封装材料

摘要

本发明提供一种封装材料，包括80～99.5重量百分比(wt％)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；以及0.5～20重量百分比(wt％)的光致发光高分子；其中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与光致发光高分子均匀混合。上述封装材料可应用于封装太阳能电池，除了减少紫外线损害乙烯-醋酸乙烯酯共聚物外，还可提高太阳能电池的光利用率。

权利要求

1.一种封装材料，包括：

80～99.5重量％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；以及

0.5～20重量％的光致发光高分子；

其中，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与该光致发光高分子均匀混合；

其中该光致发光高分子的结构如下：

其中D为光致发光基团；

R1、R2、R3、R4各自独立，R1和R2为氢，且R3为氢或任选含有取代基的C1-6烷基，R4为任选含有取代基的C1-6亚烷基；

m为正整数1-5；以及

n为10～10,000，

其中，该光致发光基团为芘基、蒽基、萘基、黄酮基、香豆素基、苝基、上述基团的衍生物、或上述基团的组合。

2.根据权利要求1所述的封装材料，其中，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的数均分子量为

5000～100000。

3.根据权利要求1所述的封装材料，其中，该光致发光高分子的光致发光基团吸收波长小于400nm的紫外线，并发射波长大于400nm的可见光；其中该可见光是由荧光(Fluorescence)或磷光(Phosphorescence)所组成。

4.根据权利要求1所述的封装材料，其中，该光致发光高分子的数均分子量为5000～

100000。

5.根据权利要求1所述的封装材料，其中，该光致发光高分子的折射率为1.2～1.7。

6.根据权利要求1所述的封装材料，其中，该光致发光高分子的熔点为50℃～130℃。

7.根据权利要求1所述的封装材料，其中，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，乙烯单体与醋酸乙烯酯单体的摩尔比为60∶40～80∶20。

8.根据权利要求1所述的封装材料，其中还包括0.1～5重量％的添加剂。

9.根据权利要求8所述的封装材料，其中，该添加剂包括树脂促进剂、热稳定剂、或上述的组合。

10.根据权利要求9所述的封装材料，其中，该树脂促进剂包括过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷、1，1-二(叔丁基过氧基)-3，3，

5-三甲基环己烷、或上述的组合。

11.根据权利要求9所述的封装材料，其中，该热稳定剂包括二丁基羟基甲苯、癸二酸二(2，2，6，6-四丁基-4-哌啶基)酯、或上述的组合。

12.根据权利要求1所述的封装材料，其用于封装太阳能电池。

说明书

封装材料

技术领域

[0001] 本发明涉及封装材料，特别涉及该封装材料在太阳能电池的封装模块中的应用。

背景技术

[0002] 第一个太阳能电池于1954年由美国贝尔实验室(Bell Lab)所制造，用以提供偏远地区的通讯系统电源。不过其效率太低(只有6％)且成本太高(357美元/瓦)，因此缺乏商业价值。为克服低效率、高成本、及使用寿命短等缺点，多年来许多研究人员相继提出许多解决方案，但多无法完全解决相关问题。

[0003] 为了阻隔空气与水气对太阳能电池的影响，并降低环境对芯片的破坏，以增加其产业利用性，可采用封装模块。上述封装模块必需具有良好的耐UV性、耐热裂解、及快速固化等特性，以符合市场需求与应用。

[0004] 在1970年，美国NASA实验室采用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)树脂及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)树脂作为封装模块。EVA树脂具有低成本及高透明性等优点，因此已广泛应用于太阳能电池。但EVA树脂的耐UV性与耐热性不良，在使用一段时间后即劣化而无法继续保护太阳能电池。为解决上述问题，US 6093757、WO06093936、JP 2000183382、US 7368655、EA0001908、及US 5447576等专利提出解决方案。上述的解决方案主要着重于添加UV吸收剂以提高EVA树脂的耐UV性、添加热稳定剂以改善EVA树脂的耐热裂解性、和/或添加树脂促进剂如过氧化物使EVA树脂快速固化且不会形成光酸。上述方案虽可解决封装材料的问题，但仍无法进一步提升光转换效率。

[0005] 在JP2001007377中，进一步在玻璃基板外侧涂布一层荧光染料，以将紫外线转换为可见光。上述作法除了降低紫外线对封装材料的影响外，还可提升光转换效率。然而上述作法无法提升内层封装材料的耐热性，且制程复杂。另一方面，最外层的荧光染料层可能需要额外的封装材料保护，这将增加制程及相关成本。

[0006] 综上所述，目前亟需一种封装材料，除了具有较长的使用寿命外，还可将紫外线转换为可见光以提高太阳能电池的效率。

发明内容

[0007] 本发明提供一种封装材料，包括80重量百分比(wt％)至99.5重量百分比(wt％)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；以及0.5重量百分比(wt％)至20重量百分比(wt％)的光致发光高分子；其中乙烯-醋酸乙烯酯共聚物与光致发光高分子均匀混合；其中该光致发光高分子的结构如下：

[0008]

[0009] 其中，D为荧光基团；R1、R2、R3、R4各自独立，R1、R2、R3为氢或任选含有取代基的C1-6烷基，R4为任选含有取代基的C1-6亚烷基；m为1-5的正整数；n为10～10,000。

附图说明

[0010] 图1为本发明的一实施例中，太阳能电池封装模块的示意图。

[0011] 图2为本发明的一实施例中，末端含有芘基的光致发光高分子的激发发射图谱。

[0012] 图3为本发明的一实施例中，末端含有萘基的光致发光高分子的激发发射图谱。

[0013] 符号说明

[0014] 10～太阳能电池封装模块；

[0015] 11～封装材料；

[0016] 13、15～基板；

[0017] 17～太阳能电池。

[0018] 发明的具体实施方式

[0019] 本发明提供一种封装材料，包括80～99.5重量百分比(wt％)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，以及0.5～20重量百分比(wt％)的光致发光高分子。若EVA的重量比例过高(即光致发光高分子的重量比例过低)，则无法有效地将入射光中的紫外线转换为可见光。若EVA的重量比例过低(即光致发光高分子的重量比例过高)，不仅无法大幅增加紫外线的转换率，还会大幅提升成本。在本发明的一实施例中，EVA的数均分子量介于5000～100000之间，且EVA中的乙烯单体与醋酸乙烯酯单体的摩尔比介于60∶40～80∶20之间，优选的比例介于65∶35～75∶25。若乙烯单体的摩尔比例过高，则会降低EVA的透光性及接着性。若醋酸乙烯酯单体的摩尔比例过高，则会造成EVA的吸水性过高。

[0020] 上述光致发光高分子均匀混合于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，不会聚集成粒子或转移至混合物表面。为达成均匀混合的效果，光致发光高分子的结构如式1：

[0021]

[0022] 在式1中，D为光致发光基团；R1、R2、R3、R4各自独立，R1、R2、R3为氢或任选含有取代基的C1-6烷基，R4为任选含有取代基的C1-6亚烷基。m为1-5的正整数，且n为10～10,000。在式1中，D为光致发光基因，包括例如芘基(pyrene)、蒽基(anthracene)、萘基(naphthalene)、黄酮基(flavone)、香豆素基(coumarin)、苝基(perylene)、其它光致发光基团、上述基团的衍生物、或上述基团的组合。光致发光基团D的作用在于吸收太阳光中波长小于400nm的紫外线，并将其转换放出波长大于400nm的可见光如荧光或磷光。如此一来，当环境光照射封装材料时，除了减少紫外线对EVA的伤害以外，还可增加太阳能电池的转换效率。

[0023] 在式l中，光致发光高分子的末端为光致发光基团D，其骨架为聚内酯，其形成方法为开环聚合法。适用于本发明的单体可为己内酯(caprolactone)、戊内酯(valerolactone)、丁内酯(butyrolactone)、丙内酯(propionolactone)、乳酸(lactic acid-)、或乙内酯(acetolactone)，上述单体的碳数将决定m的大小，而上述单体的取代基将决定R1与R2的种类。上述开环聚合的催化剂可为辛酸亚锡(Sn(Oct)2)，且催化剂与内酯的重量比例将决定光致发光高分子的聚合度n(或分子量)。在本发明一实施例中，光致发光高分子之数均分子量(Mn)介于5,000至100,000之间。若光致发光高分子的数均分子量太高或太低，则无法均匀混合于EVA中。为了使封装材料具有较高的透光率及较低雾度，光致发光高分子的折射率介于1.2至1.7之间。为了使封装材料易于加工，上述光致发光高分子的熔点介于50℃至130℃之间。

[0024] 虽然上述封装材料中的光致发光高分子可减少紫外线对EVA的损害，但仍无法将紫外线完全转换为可见光。为了增加封装材料的寿命及改善封装制程的加工性，可进一步添加0.1～5重量百分比(wt％)的添加剂如树脂促进剂、热稳定剂、或上述的组合至封装材料中。树脂促进剂一般为过氧化物如过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷、1，1-二(叔丁基过氧基)-3，3，5-三甲基环己烷、或上述的组合。上述树脂促进剂在受热时可产生自由基使EVA交联，使原本热塑性的封装材料在封装后变为热固性。如此一来，封装后的封装材料将不会因热变性，可有效保护其封装的组件如太阳能电池不受空气或水气损伤。另一方面，上述热稳定剂如二丁基羟基甲苯、癸二酸二(2，2，6，6-四丁基-4-哌啶基)酯、或上述的组合可稳定EVA因受热或照射紫外线而断键所产生的自由基或光酸，避免这些自由基或光酸破坏太阳电池组件。

[0025] 在本发明一实施例中，将上述混合后的封装材料11形成于基板13及15后，将太阳能电池17置于两片基板13及15的封装材料11之间，加热压合即形成太阳能电池封装模块10，如图1所示。基板13可为透明材质如玻璃、塑料、或树脂。基板15可为反射式材质如金属。太阳能电池17可以是以硅基材为主的太阳能电池芯片。

[0026] 与公知的封装材料EVA相较，本发明含有光致发光高分子的混合物可将紫外线转换为可见光，不但可提升其封装的太阳能电池的光利用率，还能够减少紫外线损害EVA而增加组件寿命。另一方面，本发明将光致发光基团接枝至可与EVA均匀混合的聚内酯末端，而不是将光致发光小分子直接混掺于EVA中。经由实验证明，其它高分子如聚苯乙烯无法均匀混合于EVA中，这会增加混合物的雾度并降低混合物的透光度。此外，若将光致发光小分子直接混合在EVA中，由于光致发光小分子无法溶解于EVA树脂中只能藉由分散方式存在EVA树脂，将会使小分子聚集(aggregate)甚至转移(migrate)至混合物表面，反而劣化封装材料性质并降低组件寿命。

[0027] 为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，以下列举多个实施例并结合附图作详细说明如下。实施例

[0028] 实施例1

[0029] 取80、90、98、及99重量百分比(wt％)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(DupontD150，VA content：32％)分别与20、10、2、及1重量百分比(wt％)的聚己内酯(来源如制备例1B所示)以甲苯(Tedia，99％)作为溶剂进行混合，之后通过旋转涂布(Spin coating)在玻璃上制成薄膜后，分别测其雾度及透射率如表1所示。由表1可知，即使将聚己内酯的用量提升至10wt％，薄膜仍具有高透射率与低雾度，表示聚己内酯可有效分散在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中。

[0030] 表1

[0031]实施例1a 实施例1b 实施例1c 实施例1d
EVA重量比 99 98 90 80
PCL重量比 1 2 10 20
透射率(％) 91.29 91.81 91.74 91.14
雾度(％) 1.28 0.82 0.86 0.36

[0032] 比较例1

[0033] 取90、98、及99重量百分比(wt％)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(DupontD150)分别与10、2、及1重量百分比(wt％)的聚苯乙烯(Acros MW＝250000)进行混合，通过旋转涂布(spin coating)在玻璃上制成薄膜后，分别测其雾度及透射率如表2所示。由表2可知，当聚苯乙烯的用量提升至10wt％时，薄膜的雾度将大幅提高，表示聚苯乙烯无法有效分散在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中。

[0034] 对实施例1及比较例1进行比较可知，并非所有的高分子均能如聚内酯一般，可有效分散于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中。基于上述比较，本发明将采用聚内酯作为光致发光高分子的骨架，并进一步接枝光致发光基团。

[0035] 表2

[0036]比较例1a 比较例1b 比较例1c
EVA重量比 99 98 90
PS重量比 1 2 10
透射率(％) 91.27 91.02 91.55
雾度(％) 2.5 2.82 9.5

[0037] 制备例1A

[0038] 取0.09g的1-芘基丁醇(1-pyrenebutanol，Aldrich)、18g的己内酯(东京化成TCI纯度98％)及0.1g的辛酸亚锡(Aldrich)溶于20mL甲苯(Tedia，99％)中，加热至130℃进行开环聚合反应8小时如式2，即形成7g光致发光高分子(产率70％)，由GPC测得其数均分子量为8139，其熔点介于55℃至60℃之间，其折射率介于1.52至1.48之间，且其薄膜吸收光谱与以中心波长340nm为激发光源所得的荧光发射光谱如图2所示。

[0039]

[0040] 制备例1B

[0041] 取18g的己内酯(TCI)及0.1g的辛酸亚锡(Aldrich)溶于20mL甲苯中，加热至130℃进行开环聚合反应8小时即形成15g聚己内酯高分子(产率83％)，由GPC测得其数均分子量为8500，其熔点介于55℃至60℃之间。

[0042] 制备例2

[0043] 取0.1g的萘基衍生物(结构如式3中化合物B所示)、10g的己内酯及0.1g的辛酸亚锡溶于20mL甲苯中，加热至130℃进行开环聚合反应8小时如式3，即形成6.5g光致发光高分子(产率65％)，由GPC测得其数均分子量为7140，其熔点介于55℃至60℃之间，其折射率介于1.51至1.48之间，且其薄膜吸收光谱与以中心波长340nm为激发光源所得的荧光发射光谱如图3所示。

[0044]

[0045] 实施例2

[0046] 按照表3的重量百分比，分别取90、98、及99重量百分比(wt％)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Dupont D150)并分别与10、2及1重量百分比(wt％)制备例1A中式2的产物溶于甲苯进行混合后，旋转涂布(spin coating)在玻璃上制成薄膜，然后，分别测其雾度及透射率如表3所示。由表3可知，即使将制备例1A中式2的产物用量提升至10wt％，薄膜仍具有高透射率及低雾度，表示制备例1A中式2的产物可有效分散于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中。

[0047] 表3

[0048]比较例2a 比较例2b 比较例2c
EVA重量比 99 98 90
式2产物的重量比 1 2 10
透射率(％) 91.34 91.71 91.63
雾度(％) 0.81 0.81 0.51

[0049] 比较例2

[0050] 取90重量百分比(wt％)的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(Dupont D150)与10重量百分比(wt％)的3-羟基黄酮(Aldrich 3-Hydroxyflavone)进行混合，旋转涂布(spin coating)在玻璃上制成薄膜后，分别测其雾度及透射率如表4所示。由表3(实施例2c)与表4(比较例2)可知，即使3-羟基黄酮与式2产物的用量相同，小分子的3-羟基黄酮仍无法如式2中的产物一样有效分散于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物之中。如此一来，含有荧光小分子的薄膜将会大幅雾化而不适用于封装太阳能电池。

[0051] 表4

[0052]比较例2
EVA重量比 90
3-羟基黄铜重量比 10
透射率(％) 91.25
雾度(％) 4

[0053] 实施例3(太阳电池用封装膜制备与模块封装)

[0054] 取EVA树脂胶粒90克与光致发光高分子10克(如式2)先以单螺杆混炼机(明星金属株式会社，L/D比20)在80℃下进行共混，之后取50公克经过混合的树脂以压合机进行压合成膜，得到200mm×200mm×0.65mm的封装膜。另外取EVA封装膜(购自日本三井)及实验室自行调配的MCLA2D作为比较的封装膜，其厚度均为0.6mm～1mm。MCLA2D的组成中含有100g的EVA(购自Dupont)与3.95g的树脂促进剂，且树脂促进剂包含0.6g的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(购自Acros)、0.6g的癸二酸二(2，2，6，6-四丁基-4-哌啶)酯(购自Acros)、0.8g的2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧基)己烷(购自ACROS)、及1.95g的三烯丙基异氰酸酯(购自Acros)。

[0055] 取上述封装材料(如图1的11)形成于基板(如图1的13及15)上后，将太阳能电池模块(如图1的17)置于真空压合装置中加热压合，以完成封装结构模块。将上述封装后的太阳能电池模块将其进行电路测量，测量其组件性能如表5所示。

[0056] 表5

[0057]

[0058] 由表5可知，混合EVA的光致发光高分子除了可增加其透光度以外，还可进一步提升光转换效率。

[0059] 虽然本发明已将数个优选实施例揭露如上，但这些实施例并非用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，均可作任意更动与润饰，因此本发明的保护范围应以所附的权利要求书界定的范围为准。