專利名稱：具有密封物的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有密封層的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)及其制造方法。本發(fā)明還涉及適合作為 用于太陽(yáng)能電池的密封薄片(encapsulant foil)的透明多層薄片及其制造方法。
背景技術(shù)：
薄膜太陽(yáng)能電池(還稱為薄膜光伏電池)通常包括載體和由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的光 伏(PV)層，其中光伏層設(shè)置在包含透明導(dǎo)電氧化物(TCO)的前電極(在電池的光接收側(cè)) 與背電極(在電池的背部)之間。前電極是透明的，使入射光線能夠到達(dá)半導(dǎo)體材料，在該 半導(dǎo)體材料處入射的輻射被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。以該方式，光可以被用于產(chǎn)生電流，這提供了對(duì)例 如化石燃料或核電力的吸引人的替代。
為了改善太陽(yáng)能電池對(duì)其所暴露到的環(huán)境條件的抵抗力，太陽(yáng)能電池通常具有保 護(hù)層。
US 5，474，620描述了用于太陽(yáng)能電池的密封物，其包括玻璃纖維層和熱塑性材料 層的重復(fù)疊層，并整體用F-聚合物阻擋層(barrier layer)加蓋(top off)。
US 6，331，673描述了一種包括非織造玻璃纖維構(gòu)件、聚合物填充物以及保護(hù)膜的 太陽(yáng)能電池密封物。太陽(yáng)能電池薄片的底側(cè)還具有填充物和絕緣膜。
US 5，650，019描述了一種密封在填充物層中的光伏元件，其被硬樹脂層、粘合層 以及阻擋層覆蓋。
US 2006/0207646描述了固化的液體硅氧烷(silicone)在太陽(yáng)能電池模塊的密 封物中的應(yīng)用。
JP2001-068701公開了一種由具有高耐候性的基體(base)材料、增強(qiáng)的含纖維樹 脂層以及可選的另一基體層的疊層構(gòu)成的保護(hù)片。
EP1054456描述了保護(hù)片的各種實(shí)施例。公開了增強(qiáng)玻璃纖維的使用。
US 4，369，224描述了將凝膠涂層樹脂施加到玻璃纖維增強(qiáng)層的頂表面以提高其 耐候性。
在以上引用的參考文件中所描述的具有密封層的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)仍然具有缺點(diǎn)。 更具體而言，還存在改善密封層對(duì)損壞的長(zhǎng)期抵抗能力的空間。因此，需要具有這樣的密封 薄片的太陽(yáng)能電池，該密封薄片呈現(xiàn)出對(duì)抗損壞和對(duì)抗環(huán)境條件的長(zhǎng)期影響的提高的長(zhǎng)期 抵抗力。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了這樣的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)包括太陽(yáng) 能電池(1)，在所述太陽(yáng)能電池(1)的光接收側(cè)上存在透明密封薄片O)，所述透明密封 薄片( 包括增強(qiáng)層( 和兩個(gè)阻擋層，其中從所述太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的所述光接收側(cè)限定 (determine)，第一阻擋層(4)位于所述增強(qiáng)層上方，并且第二阻擋層(5)位于所述增強(qiáng)層 下方，其中所述增強(qiáng)層包括纖維增強(qiáng)層，所述纖維增強(qiáng)層包括具有至少2cm的平均長(zhǎng)度的纖維。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由上述參數(shù)表征的密封薄片組合了抵抗損壞和抵抗環(huán)境條件的長(zhǎng)期影 響的良好的長(zhǎng)期抵抗力。此外，具有所規(guī)定的長(zhǎng)度的纖維的使用導(dǎo)致高剛性和尺寸穩(wěn)定 性，在織造材料的情況下尤其如此。具有所規(guī)定的長(zhǎng)度的纖維的使用還導(dǎo)致較少的原纖維 (fibril)或其他松散纖維端部。這導(dǎo)致改善的處理和較少的塵埃形成。


圖1示例了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
圖1示例了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。不應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明受此限制或由此受到限制。在 該圖中，(1)表示薄膜太陽(yáng)能電池，其包括TCO層、PV層、背電極層以及可選的其他部件，例 如，載體(所有部件均未示出)。( 表示透明密封薄片。( 表示密封薄片中的增強(qiáng)層；(4)表示密封薄片的第一阻擋層，其位于增強(qiáng)層上方，從太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的光接收側(cè)限定。(5)表示密封薄片的第二阻擋層，其位于增強(qiáng)層下方，從太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的光接收側(cè)限定。(6)表示(可選的)中間層，其存在于第一阻擋層與增強(qiáng)層之間。(7)表示(可選的)中間 層，其存在于第二阻擋層與增強(qiáng)層之間。(8)表示(可選的)粘合層，其用于將透明密封薄 片⑵粘附到太陽(yáng)能電池(1)。(9)表示在太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的背部上的(可選的)保護(hù)薄 片，其在所示例的實(shí)施例中由中間層(10)和阻擋層(11)構(gòu)成。
本發(fā)明的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)具有抗損壞和抗環(huán)境條件的長(zhǎng)期影響的提高的長(zhǎng)期抵 抗力。這歸因于在增強(qiáng)層上方和下方都存在的阻擋層。在增強(qiáng)層上方包括阻擋層的現(xiàn)有技 術(shù)系統(tǒng)中，所存在的阻擋層保護(hù)系統(tǒng)不受環(huán)境條件(例如，水的進(jìn)入)的影響。增強(qiáng)層旨在 保護(hù)下伏的(underlying)太陽(yáng)能電池不被沖擊物體(例如，冰雹或其他沖擊物體)損壞。 在現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中，通過增強(qiáng)層使沖擊物體停止而不會(huì)損壞太陽(yáng)能電池。然而，到那時(shí)阻擋 層已經(jīng)被損壞，這使得系統(tǒng)為諸如水的環(huán)境物質(zhì)開放了入口。比較而言，在本發(fā)明的系統(tǒng) 中，當(dāng)沖擊物體已經(jīng)損壞第一阻擋層并被增強(qiáng)層停止時(shí)，第二阻擋層仍是完整的并保護(hù)太 陽(yáng)能電池不受環(huán)境物質(zhì)影響且提供所需要的電學(xué)安全性。此外，包括增強(qiáng)層的透明密封薄 片的存在提高了產(chǎn)品的機(jī)械穩(wěn)定性和總強(qiáng)度。另外，這將降低太陽(yáng)能電池自身上的機(jī)械載 荷。特別地，當(dāng)太陽(yáng)能系統(tǒng)是撓性的時(shí)，包括增強(qiáng)層的透明密封薄片的存在將通過更平衡地 在太陽(yáng)能電池兩側(cè)帶來力承載能力(force carrier capacity)而有助于改善薄片的彎曲 能力。這將改善產(chǎn)品的對(duì)于制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸以及安裝的強(qiáng)度和適應(yīng)性(flexibility)。
通過以下說明，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及其特定實(shí)施例將變得顯而易見。
顯然，在本發(fā)明中使用的密封薄片需要是透明的。在本發(fā)明的上下文中，措詞“透 明的”意味著至少對(duì)于被光伏層用來發(fā)電的波長(zhǎng)的光而言是透明的。密封薄片以及在太陽(yáng) 能電池與光源之間的任何其他層的透明度被選擇為使得照射到太陽(yáng)能電池系統(tǒng)上的具有 該波長(zhǎng)的光的至少50 %，優(yōu)選至少70 %，更優(yōu)選80 %到達(dá)太陽(yáng)能電池中的光伏層。
在本發(fā)明的密封薄片中使用的增強(qiáng)層為纖維增強(qiáng)層，該纖維增強(qiáng)層包括具有至少 2cm的平均長(zhǎng)度的纖維。更特別地，這些纖維具有至少4cm的長(zhǎng)度，進(jìn)一步更特別地具有至 少8cm的長(zhǎng)度。對(duì)于纖維長(zhǎng)度的進(jìn)一步規(guī)范，參考將在下面說明的具體實(shí)施例。
纖維增強(qiáng)層中的纖維層的纖維重量/面積通常在10與300克/m2之間，特別地在 15與100克/m2之間，更特別地在15與75克/m2之間。注意，這些值為單位面積的纖維重 量，不包括存在于纖維增強(qiáng)層中的任何基質(zhì)(matrix)材料。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，纖維增強(qiáng)層具有遍及該太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的均勻表面密 度。也就是，基于單位面積的平均纖維重量而計(jì)算的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)中的纖維增強(qiáng)層的具 有最高密度的(Icm2的)面積與具有最低密度的(Icm2的)面積之間的單位面積的纖維重 量之差小于20%，更特別地小于10%。
纖維的厚度范圍通常為1到20微米，特別地為2到15微米，更特別地為2到10微米。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，纖維增強(qiáng)層包括非織造纖維層。非織造層中的纖維的 長(zhǎng)度通常為至少2cm，更特別地至少km，更特別地至少8cm。最大纖維長(zhǎng)在該實(shí)施例中是不 重要的，并依賴于非織造制造方法。通常，較長(zhǎng)的纖維是優(yōu)選的，因?yàn)檩^長(zhǎng)的纖維將更有助 于太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，纖維增強(qiáng)層包括織造纖維層。通常，纖維長(zhǎng)度將分別 對(duì)應(yīng)于增強(qiáng)層的寬度、長(zhǎng)度，因而，對(duì)于沿太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的寬度方向的纖維而言，纖維長(zhǎng) 度通常在15cm與2米之間變化，而對(duì)于沿太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的長(zhǎng)度方向的纖維而言，纖維長(zhǎng) 度通常在15cm與無限之間變化，其中無限意味著非常大并在通過連續(xù)的輥到輥(roll to roll)工藝制造太陽(yáng)能電池系統(tǒng)時(shí)獲得。注意，包括織造纖維層的纖維增強(qiáng)層的使用是本發(fā) 明的優(yōu)選實(shí)施例。與如上所述使用其中纖維會(huì)或多或少隨機(jī)取向的非織造物的情況相比， 使用按織造排列取向的纖維將允許獲得更高的剛度(stiffness)。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，纖維增強(qiáng)層包括定向纖維的至少兩個(gè)單層的疊層，每 一個(gè)單層包含單向定向的增強(qiáng)纖維，其中，每個(gè)單層中的纖維方向相對(duì)于鄰近的單層中的 纖維方向旋轉(zhuǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，鄰近的單層之間的纖維方向旋轉(zhuǎn)90)的角度以形成所謂 的交叉布層(cross-ply)。疊層中的單層的數(shù)目為至少2，通常至多12。更特別地，疊層中 的單層的數(shù)目在2與6之間。在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于在非織造物中使用的纖維，纖維具有上 述范圍的長(zhǎng)度。在另一實(shí)施例中，對(duì)于織造層中的纖維，纖維具有如上規(guī)定的長(zhǎng)度。
增強(qiáng)層的目的為提高太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的對(duì)抗外來物體沖擊的抵抗力，并同時(shí)為太 陽(yáng)能系統(tǒng)提供機(jī)械穩(wěn)定性。顯然，層的透明度應(yīng)使得最終的密封薄片是透明的。在優(yōu)選實(shí) 施例中，增強(qiáng)層還有助于太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的機(jī)械穩(wěn)定性，而不會(huì)不可避免地在太陽(yáng)能電池 自身為撓性的情況下降低系統(tǒng)的撓性。
纖維增強(qiáng)層的每單位寬度的剛度通常為至少100kN/m，更特別地至少500kN/m，最 優(yōu)選至少1500kN/m。這些值適用于-40°C與+90°C之間的全溫度范圍。因此，纖維增強(qiáng)層的 每單位寬度的剛度在80°C下為至少100kN/m，更特別地至少500kN/m，最優(yōu)選至少1500kN/ m0
包括纖維增強(qiáng)層、兩個(gè)阻擋層、以及可選的中間層的密封薄片的每單位寬度的 剛度通常也為至少100kN/m，更特別地至少500kN/m，最優(yōu)選至少1500kN/m。這些值適用 于-40°C與+90°C之間的全溫度范圍。因此，密封薄片的每單位寬度的剛度在80°C下為至少 100kN/m，更特別地至少500kN/m，最優(yōu)選至少1500kN/m。
對(duì)于纖維增強(qiáng)層，通過根據(jù)例如ASTM D3039確定纖維增強(qiáng)層的模數(shù)并將其乘以纖6維增強(qiáng)層的厚度來計(jì)算每單位寬度的剛度。
對(duì)于密封薄片，通過根據(jù)例如ASTM D3039確定密封薄片的模數(shù)并將其乘以密封薄 片的厚度來計(jì)算每單位寬度的剛度。
對(duì)于在增強(qiáng)層中使用的纖維的性質(zhì)沒有限制，只要滿足透明度和物理特性的所需 值即可。由于與玻璃的使用相關(guān)聯(lián)的合適的物理和化學(xué)特性、透明度以及相對(duì)低的成本，認(rèn) 為使用包括玻璃纖維的層是優(yōu)選的。使用包括玻璃纖維的增強(qiáng)層的具體優(yōu)點(diǎn)如下。與密封 薄片的聚合物部件相比，玻璃增強(qiáng)材料的低熱膨脹和高強(qiáng)度使得太陽(yáng)能電池的總熱膨脹減 小。這是有利的，因?yàn)樘?yáng)能電池自身的熱膨脹遠(yuǎn)低于聚合物材料的熱膨脹。高度非彈性 的且脆性的太陽(yáng)能電池自身之間的熱應(yīng)變差以及太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的平均膨脹的減小顯著 地降低了在溫度變化期間在太陽(yáng)能電池自身上的機(jī)械載荷變化。這使得由疲勞導(dǎo)致的故障 情況的減少并提高了太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的可靠性和壽命。
在一個(gè)實(shí)施例中，增強(qiáng)層包括10-80重量％的基質(zhì)材料?；|(zhì)材料為服務(wù)于許多 目的中的一個(gè)或多個(gè)目的的聚合物材料?；|(zhì)材料的一個(gè)目的為將纖維粘合到一起。這在 增強(qiáng)層包括定向纖維的單層的疊層時(shí)是特別重要的。在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選增強(qiáng)層包含15 到80重量％、優(yōu)選20到70重量％，更優(yōu)選30到70重量％的基質(zhì)材料。
基質(zhì)材料可以為能夠符合上述要求的任何聚合物材料。其在本領(lǐng)域的技術(shù)人員選 擇合適的材料的范圍之內(nèi)?；|(zhì)材料可以包括熱塑性或熱固性聚合物。合適的聚合物在本 領(lǐng)域中是公知的，并包括，例如，乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚烯烴(TPO)、硅氧烷聚合 物、熱塑性聚氨酯、聚氨酯橡膠(PUR)以及聚乙烯醇縮丁醛(PVB)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明中硅 氧烷聚合物的使用是特別受關(guān)注的，因?yàn)槌藙e的之外，硅氧烷聚合物具有高UV穩(wěn)定性、 低的處理溫度、高的Tg、在經(jīng)受UV輻射時(shí)不變黃的事實(shí)、以及對(duì)水的高的不可滲透性。在 硅氧烷聚合物當(dāng)中，可以使用熱塑性(即，不可固化的)和熱固性(即，可固化的)聚合物。 優(yōu)選使用可固化的硅氧烷聚合物，這是因?yàn)椋藙e的之外，其可以使用對(duì)于密封薄片而言 特別有吸引力的制造工藝，如將在下面更詳細(xì)討論的。
在一個(gè)實(shí)施例中，基質(zhì)材料的特性與纖維的特性匹配。更特別地，在一個(gè)實(shí)施例 中，使用15到80重量％，優(yōu)選20到70重量％，更優(yōu)選30到70重量％的基質(zhì)，并且基質(zhì)材 料的折射率被匹配為在增強(qiáng)纖維的折射率的30 %以內(nèi)，優(yōu)選20 %以內(nèi)，更優(yōu)選10 %以內(nèi)， 進(jìn)一步更優(yōu)選5%以內(nèi)。該折射率匹配導(dǎo)致增強(qiáng)層具有提高的透明度。在該實(shí)施例中，優(yōu)選 在基質(zhì)材料中嵌入纖維。當(dāng)增強(qiáng)纖維為玻璃時(shí)，優(yōu)選使用硅氧烷樹脂，特別地，基于苯基的 硅氧烷樹脂，因?yàn)檫@允許上述的折射率匹配并同時(shí)還受益于上述硅氧烷樹脂的優(yōu)點(diǎn)。
增強(qiáng)層的厚度通常為至少8微米，更特別地，至少20微米，進(jìn)一步更特別地，至少 30微米。增強(qiáng)層的厚度通常為至多500微米，更特別地，至多200微米，進(jìn)一步更特別地，至 多100微米。
在本發(fā)明中使用的阻擋層可以相同或不同。阻擋層旨在保護(hù)太陽(yáng)能電池不受環(huán)境 條件的影響，特別地，不受水侵入的影響。此外，阻擋層應(yīng)該是電絕緣的、防污的、并在太陽(yáng) 能電池的使用期間的通常(prevailing)條件下具有足夠的抗劣化能力，并具有用以密封 和保護(hù)下伏的層的足夠的完整性。顯然，阻擋層的透明性應(yīng)使得最終的密封薄片具有所需 的透明度。第二阻擋層，即，在增強(qiáng)層下方的阻擋層，通常具有在O000V+4倍最大系統(tǒng)電壓 的測(cè)試電壓下的至少40M0hm*m2的絕緣電阻，如在IEC61730-2，test MST16中所限定的。
原則上，滿足上述要求的任何聚合物材料都適合用于本發(fā)明的阻擋層。其在本領(lǐng) 域的技術(shù)人員用以選擇合適聚合物的范圍內(nèi)。下面僅僅給出指導(dǎo)方針。合適的聚合物包括 聚酯，例如，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯、聚甲基 丙烯酸甲酯；聚酰亞胺；聚苯硫醚；以及含氟聚合物。
聚合物材料的一個(gè)特別有吸引力的群組為含氟聚合物，當(dāng)希望太陽(yáng)能電池系統(tǒng)用 于長(zhǎng)期戶外使用時(shí)尤其如此。這些材料是透明的、高度惰性的并防污的。合適的含氟聚合 物是商業(yè)可得的，并包括乙烯和四氟乙烯的共聚物(ETFE)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙 烯(PVDF)、氟化的乙烯丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-六氟丙烯-偏二氟乙烯的三元共聚物 (THV)、使用單體(例如六氟丙烯(HFP)、全氟烷氧基乙烯(PFA)和全氟甲基乙烯基醚)的基 于四氟乙烯的全氟聚合物、以及EFEP(透明三元共聚物，由乙烯、四氟乙烯(TFE)和六氟丙 烯(HFP)構(gòu)成)。
阻擋層的厚度通常為至少10微米，更特別地，至少17微米，進(jìn)一步更特別地，至少 25微米。阻擋層的厚度通常至多500微米，更特別地，至多200微米，進(jìn)一步更特別地，至多 100微米。
阻擋層的存在具有另外的優(yōu)點(diǎn)，即，通過剛性增強(qiáng)層保護(hù)太陽(yáng)能電池的脆性層。增 強(qiáng)層使載荷在大的面積上分布，這減小了與太陽(yáng)能電池的表面垂直的局部應(yīng)力。這使得太 陽(yáng)能電池的局部故障的風(fēng)險(xiǎn)降低。然而，如果增強(qiáng)層被局部地?fù)p壞，在增強(qiáng)層與太陽(yáng)能電池 之間的第二阻擋層不僅用作化學(xué)阻擋層，還通過彈性吸收損壞的增強(qiáng)材料的剛性銳點(diǎn)載荷 (stiff sharp point load)的能量而用作機(jī)械阻擋層。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，密封薄片附加地包括位于增強(qiáng)層與第一阻擋層之間的 中間層(6)或者位于增強(qiáng)層與第二阻擋層之間的中間層(7)。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，中間 層(6)和(7)均存在。一個(gè)或多個(gè)中間層的目的為通過提高層彼此間的粘合性來提高密封 薄片的完整性。
中間層可以由能夠滿足上述要求的任何聚合物材料構(gòu)成。其在本領(lǐng)域的技術(shù)人員 選擇合適材料的范圍內(nèi)。對(duì)于合適聚合物的實(shí)例，優(yōu)選上述用于增強(qiáng)層的基質(zhì)的材料。此 外，優(yōu)選使用與玻璃纖維增強(qiáng)層組合的一種或多種硅氧烷中間層。
中間層可以相同或不同，其厚度通常為至少3微米，更特別地，至少5微米，進(jìn)一步 更特別地，至少8微米。中間層的厚度通常至多100微米，更特別地，至多60微米，進(jìn)一步 更特別地，至多40微米。
本發(fā)明中的密封薄片的總厚度通常為至少40微米，更特別地，至少50微米，進(jìn)一 步更特別地，至少70微米。本發(fā)明中的密封薄片的總厚度通常為至多1700微米，更特別地， 至多1200微米，進(jìn)一步更特別地，至多800微米。還設(shè)想具有至多400微米或至多300微 米的厚度的實(shí)施例，并且有時(shí)該實(shí)施例是優(yōu)選的。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的密封薄片具有提高的長(zhǎng)期性能。更特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在 1000小時(shí)濕熱測(cè)試(85°C和85% RH)和600小時(shí)UVA測(cè)試之后，本發(fā)明的密封薄片在 500-1100nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射與測(cè)試之前的薄片相比減小了小于5%。優(yōu)選地，這還適用 于400-1400nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射，更優(yōu)選地，還適用于350-1600nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射。
注意，如所指出的，本發(fā)明的關(guān)鍵在于密封薄片包括從太陽(yáng)能電池單元的光接收 側(cè)限定的增強(qiáng)層和在增強(qiáng)層上方的阻擋層以及在增強(qiáng)層下方的阻擋層，其中增強(qiáng)層滿足特定的特性。具有存在于阻擋層之間的兩個(gè)或更多的增強(qiáng)層，如果需要還可以與一個(gè)、兩個(gè)或 更多的中間層組合，這同樣在本發(fā)明的范圍內(nèi)。原則上，還可以具有存在于第二阻擋層下方 的又一增強(qiáng)層。然而，這通常是不需要的。
在本發(fā)明中，在太陽(yáng)能電池的光接收側(cè)上方存在密封薄片。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用 粘合劑(參見圖1中的粘合層O))將密封薄片粘附到太陽(yáng)能電池的光接收側(cè)。粘合劑可 以為能夠?qū)⑻?yáng)能電池系統(tǒng)附著到密封薄片的任何透明粘合劑。粘合劑應(yīng)該是耐久的并能 夠耐受環(huán)境影響。合適的粘合劑包括熱固性或熱塑性粘合劑。合適的粘合劑包括聚氨酯橡 膠，特別地，脂族聚氨酯橡膠、硅氧烷、乙烯醋酸乙烯酯(EVA)、熱塑性聚烯烴(TPO)以及聚 乙烯醇縮丁醛(PVB)。
在一個(gè)實(shí)施例中，粘合劑為基于硅氧烷的粘合劑。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些材料是透明、無 色、惰性、耐久的，并能夠耐受在太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的使用期間的通常條件。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn) 可固化粘合劑的使用特別有吸引力，這是因?yàn)椋似渌闹?，如下面將說明的，其允許 容易地制造根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)。
通常，粘合劑層的厚度為至少2微米、更特別地，至少5微米。在一些情況下，太 陽(yáng)能電池的表面可以不是完全平坦的，這歸因于，例如，存在匯流條(busbar)或其他部件 的串聯(lián)連接。如果是這樣的情況，粘合劑層足夠厚以平坦化高度差異是有吸引力的。在該 情況下，根據(jù)將被密封的部件的厚度，粘合劑層的厚度可以為至少50微米，更特別地，至少 100微米，在一些情況下，至少125微米。
粘合劑層的最大厚度對(duì)于本發(fā)明并不是關(guān)鍵的，因此其厚度可以最高為500微 米，而最高為200微米的值更常規(guī)。
與本發(fā)明的密封薄片相組合的太陽(yáng)能電池的性質(zhì)并不是關(guān)鍵的。太陽(yáng)能電池通常 包括背電極、光伏層、以及基于透明導(dǎo)電氧化物(通常被表示為TCO層)的最常見的透明前 電極。還存在太陽(yáng)能電池的其他常規(guī)部件，例如，阻擋層、串聯(lián)連接、匯流條、在背電極下方 的載體層、在TCO層上方的保護(hù)層等等。太陽(yáng)能電池的各種部件在本領(lǐng)域中是公知的，因此 不需要在這里進(jìn)一步說明。
一種本發(fā)明對(duì)其特別有用的太陽(yáng)能電池為其中光伏層(或存在TCO層)未被透 明上覆層(例如，透明玻璃板等等)覆蓋的太陽(yáng)能電池。特別適用于本發(fā)明的太陽(yáng)能電池 為撓性太陽(yáng)能電池薄片，其從光入射側(cè)向下包括TCO層、PV層、背電極層以及撓性基板。例 如，在 W098/13882、W099/49483、W001/47020、W001/78156、W003/001602、W003/075;351 以及 W02005/015638中描述了合適的太陽(yáng)能電池薄片，將其中與太陽(yáng)能電池的各種部件的性質(zhì) 有關(guān)的公開內(nèi)容通過引用并入到這里。
撓性太陽(yáng)能電池薄片在本發(fā)明中的應(yīng)用是相當(dāng)吸引人的，這是因?yàn)楸景l(fā)明允許密 封這樣的太陽(yáng)能系統(tǒng)并同時(shí)保持其撓性。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在太陽(yáng)能電池薄片的光接收側(cè)用如上所述的密封薄片 密封從光接收側(cè)向下包括TCO層、光伏層、背電極層以及撓性基板的撓性太陽(yáng)能電池薄片， 并且在太陽(yáng)能電池的非光接收側(cè)上具有保護(hù)薄片。在一個(gè)實(shí)施例中，保護(hù)薄片包括中間層 和阻擋層。在另一實(shí)施例中，保護(hù)薄片包括增強(qiáng)層和兩個(gè)阻擋層，其中第一阻擋層位于增強(qiáng) 層的一側(cè)上，而另一阻擋層位于增強(qiáng)層的另一側(cè)上。在該實(shí)施例中，保護(hù)薄片可以為上面詳 細(xì)描述的密封薄片，如果需要，還包括中間層。
對(duì)于各層的特性，可以參考上面所討論的。
可以使用例如上面規(guī)定的粘合層來使保護(hù)薄片與太陽(yáng)能電池系統(tǒng)組合。
通常，應(yīng)注意上述透明密封薄片還適合施加在太陽(yáng)能電池的非光接收側(cè)上以對(duì)太 陽(yáng)能電池提供保護(hù)。還可以使用例如上面規(guī)定的粘合層來使保護(hù)薄片與太陽(yáng)能電池系統(tǒng)組合。
在一個(gè)實(shí)施例中，可以如下制造根據(jù)本發(fā)明的適合用于太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的密封薄 片。將增強(qiáng)層夾在兩個(gè)阻擋層薄片之間，并且對(duì)該組合進(jìn)行加壓步驟以使各層彼此附著。然 而，優(yōu)選存在粘合劑中間層。
當(dāng)在阻擋層與增強(qiáng)層之間存在中間層時(shí)，在一個(gè)實(shí)施例中，可以如下進(jìn)行處理。在 第一步驟中，在中間層聚合物已經(jīng)處于薄片形式的情況下通過層疊工藝，或者在所述聚合 物處于液體形式的情況下通過適當(dāng)?shù)耐坎脊に?spreading process)，將提供中間層的聚 合物施加到阻擋層的薄片上。將增強(qiáng)層施加到該聚合物上，并使該層組與第二阻擋層組合， 該第二阻擋層已經(jīng)被預(yù)先提供有所述將提供中間層的聚合物。在中間層可固化的情況下， 然后對(duì)總層組進(jìn)行固化步驟以固化中間層聚合物。在優(yōu)選的實(shí)施例中，通過輥到輥工藝制 造薄片。
可以通過層疊工藝來使密封薄片與太陽(yáng)能電池組合。如果存在粘合層，可以用粘 合劑覆蓋太陽(yáng)能電池或密封薄片，或覆蓋這兩者，并將密封薄片附著到太陽(yáng)能電池。在需要 固化粘合劑的情況下，進(jìn)行固化步驟。在太陽(yáng)能電池為撓性太陽(yáng)能電池薄片的情況下，在優(yōu) 選的實(shí)施例中，可以以輥到輥工藝的形式進(jìn)行該工藝。
通過曲率(被定義為彎曲半徑的倒數(shù)[1/m])表示在密封之前和之后太陽(yáng)能電池 薄片的撓性。零m1的曲率表示完全平坦的疊層。正和負(fù)曲率表示彎曲太陽(yáng)能電池疊層而 使光接收側(cè)分別在外側(cè)和內(nèi)側(cè)的情況。
對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的撓性太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，優(yōu)選地，在密封之后，最大曲率(被定義 為這樣的彎曲率倒數(shù)(inverse bending ratio)，如果在該彎曲率倒數(shù)之上，則太陽(yáng)能電池 損壞)為至少2ΠΓ1，更優(yōu)選至少ΙΟπΓ1，進(jìn)一步更優(yōu)選至少40ΠΓ1。在一些情況下，可以獲得至 少IOOnT1的最大曲率。本發(fā)明的出乎意料的特征為太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的最大曲率可大于太陽(yáng) 能電池自身的最大曲率。這是因?yàn)槊芊鈱拥拇嬖跍p小了太陽(yáng)能電池在彎曲期間的應(yīng)力。
如上所述，在該實(shí)施例中，應(yīng)用包括中間層和阻擋層的背密封層是具有吸引力的。 可以在上述處理中整合背密封物的施加。
當(dāng)在太陽(yáng)能電池薄片中使用時(shí)，使固化的密封層與太陽(yáng)能電池薄片組合，而在太 陽(yáng)能電池薄片的另一側(cè)，可以施加包括阻擋層和中間層的薄片。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其包括太陽(yáng)能電池，在所述太陽(yáng)能電池的光接收側(cè)上存在透 明密封薄片，所述透明密封薄片包括增強(qiáng)層和兩個(gè)阻擋層，其中從所述太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的 所述光接收側(cè)限定，第一阻擋層位于所述增強(qiáng)層上方，并且第二阻擋層位于所述增強(qiáng)層下 方，其中所述增強(qiáng)層包括纖維增強(qiáng)層，所述纖維增強(qiáng)層包括具有至少2cm的平均長(zhǎng)度的纖 維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其中在所述太陽(yáng)能電池與所述密封薄片之間存 在粘合層。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其中所述阻擋層中的至少一個(gè)阻擋 層為含氟聚合物層。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其中所述纖維增強(qiáng)層中的所述纖維 為玻璃纖維。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其中所述纖維增強(qiáng)層包括非織造纖 維層、織造纖維層、或定向纖維的至少兩個(gè)單層的疊層，每一個(gè)單層包含單向定向的增強(qiáng)纖 維，其中每一個(gè)單層中的纖維方向相對(duì)于鄰近的單層中的纖維方向旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其中所述纖維增強(qiáng)層的纖維重量/ 面積在10與300克/m2之間，特別地在15與100克/m2之間，更特別地在15與75克/m2之 間。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其中所述增強(qiáng)層包含10-80重 量％、優(yōu)選15到80重量％，更優(yōu)選20到70重量％，進(jìn)一步更優(yōu)選30到70重量％的基質(zhì) 材料。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其中在所述密封薄片中，在所述增 強(qiáng)層與所述第一阻擋層之間、在所述增強(qiáng)層與所述第二阻擋層之間、或者同時(shí)在所述增強(qiáng) 層與所述第一和第二阻擋層之間，存在中間層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其中所述纖維增強(qiáng)的增強(qiáng)層包含15到80重 量％、優(yōu)選20到70重量％、更優(yōu)選30到70重量％的基質(zhì)，并且所述基質(zhì)材料的折射率被 匹配為在所述增強(qiáng)纖維的折射率的30 %以內(nèi)，優(yōu)選20 %以內(nèi)，更優(yōu)選10 %以內(nèi)，進(jìn)一步更 優(yōu)選5%以內(nèi)。
10.一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的方法，其中在太陽(yáng) 能電池的光接收側(cè)上施加透明密封薄片，所述透明密封薄片包括增強(qiáng)層和兩個(gè)阻擋層，其 中第一阻擋層被設(shè)置在所述增強(qiáng)層上方，并且第二阻擋層被設(shè)置在所述增強(qiáng)層下方。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中在施加所述密封薄片之前、之后或同時(shí)，將背密封層 施加到所述太陽(yáng)能電池的非光接收側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法，其中，通過輥，優(yōu)選地使用粘合劑，特別地，使用可固 化的粘合劑，將所述透明密封薄片層疊到所述太陽(yáng)能電池。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)的方法，其中在施加所述密封薄片之前、之后或同 時(shí)，將背密封層施加到所述太陽(yáng)能電池的非光接收側(cè)。
14.一種適合用于密封太陽(yáng)能電池的透明密封薄片，其依次包括第一阻擋層、第一中間 層、增強(qiáng)層、第二中間層以及第二阻擋層，其中所述增強(qiáng)層包括纖維增強(qiáng)層，所述纖維增強(qiáng) 層包括具有至少2cm的平均長(zhǎng)度的纖維。
15. 一種用于制造根據(jù)權(quán)利要求14的透明密封薄片的方法，其包括以下步驟在中間 層聚合物已經(jīng)處于薄片形式的情況下通過層疊工藝，或者在所述聚合物處于液體形式的情 況下通過適當(dāng)?shù)耐坎脊に?，將提供中間層的所述聚合物設(shè)置到阻擋層的薄片上；將增強(qiáng)層 施加到所述聚合物上，并使該層組與第二阻擋層組合，其中該第二阻擋層已經(jīng)被預(yù)先設(shè)置 有所述將提供所述中間層的聚合物；以及，在所述中間層可固化的情況下，對(duì)總層組進(jìn)行固 化步驟以固化所述中間層聚合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能電池系統(tǒng)，其包括太陽(yáng)能電池，在所述太陽(yáng)能電池的光接收側(cè)上存在透明密封薄片，所述透明密封薄片包括增強(qiáng)層和兩個(gè)阻擋層，其中從所述太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的所述光接收側(cè)限定，第一阻擋層位于所述增強(qiáng)層上方，并且第二阻擋層位于所述增強(qiáng)層下方，其中所述增強(qiáng)層包括纖維增強(qiáng)層，所述纖維增強(qiáng)層包括具有至少2cm的平均長(zhǎng)度的纖維。還要求保護(hù)所述密封薄片自身及其制造方法以及制造所述太陽(yáng)能電池系統(tǒng)的方法。
文檔編號(hào)H01L31/048GK102037569SQ200980105328
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月19日
發(fā)明者E·P·斯波泰爾, W·J·希爾德爾 申請(qǐng)人:海利安特斯有限公司