制造太陽能模塊的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及在太陽能模塊的制造中促進安裝系統(tǒng)的連接。這通過包含以下步驟的方法實現(xiàn)：a)相互堆疊太陽能模塊的結(jié)構(gòu)所需要的層，其中至少一個可熱活化雙面膠帶置于背面層的外側(cè)，至少一個固位板置于所述膠帶上；b)至少在暴露于熱能的情況下，使步驟a)中相互堆疊的層相互層合。
【專利說明】制造太陽能模塊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通常用于由陽光產(chǎn)生電能的太陽能模塊的【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明提出了新的制造太陽能模塊的方法，其特別可促進安裝系統(tǒng)的連接。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏系統(tǒng)用于由可再生能源制造電能的應(yīng)用持續(xù)增長。光伏系統(tǒng)通常包括多個彼此電連接的太陽能模塊。這些模塊也稱為光伏模塊或簡稱為PV模塊，進而包括彼此電連接的多個太陽能電池，在所述太陽能電池中將光能轉(zhuǎn)換為電能。
[0003]存在太陽能電池的多種實施方式，最通常根據(jù)材料的厚度將這些分類為厚層電池和薄層電池。厚層硅電池應(yīng)用最廣泛，或為單晶電池(c-Si)的形式或為多晶電池(mc-Si)的形式。但是，薄層電池應(yīng)用日益增長，其通常基于無定形硅(a-Si)，也越來越多使用的其它電池是有機太陽能電池和染料敏化電池。
[0004]最通常用于半導(dǎo)體電池的材料不僅包括前述硅改性，而且包括(特別是對于薄層電池)砷化鎵(GaAs)、碲化鎘(CdTe)、銅銦二硫化物(CIS)和銅銦鎵二硒化物(CIGS)。
[0005]太陽能電池通過導(dǎo)體軌線(conductor track)在正面和背面串聯(lián)電連接。然后，以這種方式彼此電連接的一定數(shù)量太陽能電池形成所謂的太陽能模塊的基礎(chǔ)。這種類型的太陽能模塊通常具有以下結(jié)構(gòu)。
[0006]面對太陽的側(cè)的最上層由耐溫度和沖擊以及震動和壓力的玻璃片材構(gòu)成。
[0007]在向著背離太陽的側(cè)的方向上，接著是透明塑料層，其通常由乙烯-乙酸乙烯酯共聚物構(gòu)成。
[0008]接著，第三層由彼此電連接的太陽能電池構(gòu)成。
[0009]模塊的背面也即在背離太陽的側(cè)面的最外層由耐老化的塑料片或另一玻璃片材構(gòu)成。用于該目的的塑料片通常由復(fù)合材料(例如由聚氟乙烯和聚酯制成的復(fù)合材料)構(gòu)成。
[0010]多個彼此電連接的太陽能模塊得到太陽能發(fā)電機，其與其它設(shè)備如換流器組合形成光伏系統(tǒng)，其可以將由陽光產(chǎn)生的電能輸送至輸電線路或者可以在該系統(tǒng)的位置提供直接應(yīng)用的電能。
[0011]太陽能模塊固定在屋頂或者定位在地面。為此，模塊通常具有安裝系統(tǒng)，其提供與使用位置的可用結(jié)構(gòu)的鏈接。
[0012]在太陽能模塊的制造方法中，在所謂的“前端(front end)”和所謂的“后端(backend)”之間通常具有區(qū)別。在“前端”中，模塊簡單地通過相互堆疊其各個層而構(gòu)建，其中任選地使用輔助固定件來幫助，然后進行層合工藝。這里，封裝材料(其通常包括乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA))熔融和交聯(lián)。層合可以在一個或多個階段進行，主要受以下參數(shù)影響:壓力、溫度和時間?！ㄇ岸恕ㄒ詫雍瞎に嚱Y(jié)束。
[0013]在通過前端之后，太陽能電池已經(jīng)嵌入透明塑料層中，該透明塑料層保護太陽能電池免于被腐蝕。[0014]在接下來的“后端”中，適當?shù)胤胖眠B接槽(connection socket),檢查該模塊,通過粘合連接安裝型材。通常使用自粘性膠帶或膠合漿系統(tǒng)來實現(xiàn)安裝系統(tǒng)的粘結(jié)。將安裝系統(tǒng)直接施用于模塊的背面特別是在具有玻璃背面的模塊上實施。
[0015]將支撐元件或安裝元件施用至太陽能模塊的背面例如描述于W02011/109701A2中。根據(jù)所述說明書，安裝元件("支撐元件")通過“處理粘合劑”和安裝粘合劑(“結(jié)構(gòu)粘合劑”)的組合施用至太陽能模塊背離光線的那一側(cè)。這里安裝元件通過處理粘合劑保持在其位置，直到安裝粘合劑完全硬化。
[0016]安裝系統(tǒng)在太陽能模塊上的粘結(jié)要求特別為此目的裝配的工作站，該工作站裝備有特殊設(shè)備。粘結(jié)工藝必須以聞的精確度進行以提供確定的品質(zhì)。
[0017]通過自粘性膠帶的粘結(jié)所需材料的實例是玻璃清潔劑、用于玻璃和安裝型材的各種促粘劑以及雙面膠帶。另外的要求是膠帶退卷系統(tǒng)和/或膠帶施用器系統(tǒng)，以及用于定位型材和向型材施加壓力的設(shè)備。該方法還包括安裝型材的清潔，在型材上施用和干燥促粘劑，施用膠帶，玻璃的清潔，促粘劑在玻璃上的施用和擦干，從安裝型材除去隔離膜，型材的定位，以及任選地在機器中施加壓力以連接型材。
[0018]通過膠合漿系統(tǒng)的粘結(jié)也要求大量的裝置，例如除了實際的單組分或多組分粘合劑系統(tǒng)之外，用于粘合劑系統(tǒng)的特殊混合、計量和施用單元，以及用于粘合劑的干燥的中間存儲工具。該方法必須提供用于粘合劑的干燥和硬化的時間。
[0019]因此，雖然兩個方法可以是自動的，但是他們要求許多操作，具有高的設(shè)備成本，易于出錯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]因而，本發(fā)明的目的是在沒有任何品質(zhì)損失的情況下簡化太陽能模塊的安裝系統(tǒng)的應(yīng)用。
[0021]在本發(fā)明下，實現(xiàn)該目的的基礎(chǔ)是這樣的基本理念，在前端結(jié)束之前，在層合方法中可以進行安裝系統(tǒng)的直接粘結(jié)在太陽能模塊上的那些部件的粘結(jié)步驟。因此，本發(fā)明首先提供制造太陽能模塊的方法，包括以下步驟:
[0022]a)相互堆疊太陽能模塊的結(jié)構(gòu)所需要的層，其中至少一個可熱活化雙面膠帶置于背面層的外側(cè)，至少一個固位板(retention plate)置于所述膠帶上；
[0023]b)至少在暴露于熱能的情況下，使步驟a)中相互堆疊的層相互層合。
[0024]所要求保護的方法有利地允許省略后端中安裝系統(tǒng)的復(fù)雜粘結(jié)，因而導(dǎo)致太陽能模塊的制造方法相當程度簡化。固位板的定位相對于常規(guī)方法較簡單且更牢固，這是因為例如避免了粘合劑的滲出，根據(jù)尺寸切割固位板變得更容易，以及整體改善設(shè)備處理的容易性。此外，在時間和空間上實現(xiàn)將安裝系統(tǒng)的連接基本上整合至模塊制造方法中，這是因為在該方法進行之前實現(xiàn)了固位板的粘結(jié)。然后，實際安裝系統(tǒng)的固定可以以簡單方式進行，或者直接在模塊制造之后進行或者在施工現(xiàn)場(construction site)進行。此外，固位板與安裝系統(tǒng)的分離在各安裝系統(tǒng)的選擇方面提供更大的自由度。
[0025]表述〃太陽能模塊〃是指這樣的裝置，其包括多個彼此電連接的太陽能電池，且能夠?qū)㈥柟廪D(zhuǎn)換為電能。根據(jù)本發(fā)明，太陽能模塊優(yōu)選為玻璃-玻璃系統(tǒng)(glass-glasssystem)，這意味著在面向太陽的側(cè)面上的最外層以及在背離太陽的側(cè)面上的最外層兩者均由玻璃片材構(gòu)成。這種類型的玻璃-玻璃模塊是由厚層電池制成的太陽能模塊的常規(guī)實施方式。迄今為止，薄層模塊通常經(jīng)由使半導(dǎo)體材料由氣相沉積在基底上來制造。所述基底的材料可以包括玻璃、金屬、塑料或任何其他材料。基于較薄的和較不昂貴的玻璃材料，薄層太陽能模塊也越來越多地以玻璃-玻璃系統(tǒng)的形式制造。
[0026]表述〃太陽能模塊的結(jié)構(gòu)所需要的層〃是指意圖在層合步驟中彼此結(jié)合并因而經(jīng)歷層合步驟的所有元件、組件等。因此，術(shù)語"層"也包括剛性的和相對大的組件如玻璃片材和固位板。
[0027]表述太陽能模塊的“背面層”是指位于背離太陽的側(cè)面上的太陽能模塊的最外層。所述層的外側(cè)是這樣的側(cè)面，其背離太陽能模塊的其他層，并因而與圍繞模塊的背面的材料直接接觸或與圍繞模塊的背面的大氣直接接觸。根據(jù)本發(fā)明，背面層優(yōu)選為玻璃層。
[0028]用語〃固位板〃是指這樣的部件，其能夠?qū)雍现撂柲苣K的背面，且允許經(jīng)由固位板和安裝系統(tǒng)的機械連接隨后固定安裝系統(tǒng)。固位板優(yōu)選為鋁板。固位板的形狀特別是應(yīng)該足夠平，以使得通過層合工藝。固位板的厚度優(yōu)選至多20_，更優(yōu)選至多15_，特別是至多10mm。本申請中表述固位板的厚度是指在垂直于由太陽能模塊的背面形成的平面的方向上固位板的尺度。
[0029]例如，固位板可以是測量為150mm: 150mm:5mm的招板，其具有削邊(chamferededge)和用于安裝系統(tǒng)的連接的M6螺孔。在該實例中，固位板的厚度為5_。削邊有利地在層合工藝中防止對易損壞的運輸墊的損壞。
[0030]本發(fā)明的方法優(yōu)選包括步驟c)通過在固位板上固定來連接太陽能模塊的安裝系統(tǒng)。
[0031]安裝系統(tǒng)可以例如包括聯(lián)接銷連接件(jointed-pin connector),其同時使通過安裝系統(tǒng)的熱膨脹引入到太陽能模塊的力最小。例如，當安裝在屋頂上的太陽能模塊暴露于熱量時這是重要的。如果所有的連接點已經(jīng)螺紋連接固定以及在暴露至熱量時材料膨脹時，該模塊暴露于劇烈的力。在這種情形中，組合已知為固定安裝件和可移動安裝件(fixedmounting and movable mounting)是有用的,使得所述力能夠被吸收。安裝系統(tǒng)的聯(lián)接銷連接件可以提供這些可移動安裝件。
[0032]為了促進粘合劑系統(tǒng)的精確定位以及固位板的精確定位，優(yōu)選使用模板，例如為下擺至層合體上的框架的形式。
[0033]表述〃可熱活化膠帶〃是指基于這樣的粘合劑的膠帶，該粘合劑當引入熱能時交聯(lián)，因而提供用于預(yù)期粘結(jié)的足夠粘合強度(足夠的粘合性，足夠的內(nèi)聚性)。粘合劑或粘性物質(zhì)的室溫粘附力(room-temperature grab)(壓敏粘合性、粘性)可以為零、低或高。熱交聯(lián)方法的活化溫度顯著地高于室溫，通常為至少80°C或以上。特別地，為了確保所需的粘合強度，根據(jù)本發(fā)明用于熱交聯(lián)方法的優(yōu)選活化溫度為至少90°C，特別是95°C至120°C。
[0034]為本發(fā)明目的，通用術(shù)語〃膠帶〃包括所有片狀結(jié)構(gòu)如二維膜或膜部分，具有大的長度和受限寬度的帶，帶部分，穿孔部分等。
[0035]根據(jù)本發(fā)明，也可以相互堆疊多個可熱活化膠帶以獲得較大厚度的粘結(jié)層。優(yōu)選地，相互堆疊兩個膠帶。熱活化產(chǎn)生可靠粘合，其有利地具有較厚粘合劑層的性質(zhì)。
[0036]優(yōu)選地，本發(fā)明方法的步驟a)的可熱活化膠帶包括粘性物質(zhì)，所述粘性物質(zhì)包含至少一種腈橡膠和至少一種酚醛樹脂。優(yōu)選地，粘性物質(zhì)中腈橡膠的總量為30-80wt%，特別是40-70wt%，基于粘性物質(zhì)的總重量。粘性物質(zhì)中酚醛樹脂的總量優(yōu)選為20-70wt%，特別優(yōu)選為30-60wt%，基于粘性物質(zhì)的總重量。具體地，粘性物質(zhì)中腈橡膠的總量與酚醛樹脂的總量之比以重量計為1.3:1至0.7:1，非常優(yōu)選為1.1:1至0.9:1，例如為1.05:1至0.95:1。
[0037]表述〃腈橡膠〃是指通過丙烯腈與丁二烯(以及任選的異戊二烯)的共聚得到的聚合物。優(yōu)選地，該類型聚合物中丙烯腈的重量比例為15-70wt%,特別是20-60wt%,具體是30-55wt%o如上所述，另一可能性是使用丙烯腈-丁二烯和異戊二烯的共聚物。
[0038]表述〃酚醛樹脂〃是指如下得到的合成樹脂:通過酚和醛(特別是甲醛)的縮合，通過使所得縮合產(chǎn)物衍生化，或者通過使酚加成反應(yīng)到不飽和化合物例如乙炔、萜烯或天然樹脂。酚醛樹脂可以分為兩組，第一組為甲階酚醛樹脂(當制備方法使用過量甲醛時制備該甲階酚醛樹脂)，第二種為酚醛清漆(當使用的甲醛的量低于化學(xué)計量時形成該酚醛清漆)。甲階酚醛樹脂當暴露于熱量或添加酸時自發(fā)地自交聯(lián)，同時消去水；而僅當甲醛源作為交聯(lián)劑時酚醛清漆之間才發(fā)生反應(yīng)。它交聯(lián)而不消去水。
[0039]在提高粘合性的有利方案中，可以向粘性物質(zhì)添加與彈性體相容的增粘樹脂(增粘劑)。
[0040]可以用于可熱活化膠帶的粘性物質(zhì)的增粘劑的實例是基于松香的以及基于松香衍生物的未氫化或部分或完全氫化的樹脂，二環(huán)戊二烯的氫化聚合物，基于c5-，c5/c9-或C9-單體流的未氫化或部分、選擇性或完全氫化的烴樹脂，基于α -菔烯和/或β -菔烯和/或S-檸檬烯(Iimonene)的聚萜烯樹脂，優(yōu)選純的C8-和C9-芳族化合物的氫化聚合物。上述增粘樹脂可以單獨使用或以混合物的形式使用。共混粘性物質(zhì)中存在的增粘劑含量可以有利地為至多20wt%，基于所述粘性物質(zhì)。
[0041]還可以使用少量環(huán)氧樹脂。為了保持儲存期，環(huán)氧樹脂的量優(yōu)選不超過10wt%。
[0042]表述〃環(huán)氧樹脂〃是指每分子具有超過一個環(huán)氧基團的單體或低聚化合物。它們可以是縮水甘油酸酯(glycidic esters)或表氯醇與雙酚A或雙酚F或者它們兩者的混合物的反應(yīng)產(chǎn)物。同樣可以使用環(huán)氧酚醛清漆樹脂，其通過表氯醇與酚和甲醛的反應(yīng)產(chǎn)物的反應(yīng)得到。也可以使用具有多個末端環(huán)氧基團的單體化合物，它們可以作為環(huán)氧樹脂的稀釋劑。同樣可以使用經(jīng)改性具有彈性性質(zhì)的環(huán)氧樹脂。
[0043]任選地可以使用以下物質(zhì)作為其他添加劑:
[0044]-主抗氧化劑，例如位阻酚；
[0045]-輔助抗氧化劑，例如亞磷酸鹽(酯)或硫醚；
[0046]-其他抗氧化劑，例如位阻胺；
[0047]-加工穩(wěn)定劑，例如碳自由基清除劑；
[0048]-光穩(wěn)定劑，例如UV吸收劑；
[0049]-加工助劑；
[0050]-填料，例如二氧化硅、玻璃(研磨的或為珠粒形式)、氧化鋁、氧化鋅、二氧化鈦、炭黑、金屬粉末等；
[0051]-著色顏料和染料以及熒光增白劑；
[0052]-任選的其他聚合物，優(yōu)選彈性體類型的聚合物。
[0053]上述添加劑和任選的其他添加劑可以單獨使用或彼此組合使用。
[0054]粘性物質(zhì)也可以包含一種或多種增塑劑。增塑劑的使用可以提高交聯(lián)粘性物質(zhì)的彈性。本申請中可以使用的增塑劑的實例是低分子量聚異戊二烯，聚丁二烯，聚異丁烯或聚
乙二醇和/或聚丙二醇。
[0055]為了制備該膠帶，具體地將粘性物質(zhì)的各組分溶解或混懸在合適溶劑(例如丁酮)中，涂覆在設(shè)置有隔離層(例如隔離紙或隔離膜)的柔性基底上，干燥，使得該物質(zhì)進而容易地從基底上除去。在適當?shù)倪M一步加工之后，可以在室溫制造穿孔部分、卷或其他形式的產(chǎn)品O
[0056]根據(jù)本發(fā)明使用的可熱活化膠帶可以具有保護覆層材料(隔離襯墊，襯墊)，例如硅化紙、硅化聚合物膜(例如硅化PET膜)等。
[0057]根據(jù)本發(fā)明，可以預(yù)處理可熱活化膠帶試圖粘合到的區(qū)域。該預(yù)處理不僅包括物理方法，也包括化學(xué)方法。具體地，太陽能模塊的背面層的外側(cè)可以設(shè)置有底漆，例如設(shè)置有用于玻璃的底漆。在本發(fā)明方法的上下文中提供的"將至少一種可熱活化雙面膠帶放置于太陽能模塊的背面層的外側(cè)〃也明確包括將膠帶放置于太陽能模塊的背面層的經(jīng)底漆預(yù)處理過的外側(cè)。對于太陽能模塊的背面層為玻璃片材或玻璃層的情形，這也可以是底漆處理過的玻璃片材或底漆處理過的玻璃層。
[0058]本發(fā)明進一步提供可通過本發(fā)明的方法得到的太陽能模塊。
[0059]本發(fā)明進一步提供可熱活化雙面膠帶在制造太陽能模塊的層合方法中的用途。優(yōu)選地，可熱活化雙面膠帶用于連接固位板或安裝系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0060]實施例
[0061]通過可熱活化膠帶使鋁板與玻璃片材粘結(jié)，制備試驗樣品。本申請中使用以下材料:
[0062]-玻璃片材:單片安全玻璃，19.5x37cm(厚度為3mm), 2.5x10cm (厚度為6mm)
[0063]-招板:招條,7.5x2.5cm,厚度為3_
[0064]-膠帶:tesa*'HAF8402; tesa* HAF8400
[0065]這里以單層形式(一個膠帶)或以雙層形式(相互堆疊的兩個膠帶)使用該膠帶。
[0066]如下制備每種情形下粘結(jié)面積為2.5x2.5cm的試驗樣品:相互堆疊玻璃片材、膠帶和鋁板，接著在150°C和I巴相互層合90秒。這些層合參數(shù)對應(yīng)于制造太陽能模塊的常規(guī)條件。
[0067]然后根據(jù)太陽能工業(yè)已知的EN61215:2005濕冷凍試驗(humidity-freeze test)對樣品進行調(diào)理。在濕冷凍試驗中，將試驗樣品首先由室溫加熱到85°C，在該溫度在85%相對濕度保持20小時。然后，將它們冷卻至_40°C (—旦達到室溫，不調(diào)節(jié)濕度)，使每個試驗樣品在該溫度保持至少30分鐘。然后再次加熱到85°C (—旦達到室溫，再次在85%相對濕度進行)，重復(fù)該循環(huán)。從冷卻過程開始直到再次達到85°C的允許終止(expire)的最大時間為4小時。該試驗中循環(huán)的總次數(shù)為10次。
[0068]為了研究粘合強度，在調(diào)理工藝之后使樣品在Zwick拉伸試驗機中進行動態(tài)剪切測試。這里，以10mm/min的速度使測試樣品在y_方向經(jīng)受拉伸應(yīng)變，在該過程中測量的最大力記錄如結(jié)果。表I不出試驗結(jié)果。
[0069]表1:試驗結(jié)果
【權(quán)利要求】
1.一種制造太陽能模塊的方法，包括以下步驟: a)相互堆疊太陽能模塊的結(jié)構(gòu)所需要的層，其中至少一個可熱活化雙面膠帶置于背面層的外側(cè)，至少一個固位板置于所述膠帶上； b)至少在暴露于熱能的情況下，使步驟a)中相互堆疊的層相互層合。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述背面層為玻璃層。
3.前述權(quán)利要求中至少一項的方法，其特征在于，所述太陽能模塊為玻璃-玻璃系統(tǒng)。
4.前述權(quán)利要求中至少一項的方法，其特征在于，所述可熱活化膠帶包括含有至少一種腈橡膠和至少一種酚醛樹脂的粘性物質(zhì)。
5.可通過前述權(quán)利要求中至少一項的方法獲得的太陽能模塊。
6.可熱活化雙面膠帶在制造太陽能模塊的層合方法中的用途。
7.權(quán)利要求6的用途，其特征在于，所述可熱活化雙面膠帶用于連接安裝系統(tǒng)的固位板。
【文檔編號】C09J5/06GK103594549SQ201310351534
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月13日
【發(fā)明者】M.施沃特費格, A.斯坦 申請人:德莎歐洲公司