專利名稱：太陽能電池的封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池和施加硅氧烷基封裝劑材料到太陽能電池上以形成太陽能電池組件的方法。太陽能或光電池是將光轉(zhuǎn)化成電所使用的半導(dǎo)體器件(下文稱為太陽能電池)。典型地，一旦暴露于光下，太陽能電池在其終端之間產(chǎn)生電壓，從而導(dǎo)致電子順向流動(dòng)，其大小與照射到在電池表面處形成的光生伏打結(jié)上的光的強(qiáng)度成正比?？捎扇魏魏线m的半導(dǎo)體材料，例如結(jié)晶或多晶硅或薄膜硅，例如無定形、半晶硅、砷化鎵、二硒化銦銅、碲化鎘、二硒化鎵銦銅，其中包括任何一種或多種后者的混合物和類似物來制造太陽能電池。目前通常存在兩類太陽能電池，晶片和薄膜。晶片是由從單晶或多晶錠料或鑄件中機(jī)械鋸開而制造的半導(dǎo)體材料的薄片。薄膜基太陽能電池是典型地通過濺射或者化學(xué)氣相沉積工藝或類似技術(shù)在基底或上覆層(superstrate)上沉積的半導(dǎo)體材料的連續(xù)層。由于晶片和薄膜基太陽能電池二者的發(fā)脆性質(zhì)，因此對(duì)于電池來說，必要的是通過攜帶負(fù)載的支持元件支持。這一攜帶負(fù)載的支持元件可以是硬質(zhì)，例如玻璃板硬質(zhì)材料，或者軟質(zhì)材料，例如金屬膜和/或片材或者合適的塑料材料，例如聚酰亞胺。太陽能或者光電池組件(下文稱為太陽能電池組件)包括單一的太陽能電池或者通過攜帶負(fù)載的支持元件支持的互連太陽能電池的平面組合件。典型地封裝太陽能電池組件，以保護(hù)電池避免環(huán)境影響。太陽能電池組件的支持元件可以是透太陽光的頂層或者上覆層，亦即位于太陽能電池和光源之間?；蛘?，支持元件可以是置于太陽能電池之后的背層或者基底。太陽能電池組件常常包括上覆層和基底。典型地，一系列太陽能電池組件互連，形成充當(dāng)單一的發(fā)電單元的太陽能電池組，其中電池和組件以產(chǎn)生合適電壓的方式互連，為的是給予一件設(shè)備動(dòng)力或者供應(yīng)電池電力以供儲(chǔ)存等。一般來說，通過在上覆層或者基底上電連接單獨(dú)的太陽能電池，并將互連的電池層壓到一體化的太陽能電池組件內(nèi)，從而制造太陽能電池組件。除了通過前述的支持上覆層和/或基底提供的支持和保護(hù)以外，電池的光照表面還通常受到保護(hù)避免環(huán)境(例如風(fēng)、雨、雪、灰塵等等，通過用一種或多種封裝劑或者阻擋涂布材料(下文稱為“封裝劑”)覆蓋)。通常使用透太陽光的上覆層，設(shè)計(jì)晶片基太陽能電池組件，所述上覆層由通常與基底結(jié)合的材料制造且具有一層或多層封裝劑作為電池粘合劑用以粘合電池到上覆層上和粘合到基底(當(dāng)存在時(shí))上。因此，光穿過透明的上覆層和粘合劑，之后到達(dá)半導(dǎo)體晶片上。上覆層，典型地為硬質(zhì)板，起到保護(hù)太陽能電池一側(cè)以避免潛在有害的環(huán)境條件和另一側(cè)受到幾層封裝劑和基底的結(jié)合的保護(hù)。已提出各種材料用作太陽能電池組件的封裝劑。常見的實(shí)例包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)的膜，Tedlar(獲自E.I.Dupont de Nemours & Co of Wilmington Delaware)和可紫外固化的聚氨酯。封裝劑通常以膜的形式提供并層壓到電池和上覆層和/或基底上?，F(xiàn)有技術(shù)的實(shí)例包括使用粘合劑層壓太陽能電池(正如在US4331494中所例舉的)，和施加丙烯酸聚合物和耐候?qū)?正如在US4374955中所述)。已通過在太陽能電池上流延和固化丙烯酸預(yù)聚物，來制備太陽能電池組件(正如在US4549033中所述)。EP0406814和US6320116二者均公開了太陽能電池或者光生伏打體系的封裝體系。Kondo等(Solar Energy Materials and SolarCells 49(1997)pp.127-133)公開了使用熱固性有機(jī)液體樹脂作為封裝無定形硅光生伏打組件的方式，但沒有清楚地確定所使用的樹脂。在現(xiàn)有技術(shù)中，典型地使用的封裝劑是膜狀，因此封裝劑層必須在熱和真空條件下層壓，所述熱和真空條件會(huì)引起它們?nèi)廴?，粘合到相鄰的表面上，并真正地“封裝”太陽能電池。目前已有的封裝太陽能電池組件的方法通常以間歇模式進(jìn)行，這是因?yàn)閷訅翰襟E使得整個(gè)工藝緩慢，從而導(dǎo)致封裝組件的總成本高的事實(shí)。在許多情況下，可使用相同或者不同的用于不同層的封裝劑材料，從而施加幾層封裝劑。此處的

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的組件的一個(gè)實(shí)例。例如，組件可包括支持多個(gè)太陽能電池的具有第一封裝劑層的上覆層，所述封裝劑透太陽光、用作粘合劑以粘合上覆層到一系列互連太陽能電池上。第二封裝劑層或者封裝劑背層然后可施加到第一封裝劑層和互連的太陽能電池上。第二封裝劑層可以是與第一封裝劑所使用的材料相同的材料的額外層，例如乙基乙烯基乙酸酯(EVA)，和/或可以透明或者具有任何合適的顏色。基底以硬質(zhì)或者剛性的背襯層(backskin)形式存在以提供組件背面保護(hù)。已提出各種材料可用于基底，所述材料不一定需要透光，這些包括與上覆層相同的材料，例如玻璃，但也可包括諸如有機(jī)氟聚合物，例如乙烯四氟乙烯(ETFE)，Tedlar或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)之類的單獨(dú)材料或者可用硅和氧基材料(SiOx)涂布。通常提供保護(hù)密封層以覆蓋組件邊緣，和提供由鋁或塑料材料制造的周圍框架以覆蓋密封層。當(dāng)正面由發(fā)脆的材料，例如玻璃制成時(shí)，框架保護(hù)組件的邊緣。因此，在層壓和施加保護(hù)密封層之后，在框架內(nèi)安裝組件。適合于與太陽能電池組件結(jié)合使用的框架包括安裝孔，其中提供所述安裝孔使得所得框架組件容易安裝到場(chǎng)地的合適的物體上。典型地用任何安裝體系，例如通過螺釘、螺栓、螺帽等實(shí)現(xiàn)安裝工藝。目前降低太陽能電池組件制造成本所采用的一種方法包括用聚合物材料替代金屬、典型地鋁太陽能電池組件框架用于基底和邊緣這二者。對(duì)于無定形薄膜硅太陽能電池組件來說，通常使用由模塑的熱塑性材料例如聚氨酯制造的聚合物框架。這些可通過反應(yīng)注塑聚氨酯以繞無定形硅電池組件形成框架而制備。反應(yīng)注塑可就地(即，在組件上)進(jìn)行，這通常導(dǎo)致顯著的成本節(jié)約。然而，這一模塑工藝顯示出幾個(gè)缺點(diǎn)。例如，這一工藝包括使用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危險(xiǎn)的化學(xué)前體(例如異氰酸酯)。這一工藝還要求模具，從而進(jìn)一步增加總的制造成本。通過這一工藝制造的組件傾向于較小，這是因?yàn)槟＞叩某杀据^高和所得聚合物框架的強(qiáng)度有限。在這一結(jié)構(gòu)中，封裝劑仍以幾層層壓的熱塑性塑料，如EVA和氟聚合物如ETFE共聚物為基礎(chǔ)。唯一的成本節(jié)約來自于框架的成本下降，但潛在地使得所得太陽能電池組件脆性更大。在工業(yè)中通常使用的太陽能電池組件的另一問題是，公知熱塑性層壓體相對(duì)于玻璃具有差的粘合性能。這一問題盡管最初并不總是非常明顯，但經(jīng)長期氣候的時(shí)間段常常導(dǎo)致熱塑性層逐漸從太陽能電池內(nèi)的玻璃表面上脫層。脫層工藝導(dǎo)致對(duì)電池效率的幾個(gè)負(fù)面影響，例如它引起在封裝劑內(nèi)水的累積，最終導(dǎo)致電池腐蝕。這些層壓體還具有低的抗UV性，和正因?yàn)槿绱?，在太陽能電池的使用壽命?nèi)變色，通常變黃或者變褐，從而導(dǎo)致美學(xué)上令人不快的組件。經(jīng)典地，常常要求大量的粘合劑來降低脫層效果，和需要防UV劑摻入到組件內(nèi)以降低長期變色。對(duì)于晶片類型的太陽能組件，例如晶體硅晶片組件來說，主要問題之一是所使用的材料的成本；例如，基底材料通常昂貴。存在兩種廣泛使用的基底材料以上所述的EVA層壓體和Tedlar，一種聚氟乙烯(PVF)，它們的價(jià)格均昂貴，和在玻璃/電池/玻璃結(jié)構(gòu)中其它廣泛使用的基底材料是玻璃。還已知，視需要的封裝劑和基底材料的成本占每一電池和/或組件總成本的大部分。因此長期需要降低封裝太陽能電池的成本，以降低其制造的總成本。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過使用一種或多種液體硅氧烷封裝劑，可降低每一太陽能電池組件的總成本，所述封裝劑能利用連續(xù)的封裝工藝，從而省去目前太陽能電池組件制造工藝中的幾個(gè)階段。層壓體封裝劑被在紅外輻射或熱固化條件下硬化的液體封裝劑替代的事實(shí)減少或省去增加封裝間歇時(shí)間和成本的處理層壓體片材并避免需要層合機(jī)。本發(fā)明此外避免因產(chǎn)生來自層壓工藝的廢物引起的問題，和所得相關(guān)材料的成本問題。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種太陽能電池組件，它包括
i)硬質(zhì)或軟質(zhì)上覆層和/或基底；ii)一個(gè)或多個(gè)太陽能電池，和iii)選自氫化硅烷化固化反應(yīng)產(chǎn)物、過氧化物固化反應(yīng)產(chǎn)物和UV固化反應(yīng)產(chǎn)物的固化的液體硅氧烷封裝劑。在其中上覆層和基底二者都存在的情況下，優(yōu)選太陽能電池的全部暴露表面布置在所述上覆層或者基底上。太陽能電池可以是晶片或者薄膜基太陽能電池，和可由任何合適的半導(dǎo)體材料制造，例如結(jié)晶或多晶硅或薄膜硅，例如無定形、半晶硅，砷化鎵，二硒化銦銅，碲化鎘，二硒化鎵銦銅，包括后者中任何一種或多種的混合物和類似物。在晶片基太陽能電池的情況下，優(yōu)選晶片是多晶或結(jié)晶硅。在薄膜太陽能電池的情況下，薄膜優(yōu)選由無定形硅(a-Si)、碲化鎘或二硒化鎵銦銅制造。太陽能電池可以是任何合適類型的太陽能電池，其中包括簡單晶片和薄層太陽能電池，但也可以是分譜電池和類似物。組件可以是任何合適類型的太陽能電池組件，其中包括集中器等。優(yōu)選地，關(guān)于本發(fā)明的晶片基太陽能電池組件，硬質(zhì)或軟質(zhì)上覆層或者基底包括透光的硬質(zhì)上覆層。優(yōu)選地，在薄膜太陽能電池組件的情況下，硬質(zhì)或軟質(zhì)上覆層或者基底包括硬質(zhì)或軟質(zhì)基底，例如玻璃或軟質(zhì)金屬片材。本發(fā)明的液體硅氧烷封裝劑優(yōu)選包括組分(A)100重量份每一分子具有至少兩個(gè)Si-鏈烯基且在25℃下粘度為100-15000mPa.s的液體二有機(jī)聚硅氧烷；組分(B)20-50重量份含有至少兩個(gè)鏈烯基的硅氧烷樹脂；組分(C)每一分子具有至少兩個(gè)硅鍵合的氫原子的聚有機(jī)硅氧烷形式的交聯(lián)劑，其用量使得硅鍵合的氫原子的摩爾數(shù)與硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比為0.1∶1到5∶1；組分(D)氫化甲硅烷化催化劑，其選自鉑、銠、銥、鈀或釕基催化劑，但優(yōu)選鉑基催化劑，其中以每1000000重量份組分(A)計(jì)，所述鉑基催化劑中鉑金屬的含量為0.01-500重量份。組分(A)、(B)、(C)和(D)的比例可包括任何合適的用量。所得未固化組合物的最終粘度可以是在分配之后在短的時(shí)間段內(nèi)能自流平的粘度，但不是必需的。最終組合物在25℃下測(cè)量的優(yōu)選粘度優(yōu)選100-10000mPa.s，更優(yōu)選100-5000mPa.s。組分(A)優(yōu)選是用下述平均化學(xué)式表示的液體二有機(jī)聚硅氧烷RaSiO(4-a)/2其中每一R相同或者不同，且是單價(jià)烴基，例如直鏈或支鏈烷基，例如甲基、乙基、丙基、異丙基、叔丁基和戊基；鏈烯基，例如乙烯基、烯丙基或己烯基；和芳基，例如苯基?！癮”是平均值介于1.8至2.3的數(shù)值。優(yōu)選地，組分(A)在25℃下的粘度為100-10000mPa.s，基本上線性的分子結(jié)構(gòu)，但可部分支化，和分子量相對(duì)低，為10000-50000，更優(yōu)選15000-30000。優(yōu)選地，組分(A)包括鏈烯基端基。組分(A)的實(shí)例包括二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷，甲基乙烯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的共聚物，甲基苯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的共聚物，甲基苯基硅氧烷、甲基乙烯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的共聚物，二苯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的共聚物，二苯基硅氧烷、甲基乙烯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的共聚物，或者上述的任何合適的結(jié)合。組分(B)是含至少兩個(gè)鏈烯基的硅氧烷樹脂，其包括SiO4/2單元(也稱為Q單元)和選自R′SiO3/2(也稱為T單元)、R′2SiO2/2和R′3SiO1/2單元的單元，其中每一R′可以相同或者不同，且是R或氫原子。優(yōu)選在合適用量的組分(A)或溶劑中分散組分(B)，以確保容易與組分(A)本體混合。可使用任何合適的溶劑，例如芳族溶劑，如甲苯和二甲苯，酮例如甲基異丁基酮，醇如異丙醇和非芳族環(huán)狀溶劑如環(huán)己烷。典型地，當(dāng)使用溶劑時(shí)，優(yōu)選二甲苯。組分(C)是每一分子具有至少兩個(gè)硅鍵合的氫原子的聚有機(jī)硅氧烷形式的交聯(lián)劑，且具有下述平均單元化學(xué)式RibSiO(4-b)/2其中每一Ri可以相同或不同且是氫、烷基如甲基、乙基、丙基和異丙基或芳基如苯基和甲苯基。組分(C)可以是直鏈、部分支化的直鏈、環(huán)狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。前述有機(jī)聚硅氧烷的實(shí)例包括下述中的一種或多種三甲基甲硅烷氧基封端的聚甲基氫硅氧烷，甲基氫硅氧烷和二甲基硅氧烷的三甲基甲硅烷氧基封端的共聚物，甲基氫硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基氫甲硅烷氧基封端的共聚物，甲基氫硅氧烷和二甲基硅氧烷的環(huán)狀共聚物，由式(CH3)3SiO1/2表示的硅氧烷單元、式(CH3)2HSiO1/2表示的硅氧烷單元和式SiO4/2表示的硅氧烷單元組成的有機(jī)聚硅氧烷，由式(CH3)2HSiO1/2表示的硅氧烷單元、式CH3SiO3/2表示的硅氧烷單元組成的有機(jī)聚硅氧烷，由式(CH3)2HSiO1/2表示的硅氧烷單元、由式(CH3)2SiO2/2表示的硅氧烷單元、式CH3SiO3/2表示的硅氧烷單元組成的有機(jī)聚硅氧烷，二甲基氫甲硅烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷，甲基苯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基氫甲硅烷氧基封端的共聚物，和甲基(3，3，3-三氟丙基)硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基氫甲硅烷氧基封端的共聚物。優(yōu)選地，交聯(lián)劑(C)在25℃下的粘度范圍為2-100000mPa.s。建議以使得在交聯(lián)劑(C)中硅鍵合的氫原子與組分(A)中鏈烯基的摩爾數(shù)之摩爾比范圍為0.1∶1到5∶1，更優(yōu)選范圍為0.8∶1到4∶1的用量添加組分(C)。若上述比例低于0.1∶1，則交聯(lián)密度太低且難以獲得橡膠狀彈性體。優(yōu)選具有過量Si-H基的比例(即＞1∶1)以提高上覆層/基底，例如玻璃和封裝劑之間的粘合性。組分(D)是氫化甲硅烷化(加成固化)催化劑，它可包括任何合適的鉑、銠、銥、鈀或釕基催化劑。然而，優(yōu)選組分(D)是鉑基催化劑。鉑基催化劑可以是任何合適的鉑催化劑，例如微細(xì)的鉑粉、鉑黑、氯鉑酸、氯鉑酸的醇溶液、氯鉑酸的烯烴絡(luò)合物、氯鉑酸和鏈烯基硅氧烷的絡(luò)合物或含有前述鉑催化劑的熱塑性樹脂。以每1000000重量份組分(A)計(jì)，以使得金屬鉑原子的含量占0.1-500重量份的用量使用鉑催化劑。氫化甲硅烷化或加成固化反應(yīng)是Si-H基(典型地作為交聯(lián)劑提供)和Si-鏈烯基(典型地乙烯基)之間的反應(yīng)，以便在相鄰的硅原子之間形成亞烷基(≡Si-CH2-CH2-Si≡)。該組合物也可包括一種或多種固化抑制劑，以改進(jìn)組合物的處理?xiàng)l件和儲(chǔ)存性能，例如炔類化合物，如2-甲基-3-丁炔-2-醇、2-苯基-3-丁炔-2-醇、3，5-二甲基-1-己炔-3-醇、1-乙炔-1-環(huán)己醇、1，5-己二烯、1，6-庚二烯；3，5-二甲基-1-己烯-1-炔；3-乙基-3-丁烯-1-炔和/或3-苯基-3-丁烯-1-炔；鏈烯基硅氧烷低聚物，如1，3-二乙烯基四甲基二硅氧烷、1，3，5，7-四乙烯基四甲基環(huán)四硅氧烷或1，3-二乙烯基-1，3-二苯基二甲基二硅氧烷；含炔基的硅化合物，如甲基三(3-甲基-1-丁炔-3-氧基)硅烷；含氮化合物，如三丁胺、四甲基亞乙基二胺、苯并三唑；類似的含磷化合物，如三苯基膦；以及含硫化合物、氫過氧基化合物或馬來酸衍生物。以每100重量份組分(A)計(jì)，以0-3重量份，通常0.001-3重量份，和優(yōu)選0.01-1重量份的用量使用前述固化抑制劑。在固化抑制劑當(dāng)中，最優(yōu)選前述炔類化合物，所述炔類化合物當(dāng)它們與前述組分(D)結(jié)合使用時(shí)證明具有在儲(chǔ)存特征和固化速度之間的最佳平衡。視需要，一種或多種粘合促進(jìn)劑也可用于提高封裝劑對(duì)上覆層和/或基底表面的粘合。可使用任何合適的粘合促進(jìn)劑。實(shí)例包括乙烯基三乙氧基硅烷，丙烯?；籽趸柰椋榛；籽趸柰椋?br> 烯丙基三乙氧基硅烷，環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷，烯丙基縮水甘油基醚，羥基二烷基甲硅烷基封端的甲基乙烯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物，羥基二烷基甲硅烷基封端的甲基乙烯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物與環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的反應(yīng)產(chǎn)物；和雙三乙氧基甲硅烷基乙二醇(三乙氧基硅烷與乙二醇的反應(yīng)產(chǎn)物)。優(yōu)選的粘合促進(jìn)劑是i)羥基二烷基甲硅烷基封端的甲基乙烯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物，ii)羥基二烷基甲硅烷基封端的甲基乙烯基硅氧烷-二甲基硅氧烷的共聚物與環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的反應(yīng)產(chǎn)物；和iii)雙三乙氧基甲硅烷基乙二醇iv)0.5∶1到1∶2，優(yōu)選約1∶1的(i)與甲基丙烯?；籽趸柰榈幕旌衔??？梢曅枰褂梅牢厶砑觿?，以防止當(dāng)太陽能電池在使用時(shí)受污，尤其優(yōu)選粘度為10000mPa.s的氟代烯烴或氟代硅氧烷添加劑例如氟化倍半硅氧烷，例如二甲基氫甲硅烷氧基封端的三氟丙基倍半硅氧烷，羥基封端的三氟丙基甲基硅氧烷，羥基封端的三氟丙基甲基甲硅烷基甲基乙烯基甲硅烷基硅氧烷，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟辛基三乙氧基硅烷，羥基封端的甲基乙烯基、三氟丙基硅氮烷(silaxane)和二甲基氫甲硅烷氧基封端的二甲基三氟丙基甲基硅氧烷。優(yōu)選地，防污添加劑以0-5重量份，更優(yōu)選0-2重量份，和最優(yōu)選0-1.5重量份的用量存在。當(dāng)在不存在以下所述的粘合層的情況下使用封裝劑和與粘合層結(jié)合使用封裝劑時(shí)，防污添加劑包括在封裝劑組合物內(nèi)。提高物理性能的其它添加劑可用于組合物中。一個(gè)特別的實(shí)例是包括阻燃劑?？墒褂萌魏魏线m的阻燃劑或阻燃劑的混合物，條件是它們不負(fù)面影響封裝劑組合物的其它物理性能。實(shí)例包括氧化鋁粉末或硅灰石，正如在WO00/46817中所述。后者可單獨(dú)或結(jié)合其它阻燃劑或顏料，例如二氧化鈦使用。在其中封裝劑不需要透光的情況下，它可包括顏料。在本發(fā)明的一方面中，太陽能電池組件包括薄膜太陽能電池。優(yōu)選地，含薄膜太陽能電池的太陽能電池組件要求單封裝劑層。在其中使用單封裝劑層的情況下，設(shè)計(jì)硅氧烷封裝劑硬且抗劃，于是它被設(shè)計(jì)為起到粘合劑/面漆的作用并避免需要在現(xiàn)有技術(shù)中常用類型的昂貴基底。優(yōu)選地，含單封裝劑層的太陽能電池組件摻入前述防污添加劑。在使用單封裝劑層的情況下，優(yōu)選配方中的組分(C)具有過量的Si-H基，即硅鍵合的氫的摩爾數(shù)與硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比優(yōu)選0.8∶1到5∶1，更優(yōu)選＞1∶1，和最優(yōu)選1∶1到4∶1。因此，在具有本發(fā)明的單封裝劑層的太陽能電池組件的情況下，組分(A)優(yōu)選是高分子量聚合物，組分(B)以30-50重量份含至少兩個(gè)鏈烯基的硅氧烷樹脂的用量存在，和組分(C)是每一分子具有至少兩個(gè)硅鍵合的氫原子的聚有機(jī)硅氧烷形式的交聯(lián)劑，其用量使得硅鍵合的氫的摩爾數(shù)與該組分內(nèi)硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比為0.8∶1到5∶1，更優(yōu)選1∶1到4∶1。此外，該組合物包括防污添加劑?？墒褂萌魏魏线m的工藝制備未固化的液體硅氧烷封裝劑，例如組分(B)可與組分(A)和組分(C)預(yù)混，然后在低含量鉑催化劑存在下共交聯(lián)，形成堅(jiān)韌的聚合物網(wǎng)絡(luò)?？商砑由倭康拇呋瘎┮种苿缫一喝泊?，以延長封裝劑的浴時(shí)間。當(dāng)加熱到高于90℃時(shí)，混合物由于存在防污添加劑導(dǎo)致最初形成不透明的兩相體系，然后變得高度透明。為了確保封裝劑對(duì)所有相鄰表面的長期粘結(jié)，優(yōu)選使用少量粘合促進(jìn)劑。認(rèn)為，粘合促進(jìn)劑遷移到面漆的界面上并不可逆地與相鄰表面反應(yīng)。這一強(qiáng)烈的粘合允許組件在沒有脫層情況下在從環(huán)境溫度到極限溫度這一寬范圍內(nèi)的溫度下起作用。設(shè)計(jì)單封裝劑層具有所要求的耐磨性，以防止在運(yùn)輸或者在場(chǎng)地使用過程中可能發(fā)生的進(jìn)一步損壞。它足夠堅(jiān)韌到還起到保護(hù)電池的基底的作用。設(shè)計(jì)封裝劑與面漆層的結(jié)合，用基于一種核心化學(xué)的兩層替代經(jīng)典結(jié)構(gòu)(EVA和氟聚合物層壓體)中的多層和材料化學(xué)。面漆層優(yōu)選覆蓋全部電池的連接點(diǎn)，它充當(dāng)外層，即作為環(huán)境保護(hù)層。提供此處所述的組合物中的組分(B)，因?yàn)檫@類硅氧烷樹脂賦予封裝劑突出的抗UV性，和因此不需要包括一種或多種防UV添加劑，而所述防UV添加劑在大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的配方中典型地是必要的。本發(fā)明中所述類型的固化的液體硅氧烷封裝劑顯示出長期的UV&可見光透射率，從而允許最大量的光到達(dá)太陽能電池。盡管硅氧烷基組合物的抗UV能力是公知的，但因高的總成本和缺少分配液體封裝劑的合適工藝限制了這種配方的商業(yè)利用。在薄膜太陽能電池組件的情況下，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，此處所述的封裝劑足以替代常常幾層封裝劑層并避免需要基底。封裝劑位于例如玻璃板上覆層和太陽能電池之間，和其主要作用是保護(hù)太陽能電池以防因溫度變化導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力，并將太陽能電池粘合到上覆層上。然而，尤其在晶片類型的太陽能電池組件的情況下，已證明在一些情況下，含額外的液體硅氧烷封裝劑的任選的粘合層可用于粘合晶片類型的太陽能電池到承載負(fù)荷的載體、典型地上覆層上。用作中間粘合層(下文稱為粘合劑)的液體硅氧烷封裝劑優(yōu)選基本上基于以上對(duì)于單封裝劑層所述的相同的基本配方，且優(yōu)選包括組分(Ai)100重量份每一分子具有至少兩個(gè)Si-鏈烯基且在25℃下粘度為100-10000mPa.s的液體二有機(jī)聚硅氧烷；組分(Bi)20-40重量份含有至少兩個(gè)鏈烯基的硅氧烷樹脂；組分(Ci)每一分子具有至少兩個(gè)硅鍵合的氫原子的聚有機(jī)硅氧烷形式的交聯(lián)劑，其用量使得硅鍵合的氫原子的摩爾數(shù)與硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比為0.1∶1到1∶1；組分(Di)氫化甲硅烷化催化劑，其選自鉑、銠、銥、鈀或釕基催化劑，但優(yōu)選鉑基催化劑，其中以每1000000重量份組分(Ai)計(jì)，所述鉑基催化劑中鉑金屬的含量為0.01-500重量份。組分(Ai)、(Bi)、(Ci)和(Di)的比例可包括任何合適的用量。所得未固化組合物的最終粘度可以是在分配之后在短的時(shí)間段內(nèi)能自流平的粘度，但不是必需的。最終組合物在25℃下測(cè)量的優(yōu)選粘度優(yōu)選100-2000mPa.s，更優(yōu)選500-1000mPa.s。優(yōu)選地，粘合劑中組分(Ai)的粘度低于前述封裝劑中組分(A)的粘度。優(yōu)選當(dāng)使用封裝劑和粘合劑二者時(shí)，封裝劑包括20％至90wt％，優(yōu)選25％-70％，和更優(yōu)選30-60％的樹脂部分，和粘合劑包括20-30wt％的樹脂部分。粘合劑也可包括對(duì)于封裝劑配方來說的任何一種或多種任選的添加劑。優(yōu)選地，粘合層包括合適的粘合促進(jìn)劑，最優(yōu)選以上相對(duì)于封裝劑組合物列出的粘合促進(jìn)劑之一?？赏ㄟ^任何合適的工藝固化粘合劑組合物，例如組分(Bi)可與組分(Ai)和(Ci)預(yù)混合，然后在鉑催化劑存在下共交聯(lián)形成堅(jiān)韌的網(wǎng)絡(luò)。優(yōu)選地，添加少量催化劑抑制劑，例如乙基己炔醇以延長材料的浴時(shí)間。為了確保在封裝劑和所有相鄰表面之間的長期粘結(jié)相互作用，添加少量的粘合促進(jìn)劑，典型地烷氧基硅烷，和Si-H鍵與Si-鏈烯基鍵之比低于1∶1，例如0.6∶1。認(rèn)為，粘合促進(jìn)劑遷移到封裝劑的界面上并不可逆地與相鄰表面反應(yīng)。這一強(qiáng)烈的粘合使得該組件在沒有或者基本上沒有脫層的情況下在寬范圍的溫度下發(fā)揮作用。過量的鏈烯基還輔助粘合劑的中間層與封裝劑之間的粘結(jié)/粘合，在這一情況下，封裝劑起到面漆的作用。封裝劑和視需要的粘合劑二者提供均勻和透明的硅氧烷膜，所述膜由于存在直鏈或者基本上直鏈的組分(A)的聚合物導(dǎo)致維持高的撓性。當(dāng)固化時(shí)，封裝劑具有比粘合劑高的抗撕裂性。添加防污添加劑到封裝劑中，以增加材料的抗污性，且以沒有顯著負(fù)面影響其耐磨性的用量使用它。在例如本發(fā)明封裝劑的組合物中，認(rèn)為防污添加劑在制造低表面能表面的硅氧烷/空氣界面處遷移并快速擴(kuò)散，但仍保持對(duì)硅氧烷基質(zhì)的化學(xué)粘結(jié)。在封裝劑的向外側(cè)(在與環(huán)境的界面處)污物累積與表面能成反比，表面能與在表面上的防污添加劑的含量有關(guān)。在使用中，當(dāng)防污添加劑包括在封裝劑組合物內(nèi)時(shí)，首先，發(fā)生表面的相分離；防污添加劑遷移到表面上，然后與交聯(lián)劑反應(yīng)，從而得到氟覆蓋的表面。由于抑制劑蒸發(fā)，因此在表面上鉑濃度增加，從而導(dǎo)致從表面到本體膜的梯度固化速度?？偟慕Y(jié)果提供硬得多的表面和更加光滑的本體材料，這得到在玻璃和晶片之間的應(yīng)力馳豫界面。在一方面中，本發(fā)明的特征在于由硅氧烷組合物形成的透明封裝劑，它對(duì)玻璃的正面和太陽能電池提供良好的粘合性能。封裝劑扮演罐裝材料的作用，其顯示出對(duì)互連的太陽能電池，對(duì)互連的網(wǎng)線和對(duì)上覆層，例如玻璃板(晶片組件)良好的粘合性。封裝劑對(duì)太陽能電池的粘合要求電池的良好潤濕，和有時(shí)發(fā)現(xiàn)希望借助優(yōu)選粘度低于封裝劑的粘合劑提供這種潤濕。
在過氧化物固化封裝劑產(chǎn)品的情況下，可使用任何合適的液體硅氧烷組合物。典型地，過氧化物催化劑用于在含下述的硅氧烷之間的基于自由基的反應(yīng)≡Si-CH3基和其它≡Si-CH3基；或≡Si-CH3基和≡Si-鏈烯基(典型地乙烯基)；或≡Si-鏈烯基和≡Si-鏈烯基。對(duì)于過氧化物固化來說，上述組分A和B優(yōu)選保留合適的過氧化物催化劑，和可使用以上所述的任何或所有添加劑(但對(duì)氫化甲硅烷化類型催化特定的固化抑制劑除外)。合適的過氧化物催化劑可包括但不限于過氧化2，4-二氯苯甲酰，過氧化苯甲酰，過氧化二枯烯，過苯甲酸叔丁酯。
在UV固化體系的情況下，可使用任何合適的液體硅氧烷聚合物和視需要的UV光引發(fā)劑。對(duì)于UV固化體系來說，可使用以上所述的任何或所有添加劑(但對(duì)氫化甲硅烷化類型催化特定的固化抑制劑除外)。
可使用固化有機(jī)聚硅氧烷用的任何其它合適的固化體系，條件是所使用的未固化的有機(jī)聚硅氧烷組合物適合于根據(jù)以下所述的任何一種工藝施加。發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)鈍化太陽能電池和/或光電池表面的新方式，其中可通過任何體系，即使用本發(fā)明所述的組合物或者現(xiàn)有技術(shù)的工藝和層壓技術(shù)封裝所述太陽能電池和/或光電池。用三烷氧基硅烷涂布電池表面導(dǎo)致對(duì)電池表面和典型地對(duì)所使用的封裝劑具有良好粘合性的底漆或鈍化層。它鈍化該表面，并進(jìn)而增加電池的潤濕，以便降低或避免在電池和封裝劑和/或粘合劑之間形成氣泡的問題。它還保護(hù)電池避免封裝之后進(jìn)水并腐蝕。所選的硅烷可作為預(yù)涂層施加到太陽能電池上或者可以以合適的濃度添加到封裝劑組合物內(nèi)。預(yù)涂層可包括單獨(dú)的硅烷或者硅烷在溶劑如醇內(nèi)的溶液，允許醇在施加之后蒸發(fā)。典型地，鈍化涂布層可以小至2微米厚。最優(yōu)選在晶片類型的太陽能電池上提供鈍化層。優(yōu)選硅烷具有下式(R1O)3SiR2其中R1是含1-6個(gè)碳原子的烷基，R2選自含1-6個(gè)碳原子的烷氧基，含1-6個(gè)碳原子的烷基，含1-6個(gè)碳原子的鏈烯基，丙烯酸基或烷基丙烯酸基。優(yōu)選地，三烷氧基硅烷例如是三甲氧基硅烷或三乙氧基硅烷，最優(yōu)選甲基丙烯?；籽趸柰?。使用以上所述的液體硅氧烷封裝劑封裝的太陽能組件的優(yōu)點(diǎn)包括i)組件的使用總成本下降，即考慮所有參數(shù)，其中包括材料、施加工藝、每平方米的材料用量在內(nèi)的總成本下降；ii)組件的耐用性-使用本發(fā)明所述的組合物制造的組件制造效率提高，且由于UV曝光導(dǎo)致老化之后的變色問題下降；iii)由于液體硅氧烷封裝劑的物理性能導(dǎo)致與現(xiàn)有技術(shù)的組件相比，阻燃性能顯著改進(jìn)；
iv)使用本發(fā)明所述的組合物，通過任何選擇的方法例如幕涂，在室溫下(但可使用一定的加熱)進(jìn)行封裝劑和粘合劑(若使用的話)的施加。在本發(fā)明的另一方面中，提供使用以上所述的液體硅氧烷封裝劑材料封裝太陽能電池組件的連續(xù)方法。目前的標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)方法通常使用EVA(乙基乙酸乙烯基酯)熱塑性封裝劑和可層壓的背襯材料，例如聚酯/Tedlar，并使用層壓技術(shù)制備電池或電池/組件組。典型地使用合適的層合機(jī)來層壓下述“夾層”。
1)玻璃上覆層，2)EVA3)太陽能電池組，4)EVA，和5)合適背襯材料形式的基底。標(biāo)準(zhǔn)工藝使用層合機(jī)裝置，以使“夾層”在140℃區(qū)域內(nèi)的溫度下(所使用的實(shí)際溫度根據(jù)層壓的實(shí)際組合物來確定)在真空下熔融約20分鐘/組件。在層壓和除去超出需求的廢料之后，間歇工藝的下一步通常是施加保護(hù)性密封層，以覆蓋組件邊緣，接著將組件框在周圍框架(典型地由鋁或塑料材料制造且如前所述)內(nèi)。以間歇模式進(jìn)行總的操作，且典型地緩慢和非常費(fèi)力。為了簡化對(duì)本發(fā)明方法的說明，本發(fā)明將相對(duì)于在玻璃支持上覆層或基底上承載的電池，描述薄膜和晶片類型的太陽能電池組件這二者，但要理解，通過僅僅使本發(fā)明的方法適合于所討論的組件的需要，該方法可用于任何合適的組件組合物中。在本發(fā)明中，在玻璃基底或上覆層上的薄膜太陽能電池的情況下，在薄膜太陽能電池組件上，借助任何合適類型的分配設(shè)備，例如幕涂機(jī)、噴涂裝置、浸涂機(jī)、口模式涂布機(jī)、擠出涂布機(jī)、刮刀式涂布機(jī)和篩涂機(jī)等，但優(yōu)選借助幕涂機(jī)噴涂、涂布或分配透明的封裝劑層，然后借助熱或者紅外輻射，合適的加熱或IR輻射源例如連續(xù)烘箱或者原地加熱設(shè)備如烘箱或熱板或類似物、優(yōu)選連續(xù)烘箱來固化所得組件。可在任何合適的溫度下進(jìn)行噴涂、涂布或分配步驟，但優(yōu)選在從室溫例如約25℃到約75℃的溫度下進(jìn)行，盡管優(yōu)選室溫。典型地，對(duì)于薄膜太陽能電池組件來說，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，不要求額外的粘合劑，因?yàn)榉庋b劑與太陽能電池和基底/上覆層直接充分地良好粘結(jié)。然而，對(duì)于晶片基太陽能電池來說，要求粘合層來粘合太陽能電池(即晶片)到上覆層或基底上。盡管這可以是以上所述的封裝劑層形式，但優(yōu)選采用以上所述的粘合劑。設(shè)計(jì)液體封裝劑和(若使用的話)粘合劑這二者，以當(dāng)進(jìn)行紅外或熱輻射時(shí)，以確定的厚度固化并硬化。使用封裝劑和視需要的粘合劑能使使用者操作連續(xù)工藝，在所述連續(xù)工藝中，可借助任何合適類型的分配設(shè)備，例如幕涂機(jī)、噴涂裝置、浸涂機(jī)、口模式涂布機(jī)、擠出涂布機(jī)、刮刀式涂布機(jī)和篩涂機(jī)等將液體硅氧烷封裝劑施加在太陽能電池上。對(duì)于平面和硬質(zhì)上覆層或基底如玻璃，可使用輸送帶連續(xù)供應(yīng)預(yù)封裝和后封裝的組件，或?qū)τ趽闲陨细矊踊蚧兹绮讳P鋼箔，以卷狀形式供應(yīng)到輥工藝中。本發(fā)明工藝的一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)是，在沒有或者基本上沒有氣泡夾帶的情況下，封裝劑因此施加到電池表面上，而氣泡夾帶是目前工藝的一個(gè)主要問題，這是因?yàn)檎J(rèn)為氣泡在高濕度條件下保留濕氣，和在使用中太陽能電池可經(jīng)歷大的溫度變化。存在濕氣有害于太陽能電池組件，因?yàn)樗淠梢后w水，液體水可誘導(dǎo)在焊劑上或者在太陽能電池上金屬接觸點(diǎn)的局部腐蝕，和此外可引起組件早期脫層。在互連晶片類型的太陽能電池的情況下，優(yōu)選借助幕涂機(jī)、噴涂裝置、浸涂機(jī)、口模式涂布機(jī)、擠出涂布機(jī)、刮刀式涂布機(jī)和篩涂機(jī)等，優(yōu)選幕涂機(jī)，在上覆層或基底例如玻璃板的背面上均勻噴涂、涂布或分配前述所述的粘合劑。然后，使互連的太陽能電池沉積在未固化的粘合劑之上/之內(nèi)。然后借助熱或者紅外輻射固化/硬化粘合劑，其方式使得借助熱或者紅外輻射源例如連續(xù)烘箱或者原地加熱設(shè)備如烘箱或熱板或類似物，使粘合劑在上覆層/基底上的預(yù)定位置處固定互連的太陽能電池。然后借助幕涂機(jī)、噴涂裝置、浸涂機(jī)、口模式涂布機(jī)、擠出涂布機(jī)、刮刀式涂布機(jī)和篩涂機(jī)等，優(yōu)選幕涂機(jī)，均勻施加適量前面所述的封裝劑以全部封裝整個(gè)組件，然后借助熱或者紅外輻射，使用合適的加熱或IR輻射源例如連續(xù)烘箱或者原地加熱設(shè)備，優(yōu)選連續(xù)烘箱來固化/硬化所得組件?；蛘?，對(duì)于晶片基太陽能電池體系來說，在玻璃上覆層/基底上均勻噴涂、涂布或分配足量的封裝劑或者(若使用的話)粘合劑，然后將互連的太陽能電池仔細(xì)浸漬在額外用量的相同材料內(nèi)，隨后熱或者紅外輻射固化并硬化所得組件，和視需要在固化的粘合劑上均勻噴涂、涂布或分配視需要的封裝劑的面漆，隨后如上所述通過熱或者紅外輻射使之固化并硬化。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，可在封裝之前且不是在完成封裝工藝之后，借助現(xiàn)有技術(shù)的層壓工藝，將框架或邊緣密封材料施加到上覆層或基底上。對(duì)于其中封裝劑和/或粘合劑需要以液體形式施加的情況來說，這形成了指導(dǎo)原則。優(yōu)選地，封裝劑和粘合劑這二者的施加可在約室溫下進(jìn)行，但可采用加熱到最多例如75℃的溫度，優(yōu)選不大于50℃，以便降低施加到組件上的封裝劑或粘合劑的粘度。優(yōu)選地，使用任何一種以上所述的方法處理在組件內(nèi)的電引線，以保護(hù)具有封裝劑和/或(若使用的話)粘合劑的涂層。受護(hù)的引線可進(jìn)一步粘結(jié)到在基底上的電接線盒內(nèi)或者背襯層材料內(nèi)，以形成完整的密封層。液體硅氧烷涂料可被密封并插入到金屬、熱塑性塑料或彈性體框架內(nèi)，所述框架還提供額外的保護(hù)以防水在面板的邊緣進(jìn)入。然而，證明在采用本發(fā)明的硅氧烷封裝劑的情況下，與通過現(xiàn)有技術(shù)的層壓型工藝制備的太陽能電池組件不同，不必須要求這種框架。與現(xiàn)有技術(shù)的層壓基工藝相比，一個(gè)非常重要的方面是，本發(fā)明這一方面的整個(gè)工藝可自動(dòng)化為具有工藝控制的一體化的組裝線內(nèi)，和正因?yàn)槿绱?，是顯著不費(fèi)力的。在本發(fā)明工藝的優(yōu)選實(shí)施方案中，提供一種連續(xù)工藝，其采用一種或多種涂布封裝劑和粘合劑(若使用的話)的設(shè)備，例如幕涂機(jī)、噴涂裝置和口模式涂布機(jī)、浸涂機(jī)、擠出涂布機(jī)、刮刀式涂布機(jī)和篩涂機(jī)等，但優(yōu)選使用幕涂機(jī)，接著進(jìn)行合適的固化步驟，典型地使用熱或IR烘箱。該工藝可用于有機(jī)和硅氧烷體系這二者，條件是所牽涉的涂料的粘度適合于與施加涂料的設(shè)備例如幕涂機(jī)結(jié)合使用，但該工藝優(yōu)選與此處所述類型的封裝劑和粘合劑配方結(jié)合使用。因此，優(yōu)選未固化的組合物的粘度不大于50000mPa.s，和最優(yōu)選不大于40000mPa.s。施加封裝劑和(視需要的)粘合劑的優(yōu)選設(shè)備是借助幕涂機(jī)。幕涂是施加液體薄層到固體材料上的方法。幕涂機(jī)適合于以可控的速度在其涂布頭的寬度上分散液體到目標(biāo)上(在本申請(qǐng)的情況下，目標(biāo)為太陽能電池組件)。所得液體的寬、薄流動(dòng)類似于“幕簾”，因此命名為“幕涂機(jī)”。通過使目標(biāo)(太陽能電池組件)在液體幕簾下以預(yù)定的恒定速度穿過，在目標(biāo)(太陽能電池組件)上將沉積均勻的液體層。使用者控制液體流速和目標(biāo)經(jīng)過液體幕簾的速度這二者的能力使得可獲得非常精確的涂層厚度。封裝劑或粘合劑最初保留在容器罐內(nèi)，和當(dāng)需要時(shí)，從罐中通過過濾器泵送到涂布頭中。涂布頭可加壓或者不加壓，這取決于所使用的涂料的粘度(但在本發(fā)明中，由于封裝劑和粘合劑(若使用的話)的粘度導(dǎo)致通常加壓)。封裝劑或粘合劑流經(jīng)涂布頭內(nèi)的染料(dye)，在重力影響下形成液體的‘幕簾’。待涂布的太陽能電池組件沿著供入(in-feed)傳送帶經(jīng)材料的幕簾轉(zhuǎn)移到供出(out-feed)傳送帶上。優(yōu)選封裝劑或粘合劑的‘幕簾’寬于待涂布的太陽能電池組件，以便所有過量的材料經(jīng)供入和供出傳送帶之間的間隙落在收集槽內(nèi)，并流回到原料罐中，從而避免任何非所需的浪費(fèi)。原料罐典型地較深且構(gòu)造有隔板，以便封裝劑或粘合劑必需沿著“彎曲”的路徑行進(jìn)，從而提供時(shí)間允許任何夾帶的空氣在到達(dá)泵吸收之前逃逸。幕涂機(jī)通常用于包括粘度小得多的液體的工藝中，和對(duì)于本發(fā)明的工藝來說，必不可少的是所使用的幕涂機(jī)不引起泡沫和或起泡。要求在料罐設(shè)備中進(jìn)行幾個(gè)調(diào)節(jié)，以處理本發(fā)明所述粘度的封裝劑和粘合劑的液體。這些主要針對(duì)降低在體系內(nèi)夾帶的空氣量，以最小化封裝劑和粘合劑(若使用的話)發(fā)泡或保留氣泡的可能性。幕涂機(jī)優(yōu)選裝配高功率驅(qū)動(dòng)的泵，因?yàn)椴荒苁褂脴?biāo)準(zhǔn)的隔膜泵，這是由于它們將空氣引入到體系內(nèi)且對(duì)于施加液體粘度相對(duì)高，最多例如10000mPa.s的液體封裝劑來說是不實(shí)際的。優(yōu)選地，幕涂機(jī)具有中心原料體系。這是因?yàn)楸M管較低粘度的液體可從涂布機(jī)機(jī)頭上的任何位置喂入，但當(dāng)所使用的液體的粘度高于采用這類涂布機(jī)通常所預(yù)期的粘度時(shí)，導(dǎo)致需要比正常情況所要求的時(shí)間長的時(shí)間來流平組件內(nèi)的封裝劑和/或粘合劑。優(yōu)選地，幕涂機(jī)的進(jìn)料器頭利用表面供料以避免空氣的夾帶。這是因?yàn)楸M管典型地通過幕涂機(jī)施加的這類較低粘度的液體從涂布頭罐的底部到頂部中的任何浸漬深度的位置(z方向)供入，但通常以浸漬方式供入以控制飛濺。優(yōu)選地，幕涂機(jī)在幕簾下落的底部處具有抗飛濺的“盤”。這以輥壓金屬盤形式提供，其中提供所述輥壓金屬盤以有助于層流到出料部分并輔助防止夾帶的空氣。優(yōu)選地，與標(biāo)準(zhǔn)幕涂機(jī)所使用的正常原料罐相比，本發(fā)明的原料罐優(yōu)選較大(總的容量)和較高，以允許夾帶的氣泡根據(jù)Stokes原理上升到罐的表面，并再次輔助降低夾帶的空氣。優(yōu)選地，與現(xiàn)有技術(shù)的幕涂機(jī)相比，可降低幕涂機(jī)的正常操作速度。這是優(yōu)選的，因?yàn)橥坎紮C(jī)輸送體系的操作速度范圍降低可允許更好控制玻璃上覆層和/或基底經(jīng)過幕涂機(jī)的供應(yīng)速度，從而提供更好的幕涂厚度控制。優(yōu)選地，幕涂機(jī)包括多個(gè)幕涂導(dǎo)向裝置導(dǎo)引到涂布機(jī)頭上，以控制幕簾的寬度和/或允許使用多個(gè)系列的幕簾。這提供涂布的靈活性并允許使用相同的涂布設(shè)備涂布許多不同尺寸的太陽能電池組件和陣列等。優(yōu)選地，幕涂機(jī)包括長的返回管道和聚結(jié)器，以除去來自該體系的粗大氣泡。幕涂機(jī)也可任選地包括加熱體系，以當(dāng)液體接近幕簾時(shí)加熱液體。加熱封裝劑和粘合劑(若使用的話)到約50℃的優(yōu)點(diǎn)是降低粘度，并提高存在于待施加的該組合物內(nèi)的任何微細(xì)氣泡上升到表面的可能性。優(yōu)選地，封裝劑和粘合劑(若使用的話)在涂布之前脫氣。可例如通過真空，利用任何合適的脫氣工藝，但優(yōu)選給幕涂機(jī)提供半連續(xù)的真空汽提器，以在將液體供料到涂布頭或者返回到涂布頭之前使液體脫氣。優(yōu)選地，可將多軸的遙控裝置(robot)(例如6軸)綜合到該體系內(nèi)以供自動(dòng)化精確定位在供入輸送帶上的太陽能電池組件和精確插入/放置太陽能電池或系列互連的太陽能電池在基底或上覆層的合適位置上。在其中在上覆層或基底上定位電池尤其關(guān)鍵的晶片基太陽能電池體系的情況下，這是尤其優(yōu)選的。可使用任何合適的遙控裝置。用于保持并控制太陽能電池或太陽能電池組件的遙控夾具(即，連接到遙控裝置的安裝臂上的裝置，它將控制太陽能電池或太陽能電池組件)可以是任何合適的類型，但優(yōu)選是適合于保持太陽能電池或太陽能電池組件在平坦(典型地水平)平面內(nèi)的一系列的真空抽吸杯。在互連系列的太陽能電池的情況下，夾具板優(yōu)選具有至少一個(gè)真空杯/電池，以避免在電池上方、下方和之間在板上的任何應(yīng)力。典型地對(duì)于單一的太陽能電池來說，利用單一的真空杯向上牽引電池到達(dá)確定精確位置的四個(gè)特氟隆栓上。典型地，對(duì)于每一太陽能電池來說，利用一個(gè)或兩個(gè)小的真空杯，向上牽引太陽能電池到達(dá)定位銷或栓上，所述定位銷或栓確定電池相對(duì)于基底或上覆層的精確位置并使電池能精確地放置在上覆層或基底上。遙控裝置可例如從固定位置托起這些太陽能電池或系列互連的太陽能電池，然后將它們放置到在上覆層或基底(玻璃板)上的薄的液體硅氧烷層內(nèi)。玻璃板可用固化的密封劑擋料圈(dam)包邊，以保持液體在原地。玻璃板可安裝在特殊的近紅外烘箱頂部，其中構(gòu)造所述烘箱以當(dāng)電池通過遙控裝置保持在原地時(shí)，固化該液體。該遙控裝置適合于控制電池，以便可確定最好的潤濕方法。一般來說，在單一的太陽能電池的情況下，太陽能電池的一個(gè)邊緣放置在液體內(nèi)和太陽能電池的其余部分以預(yù)定的速度和角度下降，以使液體的彎液面逐漸流動(dòng)到電池上并潤濕電池。優(yōu)選地，遙控裝置包括輔助電動(dòng)機(jī)，以便當(dāng)電池進(jìn)入到液體內(nèi)的角度變得接近水平時(shí)，太陽能電池的插入速度逐漸下降。在四電池陣列沿邊放置，亦即所有四個(gè)電池的排列邊緣形成轉(zhuǎn)向點(diǎn)的情況下，在沒有氣泡形成的情況下施加電池。任何合適的烘箱可用于固化所施加的封裝劑和粘合劑層，對(duì)于固化所施加的封裝劑層來說，尤其優(yōu)選連續(xù)烘箱。連續(xù)烘箱可包括短波IR發(fā)射器(波長1.2-1.4微米)，中波IR發(fā)射器(波長1.4-2.7微米)，但優(yōu)選包括中波發(fā)射器，和相對(duì)于所涉及的涂層優(yōu)化烘箱內(nèi)溫度，但典型地在約120-約200℃的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，在當(dāng)使用粘合層的情況下，含太陽能電池或系列互連的太陽能電池的組件借助遙控裝置保持在原地，并使用任何合適的加熱設(shè)備如靜態(tài)烘箱或熱板，在介于150至250℃范圍內(nèi)的溫度下就地固化。施加粘合劑和封裝劑這二者的方法例如包括下述步驟1)將合適的框架或密封材料施加到清潔的玻璃基底或上覆層面板上，優(yōu)選這發(fā)生在該板事先置于其上的XY平臺(tái)上?？蚣懿牧嫌糜诒Ｗo(hù)面板邊緣，和重要的是提供濕氣阻擋，并充當(dāng)擋料圈，以在固化之前容納液體封裝劑和(若使用的話)粘合劑。
2)使所得帶框架的玻璃板輸送經(jīng)過連續(xù)烘箱，以使框架或密封材料完全固化。
3)使具有固化的框架材料的面板輸送經(jīng)過施加粘合層的設(shè)備(優(yōu)選借助幕涂，但也可使用以上所述的任何其它方法操作)。優(yōu)選地，以非常均勻的涂層形式施加150-1000微米的層，更優(yōu)選約400微米的粘合劑材料層。
4)視需要，使用例如真空杯夾具，多軸遙控裝置可托起(互連太陽能電池的)太陽能電池陣列，然后在三烷氧基硅烷底漆內(nèi)浸涂該太陽能電池陣列，所述底漆適合于保護(hù)電池免遭濕氣。這一底漆還鈍化太陽能電池的表面，以輔助避免在粘合劑的固化工藝過程中形成氣泡。
5)在其中發(fā)生4步的情況下，然后優(yōu)選通過使用遙控裝置干燥硅烷處理過的互連的系列太陽能電池。該遙控裝置然后使用例如緩慢的6軸運(yùn)動(dòng)，將已底涂的系列太陽能電池放置到框架面板上和粘合層內(nèi)，其中在這一情況下，通過夾具上的第七軸提供最終非常精確地放置電池。優(yōu)選地，這一放置在提供非常精確的放置重復(fù)性的極其平坦的“工程”平臺(tái)上進(jìn)行。這一平臺(tái)解決了玻璃和太陽能電池固有的許多耐受度問題。優(yōu)選地，這一工程平臺(tái)具有建在內(nèi)部的加熱器，所述加熱器在幾分鐘內(nèi)固化粘合層，并因此將電池固定到永久的位置內(nèi)，之后，使遙控裝置適合于釋放真空和面板移動(dòng)到下一步。然而，或者可在連續(xù)烘箱內(nèi)固化玻璃/電池/粘合劑組合體。使所得后固化的面板“組合件”然后輸送經(jīng)過第二個(gè)幕涂機(jī)，在此以非常均勻的涂層形式施加20微米-1200微米，優(yōu)選50微米-1000微米，更優(yōu)選200微米-700微米，甚至更優(yōu)選400微米-800微米，和最優(yōu)選400微米-700微米的封裝劑層。使具有施加的封裝劑的組件然后輸送經(jīng)過合適的連續(xù)(例如對(duì)流/IR)烘箱，在此封裝劑固化成光滑的堅(jiān)韌背襯材料。使最終的框架面板然后輸送到與已有體系相類似且可甚至相同的集結(jié)(staging)區(qū)內(nèi)，在此連接電接線盒，和面板被封裝或者視需要前進(jìn)到達(dá)框架步驟。所使用的框架材料是熱塑性材料，或者其它合適的阻尼材料也可在這一步驟中有幫助，這是因?yàn)楣袒目蚣懿牧显跊]有任何“排擠出”的情況下栓接到鋁型材上。這一過量框架保護(hù)材料的排擠是目前在工業(yè)中使用的雙面膠帶或密封劑的問題，這是因?yàn)樗笮拚筒Ａ逑?。本發(fā)明的全部工藝是使用電子工藝控制如PLC的自動(dòng)化組裝線，或連續(xù)的單元-操作制造。存在傳感器、輸送帶、限制開關(guān)和緩沖區(qū)域(以供特定單元-操作速率的任何錯(cuò)配)。優(yōu)選地，本發(fā)明的連續(xù)工藝每分鐘提供一線米的面板，這相對(duì)于目前的生產(chǎn)速度來說是顯著的改進(jìn)。根據(jù)通過作為實(shí)例給出的一些實(shí)施方案的下述說明，參考附圖，可更清楚地理解本發(fā)明，其中附1說明了在框架內(nèi)的常規(guī)太陽能電池組件；圖2說明了進(jìn)一步的常規(guī)薄膜太陽能電池；圖3說明了晶片類型的太陽能電池組件；圖4說明了不具有經(jīng)典周邊鋁框架的晶片類型的太陽能電池組件；和圖5說明了對(duì)于晶片類型的太陽能電池組件來說優(yōu)選的太陽能電池組件的封裝工藝。圖1和2說明了常規(guī)的晶片類型的太陽能電池組件。在圖1中，提供一種具有Tedlar基底或背襯層2的晶片類型的太陽能電池。該組件還由正面的玻璃上覆層3、夾在兩片EVA片材5、6之間的互連的太陽能電池4組成。可在EVA片材5、6之間提供含任何合適材料的進(jìn)一步的互連層9，然而，典型地互連層9包括兩片EVA片材5、6中材料的混合物。典型地，在太陽能電池組件內(nèi)層壓之前，預(yù)層壓Tedlar基底或背襯層2到EVA片材6上。組件1用使得連接到鋁框架8上的橡膠密封層7加邊。在圖2中，示出了常規(guī)薄膜類型的太陽能電池組件10，其具有TEFZEL上覆層11，夾在兩片EVA片材14、15之間的在不銹鋼基底13上的薄膜硅太陽能電池12?？稍趦善珽VA片材14和15之間提供含合適材料的進(jìn)一步的互連層16，然而，典型地，互連層16包括兩片EVA片材14、15中材料的混合物。在這兩種情況下，借助層壓技術(shù)獲得封裝，以便所示的不同層與其相鄰層層壓在一起。該工藝可能費(fèi)力和必須以間歇類型的工藝進(jìn)行。圖3示出了晶片類型的太陽能電池組件20，其具有周邊鋁框架21、正面玻璃上覆層22、接線盒23和用本發(fā)明的固化的硅氧烷封裝劑25封裝的互連的太陽能電池24。在這一實(shí)例中，示出了基底26，盡管可使用它，但典型地在不需要任何這種背襯層的情況下，用于封裝太陽能電池組件的本發(fā)明的封裝劑應(yīng)當(dāng)足夠，除非存在由于所牽涉的應(yīng)用導(dǎo)致的特殊原因。圖4示出了不具有圖3所示類型的經(jīng)典周邊鋁框架21的晶片組件30。它包括正面的玻璃上覆層31和接線盒32。相對(duì)于彼此34和上覆層31，在硅氧烷粘合劑層33內(nèi)在預(yù)定的位置提供互連的晶片類型的太陽能電池34。提供硅氧烷封裝劑35的面漆層作為硬質(zhì)表面，以保護(hù)晶片34避免環(huán)境，從而提高太陽能電池組件作為由太陽光發(fā)電的設(shè)備的壽命。以使得它們可進(jìn)一步粘結(jié)到背襯層材料內(nèi)，或者在此情況下粘結(jié)到硅氧烷封裝劑內(nèi)以形成一體的密封層的方式來涂布電引線連接的相鄰晶片34。提供圖5說明本發(fā)明的封裝的薄膜類型的太陽能電池組件。提供其上涂布有合適的半導(dǎo)電材料39的薄膜的基底或載體37。使用本發(fā)明的硅氧烷封裝劑層38封裝該薄膜。典型地，薄膜事先通過例如化學(xué)氣相沉積或者濺射技術(shù)施加到基底37上。圖6擬輔助讀者理解本發(fā)明所述的連續(xù)封裝工藝。所述的工藝涉及封裝要求粘合層和封裝劑層的晶片類型的太陽能電池，以完全封裝組件。提供三個(gè)輸送帶50、51、52以輸送太陽能電池組件53a、53b、53c、53d、53e經(jīng)過封裝工藝各階段。還提供第一幕涂機(jī)54以供施加硅氧烷粘合劑。收集器55位于幕涂機(jī)54下方，以收集未使用的硅氧烷粘合劑。提供泵(未示出)將所述未使用的硅氧烷粘合劑從收集器55返回到儲(chǔ)存罐56，所述儲(chǔ)存罐56供應(yīng)硅氧烷粘合劑到幕涂機(jī)54中。使用6軸遙控裝置57以供在硅氧烷粘合劑固化之前精確放置太陽能電池或互連的太陽能電池組到組件53b上的未固化的硅氧烷粘合劑層之上或之內(nèi)?？墒褂萌魏魏线m數(shù)量的電連接的太陽能電池。提供第一烘箱58作為固化粘合層的設(shè)備。提供第二幕涂機(jī)59以供施加硅氧烷封裝劑到組件53d的固化的粘合層上。提供收集器60以收集未使用的硅氧烷封裝劑，所述封裝劑將返回到儲(chǔ)存罐61或者導(dǎo)引到幕涂機(jī)59以供再利用。提供第二烘箱62以固化在粘合層上的封裝劑層。在使用中，將太陽能電池組件最初放置在輸送帶50上并輸送到傳送帶50的末端并經(jīng)過由幕涂機(jī)54供應(yīng)的液體硅氧烷粘合劑幕簾，正如組件53a所示。施加液體硅氧烷粘合劑之后，組件沿著輸送帶51輸送到預(yù)定位置(正如組件53b所示)，在此太陽能電池或系列互連的太陽能電池通過遙控裝置57精確地定位在未固化的液體粘合層之內(nèi)或者之上的預(yù)定位置處。在電池定位之后，該組件繼續(xù)沿著輸送帶51輸送經(jīng)過連續(xù)烘箱58(要理解，連續(xù)烘箱僅僅是固化粘合層的可供替代的方式的之一)。優(yōu)選地，當(dāng)使用時(shí)，烘箱為IR類型。在粘合層于烘箱58內(nèi)固化從而在組件內(nèi)堅(jiān)固地定位電池之后，將該組件輸送到輸送帶51的末端到達(dá)第二幕涂機(jī)59，在此施加液體硅氧烷封裝劑層(53d)。該組件然后經(jīng)烘箱62輸送到輸送帶52上，以固化在粘合層(53e)之上的封裝劑層，之后，可從輸送帶上取下充分封裝的太陽能電池并儲(chǔ)存以供將來使用。
實(shí)施例實(shí)施例1制備本發(fā)明的硅氧烷組合物緊密混合35.42g分子量為62000g/mol和乙烯基含量為0.15％的α，ω-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷；7g含1.45％氫單元的聚(二甲基硅氧烷-共-甲基氫硅氧烷)；47.22g二甲基乙烯基化MQ樹脂的對(duì)二甲苯溶液(在二甲苯內(nèi)63％的樹脂)，并在減壓下汽提出對(duì)二甲苯。在除去溶劑之后，將0.825g二甲基氫甲硅烷氧基封端的三氟丙基倍半硅氧烷和20ppm溶解在低分子量乙烯基聚合物內(nèi)的鉑催化劑加入到該共混物中，制備最終的組合物。在20cm×20cm的玻璃板上涂布硅氧烷組合物，并在120℃下固化30分鐘。表1給出了與相同厚度的商業(yè)EVA膜相比，200微米厚的該組合物膜的紫外光(UV)和可見光(V)透射率數(shù)值。該硅氧烷組合物在300和500nm處顯示出較高的光透射和在633nm處顯示出類似的光透射。所吸收的UV能量引起EVA變黃和變褐色，和已知這一效果會(huì)影響可見光的透射。
表1對(duì)于EVA(ELVAX)和實(shí)施例1制備的硅氧烷材料來說，對(duì)比的紫外光和可見光透射率作為波長的函數(shù)
此處記錄的數(shù)據(jù)低于實(shí)際值，這是因?yàn)樵跇悠繁砻嫔瞎獾姆瓷湫Ч隆?br> 實(shí)施例2顯示出比ETFE/EVA層壓體高的Taber耐磨性的硅氧烷組合物將與實(shí)施例1中所述的組合物類似的組合物的膜樣品送交到Taber磨損試驗(yàn)機(jī)(配有calibrase CS-10磨輪的Taber 5131)上，同時(shí)測(cè)量透光率的變化作為循環(huán)次數(shù)的函數(shù)。圖1表明在40和80次循環(huán)之后，Tefzel分別損失25％和35％的透光率，而本發(fā)明的硅氧烷封裝劑在100次循環(huán)之后僅僅損失8％的透光率。
表2(1)Tefzel25微米、(2)和(3)100微米和200微米厚度的本發(fā)明的硅氧烷封裝劑的透光率的損失(％)作為磨損循環(huán)(Taber5131，Calibrase CS-10)的函數(shù)。200微米厚度的EVA/TEFZEL層壓體沒有顯示出比樣品1高的耐磨性。
實(shí)施例3從表面到本體顯示出梯度韌性的本發(fā)明固化的硅氧烷組合物的肖氏A硬度在鋁杯內(nèi)固化與實(shí)施例1中所述的組合物類似的組合物的樣品，制造3mm厚的扁平樣品。催化劑濃度從3.6ppm變化到7.1ppm，和使樣品在120℃下固化30分鐘，圖2表明對(duì)于樣品的頂部表面和底部表面來說肖氏A硬度的變化作為催化劑濃度的函數(shù)。在2.8ppm下，樣品在表面起皮，且沒有充分固化。該實(shí)施例表明，頂部表面比底部表面硬，從而顯示出在表面比本體更快或完全的固化。相對(duì)高的硬度值表明高的耐磨性和良好的表面性能，而低硬度值(底部表面)代表較軟的材料，對(duì)電池的保護(hù)良好。與太陽能電池表面接觸的硬質(zhì)材料可在電池/材料表面處誘導(dǎo)高的應(yīng)力，因此特別是在熱循環(huán)變化過程中導(dǎo)致潛在的過早脫層。
表3對(duì)于在鋁杯內(nèi)固化的本發(fā)明硅氧烷封裝劑的頂部表面和底部表面的硬度作為鉑濃度的函數(shù)
實(shí)施例4在潮熱試驗(yàn)之后本發(fā)明封裝劑對(duì)玻璃面板的粘合將與實(shí)施例1中所述的組合物類似的組合物的硅氧烷封裝劑樣品涂布在20mm×20mm玻璃面板上，制成100微米厚的層。將厚度為650微米的15mm×15mm硅片浸漬在該液體封裝劑內(nèi)，然后該組合件在120℃下固化30分鐘。固化的樣品送交濕度/溫度老化試驗(yàn)(80℃/85％相對(duì)濕度(RH))經(jīng)41天。甚至在60天之后，沒有觀察到可見的脫層，樣品仍顯示出對(duì)玻璃非常良好的粘合。
實(shí)施例5采用本發(fā)明的改性幕涂機(jī)和本發(fā)明的硅氧烷太陽能電池封裝劑涂布玻璃面板將40kg粘度為7000mPa.s的本發(fā)明的硅氧烷封裝劑喂入到容納9kg聚合物的幕涂機(jī)內(nèi)和然后以5.5kg/min泵送，制造精致的幕簾。將500×500mm的玻璃面板以45m/min連續(xù)供入到該涂布機(jī)內(nèi)，形成70微米的聚合物膜，在幕簾下6次經(jīng)過之后，形成433微米厚的精致的聚合物膜。然后將玻璃以1m/min供入到配有4盞每盞1000瓦的燈的1米長的紅外烘箱內(nèi)。使樣品快速硬化，結(jié)果賦予玻璃表面高的抗劃性。
實(shí)施例6采用本發(fā)明的改性幕涂機(jī)和本發(fā)明的硅氧烷太陽能電池封裝劑涂布太陽能電池的玻璃面板重復(fù)實(shí)施例5，所不同的是使用100微米的硅氧烷基粘合層，將四個(gè)互連的太陽能電池手工膠粘到玻璃面板上。使在頂側(cè)具有互連體的太陽能電池玻璃以20m/min經(jīng)過幕簾，制備200微米的頂層，重復(fù)涂布步驟一次，導(dǎo)致涂布有400微米封裝互連體層的太陽能電池面板。然后使頂層以0.5m/min經(jīng)過獲自Heraeus的具有8kW IR燈的0.8米長的紅外通道，來硬化頂層。
實(shí)施例7用本發(fā)明的硅氧烷封裝劑封裝第一系列互連的可商購的α-Si薄膜電池最初使用合適的溶劑(在此情況下使用丙酮)清洗玻璃基底，然后用甲基丙烯?；籽趸柰樘幚聿ＡО?薄膜，并使用壓縮空氣進(jìn)行干燥。所使用的封裝劑包括45wt％分子量為62000g/mol和乙烯基含量為0.15％的α，ω-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷；18.6wt％含有1.45％氫單元的二甲基硅氧烷-共-甲基氫硅氧烷的三甲氧基封端的共聚物；30.3wt％(固體)二甲基乙烯基化MQ樹脂的對(duì)二甲苯溶液(63％在二甲苯內(nèi)的樹脂)，5wt％粘合促進(jìn)劑，0.14wt％馬來酸二烯丙酯固化抑制劑，0.11wt％鉑催化劑和0.38wt％二甲基氫甲硅烷氧基封端的三氟丙基倍半硅氧烷。將該封裝劑手工施加到組件上并在流平之后，在標(biāo)準(zhǔn)烘箱內(nèi)，在120℃的溫度下固化20分鐘。在IEC 1646中所述的Humidity Freeze試驗(yàn)設(shè)定的老化工藝下10天之前和之后，測(cè)量電容量，所述老化工藝包括在85％的相對(duì)濕度(RH)下從-40℃變化到85℃的溫度下進(jìn)行24小時(shí)的10次循環(huán)，和下表4給出了結(jié)果。
表4 所測(cè)試的樣品無一顯示出任何變色或者脫層，和所有樣品在調(diào)節(jié)時(shí)間段之后均通過IEC 1646所定義的標(biāo)準(zhǔn)濕泄漏電流試驗(yàn)。根據(jù)IEC 1646的要求，在調(diào)節(jié)之后，單獨(dú)使用封裝劑(即不要求任何粘合層)的本發(fā)明薄膜組件中的所有樣品不應(yīng)當(dāng)顯示出任何開路或者泄漏電流、任何視覺缺陷，和最大功率的任何下降不應(yīng)當(dāng)大于5％。這些結(jié)果與工業(yè)預(yù)期完全相反，和使用前面所述的硅氧烷封裝劑能提供適合于太陽能電池或者光生伏打組件的保護(hù)水平。
實(shí)施例8不同系列互連的可商購α-Si薄膜電池的濕度冷凍試驗(yàn)所遵循的工序與以上實(shí)施例7中的相同且根據(jù)IEC1646制定，所不同的是用乙醇而不是丙酮洗滌玻璃，并使用不同類型的可商購太陽能電池。
樣品表征在IEC1646中所述的濕度冷凍試驗(yàn)中制定的老化工藝下10天之前和之后，測(cè)量電容量，所述老化工藝包括在85％的相對(duì)濕度(RH)下從-40℃變化到85℃的溫度下進(jìn)行24小時(shí)的10次循環(huán)，在調(diào)節(jié)之前和之后均進(jìn)行樣品的電表征，和下表5概述了結(jié)果。
表5 所測(cè)試的樣品無一顯示出任何變色或者脫層，和所有樣品在調(diào)節(jié)時(shí)間段之后均通過IEC 1646所定義的標(biāo)準(zhǔn)濕泄漏電流試驗(yàn)。根據(jù)IEC 1646的要求，在調(diào)節(jié)之后，單獨(dú)使用封裝劑(即不要求任何粘合層)的本發(fā)明薄膜組件中的所有樣品不應(yīng)當(dāng)顯示出任何開路或者泄漏電流、任何視覺缺陷，和最大功率的任何下降不應(yīng)當(dāng)大于5％。這些結(jié)果與工業(yè)預(yù)期完全相反，和使用前面所述的硅氧烷封裝劑能提供適合于具有框架和不具有框架組件的太陽能電池或者光生伏打組件的保護(hù)水平。
實(shí)施例9用粘合劑和封裝劑封裝第1類p-Si晶片最初使用合適的溶劑(在此情況下使用丙酮)清洗玻璃基底，然后用甲基丙烯?；籽趸柰樘幚聿ＡО?薄膜，并使用壓縮空氣進(jìn)行干燥。所使用的粘合劑包括27.5wt％粘度為約10000mPa.s、分子量為62000g/mol和乙烯基含量為0.15％的α，ω-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷；45.8wt％粘度為約450mPa.s的α，ω-二甲基乙烯基甲硅烷氧基封端的聚二甲基硅氧烷；3wt％含有1.45％氫單元的二甲基硅氧烷-共-甲基氫硅氧烷的三甲氧基封端的共聚物；18.3wt％(固體)二甲基乙烯基化MQ樹脂的對(duì)二甲苯溶液(63％在二甲苯內(nèi)的樹脂)，5wt％粘合促進(jìn)劑，0.24wt％馬來酸二烯丙酯固化抑制劑，0.19wt％鉑催化劑。使用熱板，通過在120℃下加熱7分鐘原地固化粘合劑，或者在連續(xù)工藝中，在通過幕涂機(jī)施涂之后，在溫度為120℃和速度為0.5m/min、長度為5米的Mid IR烘箱內(nèi)，固化組件中的粘合劑。該封裝劑組合物與實(shí)施例7中詳述的相同。將封裝劑在實(shí)驗(yàn)室中手工或者借助幕涂機(jī)施加到固化的粘合劑上。使用熱板，通過在120℃下加熱7分鐘原地固化封裝劑，或者在連續(xù)工藝中，在通過幕涂機(jī)施加之后，在溫度曲線為120℃和速度為0.5m/min、長度為5米的Mid IR烘箱內(nèi)，固化組件中的封裝劑。在IEC1215中所述的濕度冷凍試驗(yàn)中制定的老化工藝下10天之前和之后，測(cè)量電容量，所述老化工藝包括在85％的相對(duì)濕度(RH)下從-40℃變化到85℃的溫度下進(jìn)行24小時(shí)的10次循環(huán)。
樣品表征在調(diào)節(jié)之前和之后均進(jìn)行樣品的電表征，和下表6概述了結(jié)果。 無一樣品顯示出任何變色或者脫層，并在調(diào)節(jié)時(shí)間段之后均通過IEC 1215所定義的濕泄漏電流試驗(yàn)。根據(jù)IEC 1215的要求，在調(diào)節(jié)之后，單獨(dú)使用封裝劑(即不要求任何粘合層)的本發(fā)明薄膜組件中的所有樣品不應(yīng)當(dāng)顯示出任何開路或者泄漏電流、任何視覺缺陷，和最大功率的任何下降不應(yīng)當(dāng)大于5％。這些結(jié)果與工業(yè)預(yù)期完全相反，和使用前面所述的硅氧烷封裝劑能提供適合于多晶硅片類型的太陽能電池或者光生伏打組件的保護(hù)水平。
實(shí)施例10用粘合劑和封裝劑封裝第二類可商購的p-Si晶片在此情況下，與實(shí)施例8的唯一區(qū)別在于改變所使用的太陽能電池。粘合劑與封裝劑組合物如與實(shí)施例8中所述。在IEC1215中所述的濕度冷凍試驗(yàn)中制定的老化工藝下10天之前和之后，測(cè)量電容量，所述老化工藝包括在85％的相對(duì)濕度(RH)下從-40℃變化到85℃的溫度下進(jìn)行共24小時(shí)的10次循環(huán)。
下表7概述了結(jié)果。
表7 無一樣品顯示出任何變色或者脫層，并在調(diào)節(jié)時(shí)間段之后均通過IEC 1215所定義的濕泄漏電流試驗(yàn)。根據(jù)IEC 1215的要求，在調(diào)節(jié)之后，單獨(dú)使用封裝劑(即不要求任何粘合層)的本發(fā)明薄膜組件中的所有樣品不應(yīng)當(dāng)顯示出任何開路或者泄漏電流、任何視覺缺陷，和最大功率的任何下降不應(yīng)當(dāng)大于5％。這些結(jié)果與工業(yè)預(yù)期完全相反，和使用前面所述的硅氧烷封裝劑能提供適合于多晶硅片類型的太陽能電池或者光生伏打組件的保護(hù)水平。
實(shí)施例11采用本發(fā)明的改性幕涂機(jī)和本發(fā)明的硅氧烷太陽能電池封裝劑涂布玻璃面板將40kg粘度為7000mPa.s的本發(fā)明的硅氧烷封裝劑喂入到幕涂機(jī)內(nèi)，然后以5.5kg/min泵送，制備合適的幕簾。將500×500mm的玻璃面板以45m/min連續(xù)供入到該涂布機(jī)內(nèi)，形成70微米的聚合物膜，在幕簾下6次經(jīng)過之后，形成433微米厚的封裝劑膜。然后將玻璃以1m/min供入到配有4盞每盞1000瓦的燈的1米長的紅外烘箱內(nèi)。使封裝劑快速固化以賦予玻璃表面高的抗劃性。
實(shí)施例12采用本發(fā)明的改性幕涂機(jī)和本發(fā)明的硅氧烷太陽能電池封裝劑涂布太陽能電池的玻璃面板重復(fù)實(shí)施例11，所不同的是通過施加厚度為100微米的粘合劑層，將4個(gè)互連的太陽能電池手工膠粘到玻璃面板上。使在頂側(cè)具有互連體的太陽能電池玻璃以20m/min經(jīng)過幕簾，制造200微米的頂層，重復(fù)涂布步驟一次，導(dǎo)致涂布有400微米封裝互連體層的太陽能電池面板。然后使頂層以0.5m/min經(jīng)過獲自Heraeus的具有8kW IR燈的0.8米長的紅外通道，來固化頂層。
實(shí)施例13與用EVA/TEDLAR層壓體技術(shù)制造的標(biāo)準(zhǔn)組件相比，對(duì)根據(jù)本發(fā)明封裝的晶片類型的組件進(jìn)行一系列標(biāo)準(zhǔn)電試驗(yàn)。根據(jù)本發(fā)明制造的組件包括浮法玻璃上覆層(尺寸200mm×200mm×3mm)和由在氮化硅中涂布的多晶硅制造的太陽能電池(尺寸125mm×125mm×350μm)。在施加粘合層之前，在實(shí)驗(yàn)室中，使用鋁制L-型框架結(jié)合為密封組件和框架邊緣而采用的合適的可固化密封劑，給所測(cè)試的所有組件制框。通過首先施加硅氧烷粘合劑層到玻璃板上，來封裝本發(fā)明的每一帶框架的組件。然后，通過6軸遙控裝置，將太陽能電池(即硅片)放置在粘合劑之上或之內(nèi)，以確保電池被恰當(dāng)?shù)胤胖谩Ｈ缓笫褂脽岚骞袒?包括電池的粘合層。然后施加封裝劑層到固化的粘合層上，隨后在烘箱內(nèi)固化。使用具有以上實(shí)施例9所述配方的粘合劑和以上實(shí)施例7中所述的配方的封裝劑，來制造本發(fā)明的封裝的組件。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比太陽能電池是通過回火玻璃上覆層支持的用EVA/TEDLAR層壓技術(shù)制造的標(biāo)準(zhǔn)組件。還如上所述使用相同的框架和密封劑給層壓的組件制框。
UV調(diào)節(jié)UV調(diào)節(jié)試驗(yàn)按照描述UV老化條件的日本國際標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)“JIS C8971結(jié)晶太陽能PV組件的環(huán)境與耐用性試驗(yàn)方法并參考JIS B7753曝光和暴露于光和水的裝置”(“JIS C8971 Enviromental andendurance test method for crystalline solar PV modules withreference to“JIS B 7753 Light-exposure andlight-and-water-exposure apparatus”)制定的“Irradiation testA-5，p13”的工序進(jìn)行。在50％的相對(duì)濕度下，氙燈(波長范圍340nm)在樣品表面處經(jīng)600小時(shí)提供連續(xù)的UV輻射244.63W/m2。將所得老化的組件隨后在室溫下調(diào)節(jié)2小時(shí)，之后測(cè)試。所進(jìn)行的試驗(yàn)順序遵照J(rèn)IS C 8917。表8(EVA/TEDLAR)和表9(本發(fā)明)提供了在起始和老化之后組件的電性能的變化，其中提供下述參數(shù)溫度、短路強(qiáng)度(Isc/A)，開路電壓(Voc)，最大電壓(Vmax)，最大電流強(qiáng)度(Imax)，占空因數(shù)和最大功率。為了通過試驗(yàn)，必須實(shí)現(xiàn)每一序列的試驗(yàn)，和起始與最終Pmax之差必須＜5％。表8和9示出了比較標(biāo)準(zhǔn)組件(表8)和本發(fā)明組件(表9)起始和老化之后電性能的相對(duì)變化(Δ結(jié)果)。
表8EVA/Tedlar基太陽能電池組件在UV老化600小時(shí)之后的Δ結(jié)果
表9根據(jù)本發(fā)明封裝的組件在UV老化600小時(shí)之后的Δ結(jié)果 在標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室條件下老化參考物和參考實(shí)施例。觀察到Comp A和Comp B比參考物損失更多的功率和FF，然而，因老化之后變化小于5％，因此均通過該試驗(yàn)。表9示出了封裝本發(fā)明的所有樣品，且沒有起始的破壞并通過試驗(yàn)。功率損失通常類似于參考實(shí)施例樣品的結(jié)果。一般來說，與參考物相比，進(jìn)行600小時(shí)QUV老化的所有樣品根本沒有損失其性能。
實(shí)施例14熱循環(huán)50次循環(huán)+濕度冷凍10次循環(huán)順序i)對(duì)于另一系列實(shí)施例13所述類型的組件來說，比較起始和最終的電性能結(jié)果。根據(jù)IEEE 1262-1995測(cè)試工作表，p.22.(和IEC 6-125和UL1703)，遵照熱循環(huán)(50次循環(huán))+濕度冷凍(10次循環(huán))的順序。表10和11提供老化之前和之后所測(cè)試的Pmax的變化百分?jǐn)?shù)。Pmax大于5％的任何損失被視為失敗。該試驗(yàn)使樣品經(jīng)受老化條件，所述老化條件使得能(通過熱循環(huán))評(píng)價(jià)組件當(dāng)經(jīng)受溫度和濕度的極限條件(濕度冷凍)時(shí)耐受熱膨脹和收縮以及抗水滲透的預(yù)期能力。表10和11比較了對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)EVA/TEDLAR層壓的太陽能電池組件(表10)和根據(jù)本發(fā)明封裝的太陽能電池組件來說起始值和最終值的Δ結(jié)果。
表10在50次熱循環(huán)+10次濕度冷凍循環(huán)條件之后EVA/TEDLAR的Δ結(jié)果
表11在50次熱循環(huán)+10次濕度冷凍循環(huán)條件之后本發(fā)明的封裝劑/粘合劑的Δ結(jié)果 在表10和11中，認(rèn)為最終的電性能結(jié)果全部通過該試驗(yàn)(小于5％的變化)。因此，根據(jù)上述內(nèi)容，可理解到使用封裝劑和(在該實(shí)施例的情況下)本發(fā)明所述的粘合劑提供更加簡單和連續(xù)封裝太陽能電池的方法，這與常規(guī)的間歇/層壓工藝相反，和所得封裝的太陽能電池組件得到良好的電性能結(jié)果。
實(shí)施例15使實(shí)施例13所述的進(jìn)一步樣品接受在IEC 6-1215、IEEE1262、UL1703每一個(gè)中定義的常常被稱為濕氣加熱調(diào)節(jié)的試驗(yàn)順序。通過起始和最終電試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)變化百分?jǐn)?shù)，確定表12和13所提供的結(jié)果。Pmax大于5％的任何損失被視為失敗。表12和13對(duì)比了對(duì)于兩種封裝技術(shù)來說，起始和最終電值的結(jié)果。
表12在濕氣加熱調(diào)節(jié)1000小時(shí)之后EVA/TEDLAR的Δ結(jié)果
表13在濕氣加熱調(diào)節(jié)1000小時(shí)之后封裝劑/粘合劑的Δ結(jié)果 表12和13表明電性能的變化通過該試驗(yàn)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能電池組件，它包括iv)硬質(zhì)或軟質(zhì)上覆層和/或基底；v)一個(gè)或多個(gè)太陽能電池，和vi)固化的液體硅氧烷封裝劑，其選自氫化硅烷化固化反應(yīng)產(chǎn)物，過氧化物固化反應(yīng)產(chǎn)物和UV固化反應(yīng)產(chǎn)物。
2.權(quán)利要求1的太陽能電池組件，其中該太陽能電池是晶片或者薄膜，和其中所述太陽能電池由下述物質(zhì)制成晶體或多晶硅或薄膜硅例如無定形、半晶硅，砷化鎵，二硒化銦銅，碲化鎘，二硒化鎵銦銅，包括后者中任何一種或多種的混合物。
3.權(quán)利要求1或2的太陽能電池組件，其中太陽能電池是由多晶或單晶硅制造的晶片。
4.權(quán)利要求1或2的太陽能電池組件，其中太陽能電池是由薄膜硅或二硒化鎵銦銅制造的薄膜。
5.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的太陽能電池組件，其中最終液體硅氧烷封裝劑組合物在25℃下測(cè)量的粘度優(yōu)選為100-10000mPa.s。
6.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的太陽能電池組件，其中液體硅氧烷封裝劑包括組分(A)100重量份每一分子具有至少兩個(gè)Si-鏈烯基且在25℃下粘度為100-15000mPa.s的液體二有機(jī)聚硅氧烷；組分(B)20-50重量份含有至少兩個(gè)鏈烯基的硅氧烷樹脂；組分(C)每一分子具有至少兩個(gè)硅鍵合的氫原子的聚有機(jī)硅氧烷形式的交聯(lián)劑，其用量使得硅鍵合的氫的摩爾數(shù)與硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比為0.1∶1到5∶1；組分(D)氫化硅烷化催化劑，其中以每1000000重量份組分(A)計(jì)，所述氫化硅烷化催化劑中金屬的含量為0.01-500重量份。
7.權(quán)利要求6的太陽能電池組件，其中硅鍵合的氫的摩爾數(shù)與組分(A)中硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比大于1∶1。
8.權(quán)利要求6或7的太陽能電池組件，其中所述組合物另外包括一種或多種粘合促進(jìn)劑和/或防污劑和/或固化抑制劑和/或下式的硅烷(R1O)3SiR2其中R1是含1-6個(gè)碳原子的烷基，R2選自含1-6個(gè)碳原子的烷氧基、含1-6個(gè)碳原子的烷基、含1-6個(gè)碳原子的鏈烯基、丙烯酸基或烷基丙烯酸基。
9.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的太陽能電池組件，其中提供用于粘合太陽能電池到上覆層或基底上的含液體硅氧烷粘合劑的粘合層。
10.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的太陽能電池組件，其中最終的液體硅氧烷封裝劑組合物在25℃下測(cè)量的粘度優(yōu)選為100-2000mPa.s。
11.權(quán)利要求9或10的太陽能電池組件，其中液體硅氧烷粘合劑包括組分(Ai)100重量份每一分子具有至少兩個(gè)Si-鏈烯基且在25℃下粘度為100-10000mPa.s的液體二有機(jī)聚硅氧烷；組分(Bi)20-40重量份含有至少兩個(gè)鏈烯基的硅氧烷樹脂；組分(Ci)每一分子具有至少兩個(gè)硅鍵合的氫原子的聚有機(jī)硅氧烷形式的交聯(lián)劑，其用量使得硅鍵合的氫的摩爾數(shù)與硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比為0.1∶1到1∶1；組分(Di)氫化硅烷化催化劑，其中以每1000000重量份組分(Ai)計(jì)，所述氫化硅烷化催化劑中金屬的含量為0.01-500重量份。
12.權(quán)利要求6的太陽能電池組件，其中硅鍵合的氫的摩爾數(shù)與組分(A)中硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比小于1∶1。
13.權(quán)利要求11或12的太陽能電池組件，其中所述粘合劑組合物另外包括粘合促進(jìn)劑和/或固化抑制劑和/或下式的硅烷(R1O)3SiR2其中R1是含1-6個(gè)碳原子的烷基，R2選自含1-6個(gè)碳原子的烷氧基、含1-6個(gè)碳原子的烷基、含1-6個(gè)碳原子的鏈烯基、丙烯酸基或烷基丙烯酸基。
14.一種太陽能電池組件，它包括粘合劑和封裝劑，其中封裝劑包括20％-90wt％的樹脂部分和粘合劑具有20-30wt％的樹脂部分。
15.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的太陽能電池組件，其中在沒有釋放揮發(fā)物的情況下固化封裝劑。
16.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的太陽能電池組件，其中固化的硅氧烷封裝劑和/或粘合劑顯示出基本上等于玻璃的透光率。
17.前述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的太陽能電池組件，其中在粘合和/或封裝之前，采用下式的硅烷預(yù)處理太陽能電池或一系列太陽能電池(R1O)3SiR2其中R1是含1-6個(gè)碳原子的烷基，R2選自含1-6個(gè)碳原子的烷氧基、含1-6個(gè)碳原子的烷基、含1-6個(gè)碳原子的鏈烯基、丙烯酸基或烷基丙烯酸基。
18.一種連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，它包括下述步驟通過噴射、涂布或分配，均勻施加預(yù)定體積的液體硅氧烷封裝劑到太陽能電池組件上，并借助熱或者紅外輻射固化所述封裝劑。
19.權(quán)利要求17的連續(xù)的太陽能電池封裝方法，其采用權(quán)利要求5-8任何一項(xiàng)的封裝劑，權(quán)利要求17或18的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中使用幕涂機(jī)施加液體硅氧烷封裝劑。
20.權(quán)利要求17-19任何一項(xiàng)的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中使液體硅氧烷封裝劑在連續(xù)烘箱內(nèi)固化。
21.權(quán)利要求17-20任何一項(xiàng)的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中所得封裝劑層是厚度為20-1200微米的均勻的薄膜涂層。
22.權(quán)利要求17-20任何一項(xiàng)的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中在引入封裝劑之前，將液體硅氧烷粘合劑施加到組件上并固化。
23.權(quán)利要求21的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中液體硅氧烷粘合劑含有權(quán)利要求11-13任何一項(xiàng)的組合物。
24.權(quán)利要求17-23任何一項(xiàng)的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中采用施加封裝劑的設(shè)備，以便在組件內(nèi)的太陽能電池頂部以均勻無氣泡或者基本上無氣泡的膜形式施加封裝劑。
25.權(quán)利要求17-24任何一項(xiàng)的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中沉積太陽能電池或一系列的太陽能電池到第一層液體硅氧烷封裝劑或液體硅氧烷粘合劑內(nèi)是通過6軸遙控裝置或其它自動(dòng)定位裝置經(jīng)真空夾具控制的，并使用第7軸或其它夾具來控制太陽能電池陣列定位到100-700微米的非常薄的液體層內(nèi)。
26.權(quán)利要求17-24任何一項(xiàng)的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中施加熱塑性或者熱彈性材料，以形成繞固化的組件的框架，以保護(hù)面板邊緣避免進(jìn)水。
27.權(quán)利要求17-24任何一項(xiàng)的連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法，其中在粘合和/或封裝之前，使用具有下式的硅烷預(yù)處理太陽能電池或一系列太陽能電池，(R1O)3SiR2其中R1是含1-6個(gè)碳原子的烷基，R2選自含1-6個(gè)碳原子的烷氧基、含1-6個(gè)碳原子的烷基、含1-6個(gè)碳原子的鏈烯基、丙烯酸基或烷基丙烯酸基。
28.液體硅氧烷封裝劑封裝太陽能電池組件的用途。
29.權(quán)利要求28的用途，其中封裝劑是權(quán)利要求5-9任何一項(xiàng)的組合物。
30.一種太陽能電池組件，它通過權(quán)利要求17-26任何一項(xiàng)的方法獲得。
全文摘要
本發(fā)明包括一種太陽能電池組件和封裝該組件的方法。該太陽能電池組件包括具有一個(gè)或多個(gè)太陽能電池的硬質(zhì)或軟質(zhì)上覆層和/或基底；和封裝劑，所述封裝劑是固化的液體硅氧烷封裝劑。該封裝劑組合物優(yōu)選包括每一分子具有至少兩個(gè)Si－鏈烯基的液體二有機(jī)聚硅氧烷；含有至少兩個(gè)鏈烯基的硅氧烷樹脂；每一分子具有至少兩個(gè)硅鍵合的氫原子的聚有機(jī)硅氧烷形式的交聯(lián)劑，其用量使得硅鍵合的氫的摩爾數(shù)與硅鍵合的鏈烯基的總摩爾數(shù)之比為0.1∶1到5∶1；和氫化硅烷化催化劑，優(yōu)選鋰基催化劑。連續(xù)的太陽能電池組件封裝方法包括下述步驟通過噴射、涂布或分配，均勻施加預(yù)定體積的液體硅氧烷封裝劑到太陽能電池組件上，并借助熱或者紅外輻射固化所述封裝劑。施加液體硅氧烷封裝劑到太陽能電池上的優(yōu)選方法是借助幕涂機(jī)。
文檔編號(hào)H01L31/0216GK1816916SQ200480019362
公開日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2004年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月7日
發(fā)明者C·泰羅, J·D·L·C·哈比馬納, S·詹金斯 申請(qǐng)人:陶氏康寧公司