专利名称：太阳能电池模块和用于该太阳能电池模块的光控片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种太阳能电池模块和用于该太阳能电池模块的光控片。
背景技术：
因为其作为将解决全球环境难题的一种重要能源的潜力，光伏发电吸引了人们很大的注意。光伏发电主要依赖于晶体硅太阳能电池，该晶体硅作为光电转换器而起作用。为了提高它们的光电转化效率，已经进行了持续的研究和开发。在单晶硅太阳能电池领域，在具有宽带隙的无定形硅的异质结层的新型太阳能电池或者后接触型的新型太阳能电池的设计中实现了这些成果，其中，所述后接触型的新型太阳能电池省略了在光入射面上的必要的集电极层，从而通过该光入射面上的电极最小化了入射光的损失。这些新型的太阳能电池达到了高于20%的光电转换效率。用于光伏发电的太阳能系统包括用于将太阳光转换为电能的太阳能电池模块，用于将所转换来的电能连接至传输网络的电缆，以及外周设备。该太阳能电池模块需要具有非常好的耐用性，因为它们被暴露在户外的太阳光下。根据由新能量和工业技术发展组织(一个独立的管理机构)在2009年建立的“光伏发电的路线图(PV2030+) ”，太阳能电池的寿命在2017年将为25年而在2025年将为30年。为了使光伏发电成为能与在商业能源供应中占主导的热能、核能和水力能相兼容的一种基础电力源，因此在开发计划之前，必须获得高度耐用的太阳能电池。传统的太阳能电池模块包括双面都被EVA(乙烯一醋酸乙烯酯共聚物)密封以提高可靠性的晶体硅太阳能电池。遗憾的是，由于其低的玻璃转化点，EVA具有在高温下变软和在低温下变硬的缺点。换句话说，它在户外环境中随着温度变化膨胀和收缩，并且这导致了在晶体硅太阳能电池中有缺陷的布线。因此，EVA的使用是延长太阳能电池模块的寿命超过25年的一个障碍。EVA还具有的另一个缺点是需要层合工艺进行密封，其中所述密封涉及加热和抽空。该工艺包括许多复杂的步骤。在层合工艺中的任何不足都损害太阳能电池的特征性能。已经提出两种途径来解决这一问题。一种是通过对从太阳能电池模块两端的阳极和阴极上延伸的引线上施加耐热膜，从而保护这些引线以避免与其它引线(如在专利文献1:JP-A1997-326497中所公开的)之间短路。另一种是通过用由至少由两种树脂构成的层合膜涂覆每一个光伏发电元件的正面或背面的至少一面，从而提高产出量(如在专利文献2:JP-A1999-87744 中所公开的)。安装在户外的太阳能电池模块变得非常热，尤其是在夏天，并且其中的太阳能电池元件也如此。已知，随着它们温度的上升，它们的发电效率降低了。例如，在单晶硅电池的情形下，从25°C (假定在该温度下效率为100%)开始，元件温度每增加一度效率就降低约0.4%。因此，如何分散太阳能电池元件不断上升的温度是太阳能电池模块有效工作的重要因素。为了抑制太阳能电池的温度上升，对有效散热进行了各种各样的设计。它们包括，例如，附加到太阳能电池模块的背面的高导热性金属散热器(专利文献3 JP2770906)，导热阻挡构件和从反面释放热量的热管的结合(专利文献4 JP-A1997-186353)，由线性膨胀系数不同的金属构成的层合结构的散热器(专利文献5:JP4206265)，和用于散热的结合到反面的长片型金属构件(专利文献6 JP-A2006-156581)。用于散热的金属材料对于太阳能电池模块来说在经济上是不利，因为它们的材料成本和加工成本高。除此之外,它们增加了模块的重量，从而使得它们的操作不方便。不像传统的单晶硅太阳能电池，达到了高于20%的转换效率的HIT型或后接触型太阳能电池，需要用于沉积不定形硅层和形成细小电极的特殊装置或设备。这导致了太阳能电池的高生产成本并阻碍了太阳能电池的推广。因此，需要一种新技术通过减小由在低成本的光入射面上的集电极所导致的入射光的损失来提高转换效率。由于太阳能电池元件和用于温度升高处的热辐射材料之间的线性膨胀系数之间的差异所导致的应变，传统技术在从热的太阳能电池元件上有效地散热上存在问题。特别是用最高200 μ m的硅晶片制作太阳能电池元件的情形下就是如此。由于太阳能电池元件和与其密切接触的材料之间的线性膨胀系数之间的差异，这些太阳能电池元件在温度升高的情况下会出现开裂的情况。已知通常用作密封材料的EVA由于温度变化而在模块中大幅地变化(例如，非专利文献 I:Barry Ketola, KeithR.McIntosh, Ann Norris, Mary KayTomalia,“Silicone For Photovoltaic Encapsulation,，，23rd European PhotovoltaicSolar Energy Conference2008, pp.2969-2973),并且这些缺陷将不利地影响太阳能电池元件。为了减小太阳能电池模块的生产成本，强烈地要求减小硅晶片的成本，因为硅晶片的成本占到了太阳能电池模块成本的至少50%。对于在成本性能方面优异的太阳能电池元件，满足这一需求的一个途径是不仅通过减小太阳能电池的面积，而且还通过减小太阳能电池的厚度至最高120μπι。遗憾的是，用这么薄的硅晶片制作的太阳能电池元件易受震动的破坏，并因此与用于由厚度超过200 μ m的硅晶片制作的太阳能电池元件的密封和热辐射材料不兼容。已表明太阳能电池元件表面上的布线连接在温度持续地上升和下降的户外环境中产生了退化，这是由于模块以及在太阳能电池元件的正面和背面的密封材料之间的线性膨胀系数的差异所致(非专利文献2和3:D.L.King,M.A.Quintana, J.A.KratochviI, D.E.Ellibee 和 B.R.Hansen, “Photovoltaic ModulePerformance and Durability Following Long Term Field Exposure, Progress inphotovoltaics,，，Research and Applications(2000)pp.241-256,和 M.A.Quintana,D.L.King, T.J.MacMahon 和 C.R.0sterwald, “Commonly Observed Degradation inField-Aged Photovoltaic Modules,，，Processings of the29th IEEE PhotovoltaicSpecialists Conference, New Orleans, (2002)pp.1436-1439)。传统技术遭受了另一个成本上的缺点，因为它需要将太阳能电池元件粘结至散热辐射构件的粘合剂或者需要用于有效散热的两种树脂层。这些额外的部件增加了生产成本。特别地，该粘合剂也容易如上面所提到的那样退化，经过在温度持续地上升和下降的户外环境使用至少10年以后，将产生杂质。此外，传统技术的产出率很差，因为需要用膜或由至少两种树脂构成的层合膜形式的覆盖材料来覆盖引线。该结构增加了生长成本并阻碍了容易的再加工。
引证列表专利文献I JP-A1997-326497专利文献2 JP-A1999-87744专利文献3 JP2770906专利文献4 JP-A1997-186353专利文献5:JP4206265专利文献6 JP-A2006-156581非专利文献1:Barry Ketola, Keith R.McIntosh, Ann Norris, Mary KayTomalia,“Silicone For Photovoltaic Encapsulation,，，23rd European PhotovoltaicSolar Energy Conference2008, pp.2969-2973.
非专利文献2:D.L.King, M.A.Quintana, J.A.KratochviI, D.E.Ellibee andB.R.Hansen,“Photovoltaic Module Performance and Durability Following Long TermField Exposure, Progress in Photovoltaics,，，Research and Application8 (2000)pp.241-256.
非专利文献3:Μ.A.Quintana, D.L.King, T.J.MacMahon 和 C.R.0sterwald,“Commonly Observed Degradation in Field-Aged Photovoltaic Modules, ’^Processingsof the29th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, New Orleans, (2002)pp.1436-1439.
发明内容
技术问题本发明的一个目的是提供一种具有高转换效率的太阳能电池模块和一种用于该太阳能电池模块的光控片。 解决问题的方案为了解决上述问题，本发明人进行了一系列的研究，研究发现，由太阳能电池元件组成的太阳能电池模块每一个太阳能电池元件都具有容纳在传输入射的太阳光的透明材料板和与太阳光入射平面相对的导热材料板之间的空间中的半导体基板并且所述太阳能电池元件用具有橡胶回弹性的透光弹性体材料在压力下密封，如果用透光弹性体材料以这种方式涂覆其光入射面，即通过光传输弹性体材料的折射排用改变直接入射光，以及还如果太阳能电池使得其指状电极和/或太阳能电池元件的母线电极设置在比直接入射光不被折射作用影响的区域中的入射光少的区域中时，将表现出高的转换效率。如上面所述那样构建的太阳能电池模块避免了通过光刻形成细薄的电极的必要性并形成了异质结层，并且也使由于在光入射平面上的集电极而造成的入射光的损失最小化，从而表现出了高的转换效率。此外，该太阳能电池模块非常不容易发生在暴露户外期间随着温度的变化而因为EVA的收缩所导致的退化。最终，该太阳能电池模块提供有光控片，该光控片密封太阳能电池模块并使由于设置在太阳能电池模块的光入射平面上的集电极造成的入射光的损失最小化。本发明是以上文所述的发现为基础。本发明提供了一种太阳能电池模块和一种用于太阳能电池模块的光控片，在下面进行了限定。
[I] 一种太阳能电池模块，其由传输太阳光的透明材料板、与太阳光入射侧相对设置的导热材料板、透光弹性体构件以及太阳能电池元件构成，将该透光弹性体构件和该太阳能电池元件插入在所述透明材料板和所述导热材料板之间，将该透光弹性体构件设置在太阳光入射侧，通过这样的方式，该透光弹性体构件将太阳能电池元件压向导热材料板，其中该透光弹性体构件包括多个结合在一起的小片，至少该透光弹性体构件的光入射平面具有半圆形横截面，半椭圆形横截面，或者具有圆边的半跑道形状的横截面，并且将该小片形成为使得该太阳能电池元件的指状电极和/或母线电极被设置在这些小片的结合部分上，以使得该透光弹性体构件通过该透光弹性体的折射作用改变直接入射光的光路径，由此允许将该太阳能电池元件的指状电极和/或母线电极设置在比直接入射光不受折射作用影响的区域中的入射光少的区域中。[2]段落[I]所述的太阳能电池模块，其中在该导热材料板和太阳能电池元件设置有在它们之间插入的导热性弹性层。[3]段落[2]所述的太阳能电池模块，其中该导热性弹性层由导热率至少0.2W/m.K和最高5W/m.K的导热性娃橡胶制成。[4]段落[I]至[3]中任一所述的太阳能电池模块，其中将该透明材料板和导热材料板设置为使得在该两个板之间的空间的末端设置了间隔构件。[5]段落[I]至[4]中任一所述的太阳能电池模块，其中该透明材料板和导热材料板通过一个框架构件固定在一起，该框架构件在板的周边之间跨接。[6]段落[I]至[5]中任一所述的太阳能电池模块，其中该导热材料板由玻璃、合成树脂、或金属、或它们的复合材料而制成。[7]段落[I]至[6]中任一所述的太阳能电池模块，其中该太阳能电池元件由硅材料制成。[8]段落[I]至[7]中任一所述的太阳能电池模块，其中该透光弹性体构件为硅橡胶组合物的硬化产品。[9] 一种用于太阳能电池模块的光控片，其被设置在具有指状电极和母线电极的太阳能电池元件的光入射侧，并且它将进入指状电极和/或母线电极的直接入射光朝着其周围分散，其中该太阳能电池元件的指状电极和/或母线电极设置在结合在一起的弹性体的多个小片的结合部分上，至少它的光入射平面具有半圆形横截面、半椭圆形横截面或者具有圆边的半跑道形状的横截面。发明的有益效果根据本发明的太阳能电池模块具有高转换效率并且在户外持续地暴露期间表现出了良好的耐用性。因此，对于作为解决全球环境难题的能源而扮演重要角色的大规模的光伏发电厂是有用的。除此之外，该太阳能电池模块避免了通过复杂的层合工艺密封太阳能电池元件的必要性。这导致了高产出率，并且该太阳能电池元件能够容易地再加工，因为是将它们简单地在压力下通过弹性体材料固定。这方便了在太阳能电池模块中发生了任何故障时太阳能电池的更换，并且允许太阳能电池模块组件的重复利用。
图1为示出了太阳能电池模块的一个实例的截面图；图2为示出了入射在透光弹性体构件(或光控片)上的太阳光(垂直于太阳光入射平面)的示意图；以及图3为示出了入射在透光弹性体构件(或光控片)上的太阳光(相对于太阳光入射平面倾斜50度)的示意图。
具体实施例方式以下是根据本发明的一个优选实施方案的举例的太阳能电池模块的说明。图1为示出了太阳能电池模块的一个实例的截面图，其中将平板用作透光弹性体构件。图2为示出了入射在透光弹性体构件(或光控片)上的太阳光的示意图。图2中的太阳光垂直于太阳光入射平面；图3也是示出了入射在透光弹性体构件(或光控片)上的太阳光的示意图。图3中的太阳光相对于太阳光入射平面倾斜50度。在图1中，示出了通过其进入太阳光的透光性材料板1，与太阳光入射平面相对地放置的导热材料板5。在板I和板5之间的间隙中放置了发光弹性材料2和由半导体基板构成的太阳能电池元件3，使该发光弹性材料2邻近于太阳光入射平面并且将太阳能电池元件3在压力下固定至导热材料板5。将具有指状电极或母线电极6的该太阳能电池元件3插入到发光弹性材料2和导热材料板5之间。在该太阳能电池元件3和导热材料板5之间具有导热弹性体层4。并且将具有指状电极或母线电极6的该太阳能电池元件3在压力下固定至导热材料板5，而导热弹性体层4插入在它们之间。根据图1中所示的实施方案，将太阳能电池元件3紧密地并排设置，并且将该透光弹性体构件2作为一个整体成型为一个平板。将该透光弹性体构件2形成为使得其起作为光控片的作用，至少它的光入射平面具有半圆形横截面、半椭圆形横截面或具有圆形边的半跑道形状横截面。该光控片应该优选由弹性体小片2a构成，每一个都具有半圆形横截面、半椭圆形横截面或半跑道形状横截面和圆形边，以及并排设置。将该透光弹性体构件2或该太阳能电池元件3设置为使得该太阳能电池元件3的指状电极和/或母线电极6被设置在弹性体小片2a结合在一起的位置上。该结构使得入射太阳光(或直接入射光)在该透光弹性体构件(或光控片)2的至少两面上折射。直接入射光的光路径的这些折射或变化的结果是抵达在结合部件上的指状电极和/或母线电极6的直接入射太阳光的量少于在太阳能电池元件的表面上的其它部件上的量。图2是示出了在垂直于太阳光入射平面的方向上入射太阳光如何进入透光弹性体构件(光控片)2的示意图。从该图中值得注意的是，由于透光弹性体构件2的折射作用，其阻止了由于指状电极和/或母线电极6的遮蔽而引起的太阳光的损失。换句话说，透光弹性体构件2朝着电极的附近使入射太阳光的路径发生折射，并使该光分散，特别是对于最初直接进入这些电极的直射光。这帮助减小了所谓的遮蔽损耗。图3是示出了在相对太阳光入射平面倾斜50度的方向上入射太阳光如何进入透光弹性体构件(光控片)2的示意图。值得注意的是，如图2中所示，图3示出了透光弹性体构件2朝着电极的附近使入射太阳光的路径发生折射，并使该光分散，特别是对于最初直接进入这些电极的直射光，由此减小了遮蔽损耗。将上面所述的板I和5设置为在它们之间插入了间隔体9，其被设置在板I和5之间的空间的末端附近。将该间隔体9固定至板I和5，用密封配混料8填充间隔体9的上部和板I之间的间隙以及间隔体9的下部和板5之间的间隙。也通过密封配混料10固定该间隔体9，该配混料10填充了板I和5之间的间隙的末端位置。设置了透光弹性体构件2、其上形成有指状电极或母线电极6的太阳能电池单元3以及导热弹性材料层4，该导热弹性材料层4紧密地密封在板I和5之间的空间中。该板I和5通过用直角的C-型框架构件7啮合它们的末端而紧固在位置上。作为透光性材料构件的板I应该由任何具有良好的透明性、耐候性和耐震动的材料制成，确保在长期户外使用期间高的可靠性。这类材料的实例包括白回火玻璃片、丙烯酸类树脂、氟塑料以及聚碳酸酯树脂。它们其中常用的一个是具有约3至5mm厚度的白回火玻璃片。该导热性材料板5应该由玻璃、合成树脂、金属或这些材料的复合材料构成，以使它有效地将热量从太阳能电池元件散发出来。玻璃的实例包括蓝玻璃片、白玻璃片以及回火玻璃。合成树脂的实例包括丙烯酸类树脂、聚碳酸酯(PC)树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂以及环氧树脂。金属的实例包括铜、铝以及铁。复合材料的实例包括均匀地引入有例如二氧化硅、钛氧化物、铝以及氮化铝等的高导热性材料的合成树脂。该导热材料板5和导热弹性体层4优选应该是透明的，以使得太阳能电池模块允许照射在其上的一部分的直接的太阳光或分散的太阳光透过，由此照亮它的阴影。当将该太阳能电池模块安装在牧场中时，该功能有助于使光线照射到由该太阳能电池模块遮盖住的陆地，由此生长绿植，这有助于利用该块陆地放牧。该太阳能电池元件3应该由单晶硅和多晶硅的其中一种或两种制成。下面将描述 上面所提到的透光弹性体构件2。它是通过由高度填充热解法二氧化硅的混炼型的硅橡胶组合物硫化而制成的片。该硫化的产品，即该硅橡胶，应该具有高透明性、良好的耐候性(或耐紫外光)、以及在户外应用至少20年的长期可靠性，这是该太阳能电池模块所需要的。此外，该硅橡胶组合物应能够以各种方式进行模制，例如热压模制、挤出模制和压延，这适于大量高效生产用于聚焦性太阳能电池的光学片。上面所提到的硅橡胶片是通过硫化硅橡胶组合物获得的，该硅橡胶组合物包括:(A) 100重量份的由下面的平均组成式⑴表示的有机基聚硅氧烷，R1aSiO(^a)72 (I)其中，R1为相同或不相同以及被取代的或未被取代的一价的烃基，并且字母a是从
1.95至2.05的正数；并且该有机基聚硅氧烷在一个分子中具有至少两个脂肪族的不饱和基团并且还具有至少100的聚合度；(B) 70至150重量份的具有大于200m2/g的比表面积的热解法二氧化硅；(C)0.1至30重量份的有机基氢聚娃氧烧,该有机基氢聚娃氧烧在一个分子中至少包含两个结合至硅原子的氢原子；以及(D)催化量的用于氢化硅烷化反应的催化剂。该硅橡胶组合物是能够挤出模制和压延的混炼型。它产生了一种硫化产品，该产品尽管其中包含二氧化硅，但是还具有高透明度，并因此该产品适于聚焦型的太阳能电池的光学片。组分(A)是具有至少100的聚合度的有机基聚硅氧烷，其由上面的平均组成式(I)表示。在该平均组成式(I)中，R1为相同或不相同以及被取代的或未被取代的单价烃基。通常是具有I至12个碳原子，优选I至8个碳原子的烃基。它的典型实例包括:例如甲基、乙基、丙基、丁基、己基、和羊基等的烧基；例如环戍基和环己基等的环烧基；例如乙稀基、烯丙基和丙烯基等的烯基；环烯基；例如苯基和甲苯基等的芳基；例如苄基和2-苯乙基等的芳烷基；其中具有的氢原子部分或全部地被卤素原子或氰基取代的上面的基团中的任何一个。在这些实例中，优选甲基、乙烯基、苯基和三氟丙基，并且特别优选甲基和乙烯基。组分(A)的典型实例包括主链是由重复单元构成的有机基聚硅氧烷，所述重复单兀由~■甲基娃氧烧单兀或由~■苯基娃氧烧单兀、甲基苯基娃氧烧单兀、甲基乙稀基娃氧烧单元和甲基-3，3，3-三氟丙基硅氧烷单元中的任一种与二甲基硅氧烷单元的组合所组成。该有机基聚硅氧烷应该优选在一个分子中具有至少两个不饱和脂族基团，所述不饱和脂族基团例如为烯基和环烯基，特别是乙烯基。该不饱和脂族基团的量应该优选为是全部由R1所代表的基团的0.01-20mol%，特别是0.02-10mol%。该不饱和脂族基团可结合至在分子链的两末端或中间，或者两末端和中间的 硅原子上。优选地，该不饱和脂族基团结合至末端硅原子上。在式(I)中，“a”应该为1.95至2.05的正数，优选1.98至2.02，更优选1.99至2.01。作为组分(A)的有机基聚硅氧烷应该优选为由平均组成式(I)表示的一种，其中R1为具有I至6个碳原子的一价烃基，在一个分子中它们中的至少两个为烯基。作为组分(A)的有机基聚硅氧烷应该优选为分子链以三有机基甲硅烷氧基封端的有机基聚娃氧烧，该二有机基甲娃烧氧基例如为二甲基甲娃烧氧基、~■甲基苯基甲娃烧氧基、_■甲基轻基甲娃烧氧基、_■甲基乙稀基甲娃烧氧基、甲基_■乙稀基甲娃烧氧基和二乙稀基甲娃烧氧基。有机基聚娃氧烧的优选实例包括甲基乙稀基聚娃氧烧、甲基苯基乙稀基聚娃氧烧以及甲基三氟丙基乙烯基聚硅氧烷。上面所提到的有机基聚硅氧烷可通过至少一种有机基卤硅烷的(共)水解和缩合来获得，或者通过在碱性或酸性催化剂存在的条件下的环状聚硅氧烷(三聚物或四聚物)的开环聚合而获得。所产生的产品基本上为具有直链的二有机基聚硅氧烷；不同分子量(聚合度)和分子结构的它们之中的两种或三种或更多种的混合物可用作组分(A)。该有机基聚硅氧烷应该具有至少100的聚合度，优选100至100000，并特别优选3000至20000。该数值是依照由凝胶渗透色谱法(GPC)确定的聚苯乙烯的重均分子量而表达的值。组分(B)为具有大于200m2/g的BET比表面积的增强二氧化硅。添加该增强二氧化硅以获得在透明性和机械强度方面优良的硅橡胶组合物。它需要具有大于200m2/g的BET比表面积，优选至少250m2/g，以使得引入该二氧化硅的硅橡胶具有的透明性极优。BET比表面积最多为200m2/g，则该硅橡胶组合物产生硫化产品的透明性很差。该BET比表面积的上限没有特别地限制；但是，从可操作性的观点出发，应该最高500m2/g，优选最高400m2/g。
将引入至硅橡胶组合物中的二氧化硅通常为热解法二氧化硅或沉淀二氧化硅。在本发明中使用了前者，因为后者影响透明性。优选热解法二氧化硅是具有用氯代硅烷、烷氧基娃烧、TK甲基_■娃氣烧，特别是用提闻透明性的TK甲基_■娃氣烧处理的疏水表面热解法
二氧化硅。该硅橡胶组合物可包含相对于100重量份的作为组分(A)的有机基聚硅氧烷，含量为70至150重量份的作为组分(B)的增强二氧化硅，优选为70至120重量份。当含量小于70重量份时，在硫化以后，该增强二氧化硅不能有效地使硅橡胶配混物片透明。当含量超过150重量份时，则二氧化硅不易于分散进入到该有机硅聚合物中。组分(C)是在一个分子中具有至少两个结合到硅原子上的氢原子(SiH基团)的有机基氢聚硅氧烷。它可以是由下面的平均组成式(II)所表示的任何已知的一种:R2bHcSiO (4_b_c)/2 (II)其中，R2是被取代的或未被取代的具有I至6个碳原子的一价的烃基；并且b是0.7 至 2.1 而 C 是 0.18 至 1.0，从而(b+c)为 0.8 至 3.0。R2是被取代的或未被取代的具有I至6个碳原子的一价的烃基，优选为不具有不饱和脂族键的那些。例如，它包括:例如甲基、乙基、丙基、丁基、戍基以及己基等的烧基；例如环己基和苯基等的未被取代的一价的烃基；以及例如是被取代的烷基的被取代的一价的烃基，典型地为3，3，3_三氟丙基和氰甲基，其是由上面所提到的一价的烃基通过用卤素原子或氰基至少部分取代其氢原子而形成的。b和c的值应该分别优选为0.8至2.0和0.2至1.0，从而它们的和(b+c)为1.0至 2.5。
作为组分(C)的有机基氢聚硅氧烷可具有任何分子结构，例如线性、环形、支化以及三维网络。该有机基氢聚硅氧烷在室温下应该优选为液体，并且具有的聚合度为每个分子2至300个硅原子，特别优选每个分子4至200个硅原子。结合至硅原子的氢原子(SiH基)可以存在于分子终端或侧链或者二者上都存在。在一个分子中的该氢原子的数量应该至少为2 (通常是2至300)，优选3或更多(例如，3至200)，并更优选4至150。下面是作为组分(C)的有机基氢聚硅氧烷的实例:1,1,3,3-四甲基二硅氧烷，1，3，5，7-四甲基环四硅氧烷，甲基氢环聚硅氧烷，甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷环共聚物，三(二甲基氢甲硅烷氧基)甲基硅烷，三(二甲基氢甲硅烷氧基)苯基硅烷，两个末端都被三甲基甲硅烷氧基封闭的甲基氢聚硅氧烷，两个末端都被三甲基甲硅烷氧基封闭的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物，两个末端都被二甲基氢甲硅烷氧基封闭的二甲基聚硅氧烷，两个末端都被二甲基氢甲硅烷氧基封闭的二甲基硅氧烷-甲基氢硅氧烷共聚物，两个末端都被三甲基甲硅烷氧基封闭的甲基氢硅氧烷-二苯基娃氧烧共聚物，两个末端都被二甲基甲娃烧氧基封闭的甲基氧娃氧烧_ _■苯基娃氧烷-二甲基硅氧烷共聚物，环甲基氢聚硅氧烷，环甲基氢硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物，环甲基氢硅氧烷-二苯基硅氧烷-二甲基硅氧烷共聚物，由(CH3)2HSiCV2单元和Si04/2单元构成的共聚物，由(CH3) 2HSiOv2单元、SiO472单元和(C6H5)SiOv2单元构成的共聚物，以及其中甲基部分或全部地被例如乙基和丙基等的烷基或例如苯基等的芳基所取代的上面所述的那些化合物。作为组分(C)的有机基氢聚硅氧烷的含量基于100重量份的作为组分㈧的有机基聚娃氧烧，应该为0.1至30重量份,优选0.1至10重量份,更优选0.3至10重量份。作为组分(C)的有机基氢聚硅氧烷应添加的量为使得在组分(C)中结合到硅原子的氢原子(即，SiH基)与在组分(A)中结合至硅原子的烯基的摩尔比为0.5至5m0l/m0l，优选0.8至4mol/mol,更优选I至3mol/mol的量。作为组分(D)的用于氢化硅烷化反应的催化剂可以是已知的任何一种，包括:例如钼黑、氯化钼、氯钼酸、氯钼酸和一元醇的反应产物、由氯钼酸和烯烃组成的配合物和二乙酰乙酸钼等的钼类催化剂；钯催化剂；以及钌催化剂。基于组分㈧的含量，作为组分⑶的用于氢化硅烷化反应的催化剂应该以催化量来添加，按照钼计，通常为0.5至lOOOppm，优选I至200ppm。由组分(A)至(D)构成的硅橡胶组合物可任选地以对本发明的目的无害的含量包含阻燃剂和着色剂。该硅橡胶组合物可由上面的组分通过用双辊磨机、密炼机或班伯力搅拌机混合来获得。该硅橡胶组合物可通过例如压塑、挤塑和压延等的任何方式而模制而无特殊限制。该硅橡胶组合物可在任何条件下硫化而无特殊限制。硫化通常可通过在80至300°C下加热而完成，优选地，在100至250°C下进行5秒至I小时，特别是进行30秒至30分钟。该硫化步骤之后可在100至200°C下进行10分钟至10小时的后硫化。该硅橡胶组合物的硫化产品应该具有以下限定的光学特性。2mm厚的片状形式的硫化样品应该在0.35至1.15μπι波长下具有至少90%的总透光度，该波长范围覆盖了晶体娃的光谱灵敏度范围。特别地，通过直读型雾度计算机HGM-2(由Suga Tes t InstrumentsC0.,Ltd.制造)所测定的该总透光度是至少90%或更高。总透光度低于90%时，则由于散射，该硅橡胶组合物的硫化片阻止入射光到达它的远端。此外，该2_厚的片状形式的硫化样品应该具有根据直读型雾度计算机HGM-2 (由Suga Tes t Instruments C0., Ltd制造)进行测定的最高10的雾度值，特别地是最高8。雾度值高于10时，则由于散射，该硅橡胶组合物的硫化片阻止入射光到达它的远端。以下是对用于根据本发明的太阳能电池模块的光控片的说明。它是通过硫化硅橡胶组合物而形成的片，当它是2_厚度时，其对波长是0.35至1.15 μ m的光表现出了至少90%的透光度。为了即使太阳从一个季节至另一个季节在南向高度上变化时本发明的太阳能电池模块也都有效地捕获直接入射的太阳光，所述片这样形成以便具有在一个方向上保持恒定的特定的横截面。考虑到南向高度在+23° (在夏至)和-23° (在冬至)之间起伏的事实，在春分和秋分进行测量，应该确定一个恰当的横截面。应用于图1所示的太阳能电池模块中的光控片具有一个横截面，该横截面允许具有50°的入射角的直接入射太阳光到达太阳能电池的接收表面，同时保持了减小由指状电极或母线电极导致的遮蔽损耗的功能。这已经通过使用几何光学软件(光学工具)所确认。根据本发明的太阳能电池模块基本上不需要任何的轨道系统来使它的接收平面面对太阳。代替地，它具有在户外暴露期间确保高转换效率和高长期耐用性的透光弹性体构件。因此，它适于安装在被期望为解决全球环境问题的大型太阳能发电站中。
上面所提到的框架构件7应该优选由铝合金或不锈钢制成，其重量轻，耐候性优良，并足够坚固以承受震动、风压和降雪。由这些材料制成的框架构件7环绕在并用螺丝紧固在板I和板5之间保持的结构的外周。根据本发明的太阳能电池模块被构建为使该太阳能电池元件在压力下通过具有橡胶回弹性的透光弹性体构件2所固定。被施加到该太阳能电池元件的压力应该为至少0.0lMpa并最高5.0Mpa,优选至少0.05Mpa并最高2.0Mpa0压力低于0.0lMpa时，则该太阳能电池元件将不会被牢固地固定，将不能全部地捕获太阳光，或者将不能从它的背面散热。相反地，压力高于5.0Mpa时，则该太阳能电池元件将由于在温度变化时的线性膨胀系数差异而发生变形；这导致了透光弹性体制成的光学片的变形，这转而恶化了太阳光的折射作用。除此之外，厚度最多120 μ m的太阳能电池元件趋于容易破碎。将根据本发明的太阳能电池模块构建为使得透明材料板1，和相对着该板I的导热材料板5的外部边缘用插入在它们之间的间隔体9固定在一起，其中太阳光透过该透明材料板I进入。该间隔体9使透明材料板I和导热材料板5相互间隔一定的距离，并还通过透光弹性体构件2控制被施加到太阳能电池元件3的压力，其中太阳光透过所述透明材料板I进入。它可以由例如铝等的金属或硬树脂制成。根据本发明的太阳能电池模块可具有在导热材料板5和该太阳能电池元件3之间插入的导热弹性体层4。该层4可以是独立形成的片或者在原位上通过涂覆形成的层。它解除并吸收了由于在导热材料板5和太阳能电池元件3之间的线性膨胀系数差异而导致的应变，并且也提高了它们之间的粘合性，由此利于有效的散热。导热弹性体层4应该优选由具有至少0.2ff/m-K并最高5W/m-K,特别是0.5ff/m -K至5W/m.K (根据ASTM E1530所测定)的导热率的硫化的硅橡胶制成。导热率低于0.2W/m.K时，该导热弹性体层4则需要更高的温度或更长的时间以在压力下将该导热材料板5和该太阳能电池元件3热结合在一起，从而导致了低效率。导热率高于5W/m.Κ时，该导热弹性体层4太硬则不能容易地加工成片型并且妨碍了均匀地结合至该太阳能电池元件。该导热弹性体层4应该优选具有至少200 μ m并且最多700 μ m的厚度，特别是至少300 μ m并且最多500 μ m的厚度。厚度小于200 μ m时，该导热弹性体层4则不允许热量从该太阳能电池元件至导热弹性体层4的快速移动，并因此不能阻止太阳能电池元件的温度上升。厚度大于700 μ m时，该导热弹性体层4则阻碍了热量从该导热弹性体层4至该导热材料的快速移动。上面所提到的导热弹性体层4应该由引入有至少一种填料(10至1600重量份)的可硫化的有机基聚硅氧烷(100重量份)制成，所述填料选自由碳、金属、金属氧化物、金属氮化物以及金属碳化物构成的组。填料的实例包括作为金属的银粉、铜粉、铁粉、镍粉和铝粉；作为金属氧化物的氧化锌、氧化锰、氧化铝、氧化硅和氧化铁；作为金属氮化物的氮化硼、氮化铝和氮化硅；以及作为金属碳化物的碳化硅和碳化硼。上面所提到的导热弹性体组合物可任选地引入例如彩色颜料、耐热性改进剂、阻燃性改进剂和酸接受体等的添加剂或者例如烷氧基硅烷、二苯基硅烷二醇、碳官能硅烷、含有硅烷醇基的硅氧烷等的分散剂。该导热弹性体组合物可以通过使用例如双辊磨机、班伯力混合机、捏合机和行星混合机等的混合机器均匀混合上面的组分而制备。生成的混合物可任选地在至少100°c经受热处理。通过使用硫化剂硫化该可硫化的有机基聚硅氧烷，将该导热弹性体组合物制成橡胶弹性体。该硫化剂可以是通常使用的用于硫化硅橡胶组合物的一种。该硫化剂选自适于自由基反应的例如二叔丁基过氧化物，2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)己烷和过氧化二异丙苯等的有机过氧化物，由钼族崔化剂和在一个分子中具有至少两个结合至硅原子的氢原子(SiH基)的有机基氢聚硅氧烷构成的结合物作为用于当所述可硫化有机基聚硅氧烷具有至少两个烯基时的加成反应的硫化剂，以及当该可硫化的有机基聚硅氧烷具有至少两个硅烷醇基或可水解基团时，具有至少两个例如烷氧基、乙酰氧基、酮肟基和丙烯氧基等的可水解基团的有机硅化合物作为用于缩合反应的硫化剂。可如在通常情形下硫化硅橡胶组合物一样加入相同量的上述化合物。该导热弹性体组合物可以是可混炼的硅橡胶组合物或液体的硅橡胶组合物中的一种。从可加工性和可模塑性的观点出发，能通过加成反应或者有机过氧化物进行硫化的一种是所希望的。上面所提到的该导热性弹性体组合物应该通过硫化制成导热弹性体层。实施例参照下面的实施例将更详细地描述本发明，这些实施例不打算限制本发明的范围。在下面的实施例中，“份”的意思意指“重量份”。参考实施例1透光弹性体构件的制备由下面的组分通过借助捏合机进行混合，并确保在170°C下热处理两小时而制备一种配混物。100份的由二甲基硅氧烷单元(99.425mol %)、甲基乙烯基硅氧烷单元(0.50mol%)和二甲基乙烯基硅氧烷单元(0.025mol%)构成的具有大约6000的平均分子
量的有机基聚硅氧烷70份的具有300m2/gBET比表面积的二氧化娃(由Nippon Aerosil C0., Ltd.的“Aerosil300”)16份的作为分散剂的六甲基二硅氮烷4份的水所生成的配混物(100重量份)与附加的交联剂均匀混合，该附加交联剂是通过用双辊混合机均匀混合都来自于Shin-Etsu Chemical C0.，Ltd.的0.5份的C-25A (钼催化剂)和2.0份的C-25B(有机基氢聚硅氧烷)而制备的混合物。将该制成的混合物(配混物)压塑模制为由大量的小片结合在一起构成的片状体，每一个都具有半椭圆形的横截面。该压塑模制在120°C和70kgf/cm2下进行，之后通过压制硫化10分钟和在20(TC下进行后硫化4小时。从而获得了具有1.0mm厚度(不包括结合部分)的片状样品。实施例1太阳能电池模块的制备如下制备了太阳能电池模块，其包括在上面所提到的参考实施例1中所制备的透光弹性体构件作为一个组件。在白回火玻璃片(3.5mm厚)的光入射平面上提供该透光弹性体构件和太阳能电池元件以使得该光入射平面与透光弹性体构件相互接触。该太阳能电池元件在透光弹性体构件的结合部分处设置有指状电极。在该太阳能电池元件的与光入射平面相对的一侧设置导热弹性体。该导热弹性体是具有0.2mm的厚度和1.1ff/m.k的导热率的散热有机硅板“TC-20A”(来自于Shin-Etsu Chemical C0.,Ltd.) 该白回火玻璃片在太阳能电池元件所连接的一面上提供有铝合金间隔体。该间隔体优选用硅橡胶或丁基橡胶与该白回火玻璃片相结合。另一片白回火玻璃片以这样的方式结合，即使得该两片白回火玻璃片保持了它们之间的空间。该间隔体的外围用硅橡胶或丁基橡胶密封。该两片白回火玻璃片通过一个铝合金的直角C-形状的框架固定在位置上使得该散热有机硅片接收了大约0.5Mpa的压力。从而获得了所希望的硅太阳能电池模块。顺便提及，如同在其中光入射平面和相对的平面都是玻璃片并且使用相对的玻璃片结构的双面型模块的情形下一样，所述电极在两片玻璃片之间伸出。 由此所获得的太阳能电池模 块实现了由于指状电极所产生的遮蔽损耗的减小。
权利要求
1.一种太阳能电池模块，其由传输太阳光的透明材料板、与太阳光入射面相对地设置的导热材料板、透光弹性体构件以及太阳能电池元件构成，将所述透光弹性体构件和所述太阳能电池元件插入在所述透明材料板和所述导热材料板之间，所述透光弹性体构件设置在太阳光入射侧，通过这样的方式，即使得所述透光弹性体构件将所述太阳能电池元件压向所述导热材料板上，其中所述透光弹性体构件包括多个结合在一起的小片，至少所述透光弹性体构件的光入射平面具有半圆形横截面，半椭圆形横截面，或者具有圆边的半跑道形状的横截面，并且形成所述小片使得所述太阳能电池元件的指状电极和/或母线电极设置在这些所述小片的结合部分上，以使得所述透光弹性体构件通过该透光弹性体的折射作用而改变直接入射光的光路径，由此允许所述太阳能电池元件的指状电极和/或母线电极设置在比直接入射光不受折射作用影响的区域中的入射光少的区域中。
2.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中设置该导热材料板和太阳能电池元件而在它们之间插入导热性弹性体层。
3.如权利要求2所述的太阳能电池模块，其中该导热性弹性体层由导热率至少0.2W/m.K和最高5W/m.K的导热性娃橡胶制成。
4.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中设置该透明材料板和导热材料板以使得在该两个板之间的空间的末端设置间隔体。
5.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中通过一个框架构件将该透明材料板和导热材料板固定在一起，该框架构件跨接在板的外围之间。
6.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该导热材料板由玻璃、合成树脂或金属、或上述材料的复合材料而制成。
7.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该太阳能电池元件由硅材料制成。
8.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其中该透光弹性体构件为硅橡胶组合物的硫化产品。
9.一种用于太阳能电池模块的光控片，其被设置在具有指状电极和母线电极的太阳能电池元件的光入射面上，并且它将进入指状电极和/或母线电极的直接入射光朝着其周围分散，其中将该太阳能电池元件的指状电极和/或母线电极设置在被结合在一起的弹性体的多个小片的结合部位处，至少它的光入射平面具有半圆形横截面、半椭圆形横截面或者具有圆边的半跑道形状的横截面。
全文摘要
一种太阳能电池模块，其由传输太阳光的透明材料板、与太阳光入射面相对地设置的导热材料板、透光弹性体构件以及太阳能电池元件而构成，将该透光弹性体构件和该太阳能电池元件插入在所述透明材料板和所述导热材料板之间，将该透光弹性体构件设置在太阳光入射侧，通过这样的方式，使得透光弹性体构件将太阳能电池元件压向导热材料板。通过用该透光弹性体构件的折射作用改变直接入射光的光路径，该太阳能电池模块允许该太阳能电池元件的指状电极和/或母线电极设置在比直接入射太阳光不受折射作用影响的区域中的入射太阳光少的区域中。本发明的太阳能电池模块具有高的转换效率并在长期的户外暴露中表现出了良好的耐用性。因此，其对于作为解决全球环境问题的能源而扮演重要角色的大规模的光伏发电厂是有用的。
文档编号H01L31/048GK103151406SQ20121059912
公开日2013年6月12日 申请日期2012年11月16日 优先权日2011年11月18日
发明者降簱智欣, 伊藤厚雄, 金亨培, 五十岚实, 堀田昌克, 中村勉 申请人:信越化学工业株式会社