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CN103025516B - 使用玻璃片的气密密封的电子装置 - Google Patents

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CN103025516B CN201180035901.9A CN201180035901A CN103025516B CN 103025516 B CN103025516 B CN 103025516B CN 201180035901 A CN201180035901 A CN 201180035901A CN 103025516 B CN103025516 B CN 103025516B
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Abstract

加载有玻璃片的有机密封剂体系用于密封活性层如电子装置和太阳能电池中的那些活性层。

Description

使用玻璃片的气密密封的电子装置
技术领域
本发明涉及一种基于玻璃片的混合的气密密封体系，其用于硅基太阳能电池、有机体系、和薄层太阳能电池以及其他电子装置如有机LED(OLED)。
背景技术
电子装置如薄层太阳能电池或OLED的气密密封的传统形成方法包括将有机膏或胶带应用于该装置的边缘，接着是热、紫外光或化学诱导的固化循环。有机密封剂不是真正地气密密封的，有时候包含吸气剂以减轻其非气密性。真正的气密密封可以由玻璃基体系通过印刷和烧成含玻璃料和有机溶剂/粘合剂体系的膏组合物来制得。该体系的缺点包括需要在极高的温度，即800℃下烧成；以及有机残余物的包埋在气密密封内和未完全烧掉在气密密封内的粘结剂体系(例如，乙基纤维素)的问题。这样的包埋会导致在气密密封内密封的活性层如太阳能电池或OLED的不希望的污染。
因此，需要进行气密密封的技术领域中的改进。
混合的无机片状填料-有机基体体系主要在食品包装工业中被用于生产改进的气体阻挡层。其实例包括美国专利4,618,528，其中片状填料优选是滑石；美国专利4,818,782，其中片状填料优选是云母；以及美国专利2011/0081534，其中片状填料是玻璃片。
发明内容
本发明提供用于制作气密密封以及简化气密密封制造的材料、密封设计、几何构型和工艺步骤，所述气密密封被用于保护电子装置如太阳能电池、LED、OLED、等离子体显示面板的活性层(activelayer)。
通过本发明可以将各种基板(包括由玻璃、金属、陶瓷和塑料制成的基板)以及构成活性装置的那些基板被密封在一起以在装置如显示装置(平板屏幕、LED屏幕、LCD屏幕、等离子显示面板)、有机发光二极管(OLED)、太阳能电池和太阳能电池面板)中形成气密密封，甚至在用于建筑和汽车应用中的窗户中产生气密密封。该基板可以用涂层如导电涂层玻璃、铟锡氧化物、铝掺杂的氧化锌、溅射的金属、抗反射涂层、SiNX涂层、Si3N4涂层及其组合来涂覆。
有机密封剂本身可渗透气体和蒸汽。虽然它们的渗透性通过配方和固化工艺可以显著降低数个数量级，但是它们没有达到用于一些苛刻应用的充足气密性的点。
充足的气密性的缺乏可以归因于在两个基板-密封剂界面处、或者穿过密封剂材料本身的扩散机制。许多基板如玻璃、陶瓷、和金属典型地具有其性质为极性的氧化物涂层，并且经常在一定程度上是羟基化的。因此，这些界面为穿过密封剂的水分迁移提供了天然的通道。该有机密封剂的渗透性最可能归因于缺乏强烈粘接的三维结构，以及较弱的范德瓦尔斯粘结更易于气体扩散。
本发明的目标是减轻渗透性以生产具有较大程度气密性的优异品质的密封。由含高负载的玻璃片的有机体系组成的气密密封可以降低纯有机体系的渗透性，其通过降低密封的可渗透部分的百分比以及为气体的迁移产生所谓的弯曲路径(其中该扩散路径长度增加到几个数量级)。
本发明还包括用于降低界面扩散以进一步增加该密封的气密性的工艺。引入添加剂以形成与基板、玻璃片和其他的无机成分结合的共价键消除了弱结合的区域和极性通道。虽然玻璃片提供了极其不可渗透的屏障，但是其表面通常没有充分润湿或者与有机体系良好粘结且提供极性通道。玻璃片表面的预处理和功能化能够使其具有良好的分散性以及在固化后的气密粘接。
因此，由高加载有玻璃片的有机体系组成的有机-无机的混合气密密封减少了纯有机体系的不足气密性的效果，并且同时通过使边缘密封的无机物负载最大化，同时还为有害的大气成分如氧和水蒸气增加弯曲的扩散路径，从而避免了用于融合额外的玻璃料基边缘密封所需要的相对高温的加工循环。
有机基体可以基于热塑性及热固性聚合物。有机物的实例是如热塑性树脂、热固性材料、离聚物、弹性体、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸树脂、聚酯、有机硅、聚氨酯、卤化的塑料、缩合塑料、加成塑料、交联的塑料、PVB、PI、SRP、TPI、PAI、HTS、PFSA、PEEK、PPSU、PEI、PESU、PSU、含氟聚合物、LCP、PARA、HPN、PPS、PPA、聚酰胺、聚碳酸酯、PC、PPC、COC、PMMA、ABS、PVC合金、PEX、PVDC、PBT、PET、POM、尼龙UHMWPE、HDPE、LDPE、合成橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶以及其组合。
玻璃片可以由几个已知的方法制造。例如，制造玻璃片的方法被描述在Watkinson的美国专利号5,017,207和PCT号WO2004/056716，两个专利均引入本发明作为参考。玻璃片通常是薄的并且一般为平面的，具有小于10微米的厚度，优选小于5微米，更优选小于2微米。玻璃片的长度和宽度可以在0.1-2000微米范围内变化，并且可以为5-1000微米；10-500微米；20-400微米；25-250微米；30-200微米；可选择地为0.5-100微米；或1-100微米；5-90微米和10-80微米。所期望的长宽比可以是大于5，优选大于10，更优选大于20，更优选大于50，可选择地为2-50、5-100和10-20。
在有机成分和玻璃片以及要密封的表面之间的粘接是关键的。有利地将玻璃片预处理和功能化以允许良好的分散以及在固化后气密地粘接。用于产生气密边缘密封的另一个预处理是通过混合的密封体系，其使用包含已经被涂覆有稳定的塑料和可以超声粘接的有机涂层的玻璃片的玻璃片复合物。这样的塑料或其它的有机涂层必须能够经受中等加热，例如，通过超声波振动产生的那些。这样的混合有机/无机密封体系(玻璃片+塑料或有机涂层)可以被压实，并且可以被定向为薄的涂层或胶带或垫片。必须防止或最小化脱气或气体渗透，因此优选使用非常稳定的塑料。
在任何实施方式中，独立于其它的官能化，玻璃片可以被着色或添加颜料用于装饰目的，或者防止聚合物成分免受UV降解或者在玻璃片和聚合物成分之间的折射率配比。可选择地或者与其他的实施方式结合，该玻璃片可以被官能化为具有选自由金属外观、光敏性、二向色性、乳光、干涉、衍射、发光、荷叶效应(lotuseffect)所组成的组中的至少一种外观或特性。
密封工艺对形成气密密封是关键的。通常，定域的固化方法是优选用于防止加热经常对温度敏感的被密封的装置。可以使用许多类型的辐射，只要它可以被定域化且提供足够的能量以完全固化该密封。其中，本发明具体使用紫外线固化；由紫外线中的宽带或发射光、可见光、或近红外区的固化；以及用波长在紫外光、可见光或近红外范围内任一个波长光的激光密封。该紫外线-辐射通常通过自由基或包含适当的引发剂的阳离子聚合过程来固化聚合体系。该可见光或近红外的工艺通常需要添加适当的辐射吸收剂以产生该密封的热固化。
附图说明
图1表示填充有玻璃片的本发明有机基体以及其在两个基板之间形成密封中的应用。
图2表示两个基板之间的气密密封的形成，其中一个基板包含预形成的边缘。
图3表示两个基板之间的气密密封的形成，其中一个基板包含预形成的边缘带。
图4表示两个基板之间的气密密封的形成，其中至少一个基板包含无机脊。
图5表示围绕其之间的引线的两个基板之间气密密封的形成。
具体实施方式
本发明的主要目的是混合的气密密封的形成，被定义为包含有机成分和无机成分的密封。虽然有机密封剂是天然地可渗透气体和蒸汽，但是多年以来它们的渗透性已经通过优化它们的配方、添加剂、制造工艺和固化技术而降低几个数量级。这些优化的体系仍然具有高至少两个数量级的渗透性以致于不能满足用于一些更苛求的应用所要求的理想气密性水平。
本发明的密封和材料可以用于形成(一般为)水分阻挡层(moisturebarrier)、气密密封和垫片。该水分阻挡层用于保护电气或电子装置如太阳能电池和太阳能电池模块。水分阻挡层尤其用于保护柔性装置或者当阵列是柔性时的装置陈列。气密密封适于在相对非柔性的基板(例如，玻璃或金属面板)或其他有机或无机基板之间形成密封的空腔。垫片经常被形成于不规则形状的基板之间或将要密封在一起的物体之间的位置。
本发明人已经认识到抑制获得聚合物基密封剂的高水平密封性的一些因素，并且发现了可以用于改进有机-无机混合密封的气密性的新方案、新材料、新几何结构和新工艺。除了少数例外，无机材料通常是气密的，具有致密的、强键合的结构。添加无机成分降低了混合密封的可渗透性部分，从而增加了它的气密性。当这些无机成分，特别是片状颗粒垂直于扩散路径且以足够高的浓度排列以产生用于扩散气体的路径长度多方面增加时，则会发生气密性的进一步加强。
在有机密封体系中使用高水平的无机成分如玻璃片会引入更易于渗透的大量附加界面，从而由于该添加而抵消了所述改进。因此，本发明的还包含玻璃片、基板和其他无机成分的表面处理(当需要时)，以便在玻璃片和有机密封剂之间提供共价键合。
本发明人已经发现，与传统的有机密封相比，预润湿和/或已涂覆的玻璃片可以获得具有改进的阻挡性能的气密密封。所述玻璃片(特别是那些包括紫外线吸收阳离子如钛、铈、过度金属和稀土金属的那些玻璃片)还赋予有机基体以显著的紫外线保护。所述玻璃片还给所述密封生产出产显著改进的结构和柔性特征。
所述有机体系可以是热塑性聚合物和热固性聚合物。例如，塑料如聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸树脂、聚酯、有机硅、环氧树脂、聚氨酯、卤化的塑料、缩合塑料、加成塑料、和交联的塑料、PVB、PI、SRP、TPI、PAI、HTS、PFSA、PEEK、PPSU、PEI、PESU、PSU、含氟聚合物、LCP、PARA、HPN、PPS、PPA、聚酰胺、聚碳酸酯、PC、PPC、COC、PMMA、ABS、PVC合金、PEX、PVDC、PBT、ET、POM、尼龙UHMWPEPS、PVCPP、HDPE、LDPE以及其组合。
作为混合玻璃片的有机基体、或者作为在玻璃片上的官能涂层以改进它们与基板的粘着性的优选有机材料包括聚乙烯醇缩丁醛，例如，以商标销售的、可由向美国首诺公司(SolutiaSt.Louis,Missouri)购买的那些；或以Liquid上表销售的、可向阿拉克苏诺贝尔公司(AkzoNobel,Strongsville,Ohio)购买的那些。
玻璃片可以由几个已知的方法来制备。例如，制备玻璃片的方法被描述在Watkinson的美国专利号5,017,207和PCT号WO2004/056716中，两篇专利引入本发明作为参考。所述玻璃片通常是薄的且一般为平面，具有小于20微米的厚度，优选小于10微米，更优选小于5微米，更优选小于2微米，更优选小于1微米。玻璃片的长度和宽度可以是相同或不同且可以在0.1-2000微米范围内，其可以为5-1000微米；10-500微米；20-400微米；25-250微米；30-200微米；或0.5-80微米；可选择地为1-100微米；5-90微米以及10-80微米。最长的尺寸通常被定义为长度。长宽比在本文中被定义为长度对厚度(该片的最长尺寸与最短尺寸的比)。所期望的长宽比可以是大于5，优选大于10，更优选大于20，更优选大于50，甚至优选大于100，并且可选择地为2-50、2-100、5-100和10-20。
可以使用标准的沉积/应用方法以膏或糊的形式、或者以预成型件如垫圈密封的形式应用混合的玻璃片-有机基体复合材料。即该密封的预成型件可以单独地由该混合的玻璃片有机基材复合材料制造。随后，可以将预成型件放置在将要密封的表面之间的位置以制备所述密封。通过选自流延(tapecasting)、刮涂、逐层应用、丝网印刷、喷涂、喷墨印刷以及其组合中的方法，可以将该加载有玻璃片的可固化的有机材料应用于至少一个基板。
通过本发明的密封和阻挡层所保护的活性层包括：太阳能电池、太阳能电池接触层(solarcellcontact)、有机光伏器件、等离子体显示器件、纳米晶体显示器、电致变色器件、电致变色材料体系、悬浮颗粒装置、微盲、液晶器件、智能窗户、可切换窗户、智能玻璃、E玻璃；或显示技术如LED、SED、FED、OLED、LCD、DLP、FLD、IMOD、TDEL、QDLED、TMOS、TPD、LCL、LPD或OLET。最后由本发明的阻挡层、气密密封、垫片或胶囊密封材料保护活性层90、120、220、320。包括以和SunValveTM产品名或商标名销售的那些产品的产品可以想象为用于本发明的活性层或活性装置。
本发明的一个实施方式是形成阻挡层(barrier)的方法，该方法包括：(a)提供加载有玻璃片的可固化的有机材料，其包含(i)至少一种可固化的有机材料、和(ii)基于有机材料的体积计5-95体积％的玻璃片；(b)将加载有玻璃片的可固化的有机材料应用于至少一个第一基板；(c)将第二基板与所述至少一个第一基板接触使得记载有玻璃片的可固化的有机材料位于它们之间；以及(d)将所述可固化的有机材料固化以形成由所述阻挡层保护的空腔，其中，所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度。
本发明的另一个实施方式是形成阻挡层的方法，该方法包括：(a)提供加载有玻璃片的可固化的有机材料，其包含(i)至少一种可固化的有机材料和(ii)基于有机材料的体积计5-95体积％的玻璃片；(b)将加载有玻璃片的可固化的有机材料应用于至少一个第一基板；和(c)将所述可固化的有机材料固化以形成阻挡层，其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度。
本发明的一个实施方式是密封组件(sealedassembly)，该密封组件包括至少一个空腔，所述空腔是通过用固化后的组合物密封在一起的至少两个基板形成，所述固化后的组合物在固化之前包括(a)至少一种可固化的有机材料，和(b)基于有机材料的体积计5-95体积％的玻璃片，其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度。
本发明的一个实施方式是气密地密封物体的方法，该方法包括：(a)提供加载有玻璃片的可固化的有机材料，其包含(i)至少一种可固化的有机材料和(ii)基于有机材料的体积计40-70体积％的玻璃片；(b)将加载有玻璃片的可固化的有机材料应用于所述物体的至少部分表面；以及(c)将所述可固化的有机材料固化以在所述物体的至少部分表面上形成薄膜或薄片，其中，所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度。
本发明的另一个实施方式是形成太阳能电池模块的方法，该方法包括：(a)在框架(frame)内顺序地放置(i)背板层、(ii)粘合剂层、(iii)至少一个太阳能电池、(iv)透明的灌封胶层(pottantlayer)和(v)透明的覆盖层(superstratelayer)以形成组件；其中(b)所述层中的至少一层包括加载有玻璃片的可固化的有机材料，其包含(i)至少一种可固化的有机材料和(ii)基于有机材料的体积计5-95体积％的玻璃片，其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度；以及(c)通过应用选自由热固化、宽带红外光、激光、火焰感应(flameinduction)、超声波、天然气燃烧炉、磁感应加热和涡流(eddycurrent)中的能源，固化所述至少一种可固化的有机材料。
本发明的另一个实施方式是形成太阳能电池模块的方法，该方法包括：(a)在框架内顺序地放置：(i)背板层、(ii)背侧灌封胶层、(iii)至少一个太阳能电池、(iv)粘合剂层、和(v)透明的覆盖层以形成组件，其中所述层中的至少一层包括加载有玻璃片可固化的有机材料，其包含(i)至少一种可固化的有机材料和(ii)基于有机材料的体积计5-95体积％的玻璃片，其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度；以及(c)通过应用选自热固化、宽带红外光、激光、火焰感应、超声波、天然气燃烧炉、磁感应加热和涡流中的能源，固化所述至少一种可固化的有机材料。
本发明的另一个实施方式是形成太阳能电池模块的方法，该方法包括：(a)在框架内顺序地放置(i)背板层、(ii)第一密封剂层、(iii)至少一个太阳能电池、(iv)第二密封剂层和(v)透明的覆盖层以形成组件；其中(b)所述层中的至少一层包含加载有玻璃片的可固化的有机材料，其包含(i)至少一种可固化的有机材料和(ii)基于有机材料的体积计5-95体积％的玻璃片，其中，所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度；以及(c)通过应用选自由热、紫外光、可见光、激光、宽带红外激光、火焰感应、超声波、天然气燃烧炉、磁感应加热和涡流中的能源，固化所述至少一种可固化的有机材料。
本发明的另一个实施方式是气密密封的装置，该装置包括：(a)至少两个基板；(b)在所述至少两个基板的至少部分之间的固化后的加载有玻璃片的有机材料，该材料包含(i)至少一种可固化的有机材料和(ii)基于有机材料的体积计5-95体积％的玻璃片；(c)所述至少两个基板和固化后的加载有玻璃片的可固化的有机材料形成气密密封的空腔，其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度。
一般地，如图1A中所示的，多个官能化的玻璃片12可以分散在有机基体20(前体)中。该玻璃片15和有机基体20形成玻璃片填充的基体25，然后将该玻璃片15和有机基体20应用于底部基板10，例如，如同图1B中所示的，且所述片趋向于或多或少地排列成相同的取向，即所述片的长轴平行于基板的方向。顶部基板40位于所述玻璃片的上方。如图1C中所示的，应用压实的能源如超声波或等静压(或由箭头80指示)或者任选地具有加热，以熔化、流动以及固化所述有机基体使每个片聚集在一起且进一步将所述玻璃片15平行于基板排列。所获得的固化后的玻璃片填充的基体25将基板10和40密封在一起(任选地为气密的)以形成阻挡层，如图1D中所示的。图1D还显示了活性层90，该活性层90上可以存在或不存在EVA或其他膜95。活性层90和EVA层95仅在图1D中显示，但是还可以想象到在图1B和1C的步骤中。
可以是各种密封几何形状。例如，如图1D中所示的，可以在底部玻璃基板、顶部玻璃基板的预形成边缘和沿着活性层(如OLED)和塑料(EVA或其他膜)层的末端之间形成密封。
在图2中，显示了普遍气密密封的PV装置的部分的简图。其中底部玻璃基板110包括整体预形成的边缘115，其可以通过熔融或烧成底部玻璃基板110的一部分来添加，或者可以通过合适地切割或成形足够厚的玻璃块而形成以成为与底部玻璃基板110集成的预形成的边缘115来形成。可选择地，将密封材料如上述的那些或可烧制的搪瓷印刷或应用于至少一个基板110，140，然后煅烧至烧结以形成完整的预形成边缘115。该烧成可以在玻璃回火循环期间进行。
活性层120位于玻璃基板的顶部。接着，聚合物膜130层叠在活性层120和顶部玻璃基板140中的至少一个上。将顶部玻璃基板140放置与活性层120紧密接触。在所有实施方式中，术语“顶部”和“底部”是相对的且意味着表示仅相对的位置。可以想像任何空间布置。
剩下在预形成的边缘115和活性层120之间、聚合物膜130和顶部玻璃基板140之间的间隙150以允许填充密封材料160。混合的密封材料160是加载有玻璃粉或片的有机基体。该玻璃片典型是薄的且一般为平面的，具有小于20微米的厚度，优选小于10微米，更优选小于5微米，更优选小于2微米，更优选小于1微米。玻璃片的长度和宽度可以相同或不同，可以在0.1-2000微米的范围内，可以为5-1000微米；10-500微米；20-400微米；25-250微米；30-200微米；可选择地为1-100微米；5-90微米以及10-80微米。最长的尺寸通常定义为长度。长宽比被定义为长度与厚度的比(片的最长尺寸与最短尺寸的比)。所期望的长宽比是大于5，优选大于10，更优选大于20，更优选大于50，甚至更优选大于100，可选择地为2-50、5-100和10-20。
可选择地，所述玻璃片可以被认为的颗粒特征在于是单一尺寸，例如，平均粒度为D50。该尺寸可以由Horiba科学仪器(日本东京)提供的激光散射系统确定，诸如刻线/掩膜颗粒检测系统PR-PD2HR、PR-PD5、PR-PD2或PR-PD3。所述玻璃片的D50优选落如20纳米-50微米范围内，优选50纳米-20微米，更有选75纳米-10微米。
在另一个实施方式，混合的密封可以包含D50粒度最高达2000微米，1-200微米，优选5-90微米，更有选10-80微米或两者之间的任何值的玻璃片。所述玻璃片的厚度可以在10微米到50纳米之间，优选在5微米和75纳米之间，更优选在2微米和100纳米之间。
定域能或分散能180可以用于熔融和流动密封材料160以完全填满间隙150，由此形成固态密封170。合适的定域能包括UV、可见光、宽带红外固化或加热能源；激光、火焰感应或其组合。分散能包括热固化、超声波、天然气燃烧炉、磁感应和涡流加热源。
第三个密封几何图形显示在图3中，该密封几何图形是在图2中描述的变化。在图3中的标示数字具有图2中表示相同特征的表示数字加上100。
因此，图3描述了一般气密密封的电子装置的变化，类似于图2。底部玻璃基板210包括整体预形成的边缘215，其可以或不可以由如图1中所讨论的固态玻璃块形成。如果不是由单块玻璃形成，则可以将密封材料(搪瓷)印刷在底部玻璃基板210的边缘上以形成所述预形成的边缘。将合适的搪瓷印刷或应用于底部玻璃基板210和顶部玻璃基板240的边缘。然后在回火周期期间烧成顶部玻璃基板210和底部玻璃基板240以分别地制备边缘215和边缘带245。将热塑性材料如EVA层压在覆盖有活性层20的顶部玻璃基板210以及层压在底部玻璃基板240，将二者压在一起以形成膜层230。在预形成的边缘215和边缘带245之间留下间隙250，将密封材料260如混合的玻璃片体系(本文其它处描述的)添加到该间隙中。密封270是通过用本文中所公开的任何定域能280加热密封材料260来形成的。
图4是具有额外的弯曲路径的混合密封的另一变化，所述弯曲路径以无机脊345的形式被制备在底部基板310和顶部基板340上。一个或多个无机材料如玻璃料的脊345在各个基板(310，340)的边缘附近形成。脊345是通过沉积(例如，通过印刷)，然后烧成玻璃粉粉和本文中所公开的载体的膏而形成。在相对的基板上以合适的间隔交替印刷多个脊，例如，在每个板上1、2、3、4、5或更多个脊，使得当所述基板发生相互紧密接近时，所述脊形成筛样的形状。
在类似于图1中的组装以及伴随的测试(现显示于图4中)的过程中，可以在连续的脊345之间填满填充有玻璃的基体325，然后将基板310和340压在一起。粘附在各基板(310，340)的脊345可以布置为与相对的各基板接触或者几乎接触。该基体325可以通过本文上述讨论的定域能或分散能固化以形成固化的聚合物密封370。
图2-4的结构和加热方案的优点至少是两倍的。由于密封材料实质上是无机的，所以不需要去除过量的有机粘结剂(传统印刷经常是这样的)、烘干和烧成膏。其次，由于密封材料是局部加热，所以不会加热基板，由此很少存在或不存在过加热和开裂基板的问题。
作为活性层(90，120，220，330)，太阳能电池被制造成模块，用本文所公开的方法密封在一起。太阳能电池一般由半导体材料如硅(Si)制成，其将太阳光转化为有用的电能。太阳能电池组件一般由薄的Si晶片制成，其中所需要的PN结是通过来源于合适磷源的磷(p)扩散至P-型Si晶片来形成。太阳光入射的硅晶片一侧用抗反射涂层(ARC)涂覆以防止太阳光的反光损失。该ARC增加了太阳光的效率。已知作为前接触点的二维电极格栅图案与硅的N-侧连接，而主要为铝(Al)的涂层与硅的P-侧(后接触)连接。此外，已知作为银后接触点的接触是由银或银-铝膏制备，将其印刷且烧成在硅的N-侧上以能够焊接将太阳能电池模块中的一个电池电连接至下一个电池的触头。这些接触是从PN结到外部负荷的电出口。对薄膜太阳能电池组件，有源器件可以基于其他半导体如非晶硅、碲化镉或铜铟镓硒。经常这些薄膜基板建立在顶部玻璃或金属基板(由图2-4中描述为顶部或底部基板)上。
另一个实施方式是由本发明的混合密封体系制备的垫片密封的用途。加工工艺如挤出增加了片的层排列，然后所述垫片可以在该密封内排列以能够通过形成弯曲的路径而改善气密性。
混合的密封相对于气密的玻璃密封的主要优点是采用相当低的固化温度的密封。这对于密封温度敏感的装置如第二产生太阳能的电池和第三产生太阳能的电池是特别重要。作为低温或甚至室温固化的结果，在基板中开裂和过度加热该装置不是问题。
大多数有机材料对UV-降解敏感，特别是在室外暴露的那些，例如期望用于太阳能电池的那些，这将导致损害气密性。当前发明的实施方式是在玻璃片混合物中引入吸收紫外线的离子如钛、铈和其他过渡金属和稀土金属氧化物，以赋予连续相的聚合物显著地UV保护。这将有利于使用可见光、近红外光或直接加热直接或间接热固化聚合物体系。
图5描述生产气密密封的馈通的方法的实施方式，馈通420被布置为与底部基板410接触且基本上沿底部基板410。在顶部基板440上，形成填充有玻璃片的聚合物425的脊。采用压力480，底部基板410和顶部基板440压在一起，使得玻璃片聚合物425与馈通420接触。将定域能或分散能应用于固化该聚合物，由此形成具有馈通的密封470。
本发明的其他实施方式涉及定域能沉积，为了润湿和流动密封材料如塑料涂覆的玻璃片。这样的定域能沉积可以包括在本文中其它处所公开的红外加热、超声波以及激光烧制。
本发明的实施方式包括：尤其是气密密封导电馈通的方法，该方法包括(a)预处理导电馈通以能够气密粘结至有机基体；(b)在玻璃片混合的复合材料中包封该导体以及如上所述加工气密的混合边缘密封。可以将压力应用于至少一个基板上。合适的基板包括玻璃、导电涂层玻璃、铟锡氧化物、铝掺杂的氧化锌、溅镀的金属、抗反射涂层、SiNX涂层、Si3N4涂层以及其组合。
本发明的另一个实施方式是形成阻挡层的方法，包括：(a)提供加载有玻璃片的可固化的有机材料，其包含(i)至少一种可固化的有机材料、(ii)基于有机材料体积计5-95体积％的玻璃片；(b)将加载有玻璃片的可固化的有机材料应用于至少一个第一基板；以及(c)固化该可固化的有机材料以形成阻挡层；其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度。在该方法中，第二基板可以与所述至少一个第一基板接触使得加载有玻璃片的可固化的有机材料位于它们之间。所述阻挡层可以形成空腔，且该空腔可以是气密的。
有机体系：许多的有机成分存在于典型的光电(PV)模块中，例如，密封、密封剂、粘合剂、背板(backsheet)、灌封胶(pottant)和框架(frame)。此处使用的后5项术语为如在MichellePoliskie，SolarModulePackaging(MichellePoliskie，SolarModulePackaging，CRCPress，2011，特别是从第22页第2.2章节开始)中所定义的。将Poliskie书的全部内容引入本发明作为参考。因此，使用各种各样的聚合物材料，这取决于在光电模块中该聚合物的功能。对于所有这些系统，改良的耐候化性是关键的。因此，将玻璃片引入所有这些聚合物体系将增加耐候性能，由此可以被教导作为本发明的实施方式。广泛来说，这些中的一些可以被挤出为防潮背板；其他的一些可以被用作在光电电池的顶部上的密封剂；还有其他的一些可以用作为粘合剂；还有其他的一些可以用作为改善防潮的混合密封胶。最优选的实施方式是(a)形成PV装置内的保护封装的两个基板之间的混合密封；(b)用于太阳能电池的密封剂的防潮混合阻挡层。
尤其是，本发明的实施方式是形成太阳能电池模块的方法，该方法包括：(a)在框架中顺序地放置(i)背板层、(ii)背侧灌封剂层、(iii)至少一个太阳能电池、(iv)粘合剂层和(v)透明的覆盖层以形成组件，其中所述层中的至少一个层包括加载有可固化的有机材料，其包含[a]至少一种可固化的有机材料和[b]基于有机材料体积计5-95体积％的玻璃片，其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度；以及(b)通过应用选自激光、宽带红外激光、火焰感应、超声波、天然气燃烧炉、磁感应加热和涡流所组成的组中的能源，使所述至少一种可固化的有机材料固化。在可选择的实施方式中，所述组件可以通过在框架中顺序地放置：(i)背板层、(ii)第一密封剂层、(iii)至少一个太阳能电池、(iv)第二密封剂层和(v)透明的覆盖层来形成。在另一个实施方式中，所述组件可以通过在框架中顺序地放置：(a)背板层、(b)粘合剂层、(c)至少一个太阳能电池、(d)透明的灌封剂层和(e)透明的覆盖层来形成。在任何的实施方式中，该加载有玻璃片的有机材料可以经受超声变幅杆处理(ultrasonichorn)，使得至少部分地将所述片大致平行于其它层排列。
可以用作树脂材料的潜在化学品是：a)热塑性塑料(基于乙烯基)，例如，乙烯基醋酸乙烯酯共聚物，用作为密封剂(例如，(Dupont)，(StevensUrethane))；聚对苯二甲酸乙二醇酯，用作为背板(( (都来自Dupont))；聚氟乙烯，用作为被板(例如，(Dupont)或b)热固化塑料，例如i)环氧树脂–双氰胺固化剂，ii)聚酰亚胺，iii)聚酯，iv)混合的环氧聚酯，v)聚氨酯，vi)氰酸酯，和vii)丙烯酸树脂，例如聚乙烯-b-聚甲基丙烯酸盐-b-聚甲基丙烯酸酯，用作为密封剂(例如，(Dupont)),和vii)弹性体，例如，聚二甲硅氧烷用作为密封剂(例如，(DowCorning))。
对于本发明的混合密封，可以想象到当固化加载有玻璃片的聚合物体系时，加载有玻璃片的聚合物体系将变为固态混合的体系。对于这些，可以使用用于工业中的许多粘合剂，以及可以使用许多固化方法-例如，UV固化、热固化和反应性交联形成-以实现密封。在粘合剂配方中，高分子量树脂提供聚合物密封体系的骨架。在这种意义上，可以使用许多树脂体系，例如，对于橡胶基的粘合剂，可以使用弹性体如天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和氯丁橡胶。可以使用聚乙烯缩丁醛树脂如来自Solutia公司的可以使用树脂与热固性树脂如环氧树脂、酚醛树脂的组合；可以使用环氧树脂与胺固化剂的组合；还可以使用来自Permabond工程粘合剂公司(PermabondEngineeringAdhesives)的UV可固化的粘合剂树脂如UV610。还可以使用热固化粘合剂如DowCorningEA6052。化学固化密封剂的实例(可以用作该混合的密封体系中的有机部分)是硅树脂、聚氨酯或聚硫化物型。
在典型的粘合剂配方中，除了在所获得的固态聚合物材料中提供背侧骨架结构的树脂之外，还可以使用许多其它的组分如粘性树脂(在共同拥有的美国专利7,547,369中列出的树脂)。
在本发明的体系中用作粘合剂的其它成分包括的无机氧化物如ZnO、MgO粉末、防泡剂、抗氧化剂，其可以提供可使用的粘合剂配方。想象到可以将玻璃片添加到这些粘合剂体系中以提供本发明的混合密封。
通过有机涂层改性玻璃片表面以促进粘结以及通过混合体系中的有机基体润湿是本发明的另一实施方式。基本上，这些有机涂层如硅烷偶联剂具有一般结构R-Si(OR1)3，其中R是有机官能团如乙烯基、环氧基或胺，且R1是有机基团如可以水解的醇盐基团。可水解的基团与玻璃表面的羟基反应，并且在一端粘附到玻璃表面而另一端具有有机官能团。在硅烷涂层的自由端的有机官能团与聚合物基体反应，促进了与混合涂层的有机基体更好地粘结。根据有机官能团，可以使用许多硅烷。用于本发明的一些代表性硅烷偶联剂可以具有有机官能团-例如，乙烯基、烷基、苯基、全氟烷基、甲基丙烯酸酯、胺、环氧基、氯代丙基、巯基、阳离子苯乙烯基、钛酸盐、异氰脲酸酯。可以使用其他商业上可用的硅烷偶联剂，例如，由Gelest公司销售的那些硅烷偶联剂。
通常，可以通过将促进粘附的底漆；偶联剂；有机钛酸盐偶联剂；硅烷偶联剂；橡胶弹性体中的至少一种应用于所述玻璃片，使得所述玻璃片官能化，其中所述硅烷偶联剂选自乙烯基、氯丙基、环氧基、甲基丙烯酸酯、伯胺、二胺、巯基、阳离子苯乙烯基、阳离子甲基丙烯酸酯、钛酸盐、交联剂、混合的硅烷和三聚氰胺环氧树脂所组成的组中；所述橡胶弹性体选自天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶所组成的组中。
本发明人注意到对用于混合的密封中的玻璃组合物的玻璃片的要求不是非常严格，除了要求它们应该拥有适合于制成薄片的粘度温度曲线。另外这些混合物应该具有良好的耐水性。虽然可以使用铅基组合物，但是这些玻璃是无铅的。所以，合适的玻璃可以来自各种玻璃体系，例如，硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、锌基玻璃、铋基玻璃、铋-锌玻璃、碱土金属基玻璃(特别是钡基玻璃)和碱金属硅酸盐玻璃。示例性玻璃片可以由费罗公司的宽范围玻璃制品，例如搪瓷玻璃、瓦釉玻璃，以及主要为锌基玻璃如S46/6制成。在某种情况下，所述玻璃片可以用着色氧化物着色，以阻挡或缓和通过UV降解的有机物的侵蚀，由此延长密封的寿命。选择玻璃以使基板(如果是玻璃)和玻璃片之间的热膨胀系数(CTE)匹配在50-200×10-7/℃范围内，可选择为75-175×10-7/℃，可选择为100-150×10-7/℃。可以选择玻璃以使所述片的折射率与聚合物相匹配以改善组件的透明度。本发明的另一个实施方式是在加载有混合玻璃片的聚合物混合体系中所加载的玻璃片的量。可以想象：除了技术上的考虑，该混合体系在光电组件中的最终应用，例如，水分阻挡增强的背板、或水分阻挡增强的密封胶、或水分阻挡增加的密封材料，决定了该玻璃片的加载量。进一步的应用方法，例如，逐层沉积、喷涂、旋涂、浸渍、丝网印刷、流延、刮胶将决定该玻璃片的加载量。
所希望的加装量是1-95体积％(对于逐层沉积的沉积技术)，优选1-80体积％，更优选10-80体积％，还更优选30-80体积％、以及最优选40-70体积％。在可选择的实施方式中，10-40体积％的加载量是有益的。
本文中所公开的所有范围将被理解为包括开始和结束的范围值以及任何和所有的子范围。例如，规定的范围“1-10”应被认为包含最小值1和最大值10之间的任何和所有子范围；即：所有子范围开始于最小值1或以上且以最大值10或以下结束，例如，1.0-2.7，3.3-8.9，5.7-10等。诸如“选自由……组成的组中的至少一个”的限定意图为“至少两个”、“至少三个”以及以此类推至包括含所有要素的实施方式提供支持。
在以下商业购买的树脂的实例中，Solutia98、158C121和LN903(两者都来自AkzoNobel公司)与来自英格兰利兹有限公司(GlassflakeLtd.，利兹，英格兰)的商业购买的ECR玻璃片(等级为GF100nm)以及有机溶剂如甲苯、乙醇和/或丙酮混合，以声称加载有玻璃片的聚合物混合涂层浆料。
样品A：将3.5gm的ButvarB-98树脂、3.5gmsECR玻璃片(等级为GF100nm)和3gms1:1甲苯/乙醇在高速混合器中以3500rpm的转速(每次1分钟，共5次)混合在一起，以获得混合的涂层浆料。接着采用5mil间隙刮胶刀将该浆料涂覆在两个干净的3”×3”×3.2mm玻璃载片(在非锡的侧面)上。然后将该载片在80℃下烘干1小时以去除溶剂。然后将该载片放在各自的顶部以便接触混合的涂层侧接触。接着将该组件加热至171℃并维持20分钟，然后将熔炉冷却以获得密封的组件。该混合的密封玻璃片组件渍于蓝色染料溶液(来自SigmaAldrich的1gm活性蓝4溶解在300ml的去离子水中的溶液)并静置24小时。在24小时结束时，将该组件在低倍率显微镜下视觉观察在所述玻璃试样之间的混合密封中的蓝色染料渗透。蓝色染料没有渗入密封，因此该组件通过了蓝色染料测试。
试样B：将来自Akzonobel的8.5gmLN903树脂、1.5gm的ECR玻璃片(等级为GF100nm)和1.73gm的甲苯在高速混合器中以3500rpm转速(每次1分钟，共5次)混合在一起，以获得混合的涂层浆料。然后采用5mil间隙刮胶刀将该浆料涂覆在两个干净的3”×3”×3.2mm的玻璃载片(在非锡的侧面上)上。然后将该载片在50℃下真空干燥2分钟以去除溶剂。接着将该载片放置在各自的顶部上，使得混合的涂层侧面接触。然后将该载片放置在室温(～25℃)下且维持24小时，以获得密封组件。该混合密封的玻璃试样组件渍于蓝色染料溶液(来自SigmaAldrich的1gm活性蓝4溶解在300ml的去离子水中)中并且静置24小时。在24小时结束时，将该组件在低倍率显微镜下视觉观察在所述玻璃试样之间的混合密封中的蓝色染料渗透。蓝色染料没有渗入密封，因此该组件通过了蓝色染料测试。
试样C：首先通过250目网筛将0.74gm树脂158C121(来自AkzoNobel公司)丝网印刷在3”×3”×3.2mm的玻璃试样(在非锡的侧面上)上，然后通过250目网筛将0.09gmECR玻璃片(等级为GF100nm)丝网印刷在158C121树脂的顶部。接着将第二玻璃载片放置在树脂+玻璃片涂层的顶部。然后将该组件在177℃下加热60分钟，然后随炉冷却以获得密封组件。将该混合密封的玻璃试样组件浸渍于蓝色染料溶液(来自SigmaAldrich公司的1gm活性蓝4溶解在300ml的去离子水中)并静置24小时。在24小时结束时，将该组件在低倍率显微镜下视觉观察在所述玻璃试样之间的混合密封中的蓝色染料渗透。蓝色染料没有渗入密封，因此该组件通过了蓝色染料测试。
试样D:在该试样中，首先将两个无机搪瓷的正方形脊(～2mm宽度)沉积且烧成(在525℃下煅烧20分钟)在3”×3”×3.2mm厚的底部玻璃片上。类似地，将单一无机搪瓷的正方形脊(～2mm宽度)沉积和烧成(在525℃下煅烧20分钟)在3”×3”×3.2mm厚的顶部玻璃片上。这些脊的布置是如下方式进行：如果两个玻璃片以所述脊相互面对的方式放置在各自的顶部，则顶部玻璃片的脊将会位于在底部玻璃片上的脊之间。接着在底部玻璃片的中心处，蒸发方形的铝薄膜(该铝薄膜将会开始是不透明的，如果受到湿气的侵袭将会变成透明的)用于显示与水分的反应。然后通过应用注射器将液态树脂LN903(来自Akzonobel公司)放置在底部片中的脊之间。然后将顶部玻璃片布置在底部玻璃片的顶部以轻轻地挤压液体树脂。接着将整个组件在室温(25℃)下固化24小时以获得密封组件。如实例A-C一样，对该密封组件进行染料测试。该组件通过了染色测试。然后在丙酮中洗涤染料。然后将该组件放入湿度测试室中，并且进行85℃和85％RH处理。该单元是通过观察中心薄膜铝层的透明性来定期检查水分的进入。在85℃和85％RH下，内部铝变成透明，表明水分进入并与薄膜铝反应。因此，有机物在168小时后单独密封失败。
试样F:在该试样中，首先将两个无机搪瓷的正方形脊(～2mm宽度)沉积且烧成(在525℃下20分钟)在3”×3”×3.2mm厚的底部玻璃片上。类似地，将单个无机搪瓷的正方形脊(～2mm宽度)沉积且烧成(在525℃下20分钟)在3”×3”×3.2mm厚的底部玻璃片上。这些脊的布置是如下方式进行：如果两个玻璃片以所述脊相互面对的方式放置在各自的顶部，则顶部玻璃片的脊将会位于在底部玻璃片上的脊之间。接着在底部玻璃片的中心处，蒸发正方形薄膜铝(该薄膜铝将开始是不透明的，如果受到湿气的侵袭将会变成透明的)用于显示与水分的反应。然后通过注射器将在底部片中的脊之间应用填充有玻璃片的有机密封溶剂(4gm的液态树脂LN903、1gm的ECR玻璃片(等级为GF100nm))，以及在DAC混合器中以3500rpm(每次1分钟共5次)混合3.5gm甲苯。然后将顶部玻璃片放置在底部玻璃片的顶部上以轻轻地挤压液体树脂。接着将整个组件在室温(25℃)下固化24小时以获得密封组件。如实例A-C中一样，将混合密封的组件进行染料测试。该组件通过了染色测试。然后在丙酮中洗涤染料。之后将组件放置在湿度测试室中进行85℃和85％RH处理。该单元是通过观察中心薄膜铝层的透明性定期检查水分的进入。甚至在744小时暴露于85℃和85％RH后，内部的铝保持为不透明，这表明没有水分进入。因此，比较样品F与样品D，加载有玻璃片的有机混合密封与单独的有机密封相比经受水分进入至少长576小时。

Claims (27)

1.一种形成阻挡层的方法，包括：
a.提供加载有玻璃片的可固化的有机材料，其包含：
(i)至少一种可固化的有机材料，
(ii)基于所述有机材料的体积计5-95体积％的玻璃片；
b.将所述加载有玻璃片的可固化的有机材料应用于至少一个第一基板；以及
c.固化所述可固化的有机材料以形成阻挡层，
其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度，
并且，在(b)之后，将加载有玻璃片的可固化的有机材料经受超声变幅杆处理，使得至少部分地将所述玻璃片平行于所述基板排列，
其中所述长宽比为所述玻璃片的最长尺寸与最短尺寸的比。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在(c)之前将第二基板与所述至少一个第一基板接触，使得加装有玻璃片的可固化的有机材料位于它们之间。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述阻挡层、至少一个第一基板和所述第二基板形成空腔。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃片以10-40体积％的量存在，并且具有0.5-100微米的长度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃片以40-70体积％的量存在，并且具有0.5-100微米的长度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述玻璃片的平均粒度是50纳米-20微米。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在(a)之前，通过将促进粘附的底漆、偶联剂、橡胶弹性体中的至少一种应用于所述玻璃片，使所述玻璃片官能化；所述橡胶弹性体选自由天然橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶所组成的组中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述偶联剂包括有机钛酸盐偶联剂和/或硅烷偶联剂，所述硅烷偶联剂选自由乙烯基、氯丙基、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、伯胺、二胺、巯基、阳离子苯乙烯基、钛酸盐、混合的硅烷和三聚氰胺环氧树脂所组成的组中。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述甲基丙烯酸酯为阳离子甲基丙烯酸酯。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在(a)之前，已经制备所述玻璃片使其含有选自过渡金属和稀土金属中的至少一种吸收紫外线的阳离子。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，过渡金属为钛。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，稀土金属为铈。
13.根据权利要求3所述的方法，其中，活性层包含在所述空腔内。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述活性层选自太阳能电池接触层、有机光伏装置、等离子体显示装置、纳米晶体显示器、电致变色装置、电致变色材料体系、悬浮的颗粒装置、微盲玻璃、液晶装置、智能窗户、可切换的窗户、智能玻璃、E玻璃、LED、SED、FED、OLED、DLP、FLD、IMOD、TDEL、QDLED、TMOS、TPD、LCL、LPD和OLET。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，有机光伏装置为太阳能电池。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，液晶装置为LCD。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，固化是通过应用选自超声波、可见光、紫外光、宽带红外光、激光、火焰感应及其组合所组成的组中的定域能来实现的。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述固化是通过应用选自热能加热、环境加热、超声波、磁感应加热所组成的组中的分散能来实现的。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，热能加热是天然气燃烧炉或对流炉。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，磁感应加热是涡流。
21.一种密封组件，包括至少一个空腔，所述空腔由用固化后的组合物密封在一起的至少两个基板形成，所述固化后的组合物在固化之前包括：
a.至少一种可固化的有机材料；和
b.基于有机材料的体积计5-95％的玻璃片，
其中所述玻璃片具有0.1-2000微米的长度和2-100的长宽比，并且至少部分地将所述玻璃片平行于所述至少两个基板中的一个排列，
其中所述长宽比为所述玻璃片的最长尺寸与最短尺寸的比。
22.根据权利要求21所述的密封组件，其中，所述玻璃片以10-40体积％的量存在，且具有0.5-100微米的长度。
23.根据权利要求21所述的密封组件，其中，所述玻璃片以40-70体积％的量存在，且具有0.5-100微米的长度。
24.根据权利要求21所述的密封组件，其中，提供活性层使其包含在所述空腔内。
25.一种气密密封物体的方法，包括：
a.提供加载有玻璃片的可固化的有机材料，其包含：
(i)至少一种可固化的有机材料，
(ii)基于有机材料的体积计40-70体积％的玻璃片；
b.将加载有玻璃片的可固化的有机材料应用于所述物体的至少部分表面；
c.固化所述可固化的有机材料以在所述物体的至少部分表面上形成薄膜或薄片，
其中所述玻璃片具有2-100的长宽比和0.1-2000微米的长度，
并且，在(b)之后，将加载有玻璃片的可固化的有机材料经受超声变幅杆处理，使得至少部分地将所述玻璃片平行于所述物体的表面排列，
其中所述长宽比为所述玻璃片的最长尺寸与最短尺寸的比。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，在(a)之前将至少一种金属涂覆在所述玻璃片上。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，通过选自喷涂、电镀、溅镀、CVD或金属盐原位还原所组成的组中的方法，将所述金属涂覆在所述玻璃片上。
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