CN103262259A - 光伏组件用阻燃背板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光伏组件用背板，所述背板包括附着至含氟聚合物膜的阻燃片材。所述阻燃片材包含以其重量计40重量%至100重量%的结晶矿物质硅酸盐薄片，并且所述阻燃片材具有至少75微米，并且更优选地至少100微米的平均厚度。所述阻燃片材的结晶矿物质硅酸盐薄片选自云母、蛭石、煅烧粘土、二氧化硅、滑石粉、钙硅石、以及它们的组合。还公开了用此类背板制造的光伏组件。

Description

光伏组件用阻燃背板
技术领域
本发明涉及光伏组件用背板层压体，更具体地涉及阻燃背板层压体。本发明还涉及引入此类阻燃背板层压体的光伏组件。
背景技术
作为一种可再生能源，光伏组件的使用正迅速增加。光伏组件（也被称为太阳能电池模块）是指用于直接从光照具体地从日光发电的光伏器件。随着光伏组件使用的增长，对适用于苛刻环境中的光伏组件的需求日益增加。光伏组件通常安装在户外地点，诸如房顶、墙壁或其它支撑结构上。许多阳光充足的气候区也是担心火灾发生的地方。安装在建筑外部易失火的区域的光伏组件需是阻燃的。
如图1所示，光伏组件10包括透光基板12或顶板、包封层14、活性光伏电池层16、另一包封层18和背板20。透光基板或顶板，也被称为入射层，通常为玻璃或耐用透光聚合物膜。包封层14和18将光伏电池层16附着至顶板和背板，并且它们密封光伏电池并防止光伏电池与水分和空气接触。包封层14和18通常由热塑性或热固性树脂构成，诸如乙烯-醋酸乙烯(EVA)共聚物。光伏电池层16可以是将日光转化为电流的任何类型的太阳能电池，诸如单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、基于非晶硅的太阳能电池、二硒化铟（镓）铜太阳能电池、碲化镉太阳能电池、半导体化合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。背板20为组件10提供结构支撑，使所述组件电绝缘，并且有助于保护组件线路和其它元件使其免受包括热量、水蒸气、氧气和紫外线辐射在内的因素的影响。背板在光伏组件的使用寿命内需要保持完整并且附着至包封材料，所述使用寿命可延长数十年。
多层层压体已用作光伏组件背板。此类背板中的一个或多个层压体层常规来讲包含高度持久耐用的聚氟乙烯(PVF)膜，所述膜可作为膜从E.I.du Pont de Nemours and Company商购获得。PVF膜抵抗日光引起的降解，它们提供良好的防潮层，并且它们比由许多其它聚合物制成的膜较不易于燃烧或熔融。PVF膜通常层压至其它较便宜的为背板贡献机械强度和介电强度的聚合物膜，诸如聚酯膜例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜。其它常规背板层压体完全由聚酯膜构成，但是发现此类背板经历分层并且它们的耐热性和阻燃性不如基于PVF的膜。常规背板聚合物膜，包括PVF膜和PET膜，当暴露于明火时会燃烧或熔融。已经制造出掺入金属箔(美国专利申请公开2008-0053512)或金属板(日本专利申请公开2001-036-116)的阻燃背板层压体。然而金属箔和金属板难于永久附着至其它聚合物背板层，并且它们可影响背板的电绝缘性能。
存在对遇火不易燃烧或熔融的光伏组件背板的需求。还存在对可长时间抵抗分层的背板层压体的需求。还存在对可提供优异防潮性、耐久性、以及耐热性和阻燃性的背板的需求。
发明内容
光伏背板包括附着至含氟聚合物膜的阻燃片材。阻燃片材包含以所述阻燃片材的重量计40重量%至100重量%的结晶矿物质硅酸盐薄片，并且所述阻燃片材具有至少75微米的平均厚度，并且更优选至少100微米。阻燃片材的结晶矿物质硅酸盐薄片选自云母、蛭石、煅烧粘土、二氧化硅、滑石粉、钙硅石、以及它们的组合。还公开了用此类背板制成的光伏组件。
在一个实施例中，结晶矿物质硅酸盐薄片为包含至少70重量%的阻燃片材的云母薄片。在另一个实施例中，结晶矿物质硅酸盐薄片为包含至少70重量%的阻燃片材的蛭石薄片。
阻燃片材的结晶矿物质硅酸盐薄片可具有约1至约500微米的平均直径和约0.01至约2微米的平均厚度，其中所述矿物质硅酸盐薄片的平均直径大于所述薄片的平均厚度约20至约300倍。
阻燃片材还可包含无机的支撑稀松布，诸如由玻璃纤维构成的稀松布。
阻燃片材可为包含聚合物沉析纤维的纸材，所述聚合物沉析纤维在低于280℃的温度下不熔融，并且更优选地在低于300℃的温度下不熔融。阻燃纸材可包含间位芳族聚酰胺沉析纤维以及以所述阻燃片材的重量计至少50重量%的结晶矿物质硅酸盐薄片。结晶矿物质硅酸盐薄片可为云母颗粒。阻燃纸材还可包含间位芳族聚酰胺絮状物。阻燃聚合物纸材的沉析纤维或絮状物还可包含有机或无机的阻燃剂，以及它们的组合。
背板的含氟聚合物膜优选为基本上由含氟聚合物组成的膜，所述含氟聚合物选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯以及它们的组合。根据一方面，所述阻燃片材具有两个相对的侧面，第一侧面附着至含氟聚合物膜，并且第二侧面附着至第二聚合物膜。第二聚合物膜优选为选自含氟聚合物膜或聚酯膜的膜。
附图说明
具体描述请参考下图，其中类似的数字代表类似的元件。
图1是光伏组件的一个具体实施例的剖面图；
图2是本文公开的阻燃背板的剖面图；
图3示出了用于测试背板层压体结构的阻燃性能的测试构造。
具体实施方式
在法律允许范围内，本文提及的所有出版物、专利申请、专利以及其它参考文献均以引用方式全文并入本文。
本文的材料、方法、和实例仅出于说明目的，本发明的范围应仅通过权利要求来判断。
定义
本文使用下列定义来进一步定义和描述本公开。
本文所用和权利要求书中所引用的术语“一个”包括“至少一个”或“一个或多于一个”的概念。
除非另行指出，否则所有百分数、份数、比率等均按重量计。
当术语“约”用于描述值或范围的端点时，本公开内容应理解为包括具体的值或所涉及的端点。
术语“片材”和“层”广义地互换使用。“背板”为位于光伏组件背对光源一侧的片材、层、或平面层压体，并且一般来讲不透明。在一些情况下，可能期望装置（例如双面装置）的两个侧面均接收光，在这种情况下组件在装置的两个侧面上均可具有透明层。
“包封”层用于包住易碎的产生电压的太阳能电池层，以防止环境或物理损坏并将其保持在光伏组件中的合适位置处。包封层可定位在太阳能电池层和顶板入射层之间、在太阳能电池层和背板背衬层之间、或它们二者。适用于这些包封层的聚合物材料通常具有多种特性的组合，所述特性为诸如高透明性、高抗冲击性、高耐穿透性、高防潮性、良好的耐紫外光(UV)性、良好的长期热稳定性、对顶板、背板和其它刚性聚合物板以及电池表面的足够粘附强度、以及良好的长期耐候性。
术语“共聚物”在本文中是指包含两种不同单体的共聚单元的聚合物（二聚物），或两种以上不同单体的共聚单元的聚合物。
公开了光伏组件用背板。所公开的背板包括阻燃片材和附着至所述阻燃片材的含氟聚合物膜。阻燃片材包含以所述阻燃片材的重量计40重量%至100重量%的结晶矿物质硅酸盐薄片，其中所述阻燃片材具有至少75微米的平均厚度，并且优选至少90微米，甚至更优选地至少100微米。
术语薄片用于指平坦的盘状或大体上椭圆形的平面的颗粒，其明显长于并宽于它们的厚度。优选的矿物质硅酸盐薄片具有约1至约500微米的平均直径、长度或宽度，以及约0.01至约2微米的厚度。如果薄片为盘状的，所述颗粒的长度和宽度是相似的；并且如果薄片具有大体上椭圆的形状，所述颗粒的长度可为所述颗粒宽度的1.5至5倍。矿物质硅酸盐薄片的平均粒径或长度通常大于所述薄片的厚度约20至约300倍。优选的结晶矿物质硅酸盐薄片具有约10至约150微米的平均粒径，以及约0.05至约1微米的平均厚度。如果粒度太大，所述颗粒可增加纸材或片材的表面粗糙度。如果粒度太小，所述颗粒可能难于分散并且粘度可能过高。
阻燃片材的结晶矿物质硅酸盐薄片可选自云母、蛭石、煅烧粘土、二氧化硅、滑石粉、钙硅石、以及它们的组合。薄片状的云母和蛭石颗粒尤其适用，因为它们廉价、易分散并且可提供有利的电性能、机械性能和阻燃性能。
多种云母（例如白云母、金云母和合成的）可商购获得。云母是一种广为人知的结晶矿物质硅酸盐，可以多种单斜形式获得，其易于分离成非常薄的叶或片。许多云母具有通式X2Y4-6Z8O20(OH,F)4其中X为K,Na,Ca,Ba,Rb,或Cs；Y为Al、Mg、Fe、Mn、Cr、Ti或Li；并且Z主要为Si或Al，但是也可包括Fe3+或Ti。云母的例子是由以下典型化学式表示的花岗岩钾云母：K2Al4Al2Si6O22(OH)4和H2KAl3(SiO4)3，以及由以下典型式子表示的辉石岩云母（镁云母）：K2Mg4Al2Si6O20(OH)4和H2KMg3Al(SiO4)3。本发明的实践中最适用的云母具有固定的30至500微米的平均粒径以及0.05至1微米的平均厚度。
蛭石是一种受热膨胀的天然矿物质。蛭石是由以下典型式子表示的薄片状的页硅酸盐：(MgFe,Al)3(Al,Si)4O10(OH)24H2O。
在一个方面，结晶矿物质硅酸盐的薄片颗粒在含水分散体中混合，然后在聚合物膜或其它稀松布上拉伸以制备大概40密耳的颗粒的湿膜。润湿的颗粒膜在室温下干燥过夜，然后第二晚在约120℃下干燥过夜以除去残余水分。通过此方法，可制备具有约3至8密耳厚度的结晶矿物质硅酸盐的薄片颗粒的干燥片材。为提高强度、耐久性和处理容量，干燥的结晶矿物质硅酸盐的薄片颗粒的片材可用粘合剂诸如硅氧烷树脂或聚氨酯浸渍。优选地，此类粘合剂不超过干燥片材的20重量%，并且更优选地，所述粘合剂不超过干燥片材的10重量%。该片材作为背板层压体结构的阻燃片材，并且为提高强度、耐久性和防潮层性能可附着至含氟聚合物膜和/或其它膜，诸如聚酯膜。
在另一方面，阻燃片材可包含由上述分散体（但在无机稀松布或片材例如玻璃纤维片材上）形成的结晶矿物质硅酸盐薄片的片材。在此方面，无机稀松布或膜起增强结晶矿物质硅酸盐的薄片颗粒的干燥片材的作用。在优选的实施例中，阻燃片材包含在玻璃纤维稀松布上形成并干燥的干燥云母或蛭石颗粒层。一种此类片材是玻璃背衬的云母片材，以产品编号S140G32购自PAMICA Electric Material(Hubei)Co.,Ltd.（Xianning,China）。在某些优选的方面，阻燃片材以其重量计由至少50重量%的结晶矿物质硅酸盐的薄片颗粒构成，并且更优选地，阻燃片材以所述阻燃片材的重量计由至少75重量%的结晶矿物质硅酸盐的薄片颗粒构成。
用于光伏组件的背板层压体的阻燃片材还可包含聚合物沉析纤维，所述沉析纤维在280℃的温度以下不熔融或燃烧，并且更优选地在300℃的温度以下不熔融或燃烧。一种此类沉析纤维为芳族聚酰胺沉析纤维。术语“芳族聚酰胺”用来指芳族聚酰胺，其中至少85%的酰胺（-CONH-）连接基直接附接到芳环。芳族聚酰胺可包括与所述芳族聚酰胺共混的至多10重量%的其它聚合物。芳族聚酰胺可具有取代所述芳族聚酰胺的二胺的多达10%的其它二胺，或者取代所述芳族聚酰胺的二甲酰氯的多达10%的其它二甲酰氯。
术语“沉析纤维”用来指非常小的非粒状的、纤维状或膜状颗粒，其中它们的三维尺寸中的至少一个相对于最大尺寸具有微小的量级。这些颗粒通过使用非溶剂在高剪切下沉淀聚合材料的溶液来制备。术语“芳族聚酰胺沉析纤维”是指具有320℃以上熔点或分解点的芳族聚酰胺的非粒状的膜状颗粒。沉析纤维一般来讲具有约0.2mm至约1mm的最大尺寸长度，具有约5:1至约10:1的长宽比。厚度尺寸为大约几分之一微米，例如约0.1微米至约1.0微米。
使用常规造纸设备，可将芳族聚酰胺沉析纤维和结晶矿物质硅酸盐薄片的浆液形成阻燃纸片。术语“纸材”用来指纤维状柔性片材，通过使纤维材料的含水悬浮液或浆液沉积至精细筛网上制得所述柔性片材。具有芳族聚酰胺沉析纤维与结晶矿物质硅酸盐的薄片颗粒期望比例的浆液被提供至造纸机的流浆箱，然后湿铺到造纸线材上。造纸浆液还可包括芳族聚酰胺絮状物。术语“絮状物”是指被切割成短长度且定制地用于制备湿铺纸材的纤维。通常，絮状物具有约3至约20mm的长度，并且优选约3至约7mm的长度。絮状物通常通过使用本领域熟知的方法将连续纤维切割成所需长度来产生。在一种优选的浆液中，均以分散体的总固体重量计，浆液固体由40重量%至80重量%的结晶矿物质硅酸盐薄片、20重量%至60重量%的间位芳族聚酰胺沉析纤维、0重量%至20重量%间位芳族聚酰胺絮状物构成。由芳族聚酰胺沉析纤维和云母颗粒构成的示例性阻燃纸材公开于美国专利6,312,561和6,991,845中。此类阻燃纸片一般来讲具有90至200g/m2的基重以及75至350微米的厚度。
阻燃片材优选地具有至少75微米(2.95密耳)、并且更优选地至少90微米(3.54密耳)、甚至更优选地至少100微米(3.94密耳)、甚至更优选地至少125微米(4.92密耳)、甚至更优选地至少150微米(5.91密耳)的平均厚度。在平衡较厚层的增加的成本和较低柔韧性的同时，根据期望的防火和电绝缘性能来选择层厚。
阻燃添加剂诸如有机阻燃剂（基于磷的、基于磷和卤素的、基于氯的、基于溴的）或无机阻燃剂（氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、或基于锑的、基于胍的或基于锆的阻燃剂）可掺入阻燃剂片材中，以为聚合物沉析纤维和絮状物提供额外的阻燃性和耐火性。同样，其它添加剂，例如加工助剂（例如低聚物）、抗氧化剂、光稳定剂、抗静电剂、热稳定剂、紫外线吸收剂、填料或多种增强剂可在制备沉析纤维或絮状物时加入，只要它们不明显降低阻燃纸材提供的所要求的阻燃性和电绝缘性的能力。
所公开的背板还包括层压至上述阻燃片材的含氟聚合物膜。本文所用含氟聚合物为由至少一种氟化单体（含氟单体）制成的聚合物，即，其中至少一种单体包含氟，优选为具有至少一个附接到双键碳上的氟或全氟烷基的烯属单体。氟化单体通常选自四氟乙烯（TFE）、六氟丙烯（HFP）、三氟氯乙烯（CTFE）、三氟乙烯、六氟异丁烯、全氟烷基乙烯、氟代乙烯基醚、氟乙烯（VF）、偏二氟乙烯（VF2）、全氟-2,2-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯（PDD）、全氟-2-亚甲基-4-甲基-1,3-二氧杂环戊烷（PMD）、全氟(烯丙基乙烯基醚)和全氟(丁烯基乙烯基醚)。非氟化烯属共聚单体例如乙烯和丙烯可与氟化单体共聚。对含氟聚合物膜，含氟聚合物诸如聚氟乙烯、聚偏氟乙烯(PVF)、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物是优选的。合适的PVF膜更全面的公开于美国专利6,632,518中。所公开的背板的优选含氟聚合物膜为具有200℃或更高的熔融或分解温度的含氟聚合物膜。
含氟聚合物膜可包含至多25重量%的并非为含氟聚合物的其它聚合物，诸如热塑性粘合剂聚合物，并且还可包含微量的本领域已知的任何添加剂。此类添加剂包括但不限于：增塑剂、加工助剂、助流添加剂、润滑剂、颜料、染料、阻燃剂、抗冲改性剂、提高结晶度的成核剂、抗粘连剂诸如二氧化硅、热稳定剂、受阻胺光稳定剂（HALS）、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、粘合剂、底漆、增强剂诸如玻璃纤维、填料等。
含氟聚合物薄膜的厚度不是关键性的，并可根据具体应用而变化。一般来讲，聚合物膜的厚度范围为约0.1至约10密耳（约2.5至254微米）。含氟聚合物膜厚度可优选地在约1密耳(25微米)至约4密耳(101微米)的范围内。
在一个优选的实施例中，阻燃片材具有两个相对的侧面，第一侧面如上所述附着至含氟聚合物膜，并且第二侧面附着至第二聚合物膜。
此类第二聚合物膜可由聚酯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯、环状聚烯烃、降冰片聚合物、聚苯乙烯、间规立构聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚（萘二甲酸乙二酯）、聚醚砜、聚砜、尼龙、聚（氨基甲酸酯）、丙烯酸类、乙酸纤维素、三乙酸纤维素、赛璐玢、氯乙烯聚合物、聚偏二氯乙烯、偏二氯乙烯共聚物、含氟聚合物诸如聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物等构成。优选的用于第二聚合物膜的聚合物膜包括双轴取向的聚（对苯二甲酸乙二酯）(PET)膜和含氟聚合物膜，诸如聚氟乙烯(PVF)膜或聚偏氟乙烯(PVDF)膜。此类其它聚合物膜层的厚度是非关键性的并且可以根据具体应用而变化。一般来讲，第二聚合物膜的厚度在约0.1至约10密耳(约2.5至254微米)的范围内。聚合物膜还可包含本领域已知的任何添加剂。此类添加剂包括但不限于：增塑剂、加工助剂、助流添加剂、润滑剂、颜料、染料、阻燃剂、抗冲改性剂、提高结晶度的成核剂、抗粘连剂诸如二氧化硅、热稳定剂、受阻胺光稳定剂（HALS）、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、粘合剂、底漆、增强剂诸如玻璃纤维、填料等。
层压阻燃片材和含氟聚合物膜和/或第二聚合物膜的方法可为本领域中任何已知的方法。在一个实施例中，粘合剂用来将阻燃片材粘合至其它聚合物膜层。粘合方法或粘合剂将取决于被粘合的膜层的组合物。需要一种暴露户外数年、甚至数十年也不会剥离的牢固粘合。如果背板包括如上所述粘合至含氟聚合物膜层的阻燃膜片材，所述层可如下粘合：将胺官能化的丙烯酸类聚合物底漆层施涂至含氟聚合物膜，将含有酸改性的聚烯烃的热塑性粘合剂层施涂至底漆层，并且将热塑性粘合剂附着至阻燃片材。如果阻燃片材在其第二侧面粘合至另一聚合物膜时，可使用本领域已知的其它常规粘合剂，例如聚氨酯、丙烯酸和环氧化物粘合剂。
粘合剂可以通过熔融工艺或通过溶液、乳液、分散体等涂覆工艺施用。本领域的普通技术人员能够根据用于形成涂层的组合物和方法确定合适的工艺参数。对于任何给定的组合物和期望的应用，技术人员可确定通过本领域的任何方法制备涂层的工艺条件和参数。例如，所述粘合剂或底漆组合物可通过浇注、喷涂、气刀涂覆、刷涂、辊涂、倾注或印刷等方法施用至膜或片材表面上。一般地，在施用之前将粘合剂或底漆稀释到液体介质中以在所述表面上提供均匀的覆盖。液体介质可作为粘合剂或底漆的溶剂以形成溶液，或者可作为粘合剂或底漆的非溶剂以形成分散体或乳液。粘合剂涂层可通过将熔化的雾化的粘合剂或底漆组合物喷涂至膜或片材表面上来施用。粘合剂层的厚度可在2至75微米，优选地5至50微米，并且更优选地10至25微米的范围内。
在一个实施例中，用等量甲苯稀释的DuPont丙烯酸粘合剂68040溶液(来自E.I.du Pont de Nemours and Company)被刷涂至阻燃片材的一个侧面，并且在室温下空气干燥。聚合物PVF膜或其它聚合物膜可通过将所述膜放置于干燥的粘合剂层上而被附着，并且通过将它们放置在真空平压机中在约5吨力以及约150℃下持续约5分钟，片材和膜可彼此层压。
含氟聚合物膜和第二聚合物膜优选地在涂覆和层压过程中消除应力并且不收缩。优选地，聚合物膜是高温热稳定的以提供低收缩特性（即在150℃下，30分钟后，在两个方向上的收缩都小于2%）。此外，一种或多种膜层可涂覆在所公开的背板的聚合物膜上以改善所期望的性能，例如介电性能或阻氧或防潮层性能。例如，当涂覆至聚合物膜表面时，如美国专利6,521,825和6,818,819中所公开的金属氧化物涂层可作为阻氧和防潮层。
金属箔层，诸如铝箔，可另外掺入到背板中。如果需要，也可在阻燃背板中掺入非织造玻璃纤维（稀松布）层。
在一个优选的背板中，阻燃片材层压在聚合物膜层之间。例如，如图2所示，背板20包括阻燃片材层24，所述片材层包含结晶矿物质硅酸盐薄片颗粒，如上所述，其层压在聚合物膜层22和26之间。在一个优选实施例中，聚合物膜层22和26中的每一个都是含氟聚合物膜诸如PVF膜。在另外一个优选的实施例中，向外的聚合物膜层22为含氟聚合物膜诸如PVF膜，而另一个附着至光伏组件的包封层18的聚合物膜层由另外一种聚合物构成，所述另外一种聚合物可同时附着至包封层18和阻燃膜片材24二者。例如，聚合物膜层26可为聚酯膜如PET膜，其为光伏组件背板贡献了良好的防潮层性能。
背板20通常经由粘合层（未示出）粘合至光伏组件的包封层18(图1所示)。如果包封层包含乙烯-醋酸乙烯共聚物，用于形成粘合层的合适的材料为乙烯共聚物材料，所述乙烯共聚物材料可选自：
乙烯-C1-4甲基丙烯酸烷基酯共聚物和乙烯-C1-4丙烯酸烷基酯共聚物，例如乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸丙酯共聚物、乙烯-丙烯酸丙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、以及它们中的两种或更多种共聚物的混合物，其中源于乙烯的共聚物单元按各种共聚物的总重量计占50%-99%，优选地占70%-95%；
乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、以及它们的共混物，其中源于乙烯的共聚物单元按各种共聚物的总重量计占50-99%，优选地占70-95%；
乙烯-马来酸酐共聚物，其中源于乙烯的共聚物单元按所述共聚物的总重量计占50-99%，优选地占70-95%；
乙烯与至少两个选自C1-4甲基丙烯酸烷基酯、C1-4丙烯酸烷基酯、乙烯-甲基丙烯酸、乙烯-丙烯酸和乙烯-马来酸酐的共聚单体形成的多元聚合物的非限制性例子包括例如乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸的三元共聚物（其中源于丙烯酸甲酯的共聚物单元按重量计占2-30%，并且源于甲基丙烯酸的共聚物单元按重量计占1-30%）、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸的三元共聚物（其中源于丙烯酸丁酯的共聚物单元按重量计占2-30%，并且源于甲基丙烯酸的共聚物单元按重量计占1-30%）、乙烯-甲基丙烯酸丙酯-丙烯酸的三元共聚物（其中源于甲基丙烯酸丙酯的共聚物单元按重量计占2-30%，并且源于丙烯酸的共聚物单元按重量计占1-30%）、乙烯-丙烯酸甲酯-丙烯酸的三元共聚物（其中源于丙烯酸甲酯的共聚物单元按重量计占2-30%，并且源于丙烯酸的共聚物单元按重量计占1-30%）、乙烯-丙烯酸甲酯-马来酸酐的三元共聚物（其中源于丙烯酸甲酯的共聚物单元按重量计占2-30%，并且源于马来酸酐的共聚物单元按重量计占0.2-10%）、乙烯-丙烯酸丁酯-马来酸酐的三元共聚物（其中源于丙烯酸丁酯的共聚物单元按重量计占2-30%，并且源于马来酸酐的共聚物单元按重量计占0.2-10%）、以及乙烯-丙烯酸-马来酸酐的三元共聚物（其中源于丙烯酸的共聚物单元按重量计占2-30%，并且源于马来酸酐的共聚物单元按重量计占0.2-10%）；
通过乙烯和甲基丙烯酸缩水甘油酯与至少一种共聚单体形成的共聚物，所述共聚单体选自：C1-4甲基丙烯酸烷基酯、C1-4丙烯酸烷基酯、乙烯-甲基丙烯酸、乙烯-丙烯酸和乙烯-马来酸酐，所述共聚物的非限制性例子包括例如乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元共聚物，其中源于丙烯酸丁酯的共聚物单元按重量计占2-30%，并且源于甲基丙烯酸缩水甘油酯的共聚物单元按重量计占1-15%；
以及两种或更多种上述材料的共混物。
适合粘合背板和包封层的粘合层的厚度可为10至400微米，优选40至200微米。粘合层可包含多种类型的粘合剂。合适的非限制性例子为光稳定剂、热稳定剂、紫外线稳定剂、抗氧化剂、防滑剂、反光剂、和颜料。对粘合层中添加剂的含量无具体限制，条件是添加剂对粘合层或最终粘合特性不会产生不利的影响。
可使用本领域已知的任何方法将粘合层粘合至背板。合适的粘合方法的非限制性例子包括例如在挤出机中熔融合适的共聚物，然后通过挤出机模具挤出将熔体涂覆至背板表面，或者将粘合层用粘合剂附着至背板。
光伏组件的包封层14和18通常由乙烯甲基丙烯酸和乙烯丙烯酸、由其衍生的离聚物、或它们的组合物构成。此类包封层还可为膜或片材，所述膜或片材包含聚(乙烯醇缩丁醛)(PVB)、乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)、聚乙烯醇缩醛、聚氨酯(PU)、线性低密度聚乙烯、聚烯烃嵌段弹性体、乙烯-丙烯酸酯共聚物例如乙烯-丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、离聚物、硅氧烷聚合物和环氧树脂。如本文所用，术语“离聚物”是指含有来源于乙烯/丙烯酸或甲基丙烯酸共聚物的共价键和离子键二者的热塑性树脂。在一些实施例中，可以使用由乙烯-甲基丙烯酸共聚物或乙烯-丙烯酸共聚物与无机碱发生部分中和而形成的单体，其中所述无机碱具有元素周期表中I族、II族或III族的元素的阳离子，值得注意的是可使用钠、锌、铝、锂、镁和钡。术语“离聚物”和由其确定的树脂在本领中为人们所熟知，这一点由Richard W.Rees,“Ionic Bonding In Thermoplastic Resins”,DuPont Innovation,1971,2(2),1-4页，和Richard W.Rees,“Physical30Properties And Structural Features Of Surlyn Ionomer Resins”,Polyelectrolytes,1976,C,177-197所佐证。其它合适的离聚物在欧洲EP1781735中有进一步描述。包封层通常具有大于或等于20密耳(508微米)的厚度。包封层还可包含任何本领域已知的添加剂。此类示例性添加剂包括但不限于：增塑剂、加工助剂、助流添加剂、润滑剂、颜料、染料、阻燃剂、抗冲改性剂、提高结晶度的成核剂、抗粘连剂诸如二氧化硅、热稳定剂、受阻胺光稳定剂（HALS）、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、粘合剂、底漆、增强剂诸如玻璃纤维、填料等。
光伏电池层16(也被称为活性层)由种类日益增加的材料制造。在本发明范围内，太阳能电池旨在包括可以将光能转化为电能的任何制品。各种形式的太阳能电池的典型例子包括例如单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、微晶硅太阳能电池、基于非晶硅的太阳能电池、二硒化铟（镓）铜太阳能电池、碲化镉太阳能电池、半导体化合物太阳能电池、染料敏化太阳能电池等。最常见的太阳能电池类型包括多晶太阳能电池、薄膜太阳能电池、半导体化合物太阳能电池和非晶硅太阳能电池，这是由于它们的制造成本相对较低从而可制造大型太阳能电池。薄膜太阳能电池通常通过将若干薄膜层沉积到基板诸如玻璃或柔性膜上来制备，并使各层图案化，从而形成多个单个电池，这些单个电池电互连在一起以提供合适的电压输出。根据多层沉积进行的顺序，基板可以充当太阳能电池组件的后表面或前窗口。
光伏组件还可包括一种或多种片材层或膜层以作为透光基板12（也被称为顶板的入射层）。透光层12可由玻璃或塑料片材，诸如聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃（诸如乙烯降冰片聚合物）、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物等、以及它们的组合构成。玻璃最常用作光伏太阳能组件的入射层。术语“玻璃”旨在不仅包括窗玻璃、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，而且还包括彩色玻璃、含有控制例如太阳能加热的成分的特种玻璃、为日照控制目的用例如溅射金属如银或铟氧化锡涂覆的镀膜玻璃、E-玻璃、Toroglass、
Figure BDA00003355967700131
玻璃（Solutia的产品)等。具体层压板所选择的玻璃类型取决于预期用途。
现在公开具有所公开的阻燃背板的光伏组件的制造方法。光伏组件可通过高压釜或非高压釜工艺生产。例如，上述光伏组件构建体可在真空层压机内叠合，并在真空受热和标准大气压或高压条件下层压在一起。在一个示例性方法中，在受热和加压以及真空（例如在约27-28英寸(689-711mm)汞柱的范围内）的条件下将玻璃片材、顶板包封层、光伏电池层、背板包封层和阻燃背板层压在一起以除去空气。优选地，玻璃片材经过洗涤和干燥。典型的玻璃类型为90密耳厚的退火低铁玻璃。在一个示例性方法中，将本发明的层压体组件置于能够承受真空的袋子（“真空袋”）中，用真空管或可将袋子抽成真空的其它装置抽出袋中空气，在保持真空的同时密封袋子，将密封袋放入温度为约120℃至约180℃，压力为约200psi（约15巴）的高压釜中约10至约50分钟。优选地，所述袋子在约120℃至约160℃的温度下被压热20分钟至约45分钟。更优选地，所述袋子在约135℃至约160℃的温度下被压热约20分钟至约40分钟。
通过压料辊工艺可以除去层压体组件内存留的空气。例如，可以将层压体组件在烘箱内加热约30分钟，烘箱温度为约80℃至约120℃，或优选地介于约90℃和约100℃之间。此后，经加热的层压体组件通过一组压料辊，使得光伏组件外层、光伏电池层和包封层空隙间内的空气被挤压出去，并且组件边缘被密封。该工艺可提供最终的光伏组件层压体或者可提供所谓的预压组件，取决于构造的材料和确切的使用条件。
然后，可将预压组件置于空气高压釜中，高压釜的温度升至约120℃至约160℃，或优选地介于约135℃和约160℃之间，并且压力升至介于约100psig和约300psig之间，或优选地约200psig（14.3巴）。将这些条件保持约15分钟至约1小时，或优选地，约20至约50分钟，然后在没有更多空气进入高压釜的情况下使空气冷却。冷却约20分钟之后，释放掉多余的空气压力，并从高压釜中取出光伏组件层压体。所述方法不应被理解为是限制性的。基本上，本领域内已知的任何层压方法都可用来生产本文所公开的阻燃光伏组件。
如果需要，光伏组件的边缘可通过本领域内任何已知的手段密封以减弱水分和空气的入侵。此类水分和空气的入侵会降低光伏组件的效率和寿命。合适的封边材料包括但不限于丁基橡胶、聚硫化物、硅氧烷、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。
实例
下列实例旨在举例说明本发明，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
实例的阻燃片材结构如下所述。
实例1
柔性云母片材以产品编号PB5161得自PAMICA Electric Material(Hubei)Co.,Ltd.(Xianning,China)。所述云母片材由以所述片材的重量计90重量%的白云母构成，并且所述片材用以其重量计8重量%的耐高温有机硅树脂浸渍。所述片材的平均密度为1.9g/cm3，并且基重为约381g/m2。所述片材厚度为7.9密耳(201微米)。
实例2
柔性云母片材以产品编号PJ5161得自PAMICA Electric Material(Hubei)Co.,Ltd.(Xianning,China)。所述云母片材由以所述片材的重量计90重量%的金云母构成，并且所述片材用以其重量计8重量%的耐高温有机硅树脂浸渍。所述片材的平均密度为1.9g/cm3并且基重为约381g/m2。所述片材厚度为7.9密耳(201微米)。
实例3
柔性玻璃背衬的云母片材以产品编号S140G32得自PAMICA ElectricMaterial(Hubei)Co.,Ltd.(Xianning,China)。所述云母片材由以所述片材的重量计90重量%的云母构成，并且所述片材用以其重量计8重量%的耐高温有机硅树脂浸渍。基重为约195g/m2。所述片材厚度为5.8密耳(147微米)。
实例4和5
适量的MicroLite HTS(W.R.Grace & Co)含水的片状脱落的蛭石分散体在乙酸纤维素膜上拉伸以提供厚度约40密耳(1.02mm)的蛭石湿膜。所述湿膜在室温下干燥过夜，然后第二晚在烘箱内120℃下干燥以除去残余水分。得到4.5密耳(114微米)(Ex.4)和5密耳(127微米)(Ex.5)厚度的干膜并用于进一步测试。所述乙酸纤维素膜从蛭石片材上除去。
实例6
具有约50重量%云母颗粒的芳族聚酰胺纸材
Figure BDA00003355967700151
418得自E.I.duPont de Nemours and Company（Wilmington,Delaware）。所述片材厚度为3密耳(76微米)。
实例7
具有约50重量%云母颗粒的芳族聚酰胺纸材418得自E.I.duPont de Nemours and Company（Wilmington,Delaware）。所述片材厚度为5密耳(127微米)。
背板构造
实例1-7的阻燃片材剪裁样品用DuPont68040丙烯酸(E.I.du Pont deNemours and Company,Wilmington,Delaware)粘合剂溶液涂覆，该粘合剂溶液用等量甲苯稀释。用泡沫刷在剪裁样品的一个侧面均匀刷涂稀释的粘合剂溶液，随后室温下空气干燥1.5小时，然后轻翻所述片材样品，并且用稀释的丙烯酸粘合剂溶液刷涂另一个侧面，随后干燥，完成涂覆。经粘合剂涂覆的样品然后被放置在1密耳(25微米）厚的信纸尺寸的聚氟乙烯膜
Figure BDA00003355967700152
WP10BH9PVF(E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,Delaware)和
Figure BDA00003355967700153
膜经处理的面向粘合剂的一面之间（下文称为TXT构造），然后在Tetrahedron20吨真空平压机中在5吨力、150℃下层压5分钟(压机叠合-SS板/20密耳DuofoilTM/TXT/20密耳DuofoilTM/SS板)。得到的层压TXT样品通常剪裁至20cm×20cm的尺寸以用于测试。
比较例1
1.5密耳(38微米)厚
Figure BDA00003355967700161
聚氟乙烯膜/5密耳(127微米)厚聚对苯二甲酸乙二酯/1.5密耳(38微米)厚
Figure BDA00003355967700162
聚氟乙烯的对照样品层压体得自Krempel GmbH(Germany)。
微型组件
微型PV组件构造如下：每个均具有由根据实例1、2、3、6和7以及比较例1制备的TXT样品之一构成的背板。组件叠合如下：玻璃基板/EVA片材/太阳能电池/EVA片材/TXT样品。玻璃基板为常规的前侧面PV组件玻璃基板，厚约1/8英寸(3.2mm)并且面积约7英寸×7英寸(17.8cm×17.8cm)。两种EVA片材均为18密耳(457微米)厚EVA片材，剪裁至所述玻璃的尺寸。所述太阳能电池为常规的61/8英寸×61/8英寸(15.6cm×15.6cm)深蓝色结晶硅晶片。层压在真空平压机中，在约5吨力以及约150℃下进行约5分钟。每个微型组件的面积约为7英寸×7英寸(17.8cm×17.8cm)。
测试
层压TXT样品和微型组件的燃烧测试在实验室排气罩下通过专门组装的一套测试装置进行(图3所示)。双层样品夹持器42和K型热电偶盘48安装在钢环(未示出)上，所述钢环夹持在支架50上。
为了测试，每个TXT样品剪裁至～6×6英寸(15.25cm×15.25cm)以刚好放入双层样品夹持器。将TXT样品40置于样品夹持器42中。样品夹持器安装在钢环上，而热电偶盘在环内部得到支撑/调节以提供和TXT样品背面几毫米的接触。
为了测试，每个微型组件均刚好放入双层样品夹持器。将微型组件置于样品夹持器42中，玻璃一侧在上，其方式与上文对TXT样品40的描述相似。样品夹持器安装在钢环上，而热电偶盘在环内部得到支撑/调节以提供和微型组件背面几毫米的接触。
直径大约2英寸的天然气喷嘴44在TXT样品的上方以约45度角对准TXT样品，并且与TXT样品上方间隔～1英寸(～2.5cm)。
对于微型组件测试，所述2英寸直径的天然气喷嘴44在所述组件的上方以约45度角对准微型组件的玻璃一侧的中心，并且与所述组件上方间隔～1英寸(～2.5cm)。
带有数据采集软件的计算机记录时间和样品温度数据。在测试每个TXT样品或微型组件之前，喷焰器气体流经校准（调节）以在热电偶盘上获得2.0cal/cm2的热通量。使用用2密耳(51微米)不锈钢金属薄片与朝向火焰(威胁)的1密耳(25微米)
Figure BDA00003355967700171
膜制备的初始校正样品来进行校正。在TXT样品或微型组件上进行五分钟的灼烧，并且记录该期间热电偶读数。
燃烧测试后，TXT样品如下评级：
如果TXT样品在五分钟之前从上或下出现裂缝/断裂，测试随即停止，并且样品评级为不合格（F）。
如果TXT样品完成了五分钟的测试，在灼烧终点TXT样品仍在夹持器中时没有明显的裂缝，但从夹持器移除后有微小的裂缝/断裂，它被评级为中等（C）。
如果TXT样品完成了五分钟的测试，在灼烧终点TXT样品仍在夹持器中时没有明显的裂缝，并且从夹持器移除后没有明显的裂缝/断裂，它被评级为良好（A）。
TXT样品评级列于下表1中。认为评级为良好或中等（A或C）的TXT样品是可接受的，评级为良好(A)的那些是优选的。实例1-5和7中的阻燃片材结构得到“A”级，而实例6的片材得到了“C”级。
燃烧测试后，微型组件评级如下：
如果测试期间出现烟雾或者火焰，测试随即停止，并且所述微型组件的评级为不合格（F）。
如果有一些烟雾或滴落，但是没有火焰出现，所述微型组件的评级为中等（C）。
如果测试期间未出现断裂的玻璃，并且所述微型组件从夹持器移除后没有明显的裂缝/断裂，将其评级为良好(A)。
电晕放电
在直流电压应力下用测量固体电绝缘材料的介电击穿的方法测量电晕击穿。根据ASTMD1868。对实例1-7的TXT样品进行了测试。使用HiPotronics Model705-2CF型5kV Corona Free Power Supply和BiddleInstruments Series6627000局部放电检测器测量局部放电起始电压(CIV)和局部放电终止电压(CEV)。被评估的TXT样品膜置于两个黄铜电极之间。样品周围的湿度控制在25%相对湿度，并且温度保持在25℃。从低电压起逐渐增加的测试电压被施加至电极上。以稳定速率增加电压直至发生击穿。电流增加继之以电弧放电时的电压记录为CIV。电压逐渐降低直至击穿停止。电晕放电结束时的电压记录为CEV。电压以“伏”测量。一般来讲，期望600伏或更高电压的CIV。取决于具体应用，低值(例如200伏)是可接受的。实例1-7的每个CIV均远高于600伏。
表1
表1中的数据说明实例中的阻燃背板提供可接受水平的阻燃性和电绝缘性能。

Claims (19)

1.光伏组件用背板，包括：
阻燃片材，所述阻燃片材包含以其重量计40重量%至100重量%的结晶矿物质硅酸盐薄片，所述阻燃片材具有至少75微米的平均厚度；以及
含氟聚合物膜，所述含氟聚合物膜附着至所述阻燃聚合物膜。
2.根据权利要求1所述的背板，其中所述阻燃片材的结晶矿物质硅酸盐薄片选自云母、蛭石、煅烧粘土、二氧化硅、滑石粉、钙硅石、以及它们的组合。
3.根据权利要求1所述的背板，其中所述阻燃片材的所述结晶矿物质硅酸盐薄片为云母颗粒。
4.根据权利要求3所述的背板，其中所述阻燃片材为柔性片材，所述柔性片材由以所述阻燃片材的重量计至少70重量%的云母构成。
5.根据权利要求1所述的背板，其中所述结晶矿物质硅酸盐薄片为蛭石颗粒。
6.根据权利要求5所述的背板，其中所述阻燃片材为柔性片材，所述柔性片材由以所述阻燃片材的重量计至少70重量%的蛭石构成。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的背板，其中所述结晶矿物质硅酸盐薄片具有约1至约500微米的平均直径和约0.01至约2微米的平均厚度，并且其中所述矿物质硅酸盐薄片的平均直径为所述薄片平均厚度的约20至约300倍。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的背板，其中所述阻燃片材还包含无机的支撑稀松布。
9.根据权利要求8所述的背板，其中所述无机的支撑稀松布由玻璃纤维构成。
10.根据权利要求1所述的背板，其中所述阻燃片材为纸材，所述纸材包含在低于280℃的温度下不熔融的聚合物沉析纤维。
11.根据权利要求10所述的背板，其中所述阻燃纸材包含间位芳族聚酰胺沉析纤维和以所述阻燃片材的重量计至少50重量%的结晶矿物质硅酸盐薄片。
12.根据权利要求11所述的背板，其中所述结晶矿物质硅酸盐薄片为云母颗粒，并且其中所述阻燃纸材还包括间位芳族聚酰胺絮状物。
13.根据权利要求10-12中任一项所述的背板，其中所述阻燃聚合物片材的所述聚合物沉析纤维还包含有机阻燃剂，所述有机阻燃剂选自基于磷的阻燃剂、基于磷和卤素的阻燃剂、基于氯的阻燃剂、基于溴的阻燃剂、以及它们的组合。
14.根据权利要求10-12中任一项所述的背板，其中所述阻燃聚合物片材的所述聚合物沉析纤维还包含无机阻燃剂，所述无机阻燃剂选自氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、基于锑的阻燃剂、基于胍的阻燃剂、基于锆的阻燃剂、以及它们的组合。
15.根据权利要求1所述的背板，其中所述阻燃片材具有至少100微米的平均厚度。
16.根据权利要求1所述的背板，其中所述含氟聚合物膜为基本上由含氟聚合物组成的膜，所述含氟聚合物选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、乙烯-四氟乙烯以及它们的组合。
17.根据权利要求1或权利要求16所述的背板，其中所述阻燃片材具有两个相对的侧面，所述第一侧面附着至所述含氟聚合物膜，并且所述第二侧面附着至第二聚合物膜。
18.根据权利要求17所述的背板，其中所述第二聚合物膜为选自含氟聚合物膜和聚酯膜的膜。
19.光伏组件，包括根据权利要求1所述的背板。
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