Патент на изобретение №2176424

(54) СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ФОТОЭЛЕМЕНТОВ АКРИЛОВОЙ ФОТОПОЛИМЕРНОЙ КОМПОЗИЦИЕЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к устройствам, преобразующим солнечное излучение в электрическую энергию при помощи кремниевых фотоэлементов. Технический результат изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик солнечных модулей: срока службы, надежности, устойчивости к старению под воздействием атмосферы и солнечного излучения. Сущность: проводят герметизацию фотоэлементов жидкой полимерной композицией, отверждающейся под действием двустороннего источника УФ-излучения, которая заливается в объем, сформированный между двумя листами стекла или листом стекла и листом прозрачной полимерной пленки с находящими между ними фотоэлементами, соединенными друг с другом проводниками. В состав фотополимерной композиции входит метилакрилат, диметакриловый эфир этиленгликоля, бутилакрилат, фотоинициатор 2,2-азо-бис-изобутиронитрил, термостабилизатор – смесь 2,6-ди-трет-октил-4-метилфенола и додецилсульфида, фотостабилизатор при определенном соотношении компонентов.

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к устройствам – солнечным модулям, преобразующим солнечное излучение в электрический ток постоянного напряжения.

Проблема производства солнечных модулей состоит в создании пакета фотоэлементов, соединенных друг с другом проводниками и герметизированных между двумя защитными пластинами. Материал, используемый для герметизации, должен быть прозрачным, устойчивым к атмосферным воздействиям и солнечному излучению.

В производстве солнечных модулей известен способ герметизации фотоэлементов с помощью этиленвинилацетатного (ЭВА) сополимера, используемого в виде пленки. При этом фотоэлементы, соединенные друг с другом проводниками, размещают между двумя слоями ЭВА пленки на жесткой подложке из силикатного стекла и закрывают защитной пленкой. При нагревании до 160-180^oC происходит размягчение ЭВА пленки и склеивание солнечных элементов с передним и задним покрытием при помощи небольшого давления [1].

Известен способ герметизации солнечного модуля с помощью термопластичной смолы, используемой в виде порошка, который наносится на нижнюю и боковые стороны фотоэлементов, а также на электрические соединения элементов, расположенных между двумя жесткими слоями, один из которых выполнен прозрачным. При нагревании происходит склейка элементов и жестких слоев [2].

Недостатком обоих способов является использование высокотемпературного нагрева, при помощи которого происходит герметизация и который может привести к обрыву цепи элементов и снижению надежности модуля, его устойчивости к старению.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ герметизации фотоэлементов с помощью жидкой смолы акрилового предполимера на основе смеси алкилакрилата, алкилметакрилата и метилакрилата с примесью аренсульфоната ванадия следующего состава:
1) 10-50 мас.% долей алкилакрилата, где алкил – радикал содержит от 4 до 12 атомов углерода,
2) 30-60 мас.% долей производного алкилметакрилата, где алкил – радикал содержит от 1 до 5 атомов углерода,
3) 10-40 мас.% долей производного метилакрилата,
4) 0,1-4 мас.% долей арсенсульфоната ванадия,
5) 0,5-4 мас.% долей свободно-радикального инициатора, вызывающего полимеризацию смолы.

Смола приведенного выше состава, заливается в объем между поддерживающей и защитной пластиной. В течение 1 – 24 ч при 10-70^oC происходит свободно-радикальная полимеризация смолы и герметизация фотоэлементов. Материал, полученный в процессе полимеризации, имеет плотность 1,10 – 1,12 при 20^oC, показатель преломления 1,47 – 1,48 и твердость по Шору между 20 и 3 [3].

Предложенный способ герметизации не может быть использован из-за недостаточной устойчивости полученного материала, к воздействию солнечного излучения.

Предлагается способ герметизации множества фотоэлементов, связанных между собой соединительными проводниками, включающий регулировку положения фотоэлементов в объеме между поддерживающей пластиной и второй защитной пластиной, отличающийся тем, что полученный объем заполняется жидкой полимерной композицией, содержащей в своем составе метилакрилат, диметакриловый эфир этиленгликоля, бутилакрилат, 2,2-азо-бис-изобутиронитрил, термостабилизатор смесь 2,6-ди-трет-октил-4-метилфенола, и додецилсульфида и фотостабилизатор с соотношением компонентов в мас.%:
Метилакрилат – 69,9 – 87,78
Диметакриловый эфир этиленгликоля – 8,0 – 24,0
Бутилакрилат – 4,0 – 6,0
2,2-азо-бис-изоБутиронитрил – 0,01 – 0,03
2,6-ди-трет-Октил-4-метилфенол – 0,01 – 0,03
Додецилсульфид – 0,03 – 0,08
2-(2′-Гидрокси-5’метилфенил)бензотриазол – 0,01 – 0,1
объем формируется между двух прозрачных пластин из силикатного стекла или одной пластины из силикатного стекла, а второй из другого прозрачного материала или прозрачной полимерной пленки,
композицию берут в количестве больше необходимого для последующего удаления вместе с воздухом,
композиция отверждается под воздействием двустороннего источника УФ-излучения в течение 10-30 мин при 10-35^oC.

Предложенный состав фотополимерной композиции позволяет получить атмосферо- и светостойкий полимер за счет введения в состав термостабилизирующей и светостабилизирующей добавки.

Основными отличительными признаками предлагаемого способа герметизации фотоэлементов являются:
– использование жидкой фотополимерной композиции, отверждающейся с помощью двустороннего источника УФ-излучения,
– использование акриловой фотополимерной композиции, содержащей в своем составе метилакрилат, диметакриловый эфир этиленгликоля, бутилакрилат, фотоинициатор, термостабилизатор, фотостабилизатор при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Метилакрилат – 69,9 – 87,78
Диметакриловый эфир этиленгликоля – 8,0 – 24,0
Бутилакрилат – 4,0 – 6,0
2,2-азо-бис-изоБутиронитрил – 0,01 – 0,03
2,6-ди-трет-Октил-4-метилфенол – 0,01 – 0,03
Додецилсульфид – 0,03 – 0,08
2-(2′-Гидрокси-5’метилфенил)бензотриазол – 0,01 – 0,1,
– использование в составе композиции термостабилизатора и фотостабилизатора, повышающих атмосферо- и светостойкость полимерного материала,
– использование для создания объема пластин, изготовленных из прозрачного материала,
– использование способа заливки, предусматривающего заливку фотополимерной композиции в количестве, большем, чем необходимо, с последующим удалением лишнего количества вместе с воздушными пузырями.

Способ герметизации фотоэлементов с помощью акриловой фотополимерной композиции предусматривает проведение нескольких технологических операций:
1) приготовление фотополимерной композиции. Процесс проводят в реакторе, смешивая исходные вещества при 50^oC в течение 30 мин. Затем полученную композицию фильтруют через металлокерамический фильтр с размером пор 10 мкм, дезаэрируют 5-6 часов. Полученный раствор можно хранить при 15-25^oC в течение 6 месяцев;
2) формирование объема, в который заливается фотополимерная композиция. Процесс предусматривает позиционирование фотоэлементов, соединенных друг с другом проводниками, между пластинами из силикатного стекла толщиной 1-10 мм или стеклянной пластиной и второй защитной пластиной, выполненной из прозрачного материала, например полиметакрилата, или стеклянной пластиной и прозрачной защитной пластиной;
3) заливка фотополимерной композиции в образованный пластинами объем предусматривает деаэрацию композиции путем заливки в одно из отверстий композиции больше необходимого количества и удаления через второе отверстие композиции, смешанной с воздухом;
4) отверждение жидкой фотополимерной композиции с использованием двухстороннего источника УФ-излучения в течение 10-30 мин при 10-35^oC;
5) проведение вышеуказанных процессов позволяет получить пакет фотоэлементов, герметизированный прозрачным материалом толщиной 1-3 мм, устойчивым к старению при атмосферных воздействиях и солнечном излучении.

Источники информации
1. Technical Digest of the International PVSEC-9, Miyazaki, Japan, 1996.

2. Заявка N 2456392, Франция, МКИ³ H 01 L 31/18, 31/02, БИ N 2, опубл. 1981 г.

3. Патент N 4549033, США, МКИ⁴ H 01 L 31/04, B 29 C 6/00, опубл. 1985 г.

Формула изобретения

Способ герметизации множества фотоэлементов, связанных между собой соединительными проводниками, включающий регулировку положения фотоэлементов в объеме между поддерживающей пластиной и второй защитной пластиной, отличающийся тем, что полученный объем заполняют жидкой полимерной композицией, содержащей в своем составе метилакрилат, диметакриловый эфир этиленгликоля, бутилакрилат, 2,2-азо-бис-изобутиронитрил, термостабилизатор – смесь 2,6-ди-трет-октил-4-метилфенола и додецилсульфида и фотостабилизатор беназол II с соотношением компонентов, мас.%:
Метилакрилат – 69,9 – 87,78
Диметакриловый эфир этиленгликоля – 8,0 – 24,0
Бутилакрилат – 4,0 – 6,0
2,2-азо-бис-изоБутиронитрил – 0,01 – 0,03
2,6-ди-трет-Октил-4-метилфенол – 0,01 – 0,03
Додецилсульфид – 0,03 – 0,08
2-(2′-Гидрокси-5′-метилфенил)бензотриазол – 0,01 – 0,1,
объем формируется между двумя прозрачными пластинами из силикатного стекла или одной пластины из силикатного стекла, а второй – из другого прозрачного материала или прозрачной полимерной пленки, композицию берут в количестве больше необходимого для последующего удаления вместе с воздухом, композиция отверждается под воздействием двустороннего источника УФ-излучения в течение 10-30 мин при 10-35^oС.