光電模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聚合物層，并且尤其是這種聚合物層作為光電模塊的外保護(hù)層的用途。該層的聚合物選自纖維素及其衍生物，淀粉及其衍生物，海藻酸鹽及其衍生物，瓜爾膠及其衍生物，甲殼質(zhì)及其衍生物以及果膠及其衍生物。
【專利說明】光電模塊
[0001]本發(fā)明涉及一種聚合物層；并且尤其是此聚合物層作為光電模塊的外部保護(hù)層的用途。
[0002]與通過化石燃料釋放的溫室氣體有關(guān)系的全球變暖，已經(jīng)引發(fā)在運(yùn)作時(shí)不會(huì)釋放溫室氣體的可替代能源解決方案的發(fā)展，諸如:光電模塊。光電模塊包括:“光電池”，這個(gè)電池能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為電能。
[0003]光電模塊一般地具有玻璃制造的外部保護(hù)層，因?yàn)樾枰叩墓馔干渎?>90.5%)以及優(yōu)秀的對嚴(yán)酷氣候以及周圍環(huán)境條件的耐受力(主要是濕度的耐受力，溫度的耐受力，和紫外線的耐受力)。然而，由玻璃制造的外部保護(hù)層一般地是重的(密度是在
2.5g/cm3的量級)并且易碎的。
[0004]用丙烯酸制造的外部保護(hù)層是眾所周知的。用丙烯酸制造的外部保護(hù)層的一個(gè)缺點(diǎn)是其具有相對低的熱耐受力。
[0005]用聚碳酸酯制造的外部保護(hù)層也是眾所周知的。用聚碳酸酯制造的外部保護(hù)層的一個(gè)缺點(diǎn)是其具有比玻璃更低的光透射率。
[0006]人們不斷地尋找新的高性能的材料。
[0007]為此目的，本發(fā)明提出一種包括至少一個(gè)外部保護(hù)層，能將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能的內(nèi)層，以及在模塊背面的保護(hù)層(背板)的光電模塊，這個(gè)外部保護(hù)層包括至少一種選自下列聚合物的聚合物:纖維素及其衍生物，淀粉及其衍生物，海藻酸鹽及其衍生物，瓜爾膠及其衍生物，甲殼素及其衍生物以及果膠及其衍生物。
[0008]該外部保護(hù)層的聚合物可以是例如下列聚合物中的一種:纖維素，醋酸纖維素酯，丙酸纖維素酯，丁酸纖維素酯，三醋酸纖維素酯，乙基纖維素，羥乙基纖維素，甲基纖維素，羥甲基纖維素，淀粉，羥丙基淀粉，淀粉醋酸酯，淀粉丙酸酯，淀粉丁酸酯，或者是淀粉的混合酯類，阿拉伯膠，瓊脂，海藻酸，海藻酸鈉，海藻酸鉀，海藻酸鈣，黃蓍膠、瓜爾膠、和槐樹豆膠。
[0009]特別是，該聚合物可以是纖維素衍生物，例如，醋酸纖維素酯、丙酸纖維素酯、丁酸纖維素酯、三醋酸纖維素酯、乙基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素和羥甲基纖維素。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例，該纖維素衍生物獲得自從特級木漿衍生的纖維素，或獲得自從棉籽絨衍生的纖維素。該表述“特級木漿”應(yīng)理解為意味著包括了按重量計(jì)至少95%的a-纖維素的木漿。根據(jù)ISO 692標(biāo)準(zhǔn)測定纖維素的量。至于衍生自棉籽絨的纖維素，優(yōu)選是醋酸酯級。
[0011]更具體地說，該聚合物可以是一種纖維素酯。它們通常是有機(jī)的，并且尤其是脂肪族的，酯類。
[0012]有利的是，該纖維素酯具有一個(gè)具有從2至4個(gè)碳原子的酰基作為酯基。這些可以是纖維素的混合酯類。作為本發(fā)明的上下文內(nèi)的合適的纖維素酯的實(shí)例，可能提及:醋酸纖維素酯、丙酸纖維素酯、丁酸纖維素酯、乙酰丙酸纖維素酯、乙酰丁酸纖維素酯、醋酸鄰苯二甲酸纖維素酯和醋酸丙酸丁酸纖維素酯。形成丁酸酯的丁?；梢允侵辨溁蛑ф湹摹?br> [0013]有利的是，纖維素的取代度在2和3之間，優(yōu)選2.3和2.9之間。根據(jù)ASTM D871-72標(biāo)準(zhǔn)測定纖維素的取代度。
[0014]本發(fā)明的聚合物的本征粘度有利地在0.3和0.4之間，優(yōu)選0.32和0.35之間。根據(jù)ASTM D871-72標(biāo)準(zhǔn)測量本征粘度。
[0015]該外部保護(hù)層的聚合物可以是幾種聚合物的摻混物。
[0016]優(yōu)選地，該聚合物是醋酸纖維素酯。
[0017]該外部保護(hù)層有利地包括按重量計(jì)至少50 %，優(yōu)選按重量計(jì)至少55 %的聚合物。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例，該外部保護(hù)層包括增塑劑。作為增塑劑的實(shí)例，可以提及:三乙酸甘油酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二甲酯、丁基鄰苯二甲酰丁基乙醇酸酯、檸檬酸二乙酯、二甲氧基乙基鄰苯二甲酸酯、乙基鄰苯二甲酰乙基乙醇酸酯、甲基鄰苯二甲酰乙基乙醇酸酯、正乙基-鄰/對-甲苯磺酰胺、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、鄰苯二甲酸二丁氧基乙酯、鄰苯二甲酸二戊酯、檸檬酸三丁酯、乙酰檸檬酸三丁酯、乙酰檸檬酸三丙酯、三丙酸甘油酯、三丁酸甘油酯、鄰/對-甲苯磺酰胺、季戊四醇四乙酸酯、酒石酸二丁酯、二乙二醇二乙酸酯、二乙二醇二丙酸酯、己二酸二丁酯、己二酸二辛酯、壬二酸二丁酯、磷酸三氯乙基酯、磷酸三丁酯、癸二酸二正丁酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸丁基芐基酯、己二酸2-乙基己基酯和鄰苯二甲酸二 -2-乙基己基酯。有利的是，增塑劑的量相對于外部保護(hù)層的重量在按重量計(jì)10%和45%之間，優(yōu)選按重量計(jì)在20%和40%之間。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例，該外部保護(hù)層包括熱穩(wěn)定劑(使免受熱和/或熱氧化的降解作用)，諸如抗氧化劑。作為熱穩(wěn)定劑的實(shí)例，可以提及:縮水甘油醚、弱酸的金屬鹽類、取代酚，等。尤其是，可以提及氫醌單縮水或二縮水甘油醚、草酸鉀、環(huán)烷酸鍶、間苯二酚二縮水甘油醚、甲酸鎂或甲酸鋁、氧化鎂，等。
[0020]作為抗氧化劑的實(shí)例，可以提及受阻酚類抗氧劑。例如，描述在專利申請WO 2004/000921和WO 02/053633中的這樣的抗氧化劑。這樣的抗氧化劑的實(shí)例是，Irganoxl076 ? (十八燒基3, 5-二叔丁基-4-輕基氫化肉桂酸)和IrganoxlOlO ? (四(亞甲基(3，5-二叔丁基-4-羥基氫化肉桂酸)甲烷))。
[0021]作為抗氧化劑的實(shí)例，還可以提及含磷穩(wěn)定劑，諸如烷基和/或芳基取代的亞磷酸酯，例如，Irgafos 168? (三_ (2,4-二叔丁基苯)亞磷酸酯)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例，該外部保護(hù)層包括光穩(wěn)定劑。
[0023]作為光穩(wěn)定劑的一個(gè)實(shí)例，可以提及具有至少一個(gè)受阻胺單元的穩(wěn)定劑(受阻胺光穩(wěn)定劑札A.L.S.)。例如，這樣的添加劑描述在專利申請WO 2004/000921和W2005/040262 中。
[0024]作為光穩(wěn)定劑的實(shí)例，還可以提及UV吸收劑。這樣的UV吸收劑特別描述在專利申請WO 2004/000921中。作為UV吸收劑的實(shí)例，可以提及:草酰苯胺、二苯甲酮諸如Uvinul400? (2，4-二羥基二苯甲酮)，苯并三唑諸如Tinuvin 360? (二聚2-羥苯基苯并三唑)或2，2’ -亞甲基雙[6-(211-苯并三唑-2-基)-4-(1，1，3，3-四甲基丁基)苯酚]，2-羥基苯三嗪諸如Tinuvin 1577FF㊣(2，4-二苯基-6-(2-羥基-4-己氧基苯基)-均三嗪)和Tinuvin 234? (Z-(2H-苯并三唑-2-基)-4，6-雙(1-乙基-1-苯乙基)苯酚)。
[0025]該外部保護(hù)足還可以包括一種或多種選自填充料、染料、顏料、抗靜電劑、表面活性劑、潤滑劑、分散劑、阻燃劑、模制助劑和抗沖改性劑(必須具備接近外部保護(hù)層的折射度，以便保持透明性)的添加劑。該清單是非受限的。這些添加劑必須以最小劑量選擇和使用，以便防止通過該外部保護(hù)層對太陽輻射傳播的干擾。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例，該外部保護(hù)層不包括金屬化合物。
[0027]該外部保護(hù)層可以根據(jù)已知層的制備方法制備，例如，通過擠出，噴射模制，壓縮模制，澆鑄模制，壓延等。
[0028]可行的是，首先，制備由該外部保護(hù)層的一種或多種組分化合物組成的粒料，例如，通過擠出處于棒狀形式的、形成該外部保護(hù)層的聚合物或包括該聚合物的組合物，之后切割該棒狀物以形成粒料。添加劑諸如增塑劑，穩(wěn)定劑等可以在擠出裝置的不同位置引入，例如雙螺桿擠出機(jī)的不同位置。之后，可以將這些粒料引入到上述的層轉(zhuǎn)化和成形裝置。
[0029]外部保護(hù)層通常是一種片材。有利的是，該外部保護(hù)層具有介于0.025mm和15mm之間的厚度，優(yōu)選介于0.05mm和IOmm之間的厚度，更優(yōu)選的介于0.5mm和8mm之間的厚度，更優(yōu)選的仍然介于Imm和8mm之間的厚度,十分優(yōu)選的介于2mm和6mm之間的厚度。
[0030]本發(fā)明的外部保護(hù)層的表面可以被一種或者多種其他材料的涂層覆蓋。這可以是一個(gè)防止灰塵和磨損的涂層等等。例如，這個(gè)(這些)涂層可以由含氟聚合物制造的，諸如聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0031 ] 該光電模塊可以是剛性的或者柔性的。
[0032]優(yōu)選的，本發(fā)明的外部保護(hù)層是光學(xué)透明的，這就是說根據(jù)ASTMD1003標(biāo)準(zhǔn)其具有至少88%的光透射率。
[0033]除了該外部保護(hù)層外，該光電模塊包括能將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能的、通常是被封裝的內(nèi)層，并且包括在該模塊背面的保護(hù)層(背板)。
[0034]該光電模塊的內(nèi)層由能夠?qū)⑻栞椛滢D(zhuǎn)化為電流的材料組成。
[0035]為了形成內(nèi)層，可以使用任何類型的光電傳感器，包括基于單晶硅或者摻雜的多晶硅的一些“傳統(tǒng)”的傳感器；由例如，非結(jié)晶娃，碲化鎘或者銅銦聯(lián)硒化物，或者也可以使用有機(jī)材料形成的薄膜傳感器。
[0036]光電感應(yīng)器經(jīng)常是易碎的，并且因此為了保護(hù)，其通常是被封裝的?？梢允褂靡阎姆庋b劑。通過舉例的方法，可以提及:具有過氧化物和穩(wěn)定劑的聚(乙烯/醋酸乙烯酯)，或者基于a烯烴，離聚物，硅酮，聚乙烯醇縮丁醛等的熱塑性的封裝劑。
[0037]至于該“背板”，其必須給予該光電模塊濕氣不滲透性，好的抗蠕變性，好的撕裂強(qiáng)度(就是說由該組合物生產(chǎn)的薄膜必須具有好的機(jī)械強(qiáng)度)，和好的電絕緣性。這些通常是基于含氟聚合物(諸如聚氟乙烯PVF或者聚偏氟乙烯PVDF)和/或基于聚酯諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
[0038]通常地，為了構(gòu)成光電模塊，陸續(xù)放在“背板”上的是下部的第一層的封裝劑，該光電內(nèi)層，上部的第二層的封裝劑然后是外部保護(hù)層。額外的層也可以在這些層之前存在，尤其粘合劑或者粘性層。為了構(gòu)成該模塊，這些不同類型的層被組裝起來。
[0039]為了組裝這些不同的層，可以使用各種壓制技術(shù)，例如:熱壓，真空壓制或者層壓，尤其是熱層壓。生產(chǎn)條件可以容易地由本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過將溫度和壓力調(diào)節(jié)達(dá)到組合物的流動(dòng)溫度來決定。為生產(chǎn)本發(fā)明的光電模塊，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以參考，例如:光電科學(xué)與工程手冊，Wiley，2003。例如，在層壓過程中，為了使封裝劑交聯(lián)，該模塊的組件被加熱到通常是在110°C和150°C之間的溫度。因此該外部保護(hù)層尤其必須具有對這些溫度的好的耐受性。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例，該光電模塊式是聚光型光電模塊。聚光型光電模塊是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。這樣的模塊通常包括:預(yù)期在光電池上匯聚太陽輻射的多個(gè)菲涅耳棱鏡。與常規(guī)的光電模塊比較，因?yàn)樘栞椛涞膮R聚，這些模塊受到大的熱應(yīng)力。因此該外部保護(hù)層必須具有好的熱耐受性。
[0041]本發(fā)明的外部保護(hù)層具有對于應(yīng)用在光電模塊中而言的非常好的特性。特別地，其是透明的(其具有高的光透射率)和輕質(zhì)的，并且其具有好的機(jī)械特性，尤其是在模塊的角度。其可以是不同的大小和形狀，并且其適合于大量生產(chǎn)。本發(fā)明的外部保護(hù)層的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其是由生物基材料制造的。
[0042]本發(fā)明的另一個(gè)細(xì)節(jié)或者優(yōu)點(diǎn)將鑒于以下給出的實(shí)例變得更加清晰地顯而易見。 實(shí)例1:
在這個(gè)實(shí)例中，制備了用于光學(xué)模塊的外部保護(hù)層的增塑的醋酸纖維素酯圓盤。
根據(jù)ASTM D871-72標(biāo)準(zhǔn)將具有2.45取代度和0.342本征粘度的醋酸纖維素酯用按重量計(jì)30%的伊士曼(Eastman)公司出售的三乙酸甘油酯增塑。
在下面的條件下制備這種材料。使用克萊斯特羅(Clextral)公司出售的一個(gè)Evolum32?共旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機(jī)，其具有直徑D = 32mm和長徑比L/D = 44。通過進(jìn)料斗引入醋酸纖維素酯粉末，并且通過特定的進(jìn)料槽在螺桿的開始位置引入液態(tài)增塑劑(三乙酸甘油酯)。所應(yīng)用的加工條件如下所列:
-螺旋桿轉(zhuǎn)速:IOOrpm -通過量:10kg/h ；
-從進(jìn)料斗到模口的溫度特征曲線:從80°C到160°C。
在離開擠出機(jī)時(shí)，該增塑的醋酸纖維素酯棒被?；?。
然后以此方式制備的顆粒通過注射模制用阿博格(Arburg) 350-90?壓力機(jī)(35噸的合模力)來成形。在下列的條件下獲得具有85mm的直徑和3mm厚度的增塑的醋酸纖維素酯圓盤:
-單螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料斗溫度特征曲線:
160oc -lire -lire -nrc ；
-模制溫度:70°C -注射周期長度:37.8s。
然后使用柯尼卡美能達(dá)(Konica Minolta) CM_5 ?分光光度計(jì)，根據(jù)ASTM D1003標(biāo)準(zhǔn)測量透射率。對這個(gè)3mm厚的樣品在700nm處獲得94.3%的透射率。
實(shí)例2 =
在這個(gè)實(shí)例中，用按重量計(jì)10%的奧德里奇(Aldrich)公司出售的三乙酸甘油酯來增塑伊士曼公司出售的纖維素乙酸丁酸酯CAB381-2?將下列添加劑加入配方中:
-抗氧化劑:
0按重量計(jì)0.5%的Irganox丨0 I 0% (四(亞甲基-(3, 5- 二 -(叔)-丁基-4-氫化肉桂酸))甲烷)(汽巴(Ciba)公司出售)；
0按重量計(jì)0.5%的Irgafos 168 R (三(2，4-雙-叔-丁基苯基)亞磷酸酯)(汽巴公司出售)；
-UV吸收劑:
O按重量計(jì)0.3%的Tinuvin 234④(2-(211-苯并三唑-2-基)-4，6-雙(1-乙基-1-苯乙基)苯酚)(汽巴公司出售)。
【權(quán)利要求】
1.一種光電模塊，其包括至少一個(gè)外部保護(hù)層、能將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能的內(nèi)層、以及在該模塊背面的保護(hù)層(背板)，其特征在于:該外部保護(hù)層包括至少一種選自下列聚合物中的聚合物:纖維素及其衍生物，淀粉及其衍生物，海藻酸鹽及其衍生物，瓜爾膠及其衍生物，甲殼素及其衍生物以及果膠及其衍生物。
2.如權(quán)利要求1所述的光電模塊，其特征在于該聚合物是酯。
3.如權(quán)利要求1或2所述的光電模塊，其特征在于該聚合物是纖維素酯。
4.如權(quán)利要求3所述的光電模塊，其特征在于該聚合物是醋酸纖維素酯。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的光電模塊，其特征在于該外部保護(hù)層包括至少50%的聚合物。
6.如上述權(quán)利要求之一所述的光電模塊，其特征在于該外部保護(hù)層包括增塑劑。
7.如上述權(quán)利要求之一所述的光電模塊,其特征在于該外部保護(hù)層包括熱穩(wěn)定劑。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的光電模塊,其特征在于該外部保護(hù)層包括光穩(wěn)定劑。
9.如上述權(quán)利要求之一所述的光電模塊，其特征在于其還包括一個(gè)或多個(gè)粘附在該外部保護(hù)層的、在暴露于外部環(huán)境的該外表面上的聚合物涂層。
10.如上述權(quán)利要求之一所述的光電模塊，其特征在于其是聚光型光電模塊。
【文檔編號】H01L31/0216GK103493213SQ201180068003
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月20日
【發(fā)明者】P-Y.拉哈里 申請人:索爾維阿塞托有限公司