CN102442044B - 太阳能电池保护板及其制备方法,太阳能电池用背板和太阳能电池组件 - Google Patents

太阳能电池保护板及其制备方法,太阳能电池用背板和太阳能电池组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供太阳能电池保护板及其制备方法,太阳能电池用背板和太阳能电池组件,该太阳能电池保护板包括聚合物基板和聚合物层,满足下列条件[1]和[2]中的至少一个:[1]所述聚合物基板是经表面处理的聚合物基板,并且所述聚合物层具有0.8μm至12μm的厚度且包含复合聚合物,所述复合聚合物在分子中包含由下式(1)表示的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元,其中R1和R2表示氢、卤素或一价有机基团;n表示1以上的整数;和[2]所述板包括:所述聚合物基板上的第一聚合物层,第一聚合物层包含紫外线吸收剂和粘合剂聚合物;和第二聚合物层,第二聚合物层包含粘合剂聚合物,其中所述紫外线吸收剂的含量相对于所述粘合剂的总量为至多1.0质量%。

Description

太阳能电池保护板及其制备方法,太阳能电池用背板和太阳能电池组件
技术领域
本发明涉及太阳能电池保护板及其制备方法,和太阳能电池用背板以及太阳能电池组件,所述太阳能电池背板设置在太阳能电池元件的与太阳光入射侧相反的一侧上。
背景技术
太阳能电池组件通常被设计为太阳能电池元件夹在太阳光落在其上的前侧基板(即,前侧玻璃,透明聚合物,等)和配置在与太阳光入射侧相反的一侧(背侧)上的背板之间,其中所述前侧基板和所述太阳能电池元件之间的间隙和所述太阳能电池元件和所述背板之间的间隙各自用密封剂诸如EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂等密封。
前侧基板和背板各自充当太阳能电池保护板用于保护太阳能电池组件不被水渗透至其表面或背面中。对于太阳能电池保护板,迄今使用玻璃、含氟树脂等;然而,近来,出于其成本的考虑,使用聚酯板,例如,聚酯树脂板等。太阳能电池保护板暴露直接接触水、热和光,并且因此,太阳能电池保护板和密封剂之间的粘附性需要满足在高温和高湿度条件下的长期耐久性。然而,出于其在高温和高湿度条件下的长期耐久性的考虑,常规的太阳能电池保护板在太阳能电池保护板和密封剂之间的粘附性方面不令人满意。因此,目前,非常需要提高太阳能电池在湿热环境下的耐久性。
另一方面,近来,作为仅单层聚合物板诸如聚酯树脂板等,太阳能电池保护板的背板除了保护太阳能电池组件不被水渗透其背面中的功能以外,尤其还需要赋予其他各种功能诸如下面提到的那些。
关于所需的功能,例如,氧化钛等的白色无机细粒加入至背板从而使背板具有光反射性。这是漫反射入射太阳光的已经通过组件的前侧进入组件中并且以及经过了电池的光部分,并且使光返回至电池从而提高发电效率。就此而言,公开了其中加入白色无机细粒的白色聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的实例(例如,参见专利文献1,3);并且还公开了具有含白色颜料的白色油墨层的背侧保护板的实例(例如,参见专利文献3)。此外,为了确保背板和EVA密封剂之间的紧密粘附性,聚合物层诸如易粘附层等可以作为背板的最外层配置。关于此,描述了在白色聚对苯二甲酸乙二醇酯膜上设置热粘合剂层的技术(例如,参见专利文献1)。
为了赋予其上述功能,设计背板使得其基板聚合物与多个具有此类其他功能的功能层层压。因此,近来即使在太阳能电池保护板内部,也需要改善基板(载体)和其上的多个功能层之间的夹层粘附力在湿热环境下的耐久性。
在此,作为层压的方式,已知有将具有各种功能的板粘到基板聚合物上的方法,和例如,公开了通过层压多个树脂膜形成太阳能电池背板的方法(例如,参见专利文献2)。然而,多个树脂膜的层压在湿热环境下长期使用时的夹层粘附性很差,并且因此在层压体的耐久性方面不充分。同样,为了形成太阳能电池背板,公开了用多个功能层涂覆基板聚合物的方法(例如,参见专利文献3和4)。还已知有在基板聚合物上形成涂层之前表面处理该基板聚合物的方法(例如,参见专利文献4和5)。专利文献4和5公开了当聚硅氧烷树脂诸如氟硅氧烷树脂或改性的硅化合物添加至涂布液时,板的可洗性、排水性(waterdrainablity)、防雾性、防露性(antidewingproperty)、抗静电性和生物相容性可以改善;然而,在这些中,均没有关于板的湿热耐久性的研究。
引用文件列举
专利文献1:JP-A2003-060218
专利文献2:JP-A2002-100788
专利文献3:JP-A2006-210557
专利文献4:JP-A2008-189828
专利文献5:JP-A2000-301054
发明内容
然而,本发明人研究了专利文献4和5中所述的板的湿热耐久性,并且已经发现太阳能电池保护板内部的夹层粘附性以及太阳能电池保护板和密封剂之间的粘附性仍然不能在湿热环境下的长期使用中得到保证,因此该板需要进一步改进。
本发明是考虑上述内容而完成的,并且本发明要解决的问题是提供在湿热环境中粘附耐久性优异的太阳能电池保护板。
本发明已经进行了勤恳的研究,结果发现聚合物基板的表面处理和包含复合聚合物的涂布液的使用可以有助于改善湿热环境中的粘附性,其中所述复合聚合物包含聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元,并且其与专利文献5中的聚合物的不同之处在于该复合聚合物具有非聚硅氧烷结构单元。此外,本发明人尝试,与专利文献4中所述的厚度相比,显著地增加涂布液在干燥后的涂布厚度,所述涂布液包含复合聚合物,所述复合聚合物包含聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元,并且已经发现其结果是,在湿热环境下太阳能电池保护板内部的夹层粘附性以及太阳能电池保护板和密封剂之间的粘附性因此可以显著地改善。具体地,本发明人已经发现通过下面的方案可以解决上述问题,并且已经完成了本发明。
用于解决上述问题的具体手段如下:
<1>一种太阳能电池保护板,其包括聚合物基板和被设置在所述聚合物基板上的至少一个聚合物层,所述太阳能电池保护板满足下列条件[1]和[2]中的至少一个:
[1]所述聚合物基板是经表面处理的聚合物基板,并且
所述聚合物层具有0.8μm至12μm的厚度且包含复合聚合物,并且所述复合聚合物在分子中包含由下式(1)表示的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元:
其中R1和R2各自独立地表示氢原子、卤素原子或一价有机基团;n表示1以上的整数;R1和R2可以相同或不同;多个R1可以相同或不同,且多个R2可以相同或不同;
[2]所述板包括:所述聚合物基板上的第一聚合物层,所述第一聚合物层包含紫外线吸收剂和粘合剂聚合物;和第二聚合物层,所述第二聚合物层被设置在所述第一聚合物层上,并且包含粘合剂聚合物,其中所述紫外线吸收剂的含量相对于所述粘合剂的总量为至多1.0质量%。
<2>根据<1>所述的太阳能电池保护板,其满足上述[1]。
<3>根据<2>所述的太阳能电池保护板,其中用于所述聚合物基板的所述表面处理是火焰处理、低压等离子体处理、大气压等离子体处理和紫外线处理中的至少一种。
<4>根据<2>所述的太阳能电池保护板,其中用于所述聚合物基板的所述表面处理是大气压等离子体处理。
<5>根据<2>至<4>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所含有的由上述式(1)表示的聚硅氧烷结构单元的量为整个复合聚合物分子的15至85质量%。
<6>根据<2>至<5>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中由R1或R2表示的所述一价有机基团是选自下列各项中的至少一种:烷基、芳基、芳烷基、烷氧基、芳氧基、巯基、氨基和酰胺基。
<7>根据<2>至<6>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述非聚硅氧烷结构单元是乙烯基类结构单元、聚酯类结构单元和聚氨酯类结构单元中的至少一种。
<8>根据<2>至<7>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中包含所述复合聚合物的聚合物层具有交联结构。
<9>根据<2>至<8>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中至少一个包含所述复合聚合物的聚合物层被设置成与所述经表面处理的聚合物基板的表面接触。
<10>根据<9>所述的太阳能电池保护板,其中至少一个包含所述复合聚合物的聚合物层是最外层,所述最外层被安置成不与所述聚合物基板的表面接触。
<11>根据<2>至<10>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述聚合物基板包含聚酯类树脂,并且
所述聚酯树脂的羧基含量为2至35当量/吨(equivalent/t)。
<12>根据<1>所述的太阳能电池保护板,其满足上述[2]。
<13>根据<12>所述的太阳能电池保护板,其中所述聚合物基板是聚酯。
<14>根据<12>或<13>所述的太阳能电池保护板,其在120℃和100%RH的条件下保存50小时后的断裂伸长率与其在保存之前的断裂伸长率的比率为至少50%。
<15>根据<12>至<14>中任一项所述的太阳能电池保护板,其在150℃热处理30分钟的过程中的热收缩率在-1%至1%的范围内。
<16>根据<12>至<15>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述第二聚合物层包含选自含氟聚合物和硅氧烷聚合物中的至少一种作为其中的粘合剂聚合物。
<17>根据<12>至<16>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述第一聚合物层包含选自硅氧烷聚合物、聚酯聚合物和聚氨酯聚合物中的至少一种作为其中的粘合剂聚合物。
<18>根据<16>或<17>所述的太阳能电池保护板,其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层中的至少一个还包含相对于其中的粘合剂聚合物的量为0.5至50质量%的交联剂。
<19>根据<18>所述的太阳能电池保护板,其中所述交联剂是碳二亚胺类交联剂或唑啉类交联剂。
<20>根据<12>至<19>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述第一聚合物层还包含其0.5至50体积%的量的无机细粒。
<21>根据<12>至<20>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述第二聚合物层的厚度L2与所述第一聚合物层的厚度L1的比率L2/L1为0.13/1.0至24/1.0。
<22>根据<1>至<21>中任一项所述的太阳能电池保护板,其中至少一个聚合物层是包含白色颜料的光反射层。
<23>一种太阳能电池用背板,其包括<22>所述的太阳能电池保护板。
<24>一种用于制备太阳能电池保护板的方法,所述方法包括:
将聚合物基板的至少一个表面进行表面处理,和
在所述聚合物基板的经表面处理的表面上涂覆包含复合聚合物的涂布液,使得所述涂布液在干燥后的厚度可以是0.8μm至12μm,
其中所述复合聚合物在分子中包含由下式(1)表示的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元:
其中R1和R2各自独立地表示氢原子、卤素原子或一价有机基团;n表示1以上的整数;R1和R2可以相同或不同;多个R1可以相同或不同,且多个R2可以相同或不同。
<25>根据<24>所述的用于制备太阳能电池保护板的方法,其中所述包含复合聚合物的涂布液还包含溶剂,且所述溶剂的至少50质量%是水。
<26>根据<24>或<25>所述的用于制备太阳能电池保护板的方法,其中所述包含复合聚合物的涂布液包含交联剂。
<27>一种太阳能电池保护板,其是根据<24>至<26>中任一项所述的太阳能电池保护板制备方法制备的。
<28>一种太阳能电池组件,其包括至少一个<1>至<22>和<27>中任一项所述的太阳能电池保护板。
<29>根据<28>所述的太阳能电池组件,所述太阳能电池组件包括:
在所述太阳能电池组件的太阳光入射侧的透明前基板;
电池侧基板,在所述电池侧基板上用密封剂封装太阳能电池元件;和
太阳能电池背板,所述太阳能电池背板在所述电池侧基板上被安置成与所述前基板相反并且与所述密封剂接触,
并且所述太阳能电池组件包括上述太阳能电池保护板作为所述太阳能电池背板。
根据本发明,提供了在湿热环境中粘附耐久性优异的太阳能电池保护板。
本发明的太阳能电池保护板有利地用于太阳能电池背板。根据本发明,本发明的太阳能电池保护板可以低成本地制备。根据本发明,提供了太阳能电池组件,其确保在湿热环境中的长期稳定的发电效率。
附图说明
图1是显示太阳能电池组件的构造实例的示意性横截面视图。
图2是显示太阳能电池组件的另一构造实例的示意图横截面视图。
在附图中,5和5a各自表示太阳能电池背板;10表示太阳能电池组件;12表示含氟聚合物层;14表示下涂层;16表示聚合物基板;18表示反射层;20表示太阳能电池元件;22表示密封剂;且24表示透明基板。
具体实施方式
下面详细地描述本发明的太阳能电池保护板及其制备方法,以及本发明的太阳能电池背板和太阳能电池组件。
下面给出的对本发明的结构元件的描述针对本发明的一些典型的实施方案,然而,本发明不应当限于这些实施方案。在该描述中,由措辞″一个值至另一个值″表示的数值范围是指落入表示该范围的最下限的前一数值和表示其最上限的后一数值之间的范围。下面描述中提到的文件以其全部内容通过引用合并。
下面,以下面的顺序描述满足条件[1]的太阳能电池保护板(本发明的第一实施方案的太阳能电池保护板),和满足条件[2]的太阳能电池保护板。
满足条件[1]的太阳能电池保护板
满足条件[1]的太阳能电池保护板(在此章节中,这称为本发明的太阳能电池保护板)包括经表面处理的聚合物基板和设置在所述聚合物基板上的至少一个聚合物层,所述聚合物层的厚度为0.8μm至12μm并且包含复合聚合物,其中所述复合聚合物的分子中包含由下式(1)所示的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元:
(1)
其中R1和R2各自独立地表示氢原子、卤素原子或一价有机基团;n表示1以上的整数;R1和R2可以相同或不同;多个R1可以相同或不同,且多个R2可以相同或不同。
在本发明中,(i)聚合物基板经表面处理,(ii)至少一个包含复合聚合物的聚合物层具有0.8至12μm的可控厚度,和(iii)所述复合聚合物是特定的复合聚合物,其分子中包含由上述式(1)所示的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元,从而提高对所述聚合物基板的粘合力并且可以抑制被热和水分的降解。因此,在板长时间暴露于热和水分的环境条件下,聚合物基板和包含复合聚合物的聚合物层之间的粘附强度可以长时间地保持在高水平,因此确保了该板的长期耐久性。在太阳能电池组件的密封剂诸如EVA粘合至本发明的太阳能电池保护板上的情况下,太阳能电池保护板和密封剂之间的粘附强度可以长时间保持高水平,即使在该组件长时间地暴露于热和水分的环境条件下。因此,根据本发明构造的太阳能电池组件可以显示良好的发电性能并且可以长时间地确保稳定的发电效率。
本发明的太阳能电池保护板的详述和优选实施方案描述如下。
<聚合物基板>
(聚合物类型)
用于聚合物基板的聚合物类型包括聚酯,聚烯烃诸如聚丙烯和聚乙烯,和含氟聚合物诸如聚氟乙烯,等。其中,从其成本和机械强度的观点来看,优选聚酯。
用作聚合物基板(载体)的聚酯是由芳族二元酸或其形成酯的衍生物,和二醇或其形成酯的衍生物制备的线性饱和的聚酯。聚酯的具体实例包括聚对苯二甲酸乙二醇酯,聚间苯二甲酸乙二醇酯,聚对苯二甲酸丁二醇酯,聚(对苯二甲酸-1,4-环己烯二甲醇酯),聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯,等。其中,从其机械性能和成本的平衡的观点考虑,特别优选聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯。
聚酯可以是均聚物,或共聚物。此外,聚酯可以与小量的任何其他树脂,例如,聚酰亚胺等共混。
在本发明中通过聚合制备聚酯时,从控制聚合物的羧基含量低于预定范围的观点考虑,优选使用含Sb、含Ge或含Ti的化合物作为催化剂;并且更优选使用含Ti化合物。优选地,当在一个实施方案中用作用于聚合的催化剂时,含Ti化合物的量在1ppm至30ppm,更优选3ppm至15ppm的范围内。当含Ti化合物的比例落在此范围内时,形成的聚合物的末端羧基含量可以控制为落在下面提及的范围内,从而可以保持聚合物基板的高耐水解性。
在用含Ti化合物制备聚酯时,例如,可用的方法描述在JP-B8-301198,日本专利2543624,3335683,3717380,3897756,3962226,3979866,3996871,4000867,4053837,4127119,4134710,4159154,4269704,4313538等中。
在本发明中,优选聚合物基板包含聚酯树脂且聚酯的羧基含量为至多55当量/t,更优选至多35当量/t。当羧基含量是至多55当量/t时,则聚合物基板可以确保良好的耐水解性且可以阻止了在湿热条件下老化时的强度减小。从确保聚酯基板和邻近其形成的层(例如,着色剂层)之间的粘附性的观点来看,羧基含量的最低限为优选2当量/t。具体地在本发明中,特别期望聚酯树脂的羧基含量为2至35当量/t。
可以通过适当地选择聚合催化剂的类型和成膜条件(成膜温度和时间)来控制聚酯的羧基含量。
优选地,在本发明中,聚酯在聚合后进行固相聚合。因此,聚酯可以具有所需的羧基含量。固相聚合可以根据连续法获得(其中树脂投料至塔中,然后在其中加热预定的时间段逐渐地回流,然后取出),或根据分批法获得(其中树脂投入至室内并加热预定的时间段)。具体地,对于固相聚合,可采用的方法描述在日本专利2621563,3121876,3136774,3603585,3616522,3617340,3680523,3717392,4167159等中。
优选地,固相聚合温度为170℃至240℃,更优选180℃至230℃,甚至更优选190℃至220℃。优选地,固相聚合时间为5小时至100小时,更优选10小时至75小时,甚至更优选15小时至50小时。优选地,固相聚合在真空中或在氮气气氛中实现。
优选地,聚酯基板是双轴拉伸膜,其通过如下制备:将上述聚酯熔融挤出成膜,然后在流延鼓上冷却和凝固为未拉伸的膜,将该未拉伸的膜在Tg至(Tg+60)℃下在加工方向拉伸一次或多次至3倍至6倍的总拉伸比,和此后进一步在Tg至(Tg+60)℃下在横向方向拉伸3倍至5倍的拉伸比。如果需要,该膜可以在180至230℃下热处理1至60秒。
优选地,聚合物基板(特别地聚酯基板)的厚度为25至300μm左右。当厚度为至少25μm时,则基板可以具有良好的机械强度;且当至多300μm时,基板在其成本方面是有利的。
具体地,随着其厚度增加,聚酯基板的耐水解性可能劣化,并且基板不能耐受长期使用;并且在本发明中,当基板的厚度为120μm至300μm,并且聚酯的羧基含量为2至35当量/t时,基板的湿热耐久性增强。
(表面处理)
聚合物基板的表面处理的方法不特别地限定。在本发明中,用于聚合物基板的表面处理的优选实例为火焰处理,低压等离子体处理,大气压等离子体处理,紫外线处理等。在这些中,从其成本和被处理的基板的机械强度的观点考虑,在本发明中更优选大气压等离子体处理。
表面处理增强要成为载体的聚合物基板和下面提及的包含复合聚合物的聚合物层之间的粘附性,或即,与处理前相比更显著地,该处理增强当施加热或水分时可能劣化的基板的耐剥离性和形状稳定性。
(1)火焰处理:
火焰处理是将载体与外层火焰接触的处理方法。通常,用燃烧器形成火焰,并且将火焰施加于用于该处理的载体的表面。
不特别地限定,用于本发明中的火焰处理燃烧器可以是能够将其火焰均匀地施加于聚合物基板的表面上的任一种。多个圆形燃烧器可以在横向方向上均一地排列,或也可以使用水平的长狭缝箱式燃烧器(longslitboxburner),其宽度与聚合物基板的宽度相同或比后者长。在处理幅(web)状聚合物基板的情况下,多个那些圆形燃烧器或水平的长狭缝箱式燃烧器可以排列在幅移动方向上。
火焰处理可以在背辊(backroll)上实现,或可以在两个辊之间的无辊间隙内实现;但在本发明中,火焰处理优选在背辊上实现。
在火焰处理在背辊上实现的情况下,优选所述背辊是冷却背辊。优选,冷却背辊的温度被控制而落在10℃至100℃之间,更优选25℃至60℃之间。当冷却辊的温度低于10℃时,可能发生结露;但高于100℃时,载体可能变形。
用于火焰处理的背辊的材料可以是所有耐热材料,但在本发明中,优选金属或陶瓷。金属包括铁、镀铬铁、SUS304、316、420,等。除上述以外,还可使用陶瓷诸如氧化铝、氧化锆、二氧化硅等。
作为用于火焰处理的燃烧气体,可用的有链烷烃气体(例如,城市燃气、天然气、瓦斯、乙烷气、丙烷气、丁烷气),烯烃气体(乙烯气体、丙烯气体),或乙炔气。在此可以使用一种或多种不同类型的那些气体。
在本发明中,要与用于火焰处理的燃烧气体混合使用的氧化气体优选是氧或空气,并且如果需要,还可以使用燃烧促进剂或氧化剂。
不特别地限定,用于处理的火焰可以是普通火焰,并且除此以外,还优选通过向燃料中添加硅烷化合物来使用硅酸盐火焰的方法,如日本专利3893394或JP-A2007-39508中所述。
在火焰处理中燃烧气体和氧化气体的混合比可以根据气体的类型而发生变化;并且例如,在丙烷气和空气的情况下,丙烷气/空气的混合比优选为按体积计1/15至1/22,更优选1/16至1/19。在天然气和空气的情况下,该比率优选为1/6至1/10,更优选1/7至1/9。
在本发明中,聚合物基板可以仅在其一个表面上经火焰处理,但可以在其两个表面上经火焰处理。
在本发明中,聚合物基板暴露于火焰的时间,或即,幅经过有效火焰区域的时间优选为0.001秒至2秒,更优选0.01秒至1秒。当时间短于2秒时,幅表面几乎没有损坏并且几乎没有丧失其粘合能力。当长于0.001秒时,氧化反应容易发生并且促进基板表面的粘附性的改善。
(2)低压等离子体处理:
低压等离子体处理是一种通过在低压气氛气体(等离子气体)中放电而产生等离子体来处理基板的表面的方法。
作为等离子气体,可使用无机气体诸如氧气、氮气、水蒸气、氩气、氦气等。特别优选氧气,或氧气和氩气的混合气体。具体地,在本发明中,优选使用氧气和氩气的混合气体。在使用氧气和氩气的情况下,作为氧气/氩气的分压,两者的比率优选为100/0至30/70左右,更优选90/10至70/30左右。
等离子气体的压力优选在0.005至10Torr,更优选0.008至3Torr左右的范围内。当等离子气体的压力为至少0.005Torr时,则改善粘附性的效果可以是令人满意的,但是相反地,当至多10Torr时,则电流不会增加太多,并且放电可以保持稳定。
等离子体输出功率优选为100至2500W左右,更优选500至1500W左右。
处理时间优选为0.05至100秒,更优选0.5至30秒左右。当处理时间为至少0.05秒时,改善粘附性的效果可以是令人满意的;但相反,当至多100秒时,则载体没有变形或变色的问题。
在低压等离子体处理中,生成等离子体的方法不特别地限定。在本发明中,例如,可采用直流辉光放电、高频放电、微波放电等的设备。特别地,在此以3.56MHz使用高频放电设备的方法是有利的。
(3)大气压等离子体处理:
大气压等离子体处理是一种通过使用高频在大气压下生成稳定的等离子体放电的方法。
对于大气压等离子体,载气优选是氩气、氦气或类似气体,其与氧等部分混合,且更优选空气和氩气的混合物。
优选地,大气压等离子体处理在大气压下实现,或在500至800Torr左右,更优选600至750Torr附近的压力下实现。
优选地,用于放电的电源频率为1至100kHz,更优选1至10kHz左右。当电源频率为至少1kHz时,则可以有利地获得稳定的放电。相反,当为至多100kHz时,不需要任何昂贵的设备,并且从其生产率和成本的观点来看,该方法是有利的。
不特别地限定,在本发明中,在大气压等离子体处理中的放电强度优选为50W·min/m2至500W·min/m2左右。当大气压等离子体处理中的放电强度为至多500W·min/m2时,电弧放电几乎不发生并且可以实现稳定的大气压等离子体处理。当为至少50W·min/m2时,可以获得充分的表面处理效果。
处理时间优选为0.05至100秒,更优选0.5至30秒左右。当处理时间为至少0.05秒时,则改善粘附性的效果可以是令人满意的,但相反,当为至多100秒时,载体没有变形或变色的问题。
生成等离子体的方法可以与用于低压等离子体处理的方法相同。
(4)紫外线处理:
紫外线处理包括用紫外线照射样品表面从而改善其粘附性、润湿性、可印刷性等。
作为紫外线源,通常使用低压汞灯(低压汞UV灯)。来自低压紫外线灯的254nm和185nm的紫外线,尤其是后一种紫外线对于期望的表面处理有效。
通常在大气压实现1至500秒紫外线处理。当处理时间为至少1秒时,改善粘附性的效果可以是令人满意的,但相反,当为至多500秒时,基板聚合物没有变色等问题。
<包含复合聚合物的聚合物层>
包含复合聚合物的聚合物层是配置与聚合物基板的表面接触或经任何其他层配置在其上的层,并且由特定的复合聚合物形成。在本发明中,复合聚合物层与表面处理的聚合物基板的粘附性增强,并且因此优选地,聚合物层直接形成在聚合物基板上。特别地,至少一个包含复合聚合物的聚合物层在聚合物基板上形成从而与基板的表面处理的表面直接接触是合乎需要的。
包含复合聚合物的聚合物层可应用于构成本发明的太阳能电池保护板的任何所需的层。例如,聚合物层可以作为下面所提及的本发明的太阳能电池背板的反射层或底层(backlayer)来应用。由于在其暴露于热和水分的湿热环境下具有优异的耐久性,聚合物层特别优选地用作构成背板的底层,其在太阳能电池元件被密封剂密封的太阳能电池组件中,在与用密封剂密封的电池侧基板一侧相反的一侧上直接暴露于外界环境。
如果需要,包含复合聚合物的聚合物层可以包含任何其他组分,并且其组成成分根据其用途而变化。包含复合聚合物的聚合物层可以是具有太阳光反射功能或具有外观设计能力的着色剂层,或可以是配置在与太阳光入射侧相反的一侧上的底层。
在包含复合聚合物的聚合物层是用于朝向入射侧反射例如太阳光的反射层的情况下,可以向其加入着色剂诸如白色颜料等。
在本发明的太阳能电池保护板中,包含复合聚合物的聚合物层包含如上所述的复合聚合物,其中复合聚合物本身在湿热环境下具有优异的抗劣化性(粘附耐久性)。
因此,在本发明中,适宜的是至少一个包含复合聚合物的聚合物层在最远离聚合物基板的位置配置为最外层,并且更优选地,该层是配置在不接触聚合物基板的表面的位置的最外层。具体地,例如,聚合物层是配置在与面向其上形成有太阳能电池元件的电池侧基板的那侧(前面)相反一侧(背面)上的底层,或配置为与将太阳能电池元件密封在电池侧基板上的密封剂相接触的光反射层。
(复合聚合物)
包含复合聚合物的聚合物层包含至少一种上述的复合聚合物,所述复合聚合物的分子中包含由下式(1)所示的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元:
其中R1和R2各自独立地表示氢原子、卤素原子或一价有机基团;n表示1以上的整数;R1和R2可以相同或不同;多个R1可以相同或不同,且多个R2可以相同或不同。
通过包含复合聚合物,就充当载体的表面处理的聚合物基板在湿热环境下的长期粘附耐久性而言,或即,就当施加热或水分时可能容易劣化的层抗剥离性和形状稳定性而言,聚合物层较前有了指数性地较大改进。
该复合聚合物是通过由上述式(1)表示的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元的共聚形成的共聚物,并且可以是嵌段共聚物或无规共聚物。优选地,所述复合聚合物是嵌段共聚物。在此可以使用每一种单独或两种以上不同类型的上述式(1)表示的聚硅氧烷结构单元和要与其共聚的非聚硅氧烷结构单元,每一种单独地或组合使用。
优选地,式(1)表示的聚硅氧烷结构单元是衍生自各种具有直链、支链或环状结构的聚硅氧烷的聚硅氧烷链段。
复合聚合物中的式(1)表示的聚硅氧烷结构单元的优选实施方案描述如下。
R1和R2各自独立地表示氢原子、卤素原子或一价有机基团。
由R1和R2表示的卤素原子包括氟原子、氯原子、碘原子等。
一价有机基团优选为能够与Si原子共价结合的一价有机基团。
由R1和R2表示的“能够与Si原子共价结合的一价有机基团”可以是未取代的或可以具有取代基,并且包括,例如,烷基(例如,甲基、乙基等),芳基(例如,苯基,等),芳烷基(例如,苄基、苯乙基等),烷氧基(例如,甲氧基、乙氧基、丙氧基等),芳氧基(例如,苯氧基,等)、巯基、氨基(例如,氨基、二乙基氨基,等)、酰胺基、等。
重要的是,从聚合物与聚合物基板的粘附性和其在湿热环境下的耐久性的观点来看,适宜的是,R1和R2各自独立地是氢原子、氯原子、溴原子、未取代的或取代的具有1-4个碳原子的烷基(尤其是,甲基、乙基),未取代的或取代的烷氧基(尤其是,甲氧基、乙氧基、丙氧基),未取代的或取代的苯基、巯基、未取代的氨基或酰胺基。更优选地,从在湿热环境下聚合物的耐久性的观点来看,R1和R2各自独立地为取代的或未取代的烷氧基,甚至更优选地未取代的具有1-4个碳原子的烷氧基。
优选地,n为1至5000,更优选1至1000。
在本发明中,从聚合物与聚合物基板的粘附性和其在湿热环境下的耐久性的观点来看,式(1)的聚硅氧烷结构单元的比例可以为复合聚合物整个分子的15-85质量%,优选20-80质量%。
当聚硅氧烷结构单元的比例为至少15质量%时,聚合物与聚合物基板的粘附性和其暴露于湿热环境的粘附耐久性可以变好;并且当为至多85质量%时,聚合物的涂布液可以是稳定的。
要与复合聚合物中式(1)的聚硅氧烷结构单元链段共聚的非聚硅氧烷结构单元不特别地限定,除了该非聚硅氧烷结构单元与重复单元共聚,且可以是衍生自任何聚合物的聚合物链段之外。作为是聚合物链段的前驱体(前驱体聚合物)的聚合物,例如,优选多种聚合物诸如,乙烯基类聚合物,聚酯聚合物,聚氨酯聚合物,等。具体地,在本发明中,非聚硅氧烷结构单元优选是乙烯基类结构单元、聚酯类结构单元和聚氨酯类结构单元中的至少一种。换句话说,在本发明中,复合聚合物中的非聚硅氧烷结构单元优选是乙烯基类结构单元、聚酯类结构单元和聚氨酯类结构单元中的至少一种。从复合聚合物的容易生产性和优异的耐水解性的观点来考虑,较优选乙烯基类聚合物和聚氨酯聚合物。
乙烯基类聚合物的具体实例包括多种聚合物诸如丙烯酸类聚合物,乙烯基羧酸酯聚合物,芳族乙烯基类聚合物,含氟烯烃聚合物。重要的是,从设计复合聚合物时的宽范围的观点来看,较优选丙烯酸类聚合物。
构成非聚硅氧烷结构单元的一种单独的或两种以上不同类型的聚合物在此可以单独或组合使用。
优选地,得到该非聚硅氧烷结构单元的前驱体聚合物具有至少一个酸基或中和的酸基和/或可水解的甲硅烷基。在该类型的前驱体聚合物中,可以根据多种方法制备乙烯基类聚合物,例如,根据(1)将包含酸基的乙烯基类单体和包含可水解的甲硅烷基和/或硅烷醇基的乙烯基类单体和可与其共聚的单体共聚的方法,(2)将预先制备的包含羟基和可水解的甲硅烷基和/或硅烷醇基的乙烯基类聚合物与聚羧酸酐反应的方法,或(3)将预先制备的包含酸酐基团和可水解的甲硅烷基和/或硅烷醇基的乙烯基类聚合物与具有活性氢的化合物(水、醇、胺等)反应的方法,等等。
前驱体聚合物可以例如根据JP-A2009-52011,段落[0021]至[0078]中所述的方法制备和获得。
包含复合聚合物的聚合物层可以单独包含作为粘合剂的复合聚合物,或其可以与任何其他聚合物组合。在附加的聚合物与复合聚合物一起使用的情况下,复合聚合物的比例优选为所有粘合剂的至少30质量%,更优选至少60质量%。当复合聚合物的比例为至少30质量%时,聚合物层与聚合物基板的粘附性和其在湿热环境下的耐久性可以是优异的。
优选地,复合聚合物的分子量为5000至100,000,更优选10,000至50,000。
(复合聚合物的制备)
为了制备复合聚合物,可采用多种方法,例如,(i)将非聚硅氧烷结构单元的前驱体聚合物与具有式(1)的聚硅氧烷结构单元的特殊聚硅氧烷反应的方法,(ii)在非聚硅氧烷结构单元的前驱体聚合物的存在下,水解缩合具有式(1)的聚硅氧烷结构单元的结构的硅烷化合物的方法,其中R1和/或R2各自是可水解基团,等等。
在方法(ii)中使用的硅烷化合物包括多种类型的硅烷化合物,并且优选烷氧基硅烷化合物。
在根据方法(i)制备复合聚合物的情况下,例如,水和催化剂任选地加入至前驱体聚合物和聚硅氧烷的混合物中,并且在20-150℃的温度下反应30分钟至30小时左右(优选在50-130℃下反应1小时至20小时),从而得到预期的复合聚合物。作为催化剂,可使用多种类型的硅烷醇缩合催化剂诸如酸性化合物,碱性化合物,含金属化合物,等。
在根据方法(ii)制备复合聚合物的情况下,例如,水和硅烷醇缩合催化剂加入至前驱体聚合物和烷氧基硅烷化合物的混合物中,并在20-150℃的温度下水解缩合反应30分钟至30小时左右(优选在50-130℃下反应1小时至20小时),从而得到预期的复合聚合物。
(用作底层)
在包含复合聚合物的聚合物层构成本发明的太阳能电池保护板的底层的情况下,如果需要,该层可以包含任何其他成分诸如多种添加剂。在具有电池侧基板(=太阳光入射侧上的透明基板(玻璃基板等))/太阳能电池元件/太阳能电池背板的层压结构的太阳能电池中,底层是被配置在与充当载体的聚合物基板的电池侧基板相反一侧上的背面保护层(back-protectivelayer),并且该层可以是单层结构或两层以上的多层结构。
在设置两层或多层底层的情况下,两层或所有底层可以是上述的包含复合聚合物的聚合物层,或其单独一层可以是上述的包含复合聚合物的聚合物层。重要的是,从提高该层在湿热环境下的粘附耐久性的观点来看,至少邻近聚合物基板的第一底层是上述包含复合聚合物的聚合物层是适宜的。
在此情况下,第二底层不需要包含复合聚合物,所述复合聚合物包含式(1)的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元,但在此情况下,从该层可以形成单独树脂的均一膜层而在其中没有空隙且水分几乎不会经过聚合物树脂和白色颜料之间的间隙渗透至该层中的观点来看,以及从提高该层在湿热环境下的粘附耐久性的观点来看,优选第二底层不包含聚硅氧烷的均聚物。
可以在底层中的其他成分包括交联剂,表面活性剂,填料等,其可以在下面所提及的着色剂层中。如果需要,底层可以包含颜料,所述颜料可以在着色剂层中。其他成分和颜料的详述和优选实施方案描述如下。
(用作着色剂层,反射层)
在包含复合聚合物的聚合物层构成着色剂层(优选地,包含白色颜料的反射层)的情况下,该层除其中的复合聚合物以外还包含颜料。如果需要,着色剂可以包含任何其他成分诸如各种添加剂。
在本发明的太阳能电池保护板中,至少一个包含复合聚合物的聚合物层是包含白色颜料的光反射层。
作为着色剂层的功能,第一个提及的功能是通过如下增加太阳能电池组件的发电效率:反射已经经过太阳能电池单元并且已经到达不用于发电的背板的入射光,并且使其返回至太阳能电池单元,第二个提及的功能是改善从其太阳光入射侧(从其前侧)观看的太阳能电池组件的装饰外观。通常,当太阳能电池组件从其前面观看时,背板看上去围绕太阳能电池,并且通过在背板中设置着色剂层,改善了太阳能电池组件的外部装饰。
着色剂层可以包含至少一种颜料。
颜料包括,例如,无机颜料诸如如氧化钛,硫酸钡,氧化硅,氧化铝,氧化镁,碳酸钙,高岭土,滑石,群青蓝,普鲁士蓝,炭黑;和有机颜料如酞菁蓝,酞菁绿等。着色剂层可以包含从这些中适当选出的任何颜料。
在这些颜料中,从将聚合物层构造为反射已经进入太阳能电池中并经过太阳能电池单元然后再返回太阳能电池单元的入射太阳光的反射层的观点,优选白色颜料。作为白色颜料,优选氧化钛,硫酸钡,氧化硅,氧化铝,氧化镁,碳酸钙,高岭土,滑石等。
优选地,着色剂层中颜料的量为2.5-8.5g/m2。当颜料的量为至少2.5g/m2时,该层可以容易地获得所需的着色,并且该层的光反射性和可设计性可以更佳。当着色剂层中颜料的量为至多8.5g/m2时,则着色剂层的表面平面性可以保持得更好,且膜强度可以更好。重要的是,颜料含量更优选在4.5至8.0g/m2的范围内。
就颜料的体积平均粒度而言,颜料的平均粒度优选为0.03μm至0.8μm,更优选为0.15μm至0.5μm。当平均粒度在该范围以内时,颜料的光反射效率可以很高。平均粒度是用激光分析散射粒度仪LA950(获自HoribaCorporation)测量的值。
在包含复合聚合物的层构成着色剂层的情况下,其中粘合剂成分(包括上述复合聚合物)的含量优选在其中颜料的15-200质量%的范围内,更优选17-100质量%。当粘合剂的量为至少15质量%时,则着色剂层的强度可以保持充足;并且当为至多200质量%时,则反射性和可设计性可以保持良好。
(包含复合聚合物的聚合物层的添加剂)
如果需要,交联剂,表面活性剂,填料等可以加入至包含复合聚合物的聚合物层,无论是否使用该层作为底层或着色剂层。
在本发明中,优选地,包含复合聚合物的聚合物层具有交联结构。
交联剂的实例为环氧类,异氰酸酯类,蜜胺类,碳二亚胺类和唑啉类交联剂。在这些中,从确保该层在湿热环境下老化后的粘附性的观点来看,在本发明中优选使用唑啉类交联剂。
唑啉类交联剂的实例是:2-乙烯基-2-唑啉,2-乙烯基-4-甲基-2-唑啉,2-乙烯基-5-甲基-2-唑啉,2-异丙烯基-2-唑啉,2-异丙烯基-4-甲基-2-唑啉,2-异丙烯基-5-乙基-2-唑啉,2,2′-双(2-唑啉),2,2′-亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-亚乙基双(2-唑啉),
2,2′-三亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-四亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-六亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-八亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-亚乙基双(4,4′-二甲基-2-唑啉),
2,2′-对-亚苯基双(2-唑啉),
2,2′-间-亚苯基双(2-唑啉),
2,2′-间-亚苯基双(4,4′-二甲基-2-唑啉),
双(2-唑啉基环己烷)硫醚,
双(2-唑啉基降冰片烷)硫醚,等。这些化合物的(共)聚合物也优选在本文中使用。
具有唑啉基的化合物也是可用的,如EpocrossK2010E,K2020E,K2030E,WS500,WS700(全部由NipponShokubaiKagakuKogyo生产)。
在包含复合聚合物的聚合物层中的交联剂的量优选为层中的粘合剂的5-50质量%,更优选10-40质量%。当交联剂的量为至少5质量%时,该试剂显示良好的交联效果,同时保证着色剂层的强度和粘附性;并且当为至多50质量%时,则涂布液的储存期限可以保持长时间。
作为表面活性剂,本文可用的是已知的表面活性剂诸如阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。任选地添加至层中的表面活性剂的量优选为0.1至15mg/m2,更优选为0.5至5mg/m2。当表面活性剂的量为至少0.1mg/m2时,可以防止涂布液收缩并且得到良好的层;当至多15mg/m2时,层的粘附性是良好的。
还可以将填料加入至包含复合聚合物的聚合物层中。要加入的填料的量优选为层中粘合剂的至多20质量%,更优选至多15质量%。当填料的量为至多20质量%时,聚合物层的表面状况可以保持良好。
(包含复合聚合物的聚合物层的厚度)
本发明中的包含复合聚合物的聚合物层的厚度可以为0.8μm至12μm,优选1.0μm-8μm,更优选2-4μm。
当厚度为至少0.8μm时,则当暴露于湿热环境中时水分几乎不能通过包含复合聚合物的聚合物的表面渗透至板的内部中,并且水分几乎不能到达聚合物层和聚合物基板之间的夹层,并且可以显著提高了它们之间的粘附性。因此,例如,如在JP-A2008-189829,段落[0047]中,据称包含硅氧烷化合物的涂层优选具有0.005-0.5μm的干燥厚度,并且因此没有对如本发明中关于显著增加包含此类含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的涂层的厚度的技术进行研究。
当其厚度为至多12μm时,则可以防止包含复合聚合物的聚合物层变脆,并且当暴露于湿热环境时,可以防止包含复合聚合物的聚合物层破裂并且其粘附性因此可以更好。
<其他功能层>
本发明的太阳能电池保护板可以具有不同于上述聚合物基板和上述包含复合聚合物的聚合物层的任何其他功能层。其他功能层包括,例如,下涂层和易粘附层。
(1)下涂层:
在本发明的太阳能电池背板中,下涂层可以设置在聚合物基板(载体)和包含复合聚合物的聚合物层之间。下涂层的厚度优选在至多2μm,更优选0.05μm-2μm,甚至更优选0.1μm-1.5μm的范围内。当厚度为至多2μm时,板的表面平面性可以保持良好。当至少0.05μm时,板可以容易地确保必要的粘附性。
下涂层可以包含粘合剂。作为粘合剂,例如,可用的有聚酯,聚氨酯,丙烯酸类树脂,聚烯烃,等。除了粘合剂,下涂层可以包含选自环氧类,异氰酸酯类,蜜胺类,碳二亚胺类和唑啉类交联剂中的交联剂,选自阴离子和非离子表面活性剂中的表面活性剂,和填充剂如二氧化硅,等。
用于下涂层的涂布方法和用于涂布液的溶剂不特别地限定。
例如,在涂布方法中,可以使用凹版印刷式涂布机或棒涂机。
用于涂布液中的溶剂可以是水或有机溶剂如甲苯,甲基乙基酮等。一种或多种这样的溶剂可以单独地或组合使用。
可以在双轴拉伸之后或在单轴拉伸之后将涂布液涂覆在聚合物基板上,并且在后一种情况下,涂覆的基板可以在与膜先前已经拉伸的方向不同的方向上进一步拉伸。在涂布未拉伸的基板之后,它可以在两个方向上拉伸。
(2)易粘附层:
特别是在本发明的太阳能电池保护板用作太阳能电池的背板的情况下,可以在包含复合聚合物的聚合物层(尤其是反射层)上进一步设置易粘附层。易粘附层是用于紧密地将背板与用于在电池侧基板(电池体)上密封太阳能电池元件(此后其可以被称为发电元件)的密封剂粘附的层。
易粘附层可以由粘合剂和无机细粒形成,并且如果需要,可以包含任何其他成分诸如添加剂。优选地,易粘附层被设计成对用于在电池侧基板上密封发电元件的乙烯-乙酸乙烯酯(EVA,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)密封剂的粘附力为至少10N/cm(更优选至少20N/cm)。当层的粘附力为至少10N/cm时,则能够确保其粘附性的耐湿热性容易变得更好。
粘附力可以根据控制易粘附层中粘合剂和无机细粒的量的方法,或根据电晕处理该层在要粘附于背板的密封剂的那侧的表面来控制。
易粘附层可以包含至少一种粘合剂。
在层中的粘合剂的优选实例包括,例如,聚酯,聚氨酯,丙烯酸类树脂,聚烯烃等。重要的是,从其耐久性的观点来看,优选丙烯酸类树脂和聚烯烃。作为丙烯酸类树脂,还优选丙烯酸类(acryl)和硅氧烷的复合树脂。
下列提及的是优选的粘合剂的实例。聚烯烃的实例是ChemipearlS-120,S-75N(两者均由MitsuiChemical生产)。丙烯酸类树脂的实例是JurymerET-410,SEK-301(两者均由NipponJunyakuKogyo生产)。丙烯酸类和硅氧烷的复合树脂的实例是CeranateWSA1060,WSA1070(两者均由DIC生产),和H7620,H7630,H7650(全部由AsahiKaseiChemicals生产)。
在易粘附层中的粘合剂的量优选在0.05至5g/m2范围内,更优选为0.08至3g/m2。当粘合剂的量为小于0.05g/m2时,则层可能不具有所需的粘附力;当多于5g/m2时,层的表面平面性可能劣化。
易粘附层可以包含至少一种类型的无机细粒。
作为无机细粒,可以提及二氧化硅,碳酸钙,氧化镁,碳酸镁,氧化锡等。这些中,从当暴露于湿热环境中时层的粘附性的降低小的观点来看,优选氧化锡或二氧化硅的细粒。
优选地,就其体积平均粒度而言,无机细粒的粒度为约10至700nm,更优选为约20至300nm。使用其粒度在该范围的无机细粒,所述层确保良好的易粘附性。粒度是用激光分析散射粒度仪LA950(获自HoribaCorporation)测量的值。
对无机细粒的形状没有特别限制。例如,粒子可以是球形,无定形或针状的。
在易粘附层中的无机细粒的量优选为该层中的粘合剂的5至400质量%。当无机细粒的量小于5质量%时,则所述层当暴露于湿热环境中时不能确保良好的粘附性;且当多于400质量%时,则易粘附层的表面平面性可能劣化。具体地,无机细粒的含量更优选在50-300质量%的范围内。
易粘附层可以包含至少一种交联剂。
优选用于易粘附层的交联剂的实例是为环氧类,异氰酸酯类,蜜胺类,碳二亚胺类和唑啉类交联剂。从确保在湿热环境下老化后的粘附性的观点来看,这些中更优选唑啉类交联剂。
在易粘附层中的交联剂的量优选为层中的粘合剂的5-50质量%,更优选20-40质量%。当交联剂的量为至少5质量%时,该试剂确保良好的交联效果并确保良好的强度和对着色剂层的粘附性;且当至多50质量%时,则涂布液的储存期限可以保持长时间。
如果需要,可以向本发明中的易粘附层加入已知的消光剂如聚苯乙烯,聚甲基丙烯酸甲酯或二氧化硅等,以及已知的表面活性剂如阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂。
为了形成易粘附层,可以使用将粘合剂聚合物板粘附至本发明的基板上的方法或使基板覆有板的方法。涂布方法是优选的,因为简单并且能够形成均匀而薄的层。作为涂布方法,例如,可以使用任何已知的采用凹版印刷式涂布机或棒涂机的方法。用于涂布液的溶剂可以是水或可以是有机溶剂如甲苯或甲基乙基酮。在此一种或多种不同的溶剂可以单独地或组合使用。
不特别地限定,易粘附层的厚度通常优选为0.05-8μm,更优选0.1-5μm。当易粘附层的厚度为至少0.05μm时,则该层容易获得必需的粘附性;且当至多8μm时,则板的表面平面性可以保持良好。
优选地,从不减小着色剂层的作用的观点来看,本发明中的易粘附层是透明的。
<太阳能电池保护板的物理性能>
在本发明的太阳能电池保护板中,在向作为反射层的着色剂层中添加白色颜料的情况下,在其上形成着色剂层和易粘附层的一侧上板在550nm处的光反射率优选至少75%。光反射率是已经从易粘附层的表面进入板然后在反射层上反射且之后通过易粘附层离开的光的量与入射光的量的比率。其中,作为典型波长的光,采用波长为550nm的光。
当光反射率为至少75%时,进入板内部的光在已经经过其中的电池后可以有效地返回至电池,并且因此增加发电效率的作用很大。通过控制着色剂含量落入2.5-8.5g/m2的范围内,光反射率可以控制为至少75%。
优选地,本发明的太阳能电池保护板是这样的:当在120℃和100%的相对湿度下的气氛中保存48小时,然后在130℃和100%的相对湿度下的气氛中保存240小时时,其与密封剂的粘附性为其保存前与该密封剂的初始粘附性的至少75%。在本发明的太阳能电池保护板用作太阳能电池背板的情况下,如上所述,从所述板甚至在上述条件下保存后可以确保其保存前的初始粘附力的至少75%的粘附力的观点来看,其优选具有包含粘合剂和相对于粘合剂优选的量的无机细粒的易粘附层,且所述易粘附层与EVA密封剂的粘附力为至少10N/cm。因此,在此制备的太阳能电池组件可以防止背板被剥离和防止由于剥离引起的发电能力的下降,并且因此可以确保进一步改善的长期耐久性。
[制备太阳能电池保护板的方法]
本发明的制备太阳能电池保护板的方法包括表面处理聚合物基板的至少一个表面,和在所述聚合物基板的所述经表面处理的表面上涂覆包含复合聚合物的涂布液,使得其在干燥后的厚度可以为0.8μm至12μm,其中所述复合聚合物的分子中包含由下式(1)所示的聚硅氧烷结构单元和非聚硅氧烷结构单元:
其中R1和R2各自独立地表示氢原子、卤素原子或一价有机基团;n表示1以上的整数;R1和R2可以相同或不同;当n为2以上时,多个R1可以相同或不同,且多个R2可以相同或不同。
对于表面处理,在此可以使用上述的方法。
为了形成包含复合聚合物的聚合物层,可以使用将聚合物板粘附至聚合物基板上的方法,在形成聚合物基板时通过共挤出形成聚合物层的方法,通过涂覆形成层的方法等。重要的是,涂布方法是优选的,因为简单并且能够形成均匀而薄的层。对于涂布方法,例如,可以使用任何已知的采用凹版印刷式涂布机或棒涂机的方法。
用于包含复合聚合物的聚合物层的涂布液可以是水基液体,其中使用水作为涂布溶剂,或是溶剂基液体,其中使用有机溶剂诸如甲苯或甲基乙基酮。重要的是,从涂布方法的环境载荷的观点来看,优选使用水作为溶剂。一种或多种不同类型的溶剂可以在此单独或组合使用。
优选地,用于包含复合聚合物的聚合物层的涂布液是水基涂布液,其中水占其中溶剂的至少50质量%,更优选至少60质量%。从涂布方法的环境载荷的观点来看,水基涂布液是优选的,并且当液体中水的比例为至少50质量%时,其是较为有利的,因为环境载荷可以减少更多。从环境载荷的观点来看,聚合物层涂布液中水的比例优选较大,并且更优选地,含水量为涂布液中全部溶剂的至少90质量%。
在本发明的制备太阳能电池保护板的方法中,从制备的太阳能电池保护板中的包含复合聚合物的聚合物层可以具有交联结构从而提高板的湿热耐久性的观点来看,优选包含复合聚合物的涂布液包含交联剂。上面提及的用于上述着色剂层中的各种交联剂有利地用于涂布液中。
[太阳能电池用背板]
优选地,本发明的太阳能电池保护板用作太阳能电池用背板。在此情况下,更优选地,本发明的太阳能电池保护板中的至少一个包含复合聚合物的聚合物层是包含白色颜料的光反射层。
(背板的制备)
本发明的太阳能电池背板可以以能够在聚合物基板上形成上述包含复合聚合物的聚合物层和任选的易粘附层的任何方法来制备,如上所述。在本发明中,可以根据包括下面步骤的方法有利地制备背板:将上述用于包含复合聚合物的聚合物层的涂布液(和任选地易粘附层涂布液和其他涂布液)涂覆在聚合物基板上。
上述的用于包含复合聚合物的聚合物层的涂布液是至少包含复合聚合物的涂布液,如上所述。聚合物基板和构成多种涂布液的复合聚合物和其他成分的详述如上所述。
优选的涂布方法也如上所述,并且例如,可以使用凹版印刷式涂布机或棒涂机。在本发明的涂布步骤中,聚合物层涂布液可以直接或经由厚度为至多2μm的下涂层涂覆在聚合物基板的表面上,由此在聚合物基板上形成聚合物层(例如,着色剂层(优选反射层)或底层)。
满足条件[2]的太阳能电池保护板
满足条件[2]的太阳能电池保护板包括聚合物基板,设置在聚合物基板上的包含紫外线吸收剂(此后称为UV吸收剂)和粘合剂聚合物的第一聚合物层,和设置在聚合物基板上的第一聚合物层上并包含粘合剂聚合物的第二聚合物层,其中紫外线吸收剂(UV吸收剂)的含量相对于层中粘合剂的总量为至多1.0质量%。在满足条件[2]的太阳能电池保护板中,任选地设置任何其他层诸如下涂层等。满足条件[2]的太阳能电池保护板特别地用作太阳能电池背板用聚合物板。满足条件[2]的太阳能电池保护板称为太阳能电池背板用聚合物板或简称为聚合物板,且在下面描述。
本发明的聚合物板可以仅由聚合物基板、第一聚合物层和所述第二聚合物层构成,或如果需要,可以进一步具有在聚合物基板的表面上或在各个聚合物层的表面上的任何其他层(例如,着色剂层,易粘附层,等)。附加的层的数目可以是一个或两个以上。
在本发明中,包含紫外线吸收剂的第一聚合物层和基本上不包含紫外线吸收剂[UV吸收剂含量≤1.0质量%(相对于第二聚合物中的全部粘合剂量)]的第二聚合物层从基板侧以该顺序分层设置在聚合物基板上,因此主要包含紫外线吸收剂的聚合物层被具有较小UV含量或不包含UV吸收剂并且主要包含粘合剂聚合物的聚合物层覆盖,因此包含紫外线吸收剂的层被保护不直接暴露于雨水等;并且因此,与具有大量紫外线吸收剂的聚合物层作为表面层存在的情况相比,在本发明的该类型的聚合物板中,可以防止聚合物基板在长时间老化后破碎,或可以防止设置在基板上的层从基板上被剥离,或即,可以防止本发明的聚合物板随时间劣化。结果,即使本发明的聚合物板用于始终均放置在恶劣条件下(如暴露于水、光或热,例如,在户外条件下)的太阳能电池中时,聚合物板也可以长时间地保持高水平的耐久性能。
优选地,本发明的聚合物板是这样的:其在120℃和100%RH的条件下保存50小时后的断裂伸长率与其在保存之前的断裂伸长率的比率为至少50%。(此后在所述条件下已经被湿热处理的聚合物板处理前后的断裂伸长率的保持率简称为“断裂伸长率的保持率”)。当断裂伸长率的保持率为至少50%时,可以防止聚合物板在水解和长期使用时降解,聚合物板在其与被粘体的粘附界面的粘附状态可以保持良好,并且保护聚合物板不会随时间发生层剥离等。因此,例如,当置于高温高湿度条件下或长时间地暴露于光时,例如,如在户外条件下,聚合物板仍确保高水平的耐久性能。
本发明中的断裂伸长率的保持率是聚合物板的保持率,所述聚合物板包括聚合物基板和设置在其上的第一聚合物层和所述第二聚合物层(和任选地其他层诸如着色剂层)。
出于上述相同的原因,本发明的聚合物板的断裂伸长率的保持率更优选为至少60%,甚至更优选至少70%。
断裂伸长率的保持率[%]是根据下列公式计算的值,该公式来源于依照下面提及的方法测量的聚合物板的断裂伸长率的数据L0和L1
断裂伸长率的保持率[%]=(L1/L0)×100
具体地,聚合物板切成每个宽度为10mm和长度为200mm的测试片,从而制备用于测量的样品测试片A和B。样品测试片A在25℃和60%RH的气氛中调节24小时,并且使用Tensilon(由Orientec制造的RTC-1210A)将测试片A以20mm/min的拉伸速度拉伸至10cm的样品测试片的拉长长度进行拉伸测试,并且由此测试的样品测试片A的断裂伸长率表示为L0。样品测试片B在120℃和100%RH的气氛中独立地进行湿热处理50小时,并且类似于样品测试片A,其依照拉伸试验进行测试。由此测试的样品测试片B的断裂伸长率表示为L1
优选地,在150℃下热处理30分钟的过程中,本发明的聚合物板的热收缩率在-1%至1%的范围内。通常与玻璃相比,聚酯具有较大的热膨胀系数和较大的吸湿膨胀系数,并且因此聚酯容易通过温度/湿度变化被施加应力,并且往往容易经历破裂或层剥离;然而,在本发明中,由于聚合物板的热收缩率落入上述范围内,通过在载体等上涂覆形成的层的破裂和剥离可以有效地防止,即使长时间地老化。
通过将形成的聚合物板在80℃-200℃左右的温度下热处理,本发明的聚合物板的热收缩率可以被控制而落入上述范围内。
[第一聚合物层]
本发明中的第一聚合物层包含至少一种紫外线吸收剂和至少一种粘合剂聚合物,并且可以任选地包含任何其他成分。使紫外线吸收剂存在于第一聚合物层中位于第二聚合物层和聚合物基板之间,但不存在于下面提及的第二聚合物层中,诸如位于比第一聚合物层离基板更远的位置处的表面层等,并且因此,聚合物板可以稳定地被保护不会通过长期暴露于紫外线而被降解。
(紫外线吸收剂)
紫外线吸收剂包括能够吸收紫外光从而将其转换为热能的化合物,能够俘获通过膜吸收紫外光和分解产生的自由基并抑制分解链式反应的材料,等。包含这样的化合物等,保护聚合物板免于强度减小、剥离、变色等,即使长时间地连续地暴露于光。
不特别地限定,在此使用的紫外线吸收剂可以是任何有机或无机紫外线吸收剂,并且两种类型可以组合使用。优选地,紫外线吸收剂在耐湿热性方面是优异的,并且可以均匀地分散于聚合物层中。
这里可用的有机紫外线吸收剂的实例是水杨酸类,二苯甲酮类,苯并三唑类,氰基丙烯酸酯类和三嗪类紫外线吸收剂;以及受阻胺类紫外线稳定剂,等。具体地,例如,提及有:水杨酸类紫外线吸收剂如水杨酸对-叔丁基苯酯,水杨酸对辛基苯酯,等;
二苯甲酮类紫外线吸收剂如2,4-二羟基二苯甲酮,2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮,2-羟基-4-甲氧基-5-磺基二苯甲酮,2,2′,4,4′-四羟基二苯甲酮,双(2-甲氧基-4-羟基-5-苯甲酰基苯基)甲烷,等;
苯并三唑类紫外线吸收剂如2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑,2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑,2,2′-亚甲基双[4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-6-(2H-苯并三唑-2-基)苯酚],等;
氰基丙烯酸酯类紫外线吸收剂如2-氰基-3,3’-二苯基丙烯酸乙酯,等;
三嗪类紫外线吸收剂如2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-[(己基)氧]-苯酚,等;
受阻胺类UV稳定剂如双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯,琥珀酸二甲酯/1-(2-羟基乙基)-4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶缩聚物,等。
另外提及的有双(辛基苯基)硫化镍;以及3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯甲酸2,4-二叔丁基苯酯,等。
在此使用的无机紫外线吸收剂包括,例如,细粒诸如二氧化钛,二氧化铈等。
在上述中,由于高度耐受重复的紫外线吸收而更优选三嗪类紫外线吸收剂。这些紫外线吸收剂和紫外线稳定剂可以作为其简单物质或以共聚物形式加入到聚合物层中,所述共聚物通过使紫外线-吸收剂单体与有机导电材料或水不溶性树脂共聚而制备。
第一聚合物层中紫外线吸收剂的含量相对于聚合物层中的粘合剂的总质量优选为10质量%至80质量%,更优选15质量%至70质量%,甚至更优选20质量%至60质量%。
当紫外线吸收剂含量为至少10质量%时,可以防止该基板破裂或可以防止在其上通过涂覆形成的层在长期老化时由于劣化而剥离,并且例如,可以防止通过涂覆形成的涂层的粘附力降低。另一方面,就涂层的表面平面性和其在湿热老化时的粘附力而言,至多80重量%的紫外线剂含量是有利的。
(粘合剂聚合物)
在此使用的粘合剂聚合物可以适当地选自已知的聚合物,例如,硅氧烷聚合物(例如,硅氧烷/丙烯酸类复合聚合物,硅氧烷/聚酯复合聚合物等),聚酯聚合物(例如,聚酯诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等),聚氨酯聚合物(例如,包含六亚甲基二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯和乙二醇或丙二醇等的聚合物),丙烯酸类聚合物(例如,包括聚甲基丙烯酸甲酯,聚丙烯酸乙酯等的聚合物),聚烯烃聚合物(例如,包含聚乙烯和丙烯酸或甲基丙烯酸的聚合物),等。
在这些中,从确保与聚合物基板(载体)和与下面提及的第二聚合物的高粘附性的观点来看,聚合物层优选包含选自由下列各项组成的组中的至少一种:聚酯聚合物,聚氨酯聚合物和硅氧烷聚合物;且较优选硅氧烷聚合物。
第一聚合物层中的粘合剂聚合物含量相对于第一聚合物层的总质量优选为40质量%至95质量%,更优选60质量%至90质量%。当粘合剂聚合物含量为至少40质量%时,该层确保充足的强度;且当至多95质量%时,就层的耐光性而言,这是有利的,因为足量的紫外线吸收剂可以添加至该层中。
(交联剂)
优选地,第一聚合物层包含至少一种交联剂用于交联其中的粘合剂聚合物。
交联剂的实例为环氧类,异氰酸酯类,蜜胺类,碳二亚胺类和唑啉类交联剂。在这些中,从确保该层在湿热环境下老化后的粘附性的观点来看,在本发明中优选使用碳二亚胺类交联剂或唑啉类交联剂。
碳二亚胺类交联剂的实例是N,N′-二环己基碳二亚胺,N,N′-二异丙基碳二亚胺,1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳二亚胺盐酸盐,N-[3-(二甲基氨基)丙基]-N′-乙基碳二亚胺,N-[3-(二甲基氨基)丙基]-N′-丙基碳二亚胺,N-叔丁基-N′-乙基碳二亚胺,等。
作为市场上可获得的市售产品,可以提及CarbodiliteV-02-L2(由NissinSpinning生产),等。
唑啉类交联剂的实例是:2-乙烯基-2-唑啉,2-乙烯基-4-甲基-2-唑啉,2-乙烯基-5-甲基-2-唑啉,2-异丙烯基-2-唑啉,2-异丙烯基-4-甲基-2-唑啉,2-异丙烯基-5-乙基-2-唑啉,2,2′-双(2-唑啉),2,2′-亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-亚乙基双(2-唑啉),
2,2′-三亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-四亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-六亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-八亚甲基双(2-唑啉),
2,2′-亚乙基双(4,4′-二甲基-2-唑啉),
2,2′-对-亚苯基双(2-唑啉),
2,2′-间-亚苯基双(2-唑啉),
2,2′-间-亚苯基双(4,4′-二甲基-2-唑啉),
双(2-唑啉基环己烷)硫醚,
双(2-唑啉基降冰片烷)硫醚,等。这些化合物的(共)聚合物也优选在本文中使用。
作为市场上可获得的市售产品,在此可使用的是EpocrossWS-700和EpocrossK-2020E(均由NipponShokubaiKagakuKogyo生产),等。
第一聚合物层中的交联剂的量相对于构成该层的粘合剂聚合物优选为0.5质量%-100质量%,更优选0.5质量%-50质量%,甚至更优选5.0质量%-30.0质量%。当交联剂的量为至少0.5质量%时,该试剂显示良好的交联效果,同时保证聚合物层的强度和粘附性;并且当至多100质量%,特别是至多50质量%时,则制备用于形成聚合物层的涂布液的储存期限可以保持较长时间。
(其他添加剂)
本发明中的第一聚合物层可以根据需要包含任何其他添加剂诸如表面活性剂,填料等。
-表面活性剂-
作为表面活性剂,在此使用已知的表面活性剂诸如阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。任选地添加至层中的表面活性剂的量优选为0.1-10mg/m2,更优选0.5-3mg/m2。当表面活性剂的量为至少0.1mg/m2时,可以在形成层时防止涂布液收缩并且得到良好的层;当至多10mg/m2时,可以确保聚合物基板和第二聚合物层之间良好的粘附性。
-无机细粒(填料)-
作为填料,在此可以使用的是已知的填料(无机细粒)诸如胶体二氧化硅,二氧化钛等。
要加入的无机细粒的量优选为第一聚合物层中粘合剂聚合物的至多20质量%,更优选至多15质量%。当填料的量为至多20质量%时,则下涂层的表面状况可以保持良好。优选地,第一聚合物包含的无机细粒的量落入0.5体积%至50体积%的范围内。当第一聚合物层中的无机细粒的含量为至少0.5体积%时,在湿热老化时层的粘附性良好;并且当至多50体积%时,这是有利的,因为该层可以具有良好的表面状况。更优选地,无机细粒的含量在1体积%至15体积%的范围内。
本发明中第一聚合物层的厚度优选地为0.5-4.0μm。当第一聚合物层的厚度为至少0.5μm时,该层确保较高的耐久性能,并且,另外聚合物基板和所述第二聚合物层之间的粘附性可以更好。当第一聚合物层的厚度为至多4.0μm时,该层的表面状况良好并且确保与第二聚合物层的良好粘附性。具体地,当第一聚合物层的厚度落入0.5-4.0μm的范围内时,该层的耐久性和表面状况两者均良好,并且因此聚合物基板和第二聚合物层之间的粘附性可以较多地增加。更优选地,第一聚合物层的厚度在1.0-3.5μm的范围内。
在本发明中,更优选地,第一聚合物层的厚度在1.0μm-3.5μm的范围内并且第一聚合物层中紫外线吸收剂的含量相对于第一聚合物层中的总粘合剂量为20质量%至60质量%。
本发明中的第一聚合物层可以通过制备包含粘合剂聚合物和其他成分的涂布液,然后将涂布液涂覆在聚合物基板上,并在其上干燥而形成。干燥后,涂层可以通过加热等来固化。涂布方法和用于涂布液的溶剂不特别地限定。
例如,在涂布方法中,可以使用凹版印刷式涂布机或棒涂机。
用于涂布液中的溶剂可以是水或有机溶剂如甲苯或甲基乙基酮,等。一种或多种这样的溶剂可以单独地或组合使用。优选地,水基涂布液通过将粘合剂聚合物分散在水中来制备,并且此用于涂布方法中。在此情况下溶剂中水的比例优选为至少60质量%,更优选至少80质量%。
在聚合物基板是双轴拉伸膜的情况下,用于形成第一聚合物层的涂布液可以涂覆在双轴拉伸的聚合物基板上,然后可以将涂膜干燥。备选地,涂布液可以涂覆在单轴拉伸的聚合物基板上,然后干燥涂层,并且然后涂覆的基板可以在与膜先前已经拉伸的方向不同的方向上拉伸。在涂布未拉伸的基板和涂层干燥之后,它可以在两个方向上拉伸。
[第二聚合物层]
本发明中的第二聚合物层包含至少一种粘合剂聚合物,其中紫外线吸收剂的含量为其中总粘合剂质量的至多1.0质量%。如果需要,第二聚合物层可以包含任何其他成分。本发明的聚合物板设计为使得主要包含紫外线吸收剂的第一聚合物层被第二聚合物层保护,并且因此可以有效地防止该聚合物板其中包含紫外线吸收剂的层的破裂等促使的劣化。因此,即使当保持长时间地连续地暴露于光时,也可以防止该聚合物板的强度下降或发生层剥离或变色。
第二聚合物层可以包含紫外线吸收剂,其程度使得紫外线吸收剂不会减损本发明的效果。紫外线吸收剂的含量可以为该层中总粘合剂质量的至多1.0质量%,但适宜的是该层基本上不包含紫外线吸收剂,并且更优选根本不含有紫外线吸收剂(即,紫外线吸收剂含量为0质量%)。换句话说,紫外线吸收剂含量为该层中总粘合剂质量的至多1质量%是指该层不一定包含紫外线吸收剂,尽管并不完全排除层中包含紫外线吸收剂的情况。
(粘合剂聚合物)
包含在第二聚合物层中的粘合剂聚合物可以适当地选自已知的聚合物,例如,含氟聚合物,硅氧烷聚合物,聚酯聚合物,聚氨酯聚合物,丙烯酸类聚合物,聚烯烃聚合物,等。
除含氟聚合物以外的聚合物的详述(具体实例,等)和优选实施方案与上面第一聚合物层的章节中所述的相同。
含氟聚合物优选是具有由-(CFX1-CX2X3)-表示的重复单元的那些。在该重复单元中,X1、X2和X3各自独立地表示氢原子、氟原子、氯原子或具有1-3个碳原子的全氟烷基。
含氟聚合物的实例包括聚四氟乙烯(此后可以称为PTFE),聚氟乙烯(此后可以称为PVF),聚偏二氟乙烯(此后可以称为PVDF),聚氯三氟乙烯(此后可以称为PCTFE),聚四氟丙烯(此后可以称为HFP),等。
含氟聚合物可以是通过一种类型单体的均聚制备的均聚物,或可以是通过两种或多种不同类型的单体的共聚制备的共聚物。共聚物的实例包括通过四氟乙烯和四氟丙烯的共聚制备的共聚物(缩写为P(TFE/HFP)),通过四氟乙烯和偏二氟乙烯的共聚制备的共聚物(缩写为P(TFE/VDF)),等。
此外,在此还可以使用的是通过具有-(CFX1-CX2X3)-的结构链段的含氟单体和不同于该含氟单体的任何其他单体的共聚制备的共聚物。其实例包括四氟乙烯和乙烯的共聚物(缩写为P(TFE/E)),四氟乙烯和丙烯的共聚物(缩写为P(TFE/P)),四氟乙烯和乙烯醚的共聚物(缩写为P(TFE/VE)),四氟乙烯和全氟乙烯基醚的共聚物(缩写为P(TFE/FVE)),氯三氟乙烯和乙烯醚的共聚物(缩写为P(CTFE/VE)),氯三氟乙烯和全氟乙烯基醚的共聚物(缩写为P(CTFE/FVE)),等。
在这些中,从当暴露于温度/湿度变化或高湿热环境中时进一步提高耐久性能的观点来看,优选选自含氟聚合物、丙烯酸类聚合物和硅氧烷聚合物中的一种或多种;并且更优选含氟聚合物或硅氧烷聚合物。
含氟聚合物可以溶解在有机溶剂中来使用,或可以作为分散在水中的聚合物粒子使用。从其环境载荷低的观点来看,后者是优选的。含氟聚合物的水分散体描述在例如,JP-A2003-231722,2002-20409,9-194538,等中。
包含在第二聚合物层中的粘合剂聚合物可以是在这样的实施方案中:其中该层中仅包含含氟聚合物;或也可以是在这样的实施方案中:其中组合了包括或不包括含氟聚合物的两种或多种不同类型的聚合物。具体地第二聚合物层可以包含不同于含氟聚合物的任何其他聚合物,诸如丙烯酸类聚合物,聚酯聚合物,聚氨酯聚合物,聚烯烃聚合物,硅氧烷聚合物等,以及其中的含氟聚合物,所述任何其他聚合物与含氟聚合物在不超过该层中粘合剂聚合物的总质量的50质量%的范围内组合。当不同于含氟聚合物的其他聚合物的含量为粘合剂聚合物的总质量的至多50质量%时,聚合物板当用作背板时可以显示良好的耐候性。
第二聚合物层中的粘合剂聚合物含量优选第二聚合物层的总质量的50质量%至95质量%,更优选60质量%至90质量%。当粘合剂聚合物含量为至多50质量%时,聚合物板可以具有充分的耐久性,并且当至多95质量%时,足量的交联剂或表面活性剂可以添加至该层中,并且就膜强度和涂层表面状态而言,这是有利的。
(交联剂)
优选地,第二聚合物层包含至少一种交联剂用于交联其中的粘合剂聚合物。
交联剂的实例为环氧类,异氰酸酯类,蜜胺类,碳二亚胺类和唑啉类交联剂。在这些中,从确保该层在湿热环境下老化后的粘附性的观点来看,优选碳二亚胺类交联剂或唑啉类交联剂。
交联剂的详述,尤其是碳二亚胺类交联剂和唑啉类交联剂的详述和优选实施方案描述在上面第一聚合物的章节中。
第二聚合物层中的交联剂的量相对于构成该层的粘合剂聚合物优选为0.5质量%-100质量%,更优选0.5质量%-50质量%,甚至更优选5.0质量%-30.0质量%。当交联剂的量为至少0.5质量%时,该试剂显示良好的交联效果,同时确保聚合物层的强度和粘附性;并且当为至多100质量%时,尤其是至多50质量%时,则制备用于形成聚合物层的涂布液的储存期限可以保持较长时间。
(其他添加剂)
本发明中的第二聚合物层可以根据需要包含任何其他添加剂诸如表面活性剂,填料(无机细粒)等。它们的细节如上所述。
本发明中第二聚合物层的厚度优选地为0.5-12μm。当第二聚合物层的厚度为至少0.5μm时,该层确保较高的耐久性能。当第二聚合物层的厚度为至多12μm时,该层的表面状况良好并且确保与第一聚合物层的良好粘附性。更优选地,第二聚合物层的厚度在1.0-10μm的范围内。
本发明中的第二聚合物层可以通过如下而形成:制备包含粘合剂聚合物等的涂布液,然后将涂布液涂覆在聚合物基板上,并在其上干燥。干燥后,涂层可以通过加热等来固化。涂布方法和用于涂布液的溶剂不特别地限定。
例如,在涂布方法中,可以使用凹版印刷式涂布机或棒涂机。
用于涂布液中的溶剂可以是水或有机溶剂如甲苯或甲基乙基酮,等。一种或多种这样的溶剂可以单独地或组合使用。优选地,水基涂布液通过将粘合剂聚合物分散在水中来制备,并且此用于涂布方法中。在此情况下溶剂中水的比例优选为至少60质量%,更优选至少80质量%。
在本发明中,第二聚合物层的厚度L2与第一聚合物层的厚度L1的比率L2/L1优选地在0.13/1.0至24/1.0的范围内。当L2/L1落入至少0.13/1.0的范围内时,该层可以确保良好的粘附性,即使在湿热环境中老化后;并且当在至多24/1.0的范围内时,其是有利的,因为聚合物板确保充足的耐光性且其表面状况不会劣化。
重要的是,L2/L1更优选地在0.29/1.0-10.0/1.0的范围内,甚至更优选地在0.31/1.0-4.0/1.0的范围内。
在聚合物基板是双轴拉伸膜的情况下,在双轴拉伸的聚合物基板上形成第一聚合物层,然后用于形成第二聚合物层的涂布液可以涂覆其上,然后可以将涂膜干燥。备选地,在单轴拉伸的聚合物基板上形成第一聚合物层,然后涂布液可以涂覆在其上,并干燥涂层,然后涂覆的基板可以在与膜先前已经拉伸的方向不同的方向上拉伸。涂布液可以涂覆在未拉伸的聚合物基板上从而在其上形成第一和第二聚合物层,然后由此涂布的基板可以在两个方向上拉伸。
本发明的太阳能电池背板用聚合物板可以根据需要任选地具有上面在满足条件[1]的太阳能电池保护板的章节中所述的任何其他层诸如着色剂层,易粘附层等。例如,着色剂层可以设置在聚合物基板的与其上形成有第一和第二聚合物层的一侧相反的一侧上。
[制备太阳能电池背板用聚合物板的方法]
本发明的制备太阳能电池背板用聚合物板的方法不特别地限定。例如,聚合物板可以根据下面所提及的方法有利地进行制备。
本发明的制备太阳能电池背板用聚合物板的一个优选方法包括:
(1)将涂布液(形成第一聚合物层的涂布液)直接或经由任何其他层涂覆在聚合物基板的至少一个表面上,所述涂布液包含紫外线吸收剂和粘合剂聚合物并且其中水的量为其中溶剂的至少60质量%;
(2)将在所述聚合物基板上形成的涂膜干燥,从而在其上形成第一聚合物层;
(3)将涂布液(形成第二聚合物层的涂布液)直接或经由任何其他层涂覆在第一聚合物层的表面上,所述涂布液包含粘合剂聚合物并且其中紫外线吸收剂的含量为至多1.0质量%;
(4)将在所述第一聚合物层上形成的涂膜干燥,从而在其上形成第二聚合物层。
在第二聚合物层已经形成后,至少第二聚合物层但优选第二聚合物层和第一聚合物层可以被固化,从而进一步增强其在湿热老化中的粘附性。
如上所述,本发明的聚合物板可以根据需要具有任何其他层(易粘附层,等)。在此情况下,本发明的聚合物板制备方法除上述步骤外还可以另外包括形成其他层。形成其他层的一个实施方案是,例如,(1)将包含构成其他层的成分的涂布液涂覆在聚合物基板的表面上(例如,涂覆在聚合物基板的与其上形成有第一和第二聚合物层的表面相反的表面上),从而形成其他层的方法。该情况的实例包括上述用于形成易粘附层和着色剂层的方法。
聚合物板的具体实例包括其中包含白色颜料的反射层在聚合物板的与其上形成有第一和第二聚合物层的表面相反的表面上形成的情况;其中包含着色颜料的着色剂层在聚合物板的与其上形成有第一和第二聚合物层的表面相反的表面上形成的情况;其中包含白色颜料的反射层和易粘附层在聚合物板的与其上形成有第一和第二聚合物层的表面相反的表面上从聚合物板一侧以该顺序形成的情况;等。
形成其他层的另一实施方案是,例如,(2)将具有能够显示作为其他层的所需功能的一个或多个层的板或膜粘附至其上要形成其他层的表面上的方法。
在方法(2)中使用的板或膜是具有一个或多个其他层的板或膜。聚合物板的具体实例包括其中包含白色颜料的聚合物膜粘附至聚合物板的与其上形成有第一和第二聚合物层的表面相反的表面上的情况;其中包含着色颜料的着色剂膜粘附至聚合物板的与其上形成有第一和第二聚合物层的表面相反的表面上的情况;其中铝薄膜和包含白色颜料的聚合物膜粘附至聚合物板的与其上形成有第一和第二聚合物层的表面相反的表面上的情况;其中具有无机阻挡层的聚合物膜和包含白色颜料的聚合物膜粘附至聚合物板的与其上形成有第一和第二聚合物层的表面相反的表面上的情况;等。
太阳能电池组件
本发明的太阳能电池组件的特征是包含至少一个太阳能电池保护板。
本发明的太阳能电池组件包括在其太阳光入射侧上的透明前基板;电池侧基板,其上用密封剂封装太阳能电池元件;和太阳能电池背板,其在所述电池侧基板上被安置成与所述前基板相反并且与所述密封剂接触,并且该太阳能电池组件优选地包括本发明的太阳能电池保护板或本发明的太阳能电池背板作为其中的太阳能电池背板。
作为本发明的太阳能电池组件的具体构造,例如,适宜的是,在太阳能电池组件中,具有将太阳光能转换为电能的功能的太阳能电池元件配置在太阳光入射的透明基板和本发明的上述太阳能电池背板之间,并且该太阳能电池元件用密封剂诸如乙烯-乙酸乙烯酯树脂在基板和背板之间封装且密封。
例如,图1示意性地显示了包括满足本发明的条件[2]的太阳能电池保护板的组件的构造的一个实例。太阳能电池组件10被设计为使得用于将太阳光能转换为电能的太阳能电池元件20配置在太阳光入射的透明基板24和背板(本发明的上述太阳能电池背板用聚合物板)25之间,并且基板24和背板5之间的间隙用乙烯-乙酸乙烯酯密封剂22封装且密封。在此实施方案中的背板5被设计为,在聚合物基板16的一侧上,第一聚合物层14和与聚合物层14邻接的第二聚合物层12从基板侧以该顺序形成,并且在其另一侧上(在载体的太阳光入射侧上),形成附加层,即白色反射层18。在具有图示构造的太阳能电池组件10中,在与组件的太阳光入射侧相反的背侧上形成层压体结构,其中包含紫外线吸收剂(UV吸收剂)的第一聚合物层被包含粘合剂聚合物作为主要成分但基本上不包含UV吸收剂的第二聚合物层保护;并且因此,即使当长时间老化时,也防止该组件破裂并且该组件可以确保基板和涂层之间良好的界面粘附性,并且该组件没有层剥离的危险,并且可以确保优异的长期耐久性。因此,本发明的组件可以稳定地长时间使用,即使在户外。
除太阳能电池组件、太阳能电池单元和背板以外的其它部件详细地描述于例如″太阳能发电系统构成材料(SolarPowerSystemConstitutiveMaterials)″(EiichiSugimoto修订,KogyoChosakaiPublishing出版,2008)中。
透明基板可以是具有太阳光透过性的任何基板,并且可以适当地选自透光材料。从其发电效率的观点来看,优选具有更高的光透射率的那些;并且作为该类型的基板,例如,优选使用玻璃基板、透明树脂如丙烯酸类树脂,等。如果需要,本发明的太阳能电池保护板可以用作透明基板。
对于太阳能电池元件,这里可使用各种已知的太阳能电池元件,例如,诸如单晶硅、多晶硅、非晶硅的硅基元件,以及诸如铜-铟-镓-硒,铜-铟-硒,镉-碲,镓-砷的基于III-V族或II-VI族化合物半导体的元件,等。
实施例
参考下面给出的实施例更具体地描述本发明的特征。
在下列实施例中,在不超出本发明的精神和范围的情况下,可以适当地修改或改变所用材料,其量和比率,处理和处理工序的细节。因此,本发明不应当受下面提及的实施例的限制性解释。
除非另外具体指出,“份”是按质量计的。
在下面,体积-平均粒度是用激光分析散射粒度仪LA950(获自Horiba)测量。
(复合聚合物的合成)
[合成实施例1]复合聚合物水性分散体P-1的合成:
[步骤1]
将81份丙二醇单正丙醚(PNP),360份异丙醇(IPA),110份苯基三甲氧基硅烷(PTMS)和71份二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)进料至装有搅拌器和滴液漏斗的反应器中,并用氮气吹扫,并在氮气气氛中搅拌的同时加热至80℃。
[步骤2]
下一步,将260份甲基丙烯酸甲酯(MMA),200份甲基丙烯酸正丁酯(BMA),110份丙烯酸正丁酯(BA),30份丙烯酸(AA),19份3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS),31.5份过氧化-2-乙基己酸叔丁酯(TBPO)和31.5份PNP的混合物在相同的温度下按4小时滴加至反应器中。随后,在相同的温度下将其加热搅拌2.5小时,得到具有羧基和可水解的甲硅烷基并且重均分子量为29,300的丙烯酸类聚合物的溶液。
[步骤3]
下一步,向其中加入54.8份去离子水,并且连续加热搅拌16小时以水解烷氧基硅烷,并且与丙烯酸类聚合物进一步缩合得到不挥发级分(NV)为56.3质量%且溶液酸值为22.3mgKOH/g的复合聚合物的溶液,该复合聚合物具有衍生自包含羧基的丙烯酸类聚合物的结构单元和聚硅氧烷结构单元。
[步骤4]
下一步,在相同的温度下搅拌的同时将42份三乙胺加入至该溶液中,且搅拌10分钟。因此,包含的羧基的100%因此被中和。
[步骤5]
随后,在相同的温度下向其中逐滴地加入1250份去离子水用于转相乳化,需要1.5小时,然后加热至50℃并搅拌30分钟。下一步,在40℃的内部温度下减压移除一部分水,以及有机溶剂,需要3.5小时。
以该方式,获得复合聚合物的水性分散体P-1,其固体浓度为42质量%,平均粒度为110nm,并且具有聚硅氧烷结构单元和衍生自包含羧基的丙烯酸类聚合物的结构单元。在水性分散体P-1中,聚硅氧烷结构单元占约25%,丙烯酸类聚合物结构单元占约75%。
[合成实施例2-合成实施例5]复合聚合物水性分散体P-2至P-5的合成:
以与制备实施例1中相同的方式制备复合聚合物水性分散体P-2至P-5,它们在其中的一分子的复合聚合物中聚硅氧烷结构单元的比例方面彼此不同,不同之处在于在复合聚合物水性分散体P-1的制备中使用的单体量改变为表1中所示的量。
[合成实施例6]复合聚合物水性分散体P-6的合成:
以与复合聚合物水性分散体P-1的制备相同的方式制备复合聚合物水性分散体P-6,不同之处在于在复合聚合物水性分散体P-1的制备中首先加入的110份苯基三甲氧基硅烷(PTMS)和71份二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)改变为100份苯基三甲氧基硅烷(PTMS),10份3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)和71份二甲基二甲氧基硅烷(DMDMS)。
在水性分散体P-6中,聚硅氧烷结构单元占约25%,且丙烯酸类聚合物结构单元占约75%。
[合成实施例7]复合聚合物水性分散体P-7的合成:
以与复合聚合物水性分散体P-6的制备相同的方式制备复合聚合物水性分散体P-7,不同之处在于在复合聚合物水性分散体P-6的制备中的10份3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)改变为10份3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)。
在水性分散体P-7中,聚硅氧烷结构单元占约25%,且丙烯酸类聚合物结构单元占约75%。
[合成实施例8]复合聚合物水性分散体P-8的合成:
以与复合聚合物水性分散体P-6的制备相同的方式制备复合聚合物水性分散体P-8,不同之处在于在复合聚合物水性分散体P-6的制备中的10份3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)改变为10份3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)。
在水性分散体P-8中,聚硅氧烷结构单元占约25%,且丙烯酸类聚合物结构单元占约75%。
[合成实施例9]复合聚合物水性分散体P-9的合成:
以与复合聚合物水性分散体P-6的制备相同的方式制备复合聚合物水性分散体P-9,不同之处在于在复合聚合物水性分散体P-6的制备中的10份3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)改变为10份对苯乙烯基三甲氧基硅烷(STMS)。
在水性分散体P-9中,聚硅氧烷结构单元占约25%,且丙烯酸类聚合物结构单元占约75%。
在复合聚合物水性分散体P-1至P-9的制备中进料的原料的比率显示在下表1中。
(聚合物基板的制备)
[制备实施例1]PET-1的制备:
[步骤1]-酯化-
将100kg高纯度对苯二甲酸(获自MitsuiChemical)和45kg乙二醇(获自NipponShokubai)的浆料连续地进料至预先投入了约123kg对苯二甲酸双(羟乙基)酯的酯化罐中并保持在250℃的温度和1.2×105Pa的压力,需要4小时,并且在添加后,进一步酯化1小时。随后,将123g由此获得的酯化产物转移至缩聚罐中。
[步骤2]-聚合物粒料的制备-
随后,以要获得的聚合物的0.3质量%的量向其中已经转移有酯化产物的缩聚罐中加入乙二醇。在将其搅拌5分钟后,向其中分别以要获得的聚合物的30ppm和15ppm的量加入乙酸钴和乙酸锰的乙二醇溶液。此外,将其搅拌5分钟,然后以要获得的聚合物的5ppm的量向其中加入2质量%钛醇盐化合物的乙二醇溶液。5分钟后,以要获得的聚合物的5ppm的量向其中加入10质量%二乙基膦酰基乙酸乙酯的乙二醇溶液。下一步,在以30rpm搅拌下层聚合物的同时,反应体系逐渐从250℃加热至285℃,并将压力降低至40Pa。达到最终温度的时间和达到最终压力的时间均为60分钟。在搅拌转矩达到预定水平时,用氮气吹扫反应系统,其压力恢复至常压,并且由此终止缩聚反应。接着,将产物以线材的形式喷射至冷水中,立即切割成聚合物粒料(直径,约3mm;长度,约7mm)。从压力开始降低至达到预定的搅拌转矩的时间为3小时。
在此使用的钛醇盐化合物为JP-A2005-340616的段落[0083]中的实施例1中制备的钛醇盐化合物(Ti含量=4.44质量%)。
[步骤3]-薄膜状聚合物基板的制备-
将步骤2中制备的粒料在280℃下熔化并流延在金属鼓上,从而在其上形成厚度为约3mm的未拉伸膜。随后,将其在加工方向上在90℃下拉伸3倍,并在横向方向上在120℃下再拉伸3.3倍。以此方式,制备了厚度为300μm的双轴拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯的薄膜聚合物基板(此后称为″PET-1″)。
PET-1的羧基含量为30当量/t。
[制备实施例2]PET-2的制备:
以与PET-1相同的方式制备聚合物基板PET-2,不同之处在于在PET-1的制备中步骤2中获得的粒料在下面的固相聚合步骤中加工,然后在步骤3中加工。
PET-2的羧基含量为15当量/t。
<固相聚合步骤>
将聚合物粒料置于保持在40Pa的真空室中,并在其中在220℃的温度下放置30小时用于固相聚合。
[制备实施例3]PET-3的制备:
以与PET-1相同的方式制备聚合物基板PET-3,不同之处在于在PET-1的制备中步骤3中的形成双轴拉伸膜的熔融温度从280℃改变为295℃。
PET-3的羧基含量为41当量/t。
[制备实施例4]PET-4的制备:
以与PET-1相同的方式制备聚合物基板PET-4,不同之处在于在PET-1的制备中步骤3中的形成双轴拉伸膜的熔融温度从280℃改变为310℃。
PET-4的羧基含量为53当量/t。
(白色颜料分散体的制备)
混合下面的成分(i)至(iv),并使用DynoMill-型分散器将该混合物分散1小时。
<白色颜料分散体的成分>
(i)二氧化钛(体积平均粒径=0.42μm)(IshiharaSangyo生产的TaipakeR-780-2,固含量为100质量%)39.9质量%
(ii)聚乙烯醇(Kuraray生产的PVA-105,固含量为10质量%)8.0质量%
(iii)表面活性剂(Kao生产的DemolEP,固含量为25质量%)0.5质量%
(iv)蒸馏水51.6质量%
(实施例1)
<反射层>
-反射层涂布液1的制备-
将下面的成分(i)至(v)混合以制备反射层涂布液1,其含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物。
<反射层涂布液1的组成>
(i)上面提及的白色颜料分散体80.0份
(ii)复合聚合物水性分散体P-1(固体浓度为42质量%)13.7份
(iii)聚氧化烯烷基醚(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)3.0份
(iv)唑啉化合物(交联剂)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)2.0份
(v)蒸馏水13.3份
-反射层的形成-
将上面提及的PET-1的两侧在大气压下和在下面提及的条件下进行等离子体处理,并且将上面提及的反射层涂布液1涂覆在表面处理的PET-1上并在180℃下干燥1分钟,从而在其上形成反射层的白色颜料层(白色层),其干燥厚度为10μm,含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物且具有6.5g/m2的二氧化钛含量。
[大气压等离子体处理条件]
将PET-1的表面用等离子体以250W·min/m2的等离子体强度照射15秒,该等离子体是在空气/氩气混合物的等离子气体(气压:750Torr)气氛中由具有5kHz电源频率的高频放电设备产生的,同时通过该设备传送。
<易粘附层>
-易粘附层涂布液的制备-
将下列的成分(i)至(v)混合以制备不含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的易粘附层涂布液。
<易粘附层涂布液的组成>
(i)聚烯烃树脂水性分散体(粘合剂:MitsuiChemical生产的ChemipearlS-75N,固含量为24质量%)5.2份
(ii)聚氧化烯烷基醚(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)7.8份
(iii)唑啉化合物(交联剂)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)0.8份
(iv)二氧化硅细粒水性分散体(NipponAerosil生产的AerosilOX-50,体积平均粒径=0.15μm,固含量为10质量%)2.9份
(v)蒸馏水83.3份
-易粘附层的形成-
将获得的易粘附层涂布液涂覆在上面提及的反射层上使得涂层中的粘合剂量可以为0.09g/m2,然后在180℃下干燥1分钟,从而在其上形成不含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的易粘附层。
<底层>
-底层涂布液1的制备-
将下列的成分(i)至(iv)混合以制备含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的底层涂布液。
<底层涂布液1的组成>
(i)复合聚合物水性分散体P-1(粘合剂,固体浓度为42质量%)45.9份
(ii)唑啉化合物(交联剂)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)7.7份
(iii)聚氧化烯烷基醚(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)2.0份
(iv)蒸馏水44.4份
-底层的形成-
将获得的底层涂布液1涂覆在上面提及的PET-1的未形成反射层和易粘附层的一侧上,使得涂层中的粘合剂量可以为3.0g/m2,然后在180℃下干燥1分钟,从而在其上形成含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物并且干燥厚度为3μm的底层。
上述工艺得到实施例1的背板。
(实施例2)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于施加于聚合物基板PET-1的两个表面上的表面处理改变为在下面提及的条件下的低压等离子体处理。
[低压等离子体处理条件]
将PET-1的表面用等离子体以1000W·min/m2的强度照射15秒,该等离子体是在氧气/氩气的80/20混合物的等离子体气体(气压:1.5Torr)气氛中由高频放电设备以3.56kHz产生的,同时通过该设备传送。
(实施例3)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于施加于聚合物基板PET-1的两个表面上的表面处理改变为在下面提及的条件下的火焰处理。
[火焰处理条件]
在传送的同时,PET-1的表面暴露于火焰0.5秒,该火焰是使用水平长燃烧器通过1/17(按体积计)的丙烷气/空气混合物的燃烧生成的。
(实施例4)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于施加于聚合物基板PET-1的两个表面上的表面处理改变为在下面提及的条件下的紫外线处理。
[紫外线处理条件]
在传送的同时,PET-1的表面在大气压下暴露于紫外线20秒,该紫外线是由低压汞灯产生的。
(实施例5)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-2。
(实施例6)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-3。
(实施例7)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-4。
(实施例8)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-5。
(实施例9)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为下列的复合聚合物水性分散体P-10。
P-10:CeranateWSA1070(聚硅氧烷结构单元含量为约30%且丙烯酸类聚合物结构单元含量为约70%,获自DIC)。
(实施例10)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为下列的复合聚合物水性分散体P-11。
P-11:CeranateWSA1060(聚硅氧烷结构单元含量为约75%且丙烯酸类聚合物结构单元含量为约25%,获自DIC)。
(实施例11)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-6。
(实施例12)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-7。
(实施例13)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-8。
(实施例14)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-9。
(实施例15)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的交联剂改变为下列的环氧化合物。
环氧化合物(NagaseChemtec生产的DenacolEx521,固含量为25质量%)。
(实施例16)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的交联剂改变为下列的碳二亚胺化合物。
碳二亚胺化合物(NisshinSpinning生产的CarbodiliteV-02-L2,固含量为25质量%)。
(实施例17)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中不添加交联剂。
(实施例18)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例1中的底层涂布液1改变为下列的包含白色颜料的涂布液2。在实施例18中获得的背板中,由于在包含白色颜料的涂布液2中包含的白色颜料,底层具有与反射层相同的功能。
(包含白色颜料的涂布液2的制备)
将下列成分(i)至(v)混合以制备包含白色颜料的底层涂布液。
<包含白色颜料的涂布液2的成分>
(i)复合聚合物水性分散体P-1(粘合剂,固体浓度为42质量%)45.9份
(ii)唑啉化合物(交联剂)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)7.7份
(iii)聚氧化烯烷基醚(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)2.0份
(iv)白色颜料分散体33.0份
(v)蒸馏水11.4份
(实施例19)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18中的聚合物基板PET-1改变为上面提及的PET-2。
(实施例20)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18中的聚合物基板PET-1改变为上面提及的PET-3。
(实施例21)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18中的聚合物基板PET-1改变为上面提及的PET-4。
(比较例1)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例1中的聚合物基板PET-1的两个表面均未进行表面处理。
(比较例2)
以与比较例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在比较例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为下面的复合聚合物水性分散体P-101。
P-101:FINETEXEs650(获自DIC)(不含聚硅氧烷结构单元的聚酯粘合剂)。
(比较例3)
以与比较例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在比较例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为下面的复合聚合物水性分散体P-102。
P-102:OlesterUD350(获自MitsuiChemical)(不含聚硅氧烷结构单元的聚氨酯粘合剂)。
(比较例4)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为下面的复合聚合物水性分散体P-101。
P-101:FINETEXEs650(获自DIC)(不含聚硅氧烷结构单元的聚酯粘合剂)。
(比较例5)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1制备底层涂布液中使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为下面的复合聚合物水性分散体P-102。
P-102:OlesterUD350(获自MitsuiChemical)(不含聚硅氧烷结构单元的聚氨酯粘合剂)。
(比较例6)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例1中包含具有聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的聚合物层的干燥厚度改变为0.5μm。
(比较例7)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例1中包含具有聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的聚合物层的干燥厚度改变为13μm。
<评价方法>
-粘附性的评价-
(1)湿热老化前的粘附性:
使用单刃切割机,水平和垂直地切割制备的背板的底层表面而形成6个切口,从而得到25个横切的正方形。将Mylar带(聚酯带)粘附其上,并且沿样品表面在180°的方向上用手牵拉带子而剥离。在此中,对剥离的横切正方形的数目进行计数,并且依照下面的评价标准通过对其评级来对底层的粘附力进行评价。评价级别4和5处于实际使用的可允许范围内。
<评价标准>
5:没有横切正方形被剥离(0个横切正方形)。
4:0至少于0.5个横切正方形被剥离。
3:0.5至少于2个横切正方形被剥离。
2:2至少于10个横切正方形被剥离。
1:10个以上的横切正方形被剥离。
(2)湿热老化后的粘附性(I):
将制备的背板在120℃和100%的相对湿度的环境下保持48小时,然后在25℃和60%的相对湿度的环境下调节1小时,之后根据与上面提及的″(1)湿热老化前的粘附性″的评价相同的方法对背板的底层的粘附力进行评价。
(3)湿热老化后的粘附性(II):
将制备的背板在130℃和100%的相对湿度的环境下保持240小时,然后在25℃和60%的相对湿度的环境下调节1小时,之后根据与上面提及的″(1)湿热老化前的粘附性″的评价相同的方法对背板的底层的粘附力进行评价。
(4)在水中浸渍后的粘附性:
将制备的背板在25℃的蒸馏水中浸渍16小时,然后在25℃和60%的相对湿度的环境中擦去其表面上的水,并且立即根据与上面提及的″(1)湿热老化前的粘附性″的评价相同的方法对背板的底层的粘附力进行评价。
(5)暴露于紫外线(UV)后的粘附性:
使用SugaTestInstruments的超能量辐射测试仪(ultra-energyirradiationtester)(UE-1DEC型),将制备的背板的底层表面暴露于100mW/cm2能量的在紫外区具有峰值波长的光中48小时,然后立即根据与上面提及的″(1)湿热老化前的粘附性″的评价相同的方法对底层的粘附力进行评价。
在光辐射期间,保持背板的温度被控制在63℃。
在实施例1-21和比较例1-7中获得的背板的上述(1)-(5)的粘附性评价的结果显示在表2中。
如上表2中所示,已知的是,在实施例1-21中,基板和底层之间的粘附性良好,即使在湿热环境中老化后,并且制备的背板全部均具有良好的粘附耐久性。此外,在实施例1-21中,制备的背板全部均具有基板和底层之间的良好的粘附耐久性,即使在水中浸渍后或暴露于光后。
特别地,在其中聚合物基板进行火焰处理,低压等离子体处理,大气压等离子体处理或紫外线处理以及其中复合聚合物中的聚硅氧烷量为15-85质量%且复合聚合物中的R1和R2各自是落入上面提及的优选范围内的一价有机基团的这些实施例中,产生的背板全部均具有非常优异的粘附耐久性,即使在暴露于湿热环境中或在水中浸渍之后。
在其中含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的聚合物层具有交联结构的这些实施例中,产生的背板全部均具有非常优异的粘附耐久性,即使在湿热环境中老化后。
在其中聚合物基板的羧基含量为2-35当量/t的这些实施例中,产生的背板全部均具有非常优异的粘附耐久性,即使在湿热环境中老化后。
在其中底层包含白色颜料的这些实施例中,产生的背板全部均具有非常优异的粘附耐久性,即使在UV照射后。
与这些相反,在比较例1-7中的背板中,在湿热环境中老化后基板和底层之间的粘附性劣化,并且背板不具有粘附耐久性。另外,在比较例1-7的背板中,在水中浸渍后或暴露于光后基板和底层之间的粘附耐久性不好。特别地,其中含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的聚合物层的厚度大于本发明中的最上限的比较例7中的背板,在湿热环境中老化前后基板和背板之间的粘附耐久性不好,并且在水中浸渍后或暴露于光后它们之间的粘附耐久性也不好。在其中含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的聚合物层的厚度小于本发明中的最下限的比较例6的背板中,在湿热老化试验(I)和(II)中基板和底层之间的粘附性不好,并且背板的粘附耐久性不好。
<具有双层底层的背板的制备>
(实施例22)
以与实施例1中相同的方式制备背板,不同之处在于在实施例1中形成易粘附层后,以下面提及的方式形成含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的双层底层。
在以与实施例1相同的方式形成易粘附层后,将具有下列组成并且含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的第一底层涂布液A涂覆至PET-1的其上没有形成反射层和易粘附层的一侧上,使得涂层中的粘合剂量可以为3.0g/m2,然后在180℃下干燥1分钟,以形成干燥厚度为3μm的第一底层。下一步,将具有下列组成并且含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的第二底层涂布液B涂覆至第一底层上使得涂层中的粘合剂量可以为2.0g/m2,然后在180℃下干燥1分钟,以形成干燥厚度为2μm的第二底层。-第一底层涂布液A的制备-
将下列的成分(i)至(v)混合以制备含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物并且含有白色颜料的第一底层涂布液A。
<第一底层涂布液A的成分>
(i)上面提及的复合聚合物水性分散体P-1(粘合剂,固体浓度为42质量%)
45.9份
(ii)唑啉化合物(交联剂)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)7.7份
(iii)聚氧化烯烷基醚(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)2.0份
(iv)上面提及的白色颜料分散体33.0份
(v)蒸馏水11.4份
-第二底层涂布液B的制备-
将下列的成分(i)至(iv)混合以制备含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物但不含有白色颜料的第二底层涂布液B。
<第二底层涂布液B的成分>
(i)上面提及的复合聚合物水性分散体P-3(粘合剂,固体浓度为42质量%)
45.9份
(ii)唑啉化合物(交联剂)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)7.7份
(iii)聚氧化烯烷基醚(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)2.0份
(v)蒸馏水44.4份
(实施例23-27)
以与实施例22中相同的方式制备实施例23-27的背板,不同之处在于实施例22中第一底层和第二底层中使用的复合聚合物水性分散体如下表3中进行变化。
P-103的细节如下:
P-103:Obbligato(获自AGCCOAT-TECH,不具有聚硅氧烷结构单元的含氟粘合剂)。
以与实施例1-21中相同的方式评价实施例22-27的背板的双层底层的粘附性,不同之处在于使用单刃切割机,水平和垂直地切割制备的背板的第二底层的表面以形成6个切口,所有切口均不到达第一底层的表面,由此得到25个横切正方形。结果显示在下表3中。
在表3中,在每种情况下基板的羧基含量为30当量/t。在形成第一底层和第二底层时,使用包含唑啉类交联剂的涂布液。
如表3中所示,在实施例22-27的背板中,基板和双层底层之间的粘附性良好,即使当暴露于湿热环境和当浸渍在水中或暴露于光辐射时,并且所有背板均具有优异的粘附耐久性。
<太阳能电池组件的制造和评价>
(实施例28)
将厚度为3mm的硬化玻璃板、EVA板(MitsuiChemicalFabro的SC50B)、晶体型太阳能电池元件、EVA板(MitsuiChemicalFabro的SC50B)和实施例1中制备的背板以该顺序分层堆积,并且使用真空层压机(获自Nisshinbo),将这些热压并用EVA密封。在此中,背板配置成使得其易粘附层可以与EVA板接触。密封方法如下:
<密封方法>
使用真空层压机,将分层结构在真空中在128℃下保持3分钟,然后加压保持2分钟用于预密封。随后,在干燥烘箱中,在150℃下将其最后密封30分钟。
(实施例29-33)
以与实施例28中相同的方式制造晶体型太阳能电池组件,不同之处在于实施例28中的背板改变为实施例2-6任一个中制备的背板。
(实施例34-41)
以与实施例28中相同的方式制造晶体型太阳能电池组件,不同之处在于实施例28中的背板改变为实施例11-19任一个中制备的背板。
(实施例42-47)
以与实施例28中相同的方式制造晶体型太阳能电池组件,不同之处在于实施例28中的背板改变为实施例22-27任一个中制备的背板。
实施例28-47中制造的太阳能电池组件尝试用于发电,并且所有这些作为太阳能电池均显示良好的发电性能。
<反射层和基板之间的粘附性的研究>
代替基板和底层之间粘附性的研究,研究了基板和层压在基板的与其上底层相反的表面上的反射层之间的粘附性。
(实施例48)
以与实施例18中相同的方式制备实施例48的背板,其中干燥厚度为10μm并且含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物和唑啉类交联剂和白色颜料的反射层层压在基板的与其上形成的底层相反的表面上,不同之处在于施加在实施例18中聚合物基板PET-1的两个表面上的表面处理的条件改变为实施例3中所述的火焰处理。
(实施例49)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18制备反射层涂布液时使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-3。
(实施例50)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18制备反射层涂布液时使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-10。
(实施例51)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18制备反射层涂布液时使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-6。
(实施例52)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18制备反射层涂布液时使用的交联剂改变为下面的环氧化合物。
环氧化合物(NagaseChemtec生产的DenacolEx521,固含量为25质量%)。
(比较例8)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18中的聚合物基板PET-1的两个表面不进行表面处理。
(比较例9)
以与比较例6中相同的方式制备背板,不同之处在于比较例8中的反射层涂布液改变为下列的反射层涂布液2,所述反射层涂布液2通过混合下列成分(i)至(v)而制备并且不含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物。
<反射层涂布液2的成分>
(i)白色颜料分散体80.0份
(ii)P-201,聚丙烯酸系树脂水性分散体(粘合剂,NipponPureChemical生产的JurymerET410,固含量为30质量%)(不含有聚硅氧烷结构单元的聚丙烯酸系粘合剂)19.2份
(iii)聚氧化烯烷基醚(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)3.0份
(iv)唑啉化合物(交联剂)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)2.0份
(v)蒸馏水7.8份
(比较例10)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18制备反射层涂布液时使用的复合聚合物水性分散体P-1改变为上面提及的复合聚合物水性分散体P-201。
(比较例11)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18中含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的聚合物层的干燥厚度改变为0.5μm。
(比较例12)
以与实施例18中相同的方式制备背板,不同之处在于实施例18中含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的聚合物层的干燥厚度改变为13μm。
-粘附性评价-
在制备背板时,密封剂(EVA)和背板在湿热老化前后的粘附性依照下面提及的方法评价。评价结果显示在下表4中。
[A]湿热老化前的粘附性:
将以如上所述的方式制备的背板切成20mm宽×150mm长的尺寸,并且制备两个这样的样品测试片。将两个样品测试片一个叠一个地放置,使得它们的易粘附层侧面对内部,并且将切成20mm宽×100mm长的尺寸的EVA板(MitsuiFabro的EVA板,SC50B)放置在它们中间,并且使用真空层压机(获自Nisshinbo)热压,使得两者可以经由EVA彼此粘附。在此情况下的粘附条件如下:
使用真空层压机,将样品在真空中在128℃下保持3分钟,然后加压保持2分钟用于预密封。随后,在干燥烘箱中,在150℃下将其最后密封30分钟。以该方式,制备粘附性评价样品,其中离粘附的两个测试片的一个边缘20mm的部分不用EVA密封,剩余的100-mm部分用EVA板密封。
将由此制备的粘附性评价样品的无EVA部分用Tensilon(Orientec生产的RTC-1210A)的上夹和下夹夹住,并将两个测试片以180°的剥离角和300mm/min的牵拉速度牵拉,并且在拉伸实验中,测量样品的粘附力。在拉伸实验中,在测试的每个背板中反射层从EVA上剥离,但在背板中的反射层和基板之间没有出现剥离。
基于由此测量的粘附力,依照下列的评价标准对测试的样品进行评级。评价级别4和5在实际使用的可接受范围内。
<评价标准>
5:粘附非常好(60N/20mm以上)。
4:粘附好(从30N/20mm至小于60N/20mm)。
3:粘附有点差(从20N/20mm至小于30N/20mm)。
2:出现粘附失效(从10N/20mm至小于20N/20mm)。
1:粘附失效显著(小于10N/20mm)。
[B]湿热老化(III)后的粘附性:
将制备的粘附性评价样品在85℃和85%相对湿度的环境中老化1000小时(湿热老化),然后以与上面[A]中相同的方式测量其粘附力。基于测量的粘附力,测试的样品依照上面提及的评价标准进行评级。评价级别4和5在实际使用的可接受范围内。
[C]湿热老化(IV)后的粘附性:
将制备的粘附性评价样品在85℃和85%相对湿度的环境中老化3000小时(湿热老化),然后以与上面[A]中相同的方式测量其粘附力。基于测量的粘附力,测试的样品依照上面提及的评价标准进行评级。评价级别4和5在实际使用的可接受范围内。
获得的结果显示在下表4中。
如表4中所示,在实施例18和48至52的背板中,基板和反射层之间的粘附性以及EVA和反射层之间的粘附性两者均良好,即使在长时间地暴露于湿热环境后,并且这些背板具有优异的粘附耐久性。
另一方面,已知,如在比较例8-10中基板未进行表面处理的情况下或在反射层中使用不包含聚硅氧烷结构单元的聚合物的情况下,粘附耐久性劣化。还已知,如在比较例11和12中含有包含聚硅氧烷结构单元的复合聚合物的聚合物层的干燥厚度超过本发明的范围的情况下,粘附耐久性也劣化。
(实施例53)
如下制备实施例53的背板:PET-1事先在其两个表面上进行大气压等离子体处理,然后使实施例18中所述的反射层和易粘附层在由此处理的PET-1的表面上形成,并且在形成易粘附层后,在PET-1的相反表面上形成实施例22中所述的由第一底层和第二底层构成的双层底层。
使用该背板,以与实施例28中相同的方式制造太阳能电池组件。
由此制造的太阳能电池组件尝试用于发电,并且作为太阳能电池显示良好的发电性能。
(实施例101)
<聚合物板的制备>
-聚酯的合成-
将100kg高纯度对苯二甲酸(获自MitsuiChemical)和45kg乙二醇(获自NipponShokubai)的浆料连续地进料至预先投入了约123kg对苯二甲酸双(羟乙基)酯的酯化罐中并保持在250℃的温度和1.2×105Pa的压力,需要4小时,并且在添加后,进一步酯化1小时。随后,将123g由此获得的酯化产物转移至缩聚罐中。
随后,以要获得的聚合物的0.3质量%的量向其中已经转移有酯化产物的缩聚罐中加入乙二醇。添加后将其搅拌5分钟,然后向其中以相对于要获得的聚合物按钴元素当量计的30ppm的量和相对于要获得的聚合物按锰当量计的15ppm的量分别加入乙酸钴和乙酸锰的乙二醇溶液。此外,将其搅拌5分钟,然后以相对于要获得的聚合物按钛元素当量计的5ppm的量向其中加入2质量%钛醇盐化合物的乙二醇溶液。在此使用的钛醇盐化合物为JP-A2005-340616的段落[0083]中的实施例101中制备的钛醇盐化合物(Ti含量=4.44质量%)。5分钟后,以相对于要获得的聚合物的5ppm的量向其中加入10质量%二乙基膦酰基乙酸乙酯的乙二醇溶液。
下一步,在以30rpm搅拌下层聚合物的同时,将反应体系逐渐从250℃加热至285℃,并将压力降低至40Pa。达到最终温度的时间和达到最终压力的时间均为60分钟。将其保持如此反应3小时,然后用氮气吹扫反应系统,其中的压力恢复至常压,并且由此终止缩聚反应。接着,将获得的聚合物熔体以线材形式喷射至冷水中,立即切割成聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)粒料(直径,约3mm;长度,约7mm)。
-固相聚合-
将上面制备的粒料置于保持在40Pa的真空室中,然后在其中在220℃的温度下保持30小时用于固相聚合。
-基板的制备-
在以如上所述方式进行固相聚合后的粒料在285℃下熔化并流延在金属鼓上,从而在其上形成厚度为约2.5mm的未拉伸基膜。随后,将其在加工方向上在90℃下拉伸3倍,并在横向方向上在120℃下再拉伸3.3倍。因此,制备了厚度为250μm的双轴拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板(聚合物基板:PET-1)。
-颜料分散体的制备-
混合下列的成分,并使用DynoMill-型分散器将该混合物分散1小时,从而制备作为颜料分散体的二氧化钛分散体。
<二氧化钛分散体的组成>
二氧化钛(体积平均粒径=0.42μm)(IshiharaSangyo生产的TaipakeR-780-2,固含量为100质量%)40质量%
聚乙烯醇水溶液(10质量%)(Kuraray生产的PVA-105)8.0质量%
表面活性剂(Kao生产的DemolEP,固含量为25质量%)0.5质量%
蒸馏水51.5质量%
-背面聚合物层1的形成-
(1)用于形成背面聚合物层1的涂布液的制备:
混合下列的成分以制备用于形成背面聚合物层1(第一聚合物层)的涂布液。
<涂布液的组成>
CeranateWSA-1070(粘合剂,B-1)(DIC生产的丙烯酸系/硅氧烷粘合剂,固含量为40质量%)484质量份
唑啉化合物(交联剂,H-1)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)77质量份
表面活性剂(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)19质量份
上面提及的二氧化钛分散体(紫外线吸收剂)194质量份
无机细粒(AerosilOX-50(获自NipponAerosil)的20质量%水性分散体)
97质量份
蒸馏水129质量份
(2)背面聚合物层1的形成:
由此获得的用于形成背面聚合物层1的涂布液涂覆在上面制备的双轴拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板的一个表面上使得粘合剂涂布量可以为3.0g/m2,并在180℃下干燥1分钟,从而形成干燥厚度为约3μm的背面聚合物表面1(第一聚合物层)。在此中,包含在背面聚合物层1中的无机细粒(不包含来源于二氧化钛分散体的二氧化钛)的比例为11.3体积%。
-背面聚合物层2-
(1)用于形成背面聚合物层2的涂布液的制备:
混合下列的成分以制备用于形成背面聚合物层2(第二聚合物层)的涂布液。
<涂布液的组成>
CeranateWSA-1070(粘合剂,B-1)(DIC生产的丙烯酸系/硅氧烷粘合剂,固含量为40质量%)323质量份
唑啉化合物(交联剂,H-1)(NipponShokubai生产的EpocrossWS-700,固含量为25质量%)52质量份
表面活性剂(SanyoChemicalIndustry生产的NaroactyCL95,固含量为1质量%)v32质量份
蒸馏水594质量份
(2)背面聚合物层2的形成:
由此获得的用于形成背面聚合物层2的涂布液涂覆于在双轴拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板的一侧上形成的背面聚合物层1上使得粘合剂涂布量可以为2.0g/m2,并在180℃下干燥1分钟,从而形成干燥厚度为约2μm的背面聚合物表面2(第二聚合物层)。
以上述方式,制备聚合物板,其具有在双轴拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板(PET基板)上连续层压的第一聚合物层和第二聚合物层。
<太阳能电池组件的制造>
以上述方式制备的聚合物板用作背板,且通过将其中包埋有太阳能电池元件20的透明填料(EVA,乙烯-乙酸乙烯酯共聚物密封剂)22与基板24粘附,制造具有图2中显示的结构的30-平方厘米太阳能电池组件。在此中,背板5a以下面的方式与基板粘附:在其上未形成第一聚合物层14和第二聚合物层12的聚合物板16的表面可以面对其中包埋有太阳能电池元件的透明填料22,从而构造期望的组件。
该太阳能电池组件包括上面制备的聚合物板,并且因此长时间地显示稳定的发电性能。
-评价-
紧接着上面,将获得的聚合物板以下面提及的方式评价。评价结果显示在下面的表5和表6中。
(1)断裂伸长率的保持率:
断裂伸长率的保持率[%]是根据下列公式计算的值,该公式来源于依照下面提及的方法测量的聚合物板的断裂伸长率的数据L0和L1。具有至少50%的断裂伸长率的保持率值的那些是实际使用可接受的。
断裂伸长率的保持率[%]=(L1/L0)×100
<断裂伸长率的测量>
将聚合物板切成每个宽度为10mm和长度为200mm的测试片,从而制备用于测量的样品测试片A和B。样品测试片A在25℃和60%RH的气氛中调节24小时,并且使用Tensilon(由Orientec制造的RTC-1210A),将测试片A拉伸进行拉伸测试。样品测试片要拉伸的长度为10cm,拉伸速度为20mm/min。由此测试的样品测试片A的断裂伸长率表示为L0
样品测试片B在120℃和100%RH的气氛中独立地进行湿热处理50小时,并且类似于样品测试片A,其依照拉伸试验进行测试。由此测试的样品测试片B的断裂伸长率表示为L1
(2)热收缩率:
获得的聚合物板在25℃和60%RH的气氛中调节24小时。随后,使用切割机,切割聚合物板的表面从而形成彼此平行延伸的切割线,两者之间的距离为约30cm,并且测量距离L0。由此切割的样品在150℃下热处理30分钟。热处理后,样品在25℃和60%RH的气氛中调节24小时,并测量两条切割线之间的距离L1
从实测数据L0和L1,根据下面的公式计算样品的热收缩率:
热收缩率(%)=(L0-L1)/L0×100
对于热收缩率,在聚合物板的加工方向和横向方向两个方向上分析聚合物板,并且从实测数据计算热收缩率。将两个方向上的数据平均,并且得到的平均值是该聚合物板的热收缩率。热收缩率的单位是[%]。当该值是正数时,意味着聚合物板收缩;并且当该值是负值时,意味着聚合物板拉长。
(3)表面状况:
肉眼观察获得的聚合物板的表面状况(表面状态),并且根据下面的评价标准评价。其中,评价级别4和5在实际使用的可接受范围内。
<评价标准>
5:根本看不到不均匀性或收缩。
4:仅看到少许不均匀性但看不到带有杂质的缩孔。
3:看到一些不均匀性但看不到带有杂质的缩孔。
2:看到一定的不均匀性并且看到一些带有杂质的缩孔(少于10个/m2)。
1:看到一定的不均匀性并且看到10个/m2以上的量的带有杂质的缩孔。
(4)粘附性:
-4.1湿热老化前-
使用单刃切割机,水平和垂直地切割获得的背板的底层表面从而形成6个间隔3mm的切口,从而得到25个横切的正方形。将Mylar带(聚酯胶带)粘附其上,并且沿聚合物板表面在180°的方向上用手牵拉带子而剥离。在此中,对剥离的横切正方形的数目进行计数,并且由此依照下面的评价标准通过对其评级来评价底层的粘附力。
评价级别4和5处于实际使用的可允许范围内。
<评价标准>
5:没有横切正方形被剥离(0个横切正方形)。
4:0至少于0.5个横切正方形被剥离。
3:0.5至少于2个横切正方形被剥离。
2:2至少于10个横切正方形被剥离。
1:10个以上的横切正方形被剥离。
-4.2湿热老化后的粘附性(湿热耐久性):
将获得的背板在120℃和100%的相对湿度的环境下保持48小时,然后在25℃和60%的相对湿度的环境下调节1小时。随后,根据与上面提及的″4.1湿热老化前″中相同的方法评价聚合物层的粘附力。
-4.3暴露于光后(耐光性)-
使用超能量辐射测试仪(SugaTestInstruments制造),将在上面获得的聚合物板暴露于强度为700W/m2的紫外光48小时,并且根据与上面提及的″4.1湿热老化前″中相同的方法评价背面聚合物层1和基板之间的粘附性。
(实施例102)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于在实施例101中制备双轴拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板时的温度从285℃改变为315℃,从而制备厚度为250μm的聚合物基板(PET-2),并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表5中。
(实施例103-104,比较例101-103)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于实施例101中背面聚合物层1中粘合剂的类型和紫外线吸收剂的量如下表5中进行改变,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表5中。
(实施例105-113)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于实施例101中背面聚合物层1中交联剂的类型及其量如下表5中进行改变,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表5中。
(实施例114-117)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于实施例101中背面聚合物层1中无机细粒的量(10质量%)如下表5中进行改变,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表5中。
(实施例118-120)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于实施例101中背面聚合物层1中紫外线吸收剂的类型及其量如下表6中进行改变,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表6中。
(实施例121-128)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于实施例101中背面聚合物层2中的粘合剂从B-1改变至B-4或不改变,且其中的交联剂的类型和量如下表6中进行改变,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表6中。
(实施例129-132)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于实施例101中背面聚合物层1的厚度如下表6中进行改变,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表6中。
(实施例133-138)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于实施例101中背面聚合物层2的厚度如下表6中进行改变,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表6中。在实施例134中,背面聚合物层2中的交联剂改变为H-2。
(比较例104)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于省略了实施例101中的背面聚合物层2,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表6中。
(比较例105)
以与实施例101中相同的方式制造和评价太阳能电池组件,不同之处在于实施例101中背面聚合物层1和背面聚合物层2中的紫外线吸收剂(U-1)的量分别改变为相对于总粘合剂量的20质量%和30质量%,并且由此制备的聚合物板用于制造该组件。评价结果显示在下表6中。
上面表5和表6中的″%″如下:
UV吸收剂和交联剂的含量是它们相对于在每层中粘合剂聚合物总质量的比例;并且无机细粒的含量是其在背面聚合物层1中按体积计的比率。如表5和表6中所示,实施例中的样品在其断裂伸长率的保持率和热收缩率方面均是良好的;并且即使当暴露于高温和高湿度的湿热环境或光辐射时,样品也没有破裂并且通过涂布形成的聚合物层的粘附性没有显著下降,并且样品全部均具有良好的剥离耐久性。
与这些相反,比较例中的样品均是不好的,因为当暴露于光时其中聚合物层的粘附性下降是明显的并且样品的耐剥离性非常低。

Claims (13)

1.一种太阳能电池保护板,其包括聚合物基板和被设置在所述聚合物基板上的至少一个聚合物层,其中所述太阳能电池保护板包括:所述聚合物基板上的第一聚合物层,所述第一聚合物层包含紫外线吸收剂和粘合剂聚合物;和第二聚合物层,所述第二聚合物层被设置在所述第一聚合物层上,并且包含选自含氟聚合物和硅氧烷聚合物中的至少一种作为其中的粘合剂聚合物,其中所述紫外线吸收剂的含量相对于所述粘合剂的总量为至多1.0质量%。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池保护板,其中所述聚合物基板是聚酯。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池保护板,其在120℃和100%RH的条件下保存50小时后的断裂伸长率与其在保存之前的断裂伸长率的比率为至少50%。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池保护板,其在150℃热处理30分钟的过程中的热收缩率在-1%至1%的范围内。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述第一聚合物层包含选自硅氧烷聚合物、聚酯聚合物和聚氨酯聚合物中的至少一种作为其中的粘合剂聚合物。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池保护板,其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层中的至少一个还包含相对于其中的粘合剂聚合物的量为0.5至50质量%的交联剂。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池保护板,其中所述交联剂是碳二亚胺类交联剂或唑啉类交联剂。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述第一聚合物层还包含其0.5至50体积%的量的无机细粒。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池保护板,其中所述第二聚合物层的厚度L2与所述第一聚合物层的厚度L1的比率L2/L1为0.13/1.0至24/1.0。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的太阳能电池保护板,其中至少一个聚合物层是包含白色颜料的光反射层。
11.一种太阳能电池用背板,其包括根据权利要求1-10中任一项所述的太阳能电池保护板。
12.一种太阳能电池组件,其包括至少一个根据权利要求1-10中任一项所述的太阳能电池保护板。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池组件,所述太阳能电池组件包括:
在所述太阳能电池组件的太阳光入射侧的透明前基板;
电池侧基板,在所述电池侧基板上用密封剂封装太阳能电池元件;和
太阳能电池背板,所述太阳能电池背板在所述电池侧基板上被安置成与所述前基板相反并且与所述密封剂接触,
并且所述太阳能电池组件包括所述太阳能电池保护板作为所述太阳能电池背板。
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