[发明专利]用于检测聚合物中的交联的方法和装置

说明书

技术领域

本申请要求2010年9月15日提交的第61/383,021号美国临时专利申请系列的优先权，其全部内容通过引用合并到本文中。

背景技术

太阳能到电能的直接转化能够提供实际上无限资源的清洁能源。通过几年的研究，已经改进了由半导体材料制造的太阳能电池并且通常将其成列组装以形成用于获得太阳能并且将太阳能转化成电能的光电模块。传统的光电模块通常包括包含有至少一个包封层的材料的堆叠。添加包封层以保护光电模块免受环境影响并且提供模块的电绝缘。在包封层中使用的通常用作“密封剂”的常规材料的一个实例是乙烯醋酸乙烯酯(EVA)共聚物。

层叠过程是光电模块制造过程中的重要步骤，在层叠过程期间，硅电池与一个或更多个包封层层叠并且以在装运之前的最后形式封装。在示例性的常规层叠过程期间，EVA被施加到光电模块并且EVA固化以促进交联以防止包封层由于温度或应力而蠕变。由于EVA的交联反应是不可逆的，因此，即使在层叠/固化过程中不发生故障，电池回收也是不可能的。因此，要非常小心以确保恰当地设置层叠条件，以确保连续地制造满足国际认证标准的可靠并且耐用的模块。

不适当层叠的模块通常可以产生导致模块性能的过早损坏和不可避免的损失的缺陷。例如，不完全固化的密封剂保持其热塑性状态，导致在暴露于太阳热时的流动或蠕变。过度流动可能导致密封剂的机械故障，使太阳能电池暴露于室外环境，这能够导致漏电、电池或互连裂化以及腐蚀。此外，密封剂中的弱粘合或气泡可以导致太阳能模块的光学损失。另一方面，完全固化的EVA不再流动，提供对蠕变的优异的抵抗力，并且确保了模块内部的密封剂的适当接合。

EVA中的固化水平与层叠过程期间发生的聚合物交联度有关。通常用于检测EVA的交联度的两种常规方法包括“凝胶分数”测试和“蠕变”测试。遗憾地，两种技术都包含对模块的破坏。在凝胶含量测试的情况下，需要两天以及湿化学实验室能力来完成该过程。用于评估聚合物交联的另一方法包括由BP Solar开发的差示扫描量热(DSC)技术。但是，该技术提供有限的分辨率并且还未被广泛应用。DSC技术的另一限制是它依靠样品的热史知识(即，它是否提前被固化以及在升高的温度处的时间量)。此外，该技术也要求光电模块的破坏以获得测试所需要的材料。

发明内容

发明人已经认识到并且意识到需要一种用于确定光电模块中密封剂固化的水平以评估这样的模块层叠后的品质改进的测量技术。一般地说，发明人已经认识到用于确定聚合物材料中的交联度的非破坏技术的各种优点，特别是在这些材料在原位连同所使用的器件的其它材料和/或部件一起执行相关功能性的情况下。

鉴于上述，本文中讨论的各种发明实施方案涉及用于确定聚合物材料中的交联度的改进的方法和装置。在各个方面，聚合物材料可以是“独立的”聚合物样品或者单独使用或与其它材料一起使用作为装置的一部分的聚合物样品(例如，作为层或层叠体)。在示例性实施方案中，观察并测量响应于聚合物样品的物理变形的聚合物样品的弛豫或恢复过程，并且将与弛豫或恢复过程相关的信息和与聚合物的交联有关的参考信息进行比较。以这种方式，可以评估聚合物样品中的交联度。另一方面，可以执行这样的评估，而未不利地影响聚合物材料的相关功能性(例如，未破坏聚合物材料和/或使用聚合物材料的装置)。

在一个示例性实施方案中，聚合物样品至少构成用于光电模块的包封层的一部分，并且可以评估包封层的交联度而未不利地影响光电模块的性能或破坏光电模块。一方面，可以在原位或与用于光电模块的层叠过程“一致地”执行这样的评估，在光电模块的层叠过程期间，将密封剂施加到模块、固化并且测试固化的完整性(即，聚合物材料的交联度)。替代地，这样的评估也可以引入到在层合机内部或作为层合机的一部分。如上所述，在包含光电模块的示例性实施中，通过EVA给出根据本文所公开的发明方法和装置可以确定交联度的聚合物材料的一个实例。

总之，本发明的一个实施方案涉及用于检测聚合物样品中的交联的方法，该方法包括：A)使用测试仪使聚合物样品物理变形；B)获取与聚合物样品响应于A)的弛豫或恢复有关的样品信息；以及C)将样品信息和与交联有关的参考信息进行比较，以确定聚合物样品中的交联度。

另一实施方案涉及包括测试仪和处理器的用于检测聚合物样品中的交联的装置。测试仪至少包括第一部件和第二部件。第一部件使聚合物物理变形。第二部件获得由于第一部件的变形而引起的关于聚合物的物理响应的样品信息。处理器将来自第二部件的样品信息和与聚合物中的交联有关的参考信息进行比较。样品信息与参考信息之间的比较确定了聚合物中呈现的交联度。