專利名稱：包含具有高的輻射透射率的增塑中間層膜的光電模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用包含增塑劑的膜來生產(chǎn)光電模塊，所述膜基于聚乙烯醇縮醛，具有在UV范圍內(nèi)的高輻射透射率。
現(xiàn)有技術(shù)光電模塊由光敏半導(dǎo)體層組成，其具有透明的覆層作為保護(hù)抗外部的影響。單晶太陽能電池或者在載體上的多晶薄半導(dǎo)體層可以用作光敏半導(dǎo)體層。薄膜太陽能模塊由通過例如蒸鍍、氣相沉積、濺射或者濕沉積而施加到基底例如透明板或者柔性載體膜上的光敏半導(dǎo)體層組成。這兩種系統(tǒng)通常都借助透明粘接劑層壓于玻璃板與例如由玻璃或者塑料制成的硬后蓋板之間。該透明的粘接劑必須完全包封該光敏半導(dǎo)體層和它的電連接導(dǎo)線，必須是UV穩(wěn)定的和對(duì)濕氣不敏感的，和在層壓加工后必須是完全無氣泡的?；诰垡蚁┐伎s醛例如從復(fù)合玻璃生產(chǎn)中已知的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的包含增塑劑的膜越來越多的用作光電模塊的透明的粘接劑系統(tǒng)。太陽能電池單元被一個(gè)或多個(gè) PVB膜覆蓋，它們?nèi)缓笥闷谕母采w材料在提高的壓力和提高的溫度下結(jié)合來形成層壓制件。原則上，人們所說的光保護(hù)劑被廣泛的用于聚合物材料例如塑料和油漆中，來提供保護(hù)抗有害的UV輻射。它們可以根據(jù)所用的不同保護(hù)機(jī)理而大致分為兩類uv吸收劑 (其吸收UV輻射和最終通過將它轉(zhuǎn)化為熱能而使其無害化)和光穩(wěn)定劑(其中斷了聚合物材料中由于UV輻射而引發(fā)的自由基破壞反應(yīng))。市售的最重要UV吸收劑是二苯甲酮，苯并三唑和氰基丙烯酸酯的衍生物，苯并三唑常常表現(xiàn)出最佳的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。光穩(wěn)定劑組基本上包括人們所說的“HALS”(空間受阻胺)或者空間受阻氨基醚(NOR-HALS)。聚乙烯醇縮丁醛是一種由飽和單元構(gòu)成的共聚物，S卩，它最多包含作為缺陷位而存在的烯屬或者芳族鍵，并且因此還表現(xiàn)出在280 - 380nm(UV-A + UV-B)的波長(zhǎng)范圍內(nèi)沒有明顯的吸收。此外，在大部分情況中，為了增塑PVB使用非芳族增塑劑，對(duì)其來說，在UV吸收方面是同樣適用的。作為結(jié)果，當(dāng)膜是由PVB和增塑劑的混合物制成時(shí)，實(shí)現(xiàn)了相對(duì)高的固有UV穩(wěn)定性。如果該膜通過置于其頂上的礦物玻璃來保護(hù)抗UV輻射的特別有害的UV-B 部分時(shí)，則該穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。雖然如此，用于汽車和建筑玻璃應(yīng)用的常規(guī)的市售PVB膜通常帶有UV吸收劑，特別是帶有苯并三唑衍生物，作為添加劑。其的原因有兩種首先，作為從復(fù)合安全玻璃的安全性能出發(fā)的功能特征，依靠位于復(fù)合安全玻璃(VSG)中間的PVB膜來另外地過濾掉有害的UV-A和UV-B輻射是期望的，因?yàn)樗峁┝艘环N簡(jiǎn)單的方式來保護(hù)位于玻璃后的材料抗過度曝光和損害。它的一個(gè)例子是位于復(fù)合安全玻璃櫥窗中的顯示器或者汽車擋風(fēng)玻璃下面的儀表板基座(Armaturenbretttdger)。其次，取決于原材料聚乙烯醇或者丁醛的品質(zhì)和在合成和后處理過程中的方法控制，PVB可以包含缺陷或者雜質(zhì)，其削弱了它的UV穩(wěn)定性。此外，加入到膜配制劑中的添加劑例如著色劑或者酚類抗氧化劑會(huì)對(duì)UV敏感的，這樣使用UV吸收劑來保護(hù)它們是有意義的。為了包封光電模塊中的光敏層，通常使用基于PVB或者EVA的材料。由于上述的生產(chǎn)方法的原因，UV吸收劑也被加入到這些包封膜中。通過這種方式，UV輻射完全或者部分被吸收。雖然這保護(hù)了光電模塊的光敏層系統(tǒng)抗輻射損害，但是它也降低了光敏層可用的輻射份額。因此，市售用作包封材料的PVB膜包含苯并三唑類型的UV吸收劑(例如Tinuvin 328)，并且在280 - 380nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，在h2mm白色玻璃之間的復(fù)合體中，根據(jù)EN 410 所測(cè)量的UV透射率小于0. 5%。類似地，基于EVA的包封膜包含UV吸收劑來保護(hù)它們，并因此具有類似的對(duì)于UV輻射的低的透射率值。因此，當(dāng)使用常規(guī)的PVB膜或者EVA來產(chǎn)生光電流時(shí)，低于380nm波長(zhǎng)的輻射未被利用。任務(wù)
本發(fā)明的任務(wù)是提高光電模塊包封膜的UV透射率，來提高光電模塊的光電流產(chǎn)率，同時(shí)盡可能小地改變它們的結(jié)構(gòu)。令人驚訝地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)含有增塑劑的聚乙烯醇縮醛膜能夠以這樣的方式賦予光穩(wěn)定性，即，產(chǎn)生高的UV透射率，同時(shí)保持良好的光化學(xué)穩(wěn)定性。這使得光電模塊的光電流產(chǎn)率明顯提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)因此是一種光電模塊，其包含由以下制成的層壓制件
a)透明的前蓋板，
b)一個(gè)或多個(gè)光敏半導(dǎo)體層，
c)至少一個(gè)包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜，和
d)后蓋板，
其中該包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜的UV透射率大于35%，該透射率是根據(jù)EN 410，在兩個(gè)2mm厚的白色玻璃板之間的層壓制件中測(cè)量的。根據(jù)EN 410，UV透射率是在280 - 380nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量的。優(yōu)選地，使用這樣的光敏半導(dǎo)體層，其吸收這個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射，并且能夠?qū)⑺D(zhuǎn)化成電能。這是在人們所說的“級(jí)聯(lián)電池”中，尤其通過基于砷化鎵/砷化鍺，砷化鎵銦或者磷化鎵銦的層來實(shí)現(xiàn)的。如果本發(fā)明的膜用于太陽能電池(其對(duì)于UV輻射特定響應(yīng))或者含有這樣的電池的模塊，并且其在可見光光譜范圍內(nèi)是透明的，則它是特別有利的。這樣的系統(tǒng)目前處于開發(fā)中，并且它們計(jì)劃在將來用作透明的玻璃板，其濾掉了光譜中的有害的UV部分，同時(shí)仍然用于產(chǎn)生光電流。本發(fā)明所用的膜優(yōu)選的UV透射率大于50%，特別優(yōu)選大于70%，其是根據(jù)EN 410， 在兩個(gè)厚度2mm的白色玻璃板的復(fù)合體中測(cè)量的。如果膜c)基本上不含UV吸收劑，即，其濃度在每種情況中相對(duì)于膜混合物小于 0. 01重量％，優(yōu)選小于0. 001%,特別優(yōu)選等于0重量％，則可以實(shí)現(xiàn)此。
本發(fā)明所用膜的足夠的UV穩(wěn)定性可以通過選擇對(duì)于生產(chǎn)聚乙烯醇縮醛優(yōu)異的聚乙烯醇(PVA)來實(shí)現(xiàn)。如果在PVA階段不飽和單元已經(jīng)作為缺陷位存在于的聚合物鏈中，則它們也必然存在于由它所生產(chǎn)的聚乙烯醇縮醛中，并且因此將削弱其的光穩(wěn)定性和UV透射率。在PVA階段，該不飽和單元可以以雙鍵的形式存在，其是隔離的或者彼此共軛的或者與羰基鍵共軛的。PVA中這些不飽和單元可以通過UV光譜法來檢測(cè)。如果存在著非常高的缺陷位，則當(dāng)PVA是作為4重量％的水溶液測(cè)量時(shí)，它們導(dǎo)致在^Onm幾乎為1的消光值。為了生產(chǎn)本發(fā)明所用的聚乙烯醇縮醛，因此可以使用這樣的聚乙烯醇，其在4重量％水溶液和^Onm的消光值小于0. 5，小于0. 3，特別是小于0. 2和優(yōu)選小于0. 1。本發(fā)明另外一個(gè)目標(biāo)因此是含有增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜，其中該聚乙烯醇縮醛是通過聚乙烯醇的酸催化的縮醛化來生產(chǎn)的，并且這種聚乙烯醇在4重量％水溶液中的消光值小于0.5。實(shí)踐中，聚乙烯醇縮醛可以作為用于包封膜的基礎(chǔ)起始材料，即使在優(yōu)化的條件下生產(chǎn)，但是它仍然不可能完全防止沿著聚合物鏈或者在鏈端出現(xiàn)缺陷位。所以，加入所選擇的光穩(wěn)定劑到聚乙烯醇縮醛或者膜混合物中，并且免去UV吸收劑會(huì)是有幫助的。作為很大程度上免去UV吸收劑和/或使用具有特別低的缺陷位的PVB的代替或者附加，本發(fā)明所用的膜可以帶有一種或多種非芳族光穩(wěn)定劑，特別是帶有空間受阻(非芳族)HALS-類型的胺和/或空間受阻(非芳族)氨基醚(NOR-HALS)。通過限制到非芳族產(chǎn)物，確保了該膜的透射率在280 - 380nm UV范圍內(nèi)沒有不必要地削弱。本發(fā)明所用的膜優(yōu)選包含0. 005 - 1重量％，特別優(yōu)選0. 01-0.5重量％，特別是 0. 05 -0. 3重量％和最優(yōu)選0. 10 - 0. 25重量％的非芳族光穩(wěn)定劑例如HALS或者NOR-HALS 類型的空間受阻胺。本發(fā)明另一目標(biāo)因此是含有增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜，其中它們基本上不含芳族UV吸收劑和0.005-1重量％的空間受阻胺(HALS)和/或空間受阻氨基醚 (NOR-HALS)。特別合適的胺是具有通式I，II和或III的空間受阻胺
權(quán)利要求
1.光電模塊，其包含由以下制成的層壓制件a)透明的前蓋板，b)一個(gè)或多個(gè)光敏半導(dǎo)體層，c)至少一個(gè)包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜，和d)后蓋板，特征在于該包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜c)的UV透射率大于35%，該透射率是根據(jù)EN410在兩個(gè)2mm厚的白色玻璃板之間測(cè)量的。
2.權(quán)利要求1所述的光電模塊，特征在于該聚乙烯醇縮醛是通過聚乙烯醇的縮醛化來生產(chǎn)的，其在^Onm和在4重量％的水溶液中具有小于0. 5的消光值。
3.權(quán)利要求1或者2任一項(xiàng)所述的光電模塊，特征在于所述基于聚乙烯醇縮醛的膜c) 基本上不含UV吸收劑。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的光電模塊，特征在于基于聚乙烯醇縮醛的膜c)包含 0. 001-5重量％的非芳族光穩(wěn)定劑。
5.權(quán)利要求4所述的光電模塊，特征在于將空間受阻胺(HALS)或者空間受阻氨基醚 (NOR-HALS)用作該非芳族光穩(wěn)定劑。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的光電模塊，特征在于該包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜包含大于IOppm的選自堿土金屬、鋅和鋁的金屬離子和小于150ppm的堿金屬離子。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的光電模塊，特征在于該包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜c)在85%相對(duì)濕度/23°C的環(huán)境氣候下的體積電阻率是至少IEll 0hm*cm。
8.包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜，特征在于它基本上不包含芳族UV吸收劑和 0. 005-1重量％空間受阻胺(HALS)和/或空間受阻氨基醚(NOR-HALS)作為非芳族光保護(hù)劑。
9.包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜，特征在于該聚乙烯醇縮醛是通過聚乙烯醇的酸催化的縮醛化來生產(chǎn)的，其中該聚乙烯醇在4重量％的水溶液中的消光值小于0. 5。
全文摘要
本發(fā)明涉及包含增塑劑的基于聚乙烯醇縮醛的膜用于制造光電模塊的用途，該膜的UV透射率大于35%。該膜在85%相對(duì)濕度/23℃的環(huán)境氣候下優(yōu)選的體積電阻率大于1E11Ohm*cm。該光電模塊可以用作立面構(gòu)件，屋頂表面，溫室蓋板，隔音墻，陽臺(tái)或者欄桿元件，或者作為窗口區(qū)域的部件。
文檔編號(hào)B32B17/10GK102355992SQ201080011974
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2010年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者U.凱勒 申請(qǐng)人:可樂麗歐洲有限責(zé)任公司