TW201344936A - 太陽能電池封裝材薄片及太陽能電池模組 - Google Patents

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Makoto Nakahara
Takashi Ando
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Abstract

本發明之課題係提供一種品質佳的太陽能電池封裝材薄片，其一面維持封裝材薄片之緩衝性或脫氣性、一面抑制光澤不均。一種太陽能電池封裝材薄片，其係在至少一側表面，由每1cm2具有40個以上2300個以下之突起的熱塑性樹脂所構成的太陽能電池封裝材薄片，其特徵為該突起為由以多角形作為底面之角錐梯形的下擺部、與由凸曲面形狀之頂部所構成，該突起之頂部比例X為0.1以上0.4以下。

Description

太陽能電池封裝材薄片及太陽能電池模組
本發明係關於一種太陽能電池封裝材薄片及太陽能電池模組。
近年來，從有效利用資源或削減CO2排放量之觀點，直接將陽光轉換成電能之太陽能電池受到矚目，技術開發正提升中。
於現在主流之結晶矽系太陽能電池中，依序積層玻璃、封裝材薄片、太陽能電池單元、封裝材薄片、背板，在真空．加熱條件下積層該積層體，利用熔融的封裝材樹脂封裝單元而製造太陽能電池模組。
但是，在上述積層步驟，由於來自熱板之加熱而使玻璃彎曲，使封裝材之升溫局部變得不足，將太陽能電池單元按壓於未熔融狀態之封裝材薄片而發生裂痕，此係成為使模組產率降低的原因之一。又，於積層時，氣泡將殘留於封裝材薄片與單元之間而可能使模組之外觀惡化。
為了避免上述問題而在封裝材薄片之製造程序進行壓紋加工，採取在薄片表面形成突起部，藉由使 薄片之緩衝性提高而防止單元中出現裂痕(以後，記為單元裂痕)，同時也確保空氣之排放路徑的對策。
於專利文獻1中，有人提案一種封裝材薄片，形成有複數個之具有由如第1圖所示之圓柱或圓錐梯形所構成的下擺部與凸曲面形狀的頂部之突起。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-258123號公報
於專利文獻1中揭示的技術中，雖然因突起而能夠使緩衝性或脫氣性提高，但由於歸因於該突起形狀而使周圍的光突出地如凸透鏡產生眩光，封裝材薄片中發生光澤不均，使薄片品質降低，同時也於模組製造前，變得難以檢查封裝材薄片中之雜質、缺陷而有使生產效率降低之問題。
有鑒於如上述之習用技術的問題點，於本發明中，提供一種太陽能電池封裝材薄片，其一面維持封裝材薄片之緩衝性、一面能抑制光澤不均。
本發明人等為了達成上述目的而進行鑽研，發現藉由採取下列之構造而能解決上述問題。
一種太陽能電池封裝材薄片，其係在至少一側表面，由每1cm2具有40個以上2300個以下之突起的熱 塑性樹脂所構成的太陽能電池封裝材薄片，其特徵為該突起為由以多角形作為底面之角錐梯形的下擺部、與由為凸曲面形狀之頂部所構成，該突起之以下所定義的頂部比例X為0.1以上0.4以下。
頂部比例X之定義：(1)將突起部之最頂部設為P、將該最頂部P投影至角錐梯形底面之點設為P’、從P’劃至角錐梯形底面之任意邊的垂線腳設為Q，取得通過該等之點(P,P’,Q)之剖面；(2)在通過點(P,P’,Q)之剖面，將10等分線段P’Q之區間，從點Q起設為區間R1至R10，通過線段P’Q上之區間Rj(1j10)之邊界點rj-1、rj，將垂直於線段P’Q之直線設為Sj-1、Sj，將該直線與曲線PQ之交點設為tj-1、tj；於區間Rj，將連結點tj-1、tj之直線與直線P’Q所成之銳角設為θj；(3)求出符合(θ1+θ2)/2-θj 4°(1j10)之區間Rj數，除以10；(4)對於底面之多角形各邊，進行上述(1)至(3)，將平均後之數值定義為其突起之頂部比例X。
若根據本發明，能提供一面維持封裝材薄片之緩衝性或脫氣性、一面抑制光澤不均之品質佳的太陽能電池封裝材薄片。
1‧‧‧在下擺部具有圓錐梯形之突起
2‧‧‧在下擺部具有四角錐梯形之突起
3‧‧‧在下擺部具有六角錐梯形之突起
10‧‧‧角錐梯形之底面
11‧‧‧角錐梯形之下擺部
12‧‧‧凸曲面形狀之頂部
13‧‧‧圓錐梯形之下擺部
D‧‧‧外接圓之直徑
G‧‧‧多角形之重心
H‧‧‧突起之高度
LG‧‧‧從角錐梯形底面之多角形重心G至該底面之多角形邊的最短距離
LP’‧‧‧從點P’至角錐梯形底面之多角形邊的最短距離
P‧‧‧突起部之最頂部
P’‧‧‧將最頂部P投影至角錐梯形底面之點
Q‧‧‧從P’劃至角錐梯形底面之任意邊的垂線腳
第1圖係習知之封裝材薄片表面突起部之一例的概 略剖面圖。
第2圖係本發明之封裝材薄片表面突起部之一例的概略示意圖。
第3圖係包含顯示於第2圖之突起點(P,P’,Q)之剖面的部分放大圖。
第4圖係本發明之封裝材薄片表面突起部之其他形態的概略示意圖。
[實施發明之形態]
以下，針對本發明之太陽能電池封裝材薄片而說明。
本發明之太陽能電池封裝材薄片係在至少一側表面，由每1cm2具有40個以上2300個以下之突起的熱塑性樹脂所構成的太陽能電池封裝材薄片，該突起為由以多角形作為底面之角錐梯形的下擺部、與由凸曲面形狀之頂部所構成，該突起之如後述所定義的頂部比例X為0.1以上0.4以下的太陽能電池封裝材薄片。
雖然本發明之太陽能電池封裝材薄片所用之熱塑性樹脂並未被特別限定，但較佳為具有透明性、在真空積層時之熱板溫度(130℃以上160℃以下)將會熔融的熱塑性樹脂，例如，較佳使用聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(以下，記載為「EVA」)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、矽烷改性聚乙烯、順丁烯二酸改性聚乙烯、離子聚合物、聚乙烯丁縮醛等。又，為了改善封裝特性，必要時亦可適當使用交聯劑 、交聯助劑、耦合劑、紫外線吸收劑、光安定化劑等之添加劑。又，本發明之太陽能電池封裝材薄片可為樹脂之種類或添加劑之種類或量均一之單層薄片，亦可為積層樹脂之種類或添加劑之種類或量不同的層之多層薄片。
而且，在本發明之太陽能電池封裝材薄片中，在至少一側表面，每1cm2具有40個以上2300個以下之突起。若突起之個數為每1cm2小於40個時，在積層步驟而將太陽能電池單元按壓於未熔融狀態之封裝材薄片時，由於施加於各個突起之應力變高，容易發生單元裂痕。另一方面，若突起之個數為每1cm2超過2300個時，由於每個突起變小，緩衝性將會降低，使在積層步驟之單元裂痕容易發生、使脫氣性降低、使氣泡變得容易殘留。
在本發明之太陽能電池封裝材薄片表面之突起係如第2圖或第4圖所示，由將多角形作為底面之角錐梯形的下擺部11、與為凸曲面形狀之頂部12所構成。藉由將下擺部作成角錐梯形而使曲面部減少、防止周圍之眩光、能抑制薄片之光澤不均。該角錐梯形之底面形狀較佳為三角形、四角形、五角形或六角形。一旦成為七角形以上之多角形時，將有成為接近曲面之形狀、引起眩光而觀察到薄片之光澤不均之情形。
又，為了防止眩光，凸曲面形狀之頂部12之比例低為重要，本發明之太陽能電池封裝材薄片係下列所定義的頂部比例X為0.1以上0.4以下，若為0.25以上0.4 以下的話則較佳。
針對頂部比例X之求法，以在下擺部具有第2圖的四角錐梯形之突起2為例而具體說明。將突起部之最頂部設為P、將該最頂部P投影至角錐梯形底面10之點設為P’、從P’劃至四角形之任意邊的垂線腳設為Q。第3圖係顯示通過點(P,P’,Q)之剖面的部分放大圖。從點Q起，將10等分線段P’Q之區間稱為區間R1至R10。針對線段P’Q上之某區間Rj(1j10)，通過線段P’Q上之邊界點rj-1、rj，將垂直於線段P’Q之直線設為Sj-1、Sj，將該直線與曲線PQ之交點設為tj-1、tj。於區間Rj，將連結點tj-1、tj之直線與直線P’Q所成之銳角設為θj時，求出符合{(θ1+θ2)/2}-θj4°(1j10)之區間Rj數，將其除以10。對於底面之四角形各邊進行本計算，將平均後之數值設為其突起之頂部比例X。於此，針對角錐梯形之底面形狀為四角形之情形而加以說明，針對此外之情形，也對於各邊進行，其他則不變。
若進行如此方式所求得的頂部比例X小於0.1時，突起之頂部變尖，在積層步驟，應力集中於突起尖端部而容易發生單元裂痕。另一方面，若頂部比例X超過0.4時，由於曲面部之比例變大而引起眩光，使封裝材薄片之光澤不均變得看得到。
還有，複數個突起相互重疊而底面之定義為困難之情形係設定將相鄰的突起之間所作成的凹谷作為邊境而求出頂部比例X。
從上面觀察突起時，若最頂部P偏向突起輪廓 附近時，將太陽能電池單元按壓於未熔融的封裝材薄片時，因為突起將會倒塌而降低緩衝性，突起之頂部較佳位於中心附近。如第2圖所示，從將最頂部P投影至底面之點P’至角錐梯形底面之多角形邊的最短距離設為LP’、從角錐梯形底面之多角形重心G至該底面之多角形邊的最短距離設為LG時，突起頂部之中心度LP’/LG較佳為0.5以上1以下。突起頂部之中心度LP’/LG更佳為0.8以上1以下。
本發明之太陽能電池封裝材薄片係藉由將雕刻有凹型圖案之模具按壓於已加熱之薄片，其後冷卻而能夠形成突起。此情形下，可使用由雕刻有凹型圖案之單片式金屬板所構成的模具，以分批處理而形成突起，或是使用表面雕刻有凹型圖案之輥與對向之輥，亦可挾入其間而連續式形成突起。
將突起PP’間之長度設為突起之高度H，將突起的底面之外接圓直徑設為D時，突起之縱橫比H/D較佳為0.03以上0.80以下，若H/D小於0.03時，將有所得之緩衝性小而發生在積層步驟的單元裂痕之情形。另一方面，若H/D超過0.80時，由於應力集中於突起之頂部，在積層步驟將會發生單元裂痕。又，若突起之縱橫比H/D為0.03以上0.30以下的話，由於一面確保最低限必要之緩衝性、一面以分批處理下之突起形成所必要的時間也短，在生產性良好之觀點較佳，從如此之觀點，更佳為0.03以上小於0.15。另一方面，若為0.15以上0.80以下的話，由於緩衝性更佳，在積層步驟不會發生單元裂痕且能夠 廣泛採取可加工之條件範圍之觀點上較佳，從如此之觀點，更佳為0.20以上0.60以下。
如此方式，藉由控制頂部比例X、突起頂部之中心度LP’/LG、突起之縱橫比H/D而能夠一面維持緩衝性或脫氣性、一面抑制光澤不均、提高薄片品質。
雖然本發明之太陽能電池封裝材薄片之厚度能夠適宜設定，但基重厚度(弄平表面突起時之厚度)較佳為0.3mm以上1mm以下。基重厚度小於0.3mm之情形，將有無法包埋電性連接至單元表背雙面的導線，而有在以連接器作為起點而在積層步驟發生單元裂痕之情形；若較1mm為厚時，則將有透明性降低之情形。
如此之太陽能電池封裝材薄片被裁斷成所要之長度切片而用於太陽能電池模組之製造。本發明之太陽能電池模組係由受光面保護材、背面保護材、及配置於該受光面保護材與背面保護材之間且藉由太陽能電池封裝材薄片而封裝太陽能電池單元之層所構成。如此之太陽能電池模組之製造係依序積層玻璃板或透明塑膠等之受光面保護材、太陽能電池封裝材薄片、太陽能電池單元、與該太陽能電池封裝材薄片同樣的太陽能電池封裝材薄片、氟樹脂或聚酯樹脂等之背板或玻璃等之背面保護材，藉由利用真空加熱積層物法，一面加熱該等、一面減壓或加壓，且藉由使太陽能電池單元包埋於使其熔融的太陽能電池封裝材薄片中，進行一體成形而能夠製造。作成藉由太陽能電池封裝材薄片而封裝太陽能電池單元之層，較佳為藉由進行如此方式所得之太陽能電 池封裝材薄片，從雙面封裝太陽能電池單元之層。
由於本發明之封裝材薄片係對積層一體化上述構造材料時具優越之太陽能電池單元之封裝材薄片的緩衝性或脫氣性，且由於太陽能電池單元與太陽能電池封裝材之間的成形時之殘留應力小，或封裝材中氣泡也不會殘存，成為歷經長期之耐久性優異的太陽能電池模組。
[實施例]
依照下列實施例更詳細說明本發明，但本發明並不受下列之實施例所任何限定。
下述顯示在本實施例所用之測定法。
(1)突起之高度H
從封裝材薄片之兩端，在寬度方向均等地選擇5點，使用形狀測定雷射顯微鏡VK-X100(Keyence公司製)，從垂直於薄片面之方向照射雷射，獲得形成薄片之突起的3次元形狀資訊。藉此，求出從突起之最頂部至底面之距離，將5點之平均值設為封裝材薄片突起之高度H。
(2)突起之底面外接圓之直徑D
依照與(1)同樣的方法而獲得寬度方向5點之形狀資訊，藉此，求出外接於突起之底面的圓直徑，將5點之平均值設為封裝材薄片的突起之外接圓直徑D。
(3)突起之頂部比例X
依照與(1)同樣的方法而獲得寬度方向5點之形狀資訊，藉此，求出突起之頂部比例X，將5點之平均值設為封裝材薄片的突起底面之頂部比例X。
(4)突起頂部之中心度LP’/LG
依照與(1)同樣的方法而獲得寬度方向5點之形狀資訊，藉此，求出突起頂部之中心度LP’/LG，將5點之平均值設為封裝材薄片的突起頂部之中心度LP’/LG
(5)光澤不均之判定
以目視確認封裝材薄片之光澤，以3階段進行評估：將無光澤不均之狀態設為「A」；於雜質．缺陷之檢測中，將無問題之程度的輕微光澤不均設為「B」；將顯著的光澤不均設為「C」。
(6)單元裂痕之判定
準備180mm直角之正方形的封裝材薄片、玻璃板(厚度3mm)、聚酯製太陽能電池背板(厚度240μm)。使用自動配線機而將導線(厚度280μm、寬度2mm)焊接於二種多晶太陽能電池單元(3匯流排、尺寸156mm之正方形、厚度200μm；及3匯流排、尺寸156mm之正方形、厚度180μm)而作成附導線之太陽能電池單元。在該玻璃基板之上，依序積層封裝材薄片、附導線之太陽能電池單元、封裝材薄片、背板之順序，利用JET公司製真空積層機，在熱板溫度145℃、抽真空4分鐘、加壓1分鐘、壓力保持10分鐘(合計15分鐘)之條件下，進行真空積層。還有，在該積層中，使封裝材薄片之突起連接至太陽能電池單元的方式來積層。利用目視及EL影像檢測裝置而確認所得之太陽能電池模組之單元裂痕，以4階段進行評估：在使用厚度200μm、及厚度180μm之單元的太陽能電池模組中，以EL影像檢查而將無來自裂痕之非發光部的狀態設為 「AA」；在使用厚度200μm之單元的太陽能電池模組中，雖然將以EL影像檢查而無來自裂痕之非發光部，但在使用厚度180μm之單元的太陽能電池模組中，以目視無法確認，以EL影像檢查而將有來自裂痕之非發光部的狀態設為「A」；在使用厚度200μm之單元的太陽能電池模組中，將以目視無法確認，但以EL影像檢查則將有來自裂痕之非發光部的狀態設為「B」；在使用厚度200μm之單元的太陽能電池模組中，將以目視能確認之單元裂痕的狀態設為「C」。
(7)脫氣性之評估
在上述(6)所得之太陽能電池模組中，以2階段進行評估：以目視確認氣泡是否殘留，將無氣泡之狀態設為「A」；將能確認氣泡之狀態設為「C」。
(實施例1)
將EVA樹脂(乙酸乙烯酯含量：28質量%、熔融流動速率：15g/10分鐘(190℃))、交聯劑、交聯助劑、矽烷耦合劑、紫外線吸收劑、光安定化劑供應至雙軸擠出機而熔融混煉，從T模頭擠出而獲得厚度450μm之EVA薄片。藉由在85℃之熱板上加熱該EVA薄片與雕刻有凹型模樣之鋁板，薄片溫度到達85℃後，以表面壓力5MPa加壓5秒鐘後，使用水冷式手動冷卻加壓機，以表面壓力1MPa加壓1分鐘後急冷，獲得具有表面突起之封裝材薄片。
如表1所示，該封裝材薄片之突起底部為四角形，頂部比例X為0.25、突起頂部之中心度LP’/LG為0.90、突起之縱橫比H/D為0.30、突起之個數為900個/cm2、 無光澤不均，於作成太陽能電池模組之際，使用厚度200μm及厚度180μm的單元皆未發生單元裂痕、也未使氣泡發生的良好之薄片。
(實施例2至17)
除了如改變薄片突起之下擺部形狀、頂部比例X、頂部之中心度LP’/LG、縱橫比H/D、改變突起之個數的方式來變更鋁板之雕刻以外，利用與實施例1同樣的方法而獲得封裝材薄片，評估光澤不均、單元裂痕、脫氣性。
(實施例18至20)
除了如改變薄片突起之下擺部形狀、頂部比例X、頂部之中心度LP’/LG、縱橫比H/D、改變突起之個數的方式來變更鋁板之雕刻而改變加壓時間為1、2、3秒鐘以外，利用與實施例17同樣的方法而獲得封裝材薄片，評估光澤不均、單元裂痕、脫氣性。
(比較例1至6)
除了如改變薄片突起之下擺部形狀、頂部比例X、頂部之中心度LP’/LG、縱橫比H/D、改變突起之個數的方式來變更鋁板之雕刻以外，利用與實施例1同樣的方法而獲得封裝材薄片，評估光澤不均、單元裂痕、脫氣性。
2‧‧‧在下擺部具有四角錐梯形之突起
10‧‧‧角錐梯形之底面
11‧‧‧角錐梯形之下擺部
12‧‧‧凸曲面形狀之頂部
D‧‧‧外接圓之直徑
G‧‧‧多角形之重心
LG‧‧‧從角錐梯形底面之多角形重心G至該底面之多角形邊的最短距離
LP’‧‧‧從點P’至角錐梯形底面之多角形邊的最短距離
P‧‧‧突起部之最頂部
P’‧‧‧將最頂部P投影至角錐梯形底面之點
Q‧‧‧從P’劃至角錐梯形底面之任意邊的垂線腳

Claims (5)

  1. 一種太陽能電池封裝材薄片，其係在至少一側表面，由每1cm2具有40個以上2300個以下之突起的熱塑性樹脂所構成的太陽能電池封裝材薄片，其特徵為該突起為由以多角形作為底面之角錐梯形的下擺部、與由為凸曲面形狀之頂部所構成，該突起之以下所定義的頂部比例X為0.1以上0.4以下；頂部比例X之定義：(1)將突起部之最頂部設為P、將該最頂部P投影至角錐梯形底面之點設為P’、從P’劃至角錐梯形底面之任意邊的垂線腳設為Q，取得通過該等之點(P,P’,Q)之剖面；(2)在通過點(P,P’,Q)之剖面，將10等分線段P’Q之區間，從點Q起設為區間R1至R10，通過線段P’Q上之區間Rj(1j10)之邊界點rj-1、rj，將垂直於線段P’Q之直線設為Sj-1、Sj，將該直線與曲線PQ之交點設為tj-1、tj；於區間Rj，將連結點tj-1、tj之直線與直線P’Q所成之銳角設為θj；(3)求出符合(θ1+θ2)/2-θj 4°(1j10)之區間Rj之數，除以10；(4)對於底面之多角形各邊，進行上述(1)至(3)，將平均後之數值定義為其突起之頂部比例X。
  2. 如申請專利範圍第1項之太陽能電池封裝材薄片，其中該角錐梯形之底面形狀為三角形、四角形、五角形或六角形。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之太陽能電池封裝材薄片，其中從該點P’至該角錐梯形底面之多角形邊的最短距離LP’、與從該角錐梯形底面之多角形重心G至該底面之多角形邊的最短距離LG的比求得之突起頂部之中心度LP’/LG為0.5以上1以下。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之太陽能電池封裝材薄片，其中將該突起之高度設為H、將該突起的底面之外接圓直徑設為D時，突起之縱橫比H/D為0.03以上0.80以下。
  5. 一種太陽能電池模組，其係由受光面保護材、背面保護材、配置於該受光面保護材與背面保護材之間且藉由如申請專利範圍第1至4項中任一項之太陽能電池封裝材薄片而封裝太陽能電池單元之層所構成。
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