用於製造太陽能電池模塊的改進型非高壓釜層壓方法

2023-06-11 14:35:31

專利名稱：用於製造太陽能電池模塊的改進型非高壓釜層壓方法
技術領域：
本發明涉及用於製造太陽能電池模塊的改進型非高壓釜層壓方法。
背景技術：
由於太陽能電池提供可持續能源，因此其使用範圍正在迅速擴大。根據所採用的吸光材料，太陽能電池通常分為兩種，即，基於塊狀或晶片的太陽能電池和薄膜太陽能電池。單晶矽(c-Si)、多晶矽(poly-Si或mc-Si)和帶狀矽是用來形成較為傳統的基於晶片的太陽能電池的最常用材料。源自基於晶片的太陽能電池的太陽能電池模塊通常包括焊接在一起的一系列自承晶片(或電池)。這些晶片通常具有介於約180 μ m和約240 μ m 之間的厚度。此類太陽能電池板稱為太陽能電池層，並且其還可以包括電線，諸如連接各個電池單元的交叉帶狀線和一端連接至電池而另一端伸出模塊的匯流條。然後，再將太陽能電池層層壓到一個或多個包封層和一個或多個保護層上，從而形成可以使用多至25至30 年的耐候性模塊。一般來講，按照從前朝陽面到後非朝陽面的位置順序，源自基於晶片的太陽能電池的太陽能電池模塊包括⑴入射層，⑵前包封層，⑶太陽能電池層，⑷後包封層，以及(5)背襯層。日益重要的可供選擇的薄膜太陽能電池通常由下列材料形成，所述材料包括非晶矽(a-Si)、微晶矽(μ C-Si)、碲化鎘(CcTTe)、銅銦硒化物(Cuhk2或CIS)、銅銦/鎵二硒化物(0^11(^(1_!^%或(165)、吸光染料、以及有機半導體。舉例而言，薄膜太陽能電池公開於例如美國專利 5，507，881,5, 512，107,5, 948，176,5, 994，163,6, 040，521、 6，137，048 和 6，258，620 以及美國專利公布 2007/0298590、2007/0281090、2007/0240759、 2007/0232057,2007/0238285,2007/0227578,2007/0209699 和 2007/0079866。通過將半導體層沉積到由玻璃或柔性膜形成的覆板或基板上來製備通常厚度小於2 μ m的薄膜太陽能電池。製造過程通常包括雷射劃片工序，該工序能夠使相鄰的電池直接相互串聯，而不需要在電池之間進行進一步焊料連接。與晶片電池一樣，太陽能電池層還包括諸如交叉帶狀線和匯流條的電線。同樣地，再將薄膜太陽能電池層壓到其他包封層和保護層上以製備耐候性和耐環境性模塊。根據進行多層沉積的順序，可將薄膜太陽能電池沉積到在最終模塊中最終用作入射層的覆板上，或者可將電池沉積到在最終模塊中最終用作背襯層的基板上。 因此，源自薄膜太陽能電池的太陽能電池模塊可具有兩類構造中的一種。按照從前朝陽面到後非朝陽面的位置順序，第一類型包括(1)太陽能電池層，其含有覆板和沉積在覆板的非朝陽面上的一層薄膜太陽能電池，( (後)包封層，以及C3)背襯層。按照從前朝陽面到後非朝陽面的位置順序，第二類型構造可包括⑴入射層；O)(前)包封層；⑶太陽能電池層，其包括沉積在基板的朝陽面上的一個或多個薄膜太陽能電池的層。此外，基於在入射層和/或背襯層中所使用的材料，太陽能電池模塊還可分為玻璃/玻璃型、玻璃/塑料型以及塑料/塑料型等。具體地講，玻璃/玻璃型太陽能電池模塊是指兩個最外面的表面層由玻璃形成的類型。例如，源自基於晶片的太陽能電池的玻璃/ 玻璃型太陽能電池模塊包含被夾置和包封在兩個包封層之間的太陽能電池層，而包封層進一步被夾置在前朝陽面的玻璃入射層和後非朝陽面的玻璃背襯層之間。另一方面，玻璃/ 玻璃型薄膜太陽能電池模塊的半導體層被沉積在玻璃基板(或覆板)上，然後被層壓至包封層並進一步被層壓至玻璃入射(或背襯)層。已研發出多種類型的用於製造太陽能電池模塊的方法。一種不涉及使用高壓釜的具體類型的層壓方法，通常稱為「非高壓釜層壓方法」，在過去一直是最為熱門的研究課題。該非高壓釜層壓方法通常包括以下步驟設置所有層壓結構的組件層以形成預層壓組合件，並且使組合件經受高溫、真空、以及任選地壓力。參見例如美國專利公開3，234，062、 4，421，589,5，238，519,5，536，347,5，759，698,5，593，532,5，993，582,6，007，650, 6，134，784,6, 149，757,6, 241，839,6, 367，530,6, 369，316,6, 481，482，以及美國專利公布 2004/0182493,2007/0215287和PCT專利公布W02006/057771。目前已經開發出各種類型的層壓機來執行非高壓釜或高溫/真空層壓方法，例如Meier ICOLAM 10/08層壓機 (Meier VakuumtechnikGmbH, Bocholt, Germany)、型號為 1834N、1734N、680N、580N、580 和 480 的 SPI 層壓機(Spire Corporation, Bedford, ΜΑ)、模塊層壓機 LM, LM-A 和 LM-SA 系列 (NPC Incorporated, Tokyo, Japan)。具體地講，美國專利公開 5，593，532 和 6，369，316 公開了一種改進型非高壓釜層壓方法，其中在真空層壓機內執行層壓方法後，模塊疊堆(即預層壓組合件)被移進硬化爐，以進一步硬化塑性密封(即包封)層。據稱在包封層由需要固化的熱固性樹脂(例如聚(乙烯乙酸乙烯酯)(EVA))形成時，該方法十分有用。由於具備光學性能和安全性能，某些α-烯烴和α，β _烯鍵式不飽和羧酸的酸性共聚物、它們的離子中和衍生物(即離聚物)被越來越多地用作太陽能電池模塊的包封材料。此外，因為酸性共聚物和離聚物是熱塑性聚合物，所以當它們用於太陽能電池模塊製造時不需要額外的硬化或固化，因此簡化了層壓方法。參見例如美國專利公開 3，957，537,5, 476，553,5, 478，402,5, 733，382,5, 762，720,5, 986，203,6, 114，046、 6，187，448、6，320，116、6，414，236、6，586，271、6，660，930、6，693，237，以及美國專利公布 2003/0000568 和 2005/0279401,以及日本專利公開 2000-186114、2001_089616、 2001-119047、2001-119056、2001-119057、2001-144313、2001-261904、2004-031445、 2004-058583,2006-032308,2006-036875 和 2006-190867。然而，大部分可商購獲得的層壓機在層壓機室的一面(例如底面)僅設置有一個熱源(例如加熱的壓板)，因此層壓機室內的組合件只從一面被加熱。由於玻璃/玻璃型太陽能電池模塊使用的玻璃片具有一定的厚度，為了將足夠多的熱量傳送至組合件的另一面，從而實現包封層與鄰近玻璃片之間的充分粘合，通常情況下必須對組合件持續加熱更長時間。對於包封層使用酸性共聚物或離聚物的模塊，這一時間通常為約40至60分鐘。由於這會減緩組合件線的生產速度，因此如此長的時間是不可取的。需要為製造摻入酸性共聚物或離聚物作為包封材料的玻璃/玻璃型太陽能電池模塊開發一種更有效的層壓方法。發明概述
本文所公開的是一種製備太陽能電池模塊的方法，所述方法包括(A)使預層壓組合件在密閉室中經受約1至約100託的真空力，其中組合件的一面暴露於第一熱源，將預層壓組合件任選地加熱至約25°C或更高的溫度，並將預層壓組合件在所述真空力和任選溫度條件下保持約1至約15分鐘，並且其中預層壓組合件包括(i)包含一個或多個電互連太陽能電池的太陽能電池層，預層壓組合件具有前朝陽面和後非朝陽面，(ii)至少一個熱塑性片，其被定位在太陽能電池層一面並包含選自下列的熱塑性聚合物酸性共聚物、酸性共聚物的離聚物、兩種或更多種酸性共聚物的組合、兩種或更多種酸性共聚物的離聚物的組合、以及一種或多種酸性共聚物與一種或多種酸性共聚物離聚物的混合物，以及(iii)被定位在鄰近至少一個熱塑性片的至少一個玻璃片；(B)升高第一熱源的溫度將預層壓組合件加熱到約50°C至約150°C，同時向密閉室內的預層壓組合件的表面施加約1大氣壓的壓力，並將預層壓組合件在所述真空、溫度和壓力條件下保持約1至約15分鐘；(C)釋放密閉室內的真空力，並將預層壓組合件暴露於環境壓力；以及(D)將預層壓組合件的一面或兩面進一步暴露於第二熱源，第二熱源將預層壓組合件加熱到約70°C至約150°C的溫度並持續約1分鐘至約M小時，以形成太陽能電池模塊。在一個實施方案中，該方法中的步驟(A)至(C)在真空層壓機室內進行，其中第一熱源為定位在真空層壓機一面的加熱的壓板；並且其中步驟(D)中使用的第二熱源選自 強制通風烘箱、對流烘箱、熱輻射源、紅外線、微波烘箱、熱空氣、以及它們中的兩種或更多種的組合。在另一個實施方案中，該方法中的步驟(D)使用傳送帶來執行，該傳送帶具有由一個或多個紅外線燈構成的第二熱源。在又一個實施方案中，熱塑性片所包含的熱塑性聚合物為離聚物，該離聚物為前體α-烯烴羧酸共聚物的離子中和衍生物，其中存在於前體α-烯烴羧酸共聚物中的羧酸基團總含量的約10%至約60%已用金屬離子中和，並且其中前體α -烯烴羧酸共聚物包含 (i)具有2至10個碳原子的α-烯烴的共聚單元和(ii)具有3至8個碳原子的α，β-烯鍵式不飽和羧酸的共聚單元，其按α-烯烴羧酸共聚物的總重量計為約18至約30重量％。在又一個實施方案中，熱塑性片所包含的熱塑性聚合物為酸性共聚物，其包含(i) 具有2至10個碳原子的α -烯烴的共聚單元和(ii)具有3至8個碳原子的α，β _烯鍵式不飽和羧酸的共聚單元，其按α-烯烴羧酸共聚物的總重量計為約18至約30重量％。在又一個實施方案中，預層壓組合件中包含的所述至少一個熱塑性片是被定位在太陽能電池層前朝陽面的前包封片層，預層壓組合件中包含的所述至少一個玻璃片是鄰近所述至少一個熱塑性包封片層定位並且在與太陽能電池層相對的包封片層的面上的入射層。在另一個實施方案中，預層壓組合件中包含的太陽能電池為基於晶片的太陽能電池，所述基於晶片的太陽能電池選自基於結晶矽(c-Si)和多晶矽(mc-Si)的太陽能電池， 並且預層壓組合件按位置順序基本上由以下材料組成(i)由所述至少一個玻璃片形成的入射層，( )由所述至少一個熱塑性片形成的前包封層，(iii)太陽能電池層，(iv)由第二熱塑性片形成的後包封層，以及(ν)由第二玻璃片形成的背襯層。在又一個實施方案中，預層壓組合件中包含的太陽能電池為薄膜太陽能電池， 所述薄膜太陽能電池選自基於非晶矽(a-Si)、微晶矽(μ c-Si)、碲化鎘(CdTe)、銅銦硒(CIS)、銅銦/鎵二硒化物(CIGQ、吸光染料、和有機半導體的太陽能電池。在又一個實施方案中，在該方法中的步驟(A)至(C)期間，預層壓組合件被定位在層壓機室內的方式使得預層壓組合件的基板面暴露於加熱的壓板；在步驟(D)期間，預層壓組合件被定位在傳送帶上的方式使得預層壓組合件的入射層面暴露於一個或多個紅外線燈。在又一個實施方案中，在該方法中的步驟(A)至(C)期間，預層壓組合件被定位在層壓機室內的方式使得預層壓組合件的覆板面暴露於加熱的壓板；步驟(D)期間，預層壓組合件被定位在傳送帶上的方式使得預層壓組合件的背襯層面暴露於一個或多個紅外線燈。本文還公開了通過上述方法製造的太陽能電池模塊。附圖簡述

圖1為通過本文所公開的方法製備的玻璃/玻璃型基於晶片的太陽能電池模塊的未按比例繪製的剖面圖。圖2為通過本文所公開的方法製備的一個具體玻璃/玻璃型薄膜太陽能電池模塊的未按比例繪製的剖面圖。圖3為通過本文所公開的方法製備的另一個玻璃/玻璃型薄膜太陽能電池模塊的未按比例繪製的剖面圖。發明詳述除非另有定義，本文所用的所有技術和科學術語的含義均與本發明所屬領域的普通技術人員通常理解的一樣。如發生矛盾，以本說明書及其包括的定義為準。雖然與本文所述方法和材料類似或等同的方法和材料均可用於本發明的實踐或檢驗，但合適的方法和材料是如本文所述的那些。除非另行指出，所有百分數、份數、比率等均按重量計。當數量、濃度或其他數值或參數以範圍、優選範圍或優選上限數值和優選下限數值的列表形式給出時，其應被理解為具體地公開由任何範圍上限或優選數值和任何範圍下限或優選數值的任何一對所構成的所有範圍，而不管所述範圍是否被單獨地公開。凡在本文中給出某一數值範圍之處，該範圍均旨在包含其端點，以及位於該範圍內的所有整數和分數，除非另行指出。當定義一個範圍時，不旨在將本發明的範圍限定於所列舉的具體數值。當術語「約」用於描述值或範圍的端點時，本公開內容應被理解為包括具體的值或所涉及的端點。如本文所用，術語「包含」、「包括」、「含有」、「特徵在於」、「具有」或者它們的任何
其他變型均旨在涵蓋非排他性的包括。例如，包括要素列表的工藝、方法、製品或設備不必僅限於那些要素，而是可以包括未明確列出的或該工藝、方法、製品或設備所固有的其他要素。此外，除非有相反的明確說明，「或」是指包含性的「或」，而不是指排他性的「或」。連接短語「基本上由...組成」將權利要求的範圍限制為具體的材料或步驟以及不會顯著影響受權利要求保護的本發明的基本和新型特徵的那些要素。當申請人用諸如「包括」的開放式術語定義本發明或其一部分時，應被理解為該描述可被解釋為等同於使用術語「基本上由...組成」對本發明進行的描述，除非另行指出。
「一個」或「一種」用於描述本發明的要素和組分。這僅出於方便考慮並給出本發明的一般性意義。這種描述應被理解為包括一個或至少一個，並且該單數也包括複數，除非很明顯地另指他意。在描述某些聚合物時，應當理解，有時申請人提及聚合物時使用的是製備該聚合物的單體或用於製備該聚合物的單體的量。雖然此類描述可能不包括用於描述最終聚合物的具體命名或者可能不包含以方法限定產品的術語，但是對單體和量的任何此類提及均應被解釋為表示聚合物包含這些單體(即，這些單體的共聚單元)或這些單體的量，以及對應的聚合物及其組合物。在描述本發明和/或提出本發明的權利要求時，術語「共聚物」用於指由兩種或更多種單體共聚所形成的聚合物。此類共聚物包括二聚物、三元共聚物或更高階共聚物。如本文所用，術語「酸性共聚物」是指包含α-烯烴、α，β -烯鍵式不飽和羧酸和任選地一種或多種其他合適共聚單體(如α，β-烯鍵式不飽和羧酸酯)的共聚單元的聚合物。如本文所用，術語「離聚物」是指包含離子基團的聚合物，所述離子基團為金屬離子羧酸鹽，例如鹼金屬羧酸鹽、鹼土金屬羧酸鹽、過渡金屬羧酸鹽和/或此類羧酸鹽的混合物。如本文所定義，此類聚合物通常通過部分或完全中和前體或「母體」聚合物的羧酸基團來製備，例如通過與鹼反應，所述前體或「母體」聚合物為酸性共聚物。本文所用鹼金屬離聚物的實例為鈉離聚物(或鈉中和的離聚物)，例如乙烯和甲基丙烯酸的共聚物，其中共聚化的甲基丙烯酸單元的羧酸基團的全部或一部分為羧酸鈉形式。本文所公開的是一種改進型非高壓釜層壓方法，用於製造具有至少一個玻璃層的太陽能電池模塊，尤其包括玻璃/玻璃型太陽能電池模塊，其中所述模塊包含至少一個熱塑性包封片層，所述片包括熱塑性聚合物組合物，該組合物包括酸性共聚物、酸性共聚物的離聚物，或兩種或更多種它們的混合物。也就是說，熱塑性聚合物組合物還可能是兩種或更多種酸性共聚物的混合物，兩種或更多種酸性共聚物的離聚物，或者也有可能是一種或多種酸性共聚物與一種或多種酸性共聚物的離聚物的混合物。可用於熱塑性聚合物組合物的有效組分的酸性共聚物包含由α-烯烴、α , β-烯鍵式不飽和羧酸以及任選地其他適合的共聚單體例如α，β-烯鍵式不飽和羧酸酯的共聚單元。可用於熱塑性聚合物組合物的有效組分的離聚物包含由金屬離子羧酸鹽組成的離子基團，例如鹼金屬羧酸鹽、鹼土金屬羧酸鹽、過渡金屬羧酸鹽和/或此類羧酸鹽的混合物。也就是說，離聚物可包含金屬離子羧酸鹽，該羧酸鹽為兩種或更多種鹼金屬羧酸鹽的混合物、兩種或更多種鹼土金屬羧酸鹽的混合物、以及兩種或更多種過渡金屬羧酸鹽的混合物。離聚物還可包含一種或多種這些物質的成員的混合物，例如鹼金屬羧酸鹽和過渡金屬羧酸鹽的混合物。如本文所定義，此類聚合物通常通過部分或完全中和前體或「母體」聚合物的羧酸基團來製備，例如通過與鹼或鹼混合物反應，所述前體或「母體」聚合物為酸性共聚物。本文所用鹼金屬離聚物的實例為鈉離聚物(或鈉中和的離聚物)，例如乙烯和甲基丙烯酸的共聚物，其中共聚化的甲基丙烯酸單元的羧酸基團的全部或一部分為羧酸鈉形式。使用本文所公開的改進型非高壓釜層壓方法，可以通過減少在層壓機加熱室內執行的加熱步驟所需時間來加快模塊生產速度。此舉提升了組合件生產線的效率，是太陽能電池模塊生產的通用行業慣例。
改進型非高壓釜層壓方法可包含至少四個步驟，第一步是使預層壓組合件在室內經受真空力，通常是在室內一面布置有熱源的層壓機內；第二步是對預層壓組合件加溫加壓；第三步是釋放真空度和壓力；第四步是將經過上述處理的預層壓組合件在環境壓力下加熱到至少70°C的溫度，以完成層壓方法。本發明的方法使前三步能夠在比以往太陽能電池層壓生產流程更短的時間範圍內操作完成，尤其是生產那些包含酸性共聚物和/或離聚物包封層的太陽能電池模塊。層壓方法將包括至少以下步驟(1)使包含多層結構的預層壓組合件在密閉室內經受約1至約100託、或約1至約70託、或約1至約50託，或約2至約40託的真空力，其中該多層結構包含太陽能電池層、熱塑性包封片層以及至少一個玻璃片層，將預層壓組合件的第一面暴露於第一熱源，任選地將預層壓組合件加熱到約25°C或更高，或25°C至約 100°C的溫度，然後將預層壓組合件在所述真空和任選溫度條件下保持約1至約15分鐘， 或約5至約10分鐘；(2)升高第一熱源的溫度，將預層壓組合件加熱到約50°C至約150°C、 或約50°C至約135°C，或約70°C至約135°C的溫度，同時向預層壓組合件的表面施加約1大氣壓的壓力，然後將此真空、溫度和壓力條件保持約1至約15分鐘，或約5至約10分鐘； (3)釋放真空和壓力，然後將預層壓組合件暴露於環境壓力；以及(4)將經過上述處理的預層壓組合件從該室內移出，然後將預層壓組合件的一面或多面進一步暴露於第二熱源，此熱源將組合件加熱到約70°C至約150°C、或約70°C至約135°C、或約80°C至約135°C，或約 90°C至約135°C的溫度並持續約1分鐘至約M小時，或約5分鐘至約12小時，以獲得層壓太陽能電池模塊。在步驟(1)至(3)中，預層壓組合件可包含在任何適當類型層壓機的真空層壓機室內，例如 Meier ICOLAM 10/08 層壓機(Meier VakuumtechnikGmbH, Bocholt, Germany)、型號為 1834N、1734N、680N、580N、580 和 480 的 SPI 層壓機(Spire Corporation, Bedford, ΜΑ)以及 LM、LM-A 和 LM-SA 系列模塊層壓機(NPC Incorporated, Tokyo, Japan), 這些層壓機的熱源位於一面(通常為層壓室的底面)。更具體地講，層壓機可具有設置在層壓室的一面(通常是底面)的加熱的壓板(例如電加熱的壓板)，因此預層壓組合件將通過來自其底面的傳導加熱進行加熱。此外，在步驟( 中，可以通過定位在組合件頂部的充氣囊對預層壓組合件施加壓力。多種熱源種的任何一種都可用作本方法中步驟的第二熱源。例如，熱源可以是烘箱(如強制通風烘箱或對流烘箱)、或輻射熱源、紅外線(如通過諸如中波紅外線燈之類的紅外線燈提供的紅外線)、熱空氣、微波或它們中兩者或更多者的組合。在步驟(4)中， 可以通過定位在預層壓組合件一面或多面的熱源為預層壓組合件供熱。在一個特定實施方案中，可以在組合件在傳送帶上傳送並從兩面(如頂部表面和底部表面)對組合件加熱時執行本方法中的步驟G)。在另一個實施方案中，將預層壓組合件放置在傳送帶上，並通過紅外線燈僅從一面(通常是未接觸傳送帶的一面)加熱。一般來講，完成步驟(4)所需的時間取決於預層壓組合件所暴露的特定加熱溫度。在另一個實施方案中，作為步驟(4)之前的額外步驟，可在完成步驟C3)之後，但在步驟(4)的暴露於第二熱源之前對預層壓組合件進行冷卻。而在又一個實施方案中，本文所公開的方法是一種連續方法，其中在步驟(3) 釋放密閉室內的真空和壓力後，直接對組合件進行步驟的操作。本文進一步公開的是通過改進型非高壓釜層壓方法製造的太陽能電池模塊，其中太陽能模塊包括(a)包含一個或多個太陽能電池的太陽能電池層，(b)由熱塑性聚合物組合物形成的至少一個熱塑性片，該熱塑性聚合物組合物包含酸性共聚物、酸性共聚物的離聚物或它們的混合物(即兩種或更多種酸性共聚物的組合、兩種或更多種酸性共聚物離聚物的組合，或者至少一種酸性共聚物與一種或多種酸性共聚物離聚物的組合)，其中所述片被定位在太陽能電池層的一面，以及(c)至少一個玻璃片，該玻璃片被定位為使得至少一個熱塑性片位於太陽能電池層和至少一個玻璃片之間。可用於熱塑性聚合物組合物的有效組分的酸性共聚物為具有2至10個碳原子的 α-烯烴和具有3至8個碳原子的α，β _烯鍵式不飽和羧酸的共聚物。在一個實施方案中，酸性共聚物包含按共聚物的總重量計約18至約30重量％、或約18至約25重量％、或 20至約25重量％，或約21至約M重量％的α，β -烯鍵式不飽和羧酸的共聚單元。合適的α-烯烴共聚單體包括但不限於乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、 1-庚烯、3-甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯等、以及這類共聚單體中的兩種或更多種的組合。在一個實施方案中，所述α-烯烴為乙烯。合適的α，β-烯鍵式不飽和羧酸共聚單體可以包括但不限於丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、馬來酸、馬來酸酐、富馬酸、單甲基馬來酸、以及它們中的兩種或更多種的組合。 在一個實施方案中，α，β-烯鍵式不飽和羧酸選自丙烯酸、甲基丙烯酸、以及它們中的兩種或更多種的組合。酸性共聚物還可包含一個或多個其他共聚單體的共聚單元，所述其他共聚單體為例如具有2至10個碳原子、或優選地具有3至8個碳原子的不飽和羧酸、或其衍生物。合適的酸衍生物包括酸酐、醯胺和酯。在一個實施方案中，使用的酸衍生物是酯。不飽和羧酸的適當酯的具體實例包括但不限於丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸丁酯、 甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸辛酯、丙烯酸十一酯、甲基丙烯酸十一酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十二酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、 丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-羥乙基酯、甲基丙烯酸2-羥基乙酯、丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚(乙二醇) 丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)山嵛醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)山嵛醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚甲基丙烯酸酯、馬來酸二甲酯、馬來酸二乙酯、馬來酸二丁酯、富馬酸二甲酯、富馬酸二乙酯、富馬酸二丁酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、以及它們中的兩種或更多種的混合物。還包括甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙酸乙烯酯、以及它們中的兩種或更多種的組合。在某些實施方案中，酸性共聚物可以是僅由α-烯烴和α，β-烯鍵式不飽和羧酸組成的二聚物。酸性共聚物可按照美國專利3，404，134,5, 028, 674,6, 500，888和6，518，365中所
述進行共聚。根據ASTM D1238標準在190°C和2. 16kg條件下測得，合適的酸性共聚物可具有約0. 5至約1000g/10min、或約0. 5至約500g/10min、或約1至約100g/10min、或約1至約
1020g/10min、或約1. 5至約10g/10min的熔體流動速率(MFR)。可用於熱塑性聚合物組合物的有效組分的離聚物為前體酸性共聚物的離子中和衍生物，如上文所述的酸性共聚物。在一個實施方案中，通過中和前體酸性共聚物的酸性基團和某種反應物來製備離聚物，該反應物是一定量的金屬離子源，使得基於對未中和前體酸性共聚物進行計算和測量的前體酸性共聚物的總羧酸含量計，約10%至約60%、或約 20 %至約55 %，或約35 %至約50 %的羧酸基團發生中和作用。通常可以通過前體酸性共聚物與鹼諸如氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋅的反應來完成中和。金屬離子可以是一價離子、二價離子、三價離子、多價離子、或它們的混合物。可用的一價金屬離子包括但不限於鈉、鉀、鋰、銀、汞、和銅。可用的二價金屬離子包括但不限於鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、銅、鎘、汞、錫、鉛、鐵、鈷、鎳、和鋅。可用的三價金屬離子包括但不限於鋁、鈧、鐵、和釔。可用的多價金屬離子包括但不限於鈦、鋯、鉿、釩、鉭、鎢、鉻、鈰、和鐵。 應當注意，當金屬離子為多價時，根據美國專利3，404，134公開的內容，可以包含絡合劑諸如硬脂酸酯、油酸鹽、水楊酸鹽和酚基。在一個實施方案中，金屬離子為一價或二價金屬離子。在另一個實施方案中，金屬離子選自鈉、鋰、鎂、鋅、鉀以及它們的混合物。在又一個實施方案中，金屬離子選自鈉、鋅、以及它們的混合物。在又一個實施方案中，金屬離子為鈉。前體酸性共聚物可按美國專利3，404，134中公開的那樣進行中和。作為熱塑性聚合物組合物的有效組分的離聚物，根據ASTM D1238標準在190°C和 2. 16kg條件下測得，可以具有約0. 75至約19g/10min、或約1至約10g/10min、或約1. 5至約5g/10min，或約2至約4g/10min的MFR，並且根據ASTM D1238標準在190°C和2. 16kg 條件下測得，從其中衍生出離聚物的前體酸性共聚物可以具有約0. 5至約lOOOg/lOmin、 或約0. 5至約500g/10min、或約1至約100g/10min、或約1至約20g/10min，或約1. 5至約 10g/10min 的 MFR。熱塑性聚合物組合物可進一步包含一種或多種添加劑，如加工助劑、流動增強添加齊IJ、潤滑劑、顏料、染料、阻燃劑、抗衝改性劑、成核劑、抗粘連劑(如二氧化矽)、熱穩定劑、紫外線吸收劑、紫外線穩定劑、受阻胺光穩定劑(HALS)、矽烷偶聯劑、分散劑、表面活性劑、螯合劑、偶聯劑、增強劑(如玻璃纖維)、以及填料。熱塑性片可以為單層或多層形式。所謂「單層」是指該片由熱塑性聚合物組合物製成或基本上由其組成，所述熱塑性聚合物組合物包含酸性共聚物、酸性共聚物的離聚物， 或其兩種或更多種的組合。當所述片為多層形式時，該多層片的至少一個表面亞層由熱塑性聚合物組合物製成或基本上由其組成，所述熱塑性聚合物組合物包含酸性共聚物、酸性共聚物的離聚物或它們中的兩種或更多種的組合，而其他一個或多個亞層可由任何其他合適的一種或多種聚合材料製成，諸如聚(乙烯乙酸乙烯酯)、聚(乙烯醇縮醛)(包括隔音級聚(乙烯醇縮醛))、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯(如線性低密度聚乙烯)、聚烯烴嵌段共聚物彈性體、α-烯烴與α，β-烯鍵式不飽和羧酸酯的共聚物(如乙烯丙烯酸甲酯共聚物和乙烯丙烯酸丁酯共聚物)、矽氧烷彈性體、環氧樹脂，或它們中的兩種或更多種的組合。熱塑性片的總厚度可以在約10至約591密耳(約0. 25至約15mm)、或約10至約 240密耳(約0. 25至約6. Imm)、或約15至約90密耳(約0. 38至約2. 3mm)、或約20至約 60密耳(約0. 51至約1. 5mm)、或約25至約45密耳(約0. 64至約1. Imm)，或約25至約 35密耳(約0. 64至約0. 89mm)的範圍內。
在層壓到太陽能電池模塊的其他組件層之前，熱塑性片的一面或兩面可以具有光滑或粗糙的表面。在一個實施方案中，該片在兩面均具有粗糙表面以利於在層壓過程中脫氣。熱塑性片可通過任何適當的方法來製備。例如，可通過浸塗、溶液澆注、壓塑、注塑、層壓、熔融擠出、吹膜、擠壓塗布、串聯擠壓塗布或本領域技術人員知道的任何其他方法形成這些片。在一個實施方案中，通過熔融擠出、熔融共擠出、熔融擠出塗布或串聯熔融擠出塗布方法形成這些片。術語「太陽能電池」旨在包括可將光轉化為電能的任何製品。本發明可用的太陽能電池包括但不限於基於晶片的太陽能電池(例如基於c-Si或mc-Si的太陽能電池，如上文發明背景部分中所述)和薄膜太陽能電池(例如基於a-Si、yc-Si、CdTe、CIS、CIGS、吸光染料或有機半導體的太陽能電池，如上文發明背景部分中所述)。在太陽能電池層內，太陽能電池可以電互連和/或排列在平面中。此外，太陽能電池層還可包括電線，諸如交叉帶狀線和匯流條。使用時，太陽能電池層具有面向光源的「前朝陽面」，以及背向光源的「後非朝陽面」。因此，在組裝太陽能電池模塊時，模塊或預層壓組合件的整體或其任何組件層(如太陽能電池層或包封層)也具有使用時面向光源的「前朝陽面」以及使用時背向光源的「後非朝陽面」。為使陽光有效透射到太陽能電池內，定位在太陽能電池層前朝陽面上的膜或片層優選地由透明材料製成。術語「玻璃」不僅包括窗玻璃、平板玻璃、矽酸鹽玻璃、玻璃片、低鐵玻璃、鋼化玻璃、鋼化無氧化鈰玻璃和浮法玻璃，而且包括彩色玻璃、特種玻璃(例如含控制太陽能加熱的成分的玻璃類型)、鍍膜玻璃(例如為控制日光而用銀或氧化銦錫之類金屬濺射的玻璃)、低E玻璃、Toroglas 玻璃(Saint-Gobain N. A. Inc. , Trumbauersville,PA) ,Solexia 玻璃(PPG Industries, Pittsburgh, PA)以及Starphire 玻璃(PPG Industries)。此類特種玻璃在美國專利 4，615，989,5, 173，212,5, 264，286,6, 150，028,6, 340，646,6, 461，736 和6，468，934中有所公開。但應當理解，所選擇的玻璃類型取決於預期用途。通過改進型非高壓釜層壓方法製造的太陽能電池模塊通常由至少一個層壓到太陽能電池層一面的熱塑性片以及至少一個進一步層壓到熱塑性片的玻璃片構成。所謂「層壓」是指在層壓結構中，兩個層直接(即兩層之間無任何其他材料)或間接(即兩層之間具有其他材料，諸如夾層或粘合劑材料)粘結。在一個特定實施方案中，將熱塑性片直接層壓到太陽能電池層的一面，同時將至少一個玻璃片進一步層壓到熱塑性片上。太陽能電池模塊還可包括其他包封層，這些包封層包含其他聚合材料，諸如聚 (乙烯乙酸乙烯酯)、聚(乙烯醇縮醛)(包括隔音級聚(乙烯醇縮醛))、聚氨酯、聚(氯乙烯)、聚乙烯(如線性低密度聚乙烯)、聚烯烴嵌段彈性體、α -烯烴與α，β -烯鍵式不飽和羧酸酯的共聚物(如乙烯丙烯酸甲酯共聚物和乙烯丙烯酸丁酯共聚物)、矽氧烷彈性體、 環氧樹脂、以及它們中的兩種或更多種的組合。此類附加包封層可具有約1至約120密耳 (約0. 026至約3mm)、或約10至約90密耳(約0. 25至約2. 3mm)、或約15至約60密耳(約 0. 38至約1. 5mm)，或約20至約45密耳(0. 51至約1. Imm)的厚度。太陽能電池模塊可還包括嵌入模塊內的其他功能膜或片層(例如，介電層或阻擋層)。此類功能層可源自任何上述聚合物膜或塗覆有其他功能塗層的那些。例如，塗覆有金屬氧化物塗層的聚(對苯二甲酸乙二醇酯)薄膜(諸如美國專利6，521，825和6，818，819以及歐洲專利EP1182710中公開的那些)可以用作層壓板中的氧氣和水分阻擋層。如果需要，太陽能電池層和包封材料之間還可存在一層非織造玻璃纖維(稀鬆布)，以利於在層壓過程中脫氣或起到加強包封材料的作用。例如美國專利5，583，057、 6，075，202,6, 204，443,6, 320，115 和 6，323，416 以及歐洲專利 0769818 中公開了此類稀鬆
布層的用途。如果需要，可以在採取層壓方法前對太陽能電池模塊任何組件層的一個或兩個表面進行處理，以加強其與其他層壓層的粘附性。這種粘附力增強處理可採用本領域已知的任何形式，包括火焰處理(參見例如美國專利2，632，921、2，648，097、2，683，894和 2，704，382)、等離子處理(參見例如美國專利4，732，814)、電子束處理、氧化處理、電暈放電處理、化學處理、鉻酸處理、熱空氣處理、臭氧處理、紫外線處理、噴砂處理、溶劑處理、以及它們中的兩種或更多種的組合。而且，還可通過將粘合劑或底漆塗料塗覆在一個或多個層壓層的表面上來使粘附強度得到進一步改善。例如，美國專利4，865，711公開了具有改善的可粘結性的膜或片，它們的一個或兩個表面上沉積有薄的碳層。其他示例性粘合劑或底漆可以包括矽烷、聚(烯丙胺)基的底漆(參見例如美國專利5，411，845、5，770，312、 5，690，994和5，698，329)，以及丙烯酸基的底漆(參見例如美國專利5，415，942)。粘合劑或底漆塗層可以採用單層粘合劑或底漆塗層的形式，並且厚度為約0. 0004至約1密耳(約 0. 00001至約0. 03mm)，或優選地0. 004至約0. 5密耳(約0. 0001至約0. 015mm)，或更優選地約0. 004至約0. 1密耳(約0. 0001至約0. 003mm)。在一個特定實施方案中(現在參見圖1)，其中太陽能電池源自基於晶片的自承太陽能電池單元，按照從前朝陽面到後非朝陽面的位置順序，太陽能電池模塊00)可包括
(a)玻璃入射層(10)、(b)前包封層(12)、(c)由一個或多個電互連太陽能電池構成的太陽能電池層(14)、(d)後包封層(16)和(e)玻璃背襯層(18)，其中前後包封層(12禾Π 16)中的至少一者或兩者由熱塑性片形成，所述熱塑性片包含酸性共聚物、酸性共聚物的離聚物、 或它們中的兩種或更多種的組合。在另一個實施方案中(現在參見圖2)，其中太陽能電池衍生自薄膜太陽能電池， 按照從前朝陽面到後非朝陽面的位置順序，太陽能電池模塊(30)可包括(a)包含玻璃覆板04)的太陽能電池層(14a)和沉積在非朝陽面上的一個或多個薄膜太陽能電池層(22)，
(b)由上述熱塑性片形成的(後)包封層(16)，以及(c)玻璃背襯層(18)。在該實施方案中，在採用層壓方法期間，包括所有疊放在位的組件層的預層壓組合件在層壓機室內被定位成使得預層壓組合件的覆板面面向第一熱源。例如，當第一熱源為定位在層壓機真空室底部的加熱的壓板時，預層壓組合件可以定位在真空室內，使得預層壓組合件的覆板面位於真空室底部。在另一個實施方案中，在步驟(4)中，將組合件定位成使得僅預層壓組合件的背襯層面面向第二熱源。例如，當第二熱源為定位在傳送帶上方的一個或多個紅外線燈時，可將預層壓組合件放置在傳送帶上，使得覆板面位於傳送帶表面並且玻璃背襯層面向一個或多個紅外線燈。在又一個實施方案中(現在參見圖3)，其中太陽能電池也包含薄膜太陽能電池， 按照從前朝陽面到後非朝陽面的位置順序，太陽能電池模塊GO)可以包括(a)玻璃入射層(10)、(b)由上述熱塑性片形成的(前)包封層(1 、和(c)包含薄膜太陽能電池層02) 的太陽能電池層(14b)，其中薄膜太陽能電池層0 被沉積在玻璃基板06)的朝陽面上。在該實施方案中，在採用層壓方法期間，包括所有疊放在位的組件層的預層壓組合件可以被定位成使得組合件的玻璃基板面面向第一熱源。例如，當第一熱源為定位在層壓機真空室底部的加熱的壓板時，預層壓組合件可以定位在真空室內，使得組合件的玻璃基板面位於真空室底部。在另一個實施方案中，在步驟(4)中，可以將組合件定位成使得僅預層壓組合件的一面面向第二熱源。例如，當第二熱源為定位在傳送帶上方的一個或多個紅外線燈時，可將預層壓組合件定位在傳送帶上，使得玻璃基板面接觸傳送帶的表面並且玻璃入射層面向一個或多個紅外線燈。本文還進一步公開了包含一系列利用上述改進型非高壓釜層壓方法製造的太陽能電池模塊的太陽能電池陣列。
實施例實施例E1-E8以下每個實施例中使用的離聚物片均是由乙烯和甲基丙烯酸共聚物的離聚物製備的60密耳(1.78mm)厚壓花離聚物片，所述共聚物包含21. 7重量％的甲基丙烯酸共聚單元，其中沈％與鈉離子中和並且具有1. 8g/10min的MFR(根據ASTM D1238標準在190°C和 2. 16kg條件下測得)。中和前，前體乙烯甲基丙烯酸共聚物的MFR為23g/10min (根據ASTM D1238標準在190°C和2. 16kg條件下測得)。在每個實施例中，其中離聚物片被夾置在兩個 2mm厚退火玻璃片之間的玻璃層壓板(12X12英寸(305X305mm))按如下方法製備。將離聚物片定位在兩個玻璃片之間，以形成隨後要放入NPC真空壓力層壓機(NPC Incorporated, Tokyo, Japan)的預層壓組合件。其上放置預層壓組合件的氣動升降銷位於電加熱底板上方約3至約5mm的水平，其中按記錄在表1的溫度控制電加熱的底板。關閉層壓機蓋，然後對層壓室抽真空以在約6秒鐘內實現2至5託的全真空。按照表1中規定的各個時間維持此真空，將玻璃預層壓組合件降低放在加熱的底板上，然後將位於真空壓力層壓機頂部的囊加壓至latm，並按表1中記錄的壓力時間將其壓在組合件表面上。之後將層壓機快速恢復至大氣壓，將所得層壓板從層壓機中取出。然後將得自每個實施例組合件的一些樣本冷卻至室溫，而其他樣本將經受進一步的熱處理。具體地講，熱處理涉及將層壓板樣本放入強制通風烘箱，其中使烘箱溫度在110°C下維持一小時，之後在120°C下維持一小時，之後在 130°C下維持一小時，之後在140°C下維持一小時，之後在150°C下維持一小時。將經過上述處理的層壓板從烘箱中取出，並將其冷卻至室溫。
權利要求
1.製備太陽能電池模塊的方法，所述方法包括(A)使預層壓組合件在密閉室內經受約1至約100託的真空力，其中所述組合件的一面暴露於第一熱源，將所述預層壓組合件任選地加熱至約25°C或更高的溫度，並將所述預層壓組合件在所述真空力和任選的溫度條件下保持約1至約15分鐘，並且其中所述預層壓組合件包括⑴包含一個或多個電互連的太陽能電池的太陽能電池層，所述預層壓組合件具有前朝陽面和後非朝陽面，(ii)定位在所述太陽能電池層的一面的至少一個熱塑性片，所述熱塑性片包含選自下列的熱塑性聚合物酸性共聚物、酸性共聚物的離聚物、以及它們中的兩種或更多種的組合，以及(iii)鄰近所述至少一個熱塑性片定位的至少一個玻璃片；(B)升高所述第一熱源的溫度以將所述預層壓組合件加熱到約50°C至約150°C，同時向所述密閉室內的所述預層壓組合件的表面施加約Iatm的壓力，並將所述預層壓組合件在所述真空、溫度和壓力條件下保持約1至約15分鐘；(C)釋放所述密閉室內的真空力並將所述預層壓組合件暴露於環境壓力；以及(D)將所述預層壓組合件的一面或多面進一步暴露於第二熱源，所述第二熱源將所述預層壓組合件加熱到約70°C至約150°C的溫度並保持約1分鐘至約M小時以形成所述太陽能電池模塊。
2.權利要求1的方法，其中步驟(A)-(C)在真空層壓機室內進行，所述第一熱源為定位在所述真空層壓機的一面的加熱的壓板；並且其中步驟(D)中使用的第二熱源選自強制通風烘箱、對流烘箱、熱輻射源、紅外線、微波烘箱、熱空氣、以及它們中的兩種或更多種的組合。
3.權利要求2的方法，其中步驟(D)使用傳送帶來執行，其中所述第二熱源為由一個或多個紅外線燈供給的紅外線。
4.權利要求1的方法，其中所述熱塑性聚合物為離聚物，所述離聚物為前體α-烯烴羧酸共聚物的離子中和衍生物，並且其中存在於所述前體α -烯烴羧酸共聚物中的羧酸基團的總含量的約10%至約60%已用金屬離子中和，並且其中所述前體α -烯烴羧酸共聚物包含(i)具有2至10個碳原子的α-烯烴的共聚單元和(ii)基於所述α-烯烴羧酸共聚物的總重量約18至約30重量％的具有3至8個碳原子的α，β -烯鍵式不飽和羧酸的共聚單元。
5.權利要求1的方法，其中所述熱塑性聚合物為酸性共聚物，所述酸性共聚物包含(i) 具有2至10個碳原子的α-烯烴的共聚單元和(ii)基於所述α-烯烴羧酸共聚物的總重量約18至約30重量％的具有3至8個碳原子的α，β -烯鍵式不飽和羧酸的共聚單元。
6.權利要求3的方法，其中所述至少一個熱塑性片為定位在所述太陽能電池層的前朝陽面的前包封片層，並且所述至少一個玻璃片為鄰近所述至少一個熱塑性包封片層定位並且與所述太陽能電池層相對的入射層。
7.權利要求3的方法，其中所述至少一個熱塑性片為定位在所述太陽能電池層的後非朝陽面的後包封片層，並且所述至少一個玻璃片為鄰近所述後包封片層定位並且在與所述太陽能電池層相對的所述包封片層的面上的背襯層。
8.權利要求6的方法，其中所述太陽能電池為基於晶片的太陽能電池，所述基於晶片的太陽能電池選自基於結晶矽和多晶矽的太陽能電池，並且其中所述預層壓組合件按位置順序基本上由以下材料組成(i)由所述至少一個玻璃片形成的入射層，(ii)由所述至少一個熱塑性片形成的前包封層，(iii)所述太陽能電池層，(iv)由第二熱塑性片形成的後包封層，以及(ν)由第二玻璃片形成的背襯層。
9.權利要求6的方法，其中所述太陽能電池為薄膜太陽能電池，所述薄膜太陽能電池選自基於非晶矽、微晶矽、碲化鎘、銅銦硒化物、銅銦/鎵二硒化物、吸光染料和有機半導體的太陽能電池，並且所述太陽能電池層還包括作為所述預層壓組合件在所述後非朝陽面處的最外層並且其上沉積有所述薄膜太陽能電池的基板。
10.權利要求7的方法，其中所述太陽能電池為薄膜太陽能電池，所述薄膜太陽能電池選自基於非晶矽、微晶矽、碲化鎘、銅銦硒化物、銅銦/鎵二硒化物、吸光染料和有機半導體的太陽能電池，並且所述太陽能電池層還包括作為所述預層壓組合件在所述前朝陽面處的最外層並且其上沉積有所述薄膜太陽能電池的覆板。
11.權利要求9的方法，其中在步驟(A)-(C)中，所述預層壓組合件在所述層壓機室內被定位成使得所述預層壓組合件的基板的最外層面暴露於所述加熱的壓板；並且在步驟 (D)期間，所述預層壓組合件在所述傳送帶上被定位成使得所述預層壓組合件的入射層面暴露於所述一個或多個紅外線燈。
12.權利要求10的方法，其中在步驟(A)-(C)中，所述預層壓組合件在所述層壓機室內被定位成使得所述預層壓組合件的覆板面暴露於所述加熱的壓板；並且在步驟(D)期間， 所述預層壓組合件在所述傳送帶上被定位成使得所述預層壓組合件的背襯層面暴露於所述一個或多個紅外線燈。
13.由權利要求1的方法製造的太陽能電池模塊。
全文摘要
本發明公開了一種用於製造太陽能電池模塊的改進型非高壓釜層壓方法，所述方法包括加熱—真空工藝以及除加熱—真空工藝之外的額外加熱步驟。
文檔編號B32B17/10GK102196911SQ200980142000
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月22日 優先權日2008年10月24日
發明者R·A·海斯, R·J·卡德沃拉德, R·L·史密斯 申請人:納幕爾杜邦公司