CN105122464B - 含两个封装膜的电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种电子装置包括与光接收和透射膜直接接触的第一封装膜，以及与背板直接接触的第二封装膜。所述第一封装膜的零剪切粘度大于所述第二封装膜的零剪切粘度。所述电子装置的背板含有的凸块少于具有零剪切粘度小于或等于所述第二封装膜的零剪切粘度的第一封装膜的类似电子装置的背板。

Description

含两个封装膜的电子装置
技术领域
本发明涉及封装膜及含有封装膜的电气装置。在一个方面，本发明涉及为有源太阳电池提供电绝缘和环境保护的封装膜，而在另一方面，本发明涉及一种具有粘度不同的至少两个封装物层的电气装置。
背景技术
封装膜为用于电子装置中的电气部件，如用于PV模块中的太阳能电池提供绝缘和环境保护。封装物可以充当电子装置的外壳或完全包围所述装置。
在基于硅的典型光伏(PV)模块的构造中，存在正面玻璃层，随后是正面封装物、太阳能电池、背面封装物，并且最后是背板。这些层在高温下层合，产生太阳能模块。
当前用于太阳能模块背板中的聚合材料在暴露于使太阳能模块层适当层合所需的高温时往往会收缩。背板的收缩向前传递到太阳能模块的其它层，使得太阳能模块内的个别PV电池被更近地拉在一起并且使连接个别电池的焊带(ribbon)卷曲，或向后弯曲而抵靠背板。
因此，背板在层合期间发生移位。层合之后，在太阳能模块的背面中存在可见的凸块，使模块的总体审美诉求降低。太阳能模块也可能由于在层合期间所经历的PV电池的移动和焊带卷曲而无法适当地工作。
值得关注的是防止由收缩引起的从太阳能模块的背板到其余单元的移动传递的封装膜。
发明内容
在一个实施例中，本发明是一种电子装置，所述电子装置包括与光接收和透射膜直接接触的第一封装膜，以及与背板直接接触的第二封装膜。所述第一封装膜的零剪切粘度大于所述第二封装膜的零剪切粘度。所述电子装置的背板含有的凸块少于具有零剪切粘度小于或等于所述第二封装膜的零剪切粘度的第一封装膜的可比电子装置的背板。所述第一封装膜的零剪切粘度是在所述第二封装膜的剪切粘度的700到10,000Pa·s内。
在另一个实施例中，本发明是一种电子装置，所述电子装置依序包括：(i)光接收和透射膜、(ii)第一封装膜、(iii)至少一个光伏电池、(iv)第二封装膜及(v)背板。所述第一封装膜与所述光接收和透射膜直接接触，所述第二封装膜与所述背板直接接触，并且所述至少一个光伏电池与所述第一和第二封装膜直接接触。所述第一封装膜的零剪切粘度大于所述第二封装膜的零剪切粘度。所述第一封装膜的零剪切粘度是在所述第二封装膜的剪切粘度的700到10,000Pa·s内。
在另一个实施例中，本发明是一种用于减少电子装置中的凸块的方法，所述方法包括选择具有第一零剪切粘度的第一封装膜，及选择具有第二零剪切粘度的第二封装膜，由此使所述第一零剪切粘度在所述第二零剪切粘度的700到10,000Pa·s内。所述第一封装膜的零剪切粘度是在所述第二封装膜的剪切粘度的700到10,000Pa·s内。
具体实施方式
定义
除非作相反陈述、上下文暗示或在本领域中惯用，否则所有份数和百分比都以重量计。出于美国专利实务的目的，参考的任何专利、专利申请或出版物的内容都以全文引用的方式并入(或其等效美国版本如此以引用的方式并入)，尤其是在本领域中的定义(就与本发明具体提供的任何定义不存在不一致来说)和常识的揭示内容方面。
除非另外指明，否则本发明中的数值范围是近似值，并且因此可以包括在所述范围之外的值。数值范围包括以一个单位递增的下限值与上限值间的所有值并且包括下限值和上限值在内，条件是任何较低值和任何较高值之间存在至少两个单位的间隔。举例来说，如果组成特性、物理特性或其它特性(如分子量等)是从100到1,000，那么明确列举全部个别值(如100、101、102等)和子范围(如100到144、155到170、197到200等)。对于含有小于一的值或含有大于一的分数(例如1.1、1.5等)的范围，一个单位按需要被视为0.0001、0.001、0.01或0.1。对于含有小于十的个位数的范围(例如1到5)，一个单位典型地被认为是0.1。这些只是特别预期的实例，并且在所列举的最低值与最高值之间数值的所有可能组合都将被视为明确地陈述于本发明中。本发明内尤其提供了有关组合物的熔融指数和粘度的数值范围。
术语“共混物”、“聚合物共混物”和类似术语意思指由两种或更多种聚合物构成的组合物。此类共混物可以是或可以不是可混溶的。此类共混物可以是或可以不是相分离的。如由透射电子光谱法、光散射、x射线散射和本领域中已知的任何其它方法测定，此类共混物可以含有或可以不含一种或多种域配置。
如本文所使用，术语“凸块”是指光伏模块的背板在层合之后发生的可辨别的移位。凸块典型地是背板在层合期间收缩穿过背面封装物层并且到达个别太阳能电池时所传递的移动的结果。太阳能电池移动得更接近在一起，使得连接焊带卷曲并向外推而抵靠背板。因此，在层合之后，凸块将保留在背板中。凸块可以在利用或不利用辅助(例如显微镜检查)的情况下用人眼明显地辨别，或使用仪器(例如测量装置)检测。
术语“可比电子装置”是指包括与供比较的电子装置基本上相同的组成的电子装置，不过第一或第二封装膜中的至少一个的零剪切粘度不同于供比较的电子装置。
术语“组合物”、“配制物”和类似术语意思指由两种或更多种组分构成的混合物或共混物。在用于制造制品的材料的混合物或共混物的情况下，所述组合物包括所述混合物中的所有组分，例如聚合物、催化剂及任何其它添加剂或试剂，如固化催化剂、抗氧化剂、阻燃剂等。
无论是否具体揭示，术语“包含”、“包括”、“具有”以及类似术语并不打算排除任何额外组分、步骤或程序的存在。为了避免任何疑问，除非作相反陈述，否则通过使用术语“包含”来要求的所有方法可以包括一个或多个额外步骤、设备零件或组成部分，和/或材料。相比之下，术语“主要由……组成”从任何随后陈述的范围排除任何其它组分、步骤或程序，对可操作性并非必不可少的那些除外。术语“由……组成”不包括没有具体描述或列出的任何组分、步骤或程序。除非另外说明，否则术语“或”是指单独列出以及以任何组合形式列出的成员。
术语“直接接触”是两个部件彼此物理接触并且在这两个接触的部件的至少一部分之间没有***层和/或没有***材料的一种配置。
术语“玻璃”是指一种坚硬、易脆的透明固体，如用于窗户、瓶子或护目镜的固体，包括但不限于，纯二氧化硅(SiO2)、碱石灰玻璃、硼硅酸盐玻璃、糖玻璃、云母片(白云母(Muscovy-glass))或氮氧化铝。
术语“乙烯/α-烯烃互聚物”是指包含较大重量百分比(即，超过50摩尔％)的聚合乙烯单体(以可聚合单体的总重量计)及至少一种α-烯烃的互聚物。
如本文所使用，术语“基于乙烯的聚合物”是指包含较大重量百分比(即，超过50摩尔％)的聚合乙烯单体(以可聚合单体的总重量计)并且任选地可以包含至少一种聚合的共聚单体的聚合物。
术语“互聚物”意思指由至少两种不同类型的单体聚合而制备的聚合物。这一通用术语包括共聚物(通常用于指由两种不同类型的单体制备的聚合物)，以及由两种以上不同类型的单体制备的聚合物，例如三元共聚物、四元共聚物等。
术语“聚合物”意思指通过使单体(无论单体类型相同还是不同)聚合来制备的聚合化合物。通用术语聚合物因此包含术语均聚物(通常用于指仅由一种类型单体制备的聚合物)及下文所定义的术语互聚物。
术语“热塑性塑料”是指这样一种材料，所述材料是当加热时可以反复地软化并变得可流动，而当冷却到室温时恢复到坚硬状态的线性或分支聚合物。热塑性塑料在加热到软化状态时，可以模制或挤出成具有任何预定形状的物品。
接枝树脂组合物
在一个实施例中，提供了硅烷接枝的乙烯互聚物。乙烯互聚物一般是已知并且可获得的。用于膜中的适合乙烯互聚物具有相对较低的密度和模量，以及良好的光学和电绝缘特性。
优选乙烯互聚物是乙烯/α-烯烃互聚物。互聚物中的α-烯烃优选是C3-20直链、分支链或环状α-烯烃。适合C3-20α烯烃的一些非限制性实例包括丙烯、1-丁烯、4-甲基-1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、1-癸烯、1-十二碳烯、1-十四碳烯、1-十六碳烯、1-十八碳烯、3-环己基-1-丙烯(烯丙基环己烷)及乙烯基环己烷。
在一些实施例中，可以使用一些环状烯烃，如降冰片烯和相关烯烃代替上文所列的α-烯烃中的一些或全部，并且出于所描述的乙烯/α-烯烃互聚物的目的，被认为包括在α-烯烃的定义内。类似地，出于本发明接枝树脂组合物的目的，苯乙烯和相关烯烃(例如α-甲基苯乙烯等)也被视为α-烯烃。然而，丙烯酸和甲基丙烯酸及其对应的离聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯及乙酸乙烯酯不被视为如本文所使用的α-烯烃。
可用于接枝树脂组合物中的乙烯/α-烯烃互聚物的一些非限制性实例包括乙烯/丙烯、乙烯/丁烯、乙烯/1-己烯、乙烯/1-辛烯、乙烯/苯乙烯、乙烯/丙烯/1-辛烯、乙烯/丙烯/丁烯、乙烯/丁烯/1-辛烯及乙烯/丁烯/苯乙烯。乙烯/α-烯烃互聚物可以是无规或嵌段互聚物。
优选地，所述乙烯互聚物是以所述互聚物中的共聚单体计α-烯烃含量为至少约1摩尔％(mole％)，优选为至少约4摩尔％，更优选为至少约5摩尔％并且甚至更优选为至少约10摩尔％的乙烯/α-烯烃互聚物。在大部分实施例中，乙烯/α-烯烃互聚物的α-烯烃含量低于约30摩尔％，更优选低于约20摩尔％并且甚至更优选低于约15摩尔％。
优选将较低密度的乙烯互聚物用于本发明接枝树脂组合物中。较低密度的乙烯互聚物可以通过控制互聚物中α-烯烃的含量来获得。α-烯烃含量可以通过13C NMR光谱法测量。一般来说，互聚物中α-烯烃含量越大，则密度和结晶度越低。较低的密度和较低的结晶度使得用于电子装置或模块中的膜层具有更理想的物理和化学特性。
适用于接枝树脂组合物中的乙烯互聚物典型地具有小于或等于约0.905g/cc，优选小于约0.90g/cc，优选小于0.89g/cc，更优选小于约0.885g/cc并且甚至更优选小于约0.88g/cc的密度。乙烯互聚物的密度一般大于约0.85g/cc，并且更优选大于约0.86g/cc。密度是根据ASTM-D 792-03方法B在异丙醇中测量。
优选地，乙烯互聚物具有大于约30，优选大于约40，更优选大于约50，甚至更优选大于约80并且最优选大于约90的短链分支分布指数(short chain branch distributionindex，SCBDI)或组成分布分支指数(composition distribution branch index，CDBI)。如本文所使用，SCBDI和CDBI定义为共聚单体含量在中值总摩尔共聚单体含量的50％内的聚合物分子的重量百分比(wt％)。
优选乙烯互聚物具有低结晶度、低浊度，以及较高的可见光和紫外光透射率。低模量乙烯互聚物是柔性的并且特别适用于本发明的膜和电子装置中，因为其在应力下提供稳定性并且在经受应力或收缩时不太易于开裂。
用于接枝树脂组合物中的乙烯互聚物的2％正割模量低于约200MPa，优选低于约150MPa，更优选低于约120MPa并且甚至更优选低于约100MPa。
可用于接枝树脂组合物中的乙烯互聚物的熔点典型地低于约110℃，优选低于约105℃，更优选低于约100℃，甚至更优选低于约95℃并且再更优选低于约90℃。也可以使用具有不同熔点的乙烯互聚物的共混物。具有低熔点的乙烯互聚物或乙烯互聚物的共混物通常展现出可用于制造电子装置和模块的理想柔性和热塑性。
用于接枝树脂组合物中的乙烯互聚物的玻璃化转变温度(Tg)低于约-30℃，典型地低于约-35℃，优选低于约-40℃，更优选低于约-45℃并且甚至更优选低于约-50℃。此外，如根据ASTM D-0138(190℃/2.16kg)所测量，乙烯互聚物还具有低于约100g/10min，优选低于约75g/10min，更优选至少低于约50g/10min，甚至更优选低于约35g/10min并且甚至更优选低于20g/10min的熔融指数(MI)。在最低限度上，所述互聚物的MI是约1g/10min，优选是约5g/10min并且甚至更优选是约10g/10min。
在优选实施例中，乙烯互聚物是一种热塑性乙烯互聚物。
可用于本发明接枝树脂组合物中的乙烯互聚物典型地是在限制几何构型催化剂、茂金属催化剂或后茂金属催化剂存在下制备的。此类单位点催化剂技术一般是已知的。用于制备本发明的乙烯互聚物的一些非限制性适合催化剂包括通过氧原子与过渡金属(Ti、Zr及Hf)配位的双-(联苯苯酚)配位体，如例如使用络合物[2,2”'-[1,3-丙二基双(氧基-kO)]双[3",5,5"-三(1,1-二甲基乙基)-5'-甲基[1,1':3',1"-联三苯]-2'-根基-kO]]二甲基。
用于接枝树脂组合物中的乙烯互聚物的具体实例包括极低密度聚乙烯(VLDPE)；均相分支、线性乙烯/α-烯烃互聚物；及均相分支、实质上呈线性的乙烯/α-烯烃聚合物(例如塑性体和弹性体)，其是使用上文所描述的优选催化剂/辅催化剂***制备的。最优选乙烯互聚物是均相分支、线性及实质上呈线性的乙烯互聚物。
还可以使用上文所描述的任何乙烯互聚物的共混物，并且这些乙烯互聚物可以与一种或多种其它聚合物共混合或用一种或多种其它聚合物稀释，以使得所述聚合物(i)彼此可混溶，(ii)所述其它聚合物对所述乙烯互聚物的所希望的特性(即，光学特性和低模量)具有极少(如果存在)影响，及(iii)所述乙烯互聚物占所述共混物至少70wt％，优选占至少约75wt％并且更优选占至少约80wt％。
当使用两种或更多种乙烯互聚物的共混物时，如根据ASTM D-0138(190℃/2.16kg)所测量，总体MI优选低于约100g/10min，优选低于约75g/10min，更优选是至少约50g/10min，甚至更优选低于约35g/10min并且甚至更优选低于20g/10min。在最低限度上，所述互聚物的MI是约1g/10min，优选是约5g/10min并且甚至更优选是约10g/10min。
优选所用乙烯互聚物或乙烯互聚物将具有约200到约20,000Pa·s的零剪切粘度。
为了改善乙烯互聚物在并入电子装置或模块中时的粘着性，将硅烷官能团引入所述互聚物中。所述互聚物还优选从接触时，或构造出所述装置或模块之后，通常在构造出所述装置或模块不久之后发生的交联获益。交联通过增加耐热性、耐冲击性及耐溶剂性来增强所述互聚物的抗热蠕变性及所述模块的耐久性。
硅烷官能团是通过将烷氧基硅烷接枝或以其它方式键结到乙烯互聚物来引入乙烯互聚物中。优选将具有以下通式(I)的烷氧基硅烷基团接枝到乙烯互聚物：
-CH2-CHR1-(R2)m-Si(R3)3-n(OR4)n 式(I)
其中R1是H或CH；R2和R3独立地是含有1到20个碳原子的烷基、芳基或烃基，并且还可以包括其它官能团，如酯、酰胺及醚；m是0或1；R4是含有1到6个碳原子的烷基或羧基烷基(优选甲基或乙基)；及n是1、2或优选是3。
优选的适合于接枝的烷氧基硅烷化合物包括不饱和烷氧基硅烷，其中(1)式(I)中的烯系不饱和烃基可以是乙烯基、烯丙基、异丙烯基、丁烯基、环己烯基或(甲基)丙烯酰氧基烷基(是指丙烯酰氧基烷基和/或甲基丙烯酰氧基烷基)，(2)可水解基团(OR4)可以是烃氧基、羰基氧基或烃基氨基，如甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基及烷基氨基或芳基氨基，并且(3)饱和烃基(R3)可以是甲基或乙基。优选的烷氧基硅烷的一些非限制性实例包括乙烯基三甲氧基硅烷(VTMOS)、乙烯基三乙氧基硅烷(VTEOS)、烯丙基三甲氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、3-丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷、3-丙烯酰基丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰基丙基三甲氧基硅烷及3-甲基丙烯酰基丙基三乙氧基硅烷，以及这些硅烷的混合物。
典型地，在接枝互聚物中存在至少0.1wt％，优选至少约0.5wt％，更优选至少约0.75wt％，甚至更优选至少约1wt％并且更优选至少约1.2wt％的烷氧基硅烷。接枝互聚物通常含有低于10wt％，优选低于或等于约5wt％并且更优选低于或等于2wt％的烷氧基硅烷。
接枝技术和方法是本领域中众所周知的并且包括使用自由基接枝引发剂，如例如过氧化物和偶氮化合物，或电离辐射。有机自由基接枝引发剂是优选的，如过氧化二异丙苯、二叔丁基过氧化物、过苯甲酸叔丁酯、过氧化苯甲酰、异丙苯过氧化氢、过辛酸叔丁酯、甲基乙基酮过氧化物、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、月桂基过氧化物及过乙酸叔丁酯。适合的偶氮化合物是偶氮二异丁腈。
尽管可以使用本领域中已知的任何接枝方法，但接枝方法的一个非限制性实例包括将烷氧基硅烷和乙烯互聚物与接枝引发剂共混合于第一级反应器挤出机(如布斯捏合机(kneader))中。取决于引发剂的滞留时间和半衰期，接枝条件可以变化，但熔融温度典型地在160℃与260℃之间，并且优选在190℃与230℃之间。
如果需要交联，那么如根据ASTM D-2765所测量，接枝树脂组合物将优选具有至少30％，更优选至少40％，甚至更优选至少50％并且最优选至少60％的凝胶含量。
交联方法和工艺是本领域中众所周知的，并且可以使用任何适合方法交联接枝树脂组合物中使用的硅烷接枝的乙烯互聚物。非限制***联方法包括使用水解/缩合催化剂进行的湿气(水)固化。此类催化剂包括例如路易斯酸(Lewis acid)，如二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡、辛酸亚锡及氢磺酸(如磺酸)。还可以使用UV光或日光来促进交联，优选使用一种或多种光引发剂。光引发剂的非限制性实例包括有机羰基化合物，如苯甲酮、苯并蒽酮、安息香及其烷基醚、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基,2苯基苯乙酮、对苯氧基二氯苯乙酮、2-羟基环己基苯酮、2-羟基异丙基苯酮及1-苯基丙二酮-2-(乙氧基羧基)肟。所用引发剂可以是认可的已知量，以互聚物的重量计典型地是至少约0.05wt％，更典型地是至少0.1wt％并且甚至更典型地是约0.5wt％。
还可以使用自由基交联辅催化剂，包括多官能乙烯基单体和聚合物、氰脲酸三烯丙酯及三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二乙烯基苯、多元醇的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯、烯丙醇衍生物，以及低分子量聚丁二烯。硫交联助剂包括二硫化苯并噻唑、2-巯基苯并噻唑、二甲基二硫代氨基甲酸铜、四硫化二亚戊基秋兰姆(dipentamethylene thiuramtetrasulfide)、二硫化四丁基秋兰姆、二硫化四甲基秋兰姆及单硫化四甲基秋兰姆。所用这些助剂可以是认可的并且已知的量，以互聚物的重量计典型地是至少约0.05wt％，更典型地是至少约0.1wt％，并且最优选是至少约0.5wt％。典型地，所用辅催化剂的最大量低于10wt％，优选低于约5wt％并且最优选低于约3wt％。
使用热活化的自由基引发剂促进交联的一个难题是其可能引发过早交联。过早交联由自由基引发剂的热分解引起，此会导致焦化。使焦化减到最少的方法是本领域中已知的并且包括在接枝树脂组合物中引入焦化抑制剂。焦化抑制剂的非限制性实例包括有机氢过氧化物、N-亚硝基二苯胺、N,N'-二亚硝基-对苯胺、亚硝酸异戊酯、亚硝酸叔癸酯、单体乙烯基化合物、芳香胺、酚类化合物、巯基噻唑化合物、双(N,N-双取代的硫代氨甲酰基)硫化物、氢醌、二烷基二硫代氨基甲酸酯化合物、双取代的二硫代氨基甲酸的金属盐的混合物、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基。
所用焦化抑制剂可以是已知量，以具有1.7wt％过氧化物的互聚物的重量计，典型地最少是至少约0.01wt％，优选是至少约0.05wt％，更优选是至少约0.1wt％并且最优选是至少约0.15wt％。典型地，所用焦化抑制剂的最大量不超过具有1.7wt％过氧化物的互聚物的2wt％，优选不超过约1.5wt％，并且更优选不超过约1wt％。
在硅烷接枝的乙烯互聚物中可以包括其它添加剂。其它添加剂包括本领域中已知的UV吸收剂、UV稳定剂、加工稳定剂、抗氧化剂、防粘剂、防滑剂、颜料及填料。添加剂是以本领域中通常已知的方式和量使用。
封装膜
在一个实施例中，提供了一种膜或膜层，其包含(A)含硅烷的乙烯互聚物与(B)至少一种乙烯/α-烯烃互聚物的共混物。如本文所使用，膜可以是单层或多层膜。术语“层”和“膜层”是指总体较厚的物品(所述膜)的个别层或多个层。如本文所使用，术语“膜”当用于短语“膜层”中时并且当用于指个别层或多个层时，并且除非明确地具有指定厚度，否则包括具有用于电子装置中所需的大体上一致并且均一的厚度的挤出或浇铸的任何相对较薄、平坦的热塑性物品。
优选本文中所描述的膜的厚度是最多约25密耳(0.64mm)并且更优选小于约20密耳(0.51mm)。膜层可以是极薄的，并且当用于微层膜中时，可以薄到10nm。一般来说，本发明膜的膜层的厚度是至少约1密耳(25μm)，优选是至少约2密耳(51μm)并且更优选是至少约3密耳(75μm)。
含硅烷的乙烯互聚物是如以上任何实施例中所陈述。所述至少一种乙烯/α-烯烃互聚物可以是所描述并且适用于含硅烷乙烯互聚物中，但不包含硅烷官能团的乙烯/α-烯烃互聚物中的任一种。在一些实施例中，(A)和(B)可以分别是两种或更多种含硅烷的乙烯互聚物或乙烯/α-烯烃互聚物的共混物。
包含(A)含硅烷的乙烯互聚物和(B)至少一种乙烯/α-烯烃互聚物的组合物可以含有1wt％到100wt％的(A)。在优选实施例中，所述组合物含有5wt％到100wt％的(A)和0wt％到80wt％的(B)。在又其它实施例中，包含(A)含硅烷的乙烯互聚物和(B)至少一种乙烯/α-烯烃互聚物的组合物还可以含有添加剂，如UV稳定剂、抗氧化剂和本领域中已知的其它化合物。这些添加剂可以按已知量提供，并且在一些实施例中，可以按以聚合物组合物的量预先共混合的母体混合物形式添加。
包含(A)含硅烷的乙烯互聚物和(B)至少一种乙烯/α-烯烃互聚物的组合物可以被制造成单层膜，或多层膜的至少一个膜层，优选作为表面层。用于制备膜的一般方法是本领域中一般已知的并且设备一般是可商购的。此类膜可以通过例如浇铸、吹塑、压延或挤压涂布方法制备；并且复合或层合结构用前述物品中的任一种制备。
优选包含(A)含硅烷的乙烯互聚物和(B)至少一种乙烯/α-烯烃互聚物的组合物可以成形为封装层以用作层合结构(如PV模块)中的一个层。
电子装置
在层合结构中可以包括含所述接枝树脂组合物的膜，如任何以上实施例中描述的那些。所述接枝树脂组合物可以提供作为单层膜或作为具有至少一个额外层的多层膜，如玻璃，或电子装置的表面。
可以将由许多类型材料构成的膜用于具有所述接枝树脂组合物的层合结构中。除玻璃以外，层合结构中还可以包括其它膜，包括覆盖膜、保护膜及顶部膜和/或背膜。用于此类膜的材料的非限制性实例包括聚碳酸酯；丙烯酸聚合物；聚丙烯酸酯；环状聚烯烃，如乙烯降冰片烯；茂金属催化的聚苯乙烯；聚对苯二甲酸亚乙酯；聚萘二甲酸亚乙酯；氟聚合物，如乙烯-四氟乙烯(ETFE)、聚氟乙烯(PVF)、氟乙烯-丙烯(FEP)、乙烯-氯三氟乙烯(ECTFE)及聚偏二氟乙烯(PVDF)。
用于制备层合结构的各种方法是本领域中已知的。一般来说，以上实施例中的任一个的层合结构是通过以下方式制备：(1)安置所述膜(例如接枝树脂组合物单层或包括所述接枝树脂组合物的多层膜)和至少一种其它膜(例如玻璃)，以使得所述膜的含有含硅烷互聚物的正面表面与所述其它膜的正面表面间接接触，(2)在层合温度下使第一膜和第二膜层合并粘着，并且任选地(3)使含硅烷互聚物交联。在一些实施例中，交联以及层合和粘着所述层可以按颠倒的次序或同时发生。
层合结构的膜可以按本领域中已知的任何适合方式施加于彼此上，包括但不限于，真空层合、挤出、压延、溶液浇铸及注塑模制。
优选上述实施例的膜可以用于产生作为电子装置或模块的层合结构。更优选上述实施例的膜可以用作外壳膜或封装膜，以便按与本领域中已知的外壳或封装材料相同的方式并且使用相同的量构造电子装置模块(例如光伏电池或太阳能电池)。
在本发明的优选方面中，层合的PV结构从光首先接触的“顶部膜”开始，依序包括：(i)光接收和透射顶板或覆盖板膜，通常包含玻璃；(ii)正面封装膜；(iii)光伏电池；(iv)背面封装膜；及(v)背板，通常包含玻璃或其它聚合物膜结构背面层衬底。给定电子装置中光伏电池的数量将取决于所述装置的性质和用途而变化。
用于层合PV结构中的背板是保护PV结构的后表面的多层结构。一般来说，背板可以是核心聚对苯二甲酸亚乙酯((PET)层或在层合期间收缩的其它材料层。
正面封装膜和背面封装膜都可以是如本文中所描述的膜。优选单一封装膜，最优选背面封装膜是如以上实施例中的任一个中所描述的包含接枝树脂组合物的膜。
上文所描述的层合PV结构的膜(i)-(v)是通过层合粘结的。通过层合，使顶板与正面封装膜直接接触，并且使背板与背面封装膜直接接触。光伏电池紧固于正面封装膜与背面封装膜之间，并且与正面封装膜和背面封装膜直接接触。因此，所述正面封装膜和背面封装膜的部分是彼此直接接触的。
用于产生电子装置，并且确切地说优选的层合PV结构的层合方法需要在足以在所述膜之间产生所需的粘着的条件下加热和压缩的步骤。一般来说，层合温度将取决于所述层的具体聚合物含量。层合温度的下限需要是至少约120℃，优选是至少约130℃，并且上限是低于或等于约180℃，优选低于或等于约170℃。
层合所需的高温使一些聚合材料，如PV结构的封装膜和背板收缩，导致膜在层合期间相对于彼此移动。通常，背板是具有收缩倾向，导致背面封装膜和后续膜移动的膜。所述移动使PV电池在层合期间彼此移动得更近，并且使连接电池的焊带屈曲或回折于其自身上。这些焊带向后推出而抵靠背面封装膜和背板，在背板中产生凸块。
意外地发现，使用具有不同零剪切粘度值的封装膜，并且确切地说，具有零剪切粘度大于背面(与背板接触)封装膜的零剪切粘度的正面(与光接收和透射膜接触)封装膜防止由背板收缩遍及电子装置的其余部分而引起的移动传递。因此，相较于具有零剪切粘度相等的封装膜或具有零剪切粘度小于背面封装层的零剪切粘度的正面封装膜的类似电子装置的背板，具有零剪切粘度存在这一差异的封装膜的电子装置在背板中显示出较少的凸块。
优选与光接收/透射膜直接接触的正面封装膜的零剪切粘度大于与背板直接接触的第二封装膜的零剪切粘度。更优选正面封装膜的零剪切粘度是700-10,000Pa·s，更优选是1,000-8,000Pa·s，并且最优选是2,000-6,000Pa·s。
在优选实施例中，背面封装膜是如任何以上实施例中所描述的零剪切粘度为200-2,000Pa·s，更优选为400-900Pa·s，甚至更优选为500-900Pa·s并且最优选为600-800Pa·s的膜。在其它实施例中，背面封装膜可以是适用作封装物并且具有低于正面封装膜的粘度的任何材料。
正面封装膜和背面封装膜的零剪切粘度应至少相差100Pa·s。当正面封装膜与背面封装膜的零剪切粘度之间的差异小于100Pa·s时，使有益的凸块减少效应减小。尽管正面封装膜与背面封装膜之间的零剪切粘度差异可以高达10,000Pa·s，但超出5,000Pa·s的差异存在极少额外益处。
在不受任何特定理论束缚的情况下，认为当PET核心层或背板的其它高收缩率层收缩时，背面封装膜无法抵抗背板的移动。其也保持粘结到太阳能电池，但由于所述膜存在较低完整性(即，较低剪切粘度)，故所述膜不会使电池移动。换句话说，当背板收缩时，背面封装膜能够在背板到达电池或正面封装膜之前更好地分散由背板引起的剪应力。实际上，假设本发明的背面封装膜充当内应力降低器。这与锁住由收缩的背板引起的应力的标准、交联EVA背面封装膜形成对比。
在另一个实施例中，提供了一种减少电子装置中的凸块的方法。所述方法包括选择具有第一零剪切粘度的第一封装膜，并选择具有第二零剪切粘度的第二封装膜，由此使所述第一零剪切粘度在所述第二零剪切粘度的700到10,000Pa·s内。接着使用这两个封装膜，通过以下方式形成层合结构：(1)使光接收和透射顶板与第一封装膜直接接触，(2)使背板与所述第二封装膜直接接触，(3)将至少一个光伏电池紧固在第一封装膜与第二封装膜之间并与第一封装膜和第二封装膜直接接触，由此使第一封装膜和第二封装膜的部分彼此直接接触，及(4)在层合温度下，使光接收和透射顶板、第一封装膜、第二封装膜和背板层合并粘着。还可以使封装膜的含硅烷互聚物交联。
以下实例说明本发明的某些实施例。除非另外指示，否则所有份数和百分比都以重量计。
具体实施例
材料
Luperox 101过氧化物：由阿科玛公司(Arkema Inc)提供的2,5-双(叔丁基过氧基)-2,5-二甲基己烷。
E/O 1：“E/O 1”是密度为0.870g/cc并且MI为5g/10min的乙烯/辛烯互聚物。
E/O 2：“E/O 2”是密度为0.902g/cc并且MI为30g/10min的乙烯/辛烯互聚物。
E/O 3：“E/O 3”是密度为0.902g/cc并且MI为3g/10min的乙烯/辛烯互聚物。
E/O 4：“E/O 4”是密度为0.885g/cc并且MI为18g/10min的乙烯/辛烯互聚物。
母体混合物：“母体混合物”是在添加剂存在下用具有0.870g/cc密度和5g/10min的MI的载体树脂的乙烯/辛烯共聚物制备的母体混合物。
Protekt HD(玛迪科公司(Madico))：Protekt HD是包含氟聚合物/聚对苯二甲酸亚乙酯/乙烯-乙酸乙烯酯(氟聚合物/PET/EVA)结构的背板。
Dunmore-1360PPE+：Dunmore-1360PPE+是包含PET/PET/EVA结构的背板。
Saiwu Cybrid KPE：Saiwu Cybrid KPE是包含氟聚合物/PET/EVA结构的背板。
Dunmore 1100PPE+SW：Dunmore 1100PPE+SW是包含PET/PET/EVA结构的背板。
超清晰Dunmore 1360PPE+：超清晰Dunmore 1360PPE+是包含PET/PET/EVA结构的背板。
Krempel Akasol PTL2-38/250TPE：Krempel Akasol PTL2-38/250TPE是包含Tedlar/PET/EVA结构的背板。
测试方法
玻璃粘着性：本文中所描述的膜的玻璃粘着性是通过在真空层合机上，在150℃下将玻璃结构与第1封装膜、第2封装膜和TPE背板层合，在真空下保持3分钟，随后在一个大气压的压力下保持7分钟来测定。两片封装物是用于模拟太阳能模块的结构。接着通过在英斯特朗(Instron)中，以每分钟2英寸进行180°剥离来测试层合的玻璃结构。报导在1英寸与2英寸之间的区域的平均值。
光学透射率：使如本文中所描述的膜单层在真空层合机上于150℃下经历层合循环，在真空下保持3分钟，随后在一个大气压的压力下保持7分钟。根据ASTM D1003方法B，使用珀金埃尔默(Perkin Elmer)的Lambda 35分光光度计测量所述膜的光学透射率。
浊度：将膜单层层合于两层玻璃之间以模拟存在于太阳能模块的玻璃与电池(太阳能模块中最主要的视觉美观性部件)之间的膜单层。使用ASTM E313，在85℃和85％相对湿度下进行湿热测试之前和之后测量黄度指数。
拉伸应变：拉伸应力是根据ASTM D882-12测定。
拉伸应力：拉伸应力是根据ASTM D882-12测定。
韧性：韧性是根据ASTM D882-12测定并且是应力-应变曲线下面积。
模量：模量是根据ASTM D882-12，通过计算拉伸应力曲线的初始线性区的斜率来测定。
封装膜的制备
使用双螺杆反应性挤出方法混合生理盐水接枝的树脂。将接枝的树脂切成团块并且储存在箔袋中。单独地使用FCM挤出机将母体混合物与热稳定剂和UV稳定剂混合。在3层的浇铸共挤出生产线上制备457μm厚度的膜样品。所述三个挤出机都具有25mm直径，以及麦多克混合段(Maddock mixing section)和螺杆端。压延辊始终接触B挤出机并且C挤出机始终接触核心。模具宽度是300mm。
表1显示了用于实例1-2和比较实例1中的膜配制物。将所述配制物在挤出机中以80RPM净化15分钟，表示7.5滞留时间。
表1：以总重量计的膜配制物％(wt％)
PV模块的制备
使用156mm×156mm的PV电池，如购自永明太阳能公司(Ever Bright Solar)的那些，产生实例1-2和比较实例1的PV模块。产生9个电池的单晶串，其中PV电池间隔3mm安置并且通过76.2mm长度的汇流带(如涂布锡的铜汇流带)连接。在另外的实施例中，还可以使用多晶电池。将正面封装膜、背面封装膜和背板沿膜加工方向切割成一定大小。对于所使用的9电池串，封装膜和背板被切割成215.9mm×1524mm。3mm的玻璃经过洗涤，压辊并且用毛巾干燥，而用于顶板。
在铁氟龙板(Teflon sheet)上组装PV模块，按以下次序进行层合：玻璃、正面封装膜(在玻璃侧压印，距玻璃的底部边缘约25.4mm)、PV电池串(面向下并且在正面封装层上定中心)、背面封装膜(在电池串侧压印)及背板。组装的模块用铁氟龙板覆盖。
将所述组件拉入P-Energy L200A层合机中。层合条件是150℃和3分钟的真空泵时间，及在1000毫巴下7分钟的保持时间。从层合机中拉出层合结构并且在室温下冷却约1分钟，随后去除顶部铁氟龙板。
结果
表1中的配制物的电特性、光学特性及粘着特性提供于下表2中。如所示，实例1和2的封装膜具有明显低于比较实例1的零剪切粘度，同时保持大致相同的透射率、浊度和透明度。实例1和2还展现出与比较实例1类似的优良玻璃粘着性。
表2：电特性、光学特性和粘着特性
表1中的配制物的拉伸强度提供于下表3中。实例1具有低于比较实例1的模量，指示更佳的弹性。实例1还具有较低的断裂应变。
表3：457μm厚的膜的拉伸强度(每分钟20英寸，2英寸间隙)
测试各种背板和封装膜组合在层合之后的凸块形成情况。表4显示了所测试的背板和封装膜组合。通过目视检查测定背板上凸块的数量。
申请人意外并且出乎意料地发现，使用剪切粘度低于正面封装膜的剪切粘度的背面封装膜使PV模块背板中凸块的存在大幅减少。申请人意外地发现，正面封装膜与背面封装膜之间至少140Pa·s或超过140Pa·s的差异使凸块急剧减少。较小的差异也意外地显示凸块的减少。
在不受任何特定理论束缚的情况下，申请人相信，当背板的核心层(通常是PET)收缩时，背面封装膜无法抵抗背板的移动。其也保持粘结到太阳能电池，但由于所述膜存在较低完整性(即，较低剪切粘度)，故所述膜不会使电池移动。换句话说，当背板收缩时，背面封装膜能够在背板到达电池或正面封装膜之前更好地分散由背板引起的剪应力。实际上，假设本发明的背面封装膜充当内应力降低器。这与锁住由收缩的背板引起的应力的标准、交联EVA背面封装膜形成对比。
如在表4中所见，当背面封装膜的零剪切粘度低于正面封装膜的零剪切粘度时，背板中可见的凸块数量明显减少，并且在一些情况下消除。相较于以比较实例1作为正面封装膜和以实例2作为背面封装膜的组合，以比较实例1作为正面封装膜和以实例1作为背面封装膜的组合显示出改善的结果。申请人相信，这一结果可归因于比较实例1与实例1之间粘度差异(零剪切粘度差异是3,365)相较于比较实例1与实例2之间粘度差异(零剪切粘度差异是3,205)的增加。
表4：封装膜和背板组合及凸块形成
正面封装膜 C1 C1 C1
背面封装膜 C1 E1 E2
背板 凸块数量 凸块数量 凸块数量
Coveme TS APYE 6 0
Protekt HD(玛迪科) 4 0 0
Dunmore-1360PPE+ 1 0
Saiwu Cybrid KPE 5 0
Dunmore 1100PPE+SW 4 0 2
超清晰Dunmore 1360PPE+ 0 0 0
Krempel Akasol PTL 2-38/250TPE 4 0 1
Krempel Akalight 2 0 4
如上表中所使用，C1是比较实例1，E1是实例1并且E2是实例2。
申请人还意外地发现，给定背板的应力收缩还可以促使给定封装膜组合有效地减少凸块。如表4中所示，具有较高应力收缩值的背板一般往往会显示出较多的凸块。当背面封装膜与正面封装膜之间的零剪切粘度差异较大时，实现最佳的凸块减少。
特别期望的是，本发明不限于本文中所包含的实施例和说明，而且包括那些实施例的修改形式，包括在所附权利要求范围内出现的实施例部分和不同实施例的要素组合。

Claims (15)

1.一种电子装置，所述电子装置包括与光接收和透射膜直接接触的第一封装膜及与背板直接接触的第二封装膜，所述第一封装膜的零剪切粘度大于所述第二封装膜的零剪切粘度，其中所述第一封装膜和所述第二封装膜各自包含(A)含硅烷的乙烯互聚物与(B)至少一种乙烯/α-烯烃互聚物的共混物。
2.如权利要求1所述的电子装置，其中所述背板含有的凸块少于包括零剪切粘度小于或等于第二封装膜的零剪切粘度的第一封装膜的可比电子装置。
3.一种电子装置，所述电子装置包括：
(i)光接收和透射膜；
(ii)第一封装膜；
(iii)至少一个光伏电池；
(iv)第二封装膜；及
(v)背板；
其中所述第一封装膜与所述光接收和透射膜直接接触，所述第二封装膜与所述背板直接接触，并且所述至少一个光伏电池与所述第一封装膜和所述第二封装膜直接接触，并且
其中所述第一封装膜的零剪切粘度大于所述第二封装膜的零剪切粘度。
4.如权利要求1或3中任一项所述的电子装置，其中所述第一封装膜的零剪切粘度是在所述第二封装膜的剪切粘度的700到10,000Pa·s内。
5.如权利要求1或3中任一项所述的电子装置，其中所述第二封装膜的零剪切粘度是400到900Pa·s。
6.如权利要求1或3中任一项所述的电子装置，其中所述第二封装膜包含硅烷接枝的乙烯/α-烯烃互聚物。
7.如权利要求6所述的电子装置，其中所述第二封装膜另外包含乙烯/α-烯烃互聚物。
8.如权利要求6所述的电子装置，其中所述硅烷接枝的乙烯/α-烯烃互聚物以所述第二封装膜的总重量计占所述第二封装膜的5-100wt％。
9.如权利要求6所述的电子装置，其中所述硅烷接枝的乙烯/α-烯烃互聚物是硅烷接枝的乙烯/辛烯互聚物。
10.如权利要求7所述的电子装置，其中所述乙烯/α-烯烃互聚物以所述第二封装膜的总重量计占所述第二封装膜的0-50wt％。
11.一种用于减少电子装置中的凸块的方法，所述方法包括
选择具有第一零剪切粘度的第一封装膜；及
选择具有第二零剪切粘度的第二封装膜，
其中所述第一零剪切粘度是在所述第二零剪切粘度的700到10,000Pa·s内。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述第二封装膜包含硅烷接枝的乙烯/α-烯烃互聚物。
13.如权利要求12所述的方法，所述方法包括形成包括所述第一封装膜和所述第二封装膜的层合结构。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述形成层合结构包括
使光接收和透射顶板与所述第一封装膜直接接触；
使背板与所述第二封装膜直接接触；
将至少一个光伏电池紧固在所述第一封装膜与所述第二封装膜之间并与所述第一封装膜和所述第二封装膜直接接触，由此使所述第一封装膜与所述第二封装膜的部分彼此直接接触；及
在层合温度下，使所述光接收和透射顶板、所述第一封装膜、所述第二封装膜及所述背板层合并粘着。
15.如权利要求14所述的方法，所述方法另外包括使所述含硅烷互聚物交联。
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