太陽能電池組件的制造方法
【專利摘要】通過將可固化有機硅凝膠組合物涂敷并固化到兩個面板的每一個的除外周區(qū)域之外的一個表面上以形成固化有機硅凝膠涂層，在一個面板(1a)的外周區(qū)域上提供密封部件(3)，將太陽能電池部件(4)放置到一個面板上的固化有機硅凝膠涂層上，將另一面板(1b)放置到該一個面板上從而使密封部件(3)緊鄰該另一面板的該外周區(qū)域，以及將太陽能電池部件夾入這兩面板之間，并在真空中將該面板(1a，1b)進行熱壓以將該太陽能電池部件(4)封裝而制造太陽能電池組件。
【專利說明】太陽能電池組件的制造
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通過利用樹脂封裝太陽能電池部件而制造太陽能電池組件的方法。
【背景技術】
[0002]為了提供具有提高的轉換效率和20到30年或更久的長期可靠性的太陽能電池組件，在本領域中作出了許多關于封裝劑的報道和提案。出于效率提高的觀點，與作為當前的主流封裝劑(例如，參見非專利文獻I)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)相比，由于在大約300到400nm波長下的透光率，據報道有機硅材料在內部量子效率上有優(yōu)勢。事實上，報道了對采用EVA與有機硅材料作為封裝劑的太陽能組件的輸出功率進行比較的實驗(例如，參見非專利文獻2)。
[0003]最初，當制造用于太空船的太陽能電池組件時，在20世紀70年代早期已經實現(xiàn)了使用有機硅材料作為封裝劑。在歷史上，在制造用于地面應用的太陽能電池組件的階段，由于有機硅材料具有包括材料成本和封裝可加工性的突出問題，而EVA廉價并且以膜的形式提供，因此有機硅制料被EVA所替代。近來，太陽能電池的效率提高和長期可靠性再次得到重視。因此，有機硅材料作為封裝劑的性能，例如，低模量、高透明性以及耐候性再次被認為是有價值的。最近提出了幾個采用有機硅材料的封裝方法。
[0004]例如，專利文獻I公開了采用有機聚硅氧烷基熱熔材料片材的封裝。然而，難以在保持高透明性的同時將聚硅氧烷加工為片材。當將聚硅氧烷成形為大約Imm厚的片材時，例如，由于材料的“脆性”，只有諸如澆鑄或壓制的特定成形技術是適用的。此成形技術不適用于大量生產。為了改善脆性，可以將填料與聚硅氧烷混合。以犧牲透明性為代價，填料加載能提高成型性。專利文獻2公開了采用多軸機器人將互連太陽能電池安置在涂敷在基材上的液體有機硅材料之上或之中。接著固化該液體有機硅材料，從而在沒有捕集氣泡的情況下實現(xiàn)了封裝。此外，專利文獻3提出將太陽能電池放置在真空中，并且采用具有活動板的電池壓機將部件壓緊，從而在沒有捕集氣泡的情況下實現(xiàn)了封裝。然而，在這些專利文獻中，對在其端面的太陽能電池組件的處理未提及。當采用有機硅時，它的透濕性產生對濕氣侵入的擔心。由于這些方法中的任一個均與封裝太陽能電池的現(xiàn)有方法明顯不同，因此存在目前可利用的批量生產系統(tǒng)不能使用的可能性。
[0005]專利文獻4公開了通過在玻璃基板上設置密封復合物、太陽能電池元件和液態(tài)有機硅材料，接著在其上設置背側保護基板以形成預制層疊體并在室溫下在真空中將所述層疊體加壓結合而將太陽能電池組件密封的方法。此方法可能難以適用于實用尺寸的太陽能電池組件的制造。
[0006]同樣，專利文獻5公開了一種通過在玻璃片的周邊部之間的厚度方向上設置密封組合物、在該密封組合物中設置EVA或類似的樹脂、以及在真空中進行熱壓結合從而將雙層玻璃單元或太陽能電池面板密封的方法。利用此方法，熔化的EVA能夠在熱壓結合步驟中被擠壓出玻璃片的周邊部，妨礙密封組合物與玻璃片的粘合。
[0007]引用文獻列表:[0008]專利文獻1:JP 2009-515365A (US 20080276983)
[0009]專利文獻2:JP 2007-527109A (US 20060207646)
[0010]專利文獻3 JP 2011-514680A (US 20110061724)
[0011]專利文獻4:W0 2009 / 091068 (US 20100275992)
[0012]專利文獻5:JP 2011-231309A
[0013]非專利文獻1:S.0hl, G.Hahn, “Increased internal quantum efficiencyof encapsulated solar cell by us ing two-component silicone as encapsulantmaterial”，Proc.23rd, EU PVSEC，瓦倫西亞(2008)，第 2693-2697 頁
[0014]非專利文獻2:Barry Ketola,Chris Shirk,Phillip Griffith,Gabriela Bunea,“Demonstration of the benefits of silicone encapsulation of PV modules in alarge scale outdoor array，，,道康寧公司
【發(fā)明內容】
[0015]本發(fā)明的目的是提供通過用可固化有機硅凝膠組合物在兩個面板之間將太陽能電池部件封裝而制造太陽能電池組件的方法，該方法能夠利用現(xiàn)有的太陽能組件制造裝置、避免夾帶氣泡并且不對太陽能電池部件造成損傷，所得到的太陽能電池組件十分耐用，在于禁止來自該組件側邊緣的任何濕氣侵入。
[0016]本發(fā)明提供通過在兩個面板之間將半導體基板基太陽能電池部件封裝而制造太陽能電池組件的方法，包括如下步驟:
[0017](i)在每一面板的除其外周區(qū)域之外的一個表面上涂敷可固化有機硅凝膠組合物并將該組合物固化以形成具有根據Jis K2220所測定的30到200的針入度的固化有機硅凝膠涂層，
[0018](ii)向一個面板的一個表面的外周區(qū)域提供密封部件，在該外周區(qū)域未形成該固化有機硅凝膠涂層，所述密封部件由丁基橡膠基熱塑性密封材料制成并且比該固化有機硅凝膠涂層厚，并將太陽能電池部件放置到該固化有機硅凝膠涂層上，
[0019](iii)將另一面板放置在該一個面板上，同時使該另一面板上的固化有機硅凝膠涂層面向太陽能電池部件，以致該密封部件與該另一面板的一個表面的外周區(qū)域鄰接，其中在該外周區(qū)域未形成固化有機硅凝膠涂層，并且該太陽能電池部件夾在兩面板上的固化有機硅凝膠涂層之間，以及
[0020](iv)將這兩個面板擠壓到一起，同時在真空中加熱，從而封裝該太陽能電池部件。
[0021]在優(yōu)選實施方案中，該可固化有機硅凝膠組合物包括
[0022](A) 100重量份的每分子包含至少一個硅鍵合烯基的有機聚硅氧烷，由平均組成式(1)表示:
[0023]RaR1bSiO(4-a-b)2(1)
[0024]其中R為烯基，R1為不合脂族不飽和度的取代或非取代的1到10個碳原子的一價烴基，a為0.0001到0.2的正數，b為1.7到2.2的正數，以及a+b的總和是1.9到2.4，
[0025](B)每分子含有至少兩個硅鍵合氫原子的有機氫聚硅氧烷，其量為每摩爾組分(A)中硅鍵合烯基0.3到2.5摩爾的硅鍵合氫，以及
[0026](C)催化量的加成反應催化劑。[0027]典型地，有機氫聚硅氧烷(B)具有40到400的平均聚合度。該固化有機硅凝膠涂層優(yōu)選地具有200到1000 μ m的厚度。
[0028]在優(yōu)選實施方案中，步驟(ii)包括將密封部件由丁基橡膠基熱塑性密封材料預成形為帶狀或線狀并將該密封部件伸展到一個面板的一個表面的外周區(qū)域上，該固化有機硅凝膠涂層未形成在該外周區(qū)域中。
[0029]在優(yōu)選實施方案中，步驟(iv)包括在真空中在100到150°C下加熱面板。通常，利用真空層壓機進行該步驟(iv)。
[0030]典型地，這兩個面板是無色鋼化玻璃板。
[0031]發(fā)明的有益效果
[0032]根據本發(fā)明，在組件壓裝之前，將太陽能電池部件在真空中夾在兩面板上的固化有機硅凝膠涂層之間，該固化有機硅凝膠涂層具有特定的針入度。能夠在不夾帶氣泡并且不對該太陽能電池部件造成損害的情況下封裝該太陽能電池部件。將丁基橡膠基熱塑性密封材料的密封部件設置在面板表面的外周區(qū)域上，該固化有機硅凝膠涂層未形成在該外周區(qū)域，并且接著將這兩個面板加熱加壓。結果，將該密封部件結合到該面板從而以緊固密封方式將內部固化有機硅凝膠涂層包圍，防止?jié)駳夂蜌怏w透過該組件側邊緣的任何進入。所得到的的太陽能電池組件非常耐用。本發(fā)明的方法能夠利用現(xiàn)有的用于EVA-封裝組件的太陽能組件生產裝置、典型地真空層壓機而實施。因此，太陽能組件能夠在不需要新設計的層壓裝置的情況下而制造。
[0033]在太陽能電池部件的厚度減小到低于100 μ m時的未來階段，如此薄的太陽能部件能夠被層疊成組件，同時利用特征是低模量、低硬度以及耐候性的固化有機硅凝膠涂層將其封裝。所得到的太陽能電池組件具有更高的光電轉換效率并保持長期可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1是兩個具有形成于其上的固化有機硅凝膠涂層的面板的橫截面圖。
[0035]圖2是一個面板的橫截面圖，其中密封部件提供在其外周區(qū)域上并且太陽能電池部件保持在固化有機硅凝膠涂層上。
[0036]圖3是通過將另一面板放置在一個面板上以使得將太陽能電池部件夾在其間而構造的組件的橫截面圖。
[0037]圖4是由真空層壓機壓制結合的面板組件的橫截面圖。
[0038]圖5是在框架安裝后的太陽能電池組件的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0039]通過參照例示的優(yōu)選實施方案而描述根據本發(fā)明的太陽能電池組件的制造方法。圖1是在其上覆蓋并固化了可固化有機硅凝膠組合物2的兩個面板la、lb的橫截面圖。圖2是一個面板Ia的橫截面圖，其中太陽能電池部件4放置在固化有機硅凝膠涂層2上并且密封部件3豎立地提供在未形成該固化有機硅凝膠涂層的面板表面的外周區(qū)域上。圖3是通過將具有固化有機硅凝膠涂層2的另一面板Ib放置在圖2的該一個面板Ia上、使得2朝向內而構造出的組件的橫截面圖。圖4是通過將圖3的兩個面板la、lb進行真空層壓而得到的面板組件的橫截面圖。圖5是太陽能電池組件的橫截面圖，在該太陽能電池組件中兩個面板la、Ib的側邊緣由邊框部件5固定。
[0040](i)固化有機硅凝膠涂層的形成步驟(圖1)
[0041]首先，如圖1中所示，將可固化有機硅凝膠組合物涂敷到兩個面板Ia和Ib的每一個的一個表面上，并且固化以在其上形成固化有機硅凝膠涂層2，兩個面板是透明部件。
[0042]在采用兩個面板的例示實施方案中，一個面板Ia是作為太陽光入射側的透明部件，其必須在如透明性、耐候性以及抗震性的特性上保持可靠性以延長在戶外應用的期限。例如，它可由無色鋼化玻璃、丙烯酸系樹脂、氟樹脂或聚碳酸酯樹脂制造。經常采用大約3到5mm厚的玻璃板、典型地無色鋼化玻璃板。
[0043]另一面板Ib設置在遠離太陽光入射側并且與該一個面板Ia相對。該另一面板Ib需要高效池散發(fā)該太陽能電池部件的熱量。它可由玻璃、合成樹脂、金屬以及復合材料制成。例示的玻璃材料包括浮法玻璃(綠色色調)、無色玻璃以及鋼化玻璃。例示的合成樹脂包括丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯(PC)樹脂、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)樹脂以及環(huán)氧樹脂。例示的金屬材料包括銅、鋁和鐵。例示的復合材料包括裝載有例如二氧化硅、二氧化鈦、氧化鋁以及氮化鋁的高導熱性填料的合成樹脂。
[0044]如果遠離太陽光入射側設置的該另一面板Ib是與太陽光入射的一個面板Ia相同的透明部件，部分入射太陽光和散射光可以傳輸到該較遠側。接著在將該太陽能電池組件安裝到草地的實例中，部分太陽光到達布置在下面且由組件遮蔽的地面區(qū)域，從而使得植物甚至在否則遮蔽的區(qū)域也能夠生長。這方便，在于組件安裝區(qū)域也能夠用于放牧。
[0045]關于其包括透明性和耐候性的特性，該固化有機硅凝膠涂層2必須在室外應用中保持20年以上的長期可靠性。從這個意義上說，該固化有機硅凝膠涂層2必須滿足抗UV性、低模量以及良好的與面板la、lb的粘合性。
[0046]該固化有機硅凝膠涂層2由可固化有機硅凝膠組合物形成。有機硅組合物的交聯(lián)模式可以是任何濕氣固化、UV固化、有機過氧化物固化以及由鉬催化的加成固化。由于無固化副產物以及幾乎無變色，因此優(yōu)選使用加成固化有機硅組合物。
[0047]在此使用的可固化有機硅凝膠組合物優(yōu)選地定義為包括下面的組分:
[0048](A) 100重量份的每分子包含至少一個硅鍵合烯基的有機聚硅氧烷，由平均組成式
(I)表示:
[0049]RaR1bSiOi4/2(I)
[0050]其中R為烯基，R1為不含脂肪族不飽和度的取代或未取代的I到10個碳原子的一價烴基，a為0.0001到0.2的正數，b為1.7到2.2的正數，以及a+b的總和是1.9到2.4，
[0051](B)每分子含有至少兩個硅鍵合氫原子的有機氫聚硅氧烷，其量給出每摩爾組合物(A)中硅鍵合烯基0.3到2.5摩爾的硅鍵合氫，以及
[0052](C)催化量的加成反應催化劑。
[0053]組分(A)在可固化有機硅凝膠組合物中用作基礎聚合物。其是每分子包含至少一個硅鍵合烯基的有機聚硅氧烷，由平均組成式(I)表示。
[0054]在式(I)中，R獨立地為2到6個碳原子、優(yōu)選地2到4個碳原子以及更優(yōu)選地2
到3個碳原子的烯基。實例包括乙烯基、烯丙基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基以及異丁烯基，最優(yōu)選乙烯基。
[0055]R1獨立地為具有I到10個碳原子、優(yōu)選地I到6個碳原子的不合脂肪族不飽和度的取代或未取代的一價烴基。一價烴基的實例包括直鏈、支化或環(huán)狀烷基例如甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、叔丁基、戊基、己基、環(huán)己基、辛基和癸基:芳基例如苯基和甲苯基；芳烷基例如苯甲基和苯乙基；以及其中部分或所有的氫原子被鹵素(例如氯、溴或氟)取代的前述基團的取代形式例如氯甲基和3，3，3_三氟丙基。這些中，由于合成容易，甲基、苯基和3，3，3_三氟丙基優(yōu)選。其中，考慮到抗UV性，最優(yōu)選甲基。
[0056]下標“a”為0.0001到0.2、優(yōu)選地0.0005到0.1的正數；b為1.7到2.2、優(yōu)選地
1.9到2.02的正數。a+b之和在1.9到2.4、優(yōu)選地1.95到2.05的范圍內。
[0057]該有機聚硅氧烷每分子應當含有至少一個硅鍵合烯基，優(yōu)選地至少兩個、更優(yōu)選地2到50個、以及更優(yōu)選地2到10個硅鍵合烯基每分子?？蛇x取a和b的值以符合硅鍵
合烯基的需要。
[0058]對有機聚硅氧烷的分子結構無特別限制。它可以具有含有單元例如RSi03/2、R1SiO372和SiO2單元(其中R和R1按照上述定義)的直鏈結構或支化結構。優(yōu)選為具有通式(Ia)的有機聚硅氧烷，即，具有主要由二有機硅氧烷重復單元組成的主鏈且由三有機甲硅烷氧基在分子鏈的兩末端封端的實質上直鏈二有機聚硅氧烷。
[0059]
【權利要求】
1.通過在兩個面板之間封裝半導體基板基太陽能電池部件而制造太陽能電池組件的方法，包括步驟: (i)向每一面板的除其外周區(qū)域以外的一個表面上涂敷可固化有機硅凝膠組合物并將該組合物固化以形成具有根據Jis K2220測定的30到200的針入度的固化有機硅凝膠涂層， (?)在一個面板的一個表面的外周區(qū)域上提供密封部件，在該外周區(qū)域未形成該固化有機硅凝膠涂層，所述密封部件由丁基橡膠基熱塑性密封材料制成并且比該固化有機硅凝膠涂層厚，并將太陽能電池部件放置到該固化有機硅凝膠涂層上， (iii)將另一面板放置在該一個面板上，同時使在另一面板上的該固化有機硅凝膠涂層面向太陽能電池部件，從而使該密封部件緊鄰該另一面板的一個表面的外周區(qū)域，在該外周區(qū)域未形成固化有機硅凝膠涂層，并且將該太陽能電池部件夾入兩面板上的該固化有機硅凝膠涂層之間，以及 (iv)將這兩個面板擠壓到一起，同時在真空中加熱，從而封裝該太陽能電池部件。
2.根據權利要求1所述的方法，其中該可固化有機硅凝膠組合物包括: (A)100重量份的每分子包含至少一個硅鍵合烯基的有機聚硅氧烷，由平均組成式(I)表不:
RaR bSiO(4-a-b) /2⑴ 其中R為烯基，R1為不合脂肪族不飽和度的取代或未取代的I到10個碳原子的一價烴基，a為0.0001到0.2的正數，b為1.7到2.2的正數，以及a+b之和是1.9到2.4， (B)每分子含有至少兩個硅鍵合.氫原子的有機氫聚硅氧烷，其量為每摩爾組分(A)中的硅鍵合烯基提供0.3到2.5摩爾的硅鍵合氫，以及 (C)催化量的加成反應催化劑。
3.根據權利要求2所述的方法，其中有機氫聚硅氧烷(B)具有40到400的平均聚合度。
4.根據權利要求1所述的方法，其中該固化有機硅凝膠涂層具有200到1000μ m的厚度。
5.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(ii)包括將密封部件由丁基橡膠基熱塑性密封材料預成形為帶狀或線狀并使該密封部件伸展到一個面板的一個表面的外周區(qū)域上，在該外周區(qū)域該固化有機硅凝膠涂層未形成。
6.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(iv)包括在真空中在100到150°C下加熱面板。
7.根據權利要求1所述的方法，其中步驟(iv)利用真空層壓機進行。
8.根據權利要求1所述的方法，其中這兩個面板是無色鋼化玻璃板。
【文檔編號】H01L31/048GK103474507SQ201310384132
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年5月29日 優(yōu)先權日:2012年5月29日
【發(fā)明者】降簱智欣, 伊藤厚雄, 大和田寬人, 金亨培, 山川直樹 申請人:信越化學工業(yè)株式會社