CN102272634A - 具有包含离聚物材料的聚光制品的聚光太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚光太阳能电池模块，所述聚光太阳能电池模块包括至少一个太阳能电池和至少一种聚光制品。所述至少一种聚光制品能够将约1.02至约2000太阳能等价小时的太阳能聚集到所述太阳能电池上并包含离聚物组合物，所述离聚物组合物包含离聚物或由离聚物制成，所述离聚物具有显著高于其峰值熔融温度的蠕变开始温度。

Description

具有包含离聚物材料的聚光制品的聚光太阳能电池模块
发明领域
本发明涉及包括至少一种聚光制品的聚光太阳能电池模块。聚光制品包含离聚物组合物或由离聚物组合物制成，所述离聚物组合物继而包含离聚物或由离聚物制成。
发明背景
本说明书中引用了若干份专利和出版物以更全面地描述本发明所属现有技术。以上这些专利和出版物各自的全部公开内容均以引用方式并入本文。
由于需要可再生的和供应充足的能源，太阳能电池可用可见光发电的用途得到了迅速扩展。太阳能电池可以分为两类：块状或基于晶片的太阳能电池和薄膜太阳能电池。关于太阳能电池和光伏器件的全面描述可见于由John Wiley and Sons(2003，Hoboken，NJ)出版的Antonio Luque和StevenHegedus所著的“Handbook of Photovoltaic Science and Engineering”。
具体地讲，聚光太阳能电池模块可通过增加聚集和投射到太阳能电池上的光的量来提高典型太阳能电池模块的效率。这些聚光太阳能电池模块包括聚光制品，如反射或折射光学系统，以便捕集照射在给定区域上的太阳光并将所述光投射到具有较小表面积的太阳能电池上。
增加投射到每个太阳能电池上的光的量可以提高太阳能电池的发电量。例如，具有相对较低效率的聚光太阳能电池模块能够提供约1.02至10suns的太阳聚光因子，而具有相对较高效率的聚光太阳能电池模块可以提供约200suns或更高的太阳聚光因子。
此外，聚光制品通常比太阳能电池成本低，太阳能电池通常由硅或高效III-V材料(如GaAs)制成。因此，使用聚光太阳能电池模块还可提供经济效益。
已经开发了若干种聚光制品和聚光太阳能电池模块，并在文献中进行了描述，这些文献包括但不限于下列文献。首先，具有可使光改变方向而进入太阳能电池的压花凹槽的包封层描述于美国专利5,110,370、5,228,926和5,554,229中。会聚透镜描述于美国专利4,053,327、4,188,238、4,253,880、4,331,829、4,379,202、4,836,861、5,096,505、5,116,427、5,167,724、5,123,968、6,111,190、6,700,054；美国专利申请公布2008/0087323；欧洲专利0581889；以及国际专利申请公布WO2007/044384中。聚光盖片玻璃描述于美国专利5,959,787、6,091,020、2006/0283497；和欧洲专利0 255900中。菲涅尔透镜描述于美国专利3,125,091、4,545,366、4,848,319、5,118,361、5,217,539、5,496,414、5,498,297、5,578,139；美国专利申请公布2003/0201007和2004/0112424；欧洲专利1 892 771；以及国际专利申请公布WO 2006/120475和WO 2007/041018中。此外，美国专利5,344,497、5,505,789和6,075,200还描述了线性弧形菲涅尔线聚焦透镜在聚光太阳能电池模块中的应用。美国专利4,069,812和6,031,179描述了曲面棱镜菲涅尔型透镜在聚光太阳能电池模块中的应用。美国专利申请公布2003/0075212描述了与抛物面反射聚光器相连的菲涅尔型折射聚光器的应用。美国专利申请公布2005/0081908描述了用于微型光伏器件阵列的聚光小透镜的用途。最后，装有会聚透镜的集成聚光太阳能电池模块描述于美国专利申请公布2005/0081909、2006/0283495、2007/0056626、2008/0053515和2007/0095386；以及国际专利申请公布WO 2007/093422中。
聚光太阳能电池模块中所用的聚光制品通常由玻璃或塑料制成，塑料例如聚碳酸酯和聚丙烯酸类，如聚(甲基丙烯酸甲酯)。例如，用作菲涅尔透镜材料的聚丙烯酸类、聚苯乙烯、聚碳酸酯或甲基丙烯酸酯苯乙烯共聚物的应用描述于美国专利4,069,812、4,188,238、4,545,366和5,498,297中，用作会聚透镜材料的聚丙烯酸类描述于美国专利6,700,054中。关于这些光学塑料及其性质的全面描述可见于由CRC Press(Boca Raton，2002)出版的M.Weber所著的“Handbook of Optical Materials”。
然而，要注意的是，通过低成本的熔融方法不容易将玻璃和聚丙烯酸类形成聚光制品。此外，太阳能电池的使用寿命为约20至30年。然而，由聚碳酸酯制成的聚光制品通常不能承受这么长时间的环境压力，如气候影响。机械故障，如压力下的过度变形，也是个问题。因此，聚碳酸酯和其他热塑性材料的劣化限制了太阳能电池模块的使用寿命。
因此，仍需要开发可用于聚光太阳能电池模块所包括的聚光制品中的新型材料。希望这些材料可易于通过熔融加工而成形。还希望聚光制品在不限制太阳能电池模块使用寿命的一段时间内保持稳定。
发明概述
本文提供了包括至少一个太阳能电池和至少一种聚光制品的聚光太阳能电池模块。所述至少一种聚光制品包含离聚物组合物，并能够将约1.02至约2000太阳能等价小时(sun equivalent)的太阳能聚集到太阳能电池上。所述离聚物组合物包含离聚物或由离聚物制成，所述离聚物具有显著高于其峰值熔融温度的蠕变开始温度。
这些和多个其他可表征本发明的优点和新颖特征具体在附属于本文并构成本文一部分的权利要求书中指明。然而，为了更好地理解本发明、其优点以及通过其应用所达到的目标，应参考构成本文另一部分的附图以及随附的描述性质的事项，其中举例说明和描述了本发明的优选实施方案。
附图简述
图1为聚光太阳能电池模块的剖视图。
图2为第二个聚光太阳能电池模块的透视图。
图3为第三个聚光太阳能电池模块的透视图。
发明详述
除非特殊情况有其他限制，否则下列定义适用于本说明书中使用的术语。
本文所使用的科技术语具有本发明所属技术领域中的普通技术人员通常理解的含义。如发生矛盾，以本说明书，包括本文的定义，为准。
如本文所用，术语“互补地”是指相加等于100％的数。
如本文所用，术语“含有”、“包括”、“包含”、“特征在于”、“具有”或其任何其他变型旨在涵盖非排他性的包含。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。
连接短语“由组成”不包括未在权利要求中指定的任何要素、步骤或成分，从而将权利要求限定为只包括列出的那些材料，而不含除杂质外通常与其相关的物项。当短语“由组成”出现在权利要求正文的条款中，而不是紧接在前序之后时，该短语限定只在该条款中列出的要素；其他元素总的来说没有被排除在权利要求之外。
连接短语“基本上由组成”将权利要求的范围限制为具体的材料或步骤以及不会显著影响受权利要求保护的本发明的基本和新型特征的那些要素。“基本上由组成”权利要求占据介于由“由组成”格式书写的封闭式权利要求和由“包含”格式书写的完全开放式权利要求之间的中间地带。如本文所定义，术语“基本上由组成”并不将任选的、其含量适合此类添加剂的添加剂以及微量杂质排除在组合物之外。
当使用开放式术语例如“包含/包括”在本文中描述组合物、工艺、结构、或者组合物、工艺或结构的一部分时，除非另有规定，否则该描述也包括“基本上由”或者“由”该组合物、工艺、结构的要素、或者该组合物、工艺或结构的一部分的要素“组成”的实施方案。
冠词“一个”和“一种”可以与本文所述的组合物、工艺或结构的各种要素和组分结合使用。这只是为了方便起见，并且能够表明该组合物、工艺或结构的一般意义。此类描述包括“一个或至少一个”要素或组分。此外，如本文所用，单数冠词也包括多个要素或组分的描述，除非在具体的上下文中明显排除了复数。
术语“约”是指数量、尺寸、配方、参数、以及其他量和特性是不精确的并且不必是精确的，但可以是期望的近似值和/或较大值或较小值，由此反映公差、转换因子、四舍五入、测量误差等、以及本领域的技术人员已知的其他因子。一般来讲，数量、尺寸、配方、参数或者其他量或特性为“约”或者“近似的”，无论是否进行此类明确表述。
如本文所用，术语“或者”是包括性的；也就是说，短语“A或B”指“A、B、或A与B”。例如，本文用术语如“不是A就是B”和“A或B中的任一个”来指排他性的“或”。
此外，本文所示出的范围包括它们的端点，除非有另外明确表述。此外，当一个数量、浓度或其他数值或参数以范围、一个或多个优选范围或优选上限数值和优选下限数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数值和任何范围下限或优选数值的任何一对所构成的所有范围，而不管此类数值对是否被单独地描述。当定义一个范围时，本发明的范围并不限于所列举的具体数值。
当材料、方法、或机械用术语“本领域的技术人员已知的”、“常规的”或同义的单词或短语在本文中描述时，该术语表示在提交本专利申请时常规的材料、方法、或机械涵盖于该描述中。同样涵盖于该描述中的是，目前不常规的但是当适用于相似目的时将成为本领域公认的材料、方法、和机械。
除非另行指出，所有百分比、份数、比率、和类似数量均按重量定义。
如本文所用，术语“共聚物”是指包含由两种或更多种共聚单体进行共聚作用所生成的共聚单元的聚合物。就此而论，本文可能会根据共聚物的组分共聚单体或其组分共聚单体的量，例如“包含乙烯和15重量％丙烯酸的共聚物”或类似的说法来描述共聚物。此类描述可以视为非正式的，因为它并不把共聚单体当作共聚单元；因为它不包括共聚物的常规命名，例如国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的命名；因为它不使用方法限定物品术语；或者因为其他原因。然而，如本文所用，结合其组分共聚单体或其组分共聚单体的数量对共聚物进行的描述是指该共聚物含有指定共聚单体的共聚单元(在指定时具有指定数量)。由此得出如下推论，共聚物不是包含给定量的给定共聚单体的反应混合物的产物，除非在限定情况下进行此类明确表述。
术语“二聚物”是指基本上由两个单体组成的聚合物；术语“三元共聚物”是指基本上由三个单体组成的聚合物。
如本文所用，术语“酸共聚物”是指包含α-烯烃、α，β-烯键式不饱和羧酸和任选地一种或多种其他合适共聚单体(如α，β-烯键式不饱和羧酸酯)的共聚单元的聚合物。
最后，如本文所用，术语“离聚物”是指包含离子基团的聚合物，其中离子基团为阳离子相关羧酸盐，例如羧酸铵、碱金属羧酸盐、碱土金属羧酸盐、过渡金属羧酸盐和/或此类羧酸盐的混合物。如本文所定义，此类聚合物通常通过部分或完全中和(例如通过与碱反应)前体或母体聚合物的羧酸基团来制备，其中前体或母体聚合物为酸共聚物。本文所描述的离聚物的实例为锌/钠混合离聚物(或锌/钠中和的混合离聚物)，例如乙烯和甲基丙烯酸的共聚物，其中共聚化的甲基丙烯酸单元的羧酸基团的全部或一部分为羧酸锌和羧酸钠形式。
最后，如本文所用，术语“太阳能电池”是指能够将光转换成电能的任何制品。如本文所用，术语“聚光制品”是指能够捕集照射在较大区域上的光并将光投射、导向、折射或聚焦到较小区域上的任何光学系统。
本文提供了具有一种或多种聚光制品和一个或多个太阳能电池的聚光太阳能电池模块，其中一种或多种聚光制品和一个或多个太阳能电池按一定方式布置，使得可以通过聚光制品将光聚集到太阳能电池上。聚光制品包含离聚物组合物。太阳能电池可以是组装到聚光太阳能电池模块中的单一太阳能电池模块的一部分。合适的太阳能电池模块和聚光太阳能电池模块描述于上文引用的“Handbook of Photovoltaic Science and Engineering”中。
现在参见附图，其中类似的附图标号表示整个视图中的相应结构，具体参见图1，一个合适的聚光太阳能电池模块100包括一个或多个太阳能电池10。太阳能电池10可以任选地装有散热器20。图1中所示的散热器20包括通常由金属制成的导热翅片，这些导热翅片的大表面区域可以提高热转移到大气中的效率。太阳能电池模块100中可以使用其他形式的散热器，例如冷却水或气流。
仍参见图1，太阳能电池模块100还包括基底30和至少一个透镜40。透镜40为可以施加到基底30上的聚光制品，例如用粘合剂或用机械装置，如一个或多个夹具或框架施加到基底上。作为另外一种选择，透镜40和基底30可以整体形成。合适的透镜和基底材料为透明的，并在操作条件下和太阳能电池模块100的使用期内保持稳定。当基底30和透镜40不是整体形成时，玻璃为优选的基底30的材料。
图1中还示出了光线50，其继而示出了通过透镜40投射在太阳能电池10上的入射光的角度θ。角度θ明显大于角度θ′，角度θ′是不存在透镜40时会投射在太阳能电池10上的入射光的角度。实际上，太阳能电池模块100被设计为可提供相对较低的聚光因子。例如，具有该结构或类似结构的太阳能电池模块预期可使照射在其太阳能电池上的光增加1.01至10倍。
现在转到图2，图中示出了第二个聚光太阳能电池模块200，它也包括一个或多个太阳能电池10和任选的散热器20，散热器也可以包括所述翅片、冷却水、气流或任何其他合适的散热形式。太阳能电池模块200还包括透镜240，这里示出的是菲涅尔透镜，优选柔韧的菲涅尔透镜，其通过一个或多个支撑件210保持在适当位置。优选的支撑件210由刚性材料如金属、塑料、木材或玻璃制成。
透镜240为聚光制品。支撑件210直接或通过接合处220间接连接到太阳能电池10上。此外，支撑件210直接或通过第二接合处230间接连接到透镜240上。也可以采用此类太阳能电池的其他构造。例如，太阳能电池10可以安装在矩形棱镜的底部，矩形透镜的四个壁用作支撑件210并将矩形透镜的上表面替换成透镜240。
太阳能电池模块200被设计为提供中等聚光因子。例如，具有该结构或类似结构的太阳能电池模块预期可使照射在其太阳能电池上的光增加10至200倍。为了达到该效率水平，可以将太阳能电池模块200制成能用例如单或双轴跟踪系统跟踪太阳光的路径。
现在转到图3，第三个聚光太阳能电池模块300包括一个或多个太阳能电池10和任选的散热器(未示出)。太阳能电池10永久或可替换地附接在底座320上，该底座连接在支撑结构310上。优选的支撑结构310由刚性材料制成，如金属、塑料、木材或玻璃。支撑结构310的内表面可以优选为反光表面，以便将更多的光投射到太阳能电池10上。支撑结构310上还连接了初级光学系统330和次级光学系统340。初级光学系统330和次级光学系统340中的至少一者为聚光制品。然而，优选地，初级光学系统330和次级光学系统340都为聚光制品。此外，次级光学系统340通常直接与太阳能电池10接触。
太阳能电池模块300被设计为提供高聚光因子。例如，具有该结构或类似结构的太阳能电池模块预期可使照射在其太阳能电池上的光增加200至2000倍。为了达到该效率水平，可以将太阳能电池模块300制成能用例如高精度双轴跟踪系统跟踪太阳光的路径。
适用于本文所述聚光太阳能电池模块的太阳能电池包括但不限于基于晶片的太阳能电池和薄膜太阳能电池。当模块中使用多个太阳能电池时，优选太阳能电池为电互连的。包含两种或更多种以下所示太阳能电池材料的多结太阳能电池也可以用于聚光太阳能电池模块中。
单晶硅(c-Si)、多晶硅(poly-Si或mc-Si)和带状硅是形成基于晶片的太阳能电池的最常用材料。此外，基于晶片的太阳能电池可以使用高效III-V太阳能电池材料，如GaAs。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，并且其可还包括电线，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。然后，再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上，从而形成可以使用多至25至30年的耐候性模块。一般来讲，按照从前受光面到后非受光面的位置顺序，得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，(2)前(或入射)包封层，(3)太阳能电池层，(4)后包封层，以及(5)背衬层。
薄膜太阳能电池通常由包括非晶硅(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。一些合适的薄膜太阳能电池描述于例如美国专利5,507,881、5,512,107、5,948,176、5,994,163、6,040,521、6,137,048和6,258,620；以及美国专利申请公布2007/0298590、2007/0281090、2007/0240759、2007/0232057、2007/0238285、2007/0227578、2007/0209699和2007/0079866中。
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。然而，与晶片电池一样，薄膜太阳能电池层还可包括诸如交叉带状线和汇流条的电线。同样地，再将薄膜太阳能电池层压到其他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，源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。第一类构造按从前受光面到后非受光面的位置顺序包括：(1)太阳能电池层，其包括覆板和在非受光面处沉积在其上的一个或多个薄膜太阳能电池层；(2)(后)包封层；和(3)背衬层。第二类构造按从前受光面到后非受光面的位置顺序包括：(1)入射层；(2)(前或入射层)包封层；(3)太阳能电池层，其包括在其受光面处沉积在基板上的一个或多个薄膜太阳能电池层。
适用于本文所述聚光太阳能电池模块的聚光制品包括能够提供约1.02或1.04至约2000，优选地约1.5至约1700suns的太阳聚光因子的任何光学制品。此外，聚光制品包含下文所述的离聚物组合物。更具体地讲，聚光制品的一个或多个部件或整个聚光制品包含离聚物组合物或由离聚物组合物制成。一种优选的聚光制品能够提供约2至约10suns的太阳聚光因子，并可用于低效率聚光太阳能电池模块。另一种优选的聚光制品能够提供约200suns或更高，或约500至约1000suns的太阳聚光因子，并可用于高效率聚光太阳能电池模块。
聚光制品可以具有任何形式。例如，聚光制品可以是反射光学系统或折射光学系统，或反射和折射双效光学系统的形式。例如，聚光制品可以是包括反光镜、反射抛物面、反光盘或线性抛物槽的反射光学系统形式。作为另外一种选择，聚光制品可以是包括折射透镜或次级聚光制品(如二向色滤光片)的折射光学系统形式。
折射透镜可以来源于成像光学或非成像光学。此外，折射透镜可以是成型的入射包封层、包括会聚透镜的盖片、包括会聚透镜的盖片玻璃、会聚透镜、单透镜、复透镜、双凸透镜、平凸透镜、正弯月透镜、平凹透镜、非球面透镜、可膨胀透镜、菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜、线性弧形菲涅尔透镜、点聚焦菲涅尔透镜、分段式菲涅尔透镜、或这些构造中的任意两种或更多种的组合。
此外，聚光制品的全部或一部分还可以包括抗反射涂层。具体地讲，聚光制品的表面可以部分地或完全地被抗反射涂层涂覆。尤其期望的是提供具有抗反射涂层的折射透镜。合适的抗反射涂层可以由选自下列的材料形成：MgF2、含氟聚合物、含氟弹性体以及这些材料中的两种或更多种的混合物。合适的抗反射涂层的实例描述于2007年11月30日提交的美国临时专利申请60/991,294(代理人案卷号FL0448)；2007年12月19日提交的美国临时专利申请61/015,063，-074和-080(代理人案卷号FL0461、FL0419和FL0458)；2007年8月1日提交的美国专利申请11/888,382和-383(代理人案卷号FL0403和FL0404)；还描述于Jose Manuel Rodriguez-Parada等人或Kostantinos Kourtakis等人提交的其他美国专利申请，包括：2006年12月8日提交的美国临时专利申请60/873,861(代理人案卷号CL3613)；和2008年12月22日提交的美国临时专利申请61/139,657及-661(代理人案卷号CL4279和CL4281)；还描述于要求上述专利申请优先权的美国专利申请和国际专利申请；以及描述于上述专利申请中引用的参考文献。
反射光学系统还可以优选地敷以金属、磨光，或用其他方法处理，以增加反射到太阳能电池上的光的量。用于在包含离聚物组合物的物体上敷金属的合适条件和设备描述于2008年3月17日提交的美国专利申请12/077,307和2009年7月29日提交的美国专利申请12/511,678(代理人案卷号AD7463和PP0022)。反射光学系统也可以用包含反射填料的离聚物组合物制备，反射填料例如二氧化钛、玻璃微珠或铝薄片。
重要的是，聚光制品可以用在聚光太阳能电池模块的受光面上，其中受光面可以是模块的正面、背面、或背面和正面这两者。另外重要的是，聚光制品可以用于还包括玻璃或者一个或多个其他前片的聚光太阳能电池模块。作为另外一种选择，聚光制品自身可以用作聚光太阳能电池模块的后片或前片。
明显的是，聚光制品具有一定厚度、尺寸和形状类型，例如凹形或凸形，分段式或非分段式。可以根据熟知的光学原理确定这些性质，并根据所需聚光太阳能电池的要求调整这些性质。具体地讲，本领域的技术人员能够确定凸透镜的合适焦距，并能辨识具有合适折射率的材料，以提供具有一组具体设计要求(例如尺寸和能量输出)的聚光太阳能电池模块的所需太阳聚光因子。参见上文引用的“Handbook of Optical Materials”。
一种优选的聚光制品包括通过用半反射体密封透明半圆锥体而形成的气密罩，如美国专利4,177,083所述。透明半圆锥体由本文所述的离聚物组合物制备。例如，可以通过熔接而密封两个半块。
另一种优选的聚光制品包括透明块，所述透明块具有入射平表面和与入射表面相对的反射曲面，如美国专利4,440,153所述。透明块由本文所述的离聚物组合物制备。
另一种优选的聚光制品包括成型的入射层包封层，如美国专利5,110,370、5,228,926和5,554,229中所述。成型的入射层包封层由本文所述的离聚物组合物制备。
另一种优选的聚光制品包括盖片或盖片玻璃，如美国专利4,053,327、4,379,202、5,959,787、6,091,020、2006/0283497；以及欧洲专利0 255 900中所述。盖片或盖片玻璃由本文所述的离聚物组合物制备。
另一种优选的聚光制品包括会聚透镜，如美国专利4,188,238、4,253,880、4,331,829、4,836,861、5,096,505、5,116,427、5,123,968、5,167,724、6,700,054；美国专利申请公布2005/0081908和2008/0087323；欧洲专利0 581 889；以及国际专利申请公布WO2007/044384中所述。会聚透镜由本文所述的离聚物组合物制备。
另一种优选的聚光制品包括质构化的前片或后片，如2008年11月5日提交的美国专利申请12/264,986(代理人案卷号CL4382)中所述。质构化的前片或后片由本文所述的离聚物组合物制备。
另一种优选的聚光制品包括可膨胀透镜，如美国专利3,125,091和6,111,190中所述。可膨胀透镜由本文所述的离聚物组合物制备。
另一种优选的聚光制品具有可以包括多个线性棱镜的线性弧形菲涅尔透镜，如美国专利4,069,812、4,545,366、4,848,319、5,344,497、5,496,414、5,498,297、5,505,789、5,578,139、6,031,179、6,075,200；和美国专利申请公布2003/0201007中所述。线性弧形菲涅尔透镜由本文所述的离聚物组合物制备。
另一种优选的聚光制品包括菲涅尔透镜，如美国专利5,118,361和5,217,539；美国专利申请公布2003/0075212和2004/0112424；欧洲专利1892 771；以及国际专利申请公布WO2006/120475和WO2007/041018中所述。菲涅尔透镜由本文所述的离聚物组合物制备。
另一种优选的聚光制品包括会聚透镜，如美国专利申请公布2005/0081909、2006/0283495、2007/0056626、2008/0053515和2007/0095386；以及国际专利申请公布WO2007/093422中所述，并且其中会聚透镜由本文所述的离聚物组合物制备。
另外，在这一点上，聚光制品可以是自支撑的，或者可以用基底支撑。例如，如果由聚丙烯酸酯制成的菲涅尔透镜具有足够的厚度，则不需要基底。作为另外一种选择，优选地在菲涅尔透镜暴露于大气的一面上使用基底(例如玻璃板)以便延长菲涅尔透镜的使用寿命。使用基底的其他原因包括为聚光制品提供结构支撑的尺寸稳定性。此外，基底可以是透明的或不透明的，这取决于例如聚光制品的用途。显然，透明基底优选地用于折射聚光制品。然而，对于反射聚光制品，透明基底可能不是必需的，优选的是不透明的基底。
合适的基底包括但不限于木材；金属；玻璃；有机聚合物，如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯、聚酯和聚碳酸酯；矿物质，如板岩、花岗石或大理石；混凝土；有机/无机复合材料；等等。可以根据最终用途的要求选择基底的厚度。例如，厚度为几百分之一厘米的聚酯薄膜可以是柔韧菲涅尔透镜的合适基底，而厚度为二分之一厘米或更大的结构金属壁则可以用作曲面镜的基底。
聚光制品可以用任何合适的方法制备。例如，它可以通过注塑方法、注射包覆成型方法、挤出方法、流延薄膜或片材方法、吹塑薄膜或片材方法或型坯挤出方法形成。也可以用诸如弯曲、烫印、机加工等的二次成形方法形成聚光制品。使用两种或更多种成形方法或二次成形方法形成聚光制品是必要的或期望的。有关合适制造方法的其他信息提供于2009年11月25日提交的美国临时专利申请61/XXX,XXX(代理人案卷号PP0128)中。
本文所述的聚光制品包含离聚物组合物，离聚物组合物继而包含离聚物。离聚物为已知用作太阳能电池包封材料的热塑性离子共聚物。参见例如美国专利5,476,553、5,478,402、5,733,382、5,741,370、5,762,720、5,986,203、6,114,046、6,187,448、6,353,042、6,320,116和6,660,930；以及美国专利申请公布2003/0000568、2005/0279401、2008/0017241、2008/0023063、2008/0023064和2008/0099064。除了具有可控的透明度并易于加工之外，离聚物还具有使它们适用于聚光制品的稳定机械特性。
具体地讲，大部分热塑性材料的特征在于用差示扫描量热法(DSC)测得的峰值熔融温度(Tm)与蠕变温度之间的相关性。因此，Tm小于约60℃的材料不视为用于太阳能电池模块的聚光制品中的合适候选材料。据推测，具有较低Tm的材料也具有低蠕变开始温度和高水平蠕变的特征。这些性质将在太阳能电池模块使用的时间内和条件下导致不能接受的较大变形。变形的聚光制品不能有效地运行，因此太阳能电池的发电量很小。
令人惊奇的是，该相关性并不同样严格地适用于优选的离聚物。事实上，优选的离聚物的特征在于Tm与蠕变开始温度之间显著的、符号反转(sign-inverted)的差值。例如，预期峰值熔融温度在60℃至110℃范围内的材料(如离聚物)还会在低于峰值熔融温度的温度(例如在45℃至85℃范围内)下蠕变。事实上，大部分聚合物都在低于它们的熔点的温度下开始软化。还预期蠕变的程度和速率会妨碍离聚物满足上文所述的长期稳定性要求。
然而，有利的是，离聚物的蠕变开始温度高于峰值熔融温度。在优选的离聚物中，蠕变开始温度比峰值熔融温度高至少5℃，至少8℃或至少10℃。
不希望受理论约束，假设离聚物的聚乙烯链段具有在大于Tm的温度下可保持的结晶度。这与离聚物性质的已知倾向一致，例如降低的酸含量(互补地提高聚乙烯含量)与提高的Tm之间已确立的相关性。因此，即使超过热力学定义的并用热分析法测得的熔点，离聚物也不是完全液化或无定形的。此外，按照该假设，在较高温度下趋于提高其结晶度，或趋于促成三级结构保持性的离聚物的任何物理特性也会增大Tm与蠕变开始温度之间的差值。
还重要的是，对处于大幅施加的力或负荷下的蠕变与处于自应力或低应力下的蠕变进行区分，对于自应力或低应力而言，施加到材料上的负荷只是其自身重量所施加的力或非常小的附加力。还假设离聚物在高于Tm的温度下的流变学特性接近剪切致稀材料。具体地讲，与施加较大的力所产生的变形相比，对离聚物施加较小的力所产生的变形超出比例地减小。由此可见，与其他热塑性材料相比，优选的离聚物在自应力或低应力下的蠕变意想不到地减小。
因此，有悖常理的是，优选的离聚物在高于其Tm的温度下具有低水平的蠕变。这些蠕变水平和开始温度将优选的离聚物直接归入了适于在聚光太阳能电池模块中长期使用的材料范围内。
现在转到化学组成，合适的离聚物是前体酸共聚物的中和衍生物，其中前体酸共聚物包含具有2至10个碳原子的α-烯烃共聚单元和具有3至8个碳原子的α，β-烯键式不饱和羧酸共聚单元。按前体酸共聚物的总重量计，离聚物可以包含40重量％至90重量％的共聚α-烯烃和10重量％至60重量％的共聚羧酸。优选地，离聚物包含65至90重量％或70至85重量％的共聚α-烯烃和10至35重量％或15至30重量％的共聚羧酸，更优选为75％至80％的共聚α-烯烃和20％至25％的共聚羧酸。
合适的α-烯烃共聚单体可以包括但不限于乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、3-甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯等以及它们中的两种或更多种的混合物。优选地，α-烯烃为乙烯。
合适的α，β-烯键式不饱和羧酸共聚单体可包括但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、单甲基马来酸以及它们中的两种或更多种的混合物。优选地，α，β-烯键式不饱和羧酸选自丙烯酸、甲基丙烯酸以及它们中的两种或更多种的混合物。
该前体酸共聚物还可包含一个或多个其他共聚单体的共聚单元，该一个或多个其他共聚单体例如具有2至10个碳原子、或优选地3至8个碳原子的不饱和羧酸、或其衍生物。合适的酸衍生物包括酸酐、酰胺、和酯。一些合适的前体酸共聚物还包含不饱和羧酸的酯。合适的不饱和羧酸的酯的实例包括但不限于2009年11月2日提交的美国专利申请12/610,678(代理人案卷号PP0019)中示出的那些。优选的共聚单体的实例包括但不限于丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙酸乙烯酯、以及它们中的两种或更多种的混合物。然而，优选地是前体酸共聚物未掺入其他共聚单体。
当需要具有低雾度的聚光制品时，前体酸共聚物可以具有根据ASTM方法D1238在190℃下用2.16kg测得的约1至约1000g/10min的熔体流动速率(MFR)，优选为约20至约900g/10min，更优选为约60至约700g/10min，还更优选为约100至约500g/10min，还更优选为约150至约300g/10min，最优选为约200至约250g/10min。前体酸共聚物更优选和最优选的MFR范围可以使所得离聚物具有高水平的中和度，继而具有低雾度、高透明度，并在后续片材生产过程或注塑过程中具有优异的可加工性。
然而，当容许存在可测量的或显著水平的雾度时，前体酸共聚物优选具有根据ASTM方法D1238在190℃下用2.16kg测得的约60g/10min或更小，更优选约45g/10min或更小，还更优选约30g/10min或更小，或最优选约25g/10min或更小的熔体流动速率。再者，一般来讲，较低的熔融指数会促成较低的蠕变。
前体酸共聚物可以如美国专利3,404,134、5,028,674、6,500,888或6,518,365中所述那样进行聚合。可以用任何常规的步骤将它们中和，如美国专利3,404,134和6,518,365中所描述的那些步骤。
为了获得用于聚光制品的离聚物组合物中的离聚物，按计算或测得的未中和前体酸共聚物的总羧酸含量计，前体酸共聚物的中和度优选为约5％至约90％，或优选为约10％至约60％，或更优选为约20％至约55％，或还更优选为约35％至约55％，或最优选为约40％至约55％。更优选和最优选的中和范围使得可以获得具有一种或多种所需性质的离聚物片材或模制制品，所需性质例如低雾度、高透明度、足够的抗冲击性和良好的可加工性。然而，较低的蠕变水平通常由较高的中和度促成。
在聚合物加工和太阳能电池制造的条件下稳定的任何阳离子都适用于所述离聚物。例如，铵阳离子是合适的。金属离子是优选的阳离子。金属离子可以是一价的、二价的、三价的、多价的、或它们的混合形式。可用的一价金属离子包括但不限于钠、钾、锂、银、汞、铜等的离子、以及它们的混合物。可用的二价金属离子包括但不限于铍、镁、钙、锶、钡、铜、镉、汞、锡、铅、铁、钴、镍、锌等的离子、以及它们的混合物。可用的三价金属离子包括但不限于铝、钪、铁、钇等的离子、以及它们的混合物。可用的多价金属离子包括但不限于钛、锆、铪、钒、钽、钨、铬、铈、铁等的离子、以及它们的混合物。应当注意，当金属离子为多价时，可包括诸如硬脂酸盐、油酸盐、水杨酸盐和酚盐基团的络合剂，如美国专利3,404,134中所公开。金属离子优选为一价或二价金属离子。在一种优选的离聚物中，金属离子选自钠、锂、镁、锌、钾以及它们的混合物。在另一种优选的离聚物中，金属离子选自钠、锌以及它们的混合物。当需要防水分渗入时，锌是优选的阳离子。
聚光制品中使用的离聚物可以具有根据ASTM方法D1238在190℃下用2.16kg测得的0.75至约20g/10min，优选约1至约10g/10min，还更优选约1.5至约5g/10min，最优选约2至约4g/10min的MFR。令人惊奇的是，在例如用MFR测得的相等的熔融粘度下，相比本领域内存在的那些离聚物，这些离聚物中的一些具有较低的雾度和较高的透明度，以及较低的吸湿性。一般来讲，较低的蠕变由较低的熔融指数促成。
一些优选的离聚物组合物易于加工成低雾度、高透明度的离聚物制品。具体地讲，低雾度、高透明度的离聚物制品由具有高中和度的离聚物组合物提供，高中和度例如上文所述最优选的约40至约55％的中和度。熟知的是，当离聚物的中和度提高时，离聚物的MFR降低(离聚物变得更粘稠)。如本文所述，在熔融过程(如压片或模塑)中，高MFR前体酸共聚物可以使所得离聚物达到高中和度，同时保持良好的可加工性。例如，当离聚物具有低于约0.75g/10min的MFR时，它会变得难以通过挤出铸塑和注塑操作进行加工，并且剪切应力所产生的热会导致显著的热降解。因为在压片和注塑过程中通常都进行重新研磨，所以需要保持离聚物相对较高的MFR水平(如不小于约0.75g/10min)。
在一种优选的聚光制品中，离聚物组合物中所用的离聚物选自低雾、高透明度的离聚物，所述离聚物描述于上文引用的美国专利申请12/610,678(代理人案卷号PP0019)或2009年11月2日提交的美国专利申请12/610,881(代理人案卷号PP0055)中。
作为另外一种选择，有利的是聚光制品具有可测量水平的雾度。例如，与具有轻微雾度水平的菲涅尔透镜相比，具有可观的雾度水平的菲涅尔透镜可以更均匀地将光投射到太阳能电池上。一般来讲，包含较低含量的共聚酸的离聚物，或包含任选的共聚酯的离聚物，或在多相反应条件下合成的离聚物(参见上文引用的美国专利申请12/610,678(代理人案卷号PP0019)趋于具有可观的雾度水平。多相条件下的合成可以促进相似共聚单体的接续反应。这样，在聚合物链中形成长程排列的聚乙烯，该现象促使聚乙烯链段趋向于结晶。结晶度增大有利于提高雾度和降低蠕变，尤其是在高于离聚物Tm的温度下。此外，提高雾度的其他策略包括缓慢冷却离聚物组合物以提高离聚物的聚(乙烯)链段的结晶度，降低中和度，在离聚物组合物中包含具有较高雾度的其他聚合物，以及在离聚物组合物中添加填料。
离聚物组合物还可以包含一种或多种添加剂。例如，诸如二月桂酸二丁基锡的引发剂还可以按离聚物组合物的总重量计约0.01至约0.05重量％的含量存在于离聚物组合物中。此外，如果需要，可添加诸如氢醌、氢醌单甲醚、对苯醌和甲基氢醌的阻聚剂，用于增强对反应和稳定性的控制。通常，阻聚剂可以按组合物的总重量计小于约5重量％的含量添加。
离聚物组合物还可包含可有效降低树脂熔融流速的其他添加剂，添加剂的用量可以是允许进行热固性制品生产的任何用量。也就是说，引发剂和其他降低熔融流速的添加剂可以不会导致离聚物组合物难以处理，或无法在熔融状态下加工的任何量存在。使用此类添加剂可提高最终使用温度的上限，降低蠕变，并通常可提高用它们制备的聚光制品的尺寸稳定性。通常，离聚物组合物的最终使用温度可以提高至多约20至70℃，从而使最终使用温度为120℃或更高。
可有效降低熔融流速的典型添加剂为有机过氧化物，诸如2，5-二甲基己烷-2，5-二氢过氧化物、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)己烷-3、二叔丁基过氧化物、过氧化叔丁基异丙苯、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧)己烷、过氧化二异丙苯、α，α’-双(叔丁基过氧异丙基)苯、正丁基-4，4-双(叔丁基过氧)戊酸酯、2，2-双(叔丁基过氧)丁烷、1，1-双(叔丁基过氧)环己烷、1，1-双(叔丁基过氧)-3，3，5-三甲基-环己烷、叔丁基过氧苯甲酸酯、过氧化苯甲酰等、以及它们的混合物组合。优选地，有机过氧化物在约100℃或更高的温度下分解生成自由基。更优选地，有机过氧化物具有的分解温度应足够高，使其在约70℃或更高的温度下保持10小时后仍有一半量未分解，以改善其在共混操作中的稳定性。可将有机过氧化物以按离聚物组合物的总重量计为约0.01至约10重量％、或优选约0.5至约3重量％的量添加。
硅烷为促进粘附和交联的添加剂。可用于该离聚物组合物的硅烷偶联剂的实例包括但不限于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。其他合适的硅烷偶联剂描述于美国专利申请公布2007/0267059、2008/0108757和2008/0169023中。更优选的是乙氧基硅烷，包括二甲氧基硅烷(如CH3O)2SiRR’)、二乙氧基硅烷(如CH3CH2O)2SiRR’)和三乙氧基硅烷(如CH3CH2O)3SiR)，更通常的为二烷氧基硅烷(如(RO)(R’O)SiR”R”’)。其他合适的硅烷描述于美国专利公布2006/352,789和1999/320,995中。此外，离聚物组合物中可以使用两种或更多种合适硅烷的组合。优选地，将硅烷偶联剂以按离聚物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％的含量掺入离聚物组合物中。
此外，离聚物组合物中可以使用单独的一种或多种引发剂，单独的一种或多种过氧化物，单独的一种或多种硅烷，或至少一种硅烷、至少一种过氧化物和至少一种引发剂中的两者或更多者的组合。
在这一点上，如上文所述，尺寸稳定性是太阳能电池组件的重要性质。因此，在一些离聚物组合物中，优选地使用交联剂，以提高聚光制品的尺寸稳定性。然而，为了使加工更为简便和容易，可以优选地在离聚物组合物中省略交联添加剂。
其他值得注意的添加剂包括热稳定剂、紫外线吸收剂和受阻胺光稳定剂。合适和优选的添加剂、离聚物组合物中的添加剂含量以及将添加剂掺入组合物中的方法详细描述于上文引用的美国专利申请12/610,678(代理人案卷号PP0019)中。
离聚物组合物还可以包含本领域已知的一种或多种其他添加剂。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、抗粘连剂(例如二氧化硅)、紫外线稳定剂、分散剂、表面活性剂、螯合剂、其他偶联剂和增强剂(例如玻璃纤维、填料等)、以及两种或更多种常规添加剂的混合物或组合。这些添加剂在例如“Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology”，第5版，John Wiley& Sons(New Jersey，2004)中有所描述。此外，可任选地通过任何已知方法将此类常规成分掺入组合物中。这种掺入可例如通过干混，通过挤出各种组分的混合物，通过母炼技术等进行。此外，参见Kirk-OthmerEncyclopedia。
概括地说，优选的聚光太阳能电池模块包括具有一种或多种以下特性的那些聚光太阳能电池模块：
1.离聚物具有约0.75至约20g/10min的熔体流动速率，前体α-烯烃羧酸共聚物具有约1至约1000g/10min，或约60至约700g/10min的熔体流动速率，其中熔体流动速率根据ASTM D1238在190℃下用2.16kg测得。
2.前体α-烯烃羧酸共聚物中存在的羧酸基团已至少部分地被中和，并包含一个或多个选自钠、锂、镁、锌和钾的金属离子。
3.前体α-烯烃羧酸共聚物中存在的羧酸基团已被中和，并包含钠离子与锌离子的混合物，其中按离聚物中羧酸根基团的总摩尔数计，钠离子为约5至约95摩尔％、或约55至约70摩尔％，剩余的为锌离子。
4.离聚物的蠕变开始温度高于峰值熔融温度。
5.离聚物的蠕变开始温度比峰值熔融温度高至少5℃、至少8℃或至少10℃。
6.离聚物组合物包含低雾度、高透明度离聚物。
7.离聚物组合物具有可观的雾度水平。
8.太阳能电池选自基于晶片的太阳能电池和薄膜太阳能电池。
9.基于晶片的太阳能电池选自基于结晶硅(c-Si)、多晶硅(mc-Si)、GaAs的太阳能电池。
10.薄膜太阳能电池选自基于非晶硅(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)、吸光染料，和有机半导体的太阳能电池。
11.聚光太阳能电池模块中使用的聚光制品为反射或折射光学系统的形式，或者包括反射和折射光学系统的组合。
12.反射光学系统选自包含离聚物组合物的反光镜、包含离聚物组合物的反射抛物面、包含离聚物组合物的反光盘和包含离聚物组合物的线性抛物槽。此外，折射光学系统选自包含离聚物组合物的折射透镜和包含离聚物组合物的次级聚光制品，如二向色滤光片。
13.反射光学系统被敷以金属以增加反射光的量。
14.折射透镜来源于成像光学。
15.折射透镜选自成型的入射包封层、包含会聚透镜的盖片、包含会聚透镜的盖片玻璃、会聚透镜、单透镜、复透镜、双凸透镜、平凸透镜、正弯月透镜、平凹透镜、可膨胀透镜、菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜、线性弧形菲涅尔透镜、点聚焦菲涅尔透镜，以及它们中的两种或更多种的组合。
16.折射透镜来源于非成像光学。
17.折射透镜还包括抗反射涂层。
18.抗反射涂层包含选自MgF2、含氟聚合物、含氟弹性体、以及它们的混合物的材料。
提供了以下实施例以进一步详细描述本发明。这些实施例示出了目前设想来实施本发明的优选模式，其旨在说明而不是限制本发明。
实施例
实施例E1至E25和比较实施例CE1至CF4中所用的离聚物树脂描述于表1中。
表1
Figure BPA00001392564200211
1所列的值为按中和前共聚物的总重量计共聚甲基丙烯酸的重量百分比。其余共聚物为共聚乙烯。
2根据ASTM方法D1238在190℃的温度下用2.16kg的重量测定。
比较实施例CE1至CE3和实施例E1至E7：
将若干种离聚物组合物进给到型号为150-6HPM的注塑成形机(Taylor’s Industrial Services(Mount Gilead，OH))中，熔融温度保持在130℃至200℃范围内，其比离聚物的熔点高约10℃。模具循环时间为大约90秒。然后将薄矩形部件(125×75×3mm)和厚矩形部件(125×45×20mm)从模具中射出，将其置于工作台上，使之空气冷却至室温(约22±3℃)。
根据ASTM方法D 1003-07在HunterLab ColorQuest XE雾度仪(HunterAssociates Laboratory(Reston，VA))上测量3mm厚薄矩形部件的雾度，测量值记入下表1中的“雾度(空气冷却)”栏。目视检查厚矩形部件。相对于其他样品的透明度，将每个样品的透明度进行分级。透明度等级范围从1(最高透明度)至5(最低透明度)。结果汇总在下表1的“透明度(空气冷却)”栏中。
然后，将薄矩形部件放入热空气箱中，重新加热至125℃的温度并保持90分钟。以0.1℃/min的可控的缓慢速率将它们冷却至室温。这些条件旨在模拟厚模制制品在空气中冷却至环境温度的速率。用相同的方法再次测量重新加热部件的雾度，测量值记入下表2的“雾度(缓慢冷却)”栏中。
表2
Figure BPA00001392564200221
比较实施例CE4和实施例E8至E25
在表3中所列的温度分布下，将多种离聚物树脂进给到25mm直径的Killion挤出机中。在以下条件下将树脂挤压铸造成离聚物片材。首先，通过调节螺杆转速控制聚合物产量并使其达到最大值。该挤出机装有具有2mm标称间隙的150mm狭槽冲模。将铸造片材进给到直径200mm的抛光铬冷却辊上，温度保持在10℃和15℃之间，转速为1至2rpm。离聚物片材具有0.76mm(0.030英寸)的标称厚度。将它们从挤出生产线上取下，切割成300×300mm的正方形。通过尽量避免暴露于约35％相对湿度(RH)等环境条件而使离聚物片材的水分含量保持在0.06重量％以下。
表3
  挤出机区域   温度(℃)
  给料   环境温度
  区域1   100-170
  区域2   150-210
  区域3   170-230
  机颈   170-230
  模头   170-230
用每个离聚物片材制备玻璃层压体。用50℃的磷酸三钠(5g/l)的去离子水溶液清洗退火的玻璃片材(100×100×3mm)5分钟，然后用去离子水充分冲洗并干燥。将三层每种离聚物片材堆叠在一起，放在两片玻璃板之间，形成预层压组合件。夹层的标称厚度为2.28mm。
用聚酯胶带将预层压组合件在若干个位置处封在一起以保持各层的相对位置。环绕组合件周边设置尼龙织带以利于将空气从各层内除去。将组合件置于尼龙真空袋内并密封。通过施加真空使袋内的空气压力降至50毫巴绝对压力以下。然后将袋装组合件在温度保持在120℃的对流热空气箱中放置30分钟。然后用冷却风扇将组合件冷却至接近室温。将组合件与真空源断开，去除袋子，获得充分预压的玻璃和夹层组合件。尽管组合件的周边是密封的，但组合件出现一些气泡，这表示某些区域没有完全粘合。
然后将组合件放入空气高压釜中。高压釜中的温度和压力在15分钟内从环境温度和环境压力升至135℃和13.8巴。在该温度和压力下保持30分钟，然后以2.5℃/min的冷却速率A使温度降至40℃。同时，通过盖-吕萨克定律操作和15分钟的通风，使高压釜内的压力降至环境压力。随后，将同一层压体放入烘箱中加热至120℃，并在该温度下保持2至3小时，接着缓慢(如以0.1℃/min的冷却速率B)冷却至室温，然后测试雾度。
将成品层压体从高压釜中取出，测量它们的雾度。首先，用Windex
Figure BPA00001392564200231
玻璃清洁剂和无绒布彻底清洗玻璃层压体。通过检查确保它们没有气泡和可能影响光学测量精确性的其他缺陷。用Gardner雾度仪(BYK-Gardner USA(Columbia，MD))根据美国国家标准(ANSI Z26.1-1966)“Safety Codefor Safety Glazing Materials for Glazing Motor Vehicles Operating on LandHighways”测试章节5.17和5.18以及图5和6详述的测量玻璃材料雾度的合适方法和仪器设置来测量层压体的雾度。采用可溯源至美国国家标准局(现在为NIST)的雾度标准来确保对仪器进行适当校准和正确操作。层压体的测量结果列于表4中。
这些结果表明，一般来讲，当冷却速率降低时，雾度增大，因此层压体的透明度降低。结果还表明，与具有较低酸含量(即15重量％)的离聚物相比，具有较高酸含量(即约18至约30重量％，优选约20至约25重量％，更优选约21至约24重量％)和相当中和程度的离聚物表现出较低的雾度或更佳的透明度。
表4
Figure BPA00001392564200241
实施例E26至E32
将测量值为2英寸×2英寸(5.1cm×5.1cm)的浮法玻璃片(KrystalKlear Solar GlassTM，得自AFG Industries Inc.(Kingsport，TN))浸入3-氨基丙基三乙氧基-硅烷的乙醇溶液(100g 95％乙醇中约5滴，形成大约0.01％的氨基硅烷浓度)中5分钟。将这些玻片从溶液中取出，用异丙醇冲洗，并在高压氮气流下干燥。将处理过的玻片放入烘箱中，在100℃下再干燥30分钟。
用得自E.I.du Pont de Nemours and Co.(Wilmington，DE)(下称“DuPont”)的Surlyn
Figure BPA00001392564200251
 9120片材制备未涂布膜。将Surlyn
Figure BPA00001392564200252
片材在真空和50℃下干燥48小时，然后用XRL-120型热辊层压机(Western MagnumCorporation(El Segundo，CA))在155℃和19psi(0.13MPa)下将其压延成5密耳(0.127mm)的厚度。将压延膜切割成测量值为2英寸×2英寸(5.1cm×5.1cm)的正方形。
通过在40℃和真空下将Surlyn
Figure BPA00001392564200253
 9120片材干燥2周，然后通过与未涂布膜所采用的相同的步骤将其压延成5密耳(0.127mm)的厚度，从而制备涂布膜。基于含氟聚合物的抗反射涂层溶液的制备方法如下：将2g Viton
Figure BPA00001392564200254
GF-200S含氟弹性体(DuPont)、0.2g Irgacure
Figure BPA00001392564200255
-651(Ciba SpecialtyChemicals)和0.2g三烯丙基异氰脲酸酯(Aldrich)溶解于32g乙酸丙酯中，然后通过0.45um Teflon PTFE膜过滤器过滤溶液。用Mini-Labo涂层机(Yasui Seiki Co.(Bloomington，IN))在以下条件下将抗反射涂层溶液涂覆到压延的Surlyn膜上：采用6.5rpm转速的#200MG辊，线速度＝0.5m/min，干燥机关闭，没有气流。使用薄膜分析仪(F20-EXR型，得自Filmetrics，Inc.(San Diego，CA)；Rmin＝640至650nm)通过光谱反射率测量方法测得涂层厚度是均匀的。
涂覆后立即固化涂布膜。首先，将测量值为4英寸×24英寸(10.2cm×61.2cm)的膜放置到已在75℃加热板上加热的铝制样本夹持器上。使该组合件以0.7mm/min的速度两次通过SB614型台式输送带UV固化装置(Fusion UV Systems(Gaithersburg，MD))。辐射的频率和强度列于表5中。将固化的薄膜切割成测量值为2英寸×2英寸(5.1cm×5.1cm)的正方形，并在环境条件下储存。
表5
    UV-A          UV-B          UV-C          UV-V
J/cm2  W/cm2  J/cm2  W/cm2  J/cm2  W/cm2  J/cm2  W/cm2
0.561  0.200  0.370  0.128  0.070  0.022  0.269  0.100
通过紧靠处理过的浮法玻璃片的锡面堆叠Surlyn
Figure BPA00001392564200261
 9120薄膜来制备预层压组合件。涂布Surlyn
Figure BPA00001392564200262
膜的未涂布面接触玻璃面。在真空下将每个预层压组合件放入到样本夹持器组合件中。将加载的样本夹持器组合件插入到加热至150℃的Carver压机中。一旦压机温度重新稳定在150℃，向样本夹持器组合件施加压力(小于1000psi(6.89MPa))并保持15分钟。停止加热并用水冷却压机。压机冷却至60℃后，将样本组合件从压机中取出。
在Surlyn
Figure BPA00001392564200263
/玻璃层压体上刻上菲涅尔透镜浮雕图案。将压花模板紧靠Surlyn
Figure BPA00001392564200264
层进行叠放，在Carver压机中根据上文所述的层压步骤加工该组合件，不同的是施加5分钟小于500psi(3.45MPa)的压力。每个实施例的压花模板和所用温度列于表6中。
表6
  实施例编号   涂布(C)或未涂布(U)   压花模板   压花温度，℃
  E26   U   AB   90
  E27   U   FL   90
  E28   U   FL   95
  E29   U   FL   100
  E30   C   AB   100
  E31   C   FL   90
  E32   C   FL   95
3AB为蚀刻有图案的铝块，该图案由具有60和100微米交替峰值高度的线性三角形凹槽和宽度为500微米的基座组成。FL为可商购获得的塑料袖珍菲涅尔透镜。
通过用DekTak轮廓曲线仪(Veeco Instruments，Inc.(Plainview，NY))进行轮廓扫描测量实施例E26、E27、E29和E30的表面图案。还测定了菲涅尔透镜(压花之前和之后)和铝块的表面图案。轮廓扫描条件为：触针式：半径，12.5μm；扫描长度：5000μm；分辨率：1.111μm/样本；触针力：3mg；扫描长度：5000μm；样本：4500；持续时间：15秒；测量范围：
轮廓测量显示，铝模的反向结构以良好精确度复制到了Surlyn
Figure BPA00001392564200272
/玻璃层压样品上。然而，菲涅尔透镜的反向图案没有以相同的精确度进行复制。此外，观察到压花后的菲涅尔透镜表面图案具有失真现象。假设菲涅尔透镜由聚甲基丙烯酸甲酯或可能会在压花条件下变形的另一种材料制成。
共焦显微镜法进一步证实了实施例E27中菲涅尔透镜图案转印的精确度。
概括地说，实施例E26至E32表明，可以在相对较低的压力和温度下精确地将微型图案(包括光学菲涅尔图案)压印到Surlyn
Figure BPA00001392564200273
/玻璃层压体上。
尽管上文已描述并具体例示了本发明的某些优选实施方案，但并不旨在将本发明限制于此类实施方案。而是，应当理解，虽然在上文的描述中已示出了许多本发明的特征和优点，以及本发明的结构和功能的细节，但本公开仅为示例性的，并且可以在不脱离本发明原理的基础上，根据所附权利要求书中所用术语的广泛一般性含义范围内，对本发明的细节进行最大程度的修改，尤其是对形状、尺寸和部件排列方面的修改。

Claims (15)

1.聚光太阳能电池模块，所述聚光太阳能电池模块包括一个或多个太阳能电池和至少一种聚光制品，其中：
所述聚光制品能够将约1.02至约2000suns的太阳能聚集到所述太阳能电池上；
所述至少一种聚光制品包含离聚物组合物，并且所述离聚物组合物包含离聚物或由离聚物制成；所述离聚物具有蠕变开始温度和峰值熔融温度；并且所述蠕变开始温度比所述峰值熔融温度高至少5℃。
2.权利要求1的聚光太阳能电池模块，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)、多晶硅(mc-Si)、多晶硅(poly-Si)、带状硅和GaAs的太阳能电池。
3.权利要求1的聚光太阳能电池模块，其中所述太阳能电池为薄膜太阳能电池，所述薄膜太阳能电池选自基于非晶硅(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。
4.权利要求1的聚光太阳能电池模块，其中所述聚光制品充当反射光学系统、折射光学系统、或反射和折射光学系统这两者。
5.权利要求4的聚光太阳能电池模块，其中所述反射光学系统包含所述离聚物组合物，并选自反光镜、反射抛物面、反光盘和线性抛物槽。
6.权利要求4的聚光太阳能电池模块，其中所述折射光学系统包含所述离聚物组合物，并选自折射透镜和二向色滤光片。
7.权利要求6的聚光太阳能电池模块，其中所述折射透镜源自成像光学。
8.权利要求6的聚光太阳能电池模块，其中所述折射透镜选自成型的入射包封层、包含会聚透镜的盖片、包含会聚透镜的盖片玻璃、会聚透镜、单透镜、复透镜、双凸透镜、平凸透镜、正弯月透镜、平凹透镜、非球面透镜、可膨胀透镜、菲涅尔透镜、线性菲涅尔透镜、线性弧形菲涅尔透镜、点聚焦菲涅尔透镜、分段式菲涅尔透镜、以及这些透镜中的任何两种或更多种的组合。
9.权利要求6的聚光太阳能电池模块，其中所述折射透镜的至少一部分涂有抗反射涂层。
10.权利要求9的聚光太阳能电池模块，其中所述抗反射涂层包含选自以下的材料：MgF2、含氟聚合物、含氟弹性体以及MgF2、所述含氟聚合物和所述含氟弹性体中的两种或三种的混合物。
11.聚光太阳能电池模块，所述聚光太阳能电池模块包括一个或多个太阳能电池和至少一种聚光制品，其中：
(A)所述聚光制品能够将约1.02至约2000suns的太阳能聚集到所述太阳能电池上；
(B)所述至少一种聚光制品包含离聚物组合物，所述离聚物组合物包含离聚物或由离聚物制成；所述离聚物包含羧酸根基团和阳离子，并且是前体α-烯烃羧酸共聚物的中和产物；所述前体α-烯烃羧酸共聚物包含(i)具有2至10个碳原子的α-烯烃的共聚单元，和(ii)按所述α-烯烃羧酸共聚物的总重量计约18至约30重量％的具有3至8个碳原子的α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚单元；并且所述前体α-烯烃羧酸共聚物中存在的所述羧酸基团总含量的约5％至约90％被中和以形成所述离聚物。
12.权利要求11的聚光太阳能电池模块，其中所述前体α-烯烃羧酸共聚物包含约20至约25重量％的α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚单元，或者其中所述前体α-烯烃羧酸共聚物中存在的羧酸基团总含量的约20％至约55％被中和。
13.权利要求11的聚光太阳能电池模块，其中所述离聚物具有约0.75至约20g/10min的熔体流动速率，所述前体α-烯烃羧酸共聚物具有约1至约1000g/10min的熔体流动速率，其中所述熔体流动速率根据ASTM D1238在190℃和2.16kg重量下测得。
14.权利要求11的聚光太阳能电池模块，其中所述阳离子包括钠离子、锌离子、或钠离子和锌离子这两者。
15.权利要求14的聚光太阳能电池模块，其中所述阳离子包括约55至约70当量％的钠离子和互补的约30至约45当量％的锌离子。
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