TW201219421A - Production of solar cell modules - Google Patents

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TW201219421A
TW201219421A TW100121840A TW100121840A TW201219421A TW 201219421 A TW201219421 A TW 201219421A TW 100121840 A TW100121840 A TW 100121840A TW 100121840 A TW100121840 A TW 100121840A TW 201219421 A TW201219421 A TW 201219421A
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TW
Taiwan
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solar cell
alkyl
formula
acrylate
molding
Prior art date
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TW100121840A
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English (en)
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Peter Battenhausen
Ernst Becker
Klaus Schultes
Sven Strohkark
Original Assignee
Evonik Roehm Gmbh
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Description

201219421 六、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明有關太陽能電池模組之製造及對應之太陽能電 池模組。 【先前技術】 太陽能電池或光伏打電池係將光(特別是陽光)中所 含之輻射能直接轉換成電能的電組件。本發明之物理基礎 爲光伏打效應,光伏打效應爲內光電效應之特例。 圖3爲顯示太陽能電池模組之基礎結構的示意橫斷面 。圖3中,501表示光伏打電池,5〇2爲增強劑,503爲 板及504爲後壁。陽光撞擊在該光伏打電池501的光敏表 面上,通過板503及增強劑502,並轉化成電能。所產生 之電流係藉由輸出終端(未圖示)輸送。 因該光伏打電池容易腐蝕且非常脆弱,其無法承受極 端之外部條件。因此必須經適當材料覆蓋及保護。在大部 分實例中,此係藉由在防止候化透明板(例如玻璃板)與 後壁之間使用具有優異抗濕性與高電阻的適當增強劑來插 入及層合該光伏打電池所獲致。 聚乙烯縮丁醛與乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)經 常用作太陽能電池之增強劑。特別是,可交聯EVA組成 物顯示優異性質,諸如良好耐熱性、高耐候化性、高透明 度及良好成本效益。 由於該太陽能電池模組將長時間用於戶外,故其必須 -5- 201219421 極爲耐用》因此,增強劑特別是必須具有優異耐候化性及 高熱安定性。然而,當該模組長時間(例如十年)用於戶 外時,經常觀察到光引發及/或熱引發之增強劑降解及因 此發生之該增強劑的黃化及/或光伏打電池剝離。該增強 劑之黃化導致入射光之可使用部分減少,因此降低電性能 。因此,光伏打電池之剝離使得濕氣可滲透,其可導致光 伏打電池本身或該太陽能電池模組中之金屬部分腐蝕,且 亦可造成該太陽能電池模組之性能受損。 雖然經常使用之EVA本身爲良好之增強劑,但彼等 因水解及/或熱解而逐漸降解。隨著時間過去,熱或濕氣 造成乙酸釋放。此導致增強劑之黃化、機械強度降低,及 增強劑之黏著性降低。此外,所釋放之乙酸作爲觸媒且造 成進一步加速降解。此外,存在光伏打電池及/或太陽能 電池模組中之其他金屬部件被該乙酸腐蝕的問題。 爲解決該等問題,歐洲專利申請案EP 1 065 731 A2 提出太陽能電池模組之應用,該太.陽能電池模組包含光伏 打電池及聚合性增強劑,且該聚合性增強劑應含有乙烯-丙烯酸酯-丙烯酸三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯-順丁烯二 酸酐三元共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯-丙烯酸酯三元共聚 物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸三元共聚物、乙烯-甲基 丙烯酸酯-甲基丙烯酸三元共聚物及/或乙烯-甲基丙烯酸 酯-順丁烯二酸酐三元共聚物。然而,耐候化性及此等太 陽能電池模組之效率二者均受限。 從先前技術中亦習知藉由使用適用UV吸收劑改良丙 201219421 烯酸模製化合物之耐候化性。 因此,DE 103 11 641 A1描述錄製助劑(tanning aid ),該鞣製助劑包含聚甲基丙烯酸甲酯模製物,其含有 0.0 05重量%至0.1重量%之根據式(I)的UV安定劑
其中殘基R1及R2獨立表示具有1至20個碳原子之烷基 或環烷基殘基。 然而,該公開案未提供任何有關應用該模製物於製造 太陽能電池模組之資訊。 DE 38 38 480 A1揭示甲基丙烯酸甲酯聚合物及共聚 物,其含有 a) 草酸醯苯胺或2,2,6,6-四甲基哌啶化合物作爲抗光 所引發之損壞的安定劑,及 b) 阻燃性有機磷化合物。 然而,該公開案未提供任何有關應用該組成物於製造 太陽能電池模組之資訊。 JP 2005-298748 A揭示甲基丙烯酸系樹脂之模製物, 其較佳含有1〇〇重量份之甲基丙烯酸樹脂’包含60_100 重量%之甲基丙烯酸甲酯單元及〇-4〇重量%之其他可共聚 乙烯基單體單元,及0.005-0·15重量%之2-(2·羥基ΙΕ -辛氧 基苯基 ) -4,6-雙 (2,4-二 甲苯基 ) -1,3,5-三畊及 / 或2-羥基·4-辛氧基二苯基甲酮。該等模製物據稱對於UV 光具有一定阻擋,且在340 nm下顯示至多20 %之透明度 201219421 並在3 80 nm下顯示至少70%之透明度,此係在厚度於〇·5 至5 mm範圍內之模製物上測量。 該等模製物係特別用作燈具覆蓋物。然而,該公開案 未提供任何有關應用該模製物於製造太陽能電池模組之資 訊。 【發明內容】 因此,本發明目的係證實減少在戶外長期使用(特別 是在高溫及/或高濕度之下)的太陽能電池性能降低的可 能方式。爲此目的,尋求特定方式以獲致優異耐候化性、 最大可能熱安定性及最大透明度連同最小吸水性。 尤其是就多接面太陽能電池(亦稱爲串列太陽能電池 或堆疊太陽能電池)而言,材料應能提供太陽能模組之最 佳保護及使可能有最佳效率。 此外,亦需要釋放最少腐蝕物質,特別是酸,及對於 太陽能電池模組之各種基礎組件的最大黏著性。 未明確陳述但從介紹中之討論的內容中可明顯看出的 該等及其他問題係藉由使用本專利之申請專利範圍第1項 之全部特徵的模製化合物予以解決。依附申請專利範圍第 1項之附屬項描述本發明之特別爲人需要之變體。此外, 亦尋求對應太陽能電池模組之保護。 藉由使用以下者來製造太陽能電池模組, a) 至少一種(聚)(甲基)丙烯酸烷酯,及 b) 至少一種根據式(I)之化合物 -8 - 201219421
R^W/ V^/〇R2 (I) 其中殘基R1及R2獨立表示具有1至20個碳原子 或環烷基殘基, 且藉由確保該太陽能電池具有至少一種包含聚(甲 烯酸烷酯之組件且該組件中之根據式(I )的化合 度在以下界定之範圍 之烷基 基)丙 物之濃
Cuv. •吸糊 Q.\[wt%xmm\ 至 Q.6[wt%xmm\ d模製物[顯] 名模製物 [mm] 可能以非立即可預見之方式提供太陽能電池性能降 佳防護,特別是於長期戶外(特別是在高溫及/或 下)使用之多接面太陽能電池。特別是,獲致優異 性、非常高之耐熱性及非常高透明度加上通常相當 水性。此外,確保可由該太陽能電池(特別是多接 能電池)使用之陽光的光譜範圍未被吸收,但有害 圍具有最佳吸收。 此外,即使長期戶外使用,未釋放出腐鈾物質 致在太陽能電池模組之各種基礎組件上的非常強之 因此,此處呈現之解決方案提供可見波長範圍 可使用」光的最有效率之使用。同時,其他波長範 別是在無法用於產生電流的UV範圍,極有效地被 此吸收提高該等太陽能電池模組之耐候化性。此外 防止光收集器之不良加熱,不必使用供此目的用之 件,且延長該等太陽能電池模組之壽命。此時,該 低的最 高濕度 耐候化 低之吸 面太陽 UV範 ,且獲 黏著性 內之「 圍,特 吸收。 ,吸收 冷卻元 太陽能 201219421 電池可顯示其作用之完整光譜。 特別是,藉由根據本發明之製程提供以下優點: 提供具有優異耐候化性、耐熱性及抗濕性的太陽能電 池模組之途徑。即使該模組長時間曝露於戶外條件,未發 生剝離。此外,由於即使在高溫及高濕度下亦未釋放酸, 故耐候化性經改良。因光伏打電池未被酸腐蝕,故太陽能 電池之安定耐用性能維持長時間期間。 此外,使用具有傑出耐候化性、熱安定性及抗濕性且 具有優異透明度之材料,以容許製造良好太陽能電池模組 【實施方式】 發明詳細說明 在本發明範圍內,使用以下者來製造太陽能電池模組 a) 至少一種(聚)(甲基)丙烯酸烷酯’及 b) 至少一種根據式(I)之化合物
R 其中殘基R1及R2獨立表示具有1至20個碳原子之烷基 或環烷基殘基, 確保該太陽能電池具有至少一種包含聚(甲基)丙嫌酸烷 酯之組件且該組件/該等組件中之根據式(1 )的化合物之 濃度在以下界定之範圍: 10 - 201219421 Ο;〆-吸收劑 Q.\[wt%xmrn\ Q.6\wt%xmm\ d模製物[w/n] d模製物[ww] 「(聚)(甲基)丙烯酸烷酯」分別表示「 烯酸烷酯」或「(甲基)丙烯酸烷酯」或此 ,例如呈可用於澆鑄程序的漿(sirup )。 「包含聚(甲基)丙烯酸烷酯之組件及根I 合物」在本發明範圍內意指太陽能電池之組 板或二維或三維形成體,係例如由增強劑製 電池組件有助於爲太陽能模組屏蔽外部有害 (甲基)丙烯酸烷酯及根據式(I)之化合 明之太陽能電池可含有數個此等元件,其可 構。 較佳地,UV吸收劑(式(I )之化合物 下範圍 聚(甲基)丙 二者之混合物 豢式(I )之化 件,例如層或 成,該太陽能 效應且含有聚 物二者。本發 以不同方式建 )的濃度在以
Cyv- ,吸收劑 Q.\S[wt%xmrn\ dmm[rnm) 尤佳係在以下範圍 至 0.45 [wt%xmm\ d模製物[ww] 至 0A5[wt%xmm] d模製物[俯所] 最佳係在以下範圍 C(jy -i 吸收剤 QAS[wt%xmrn\ ^ 03[wt%xmm] d模製物d模製物 上述限制及單元茲解釋如下: 在3 mm厚且具有各種根據本發明所使用之 式(I )之化合物)濃度的Plexiglas®板上 UV吸收劑( 測量透射光譜 -11 - 201219421 (見實施例)β測定uv吸收劑之濃度,如以下所示之實 例的計算UV吸收劑含量爲0.06重量% :
卜吸收劑 ㈣0.06㈣=018[心麵! d換製物[讲171] d模製物 其中:
Cuv ® : 表示模製化合物或澆鑄單體混合物或 該太陽能電池之組件或層中根據式(I)之UV吸收劑化 合物的濃度,其含有組分a)及b) dffisjti :表示模製物之厚度 因此上述等式之分子中的因數一定指3 mm厚組件( 厚層或板)。上述等式之分母中因已考慮實際厚度,就具 有不同厚度之組件(不論實際厚度爲何)而言,確保該 UV吸收劑之適當作用。 組分a )及b )可一起用於組成物中,例如作爲模製 化合物中之混合物或用於澆鑄單體混合物,以製造太陽能 電池模組之組件(例如模製物)。然而,亦可能各者分別 用於製造太陽能電池模組各種個別組件,其條件該太陽能 電池中存在包含上述濃度之組分a)及b)二者的至少一 組件。 該(聚)(甲基)丙烯酸烷酯可單獨使用或與數種不 同(聚)(甲基)丙烯酸烷酯混合。此外,聚(甲基)丙 烯酸烷酯亦可呈共聚物形式。 在本發明範圍內,特佳者爲(甲基)丙烯酸Cl_Cl8 烷酯之均聚物及共聚物,較佳爲(甲基)丙烯酸(^-(:10 -12- 201219421 烷酯,特別是(甲基)丙烯酸<^-(:4烷酯聚合物,其隨意 地亦可含有其各種不同單體單元。 此處所使用之表示法(甲基)丙烯酸酯表示甲基丙烯 酸酯(例如甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯等),及丙 烯酸酯(例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯等),及二者單體 之混合物。 已證實使用含有70重量%至99重量%,特別是70重 量%至90重量%之甲基丙烯酸Ci-CM烷酯的共聚物尤其 有用。較佳之甲基丙烯酸CzCu烷酯包含甲基丙烯酸甲 酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸異丙 酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸 三級丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯 酸庚酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸異辛酯及甲基丙烯 酸乙基己酯,甲基丙烯酸壬酯、甲基丙烯酸癸酯,以及甲 基丙烯酸環烷酯,例如甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸異 •莰酯、或甲基丙烯酸乙基環己酯。 尤佳之共聚物包含80重量%至99重量%之甲基丙烯 酸甲酯(MMA )單元及1重量%至20重量%,較佳爲1 重量%至5重量%之丙烯酸C^-Cm烷酯單元,特別是丙烯 酸甲酯、丙烯酸乙酯友/或丙烯酸丁酯單元。使用可得自 Rdhm GmbH公司之聚甲基丙烯酸甲酯PLEXIGLAS® 7N 已證實在這方面相當有用。 聚(甲基)丙烯酸烷酯可藉由本身已習知之混合方法 製造,以自由基聚合方法製造,特別是總體聚合、溶液聚 -13- 201219421 合、懸浮聚合及乳化聚合方法尤佳。尤其適用於該等目的 之起始劑特別包含偶氮化合物,諸如2,2'-偶氮雙(異丁 腈)或2,2·-偶氮雙(2,4-二甲基戊腈);氧化還原系統, 例如三級胺與過氧化物或二亞硫酸鈉及過硫酸鉀、過硫酸 鈉或過硫酸銨或較佳爲過氧化物之組合(詳見例如Η. Rauch-Puntigam, Th. V5lker, "Acrylic and methacrylic compounds", Springer, Heidelberg, 1 967 或 Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol.l,第 3 86 頁以 下’ J. WiUy, New York, 1978)。特別適用之過氧化物聚 合起始劑的實例爲過氧化二月桂醯基、過辛酸三級丁酯、 過異壬酸三級丁酯、過氧二碳酸二環己酯、過氧化二苯甲 醯及2,2-雙(三級丁基過氧基)丁烷。該聚合作用較佳亦 可以各種具有不同半衰期之聚合起始劑的混合物進行,例 如過氧化二月桂醯基及2,2-雙(三級丁基過氧基)-丁烷 ,以在聚合期間且在不同聚合溫度之下維持恆定自由基通 量。所使用之聚合起始劑之量通常相對於該單體混合物計 爲0.0 1重量%至2重量%。 聚合作用可作爲連續程序或作爲分批程序進行。在聚 合之後,該聚合物係藉由慣用單離及分離步驟(例如過濾 、凝聚及噴霧乾燥)來獲得。 該等聚合物 (polymerizate ) 或共聚物 ( copolymerizate )之鏈長可藉由在分子量調節劑之存在下 聚合單體或單體混合物來調整,該等分子量調節劑特別諸 如習知用於此目的之硫醇,例如正丁基硫醇、正十二基硫 • 14- 201219421 醇、2-毓乙醇或2-乙基己基氫硫乙酸酯、氫硫乙酸新戊四 醇酯;該等分子量調節劑通常的使用量相對於該單體或單 體混合物計爲0.05重量%至5重量%,較佳係相對於該單 體或單體混合物爲0.1重量%至2重量%且尤佳係用量相 對於該單體或單體混合物爲0.2重量%至1重量% (參考 例如 H· Rauch-Puntigam, Th. Volker, "Acrylic and methacry 1 ic compounds", Springer, Heidelberg, 1 9 6 7 » Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie [Methods of o r g an i c c h e m i s t r y ],V ο I,XIV /1,第 6 6 頁,G e o r g Thieme,Heidelberg,19 6 1 或 Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology,Vol. 1,第 296 頁以下,】· Wiley,New York,1 978 )。尤佳係,使用正十二基硫醇用 作分子量調節劑。 在本發明範圍內,另外使用至少一種根據式(I)之 化合物製造太陽能電池模組'·
其中,殘基R1及R2獨立表示具有1至20個碳原子 ,尤佳係具有1至8個碳原子之烷基或環烷基殘基。該等 脂族殘基較佳爲直鏈或分支鏈,且可具有取代基,例如鹵 素原子。 該等較佳烷基包括甲基、乙基、丙基、異丙基、1-丁 基、2-丁基、2-甲基丙基、三級丁基、戊基、2-甲基丁基 、1,卜二甲基丙基、己基 '庚基、辛基、1,1,3,3-四甲基丁 -15- 201219421 基、壬基、1-癸基、2 -癸基、--基、十二基、十五基及 二十基。 較佳之環烷基包括環丙基、環丁基、環戊基、環己基 、環庚基及環辛基,彼等係隨意地經支鏈或非支鏈烷基取 代。 尤佳係使用式(II)化合物: -0 ... 〇
c2h5 h5c2o 該化合物可購自 Clariant,其商標爲©3311(11^〇1· VSU ,以及購自CibaGeigy,其商標爲@7^111^丨11312。 在本發明範圍內,此外可隨意地使用熟悉本技術之人 士詳知之添加劑。外部潤滑劑、抗氧化劑、阻燃性、額外 UV安定劑(較佳爲HALS安定劑)、流動改良劑、用於 屏蔽電磁輻射之金屬添加劑、抗靜電劑、脫模劑、染料、 顏料、黏著促進劑、抗候化劑、塑化劑、塡料等爲佳。 在本發明尤佳之具體實例的範圍內,使用至少一種受 阻胺,提供耐候化性之進一步改良。可進一步減少長時間 曝露於外部條件之材料的黃化或降解。 尤佳之受阻胺包括二甲基丁二酸酯-1-(2羥乙基)-4-羥基-2,2,6,6-四甲基哌哄聚縮合物、聚[{6- ( 1,1,3,3-四甲基丁基)胺基-1,3,5-三哄-2,4-二基){(2,2,6,6-四甲 基-4-哌啶基)亞胺基}六亞甲基{ ( 2,2,6,6-四甲基-4·哌啶 基)亞胺基}]、N,N’-雙(3-胺丙基)乙二胺-2,4-雙[N-丁 -16- 201219421 基-N- ( 1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)胺3 哄縮合物、雙(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基: (3,5 -二-第三-4·羥苯甲基)-2 -正丁 1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)。 此外,使用使用矽烷黏著促進劑或有 實相當有用,提供對於無機材料黏著的進 適用之矽烷黏著促進劑包括乙烯基三 三(β-甲氧基乙氧基)矽烷、乙烯基三乙 基三甲氧基矽烷、γ-甲基丙烯醯基丙基三 (3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷 丙基甲基二乙氧基矽烷、Ν-β-(胺基乙3 甲氧基矽烷、Ν-β-(胺基乙基)-γ-胺丙基 烷、γ-胺丙基三乙氧基矽烷、Ν-苯基-γ-胺 烷、γ-毓基丙基三甲氧基矽烷及γ-氯丙基: 聚(甲基)丙烯酸烷酯與根據式(I 對比例原則上可自由選擇。 在第一較佳具體實例中,組分a)及 製化合物中。尤佳之模製化合物包含90 重量%之聚(甲基)丙烯酸烷酯(各例中 化合物之總重),其中根據式(I)之化 述範圍或較佳範圍內。 該等化合物可藉由熟悉從文獻得知之 模製化合物中,例如藉由在較高溫度下進 該聚合物混合、藉由添加至該聚合物熔體 U-6-氯-1,3,5-三 )癸二酸酯及2-基丙二酸雙( 機鈦化合物已證 一步改良。 氯矽烷、乙烯基 氧基矽烷、乙烯 甲氧基矽烷、β-、γ-環氧丙氧基 S ) - γ -胺丙基三 甲基二甲氧基矽 丙基三甲氧基矽 三甲氧基矽烷。 )之化合物的相 b )存在常見模 重量%至99.999 係相對於該模製 合物的濃度在上 方法結合於常見 一步處理之前與 ,或在藉由正處 -17- 201219421 理時添加至經懸浮或溶解之聚合物。彼等可隨意地亦已加 入用於製造聚合物的起始材料,且彼等即使在存在其他可 用光及熱安定劑、氧化劑及還原劑等之下不會損失黏著能 力。 對於本發明目的而言尤佳之模製化合物具有不低於 80 °C之軟化溫度(Vic at軟化溫度VST (ISO 306-B50 ) )。因此,由於即使模組在戶外使用期間曝露於高溫下, 其該模製化合物不會開始潛變,故其特別適於作爲太陽能 電池模組之增強劑。 在第二較佳具體實例中,可聚合成組分a)與UV吸 收劑b)之單體係與其他上述組分隨意地混合成可聚合單 體混合物(澆鑄單體混合物)。在本發明範圍內,澆鑄單 體混合物包含單體之混合物及單體、聚合物與寡聚物之混 合物,所謂漿(syrup )或樹脂混合物。太陽能電池元件 可藉由習知方法從該澆鑄單體混合物製造,較佳係藉由室 聚合(chamber polymerization)及連續澆鑄聚合製造。 尤其有利的太陽能電池元件係從具有相對較高總透明 度且以尤其是當用作太陽能電池模組中之增強劑時,尤其 是用於多接面太陽能電池時,防止該太陽能電池之性能降 低(該性能降低係因增強劑之光學損失造成)之方式的模 製化合物及/或澆鑄單體混合物製造者。在400 nm至低於 5 00 nm之波長範圍內,總透明度較佳爲至少90%。在500 nm至低於1 000 nm之波長範圍內,總透明度較佳爲至少 80 % (使用得自Perkin Elmer公司之Lambda 19分光光度 -18- 201219421 計測量)。 此外’得自模製化合物及/或澆鑄單體混合物亦有利 之處在於其浅漏電阻爲1至500 X cm2。因短路之故, 此最佳避免太陽能電池的性能降低。 得自含有所述成分之模製化合物及/或澆鑄單體混合 物的太陽能電池元件特別適於作爲太陽能電池模組之增強 劑,在多接面太陽能電池之例中尤其如此。此外,較佳用 於製造所謂集光器。其等爲極有效率地將光聚集在儘可能 小之區域上的組件,因此獲致高強度輻射。在該情況下, 不一定產生光源影像。 尤其有利於本發明目的之集光器爲會聚透鏡,其收集 平行光且將其聚集在焦平面上。特別是,平行於光軸之入 射光被聚至焦點。 會聚透鏡可爲雙凸(雙側向外凸)、平凸(一側平坦 ,一側凸面)或凹凸(一側向內彎,一側向外彎,該凸側 較佳係比凹側更彎曲)。根據本發明尤佳之會聚透鏡包含 至少一個凸面區,且已發現平凸結構尤其有利。 在本發明尤佳具體實例之範圍內,集光器具有夫瑞乃 透鏡結構。此係光學透鏡,因所使用的設計之故’該等光 學透鏡通常導致重量及體積縮減,此對於具有短焦距之大 型透鏡尤其有效。 使用夫瑞乃透鏡減少體積係藉由將其分成數個環形區 來獲致。在該等區各者中,該厚度縮減’因此該透鏡具有 一系列環狀階梯。由於光只在透鏡表面上折射’折射角度 -19- 201219421 不取決於厚度,而是只取決於透鏡的兩個表面之間的角度 。因此,該透鏡保持其焦距,惟因階梯形結構而使圖案品 質受損。 在本發明第一尤佳具體實例範圍內,使用具有旋轉對 稱且朝光軸具有夫瑞乃結構的透鏡q其以一方向將光聚焦 在一點上。 在本發明其他尤佳具體實例範圍內,使用具有夫瑞乃 結構之線性透鏡,該等透鏡將光聚焦在一平面上。 另外,太陽能電池模組可具有本身已習知之結構。較 佳係包含至少一個光伏打電池,其有利地插入並層合在板 與後壁之間,在各例中該板及該後壁有利地使用增強劑固 定在該光伏打電池上》該太陽能電池模組,特別是該板、 該後壁及/或該增強劑,較佳包含根據本發明所使用之組 分,即聚(甲基)丙烯酸烷酯與根據式(I)之化合物。 在本發明其他尤佳具體實例之範圍內,該太陽能電池 模組包含 a) 至少一個光伏打電池, b) 至少一個集光器,其含有至少一種聚(甲基)丙烯酸 烷酯,及 c) 至少一個透明板,其含有至少一種根據式(I)之化合 物, 其中該太陽能電池模組具有至少一個包含聚(甲基)丙烯 酸烷酯之組件且該組件/該等組件中之根據式(I )的化合 物之濃度在以下界定之範圍 -20- 201219421 _ Q.\[wt%xmni\ _p 0.6[wt%xmni\ ㈣糊=4翻[顯] dmm[rnrn] 以下描述太陽能電池模組之尤其有利結構,有利參考 圖1至圖2B中之圖式。 根據本發明之太陽能電池模組較佳包含光伏打電池 101、板103 (其覆蓋光伏打電池101前面)、介於該光 伏打電池1 0 1及板1 〇 3之間的第一增強劑1 〇 2、後壁1 0 5 (其覆蓋該光伏打電池101背面104),以及介於光伏打 電池101與後壁105之間的第二增強劑104。 該光伏打電池較佳包含在傳導基板上之光活性半導體 層作爲用於轉換光之第一電極以及在該第一電極頂部形成 之第二透明傳導層作爲第二電極。 在這方面,該傳導基板較佳包含不鏽鋼,藉由不鏽鋼 可進一步改良該基板上之增強劑的黏著強度。 含有銅及/或銀作爲成分之集板電極較佳係形成於光 伏打電池之光敏側上,而含有聚(甲基)丙烯酸烷酯之元 件(較佳含有至少一種上述濃度之根據式(I)之化合物 )較佳係與該集板電極接觸。 光伏打電池之光敏表面有利地覆蓋以含有聚(甲基) 丙烯酸烷酯之元件(其具有至少一種上述濃度之根據式( I)之化合物),然後較佳係在其配置薄的氟化物聚合物 膜作爲最外層。 該第一增強劑102應藉由覆蓋電池101之光敏表面的 不均句而爲任何爲光伏打電池1 0 1防止外部因素。亦用於 將板1 03接合於電池101。因此,除了高透明度之外,應 -21 - 201219421 具有高耐候化性、良好黏著性及高耐熱性。此外, 低吸水性且不應釋放任何酸》爲了符合該等需求, 使用聚(甲基)丙烯酸烷酯作爲增強劑,其較佳含 —種上述濃度之根據式(I)之化合物》 爲了最小化到達光伏打電池1 0 1之光量的任何 第一增強劑102在400 nm至800 nm可見光波長範 透明度較佳爲至少80%,尤佳爲在400 nm至小於 之波長範圍內的透明度爲至少 90% (使用得自 Elmer公司之Lambda 19分光光度計測量)。此外 係折射率爲1.1至2.0,較有利爲1.1至1.6,以促 空氣之光的入射(根據ISO 489測量)。 使用第二增強劑104,藉由覆蓋在電池101背 任何不均勻來爲光伏打電池1 0 1防止外部因素。此 用於將後壁105接合於電池101。因此,如同第一 ,該第二增強劑應具有高耐候化性、良好黏著性及 性。因此,亦較佳係使用聚(甲基)丙烯酸烷酯, 含有至少一種根據式(I)之化合物作爲第二增強 佳地,使用相同材料用於第一增強劑及用於第二增 然而,由於透明度係隨意的,故可視需要將塡料( 機氧化物)添加於該第二增強劑中以進一步改良耐 及機械性質,或可將顏料加入以將之著色。 較佳地,使用習知電池作爲光伏打電池1 0 1, 單晶矽電池、多晶電池,非晶矽及微晶矽亦用於薄 池。此外,硒化銅銦及半導體化合物亦尤其適用。 應具有 較佳係 有至少 減少, 圍內之 500 nm Perkin ,較佳 進來自 面上之 外,亦 增強劑 高耐熱 其較佳 劑。較 強劑。 諸如有 候化性 特別是 膜矽電 -22- 201219421 較佳光伏打電池之示意方塊圖係示於圖2a及2b。圖 2a係光伏打電池之示意橫斷面圖,然而圖2b係光伏打電 池之不意俯視圖。在該等圖式中’編號201表不傳導基板 ,202表示在背面上之反射層,203表示光活性半導體層 ,2 04表示透明傳導層,205表示集板電極,206a及206b 收集器,及207與20 8表示傳導、黏著或傳導糊。 傳導基板201不僅用作光伏打電池之基板,亦用作第 二電極。傳導基板201之材料較佳包含矽、鉬、鉬、鎢、 不鏽鋼、鋁、銅、鈦、碳膜、塗覆鉛之鋼板、具有傳導層 之樹脂膜及/或陶瓷。 在傳導基板201上,較佳係在背面上提供金屬層或金 屬氧化物層或二者作爲反射層202。金屬層較佳包含Ti、 Cr、Mo、B、A卜Ag及/或Ni,然而該金屬氧化物層較佳 含有ZnO、Ti02及Sn02。該金屬層及金屬氧化物層較有 利地藉由利用熱或利用電子束或利用濺鍍之化學氣相沉積 所形成。 該光活性半導體層203用於進行光電轉換。這方面之 較佳材料爲具有P-η接面之多晶矽、得自非晶矽之PIN接 面型、得自微晶矽之PIN接面型及半導體化合物,特別是 CuInSe2、CuInS2 ' GaAs、CdS/Cu2S、CdS/CdTe、CdS/InP 及CdTe/Cu2Te。使用得自非晶形矽之PIN接面型尤佳。 該光活性半導體層較佳係藉由將熔融矽形成膜,或在 多晶矽之例中藉由非晶矽之熱處理,在非晶矽及微晶矽之 例中使用矽烷氣體作爲起始材料之電漿化學氣相沉積,以 -23- 201219421 及在半導體化合物之例中藉由離子鍍覆、離子束沉積、真 空蒸發、灘鑛及/或鍵辞(galvanizing)來製造。 透明傳導層204用作太陽能電池之上電極。較佳包含 In2〇3 ' Sn02、In203-Sn02 ( ITO ) 、ZnO、Ti02、Cd2Sn04 或結晶半導體層,其係摻雜有高濃度雜質。可由耐熱氣相 沉積、濺鍍、噴淋、化學氣相沉積或藉由擴散雜質而形成。 此外,在形成有透明傳導層204之光伏打電池之例中 ,因傳導基板201之表面的不均勻及/或光活性半導體層 形成時的不均勻度而使傳導基板及透明傳導層可部分短路 。在該例中,大電流損失與輸出電壓成比例。即,洩漏電 阻(分路電阻)低。因此,需要移除短路,且在形成透明 傳導層之後,對光伏打電池進行移除瑕疵之處理。此種處 理係詳細描述於美國專利4,729,970。由於此處理之故, 該光伏打電池的分路電阻調整爲1至5 00 ΙίΩ X cm2,較佳 爲 10 至 500 ΙςΩ X cm2。 集板電極(柵極)可在該透明傳導層204上形成。較 佳係其具有格柵、蜂巢、線或類似形式,以有效率收集電 流。形成集板電極205之材料的較佳實例爲Ti、Cr、Mo 、W、A1、Ag、Ni、Cu、Sn或傳導糊,其稱之爲銀糊。 集板電極2 05較佳係藉由使用遮罩濺鍍、藉由電阻加 熱、藉由化學氣相沉積、藉由包含藉由氣相沉積在整體層 上形成金屬膜並藉由蝕刻移除不需要之膜部分的步驟之方 法、藉由光化學氣相沉積形成柵極圖案之方法、藉由包含 形成柵極之負遮罩並鍍覆圖案表面之步驟的方法、藉由印 -24- 201219421 刷傳導糊之方法、藉由將金屬線焊於所印刷之傳導糊的方 法來形成。所使用之傳導糊較佳爲聚合物黏合劑,其中銀 、金、銅、鎳、碳或類似物係呈細微粉末形式分散。該聚 合物黏合劑較佳包括聚酯樹脂、環氧樹脂、丙烯酸樹脂、 醇酸樹脂、聚乙酸乙烯酯樹脂、橡膠、胺基甲酸酯樹脂及 /或酚樹脂。 最後,較佳之分接終端206係固定在傳導基板201上 或在集板電極205用於分接電動勢。分接終端206較佳係 藉由使用點狀熔接或焊接將金屬體(例如銅凸出部)固定 在傳導基板上,然而將分接終端固定在集板電極上較佳係 藉由使用傳導糊或使用錫焊料207及208將金屬體電連接 至該集板電極。 光伏打電池係串聯或並聯連接,此取決於所需之電壓 或電流。此外,該電壓或電流可藉由將光伏打電池插入絕 緣基板中而予以控制。 由於圖1中之板103爲太陽能電池模組的最外層,其 應具有最大可能耐候化性、最佳拒塵作用及最高可能機械 強度。此外,必須確保戶外使用之太陽能電池模組的長期 可靠度。適於本發明目的之板包括(增強)玻璃膜及氟化 物聚合物膜。所使用之玻璃膜較佳爲具有高透明度之玻璃 膜。適用之氟化物聚合物膜特別包含四氟乙烯-乙烯共聚 物(ETFE)、聚氟乙烯樹脂(PVF)、聚偏二氟乙烯樹脂 (PVDF)、四乙烯樹脂(TFE)、四氟乙烯-六氟丙烯共 聚物(FEP )及氯三氟乙烯(CTFE)。聚偏二氟乙烯樹脂 -25- 201219421 在耐候化性方面尤其適用,然而四氟乙烯-乙烯共聚物在 耐候化性與機械強度的組合方面尤其有利。爲改良氟化物 聚合物膜與增強劑之間的黏著性,希望該膜經歷電暈處理 或電漿處理。此外,使用經拉伸膜亦較佳,以進一步改良 機械強度。 在本發明尤佳具體實例之範圍內,板包含至少一種聚 (甲基)丙烯酸烷酯,且較佳係此外包含至少一種上述濃 度之根據式(I)之化合物。 此外,該板較佳爲集光器,其非常有效率地將光集中 在光伏打電池上,因此獲致高輻射強度。收集平光入射光 並將之聚焦在焦平面的會聚透鏡尤佳》特別是,將平行於 光軸之入射光聚焦在焦點。 會聚透鏡可爲雙凸、平凸或凹凸。然而,以平凸結構 尤佳。此外,該板較佳具有夫瑞乃透鏡之結構。 該後壁105用於介於光伏打電池101與周圍的電絕緣 及進一步改良耐候化性,以及作爲增強材料。較佳係從確 保適當電絕緣性質、具有優異長期耐用性、可承受熱膨脹 及熱收縮且具撓性之材料形成。尤其適用於該等目的之材 料包括耐綸膜、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜及聚親乙 烯膜。若需要抗濕性’較佳係使用層合鋁之聚氟乙烯膜、 塗覆鋁之PET膜、塗覆氧化矽之PET膜。此外,模組之 耐火性可藉由使用層合膜、鏟鋅之鐵箔或不鏽鋼箔作爲後 壁予以改良。 在本發明尤佳具體實例之範圍內,後壁包含至少一種 -26- 201219421 聚(甲基)丙烯酸烷酯,此外較佳含有至少一種 I )之化合物。 支撐板可固定在後壁外表面上,以進一步改 電池模組之機械強度或防止後壁因溫度改變而凸 。尤佳之後壁爲不鏽鋼薄片、塑膠薄片及FRP( 之塑膠)薄片。此外,建築材料可固定在該背板 此種太陽能電池模組可以本身爲人習知之方 然而,以下所描述之製程尤其有利。 爲以增強劑覆蓋光伏打電池,較佳係使用將 熔融並經由狹縫擠出以形成膜,然後將該膜熱固 池上之方法。增強劑之膜較佳係插入該電池及板 及該電池及後壁之間,然後予以固化。 熱固化係使用習知方法(例如真空層合及輥 進行。 根據本發明之太陽能電池模組較佳具有高達 高之操作溫度,尤其是在高溫下,可有效地利用 明之材料的耐熱性效應。 以下實施例係用以更詳細解釋本發明及較佳 發明,但不在任何方面有所限制。 實施例
製備以下模製化合物,並測量厚度爲3 mm 模製化合物所製造的模製物之透射光譜(光譜見 對照實例 1 :得自 Evonik® Riihm GmbH 根據式( 良太陽能 起及鬆垂 纖維增強 上。 式製造。 增強劑熱 定於該電 之間,以 壓層合) 8 0 °C或更 根據本發 地理解本 之從該等 附錄): 公司之 -27- 201219421
PLEXIGLAS® 7H
對照實例2 :具有0· 1重量%之Tinuvin® P (爲底質之UV 吸收劑)的 PLEXIGLAS® 7H 實施例 1 : 具 有 0.04 重 且 里 % 之 Tinuvin® 3 12 的 PLEXIGLAS® 7H 實施例 2 : 具 有 0.06 重 量 % 之 Tinuvin® 3 12 的 PLEXIGLAS® 7H 實施例 3 : 具 有 0.08 重 量 % 之 Tinuvin® 3 12 的 PLEXIGLAS® 7H 實施例 4 : 具 有 0.1 重 量 % 之 Tinuvin® 3 12 的 PLEXIGLAS® 7H 實施例 5 : 具 有 0.2 重 量 % 之 Tinuvin® 3 12 的
PLEXIGLAS® 7H
實施例6 :具有0.04重量°/。之Tinuvin® 312及0.04重量 %之 Tinuvin® 770 的 PLEXIGLAS® 7H 圖4中之Plexiglass® 7H樣本(對照實例1 )的透射 光譜顯示出高比例之UV光通過該樣本,因此亦有助於加 熱對應之太陽能模組。然而,僅在藉由對應之太陽能轉換 電池將光轉換成能量的特定波長下。該波長範圍通常在近 UV區開始(從3 5 0 nm開始),並視所使用之轉換電池而 定,結束於(近)IR區中。 與透射光譜比較時,可看出實施例1至6(見圖6) 比起對照實例2(見圖5)遠遠較高比例之UV光通過對 應之板。當所使用之轉換電池爲多重電池時此爲優點,從 -28- 201219421 圖8及圖9中之波長可看出該電池之敏感度》 此外,若該添加有TINUVIN® 312之模製化合物另外 經 TIN UV IN® 770 (HALS 安定劑,雙(2,2,6,6-四甲基- 4-哌啶基)癸二酸酯))安定,可顯示出在陽光測試( Suntest)候化至少2500小時之後該透射光譜大部分保留 下來(見圖7 )。該陽光測試係根據標準DIN EN ISO 4 892-2來評估樣本的耐候化性之方法。當偏離標準時, 在無毛毛雨週期(drizzle cycle)情況下進行圖7所顯示 之測試。即,該等樣本係以恆定60W/m2照射。省略該標 準中之「相對濕度爲65+/-10%」一項。 【圖式簡單說明】 圖1爲根據本發明較佳太陽能電池模組之示意橫斷面 〇 圖2a及2b爲示意橫斷面,其顯示較佳用於根據圖1 之太陽能電池模組的光伏打電池之基礎結構,及該光伏打 電池之光敏區域的俯視圖。 圖3係慣用太陽能電池之示意橫斷面。 圖4 :對照實例1之透射光譜 圖5 :對照實例2之透射光譜 圖6 :實施例1至5之透射光譜之比較 圖7 :根據個別透射光譜之圖6的長期候化試驗 圖8:與在250至450 nm波長範圍內之入射光的波 長相關的多接面太陽能電池 (CDO-100 -29- 201219421
ConcentratorPhotovoltaik Cell,得自 Spectrolab Inc.公司 (USA))之敏感度 圖9:與在330至1730 nm波長範圍內之入射光的波 長相關之多接面太陽能電池的敏感度 【主要元件符號說明】 圖1 101 光伏打電池 102 : 增強劑 103 : 板 104 : 增強劑 105 : 後壁 圖2a 201 : 傳導基板 202 : 反射層 203 : 光活性半導體層 204 : 透明傳導層 205 : 集板電極 206a :連接器 206b :連接器 207 : 傳導性黏著糊 208 : 傳導糊或錫焊料 圖2 b 201 : 傳導基板 202 : 反射層 203 : 光活性半導體層 204 : 透明傳導層 205 : 集板電極 206a :連接器 2 0 6 b :連接器 207 : 傳導性黏著糊 圖3 501 : 光伏打電池 502 : 增強劑 5 03 : 板 504 : 後壁 -30-

Claims (1)

  1. 201219421 七、申請專利範圍: 途, 及 1. 一種使用以下者製造太陽能電池模組之用 a) 至少一種(聚)(甲基)丙烯酸烷酯, b ) 至少一種根據式(I)之化合物,
    其中殘基R1及R1 2 3獨立表示具有1至201 烷基或環烷基殘基, 其特徵在於該太陽能電池具有至少一種包1 )丙烯酸烷酯之組件且該組件或該等組件中之 )的化合物之濃度在以下界定之範圍 碳原子之 聚(甲基 I據式(I
    卜吸收劑 QA[wt%xmrn\ 至 0.6[wt%xmm] d模製物[所所] a )及b 太陽能模 於太陽能 製化合物 酸 Cj-Cu 途,其中 ,該共聚 1單元及1 佳爲丙烯 -31 - 1 .如申請專利範圍第1項之用途,其中組 )隨意地與其他組分在澆鑄程序中一起經處理 組或太陽能模組之組件,或模製化合物,然後用 模組或太陽能模組之組件的製造。 2 3_如申請專利範圍第1項之用途,其中該檨 或該澆鑄單體混合物含有至少一種(甲基)丙烯 烷酯均聚物或共聚物。 3 .如申請專利範圍第1至3項中任一項之月 該模製化合物或該澆鑄單體含有至少一種共聚物 物包含80重量%至99重量。/«»之甲基丙烯酸甲画 重量%至20重量%之丙烯酸Cl-C1()烷酯單元,軺 201219421 酸甲酯及/或丙烯酸乙酯單元。 5.如申請專利範圍第1至3項中任一項之用途,其中 使用根據式(I)之化合物,其中該等殘基R1及R2獨立表 示具有1至8個碳原子之烷基或環烷基殘基,較佳爲甲基 、乙基、丙基、異丙基、1-丁基、2-丁基、2 -甲基丙基、 三級丁基、戊基、2-甲基丁基、1,1-二甲基丙基、己基、 庚基、辛基、1,1,3,3-四甲基丁基、壬基、1-癸基、2-癸基 、十一基' 十二基、十五基或二十基,或環丙基、環丁基 、環戊基、環己基、環庚基或環辛基,彼等係隨意地經支 鏈或非支鏈烷基取代。 6·如申請專利範圍第1至3項中任一項之用途,其中 使用根據式(II )之化合物 0. .0
    (II) HN-^) c2h5 h5c2o’ 7 ·如申請專利範圍第1至3項中任一項之用途,其中 根據式(I)(較佳爲式(II))之化合物在含聚(甲基) 丙烯酸烷酯組分中之濃度在以下所界定之範圍內 ;/κ-吸收劑 QA5[wt%xmm\ d模製物[所所] 較佳係在以下範圍 至 C t/卜吸收劑 d模製物[w/w] 尤佳係在以下範圍 OAS[wtV〇xmrri\ _ 0A[wt%xmm] 主 ~r *模製物 [mm] -32· 201219421 吸收劑 0.\5[wt%xmm\ ^ 03[wt%xmni\ ^模麵\.mm^ 8.—種太陽能電池模組,其包含模製物,該模製物含 有 a) 至少一種聚(甲基)丙烯酸烷酯,及 b ) 至少一種根據式(I )之化合物, Ο Ο
    (I) 烷基或環烷基殘基, 其特徵在於該太陽能電池具有至少一種包含聚(甲基 )丙烯酸烷酯之組件且該組件或該等組件中之根據式(I )的化合物之濃度在以下界定之範圍 π-吸收劑 0.1 [wt%xmm]至 Q.6\wt%xmrn\ [mm] I.如申請專利範圍第8項之太陽能電池模組,其中該 模製物爲集光器。 1 0 .如申請專利範圍第9項之太陽能電池模組.,其中 該模製物爲會聚透鏡。 1 1 .如申請專利範圍第1 0項之太陽能電池模組,其中 該會聚透鏡包含凸面區。 1 2 ·如申請專利範圍第1 1項之太陽能電池模組,其中 該會聚透鏡具有平凸結構。 1 3 ·如申請專利範圍第1 2項之太陽能電池模組,其中 該會聚透鏡爲夫瑞乃(Fresnel)透鏡。 -33- 201219421 I4.如申請專利範圍第9至13項中任一項之太陽能電 池模組,其另外包含光伏打電池。 1 5 . —種太陽能電池模組,其包含 a) 至少一個光伏打電池, b) 至少一個會聚透鏡,其含有至少一種聚(甲基) 丙烯酸烷酯,及 c) 至少一個透明板,其含有至少一種根據式(I)之 化合物
    其中殘基R1及R2獨立表示具有1至20個碳原子之 烷基或環烷基殘基, 其特徵在於該太陽能電池模組具有至少一個包含聚( 甲基)丙烯酸烷酯之組件且該組件或該等組件中之根據式 (I)的化合物之濃度在以下界定之範圍 _ 0A[wt%xmm\ — Q.6[wt%xmrri\ 吸纏 换製物[顯] j模製物[顯] -34-
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