太陽(yáng)能電池封裝劑有機(jī)硅組合物和太陽(yáng)能電池模件的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本非臨時(shí)申請(qǐng)?jiān)?5U.S.C. § 119(a)下要求2014年4月7日在日本提交的專利申 請(qǐng)?zhí)?014-078780的優(yōu)先權(quán)，將其全部?jī)?nèi)容通過引用引入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及包括通過有機(jī)硅封裝劑插入在剛性或撓性前面面板與背面面板之間 的太陽(yáng)能電池基體的太陽(yáng)能電池模件和有機(jī)硅封裝劑組合物。
【背景技術(shù)】
[0004] 目前對(duì)于作為能夠利用太陽(yáng)光的能源的太陽(yáng)能電池的關(guān)注日益增加。太陽(yáng)能電池 的光伏部件一般由半導(dǎo)體、典型地是硅組成。多個(gè)太陽(yáng)能電池電連接以成太陽(yáng)能電池基體。 通過稱作封裝劑的熱塑性樹脂將太陽(yáng)能電池基體插入在通常為玻璃板的受光面板與稱作 背板（backsheet)的背面撓性膜之間，并且通過層壓機(jī)聯(lián)結(jié)在一起，得到稱作太陽(yáng)能電池 模件的一體結(jié)構(gòu)。
[0005] 通過用封裝劑覆蓋太陽(yáng)光入射的太陽(yáng)能電池的前面或背面，保護(hù)太陽(yáng)能電池模件 以避免外部環(huán)境包括例如雨、風(fēng)、雪和灰塵。作為封裝劑，經(jīng)常使用作為熱塑性樹脂的乙 烯-醋酸乙烯酯（EVA)共聚物，因?yàn)榈统杀静⑶疫€因?yàn)槠淇梢云瑺畹玫?，易于處理。由太?yáng) 能電池基體制造太陽(yáng)能電池模件的方法一般通過將受光面?zhèn)炔Ａ?EVA片材/太陽(yáng)能電池 基體/EVA片材/背表面面板（背板）的層疊體放入真空層壓機(jī)、抽真空并在大氣壓下在 130-150 °C壓15-30分鐘進(jìn)行。
[0006] 然而，使用EVA作為封裝劑時(shí)，要指出的是，特別地在熱濕環(huán)境下逐漸生成乙酸。 所生成的乙酸導(dǎo)致對(duì)太陽(yáng)能電池的電極腐蝕，從而不期望地引起發(fā)電能力降低。由于對(duì)太 陽(yáng)能電池期望暢通長(zhǎng)期使用壽命為20年以上，所以從確保的觀點(diǎn)出發(fā)，隨時(shí)間劣化的問題 必須迅速地解決。
[0007] 除上述問題外，EVA還存在低的耐UV性的問題。在長(zhǎng)期戶外暴露時(shí)，其發(fā)生變色 且成為黃色或褐色，從而降低了其美觀的外觀。
[0008] 期望用封裝劑材料替代EVA封裝劑，所述封裝劑材料即使在長(zhǎng)期保持在熱濕環(huán)境 中時(shí)也不生成酸且在長(zhǎng)期UV暴露時(shí)耐變色。不存在上述問題的封裝劑材料之一是有機(jī)硅。 具體地，在少有乙酸生成的有機(jī)硅用作封裝劑時(shí)，電極腐蝕最小，且黃色或棕色變色問題得 以解決。例如，非專利文獻(xiàn)1報(bào)道了當(dāng)在戶外暴露29年之后再評(píng)價(jià)有機(jī)硅密封的太陽(yáng)能電 池模件時(shí)，發(fā)現(xiàn)通過最大功率僅降低-0. 22% /年所證實(shí)，其高度可靠。
[0009] 已經(jīng)研宄了各種封裝方法以生產(chǎn)有機(jī)硅密封的太陽(yáng)能電池模件。專利文獻(xiàn)1描述 了利用多軸機(jī)器人將太陽(yáng)能電池基體放置在涂覆于基板上的液體有機(jī)硅材料之上或之中， 然后固化有機(jī)硅材料，由此實(shí)現(xiàn)沒有裹挾氣泡的封裝。此外，專利文獻(xiàn)2中提出了使用稱 作電池壓機(jī)的可移動(dòng)的板，在真空中將太陽(yáng)能電池基體放置在固化或半固化的有機(jī)硅材料 上，由此實(shí)現(xiàn)沒有裹挾氣泡地封裝。專利文獻(xiàn)3公開將有機(jī)硅封裝劑、太陽(yáng)能電池基體和液 體有機(jī)硅封裝劑放置在玻璃基板上，最后在其上放置背面保護(hù)基材以構(gòu)建預(yù)層疊體，并且 在室溫在真空下壓制和結(jié)合預(yù)層疊體以建立密封。
[0010] 對(duì)于涂覆或封裝（potting)中使用的有機(jī)硅封裝劑，全面地研宄了用于模件制造 的固化前的最佳粘度，而非固化后的彈性模量。在戶外環(huán)境中安裝太陽(yáng)能電池模件的條件 下，其部件在伴隨太陽(yáng)能電池自身的發(fā)電生成熱以及季節(jié)和每日熱循環(huán)時(shí)經(jīng)歷反復(fù)性的熱 膨脹/收縮。如果封裝劑的物理強(qiáng)度和結(jié)合強(qiáng)度低，則組件隨溫度變化的尺寸改變不受抑 制，且熱疲勞進(jìn)一步增加。其中，典型地將用作集電極的指狀電極設(shè)計(jì)成0. 05-0. 2mm寬度 以確保太陽(yáng)能電池上的受光面積。這樣的細(xì)電極在鄰接連接件的熱膨脹/收縮的影響下可 能破裂。如果指狀電極破裂，則不足的電流采集區(qū)域出現(xiàn)在太陽(yáng)能電池上，導(dǎo)致功率損失。 目前的問題之一在于使具有為高效率設(shè)計(jì)的細(xì)指狀電極的太陽(yáng)能電池模件完全地耐受熱 循環(huán)時(shí)反復(fù)的熱負(fù)荷。
[0011] 引用f獻(xiàn)列表
[0012] 專利文獻(xiàn) I: JP-A 2007-527109 (W0 2005/006451)
[0013] 專利文獻(xiàn) 2: JP-A 2011-514680 (W0 2009/114189)
[0014] 專利文獻(xiàn) 3: WO 2009/091068
[0015] 非專利文獻(xiàn) I: Ito, Owada, Furihata, Kim, Yamakawa, Yaginuma, Imataki, Watana be,和Sakamoto, Preprints of 9th Symposium of Next Generation Solar Photovoltaic System, 2012，第 54 頁(yè)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的在于提供太陽(yáng)能電池封裝劑有機(jī)硅組合物和太陽(yáng)能電池模件，其適 合于基本上防止太陽(yáng)能電池上的指狀電極因溫度變化而破損，且由此是完全可靠的。
[0017] 發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，固化成在_40°C -85°C溫度范圍內(nèi)具有l(wèi)_300MPa的儲(chǔ)能彈性模 量的產(chǎn)物的有機(jī)硅封裝劑組合物在戶外老化環(huán)境中有效地防止太陽(yáng)能電池上的指狀電極 因太陽(yáng)能電池模件的溫度變化而破損。
[0018] 涉及太陽(yáng)能電池模件，其包括：具有剛性或撓性的受光面面板和背表面面板；包 含多個(gè)插入在所述面板之間的太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能電池基體；和用于封裝太陽(yáng)能電池基體 的有機(jī)硅封裝劑層，本發(fā)明提供了用于形成有機(jī)硅封裝劑層的有機(jī)硅封裝劑組合物，所述 有機(jī)硅封裝劑在-40°c~85°C溫度范圍內(nèi)具有l(wèi)-300MPa的儲(chǔ)能彈性模量。
[0019] 典型地，定義有機(jī)硅封裝劑組合物包含：
[0020] (A) 100重量份的由平均組成式⑴表示并且具有至少100的聚合度的有機(jī)聚硅氧 燒：
[0021] R1aSiO(嫌 (I)
[0022] 其中R1各自獨(dú)立地是取代或未取代的一價(jià)烴基，并且a是1. 95-2. 05的正數(shù)，
[0023] (B) 30-90重量份的補(bǔ)強(qiáng)性二氧化娃，其具有至少50m2/g的比表面積；
[0024] (C)將成分（A)固化的有效量的固化劑；和
[0025] (D)O-IO重量份的增粘劑。
[0026] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，相對(duì)于每100重量份的成分（A)，存在至少0. 01重量份的成 分（D)，并且成分（D)為包含烷氧基、環(huán)氧基和（甲基）丙烯?；鶊F(tuán)中的至少一個(gè)的化合 物。
[0027] 最通常地，優(yōu)選地通過壓延或擠出成型將所述有機(jī)硅封裝劑組合物成形為具有 0. 3-2. 5mm厚度的片材。
[0028] 在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供用于制造太陽(yáng)能電池模件的方法，包括下列步驟：依次 層疊受光面面板、有機(jī)硅封裝劑組合物、太陽(yáng)能電池基體、有機(jī)硅封裝劑組合物和背表面面 板；并且使用真空層壓機(jī)在真空中對(duì)層疊體加熱和加壓。
[0029] 本文還考慮通過所述方法制造的太陽(yáng)能電池模件。
[0030] 本發(fā)_的有益效果
[0031 ] 本發(fā)明的有機(jī)硅封裝劑組合物有效地抑制太陽(yáng)能電池模件中的組件因溫度變化 導(dǎo)致的熱膨脹/收縮，并且由此防止太陽(yáng)能電池上的指狀電極因熱負(fù)荷而破裂。得到的太 陽(yáng)能電池模件是完全可靠的
[0032] 附圖簡(jiǎn)沐
[0033] 圖1是太陽(yáng)能電池的平面示意圖。
[0034] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)硅封裝的模件的橫截面視圖。
[0035] 圖3示出實(shí)施例1-3和對(duì)比實(shí)施例1、2的材料的儲(chǔ)能彈性模量與溫度關(guān)系的示意 圖。
[0036] 優(yōu)詵實(shí)施方案的描沐
[0037] 將本發(fā)明的有機(jī)硅封裝劑組合物熱固化成有機(jī)硅封裝劑層，其在-40°C~85°C溫 度范圍內(nèi)具有l(wèi)_300MPa、優(yōu)選I-IOOMPa的儲(chǔ)能彈性模量。如果儲(chǔ)能彈性模量低于IMPa， 則該層難以抑制連接件隨溫度變化的熱膨脹/收縮，并且使得太陽(yáng)能電池上的指狀電極破 損。如果儲(chǔ)能彈性模量超過300MPa，則封裝劑自身的熱膨脹/收縮給太陽(yáng)能電池沿表面 方向上施加顯著的應(yīng)力，存在在太陽(yáng)能電池中產(chǎn)生裂紋的可能性。此外，具有超過300MPa 的儲(chǔ)能彈性模量的封裝劑層因?qū)υ谂c玻璃基板界面施加的高應(yīng)力而變脆、難以處理和易剝 離。
[0038] 能夠滿足期望的儲(chǔ)能彈性模量的有機(jī)硅封裝劑組合物包含如下成分（A)、（B)和 (C)作為必要成分和任選的且優(yōu)選的成分（D):
[0039] (A)由平均組成式（I)表示的并且具有至少100的聚合度的有機(jī)聚硅氧烷：
[0040] R1aSiOi4^72 (I)
[0041] 其中R1各自獨(dú)立地是取代或未取代的一價(jià)烴基，并且a是1. 95-2. 05的正數(shù)；
[0042] (B)具有至少50m2/g的比表面積的補(bǔ)強(qiáng)性二氧化硅；
[0043] (C)固化劑；和
[0044] (D)增粘劑。
[0045] 成分（A)是由平均組成式（I)表示和具有至少100的聚合度的有機(jī)聚硅氧烷。
[0046] R1aSiOi4^72 (I)
[0047] 此處