TWI485869B - Solar battery module on the back with a heat sink and the use of its solar module - Google Patents
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Description
本發明係關於一種貼設於太陽電池模組之背面,可提高太陽電池模組之散熱性之太陽電池模組背面用散熱片。
近年來,由於對地球暖化等環境問題的意識高漲,使得潔淨能源之太陽能發電受到矚目,而正開發具有各種形態的太陽電池。此太陽電池,一般係將串連或並連之複數片太陽電池單元加以封裝,而由經單元化之複數個太陽電池模組所構成。
上述太陽電池模組,係要求具有可在戶外長期使用之充分的耐久性、耐候性等。如圖5所示,一般太陽電池模組41的具體結構,係從表面側依序積層由玻璃等所構成之透光性基板42、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)等熱塑性樹脂所構成之填充劑層43、作為光電元件之複數片太陽電池單元44、與上述填充劑層43相同之填充劑層45、以及太陽電池模組用背片46,然後藉由真空加熱積層法等加以一體成形。並且,將各太陽電池單元44串聯或並聯,其兩端子47係透過設置於背面(背片46)側之接線盒48,與外部配線之端子連接。
此種結構之太陽電池模組41設置於屋外時,於其發電時,即使外氣溫為20℃,太陽電池模組41之溫度,會因為隨著太陽電池單元44之運作而產生之熱等,而產生超過50℃之升溫。如此一來,太陽電池模組41之溫度上升時,會發生起因於太陽電池單元44溫度特性之發電效率降低之不良情形。
此外,於發電中的太陽電池模組41裡,在複數的太陽電池單元44之中,一個太陽電池單元44因為某種結構而於該處產生陰影時,該太陽電池單元44之發電變得不充分,因此該太陽電池單元44本身成為電阻,而於該太陽電池單元44之兩電極產生電位差(即該電阻值與流通電流之積)。也就是說,由於施加反向偏壓於太陽電池單元44,該元件因此發熱,而產生所謂熱點之狀態。由於發生此種熱點現象,若太陽電池單元44之溫度持續上升,則會發生該太陽電池單元44損壞、無法從該太陽電池模組41獲得既定輸出功率之不良情形。
為了排除此種不良情形,提出了一種太陽電池模組溫度上升或產生熱點時冷卻太陽電池模組的技術,例如,已提出一種於背面側配設有具有突起膜狀之散熱部的太陽電池模組(例如,參照日本特開2000-183375號公報等)。然而,上述太陽電池模組之散熱膜表面一旦受損則難以修復,由於水汽會從該部分進入等因素,而有促使填充劑層水解、減少太陽電池單元壽命之虞。此外,由於無法對應既有的太陽電池模組,因此無助於提高已於屋外使用之太陽電池模組的散熱效果等以延長其壽命。再者,相較於既有之散熱片,對於散熱效果更高之散熱片的需求更高。
專利文獻1:日本特開2000-183375號公報
本發明係鑑於該等不良情形而進行,目的在於提供一種太陽電池背面用散熱片及使用其之太陽電池模組,該等可提高已在使用之太陽電池模組的散熱性,並可藉由更換貼附來經常維持太陽電池模組的散熱機能。
為解決上述課題而進行之發明,係一種具備散熱膜、與積層於該散熱膜之其中一面側之黏著劑層的太陽電池模組背面用散熱片。若使用該太陽電池模組背面用散熱片,由於具備積層於其中一面側之黏著劑層,而能夠利用該黏著劑層貼設於以往之太陽電池模組的背面。因此,該太陽電池模組背面用散熱片,可提高以往之太陽電池模組的散熱性,並可進一步提升該太陽電池模組之發電效率,及延長其壽命。此外,該太陽電池模組背面用散熱片,由於具備積層於其中一面側之黏著劑層,該散熱片之散熱膜因損傷、經年劣化而降低散熱性時,亦可輕易更換貼附為新的散熱片,而能夠經常維持太陽電池模組的高散熱性。更進一步,若使用該太陽電池模組背面用散熱片,貼附於因長期使用等而產生裂痕等物理缺陷之太陽電池模組背面時,由於可利用黏著劑層覆蓋此缺陷,而能夠提高背面的水汽阻擋性,又因為可藉由密閉來提高熱傳導性,而能夠促進散熱性。
上述散熱膜較佳為於另一面全面具有細微凹凸形狀。若使用該太陽電池模組背面用散熱片,由於另一面全面具有細微凹凸形狀,因此可大幅增加另一面之表面積,提高散熱機能。
上述散熱膜較佳為具備於其中一面側積層有上述黏著劑層之基材層、與積層於該基材層之另一面側的散熱層。散熱膜以這種方式分為2層,藉此,可將例如水汽阻擋性高之材質用於基材層或散熱層,而該太陽電池模組背面用散熱片則可具有更高的機能性。此外,由於散熱層係另外設置,因此該太陽電池模組背面用散熱片易於成型,並且易於進行對應所希望散熱性之散熱層的成型。
上述散熱層較佳為具備微小粒子與該微小粒子之黏合劑。若使用該太陽電池模組背面用散熱片,由於可藉由該微小粒子於表面(散熱膜之另一面)全面地、輕易地形成微小凹凸形狀成為所希望之形狀,故可確實提高散熱性。
上述微小粒子較佳為金屬及/或無機氧化物珠狀物。若使用該太陽電池模組背面用散熱片,由於微小粒子為珠狀物,故可確實於表面(散熱膜之另一面)全面設置微小凹凸形狀。再者,由於金屬及無機氧化物具備高熱傳導性,故可藉由將局部產生之熱擴散至片的全面,進一步提高散熱性。
上述散熱層具有經蒸鍍之無機氧化物亦佳。若使用該太陽電池模組背面用散熱片,利用無機氧化物之高熱傳導性,可藉由將局部產生之熱擴散至片的全面以提高散熱性,並且由於具有無機氧化物之散熱層具備高水汽阻擋機能,故可提高耐水解性。再者,由於含有具絕緣性之無機氧化物,故可提高太陽電池模組之絕緣性,並可保護太陽電池單元或配線等的導電性部分。
上述散熱層為金屬箔亦佳。若使用該太陽電池模組背面用散熱片,利用金屬箔極高的熱傳導性,可藉由將局部產生之熱擴散至片的全面以提高散熱性,並且由於作為散熱層之金屬箔具有高水汽阻擋機能,故可提高耐水解性。
上述黏著劑層之一面(積層有散熱膜之側的面之相反側的面)較佳為以離型片被覆。藉由以離型片被覆一面,直到貼附作業之前,由於可防止黏著劑層與其他物質接觸,故該太陽電池模組背面用散熱片之作業性高,並可提高貼附時該散熱片之黏著機能。
因此,若使用從表面側依序積層有透明性基板、填充劑層、作為光電元件之太陽電池單元、填充劑層、背片、該太陽電池模組背面用散熱片,且具有下述特徵之太陽電池模組,亦即藉由該黏著劑層將上述太陽電池模組背面用散熱片貼設於上述背片的背面,則可提高太陽電池模組的散熱性,實現發電效率的提升及長壽化。
此處太陽電池模組的「表面側」,係指太陽電池模組的受光面側之意。而「背面側」,則是指與表面側(亦即上述受光面側)相反側之面之意。
如以上說明,若使用本發明之太陽電池模組背面用散熱片,藉由利用黏著劑層貼設於太陽電池模組背面,可提高太陽電池模組之散熱性,其結果即可實現太陽電池模組發電效率的提升,以及太陽電池模組的長壽化。進而,若使用本發明之太陽電池模組背面用散熱片,由於可貼設於已在使用之太陽電池模組的背面,故能夠提高已在使用之太陽電池模組的發電效率,且能夠延長壽命。再者,即使於該已在使用之太陽電池模組的背面產生裂痕等缺陷的情形下,藉由利用黏著劑層覆蓋缺陷,可防止背片之機能降低。此外,若使用本發明之太陽電池模組,透過提高散熱性,可提高發電效率,並可延長壽命。
以下,一邊參照適當圖式,一邊詳細說明本發明之太陽電池模組背面用散熱片及使用其之太陽電池模組。
圖1之太陽電池模組背面用散熱片1,具備有散熱膜2、與積層於此散熱膜2之一面側的黏著劑層3。
散熱膜2具備,於其中一面側積層有上述黏著劑層3之基材層4,與積層於該基材層4之另一面側之散熱層5。
基材層4,係以合成樹脂為主成分所形成。此基材層4之主成分的合成樹脂,並無特別限制,例如,可列舉聚烯系樹脂、氟系樹脂、聚(甲基)丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚酯系樹脂、聚醯胺系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、聚醯胺醯亞胺系樹脂、聚芳香基酞酸酯系樹脂、聚矽氧系樹脂、聚碸系樹脂、聚苯硫系樹脂、聚醚碸(polyether sulfone)系樹脂、聚胺甲酸酯系樹脂、縮醛系樹脂、纖維素系樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS樹脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)、聚氯乙烯系樹脂等。上述樹脂之中,較佳為具有高耐熱性、物理強度、耐候性、耐久性、對水汽等之氣體阻擋性等的聚烯系樹脂、聚酯系樹脂、氟系樹脂。
上述聚烯系樹脂,可列舉聚乙烯(例如高密度聚乙烯、低密度聚乙烯等)、聚丙烯、乙烯與不飽和羧酸酯的共聚物(例如乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物,乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物等)、乙烯與不飽和羧酸的共聚物(例如乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物等)、離子聚合物樹脂等。此等之中,較佳為在耐水解性、耐熱性、耐候性等諸功能面及價格面皆兼具的聚乙烯或耐熱性、強度、耐候性、耐久性、氣體阻擋性等功能性皆優異的環狀聚烯系樹脂。
上述環狀聚烯系樹脂,例如可列舉a)聚合環戊二烯(及其衍生物)、二環戊二烯(及其衍生物)、環己二烯(及其衍生物)、降冰片二烯(norbornadiene)(及其衍生物)等環狀二烯而成的聚合物,b)共聚該環狀二烯與乙烯、丙烯、4-甲基-1-戊烯、苯乙烯、丁二烯、異戊二烯等烯類單體之1種或2種以上而成的共聚物等。此等環狀聚烯系樹脂之中,特佳為強度、耐熱性、耐候性等優異之環戊二烯(及其衍生物)、二環戊二烯(及其衍生物)或降冰片二烯(及其衍生物)等環狀二烯的聚合物。
上述聚酯系樹脂,例如可列舉聚對酞酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate)等。此等聚酯系樹脂之中,特佳為在耐熱性、耐候性等諸功能面及價格面皆兼具的聚對酞酸乙二酯。
上述氟系樹脂,例如可列舉聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚之共聚物所構成的全氟烷氧基樹脂(perfluoroalkoxy resin,PFA)、四氟乙烯與六氟丙烯的共聚物(FEP)、四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚與六氟丙烯的共聚物(EPE)、四氟乙烯與乙烯或丙烯的共聚物(ETFE)、聚三氟氯乙烯樹脂(PCTFE)、乙烯與三氟氯乙烯的共聚物(ECTFE)、偏二氟乙烯系樹脂(PVDF)、氟乙烯系樹脂(PVF)等。此等氟系樹脂之中,特佳為強度、耐熱性、耐候性等優異的聚氟乙烯系樹脂(PVF)、四氟乙烯與乙烯或丙烯的共聚物(ETFE)。
另,基材層4的形成材料,可混合上述合成樹脂之1種或2種以上來使用。又,於基材層4的形成材料中,可為了改良或改造加工性、耐熱性、耐候性、機械性質、尺寸穩定性等,而混合各種添加劑等。此添加劑,例如可列舉潤滑劑、交聯劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定化劑、填充劑、強化纖維、增強劑、抗靜電劑、難燃劑、防火劑、發泡劑、防霉劑,顏料等。上述基材層4的成形方法,並無特別限制,例如可採用擠壓法、澆鑄法、T模法、切削法、充氣法(inflation method)等公知的方法。上述基材層4,可為單層結構,或亦可為2層以上的多層結構。
基材層4之厚度的下限較佳為12μm,尤佳為25μm。另一方面,基材層4之厚度的上限較佳為1mm,尤佳為500μm。
若基材層4的平均厚度未達上述下限,則會發生下述不良情形:該太陽電池模組背面用散熱片1的操作將會變得困難,且水汽阻擋性等功能性會變得不夠充分。尤其是該太陽電池模組背面用散熱片,由於是配合既有之太陽電池模組尺寸及太陽電池模組之接線盒位置及尺寸,經裁切後,貼合於太陽電池模組的背面,因此若平均厚度未達上述下限,則可能會使得剪貼時的作業性下降,且難以對應於各太陽電池模組尺寸來進行貼合,或可能會因貼合偏移導致與背片的密合性下降,而無法充分發揮缺陷擴大防止功能及水汽等阻擋功能。
反之,若基材層4之厚度超過上述上限,則與太陽電池模組薄型化及輕量化的要求背道而馳。此外,若基材層4之厚度超過上述上限,則除了基材層4的厚度會導致熱傳導率降低之外,基材層4更會因為散熱片1的熱容量增加而使散熱效率降低。此外,若基材層4之厚度超過上述上限,則由於太陽電池模組背面用散熱片1的重量增加,同樣地,於背面進行貼合時的作業性降低,並且變得難以因應各種太陽電池模組尺寸進行貼合,再者,未準確貼合會造成與背片的密合性降低,結果使得熱傳導率降低,而有無法充分發揮散熱機能之虞。
基材層4中可分散含有顏料。可如此藉由在基材層4中分散含有顏料,以提升基材層4並進而提升該太陽電池模組背面用散熱片1的耐熱性、耐候性、耐久性、熱尺寸穩定性、強度等諸特性。又,可藉由在基材層4中分散含有白色顏料,以附加將穿透太陽電池單元之光線加以反射的功能,而更加提高發電效率。並且,可藉由在基材層4中分散含有黒色顏料等,以將基材層4著色成各種顏色,
而提升太陽電池模組的設計性。
此白色顏料,並無特別限制,例如可使用碳酸鈣、氧化鈦、氧化鋅、碳酸鉛(II)、硫酸鋇等。其中,較佳為樹脂材料(用以形成基材層4)中的分散性優異,且對基材層4之耐久性、耐熱性、強度等提升效果較大的碳酸鈣。此碳酸鈣,具有方解石、文石、六方方解石等結晶形態,任何一種結晶形態皆可使用。此碳酸鈣,亦可經硬脂酸、十二基二苯磺酸鈉、矽烷偶合劑、鈦偶合劑等進行過表面處理,或亦可含有10%以下左右的氧化鎂、氧化鋁、二氧化矽、二氧化鈦等雜質。其他的顏料,可列舉碳黑等黑色顏料,群青、普魯士藍等藍色顏料,鐵丹(colcothar)(赤鐵氧化物)、鎘紅、鉬橙等紅色顏料,給予金屬光澤之金屬粉顏料等,可有助於提升太陽電池模組的設計性。
上述顏料的平均粒徑,較佳在100nm以上、30μm以下,特佳在300nm以上、3μm以下。另,本發明中的平均粒徑,係指從倍率1000倍的電子顯微鏡中所觀測到的粒子隨機選取30個粒子,然後將該30個粒子的粒徑加以平均而得者。又,粒徑係以費雷特(Feret’s diameter)(一定方向的平行線隔著投影像時的間隔)來加以定義。
若顏料的平均粒徑小於上述範圍,則可能會因凝聚等而難以均勻分散於基材層4中。另一方面,若顏料的平均粒徑超過上述範圍,則可能會降低對上述基材層4之耐熱性等諸特性的提升效果。
上述顏料含量的下限,較佳為5質量%,尤佳為10質量%。另外,上述顏料含量的上限,較佳為60質量%,尤佳為30質量%。若顏料含量小於上述下限,則基材層4的耐久性、耐熱性、強度等的提升效果降低。另一方面,若顏料含量超過上述上限,則有基材層4中顏料的分散性降低,導致基材層4的強度降低之虞。
散熱層5具備了微小粒子6、與該微小粒子的黏合劑7。如此藉由散熱層5之中含有微小粒子6,可於散熱層5的表面(散熱膜2之另一面)全面、均勻、且容易地形成細微的凹凸形狀8。如此藉由於散熱層5的表面(散熱膜2之另一面)全面設置細微的凹凸形狀8,使得表面積擴大,來自表面(散熱膜2之另一面)的散熱機能躍升。再者,散熱層5的平均厚度並無特別限定,例如設為5μm以上10mm以下左右。
微小粒子6大致分為無機粒子與有機粒子。無機粒子,具體來說,可使用鋁或鐵合金等金屬粒子,二氧化矽、氧化鋁、氧化鋅、二氧化鋯等無機氧化物,其他如氫氧化鋁、硫化鋇、矽酸鎂、氮化硼、碳化矽、氮化矽、氮化鋁、鋯矽酸鹽等,或該等之混合物。有機粒子的具體材料,可使用丙烯酸樹脂、丙烯腈樹脂、聚胺甲酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚醯胺等。該等之中,較佳為熱傳導率較高的金屬粒子或無機氧化物粒子,尤佳為金屬或金屬氧化物,再尤佳為二氧化矽、氧化鋁。微小粒子6為金屬粒子或無機氧化物粒子時,由於從基材層4側傳導而來之來自太陽電池單元的發熱,可瞬間被傳導至表面(散熱膜2之另一面)側,故可提高散熱性,同時也能讓局部產生的熱擴散至片的整面,因此由該點亦可提高散熱性。
微小粒子6係熱傳導率相對較高且具有高電阻值之粒子亦佳。微小粒子6為此種粒子時,由於一方面可提高該片之散熱性,一方面導電性可抑制得較低,因此可提升耐電壓性。此種粒子可列舉氮化硼、氮化矽等無機氮化物等。
微小粒子6之形狀並無特別限定,例如可舉球狀、立方體狀、針狀、棒狀、紡錘狀、板狀、鱗片狀、纖維狀等。其中,可於表面(散熱膜2之另一面)簡易、確實地形成期望尺寸之微小凹凸的球狀、也就是珠狀較佳。
微小粒子6之摻合量(相對於作為黏合劑7之形成材料的聚合物組成物中之基材聚合物100份的固形成分換算之摻合量)之下限,較佳為10份、尤佳為20份、再尤佳為50份,該摻合量之上限較佳為500份、尤佳為300份、再尤佳為200份。若微小粒子6之摻合量未達上述下限,則由於對表面(散熱膜2之另一面)之細微凹凸形狀8的形成不充分,表面積並未充分擴大,因此不會表現明顯散熱效果,此外,由於微小粒子間之間隔較寬(未鄰接),微小粒子6之間的熱傳導變慢,因此熱擴散速度降低,結果使散熱性降低。另一方面,若摻合量超過上述上限,雖然熱傳導性及散熱性提高,但是固定微小粒子6的效果會降低。
微小粒子6之平均粒徑之下限較佳為100nm、尤佳為3μm、再尤佳為10μm,微小粒子6之平均粒徑之上限較佳為1mm、尤佳為400μm、再尤佳為100μm。若微小粒子6之平均粒徑未達上述下限,則難以在表面(散熱膜2之另一面)形成充足的凹凸形狀8,表面積未擴大,無法充分發揮散熱機能。反之,若微小粒子6之平均粒徑超過上述上限,則散熱層5之厚度增大,與太陽電池模組薄型化及輕量化之要求背道而馳。
黏合劑7含有基材聚合物作為主原料。上述基材聚合物並無特別限定,例如可列舉丙烯酸系樹脂、聚胺甲酸酯、聚酯、氟系樹脂、聚矽氧系樹脂、聚醯胺醯亞胺、環氧樹脂、紫外線硬化型樹脂等,可混合使用該等聚合物之1種或2種以上。上述基材聚合物,尤佳為加工性高、可利用塗布等手段輕易形成散熱層5之多元醇。
上述多元醇,例如可列舉:對含有含羥基不飽和單體之單體成分進行聚合而得之多元醇、羥基過剩之條件下獲得的聚酯多元醇,該等可以單體或混合2種以上來使用。
該含羥基不飽和單體,可列舉(a)例如2-羥乙基丙烯酸酯、2-羥丙基丙烯酸酯、2-羥乙基甲基丙烯酸酯、2-羥丙基甲基丙烯酸酯、烯丙醇、高烯丙基醇(homoallyl alcohol)、桂皮醇、巴豆醇等含羥基不飽和單體;(b)例如乙二醇、環氧乙烷、丙二醇、環氧丙烷、丁二醇、環氧丁烷、1,4-雙(羥甲基)環己烷、苯基環氧丙基醚、環氧丙基癸酸酯(glycidyl decanoate)、PLACCEL FM-1(Daicel化學工業股份有限公司製)等2價醇或環氧化合物,與例如丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、巴豆酸、亞甲基丁二酸等不飽和羧酸反應所得之含羥基不飽和單體等。可聚合選自此等含羥基不飽和單體之1種或2種以上以製造多元醇。
另外,上述多元醇亦可藉由聚合選自丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸異丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸三級丁酯、丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸三級丁酯、甲基丙烯酸乙基己酯、甲基丙烯酸環氧丙酯、甲基丙烯酸環己酯、苯乙烯、乙烯基甲苯(vinyl toluene)、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯腈、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、乙酸丙烯酯、己二酸二烯丙酯、伊康酸二烯丙酯、順丁烯二酸二乙酯、1-甲苯乙烯、氯乙烯、二氯亞乙烯、丙烯醯胺、N-羥甲基丙烯醯胺、N-丁氧甲基丙烯醯胺、二丙酮丙烯醯胺、乙烯、丙烯、異戊二烯等1種或2種以上之乙烯性不飽和單體與選自上述(a)及(b)之含羥基不飽和單體來製造。
聚合含有含羥基不飽和單體之單體成分所製得之多元醇的數量平均分子量為1000以上500000以下,較佳在5000以上100000以下。另外,其羥基價為5以上300以下,較佳為10以上200以下,更佳為20以上150以下。
於羥基過剩之條件下所得之聚酯多元醇,可在丙二醇、己二醇、聚乙二醇、三羥甲丙烷等多元醇中之羥基數多於前述多元酸之羧基數的條件下,使(c)例如乙二醇、二伸乙甘醇、丙二醇、二伸丙甘醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、六亞甲二醇、1,10-癸二醇、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇、三羥甲丙烷、己三醇、丙三醇、新戊四醇、環己二醇、氫化雙酚A、雙(羥甲基)環己烷、氫醌雙(羥乙基醚)、三(羥乙基)異三聚氰酸酯、茬二醇等多元醇,與(d)例如順丁烯二酸、反丁烯二酸、丁二酸、己二酸、癸二酸、壬二酸、1,2,4-苯三甲酸、對苯二甲酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸等多元酸產生反應來製造。
該於羥基過剩之條件下所得之聚酯多元醇的數量平均分子量為500以上300000以下,較佳為2000以上100000以下。此外,其羥基價為5以上300以下,較佳為10以上200以下,更佳為20以上150以下。
用作該聚合物組成物之基材聚合物之多元醇,較佳為聚合上述聚酯多元醇及上述含有含羥基不飽和單體之單體成分而製得,且具有(甲基)丙烯酸單元等之丙烯酸多元醇。以該聚酯多元醇或丙烯酸多元醇為基材聚合物之黏合劑7之耐候性高,可抑制微小粒子6之固著性降低。再者,可使用該聚酯多元醇與丙烯酸多元醇之任一者,亦可使用兩者。
此外,上述聚酯多元醇及丙烯酸多元醇中羥基的個數,只要每1分子有2個以上,並無特別限定,但若固形成分中之羥基價為10以下,則交聯點數減少,會有耐溶劑性、耐水性、耐熱性、表面硬度等被膜物性降低的傾向。
黏著劑層3,係藉由於散熱膜2之其中一面塗布黏著劑而形成。黏著劑層3之厚度之下限,較佳為12μm、尤佳為25μm、再尤佳為100μm。另外,黏著劑層3之厚度之上限,較佳為1mm、尤佳為500μm、再尤佳為200μm。
若使用黏著劑層3具備上述厚度的該太陽電池模組背面用散熱片1,於產生有傷痕、裂痕之太陽電池模組背面的背片表面,即使在已積層該散熱片1的情況下,藉由以黏著劑覆蓋傷痕、裂痕部分,可使背片與散熱片1完全密合,並可提高熱傳導性。又,若使用該散熱片,可防止水汽等的進入,並可抑制傷痕及裂痕等缺陷的擴大。又,若使用該太陽電池模組背面用散熱片1,則由於黏著劑層的厚度在上述範圍,而可將黏著劑層埋入至通常所產生之物理性的傷痕及裂痕的最深部,確實地抑制傷痕及裂痕等缺陷擴大及水汽等自外部的侵入。
若黏著劑層3的厚度未達上述下限,則黏著劑將無法填補通常所產生之傷痕、裂痕等缺陷的深度,而產生間隙,使得缺陷易於持續擴大,且由於水汽等會從此間隙進入,而使得水汽等阻擋性下降,同時該間隙的存在會使熱傳導性降低,進而使散熱效率降低。相反地,若黏著劑層3的厚度超過上述上限,則例如會因黏著劑層3的厚度,而有在將該散熱片1裁切成所需形狀時造成阻礙等作業性下降之虞,除此之外由於熱傳導性降低,使得散熱效率降低。
此黏著劑層3所使用的黏著劑,並無特別限制,例如可列舉丙烯酸系黏著劑、丙烯酸-膠系黏著劑、天然膠系黏著劑、丁基橡膠系等合成膠系黏著劑、聚矽氧系黏著劑、聚胺甲酸酯系黏著劑、環氧系黏著劑、聚乙烯系黏著劑、聚酯系黏著劑等,此等之中,基於黏著力、保持力、黏附力(tack force)的平衡,耐久性、耐候性佳,可廉價取得的理由,特佳為丙烯酸系黏著劑、或耐候性、耐候性及對凹凸之追隨性良好的丁基橡膠系黏著劑。
構成丙烯酸系黏著劑的單體並無特別限制,例如可列舉丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸三級丁酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸異壬酯、2-甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯等丙烯酸烷酯、甲基丙烯酸烷酯(烷基例如為碳數1~20者);丙烯酸2-羥乙酯、丙烯酸2-羥丙酯、丙烯酸4-羥丁酯、甲基丙烯酸2-羥乙酯、甲基丙烯酸2-羥丙酯、甲基丙烯酸4-羥丁酯等丙烯酸羥烷酯、甲基丙烯酸羥烷酯(羥烷基例如為碳數1~20者);丙烯酸、甲基丙烯酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸、亞甲基丁二酸等不飽和脂肪族羧酸;乙酸乙烯酯;此等之組合等。其中,藉由使用丙烯酸正丁酯、丙烯酸2-乙基己酯作為單體,由於室溫下的黏著力、保持力、黏附力等黏著特性良好,且可獲得已抑制印刷裝置內部黏著劑層之溢出的散熱片,故為特佳。在聚合起始劑的存在下,以通常的方法藉由溶液聚合、塊狀聚合、乳化聚合、懸浮聚合等對此等單體進行聚合,藉此製造上述丙烯酸系黏著劑。尤其是以乳化聚合所得的乳液型丙烯酸系黏著劑,由於是使用水作為主要聚合溶劑,而可謀求製造散熱片時的安全性及減輕對地球環境的負荷,故較佳。
上述丁基橡膠系黏著劑,通常具備有丁基橡膠、軟化劑及增黏樹脂。
上述丁基橡膠,係以異丁烯為主成分,並為了進行交聯而共聚1~2重量%的異戊二烯而得。丁基橡膠,具有透氣性極低的特徵。上述丁基橡膠,較佳為交聯以提升黏著力與凝聚力的平衡,可列舉藉聚烷基酚樹脂類之硫化、電子束交聯、藉由添加光起始劑與光聚合性多官能性單體(例如三羥甲基丙烷三丙烯酸酯等)所進行的紫外線交聯等,但基於不需要其他膠系黏著劑所需的硫化觸媒,且耐熱性、非汚染性良好的理由,較佳為藉聚烷基酚樹脂類之硫化。
上述軟化劑,係為了降低丁基橡膠的玻璃轉移溫度並提升低溫時的初期接著性,保持高凝聚力與黏著力的平衡所添加者,例如可列舉加工用油(process oil)、填充油等石油系;液狀聚異丁烯、液狀聚丁烯、液狀聚異戊二烯等液狀膠;酞酸二丁酯、酞酸二辛酯等二元酸酯系可塑劑等。
上述增黏樹脂,係為了提升初期接著性所添加者,例如可列舉松香、改質松香、松酯等松香系樹脂;萜烯樹脂、芳香族改質萜烯樹脂、氫化萜烯樹脂、萜烯酚等萜烯系樹脂;脂肪族系(C5系)石油樹脂、芳香族系(C9系)石油樹脂、C5/C9系共聚石油樹脂、脂環族系石油樹脂、薰草哢‧茚樹脂、苯乙烯系石油樹脂等石油樹脂;烷基酚樹脂、松香改質酚樹脂等酚系樹脂;二甲苯樹脂等通常之增黏樹脂全部,從耐候性良好的觀點,較佳為石油樹脂
於上述丁基橡膠系黏著劑,在不會阻礙其黏著物性等的範圍,例如亦可適當添加填充劑、抗老化劑等。
上述填充劑,例如可列舉碳酸鈣;碳酸鎂;白雲石等鈣;碳酸鎂;高嶺土、燒成黏土、葉蠟石、膨土、絹雲母、沸石、霞石‧正長岩、滑石、綠坡縷石、矽灰石等矽酸鹽;矽藻土、矽石粉等矽氧;氫氧化鋁;英雲閃長岩類、沉澱硫酸鋇等硫酸鋇;石膏等硫酸鈣;亞硫酸鈣;碳黑;氧化鋅;二氧化鈦等。
上述抗老化劑,例如可列舉酚系抗老化劑、胺系抗老化劑、咪唑系抗老化劑、胺二硫甲酸系抗老化劑、磷系抗老化劑、含硫酯系抗老化劑等。
構成黏著劑層3的黏著劑,較佳為紫外線硬化型黏著劑。藉由使用紫外線硬化型黏著劑作為黏著劑,可在將此散熱片1貼於太陽電池模組之後,利用曝曬於陽光下緩慢地進行紫外線硬化,藉此提高此散熱片1的強度。
紫外線硬化型黏著劑,除了上述黏著性的聚合物成分外,還可使用含有紫外線硬化成分者,但亦可使用含有下述形態的紫外線硬化型聚合物者,該形態為在黏著性聚合物的側鏈加合有不飽和雙鍵。
紫外線硬化成分,可使用藉由照射紫外線而會產生紫外線硬化成分反應[例如,紫外線硬化成分彼此的反應、紫外線硬化成分與黏著劑層中其他成分(例如,丙烯酸系聚合物等)的反應等]者。具體而言,紫外線硬化成分,可使用至少具有1個在分子內含有不飽和雙鍵之基(含不飽和雙鍵之基)的化合物(單體、寡聚物或聚合物等),尤其宜為非揮發性化合物。紫外線硬化成分,可單獨或組合2種以上使用。
紫外線硬化成分中含有不飽和雙鍵之基,尤其以含有碳-碳雙鍵之基(含碳-碳雙鍵之基)為佳,該含碳-碳雙鍵之基,例如可列舉乙烯基、烯丙基、(甲基)丙烯醯基等含乙烯性不飽和鍵之基等。含不飽和雙鍵之基可單獨或組合2種以上使用。另,於紫外線硬化成分1分子中,含不飽和雙鍵之基的數目,較佳在2個以上。當紫外線硬化成分在1分子中具有2個以上含不飽和雙鍵之基時,可使用複數個相同的含不飽和雙鍵之基,亦可使用2種以上的含不飽和雙鍵之基。
紫外線硬化成分,例如可列舉(甲基)丙烯酸酯與多元醇的酯化物、酯丙烯酸系化合物、胺甲酸乙酯丙烯酸系化合物、具有含不飽和雙鍵之基的三聚氰酸酯系化合物、具有含不飽和雙鍵之基的異三聚氰酸酯系化合物等。
紫外線硬化成分,更具體而言,例如可列舉烷二醇之二(甲基)丙烯酸酯[(甲基)丙烯酸二(烷二醇)酯;例如三縮四乙二醇之二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇之二(甲基)丙烯酸酯、丙二醇之二(甲基)丙烯酸酯、聚丙二醇之二(甲基)丙烯酸酯、1,4-丁二醇之二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇之二(甲基)丙烯酸酯、新戊二醇之二(甲基)丙烯酸酯等C1-9烷二醇或聚(C1-9烷二醇)之二(甲基)丙烯酸酯等]、2-丙烯基-二-3-丁烯基三聚氰酸酯、參(2-羥乙基)異三聚氰酸酯之二(甲基)丙烯酸酯、對新戊二醇1莫耳加合4莫耳以上之氧化乙烯或氧化丙烯所得之二醇之二(甲基)丙烯酸酯、雙酚A或其改質物之二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲丙烷或其改質物之二(甲基)丙烯酸酯、三羥甲丙烷或其改質物之三(甲基)丙烯酸酯、四羥甲基甲烷四(甲基)丙烯酸酯、參(2-羥乙基)異三聚氰酸酯之三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇三(甲基)丙烯酸酯、新戊四醇四(甲基)丙烯酸酯、二新戊四醇之聚(甲基)丙烯酸酯、己內酯改質參[(甲基)丙烯氧乙基]異三聚氰酸酯、己內酯改質二新戊四醇之聚(甲基)丙烯酸酯、己二酸新戊二醇改質二(甲基)丙烯酸酯、羥基三甲基乙酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、羥基三甲基乙酸酯改質新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、己內酯改質羥基三甲基乙酸新戊二醇二(甲基)丙烯酸酯、二烷改質二(甲基)丙烯酸酯、環戊烷基二(甲基)丙烯酸酯、氧化乙烯改質磷酸二(甲基)丙烯酸酯、氧化乙烯改質烷化磷酸二(甲基)丙烯酸酯等。
紫外線硬化成分的含有比例,並無特別限制,例如相對於黏著性聚合物成分(丙烯酸系樹脂等)100質量份,為5~500質量份(較佳為10~200質量份)左右。
另,於紫外線硬化型黏著劑,除了黏著性聚合物成分、紫外線硬化成分以外,亦可視需要,摻合光聚合起始劑、交聯劑等之添加劑等。
上述光聚合起始劑,只要是可藉由紫外線活性化,使紫外線硬化成分反應的光聚合起始劑,則無特別限制。具體而言,光聚合起始劑,例如可使用苯乙酮系光聚合起始劑、安息香系光聚合起始劑、苄系光聚合起始劑、安息香烷醚系光聚合起始劑、二苯基酮系光聚合起始劑、縮酮系光聚合起始劑、9-氧硫(thioxanthone)系光聚合起始劑、α-酮醇系光聚合起始劑、芳香族磺醯氯系光聚合起始劑、光活性肟系光聚合起始劑等。光聚合起始劑,可單獨或組合2種以上使用。
光聚合起始劑,宜為苯乙酮系光聚合起始劑、安息香系光聚合起始劑。苯乙酮系光聚合起始劑,例如可列舉4-苯氧基二氯苯乙酮、4-三級丁基-二氯苯乙酮、二乙氧苯乙酮、1-苯基-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮、1-[4-(2-羥乙基)-苯基]-2-羥基-2-甲基丙烷-1-酮、1-羥基環己基苯基酮等。安息香系光聚合起始劑,例如可舉安息香等。
又,於苄系光聚合起始劑,例如含有苄基等。安息香烷醚系光聚合起始劑,例如可列舉安息香甲醚、安息香乙醚、安息香丙醚、安息香異丙醚、安息香異丁醚等。二苯基酮系光聚合起始劑,例如可列舉二苯基酮、苯甲醯基安息香酸、3,3'
-二甲基-4-甲氧基二苯基酮、聚乙烯二苯甲酮(polyvinyl benzophenone)、α-羥基環己基苯基酮等。縮酮系光聚合起始劑,例如可舉苄基二甲基縮酮等。9-噻吨酮系光聚合起始劑,例如可列舉9-噻吨酮、2-氯噻吨酮、2-甲基噻吨酮、2,4-二甲基噻吨酮、異丙基噻吨酮、2,4-二氯噻吨酮、2,4-二乙基噻吨酮、2,4-二異丙基噻吨酮、十二基噻吨酮等。
又,上述交聯劑,例如可使用聚異氰酸酯系交聯劑、三聚氰胺樹脂、脲樹脂、氮丙啶系化合物、環氧系交聯劑(環氧樹脂等)、具有複數個羧基之低分子化合物或其酐、聚胺、具有複數個羧基之聚合物等。
該太陽電池模組背面用散熱片1,由於具備積層於其中一面側之黏著劑層3,因此能夠直接貼設於以往之太陽電池模組的背面,提高以往之太陽電池模組的散熱性,進而提升該太陽電池模組的發電效率及延長其壽命。另外,該太陽電池模組背面用散熱片1,由於具備積層於其中一面側之黏著劑層3,該散熱片之另一面因損傷、經年劣化而降低散熱性時,亦可輕易更換貼附為新的散熱片1,而能夠經常維持太陽電池模組的高散熱性。更進一步,若使用該太陽電池模組背面用散熱片1,貼附於產生裂痕等缺陷之太陽電池模組背面時,由於可利用黏著劑層3覆蓋此缺陷,因此能夠提高背面的水汽阻擋性,又因為可藉由密閉來提高熱傳導性,故可促進散熱性。此外,該太陽電池模組背面用散熱片1,由於散熱層5具有微小粒子6與黏合劑7,故可藉由表面(散熱膜2之另一面)的細微凹凸形狀8增加表面積,提高散熱效果。
圖2之太陽電池模組背面用散熱片11,具備散熱膜12、積層於該散熱膜12之其中一面側之黏著劑層3。由於黏著劑層3與圖1之太陽電池模組背面用散熱片1相同,因此給予一樣的編號而省略說明。
散熱膜12,具備於其中一面側積層有上述黏著劑層3之基材層13、與積層於該基材層13之另一面側的散熱層14。
基材層13的形成材料、平均厚度等,與圖1之太陽電
池模組背面用散熱片1的基材層4相同,但於基材層13的另一面(並未積層黏著劑層3之面)全面地形成有微小凹凸形狀。
基材層13之另一面(形成有微小凹凸形狀之面)的表面粗度(Ra)之下限,較佳為1μm、尤佳為10μm。另一方面,形成有基材層13的微小凹凸形狀之面的表面粗度(Ra)之上限,較佳為1mm、尤佳為100μm。再者,本發明中之「表面粗度(Ra)」,係遵照JIS-B0601-1994而測定的切斷(cut off)值8mm、評價長度40mm之值。
藉由在具有此種表面粗度之基材層13的另一面(形成有微小凹凸形狀之面)設置散熱層14,使得散熱層14的表面積擴大,散熱效果顯著提升。基材層13之另一面(形成有微小凹凸形狀之面)的表面粗度若小於上述下限,則設置散熱層14時,不會充分地形成表面之細微凹凸形狀,表面積之擴大並不充足。相反地,形成有基材層13的微小凹凸形狀之面的表面粗度,若超過上述上限,由於表面變得粗糙,因此難以均勻地蒸鍍,且容易在表面造成傷痕。
基材層13的成型方法,只要能形成上述構造,則無特別限定,可採用各種方法。該基材層13的製造方法,可以是「於已成型之片的表面形成凹凸形狀之方法」與「將片形成與凹凸形狀形成一體成形之方法」,具體而言,有以下等之方法:(a)於具有基材層13表面的凹凸形狀的反轉形狀之片型積層形成材料樹脂,再剝去該片型,藉此形成基材層13之方法;
(b) 將熔融形成材料樹脂注入具有基材層13表面的凹凸形狀的反轉形狀之金屬模具之射出成型法;
(c) 將已片化之形成材料樹脂再加熱,夾在與上述相同之金屬模具與金屬板之間,進行加壓以轉印形狀之方法;
(d) 使熔融狀態之形成材料樹脂通過於周面具有基材層13表面的凹凸形狀的反轉形狀之輥模具與其他輥之夾持(nip),轉印上述形狀之擠壓片成形法;
(e) 藉由對片表面之噴砂於表面設置凹凸形狀以形成基材層13之方法。
散熱層14具有經蒸鍍之無機氧化物。由於散熱層14具有無機氧化物,藉由無機氧化物的高熱傳導性,將來自太陽電池單元等之局部產生的熱擴散至片的全面,藉此可提高散熱性,且由於具有無機氧化物之散熱層14具有高水汽阻擋機能,故可提升耐水解性。
該無機氧化物之蒸鍍手段,只要能在不對合成樹脂製之基材層13造成收縮等惡化的情況下蒸鍍無機氧化物,則並無特別限定,例如,(a)真空蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍覆(ion plating)法、離子簇束(ion cluster beam)法等物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition法;PVD法)、(b)電漿化學氣相沉積法、熱化學氣相沉積法、光化學氣相沉積法等化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition法;CVD法)。此等蒸鍍法之中,較佳為生產性高且可形成良質散熱層14的真空蒸鍍法或離子鍍覆法。
構成散熱層14之無機氧化物,只要是具有高熱傳導率者,則無特別限定,例如可使用氧化鋁、氧化二氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋅、氧化錫、氧化鎂等金屬氧化物,其中,除了高熱傳導率之外空氣阻擋性及價格面之均衡亦良好的氧化鋁或氧化二氧化矽尤佳。
散熱層14的平均厚度之下限,較佳為3、尤佳為400。另一方面,散熱層14的平均厚度之上限,較佳為3000、尤佳為800。若散熱層14的平均厚度小於上述下限,則作為以無機氧化物形成散熱層14的優點之一的空氣阻擋性無法充分發揮。另一方面,若散熱層14的平均厚度超過上述上限,則散熱層14的可撓性降低,容易於散熱層14產生裂痕等缺陷。
此外,散熱層14可藉由鋁之蒸鍍來形成。藉由鋁之蒸鍍來形成散熱層14時,若使用該散熱片1,由於高熱傳導率使得散熱機能特別提高,且鋁蒸鍍表面具有金屬光澤,因此能夠反射通過太陽電池單元的光線以提供再利用,而提高發電效率。
藉由鋁之蒸鍍來形成散熱層14之方法,可使用與上述無機氧化物之蒸鍍方法相同之方法。藉由鋁之蒸鍍來形成散熱層14時,散熱層14的平均厚度之下限較佳為10nm、尤佳為20nm。另一方面,藉由鋁之蒸鍍來形成之散熱層14的厚度之上限,較佳為200nm、尤佳為100nm。若散熱層14的厚度小於上述下限,則有無法充分發揮熱傳導性及空氣阻擋性之虞。相反地,若散熱層14的厚度超過上述上限,則容易於散熱層14產生裂痕等缺陷。
散熱層14可為單層結構,亦可為2層以上之多層結構。如此藉由將散熱層14作成多層結構,可透過減輕蒸鍍時的熱負荷以減少基材層13的劣化,進一步改善基材層13與散熱層14的密合性等。另外,上述物理氣相沉積法及化學氣相沉積法中的蒸鍍條件,可視基材層13的樹脂種類、散熱層14的厚度等來適當設計。
又,散熱層14,亦可藉由使用金屬烷氧化物及/或含有其水解物之組成物的溶膠凝膠法而形成。藉由以此種溶膠凝膠法形成散熱層14,可提高與基材層13的密合性,發揮高熱傳導性及氣體阻擋性。又,藉由溫度並未高至蒸鍍之程度的溶膠凝膠法來形成,而可以較低溫度形成散熱層14。因此,由於不會對較不耐高溫的基材層13造成負擔,而可輕易形成多層的散熱層14。
此金屬烷氧化物所含有的金屬,可列舉3價以上的金屬,例如過渡金屬、稀土金屬、周期表3~5族的金屬等,較佳為屬於周期表3b族或4族的金屬。屬於周期表3b族的金屬,例如可舉Al等。屬於周期表4族的金屬,例如可列舉屬於4a族的Ti、Zr等,屬於4b族的Si等。此等金屬之中,較佳為可輕易以溶膠凝膠法進行製膜且界面平坦化功能優異的Al及Si,特佳為Si。
金屬烷氧化物所具有的烷氧基,例如可列舉甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、丁氧基、異丁氧基、戊氧基、己氧基等。其中,較佳為水解聚合性優異之碳數1~4的低級烷氧基,特佳為甲氧基、乙氧基、丙氧基。又,為了促進水解聚合性,較佳為至少具有2個烷氧基的金屬烷氧化物。
金屬烷氧化物,亦可具有烴基。此烴基,例如可列舉甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、戊基、己基等烷基;環戊基、環己基、環辛基等環烷基;苯基、萘基等芳香基;苄基、2-苯基乙基等芳烷基等。此等烴基之中,較佳為烷基及芳香基。此烷基之中,較佳為碳數1~4的低級烷基,特佳為甲基、乙基及丙基。又,芳香基之中,較佳為苯基。金屬烷氧化物之烴基的數目,可根據烷氧基的數目適當加以選擇,一般為1分子中具有0~2個左右。
金屬烷氧化物,具體而言,較佳為以下述式(1)所表示者。
(R1
)m
M(OR2
)X-m
(1)
於上述式(1)中,R1
表示烷基、環烷基、芳香基或芳烷基,亦可具有取代基。R2
表示低級烷基。R1
及R2
,亦可透過m而不同。M表示3價以上的金屬。X表示金屬M的價數。m表示0~2的整數,X-m≧2。
尤其是金屬為Si的金屬烷氧化物,較佳為以下述式(2)所表示者。
(R1
)n
Si(OR2
)4-n
(2)
於上述式(2)中,R1
表示烷基或芳香基,亦可具有取代基。R2
表示低級烷基。R1
及R2
亦可透過n而不同。N表示0~2的整數。
金屬為Al的金屬烷氧化物,具體而言,可列舉三甲氧基鋁酸鹽、三乙氧基鋁酸鹽、乙基二乙氧基鋁酸鹽、三丙氧基鋁酸鹽等。
上述式(2)所表示之金屬(Si)烷氧化物,具體而言,可列舉四甲氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、丙基三甲氧基矽烷、丁基三甲氧基矽烷、四乙氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、丙基三乙氧基矽烷、丁基三乙氧基矽烷、四丙氧基矽烷、甲基三丙氧基矽烷、乙基三丙氧基矽烷、二甲基二甲氧基矽烷、二乙基二甲氧基矽烷、二丙基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、二乙基二乙氧基矽烷、γ-氯丙基三甲氧基矽烷、γ-氯丙基三乙氧基矽烷、γ-巰丙基三甲氧基矽烷、γ-巰丙基三乙氧基矽烷、γ-胺丙基三甲氧基矽烷、γ-胺丙基三乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷、苯基三丙氧基矽烷、二苯基二甲氧基矽烷、二苯基二乙氧基矽烷等。
上述式(2)所表示之金屬(Si)烷氧化物之中,特佳為具有0~2個碳數1~4左右之烷基或芳香基、2~4個碳數1~3左右之烷氧基的化合物,例如四甲氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷、四乙氧基矽烷、乙基三乙氧基矽烷、二乙基二乙氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷、苯基三甲氧基矽烷、苯基三乙氧基矽烷等。
另,在上述組成物中,可混合一種或二種以上同種類或不同種類的金屬烷氧化物來使用。又,在上述組成物中,為了調整組成物的硬度、柔軟性等,亦可添加n=3的單烷氧矽烷。又,在上述組成物中,亦可添加5b族的化合物,例如甲基亞膦二甲基酯、乙基亞膦二甲基酯、三氯甲基亞膦二乙基酯、甲基亞膦二乙基酯、甲基膦二甲基酯、苯基膦二甲基酯、磷酸三烷基酯等磷系化合物或硼酸三烷基酯等硼化合物。並且,在上述組成物中,亦可視需要添加至少具有1個水解性有機基的鹼土金屬化合物。此鹼土金屬化合物,亦可具有烴基與水解性有機基兩者。
在上述組成物中,可含有具有含氮、氧、硫及鹵素至少一者之官能基的金屬烷氧化物(A)。如此藉由塗布含有金屬烷氧化物(A)(具有含氮、氧、硫及鹵素至少一者之官能基)的組成物然後使其固化,於散熱層14顯現特定聚矽氧烷結構,可提升散熱層14的膜物性進而提升氣體阻擋性,並且還可減低散熱層14之散熱性及氣體阻擋性的溫度依存性。
上述含氮、氧、硫及鹵素至少一者的官能基,例如可列舉胺基、氯、巰基、縮水甘油醚基等。上述金屬烷氧化物(A)(具有含氮、氧、硫及鹵素至少一者的官能基),例如可列舉γ-氯丙基三甲氧基矽烷、β-(3,4-環氧環己基)乙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油醚基丙基三甲氧基矽烷、γ-縮水甘油醚基丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-巰丙基三甲氧基矽烷、N-β(胺基乙基)-γ-胺丙基三甲氧基矽烷、N-β(胺基乙基)-γ-胺丙基甲基二甲氧基矽烷、γ-脲基丙基三乙氧基矽烷、雙(β-羥乙基)-γ-胺丙基三乙氧基矽烷、γ-胺丙基聚矽氧等,可使用此等金屬烷氧化物的1種或2種以上。
上述金屬烷氧化物(A)的含量(相對於組成物中全部金屬烷氧化物的含量),較佳在1質量%以上、50質量%以下,特佳在3質量%以上、30質量%以下。藉由使金屬烷氧化物(A)的含量在上述範圍,可使散熱層14具有益於散熱性及氣體阻擋性的聚矽氧烷結構。
在上述組成物中,可含有溶劑可溶性聚合物。藉由使用包含此溶劑可溶性聚合物與金屬烷氧化物之組成物的溶膠凝膠法形成散熱層14,可提升散熱層14的膜物性,且可更加提高散熱層14的散熱性及氣體阻擋性(尤其是高溫時的散熱性及氣體阻擋性)。
上述溶劑可溶性聚合物,可列舉具有各種官能基、官能性鍵結基(例如羥基羧基、酯鍵、醚鍵、碳酸酯鍵、醯胺基、醯胺鍵等)的聚合物、具有環氧丙基的聚合物、含鹵素的聚合物、來自此等聚合物的衍生物等。此等官能基、官能性鍵結基,亦可存在於聚合物的主鏈或側鏈任一者。溶劑可溶性聚合物,亦可為熱塑性樹脂或熱硬化性樹脂任一者,亦可單獨或混合二種以上使用。又,溶劑可溶性聚合物,亦可對與金屬烷氧化物的反應為活性,或亦可為惰性,一般為非反應性聚合物。另,「醯胺鍵」,並不限定於-NHC(O)-,只要包含>NC(O)-鍵結單位即可。
具有上述羥基的聚合物與其衍生物,例如可列舉聚乙烯醇、聚乙烯縮醛、乙烯-乙烯醇共聚物、酚樹脂、羥甲基三聚氰胺等與其衍生物(例如縮醛化物、六甲氧基甲基三聚氰胺等)。具有上述羧基的聚合物與其衍生物,例如可列舉聚(甲基)丙烯酸、順丁烯二酸酐、亞甲基丁二酸等含聚合性不飽和酸之單位的均聚物或共聚物、此等聚合物的酯化物等。具有上述酯鍵的聚合物,例如可列舉包含乙酸乙烯酯等乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯等(甲基)丙烯酸酯等單位的均聚物或共聚物(例如聚合乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、(甲基)丙烯酸系樹脂等)、飽和聚酯、不飽和聚酯、乙烯酯樹脂、酞酸二烯丙酯樹脂、纖維素酯等。具有上述醚鍵的聚合物,例如可列舉聚環氧烷、聚氧烷二醇、聚乙烯醚、矽樹脂等。具有上述碳酸酯鍵的聚合物,可列舉雙酚A型聚碳酸酯等聚碳酸酯。
具有上述醯胺鍵的聚合物,例如包含具有>N(COR)-鍵的聚唑啉、聚烯亞胺等N-醯化物;具有>NC(O)-鍵的聚乙烯砒咯烷酮與其衍生物;具有胺甲酸乙酯鍵-HNC(O)O-的聚胺甲酸酯;具有脲鍵-HNC(O)NH-的聚合物;具有醯胺鍵-C(O)NH-的聚合物;具有滴管(burette)鍵的聚合物;具有脲甲酸酯鍵的聚合物等。於上述鍵結式中,R表示氫原子、亦可具有取代基的烷基、或亦可具有取代基的芳香基。
當為具有>N(COR)-鍵的聚唑啉時,上述以R所表示的烷基,例如為碳數1~10左右的烷基,較佳為碳數1~4的低級烷基,尤其宜為甲基、乙基、丙基、異丙基等。烷基的取代基,例如可列舉氟、氯、溴等鹵素原子、羥基、碳數1~4左右的烷氧基、羧基、烷部分之碳數為1~4左右的烷氧羰基等。芳香基,例如可列舉苯基、萘基等。芳香基的取代基,例如可列舉上述鹵素原子、碳數1~4左右的烷基、羥基、碳數1~4左右的烷氧基、羧基、烷部分之碳數為1~4左右的烷氧羰基等。
唑啉,例如可列舉2-唑啉、2-甲基-2-唑啉、2-乙基-2-唑啉、2-丙基-2-唑啉、2-異丙基-2-唑啉、2-丁基-2-唑啉、2-二氯甲基-2-唑啉、2-三氯甲基-2-唑啉、2-五氟乙基-2-唑啉、2-苯基-2-唑啉、2-甲氧基羰基乙基-2-唑啉、2-(4-甲基苯基)-2-唑啉、2-(4-氯苯基)-2-唑啉等。尤其以2-唑啉、2-甲基-2-唑啉、2-乙基-2-唑啉等為佳。此種唑啉的聚合物可混合一種或二種以上使用。聚唑啉可為均聚物或亦可為共聚物。又,聚唑啉,亦可為在聚合物接枝有聚唑啉的共聚物。
另,聚唑啉,可藉由在觸媒的存在下開環聚合唑啉(亦可具有取代基)而得。觸媒,例如可使用硫酸二甲酯、對甲苯磺酸烷基酯等硫酸酯、磺酸酯;烷基碘(例如甲基碘)等烷基鹵素;夫里德耳-夸夫特觸媒中金屬氟化物;硫酸、碘化氫、對甲苯膦酸等酸、為此等之酸與唑啉之鹽的唑啉鎓(oxazolinium)鹽等。
聚伸烷基亞胺的醯化物,可舉出與上述聚唑啉對應的聚合物,例如具有N-乙醯胺基、N-丙醯胺基等N-醯胺基的聚合物。聚乙烯氫吡咯酮與其衍生物,可舉出亦可具有取代基之乙烯氫吡咯酮的聚合物,例如聚乙烯氫吡咯酮等。具有胺甲酸乙酯鍵的聚胺甲酸酯,例如由聚異氰酸酯(甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯等)、與多元醇(乙二醇、丙二醇、伸丁二醇、丙三醇等多元醇;二乙二醇、聚乙二醇、二丙二醇、聚丙二醇等聚醚多元醇;聚酯多元醇等)之反應所生成的聚胺甲酸酯。具有脲鍵的聚合物,例如可舉由聚脲、聚異氰酸酯與聚胺(例如,伸乙二胺、二伸乙三胺等雙胺等)的反應所生成的聚合物等。
具有醯胺鍵的聚合物,可列舉聚醯胺、聚(甲基)丙烯醯胺、聚胺基酸等。具有此醯胺鍵的聚合物,較佳為亦可具有取代基之唑啉的聚合物、聚伸烷基亞胺的N-醯化物、聚乙烯氫吡咯酮、聚胺甲酸酯、聚醯胺、聚(甲基)丙烯醯胺等。具有滴管鍵的聚合物,可舉由上述聚異氰酸酯與具有胺甲酸乙酯鍵之化合物的反應所生成的聚合物。具有脲甲酸酯鍵的聚合物,可舉由上述聚異氰酸酯與具有脲鍵之化合物的反應所生成的聚合物等。具有環氧丙基的聚合物,例如可列舉環氧樹脂、(甲基)丙烯酸環氧丙基酯的均聚物或共聚物等。含鹵素的聚合物,例如可列舉聚氯乙烯、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、具有氯化亞乙烯之單位的氯化亞乙烯系聚合物、氯化聚丙烯等。
溶劑可溶性聚合物,一般係可溶於水;甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、環己醇等醇類;己烷、辛烷等脂肪族烴類;環己烷等脂環族烴類;苯、甲苯、二甲苯等芳香族烴類;氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、三氯乙烯等鹵化烴;乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯等酯類;丙酮、甲基乙基酮等酮類;二乙基醚、二烷、二甲氧乙烷、四氫呋喃等醚類;含氮溶劑(例如,甲基吡咯烷酮(N-methylpyrrolidone)、乙腈等腈類、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺等醯胺類等)或亞碸類(例如二甲亞碸等)等非質子性極性溶劑;或此等的混合溶劑。
溶劑可溶性聚合物,較佳為具有可進行氫鍵結之基,例如羥基、羧基、醯胺基、醯胺鍵或氮原子等。若使用具有此種可與氫鍵結之基的溶劑可溶性聚合物,則很多時候可使用對金屬烷氧化物及/或其水解物為共通的溶劑,由金屬烷氧化物之水解聚合所生成的有機金屬聚合物的羥基、與溶劑可溶性聚合物的官能基、鍵結基會進行氫鍵結,其結果形成均勻之有機無機雜合(hybrid),而可形成微觀上均質且透明的被膜。
又,溶劑可溶性聚合物,較佳為可使用與金屬烷氧化物共通之溶劑的醇可溶性聚合物。此種醇可溶性聚合物,較佳為具有羥基之聚合物等的水溶性聚合物,特佳為具有氮原子的聚合物(例如,具有上述醯胺鍵的聚合物)。
溶劑可溶性聚合物之相對於金屬烷氧化物(包含其水解物)100質量份之含量,較佳為40質量%以上90質量%以下,尤佳為50質量%以上80質量%以下。若溶劑可溶性聚合物之含量小於上述範圍,則有散熱性及氣體阻擋性的提升效果降低,不易以無機聚合物與有機聚合物之複合體形成均勻被膜之虞。另一方面,若溶劑可溶性聚合物之含量超過上述範圍,雖顯示提高成膜性或均勻性的傾向,但有散熱性及氣體阻擋性降低之虞。
上述組成物之中,通常會摻合機溶劑。該有機溶劑,可根據金屬烷氧化物之種類,使用對聚合反應無活性之適當溶劑,例如醇類、芳香族烴類、醚類、含氮溶劑、亞碸類、或該等之混合溶劑等。此外,亦可使用上述溶劑可溶性聚合物作為有機溶劑。該有機溶劑,較佳為具有與金屬烷氧化物之溶劑的混合性之溶劑,尤佳為對於溶劑可溶性聚合物及金屬烷氧化物共通的良溶劑。
另外,上述組成物之中亦可含有硬化觸媒,並在硬化觸媒的存在下進行金屬烷氧化物的水解聚合。硬化觸媒,可使用實質上不溶於水,且可溶於有機溶劑之三級胺類或酸觸媒等。三級胺類,例如可列舉N,N-二甲苄胺、三丙胺、三丁胺、三戊胺等。酸觸媒,例如可列舉鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸等無機酸;例如可列舉甲酸、乙酸、三氯乙酸、三氟乙酸、丙酸等羧酸,甲磺酸、乙磺酸、對甲苯磺酸等磺酸等有機酸。
再者,以溶膠凝膠法形成散熱層14之組成物中,亦可視需要適當添加塑化劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、阻燃劑、抗靜電劑、界面活性劑、填充劑、著色劑等各種添加劑。
接著,說明利用溶膠凝膠法形成散熱層14之方法。藉由將溶劑可溶性聚合物、硬化觸媒、有機溶劑等適當添加至金屬烷氧化物及/或其水解物來調整上述組成物,以一般的塗布法將該組成物塗布於基材層13的表面,接著進行加熱乾燥,進而藉由實施陳化處理等,形成散熱層14(即為塗布硬化膜)。該加熱溫度,可視金屬烷氧化物的水解性或基材層13的耐熱性來適當選擇,較佳為50℃以上120℃以下。再者,聚合反應可在惰性氣體的存在下進行,亦可在減壓下進行。此外,亦可一邊去除隨著水解聚合生成的醇,一邊進行聚合。
上述利用溶膠凝膠法形成散熱層14之方法中,進行加熱步驟時,可對組成物實施紫外線照射。如此,藉由於進行溶膠凝膠法之加熱步驟時對組成物實施紫外線照射,使得組成物於更低溫(100℃以下)下硬化,且散熱層14中缺陷顯著減少而膜物性優異,散熱層14與基材層13的密合性提升。因此,散熱層14的散熱性及空氣阻擋性更為提高。
另外,為了提升散熱層14與基材層13的密合性等,可在基材層13的蒸鍍面實施表面處理。這種提升密合性的表面處理,例如可列舉(a)電暈放電處理、臭氧處理、使用氧氣或氮氣等之電漿處理、輝光放電處理、使用化學藥品等之氧化處理或、(b)底膠層(primer coat)處理、底塗層(under coat)處理、結合層(anchor coat)處理、蒸鍍結合層處理等。該等表面處理之中,較佳為有助於提高與散熱層14之接著強度,及緻密且均勻地形成散熱層14的電暈放電處理及結合層處理。
用於上述結合層處理的結合層劑,例如可列舉聚酯系結合層劑、聚醯胺系結合層劑、聚胺甲酸酯系結合層劑、環氧系結合層劑、苯酚系結合層劑、(甲基)丙烯酸系結合層劑、聚乙酸乙烯酯系結合層劑、聚乙烯或聚丙烯等的聚烯系結合層劑、纖維素系結合層劑等。該等結合層劑之中,尤佳為可更加提高基材層13與散熱層14之接著強度的聚酯系結合層劑。
上述結合層劑之塗布量(固形成分換算)的下限,較佳為0.1g/m2
,尤佳為1g/m2
。另一方面,該結合層劑之塗布量的上限,較佳為5g/m2
,尤佳為3g/m2
。若結合層劑的塗布量小於上述下限,則有使基材層13與散熱層14之密合性的提升效果變小之虞。另一方面,若該結合層劑的塗布量超過上述上限,則有該太陽電池模組背面用散熱片11的強度、耐久性等降低之虞。
再者,上述結合層劑中,可適當混合用以提高密合性的矽烷偶合劑、用以防止與基材層13結塊的抗結塊劑、用以提高耐候性等的紫外線吸收劑等各種添加劑。添加劑的混合量,從添加劑的效果顯現與結合層劑的機能阻礙的平衡來看,較佳為0.1質量%以上10質量%以下。
此外,較佳為於散熱層14的另一面(不與基材層13相接之外側之面)實施表層塗層(top coat)處理。如此,藉由在散熱層14的外面實施表層塗層處理,可密封及保護散熱層14,結果,該散熱片11的處理性提升,且即使散熱層14有損傷、凹陷等缺陷仍可抑制空氣阻擋性的降低,進而減少散熱層14的經年劣化。
用於上述表層塗層處理的表層塗層劑,例如可列舉聚酯系表層塗層劑、聚醯胺系表層塗層劑、聚胺甲酸酯系表層塗層劑、環氧系表層塗層劑、苯酚系表層塗層劑、(甲基)丙烯酸系表層塗層劑、聚乙酸乙烯酯系表層塗層劑、聚乙烯或聚丙烯等的聚烯系表層塗層劑、纖維素系表層塗層劑等。該表層塗層劑之中,尤佳為散熱層14的接著強度高、有助於散熱層14的表面保護、缺陷密封等的聚酯系表層塗層劑。
上述表層塗層劑的塗布量(固形成分換算)的下限,較佳為1g/m2
,尤佳為3g/m2
。另一方面,該表層塗層劑之塗布量的上限,較佳為10g/m2
,尤佳為7g/m2
。若表層塗層劑的塗布量小於上述下限,則有密封及保護散熱層14之效果變小之虞。另一方面,即使該表層塗層劑的塗布量超過上述上限,上述散熱層14的密封及保護效果沒什麼提升,反而該散熱片1的厚度增大,散熱性降低,更有與薄型化及輕量化之要求背道而馳之虞。
再者,上述表層塗層劑中,可適當混合用以提高密合性的矽烷偶合劑、用以提高耐候性等的紫外線吸收劑、用以提高耐熱性等的無機填料等各種添加劑。添加劑的混合量,從添加劑的效果顯現與表層塗層劑的機能阻礙的平衡來看,較佳為0.1質量%以上10質量%以下。
散熱層14之表面粗度(Ra)之下限,較佳為1μm、尤佳為10μm。另一方面,散熱層14之表面粗度(Ra)之上限,較佳為1mm、尤佳為100μm。該表面粗度,與基材層13的表面粗度相同,但相對於基材層13的表面粗度,由於散熱層14之平均厚度薄至可忽視的程度而如此。散熱層14之表面粗度為上述範圍,會使表面積擴大,散熱效果顯著提升。
若使用太陽電池模組背面用散熱片11,如此,利用無機氧化物或鋁的蒸鍍或利用溶膠凝膠法來設置散熱層14,藉此利用無機物的高熱傳導性,將從太陽電池單元等局部產生的熱擴散至片全面,藉此由於可提高散熱性,且含無機物之散熱層具有高水汽阻擋機能,因此可提升耐水解性,實現太陽電池模組的長壽化。此外,太陽電池模組背面用散熱片11,由於在散熱膜2之另一面(散熱層14的表面)具有細微凹凸形狀,因此具有較大表面積,可提高散熱效率。進而,太陽電池模組背面用散熱片11,於散熱層14含有具絕緣性之無機氧化物時,可提高太陽電池模組的絕緣性,並可保護太陽電池單元或配線等導電性部分。
圖3之太陽電池模組背面用散熱片21,具備散熱膜22、與積層於該散熱膜22之其中一面側之黏著劑層3。由於黏著劑層3與圖1之太陽電池模組背面用散熱片1相同,故給予相同編號而省略說明。
散熱膜22,具備於其中一面側積層有上述黏著劑層3之基材層4、與透過接著劑層23積層於該基材層4之另一面側的散熱層24。由於基材層4與圖1之太陽電池模組背面用散熱片1相同,故給予相同編號而省略說明。
構成接著劑層23之接著劑,並無特別限定,但積層用接著劑或熔融擠壓樹脂較適用。該積層用接著劑,例如可列舉乾式積層用接著劑、濕式積層用接著劑、熱熔式積層用接著劑、無溶劑積層用接著劑等。該等積層用接著劑中,較佳為接著強度、耐久性、耐候性等優異、具有密封及保護基材層4表面之缺陷(例如傷痕、針孔、凹陷等)的機能之乾式積層用接著劑。
上述乾式積層用接著劑,可列舉如聚乙酸乙烯酯系接著劑;由丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯等之同元聚合物或該等與甲基丙烯酸甲酯、丙烯腈、苯乙烯等之共聚物等所構成之聚丙烯酸酯系接著劑;丙烯酸氰酯系接著劑;由乙烯與乙酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸、甲基丙烯酸等單體之共聚物等所構成之乙烯共聚物系接著劑;纖維素系接著劑;聚酯系接著劑;聚醯胺系接著劑;聚醯亞胺系接著劑;由尿素樹脂、三聚氰胺樹脂等所構成之胺基樹脂系接著劑;苯酚樹脂系接著劑;環氧系接著劑;聚胺酯系接著劑;反應型(甲基)丙烯酸系接著劑;由氯丁二烯橡膠、腈橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠等所構成之橡膠系接著劑;矽酮系接著劑;鹼金屬矽酸鹽、低熔點玻璃等所構成之無機系接著劑等。在該等乾式積層用接著劑中,可防止該太陽電池模組背面用散熱片21於屋外長期間使用所導致接著強度降低或脫層,更可減少接著劑層23之黃變等劣化之聚胺酯系接著劑較佳,聚酯聚胺酯系接著劑尤佳。另外,硬化劑較佳為熱黃變較少之脂肪族系聚異氰酸酯。
上述熔融擠壓樹脂,可使用例如聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、酸改質聚乙烯系樹脂、酸改質聚丙烯系樹脂、乙烯-丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物、沙林(Surlyn)系樹脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯系樹脂、乙烯-丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯共聚物、聚苯乙烯系樹脂、聚氯乙烯系樹脂等熱塑性樹脂之一種或兩種以上。再者,在採用使用有上述熔融擠壓樹脂之擠壓積層法時,為了獲得更穩固的接著強度,較佳為在上述各膜的積層對向面實施上述之結合層處理等表面處理。
接著劑層23之積層量(固形成分換算)之下限較佳為1g/m2
,尤佳為3g/m2
。另一方面,接著劑層23之積層量之上限較佳為20g/m2
,尤佳為10g/m2
。若接著劑層23之積層量較上述下限小,則有無法得到接著強度、與散熱層24之間產生縫隙,使熱傳導性及散熱效果降低之虞。另一方面,若接著劑層23之積層量超過上述上限,則有積層強度或耐久性低下之虞。
再者,在形成接著劑層23之積層用接著劑或熔融擠壓樹脂之中,為了對使用性、耐熱性、耐候性、機械性質等進行改良、改質,可適當混合如溶劑、潤滑劑、交聯劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、光安定化劑、填充劑、強化纖維、補強劑、抗靜電劑、阻燃劑、耐火劑、發泡劑、防黴劑、顏料等各種添加劑。
散熱層24使用了設置有細微凹凸形狀之金屬箔。該金屬箔之材質,可列舉鋁、鋁合金、銅、鋼、不鏽鋼等,而較佳為鋁或鋁合金,尤佳為鋁-鐵系合金(軟質材)。該鋁-鐵系合金中之鐵含量較佳為0.3%以上9.0%以下,尤佳為0.7%以上2.0%以下。該鐵含量未達上述下限時,會有防止針孔產生的效果不充分之虞,相反地,鐵含量超過上述上限時,則有柔軟性受到阻礙、加工性低下之虞。另外,從防止針孔的觀點來看,金屬箔的材料較佳為已進行退火處理之柔軟性鋁。
金屬箔之厚度(平均厚度)之下限,較佳為6μm、尤佳為15μm。另一方面,金屬箔之厚度之上限,較佳為50μm、尤佳為30μm。若金屬箔之厚度小於上述下限,則加工時容易引起金屬箔之破損斷裂,又有針孔等所造成空氣阻擋性降低之虞。另一方面,若金屬箔之厚度超過上述上限,則有加工時產生裂痕等之虞,且該太陽電池模組背面用散熱片21之厚度、重量增加,與社會上對薄型輕量化之要求背道而馳。
對於金屬箔之表面,從防止溶解、腐蝕之觀點,可實施例如鉻酸處理、磷酸處理、潤滑性樹脂被覆處理等表面處理;從促進接著性的觀點,可實施偶合處理等。
設置於金屬箔之細微凹凸形狀,可在將金屬箔積層於接著劑層23的表面之後再以壓紋加工等進行設置,亦可將已設有細微凹凸形狀之金屬箔積層於接著劑層23的表面。
散熱層24之表面粗度(Ra)之下限,較佳為1μm、尤佳為10μm。另一方面,散熱層24之表面粗度(Ra)之上限,較佳為1mm、尤佳為100μm。散熱層24之表面粗度,若小於上述下限,則表面積之擴大不充分,設置凹凸形狀所帶來的散熱機能上升未充分發揮。相反地,若散熱層24之表面粗度超過上述上限,則會因為表面變得粗糙,防了外觀產生眩光之外,亦容易對表面造成損傷。
此外,對於作為散熱層24之金屬箔的表面(未與接著劑層23相接之側的面),與太陽電池模組背面用散熱片11的散熱層14相同地,較佳為實施表層塗層處理。如此,藉由在散熱層24的表面實施表層塗層處理,可密封及保護散熱層24,結果,該散熱片21的處理性提升,且即使散熱層24有損傷、凹陷等缺陷仍可抑制空氣阻擋性的降低,進而減少散熱層24的經年劣化。
該太陽電池模組背面用散熱片21,由於散熱層24為金屬箔,藉由金屬箔極高的熱傳導性,使太陽電池單元等局部產生的熱擴散至片全面,藉此可提高散熱機能,且因為由金屬箔所構成的散熱層具有高水汽阻擋機能,故可提升耐水解性。進而,該太陽電池模組背面用散熱片21,由於表面設有凹凸形狀,因此可具有寬廣表面積,發揮極高的散熱機能。
該等太陽電池模組背面用散熱片1、11、21之中,黏著劑層3之其中一面(未與基材層相接之側之面),較佳為被離型片所被覆。若使用該等太陽電池模組背面用散熱片,藉由以此離型片被覆其中一面,由於直到即將開始貼附作業之前,可防止黏著劑層與其他物質接觸,因此除了可提高作業性,並能夠提高貼附時該散熱片的黏著機能。
該離型片並無特別限定,可使用聚乙烯、聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯等合成樹脂膜、橡膠片、紙、布、不織布、網、發泡片、金屬箔、或該等之積層體等所構成之適當的膜狀體。於離型片之表面,為了提高自黏著劑層3之剝離性,較佳為視需要實施聚矽氧處理、長鏈烷基處理、氟處理等剝離處理。剝離片之剝離性,可藉由調節用於剝離處理之藥劑的種類及/或其塗布量等來控制。
圖4之太陽電池模組31,從表面側起依序積層有透光性基板32、填充劑層33、複數枚之太陽電池單元34、填充劑層35、背片36、該太陽電池模組背面用散熱片1,背片36之背面的一部分,具備了具有連接各太陽電池單元34之配線37的兩端子之接線盒38。
上述透光性基板32,係積層於最表面者,要求要有以下特點:(a)具有對太陽光之穿透性及電氣絕緣性;(b)機械性、化學性、物理性的強度優異,具體而言,耐候性、耐熱性、耐久性、耐水性、對水汽等之阻擋性、耐風性、耐藥品性、堅固性優異;(c)表面硬度高,且防止表面累積污垢、廢屑等之防污性優異。
透光性基板32之形成材料,可使用玻璃及合成樹脂。用於透光性基板32之合成樹脂,可列舉例如聚乙烯系樹脂、聚丙烯系樹脂、環狀聚烯系樹脂、氟系樹脂、聚苯乙烯系樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物(AS樹脂)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS樹脂)、聚氯乙烯系樹脂、氟系樹脂、聚(甲基)丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯等聚酯系樹脂、各種尼龍等聚醯胺系樹脂、聚醯亞胺系樹脂、聚醯胺醯亞胺系樹脂、聚鄰苯二甲酸芳基酯系樹脂、聚矽氧系樹脂、聚苯硫系樹脂、聚碸系樹脂、縮醛系樹脂、聚醚碸系樹脂、聚胺酯系樹脂、纖維素系樹脂等。該等樹脂之中,尤佳為氟系樹脂、環狀聚烯系樹脂、聚碳酸酯系樹脂、聚(甲基)丙烯酸系樹脂、或聚酯系樹脂。
再者,於合成樹脂製之透光性基板32時,可(a)為了提升氣體阻擋性等,利用上述PVD法或CVD法,於其之其中一面積層氧化矽、氧化鋁等無機氧化物之透明蒸鍍膜;(b)為了對加工性、耐熱性、耐候性、機械性質、尺寸安定性等進行改良、改質,而含有例如潤滑劑、交聯劑、抗氧化劑、紫外線吸收劑、抗靜電劑、光安定劑、填充劑、強化纖維、補強劑、阻燃劑、耐火劑、發泡劑、防黴劑、顏料等各種添加劑。
透光性基板32之厚度(平均厚度)並無特別限定,可視所使用之材料適當挑選,使其具備所要求的強度、氣體阻擋性等。合成樹脂製之透光性基板32之厚度,較佳為6μm以上300μm以下,尤佳為9μm以上150μm以下。此外,玻璃製之透光性基板32之厚度,一般設為3mm左右。
上述填充劑層33及填充劑層35,係填充於位在透光性基板32及背片36間之太陽電池單元34的周圍,(a)具有與透光性基板32及背片36之接著性、用以保護太陽電池單元34之耐刮性、及衝擊吸收性等。再者,積層於太陽電池單元34之表面的填充劑層33,除了上述各種機能外,尚有使陽光穿透的透明性。
填充劑層33及填充劑層35之形成材料,可列舉例如氟系樹脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、離子聚合物樹脂、乙烯-丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、以丙烯酸等不飽和羧酸對聚乙烯等聚烯系樹脂進行改質而成之酸改質聚烯系樹脂、聚乙烯丁醛樹脂、聚矽氧系樹脂、環氧樹脂、(甲基)丙烯酸系樹脂等。該等合成樹脂中,較佳為耐候性、耐熱性、氣體阻擋性等優異之氟系樹脂、聚矽氧系樹脂、或乙烯-乙酸乙烯酯系樹脂。
此外,填充劑層33及填充劑層35之形成材料,亦可使用日本特開2000-34376號公報所示之熱可逆交聯性烯烴系聚合物組成物,具體而言,其係含有(a)一種改質烯烴系聚合物,其係由不飽和羧酸酐與不飽和羧酸酯進行改質而成,其中每1分子之羧酸酐基之平均鍵結數為1個以上,且羧酸酯基數對該改質烯烴系聚合物中之羧酸酐基數之比為0.5~20,與(b)每1分子之羥基的平均鍵結數為1個以上之含羥基聚合物;且(b)成分之羥基數對(a)成分之羧酸酐基數之比為0.1~5者等。
再者,填充劑層33及填充劑層35之形成材料中,為了提升耐候性、耐熱性、氣體阻擋性等,可適當含有例如交聯劑、抗熱氧化劑、光安定劑、紫外線吸收劑、抗光氧化劑等各種添加劑。此外,填充劑層33及填充劑層35之厚度,並無特別限定,但較佳為200μm以上1000μm以下,尤佳為350μm以上600μm以下。
上述太陽電池單元34,係將光能轉換成電能之光電元件,並配設於填充劑層33及填充劑層35之間。複數枚之太陽電池單元34,係舖設於大致同一平面,配線成串聯或並聯。該太陽電池單元34,可使例用單結晶矽型太陽電池單元、多結晶矽型太陽電池單元等結晶矽太陽電池單元、由單一接合型或串接構造型等所構成之非晶矽太陽電池單元、砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等III~V族化合物半導體太陽電池單元、鍗化鎘(CdTe)、銦硒化銅(CuInSe2
)等II~VI族化合物半導體太陽電池單元等,亦可使用該等之混成元件。再者,複數枚之太陽電池單元34之間亦無隙填充了填充劑層33或填充劑層35。
背片36,從背面保護太陽電池單元34、填充劑層33及35,除了強度、耐候性、耐熱性等基本性能之外,也具備對水汽、氧氧等之阻擋性,係使用習知者。該背片36,具有於氣體阻擋層之表面及背面積層有一對合成樹脂層之多層結構。
太陽電池模組背面用散熱片1,係藉由黏著劑層3貼設於背片36的背面。太陽電池模組背面用散熱片1,係切割為拔下接線盒38部分後的形狀,再進行貼設。
該太陽電池模組31之製造方法並無特別限定,一般來說具有(1)依序積層透光性基板32、填充劑層33、複數枚之太陽電池單元34、填充劑層35及背片36之步驟;(2)利用真空吸氣將其等一體化並進行熱壓接合之利用真空加熱積層法等實施一體成形的積層步驟;(3)於背片36背面設置接線盒38之步驟;(4)於背片36背面之設有接線盒38之部分以外的位置,積層太陽電池模組背面用散熱片1之步驟。上述太陽電池模組31的製造方法中,為了各層間的接著性等,可進行以下動作:(a)塗布加熱熔融型接著劑、溶劑型接著劑、光硬化型接著劑等;(b)於各積層對向面實施電暈放電處理、臭氧處理、低溫電漿處理、輝光放電處理、氧化處理、底膠層處理、底塗層處理、結合層處理等。
再者,太陽電池模組背面用散熱片1,可積層於已在使用的太陽電池模組(自表面側起依序積層透光性基板32、填充劑層33、複數枚之太陽電池單元34、填充劑層35及背片36,背片36之背面,具備具有連接各太陽電池單元34之配線37的兩端子之接線盒38)之背面(背片36側之面),亦可從製造之初即進行積層。
該太陽電池模組31,如以上所述,由於具備太陽電池模組背面用散熱片1,可提高太陽電池模組的散熱性,結果可實現發電效率的提升及長壽化。此外,該太陽電池模組31之中,由於太陽電池模組背面用散熱片1係藉由黏著劑層3進行貼設,例如,即使在散熱膜2受到損傷之情形下,透過更換貼附太陽電池模組背面用散熱片1,可經常發揮高散熱機能。另外,藉由積層於已在使用的太陽電池模組(自表面側起依序積層透光性基板32、填充劑層33、複數枚之太陽電池單元34、填充劑層35及背片36,背片36之背面,具備具有連接各太陽電池單元34之配線37的兩端子之接線盒38),由於提高既有太陽電池模組的散熱效率,故除了可提高發電效率外,由於黏著劑層3,即使在背片36之背面產生損傷或裂痕等物理缺陷時,藉由太陽電池模組背面用散熱片1,能夠抑制物理缺陷的擴大,並能夠防止水汽等從該物理缺陷部分穿透,因此可促進太陽電池模組的長壽化。
再者,本發明之太陽電池模組背面用散熱片及使用其之太陽電池模組,並不限定於上述實施形態。例如,太陽電池模組,亦可積層太陽電池模組背面用散熱片1以外之太陽電池模組背面用散熱片11、21及其他的太陽電池模組背面用散熱片。
此外,散熱層係無機氧化物或鋁之太陽電池模組背面用散熱片中,即使不在表面設置細微凹凸形狀亦可。由於無機氧化物或鋁具有高熱傳導率,縱使藉由於表面具備凹凸形狀並未擴大表面積,但藉由該散熱膜會將局部產生的熱擴散至片的全面,藉此則可發揮散熱效果。
同樣地,散熱層具備微小粒子與該微小粒子的黏合劑之太陽電池模組背面用散熱片之中,即使不在表面設置細微凹凸形狀亦可。於此種太陽電池模組背面保護用散熱片之中,由於該微小粒子具有高熱傳導率,且含有的密集度達到各微小粒子彼此接觸的程度,因此能將局部產生的熱擴散至片的全面,藉此可發揮散熱效果。
更進一步,散熱膜即便不是基材層與散熱層之2層結構,而是單層結構亦可。亦即,例如,於圖2之太陽電池模組背面用散熱片11中,縱使是無散熱層14之結構亦可。即使於此種太陽電池模組背面用散熱片之中,由於在基材層(也就是散熱膜)表面(另一面)之全面具有細微凹凸形狀,因此表面積增大、散熱性提升,故可充分發揮作為散熱片之機能。另外,作為散熱膜為單層之例,散熱膜僅為金屬箔之結構亦可。即使於此種太陽電池模組背面用散熱片之中,也可從該金屬箔之高熱傳導性發揮散熱機能。
(產業上之可利用性)
如以上所述,本發明之太陽電池模組背面用散熱片,除了可提高太陽電池模組的散熱效果、可提高發電效率之外,並能防止太陽電池單元等之劣化而實現長期使用,故可作為能貼合於太陽電池模組背面的散熱片來利用。對於設置於屋外嚴峻環境中的太陽電池模組等而言,尤其適用。
1...太陽電池模組背面用散熱片
2...散熱膜
3...黏著劑層
4...基材層
5...散熱層
6...微小粒子
7...黏合劑
8...凹凸形狀
11...太陽電池模組背面用散熱片
12...散熱膜
13...基材層
14...散熱層
21...太陽電池模組背面用散熱片
22...散熱膜
23...接著劑層
24...散熱層
31...太陽電池模組
32...透光性基板
33...填充劑層
34...太陽電池單元
35...填充劑層
36...背片
37...端子
38...接線盒
圖1係表示本發明之一實施形態的太陽電池模組背面用散熱片的示意截面圖。
圖2係表示形態與圖1之太陽電池模組背面用散熱片不同的太陽電池模組背面用散熱片的示意截面圖。
圖3係表示形態與圖1及圖2之太陽電池模組背面用散熱片不同的太陽電池模組背面用散熱片的示意截面圖。
圖4係表示使用有圖1之太陽電池模組背面用散熱片之太陽電池模組的示意截面圖。
圖5係表示習知之一般太陽電池模組的示意截面圖。
1...太陽電池模組背面用散熱片
2...散熱膜
3...黏著劑層
4...基材層
5...散熱層
6...微小粒子
7...黏合劑
8...凹凸形狀
Claims (6)
- 一種太陽電池模組,其自表面側起依序積層有透明性基板、填充劑層、作為光電元件之太陽電池單元、填充劑層、背片、太陽電池模組背面用散熱片,該背片之背面係由合成樹脂層形成,該太陽電池模組背面用散熱片具備散熱膜、與積層於該散熱膜之其中一面側之黏著劑層,該散熱膜具備於其中一面側積層有黏著劑層之合成樹脂製基材層、與積層於該基材層之另一面側之散熱層,該黏著劑層之厚度為12μm以上1mm以下,該太陽電池模組背面用散熱片藉由該黏著劑層而以可更換貼附的方式貼設於產生物理缺陷之背片的背面。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池模組,其中,該散熱膜於另一面全面具有細微凹凸形狀。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池模組,其中,該散熱層具備微小粒子、與該微小粒子之黏合劑。
- 如申請專利範圍第3項之太陽電池模組,其中,該微小粒子為金屬及/或無機氧化物珠狀物。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池模組,其中,該散熱層具有經蒸鍍之無機氧化物。
- 如申請專利範圍第1項之太陽電池模組,其中,該散熱層為金屬箔。
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