CN102597097A

CN102597097A - 具有注射模塑组件的建筑物一体化光伏装置

Info

Publication number: CN102597097A
Application number: CN2010800499984A
Authority: CN
Inventors: 瑞安·S·加斯东; 詹姆斯·R·基尼安; 贾森·A·里斯; 詹姆斯·C·斯蒂文斯; 斯科特·T·马泰乌齐; 拉米·J·乔宾; 加里·R·马尔尚; 金·L·沃尔顿
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-11-04
Also published as: WO2011056921A1; US20110100438A1; CN102597097B; EP2496641A1

Abstract

本发明是包含光伏电池组合件及注射模塑部分的光伏器件，所述注射模塑部分连接至光伏电池组合件的至少一边，其中当将光伏器件安装在建筑物的外部时，主体部分具有使得能够具有在数年内坚固的功能的性质和组成。

Description

具有注射模塑组件的建筑物一体化光伏装置

本发明在由能源部授予的合同DE-FC36-07G01754下以美国政府资助做出。美国政府在本发明中具有特定权益。

相关申请的交叉引用

本申请权利要求2009年11月4日提交的美国临时专利申请号61/257,999的优先权权益，所述申请通过引用以其全部内容结合在此。

发明领域

本发明涉及光伏制品，所述光伏制品作为整体安装至建筑物结构体上并且包含注射模塑组件。

发明背景

太阳能，尤其是其中将阳光直接转化为电能的光伏(PV)能源具有很多适宜的特性。然而，制造和安装太阳能产品，尤其是PV产品的成本限制了这些产品向市场中的广泛渗透。需要开发同样作为建筑物结构体的一部分起作用的太阳能系统(有时称为建筑物一体化光伏装置，或BIPV)从而以成本节约的方式提高能量效率。这些系统需要在它们在结构体外部将经受的多种环境条件下具有足够的耐久性，同时还满足建筑物规范要求并且其制造是成本节约的，此外能够将阳光充分地转化为电。

已知聚合物的注射模塑为以所需形状合宜地成型聚合物的方法。

发明内容

申请人发现为了使用注射模塑形成BIPV制品，被注射模塑的组合物必须满足非常特殊的需求，以便满足最终制品的耐久性、耐火性和可加工性的所需需求。更具体地，虽然模塑大的复杂部件通常易于用低分子量材料实现，但是申请人发现了这些材料通常将不会具有足够坚固的性质以耐受长时间户外暴露。因此，在本发明之前，在本领域中对于成本节约的聚合制剂仍然存在需要，所述的聚合制剂将良好的可加工性和以下能力相结合：在注射模塑装置上使用以填充大的复杂模具的能力以及长时间经受户外暴露的能力。此外，对于这些聚合制剂所需的是耐燃或拥有一定程度的耐火性。

因此，根据本发明的第一实施方案是一种光伏制品，所述光伏制品包含光伏电池组合件和连接至所述光伏电池组合件的至少一边的主体部分，其中所述主体部分包含具有以下特征的组合物：

a)至少5g/10分钟并且不大于100g/10分钟的熔体流动速率；

b)所述光伏电池组合件的线性热膨胀系数(CLTE)的20倍之内，更优选15倍之内，再更优选10倍之内，再更优选5倍之内，并且最优选2倍之内的CLTE；和

c)各自为至少85℃，优选至少90℃，更优选至少95℃，再更优选至少100℃，并且最优选至少105℃的RTI电和RTI机械强度评级。

根据第一实施方案的一个优选的实施方案，光伏电池组合件包括玻璃层和主体部分的组合物，并且所述主体部分的组合物具有至多7000MPa的挠曲模量和为原始长度至少3％的断裂拉伸伸长率。在该优选的实施方案中，该组合物优选包含聚丙烯和5至50重量％的增强组分(优选玻璃纤维)。

根据第二实施方案，本发明是光伏制品，所述光伏制品包含光伏电池组合件和连接至所述光伏电池组合件的至少一边的主体部分，其中所述主体部分包含具有以下特征的组合物：

a)至少5g/10分钟并且不大于100g/10分钟的熔体流动速率；

b)至少500MPa并且不大于1500MPa的挠曲模量；

c)断裂拉伸伸长率，所述断裂拉伸伸长为原始长度的至少100％；和

d)各自为至少85℃，优选至少90℃，更优选至少95℃，再更优选至少100℃，并且最优选至少105℃的RTI电和RTI机械强度评级。优选地，该实施方案具有如在上面的第一实施方案中所列举的CLTE特征。优选该实施方案包括挠性光伏电池组合件。

在以上实施方案的每一个中，该组合物的特征优选还在于至少85℃，优选至少90℃，更优选至少95℃，再更优选至少100℃，并且最优选至少105℃的RTI易燃性等级。最优选地，主体组合物的特征还在于各自为至少85℃，优选至少90℃，更优选至少95℃，再更优选至少100℃，并且最优选至少105℃的RTI机械冲击评级。最后，光伏制品优选具有足够的耐火性以使得含有所述光伏制品的屋顶构造以至少等级B评级，更优选等级A评级通过UL790测试。

根据本发明的第三实施方案是一种光伏制品，所述光伏制品包含光伏电池组合件和包含注射模塑组合物的主体部分，所述主体部分连接至光伏电池组合件的至少一边，其中所述注射模塑组合物包含：

(a)20至80重量％的聚合物材料，所述聚合物材料是聚丙烯或丙烯和乙烯的共聚物或它们的混合物，所述聚合物材料具有5至100g/10分钟之间的熔体流动速率；

(b)5至30重量％的聚乙烯或乙烯/α-烯烃共聚物，所述聚乙烯或乙烯/α-烯烃共聚物具有1至100g/10分钟之间的熔体指数和至少0.85g/cm³，更优选至少0.86，并且最优选至少0.865并且优选低于0.97，更优选低于0.92并且最优选低于0.89的密度；和

(c)至多50％，优选10至50重量％的阻燃剂材料，优选无机阻燃剂材料。

根据第四实施方案，本发明是如第三实施方案中所列举的注射模塑组合物。

附图简述

图1显示根据本发明的一个实施方案的光伏制品的示例性实例，如它安装在邻近于其他类似光伏制品的结构体上将表现出的。

图2显示了对于可用于本发明中的代表性组合物，在一定温度范围内的尺寸变化。

发明详述

光伏制品通常可以被描述为三维制品，所述三维制品包括产生能量的器件(例如太阳能电池)、传输所产生的能量的电路，以及支持产生能量的器件并且允许其以能够有效地安装至结构体上的主体。主体或其一部分由具有如本文所描述的性质和/或组成的材料形成，并且优选被注射模塑在产生能量的器件和任选地电路的周围。

例如，如图1中所示，适合于用作屋瓦或其他建筑物墙板的PV器件100还可以被描述为包含光伏电池组合件110和主体部分120(它也可以被称为主体支撑部分，其中它提供结构支撑)。主体部分120具有上表面部分122，下表面部分124(未显示)和跨越在其间的侧壁部分126。主体部分120还可以被描述为包含一侧与光伏电池组合件110位置相邻的主要主体部分222，以及从主要主体部分222延伸的侧部主体部分224，其与光伏电池组合件110的至少一个另一侧相邻。任选的底部主体部分可以位于光伏电池组合件110的与主要主体部分222相反一侧的226上，从而使所述主体形成围绕光伏电池组合件110的整个框架。主体部分还可以包括任选的定位器160以将PV器件(例如屋瓦)适宜地相对相邻的PV器件定位。在备选的描述中，PV器件100也可以被描述为具有活性部分130和非活性部分135。活性部分130可以至少包括光伏电池组合件110、侧部主体部分224的一部分和任选的底部主体部分226。非活性部分135可以至少包括主要主体部分222、侧部主体部分224的一部分以及PV器件100的电路的一些或全部。该示例性光伏制品通常将被安装成电连接至相邻的光伏制品中，所述光伏制品将被电连接至结构体或电网内的电系统，以便充分利用由所述制品产生的电。

作为进一步的实例，光伏电池组合件110还可以被描述为包括光伏电池、保护层、任选的粘合层以及PV器件的电路的至少一些。在一个优选的实施方案中，光伏电池组合件包含玻璃阻挡层。PV制品100也可以以备选的样式描述。PV器件100可以包括组件如光伏电池组合件110、至少一个总线端以及主体部分120。PV器件100可以包括至少一个外部边缘、在至少一个外部边缘内的至少一个光伏电池。至少一个总线末端位于所述至少一个外部边缘之内或位于所述至少一个外部边缘，所述总线端可以起将电流经由至少一个整体式光电连接器传输至光伏电池组合件110或从其中传输出的功能。

下表面部分124可以与结构体接触(例如建筑物基板和/或结构体)。上表面部分122可以接纳将光伏器件100连接至结构体的紧固件(未显示，例如钉子、螺钉、扒钉、铆钉等)。此外，主体部分120可以至少部分地沿主体部分120的底部片段的至少一部分连接至光伏电池组合件110的至少一边部分，同时留下所述至少一个光伏电池的至少一部分暴露以接收辐射。

预期的是PV制品100可以至少部分地用挠性材料构造，以具有用于与建筑物结构体中不规则轮廓一致的至少一定的挠性。还预期的是可以适宜地至少保持光伏电池相对地刚性，通常用以避免电池的任何开裂。因此，PV器件的一些部分可以用更加刚性的材料(例如玻璃板、矿物填充的复合材料或聚合物片材)构建。虽然，光伏电池可以是部分地或基本上刚性的，PV器件可以大体上是挠性的。对于本发明，挠性意指PV器件是比其所附着至的基板(例如结构体)的更加挠性的或刚性程度低。优选地，在挠性基板的情况下，PV器件可以围绕约1米直径圆柱体弯曲而性能不降低。优选地，在刚性基板的情况下，PV器件可以围绕20米直径圆柱体弯曲而性能不降低。例如，在PV器件屋瓦的情况下，屋瓦通常不如屋顶板刚性；屋顶板提供结构刚性。在一些其他的实例中，屋顶产品自身提供所需的刚性并且不存在或最小化屋顶板。

对于起屋顶屋瓦或其他建筑物墙板作用的BIPV器件，发明人发现了优选的重叠模塑组合物应该满足数个性质需求。优选的组合物应该拥有性质的平衡，所述性质中的很多存在材料性质上冲突的需求。例如，BIPV屋顶屋瓦应该是韧性的并且坚固的，并且在暴露至阳光和气候的长寿命内保持拉伸性质。这些性质最好使用高分子量聚合物组合物获得。然而，注射模塑工艺通常需要相对较低分子量的聚合物，以使得模塑压力、夹紧力以及所需的能量不会过高。此外，当在重叠模塑工艺中使用高分子量(低MFR)化合物时，尤其是当在包括使用易碎PV电池和/或玻璃构件的工艺中使用时，通过使用粘性的重叠模塑组合物产生的力会对这些敏感组分施加应力，导致完成的BIPV产品的断裂和低产量。最后，重叠模塑组合物与光伏电池组合件在一定范围内的环境条件下的相容性是重要的。因此，例如，优选的重叠模塑组合物为分子量和流动性质的较窄选择，从而使耐久性与可加工性平衡。

此外，组合物的模量对于BIPV产品的注射重叠模塑是重要的，尤其是对于屋瓦应用。极端刚性组合物用于耐风浮力和暴风过程中的故障将是更好的，但是低模量弹性体用于作为组合物随其由熔体冷却的收缩的结果而对PV电池施加较少的应力是更好的。此外，低模量材料会比更刚性的屋瓦更好地与屋顶的不规则性相符。

此外，BIPV屋顶产品，尤其是屋瓦产品应该耐起火。通常，耐燃性(FR)化合物，尤其是无机FR化合物的加入增加聚合物组合物的模量并且降低聚合物组合物的可加工性。为获得在BIPV应用中所需的耐候性、电性能、耐火性以及功能性，存在BIPV重叠模塑组合物必须满足的Mw、FR类型和组成百分比、模量、韧性、耐开裂性、耐冲击性以及可加工性的平衡。

在本发明中预期的光伏电池可以由任意数量的已知的可商购的光伏电池构造，或可以选自一些未来开发出的光伏电池。这些电池起到将光能转化为电的功能。光伏电池的光活性部分是将光能转化为电能的材料。可以使用任何已知提供该功能的材料，包括晶体硅、砷化镓、碲化镉或无定形硅。然而，光活性层优选为IB-IIIA-硫属化物的层，如IB-IIIA-硒化物、IB-IIIA-硫化物或IB-IIIA-硒化物硫化物。更具体实例包括硒化铜铟，硒化铜铟镓，硒化铜镓，硫化铜铟，硫化铜铟镓，硒化铜镓，硫化硒化铜铟，硫化硒化铜镓和硫化硒化铜铟镓(在本文中其全部称为CIGSS)。这些也可以由式CuIn(1-x)GaxSe(2-y)Sy表示，其中x是0至1并且y是0至2。硒化铜铟和硒化铜铟镓是优选的。在本文中还预期到如本领域中已知可用于基于CIGSS的电池中的其他电活性层如一个或多个发射极(缓冲)层、导电层(例如透明导电层)等。这些电池可以是挠性的或刚性的，并且成为多种形状和尺寸，但通常是易碎的并且遭受环境退化。在一个优选的实施方案中，光伏电池组合件110是可以在基本上不断裂和/或不显著丧失功能性的情况下弯曲的电池。示例性的光伏电池教导并描述在数个美国专利和公开中，所述专利和公开包括US3767471、US4465575、US20050011550A1、EP841706A2、US20070256734a1、EP1032051A2、JP2216874、JP2143468和JP10189924a，其用于所有目的通过引用结合在此。

如本文所使用的，关于化学化合物，除非另外明确提及，单数包括所有的异构体形式并且反之亦然(例如，“己烷”分别地或共同地包括己烷的所有异构体)。在本文中可互换地使用术语“化合物”和“配合物”指代有机-、无机-和有机金属化合物。类似地，除非明确地相反地陈述，当提及均聚物时，它包括不同形式的该均聚物的混合物(例如不同的分子量，不同的线性或支化程度等)，并且提及共聚物时包括不同形式的这些共聚物(例如不同的分子量，不同的线性或支化程度，不同的每种共聚单体的相对量等)的混合物。

在主体部分中所使用的组合物具有至少5g/10分钟，更优选至少10g/10分钟的熔体流动速率。熔体流动速率为优选低于100g/10分钟，更优选低于50g/10分钟并且最优选低于30g/10分钟。通过测试方法ASTMD1238-04，“用于通过挤压式塑性计测量热塑性塑料的熔体流动速率的REV C标准测试方法(REV C Standard Test Method for Melt Flow Rates ofThermoplastics by Extrusion Plastometer)”，2004条件L(230℃/2.16Kg)，测定组合物的熔体流动速率。在本申请中使用的聚丙烯树脂也使用该相同的测试方法和条件。本发明中聚乙烯和乙烯-α-烯烃共聚物的熔体流动速率使用条件E(190℃/2.16Kg)测量，其通常被称为熔体指数。

在所有的实施方案中，组合物具有至少500MPa，更优选至少600MPa并且最优选至少700MPa的挠曲模量。根据其中光伏电池组合件包括玻璃层的优选的实施方案，挠曲模量为优选至少1000并且不大于7000MPa。根据第二实施方案，挠曲模量不大于1500MPa，更优选不大于1200MPa，最优选不大于1000MPa。组合物的挠曲模量通过测试方法ASTMD790-07(2007)使用2mm/分钟的测试速度测定。

当在光伏电池组合件中使用玻璃时，组合物具有至少3％但是典型地不大于50％的断裂伸长率。在第二实施方案中，主体组合物材料优选具有至少100％，更优选至少200％，再更优选至少300％并且优选不大于500％的断裂伸长率。组合物的断裂拉伸伸长率通过测试方法ASTM D638-08(2008)使用50mm/分钟的测试速度测定。

在本文中可以使用的组合物的特征在于具有各自为至少85℃，优选至少90℃，更优选至少95℃，再更优选至少100℃，并且最优选至少105℃的RTI电和RTI机械强度评级两者。优选地，新型组合物的特征在于具有各自为至少85℃，优选至少90℃，更优选至少95℃，再更优选至少100℃，并且最优选至少105℃的RTI电，RTI机械强度以及RTI易燃性等级。最优选地，这些组合物的特征在于具有各自为至少85℃，优选至少90℃，更优选至少95℃，再更优选至少100℃，并且最优选至少105℃的RTI电、RTI机械强度、RTI易燃性和RTI机械冲击评级。

RTI(相对热指数)通过UL 746B(2000年11月29日)中详细描述的测试程序测定。实际上，在测试起始时测量塑料的关键特征(例如抗拉强度)，并且之后将样品放置在至少四个升高的温度(例如130、140、150、160℃)，并且在数月内自始至终周期性地测试样品；之后测试关键性质上的降低，并且由与已验证的户外使用的已知材料的结果比较，确定工作标准；之后与已知材料比较确定未知样品的有效寿命。RTI用℃表示。测试最少花费5000小时完成，并且同时会是耗时且昂贵的。

因为RTI是昂贵的并且耗时的测试，对于本领域技术人员在选择可用的组合物中可使用的替代是如通过差示扫描量热法(DSC)测定的熔点。优选的是，对于作为可用于本文而给出的组合物，在差示扫描量热法中对于显著部分的组合物在低于160℃的温度观察不到熔点，并且优选对于全部组合物在160℃下观察不到熔点。通过测试方法ASTM D7426-08(2008)用10℃/分钟的加热速率测定差示扫描量热法曲线。如果显著分数的注射模塑组合物在低于160℃的温度熔化，组合物将不大可能以适合于建筑一体化PV器件中的功能的足够高的评级通过UL RTI测试746B的电、机械强度、易燃性和机械冲击。

制品优选的特征在于当安装在类似制品的系统中的标准住宅屋顶结构体上时，该结构体至少以等级B评级并且更优选以等级A评级通过UL790(2004年4月22日)易燃性试验。UL-790包括三个测试。一个是火焰蔓延测试，其中将面板相对于丙烷喷灯以预定角度安置。

UL 790-火焰蔓延测试：将来自喷灯的火焰以12mph吹至面板表面上10分钟。UL-790要求：从燃烧点对于等级A火焰不燃烧超过6′，并且对于等级B为不燃烧超过8′，并且火焰未能蔓延到屋顶板的两端。

UL 790-燃烧火印试验：第二个测试，称作燃烧火印试验，包括按照UL-790的说明将燃烧的木材面板放置在样品屋顶板上。对于等级A燃烧的木材火印为12″x 12″并且对于等级B测试为6″x 6″。将火印放置在耐火性预期最薄弱的点，并使其自己烧尽。UL-790要求：屋顶板未暴露至火焰，不产生飞火(airborne brands)，屋顶板的部分没有以炽热的粒子的形式落下，并且在任何时刻在屋顶板的下侧没有燃烧。

UL 790-间歇火焰测试：最后一个测试被称为间歇火焰测试。将测试样品以用于火焰蔓延测试所讨论的相同的方式相对于丙烷喷灯放置。间歇地施加火焰2分钟并且之后关闭火焰两分钟。对于等级A将该循环重复15次并且对于等级B重复8次。在最后一次火焰施加之后，保持空气流直至火焰、炽热和冒烟的所有证明从暴露的样品表面消失。如同燃烧火印试验一样，UL-790测试要求：屋顶板未暴露至火焰，不产生飞火，屋顶板的部分没有以炽热的粒子的形式落下，并且在任何时刻在屋顶板的下侧没有燃烧。

优选地，本文公开的组合物的特征还在于线性热膨胀系数(CLTE)在光伏电池组合件的CLTE的20倍之内，更优选15倍之内，再更优选10倍之内，再更优选5倍之内，并且最优选2倍之内。例如，如果光伏电池组合件具有9微米/米-℃的CLTE，那么模塑组合物的CLTE为优选180微米/米-℃至0.45微米/米-℃之间(20倍)；更优选135微米/米-℃至0.6微米/米-℃(15倍)之间；再更优选90微米/米-℃至0.9微米/米-℃之间(10倍)；再更优选45微米/米-℃至1.8微米/米-℃之间(5倍)并且最优选18微米/米-℃至4.5微米/米-℃之间(2倍)。使CLTE在组合物与光伏电池组合件之间匹配对于使在温度变化的过程中BIPV器件上由热诱导的应力最小化是重要的，所述变化潜在地可能导致PV电池等的开裂、断裂等。

在TA仪器TMA型号2940上通过测试方法ASTM E1824-08(2008)在-40℃至90℃的温度范围内以每分钟5℃使用仪器附带的标准软件确定本文公开的组合物的CLTE。本领域技术人员将认识到，随材料经历热转化，组合物可以展现变化自其他区域的温度范围。在这样的情况下，以上CLTE的优选范围是指组合物和/或光伏电池组合件的最大测得CLTE。光伏器件可以包括很多不同的材料，包括具有非常不同的CLTE的材料。例如，光伏电池组合件可以包括太阳能电池、金属导体、聚合物密封剂、阻挡材料如玻璃或其他不同的材料，其全部具有不同的CLTE。可以在-40℃至90℃之间的许多温度测量组件的尺寸，来确定光伏电池组合件的CLTE。

对于本文所公开的光伏制品的一些实施方案，光伏电池组合件包括玻璃阻挡层。如果该光伏电池组合件包括玻璃层，则模塑组合物的CLTE优选为低于80微米/米-℃，更优选低于70微米/米-℃，再更优选低于50微米/米-℃，并且最优选低于30微米/米-℃。优选该新型组合物的CLTE大于5微米/米-℃。

可以在模塑之后对于在23℃储存大约40小时的样品使用ASTMD955-08(2008)中描述的方法测量模塑后收缩率。可以测量总流量和流动收缩率两者。优选地，所使用的材料显示低于2％收缩率，更优选低于1％收缩率。

通过测试方法ASTM D256-06(2006)在23℃的温度进行组合物的悬臂梁式(IZOD)冲击试验。在测试中该组合物应该不完全断裂，更优选在测试中不显示出断裂。

根据本发明的第三和第四实施方案，在本发明中可以使用的组合物包含组分A、B，以及优选地，组分C。组分A是具有至少5g/10分钟的熔体流动速率(MFR)的聚丙烯或丙烯和乙烯的共聚物或它们的组合。优选地，MFR是至少10g/10分钟并且优选不大于100g/分钟，更优选不大于50g/10分钟。如果使用聚丙烯均聚物，则优选的是它具有低于6％，更优选低于5％的二甲苯可溶物(ASTM-D5492-06)。如果使用丙烯和乙烯的共聚物，则使用至多约20％乙烯，更优选至多约15％乙烯。基于组合物的总重量，此组分A的量为优选至少20重量％，更优选至少30重量％并且优选低于80重量％，更优选低于60重量％并且最优选低于50重量％。聚丙烯均聚物是优选的(例如CAS#9003-07-0)。组分A的具体的可商购的实例包括得自陶氏化学公司(The Dow Chemical Compnay)的5D49聚丙烯树脂，以及5E16S、CDX5E66、H533-35RGU、H700-12和H7012-35RN，全部可得自陶氏化学公司。具体的合适的共聚物的实例包括陶氏聚丙烯(DowPolypropylene)C719-35、C700-35、C705-44NA、C758-80NA、C759-21NA、DS6D21和NRD6-589，全部可得自陶氏化学公司。诸如这些的聚丙烯在其中光伏电池组合件包括玻璃的优选实施方案中可以与玻璃填料一起使用。下面更详细地描述玻璃填料。

组分B，具有1至100g/10分钟之间的熔体指数和至少0.85g/cm³，更优选至少0.86，并且最优选至少0.865并且优选低于0.97，更优选低于0.92并且最优选低于0.89的密度的聚乙烯均聚物或乙烯/α-烯烃共聚物或它们的组合。基于组合物的总重量，组分B的量为优选至少5％，更优选至少10％，并且最优选至少20％并且优选低于30重量％。乙烯/α-烯烃共聚物是优选的，如得自陶氏化学公司的Engage^TM聚烯烃(例如CAS#26221-73-8)。对于组分B合适的材料包括Dow ENGAGE^TM 8200、8207、7447、8130、8137、8411、8400、8407、8401和8402(全部可得自陶氏化学公司)；Dow AFFINITY EG8200(可得自陶氏化学公司)；以及Exxon EXACT 8210、5371和0210，可得自Exxon Mobil Chemical Company。

在本发明中可使用的组合物可以包含任选的组分C，其是耐火材料，优选无机耐火材料。该无机材料可以是例如金属碳酸盐(如碳酸钙)、金属氢氧化物、金属氧化物等。合适的组分C的实例包括三水合铝(ATH)、氢氧化镁、硼酸锌、三氧化锑、羟基锡酸锌(zinc hydrostannate)、二氧化硅、铝硅酸盐粘土、石墨和多磷酸铵。无机耐火材料优选为碱土金属氢氧化物，如氢氧化钙或氢氧化镁，但更优选为氢氧化镁。氢氧化铝或三水合铝(ATH)也是优选的。优选的是基于无机耐火材料的总重量，该组分中铁的量低于100ppm。铁含量可以通过诱导耦合等离子体质谱法测定。除无机阻燃剂之外或作为无机阻燃剂的备选，任选使用有机阻燃剂。有机阻燃剂的实例在本领域是公知的并且包括六溴环十二烷、十溴二苯醚、四溴-双酚A、溴化聚苯乙烯、四(羟甲基)

盐、磷酸三(邻甲苯酯)和磷酸三(2，3-二溴丙酯)。基于组合物的总重量，组分C的量为优选至少10％，更优选至少20％，最优选至少25％并且优选低于50％更优选低于40％并且最优选低于35重量％。

在其中光伏电池组合件包括玻璃层的第一实施方案的优选实施方案中，组合物优选包含聚丙烯和至多50重量％的量的增强组分。聚丙烯可以是对于组分A给出的那些或其他可商购的聚丙烯。具有预混合至聚丙烯中的增强组分的可商购的聚丙烯的实例包括分别具有10、15、20和30％短玻璃纤维的得自RTP的RTP 101、RTP 102、RTP 103和RTP 105，以及具有30％长玻璃纤维的得自Polyone的Polyone^TM PP30LGF。

聚烯烃(例如聚丙烯、聚乙烯以及丙烯和乙烯的共聚物)可以在本发明中使用，因为它们可以对可能在光伏电池组合件的边缘或表面发现的很多材料提供良好的粘附性。这增强了制品的结构完整性。

与仅略微对强度有贡献的填料不同，合适的增强组分可以用于加强聚合物组合物，以便提高特定的物理性质如强度、耐冲击性和刚性。合适的增强材料包括纤维状增强材料，其包括玻璃纤维、碳质纤维、聚合物纤维、无机纤维、金属纤维以及它们的组合。玻璃纤维可以包括粗纱、斩碎的纤维或磨碎的纤维。斩碎的玻璃纤维可以在3至50mm的长度范围内。通常，磨碎的纤维低于1.5mm。实例可以包括具有大于0.5，更优选大于0.7的纵横比的玻璃纤维，并且在一些实施方案中具有大于10，但是低于100的纵横比的长玻璃纤维。

适合作为增强材料的碳质纤维包括石墨纤维和碳纳米管，包括单壁碳纳米管。聚合物增强材料包括芳族聚酰胺如Kevlar。也可以使用聚酯或聚酰亚胺纤维。无机纤维包括氧化铝、钛酸钾、氧化铍、氧化镁、碳化硅、硼化钛和无机连续硼纤维的晶须。金属纤维包括拉为连续长丝的钢、铝和其他金属。这些增强组分任选地可以在第三和第四实施方案的组合物中以至多15重量％的量使用。

主体部分组合物还可以任选地包括多种其他组分如UV吸收剂、UV稳定剂、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、流动改性剂其他的聚合物组分等。具体地，预期的是组合物可以包括：

组分D，为UV吸收剂或UV吸收颜料，至多10重量％的量。UV吸收剂可以是本领域中已知的任何UV辐射吸收剂，如例如无机UV稳定剂和颜料。合适的无机UV稳定剂包括炭黑、石墨、二氧化钛、氧化锌、粘土和混合金属氧化物。优选地，UV吸收剂以全部组合物的至少.3％，更优选至少.6％，并且最优选至少0.8重量％的量存在。可以使用炭黑并且合宜地以与使得颜料占复合材料至少30％，优选至少40％的量与相容聚合物如聚乙烯(优选的是线性低密度聚乙烯)预先复合的形式提供。所使用的复合材料的量为全部组合物的优选至少1重量％，更优选至少2重量％；

组分E，为UV稳定剂，至多3重量％的量的UV稳定剂。可以使用任何已知的UV稳定剂。可以使用例如受阻胺和二苯甲酮类，但受阻胺光稳定剂是优选的。可商购的材料可以是得自Chemtura的Cyasorb^TM、得自Mayzo的BLS1770。其他合适的有机UV稳定剂包括受阻胺化合物如AMPACET 10407和10478(可得自Ampacet Corp)、Tinuvin 770、765、622FF和353FF，以及CHIMISSORB 119和944FL(全部可得自CIBA)、三嗪化合物如Tinuvin 157FF(可得自CIBA)和羟苯基苯并三唑类，如Tinuvin328(可得自CIBA)；

组分F，为一种或多种抗氧化剂，至多2重量％的量。可以使用用于聚合物组合物的任何已知抗氧化剂。实例包括酚类抗氧化剂，其任选地包括金属减活化剂。可以将这些抗氧化剂彼此组合地使用。抗氧化剂的优选的总量是至多2重量％，更优选至多1重量％并且优选至少.1重量％。得自Ciba Geigy的Irganox^TM产品为这些抗氧化剂的可使用的商购实例；

组分G，为含硫的长效热稳定剂或抗氧化剂，至多2重量％的量。热稳定剂可以是本领域中已知的任何这种组分。实例包括硫代酸酯、硫醚和苯硫酚类。热稳定剂优选以至少0.2重量％，更优选至少0.5重量％的量使用。含硫的辅助抗氧化剂的实例包括硫化物、二硫化物，具体地：仅举几例，2，2′-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)(IRGANOX 1081)；四(3-月桂基硫代丙酰基氧基甲基)甲烷；3，3′-硫代二丙酸月桂酯(IRGANOX PS 800)；3，3′-硫代二丙酸硬脂基酯(SEENOX DS)；季戊四醇四(β-月桂基硫代丙酸)酯(NAUGARD 412S)；二硬脂基二硫醚(HOSTANOX SE 10)；3，3′-硫代二丙酸二月桂酯(DLDTP)(ADVASTAB 800)；3，3′-硫代二丙酸二肉豆蔻酯；丙酸，3，3′-硫代二双，十二烷基酯、3，3′-硫代二丙酸双十三烷基酯(CYANOX 711)；3，3′-硫代二丙酸二硬脂基酯(DSTDP)或3，3-硫代二丙酸双十八烷基酯(ADVASTAB 802)；和3，3′-硫代二丙酸二肉豆蔻酯(SEENOXDM)；

组分H，为另外的丙烯乙烯共聚物，至多20重量％的量。优选地，这些共聚物将具有至少20,000的重均分子量。这些共聚物的实例包括得自陶氏化学公司的Versify聚合物。如果需要更高的温度评级，除组分B之外，或作为组分B的备选可以使用该组分；

组分I，为填料。实例包括至多15重量％的量的滑石、着色剂颜料。适宜时，也可以使用抗静电剂、成核剂和其他添加剂。

除无机阻燃剂之外或作为无机阻燃剂的备选，任选地使用有机阻燃剂。有机阻燃剂的实例在本领域中是公知的，并且包括六溴环十二烷、十溴二苯醚、四溴-双酚A、溴化聚苯乙烯、四(羟甲基)

盐、磷酸(三邻甲苯酯)和磷酸三(2，3-二溴丙酯)。

除非另作说明，本文中的重量％基于组合物的总重量。

实施例1

组合物使用表1中给出的成分制备。基于组合物的总重量，以重量％计的成分的量在表2中列出。

表1

表2

可以将组分A(或视情况而定，A′)、B、D和H以粒料形式混合并且进料至双螺杆挤塑机的进料喉。可以将组分E、F、G和I混合在一起并且进料至双螺杆挤塑机的进料区中。可以将组分C进料至双螺杆挤塑机的计量区中。也可以使用以下两种可商购的组合物：具体地在样品C1和C2中分别使用得自Polyone的MAXXIM^TM 7c31和Dow 7C54H。保持双螺杆挤塑机料筒温度低于230℃。之后，在根据ASTM D618-08的测试之前，对于使用ASTM D3641-97的不同测试方法(热塑性材料试样的注射模塑)和条件制备样品。如通过以上叙述的方法给出的，对于每个方法测试基本上根据前述制成的样品的熔体流动速率(MFR)、DSC吸热、收缩率、23℃的悬臂梁式冲击，挠曲模量和拉伸伸长率。结果在表3中给出。

将在结构上类似于图1中的实例的光伏制品使用制剂10和14围绕层压的光伏电池组合件结构体注射模塑。如图2中所示，制剂14的CLTE在-40℃至40℃之间为75.3微米/m-℃，并且在40至85℃之间为11微米/m-℃。用于本发明的目的，使用更大的CLTE用于测定相对于光伏电池组合件的CLTE的CLTE。

比较例2

将在结构上类似于图1中的实例的光伏制品使用各种重叠模塑组合物围绕层压的光伏电池组合件结构体注射模塑。在一个样品中，重叠模塑组合物是得自陶氏化学公司的未填充的Infuse^TM 9817烯烃嵌段共聚物。使用未填充的烯烃嵌段共聚物得到的模塑制品在模塑之后显示显著的变形。填充的各种聚合物模塑体良好但不具有足够的热稳定性以获得所需的RTI。

在第三样品中，使用仅用滑石填充的聚丙烯。这还在模塑之后显示出不可接受的收缩率和变形。

实施例3

使用实施例1样品14中的全部重叠模塑组分制备样品制剂，除了将组分C的量(得自ICL的FR-20-100氢氧化镁，CAS#1309-42-8)以5％的增量逐渐地从30％降低至0％(即30、25、20、15、10、5、0％)。与实施例1中相同地测试所得到的样品并且将其围绕光伏电池组合件注射模塑。

实施例4

制备类似于样品14的两种样品制剂。两种样品的不同仅在于组分C的特性。在一个样品中，组分C是具有超过100ppm的Fe含量的氢氧化镁材料(由Martin Marietta提供的MAGSHIELD S)，并且在另一个样品中，使用组分C，是具有＜100ppm的Fe含量的氢氧化镁材料(得自ICL的FR-20-100s10，CAS#1309-42-8)。通过将制剂注射模塑制备制品，其中氢氧化镁含有＞100ppm，在150℃进行升温测试大约350小时，并且模塑的材料展现出表面裂纹(开裂)，从而使得从审美的观点，外观不可接受，并且损害光伏制品的长效户外耐久性。相反，使用含具有＜100ppm的Fe含量的氢氧化镁材料(组分C)的制剂的制品注射模塑，并且之后对所述制品在150℃进行升温测试大约750小时，展现不出表面裂纹(开裂)，使得外观从审美的角度可接受，并且证明了光伏制品的长效户外耐久性。

实施例5

将在结构上类似于图1中的实例的光伏制品使用重叠模塑组合物围绕层压的光伏电池组合件结构体注射模塑。重叠模塑材料至少含有聚丙烯、长玻璃纤维(大约30重量％)、阻燃剂和UV稳定剂(RTP ImagineeringPlastics，产品RTP 105CC FR UV)。

实施例6

使用描述为DLGF9411的重叠模塑组合物，将含有CLTE为～9微米/米-℃的玻璃顶片的层压结构体注射模塑以制备与图1中的实例的结构类似的光伏制品。DLGF9411是基于长玻璃纤维聚丙烯的材料，所述材料由以下各项组成：至少55％INSPIRE^TM H7012-35RN聚丙烯均聚物(得自陶氏化学公司)、40％长玻璃纤维、马来酸酐接枝的聚丙烯偶联剂，与组合的UV稳定剂和抗氧化剂一起使用特定的拉挤(pultrusion)工艺，以建立标称12mm长的粒料。组合物具有以下性质。

表3

实施例7

以与实施例1样品14中的重叠模塑组分类似地方式制备样品制剂，除了以重量计，组分A的量为53％(Dow聚丙烯5D49)，组分B为18.6％(Dow ENGAGE 8200)，组分C为0.5％石墨薄片(A60合成石墨薄片，可得自Asbury Graphite Mills，Inc.)，组分D为5％(DFNA 0037)，组分E为0.2％Chemissorb 119(0％)、0.3％Tinuvin 770以及0.15％Tinuvin 328，组分F为0.9％(4∶1比例的Irganox 1010/Irganox 1024MD)，组分G为0.3％Nauguard 412S，组分H为9％(VERSIFY 3200，可得自Dow Chemical)。此外，使用0.5％的溴化FR添加剂(多溴化二苯醚)，10％的长玻璃纤维，以及2％马来酸接枝的聚丙烯(Polybond 3200，可得自ChemturaCorporation)。在将所有的组分混合之后，组合物可用于注射模塑以制备BIPV制品，其适宜地具有各自为至少85℃的RTI电和RTI机械强度评级、良好的成型性、低收缩率、良好的耐候性、出色的表面外观、出色的耐UV性，并且相对韧性并且坚固，具有足够的低温冲击性能以在使用中耐受冰雹冲击损坏。

Claims

1.一种光伏制品，所述光伏制品包含光伏电池组合件和连接至所述光伏电池组合件的至少一边的主体部分，其中所述主体部分包含具有以下特征的组合物：

a)至少5g/10分钟并且不大于100g/10分钟的熔体流动速率；

b)在所述光伏电池组合件的线性热膨胀系数(CLTE)的20倍之内的CLTE；和

c)各自为至少85℃的RTI电和RTI机械强度评级。

2.权利要求1所述的光伏制品，其中所述主体部分包含含有至多50重量％的增强组分的聚丙烯。

3.权利要求1所述的光伏制品，所述光伏制品包含光伏电池组合件和连接至所述光伏电池组合件的至少一边的主体部分，其中所述主体部分包含具有以下特征的组合物：

a)至少5g/10分钟并且不大于100g/10分钟的熔体流动速率；

b)至少500MPa并且不大于1500MPa的挠曲模量；

c)断裂拉伸伸长率，所述断裂拉伸伸长率为原始长度的至少100％；和

d)各自为至少85℃的RTI电和RTI机械强度评级。

4.权利要求3所述的光伏制品，其中所述主体部分的组合物具有在所述光伏电池组合件的线性热膨胀系数(CLTE)的20倍之内的CLTE。

5.在前权利要求中的任一项所述的制品，其特征还在于含有所述制品的屋顶构造通过UL 790易燃性试验等级B。

6.权利要求5所述的制品，其中所述制品通过UL 790易燃性试验的等级A。

7.在前权利要求中的任一项所述的制品，其中所述组合物的特征在于低于2％的模塑后收缩率。

8.权利要求1所述的光伏制品，所述光伏制品包含光伏电池组合件和连接至所述光伏电池组合件的至少一边的主体部分，其中所述主体部分包含：(a)20至80重量％的聚丙烯、丙烯和乙烯的共聚物或它们的混合物，所述聚丙烯、丙烯和乙烯的共聚物或它们的混合物具有5至100g/10分钟之间的熔体流动速率；

(b)5至30重量％的聚乙烯、乙烯/α-烯烃共聚物或它们的混合物，所述聚乙烯、乙烯/α-烯烃共聚物或它们的混合物具有1至100g/10分钟之间的熔体流动指数和至少0.85g/cm³并且低于0.97的密度；以及

(c)10至50重量％的无机耐火材料。

9.权利要求8所述的制品，其中组分(a)的量为30至80重量％，并且组分(b)的量为20至30重量％。

10.权利要求8或9所述的制品，其中组分(c)含有低于100ppm的铁。

11.权利要求8-10中的任一项所述的制品，进一步其中所述主体部分还包含以下组分中的一种或多种：

(d)至多10重量％的量的UV吸收剂或UV吸收颜料；

(e)至多3重量％的量的UV稳定剂；

(f)至多2重量％的组合量的一种或多种抗氧化剂；

(g)至多2重量％的量的热稳定剂；

(h)至多20重量％的量的另外的丙烯乙烯共聚物；和

(i)至多15重量％的量的另外的无机填料或增强组分。

12.一种组合物，所述组合物包含：(a)30至80重量％的聚丙烯或丙烯和乙烯的共聚物，所述聚丙烯或丙烯和乙烯的共聚物具有5和100g/10分钟之间的熔体流动速率；

(b)5至30重量％的聚乙烯、乙烯/α-烯烃共聚物或它们的混合物，所述聚乙烯、乙烯/α-烯烃共聚物或它们的混合物具有1和100g/10分钟之间的熔体流动指数和至少0.85g/cm³并且低于0.97的密度；和

(c)10至50重量％的无机耐火材料。

13.权利要求12所述的组合物，所述组合物含有低于100ppm的铁。

14.权利要求12或13所述的组合物，所述组合物还包含以下组分中的一种或多种：

(d)至多10重量％的量的UV吸收剂或UV吸收颜料；

(e)至多3重量％的量的UV稳定剂；

(f)至多2重量％的组合量的一种或多种抗氧化剂；

(g)至多2重量％的量的热稳定剂；

(h)至多20重量％的量的另外的丙烯乙烯共聚物；和

(i)至多15重量％的量的另外的无机填料。