專利名稱：以輥壓復(fù)合方法制備太陽能電池組件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在使用基于聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的膜的情況下采用 輥壓復(fù)合方法來制備薄層太陽能電池組件的工藝。
背景技術(shù)：
薄層太陽能電池組件通常由光敏性半導(dǎo)體層(以下稱為太陽能電池 單元)組成，該半導(dǎo)體層是例如通過蒸發(fā)、氣相沉積、噴、賊或濕法沉積 而涂覆于大多數(shù)情況下是透明的板材之上并且為了防護(hù)不受外界影響 而設(shè)置有任選地同樣是透明的被覆物。太陽能電池單元經(jīng)常借助于任 選地是透明的粘結(jié)劑而層合于玻璃板和例如由玻璃制成的被覆板之間。粘結(jié)劑必須完全包裹住太陽能電池單元，必須是uv穩(wěn)定的并且在 層合過程之后完全無氣泡。作為透明粘結(jié)劑，通常使用固化的澆鑄樹脂或可交聯(lián)的基于乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)的體系,例如公開于DE4122721C1或DE4128766A1 中的那些。該粘結(jié)劑體系可以在未固化狀態(tài)下調(diào)節(jié)為低粘度的，由此 使得其能無氣泡地覆蓋住太陽能電池單元。在添加了固化劑或交聯(lián)劑 之后，就得到了具有耐受機(jī)械力性能的粘結(jié)劑層。這類太陽能電池組 件的缺點(diǎn)是其制備過程昂貴；特別對于大面積的外立面元件，將太陽 能電池單元植入到液態(tài)澆鑄樹脂中以及其控制固化都是難以控制的過 程。另外， 一些澆鑄樹脂在幾年之后會傾向于形成氣泡或產(chǎn)生分層。替代固化性粘結(jié)劑體系的一個方案是使用基于聚乙烯醇縮丁醛 (PVB)的膜。這里，用一個或多個PVB膜遮蓋住太陽能電池單元，并在 升高壓力和升高溫度的條件下使其與所需的被覆材料結(jié)合成層合體。 利用PVB膜來制備太陽能電池組件的方法公開于例如DE4026165C2 、 DE4227860A、DE2923770C2 、 DE3538986C2 、 DE19732217 、 DE4026165、 US6160215、 WO02簡809、 US6660556、 US2005/0115667 或US4321418中。在這些公開文獻(xiàn)中，PVB膜用于植入晶體太陽能電池 單元；而其中并無記栽用于薄層太陽能電池組件的單層體系或適合于 其的制備方法。例如在DE20302045U1、 EP167487A1和DE3538986C2中公開了將 PVB膜用于太陽能電池組件中作為復(fù)合玻璃體的用途。這些文獻(xiàn)同樣 也涉及到了將太陽能電池封裝于兩個PVB膜之間。在薄層太陽能電池組件中，太陽能電池直接安裝在諸如玻璃板或 由聚合物或金屬制成的柔韌性栽體的栽體上。根據(jù)栽體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不 同，太陽能電池不可能被封裝。另外，薄層太陽能電池組件可以以任 意尺寸和大量地制造。已知的用于制備在PVB膜之間埋有太陽能電池 的太陽能電池組件的方法并不能足夠地自行用于以工業(yè)規(guī)模制備具有 薄層太陽能電池組件的復(fù)合體。另外，DE3538986C2和DE4227860公開了在較高溫度和較高壓力下 通過層合工藝制備太陽能電池組件。其中并沒有記載為此目的而使用 輥筒對。發(fā)明內(nèi)容因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種利用熱塑性中間膜層制備薄層 太陽能電池組件的方法，該方法使得能夠連續(xù)和/或自動化地進(jìn)行生產(chǎn)。現(xiàn)已驚奇地發(fā)現(xiàn)，采用輥筒對的層合工藝同樣適于層合機(jī)械性能 不穩(wěn)定的太陽能電池。因此，本發(fā)明的內(nèi)容在于一種通過由至少一個位于其間的且基于 含軟化劑的聚乙烯醇縮醛(Polyvinylactetal)的膜來層合由其上設(shè)置有 至少一個太陽能電池單元的第一栽體和第二栽體組成的層體，并通過 在50至150。C、特別是60至15(TC的溫度下于至少一個輥筒對之間壓制 該層體而制備太陽能電池組件的方法。優(yōu)選在壓制工具中施加0.5N/mm至100N/mm 、特別是1 ON/mm至 50N/mm的線壓。所謂線壓要理解為是以膜寬度計(jì)的輥筒對的壓制壓 力。為避免在被覆板上發(fā)生損壞，可以在層體的前緣和/或后緣上(層 合體的開頭和結(jié)尾)將線壓減小至上壓輥的自重或通過抬起上壓輥而使之減小到零。另外，在層體內(nèi)的缺損位置如電接觸點(diǎn)或?qū)w通路處，可能需要 降低層體通過輥壓機(jī)的傳送速率，從而使線壓有更長的作用時間。由 此也就能實(shí)現(xiàn)更好的通風(fēng)排氣并使缺損位與聚乙烯醇縮醛相粘結(jié)。


圖1所示為具有兩個輥筒對的合適裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2所示為其中S表示太陽能電池且P為導(dǎo)電面的太陽能電池組件的結(jié)構(gòu)圖。圖3至5均顯示了本發(fā)明所制得的層合體的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的方法使用 一個或多個、優(yōu)選兩個均由 一對壓輥構(gòu)成的壓 制工具來進(jìn)行。這里，層體是在相同或不同的線壓和相同或不同的溫 度下在至少 一 個輥筒對之間進(jìn)行壓制的。這種類型的設(shè)備用于制備復(fù)合玻璃體是已知的，并且通常具有至 少一個加熱通道，用以在具有兩個壓制工具的設(shè)備中于第一壓制工具 之前或之后升高或均衡溫度。也可以考慮在具有至少一個放置在最后 --個壓制工具之后的加熱通道以提高或均衡溫度的設(shè)備中進(jìn)行加工， 或者也可以在具有超過兩個壓制工具且均設(shè)置有前接的加熱通道的設(shè) 備中進(jìn)行加工。所述的溫度至少與在最后通過的輥筒對之前的層體上的溫度相關(guān)。任選地可以在最后的輥筒對之前連接其他的帶有或不帶有前置加 熱區(qū)的輥筒對，并且其中層合體可以具有上述的或低于5(TC或6(TC的溫度。在本發(fā)明中，在壓制之前于加熱通道中將層體例如用IR、微波輻 射或?qū)α鞣绞椒謩e從5(TC或6(TC加熱到15(TC ，優(yōu)選分別從7(TC或8(TC加熱到10(TC 。復(fù)合體的溫度可以例如無觸碰地經(jīng)由輻射高溫計(jì)測得?；诤浕瘎┑木垡蚁┐伎s醛的膜優(yōu)選含有未交聯(lián)的聚乙烯醇縮 丁醛(PVB),且其是通過聚乙烯醇與丁醛縮醛化得到的。同樣也可以使用交聯(lián)的聚乙烯醇縮醛，特別是交聯(lián)的聚乙烯醇縮 丁搭(PVB)。合適的交聯(lián)的聚乙烯醇縮醛記栽在例如EP1527107B1和 WO2004/063231A(含羧基的聚乙烯醇縮醛的熱自交聯(lián))、 EP1606325Al(與聚縮醛交聯(lián)的聚乙烯醇縮醛)和WO03/020776Al(與乙醛酸交聯(lián)的聚乙烯醇縮醛)中。這些專利申請的公開內(nèi)容完全引入本發(fā)明。也可以與其他或另外的醛，例如具有5-10個碳原子的那些醛如戊醛 進(jìn)行縮醛化作用。在本發(fā)明范疇內(nèi)，制備聚乙烯醇縮醛所需要的聚乙烯醇也可以是 由水解的醋酸乙烯酯/乙彿共聚物構(gòu)成的三元聚合物。這些化合物通常 被水解超過98%并且含有1至10重量％的基于乙烯的單元(例如Kuraray Eur叩eGmbH的"Exceval"型)?？s醛化作用可以如對于聚乙烯醇那樣 進(jìn)行。合適的基于所述聚乙烯醇縮醛、特別是PVB的膜，除了 50-85重量 %或50-80重量％的聚乙烯醇縮醛之外，還含有50-20重量％或50-15重 量％的軟化劑和少量的粘附調(diào)節(jié)劑、防粘連劑和UV穩(wěn)定劑。這種膜以 下簡稱為PVB膜。用于復(fù)合安全玻璃體的PVB膜的制備原理和組成都記 載于例如EP185863B1 、 EP1 U8258B1或W002/102591 Al中。在本發(fā)明的一個特殊實(shí)施方式中，通過使至少一個膜具有聲波防 護(hù)性能而使得太陽能電池組件具有隔音性?；赑VB的聲波防護(hù)膜記 載于例如EP1U8258B1或EP387138B1中,其公開內(nèi)容在此完全引入。 如eph 18258B1所述的聲波防護(hù)膜在吻合頻率為1000至3500Hz時會提 高復(fù)合安全玻璃的隔音性至少2dB,該值根據(jù)DIN EN ISO 717測得?；诤浕瘎┑木垡蚁┐伎s醛的膜的厚度優(yōu)選為工業(yè)上這種膜常 規(guī)的厚度,如0.38、 0.51、 0.76、 1.14、 1.52或2.28謹(jǐn)。基于含有軟化劑的聚乙烯醇縮醛的膜優(yōu)選具有粗糙度Rz〉35Mm且 rz<180|am、特別是Rz〉50 m m且Rz〈150 n m、特別優(yōu)選Rz〉70Mm且 rz<130 (a m且極其優(yōu)選Rz〉90 p m且Rz〈130 m m的設(shè)置于一面或特別優(yōu) 選設(shè)置于兩面上的表面結(jié)構(gòu)。若表面粗糙度Rz低于35jum，則在為實(shí)現(xiàn) 環(huán)流過導(dǎo)體通路或其他植入件所需的溫度下，會在空氣完全被壓出之 前，提前封閉住復(fù)合體的邊緣。結(jié)果就是在復(fù)合體中心產(chǎn)生空氣包體(氣 泡)。若表面粗糙度過高(Rz>180pm),則為熔耗粗糙度峰值所需的 能量就會提高并且工藝也就會令人不可接受地延長。根據(jù)EP0185863B1的記栽，可以在擠出過程中通過所謂的流動或熔 融破裂法而直接在塑料熔體從擠出噴嘴出來之前在膜上產(chǎn)生出表面結(jié) 構(gòu)。通過改變出口縫隙寬度和噴嘴唇緣溫度可以直接在噴嘴出口處有針對性地產(chǎn)生不同的粗糙度水平。該方法會造成不規(guī)則的、近似各向 同性的粗糙度。這里，在各個方向上測得的粗糙度測量值近似相等， 但是在其高度和分布方面，各個凸起和凹陷不均勻排列。另可替代的方法是可以通過例如EP06112163或EP06112，59中所述 的壓印法來設(shè)置膜的表面結(jié)構(gòu)。該過程會得到表面的均勻粗糙度/粗糙結(jié)構(gòu)。根椐DIN EN ISO 4287測量表面粗糙度Rz或粗糙度值Rz。所迷的測 量過程采用Mahr公司的S2型粗糙度測量儀，具有機(jī)械單級按鍵 MFW-250的進(jìn)刀設(shè)備PGK來進(jìn)行。壓制體可以接著經(jīng)受升高或減小的壓力處理且均經(jīng)受升高的溫 度。該過程可以類似于已知的例如EP1235683B1中所述的高壓釜法、真 空環(huán)法或真空袋法來進(jìn)行。在真空袋法中，將壓制的層體送入塑料或橡膠袋中。接著將其空 氣密封并優(yōu)選在盤中心設(shè)置真空閥。對于大規(guī)格的物體則也可以設(shè)置 兩個真空閥。經(jīng)由真空泵，首先施加小于200mbar的真空并且在室溫下 抽真空至少5分鐘。接著在保持真空的條件下于通風(fēng)拒中將該三明治結(jié) 構(gòu)體加熱到14(TC。并且，根據(jù)加熱功率的不同加熱速率為4至6。C/mm, 從而使得在20至30min之后達(dá)到14(TC的最終保持溫度。接著將該溫度 在！4(TC下保持30min。然后必須冷卻到至少60。C,然后可以去除真空。 實(shí)際生產(chǎn)中使壓制體經(jīng)受0.01至300mbar的減小的壓力和100至20(TC的溫度處理。也可以替代地使用高壓釜工藝。技術(shù)人員公知該過程可用于制備 復(fù)合玻璃體并且要在約7至15bar的升高的壓力和130至145。C的溫度下 進(jìn)行10至120分鐘。本發(fā)明可用的膜必須無氣泡地且以力連接的方式(kraftschl ii ssig) 覆蓋或包封太陽能電池單元及其電連接；同時，也需要太陽能電池組 件具有盡可能小的總厚度。為此，適宜使膜在制備條件下"避開"太陽能電池單元和其電連接，即要在層合條件下具有一定的流動能力?；诰垡蚁┐伎s醛的膜在玻璃上的粘附能力可以通過添加諸如公 開于WO03/033583Al中的有沖幾酸的；咸金屬鹽和/或^成土金屬鹽等粘附 調(diào)節(jié)劑來調(diào)節(jié)。特別合適的是醋酸鉀和/或醋酸鎂。為得到高粘附值，可能需要在不添加諸如堿金屬鹽和/或堿土金屬鹽等粘附調(diào)節(jié)劑的條件 下使用膜。本發(fā)明太陽能電池組件的第 一和/或第二栽體可以由玻璃、塑料或 金屬或其復(fù)合體組成，其中至少一個栽體必須是透明的。同樣也可以 將一個或兩個載體設(shè)計(jì)為復(fù)合玻璃體(即由至少兩個玻璃板和至少一個膜構(gòu)成的層合體)或作為帶有氣體隔腔的絕緣玻璃體的形式u顯而易見的，也可以將上述措施相結(jié)合。還可以將太陽能電池單元設(shè)置于第一、特別是一個柔性栽體上并 將該栽體壓在由含軟化劑的聚乙烯醇縮醛和兩個優(yōu)選透明的栽體構(gòu)成的兩個層之間。圖3至5均顯示了本發(fā)明所制得的層合體的示意結(jié)構(gòu)圖， 其中T1、 T2和T3表示載體材料，而F表示由含軟化劑的聚乙烯醇縮醛構(gòu) 成的膜或?qū)?，S表示太陽能電池，E表示任選需要的各太陽能電池的電 接觸元件。圖3和4中是將太陽能電池或光活化層設(shè)置在載體材料上， 并且在如圖4所示的方案中優(yōu)選采用一個柔性栽體T3。用于太陽能電池組件中的太陽能電池不必具有特殊的性能?？梢?采用涂覆于第 一栽體上的結(jié)晶或非晶的、無機(jī)或有機(jī)的半導(dǎo)體體系。 為提供足夠的電壓，可以將多個太陽能電池相互電連接起來。太陽能 電池的厚度，在薄層組件中也稱為功能層，為至少0.lMm。為電連接 太陽能電池所需的導(dǎo)電通道的厚度一般為〉50)um。圖2所示為其中S表示太陽能電池且P為導(dǎo)電通道的太陽能電池組 件的示意結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)本發(fā)明制得的太陽能電池組件還可以用作建筑外立面構(gòu)件， 屋頂面，暖房遮蓋物，隔音墻，陽臺或護(hù)墻的元件或用作窗面的組件。實(shí)施例在如圖1所示的設(shè)備中，在9(TC的溫度(在最后的壓制工具之后測得)塊f所述的薄層模塊尺寸為長'30cm x;寬20cm且玻璃厚度為3.2mm, 并且還帶有兩個縱向分別距離邊緣20mm而寬度為2mm且厚度為約250 )a m的導(dǎo)電帶。選擇復(fù)合體的運(yùn)行方向以使得導(dǎo)電通道從模塊出來的出 口位于后方并且最后進(jìn)行壓制。作為含軟化劑的聚乙烯醇縮醛膜，采用粗糙度Rz為約100 p m的Trosifol HR 100型的膜(Kuraray Europe GmbH)。壓制工具的線壓在層體的第一個10mm和最后的30mm上要降低至 上輥的自重。得到略微渾濁的無氣泡的層合體。在后續(xù)的高壓釜工藝中于14(TC和12bar并且保持時間30Min的條件下可以完全消除這種渾濁現(xiàn)象。若是不用高壓釜工藝，也可以在真空過程中，在145。C和150mbar的壓力下且保持時間為兩個小時的條件下消除這種渾濁。本發(fā)明方法因此適用于制備太陽能電池組件，任選可以通過后接 的工藝步驟來消除渾濁。
權(quán)利要求
1.一種通過由至少一個位于其間的且基于含軟化劑的聚乙烯醇縮醛的膜來層合由其上設(shè)置有至少一個太陽能電池單元的第一載體和第二載體組成的層體，并通過在50至150℃的溫度下于至少一個輥筒對之間壓制該層體而制備太陽能電池組件的方法。
2. 如權(quán)利要求l所述的制備太陽能電池組件的方法，其特征在于， 在O. 5N/mm至1 OON/mm的線壓下于輥筒對之間進(jìn)行壓制。
3. 如權(quán)利要求1或2之一所述的制備太陽能電池組件的方法，其特對之間壓制層體。
4. 如權(quán)利要求1至3之一所述的制備太陽能電池組件的方法，其特 征在于，基于含軟化劑的聚乙烯醇縮醛的膜具有35 m m至180y m的一 面或兩面的粗糙度值Rz。
5. 如權(quán)利要求1至4之一所述的太陽能電池組件的制備方法，其特 征在于，基于含軟化劑的聚乙烯醇縮醛的膜具有規(guī)則的粗糙結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求1至4之一所述的太陽能電池組件的制備方法，其特 征在于，基于含軟化劑的聚乙烯醇縮眵的膜具有不規(guī)則的粗糙結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求1至6之一所述的太陽能電池組件的制備方法，其特 征在于，第一和/或第二載體由玻璃、塑料、金屬或其復(fù)合體、復(fù)合玻 璃體和/或絕緣玻璃體構(gòu)成，且前提是至少一個栽體是透明的。
8. 如權(quán)利要求1至7之一所述的太陽能電池組件的制備方法，其特 征在于，使壓制體經(jīng)受升高的壓力或減小的壓力和升高的溫度。
9. 如權(quán)利要求8所迷的太陽能電池組件的制備方法，其特征在于， 使壓制體歷受0.01至300mbar的減小的壓力和100至20(TC的溫度。
10. 如權(quán)利要求8所述的太陽能電池組件的制備方法，其特征在于， 使壓制體經(jīng)受7至15bar的升高的壓力和130至145。C的溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過由至少一個位于其間的且基于含軟化劑的聚乙烯醇縮醛的膜來層合由其上設(shè)置有至少一個太陽能電池單元的第一載體和第二載體組成的層體，并通過在50至150℃的溫度下于至少一個輥筒對之間壓制該層體而制得太陽能電池組件的方法。
文檔編號H01L31/18GK101237008SQ20081000926
公開日2008年8月6日 申請日期2008年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月1日
發(fā)明者A·卡品斯基, B·科爾 申請人:可樂麗歐洲有限責(zé)任公司