[发明专利]光固化性光伏电池封装剂

说明书

技术领域

本发明涉及用于光伏电池和模块构造中的光固化性液体封装剂。

背景技术

光伏(PV)电池将日光直接转化为电能。所产生的电可以用作直流电、通过使用换流器转化为交流电或者存储在电池中以备后用。光伏装置的最简形式是仅消耗光的太阳能电池。由于日光无限可用，因此与传统电源相比光伏电源具有许多优势。

虽然光伏电池具有许多形式，但是最常见的结构是其中形成有大面积二极管或p-n结的半导体材料。就基本功能而言，电流通过通常位于前面的允许日光进入太阳能电池的接触结构和位于背面的形成回路的接触部位而自装置中产生。

光伏模块由相互电连接的若干光伏电池构成。这些电池夹在一侧的透明保护材料(通常为玻璃)与背面的阻挡层(通常为金属或金属化聚合物片)之间。典型的光伏模块利用聚合层封装、密封并保护PV模块和PV电池。最典型的封装材料(本说明书中称为封装剂)为在加压和加热下层压的热塑性材料，其一般层压在PV电池和保护层(其通常为玻璃)之间。大多数封装剂、特别是乙酸乙烯酯在层压阶段会交联。诸如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和离聚物树脂等热塑性封装剂的缺点是在层压过程中需要高压和高温、在暴露于紫外线和热(于户外使用期间)过程中倾向于产生空穴、倾向于黄化、需要较长的固化(交联)周期(在经济方面不利)、弹性模量高，这些使薄PV电池在服务过程中、特别是在热循环下的耐用性存在风险，并使其对于不同于PV电池和玻璃的材料(聚合膜和子组件)的粘合性较差。

作为另外一种选择，可以使用添加固化型聚硅氧烷作为封装剂。与使用热塑性材料相比，使用聚硅氧烷的优点包括其抵抗黄化和变色的高稳定性、低弹性模量、低Tg(在低于-20℃甚至低于-45℃的温度仍保持其弹性)和宽使用温度范围。缺点是对于塑料材料的粘合性较差、强度较低、固化过程中抑制(焊剂残余物、如环氧树脂等其他粘合剂的残余物、乳胶手套和硫固化衬垫的接触和O型环所引起的抑制)的风险较高和固化时间较长。另外，由于多数太阳能聚硅氧烷封装剂包含高百分比的单体硅烷增粘剂，因此其倾向于在湿/热老化过程中变模糊。聚硅氧烷封装剂的另一缺点是其较为昂贵，相对价格为热塑性封装剂的约2倍～5倍。

提供聚丙烯酸酯作为封装剂的努力已经取得了一定程度的成功。美国专利第4,383,129号公开了一种作为“糊浆”的由溶解在丙烯酸丁酯的聚丙烯酸丁酯制得的封装剂，所述封装剂在PV模块中作为液体封装剂提供并且后来被固化。该过程涉及通过热活化自由基源来固化混合物，其本身是个缓慢的过程。另一缺点在于聚丙烯酸丁酯因交联不足而物理性质较差，并且因缺乏极性基团(例如羧基、酸酐、有机金属和羟基)而对于玻璃和聚硅氧烷模块的粘合性较差。另外，随着光伏模块的薄化，对于非常柔软的封装剂的需求也越来越高。聚丙烯酸丁酯不够柔软。

参考文献

[1]美国专利第4,383,129号

发明内容

本发明的发明人现在已经开发了一种用于封装PV电池和用于将其粘接于相邻的如玻璃和塑料等材料表面以及用于构造PV模块的封装制剂，所述PV模块包含一个或多个如本说明书中所公开的电池。本发明特别提供了一种封装剂，所述封装剂的特征在于：在通常为20℃～80℃的成型温度下的低粘度、对于玻璃和PV模块以及对于聚合膜和片材的良好的粘合性、具有在-20℃以下保持其弹性的低Tg、在+90℃～-45℃的温度范围内的低弹性模量、在紫外线和热(通常为安装在户外的PV模块所处的条件)的条件下抵抗黄化的高耐用性，并在暴露于光时于数秒或数分钟内固化为高分子和/或部分交联的柔性塑料或弹性体。

因此，本发明的封装剂被设计为具有在光谱范围内匹配PV电池材料色散分布的色散分布(其折射率是波长的函数)，以获得高电效率。

因此，本发明的一个方面提供了一种封装制剂(例如，用于封装光伏电池和用于将其粘接于至少一种表面材料上)，所述封装制剂包含至少一种高耐用性聚合物(HDP)、至少一种不饱和单体和/或低聚物，和至少一种光引发剂。应当注意，除非另外具体注明，否则本说明书中所提供的封装制剂的定义和特征涉及未固化的液体制剂。

在一些实施方式中，当制剂固化时，其特征在于户外大气老化下的耐用性、对于玻璃和PV电池(例如聚硅氧烷、薄膜、多节电池等)的良好的粘合性、低弹性模量(特别是在低至-45℃的温度)、低玻璃化转变温度和85％～90％以上的透明度(波长为300nm～800nm、膜厚为0.5mm时)。