TW201439129A

TW201439129A - 一種用於聚光型太陽能電池的封裝材料組成物

Info

Publication number: TW201439129A
Application number: TW102113222A
Authority: TW
Inventors: Tsang-Feng Ho
Original assignee: Pufeng Ind Co Ltd
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-10-16

Abstract

本發明提供了一種用於聚光型太陽能電池的封裝材料組成物，包括：至少一樹脂，其中該樹脂係由矽壓克力樹脂單體、環氧-壓克力樹脂單體、氨酯壓克力樹脂單體共聚而成之共聚物；一填充物，其中該填充物佔該封裝材料組成物約0.1~30重量%；以及一光起始劑。

Description

一種用於聚光型太陽能電池的封裝材料組成物

本發明係有關於一種用於聚光型太陽能電池的封裝材料組成物，且具有高透光率、快速固化、高接著強度及低氧體穿透率等優異物性，其適用於聚光型太陽能電池的封裝。

在聚光型太陽能電池領域，光能轉換為電能的效率非常重要，然而，這些元件極易受到空氣中之水氣與氧氣的影響而縮短了其使用壽命。因此，聚光型太陽能電池需經過適當封裝以阻絕其內之電子元件接觸到外界之水氣與氧氣，以提升其使用壽命。

習知封裝材料係先將樹脂單體合成為樹脂之後，然後再加入填充料與硬化劑與之混合而得到。之後再以熱製程進行硬化，如此之熱製程極為耗時，通常需耗數個小時甚至十數個小時方可完成。此外，習知封裝材料的阻氣能力尚有改善空間，導致目前聚光型太陽能電池的使用壽命無法令人滿意。

因此，便需要新穎之封裝材料組成物，其可以應用於較為快速硬化與高阻氣封裝材料，以改善習知採用熱製程固化之封裝材料之耗時及高製造成本等缺點且能提升聚光型太陽能電池的使用壽命。

有鑑於此，本發明提供了一種封裝材料組成物，其具有低製造成本、高阻氣性以及快速硬化等優點。

依據一實施例，本發明之封裝材料組成物，包括：至少一樹脂，其中該樹脂係由矽壓克力樹脂單體、環氧-壓克力樹脂單體、氨酯壓克力樹脂單體共聚而成之共聚物；一填充料，其中該填充料佔該封裝材料組成物約0.1~30重量%；以及一光起始劑。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖示，作詳細說明如下：

本發明特徵之一係藉由樹脂單體設計搭配臨場(in-situ)製程，可製備具有低製造成本、高阻氣性以及快速硬化之封裝材料。所揭露的封裝材料具有優異之阻水阻氣性質與透光率，因而適用於聚光型太陽能電池之封裝。

所揭露的封裝材料組成物中主要成分為樹脂單體、填充料以及起始劑，可依照不同比例調配而製成具有高透光率且無色之透明封裝材料。所揭露的封裝材料組成物填充料約佔0.1~30重量份。

上述樹脂單體包括矽壓克力樹脂單體、環氧-壓克力樹脂單體、及氨酯壓克力樹脂單體。

上述之矽壓克力樹脂單體具有以下化學式：其中R⁸、R⁹、R¹⁰、R¹¹和R¹²各自獨立地為苯基、含碳數介於1~12之烷苯基、含碳數介於1~12之烷基、含碳數介於1~12之醚基、含碳數介於1~12之烷氧基或含碳數介於1~12之環烷氧基。矽壓克力樹脂單體係作為高分子基材，可提升封裝材料的接著性質。

上述之環氧-壓克力樹脂單體具有以下化學式：其中，R¹與R²各自獨立地為苯基、含碳數介於1~12之烷苯基、含碳數介於1~12之烷基、含碳數介於1~12之醚基、含碳數介於1~12之烷氧基或含碳數介於1~12之環烷氧基。環氧-壓克力樹脂單體係作為高分子基材，可提升封裝材料的接著性質。

上述之氨酯壓克力單體具有以下化學式：其中，R³、R⁴與R⁵各自獨立地為苯基、含碳數介於1~12之烷苯基、含碳數介於1~12之烷基、含碳數介於1~12之醚基、含碳數介於1~12之烷氧基或含碳數介於1~12之環烷氧基；R⁶與R⁷各自獨立地為苯基、含碳數介於1~12之烷苯基、含碳數介於1~12之烷基、含碳數介於1~12之醚基、含碳數介於1~12之烷氧基、含碳數介於1~12之環烷氧基或氫。氨酯壓克力單體係作為高分子基材，可提升封裝材料的接著性質。

上述揭露之樹脂單體中環氧-壓克力樹脂單體、矽壓克力樹脂單體、氨酯壓克力樹脂單體其中各單體莫耳比例為1：1~3：1~3，較佳為1：2：1~3，更佳為1：2：2。

所揭露之封裝材料組成物中之填充料例如為氧化矽或氧化鋁之氧化金屬、例如為氯化鋅之鹵素化金屬、例如為氮化鋁之氮化金屬、例如為[Ca(II)Al(III)₂(OH)₂]⁶⁺(CO₃ ^2-)₃．mH₂O之水滑石或如碳酸鈣之其他粉體。

所揭露之封裝材料組成物中之起始劑包含光起始劑、熱起始劑、或前述之組合。熱起始劑例如是過氧化物、偶氮化合物、1-羥基環己基苯基酮(1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone)等自由基引發劑。光起始劑可以是陽離子起始劑例如碘陽離子(iodonium,(4-methylphenyl)[4-(2-methyl-propyl)phenyl]-hexafluorophosphate)或環戊二烯過渡金屬錯合物例如Bis(eta 5-2,4-cyclopentadien-1-yl)Bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]titanium。

上述封裝材料組成物經混合後以臨場(in-situ)方式依序進行一聚合程序與一固化程序，形成本發明之封裝材料。

上述樹脂單體經過共聚合之後，進行一硬化程序以完成封裝材料的製作。例如可利用照光程序，以使樹脂中之環氧基產生交聯反應。該照光程序之光源可視所施行之封裝材料組成物內所使用之光起始劑之種類作選擇，例如紫外光光源、可見光光源或紅外光光源之一光源，該照光程序施行時間約介於1~200分鐘，所應用之光源功率則約介於1~20,000瓦特。上述硬化程序例如為一光源為紫外光光源的照光程序，該照光程序施行時間約介於1-100分鐘，較佳約介於1-20分鐘，該光源功率約介於1-10000瓦特，較佳約介於1-1000瓦特。

所揭露之封裝材料組成物可以藉由填充料的調配而調整所形成之封裝材料之透光率，製備出透光率高於85%，甚至是高於90%之透明封裝材料。黏著度可達≧2.0 Kgf/cm²；且其阻水阻氣特性優良，有助於提升電子元件之使用壽命，特別適用於聚光型太陽能電池。此外，本發明之封裝材料亦可使用於各種光電產品如無機發光二極體、有機發光二極體、太陽能電池等。亦可應用於一些涉及阻水阻氣的民生工業如木塑的防水及食品飲料之包裝等。

本發明之較佳實施例具有以下優點：

(1)縮短製程時間。於一實施例中，利用紫外光硬化程序可在30秒內完成硬化。

(2)所得到之封裝材料中之填充料之分散性極佳，可提升封裝材料之阻水阻氣表現，進而改善被封裝元件之使用壽命。

【實施例1】秤取100 g之甲基丙烯酸縮水甘油酯

(Glycidylmethacrylate，GMA)、100 g之聚氨酯-壓克力共單體、100g 之矽壓克力共單體(如反應式(1)所示)、100 g之丙二醇甲醚醋酸脂(PGMEA；propylene glycol monomethyl ether acetate)、50g之二氧化矽以及6 g之起始劑偶氮二異丁腈(AIBN；azobisiso butyro-nitrile)並將上述材料置於一容器中，於常溫常壓下利用機械攪拌器攪拌並混合上述材料而得到一封裝材料組成物。接著將其加熱至100℃，加熱時間為30分鐘，之後放置至室溫後，加入10 g之I-250(Ciba Co.；光起始劑)、10 g之I-184(Ciba Co.；光起始劑)與10 g之Tinuvin 622(Ciba Co.；抗氧化劑)利用機械攪拌器攪拌30分鐘，進而合成製備出一壓克力/環氧/聚氨酯/矽壓克力共聚物I，黏度為7,310 cps(以Viscolite 700量測，溫度為25℃)。在此，上述封裝材料組成物係依照下述反應式(1)所示反應而聚合成為此共聚物(其中x、y、z代表單體之重複數目)。

接著量測所得到之壓克力/環氧/聚氨酯/矽壓克力共聚物I之物理性質(如接著強度、硬度、透光率、折射率、水氣穿透率及氧氣穿透率)等物理性質，所得到之結果如同表一所示。關於聚合物之物理性質的量測儀器/量測方法如以下表二所示，其中關於接著強度、硬度、透光率、折射率、水氣穿透率及氧氣穿透率等性質之量測則可將所製得之聚合物塗佈於如載玻片之一基板上成為5 cm X 5 cm見方之一試樣，並將此試樣經過深紫外光之光源照光3分後使之硬化，接著以表列之量測儀器與量測方法進行後續之物理性質量測。

【實施例2】秤取100 g之甲基丙烯酸縮水甘油酯

(Glycidylmethacrylate，GMA)、100 g之聚氨酯-壓克力共單體、100g之矽壓克力共單體(如反應式(2)所示)、100 g之丙二醇甲醚醋酸脂(PGMEA；propylene glycol monomethyl ether acetate)、50g之水滑石([Ca(II)Al(III)₂(OH)₂]⁶⁺(CO₃ ^2-)₃．mH₂O)以及6 g之起始劑偶氮二異丁腈並將上述材料置於一容器中，於常溫常壓下利用機械攪拌器攪拌並混合上述材料而得到一封裝材料組成物。接著將其加熱至100℃，加熱時間為為30分鐘，之後放置至室溫後，加入10 g之I-250(Ciba Co.；光起始劑)、10 g之I-184(Ciba Co.；光起始劑)與10 g之Tinuvin 622(Ciba Co.；抗氧化劑))利用機械攪拌器攪拌30分鐘，進而合成製備出一壓克力/環氧/聚氨酯/矽壓克力共聚物II，黏度為7,830 cps(Viscolite 700量測，溫度為25℃)。在此，上述封裝材料組成物係依照下述反應式(2)所示反應而聚合成為此共聚物(其中x、y、z代表單體之重複數目)。

由表一結果可知，相較於商品封裝材料Dow Corning PV6010，本發明實施例1與實施例2所製備的封裝材料其物性皆較為優異。

【實施例3】

將前述實施例1與實施例2所製備得到之壓克力/環氧/聚氨酯/矽壓克力共聚物I與II作為封裝材料而將之以點膠設備進行了聚光型太陽能電池的封裝。我們以氣壓20 psi進行點膠，點膠5秒後，以UV點光源(UV-spot 100；曝光能量：50 mJ/mg)照射25秒，完成了聚光型太陽能電池的封裝。

由表三結果可知，相較於商品封裝材料Dow Corning PV6010，本發明實施例1與實施例2所封裝聚光型太陽能電池的光電轉換性質皆較為優異。

Claims

一種封裝材料組成物，包括：一樹脂，係由矽壓克力樹脂單體、環氧-壓克力樹脂單體、氨酯壓克力樹脂單體共聚而成之共聚物；一填充料，其中該填充料佔該封裝材料組成物約0.1~30重量%；以及一光起始劑。
如申請專利範圍第1項所述之封裝材料組成物，其中該封裝材料組成物在25℃下具有介於1~100,000 cps之黏度。
如申請專利範圍第1項所述之封裝材料組成物，其中該封裝材料組成物具有高於90%之透光率。
如申請專利範圍第1項所述之封裝材料組成物，其中該矽壓克力樹脂單體具有以下化學式：其中R⁸、R⁹、R¹⁰、R¹¹和R¹²各自獨立地為苯基、含碳數介於1~12之烷苯基、含碳數介於1~12之烷基、含碳數介於1~12之醚基、含碳數介於1~12之烷氧基或含碳數介於1~12之環烷氧基。
如申請專利範圍第1項所述之封裝材料組成物，其中該環氧-壓克力樹脂單體具有以下化學式：其中，R¹與R²各自獨立地為苯基、含碳數介於1~12之烷苯基、含碳數介於1~12之烷基、含碳數介於1~12之醚基、含碳數介於1~12之烷氧基或含碳數介於1~12之環烷氧基。
如申請專利範圍第1項所述之封裝材料組成物，其中該雙官能基氨酯壓克力單體具有以下化學式：其中，R³、R⁴與R⁵各自獨立地為苯基、含碳數介於1~12之烷苯基、含碳數介於1~12之烷基、含碳數介於1~12之醚基、含碳數介於1~12之烷氧基或含碳數介於1~12之環烷氧基；R⁶與R⁷各自獨立地為苯基、含碳數介於1~12之烷苯基、含碳數介於1~12之烷基、含碳數介於1~12之醚基、含碳數介於1~12之烷氧基、含碳數介於1~12之環烷氧基或氫。
如申請專利範圍第1項所述之封裝材料組成物，其中該填充料包括氧化金屬、鹵素化金屬、氮化金屬或水滑石。
如申請專利範圍第7項所述之封裝材料組成物，其中該水滑石具有以下化學式：[M(II)_1-xM(III)_x(OH)₂]^X+(A^n- _x/n)．mH₂O(0≦x≦1)其中，M(II)為帶正二價的金屬如鈹、鎂、鈣等。 M(III)為帶正三價的金屬如鋁、鎵、銦等。A^n-為帶負價的非金屬CO₃ ^2-、NO₃ ^-、PO₄ ^3-等。。
如申請專利範圍第1項所述之封裝材料組成物，其中該起始劑包含光起始劑與熱起始劑。
如申請專利範圍第9項所述之封裝材料組成物，其中該光起始劑包括自由基引發劑、陽離子起始劑或環戊二烯過渡金屬錯合物。