TW201411868A - 太陽能電池模組之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種耐久性優異之太陽能電池模組之製造方法。該製造方法包含下列步驟:於兩片面板之各單面上除其面之外圍部分,塗佈硬化性聚矽氧凝膠組成物並硬化,形成以JIS K2220測量之針入度為30~200之聚矽氧凝膠硬化膜之步驟;於其一面板之聚矽氧凝膠硬化膜形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分設置由丁基橡膠系熱可塑性密封材所成,且比聚矽氧凝膠硬化膜更厚之密封構件,並且於該聚矽氧凝膠硬化膜上配置太陽能電池元件之步驟;使另一面板之聚矽氧凝膠硬化膜形成面面向太陽能電子元件,於未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分中密封構件所抵接之位置,以使藉聚矽氧凝膠硬化膜彼此夾持太陽能電池元件之方式配置另一面板之步驟;及在真空下邊加熱上述兩片面板邊按壓而封裝太陽能電池元件之步驟。
Description
本發明係關於將太陽能電池元件進行樹脂封裝而成之太陽能電池模組之製造方法。
著眼於作為確保太陽能電池模組之高效率化及超過20年至30年之長期信賴性之對策的密封材之報告或提案已被提出。就高效率化方面而言,目前已報導與封裝材主流的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(以下簡稱為EVA)比較,聚矽氧材料基於波長300~400nm附近之光透過率特性之內部量子效率之優異性(參照例如非專利文獻1),或實際上亦已報導於封裝材中使用EVA與聚矽氧材料時之輸出電力之比較實驗(參照例如非專利文獻2)。
其來龍去脈係在1970年代前半已使用原有之聚矽氧材料作為封裝材達成宇宙用之太陽能電池之製作,但其在製造用於地上用途時,由於有聚矽氧材料之成本問題或封裝時之作業性之問題,故當時置換為以低成本且可以薄膜供給之EVA。
然而,近年來在重新密切注意於太陽能電池之高效率
化或長期信賴性之同時,聚矽氧材料作為封裝材之性能,例如低模數性、高透明性、高耐候性等被重新檢視,因而亦提案出使用聚矽氧材料之各種新的封裝方法。
例如,特表2009-515365號公報(專利文獻1)中,提案以有機聚矽氧烷主體之熱熔融型薄片之封裝。然而,加工成維持高透明性狀態之薄片狀有其困難,例如為了加工成1mm左右之厚度,因其「脆度」故而受限於注模法或加壓法等之加工方法,而無法量產。另外,為了改善「脆度」而混合填料等填充材雖可提高成形性,但此舉會有無法保持高透明性之缺點。另外,特表2007-527109號公報(專利文獻2)中提案在塗佈於基板上之液體聚矽氧材料上或液體聚矽氧材料中,藉由多軸機械臂(robot)配置經連接之太陽能電池,隨後使液體聚矽氧材料硬化而不使氣泡進入下進行封裝。且,特表2011-514680號公報(專利文獻3)中提案使用具有可移動之面板之單元加壓機,藉由在真空下配置太陽能電池單元而不使氣泡進入下進行封裝。然而,任一種方法,均未提及對該太陽能電池模組之端面之處理,尤其是使用聚矽氧時,基於其透濕性而有水分混入之顧慮,且任一種方法均與過去之太陽能電池之封裝方法有較大差異,而有以現有量產裝置無法處理之可能性。
另外,國際公開第2009/091068號(專利文獻4)中提案於玻璃基板上配置封裝劑、太陽能電池元件、聚矽氧液狀物質,最後重疊上背面保護基板成為暫時層合
體,且於室溫真空下加壓密著而進行密封之方法,但該方法會有對太陽能電池模組之實用尺寸難以進展之可能性。
另外,特開2011-231309號公報(專利文獻5)中揭示將密封組成物配置於玻璃周邊部之厚度方向,接著將EVA等樹脂配置於上述密封組成物之內側,並在減壓下加熱壓著之複層玻璃及太陽能電池面板之封裝方法。然而,以該方法加熱壓著時,因熔融之EVA自玻璃之周邊部分滲出而有妨礙密封組成物對玻璃之接著性能之可能性。
[專利文獻1]特表2009-515365號公報
[專利文獻2]特表2007-527109號公報
[專利文獻3]特表2011-514680號公報
[專利文獻4]國際公開第2009/091068號
[專利文獻5]特開2011-231309號公報
[非專利文獻1]S. Ohl, G. Hahn,”Increased internal quantum efficiency of encapsulated solar cell by using two-component silicone as Encapsulant material”, Proc. 23rd, EU PVSEC Valencia (2008), pp.2693-2697
[非專利文獻2]Barry Ketola, Chris Shirk, Philip
Griffith, Gabriela Bunea, ”DEMONSTRATION OF THE BENEFITS OF SILICONE ENCAPSULATION OF PV MODULES IN A LARGE SCALE OUTDOOR ARRAY”, Dow Corning Corporation
本發明係鑑於上述情況而完成者,其目的係提供一種太陽能電池模組之製造方法,其係使用硬化性聚矽氧凝膠組成物作為封裝材封裝太陽能電池元件時不使氣泡進入,且可使用過去之太陽能電池模組之製造裝置不使太陽能電池元件損傷地進行封裝,進而可防止水分自太陽能電池模組之端面浸入,而製造耐久性優異之太陽能電池模組。
為達成上述目的,本發明提供下述太陽能電池模組之製造方法。
[1]一種太陽能電池模組之製造方法,其係將由半導體基板所成之太陽能電池元件經樹脂封裝在兩片面板之間,製造太陽能電池模組之太陽能電池模組之製造方法,其特徵為包含下列步驟:(i)於兩片面板之各單面上除其面之外圍部分,塗佈硬化性聚矽氧凝膠組成物,經硬化,形成以JIS K2220
測量之針入度為30~200之聚矽氧凝膠硬化膜之步驟,(ii)於其一面板之聚矽氧凝膠硬化膜形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分設置由丁基橡膠系熱可塑性密封材所成,且比上述聚矽氧凝膠硬化膜更厚之密封構件,並且於該聚矽氧凝膠硬化膜上配置太陽能電池元件之步驟,(iii)使另一面板之聚矽氧凝膠硬化膜形成面面向上述太陽能電池元件,於未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分上述密封構件所抵接之位置,以使藉聚矽氧凝膠硬化膜彼此夾持上述太陽能電池元件之方式配置另一面板之步驟,及(iv)在真空下邊加熱上述兩片面板邊按壓而封裝上述太陽能電池元件之步驟。
[2]如上述[1]所記載之太陽能電池模組之製造方法,其中上述硬化性聚矽氧凝膠組成物含有下列成分:(A)以下述平均組成式(1)表示之1分子中具有至少1個與矽原子鍵結之烯基之有機聚矽氧烷:100質量份RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)(式中,R為烯基,R1為不具有脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之碳數1~10之一價烴基,a為0.0001~0.2之正數,b為1.7~2.2之正數,a+b為1.9~2.4),(B)1分子中含有至少2個鍵結於矽原子之氫原子之有機氫聚矽氧烷:相對於(A)成分之鍵結於矽原子之烯基1莫耳,鍵結於矽原子之氫原子為0.3~2.5倍莫耳之
量,(C)加成反應觸媒:觸媒量。
[3]如[2]所記載之太陽能電池模組之製造方法,其中(B)成分之有機氫聚矽氧烷之平均聚合度為40~400。
[4]如[1]~[3]中任一項所記載之太陽能電池模組之製造方法,其中上述聚矽氧凝膠硬化膜之膜厚為200~1,000μm。
[5]如[1]~[4]中任一項所記載之太陽能電池模組之製造方法,其中上述(ii)步驟中,將預先形成帶狀或細繩狀之密封構件配置在其一面板之聚矽氧凝膠硬化膜形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分。
[6]如[1]~[5]中任一項所記載之太陽能電池模組之製造方法,其中上述(iv)步驟中,在真空下將上述兩片面板加熱至100~150℃。
[7]如[1]~[6]中任一項所記載之太陽能電池模組之製造方法,其中上述(iv)步驟係利用真空層合裝置進行者。
[8]如[1]~[7]中任一項所記載之太陽能電池模組之製造方法,其中上述兩片面板為白板強化玻璃基板。
依據本發明之太陽能電池模組之製造方法,由於以兩片面板分別形成針入度大之聚矽氧凝膠硬化膜,在真空下夾住太陽能電池元件,經按壓故不會使氣泡進
入,且不會使太陽能電池元件損傷,而可封裝該太陽能電池元件。另外,由於在面板面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分設置由丁基橡膠系熱可塑性密封材所成之密封構件,故可邊加熱上述兩片面板邊按壓,使密封構件固著於兩片面板上,且使內部之聚矽氧凝膠硬化膜予以密封,可防止水分等之氣體自太陽能電池模組之端面浸入,可實現耐久性高之太陽能電池模組。且,依據該製造方法,由於可使用過去之使用EVA薄膜之太陽能電池模組製造裝置的真空層合裝置,故可不需準備新的層合用之裝置,即可製造太陽能電池模組。
尤其今後,於太陽能電池元件之厚度成為100μm以下時,依據本發明,在層合其太陽能電池元件時,由於以於低模數、低硬度具有耐候性之聚矽氧硬化膜進行封裝,故可實現作為太陽能電池模組之進一步之光電轉換高效率化,亦可維持長期信賴性。
1a、1b‧‧‧面板
2‧‧‧聚矽氧凝膠硬化膜
3‧‧‧密封構件
4‧‧‧太陽能電池元件
5‧‧‧框架構件
圖1係顯示於兩片面板上形成聚矽氧凝膠硬化膜之狀態之剖面圖。
圖2係顯示於其一面板之面板面之外圍部分上設置密封材,同時於聚矽氧凝膠硬化膜上配置太陽能電池元件之狀態之剖面圖。
圖3係顯示以挾住太陽能電池元件之方式於其一面板
之上方配置另一面板之狀態之剖面圖。
圖4係顯示藉由以真空層合裝置進行之層合處理而封裝太陽能電池元件之狀態之剖面圖。
圖5為顯示經加框架(flaming)處理之太陽能電池模組之構成之剖面圖。
以下,針對本發明之太陽能電池模組之製造方法之較佳樣態,邊參照圖面邊加以說明。
圖1係於兩片面板上塗佈‧硬化硬化性聚矽氧凝膠組成物之層的剖面之一例,圖2為於其一片面板上之聚矽氧凝膠硬化膜上配置太陽能電池元件,且於面板面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分立設密封構件者之剖面之一例。且,圖3係於圖2所示之面板上方配置塗佈硬化有聚矽氧凝膠組成物之另一片面板之狀態之一例。圖4係針對圖3所示之兩片面板進行真空層合處理之狀態之一例。圖5係以框架構件固定兩片面板端面之狀態之一例。
首先,如圖1所示,於透明構件之面板的兩片面板1a、1b之各單面上塗佈硬化性聚矽氧凝膠組成物並使硬化,形成聚矽氧凝膠硬化膜2。
此處,面板1a為成為太陽光入射側之透明構件,必須為具有以透明性、耐候性、耐衝擊性為代表之於
屋外使用之長期信賴性之構件。列舉為例如,白板強化玻璃、丙烯酸系樹脂、氟樹脂或聚碳酸酯樹脂等,尤其以厚度3~5mm左右之白板強化玻璃較佳。
面板1b為太陽光入射之相對側之面板,要求可使太陽能電池元件之溫度有效地散熱,至於材料列舉為玻璃材、合成樹脂材、金屬材或該等之複合構件。至於玻璃材之例列舉為青板玻璃、白板玻璃或強化玻璃等,至於合成樹脂材列舉為丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯(PC)樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)樹脂或環氧樹脂等。且至於金屬材列舉為銅、鋁或鐵等,至於複合材列舉為擔持二氧化矽以及氧化鈦、氧化鋁、氮化鋁等具有高導熱性之材料的合成樹脂等。
又,藉由使用與使太陽光入射之面板1a一起具有透明性之構件作為太陽光入射之相對側之面板1b,可使太陽光之直射光及散射光之一部分透過到太陽光入射之相對側,在設置於例如草原上等時,太陽能電池模組之入射面與相對側之終究原本為背陰之部分由於亦照射一部份太陽光而促進植物之生長,亦可利用於家畜之放牧等。
聚矽氧凝膠硬化膜2之以透明性、耐候性為代表之於屋外使用之20年以上之長期信賴性係必要,因此必須為紫外線耐性高、低模數、且與上述面板1a、1b之密著性良好。
該聚矽氧凝膠硬化膜2之形成中使用之硬化性聚矽氧凝膠組成物,其交聯方法可為濕氣硬化型、UV
硬化型、有機過氧化物硬化型、使用鉑觸媒之加成硬化型之任一種,但較好為由沒有副產物,變色少之加成硬化型聚矽氧組成物所成。
亦即,本發明所用之硬化性聚矽氧凝膠組成物較好含有下列成分:(A)以下述平均組成式(1)表示之1分子中具有至少1個與矽原子鍵結之烯基之有機聚矽氧烷:100質量份
RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)
(式中,R為烯基,R1為不具有脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之碳數1~10之一價烴基,a為0.0001~0.2之正數,b為1.7~2.2之正數,a+b為1.9~2.4),(B)1分子中含有至少2個鍵結於矽原子之氫原子之有機氫聚矽氧烷:相對於(A)成分之鍵結於矽原子之烯基1莫耳,鍵結於矽原子之氫原子為0.3~2.5倍莫耳之量,(C)加成反應觸媒:觸媒量。
(A)成分為該組成物之主劑(基底聚合物),為以上述平均組成式(1)表示之1分子中具有至少1個鍵結於矽原子之烯基之有機聚矽氧烷。
上述式(1)中,R係獨立且通常為碳原子數2~6,較好2~4,更好2~3之烯基。其具體例列舉為乙烯基、烯丙基、丙烯基、異丙烯基、丁烯基、異丁烯基等,較好為乙烯基。
R1獨立為不含脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基,其碳原子數通常為1~10,較好為1~6。其具體例列舉為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第三丁基、戊基、己基、環己基、辛基、癸基等直鏈狀、分支狀或環狀之烷基;苯基、甲苯基等芳基;苄基、苯乙基等芳烷基;該等基之氫原子之一部分或全部經氯、溴、氟等鹵原子取代之氯甲基、3,3,3-三氟丙基等。其中就容易合成而言,以甲基、苯基或3,3,3-三氟丙基較佳。鑑於耐UV特性時以甲基最佳。
且,a必須為0.0001~0.2之正數,較好為0.0005~0.1之正數。b必須為1.7~2.2之正數,較好為1.9~2.02之正數。但,a+b須滿足1.9~2.4之範圍,較好為1.95~2.05之範圍。
本成分必須為1分子中具有至少1個,較好2個以上之鍵結矽原子之烯基,更好2~50個,又更好2~10個。只要以滿足該鍵結矽原子之烯基之條件之方式選擇上述a及b之值即可。
本成分之有機聚矽氧烷之分子構造並無特別限制,可為直鏈狀,亦可為例如含RSiO3/2單位、R1SiO3/2單位、SiO2單位(R、R1係與上述相同)等之分支狀,但較好為以下述通式(1a)表示之有機聚矽氧烷,亦即主鏈基本上由二有機矽氧烷單位之重複構成,且分子鏈兩末端以三有機矽氧烷基封端之直鏈狀之二有機聚矽氧烷:
(式中,R2獨立為不含脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基,R3獨立為不含脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基或烯基,但至少1個,較好2個以上之R3為烯基,分子鏈兩末端之R3均為烯基時,k為40~1,200之整數,m為0~50之整數,n為0~50之整數,分子鏈兩末端之R3並非均為烯基時,k為40~1,200之整數,m為1~50之整數,n為0~50之整數,但m+n為1以上)。
上述式(1a)中,以R2表示之獨立為不含脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基通常為碳原子數1~10,較好為1~6者。其具體例列舉為於R1中例示者。其中就容易合成而言,以甲基、苯基或3,3,3-三氟丙基較佳。
且,以R3表示之烯基以外之不含脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基通常為碳原子數1~10,較好1~6者。其具體例列舉為於R1中例示者,其中就容易合成而言,以甲基、苯基或3,3,3-三氟丙基較佳。以R3表示之烯基通常為碳原子數2~6,較好2~4,更好2~3者。其具體例列舉為乙烯基、烯丙基、丙烯基、異
丙烯基、丁烯基、異丁烯基等,較好為乙烯基。
上述式(1a)中,分子鏈兩末端之R3均為烯基時,k為40~1,200之整數,m為0~50之整數,n為0~50之整數,較好k為100~1,000之整數,m為0~40之整數,n為0。且,分子鏈末端之R3並非均為烯基時,k為40~1,200之整數,m為1~50之整數,n為0~50之整數,較好k為100~1,000之整數,m為2~40之整數,n為0。
以上述式(1a)表示之有機聚矽氧烷列舉為例如兩末端二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷、兩末端二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩末端二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端二甲基乙烯基矽氧基封端之甲基三氟丙基聚矽氧烷、兩末端二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷共聚物、兩末端二甲基乙烯基矽氧烷基封端之二甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽氧烷基封端之二甲基矽氧烷‧乙烯基甲基矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧乙烯基甲基矽氧烷、二苯基矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽氧烷基封端之乙烯基甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷共聚物、末端三甲基矽氧基‧二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷、末端
三甲基矽氧基‧二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物、末端三甲基矽氧基‧二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、末端三甲基矽氧基‧二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧二苯基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物、末端三甲基矽氧基‧二甲基乙烯基矽氧基封端之甲基三氟丙基聚矽氧烷、末端三甲基矽氧基‧二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷共聚物、末端三甲基矽氧基‧二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩末端甲基二乙烯基矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷、兩末端甲基二乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩末端甲基二乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端甲基二乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端甲基二乙烯基矽氧基封端之甲基三氟丙基聚矽氧烷、兩末端甲基二乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷共聚物、兩末端甲基二乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩末端三乙烯基矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷、兩末端三乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物、兩末端三乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端三乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷‧二苯基矽
氧烷共聚物、兩末端三乙烯基矽氧基封端之甲基三氟丙基聚矽氧烷、兩末端三乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷共聚物、兩末端三乙烯基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基三氟丙基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧烷共聚物等。
本成分之有機聚矽氧烷之黏度並無特別限制,就組成物之處理作業性、所得凝膠硬化物之強度及流動性良好之觀點而言,較好為50~100,000mPa‧s,更好為100~10,000mPa‧s。又,黏度係使用旋轉度計在25℃測定之值(以下同)。
接著,(B)成分為與上述(A)成分反應而作為交聯劑之作用者。該(B)成分為1分子中具有至少2個鍵結於矽原子之氫原子(亦即,SiH基(氫矽烷基))之有機氫聚矽氧烷。該有機氫聚矽氧烷之1分子中具有之鍵結於矽原子之氫原子較好為2~30個,更好為2~10個,最好為2~5個。
本成分之有機氫聚矽氧烷中含有之鍵結於矽原子之氫原子可位於分子鏈末端及分子鏈途中之任一位置,亦可為位於該二者。且,其分子構造並無特別限制,為直鏈狀、環狀、分支狀及三次元網狀構造(樹枝狀)之任一者均可。
本成分之有機氫聚矽氧烷1分子中之矽原子數(亦即,平均聚合度)通常為20~1,000個,但就使組成物之處理作業性及所得凝膠硬化物之特性(低彈性率、
低應力)變得良好之觀點而言,較好為40~1,000個,更好為40~400個,又更好為60~300個,最好為100~300個,又最好為160~300個。又,本發明中所稱之平均聚合度為凝膠滲透層析儀分析(GPC)(溶劑:甲苯)中之聚苯乙烯換算之重量平均聚合度(以下同)。
又,本成分之有機氫聚矽氧烷之黏度通常為10~100,000mPa‧s,較好為20~10,000mPa‧s,更好為50~5,000mPa‧s,較好使用在室溫(25℃)為液狀者。
又,本成分之有機氫聚矽氧烷較好使用以下述平均組成式(2)表示者:R4 cHdSiO(4-c-d)/2 (2)
(式中,R4獨立為不含脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基,c為0.7~2.2之正數,d為0.001~0.5之正數,但c+d為0.8~2.5)。
上述式(2)中,R4獨立為不含脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之一價烴基,其碳原子數通常為1~10,較好為1~6。其具體例列舉為甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第三丁基、戊基、新戊基、己基、環己基、辛基、壬基、癸基等直鏈狀、分支狀或環狀烷基;苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基等芳基;苄基、苯乙基、苯丙基等芳烷基;該等基之氫原子之一部分或全部經氯、溴、氟等鹵原子取代之3,3,3-三氟丙基等。其中較好為烷基、芳基、3,3,3-三氟丙基,更好為甲基、苯基、3,3,3-三氟丙基。
且,c較好為1.0~2.1之正數,d較好為0.001~0.1之正數,更好為0.005~0.1之正數,又更好為0.005~0.05之正數,最好為0.005~0.03之正數,又,c+d較好滿足1.0~2.5之範圍,最好滿足1.5~2.2之範圍。
至於以上述式(2)表示之有機氫聚矽氧烷列舉為例如甲基氫矽氧烷‧二甲基矽氧烷環狀共聚物、兩末端三甲基矽氧基封端之甲基氫聚矽氧烷、兩末端三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物、兩末端二甲基氫矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷、兩末端二甲基氫矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽氧基封端之甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、兩末端三甲基矽氧基封端之甲基氫矽氧烷‧二苯基矽氧烷‧二甲基矽氧烷共聚物、兩末端二甲基氫矽氧基封端之甲基氫矽氧烷‧二甲基矽氧烷‧二苯基矽氧烷共聚物、由(CH3)2HSiO1/2單位與(CH3)3SiO1/2單位與SiO4/2單位所成之共聚物、由(CH3)2HSiO1/2單位與SiO4/2單位所成之共聚物、由(CH3)2HSiO1/2單位與(C6H5)SiO3/2單位與所SiO4/2單位所成之共聚物等。
本成分之調配量相對於(A)成分100質量份,至少為1質量份,較好至少為3質量份。考慮上限時,較好為15~500質量份,更好為20~500質量份,又更好為30~200質量份。本成分之調配量滿足上述條件之同時,(A)成分中鍵結於矽原子之烯基每1莫耳,本成分中之鍵結矽原子之氫原子須為0.3~2.5倍莫耳之量,較好
為0.5~2倍莫耳,更好為0.6~1.5倍莫耳之量。其調配量少於1質量份時,所得硬化膜成為容易發生滲油者。鍵結矽原子之氫原子少於0.3倍莫耳時,交聯密度過低,會有無法使所得組成物硬化,或即使硬化則硬化物之耐熱性亦低之情況,多於2.5倍莫耳時,會發生因脫氫反應產生發泡之問題,且有所得硬化物之耐熱性降低,發生滲油之情況。
另外,(C)成分係作為用於促進上述(A)成分中之鍵結於矽原子之烯基與上述(B)成分中之鍵結於矽原子之氫原子之加成反應之觸媒使用者。該(C)成分為鉑系觸媒(鉑或鉑系化合物),可使用習知者。其具體例例示為鉑黑、氯化鉑酸、氯化鉑酸等之醇改質物;氯化鉑酸與烯烴、醛類、乙烯基矽氧烷或乙炔醇類等之錯合物等。
本成分之調配量為有效量(觸媒量)即可,可依據所需之硬化速度適當增減,但通常相對於(A)成分及(B)成分之合計量,以鉑原子之質量計通常為0.1~1,000ppm,較好為1~300ppm之範圍。該調配量過多時會有所得硬化物之耐熱性降低之情況。
本發明中使用之硬化性聚矽氧凝膠組成物係依據常用方法混合上述(A)~(C)成分(調配任意成分時亦包含任意成分)之組成物而調製。此時,亦可視需要將混合之成分分割成2份或其以上之份數而混合,例如亦可分割成由(A)成分之一部分及(C)成分所成之份,
與由(A)成分之剩餘部分及(B)成分所成之份且經混合。
如下述般將如此獲得之硬化性聚矽氧凝膠組成物塗佈於使上述太陽光入射之透明構件的面板1a及上述太陽光入射之相對側之面板1b之各單面上並硬化,形成聚矽氧凝膠硬化膜2。
至於塗佈方法可使用噴霧塗佈法、簾流塗佈法、刮刀塗佈法、網版塗佈法等之任一種方法。
此時,較好以使硬化後之聚矽氧凝膠硬化膜2之膜厚成為200~1,000μm之方式調整塗佈量,更好成為300~800μm之範圍。膜厚比200μm薄時,無法發揮低模數、低硬度之聚矽氧凝膠硬化膜之特徵,於將由半導體基板所成之太陽能電池元件夾持在面板間而製造的步驟中,會有於太陽能電池元件上產生龜裂,尤其是在產生溫度升降之屋外環境下,無法吸收太陽能電池元件表面之與配線連接部之線膨脹係數及模數之差異,而有導致太陽能電池元件脆化之可能性。另一方面,膜厚比1,000μm厚時,硬化需要時間,且硬化性聚矽氧凝膠組成物之使用量亦增加而有成本提高之可能性。
接著,將硬化性聚矽氧凝膠組成物塗佈於面板1a、
1b上後,以常用方法在80~150℃間進行硬化處理5~30分鐘,而於面板1a、1b上形成聚矽氧凝膠硬化膜2。
如以上所形成之聚矽氧凝膠硬化膜2之以JIS K2220所規定之1/4錐體進行之針入度為30~200,較好為40~150之範圍。針入度小於30時,無法發揮低模數、低硬度之聚矽氧凝膠硬化物之特徵,於由半導體基板所成之太陽能電池元件夾持在面板間而製造之步驟中,會有於太陽能電池元件上產生龜裂,尤其是在產生溫度升降之屋外環境下,無法吸收太陽能電池元件表面之與配線連接部之線膨脹係數及模數之差異,而有導致太陽能電池元件脆化之可能性。另一方面,針入度超過200時,無法保持作為聚矽氧凝膠硬化物之形態而會流動。
又,塗佈於面板1a、1b時,必須在上述面板塗佈面(亦即,聚矽氧凝膠硬化膜形成面)之外圍部分,以例如寬度5~20mm之邊框狀形成未塗佈硬化性聚矽氧凝膠組成物之部分。其理由為,於該未塗佈部分配置後續步驟中必要之由丁基橡膠系熱可塑性密封材所成之密封構件,但若僅於該配置部分殘留聚矽氧凝膠組成物(聚矽氧材料),則成為密封構件與面板之密著性差之原因,進而因水分浸入其密著不良部分而威脅到太陽能電池模組之長期信賴性之故。就在面板塗佈面之外圍部分形成未塗佈之部分而言,亦可在塗佈硬化性聚矽氧凝膠組成物之前預先於面板面之外圍部分上以遮蔽帶遮蔽成邊框狀,而不使硬化性聚矽氧凝膠組成物附著。
接著,如圖2所示,在其一面板1a之聚矽氧凝膠硬化膜之形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜2之外圍部分上,設置由丁基橡膠系熱可塑性密封材所成之比聚矽氧凝膠硬化膜2厚之密封構件3,同時於該聚矽氧凝膠硬化膜2上配置太陽能電池元件4。
此處,密封構件3係由丁基橡膠系熱可塑性密封材所成者,可為一般市售之丁基橡膠系之密封材,但由於後續步驟中真空層合處理時會施加100~150℃之溫度,故較好為在該溫度區域中可保持形狀之熱熔融型密封材,較好使用例如橫濱橡膠製之太陽光發電模組用密封材「M-155P」。
設置密封構件3時,可於面板1a之聚矽氧凝膠硬化膜形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜2之外圍部分,利用熱熔融塗佈器塗佈丁基橡膠系熱可塑性密封材之形態設置,亦可為配置預先將丁基橡膠系熱可塑性密封材加工成帶狀或細繩狀者。
太陽能電池元件4係使用由單晶矽或多晶矽中選出之1種或2種矽材料(矽基板)所製作之太陽能電池單元,通常以2~60個太陽能電池單元彼此以接線(tab)等之互連器電性串聯連接而構成太陽能電池單元串列(strings)。且,太陽能電池元件4較好為兩面受光型,該情況下,面板1a、1b均成為透明者。
本步驟中,將上述密封構件3以邊框狀配置在成為太陽光入射面側之面板1a之聚矽氧凝膠硬化膜形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜2之外圍部分後,使太陽能電池元件4之入射面側朝向下側(面板1a側),將該太陽能電池元件4配置在聚矽氧凝膠硬化膜2上(圖2)。又,亦可針對成為太陽光入射之相對側之面板1b施以本步驟之處理,該情況下將上述密封構件3以邊框狀配置於面板1b之聚矽氧凝膠硬化膜形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜2之外圍部分後,使太陽能電池元件4之入射面側朝向上側(與面板1b為相反側)將該太陽能電池元件4配置於聚矽氧凝膠硬化膜2上。此時,在太陽能電池元件4與聚矽氧凝膠硬化膜2之間亦可設置在真空層合裝置中減壓時可脫氣之空間。
接著,如圖3所示,使另一面板1b之聚矽氧凝膠膜2形成面朝向配置在面板1a之聚矽氧凝膠硬化膜2上之太陽能電池元件4,於面板1b之未形成聚矽氧凝膠硬化膜2之外圍部分密封構件3所抵接之位置,以使藉聚矽氧凝膠硬化膜2彼此夾持太陽能電池元件4之方式配置另一面板1b。
此時,面板1b係由密封構件3所支撐,但密封構件3與面板1b之間確保有至少使面板1b之外側與面板1a、1b間之空間之間為可通氣程度之空間。且,成為配置於
面板1a側之聚矽氧凝膠硬化膜2上之太陽能電池元件4與面板1b之聚矽氧凝膠硬化膜2離開之狀態。該配置宜在後述之真空層合裝置內進行。
接著,針對如圖3所示之以兩片面板1a、1b夾持太陽能電池元件4之暫時層合狀態者,使用真空層合裝置(未圖示),施以在真空下邊加熱兩片面板1a、1b邊按壓,而封裝太陽能電池元件4之真空層合處理。
此處,真空層合裝置可採用具有以柔軟膜體隔開且鄰接之兩個減壓槽之廣泛使用之太陽能電池模組製作用之層合裝置,例如於一減壓槽內以如圖3所示之暫時層合狀態固定面板1a、1b且使兩個減壓槽減壓,使面板1a、1b間成為略真空狀態,並且加熱面板1a、1b之至少外圍部分,接著,使固定有暫時層合之面板1a、1b之減壓槽內維持減壓狀態,且開放另一減壓槽之減壓,設為常壓或加壓而以膜體將面板1a、1b於其板厚方向進行壓縮。此時,邊將面板1a、1b加熱至例如100~150℃,邊按壓1~5分鐘時,密封構件3固著於面板1a、1b上。
藉此,在減壓下使面板1a、1b之各聚矽氧凝膠硬化膜2彼此壓接後,使聚矽氧凝膠硬化膜2彼此以如圖4所示般於其間不夾帶氣泡地進行密著成為一個封裝層。且,由於聚矽氧凝膠硬化膜2之針入度大,故太陽能電池元件4不受損傷地封裝於封裝層中。且,邊將密封構
件3加熱至特定溫度邊以面板1a、1b於按壓方向承受壓力,而成為密封構件3無間隙地埋入面板1a、1b之面板面外圍部分及聚矽氧凝膠硬化膜2之外圍部分,並且固著於面板1a、1b。結果,密封構件3與兩片面板1a、1b一起密封內部之聚矽氧凝膠硬化膜2,而可防止水分等氣體自太陽能電池模組之端面浸入,可實現耐久性高之太陽能電池模組。
如圖5所示,將框架構件5安裝於封裝後之面板1a、1b之外圍端部(邊框端部),完成太陽能電池模組。
框架構件5較好為由對於衝擊、風壓或積雪之強度優異,具有耐候性且輕量之鋁合金、不銹鋼等所成者。以該等材料成形之框架構件5係以包圍夾持太陽能電池元件4之面板1a、1b之外圍之方式安裝,且並以螺絲固定。
如上述製造之太陽能電池模組由於使太陽能電池元件4透過聚矽氧凝膠硬化膜2而由平坦之面板1a、1b所保持,故以面板狀之太陽能電池模組觀看時對於太陽光之受光角度之偏移較少,而成為顯示一定性能者。且,依據本發明,此種一定性能之太陽能電池模組之量產變得容易。
以下列舉本發明之實施例及比較例更具體說明,但本發明並不受限於該等。又,下述例中,黏度為在25℃使用旋轉黏度計測定之值。且,實施例中之「份」表示「質量份」,「%」表示「質量%」,「Vi」表示「乙烯基」。
均勻混合黏度為1,000mPa‧s之兩末端二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷100份、以下述式(3)表示之黏度為1,000mPa‧s之兩末端三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物63份((A)成分中之鍵結於矽原子之每1個烯基之(B)成分中之鍵結於矽原子之氫原子個數(以下稱為H/Vi)為1.05)、及以鉑原子計含有1%之氯化鉑酸乙烯基矽氧烷錯合物之二甲基聚矽氧烷溶液0.05份,而調製聚矽氧凝膠硬化膜用組成物。
且,以烘箱使所得組成物在150℃加熱30分鐘而硬化,獲得針入度70之凝膠硬化物。針入度為以JIS K2220
中規定之1/4錐體測得之針入度,使用離合股份有限公司製造之自動針入度試驗器RPM-101測定。
接著,以刮刀塗佈法將上述組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板(以下為玻璃基板)上,以烘箱在120℃加熱10分鐘,形成膜厚200μm之聚矽氧凝膠硬化膜。又,以上述刮刀塗佈法塗佈時,預先在玻璃基板之外圍上以5mm寬度以邊框狀進行遮蔽帶處理。
硬化後,剝離遮蔽帶,將兩片玻璃基板中之一側之遮蔽帶剝離之部分配置預先加工成帶狀之由丁基橡膠系熱可塑性密封材(M-155P,橫濱橡膠(股)製)所成之密封構件,接著將太陽能電池元件於縱橫方向連接2列2行合計4條之單晶矽太陽能電池元件串列配置在聚矽氧凝膠硬化膜上。
接著,在真空層合裝置內,於配置有上述單晶矽太陽能電池串列之玻璃基板上配置另一片之形成聚矽氧凝膠硬化膜之玻璃基板,且在減壓真空下將玻璃基板加溫至120℃,在大氣壓下壓著2分鐘,製造太陽能電池模組A。
實施例1中,以刮刀塗佈法將聚矽氧凝膠硬化膜用組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板上,以烘箱在120℃加熱10分鐘,形成膜厚500μm之聚
矽氧凝膠硬化膜,除此之外,與實施例1同樣製造太陽能電池模組B。
實施例1中,以刮刀塗佈法將聚矽氧凝膠硬化膜用組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板上,以烘箱在150℃加熱10分鐘,形成膜厚800μm之聚矽氧凝膠硬化膜,除此之外,與實施例1同樣製造太陽能電池模組C。
均勻混合黏度為5,000mPa‧s之兩末端二甲基乙烯基矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷100份、以下述式(4)表示之黏度為600mPa‧s之兩末端二甲基氫矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基氫矽氧烷共聚物25份(H/Vi為1.3)、及以鉑原子計含有1%之氯化鉑酸乙烯矽氧烷錯合物之二甲基聚矽氧烷溶液0.05份,而調製聚矽氧凝膠硬化膜用組成物。
又,以烘箱使所得組成物在150℃加熱30分鐘硬化
後,獲得針入度40之凝膠硬化物。
接著,以刮刀塗佈法將上述組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板上,以烘箱在120℃加熱10分鐘,形成膜厚200μm之聚矽氧凝膠硬化膜。
接著,使用形成有所得聚矽氧凝膠硬化膜之玻璃基板,與實施例1同樣製造太陽能電池模組D。
實施例4中,以刮刀塗佈法將聚矽氧凝膠硬化膜用組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板上,以烘箱在120℃加熱10分鐘,形成膜厚500μm之聚矽氧凝膠硬化膜,除此之外,與實施例4同樣製造太陽能電池模組E。
實施例4中,以刮刀塗佈法將聚矽氧凝膠硬化膜用組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板上,以烘箱在150℃加熱10分鐘,形成膜厚800μm之聚矽氧凝膠硬化膜,除此之外,與實施例4同樣製造太陽能電池模組F。
對於以下述式(5)表示之黏度為1,000mPa‧s之兩末端三甲基矽氧基封端之二甲基矽氧烷‧甲基乙烯基矽氧
烷共聚物100份,
均勻混合以下述式(6)表示之黏度為600mPa‧s之兩末端二甲基氫矽氧基封端之二甲基聚矽氧烷40份(H/Vi為0.95)、及以鉑原子計含有1%之氯化鉑酸乙烯矽氧烷錯合物之二甲基聚矽氧烷溶液0.05份,而調製聚矽氧凝膠硬化膜用組成物。
又,以烘箱使所得組成物在120℃加熱10分鐘硬化,獲得針入度120之凝膠硬化物。
接著,以刮刀塗佈法將上述組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板上,以烘箱在120℃加熱10分鐘,獲得膜厚200μm之聚矽氧凝膠硬化膜。
接著,使用形成有所得聚矽氧凝膠硬化膜之玻璃基板,與實施例1同樣製造太陽能電池模組G。
實施例7中,以刮刀塗佈法將聚矽氧凝膠硬化膜用組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板上,以烘箱在120℃加熱10分鐘,形成膜厚500μm之聚矽氧凝膠硬化膜,除此之外,與實施例7同樣製造太陽能電池模組H。
實施例7中,以刮刀塗佈法將聚矽氧凝膠硬化膜用組成物分別塗佈於兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板上,以烘箱在150℃加熱10分鐘,形成膜厚800μm之聚矽氧凝膠硬化膜,除此之外,與實施例7同樣製造太陽能電池模組I。
針對兩片白板強化玻璃基板中之一玻璃基板,使用實施例1所得之聚矽氧凝膠硬化膜用組成物,以刮刀塗佈法塗佈,以烘箱在150℃加熱30分鐘,形成膜厚500μm之聚矽氧凝膠硬化膜,且將其作為太陽光之入射面側之面板,針對另一玻璃基板,使用實施例4所得之聚矽氧凝膠硬化膜用組成物,以刮刀塗佈法塗佈,以烘箱在120℃加熱10分鐘,形成膜厚500μm之聚矽氧凝膠硬化膜,且將其作為與太陽光入射面之相對側的面板,除此之外,與實施例1同樣製造太陽能電池模組J。
使用實施例4所得之聚矽氧凝膠硬化膜用組成物,未經遮蔽帶處理而在兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板之全體上分別以刮刀塗佈法塗佈,以烘箱在120℃加熱10分鐘,形成膜厚500μm之聚矽氧凝膠硬化膜,獲得玻璃基板。接著,不配置邊框狀之密封構件,除此之外,與實施例4同樣,製造太陽能電池模組K。
使用厚度500μm之EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物;乙酸乙烯酯含有率28%)之透明薄膜兩片,基於過去方法,使用真空層合裝置在減壓真空下,將在兩片340mm×360mm之白板強化玻璃基板之間之矽太陽能電池元件加溫至120℃、以30分鐘進行熔融壓著而封裝,製造太陽能電池模組L。
針對如上述製造之太陽能電池模組,進行下述太陽能電池元件之龜裂評價、及過度嚴苛劣化試驗評價。
進行所製作之太陽能電池模組之太陽能電池元件中有無產生龜裂之評價。評價係以常用方法以目視及EL(電致發光)發光法進行。亦即,以目視觀察確認太陽能電子
元件中有無龜裂,接著對檢查對象之太陽能電池模組供給順向電流,觀察成為EL光源而發光之太陽能電池模組之發光狀態,且計算未發光部分作為龜裂產生部位。
以太陽能電池模組A之PCT(壓力鍋試驗(Pressure Cooker Test))進行過度嚴苛劣化試驗。條件為在溫度125℃、濕度95%、2.1氣壓下進行100小時,試驗後,以EL發光法評價龜裂(龜裂數),以目視評價接線有無腐蝕,且以目視進行模組內有無浸入水分。
表1中顯示該等評價結果。
又,截至目前以本發明具有圖式所示之實施形態進行說明,但本發明並不限於圖式所示之實施形態,其他實施形態、追加、變更、刪除等,可在熟悉本技藝者可想到的範圍內進行變更,所有樣態只要能發揮本發明之作用效果,則均包含於本發明之範圍內。
1a、1b‧‧‧面板
2‧‧‧聚矽氧凝膠硬化膜
3‧‧‧密封構件
4‧‧‧太陽能電池元件
Claims (8)
- 一種太陽能電池模組之製造方法,其係將由半導體基板所成之太陽能電池元件經樹脂封裝在兩片面板之間,製造太陽能電池模組之太陽能電池模組之製造方法,其特徵為該方法包含下列步驟:(i)於兩片面板之各單面上除其面之外圍部分,塗佈硬化性聚矽氧凝膠組成物,經硬化,形成以JIS K2220測量之針入度為30~200之聚矽氧凝膠硬化膜之步驟,(ii)於其一面板之聚矽氧凝膠硬化膜形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分設置由丁基橡膠系熱可塑性密封材所成,且比上述聚矽氧凝膠硬化膜更厚之密封構件,並且於該聚矽氧凝膠硬化膜上配置太陽能電池元件之步驟,(iii)使另一面板之聚矽氧凝膠硬化膜形成面面向上述太陽能電池元件,於未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分上述密封構件所抵接之位置,以使藉聚矽氧凝膠硬化膜彼此夾持上述太陽能電池元件之方式配置另一面板之步驟,及(iv)在真空下邊加熱上述兩片面板邊按壓而封裝上述太陽能電池元件之步驟。
- 如請求項1之太陽能電池模組之製造方法,其中上述硬化性聚矽氧凝膠組成物含有下列成分:(A)以下述平均組成式(1)表示之1分子中具有至少1個與矽原子鍵結之烯基之有機聚矽氧烷:100質量份 RaR1 bSiO(4-a-b)/2 (1)(式中,R為烯基,R1為不具有脂肪族不飽和鍵之未經取代或經取代之碳數1~10之一價烴基,a為0.0001~0.2之正數,b為1.7~2.2之正數,a+b為1.9~2.4),(B)1分子中含有至少2個鍵結於矽原子之氫原子之有機氫聚矽氧烷:相對於(A)成分之鍵結於矽原子之烯基1莫耳,鍵結於矽原子之氫原子為0.3~2.5倍莫耳之量,(C)加成反應觸媒:觸媒量。
- 如請求項2之太陽能電池模組之製造方法,其中(B)成分之有機氫聚矽氧烷之平均聚合度為40~400。
- 如請求項1~3中任一項之太陽能電池模組之製造方法,其中上述聚矽氧凝膠硬化膜之膜厚為200~1,000μm。
- 如請求項1~3中任一項之太陽能電池模組之製造方法,其中上述(ii)步驟中,將預先形成帶狀或細繩狀之密封構件配置在其一面板之聚矽氧凝膠硬化膜形成面之未形成聚矽氧凝膠硬化膜之外圍部分。
- 如請求項1~3中任一項之太陽能電池模組之製造方法,其中上述(iv)步驟中,在真空下將上述兩片面板加熱至100~150℃。
- 如請求項1~3中任一項之太陽能電池模組之製造方法,其中上述(iv)步驟係利用真空層合裝置進行者。
- 如請求項1~3中任一項之太陽能電池模組之製造 方法,其中上述兩片面板為白板強化玻璃基板。
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