專利名稱：具有熱塑性熱熔融體粘合劑層的光電組件和其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有特殊熱塑性粘合劑層的光電組件和它們的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
光電組件或太陽(yáng)能組件(solar modules)被理解為系指從光，特別是從太陽(yáng)光直接產(chǎn)生電流的光電結(jié)構(gòu)元件。產(chǎn)生太陽(yáng)能電流的關(guān)鍵性成本效率因素，是所用太陽(yáng)能電池的效率、太陽(yáng)能組件的生產(chǎn)成本、和壽命。
按照常規(guī)，太陽(yáng)能組件包含玻璃復(fù)合材料、太陽(yáng)能電池電路、嵌入材料、和背面結(jié)構(gòu)。太陽(yáng)能組件的各層必須具有下列功能采用前置玻璃(頂層)保護(hù)不受機(jī)械和風(fēng)化的影響。為了保持在光譜350nm-1，150nm范圍的吸收損失，必須具有非常高的透明度，因此，通常產(chǎn)生電流采用的硅太陽(yáng)能電池的效率損失盡可能低。通常采用硬化的低鐵燧石玻璃(3或4mm厚)，它在上述光譜范圍的透射率為90-92％。
采用嵌入材料(通常采用EVA(乙烯/乙酸乙烯酯)膜)粘合組件的復(fù)合材料。在約150℃的層壓操作中，EVA熔融體因此也流入太陽(yáng)能電池的間隙中，將太陽(yáng)能電池焊接，或采用導(dǎo)電的粘合劑將太陽(yáng)能電池相互連接，在此過(guò)程中，EVA發(fā)生熱交聯(lián)。在真空中和在機(jī)械壓力下進(jìn)行層壓，能防止氣泡的生成，氣泡會(huì)產(chǎn)生折射損失。
組件的背面保護(hù)太陽(yáng)能電池和嵌入材料不受潮濕和氧化。在組裝太陽(yáng)能組件的過(guò)程中，也利用背面作為防止劃痕等的機(jī)械保護(hù)和起絕緣作用。雖然背面的結(jié)構(gòu)也可以由玻璃制造，但通常采用復(fù)合膜。在復(fù)合膜中基本上采用PVF(聚氟乙烯)-PET(聚對(duì)苯二酸乙二酯)-PVF或PVF-鋁-PVF方案。
在太陽(yáng)能組件結(jié)構(gòu)中(組件的正面和背面)采用的所謂封裝材料，特別是對(duì)水蒸氣和氧必須具有優(yōu)良的阻擋性能。使太陽(yáng)能電池本身不受水蒸氣或氧的侵蝕，但會(huì)發(fā)生金屬接點(diǎn)的腐蝕和EVA嵌入材料的化學(xué)降解。太陽(yáng)能電池接點(diǎn)的損壞，會(huì)造成組件完全失效，因?yàn)榻M件中的所有太陽(yáng)能電池通常是以串聯(lián)電連接。EVA降解本身能使組件變黃并使輸出相應(yīng)的下降，這是由于吸收光和肉眼可見(jiàn)的變質(zhì)造成的。目前在所有的組件中，約80％是用一種在背面上的所述復(fù)合膜封裝的，就正面和背面而言，約15％的太陽(yáng)能組件采用玻璃。在后一種情況下，在某些情況下采用透明度高但只能緩慢固化的澆注樹脂，代替EVA作為嵌入材料。
為了達(dá)到目前有競(jìng)爭(zhēng)力的太陽(yáng)能電流生產(chǎn)成本，盡管投資費(fèi)用較高，但太陽(yáng)能組件必須達(dá)到長(zhǎng)的操作時(shí)間。因此，今天的太陽(yáng)能組件的設(shè)計(jì)壽命為20-30年。除了對(duì)風(fēng)化的高度穩(wěn)定性以外，對(duì)組件的溫度穩(wěn)定性也提出了高要求，在操作過(guò)程中，組件的溫度可以在全日照的+80℃和冰點(diǎn)以下的溫度(在夜晚)之間周期地變化。因此太陽(yáng)能組件需經(jīng)過(guò)大量的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)(根據(jù)IEC 61215的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn))，其中包括風(fēng)化實(shí)驗(yàn)(UV輻射、濕熱、和溫度變化)，還包括冰雹撞擊實(shí)驗(yàn)，以及關(guān)于電絕緣性能的實(shí)驗(yàn)。
光電組件生產(chǎn)成本中較高的比例，占總成本的30％，用于組件的結(jié)構(gòu)。組件生產(chǎn)中的這一高比例，是由于材料成本高(3-4mm厚防冰雹的前玻璃，背面的復(fù)合膜)和加工時(shí)間長(zhǎng)，即生產(chǎn)效率低造成的。上述組件的各層復(fù)合材料，還需組裝和用手工調(diào)整。此外，EVA熱熔融體粘合劑的熔融和相當(dāng)緩慢的交聯(lián)和組件復(fù)合材料在約150℃下在真空中的層壓，使每個(gè)組件都需要20-30分鐘的加工時(shí)間。
由于前面的玻璃板較厚(3-4mm)，而且常規(guī)太陽(yáng)能組件很重，這又需要穩(wěn)定和昂貴的固定機(jī)構(gòu)。在今天的太陽(yáng)能組件的情況下，熱量的排除尚未能令人滿意地解決。在全日照的情況下，組件加熱到80℃，這使太陽(yáng)能電池的效率發(fā)生與溫度有關(guān)的降低，因此，最終又增加了太陽(yáng)能電流的成本。
采用比較廉價(jià)的生產(chǎn)方法降低組件生產(chǎn)成本的各種方案迄今為止尚未被認(rèn)可。專利申請(qǐng)WO 94/22 172敘述了采用輥式層壓機(jī)，代替迄今使用的板式真空層壓機(jī)(真空熱扎機(jī))，所采用的塑料膜，只在有限的范圍內(nèi)適合封裝太陽(yáng)能組件。所述的膜耐撞擊性不夠，對(duì)風(fēng)化的穩(wěn)定性也不夠，為了對(duì)非常易碎的太陽(yáng)能電池提供有效的機(jī)械保護(hù)，粘合劑層的撓性也不夠。
專利申請(qǐng)JP-A 09-312410和JP-A 09-312408敘述了應(yīng)用熱塑性聚氨酯或彈性體作為太陽(yáng)能組件的粘合劑層。設(shè)計(jì)太陽(yáng)能汽車的太陽(yáng)能組件，必須防止太陽(yáng)能電池受機(jī)械振動(dòng)。這是采用極其柔軟的TPUs實(shí)現(xiàn)的，TPUs比EVA柔軟得多。粘合是借助真空進(jìn)行的。正如上面已經(jīng)敘述的，粘合需要長(zhǎng)的加工時(shí)間。此外，從組件尺寸2m2開始就不能再采用真空層壓機(jī)了，因?yàn)闅馀菰谶吘壣系倪x出路徑太長(zhǎng)，使它們?cè)诔Ｒ?guī)的加工時(shí)間內(nèi)不能逸出，而被“凍結(jié)”在粘合劑中。這造成由于折射引起的損失。在JP-A 09-312410中所述的熱塑性聚氨酯，在真空容器內(nèi)的加熱過(guò)程中確實(shí)變軟，但它們還不足以成為充滿太陽(yáng)能電池之間間隙的液體。因而制成不能使用的太陽(yáng)能電池。
專利申請(qǐng)WO 99/52153和WO 99/52154稱，應(yīng)用聚碳酸酯層和氟聚合物層的復(fù)合膜或復(fù)合體封裝太陽(yáng)能組件。這些申請(qǐng)采用只能緩慢加工的EVA熱熔體粘合劑進(jìn)行粘合。
專利申請(qǐng)DE-A 3 013 037敘述了在正面和背面上具有PC片材的對(duì)稱結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能組件，該太陽(yáng)能電池嵌入層(粘合劑層)的特征在于，最大E模量為1,000MPa，它太硬了使在熱膨脹過(guò)程中會(huì)撕裂易碎的太陽(yáng)能電池。
作為熱熔融體粘合劑的EVA必須在約150℃熔融；然后EVA成為水一樣的液體。如果現(xiàn)在組件的結(jié)構(gòu)很重，在這種情況下，在層壓過(guò)程中EVA被擠壓到側(cè)面，因此粘合劑層的有效厚度下降。在約150℃開始交聯(lián)過(guò)程，需要15-30分鐘。由于這個(gè)過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，EVA只能用真空層壓機(jī)間斷地加工。EVA的加工窗口(依賴時(shí)間的加壓加溫過(guò)程)非常窄。此外，在UV的輻射下EVA變黃，考慮到UV輻射，例如需在EVA上面的玻璃板中摻雜鈰作為UV的吸收劑[F.J.Pern，S.H.Glick，太陽(yáng)能材料和太陽(yáng)能電池，61(2000)，153-188頁(yè)]。
塑料具有比硅(2·10-6K-1)或玻璃(4·10-6K-1)明顯較高的熱膨脹系數(shù)(50-150·10-6K-1)。因此如果太陽(yáng)能電池采用塑料而不用玻璃封裝，就必須采用撓性適宜的粘合劑層，防止硅太陽(yáng)能電池與塑料的機(jī)械分離。然而，為了使整個(gè)太陽(yáng)能組件復(fù)合材料仍然具有足夠的機(jī)械扭變穩(wěn)定性，粘合劑層的撓性也不應(yīng)該太大。EVA解決了硅和塑料擴(kuò)散系數(shù)不同以及扭變穩(wěn)定性不夠的問(wèn)題。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一些光電組件，這些組件的特征在于，能夠采用又快又便宜的方法生產(chǎn)它們，而且重量輕。
可以采用根據(jù)本發(fā)明的光電組件實(shí)現(xiàn)這一目的。
本發(fā)明提供結(jié)構(gòu)如下的光電組件A)至少一層在面向能源的正面上的玻璃的或耐沖擊、UV穩(wěn)定、風(fēng)化穩(wěn)定的透明塑料的面層，該層的水蒸氣滲透率低，B)至少一層在背向能源的背面上的玻璃的或風(fēng)化穩(wěn)定的塑料面層，該層的水蒸氣滲透率低，C)至少一層在A)和B)之間的塑料粘合劑層，其中嵌入至少一個(gè)或多個(gè)互相電路連接的太陽(yáng)能電池，其中在C)中的塑料粘合劑層包括脂肪族熱塑性聚氨酯，硬度為肖氏A級(jí)75-肖氏D級(jí)70，優(yōu)選肖氏A級(jí)92-肖氏D級(jí)70，在E’-模量2MPa下，軟化溫度T軟化為90-150℃(根據(jù)DMS-方法測(cè)定)，脂肪族熱塑性聚氨酯是下列材料的反應(yīng)產(chǎn)物脂肪族二異氰酸酯；至少一種Zerewitinoff-活性的多元醇，其中具有平均至少1.8-不大于3.0個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子、數(shù)均分子量為600-10,000g/mol；和至少一種作為鏈增長(zhǎng)劑的Zerewitinoff-活性的多元醇，其中具有平均至少1.8-不大于3個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子、數(shù)均分子量為60-500g/mol；脂肪族二異氰酸酯的NCO基團(tuán)與鏈增長(zhǎng)劑和多元醇OH基團(tuán)的摩爾比例為0.85-1.2。
附圖簡(jiǎn)述

圖1示出具有蓋片和背面膜的根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能組件。
圖2示出具有蓋膜和背面片的根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能組件。
圖3示出生產(chǎn)片材和粘合劑膜的復(fù)合材料的示意圖。
圖4示出采用輥式層壓機(jī)生產(chǎn)太陽(yáng)能組件的示意圖。
圖5示出采用輥式層壓機(jī)生產(chǎn)連續(xù)組件的示意圖。
圖6示出將連續(xù)組件分割成標(biāo)準(zhǔn)組件的示意圖。
圖7示出具有膜折合處的可折疊太陽(yáng)能組件的示意圖。
圖8示出以導(dǎo)電粘合劑電連接的太陽(yáng)能組件的示意圖。
發(fā)明詳述本發(fā)明提供具有如下結(jié)構(gòu)的光電組件A)至少一層在面向能源的正面上的玻璃的或耐沖擊、UV穩(wěn)定、風(fēng)化穩(wěn)定的透明塑料的面層，該層的水蒸氣滲透率低，B)至少一層在背向能源的背面上的玻璃的或風(fēng)化穩(wěn)定的塑料面層，該層的水蒸氣滲透率低，C)至少一層在A)和B)之間的塑料粘合劑層，其中嵌入至少一個(gè)或多個(gè)互相電路連接的太陽(yáng)能電池，其中在C)中的塑料粘合劑層包括脂肪族熱塑性聚氨酯，硬度為肖氏A級(jí)75-肖氏D級(jí)70，優(yōu)選肖氏A級(jí)92-肖氏D級(jí)70，在E’-模量2MPa下，軟化溫度T軟化為90-150℃(根據(jù)DMS-方法測(cè)定)，脂肪族熱塑性聚氨酯是下列材料的反應(yīng)產(chǎn)物脂肪族二異氰酸酯；至少一種Zerewitinoff-活性的多元醇，其中具有平均至少1.8-不大于3.0個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子、數(shù)均分子量為600-10,000g/mol；和至少一種作為鏈增長(zhǎng)劑的Zerewitinoff-活性的多元醇，其中具有平均至少1.8-不大于3個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子、數(shù)均分子量為60-500g/mol；脂肪族二異氰酸酯的NCO基團(tuán)與鏈增長(zhǎng)劑和多元醇OH基團(tuán)的摩爾比例為0.85-1.2，優(yōu)選0.9-1.1。
動(dòng)態(tài)-機(jī)械分析(DMS-方法)從注塑成型的片材上沖壓一些矩形的片材(30mm×10mm×1mm)。使這些試片在不變的預(yù)加載荷下(任選取決于儲(chǔ)存的組件)，定期地經(jīng)受非常小的變形并以溫度和激勵(lì)頻率為函數(shù)，測(cè)定作用在夾具上的力。
外加的預(yù)加載荷用來(lái)保持在變形幅度為負(fù)值的時(shí)間點(diǎn)上，試樣仍被適當(dāng)?shù)乩o。
測(cè)定軟化點(diǎn)溫度T軟化，作為在E′＝2MPa下的耐熱特征溫度。
在1Hz下，在溫度-150-200℃的范圍內(nèi)，采用Seiko生產(chǎn)的SeikoDMS 210型儀器進(jìn)行DMS測(cè)定，加熱速度為2℃/min。
面層A)優(yōu)選包括片或一層或多層膜。
層B)優(yōu)選包括片或一層或多層膜。
面層A)優(yōu)選是以條存在的膜或片材，這些條配置在所謂的太陽(yáng)能電池串列上。
優(yōu)選將嵌入在塑料C)粘合劑層中的太陽(yáng)能電池排列成太陽(yáng)能電池串列。
為了使太陽(yáng)能電池產(chǎn)生最高可能的電壓，優(yōu)選將太陽(yáng)能電池串列串聯(lián)焊接，或借助導(dǎo)電的粘合劑層將其相互串聯(lián)連接。
當(dāng)采用導(dǎo)電的粘合劑時(shí)，以所謂粘合劑焊珠(20)的形式，優(yōu)選將這些粘合劑直接放在塑料粘合劑層的里面(102，111)[“Kleben，Grundlagen-Technologie-Anwendungen(粘合劑，基礎(chǔ)-工藝-應(yīng)用)，Handbuch Münchener Ausbildungsseminar”(慕尼黑教育講座手冊(cè))，Axel Springer出版社，柏林，海得堡1997]，采用這種方法，它們?cè)趯訅哼^(guò)程中能直接落在太陽(yáng)能電池(24)的相應(yīng)接點(diǎn)上，并具有重疊區(qū)(21)，使太陽(yáng)能電池串聯(lián)(參見(jiàn)圖8)。因此，可以省去層壓之前的焊接，使電路連接和封裝在一個(gè)步驟中完成。
優(yōu)選在面層A)和塑料C)粘合劑層中的太陽(yáng)能電池之間，還存在一層厚度＜500μm的玻璃膜。
根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能組件，優(yōu)選包括在正面上的透明蓋層(1，5)，封閉太陽(yáng)能電池(4)的粘合劑層(2)，和背面(3，6)，背面可以是不透明的或透明的(見(jiàn)圖1和圖2)。蓋層應(yīng)具有下列性能在350nm-1，150nm內(nèi)透明度高、沖擊強(qiáng)度高、對(duì)UV和風(fēng)化穩(wěn)定、以及水蒸氣滲透率低。蓋層(1，5)可由下列材料制造玻璃、聚碳酸酯、聚酯、聚氯乙烯、含氟的聚合物、熱塑性聚氨酯、或任何所需的這些材料的組合。蓋層(1，5)可以制成片、膜、或復(fù)合膜。背面(3，6)應(yīng)對(duì)風(fēng)化穩(wěn)定，而且水蒸汽滲透率低和電阻高。除了對(duì)用于正面所提到的材料以外，后面還可以由對(duì)風(fēng)化穩(wěn)定的聚酰胺、ABS、或其它塑料制造，或由在里面提供電絕緣層的金屬片或金屬箔制造。背面(3，6)可以制成片、膜、或復(fù)合膜。
粘合劑層(2)應(yīng)具有下列性質(zhì)在350nm-1,150nm內(nèi)透射率高，對(duì)太陽(yáng)能電池背面的硅、鋁接點(diǎn)、鍍錫的前面接點(diǎn)、太陽(yáng)能電池的防折射層、蓋層材料和背面材料具有優(yōu)良的粘合作用。粘合劑層可以包括一層或多層粘合劑膜，可以將粘合劑膜層壓在蓋層和/或背面上。
粘合劑膜(2)應(yīng)是撓性的，以便補(bǔ)償由于塑料和硅熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的應(yīng)力。粘合劑膜(2)的E模量應(yīng)為＞1MPa至＜200MPa，優(yōu)選＞10MPa至＜140MPa，熔點(diǎn)低于連接太陽(yáng)能電池的焊劑的熔融溫度，焊劑的熔融溫度一般為180-220℃，或低于導(dǎo)電粘合劑的Vicat軟化點(diǎn)(熱穩(wěn)定性)，Vicat軟化點(diǎn)一般高于220℃。此外，粘合劑膜還應(yīng)該電阻高，吸水率低、耐UV輻射和熱氧化的性能好、在化學(xué)上是惰性的、和在未交聯(lián)的情況下容易處理。
在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，蓋層和背面包括塑料膜或塑料片。蓋層和背面的總厚度為至少2mm，優(yōu)選至少3mm。因此太陽(yáng)能電池足以免受機(jī)械影響。粘合包括至少一層熱塑性聚氨酯粘合劑膜，其總厚度為300-1,000μm。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案是一種太陽(yáng)能組件，其中蓋層和背面包含一些厚度＜1mm的上述材料，復(fù)合材料被固定在適宜的金屬或塑料支持物上，該支持物使整個(gè)系統(tǒng)具有必要的剛性。塑料的支持物優(yōu)選玻璃纖維加強(qiáng)的塑料。
本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案是一個(gè)太陽(yáng)能組件，其中覆蓋層包括一層厚度＜1mm的上述材料，后側(cè)包括多層的塑料片材，以增加剛性并明顯地減輕重量。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，蓋層(103)和/或背面(113)包括一些條狀的膜和片材，它們具有太陽(yáng)能電池串列的準(zhǔn)確尺寸。按幾毫米-幾厘米的間隔，將這些條固定在粘合劑膜(102或111)上，使在各電池串(見(jiàn)圖7)之間，存在只有粘合劑膜，而沒(méi)有覆蓋層或背面的區(qū)域，該區(qū)可以用作例如膜的折合處(131)。這種太陽(yáng)能組件可以是折疊的和/或卷起來(lái)的，例如使其容易輸送。這種太陽(yáng)能組件，更優(yōu)選由重量輕的塑料構(gòu)成，使其能在宿營(yíng)區(qū)域、戶外區(qū)域、或在如移動(dòng)電話、膝上計(jì)算機(jī)等其它可移動(dòng)的應(yīng)用中得到應(yīng)用。
本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的光電組件的方法，其特征在于采用板式真空層壓機(jī)(真空熱扎機(jī))或輥式層壓機(jī)生產(chǎn)光電組件。
層壓過(guò)程的溫度優(yōu)選至少20℃，至多比所采用的熱塑性聚氨酯的軟化溫度T軟化高40℃。
優(yōu)選將包括蓋片或蓋膜和塑料粘合劑膜的復(fù)合材料、太陽(yáng)能電池串列、包括背面的膜或片和塑料粘合劑膜的復(fù)合材料，加到輥式層壓機(jī)上，經(jīng)其壓制和粘合制成太陽(yáng)能組件。
輥式層壓機(jī)包括至少二個(gè)按相反方向運(yùn)行的輥，這二個(gè)輥以規(guī)定的速度旋轉(zhuǎn)，在規(guī)定的溫度下以規(guī)定的壓力相對(duì)地壓制各種材料的復(fù)合物。
在這種方法的優(yōu)選實(shí)施方案中，片或膜(101)與粘合劑膜(102)的層壓是在第一步中采用輥式層壓機(jī)(12)進(jìn)行的。這種輥式層壓機(jī)可以直接設(shè)在擠出膜的擠出機(jī)的下游。隨后將下列復(fù)合材料/層以一個(gè)放在另一個(gè)的上面地加到第二步中的輥式層壓機(jī)(12)中覆蓋層(101)與粘合劑膜(102)的復(fù)合材料；太陽(yáng)能電池串列(4)；背面(112)與粘合劑膜(111)的復(fù)合材料(見(jiàn)圖4)。在每一種情況下，都將本發(fā)明的粘合劑膜層壓或共擠壓到蓋層或背面的里面。就蓋層或背面而言，在厚度＞1mm時(shí)，就不能再利用輥式層壓機(jī)的輥將其加熱，因?yàn)閷?dǎo)熱性差。在這種情況下，為了將片預(yù)熱到相應(yīng)的溫度，則需要采用輻射加熱或其它形式的預(yù)熱。輥式層壓機(jī)的溫度應(yīng)該足夠高，以使粘合劑膜充滿各個(gè)太陽(yáng)能電池/太陽(yáng)能電池串列之間的所有間隙，將它們互相焊接在一起，而沒(méi)有太陽(yáng)能電池破裂。
采用這種方法，可以在成品組件中不出現(xiàn)氣泡的情況下生產(chǎn)任何所需尺寸的太陽(yáng)能組件，氣泡會(huì)對(duì)組件的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。
采用輥式層壓機(jī)加工膜的加料速度，優(yōu)選0.1m/min-3m/min，更優(yōu)選0.2m/min-1m/min。
在這種方法的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，以連續(xù)太陽(yáng)能組件的形式生產(chǎn)太陽(yáng)能組件，即在連續(xù)的過(guò)程中(見(jiàn)圖5)，采用輥式層壓機(jī)(12)，將蓋層(10)、背面(11)、和太陽(yáng)能電池串列(14)互相粘合在一起。在這種方法中，將焊接或用粘合劑連接的太陽(yáng)能電池串列以與層壓方向成直角地放在背面膜上。隨后在這些電池串列到達(dá)輥之前，它們?cè)谧?、右兩?cè)分別與前、后的電池串列焊上，或采用專家熟知的方法使用導(dǎo)電的粘合劑層將它們相互連接(15)?？梢赃@樣生產(chǎn)任何所需長(zhǎng)度的組件。在組件層壓以后，可將其分割成各種長(zhǎng)度，寬度總是相應(yīng)于電池串列的長(zhǎng)度(17)，長(zhǎng)度則相應(yīng)于多倍電池串列的寬度(18)。采用切割裝置沿線(16)切割組件(見(jiàn)圖6)。
可以采用的脂肪族二異氰酸酯(A)是脂肪族和脂環(huán)族的二異氰酸酯或這些二異氰酸酯的混合物(參見(jiàn)HOUBEN-WEYL的“有機(jī)化學(xué)方法”卷20E“大分子物質(zhì)”，Georg Thieme出版社，斯圖加特，紐約，1987，1587-1593頁(yè)，或Justus Liebigs Annalen der Chemie，562，75-136頁(yè))。
通過(guò)實(shí)例可具體列舉的是脂肪族二異氰酸酯，例如二異氰酸亞乙酯、1，4-四亞甲基二異氰酸酯、1，6-六亞甲基二異氰酸酯、和1，12-十二烷二異氰酸酯；脂環(huán)族二異氰酸酯，例如異佛爾酮二異氰酸酯、1，4-環(huán)己烷二異氰酸酯、1-甲基-2，4-環(huán)己烷-二異氰酸酯、和1-甲基-2，6-環(huán)己烷-二異氰酸酯、和相應(yīng)的異構(gòu)體混合物、4，4′-二環(huán)己基甲烷-二異氰酸酯、2，4′-二環(huán)己基甲烷-二異氰酸酯、2，2′-二環(huán)己基甲烷-二異氰酸酯、和相應(yīng)的異構(gòu)體混合物。優(yōu)選采用1，6-六亞甲基-二異氰酸酯、1，4-環(huán)己烷-二異氰酸酯、異佛爾酮-二異氰酸酯、和二環(huán)己基甲烷-二異氰酸酯、和它們的異構(gòu)體混合物。所列舉的二異氰酸酯可以單獨(dú)使用，或以相互混合物的形式使用。它們也可以與高達(dá)15mol％(以對(duì)總二異氰酸酯計(jì)算)的聚異氰酸酯一起使用，但聚異氰酸酯的最大加入量也應(yīng)使形成的產(chǎn)品仍能以熱塑性塑料形式加工。
根據(jù)本發(fā)明采用的Zerewitinoff-活性的多元醇(B)，是具有平均至少1.8-不大于3.0個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子的多元醇，其數(shù)均分子量Mn為600-10,000，優(yōu)選600-6,000。
除了包含氨基、硫醇基或羧基的化合物以外，這些多元醇還包括，特別是含2-3個(gè)，優(yōu)選2個(gè)羥基的化合物，特別是具有數(shù)均分子量Mn為600-10,000，更優(yōu)選數(shù)均分子量Mn為600-6,000的化合物；例如包含羥基的聚酯、聚醚、聚碳酸酯、和聚酯-酰胺。
可以使亞烷基中具有2-4個(gè)碳原子的一種或多種烯化氧與包含結(jié)合了二個(gè)鍵合的活性氫原子的引發(fā)劑分子反應(yīng)來(lái)制備適宜的聚醚多元醇?？梢粤信e的烯化氧是，例如環(huán)氧乙烷、1，2-環(huán)氧丙烷、表氯醇、1，2-環(huán)氧丁烷、和2，3-環(huán)氧丁烷。優(yōu)選采用環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、和1，2-環(huán)氧丙烷與環(huán)氧乙烷的混合物。烯化氧可以單獨(dú)使用，也可以依次交替使用，或以混合物的形式使用?？梢圆捎玫囊l(fā)劑分子的實(shí)例是水，N-烷基-二乙醇胺等氨基醇類如N-甲基-二乙醇胺，和二醇如乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、和1，6-己二醇。也可以任選采用引發(fā)劑分子的混合物。此外，適宜的聚醚-醇是包含羥基的四氫呋喃的聚合產(chǎn)物。也可以采用三官能的聚醚，以二官能聚醚計(jì)，其量為0-30重量％，但其最大量也要使形成的產(chǎn)品仍能以熱塑性塑料形式加工?；旧鲜侵辨湹木勖讯?，優(yōu)選數(shù)均分子量Mn為600-10,000，更優(yōu)選600-6,000。它們可以單獨(dú)使用，也可以以相互混合物的形式使用。
適宜的聚酯二醇可以由例如具有2-12個(gè)碳原子，優(yōu)選4-6個(gè)碳原子的二羧酸和多元醇制備?？梢圆捎玫亩人岬膶?shí)例是脂肪族二羧酸、例如丁二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、和癸二酸，或芳香族二羧酸，例如鄰苯二酸、間苯二酸、和對(duì)苯二酸。二羧酸可以單獨(dú)使用，或以混合物的形式使用，例如以丁二酸、戊二酸、和己二酸混合物的形式使用。為了制備聚酯二元醇，任選使用相應(yīng)的二羧酸衍生物如在醇基上具有1-4個(gè)碳原子的羧酸二酯、羧酸酐、或羧酸氯化物代替二羧酸是有利的。多元醇的實(shí)例是具有2-10個(gè)碳原子，優(yōu)選2-6個(gè)碳原子的二醇，例如乙二醇、二甘醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，10-癸二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、1，3-丙二醇、或二丙甘醇。多元醇可以以其本身的形式使用，或以相互混合物的形式使用，視所需的性質(zhì)而定。此外，碳酸與所述二醇的酯類，特別是與具有4-6個(gè)碳原子的二醇如1，4-丁二醇或1，6-己二醇的酯類，如ω-羥基己酸等ω-羥基羧酸的縮合產(chǎn)物，或內(nèi)酯的聚合產(chǎn)物如任選取代的ω-己內(nèi)酯的聚合產(chǎn)物也均是適宜的。優(yōu)選采用乙二醇聚己二酸酯、1，4-丁二醇聚己二酸酯、乙二醇-1，4-丁二醇聚己二酸酯、和聚己內(nèi)酯作為聚酯二醇。聚酯二醇的平均分子量Mn為600-10,000，優(yōu)選600-6,000，聚酯二醇可以單獨(dú)使用，或以相互混合物的形式使用。
Zerewitinoff-活性的多元醇(C)是所謂的鏈增長(zhǎng)劑，具有平均1.8-3.0個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子，數(shù)均分子量為60-500。除了含氨基、硫羥基、或羧基的化合物以外，應(yīng)將這些多元醇理解為系指具有2-3個(gè)，優(yōu)選2個(gè)羥基的多元醇。
優(yōu)選采用的鏈增長(zhǎng)劑，是具有2-14個(gè)碳原子的脂肪族二醇如乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、2，3-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、二甘醇、和二丙甘醇等。然而，對(duì)苯二酸與具有2-4個(gè)碳原子的二醇如對(duì)苯二酸雙乙二醇、或?qū)Ρ蕉犭p-1，4-丁二醇的二酯、氫醌如1，4-二(β-羥乙基)-氫醌的羥基亞烷醚、乙氧基化的雙酚如1，4-二(β-羥乙基)-雙酚A，脂(環(huán))族二胺如異佛爾酮二胺、乙二胺、1，2-丙二胺、1，3-丙二胺、N-甲基-丙-1，3-二胺、或N，N′-二甲基乙二胺，和芳香族二胺如2，4-甲代苯二胺、2，6-甲代苯二胺、3，5-二乙基-2，4-甲代苯二胺、或3，5-二乙基-2，6-甲代苯二胺、或主要是一-、二-、三-、或四烷基-取代的4，4′-二氨基二苯基甲烷也是適宜的。更優(yōu)選采用乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，4-二(β-羥乙基)-氫醌，或1，4-二(β-羥乙基)-雙酚A作為鏈增長(zhǎng)劑。此外，也可以加入少量的三醇。
可以采用對(duì)異氰酸酯是單官能的化合物作為所謂的鏈終止劑，以脂肪族熱塑性聚氨酯計(jì)，其用量達(dá)2重量％。適宜的化合物是如一元胺和一元醇，前者例如丁胺和二丁胺、辛胺、硬脂胺、N-甲基硬脂胺、吡咯烷、呱啶或環(huán)己胺，后者例如丁醇、2-乙基己醇、辛醇、十二烷醇、硬脂醇、各種戊醇、環(huán)己醇、和乙二醇一甲基醚。
優(yōu)選化合物(C)和(B)的相對(duì)量，使(A)中異氰酸酯基團(tuán)的總量與(C)和(B)中Zerewitinoff活性的氫原子總量的比例為0.85∶1-1.2∶1，優(yōu)選0.95∶1-1.1∶1。
根據(jù)本發(fā)明采用的熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)，可以包含常規(guī)輔助材料和添加劑作為輔助材料和添加劑(D)，其最大量以TPU總量計(jì)為20重量％。典型的輔助材料和添加劑是催化劑、顏料、染料、耐火劑、防止老化和風(fēng)化影響的穩(wěn)定劑、增塑劑、潤(rùn)滑劑和脫模劑、抑制霉菌和抑制細(xì)菌的活性材料、填料、和它們的混合物。
適宜的催化劑是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已知的常規(guī)叔胺，例如三乙胺、二甲基環(huán)己胺、N-甲基嗎啉、N，N′-二甲基呱嗪、2-(二甲氨基-乙氧基)乙醇、二氮雜二環(huán)[2，2，2]辛烷等，特別是有機(jī)金屬化合物，例如鈦酸酯、鐵化合物或錫化合物如二乙酸錫、二辛酸錫、二月桂酸錫、或脂肪族羧酸的二烷基錫鹽如二乙酸二丁基錫或二月桂酸二丁基錫等。優(yōu)選的催化劑是有機(jī)金屬化合物，特別是鈦酸酯、和鐵和錫的化合物。以TPU的總量計(jì)，在TPU中催化劑的總量一般為約0-5重量％，優(yōu)選0-2重量％。
另一種添加劑的實(shí)例是潤(rùn)滑劑如脂肪酸酯、它們的金屬皂類、脂肪酸酰胺、脂肪酸酯-酰胺和硅氧烷化合物，防結(jié)塊劑，阻聚劑，防水解、防光、防熱、和防脫色的穩(wěn)定劑，耐火劑，染料，顏料，無(wú)機(jī)和/或有機(jī)填料、以及加強(qiáng)劑。加強(qiáng)劑特別是纖維加強(qiáng)材料，例如根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)制備的無(wú)機(jī)纖維等，也可以加入膠料。關(guān)于所述輔助材料和添加劑更詳細(xì)的資料，可以在技術(shù)文獻(xiàn)中找到，例如J.H.Saunders和K.C.Frisch的專著“高聚物”，卷X VI，Polyurethane[聚氨酯]，部分1和2，交叉科學(xué)出版社發(fā)行，1962和1964；R.Gchter和H.Mller所著Taschenbuch für Kunststoff-Additive[塑料添加劑手冊(cè)](Hanser出版社，慕尼黑，1990)；或DE-A 29 01 774。
可以在TPU中加入的另一些添加劑是熱塑性塑料，例如聚碳酸酯和丙烯腈/丁二烯/苯乙烯三聚物，特別是ABS。也可以采用其它彈性體，例如橡膠、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、苯乙烯/丁二烯共聚物、和其它TPU。
此外，在市場(chǎng)上可以買到的適合加入的增塑劑是例如磷酸酯、苯二酸酯、己二酸酯、癸二酸酯、和烷基磺酸酯。
TPU的制備可以間歇或連續(xù)地進(jìn)行。例如可以采用混合頭/混合帶的方法，或采用所謂的擠出機(jī)方法連續(xù)地制備TPU。在擠出機(jī)方法中，例如在多軸擠出機(jī)中，可同時(shí)計(jì)量加入成分(A)、(B)、和(C)，即采用一步法，或逐次加入，即采用預(yù)聚合物方法。本發(fā)明可以采用一開始就分批加入預(yù)聚合物的方法，或采用擠出機(jī)的一部分或在預(yù)聚合物單元前采用一個(gè)單獨(dú)的擠出機(jī)連續(xù)制備預(yù)聚合物的方法。
下面利用實(shí)施例更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1以下列方法將TexinDP7-3007膜(Bayer公司的工業(yè)產(chǎn)品，硬度蕭氏D級(jí)58)擠壓到Makrofol膜上將豎直排列的模具固定在具有輥單元(冷卻輥)的擠出機(jī)上，該設(shè)備是Reifenhuser生產(chǎn)的。表面覆蓋橡膠的承壓輥位于該設(shè)備的澆鑄輥之前。模具位于澆鑄輥和承壓輥之間。為了達(dá)到這個(gè)“冷卻輥”單元非常緩慢的卷緊速度，只用一個(gè)卷緊機(jī)卷走膜的復(fù)合材料，為了改善Texin熔融體對(duì)所采用的Makrofol膜DE 1-1(厚度為375μm(Bayer股份公司的工業(yè)產(chǎn)品))的粘合，在加入熔融體中之前，采用IR燈將Makrofol膜預(yù)熱。Texin熔融體在60℃下于干燥空氣的干燥器中預(yù)干燥6小時(shí)。
給定下列加工參數(shù)模具溫度 180℃Texin的材料溫度186℃在模具前的壓力75bar擠出機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度 80rpm澆鑄輥的溫度 20℃冷卻輥的溫度 10℃
卷緊速度 3m/min然后在160℃下采用熱輥方法，在輥式層壓機(jī)中，將采用這種方法生產(chǎn)的復(fù)合膜層壓到放置在其中間的太陽(yáng)能電池串列上，作為蓋層利用底下的Texin面，作為背面利用頂上的Texin面。為了使粘合作用最佳，采用IR燈預(yù)熱復(fù)合膜。輥式層壓機(jī)的進(jìn)料速度為0.3m/min。在30秒內(nèi)可以生產(chǎn)尺寸為15×15cm2的組件。
在無(wú)裂縫和破裂的情況下制成一些嵌入有將太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能組件(組件4和5)。
采用這種生產(chǎn)方法，太陽(yáng)能電池的效率仍保持不變。
采用二個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，使太陽(yáng)能組件風(fēng)化。在表中示出風(fēng)化前后的效率。實(shí)施例2使用Desmopan88 382(Bayer股份公司的工業(yè)產(chǎn)品，硬度肖氏A級(jí)80)來(lái)擠出膜的方法如下將水平排列的模具固定在具有輥單元(冷卻輥)的擠出機(jī)上，該輥是Somatec生產(chǎn)的。冷卻輥位于模具以下約5cm。
為了達(dá)到這個(gè)“冷卻輥”單元非常緩慢的卷緊速度，只采用一個(gè)卷緊機(jī)卷走膜。Desmopan在75℃下在干燥空氣的干燥器中預(yù)干燥6小時(shí)。
給定下列加工參數(shù)模具溫度 170℃Texin的材料溫度177℃在模具前的壓力27bar擠出機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度 40rpm冷卻輥的溫度 10℃卷緊速度 1.7m/min然后采用以這種方法生產(chǎn)的膜作為圖1所述太陽(yáng)能組件的粘合劑層。組件(15×15cm2)的頂面是由硬化的白色玻璃制造的，背面是由復(fù)合膜(Tedlar-PET-Tedlar)制造的。這些太陽(yáng)能組件是在150℃下，采用真空層壓機(jī)在10分鐘內(nèi)生產(chǎn)的。
在無(wú)裂縫和破裂的情況下制成一些嵌入有太陽(yáng)能電池的太陽(yáng)能組件(組件4和5)。
采用這種生產(chǎn)方法，太陽(yáng)能電池的效率仍保持不變。
采用二個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)，使太陽(yáng)能組件風(fēng)化。在表中示出風(fēng)化前后的效率。對(duì)比例生產(chǎn)對(duì)比的組件。采用EVA(乙烯/乙酸乙烯酯)代替TexinDP7-3007。尺寸為15×15cm2的組件的生產(chǎn)時(shí)間為20分鐘，采用真空層壓機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)比組件也經(jīng)風(fēng)化作用(見(jiàn)表)。
表1
*50個(gè)-40℃-+85℃的循環(huán)，一個(gè)循環(huán)的時(shí)間約6小時(shí)**在80℃和空氣的相對(duì)濕度為85％下放置500小時(shí)在測(cè)定效率時(shí)，測(cè)量絕對(duì)誤差為±0.3％。
按照IEC 61215測(cè)定效率。
根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能組件與對(duì)比組件(現(xiàn)有技術(shù))具有相同的效率、相同的機(jī)械穩(wěn)定性和對(duì)風(fēng)化的穩(wěn)定性。甚至在風(fēng)化以后，效率仍保持不變。
然而，生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能組件的生產(chǎn)速度可顯著比對(duì)比組件快(是輥式層壓機(jī)的40倍，是真空層壓機(jī)的2倍)。
雖然前面為了說(shuō)明的目的詳細(xì)敘述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明只受權(quán)利要求的限制，這些細(xì)節(jié)只是為了說(shuō)明的目的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在本發(fā)明的內(nèi)容和范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種光電組件，其中包括A)至少一層在面向能源的正面上的玻璃的或耐沖擊、UV穩(wěn)定、風(fēng)化穩(wěn)定、透明塑料的面層，該層的水蒸氣滲透率低，B)至少一層在背向能源背面上的玻璃的或風(fēng)化穩(wěn)定的塑料面層，該層的水蒸氣滲透率低，C)至少一層在A)和B)之間的塑料粘合劑層，其中嵌入至少一個(gè)或多個(gè)互相電路連接的太陽(yáng)能電池，其中在C)中的塑料粘合劑層，包括脂肪族熱塑性聚氨酯，硬度為肖氏A級(jí)75-肖氏D級(jí)70，優(yōu)選肖氏A級(jí)92-肖氏D級(jí)70，在E’-模量2MPa下，軟化溫度T軟化為90-150℃(根據(jù)DMS-方法測(cè)定)，脂肪族熱塑性聚氨酯是下列材料的反應(yīng)產(chǎn)物脂肪族二異氰酸酯；至少一種Zerewitinoff-活性的多元醇，其中具有平均至少1.8-不大于3.0個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子、數(shù)均分子量為600-10,000g/mol；和至少一種作為鏈增長(zhǎng)劑的Zerewitinoff-活性的多元醇，其中具有平均至少1.8-不大于3個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子，數(shù)均分子量為60-500g/mol；脂肪族二異氰酸酯的NCO基團(tuán)與鏈增長(zhǎng)劑和多元醇的OH基團(tuán)的mol比例為0.85-1.2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光電組件，其中脂肪族異氰酸酯的NCO基團(tuán)與鏈增長(zhǎng)劑和多元醇的OH基團(tuán)的比例為0.9-1.1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光電組件，其中面層A)包括一層片或一層或多層膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光電組件，其中層B)包括一層片或一層或多層膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光電組件，其中面層A)是以條存在的一層膜或一層片，這些條排列在所謂的太陽(yáng)能電池串列上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的光電組件，其中嵌入塑料C)粘合劑層中的太陽(yáng)能電池排列成太陽(yáng)能電池串列。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的光電組件，其中采用導(dǎo)電的粘合劑，將太陽(yáng)能電池串列依次串聯(lián)焊接或連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光電組件，其中太陽(yáng)能電池之間的電路連接由導(dǎo)電的粘合劑組成，粘合劑優(yōu)選以焊珠的形式，直接施加在塑料C)粘合劑層的里面，使它們?cè)趯訅哼^(guò)程中，直接落在太陽(yáng)能電池相應(yīng)的接點(diǎn)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的光電組件，其中在面層A)和太陽(yáng)能電池之間的塑料粘合劑C)層中，還存在一層厚度＜500μm的玻璃膜。
10.一種生產(chǎn)光電組件的方法，其中包括A)至少一層在面向能源的正面上的玻璃的或耐沖擊、UV穩(wěn)定、風(fēng)化穩(wěn)定、透明塑料的面層，該層的水蒸氣滲透率低，B)至少一層在背向能源的背面上的玻璃的或風(fēng)化穩(wěn)定的塑料面層，該層的水蒸氣滲透率低，C)至少一層在A)和B)之間的塑料粘合劑層，其中嵌入至少一個(gè)或多個(gè)互相電路連接的太陽(yáng)能電池，其中在C)中的塑料粘合劑層，包括脂肪族熱塑性聚氨酯，硬度為肖氏A級(jí)75-肖氏D級(jí)70，優(yōu)選肖氏A級(jí)92-肖氏D級(jí)70，在E’-模量2MPa下，軟化溫度T軟化為90-150℃(根據(jù)DMS-方法測(cè)定)，脂肪族熱塑性聚氨酯是下列材料的反應(yīng)產(chǎn)物脂肪族二異氰酸酯；至少一種Zerewitinoff-活性的多元醇，其中具有平均至少1.8-不大于3.0個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子、數(shù)均分子量為600-10,000g/mol；和至少一種作為鏈增長(zhǎng)劑的Zerewitinoff-活性的多元醇，其中具有平均至少1.8-不大于3個(gè)Zerewitinoff-活性的氫原子，數(shù)均分子量為60-500g/mol；脂肪族二異氰酸酯的NCO基團(tuán)與鏈增長(zhǎng)劑和多元醇的OH基團(tuán)的mol比例為0.85-1.2。其中所述的方法包括，采用真空板式層壓機(jī)或輥式層壓機(jī)生產(chǎn)光電組件的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中將包括蓋片或蓋膜和塑料粘合劑膜的復(fù)合材料、太陽(yáng)能電池串列、和包括背面的膜或片和塑料粘合劑膜的復(fù)合材料加到輥式層壓機(jī)上，經(jīng)其壓制和粘合，制成太陽(yáng)能組件。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有特殊熱塑性粘合劑層的光電組件，和它們的生產(chǎn)方法。
文檔編號(hào)H01L31/04GK1412861SQ0214358
公開日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2002年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者G·施托爾維克, C·海斯勒, E·福爾丁, G·奧佩爾卡, B·波斯特, J·海蒂 申請(qǐng)人:拜爾公司