选自下组的聚合化合物起始:聚酯(甲基)丙烯酸酯、聚醚(甲基)丙烯酸酯、聚醚酯(甲基)丙烯酸酯、具有烯丙基醚结构单元的不饱和的聚酯和聚环氧(甲基)丙烯酸酯。此聚合化合物形成所述聚合物的主要结构并与多异氰酸酯反应以制备氨基甲酸酯丙烯酸酯。如果需要的话,所得氨基甲酸酯丙烯酸酯的异氰酸酯基团本身接着可以与分别具有羟基官能和至少一个(甲基)丙烯酸酯基团的单体化合物反应,由此产生丙烯酸酯端基。如果仅仅部分所述异氰酸酯基团反应,则得到异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯。如果所述异氰酸酯基团全部反应,则产生不饱和的氨基甲酸酯丙烯酸酯。
在本发明中使用的树脂组合物的一个特别的实施方案中,所述异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯的NCO官能度为0.8-6,优选为1-4,更优选为1.2-3,非常特别优选为1.5-2.5并特别是2。这是特别有利的,因为如此可以在非常多种的材料如塑料、金属和玻璃上产生良好的粘附性。
所述异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯的双键官能度可以广泛地变化。优选所述双键官能度为0.5-6,优选为1-4,更优选为1.5-3。在此双键官能度定义为每分子异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯的双键的统计平均数。
进一步优选所述异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯的平均分子量为150-5000,特别是300-2500。
本发明中使用的树脂组合物另外包含至少一种多元醇(组分B)。为此,可以使用现有技术中已知的例如用于制备聚氨酯聚合物的任何多元醇。可用于此目的的化合物特别是聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚醚聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚酯碳酸酯多元醇或聚醚碳酸酯多元醇。其它实例是脂族醇和多元醇,其每分子具有1-6个羟基和2-大约30个碳原子。合适的脂族多元醇的实例是乙二醇、1,2-或1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、2,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、戊烯二醇、1,6-己二醇、1,8-辛二醇、十二烷二醇和更高级的同系物、异构体和该类化合物的混合物。同样合适的是更高官能的醇如甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇,或糖醇如山梨糖醇或葡萄糖,以及低聚醚,或者与环氧乙烷或与环氧丙烷的反应产物。另外也可以使用所谓的聚醚多元醇:低分子量多官能醇与环氧烷的反应产物。优选所述环氧烷具有两个-大约四个碳原子。合适的化合物的实例是乙二醇、丙二醇、甘油、三羟甲基乙烷或三羟甲基丙烷或季戊四醇与环氧乙烷、环氧丙烷或环氧丁烷或与其混合物的反应产物。这里提及的醇本身也可以是“双官能的”,即:也可以具有不饱和双键和羟基,其中所述双键可以例如通过与丙烯酸的部分酯化反应或与二-或多异氰酸酯反应并如上所述与含有双键的羟基官能的化合物进一步反应而获得。
所述多元醇的分子量可以广泛地变化。优选所述多元醇的分子量(MN)为大约50-5000 g/mol (数均分子量,MN,其可以通过GPC测定),特别是150-2500 g/mol。此类多元醇是本领域技术人员已知的并可商业获得。
特别地,所述多元醇特征在于OH官能度为1-6,优选为1.5-5,更优选为1.7-4,特别优选为1.8-3.5,并非常特别优选为2。
本发明提供了所述树脂组合物任选地包含不饱和的氨基甲酸酯丙烯酸酯(组分C)。这不同于所述异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯之处在于其中不带有游离NCO基团。本发明中使用的不饱和氨基甲酸酯丙烯酸酯,也如所述异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯一样,由多官能异氰酸酯构成,其中在不饱和氨基甲酸酯丙烯酸酯的情况下,所有的异氰酸酯基团都已与羟基官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯反应。也可以使用上面在异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯的情况下描述的替代物,其具有由聚酯(甲基)丙烯酸酯、聚醚(甲基)丙烯酸酯、聚醚酯(甲基)丙烯酸酯、具有烯丙基醚结构单元的不饱和聚酯和聚环氧(甲基)丙烯酸酯构成的聚合物骨架。
关于可用于所述不饱和氨基甲酸酯丙烯酸酯的多官能异氰酸酯,对于这些化合物可以使用原则上与在异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯的情况下上述那些相同的化合物。
优选用于不饱和氨基甲酸酯丙烯酸酯的多官能异氰酸酯选自脂族多官能异氰酸酯。换言之,因此优选不饱和的脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯作为组分C)。特别优选这些化合物,因为它们改善了本发明中使用的组合物在固化之后的柔韧性。这对于在太阳能电池的情况下用作层压粘合剂是特别重要的,因为由此改善耐冲击和震动能力。另外,改善的柔韧性防止了由不断变化的温度产生的应力造成的太阳能电池的各层分层。
在本发明的另一实施方案中,所述不饱和的氨基甲酸酯丙烯酸酯包含一定比例的OH基团。OH官能度通常较小,和例如可以为0.01-1,优选为0.05-0.8,更优选为0.08-0.6,非常特别优选为0.09-0.5,和特别是0.1。这些OH基团同样可用于与NCO基团反应。
进一步优选所述不饱和的氨基甲酸酯丙烯酸酯的平均分子量为200-3000,特别是300-2000。
所述不饱和的氨基甲酸酯丙烯酸酯的双键官能度可以广泛地变化。优选所述双键官能度为1-6,优选为2-5,更优选为2.5-4。在此双键官能度定义为每分子不饱和的氨基甲酸酯丙烯酸酯的双键的统计平均数。
本发明中使用的树脂组合的另一特征是任选地存在(甲基)丙烯酸酯组分(组分D)。此(甲基)丙烯酸酯组分可以选自脂族和/或芳族甲基丙烯酸酯。可以使用的(甲基)丙烯酸烷基酯例如是非叔烷基醇的直链或支化的单官能不饱和的(甲基)丙烯酸酯,其中所述烷基具有4-14个碳原子,和特别是4-12个。这些低级丙烯酸烷基酯的实例是丙烯酸正丁酯、正戊酯、正己酯、环己酯、异庚酯、正壬酯、正癸酯、异己酯、异冰片酯、2-乙基辛酯、异辛酯、2-乙基己酯、四氢糠酯、乙氧基乙氧基乙酯、苯氧基乙酯、环三甲基丙烷、3,3,5-三甲基环己酯、叔丁基环己酯、叔丁酯,和相应的甲基丙烯酸酯。优选的丙烯酸烷基酯是丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸-乙基辛酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸四氢糠酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯、丙烯酸苯氧基乙酯、丙烯酸3,3,5-三甲基环己酯和丙烯酸环己酯。
在本发明中使用的树脂组合物的另一优选的实施方案中,组分E选自UV引发剂、可热活化引发剂和氧化还原引发剂。
可以使用的可光活化的引发剂的实例是苯偶姻醚如苯偶姻甲基醚、苯偶姻异丙基醚,取代的苯偶姻醚如茴香偶姻甲基醚,苯乙酮如2,2-二乙氧基苯乙酮,取代的苯乙酮如2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮和1-苯基-2-羟基-2-甲基-1-丙酮,取代的α-酮醇如2-甲基-2-羟基苯丙酮,芳族磺酰氯和光活化肟如1-苯基-1,1,-丙二酮-2-(O-乙氧基羰基)肟。
有机过氧化物可以用作热可活化的引发剂,例如二叔丁基过氧化物、苯甲酰基过氧化物和月桂基过氧化物及2,2'-偶氮二(异丁腈)。
上述引发剂的用量原则上是本领域技术人员已知的,例如为大约0.01-8重量%,特别是0.5-5重量%,优选为1-3重量%。
本发明中使用的组合物另外也可包括常规的添加剂。可用于此的那些添加剂的实例是本领域技术人员已知的如下这些:填料、稳定剂(特别是UV稳定剂)、杀真菌剂、染料、颜料、聚合催化剂、增塑剂和溶剂。例如,本身已知的异氰酸酯加成催化剂可以用作聚合催化剂,例如三乙胺、1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、二辛酸锡、二月桂酸二丁基锡或辛酸铋。
在本发明中使用的树脂组合物的一个特别优选的实施方案中,其包含如下量的组分:
组分A) 10-79.9重量%,特别是15-75重量%,
组分B) 20-89.9重量%,特别是25-85重量%,
组分C) 0-50重量%,特别是15-30重量%,
组分D) 0-35重量%,特别是10-25重量%,
组分E) 0.1-8重量%,特别是0.5-5重量%。
使用此组合物是特别优选的,因为它特别适合用于制备太阳能层压品。此组合物结合了在一般使用的基材上的良好粘附性,具有高的长期耐环境影响性,足够地柔韧以便补偿层压品中的应力和另外可以容易迅速加工。
在本发明中进一步优选树脂组合物的特征是组分A)和B)基本上可以彼此单独储存,其中根据需要在预混合中已经将C)、D)和任选的E)混合到组分A)和B)。
本发明进一步提供了用于制备太阳能层压品的方法,所述太阳能层压品包含至少一种具有正面、反面和其中连接的反面触点的太阳能电池。
本发明进一步提供了用于制备太阳能层压品的方法,所述太阳能层压品包含至少一种具有正面、反面和其中连接的反面触点的太阳能电池,且包含玻璃板及包含反面箔片,其中所述方法包括下面的步骤:
a) 将如上述定义的辐射可固化树脂组合物施加到所述太阳能模块的反面箔片和玻璃板上,
b) 通过光化辐射使所述涂层固化,
c) 使所述太阳能电池的正面与在玻璃板上制备的树脂层接触,
d) 使所述太阳能电池的反面与在反面箔片上制备的树脂层接触,
e) 使所述太阳能电池的反面触点穿过所述反面箔片,
f) 将所得的层状复合组件导入真空层压机中用于除去含有的空气,和
g) 所述树脂组合物的剩余的异氰酸酯和OH官能度在真空层压机中在减小的大气压下部分固化,以便所述太阳能元件的正面和反面与太阳能电池的封装有效地胶粘。
本发明的方法的优点是所述层压法不要求任何高温。因此不需要在层压工艺结束之前使太阳能模块经受长时间热应力。
本发明进一步提供了用于制备太阳能层压品的方法,所述太阳能层压品包含至少一种具有正面、反面和其中连接的反面触点的太阳能电池,且包含玻璃板及包含反面箔片,其中所述方法包括下面的步骤:
a) 将如上述定义的辐射可固化树脂组合物施加到所述太阳能模块的反面箔片上,
b) 通过光化辐射使所述涂层固化,
c) 使所述太阳能电池的反面与在反面箔片上制备的树脂层接触,
d) 使所述太阳能电池的反面触点穿过所述反面箔片,
e) 将辐射可固化的树脂组合物施加到在步骤d)之后得到的所述太阳能层压品的正面,
f) 使所述太阳能电池的正面与玻璃板接触,
g) 将所得的层状复合组件导入真空层压机中,
h) 所述树脂组合物的剩余的异氰酸酯和OH官能度在真空层压机中在减小的大气压下部分固化,
i) 从层压机中卸下后,本发明的树脂组合物的剩余双键通过经由用具有自由基反应性的基团预处理(geprimert)的前面玻璃板的光化辐射固化,和
j) 使所述玻璃板与所述太阳能电池的树脂基质和封装胶粘。
在本发明的方法中,聚氨酯树脂组合物的固化通过暴露于光化辐射如UV辐射、γ辐射或电子束和通过OH基团与NCO基团的反应独立地进行的聚合反应有利地进行。
本发明进一步提供了用于制备太阳能层压品的方法,所述太阳能层压品包含至少一种具有正面、反面和其中连接的反面触点的太阳能电池,且包含玻璃板及包含反面箔片,其中所述方法包括下面的步骤:
a) 将粘合剂施加到所述太阳能电池的反面箔片和/或反面上,
b) 使所述太阳能电池的反面与所述反面箔片接触并胶粘,
c) 使所述太阳能电池的反面触点穿过所述反面箔片,
d) 将如上述定义的辐射可固化的树脂组合物施加到在步骤c)之后得到的所述太阳能层压品的正面,
e) 通过光化辐射使所述树脂组合物固化,
f) 任选地在真空层压工艺中通过另外的前面箔片或玻璃板保护在e)之后得到的扁平封装的电池,和
g) 任选地通过一个或多个另外的漆-涂层保护在e)之后得到的扁平封装的电池。
优选太阳能电池的反面胶粘在已制备的或根据众所周知的方法已表面清洁、活化且带有促粘性能的合适的装配的玻璃板或反面箔片上,或胶粘到提供稳定性和足够的免受环境影响的保护的其它基底上。耐温度变化和耐候性的众所周知的粘合剂适合作为粘合剂,例如反应性热熔粘合剂、热可活化的粘合剂分散体和丙烯酸酯基或硅酮基PVA和PSA粘合剂。在此所述粘合剂可以施加到太阳能电池上或者施加到箔片上或基底上。所得的太阳能电池结构的正面接着用本发明中使用的组合物涂敷,其中这样制得扁平的或特别是结构化的表面。所述涂敷的太阳能电池接着用光化辐射、电子束或热处理。所得的太阳能电池可以任选地例如在真空层压烘箱中胶粘到玻璃板上或透明箔片上,或者可以带有一个或多个另外的漆-涂层。将所得封装的太阳能电池在室温下储存10-72小时用于完全固化。也可以在高达120℃的更高的温度下储存用于加速固化。
在一个特别的实施方案中,本发明中使用的树脂配制剂也用于所述太阳能电池反面的胶粘。
与仅通过自由基路线(UV)交联的涂层相比的优点在于本发明的方法实现了更低的收缩率,并且还在阴影区域中实现了涂层的可靠固化,这对于元件的长期稳定性是特别重要的,因为阴影区域中未固化的单体成分会迁移,形成起泡,且趋向于造成涂层分离。
本发明进一步提供了一种太阳能层压品,其可以通过本发明的方法制备。
本发明进一步提供了一种太阳能层压品,其包含本发明中使用的树脂组合物。
实施例:
在下面参考具体实施例更详细地说明本发明。
在具体实施例中使用下面的化学品;
Desmophen® C 1100:直链脂族聚碳酸酯聚酯,Bayer Material Science,Leverkusen (德国),
Desmolux® XP 2513:不饱和的脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯,Bayer MaterialScience, Leverkusen (德国),
Desmolux® VP LS 2396:异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯,Bayer MaterialScience, Leverkusen (德国),
IBOA:丙烯酸异冰片酯,Evonik
Irgacure® 2959:UV引发剂,BASF
AMEO® T:增粘剂,来自Evonik。
为了制备本发明的树脂组合物,首先制备两种在使用前才相互混合的组分。所述第一组分包含下面的成分:
组分 质量 (g) 重量%
Desmophen® C 1100 51.5 25.5
Desmolux® XP 2513 65.0 27.7
IBOA 32.7 16.2
Irgacure® 2959 5.9 2.9
在此第一组分的制备中,首先将Irgacure® 2959溶解在丙烯酸异冰片酯(IBOA)中,并接着与其它组分混合。
所述第二组分仅由异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯构成:
组分 质量 (g) 重量%
Desmolux® VP LS 2396 56.0 27.7
通过将所述两种组分小心地相互混合并将它们施加到所述反面箔片上制备太阳能层压品。将所得的涂层通过光化辐射固化。然后将所述太阳能电池放置到所述反面箔片上,并注入另外的树脂配制剂,其中使所述太阳能电池的反面触点穿过所述反面箔片中带有的合适的切口。将在朝向电池的一面用合适的增粘剂(例如用氨基硅烷(AMEO® T,来自Evonik))预处理的玻璃板放置在此层状复合组件上,并接着将其转移到真空层压装置中,所述装置排空了任何存在的空气,从而达到了完全除去粘合剂层与各构件之间夹杂的空气,并接着借助UV弧光灯固化。
固化之后得到了具有良好机械稳定性、耐气候影响且同时容易制备的太阳能模块。所述太阳能模块也可以以连续法获得。

Claims (17)

1.用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,所述组合物包含至少一种异氰酸酯官能的化合物,即组分A,和至少一种多元醇,即组分B,所述异氰酸酯官能的化合物具有至少一种选自如下的辐射固化基团:乙烯基、丙烯基、烯丙基、乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯基团,
其中所述辐射可固化的树脂组合物包含至少一种不带有异氰酸酯基团的不饱和的氨基甲酸酯丙烯酸酯,即组分C,和至少一种(甲基)丙烯酸酯组分,即组分D。
2.如权利要求1中所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述辐射可固化的树脂组合物包含至少一种引发剂,即组分E。
3.如权利要求1所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述异氰酸酯官能的化合物具有(甲基)丙烯酸酯基团。
4.如权利要求1所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述具有至少一种辐射固化基团的异氰酸酯官能的化合物是异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯,其中所述辐射固化基团选自下组:乙烯基、丙烯基、烯丙基、乙烯基醚、马来酰基、富马酰基、马来酰亚胺、二环戊二烯基、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酸酯基团。
5.如权利要求4所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述异氰酸酯官能的氨基甲酸酯丙烯酸酯的NCO官能度为0.8-6。
6.如前述权利要求任一项所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述辐射可固化的树脂组合物不含沸点<150℃的有机溶剂。
7.如权利要求1所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述多元醇的OH官能度为1-6。
8.如权利要求2所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述不带有异氰酸酯基团的不饱和氨基甲酸酯丙烯酸酯即组分C的双键官能度为1-6。
9.如权利要求2所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述不带有异氰酸酯基团的不饱和氨基甲酸酯丙烯酸酯即组分C为不饱和的脂族氨基甲酸酯丙烯酸酯。
10.如权利要求2所述的用于制备太阳能层压品的辐射可固化的树脂组合物,其特征在于:所述(甲基)丙烯酸酯组分即组分D选自下组:(甲基)丙烯酸异冰片基酯、丙烯酸四氢糠基酯、丙烯酸2-乙基辛基酯、丙烯酸2-乙基己基酯和丙烯酸乙氧基乙氧基乙基酯。
11.用于制备太阳能层压品的方法,所述层压品包含具有正面、反面和其中连接的反面触点的至少一种太阳能电池,且包含玻璃板和反面箔片,其中所述方法包括下面的步骤:
a) 将如权利要求1-10中一项所述的辐射可固化树脂组合物施加到太阳能模块的反面箔片和玻璃板上,
b) 通过光化辐射使所得涂层固化,
c) 使所述太阳能电池的正面与在玻璃板上制备的树脂层接触,
d) 使所述太阳能电池的反面与在反面箔片上制备的树脂层接触,
e) 使所述太阳能电池的反面触点穿过所述反面箔片,
f) 将所得的层状复合组件导入真空层压机中用于除去含有的空气,和
g) 所述树脂组合物的剩余的异氰酸酯和OH官能度在真空层压机中在减小的大气压下部分固化,以便太阳能元件的正面和反面与太阳能电池的封装有效地胶粘。
12.用于制备太阳能层压品的方法,所述层压品包含具有正面、反面和其中连接的反面触点的至少一种太阳能电池,且包含反面箔片,其中所述方法包括下面的步骤:
a) 将如权利要求1-10中一项所述的辐射可固化树脂组合物施加到太阳能模块的反面箔片上,
b) 通过光化辐射使所得涂层固化,
c) 使所述太阳能电池的反面与在反面箔片上制备的树脂层接触,
d) 使所述太阳能电池的反面触点穿过所述反面箔片,
e) 将辐射可固化的树脂组合物施加到在步骤d)之后得到的所述太阳能层压品的正面,
f) 使所述太阳能电池的正面与玻璃板接触,
g) 将所得的层状复合组件导入真空层压机中,和
h) 所述树脂组合物的剩余的异氰酸酯和OH官能度在真空层压机中在减小的大气压下部分固化,和
i) 从层压机中卸下后,本发明的树脂组合物的剩余双键通过经由用具有自由基反应性的基团预处理的前面玻璃板的光化辐射固化,和
j) 使所述玻璃板与所述太阳能电池的树脂基质和封装胶粘。
13.用于制备太阳能层压品的方法,所述层压品包含具有正面、反面和其中连接的反面触点的至少一种太阳能电池,且包含反面箔片,其中所述方法包括下面的步骤:
a) 将粘合剂施加到所述太阳能电池的反面箔片和/或反面上,
b) 使所述太阳能电池的反面与所述反面箔片接触并胶粘,
c) 使所述太阳能电池的反面触点穿过所述反面箔片,
d) 将如权利要求1-10中一项所述的辐射可固化树脂组合物施加到在步骤后得到的所述太阳能层压品的正面,和
e) 通过光化辐射使所述树脂组合物固化。
14.如权利要求13所述的方法,其中所述的方法还包括步骤f):在真空层压工艺中通过另外的前面箔片或玻璃板保护在e)之后得到的扁平封装的电池。
15.如权利要求13或14所述的方法,其中所述的方法还包括步骤g):通过一个或多个另外的漆-涂层保护在e)之后得到的扁平封装的电池。
16.太阳能层压品,其通过如权利要求11-15中一项所述的方法制备。
17.太阳能层压品,其包含如权利要求1-10中一项所述的树脂组合物。
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