[发明专利]UV能固化的密封剂

说明书

技术领域

本发明涉及基于丙烯酸类和/或甲基丙烯酸类嵌段共聚物的UV能固化的密封剂(encapsulant)组合物、由其制造的材料以及这些组合物在光伏电池中的用途。

背景技术

与由化石燃料释放的温室气体有关的全球变暖已经促使开发在其操作期间不放出这样的气体的替代能源解决方案，例如，太阳能电池模块(module)。太阳能电池模块包括“光伏电池”，该电池能够将光能转化为电。光伏(PV)电池被嵌入(encase)“密封剂”中，并且在经密封的电池的两侧安置上保护层和下保护层。密封剂必须完美地占据存在于光伏电池和保护层之间的空间的形状以避免空气的存在(其会限制太阳能电池模块的输出)。密封剂还必须防止电池与来自空气的水和氧气的接触，以限制其腐蚀。而且，密封剂必须在电池内提供最佳且耐久的对于太阳辐射而言的透明性以及良好的与保护层的粘附(adhesion)，并且必须在太阳能电池模块的整个寿命期间(其必须为至少20年)提供这。由于PV电池变得更薄，由密封剂产生的应力(特别是在低温下)需要是低的。所述密封剂的弹性模量因此需要尽可能低。

最普遍的解决方案是使用基于乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)的密封剂组合物，如JP 1019780中公开的。EVA具有良好的透明性性能。然而，其对保护层的粘附不令人满意并且必须向该密封剂组合物中加入偶联剂，所述偶联剂通常在有机硅烷或者钛酸酯之间选择。而且，EVA在太阳辐射下和在高温下分解，导致腐蚀光伏电池内部的乙酸释放。基于EVA的密封剂组合物倾向于随时间(迟早，in time)变黄，从而降低太阳能电池模块的产出(yield)。而且，EVA对聚光型光伏(CPV)器件中使用的透明塑料例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)具有差的粘附。

已经泛泛地提出(PCT/IL 2009/001064)使用光能固化的液体密封剂配方，其包括：至少一种丙烯酸类聚合物(定义为其链的至少50%由得自丙烯酸和/或甲基丙烯酸、其酯或酰胺的重复单元制得的聚合物)；至少一种不饱和单体和/或低聚物和至少一种光引发剂。该密封剂能够粘合(bonding)至透明的无定形表面，并且因此其适合于密封光伏电池，特别是用于CPV应用。

可商购得到的丙烯酸类(或甲基丙烯酸类)聚合物(例如由Lucite制造的Elvacite^TM)提供了对塑料特别是PMMA比较好的(reasonable)但是并不优异的粘附的密封剂。当这些聚合物具有大于0°C的玻璃化转变温度(Tg)时，需要大量的增塑剂以降低Tg和弹性模量。在使用期间增塑剂经历从化合物的迁移，并且在零度以下的温度下还可相分离，导致不期望的混浊(雾度，haze)。通常，与丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物相比，增塑剂(即使是脂族链型的)更易热分解。而且，所述聚合物具有有限的与不饱和单体的相容性并且因此倾向于在光固化期间混浊。

因此，需要开发具有改善的性能特别是在粘附性、透明性、低的玻璃化转变温度和耐久性方面具有改善的性能的用于光伏应用的新型密封剂材料。

发明内容

本发明的目标是提供用于光伏(PV)电池的改进的光能固化的液体密封剂，其具有如下优异品质：透明性；粘附，特别是对塑料表面例如PMMA或者聚碳酸酯的粘附；和在UV辐射下的抗老化性。

本发明的一个目的是提供液体密封剂组合物，其包括：

-丙烯酸类或甲基丙烯酸类嵌段共聚物，

-至少一种丙烯酸类或甲基丙烯酸类单体和/或低聚物，和

-至少一种光引发剂。

其中所述丙烯酸类或甲基丙烯酸类嵌段共聚物具有通式B-(A)n，其中：

-n为大于或等于1的自然数，

-B表示由能够通过自由基路线聚合的单体单元的序列构成的丙烯酸类或甲基丙烯酸类聚合物嵌段，其总体Tg小于0°C，其中嵌段B的平均摩尔质量优选大于1000g/mol，

-A为由能够通过自由基路线聚合的单体单元的序列构成的丙烯酸类或甲基丙烯酸类聚合物嵌段，其总体Tg大于0°C，其中各嵌段A的平均摩尔质量优选为1000g/mol～200000g/mol，

-嵌段B占该嵌段聚合物的至少50%和优选60%～95%w/w。

令人惊讶地，该密封剂组合物在通过UV固化、UV-可见光固化或者可见光固化时结合了如下优异性能：透明性(随着时间并且对于从环境温度到80°C的宽的温度范围，其保持恒定)；在UV辐射和热下的抗老化性；电绝缘-即使在潮湿环境下；水和氧气阻隔；弹性，即使在低温下；对推荐其在太阳能电池模块中使用的金属、玻璃、塑料和陶瓷的粘附性。