光伏有機硅封裝劑和光伏組件的制作方法
【專利摘要】通過將(A)每分子包含至少兩個與硅鍵合的烯基的有機聚硅氧烷，(B)每分子包含至少兩個與硅鍵合的氫原子的有機氫聚硅氧烷，和(C)加成反應催化劑共混制備用于光伏封裝的有機硅組合物，以致該組合物在固化時可具有在40℃和1mm厚度下的80-160g/m2·天的水蒸汽滲透率。
【專利說明】光伏有機硅封裝劑和光伏組件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于光伏封裝的有機硅細合物，和使用該組合物的光伏組件。
【背景技術】
[0002]當前，利用太陽輻射作為能源的太陽能發(fā)電系統(tǒng)越來越引起世人的興趣。雖然太陽能電池或光伏元件通常包括半導體，典型地為硅，但是多數(shù)這樣的太陽能電池是相互電連接的并且安置在受光側的玻璃板上以構建光伏細件。
[0003]為了保護免于遭受包括雨、風、雪、塵土和天氣的外部環(huán)境，太陽能電池在其受光表面和背表面上被封裝劑所覆蓋。由于低成本通常使用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)作為封裝劑。
[0004]例如，專利文獻I公開了使用基于包含10-30wt%醋酸乙烯酯的EVA的封裝劑的光伏組件。然而，當使用EVA作為封裝劑時，特別是在熱濕的環(huán)境下可以生成乙酸。該產(chǎn)生的酸可對太陽能電池電極引起腐蝕，降低光電轉換能力。因為期望太陽能電池板在數(shù)十年的量級的長時期使用，所以從保險的觀點迫切需要解決隨時間劣化的問題。
[0005]除了以上問題，EVA具有低的抗UV性以致其在長期氣候暴露時可能變色和變黃或變褐色，損害了外觀。
[0006]有機硅是一類已經(jīng)消除了上述問題的封裝劑。當將有機硅用作封裝劑時，電極腐蝕的問題基本上被抑制并且變黃或變褐色的問題被消除，因為沒有乙酸產(chǎn)生。使用有機硅作為光伏組件封裝劑提供了幾個例如在非專利文獻I中所指出的優(yōu)點。
[0007]當檢測光伏組件的長期服務時，通常在光伏組件上通過將該組件置于一個室中，向該室提供熱潮濕的環(huán)境，并且將該組件暴露于該環(huán)境一段時間以致組件可加速劣化來進行加速劣化測試。通過識別在測試中失效的位點來研究劣化的機理。例如，在專利文獻2中使使用EVA封裝劑的光伏組件在環(huán)境條件下經(jīng)受壓力鍋測試240小時，所述環(huán)境條件包括121°C的溫度，100%的濕度，和2個大氣壓。根據(jù)在測試后乙酸的釋放來評價光伏組件的耐久性。
[0008]然而，對于有機硅封裝劑，未應用加速劣化測試。何種有機硅適于要求長期運行的光伏組件是未知的。
[0009]引用文獻
[0010]專利文獻1:JP-A2000-183385[0011 ]專利文獻 2 JP-A2007-329404
[0012]非專利文獻1:Barry Ketola, Keith R.Mclntoch, Ann Norris, Mary KayTomalia, “Silicone for Photovoltaic Encapsulation，，:23rdEuropean PhotovoltaicSolar Energy Conference2008,第 2969-2973 頁。

【發(fā)明內容】

[0013]雖然本發(fā)明涉及光伏組件，該光伏組件包括具有前后表面的光伏電池、在前表面上的前玻璃板、和在后表面上的后玻璃板，其中太陽光入射到前表面上，本發(fā)明的目的在于提供用于光伏封裝的有機硅封裝劑和用該組合物封裝的并且具有高度可靠性的光伏組件，該封裝劑經(jīng)得住長期戶外氣候環(huán)境。
[0014]在一方面，本發(fā)明提供了用于光伏封裝的有機硅組合物，包括:
[0015](A) 100重量份每分子包含至少兩個與硅鍵合的烯基的有機聚硅氧烷，其由平均組成式⑴表示:
[0016]RaR，bSiO(4_a_b)/2 (I)
[0017]其中R為烯基，R’為取代或未取代的不合脂族不飽和度的1-10個碳原子的單價烴基，a和b為以下范圍內的數(shù):0 < a≤2，0 < b < 3，和0 < a+b≤3，
[0018](B)每分子包含至少兩個與硅鍵合的氫原子的有機氫聚硅氧烷，其量使得在組分
(B)中與硅鍵合的氫和在組分⑷中與硅鍵合的烯基的摩爾比可以在0.4/1至2.5/1的范圍內，和
[0019](C)催化量的加成反應催化劑。該有機硅組合物的固化產(chǎn)物具有在40°C和Imm厚度下的至少80g/m2 ?天的水蒸汽滲透率。優(yōu)選地，固化的組合物具有0.1-5.0MPa的彈性模量。
[0020]在另一方面，本發(fā)明提供了包括具有太陽光入射的前表面和后表面的光伏電池、在前表面上的前玻璃板、在后表面上的背板或后玻璃板、和用于封裝電池的封裝劑的光伏組件，該封裝劑為以上定義的有機硅組合物。
[0021]發(fā)明的有益效果
[0022]該用于光伏封裝的有機硅組合物經(jīng)受住長期戶外氣候環(huán)境。用該組合物封裝的光伏組件保持高度可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的一個實施方案中制造光伏細件的方法中第一步驟的橫截面示意圖。
[0024]圖2為該方法中第二步驟的橫截面示意圖。
[0025]圖3為該方法中第三步驟的橫截面示意圖。
[0026]圖4為該方法中第四步驟的橫截面示意圖，顯示了完成的光伏細件。
【具體實施方式】
[0027]參考圖4，完成的光伏組件記為I。該光伏組件I包括:具有太陽光入射的前表面和與之相對的后表面的光伏電池4、設置在該前表面上的前玻璃板2、和設置在該后表面上的背板或后玻璃板6。電池4夾在或封裝在熱固性有機硅樹脂組合物的有機硅封裝劑層3和5之間。本發(fā)明提供了制成封裝劑層3和5的有機硅樹脂組合物以及包括該細合物的光伏細件I。
[0028]在一個實施方案中，用于光伏組件封裝的有機硅封裝劑為熱固性有機硅樹脂組合物，包括以下定義的組分(A)-(C):
[0029]A)包含烯基的有機聚硅氧烷
[0030]組分(A)為作為細合物中基礎聚合物的包含烯基的有機聚硅氧烷。具體地，其為每分子包含至少兩個與硅鍵合的烯基的有機聚硅氧烷，其通過平均組成式(I)表示:
[0031]RaR，bSiO(4_a_b)/2 (I)
[0032]其中R為烯基，R’為取代或未取代的不含脂族不飽和度的1-10個碳原子的單價烴基，a和b為以下范圍的數(shù):0 < a≤2，0 < b < 3，和0 < a+b≤3，
[0033]包含烯基的有機聚硅氧烷平均包含至少2 (具體地2-50)，優(yōu)選2-20，和更優(yōu)選
2-10個與硅鍵合的烯基。由式(I)中R表示的烯基優(yōu)選選自2-10個碳原子，更優(yōu)選2-8個碳原子的那些，例如乙烯基、稀丙基、丁烯基、戍烯基、己烯基和庚烯基，最優(yōu)選乙烯基。例如，烯基可以在分子鏈末端和/或側鏈鍵合。
[0034]包含烯基的有機聚硅氧烷還包含除了烯基以外的與硅鍵合的單價烴基，具體地取代或未取代的不含脂族不飽和度的1-10個碳原子的單價烴基。單價烴基R，的實例包括烷基例如甲基、乙基、丙基、丁基、戍基、己基和庚基，芳基例如苯基、甲苯基、二甲苯基和奈基，芳烷基例如芐基和苯乙基，和鹵烷基例如氯甲基、3-氯丙基和3，3，3-三氟丙基。其中，考慮到抗UV性優(yōu)選甲基。
[0035]包含烯基的有機聚硅氧烷可具有任何分子結構，例如包括線型的、部分支化線型的、環(huán)狀的、支化的或三維網(wǎng)狀的結構。優(yōu)選的為基于由二有機硅氧烷單元(D單元)組成的骨架并且在分子鏈的兩端用三有機甲硅烷氧基封端的線型二有機聚硅氧烷，和線型二有機聚硅氧烷和支化或三維網(wǎng)狀有機聚硅氧烷的混合物。
[0036]如本文所使用的，樹脂(支化或三維網(wǎng)狀)有機聚硅氧烷沒有特別地限制，只要其包含含有烯基的M單元和/或D單元，和Si04/2單元(Q單元)和/或R”Si03/2 (T單元)，其中R”為如上所定義的R或R’。實例為由Si04/2單元(Q單元)和M單元例如RR’ 2Si01/2單元和R’ 3Si01/2單元組成的、M/Q的摩爾比為0.6-1.2的樹脂有機聚硅氧烷，和由T單元和M單元和/或D單元組成的樹脂有機聚硅氧烷。
[0037]使用時，優(yōu)選將線型二有機聚硅氧烷和樹脂有機聚硅氧烷以60:40至100:0、更優(yōu)選80:20至100:0的重量比混合。包含多于40wt%的樹脂有機聚硅氧烷的混合物可能具有高粘度并且難以處理。
[0038]在式(I)中，a和b為以下范圍的數(shù):0 < a≤2，0 < b < 3，和0 < a+b≤3，優(yōu)選0.001 ≤ a ≤ 1,0.5 ≤ b ≤ 2.5，和 0.5 ≤ a+b ≤2.7。
[0039]當考慮到得到的組合物處理和加工的容易性和得到的硅橡膠的物理性能時，作為組分(A)的包含烯基的有機聚硅氧烷優(yōu)選具有100-500000mPa ? S，更優(yōu)選400-100000mPa ? s范圍內的粘度。當樹脂有機聚硅氧烷與線型二有機聚硅氧烷組合使用時，將它們混合直至均勻，因為樹脂有機聚硅氧烷在線型有機聚硅氧烷中是可溶的，和“粘度”指的是該均勻混合物的粘度。應指出的是，粘度通過旋轉粘度計測定。
[0040]作為組分(A)的有機聚硅氧烷的實例包括，但不限于，三甲基甲硅烷氧基封端的甲基乙烯基聚硅氧烷，二甲基甲娃烷氧基封端的二甲基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷共聚物，三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷/甲基苯基硅氧烷共聚物，二甲基乙烯基甲娃烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷，二甲基乙烯基甲娃烷氧基封端的甲基乙烯基聚硅氧烷，二甲基乙烯基甲娃烷氧基封端的二甲基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷共聚物，二甲基乙烯基甲娃烷氧基封端的二甲基硅氧烷/甲基乙烯基硅氧烷/甲基苯基娃氧烷共聚物，三乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷，由式A13SiOv2的硅氧烷單元、式:R12R2SiOl72的硅氧烷單元、式A12SiO272的硅氧烷單元和式:Si04/2的硅氧烷單元組成的有機硅氧烷共聚物，由式=R13SiOv2的硅氧烷單元、式=R12R2SiOv2的硅氧烷單元和式:Si04/2的硅氧烷單元組成的有機硅氧烷共聚物，由式=R12R2SiOv2的硅氧烷單元、式=R12SiO272的硅氧烷單元和式:Si04/2的硅氧烷單元組成的有機硅氧烷共聚物，由式A1R2SiC^2的硅氧烷單元、和式=R1SiOv2的硅氧烷單元或式=R2SiOv2的硅氧烷單元組成的有機硅氧烷共聚物，和兩種或更多種上述有機聚硅氧烷的混合物。注意術語“封端的”指的是用提及的基團在分子鏈的兩端封閉硅氧烷，除非另有說明。
[0041]在這些式中，R1為除烯基之外的單價烴基，其實例包括烷基例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基和庚基，芳基例如苯基、甲苯基、二甲苯基和萘基，芳烷基例如芐基和苯乙基，和鹵烷基例如氯甲基、3-氯丙基和3，3，3-三氟丙基。R2是烯基，其實例包括乙烯基、烯丙基、丁烯基、戍烯基、己烯基和庚烯基。
[0042]B)有機氫聚硅氧烷
[0043]組分(B)為每分子包含至少兩個(具體地2至約300個)與硅鍵合的氫原子(即，SiH基團)，優(yōu)選每分子至少3個(具體地3至約150個)，和更優(yōu)選3至約100個SiH基團的有機氫聚硅氧烷。其可具有線型、支化、環(huán)狀或三維網(wǎng)狀的結構。
[0044]典型的有機氫聚硅氧烷具有平均組成式(2):
[0045]HcR3dSiO(4-c-d)/2 (2)
[0046]其中R3各自獨立地為取代的或未取代的不合脂族不飽和度的單價烴基或烷氧基，c和d為以下范圍的數(shù):0 < c < 2,0.8≤d≤2，和0.8 < c+d ≤3，優(yōu)選0.05≤c≤1，
1.5≤d≤2，和1.8≤c+d≤2.7。每分子的硅原子數(shù)(或聚合度)優(yōu)選為2-100，更優(yōu)選3-50。
[0047]在式(2)中，R3的取代的或未取代的、不合脂族不飽和度的、單價烴基的實例如在式(I)中對于R’所示例的。優(yōu)選地，排除芳族基團例如苯基。合適的單價烴基為1-10個碳原子、更優(yōu)選1-7個碳原子的烴基，例如，1-3個碳原子的低級烷基例如甲基，和鹵烷基例如3，3，3_三氟丙基。合適的R3的烷氧基為1-4個碳原子的烷氧基，例如甲氧基和乙氧基。其中，甲基、甲氧基和乙氧基優(yōu)選作為R3。
[0048]有機氫聚硅氧烷的實例包括，但不限于，硅氧烷低聚物例如1，1，3，3_四甲基二硅氧烷，1，3，5，7_四甲基四環(huán)硅氧烷，1，3，5，7，8_五甲基五環(huán)硅氧烷，甲基氫環(huán)聚硅氧烷，甲基氣硅氧烷/二甲基硅氧烷環(huán)狀共聚物，二( 二甲基氣甲娃烷氧基)甲基硅烷；二甲基甲娃烷氧基封端的甲基氫聚硅氧烷，三甲基甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷/甲基氫硅氧烷共聚物，硅烷醇封端的甲基氫聚硅氧烷，硅烷醇封端的二甲基硅氧烷/甲基氫硅氧烷共聚物，二甲基氫甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷，二甲基氫甲硅烷氧基封端的甲基氫聚硅氧烷，二甲基氫甲硅烷氧基封端的二甲基硅氧烷/甲基氫硅氧烷共聚物，包括R32 01) SiOv2單元和Si04/2單元和任選的R33SiCV2單元、R32Si02/2單元、R3(H)Si02/2單元、(H)SiOv2單元、或R3SiO372單元的有機硅樹脂，其中R3為如以上所定義的基團，和其中一些或所有的甲基被其他烷基例如乙基或丙基替代的上述有機氫聚硅氧烷的改性形式。還包括下式的有機氫聚硅氧烷。
[0049]
【權利要求】
1.用于封裝光伏電池的光伏組件用有機硅組合物，所述光伏組件包括:具有太陽光入射的前表面和后表面的所述光伏電池、在該前表面上的前玻璃板和在該后表面上的背板或后玻璃板，所述有機硅組合物包括: (A)100重量份每分子包含至少兩個與硅鍵合的烯基的有機聚硅氧烷，其通過平均組成式⑴表示:
RaR，bSiO(4_a_b)/2 (I) 其中R為烯基，R’為取代或未取代的不含脂族不飽和度的1-10個碳原子的單價烴基，a和b為以下范圍的數(shù):0 < a≤2，0 < b < 3，和0 < a+b≤3， (B)每分子包含至少兩個與硅鍵合的氫原子的有機氫聚硅氧烷，其量使得在組分(B)中與硅鍵合的氫和在組分(A)中與硅鍵合的烯基的摩爾比可以在0.4/1至2.5/1的范圍內，和 (C)催化量的加成反應催化劑， 當固化時，該有機娃組合物具有在40°C和Imm厚度下的至少80g/m2 ?天的水蒸汽滲透率。
2.權利要求1的組合物，其中當固化時，該組合物具有0.1-5.0MPa的彈性模量。
3.光伏組件,包括:具有太陽光入射的前表面和后表面的光伏電池,在該前表面上的前玻璃板和在該后表面上的背板或后玻璃板，和用于封裝該電池的封裝劑，該封裝劑為權利要求I的有機硅組合物。
【文檔編號】C08L83/05GK103525094SQ201310364161
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年4月23日 優(yōu)先權日:2012年4月23日
【發(fā)明者】大和田寬人, 降簱智欣, 伊藤厚雄, 金亨培, 山川直樹, 柳沼篤 申請人:信越化學工業(yè)株式會社