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CN102007603A - 光伏电池模件及其形成方法 - Google Patents

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CN102007603A
CN102007603A CN2009801131144A CN200980113114A CN102007603A CN 102007603 A CN102007603 A CN 102007603A CN 2009801131144 A CN2009801131144 A CN 2009801131144A CN 200980113114 A CN200980113114 A CN 200980113114A CN 102007603 A CN102007603 A CN 102007603A
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cell module
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M·豪威尔
D·约翰逊
D·胡恩
B·柯都拉
N·E·施法德
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Dow Corning Corp
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Abstract

提供光伏电池模件,含至少两个模件的光伏阵列,和形成该模件的方法。光伏电池模件包括基片和置于基片上的连接层。连接层的穿透深度为1.1-100mm和粘性值小于-0.6g.s。光伏电池模件还包括置于连接层上的光伏电池。形成光伏电池模件的方法包括在基片上步骤连接层和在连接层上布置光伏电池,形成光伏电池模件的步骤。

Description

光伏电池模件及其形成方法
相关申请的交叉参考
本专利申请要求均于2008年3月14日提交的美国临时申请序列号Nos.61/036748和61/036752,和20091月22日提交的美国临时申请序列号No.61/146551的优先权和所有权益。这些临时专利申请的内容特意在此通过参考引入。
发明领域
本发明一般地涉及光伏电池模件及其形成方法。更具体地,光伏电池模件包括基片和置于基片上的具有特定性能的连接层。
相关现有技术的说明
太阳能或光伏电池是将光转化成电所使用的半导体器件。存在两类通用的光伏电池,晶片和薄膜。晶片是半导体材料的薄片,它典型地通过铸造或机械锯切单晶或多晶块的晶片而形成。薄膜光伏电池通常包括使用溅射或化学气相沉积在基片上沉积的半导材料的连续层。
在许多应用中,封装光伏电池,以提供额外的避免环境因素,例如风和雨的保护。然而,本领域已知的封装剂和封装方法昂贵且耗时,并且一般无效。
一种已知的封装剂是乙基乙烯基乙酸酯(EVA)。使用EVA,是因为它能收集用于光伏电池的光。然而,EVA被低于400nm波长的光降解。因此,含EVA的光伏电池受限于收集在400nm以上的波长处的光。更具体地,EVA具有低的抗UV性,倾向于变色,且当暴露于光时倾向于化学和物理降解。
还已知EVA相对于玻璃基片显示出差的粘合性能且具有高的模量。这些差的粘合性能和高的模量倾向于在光伏电池周围引起高应力状况,从而导致封装剂从基片上逐渐脱层。这一脱层会导致水在封装剂内累积和光伏电池腐蚀。
因此,工业使用增加量的EVA以降低脱层和变色。然而,这会降低照射在光伏电池上的可获得的光的总量,从而降低电池效率。另外,用铈和锑掺杂的玻璃用作基片或上覆层,以保护EVA避免UV损坏。此外,将含UV吸收剂和/或受阻胺光稳定剂的UV稳定包装加入到EVA中。然而,使用掺杂的玻璃或UV吸收剂典型地引起光伏电池效率损失1-5%。
在EP 0658943、WO94/29106、EP 0528566和EP 0755080中公开了使用EVA封装光伏电池。典型地,以夹在基片和上覆层之间的一个或多个热固性片材形式施加EVA,并置于热、真空和压力下。这些条件引起EVA流动,润湿基片和上覆层,并封装光伏电池。按照这一方式生产光伏电池相对昂贵且耗时。
或者,可通过使用过氧化物,引发自由基固化,从而固化EVA。这一方法倾向于促进降低总耐久性的副反应。若使用过氧化物,则固化温度范围典型地为150℃-160℃。这些温度典型地引起光伏电池内过大的应力,并导致机械破坏和/或增加的生产时间及加强光伏电池所需的许多步骤。
一些光伏电池模件包括多个EVA片材作为热熔热固性粘合剂。正如代表现有技术的图1所列出的,光伏电池模件包括多个EVA片材(B)作为热熔热固性粘合剂,以粘结并封装光伏电池(C)到玻璃上覆层(D)和Tedlar或PET/SiOx-PET/Al基片(A)上。玻璃上覆层(D)尽管透光,但典型地用铈和锑掺杂,以过滤UV光,从而增加生产成本和复杂性。
另外,研究了硅氧烷用作封装剂,但典型地不使用,这是因为该生产方法存在许多缺点。WO2005/006451公开了使用热固化的液体硅氧烷,封装光伏电池的连续方法。尽管相对于其他封装方法,这一方法提供显著的优势,但该方法倾向于残留空气泡在光伏电池下方,这会引起光伏电池显示出差的性能。额外的缺点包括难以控制封装剂的厚度,增加花费,增加加工时间,和增加加工复杂性。对于最终的购买者来说,这些全部导致增加的成本。
现有技术没有考虑对于因光伏电池的长期使用、气候老化和一般的损耗导致的电导线的有害暴露来说,区分在光伏电池上包括的电导线的厚度。引线暴露导致性能下降和光转化成电的转化率降低。此外,现有技术没有考虑使用不同量的封装剂保护电导线同时维持性能和降低生产成本。
因此,仍需要开发有效且耐久的光伏电池模件。还需要开发形成光伏电池模件的方法,所述方法将最小化加工复杂性,在光伏电池下方的残留空气,和所使用的连接层的量,从而最大化生产效率、成本节约和可重现性。
发明概述和优点
本发明提供光伏电池模件及其形成方法。光伏电池模件包括基片和置于基片上的连接层。连接层的穿透深度为1.1-100mm和粘性值小于-0.6g.s。光伏电池模件还包括置于连接层上的光伏电池。形成光伏电池模件的方法包括在基片上设置连接层和在连接层上设置光伏电池以形成光伏电池模件的步骤。
连接层允许光进入到光伏电池内且有效地转化成电。连接层还允许光伏电池固定在光伏电池模件内,同时允许残留空气从下方抽空,从而导致增加的耐久性和耐候性。连接层进一步提供成本有效且可再现地生产光伏电池模件,这是因为有效地抽空了残留空气。
附图的简要说明
当结合附图考虑时,通过参考下述详细说明,将容易地理解本发明的其他优点,因为这将变得更好理解,其中:
图1是含EVA片材的现有技术的光伏电池模件的截面视图;
图2是本发明光伏电池模件的一个实施方案的截面视图,所述光伏电池模件包括基片,置于基片上的连接层和置于连接层上的光伏电池;
图3是含置于光伏电池上的第二连接层的图2的光伏电池模件的截面视图;
图4是包括置于第二连接层上的第二基片的图3的光伏电池模件的截面视图;
图5是本发明的光伏电池模件的另一实施方案的截面视图,所述光伏电池模件包括基片,借助化学气相沉积或物理溅射,直接置于基片上的光伏电池,直接置于光伏电池上的连接层,和直接置于连接层上的第二基片;
图6A是电连接且以光伏阵列形式排列的图4的一系列光伏电池模件的截面视图;
图6B是电连接且以光伏阵列形式排列的图4的一系列光伏电池模件的放大的截面视图。
图7A是本发明光伏电池模件的再一实施方案的分解截面视图,所述光伏电池模件包括基片,和横跨基片的厚度(T1,T2,T3)变化的置于基片上的连接层。光伏电池模件还包括光伏电池和第一与第二电导线,其中所述第一与第二电导线各自彼此隔开、置于光伏电池第一侧上且夹在光伏电池与连接层之间;
图7B是根据本发明形成的图7A的光伏电池模件的截面视图;
图8A是图7A的光伏电池模件的分解截面视图,它进一步包括与所述连接层相同或不同且还置于光伏电池上的第二连接层;和置于第二连接层上的第二基片;
图8B是根据本发明形成的图8A的光伏电池模件的截面视图;
图9A是图8A的光伏电池模件的分解截面视图,它进一步包括第三和第四电导线,其中所述第三与第四电导线各自彼此隔开、置于与第一侧相对的光伏电池的第二侧上、且夹在光伏电池与第二连接层之间;和
图9B是根据本发明形成的图9A的光伏电池模件的截面视图。
发明详述
本发明提供通常在图2-9中所示的光伏电池模件(10)(下文称为“模件”)和形成模件(10)的方法。模件(10)包括基片(12),置于基片(12)上的连接层(14),和置于连接层(12)上的光伏电池(16),如图2所示。以下将更加详细地描述基片(12),连接层(14)和光伏电池(16)。
模件(10)因光伏效应将光能转化成电能,且行使两种主要的功能。第一功能是在光吸收材料内光致产生电荷载流子,例如电子和空穴。第二功能是导引电荷载流子到传导触点上以发射电。
模件(10)包括基片(12),所述基片(12)可包括本领域已知的任何合适的材料。典型地,基片(12)给模件(10)后部表面(22)提供保护。类似地,基片(12)可给模件(10)的正面表面(24)提供保护。基片(12)可以是软质和挠性的,但典型地为硬质且刚性的。或者,基片(12)可包括硬质和刚性段,同时包括软质和挠性段。基片(12)典型地透光,可以不透明,或者可不透光(即对光不可渗透)。基片(12)可包括玻璃、不锈钢、金属箔、聚酰亚胺、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、和/或有机氟聚合物,其中包括但不限于单独或用硅和氧基材料(SiOx)涂布的乙烯四氟乙烯(ETFE),Tedlar
Figure BPA00001237975500051
(聚氟乙烯),聚酯/Tedlar
Figure BPA00001237975500052
,Tedlar
Figure BPA00001237975500053
/聚酯/Tedlar
Figure BPA00001237975500054
,聚对苯二甲酸乙二酯(PET),及其组合。在一个实施方案中,基片(12)选自聚氟乙烯和聚乙烯。基片(12)或者可进一步定义为PET/SiOx-PET/Al基片,其中x的数值为1-4。再进一步地,基片(12)可包括硅氧烷,可基本上由硅氧烷组成且不包括有机单体或聚合物,或者可由硅氧烷组成。要理解,基片(12)不限于前述化合物。
基片(12)可以是负载承载或非负载承载的且可包括在模件(10)的任何部分内。典型地,基片(12)承载负载。基片(12)可以是“面层”,也称为上覆层,或者模件(10)的“底层”。底层典型地置于光伏电池(16)后面,且充当机械支持件,如附图所示。在各种实施方案中,模件(10)包括可以彼此相同或不同的基片(12)和第二基片(20)。换句话说,基片(12)和第二基片(20)可由相同材料或由不同材料形成。基片(12)典型地是底层,而第二基片(20)典型地是面层且充当上覆层,如图4-6、8和9所示。典型地,第二基片(20)(例如,充当上覆层的第二基片)对太阳光透光并置于基片(12)之上且面对光源。典型地使用第二基片(20),以保护模件(10)避免环境条件,例如雨、雪和热。最典型地,第二基片(20)充当上覆层且是对太阳光透光的硬质玻璃板,并且用于保护模件(10)的正面表面,同样如图4-6、8和9所示。
基片(12)和/或第二基片(20)典型地厚度为50-500,100-225,或175-225微米。基片(12)和/或第二基片(20)各自可具有125mm的长度与宽度,或者各自具有156mm的长度和宽度。当然,本发明不限于这些尺寸。
另外,模件(10)还包括连接层(14)。连接层(14)置于基片(12)上且通常起到粘合光伏电池(16)到基片(12)上的作用。模件(10)典型地包括多层连接层,例如第二(18)和/或第三连接层。任何第二(18)、第三或额外的连接层可以与连接层(14)相同或不同。因此,可由与连接层(14)相同的材料或由不同的材料形成任何第二(18)、第三或额外的连接层。在一个实施方案中,模件(10)包括连接层(14)和第二连接层(18),如图3、4、6、8和9所示。第二连接层(18)也可置于基片(12)上。或者,第二连接层(18)可置于第一连接层(14)上和/或可置于光伏电池(16)上,如以下更加详细地描述和在图3、4、6、8和9中列出的。此外,连接层(14)典型地透UV光和/或可见光,和第二(或额外)的连接层(18)可不透光或者遮光。在一个实施方案中,第二连接层(18)对可见光波长具有高的透过率,具有长期的UV稳定性,且给光伏电池(16)提供长期保护。在这一实施方案中,不需要用铈掺杂基片(12),因为连接层(14)具有UV稳定性。
连接层(14)的穿透深度(值)为1.1-100mm。本领域的技术人员要理解术语“穿透深度”还称为“渗透”或“渗透值”。在各种实施方案中,连接层(14)的穿透深度为1.3-100mm,和更典型地2-55mm。在不打算束缚于任何特定理论的情况下,认为当温度升高时,穿透深度值也升高。认为连接层(14)的穿透深度可为1.1-100mm,1.3-100mm,或2-55mm,这在室温下或者在任何其他温度下测定。典型地,穿透深度在室温下测定。
通过首先计算硬度,然后计算穿透深度,从而确定穿透深度。因此,连接层(14)的硬度典型地为5-500,更典型地5-400,和最典型地10-300g力。更具体地,使用商购于Stable Micro Systems的TA-XT2Texture Analyzer,使用0.5英寸(1.27cm)直径的钢探针,测定硬度。在100℃下加热质量为12g的连接层的试样10分钟,并使用本领域已知的下述测试参数分析硬度:2mm/s预测试和后测试速度;1mm/s测试速度;4mm目标距离;60s保持;和5g力的触发值。在进入到连接层(14)内4mm的距离处测量最大力(g)。
典型地使用TA-XT2 Texture Analyzer获得的硬度(g力),和下述方程式,计算穿透深度测量值:穿透深度(mm×10)=5350/g力。使用商购于Precision Scientific of Chicago I1的万能渗透仪,和通过使用该Texture Analyzer测量连接层(14)的硬度,从而确定这一关系式。典型地存在79个针对连接层(14)获取的样品测量值。针对79个样品中的每一个,通过用穿透深度乘以来自该Texture Analyzer的力(g),然后结果取平均,从而确定5350常数。
连接层(14)还具有小于-0.6g.s的粘性值。在各种实施方案中,连接层(14)的粘性值为-0.7到-300g.s,和更典型地-1到-100g.s。在一个实施方案中,连接层(14)的粘性值为约-27g.s。在不打算束缚于任何特定理论的情况下,认为当温度升高时,粘性值下降。认为连接层(14)的粘性值可以小于-0.6g.s,为-0.7到-300g.s,或者为-1到-100g.s,这在室温下或者在任何其他温度下测量。典型地,在室温下测量粘性值。
使用TA-XT2 Texture Analyzer,使用0.5英寸(1.27cm)直径的钢探针,测定粘性值。将探针插入到连接层(14)内到达4mm的深度,然后以2mm/s的速度收回。在从连接层(14)中收回探针的过程中,以总面积形式(力-时间)计算粘性值。粘性值表达为g.s,其中以当力等于0时的时间和当探针离开连接层(14)时的时间之间的时间差形式,测量时间。认为在连接层(14)的厚度变化情况下,穿透深度和粘性值基本上没有变化。然而,可改变测定穿透深度和粘性值的方法,这取决于连接层(14)的厚度。
连接层(14)典型地是粘性的且可以是凝胶、胶料、液体、糊剂、树脂或固体。在一个实施方案中,连接层(14)是薄膜。在另一实施方案中,连接层(14)是凝胶。在再一实施方案中,连接层(14)是将固化(例如预固化)形成凝胶的液体。或者,连接层(14)可包括多个部分,其中每一部分包括不同组成和/或不同形式(例如,凝胶和液体),只要该部分和总的连接层(14)具有以上列出的合适的穿透深度和粘性值即可。用作连接层(14)的合适的凝胶的实例公开于美国专利Nos.5145933、4340709和6020409,其中关于这些凝胶,每一篇在此特意通过参考引入。要理解,连接层(14)可具有任何形式,只要连接层(14)的穿透深度为1.1-100mm,和粘性值小于-0.6g.s即可。连接层(14)的弹性模量(在固化时的G′)典型地还为7×102-6×105dyn/cm2
连接层(14)可由本领域已知的任何合适化合物形成和/或包括本领域已知的任何合适化合物。这些化合物可以或可以不要求固化。在一个实施方案中,可固化的组合物包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,聚氨酯,乙烯四氟乙烯,聚氟乙烯,聚对苯二甲酸乙二酯,及其组合中的至少一种。在另一实施方案中,可固化的组合物包含碳原子且基本上不含包括硅原子的化合物。以上使用的术语“基本上不含”是指在可固化的组合物内存在小于0.1wt%的含硅原子的化合物。可固化的组合物可包括有机化合物和小于0.1wt%的含硅原子的化合物。
在进一步的实施方案中,连接层(14)由含硅原子的可固化的组合物形成。连接层可完全由可固化的硅氧烷组合物,例如在美国专利Nos.6020409和6169155中公开的那些形成,关于这些可固化的组合物,特意在此通过参考引入这些专利。在可供替代的实施方案中,连接层(14)可由固化的或可固化的组合物形成,所述组合物包含硅氧烷流体,例如商购于Dow Corning Corporation of Midland,MI的那些。尤其合适的硅氧烷流体的一个非限定性实例是粘度为100mPa.s的三甲基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷。
在一个实施方案中,可固化的硅氧烷组合物进一步定义为氢化硅烷化可固化且包括每一分子具有至少一个不饱和部分的有机基硅化合物,每一分子具有至少一个与硅键合的氢原子的有机基氢硅化合物,和加速在有机基硅化合物和有机基氢硅化合物之间的氢化硅烷化反应所使用的氢化硅烷化催化剂。在这一实施方案中,有机基氢硅化合物中每一分子内的与硅键合的氢原子与有机基硅化合物中每一分子内的不饱和部分之比典型地为0.05-100。
在可供替代的实施方案中,有机基硅化合物进一步定义为链烯基二烷基甲硅烷基封端的聚二烷基硅氧烷,其可进一步定义为乙烯基二甲基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷。有机基氢硅化合物也可进一步定义为二烷基氢甲硅烷基封端的聚二烷基硅氧烷和三烷基甲硅烷基封端的聚二烷基硅氧烷-烷基氢硅氧烷共聚物的混合物。二烷基氢甲硅烷基封端的聚二烷基硅氧烷本身可进一步定义为二甲基氢甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷,而三烷基甲硅烷基封端的聚二烷基硅氧烷-烷基氢硅氧烷共聚物可进一步定义为三甲基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物。
或者,连接层(14)可由可固化的组合物形成,所述可固化的组合物包含组分(A)-(E)中的一种或多种及其组合。对于在本发明中使用来说,组分(A)-(E)各自是任选的且不要求。组分(A)-(E)中的一种或多种可以含硅或者可以是有机的。若可固化的组合物进一步定义为可固化的硅氧烷组合物,则组分(A)典型地与组分(B)一起使用。组分(A)可包括化合物的混合物。类似地,组分(B)-(E)各自可独立地包括化合物的混合物。
组分(A)可包括本领域已知的任何有机和/或无机化合物且可包括碳和硅这两种原子。典型地,组分(A)包括含二有机基聚硅氧烷的聚合物。含二有机基聚硅氧烷的聚合物具有高或低的数均分子量(Mn)和/或重均分子量(Mw),且可以是设计将用组分(B)固化的每一分子具有至少两个反应性基团的硅氧烷胶料,如以下更加详细地描述的。或者,含二有机基聚硅氧烷的聚合物可以是树脂、凝胶和/或胶料,或者可包括胶料、凝胶和/或胶料。在另一实施方案中,含二有机基聚硅氧烷的聚合物具有低分子量。然而,含二有机基聚硅氧烷的聚合物不限于上述说明且可具有任何数均分子量或重均分子量。
含二有机基聚硅氧烷的聚合物典型地具有基本上线型的分子结构。然而,这一结构可以部分支化。在一个实施方案中,含二有机基聚硅氧烷的聚合物具有下述平均单元式:
(R′3SiO1/2)x(R′2SiO2/2)y(R′SiO3/2)z
其中x和y是正数,z大于或等于0,和每一R′独立地为单价基团。在这一式中,x+y+z典型地为至少100且更典型地大于700。此外,y/(x+y+z)典型地大于或等于0.8,和更典型地大于或等于0.95。单价基团的非限定性实例包括烷基,例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基和叔丁基,苯基,烷基苯基,氢原子,羟基,链烯基,肟基,烷氧基,环氧基,羧基,烷基氨基,及其组合。典型地,所有非反应性R′基是具有1-6个碳原子的烷基和/或苯基。最典型地,所有非反应性R′基是甲基。典型地,每一分子中至少两个R′基是反应性基团,所述反应性基团可以是不饱和的且可以是链烯基和/或炔基。最典型地,这些反应性基团是链烯基,例如乙烯基或己烯基。反应性基团的合适的非限定性实例包括直链或支链的链烯基且具有2-10个碳原子,例如乙烯基、丙烯基、丁烯基、己烯基、异丙烯基、叔丁烯基及其组合。二有机基聚硅氧烷也可包括除了不饱和基团以外的反应性基团,以提高可固化的组合物的粘合性能。
组分(A)的额外的合适实例包括但不限于二甲基链烯基甲硅烷氧基封端的二甲基聚硅氧烷,甲基链烯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的甲基链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链烯基甲硅烷氧基封端的共聚物,甲基苯基硅氧烷、甲基链烯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基链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链烯基甲硅烷氧基封端的共聚物,二苯基硅氧烷、甲基链烯基硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基链烯基甲硅烷氧基封端的共聚物,及其组合。
或者,组分(A)可包括具有羟基或可水解基团X和X1(它们可以相同或不同)的化合物。这些基团可以是或者可以不是端基,且典型地没有位阻。例如,这一化合物可具有通式:
X-A-X1
其中X和/或X1可包括下述基团和/或用下述基团封端:-Si(OH)3、-(Ra)Si(OH)2、-(Ra)2SiOH、-RaSi(ORb)2、-Si(ORb)3、-Ra 2SiORb或-Ra 2Si-Rc-SiRd p(ORb)3-p,其中每一Ra可独立地包括单价烃基,例如具有1-8个碳原子的烷基。典型地,Ra是甲基。每一Rb和Rd可独立地是具有最多6个碳原子的烷基,或是烷氧基。Rc典型地是二价烃基,它可包括一个或多个具有最多6个硅原子的硅氧烷间隔基。典型地,p的数值为0、1或2。在一个实施方案中,X和/或X1包括在湿气存在下可水解的官能团。
或者,在这一通式中,(A)典型地包括硅氧烷分子链。在一个实施方案中,(A)包括具有下述通式的硅氧烷单元的聚二有机基-硅氧烷链:
-(R5 sSiO(4-s)/2)-
其中每一R5独立地为有机基团,例如任选地被一个或多个卤素基团例如氯或氟取代的具有1-10个碳原子的烃基,和s为0、1或2。更具体地,R5可包括甲基、乙基、丙基、丁基、乙烯基、环己基、苯基和/或甲苯基,被氯或氟取代的丙基,例如3,3,3-三氟丙基、氯苯基、β-(全氟丁基)乙基或氯代环己基,及其组合。典型地,至少一些R5基是甲基。最典型地,所有R5基是甲基。典型地,每一分子存在至少约700个上述通式的单元。
典型地,组分(A)的粘度大于50mPa.s。在一个实施方案中,组分(A)的粘度大于1,000,000mPa.s。在另一实施方案中,组分(A)的粘度为50-1,000,000,更典型地100-250,000,和最典型地100-100,000mPa.s。根据ASTM D4287,使用Brookfield DVIII锥板粘度计,在25℃下测量前述每一种的粘度。相对于100重量份可固化的组合物,组分(A)典型地以25-99.5重量份的用量存在于可固化的组合物内。
在一些实施方案中,组分(A)的聚合度(dp)高于1500,和使用ASTMD926测定的威廉姆斯可塑值为95-125。在其他实施方案中,组分(A)的dp大于100或甚至大于700。此处所使用的“可塑值”定义为在25℃下,在样品置于49N的压缩负载下3分钟之后,体积2cm3和高度约10mm的圆柱形试样的厚度(mm)×100。
现提到组分(B),这一组分典型地包括有机硅树脂(M、D、T和/或Q)或树脂的混合物。该树脂可以或可以不包括可能与组分(A)反应的官能团。组分(B)可在有或无溶剂的情况下与组分(A)结合。更具体地,组分(B)可包括有机基硅氧烷树脂,例如含R5 3SiO1/2单元和SiO4/2单元的MQ树脂,含R5SiO3/2单元和R5 2SiO2/2单元的TD树脂,含R5 3SiO1/2单元和R5SiO3/2单元的MT树脂,含R5 3SiO1/2单元、R5SiO3/2单元和R5 2SiO2/2单元的MTD树脂,及其组合。在这些式中,R5如上所述。
以上所使用的符号M、D、T和Q表示包括有机基硅流体、橡胶(弹性体)和树脂的聚有机基硅氧烷的结构单元的官能团。根据本领域已知的理解使用这些符号。因此,M表示单官能单元R5 3SiO1/2,D表示双官能单元R5 2SiO2/2,T表示三官能单元R5SiO3/2,Q表示四官能单元SiO4/2。这些单元的一般结构式如下所示:
典型地,组分(B)的数均分子量为至少5000,和典型地大于10,000g/mol。相对于100重量份可固化的组合物,组分(B)典型地以0.5-75重量份的用量存在于可固化的组合物内。
在不打算束缚于任何特定理论的情况下,认为前述硅氧烷赋予可固化的组合物和连接层(14)突出的耐UV性。使用这些硅氧烷可降低或消除对在模件(10)内包括UV添加剂或铈掺杂的玻璃的需要。这些硅氧烷也可显示出长期的UV和可见光透过性,从而最大化模件(10)的效率。
现提到组分(C),这一组分典型地包括固化催化剂。该催化剂可以是本领域已知的任何类型且典型地选自缩合催化剂,氢化硅烷化催化剂,自由基催化剂,UV催化剂,热催化剂,及其组合。选择这一催化剂可降低生产和加工时间>20%且可省去一些生产步骤,从而导致降低的生产成本和最终使用者的购买成本。
更具体地,组分(C)可包括任何合适的氢化硅烷化催化剂,例如以上引入和描述的氢化硅烷化催化剂。氢化硅烷化催化剂可以是任何公知的氢化硅烷化催化剂,其中包括铂族金属,含铂族金属的化合物,或微包封的铂族金属或包含它的化合物。这些金属典型地包括铂、铑、钌、钯、锇和铱。更具体地,组分(C)可包括任何合适的氢化硅烷化催化剂,例如以上引入和描述的氢化硅烷化催化剂。氢化硅烷化催化剂可以是任何公知的氢化硅烷化催化剂,其中包括铂族金属,含铂族金属的化合物,或微包封的铂族金属或包含它的化合物。这些金属典型地包括铂、铑、钌、钯、锇和铱。基于其在氢化硅烷化反应中的高的活性水平,最典型地使用铂和铂化合物。最典型地,催化剂是氢化硅烷化催化剂且包括铂。这一催化剂可以是Karstedt基铂催化剂和/或可包括铂微粉,铂黑,氯铂酸,氯铂酸的醇溶液,氯铂酸的烯烃络合物,氯铂酸和链烯基硅氧烷的络合物,含铂的热塑性树脂,及其组合。在各种实施方案中,相对于100重量份可固化的组合物,催化剂典型地以0.01-1的用量,更典型地以0.01-0.5的用量,和最典型地以0.01-0.3重量份的用量存在于可固化的组合物内。若催化剂包括金属,则相对于一百万重量份可固化的组合物,金属本身典型地以1-500,更典型地1-100和最典型地1-50重量份的用量存在于可固化的组合物内。可结合使用树脂与微包封的催化剂,和所述树脂可包括但不限于有机基硅树脂和衍生于烯键式不饱和烃和/或烯键式不饱和羧酸例如丙烯酸和甲基丙烯酸的酯的有机树脂。
在另一实施方案中,组分(C)包括用于包括但不限于=Si-CH3基和其他=Si-CH3基,或者=Si-CH3基和=Si-链烯基(典型地乙烯基),或者=Si-链烯基,和=Si-链烯基硅氧烷之间的自由基基反应的过氧化物催化剂。合适的过氧化物包括但不限于过氧化2,4-二氯苯甲酰,过氧化苯甲酰,过氧化二枯基,过苯甲酸叔丁酯,1,1-双(过氧叔丁基)-3,3,5-三甲基环己烷(TMCH)(2,5-双(过氧叔丁基)-2,5-二甲基己烷)催化剂,1,1-双(过氧叔戊基)环己烷,3,3-双(过氧叔戊基)丁酸乙酯,1,1-双(过氧叔丁基)环己烷及其组合。这些催化剂可以纯的化合物形式或者以在惰性基体(液体或固体)内的形式使用。
典型地,当使用一种或多种过氧化物催化剂时,通常基于催化剂的半衰期确定/控制引发固化时的温度。然而,通过形成连接层(14)所使用的化合物的不饱和度水平,控制可固化化合物和连接层(14)的固化速度和最终的物理性能。另外,可通过共混聚合度(dp)不同的直链非反应性封端聚合物与有或无乙烯基封端的二甲基甲基乙烯基共聚物,微调反应动力学和物理性能。
在再一实施方案中,组分(C)包括缩合催化剂且也可包括缩合催化剂与一种或多种硅烷或硅氧烷基交联剂的结合物,所述硅烷或硅氧烷基交联剂包括与硅键合的可水解基团,例如酰氧基(例如,乙酰氧基、辛酰氧基和苯甲酰氧基),酮肟基(ketoximino)(例如二甲基酮肟和异丁基酮肟基),烷氧基(例如,甲氧基、乙氧基和丙氧基),链烯基氧基(例如,异丙烯基氧基和1-乙基-2-甲基乙烯基氧基)及其组合。还认为当可固化的组合物包含树脂聚合物共混物时,可在组分(C)中使用缩合催化剂,其中制备所述树脂聚合物共混物,使得它们形成片状材料,所述片状材料当暴露于湿气氛围下时,将反应形成永久网络。或者,当可固化的组合物包含能与湿气引发的聚合物共反应的烷氧基官能的硅氧烷聚合物时,可在组分(C)中使用缩合催化剂。
组分(C)可包括本领域已知的任何合适的缩合催化剂。更具体地,缩合催化剂可包括但不限于锡、铅、锑、铁、镉、钡、锰、锌、铬、钴、镍、铝、镓、锗、锆及其组合。非限定性尤其合适的缩合催化剂包括烷基锡酯化合物,例如二辛酸二丁锡,二乙酸二丁锡,二马来酸二丁锡,二月桂酸二丁锡,2-乙基己酸丁锡,铁、钴、锰、铅和锌的2-乙基己酸盐、及其组合。
或者,缩合催化剂可包括通式分别为Ti[OR]4或Zr[OR]4的钛酸酯和/或锆酸酯,其中每一R可以相同或不同,且表示可以是直链或支链且具有1-10个碳原子的单价的伯、仲或叔脂族烃基。在一个实施方案中,缩合催化剂包括含部分不饱和基团的钛酸酯。在另一实施方案中,缩合催化剂包括钛酸酯和/或锆酸酯,其中R包括甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基和/或支化的仲烷基,例如2,4-二甲基-3-戊基,及其组合。典型地,当每一R相同时,R是异丙基,支化仲烷基或叔烷基,和尤其叔丁基。或者,钛酸酯可以被螯合。可采用任何合适的螯合剂,例如乙酰丙酮酸烷酯,例如乙酰丙酮酸甲酯或乙酯,实现螯合。合适的钛和/或锆基催化剂的实例描述于EP1254192中,关于这些催化剂,特意在此通过参考引入。典型地,若使用的话,缩合催化剂的存在量为全部可固化的组合物重量的0.01-3%。
组分(C)或者可包括阳离子引发剂,当可固化的组合物包含脂环族环氧官能团时,可使用所述阳离子引发剂。典型地,阳离子引发剂适合于热和/或UV固化,且当可固化的组合物包含加热时将产生固化网络的碘鎓或锍盐时,可使用它。在一个实施方案中,阳离子引发剂与自由基引发剂结合使用。当用合适的UV-可见光自由基引发剂,例如以上所述的那些敏化时,这一结合物可通过UV-可见光辐射固化。
现提到组分(D),这一组分典型地包括交联剂,扩链剂,或其结合物。交联剂和/或扩链剂各自可独立地具有直链,部分支化的直链,环状或网状结构。可以独立地包括组分(D),或者与以上所述的催化剂结合。组分(D)可以是本领域已知的任何一种且典型地包括每一分子具有至少两个与硅键合的氢原子的聚有机基硅氧烷。组分(D)可促进Si-H基(典型地交联剂)和Si-链烯基例如二有机基聚硅氧烷中的乙烯基之间的氢化硅烷化或者加成固化反应,从而在相邻硅原子之间形成亚烷基(=Si-CH2-CH2-Si=)。组分(D)的典型实例公开于美国专利Nos.6020409和6169155中,关于这些交联剂,特意在此通过参考引入。
在各种实施方案中,组分(D)包括每一分子具有至少两个与硅键合的氢原子和下述平均单元式的聚有机基硅氧烷:
Ri bSiO(4-b)/2
其中每一R1可以相同或不同,且可以是氢原子,烷基例如甲基、乙基、丙基和异丙基,或芳基例如苯基和甲苯基,和b为0-2。聚有机基聚硅氧烷的尤其合适的实例包括但不限于三甲基甲硅烷氧基封端的聚甲基氢硅氧烷,甲基氢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,甲基氢硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基氢甲硅烷氧基封端的共聚物,甲基氢硅氧烷的环状聚合物,甲基氢硅氧烷和二甲基硅氧烷的环状共聚物,由式(CH3)3SiO1/2表达的硅氧烷单元、式(CH3)2HSiO1/2表达的硅氧烷单元和/或由式SiO4/2表达的硅氧烷单元组成的有机基聚硅氧烷,包括用通式(CH3)2HSiO1/2表达的硅氧烷单元或用式CH3SiO3/2表达的硅氧烷单元的有机基聚硅氧烷,包括用式(CH3)2HSiO1/2表达的硅氧烷单元、用式(CH3)2SiO2/2表达的硅氧烷单元和用式CH3SiO3/2表达的硅氧烷单元的有机基聚硅氧烷,二甲基氢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氢甲硅烷氧基封端的共聚物,甲基(3,3,3-三氟丙基)硅氧烷和二甲基硅氧烷的二甲基氢甲硅烷氧基封端的共聚物,由环状硅氧烷氢化物交联剂形成的产物(如WO2003/093349或WO2003/093369中列出的,其中关于这些交联剂,每一篇在此通过参考引入),及其组合。在一个实施方案中,组分(D)进一步定义为(聚)二烷基氢甲硅烷基封端的聚合物,例如(聚)二甲基氢甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷。典型地,这一聚合物充当扩链剂。
在另一实施方案中,组分(D)选自硅烷、硅氧烷、及其组合。硅烷和硅氧烷的合适的非限定性实例包括烷基三烷氧基硅烷,例如甲基三甲氧基硅烷(MTM)和甲基三乙氧基硅烷,链烯基三烷氧基硅烷,例如乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷,异丁基三甲氧基硅烷(iBTM),乙基三甲氧基硅烷,乙烯基三乙氧基硅烷,苯基三甲氧基硅烷,链烯基烷基二烷氧基硅烷,例如乙烯基甲基二甲氧基硅烷,乙烯基乙基二甲氧基硅烷,乙烯基甲基二乙氧基硅烷,乙烯基乙基二乙氧基硅烷,链烯基烷基二肟基硅烷,例如乙烯基甲基二肟基硅烷,乙烯基乙基二肟基硅烷,乙烯基甲基二肟基硅烷,乙烯基乙基二肟基硅烷,烷氧基三肟基硅烷,链烯基三肟基硅烷,链烯基烷基二乙酰氧基硅烷,例如乙烯基甲基二乙酰氧基硅烷,乙烯基乙基二乙酰氧基硅烷,乙烯基甲基二乙酰氧基硅烷,乙烯基乙基二乙酰氧基硅烷和链烯基烷基二羟基硅烷,例如乙烯基甲基二羟基硅烷,乙烯基乙基二羟基硅烷,乙烯基甲基二羟基硅烷,乙烯基乙基二羟基硅烷,甲基苯基-二甲氧基硅烷,3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷,甲基三乙酰氧基硅烷,乙烯基三乙酰氧基硅烷,乙基三乙酰氧基硅烷,二丁氧基二乙酰氧基硅烷,苯基-三丙酰氧基硅烷,甲基三(甲基乙基酮肟基)硅烷,乙烯基-三-(甲基乙基酮肟基)硅烷,甲基三(甲基乙基酮肟基)硅烷,甲基三(异丙烯基氧基)硅烷,乙烯基三(异丙烯基氧基)硅烷,聚硅酸乙酯,原硅酸正丙酯,原硅酸乙酯,二甲基四乙酰氧基二硅氧烷,烷基链烯基双(N-烷基乙酰胺基)硅烷,例如甲基乙烯基二-(N-甲基乙酰胺基)硅烷,和甲基乙烯基二-(N-乙基乙酰胺基)硅烷,二烷基双(N-芳基乙酰胺基)硅烷,例如二甲基二-(N-甲基乙酰胺基)硅烷,二甲基二-(N-乙基乙酰胺基)硅烷,烷基链烯基双(N-芳基乙酰胺基)硅烷,例如甲基乙烯基二(N-苯基乙酰胺基)硅烷,二烷基双(N-芳基乙酰胺基)硅烷,例如二甲基二-(N-苯基乙酰胺基)硅烷,及其组合。
或者,组分(D)每一分子可具有两个,但典型地三个或更多个与硅键合的可水解基团。若组分(D)是硅烷且每一分子具有三个与硅键合的可水解基团,则组分(D)也可包括不可水解的与硅键合的有机基团。这些与硅键合的有机基团典型地是任选地被卤素例如氟和氯取代的烃基。合适的基团的实例包括但不限于烷基,例如甲基、乙基、丙基和丁基,环烷基,例如环戊基和环己基,链烯基,例如乙烯基和烯丙基,芳基,例如苯基和甲苯基,芳烷基,例如2-苯乙基,及其卤化衍生物。最典型地,不可水解的与硅键合的有机基团是甲基。
在另一实施方案中,组分(D)包括一种或多种含可水解基团例如酰氧基(例如乙酰氧基、辛酰氧基和苯甲酰氧基)、酮肟基(例如二甲基酮肟基和异丁基酮肟基)、烷氧基(例如,甲氧基、乙氧基和丙氧基)、链烯基氧基(例如,异丙烯基氧基和1-乙基-2-甲基乙烯基氧基)的硅烷,及其组合。这些硅氧烷可以是直链、支链或环状。
在一个实施方案中,组分(D)具有与硅键合的氢原子(Si-H部分),和二有机基聚硅氧烷具有链烯基(例如乙烯基),以便在交联剂中与硅键合的氢原子与二有机基聚硅氧烷中的链烯基的摩尔比小于0.9。在另一实施方案中,组分(D)以使得组分(D)中与硅键合的氢原子的摩尔数与二有机基聚硅氧烷中链烯基(Si-乙烯基部分)的摩尔数之比在0.1∶1.5到1∶1.5,更典型地0.1∶1到0.8∶1和最典型地0.1∶1到0.6∶1范围内的用量加入到可固化的组合物中。或者,该比值可以小于1或0.4。若这一比值太低,则交联密度太低,和连接层(14)的流动性过大。相反,若这一比值太高,则连接层(14)将过度粘稠。在一个实施方案中,组分(D)的添加量使得交联剂中与硅键合的氢原子与组分(A)和(B)中链烯基的摩尔数的摩尔比在0.8∶1到4∶1的范围内。在这一实施方案中,存在过量的Si-H部分(即,该比值>1∶1),这将提高基片(12)与连接层(14)之间的粘合性。在另一实施方案中,该比值也>1∶1,这将提高连接层(14)和第二连接层(18)之间的粘合性。在进一步的实施方案中,在连接层(14)内的该比值<1,而在第二连接层(18)内的比值>1,这将增加粘合性并允许在连接层(14)和第二连接层(18)之间有效包封光伏电池(16)。
如上所述,组分(D)可与前述组分(C)的催化剂结合。在一个实施方案中,组分(D)包括肟基硅烷和/或乙酰氧基硅烷,且与锡催化剂例如二甲酸二有机锡,二月桂酸二丁锡,二乙酸二丁锡,双新癸酸二甲锡及其组合结合。在另一实施方案中,组分(D)包括与钛酸酯和/或锆酸酯催化剂例如钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、螯合的钛酸酯或锆酸酯例如双(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯,双(乙基乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯,双(乙基乙酰乙酸)二异丙氧基钛及其组合结合的烷氧基硅烷。或者,组分(D)可包括一种或多种硅烷或硅氧烷,所述硅烷或硅氧烷可包括与硅键合的可水解基团,例如酰氧基(例如,乙酰氧基、辛酰氧基和苯甲酰乙基),酮肟基(例如,二甲基酮肟基和异丁基酮肟基),烷氧基(例如甲氧基、乙氧基和丙氧基)和链烯基氧基(例如,异丙烯基氧基和1-乙基-2-甲基乙烯基氧基)。在硅氧烷的情况下,分子结构可以是直链、支链或环状。
可固化的组合物也可包含组分(E)。这一组分典型地包括高官能的改性剂。合适的改性剂包括但不限于甲基乙烯基环状有机基聚硅氧烷结构(EVi x)和支化结构,例如(MViEx)4Q结构,如EP1070734中所述,关于这些结构,在此特意通过参考引入。若包括的话,则可以本领域技术人员确定的用量使用组分(E)。
除了组分(A-E)以外,可固化的组合物可进一步包含嵌段共聚物和/或嵌段共聚物与有机硅树脂的混合物。该嵌段共聚物可单独使用,但典型地使用以上所述的催化剂之一固化。该嵌段共聚物可包括具有“硬”链段(即玻璃化转变点Tg≥模件(10)的操作温度)和“软”链段(即玻璃化转变点Tg≤模件(10)的操作温度)的热塑性弹性体。典型地,软链段是有机基聚硅氧烷链段。认为该嵌段共聚物可以是AB、ABA或(AB)n嵌段共聚物。
更具体地,可由有机单体或低聚物或有机单体和/或低聚物的结合物制备的硬链段聚合物,制备这些嵌段共聚物,所述有机单体或低聚物包括但不限于苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯腈、链烯基单体、异氰酸酯单体及其组合。典型地,硬链段聚合物与由具有至少一个硅原子的化合物制备的软链段聚合物例如有机基聚硅氧烷聚合物结合或与之反应。前述硬和软链段各自可以是直链或支链聚合物网络或其结合物。
本发明中使用的优选嵌段共聚物包括硅氧烷-氨酯和硅氧烷-脲共聚物。关于这些共聚物,在此特意通过参考引入的美国专利Nos.4840796和4686137中所述的硅氧烷-氨酯和硅氧烷-脲共聚物典型地形成具有良好机械性能例如在室温下具有弹性的材料。通过改变聚二甲基硅氧烷(PDMS)的量,所使用的扩链剂的类型,和所使用的异氰酸酯的类型,来优化这些硅氧烷-脲/氨酯共聚物的所需性能。若包括的话,则相对于100重量份可固化的组合物,嵌段共聚物典型地以1-100重量份的用量存在于可固化的组合物内。
可固化的组合物也可包含固化抑制剂,以改进处理状况和储存性能。固化抑制剂可以是本领域已知的任何一种,且可包括但不限于甲基-乙烯基环状物,炔类化合物,例如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-乙炔基-1-环己醇,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,链烯基硅氧烷低聚物,例如1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷,1,3,5,7-四乙烯基四甲基环四硅氧烷或1,3-二乙烯基-1,3-二苯基二甲基二硅氧烷,含乙炔基的硅化合物,例如甲基三(3-甲基-1-丁炔-3-氧基)硅烷,氮化合物,例如三丁胺,四甲基乙二胺,苯并三唑,磷化合物,例如三苯基膦,硫化合物,氢过氧基化合物,其马来酸衍生物,及其组合。或者,固化抑制剂可选自在美国专利Nos.6020409和6169155中公开的固化抑制剂,关于固化抑制剂,特此通过参考引入上述专利。若包括的话,典型地相对于100重量份组分(A),包括用量小于3重量份,更典型地为0.001-3重量份,和最典型地0.01-1重量份的固化抑制剂。在一个实施方案中,固化抑制剂进一步定义为粘度为3mPa.s、平均dp为4,数均分子量为344g/mol和具有31.4wt%Si-乙烯基键的甲基乙烯基环硅氧烷。
可一起预反应(或tether)组分(A-E)中的每一种,这在本领域中还称为稠化。在一个实施方案中,硅烷醇官能的聚合物被tether成硅烷醇官能的树脂。这一tether典型地牵涉缩合和再组织,且可使用碱或酸催化进行。Tether可通过包括反应性或非反应性有机基硅烷物质来进一步精制。
再进一步地,可固化的组合物可包括添加剂,例如填料、增量填料、增强粒状填料、颜料、粘合促进剂、腐蚀抑制剂、染料、稀释剂、防污添加剂、及其组合。包括这种添加剂可以基于最终连接层(14)或第二连接层(18)的货架期、固化动力学和光学性能。更具体地,增强粒状填料可包括一种或多种微细增强粒状填料,例如高表面积的熔凝硅石和沉淀二氧化硅,碳酸钙,和/或额外的增量填料,例如石英粉,硅藻土,硫酸钡,氧化铁,二氧化钛和碳黑,滑石,硅灰石,铝氧石,硫酸钙(无水石膏),石膏,硫酸钙,碳酸镁,粘土,例如高岭土,氢氧化铝,氢氧化镁(水镁石),石墨,碳酸铜,例如孔雀石,碳酸镍,例如翠镍矿,碳酸钡,例如毒重石,碳酸锶,例如菱锶矿,氧化铝,硅酸盐,其中包括但不限于橄榄石族,石榴石族,铝硅酸盐,环硅酸盐,链硅酸盐,和片硅酸盐,及其组合。橄榄石族可包括但不限于镁橄榄石,Mg2SiO4及其组合。石榴石族的非限定性实例可包括镁铝榴石,Mg3Al2Si3O12,钙铝榴石,Ca2Al2Si3O12,及其组合。铝硅酸盐可包括但不限于硅线石,Al2SiO5,多铝红柱石,3Al2O3·2SiO2,蓝晶石,Al2SiO5,及其组合。环硅酸盐可包括但不限于堇青石,Al3(MgFe)2[Si4AlO18]及其组合。链硅酸盐可包括但不限于硅灰石,Ca[SiO3]及其组合。不受限制的片硅酸盐的合适实例可包括云母,K2Al14[Si6Al2O20](OH)4,页硅酸盐,Al4[Si8O20](OH)4,滑石,Mg6[Si8O20](OH)4,蛇纹岩,石棉,高岭石,Al4[Si4O10](OH)8,蛭石,及其组合。也可包括低密度填料以降低单位体积的重量和成本。典型地,填料透光,且基本上与硅氧烷的折射指数匹配。增强粒状填料还典型地包括小于光波长1/4的颗粒以避免散射。因此,尤其优选增强粒状填料,例如硅灰石,二氧化硅,石英,二氧化钛,中空玻璃球和粘土,例如高岭土。在一个实施方案中,若它包括增强粒状填料,则可固化的组合物不是凝胶。
当包括在可固化的组合物内时,填料的用量取决于连接层(14)和/或第二连接层(18)所需的性能。在一个实施方案中,相对于100重量份可固化的组合物,典型地在可固化的组合物内包括用量为1-150重量份的填料。可用脂肪酸或脂肪酸酯表面处理前述填料,使得填料更加容易处理并获得与可固化的组合物中其他组分的均匀混合物。在一个实施方案中,填料进一步定义为平均粒度为5微米的石英填料。在另一实施方案中,第二连接层(18)不需要透光且包括增强粒状填料,所述增强粒状填料给第二连接层(18)提供附加的强度,以便在模件(10)内不要求第二基片。
可固化的组合物也可包括加速固化的助催化剂,光学增白剂,流变学改性剂,粘合促进剂,颜料,热稳定剂,阻燃剂,UV稳定剂,扩链剂,增塑剂,增量剂,杀真菌剂和/或杀生物剂,水清除剂,预固化的硅氧烷和/或有机橡胶颗粒,以改进延展性并维持低的表面粘性,及其组合。可以由本领域技术人员确定的用量包括每一种这些组分。
合适的粘合促进剂的尤其优选的实例可包括但不限于乙烯基三乙氧基硅烷,丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷,烷基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷,烯丙基三乙氧基硅烷,环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷,烯丙基缩水甘油基醚,羟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,羟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与环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷的反应产物,双-三乙氧基甲硅烷基乙二醇,羟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,羟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与环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷和双-三乙氧基甲硅烷基乙二醇的反应产物,羟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和甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷的0.5∶1-1∶2和更典型地1∶1的混合物,及其组合。
阻燃剂的合适实例包括WO00/46817中所述的氧化铝粉末或硅灰石,关于这些阻燃剂,特意在此通过参考引入所述专利。可单独或与其他阻燃剂或颜料例如二氧化钛结合使用该阻燃剂。
在一个实施方案中,可固化的组合物基本上不含有机硅树脂。在另一实施方案中,可固化的组合物基本上不含热塑性树脂。以上使用的术语“基本上不含”是指相对于一百万重量份可固化的组合物,在可固化的组合物内有机硅树脂和/或热塑性树脂的含量小于1000,更典型地小于500,和最典型地小于100重量份。在进一步的实施方案中,可固化的组合物的物理性能没有使得它可能被分类为热熔组合物,即强度固有地高且在室温下抗流动(即高粘度)的任选地可固化的热固性产品。
可通过本领域已知的任何机理,固化可固化的组合物。这些机理包括但不限于氢化硅烷化固化,缩合固化,自由基固化,热固化,UV光固化,及其组合。可固化的组合物可以完全固化,部分固化,或“预固化”,如以下更加详细地描述的。
在一个实施方案中,可固化的组合物在25℃-200℃的温度下固化。或者,可固化的组合物可在50℃-150℃的温度下或者在约100℃的温度下固化。然而,可使用其他温度,这是本领域技术人员会选择的。若可固化的组合物利用热固化,则可在任何合适的烘箱或者类似物内,以间歇或者连续的模式进行加热。最优选连续模式。另外,可固化可固化的组合物1-600秒的时间。然而,可固化可固化的组合物更长的时间,这由本领域的技术人员根据应用来选择。
相对于借助氢化硅烷化机理固化的含硅原子的组合物,和在不打算束缚于任何特定理论的情况下,认为穿透深度和粘性值至少部分取决于组合物中的Si∶H与乙烯基之比。相对于所有类型的组合物(例如,含硅原子的那些和不含硅原子的那些),还认为粘性值以及穿透深度(在较少的程度上)至少部分取决于扩链剂和/或交联剂的存在,它们会增加组合物的密度和复杂性。再进一步地,认为在组合物中存在长链聚合物,例如在25℃下粘度为450mPa.s的那些,有助于粘性值,和在较少的程度上有助于穿透深度。
还认为,可固化的组合物可包括硅氧烷-有机化合物,也称为硅氧烷-有机“杂化物”。硅氧烷-有机“杂化物”的合适的非限定性实例如上所述且还包括有机基聚硅氧烷,有机基硅氧烷,具有有机主链和侧挂的含硅基团的化合物,和具有硅氧烷主链和侧挂的有机基团的化合物。
回到连接层(14),连接层(14)置于基片(12)上。在一个实施方案中,基片(12)与连接层(14)直接接触,如图2-4和6-9所示。然而,本发明不限于这一实施方案,即连接层(14)可以与基片(12)物理分离,且保持“置于”基片(12)上,如图5所示。
在一个实施方案中,连接层(14)的厚度横跨基片(12)变化。可改变连接层(14)的厚度,以最小化所使用的连接层的量,从而降低模件(10)的生产成本,且还同时最小化或防止电导线(28,30,32,34)的“接触到底(bottoming out)”。以下将更加详细地描述电导线(28,30,32,34)。术语“接触到底”是指当在压缩过程中,例如在压缩光伏电池(16)、连接层(14)和基片(12)的步骤的过程中,电导线(28,30,32,34)接触基片(12)或第二基片(20)的时候,这将在下文更加详细地描述。这一现象是非所需的,和优选最小化或消除。连接层(14)典型地具有1-30,或者1-25,1-20,3-17,5-10,5-25,或10-30mil的变化厚度。在一个实施方案中,连接层(14)具有10-15mil的变化厚度。在另一实施方案中,连接层(14)具有10-17mil的变化厚度。在再一实施方案中,连接层(14)具有12-15mil的变化厚度。要理解,连接层(14)不限于这些变化的厚度。在一个实施方案中,连接层(14)具有变化的厚度且在横跨基片(12)的一些部分上较厚,和在横跨其他部分时较薄。在另一实施方案中,连接层(14)在横跨基片(12)的一些部分上的厚度为1-10mil,和在横跨其他部分时的厚度为10-30mil。在进一步的实施方案中,连接层(14)在横跨基片(12)的一些部分上的厚度为5-7mil,和在横跨其他部分时的厚度为12-15mil。
在一个实施方案中,连接层(14)基本上不含残留空气(气泡)。术语“基本上不含残留空气”是指连接层(14)没有可见的空气泡。在另一实施方案中,连接层(14)完全不含残留空气,其中包括可见和微观的空气泡。第二连接层(18)与上述连接层(14)一样,也可以基本上不含或者完全不含残留空气。
再回到第二连接层(18),第二连接层(18)可以与以上所述的连接层(14)相同或不同。在一个实施方案中,模件(10)包括第二连接层(18),但不包括第二基片(20)。在另一实施方案中,第二连接层(18)由氢化硅烷化可固化的可固化硅氧烷组合物形成。在这一实施方案中,可固化硅氧烷组合物包含如上所述的每一分子具有至少一个不饱和部分的有机基硅化合物,每一分子具有至少一个与硅键合的氢原子的有机基氢硅化合物,和氢化硅烷化催化剂。可固化的组合物,有机基硅化合物,和/或有机基氢硅化合物可以是本领域已知的任何一种。
当包括在模件(10)内时,第二连接层(18)典型地具有与基片(12)和光伏电池(16)相同的尺寸。然而,在一个实施方案中,第二连接层(18)小于光伏电池(16)。当然,本发明不限于这些尺寸。
另外,第二连接层(18)典型地厚度为1-50,更典型地3-30,和最典型地4-15mil。在各种实施方案中,第二连接层(18)的厚度为1-30,1-25,1-20,3-17,5-10,5-25,10-15,10-17,12-15,或10-30mil。在额外的实施方案中,第二连接层(18)的厚度为约9mil。当然,本发明不限于这些厚度。
在一个实施方案中,第二连接层(18)对可见光波长具有高的透过率,对UV光具有长期稳定性,并给光伏电池(16)提供长期保护。因此,在这一实施方案中,不需要用铈掺杂基片(12),因为连接层(14)具有UV稳定性。
在可供替代的实施方案中,第二连接层(18)可以是任何硅氧烷封装剂或任何有机封装剂,例如乙基乙酸乙烯酯(EVA)。在另一实施方案中,第二连接层(18)进一步定义为EVA膜和/或UV可固化聚氨酯。在各种其他实施方案中,第二连接层(18)进一步定义为硅氧烷封装剂,所述硅氧烷封装剂是硅氧烷液体或凝胶和/或在申请人的悬而未决的申请PCT/US06/043073中所述类型的热熔硅氧烷片材。EVA是在高于80℃的温度下熔化的热塑性树脂。然而,在约25℃到小于约80℃的温度下EVA可以是凝胶或可以是凝胶状。可再配制有机封装剂,例如EVA,以在包括高于80℃的温度在内的任何温度下,形成凝胶或者是凝胶状。
除了基片(12)和置于其上的连接层(14)以外,模件(10)还包括置于连接层(14)上的光伏电池(16)。光伏电池(16)典型地与连接层(14)直接接触,但也可与连接层(14)隔开。光伏电池(16)还典型地夹在连接层(14)和第二连接层(18)之间,如图3、4、6、8和9所示。在另一实施方案中,光伏电池(16)除了夹在基片(12)和第二基片(20)之间以外,还夹在连接层(14)和第二连接层(18)之间,同样如图4、6、8和9所示。光伏电池(16)的厚度典型地为50-250,更典型地100-225,和最典型地175-225微米。光伏电池(16)还典型地具有100×100cm到200×200cm的长度与宽度。在一个实施方案中,光伏电池(16)各自具有125cm的长度与宽度。在另一实施方案中,光伏电池(16)各自具有156cm的长度与宽度。要理解本发明不限于这些尺寸。
光伏电池(16)可包括大面积的单晶、单层p-n结型二极管。典型地使用硅片(通常也称为薄晶片)借助扩散方法,制造这些光伏电池(16)。或者,光伏电池(16)可包括在晶格匹配的晶片上(硅)半导体的薄的外延沉积物。在这一实施方案中,含薄的外延沉积物的光伏电池(16)可分类为空间或地面的,且典型地具有7-40%的AM0效率。此外,光伏电池(16)可包括量子井装置,例如量子点,量子绳和类似物,且还包括碳纳米管。在不打算受限于任何特定理论的情况下,认为这些类型的光伏电池(16)可具有最多45%的AM0生产效率。再进一步地,光伏电池(16)可包括聚合物和纳米颗粒的混合物,所述纳米颗粒将形成单一的多光谱层,所述单一的多光谱层可层叠,使得多光谱光伏电池更加有效和不那么昂贵。
光伏电池(16)可在晶块、肋条、薄膜和/或晶片内包括无定形硅,单晶硅,多晶硅,微晶硅,纳米晶体二氧化硅,碲化镉,铟化铜/砷化/硫化镓,砷化镓,聚亚苯基亚乙烯基,酞菁铜,碳富勒烯,及其组合。光伏电池(16)也可包括吸光染料,例如钌有机金属染料。最典型地,光伏电池(16)包括单晶和多晶硅。
光伏电池(16)还具有第一侧和第二侧。典型地,第一侧与第二侧相对。然而,第一和第二侧可以彼此相邻。典型地,一个或多个电导线(28,30,32,34)被固定到第一和第二侧之一或二者上,以将一系列的模件(10)连接在一起,并形成光伏阵列。电导线(28,30,32,34)可具有任何尺寸和形状,且典型地为矩形,和尺寸为约0.005-0.080英寸的长度和/或宽度。在各种实施方案中,电导线(28,30,32,34)的厚度为0.005-0.015,0.005-0.010,或者0.007-0.010英寸。电导线(28,30,32,34)可以是本领域已知的任何一种类型且可置于模件(10)的任何部分上。
典型地,一个电导线充当阳极,而另一电导线典型地充当阴极。如以下更加详细地描述的,本发明的模件(10)可包括置于光伏电池(16)上的第一、第二、第三和第四电导线(28,30,32,34)。这些电导线(28,30,32,34)可以相同或者可以彼此不同(即由相同材料或由不同材料制造),且可包括金属、传导聚合物、及其组合。在一个实施方案中,第一、第二、第三和第四电导线(28,30,32,34)包括锡-银焊料涂布的铜。在另一实施方案中,第一、第二、第三和第四电导线(28,30,32,34)包括锡-铅焊料涂布的铜。
在一个实施方案中,如图7-9所示,模件(10)包括彼此隔开、置于光伏电池(16)的第一侧上且夹在光伏电池(16)与连接层(14)之间的第一和第二电导线(28,30)。在这一实施方案中,在第一电导线(28)和基片(12)之间,连接层(14)典型地厚度为1-30mil。同样在这一实施方案中,在第二电导线(30)和基片(12)之间,连接层(14)的厚度典型地为1-30mil。另外,连接层在基片(12)的其余部分上典型地具有不同厚度,例如1-30mil。在各种其他实施方案中,上述连接层的厚度进一步定义为1-30,1-25,1-20,3-17,5-10,5-25,10-15,10-17,12-15,或10-30mil。典型地,连接层的厚度与电导线的厚度有关或者是它的函数。
在另一实施方案中,模件(10)包括第二连接层(18)和第二基片(20),和第一和第二电导线(28,30)彼此隔开,且置于光伏电池(16)的相对侧上。另外,第一电导线(28)可以夹在光伏电池(16)和连接层(14)之间,第二电导线(30)夹在光伏电池(16)和第二连接层(18)之间。在这一实施方案中,在第一电导线(28)和基片(12)之间,连接层(14)的厚度为1-30mil。同样在这一实施方案中,在第二电导线(30)和第二基片(20)之间,第二连接层(18)的厚度为1-30mil。另外,连接层(14)和/或第二连接层(18)在基片(12)的其余部分和/或第二基片(20)上典型地分别具有不同的厚度,例如1-30mil。在各种其他实施方案中,上述连接层的厚度进一步定义为1-30,1-25,1-20,3-17,5-10,5-25,10-15,10-17,12-15,或10-30mil。
在再一实施方案中,如图9所示,模件(10)包括第二连接层(18),第二基片(20),和各自彼此隔开且置于与第一侧相对的光伏电池的第二侧上的第三与第四电导线(32,34)。第三与第四电导线(32,34)可以与第一和/或第二电导线(28,30)相同或不同。换句话说,第三与第四电导线(32,34)可由与第一和/或第二电导线(28,30)相同的材料或不同的材料形成。在这一实施方案中,第三与第四电导线(32,34)夹在光伏电池(16)和第二连接层(18)之间。在第三电导线(32)和第二基片(20)之间,第二连接层(18)的厚度典型地为1-3mil。在第四电导线(34)和第二基片(20)之间,第二连接层(18)的厚度同样为1-30mil。另外,第二连接层(18)在第二基片(20)的其余部分上具有不同厚度。在各种实施方案中,上述连接层的厚度进一步定义为1-30,1-25,1-20,3-17,5-10,5-25,10-15,10-17,12-15,或10-30mil。在进一步的实施方案中,第二连接层(18)的厚度至少等于所述第三和第四电导线(32,34)的厚度。在再一实施方案中,模件(10)包括与以上所述的基片(12)相同或不同的第二基片(20),和光伏电池(16)进一步借助化学气相沉积或溅射置于第二基片(20)上。典型地,在这一实施方案中,不要求第二连接层(18)。
这一实施方案典型地称为“薄膜”应用。典型地,在使用溅射或化学气相沉积加工技术将光伏电池(16)置于第二基片(20)上之后,将一个或多个电导线(28,30,32,34)固定到光伏电池(16)上。然后可在电导线(28,30,32,34)上施加可固化的组合物并固化形成连接层(14)。
如上所述,模件(10)包括基片(12),连接层(14),和光伏电池(16)。这些可按照任何顺序存在于模件(10)内。在一个实施方案中,如图2所示,模件(10)包括下述顺序:基片(12),直接置于基片(12)上的连接层(14),和直接置于连接层(14)上的光伏电池(16)。在另一实施方案中,如图3所示,模件(10)包括下述顺序:基片(12),直接置于基片(12)上的连接层(14),和直接置于连接层(14)上的光伏电池(16),和直接置于光伏电池(16)上的第二连接层(18)。在进一步的实施方案中,如图4所示,模件(10)包括下述顺序:基片(12),直接置于基片(12)上的连接层(14),和直接置于连接层(14)上的光伏电池(16),直接置于光伏电池(16)上的第二连接层(18),和直接置于第二连接层(18)上的第二基片(20)。
另外,模件(10)可包括沿着模件(10)的每一边缘布置的保护密封胶(在附图中未示出),以覆盖边缘。模件(10)也可部分或完全密闭在周围框架内,所述周围框架典型地包括铝和/或塑料(同样在附图中未示出)。
可在任何工业中使用本发明的模件(10)。在一个实施方案中,电连接一系列的模件(10),且形成光伏阵列(26),如图6A和6B所示。更具体地,在图6中,光伏阵列(26)包括电连接在一起的如图4所示类型的一系列的模件。本发明的光伏阵列(26)可以是平面或非平面的且典型地充当单一的电生产单元,其中模件(10)按照这一方式互相连接,以便产生电压。
本发明还提供形成模件(10)的方法。该方法包括将连接层(14)置于基片(12)上的步骤。这一步骤可包括本领域已知的任何合适的施加方法。在各种实施方案中,连接层(14)是液体或凝胶,且使用施加方法,其中包括但不限于喷涂、流涂、幕涂、浸涂、挤出涂布、刮刀式涂布、筛网涂布、层压、熔融、倾注及其组合,将该液体或凝胶置于基片(12)上。在可供替代的实施方案中,通过一种或多种前述方法,施加可固化的组合物到基片(12)上,然后在基片(12)上固化或预固化,形成连接层(14)。典型地,连接层(14)由可固化的组合物形成,且该方法进一步包括部分固化,例如“预固化”可固化的组合物形成连接层(14)的步骤。此处列出的术语“预固化”包括使可固化的组合物固化,以便它形成穿透深度为1.1-100mm和粘性值小于-0.6g.s的连接层(14)。要理解,在整个说明书当中,术语“预固化”与“固化”可互换使用。在另一实施方案中,该方法进一步包括施加可固化的组合物到光伏电池(16)上和固化在光伏电池(16)上的可固化的组合物形成连接层(14)的步骤。在这一实施方案中,典型地在将连接层(14)置于基片(12)上的步骤之前,固化可固化的组合物。换句话说,可固化该可固化的组合物,并完全独立于基片(12)形成连接层(14)。在这一实施方案中,连接层(14)可以是预成形的膜、片材、层压体或类似物,或者可形成为薄膜、片材、层压体或类似物。该方法也可包括在连接层(14)上布置光伏电池(16)的步骤之前,固化在基片(12)上的可固化的组合物的步骤。如上所述,可固化的组合物典型地在25-200℃的温度下固化。还典型地固化可固化的组合物1-600秒的时间。或者,可在大于600秒的时间内固化可固化的组合物,这由本领域的技术人员来确定。
在一个实施方案中,可固化的组合物是液体,和施加步骤进一步定义为施加液体。在另一实施方案中,可固化的组合物以多部分体系形式供应给使用者。第一部分可包括如上所述的组分(A)、(B)和/或(D)。第二部分可包括同样如上所述的组分(A)、(B)和/或(C)。典型地就在施加步骤之前混合第一和第二部分。或者,可固化的组合物中每一组分和/或各组分的混合物可单独施加,然后反应,形成连接层(14)。
在一个实施方案中,该方法包括施加基础量的可固化的组合物到基片(12)上,从而导致横跨基片(12)的5-25mil的第一厚度(T1),如图7-9所示。该方法还包括在第一电导线(28)和基片(12)之间施加第一补充量的可固化的组合物的步骤,从而导致在第一电导线(28)周围10-30mil的第二厚度(T2),同样如图7-9所示。该方法进一步包括在第二电导线(30)和基片(12)之间施加第二补充量的可固化的组合物的步骤,从而导致在第二电导线(30)周围10-30mil的第三厚度(T3),进一步如图7-9所示。再进一步地,在施加所述用量的可固化的组合物形成连接层(14)之后,固化可固化的组合物。换句话说,在这一实施方案中,在施加第一和第二补充量之前,不固化基础量的可固化的组合物。另外,该方法包括在连接层(14)上放置光伏电池(16)形成模件(10)的步骤。
典型地,在第一厚度(T1)上施加第一和/或第二补充量的可固化的组合物。然而,可仅仅在一部分基片(12)上施加第一和/或第二补充量的可固化的组合物,或者在可供替代实施方案中,在全部基片(12)上施加第一和/或第二补充量的可固化的组合物,且可直接在与在第一厚度(T1)上相对的基片上施加。第一厚度(T1)典型地进一步定义为5-7mil,而第二和/或第三厚度(T2,T3)典型地各自独立地进一步定义为12-15mil。
可按序或同时进行施加第一和/或第二补充量可固化的组合物的步骤。在一个实施方案中,在施加基础量可固化的组合物的步骤之后,进行施加第一和第二补充量可固化的组合物的步骤。或者,可在施加基础量可固化的组合物的步骤之前,进行施加第一和第二补充量可固化的组合物的步骤。
该方法还包括将光伏电池(16)置于连接层(14)上形成模件(10)的步骤。典型地,在可固化的组合物固化之后,将光伏电池(16)置于连接层(14)上。然而,本发明不限于这一实施方案。可以通过本领域已知的任何合适的装置,布置(例如施加)光伏电池(16),但典型地使用施涂器以连续的模式施加。其他合适的施加装置包括施加力到光伏电池(16)上,使光伏电池(16)与连接层(14)更加完全接触。在一个实施方案中,该方法包括压缩光伏电池(16)和连接层(14)的步骤。认为压缩光伏电池(16)和连接层(14)将最大化二者之间的接触并视需要最大化封装。如上所述,要理解,即使该方法包括压缩步骤,也不需要光伏电池(16)和连接层(14)直接接触。压缩步骤典型地进一步定义为施加真空到光伏电池(16)和连接层(14)上。或者,机械重物,挤压机,或辊压机(例如,压轮)可用于压缩。在一个实施方案中,压缩步骤进一步定义为使用美国临时申请No.61/036748中所述的cell press压缩,在此特意通过参考将其引入。在cell press外部或者cell press内部,可施加连接层(14)和/或可固化的组合物到基片(12)和/或光伏电池(16)上。类似地,可在cell press外部或者cell press内部,在基片(12)和/或光伏电池(16)上或在它们以外固化或预固化可固化的组合物,形成连接层(14)。此外,压缩步骤可进一步定义为层压。再进一步地,该方法可包括施加热量到模件(10)或基片(12)、连接层(14)、光伏电池(16)、第二(18)(或多个)连接层和/或第二基片(20)中的任何一个或所有上的步骤。施加热量可与任何其他步骤结合,或者可在单独的步骤中施加热量。整个方法可以是连续或间歇的,或者可包括连续和间歇步骤的结合。
将光伏电池(16)置于连接层(14)上的步骤可进一步定义为用连接层(14)和/或第二连接层(18)封装至少一部分光伏电池(16)。更具体地,连接层(14)和/或第二连接层(18)可部分或完全封装光伏电池(16)。或者,可在没有任何封装的情况下,简单地将光伏电池(16)置于连接层(14)上。在不打算受限于任何特定理论的情况下,认为至少部分封装将有利于更加有效地制造和更好地利用太阳能光谱,从而导致更大的效率。使用本发明的连接层(14)允许生产具有硅氧烷的光学和化学优势的模件(10)。另外,使用硅氧烷允许形成UV透过连接层(14)且可增加电池效率至少1-5%。使用如上所述的过氧化物催化剂也可提供较好的透明度和增加的固化速度。可使用含硅氧烷的可固化的组合物片材,来组装模件(10)。
在额外的实施方案中,该方法还包括横跨第二基片(20)施加第二基础量的可固化的组合物的步骤。典型地,第二基础量的可固化的组合物的厚度至少等于第三和第四电导线(32,34)的厚度。在各种实施方案中,第二基础量的可固化的组合物的厚度为1-30,1-25,1-20,3-17,5-10,5-25,10-15,10-17,12-15,或10-30mil。
在本发明方法的再一实施方案中,可固化的组合物可进一步定义为薄膜,和施加步骤可进一步定义为施加薄膜。在这一实施方案中,施加薄膜的步骤可进一步定义为使薄膜熔融。或者,可层压薄膜。在再一实施方案中,该方法包括施加保护密封胶和/或框架到模件(10)上的步骤,正如上面所述。
在可供替代的实施方案中,该方法包括通过化学气相沉积或物理溅射施加光伏电池(16)到基片(12)上的步骤。这一步骤可通过本领域已知的任何装置来进行。
该方法也可包括施加第二连接层(18)的步骤。可施加第二连接层(18)到光伏电池(16),第一连接层(14),基片(12)和/或第二基片(20)上。该方法可进一步包括施加第二基片(20)的步骤。第二基片(20)可施加到光伏电池(16),第一连接层(14),基片(12)和/或第二连接层(18)上。
本发明还提供形成模件(10)的方法,其中该模件常常称为“薄膜”模件。在本发明方法的这一实施方案中,模件(10)包括基片(12),置于基片(12)上的连接层(14),光伏电池(16),和各自彼此隔开、置于光伏电池(16)的第一侧上且夹在光伏电池(16)和连接层(14)之间的第一与第二电导线(22,24),和与基片(12)相同或不同的第二基片(20),如上所述。典型地,在这一实施方案中,不要求第二连接层(18)。这一方法典型地包括下述步骤:施加基础量的可固化的组合物到基片(12)上,从而导致在基片(12)上5-25mil的第一厚度,和在第一电导线(22)和基片(12)之间施加第一补充量的可固化的组合物,从而导致在第一电导线(22)周围10-30mil的第二厚度。该方法还典型地包括下述步骤:在第二电导线(24)和基片(12)之间施加第二补充量的可固化的组合物,从而导致在第二电导线(24)周围10-30mil的第三厚度,和在施加该用量形成连接层(12)之后,固化该可固化的组合物。再进一步地,这一方法典型地包括下述步骤:在第二基片(20)上借助化学气相沉积或物理溅射布置光伏电池(14),然后在连接层(12)上布置光伏电池(16),形成模件(10)。在一个实施方案中,该方法还包括下述步骤:在借助化学气相沉积或物理溅射将光伏电池(16)置于第二基片(20)上之后,在光伏电池(16)的第一次侧上布置第一和第二电导线(22,24)。
实施例
根据本发明形成两层连接层(层1和2)。另外,还形成两层对比连接层(对比层1和2),但不是根据本发明。在形成之中和之后,评价层1和2以及对比层1和2中的每一个,以测定粘度、肖氏00硬度计硬度,硬度,穿透深度,和粘性值。除了粘度、肖氏00硬度计硬度,硬度,穿透深度,和粘性值以外,下表1中还列出了形成层1和2以及对比层1和2所使用的配方,其中所有份为重量份,除非另有说明。
表1
Figure BPA00001237975500341
聚合物1是在25℃下粘度为450mPa.s且包括0.46wt%Si-乙烯基键的乙烯基二甲基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷。
聚合物2是粘度为100mPa.s的三甲基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷,其商购于Dow Corning Corporation of Midland,MI。
聚合物3是80wt%聚合物1和20wt%(CH3)3SiO3/2处理过的熔凝硅石的聚合物/填料共混物,其粘度为120,000mPa.s,且具有0.37wt%Si-乙烯基键。
聚合物4是粘度为10mPa.s且具有0.16wt%Si-H键的二甲基氢甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷。
聚合物5是粘度为5mPa.s且包括0.76wt%Si-H键的三甲基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物。
聚合物6是粘度为55,000mPa.s且包括0.09wt%Si-乙烯基键的乙烯基二甲基甲硅烷基封端的聚二甲基硅氧烷。
固化抑制剂是甲基乙烯基环硅氧烷,其粘度为3mPa.s,平均dp为4,数均分子量为344g/mol,且具有31.4wt%Si-乙烯基键。
催化剂1和2是含1,3-二乙烯基-1,1,3,3-四甲基二硅氧烷的铂络合物的铂催化剂。
填料是平均粒度为5微米的石英填料。
颜料是82wt%聚合物1,12wt%ZnO粉末,和6wt%碳黑粉末的共混物,其粘度为20,000mPa.s,且具有0.38wt%Si-乙烯基键。
粘合促进剂是三甲基甲硅烷基-和二甲基乙烯基甲硅烷基-处理过的二氧化硅和有机基官能的硅烷的反应产物,其粘度为25mPa.s。
根据ASTM D4287,使用Brookfield DVIII锥板粘度计,在25℃下进行层1和2以及对比层1和2的粘度测量。更具体地,使用CPE51锭子,测试每一层的0.5g样品,和改变锭子的速度,以保持扭矩在所要求的范围内。
根据ASTM D2240,通过将12g每一层置于44ml铝的称重器皿内,并在100℃下固化每一层10分钟,从而进行硬度计硬度测量。然后从每一固化层中冲切出1英寸(2.54cm)直径的圆盘,并使用肖氏00硬度计分析。
使用商购于Stable Micro Systems的TA-XT2 Texture Analyzer,使用0.5英寸(1.27cm)直径的钢探针,进行硬度测量。在2盎司(oz)玻璃小瓶内,在100℃下固化12g每一未固化层的试样10分钟。使用下述Texture Analyzer试验方法,分析样品:2mm/s预试验和后试验探针速度;1mm/s的试验探针速度;4mm目标距离,60s的保持;和5g力引发值。在4mm的距离处测定最大力的硬度(g)。
使用TA-XT2 Texture Analyzer获得的硬度测量值(g力)和下述方程式,计算穿透深度测量值:穿透深度(mm×10)=5350/g力。使用商购于Precision Scientific of Chicago I1的万能渗透仪,和通过使用Texture Analyzer测量每一层的硬度,从而确定这一关系式。典型地存在79个针对每一层获取的样品测量值。针对79个样品中的每一个,通过用穿透深度乘以来自Texture Analyzer的力(g),然后结果取平均,从而确定5350常数。
使用Stable Micro Systems的TA-XT2 Texture Analyzer,测定粘性值。将直径0.5英寸的不锈钢探针插入到12g每一层的样品内到达4mm的深度,然后以2mm/s的速度收回。在探针与各层分离的过程中,以力-时间曲线下方的总面积形式确定粘性值。力-时间的结果以g.s表达,其中以当力等于0时的时间和当探针离开各层时的时间之间的时间差形式,测量时间。
在形成之后,使用层1和2这二者,组装本发明的模件(模件1-6)。使用对比层1和2,形成对比模件1和2,但没有借助本发明的方法。术语“正面接触”和“背面接触”是本领域众所周知的且是指层1和2或对比层1和2之一置于其上的光伏电池(16)的一侧。
模件1:
模件1包括含玻璃的基片(12),置于基片(12)上的15mil的层1,和置于层1上的“正面接触”的多晶光伏电池(16)。
模件2:
模件2包括含玻璃的基片(12),置于基片(12)上的15mil的层1,和置于层1上的“正面接触”的单晶光伏电池(16)。
模件3:
模件3包括含玻璃的基片(12),置于基片(12)上的10mil的层1,和置于层1上的“背面接触”的单晶光伏电池(16)。
模件4:
模件4包括含玻璃的基片(12),置于基片(12)上的15mil的层2,和置于层1上的“正面接触”的多晶光伏电池(16)。
模件5:
模件5包括含玻璃的基片(12),置于基片(12)上的15mil的层2,和置于层1上的“正面接触”的单晶光伏电池(16)。
模件6:
模件6包括含玻璃的基片(12),置于基片(12)上的10mil的层2,和置于层1上的“背面接触”的单晶光伏电池(16)。
对比模件1:
对比模件1包括含玻璃的基片(12),置于基片(12)上的15mil的对比层1,和置于层1上的“正面接触”的单晶光伏电池(16)。
对比模件2:
对比模件2包括含玻璃的基片(12),置于基片(12)上的15mil的对比层2,和置于层1上的“正面接触”的单晶光伏电池(16)。
在形成之后,评价模件1-6和对比模件1与2中的每一个,分别测定在层1或2或对比层1或2中残留空气量。还评价各模件,以测定基片(12),各层和光伏电池(16)的粘合性。在下表2中列出了这些测定结果,且二者均基于视觉评价。
表2
另外,根据本发明的方法,使用层1和2这二者,评估额外的模件(模件7和8)。此外,使用对比层1和2,形成对比模件3和4。
模件7:
模件7包括含玻璃的基片(12),置于该基片上的层1,单晶光伏电池(16),和各自彼此隔开、置于光伏电池(16)的第一侧上且夹在光伏电池(16)和层1之间的第一与第二电导线(28,30)。更具体地,模件7包括由以上所述的组合物形成且横跨基片(12)布置的5-10mil的层1,在第一电导线(28)和基片(12)之间的10-17mil的层1,从而导致在第一电导线(28)周围厚度为10-17mil的层1,和在第二电导线(30)与基片(12)之间10-17mil的层1,从而导致在第二电导线(30)周围厚度为10-17mil的层1。
模件8:
模件8包括含玻璃的基片(12),置于该基片上的层2,单晶光伏电池(16),和各自彼此隔开、置于光伏电池(16)的第一侧上且夹在光伏电池(16)和层2之间的第一与第二电导线(28,30)。更具体地,模件8包括由以上所述的组合物形成且横跨基片(12)布置的5-10mil的层2,在第一电导线(28)和基片(12)之间的10-17mil的层2,从而导致在第一电导线(28)周围厚度为10-17mil的层2,和在第二电导线(30)与基片(12)之间10-17mil的层2,从而导致在第二电导线(30)周围厚度为10-17mil的层2。
对比模件3:
对比模件3包括含玻璃的基片(12),置于整个基片(12)上的15mil的对比层1,置于层1上的单晶光伏电池(16),和置于该光伏电池(16)上的第一与第二电导线(22,24)。
对比模件4
对比模件4包括含玻璃的基片(12),置于整个基片(12)上的15mil的对比层2,置于层1上的单晶光伏电池(16),和置于光伏电池(16)上的第一与第二电导线(22,24)。
在形成之后,同样评价模件7和8以及对比模件3和4中的每一种,测定层1和2以及对比层1和2内残留空气量,和评价测定基片(12)、各层、光伏电池(16)的粘合性,以及光伏电池(16)是否牢固地布置在模件内。下表3中列出了这些测定结果且以视觉评价为基础。
表3
Figure BPA00001237975500381
如上表2和3所示,本发明的模件1-8不包括捕获在各层内的可见的空气泡。这将增加模件的粘合性和总的稳定性,提供较好的美学性能,降低因缩合导致的潜在腐蚀,和防止因空气泡的光反射导致的效率劣化。本发明的模件还显示出粘合性,即在基片(12)、各层和光伏电池(16)之间的结构稳定性。相反,对比模件1-4没有显示出充足的粘合性以形成统一和功能化模件。在不打算受限于任何特定理论的情况下,认为这是因为存在空气泡和对比层1与2不能充分地“润湿”基片(12)并粘结基片(12)到光伏电池(16)上所致。
另外,本发明的模件允许在其内牢固地布置光伏电池,而对比模件1和2则没有。测定光伏电池是否牢固地布置在模件内的方法以“失败/合格”为基础肉眼测定。在不打算受限于任何特定理论的情况下,认为在模件内光伏电池差的粘合性和缺少牢固度是因为存在空气泡和对比层1与2不能充分地“润湿”基片(12)和粘结基片(12)到光伏电池(16)上所致。
此外,与使用过量对比层1和2形成的对比模件1-4相比,在模件7和8中所使用的层1和2的最小用量和在第一与第二电导线周围有策略地沉积层1和2不仅提供优越的模件,而且允许比较快速和较低成本地生产模件。另外,在第一和第二电导线周围策略性沉积层1和2允许在光伏电池的最小变形下和在压缩时光伏电池没有断裂的情况下形成模件。
以阐述性方式描述了本发明,和要理解所使用的术语打算为描述而不是限制的性质。鉴于上述教导,本发明的许多改性和变化是可能的,和可在具体地描述的以外实践本发明。

Claims (56)

1.一种光伏电池模件,它包括:
A.基片;
B.置于所述基片上的连接层,该连接层的穿透深度为1.1-100mm和粘性值小于-0.6g.s;和
C.置于所述连接层上的光伏电池。
2.权利要求1的光伏电池模件,其中所述连接层具有横跨所述基片变化的厚度。
3.权利要求2的光伏电池模件,其中所述连接层的所述厚度横跨所述基片在1-25mil间变化。
4.权利要求3的光伏电池模件,其中所述连接层的所述厚度横跨所述基片在5-25mil间变化。
5.前述任何一项权利要求的光伏电池模件,进一步包括各自彼此隔开、置于所述光伏电池的第一侧上且夹在所述光伏电池和所述连接层之间的第一和第二电导线,和其中所述连接层在所述第一电导线和所述基片之间的厚度为10-30mil,和在所述第二电导线和所述基片之间的厚度为10-30mil,和横跨所述基片的其余部分的厚度为5-25mil。
6.权利要求5的光伏电池模件,其中横跨所述基片的其余部分的所述厚度进一步定义为5-7mil。
7.权利要求6的光伏电池模件,其中在所述第一和第二电导线与所述基片之间的所述厚度各自独立地进一步定义为12-15mil。
8.前述任何一项权利要求的光伏电池模件,进一步包括与所述连接层相同或不同且置于所述光伏电池上的第二连接层。
9.权利要求8的光伏电池模件,进一步包括置于所述第二连接层上的第二基片。
10.权利要求9的光伏电池模件,其中所述电池模件进一步包括各自彼此隔开且置于与所述第一侧相对的所述光伏电池的第二侧上的第三和第四电导线,和其中所述第三和第四电导线夹在所述光伏电池和所述第二连接层之间。
11.权利要求10的光伏电池模件,其中所述第二连接层的厚度至少等于所述第三和第四电导线的厚度。
12.权利要求10的光伏电池模件,其中所述第二连接层的厚度为5-25mil。
13.权利要求5的光伏电池模件,其中所述电池模件进一步包括与所述基片相同或不同的第二基片,和光伏电池借助化学气相沉积或物理溅射进一步置于第二基片上。
14.前述任何一项权利要求的光伏电池模件,其中所述连接层基本上不含残留空气。
15.前述任何一项权利要求的光伏电池模件,其中所述连接层由可固化的组合物形成。
16.权利要求15的光伏电池模件,其中所述可固化的组合物是液体。
17.权利要求16的光伏电池模件,其中所述可固化的组合物包含碳原子且基本上不包含含硅原子的化合物。
18.权利要求15的光伏电池模件,其中所述可固化的组合物包含硅原子。
19.权利要求18的光伏电池模件,其中所述可固化的组合物通过氢化硅烷化固化。
20.权利要求15的光伏电池模件,其中所述可固化的组合物包含具有与硅键合的氢原子的交联剂和具有链烯基的二有机基聚硅氧烷,和在所述交联剂中的与硅键合的氢原子与所述二有机基聚硅氧烷中的链烯基的摩尔比小于0.9。
21.权利要求15的光伏电池模件,其中所述可固化的组合物包含具有下述平均单元式的二有机基聚硅氧烷:
(R′3SiO1/2)x(R′2SiO2/2)y(R′SiO3/2)z
其中x和y是正数,z大于或大于0,和每一R′独立地为单价基团。
22.权利要求15-21任何一项的光伏电池模件,其中所述可固化的组合物包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,聚氨酯,乙烯四氟乙烯,聚氟乙烯,聚对苯二甲酸乙二酯及其组合中的至少一种。
23.前述任何一项权利要求的光伏电池模件,其中所述连接层进一步定义为薄膜。
24.前述任何一项权利要求的光伏电池模件,其中1.1-100mm的穿透深度和小于-0.6g.s的粘性值是在室温下测定的。
25.一种光伏阵列,它包括至少两个前述任何一项权利要求的光伏电池模件。
26.一种形成光伏电池模件的方法,所述模件包括基片、由可固化的组合物形成的连接层、和光伏电池,其中所述方法包括下述步骤:
A.在基片上布置穿透深度为1.1-100mm和粘性值小于-0.6g.s的连接层;
B.在该连接层上布置光伏电池,形成光伏电池模件。
27.权利要求26的方法,其中光伏电池模件进一步包括彼此隔开、置于光伏电池的第一侧上且夹在光伏电池和连接层之间的第一和第二电导线。
28.权利要求27的方法,其中布置连接层的步骤进一步定义为:
A.在基片上施加基础量的可固化的组合物,导致在基片上5-25mil的第一厚度;
B.在第一电导线和基片之间施加第一补充量的可固化的组合物,导致在第一电导线周围10-30mil的第二厚度;
C.在第二电导线和基片之间施加第二补充量的可固化的组合物,导致在第二电导线周围10-30mil的第三厚度;和
D.在施加各用量之后,固化可固化的组合物,形成连接层。
29.权利要求28的方法,其中第一厚度进一步定义为横跨整个基片,施加第一补充量的可固化的组合物的步骤进一步定义为在第一厚度上施加第一补充量,和施加第二补充量的步骤进一步定义为在第一厚度上施加第二补充量。
30.权利要求29的方法,其中第一厚度进一步定义为5-7mil。
31.权利要求30的方法,其中第二和第三厚度各自独立地进一步定义为12-15mil。
32.权利要求28-31任何一项的方法,其中按序进行所述施加第一和第二补充量的可固化的组合物的步骤。
33.权利要求28-31任何一项的方法,其中同时进行所述施加第一和第二补充量的可固化的组合物的步骤。
34.权利要求28-33任何一项的方法,其中在施加基础量的可固化的组合物的步骤之后,进行所述施加第一和第二补充量的可固化的组合物的步骤。
35.权利要求28-31任何一项的方法,其中在施加基础量的可固化的组合物的步骤之前,进行所述施加第一和第二补充量的可固化的组合物的步骤。
36.权利要求28-31任何一项的方法,其中电池模件进一步包括与所述连接层相同或不同且置于光伏电池上的第二连接层,置于第二连接层上的第二基片,以及彼此隔开且置于与第一侧相对的光伏电池的第二侧上的第三和第四电导线,其中第三和第四电导线夹在光伏电池和第二连接层之间,和其中该方法进一步包括横跨第二基片施加第二基础量的可固化的组合物的步骤。
37.权利要求36的方法,其中第二基础量的可固化的组合物的厚度至少等于第三和第四电导线的厚度。
38.权利要求36的方法,其中第二基础量的可固化的组合物的厚度为5-25mil。
39.权利要求36-38任何一项的方法,进一步包括借助化学气相沉积或物理溅射在第二基片上布置光伏电池的步骤。
40.权利要求39的方法,进一步包括在第二基片上布置光伏电池之后在光伏电池的第一侧上布置第一和第二电导线的步骤。
41.权利要求26的方法,其中在基片上布置连接层的步骤进一步定义为在基片上布置可固化的组合物并固化在基片上的可固化的组合物,形成连接层。
42.权利要求41的方法,其中可固化的组合物进一步定义为液体,和在基片上布置可固化的组合物的步骤进一步定义为在基片上布置液体和固化在基片上的液体,形成连接层。
43.权利要求26的方法,其中该方法进一步包括在于基片上布置连接层的步骤之前固化可固化的组合物形成连接层的步骤。
44.权利要求26的方法,其中该方法进一步包括在于基片上布置连接层的步骤之前施加可固化的组合物到光伏电池上和固化在光伏电池上的可固化的组合物形成连接层的步骤。
45.权利要求26的方法,其中连接层进一步定义为薄膜,和布置连接层的步骤进一步定义为施加薄膜到基片上。
46.权利要求45的方法,其中施加薄膜到基片上的步骤进一步定义为使薄膜熔融在基片上。
47.权利要求41-46任何一项的方法,进一步包括通过化学气相沉积或物理溅射施加光伏电池到基片上的步骤。
48.权利要求26-47任何一项的方法,进一步包括压缩光伏电池和连接层的步骤。
49.权利要求48的方法,其中压缩步骤进一步定义为施加真空到光伏电池和连接层上。
50.权利要求26-49任何一项的方法,其中可固化的组合物包含硅原子。
51.权利要求50的方法,其中可固化的组合物通过氢化硅烷化固化。
52.权利要求51的方法,其中可固化的组合物包含具有与硅键合的氢原子的交联剂和具有链烯基的二有机基聚硅氧烷,且交联剂中与硅键合的氢原子与二有机基聚硅氧烷中链烯基的摩尔比小于0.9。
53.权利要求26-52任何一项的方法,其中可固化的组合物包含具有下述平均单元式的二有机基聚硅氧烷:
(R′3SiO1/2)x(R′2SiO2/2)y(R′SiO3/2)z
其中x和y是正数,z大于或大于0,和每一R′独立地为单价基团。
54.权利要求26-49任何一项的方法,其中可固化的组合物包含碳原子且基本上不包含含硅原子的化合物。
55.权利要求26-54任何一项的方法,其中在连接层上布置光伏电池的步骤进一步定义为用连接层封装至少部分光伏电池。
56.权利要求26-55任何一项的方法,其中1.1-100mm的穿透深度和小于-0.6g.s的粘性值是在室温下测定的。
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