太阳能电池封装剂有机硅组合物和太阳能电池模件的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本非临时申请在35U.S.C. § 119(a)下要求2014年4月7日在日本提交的专利申 请号2014-078780的优先权，将其全部内容通过引用引入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及包括通过有机硅封装剂插入在刚性或挠性前面面板与背面面板之间 的太阳能电池基体的太阳能电池模件和有机硅封装剂组合物。
【背景技术】
[0004] 目前对于作为能够利用太阳光的能源的太阳能电池的关注日益增加。太阳能电池 的光伏部件一般由半导体、典型地是硅组成。多个太阳能电池电连接以成太阳能电池基体。 通过称作封装剂的热塑性树脂将太阳能电池基体插入在通常为玻璃板的受光面板与称作 背板（backsheet)的背面挠性膜之间，并且通过层压机联结在一起，得到称作太阳能电池 模件的一体结构。
[0005] 通过用封装剂覆盖太阳光入射的太阳能电池的前面或背面，保护太阳能电池模件 以避免外部环境包括例如雨、风、雪和灰尘。作为封装剂，经常使用作为热塑性树脂的乙 烯-醋酸乙烯酯（EVA)共聚物，因为低成本并且还因为其可以片状得到，易于处理。由太阳 能电池基体制造太阳能电池模件的方法一般通过将受光面侧玻璃/EVA片材/太阳能电池 基体/EVA片材/背表面面板（背板）的层叠体放入真空层压机、抽真空并在大气压下在 130-150 °C压15-30分钟进行。
[0006] 然而，使用EVA作为封装剂时，要指出的是，特别地在热湿环境下逐渐生成乙酸。 所生成的乙酸导致对太阳能电池的电极腐蚀，从而不期望地引起发电能力降低。由于对太 阳能电池期望畅通长期使用寿命为20年以上，所以从确保的观点出发，随时间劣化的问题 必须迅速地解决。
[0007] 除上述问题外，EVA还存在低的耐UV性的问题。在长期户外暴露时，其发生变色 且成为黄色或褐色，从而降低了其美观的外观。
[0008] 期望用封装剂材料替代EVA封装剂，所述封装剂材料即使在长期保持在热湿环境 中时也不生成酸且在长期UV暴露时耐变色。不存在上述问题的封装剂材料之一是有机硅。 具体地，在少有乙酸生成的有机硅用作封装剂时，电极腐蚀最小，且黄色或棕色变色问题得 以解决。例如，非专利文献1报道了当在户外暴露29年之后再评价有机硅密封的太阳能电 池模件时，发现通过最大功率仅降低-0. 22% /年所证实，其高度可靠。
[0009] 已经研宄了各种封装方法以生产有机硅密封的太阳能电池模件。专利文献1描述 了利用多轴机器人将太阳能电池基体放置在涂覆于基板上的液体有机硅材料之上或之中， 然后固化有机硅材料，由此实现没有裹挟气泡的封装。此外，专利文献2中提出了使用称 作电池压机的可移动的板，在真空中将太阳能电池基体放置在固化或半固化的有机硅材料 上，由此实现没有裹挟气泡地封装。专利文献3公开将有机硅封装剂、太阳能电池基体和液 体有机硅封装剂放置在玻璃基板上，最后在其上放置背面保护基材以构建预层叠体，并且 在室温在真空下压制和结合预层叠体以建立密封。
[0010] 对于涂覆或封装（potting)中使用的有机硅封装剂，全面地研宄了用于模件制造 的固化前的最佳粘度，而非固化后的弹性模量。在户外环境中安装太阳能电池模件的条件 下，其部件在伴随太阳能电池自身的发电生成热以及季节和每日热循环时经历反复性的热 膨胀/收缩。如果封装剂的物理强度和结合强度低，则组件随温度变化的尺寸改变不受抑 制，且热疲劳进一步增加。其中，典型地将用作集电极的指状电极设计成0. 05-0. 2mm宽度 以确保太阳能电池上的受光面积。这样的细电极在邻接连接件的热膨胀/收缩的影响下可 能破裂。如果指状电极破裂，则不足的电流采集区域出现在太阳能电池上，导致功率损失。 目前的问题之一在于使具有为高效率设计的细指状电极的太阳能电池模件完全地耐受热 循环时反复的热负荷。
[0011] 引用f献列表
[0012] 专利文献 I: JP-A 2007-527109 (W0 2005/006451)
[0013] 专利文献 2: JP-A 2011-514680 (W0 2009/114189)
[0014] 专利文献 3: WO 2009/091068
[0015] 非专利文献 I: Ito, Owada, Furihata, Kim, Yamakawa, Yaginuma, Imataki, Watana be,和Sakamoto, Preprints of 9th Symposium of Next Generation Solar Photovoltaic System, 2012，第 54 页
【发明内容】
[0016] 本发明的目的在于提供太阳能电池封装剂有机硅组合物和太阳能电池模件，其适 合于基本上防止太阳能电池上的指状电极因温度变化而破损，且由此是完全可靠的。
[0017] 发明人已经发现，固化成在_40°C -85°C温度范围内具有l_300MPa的储能弹性模 量的产物的有机硅封装剂组合物在户外老化环境中有效地防止太阳能电池上的指状电极 因太阳能电池模件的温度变化而破损。
[0018] 涉及太阳能电池模件，其包括：具有刚性或挠性的受光面面板和背表面面板；包 含多个插入在所述面板之间的太阳能电池的太阳能电池基体；和用于封装太阳能电池基体 的有机硅封装剂层，本发明提供了用于形成有机硅封装剂层的有机硅封装剂组合物，所述 有机硅封装剂在-40°c~85°C温度范围内具有l-300MPa的储能弹性模量。
[0019] 典型地，定义有机硅封装剂组合物包含：
[0020] (A) 100重量份的由平均组成式⑴表示并且具有至少100的聚合度的有机聚硅氧 烧：
[0021] R1aSiO(嫌 (I)
[0022] 其中R1各自独立地是取代或未取代的一价烃基，并且a是1. 95-2. 05的正数，
[0023] (B) 30-90重量份的补强性二氧化娃，其具有至少50m2/g的比表面积；
[0024] (C)将成分（A)固化的有效量的固化剂；和
[0025] (D)O-IO重量份的增粘剂。
[0026] 在优选的实施方案中，相对于每100重量份的成分（A)，存在至少0. 01重量份的成 分（D)，并且成分（D)为包含烷氧基、环氧基和（甲基）丙烯酰基基团中的至少一个的化合 物。
[0027] 最通常地，优选地通过压延或挤出成型将所述有机硅封装剂组合物成形为具有 0. 3-2. 5mm厚度的片材。
[0028] 在另一个方面，本发明提供用于制造太阳能电池模件的方法，包括下列步骤：依次 层叠受光面面板、有机硅封装剂组合物、太阳能电池基体、有机硅封装剂组合物和背表面面 板；并且使用真空层压机在真空中对层叠体加热和加压。
[0029] 本文还考虑通过所述方法制造的太阳能电池模件。
[0030] 本发_的有益效果
[0031 ] 本发明的有机硅封装剂组合物有效地抑制太阳能电池模件中的组件因温度变化 导致的热膨胀/收缩，并且由此防止太阳能电池上的指状电极因热负荷而破裂。得到的太 阳能电池模件是完全可靠的
[0032] 附图简沐
[0033] 图1是太阳能电池的平面示意图。
[0034] 图2是根据本发明的有机硅封装的模件的横截面视图。
[0035] 图3示出实施例1-3和对比实施例1、2的材料的储能弹性模量与温度关系的示意 图。
[0036] 优诜实施方案的描沐
[0037] 将本发明的有机硅封装剂组合物热固化成有机硅封装剂层，其在-40°C~85°C温 度范围内具有l_300MPa、优选I-IOOMPa的储能弹性模量。如果储能弹性模量低于IMPa， 则该层难以抑制连接件随温度变化的热膨胀/收缩，并且使得太阳能电池上的指状电极破 损。如果储能弹性模量超过300MPa，则封装剂自身的热膨胀/收缩给太阳能电池沿表面 方向上施加显著的应力，存在在太阳能电池中产生裂纹的可能性。此外，具有超过300MPa 的储能弹性模量的封装剂层因对在与玻璃基板界面施加的高应力而变脆、难以处理和易剥 离。
[0038] 能够满足期望的储能弹性模量的有机硅封装剂组合物包含如下成分（A)、（B)和 (C)作为必要成分和任选的且优选的成分（D):
[0039] (A)由平均组成式（I)表示的并且具有至少100的聚合度的有机聚硅氧烷：
[0040] R1aSiOi4^72 (I)
[0041] 其中R1各自独立地是取代或未取代的一价烃基，并且a是1. 95-2. 05的正数；
[0042] (B)具有至少50m2/g的比表面积的补强性二氧化硅；
[0043] (C)固化剂；和
[0044] (D)增粘剂。
[0045] 成分（A)是由平均组成式（I)表示和具有至少100的聚合度的有机聚硅氧烷。
[0046] R1aSiOi4^72 (I)
[0047] 此处