CN106471628A - 用于太阳能电池模块的单‑背板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及通过熔融挤出聚合物组合物得到的太阳能电池模块背衬单层，所述聚合物组合物包含：(a)聚酰胺，(b)弹性体和(c)含有与所述聚酰胺化学键合和/或物理相互作用的基团的弹性体，且其中所述弹性体构成所述聚合物组合物的连续相且所述聚酰胺构成所述聚合物组合物的分散相，其特征在于：所述聚合物组合物包含(所述聚合物组合物中存在的聚酰胺(a)以及弹性体(b)和(c)的总重量的)10‑50wt.％的所述聚酰胺(a)以及50‑90wt.％的所述弹性体(b)和(c)。
Description
本发明涉及用于太阳能电池模块的背板。本发明还涉及包含所述背板的太阳能电池模块。此外，本发明涉及可用来生产太阳能电池模块用的背板的聚合物组合物。
太阳能模块或光伏模块用来从日光产生电能并且由含太阳能电池系统作为芯层的层压体构成。这种芯层(本文中也称为太阳能电池层)被包封材料包封，该包封材料起防止受机械和气候引起的影响的作用。这些包封材料可以由一层或多层塑料膜和/或塑料复合材料构成。
由于太阳能电池提供可持续能源，所以其使用迅速扩展。较传统的太阳能电池是晶片基太阳能电池。
单晶硅(c-Si)、多晶硅(poly-Si或mc-Si)和带状硅是最常用来形成较传统的晶片基太阳能电池的材料。源自晶片基太阳能电池的太阳能模块往往包含一系列焊接在一起的自支撑晶片(或电池)。晶片的厚度通常为约180μm-约240μm。这种太阳能电池板被称为太阳能电池层，其还可包含电线，例如连接各个电池单元的交叉带和一端连接电池、另一端伸出模块的汇流线。然后将太阳能电池层进一步层压到包封材料层(一层或多层)和保护层(一层或多层)上以形成可以使用至少20年的抗风化模块。一般而言，按照从前朝阳面到后非朝阳面的位置顺序，源自晶片基太阳能电池的太阳能电池模块包括：(1)透明板(代表前板)、(2)前包封层、(3)太阳能电池层、(4)后包封层、和(5)背衬层(或背板，代表模块的后保护层)。
用于太阳能电池模块中的包封层被设计用于包封和保护易碎的太阳能电池。用于太阳能电池包封层的合适的聚合物材料通常具有以下特性的组合，诸如高抗冲击性、高耐穿透性、良好的耐紫外线(UV)性、良好的长期热稳定性、对玻璃和/或其他刚性聚合物片材具有足够的粘附强度、高防潮性以及良好的长期耐侯性。目前，乙烯/乙酸乙烯酯共聚物是业内应用最广泛的包封材料且聚氟乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯是业内应用最广泛的背板材料。
当太阳能电池模块用于本领域时，已发现如果包封片材和背板未密封严密，则水分易于进入模块并导致分层。因此，仍然需要开发包封材料和背板材料，其对彼此的粘附性极佳，并从而改善太阳能电池模块的耐侯性。
现有技术通常提供多层背板且所述背板粘附到后包封层，与现有技术相比，本发明的目标是确定合适的材料，所述材料可用来生产用于太阳能电池模块的单层，所述单层将被用作与太阳能电池的下侧相连的背衬层。在本发明中，背衬单层将后包封层和背板的功能整合在一层中且将被用作太阳能电池模块的后层。
通过熔融挤出下述聚合物组合物得到的或者能够得到的背衬单层，该目标已经得以实现，所述聚合物组合物包含：(a)聚酰胺，(b)弹性体和(c)含有与所述聚酰胺化学键合和/或物理相互作用的基团的弹性体，且其中弹性体构成所述聚合物组合物的连续相且所述聚酰胺构成所述聚合物组合物的分散相，其特征在于：所述聚合物组合物包含(所述聚合物组合物中存在的聚酰胺(a)以及弹性体(b)和(c)的总重量的)10-50wt.％的所述聚酰胺(a)以及50-90wt.％的所述弹性体(b)和(c)。
发明人惊讶地发现，通过熔融挤出所要求保护的聚合物组合物，能够得到适用作太阳能电池模块的后层并整合了后包封层和背板的功能的单层。使用一层而非数层具有一些优点，例如无分层，太阳能电池模块的生产更加简单，这是因为减少了至少一个需要层压的层。另外，在太阳能电池模块的生产期间，水分和/或氧进入后背衬层和后包封层之间的风险降低，因此减低了分层和/或电击穿的风险。
本文提到的弹性体表示杨氏模量(在23℃下根据ISO 527 1A测量)为2Mpa至400MPa的聚合物化合物。优选地，杨氏模量为5-300MP、更优选地5-200MPa、甚至更优选地5-100MPa。当弹性体含有与聚合物组合物中存在的聚酰胺和/或与太阳能电池化学键合或物理相互作用的基团时，其被称为官能化的。
聚合物组合物中存在的与聚酰胺化学键合和/或物理相互作用的基团的量为优选地0.01-5wt.％。当所述基团的含量为(聚合物组合物的总重量的)0.025-2wt.％、更优选地0.05-2wt.％时，通过获得最好的结果。聚合物组合物中非官能化的弹性体与官能化的弹性体的重量比可在宽广范围内变化且部分取决于聚酰胺聚合物中的可用反应性基团和弹性体的官能团含量。
聚合物组合物中存在的聚酰胺优选地选自由聚酰胺-6，6、聚酰胺-4，6和聚酰胺-6及其任意混合物组成的组；更优选地聚酰胺是聚酰胺-6。
聚合物组合物的弹性体(b)优选地是乙烯与C3-C12-α-烯烃的共聚物，所述共聚物的密度为0.85-0.93g/cm3且熔体流动指数(ASTM D1238，190℃，2.16kg)为0.5-30g/10min。更优选地，聚合物组合物的弹性体(b)是密度为0.85-0.93g/cm3且熔体流动指数(ASTMD1238，190℃，2.16kg)为0.5-30g/10min的乙烯-辛烯共聚物。甚至更优选地，所述乙烯-辛烯共聚物是在茂金属催化剂存在下通过聚合得到的，因为发明人发现这导致聚合物组合物中的弹性体和聚酰胺的相容性得到改善。
聚合物组合物的弹性体(c)优选地是乙烯与C3-C12-α-烯烃的共聚物，所述共聚物的密度为0.85-0.93g/cm3且熔体流动指数(ASTM D1238，190℃，2.16kg)为0.5-30g/10min，且所述共聚物含有与聚酰胺化学键合和/或物理相互作用的基团。优选地，所述共聚物是密度为0.85-0.93g/cm3且熔体流动指数(ASTM D1238，190℃，2.16kg)为0.5-30g/10min的乙烯-辛烯共聚物。甚至更优选地，所述乙烯-辛烯共聚物是在茂金属催化剂存在下通过聚合得到的，因为发明人发现这导致聚合物组合物中的弹性体和聚酰胺的相容性得到改善。非官能化的弹性体与官能化的弹性体可以相同或者不同。合适组合的实例有乙烯-辛烯共聚物和用例如马来酸酐改性的乙烯-辛烯共聚物。
在本发明中，聚合物组合物中存在含有与聚酰胺化学键合和/或物理相互作用的基团的弹性体。优选地，聚合物组合物包含官能化的弹性体(c)，所述官能化的弹性体(c)含有与聚酰胺化学键合的基团。优选地，与聚酰胺化学键合的基团选自由酸酐、酸、环氧化物、硅烷、异氰酸酯、恶唑啉、硫醇和/或(甲基)丙烯酸酯组成的组，前体条件是：硅烷与酸酐的组合优选地被排除，因为硅烷与酸酐的组合的存在可导致聚合物组合物胶凝化。更优选地，与聚酰胺化学键合的基团选自由不饱和二羧酸酐、不饱和二羧酸和不饱和二羧酸酯以及其中的两种或更多种的混合物组成的组。甚至更优选地，与聚酰胺化学键合的基团选自由不饱和二羧酸酐组成的组。最优选地，含有与聚酰胺化学键合的基团的弹性体是通过使弹性体与马来酸、马来酸酐和/或富马酸，优选地与马来酸酐接枝聚合得到的。
可通过许多方法将官能团引入弹性体中。优选的方法是通过弹性体的化学改性或者通过弹性体与含有上文所限定的官能团的组分的接枝聚合。这种组分的非限制性优选实例有不饱和二羧酸酐或不饱和二羧酸或不饱和二羧酸酯，例如马来酸酐、马来酸、富马酸、衣康酸和衣康酸酐；不饱和环氧化物例如丙烯酸缩水甘油酯，例如甲基丙烯酸缩水甘油酯；和不饱和硅烷例如乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、β-(3，4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷或其中的两种或更多种的混合物。
本文使用的聚合物组合物还可包含一种或多种其它聚合物。基于聚合物组合物的总重量，这种任选聚合物的存在量可以为最多约25重量％，前提条件是：包含这种任选聚合物不会不利地影响聚合物组合物的期望性能特征，例如后包封层和背板的粘附性质和整合功能。
聚合物组合物还可包含本领域已知的添加剂。第一聚合物组合物和第二聚合物组合物优选地包含至少一种添加剂，所述添加剂选自UV稳定剂、UV吸收剂、抗氧化剂、热稳定剂和/或水解稳定剂。当使用这种添加剂稳定剂时，聚合物组合物包含基于聚合物组合物总重量的0.05wt.％至10wt.％、更优选地0.05wt.％至5wt.％的添加剂稳定剂。通过从所述的类型和量中选择聚合物组合物的官能团、弹性体和聚酰胺，并任选地添加这些添加剂中的一种或多种，通过熔融挤出第一聚合物组合物和第二聚合物组合物得到的层满足太阳能电池模块背衬层的所有基本要求，例如风化稳定性(抗UV性和抗水解性)、耐热性、机械保护、电气绝缘和良好的粘附性。
可向单层中添加白色颜料(例如TiO2、ZnO或ZnS)以增加日光的后向散射，从而导致PV模块的效率提高。由于美学原因，可以添加黑色颜料(例如碳黑)。
太阳能电池模块背衬单层的厚度为优选地0.1-1mm、更优选地0.1-0.8mm、甚至更优选地0.1-0.75mm。
本发明还涉及上文所述的熔融挤出板作为太阳能电池模块的背衬层的用途，其特征在于：所述背衬层是所述太阳能电池模块的后层且所述背衬层与所述太阳能电池的下侧相连。
本发明还涉及太阳能电池模块，按照从前朝阳面到后非朝阳面的位置顺序，所述模块基本上包含：透明板、前包封层、由一个或多个电互联的太阳能电池组成的太阳能电池层、和背衬层，其中所述背衬层与所述太阳能电池的下侧相连，其特征在于：所述背衬层如上文所限定。太阳能电池层中的太阳能电池可以是任何类型的太阳能电池，例如薄膜太阳能电池(例如，铜铟镓硒太阳能电池和碲化镉太阳能电池)以及晶片基太阳能电池。
本发明还涉及聚合物组合物，其包含：(a)聚酰胺，(b)弹性体和(c)含有与所述聚酰胺化学键合和/或物理相互作用的基团的弹性体，且其中所述弹性体构成所述聚合物组合物的连续相且所述聚酰胺构成所述聚合物组合物的分散相，其特征在于：所述聚合物组合物包含(所述聚合物组合物中存在的聚酰胺(a)以及弹性体(b)和(c)的总重量的)10-50wt.％的所述聚酰胺(a)以及50-90wt.％的所述弹性体(b)和(c)。上文描述了这种聚合物组合物的优选实施方式。
现在通过一系列实施例和对比实验来展示本发明。
表1
对比实验A
该实例是一个参照并且仅使用商业包封材料和背板膜。
通过进行以下堆叠来制造层压制品：1)AAA 3554，2)Solar R333A，3)一个标准的多晶太阳能电池，4)SolarR333A，5)20cm×30cm的玻璃板。在157℃下在12分钟期间进行层压。
使样品在气候室中在85℃和85％相对湿度下老化。使样品暴露于湿热试验。
视觉评估发现，在3000小时老化期间，样品显示不分层。老化3000小时之后，手工评估发现，AAA 3554层在老化2000-3000小时之间变脆。老化2000小时之后，瞬间高压试验未显示任何显著的功率输出降低。
对比实验B
该实例是一个参照并且仅使用商业包封材料和背板膜。
通过进行以下堆叠来制造层压制品：1)AAA 3554，2)EVASKYTM，3)一个标准的多晶太阳能电池，4)EVASKYTM，5)20cm×30cm的玻璃板。在157℃下在12分钟期间进行层压。
使样品在气候室中在85℃和85％相对湿度下老化。使样品暴露于湿热试验。
视觉评估发现，在3000小时老化期间，样品显示不分层。老化3000小时之后，手工评估发现，AAA 3554层在老化2000-3000小时之间变脆。老化2000小时之后，瞬间高压试验未显示任何显著的功率输出降低。
对比实验C
该实例是一个参照并且仅使用商业包封材料和背板膜。
通过进行以下堆叠来制造层压制品：1)2442，2)EVASKYTM，3)一个标准的多晶太阳能电池，4)EVASKYTM，5)20cm×30cm的玻璃板。在157℃下在12分钟期间进行层压。
使样品在气候室中在85℃和85％相对湿度下老化。使样品暴露于湿热试验。
视觉评估发现，在3000小时老化期间，样品显示不分层。老化3000小时之后，手工评估发现，2442层在老化2000-3000小时之间变得非常脆。老化2000小时之后，瞬间高压试验未显示任何显著的功率输出降低。
实施例1
在ZSK25挤出机上制造以下复合物：25wt％K122、61.85wt％QueoTM8201、10wt％N 525、0.15wt％Cupper Iodide和3wt％1098。由上述复合物，通过膜挤出制造500μm的膜。
通过进行以下堆叠来制造层压制品：1)上述复合物的膜，2)一个标准的多晶太阳能电池，3)Solar R333A和4)20cm×30cm的玻璃板。在157℃下在12分钟期间进行层压。
使样品在气候室中在85℃和85％相对湿度下老化。使样品暴露于湿热试验。
视觉评估发现，在3000小时老化期间，样品显示不分层。老化3000小时之后，瞬间高压试验未显示任何显著的功率输出降低。
实施例2
在ZSK25挤出机上制造以下复合物：10wt％K122、76.85wt％QueoTM8201、10wt％N 525、0.15wt％Cupper Iodide和3wt％1098。由上述复合物，通过膜挤出制造500μm的膜。
通过进行以下堆叠来制造层压制品：1)上述复合物的膜，2)一个标准的多晶太阳能电池，3)Solar R333A和4)20cm×30cm的玻璃板。在157℃下在12分钟期间进行层压。
使样品在气候室中在85℃和85％相对湿度下老化。使样品暴露于湿热试验。
视觉评估发现，在3000小时老化期间，样品显示不分层。老化3000小时之后，瞬间高压试验未显示任何显著的功率输出降低。
Claims (23)
1.通过熔融挤出聚合物组合物得到的太阳能电池模块背衬单层，所述聚合物组合物包含：(a)聚酰胺，(b)弹性体和(c)含有与所述聚酰胺化学键合和/或物理相互作用的基团的弹性体，且其中所述弹性体构成所述聚合物组合物的连续相且所述聚酰胺构成所述聚合物组合物的分散相，其特征在于：所述聚合物组合物包含(所述聚合物组合物中存在的聚酰胺(a)以及弹性体(b)和(c)的总重量的)10-50wt.％的所述聚酰胺(a)以及50-90wt.％的所述弹性体(b)和(c)。
2.根据权利要求1所述的背衬单层，其特征在于：与所述聚酰胺化学键合或物理相互作用的基团的量为(所述聚合物组合物的总重量的)0.025-2wt.％、优选地0.05-2wt.％。
3.根据权利要求1或2所述的背衬单层，其特征在于：所述聚酰胺选自由聚酰胺-6，6、聚酰胺-4，6和聚酰胺-6及其任意混合物组成的组。
4.根据任何在前权利要求所述的背衬单层，其特征在于：所述弹性体(b)是乙烯与C3-C12-α-烯烃的共聚物，所述共聚物的密度为0.85-0.93g/cm3且熔体流动指数(ASTM D1238，190℃，2.16kg)为0.5-30g/10min。
5.根据权利要求4所述的背衬单层，其特征在于：乙烯与α-烯烃的共聚物是乙烯-辛烯共聚物。
6.根据权利要求5所述的背衬单层，其特征在于：所述乙烯-辛烯共聚物是在茂金属催化剂存在下通过聚合得到的。
7.根据任何在前权利要求所述的背衬单层，其特征在于：所述聚合物组合物包含官能化的弹性体(c)，所述官能化的弹性体(c)含有与所述聚酰胺化学键合的基团。
8.根据权利要求7所述的背衬单层，其特征在于：与所述聚酰胺化学键合的所述基团选自由酸酐、酸、环氧化物、硅烷、异氰酸酯、恶唑啉、硫醇和/或(甲基)丙烯酸酯组成的组。
9.根据权利要求7所述的背衬单层，其特征在于：与所述聚酰胺化学键合的所述基团选自由不饱和二羧酸酐、不饱和二羧酸和不饱和二羧酸酯以及其中的两种或更多种的混合物组成的组。
10.根据权利要求7所述的背衬单层，其特征在于：与所述聚酰胺化学键合的所述基团选自由不饱和二羧酸酐组成的组。
11.根据权利要求7所述的背衬单层，其特征在于：所述官能化的弹性体(c)是通过使弹性体与马来酸、马来酸酐和/或富马酸接枝聚合得到的。
12.根据任何在前权利要求所述的背衬单层，其特征在于：所述组合物还包含至少一种添加剂，所述添加剂选自UV稳定剂、UV吸收剂、抗氧化剂、热稳定剂和/或水解稳定剂。
13.聚合物组合物，其包含：(a)聚酰胺，(b)弹性体和(c)含有与所述聚酰胺化学键合和/或物理相互作用的基团的弹性体，且其中所述弹性体构成所述聚合物组合物的连续相且所述聚酰胺构成所述聚合物组合物的分散相，其中所述聚合物组合物包含(所述聚合物组合物中存在的聚酰胺(a)以及弹性体(b)和(c)的总重量的)10-50wt.％的所述聚酰胺(a)以及50-90wt.％的所述弹性体(b)和(c)，且其中所述弹性体(b)是乙烯与C3-C12-α-烯烃的共聚物，所述共聚物的密度为0.85-0.93g/cm3且熔体流动指数(ASTM D1238，190℃，2.16kg)为0.5-30g/10min。
14.根据权利要求13所述的聚合物组合物，其特征在于：所述乙烯与C3-C12-α-烯烃的共聚物是乙烯-辛烯共聚物。
15.根据权利要求14所述的聚合物组合物，其特征在于：所述乙烯-辛烯共聚物是在茂金属催化剂存在下通过聚合得到的。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的聚合物组合物，其特征在于：所述聚合物组合物包含官能化的弹性体(c)，所述官能化的弹性体(c)含有与所述聚酰胺化学键合的基团。
17.根据权利要求16所述的聚合物组合物，其特征在于：与所述聚酰胺化学键合的所述基团选自由酸酐、酸、环氧化物、硅烷、异氰酸酯、恶唑啉、硫醇和/或(甲基)丙烯酸酯组成的组。
18.根据权利要求16所述的聚合物组合物，其特征在于：与所述聚酰胺化学键合的所述基团选自由不饱和二羧酸酐、不饱和二羧酸和不饱和二羧酸酯以及其中的两种或更多种的混合物组成的组。
19.根据权利要求16所述的聚合物组合物，其特征在于：与所述聚酰胺化学键合的所述基团选自由不饱和二羧酸酐组成的组。
20.根据权利要求16所述的聚合物组合物，其特征在于：所述官能化的弹性体(c)是通过使弹性体与马来酸、马来酸酐和/或富马酸，优选地与马来酸酐接枝聚合得到的。
21.太阳能电池模块，按照从前朝阳面到后非朝阳面的位置顺序，所述模块基本上包含：透明板、前包封层、由一个或多个电互联的太阳能电池组成的太阳能电池层、和背衬层，其中所述背衬层与所述太阳能电池的下侧相连，其特征在于：所述背衬层是通过熔融挤出权利要求13-20中任一项所述的聚合物组合物得到的单层。
22.根据权利要求21所述的太阳能电池模块，其特征在于：所述太阳能电池层中的太阳能电池是晶片基太阳能电池。
23.根据权利要求1-12中任一项所述的熔融挤出层作为太阳能电池模块的背衬层的用途，其特征在于：所述背衬层是所述太阳能电池模块的后层且所述背衬层与所述太阳能电池的下侧相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170301 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |