CN102341914A - 轻型太阳能电池模块 - Google Patents

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Abstract

本文提供了具有离聚物包封片和至少一个玻璃板的轻型太阳能电池模块。具体地讲，通过将所述至少一个玻璃板的厚度减小至约2.0mm或以下、或约1.5mm或以下来减轻所述太阳能电池模块的重量。所述轻型模块保持了有利的性能特性，例如，良好的连续冲击粘合水平、良好的耐湿性和较低的应力。本发明还提供了配有整体安装装置的轻型太阳能电池模块。

Description

轻型太阳能电池模块
相关申请的交叉引用
根据美国法典第35编第120条，本专利申请要求提交于2009年3月6日的美国临时申请61/157,989、提交于2009年6月3日的美国临时申请61/183,796、和提交于2009年11月6日的美国临时申请61/258,753的优先权，所述文献均全文以引用方式并入本文。
发明领域
本发明涉及包括薄玻璃板和离聚物包封材料的轻型太阳能电池模块。具体地讲，通过将至少一个玻璃层的厚度减小至2.0mm或以下、或1.5mm或以下来减轻太阳能电池模块的重量。轻型太阳能电池模块可用于轻型框架或无框架安装系统中。
发明背景
本说明书中引用了若干个专利、专利申请和公开以便更全面地描述与本发明有关的工艺水平。所有这些专利、专利申请和公开的全部公开内容均以引用方式并入本文。
由于太阳能电池提供可持续能源，因此其使用范围正在迅速扩大。根据所采用的吸光材料，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较为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。通常将焊接的太阳能电池板连同沉积在其上的一层导体浆料和/或电线(例如导线和母线)称为太阳能电池层或组合件。
为了形成可使用至少20年的耐候模块，通常将太阳能电池组合件夹在或层压在聚合物包封层或片材之间。这些前板和背板将太阳能电池与环境隔离，并为模块提供机械支撑。因此，它们也称为外保护层板。
这种三层结构继而夹在或层压在外保护层或板之间。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具有包括以下部分的层压结构：(1)前外保护层或“前板”，(2)前包封层，(3)太阳能电池组合件或层，(4)后包封层，以及(5)后外保护层或“背板”。
在具有该结构的模块中，重要的是，朝向太阳能电池组合件的朝阳面(即前板和前包封层)设置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。双面太阳能电池能够通过直接接收电池朝阳面上的日光以及接收反射回相对侧(虽然其不面朝太阳)的日光而产生电能。简言之，在双面模块中，重要的是，围绕太阳能电池组合件两个表面的材料均足够透明。
前包封片和后包封片通常由聚合材料制成，诸如酸共聚物、离聚物、聚(乙烯乙酸乙烯酯)(EVA)、聚(乙烯醇缩醛)(如聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB))、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、以及这些聚合材料中的两种或更多种的组合。在这些材料中，EVA一直是太阳能电池包封材料的最热门的选择。
已将玻璃和挠性金属或塑料薄膜用作基于晶片的太阳能电池模块内的前后保护层。然而由于玻璃的机械和光学性质，它仍是最满意的选择。
薄膜太阳能电池已经成为基于晶片的太阳能电池越来越重要的替代品。常用于此类电池的材料包括非晶硅(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)、吸光染料、有机半导体等。举例而言，薄膜太阳能电池在例如美国专利5,507,881、5,512,107、5,948,176、5,994,163、6,040,521、6,123,824、6,137,048、6,288,325、6,258,620、6,613,603和6,784,301、以及美国专利公开20070298590、20070281090、20070240759、20070232057、20070238285、20070227578、20070209699、20070079866、20080223436和20080271675中有所描述。
薄膜太阳能电池组合件通常包括基板。基板上沉积了多层吸光材料和半导体材料。基板可以是玻璃或柔性膜。在基板面向日光的模块中，也将基板称为覆板。薄膜太阳能电池组合件还可包括沉积在半导体材料上的导电涂层，诸如透明导电氧化物(TCO)或电线。与基于晶片的太阳能电池组合件类似，薄膜太阳能电池组合件可以夹在或层压在聚合物包封层之间，该结构继而可以夹在或层压在外保护层之间。
薄膜太阳能电池组合件可以仅将一个表面(具体地讲，为与基板或覆板相对的表面)层压到聚合物包封层。在这些太阳能电池模块中，包封层最经常接触并层压到外保护层。例如，薄膜太阳能电池模块可具有层压结构，按照从正面或朝阳面到背面或非朝阳面的位置顺序，该结构包括：(1)前朝阳面上具有覆板的薄膜太阳能电池组合件、(2)聚合物后包封层、和(3)后保护层或“背板”。在该结构中，覆板起到前保护层的作用。
作为另外一种选择，薄膜太阳能电池模块可具有这样的层压结构，按照从正面或朝阳面到背面或非朝阳面的位置顺序，该结构包括：(1)前保护层或“前板”、(2)聚合物前包封片、和(3)在其背面或非朝阳面上具有基板的薄膜太阳能电池组合件。在该结构中，基板还起到后保护层的作用。
在过去，为了使太阳能电池模块具有足够的强度，有必要使用具有较大厚度(例如约2mm或以上)的玻璃板。然而，最近的趋势是将太阳能电池模块整合到建筑物内。例如，太阳能电池模块可以是侧窗的一部分，或者可以安装到建筑物屋顶上。在这类结构中，有利的是在保持可接受的穿刺强度和粘附性的同时减轻模块的重量。因此，需要在保持高度抗破损性和机械强度的同时减轻太阳能电池模块的重量。
此外，当太阳能电池模块在建筑物内安装和使用时，它们通常固定在框架内并安装在支撑结构上。框架通常由诸如金属或塑料之类的刚性材料制成。已经由例如钢、铝、钛、黄铜、铅、铬、铜、以及这些金属中的两种或更多种的组合或合金制成了金属框架。已经由例如聚碳酸酯、聚氨酯、尼龙、以及这些材料中的两种或更多种的组合制成了塑料框架。此外，也希望减轻框架和安装系统的重量。
最后，可能希望安装无框架的太阳能电池模块。要成功用于无框架的最终应用，太阳能电池模块需要具有轻型构造和优异的耐湿性和耐候性。
发明概述
本文提供了具有离聚物包封片和至少一个玻璃板的轻型太阳能电池模块。具体地讲，通过将至少一个玻璃板的厚度减小至约2.0mm或以下或约1.5mm或以下来减轻太阳能电池模块的重量。轻型模块保持了有利的性能特性，例如，良好的连续冲击粘合水平、良好的耐湿性和较低的应力。本发明还提供了配有整体安装装置的轻型太阳能电池模块。
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一个或多个优选实施方案。
附图简述
图1为包括基于晶片的太阳能电池的太阳能电池模块的剖视图。
图2为包括薄膜太阳能电池的太阳能电池模块的剖视图。
图3A为包括两个安装装置的太阳能电池模块的剖视图。
图3B为包括两个安装装置的太阳能电池模块的平面图。
图4为包括两个安装装置的太阳能电池模块的剖视图。
图5为包括四个安装装置的太阳能电池模块的平面图。
图6为包括四个安装装置的太阳能电池模块的平面图。
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。
此外，除非另行定义，否则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为如本文所述的那些。
如本文所用，术语“约”是指数量、尺寸、配方、参数以及其他数量和特性是不精确的并且不需要是精确的值，但是可以与精确值近似和/或大于或小于精确值，以便反映容许偏差、转换因子、数值修约、测量误差等，以及本领域内的技术人员已知的其他因素。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”是包含性的；更具体地讲，短语“A或B”是指“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，本文所述的范围包括它们的端点，除非在极少情况下明确说明。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，它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，而不管此类范围是否被单独地公开。
此外，本文在列举数值范围时，该范围旨在包括其端点以及该范围内的所有整数和分数，除非在具体情况下指明其他。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。最后，当术语“约”用于描述数值或范围的端点时，本公开的内容应被理解为包括该具体的数值或所涉及的端点。
当本文在描述材料、方法或机械设备时带有“本领域内的技术人员已知的”短语、或同义的词或短语时，该术语表示所述材料、方法和机械设备在提交本专利申请时是常规的，并且包括在本说明内。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。
如本文所用，术语“包含”、“含有”、“包括”、“涵盖”、“特征在于”、“具有”或任何其他同义词或它们的任何其他变形均指非排他性的包括。例如，包括特定要素列表的工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些具体列出的要素，而是可以包括其他未明确列出的要素，或此类工艺、方法、制品或设备固有的要素。
过渡短语“基本上由...组成”将权利要求的范围限制在指定的材料或步骤，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特征造成实质影响的那些材料或步骤。“‘基本上由...组成’的权利要求处于以‘由...组成’格式书写的封闭式权利要求和以‘包含/包括’格式撰写的全开放式权利要求的范围之间。”
当申请人使用开放式术语例如“包含”来描述发明或其一部分时，应该理解该说明也包括使用上文定义的术语“基本上由...组成”对这一发明所进行的描述，除非在具体情况下加以指明。
量词“一个”和“一种”用于描述本发明的要素或组分。使用这些量词意在表明存在一种或至少一种这些要素或组分。虽然采用此类量词通常是为了表明被修饰的名词是单数名词，但是如本文所用，量词“一个”和“一种”还包括复数，除非在具体情况下另外指明。同样，如本文所用，指示代词“该”也表示被修饰的名词可以为单数或复数，除非在具体情况下另外指明。
如本文所用，术语“共聚物”指包含共聚单元或由两种或更多种共聚单体进行共聚作用所生成的残基的聚合物。就此而论，共聚物可以结合其组分共聚单体或其组分共聚单体的数量在本文中描述，例如“共聚物包含乙烯和9重量％的丙烯酸”，或者一个相似的描述。此类描述可被视为非正式的，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“酸共聚物”是指包含α-烯烃、α，β-烯键式不饱和羧酸、和任选地其他合适的共聚单体(例如α，β-烯键式不饱和羧酸酯)的共聚单元的聚合物。
术语“离聚物”是指通过部分或完全中和如上所述的酸共聚物而制备的聚合物。更具体地讲，离聚物包含离子基团，所述离子基团为金属离子羧酸盐，例如碱金属羧酸盐、碱土金属羧酸盐、过渡金属羧酸盐和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。本文所用碱金属离聚物的实例为钠离聚物(或钠中和的离聚物)，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钠形式。
如本文以单独或组合形式(例如“层压的”或“层压”)所用，术语“层压体”是指具有彼此牢固地粘附或粘合的至少两层的结构。这些层可以彼此直接地或间接地粘附。“直接地”意味着两层之间没有附加材料，例如夹层或粘合剂层；“间接地”意味着两层之间有附加材料。
本文的材料、方法和实施例仅仅是例证性的，并非旨在进行限制，除非具体指明。
最后，本文中所列的所有百分数、份数、比率等均按重量计，除非在具体的实例中另有说明。
本文所述为太阳能电池模块，其包括下列作为层压层：(A)太阳能电池层或组合件，其包括一个或多个太阳能电池，(B)至少一个包封层，其包含离聚物组合物并层压到太阳能电池组合件的一侧上，和(C)至少一个保护层，其包括厚度小于2mm、优选约1.5mm或以下的薄玻璃板。如本文所用，术语“层压体”是指直接(即在两层之间没有任何附加材料)或间接(即在两层之间有附加材料，例如夹层或粘合剂材料或底漆)粘合的两个或更多个层。在一种太阳能电池模块中，至少一个离聚物包封层具有两个面，其中一个面层压到太阳能电池组合件，另一个面层压到至少一个薄的玻璃外保护层。在另一种太阳能电池模块中，至少一个离聚物包封层的一侧直接粘合到太阳能电池组合件，另一侧直接粘合到至少一个薄的玻璃板外保护层。
人们曾经以为，当用厚度为2mm或以下的玻璃板制造太阳能电池模块时，所述太阳能电池模块不具有足够的强度。然而，现已发现，当太阳能电池模块包括离聚物包封片时，可以减小玻璃板的厚度。因此，太阳能电池模块的重量得以减小，但是其强度和抗碎性保持在可接受的水平。于是，本文提供的是包括一个或多个薄玻璃板和一个或多个离聚物包封片的太阳能电池模块。
此外，这些较轻的太阳能电池模块还能让使用较轻的框架和安装系统成为可能。如在上下文中所用，术语“较轻的”可以指框架或安装系统的重量。然而，作为另外一种选择，该术语也可以指适当地评估的框架或安装系统支撑的重量。此外，离聚物包封片具有优异的耐湿性和耐候性。因此，用薄玻璃板和离聚物包封片制成的太阳能电池模块也可以适合在无框架安装系统中使用。
现在参见附图，其中类似的附图标号指示在所有视图中对应的结构，具体参见图1，太阳能电池模块10包括太阳能电池组合件13，该组合件层压在两个聚合物包封层之间，即第一或前包封层12和第二或后包封层14之间。这三层继而层压到两个外保护层之间，即第一外保护层或前板11和第二外保护层或背板15之间。两个包封层12和14中的一者或两者为离聚物包封层，外保护层11和15中的一者或两者为薄玻璃板。
继续参见图1，太阳能电池组合件13具有比太阳能电池模块10的横向面积小的横向面积。因此，两个包封层12和14可以彼此接触和粘合，以形成围绕太阳能电池组合件13边缘的密封16。此外，第一包封层12和第二包封层14可以相同或不同。此外，第一保护层11和第二保护层15可以相同或不同。
现在参见图2，太阳能电池模块20包括太阳能电池组合件21，所述太阳能电池组合件21继而包括沉积到基板或覆板21a上的薄膜太阳能电池21b。基板或覆板21a为模块的最外表面层。一般来讲，薄膜太阳能电池组合件21被层压到与太阳能电池21b接触的离聚物包封层22。离聚物包封层22又被层压到充当外保护层23的薄玻璃板。同样，薄膜太阳能电池21b具有比太阳能电池模块20的横向面积或基板或覆板21a的横向面积小的横向面积。因此，包封层22可以接触并粘合到基板或覆板21a，以形成围绕太阳能电池组合件21b边缘的密封24。
现在参见图3A和3B，太阳能电池模块30包括层压在两个包封层32和34之间的太阳能电池组合件33。这三层继而层压在两个外保护层31和35之间。同样，两个包封层32和34中的一者或两者为离聚物包封层；两个外保护层31和35中的一者或两者为薄玻璃板；并且太阳能电池组合件33具有比太阳能电池模块30的横向面积小的横向面积。此外，太阳能电池模块30还包括两个安装装置36，每个安装装置均可以设置在太阳能电池模块30的相对侧。具体地讲，每个安装装置36包括第一部分36a和第二部分36b，第一部分36a在邻近太阳能电池组合件33的周边边缘处和其外部粘合到两个包封层32和34，第二部分36b从太阳能电池模块30的周边边缘向外伸出。
可以使用任何合适的材料形成安装装置36。更具体地讲，安装装置36可以由足以持久承受支撑太阳能电池模块30所产生的应力的任何材料制成。此外，安装装置36还必须能够承受可能施加到太阳能电池模块30上的任何附加力，例如风力或建筑物内部和外部之间的压差力。因此，所述至少一个安装装置36可以由足够坚韧的金属制成，例如钢、铝、钛、黄铜、铅、铬、铜、或这些金属中的两种或更多种的组合或合金。作为另外一种选择，所述至少一个安装装置36可以由足够坚韧的塑料制成，例如聚碳酸酯、聚氨酯、尼龙、或这些塑料中的两种或更多种的组合。
继续参见图3A和3B，在安装装置的第二部分36b中可以有锚固装置37。此处可以使用可用来将太阳能电池模块固定到支撑结构的任何类型的锚固装置37。例如，如图3A和3B中所示，锚固装置37可以是安装装置36的第二部分36b中的孔，该孔可用来接纳螺钉，以将模块30固定到支撑结构上。其他合适的锚固装置37无限制地包括类似于螺钉的装置，例如钉子和螺栓。不需要孔的锚固装置37包括夹具或类似装置，所述夹具或类似装置通过安装装置36将太阳能电池模块30固定到框架。夹具可以固定到框架或安装装置36；因此它可以“夹住”框架或“夹住”安装装置36。
现在参见图4，太阳能电池模块40具有与图3A和3B所示太阳能电池模块30的结构类似的结构。该模块包括两个包封层42和44、两个外保护层41和45、以及具有第一部分46a和第二部分46b的安装装置46，所述第一部分46a在邻近太阳能电池组合件43的周边边缘和其外部粘合到两个包封层42和44，所述第二部分46b从太阳能电池模块40的周边边缘向外伸出。此处同样地，第二部分46b配有锚固装置47，其示出为安装装置46的第二部分46b中的孔。然而，安装装置46还包括第三部分46c，其形成太阳能电池模块40的周边边缘上方的覆盖件。
显然，当四个安装装置46沿四边形太阳能电池模块40的所有四个边缘延伸时，四个安装装置46将形成一种框架。此外，延伸的安装装置46可以配有多个锚固装置47。然而，安装装置46不必具有这种构型。类似于图3A和3B所示的安装装置36，图4所示的安装装置46可具有相对于太阳能电池模块40的边缘长度较小的尺寸。此外，第三部分46c可以形成周边边缘的一部分上方的覆盖件，所述部分等于安装装置46从其伸出的部分。作为另外一种选择，第三部分46c可以形成周边边缘的一部分上方的覆盖件，所述部分大于或小于安装装置46从其伸出的部分。同样清楚的是，第二类框架由下述构型的安装装置46形成：其中四个覆盖件部分46c在整个周边边缘上方延伸，即使安装装置46具有相比周边边缘的长度较小的长度。
现在参见图5，太阳能电池模块50还具有与图3A和3B所示太阳能电池模块30的结构类似的结构。该模块包括太阳能电池组合件和层压在至少两个玻璃板之间的两个离聚物包封片，所述至少两个玻璃板中的一者或两者为薄玻璃板。然而，太阳能电池模块50包括两对安装装置56。每对安装装置的构件均连接到太阳能电池模块50的相对的周边边缘。此外，安装装置56还包括第一部分56a和第二部分56b，第一部分56a粘合到离聚物包封层，第二部分56b从太阳能电池模块50的周边边缘向外伸出。此处同样地，第二部分56b配有锚固装置57，其示出为安装装置56的第二部分56b中的孔。虽然图中未示出，但安装装置56可具有与图4所示太阳能电池模块40中的安装装置46的结构类似的结构。具体地讲，安装装置56也可以配有形成太阳能电池模块50的周边边缘上方的覆盖件的第三部分。
现在参见图6，太阳能电池模块60具有与图3A和3B所示太阳能电池模块30的结构类似的结构。该模块包括层压在至少两个玻璃板之间的至少一个离聚物包封片，至少两个玻璃板中的一者或两者为薄玻璃板。此外，太阳能电池模块60还包括两对安装装置66，然而这些安装装置布置成与图5所示不同的构型。在太阳能电池模块60中，一种安装装置66连接到太阳能电池模块60的四个周边边缘的每一个上。与其他安装装置36、46和56类似，安装装置66也包括第一部分66a和第二部分66b，第一部分66a粘合到离聚物包封层，第二部分66b从太阳能电池模块60的周边边缘向外伸出。此处同样地，第二部分66b配有锚固装置67，其示出为安装装置66的第二部分66b中的孔。最后，虽然图中未示出，但安装装置66可具有与图4所示太阳能电池模块40中的安装装置46的结构类似的结构。具体地讲，安装装置66也可以配有形成太阳能电池模块60的周边边缘上方的覆盖件的第三部分。
如本文所用的术语“太阳能电池”是指任何可将光转换为电能的制品。合适的太阳能电池包括但不限于基于晶片的太阳能电池(例如，包含选自c-Si、mc-Si、以及它们的混合物的材料的太阳能电池)和薄膜太阳能电池(例如，包含选自a-Si、μc-Si、CdTe、CIS、CIGS、吸光染料、有机半导体、以及它们的混合物的材料的太阳能电池)。太阳能电池组合件可包括一个或多个太阳能电池。多个太阳能电池可以电互连或布置在平面内。此外，太阳能电池组合件还可包括基于晶片的太阳能电池内的导体浆料、薄膜太阳能电池内的导电涂层、或沉积到这两类太阳能电池中的任一种上的电线。
太阳能电池组合件可具有前朝阳面和后非朝阳面。在此类构型中，设置在光源和太阳能电池组合件的前朝阳面之间的所有层压层都应具有足够的透明性，以允许光到达太阳能电池。设置在太阳能电池组合件的后非朝阳面后方的其他层压层不必透明。
作为另外一种选择，太阳能电池层可以是双面的。在包括双面太阳能电池层的太阳能电池模块中，除了太阳能电池组合件之外，包括在模块内的所有层压层都应足够透明，以允许光或反射光到达太阳能电池。
如本文所用的术语“薄玻璃板”是指这样的玻璃板或薄膜：其厚度小于2.0mm、或为约1.9mm或以下、或为约1.8mm或以下、或为约1.7mm或以下、或为约1.6mm或以下、或为约1.5mm或以下、或为约1.2mm或以下、或为约1mm或以下、或为约0.8mm或以下、或为约0.1至约0.8mm、或为约0.2至约0.7mm、或为约0.2至约0.6mm。薄玻璃板可以选自任何合适类型的玻璃板，例如块状薄玻璃板(block thin glass sheet)或轧制薄玻璃板。某些类型的这种薄玻璃板已被用作液晶装置的基板，并可从例如Praezisions Glas & Optik GmbH(Germany)、Pilkington(Toledo，OH)、Matsunami Glass Ind.，Ltd.(Japan)、Nippon Sheet Glass Company，Ltd.(Japan)、Nippon Electric Glass Co.，Ltd.(Japan)和Asahi Glass Co.，Ltd.(Japan)商购获得。
离聚物包封片包含离聚物，该离聚物为前体酸共聚物的离子中和衍生物，所述前体酸共聚物包含具有2至10个碳原子的α-烯烃共聚单元和按前体酸共聚物的总重量计约18至约30重量％、或约20至约25重量％、或约21至约24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。
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。在一种优选的共聚物中，α-烯烃为乙烯。
合适的α，β-烯键式不饱和羧酸共聚单体可以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。在一种优选的共聚物中，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。在另一种优选的共聚物中，α，β-烯键式不饱和羧酸为甲基丙烯酸。
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。酯是优选的。不饱和羧酸的优选酯的具体实例包括但不限于：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸辛酯、丙烯酸十一酯、甲基丙烯酸十一酯、丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十二酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-羟乙基酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚(乙二醇)丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)山嵛醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)山嵛醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚甲基丙烯酸酯、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二丁酯、富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二丁酯、富马酸二甲酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、以及它们中的两种或更多种的混合物。在一种优选的共聚物中，合适的附加共聚单体选自丙烯酸甲酯、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，在另一种优选的共聚物中，前体酸共聚物未掺入其他附加共聚单体。
合适的前体酸共聚物具有约1至约1000克/10分钟、或约20至约900克/10分钟、或约20至约70克/10分钟、或约70至约700克/10分钟、或约100至约500克/10分钟、或约150至约300克/10分钟的熔体流动速率(MFR)，所述熔体流动速率根据ASTM方法D1238在190℃和2.16kg下测定。
最后，合适的前体酸共聚物可以如例如美国专利3,404,134、5,028,674、6,500,888或6,518,365中所述进行合成。
为了获得可用于离聚物包封片中的离聚物，通过与一种或多种碱反应来部分中和前体酸共聚物。用于中和母体酸共聚物的合适的方法的实例在美国专利3,404,134和6,518,365中有所描述。中和之后，存在于前体酸中的羧酸基团的约5％至约90％、或约10％至约60％、或约20％至约55％的氢原子被其他阳离子取代。换句话说，存在于前体酸共聚物中的羧酸基团的总含量的约5％至约90％、或约10％至约60％、或约20％至约55％被中和。用另一种说法来讲，需将酸基中和至按存在于前体酸共聚物中的羧酸基团的总含量计约5％至约90％、或约10％至约60％、或约20％至约55％的水平，其中该水平通过计算得到或通过测量未中和的前体酸共聚物得到。
离聚物包含作为羧酸阴离子的抗衡离子的阳离子。合适的阳离子包括在离聚物组合物的合成、加工和使用条件下稳定的任何带正电的物质。在一些优选的离聚物中，使用的阳离子为金属阳离子，其可以是一价的、二价的、三价的、多价的、或它们的混合物。可用的一价金属阳离子包括但不限于钠、钾、锂、银、汞、铜等的阳离子、以及它们的混合物。可用的二价金属阳离子包括但不限于铍、镁、钙、锶、钡、铜、镉、汞、锡、铅、铁、钴、镍、锌等的阳离子、以及它们的混合物。可用的三价金属阳离子包括但不限于铝、钪、铁、钇等的阳离子、以及它们的混合物。可用的多价金属阳离子包括但不限于钛、锆、铪、钒、钽、钨、铬、铈、铁等的阳离子、以及它们的混合物。应当指出的是，当该金属阳离子为多价时，可以包含络合剂，例如硬脂酸根、油酸根、水杨酸根和酚酸根，如美国专利3,404,134中所描述。在另一种优选的包封材料中，所用的金属阳离子为一价的或二价的金属阳离子。在又一种优选的包封材料中，金属阳离子选自钠、锂、镁、锌、钾以及它们的混合物。在又一种优选的包封材料中，金属阳离子选自钠、锌以及它们的混合物。在又一种优选包封材料中，金属阳离子为钠阳离子。
根据ASTM方法D1238在190℃和2.16kg下进行测定，所得的离聚物可具有25克/10分钟或更小、或约20克/10分钟或更小、或约10克/10分钟或更小、或约5克/10分钟或更小、或约0.7至约5克/10分钟的MFR。
离聚物包封片还可包含本领域内已知的其他添加剂。这些添加剂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。关于合适的添加剂、添加剂在离聚物包封材料中的合适含量、以及将添加剂掺入离聚物包封材料的方法的一般信息可见于诸如下列的参考书：Kirk Othmer Encyclopedia，Modern Plastics Encyclopedia，McGraw-Hill(New York，1995年)；或Wiley Encyclopedia of Packaging Technology，第二版，A.L.Brody和K.S.Marsh编辑，Wiley-Interscience(Hoboken，1997年)。在离聚物包封材料中使用的添加剂中值得注意的有四种，具体为热稳定剂、紫外线吸收剂、受阻胺光稳定剂(HALS)和硅烷偶联剂。关于这四类添加剂的更多信息(例如优选的实例和在离聚物包封材料中的合适含量)可见于例如上文引用的参考书和美国专利7,641,965。
合适的离聚物包封片具有约200至约600MPa、或约250至约550MPa、或约300至约500MPa、或约300至约400MPa的杨氏模量，所述杨氏模量根据ASTM D5026在30℃和1分钟的负载持续时间下测定。此外，离聚物包封片可具有约1至约120密耳(约0.025至约3mm)、或约5至约100密耳(约0.127至约2.54mm)、或约5至约45密耳(约0.127至约1.14mm)、或约10至约35密耳(约0.25至约0.89mm)、或约10至约30密耳(约0.25至约0.76mm)的总厚度。当太阳能电池模块包括一个以上的离聚物包封片时，独立地对每个片材的厚度进行选择。
此外，在层压之前，离聚物片材的一面或两面上可具有光滑或粗糙的表面。在一种太阳能电池模块中，离聚物片材的两面上可具有粗糙的表面以有利于在层压过程中除气。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。可通过本领域通常已知的方法向片材施加表面图案。例如，可以让刚挤出的片材从紧邻模头出口设置的模辊的特制表面上通过，从而赋予熔融聚合物的一面所需的表面特性。因此，当此类模辊的表面具有微小的凹凸不平时，浇注在其上的聚合物片材在与辊接触的一面上将生成粗糙表面，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。例如在美国专利4,035,549和美国专利公布20030124296中描述了此类模辊。此外，离聚物片材的表面图案会在层压之后消失。
例如，可通过浸涂、溶液流铸、压塑、注塑、层压、熔融挤塑浇铸、吹胀薄膜、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来形成这些片材。优选地，通过诸如熔融挤出浇铸、熔融共挤出浇铸、熔融挤出涂布或串联熔融挤出涂布之类的挤出方法形成这些片材。
在离聚物包封层设置在太阳能电池组合件的前朝阳面处的那些太阳能电池模块中，包封层应足够透明，以允许模块有效地运作。合适的前包封层优选地具有约1.5％或以下、或约1％或以下的雾度，所述雾度按照ASTMD1003进行测定。作为另外一种选择，合适的离聚物包封层可具有约1.5或以下、或约1或以下的黄度指数(YI)。
除了一个或多个太阳能电池、一个或多个薄玻璃板和一个或多个离聚物包封片之外，太阳能电池模块还可包括附加的薄膜、刚性片材或其他非离聚物型聚合物包封片。
在诸如图1的12或14的包封层中使用的合适的非离聚物材料无限制地包括乙烯不饱和酸共聚物、聚(乙烯乙酸乙烯酯)(EVA)、聚(乙烯醇缩醛)(如聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB))、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、以及这些材料中的两种或更多种的共混物或组合。
用作诸如图1的11或15的其中一个外保护层的合适的片材或薄膜无限制地包括常规玻璃板、塑料片材、金属片材、陶瓷片材、塑料薄膜和金属薄膜。
合适的常规玻璃板可具有约2mm或以上的厚度，并且不仅包括窗玻璃、平板玻璃、硅酸盐玻璃、玻璃片、低铁玻璃、钢化玻璃、钢化无氧化铈玻璃和浮法玻璃，而且包括彩色玻璃、特种玻璃(例如含控制太阳能加热的成分的玻璃)、镀膜玻璃(例如为控制日光而用银或氧化铟锡之类金属溅射的玻璃)、低E玻璃、Toroglas
Figure BPA00001426307400161
玻璃(Saint-Gobain N.A.Inc.(Trumbauersville，PA))、SolexiaTM玻璃(PPG Industries(Pittsburgh，PA))，还包括Starphire
Figure BPA00001426307400162
玻璃(PPG Industries)。
合适的塑料片材包含诸如下述材料：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(优选茂金属催化的聚苯乙烯)、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物、或这些材料中的两种或更多种的组合。
当使用不透明的片材例如铝、钢或镀锌钢、或陶瓷板时，其用于朝向太阳能电池组合件的后非朝阳面设置的后保护层或背板中。
合适的塑料薄膜层无限制地包含诸如下列的聚合物：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、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、乙烯-四氟乙烯共聚物等)、以及它们中的两种或更多种的组合。塑料薄膜也可以是双轴取向的聚酯薄膜(优选聚(对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜)或含氟聚合物薄膜(如Tedlar
Figure BPA00001426307400171
、Tefzel
Figure BPA00001426307400172
和Teflon
Figure BPA00001426307400173
薄膜，得自E.I.du Pont de Nemoursand Company(Wilmington，DE)(DuPont))。此外，本文所用的薄膜可以是多层膜的形式，例如含氟聚合物/聚酯/含氟聚合物多层膜(如得自Isovolta AG.(Austria)或Madico(Woburn，MA)的Tedlar
Figure BPA00001426307400174
/PET/Tedlar
Figure BPA00001426307400175
或TPT层压膜)。
当使用不透明的薄膜例如铝箔或填充的聚合物膜时，其用于朝向太阳能电池组合件的后非朝阳面设置的后保护层或背板中。
当太阳能电池组合件包括薄膜太阳能电池时，太阳能电池模块还包括在上面沉积薄膜太阳能电池的基板或覆板。合适的基板和覆板是上文描述为外保护层的片材和膜，包括薄玻璃板。另外，合适的基板和覆板在太阳能电池和太阳能电池组合件的制造和操作条件下是稳定的。
太阳能电池模块还可包括嵌入到模块内的其他功能性膜或片材层。此类功能层(例如介电层或阻挡层)可包括或可源自上述的任何聚合物膜。此外，功能层可以涂覆有附加的功能涂层。例如，涂覆有金属氧化物涂层的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜(例如美国专利6,521,825和6,818,819以及欧洲专利EP1182710中所描述的那些)可以充当太阳能电池模块中的氧气和水分阻挡层。
如果需要，太阳能电池层与包封材料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。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中描述了此类稀松布层的用途。
如果需要，保护层(即前板和/或背板)、包封层及复合在太阳能电池模块内的其他层的一个或两个表面可以在层压之前进行处理，以增强与其他层压层之间的粘附力。这种粘附力增强处理可采用本领域已知的任何形式，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描述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以包括硅烷、聚(烯丙胺)基的底漆(参见例如美国专利5,411,845、5,770,312、5,690,994和5,698,329)，以及丙烯酸基的底漆(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。
此外，当把聚合物膜复合为太阳能电池模块的外表面层时，该外表面可具有耐磨硬涂层。可以使用任何已知可用于耐磨硬涂层的材料。例如，硬涂层可以包含聚硅氧烷或交联的(热固性)聚氨酯。同样适用的有低聚物基涂层，例如美国专利申请公布2005/0077002中描述的那些，该涂层通过(A)含羟基低聚物与含异氰酸酯低聚物或(B)含酸酐低聚物与含环氧化物化合物的反应来制备。在某些模块中，硬涂层可包括聚硅氧烷耐磨涂层，例如美国专利4,177,315、4,469,743、5,415,942和5,763,089中描述的那些。
任何合适的层压工艺都可用于制备太阳能电池模块。在一种合适的工艺中，片材形式的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，并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)，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。可以用真空环代替真空袋。一种合适的真空袋在美国专利3,311,517中有所描述。加热和加压循环后，使高压釜中的空气冷却，但不加入额外的气体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。合适的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20040182493、欧洲专利EP1235683 B1、以及PCT专利公布WO9101880和WO03057478中有所描述。一般来讲，非高压釜法包括加热预层压组合件并施加真空和/或压力。例如，可使组合件相继通过加热烘箱和夹辊。
就此而言，包封片通常作为具有大体上均匀的厚度的片材提供。当把包封片和太阳能电池组合件叠放在预压组合件内时，可能存在使太阳能电池组合件的一部分不与包封片接触的间隙或空隙。然而，在层压过程中，聚合物包封片在一定程度上熔融或软化。在此过程中所施加的压力下，包封材料也会流到太阳能电池组合件的表面最高点或轮廓周围。因此，在层压过程中太阳能电池组合件和包封片之间的任何空隙会被充满，从而得到包封材料与太阳能电池组合件接触良好的太阳能电池模块。
如果需要，可以密封层压太阳能电池模块的边缘，以减少水分和空气侵入并使太阳能电池效率下降和使用寿命缩短的潜在趋势减缓。合适的边缘密封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、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)等。
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
在下列每个实施例中，制备两套完全相同的玻璃层压体，其中一套在层压之后不久进行连续冲击粘合试验(Pummel adhesion test)、透湿试验和应力试验，另一套在进行50次热循环之后进行连续冲击粘合试验、透湿试验和应力试验，在热循环中，按照IEC 61646使温度在-40℃和85℃之间交替变化。
在实施例E1中制备的每个玻璃层压体具有15×15cm的尺寸和“玻璃板1/离聚物夹层片材/玻璃板2”的层状结构，其中“玻璃板1”为由PPGIndustries(Pittsburgh，PA)制造的2.3mm厚玻璃板；“玻璃板2”为由Euro-Tech GmbH(Germany)制造的0.7mm厚玻璃板；“离聚物夹层片材”为35密耳(0.89mm)厚的DuPont PV5300离聚物树脂包封片，得自E.I.DuPont deNemours & Co.(Wilmington，DE)(以下简称“DuPont”)。在实施例E2中制备的玻璃层压体与实施例E1中制备的类似，不同之处在于“玻璃板1”和“离聚物夹层片材”之间沿层压体的相对侧还嵌入了一对长20cm、宽2mm、厚100μm的线材，该线材距离对应的边缘约2cm。在实施例E3中制备的玻璃层压体与实施例E2中制备的类似，不同之处在于两根长20cm、宽2mm、厚100μm的线材中的每一根都有一端从层压体中伸出。
通过以下方法制备玻璃层压体E1、E2和E3中的每一个：将“玻璃板1/线材(如使用的话)/离聚物夹层片材/玻璃板2”组合件置于一次性真空袋中；将组合件在真空袋内在真空和室温下保持约20分钟；再将装有组合件的真空袋置于温度设置为90℃的烘箱中保持20分钟；从真空袋中取出组合件；最后让组合件经受在以下条件下进行的高压釜处理：提供20分钟的最高温度145℃，最大平台压力为8.5巴。
首先在25℃+/-5℃下对层压体样本进行1小时或以上的平衡处理，然后用0.5kg的平头锤连续敲打层压体，通过这种方法确定每个层压体的连续冲击粘合度值。以成行的模式连续冲击层压体，冲击位置之间的间隔为1.25cm，行与行之间的间隔为2cm。根据仍然粘附在夹层上的碎玻璃的量，并按照表1中示出的议定标度对连续冲击粘合度进行评级。
表1
Figure BPA00001426307400211
对于每个层压体测量两次连续冲击粘合度值，其中通过在“玻璃板1”上锤击层压体来测定“IN”值，并通过在“玻璃板2”上锤击层压体来测定“OUT”值。
使用得自Perkin Elmer(Waltham，MA)的Spectrum BX FTIR光度计来测定每个层压体的湿度增加水平。具体地讲，记录近红外透射(NIR)光谱，并对介于1880nm和1990nm之间的湿度带进行积分。然后将积分面积与湿度标准进行比较以计算样本内的含水量。对于每个层压体，记录两个位置的湿度增益值。“位置1”为距层压体边缘约1cm的位置，“位置2”为靠近层压体中心的位置。在实施例E2和E3中，位置1在边缘和线材之间。
于角度在180度和90度之间变化的交叉偏振光下进行观察，以目测每个层压体上产生的应力。在层压体样本内没有观察到指示应力的彩虹状特征。
表2示出的数据显示，采用0.7mm厚的薄玻璃板和35密耳(0.89mm)的离聚物夹层片材的玻璃层压体具有良好的连续冲击粘合水平、良好的耐湿性和低应力。这表明使用薄玻璃板作为具有离聚物夹层的玻璃层压体内的一个或两个外保护层是可行的，从而在保持层压体物理强度的同时减轻了层压体的重量。
表2
比较实施例C1与实施例E4和E5
通过非线性有限元建模(FEM)应力分析计算下列假定的玻璃结构内的应力发展和挠曲。在实施例C1中，玻璃结构为6.5mm厚的聚碳酸酯片材。在实施例E4中，玻璃结构为得自DuPont的一块DuPont PV5300离聚物包封片(厚4.56mm)层压在两个薄玻璃板(厚1mm)之间所得的层压体。在实施例E5中，玻璃结构为一块DuPont PV5300离聚物包封片(厚3.04mm)层压在两个薄玻璃板(厚1mm)之间所得的层压体。每个实施例中的玻璃结构具有1000×800mm的尺寸，并支撑在四条边上。施加2kPa的均匀负载。玻璃结构的每个组件的杨氏模量和泊松比在表3中列出。
表3
注意：
a 根据ENISO1288测得；
b 根据EN843测得；
c 根据ASTM D5026在40℃和1天的负载持续时间下测得；
d 根据ASTM D5026在30℃和1分钟的负载持续时间下测得；
e 根据ISO527测得。
使用SJ-MEPLA(3.O.4版，SJ-Software(Germany))计算每个层压体的最大应力发展和挠曲。所得结果在表4中给出。
表4
Figure BPA00001426307400231
这些结果表明，与聚碳酸酯片材相比，具有薄(1mm)玻璃板和离聚物夹层的层压体将具有更高的强度并且将显示具有较小的挠曲。
实施例E6
制备具有“薄玻璃板(1.1mm)/离聚物片材(60密耳)/薄玻璃板(1.1mm)”结构的一系列层压体。所述薄玻璃板为得自Nippon Sheet GlassCompany，Ltd.(Tokyo，Japan)的UFFTM薄玻璃，所述离聚物片材为得自DuPont的PV5300片材。
然后对层压体进行若干项欧洲安全标准试验。在EN356-P2A试验中，让钢球(直径100mm、重量4.11kg)从3米的高度3次坠落到层压体结构上。层压体通过了该试验，因为它们在第三次冲击后未被穿透。在EN356-P3A试验中，让钢球(直径100mm、重量4.11kg)从6米的高度3次坠落到层压体结构上。第一层压体未通过该试验，因为钢球在第三次坠落时穿透了该层压体；但第二层压体在第三次坠落后未被穿透，因而通过了该试验。最后，在EN356-P4A试验中，让钢球(直径100mm、重量4.11kg)从9米的高度3次坠落到层压体结构上。层压体未通过该试验，因为钢球在第二次坠落时穿透了该层压体。
实施例E7至E14
使用与以上所用类似的层压方法，制备一系列“玻璃1/离聚物夹层/玻璃2”层压体。这些层压体的结构在表5中示出。对层压体进行JIS R3205钢球坠落试验，在试验过程中，让直径63mm、重量1.04kg的钢球首先从120cm的高度坠落到尺寸为610×610mm的层压体上。如果未出现损坏，则依次从150cm、190cm、240cm、300cm、380cm和480cm的高度反复进行坠落。试验结果也记录在表5中。
Figure BPA00001426307400251
实施例E15和E16
在实施例E15中，制备了具有离聚物夹层的玻璃层压体。使层压体在Florida经受72个月的户外自然气候老化，并在Arizona经受96个月等效暴露的户外加速老化。老化之后，在层压体内未观察到分层、目视缺陷、边缘混浊或不期望的雾度变化。此外，在经过4500小时的实验室加速老化之后，层压体仍保持较强的拉伸强度。
在实施例E16中，制备了具有离聚物夹层或PVB夹层的玻璃层压体。在湿冷冻试验之后，在这些具有离聚物夹层的层压体内未观察到目视缺陷、分层、变色或丧失粘附性的现象。然而在具有PVB夹层的层压体中，在湿冷冻试验之后同时观察到了边缘混浊和分层现象。
实施例E17
Kapur等人使用FTIR方法和ASTM D7191方法得到了层压在两块玻璃板(厚3.2mm)之间的EVA夹层、PVB夹层和离聚物夹层的湿气侵入分布图。参见Kapur等人，Proceedings of the Photovoltaic Specialists Conference(PVSC)，2009年第34届IEEE大会；Digital Object Identifier：10.1109/PVSC.2009.5411235；出版年份：2009年，第001210-001214页。Kapur等人获得的数据表明，侵入离聚物夹层的湿气量小于侵入EVA夹层和PVB夹层的湿气量。此外，还认为当玻璃层的厚度为至少约0.1mm时，玻璃层的厚度对侵入玻璃层压体的湿气量没有太大的影响。因此，可以预见，相比Kapur等人所研究的PVB层压体，在两个薄玻璃板之间的离聚物夹层的层压体具有较小的湿气侵入量，从而其性质优于前者。
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。此外，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，以及该结构的细节和本发明的功能，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。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括下列作为层压层：(A)包括一个或多个太阳能电池的太阳能电池组合件；(B)包含第一离聚物组合物的第一离聚物包封层；和(C)包括具有小于1.5mm的厚度的第一薄玻璃板的第一外保护层；其中
所述第一离聚物组合物包含离聚物，所述离聚物为前体酸共聚物的离子中和衍生物，所述前体酸共聚物包含具有2至10个碳原子的α-烯烃的共聚单元和按所述前体酸共聚物的总重量计约20至约25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；并且其中
所述第一离聚物组合物具有如根据ASTM D5026在30℃和1分钟的负载持续时间下测定的约200至约600MPa的杨氏模量。
2.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池为包含单晶硅(c-Si)、多晶硅(mc-Si)中的一者或两者的基于晶片的太阳能电池，或者其中所述太阳能电池为包含选自非晶硅(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)、吸光染料和有机半导体的一种或多种材料的薄膜太阳能电池；并且其中，当所述太阳能电池为薄膜太阳能电池时，所述太阳能电池组合件还包括在其上沉积所述薄膜太阳能电池的基板或覆板。
3.权利要求1的太阳能电池模块，其中存在于所述前体酸共聚物中的所述α，β-烯键式不饱和羧酸的总含量的约5％至约90％已被中和。
4.权利要求3的太阳能电池模块，其中存在于所述前体酸共聚物中的所述α，β-烯键式不饱和羧酸的总含量的约10％至约60％已被中和。
5.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述第一包封层具有1至约120密耳(约0.025至约3mm)的平均厚度。
6.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述薄玻璃板具有约0.1至约0.8mm的厚度。
7.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述第一包封层具有直接层压到所述太阳能电池组合件的第一面和直接层压到所述第一外保护层的第二面。
8.权利要求7的太阳能电池模块，还包括下列作为层压层：(D)第二包封层，所述第二包封层具有两个面并层压到所述太阳能电池组合件的一面，所述太阳能电池组合件的所述一面背对层压所述第一包封层的一面；和(E)第二外保护层，所述第二外保护层层压到所述第二包封层的一面，所述第二包封层的所述一面背对层压所述太阳能电池组合件的一面。
9.权利要求8的太阳能电池模块，其中所述第二包封层包含选自下列的一种或多种聚合材料：α-烯烃和α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物、离聚物、聚(乙烯乙酸乙烯酯)、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-烯烃与α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物、硅酮弹性体和环氧树脂。
10.权利要求8的太阳能电池模块，其中所述第二外保护层包括选自下列的一种或多种材料：(i)玻璃板；(ii)聚合物片材，所述聚合物片材包含选自聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯和含氟聚合物的一种或多种聚合物；和(iii)聚合物膜，所述聚合物膜包含选自聚酯、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)和含氟聚合物的一种或多种聚合物。
11.权利要求8的太阳能电池模块，其中所述第二包封层包含第二离聚物组合物，并且其中所述第一离聚物组合物和第二离聚物组合物相同或不同。
12.权利要求8的太阳能电池模块，其中所述第二外保护层包括具有小于2.0mm或约1.5mm或以下的厚度的第二薄玻璃板。
13.权利要求8的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池组合件具有比所述包封层和外保护层更小的横向面积，并且其中所述第一包封层和第二包封层在所述太阳能电池组合件的周边边缘以外的区域内粘合到一起。
14.权利要求13的太阳能电池模块，还包括至少一个安装装置，其中所述至少一个安装装置设置在所述太阳能电池组合件的周边边缘的外部，并且具有层压在所述第一包封层和第二包封层之间的第一部分和从所述太阳能电池模块的周边边缘向外伸出的第二部分。
15.权利要求14的太阳能电池模块，其中所述至少一个安装装置还包括第三部分，所述第三部分在其从中伸出的所述周边边缘的部分上方形成覆盖件。
16.权利要求14的太阳能电池模块，其中所述至少一个安装装置的所述第二部分包括至少一个锚固装置。
17.权利要求14的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括两个安装装置，并且其中所述安装装置设置在所述太阳能电池模块相对的周边边缘上。
18.权利要求14的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括四个安装装置，并且其中所述安装装置中的两个设置在所述太阳能电池模块的单个边缘上，所述安装装置中的两个设置在所述太阳能电池模块的相对的周边边缘上。
19.权利要求14的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括四个安装装置，并且其中所述安装装置中的每一个设置在所述太阳能电池模块不同的周边边缘上。
20.权利要求14的太阳能电池模块，其中所述至少一个安装装置由金属或塑料制成。
21.权利要求20的太阳能电池模块，其中所述至少一个安装装置包含选自钢、铝、钛、黄铜、铅、铬、铜以及它们的合金的金属。

Claims (22)

1.太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括下列作为层压层：(A)包括一个或多个太阳能电池的太阳能电池组合件；(B)包含第一离聚物组合物的第一离聚物包封层；和(C)包括具有小于1.5mm的厚度的第一薄玻璃板的第一外保护层。
2.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池为包含单晶硅(c-Si)、多晶硅(mc-Si)中的一者或两者的基于晶片的太阳能电池，或者其中所述太阳能电池为包含选自非晶硅(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)、吸光染料和有机半导体的一种或多种材料的薄膜太阳能电池；并且其中，当所述太阳能电池为薄膜太阳能电池时，所述太阳能电池组合件还包括在其上沉积所述薄膜太阳能电池的基板或覆板。
3.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述第一离聚物组合物具有如根据ASTM D5026在30℃和1分钟的负载持续时间下测定的约200至约600MPa的杨氏模量。
4.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述第一离聚物组合物包含离聚物，所述离聚物为前体酸共聚物的离子中和衍生物，所述前体酸共聚物包含具有2至10个碳原子的α-烯烃的共聚单元和按所述前体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，并且其中存在于所述前体酸共聚物中的所述α，β-烯键式不饱和羧酸的总含量的约5％至约90％已被中和。
5.权利要求4的太阳能电池模块，其中所述前体酸共聚物包含约20至约25重量％的所述α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚单元，并且其中存在于所述前体酸共聚物中的所述α，β-烯键式不饱和羧酸的总含量的约10％至约60％已被中和。
6.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述第一包封层具有1至约120密耳(约0.025至约3mm)的平均厚度。
7.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述薄玻璃板具有约0.1至约0.8mm的厚度。
8.权利要求1的太阳能电池模块，其中所述第一包封层具有直接层压到所述太阳能电池组合件的第一面和直接层压到所述第一外保护层的第二面。
9.权利要求8的太阳能电池模块，还包括下列作为层压层：(D)第二包封层，所述第二包封层具有两个面并层压到所述太阳能电池组合件的一面，所述太阳能电池组合件的所述一面背对层压所述第一包封层的一面；和(E)第二外保护层，所述第二外保护层层压到所述第二包封层的一面，所述第二包封层的所述一面背对层压所述太阳能电池组合件的一面。
10.权利要求9的太阳能电池模块，其中所述第二包封层包含选自下列的一种或多种聚合材料：α-烯烃和α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物、离聚物、聚(乙烯乙酸乙烯酯)、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-烯烃与α，β-烯键式不饱和羧酸的共聚物、硅酮弹性体和环氧树脂。
11.权利要求9的太阳能电池模块，其中所述第二外保护层包括选自下列的一种或多种材料：(i)玻璃板；(ii)聚合物片材，所述聚合物片材包含选自聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯和含氟聚合物的一种或多种聚合物；和(iii)聚合物膜，所述聚合物膜包含选自聚酯、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)和含氟聚合物的一种或多种聚合物。
12.权利要求9的太阳能电池模块，其中所述第二包封层包含第二离聚物组合物，并且其中所述第一离聚物组合物和第二离聚物组合物相同或不同。
13.权利要求9的太阳能电池模块，其中所述第二外保护层包括具有小于2.0mm或约1.5mm或以下的厚度的第二薄玻璃板。
14.权利要求9的太阳能电池模块，其中所述太阳能电池组合件具有比所述包封层和外保护层更小的横向面积，并且其中所述第一包封层和第二包封层在所述太阳能电池组合件的周边边缘以外的区域内粘合到一起。
15.权利要求14的太阳能电池模块，还包括至少一个安装装置，其中所述至少一个安装装置设置在所述太阳能电池组合件的周边边缘的外部，并且具有层压在所述第一包封层和第二包封层之间的第一部分和从所述太阳能电池模块的周边边缘向外伸出的第二部分。
16.权利要求15的太阳能电池模块，其中所述至少一个安装装置还包括第三部分，所述第三部分在其从中伸出的所述周边边缘的部分上方形成覆盖件。
17.权利要求15的太阳能电池模块，其中所述至少一个安装装置的所述第二部分包括至少一个锚固装置。
18.权利要求15的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括两个安装装置，并且其中所述安装装置设置在所述太阳能电池模块相对的周边边缘上。
19.权利要求15的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括四个安装装置，并且其中所述安装装置中的两个设置在所述太阳能电池模块的单个边缘上，所述安装装置中的两个设置在所述太阳能电池模块的相对的周边边缘上。
20.权利要求15的太阳能电池模块，所述太阳能电池模块包括四个安装装置，并且其中所述安装装置中的每一个设置在所述太阳能电池模块不同的周边边缘上。
21.权利要求15的太阳能电池模块，其中所述至少一个安装装置由金属或塑料制成。
22.权利要求21的太阳能电池模块，其中所述至少一个安装装置包含选自钢、铝、钛、黄铜、铅、铬、铜以及它们的合金的金属。
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