专利名称：光固化性光伏电池封装剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于光伏电池和模块构造中的光固化性液体封装剂。
背景技术：
光伏(PV)电池将日光直接转化为电能。所产生的电可以用作直流电、通过使用换流器转化为交流电或者存储在电池中以备后用。光伏装置的最简形式是仅消耗光的太阳能电池。由于日光无限可用，因此与传统电源相比光伏电源具有许多优势。虽然光伏电池具有许多形式，但是最常见的结构是其中形成有大面积二极管或 p-n结的半导体材料。就基本功能而言，电流通过通常位于前面的允许日光进入太阳能电池的接触结构和位于背面的形成回路的接触部位而自装置中产生。光伏模块由相互电连接的若干光伏电池构成。这些电池夹在一侧的透明保护材料 (通常为玻璃)与背面的阻挡层(通常为金属或金属化聚合物片)之间。典型的光伏模块利用聚合层封装、密封并保护PV模块和PV电池。最典型的封装材料(本说明书中称为封装剂)为在加压和加热下层压的热塑性材料，其一般层压在PV电池和保护层(其通常为玻璃)之间。大多数封装剂、特别是乙酸乙烯酯在层压阶段会交联。诸如乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和离聚物树脂等热塑性封装剂的缺点是在层压过程中需要高压和高温、在暴露于紫外线和热(于户外使用期间)过程中倾向于产生空穴、倾向于黄化、需要较长的固化(交联)周期(在经济方面不利)、弹性模量高，这些使薄PV电池在服务过程中、特别是在热循环下的耐用性存在风险，并使其对于不同于PV电池和玻璃的材料 (聚合膜和子组件)的粘合性较差。作为另外一种选择，可以使用添加固化型聚硅氧烷作为封装剂。与使用热塑性材料相比，使用聚硅氧烷的优点包括其抵抗黄化和变色的高稳定性、低弹性模量、低Tg(在低于-20°c甚至低于-45°c的温度仍保持其弹性)和宽使用温度范围。缺点是对于塑料材料的粘合性较差、强度较低、固化过程中抑制(焊剂残余物、如环氧树脂等其他粘合剂的残余物、乳胶手套和硫固化衬垫的接触和0型环所引起的抑制)的风险较高和固化时间较长。另外，由于多数太阳能聚硅氧烷封装剂包含高百分比的单体硅烷增粘剂，因此其倾向于在湿/ 热老化过程中变模糊。聚硅氧烷封装剂的另一缺点是其较为昂贵，相对价格为热塑性封装剂的约2倍 5倍。提供聚丙烯酸酯作为封装剂的努力已经取得了一定程度的成功。美国专利第 4，383，129号公开了一种作为“糊浆”的由溶解在丙烯酸丁酯的聚丙烯酸丁酯制得的封装剂，所述封装剂在PV模块中作为液体封装剂提供并且后来被固化。该过程涉及通过热活化自由基源来固化混合物，其本身是个缓慢的过程。另一缺点在于聚丙烯酸丁酯因交联不足而物理性质较差，并且因缺乏极性基团(例如羧基、酸酐、有机金属和羟基)而对于玻璃和聚硅氧烷模块的粘合性较差。另外，随着光伏模块的薄化，对于非常柔软的封装剂的需求也越来越高。聚丙烯酸丁酯不够柔软。参考文献
[1]美国专利第4，383，129号
发明内容
本发明的发明人现在已经开发了一种用于封装PV电池和用于将其粘接于相邻的如玻璃和塑料等材料表面以及用于构造PV模块的封装制剂，所述PV模块包含一个或多个如本说明书中所公开的电池。本发明特别提供了一种封装剂，所述封装剂的特征在于在通常为20°C 80°C的成型温度下的低粘度、对于玻璃和PV模块以及对于聚合膜和片材的良好的粘合性、具有在-20°C以下保持其弹性的低Tg、在+90°C _45°C的温度范围内的低弹性模量、在紫外线和热(通常为安装在户外的PV模块所处的条件)的条件下抵抗黄化的高耐用性，并在暴露于光时于数秒或数分钟内固化为高分子和/或部分交联的柔性塑料或弹性体。因此，本发明的封装剂被设计为具有在光谱范围内匹配PV电池材料色散分布的色散分布(其折射率是波长的函数)，以获得高电效率。因此，本发明的一个方面提供了一种封装制剂(例如，用于封装光伏电池和用于将其粘接于至少一种表面材料上)，所述封装制剂包含至少一种高耐用性聚合物(HDP)、至少一种不饱和单体和/或低聚物，和至少一种光引发剂。应当注意，除非另外具体注明，否则本说明书中所提供的封装制剂的定义和特征涉及未固化的液体制剂。在一些实施方式中，当制剂固化时，其特征在于户外大气老化下的耐用性、对于玻璃和PV电池(例如聚硅氧烷、薄膜、多节电池等)的良好的粘合性、低弹性模量(特别是在低至-45°C的温度)、低玻璃化转变温度和85% 90%以上的透明度(波长为300nm 800nm、膜厚为 0. 5mm 时)。室温或应用温度(例如通常为室温 100°C )下为液体的本发明的封装制剂在应用温度、10秒―1的剪切速率下具有5厘泊(cps) 50，000厘泊的粘度。在一些实施方式中，制剂在251^1(^4:1的剪切速率下具有低于25，OOOcps的粘度。在另外一些实施方式中，制剂在251^(^4:1的剪切速率下具有低于10，OOOcps的粘度，在又一些实施方式中， 制剂在25°C、10秒―1的剪切速率下具有低于5，OOOcps的粘度。本发明的制剂中使用的至少一种HDP聚合物是有弹力的弹性聚合物，所述聚合物经选择而随时间推移(例如在户外暴露于阳光(例如紫外、可见光和/或红外线照射)和热时)保持其机械和/或光学性质中的至少一种。HDP是线性或支化的脂肪族或脂环族聚合物，所述聚合物选自(a)包括聚酯丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚酯、(b)包括聚氨酯丙烯酸酯的聚氨酯和(c)丙烯酸类聚合物。所使用的丙烯酸类聚合物通常在线性、链段 (segmented)、间规、支化、嵌段(block)和环状均聚物、共聚物和三元共聚物中选择，其中， 至少50 %的聚合物重复单元选自丙烯酸或甲基丙烯酸、酯或酰胺或者氨基甲酸乙酯或酰胺。在一些实施方式中，HDP以聚合物或低聚物形式由丙烯酸和/或甲基丙烯酸、酯、 酰胺或者氨基甲酸乙酯制备。HDP可以包含一种或多种相同或不同的重复单元(例如，一种或多种不同的丙烯酸或甲基丙烯酸及其衍生物)。在一些实施方式中，HDP包含一种单体(均聚物)，而在另一些实施方式中，其包含两种以上所述单体的混合物(共聚物和三元共聚物)。所使用的共聚物可以是无规、嵌段、支化、接枝或间规的。HDP可以通过以下方式制备使用自由基、阴离子或阳离子引发剂，以本体、溶液、乳液、分散的方式共聚一种或多种丙烯酸或甲基丙烯酸酯、氨基甲酸乙酯或酰胺。在一些实施方式中，至少一种单体在丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯中选择。至少一种HDP具有低于50°C的Tg (通过选自差示扫描量热法(DSC)、热力学分析 (TMA)和动态力学分析(DMA)中的一种方法测量)。在一些实施方式中，Tg低于40°C。在一些实施方式中，Tg低于0°C。在另一些实施方式中，Tg低于_20°C。在又一些实施方式中，Tg低于-40°c。所述聚合物的非限制性实例为Nanc^trength丙烯酸共聚物(由Arkema制造)、 Elvacite (由 Lucite 制造)和 Joncryl (由 BASF 制造)。 在一些实施方式中，所述至少一种HDP为嵌端共聚物，其中，所述Tg是共聚物嵌段的至少两个Tg值中较低的那个。在另一些实施方式中，所述至少一种HDP为丙烯酸或甲基丙烯酸酯或酰胺或氨基甲酸乙酯的均聚物、共聚物(包括无规、间规、嵌段共聚物)和三元共聚物(包括无规、间规和嵌段三元共聚物)。所述丙烯酸或甲基丙烯酸酯、酰胺、氨基甲酸乙酯或醚的非限制性实例为丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基化乙基己酯、丙烯酸辛基癸酯、二 -乙二醇2-乙基己基醚丙烯酸酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、聚乙二醇单丙烯酸酯、丙烯酰胺、氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、氨基甲酸乙酯甲基丙烯酸酯和己内酯丙烯酸酯。还包括列举出的丙烯酸酯化合物各自的甲基丙烯酸酯对等物。本说明书中所使用的术语“共聚物”和“三元共聚物”如本领域中所定义，并且彼此独立地指一种或多种单体共聚至任何程度，并且其非限制性地选自无规、嵌段、间规和接枝共聚物和三元共聚物。不希望受限于理论，用在本发明的制剂中的所述至少一种HDP提供具有下述性质的固化封装制剂，所述性质为弹力、强度、固化过程中的低收缩率、高透明性和低雾度、高剥离强度、高撕裂强度和液态的受控粘度，并且也会因粘度提高而影响不饱和单体或低聚物的固化速率。使用本说明书中所公开的HDP聚合物的另外的优点在于，具有提高所述聚合物在制剂中的浓度的能力，由此降低了传统上用在这种制剂中的较为有毒的刺激性单体和低聚物的含量。在一些实施方式中，所述至少一种HDP在制剂中的浓度为制剂总重的至少10%。 在另一些实施方式中，所述至少一种HDP在制剂中的浓度为制剂总重的10% 90%。在又一些实施方式中，所述至少一种HDP在制剂中的浓度为制剂总重的15% 75%。在另一些实施方式中，所述至少一种HDP在制剂中的浓度为制剂总重的20% 65%。本发明的制剂中所使用的至少一种单体或低聚物需经选择，以提供具有下述性质的液体封装混合物，所述性质为低粘度、对基体的良好的润湿性和/或在适当的压力和/或温度下应用的容易性，还提供具有下述性质的固化态封装剂，所述性质为低Tg、对于基体的粘合性、受控的交联程度和高透明性。所述至少一种不饱和单体或低聚物为脂肪族、杂环或脂环族单体或低聚物(分子量大于200道尔顿和/或在25°C时粘度低于10，OOOcps)，其特征在于，在25°C时的粘度为5cps 10，OOOcps。不饱和单体或低聚物需经选择以耐受紫外线和/或热致降解，即，所述不饱和单体或低聚物无论短期还是长期在这种条件下都不会降解。所述至少一种不饱和单体或低聚物各自在每分子中具有至少一个反应性基团，所述反应性基团选自丙烯酰基、甲基丙烯酰基、富马酰基、乙烯基、烯丙基和不饱和聚酯。在另一些实施方式中，所述至少一种不饱和单体或低聚物在下述物质中选择各自具有至少一个不同于芳基的侧基和共轭双键的脂肪族、脂环族和杂环族单体和低聚物； 所述单体或低聚物的特征在于(1)对紫外光的低吸收；(2)对于氧化作用的高稳定性。所述至少一种不饱和单体的非限制性实例为中链或长链烷基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，如丙烯酸或甲基丙烯酸月桂酯(术语丙烯酸酯在下文中指丙烯酸和甲基丙烯酸衍生物)、丙烯酸乙二醇和聚乙二醇酯、聚硅氧烷丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基化乙基己酯、 丙烯酸辛基癸酯、二乙二醇2-乙基己基醚丙烯酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯 (EOEOEA)、四氢糠基丙烯酸酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、 丙烯酸二十二烷基酯、聚乙二醇单丙烯酸酯和己内酯丙烯酸酯、丙烯酸2-乙基己酯、氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、聚乙二醇丙烯酸酯和所列出的任何丙烯酸酯的任何甲基丙烯酸酯衍生对等物。所述至少一种不饱和低聚物的非限制性实例为氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和脂肪族不饱和聚酯或其任何甲基丙烯酸酯衍生物。在一些实施方式中，所述至少一种单体或低聚物在本发明的制剂中的浓度为制剂总重的至少10%。在另一些实施方式中，所述至少一种单体或低聚物在本发明的制剂中的浓度为制剂总重的10% 90%。在又一些实施方式中，所述至少一种单体或低聚物在本发明的制剂中的浓度为制剂总重的20% 80%。在另一些实施方式中，所述至少一种单体或低聚物的浓度为制剂总重的30% 70%。另外，在一些实施方式中，本发明的封装制剂包含如所定义的至少一种单体和至少一种低聚物的混合物。在另一些实施方式中，封装剂包含至少一种单体或至少一种低聚物。如此处所使用的，至少一种单体或至少一种低聚物可以分别为不同单体或不同低聚物的混合物的形式。单体和低聚物的混合物可以包含两种以上不同单体和一种以上不同低聚物、两种以上不同低聚物和一种以上不同单体、两种以上不同单体和两种以上不同低聚物或其任何其他组合。本发明的封装制剂还可以包含至少一种增塑剂，所述增塑剂选择为能够改进封装剂的硬度，并可选地也提供对Tg的改进(为了降低Tg，使得封装剂在低至-50°c的温度保持其弹性和低弹性模量)，以获得在热循环过程中对PV模块所施加的应力最小的柔软弹性体。本发明的封装制剂中所使用的所述至少一种增塑剂在下述物质中选择长链烷醇的脂肪族酯、包括二元酸和多元酸的脂肪酸的酯和聚乙二醇或聚丙二醇的酯。所述增塑剂的非限制性实例为己二酸单酯和二酯、壬二酸单酯和二酯、戊二酸单酯和二酯、马来酸单酯和二酯和癸二酸单酯和二酯。本发明的制剂中所使用的增塑剂的量受限于雾度点，S卩，受限于固化封装剂的透明性劣化并观察到模糊时的载点。在一些实施方式中，所述至少一种增塑剂在本发明的制剂中的浓度为制剂总重的0 % 50 %或60 %或70 %。在另一些实施方式中，所述至少一种增塑剂的浓度为制剂总重的0% 20%或30%或40%。在又一些实施方式中，所述至少一种增塑剂的浓度为制剂总重的0% 10%或20%或30%。本发明的封装制剂还包含至少一种光引发剂，所述光引发剂引发不饱和单体或低聚物和可选的至少一种增粘单体或低聚物的聚合和交联(在紫外和/或可见光下)，以形成尺寸稳定的柔软的弹性封装体。所述至少一种光引发剂的非限制性实例包括2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基-氧化膦、1-羟基-环己基-苯基-酮、双(2， 6- 二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4-三甲基-戊基氧化膦、1-[4- (2-羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、2，2-二甲氧基-1，2-二苯基乙烷-1-酮和2-甲基_U4_(甲基硫基)苯基]-2-吗啉基丙烷-1-酮。在一些实施方式中，所述至少一种光引发剂被选择为具有可见光谱内的光活化性，使得在透过玻璃或其他抗紫外线保护层提供光时能够实现固化。所述光引发剂的实例为苯基氧化膦，例如由Ciba制造的Irgacure 819和由BASF制造的Lucirin TPO等。所述至少一种光引发剂的浓度为制剂总重的0. 05% 10%。本发明的封装制剂还可以包含至少一种单体、低聚物或聚合物形式的能够与表面相互作用的增粘剂。例如，酸性单体、聚合物和低聚物可通过酸-碱相互作用与如金属(例如铝)氧化物表面等表面相互作用；有机金属增粘剂与金属及其氧化物、包括聚硅氧烷及其氧化物(例如玻璃)等形成共价或配位键。所述至少一种增粘剂选自(1)具有至少一个极性基团(如羧基、酸酐、羟基和磷酸酯基等)的单体、低聚物和/或聚合物；和( 有机金属化合物，如有机硅化合物、有机钛化合物和有机锆化合物等。所述具有至少一个极性基团的增粘单体或低聚物的非限制性实例为丙烯酸、酸性低聚物，如由Sartomer制造的SR 9050、双甲基丙烯酰基氧基乙基)磷酸酯、由Cytec 制造的ADDITOL XL 185、由 Lubrizol 制造的 Lubrizol 2061 和 Lubrizol 2063，和马来酸酐。有机金属化合物的非限制性实例为有机硅烷，如由Dow corning制造的Z-6030和 Z-6300等；有机钛酸盐，如Du-Pont制造的Tyzor和由Kenrich petrochemicals制造的 Ken-React 等；和有机锆酸盐，如由 Kenrich petrochemicals 制造的 Ken-React 等。在一些实施方式中，所述具有至少一个极性基团的至少一种增粘单体或低聚物的浓度为制剂总重的约0 25%。在另一些实施方式中，所述增粘有机金属单体或低聚物的浓度为制剂总重的约0% 10%。本发明的制剂可选地包含至少一种稳定剂，所述稳定剂经选择而能够减轻着色、 黄化和封装剂因紫外线、阳光和热致降解(例如氧化降解)而失去弹性。所述至少一种稳定剂通常为选自酚类抗氧化剂、亚磷酸盐/酯类抗氧化剂、硫酯类抗氧化剂和受阻胺光稳定剂(此处称作HALQ中的抗氧化剂。在一些实施方式中，制剂不含抗氧化剂。在一些实施方式中，所述至少一种稳定剂在本发明的制剂中的浓度为制剂总重的 0% 5%。
如上所述，封装制剂在室温为液体，或者在高于室温的成型或注入温度时为液体。封装制剂可以通过下述方法制备首先形成粘合部分A和部分B形式的两个分开的本体制剂，所述粘合部分A和部分B可在应用前的所需时间点结合为封装制剂。作为另外一种选择，封装剂可以通过将多种成分混合为一种制剂从而获得可即时使用的封装体来制备。可理解的是，尽管两种剂型都在本发明的范围之内，但是每种形式都有其相互关联的内在的优点和缺点。例如，单组件封装剂的优点在于容易使用，而其缺点则在于保存期限较短。双组件封装剂能够在光固化的同时结合二次交联机制，所述结合例如通过多元醇与异氰酸酯的反应、硅氧烷与水分的反应、环氧树脂与胺或酸酐的反应以及乙烯封端的聚硅氧烷聚合物与硅烷氰化物封端的聚合物的反应而实现。部分A和部分B可以分开存储或者混合为具有长期粘度稳定性(保存期限)的单一制剂。通过本领域中任何已知方法，可以将由此制备的封装制剂应用于封装PV模块。在一些实施方式中，封装制剂被分配在打开的PV模块上，然后组装，而不需要施加任何明显的压力或其他力。在另一些实施方式中，通过将封装剂泵至PV表面上或拟填充的预制空腔中来应用所述制剂。将液体泵至空腔中所需的压力通常为0(自由注入) 约1个大气压力。在一些实施方式中，压力为0. 5个大气压力。在另一些实施方式中，压力为0. 1个大气压力 0.4个大气压力。在又一些实施方式中，通过注入来应用所述制剂。应用后，通过利用紫外和/或可见光、热、红外照射或其组合来使封装制剂固化。 所述固化提供了厚度为10微米 10毫米或者10微米 5毫米的固化封装剂层。所述固化通常透过选自玻璃或聚合膜的外保护层来实现。通常，本发明的液体制剂(未固化状态的)在1秒 1，000秒内固化达到至少90%的转化率(通过所消耗的不饱和基团的百分比来测量)。在一些实施方式中，通过使用紫外和/或可见光源来实现固化(例如，达到至少 90%的转化率)，所述紫外和/或可见光源选自汞灯、等离子体点火灯、荧光灯、发光二极管 (LED)、卤素灯和自然日光。在另一些实施方式中，固化过程包括使用人造光源(例如为了提供足以处理的转化率)的第一固化步骤和随后由自然日光引发的第二固化步骤。在固化状态下，封装剂为具有以下一个或多个特征的弹性、柔软的透明体1. Tg (通过差示扫描量热法(DSC)、热动力分析(TMA)和动态力学分析(DMA)中的一种或多种方法测得)低于50°C。在一些实施方式中，固化封装剂的Tg低于30°C。在另一些实施方式中，固化封装剂的Tg低于15°C。在又一些实施方式中，固化封装剂的Tg低于 O0C ；在另一些实施方式中，固化封装剂的Tg低于-20°C ；在又一些实施方式中，固化封装剂的Tg低于-40°C ；在另一些实施方式中，固化封装剂的Tg低于-50°C ；2.光透射率品质与EVA和PVB封装剂相似。在一些实施方式中，穿过500微米 (microns)的本发明的固化封装剂的光透射率至少为波长在300纳米 800纳米范围内的初始光强的90%。在另一些实施方式中，穿过500微米的固化封装剂的光透射率至少为300 纳米 800纳米范围内的初始光强的92%。在又一些实施方式中，穿过500微米的固化封
9装剂的光透射率至少为300纳米 800纳米范围内的初始光强的95%。所述光透射率可在户外长期保持。几个暴露实验中显示，在两个4mm厚的玻璃板之间固化的500微米厚的本发明的固化封装剂在户外暴露(以色列，所述板以20度的仰角朝上安装在屋顶上)1年，保持了其初始透射率的至少90%。类似地，在两个4mm厚的玻璃板之间固化的500微米厚的本发明的固化封装剂在暴露于人造光源(QUV荧光灯老化试验机，UVB 313灯，各循环包含为时8小时的黑板温度为65°C 75°C的发光和为时4小时的黑暗，总计1000小时)时保持了其初始透射率的至少90% ；3.对于使PV模块上的应力累积降至最低至关重要、并对热循环过程中的精确配线至关重要的弹性和因此的柔软度。固化封装剂在23°C具有由动态力学分析仪(DMA) 在IHz测得的0.001兆帕(MPa) 250兆帕的拉伸储能模量。在一些实施方式中，固化封装剂在23°C具有0. 05MPa IOOMpa的拉伸储能模量。在另一些实施方式中，固化封装剂具有0. OOlMpa 80Mpa的拉伸储能模量；在又一些实施方式中，固化封装剂在_40°C 具有0. 5Mpa 300Mpa的拉伸储能模量。在另一些实施方式中，固化封装剂在_40°C具有 0. OOlMPa 250Mpa的拉伸储能模量；4.软凝胶至100A的根据ASTM D-2240的肖氏硬度。在一些实施方式中，固化封装剂具有5 85A的肖氏硬度；5. 1. 4 1. 6的折射率(RI)。在一些实施方式中，RI为1. 45 1. 56 ；和6.对于经处理(primed)(对于已预处理的表面)或未经处理(un-primed)的玻璃、金属、塑料和PV电池的粘合性。在一些实施方式中，固化封装剂具有至少0. 5牛顿/线性英寸(PLI)的剥离强度。在另一些实施方式中，固化封装剂具有下述粘合性，所述粘合性使得由本发明的封装剂封装的包含铝背板、硅PV电池和4mm厚的玻璃盖板的PV模块能够承受至少200次根据IEC 61215的由-40°C至+85°C的热循环，而不分层不起泡。本领域技术人员会理解，本发明提供了 PV模块的简单而低能耗的制造和成型方法。热塑性封装剂、特别是EVA、离聚物和PVB需要两个熔融步骤第一，熔融捏合聚合物、 热稳定剂、增粘剂和自由基引发剂(通常为有机过氧化物或偶氮化合物)，以获得压延为片材的均质混合物；第二，在120°C 180°C的温度将该片材热层压在PV模块上15分钟 60 分钟。这些过程需要消耗时间和能量，因此成本效益很低，还具有与CO2排放相关的负面影响。相反，如上所述，本发明的制剂可以在如上所公开的低温、通常为20°C 40°C制备，通常不需要任何额外加热即可获得“糊浆”，所述“糊浆”随后可以轻易地泵送至PV模块空腔中或者直接应用至打开的组件上。当将封装模块暴露于紫外和/或可见光时，通常在一分钟内即可完成固化。尽管本发明的制剂与本领域中的其他制剂之间存在显著不同，但是封装PV模块的性能与已知的EVA和PVB封装剂的性能至少相同。由于本发明的封装剂明显具有比EVA、 离聚物和PVB低的弹性模量，因此PV电池在低温下的应力也低得多。该优点为薄膜电池和其他易碎PV电池应用所必需。在一个实例中，组装的边缘密封的模块包含顶部玻璃板、PV电池和金属或聚合背板、聚异丁烯或丁基密封带(如聚硅氧烷、聚氨酯、MS聚合物或聚硫化物二级密封带)和金属或塑料框架，并具有包含本发明的封装剂的封装粘接层，所述模块提供了极为可靠的下述性能1.根据ISO 4892-3 :2006 (QUV荧光灯老化试验机，UVB 313灯，各循环包含为时8 小时的黑板温度为65°C 75°C的发光和为时4小时的黑暗，总计1000小时)暴露于加速大气老化下1000小时后透明度的劣化低于5% ；2.根据IEC 61215，在提供60KW h/m2的太阳照射的户外暴露后，无分层、变色和模糊；3.根据IEC 61215，在200次由_40°C至+85°C的循环后，封装剂和玻璃和PV电池之间无分层；和4.根据IEC 61215，在85°C和85%的相对湿度下，1000小时后无分层、变色和模糊。因此，另外提供了包含本发明的固化制剂的至少一个层的PV模块。在一些实施方式中，PV模块包含至少一个PV电池和至少一个选自玻璃和聚合物膜(如含氟聚合物和丙烯酸类聚合物等)的表面，其中，所述电池与所述至少一个表面之间的粘接由包含本发明的封装制剂的粘接层通过至少一个接触点来提供。此处所使用的“PV模块”由若干互相连接的PV电池构成，利用包含本发明的制剂的粘接层，所述PV电池被植入或粘接于一个或两个玻璃或塑料板。在一些实施方式中，所述粘接层为由本发明的制剂制备的固化膜。典型的是，PV模块具有透明的前侧(通常为玻璃)、至少一个封装的PV电池和通常为不透明的背侧。不过，透明的背面也是可以的。在前侧(例如玻璃)与背侧之间设置有使用本发明的制剂封装的PV电池(一个或多个)。PV模块可以包含任意数量的PV电池。在一些实施方式中，PV模块包含多于一个的电池。在另一些实施方式中，PV模块包含至少M个电池。模块中的各个PV电池可以是任何器件、半导体(单晶、多晶或非晶形式的任何半导体材料的半导体)或者有机或无机体，它们在光(特别是波长为200纳米 1，200纳米的光)照射时提供电势和/或电流。PV电池通常利用例如半导体材料的上侧和底侧上的薄接触(thin contact)而互相粘接。
具体实施例方式表1既述了本发明的大量制剂和若干参比制剂。
权利要求
1.一种包含固化封装剂的至少一个层或膜的光伏模块，其中，未固化的液态的所述封装剂包含至少一种高耐用性聚合物(HDP)；至少一种不饱和单体和/或低聚物；和至少一种光引发剂。
2.如权利要求1所述的模块，所述模块包含至少一个光伏电池和选自玻璃和塑料的至少一种表面，其中，所述电池与所述至少一种表面之间的粘接通过包含所述固化封装剂的粘接层而实现。
3.如权利要求1或2所述的模块，其中，所述光伏电池在下述器件中选择，所述器件在以波长为200纳米 1，200纳米的光照射时提供电势和/或电流。
4.如权利要求1所述的模块，其中，所述固化封装剂的Tg低于50°C、低于30°C、低于 15°C、低于0°C、低于-20°C、低于-40V或低于_50°C。
5.如权利要求1所述的模块，其中，所述固化封装剂具有下述光透射率，透过500微米固化体的光透射率至少为波长在300纳米 800纳米范围内的初始光强的85%。
6.如权利要求1所述的模块，其中，所述固化封装剂在lHz、23°C时具有0.OOlMPa 250MPa的拉伸储能模量。
7.如权利要求1所述的模块，其中，所述固化封装剂在1Hz、-40°C时具有0.OOlMPa 250MPa的拉伸储能模量。
8.如权利要求1所述的模块，其中，所述固化封装剂具有软凝胶 100A的根据 ASTMD-2240的肖氏硬度。
9.如权利要求1所述的模块，其中，所述固化封装剂具有1.4 1. 6的折射率。
10.如权利要求1所述的模块，其中，所述层或膜具有10微米 5毫米的厚度。
11.一种用于光学光伏模块组件的液体封装制剂，所述封装制剂包含至少一种高耐用性聚合物(HDP)；至少一种不饱和单体和/或低聚物；和至少一种光引发剂，所述液体封装剂能够响应于光而聚合和/或交联。
12.如权利要求11所述的制剂，所述制剂具有户外暴露下的透明性、耐用性中的至少一种性质。
13.如权利要求11所述的制剂，所述制剂在应用温度、10秒―1的剪切速率下具有5厘泊(cps) 50，000厘泊的粘度。
14.如权利要求13所述的制剂，所述制剂具有下述粘度在25°C、10秒―1的剪切速率下低于25，OOOcps ；在250C、10秒的剪切速率下低于10，OOOcps ；或在25°C、10秒的剪切速率下低于5，000cps。
15.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种HDP为选自聚酯、聚氨酯、丙烯酸类和甲基丙烯酸类聚合物的线性或支化或脂环族聚合物。
16.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种HDP的Tg低于50°C、低于40°C、低于0°C、低于-20°C或低于_40°C。
17.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种HDP在_40°C时具有低于500MPa 的弹性模量。
18.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种HDP为丙烯酸或甲基丙烯酸酯或酰胺或氨基甲酸乙酯的均聚物、包括无规、间规、嵌段共聚物的共聚物和包括无规、间规和嵌段三元共聚物的三元共聚物。
19.如权利要求18所述的制剂，其中，所述丙烯酸或甲基丙烯酸酯、酰胺、氨基甲酸乙酯或醚选自丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基化乙基己酯、丙烯酸辛基癸酯、二-乙二醇2-乙基己基醚丙烯酸酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、聚乙二醇单丙烯酸酯、丙烯酰胺、氨基甲酸乙酯丙烯酸酯和己内酯丙烯酸酯、或它们的任何甲基丙烯酸酯衍生物。
20.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种不饱和单体或低聚物为脂肪族或脂环族或杂环族单体或低聚物。
21.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种不饱和单体或低聚物各自在每分子中具有至少一个反应性基团，所述反应性基团选自丙烯酰基、甲基丙烯酰基、富马酰基、 乙烯基、烯丙基和不饱和聚酯。
22.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种不饱和单体或低聚物在各自具有至少一个不同于芳基的侧基和共轭双键的脂肪族、杂环族和脂环族单体和低聚物中选择。
23.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种不饱和单体为长链烷基丙烯酸酯或长链烷基甲基丙烯酸酯，所述长链烷基丙烯酸酯或长链烷基甲基丙烯酸酯选自丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸癸酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸十三烷基酯、丙烯酸乙基己酯、丙烯酸乙氧基化乙基己酯、丙烯酸辛基癸酯、二-乙二醇2-乙基己基醚丙烯酸酯、丙烯酸十四烷基酯、丙烯酸十六烷基酯、丙烯酸十八烷基酯、丙烯酸二十二烷基酯、聚乙二醇单丙烯酸酯、丙烯酰胺和己内酯丙烯酸酯、或它们的任何甲基丙烯酸酯衍生物。
24.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种不饱和低聚物选自氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯和脂肪族不饱和聚酯、或它们的任何甲基丙烯酸酯衍生物。
25.如权利要求11所述的制剂，所述制剂还包含至少一种添加剂，所述添加剂选自增塑剂；单体、低聚物或聚合物形式的增粘剂；和稳定剂。
26.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种光引发剂被选择为能够在暴露于紫外和/或可见光时引发聚合和交联。
27.如权利要求11所述的制剂，其中，所述至少一种光引发剂选自2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮、2，4，6-三甲基苯甲酰基-二苯基-氧化膦、1-羟基-环己基-苯基-酮、双(2，6_ 二甲氧基苯甲酰基)-2，4，4_三甲基-戊基氧化膦、1-[4-(2_羟基乙氧基)-苯基]-2-羟基-2-甲基-1-丙烷-1-酮、2，2- 二甲氧基-1，2- 二苯基乙烷-1-酮和 2-甲基-U4_(甲基硫基)苯基]-2-吗啉基丙烷-1-酮。
28.一种固化封装体，所述固化封装体通过提供权利要求11 27中任一项所述的制剂并固化所述制剂而制备。
29.一种在波长为200纳米 1，200纳米的光照射时能够提供电势和/或电流的装置， 所述装置包含至少一个固化封装剂的层或膜，其中，未固化的液态的所述封装剂包含至少一种高耐用性聚合物(HDP)；至少一种不饱和单体和/或低聚物；和至少一种光引发剂。
全文摘要
公开了一种用于光学光伏模块组件的液体封装制剂。
文档编号H01L31/052GK102217093SQ200980145170
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月12日
发明者P·索勒尔, 伊塔·巴卢齐, 伊扎尔·哈拉米 申请人:毕达哥拉斯太阳公司