CN104272468B - 太阳能电池封装材薄片及太阳能电池模块 - Google Patents

太阳能电池封装材薄片及太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明之课题系提供一种质量佳的太阳能电池封装材薄片，其一面维持封装材薄片之缓冲性或脱气性、一面抑制光泽不均。一种太阳能电池封装材薄片，其系在至少一侧表面，由每1cm2具有40个以上2300个以下之突起的热塑性树脂所构成的太阳能电池封装材薄片，其特征为该突起为由以多角形作为底面之角锥梯形的下摆部、与由凸曲面形状之顶部所构成，该突起之顶部比例(X)为0.1以上0.4以下。

Description

太阳能电池封装材薄片及太阳能电池模块
技术领域
本发明系关于一种太阳能电池封装材薄片及太阳能电池模块。
背景技术
近年来，从有效利用资源或削减CO2排放量之观点，直接将阳光转换成电能之太阳能电池受到瞩目，技术开发正提升中。
于现在主流之结晶硅系太阳能电池中，依序积层玻璃、封装材薄片、太阳能电池单元、封装材薄片、背板，在真空.加热条件下积层该积层体，利用熔融的封装材树脂封装单元而制造太阳能电池模块。
但是，在上述积层步骤，由于来自热板之加热而使玻璃弯曲，使封装材之升温局部变得不足，将太阳能电池单元按压于未熔融状态之封装材薄片而发生裂痕，此系成为使模块产率降低的原因之一。又，于积层时，气泡将残留于封装材薄片与单元之间而可能使模块之外观恶化。
为了避免上述问题而在封装材薄片之制造程序进行压纹加工，采取在薄片表面形成突起部，藉由使薄片之缓冲性提高而防止单元中出现裂痕(以后，记为单元裂痕)，同时也确保空气之排放路径的对策。
于专利文献1中，有人提案一种封装材薄片，形成有复数个之具有由如第1图所示之圆柱或圆锥梯形所构成的下摆部与凸曲面形状的顶部之突起。
[先前技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特开2010-258123号公报
发明内容
发明要解决的问题
于专利文献1中揭示的技术中，虽然因突起而能够使缓冲性或脱气性提高，但由于归因于该突起形状而使周围的光突出地如凸透镜产生眩光，封装材薄片中发生光泽不均，使薄片质量降低，同时也于模块制造前，变得难以检查封装材薄片中之杂质、缺陷而有使生产效率降低之问题。
有鉴于如上述之习用技术的问题点，于本发明中，提供一种太阳能电池封装材薄片，其一面维持封装材薄片之缓冲性、一面能抑制光泽不均。
解决问题的手段
本发明人等为了达成上述目的而进行钻研，发现藉由采取下列之构造而能解决上述问题。
一种太阳能电池封装材薄片，其系在至少一侧表面，由每1cm2具有40个以上2300个以下之突起的热塑性树脂所构成的太阳能电池封装材薄片，其特征为该突起为由以多角形作为底面之角锥梯形的下摆部、与由为凸曲面形状之顶部所构成，该突起之以下所定义的顶部比例X为0.1以上0.4以下。
顶部比例X之定义：
(1)将突起部之最顶部设为P、将该最顶部P投影至角锥梯形底面之点设为P’、从P’划至角锥梯形底面之任意边的垂线脚设为Q，取得通过该等之点(P,P’,Q)之剖面；
(2)在通过点(P,P’,Q)之剖面，将10等分线段P’Q之区间，从点Q起设为区间R1至R10，通过线段P’Q上之区间Rj(1≦j≦10)之边界点rj-1、rj，将垂直于线段P’Q之直线设为Sj-1、Sj，将该直线与曲线PQ之交点设为tj-1、tj；于区间Rj，将连结点tj-1、tj之直线与直线P’Q所成之锐角设为θj；
(3)求出符合(θ1+θ2)/2-θj≧4°(1≦j≦10)之区间Rj数，除以10；
(4)对于底面之多角形各边，进行上述(1)至(3)，将平均后之数值定义为其突起之顶部比例X。
发明的效果
若根据本发明，能提供一面维持封装材薄片之缓冲性或脱气性、一面抑制光泽不均之质量佳的太阳能电池封装材薄片。
附图的简要说明
图1系习知之封装材薄片表面突起部之一例的概略剖面图。
图2系本发明之封装材薄片表面突起部之一例的概略示意图。
图3系包含显示于第2图之突起点(P,P’,Q)之剖面的部分放大图。
图4系本发明之封装材薄片表面突起部之其它形态的概略示意图。
[实施发明之形态]
以下，针对本发明之太阳能电池封装材薄片而说明。
本发明之太阳能电池封装材薄片系在至少一侧表面，由每1cm2具有40个以上2300个以下之突起的热塑性树脂所构成的太阳能电池封装材薄片，该突起为由以多角形作为底面之角锥梯形的下摆部、与由凸曲面形状之顶部所构成，该突起之如后述所定义的顶部比例X为0.1以上0.4以下的太阳能电池封装材薄片。
虽然本发明之太阳能电池封装材薄片所用之热塑性树脂并未被特别限定，但较佳为具有透明性、在真空积层时之热板温度(130℃以上160℃以下)将会熔融的热塑性树脂，例如，较佳使用聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(以下，记载为「EVA」)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、硅烷改性聚乙烯、顺丁烯二酸改性聚乙烯、离子聚合物、聚乙烯丁缩醛等。又，为了改善封装特性，必要时亦可适当使用交联剂、交联助剂、耦合剂、紫外线吸收剂、光安定化剂等之添加剂。又，本发明之太阳能电池封装材薄片可为树脂之种类或添加剂之种类或量均一之单层薄片，亦可为积层树脂之种类或添加剂之种类或量不同的层之多层薄片。
而且，在本发明之太阳能电池封装材薄片中，在至少一侧表面，每1cm2具有40个以上2300个以下之突起。若突起之个数为每1cm2小于40个时，在积层步骤而将太阳能电池单元按压于未熔融状态之封装材薄片时，由于施加于各个突起之应力变高，容易发生单元裂痕。另一方面，若突起之个数为每1cm2超过2300个时，由于每个突起变小，缓冲性将会降低，使在积层步骤之单元裂痕容易发生、使脱气性降低、使气泡变得容易残留。
在本发明之太阳能电池封装材薄片表面之突起系如第2图或第4图所示，由将多角形作为底面之角锥梯形的下摆部11、与为凸曲面形状之顶部12所构成。藉由将下摆部作成角锥梯形而使曲面部减少、防止周围之眩光、能抑制薄片之光泽不均。该角锥梯形之底面形状较佳为三角形、四角形、五角形或六角形。一旦成为七角形以上之多角形时，将有成为接近曲面之形状、引起眩光而观察到薄片之光泽不均之情形。
又，为了防止眩光，凸曲面形状之顶部12之比例低为重要，本发明之太阳能电池封装材薄片系下列所定义的顶部比例X为0.1以上0.4以下，若为0.25以上0.4以下的话则较佳。
针对顶部比例X之求法，以在下摆部具有第2图的四角锥梯形之突起2为例而具体说明。将突起部之最顶部设为P、将该最顶部P投影至角锥梯形底面10之点设为P’、从P’划至四角形之任意边的垂线脚设为Q。第3图系显示通过点(P,P’,Q)之剖面的部分放大图。从点Q起，将10等分线段P’Q之区间称为区间R1至R10。针对线段P’Q上之某区间Rj(1≦j≦10)，通过线段P’Q上之边界点rj-1、rj，将垂直于线段P’Q之直线设为Sj-1、Sj，将该直线与曲线PQ之交点设为tj-1、tj。于区间Rj，将连结点tj-1、tj之直线与直线P’Q所成之锐角设为θj时，求出符合{(θ1+θ2)/2}-θj≧4°(1≦j≦10)之区间Rj数，将其除以10。对于底面之四角形各边进行本计算，将平均后之数值设为其突起之顶部比例X。于此，针对角锥梯形之底面形状为四角形之情形而加以说明，针对此外之情形，也对于各边进行，其它则不变。
若进行如此方式所求得的顶部比例X小于0.1时，突起之顶部变尖，在积层步骤，应力集中于突起尖端部而容易发生单元裂痕。另一方面，若顶部比例X超过0.4时，由于曲面部之比例变大而引起眩光，使封装材薄片之光泽不均变得看得到。
还有，复数个突起相互重迭而底面之定义为困难之情形系设定将相邻的突起之间所作成的凹谷作为边境而求出顶部比例X。
从上面观察突起时，若最顶部P偏向突起轮廓附近时，将太阳能电池单元按压于未熔融的封装材薄片时，因为突起将会倒塌而降低缓冲性，突起之顶部较佳位于中心附近。如第2图所示，从将最顶部P投影至底面之点P’至角锥梯形底面之多角形边的最短距离设为LP’、从角锥梯形底面之多角形重心G至该底面之多角形边的最短距离设为LG时，突起顶部之中心度LP’/LG较佳为0.5以上1以下。突起顶部之中心度LP’/LG更佳为0.8以上1以下。
本发明之太阳能电池封装材薄片系藉由将雕刻有凹型图案之模具按压于已加热之薄片，其后冷却而能够形成突起。此情形下，可使用由雕刻有凹型图案之单片式金属板所构成的模具，以分批处理而形成突起，或是使用表面雕刻有凹型图案之辊与对向之辊，亦可挟入其间而连续式形成突起。
将突起PP’间之长度设为突起之高度H，将突起的底面之外接圆直径设为D时，突起之纵横比H/D较佳为0.03以上0.80以下，若H/D小于0.03时，将有所得之缓冲性小而发生在积层步骤的单元裂痕之情形。另一方面，若H/D超过0.80时，由于应力集中于突起之顶部，在积层步骤将会发生单元裂痕。又，若突起之纵横比H/D为0.03以上0.30以下的话，由于一面确保最低限必要之缓冲性、一面以分批处理下之突起形成所必要的时间也短，在生产性良好之观点较佳，从如此之观点，更佳为0.03以上小于0.15。另一方面，若为0.15以上0.80以下的话，由于缓冲性更佳，在积层步骤不会发生单元裂痕且能够广泛采取可加工之条件范围之观点上较佳，从如此之观点，更佳为0.20以上0.60以下。
如此方式，藉由控制顶部比例X、突起顶部之中心度LP’/LG、突起之纵横比H/D而能够一面维持缓冲性或脱气性、一面抑制光泽不均、提高薄片品质。
虽然本发明之太阳能电池封装材薄片之厚度能够适宜设定，但基重厚度(弄平表面突起时之厚度)较佳为0.3mm以上1mm以下。基重厚度小于0.3mm之情形，将有无法包埋电性连接至单元表背双面的导线，而有在以连接器作为起点而在积层步骤发生单元裂痕之情形；若较1mm为厚时，则将有透明性降低之情形。
如此之太阳能电池封装材薄片被裁断成所要之长度切片而用于太阳能电池模块之制造。本发明之太阳能电池模块系由受光面保护材、背面保护材、及配置于该受光面保护材与背面保护材之间且藉由太阳能电池封装材薄片而封装太阳能电池单元之层所构成。如此之太阳能电池模块之制造系依序积层玻璃板或透明塑料等之受光面保护材、太阳能电池封装材薄片、太阳能电池单元、与该太阳能电池封装材薄片同样的太阳能电池封装材薄片、氟树脂或聚酯树脂等之背板或玻璃等之背面保护材，藉由利用真空加热积层物法，一面加热该等、一面减压或加压，且藉由使太阳能电池单元包埋于使其熔融的太阳能电池封装材薄片中，进行一体成形而能够制造。作成藉由太阳能电池封装材薄片而封装太阳能电池单元之层，较佳为藉由进行如此方式所得之太阳能电池封装材薄片，从双面封装太阳能电池单元之层。
由于本发明之封装材薄片系对积层一体化上述构造材料时具优越之太阳能电池单元之封装材薄片的缓冲性或脱气性，且由于太阳能电池单元与太阳能电池封装材之间的成形时之残留应力小，或封装材中气泡也不会残存，成为历经长期之耐久性优异的太阳能电池模块。
[实施例]
依照下列实施例更详细说明本发明，但本发明并不受下列之实施例所任何限定。
下述显示在本实施例所用之测定法。
(1)突起之高度H
从封装材薄片之两端，在宽度方向均等地选择5点，使用形状测定雷射显微镜VK-X100(Keyence公司制)，从垂直于薄片面之方向照射雷射，获得形成薄片之突起的3次元形状信息。藉此，求出从突起之最顶部至底面之距离，将5点之平均值设为封装材薄片突起之高度H。
(2)突起之底面外接圆之直径D
依照与(1)同样的方法而获得宽度方向5点之形状信息，藉此，求出外接于突起之底面的圆直径，将5点之平均值设为封装材薄片的突起之外接圆直径D。
(3)突起之顶部比例X
依照与(1)同样的方法而获得宽度方向5点之形状信息，藉此，求出突起之顶部比例X，将5点之平均值设为封装材薄片的突起底面之顶部比例X。
(4)突起顶部之中心度LP’/LG
依照与(1)同样的方法而获得宽度方向5点之形状信息，藉此，求出突起顶部之中心度LP’/LG，将5点之平均值设为封装材薄片的突起顶部之中心度LP’/LG。
(5)光泽不均之判定
以目视确认封装材薄片之光泽，以3阶段进行评估：将无光泽不均之状态设为「A」；于杂质.缺陷之检测中，将无问题之程度的轻微光泽不均设为「B」；将显著的光泽不均设为「C」。
(6)单元裂痕之判定
准备180mm直角之正方形的封装材薄片、玻璃板(厚度3mm)、聚酯制太阳能电池背板(厚度240μm)。使用自动配线机而将导线(厚度280μm、宽度2mm)焊接于二种多晶太阳能电池单元(3总线、尺寸156mm之正方形、厚度200μm；及3总线、尺寸156mm之正方形、厚度180μm)而作成附导线之太阳能电池单元。在该玻璃基板之上，依序积层封装材薄片、附导线之太阳能电池单元、封装材薄片、背板之顺序，利用JET公司制真空积层机，在热板温度145℃、抽真空4分钟、加压1分钟、压力保持10分钟(合计15分钟)之条件下，进行真空积层。还有，在该积层中，使封装材薄片之突起连接至太阳能电池单元的方式来积层。利用目视及EL影像检测装置而确认所得之太阳能电池模块之单元裂痕，以4阶段进行评估：在使用厚度200μm、及厚度180μm之单元的太阳能电池模块中，以EL影像检查而将无来自裂痕之非发光部的状态设为「AA」；在使用厚度200μm之单元的太阳能电池模块中，虽然将以EL影像检查而无来自裂痕之非发光部，但在使用厚度180μm之单元的太阳能电池模块中，以目视无法确认，以EL影像检查而将有来自裂痕之非发光部的状态设为「A」；在使用厚度200μm之单元的太阳能电池模块中，将以目视无法确认，但以EL影像检查则将有来自裂痕之非发光部的状态设为「B」；在使用厚度200μm之单元的太阳能电池模块中，将以目视能确认之单元裂痕的状态设为「C」。
(7)脱气性之评估
在上述(6)所得之太阳能电池模块中，以2阶段进行评估：以目视确认气泡是否残留，将无气泡之状态设为「A」；将能确认气泡之状态设为「C」。
(实施例1)
将EVA树脂(乙酸乙烯酯含量：28质量％、熔融流动速率：15g/10分钟(190℃))、交联剂、交联助剂、硅烷耦合剂、紫外线吸收剂、光安定化剂供应至双轴挤出机而熔融混炼，从T模头挤出而获得厚度450μm之EVA薄片。藉由在85℃之热板上加热该EVA薄片与雕刻有凹型模样之铝板，薄片温度到达85℃后，以表面压力5MPa加压5秒钟后，使用水冷式手动冷却加压机，以表面压力1MPa加压1分钟后急冷，获得具有表面突起之封装材薄片。
如表1所示，该封装材薄片之突起底部为四角形，顶部比例X为0.25、突起顶部之中心度LP’/LG为0.90、突起之纵横比H/D为0.30、突起之个数为900个/cm2、无光泽不均，于作成太阳能电池模块之际，使用厚度200μm及厚度180μm的单元皆未发生单元裂痕、也未使气泡发生的良好之薄片。
(实施例2至17)
除了如改变薄片突起之下摆部形状、顶部比例X、顶部之中心度LP’/LG、纵横比H/D、改变突起之个数的方式来变更铝板之雕刻以外，利用与实施例1同样的方法而获得封装材薄片，评估光泽不均、单元裂痕、脱气性。
(实施例18至20)
除了如改变薄片突起之下摆部形状、顶部比例X、顶部之中心度LP’/LG、纵横比H/D、改变突起之个数的方式来变更铝板之雕刻而改变加压时间为1、2、3秒钟以外，利用与实施例17同样的方法而获得封装材薄片，评估光泽不均、单元裂痕、脱气性。
(比较例1至6)
除了如改变薄片突起之下摆部形状、顶部比例X、顶部之中心度LP’/LG、纵横比H/D、改变突起之个数的方式来变更铝板之雕刻以外，利用与实施例1同样的方法而获得封装材薄片，评估光泽不均、单元裂痕、脱气性。
[表1-3]
单位 比较例1 比较例2 比较例3 比较例4 比较例5 比较例6
树脂 EVA EVA EVA EVA EVA EVA
底部形状 四角形 四角形 四角形 四角形 四角形 四角形
X 0.45 0.50 0.50 0.07 0.25 0.25
LP`/LG 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90
H μm 140 140 300 140 100 300
D μm 460 460 1700 460 280 2400
H/D 0.30 0.30 0.18 0.30 0.36 0.13
突起的个数 个/cm2 900 900 72 900 2500 25
加压时间 秒 5 5 5 5 5 5
光泽不均 C C C A A A
单元裂痕 A A A C C C
脱气性 A A A A C A
附图标记的说明
1···在下摆部具有圆锥梯形之突起
2···在下摆部具有四角锥梯形之突起
3···在下摆部具有六角锥梯形之突起
10···角锥梯形之底面
11···角锥梯形之下摆部
12···凸曲面形状之顶部
13···圆锥梯形之下摆部

Claims (6)

1.一种太阳能电池封装材薄片，其系在至少一侧表面，由每1cm2具有40个以上2300个以下的突起的热塑性树脂所构成的太阳能电池封装材薄片，其特征为该突起为由以多角形作为底面的角锥梯形的下摆部与由为凸曲面形状的顶部所构成，该突起的以下所定义的顶部比例X为0.1以上0.4以下；顶部比例X的定义：
(1)将突起部的最顶部设为点P、将该最顶部P投影至角锥梯形底面的点设为点P’、从点P’划至角锥梯形底面的任意边的垂线脚设为点Q，取得通过点P、P’、Q的剖面；
(2)在通过点P、P’、Q的剖面，将10等分线段P’Q的区间，从点Q起设为区间R1至R10，通过线段P’Q上满足1≦j≦10的区间Rj的边界点rj-1、rj，将垂直于线段P’Q的直线设为Sj-1、Sj，将该直线与曲线PQ的交点设为tj-1、tj；于区间Rj，将连结点tj-1、tj的直线与直线P’Q所成的锐角设为θj；
(3)计算出符合(θ1+θ2)/2-θj≧4°和1≦j≦10的区间Rj的数，除以10；
(4)对于底面的多角形各边，进行上述计算，将平均后的数值定义为其突起的顶部比例X。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池封装材薄片，其中该角锥梯形的底面形状为三角形、四角形、五角形或六角形。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池封装材薄片，其中从该点P’至该角锥梯形底面的多角形边的最短距离LP’与从该角锥梯形底面的多角形重心G至该底面的多角形边的最短距离LG的比求得的突起顶部的中心度LP’/LG为0.5以上1以下。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池封装材薄片，其中将该突起的高度设为H、将该突起的底面的外接圆直径设为D时，突起的纵横比H/D为0.03以上0.80以下。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池封装材薄片，其中将该突起的高度设为H、将该突起的底面的外接圆直径设为D时，突起的纵横比H/D为0.03以上0.80以下。
6.一种太阳能电池模块，其系由受光面保护材、背面保护材、配置于该受光面保护材与背面保护材之间且藉由根据权利要求1至5中任一项所述的太阳能电池封装材薄片而封装太阳能电池单元的层所构成。
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