CN102449039B - 用于太阳能电场模块的保护膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池模块的一种保护膜,涉及用于制造所述保护膜的一种方法并且涉及包含所述保护膜的一种太阳能电池模块。该保护膜包括至少一个层,该至少一个层包含一种全氟聚醚(PFPE)聚合物[聚合物(F)],所述聚合物通过交联一种组合物[组合物(C)]而可以得到,该组合物包括:a)至少一种功能性全氟聚醚化合物[化合物(E)],所述化合物(E)包括一个(全)氟聚亚烷基链[链(Rf)],以及至少一个不饱和的部分,所述化合物(E)以包括在相对于组合物(C)10%至95%wt范围内的一个数量存在;b)至少一种非氟化的化合物[化合物(M)],该化合物具有至少一个不饱和部分,其条件是如果化合物(E)具有一个不饱和部分则所述非氟化的化合物(M)具有至少两个不饱和部分;以及c)至少一种交联引发剂。
Description
本申请要求于2009年5月25日提交的欧洲申请号09160990.9的优先权,出于所有的目的该申请的全部内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池模块的保护膜,涉及包含所述保护膜的一种太阳能模块,涉及生产所述保护膜的一种方法并且涉及所述保护膜的用途。
背景技术
近年来对太阳能电池进行了深入研究,因为它们能够产生清洁的可再生的能量而不引起大气二氧化碳或其他危险的温室气体的增加并且因此对大气中气候平衡产生显著的积极影响。太阳能电池还可以部分地替代核能发电,核能发电总是要承担危险性风险。
已经提出了多种太阳能电池模块用于商业和家庭应用。这些太阳能电池模块典型地构造为一种分层结构,包括光电元件的一个堆叠的互联的组件(也称为太阳能电池)。所述分层结构包括一个基质,该基质可以例如由金属或玻璃制成,一个布置在所述基质上的半导体活性层,以及一个布置在所述半导体活性层上的透明的和/或导电层。太阳能电池模块中还需要一个保护层来保护它免于热、湿度以及在运输过程中任何可能的环境暴露或风险。尤其是在该基质是不透明的情况下,所述保护层必须是透明的从而允许太阳光到达该太阳能电池模块的活化层。
所述保护装置通常包括由一种透明的含氟的聚合物制成的一个顶部覆盖层,该含氟的聚合物包括一种氟树脂或一种含氟树脂的组合物;通常在该顶部覆盖层下使用一个封装的层(直接与该光活性元件接触)。
氟聚醚化合物在涂层组合物中的用途是已经已知的。
US2006/0252910(ASAHI GLASS公司)披露了在涂层组合物中用作润滑剂、表面改性剂或表面活性剂的一种氟聚醚化合物。
US2007/0179263(DAIKIN INDUSTRIES公司)披露了用作染料敏化的太阳能电池以及致动器材料的润滑剂、酸去除剂、电解质的一种离子型液体芳香族物质。该离子液体型功能性材料包括一种芳香族化合物,该化合物具有一个含氟的醚链。
WO08/005327(LIQUIDIA TECHNOLOGIES公司)披露了一种光电器件,该器件包括由一种弹性体材料(像例如具有有利的光学特性、气体可渗透性、抗刮擦、适合的液体材料的一种PFPE)制造的一个封装层。该封装层还可以包括一个结构化的表面,该表面具有处理并且捕获入射到该光电器件上的光的目的。
因此,高度希望的是用于太阳能电池模块的保护膜确保同时对于光辐射良好的透明性,化学和氧化耐受性、水不通透性、到不同基质上的完美的粘合,并且同时提供优异的机械特性。
事实上,本领域已知的氟聚合薄膜具有以下缺点,即薄膜表面上的机械应力产生了一种雾效果,该效果导致膜透明性损失,使得太阳能电池的操作受损。由于太阳能电池模块通常暴露于自然环境持续一个长的时间,所以形成其保护膜的材料具有优异的硬度、磨损耐受性以及冲击强度是必须的,这样它可以保护该太阳能电池免受任何有可能的事件并且特别是免受多种要素(雨、冰雹、风、沙等)的影响。
而且,本领域已知的一些氟聚合物保护膜要求使用粘合剂亦或特定处理以确保它们结合到太阳能电池上。
本发明的披露
因此本发明的一个目的是为太阳能电场模块提供一种保护膜,该膜具有适合的绝缘能力、化学和氧化的耐受性、与光电元件良好的粘合以及优异的机械特性,它保护该光电元件免于任何类型的机械应力持续一个长的时间,使得可以在任何环境中保证太阳能电池模块的运行。
根据本发明的保护膜包括至少一个层,该至少一个层包含一种全氟聚醚(PFPE)聚合物[聚合物(F)],所述聚合物通过交联一种组合物[组合物(C)]而可以得到,该组合物包括:
至少一种功能性全氟聚醚化合物[化合物(E)],所述化合物(E)包括一个(全)氟聚亚烷基链[链(Rf)],以及至少一个不饱和的部分(moiety),所述化合物(E)以10%至95%wt的一个数量存在;
至少一种非氟化的化合物(M),该化合物具有至少一个不饱和部分,其条件是如果化合物(E)仅包括一个不饱和部分则所述非氟化的化合物(M)具有至少两个不饱和部分;以及
至少一种交联引发剂。
由于组合物(C)的特定配方,该组合物不仅包括一种全氟聚醚化合物(化合物(E))而且还包括与所述全氟聚醚化合物交联的一种非氟化的化合物(化合物(M)),根据本发明的保护膜不仅具有良好的透明性、良好的化学和氧化耐受性、湿气阻挡特性、以及与不同基质的良好粘合的氟聚合物典型特征,而且还具有优异的机械特性,这些机械特性确保实际使用时在其整个寿命中无论施加到该太阳能电池表面上的应力有多大都不会发生膜透明性恶化。
本发明的其他目的是包括所述保护膜的一种太阳能电池模块、用于生产所述保护膜的一种方法以及该保护膜的用途。
化合物(E)以及非氟化的化合物(M)的数量是特别关键的,因为只有在所要求的范围镍内才可能得到适当的机械以及光学特性。
因此,在可固化组合物(C)中化合物(E)以相对于组合物(C)10%至95%wt的数量存在。根据本发明的一个实施方案,所述数量包括在20%与85%wt之间。根据另一个实施方案,它包括在相对于组合物(C)30%与75%wt之间。
此外,申请人已经发现了通过适当选择化合物(E)的链Rf的分子量有可能得到具有特别有利的机械特性的保护膜。
因此已经发现的是出于本发明的目的链Rf的分子量可以包括在500与4000之间。根据本发明的一个实施方案,所述分子量包括在1200与3000之间。根据另一个实施方案,所述分子量包括在1500与2500之间。
术语“(全)氟聚氧亚烷基链(链Rf)”在此旨在指代包含重复单元(R1)的链,所述重复单元具有通式:-(CF2)k-CFZ-O-,其中k是从0至3的一个整数并且Z在一个氟原子与一个C1-C5全氟(氧)烷基基团之间进行选择。
链Rf优选地符合式:
-(CF2O)p(CF2CF2O)q(CFYO)r(CF2CFYO)s-(CF2(CF2)zCF2O)t-其中Y是一个C1-C5全氟(氧)烷基基团,z是1或2;并且p、q、r、s、t是≥0的整数,它们可以被选择为使得所述链Rf的分子量符合上述要求。
根据本发明的一个实施方案,链Rf符合式:
-(CF2O)p’(CF2CF2O)q’-
其中p’和q’是≥0的整数,这样选择使得所述链Rf的分子量符合上述要求。
所述链Rf的分子量可以在1200与3500之间的范围内,根据一个具体实施方案它可以在1200与3000之间,根据另一个实施方案,在1500与3000之间,根据又另一个实施方案在1500与2500之间,因此应当理解的是在如上面详述的相应的实施方案中p、q、r、s、t、p’以及q’代表了符合这些分子量要求所选择的整数。
化合物(E)的不饱和的部分没有具体限制,其条件是它们在固化条件下具有适当的反应性。
可以在具有下式的那些中选择化合物(E):
(T1)n-J-Rf-J’-(T2)m
其中Rf代表如上详述的一个链Rf;J和J’,彼此相同或不同,独立地是一个键或一个二价、三价或四价的结合基团;n、m是从1至3的整数;并且T1、T2,彼此相同或不同,是选自下组,该组由以下各项组成:
-O-CO-CRH=CH2
-O-CO-NH-CO-CRH=CH2
-O-CO-RA-CRH=CH2
其中RH是H或一个C1-C6烷基基团;RA是选自下组,该组由以下各项组成:
-NH-RB-O-CO-
(jj)-NH-RB-NHCOO-RB′-OCO-
RB、RB’,彼此相同或不同,独立地是选自下组的二价的、更多价的(例如三价或四价)结合基团,该组由以下各项组成:C1-C20脂肪烃基团、C5-C40脂环族基团、C6-C50芳香族、烷芳族或杂芳族基团。
基团J和J′可以是任何直链或支链的有机结合基团。根据一个实施方案,这类基团是选自具有1至10个碳原子(或根据一个更具体的实施方案1至6个碳原子)的二价、三价或四价(氟)烃醚基团。存在具有化合价为3或4的一种结合基团导致了一种支链的化合物(E),该化合物具有3至6个末端基团T1和T2以及用于固化反应的一个相应数量或反应性的位点。
在化合物(E)中,可以提及:
具有下式的丙烯酸酯衍生物类:
其中n和m是从1至3的整数;A和A′,彼此相同或不同,独立地是一个键或一个二价、三价或四价结合基团;Rf代表如上详述的一个链并且RH、RH′,各自相同或不同,独立地是H或一个C1-C6烷基基团;
(2)具有下式的丙烯酰胺-脲衍生物类:
其中n和m、A和A′、Rf、RH、RH′以及Rf具有与上面详述的相同含义;
(3)具有下式的丙烯酸酯-尿烷衍生物类:
其中n和m,A和A′,Rf、RH、RH′具有与上面详述的相同含义;并且每个RB,各自相同或不同,是选自下组的一个二价、三价或四价基团,该组由以下各项组成:C1-C20脂肪烃基团、C5-C40脂环族基团、C6-C50芳香族、烷芳族或杂芳族基团。
(4)具有下式的尿烷-酰胺-丙烯酸酯衍生物类:
其中n和m,A和A′,Rf、RH、RH′、RB具有与上面详述的相同含义;并且每个RB′,各自相同或不同,是选自下组的一个二价、三价或四价基团,该组由以下各项组成:C1-C20脂肪烃基团、C5-C40脂环族基团、C6-C50芳香族、烷芳族或杂芳族基团。
已经发现对于本发明的目的是特别有用的化合物(E)的非限制性实例显著地是:
H2C=C(CH3)COOCH2CH2NHCOOCH2RfCH2OCONHCH2CH2OCOC(CH3)=CH2
其中Rf是一个-CF2O(CF2CF2O)p’(CF2O)q’CF2-链,
其中Rf是一个-CF2O(CF2CF2O)p’(CF2O)q’CF2-链,
A-NHCOOCH2CF2(CF2O)p′(CF2CF2O)q′CF2CH2OCONH-A
其中:
其中,在上式的每一个中p′和q′被选择为使得如上详述的链Rf的分子量是大于500并且小于4000,优选地是包括在1200与3000之间,更优选在1500与2500之间。
化合物(M)以5%至90%wt的数量存在于从中得到聚合物(F)的可固化的组合物中。根据本发明的一个实施方案,所述数量包括在15%与80%wt之间,根据另一个实施方案它包括在25%与70%wt之间。
化合物(M)可以包括广泛多样的可与化合物(E)共固化的单体或寡聚物。该可共固化的化合物(M)可以具有一个、两个或更多个能够聚合反应的可聚合的烯键式不饱和的键。典型地,所述化合物(M)可以包括一个或多个(甲基)丙烯酰官能团。在本说明书中以及在权利要求书中,(甲基)丙烯酰官能团是旨在指示一个甲基丙烯酰基官能团或一个丙烯酰官能团。
化合物(M)可以是例如选自具有下式中表示的功能性部分的非氟化的化合物:
-O-C(O)-CRh 1=CRh 2Rh 3
其中Rh 1、Rh 2和Rh 3是非氟化的C1-C10脂肪烃基团、脂肪族C1-C10硅烷基团、C5-C14脂环族基团、C5-C14脂环族硅烷基团、C6-C14芳香族或烷基芳香族的基团。
可以使用单官能、双官能、三或更多官能衍生物,虽然必须指出的是为了确保化合物(E)与化合物(M)之间适当等级的交联,必要的是如果化合物(E)仅具有一个不饱和部分,则化合物(M)包括至少两个不饱和部分。
单官能(甲基)丙烯酸酯的代表性实例是(3-甲基丙烯酰氧基丙基)三甲氧基硅烷、(3-甲基丙烯酰氧基丙基)二甲基甲氧基硅烷、(3-丙烯酰基氧丙基)-三甲氧基硅烷、2-羟乙基-(甲基)丙烯酸酯、2-羟丙基-(甲基)丙烯酸酯、2-羟丁基-(甲基)丙烯酸酯、1-羟丁基-(甲基)丙烯酸酯、2-羟基-3-苯基氧丙基(甲基)丙烯酸酯、四氢-糠基-(甲基)丙烯酸酯、异癸基-(甲基)丙烯酸酯、2-(2-乙氧基乙氧基)-乙基-(甲基)丙烯酸酯、硬脂基(甲基)丙烯酸酯、月桂基(甲基)丙烯酸酯、2-苯氧乙基(甲基)丙烯酸酯、异冰片基(甲基)丙烯酸酯、十三烷基(甲基)丙烯酸酯、聚己内酯(甲基)丙烯酸酯、苯氧基四乙二醇-(甲基)丙烯酸酯和酰亚胺-丙烯酸酯。
可以用于本发明的双官能(甲基)丙烯酸酯可以是乙氧基化的-壬基酚(甲基)丙烯酸酯、乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、三乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯、1,3-丁二醇二(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、乙氧基化的双酚A二(甲基)丙烯酸酯、环己烷二甲醇二(甲基)丙烯酸酯。
三或更多官能的(甲基)丙烯酸酯的实例是三[2-(丙烯酰氧)乙基]异氰尿酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、氧化乙烯添加的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三(丙烯酰基氧乙基)异氰尿酸酯、二季戊四醇六丙烯酸酯、以及己内酯改性的二季戊四醇六丙烯酸酯。
使用下面的化合物(M)得到了良好结果:1,6-己二醇二丙烯酸酯(1,6-esandiol diacrylate)、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯、三丙二醇二(甲基)丙烯酸酯、四氢糠基(甲基)丙烯酸酯、3-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、丙烯酸、二季戊四醇六丙烯酸酯。<0}
用于得到根据本发明的保护膜的组合物(C)总体上还包含一种交联引发剂,该交联引发剂可以是一种光引发剂或一种热引发剂,例如一种有机过氧化物。然而,该固化剂优选地是一种光引发剂并且它可以是选自下组,该组由下面家族组成:α-羟基酮类、苯基乙醛酸酯类、苄基二甲基缩酮类、α氨基酮类、以及双酰基膦类。
在α-羟基酮类中,可以提及1-羟基-环己基-苯基-酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、以及2-羟基-1-[4-(2-羟乙氧基)苯基]-2-甲基-1-丙酮。
在苯基乙醛酸酯类中,可以提及甲基苯甲酰基甲酸酯、氧基-苯基-乙酸2-[2-氧-2-苯基-乙酰氧基-乙氧基]-乙酯、以及氧基-苯基-乙酸2-[2-羟基-乙氧基]-乙酯。
作为苄基二甲基缩酮类,可以提及α,α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮。
在α-氨基酮类中,可以提及2-苄基-2-(二甲氨基)-1-[4-(4-吗啉基)苯基]-1-丁酮、以及2-甲基-1-[4-(甲硫基)苯基]-2-(4-吗啉基)-1-丙酮;
在双酰基膦类中,可以提及二苯基--(2,4,6-三甲基苯甲酰基)-膦氧化物。
在光引发剂中,优选在室温下是液体的那些。
给予特别良好结果的一类光引发剂是α-羟基酮类,具体地是2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮。
光引发剂的数量没有具体限制。总体上,它能够以包括在相对于组合物(C)的重量0.01%wt至3%wt之间的一个数量来使用。根据本发明的一个实施方案,所述数量可以在0.5%wt至1%wt的范围内。
并且,由于光引发剂的残余物可能损害所得到的聚合物组合物,通常优选的是尽可能地将它的数量降至最低。因此,总体上以相对于组合物(C)的重量至多10%wt,优选至多7.5%wt,更优选地至多5%wt的数量使用所述光引发剂。
组合物(C)有可能可以包括另外的添加剂以及成分,其条件是它们不干扰光透射。
还可以使用光稳定剂(例如HALS)、UV吸附剂、均化剂、助黏附剂。这些添加剂的总量(如果存在的话)优选地包括在5%至10%wt之间。
填充剂例如无机氧化物类(例如硅石、TiO2、ITO)可以改善与电池的粘合力以及湿气蒸气以及气体的阻挡特性。典型地,具有直径不大于约五分之一可见光波长的填充剂的初级颗粒(例如具有小于100nm直径的颗粒)不显著地有助于光散射。因此,上述填充剂可以用作具有平均尺寸小于100nm.的颗粒。
然而通常应当理解的是化合物(E)以及化合物(M)是组合物(C)的主要组分,可以存在不会改变所述化合物的特性的程度的少量的其他组分。
本发明还涉及用于制造一种保护膜的方法,该保护膜包括至少一个含聚合物(F)的层。
该方法包括:
提供如上面详述的一种组合物(C),
将所述组合物(C)沉积在一个基质上,
将所述组合物(C)交联。
该组合物典型地包括如上说明的一种交联引发剂。组合物(C)适合的用量是足以得到所希望厚度的保护膜。根据本发明的一个实施方案,根据本发明的保护膜具有至少15μm的厚度;根据另一个实施方案所述厚度是至少20μm,根据又另一个实施方案它是至少25μm。根据本发明的一个实施方案,所述薄膜具有最多250μm的厚度,根据另一个实施方案所述厚度是最多200μm,根据又另一个实施方案它是最多150μm。
将该组合物沉积在适当的基质上可以通过任何适当的沉积技术来完成,包括浇注、旋涂、挤出模制、薄膜吹塑以及类似过程。该基质可以例如是一种金属或聚合物基质。根据本发明的一个优选实施方案,该组合物被直接沉积在有待保护的光电元件的表面上。
在步骤(c)中在使用光引发剂的情况下使其上已经沉积了组合物(C)的基质经受UV照射,或在使用热引发剂的情况下,将其加热。
在可以使用的UV照射源中,可以提及汞灯类、氙弧光灯类、(通常用作日光模拟器)、氘弧光灯类、汞-氙弧光灯类、金属卤化物弧光灯类、以及钨-卤素白炽灯类。
本领域普通技术人员能够随着光引发剂的类型以及浓度的变化来调节照射剂量;总体上,用至少2J/cm2,优选5J/cm2的照射剂量得到了良好的结果。
为了实现改进的固化速率并且将降解反应降至最低,可以在基本上无氧气氛下使组合物(C)经受UV照射。典型地可以在氮气氛下进行步骤(C)。
本发明还涉及一种太阳能电池模块,该太阳能电池模块包括至少一个光电元件以及如上定义的一个保护膜。
本发明的太阳能电池模块的光电元件对本领域的熟练技术人员是众所周知的;所述光电元件总体上由夹在一个导电基质与一个透明传导层之间的一个半导体光电层(即,被赋予了光电转换特性的层)形成的。
导电基质用作光电元件的一个基础构件,还用作一个下侧电极。其材料的实例包括硅、钽、钼、钨、不锈钢、铝、铜、钛、碳片、镀铅的钢、以及树脂薄膜、以及具有在其上形成的一个导电层的陶瓷和玻璃。在以上导电基质上,可以由一个金属层、一个金属氧化物层、或一个薄板层形成一个背侧反射层。金属层可以由Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cu、以及类似物形成。该金属氧化物层可以由ZnO、TiO2、SnO2、In2O3-SnO2(ITO)、以及类似物形成。金属层以及金属氧化物层可以通过电阻加热蒸汽沉积、电子束蒸汽沉积、溅射、或类似方法来形成。
半导体光电层旨在进行光电转换。用于形成这种半导体光电层的具体材料包括:单晶硅半导体,非单晶硅半导体(例如一种非晶硅(a-Si)半导体或者一种多晶硅半导体),混合的半导体和结,例如CuInSe2、CuInS2、GaAs、CdS/Cu2S、CdS/CdTe、CdS/InP、以及CdTe/Cu2Te,以及有机半导体例如聚合物和小分子化合物像聚对亚苯基亚乙烯(polyphenylene vinylene)、酞菁铜(一种蓝色或绿色有机颜料)和碳富勒烯。
由以上半导体之一形成的半导体光电层总体上具有一种分层结构,该分层结构具有“pn结”、“pin结”或“肖特基结”。
一种透明的导电层用作一个上侧电极(即光接收表面)。因此,该材料的具体例子包括In2O3、SnO2、In2O3-SnO2(ITO)、ZnO、TiO2、Cd2SnO4、掺杂有高浓度杂质的结晶半导体层,像值得注意地氟掺杂的氧化锡(SnO2:F,或“FTO”)、掺杂的氧化锌(例如:ZnO:Al)以及柔性有机导体,像例如包埋在透明的聚合物基质中的碳纳米管网络。
该层可以通过电阻加热蒸汽沉积、溅射、喷雾、化学气相沉积(CVD)、杂质扩散、以及类似的方法形成。在柔性的有机导体的情况下,典型的聚合物处理技术也是可用的,包括层压、铸造、挤出以及类似技术。
在透明的导电层上,可以提供一个栅型的集电极(栅极),以便有效地收集产生的电流。用于集电极的材料的具体例子包括Ti、Cr、Mo、W、Al、Ag、Ni、Cu、Sn、及其合金、以及一种导电糊剂例如银糊剂。集电极可以是通过溅射、电阻加热、以及使用一个掩模图案的CVD形成的;用金属薄膜沉积以及后续的蚀刻进行图案化;通过光辅助CVD直接形成栅极图案;形成该栅极的一个负像图案掩模并且后续地镀上金属;用导电糊剂印刷、将金属导线连接、以及类似的方法。导电糊剂总体上包括在一种聚合物粘合剂中的一种银、金、铜、镍、碳或类似物的粉末的分散体。聚合物粘合剂包括聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚乙酸乙烯酯树脂、橡胶、氨基甲酸乙酯树脂、以及酚醛树脂。此外,可以在透明的传导层上提供由一种金属(例如Cu)制成的导线。
太阳能电池模块总体上配备有用于提取光电电流的输出终端。所述输出终端典型地是与传导基质以及集电极对应地处于电连接的。总体上,可以在传导基质侧使用一个金属片(例如一个铜片)作为输出终端,该金属片通过点焊或者焊接而与传导基质相连接。另一方面,一种金属可以借助传导糊剂或焊料而与集电极进行电连接。
可以提供如上详述的多个太阳能电池模块,其中根据所希望的电压或电流,可以将多个光电元件串联或并联地连接。
该背层是旨在维持该光电元件的导电基质与外部之间电绝缘。该背层通常由一种柔性材料制成,该柔性材料确保了与该光电元件的导电基质的足够的电绝缘。
优选的是该背层包括优选地其基本组成为:与聚合物(F)相容的一种氟聚合物。
根据本发明的太阳能电池模块的保护膜可以包括至少50%wt的聚合物(F)。根据一个实施方案,聚合物(F)的所述数量是至少70%wt,根据另一个实施方案是至少90%wt。
然而,该保护膜可以主要由聚合物(F)组成,也就是说即使存在任何其他层,它们不显著地改变根据本发明的保护膜的有利特性。
保护膜的厚度未具体限制,其条件是保证该光电元件上适当的绝缘和机械保护。
若任何通过引用结合在此的专利、专利申请以及公开物中的披露内容与本申请的说明相冲突的程度至它可能使一个术语不清楚,则本说明应该优先。
现在将参考以下实例描述本发明,这些实例的目的仅是说明性的无意限制本发明的范围。
制备实例1:功能性PFPE化合物(E1)的合成
根据Macromol.Che.Phys.198,1893-1907(1997)中报告的合成说明使120.1g由Solvay Solexis在商标名Fluorolink10-H(分子量MW=1507;p′/q′=1.8数均官能度1.96;156meq)下销售的HOCH2CF2O(CF2CF2O)p′(CF2O)q′CF2CH2OH(其中p′和q′是如上详述的),3ml二月桂酸二丁锡(DBTDL)的甲基乙基酮(MEK)溶液,以及24.3g乙基异氰酸酯甲基丙烯酸酯(EIM)(MW=156;156mmol)反应。
得到下面预期的化合物(E1)(通过19NMR和FTIR分析确认):
H2C=C(CH3)COOCH2CH2NHCOOCH2CF2O(CF2CF2O)p′(CF2O)q′CF2CH2OCONHCH2CH2OCOC(CH3)=CH2
表1中给出化合物(E1)的物理化学数据。
制备实例2:功能性PFPE化合物(E2)的合成
使用与实例1中相同步骤,除了使用113.4g由Solvay Solexis在商标名FomblinZ Tetraol(MW=1827;p′/q′=1.9;数均官能度3.8;235meq)下销售的(HO)CH2CH(OH)CH2OCH2CF2O(CF2CF2O)p′(CF2O)q′CF2CH2OCH2CH(OH)CH2OH作为羟基PFPE前体,并且使用36.6g乙基异氰酸酯甲基丙烯酸酯(EIM)(MW=156;235mmol)之外。得到146.4g符合下式的功能性化合物(E2)(通过19NMR和FTIR分析确认),其中p′和q′是如上详述的。
表1中给出化合物(E2)的物理化学数据。
制备实例3:功能性PFPE化合物(E3)的合成
在装备有机械搅拌器、滴液漏斗以及制冷柱的500ml圆底烧瓶中,在惰性气氛下填充下列试剂并且将温度升高到40℃:
1.100.5g HOCH2CF2O(CF2CF2O)p′(CF2O)q′CF2CH2OH Fluorolink10-H(MW=1458;p′/q′=1.7数均官能度1.96;135meq;)以及
2.28.6g三甲基二异氰酸六亚甲酯(TMDI)(当量重量,EW=106.270meq)。
然后加入3ml乙酸乙酯中5%二月桂酸二丁锡(DBTDL)的溶液并且通过检查反应温度不超过65℃将反应混合物搅拌2小时。通过19NMR分析,通过观察末端前CF2碳原子信号从-81.3和-83.3ppm(当连接到-CH2OH基团上时)移动到-77.5和-79.5ppm(当连接到尿烷部分上时)来监测转化等级。在约50℃下将反应混合物冷却并且缓慢滴加15.7g丙烯酸羟基乙酯(HEA)(MW=116,135mmol),其速率为使反应混合物的温度不超过60℃。当滴加完成时,将反应混合物搅拌另外6小时并且通过FTIR分析,通过监测2250cm-1异氰酸酯吸收谱带的消失来监测转化等级(在反应结束时它是在分析限之下的)。然后将200ppm的2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)稳定剂加入得到的产物中并且在真空下(1毫巴)在60℃下汽提约30′。回收了142.8g的功能性化合物(E3)(通过19NMR和FTIR分析确认),发现该化合物符合下式:
其中Rf是一个-CF2O(CF2CF2O)p’(CF2O)q’CF2-链,其中p′和q′是如上面详细说明的。
表1中给出了化合物(E3)的物理化学数据。
制备实例4:功能性PFPE化合物(E4)的合成
在装备有机械搅拌器、滴液漏斗以及制冷柱的一个500ml圆底烧瓶中,在惰性气氛下填充95g乙酸乙酯以及100.1g由Evonik-Degussa在商标名Vestanat1890/100(EW=245;408meq)下销售的异佛尔酮二异氰酸酯并且将温度升高到50℃。继续搅拌直至得到清澈溶液。然后加入3ml乙酸乙酯中5%二月桂酸二丁锡(DBTDL)的溶液并且以缓慢加入34.2ml丙烯酸羟基乙酯(HEA)(MW=116,292mmol)其速率为使得反应混合物的温度不超过60℃。当滴加完成时,在60℃下将反应混合物搅拌另外1小时,并且通过NCO滴定来进行反应检查。当残余NCO的数值是填充的Vestanat 1890/100的当量的约28%时,认为该第一反应完成。
然后将85.5g HOCH2CF2O(CF2CF2O)p′(CF2O)q′CF2CH2OHFluorolink10-H(MW=1458;p′/q′=1.7数均官能度1.96;115meq)加入反应混合物中并且剧烈搅拌约20小时。通过FTIR分析,通过监测2250cm-1异氰酸酯吸收谱带的消失(在反应结束时它在分析值之下)并且通过19NMR分析,通过观察末端前CF2碳原子信号从-81.3和-83.3ppm(当连接到-CH2OH基团上时)移动到-77.5和-79.5ppm(当连接到尿烷部分上时)两者来监测转化等级。然后将通过在60℃下在减压下(0.1毫巴)通过蒸馏反应溶剂而分离的200ppm 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)稳定剂加入所得到的产物中。回收了207.9g功能性化合物(E4)(通过19NMR和FTIR分析确认),发现该化合物符合下式:
A-NHCOOCH2CF2(CF2O)p′(CF2CF2O)q′CF2CH2OCONH-A
其中:
并且p’和q’是如上详述的。
表1中给出了化合物(E4)的物理化学数据。
表1
然后用不同的非氟化的化合物(M)按配方制造在以上制备实例1至4中得到的功能性PFPE化合物E1-E4。下面的化合物被用作非氟化的化合物(M):
1,6-己烷二醇二丙烯酸酯(HDDA)
三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)
三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)
四氢糠基丙烯酸酯(THFA)
3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(Dynasilan memo)
丙烯酸
实例5:组合物C1的制备
在装备有机械搅拌器的一个深色玻璃容器中按给定顺序加入15gE3,3g 1,6-己烷二醇二丙烯酸酯(HDDA)以及2g三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA),并且在40℃下将它搅拌约10分钟直至得到均匀的溶液。然后,加入由Ciba在商品名Darocur1173下销售的0.5%(w/w)2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮并且搅拌约30′直至得到均匀的组合物。
实例6-12:组合物C2-C8的制备
根据实例5中所述相同步骤制备组合物C2-C8。在下面表2中指出了所使用的功能性PFPE化合物E1-E4和非氟化的化合物(M)的数量。
实例13:在铬铝基质(Q-板)上由组合物C1制备薄膜F1。
通过配备有30μm杆的自动涂膜机Elcometer 4340 Applicator将组合物C1沉积在Q-板上并且通过使用具有350nm最大发射以及240w/cm的最大输出的13mm H灯(Fusion UV system Model VPS/1600)经受UV处理。通过FTIR-ATR通过观察1636cm-1处丙烯酸双键吸收谱带的消失监测膜交联的完成,并且通过Exacto厚度计(ElektroPhysik)来检查膜厚度。
实例14-20:在铬铝基质上由组合物C2-C8制备膜F2-F8。
使用与实例13中相同步骤来沉积并且交联组合物C2-C8。
实例21-28:在PET基质上由组合物C1-C8制备膜F1-F8。
使用与实例13中相同步骤来沉积并且交联组合物C1-C8,除了使用PET基质之外。
对比实例1:在铬铝基质上制备膜CF9。
在装备有机械搅拌器的一个深色玻璃容器中,连同0.15gDarocur1173一起加入30g根据WO 2005/101466的实例1合成的全氟聚醚二甲基丙烯酸酯(PFPE DMA)并且搅拌约30分钟直至得到一种均匀的对比组合物、对比C9。
通过配备有30μm杆的自动涂膜机Elcometer 4340 Applicator将组合物对比C9的一个样品沉积在Q-板上并且通过使用具有350nm最大发射以及240w/cm的最大输出的13mm H灯(Fusion UV systemModel VPS/1600)经受UV处理。通过FTIR-ATR通过观察1636cm-1处丙烯酸双键吸收谱带的消失监测膜交联的完成,并且通过Exacto厚度计(Elektro Physik)来检查膜厚度。
对比实例2:在PET基质上制备膜CF9。
使用与对比实例2中相同步骤来制备、沉积并且交联组合物对比C9,除了使用PET基质之外。
对比实例3:在铬铝基质上制备膜CF10。
在装备有机械搅拌器的一个深色玻璃容器中,引入30g组合物E1以及0.15g Darocur1173并且搅拌约30分钟直至得到一种均匀的对比组合物、对比C10。
通过配备有30μm杆的自动涂膜机Elcometer 4340 Applicator将组合物对比C10的一个样品沉积在Q-板上并且通过使用具有350nm最大发射以及240w/cm的最大输出的13mm H灯(Fusion UV systemModel VPS/1600)经受UV处理。通过FTIR-ATR通过观察1636cm-1处丙烯酸双键吸收谱带的消失监测膜交联的完成,并且通过Exacto厚度计(Elektro Physik)来检查膜厚度。
对比实例4:在PET基质上制备膜CF10。
使用与对比实例3中相同步骤来制备、沉积并且交联组合物对比C10,除了使用PET基质之外。
下表2汇总了组合物C1-C8以及对比组合物、对比C9和C10的组成。
实例29:PET基质上薄膜F1的耐磨测试ASTM D1044
根据方法ASTM D 1003通过一个球形雾度计使实例21中通过在PET基质上交联组合物C1得到的薄膜经受雾度测量。然后用磨轮CS10使由PET基质支持的薄膜经受1000g的负荷持续10个循环,并且然后再次经受雾度测量。表3显示了在研磨处理之前以及之后薄膜的雾度值。
实例30-36:PET基质上薄膜F2-F8的耐磨测试ASTM D1044
使实例22-28中通过在PET基质上交联组合物C2-C8得到的薄膜F2-F8经受根据与实例29中相同步骤的耐磨测试。表3示出了在研磨处理之前以及之后这些薄膜的雾度值。
对比实例5:PET基质上薄膜CF9的耐磨测试ASTM D1044
使在对比实例2中通过交联PET基质上的组合物C9得到的薄膜CF9经受根据与实例29中相同步骤的耐磨测试。表3示出了在研磨处理之前以及之后薄膜的雾度值。
对比实例6:PET基质上薄膜CF10的耐磨测试ASTM D1044
使在对比实例4中通过交联PET基质上的组合物C10得到的薄膜CF10经受根据与实例29中相同步骤的耐磨测试。表3示出了在研磨处理之前以及之后薄膜的雾度值。
对比实例7:薄膜CF11的耐磨测试ASTM D1044
使由Solvay Solexis在商标名Halar300LC(以下称为CF11)下销售的商品化的乙烯氯三氟乙烯共聚物制造的100μm薄膜经受一个根据方法ASTM E 1300通过一个球形雾度计的雾度测量。将该膜定位并且固定在一个刚性橡胶支架上并且然后用一个磨轮CS10经受1000g的负荷持续10个循环。然后再次使得到的薄膜经受雾度测量。表3示出了在研磨处理之前以及之后薄膜的雾度值。
对比实例8-11:薄膜CF12-15的耐磨测试ASTM D1044
使由Solvay Solexis在商标名HyflonPFA M640(以下称CF12)、HyflonMFA F1540(以下称CF14)下销售的商品化聚合物制造的100μm薄膜以及由Du PontTM在商品名Tefzel(以下称CF15)下销售的乙烯-四氟乙烯制造的100μm薄膜经受根据对比实例7中所述方法的耐磨测试。表3示出了在研磨处理之前以及之后薄膜的雾度值。
表3
*=30μm;#100μm
这些耐磨测试的结果示出了相对于对比的氟聚合物根据本发明的薄膜F1-F8对于摩擦具有特别增加的耐受性。这些发明薄膜的良好性能显然是由于存在交联的组分(E)和(M)两者,因为这是通过与仅包含交联的全氟聚醚化合物(M)的薄膜CF10的性能进行比较而证明的。
实例37:F1薄膜的铅笔硬度测试
用Gardco试验器根据在“Paint Testing Manual”,Gardner,Swardeditor ASTM Special Technical Publication 500,p 283中说明的步骤使实例13中在铬铝基质上得到的薄膜F1经受铅笔硬度测试。将该测试重复3次并且表4示出了所得到的结果,以在所测试的薄膜上留下痕迹的最硬铅笔的等级给出这些结果。
实例38-44:F2-F8薄膜的铅笔硬度测试
根据实例37中所述步骤使在实例14-20中在铬铝基质上得到的薄膜F2-F8经受铅笔硬度测试。表4示出了所得到的结果。
对比实例12:CF9薄膜的铅笔硬度测试
根据实例37中所述步骤使在对比实例1中在铬铝基质上得到的薄膜CF9经受铅笔硬度测试。表4以在该测试薄膜上留下痕迹的最硬铅笔的等级示出了所得到的结果。
对比实例13:CF10薄膜的铅笔硬度测试
根据实例37中所述步骤使在对比实例3中在铬铝基质上得到的薄膜CF10经受铅笔硬度测试。表4以在该测试薄膜上留下痕迹的最硬铅笔的等级示出了所得到的结果。
表4
*=30μm
铅笔硬度测试的结果示出了与对比薄膜相比,这些本发明的薄膜F1-F8具有更高的硬度。
实例45:薄膜F1的水接触角度测量
通过装置DSA G10 Kruss根据方法ASTM D5725-99-2003使实例13中得到的铬铝基质上的薄膜F1经受水接触角度的测量。表5示出了所得到数值。
实例46-52:薄膜F2-F8的水接触角度测量
通过装置DSA G10 Kruss根据方法ASTM D5725-99-2003使实例14-20中得到的铬铝基质上的薄膜F2-F8经受水接触角度的测量。表5示出了所得到数值。
表5
*=30μm
这些测试结果显示根据本发明的这些保护膜具有良好的疏水特性并且因此适合用作太阳能电池模块的水分阻挡层。
Claims (21)
1.太阳能电池模块,包括保护膜,该保护膜包括至少一个层,该至少一个层包含全氟聚醚(PFPE)聚合物[聚合物 (F)],所述聚合物通过交联组合物 [组合物 (C)] 而可以得到,该组合物包括:
a) 至少一种功能性全氟聚醚化合物 [化合物 (E)],所述化合物 (E) 包括(全)氟聚氧亚烷基链 [链 (Rf)],以及至少一个不饱和的部分,所述化合物 (E) 以包括在相对于组合物 (C) 20wt%至85wt%范围内的数量存在;
b) 至少一种非氟化的化合物[化合物 (M)],该化合物具有至少一个不饱和部分,其条件是如果化合物 (E) 仅包括一个不饱和部分则所述非氟化的化合物 (M) 包括至少两个不饱和部分,所述化合物 (M)以包括在相对于组合物 (C) 15wt%至80wt%范围内的数量存在;以及
c) 至少一种交联引发剂。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池模块,其中所述化合物 (E) 以包括在相对于组合物 (C) 30wt%至75 wt%范围内的数量存在。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池模块,其中化合物 (E) 是选自具有下式的那些:
(T1)n-J-Rf-J’-(T2)m
其中Rf代表(全)氟聚氧亚烷基链;J和J’,彼此相同或不同,独立地是键或二价或更多价的结合基团;n、m是从1至3的整数;并且T1、T2,彼此相同或不同,是选自由以下各项组成的组:
(A) -OCO-CRH=CH2
(B) -OCO-NH-CO-CRH=CH2
(C) -OCO-RA-CRH=CH2
其中RH是H或C1-C6烷基基团,RA是选自下组,该组由以下各项组成:
(j) -NH-RB-OCO-
(jj) -NH-RB-NHCOO-RB’-OCO-
RB、RB’,彼此相同或不同,独立地是选自下组的二价的或更多价的结合基团,该组由以下各项组成:C1-C20脂肪烃基团、C5-C40脂环族基团、C6-C50芳香族、烷芳族或杂芳族基团。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池模块,其中所述链Rf符合下式:
-(CF2O)p(CF2CF2O)q(CFYO)r(CF2CFYO)s-(CF2(CF2)zCF2O)t-
其中Y是C1-C5全氟(氧)烷基基团,z是1或2;并且p、q、r、s、t是 ≥ 0的整数,这样选择使得所述链Rf的分子量是大于500并且小于4000。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池模块,其中化合物 (E) 是选自下组,该组由以下各项组成:
(1) 具有下式的丙烯酸酯衍生物类:
其中n和m是从1至3的整数;A和A',彼此相同或不同,独立地是键或二价、三价或四价结合基团;Rf代表如上详述的链并且RH、RH',各自相同或不同,独立地是H或C1-C6烷基基团;
(2) 具有下式的丙烯酰胺-脲衍生物类:
其中n和m、A和A'、Rf、RH、RH'以及Rf具有与上面详述的相同含义;
(3) 具有下式的丙烯酸酯-尿烷衍生物类:
其中n和m,A和A',Rf、RH、RH'具有与上面详述的相同含义;并且每个RB,各自相同或不同,是选自下组的二价、三价或四价基团,该组由以下各项组成:C1-C20脂肪烃基团、C5-C40脂环族基团、C6-C50芳香族、烷芳族或杂芳族基团;
(4) 具有下式的尿烷-酰胺-丙烯酸酯衍生物类:
其中n和m,A和A',Rf、RH、RH'、RB具有与上面详述的相同含义;并且每个RB',各自相同或不同,是选自下组的二价、三价或四价基团,该组由以下各项组成:C1-C20脂肪烃基团、C5-C40脂环族基团、C6-C50芳香族、烷芳族或杂芳族基团。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池模块,其中化合物 (E) 是具有下式的化合物:
H2C=C(CH3)COOCH2CH2NHCOOCH2CF2O(CF2CF2O)p'(CF2O)q'CF2CH2OCONHCH2CH2OCOC(CH3)=CH2
其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量是大于500并且小于4000。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池模块,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量在1200与3000之间。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池模块,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量在1500与2500之间。
9.根据权利要求5所述的太阳能电池模块,其中化合物 (E) 是具有下式的化合物:
其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量是大于500并且小于4000。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池模块,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量在1200与3000之间。
11.根据权利要求9所述的太阳能电池模块,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量在1500与2500之间。
12.根据权利要求5所述的太阳能电池模块,其中化合物 (E)是具有下式的化合物:
其中Rf是-CF2O(CF2CF2O)p’(CF2O)q’CF2- 链,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量是大于500并且小于4000。
13.根据权利要求12所述的太阳能电池模块,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量在1200与3000之间。
14.根据权利要求12所述的太阳能电池模块,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量在1500与2500之间。
15.根据权利要求5所述的太阳能电池模块,其中化合物 (E) 是具有下式的化合物:
其中:
并且p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量是大于500并且小于4000。
16.根据权利要求15所述的太阳能电池模块,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量在1200与3000之间。
17.根据权利要求15所述的太阳能电池模块,其中p'和q'被选择为使得所述链Rf的分子量在1500与2500之间。
18.根据权利要求1-17任一项中所述的太阳能电池模块,其中所述至少一种化合物 (M) 包括一个或多个(甲基)丙烯酰官能团。
19.根据权利要求1-17任一项中所述的太阳能电池模块,其中交联引发剂是选自下组的光敏引发剂,该组由下面家族组成:
- α-羟基酮类;
- 苯基乙醛酸酯类;
- 苄基二甲基缩酮类;
- α-氨基酮类;
- 双酰基膦类。
20.制造用于太阳能电池模块的保护膜的方法,所述方法包括下面步骤:
(a) 提供组合物[组合物 (C)] ,该组合物包括:
a) 至少一种功能性全氟聚醚化合物 [化合物 (E)],所述化合物 (E) 包括(全)氟聚氧亚烷基链 [链 (Rf)],以及至少一个不饱和的部分,所述化合物 (E) 以包括在相对于组合物 (C) 10wt%至95wt%范围内的数量存在;
b) 至少一种非氟化的化合物 [化合物 (M)] ,该化合物具有至少一个不饱和部分,其条件是如果化合物 (E) 仅包括一个不饱和部分则所述非氟化的化合物 (M) 包括至少两个不饱和部分;以及
c) 至少一种交联引发剂
(b) 将所述组合物 (C) 沉积在有待保护的光电元件的表面上,
(c) 将所述组合物 (C) 交联。
21.包括至少一个层的保护膜用于保护太阳能电池模块的用途,该至少一个层包含全氟聚醚(PFPE)聚合物 [聚合物 (F)],所述聚合物通过交联组合物 [组合物 (C)] 而可以得到,该组合物包括:
a) 至少一种功能性全氟聚醚化合物 [化合物 (E)],所述化合物 (E) 包括(全)氟聚氧亚烷基链 [链 (Rf)],以及至少一个不饱和的部分,所述化合物 (E) 以包括在相对于组合物 (C) 10wt%至95wt%范围内的数量存在;
b) 至少一种非氟化的化合物 [化合物 (M)] ,该化合物具有至少一个不饱和部分,其条件是如果化合物 (E) 仅包括一个不饱和部分则所述非氟化的化合物 (M) 包括至少两个不饱和部分;以及
c) 至少一种交联引发剂。
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