МОДУЛЬ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ Российский патент 2006 года по МПК H01L31/48 

Изобретение относится к устройствам автономных источников электропитания, использующих энергию солнца, в частности к фотоэлектрическим модулям.

Известны конструкции фотоэлектрических модулей, в которых в качестве материала - заполнителя, соединяющего поверхность фотопреобразователей с лицевым и тыльным защитными покрытиями, применяются эластомеры холодного отверждения на основе низкомолекулярных силоксановых каучуков (пат. США №417507, 1979 г., МПК F 24 J 31/02). Существенным недостатком применения таких материалов является длительность процесса формирования модуля и низкая адгезия холодного вулканизата к элементам конструкции.

Более технологичными являются конструкции с применением термопластичных полимеров, например пленок из высокопластифицированного поливинилбутираля (пат. США №3957337, 1976 г., МПК F 04 В 17/00). Однако под действием света пленка поливинилбутираля существенно желтеет, причем этот процесс катализируется ионами металлов, мигрирующими с элементов контактной системы фотопреобразователей.

Наиболее широко распространенными в настоящее время являются конструкции фотоэлектрических модулей, в которых в качестве заполнителя используют пленку на основе сополимера этилена с винилацетатом при содержании винилацетата 28-33 мас.% (патенты США №№6667434, 2004 г., МПК H 01 L 31/18; 6660556, 2003 г, МПК H 01 L 31/18).

Известен патент США на изобретение №4499658, 1983 г., МКИ H 01 L 31/18, в котором в качестве заполнителя применяют пленку, изготовленную на основе сополимера этилена с винилацетатом, содержащую перекисный инициатор поперечной сшивки, кремнийорганический праймер для улучшения адгезии, а также стабилизирующую систему, включающую УФ-абсорбер, свето- и термостабилизатор (антиоксидант). Этот материал способен к образованию поперечно-сшитой структуры в процессе формирования фотоэлектрического модуля с обеспечением теплостойкости конструкции до 90°С.

Существенным недостатком заполнителей такого типа, обусловленным его составом, является повышенное газовыделение в процессе формирования модуля за счет активного разложения сшивающего агента перекисного типа. Это, в свою очередь, требует усложнения как конструкции самого устройства в части применения дополнительных дренажных материалов (например, нетканых материалов на основе стеклянных волокон), так и усложнения технологического режима производства ("Encapsulants for solar cells", www.etimex.de). Кроме того, присутствие свободно-радикальных продуктов распада перекиси провоцирует непродуктивный расход стабилизаторов (в частности, термостабилизатора), а также образование УФ-возбудимых хромофорных групп, приводящих к потемнению полимерного слоя в процессе эксплуатации модуля (Encapsulation of PV modules using ethylene vinyl acetate copolymer as a pottant: A critical review, A.W.Czanderna, F.J.Pem, Solar Energy Materials and Solar Cells, 43, 1996, 101-181).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является модуль фотоэлектрический, защищенный патентом РФ №2069920, 1996 г., МПК Н 01 L 31/04, в котором в качестве материала-заполнителя используют пленку на основе сополимера этилена с винилацетатом с заранее сформированной трехмерной структурой и содержанием гель-фракции 10-50 мас.% (до 65 мас.% при испытаниях по методике NREL, в которой используется тетрагидрофуран в качестве растворителя). Применение указанного изобретения позволяет снизить газовыделение в процессе формирования модуля и повысить его стойкость к расслаиванию в процессе эксплуатации.

Существенный недостаток конструкции модуля-прототипа, также как и других аналогов, - нестабильность оптических характеристик материала-заполнителя, что приводит к снижению выходной мощности модуля в процессе длительной эксплуатации, а также ограниченный диапазон рабочих температур (минус 40°С - плюс 90°С).

Задача предлагаемого изобретения - повышение свето-, термо- и морозостойкости фотоэлектрического модуля с увеличением стабильности его выходных электрических параметров при длительной эксплуатации в более широком интервале температур.

Вышеуказанный результат достигается тем, что предложена конструкция фотоэлектрического модуля, в которой в качестве материала-заполнителя использована пленка, изготовленная из термопластичного силиконового эластомера - продукта блочной сополимеризации альфа, омега-аминосилоксана с ди- или полифункциональным изоцианатом. Силиконовый эластомер обладает высокой оптической прозрачностью в рабочем для фотопреобразователей диапазоне солнечного спектра (спектральный коэффициент светопропускания в видимой области не менее 90%) и не требует дополнительной поперечной сшивки и стабилизации. Образование "трехмерной" структуры сополимера происходит за счет микросегрегации жестких блоков, выполняющих функции "узлов" трехмерной структуры при охлаждении расплава.

Сочетание оптических, адгезионных и механических характеристик термопластичного силиконового эластомера с высокой абразивостойкостью и низкими значениями поверхностной энергии позволяет в ряде случаев применять этот блоксополимер не только как заполнитель в фотоэлектрическом модуле, но и в качестве защитного материала (без дополнительного наружного покрытия).

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1 и 2. Фотоэлектрический модуль состоит из одного или более фотоэлементов 1, размещенных между верхним и нижним слоями заполнителя из термопластичного силиконового эластомера, полученного на основе альфа, омега-аминосилоксана и диизоцианата 2. Нижний слой эластомера заполняет пространство между тыльной поверхностью фотоэлементов и подложкой 3. Верхний слой силиконового эластомера прилегает к лицевому защитному покрытию 4 фиг.1, либо сам выполняет его функцию (фиг.2),

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Фотоэлектрический модуль содержит скоммутированные фотоэлементы, подложку (тыльное защитное покрытие) из фторсодержащего полимера, лицевое защитное покрытие из стекла или оптически прозрачного полимера и слои пленки из силиконового эластомера на основе альфа, омега-аминосилоксана с длиной силоксановой цепи 50 звеньев и 1,3-диизоцианатометилциклогексана. Температурный диапазон эксплуатации модуля, выполненного по п.1, минус 60 - плюс 110°С.

Пример 2. Фотоэлектрический модуль состоит из скомммутированных фотоэлементов, тыльного покрытия (подложки) из полиэтилентерефталата и слоев силиконовой эластомерной пленки на основе блоксополимера альфа, омега-аминосилоксана с длиной силоксановой цепи 40 звеньев и 4,4-метилен-бис-циклогексилдиизоцианата, верхний из которых является одновременно и лицевым защитным покрытием. Работоспособность модуля в этом случае обеспечивается в температурных пределах от минус 60 до плюс 120°С.

Таким образом, температурный диапазон длительной эксплуатации без снижения оптических параметров заполнителя в предлагаемой конструкции фотоэлектрического модуля расширяется на 40-50°С по сравнению с известными конструкциями (минус 40 плюс 90°С).

Изобретение относится к устройствам автономных источников электропитания, использующих энергию солнца. Сущность: в фотоэлектрическом модуле, состоящем по крайней мере из одного фотоэлемента, размещенного между слоями полимерного заполнителя, нижний слой которого прилегает к подложке, в качестве заполнителя использована пленка из термопластичного силиконового эластомера - продукта блочной сополимеризации альфа, омега-аминосилоксана и ди- или полифункционального изоцианата. Верхний слой полимерного заполнителя может выполнять функцию защитного покрытия. Технический результат изобретения: повышение свето-, термо- и морозостойкости фотоэлектрического модуля с увеличением стабильности его выходных электрических параметров при длительной эксплуатации в более широком интервале температур. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Модуль фотоэлектрический, содержащий не менее одного фотоэлемента, размещенного между слоями полимерного заполнителя, нижний слой которого прилегает к подложке, отличающийся тем, что в качестве заполнителя использована пленка, изготовленная из термопластичного силиконового эластомера - продукта блочной сополимеризации альфа, омега-аминосилоксана и ди- или полифункционального изоцианата, верхний слой которой выполняет функцию защитного покрытия.2. Модуль фотоэлектрический по п.1, отличающийся тем, что на верхний слой заполнителя нанесено дополнительное защитное покрытие.