CN102272221B - 包括乙烯共聚物共混物包封片材的太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包括聚合物包封片材的太阳能电池模块，其中所述聚合物包封片材包含乙烯共聚物A和乙烯共聚物B的共混组合物，所述共混组合物具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的小于100g/10min的熔体流动速率，并且其中所述乙烯共聚物A包含乙烯共聚单元和约3至约20重量％的具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酯或酸酐，并且所述乙烯共聚物B包含乙烯共聚单元和约6至约40重量％的极性单体，所述极性单体选自乙烯乙酸酯、(甲基)丙烯酸烷基酯，以及它们的混合物。

Description

包括乙烯共聚物共混物包封片材的太阳能电池模块
发明领域
本发明涉及太阳能电池模块，其包括由乙烯共聚物的共混物形成的聚合物包封片材。
发明背景
由于太阳能电池提供可持续的能源，因此其应用得到快速发展。根据所采用的光吸收材料，太阳能电池通常可分为两种，即块状或基于晶片的太阳能电池和薄膜太阳能电池。
单晶硅(c-Si)、多晶硅(poly-Si或mc-Si)和带状硅是用来形成更传统的基于晶片的太阳能电池的最常用材料。源自基于晶片的太阳能电池的太阳能电池模块通常包括焊接在一起的一系列自承晶片(或电池)。这些晶片通常具有介于约180μm和约240μm之间的厚度。此类太阳能电池板称为太阳能电池层，并且其可进一步包括电线，诸如连接各个电池单元的交叉带状线和一端连接至电池而另一端伸出模块的汇流条。接着还可以将太阳能电池层层压到一个或多个包封层和一个或多个保护层，以形成可以使用至少20年的耐候性模块。一般来讲，按照从前朝阳面到后非朝阳面的位置顺序，源自基于晶片的太阳能电池的太阳能电池模块包括：(1)入射层(前板)，(2)前包封层，(3)太阳能电池层，(4)后包封层，以及(5)背衬层(后板)。在这类模块中，重要的是，设置在太阳能电池层的朝阳面(即入射层和前包封层)的材料具有良好的透明性，以允许足够的日光到达太阳能电池。此外，一些模块可包括双面太阳能电池，该模块的太阳能电池可通过接收直射到其朝阳面上的日光和通过接收反射回其非朝阳面上的日光产生电能。在这类模块中，重要的是，太阳能电池层周围的所有材料具有充分的透明性。
日益重要的可供选择的薄膜太阳能电池由通常由包括非晶硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟硒化物(CuInSe2或CIS)、铜铟/镓二硒化物(CuInxGa(1-x)Se2或CIGS)、光吸收染料以及有机半导体的材料形成。举例而言，薄膜太阳能电池公开于例如美国专利5,507,881、5,512,107、5,948,176、5,994,163、6,040,521、6,137,048和6,258,620以及美国专利公布2007/0298590、2007/0281090、2007/0240759、2007/0232057、2007/0238285、2007/0227578、2007/0209699和2007/0079866。通过将半导体层沉积到由玻璃或柔性膜形成的覆板或基板上来制备通常厚度小于2μm的薄膜太阳能电池。制造过程通常包括激光划片工序，该工序能够使相邻的电池直接相互串联，而不需要在电池之间进行进一步焊料连接。对于晶片电池，太阳能电池层还可以包括电线，例如交叉带状线和汇流条。同样地，再将薄膜太阳能电池层压到其它包封层和保护层上以制备耐候性和耐环境性模块。根据进行多层沉积的顺序，可将薄膜太阳能电池沉积到在最终模块中最终用作入射层的覆板上，或者可将电池沉积到在最终模块中最终用作背衬层的基板上。因此，得自薄膜太阳能电池的太阳能电池模块可具有两类构造中的一种。按照从前朝阳面到后非朝阳面的位置顺序，第一类构造包括：(1)太阳能电池层，其包括覆板和沉积在覆板的非朝阳面上的一层薄膜太阳能电池，(2)(后)包封层，和(3)背衬层。按照从前朝阳面到后非朝阳面的位置顺序，第二类构造可包括：(1)入射层，(2)(前)包封层，(3)太阳能电池层，其包括沉积到基板的朝阳面上的一个或多个薄膜太阳能电池的层。
用于太阳能电池模块中的包封层被设计用于包封和保护易碎的太阳能电池。用于太阳能电池包封层的合适的聚合物材料通常具有以下特性的组合，诸如高抗冲击性、高耐穿透性、良好的耐紫外线(UV)性、良好的长期热稳定性、对玻璃和其他刚性聚合物片材具有足够的粘附强度、高防潮性以及良好的长期耐侯性。目前，乙烯/乙酸乙烯酯共聚物是业内应用最广泛的包封材料。
将太阳能电池模块用于本领域时，已发现如果包封片材和其邻近层未密封严密，水分将进入并导致分层。仍然有必要开发一种包封材料，使其与邻近层具有优异的粘附性，并因此改善太阳能电池模块的耐侯性。对于薄膜太阳能电池产业尤其如此，在该产业中模块周边边缘提供封边的实施将引入大量成本并产生工艺影响。
已发现，乙烯共聚物的共混组合物(如美国专利公布2006/0025527、2006/0160952和2006/0148988中所公开的那些)表现出高耐温性和良好的高频可焊性。此外，共混组合物可以很好地粘附到金属(如铝)或塑料(如聚酰胺和聚烯烃)上。然而，已发现由此类乙烯共聚物共混物制成的聚合物片材也可以与玻璃形成出色的粘结结合，而且这种粘结结合是抗水的。
发明概述
本文公开了一种太阳能电池模块，其包括太阳能电池层和包括至少一层乙烯共聚物的共混组合物的片材，其中(A)该太阳能电池层包括单个太阳能电池或多个电互连的太阳能电池；并且(B)该共混组合物按照ASTMD1238在190℃和2.16kg下进行测定，具有小于100g/10min的熔体流动速率，并且包含：(I)按共混组合物的总重量计约5至约95重量％、或约5至约40重量％的乙烯共聚物A，其中该乙烯共聚物A包含乙烯的共聚单元和按该乙烯共聚物A的总重量计约3至约20重量％的共聚单体，该共聚单体选自具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酯、具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酸酐，以及它们的混合物；以及(II)按共混组合物的总重量计约5至约95重量％、或约60至约95重量％的乙烯共聚物B，其中乙烯共聚物B包含乙烯的共聚单元和按乙烯共聚物B的总重量计约6至约40重量％的至少一种极性单体，该极性单体选自乙酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯，以及它们中的任何两者或多者的混合物，前提条件是乙烯共聚物A和乙烯共聚物B是化学上不同的。具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酯可以选自具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的单酯、具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的二酯以及它们中的任何两种或更多种的混合物。乙烯共聚物A可以包含约6至约15重量％，或约8至约15重量％的具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的单酯的共聚单元。乙烯共聚物B可以包含约12至约32重量％的至少一种极性单体的共聚单元，并且所述至少一种极性单体可以是乙酸乙烯酯，或可以选自丙烯酸C1-C6烷基酯、甲基丙烯酸C1-C6烷基酯以及它们中的两种或更多种的混合物。
在一个实施方案中，包含共混组合物的片材为基本上由共混组合物组成的单层形式，或具有两个或更多亚层的多层片材形式，其中至少一层所述亚层基本上由共混组合物组成，并且存在于多层片材中的其他各亚层包含至少一种聚合物，该聚合物选自酸共聚物、酸共聚物的离聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚(乙烯醇缩醛)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚烯烃嵌段弹性体、α-烯烃和α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物、硅酮弹性体、环氧树脂，以及它们中的两种或更多种的组合。
在另一个实施方案中，太阳能电池模块可具有前朝阳面和后非朝阳面。在此类实施方案中，太阳能电池模块可包括层压到太阳能电池层的朝阳面上的前包封层和层压到太阳能电池层的非朝阳面上的后包封层，其中所述前包封层和后包封层中的一者为包含所述共混聚合物的片材，并且所述前包封层和后包封层中的另一者包含聚合材料，该聚合材料选自α-烯烃和α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物、α-烯烃和α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物的离聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚(乙烯醇缩醛)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、α-烯烃和α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物、硅酮弹性体、环氧树脂、以及它们的组合。此外，太阳能电池模块还可包括入射层，其中该入射层为模块的最外表面层并定位在太阳能电池层的朝阳面上，并且其中所述入射层选自(a)玻璃片材，(b)包含选自下列的聚合物的聚合物片材：聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物，以及它们中的两种或更多种的组合，以及(c)包含选自下列的聚合物的聚合物膜：聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜、尼龙、聚氨酯、丙烯酸类、乙酸纤维素、玻璃纸、聚(氯乙烯)、含氟聚合物、以及它们中的两种或更多种的组合。另外，该太阳能电池模块还可包括背衬层，其中该背衬层为模块的最外表面层并定位在太阳能电池的非受光面上，并且其中所述背衬层选自：(a)玻璃片材、(b)聚合物片材、(c)聚合物膜、(d)金属片材，以及(e)陶瓷片，并且其中所述聚合物片材包含选自下列的聚合物：聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物，以及它们中的两种或更多种的组合；并且所述聚合物膜包含选自下列的聚合物：聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜、尼龙、聚氨酯、丙烯酸类、乙酸纤维素、玻璃纸、聚(氯乙烯)、含氟聚合物以及它们中的两种或更多种的组合。
在另一个实施方案中，太阳能电池可以是基于晶片的太阳能电池，其选自基于结晶硅(c-Si)和多晶硅(mc-Si)的太阳能电池，并且所述太阳能电池模块按位置顺序可基本上由以下各层组成：(a)入射层，(b)层压到太阳能电池层朝阳面上的前包封层，(c)太阳能电池层，(d)层压到太阳能电池层非受光面上的后包封层，以及(e)背衬层，其中前包封层和后包封层中的一者或两者包含所述共混组合物。
在另一个实施方案中，太阳能电池可以是选自基于非晶硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、碲化镉(CdTe)、铜铟硒化物(CIS)、铜铟/镓二硒化物(CIGS)、光吸收染料、和有机半导体的太阳能电池，并且所述太阳能电池模块可(a)在一个实施方案中，按位置顺序基本上由以下各层组成：(i)入射层，(ii)包括所述片材的前包封层，所述片材包含共混组合物，以及(iii)所述太阳能电池层，其中所述太阳能电池层还包括基板，所述薄膜太阳能电池沉积在所述基板上并且所述基板的定位使得所述基板为所述模块的最外表面，并且位于所述太阳能电池层的非朝阳面上，或(b)在另一个实施方案中，按位置顺序基本上由以下各层组成：(i)太阳能电池层，(ii)包括所述片材的后包封层，所述片材包含共混组合物，以及(iii)背衬层，其中所述太阳能电池层还包括覆板，所述薄膜太阳能电池沉积在所述覆板上并且所述覆板的定位使得所述覆板为所述太阳能电池层的朝阳面上的所述模块的最外表面。
本文还公开了制备太阳能电池模块的方法，该方法包括：(a)提供包括上述所有组件层的组合件，(b)层压组合件以形成太阳能电池模块。该方法的层压步骤可通过使组合件受热和任选地承受真空或压力来进行。
附图简述
图1为本文公开的基于晶片的太阳能电池模块的剖面图(未按比例绘制)。
图2为本文公开的一个特定薄膜太阳能电池模块的剖面图(未按比例绘制)。
图3为本文所公开的另一个薄膜太阳能电池模块的剖面图(未按比例绘制)。
发明详述
除非另行定义，本文所用的所有科技术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的一样。如发生矛盾，以本说明书及其包括的定义为准。
虽然与本文所述方法和材料类似或等同的方法和材料均可用于本发明的实践或检验，但合适的方法和材料是如本文所述的那些。
除非另行指出，所有百分数、份数、比率等均按重量计。
当数量、浓度或其他值或参数以范围、优选范围或优选上限值和优选下限值的列表形式给出时，其应理解为具体地公开由任何范围上限或优选值和任何范围下限或优选值的任何一对所构成的所有范围，而不管所述范围是否被单独地公开。凡在本文中给出某一数值范围之处，该范围均旨在包含其端点，以及位于该范围内的所有整数和分数，除非另行指出。当定义一个范围时，不旨在将本发明的范围限定于所列举的具体值。
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如本文所用，术语“包含”、“包括”、“含有”、“特征在于”、“具有”或者它们的任何其他变型均旨在涵盖非排他性的包括。例如，包括要素列表的工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或该工艺、方法、制品或设备所固有的其他要素。此外，除非有相反的明确说明，“或”是指包含性的“或”，而不是指排他性的“或”。
过渡短语“基本上由...组成”将权利要求的范围限制为指定的材料或步骤，以及不会对受权利要求书保护的发明所具有的基本特征和新型特征造成实质影响的那些材料或步骤。
当申请人用诸如“包括”的开放式术语定义本发明或其一部分时，应被理解为该描述可被解释为等同于使用术语“基本上由...组成”对本发明进行的描述，除非另行指出。
“一个”或“一种”用于描述本发明的要素和组分。这仅出于方便考虑并给出本发明的一般性意义。这种描述应被理解为包括一个或至少一个，并且该单数也包括复数，除非很明显地另指他意。
在描述某些聚合物时，应当理解，有时申请人提及聚合物时使用的是制备该聚合物的单体或用于制备该聚合物的单体的量。虽然此类描述可能不包括用于描述最终聚合物的具体命名或者可能不包含以方法限定产品的术语，但是对单体和量的任何此类提及均应被解释为表示聚合物包含这些单体(即，这些单体的共聚单元)或这些单体的量，以及对应的聚合物及其组合物。
在描述本发明和/或提出本发明的权利要求时，术语“共聚物”用于指由两种或更多种单体共聚所形成的聚合物。此类共聚物包括二聚物、三元共聚物或更高阶共聚物。
本文公开了太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括a)至少一个包含乙烯共聚物的共混组合物的片层(即，包封(片)层)和b)包括一个或多个太阳能电池的太阳能电池层。片材用作太阳能电池模块中的包封层。
本文所用的乙烯共聚物的共混组合物具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的小于约100g/10min、或小于约85g/10min、或小于约60g/10min、或约1至约40g/10min的熔体流动速率(MFR)，并包含(a)按共混组合物的总重量计约5至约95重量％、或约5至约40重量％、或约10至约30重量％的乙烯共聚物A，以及(b)按共混组合物的总重量计约5至约95重量％、或约60至约95重量％、或约70至约90重量％的乙烯共聚物B，其中(i)按乙烯共聚物A的总重量计，乙烯共聚物A包含乙烯共聚单元和约3至约20重量％的具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酯、具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酸酐或它们的混合物的共聚单元；以及(ii)按乙烯共聚物B的总重量计，乙烯共聚物B包含乙烯共聚单元和约6至约40重量％的至少一种极性单体的共聚单元，所述极性单体选自乙酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯以及它们中的任何两种或更多种的混合物，前提条件是乙烯共聚物A与乙烯共聚物B为化学上不同的共聚物。所谓化学上不同的共聚物是指共聚物中的共聚单体单元不完全相同。例如，当共聚物A为乙烯与共聚单体C的二聚物，共聚物B为乙烯、共聚单体C和共聚单体D的三元共聚物时，共聚物A和共聚物B视为化学上不同。又如，当共聚物A为乙烯与共聚单体C的二聚物，共聚物B为乙烯与共聚单体D的二聚物时，共聚物A和共聚物B视为化学上不同。
共混组合物中所用的乙烯共聚物A可以通过乙烯与选自下列的共聚单体的共聚作用获得：具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的单酯，具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的二酯，具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酸酐，以及它们中的任何两种或更多种的混合物。合适的共聚单体可以包括丁烯二酸(如马来酸、富马酸、衣康酸和柠康酸)的C1-C20烷基单酯(如马来酸单甲酯、马来酸单乙酯、富马酸单丙酯以及富马酸单(2-乙基己基)酯)以及丁烯二酸的C1-C20烷基二酯(如马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、柠康酸二丁酯、马来酸二辛酯和富马酸二(2-乙基己基)酯)。在一个实施方案中，乙烯共聚物A通过乙烯与马来酸单甲酯或马来酸单乙酯的共聚作用获得。在另一个实施方案中，乙烯共聚物A通过乙烯与马来酸单乙酯的共聚作用获得。
乙烯共聚物A可以是二聚物或更高阶共聚物如三元共聚物。例如，当为三元共聚物形式时，乙烯共聚物A可以进一步包含按乙烯共聚物A的总重量计小于约5重量％的第三共聚单体的共聚单元，所述第三共聚单体选自乙酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、以及它们的衍生物。合适的丙烯酸和甲基丙烯酸的衍生物包括化学领域的普通技术人员已知的盐、酯或其他酸衍生物。优选的酸衍生物包括例如丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯。
共混组合物中所用的乙烯共聚物A的具体实例包括但不限于乙烯/马来酸单酯二聚物(如乙烯/马来酸单乙酯二聚物)、乙烯/马来酸单酯/甲基丙烯酸正丁酯三元共聚物、乙烯/马来酸单酯/丙烯酸甲酯三元共聚物、乙烯/马来酸单酯/甲基丙烯酸甲酯三元共聚物、乙烯/马来酸单酯/甲基丙烯酸乙酯三元共聚物、以及乙烯/马来酸单酯/丙烯酸乙酯三元共聚物。
共混组合物中所用的乙烯共聚物A可以包含按乙烯共聚物A的总重量计约3至约20重量％、或约6至约15重量％、或约8至约15重量％的具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酯的共聚单元。
共混组合物中所用的乙烯共聚物A可通过乙烯和具体共聚单体的无规共聚作用以高压自由基法(一般是高压釜法)合成。此类方法在美国专利4,351,931中有所描述。可以用作乙烯共聚物A的一些示例性乙烯共聚物在美国专利申请公布2005/0187315中有所描述。
共混组合物中所用的乙烯共聚物B可包含按乙烯共聚物B的总重量计约6至约40重量％、或约12至约32重量％的至少一种极性单体的共聚单元，所述极性单体选自乙酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯、以及它们中的任何两种或更多种的混合物。
乙烯共聚物B可以是二聚物或更高阶共聚物如三元共聚物。当为更高阶共聚物形式时，除具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的单酯、具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的二酯，以及具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酸酐以外，乙烯共聚物B还进一步包含一种或多种附加的合适共聚单体的共聚单元。例如，乙烯共聚物B可以是三元共聚物的形式，并进一步包含按乙烯共聚物B的总重量计小于约5重量％的第三共聚单体的共聚单元，所述第三共聚单体选自丙烯酸、甲基丙烯酸以及它们的衍生物。
在某些实施方案中，乙烯共聚物B为包含乙烯和乙酸乙烯酯的共聚单元的乙烯乙酸乙烯酯共聚物。乙烯/乙酸乙烯酯共聚物可以具有按照ASTMD1238在190℃和2.16kg下测得的约0.1至约1000g/10min、或约0.3至约30g/10min的熔体流动速率(MFR)。
应当理解，共混组合物中所用的乙烯共聚物B可以是单种乙烯乙酸乙烯酯共聚物的形式，或是两种或更多种不同乙烯乙酸乙烯酯共聚物的混合物的形式。所谓不同的乙烯乙酸乙烯酯共聚物是指共聚物具有不同的共聚单体比率。它们也可以是具有相同的共聚单体比率，但由于具有不同的分子量分布而具有不同MFR的共聚物。
可用于本文的乙烯乙酸乙烯酯共聚物包括以商品名Elvax
Figure BPA00001392626200091
得自E.I.duPont de Nemours and Company(DuPont)，Wilmington，DE的那些。
在另一个实施方案中，乙烯共聚物B为包含乙烯和丙烯酸烷基酯的共聚单元的乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物。丙烯酸烷基酯的烷基部分可包含1-6个或1-4个碳原子，可以选自甲基、乙基以及支链或非支链的丙基、丁基、戊基和己基。示例性的丙烯酸烷基酯包括但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯和丙烯酸正丁酯。可以通过改变共聚单体中存在的烷基的相对量和同一性来控制丙烯酸烷基酯共聚单体的极性。类似地，甲基丙烯酸C1-C6烷基酯共聚单体可以用作共聚单体。此类共聚单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸正丁酯。
可用于本文的乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸烷基酯共聚物可以具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的约0.1至约200g/10min范围内的熔体流动速率，因此合适的乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸烷基酯共聚物的分子量可以显著不同。
应当理解，共混组合物中所用的乙烯共聚物B可以是单种乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物、单种甲基丙烯酸烷基酯共聚物或任何两种或更多种不同的乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物和/或乙烯甲基丙烯酸烷基酯共聚物的混合物。也可以设想在本发明的实践中使用至少一种乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物和至少一种乙烯/甲基丙烯酸烷基酯共聚物的共混物。
乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物和/或乙烯/甲基丙烯酸烷基酯共聚物可以通过聚合物领域熟知的方法用高压釜或管式反应器制备。例如，可以在高压釜中以连续方法进行共聚作用，其中将乙烯、丙烯酸烷基酯(或甲基丙烯酸烷基酯)和任选的溶剂(如甲醇(参见美国专利5,028,674)连同引发剂连续送入搅拌过的高压釜中，例如美国专利2,897,183中所公开的高压釜类型。在另一个实施方案中，乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物(或乙烯/甲基丙烯酸烷基酯共聚物)可以按照文章“High Flexibility EMA Made from High PressureTubular Process”(Annual Technical Conference-Society of Plastics Engineers(2002)，第60届(第2卷)，1832-1836)中所述的步骤在管式反应器中制备。在另一个实施方案中，乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物(或乙烯/甲基丙烯酸烷基酯共聚物)可以在高压管式反应器中在高温下通过沿着管子另外引入反应物共聚单体而获得。在另一个实施方案中，乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物或乙烯/甲基丙烯酸烷基酯共聚物可在一系列高压釜反应器中制备，其中通过多区域引入反应物共聚单体实现共聚单体更换，如美国专利3,350,372、3,756,996和5,532,066中所述。
可用于本文的乙烯/丙烯酸烷基酯共聚物包括以商品名Elvaloy
Figure BPA00001392626200111
 AC得自DuPont的那些。
本文所用的共混组合物还可以包含一种或多种其他聚烯烃，如乙烯均聚物、丙烯均聚物、附加乙烯共聚物(除乙烯共聚物A和B以外)以及丙烯共聚物。按共混组合物的总重量计，此类任选的聚烯烃的含量可以为至多约25重量％，前提条件是此类任选的聚烯烃的引入不会对所期望的共混组合物的性能特性如透明性和粘附性造成不利影响。
本文所用的共混组合物也可以包含本领域已知的其他添加剂。这些添加剂可以包括但不限于加工助剂、流动增强剂、润滑剂、颜料、染料、阻燃剂、抗冲改性剂、成核剂、诸如二氧化硅的抗粘连剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、紫外线稳定剂、分散剂、表面活性剂、螯合剂、偶联剂、诸如玻璃纤维的增强剂、填料等。一般来讲，将可降低共混组合物光学透明度的添加剂(诸如增强剂和填料)仅加入用作太阳能电池模块中后包封的那些片材。
可使用热稳定剂，其在本领域中已广泛公开。在用于本发明的组合物中，任何已知的热稳定剂都可能具有实用性。热稳定剂的优选普通种类包括但不限于酚类抗氧化剂、烷基化一元酚、烷硫基甲基苯酚、对苯二酚、烷基化对苯二酚、生育酚、羟基化硫代二苯醚、亚烷基双酚、O-、N-和S-苄基化合物、羟基苄基化丙二酸酯、芳香羟基苄基化合物、三嗪化合物、氨基酸类抗氧化剂、芳基胺、二芳基胺、聚芳基胺、酰氨基酚、草酰胺、金属减活化剂、亚磷酸盐、亚膦酸盐、苄基膦酸盐、抗坏血酸(维生素C)、清除过氧化物的化合物、羟胺、硝酮、硫代增效剂、苯并呋喃酮、吲哚酮等以及它们的混合物。共混组合物可以包含任意有效量的热稳定剂。热稳定剂的使用是任选的，并且在某些情况下不是优选的。使用热稳定剂时，共混组合物包含按共混组合物的总重量计至少约0.05重量％、最多约10重量％、更优选最多约5重量％、并且最优选最多约1重量％的热稳定剂。
可使用紫外线吸收剂，其在本领域中也已广泛公开。任何已知的紫外线吸收剂均可用于本发明。紫外线吸收剂的优选普通种类包括但不限于苯并三唑、羟基二苯甲酮、羟基苯基三嗪、取代的和未取代的苯甲酸的酯等以及它们的混合物。共混组合物可以包含任意有效量的紫外线吸收剂。紫外线吸收剂的使用是任选的，并且在某些情况下不是优选的。使用紫外线吸收剂时，共混组合物包含按共混组合物的总重量计至少约0.05重量％、最多约10重量％、更优选最多约5重量％、并且最优选最多约1重量％的紫外线吸收剂。
可使用受阻胺光稳定剂(HALS)，其在本领域中也已广泛公开。一般来讲，所公开的受阻胺光稳定剂为仲的或叔的、乙酰化的、N-烷氧基化取代的、羟基取代的或具有显著空间位阻效应的其他取代环胺，并且一般是得自邻近胺基的碳原子的脂族取代。共混组合物可以包含任意有效量的受阻胺光稳定剂。受阻胺光稳定剂的使用是任选的，并且在某些情况下不是优选的。使用受阻胺光稳定剂时，共混组合物包含按共混组合物的总重量计至少约0.05重量％、最多约10重量％、更优选最多约5重量％、并且最优选最多约1重量％的受阻胺光稳定剂。
可将硅烷偶联剂加入到共混组合物中以改善其粘附强度。可用于本发明组合物的示例性硅烷偶联剂包括但不限于γ-氯丙基甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-乙烯基苄基丙基三甲氧基硅烷、N-β-(N-乙烯基苄基氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧丙基三乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-巯丙基甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷以及它们中的两种或更多种的混合物。优选地将硅烷偶联剂以按共混组合物的总重量计约0.01至约5重量％、或更优选约0.05至约1重量％的含量掺入到共混组合物中。
本文所用的乙烯共聚物的示例性共混组合物包括但不限于美国专利公布2006/0160952和2006/0148988中所公开的那些共混组合物。
用于太阳能电池模块的包封片材可以是单层或多层的形式。所谓“单层”，是指片材由本文所公开的和上文所述的乙烯共聚物的共混组合物制成，或基本上由其组成。当片材为多层形式时，它包括多个亚层，并且至少一个亚层由乙烯共聚物的共混组合物制成或基本上由其组成，而其他亚层可由任何其他合适的聚合材料制成或基本上由其组成，例如α-烯烃和α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物(即酸共聚物)、部分中和的离子酸共聚物(即离聚物)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚(乙烯醇缩醛)(包括隔音级聚(乙烯醇缩醛))、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯(如线性低密度聚乙烯)、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、α-烯烃与α，β-烯键式不饱和羧酸酯的共聚物(如乙烯丙烯酸甲酯共聚物和乙烯丙烯酸丁酯共聚物)、硅酮弹性体、环氧树脂、以及它们中的两种或更多种的组合。
包含乙烯共聚物的共混组合物的包封片材的一侧或两侧可以是平滑或粗糙的表面。优选的是该片材在两侧均具有粗糙表面以利于在层压过程中脱气。可在片材挤出过程中进行机械压花或熔体破裂，然后让片材骤冷使其表面粗糙度在处理期间得以保持，通过这样的方式形成粗糙表面。可通过本领域熟知的常用方法向片材施加表面图案。例如，挤出的片材可以从位置紧邻挤出机模头出口的模辊的专门制备的表面上通过。这可以为离开模头的熔融聚合物的一个侧面赋予所需的表面特征。因此，当此类模辊的表面具有微小的凹凸不平时，它会为通过模头的聚合物片材的一侧赋予粗糙表面，并且该粗糙表面上的凸起和凹陷一般分别适形于辊表面的凹陷和凸出。此类模辊在例如美国专利4,035,549和美国专利公布2003/0124296中有所公开。
包含乙烯共聚物的共混组合物的包封片材可以用任何合适的方法制备而得。例如，可通过浸涂、溶液流铸、压塑、注塑、层压、熔融挤塑、吹胀薄膜工艺、挤出贴面、串联式挤出贴合、或本领域技术人员所知的任何其他方法形成这些片材。或者，所述片材可以通过熔融挤塑、熔融共挤塑、熔融挤出贴面、吹胀薄膜工艺或串联式熔融挤出贴合工艺形成。
如果需要，可以在采用层压方法之前对太阳能电池模块中包含的任何组件层的一个或两个表面进行处理，以加强其与其他层压层的粘附性。这种增强粘附力的处理可采取本领域已知的任何形式，并且包括火焰处理(参见例如美国专利2,632,921、2,648,097、2,683,894和2,704,382)、等离子处理(参见例如美国专利4,732,814)、电子束处理、氧化处理、电晕放电处理、化学处理、铬酸处理、热空气处理、臭氧处理、紫外线处理、喷砂处理、溶剂处理以及它们中的两种或更多种的组合。而且，还可通过将粘合剂或底漆涂料涂覆在一个或多个层压层的表面上来使粘附强度得到进一步改善。例如，美国专利4,865,711公开了具有改善的可粘结性的膜或片材，它们的一个或两个表面上沉积有薄的碳层。其他示例性粘合剂或底漆可包括硅烷、聚(烯丙胺)基底漆(参见例如美国专利5,411,845、5,770,312、5,690,994和5,698,329)和丙烯酸基底漆(参见例如美国专利5,415,942)。粘合剂或底漆涂层可以呈粘合剂或底漆的单层形式并具有约0.0004至约1密耳(约0.00001至约0.03mm)、或优选约0.004至约0.5密耳(约0.0001至约0.013mm)、或更优选约0.004至约0.1密耳(约0.0001至约0.003mm)的厚度。
术语“太阳能电池”旨在包括可将光转化为电能的任何制品。本发明可用的太阳能电池包括但不限于基于晶片的太阳能电池(例如基于c-Si或mc-Si的太阳能电池，如上文发明背景部分中所述)和薄膜太阳能电池(例如基于a-Si、μc-Si、CdTe、CIS、CIGS、吸光染料或有机半导体的太阳能电池，如上文发明背景部分中所述)。在太阳能电池层内，优选的是太阳能电池电互连和/或排列在平面中。此外，太阳能电池层还可包括电线，诸如交叉带状线和汇流条。
太阳能电池层可以是双面的。在这类实施方案中，设置在太阳能电池任一侧的所有层压材料都应充分透明，以允许日光或反射的日光到达太阳能电池。或者，太阳能电池层可具有朝阳面(也称为正面，并且在实际使用条件下，通常会面向太阳)和非朝阳面(也称为背面，并且在实际使用条件下时，通常会背对太阳)。在此类实施方案中，存在于设置在太阳能电池层朝阳面上的层压层和亚层中的所有材料都应具有足够的透明性以允许日光到达太阳能电池。存在于设置在太阳能电池层非朝阳面上的层压层和亚层中的层压材料不必透明。
太阳能电池模块通常包括至少一层包封片材，该包封片材包含被层压到太阳能电池层上的共混组合物。所谓“层压”，是指在层压结构中，两个层直接(即两层之间无任何附加材料)或间接(即两层之间具有附加材料，诸如夹层或粘合剂材料)粘结。在某些实施方案中，包含共混组合物的包封片层直接粘结到太阳能电池层。
太阳能电池模块还可包括附加包封层，这些包封层包含其它聚合材料，诸如酸共聚物、酸共聚物的离聚物、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩醛(包括隔音级聚乙烯醇缩醛)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯(如线性低密度聚乙烯)、聚烯烃嵌段弹性体、α-烯烃与α，β-烯键式不饱和羧酸酯的共聚物(如乙烯丙烯酸甲酯共聚物和乙烯丙烯酸丁酯共聚物)、硅酮弹性体、环氧树脂以及它们中的两种或更多种的组合。
包含乙烯共聚物的共混组合物的每个包封层或其他聚合物包封层的厚度可独立地在约1至约120密耳(约0.025至约3mm)、或约10至约90密耳(约0.25至约2.3mm)、或约15至约60密耳(约0.38至约1.5mm)、或约20至约60密耳(约0.51至约1.5mm)、或约20至约45密耳(约0.51至约1.14mm)的范围内。太阳能电池模块中所包括的任何或所有包封层可具有平滑表面或粗糙表面。优选地，这些包封层具有粗糙表面以利于在层压过程中脱气。
在某些实施方案中，包含乙烯共聚物的共混组合物的包封层为双层片材的形式，其具有基本上由所述共混组合物组成的第一亚层和包含上述任何合适的包封材料的第二亚层。在此类实施方案中，包含所述共混组合物的亚层可具有约0.5至约15密耳(约13至约381μm)的厚度。
在另一个实施方案中，包含乙烯共聚物组合物的包封层为具有两个表面亚层和一个内亚层的三层片材形式，其中两个表面亚层的每一层基本上由所述共混组合物组成，并且内亚层包含上述任何合适的包封材料。另外，基本上由所述共混组合物组成的各表面亚层可具有约0.5至约15密耳(约13至约381μm)的厚度。
太阳能电池模块还可包括分别在太阳能电池模块的朝阳面和非朝阳面用作模块的一个或多个最外层的入射层和/或背衬层。
太阳能电池模块外层，即入射层和背衬层，可包含任何合适的片材或膜。合适的片材可以是玻璃或塑性片材。塑性片材可包含聚合物，诸如聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃(例如乙烯降冰片烯聚合物)、聚苯乙烯(优选在茂金属催化剂的存在下制备的聚苯乙烯)、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物或它们中的两种或更多种的组合。此外，可利用诸如铝、钢、镀锌钢之类的金属片材或陶瓷板来形成背衬层。
术语“玻璃”不仅包括窗玻璃、平板玻璃、硅酸盐玻璃、玻璃片材、低铁玻璃、钢化玻璃、钢化无氧化铈玻璃和浮法玻璃，还包括彩色玻璃、特种玻璃(诸如那些包含控制太阳能加热的成分的玻璃)、镀膜玻璃(诸如那些溅射有金属(如银或氧化铟锡)以控制日照的玻璃)、低辐射玻璃、Toroglas
Figure BPA00001392626200161
玻璃(Saint-Gobain N.A.Inc.(Trumbauersville，PA))、SolexiaTM玻璃(PPG Industries(Pittsburgh，PA))和Starphire玻璃(PPG Industries)。此类特种玻璃在例如美国专利4,615,989、5,173,212、5,264,286、6,150,028、6,340,646、6,461,736和6,468,934中有所公开。但应当理解，为具体模量所选择的玻璃类型取决于预期用途。
合适的膜层包含聚合物，其包括但不限于聚酯(例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(萘二甲酸乙二醇酯))、聚碳酸酯、聚烯烃(例如聚丙烯、聚乙烯和环状聚烯烃)、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯(例如间规聚苯乙烯)、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜(例如聚醚砜、聚砜等)、尼龙、聚(氨基甲酸酯)、丙烯酸类、乙酸纤维素(例如乙酸纤维素、三乙酸纤维素等)、玻璃纸、硅氧烷、聚(氯乙烯)(例如聚(偏二氯乙烯))、含氟聚合物(例如，聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物)、以及它们中的两种或更多种的组合。聚合物膜可以为非取向的，或者单轴向取向的，或者双轴向取向的。可用于太阳能电池模块外层(如，入射层或背衬层)的一些具体示例性膜包括但不限于聚酯膜(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜)、含氟聚合物膜(如得自DuPont的Tedlar
Figure BPA00001392626200163
、Tefzel
Figure BPA00001392626200164
和Teflon
Figure BPA00001392626200165
膜)。诸如铝箔之类的金属膜也可用作背衬层。用于太阳能电池模块外层的膜还可以是多层膜的形式，诸如含氟聚合物/聚酯/含氟聚合物多层膜(例如，得自Isovolta AG.(Austria)或Madico(Woburn，MA)的Tedlar
Figure BPA00001392626200166
/PET/Tedlar
Figure BPA00001392626200167
或TPT层压膜)。
太阳能电池模块还可包括嵌入模块内的其他功能薄膜或片层(例如，介电层或阻挡层)。此类功能层可以包括任何上述聚合物膜或涂覆有附加功能涂层的薄膜。例如，涂覆有金属氧化物涂层的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(例如美国专利6,521,825和6,818,819以及欧洲专利EP1182710所公开的)可充当层压体内的氧气和水分阻挡层。
如果需要，太阳能电池层与包封层之间还可以包括非织造玻璃纤维(稀松布)层，以有利于层压过程中除气和/或用来加强包封层。此类稀松布层的用途在例如美国专利5,583,057、6,075,202、6,204,443、6,320,115和6,323,416以及欧洲专利EP0769818中有所公开。
可以包括特殊的薄膜或片材以同时起到包封层和外层的作用。还可以设想，包括在模块中的任何膜或片材层可以采用预成形的单层或多层膜或片材的形式。
如果需要，入射层薄膜和片材、背衬层薄膜和片材、包封层及复合在太阳能电池模块内的其它层的一个或两个表面可以进行任何合适的处理，以增强粘附力。这种增强粘附力的处理可采取本领域已知的任何形式，并且包括火焰处理(参见例如美国专利2,632,921、2,648,097、2,683,894和2,704,382)、等离子处理(参见例如美国专利4,732,814)、电子束处理、氧化处理、电晕放电处理、化学处理、铬酸处理、热空气处理、臭氧处理、紫外线处理、喷砂处理、溶剂处理以及它们中的两种或更多种的组合。而且，还可通过将粘合剂或底漆涂料涂覆在一个或多个层压层的表面上来使粘附强度得到进一步改善。例如，美国专利4,865,711公开了具有改善的可粘结性的膜或片材，它们的一个或两个表面上沉积有薄的碳层。其他示例性粘合剂或底漆可包括硅烷、聚(烯丙胺)基底漆(参见例如美国专利5,411,845、5,770,312、5,690,994和5,698,329)和丙烯酸基底漆(参见例如美国专利5,415,942)。粘合剂或底漆涂层可以呈粘合剂或底漆的单层形式并具有约0.0004至约1密耳(约0.00001至约0.03mm)、或优选约0.004至约0.5密耳(约0.0001至约0.013mm)、或更优选约0.004至约0.1密耳(约0.0001至约0.003mm)的厚度。
在一个特定实施方案(现在参见图1)中，其中太阳能电池源自基于晶片的自承太阳能电池单元，太阳能电池模块(20)按从前朝阳面到后非朝阳面的位置顺序包括：(a)入射层(10)，(b)前包封层(12)，(c)由一个或多个电互连的太阳能电池构成的太阳能电池层(14)，(d)后包封层(16)，和(e)背衬层(18)，其中前包封层和后包封层(12和16)的至少一者或两者由包含共混组合物的片材形成。
在另一个实施方案中，太阳能电池模块源自薄膜太阳能电池，并且可以(i)在一个实施方案(图2中的30)中按从前朝阳面到后非朝阳面的位置顺序包括：(a)太阳能电池层(14a)，其包括覆板(24)和在非朝阳面处沉积在其上的一个或多个薄膜太阳能电池层(22)；(b)由包含共混组合物的片材形成的(后)包封层(16)；和(c)背衬层(18)，或(ii)在另一个实施方案(图3中的40)中，包括：(a)透明入射层(10)；(b)由包含共混组合物的片材形成的(前)包封层(12)；和(c)太阳能电池层(14b)，其包括在其朝阳面处沉积在基板(26)上的一个或多个薄膜太阳能电池层(22)。
此外，可将上述一系列太阳能电池模块进一步连接以形成太阳能电池阵列，这可产生期望的电压和电流。
可以使用本领域内已知的任何层压方法(诸如高压釜法或非高压釜法)来制备太阳能电池模块。
在示例性方法中，太阳能电池模块的组件层以期望的次序层叠在一起以形成预层压组合件。然后将该组合件放入能够保持真空的袋子(“真空袋”)内，用真空管或其他装置抽去袋中的空气，将袋子密封同时保持真空(例如至少约27至28英寸汞柱(689至711mm汞柱))，然后将密封袋放入高压釜中并将压力升高至约150至约250psi(约11.3至约18.8巴)，并且温度为约130℃至约180℃、或约120℃至约160℃、或约135℃至约155℃、或约145℃至约155℃，放置时间为约10至约50分钟、或约20至约45分钟、或约20至约40分钟、或约25至约35分钟。可以用真空环来代替真空袋。美国专利3,311,517公开了一种类型的合适真空袋。在加热和加压循环后，使高压釜中的空气冷却，但不加入额外的空气以保持高压釜内的压力。冷却约20分钟后，释放高压釜中过量气体并将层压板移出高压釜。
作为另外一种选择，可将预层压组合件置于烘箱中在约80℃至约120℃、或约90℃至约100℃的温度下加热约20至约40分钟，然后使加热后的组合件通过一组夹辊，通过这种方式挤出各层之间空隙内的空气、并密封组合件的边缘。此阶段的组合件称为预压件。
然后可将预压件置于高压釜中，使釜中空气的温度升至约120℃至约160℃、或约135℃至约160℃，压力为约100至约300psi(约6.9至约20.7巴)或优选约200psi(13.8巴)。这些条件维持约15至约60分钟或约20至约50分钟后，在不引入另外空气的情况下使高压釜中的空气冷却。冷却约20至约40分钟后，释放高压釜中过量气体并将层压产品移出高压釜。
还可通过非高压釜法制备太阳能电池模块。此类非高压釜法在例如美国专利3,234,062、3,852,136、4,341,576、4,385,951、4,398,979、5,536,347、5,853,516、6,342,116和5,415,909、美国专利公布2004/0182493、欧洲专利EP1235683 B1以及PCT专利公布WO91/01880和WO03/057478中有所公开。一般来讲，非高压釜法包括加热预压组合件并且施加真空、压力、或它们二者。例如，可使组合件依次通过加热烘箱和夹辊。
层压方法的这些实例并不旨在进行限制。基本上可以使用任何层压方法。
如果需要，可以密封太阳能电池模块的边缘，以减少水分和空气侵入并使一个或多个太阳能电池效率下降和使用寿命缩短的潜在趋势减缓。可通过本领域公开的任何方式密封边缘。合适的封边材料包括但不限于丁基橡胶、多硫化物、硅酮、聚氨酯、聚丙烯弹性体、聚苯乙烯弹性体、嵌段弹性体(如苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS))等。
下面通过特定实施方案的实施例对本发明作进一步说明。
实施例
实施例中使用了以下聚合物材料：
●EMA-1-乙烯/丙烯酸甲酯共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计20重量％的丙烯酸甲酯共聚单元，并且具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的8g/10min的熔体流动速率；
●EMA-2-乙烯/丙烯酸正丁酯共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计27重量％的丙烯酸正丁酯共聚单元，并且具有按照ASTMD1238在190℃和2.16kg下测得的4g/10min的熔体流动速率；
●EMA-3-乙烯/丙烯酸甲酯共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计24重量％的丙烯酸甲酯共聚单元，并且具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的2g/10min的熔体流动速率。
●E/MAME-1-乙烯/马来酸单乙酯共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计9.5重量％的马来酸单乙酯共聚单元，并且具有按照ASTMD1238在190℃和2.16kg下测得的30g/10min的熔体流动速率；
●E/MAME-2-乙烯/马来酸单乙酯共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计15重量％的马来酸单乙酯共聚单元，并且具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的30g/10min的熔体流动速率；
●EVA-1-乙烯/乙酸乙烯酯共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计28重量％的乙酸乙烯酯共聚单元，并且具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的2g/10min的熔体流动速率；
●EVA-2-乙烯/乙酸乙烯酯共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计25重量％的乙酸乙烯酯共聚单元，并且具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的2g/10min的熔体流动速率；
●ECP-1-EMA-1(80重量％)与E/MAME-1(20重量％)的共混物，其具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的10g/10min的熔体流动速率，并用直径30mm的具有螺旋混合器的双螺杆挤出机在180℃至230℃的熔融温度下通过熔融共混制备；
●ECP-2-EMA-2(80重量％)与E/MAME-2(20重量％)的共混物，其具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的4.5g/10min的熔体流动速率，并用直径30mm的具有螺旋混合器的双螺杆挤出机在180℃至230℃的熔融温度下通过熔融共混制备；
●ECP-3-EVA-1(80重量％)和E/MAME-2(20重量％)的共混物，其具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的3.2g/10min的熔体流动速率，并用直径30mm的具有螺旋混合器的双螺杆挤出机在180℃至230℃的熔融温度下通过熔融共混制备；
●ECP-4-EMA-1(80重量％)与E/MAME-2(20重量％)的共混物，其具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的7.7g/10min的熔体流动速率，并用直径30mm的具有螺旋混合器的双螺杆挤出机在180℃至230℃的熔融温度下通过熔融共混制备；
●ECP-5-EMA-3(80重量％)与E/MAME-2(20重量％)的共混物，其具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的2.9g/10min的熔体流动速率，并用直径30mm的具有螺旋混合器的双螺杆挤出机在180℃至230℃的熔融温度下通过熔融共混制备；
●ECP-6-EMA-2(80重量％)与E/MAME-1(20重量％)的共混物，其具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的4.8g/10min的熔体流动速率，并用直径30mm的具有螺旋混合器的双螺杆挤出机在180℃至230℃的熔融温度下通过熔融共混制备；
●EAA-1-乙烯/丙烯酸共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计18重量％的丙烯酸共聚单元，并且具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的60g/10min的熔体流动速率；
●EMAA-1-乙烯/甲基丙烯酸共聚物，其包含按所述共聚物的总重量计12重量％的甲基丙烯酸共聚单元，并且具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的13.5g/10mm的熔体流动速率；
●EMA/EAA共混物-EMA-1(80重量％)和EAA-1(20重量％)的共混物，用直径30mm的具有螺旋混合器的双螺杆挤出机在180℃至230℃的熔融温度下通过熔融共混制备；
将上文所列的每种聚合物材料成形为压模膜或流延膜。具体地讲，压模膜用设置为180℃至210℃温度的压模制备，而流延膜的制备方法为：将聚合物树脂送入以160℃至180℃的斜坡式挤出机区域温度运行的双螺杆挤出机(直径为28mm，长度/直径比率(L/D)为28∶1)，让聚合物熔体通过在180℃温度下运行的10英寸(25.4cm)宽的狭槽冲模，然后将聚合物熔体浇铸到冷却至20℃的铸塑辊上。
实施例E1至E9和比较实施例CE1至CE8
在实施例E1至E9和比较实施例CE1至CE8中，将每个膜层压在一块玻璃与一个Tedlar
Figure BPA00001392626200211
/聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/Tedlar
Figure BPA00001392626200212
三层膜(“TPT”)之间，从而形成具有玻璃/夹层/TPT结构的玻璃层压板。使用的玻璃板为尺寸为4×4英寸(10×10cm)、厚度为1/8英寸(3.2mm)的Krystal Klear
Figure BPA00001392626200213
玻璃(AGC Flat Glass North America，Inc.Alpharetta，GA)。使用的TPT三层膜由夹在两个得自DuPont的Tedlar
Figure BPA00001392626200214
薄膜之间的聚酯膜形成。按照下文所列的层压方法制备每个玻璃层压板。
具体地讲，在形成表1中所列的每个层压板(CE1至CE8和E1至E3)时，将压模夹层膜(1×4英寸(2.5×10cm))放置在TPT膜(1×9英寸(2.5×23cm))与玻璃板之间，其中玻璃板的“镀锡面”面向夹层膜。然后将该预层压组合件放入到Meier ICOLAM 10/08层压机(MeierVakuumtechnik GmbH，Bocholt，Germany)中进行层压。层压循环包括3至5分钟的排空步骤(3英寸汞柱(76mm汞柱)的真空)以及在压力为一个大气压(101,325Pa)、层压机温度设置为140℃的条件下的0.5至5分钟压制步骤。
在形成表2中所列的每个层压板(E4至E9)时，将5密耳(0.13mm)厚的Teflon
Figure BPA00001392626200221
氟化乙烯丙烯(FEP)膜(DuPont)(1/2×4英寸(1.3×10cm))放置到玻璃板(4×4英寸(10×10cm))顶部的一定位置处，在该位置FEP膜条的长边缘与玻璃板的一个边缘对齐，以便用作进行进一步剥离强度测试的开放空间。然后将流延夹层膜(4×9英寸(10×23cm))放到玻璃板上，覆盖玻璃和FEP膜，并越过FEP膜与玻璃板对齐的边缘延伸5英寸(13cm)。最后，将TPT膜(4×9英寸(10×23cm))放到夹层膜上，其中抛光(或反射)面向下并面向夹层膜。然后按照上文所公开的方法对该预层压组合件进行层压。最后，取下FEP膜条，沿着其9英寸(23cm)长度，将夹层/TPT膜切割成三个1英寸(2.5mm)宽的条，然后用锋利的平刃剃刀，从放置FEP膜的边缘将夹层膜与玻璃之间的粘结部分切开约1/4英寸(33mm)的深度。
在环境温度下将层压板浸入水中24h或91h之前和/或之后，使用Instron试验机(Instron张力检验器型号1122)，以180°的角度和12.7cm/min的速率将夹层/TPT膜层从玻璃板上剥离。每个样本的剥离载荷在表1和2中示出。
如表1所示，由EMA-1(CE1)制成的夹层显示对玻璃几乎没有粘附性，而由EVA-1或EVA-2(CE4或CE5)制成的夹层显示对玻璃具有很小的粘附性。当层压条件设置具有5分钟抽真空和3分钟压制时，由E/MAME-1或E/MAME-2(CE2或CE3)制成的夹层对玻璃具有良好的粘附性。
相比之下，如E1至E9所示，除了两个样本外，由E/MAME和EMA或EVA的共混物制成的所有夹层在水处理之前和之后都对玻璃具有良好的粘附性。在24小时水处理后夹层不能提供良好粘附性的这两个样本层压板是在具有3分钟抽真空和0.5分钟压制的层压条件下制备的。
另外，由EAA-1或EMAA-1(CE6或CE7)制成的夹层在水处理之前对玻璃具有良好的粘附性，但水处理之后不行。结果还显示，由EMA/EAA共混物(CE8、EMA-1和EAA-1共混物)制成的那些夹层对玻璃的粘附性强于由EMA-1(CE1)制成的那些夹层，但弱于由EAA-1(CE6)制成的那些夹层。期望获得通常表现出两种组分的平均性质的共混物样本。
表1
Figure BPA00001392626200231
Figure BPA00001392626200241
注：a.两次测试的平均值；
b.三次测试的平均值；
c.进行层压时层压机温度设置在150℃；
d.层压板中的玻璃板破裂。
e.在环境温度下浸入水中24小时。
表2
Figure BPA00001392626200251
注：a.两次测试的平均值；
b.在环境温度下浸入水中91小时。
实施例E10至15和比较实施例CE9至CE11
在这些实施例中，根据ASTM E424测定由E/MAME和EMA或EVA的共混物(E10至E15)、EMA-1(CE9)、EMA-2(CE10)或E/MAME(CE11)制成的流延膜的太阳能透射率。如表3所示，由E/MAME和EMA或EVA的共混物制成的流延膜保持了良好的透射率。
表3
Figure BPA00001392626200261
实施例E16和E17：
在E16中，包括10密耳(0.25mm)厚ECP-1压模膜和5密耳(0.051mm)厚DuPont Kapton
Figure BPA00001392626200262
膜的双层层压板通过在140℃和100psi(0.689MPa)下在预热的压机中将两个膜压制30秒来制备。使用Instron试验机(Instron张力检验器型号1122)，以180°的角度和12.7cm/min的速率将ECP-1膜从Kapton
Figure BPA00001392626200263
膜上剥离，剥离载荷记为4.5lb/in。
在E17中，用类似方法制备与E16结构相同的双层层压板，不同的是膜的压制温度为160℃，剥离载荷记为5.2lb/in。
实施例E18至E37：
表4中所述12×12英寸(305×305mm)太阳能电池模块按照层压方法1(E18至E27)或层压方法2(E28至E37)进行制备，如下所述。层1和层2分别构成入射层和前包封层，而层4和层5分别构成后包封层和后板(在应用了这些层时)。
在层压方法1中，首先将层压体的组件层层叠，以形成预层压组合件。对于包含作为外表面层的聚合物薄膜层的组合件，需将盖玻璃片材置于薄膜层上。然后将预层压组合件置于Meier ICOLAM 10/08层压机(Meier层压机；Meier Vakuumtechnik GmbH(Bocholt，Germany))内。层压循环包括5.5分钟的抽真空步骤(3英寸汞柱(76mm汞柱))和145℃温度下5.5分钟的压制阶段(1000毫巴的压力)。然后将得到的层压板移出层压机。
在层压方法2中，将预层压组合件放入真空袋内，将真空袋密封并施加真空来除去真空袋内的空气。将袋子置于烘箱中并加热至约90℃至约100℃，保持30分钟，以除去包含在组合件内的空气。然后将组合件置于空气压力为200psig(14.3巴)的高压釜中，使其在140℃下经受高压处理30分钟。不再向高压釜添加额外的空气，在此情况下使空气冷却。冷却20分钟后并当空气温度降至低于约50℃时，排出高压釜中的气体，将装有层压组合件的真空袋移出高压釜。然后将所得层压板移出真空袋。
表4
Figure BPA00001392626200271
●ION是由乙烯和甲基丙烯酸共聚物的离聚物制备的35密耳(0.89mm)厚压花片材，所述离聚物包含21.7重量％的甲基丙烯酸共聚单元，其中30％与钠离子中和，MFR为0.9g/10min(在190℃条件下采用2.16kg测得)。前体乙烯甲基丙烯酸共聚物在中和前的MFR为23g/10min(190℃，2.16kg)。
●FPF为得自DuPont的电晕表面处理过的Tedlar
Figure BPA00001392626200272
膜(1.5密耳(0.038mm)厚)。
●玻璃1为得自PPG Industries的Starphire玻璃。
●玻璃2为透明的退火浮法玻璃板层(2.5mm厚)。
●玻璃3为得自PPG Industries的SolexiTM阳光控制玻璃(3.0mm厚)。
●ECP-A是由ECP-1制成的35密耳(0.89mm)厚压花片材。
●ECP-B是由ECP-1制成的45密耳(1.14mm)厚压花片材。
●ECP-C是由ECP-2制成的20密耳(0.51mm)厚压花片材。
●ECP-D是由ECP-2制成的60密耳(1.52mm)厚压花片材。
●ECP-E是由ECP-3制成的45密耳(1.14mm)厚压花片材。
●ECP-F是由ECP-3制成的25密耳(0.64mm)厚压花片材。
●太阳能电池1为具有125μm厚不锈钢基板的10英寸×10英寸(254mm×254mm)非晶硅薄膜太阳能电池(美国专利6,093,581，实施例1)。
●太阳能电池2为10英寸×10英寸(254mm×254mm)的铜铟硒薄膜太阳能电池(美国专利6,353,042，第6栏第19行)。
●太阳能电池3为10英寸×10英寸(254mm×254mm)的碲化镉薄膜太阳能电池(美国专利6,353,042，第6栏第49行)。
●太阳能电池4是由10英寸×10英寸(254mm×254mm)的多晶EFG生长晶片制成的硅太阳能电池(美国专利6,660,930，第7栏第61行)。
●太阳能电池5为由12英寸×12英寸(305mm×305mm)玻璃片材支撑的薄膜太阳能电池(美国专利5,512,107、5,948,176、5,994,163、6,040,521、6,137,048和6,258,620)。

Claims (1)

1.太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括太阳能电池层和包括至少一层乙烯共聚物的共混组合物的片材，其中（A）所述太阳能电池层包括单个太阳能电池或多个电互连的太阳能电池；以及（B）所述共混组合物具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的小于100g/10min的熔体流动速率，并且包含：
I.    按所述共混组合物的总重量计5至95重量%的乙烯共聚物A，其中所述乙烯共聚物A包含乙烯与按所述乙烯共聚物A的总重量计3至20重量%的共聚单体的共聚单元，所述共聚单体选自具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酯、具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酸酐、以及它们的混合物；以及
II.   按所述共混组合物的总重量计5至95重量%的乙烯共聚物B，其中乙烯共聚物B包含乙烯与按所述乙烯共聚物B的总重量计6至40重量%的至少一种极性单体的共聚单元，所述极性单体选自乙酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯以及它们中的任何两种或更多种的混合物，前提条件是乙烯共聚物A和乙烯共聚物B是化学上不同的。
2.     权利要求1的太阳能电池模块，其中所述共混组合物包含5至40重量%的乙烯共聚物A和60至95重量%的乙烯共聚物B。
3.     权利要求1的太阳能电池模块，其中所述具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酯选自：具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的单酯、具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的二酯，以及它们中的任何两种或更多种的混合物。
4.     权利要求3的太阳能电池模块，其中所述乙烯共聚物A包含8至15重量%的马来酸单乙酯共聚单元。
5.     权利要求1的太阳能电池模块，其中所述乙烯共聚物B包含12至32重量%的至少一种极性单体的共聚单元。
6.     权利要求1的太阳能电池模块，其中所述至少一种极性单体为乙酸乙烯酯。
7.     权利要求1的太阳能电池模块，所述所述至少一种极性单体选自：丙烯酸C1-C6烷基酯、甲基丙烯酸C1-C6烷基酯、以及它们中的两种或更多种的混合物。
8.     权利要求1的太阳能电池模块，其中包含所述共混组合物的所述片材为基本上由所述共混组合物组成的单层形式。
9.     权利要求1的太阳能电池模块，其中包含所述共混组合物的所述片材为多层片材的形式并具有两个或更多个亚层，并且其中至少一个所述亚层基本上由所述共混组合物组成，并且存在于所述多层片材中的每一个其他亚层包含至少一种聚合物，所述聚合物选自酸共聚物、酸共聚物的离聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩醛、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、硅酮弹性体、环氧树脂、以及它们中的两种或更多种的组合。
10. 权利要求9的太阳能电池模块，其中所述的酸共聚物是α-烯烃和α,β-烯键式不饱和羧酸的共聚物。
11.   权利要求1的太阳能电池模块，其中包含所述共混组合物的所述片材为具有两个亚层的双层片材形式，并且其中所述两个亚层中的一者基本上由所述共混组合物组成并具有0.5至15密耳的厚度。
12.    权利要求1的太阳能电池模块，其中包含所述共混组合物的所述片材为具有夹嵌在两个表面亚层之间的内亚层的三层片材形式，并且其中所述两个表面亚层的每一层基本上由所述共混组合物组成并具有0.5至15密耳的厚度。
13.   权利要求1的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池层具有前朝阳面和后非朝阳面。
14.   权利要求13的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括层压到所述太阳能电池层的朝阳面上的前包封层，以及层压到所述太阳能电池层的非朝阳面上的后包封层，其中所述前包封层和后包封层中的一者为包含所述共混组合物的片材，并且所述前包封层和后包封层中的另一者包含聚合材料，所述聚合材料选自α-烯烃和α,β-烯键式不饱和羧酸的共聚物、α-烯烃和α,β-烯键式不饱和羧酸的共聚物的离聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩醛、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、硅酮弹性体、环氧树脂、以及它们的组合。
15.   权利要求13的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块还包括入射层，其中所述入射层为所述模块的最外表面层并定位在所述太阳能电池层的朝阳面上，并且其中所述入射层选自（a）玻璃片材，（b）包含选自下列的聚合物的聚合物片材：聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物、以及它们中的两种或更多种的组合，以及（c）包含选自下列的聚合物的聚合物膜：聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜、尼龙、聚氨酯、丙烯酸类、乙酸纤维素、玻璃纸、聚氯乙烯、含氟聚合物、以及它们中的两种或更多种的组合。
16.   权利要求13的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块还包括背衬层，其中所述背衬层为所述模块的最外表面层并定位在所述太阳能电池层的非受光面上，并且其中所述背衬层选自（a）玻璃片材、（b）聚合物片材、（c）聚合物膜、（d）金属片材，以及（e）陶瓷片，并且其中所述聚合物片材包含选自下列的聚合物：聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物、以及它们中的两种或更多种的组合；并且所述聚合物膜包含选自下列的聚合物：聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜、尼龙、聚氨酯、丙烯酸类、乙酸纤维素、玻璃纸、聚氯乙烯、含氟聚合物、以及它们中的两种或更多种的组合。
17. 权利要求15或16的太阳能电池模块，其中所述的聚烯烃是降冰片烯聚合物或聚苯乙烯。
18.   权利要求13的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池为基于晶片的太阳能电池，所述基于晶片的太阳能电池选自基于结晶硅（c-Si）和多晶硅（mc-Si）的太阳能电池，并且所述模块按位置顺序基本上由以下各层组成：（a）入射层，（b）层压到所述太阳能电池层的朝阳面上的前包封层，（c）所述太阳能电池层，（d）层压到所述太阳能电池层的非受光面上的后包封层，以及（e）背衬层，并且其中所述前包封层和后包封层中的一者或两者包含所述共混组合物。
19.   权利要求13的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池为选自非晶硅（a-Si）、微晶硅（μc-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟硒化物（CIS）、铜铟/镓二硒化物（CIGS）、光吸收染料的薄膜太阳能电池，以及基于有机半导体的太阳能电池，并且其中所述太阳能电池模块按位置顺序基本上由以下各层组成：（a）入射层，（b）包括所述片材的前包封层，所述片材包含所述共混组合物，以及（c）所述太阳能电池层，其中所述太阳能电池层还包括基板，所述薄膜太阳能电池沉积在所述基板上并且所述基板的定位使得所述基板为所述模块的最外表面，并且位于所述太阳能电池层的非朝阳面上。
20.   权利要求13的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池为选自非晶硅（a-Si）、微晶硅（μc-Si）、碲化镉（CdTe）、铜铟硒化物（CIS）、铜铟/镓二硒化物（CIGS）、光吸收染料的薄膜太阳能电池，以及基于有机半导体的太阳能电池，并且其中所述太阳能电池模块按位置顺序基本上由以下各层组成：（a）所述太阳能电池层，（b）包含所述片材的后包封层，所述片材包含共混组合物，以及（c）背衬层，其中所述太阳能电池层还包括覆板，所述薄膜太阳能电池沉积在所述覆板上并且所述覆板的定位使得所述覆板为所述太阳能电池层的朝阳面上的所述模块的最外表面。
21.   制备太阳能电池模块的方法，所述方法包括：
（a）提供组合件，该组合件包括太阳能电池层和包括至少一层乙烯共聚物的共混组合物的片材，其中（A）所述太阳能电池层包括单个太阳能电池或多个电互连的太阳能电池；以及（B）所述共混组合物具有按照ASTM D1238在190℃和2.16kg下测得的小于100g/10min的熔体流动速率，并且包含：
I. 按所述共混组合物的总重量计5至95重量%的乙烯共聚物A，其中所述乙烯共聚物A包含乙烯与按所述乙烯共聚物A的总重量计3至20重量%的共聚单体的共聚单元，所述共聚单体选自具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酯、具有两个羧酸基团的C4-C8不饱和酸的酸酐、以及它们的混合物；以及
II. 按所述共混组合物的总重量计5至95重量%的乙烯共聚物B，其中乙烯共聚物B包含乙烯与按所述乙烯共聚物B的总重量计6至40重量%的至少一种极性单体的共聚单元，所述极性单体选自乙酸乙烯酯、丙烯酸烷基酯、甲基丙烯酸烷基酯以及它们中的任何两种或更多种的混合物，前提条件是乙烯共聚物A和乙烯共聚物B是化学上不同的；和
（b）层压所述组合件以形成所述太阳能电池模块。
22. 权利要求21的方法，其中所述层压步骤通过使所述组合件受热和任选地承受真空或压力来进行。
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