制造太阳能电池组件的方法
【专利摘要】制造太阳能电池组件的方法，该方法包括：将第一聚硅氧烷凝胶片材粘合至将成为太阳光入射表面的透明光接收面板的一个表面；将第二聚硅氧烷凝胶片材粘合至在太阳光入射表面对面侧上的光非接收面板或背板的一个表面；将太阳能电池串布置在光接收面板的第一聚硅氧烷凝胶片材上，并且以相框样形状沿第一聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶；和将光接收面板和光非接收面板或背板覆盖在彼此上，使聚硅氧烷凝胶片材在内侧，并且在100-150℃在真空中压制它们以用所述聚硅氧烷凝胶片材封装太阳能电池串并且通过所述丁基橡胶将光接收面板和光非接收面板或背板压力接合至彼此。
【专利说明】制造太阳能电池组件的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制造太阳能电池组件的方法。
【背景技术】
[0002]作为提高太阳能电池组件的效率和确保其在20年至大于30年的长时期内的可靠性的手段，有人已经做出关注密封剂材料的各种报道和提案。关于提高效率，已经有报道称，与目前作为密封剂材料的主流的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(后文简化为EVA)相比，在基于具有约300-400nm波长的光的透光率特征的内部量子效率方面聚硅氧烷是有利的(参见例如 S.0hl, G.Hahn, “Increased internal quantum efficiency of encapsulatedsolar cell by using two-component silicone as encapsulant material,，，Proc.23rd,EU PVSEC, Valencia (2008)，pp.2693-2697 (非专利文件 I))。此外，实际分别使用 EVA和聚硅氧烷的情况之间的输出电功率对比实验也已经被报道(参见例如Barry Ketola,Chris Shirk, Philip Griffith, Gabriela Bunea, DEMONSTRATION OF THE BENEFITS OFSILICONE ENCAPSULATION OF PV MODULES IN A LARGE SCALE OUTDOOR ARRAY,Dow CorningCorporation (非专利文件 2))。
[0003]原本，在1970年代的前半段，在制造用于空间用途的太阳能电池的基础上已经实现了聚硅氧烷作为密封剂材料的应用。然而，在制造用于地面用途的太阳能电池中存在关于聚硅氧烷的成本和关于在用聚硅氧烷封装太阳能电池中的可加工性的问题。鉴于这些问题，聚硅氧烷被EVA取代，那时EVA可以以低成本并且以薄膜形式得到。
[0004]然而，在近些年，人们再次密切关注太阳能电池的效率的提高和长期可靠性。同时，聚硅氧烷作为密封剂材料的性能(例如低模量特性、高透光度和高耐气候性)已经再次得到高度评价。因此，人们已经提出了多种基于使用聚硅氧烷的新封装方法。
[0005]例如，在JP-A2009_515365(专利文件I)中，提出了使用主要由有机聚硅氧烷组成的热熔型片材的封装。然而，将材料加工成单层片材形式同时维持高透光度是困难的。例如，为了将材料加工成约Imm的厚度，由于材料的“脆性”，加工方法限于铸塑和压制。因此，该材料不适合大量生产。此外，尽管可以通过将材料与填料混合而提高模压加工性(可成形性)来改善“脆性”，但该方法是不利的，因为不能维持高透光度。在JP-A2007-527109 (专利文件2)中，提出了一种方法，其中将互联的太阳能电池布置在液体聚硅氧烷材料之上或其中，其通过使用多轴机器人涂布在基材之上，之后固化聚硅氧烷材料以实现没有气泡包埋的封装。此外，在JP_A2011-514680(专利文件3)中，提出了一种方法，其中在真空中通过使用具有动板(movable plate)的电池压机在固化或半固化的聚硅氧烷上布置太阳能电池，以实现没有气泡包埋的封装。在另一方面，在W02009/091068(专利文件4)中，提出了一种方法，其中将密封剂材料、太阳能电池和液体聚硅氧烷材料布置在玻璃基材上，并且最后将背表面保护基材覆盖在它们上以形成暂时的层状体，该层状体被在真空中在室温下压至紧密接触，由此完成封装。然而，在该方法中，将太阳能电池组件开发成实际使用的尺寸可能是困难的。在这些方法的任何一种中，在太阳能电池封装步骤之前或之后涉及施用或布置液体聚硅氧烷材料的步骤。相当不同于现在采取的、基于使用EVA的封装方法，该步骤极大地阻碍了在太阳能电池组件制造业中聚硅氧烷作为密封剂材料的应用。简言之，上述在专利文件中提出的方法的任何一种都极大地不同于常规的太阳能电池封装方法，并且可能不能使用现有的大量生产设备处理。
[0006]引用列表
[0007]专利文件I JP-A 2009-515365，对应于 US 2008/276983 Al
[0008]专利文件2 JP-A 2007-527109，对应于 US 2006/207646 Al
[0009]专利文件3 JP-A 2011-514680，对应于 US 2011/005066 Al
[0010]专利文件4:W0 2009/091068，对应于 US 2010/275992 Al
[0011]非专利文件1:S.0hl, G.Hahn,“Increased internal quantum efficiencyof encapsulated solar cell by using two-component silicone as encapsulantmaterial, ”Proc.23rd, EU PVSEC, Valencia(2008)，pp.2693-2697
[0012]非专利文件2:Barry Ketola, Chris Shirk, Philip Griffith, Gabriela Bunea,“DEMONSTRATION OF THE BENEFITS OF SILICONE ENCAPULATION OF PV MODULUS IN A LARGESCALE OUTDOOR ARRAY,”Dow Corning Corporation
【发明内容】
[0013]本发明的目标是通过在用聚硅氧烷作为密封剂材料封装太阳能电池串中使用聚硅氧烷凝胶片材，提供能够使用常规太阳能电池组件制造设备制造太阳能电池组件的方法。
[0014]本发明人为了达到以上目标做了深入和广泛的研究。结果，本发明人已经发现了有前景的太阳能电池组件的制造方法。在该方法中，聚硅氧烷凝胶片材被分别粘合至太阳能电池组件的太阳光接收面板和在太阳光接收表面对面侧上的太阳光非接收面板或背板。之后，将太阳能电池串布置在在光接收表面侧上或对面侧上的面板上的聚硅氧烷凝胶片材上，并且以相框样形状沿任一聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶。然后，将光接收面板和对面侧上的光非接收面板或背板覆盖在彼此上，并且在该条件中，将它们在100-150°C在真空中压制以将所述太阳能电池串夹在聚硅氧烷凝胶片材之间，由此制造太阳能电池组件。已经发现，根据该制造方法，不需要将聚硅氧烷用作密封剂材料的施用装置，并且可以采用在相关技术中已经被用作太阳能电池组件制造设备的真空层压机。
[0015]因此，根据本发明，提供了由以下[1]_[3]表示的太阳能电池组件的制造方法。
[0016][I]制造太阳能电池组件的方法，包括:
[0017]将第一聚硅氧烷凝胶片材粘合至将成为太阳光入射表面的透明光接收面板的一个表面；
[0018]将第二聚硅氧烷凝胶片材粘合至在太阳光入射表面对面侧上的光非接收面板或背板的一个表面；
[0019]将太阳能电池串布置在光接收面板的第一聚硅氧烷凝胶片材上或布置在光非接收面板或背板的第二聚硅氧烷凝胶片材上，并且以相框样形状沿第一或第二聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶；和
[0020]将光接收面板和光非接收面板或背板覆盖在彼此上，使聚硅氧烷凝胶片材在内侦牝并且在100-150°C在真空中压制它们以用聚硅氧烷凝胶片材封装太阳能电池串并且通过丁基橡胶将光接收面板和光非接收面板或背板彼此压力接合。
[0021][2]根据[I]的制造太阳能电池组件的方法，
[0022]其中所述聚硅氧烷凝胶片材为通过固化聚硅氧烷凝胶组合物获得的聚硅氧烷凝胶的片材，所述聚硅氧烷凝胶组合物包含:
[0023](A)在一个分子中具有至少一个硅键合的烯基基团并且由以下平均组成式(I)表示的有机聚硅氧烷:
[0024]RaR1bSiOi4^72 (I)
[0025]其中R为烯基基团，R1独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团，a为0.0001-0.2的正数，b为1.7-2.2的正数，和a+b为1.9-2.4 ；
[0026](B)在一个分子中具有至少两个娃键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷；和
[0027](C)钼催化剂，
[0028]所述聚硅氧烷凝胶具有30-200的针入度。
[0029][3]根据[I]或[2]的制造太阳能电池组件的方法，其中所述聚硅氧烷凝胶片材的厚度为 200-1，000 μ m。
[0030]发明的有利效 果
[0031]本发明的制造太阳能电池组件的方法确保了真空层压机(其为在相关技术中用于使用EVA薄膜制造太阳能电池组件的设备)可以被用于进行以下方法:将聚硅氧烷凝胶片材分别粘合至在太阳光入射表面侧上的透明光接收面板和在太阳光入射表面对面侧上的光非接收面板或背板，在光接收表面侧或光非接收表面侧上的聚硅氧烷凝胶片材上布置太阳能电池串，同时以相框样形状沿任一聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶，将所述光接收面板和所述光非接收面板或背板覆盖在彼此上，并且在100-15(TC在真空中压制它们以将所述太阳能电池串封装在聚硅氧烷凝胶片材之间，即，将太阳能电池串封装在其上已经分别粘合了聚硅氧烷凝胶片材的光接收表面侧上的透明光接收面板和光非接收面板或背板之间的方法。因此，可以制造太阳能电池组件而不用准备在相关技术中制造聚硅氧烷封装的太阳能电池组件所需的液体聚硅氧烷施用装置。
[0032]附图简要说明
[0033]图1为一种状态的剖面图，其中每个聚硅氧烷凝胶片材被层压在基础部件(basemember)上，所述聚硅氧烷凝胶片材被粘合至光接收面板和光非接收面板或背板；
[0034]图2为一种状态的剖面图，其中图1中所显示的状态中的所述基础部件被从所述聚硅氧烷凝胶片材剥离；
[0035]图3为一种状态的剖面图，其中在图2中所显示的状态中的光接收面板上布置太阳能电池串，并且沿所述聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶；和
[0036]图4为太阳能电池组件的剖面图，其中所述太阳能电池串被通过真空层压机封装在所述聚硅氧烷凝胶片材之间。
[0037]实施方案的描述
[0038]现在，将在以下描述本发明的太阳能电池组件制造方法的优选实施方案。
[0039]在本发明的太阳能电池组件制造方法中，聚硅氧烷凝胶片材被用于太阳能电池串的封装。[0040]在获得聚硅氧烷凝胶片材的情况中，将聚硅氧烷凝胶组合物施加到基础部件上并且固化以形成聚硅氧烷凝胶层，并且如果需要，将保护性片材可剥离地覆盖在所述聚硅氧烷凝胶层上。附带地，优选使用聚硅氧烷凝胶层(聚硅氧烷凝胶片材)可以从其剥离的基础部件作为基础部件。具体地，可以使用柔性薄片形材料(例如聚对苯二酸乙二醇酯薄膜、聚丙烯薄膜、纸和织物)作为基础部件。普通地，使用缠绕成卷形式的材料作为基础部件。通过使用涂布仪器用以下描述的聚硅氧烷凝胶材料(组合物)连续涂布所述基础部件。使用例如缺角轮涂布机(comma coater)、逆转棍涂布机、绕线棒刮涂机和模口涂布机的那些已知涂布机之一作为涂布仪器。在通过使用涂布仪器将聚硅氧烷凝胶材料施涂至基础部件之后，通过在100-300°C加热约5分钟固化聚硅氧烷凝胶材料，以形成聚硅氧烷凝胶片材。加热温度优选在120-200°C的范围内。将保护性片材粘合至以该方式形成的聚硅氧烷凝胶片材的聚硅氧烷凝胶侧的表面，由此保护聚硅氧烷凝胶片材并且使其处理便利。使用柔性的薄片形材料(例如聚对苯二酸乙二醇酯薄膜、聚丙烯薄膜、纸和织物)作为保护性片材的材料，如同用于基础部件的材料。
[0041]在实际使用的基础上优选将聚硅氧烷凝胶片材的厚度控制至在200-1，000 μ m，更优选300-800 μ m的范围内。如果厚度小于200 μ m,固化的聚硅氧烷凝胶产品的有利特征如低模量和低硬度变得难以展示。结果，太阳能电池元件在其中将包括半导体基材的太阳能电池元件夹入面板之间的制造过程中可能破裂。尤其是，在其中产生温度变化的室外环境中，吸收太阳能电池元件表面和导线连接部件之间线性膨胀系数或模量的差异可能变得不可能，导致太阳能电池元件的脆变。在另一方面，如果厚度大于1，000 μ m，则需要更长的时间用于固化聚硅氧烷凝胶片材，并且聚硅氧烷凝胶的用量增加，可能导致成本的上升。
[0042]此外，就按照JIS K2220使用1/4锥测定的针入度来说，在其固化后聚硅氧烷凝胶的针入度为优选30-200，更优选40-150。如果针入度在30以下，固化的聚硅氧烷凝胶产品的有利特征如低模量和低硬度变得难以展示。结果，太阳能电池元件在其中将包括半导体基材的太阳能电池元件夹入面板之间的制造过程中可能破裂。特别是，在其中产生温度变化的室外环境中，吸收太阳能电池元件表面和导线连接部件之间线性膨胀系数或模量的差异可能变得不可能，导致太阳能 电池元件的脆变。在另一方面，如果针入度超过200，固化的聚硅氧烷凝胶产品会变得不能维持其形式并且会流动。
[0043]现在，将在以下描述聚硅氧烷凝胶组合物。聚硅氧烷凝胶组合物可以通过基于使用钼催化剂的缩合固化型、UV固化型、有机过氧化物固化型和加成固化型中任何一种类型的方法交联。聚硅氧烷凝胶优选由可加成固化的聚硅氧烷凝胶组合物的固化产物构成，其不涉及副产物并且其对变色不敏感。具体地，将要使用的聚硅氧烷凝胶组合物包含:
[0044](A)在一个分子中具有至少一个硅键合的烯基基团并且由以下平均组成式(I)表示的有机聚硅氧烷:
[0045]RaR1bSiOi4^72 (I)
[0046]其中R为烯基基团，R1独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团，a为0.0001-0.2的正数，b为1.7-2.2的正数，和a+b为1.9-2.4 ；
[0047](B)在一个分子中具有至少两个娃键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷；和
[0048](C)钼催化剂，
[0049]组分(A)为聚硅氧烷凝胶组合物的主要组分(基础聚合物)。组分(A)为在一个分子中具有至少一个硅键合的烯基基团，优选至少两个硅键合的烯基基团并且由上述平均组成式(I)表示的有机聚硅氧烷(本文中用语“硅键合的烯基基团”意为键合至硅原子的烯基基团)。
[0050]在以上的式(I)中，R为具有2-6个碳原子，优选2-4个碳原子，并且更优选2-3个碳原子的烯基基团。烯基基团的具体实例包括乙烯基、稀丙基、丙烯基、异丙烯基、丁烯基和异丁烯基基团，其中优选的是乙烯基基团。R1独立地为未取代或取代的单价烃基团，其不具有任何脂肪族不饱和键并且其具有1-10个碳原子，优选1-6个碳原子。所述烃基团的具体实例包括烷基基团，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戍基、己基、环己基、辛基和癸基基团；芳基基团，例如苯基和甲苯基基团；芳烷基基团，例如苯甲基和苯乙基基团；通过用卤素原子如氯、溴和氟取代所述未取代的基团中的至少一个氢原子获得的取代的基团，例如氯甲基和3，3，3-三氟丙基基团。在这些基团中，考虑到易于合成，优选的是甲基、苯基和3，3, 3- 二氣丙基基团。
[0051]此外，字母a应该为0.0001-0.2的正数，并且优选为0.0005-0.1的正数，同时字母b应该为1.7-2.2的正数，并且优选为1.9-2.02的正数，前提是a+b应该在1.9-2.4的范围内，并且优选在1.95-2.05的范围内。
[0052]该组分在一个分子中应该具有至少一个硅键合的烯基基团，优选2-50个硅键合的烯基基团，并且更优选2-10个硅键合的烯基基团。上述如此选择的a和b的值足以使得这个关于硅键合的烯基基团的条件得到满足。
[0053]有机聚硅氧烷的分子结构不被特别限制，并且可以为直链结构或可以为支链结构，其包括例如RSiOv2单元(R与上述相同)、R1SiOv2单元(Rl与上述相同)或SiO2单元。优选地，有机聚硅氧烷为直链二有机聚硅氧烷，其中主链基本由二有机硅氧烷单元的重复组成并且分子链的两端都各自由三有机硅氧基基团封端(封堵)，通常是由以下通式(Ia)表示的有机聚硅氧烷:
[0054]
【权利要求】
1.制造太阳能电池组件的方法，该方法包括: 将第一聚硅氧烷凝胶片材粘合至将成为太阳光入射表面的透明光接收面板的一个表面； 将第二聚硅氧烷凝胶片材粘合至在太阳光入射表面对面侧上的光非接收面板或背板的一个表面； 将太阳能电池串布置在光接收面板的第一聚硅氧烷凝胶片材上或布置在光非接收面板或背板的第二聚硅氧烷凝胶片材上，并且以相框样形状沿第一或第二聚硅氧烷凝胶片材的外周部分布置丁基橡胶；和 将光接收面板和光非接收面板或背板覆盖在彼此上，使各聚硅氧烷凝胶片材在内侧，并且在100-150°c在真空中压制它们以用所述聚硅氧烷凝胶片材封装太阳能电池串并且通过所述丁基橡胶将光接收面板和光非接收面板或背板彼此压力接合。
2.权利要求1所述的制造太阳能电池组件的方法， 其中所述聚硅氧烷凝胶片材为通过固化聚硅氧烷凝胶组合物获得的聚硅氧烷凝胶的片材，所述聚硅氧烷凝胶组合物包含: (A)在一个分子中具有至少一个硅键合的烯基基团并且由以下平均组成式(I)表示的有机聚硅氧烷:
RaR b S i O (4-a-b) /2⑴ 其中R为烯基基团，R1独立地为不具有任何脂肪族不饱和键的未取代或取代的单价烃基团，a为0.0001-0.2的正数 ，b为1.7-2.2的正数，且a+b为1.9-2.4 ； (B)在一个分子中具有至少两个娃键合的氢原子的有机氢聚硅氧烷；和 (C)钼催化剂， 所述聚硅氧烷凝胶具有30-200的针入度。
3.权利要求1或2所述的制造太阳能电池组件的方法，其中所述聚硅氧烷凝胶片材的厚度为 200-1，000 μ m。
【文档编号】H01L31/18GK103715296SQ201310459652
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年9月30日 优先权日:2012年10月4日
【发明者】降簱智欣, 伊藤厚雄, 大和田宽人, 金亨培, 关山有郎, 塚田淳一, 柳沼笃, 山川直树 申请人:信越化学工业株式会社