TW201605980A - 太陽能電池用聚矽氧封裝材料組成物及太陽能電池模組 - Google Patents
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Abstract
一種太陽能電池模組，其係由光接收表面面板及背表面面板、包含複數個夾在該等面板之間的太陽能電池之太陽能電池矩陣、及用於封裝該太陽能電池矩陣之聚矽氧封裝材料層所構成。一種聚矽氧封裝材料組成物，其形成在-40℃至85℃之溫度範圍中具有1至300MPa之貯存彈性模數的聚矽氧封裝材料層。
Description
本非臨時申請案主張於2014年4月7日在日本提出之專利申請案第2014-078780號於35 U.S.C.§119(a)下的優先權，該案係以全部內容引用方式併入本文中。
本發明關於包括經由聚矽氧封裝材料插置在剛性或撓性前面板及背面板之間的太陽能電池矩陣、及聚矽氧封裝材料組成物的太陽能電池模組。
由於太陽能電池是能利用陽光的能源，現在對於太陽能電池的注意漸增。太陽能電池之光伏打組件通常係由半導體(通常為矽)構成。將複數個太陽能電池電性連接以形成太陽能電池矩陣。該太陽能電池矩陣係經由熱塑性樹脂(已知為封裝材料)插置在光接收面板(通常為玻璃板)及背表面撓性膜(已知為背薄片)之間，且利用層壓機結合在一起，獲得整體結構(已知為太陽能電池模
組)。
藉由使用封裝材料覆蓋光入射之太陽能電池的前表面及背表面來保護該太陽能電池模組免受周圍環境(包括雨、風、雪及灰塵)影響。經常使用是為熱塑性樹脂之乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物作為封裝材料，原因係成本低以及因彼等可以容易處理的薄片形式獲得。從太陽能電池矩陣製造太陽能電池模組之方法通常係藉由將光接收表面側玻璃/EVA薄片/太陽能電池矩陣/EVA薄片/背表面面板(背薄片)之積層物置於真空層壓機中，真空泵抽、及於130至150℃在大氣壓力下壓製15至30分鐘。
然而，關於使用EVA作為封裝材料，已指出特別是在濕熱環境下逐漸產生乙酸。所產生之乙酸對太陽能電池的電極造成腐蝕，不當地招致發電能力降低。由於預期太陽能電池能勝任超過20年的長期使用壽命，從保險方面來看，必須立刻解決該隨著時間劣化的問題。
除了上述問題之外，EVA亦有低UV抗性的問題。當使用於室外曝露時，其會變色且轉成黃或棕色，減損外觀美感。
會希望以長時間保持在濕熱環境下時不產生酸，且於長時間UV曝露時抗變色的封裝材料替代EVA封裝材料。無上述問題的封裝材料之一為聚矽氧。具體而言，使用不會產生乙酸之聚矽氧作為封裝材料時，最小化電極腐蝕，且解決黃色或棕色變色問題。例如，非專利文件1提出當在室外曝露29年之後重新評估經聚矽氧封裝的太陽
能電池模組時，因所表示之最大功率降低僅為-0.22%/年而發現其高度可靠。
已研究各式封裝方法以製造經聚矽氧封裝之太陽能電池模組。專利文件1說明太陽能電池矩陣係使用多軸自動控制機器放置於塗覆在基材上之液態聚矽氧材料上或其中，然後固化該聚矽氧材料，從而獲致不夾帶氣泡之封裝。又，專利文件2提出使用可移動板(稱為單元壓機)將太陽能電池矩陣放置於真空中之經固化或半固化聚矽氧材料上，從而獲致不夾帶氣泡之封裝。專利文件3揭示將聚矽氧封裝材料、太陽能電池矩陣及液態聚矽氧封裝材料放置在玻璃基材上，最後於其上鋪放背表面保護基材而建構一前驅積層物，且該前驅積層物係在真空中於室溫下壓製並結合而建立密封件。
就用於塗覆或灌封之聚矽氧封裝材料而言，已充分研究在模組製造之固化前的最佳黏度，但未研究固化後之彈性模數。若太陽能電池模組安裝在室外環境，其組件於太陽能電池本身發電所伴隨的發熱以及季節及每日熱循環時經歷重複熱膨脹/收縮。若封裝材料之物理強度及結合強度低，未能抑制該等組件隨著溫度變化的尺寸變化，且進一步增加熱疲乏。此外，用作集板電極之指狀電極通常設計為寬度0.05至0.2mm以確保在該太陽能電池上的光接收面積。此種細微電極會在相鄰互連的熱膨脹/收縮影響之下斷裂。若指狀電極斷裂，該太陽能電池上出現電流收集不足之區域，造成電力損失。當前問題之一係使基於高
效率而設計之具有細微指狀電極的太陽能電池模組能抗於熱循環時重複之熱負荷且十分耐用。
專利文件1：JP-A 2007-527109(WO 2005/006451)
專利文件2：JP-A 2011-514680(WO 2009/114189)
專利文件3：WO 2009/091068
非專利文件1：Ito、Owada、Furihata、Kim、Yamakawa、Yaginuma、Imataki、Watanabe、及Sakamoto，Preprints of 9th Symposium of Next Generation Solar Photovoltaic System，2012，第54頁
本發明目的係提供太陽能電池用封裝材料聚矽氧組成物及太陽能電池模組，其用於實質上防止太陽能電池上之指狀電極隨溫度變化而斷裂，因而十分可靠。
本發明人已發現固化成在-40℃至85℃之溫度範圍中具有1至300MPa之貯存彈性模數的產物之聚矽氧封裝材料組成物能有效防止太陽能電池上之指狀電極於室外氣候環境中隨著太陽能電池模組溫度變化而斷裂。
本發明提供一種聚矽氧封裝材料組成物，其係用於形成在-40℃至85℃之溫度範圍中具有1至300MPa之貯存彈性模數的聚矽氧封裝材料層，該聚矽氧封裝材料層係用於太陽能電池模組中，該太陽能電池模組包含具有剛性或
可撓性之光接收表面面板及背表面面板、包含複數個插置在該等面板之間的太陽能電池之太陽能電池矩陣、及用於封裝該太陽能電池矩陣之聚矽氧封裝材料層。
通常，該聚矽氧封裝材料組成物係定義為包含：(A)100重量份之以平均組成式(I)表示之有機聚矽氧烷：R1 aSiO(4-a)/2 (I)
其中R1各自獨立地為經取代或未經取代之單價烴基，且a為1.95至2.05之正數，並具有至少100之聚合度，(B)30至90重量份之比表面積為至少50m2/g的強化矽石，(C)用以固化組分(A)之有效量固化劑，及(D)0至10重量份之膠黏劑。
在較佳實施態樣中，每100重量份組分(A)存在至少0.01重量份之組分(D)，且組分(D)為含有至少一種烷氧基、環氧基及(甲基)丙烯酸系基團的化合物。
最常見情況係，該聚矽氧封裝材料組成物係成形為厚度0.3至2.5mm之薄片，較佳係藉由壓延或擠製成形。
在其他態樣中，本發明提供一種用於製造太陽能電池模組之方法，其包括下列步驟：依序層疊光接收表面面板、聚矽氧封裝材料組成物、太陽能電池矩陣、聚矽氧封裝材料組成物、及背表面面板；及使用真空層壓機在真空中加熱並壓縮該積層物。
本文亦預期藉由該方法製造太陽能電池模組。
本發明之聚矽氧封裝材料組成物能有效抑制太陽能電池模組中之組件隨著溫度變化的熱膨脹/收縮，因而防止太陽能電池上之指狀電極因熱負荷而斷裂。所得之太陽能電池模組十分可靠。
1‧‧‧太陽能電池
2‧‧‧匯流排電極
3‧‧‧指狀電極
4‧‧‧光接收表面玻璃面板
5‧‧‧背表面面板或背薄片
6‧‧‧光接收表面聚矽氧封裝材料層
7‧‧‧背表面聚矽氧封裝材料層
圖1為太陽能電池之示意平面圖。
圖2為根據本發明之經聚矽氧封裝的模組之橫斷面圖。
圖3為顯示實施例1至3以及比較實例1、2之貯存彈性模數相對於材料溫度的圖。
本發明之聚矽氧封裝材料組成物係熱固化成在-40℃至85℃之溫度範圍中貯存彈性模數為1至300MPa，較佳為1至100MPa的聚矽氧封裝材料層。若貯存彈性模數低於1MPa，該層無法抑制互連隨著溫度變化之熱膨脹/收縮，且容許太陽能電池上之指狀電極斷裂。若貯存彈性模數超過300MPa，封裝材料本身之熱膨脹/收縮在表面方向中施加相當大應力至太陽能電池，可能使太陽能電池中產生龜裂。又，貯存彈性模數超過300MPa之封裝材料層變
脆、難以處理、及因施加至與玻璃基材之界面的高應力而易於剝離。
能符合所希望貯存彈性模數之聚矽氧封裝材料組成物含有以下組分(A)、(B)及(C)作為基本組分，及隨意且較佳具有組分(D)：(A)以平均組成式(I)表示之有機聚矽氧烷：R1 aSiO(4-a)/2 (I)
其中R1各自獨立地為經取代或未經取代之單價烴基，且a為1.95至2.05之正數，並具有至少100之聚合度，(B)比表面積為至少50m2/g的強化矽石，(C)固化劑，及(D)膠黏劑。
組分(A)為以平均組成式(I)表示且聚合度為至少100之有機聚矽氧烷。
R1 aSiO(4-a)/2 (I)
此處，R1各自獨立地為經取代或未經取代之單價烴基，且a為1.95至2.05之正數。
在(I)中，R1各自獨立地為隨意地經取代之單價烴基，較佳為1至12個碳原子，更佳為1至8個碳原子。實例包括烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、己基、及辛基；環烷基，諸如環戊基及環己基；烯基，諸如乙烯基、烯丙基、及丙烯基；環烯基；芳基，諸如苯基及甲苯基；芳烷基，諸如苯甲基及2-苯乙基；及前述者中一些或
全部氫原子係經鹵素原子、氰基或其他基團取代之經取代形式。其中，以甲基、乙烯基、苯基及三氟丙基為佳，以甲基及乙烯基最佳。
較佳之有機聚矽氧烷為主鏈由重複的二甲基矽氧烷單元組成之有機聚矽氧烷或主鏈由重複的二甲基矽氧烷單元及具有苯基、乙烯基、3,3,3-三氟丙基等之矽氧烷單元(諸如二苯基矽氧烷單元、甲苯基矽氧烷單元、甲基乙烯基矽氧烷單元或甲基-3,3,3-三氟丙基矽氧烷單元)組成的有機聚矽氧烷。
更佳地，該有機聚矽氧烷的每個分子應具有至少兩種脂族不飽和基團，諸如烯基或環烯基，尤其是乙烯基。此處，該脂族不飽和基團佔整個R1基團的0.01至20莫耳%為宜，以0.02至10莫耳%更適宜。該脂族不飽和基團可附接至位於分子鏈末端之矽原子或在該分子鏈中間的矽原子或二者。較佳係該脂族不飽和基團可附接至至少位於分子鏈末端之矽原子。下標「a」為1.95至2.05之正數，較佳為1.98至2.02，及更佳為1.99至2.01。
較佳地，作為組分(A)之有機聚矽氧烷的分子鏈末端係經三有機矽氧基(諸如三甲基矽氧基、二甲苯基矽氧基、二甲羥基矽氧基、二甲基乙烯基矽氧基、甲基二乙烯基矽氧基或三乙烯基矽氧基)封端。尤佳者為甲基乙烯基聚矽氧烷、甲苯基乙烯基聚矽氧烷、及甲基三氟丙基乙烯基聚矽氧烷。
前文定義之有機聚矽氧烷可例如藉由(共)水解縮合
一或多種有機鹵素矽烷，或藉由在鹼性或酸性觸媒存在下開環聚合環狀聚矽氧烷(矽氧烷三聚物、四聚物或寡聚物)而製備。該產物基本上為線型二有機聚矽氧烷，而組分(A)可為具有不同分子量(或聚合度)或分子結構之二或多種有機聚矽氧烷的混合物。
該有機聚矽氧烷應具有至少100之聚合度，較佳為100至100,000，更佳為3,000至20,000，此係藉由凝膠滲透層析術(GPC)以聚苯乙烯標準測量。
組分(B)為BET比表面積為至少50m2/g之強化矽石，其係添加以提供在固化之前與之後具有經改良機械強度的聚矽氧組成物。為了使聚矽氧封裝材料組成物為透明，BET比表面積應大於200m2/g，更佳為至少250m2/g。若表面積至高達200m2/g，經固化組成物會較不透明。表面積的上限通常為至高達500m2/g，惟不嚴格。
強化矽石(B)之實例包括乾燥矽石，諸如焰製矽石，以及濕式矽石，諸如沉澱矽石。又可用的是以處理劑(諸如氯矽烷、烷氧基矽烷或六甲基二矽氮烷)經表面處理成疏水性之矽石。就透明度而言，經六甲基二矽氮烷處理為佳。就較高透明度而言，使用焰製矽石作為強化矽石為佳。強化矽石可單獨使用或作為二或多者之摻合物使用。
作為組分(B)之強化矽石為市售者。實例包括表面未經處理或表面經疏水化(即，親水性或疏水性)焰製矽石，市售商品名為Aerosil系列產品，Aerosil 130、
Aerosil 200、Aerosil 300、Aerosil R-812、Aerosil R-972、及Aerosil R-974(Nippon Aerosil Co.,Ltd.)、Cabosil MS-5及MS-7(Cabot Corp.)、及Reolosil QS-102、QS-103及MT-10(Tokuyama Corp.)、及表面未經處理或表面經疏水化沉澱矽石，市售商品名為Tokusil US-F(Tokuyama Corp.)、Nipsil-SS及Nipsil-LP(Nippon Silica Co.,Ltd.)。
作為組分(B)之強化矽石的用量係每100重量份作為組分(A)之有機聚矽氧烷為30至90重量份，較佳為40至90重量份，及更佳為50至90重量份。在該範圍外，較少量之組分(B)對於固化之前及之後的強化無效，且經固化之聚矽氧組成物會較不透明。過量組分(B)難以分散在聚矽氧封裝材料組成物中，且會干擾該組成物成形為薄片。
組分(C)為固化劑，只要其能固化組分(A)，並無特別限制。其可選自為人熟知之用於聚矽氧材料的固化劑，較佳為(a)加成反應或矽氫化反應固化劑，即，有機氫聚矽氧烷(交聯劑)與矽氫化觸媒之組合，及(b)有機過氧化物。
該加成反應固化劑(a)中之交聯劑可為每個分子含有至少兩個與矽鍵結之氫原子(即，SiH基)的有機氫聚矽氧烷，且係以平均組成式(II)表示。
R2 bHcSiO(4-b-c)/2 (II)
此處，R2為1至6個碳原子之經取代或未經取代的單
價烴基，較佳係不含脂族不飽和。適用之單價烴基包括烷基，諸如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、及己基、環己基、環己烯基及苯基，以及前述者中至少一個氫原子係經鹵素、氰基等取代之經取代形式，例如經取代烷基，諸如3,3,3-三氟丙基及氰甲基。下標b為0.7至2.1之正數，c為0.01至1.0之正數，且b+c之總和為0.8至3.0，較佳地，b為0.8至2.0，c為0.2至1.0，且b+c為1.0至2.5。
有機氫聚矽氧烷之分子結構可為線型、環狀、支鏈或三維網絡。較佳係在室溫(25℃)下為液態之有機氫聚矽氧烷，特別是每個分子中的矽原子數(即，聚合程度)為2至約300，尤其是4至約200者。與矽鍵結之氫原子(SiH基)可位於分子鏈末端或側鏈或二者。此處所使用之有機氫聚矽氧烷每個分子含有至少2(尤其是2至300)，較佳為至少3(尤其是3至200)，及更佳為4至150個SiH基。
有機氫聚矽氧烷之範例實例包括1,1,3,3-四甲基二矽氧烷、1,3,5,7-四甲基環四矽氧烷、甲基氫環聚矽氧烷、甲基氫矽氧烷-二甲基矽氧烷環狀共聚物、參(二甲基氫矽氧基)甲基矽烷、參(二甲基氫矽氧基)苯基矽烷、兩端經三甲基矽氧基封端之甲基氫聚矽氧烷、兩端經三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷/-甲基氫矽氧烷共聚物、兩端經二甲基氫矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷、兩端經二甲基氫矽氧基封端之二甲基矽氧烷/-甲基氫矽氧烷共聚物、兩
端經三甲基矽氧基封端之甲基氫矽氧烷/-二苯基矽氧烷共聚物、兩端經三甲基矽氧基封端之甲基氫矽氧烷/-二苯基矽氧烷/二甲基矽氧烷共聚物、環狀甲基氫聚矽氧烷、環狀甲基氫矽氧烷/二甲基矽氧烷共聚物、環狀甲基氫矽氧烷/二苯基矽氧烷/-二甲基矽氧烷共聚物、(CH3)2HSiO1/2單元與及SiO4/2單元之共聚物、及(CH3)2HSiO1/2單元、SiO4/2單元與(C6H5)SiO3/2單元之共聚物。又包括的是一些或全部甲基係經其他烷基(諸如乙基或丙基)或芳基(諸如苯基)取代的前述化合物。
有機氫聚矽氧烷之摻合量係每100重量份作為組分(A)之有機聚矽氧烷為0.1至30重量份，較佳為0.1至10重量份，及更佳為0.3至10重量份。換句話說，該有機氫聚矽氧烷較佳係以有機氫聚矽氧烷中與矽鍵結之氫原子(即，SiH基)對該有機聚矽氧烷(A)中與矽鍵結之烯基的莫耳比可在範圍為0.5/1至5/1，更佳為0.8至4，又更佳為1至3之量使用。
用於加成反應固化劑(a)中之交聯反應的矽氫化觸媒可選自為人熟知者，包括鉑觸媒，例如鉑黑、氯化鉑、氯鉑酸、氯鉑酸與一元醇之反應產物、氯鉑酸與烯烴之錯合物、及雙乙醯乙酸鉑、鈀觸媒、及銠觸媒。矽氫化觸媒可以催化量使用。適宜量為基於該有機聚矽氧烷(A)計為1至100ppm之鉑族金屬。當低於1ppm時，加成反應發生程度會不完全，造成固化不足。超過100ppm則不經濟。
除了矽氫化(或加成反應)觸媒之外，可基於調整固化速率或適用期而添加加成反應調節劑。例如，可使用乙炔基環己醇及四甲基四乙烯基環四矽氧烷。
有機過氧化物(b)之實例包括過氧化苯甲醯、過氧化2,4-二氯苯甲醯、過氧化對甲基苯甲醯、過氧化鄰甲基苯甲醯、過氧化2,4-二異丙苯、2,5-二甲基-雙(2,5-第三丁基過氧)己烷、過氧化二-第三丁基、過苯甲酸第三丁酯、及雙(第三丁基過氧基)碳酸1,6-己二醇酯。
添加之有機過氧化物(b)的適當量為每100重量份之組分(A)為0.1至15重量份，較佳為0.2至10重量份。在較低數量之情況下，加成反應發生程度會不完全，造成硬度降低或缺乏強度。過量則不經濟且留下較多固化劑之已分解產物，其會造成薄片變色。
組分(D)為添加用以改善封裝材料層對太陽能電池矩陣或具有氟樹脂之表面的背薄片之黏著的膠黏劑。較佳為含有至少一種烷氧基、環氧基及(甲基)丙烯酸系基團的化合物。組分(D)之用量係每100重量份之組分(A)為0至10重量份，更佳為0.01至8重量份，又更佳為0.2至5重量份。組分(D)之典型實例如下示。
當將如此少量之該膠黏劑添加至該封裝材料組成物時，封裝材料層對廣泛用作光接收表面面板之玻璃、陶瓷(特別是太陽能電池表面層(SiN膜)、及背電極(Al)的黏著改善程序為即使在加速劣化測試之後(例如，在85℃/85% RH條件下陳化之後)仍可維持黏著。當膠黏劑(D)係添加至作為組分(C)之加成反應或矽氫化固化劑(a)時，組分(C)及(D)中之有機氫聚矽氧烷的總量較佳使得組分(A)及(D)中每莫耳與矽鍵結之烯基可有0.5至5莫耳，更佳為0.8至4莫耳，又更佳為1至3莫耳之與矽鍵結之氫原子(SiH基)。
除了前述組分之外，只要本發明目的不受損，可將其他添加劑(諸如阻燃劑及著色劑)添加至聚矽氧封裝材料
組成物。
該聚矽氧封裝材料組成物可藉由在雙輥磨機、捏合機、Banbury混合機等上碾磨預定量之前述組分而製備。
如此製備之聚矽氧封裝材料組成物在固化之前的塑性較佳應為150至1,000，更佳為200至800，又更佳為250至600。低於150之塑性表示未固化薄片難以維持其形狀且過於膠黏而無法處理，然而超過1,000之塑性表示該組成物易碎且難以成形為薄片。
如先前所述，該聚矽氧封裝材料組成物係熱固化成在-40℃至85℃之溫度範圍中貯存彈性模數為1至300MPa的聚矽氧封裝材料層。該聚矽氧封裝材料層的硬度在A型硬度計硬度標度上較佳為10至85，更佳為40至70。藉由適當選擇如前述調配的聚矽氧封裝材料組成物而獲得貯存彈性模數及A型硬度計硬度在該範圍之聚矽氧封裝材料層，較佳係從而藉由使用更多強化矽石或更多脂族不飽和基團來提高交聯密度。
當將聚矽氧封裝材料組成物成形為薄片時，可使用任何希望的成形技術，以壓延或擠製成形為佳。該聚矽氧薄片較佳具有0.3mm至2.5mm，更佳係0.3mm至1.0mm之厚度。低於0.3mm之薄片會難以在後續太陽能電池之封裝的熱固化步驟中在不留下間隙的情況下將平坦表面之突點埋或密封在擠製電極或匯流排電極。超過2.5mm之薄片重到足以使該模組的重量增加。
不同於具有乾燥表面之光伏打EVA薄片，該呈未固
化狀態之聚矽氧薄片具有表面黏性且可變形。為此，形成薄片步驟較佳係經修改以使積層物膜係施加至薄片的至少一個表面，確保當作為捲來捲取該薄片時，薄片圈不會黏結。使用時，剝離該積層物膜。
其次，茲說明製造根據本發明之太陽能電池模組的方法。該太陽能電池模組通常係經由下述四個步驟製造：(i)形成光接收表面側面板積層物，(ii)形成背表面側背薄片積層物，(iii)接合(i)及(ii)之積層物，及(iv)使用真空層壓機封裝太陽能電池。
該光接收表面側面板為陽光入射於其上之透明構件。由於其於室外長時間曝露，故必須具有經改良透明度、耐候性及耐衝擊性。製成光接收表面側面板之範例材料包括強化無色玻璃、丙烯酸系樹脂、氟樹脂、及聚碳酸酯樹脂。該樹脂無局限，惟以厚度至高達2mm之撓性薄片狀面板或薄片為宜。在玻璃之情況下，以厚度3至5mm之強化無色玻璃板為佳。
背表面側係模組的與陽光入射側相對之側。雖然背表面側可由與光接收表面側面板相同材料製成，但基於減少重量目的，通常使用樹脂薄片。可用TPT=PVF/黏著劑/PET/黏著劑/PVF及TPE=PVF/黏著劑/PET/黏著劑/EVA之一般層壓膜(已知為背薄片)，其中以TPT層壓膜為佳。此處，PVF為聚氟乙烯而PET為聚對酞酸伸乙酯。
步驟(i)
在光接收表面面板上，放置聚矽氧封裝材料組成物之聚矽氧薄片。將具有電性連接之太陽能電池的太陽能電池矩陣附接至該薄片，使其光接收表面位於下方，產生光接收表面側面板積層物。此處所使用之太陽能電池為使用選自單晶矽及多晶矽之矽半導體的結晶矽太陽能電池。將複數個(通常為2至60)太陽能電池與捲帶式自動接合線(tab wire)電性連接以構成是為太陽能電池矩陣的太陽能電池裝配件。常見太陽能電池係示意圖示於圖1，其包括太陽能電池1、匯流排電極2、及指狀電極3。
步驟(ii)
將該聚矽氧封裝材料組成物之聚矽氧薄片附接至背薄片，產生背表面側面板積層物。
步驟(iii)
將該光接收表面側面板附接至該背表面側面板積層物，以使該光接收表面側面板的背表面與該背表面側面板積層物之聚矽氧薄片接觸。
步驟(iv)
將於步驟(iii)中接合之光接收表面側面板積層物/背表面側面板積層物的前驅積層物置於真空層壓機中，其中該前驅積層物係保持在減壓空間中特定時間以除氣，然
後在大氣壓力下加熱及壓製以獲致該太陽能電池矩陣之封裝。當該光接收表面面板/背表面面板之前驅積層物係置於減壓空間中時，該減壓較佳為-0.08至-0.10MPa，但不局限於此。加熱及壓製條件可廣泛地改變，但較佳製程係藉由真空泵抽3至5分鐘，然後於70至150℃(尤其100至130℃)之溫度加熱時在大氣壓力下壓製5至30分鐘。在該壓製步驟期間，該聚矽氧封裝材料組成物(聚矽氧薄片)係交聯，從而使該光接收表面面板、在光接收表面面板上之聚矽氧薄片、太陽能電池矩陣、在背表面面板上之聚矽氧薄片、及背表面面板係結合在一起而形成整體主體或模組。若該加熱溫度低於70℃，則該固化速率低到固化無法在模製時間內完成。若加熱溫度高於150℃，則固化速率高到會在真空泵抽步驟內開始固化，有可能在薄片之間以及面板之間留下空隙。為了有效真空泵抽，較佳係預先對呈未固化狀態之聚矽氧薄片提供呈斑馬或菱形圖案的凹槽。該從熱壓製形成之整體主體或模組可於100至150℃後固化10分鐘至10小時。
在步驟(iv)之後，在該模組周圍安裝鋁合金或不鏽鋼框架，且以螺絲等牢固地固定至該模組，以使該模組具有抗震性。獲得圖2所示的經聚矽氧封裝之模組，其包含太陽能電池1、光接收表面玻璃面板4、背表面面板或背薄片5、光接收表面聚矽氧封裝材料層6、及背表面聚矽氧封裝材料層7。
提出以下實施例及比較實例以說明本發明，但本發明不局限於此。在實施例中，所有份係以重量計，Me代表甲基，及Vi代表乙烯基。
藉由以4/9行/列矩陣佈置總共36個單晶矽太陽能電池並將彼串聯電性連接來製備太陽能電池矩陣。將太陽能電池矩陣放置在1,494mm x 674mm x 3.2mm厚(Asahi Glass Co.,Ltd.)強化無色玻璃板(簡稱為玻璃板)上。根據IEC 61215對此設置進行熱循環測試。在200次循環之後，檢查該等太陽能電池之指狀電極斷裂及電池龜裂。結果示於表1。
在該熱循環測試之前及之後使用太陽能電池EL檢查機PVX100(Ites Co.,Ltd.)檢查導體斷裂及電池龜裂。
使用黏彈性計DMS7100(Hitachi High-Tech Science Corp.)測量實施例及比較實例中所使用之封裝材料的貯存彈性模數。封裝材料在某一溫度範圍內之貯存彈性模數係示於圖3之圖表。
[製備聚矽氧封裝材料組成物]
聚矽氧化合物係藉由混合100份由99.825莫耳%之二甲基矽氧烷單元((CH3)2SiO2/2)、0.15莫耳%之甲基乙烯
基矽氧烷單元((CH2=CH)(CH3)SiO2/2)、及0.025莫耳%之二甲基乙烯基矽氧基單元((CH2=CH)(CH3)2SiO1/2)組成且聚合度為~6,000的有機聚矽氧烷與70份BET比表面積為300m2/g之焰製矽石(商品名Aerosil 300，Nippon Aerosil Co.,Ltd.)、16份之作為分散劑的六甲基二矽氮烷、及4份之水，在捏合機上碾磨該混合物，及於170℃熱處理2小時所製備。使用雙輥磨機，將0.5/2.0份之加成交聯固化劑C-25A/C-25B(鉑觸媒/有機氫聚矽氧烷，Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)添加至100份之該化合物，碾磨彼等直到均勻為止。所得之化合物係於130℃與70kgf/cm2加壓固化30分鐘以形成薄片。使用黏彈性計DMS7100(Hitachi High-Tech Science Corp.)，測量該薄片之貯存彈性模數，結果係由圖3之圖表中的實施例之曲線所顯示。實施例1之固化產物或薄片的A型硬度計硬度為55。
[製造太陽能電池模組]
(1)形成聚矽氧封裝材料薄片
經由兩個壓輥將上述製備之聚矽氧封裝材料組成物製成0.7mm厚之薄片。藉由將該聚矽氧薄片夾在菱形壓紋膜(壓紋膜NEF型，厚度0.15mm，Ishijima Chemical Industries,Ltd.)之間且迫使橡膠輥將該壓紋膜壓抵在該等薄片表面以使該聚矽氧薄片的兩個表面形成壓紋。修整兩個雙面表面均具有壓紋的聚矽氧薄片。
(2)組裝光接收表面積層物
將一壓紋膜從附接至玻璃板第一具有壓紋聚矽氧薄片剝離。
(3)組裝背表面積層物
如同光接收表面積層物(2)，將一壓紋膜從附著至336μm厚之TPT薄片(MA Packaging Co.,Ltd.)的第二具有壓紋聚矽氧薄片剝離。
(4)組裝光接收表面積層物/背表面積層物
將另一壓紋膜從該玻璃板上之第一聚矽氧薄片剝離。將太陽能電池矩陣(藉由以4/9行/列矩陣佈置總共36個單晶矽太陽能電池並將彼串聯連接所獲得)之光接收表面朝下地放置在裸第一聚矽氧薄片上。將功一壓紋膜從該TPT薄片上的第二聚矽氧薄片剝離，之後將該聚矽氧薄片的裸表面朝下地放置在該太陽能電池矩陣上。獲得光接收表面玻璃/聚矽氧封裝材料/太陽能電池矩陣/聚矽氧封裝材料/背表面TPT薄片之前驅積層物。
(5)層壓
將從(4)形成之光接收表面積層物/背表面積層物的前驅積層物放置於真空層壓機中，其中真空泵抽5分鐘，然後於130℃加熱的同時在大氣壓力下壓製30分鐘。完
成太陽能電池模組。
[熱循環測試]
對如此製造之太陽能電池模組進行熱循環測試。在200次循環之後，使用太陽能電池EL檢查機PVX100(Ites Co.,Ltd.)檢查該模組之指狀電極斷裂及電池龜裂。又，目視觀察該模組之玻璃/封裝材料界面的分離。就所有測試品項而言，未偵測到故障品。結果示於表1。
聚矽氧混合物係混合80份由99.5莫耳%之二甲基矽氧烷單元((CH3)2SiO2/2)及0.5莫耳%之二甲基乙烯基矽氧基單元((CH2=CH)(CH3)2SiO1/2)所組成且平均聚合度為~400之有機聚矽氧烷、與20份由SiO4/2單元、Me3SiO1/2單元、及ViMe2SiO1/2單元以莫耳比(Me3SiO1/2+ViMe2SiO1/2)/SiO4/2為0.8所構成且乙烯基含量為0.085mol/100g之聚矽氧樹脂、0.3份之呈具有四甲基乙烯基二矽氧烷配位基(Pt 1.0重量%)的氯鉑酸形式之鉑觸媒、及10份之有機氫聚矽氧烷所製備。該混合物係於120℃與70kgf/cm2固化30分鐘。如實施例1，測量該固化產物之貯存彈性模數，結果係由圖3中之實施例2的曲線所示。實施例2之固化產物的A型硬度計硬度為22。
如實施例1，使用該聚矽氧封裝材料組成物製造太陽
能電池模組。該模組於熱循環測試200次循環之後的結果係示於表1。
聚矽氧化合物係藉由混合100份由99.475莫耳%之二甲基矽氧烷單元((CH3)2SiO2/2)、0.475莫耳%之甲基乙烯基矽氧烷單元((CH2=CH)(CH3)SiO2/2)、及0.025莫耳%之二甲基乙烯基矽氧基單元((CH2=CH)(CH3)2SiO1/2)所組成且平均聚合度為~6,000的有機聚矽氧烷與70份之BET比表面積為300m2/g之焰製矽石(商品名Aerosil 300，Nippon Aerosil Co.,Ltd.)、0.5份作為分散劑之乙基三甲氧基矽烷、10份之一端經二甲基乙烯基矽氧基封端及一端經矽烷醇基封端且平均聚合度為~20的有機聚矽氧烷、及10份之兩端均經矽烷醇基封端且平均聚合度為~20的有機聚矽氧烷、在捏合機上碾磨該混合物、及於170℃熱處理2小時所製備。使用雙輥磨機，將0.5/3.0份之加成交聯固化劑C-25A/X-93-1183(鉑觸媒/有機氫聚矽氧烷，Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)添加至100份之該化合物，碾磨彼等直到均勻為止。如實施例1，測量貯存彈性模數，結果係由圖3中之實施例3的曲線所示。實施例3之固化產物的A型硬度計硬度為89。
如實施例1，使用該聚矽氧封裝材料組成物製造太陽能電池模組。該模組於熱循環測試200次循環之後的結果係示於表1。
混合及固化組分KE-1051J-A/B(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)作為聚矽氧凝膠組成物。如實施例1，測量貯存彈性模數，結果係由圖3中之比較實例1的曲線所示。比較實例1之固化產物的穿透度為60。如實施例1，使用該聚矽氧凝膠組成物製造太陽能電池模組。於熱循環測試200次循環之後，發現指狀電極有許多斷裂，結果係示於表1。
以100/3之比混合及固化組分KER-2300/CAT-ME(Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.)作為聚矽氧樹脂組成物。如實施例1，測量貯存彈性模數，結果係由圖3中之比較實例2的曲線所示。比較實例2之固化產物的D型硬度計硬度為50。如實施例1，使用該聚矽氧樹脂組成物製造太陽能電池模組。於熱循環測試200次循環之後，發現電池龜裂及在玻璃/封裝材料界面之分離，結果係示於表1。
已證實在-40℃至85℃之溫度範圍中具有1至300MPa之貯存彈性模數的聚矽氧封裝材料層有利於抑制模組內部隨著溫度變化的熱膨脹/收縮。所得之太陽能電池模組可靠，原因係熱負荷對於太陽能電池不會造成指狀電極之實質斷裂。
日本專利申請案第2014-078780號係以引用方式併入本文中。
雖然已說明了一些較佳實施態樣，但按照上述教示可進行許多修改及變化。因此，應暸解的是本發明可在不偏離附隨之申請專利範圍之範疇的情況下，以前述具體說明以外的方式實施。
1‧‧‧太陽能電池
4‧‧‧光接收表面玻璃面板
5‧‧‧背表面面板或背薄片
6‧‧‧光接收表面聚矽氧封裝材料層
7‧‧‧背表面聚矽氧封裝材料層
Claims (7)
- 一種聚矽氧封裝材料組成物，其係用於形成在-40℃至85℃之溫度範圍中具有1至300MPa之貯存彈性模數的聚矽氧封裝材料層，該聚矽氧封裝材料層係用於太陽能電池模組中，該太陽能電池模組包含具有剛性或可撓性之光接收表面面板及背表面面板、包含複數個插置在該等面板之間的太陽能電池之太陽能電池矩陣、及用於封裝該太陽能電池矩陣之聚矽氧封裝材料層。
- 如申請專利範圍第1項之聚矽氧封裝材料組成物，其包含(A)100重量份之以平均組成式(I)表示之有機聚矽氧烷：R1 aSiO(4-a)/2 (I)其中R1各自獨立地為經取代或未經取代之單價烴基，且a為1.95至2.05之正數，並具有至少100之聚合度，(B)30至90重量份之比表面積為至少50m2/g的強化矽石，(C)用以固化組分(A)之有效量固化劑，及(D)0至10重量份之膠黏劑。
- 如申請專利範圍第1項之聚矽氧封裝材料組成物，其中每100重量份組分(A)存在至少0.01重量份之組分(D)，且組分(D)含有至少一種烷氧基、環氧基或(甲基)丙烯酸系基團。
- 如申請專利範圍第1項之聚矽氧封裝材料組成物，其係成形為厚度0.3至2.5mm之薄片。
- 如申請專利範圍第4項之聚矽氧封裝材料組成物，其係藉由壓延或擠製成形而成形為薄片。
- 一種用於製造太陽能電池模組之方法，其包括下列步驟：依序層疊光接收表面面板、如申請專利範圍第1項之封裝材料組成物、太陽能電池矩陣、如申請專利範圍第1項之封裝材料組成物、及背表面面板；及使用真空層壓機在真空中加熱並壓縮該積層物。
- 一種太陽能電池模組，其係藉由如申請專利範圍第6項之方法製造。
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