CN110931583A - 封装材料与模组结构 - Google Patents
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Abstract
模组结构包括：覆板；背板，与覆板相对设置；太阳能电池，位于覆板与背板之间；第一封装膜，位于太阳能电池与覆板之间；以及第二封装膜，位于太阳能电池与背板之间，其中第一封装膜与第二封装膜包括封装材料，且封装材料包括：树脂以及荧光分子，其中荧光分子包括键结荧光基团的多面体倍半硅氧烷低聚物。
Description
【技术领域】
本公开涉及太阳能电池的模组(模块)结构，特别涉及其封装膜的组成。
【背景技术】
一般太阳能电池模组为了保护电池及维持模组寿命，通常会采用两片透明的柔性封装膜片包覆电池。封装膜的作用为固定太阳能电池及连接电路导线，并提供电池所需的绝缘保护。封装膜需在长年使用后，维持电池的性能而不因环境考验而降低。
传统封装膜如EVA具有价格便宜与流动性佳等优点。不过EVA膜在高电压下的绝缘不良而易产生漏电流，且有电位诱发衰减(PID)的问题。简言之，目前亟需新的封装材料取代EVA膜，以克服上述问题。
【发明内容】
本公开一实施例提供封装材料，其包括：树脂；以及荧光分子，其中荧光分子包括键结荧光基团的多面体倍半硅氧烷低聚物(寡聚物)。
在一实施例中，上述封装材料的树脂与荧光分子的重量比例介于100:0.1至100:5之间。
在一实施例中，上述封装材料的荧光分子的结构为：
其中R1为直链状或支链状的C3-10烷基；R2为-(CmH2m)-、-(CmH2m-O-CxH2x)-、-(CmH2m-NR3-CxH2x)-、-(CmH2m-Ph-CnH2n-O-CxH2x)-、-(CmH2m-Ph-CnH2n-NR3-CxH2x)-、-(CmH2m-Cy-CnH2n-O-CxH2x)-、或-(CmH2m-Cy-CnH2n-NR3-CxH2x)-，m＝1-5，n＝1-5，x＝1-5，Cy为环己基，且R3为直链状或支链状的C1-5烷基或氢；以及D为
在一实施例中，上述封装材料的树脂包括氢化苯乙烯弹性体树脂、丙烯酸酯弹性体树脂、或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
在一实施例中，上述封装材料的氢化苯乙烯弹性体树脂包括氢化(苯乙烯-异戊二烯)二嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-乙烯支化异戊二烯)二嵌段共聚物、或上述的组合。
在一实施例中，上述封装材料的丙烯酸酯弹性体树脂包括(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯)二嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯)二嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯、甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯/丁二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、甲基丙烯酸甲酯-乙烯支化异戊二烯)二嵌段共聚物、或上述的组合。
本公开一实施例提供模组结构，其包括：覆板；背板，与覆板相对设置；太阳能电池，位于覆板与背板之间；第一封装膜，位于太阳能电池与覆板之间；以及第二封装膜，位于太阳能电池与背板之间，其中第一封装膜与第二封装膜包括封装材料，且封装材料包括：树脂；以及荧光分子，其中荧光分子包括键结荧光基团的多面体倍半硅氧烷低聚物。
在一实施例中，上述模组结构的荧光分子的结构为：
在一实施例中，上述模组结构的树脂包括氢化苯乙烯弹性体树脂、丙烯酸酯弹性体树脂、或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
在一实施例中，上述模组结构的覆板与背板各自包括聚烯烃或玻璃。
在一实施例中，上述模组结构的太阳能电池包括双面太阳能电池。
在一实施例中，上述模组结构的第一封装膜与第二封装膜的厚度各自介于200微米至1000微米之间。
【附图说明】
图1为本公开一实施例中，太阳能电池模组的示意图。
【附图标记说明】
20 模组结构；
21 覆板；
23、27 封装膜；
25 太阳能电池；
29 背板。
【具体实施方式】
本公开一实施例提供封装材料，其可用于太阳能电池的模组结构20中，如图1所示。模组结构20包含覆板21、背板29和太阳能电池25。太阳能电池25位于覆板21与背板29之间，封装膜23设于太阳能电池25与覆板21之间，且封装膜27设于太阳能电池25与背板29之间。上述的封装膜23与27为封装材料，如下详述。举例来说，当太阳能电池25为单面受光的太阳能电池时，光线仅由覆板21侧进入。当太阳能电池25为双面受光的太阳能电池时，光线由覆板21侧与背板29侧进入。
覆板21及/或背板29需具有高穿透度的特性。在一实施例中，覆板21及/或背板29为玻璃或聚烯烃(如直链型烯烃类聚合物或环状烯烃类聚合物)。在一实施例中，直链型烯烃类聚合物可为聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、或甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯的共聚物。在一实施例中，环状烯烃类聚合物可为三元乙丙橡胶(EPDM)。为了使模组结构20轻量化，覆板21及/或背板29可采用聚烯烃。
封装膜23与27的封装材料包括树脂与荧光分子。荧光分子包括键结荧光基团的多面体倍半硅氧烷低聚物。在一实施例中，上述模组结构的荧光分子的结构为：
R1为直链状或支链状的C3-10烷基。R2为-(CmH2m)-、-(CmH2m-O-CxH2x)-、-(CmH2m-NR3-CxH2x)-、-(CmH2m-Ph-CnH2n-O-CxH2x)-、-(CmH2m-Ph-CnH2n-NR3-CxH2x)-、-(CmH2m-Cy-CnH2n-O-CxH2x)-、或-(CmH2m-Cy-CnH2n-NR3-CxH2x)-，m＝1-5，n＝1-5，x＝1-5，Cy为环己基，且R3为直链状或支链状的C1-5烷基或氢。R2取决于多面体倍半硅氧烷低聚物与荧光基团反应物的种类。一般而言，荧光基团键结至多面体倍半硅氧烷低聚物可为取代反应、酰亚胺化反应、或其他可行反应。举例来说，多面体倍半硅氧烷低聚物的胺基可与荧光小分子的酸酐进行酰亚胺化反应以形成酰亚胺。另一方面，多面体倍半硅氧烷低聚物的卤基可与荧光小分子的羟基或胺基进行取代反应以形成醚或胺。在一些实施例中，荧光基团D为
在一些实施例中，封装材料中的树脂与荧光分子之间的重量比例介于100:0.1至100:5之间。若荧光分子的比例过低，则无法有效地将紫外线转换为可见光以提高太阳能电池的光电转换效率。若荧光分子的比例过高，则会使雾度增加及穿透度降低，并降低太阳能光电效率。在一实施例中，上述模组结构的树脂包括氢化苯乙烯弹性体树脂、丙烯酸酯弹性体树脂、或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。在太阳能封装时，封装流动性与电池封装良率正相关。封装流动性太差将无法形成均匀膜层包覆太阳能电池，甚至可能造成破片。若封装流动性太高则可能造成封装层溢胶严重，导致封装层厚度降低，而保护太阳能的作用降低。如何调控封装流动性，也是重要议题。原本氢化苯乙烯弹性体树脂在150℃下黏度>4000pas，通过荧光分子作用也可降低(在150℃下，黏度<4000pas)，使封装层具有较好的流动性。
在一实施例中，上述氢化苯乙烯弹性体树脂可为氢化(苯乙烯-异戊二烯)二嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-乙烯支化异戊二烯)二嵌段共聚物、或上述的组合。上述共聚物中的苯乙烯嵌段，占氢化苯乙烯弹性体树脂的约10wt％至35wt％。在本公开一实施例中，上述共聚物中的聚苯乙烯嵌段，占氢化苯乙烯弹性体树脂的约12wt％至20wt％。若共聚物中的聚苯乙烯嵌段比例过低，则硬度较低及机械拉伸强度变差。若共聚物中的聚苯乙烯嵌段比例过高，则虽然机械强度与硬度皆提升，但是流动性变差不利于加工，且玻璃态转换温度(Tg)亦会变高而降低接着(粘着)性质。
上述氢化苯乙烯弹性体树脂的分子量与熔融指数呈负相关，当其熔融指数越高，则分子量越小。若氢化苯乙烯弹性体树脂的熔融指数越低，则分子量越高。在本公开一实施例中，氢化苯乙烯弹性体树脂在190℃、2.16kg负荷下的熔融指数约介于1.0g/10min至8.0g/10min之间，或约介于3.5g/10min至6.5g/10min之间。若氢化苯乙烯弹性体树脂的熔融指数过低则导致流动性太差，将无法在150℃封装时流动形成均匀膜层包覆太阳能电池，甚至可能因局部未流动部分造成高低差，顶破太阳能电池造成破片。若氢化苯乙烯弹性体树脂的熔融指数过高，则流动性太好而易造成溢胶严重，导致封装膜厚度降低并使保护太阳能电池的能力降低。
在一实施例中，丙烯酸酯弹性体树脂包括(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯)二嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯)二嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯、甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯/丁二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、甲基丙烯酸甲酯-乙烯支化异戊二烯)二嵌段共聚物、或上述的组合。上述共聚物中的甲基丙烯酸甲酯嵌段占丙烯酸酯弹性体树脂的约10wt％至35wt％。在本公开一实施例中，上述共聚物中的甲基丙烯酸甲酯嵌段占丙烯酸酯弹性体树脂的约12wt％至25wt％。若共聚物中的甲基丙烯酸甲酯嵌段比例过低，则硬度较低及机械拉伸强度变差。若共聚物中的甲基丙烯酸甲酯嵌段比例过高，则虽然机械强度与硬度皆提升，但是流动性变差不利于加工，且玻璃态转换温度(Tg)亦会变高而降低接着性质。
上述丙烯酸酯弹性体树脂的分子量与熔融指数呈负相关，当其熔融指数越高，则分子量越小。若丙烯酸酯弹性体树脂的熔融指数越低，则分子量越高。在本公开一实施例中，丙烯酸酯弹性体树脂在190℃、2.16kg负荷下的熔融指数约介于10g/10min至40g/10min之间，或约介于25g/10min至35g/10min之间。树脂的熔融指数过低则导致流动性太差，将无法在150℃封装时流动形成均匀膜层包覆太阳能电池，甚至可能因局部未流动部分造成高低差，顶破太阳能电池造成破片。若丙烯酸酯弹性体树脂的熔融指数过高，则流动性太好而易造成溢胶严重，导致封装膜厚度降低并使保护太阳能电池的能力降低。
上述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的分子量与熔融指数呈负相关，当其熔融指数越高，则分子量越小。若乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数越低，则分子量越高。在一实施例中，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物在190℃、2.16kg负荷下的熔融指数约介于10g/10min至80g/10min之间，或约介于20g/10min至55g/10min之间。树脂的熔融指数过低则导致流动性太差，将无法在150℃封装时流动形成均匀膜层包覆太阳能电池，甚至可能因局部未流动部分造成高低差，顶破太阳能电池造成破片。若乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数过高，则流动性太好而易造成溢胶严重，导致封装膜厚度降低并使保护太阳能电池的能力降低。
在一实施例中，封装层23与27的厚度各自介于200微米至1000微米之间。若封装层23与27的厚度过小，则无法有效保护太阳能电池25。若封装层23与27的厚度过大，则会增加成本及模组结构20的厚度，且无法进一步提升保护效果。
在本公开一实施例中，可进一步于覆板21、背板29、封装膜23、及/或封装膜27中添加颜料、抗氧化剂、或上述的组合。颜料如碳黑、色母粒(pigment masterbatch，例如CLARIANT REMAFIN聚烯烃类色母粒)可改变模组结构的外观颜色，以搭配建筑物的整体风格。至于抗氧化剂如二丁基羟基甲苯(BHT)、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、二苯酮、上述的衍生物、或上述的组合可进一步避免上述层状物黄变。一般而言，上述添加剂的用量介于覆板21、背板29、封装膜23、及/或封装膜27的约0.1wt％至10wt％，或介于覆板21、背板29、封装膜23、及/或封装膜27的约5wt％至10wt％。过多添加剂会破坏覆板21、背板29、封装膜23、及/或封装膜27的加工性质。
在一些实施例中，封装膜23与27可为相同膜层，其具有相同的组成与厚度。在其他实施例中，封装膜23与27可为不同膜层，其具有不同的组成及/或厚度。不论采用何种设计，本公开实施例的封装膜23与27均可有效保护模组结构20中的太阳能电池25，即改良其光电转换效率并降低其电位诱发衰退。
为了让本公开的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举多个实施例配合所附图示作详细说明如下：
【实施例】
合成例1(NI-POSS265)
取2.03g的1,8-萘二酸酐(Naphthalic anhydride，0.01024摩尔，购自Acros)溶于50mL的N-甲基吡咯烷酮(1-Methyl-2-pyrrolidone，NMP，购自ECHO)。将8.75g的多面体倍半硅氧烷低聚物POSS-AM0265(0.01摩尔，购自Hybrid Plastic Inc.)加入上述溶液，除气后搅拌升温至140℃并反应5小时。反应后的溶液为透明澄清橘色。将上述溶液降温后滴入150mL的去离子水中以析出白色固体。静置两小时后，过滤收集滤饼(白色固体)，并以乙醇清洗滤饼。接着将滤饼置入80℃的真空烘箱干燥4小时，即得7.75g的产物(产率72.24％)。上述产物的(核磁共振)氢谱如下：(氘代氯仿，ppm)δ:7.99-7.56(m,6H,Ar-H),3.25-3.20(t,2H,N-CH2-C),1.7-1.8(m,7H,C-CH-C-Si),3.20-3.25(m,2H,C-CH2-C-Si)。在上述产物的紫外线-可见光发射光谱中，最大发射光波长为410nm。上述反应如下：
(式1)
合成例2(AN-POSS615)
取2.133g的9-蒽甲醇(9-Anthraence methanol，0.1024摩尔，购自Acros)溶于50mL的甲苯(购自ECHO)。将8.75g的多面体倍半硅氧烷低聚物POSS-HA0615(0.01摩尔，购自Hybrid Plastic Inc.)、1.714g的碘化钾(0.1024摩尔，购自Showa Chem)和0.691g的碳酸钾(0.005摩尔，购自Showa Chem)加入上述溶液，除气后搅拌升温至110℃并于氮气下反应8小时。反应后降温至室温的结果为透明淡黄色的半固体，过滤后以甲苯清洗滤饼以收集透明无色滤液。以回旋浓缩仪(旋转浓缩仪)去除大部分溶剂后析出固体，并过滤收集滤饼。以乙醇清洗滤饼后，干燥滤饼得7.22g的产物(产率63.23％)。上述产物的氢谱如下：(氘代氯仿，ppm)δ:7.30-7.75(m,9H,Ar-H),7.20-7.40(dd,4H,Ar-H),5.05-5.09(s,2H,Ar-CH2-O),4.55-4.65(s,2H,Ar-CH2-O),1.7-1.8(m,7H,C-CH-C-Si)。上述反应如下：
(式2)
合成例3(NI-POSS635)
取23.78g的1,8-萘二酸酐(0.12摩尔，购自Acros)加入100mL的3-胺基丙醇的酒精溶液(含18.026g的3-胺基丙醇(0.24mol))中，再加热至70℃反应5小时。将反应结果冷却至室温后，过滤收集滤饼。将滤饼加入95％的酒精后加热溶解，再冷却再结晶。过滤收集再结晶的固体后，真空干燥固体以得22.3g的白色针状产物(产率72.8％)。上述产物的熔点为122℃至123℃(由DSC测量)。上述产物的光谱如下：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ:8.53(d,2H),8.16(d,2H),7.69-7.68(m,2H),4.27(t,2H),3.52-3.51(m,2H),3.16(s,1H),1.94-1.90(m,2H)；FTIR:3460,3192,2953,2860,2401,1693,1653,1622,1587,1444,1392,1361,1350,1242,1274,1170,1074,1058。上述反应如下：
(式3-1)
接着将2.6139g的上述白色针状固体产物(0.0124摩尔)溶于50mL的甲苯(购自ECHO)。将8.951g的多面体倍半硅氧烷低聚物POSS-HA0635(0.01摩尔，购自Hybrid PlasticInc.)、1.714g的碘化钾(0.1024摩尔，购自Showa Chem)和0.691g的碳酸钾(0.005摩尔，购自Showa Chem)加入上述溶液，除气后搅拌升温至110℃并于氮气下反应8小时。反应后降温至室温的结果为透明淡黄色的半固体，过滤后以甲苯清洗滤饼以收集透明无色滤液。以回旋浓缩仪去除大部分溶剂后析出固体，并过滤收集滤饼。以乙醇清洗滤饼后，将滤饼置于80℃的真空烘箱干燥4小时，得8.8g的产物(产率79.08％)。上述产物的氢谱如下：(氘代氯仿，ppm)δ:7.56-7.99(m,6H),3.35-3.39(t,4H,O-CH2),3.20-3.25(t,2H,N-CH2-),1.7-1.8(m,7H,C-CH-C).上述产物的紫外线-可见光发射光谱中，最大发射波长为374nm。上述反应如下：
(式3-2)
合成例4(AN-POSS635)
将2.1333g的9-蒽甲醇(0.0124摩尔)溶于50mL的甲苯(购自ECHO)。将8.951g的多面体倍半硅氧烷低聚物POSS-HA0635(0.01摩尔，购自Hybrid Plastic Inc.)、1.714g的碘化钾(0.1024摩尔，购自Showa Chem)和0.691g的碳酸钾(0.005摩尔，购自Showa Chem)加入上述溶液，除气后搅拌升温至110℃并于氮气下反应8小时。反应后降温至室温的结果为透明淡黄色的半固体，过滤后以甲苯清洗滤饼以收集透明无色滤液。以回旋浓缩仪去除大部分溶剂后析出固体，并过滤收集滤饼。以乙醇清洗滤饼后，将滤饼置于80℃的真空烘箱干燥4小时，得8.72g的产物(产率81.8％)。上述产物的氢谱如下：(氘代氯仿，ppm)δ:7.30-7.75(m,9H,Ar-H),5.05-5.09(s,2H,Ar-CH2-O),3.35-3.39(t,4H,O-CH2),1.7-1.8(m,7H,C-CH-C-Si)。上述产物的紫外线-可见光发射光谱中，最大发射波长为390nm。上述反应如下：
(式4)
合成例5(CZ-POSS635)
将2.1633g的N-羟乙基咔唑(0.0124摩尔)溶于50mL的甲苯(购自ECHO)。将8.951g的多面体倍半硅氧烷低聚物POSS-HA0635(0.01摩尔，购自Hybrid Plastic Inc.)、1.714g的碘化钾(0.1024摩尔，购自Showa Chem)和0.691g的碳酸钾(0.005摩尔，购自Showa Chem)加入上述溶液，除气后搅拌升温至110℃并于氮气下反应8小时。反应后降温至室温的结果为透明淡黄色的半固体，过滤后以甲苯清洗滤饼以收集透明无色滤液。以回旋浓缩仪去除大部分溶剂后析出固体，并过滤收集滤饼。以乙醇清洗滤饼后，将滤饼置于80℃的真空烘箱干燥4小时，得8.4g的产物(产率78.6％)。上述产物的氢谱如下：(氘代氯仿，ppm)δ:7.36-7.12(m,8H,Ar-H),4.15-4.02(t,2H,N-CH2-C),3.85-3.80(t,2H,O-CH2-),3.40-3.30(t,2H,O-CH2-C-Si),1.7-1.8(m,7H,C-CH-C-Si),1.6-1.45(t,2H,C-CH2-C-Si)。上述产物的紫外线-可见光发射光谱中，最大发射波长为350nm。上述反应如下：
(式5)
实施例1
取10kg的氢化苯乙烯弹性体树脂S1611(购自Asahi chemical Co.Ltd.)与0.01kg合成例1的荧光分子产物，置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层的组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LING MACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚545微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表1所示。
取市售的太阳能电池(取自茂迪)测量其短路电流(Isc)与最大输出功率(Pmax)。接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表2所示。
将4个(2×2)串联的市售的太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的电位诱发衰退(Potential induced degradation，PID)，如表3所示。
实施例2
取10kg的氢化苯乙烯弹性体树脂S1611与0.05kg合成例1的荧光分子产物，置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LING MACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚637微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表1所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表2所示。
实施例3
取10kg的氢化苯乙烯弹性体树脂S1611与0.1kg合成例1的荧光分子产物，置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LING MACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚497微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表1所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹的背板)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表2所示。
表1
在表1中，厚度的测量方法为膜厚计，穿透度的测量方法为ASTMD1003，流变粘度的测量方法为TAInstruments流变仪AR2000，雾度的测量方法为ASTM D1003，破坏电压的测量方法为ASTM D149，且体积电阻的测量方法为ASTM D257。
表2
在表2中，最大输出功率的测量方法为IEC60891，而短路电流的测量方法为IEC60891。由表2可知，由于荧光分子接枝POSS可将太阳光中的紫外线转为可见光，因此含有荧光分子接枝POSS的封装膜可增加模组结构中的太阳能电池的光电转换效率。
表3
在表3中，电位诱发衰退的测量方法为IEC62804。由表3可知，本公开实施例中含有荧光分子(荧光基团键结至多面体倍半硅氧烷低聚物)的封装膜，会比比较例中含有荧光小分子与多面体倍半硅氧烷低聚物的混合物的封装膜(或一般常见的封装膜如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或氢化苯乙烯弹性体树脂)，更能降低太阳能电池的封装模组结构的电位诱发衰退。
实施例4
取10kg的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA，SUMITOMOKA40，VA content:28％)与0.01kg合成例4的荧光分子产物(AN-POSS635)，置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEIKINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在70℃-90℃，最佳温度设定为四段，分别为70℃、80℃、80℃和70℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LING MACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热90℃10分钟后，再以90℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚563微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表4所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表5所示。
将4个(2×2)串联的市售的太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的电位诱发衰退，如表3所示。
实施例5
取10kg的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA，SUMITOMOKA40，VA content:28％)与0.025kg合成例4的荧光分子产物(AN-POSS635)，置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEIKINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在70℃-90℃，最佳温度设定为四段，分别为70℃、80℃、80℃和70℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LING MACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热90℃10分钟后，再以90℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚524微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表4所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表5所示。
将4个(2×2)串联的市售的太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的电位诱发衰退，如表3所示。
表4
在表4中，厚度、穿透度、雾度、破坏电压和体积电阻的测量方法与表1的测量方法相同。
表5
在表5中，最大输出功率与短路电流的测量方法与表2的测量方法相同。由表5可知，由于荧光分子接枝POSS可将太阳光中的紫外线转为可见光，因此含有荧光分子接枝POSS的封装膜可增加模组结构中的太阳能电池的光电转换效率。
实施例6
取10kg的丙烯酸酯弹性体树脂LA2140e(购自KURARAY)与0.01kg合成例4的荧光分子产物，置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LINGMACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚849微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表6所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表7所示。
实施例7
取10kg的丙烯酸酯弹性体树脂LA2140e(购自KURARAY)与0.025kg合成例4的荧光分子产物，置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LINGMACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚404微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表6所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表7所示。
表6
| 实施例6 | 实施例7 | |
| 树脂 | 丙烯酸酯弹性体树脂 | 丙烯酸酯弹性体树脂 |
| 荧光分子(％) | 合成例4(0.1％) | 合成例4(0.25％) |
| 穿透度 | 98.5％ | 98.5％ |
| 流变粘度@150℃ | 2427 | 1814 |
| 雾度 | 1.62 | 2.12 |
| 厚度 | 849μm | 404μm |
| 破坏电压(KV) | 20 | 14.6 |
| 破坏电压(KV)/厚度 | 23.6 | 36.1 |
| 体积电阻(Ω·cm) | 5.55E12 | 6.37E12 |
| 封装性 | 优 | 优 |
在表6中，厚度、穿透度、雾度、破坏电压和体积电阻的测量方法与表1的测量方法相同。
表7
| 实施例6 | 实施例7 | |
| 树脂 | 丙烯酸酯弹性体树脂 | 丙烯酸酯弹性体树脂 |
| 荧光分子(％) | 合成例4(0.1％) | 合成例4(0.25％) |
| 短路电流增益(％) | 4.484％ | 4.189％ |
| 最大输出功率增益(％) | 3.684％ | 3.419％ |
在表7中，最大输出功率与短路电流的测量方法与表2的测量方法相同。由表7可知，由于荧光分子接枝POSS可将太阳光中的紫外线转为可见光，因此含有荧光分子接枝POSS的封装膜可增加模组结构中的太阳能电池的光电转换效率。
比较例1
取10kg的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA，SUMITOMO KA40，VA content:28％)置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在70℃-90℃，最佳温度设定为四段，分别为70℃、80℃、80℃和70℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LING MACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热90℃10分钟后，再以90℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚402微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表8所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表9所示。
将4个(2×2)串联的市售的太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的电位诱发衰退，如表3所示。
比较例2
取10kg的氢化苯乙烯弹性体树脂S1611(购自Asahi chemical Co.Ltd.)置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LING MACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚623微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表8所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表9所示。
将4个(2×2)串联的市售的太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的电位诱发衰退，如表3所示。
比较例3
取10kg的氢化苯乙烯弹性体树脂S1611(购自Asahi chemical Co.Ltd.)与0.1kg的多面体倍半硅氧烷低聚物AM0265(购自Hybrid plastic)，置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LING MACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚497微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表8所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表9所示。
将4个(2×2)串联的市售的太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的电位诱发衰退，如表3所示。
比较例4
取10kg的氢化苯乙烯弹性体树脂S1611(购自Asahi chemical Co.Ltd.)、0.025kg的多面体倍半硅氧烷低聚物POSS AM0265(购自Hybrid plastic)和0.025kg的N-羟丙基-1,8-萘二酰亚胺混掺后置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LINGMACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜：预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚683微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表8所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表9所示。
将4个(2×2)串联的市售的太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的电位诱发衰退，如表3所示。
比较例5
取10kg的氢化苯乙烯弹性体树脂S1611(购自Asahi chemical Co.Ltd.)、0.1kg的多面体倍半硅氧烷低聚物POSS AM0265(购自Hybrid plastic)和0.1kg的N-羟丙基-1,8-萘二酰亚胺混掺后置入单螺杆混炼机进行造粒(日本MEISEI KINZOKU MFG.CO.,LTD.型号：FRP-V32C)，作为光转换层组成。上述单螺杆混炼机的温度设定在120℃-150℃，最佳温度设定为四段，分别为130℃、140℃、140℃和130℃，造粒完成后再利用压合机(GANG LINGMACHINERY CO.,LTD.型号：HP-50)将光转换层压出成膜:预热150℃10分钟后，再以150℃压合10分钟(压力100kg/cm2)形成厚476微米的封装膜。上述封装膜的穿透度、150℃下的流变粘度、雾度、破坏电压、体积电阻和封装性(外观是否产生破片)如表8所示。
接着将一封装膜置于覆板(购自台玻的优白玻璃)上，并将另一封装膜置于背板(购自台虹)上。将太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的短路电流与最大输出功率，以计算封装模组中的短路电流增益与最大输出功率增益，如表9所示。
将4个(2×2)串联的市售的太阳能电池(取自茂迪)夹设于背板的封装膜与覆板的封装膜之间，置于真空压合装置中加热压合，以完成封装的模组结构。接着测量封装后的太阳能电池的电位诱发衰退，如表3所示。
表8
在表8中，厚度、穿透度、流变粘度、雾度、破坏电压和体积电阻的测量方法与表1的测量方法相同。
表9
在表9中，最大输出功率及短路电流的测量方法与表2的测量方法相同。由表9可知，比较例1-5的短路电流增益与最大输出功率增益不如实施例1-7。只有比较例4中添加POSS0265与荧光小分子如N-羟丙基-1,8-萘二酰亚胺的封装膜具有较高的短路电流增益与最大输出功率增益，但其电位诱发衰退极大(288小时后的电位诱发衰退>30％，见表3)。
封装材料应同时具备抗PID，高流动特性、且可提升发电效益。由实施例中可以明显看出，只有将POSS与荧光分子接枝在一起后，才能得到上述好处。只混掺POSS与荧光分子的封装层中，会出现粒子间聚集无法均匀分散在树脂间，导致光学特性下降。因此，只有利用实施例接枝POSS与荧光分子，才可达到光学增益、抗PID、及提高流动性等优点。
虽然本公开已以多个实施例揭露如上，然其并非用以限定本公开，任何本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围内，应可作任意的更动与润饰，因此本公开的保护范围应以所附权利要求书所界定的范围为准。
Claims (12)
1.一种封装材料，包括：
树脂；以及
荧光分子，
其中该荧光分子包括键结荧光基团的多面体倍半硅氧烷低聚物。
2.如权利要求1所述的封装材料，其中该树脂与该荧光分子的重量比例为100:0.1至100:5。
3.如权利要求1所述的封装材料，其中该荧光分子的结构为：
其中R1为直链状或支链状的C3-10烷基；
R2为-(CmH2m)-、-(CmH2m-O-CxH2x)-、-(CmH2m-NR3-CxH2x)-、-(CmH2m-Ph-CnH2n-O-CxH2x)-、-(CmH2m-Ph-CnH2n-NR3-CxH2x)-、-(CmH2m-Cy-CnH2n-O-CxH2x)-、或-(CmH2m-Cy-CnH2n-NR3-CxH2x)-，m＝1-5，n＝1-5，x＝1-5，Cy为环己基，且R3为直链状或支链状的C1-5烷基或氢；以及D为
4.如权利要求1所述的封装材料，其中该树脂包括氢化苯乙烯弹性体树脂、丙烯酸酯弹性体树脂、或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
5.如权利要求4所述的封装材料，其中该氢化苯乙烯弹性体树脂包括氢化(苯乙烯-异戊二烯)二嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-异戊二烯/丁二烯-苯乙烯)三嵌段共聚物、氢化(苯乙烯-乙烯支化异戊二烯)二嵌段共聚物、或上述的组合。
6.如权利要求4所述的封装材料，其中该丙烯酸酯弹性体树脂包括(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯)二嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯)二嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-异戊二烯/丁二烯-甲基丙烯酸甲酯)三嵌段共聚物、(甲基丙烯酸甲酯-乙烯支化异戊二烯)二嵌段共聚物、或上述的组合。
7.一种模组结构，包括：
覆板；
背板，其与该覆板相对设置；
太阳能电池，其位于该覆板与该背板之间；
第一封装膜，其位于该太阳能电池与该覆板之间；以及
第二封装膜，其位于该太阳能电池与该背板之间，
其中该第一封装膜与该第二封装膜包括封装材料，且该封装材料包括：
树脂；以及
荧光分子，
其中该荧光分子包括键结荧光基团的多面体倍半硅氧烷低聚物。
8.如权利要求7所述的模组结构，其中该荧光分子的结构为：
其中R1为直链状或支链状的C3-10烷基；
R2为-(CmH2m)-、-(CmH2m-O-CxH2x)-、-(CmH2m-NR3-CxH2x)-、-(CmH2m-Ph-CnH2n-O-CxH2x)-、-(CmH2m-Ph-CnH2n-NR3-CxH2x)-、-(CmH2m-Cy-CnH2n-O-CxH2x)-、或-(CmH2m-Cy-CnH2n-NR3-CxH2x)-，m＝1-5，n＝1-5，x＝1-5，Cy为环己基，且R3为直链状或支链状的C1-5烷基或氢；以及D为
9.如权利要求7所述的模组结构，其中该树脂包括氢化苯乙烯弹性体树脂、丙烯酸酯弹性体树脂、或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
10.如权利要求7所述的模组结构，其中该覆板与该背板各自包括聚烯烃或玻璃。
11.如权利要求7所述的模组结构，其中该太阳能电池包括双面太阳能电池。
12.如权利要求7所述的模组结构，其中该第一封装膜与该第二封装膜的厚度各自为200微米至1000微米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200327 |
|
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