专利名称：以辊压复合方法制备太阳能电池组件的方法
技术领域：
本发明涉及在使用基于聚乙烯醇缩丁醛(PVB)的膜的情况下采用 辊压复合方法来制备薄层太阳能电池组件的工艺。
背景技术：
薄层太阳能电池组件通常由光敏性半导体层(以下称为太阳能电池 单元)组成，该半导体层是例如通过蒸发、气相沉积、喷、賊或湿法沉积 而涂覆于大多数情况下是透明的板材之上并且为了防护不受外界影响 而设置有任选地同样是透明的被覆物。太阳能电池单元经常借助于任 选地是透明的粘结剂而层合于玻璃板和例如由玻璃制成的被覆板之间。粘结剂必须完全包裹住太阳能电池单元，必须是uv稳定的并且在 层合过程之后完全无气泡。作为透明粘结剂，通常使用固化的浇铸树脂或可交联的基于乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)的体系,例如公开于DE4122721C1或DE4128766A1 中的那些。该粘结剂体系可以在未固化状态下调节为低粘度的，由此 使得其能无气泡地覆盖住太阳能电池单元。在添加了固化剂或交联剂 之后，就得到了具有耐受机械力性能的粘结剂层。这类太阳能电池组 件的缺点是其制备过程昂贵；特别对于大面积的外立面元件，将太阳 能电池单元植入到液态浇铸树脂中以及其控制固化都是难以控制的过 程。另外， 一些浇铸树脂在几年之后会倾向于形成气泡或产生分层。替代固化性粘结剂体系的一个方案是使用基于聚乙烯醇缩丁醛 (PVB)的膜。这里，用一个或多个PVB膜遮盖住太阳能电池单元，并在 升高压力和升高温度的条件下使其与所需的被覆材料结合成层合体。 利用PVB膜来制备太阳能电池组件的方法公开于例如DE4026165C2 、 DE4227860A、DE2923770C2 、 DE3538986C2 、 DE19732217 、 DE4026165、 US6160215、 WO02簡809、 US6660556、 US2005/0115667 或US4321418中。在这些公开文献中，PVB膜用于植入晶体太阳能电池 单元；而其中并无记栽用于薄层太阳能电池组件的单层体系或适合于 其的制备方法。例如在DE20302045U1、 EP167487A1和DE3538986C2中公开了将 PVB膜用于太阳能电池组件中作为复合玻璃体的用途。这些文献同样 也涉及到了将太阳能电池封装于两个PVB膜之间。在薄层太阳能电池组件中，太阳能电池直接安装在诸如玻璃板或 由聚合物或金属制成的柔韧性栽体的栽体上。根据栽体内部结构的不 同，太阳能电池不可能被封装。另外，薄层太阳能电池组件可以以任 意尺寸和大量地制造。已知的用于制备在PVB膜之间埋有太阳能电池 的太阳能电池组件的方法并不能足够地自行用于以工业规模制备具有 薄层太阳能电池组件的复合体。另外，DE3538986C2和DE4227860公开了在较高温度和较高压力下 通过层合工艺制备太阳能电池组件。其中并没有记载为此目的而使用 辊筒对。发明内容因此，本发明的任务在于提供一种利用热塑性中间膜层制备薄层 太阳能电池组件的方法，该方法使得能够连续和/或自动化地进行生产。现已惊奇地发现，采用辊筒对的层合工艺同样适于层合机械性能 不稳定的太阳能电池。因此，本发明的内容在于一种通过由至少一个位于其间的且基于 含软化剂的聚乙烯醇缩醛(Polyvinylactetal)的膜来层合由其上设置有 至少一个太阳能电池单元的第一栽体和第二栽体组成的层体，并通过 在50至150。C、特别是60至15(TC的温度下于至少一个辊筒对之间压制 该层体而制备太阳能电池组件的方法。优选在压制工具中施加0.5N/mm至100N/mm 、特别是1 ON/mm至 50N/mm的线压。所谓线压要理解为是以膜宽度计的辊筒对的压制压 力。为避免在被覆板上发生损坏，可以在层体的前缘和/或后缘上(层 合体的开头和结尾)将线压减小至上压辊的自重或通过抬起上压辊而使之减小到零。另外，在层体内的缺损位置如电接触点或导体通路处，可能需要 降低层体通过辊压机的传送速率，从而使线压有更长的作用时间。由 此也就能实现更好的通风排气并使缺损位与聚乙烯醇缩醛相粘结。
图1所示为具有两个辊筒对的合适装置的结构示意图。图2所示为其中S表示太阳能电池且P为导电面的太阳能电池組件的结构图。图3至5均显示了本发明所制得的层合体的结构图。
具体实施方式
本发明的方法使用 一个或多个、优选两个均由 一对压辊构成的压 制工具来进行。这里，层体是在相同或不同的线压和相同或不同的温 度下在至少 一 个辊筒对之间进行压制的。这种类型的设备用于制备复合玻璃体是已知的，并且通常具有至 少一个加热通道，用以在具有两个压制工具的设备中于第一压制工具 之前或之后升高或均衡温度。也可以考虑在具有至少一个放置在最后 --个压制工具之后的加热通道以提高或均衡温度的设备中进行加工， 或者也可以在具有超过两个压制工具且均设置有前接的加热通道的设 备中进行加工。所述的温度至少与在最后通过的辊筒对之前的层体上的温度相关。任选地可以在最后的辊筒对之前连接其他的带有或不带有前置加 热区的辊筒对，并且其中层合体可以具有上述的或低于5(TC或6(TC的溫度。在本发明中，在压制之前于加热通道中将层体例如用IR、微波辐 射或对流方式分别从5(TC或6(TC加热到15(TC ，优选分别从7(TC或8(TC加热到10(TC 。复合体的温度可以例如无触碰地经由辐射高温计测得。基于含软化剂的聚乙烯醇缩醛的膜优选含有未交联的聚乙烯醇缩 丁醛(PVB),且其是通过聚乙烯醇与丁醛缩醛化得到的。同样也可以使用交联的聚乙烯醇缩醛，特别是交联的聚乙烯醇缩 丁搭(PVB)。合适的交联的聚乙烯醇缩醛记栽在例如EP1527107B1和 WO2004/063231A(含羧基的聚乙烯醇缩醛的热自交联)、 EP1606325Al(与聚缩醛交联的聚乙烯醇缩醛)和WO03/020776Al(与乙醛酸交联的聚乙烯醇缩醛)中。这些专利申请的公开内容完全引入本发明。也可以与其他或另外的醛，例如具有5-10个碳原子的那些醛如戊醛 进行缩醛化作用。在本发明范畴内，制备聚乙烯醇缩醛所需要的聚乙烯醇也可以是 由水解的醋酸乙烯酯/乙彿共聚物构成的三元聚合物。这些化合物通常 被水解超过98%并且含有1至10重量％的基于乙烯的单元(例如Kuraray Eur叩eGmbH的"Exceval"型)。缩醛化作用可以如对于聚乙烯醇那样 进行。合适的基于所述聚乙烯醇缩醛、特别是PVB的膜，除了 50-85重量 %或50-80重量％的聚乙烯醇缩醛之外，还含有50-20重量％或50-15重 量％的软化剂和少量的粘附调节剂、防粘连剂和UV稳定剂。这种膜以 下简称为PVB膜。用于复合安全玻璃体的PVB膜的制备原理和组成都记 载于例如EP185863B1 、 EP1 U8258B1或W002/102591 Al中。在本发明的一个特殊实施方式中，通过使至少一个膜具有声波防 护性能而使得太阳能电池组件具有隔音性。基于PVB的声波防护膜记 载于例如EP1U8258B1或EP387138B1中,其公开内容在此完全引入。 如eph 18258B1所述的声波防护膜在吻合频率为1000至3500Hz时会提 高复合安全玻璃的隔音性至少2dB,该值根据DIN EN ISO 717测得。基于含软化剂的聚乙烯醇缩醛的膜的厚度优选为工业上这种膜常 规的厚度,如0.38、 0.51、 0.76、 1.14、 1.52或2.28謹。基于含有软化剂的聚乙烯醇缩醛的膜优选具有粗糙度Rz〉35Mm且 rz<180|am、特别是Rz〉50 m m且Rz〈150 n m、特别优选Rz〉70Mm且 rz<130 (a m且极其优选Rz〉90 p m且Rz〈130 m m的设置于一面或特别优 选设置于两面上的表面结构。若表面粗糙度Rz低于35jum，则在为实现 环流过导体通路或其他植入件所需的温度下，会在空气完全被压出之 前，提前封闭住复合体的边缘。结果就是在复合体中心产生空气包体(气 泡)。若表面粗糙度过高(Rz>180pm),则为熔耗粗糙度峰值所需的 能量就会提高并且工艺也就会令人不可接受地延长。根据EP0185863B1的记栽，可以在挤出过程中通过所谓的流动或熔 融破裂法而直接在塑料熔体从挤出喷嘴出来之前在膜上产生出表面结 构。通过改变出口缝隙宽度和喷嘴唇缘温度可以直接在喷嘴出口处有针对性地产生不同的粗糙度水平。该方法会造成不规则的、近似各向 同性的粗糙度。这里，在各个方向上测得的粗糙度测量值近似相等， 但是在其高度和分布方面，各个凸起和凹陷不均匀排列。另可替代的方法是可以通过例如EP06112163或EP06112，59中所述 的压印法来设置膜的表面结构。该过程会得到表面的均匀粗糙度/粗糙结构。根椐DIN EN ISO 4287测量表面粗糙度Rz或粗糙度值Rz。所迷的测 量过程采用Mahr公司的S2型粗糙度测量仪，具有机械单级按键 MFW-250的进刀设备PGK来进行。压制体可以接着经受升高或减小的压力处理且均经受升高的温 度。该过程可以类似于已知的例如EP1235683B1中所述的高压釜法、真 空环法或真空袋法来进行。在真空袋法中，将压制的层体送入塑料或橡胶袋中。接着将其空 气密封并优选在盘中心设置真空阀。对于大规格的物体则也可以设置 两个真空阀。经由真空泵，首先施加小于200mbar的真空并且在室温下 抽真空至少5分钟。接着在保持真空的条件下于通风拒中将该三明治结 构体加热到14(TC。并且，根据加热功率的不同加热速率为4至6。C/mm, 从而使得在20至30min之后达到14(TC的最终保持温度。接着将该温度 在！4(TC下保持30min。然后必须冷却到至少60。C,然后可以去除真空。 实际生产中使压制体经受0.01至300mbar的减小的压力和100至20(TC的温度处理。也可以替代地使用高压釜工艺。技术人员公知该过程可用于制备 复合玻璃体并且要在约7至15bar的升高的压力和130至145。C的温度下 进行10至120分钟。本发明可用的膜必须无气泡地且以力连接的方式(kraftschl ii ssig) 覆盖或包封太阳能电池单元及其电连接；同时，也需要太阳能电池组 件具有尽可能小的总厚度。为此，适宜使膜在制备条件下"避开"太阳能电池单元和其电连接，即要在层合条件下具有一定的流动能力。基于聚乙烯醇缩醛的膜在玻璃上的粘附能力可以通过添加诸如公 开于WO03/033583Al中的有冲几酸的；咸金属盐和/或^成土金属盐等粘附 调节剂来调节。特别合适的是醋酸钾和/或醋酸镁。为得到高粘附值，可能需要在不添加诸如碱金属盐和/或碱土金属盐等粘附调节剂的条件 下使用膜。本发明太阳能电池组件的第 一和/或第二栽体可以由玻璃、塑料或 金属或其复合体组成，其中至少一个栽体必须是透明的。同样也可以 将一个或两个载体设计为复合玻璃体(即由至少两个玻璃板和至少一个膜构成的层合体)或作为带有气体隔腔的绝缘玻璃体的形式u显而易见的，也可以将上述措施相结合。还可以将太阳能电池单元设置于第一、特别是一个柔性栽体上并 将该栽体压在由含软化剂的聚乙烯醇缩醛和两个优选透明的栽体构成的两个层之间。图3至5均显示了本发明所制得的层合体的示意结构图， 其中T1、 T2和T3表示载体材料，而F表示由含软化剂的聚乙烯醇缩醛构 成的膜或层，S表示太阳能电池，E表示任选需要的各太阳能电池的电 接触元件。图3和4中是将太阳能电池或光活化层设置在载体材料上， 并且在如图4所示的方案中优选采用一个柔性栽体T3。用于太阳能电池组件中的太阳能电池不必具有特殊的性能。可以 采用涂覆于第 一栽体上的结晶或非晶的、无机或有机的半导体体系。 为提供足够的电压，可以将多个太阳能电池相互电连接起来。太阳能 电池的厚度，在薄层组件中也称为功能层，为至少0.lMm。为电连接 太阳能电池所需的导电通道的厚度一般为〉50)um。图2所示为其中S表示太阳能电池且P为导电通道的太阳能电池组 件的示意结构图。根据本发明制得的太阳能电池组件还可以用作建筑外立面构件， 屋顶面，暖房遮盖物，隔音墙，阳台或护墙的元件或用作窗面的组件。实施例在如图1所示的设备中，在9(TC的温度(在最后的压制工具之后测得)块f所述的薄层模块尺寸为长'30cm x;宽20cm且玻璃厚度为3.2mm, 并且还带有两个纵向分别距离边缘20mm而宽度为2mm且厚度为约250 )a m的导电带。选择复合体的运行方向以使得导电通道从模块出来的出 口位于后方并且最后进行压制。作为含软化剂的聚乙烯醇缩醛膜，采用粗糙度Rz为约100 p m的Trosifol HR 100型的膜(Kuraray Europe GmbH)。压制工具的线压在层体的第一个10mm和最后的30mm上要降低至 上辊的自重。得到略微浑浊的无气泡的层合体。在后续的高压釜工艺中于14(TC和12bar并且保持时间30Min的条件下可以完全消除这种浑浊现象。若是不用高压釜工艺，也可以在真空过程中，在145。C和150mbar的压力下且保持时间为两个小时的条件下消除这种浑浊。本发明方法因此适用于制备太阳能电池组件，任选可以通过后接 的工艺步骤来消除浑浊。
权利要求
1.一种通过由至少一个位于其间的且基于含软化剂的聚乙烯醇缩醛的膜来层合由其上设置有至少一个太阳能电池单元的第一载体和第二载体组成的层体，并通过在50至150℃的温度下于至少一个辊筒对之间压制该层体而制备太阳能电池组件的方法。
2. 如权利要求l所述的制备太阳能电池组件的方法，其特征在于， 在O. 5N/mm至1 OON/mm的线压下于辊筒对之间进行压制。
3. 如权利要求1或2之一所述的制备太阳能电池组件的方法，其特对之间压制层体。
4. 如权利要求1至3之一所述的制备太阳能电池组件的方法，其特 征在于，基于含软化剂的聚乙烯醇缩醛的膜具有35 m m至180y m的一 面或两面的粗糙度值Rz。
5. 如权利要求1至4之一所述的太阳能电池组件的制备方法，其特 征在于，基于含软化剂的聚乙烯醇缩醛的膜具有规则的粗糙结构。
6. 如权利要求1至4之一所述的太阳能电池组件的制备方法，其特 征在于，基于含软化剂的聚乙烯醇缩眵的膜具有不规则的粗糙结构。
7. 如权利要求1至6之一所述的太阳能电池组件的制备方法，其特 征在于，第一和/或第二载体由玻璃、塑料、金属或其复合体、复合玻 璃体和/或绝缘玻璃体构成，且前提是至少一个栽体是透明的。
8. 如权利要求1至7之一所述的太阳能电池组件的制备方法，其特 征在于，使压制体经受升高的压力或减小的压力和升高的温度。
9. 如权利要求8所迷的太阳能电池组件的制备方法，其特征在于， 使压制体历受0.01至300mbar的减小的压力和100至20(TC的温度。
10. 如权利要求8所述的太阳能电池组件的制备方法，其特征在于， 使压制体经受7至15bar的升高的压力和130至145。C的温度。
全文摘要
本发明涉及一种通过由至少一个位于其间的且基于含软化剂的聚乙烯醇缩醛的膜来层合由其上设置有至少一个太阳能电池单元的第一载体和第二载体组成的层体，并通过在50至150℃的温度下于至少一个辊筒对之间压制该层体而制得太阳能电池组件的方法。
文档编号H01L31/18GK101237008SQ20081000926
公开日2008年8月6日 申请日期2008年1月31日 优先权日2007年2月1日
发明者A·卡品斯基, B·科尔 申请人:可乐丽欧洲有限责任公司