CN103430320A - 光伏背板层压板、包括光伏背板层压板的光伏模块以及制造光伏背板层压板的方法 - Google Patents

Abstract

提供了光伏背板层压板、包括光伏背板层压板的光伏模块、以及用于制造光伏背板层压板的方法的实施方式。光伏背板层压板包括第一外层压板部分，该第一外层压板部分包括内EVA层、外EVA层和设置在内EVA层和外EVA层之间的着色芯层。该着色芯层具有不同于内EVA层和外EVA层的组成。第二外层压板部分包括耐候性膜。聚合物膜中间层配置在第一和第二外层压板部分之间。

Description

光伏背板层压板、包括光伏背板层压板的光伏模块以及制造光伏背板层压板的方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及和要求2011年2月18日申请的美国临时专利申请61/444，204的所有可获得的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明一般涉及层压板，包含层压板的模块和制造层压板的方法，更具体地涉及光伏背板层压板、包括光伏背板层压板的光伏模块以及制造光伏背板层压板的方法。

背景技术

光伏(PV)模块的特点它们将入射太阳能转换成有用电力的效率。利用晶体硅光伏电池的PV模块已实现约25％或更大的效率。然而，高效的基于晶体的PV电池的生产是困难和昂贵的。为了生产低成本电力，太阳能电池需要以高效率运作。

已经提出了许多技术来提高光伏模块的效率和效力。一种方法是通过用于太阳能电池的保护性光伏背板来增强光的反射。光伏背板通常形成为层压板(1aminate)结构，该结构具有多层聚合物材料包括反射性着色(pigmented)聚合物外层。着色聚合物外层包含大量颜料，以实现所需的反射率水平。PV模块的光伏电池布置在聚合物封装件(encapsulant)中，该聚合物封装件直接结合到反射性着色聚合物外层。然而，由于颜料在反射性着色聚合物外层中的存在，难以在聚合物封装件和反射[生着色聚合物外层之间实现强力的结合。

因此，需要提供一种光伏背板层压板，其强力地结合到光伏模块的聚合物封装件。此外，需要提供一一种制造这种光伏背板层压板的方法。进一步地，本发明的其它期望的特征和特性根据本发明随后的详细描述、所附权利要求书、以及附图和该背景技术部分，将变得显而易见。

发明概要

本文提供了光伏背板层压板、包括光伏背板层压板的光伏模块和制造光伏背板层压板的方法。根据示例性的实施方式，该光伏背板层压板包括第一外层压板部分。第一外层压板部分包括内EVA层、外EVA层和设置在内EVA层和外EVA层之间的着色芯层，该着色芯层具有不同于内EVA层和外EVA层的组成。第二外层压板部分包括耐侯性膜。聚合物膜中间层设置在第一外层压板部分和第二外层压板部分之间。

根据另一示例性实施方式，光伏模块包含EVA封装件。光伏电池设置在EVA封装件中。光伏背板层压板包括第一外层压板部分。第一外层压板部分包括内EVA层、外EVA层和设置在内EVA层和外EVA层之间的着色芯层，该着色芯层具有不同于内EVA层和外EVA层的组成。外EVA层结合到EVA封装件。第二外层压板部分包括耐候性膜。聚合物膜中间层设置在第一外层压板部分和第二外层压板部分之间。

根据另一示例性实施方式，制造光伏背板层压板的方法包括形成第一外层压板部分的步骤。第一外层压板部分包括内EVA层、外EVA层和设置在内EVA层和外EVA层之间的着色芯层，该着色芯层具有不同于内EVA层和外EVA层的组成。聚合物膜中间层层压到内EVA层。包括耐候性膜的第二外层压板部分层压到中间层。

附图简述

本发明的实施方式将在下文结合以下附图进行说明，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1是根据示例性实施方式的光伏模块的分解透视图；

图2是根据示例性实施方式的光伏背板层压板的截面图。

详细说明

下面的详细描述在本质上仅仅是示例性的，并不意在限制本发明或本发明的应用和用途。此外，不受本发明的前述背景技术部分或以下详细说明部分中的任何理论的约束。

本文预期的各种实施方式涉及光伏背板层压板、包含光伏背板层压板的光伏模块及用于制造光伏背板层压板的方法。各种实施方式包括光伏背板层压板，其并入具有布置在聚合物封装件中的光伏电池的光伏模块，该聚合物封装件包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(以下简称“EVA”)。光伏背板层压板包括第一外层压板部分、包括耐候性膜的第二外层压板部分和设置在第一外层压板部分和第二外层压板部分之间的聚合物膜中间层。第一外层压板部分包括内EVA层、外EVA层和设置在内EVA层和外EVA层之间的着色芯层。在一示例性实施方式中，着色芯层包含聚乙烯和颜料。该颜料是不透明颜料，其有效地增加了着色芯层的光密度和反射率。在一示例性实施方式中，内EVA层和外EVA层包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和聚乙烯，且基本上不含颜料。本文所用的术语“基本上不含颜料”意思是，如果存在颜料，其用量不会可测量地增加EVA层的光密度和反射率。优选地，第一外层压板部分通过共挤出工艺或者使着色芯层与内EVA层和外EVA层熔融结合的其他合适的工艺形成为多层膜，。由于内EVA层和外EVA层基本上不含颜料，外EVA层容易与EVA封装件结合。在一示例性实施方式中，由于缺乏颜料，外EVA层具有改进的熔体流动性质，且通过热密封结合工艺和/或层压工艺等与EVA封装件强力结合。

参考图1，提供了光伏模块10的示例性实施方式的分解透视图。光伏模块10包括彼此间隔开的多个光伏电池12，这些光伏电池配置成将入射光，例如入射日光，转变成可输送到例如电池，或借助逆变器输送到电网，的电力。光伏电池12可以是晶体硅太阳能电池或本领域技术人员已知的任何其他类型的太阳能电池。光伏电池12布置在EVA封装件14中，该EVA封装件由上EVA封装片16和下EVA封装片18形成。上和下EVA封装片16和18被结合到一起，例如通过层压工艺或类似工艺，以在片材16和18之间封装光伏电池12。

前玻璃(glass front)20置于上EVA封装片16上，并保护EVA封装剂14免于暴露于环境条件下。前玻璃20和EVA封装件14优选是基本上透明的以允许入射光到达光伏电池12用以转换成电力。

与下EVA封装片18相邻的是光伏背板层压板22。光伏背板层压板22用作保护EVA封装件14的隔板，并且配置成将从光伏电池12之间通过的入射光朝光伏电池12反射回去，以转换成电力。光伏背板层压板22优选耐受与暴露于环境条件有关的分解作用，所述环境条件包括紫外线和日光的其他谱带、热量、水分和电场力。在一示例性实施方式中，光伏背板层压板22被结合到EVA封装件14，例如通过热密封结合工艺或层压工艺，包括辊压层压、真空层压等等。

参考图2，提供了图1示出的光伏背板层压板22的截面图。如图所示，光伏背板层压板22包括第一外层压板部分24、第二外层压板部分26和聚合物膜中间层28，该中间层设置在第一和第二外层压板部分24和26之间。

第一外层压板部分24优选形成为多层膜30，并包括至少三层，该三层包括外EVA层32、内EVA层34和设置在外和内EVA层32和34之间的着色芯层36。外EVA层32用于直接将光伏背板层压板22结合到EVA封装件14，着色芯层36配置为将入射光朝光伏电池12反射回去，内EVA层34用于直接将第一外层压板部分24结合到光伏背板层压板22的剩余部分。在第一外层压板部分24包括多于三层的示例性实施方式中，额外的层位于外EVA层32和着色芯层36之间和/或着色芯层36和内EVA层34之间。

第一外层压板部分24的厚度，优选为约50至约200微米(μn)，更优选为约75至约125μm，最优选约100μm。着色芯层36的厚度是多层膜30总厚度的约20％至约80％。在一实施方式中，外和内EVA层32和34各自的厚度为约25μun，且着色芯层36具有的厚度为约50μm。

外和内EVA层32和34可以具有相同，基本上相似，或显著不同的组成，但EVA层32和34两者都包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，并优选进一步包含聚乙烯。在一示例性实施方式中，外和内EVA层32和34基本上不含有效增加层32和34的光密度和反射率的不透明颜料。优选地，外和内EVA层32和34具有各自占外和内EVA层32和34的约2至约20重量百分比(wt.％)，更优选为约2至约10wt.％，最优选约3至约4wt.％的乙酸乙烯酯含量。外和内EVA层32和34优选包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其含量各自为外和内EVA层32和34的约19至约30wt.％。在外和/或内EVA层32和34进一步包含聚乙烯的示例性实施方式中，聚乙烯在外和/或内EVA层中的存在量各自为约70至约81wt.％。优选的聚乙烯包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯，或它们的混合物。

在一示例性实施方式中，外EVA层32对入射光基本上是透明的，且着色芯层36具有至少约75％的反射率，用于将入射光朝光伏电池12反射回去。着色芯层36具有不同于外和内EVA层32和34两者的组成，其包含聚乙烯和颜料。聚乙烯的优选存在量为着色芯层36的约80至约95wt.％。优选的聚乙烯的实例包括线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、或它们的混合物。颜料可以是任何有效增加着色芯层36的光密度和反射率的不透明颜料。该颜料优选的存在量为着色芯层36的约5至约20wt％，更优选为约10至约14wt％，最优选约12wt％。优选的颜料包括二氧化钛、氧化锌、炭黑、硫酸钡、或它们的混合物，更优选包括白色不透明颜料，如二氧化钛、氧化锌、硫酸钡、或它们的混合物，最优选的包括二氧化钛、氧化锌、或它们的混合物。在一优选的实施方案中，着色芯层36基本上不含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)。本文所用的术语“基本上不含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物”意思是，EVA如果存在，则仅沿着与外和内EVA层32和34的结合界面存在于着色芯层36中。

第一外层压板部分24优选通过共挤出工艺形成。不过，也可以使用本领域技术人员已知的将多个聚合物层熔融结合到一起的其他工艺。在一实例中，第一外层压板部分24通过使用流量板在本领域已知的共挤出聚乙烯吹塑线中形成以形成吹塑膜。该吹塑膜包括外和内EVA层32和34以及着色芯层36。吹塑膜可在内EVA层34侧经过表面处理(例如，电晕，等离子等等)以随后结合到聚合物膜中间层28。在一示例性实施方式中，外EVA层32形成为具有少量(例如小于约1wt％)的过氧化物引发剂。含有过氧化物引发剂的外EVA层32可减少用以在层压工艺或类似工艺期间将外EVA层32结合到EVA封装件14的总层压时间，从而改进用于形成光伏模块10的总制造时间。例如，将外EVA层32结合到EVA封装件14的最终层压步骤的时间在约150度温度下通常可为约15分钟。然而，有了外EVA层32中的过氧化物引发剂，可以更迅速地在外EVA层32和EVA封装件14之间形成强力结合，并且EVA封装件14可以更迅速地固化，使得最终层压步骤的时间在150度的温度下可以为例如约7至约12分钟。.

第二外层26的耐候性膜是介电膜，该介电膜优选包含用于光密度和反射率的不透明颜料，并且可以耐受暴露于环境条件，包括UV和日光的其他谱带、热量、湿气和电场力。第二外层26的厚度优选为约25至约200μm，更优选为约50至约125μn。

在示例性实施方式中，耐候性膜包含含氟聚合物和颜料。优选地，所述含氟聚合物和颜料的存在量分别为第二外层26的约70至约97wt％和约3至约30wt％。优选的含氟聚合物的非限制性实例包括三氟氯乙烯-偏二氟乙烯共聚物(CTFE/VDF)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、氟化乙烯-丙烯共聚物(FEP)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、全氟烷基-四氟乙烯共聚物(PFA)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(TFE/HFP)、六氟丙烯-偏二氟乙烯共聚物(HFP/VDF)、四氟乙烯-丙烯共聚物(TFE/P)、四氟乙烯-全氟甲基醚共聚物(TFE/PFMe)、全氟聚醚、或它们的混合物，最优选的是ECTFE。优选颜料的非限制性实例包括二氧化钛、氧化锌、炭黑、硫酸钡、或它们的混合物，更优选包括白色不透明颜料，如二氧化钛、氧化锌、硫酸钡、或它们的混合物，并最优选包括二氧化钛、氧化锌、或它们的混合物。

聚合物膜中间层28为光伏背板层压板22提供了刚度和强度。在一示例性实施方式中，聚合物膜中间层28为聚酯膜，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)膜，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜。聚合物膜中间层28的厚度优选为约50至约250μm，更优选为约100至约150μm。

在一示例性实施方式中，第一和第二外层压板部分24和26分别通过第一粘结层38和第二粘结层40结合到聚合物膜中间层28。第一和第二粘结层38和40可以由相同类型的粘合剂或不同类型的粘合剂形成。第一和第二粘结层30和40可以由热塑性粘合剂、链延长热固化粘合剂(chain extending thermalcureadhesive)和/或热固性粘合剂形成。用于形成所述第一和第二粘结层的粘合剂的非限制性实例包括丙烯酸类粘合剂、聚(甲基丙烯酸甲酯)粘合剂、氰基丙烯酸酯类粘合剂、环氧系粘合剂、聚氨酯粘合剂、有机硅粘合剂、酚醛(phenolic)粘合剂、聚酰亚胺粘合剂、以及它们的混合物，并且最优选两部分式链延长热固化聚氨酯粘合剂。

在一示例性实施方式中，粘结层38和40的形成包括在将相应表面接触在一起之前，涂覆内EVA层34和/或聚合物膜中间层28的对应表面，及聚合物膜中间层28和/或第二外层压板部分26的对应表面。所述粘合剂可通过任何常规手段涂覆到对应表面，例如喷涂、辊涂、刮涂、幕式涂布、凹版涂布机、或任何允许施涂没有条纹或其它缺陷的均匀涂层的方法。施涂粘合剂到对应表面之后，干燥所涂覆的粘合剂，例如在约50至约80℃的温度下，以在不反应的条件下形成相应的粘结层38和40。第一外层压板部分24、聚合物膜中间层28、第二外层压板部分26、以及粘结层38和40如图2所示那样布置为叠层，并送入本领域已知的层压夹具中。该层压夹具在约120至约175℃的温度下将该叠层压制在一起，固化粘合剂，并形成光伏背板层压板22。

下面是根据示例性实施方式的3层的多层膜外层压板部分的组成配方的实施例，其中每一组分以重量百分比给出。实施例仅用于说明目的，并不意于以任何方式限制所述多层膜外层压板部分的各种实施方式。

实施例——3层的多层膜的组成配方：

外EVA层：

因此，已经对光伏背板层压板、包括光伏背板层压板的光伏模块、用于制造光伏背板层压板的方法进行了描述。各种实施方式包括用于结合到光伏模块中的光伏背板层压板，该光伏模块包括布置在EVA封装件中的光伏电池。光伏背板层压板包括第一外层压板部分、包括耐候性膜的第二外层压板部分和设置在第一和第二外层压板部分之间的聚合物膜中间层。第一外层压板部分包括内EVA层、外EVA层和设置在内EVA层和外EVA层之间的着色芯层。在一示例性实施方式中，着色芯层包含聚乙烯和颜料。该颜料是能有效地增加着色芯层的光密度和反射率的不透明颜料。在一示例性实施方式中，内EVA层和外EVA层包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和聚乙烯并且基本上不含颜料。由于内EVA层和外EVA层基本上不含颜料，外EVA层容易与EVA封装件结合。在示例性实施方式中，外EVA层通过热密封结合工艺和/或层压工艺等强力地结合到EVA封装件，且内EVA层通过粘结层强力地结合到聚合物膜中间层。

虽然在前文的详细描述中给出了至少一个示例性的实施方式，应该理解的是存在数量众多的变型。还应当理解的是，所述一个或多个示例性实施方式仅仅是示例，并且不意于以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，前文的详细描述为本领域的技术人员提供了用于实施本发明的示例性实施方式的方便的路线图，应该理解可以在示例性实施方式中描述的元件的功能和布置中做出各种改变，而不背离所附的权利要求及其法律等同物所限定的本发明的范围。

Claims (10)

1.光伏背板层压板(22)包括：

第一外层压板部分(24)，其包括内EVA层(34)、外EVA层(32)和设置在内和外EVA层(34和32)之间的着色芯层(36)，该着色芯层具有不同于内和外EVA层(34和32)的组成；

第二外层压板部分(26)，其包括耐候性膜；以及

设置在第一和第二外层压板部分(24和26)之间的聚合物膜中间层(28)。

2.根据权利要求1的光伏背板层压板(22)，其中所述内和外EVA层(34和32)包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物和聚乙烯。

3.根据权利要求2的光伏背板层压板(22)，其中，所述内和外EVA层(34和32)具有分别占内和外EVA层(34和32)的约2至约20wt.％的乙酸乙烯酯含量。

4.根据权利要求2的光伏背板层压板(22)，其中，所述内和外EVA层(34和32)包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，其在内和外EVA层(34和32)中的存在量各自为约19至约30wt％。

5.根据权利要求2的光伏背板层压板(22)，其中，所述内和外EVA层(34和32)包含聚乙烯，其在内和外EVA层(34和32)中的存在量各自为约70至约81wt.％。

6.根据权利要求2的光伏背板层压板(22)，其中，所述聚乙烯选自线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、和它们的混合物。

7.根据权利要求1的光伏背板层压板(22)，其中，所述内和外EVA层(34和32)基本上不含颜料。

8.根据权利要求1的光伏背板层压板(22)，其中，所述着色芯层(36)包含颜料，该颜料选自二氧化钛、氧化锌、炭黑、硫酸钡、炭黑、以及它们的混合物。

9.根据权利要求1的光伏背板层压板(22)，其中，所述外EVA层(32)包含过氧化物引发剂。

10.用于制造光伏背板层压板(22)的方法，包括以下步骤：

形成第一外层压板部分(24)，其包括内EVA层(34)、外EVA层(32)和设置在内和外EVA层(34和32)之间的着色芯层(36)，所述着色芯层(36)具有不同于内和外EVA层(34和32)的组成；

将聚合物膜中间层(28)层压到内EVA层(34)；以及

将包括耐候性膜的第二外层压板部分(26)层压到聚合物膜中间层(28)。

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