用于太陽能電池系統(tǒng)封裝的耐候層合材料的制造方法

專利名稱：用于太陽能電池系統(tǒng)封裝的耐候層合材料的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于太陽能電池系統(tǒng)封裝的耐候層合材料的制造方法
及其用于制造光電才莫組(photovoltaischer Module)的用途。
背景技術：
光電模組用于由太陽光產(chǎn)生電能并由層合材料構成，該層合材料 含有太陽能電池系統(tǒng)，例如硅太陽能電池作為芯層。該芯層用封裝材 料包封以確保提供保護以免受機械和氣候引起的影響。這些材料可以 由一層或多層構成，這些層由玻璃和/或塑料薄膜和/或塑料薄膜復合 體制成。
用于光電池封裝的耐候薄膜層合材料的制造方法從 W0-A-94/29106、 W0-A-01/67523以及WO-A-00/02257中是已知的。在 這些模組中，不僅要保護太陽能電池系統(tǒng)以免受機械損壞，還要保護 其以免受水蒸汽影響，特別是還保護其以免受氣候的影響。因此，在 封裝材料中，主要使用耐候塑料，例如由含氟聚合物制成的薄膜。
這些含氟聚合物薄膜在單獨的方法中，例如通過擠出或薄膜流延 制造。但是，這些方法的能量消耗大且成本很高。
此外，由于它們有限的抗拉強度，含氟聚合物薄膜只可能以一定 的最小厚度制造。
在此，本發(fā)明旨在實現(xiàn)彌補這一點。

發(fā)明內容
因此本發(fā)明的目的是提供一種開頭所述類型的方法，采用其甚至 可以以小的層厚度在能量和成本方面經(jīng)濟地制造耐候層合材料。此外， 盡管具有小的層厚度，但應實現(xiàn)對戶外應用而言令人滿意的耐候性。
根據(jù)本發(fā)明，提出了用于太陽能電池系統(tǒng)封裝的耐候層合材料的 制造方法，其特征在于向載體材料上施加至少一層耐候塑料層。
在從屬權利要求中公開了本發(fā)明的方法的有利實施方案。
此外，本發(fā)明涉及根據(jù)本發(fā)明的方法制成的至少兩個層合材料用 于制造光電模組的用途，在此將太陽能電池系統(tǒng)施加在層合材料之一 上。這種層合方法可以連續(xù)或間歇進行。
具體實施例方式
下面根據(jù)示例性描述-參見圖1至4-以及可能的實施方式更詳 細解釋本發(fā)明。


圖1顯示了采用通過本發(fā)明的方法制成的封裝材料1， l，的光電模 組18的示例性設計。該封裝材料l，l，基本由耐候層2，2，和載體材料 4，4，構成，在該載體材料上粘合層5，5，作為粘合促進劑鄰接用于太陽 能電池系統(tǒng)7的密封層6， 6，。
圖2顯示了圖1中繪制的封裝材料1的示例性設計，其中提供有 由氣相沉積的氧化物層8以進一步改進耐候性。
圖3顯示了可能的用于施加由聚合物溶液制成的耐候層2, 2，的裝置。
圖4顯示了可能的用于制造光電模組用的預復合體17的層合裝置。
為制造根據(jù)圖1或圖2的封裝材料1，在第一工藝步驟中在栽體 材料4， 4，上施加耐候層2， 2，和粘合層5， 5'。
實施例a)至d)描述了關于各層中的組分選擇的可行的變化方案。
實施例a):
耐候層2， 2，選擇性可溶的含氟聚合物或含氟共聚物、丙烯酸酯、聚氨酯、有機硅及其混合物，用于直接涂布在載體材料4，4，上；
粘合劑層3， 3，聚氨酯、聚酯；
載體材料4， 4，聚對苯二曱酸乙二酯(PET)、聚環(huán)烷酸乙二酯 (PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及薄膜或薄膜復合體形式
的由其制成的共擠出物，不同厚度的鋁箔；
粘合層5， 5，聚氨酯、聚丙烯酸酯或表面處理過的含氟聚合物層；
密封層6，6，乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB )、
離聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚酯或熱熔體。
實施例b):
耐候層2， 2，選擇性可溶的含氟聚合物或含氟共聚物、丙烯酸酯、 聚氨酯、有機硅及其混合物，用于直接涂布在預處理過的載體材料4， 4， 上；
載體材料4， 4，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚環(huán)烷酸乙二酯 (PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及薄膜或薄膜復合體形式
的由其制成的共擠出物，不同厚度的鋁箔；
粘合層5， 5，聚氨酯、聚丙烯酸酯或表面處理過的含氟聚合物層；
密封層6， 6，乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、
離聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(P醒A)、聚氨酯、聚酯或熱熔體。
實施例c):
耐候層2， 2，選擇性可溶/可分散的含氟聚合物或含氟共聚物， 其熔點低于層合溫度，用于直接涂布在載體材料4，4，上；
粘合劑層聚氨酯、聚酯；
載體材料4,4，聚對苯二曱酸乙二酯(PET)、聚環(huán)烷酸乙二酯 (PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及薄膜或薄膜復合體形式 的由其制成的共橋出物，不同厚度的鋁箔；
粘合層5， 5，聚氨酯、聚丙烯酸酯或表面處理過的含氟聚合物層；
密封層6,6，乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB )、離聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(P固A)、聚氨酯、聚酯或熱熔體。
實施例d):
耐候層2， 2，選擇性可溶/可分散的含氟聚合物或含氟共聚物， 其熔點低于層合溫度，用于在預處理過的載體材料4a， 4a，上直接涂布；
載體材料4a，4a，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚環(huán)烷酸乙二 酯(PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及薄膜或薄膜復合體形 式的由其制成的共擠出物，不同厚度的鋁箔；
粘合層5， 5，聚氨酯、聚丙烯酸酯或表面處理過的含氟聚合物層；密封層6， 6，乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、 離聚物、聚曱基丙烯酸甲酯(P醒A)、聚氨酯、聚酯或熱熔體。
向根據(jù)實施例a)至d)選擇的載體材料4，4，提供耐候層2， 2，。 根據(jù)實施例a)至d)選擇用于制造耐候層2，2，的聚合物。如果，在 這種情況下，如實施例c)和d)所述，主要使用含氟聚合物或含氟共 聚物作為耐候層，則產(chǎn)生其化學構成上均勻的薄膜。但是，如果使用 如實施例a)和b)所述的化學上不同的聚合物，則對于耐候層2,2， 也可以使用聚合物混合物。在這種情況下，改變所用聚合物原料的比 例數(shù)，使得可以以任何所需方式改變或優(yōu)化最終制成的耐候層2，2，的 物理和/或化學性能。
為了提高耐候性以及提高對鄰接復合層的粘合作用，可以在涂布 耐候層2， 2，之前預處理栽體材料。預處理可以一方面通過施加附加粘 合劑，另一方面，通過施加由氣相沉積的無機氧化物層，優(yōu)選氧化硅 層來進行。此外，可以如圖3中所示，在設備IO中借助物理介質進行 載體材料4，4，的預處理。隨后，將載體材料4，4，進給到涂布機構11 用于涂布，在該涂布機構中存在溶解或分散形式的耐候塑料。作為溶 劑，出于環(huán)境以及處置原因使用無卣素的有機溶劑。此外，溶液或分 散體可以含有染料。
此外，在涂布過程中，使用分散體經(jīng)證實是有利的，因為在分散體制備過程中，可以顯著減少溶劑的比例。例如，將含氟聚合物在40-100℃下和借助強力攪拌器或溶解器在至少2800 rpm的攪拌速率下 在回流下溶解在2-丁酮中?？梢栽谌芤褐刑砑痈鞣N填料或染料，例如 二氧化鈦或炭黑直至基于所用含氟聚合物計35%的比例，從而形成分 散體。后者經(jīng)由涂布機11涂布到栽體材料4, 4，，例如預處理過的PET 薄膜上。通過調節(jié)涂布機11中的輥隙控制耐候層2，2，的層厚度，其 例如在5至50微米的范圍內。由此涂布的材料4，4，隨后經(jīng)由轉向輥 9a進給到干燥器12中，在此所用溶劑在80℃至180X:下蒸發(fā)。選擇 干燥器中的廢氣和溫度調節(jié)以產(chǎn)生無氣泡的干燥涂層。引入0. 3-0.6% 的殘留溶劑含量作為精確溫度調節(jié)的標準。
此外，帶有層2， 2'的載體材料4， 4，經(jīng)由轉向輥9b進給到儲存輥 13并巻繞在后者上。
在另一工藝步驟中，在一側上帶有耐候層2，2，的載體材料4,4，現(xiàn) 在可以在還未涂布的一側表面上涂布粘合層5， 5，。這使用圖3中所示 的設備進行，其中使用聚氨酯以及含氟聚合物作為原料產(chǎn)品。在涂布 之后，含氟聚合物可以通過化學或物理方式進行表面處理。
為了制造如圖1中所示的封裝材料1， l，，現(xiàn)在將巻裝材料間斷地 按尺寸剪切并按傳統(tǒng)層合方法與可以根據(jù)實施例a)至d)選擇的密封 層6接合。
雖然通過層合法得到層2、 4、 5和6或2，、 4，、 5'和6，的復合體， 但在光電模組17的最后加工中進行復合體中所用的塑料的進一步固 化，其如圖4中所示可以例如通過所謂的巻到巻(Rolle zu Rolle) 法進行。
在這種情況下，例如，將由撓性太陽能電池類型構成的太陽能電 池系統(tǒng)7施加到封裝材料l，上。由相對的儲存輥9抽出另一封裝材料 層1并進給到太陽能電池系統(tǒng)7。在這種情況下，由儲存輥9或9a抽 出的材料幅各自進給到加熱臺14或14a，在這里將封裝材料l，l，至少 加熱至密封層6， 6，的軟化溫度。由此在壓延臺15的輥隙中確保層1， 1， 為一方和太陽能電池系統(tǒng)7為另一方之間的復合體的形成。為了實現(xiàn)這種復合體的固化和封裝材料中所用的聚合物的完全交聯(lián)，將預復合
體進給到加熱臺16?？梢詫⒐怆娔＝M的復合體17儲存在儲存輥9b上 并由其以合適的方式抽出。
可以通過本發(fā)明的涂布方法在光電模組18中實現(xiàn)相對較薄的材 料層，特別是關于耐候層2，2，方面，所述光電模組18的層結構顯示 在圖1中。
這樣做的優(yōu)點在于，在處置光電模組方面，與市售模組構造相比 可以減少含氟聚合物的比例。
此外，在本發(fā)明的方法的范圍內不僅可以制造用于涂層2,2，的化 學上均勻的聚合物膜，還可以提供由不同種聚合物原料以各種比例構 成的混合物。如現(xiàn)有技術中已知的那樣，聚合物膜的使用基本限制在 一種聚合物類型。但是，根據(jù)本發(fā)明，可以提供混合物用于耐候層2， 2，， 其中最終制成的涂層2，2，的物理和/或化學性能可以通過所用聚合物 原料的選擇和比例以任何所需方式改變和優(yōu)化。
與此獨立地，制造過程在工藝上是經(jīng)濟的，因為耐候層2，2，的厚 度降低，因此可以減少相對昂貴的含氟聚合物的比例。該方法可以原 位進行，這使得該方法的實施明顯更容易。通過所用聚合物和溶劑的 選擇，可調節(jié)溫度范圍，其有利地在80至180。C之間，以便甚至能夠
節(jié)能地實施該方法。
此外，根據(jù)最終用途而定，可以調節(jié)耐候層2，2，的厚度。通過調
節(jié)這種層厚度，使用根據(jù)本發(fā)明制造的封裝材料可實現(xiàn)光電模組的一 系列可能的用途，所述用途從緊急電話亭或旅宿汽車用的小型能量設 備到大面積的屋頂和房屋立面設備，以及大型設備和太陽能發(fā)電廠。
權利要求
1.制造用于太陽能電池系統(tǒng)(7)的封裝的耐候層合材料(1，1’)的方法，其特征在于，向載體材料(4，4’)上施加至少一層耐候塑料層(2，2’)。
2. 根據(jù)權利要求1的方法，其中耐候塑料選自選擇性可溶的含氟 聚合物或含氟共聚物、丙烯酸酯、聚氨酯、有機硅及其混合物。
3. 根據(jù)權利要求1或2的方法，其中向載體材料(4,4，)上施加 由溶液和/或分散體構成的耐候塑料。
4. 根據(jù)權利要求3的方法，其中溶液或分散體含有染料。
5. 根據(jù)權利要求1至4之一的方法，其中工藝溫度在80至180°C 之間調節(jié)。
6. 根據(jù)權利要求1至5之一的方法，其中以5至50微米的層厚度 施加耐候塑料。
7. 根據(jù)權利要求1至6之一的方法，其中耐候層(2， 2，)在可見 光波長范圍內和在近紫外波長范圍內對光束是可透過的。
8. 根據(jù)權利要求1至7之一的方法，其中載體材料(4，4，)選自 聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚環(huán)烷酸乙二酯(PEN)、乙烯-四氟乙 烯共聚物(ETFE)以及其共擠出物。
9. 根據(jù)權利要求1至7之一的方法，其中載體材料(4,4，)是鋁箔。
10. 根據(jù)權利要求1至9之一的方法，其中載體材料(4，4，)在涂 布之前經(jīng)物理和/或化學預處理。
11. 根據(jù)權利要求1至10之一的方法，其中在載體材料(4,4，) 上施加由氣相沉積的無機氧化物層。
12. 根據(jù)權利要求1至10之一的方法，其中向栽體材料(4,4，) 上施加粘合劑。
13. 根據(jù)權利要求12的方法，其中使用聚氨酯或聚酯粘合劑作為 粘合劑。
14. 根據(jù)權利要求1至13之一的方法，其中向載體材料(4,4，) 的未涂布側上施加粘合層(5,5，)。
15. 根據(jù)權利要求14的方法，其中粘合層(5， 5，)由底漆體系， 表面處理過的含氟聚合物/含氟共聚物層，聚氨酯或聚丙烯酸酯層提供。
16. 根據(jù)權利要求14或15的方法，其中與粘合層(5,5，)鄰接施 加密封層(6， 6，)。
17. 根據(jù)權利要求16的方法，其中密封層(6，6，)由乙烯-乙酸乙 烯酯(EVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、離聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、 聚氨酯、聚酯或熱熔體聚合物形成。
18. 至少兩個根據(jù)權利要求1至17之一制造的層合材料(1， 1，)用 于制造光電模組(17)的用途，其中在層合材料(l，l，)之一上施加太 陽能電池系統(tǒng)(7)。
19. 根據(jù)權利要求18的用途，其中光電模組(18)的制造通過連 續(xù)層合法進行，其中制造光電模組(18)的預復合體(17)。
20. 根據(jù)權利要求19的用途，其中對于預復合體(17)的制造， 使用撓性的太陽能電池類型。
21. 根據(jù)權利要求18的用途，其中光電模組(17)的制造通過間歇法進行。
22. 根據(jù)權利要求18至21之一的用途，其中作為太陽能電池系統(tǒng) (7)，使用由硅太陽能電池構成的此類系統(tǒng)。
23. 根據(jù)權利要求3制成的分散體用于修補光電模組的受損背面的 用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于太陽能電池系統(tǒng)(7)的封裝的耐候層合材料(1，1’)的制造方法。本發(fā)明的方法的特征在于，向載體材料(4，4’)上施加至少一層耐候塑料層(2，2’)。本發(fā)明的涂布方法顯示出可以降低通常以薄膜形式使用的相對昂貴的原料產(chǎn)品的厚度及其比例的優(yōu)點。由于耐候層(2，2’)的層厚度的根據(jù)本發(fā)明可控的調節(jié)導致，提供了根據(jù)本發(fā)明制成的層合材料的大量的可能用途，特別是與最終制成的光電模組有關的用途。這些用途從緊急電話亭或旅宿汽車用的小型能量設備到大面積的屋頂和房屋立面設備，以及大型設備和太陽能發(fā)電廠。
文檔編號B32B27/00GK101203379SQ200680022110
公開日2008年6月18日 申請日期2006年7月10日 優(yōu)先權日2005年7月21日
發(fā)明者J·丹尼爾科, N·德皮內 申請人:依索沃爾塔股份公司