TWI676294B - 太陽能發電模組與其製程 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種太陽能發電模組與其製程。該太陽能發電模組主要是使用一同時具有自潔性與抗反射性的塗層。該同時具有自潔性與抗反射性的塗層包含：多孔隙材料，高分子基材料，與添加劑：其中該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1奈米(nm)至10奈米(nm)之間。本發明也揭示該太陽能發電模組的製程方法。

Description

太陽能發電模組與其製程
本發明係有一種太陽能發電模組，其特別有關於一種太陽能發電模組，使用同時具有自潔性與抗反射性的塗層，能提高模組的發電效能與使用壽命。
由於溫室效應與傳統能源的日漸缺乏，各種替代性能源都陸續被提出。太陽能發電被認為未來再生能源的發展重點。太陽能發電在使用上具有下列優點：1.太陽能應該是取之不盡、用之不竭；2.太陽能無需燃料、無廢棄物與污染、無轉動組件與噪音；3.太陽能電池模組使用壽命可以長達二十年以上。然而，太陽能電池封裝成太陽能模組之後大約會有2%的轉換效率損失，主要原因是來自：長時間戶外使用，太陽能模組因為灰塵造成表面玻璃髒污，降低了光吸收，因此短電流密度下降，發電效率降低。更甚者，由於一些鳥糞或樹葉等的遮蔽，造成太陽能模組因為熱斑(Hot spot)而產生過熱的燒痕，更會使得電池或電池的一部分被強制轉化為逆向偏壓。在某些情況下，反向電流引起的加熱，進一步侷限電流流動，導致熱逸走效應(thermal runaway effect)和相關的燒痕。另一方面，則是由於封裝玻璃對光的反射也造成光吸收降低。由於空氣的折射率是1，玻璃的折射率是1.5，所以它們之間存在一個折射率差距0.5的介面。所以光從空氣進到玻璃時的反射率大約在4%。
在解決太陽能模組表面玻璃髒污的問題上；使用自清潔(self cleaning)的技術是一個最好的方法。現行技術是藉由添加奈米粉體(SiO2或TiO2)製造出奈米級之表面粗度而得到此特性。此外，也有研究提到藉由低表面自由能氟系結構來製備自清潔材料。但氟系結構有加工不易、對塗佈基材附著性差以及表面硬度不足等問題皆待改善。
在解決太陽能模組表面玻璃抗反射問題上：可以加入一個抗反射介面材料。如果在玻璃表面鍍一層折射率介於1~1.5之間的材料，雖然因此多了一個介面，但是如果這兩個界面的反射率的加總小於4%，那就是有意義的抗反射鍍膜。傳統上，抗反射製程上有乾式製程(蒸鍍、濺鍍)與濕式製程(塗佈)。傳統以濺鍍積層方式製作抗反射層，雖可改善傳統濺鍍積層多層膜之多道加工工序之問題，但其製作設備要求高，現行僅半導體產業有實際應用此種技術。另一種較簡易方式則使用破壞性干射來抗反射，簡單來說即是將表面霧化讓眩光散射，但此種方式會有穿透率不佳之極大缺點，且也因此缺點故無法應用於光電元件等產業。
有鑑於此，有必要提出一種太陽能發電模組與製程，以解決上述之議題，而以較低成本的方式改善太陽能發電模組的壽命與效率。
本發明主要目的在提供太陽能發電模組，其使用同時具有自潔性與抗反射性的塗層，藉由同時具有自潔與抗反射的塗層，能在低成本結構下提升太陽能發電模組的性能，同時具有自潔與抗反射的作用。
本發明再一目的在提供太陽能發電模組的製程，藉由提供同時具有自潔性與抗反射性的塗層，導入低表面能特性與多孔隙特徵到塗層中，能在簡單製程下提升太陽能發電模組的性能，同時具有自潔與抗反射的作用。
為達本發明之主要目的，本發明提出一種太陽能發電模組，包含：複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；該些太陽能電池晶片之上下表面藉由EVA膠分別與一同時具有自潔性與抗反射性的透明基板與一背板接合；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的透明基板包含：一透明基板；以及一同時具有自潔性與抗反射性的塗層，塗佈在該透明基板之一表面上；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料佔同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料其結構末端具有一反應官能基與該高分子基材料一聚合反應。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料主要是一矽氧烷基物，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體與其組合。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷基物係選自一籠狀(Cage structures)多面體矽氧烷寡聚物與一部分籠狀(Partial cage structures)多面體矽氧烷寡聚物之一。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷基物係為以一溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備的含有奈米孔隙材料(Nano-porous materials)之多面體矽氧烷寡聚物。
根據本發明之一特徵，該高分子基材料係選自環氧樹脂、壓克力樹脂、矽氧樹脂、氟碳樹脂、酸醇樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂與丙烯酸樹脂及其組合物。
根據本發明之一特徵，該高分子基材料係選自下列組合之一：環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate,PEA)、環氧樹脂、不飽和聚酯、聚醚丙烯酸酯、與丙烯酸酯化聚丙烯酸樹脂。
根據本發明之一特徵，該矽氧烷系列單體係選自下列組合之一：(甲基)丙烯酸酯類、乙烯基類、乙烯基醚類、環氧類。
根據本發明之一特徵，該添加劑係選自一流平劑、一除泡劑、一引發劑、一穩定劑與一光吸收劑與其組合。
根據本發明之一特徵，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
根據本發明之一特徵，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之表面的接觸角大於100度，其折射率小於1.5，光穿透度在可見光波長介於80%至98%。
為達本發明之另一要目的，本發明提出一種太陽能發電模組的製程方式，包含下列步驟：步驟一：提供複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；步驟二：藉由EVA膠，將該些太陽能電池晶片之上下表面分別與一透明基板與一背板接合；步驟三：塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層在該透明基板之一表面上；以及步驟四：對該同時具有自潔性與抗反射性的塗層進行一固化製程； 其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
根據本發明之一特徵，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
根據本發明之一特徵，該固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固化製程來固化該塗層與該透明基板之間的接合效果。
為達本發明之再一要目的，本發明提出一種太陽能發電模組的製程方式，包含下列步驟：步驟一：塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層在一透明基板之一表面上；步驟二：對該同時具有自潔性與抗反射性的塗層進行一固化製程以形成一同時具有自潔性與抗反射性的透明基板；步驟三：提供複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；以及步驟四：藉由EVA膠，將該些太陽能電池晶片之上下表面分別與該同時具有自潔性與抗反射性的透明基板與一背板接合；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
根據本發明之一特徵，該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
根據本發明之一特徵，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
根據本發明之一特徵，該固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固化製程來固化該塗層與該透明基板之間的接合效果。
本發明之太陽能發電模組與其製程方式具有以下功效：
1.該塗層具有多孔隙材料與該高分子基材料一聚合反應，太陽能發電模組上之透明基板不需要額外複雜的表面處理，該塗層與該透明基板即能具有良好的接合性。
2.本發明之塗層，能以低成本方式使太陽能發電模組上之透明基板的表面具有自潔作用，並產生抗反射的效果，能夠提升太陽能發電模組的使用壽命與發電效能。
10‧‧‧太陽能發電模組
100‧‧‧同時具有自潔性與抗反射性的透明基板
110‧‧‧透明基板
120‧‧‧塗層
130‧‧‧多孔隙材料
140‧‧‧孔洞
210‧‧‧太陽能電池晶片
220‧‧‧連線
230‧‧‧EVA膠
240‧‧‧背板
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖1顯示本發明之一種太陽能發電模組結構之一實施例示意圖，(a)單面透明基板封裝；(b)雙面透明基板封裝。
圖2顯示為圖1根據本發明太陽能發電模組結構中之同時具有自潔性與抗反射性的透明基板之結構一實施例示意圖。
圖3顯示為圖2根據本發明同時具有自潔性與抗反射性的透明基板之塗層中的多孔隙材料的特徵結構示意圖。
圖4顯示為多孔隙材料的矽氧烷聚合物結構。
圖5顯示本發明之一種太陽能發電模組的製程方法流程圖的第一實施例。
圖6顯示本發明之一種太陽能發電模組的製程方法流程圖的第二實施例。
圖7顯示本發明之一種太陽能發電模組結構之另一實施例示意圖，(a)封裝在一背板上；(b)封裝在一同時具有自潔性與抗反射性的透明基板上。
圖8其顯示本發明圖7之太陽能發電模組的製程方法流程圖。
雖然本發明可表現為不同形式之實施例，但附圖所示者及於本文中說明者係為本發明可之較佳實施例。熟習此項技術者將瞭解，本文所特定描述且在附圖中繪示之裝置及方法係考量為本發明之一範例，非限制性例示性實施例，且本發明之範疇僅由申請專利範圍加以界定。結合一例示性實施例繪示或描述之特徵可與其他實施例之諸特徵進行結合。此等修飾及變動將包括於本發明之範疇內。
圖1顯示本發明之一種太陽能發電模組結構之一實施例示意圖。其中，(a)單面透明基板封裝；(b)雙面透明基板封裝。該太陽能發電模組10，包含：複數個太陽能電池晶片210，以連線(ribbon)220串聯或並聯；該些太陽能電池晶片210之上下表面藉由EVA(Ethylene vinyl acetate，乙烯-醋酸 乙烯酯共聚物)膠230分別與一同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100與一背板240接合。
需注意的是，本發明的太陽能發電模組結構可以是單面透明基板封裝，也可以是雙面透明基板封裝。因此，此時的背板240在單面透明基板封裝時，背板240是由複合膜組成；在雙面透明基板封裝時，背板240亦是同時具有自潔性與抗反射性的透明基板，所以在圖1的(b)，背板240改為同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100。
請參照第2圖，其顯示為圖1根據本發明太陽能發電模組結構中之同時具有自潔性與抗反射性的透明基板之結構一實施例示意圖。該同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100其至少包含：一透明基板110；以及一塗層120，塗佈在該透明基板110之一表面上。需注意的是，在第1圖中，塗佈該塗層120的該透明基板110之表面是平滑的，但事實上，該透明基板110之表面可以是經過粗糙(texture)化的。在此，塗佈(coat)是指沈積一層薄膜或塗層的意思。需注意的是，該塗層120是塗佈在該透明基板110面對空氣之一面，而該透明基板110面對該些太陽能電池晶片210之一面，係藉由EVA膠而與該些太陽能電池晶片210接合。
該透明基板110可以是玻璃、石英、透明軟性基板等，透明軟性基板包含：聚對苯二甲乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral，PVB)、聚亞醯胺(polyimide，PI)等。
較佳地，該透明基板110是玻璃，由砂、石灰、蘇打和少量鋁與其他材料經熱熔後而製成的。一般有著厚度與種類上的分別。較常用到的為普通平板玻璃，又可分為：
1.透明平板玻璃〈clear window glass〉，即俗稱的清玻璃，其外觀表面平滑透明。
2.磨砂平板玻璃〈ground glass〉，即俗稱的霧玻璃，是用透明平板玻璃的一面，以磨砂、噴砂的方式使其喪失原有的光澤與透明度，而形成透光但卻無法透視的玻璃。
而平板玻璃再經加工，又可分為強化玻璃、膠合玻璃、強化膠合玻璃、彎曲玻璃、白膜玻璃、裂紋玻璃、烤漆玻璃...等等。其他還有像是反射玻璃、鐵絲網玻璃、鑲崁玻璃、壓花玻璃、玻璃磚...等等。
在本發明一實施例中，該透明基板110係用於太陽能電池的光伏玻璃基片。包含一般包括超薄玻璃、表面鍍膜玻璃、低鐵含量的(超白)玻璃等類型。根據使用的性質和製造方法不同，該透明基板110又可分為3種產品，1.在平板型太陽能電池的蓋板，一般為壓延玻璃；2.在薄膜型太陽能電池的導電玻璃，亦即表面鍍上通常厚度只有幾百奈米的半導體透明導電薄膜；3.集熱式光伏系統使用的透鏡或反光鏡類的玻璃。這3種產品的特性和作用完全不同，其附加值也有很大的差別。
該塗層120之厚度介於10奈米至100奈米之間，能得到足夠的強度，並且能夠具有好的光穿透度。較佳地，該塗層之厚度介於10奈米至50奈米之間，已經能得到足夠的強度，並且能夠具有良好的光穿透度。
該塗層120經由一固化製程後形成一具有奈米孔隙的透明塗層，其光穿透度在可見光波長介於80%至90%，能同時具有自潔性與抗反射性。
該塗層120主要包含：一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑；其中，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。且，該多孔隙材料其結構末端具有一反應官能基與該高分子基材料一聚合反應。
在導入多孔隙材料特徵結構/材料於太陽能發電模組中，其多孔性之孔隙度大小、分散均勻性等皆會影響後續加工塗層均勻性以及材料特性(機械性能與硬度)，故在配方組成相容性、混合方式以及其他所需之添加助劑等原料皆需有適當的選擇。
請參照第3圖，其顯示為圖2根據本發明同時具有自潔性與抗反射性的透明基板之塗層中的多孔隙材料的特徵結構示意圖。
該多孔隙材料130佔該塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
較佳地，該多孔隙材料130佔該塗層的重量分比係介於10%至30%之間，該添加劑佔該塗層的重量分比係介於0.1%至2%之間，其餘為該高分子基材料。
該多孔隙材料130的特徵結構，具有複數個孔洞140，其孔洞的孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。該多孔隙材料130具有低表面能的性質，特別是低的薄膜表面能，其達因等級(dyne level)係小於20達因。
該多孔隙材料130可由多種金屬和合金以及難熔金屬的碳化物、氮化物、硼化物和多孔矽化物等製成。該多孔隙材料130的孔隙度一般在15%以上，最高可達80%。較佳地，該多孔隙材料130的孔隙度介於30%至60%之間。該多孔隙材料130的孔隙尺寸可分為微孔(孔徑小於2nm)材料、介孔(孔徑2-50nm)材料和大孔(孔徑大於50nm)材料。
由於該多孔隙材料130之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間，所以係包含了微孔(孔徑小於2nm)材料與部分的介孔範圍。較佳地，由於該多孔隙材料130之孔隙大小介於0.1nm至2nm之間，係在於微孔(孔徑小於2nm)範圍。
該多孔隙材料130選用少氟、低表面能結構分子，如脂肪族、矽氧烷類等之具有低表面能特性之分子結構，並搭配合適之樹脂主體及其他單體來進行。較佳地，該塗層不含氟化物，或含有少量氟化物，可以大量提升接觸的水滴角。該氟化物主要是有機氟材料，其具有低表面能，含氟基團的有機氟材料包含具有CH2、CH3、CF2、CF2H、CF3等基團。
在本發明中，該多孔隙材料130主要是一矽氧烷基物，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體與其組合。矽氧烷矽氧烷(siloxane)是以矽-氧-矽鍵為骨架的一類化合物。這類以的H(OSiH2)nOH母體(鏈矽氧烷)，或者是環狀的(OSiH2)n的衍生物(環矽氧烷)，其含有單個矽原子的官能團(RO)3Si則稱烷氧矽基(siloxy)。
請參照第4圖，為顯示根據本發明之多孔隙材料的矽氧烷聚合物結構。該矽氧烷基物係選自一籠狀(Cage structures)多面體矽氧烷寡聚物與一部分籠狀(Partial cage structures)多面體矽氧烷寡聚物之一。該矽氧烷基物係為以一溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備，其含有奈米孔隙材料(Nano-porous materials)之多面體矽氧烷寡聚物，其孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
較佳地，該矽氧烷系列單體係選自下列組合之一：(甲基)丙烯酸酯類、乙烯基類、乙烯基醚類、環氧類。
在一實施例中，具有多孔性特徵之結構處理方式，例如添加多面體矽氧烷寡聚物原料為其中一種方式。多面體矽氧烷寡聚物同樣是以溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備而得之多孔性聚矽氧烷寡聚物，其末端具有反應官能基來與高分子結合或與高分子進行聚合反應，故無需經過高溫燒結，即可具有中空核殼型的奈米二氧化矽(SiO2)粒子之特性以及與高分子材料結合之強度。
較佳地，該反應官能基通式可為R-(COOH)、(HO)-R-(COOH)、(HOOC)-R-(COOH)及(R1O),(R2O)-(POOH)。R可為烷基、烯基、芳香基、鹵烷基或氫或炔基之一。若R為烷基，該有機酸為烷酸；若R為烯基，該有機酸為烯酸；若R為芳香基，該有機酸為芳香酸；若R為鹵烷基，該有機酸為鹵烷酸；若R為氫，該有機酸為甲酸；若R為炔基，該有機酸為炔酸。而該無機酸可為鹽酸、硝酸或硫酸之一。
綜合上述，多面體矽氧烷寡聚物具備與高分子之、高相容性以及奈米級孔洞等兩種特性。
在本發明中，該高分子基材料係選自環氧樹脂、壓克力樹脂、矽氧樹脂、氟碳樹脂、酸醇樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂與丙烯酸樹脂及其組合物。
在本發明之一實施例中，該高分子基材料係選自下列組合之一：環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate,PEA)、環氧樹脂、不飽和聚酯、聚醚丙烯酸酯、與丙烯酸酯化聚丙烯酸樹脂。
在本發明之另一實施例中，該高分子基材料係選自下列組合之一：聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)與聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
在本發明中，藉由導入溶膠-凝膠製備的多孔隙材料到高分子材料中，而製備出高透光、疏水性、低折射率的抗反射塗層材料。
在本發明中，該添加劑係選自一流平劑、一除泡劑、一引發劑、一穩定劑與一光吸收劑與其組合。流平劑是一種常用的塗料助劑，它能促使塗料在乾燥成膜過程中形成一個平整、光滑、均勻的塗膜。流平劑能有效降低塗料表面張力，提高其流平性和均勻性的一類物質。流平劑主要是表面活性劑，有機溶劑等。在溶劑型塗料中可用高沸點溶劑或丁基纖維素。 在水性塗料中則用表面活性劑或聚丙烯酸、羧甲基纖維素等。除泡劑是在塗層過程中降低表面張力，抑制泡沫產生或消除已產生泡沫的塗層。典型除泡劑有乳化矽油、高碳醇脂肪酸酯複合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基矽氧烷等。引發劑，特別是光引發劑，其係為1-羟基-环己基-苯基-酮(184)(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone(184))，二苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-氧化膦(Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphineoxide,TPO)，2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮(1173)(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-1-propanone(1173))，2-(4-甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮氧化膦，苯基双(2,4,6-三甲基苯甲酰基)(2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-(4-morpholinyl)-1-propanone Phosphine oxide)，2-苄基-2-(二甲基氨基)1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮(Phenyl bis(2,4,6-trimethyl benzoyl),2-Benzyl-2-(dimethylamino)-1-[4-(4-morpholinyl)phenyl]-1-butanone)。熱穩定劑包括各種流基有機錫化合物和波基鹽(化合物)以及輔助的添加劑，如鋅皂，亞磷酸鹽，環氧化物，甘油酯，紫外線吸收劑，抗氧劑等。光穩定劑的類別有紫外光吸收劑(UVA)與受阻胺光穩定劑(HALS)。其中，紫外線吸收劑(UVA)保護塗料物質阻止光降解，吸收劑與聚合物吸收紫外線。紫外線吸收劑經由結構的改變(異構化)有效地吸收激發能量。受阻胺光穩定劑(HALS)是另外一種光穩定技術的選擇。光吸收劑，特別是紫外光(UV)吸收劑，可吸收紫外線(尤其是波長為290-400nm)；熱穩定性好，即使在加工中也不會因熱而變化，熱揮發性小；化學穩定性好，不與製品中材料組分發生不利反應；混溶性好，可均勻地分散在材料中；本身的光化學穩定性好，不分解，不變色；無色、無毒、無臭。紫外線吸收劑按化學結構可分為以下幾類：水楊酸酯類、苯酮類、苯並三唑類、取代丙烯腈類、三嗪類和受阻胺類。
在本發明中，該流平劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類；該除泡劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類；該引 發劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類；該穩定劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類；該光吸收劑有很多種類，可以不添加或添加一種以上的種類。
綜上所述，該塗層120是在製程過程中，導入(1)孔隙特徵結構/材料；(2)特殊官能基來確保與樹脂系統之相容性及塗膜之均勻性；(3)特殊官能基產生化學鍵結以提升樹脂特性(機械性能、硬度)；(4)具低表面能之原料。考量透明性以及其他所需特性，以得到具實用性之低表面能透明塗料。
在本發明中，由於本發明之多面體矽氧烷寡聚物是使用溶膠凝膠法所製備，且該粉體尺寸係介於10奈米至100奈米之間，因此在該多面體矽氧烷寡聚物之表面上具有良好的反應能力能夠與高分子材料化學接枝的接枝共聚物。
本發明揭示使用同時具有自潔性與抗反射性的塗層的太陽能發電模組之製程方式。圖5其顯示本發明之一種太陽能發電模組的製程方法流程圖的第一實施例。太陽能發電模組第一實施例是太陽能發電模組先進行封裝後，該透明基板110面對空氣的表面再進行該塗層120的塗佈。
先請參考圖5，一種太陽能發電模組的製程方式，包含下列步驟：步驟一：提供複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；步驟二：藉由EVA膠，將該些太陽能電池晶片之上下表面分別與一透明基板與一背板接合；步驟三：塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層在該透明基板之一表面上；以及步驟四：對該同時具有自潔性與抗反射性的塗層進行一固化製程； 其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
其中，該透明基板可以是玻璃、石英、透明軟性基板等，透明軟性基板包含：聚對苯二甲乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral，PVB)、聚亞醯胺(polyimide，PI)等。該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
如圖1之說明，背板240可以是由複合膜組成，也可以是同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100。
其中，該固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固化製程來固化該塗層與該透明基板之間的接合效果。
圖6顯示本發明之一種太陽能發電模組的製程方法流程圖的第二實施例。第二實施例與第一實施例大致相似，太陽能發電模組皆使用同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100。其差異在於，第一實施例是太陽能發電模組先進行太陽能電池晶片210封裝後，該透明基板110面對空氣的表面再進行該塗層120的塗佈以形成同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100。第二實施例是該透明基板110面對空氣的表面先進行該塗層120的塗佈以形成同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100之後，再與太陽能電池晶片210封裝形成該太陽能發電模組10。
先請參考圖6，一種太陽能發電模組的製程方式，包含下列步驟：步驟一：塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層在一透明基板之一表面上；步驟二：對該同時具有自潔性與抗反射性的塗層進行一固化製程以形成一同時具有自潔性與抗反射性的透明基板；步驟三：提供複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；以及步驟四：藉由EVA膠，將該些太陽能電池晶片之上下表面分別與該同時具有自潔性與抗反射性的透明基板與一背板接合；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
其中，該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
其中，該透明基板110可以是玻璃、石英、透明軟性基板等，透明軟性基板包含：聚對苯二甲乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral，PVB)、聚亞醯胺(polyimide，PI)等。該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
其中，該固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固化製程來固化該塗層與該透明基板之間的接合效果。
在圖5第一實施例的步驟三與圖6第二實施例的步驟一中，塗佈方式包含滾塗法、旋塗法、浸塗法或噴塗法之一。例如，滾鍍法為利 用滾印塗佈機(roller coating)將該塗料溶液均勻的塗佈在該透明基板110上以形成該塗層。另一種常見之浸鍍法為將該透明基板110浸泡入含有該塗料溶液之槽來進行塗層塗佈的一種方法，當浸泡完成後再將該透明基板110以懸臂或者是托盤將多餘的塗佈溶液滴回槽中，以達到回收的效果，且此種塗佈方式可以利用運輸帶來作批次處理，相當的便利。但使用此種方式則需相當注意控制塗佈溶液的循環、過濾以及溫度和粘度。
在圖5第一實施例的步驟四與圖6第二實施例的步驟二中，固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固化製程來固化該透明基板110與該塗層120之間的接合效果。
該加熱固化製程或該照光固化製程，可使得該塗層120與該透明基板110間產生分子鍵結，進而使得該塗層溶液能順利固化接合於該透明基板110之表面上形成層塗層120。
該添加劑係選自一流平劑、一除泡劑、一引發劑、一穩定劑與一光吸收劑與其組合，針對該加熱固化製程或該照光固化製程，而有不同的組合搭配。
在一實施例中，該固化製程為熱固化製程，熱固化製程的溫度係介於50度至200之間。較佳地，該加熱製程溫度範圍係為80℃至150℃之間。
在另一實施例中，該固化製程為照射一UV光於該塗層120上以將該塗層120固化於該基板110之上。本發明之重要特徵係在於：該塗層120藉由照射一UV光來進行固化。該UV光的波長係介於240奈米(nm)至400奈米(nm)之間。該UV光的照射強度係介於0.1焦耳/平方公分(J/cm2)至1焦耳/平方公分(J/cm2)之間。該UV光的照射時間係介於0.5秒至5秒之間。
該塗層120經由該固化製程後形成一具有奈米孔隙的透明塗層，其表面的接觸角大於100度，且其折射率小於1.5，其光穿透度在可見光波長介於80%至98%；較佳地，該塗層120經由該固化製程後形成一具有奈米孔隙的透明塗層，其表面的接觸角大於100度，且其折射率小於1.5，其光穿透度在可見光波長介於88%至98%，且同時具有自潔性與抗反射性的功能。
在製作該同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100時，可以先將該透明基板110，經過脫脂處理以去除表面油污，並經過水洗後讓該透明基板110表面保持清潔。將該透明基板110浸鍍本發明該塗層液料1-5分鐘，以使該塗層溶液塗佈於該透明基板110表面上。該層透明基板110表面以150℃烘乾約20分鐘。由於該複合材料具有奈米材料結構，具有特殊化學能力，該透明基板110不需要額外複雜的表面處理，該塗層120與該透明基板110即能具有良好的接合性。
較佳地，該透明基板110僅需要先簡單表面處理，提供一底漆(primer)，該塗層120可以與該透明基板110形成良好的接合性，藉由該底漆，該塗層120亦可以軟性基板或塑膠基板等形成良好的接合性。該塗層120附著性的百格測試可以達到4B以上。典型的底漆由20%-30%人工樹脂、60%-80%溶劑、以及2%-5%添加劑所形成。本發明之塗層，已經在合成固化形成強度非常高的性質，因此能夠提升玻璃表面的強度。
此外，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層120不含氟化物，或含有少量氟化物，以大量提升接觸的水滴角。該氟化物主要是有機氟材料，其具有低表面能，含氟基團的有機氟材料包含具有CH2、CH3、CF2、CF2H、CF3等基團。
圖7顯示本發明之一種太陽能發電模組結構之另一實施例示意圖，(a)封裝在一背板上；(b)封裝在一同時具有自潔性與抗反射性的透明基板上。其大致與圖1之實施例相似，兩實施例差異在於，圖7之該太陽能發電模組僅採用單一基板封裝，且，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層120係直接塗佈於該些太陽能電池晶片210之上表面。
現請參考圖7，該太陽能發電模組10，包含：複數個太陽能電池晶片210，以連線(ribbon)220串聯或並聯；該些太陽能電池晶片210之下表面藉由EVA(Ethylene vinyl acetate，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)膠230與一背板240接合，一同時具有自潔性與抗反射性的塗層120係直接塗佈於該些太陽能電池晶片210之上表面。
該背板240可以是由複合膜組成，亦可以是一透明基板。該透明基板100可以是玻璃、石英、透明軟性基板等，透明軟性基板包含：聚對苯二甲乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate，PEN)、聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral，PVB)、聚亞醯胺(polyimide，PI)等。
該同時具有自潔性與抗反射性的塗層120如前述說明。該透明基板100是同時具有自潔性與抗反射性的透明基板100，如圖3所示。
圖8其顯示本發明圖7之太陽能發電模組的製程方法流程圖。太陽能發電模組第一實施例是太陽能發電模組先進行封裝後，該些太陽能電池晶片的表面再進行該塗層120的塗佈。
先請參考圖8，一種太陽能發電模組的製程方式，包含下列步驟：步驟一：提供複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；步驟二：藉由EVA膠，將該些太陽能電池晶片之下表面與與一背板接合； 步驟三：塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層在該些太陽能電池晶片之上表面上；以及步驟四：對該同時具有自潔性與抗反射性的塗層進行一固化製程；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
藉由該同時具有自潔性與抗反射性的塗層，解決太陽能模組表面玻璃髒污的間題上(具有100度以上接觸角)，提高太陽能模組的使用可靠度。藉由該同時具有自潔性與抗反射性的塗層，在可見光具有抗反射(90%高穿透率/低折射率)的功效，可有效提高太陽能發電模組的3%以上光吸收，提升短路電流與量子轉換效率，進而提升整體發電效益。
採用在市售的矽晶太陽能電池(P型多晶/P型單晶/鈍化發射極觸點(Passivated Emitter and Rear Cell，PERC)等三種電池，其增量的定義為：增量(%)=(使用塗料的太陽能模組量測值-未使用塗料的太陽能模組量測值)/(未使用塗料的太陽能模組量測值)
如圖1與圖7所示之根據本發明之太陽能發電模組，藉由該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之塗佈後，太陽能發電模組的效能能夠得 到提升：(1)短路電流密度增量3%、(3)填充因子增量1.5%、(4)模組轉換效率增量4%。
綜上所述，本發明之太陽能發電模組與其製程方式具有以下功效：
1.該塗層具有多孔隙材料與該高分子基材料一聚合反應，太陽能發電模組上之透明基板或太陽能電池晶片不需要額外的表面處理，該塗層與該透明基板或太陽能電池晶片即能具有良好的接合性。
2.本發明之塗層，能以低成本方式使太陽能發電模組上之透明基板或太陽能電池晶片的表面具有自潔作用，並產生抗反射的效果，能夠提升太陽能發電模組的使用壽命與發電效能。
雖然本發明已以前述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，常可作各種之更動與修改。如上述的解釋，都可以作各型式的修正與變化，而不會破壞此發明的精神。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (23)

  1. 一種太陽能發電模組，包含：複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；該些太陽能電池晶片之上下表面藉由EVA膠分別與一同時具有自潔性與抗反射性的透明基板與一背板接合；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的透明基板包含：一透明基板；以及一同時具有自潔性與抗反射性的塗層，塗佈在該透明基板之一表面上；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間；其中，該多孔隙材料主要是一矽氧烷基物，該矽氧烷基物係為矽氧烷基寡聚物、矽氧烷基單體與其組合，且該矽氧烷基物係選自一籠狀(Cage structures)多面體矽氧烷寡聚物與一部分籠狀(Partial cage structures)多面體矽氧烷寡聚物之一。
  2. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
  3. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該透明基板係選自玻璃、石英、透明軟性基板之一，透明軟性基板包含：聚對苯二甲乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)與聚亞醯胺(PI)。
  4. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該矽氧烷基物係為以一溶膠-凝膠(sol-gel)方式所製備的含有奈米孔隙材料(Nano-porous materials)之多面體矽氧烷寡聚物。
  5. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該高分子基材料係選自環氧樹脂、壓克力樹脂、矽氧樹脂、氟碳樹脂、酸醇樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂與丙烯酸樹脂及其組合物。
  6. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該高分子基材料係選自下列組合之一：環氧丙烯酸酯(epoxy acrylate,EA)、聚氨酯丙烯酸酯(polyurethane acrylate,PUA)、聚酯丙烯酸酯(polyester acrylate,PEA)、環氧樹脂、不飽和聚酯、聚醚丙烯酸酯、與丙烯酸酯化聚丙烯酸樹脂。
  7. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該添加劑係選自一穩定劑與一光吸收劑與其組合。
  8. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
  9. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之表面的接觸角大於100度。
  10. 如請求項1所述之太陽能發電模組，其中該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之折射率小於1.5，光穿透度在可見光波長介於80%至98%。
  11. 一種太陽能發電模組的製程方式，包含下列步驟：步驟一：提供複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；步驟二：藉由EVA膠，將該些太陽能電池晶片之上下表面分別與一透明基板與一背板接合；步驟三：塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層在該透明基板之一表面上；以及步驟四：對該同時具有自潔性與抗反射性的塗層進行一固化製程；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
  12. 如請求項11所述之太陽能發電模組的製程方式，其中該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
  13. 如請求項11所述之太陽能發電模組的製程方式，其中該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
  14. 如請求項11所述之太陽能發電模組的製程方式，其中，該固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固化製程來固化該塗層與該透明基板之間的接合效果。
  15. 一種太陽能發電模組的製程方式，包含下列步驟：步驟一：塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層在一透明基板之一表面上；步驟二：對該同時具有自潔性與抗反射性的塗層進行一固化製程以形成一同時具有自潔性與抗反射性的透明基板；步驟三：提供複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；以及步驟四：藉由EVA膠，將該些太陽能電池晶片之上下表面分別與該同時具有自潔性與抗反射性的透明基板與一背板接合；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
  16. 如請求項15所述之太陽能發電模組的製程方式，其中，該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
  17. 如請求項15所述之太陽能發電模組的製程方式，其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層之厚度介於10奈米至100奈米之間。
  18. 如請求項15所述之太陽能發電模組的製程方式，其中，該固化製程包含經由一加熱固化製程或一照光固化製程來固化該塗層與該透明基板之間的接合效果。
  19. 一種太陽能發電模組，包含：複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；該些太陽能電池晶片之下表面藉由EVA膠與一背板接合；該些太陽能電池晶片之上表面塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
  20. 如請求項19所述之太陽能發電模組，其中該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
  21. 如請求項19所述之太陽能發電模組，其中該背板選自一複合膜或一透明基板，其中該透明基板係選自玻璃、石英、透明軟性基板之一，透明軟性基板包含：聚對苯二甲乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)與聚亞醯胺(PI)。
  22. 一種太陽能發電模組的製程方式，包含下列步驟：步驟一：提供複數個太陽能電池晶片，以連線串聯或並聯；步驟二：藉由EVA膠，將該些太陽能電池晶片之下表面與與一背板接合；步驟三：塗佈一同時具有自潔性與抗反射性的塗層在該些太陽能電池晶片之上表面上；以及步驟四：對該同時具有自潔性與抗反射性的塗層進行一固化製程；其中，該同時具有自潔性與抗反射性的塗層主要包含一多孔隙材料，一高分子基材料與一添加劑，該多孔隙材料之孔隙大小介於0.1nm至10nm之間。
  23. 如請求項22所述之太陽能發電模組的製程方式，其中該多孔隙材料佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.5%至50%之間，該添加劑佔該同時具有自潔性與抗反射性的塗層的重量分比係介於0.1%至10%之間，其餘為該高分子基材料。
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