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CN101203379A - 用于太阳能电池系统封装的耐候层合材料的制造方法 - Google Patents

用于太阳能电池系统封装的耐候层合材料的制造方法 Download PDF

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CN101203379A CNA2006800221101A CN200680022110A CN101203379A CN 101203379 A CN101203379 A CN 101203379A CN A2006800221101 A CNA2006800221101 A CN A2006800221101A CN 200680022110 A CN200680022110 A CN 200680022110A CN 101203379 A CN101203379 A CN 101203379A
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Abstract

本发明涉及用于太阳能电池系统(7)的封装的耐候层合材料(1，1’)的制造方法。本发明的方法的特征在于，向载体材料(4，4’)上施加至少一层耐候塑料层(2，2’)。本发明的涂布方法显示出可以降低通常以薄膜形式使用的相对昂贵的原料产品的厚度及其比例的优点。由于耐候层(2，2’)的层厚度的根据本发明可控的调节导致，提供了根据本发明制成的层合材料的大量的可能用途，特别是与最终制成的光电模组有关的用途。这些用途从紧急电话亭或旅宿汽车用的小型能量设备到大面积的屋顶和房屋立面设备，以及大型设备和太阳能发电厂。

Description

用于太阳能电池系统封装的耐候层合材料的制造方法
技术领域
本发明涉及用于太阳能电池系统封装的耐候层合材料的制造方法及其用于制造光电模组(photovoltaischer Module)的用途。
背景技术
光电模组用于由太阳光产生电能并由层合材料构成，该层合材料含有太阳能电池系统，例如硅太阳能电池作为芯层。该芯层用封装材料包封以确保提供保护以免受机械和气候引起的影响。这些材料可以由一层或多层构成，这些层由玻璃和/或塑料薄膜和/或塑料薄膜复合体制成。
用于光电池封装的耐候薄膜层合材料的制造方法从WO-A-94/29106、WO-A-01/67523以及WO-A-00/02257中是已知的。在这些模组中，不仅要保护太阳能电池系统以免受机械损坏，还要保护其以免受水蒸汽影响，特别是还保护其以免受气候的影响。因此，在封装材料中，主要使用耐候塑料，例如由含氟聚合物制成的薄膜。
这些含氟聚合物薄膜在单独的方法中，例如通过挤出或薄膜流延制造。但是，这些方法的能量消耗大且成本很高。
此外，由于它们有限的抗拉强度，含氟聚合物薄膜只可能以一定的最小厚度制造。
在此，本发明旨在实现弥补这一点。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种开头所述类型的方法，采用其甚至可以以小的层厚度在能量和成本方面经济地制造耐候层合材料。此外，尽管具有小的层厚度，但应实现对户外应用而言令人满意的耐候性。
根据本发明，提出了用于太阳能电池系统封装的耐候层合材料的制造方法，其特征在于向载体材料上施加至少一层耐候塑料层。
在从属权利要求中公开了本发明的方法的有利实施方案。
此外，本发明涉及根据本发明的方法制成的至少两个层合材料用于制造光电模组的用途，在此将太阳能电池系统施加在层合材料之一上。这种层合方法可以连续或间歇进行。
具体实施方式
下面根据示例性描述-参见图1至4-以及可能的实施方式更详细解释本发明。
附图说明
图1显示了采用通过本发明的方法制成的封装材料1，1’的光电模组18的示例性设计。该封装材料1，1’基本由耐候层2，2’和载体材料4，4’构成，在该载体材料上粘合层5，5’作为粘合促进剂邻接用于太阳能电池系统7的密封层6，6’。
图2显示了图1中绘制的封装材料1的示例性设计，其中提供有由气相沉积的氧化物层8以进一步改进耐候性。
图3显示了可能的用于施加由聚合物溶液制成的耐候层2，2’的装置。
图4显示了可能的用于制造光电模组用的预复合体17的层合装置。
为制造根据图1或图2的封装材料1，在第一工艺步骤中在载体材料4，4’上施加耐候层2，2’和粘合层5，5’。
实施例a)至d)描述了关于各层中的组分选择的可行的变化方案。
实施例a)：
耐候层2，2’：选择性可溶的含氟聚合物或含氟共聚物、丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅及其混合物，用于直接涂布在载体材料4，4’上；
粘合剂层3，3’：聚氨酯、聚酯；
载体材料4，4’：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚环烷酸乙二酯(PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及薄膜或薄膜复合体形式的由其制成的共挤出物，不同厚度的铝箔；
粘合层5，5’：聚氨酯、聚丙烯酸酯或表面处理过的含氟聚合物层；
密封层6，6’：乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、离聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚酯或热熔体。
实施例b)：
耐候层2，2’：选择性可溶的含氟聚合物或含氟共聚物、丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅及其混合物，用于直接涂布在预处理过的载体材料4，4’上；
载体材料4，4’：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚环烷酸乙二酯(PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及薄膜或薄膜复合体形式的由其制成的共挤出物，不同厚度的铝箔；
粘合层5，5’：聚氨酯、聚丙烯酸酯或表面处理过的含氟聚合物层；
密封层6，6’：乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、离聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚酯或热熔体。
实施例c)：
耐候层2，2’：选择性可溶/可分散的含氟聚合物或含氟共聚物，其熔点低于层合温度，用于直接涂布在载体材料4，4’上；
粘合剂层：聚氨酯、聚酯；
载体材料4，4’：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚环烷酸乙二酯(PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及薄膜或薄膜复合体形式的由其制成的共挤出物，不同厚度的铝箔；
粘合层5，5’：聚氨酯、聚丙烯酸酯或表面处理过的含氟聚合物层；
密封层6，6’：乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、离聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚酯或热熔体。
实施例d)：
耐候层2，2’：选择性可溶/可分散的含氟聚合物或含氟共聚物，其熔点低于层合温度，用于在预处理过的载体材料4a，4a’上直接涂布；
载体材料4a，4a’：聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚环烷酸乙二酯(PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及薄膜或薄膜复合体形式的由其制成的共挤出物，不同厚度的铝箔；
粘合层5，5’：聚氨酯、聚丙烯酸酯或表面处理过的含氟聚合物层；
密封层6，6’：乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、离聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚酯或热熔体。
向根据实施例a)至d)选择的载体材料4，4’提供耐候层2，2’。根据实施例a)至d)选择用于制造耐候层2，2’的聚合物。如果，在这种情况下，如实施例c)和d)所述，主要使用含氟聚合物或含氟共聚物作为耐候层，则产生其化学构成上均匀的薄膜。但是，如果使用如实施例a)和b)所述的化学上不同的聚合物，则对于耐候层2，2’也可以使用聚合物混合物。在这种情况下，改变所用聚合物原料的比例数，使得可以以任何所需方式改变或优化最终制成的耐候层2，2’的物理和/或化学性能。
为了提高耐候性以及提高对邻接复合层的粘合作用，可以在涂布耐候层2，2’之前预处理载体材料。预处理可以一方面通过施加附加粘合剂，另一方面，通过施加由气相沉积的无机氧化物层，优选氧化硅层来进行。此外，可以如图3中所示，在设备10中借助物理介质进行载体材料4，4’的预处理。随后，将载体材料4，4’进给到涂布机构11用于涂布，在该涂布机构中存在溶解或分散形式的耐候塑料。作为溶剂，出于环境以及处置原因使用无卤素的有机溶剂。此外，溶液或分散体可以含有染料。
此外，在涂布过程中，使用分散体经证实是有利的，因为在分散体制备过程中，可以显著减少溶剂的比例。例如，将含氟聚合物在40-100℃下和借助强力搅拌器或溶解器在至少2800r pm的搅拌速率下在回流下溶解在2-丁酮中。可以在溶液中添加各种填料或染料，例如二氧化钛或炭黑直至基于所用含氟聚合物计35％的比例，从而形成分散体。后者经由涂布机11涂布到载体材料4，4’，例如预处理过的PET薄膜上。通过调节涂布机11中的辊隙控制耐候层2，2’的层厚度，其例如在5至50微米的范围内。由此涂布的材料4，4’随后经由转向辊9a进给到干燥器12中，在此所用溶剂在80℃至180℃下蒸发。选择干燥器中的废气和温度调节以产生无气泡的干燥涂层。引入0.3-0.6％的残留溶剂含量作为精确温度调节的标准。
此外，带有层2，2’的载体材料4，4’经由转向辊9b进给到储存辊13并卷绕在后者上。
在另一工艺步骤中，在一侧上带有耐候层2，2’的载体材料4，4’现在可以在还未涂布的一侧表面上涂布粘合层5，5’。这使用图3中所示的设备进行，其中使用聚氨酯以及含氟聚合物作为原料产品。在涂布之后，含氟聚合物可以通过化学或物理方式进行表面处理。
为了制造如图1中所示的封装材料1，1’，现在将卷装材料间断地按尺寸剪切并按传统层合方法与可以根据实施例a)至d)选择的密封层6接合。
虽然通过层合法得到层2、4、5和6或2’、4’、5’和6’的复合体，但在光电模组17的最后加工中进行复合体中所用的塑料的进一步固化，其如图4中所示可以例如通过所谓的卷到卷(Rolle zu Rolle)法进行。
在这种情况下，例如，将由挠性太阳能电池类型构成的太阳能电池系统7施加到封装材料1’上。由相对的储存辊9抽出另一封装材料层1并进给到太阳能电池系统7。在这种情况下，由储存辊9或9a抽出的材料幅各自进给到加热台14或14a，在这里将封装材料1，1’至少加热至密封层6，6’的软化温度。由此在压延台15的辊隙中确保层1，1’为一方和太阳能电池系统7为另一方之间的复合体的形成。为了实现这种复合体的固化和封装材料中所用的聚合物的完全交联，将预复合体进给到加热台16。可以将光电模组的复合体17储存在储存辊9b上并由其以合适的方式抽出。
可以通过本发明的涂布方法在光电模组18中实现相对较薄的材料层，特别是关于耐候层2，2’方面，所述光电模组18的层结构显示在图1中。
这样做的优点在于，在处置光电模组方面，与市售模组构造相比可以减少含氟聚合物的比例。
此外，在本发明的方法的范围内不仅可以制造用于涂层2，2’的化学上均匀的聚合物膜，还可以提供由不同种聚合物原料以各种比例构成的混合物。如现有技术中已知的那样，聚合物膜的使用基本限制在一种聚合物类型。但是，根据本发明，可以提供混合物用于耐候层2，2’，其中最终制成的涂层2，2’的物理和/或化学性能可以通过所用聚合物原料的选择和比例以任何所需方式改变和优化。
与此独立地，制造过程在工艺上是经济的，因为耐候层2，2’的厚度降低，因此可以减少相对昂贵的含氟聚合物的比例。该方法可以原位进行，这使得该方法的实施明显更容易。通过所用聚合物和溶剂的选择，可调节温度范围，其有利地在80至180℃之间，以便甚至能够节能地实施该方法。
此外，根据最终用途而定，可以调节耐候层2，2’的厚度。通过调节这种层厚度，使用根据本发明制造的封装材料可实现光电模组的一系列可能的用途，所述用途从紧急电话亭或旅宿汽车用的小型能量设备到大面积的屋顶和房屋立面设备，以及大型设备和太阳能发电厂。

Claims (23)

1.制造用于太阳能电池系统(7)的封装的耐候层合材料(1，1’)的方法，其特征在于，向载体材料(4，4’)上施加至少一层耐候塑料层(2，2’)。
2.根据权利要求1的方法，其中耐候塑料选自选择性可溶的含氟聚合物或含氟共聚物、丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅及其混合物。
3.根据权利要求1或2的方法，其中向载体材料(4，4’)上施加由溶液和/或分散体构成的耐候塑料。
4.根据权利要求3的方法，其中溶液或分散体含有染料。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其中工艺温度在80至180℃之间调节。
6.根据权利要求1至5之一的方法，其中以5至50微米的层厚度施加耐候塑料。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其中耐候层(2，2’)在可见光波长范围内和在近紫外波长范围内对光束是可透过的。
8.根据权利要求1至7之一的方法，其中载体材料(4，4’)选自聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚环烷酸乙二酯(PEN)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)以及其共挤出物。
9.根据权利要求1至7之一的方法，其中载体材料(4，4’)是铝箔。
10.根据权利要求1至9之一的方法，其中载体材料(4，4’)在涂布之前经物理和/或化学预处理。
11.根据权利要求1至10之一的方法，其中在载体材料(4，4’)上施加由气相沉积的无机氧化物层。
12.根据权利要求1至10之一的方法，其中向载体材料(4，4’)上施加粘合剂。
13.根据权利要求12的方法，其中使用聚氨酯或聚酯粘合剂作为粘合剂。
14.根据权利要求1至13之一的方法，其中向载体材料(4，4’)的未涂布侧上施加粘合层(5，5’)。
15.根据权利要求14的方法，其中粘合层(5，5’)由底漆体系，表面处理过的含氟聚合物/含氟共聚物层，聚氨酯或聚丙烯酸酯层提供。
16.根据权利要求14或15的方法，其中与粘合层(5，5’)邻接施加密封层(6，6’)。
17.根据权利要求16的方法，其中密封层(6，6’)由乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、离聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氨酯、聚酯或热熔体聚合物形成。
18.至少两个根据权利要求1至17之一制造的层合材料(1，1’)用于制造光电模组(17)的用途，其中在层合材料(1，1’)之一上施加太阳能电池系统(7)。
19.根据权利要求18的用途，其中光电模组(18)的制造通过连续层合法进行，其中制造光电模组(18)的预复合体(17)。
20.根据权利要求19的用途，其中对于预复合体(17)的制造，使用挠性的太阳能电池类型。
21.根据权利要求18的用途，其中光电模组(17)的制造通过间歇法进行。
22.根据权利要求18至21之一的用途，其中作为太阳能电池系统(7)，使用由硅太阳能电池构成的此类系统。
23.根据权利要求3制成的分散体用于修补光电模组的受损背面的用途。
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