專利名稱：光伏組件的制造方法
技術領域：
本發明涉及特別適合用來構建光伏組件的液體包封劑，還涉及光伏組件的制造方法。
背景技術：
人們已經揭示了一些用來將太陽能電池包封成光伏組件的方法。例如，美國公開第2006/0207646號揭示了一種使用液體硅氧烷包封劑的方法。但是，人們并未報道將丙烯酸類-氨基甲酸酯樹脂用于此用途的應用。本發明所解決的問題是提供一種特別適合用來構建光伏組件的液體包封劑，以及光伏電池組件的制造方法。
發明內容
本發明提供了一種制造光伏組件的方法，該方法包括以下步驟(a)在玻璃板上形成太陽能電池；以及(b)使得至少一層液體包封劑與所述太陽能電池接觸；所述液體包封劑包含(i)丙烯酸類多元醇，其中每條聚合物鏈上的羥基官能單體單元的平均數為 2-25，所述丙烯酸類多元醇的Mn為1，000-10，000 ；以及(ii)平均官能度至少為2的多異氰酸酯；其中，所述多元醇中的非端羥基與所述多異氰酸酯中的異氰酸酯基的摩爾比為 0. 5 1 至 1 0. 5。
具體實施例方式除非另外說明，百分數為重量百分數(重量％)，溫度的單位為。C。單體的重量百分數是以聚合混合物中單體的總重量為基準。在本文中，術語“(甲基)丙烯酸類”表示丙烯酸類或甲基丙烯酸類，“(甲基)丙烯酸酯”表示丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。術語“(甲基) 丙烯酰胺“指丙烯酰胺(AM)或甲基丙烯酰胺(MAM)。“丙烯酸類單體”包括丙烯酸(AA)，甲基丙烯酸(MAA)，AA和MAA的酯，衣康酸(IA)，巴豆酸(CA)，丙烯酰胺(AM)，甲基丙烯酰胺 (MAM)，以及AM和MAM的衍生物，例如烷基(甲基)丙烯酰胺。AA和MAA的酯包括但不限于烷基酯、羥烷基酯、磷酸烷基酯和磺基烷基酯，例如甲基丙烯酸甲酯(MMA)，甲基丙烯酸乙酯(EMA)，甲基丙烯酸丁酯(BMA)，甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)，丙烯酸羥乙酯(HEA)，甲基丙烯酸羥丙酯(HPMA)，丙烯酸羥丁酯(HBA)，丙烯酸甲酯(MA)，丙烯酸乙酯(EA)，丙烯酸丁酯 (BA)，丙烯酸-2-乙基己酯(EHA)和甲基丙烯酸磷酸烷基酯(PEM)。術語“乙烯基單體”表示一種單體，其包含與氮或氧之類的雜原子相連的碳-碳雙鍵。乙烯基單體的例子包括但不限于乙酸乙烯酯，乙烯基甲酰胺，乙烯基乙酰胺，乙烯基吡咯烷酮，乙烯基己內酰胺，以及長鏈乙烯基鏈烷酸酯，例如新癸酸乙烯基酯和硬脂酸乙烯基 太陽能電池是用來由光發電的半導體。太陽能電池通常由半導體材料制造，所述半導體材料是例如硅(晶體，多晶或薄膜)，砷化鎵，二硒化銅銦，碲化鎘，二硒化銅銦鎵和它們的混合物。太陽能電池可以為晶片或者薄膜的形式，前者通過從晶體切割或者澆鑄而制造，后者通過濺射或化學氣相沉積法(CVD)沉積在基材或覆材(superstrate)上。在本發明的一些實施方式中，所述丙烯酸類多元醇具有端羥基。每條聚合物鏈上的羥基官能單體單元的平均數是由丙烯酸類多元醇的Mn和當量(EW)計算得到的平均值 (單元數/鏈=Mn/EW)。當量定義為包含一摩爾羥基官能團(端羥基除外)的多元醇的質量。例如，包含15重量％的HEMA的多元醇的EW = 876. 6克多元醇/摩爾0H。如果已經確定了多元醇的羥值(0H#)，則計算如下Mn/(56105/0H#)。羥值是由聚合物的羥基官能單體含量計算的，其中不包括認為是源自鏈轉移劑的端羥基。0H# = 56105/EW。當然，聚合物鏈的實際分布會包含一些具有較高和較低的羥基官能度的鏈。在本發明的一些實施方式中， 每條聚合物鏈的平均羥基官能度至少為2. 5，優選至少為3，優選至少為3. 5，優選至少為4 ； 平均羥基官能度不大于10，優選不大于8，優選不大于7，優選不大于6。在本發明的一些實施方式中，丙烯酸類多元醇的Mn至少為2，000，優選至少為 2，500，優選至少為3，000，優選至少為3，500。在本發明的一些實施方式中，丙烯酸類多元醇的Mn不大于8，000，優選不大于7，000，優選不大于6，000。在一些實施方式中，Mw/Mn為 1. 5-3. 5，或者為2-3。在本發明的一些實施方式中，所述丙烯酸類多元醇的Tg為-100°C 至-40 V，優選為-80 V至-45 V，優選為-75 °C至-50 V。 在本發明的一些實施方式中，所述丙烯酸類多元醇包含至少60 %的丙烯酸類單體的聚合殘基，優選至少70 %，優選至少80 %，優選至少90 %，優選至少95 %。在本發明的一些實施方式中，所述丙烯酸類多元醇包含5-35%的含羥基的丙烯酸類單體的聚合殘基， 優選8-25 %，優選10-20 %。在本發明的一些實施方式中，所述丙烯酸類多元醇的Mn為 3，000-5，000，所述丙烯酸類多元醇包含10-20%的包含羥基的丙烯酸類單體的殘基。在一些實施方式中，包含羥基的單體是(甲基)丙烯酸羥烷基酯，較佳的是選自下組的單體 HEMA, HPMA, HBA或它們的組合；優選HEMA和/或HPMA。在一些實施方式中，所述丙烯酸類多元醇包含65-95%的(甲基)丙烯酸C4-C12烷基酯的聚合殘基，優選75-92%，優選80-90%; 在一些實施方式中，所述(甲基)丙烯酸C4-C12烷基酯是丙烯酸C4-C12烷基酯，優選是丙烯酸C4-Cltl烷基酯，優選是BA和/或EHA。在一些實施方式中，所述丙烯酸類多元醇除了包含丙烯酸類單體以外，還可以包含少量乙烯基單體的殘基。較佳的是，所述丙烯酸類多元醇是通過使用本領域眾所周知的常規的引發劑進行溶液聚合而制備的。較佳的是，使用以下鏈轉移劑(CTA)，例如醇、二醇、二醇烷基醚、巰基醇或巰基二醇；優選醇、二醇或二醇烷基醚；優選醇。在一些實施方式中，所述鏈轉移劑基本不含(即小于0.3%，或者小于0. 1%，或者小于0.05% )硫，所述丙烯酸類多元醇基本不含(即小于lOOppm，或者小于50ppm，或者小于25ppm)硫。適合于聚合反應的溶劑包括例如醇、烷基酯、二醇、二醇烷基醚、醛、酮和醚。在一些實施方式中，所述溶劑也可以用作鏈轉移劑，也作為鏈轉移劑的優選的溶劑包括例如C1-C6醇，包括異丙醇。當使用羥基化合物作為鏈轉移劑的時候，認為端羥基直接與聚合物鏈的末端連接。當使用醇，例如異丙醇作為鏈轉移劑的時候，認為所得的叔端羥基的化學活性小于(甲基)丙烯酸羥烷基酯和其它羥基取代的單體上的羥基。多異氰酸酯是平均異氰酸酯官能度至少為2的物質。合適的多異氰酸酯的例子包括基于以下化合物的那些異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，1,6-己二異氰酸酯(HDI)，二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)，二(異氰酸根合甲基)環己烷，二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)， 甲苯二異氰酸酯(TDI)，它們的異構體或它們的混合物。在本發明的一些實施方式中，所述多異氰酸酯是脂族多異氰酸酯。多異氰酸酯與多元醇的預聚物也可以在本發明中用作多異氰酸酯組分；多異氰酸酯預聚物優選的Mn為300-3000，優選為500-2000。在本發明的一些實施方式中，多異氰酸酯的官能度至少為2. 5，或者至少為2. 7，或者至少為3。在一些實施方式，所述多異氰酸酯的官能度不大于5，優選不大于4，優選不大于3。較佳的是，所述非端羥基/NCO基團的摩爾比為0.75 1至1 0. 75，或者為 0.75 1至1 0.9，或者為0.9 1至1 0.75，或者為0.9 1至1 0.9，或者為 0.95 1至 1 0.9，或者為 0.9 1至1 0.95，或者為 0.95 1至 1 0.95，或者為 0.98 1至 1 0.98，或者為 0.99 1至1 0. 99，或者為 0. 995 1至 1 0.995。交聯劑是包括兩個或更多個烯鍵式不飽和基團的單體，可以包括例如二乙烯基芳族化合物，二 _、三-和四_(甲基)丙烯酸酯，二 _、三-和四-烯丙基醚或酯化合物，以及 (甲基)丙烯酸烯丙酯。這些單體的優選例子包括二乙烯基苯(DVB)，三羥甲基丙烷二烯丙基醚，四烯丙基季戊四醇，三烯丙基季戊四醇，二烯丙基季戊四醇，鄰苯二甲酸二烯丙酯， 馬來酸二烯丙酯，氰脲酸三烯丙酯，雙酚A 二烯丙基醚，烯丙基蔗糖，亞甲基二丙烯酰胺，三羥甲基丙烷三丙烯酸酯，甲基丙烯酸烯丙酯(ALMA)，乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)，1， 6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)和丁二醇二甲基丙烯酸酯(BGDMA)。在本發明的一些實施方式中，所述聚合物中聚合的交聯劑殘基的量不大于0. 2 %，優選不大于0. 1 %，優選不大于 0. 05%,優選不大于0.02%。本發明的組合物可以任選地包含其它的組分。例如，所述組合物可以包含用于氨基甲酸酯形成反應的催化劑，例如二烷基錫二酯；附著力促進劑；抗氧化劑和光穩定劑。上述組分優選在多元醇組分中，但是一些可以包含在多異氰酸酯組分中，前提是它們不會與異氰酸酯基反應，而且不會催化異氰酸酯的聚合。在本發明的一些實施方式中，所述組合物包含不大于1. 5重量％的光穩定劑，或者不大于1. 25%，或者不大于1 %，或者不大于 0. 75%，或者不大于0. 5%，或者不大于0. 25%。在根據本發明的方法制造的光伏組件中，玻璃片覆蓋所述太陽能電池，形成光伏組件，其中光通過所述玻璃片，然后照射在所述太陽能電池上。所述太陽能電池直接形成在玻璃片上(例如通過濺射法或CVD)，然后用一層包封劑材料覆蓋。在本發明的一些實施方式中，所述光伏組件還包括層疊在所述液體包封劑上的一個材料片。位于所述包封劑層下方的該任選的材料層可以是剛性的或者撓性的。所述剛性材料可以是例如玻璃、合成聚合物(例如聚氟乙烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，乙烯-乙酸乙烯酯)、金屬片等。在這些描述中，術語“頂部”表示光照射到達太陽能電池的方向。在本發明的一些實施方式中，將所述包封劑施加在一片材料上，然后使得所述片材上的包封劑層與承載著所述太陽能電池的玻璃片接觸。在大多數情況下，所述光伏組件需要位于太陽能電池下方的絕緣材料。該材料可以是包封劑或剛性材料，前提是所述材料能夠滿足對于絕緣能力的標準，例如IEC61215， IEC 61646，UL 746A, UL746B, UL 746C 規定的測試方法。在本發明的一些實施方式中，例如在在線混合器或混合容器中將所述多元醇組分和異氰酸酯組分混合，形成液體包封劑，然后立刻使其與太陽能電池接觸。如上所述，根據光伏組件的結構種類，可以在以下所述的時刻將所述混合的組分施加于玻璃或合成聚合物材料添加太陽能電池之前，在太陽能電池之前和之后施加，以形成兩層包封劑材料，以及施加于形成在玻璃或合成聚合物上的太陽能電池上，等等。較佳的是，通過對組裝的光伏組件進行加熱，優選在60-150°C的溫度下加熱1分鐘至3小時，從而使得液體包封劑固化。時間和溫度將根據異氰酸酯的種類和羥基官能度、羥基/異氰酸酯基的比例以及其它因素而變化，這是本領域眾所周知的。實施例一般聚合步驟將異丙醇(1137克)加入裝有氮氣吹掃裝置、回流冷凝器、溫度控制器和機械攪拌器的四頸圓底燒瓶中，加熱至82°C。加入過氧新戊酸叔戊酯的異丙醇溶液(704毫升，4. 7 重量％)，然后加入丙烯酸-2-乙基己酯(187克)和甲基丙烯酸羥乙酯(33克)的混合物。 在不進行加熱的情況下，混合物的溫度升高到86°C。使得混合物冷卻至82°C，在180分鐘的時間內逐漸加入丙烯酸-2-乙基己酯(1683克)和甲基丙烯酸羥乙酯097克)的混合物。 同時，在200分鐘的時間內加入過氧新戊酸叔戊酯的異丙醇溶液(704毫升，4. 7重量％ )。 加完之后，所述混合物在82°C下保持60分鐘，然后加入另一種過氧新戊酸叔戊酯的異丙醇溶液(16. 6毫升，29. 8重量％)。15分鐘之后，在90分鐘的時間內加入另一種過氧新戊酸叔戊酯的異丙醇溶液(16. 6毫升，29. 8重量％ )。通過蒸發從聚合物中除去溶劑。下表列出根據該方法制備的聚合物。
權利要求
1.一種制造光伏組件的方法，所述方法包括以下步驟(a)在玻璃板上形成太陽能電池；以及(b)使得至少一層液體包封劑與所述太陽能電池接觸；所述液體包封劑包含(i) 丙烯酸類多元醇，其中每條聚合物鏈上的羥基官能單體單元的平均數為2-25，所述丙烯酸類多元醇的Mn為1，000-10，000 ；以及(ii)平均官能度至少為2的多異氰酸酯；其中，所述多元醇中的非端羥基與所述多異氰酸酯中的異氰酸酯基的摩爾比為0.5 1至1 0.5。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸類多元醇的每條聚合物鏈上的羥基官能單體單元的平均數為3-6。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸類多元醇的Mn為3，000至 7，000。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多異氰酸酯的平均官能度為2-4。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸類多元醇包含65-95重量％的 (甲基)丙烯酸C4-C12烷基酯的聚合殘基，以及5-35重量％的含羥基的丙烯酸類單體的聚合殘基。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述丙烯酸類多元醇的Mn為3，000-5，000,所述丙烯酸類多元醇包含10-20%的包含羥基的丙烯酸類單體的殘基。
全文摘要
本發明揭示了一種制造光伏組件的方法，該方法包括在玻璃板上形成太陽能電池，然后使得至少一層液體包封劑與所述太陽能電池接觸。所述液體包封劑包含兩種組分。第一種組分是丙烯酸類多元醇，每條聚合物鏈上的羥基官能單體單元的平均數為2-25，Mn為1,000至10,000。所述第二種組分是平均官能度至少為2的多異氰酸酯。所述多元醇中非端羥基與多異氰酸酯中的異氰酸酯基的摩爾比為0.5∶1至1∶0.5。
文檔編號C08L75/04GK102163646SQ20111002240
公開日2011年8月24日 申請日期2011年1月11日 優先權日2010年1月12日
發明者E·C·戈里爾, M·L·恩斯拉, 郭海蘭 申請人:羅門哈斯公司