CN103724778A - 用于太阳能电池模块的集成背板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于太阳能电池模块的集成背板，具体地公开了用于制备所述集成背板的一种聚合物组合物的制备方法，包括：(a)将约3-50重量%的小片无机纳米填料与载体混合物熔融混合形成母料，其中所述母料中包含的所有组分的总重量%合计100重量%，并且其中所述载体混合物包含约5-50重量%的第一离聚物和约50-95重量%的第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物；(b)将约5-40重量%的步骤(a)中获得的母料与聚合物基料熔融混合形成聚合物组合物，其中所述聚合物组合物中包含的所有组分的总重量%合计100重量%，并且其中所述聚合物基料包含第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物，所述第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物与所述第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物)相同或不同。
Description
技术领域
本公开涉及光伏模块用的集成背板。
背景技术
由于太阳能电池提供了可持续能源，因此它们的使用得到快速推广。基于所用的吸光材料，太阳能电池通常可以分成两大类，即块体或晶片类太阳能电池和薄膜太阳能电池。
单晶硅(c-Si)、聚-或多-晶硅(聚-Si或mc-Si)和带硅是形成最常规晶片基太阳能电池时最常用的材料。由晶片类太阳能电池获得的太阳能电池模块经常包括一系列约180至约240μm厚的自载晶片(或电池)，它们被焊接在一起并经电连接。这种太阳能电池板，与导电糊和/或其表面上沉积的连接线的层一起，可以称之为太阳能电池组件。该太阳能电池组件可以被聚合物封装层包封、夹在其间、或者层压在其间。所得结构然后再夹在两个保护外层(即，前板和背板)之间形成耐候性模块。这些保护外层可以由玻璃、金属片或薄膜、或者塑料片或薄膜形成。然而一般说来，面对太阳光的外层需要足够透明以使得光子到达太阳能电池。
封装材料在太阳能电池模块中达到几个重要功能。例如，它们包住太阳能电池材料（它们可能脆或者对物理攻击如磨损敏感）并保护它。此外，在一些太阳能电池模块中封装材料将太阳能电池与模块外层粘合。对耐用、透明、易于加工的封装材料的需求导致了对热塑性聚合物的研究，例如为乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩醛类(例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB))、聚氯化乙烯类、聚乙烯(例如，线性低密度聚乙烯)、α-烯烃和α,β-烯键式不饱和羧酸酯的共聚物(例如，乙烯/丙烯酸甲酯共聚物和乙烯/丙烯酸丁酯共聚物)、和离聚物。
中国专利申请公开CN101823355和PCT专利申请WO2010/101582A1公开了一种用于太阳能电池模块的背板结构，它包括基底层(例如，聚酯或含氟聚合物层)和与基底层的内表面相连的乙烯共聚物连接层。然而，发现当将这种背板结构加入到太阳能电池模块中时，乙烯共聚物基连接层在压力下倾向于蠕变，并因此在使用期间引起分层。仍然需要开发这种用途的抗蠕变乙烯共聚物。
已知向聚合物中加入无机填料可以强化它们的机械性能。例如，PCT专利申请WO2009/059387教导在聚合物中加入页硅酸盐可以改善其抗蠕变性。然而，由于无机填料和聚合物之间的不相容性，仍然需要开发一种新的方法，其中可以改善无机填料与聚合物基料的可混合性，并因此使聚合物的抗蠕变性改善最大化。
发明内容
本公开提供了一种聚合物组合物的制备方法，包括：(a)将3-50重量%的小片无机纳米填料与载体混合物熔融混合形成母料，其中所述母料中包含的所有组分的总重量%合计100重量%，并且其中所述载体混合物包含5-50重量%的第一离聚物和50-95重量%的第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物；和(b)将5-40重量%的步骤(a)中获得的母料与聚合物基料熔融混合形成聚合物组合物，其中所述聚合物组合物中包含的所有组分的总重量%合计100重量%，并且其中所述聚合物基料包含第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物，其中所述第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物与所述第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物)相同或不同。
在该方法的一个实施方式中，第一和第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯各自独立地选自以下组中：乙烯/丙烯酸酯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物。
在该方法的又一实施方式中，在步骤(a)中，基于所得母料的总重量，将3-50重量%，或者5-40重量%，或者8-30重量%的小片无机纳米填料与50-97重量%，或者60-95重量%，或者70-92重量%的载体混合物混合。
在该方法的再一实施方式中，在步骤(a)中，基于载体混合物的总重量，所述载体混合物包含10-40重量%或15-35重量%的第一离聚物和60-90重量%或65-85重量%的第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物。
在该方法的再一实施方式中，在步骤(b)中，基于聚合物组合物的总重量，将5-40重量%，或者10-30重量%，或者15-25重量%的母料与60-95重量%，或者70-90重量%，或者75-85重量%的聚合物基料混合。
在该方法的再一实施方式中，所述聚合物基料还包含与第一离聚物相同或不同的第二离聚物。在这些实施方式中，基于聚合物基料的总重量，该第二离聚物可以不大于35重量%，或者5-30重量%，或者10-30重量%的水平存在于聚合物基料中。
本公开还提供了一种抗蠕变板或薄膜，它是由上述方法获得的聚合物组合物形成的。
本公开还提供了一种多层物品，包括由上述抗蠕变板或薄膜形成的层。
本公开还提供了一种太阳能电池模块，包括太阳能电池层和由上述方法获得的聚合物组合物形成的背封装层，其中(a)所述太阳能电池层包含一个或多个电互连的太阳能电池；(b)所述太阳能电池层具有光接收面和非光接收面；和(c)所述背封装层层压在所述太阳能电池层的非光接收面上。
本公开还提供了一种用于太阳能电池模块的集成背板的制备方法，包括：(i)制备如上所述的聚合物组合物；(ii)提供基底层；和(iii)在所述基底层上挤出涂布所述聚合物组合物获得集成背板。
在该方法的一个实施方式中，所述基底层包含选自以下组中的聚合物材料：聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜类、聚酰胺类、聚氨酯类、丙烯酸树脂、乙酸纤维素类、玻璃纸、聚硅氧烷、聚氯化乙烯类、含氟聚合物、及其两种或多种的组合。
在该方法的又一实施方式中，所述基底层中包含的聚合物材料选自聚酯和含氟聚合物，或者所述基底层中包含的聚合物材料选自聚酯。
本公开还提供了一种太阳能电池模块，包括太阳能电池层和通过如上所述的方法获得的集成背板，其中(a)所述太阳能电池层包含一个或多个电互连的太阳能电池；(b)所述太阳能电池层具有光接收面和非光接收面；和(c)所述集成背板层压在所述太阳能电池层的非光接收面上，并且所述基底层远离太阳能电池层。
在太阳能电池模块的一个实施方式中，所述集成背板直接层压在太阳能电池层上，其间没有放置封装材料。
根据本公开，当一个范围用两个特定端点给出时，应理解该范围包括在这两个特定端点内的任意值和等于或约等于任意这两个端点的任意值。
具体实施方式
本文公开了一种聚合物组合物的制备方法，其中所得聚合物组合物可用于制备抗蠕变性显著改善的板或薄膜。该方法包括步骤：(a)将约3-50重量%的小片无机纳米填料与载体混合物熔融混合形成母料，其中所述母料中包含的所有组分的总重量%合计100重量%，并且其中所述载体混合物包含约5-50重量%的第一离聚物和约50-95重量%的第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物；(b)将约5-40重量%的步骤(a)获得的母料与聚合物基料熔融混合形成聚合物组合物，其中所述聚合物组合物中包含的所有组分的总重量%合计100重量%，并且其中所述聚合物基料包含第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物(它可以与第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物相同或不同)。
所述小片无机纳米填料通常的厚度为约0.3-100nm，在平面方向的长度在约0.01μm～约100μm的范围内。纵横比(长度比厚度)通常为约10～10,000的数量级。小片纳米填料通常包括多个平行层并且相邻层通过廊(galleries)或间隔(spaces)分开。廊或间隔可以含有各种离子将这些相邻层保持在一起。本公开所用的小片无机纳米填料可以是天然存在的或者合成获得的粘土。本公开所用的示例性的天然存在的小片纳米填料，可以包括，但不限于，蒙脱石、云母、皂石、绿坡缕石、锂蒙脱石、蛭石、膨润土、绿脱石、背得石、铬岭石、镁辉石、水羟硅钠石等。本公开所用的示例性的合成小片纳米填料可以包括，但不限于，合成锂蒙脱石(例如可以从美国Southern Clay Products,Inc公司以商标名LaponiteTM获得)、合成云母(例如可以从中国汕头保税区三宝光晶云母科技有限公司获得)、和合成皂石(例如论文“Charge Location Effect on the Hydration Properties of Synthetic Saponiteand Hectorite Saturated by Na+,Ca2+Cations:XRD Investigation”；Karmous MS等人；Applied Clay Science；2009,46,43-50中所述的)。
本公开所用的离聚物是由某些母酸共聚物衍生的。该母酸共聚物是α-烯烃和具有3-8个碳原子的α,β-烯键式不饱和羧酸的共聚物。基于共聚物的总重量，该母酸共聚物通常含有大于或等于约1重量%的α,β-烯键式不饱和羧酸的聚合单元。基于共聚物的总重量，优选，该母酸共聚物含有大于或等于约10重量%，或者约15-25重量%，或者约18-23重量%的α,β-烯键式不饱和羧酸的聚合单元。
本公开所用的α-烯烃可以含有2-10个碳原子。优选，该α-烯烃选自以下组中：乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-庚烯、3-甲基-1-丁烯、4-甲基-1-戊烯，和类似物及其混合物。更优选，该α-烯烃是乙烯。本公开所用的α,β-烯键式不饱和羧酸可以包括，但不限于，丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、马来酸酐、富马酸、单甲基马来酸，及其混合物。优选，α,β-烯键式不饱和羧酸选自以下组中：丙烯酸类、甲基丙烯酸类，及其混合物。
所述母酸共聚物还可以含有其它不饱和共聚单体的聚合单元。所述其它不饱和共聚单体的具体实例包括，但不限于，丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸辛酯、丙烯酸十一烷酯、甲基丙烯酸十一烷酯、丙烯酸十八烷酯、甲基丙烯酸十八烷酯、丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸十二烷酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚(乙二醇)丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚甲基丙烯酸酯、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二丁酯、富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二丁酯、富马酸二薄荷酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、和类似物及其混合物。优选，所述其它不饱和共聚单体选自以下组中：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙酸乙烯酯及其混合物。基于共聚物的总重量，母酸共聚物可以加入，不大于约50重量%，或者不大于约30重量%，或者不大于约20重量%的所述其它不饱和共聚单体的聚合单元。
所述母酸共聚物可以如美国专利3,404,134；5,028,674；6,500,888或6,518,365中公开的方式聚合。
为了获得离聚物，将母酸共聚物用金属离子部分或全部中和。优选，基于离聚共聚物中羧酸酯基的摩尔总数，该母酸共聚物约10-100%，或者约10-50%，或者约20-40%被用金属离子中和。金属离子可以是一价、二价、三价、多价及其混合物。优选的一价金属离子包括，但不限于，钠、钾、锂、银、汞、铜、和类似物及其混合物。优选的二价金属离子包括，但不限于，铍、镁、钙、锶、钡、铜、镉、汞、锡、铅、铁、钴、镍、锌、和类似物及其混合物。优选的三价金属离子包括，但不限于，铝、钪、铁、钇、和类似物及其混合物。优选的多价金属离子包括，但不限于，钛、锆、铪、钒、钽、钨、铬、铈、铁、和类似物及其混合物。优选当金属离子是多价的时，包括配位剂，例如硬脂酸根、油酸根、水杨酸根和酚酸根，如美国专利3,404,134中公开的。更优选，所述金属离子选自以下组中：钠、锂、镁、锌、铝及其混合物。进一步优选，金属离子选自以下组中：钠、锌及其混合物。最优选，金属离子是锌。
本公开所用的合适的离聚物也可以从各种商家商购获得。例如，合适的离聚物可以得自美国E.I.内穆尔杜邦公司（DuPont E.I.du Pont deNemours and Company，下文称作“杜邦”)，商标名为
或者得自美国陶氏化学公司（Dow Chemical Company)，商标名为AMPLIFYTM，或者得自美国埃克森美孚公司（Exxon Mobil Corporation)，商标名为IotekTM。
本公开所用的术语“(甲基)丙烯酸烷基酯”是指丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯，并且本公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物是包含乙烯聚合单元和约6-40重量%的至少一种(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合单元的共聚物。(甲基)丙烯酸烷基酯的烷基部分可以含有1-6或1-4个碳原子，可以选自甲基、乙基、和支化或未支化的丙基、丁基、戊基和己基。示例性的(甲基)丙烯酸烷基酯包括，但不限于，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯和丙烯酸正丁酯。(甲基)丙烯酸烷基酯共聚单体的极性可以通过改变存在于共聚单体内的烷基的相对量和同一性来控制。类似地，可以使用甲基丙烯酸C1-C6烷基酯共聚单体作为共聚单体。这些共聚单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸正丁酯。
本公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以是二元共聚物或较高级别共聚物的形式，例如三元共聚物。当为较高级别共聚物的形式时，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物还可以包含一种或多种其它合适的共聚单体的聚合单元。例如，本公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以为三元共聚物的形式，基于乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物的总重量，还包括低于约5重量%的选自如下的第三共聚单体的聚合单元：丙烯酸类、甲基丙烯酸类及其衍生物。
应理解本公开所用的第一和第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物各自可以是简单的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物的形式或者是任意两种或多种不同的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物的混合物的形式。而且，包含在载体混合物中的第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物和包含在聚合物基料中的第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以相同或不同。“不同”是指这两种共聚物包含不同的共聚单体，或者这两种共聚物包含不同量的相同共聚单体。在某些实施方式中，本公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物选自乙烯/丙烯酸酯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物。在另一实施方式中，本公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物是乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
本公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以使用高压釜或者管式反应器通过聚合物领域公知的工艺制得。例如，该共聚反应可以在高压釜中以连续工艺进行，其中将乙烯、(甲基)丙烯酸烷基酯和任选存在的溶剂如甲醇(参见美国专利5,028,674)与引发剂一起加入到例如美国专利2,897,183中公开的类型的搅拌高压釜中。在另一实施方式中，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以在管式反应器中，按照文章“High Flexibility EMAMade from High Pressure Tubular Process”(Annual TechnicalConference-Society of Plastics Engineers(2002),60th(Vol.2),1832-1836)中所述的步骤制得。在又一实施方式中，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以在高压管式反应器中于升温下沿管另外添加反应物共聚单体获得。在又一实施方式中，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以在一系列高压釜反应器中制得，其中共聚单体的替换是通过多区域添加反应物共聚单体实现的，如美国专利3,350,372；3,756,996或5,532,066中教导的。
本公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物也可以从各种商家商购获得。例如，它们可以得自杜邦，商标名为
AC或
根据本公开，该方法的第一步包括将小片无机纳米填料与至少一种离聚物和第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物的载体混合物熔融混合。该熔融混合工艺可以用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机、开炼机等进行。此外，为了保证纳米填料与载体混合物充分混合，该混合可以在约50-300℃或约80-250℃或约100-250℃的温度下进行。同样根据本公开，在第一熔融混合步骤期间，将约3-50重量%，或者约5-40重量%，或者约8-30重量%的小片无机纳米填料与约50-97重量%，或者约60-95重量%，或者约70-92重量%的载体混合物混合。并且，载体混合物可以包含约5-50重量%，或者约10-40重量%，或者约15-35重量%的第一离聚物，和约50-95重量%，或者约60-90重量%，或者约65-85重量%的第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物。
根据本公开，该方法的第二步包括将母料(由第一熔融混合步骤获得)与包含第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物的聚合物基料或者主要由第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物组成的聚合物基料熔融混合。再次，该熔融混合工艺可以使用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、密炼机、开炼机等进行。此外，为了保证母料与聚合物基料充分混合，该混合可以在约50-300℃或约100-300℃或约100-250℃的温度下进行。同样根据本公开，在该第二熔融混合步骤期间，将约5-40重量%，或者约10-30重量%，或者约15-25重量%的母料(由第一熔融混合步骤获得)与约60-95重量%，或者约70-90重量%，或者约75-85重量%的聚合物基料混合。本公开所用的聚合物基料可以包括第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物或者主要由第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物组成。在某些实施方式中，聚合物基料还可以包含第二离聚物，该第二离聚物与第一离聚物相同或不同。在一个实施方式中，基于聚合物基料的总重量，所述聚合物基料还包含不大于约35重量%，或者约5-30重量%，或者约10-30重量%的第二离聚物。
而且，在这两个熔融混合步骤之一或者二者期间，可以加入一种或多种其它添加剂，前提是基于所得聚合物组合物的总重量，这些其它添加剂以不大于约10重量%的水平存在。并且所述一种或多种其它添加剂可以包括，但不限于，加工助剂、流动强化添加剂、润滑剂、颜料、染料、光学增亮剂、阻燃剂、冲击改性剂、成核剂、防结块剂(例如，二氧化硅)、热稳定剂、受阻胺光稳定剂(HALS)、UV吸收剂、UV稳定剂、分散剂、表面活性剂、螯合剂、偶联剂、粘合剂、引物、增强添加剂(例如，玻璃纤维)、光稳定剂、滑动剂、光反射添加剂及其两种或多种的组合。
本文还公开了由上面公开的方法制得的聚合物组合物形成的薄膜或板。并且正如下面提供的实施例证实的，这些薄膜或板具有非常高的抗蠕变性。
本文公开的薄膜或板可以通过任意合适方法制得。例如，该板或薄膜可以通过溶液浇注或者浸涂形成。优选熔融工艺如浇注薄膜挤出、压塑成型、注射成型、层压、吹膜工艺、挤出涂布、串接熔融挤出涂布、熔融挤出浇注、熔融共挤出浇注、熔融挤出涂布或本领域技术人员已知的任意合适的熔融工艺。
本文还公开了包含一或多层本文公开的抗蠕变薄膜或板的层的层压物品。
该层压物品可以通过任意合适的工艺制得，例如挤出层压、胶粘层压、干层压、湿层压和热层压，等。
在一个实施方式中，层压物品是太阳能电池模块，它包含太阳能电池层和由本文公开的抗蠕变薄膜或板形成的背封装层，并且该背封装层层压在太阳能电池层的背面上。所述太阳能电池模块中包含的太阳能电池层包含一个或多个太阳能电池。太阳能电池包括能够将光转变成电能的任意物品或材料。本公开所用的太阳能电池包括，但不限于，晶片基太阳能电池(例如，c-Si或mc-Si基太阳能电池，如上面背景技术部分所述)和薄膜太阳能电池(例如，a-Si、μc-Si、CdTe、硒化铟铜(CIS)、硒化铜-铟-镓(CIGS)、吸光染料、或有机半导体基太阳能电池，如上面背景技术部分所述)。在太阳能电池层内，优选太阳能电池是电互连的或者以平面排列。此外，太阳能电池层还可以包括电线，例如十字电缆和母线。
太阳能电池层可以具有面对阳光的正面(也称之为正面，并且在实际使用条件下通常面对阳光)和不面对阳光的背面(也称之为背面，并且在实际使用条件下通常背离阳光)。太阳能电池限定在太阳能电池层的正面和背面之间的范围。在太阳能电池模块内，用于设置在太阳能电池层的面对阳光的正面的层压层的所有材料应具有足够的透明度以使足够的阳光达到太阳能电池。用于设置在太阳能电池层的不面对阳光的背面的层压层的材料不需要透明。
在本公开的太阳能电池模块内，将由上面公开的抗蠕变薄膜或板形成的背封装层层压在太阳能电池层的背面上。并且背封装层可以具有约0.025-3mm，或者约0.25-2.3mm，或者约0.38-1.5mm，或者约0.51-1.5mm，或者约0.51-1.14mm的平均总厚度。
太阳能电池模块还可以包括层压在太阳能电池层的正面上的透明前封装层，并且该前封装层可以包括任意合适的聚合物材料，例如酸共聚物、离聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇缩醛类(包括声学级聚乙烯醇缩醛类)、聚氨酯类、聚氯化乙烯类、聚乙烯类(例如，线性低密度聚乙烯类)、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、α-烯烃和α,β-烯键式不饱和羧酸酯类的共聚物)(例如，乙烯/丙烯酸甲酯共聚物和乙烯/丙烯酸丁酯共聚物)、聚硅氧烷弹性体、环氧树脂、及其两种或多种的组合。
太阳能电池模块还可以包括分别在太阳能电池模块的正面和背面上用作模块的最外层的透明前板和/或背板。该透明前板和背板可以由任意合适的板或薄膜形成。合适的板包括，例如，玻璃或塑料板，例如聚碳酸酯类、丙烯酸树脂、聚丙烯酸酯类、环状聚烯烃(例如，乙烯/降冰片烯聚合物)、聚苯乙烯类(优选在有茂金属催化剂的情况下制得的聚苯乙烯类)、聚酰胺类、聚酯、含氟聚合物，或者其两种或多种的组合。此外，金属板，例如铝、钢、镀锌钢或陶瓷板可用于背板中。用作前板和背板的合适的薄膜可以包括聚合物，该聚合物包括，但不限于，聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、聚烯烃(例如，聚丙烯、聚乙烯、和环状聚烯烃)、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯(例如，间同聚苯乙烯)、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜类(例如，聚醚砜、聚砜，等)、聚酰胺类、聚氨酯类、丙烯酸树脂、乙酸纤维素类(例如，乙酸纤维素、三乙酸纤维素，等)、玻璃纸、聚硅氧烷、聚氯化乙烯类(例如，聚偏二氯乙烯)、含氟聚合物(例如，聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物)、及其两种或多种的组合。该聚合物薄膜可以不经取向，或者单轴取向，或者双轴取向。
可用于太阳能电池模块外层(例如，前板和/或背板)的薄膜的具体实例包括，但不限于，聚酯薄膜(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜)、含氟聚合物薄膜(例如，得自杜邦的
和薄膜)。也可以将金属薄膜，例如铝箔，用作背板。而且用于太阳能电池模块外层的薄膜可以为多层薄膜的形式，例如含氟聚合物/聚酯/含氟聚合物多层薄膜(例如，
或TPT层压薄膜，可得自奥地利的IsovoltaAG公司或得自美国马迪可公司（Madico)。
太阳能电池模块还可以包括嵌入该模块内的其它功能薄膜或板层(例如，介电层或屏障层)。这些功能层可以包括任意上述的聚合物薄膜或涂布有其它功能涂层的那些。例如，涂布有金属氧化物涂层的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)薄膜，例如美国专利6,521,825、6,818,819或欧洲专利1182710中所述的，可以在层压板中起氧和水分屏障层的作用。
如果需要，在太阳能电池层和包封剂层之间也可以包括非机织玻璃纤维(稀松布scrim)层以利于在层压过程中脱气和/或用作包封剂的强化。这种稀松布层的使用，例如，描述在美国专利5,583,057；6,075,202；6,204,443；6,320,115；6,323,416或欧洲专利0769818中。
而且，加入到太阳能电池模块中的前板、背板、前封装层、背封装层、和任意其它层的一个或两个表面可以任选经过任意合适的粘合强化处理。该粘合强化处理可以是本领域已知的任意形式并包括火焰处理(参见，例如，美国专利2,632,921；2,648,097；2,683,894；或2,704,382)、等离子体处理(参见例如，美国专利4,732,814)、电子束处理、氧化处理、电晕放电处理、化学处理、铬酸处理、热空气处理、臭氧处理、紫外光处理、喷砂处理、溶剂处理、及其两种或多种的组合。
本文还公开了一种用于太阳能电池模块的集成背板的制备方法，包括将上面公开的聚合物组合物直接挤出涂布到基底层上形成集成背板。为了改善基底层和抗蠕变层之间的结合强度，优选挤出温度设定在200-350℃或270-330℃。
本公开所用的基底层可以由任意合适的聚合物组合物形成。这种合适的聚合物组合物可以包括一种或多种聚合物材料，该聚合物材料包括，但不限于，聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、聚烯烃(例如，聚丙烯、聚乙烯和环状聚烯烃)、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯(例如，间同聚苯乙烯)、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜类(例如，聚醚砜、聚砜，等)、聚酰胺类、聚氨酯类、丙烯酸树脂、乙酸纤维素类(例如，乙酸纤维素、三乙酸纤维素，等)、玻璃纸、聚硅氧烷、聚氯化乙烯类(例如，聚偏二氯乙烯)、含氟聚合物(例如，聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物)、及其两种或多种的组合。在一个实施方式中，基底层由选自聚酯和含氟聚合物的聚合物材料形成。在另一实施方式中，基底层为多层形式并且与抗蠕变薄膜层接触的表面层由选自聚酯和含氟聚合物的聚合物材料形成。
而且，在太阳能电池模块内，集成背板层压在太阳能电池层的背面上，抗蠕变层与太阳能电池层相邻。优选，集成背板的抗蠕变层直接与太阳能电池层结合，没有任意其它封装材料。在这种实施方式中，抗蠕变层用作背封装层。
根据本公开，在太阳能电池模块内，集成背板的平均总厚度为约8-1000μm，或者约50-600μm，或者约100-400μm，而抗蠕变层的平均厚度为约10-400μm或约40-200μm。
实施例
材料:
·ION：由乙烯/甲基丙烯酸共聚物获得的离聚物，包含15重量%的甲基丙烯酸的聚合单元并且22%用Zn2+中和；
·ECP-1：乙烯/丙烯酸甲酯共聚物，包含20重量%的共聚合的丙烯酸甲酯并且密度为0.94g/cm3，熔体流动速率(MFR)为8.0g/10min，熔点92℃；
·ECP-2：乙烯/丙烯酸甲酯共聚物，包含9重量%的丙烯酸甲酯的聚合单元，密度为0.93g/cm3，MFR为6.0g/10min，熔点为101℃；
·云母：500目云母，由中国中久科技（上海）有限公司，现为美国VWR国际有限公司的一部分制造；
·MMT：用二甲基二氢化牛脂铵改性的有机-粘土，从中国浙江丰虹新材料股份有限公司获得，等级数DK4；
·SS：合成层化硅酸盐，由Southern Clay Products,Inc制造，商标名LaponiteTM。
对比实施例CE1-CE4和实施例E1-E6
首先，使用双螺杆挤出机(由美国赛默飞世尔科技公司（Thermo FisherScientific Inc.)制造，型号为Prism Eurolab 16)将填料(例如，SS、云母或者MMT)与ECP-1和/或ION熔融混合，制得填料/聚合物母料(MB1-MB8，如表1所列)。将机筒温度设定为60℃、120℃、180℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃、200℃和200℃，模口温度设定为200℃，螺杆速度设定为350rpm，输出量设定为3kg/小时。
进一步，在CE1和E1-E6各自中，使用双螺杆挤出机(由日本东芝机械股份有限公司（Toshiba Kikai K.K.)制造，型号为TEM-35B)将2.2kg的母料与6.2kg ECP-2和1.6kg ION熔融混合，制得树脂组合物。机筒温度设定在水冷却、180℃、200℃、200℃和200℃，模口温度设定在200℃，螺杆速度设定在200rpm，输出量设定在20kg/小时。使用与上面相同的双螺杆挤出机将1.21kg ECP-1与6.2kg ECP-2熔融混合，制得CE2的组合物。在该组合物中未加入填料/聚合物母料。使用与上面相同的双螺杆挤出机将2.2kg MB2与7.8kg ECP-2熔融混合，制得CE3的组合物。使用与上面相同的双螺杆挤出机，将5.5kg SS、1.21kg ECP-1、2.04kg ION和6.2kg ECP-2直接熔融混合，制得CE4的组合物。
之后，在CE1-CE4和E1-E6各自中，使用迷你型注射成型机(由赛默飞世尔科技公司制造，型号为HAAKE MiniJet II)将这些树脂组合物注射成型，制得1mm的厚薄膜。熔融温度设定在200℃，模具温度设定在40℃，注射压力设定在320kgf/c，后压设定在800kgf/c。
最后，使用动力学机械分析仪(由美国TA仪器（TA Instruments)制造，型号为Q800)测定如此在各种条件下获得的薄膜的拉伸应变。简言之，首先将这些1mm厚的薄膜切割成约0.5mm宽的膜带，然后在60℃下调理5分钟然后测定（在60℃下进行）。之后，将这些膜带夹持在间隔10mm的两个夹子之间并经受0.5MPa的拉伸应力持续约10分钟，然后经过约20分钟的恢复期。然后获得拉伸应变量度并记录为表2中的“拉伸应变0.5MPa”。接着，使这些膜带再经受1MPa的拉伸应力持续约10分钟，然后经过约20分钟的恢复期，然后获得拉伸应变量度并记录为表2中的“拉伸应变1MPa”。最后，使这些膜带再经受2MPa的拉伸应力持续约10分钟，然后经过约20分钟的恢复期。然后获得拉伸应变量度并记录为表2中的“拉伸应变2MPa”。拉伸应变越小，则抗蠕变性越好。
结果证实，与由没有纳米填料的树脂组合物形成的薄膜(CE1和CE2)相比，在树脂组合物中加入纳米填料可以改善含有相同组分的薄膜的抗蠕变性。然而，如果将纳米填料直接熔融混合到聚合物基料中而不使用载体混合物的话(CE4)或者如果在载体混合物中不含离聚物的话(CE3)，这种改善是有限的。仅仅当纳米填料经过含有离聚物的载体熔融混合到聚合物基料中时(E1-E6)，所得树脂组合物才能用于形成抗蠕变性显著提高的薄膜。
表1
| MB1 | MB2 | MB3 | MB4 | MB5 | MB6 | MB7 | MB8 | |
| ECP-1(重量%) | 73 | 75 | 55 | 66 | 55 | 66 | 55 | 66 |
| ION(重量%) | 27 | - | 20 | 24 | 20 | 24 | 20 | 24 |
| SS(重量%) | - | 25 | 25 | 10 | - | - | - | - |
| MMT(重量%) | - | - | - | - | 25 | 10 | - | - |
| 云母(重量%) | - | - | - | - | - | - | 25 | 10 |
| 合计(重量%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
表2
*n/a：在该拉伸应力下膜带破损，因此不能测定。
对比实施例CE5和实施例E7-E12
按照与上面相同的加工条件，在CE5和E7-E12各自中，使用双螺杆挤出机，将1.1kg的母料与7kg ECP-2和1.9kg ION熔融混合，制得树脂组合物。然后，通过注射成型CE5和E7-E12中的树脂组合物制得1mm厚的薄膜。
而且，如上所述，测定由此获得的薄膜的拉伸应变并记录在表3。
表3
Claims (15)
1.聚合物组合物的制备方法，包括：
(a)将3-50重量%的小片无机纳米填料与载体混合物熔融混合形成母料，其中所述母料中包含的所有组分的总重量%合计100重量%，并且其中所述载体混合物包含5-50重量%的第一离聚物和50-95重量%的第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物；和
(b)将5-40重量%的步骤(a)中获得的母料与聚合物基料熔融混合形成聚合物组合物，其中所述聚合物组合物中包含的所有组分的总重量%合计100重量%，并且其中所述聚合物基料包含第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物，所述第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物与所述第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物相同或不同。
2.如权利要求1所述的方法，其中第一和第二乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯各自独立地选自以下组中：乙烯/丙烯酸酯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中在步骤(a)中，基于所得母料的总重量，将3-50重量%，或者5-40重量%，或者8-30重量%的小片无机纳米填料与50-97重量%，或者60-95重量%，或者70-92重量%的载体混合物混合。
4.如权利要求3所述的方法，其中在步骤(a)中，基于载体混合物的总重量，所述载体混合物包含10-40重量%或15-35重量%的第一离聚物和60-90重量%或65-85重量%的第一乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物。
5.如权利要求1-4任一项所述的方法，其中在步骤(b)中，基于聚合物组合物的总重量，将5-40重量%，或者10-30重量%，或者15-25重量%的母料与60-95重量%，或者70-90重量%，或者75-85重量%的聚合物基料混合。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其中所述聚合物基料还包含与第一离聚物相同或不同的第二离聚物。
7.如权利要求6所述的方法，其中基于聚合物基料的总重量，所述第二离聚物以不大于35重量%，或者5-30重量%，或者10-30重量%的水平存在于聚合物基料中。
8.一种抗蠕变板或薄膜，由如权利要求1-7任一项所述的方法获得的聚合物组合物形成。
9.一种多层物品，其包含由权利要求8所述的抗蠕变板或薄膜形成的层。
10.一种太阳能电池模块，其包括太阳能电池层和由如权利要求1-7任一项所述的方法获得的聚合物组合物形成的背封装层，其中(a)所述太阳能电池层包含一个或多个电互连的太阳能电池；(b)所述太阳能电池层具有光接收面和非光接收面；和(c)所述背封装层层压在所述太阳能电池层的非光接收面上。
11.一种用于制备太阳能电池模块的集成背板的方法，包括：
(i)如权利要求1-7任一项所述制备聚合物组合物；
(ii)提供基底层；
(iii)在所述基底层上挤出涂布所述聚合物组合物获得集成背板。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述基底层包含选自以下组中的聚合物材料：聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜类、聚酰胺类、聚氨酯类、丙烯酸树脂、乙酸纤维素类、玻璃纸、聚硅氧烷、聚(氯化乙烯类)、含氟聚合物、及其两种或多种的组合。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述基底层中包含的聚合物材料选自聚酯和含氟聚合物，或者所述基底层中包含的聚合物材料选自聚酯。
14.一种太阳能电池模块，其包括：太阳能电池层和如权利要求11-13任一项所述的方法获得的集成背板，其中(a)所述太阳能电池层包含一个或多个电互连的太阳能电池；(b)所述太阳能电池层具有光接收面和非光接收面；和(c)所述集成背板层压在所述太阳能电池层的非光接收面上，并且所述基底层远离太阳能电池层。
15.如权利要求16所述的太阳能电池模块，其中所述集成背板直接层压在太阳能电池层上，其间没有放置封装材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| AD01 | Patent right deemed abandoned |
Effective date of abandoning: 20170111 |
|
| AD01 | Patent right deemed abandoned |