專利名稱：光固化性光伏電池封裝劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光伏電池和模塊構(gòu)造中的光固化性液體封裝劑。
背景技術(shù)：
光伏(PV)電池將日光直接轉(zhuǎn)化為電能。所產(chǎn)生的電可以用作直流電、通過使用換流器轉(zhuǎn)化為交流電或者存儲(chǔ)在電池中以備后用。光伏裝置的最簡(jiǎn)形式是僅消耗光的太陽能電池。由于日光無限可用，因此與傳統(tǒng)電源相比光伏電源具有許多優(yōu)勢(shì)。雖然光伏電池具有許多形式，但是最常見的結(jié)構(gòu)是其中形成有大面積二極管或 p-n結(jié)的半導(dǎo)體材料。就基本功能而言，電流通過通常位于前面的允許日光進(jìn)入太陽能電池的接觸結(jié)構(gòu)和位于背面的形成回路的接觸部位而自裝置中產(chǎn)生。光伏模塊由相互電連接的若干光伏電池構(gòu)成。這些電池夾在一側(cè)的透明保護(hù)材料 (通常為玻璃)與背面的阻擋層(通常為金屬或金屬化聚合物片)之間。典型的光伏模塊利用聚合層封裝、密封并保護(hù)PV模塊和PV電池。最典型的封裝材料(本說明書中稱為封裝劑)為在加壓和加熱下層壓的熱塑性材料，其一般層壓在PV電池和保護(hù)層(其通常為玻璃)之間。大多數(shù)封裝劑、特別是乙酸乙烯酯在層壓階段會(huì)交聯(lián)。諸如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)和離聚物樹脂等熱塑性封裝劑的缺點(diǎn)是在層壓過程中需要高壓和高溫、在暴露于紫外線和熱(于戶外使用期間)過程中傾向于產(chǎn)生空穴、傾向于黃化、需要較長(zhǎng)的固化(交聯(lián))周期(在經(jīng)濟(jì)方面不利)、彈性模量高，這些使薄PV電池在服務(wù)過程中、特別是在熱循環(huán)下的耐用性存在風(fēng)險(xiǎn)，并使其對(duì)于不同于PV電池和玻璃的材料 (聚合膜和子組件)的粘合性較差。作為另外一種選擇，可以使用添加固化型聚硅氧烷作為封裝劑。與使用熱塑性材料相比，使用聚硅氧烷的優(yōu)點(diǎn)包括其抵抗黃化和變色的高穩(wěn)定性、低彈性模量、低Tg(在低于-20°c甚至低于-45°c的溫度仍保持其彈性)和寬使用溫度范圍。缺點(diǎn)是對(duì)于塑料材料的粘合性較差、強(qiáng)度較低、固化過程中抑制(焊劑殘余物、如環(huán)氧樹脂等其他粘合劑的殘余物、乳膠手套和硫固化襯墊的接觸和0型環(huán)所引起的抑制)的風(fēng)險(xiǎn)較高和固化時(shí)間較長(zhǎng)。另外，由于多數(shù)太陽能聚硅氧烷封裝劑包含高百分比的單體硅烷增粘劑，因此其傾向于在濕/ 熱老化過程中變模糊。聚硅氧烷封裝劑的另一缺點(diǎn)是其較為昂貴，相對(duì)價(jià)格為熱塑性封裝劑的約2倍 5倍。提供聚丙烯酸酯作為封裝劑的努力已經(jīng)取得了一定程度的成功。美國(guó)專利第 4，383，129號(hào)公開了一種作為“糊漿”的由溶解在丙烯酸丁酯的聚丙烯酸丁酯制得的封裝劑，所述封裝劑在PV模塊中作為液體封裝劑提供并且后來被固化。該過程涉及通過熱活化自由基源來固化混合物，其本身是個(gè)緩慢的過程。另一缺點(diǎn)在于聚丙烯酸丁酯因交聯(lián)不足而物理性質(zhì)較差，并且因缺乏極性基團(tuán)(例如羧基、酸酐、有機(jī)金屬和羥基)而對(duì)于玻璃和聚硅氧烷模塊的粘合性較差。另外，隨著光伏模塊的薄化，對(duì)于非常柔軟的封裝劑的需求也越來越高。聚丙烯酸丁酯不夠柔軟。參考文獻(xiàn)
[1]美國(guó)專利第4，383，129號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)了一種用于封裝PV電池和用于將其粘接于相鄰的如玻璃和塑料等材料表面以及用于構(gòu)造PV模塊的封裝制劑，所述PV模塊包含一個(gè)或多個(gè)如本說明書中所公開的電池。本發(fā)明特別提供了一種封裝劑，所述封裝劑的特征在于在通常為20°C 80°C的成型溫度下的低粘度、對(duì)于玻璃和PV模塊以及對(duì)于聚合膜和片材的良好的粘合性、具有在-20°C以下保持其彈性的低Tg、在+90°C _45°C的溫度范圍內(nèi)的低彈性模量、在紫外線和熱(通常為安裝在戶外的PV模塊所處的條件)的條件下抵抗黃化的高耐用性，并在暴露于光時(shí)于數(shù)秒或數(shù)分鐘內(nèi)固化為高分子和/或部分交聯(lián)的柔性塑料或彈性體。因此，本發(fā)明的封裝劑被設(shè)計(jì)為具有在光譜范圍內(nèi)匹配PV電池材料色散分布的色散分布(其折射率是波長(zhǎng)的函數(shù))，以獲得高電效率。因此，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種封裝制劑(例如，用于封裝光伏電池和用于將其粘接于至少一種表面材料上)，所述封裝制劑包含至少一種高耐用性聚合物(HDP)、至少一種不飽和單體和/或低聚物，和至少一種光引發(fā)劑。應(yīng)當(dāng)注意，除非另外具體注明，否則本說明書中所提供的封裝制劑的定義和特征涉及未固化的液體制劑。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)制劑固化時(shí)，其特征在于戶外大氣老化下的耐用性、對(duì)于玻璃和PV電池(例如聚硅氧烷、薄膜、多節(jié)電池等)的良好的粘合性、低彈性模量(特別是在低至-45°C的溫度)、低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和85% 90%以上的透明度(波長(zhǎng)為300nm 800nm、膜厚為 0. 5mm 時(shí))。室溫或應(yīng)用溫度(例如通常為室溫 100°C )下為液體的本發(fā)明的封裝制劑在應(yīng)用溫度、10秒―1的剪切速率下具有5厘泊(cps) 50，000厘泊的粘度。在一些實(shí)施方式中，制劑在251^1(^4:1的剪切速率下具有低于25，OOOcps的粘度。在另外一些實(shí)施方式中，制劑在251^(^4:1的剪切速率下具有低于10，OOOcps的粘度，在又一些實(shí)施方式中， 制劑在25°C、10秒―1的剪切速率下具有低于5，OOOcps的粘度。本發(fā)明的制劑中使用的至少一種HDP聚合物是有彈力的彈性聚合物，所述聚合物經(jīng)選擇而隨時(shí)間推移(例如在戶外暴露于陽光(例如紫外、可見光和/或紅外線照射)和熱時(shí))保持其機(jī)械和/或光學(xué)性質(zhì)中的至少一種。HDP是線性或支化的脂肪族或脂環(huán)族聚合物，所述聚合物選自(a)包括聚酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚酯、(b)包括聚氨酯丙烯酸酯的聚氨酯和(c)丙烯酸類聚合物。所使用的丙烯酸類聚合物通常在線性、鏈段 (segmented)、間規(guī)、支化、嵌段(block)和環(huán)狀均聚物、共聚物和三元共聚物中選擇，其中， 至少50 %的聚合物重復(fù)單元選自丙烯酸或甲基丙烯酸、酯或酰胺或者氨基甲酸乙酯或酰胺。在一些實(shí)施方式中，HDP以聚合物或低聚物形式由丙烯酸和/或甲基丙烯酸、酯、 酰胺或者氨基甲酸乙酯制備。HDP可以包含一種或多種相同或不同的重復(fù)單元(例如，一種或多種不同的丙烯酸或甲基丙烯酸及其衍生物)。在一些實(shí)施方式中，HDP包含一種單體(均聚物)，而在另一些實(shí)施方式中，其包含兩種以上所述單體的混合物(共聚物和三元共聚物)。所使用的共聚物可以是無規(guī)、嵌段、支化、接枝或間規(guī)的。HDP可以通過以下方式制備使用自由基、陰離子或陽離子引發(fā)劑，以本體、溶液、乳液、分散的方式共聚一種或多種丙烯酸或甲基丙烯酸酯、氨基甲酸乙酯或酰胺。在一些實(shí)施方式中，至少一種單體在丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯中選擇。至少一種HDP具有低于50°C的Tg (通過選自差示掃描量熱法(DSC)、熱力學(xué)分析 (TMA)和動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)中的一種方法測(cè)量)。在一些實(shí)施方式中，Tg低于40°C。在一些實(shí)施方式中，Tg低于0°C。在另一些實(shí)施方式中，Tg低于_20°C。在又一些實(shí)施方式中，Tg低于-40°c。所述聚合物的非限制性實(shí)例為Nanc^trength丙烯酸共聚物(由Arkema制造)、 Elvacite (由 Lucite 制造)和 Joncryl (由 BASF 制造)。 在一些實(shí)施方式中，所述至少一種HDP為嵌端共聚物，其中，所述Tg是共聚物嵌段的至少兩個(gè)Tg值中較低的那個(gè)。在另一些實(shí)施方式中，所述至少一種HDP為丙烯酸或甲基丙烯酸酯或酰胺或氨基甲酸乙酯的均聚物、共聚物(包括無規(guī)、間規(guī)、嵌段共聚物)和三元共聚物(包括無規(guī)、間規(guī)和嵌段三元共聚物)。所述丙烯酸或甲基丙烯酸酯、酰胺、氨基甲酸乙酯或醚的非限制性實(shí)例為丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸異癸酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基化乙基己酯、丙烯酸辛基癸酯、二 -乙二醇2-乙基己基醚丙烯酸酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、聚乙二醇單丙烯酸酯、丙烯酰胺、氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、氨基甲酸乙酯甲基丙烯酸酯和己內(nèi)酯丙烯酸酯。還包括列舉出的丙烯酸酯化合物各自的甲基丙烯酸酯對(duì)等物。本說明書中所使用的術(shù)語“共聚物”和“三元共聚物”如本領(lǐng)域中所定義，并且彼此獨(dú)立地指一種或多種單體共聚至任何程度，并且其非限制性地選自無規(guī)、嵌段、間規(guī)和接枝共聚物和三元共聚物。不希望受限于理論，用在本發(fā)明的制劑中的所述至少一種HDP提供具有下述性質(zhì)的固化封裝制劑，所述性質(zhì)為彈力、強(qiáng)度、固化過程中的低收縮率、高透明性和低霧度、高剝離強(qiáng)度、高撕裂強(qiáng)度和液態(tài)的受控粘度，并且也會(huì)因粘度提高而影響不飽和單體或低聚物的固化速率。使用本說明書中所公開的HDP聚合物的另外的優(yōu)點(diǎn)在于，具有提高所述聚合物在制劑中的濃度的能力，由此降低了傳統(tǒng)上用在這種制劑中的較為有毒的刺激性單體和低聚物的含量。在一些實(shí)施方式中，所述至少一種HDP在制劑中的濃度為制劑總重的至少10%。 在另一些實(shí)施方式中，所述至少一種HDP在制劑中的濃度為制劑總重的10% 90%。在又一些實(shí)施方式中，所述至少一種HDP在制劑中的濃度為制劑總重的15% 75%。在另一些實(shí)施方式中，所述至少一種HDP在制劑中的濃度為制劑總重的20% 65%。本發(fā)明的制劑中所使用的至少一種單體或低聚物需經(jīng)選擇，以提供具有下述性質(zhì)的液體封裝混合物，所述性質(zhì)為低粘度、對(duì)基體的良好的潤(rùn)濕性和/或在適當(dāng)?shù)膲毫?或溫度下應(yīng)用的容易性，還提供具有下述性質(zhì)的固化態(tài)封裝劑，所述性質(zhì)為低Tg、對(duì)于基體的粘合性、受控的交聯(lián)程度和高透明性。所述至少一種不飽和單體或低聚物為脂肪族、雜環(huán)或脂環(huán)族單體或低聚物(分子量大于200道爾頓和/或在25°C時(shí)粘度低于10，OOOcps)，其特征在于，在25°C時(shí)的粘度為5cps 10，OOOcps。不飽和單體或低聚物需經(jīng)選擇以耐受紫外線和/或熱致降解，即，所述不飽和單體或低聚物無論短期還是長(zhǎng)期在這種條件下都不會(huì)降解。所述至少一種不飽和單體或低聚物各自在每分子中具有至少一個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)，所述反應(yīng)性基團(tuán)選自丙烯?；?、甲基丙烯?；⒏获R?；⒁蚁┗?、烯丙基和不飽和聚酯。在另一些實(shí)施方式中，所述至少一種不飽和單體或低聚物在下述物質(zhì)中選擇各自具有至少一個(gè)不同于芳基的側(cè)基和共軛雙鍵的脂肪族、脂環(huán)族和雜環(huán)族單體和低聚物； 所述單體或低聚物的特征在于(1)對(duì)紫外光的低吸收；(2)對(duì)于氧化作用的高穩(wěn)定性。所述至少一種不飽和單體的非限制性實(shí)例為中鏈或長(zhǎng)鏈烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，如丙烯酸或甲基丙烯酸月桂酯(術(shù)語丙烯酸酯在下文中指丙烯酸和甲基丙烯酸衍生物)、丙烯酸乙二醇和聚乙二醇酯、聚硅氧烷丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸異癸酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基化乙基己酯、 丙烯酸辛基癸酯、二乙二醇2-乙基己基醚丙烯酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯 (EOEOEA)、四氫糠基丙烯酸酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、 丙烯酸二十二烷基酯、聚乙二醇單丙烯酸酯和己內(nèi)酯丙烯酸酯、丙烯酸2-乙基己酯、氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯和所列出的任何丙烯酸酯的任何甲基丙烯酸酯衍生對(duì)等物。所述至少一種不飽和低聚物的非限制性實(shí)例為氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和脂肪族不飽和聚酯或其任何甲基丙烯酸酯衍生物。在一些實(shí)施方式中，所述至少一種單體或低聚物在本發(fā)明的制劑中的濃度為制劑總重的至少10%。在另一些實(shí)施方式中，所述至少一種單體或低聚物在本發(fā)明的制劑中的濃度為制劑總重的10% 90%。在又一些實(shí)施方式中，所述至少一種單體或低聚物在本發(fā)明的制劑中的濃度為制劑總重的20% 80%。在另一些實(shí)施方式中，所述至少一種單體或低聚物的濃度為制劑總重的30% 70%。另外，在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的封裝制劑包含如所定義的至少一種單體和至少一種低聚物的混合物。在另一些實(shí)施方式中，封裝劑包含至少一種單體或至少一種低聚物。如此處所使用的，至少一種單體或至少一種低聚物可以分別為不同單體或不同低聚物的混合物的形式。單體和低聚物的混合物可以包含兩種以上不同單體和一種以上不同低聚物、兩種以上不同低聚物和一種以上不同單體、兩種以上不同單體和兩種以上不同低聚物或其任何其他組合。本發(fā)明的封裝制劑還可以包含至少一種增塑劑，所述增塑劑選擇為能夠改進(jìn)封裝劑的硬度，并可選地也提供對(duì)Tg的改進(jìn)(為了降低Tg，使得封裝劑在低至-50°c的溫度保持其彈性和低彈性模量)，以獲得在熱循環(huán)過程中對(duì)PV模塊所施加的應(yīng)力最小的柔軟彈性體。本發(fā)明的封裝制劑中所使用的所述至少一種增塑劑在下述物質(zhì)中選擇長(zhǎng)鏈烷醇的脂肪族酯、包括二元酸和多元酸的脂肪酸的酯和聚乙二醇或聚丙二醇的酯。所述增塑劑的非限制性實(shí)例為己二酸單酯和二酯、壬二酸單酯和二酯、戊二酸單酯和二酯、馬來酸單酯和二酯和癸二酸單酯和二酯。本發(fā)明的制劑中所使用的增塑劑的量受限于霧度點(diǎn)，S卩，受限于固化封裝劑的透明性劣化并觀察到模糊時(shí)的載點(diǎn)。在一些實(shí)施方式中，所述至少一種增塑劑在本發(fā)明的制劑中的濃度為制劑總重的0 % 50 %或60 %或70 %。在另一些實(shí)施方式中，所述至少一種增塑劑的濃度為制劑總重的0% 20%或30%或40%。在又一些實(shí)施方式中，所述至少一種增塑劑的濃度為制劑總重的0% 10%或20%或30%。本發(fā)明的封裝制劑還包含至少一種光引發(fā)劑，所述光引發(fā)劑引發(fā)不飽和單體或低聚物和可選的至少一種增粘單體或低聚物的聚合和交聯(lián)(在紫外和/或可見光下)，以形成尺寸穩(wěn)定的柔軟的彈性封裝體。所述至少一種光引發(fā)劑的非限制性實(shí)例包括2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮、2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基-氧化膦、1-羥基-環(huán)己基-苯基-酮、雙(2， 6- 二甲氧基苯甲?；?-2，4，4-三甲基-戊基氧化膦、1-[4- (2-羥基乙氧基)-苯基]-2-羥基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、2，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙烷-1-酮和2-甲基_U4_(甲基硫基)苯基]-2-嗎啉基丙烷-1-酮。在一些實(shí)施方式中，所述至少一種光引發(fā)劑被選擇為具有可見光譜內(nèi)的光活化性，使得在透過玻璃或其他抗紫外線保護(hù)層提供光時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)固化。所述光引發(fā)劑的實(shí)例為苯基氧化膦，例如由Ciba制造的Irgacure 819和由BASF制造的Lucirin TPO等。所述至少一種光引發(fā)劑的濃度為制劑總重的0. 05% 10%。本發(fā)明的封裝制劑還可以包含至少一種單體、低聚物或聚合物形式的能夠與表面相互作用的增粘劑。例如，酸性單體、聚合物和低聚物可通過酸-堿相互作用與如金屬(例如鋁)氧化物表面等表面相互作用；有機(jī)金屬增粘劑與金屬及其氧化物、包括聚硅氧烷及其氧化物(例如玻璃)等形成共價(jià)或配位鍵。所述至少一種增粘劑選自(1)具有至少一個(gè)極性基團(tuán)(如羧基、酸酐、羥基和磷酸酯基等)的單體、低聚物和/或聚合物；和( 有機(jī)金屬化合物，如有機(jī)硅化合物、有機(jī)鈦化合物和有機(jī)鋯化合物等。所述具有至少一個(gè)極性基團(tuán)的增粘單體或低聚物的非限制性實(shí)例為丙烯酸、酸性低聚物，如由Sartomer制造的SR 9050、雙甲基丙烯?；趸一?磷酸酯、由Cytec 制造的ADDITOL XL 185、由 Lubrizol 制造的 Lubrizol 2061 和 Lubrizol 2063，和馬來酸酐。有機(jī)金屬化合物的非限制性實(shí)例為有機(jī)硅烷，如由Dow corning制造的Z-6030和 Z-6300等；有機(jī)鈦酸鹽，如Du-Pont制造的Tyzor和由Kenrich petrochemicals制造的 Ken-React 等；和有機(jī)鋯酸鹽，如由 Kenrich petrochemicals 制造的 Ken-React 等。在一些實(shí)施方式中，所述具有至少一個(gè)極性基團(tuán)的至少一種增粘單體或低聚物的濃度為制劑總重的約0 25%。在另一些實(shí)施方式中，所述增粘有機(jī)金屬單體或低聚物的濃度為制劑總重的約0% 10%。本發(fā)明的制劑可選地包含至少一種穩(wěn)定劑，所述穩(wěn)定劑經(jīng)選擇而能夠減輕著色、 黃化和封裝劑因紫外線、陽光和熱致降解(例如氧化降解)而失去彈性。所述至少一種穩(wěn)定劑通常為選自酚類抗氧化劑、亞磷酸鹽/酯類抗氧化劑、硫酯類抗氧化劑和受阻胺光穩(wěn)定劑(此處稱作HALQ中的抗氧化劑。在一些實(shí)施方式中，制劑不含抗氧化劑。在一些實(shí)施方式中，所述至少一種穩(wěn)定劑在本發(fā)明的制劑中的濃度為制劑總重的 0% 5%。
如上所述，封裝制劑在室溫為液體，或者在高于室溫的成型或注入溫度時(shí)為液體。封裝制劑可以通過下述方法制備首先形成粘合部分A和部分B形式的兩個(gè)分開的本體制劑，所述粘合部分A和部分B可在應(yīng)用前的所需時(shí)間點(diǎn)結(jié)合為封裝制劑。作為另外一種選擇，封裝劑可以通過將多種成分混合為一種制劑從而獲得可即時(shí)使用的封裝體來制備?？衫斫獾氖牵M管兩種劑型都在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，但是每種形式都有其相互關(guān)聯(lián)的內(nèi)在的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。例如，單組件封裝劑的優(yōu)點(diǎn)在于容易使用，而其缺點(diǎn)則在于保存期限較短。雙組件封裝劑能夠在光固化的同時(shí)結(jié)合二次交聯(lián)機(jī)制，所述結(jié)合例如通過多元醇與異氰酸酯的反應(yīng)、硅氧烷與水分的反應(yīng)、環(huán)氧樹脂與胺或酸酐的反應(yīng)以及乙烯封端的聚硅氧烷聚合物與硅烷氰化物封端的聚合物的反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)。部分A和部分B可以分開存儲(chǔ)或者混合為具有長(zhǎng)期粘度穩(wěn)定性(保存期限)的單一制劑。通過本領(lǐng)域中任何已知方法，可以將由此制備的封裝制劑應(yīng)用于封裝PV模塊。在一些實(shí)施方式中，封裝制劑被分配在打開的PV模塊上，然后組裝，而不需要施加任何明顯的壓力或其他力。在另一些實(shí)施方式中，通過將封裝劑泵至PV表面上或擬填充的預(yù)制空腔中來應(yīng)用所述制劑。將液體泵至空腔中所需的壓力通常為0(自由注入) 約1個(gè)大氣壓力。在一些實(shí)施方式中，壓力為0. 5個(gè)大氣壓力。在另一些實(shí)施方式中，壓力為0. 1個(gè)大氣壓力 0.4個(gè)大氣壓力。在又一些實(shí)施方式中，通過注入來應(yīng)用所述制劑。應(yīng)用后，通過利用紫外和/或可見光、熱、紅外照射或其組合來使封裝制劑固化。 所述固化提供了厚度為10微米 10毫米或者10微米 5毫米的固化封裝劑層。所述固化通常透過選自玻璃或聚合膜的外保護(hù)層來實(shí)現(xiàn)。通常，本發(fā)明的液體制劑(未固化狀態(tài)的)在1秒 1，000秒內(nèi)固化達(dá)到至少90%的轉(zhuǎn)化率(通過所消耗的不飽和基團(tuán)的百分比來測(cè)量)。在一些實(shí)施方式中，通過使用紫外和/或可見光源來實(shí)現(xiàn)固化(例如，達(dá)到至少 90%的轉(zhuǎn)化率)，所述紫外和/或可見光源選自汞燈、等離子體點(diǎn)火燈、熒光燈、發(fā)光二極管 (LED)、鹵素?zé)艉妥匀蝗展?。在另一些?shí)施方式中，固化過程包括使用人造光源(例如為了提供足以處理的轉(zhuǎn)化率)的第一固化步驟和隨后由自然日光引發(fā)的第二固化步驟。在固化狀態(tài)下，封裝劑為具有以下一個(gè)或多個(gè)特征的彈性、柔軟的透明體1. Tg (通過差示掃描量熱法(DSC)、熱動(dòng)力分析(TMA)和動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)中的一種或多種方法測(cè)得)低于50°C。在一些實(shí)施方式中，固化封裝劑的Tg低于30°C。在另一些實(shí)施方式中，固化封裝劑的Tg低于15°C。在又一些實(shí)施方式中，固化封裝劑的Tg低于 O0C ；在另一些實(shí)施方式中，固化封裝劑的Tg低于-20°C ；在又一些實(shí)施方式中，固化封裝劑的Tg低于-40°C ；在另一些實(shí)施方式中，固化封裝劑的Tg低于-50°C ；2.光透射率品質(zhì)與EVA和PVB封裝劑相似。在一些實(shí)施方式中，穿過500微米 (microns)的本發(fā)明的固化封裝劑的光透射率至少為波長(zhǎng)在300納米 800納米范圍內(nèi)的初始光強(qiáng)的90%。在另一些實(shí)施方式中，穿過500微米的固化封裝劑的光透射率至少為300 納米 800納米范圍內(nèi)的初始光強(qiáng)的92%。在又一些實(shí)施方式中，穿過500微米的固化封
9裝劑的光透射率至少為300納米 800納米范圍內(nèi)的初始光強(qiáng)的95%。所述光透射率可在戶外長(zhǎng)期保持。幾個(gè)暴露實(shí)驗(yàn)中顯示，在兩個(gè)4mm厚的玻璃板之間固化的500微米厚的本發(fā)明的固化封裝劑在戶外暴露(以色列，所述板以20度的仰角朝上安裝在屋頂上)1年，保持了其初始透射率的至少90%。類似地，在兩個(gè)4mm厚的玻璃板之間固化的500微米厚的本發(fā)明的固化封裝劑在暴露于人造光源(QUV熒光燈老化試驗(yàn)機(jī)，UVB 313燈，各循環(huán)包含為時(shí)8小時(shí)的黑板溫度為65°C 75°C的發(fā)光和為時(shí)4小時(shí)的黑暗，總計(jì)1000小時(shí))時(shí)保持了其初始透射率的至少90% ；3.對(duì)于使PV模塊上的應(yīng)力累積降至最低至關(guān)重要、并對(duì)熱循環(huán)過程中的精確配線至關(guān)重要的彈性和因此的柔軟度。固化封裝劑在23°C具有由動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(DMA) 在IHz測(cè)得的0.001兆帕(MPa) 250兆帕的拉伸儲(chǔ)能模量。在一些實(shí)施方式中，固化封裝劑在23°C具有0. 05MPa IOOMpa的拉伸儲(chǔ)能模量。在另一些實(shí)施方式中，固化封裝劑具有0. OOlMpa 80Mpa的拉伸儲(chǔ)能模量；在又一些實(shí)施方式中，固化封裝劑在_40°C 具有0. 5Mpa 300Mpa的拉伸儲(chǔ)能模量。在另一些實(shí)施方式中，固化封裝劑在_40°C具有 0. OOlMPa 250Mpa的拉伸儲(chǔ)能模量；4.軟凝膠至100A的根據(jù)ASTM D-2240的肖氏硬度。在一些實(shí)施方式中，固化封裝劑具有5 85A的肖氏硬度；5. 1. 4 1. 6的折射率(RI)。在一些實(shí)施方式中，RI為1. 45 1. 56 ；和6.對(duì)于經(jīng)處理(primed)(對(duì)于已預(yù)處理的表面)或未經(jīng)處理(un-primed)的玻璃、金屬、塑料和PV電池的粘合性。在一些實(shí)施方式中，固化封裝劑具有至少0. 5牛頓/線性英寸(PLI)的剝離強(qiáng)度。在另一些實(shí)施方式中，固化封裝劑具有下述粘合性，所述粘合性使得由本發(fā)明的封裝劑封裝的包含鋁背板、硅PV電池和4mm厚的玻璃蓋板的PV模塊能夠承受至少200次根據(jù)IEC 61215的由-40°C至+85°C的熱循環(huán)，而不分層不起泡。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明提供了 PV模塊的簡(jiǎn)單而低能耗的制造和成型方法。熱塑性封裝劑、特別是EVA、離聚物和PVB需要兩個(gè)熔融步驟第一，熔融捏合聚合物、 熱穩(wěn)定劑、增粘劑和自由基引發(fā)劑(通常為有機(jī)過氧化物或偶氮化合物)，以獲得壓延為片材的均質(zhì)混合物；第二，在120°C 180°C的溫度將該片材熱層壓在PV模塊上15分鐘 60 分鐘。這些過程需要消耗時(shí)間和能量，因此成本效益很低，還具有與CO2排放相關(guān)的負(fù)面影響。相反，如上所述，本發(fā)明的制劑可以在如上所公開的低溫、通常為20°C 40°C制備，通常不需要任何額外加熱即可獲得“糊漿”，所述“糊漿”隨后可以輕易地泵送至PV模塊空腔中或者直接應(yīng)用至打開的組件上。當(dāng)將封裝模塊暴露于紫外和/或可見光時(shí)，通常在一分鐘內(nèi)即可完成固化。盡管本發(fā)明的制劑與本領(lǐng)域中的其他制劑之間存在顯著不同，但是封裝PV模塊的性能與已知的EVA和PVB封裝劑的性能至少相同。由于本發(fā)明的封裝劑明顯具有比EVA、 離聚物和PVB低的彈性模量，因此PV電池在低溫下的應(yīng)力也低得多。該優(yōu)點(diǎn)為薄膜電池和其他易碎PV電池應(yīng)用所必需。在一個(gè)實(shí)例中，組裝的邊緣密封的模塊包含頂部玻璃板、PV電池和金屬或聚合背板、聚異丁烯或丁基密封帶(如聚硅氧烷、聚氨酯、MS聚合物或聚硫化物二級(jí)密封帶)和金屬或塑料框架，并具有包含本發(fā)明的封裝劑的封裝粘接層，所述模塊提供了極為可靠的下述性能1.根據(jù)ISO 4892-3 :2006 (QUV熒光燈老化試驗(yàn)機(jī)，UVB 313燈，各循環(huán)包含為時(shí)8 小時(shí)的黑板溫度為65°C 75°C的發(fā)光和為時(shí)4小時(shí)的黑暗，總計(jì)1000小時(shí))暴露于加速大氣老化下1000小時(shí)后透明度的劣化低于5% ；2.根據(jù)IEC 61215，在提供60KW h/m2的太陽照射的戶外暴露后，無分層、變色和模糊；3.根據(jù)IEC 61215，在200次由_40°C至+85°C的循環(huán)后，封裝劑和玻璃和PV電池之間無分層；和4.根據(jù)IEC 61215，在85°C和85%的相對(duì)濕度下，1000小時(shí)后無分層、變色和模糊。因此，另外提供了包含本發(fā)明的固化制劑的至少一個(gè)層的PV模塊。在一些實(shí)施方式中，PV模塊包含至少一個(gè)PV電池和至少一個(gè)選自玻璃和聚合物膜(如含氟聚合物和丙烯酸類聚合物等)的表面，其中，所述電池與所述至少一個(gè)表面之間的粘接由包含本發(fā)明的封裝制劑的粘接層通過至少一個(gè)接觸點(diǎn)來提供。此處所使用的“PV模塊”由若干互相連接的PV電池構(gòu)成，利用包含本發(fā)明的制劑的粘接層，所述PV電池被植入或粘接于一個(gè)或兩個(gè)玻璃或塑料板。在一些實(shí)施方式中，所述粘接層為由本發(fā)明的制劑制備的固化膜。典型的是，PV模塊具有透明的前側(cè)(通常為玻璃)、至少一個(gè)封裝的PV電池和通常為不透明的背側(cè)。不過，透明的背面也是可以的。在前側(cè)(例如玻璃)與背側(cè)之間設(shè)置有使用本發(fā)明的制劑封裝的PV電池(一個(gè)或多個(gè))。PV模塊可以包含任意數(shù)量的PV電池。在一些實(shí)施方式中，PV模塊包含多于一個(gè)的電池。在另一些實(shí)施方式中，PV模塊包含至少M(fèi)個(gè)電池。模塊中的各個(gè)PV電池可以是任何器件、半導(dǎo)體(單晶、多晶或非晶形式的任何半導(dǎo)體材料的半導(dǎo)體)或者有機(jī)或無機(jī)體，它們?cè)诠?特別是波長(zhǎng)為200納米 1，200納米的光)照射時(shí)提供電勢(shì)和/或電流。PV電池通常利用例如半導(dǎo)體材料的上側(cè)和底側(cè)上的薄接觸(thin contact)而互相粘接。
具體實(shí)施例方式表1既述了本發(fā)明的大量制劑和若干參比制劑。
權(quán)利要求
1.一種包含固化封裝劑的至少一個(gè)層或膜的光伏模塊，其中，未固化的液態(tài)的所述封裝劑包含至少一種高耐用性聚合物(HDP)；至少一種不飽和單體和/或低聚物；和至少一種光引發(fā)劑。
2.如權(quán)利要求1所述的模塊，所述模塊包含至少一個(gè)光伏電池和選自玻璃和塑料的至少一種表面，其中，所述電池與所述至少一種表面之間的粘接通過包含所述固化封裝劑的粘接層而實(shí)現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的模塊，其中，所述光伏電池在下述器件中選擇，所述器件在以波長(zhǎng)為200納米 1，200納米的光照射時(shí)提供電勢(shì)和/或電流。
4.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述固化封裝劑的Tg低于50°C、低于30°C、低于 15°C、低于0°C、低于-20°C、低于-40V或低于_50°C。
5.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述固化封裝劑具有下述光透射率，透過500微米固化體的光透射率至少為波長(zhǎng)在300納米 800納米范圍內(nèi)的初始光強(qiáng)的85%。
6.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述固化封裝劑在lHz、23°C時(shí)具有0.OOlMPa 250MPa的拉伸儲(chǔ)能模量。
7.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述固化封裝劑在1Hz、-40°C時(shí)具有0.OOlMPa 250MPa的拉伸儲(chǔ)能模量。
8.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述固化封裝劑具有軟凝膠 100A的根據(jù) ASTMD-2240的肖氏硬度。
9.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述固化封裝劑具有1.4 1. 6的折射率。
10.如權(quán)利要求1所述的模塊，其中，所述層或膜具有10微米 5毫米的厚度。
11.一種用于光學(xué)光伏模塊組件的液體封裝制劑，所述封裝制劑包含至少一種高耐用性聚合物(HDP)；至少一種不飽和單體和/或低聚物；和至少一種光引發(fā)劑，所述液體封裝劑能夠響應(yīng)于光而聚合和/或交聯(lián)。
12.如權(quán)利要求11所述的制劑，所述制劑具有戶外暴露下的透明性、耐用性中的至少一種性質(zhì)。
13.如權(quán)利要求11所述的制劑，所述制劑在應(yīng)用溫度、10秒―1的剪切速率下具有5厘泊(cps) 50，000厘泊的粘度。
14.如權(quán)利要求13所述的制劑，所述制劑具有下述粘度在25°C、10秒―1的剪切速率下低于25，OOOcps ；在250C、10秒的剪切速率下低于10，OOOcps ；或在25°C、10秒的剪切速率下低于5，000cps。
15.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種HDP為選自聚酯、聚氨酯、丙烯酸類和甲基丙烯酸類聚合物的線性或支化或脂環(huán)族聚合物。
16.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種HDP的Tg低于50°C、低于40°C、低于0°C、低于-20°C或低于_40°C。
17.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種HDP在_40°C時(shí)具有低于500MPa 的彈性模量。
18.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種HDP為丙烯酸或甲基丙烯酸酯或酰胺或氨基甲酸乙酯的均聚物、包括無規(guī)、間規(guī)、嵌段共聚物的共聚物和包括無規(guī)、間規(guī)和嵌段三元共聚物的三元共聚物。
19.如權(quán)利要求18所述的制劑，其中，所述丙烯酸或甲基丙烯酸酯、酰胺、氨基甲酸乙酯或醚選自丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸異癸酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基化乙基己酯、丙烯酸辛基癸酯、二-乙二醇2-乙基己基醚丙烯酸酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、聚乙二醇單丙烯酸酯、丙烯酰胺、氨基甲酸乙酯丙烯酸酯和己內(nèi)酯丙烯酸酯、或它們的任何甲基丙烯酸酯衍生物。
20.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種不飽和單體或低聚物為脂肪族或脂環(huán)族或雜環(huán)族單體或低聚物。
21.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種不飽和單體或低聚物各自在每分子中具有至少一個(gè)反應(yīng)性基團(tuán)，所述反應(yīng)性基團(tuán)選自丙烯?；⒓谆；⒏获R?；?乙烯基、烯丙基和不飽和聚酯。
22.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種不飽和單體或低聚物在各自具有至少一個(gè)不同于芳基的側(cè)基和共軛雙鍵的脂肪族、雜環(huán)族和脂環(huán)族單體和低聚物中選擇。
23.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種不飽和單體為長(zhǎng)鏈烷基丙烯酸酯或長(zhǎng)鏈烷基甲基丙烯酸酯，所述長(zhǎng)鏈烷基丙烯酸酯或長(zhǎng)鏈烷基甲基丙烯酸酯選自丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸異癸酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基化乙基己酯、丙烯酸辛基癸酯、二-乙二醇2-乙基己基醚丙烯酸酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、聚乙二醇單丙烯酸酯、丙烯酰胺和己內(nèi)酯丙烯酸酯、或它們的任何甲基丙烯酸酯衍生物。
24.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種不飽和低聚物選自氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和脂肪族不飽和聚酯、或它們的任何甲基丙烯酸酯衍生物。
25.如權(quán)利要求11所述的制劑，所述制劑還包含至少一種添加劑，所述添加劑選自增塑劑；單體、低聚物或聚合物形式的增粘劑；和穩(wěn)定劑。
26.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種光引發(fā)劑被選擇為能夠在暴露于紫外和/或可見光時(shí)引發(fā)聚合和交聯(lián)。
27.如權(quán)利要求11所述的制劑，其中，所述至少一種光引發(fā)劑選自2-羥基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮、2，4，6-三甲基苯甲?；?二苯基-氧化膦、1-羥基-環(huán)己基-苯基-酮、雙(2，6_ 二甲氧基苯甲?；?-2，4，4_三甲基-戊基氧化膦、1-[4-(2_羥基乙氧基)-苯基]-2-羥基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、2，2- 二甲氧基-1，2- 二苯基乙烷-1-酮和 2-甲基-U4_(甲基硫基)苯基]-2-嗎啉基丙烷-1-酮。
28.一種固化封裝體，所述固化封裝體通過提供權(quán)利要求11 27中任一項(xiàng)所述的制劑并固化所述制劑而制備。
29.一種在波長(zhǎng)為200納米 1，200納米的光照射時(shí)能夠提供電勢(shì)和/或電流的裝置， 所述裝置包含至少一個(gè)固化封裝劑的層或膜，其中，未固化的液態(tài)的所述封裝劑包含至少一種高耐用性聚合物(HDP)；至少一種不飽和單體和/或低聚物；和至少一種光引發(fā)劑。
全文摘要
公開了一種用于光學(xué)光伏模塊組件的液體封裝制劑。
文檔編號(hào)H01L31/052GK102217093SQ200980145170
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者P·索勒爾, 伊塔·巴盧齊, 伊扎爾·哈拉米 申請(qǐng)人:畢達(dá)哥拉斯太陽公司