[发明专利]光伏电池的封装方法以及经封装的光伏电池

说明书

本发明涉及光伏太阳能电池组件的制造和构造领域，且更特别地涉及光伏太阳能电池的互连多电池阵列的封装，且其涵盖光伏电池的封装方法、由其获得的光伏电池器件以及用于其的封装组合物。

用于将来自太阳的辐射能直接转化成电能的光伏太阳能电池是公知的。

如Hanoka在美国专利5478402中所述的，具有30年或更长的有效工作寿命的光伏太阳能电池组件已经是众所周知的工业目标。关注地选择在构造组件中所用的材料以提供足够的对于来自碰撞以及物理和热冲击的破坏的耐受性，使由电池接收的太阳辐射的量最大化，避免短路和漏电等，和另外使由环境因素如湿度、温度和紫外线阳光诱发的化学反应的劣化最小化。此外，必须以商业上可接受的成本实现三十年的使用寿命目标。

由于各种原因(包括制造和组装的便利、成本控制、以及单独电池及它们的互连的保护)，以层叠结构的形式提供组件已成为一般惯例。这些层叠组件由前保护板和背保护板构成，其中至少所述前板由透明玻璃或者可透过太阳辐射的适宜的塑料材料制成且所述背板由与前板相同或不同的材料制成。将太阳能电池以及封装太阳能电池且还与前板和背板结合的聚合物材料设置于前板和背板之间以形成夹层结构布置。设计所述层叠的夹层结构型组件以机械支撑易碎的硅电池并保护所述电池免受环境劣化。

在改善太阳能电池组件的使用寿命中的特别限制因素是用于封装电池的聚合物材料。长久以来，封装剂在温度和辐射的影响下降解的倾向已经被看作是关键问题。因此，出于提高太阳能组件的使用寿命的考虑，在本发明之前，许多材料被考虑用作封装剂。例如，在1983年的题为“Solar Collectors”的报告中，B.Baum和M.Binette对相对大量的可商购的透明聚合物材料进行了调查和列表，所述报告由Springborn Laboratories of Enfield，Conn.发布且描述了在Government Contract AC04-78CS35359下进行的研究。该报告中所评论的聚合物涵盖了在物理性质和化学方面的巨大变化。在该报告提及的聚合物材料中有乙烯乙酸乙烯酯共聚物(通称为“EVA”)和离聚物。作为该研究的结果，选择二十(20)种透明聚合物以用于作为封装剂和/或釉的可能应用，且在这些中，推荐EVA作为最佳封装剂。在选择以用于可能应用的所述二十种聚合物中不包括离聚物。

在题为“Investigation of Materials and Processes for Solar Cell Encapsulation”的第二篇Springborn Laboratories报告中，四种聚合物材料被确定为优于所研究的用作在太阳能电池组件中的封装剂的所有其它材料，该报告在JPL Contract954527S/L Project6072.1下于1986年8月公布且由Paul B.Willis报道。由所述研究者选择的四种材料是乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸甲酯(EMA)、丙烯酸丁酯糖浆(syrup)和脂族氨基甲酸酯化学聚合物。但是，在该报告中EVA被确定为提供可加工性、性能以及低成本的最佳组合的材料。

根据Hanoka(在前)，作为研究(例如由第二篇Springborn报告所反映的研究)的结果，EVA作为用于太阳能电池组件的封装剂已经得到广泛的商业认可。不幸地，已经发现EVA是不太理想的太阳能电池封装材料。例如，与使用EVA作为封装剂有关的公知问题是EVA在强烈日光下发生渐进的变暗。该变色可导致，在暴露于环境仅四年或更多年后，太阳能组件的功率输出的大于30%的损失。该现象被以下文件良好地证明。Applied Sciences Branch，National Renewal Energy Laboratory，Golden，Colo.的F.J.Pern和A.W.Czanderna，题为“Characterization of Ethylene Vinyl Acetate(EVA)Encapsulation:Effects of thermal processing and weathering degradation on its discoloration”，Solar Energy Materials and Solar Cells25(1992)3-23North-Holland，Elsevier Science Publishers。

所述变色(其经常是黄-褐色变色)由在紫外光影响下的EVA化学降解导致。随着EVA的分解，其释放乙酸，所述乙酸又在EVA中像催化剂一样作用以导致进一步的降解。还已经发现，EVA的降解可经由热和/或氧气的存在进一步加速。