專利名稱：太陽能電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池組件，確切地說涉及帶有用樹脂覆蓋的引光側(cè)(入射光面)的太陽能電池組件。
近些年，環(huán)境污染已引起全世界的關(guān)注。尤其由排放的二氧化碳的溫室效應(yīng)引起的全球氣溫上升是個嚴重問題。因而，強烈希望不使用礦物燃料的無公害的能量產(chǎn)生。作為一種光電轉(zhuǎn)換元件的太陽能電池，由于安全和易于處置，目前作為一種無公害的能源是很有前途的。
太陽能電池有各種類型，典型地例如晶體硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶體硅型太陽能電池(含微晶)、二硒化銅銦太陽能電池、化合物半導(dǎo)體太陽能電池，等等。其中對多晶硅太陽能電池、化合物太陽能電池及非晶體硅太陽能電池的研究很活躍，因為這些類型的太陽能電池可以毫無困難地以大面積形式低成本地生產(chǎn)。
此外，這些太陽能電池中，以非晶體硅型太陽能電池為代表的薄膜太陽能電池，由于其重量輕、抗沖擊強度高和可彎性好，作為一種未來的電池組件方式是很有前途的，該太陽能電池的制造是通過在導(dǎo)電金屬基片上淀積硅并在其上形成一個透明的導(dǎo)電層。然而，與通過在玻璃基片上淀積硅而制造的一種不同，這種類型的電池組件需要有覆蓋著透明材料的引光面以保護太陽能電池。通常，用玻璃或者諸如氟樹脂膜、氟樹脂覆層之類的透明氟樹脂作最外層覆蓋材料。在最外覆蓋層下面可以用各種透明的熱塑性有機樹脂作填充劑。用玻璃作最外層是因為其耐氣候性高，以保護透光率而不引起太陽能電池組件轉(zhuǎn)換效率的下降。另一方面，用氟樹脂作最外層是因為其耐氣候性高和防水性高，以保持透光率而不引起由于表面劣化或弄臟所造成的太陽能電池組件轉(zhuǎn)換效率的下降，還因為易于通過熱處理來密封太陽能電池塊。用熱塑性樹脂作填充劑是因為大量用來保護內(nèi)部光電元件時便宜。
圖4表示這種太陽能電池組件的一個例子。在圖4中，電池組件由氟塑料層401、透明的熱塑性有機樹脂層402、光電元件403和絕緣層404組成。在此例子中，用與受光面相同的有機樹脂作背面絕緣層。更具體地說，氟塑料層401的例子是一層ETFE(乙烯—四氟乙烯共聚物)膜和一層PVF(聚氟乙烯)膜。透明的熱塑性有機樹脂402的例子是EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)和丁醛樹脂。作為絕緣層404，可采用諸如尼龍膜、鋁疊壓聚氟乙烯(Tedlar)膜之類的各種有機樹脂膜。在此例子中，透明的熱塑性有機樹脂402起著用來在光電元件403與氟樹脂401之間、及在光電元件403與絕緣層404之間(如果存在于其間的話)粘接的粘接劑的作用，還起著用來保護太陽能電池免遭外界刮傷和沖擊的填沖劑的作用。
然而，沒有哪種已知的材料能在上述表面覆蓋結(jié)構(gòu)中同時給出良好的耐氣候性和抗沖擊強度，尤其在太陽能電池在20年以上的長時間里暴露于自然環(huán)境的情況下更是如此。具體地說，作為最外表面層的玻璃基片易于被冰雹或小石子的沖擊所損壞，從而失去對光電元件的保護性。另一方面，作為最外表面層的氟塑料在20年以上的長期戶外暴露中會因為受紫外線、水或熱的分解作用、受熱或水的揮發(fā)作用或淘析作用而失去所含的穩(wěn)定劑，從而失去耐氣候性，造成太陽能電池劣化。一般來說，在紫外線、臭氧、一氧化氮或熱的作用下，樹脂變成有色的。尤其是，采用非單晶半導(dǎo)體、最好采用非晶體硅半導(dǎo)體的逐次疊壓光敏半導(dǎo)體層，在轉(zhuǎn)換效率方面大受表面覆蓋材料變色的不良影響。更具體地說，一個逐次疊壓的光敏部件在疊壓光活性半導(dǎo)體層中的每一層里分別以不同的光波長產(chǎn)生電。因而，如果較短的光波長被變色的表面覆蓋材料所吸收，則吸收該較短光波長的該光活性半導(dǎo)體層產(chǎn)生較小的電流，從而其它光活性半導(dǎo)體層也工作在電流限制工況下，而大大降低該光電部件的總轉(zhuǎn)換效率。
當(dāng)表面層為氟樹脂時，與玻璃表面層相比，樹脂穩(wěn)定劑揮發(fā)而明顯地降低轉(zhuǎn)換效率。在JPL(美國噴氣推進器實驗室)的一份報告(美國能源部關(guān)于太陽能電池密封劑的試驗方法、材料性質(zhì)和工藝的調(diào)查，年度報告，1979年6月)里描述了一種樹脂穩(wěn)定劑。具體地說，該穩(wěn)定劑是雙(2，2，6，6—四甲基—4—哌啶基)癸二酸酯。然而，這種仲胺型光穩(wěn)定劑不能充分地改善樹脂的耐曬性和耐熱性。
在沒有冷卻裝置的太陽能電池組件中和在與屋頂之類暴露于較高溫度的建筑材料制成一體的電池組件中，以上問題更加明顯。在80℃或更高的電池組件溫度下，電池組件的表面覆蓋材料以較快的變色速度變色。
太陽能電池組件的制造過程通常包括在約130至160℃下約20至100分鐘的熱粘接步驟。熱粘接條件取決于作為填充劑和粘接劑的EVA之類樹脂的交聯(lián)程度。通過提高溫度以縮短處理時間可以加速這一熱粘接步驟。然而，高溫將在熱粘接之后引起電池組件輕度變色而不利地降低初始轉(zhuǎn)換效率。克服這種缺點的一種方法可以是選擇將要混合在填充劑樹脂中的交聯(lián)劑，即一種具有較低的分解溫度的有機過氧化物例如選擇一種具有大約低20℃的自由基生成溫度的有機過氧化物。然而，使用低溫交聯(lián)填充劑雖然可以防止熱粘接之后樹脂的變色，但造成構(gòu)成成分與填充劑的粘接強度不足。為屋頂用而設(shè)計的需要具有良好的外觀的太陽能電池組件被設(shè)計成用彩色鋼板加固。彩色鋼板一般通過為防止在覆蓋涂布時形成針孔和防止弄臟而使用的一種硅型勻化劑來制造。為了粘接于這樣一種經(jīng)涂覆的銅板，只能通過靠一種有機過氧化物的自由基奪取反應(yīng)才能達到足夠的粘接強度。上述可以生成自由基的低溫交聯(lián)填充劑由于該成分溫度低而不能給出足夠的共價鍵。因此，存在著一個問題，即在這種情況下的粘接強度低于通過高溫下熱粘接的粘接強度。
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能電池組件，該電池組件被具有高耐氣候性和高耐熱性的表面覆蓋材料覆蓋，進而被保護起來以防止光電元件的長期劣化，并被保護起來防止外界沖擊之害。
本發(fā)明的太陽能電池組件包括一個作為光電元件的光敏半導(dǎo)體層和一個設(shè)置在引光側(cè)的透明表面覆蓋材料層，該表面覆蓋材料層包含一種由烷基化的叔胺化合物組成的光穩(wěn)定劑。


圖1是本發(fā)明的太陽能電池組件之一例的示意性剖視圖；圖2是表示用于本發(fā)明的太陽能電池組件的光電元件的基本結(jié)構(gòu)的示意性剖視圖；圖3是本發(fā)明的太陽能電池組件之另一例的示意性剖視圖；圖4是用來對比的一個太陽能電池組件的示意性剖視圖。
本發(fā)明的太陽能電池組件包括一個作為光電元年的光敏半導(dǎo)體層和一個設(shè)置在引光側(cè)的透明表面覆蓋層，其中該透明表面覆蓋層含有由烷基化的叔胺化合物組成的光穩(wěn)定劑。
此太陽能電池組件有以下優(yōu)點。該太陽能電池組件即使經(jīng)過長期使用之后在轉(zhuǎn)換效率方面的劣化也較小。通過用一種氟塑料基膜作表面層，使該太陽能電池組件能耐外界沖擊。通過用一種乙烯型共聚物樹脂作填充劑，以低成本生產(chǎn)該太陽能電池組件。通過用一種不飽和脂肪酸酯的共聚物作填充劑材料，使該太陽能電池組件防潮。通過用一種包含無機紫外線吸收劑的表面覆蓋材料，使該太陽能電池組件在耐氣候性方面，尤其在耐曬性方面成為優(yōu)秀的，通過用一種包含高聚合物紫外線吸收劑的表面覆蓋材料，使該太陽能電池組件在耐曬性方面成為優(yōu)秀的。
經(jīng)過范圍廣泛的研究之后，本發(fā)明的發(fā)明人業(yè)已發(fā)現(xiàn)，烷基化的叔胺化合物作為用于太陽能電池組件的光穩(wěn)定劑是優(yōu)秀的。下面更詳細地描述本發(fā)明。電池組件圖1示意地畫出本發(fā)明的一個太陽能電池組件的構(gòu)成。在圖1中，光線從上側(cè)引入。該電池組件包括基片101、光電元件102、背側(cè)覆膜103、背側(cè)填充劑104、前側(cè)透明填充劑105、及最外透明表面膜106。光線經(jīng)最上膜106到達光電元件102，在該光電元件中經(jīng)一個輸出端子(圖中未畫出)取出所生成的電動勢。在其中光線經(jīng)過由透明樹脂之類制作的基片101引入的場合下，把背側(cè)填充劑104和背側(cè)覆蓋膜制成為透明的。
本發(fā)明中的光電元件102至少由一個導(dǎo)電基片和一個作為光電部件在該基片上形成的光敏半導(dǎo)體層組成。圖2示意地表示一個構(gòu)成例。圖2中的光電元件包括導(dǎo)電基片201、背側(cè)反射層202、光敏半導(dǎo)體層203、透明導(dǎo)電層204、及集電電極205組成。導(dǎo)電基片201導(dǎo)電基片201起光電部件的基體件及下側(cè)電極的作用。其構(gòu)成材料包括硅、鉭、鉬、鎢、不銹鋼、鋁、銅、鈦、碳鋼、鍍鉛鋼、以及帶有在其上形成的導(dǎo)電層的樹脂膜、陶瓷和玻璃。在以上導(dǎo)電基片201上，可由金屬層、金屬氧化物層或其夾層形成一個背側(cè)反射層202。該金屬層由Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cu等形成。該金屬氧化物層由ZnO、TiO2、SnO2、ITO等形成。該金屬層和金屬氧化物層可采用電阻加熱汽相淀積、電子束汽相淀積、濺射淀積或類似方法形成。光敏半導(dǎo)體層203光敏半導(dǎo)體層203進行光電轉(zhuǎn)換。其具體材料包括pn結(jié)型多晶硅，針連接型非晶體硅，以及諸如CuInSe2、CuInS2、GaAs、CdS/Cu2S、CdS/CdTe、CdS/InP及CdTe/Cu2Te之類的化合物半導(dǎo)體。該多晶硅光敏半導(dǎo)體層可用從熔融硅形成片材和對非晶體硅熱處理之類的工藝來形成。該非晶體硅型光敏半導(dǎo)體層可用硅烷氣通過等離子體化學(xué)汽相淀積來形成。該化合物半導(dǎo)體型光敏半導(dǎo)體層可用離子鍍、離子束淀積、真空汽相淀積、濺射、電沉積和類似方法來形成。透明導(dǎo)電層204透明導(dǎo)電層204起上側(cè)電極的作用。其材料的具體例子包括In2O3、SnO2、In2O3—SnS2(ITO)、ZnO、TiO2、Cd2SnO4、以高雜質(zhì)濃度摻雜的晶體半導(dǎo)體層。該層可以用電阻加熱汽相淀積、濺射、化學(xué)汽相淀積、雜質(zhì)擴散和類似方法來形成。集電電極205
在該透明導(dǎo)電層上，可設(shè)置一個柵線型集電電極205(柵線)以便有效地收集電流。用于集電極205的材料的具體例子包括Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cu和Sn、及它們的合金、以及諸如銀糊之類的導(dǎo)電糊劑。集電極205可通過濺射、電阻加熱和采用掩膜圖形的化學(xué)汽相淀積；整個金屬膜淀積然后蝕刻成圖形；用光輔助化學(xué)汽相淀積形成直接?xùn)啪€圖形；形成柵電極的負圖形掩模然后進行金屬涂覆；用導(dǎo)電糊劑印制，粘接金屬導(dǎo)線，及類似方法來形成。該導(dǎo)電糊劑一般包括在粘接劑聚合物中的銀粉、金粉、銅粉、鎳粉、碳粉等的懸浮體。該粘接劑聚合物包括聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸類樹脂、醇酸樹脂、聚乙烯縮醛樹脂、橡膠、聚氨酯樹脂及酚醛樹脂。輸出端子206最后，用來取出電動勢的輸出端子206粘接于導(dǎo)電基片和集電極。用點焊或釬焊把一個諸如小銅片之類的金屬物品結(jié)合于導(dǎo)電基片。用導(dǎo)電糊劑或釬料把一個金屬物品電氣上連接于集電極。
用以上程序制備的光電元件可以根據(jù)想要的電壓或電流強度串聯(lián)或并聯(lián)連接。或者，這些光電元件可集成在絕緣基片上以得到想要的電壓和電流強度。背側(cè)覆膜103背側(cè)覆膜103把光電元件的導(dǎo)電基片101與外界電氣上絕緣。希望其材料具有足夠的電氣絕緣性，具有足夠的長期耐久性，能耐受熱脹冷縮，并且可彎曲。具體例子是尼龍膜和聚對苯二甲酸乙二酯膜。背側(cè)填充劑104背側(cè)填充劑104把背側(cè)覆膜103粘接于基片101。希望其材料具有足夠的粘結(jié)性、具有足夠的長期耐久性，能耐受熱脹冷縮，并且可彎曲。其最佳例子包括諸如EVA和聚乙烯醇縮丁醛之類的熱熔性粘接劑、雙面涂布膠帶及軟質(zhì)環(huán)氧粘接劑。
在其中太陽能電池組件在高溫下使用的場合，例如，與屋頂材料之類的建筑材料制成一體的場合，該填充劑最好交聯(lián)以保證高溫下的粘接。對像EVA之類的材料交聯(lián)一般用有機過氧化物進行。
可在背側(cè)覆膜的外表面連接一個增強板，以提高機械強度或防止太陽能電池組件變形和翹起。該增強板最好由鋼板、塑料板、FRP(玻璃纖維增強塑料)等制成。填充劑105下面詳細說明本發(fā)明的填充劑105。
該填充劑是一種用來遮蓋光電元件的表面粗糙性并保證對表面膜的粘接的樹脂。因而，要求該填充劑具有耐氣候性、粘接性和耐熱性。任何滿足以上要求的材料都可用于此。作為該填充劑材料，乙烯型共聚物特別可取。因為這種類型的共聚物具有高耐熱性和高粘接性，而且不貴。因此已經(jīng)優(yōu)選EVA樹脂(乙烯—醋酸乙烯共聚物樹脂)。然而，EVA是吸濕性的。雖然帶有玻璃基片的電池組件或?qū)嶋H上沒有分路的晶體硅半導(dǎo)體受填充劑吸濕性的影響沒有這樣明顯，但是帶有樹脂膜表面層的耐沖擊電池組件或諸如非晶體硅之類帶有分路的半導(dǎo)體，要求填充劑吸濕性低。吸濕性小的填充劑包括諸如EEA(乙烯—丙烯酸乙酯共聚物)和EMA(乙烯—甲基丙烯酸酯共聚物)之類的不飽和脂肪酸酯共聚物，該共聚物以比EVA低的共聚作用比給出可彎性。就是說，用較小含量的作為吸濕性基團的酯單元可以實現(xiàn)可彎性。具體地說，以25％的含量含有丙烯酸乙酯單元的EEA具有與以33％的含量含有共聚的醋酸乙烯酯單元的EVA幾乎相同的機械性質(zhì)，而且EEA在低溫脆性方面比EVA優(yōu)越。
該填充劑在熱粘接之前最好呈膜形。例如用諸如吹塑和T模壓之類的擠塑工藝把以上材料制成膜形。交聯(lián)劑考慮到高溫的工作環(huán)境條件，希望填充劑交聯(lián)。通過添加異氰酸酯、三聚氰胺和有機過氧化物之類的交聯(lián)劑來進行交聯(lián)。
當(dāng)使用二異氰酸酯時，最好聯(lián)用一種保護劑以防止在擠塑期間的交聯(lián)反應(yīng)。用于本發(fā)明的最佳異氰酸酯包括脂族異氰酸酯和遇水變性芳族異氰酸酯，具體地說例如二異氰酸己二醇酯、異佛爾酮二異氰酸酯和遇水變性二異氰酸亞甲基二苯酯。
用于本發(fā)明的三聚氰胺包括六甲三聚氰胺等。
用于異氰酸酯的保護劑包括ε—己內(nèi)酰胺、甲乙酮肟、乙酰乙酸乙酯、苯酚、及諸如乙醇、正—丙醇、異丙醇、正—丁醇、異丁醇和叔—丁醇之類的醇。要求保護劑在擠塑加工期間不變成游離的，但在交聯(lián)步驟中變成游離的以便與填充劑中的羥基團起反應(yīng)。以上ε—己內(nèi)酰胺作為高溫離解型保護劑是最佳的。
EVA的交聯(lián)一般用有機過氧化物來進行。該交聯(lián)反應(yīng)的進行通過靠由有機過氧化物生成的游離基從樹脂分子中提取氫原子或鹵原子以形成碳—碳結(jié)合。已知該有機過氧化物被熱分解、氧化還原分解或離子分解所激活。一般來說，熱分解是最佳的。
根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)把該有機過氧化物粗分成氫過氧化物、二烷基(芳基)過氧化物、二?；^氧化物、過氧化縮醛、過氧化酯、過氧化碳酸酯及過氧化酮。
該氫過氧化物包括叔—丁基過氧氫、1，1，3，3—四甲基丁基過氧氫、對—烷過氧氫、枯烯過氧氫、對異丙基苯甲烷過氧氫、二異丙苯過氧化物、2，5—二甲基己烷—2，5—二過氧氫、環(huán)己烷過氧化物、及3，3，5—三甲基己酮過氧化物。
該二烷基(芳基)過氧化物包括二叔丁基過氧化物、二枯基過氧化物、及叔丁基枯基過氧化物。
該二酰基過氧化物包括二乙酰過氧化物、二丙酰過氧化物、二異丁酰過氧化物、二辛酰過氧化物、二癸酰過氧化物、二十二烷酰過氧化物、雙(3，3，5—三甲基乙酰)過氧化物、苯甲酰過氧化物、m—甲苯基過氧化物、對—氯苯甲酰過氧化物、2，4—二氯苯甲酰過氧化物、及過氧丁二酸。
該過氧化縮醛包括2，2—二—叔丁基過氧化丁烷、1，1—二—叔丁基過氧化環(huán)己烷、1，1—二—(叔丁基過氧化)—3，3，5—三甲基環(huán)己烷、2，5—二甲基—2，5—二—(叔丁基過氧化)己烷、2，5—二甲基—2，5—二(叔丁基過氧化)己炔—3、1，3—二(叔丁基過氧化異丙基)苯、2，5—二甲基—2，5—二苯甲酰過氧化己烷、2，5—二甲基—2，5—二(過氧化苯甲酰)己炔—3、及4，4—二叔丁基過氧化戊酸酯。
該過氧化酯包括叔丁基過氧化醋酸酯、叔丁基過氧化異丁酸酯、叔丁基過氧化新戊酸酯、叔丁基過氧化新癸酸酯、叔丁基過氧化3，3，5—三甲基己酸酯、叔丁基過氧化2—乙基己酸酯、(1，1，3，3—四甲基丁基過氧化)2—乙基己酸酯、叔丁基過氧化十二酸酯、叔丁基過氧化苯甲酸酯、二(叔丁基過氧化)己二酸酯、2，5—二甲基—2，5—二(過氧化—2—乙基己?；?己烷、二(叔丁基過氧化)間苯二甲酸酯、叔丁基過氧化順丁烯二酸酯、及乙?；h(huán)己基磺?；^氧化物。
該過氧化碳酸酯包括叔丁基過氧化異丙基碳酸酯、二正丙基過氧化碳酸氫酯、二仲丁基過氧化碳酸酯、二(異丙基過氧化)二碳酸氫酯、二(2—乙基己基過氧化)二碳酸氫酯、二(2—乙氧基乙基過氧化)二碳酸氫酯、二(甲氧基異丙基過氧化)二碳酸酯、二(3—甲氧基丁基過氧化)二碳酸酯、及雙(4—叔丁基環(huán)己基過氧化)二碳酸酯。
該過氧化酮包括乙?；^氧化物、甲乙酮過氧化物、甲異丁酮過氧化物、及酮過氧化物。
另外，作為有用的過氧化物還已知乙烯基—三(叔丁基過氧化)硅烷等。
該有機過氧化物的用量為每100份填充劑重量用0.5至5份重量。
熱粘接條件取決于該有機過氧化物的自由基生成溫度和本發(fā)明的構(gòu)件粘接強度。一般來說，這樣選擇熱粘接條件，使得添加的有機過氧化合物的原始數(shù)量中的1/4或更少被分解。就是說，當(dāng)在一定的熱粘接溫度下已知該有機過氧化合物的半衰期時，進行熱粘接的時間長于半衰期的兩倍。填充EVA時，熱粘接宜在90至180℃的溫度范圍之下，更好是在110至160℃的溫度范圍之下，進行10分鐘或更長的時間。如果熱粘接在低于上述的下限的溫度下進行短于上述下限的時間，則該有機過氧化物不能充分地分解以引起足夠的交聯(lián)。EVA的交聯(lián)不足將在高溫下引起EVA的流動而造成整個覆蓋材料的皺紋。此皺紋在冷卻時也不消失，給出不良的外觀。交聯(lián)不足可能在傾設(shè)置電池組件時引起EVA蠕變(EVA滑移)。在高于上述的上限的溫度下的熱粘接則引起作為填充劑的EVA泛黃，從而顯著地降低電池組件的初始轉(zhuǎn)換效率。電子束固化在用以上交聯(lián)劑完成交聯(lián)之后，最好通過在高溫下加熱把該填充劑膜熱粘接于該光電元件。另一種交聯(lián)方法是用諸如電子束和γ射線之類的放射線照射該填充劑膜。就工業(yè)性來說，電子束是最佳的。
電子束照射系統(tǒng)分為掃描型和非掃描型。掃描型適用于300KeV以上的加速電壓，而非掃描型適用于300KeV或300KeV以下的加速電壓。對于厚度不超過500μm的膜，300KeV以上的加速電壓是最佳的。電子束的劑量一般是1至100Mrad，視填充劑材料而定。在高于100Mrad的劑量下，填充劑材料容易泛黃或被生成的熱量所分解。可以把諸如三烯丙基異氰脲酸酯之類的交聯(lián)助劑與交聯(lián)劑聯(lián)用以便更有效地進行電子束交聯(lián)。
下面詳細說明本發(fā)明的最外透明表面層106。硅烷偶合劑通過聯(lián)合使用一種硅烷偶合劑，可以改善填充劑膜以便具有較高的與光電元件表面的粘接強度。該硅烷偶合劑包括乙烯基三氯硅烷、乙烯基—三(β—甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ—甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、β—(3，4—環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷、γ—縮水甘油氧丙基甲基二乙氧基硅烷、N—β(氨基乙基)—γ—氨基丙基三甲氧基硅烷、N—β(氨基乙基)—γ—氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ—氨基丙基三乙氧基硅烷、N—苯基—γ—氨基丙基三甲氧基硅烷、γ—氫硫基丙基三甲氧基硅烷、γ—氯丙基三甲氧基硅烷、等等。
除了把該硅烷偶合劑添加于該填充劑膜外，也可以在該光電元件上涂布并干燥該硅烷偶合劑。在此方法中，用水或一種溶劑有效地洗掉多余的硅烷偶合劑。
一般來說，乙烯雖然具有高耐熱性，但耐曬性較低。因而最好在其中添加一種紫外線吸收劑或光穩(wěn)定劑。光穩(wěn)定劑按照本發(fā)明的發(fā)明人的范圍廣泛的研究的結(jié)果，要求用于本發(fā)明的太陽能電池組件的光穩(wěn)定劑含有一種烷基化叔胺化合物。含有烷基化叔胺化合物的該光穩(wěn)定劑賦予表面覆蓋材料以優(yōu)秀的耐曬性和優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性。該光穩(wěn)定劑包括四(1，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)丁烷四碳酸酯、三(1，2，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)三癸基丁烷四碳酸酯、雙(1，2，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)雙(三癸基)—丁烷四碳酸酯、單(1，2，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)三(三癸基)—丁烷四碳酸酯、雙—[三(1，2，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)丁烷四碳酸根合]螺乙二醇，及諸如(1，2，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)甲基丙烯酸酯和(1，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)丙烯酸酯之類的可共聚合的穩(wěn)定劑。
適當(dāng)?shù)卮_定該光穩(wěn)定劑的數(shù)量，宜在0.01％至5％的范圍內(nèi)，更好是在0.05％至0.5％的范圍內(nèi)。紫外線吸收劑下面說明用于本發(fā)明的紫外線吸收劑。
用于太陽能電池塊的紫外線吸收劑保護填充劑和其他表面覆蓋材料免遭紫外線之害，但最好不吸收對光電元件而言有效波長的光。鑒于其耐熱性和不揮發(fā)性，本發(fā)明中合適的紫外線吸收劑有無機的和聚合物的。
該無機紫外線吸收劑包括氧化鈦、氧化鋅和氧化錫，它們最好有50nm以下的尺寸以便不干擾陽光的引入?？紤]到吸收光譜，氧化鋅是合適的。
該聚合物紫外線吸收劑的例子是一種2—羥基—4—(甲基丙烯酰氧乙氧基)—二苯甲酮與諸如丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乙烯、及乙烯—丙烯酸酯之類單體的共聚物。表面膜要求位于太陽能電池組件的覆蓋層表面上的表面膜具有耐氣候性和防止弄臟，以保證長期暴露于戶外環(huán)境的太陽能電池組件的可靠性。本發(fā)明中表面膜的合適材料包括聚四氯乙烯、聚氟乙烯和聚偏氟乙烯。這些材料中，從透明度和粘接性來說，聚(偏氟乙烯)是最好的。為了改善對填充劑的粘接性，該表面膜最好承受電暈處理或等離子處理。
通過增加膜厚度或拉伸處理可以提高表面膜的機械強度。通過卷繞經(jīng)高張力拉伸的膜來進行該拉伸處理。
通過對照實例更詳細地描述本發(fā)明。在實施列中和對比例中，單位“份”按重量計。實施例1制造過一種非晶體硅(a—Si)太陽能電池，一種光電元件。對照圖2描述該制造步驟。
在清潔的不銹鋼基片201上，通過濺射，作為背側(cè)反射層202，依次形成一個5000厚的Al層和一個5000厚的ZnO層。
然后，用等離子CVD法，由SiH4、PH3和H2的混合氣體形成一個具有n—型導(dǎo)電性的a—Si層；由SiH4和H2的混合氣體形成一個具有i—型導(dǎo)電性的a—Si層；由SiH4、BF3和H2的混合氣體形成一個p—型微晶體硅(μc—Si)層。于是形成一個串結(jié)型a—Si光電半導(dǎo)體層203，該半導(dǎo)體層由一個150厚的n—型層、一個4000厚的i—型層、一個100厚的p—型層、一個100厚的n—型厚、一個800厚的i—型層、及一個100厚的p—型層組成。
在其上，用In的汽相淀積法通過在一種O2氣氛中電阻加熱，形成一個700A厚的In2O3薄膜，作為透明導(dǎo)電層204。
此外，通過用銀糊絲網(wǎng)印制形成一個用來收集電流的柵線電極205。用不銹鋼焊料把一個作為負側(cè)端子的小銅片粘接于不銹鋼基片201。通過使用一種導(dǎo)電粘接劑把一個作為正側(cè)端子的錫箔帶粘接于集流電極，從而形成輸入端子206。于是完成了一個光電元件。
下面說明含有一個光穩(wěn)定劑的填充劑，該光穩(wěn)定劑是本發(fā)明的特征。通過把作為基料聚合物的100份EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚物)、作為交聯(lián)劑的1.5份有機過氧化物(商品名稱Rupazol 101，由Pennwalt公司生產(chǎn))、0.2份抗氧劑(商品名Nowguard P，由Uniroyal公司生產(chǎn))、作為光穩(wěn)定劑的0.1份四(1，2，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)丁烷四碳酸酯、作為紫外線吸收劑的0.1份氧化鋅(超細顆粒狀氧化鋅、商品名ZnO—200，由住友水泥公司生產(chǎn))、及作為硅烷偶合劑的0.25份γ—甲酰基三甲基氧硅烷摻混而制備了一種填充劑混合料。用一個擠塑機(商品名GPD，由百合軋輥公司制造)把摻混好的混合料擠塑成460μm厚的EVA膜。
對照圖3說明覆蓋上述光電元件以制備太陽能電池組件的工藝。
在作為增強板306的0.3mm厚的鍍鋅鋼板上按此順序依次重疊作為背側(cè)粘接劑305的上面制備的460μm厚的EVA膜、上面制備的光電元件304、作為增強材料303的玻璃無紡片(基重300g/m2，商品名Glasper GMC，由本州造紙公司生產(chǎn))、作為前面填充劑302的上面制備的460μm厚的EVA膜、作為表面層301的38μm厚的乙烯—聚氯乙烯共聚物膜(單軸向拉伸膜，商品名Tefzel，由DuPont公司生產(chǎn))。借助于真空層壓機在1mmHg以下的真空中在150℃下保壓100min，對層疊物除氣、加壓并加熱。在層壓機充分冷卻后，取出電池組件。
針對以下項目評價所得到的太陽能電池組件(1)耐氣候性太陽能電池組件在日照老化儀(島津氙弧試驗儀XW—150，間歇輻照)上經(jīng)受加速老化試驗。經(jīng)過5000小時試驗之后，測量轉(zhuǎn)換效率。由老化試驗引起的轉(zhuǎn)換效率的變化以對初始轉(zhuǎn)換效率的百分數(shù)示于表1。負號(-)表示下降。(2)耐熱性使太陽能電池組件在150℃氣氛中停留14天，測量轉(zhuǎn)換效率的變化。(3)防潮性使太陽能電池組件在85℃的溫度和85％的相對溫度的氣氛中停留10小時。然后通過施加1.0V的反向偏壓來測量并聯(lián)電阻。對初始值的相對電阻為50％以上者合格，小于50％的值為不合格。(4)粘接強度把EVA熱粘接于彩色鋼板(抗磨蝕彩色GL及抗磨蝕GL 540)的老化面。試樣尺寸為25mm寬。用在50mm/min的剝離速率和180°的剝離角下的剝離強度來測量粘接強度。當(dāng)EVA破損時，用250μm厚的聚碳酸酯膜支持EVA。(5)初始轉(zhuǎn)換效率通過使用AM1.5的光源來測量電池組件的初始轉(zhuǎn)換效率。把實例1的電池組件的初始轉(zhuǎn)換率定為正常值1.00。實例2用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是用0.1份雙[三(1，2，2，6，6—五甲基—4—哌啶基)丁烷四碳酸根合]螺乙二醇代替實例1中的作為該光穩(wěn)定劑。實例3用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是用0.5份2—羥基—4—(甲丙烯酰氧乙氧基)二苯甲酮與甲基丙烯酸甲酯的共聚物(按重量計共聚比30至70，分子量350000)代替實例1中的紫外線吸收劑作為一種紫外線吸收劑。實例4用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是用0.3份2—羥基—4—正辛氧基二苯甲酮代替實例1中的作為該紫外線吸收劑。實例5用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是用EEA(丙烯酸乙酯單元含量25％)代替實例1中的EVA作為該基料聚合物。實例6用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是選擇一個高并聯(lián)電阻的部分。對比例1用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是該光穩(wěn)定劑換成0.1分雙(2，2，6，6—四甲基—4—哌啶基)癸二酸酯(商品名Tinuvin 770，由Ciba Geigy公司生產(chǎn))，而該紫外線吸收劑換成0.3份2—羥基—4—正辛氧基二苯甲酮(商品名UV 531，由Cyanamide公司生產(chǎn))。對比例2用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是又使用該光穩(wěn)定劑，而該紫外線吸收劑換成0.3份2—羥基—4—正辛氧基二苯甲酮(商品名UV 531，由Cyanamide公司生產(chǎn))。對比例3用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是選擇一個極低并聯(lián)電阻的部分。對比例4用與實例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是選擇一個極高并聯(lián)電阻的部分。對比例5用與實施例1中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是該光穩(wěn)定劑換成0.1份雙(2，2，6，6—四甲基—4—哌啶基)癸二酸酯(商品名Tinuvin 770，由Ciba Geigy公司生產(chǎn))，該紫外線吸收劑換成0.3份2—羥基—4—正辛氧基二苯甲酮(商品名UV 531，由Cyanamide公司生產(chǎn))，而該有機過氧化物(商品名Rupazol，半衰期在138℃下1小時)換成叔丁基過氧化順丁烯二酸酯(商品名Ruper-co，由Atokemu Yoshitomi公司生產(chǎn)，半衰期在110℃下1小時)。對比例6用與對比例5中相同的方式制備一個太陽能電池組件，只是其中層壓條件從150℃和100min改為122℃和100min。
表1示出諸實例和諸對比例的太陽能電池組件的評價結(jié)果。
如表1中所示，根據(jù)本發(fā)明帶有一種含有由一種叔胺化合物組成的光穩(wěn)定劑的表面覆蓋材料的太陽能電池組件在耐氣候性和耐熱性方面是優(yōu)秀的，經(jīng)過相當(dāng)于惡劣的戶外條件的溫度循環(huán)試驗和溫度—溫度循環(huán)試驗之后完全不改變外觀，在防潮性試驗中劣化很小，具有實際上足夠的粘接強度，并表現(xiàn)出很高的初始轉(zhuǎn)換效率。
實例1和實例2表明無機紫外線吸收劑的聯(lián)合使用改善耐氣候性。實例3表明聚合物紫外線吸收劑的聯(lián)合使用也改善耐氣候性。實例4表明含有由叔胺化合物組成的光穩(wěn)定劑的表面覆蓋材料改善耐氣候性。實例5表命含有由叔胺化合物組成的光穩(wěn)定劑的EEA的表面覆蓋材料改善耐氣候性。
本發(fā)明中太陽能電池組件的表面覆蓋不受以上實例的限制，并可以在發(fā)明的要旨范圍之內(nèi)進行修改。
帶有含有由叔胺化合物組成的光穩(wěn)定劑的表面覆蓋材料的本發(fā)明的太陽能電池組件，在耐氣候性和耐熱性方面是優(yōu)秀的，經(jīng)過相當(dāng)于惡劣的戶外條件的溫度循環(huán)試驗和溫度—濕度循環(huán)試驗之后不引起問題。
表1并聯(lián)電阻 耐氣候性 耐熱性 防潮性 反向偏壓試驗 粘接強度 初始轉(zhuǎn)換效率實例1 170K-1 -2 23合格 5.5 1.002 150K-1 -2 21合格 5.6 1.003 110K-2 -3 24合格 5.1 1.004 110K-3 -3 22合格 5.5 1.005 110K-1 -2 7合格 5.8 1.006 470K-1 -2 15合格 5.4 1.00對比例1 150K-9 -10 22合格 5.5 0.982 140K-13 -50 21合格 5.3 0.983 0.8K-1 -2 30不合格 5.4 0.984 610K-1 -2 16合格 5.2 0.985 150K-1 -2 16合格 1.5 0.986 160K-1 -2 16合格 0.4 1.00
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池組件，該電池組件包括一個作為光電元件的光敏半導(dǎo)體層和一層設(shè)置在引光側(cè)的透明表面覆蓋材料，其中該表面覆蓋材料層含有一種烷基化叔胺化合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，其中該太陽能電池組件包括一個導(dǎo)電基片；一個由一個光敏半導(dǎo)體層和一個透明導(dǎo)電層組成的光電元件；以及至少兩層設(shè)置在引光側(cè)上的由一層填充劑和一個最外表面層組成的表面覆蓋材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，其中該表面層由一種氟樹脂形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，其中該填充劑由一種乙烯型共聚物制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，其中該填充劑由一種不飽和脂肪酸酯的共聚物樹脂制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，其中該表面覆蓋材料含有一種無機紫外線吸收劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，其中該有面覆蓋材料含有一種聚合物紫外線吸收劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件，其中該光電元件的并聯(lián)電阻范圍為2000至200 000Ωcm2。
全文摘要
提供一種太陽能電池組件，該電池組件包括一個作為光電元件的光敏半導(dǎo)體層和一層設(shè)置在引光側(cè)上的透明表面覆蓋材料，該表面覆蓋材料包含一種由烷基化的叔胺化合物組成的光穩(wěn)定劑。用于該太陽能電池組件的此一表面覆蓋層具有高耐氣候性和高耐熱性，借以把長期使用中該光電元件的性能劣化減至最小，并保護該電池組件免遭外界沖擊之害。
文檔編號H01L31/048GK1120741SQ9510502
公開日1996年4月17日 申請日期1995年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月28日
發(fā)明者森隆弘, 片岡一郎, 山田聰, 鹽冢秀則, 小森綾子 申請人:佳能株式會社