CN107924960A - 用于光伏模块的层元件的聚乙烯组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于光伏模块的背板元件，包括至少一个层，该至少一个层包括交联聚合物组合物，该交联聚合物组合物包括乙烯聚合物，涉及包括至少一个光伏元件和本发明的背板元件的光伏模块，以及涉及该交联聚合物组合物用于制造用于光伏模块的本发明的背板元件的至少一个层的用途。

Description

用于光伏模块的层元件的聚乙烯组合物
背景技术
本发明涉及一种背板元件，一种包括至少一个光伏元件和本发明的背板元件的光伏模块以及聚合物组合物用于制造用于光伏模块(PV)的背板元件的至少一个层的用途。
光伏模块(也称为太阳能电池模块)从光产生电能并用于本领域熟知的各种应用中。光伏模块的类型可以变化。模块典型地具有多层结构，即具有不同功能的多个不同的层元件。光伏模块的层元件可以相对于层材料和层结构而变化。最终的光伏模块可以是刚性的或柔性的。刚性光伏模块可以例如包含刚性玻璃顶部元件、前封装层元件、光伏电池的至少一个与连接件一起的元件、后封装层元件、背板层元件以及例如铝框架。所有所述术语在本领域中具有熟知的含义。
在柔性模块中，顶层元件可以是例如由聚氟乙烯(PVF)聚合物或聚偏氟乙烯(PVDF)聚合物制成的氟化层。
以上示例性层元件可以是单层元件或多层元件。此外，在元件的层之间或在不同的层元件之间可存在粘合剂层。
背板层元件可以包含着色层。背板元件典型地对PV模块提供机械性能和/或绝缘性能。然而，应该注意，根据光伏模块的类型，具有导电背板层元件的光伏模块也具有良好的机械性能。
现有技术的背板层典型地是多层结构，其包含例如氟化聚合物(例如PVF或PVDF、聚酰胺或聚酯)的层。这些方案是昂贵的，其中许多方案也具有有限的绝缘电阻、容易水解并且提供相当高的水蒸气透过率。为了弥补上述缺陷，需要具有多层结构的元件，其在层之间典型地设置有粘合剂层。多层结构使制造工艺复杂化，并且在使用时也产生分层的风险。
此外，光伏电池典型地被焊接在一起，其中可形成偶尔尖锐的可见焊锡峰。在光伏(PV)模块的层压期间，不应有焊锡峰透过背板而导致厚度减小的风险。
3M公司的WO 2013077874公开了用于光伏模块(PV)的多层元件，其包括交联聚乙烯(PE)均聚物或共聚物的绝缘层、交联聚乙烯(PE)均聚物或共聚物的背层(＝背板层)以及封装层。也提及了聚丙烯PP均聚物或共聚物的选择。PE共聚物包含烯烃共聚单体，特别是α-烯烃。PE可以是LLDPE、LDPE、MDPE和/或HDPE。背层可以含有颜料，例如，炭黑。绝缘层和背层可以一体化(共挤出)并且优选被交联。根据第7页，交联可以以化学或物理方式进行。化学交联的交联剂可以通过化学反应或辐照(典型地是UV辐照)来热激活。物理交联通过使用α-束，β-束或电子束辐照来进行。物理辐照是优选的交联方法。实施例1公开了HDPE/LDPE/HDPE的3层背板，其中各层通过电子束辐照来交联。
3M的EP 2 390 093A公开了用于PV的多层背板，其包括任选的顶层、绝缘层和背层，其中这些层可以是PE(LLDPE、LDPE、MDPE和/或HDPE)或PP均聚物或共聚物并且优选是交联的。在第7页陈述了，交联可以化学方式进行，例如，使用乙烯基硅烷(如VTMS)或过氧化物作为交联剂，或通过辐照，例如使用二苯甲酮和电子束辐照。实施例1指出(HDPE+白色颜料)/LDPE/(HDPE+炭黑)的三层背板元件。在实施例2至4中，阻燃剂被附加地添加到层(ii)或(iii)中。然后使用电子束辐照使三层元件交联。
光伏模块的技术仍在快速发展，为了满足光伏模块领域的各种需求，例如对于背板层元件的不同方案存在不断的需求。
附图说明
图1示意性地示出了光伏模块的一个示例。
发明内容
本发明涉及用于光伏模块的背板元件，包括至少一个包括交联聚合物组合物的层，所述交联聚合物组合物包括：
-乙烯聚合物(a)，所述乙烯聚合物(a)任选地具有含官能团的单元；和
-含硅烷基团的单元(b)；
其中所述乙烯聚合物(a)任选地通过所述含硅烷基团的单元(b)交联。
如上文或下文所限定的本发明的“聚合物组合物”在本文中也简称为“聚合物组合物”或“组合物”。如上文、下文或权利要求中限定的乙烯聚合物(a)在本文中也简称为“聚合物(a)”。
“交联聚合物组合物”是指至少部分的聚合物组分是交联的。“交联”在聚合物领域中具有熟知的含义。交联可以通过使用例如如本领域所熟知的交联剂或辐照实现。交联聚合物组合物具有典型的网络，即，如本领域所熟知的互聚物交联(桥)。
“至少一个层”在本文中也简称为“层”。
本发明的背板元件可以是由本发明的“至少一个层”组成的背板单层元件，或包括两个或更多个层的背板多层元件，其中至少一个层是本发明的层。
表述背板元件的“至少一个层”是指在背板多层元件的情况下，背板元件可以包括多于一个的本发明的层。自然地，PV模块也可以包含其他元件，如封装元件，其可以包括包括本发明的交联聚合物组合物的层。
本发明还涉及光伏模块，光伏模块包括至少一个光伏元件和如上文、下文或权利要求中所限定的背板元件。
“光伏元件”是指元件具有光伏活性。光伏元件可以是例如光伏电池的元件，光伏电池在本领域中具有熟知的含义。硅基材料(例如晶体硅)是光伏电池中所用的材料的非限制性示例。如技术人员所熟知的，晶体硅材料的结晶度和晶体尺寸可以变化。可选地，光伏元件可以是基板层，在该基板层的一个表面上经受具有光伏活性的另外的层或沉积物，例如玻璃层，其中在其一侧上印刷具有光伏活性的油墨材料，或在其一侧沉积具有光伏活性的材料的基板层。例如，在熟知的光伏元件的薄膜方案中，例如具有光伏活性的油墨被印刷在基板的一侧上，基板典型地是玻璃基板。光伏元件最优选是光伏电池的元件。
本文中的“光伏电池”是指如上所述的光伏电池的层元件以及连接件。
本发明还涉及本发明的聚合物组合物用于制造背板层元件的至少一个层的用途。
出乎意料的是，本发明的乙烯聚合物的组合物(其中乙烯聚合物(a)任选地通过含硅烷基团的单元(b)交联)即使在高温下也提供了非常有利的耐热性能，同时也提供了非常有利的机械性能，这对于光伏模块的背板层是非常有用的。因此，出乎意料的是，本发明的背板层在高温下提供了优异的抗变形性，即本发明的层基本上保持了初始的层厚度，而例如，断裂伸长率性能对于背板应用仍然是有利的。拉伸强度性能对于背板层应用也是非常可行的。
抗变形性可以例如在所谓的绝缘穿透距离(DTI)测试中以优异的性能显示：即使当层压在高于乙烯聚合物(a)的熔融温度下实现时，层的厚度也基本上保持不变。
如果需要，则出乎预料的性能平衡使得能够制造层厚度降低的背板元件。
聚合物组合物及其组分的聚合物组合物及其组分(即，聚合物(a)，含硅烷基团的单元(b)，背板元件的层，背板元件和PV模块)的以下优选实施方案、性能和亚组(包括其合适的实施方案)是可独立概括的，使得它们可以以任何顺序或组合使用以进一步限定本发明的聚合物组合物、其组分、背板层、背板和PV模块的合适实施方案。
聚合物组合物、聚合物(a)和含硅烷基团的单元(b)
含硅烷基团的单元(b)和聚合物(a)可以作为单独的组分存在，即作为共混物存在于本发明的聚合物组合物中，或者，含硅烷基团的单元(b)可以作为乙烯聚合物(a)的共聚单体或作为化学接枝到乙烯聚合物(a)的化合物存在。
在共混物的情况下，聚合物(a)和含硅烷基团的单元(b)组分(化合物)可以至少部分地进行化学反应，例如，任选地使用自由基形成剂(如过氧化物)进行接枝。这种化学反应可以在本发明的背板的制造工艺之前或期间进行。含硅烷基团的单元的共聚和接枝在文献和技术人员的能力内已有详细描述。
在本发明的交联聚合物组合物中，聚合物(a)优选地被交联，任选地通过含硅烷基团的单元(b)交联。
此外，对于本领域技术人员显而易见的是，任选地通过含硅烷基团的单元(b)交联的聚合物(a)的交联度(＝交联水平)可以根据在不同的光伏应用中对于背板层所需的程度而变化。交联度可以表达为例如下文在“测定方法”中所描述的热固化。
含硅烷基团的单元(b)优选为可交联的可水解的含硅烷基团的单元。
聚合物(a)优选为聚乙烯聚合物。优选地，聚合物(a)是包括含官能团的单元的乙烯聚合物，该含官能团的单元是含硅烷基团的单元(b)。在该实施方案中，含硅烷基团的单元(b)可以被接枝或共聚到聚合物(a)中。因此，作为具有官能团的单元的含硅烷基团的单元(b)以共聚单体单元的形式或以接枝化合物的形式存在于所述聚合物(a)中。
因此，作为具有官能团的单元的含硅烷基团的单元(b)以共聚单体单元的形式或以接枝化合物的形式存在于所述聚合物(a)中。
作为含硅烷基团的单元(b)的含有硅烷基团的共聚单体单元或化合物合适地是由下式表示的可水解的不饱和硅烷化合物，
R1SiR2 qY3-q (I)
其中，
R1是烯键式不饱和烃基、烃氧基或(甲基)丙烯酰氧基烃基，
每个R2独立地为脂肪族饱和烃基，
Y可以是相同的或不同的，且是可水解的有机基团，以及
q是0、1或2。
不饱和硅烷化合物(I)的特定示例是这样的不饱和硅烷化合物，其中：R1是乙烯基、烯丙基、异丙烯基、丁烯基、环己烷基或γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基；Y是甲氧基、乙氧基、甲酰氧基、乙酰氧基、丙酰氧基、或烷氨基或芳氨基基团；如果存在R2，则R2是甲基、乙基、丙基、癸基或苯基。
另外的合适的硅烷化合物或优选地共聚单体是例如γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基)丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、和乙烯基三乙酰氧基硅烷、或其两种或更多种的组合。
作为式(I)单元的合适亚组是不饱和硅烷化合物或优选地式(II)的共聚单体，
CH2＝CHSi(OA)3 (II)
其中每个A独立地为具有1-8个碳原子、合适地1-4个碳原子的烃基基团。
在本发明的含硅烷基团的单元(b)的一个实施方案中，式(II)的共聚单体/化合物是乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基双甲氧基乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷。
当根据如下文的“测定方法”中所述的“共聚单体含量”测定时，存在于聚合物组合物(优选乙烯聚合物(a))中的含硅烷基团的单元(b)的量为0.01至1.00摩尔％、合适地为0.05至0.80摩尔％、合适地为0.10至0.60摩尔％、合适地为0.10至0.50摩尔％。
优选地，聚合物(a)是包括含官能团的单元的乙烯的聚合物，该含官能团的单元是在乙烯聚合物中作为共聚单体的含硅烷基团的单元(b)。优选地，聚合物(a)是乙烯与乙烯基三甲氧基硅烷共聚单体、乙烯基双甲氧基乙氧基硅烷共聚单体、乙烯基三乙氧基硅烷共聚单体或乙烯基三甲氧基硅烷共聚单体的聚合物，优选地乙烯与乙烯基三甲氧基硅烷共聚单体的聚合物。
本发明的背板元件的层的乙烯聚合物(a)优选地通过存在于所述聚合物(a)中的含硅烷基团的单元(b)被交联。
聚合物(a)可以含有另外的共聚单体，该另外的共聚单体不同于合适的且优选的含有所述含硅烷基团的单元(b)的共聚单体。例如，这样的另外的共聚单体可以选自C3-C10α-烯烃，一元羧酸的乙烯基酯，例如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或乙酸酯、或它们的任何混合物中的一种或多种。任选的另外的共聚单体合适地选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和乙酸酯中的一种或多种，其是丙烯酸烷基酯类、甲基丙烯酸烷基酯类或乙酸乙烯酯类，合适地为丙烯酸C1至C6烷基酯类、甲基丙烯酸C1至C6烷基酯类或乙酸乙烯酯类，优选丙烯酸C1至C4烷基酯类、甲基丙烯酸C1至C4烷基酯类。当根据如下的“测定方法”中所述的“共聚单体含量”测量时，存在于聚合物(a)中的任选共聚单体的含量合适地为5.0至18.0摩尔％。
在交联之前，优选地通过聚合物(a)的含硅烷基团的单元(b)进行交联之前，聚合物组合物(合适地聚合物(a))优选地具有至少0.01g/10min、合适地0.1至15g/10min、合适地0.2至10g/10min、合适地0.3至5g/10min、合适地0.5至3g/10min的MFR2(根据ISO 1133，在190℃和2.16kg的负荷下)。
在交联之前，优选通过聚合物(a)的含硅烷基团的单元(b)进行交联之前，根据ISO1872-2，非交联聚合物(a)的密度优选为900至940kg/m3、合适地为905至940kg/m3、合适地为910至940kg/m3、合适地为915至935kg/m3、合适地为920至935kg/m3。
当根据ISO 527-3使用如下文“测定方法”中所述的膜样品测量时，交联聚合物组合物(优选交联聚合物(a))合适地具有至少100％至700％、合适地100％至500％、合适地120％至450％的断裂伸长率。
当根据ISO 527-3使用如下文“测定方法”中所述的膜样品测量时，交联聚合物组合物(优选交联聚合物(a))合适地具有至少10MPa、合适地12.5至50MPa的拉伸强度。
当根据如下文“测定方法”中所述的热固化方法测量时，交联聚合物组合物(优选交联聚合物(a))具有小于200％、合适地5至150％、合适地5至100％的热固化。
本发明的背板元件的层的聚合物(a)优选使用硅烷醇缩合催化剂(SCC)通过含硅烷基团的单元(b)进行交联。
“硅烷醇缩合催化剂(SCC)”在本文是指由供应商专门针对交联目的而提供并且在交联之前引入到聚合物组合物中以引起所述交联的化学化合物。
交联优选在硅烷醇缩合催化剂(SCC)和水的存在下进行。因此，优选存在于聚合物(a)中的含硅烷基团的单元(b)在水的影响下在硅烷醇缩合催化剂的存在下进行水解，导致醇分解和硅烷醇基团的形成，然后在随后的缩合反应中交联，其中水被分解且在所述聚合物(a)中存在的其它水解硅烷基团之间形成Si-O-Si键。
如果存在硅烷醇缩合催化剂(SCC)，则硅烷醇缩合催化剂(SCC)的量典型地为0.00001至0.1摩尔/千克聚合物组合物，合适地0.0001至0.01摩尔/千克聚合物组合物，更优选地0.0005至0.005摩尔/千克聚合物组合物。SCC的选择及其可行的数量取决于最终应用并且完全在技术人员的技能范围内。
应该理解，聚合物组合物在用于形成背板层元件的层之前可以包括SCC。可选地，在形成背板层元件的至少一个层之后，SCC可以被引入聚合物组合物中。仅作为示例，在例如包括本发明的至少一个层和一个或多个其他层的背板多层元件的情况下，则SCC可以被引入与本发明的所述至少一个层相邻并直接接触的另一个层中。在形成多层结构之后，SCC然后可以迁移至本发明的至少一个层，以在交联条件下引起层的交联。
硅烷醇缩合催化剂(SCC)合适地选自：金属的羧酸盐类，所述金属例如是锡、锌、铁、铅和钴；具有可水解成布朗斯台德酸的基团的钛化合物(优选地如Borealis的WO2011/160964中所述，在此作为参考)；有机碱类；无机酸类；有机酸类；合适地选自：金属的羧酸盐类，所述金属例如是锡、锌、铁、铅和钴，如上所限定的具有可水解成布朗斯台德酸的基团的钛化合物，或有机酸类，合适地选自：二月桂酸二丁基锡(DBTL)，二月桂酸二辛基锡(DOTL)，特别是DOTL；如上所限定的具有可水解成布朗斯台德酸的基团的钛化合物；或芳族有机磺酸类，合适地是包括以下结构单元的有机磺酸：
Ar(SO3H)x (II)
其中Ar是被取代或未被取代的芳基，并且如果被取代，则合适地具有至少一个高达50个碳原子的烃基，x至少为1；或者式(II)的磺酸的前体，包括其酸酐或已经提供有可水解的保护基的式(II)的磺酸，可水解的保护基例如是通过水解可去除的乙酰基基团。这样的有机磺酸描述于例如EP 736 065中，或者可选地描述于EP 1 309 631和EP 1 309 632中。
作为SCC的式(II)的磺酸可以包括根据式(II)的结构单元一次或多次，例如两次或三次(作为重复单元(II))。例如，根据式(II)的两个结构单元可以通过桥接基团(例如亚烷基)而彼此连接。式(II)的磺酸合适地具有6至200个C原子，合适地具有7至100个C原子。
合适地，在式(II)的磺酸中，x为1、2或3，合适地x为1或2。在式(II)的磺酸中，Ar为苯基、萘基或包括三个稠环的芳族基团(例如菲和蒽)。式(II)的磺酸的非限制性示例是对甲苯磺酸、1-萘磺酸、2-萘磺酸、乙酰基对甲苯磺酸酯、乙酰基甲磺酸酯、十二烷基苯磺酸、十八酰基-甲磺酸酯和四丙基苯磺酸；它们各自独立地可被进一步取代。合适地，式(II)的磺酸中的Ar被取代，即Ar是被至少一个C1至C30烃基取代的芳基。Ar合适地为苯基且x为至少1(即苯基被至少一个-S(＝O)2OH取代)，合适的x是1、2或3；合适的x是1或2，Ar是被至少一个C3-20-烃基取代的苯基。式(II)的合适的磺酸的示例是四丙基苯磺酸和十二烷基苯磺酸，更合适的是十二烷基苯磺酸。
因此，在一个实施方案中，本发明的组合物合适地包括除了填料之外的添加剂(如阻燃剂(FR))。然后基于组合物的总量(100重量％)，组合物包括：
-90至99.9999重量％的聚合物(a)，和
-合适地0.0001至10重量％的添加剂。
任选的添加剂的总量合适地在0.0001至5.0重量％之间，如0.0001至2.5重量％之间。
任选的添加剂合适地是用于光伏模块应用的常规添加剂，包括但不限于抗氧化剂、UV光稳定剂、成核剂、澄清剂、增白剂、除酸剂以及滑爽剂或滑石等。各种添加剂可以例如以常规量使用，存在于丙烯组合物中的添加剂的总量优选如上所限定的。这样的添加剂通常是可商购的，并且例如描述在Hans Zweifel的“Plastic Additives Handbook”(第5版，2001年)中。
在另一个实施方案中，除了包括如上限定的合适添加剂以外，本发明的组合物还包括填料，例如颜料，具有阻燃量的阻燃剂FR或炭黑。于是，基于组合物的总量(100重量％)，本发明的组合物包括：
-30至90重量％，合适地40至70重量％的聚合物(a)；
-10至70重量％，合适地30至60重量％的填料和合适的添加剂。
作为非限制性示例，任选的填料包括阻燃剂，例如氢氧化镁、聚磷酸铵等。
在一个实施方案中，聚合物组合物由作为唯一聚合物组分的聚合物(a)组成。“聚合物组分”在此不包括任选的添加剂或填料产品的任何载体聚合物，例如添加剂或填料的母料与载体聚合物一起，其任选地存在于本发明的组合物中。基于本发明的组合物的量(100％)，这样的任选的载体聚合物被计算到相应的添加剂的量或相应的填料的量。
本发明的用于背板层的聚合物组合物的聚合物(a)可以是例如可商购的或者可以根据或类似于化学文献中描述的已知聚合方法来制备。
在优选的实施方案中，聚合物(a)通过使乙烯任选地和优选地与如上限定的含硅烷基团的共聚单体(＝含硅烷基团的单元(b))和任选地与一种或多种其他共聚单体在高压(HP)工艺中聚合(使用在一种或多种引发剂的存在下以及任选地使用链转移剂(CTA)的自由基聚合)而制备，以控制聚合物的MFR。HP反应器可以是例如熟知的管式或高压釜反应器或其混合物，合适的是管式反应器。根据所需的最终应用，对于另外定制聚烯烃的其他性能的高压(HP)聚合和工艺条件的调整在文献中是熟知的并且描述于文献中，且可以容易地由技术人员使用。合适的聚合温度范围高达400℃，合适地80至350℃，压力为70MPa，合适地100至400MPa，合适地100至350MPa。高压聚合通常在100至400MPa的压力和80至350℃的温度下进行。这样的工艺在文献中是熟知的并且完全记录，并且将在下文将进一步描述。
将适合作为共聚单体的含硅烷基团的单元(b)(以及任选的其它共聚单体)的并入和共聚单体进料的控制以获得所需的最终含量的所述含硅烷基团的单元(b)(和任选的其他共聚单体)可以以熟知的方式进行并且在技术人员的技术范围内。
通过高压自由基聚合制备乙烯(共)聚合物的另外的细节可以参见“聚合物科学与工程大全”(Encyclopedia of Polymer Science and Engineering)(第6卷，(1986)，第383-410页)和Encyclopedia of Materials：Science and Technology，2001ElsevierScience Ltd.:“Polyethylene:High-pressure,R.Klimesch,D.Littmann and F.-O.第7181-7184页。
这种HP聚合导致所谓的低密度乙烯聚合物(LDPE)以及任选的且优选的作为含硅烷基团的单元(b)的含硅烷基团的共聚单体以及如上所限定的任选的另外的共聚单体。术语LDPE在聚合物领域中具有熟知的含义，并且描述了以HP制备的聚乙烯的性能，即典型特征(例如不同的支化结构)，以区分LDPE与在烯烃聚合催化剂(也称为配位催化剂)存在下制备的PE。尽管术语LDPE是低密度聚乙烯的缩写，但该术语不应被理解为限制密度范围，而是涵盖具有低密度、中密度和高密度的类似LDPE的HP聚乙烯。
优选的是，所述聚合物(a)通过高压聚合来制备。
背板和光伏(PV)模块
背板的至少一个层是光伏模块的背板单层元件或背板多层元件。
因此，层包括聚合物组合物，合适地由聚合物组合物组成，所述聚合物组合物包括作为唯一聚合物组分的聚合物(a)，合适地由作为唯一聚合物组分的聚合物(a)组成。
如上所述，聚合物(a)优选通过存在于所述聚合物(a)中的含硅烷基团的单元(b)进行交联。然后聚合物(a)优选在层形成期间或之后进行交联，优选在形成背板元件的至少一个层之后进行交联。交联在交联条件下进行。交联条件是指使交联能够发生到期望的交联度的条件。合适地，使用催化剂进行化学交联。
催化剂优选为硅烷醇缩合催化剂(SCC)。在该实施方案中，交联在SCC和水的存在下进行(也称为湿固化)。水可以是液体或蒸气、或其组合的形式。通常，在环境条件下或在所谓的桑拿浴或水浴中在70至100℃的温度下进行湿固化。
在实施方案中，其中背板元件是背板多层元件，该层可以是所述背板多层元件的层压层或共挤出层。
如上所述，背板多层元件包括一个或多个另外的层，其可以与本发明的至少一个层相同和/或不同于所述本发明的至少一个层。
合适地，本发明的光伏模块的背板单层元件的层或多层背板元件的层不含含氟化物的聚合物。
背板元件的厚度优选为180至400μm，合适地200至350μm，合适地220至300μm。
本发明的PV模块包括至少一个光伏元件和本发明的背板元件的至少一个层。此外，本发明的PV模块典型地包括另外的元件，如封装元件。
如熟知的，本发明的光伏模块的元件和层结构可以根据模块的期望类型而变化。光伏模块可以是刚性的或柔性的。
在一个优选实施方案中，PV模块包括典型地为玻璃前板(玻璃前盖)的防护顶部元件，前封装元件(前封装件)，至少一个光伏元件(典型地为光伏电池+连接件)，背封装元件(后封装件)，如上文、下文或权利要求中所限定的本发明的背板元件，以及任选地防护盖(如金属框架(例如铝框架(具有接线盒)))。此外，上述元件可以是单层元件或多层元件。图1示出了本发明的光伏模块的上述实施方案。
除了上述元件之外，上述光伏模块可以具有另外的层元件。此外，所述层元件的层可以是多层元件并且还包括用于改善多层元件的层的粘合的粘合层。在不同的元件之间，例如在后封装元件和背板元件之间，也可以有粘合层。
此外，本发明的PV模块典型地包括另外的元件，如封装元件。任何背板多层元件或任何其它元件可以包括在任何两层之间的粘合剂层(也被称为例如粘结层或密封层)。在两个功能不同的元件之间也可以有粘合层。粘合层分别增强了相邻层或相应地相邻元件的粘合，且典型地包括功能化的(例如，经马来酸酐(MAH)接枝的)聚合物组分，如本领域所已知的。任选的粘合剂层还可以包括本发明的组合物，例如，与极性组分的共混物。
在优选的发明中，本发明的至少一个层中的组合物的聚合物(a)的任选的和优选的官能团不同于酸酐基团，例如不同于马来酸酐基团。
玻璃层、光伏元件(其优选为光伏电池与连接件一起的元件)以及用于封装元件的层的另外的材料可以是例如在光伏模块领域中是已知的并且可商购的或者可以根据或者按照文献中已知的光伏模块领域中的方法来制造。
本发明的光伏模块可以以光伏模块领域中熟知的方式制造。包括背板元件的聚合物层元件可以常规方式制造，例如通过共挤出，如流延膜共挤出，或者通过层压，如在基板上挤出(浇铸)层或在压力下和高温下在层压设备中层压预制层，例如使用常规的挤出机或层压设备。
典型地通过常规手段将光伏模块的不同元件装配在一起以制造最终的光伏模块。元件可以单独地或部分地以集成形式提供给这样的装配步骤。然后使用本领域常规的层压技术，不同的元件典型地在压力下和在高温下通过层压而附接在一起。
光伏模块的组件在光伏模块领域是熟知的。
具体实施方式
测定方法
密度
聚合物的密度根据ISO 1183-2进行测量。根据ISO 1872-2Table3Q(压缩成型)进行样品的制备。
熔体流动速率
熔体流动速率(MFR)根据ISO 1133测定并以g/10min表示。MFR表示聚合物的流动性，并因此表示聚合物的可加工性。熔体流动速率越高，聚合物的粘度越低。聚丙烯的MFR2是在230℃的温度和2.16kg的负荷下测量的。聚乙烯的MFR2是在190℃的温度和2.16kg的负荷下测量的。
共聚单体含量：
存在于聚合物组合物中(优选在聚合物中)的含硅烷基团的单元(优选共聚单体)的含量(重量％和摩尔％)以及任选地存在于聚合物中的极性共聚单体的含量(重量％和摩尔％)，和：
定量核磁共振(NMR)光谱用于量化在上下文中如上或如下给出的聚合物组合物或聚合物的共聚单体含量。
在溶液状态下，使用在400.15MHz下操作的Bruker Advance III 400NMR光谱仪记录定量的1H NMR光谱。对所有气动装置使用氮气，使用标准的宽带倒置5毫米探头在100℃下记录所有光谱。使用二叔丁基羟基甲苯(BHT)(CAS 128-37-0)作为稳定剂，将约200mg的物质溶解于1,2-四氯乙烷-d2(TCE-d2)中。利用30度的脉冲，3秒的弛豫延迟并且没有样品旋转，采用标准的单脉冲激励。使用2次虚拟扫描，每个光谱共获得总共16个瞬变值。每个FID总共收集到32k个数据点，驻留时间为60μs，其对应于约20ppm的光谱窗口。FID然后被零填充到64k个数据点，并且指数窗函数采用0.3Hz线扩展。这种设置主要是为了求解当存在于相同聚合物中时由丙烯酸甲酯和乙烯基三甲基硅氧烷共聚得到的定量信号的能力。
使用定制的光谱分析自动化程序对定量的1H NMR光谱进行处理、积分，并确定定量性能。所有的化学位移内部参考5.95ppm处的残留的质子化溶剂信号。
当存在时，观察到由各种共聚单体序列中掺入乙酸乙烯酯(VA)、丙烯酸甲酯(MA)、丙烯酸丁酯(BA)和乙烯基三甲基硅氧烷(VTMS)产生的特征信号(Randell89)。相对于聚合物中存在的所有其他单体计算所有的共聚单体含量。
使用在4.84ppm处分配给*VA位点的信号的积分来量化乙酸乙烯酯(VA)的掺入量，考虑每个共聚单体报告的核的数量并校正存在时来自BHT的OH质子的重叠：
VA＝(I*VA–(IArBHT)/2)/1
使用在3.65ppm处分配给1MA位点的信号积分来量化丙烯酸甲酯(MA)的掺入量，考虑每个共聚单体报告的核数量：
MA＝I1MA/3
使用在4.08ppm处分配给4BA位点的信号积分来量化丙烯酸丁酯(BA)的掺入量，考虑每个共聚单体报告的核数量：
BA＝I4BA/2
使用在3.56ppm处分配给1VTMS位点的信号的积分量化来乙烯基三甲基硅氧烷的掺入量，考虑每个共聚单体报告的核数量：
VTMS＝I1VTMS/9
观察到由于另外使用BHT作为稳定剂而产生的特征信号。使用在6.93ppm处分配给ArBHT位点的信号的积分进行量化BHT含量，考虑每个分子报告的核数量：
BHT＝IArBHT/2
使用在0.00至3.00ppm之间的本体脂肪族(本体)信号的积分来量化乙烯共聚单体的含量。这个积分可以包括来自孤立的乙酸乙烯酯掺入的1VA(3)位点和αVA(2)位点，来自孤立的丙烯酸甲酯掺入的*MA和αMA位点，来自孤立的丙烯酸丁酯掺入的1BA(3)、2BA(2)、3BA(2)、*BA(1)和αBA(2)位点，来自孤立的乙烯基硅烷掺入的*VTMS和αVTMS位点以及来自BHT的脂肪族位点以及来自聚乙烯序列的位点。总乙烯共聚单体含量基于本体积分来计算并补偿所观察到的共聚单体序列和BHT：
E＝(1/4)*[I本体-5*VA-3*MA-10*BA-3*VTMS-21*BHT]
应该注意，本体信号中α信号的一半代表乙烯而不是共聚单体，并且由于不能补偿没有相关分支位点的两个饱和链端部(S)而引入不明显的误差。
聚合物中给定单体(M)的总摩尔分数计算如下：
fM＝M/(E+VA+MA+BA+VTMS)
以摩尔百分数计的给定单体(M)的总共聚单体掺入量以标准方式从摩尔分数进行计算：
M[mol％]＝100*fM
以标准方式由单体(MW)的摩尔分数和分子量计算给定单体(M)的以重量百分数计的总共聚单体掺入量：
M[wt％]＝100*(fM*MW)/((fVA*86.09)+(fMA*86.09)+(fBA*128.17)+(fVTMS*148.23)+((1-fVA-fMA-fBA-fVTMS)*28.05))
randall89：J.Randall，Macromol.Sci.，Rev.Macromol.Chem.Phys.1989,C29,201。
如果观察到来自其他特定化学物种的特征信号，则定量和/或补偿的逻辑可以以与用于具体描述的化学物种类似的方式扩展。也就是说，识别特征信号，通过特定信号的积分进行的量化，对所报告的核的数量进行缩放，并对本体积分和相关计算进行补偿。尽管该过程对于所讨论的具体化学物种是特定的，但该方法是基于聚合物的定量NMR光谱的基本原理，并且因此可以由本领域技术人员根据需要来实现。
类似地，使用如上限定的核磁共振(NMR)光谱仪并且使用熟知的原理对任选的α-烯烃共聚单体含量进行量化。
拉伸测试：拉伸模量；断裂拉伸强度，断裂伸长率：
测试膜样品制备：
在具有3个加热区的Plastic Maschinenbau挤出机上制备250μm和330μm的流延膜，该挤出机配备有直径为30mm的螺杆、模头间隙为0.5mm的200mm模头。使用200℃的熔融温度以及40℃的冷却辊温度。
在实验部分中使用下面给出的催化剂形成膜之后，使膜样品交联。交联在环境温度23℃和50％的相对湿度下进行。
测试试样应该用膜切割机切割，使得边缘是光滑的，没有缺口，并有准确的宽度。测试试样的形状是宽15mm、长不小于150mm的条。试样在纵向上切割。
用于膜拉伸测试的测试条件：
根据ISO 527-3使用以下测试条件组进行测试：
测试条件：23℃/50％RH
预负荷：约0.2N
预负荷速度：2mm/min
E模量的速度：1mm/min
测试速度：250mm/min
夹持距离：100mm
E模量测试的开始：0.05％
E模量测试的结束：0.25％
用于拉伸测试的压缩成型板的制备：
除了使用在Collin(型号：P400P/M)的机器上制备的压缩成型板(240mm×240mm×0.25mm)之外，如上所述对膜样品进行测试。温度和压力分布如表1所示。
表1
辐照交联：
使用电子束辐照以132kGy的剂量进行交联。
热固化伸长率测试：IEC 60811-2-1，使用测试膜(本发明实施例)或使用成型的测试试样(比较例)。如上面对于测定方法下的拉伸测试所描述的，膜和成型测试样品两者被制备和交联。
每个测试样品从其上端竖向固定在烘箱中，并将0.2MPa的负荷附加到每个测试样品的下端。在烘箱中200℃下15分钟之后，测量预标记的线之间的距离(初始距离20mm)，并计算热固化伸长率百分数，伸长率％。对于永久固化％，从测试样品中去除拉伸力(重量)，并在200℃下恢复5分钟，然后在室温下使其冷却至环境温度。永久固化％由标记的线之间的距离计算。报告三次测试的平均值。
实验部分
本发明的聚合物(a)(inv.polymer)：
本发明的聚合物1：是具有930kg/m3的密度、1.0g/10min的MFR2和为1.3重量％的乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)含量的硅烷共聚物。
本发明的聚合物2：是具有923kg/m3的密度、1.0g/10min的MFR2和为1.9重量％的乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)含量的硅烷共聚物。
聚合方法：使用常规的过氧化物引发剂，以常规方式在高压管式反应器中制备本发明的聚合物1和2。乙烯单体、如表1中所示的极性共聚单体和乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)共聚单体(含硅烷基团的共聚单体(b))以常规方式加入到反应器系统中。对于技术人员熟知的是，CTA被用来调节MFR。
在表2中给出所获得的聚合物的乙烯基三甲氧基硅烷单元VTMS(＝含硅烷基团的单元)的量、MFR2和密度。
表2：本发明实施例和比较例的工艺条件和产品性能
按照上述测定方法中的拉伸测试方法的说明中所描述的制备和交联所获得的本发明的聚合物1和本发明的聚合物2的样品。
表3给出了所使用的膜厚和用于交联的所使用的硅烷醇缩合催化剂(SCC)。
SCC1：是为磺酸的硅烷缩合催化剂
SCC2：是为锡催化剂的硅烷缩合催化剂
表3：
*(摩尔催化剂/千克聚合物组合物)
表4：层1的交联度(热固化)和机械性能
环境条件下的时间 热固化* 拉伸强度 断裂伸长率
21天 18％ 14.0MPa 350％
*200℃,15min
表5：层2和层3的交联度(热固化)和机械性能
材料 环境条件下的时间 热固化* 拉伸强度 断裂伸长率
层2 6个月 5％ 15.5MPa 130％
层3 6个月 9％ 14.5MPa 170％
*200℃，15分钟
比较样品是如在上面测定方法下的拉伸测试方法说明中所描述制备的辐照交联和未交联的成型测试样品。
Comp.1是具有10.8g/10min的MFR21和952kg/m3的密度的市售聚乙烯均聚物(HDPE)。
Comp.2：是Comp.1中的市售聚乙烯均聚物，然而没有交联(未交联)。
表6：比较样品的交联度(热固化)和机械性能
*压缩成型的板
绝缘穿透距离(DTI)测试：使用所谓的DTI测试，与由上述HDPE制成的比较膜层相比，本发明的膜层在高温下显示出优异的抗变形性。在测试之前，将本发明的膜层如上面对于测定方法下的拉伸测试所描述的进行交联。比较HDPE层是使用132kGy的剂量的电子束辐照交联的：
DTI测试：在由50μm的特氟龙板覆盖的3mm厚度的60×60mm的浮法玻璃上放置直径为0.8mm的10mm长的圆形金属丝。所使用的金属丝是焊锡丝(60％的Sn，40％的Pb)或镀锡钢丝。该金属丝被厚度为0.45mm的工业EVA太阳能封装件覆盖，并在研究中的背板层上。使用表6中给出的条件，将整个样品层压。在层压后，将金属丝从背板+EVA层压件上移除，并使用剃刀刀片和锤子进行锋利横截面的切割。此后使用光学显微镜测量绝缘穿透距离(DTI)。
表7：用于DTI测试的层压设置。
阶段 持续时间 温度 上压力
[s] [℃] [毫巴]
抽空 420 150 0
压力上升 45 150 300
压力上升 45 150 600
压制/交联 720 150 850
通风 20 150 0
表8示出了与HDPE的比较层相比较，本发明的层的抗变形性
层1 层2 层3 Comp.1 Comp.2
厚度 250μm 330μm 330μm 240μm 240μm
DTI焊锡丝 250μm 330μm 320μm 220μm 0μm
差异 0％ 0％ -3％ -8％ -100％
DTI钢丝 240μm 330μm 330μm 240μm 0μm
差异 -4％ 0％ 0％ 0％ -100％
包括前玻璃层、EVA-封装层、光伏元件、后EVA-封装元件和作为背板元件的本发明的层1的光伏模块使用上述层压条件和背板层厚度来制造。玻璃和封装件的材料和厚度是光伏模块领域常规使用的。该PV模块包括前玻璃层、EVA前封装层、常规光伏元件、EVA后封装层和本发明的背板。

Claims (15)

1.一种用于光伏模块的背板元件，包括至少一个包括交联聚合物组合物的层，所述交联聚合物组合物包括：
-乙烯聚合物(a)，所述乙烯聚合物(a)任选地具有含官能团的单元；和
-含硅烷基团的单元(b)；
其中所述乙烯聚合物(a)任选地通过所述含硅烷基团的单元(b)交联。
2.根据权利要求1所述的背板元件，其中，所述乙烯聚合物(a)具有含官能团的单元，所述含官能团的单元是所述含硅烷基团的单元(b)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中作为具有官能团的单元的所述含硅烷基团的单元(b)以共聚单体单元的形式或以接枝化合物的形式存在于所述乙烯聚合物(a)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中所述乙烯聚合物(a)具有作为具有官能团的单元的所述含硅烷基团的单元(b)并且通过所述含硅烷基团的单元交联。
5.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中所述聚合物组合物、优选地所述乙烯聚合物(a)在交联之前具有以下性能中的一种或两种：
-至少0.01g/10min、合适地0.1至15g/10min、合适地0.2至10g/10min的MFR2(根据ISO1133，在190℃下和在2.16kg的负荷下)，和/或
-根据ISO 1872-2的900至940kg/m3、合适地905至940kg/m3的密度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中所述交联聚合物组合物、优选地交联的所述乙烯聚合物(a)以任何顺序具有一种或多种或合适地全部的下列性能：
-至少100％至700％的根据527-3使用如说明书中的测定方法中所述的膜样品测量时的断裂伸长率，
-至少10MPa、合适地12.5至50MPa的根据527-3使用如说明书中的测定方法中所述的膜样品测量时的拉伸强度，和/或
-小于200％、合适地5％至150％的根据如说明书中的测定方法中所述的热固化测试测量时的热固化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中作为所述含硅烷基团的单元(b)的所述含硅烷基团的共聚单体单元或化合物是由下式表示的可水解的不饱和硅烷化合物：
R1SiR2 qY3-q (I)
其中，
R1是烯键式不饱和烃基、烃氧基或(甲基)丙烯酰氧基烃基，
每个R2独立地为脂肪族饱和烃基，
Y能够是相同的或不同的，且是可水解的有机基团，以及
q是0、1或2。
8.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中当根据如上面“测定方法”中所描述的“共聚单体含量”测定时，存在于所述聚合物组合物、优选地所述乙烯聚合物(a)中的所述含硅烷基团的单元(b)的量为0.01至1.00摩尔％。
9.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中使用硅烷醇缩合催化剂(SCC)，通过所述含硅烷基团的单元(b)使所述乙烯聚合物(a)交联，所述含硅烷基团的单元(b)优选存在于所述乙烯聚合物(a)中。
10.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中所述硅烷醇缩合催化剂(SCC)选自：金属的羧酸盐类，所述金属例如是锡、锌、铁、铅和钴；具有可水解成布朗斯台德酸的基团的钛化合物；有机碱类；无机酸类；有机酸类；合适地选自：金属的羧酸盐类，所述金属例如是锡、锌、铁、铅和钴，如上所限定的具有可水解成布朗斯台德酸的基团的钛化合物或有机酸类，合适地选自：二月桂酸二丁基锡(DBTL)、二月桂酸二辛基锡(DOTL)；如上所限定的具有可水解成布朗斯台德酸的基团的钛化合物；或芳族有机磺酸，其合适地是包括以下结构单元的有机磺酸：
Ar(SO3H)x (II)
其中Ar能够是被取代或未被取代的芳基，并且如果被取代，则优选具有至少一个多达50个碳原子的烃基，x至少为1；或者式(II)的磺酸的前体，包括其酸酐或已经提供有可水解的保护基的式(II)的磺酸，所述可水解的保护基例如是通过水解可去除的乙酰基基团。
11.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中所述背板元件的厚度为180至400μm，合适地为200至350μm，合适地为220至300μm。
12.根据前述权利要求中任一项所述的背板元件，其中所述背板元件是单层元件或多层元件。
13.一种光伏模块，包括至少一个光伏元件和至少一个根据前述权利要求中任一项所述的背板元件。
14.根据权利要求13所述的光伏模块，以给定顺序包括防护性顶部元件、前封装元件、至少一个光伏元件、后封装元件、如权利要求1至12中任一项所述的背板元件和任选的防护盖。
15.根据前述权利要求中任一项所述的聚合物组合物用于制造如权利要求13或14所限定的用于光伏模块的背板元件的至少一个层的用途。
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