具有封装阻隔膜的光伏器件的制作方法_2

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有任何特定的空间取向。
[0029] 通过使用术语"包覆"来描述层相对于本公开的阻隔膜的基底或其它元件的位置, 我们是指层在基底或其它元件的顶上,但未必与基底或其它元件邻接。
[0030] 通过使用术语"由...分隔"来描述(共)聚合物层相对于两个无机阻隔层的位 置,我们是指(共)聚合物层在无机阻隔层之间,但未必与任一无机阻隔层邻接。
[0031] 术语"阻隔膜"或"阻隔层"是指被设计为蒸气、气体或芳香迀移不可渗透的膜或 层。可排除的示例性气体和蒸气包括氧气和/或水蒸气。
[0032] 关于单体、低聚物或化合物的术语"(甲基)丙烯酸酯"意指作为醇与丙烯酸或甲 基丙條酸的反应广物形成的乙條基官能烷基醋。
[0033] 术语"聚合物"或"(共)聚合物"包括均聚物和共聚物,以及可在可混溶的共混物 中形成的均聚物或共聚物,例如,通过共挤出或通过包括例如酯交换反应的反应。术语"共 聚物"包括无规共聚物和嵌段共聚物两者。
[0034] 术语"固化"是指造成化学变化(例如,经由水的消耗的反应)以使膜层硬化或增 加其粘度的方法。
[0035] 术语"交联的"(共)聚合物是指通过共价化学键而使其(共)聚合物链接合在 一起以形成网状(共)聚合物的(共)聚合物,所述共价化学键通常经由分子或基团交联。 交联的(共)聚合物的一般特征在于不溶性,但在适当溶剂的存在下可以是溶胀性的。
[0036] 术语"固化的(共)聚合物"包括交联的和未交联的(共)聚合物两者。
[0037] 术语"Tg"是指在以块形式而不是以薄膜形式评估时,固化的(共)聚合物的玻璃 化转变温度。在其中(共)聚合物仅可以薄膜形式检查的情况下,块形式!;通常可以适当 的精度来评估。块形式T g值通常通过以下过程确定:使用差示扫描量热法(DSC)评估热流 的速率与温度,以确定(共)聚合物的链段移动的起始以及可说是(共)聚合物从玻璃态 变化为橡胶态的拐点(通常为二级转变)。块形式1;值还可使用测量(共)聚合物的模量 改变作为温度和振动频率的函数的动态力学热分析(DMTA)技术来评估。
[0038] 通过使用术语"可见光可透过的"载体、层、组件或器件,我们意指该载体、层、组件 或器件对光谱的可见部分具有至少约20%的平均透过率T vis,沿法向轴测量。
[0039] 术语"金属"包括纯金属(即,以元素形式的金属,例如银、金、铂等)或金属合金。
[0040] 术语"气相涂布"或"气相沉积"意指例如通过以下方式将涂层从气相施加到基底 表面:将涂层的前体材料或涂层材料本身蒸发并随后沉积到基底表面上。示例性气相涂布 方法包括例如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、以及它们的组合。
[0041] 现在将具体参照附图描述本公开的各种示例性实施例。本公开的示例性实施例可 在不脱离本公开的实质和范围的情况下进行多种修改和更改。因此,应当理解,本公开的实 施例不应限于以下所述的示例性实施例,但应受权利要求书及其任何等同物中示出的限制 的控制。
[0042] 待解决的问题的确宙
[0043] 柔性阻隔涂层或膜对于电子器件诸如光伏器件是可取的,该电子器件的部件对水 蒸气的侵入敏感。多层阻隔涂层或膜可提供胜过玻璃的优点,因为其为柔性、低重量、耐用 的,并且使得能够低成本连续辊到辊加工。
[0044] 用于生产多层阻隔涂层或膜的已知方法中的每一种均具有限制。化学沉积方法 (CVD和PECVD)形成气化金属醇化物前体,当吸附在基底上时,该前体经历反应以形成无机 涂层。这些方法一般受限于低沉积速率(并因此造成低线速度),并且使醇化物前体的使用 效率低下(醇化物蒸气中的很多未掺入涂层中)。CVD方法还需要常常在300-500°C范围内 的高基底温度,这可能不适于(共)聚合物基底。
[0045] 真空方法诸如固体材料的热蒸镀(例如,电阻性加热或电子束加热)也提供低金 属氧化物沉积速率。对于需要非常均一的涂层(例如,光学涂层)的辊宽幅材应用来说,热 蒸镀难以按比例放大并且可能需要基底加热以获得有品质的涂层。另外,蒸发/升华方法 可能需要一般限于小区域的离子辅助以改善涂层品质。
[0046] 还已使用溅射以形成金属氧化物层。虽然用于形成阻隔氧化物层的溅射方法的沉 积能量一般较高,但涉及沉积(甲基)丙烯酸酯层的能量一般较低。因此,(甲基)丙烯酸 酯层通常不具有与其下的层(例如,无机阻隔氧化物亚层)的良好粘合特性。为了增加保 护性(甲基)丙烯酸酯层与阻隔氧化物的粘附力水平,已知硅亚氧化物的薄溅射层可用于 本领域中。如果硅亚氧化物层不包含在叠堆中,则保护性(甲基)丙烯酸酯层对阻隔氧化 物的初始粘附力较差。硅亚氧化物层溅射方法必须以精确的功率和气体流设定来进行以维 持粘附力性能。该沉积方法在历史上易受噪音的影响,从而导致保护性(甲基)丙烯酸酯 层的变化的和低的粘附力。因此可取的是消除在最终阻隔构造中对硅亚氧化物层的需要以 增强粘附可靠性并降低方法复杂性。
[0047] 甚至在标准阻隔叠堆的"沉积时"的粘附力初始是可接受的,在暴露于85°C /85% 相对湿度(RH)的加速老化条件时,亚氧化物和保护性(甲基)丙烯酸酯层己表现出弱化。 该层间弱化可导致阻隔膜与其旨在保护的器件的过早分层。可取的是,该多层构造改善初 始粘附力水平并维持在85 °C和85% RH下老化时的粘附力水平。
[0048] 该问题的一个解决方案为使用被称为特定元素的"粘结"层,所述元素如铬、锆、 钛、硅等,它们在作为元素或在少量氧气的存在下常常溅射沉积为材料单层或薄层。粘结层 元素然后可形成与基底层(氧化物)和覆盖层((共)聚合物)两者的化学键。
[0049] 粘结层一般用在真空涂层工业中,以实现不同材料层之间的粘附。用于沉积层的 方法常常需要微调,以实现粘结层原子的合适层浓度。沉积可受到真空涂层方法中的轻微 变化的影响,如真空压力波动、排气,以及来自其它方法的交叉污染,从而导致产品粘附力 水平的变化。此外,粘结层在暴露于水蒸气之后常常不保持它们的初始粘附力水平。一种 用于改善阻隔膜的粘附力的更可靠的解决方案是可取的。
[0050] 发现问题的解决方案
[0051] 我们已令人惊讶地发现,包括包含含有如下文所进一步描述的至少一种硅烷前体 化合物的反应产物的保护性(共)聚合物层的复合膜的光伏器件改善了多层复合阻隔膜的 粘附力和湿气阻隔性能。这些多层复合阻隔膜在光伏器件、显示器、发光和电子器件市场中 作为玻璃封装材料的柔性替代品而具有许多应用。
[0052] 在本公开的示例性实施例中,为了获得改善的多层复合阻隔膜而对技术问题的所 需技术效果和解决方案通过以下方式获得:对用于将保护性(共)聚合物层施加(例如,通 过气相涂布)到多层复合阻隔膜以在一些示例性实施例中实现以下效果的方法中所用的 组合物进行化学改性:
[0053] 1)与无机氧化物表面的可靠化学键,
[0054] 2)通过(共)聚合与(甲基)丙烯酸酯涂层的可靠化学键,以及
[0055] 3)维持改性分子的一些物理特性(例如,沸点、蒸气压等),使得它们可与块状 (甲基)丙烯酸酯材料共蒸发。
[0056] 多层复合阳隔腊
[0057] 因此,在示例性实施例中,本公开描述了多层复合阻隔膜,其包括基底、基底的主 表面上的基础(共)聚合物层、基础(共)聚合物层上的氧化物层;以及该氧化物层上的保 护性(共)聚合物层,该保护性(共)聚合物层包含硅烷前体化合物的反应产物,如下文所 进一步描述。
[0058] 转向附图,图1为由具有包括单个成对层的耐湿性涂层的示例性阻隔膜10覆盖的 光伏器件11的示意图。膜10包括按以下顺序布置的层:基底12 ;基础(共)聚合物层14 ; 氧化物层16;包含如本文所述的至少一种脲(多)_(甲基)丙烯酸酯(多)_硅烷前体化 合物的反应产物的保护性(共)聚合物层18 ;以及任选的氧化物层20。氧化物层16和保 护性(共)聚合物层18 -起形成成对层,虽然仅示出了一个成对层,但膜10可包括在基底 10与最上面成对层之间的交替氧化层16和保护性(共)聚合物层18的附加成对层。
[0059] 在某些示例性实施例中,复合阻隔膜在基础(共)聚合物层上包含氧化物层和保 护性(共)聚合物层的多个交替层。氧化物层和保护性(共)聚合物层一起形成"成对层", 并且在一些示例性实施例中,阻隔膜可包含多于一个成对层,从而形成多层阻隔膜。多层阻 隔膜(即,包含多于一个成对层)中的氧化物层和/或保护性(共)聚合物层中的每一个可 相同或不同。可将任选的无机层(其优选为氧化物层)施加在多个交替层或成对层之上。
[0060] 在一些示例性实施例中,包含至少硅烷前体化合物的反应产物的保护性(共)聚 合物层18改善了膜10的耐湿性和保护性(共)聚合物层18与下面的氧化物层的剥离强 度粘附力,从而导致在另外的阻隔叠堆层内改善的粘附力和抗分层性,如下文进一步阐释。 当前优选的用于阻隔膜10中的材料还在下文以及在实例中进一步确定。
[0061] 保护件聚合物层
[0062] 本公开描述了用于复合膜(即,作为阻隔膜)中的保护性(共)聚合物层,该复合 膜在用作包装材料例如用于包装电子器件时,在降低氧气和/或水蒸气阻隔透过方面是可 用的。每个保护性(共)聚合物层在其制造中包含本文描述为硅烷前体化合物的至少一种 物质组合物,其反应产物形成(共)聚合物,如下文所进一步描述。
[0063] 包含硅烷前体化合物的反应产物的合适保护性(共)聚合物层,以及合适硅烷前 体化合物,包括此类(共)聚合物层的多层复合阻隔膜,使用此类硅烷前体化合物以形成适 于用作光伏器件的封装多层复合阻隔膜的复合膜,以及它们的实例在全部描述于2012年 8月8日提交的共同未决的美国临时专利申请61/681,023 ;61/681,008;61/681,003;和 61/680, 995 中。
[0064] 复合腊材料
[0065] 本公开描述了包含至少硅烷前体化合物与至少一种(甲基)丙烯酸酯单体或低聚 物和/或水的反应产物的保护性(共)聚合物层。
[0066] 基底
[0067] 基底12可为柔性的、可见光可透过的基底,诸如柔性透光性(共)聚合物膜。在一 个当前优选的示例性实施例中,基底基本上是透明的,并且在550nm处可具有至少约50 %、 60%、70%、80%、90%或甚至最高至约100%的可见光透过率。
[0068] 示例性柔性透光基底包括热塑性聚合物膜以及热固性膜,所述热塑性聚合物膜包 含例如聚酯、聚丙烯酸酯(例如,聚甲基丙烯酸甲酯)、聚碳酸酯、聚丙烯、高或低密度聚乙 烯、聚砜、聚醚砜、聚氨酯、聚酰胺、聚乙烯醇缩丁醛、聚氯乙烯、氟聚合物(例如聚偏二氟乙 烯、乙烯-四氟乙烯(ETFE)(共)聚合物、四氟乙烯(共)聚合物、六氟丙烯(共)聚合物、 聚四氟乙烯、以及它们的共聚物)、聚乙烯硫化物、环烯烃(共)聚合物,所述热固性膜诸如 环氧树脂、纤维素衍生物、聚酰亚胺、聚酰亚胺苯并曙唑和聚苯并嚷唑。
[0069] 当前优选的聚合物膜包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯 (PEN)、热稳定化PET、热稳定化PEN、聚甲醛、聚乙烯基萘、聚醚醚酮、氟聚合物、聚碳酸酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚α -甲基苯乙烯、聚砜、聚苯醚、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚酰胺酰亚胺、 聚酰亚胺、聚邻苯二甲酰胺、或它们的组合。
[0070] 在一些示例性实施例中,基底也可为多层光学膜("MOF"),诸如在美国专利申请 公布US 2004/0032658 Al中所描述的那些。在一个示例性实施例中,膜可在包含PET的基 底上制备。
[0071] 所述基底可具有多种厚度,例如,约0. 01至约1_。然而,例如当需要自支承制品 时,所述基底可以是相当厚的。还可通过层合或换句话讲将使用柔性基底制成的所公开的 膜接合到更厚的、非柔性或柔性较小的补充载体来便利地制成此类制品。
[0072] 可使用热定形、张力下退火或其它技术来热稳定化(共)聚合物膜,当(共)聚合 物膜不受限制时,所述技术将阻
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