CN109104881A - 用于光伏电池应用的热塑性硫化橡胶组合物 - Google Patents

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Abstract

本文提供的是包含热塑性硫化橡胶和/或由热塑性硫化橡胶制成的背板，包含这样的基于TPV的背板的PV模块，和形成该TPV背板和PV模块的方法。基于TPV的背板提供了优于现有背板的特别的优点，包括增加的挠性，更大的电绝缘性能和更令人期望的阻隔性能。一些实施方案的基于TPV的背板为PV模块提供了改进的耐久性，特别是在PV模块经常配置于其中的变化的和经常苛刻的环境条件下更是如此。一些实施方案的基于TPV的背板还能够有效构建不常见的PV模块几何形状，例如非平面(例如弯曲和/或铰接的)几何形状。

Description

用于光伏电池应用的热塑性硫化橡胶组合物
相关案卷声明
本申请要求2016年3月30日提交的标题为“Thermoplastic VulcanizateCompositions for Photovoltaic Cell Applications”的系列No.62/315329，和2016年5月24日提交的欧洲申请No.16170982.9的权益。本申请还与2016年3月30日提交的标题为“Photovoltaic Module Back Sheets Comprising Thermoplastic VulcanizateCompositions”的美国临时申请系列No.62/315337有关。
发明领域
本公开涉及光伏装置，例如光伏电池模块。具体地，本公开涉及热塑性硫化橡胶组合物、制品及其制造方法，其可用于这样的光伏装置，例如作为光伏电池模块中的背板和/或封装材料。
发明背景
光伏(PV)模块通常包括用于将太阳能转化成电能的PV电池。PV电池必须适于长期户外使用；然而，它们当用于这样的户外使用时会相当容易磨损和撕裂。因此，许多通常的PV电池位于玻璃和其他封装材料保护层中。通常，透明的聚合物材料例如聚乙烯乙酸乙烯酯(EVA)形成封装材料。然而，仅仅这样是不够的。因此，通常将称作“背板”的板材施用到PV电池后侧(更具体地，施用到PV电池后侧上的封装材料)，来帮助保护该封装的PV电池(例如来提供机械阻力、耐腐蚀性、电绝缘性，和来充当对各种介质(包括水和其他液体)的阻隔等其他令人期望的功能)。这样的背板经常在电池制造过程中层合到覆盖PV电池背面的封装材料上(即，与PV电池的用于捕集太阳能的一侧相对的一侧)。
常规的背板通常由多层形成，每层用于提供各种形式的保护(例如防湿气进入、机械变形、电荷损失等)。例子包括三层构造，在其中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层被其他两层(其每个可以独立地由各种其他聚合物化合物制成，例如聚偏氟乙烯(PVDF)或者其他氟聚合物，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)，聚乙烯或者其组合)包围。
这些常规背板构造的每个遭受了各种缺点。例如，多层板是更复杂的，和因此通常构建更昂贵。此外，在PV模块寿命期内分层的风险随着层合在一起来形成背板的层数的增加而增加。这些背板还可以具有高于期望的硬度，这使得它们容易破裂和/或降低了PV模块的挠性。
基于乙烯-丙烯-二烯单体的(EPDM)橡胶已经被提出作为供选择的后侧封装材料，其也可以起到背板的保护功能(例如使得不需要另外的背板材料)。参见例如Kempe和Thapa，Low Cost，Single Layer Replacement for the Back-Sheet and EncapsulantLayers，Conf.Paper NREL/CP-520-42795，8月10-14日举办，2008年SPIE PV ReliabilitySymposium；美国专利No.7902301；8183329。然而，这样的背板尚未被市场接受，并且它们此外在制作PV模块过程中具有粘附性和加工问题。
感兴趣的其他参考文献包括美国专利No.2972600；3248179；3287440；4311628；4387176；4540753；4543399；4588790；4594390；4613484；5001205；5028670；5100947；5157081；5198401；5290866；5317036；5352749；5391629；5397832；5405922；5436304；5453471；5462999；5616661；5627242；5656693；5665818；5668228；5677375；5693727；5712352；5936028；5952425；6042260；6147160；6437030；6451915；6867260；6881800；6992158；7232871；8895835和9006332；美国专利公开No.2002/0169240；2005/0107530；2006/0269771；2007/0015877；2009/0247656；2010/0113694；2010/0298473；2010/0120953；2011/0041891；2012/0240981；2014/0076382；和2014/0076395；EP专利公开No.2405489A1；EP0794200，EP0802202，EP0634421；中国专利公开No.101469095A；日本专利公开No.H07-062168，H07-285143，H09-012799，H09-012800和2002-348430；以及WIPO公开No.WO96/08520；WO96/33227；WO97/22639；WO00/01745；WO00/01766；WO02/036651；WO03/046071；WO2004/074361；WO2004/009327；WO2005/092964；WO2008/076264；WO2008/124040；WO2009/032622；WO2009/153786；WO2011/046545；WO2012/030577。感兴趣的其他非专利参考文献包括：Ellul等人，“Crosslink Densities and Phase Morphologies inDynamically Vulcanized TPEs”，Rubber Chemistry and Technology，第68卷，第573-584页(1995)；和Rummens，“Long Term Accelerated Weathering Tests on‘Coupons’toDevelop New Classes of Backsheets”，Session 5CV.2.8，第31界EuropeanPhotovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition，第2478-2481页(2015年9月)。
发明概述
本发明人已经发现某些热塑性硫化橡胶(TPV)组合物和材料可以用于形成光伏电池背板。因此，在一些方面，本发明包括基于TPV的背板(即，包含一种或多种TPV，由其组成或者基本尤其组成的那些)。合适的TPV包括分散在连续的热塑性基体中的至少部分地交联的橡胶相(通常是小的交联的橡胶颗粒)。在具体实施方案中，优选的橡胶包含EPDM。该连续的热塑性基体在一些实施方案中包含热塑性聚烯烃，例如聚丙烯。硬度是至少55邵氏A，优选至少70邵氏A的TPV特别适于形成根据本文的各种实施方案的背板。优选，这样的TPV另外地或者代替地在100％伸长率的模量(“M100”)是1-15MPa，更优选1-6MPa，来以在PV模块中表现出期望的挠性。
根据一些实施方案的基于TPV的背板的平均厚度在各种实施方案中优选是0.1-2mm，例如0.1-1.5mm，或者0.20-0.40mm。所述板的其余尺寸(高度和宽度之一或者二者)可以各自改变来适合应用的需要，其例如是5cm-5m，10m或者甚至更大。
在再一方面，本发明包括光伏(PV)模块，其包含一个或多个PV电池和根据前述描述的一个或多个背板。一些实施方案的PV电池至少部分地封装在一种或多种封装材料中。一些实施方案的PV模块包括前封装材料层和后封装材料层，其可以彼此相同或者不同。该前封装材料层对于入射的电磁辐射是至少部分透明的；该后封装材料层可以是透明的，但不必须是透明的。优选，一些实施方案的背板与后封装材料层接触。更优选，这些实施方案的某些的背板还至少部分地粘附到后封装材料层。同样，各种方面还提供了形成这样的PV模块的方法，包括将基于TPV的背板粘附到PV电池和/或封装材料层，作为该方法的一部分，来形成PV模块。
再一方面包括具有非平面和/或铰接的几何形状的PV模块。例如，根据一些实施方案的铰接的PV模块包含单个连续的基于TPV的背板，其具有位于其上(和与之连接)的多个PV模块组件。每个PV模块组件包含至少部分地封装在封装材料中的PV电池，和优选进一步包含前板和侧框。该前板和侧框可以使PV模块组件基本上刚性；另外地或代替地，可以选择该封装材料来使PV模块组件基本上刚性，可能无需前板和/或侧框。该PV模块组件是通过位于沿着背板的一个或多个铰接位置处的铰接空间来隔开的。该铰接位置优选是可变的铰接位置，这使得该背板能够在每个铰接位置处折叠，例如为手风琴样式，这使得PV模块可折叠用于运输目的，或者配置为非平面几何形状，其需要在前(例如面光)表面之间的一个或多个角度。
附图简要描述
图1是根据本公开一些实施方案的PV模块的断开样式的图示。
图2a是根据一些实施方案的具有凹型曲线的非平面PV模块的侧视图。
图2b是根据本公开一些实施方案的铰接的PV模块的侧视图。
图2c是显示了根据本公开一些实施方案的铰接的PV模块的折叠范围的侧视图。
图2d是根据本公开一些实施方案的铰接的PV模块的侧视图。
图3是显示了在对样品分别施加0、1和4分钟的电晕处理后，对于层合到封装材料上的基于TPV的背板的各种样品的标准化的剥离力的图。
图4是显示了在不同的温度条件分层测试板所需的剥离力的图。
图5是显示了在测试板暴露于湿热条件1000h后，在不同的温度条件分层测试板所需的剥离力的图。
图6是显示了在测试板暴露于湿热条件2000h后，在不同的温度条件分层测试板所需的剥离力的图。
图7是显示了作为暴露于湿热条件的时间的函数的测试PV模块的电性能的改变的图。
图8是显示了作为暴露于湿热条件的时间的函数的测试PV模块的电性能的改变的图。
图9是显示了作为暴露于湿热条件的时间的函数的测试PV模块的电性能的改变的图。
图10是显示了作为暴露于湿热条件的时间的函数的测试PV模块的电性能的改变的图。
图11是显示了作为暴露于湿热条件的时间的函数的测试PV模块的电性能的改变的图。
图12是显示了作为暴露于湿热条件的时间的函数的测试PV模块的电性能的改变的图。
图13是显示了在暴露于湿热条件的不同时间，测试PV模块中的PV电池中的电致发光图。
图14是显示了在暴露于湿热条件的不同时间，测试PV模块中的PV电池的电致发光的图。
图15是显示了在暴露于湿热条件的不同时间，测试PV模块中的PV电池的电致发光的图。
图16是显示了在暴露于湿热条件的不同时间，测试PV模块中的PV电池的电致发光的图。
图17是显示了在暴露于湿热条件的不同时间，测试PV模块中的PV电池的电致发光的图。
图18是显示了在暴露于湿热条件的不同时间，测试PV模块中的PV电池的电致发光的图。
示例性实施方案详述
定义
下文描述了适用于目前所述的本发明的定义，以及与本发明的某些实施方案相关的一些性能的测量方法。
“光伏电池”或者“PV电池”是能够将电磁辐射转化成电能的电子装置。通常的PV电池包括能够吸收电磁辐射的光活性材料(一种或多种)，以及可用于将电磁辐射转化成电能的电荷传输材料(一种或多种)(其可以是与光活性材料相同或者不同的材料)。
“光伏模块”或者“PV模块”是包含至少一个PV电池的任何装置。通常的PV模块包括一些形式的外壳和/或封装材料来保护PV电池。
当与PV模块和/或PV电池相关来使用时，电池或者模块的“前面”表示该模块和/或电池这样的表面，其在该模块和/或电池用于它的目标用途时(例如将入射的电磁辐射转化成电能时)是进入的电磁辐射的最直接入射处。PV模块和/或PV电池的“背面”应当是指相对表面。
如本文所用的，PV电池可以转化成电能的任何电磁辐射可以称作“光”。这种使用不意味着这样的辐射必须局限于电磁辐射的可见光谱。
如本文所用的，wt％表示重量的百分比，或者重量百分比，以及wppm表示份/百万份，基于重量。除非另有指示，否则百分比和ppm值应当认为是wt％和wppm。
在本文中提及了聚合物包含各种单体单元，例如乙烯衍生的单元，乙烯单元，或者简称乙烯。在聚合物被称作包含“乙烯单元”或者“乙烯”的情况中，应当理解它表示该聚合物包含“乙烯衍生的单元”，即，处于它的聚合形式的乙烯(-CH2CH2-)。这同样适用于提及构成聚合物的任何其他单体单元(例如丙烯或者丙烯衍生的单元)。
如本文所用的，术语“弹性体”指的是任何聚合物或者聚合物的组合，其符合ASTMD1566的定义：“材料，其能够从大的变形恢复，并且可以或者已经改变到这样的状态，在该状态它基本上不溶(但是可以溶胀)于沸腾溶剂中”。如本文所用的，术语“弹性体”可以与术语“橡胶”互换使用。
术语“热塑性硫化橡胶”或者“TPV”被宽泛定义为任何这样的材料，其包括分散在连续的热塑性基体中的至少部分硫化的橡胶组分。合适的TPV材料可以进一步包括其他成分，例如一种或多种油和/或其他添加剂。
术语“硫化橡胶”表示这样的组合物，其包括一些已经硫化的组分(例如橡胶)。术语“硫化的”在本文以它最宽的含义定义，并且通常指的是在全部或者一部分的该组合物(例如可交联橡胶)已经进行了一些程度或者量的硫化之后该组合物的状态。因此，该术语包含部分地和完全硫化二者，并且还包含可以用于动态硫化的任何形式的固化(交联)——热的、化学的或者以其他形式的。
优选的硫化类型是“动态硫化”。术语“动态硫化”表示共混有热塑性树脂的可固化橡胶在剪切条件下在足以塑化该混合物的温度的硫化或固化。在优选的实施方案中，该橡胶同时交联和以微米尺寸颗粒分散在热塑性树脂中。取决于固化程度，橡胶与热塑性树脂之比，橡胶和热塑性树脂的相容性，捏合机类型和混合强度(剪切速率)，其他形态例如在塑性基体中共连续橡胶相是可能的。
如本文所用的，“部分硫化的”橡胶是这样的橡胶，其中在硫化(优选动态硫化)之后，例如TPV的橡胶相交联之后，大于5重量％(wt％)的可交联橡胶是可以在沸腾二甲苯中提取的。例如，在包含部分硫化的橡胶的TPV中，至少5wt％且小于10，20，30或者50wt％(在各种实施方案中)的可交联橡胶是在沸腾二甲苯中从TPV试样中可提取的(所述的wt％基于该TPV试样中存在的橡胶的总重量)。可溶橡胶在固化的组合物中的百分比是通过在沸腾二甲苯中回流所述试样，称重干的残留物和基于对该组合物的了解来对可溶和不溶组分进行合适的校正来测定的。因此，校正的初始和最终重量是通过从可溶组分的初始重量减去除了要硫化的橡胶之外的组分(例如增量油，增塑剂和该组合物的可溶于有机溶剂的组分，以及不意在固化的热塑性组分)来获得的。从初始和最终重量二者中减去任何不溶性颜料，填料等。当计算固化组合物中可溶性橡胶的百分比时，从橡胶中减去未固化的橡胶中可溶于回流二甲苯中的任何材料。关于测定可提取橡胶的百分比的技术的进一步的描述在美国专利No.4311628第4栏第19-50行阐述，其由此通过引用并入。
如本文所用的，“完全硫化的”(或者完全固化或者完全交联的)橡胶是这样的橡胶，其中在硫化(优选动态硫化)之后，例如TPV的橡胶相交联之后，小于5wt％的可交联橡胶是可以在沸腾二甲苯中提取的。例如，在包含完全硫化的橡胶的TPV中，小于4，3，2或者甚至1wt％的可交联橡胶是在沸腾二甲苯中从TPV试样中可提取的。在一些实施方案中，在包含完全硫化的橡胶的TPV中，0.5-2.0wt％，例如0.1-2.0wt％的可交联橡胶是在沸腾二甲苯中从TPV试样中可提取的。
因此，根据各种实施方案的TPV可以具有小于20，15，10，5，4，3，2或者甚至1wt％的可以在沸腾二甲苯中从TPV试样中提取的可交联橡胶，和至少0.0，0.1或者0.5wt％的可在沸腾二甲苯提取的橡胶。
如本文所用的，“增量油”和“加工油”可以具有类似组成，或者选自相同或者类似的化合物。该术语用于区分弹性体组合物(包括TPV)制造周期中所述油引入的时机。“增量油”这样的油，其在弹性体聚合后加入弹性体或者与弹性体一起引入，例如作为弹性体粒料、包料等的一部分(与任何其他期望的添加剂一起)引入，该弹性体粒料、包料等运输或者提供到下游制造商，该制造商转而将该弹性体加工成中间产品(包括TPV)和/或最终商品。“加工油”或“工艺油”是在这样的下游制造过程中(例如在弹性体的挤出，混合或者其他加工过程中，包括形成TPV)与弹性体配制的。在本文中记载了TPV配制物的油含量的情况中，其意在仅仅表示加入到该TPV配制物中的加工油的量，其作为由一种或多种弹性体和一种或多种热塑性树脂形成TPV的方法的一部分；可能存在于用于形成TPV的弹性体(一种或多种)中的任何增量油不包括在这样的记载中。
如本文所用的，“第I组油”，“第II组油”，“第III组油”，“第IV组油”(也称作聚α烯烃或者“PAO”)和“第V组油”分别指的是根据美国石油协会(API)的基本原料油分类(在API1509附件E，第17版，附录1(2015年3月)中阐述，其通过引用并入本文)所理解的基本原料油组。例如，第I组油是石油来源的基油或者基本原料油，其具有小于90wt％饱和物(根据ASTMD2007测定)，大于300wppm的硫(根据ASTMD1552，ASTM D2622，ASTM D3120，ASTM D4294或者ASTM D4297测定，并且在那些方法的结果相矛盾的情况下以ASTM D4294为准)，和具有80-120的粘度指数(通过ASTM D2270测定)。同样，第II组油是石油来源的基油或者基本原料油，其具有大于或等于90wt％饱和物，小于或者等于300wppm的硫含量，和80-120的粘度指数(每种性能是通过与第I组油所指定的相同的方法测定的)。第III，IV和V组油类似地与它们在API 1509的附件E中的描述一致。
光伏模块
本公开在各种实施方案中包括光伏(PV)模块，有时候也称作太阳能面板，其具有包含热塑性硫化橡胶(TPV)的背板。背板和适于用作背板的TPV的进一步的细节(包括成分和形成)在下面更详细地讨论。
如图1的断开图示所示，根据一些实施方案的PV模块可以包括覆板或者前板101，其对于入射电磁辐射(例如光)来说是至少部分透明的。前板的透明度越大越好。如图1所示，前板101是玻璃，虽然其他材料(例如透明的聚合物材料例如聚乙烯)可以代替来形成该前板。此外，根据一些实施方案的前板可以包括保护性涂层等，例如来提供耐刮擦或者结垢性(图1未示出)。根据再其他实施方案的PV模块可以任选地省略前板(例如在下面更详细讨论的前封装材料层105提供了足够的抗PV模块要用于其中的环境中的元素的保护的情况中)。
如果存在，在该前板101下面是至少部分地封装在封装材料中的PV电池110的阵列，如图1所示，该封装材料包含前封装材料层105和后封装材料层115。前封装材料层105包含前封装材料，和优选类似于前板101，其对于电磁辐射是至少部分透明的。后封装材料层115包含后封装材料。不同于前封装材料层105，后封装材料层115可以但不必须是透明的。因此，该前和后封装材料在一些实施方案中可以具有相同或者不同的组成，和一些实施方案的封装材料可以通常描述为包括涂覆一个或多个PV电池前表面的至少部分透明的前封装材料，和涂覆一个或多个PV电池后表面的后封装材料。该前和后封装材料之一或二者可以至少部分地覆盖PV电池的侧面。合适的封装材料(前和后封装材料之一或二者)在下面更详细地描述。
最后，基底或者背板120与至少一部分的后封装材料层115接触，和优选还粘附于其上。前板101和背板120将封装的PV电池(一个或多个)夹入在模块100中。根据本文公开的实施方案的背板包含TPV，由其组成或者基本由其组成。合适的TPV和它们形成背板的方法在下面在进一步讨论了封装材料之后更详细地描述。当用于本文上下文时，当该背板包含小于5wt％的非TPV的材料(例如包括用于该TPV的后加工(包括该TPV形成背板)的加工油，以及包括杂质或者其他材料，以使得与仅仅包含TPV，并且其他方面相同的背板相同的性能相比，具有这样的油、杂质和/或材料的背板可测量的性能变化不大于+/-5％)时，该背板“基本由TPV组成”。
根据一些实施方案的PV模块还可以包括侧框130，其可以由任何合适的材料(例如铝，其他金属，热塑性材料等)制成。侧框可以保护所述模块内部(例如封装材料105和115和PV电池110)。该模块还可以在框和模块的层之间包括密封剂体系131，来帮助防止污染物进入和/或将侧框粘附到模块的一个或多个层上。可以使用任何已知的合适的密封剂体系，包括例如基于丁基的化合物。
图1的PV电池110是直接或间接地电连接接线盒111上。其他实施方案可以包括一个或多个电导线，将PV电池(一个或多个)110连接到外部电路(不必须包括接线盒111)。普通技术人员将理解通过使用任何合适的带电导线或者其他装置，将PV电池(一个或多个)110电连接到外部电路的许多装置，存储装置(例如电容器)等，其全部处于本发明提供的PV模块的范围内。此外，根据各种实施方案的PV电池可以包括涂层(例如铝糊或者本领域技术人员已知的其他涂层)。本文提及“PV电池”时包括涂覆和未涂覆的电池二者(例如其至少部分地封装在封装材料中的PV电池的描述可以包括这样封装的未涂覆的电池和这样封装的涂覆的电池二者)。
现在将更详细地讨论根据各种实施方案的PV模块的封装材料和背板。
封装材料
如所示的，前封装材料应当是至少部分透明的。合适的前封装材料包括透明的聚合物材料，其为该PV电池提供了至少一些程度的电绝缘和保护防止环境污染物(例如湿气，其他液体和/或气体，和颗粒污染物)。优选，该封装材料当存在于PV模块中时粘附到前板(例如玻璃)上。通常，本领域已知或者以后发现是用于PV电池的合适的封装材料的任何PV电池封装材料应当是用于本文各种实施方案的PV模块的合适的前封装材料。已知的封装材料的例子包括根据在美国专利No.6093757，或者在涉及PV电池封装材料的公开文献中所述的那些。参见例如Kempe等人，“Types of Encapsulant Materials and PhysicalDifferences Between Them”，Nat’l Renewable Energy Laboratory 2010，可以在http：//www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/pvrw 2010_kempe.pdf上获得(最近访问2016年3月10日)。例如，该前封装材料可以包括聚合物材料，其包含以下中的一种或多种：离聚物，热塑性聚氨酯(TPU)，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，聚二甲基硅氧烷或者聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)和具有良好的光学透射率和为PV电池提供了对于湿气和其他气体、液体和固体污染物的至少部分的阻隔的任何其他聚合物材料。在一些具体实施方案中，该聚合物材料是在组装的PV模块中至少部分地交联的。因此，这样的实施方案所配制的封装材料，在PV模块组装过程中(下面更详细讨论)在加热或者其他活化之前，包括可交联的聚合物材料。
封装材料可以用一种或多种封装材料添加剂配制，例如固化剂(例如过氧化物酚类树脂等)，紫外光稳定剂(例如受阻胺)，紫外光吸收剂(例如苯并三唑)，粘附促进剂(例如三烷氧基硅烷)，和/或自由基清除剂(例如酚膦酸酯，在其中存在着过氧化物固化剂或者其他自由基形成固化剂的是特别是有用的)。这些添加剂的一些(例如固化剂)可以在PV模块形成过程中至少部分地消耗。例如，当该封装材料配制物在PV模块加工过程中加热时，如下面更详细讨论的，至少一些固化剂可以在封装材料配制物中存在的任何可交联聚合物材料的交联中被消耗。
合适的后封装材料包括适于作为前封装材料的任何材料。然而，后封装材料可以另外地或代替地包括具有很少或者没有光学透射率(即，具有很少或者没有透明度)的聚合物材料，例如下面中的一种或多种：EPDM，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚酰胺，聚氟乙烯，聚偏二氟乙烯，乙烯-丙烯-二烯(EPDM)橡胶等。
优选的封装材料(前和后)不仅帮助保护PV电池(一个或多个)防止PV模块寿命期间的机械损害；它们还可以帮助保护该电池(一个或多个)防止来自于该PV电池用于其中的环境中的有害液体、气体和固体进入。封装材料还提供温度和电绝缘，来帮助PV电池(一个或多个)在操作过程中处于期望的温度范围，和此外帮助使得沿着来自于PV电池(一个或多个)的期望的导线的电荷传输最大化。
优选，该封装材料(包含前和后封装材料层)至少部分地粘附到前板(如果存在的话)，PV电池(一个或多个)和背板全部三者上，来将PV电池(一个或多个)在PV模块寿命期间固定到基本上合适之处。具体地，该前封装材料至少部分地粘附到前板和每个PV电池的前表面，而后封装材料至少部分地粘附到背板和每个PV电池的后表面。在形成PV模块过程中，该前和后封装材料之一或二者在一些实施方案中可以沿着PV电池(一个或多个)或者PV电池基质的侧面流动，来将该PV电池(一个或多个)或者PV电池基质封装在侧面上以及前和后表面上，来为该电池提供另外的稳定性。有利地，在某些实施方案中，不需要粘结剂来将封装材料(例如后封装材料，在其中后和前封装材料不同的实施方案中)直接粘附到背板上。根据下面更详述的一些形成PV模块的方法，在其中PV模块是使用层合和加热方法制造的情况中，尤其如此。这样的直接粘附避免了分别的粘结剂层(经常需要其将封装材料粘附到常规背板上)的额外成本和复杂性。
基于TPV的背板
如所示的，各种实施方案的背板包含TPV，由其组成或者基本由其组成。
优选的背板厚度是大约0.10mm-15.00mm，最优选0.20-1.5mm，例如0.25-0.40mm，或者0.25-0.35mm，其中还可以预期从任何刚刚所述的最小端点到任何较大的最大端点的范围(例如0.20-0.35mm等)。厚度可以通过任何公知的标准(例如ISO 23529，ISO 3302-1等)来测量，但是在通过不同的方法获得的厚度测量值变化大于0.01mm的情况中，应当以根据ISO 23529：2010，第7.1节(用于测量小于30mm的尺寸的方法)测量的厚度为准，条件是其中通过这种方法测定的厚度沿着板表面从一个位置到另一位置变化大于0.01mm，厚度应当取沿着背板表面5个不同位置处的测量值的平均厚度(算数平均值)。此外，在该板具有一个或多个铰接位置(下面详述)的情况中，平均厚度应当在该背板的不位于铰接位置之一的点处测量。
合适的背板的其他尺寸(例如长度，宽度)可以广泛变化。例如，在各种实施方案中，长度和宽度任一个可以短到5cm和长到5m，或者甚至更长。优选，长度和/或宽度是20cm-5m，例如30cm-2m，或者30cm-1.6m。合适的背板尺寸可以是正方形(例如1m x 1m)，矩形(例如1m x 1.6m)，圆形(具有根据上述长度和/或宽度的直径)，或者任何其他形状(具有根据前述描述的沿着这样的形状的最大长度和/或宽度)。
基于TPV的背板(即，包含一种或多种TPV，由其组成或者基本由其组成的那些)提供了与常规背板材料相比明显的益处。根据一些实施方案的背板对于PV模块具有各种功能，包括电绝缘和机械保护(例如防止冲击、穿刺、碎屑进入)。背板还可以有利地充当阻隔物来抗液体和/或气体污染物。虽然在一些情况中，据信完全阻隔这样的污染物会是期望的，但是可以更优选的是该背板确保了全部不期望的材料(其是在模块生产过程中或者它的正常使用过程中在封装材料中产生的)可以从PV模块逸出。例如，在该封装材料配制物包括可交联聚合物材料(和更具体地，还包括一种或多种固化剂)的情况中，这样的材料将可能在PV模块制作过程中至少部分地交联。此外，在PV模块制作后一些未交联的聚合物和固化剂在某些程度上保留在封装材料中，其可以在所述模块配置到工作现场时进一步交联。例如，可交联封装材料暴露于其的热、湿气和/或辐射越大，该进一步交联反应越可能发生。这些交联反应可以产生副产物，其可以不利地影响封装的PV电池的操作——特别是当这样的副产物被PV电池裹挟在封装材料内时更是如此。例如，基于过氧化物的交联反应被认为产生了会腐蚀一些PV模块的金属侧框的副产物，从而将PV模块内部件暴露于环境污染物。因此，令人期望的是该背板允许这样的副产物迁移出所述模块。然而，同时，该背板优选防止不期望的污染物(例如湿气)从所述模块置于其中的环境中进入PV模块，或者供选择地，即使该背板允许这样的污染物进入PV模块，该背板也容易将它们排出该模块。例如，在一些实施方案中，基于TPV的背板可以允许一定程度的湿气在升高的温度(例如特别是在PV模块操作过程中的高温暴露时)进入，但是此外一旦温度冷却，则排出湿气。因此，背板可以有利地表现出选择性的阻隔性能，而非充当完全的阻隔，和/或背板可以有利地允许污染物在某些条件过程中从PV电池迁移出(例如水或者水蒸气在升高的温度逸出)，而非其他(来防止不期望的进入)。
表现出这样的令人期望的阻隔性能的背板可以有利地延长PV模块的有效寿命。为了使得解决全部可能的污染物和背板中各种竞争性期望的阻隔性能中所涉及的复杂性最小化，湿热(D-H)测试可以帮助确定背板是否提供了这样的优点。湿热测试，如下面的实施例部分中详述的，包括将样品PV模块暴露于苛刻的环境条件和监控该模块的各种性能(例如最大可允许的电压，在最大功率点的模块功率输出，模块串联电阻和模块短路电流)或者背板(例如与封装材料的粘结强度)来评价模块将持续可接受地进行太阳能到电能转化的时间。本文的D-H测试是根据IEC61215中所述的用于湿热测试的协议来进行的，除了在有指示的情况中，使用了不是在IEC 61215中所谓的1000h暴露的时间(例如2000h或者甚至3000h)。
因此，通过下面的实施例中所述的成功湿热测试来显示了根据各种实施方案的基于TPV的背板的有利的阻隔性能，并且进一步汇总在下面根据本发明一些实施方案的PV模块的有利的性能的讨论中。
作为另一例子，根据一些实施方案的基于TPV的背板的挠性大于常规背板，其例如是通过该基于TPV的背板(和/或形成背板的TPV)在100％伸长率的模量(“M100”)来指示的。这种高挠性(低劲度)意味着当PV模块由于模块温度差异的结果而膨胀或者收缩时(例如归因于昼夜和四季交替)，膨胀或者收缩所述板所需的力将是低的，和因此将不增加过多的力到作用于该模块上的总应力上。与常规PV模块相比，这种降低的膨胀/收缩力可以改进根据各种实施方案的PV模块的寿命。用于形成根据一些实施方案的基于TPV的背板的优选的TPV的M100值在下面涉及用于形成基于TPV的背板的合适的TPV的描述来更详细地讨论。
该基于TPV的背板的挠性所提供的另一优点是用于铰接的或者具有非平面几何形状的其他PV模块的可能性。如本文所用的，当PV模块的横截面上的任何一侧显示了非平面轮廓时，该PV模块具有“非平面几何形状”。例如，可以制作根据一些实施方案的PV模块来具有凸面或者凹面曲率(相对于模块的前表面或者面光表面)，或者一些其他非平面形状，例如来配合各种期望的配置几何形状。例如，图2a显示了具有凹面几何形状的PV模块290。这样的模块可以由挠性和/或成形的组件(例如挠性或者成形的前板291和挠性基于TPV的背板295将封装在封装材料292中的PV电池293夹在其中)来产生。根据本文的各种实施方案的基于TPV的背板因此获得了用于挠性PV模块设计的许多可能性。此外，根据再其他实施方案的PV模块可以是或者包括铰接的PV模块。根据一些这样的实施方案的铰接的PV模块的例子显示在图2b中，在其中一个连续的基于TPV的背板200(具有铰接位置205)连接到两个刚性PV模块组件210和220上，每个(分别)包含在第一和第二封装材料213和223上成层的第一和第二前板211和221，每个封装第一和第二组PV电池215和225。每个PV模块组件可以进一步包括侧框，其框住了PV模块组件的侧面(图2b未示出)。在再其他实施方案中可以存在沿着该基于TPV的背板的大于一个铰接位置，这允许将基于TPV的背板连接到三个或者更多个相对刚性的PV模块组件上。此外，将理解各种这些实施方案的铰接位置205(如图2b和其他中所示)不需要以特定角度固定(例如以图2b所示角度)；该基于TPV的背板200可以容易变形(例如相对于例如图2b所示构造折叠或者非折叠)来增加或者降低铰接位置200的角度，或者甚至使它放平，或者甚至将第一和第二PV组件彼此折叠在一起(例如用于存储或者运输)。
因此，如图2d所示，一些实施方案进一步提供了PV模块(例如图2d的PV模块240)，其具有单个连续的基于TPV的背板251和置于其上的多个PV模块组件260。每个组件260可以根据上面涉及图2b所述的示例第一和第二组件210和220。组件260是沿着背板251布置的，优选置于背板251的同一侧上，在每个之间具有铰接空间(例如空间271，272，273)，每个铰接空间对应于沿着该背板的铰接位置(例如分别是251，252，253)。当如图2d所示，铰接空间(例如空间271)以这样的方式紧邻铰接位置(例如位置251)时铰接空间“对应于”铰接位置，即，所述方式允许铰接位置来(i)限定在铰接空间任一侧上的两个PV模块组件前侧之间的角度，和/或(ii)沿着该铰接位置可变地折叠，来限定在铰接空间任一侧上两个PV模块组件前侧之间可变的角度。在图2d的每个PV模块组件260之间显示了这样的角度的例子；此外，在图2d中通过移动箭头(显示了模块240是折叠的手风琴样式)显示了折叠来限定每个铰接位置251，252和253处可变的角度。供选择地，这样的铰接位置使得模块能够延伸和放平(例如通过沿着的每个铰接位置的轴折叠，其与图2c所示方向相反)。
因此，总之，每个铰接位置能够可变地折叠来限定两个相邻PV模块组件的前表面之间的角度，所述的角度是大约0°-360°，如图2c中通过虚线所示的，其显示了背板200沿着铰接位置205展开，以使得PV模块组件220保持固定，同时PV模块组件210沿着图2c的虚线所示路径展开。如本文通过铰接位置限定的角度上下文中所使用的，0°角度构造是通过布置图2c中的第一和第二PV模块组件210和220来显示的(即，0°角度定义为这样的构造，在其中PV模块绕着给定的铰接位置自身折叠，以使得与铰接位置相邻的两个PV模块组件的前表面彼此面对)。因此，180°角度构造定义为PV模块绕着给定铰接位置的平的布置，以使得该PV模块组件与铰接位置相邻的前表面二者面朝同一方向；和360°角度构造定义了这样的布置，其中两个PV模块组件与给定铰接位置相邻的前表面彼此面朝相反方向。这些角度定义是沿着图2c所示的折叠/展开圆形路径来标记的。该基于TPV的背板有利地允许这样的可变的几何形状，同时兼做背板(即，同时仍然充当常规PV模块背板的功能)。
此外，可以形成一些这样的实施方案的单个连续的基于TPV的背板来有利地具有沿着该板长度的可变厚度。例如，另外的压延或者其他压制可以用于使得该基于TPV的背板在铰接位置(例如图2d所示的铰接位置251，252和253)更薄，其使得这样位置上的折叠更容易，同时允许该背板连接到PV模块组件的位置处更大的相对刚度。在某些这样的实施方案中，连续的基于TPV的背板的每个铰接位置的平均厚度可以是连续的基于TPV的背板的非铰接位置的平均厚度的90％或更小，优选80％或更小，或者甚至75％或更小。
如下面详述的，TPV材料的另一优点是这样，即，与包含可交联聚合物材料的一些背板层材料(例如EVA)相比，其是化学稳定的，只要它们已经交联。这样的常规材料具有较短的存储寿命(例如在PV模块制造商的设施中)，这归因于由于随时间暴露于热、湿气等而发生的一些交联的可能性。通过具有较长的存储寿命，各种实施方案的基于TPV的背板对于制造商来说有助于降低存储成本和产生较低的废料率。
基于TPV的背板还提供了与PV模块零件整合的机会。例如，零件(连接器，结构，其他材料)可以直接模制到该背板上。该TPV的热塑性性质将使得这些整合的零件容易维修和/或更换。
有利地，根据一些实施方案的背板包含仅仅单个层，其包含所述TPV(或者基本由其组成或者由其组成)。这与一些常规背板相比是明显的简化，所述常规背板构建了多个层(例如两个或者更多个的聚酰胺层，PET层，PVF层，PVDF层，PE层和EVA层)。
然而，再一实施方案可以代之以包含多层背板，其中至少一个层包含TPV(例如基于TPV的背板，其是多层复合材料)。这样的实施方案的基于TPV的背板可以是多层复合材料，其有利地可以取代常规PV模块的封装材料和背板。因此，这样的实施方案的PV模块包含至少部分封装在多层复合材料中的一个或多个PV电池。该多层复合材料包含第一层(其包含该TPV)和第二层(其包含任何适于作为后封装材料(如前所述)的材料)。通过将该封装材料和背板的功能(和材料)以此方式组合，通过允许用背板直接封装PV电池，而无需分别插入封装材料层，该多层复合材料仍然提供了相对于常规PV模块的一些简化，特别是在PV模块制造方法中的简化。此外，同一供应商将能够提供该多层复合材料，这消除了PV模块制造商协调分别的背板和封装材料层供应商之间的尺寸和其他相容性问题的需要。
类似地，在再一实施方案中，多层基于TPV的背板可以包括一个或多个不同于前述封装材料的材料的层，其处于多层板的TPV层的前侧或者后侧上。例如，其他聚合物层，其包含材料例如热塑性材料(例如聚乙烯或者聚丙烯层)，可以包括在这样的多层复合材料的TPV层的任一或者两侧上。这样的聚合物层可以提供目标的抗一种或多种预期的环境污染物例如湿气等的保护。
因此，根据一些实施方案的PV模块包括一个或多个另外的保护层，其位于该基于TPV的背板的前侧和后侧的任一或二者上，和/或基于TPV的背板可以是多层复合材料。
用于形成基于TPV的背板的合适的TPV
适于形成各种实施方案的背板的热塑性硫化橡胶(TPV)包含分散在连续的热塑性基体中的至少部分硫化的橡胶组分，该基体包含热塑性组分。在一些实施方案中，该橡胶组分优选是完全硫化的或者完全固化的。此外，该橡胶组分优选在热塑性基体中以细微分散的和充分分散的颗粒形式存在。
这样的TPV是通过动态硫化TPV配制物来形成的。该TPV配制物包含(i)橡胶组分，(ii)热塑性组分，(iii)硫化剂或者固化剂；(iv)加工油；和(v)任选的一种或多种添加剂(包括例如固化促进剂，金属氧化物，酸清除剂，阻燃剂，填料，稳定剂等)。该TPV因此可以供选择表征为是该TPV配制物的动态硫化的产物。
首先将描述该TPV的形成及其所形成的性能，随后更详细描述合适的橡胶组分，热塑性组分，硫化剂，加工油和添加剂。
如本领域技术人员所理解的，动态硫化包括方法，由此经历与热塑性树脂混合的橡胶被固化。该橡胶是在高于热塑性树脂熔点的温度，在高剪切条件下交联或者硫化的。作为该方法的结果，该热塑性树脂变成混合物的连续相，和该橡胶变成分散在该连续的热塑性相中的不连续相。因此，在一些实施方案中，该混合物(例如该TPV配制物)在动态硫化过程中经历了相反转，其中所述共混物(其初始包括大体积分数的橡胶)转化成这样的共混物，其中塑性相是连续相，并且橡胶同时交联和作为细颗粒分散在热塑性基体中。
通常，该TPV配制物的动态硫化在反应器中发生。此外，并非该TPV配制物的全部组分需要必须同时引入反应器中。
例如，根据一些实施方案的动态硫化如下来进行：将橡胶组分和热塑性组分混合来形成共混物，其可以称作固体共混物(虽然并非该共混物的全部组分需要必须处于固态)。任选的固体添加剂(例如固化促进剂，填料，氧化锌和各种固体例如颜料和抗氧化剂)可以加入该固体共混物中。该共混物在高于热塑性树脂熔融温度的温度连续混合来形成熔融共混物。硫化剂(例如固化剂)，其可以处于固体或者液体形式，引入该熔融共混物来形成可硫化的共混物。持续加热和混合来实现动态硫化。
加工油可以在所述方法的任何阶段或者在多个阶段引入。例如，油可以与固化剂一起加入固体共混物，熔融共混物，或者在动态硫化之后加入——或者在该方法前述点的任何两个或者更多个加入。
在动态硫化之后，混合可以持续，并且另外的添加剂或者成分可以引入该熔融产物中，其可以称作熔融的热塑性硫化橡胶。例如，动态硫化之后，后硫化添加剂例如酸清除剂可以加入熔融物质中。该产物然后可以通过挤出机模头挤出，或者以其他方式制作，和最后冷却用于处理和/或进一步加工。例如，熔融的热塑性硫化橡胶组合物可以冷却和/或凝固和随后造粒用于将来存储和/或运输。本发明的实践不必须限于在形成背板材料之前，热塑性硫化橡胶组合物随后凝固或者制作的方式。
本文所述的动态硫化方法可以在连续混合反应器(其也可以称作连续混合器)中进行。连续混合反应器可以包括那些反应器，其可以连续供给成分和其可以连续从其中除去产物。连续混合反应器的例子包括双螺杆或者多螺杆挤出机(例如环形挤出机)。用于连续制备热塑性硫化橡胶的方法和装置描述在美国专利No.4311628；4594390；5656693；6147160；和6042260以及WO2004/009327A1中，其通过引用并入本文，虽然还可以使用采用低剪切速率的方法。所述共混物在它送过连续反应器的各个料筒区或者位置时的温度可以如本领域已知的那样变化。具体地，固化区内的温度可以根据所用固化剂的半衰期来控制或者操控。
所形成的TPV通过后加工例如挤出和压延进一步加工成合适的背板，其中将TPV包料，粒料，条等充分加热来熔融所述热塑性相，挤出和压制成期望厚度的板。适于直接包括在该TPV中的任何添加剂(下面详述)也可以或者代之以在这个后加工阶段加入，这样的添加剂包括UV稳定剂，阻燃剂，着色剂(例如白色或者黑色着色剂)等。用于形成背板的优选的TPV表现出下面即将描述的性能中的一种或多种。
根据一些实施方案的合适的TPV的硬度是30邵氏A-50邵氏D。在具体的这些实施方案中，硬度可以大于55邵氏A，优选大于或者等于60，65，70，75或者80邵氏A。这样的实施方案可以表现出有利的加工能力，特别是形成合适的薄基于TPV的背板(例如具有根据前述各种实施方案的基于TPV的背板的厚度的那些)。例如，具有根据这样的实施方案的厚度的TPV可以允许挤出成相对无应力的板(即，具有低的内应力的板)。该背板中低的内应力在PV模块的长寿命过程中可以是重要的，特别是当经受热和/或湿操作条件时，和/或经受周期性温度变化(昼夜和四季更替)时。当该背板具有过大的内应力时(例如当由较软的TPV形成时)，它可能在PV模块中与封装材料分层或者破裂，这引起模块劣化或者甚至失效。虽然这个问题的风险可以通过使用较厚的背板来减少，但是这种解决方案是不实际的，因为它明显增加了PV模块的材料成本，和进一步增加了那些模块的重量(和因此的运输和/或安装成本)，同时不理想地降低了这样的模块的挠性。通常，在不断裂的情况中可以制造更薄的TPV板，并且同时仍然保持了足够的挠性，这是越好的。
硬度是根据ISO 868测定的，其由此通过引用并入。按照ISO 868下相同的协议，不同的测试装置可能产生程度不同的结果，硬度应当使用装置根据ISO 7619规定测定(并且依照以前的标准DIN 53505)。
合适的TPV另外地或代替地在100％伸长率的模量(“M100”)可以是1-15mPa，更优选1-10mPa。在某些实施方案中，M100可以是1-6mPa。M100度量了将TPV样品保持在100％伸长率所需的力，基于未拉伸的样品的横截面积，并且是合适的挠性的指示。具体地，M100越低，TPV材料的挠性越大。
M100是根据ISO 37测定的，具有下面的改变/说明：关于样品制备，样品切割方向应当垂直于TPV流动方向来形成板，从其上切割样品；此外，应当使用I类型模头(ISO 37，与ASTM D412的模头C相同)来进行哑铃型样品的切割。虽然ISO 37规定了样品在23+/-2℃调理最少3h，但是优选调理是在23℃(这也是测试温度)持续16h。关于伸长率测试所用装置，优选该装置是T10张力计(Alpha Technologies)或者等价物(例如Zwick Z2.5/TH1s)和伸长计，脚踏开关护罩和夹具护罩。此外，ISO 37规定了测试结果应当作为至少3个值的中值来确定；就本文的目的而言，该中值优选取自3个值，对于具有邵氏A硬度的材料最接近0.05MPa(对于具有邵氏D硬度的材料最接近0.01MPa，其中硬度是如前所述测定的)。
橡胶组分
该TPV配制物的橡胶组分优选是可交联(可硫化)的橡胶组分。在动态硫化后，所形成的TPV(即，由包括动态硫化该TPV配制物的加工形成)中的橡胶组分至少部分地交联，优选完全交联。
适用于制造TPV的任何橡胶可以用于制造(和存在于)本发明一些实施方案的TPV中。术语“橡胶”指的是任何天然或者合成的表现出弹性体性能的聚合物，其任意在本文可以与“弹性体”同义使用。该橡胶组分可以包含一种橡胶，或者两种或者更多种橡胶的混合物。
该橡胶组分优选以10-45wt％(例如15-40，20-35或者25-30wt％)的量存在于TPV配制物(和/或存在于所形成的TPV中)中，基于该TPV配制物或者TPV的总重量，如果适用的话。令人期望的范围可以包括从任何下限到任何上限的范围。供选择地，在基于该TPV配制物或者所形成的TPV中的聚合物含量(这样的聚合物含量由橡胶组分和热塑性组分组成)的总重量的wt％方面，该橡胶组分优选的存在量是40-75wt％，例如45-70wt％或者50-65wt％，其中令人期望的范围可以包括从任何下限到任何上限的范围。
橡胶的非限制性例子包括含烯烃的橡胶，丁基橡胶，天然橡胶，苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶，丁二烯橡胶，丙烯腈橡胶，卤代橡胶例如溴化和氯化异丁烯-异戊二烯共聚物橡胶，丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶橡胶，聚氨酯橡胶，聚异戊二烯橡胶，表氯醇三元共聚物橡胶，聚氯丁二烯橡胶及其混合物。
在一些实施方案中，该TPV包含含烯烃的橡胶，例如乙烯-α-烯烃共聚物橡胶。该乙烯-α-烯烃橡胶可以包含具有3-8个碳原子的α-烯烃，和在优选的实施方案中该α-烯烃是丙烯。该乙烯-α-烯烃橡胶可以包含至少50wt％，或者至少55wt％，或者至少60wt％的乙烯衍生的单元，基于乙烯-α-烯烃橡胶的重量，并且余量的单元是α-烯烃衍生的。乙烯-α-烯烃橡胶例如乙烯-丙烯橡胶进一步描述在美国专利No.5177147中。
在优选的实施方案中，该橡胶组分包含乙烯-α-烯烃-二烯橡胶。该乙烯-α-烯烃-二烯橡胶可以包含具有3-8个碳原子的α-烯烃。在优选的实施方案中，该α-烯烃是丙烯，和该橡胶是乙烯-丙烯-二烯橡胶(“EPDM”)。优选该乙烯-α-烯烃-二烯橡胶中的二烯是非共轭二烯。合适的非共轭二烯包括5-亚乙基-2-降冰片烯(“ENB”)；1，4-己二烯；5-亚甲基-2-降冰片烯；1，6-辛二烯；5-甲基-1，4-己二烯；3，7-二甲基-1，6-辛二烯；1，3-环戊二烯；1，4-环己二烯；二环戊二烯(“DCPD”)；5-乙烯基-2-降冰片烯(“VNB”)；二乙烯基苯；或者其组合。在一些实施方案中，该乙烯-α-烯烃-二烯橡胶包含二烯衍生的单元，其衍生自ENB，VNB或者其组合。在优选的实施方案中，该乙烯-α-烯烃二烯橡胶的基本由衍生自乙烯、丙烯和ENB的单元组成或者由其组成。
该乙烯-α-烯烃-二烯橡胶可以包含50-90wt％乙烯衍生的单元，例如55-80或者60-70wt％乙烯衍生的单元，基于该乙烯-α-烯烃-二烯橡胶的重量，其中令人期望的范围可以包括从任何下限到任何上限的范围。该乙烯-α-烯烃-二烯橡胶可以进一步包含0.1-10wt％(例如3-7，或者4-6wt％)的二烯，基于该乙烯-α-烯烃-二烯橡胶的重量，其中令人期望的范围可以包括从任何下限到任何上限的范围。该乙烯-α-烯烃-二烯橡胶的单体含量的余量将通常包含衍生自α-烯烃例如丙烯的单元。此外，合适的橡胶，包括合适的乙烯-α-烯烃-二烯橡胶，可以是油增量的(即，除了单体含量之外，它们可以包括增量油)。
有用的乙烯-α-烯烃橡胶和乙烯-α-烯烃-二烯橡胶包括一些牌号的橡胶，其可在商标名VistalonTM(ExxonMobil Chemical Co.；德克萨斯州休斯顿)，KeltanTM(DSMCopolymers)，NordelTM IP(Dow)，NordelTM MG(Dow)，RoyaleneTM(Lion Copolymer)和BunaTM(Lanxess)下商购获得。
热塑性组分
该TPV(和/或该TPV配制物)的热塑性组分包括至少一种烯烃热塑性树脂。“烯烃热塑性树脂”可以是任何非本文所述的“橡胶”的材料。例如，该热塑性树脂可以是被本领域技术人员认为是热塑性性质的聚合物或者聚合物的共混物，例如这样的聚合物，其当暴露于热时软化和当冷却到室温时返回它的原始条件。该烯烃热塑性树脂组分可以包含一种或多种聚烯烃，包括聚烯烃均聚物和聚烯烃共聚物。
在一些实施方案中，该热塑性组分在该TPV配制物(和/或在所形成的TPV)中的存在量可以是10wt％-30wt％，例如14-28或者16-25wt％，其中该wt％是基于TPV配制物(和/或所形成的TPV，如果适用的话)的总重量，并且令人期望的范围可以包括从任何下限到任何上限的范围。供选择地，在该TPV配制物或者所形成的TPV中的聚合物含量的总重量的wt％方面，该热塑性组分优选的存在量是25-60wt％，例如30-55或者35-50wt％，其中令人期望的范围可以包括从任何下限到任何上限的范围。
示例性的热塑性树脂可以由单烯烃单体来制备，其包括但不限于具有2-7个碳原子的单体，例如乙烯，丙烯，1-丁烯，异丁烯，1-戊烯，1-己烯，1-辛烯，3-甲基-1-戊烯，4-甲基-1-戊烯，5-甲基-1-己烯，其混合物和其共聚物。优选，在所形成的TPV中该烯烃热塑性树脂是未硫化的或者非交联的(即，在动态硫化之前，在存在于TPV配制物中时，它是不可硫化或者非可交联的)。
在优选的实施方案中，该烯烃热塑性树脂包含聚丙烯或者由其组成。如本文所用的，术语“聚丙烯”宽泛地表示任何这样的聚合物，其被本领域技术人员认为是“聚丙烯”，并且包括丙烯的均聚物、冲击和无规共聚物。优选，本文所述的TPV所用的聚丙烯具有高于110℃的熔点和包括至少90wt％的丙烯衍生的单元。该聚丙烯还可以包括全同立构，无规立构或者间同立构序列，和优选包括全同立构序列。该聚丙烯可以仅仅衍生自丙烯单体(即，仅仅具有丙烯衍生的单元)或者包含至少90wt％，或者至少93wt％，或者至少95wt％，或者至少97wt％，或者至少98wt％，或者至少99wt％的丙烯衍生的单元，并且其余的衍生自烯烃例如乙烯，和/或C4-C10α-烯烃。
该热塑性树脂的熔融温度可以是至少110℃，或者至少120℃，或者至少130℃，和可以是110℃-170℃或者更高，其是通过DSC，如美国专利No.6342565第20栏第35-53行所述来测量的，其通过引用并入本文。
TPV的其他组分
TPV(和制造该TPV所用的TPV配制物)可以进一步包含油，包括加工油(加入到TPV配制物中)和/或增量油(其可以存在于TPV配制物所包括的橡胶组分中)。可以使用的油包括烃油和增塑剂，例如有机酯和合成增塑剂。许多添加剂油来源于石油馏分，和具有具体的ASTM名称，这取决于它们是否落入链烷烃，环烷烃或者芳烃油的分类中。其他类型的添加剂油包括α烯烃合成油，例如液体聚丁烯。也可以使用不同于基于石油的油的添加剂油，例如来源于煤焦油和松焦油的油，以及合成油，例如聚烯烃材料。在具体实施方案中，基于API分组来选择该TPV中所包括的油(例如API第I组，第II组，第III组，第IV组或者第V组基本原料油可以用作该TPV中的油)。在具体实施方案中，该TPV中所包括的油包含第II组或者更高级的油，例如第II组油(例如ParaLuxTM6001R工艺油，可获自Chevron Texaco Corp.)。另外地或代替地，所述油可以包括白油(例如药学等级油，例如PrimolTM542医学等级白油，可获自德克萨斯州Baytown的ExxonMobil Chemical Company)。优选，所述油基本上是无色的。在某些实施方案中，该TPV中至少90wt％，优选95wt％，更优选99wt％的油是基本上无色的。油的颜色可以根据ASTM D1500确定；优选在这个等级下测量的“基本上无色的”油的色值小于0.5，基于ASTMD1500颜色等级。使用赛波特颜色等级的ASTM D156特别适于精炼的，近乎无色的油；因此，“基本上无色的”油优选的赛波特色值是+20到+30，其是通过ASTM D156测定的。
油在该TPV中的存在量可以是大约5-大约300份，或者30-250份，或者70-200份重量，基于100重量份的橡胶组分和热塑性组分的总重量，其中令人期望的范围可以包括从任何下限到任何上限的范围。换句话说，在一些实施方案中，油在该TPV中的存在量可以从低到大约10wt％，或者15wt％，或者20wt％，或者25wt％，或者30wt％到高到大约40wt％，或者45wt％，或者50wt％，或者55wt％，基于该TPV的总重量，其中令人期望的范围可以包括从任何下限到任何上限。
该TPV配制物还包括硫化剂，其可以至少部分地在TPV配制物的动态硫化过程中消耗。可以使用能够固化或者交联制备该TPV所用橡胶的任何硫化剂。例如，在该橡胶包括烯烃弹性体共聚物的情况中，固化剂可以包括过氧化物，酚类树脂，自由基固化剂，或者常规使用的其他固化剂。在一些实施方案中，该硫化剂包含酚类树脂。固化促进剂(例如金属卤化物例如氯化亚锡)可以与硫化剂一起用于该TPV配制物中。特别有用的硫化剂，包括酚类树脂，和固化促进剂，包括氯化亚锡，描述在2015年12月10日提交的PCT申请No.PCT/US15/65048的第[0046]-[0054]段，该描述通过引用并入本文。
该TPV配制物还可以包括一种或多种添加剂，包括金属氧化物，酸清除剂，增强和非增强填料和/或增量剂，抗氧化剂，稳定剂，抗粘连剂，抗静电剂，蜡，发泡剂，颜料，阻燃剂和任何其他添加剂，例如橡胶配混领域已知的加工助剂。有用的填料和增量剂包括常规无机物例如碳酸钙，粘土，二氧化硅，滑石，二氧化钛，炭黑以及有机和无机纳米填料。合适的添加剂描述在2015年12月10日提交的国际申请No.PCT/US15/65048的第[0055]-[0061]段，其描述通过引用并入本文。
在一些实施方案中，特别有用的添加剂包括下面的一种或多种：UV稳定剂，UV抑制剂，抗氧化剂和阻燃剂，其中任何一种或多种可以是该TPV要置于其中的PV模块背板应用所期望的。有用的阻燃剂描述在WIPO公开No.WO2012/030577第[0043]-[0048]段中，该描述通过引用并入本文。有用的UV稳定剂包括含酚的UV抑制剂，UV稳定剂和抗氧化剂，以及受阻胺光稳定剂。炭黑，其可以充当黑色着色剂，也可以提供有用的UV稳定性能。
然而，在再其他实施方案中，该TPV可以基本上没有下面中的一种或多种：阻燃剂，UV稳定剂，UV抑制剂和抗氧化剂，不包括炭黑。“基本上没有”在本文上下文中指的是不存在大于可忽略量的添加剂。在具体实施方案中，所述添加剂中的任何一种或多种在TPV中的存在量不大于0.1wt％，优选不大于0.05wt％，基于该TPV的重量。在具体实施方案中，该TPV包含不大于0.1，优选不大于0.05wt％的阻燃剂。在再一实施方案中，该TPV另外地或代替地包含不大于0.1wt％合计的，优选不大于0.05wt％合计的UV稳定剂，UV抑制剂和抗氧化剂，不包括炭黑。
此外，根据再一实施方案的期望的TPV添加剂包括白色着色剂，例如着色粘土，二氧化钛(其也会表现出有用的阻燃性)，或者适于赋予该TPV以白色的其他化合物，其可以有利地增加接触背板的电磁能的反射率。在其中该后封装材料是至少部分透明的实施方案中这可以是特别有用的，以使得绕过该PV电池的任何EM辐射(例如光)至少部分地反射回到PV电池来用于潜在收集和转化成电能。
另一潜在有用种类的添加剂包括官能化聚合物，例如马来酸酐接枝的聚乙烯(PE-g-MA)或者聚丙烯(PP-g-MA)。可以使用的优选的官能化聚合物描述在WO03/025084，WO03/025037，WO03/025036和EP专利No.1295926中，其全部通过引用并入本文。这样的官能化聚合物将存在于TPV的热塑性相中，和在一些实施方案中改进了由该TPV形成的背板的粘结强度(例如来改进与封装材料的层合)。
PV模块的形成
在一些方面，本公开还涉及根据前述模块来形成PV模块。
PV模块可以通过常规方法形成，其中该基于TPV的背板有利地替代常规背板。因此，在一些实施方案中，形成包括加热(退火)PV模块层的堆叠体。优选，如图1所示，所述层包括至少前封装材料层105，PV电池110阵列，后封装材料层115和背板120。所述层是以图1所示次序布置的，以使得前封装材料层105和后封装材料层115将PV电池阵列110夹入其中，并且该后封装材料层115进一步与背板120相邻，并且与之接触。根据图1所示，任选地包括与前封装材料层105相邻，并且与之接触的前板101。
前述层优选以相反次序堆叠(即，以使得前板101处于底部，和背板120处于顶部)和加热(例如在高压釜中)。优选，该前和后封装材料层105和115包括可交联聚合物材料，并且该加热是这样，即，使得该封装材料在PV电池(一个或多个)周围流动和交联，粘附到前板101，电池110和背板120。合适的加热温度可以根据封装材料的特性而变化，但是在一些实施方案中，PV模块层堆叠体优选加热到90℃-250℃，例如150℃-250℃，例如150℃-200℃的温度，并且所预期的范围包括任何下限到任何上限。
在其他实施方案中，该PV模块层可以从上到下堆叠(例如背板120处于底部和前板101处于顶部)，或者边对边布置(例如背板120在一端和前板101在另一端)，只要所述层以下面的次序布置就行：前板—前封装材料层—PV电池阵列—后封装材料层—背板。
在其中基于TPV的背板是多层复合材料(例如包括封装材料层)的实施方案中，简单地省略了前述描述中的后封装材料层115，来使得多层复合材料背板在形成过程中接触PV电池阵列110。
同样，在其中一个或多个另外的层存在于该基于TPV的背板的任一侧的实施方案中，在加热之前，这样的层可以相应地包括在背板之前(在其顶上)和/或之后的PV模块层堆叠体中。
无论包括何种层，在加热PV模块层堆叠体之前或者之后，在一些实施方案中还可以包括侧框(和任选的密封剂)来覆盖堆叠体的侧面，如图1针对侧框130和密封剂131所示布置。在侧框130和/或密封剂131组装之前，用于将PV电池110电连接到外部电荷携带装置的电线或者其他导电线(例如接线盒111或者其他导电装置)可以进一步与PV电池(一个或多个)连接。进一步要注意的是，完成PV组件的该描述(例如将PV电池(一个或多个哦)电连接到外部电荷传导装置和提供任何另外的结构支撑)是作为许多例子中的简单一个例子来提供的。包含前述PV模块层堆叠体的组件的完成通常可以通过本领域已知的任何手段来完成。
在一些实施方案中，该TPV在组件加热步骤过程中基本上不经历交联。为了确定在TPV加热过程中是否“基本上没有交联发生”，该TPV的第一样品可以首先经受本文之前所述的沸腾二甲苯测试；该TPV的第二样品可以经受与堆叠组件相同的加热条件，然后经受沸腾二甲苯测试(依照与用于测试TPV的第一样品相同的程序)。如果第一和第二TPV样品之间在沸腾二甲苯中的可提取橡胶的差异(wt％)小于1wt％，则可以称作在该TPV加热过程中基本上没有交联发生。
有利地，这样的形成产生了这样的PV模块，在其中在封装材料和背板之间不需要粘结剂层。代替地，由根据上述描述的TPV形成的背板优选直接粘附到该封装材料上，无需粘结剂。
在一些优选的实施方案中，该TPV背板在上述成层和加热来形成PV模块之前进行电晕处理。根据一些实施方案的电晕处理可以增加TPV背板的可结合表面积，这在背板和封装材料之间产生了足够强的结合(同样，有利地，以使得该TPV背板至少部分地直接粘附到该封装材料，即，在TPV背板和封装材料之间无需另外的粘结剂材料或者层)。根据这些实施方案的一些的电晕处理可以通过任何已知的适于塑性表面的手段来进行。它通常包括加速电子到该塑料表面(这里是TPV)。这种电子轰击除去了表面杂质，并且还引起沿着TPV表面的至少一些聚合物链断裂，这产生了开放端和自由价。同时，在产生电子轰击过程中可以产生臭氧。臭氧和/或周围的空气与断裂的聚合物链反应，沿着该TPV的表面分子产生含氧化合物，其能够更容易地结合到其他表面上。通常，仅仅TPV的表面分子受到这样的电晕处理的影响(例如该TPV顶部0.00001微米)。
供选择地，其他表面改性(例如改性该TPV的表面分子来增加TPV的表面张力的处理)，例如等离子体处理可以代替这样的电晕处理或者与这样的电晕处理一起使用。因此，在一些实施方案中，在用其他PV模块层进行成层和加热之前，将基于TPV的背板表面处理来改进它的粘附性。
在加热该PV模块层堆叠体的过程中，封装材料可以经历交联反应。虽然这样的反应通常是期望的，但是它们可以产生不期望的副产物，其可以削弱PV模块的整体性，如前所述。同样，根据前述描述，根据一些实施方案的基于TPV的背板有利地可以允许这些副产物中的一种或多种从模块内部逸出，例如通过扩散穿过该基于TPV的背板来逸出。因此，根据一些实施方案的PV模块形成方法包括在加热过程中产生一种或多种这样的交联副产物，随后使得该一种或多种副产物的至少一部分穿过背板逸出该组装的PV模块。
令人期望的PV模块性能
如前所述，包括根据各种实施方案的基于TPV的背板的PV模块有利地表现出改进的挠性(归因于该基于TPV的背板的前述改进的挠性)，降低的制造成本，和更大的耐久性。同时，这样的模块与常规PV模块性能相比还有利地保持或者改进了相应性能。
例如，根据一些实施方案的PV模块的最大可允许的系统电压可以是1000VDC或者更大(优选1030VDC或者更大)，同时包含平均厚度0.35mm或者更小的背板(例如背板厚度是0.10-0.35mm，或者0.25-0.35mm)。在这样的实施方案中，最大可允许的系统电压可以是1000VDC-1500VDC，例如1000-1200VDC，或者1030-1200VDC，其中还可以预期从任何上限到任何下限的范围。最大可允许的系统电压是基于TPV的背板的电绝缘性能的指示。具体地，最大可允许的系统电压表示了在PV模块中可以安全观察的最大电压，而没有横跨绝缘基于TPV的背板和进入PV模块周围的不受控的放电的明显风险。较高的最大可允许系统电压(即，较好的背板电绝缘能力)表示了更有效PV操作的可能性(例如基于暴露于入射电磁辐射的每平方米的PV模块前表面，获得更多的能量的能力)。
此外，在根据IEC 61215的协议暴露于湿热条件(85℃/85％相对湿度)3000h后(除了暴露条件是3000h，而非目前的IEC 61215标准所述的1000h)，根据一些实施方案的PV模块可以另外地或代替地表现出在1日光照度(one-sun illumination)时PV模块串联电阻(Rs)最小的变化。具体地，Rs的变化在一些实施方案中可以小于或者等于5％，优选小于或者等于4％或者甚至3％。Rs较高的增加可能表示腐蚀PV模块中的电触点，和/或机械损坏该电池本身，和/或溶胀封装材料，和/或其他失效，其导致PV模块内的电路中某些点处较高的电阻。因此，在PV模块操作过程中Rs的增加越小(通过湿热暴露来模拟)越好。
另外地或代替地，根据一些实施方案的PV模块可以表现出在D-H暴露过程中在最大功率点处模块功率输出的最小变化(Pmpp)。优选，在根据IEC 61215协议的暴露于湿热条件(85℃/85％相对湿度)3000h之后，一些实施方案的这样的PV模块表现出Pmpp变化大于-5％(即，ΔPmpp>-5％)，优选大于-4％或者甚至-3％。如本文上下文所用的，变化“大于”所记载的负值包括Pmpp的正值变化(即，ΔPmpp>0％)和绝对值小于5％的Pmpp的损失(即，ΔPmpp>-5％和<0％)二者。
实施例
实施例1
评价了在TPV形成的背板上进行电晕处理的效果。首先，将SantopreneTM热塑性硫化橡胶251-70W232(可商购获自美国德克萨斯州休斯顿的ExxonMobil Chemical Company)成形成三个1.8cm(宽)x 20cm(高)的板，其厚度是大约0.23mm。将三个板(样品S1，S2和S3)分别电晕处理0，1和4分钟行进时间(这意味着各自扫描速率是0，25和6.25cm/min)。
为了正确测试该基于TPV的背板的粘附强度，必须形成多层测试板，其包括两层常规背板材料(Ref_BS，其是ICOSOLARTM2442，三层复合材料(TEDLARTM/PET/TEDLARTM，在日光侧是白色，在相反侧是黑色)，可获自奥地利Isovoltaic AG。TEDLARTM是可获自DuPontCorporation的PVF膜，和PET是聚对苯二甲酸乙二醇酯。更大刚性的常规背板材料允许以这样的方式进行剥离力测试，其将产生基于TPV的背板与封装材料层的受控分层；否则，该基于TPV的背板和封装材料将响应所施加的应力而容易变形，这歪曲了仅基于剥离强度的分层必需的力的测量。因此，对于粘附测试，将每个样品S1，S2和S3层合成下面构造的多层结构：Ref_BS/EVA/TPV_BS/EVA/Ref_BS，其中Ref_BS是刚刚描述的，TPV_BS是样品S1，S2或者S3，和EVA是常规封装材料(PHOTOCAPTM15580P，可商购获自美国康涅狄格州Enfield的Specialized Technology Resources，Inc.)。五层一起层合是通过在高压釜中将层状板加热到160℃来进行的。保持该160℃温度10分钟。冷却后，将该多层测试板从高压釜除去。
每个多层测试板在22℃环境温度，以100mm/min的剥离速率进行了剥离测试。记录了每个样品的引起TPV与EVA分层所需的剥离力。图3显示了作为电晕处理持续时间函数的，分层所需的标准化的剥离力(并且对应于样品S1的0分钟处理被取作基础值“1”)。如图3所示，仅仅1分钟的电晕处理(根据样品S2)将分层所需的剥离力相对于未处理的样品S1增加了大约40％，而4分钟的电晕处理(根据样品S3)导致分层所需的剥离力相对于未处理的样品S1增加了刚刚超过60％。以绝对值表示，样品S1的剥离力是43.5+/-3.0N/cm；样品S2的剥离力是61.1+/-4.5N/cm；和样品S3的剥离力是70.0+/-2.0N/cm(所给出的范围用于说明实验标准偏差)。
实施例2
研究了由五种不同的材料形成的背板在不同的温度条件下，在湿热测试之前和之后二者，它们对于EVA封装材料的粘附。所测试的五种类型的背板是基于它们的构造材料来标记的，如下表1所示：
表1.实施例2用于粘附测试的背板
样品标记 背板材料 厚度
REF_BS ICOSOLAR<sup>TM</sup>2442 0.36mm
TPV_BS1 SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV251-70W232 0.23mm
TPV_BS2 SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV101-55 0.30mm
TPV_BS3 SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV101-80 0.29mm
TPV_BS4 SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV251-80W232 0.28mm
ICOSOLARTM2442是如前面在实施例1所述。
SANTOPRENETMTPV251-70W 232是一种阻燃的、白色着色牌号的热塑性硫化橡胶，可获自ExxonMobil Chemical Company，其含有分散在热塑性(聚丙烯)基体中的交联的EPDM颗粒。它的硬度是75邵氏A和M100是2.5MPa。
SANTOPRENETMTPV 101-55是一种牌号的热塑性硫化橡胶，可获自ExxonMobilChemical Company，其含有分散在热塑性(聚丙烯)基体中的交联的EPDM颗粒。它的硬度是59邵氏A和M100是2.1MPa。
SANTOPRENETM TPV 101-80是一种牌号的热塑性硫化橡胶，可获自ExxonMobilChemical Company，其含有分散在热塑性(聚丙烯)基体中的交联的EPDM颗粒。它的硬度是86邵氏A和M100是4.7MPa。
SANTOPRENETM TPV 251-80W232是一种阻燃的、白色着色牌号的热塑性硫化橡胶，可获自ExxonMobil Chemical Company，其含有分散在热塑性(聚丙烯)基体中的交联的EPDM颗粒。它的硬度是86邵氏A和M100是3.8MPa。
对于五个前述背板的每个，制备了类似于实施例1所制备的那些的五层测试板(尺寸1.8cm x 20cm)。该测试板每个具有结构：REF_BS/EVA/Test_BS/EVA/REF_BS，其中Test_BS是REF_BS或者TPV_BS2-4，如表1所述。如同实施例1的测试板，以这样的方式形成测试板以赋予所述结构以足够的刚度，以使得引起分层的力准确地反映剥离强度(没有导致所需分层力的弹性变形)。每个测试背板在与其他测试板层层合之前电晕处理4分钟，并且通过在160℃加热10分钟进行层合来形成五层测试板。
构建了多个每种类型的五层测试板，来在许多不同条件下评价每种类型的测试板。首先，用于分层每种类型的五层测试板的剥离力(在Test_BS层和EVA层之间)是在23℃，40℃，60℃，85℃和100℃每个温度测定的(即，总共测试了25个测试板，每种类型的1个处于5个温度条件的每个温度)。结果显示在图4中，在其中可以看到虽然REF_BS在23℃具有较大的剥离强度(大约90N/cm，与TPV_BS1和4的65-70N/cm相比，和与TPV_BS2和3的35-45N/cm相比)，全部层合到EVA封装材料上的样品的剥离强度在60℃是非常类似的，并且在85℃和100℃是几乎不可区分的(全部是5-15N/cm)。PV模块操作中的内部温度通常是60℃-80℃，在此全部基于TPV的背板的粘结强度类似于参考物，这表明测试的全部这样的TPV背板实现了对于EVA封装材料足够的粘附，而不需要粘结剂。
另一组的五层测试板的每个是在(23℃，40℃，60℃，85℃和100℃)的每个温度测试的，但是在1000h的湿热(D-H)暴露后进行。湿热暴露是根据IEC 61215鉴定测试中的湿热测试的协议进行的，其通过引用并入本文——具体地，在适于恒定保持所述的湿度和温度条件的人工气候室中在85％相对湿度和85℃暴露1000h。结果显示在图5中。图5表现出类似于在1000小时的D-H条件之前进行的粘附强度测试的倾向，并且REF_BS在23℃表现得更好，和全部样品在60℃和更高温度表现类似。然而，在D-H暴露后，参考背板在60℃，85℃和100℃的粘结强度低于在同样温度的没有D-H暴露的相同类型的板的粘结强度(例如在60℃，没有D-H暴露时REF_BS需要大约28N/cm剥离力来分层，但是在D-H暴露后仅仅需要大约20N/cm剥离力)。另一方面，D-H暴露对于基于TPV的背板的影响明显不太显著(并且在60℃，85℃和100℃测试时差值是0-4N/cm)。这进一步强调了基于TPV的背板和参考背板在用于PV模块实际场合条件下粘结性能之间的类似性。
最后，在2000h的D-H暴露(同样根据IEC 61215，除了用2000h暴露代替标准测试所要求的1000h)之后，测试了在每个温度(23℃，40℃，60℃，85℃和100℃)再一组的每个五层测试板。
结果显示在图6中。如同1000h的D-H测试的结果，在2000h的D-H暴露之后，全部基于TPV的背板和参考背板在通常的PV电池操作温度范围(60-80℃)表现出类似的粘结性。然而，在2000h的D-H暴露之后的粘结测试显示了一些令人惊讶的倾向。具体地，虽然大部分板表现出在2000h的D-H暴露后粘结强度下降(与0和1000h的D-H暴露比较)，但是，与1000h的D-H暴露相比，TPV_BS2和TPV_BS3测试板实际上在2000h的D-H暴露之后在23℃表现出增加的粘附强度。
另外，已经观察到REF_BS的拉伸强度在2000h的D-H暴露后明显减小，这使得剥离测试难以进行。另一方面，TPV_BS样品有利地未表现出机械强度的明显劣化，包括拉伸强度。
总之，所述测试显示了基于TPV的背板提供了与现有背板相当的粘结强度，同时提供了明显增加的挠性。
实施例3
制作了6个迷你PV模块(20cm x 40cm)，每个含有2个串联的PV电池(Sunways monoc-Si太阳能电池)，并且在电池后侧上具有均匀的铝糊涂层，并且该涂覆的电池进一步封装在EVA(PHOTOCAPTM15580P)中，具有玻璃前板(太阳能等级浮法玻璃，3mm厚)。每个样品迷你模块的背板材料显示在下表2中。该模块是通过在160℃加热层合10分钟来制作的。
表2.实施例3迷你PV模块背板
样品编号 背板材料 背板厚度
PV1 SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV251-70W232 0.23mm
PV2 SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV101-55 0.30mm
PV3 SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV101-80 0.29mm
PV4 SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV251-80W232 0.28mm
PV5 ICOSOLAR<sup>TM</sup>2442(黑色面朝太阳一侧) 0.36mm
PV6 ICOSOLAR<sup>TM</sup>2442(白色面朝太阳一侧) 0.34mm
根据IEC 61215协议(除了如所述的，使用3000h暴露代替该协议要求的1000h)，将全部6个迷你模块在人工气候室中暴露于D-H条件3000h。
实施例3-1
进行目视检查来评价湿热研究过程中分层和/或背板收缩的程度(如果有的话)。结果记录在下表3中。
表3.湿热后目视检查实施例3的迷你PV模块
样品编号 分层/机械失效 背板收缩
PV1 无 非常轻微
PV2 在2000h后机械失效(板的背面撕裂开) 非常轻微
PV3 无 非常轻微
PV4 无 非常轻微
PV5 无 无
PV6 无 无
PV1-4中非常轻微的收缩是在D-H条件中大约240h形成，并且高到3000h标记时尺寸没有进一步改变，这表明收缩是微小的和受遏制的。该收缩没有表现出影响PV性能。
在1000h湿热后，IEC 61215要求成功的测试的PV模块表现出没有大的目视缺陷，如IEC 61215的第7条所定义的。第7条包括下面的目视缺陷：(a)断裂，开裂或者撕裂的外表面，包括覆板、基底、框架和接线盒；(b)弯曲或者偏斜的外表面，包括覆板、基底、框架和接线盒，到这样的程度，即，模块的安装和/或操作将被损害；(c)电池中的裂纹，其的传播将从模块的电路中除去大于10％的该电池面积；和(d)气泡或者分层，其在电路的任何部分和模块边缘之间形成连续的路径；和€机械完整性损失，到这样的程度，即模块的安装和/或操作将被损害。
全部测试的迷你PV模块通过了IEC 61215的目视检查。
然而，PV2的基于TPV的背板在2000h的D-H测试后遭受了机械失效。这可能归因于用于形成这种背板的TPV与其他(75-86邵氏A)相比较低的硬度(59邵氏A)，这表明了使用足够硬度的TPV来形成薄的基于TPV的背板来延长PV模块寿命的重要性。
另外，发现在样品PV1-4的3000h的D-H暴露过程中发生了EVA封装材料的一些黄变。在IEC 61215中这种黄变不被认为是大的目视缺陷。
实施例3-2
还测试了每个迷你PV模块在湿热暴露过程中的电性能。监控了每个PV模块在整个3000h湿热暴露过程中的三种性能：Pmpp(在最大功率点的模块功率输出)，Isc(模块短路电流)和Rs(在1日光照度时模块的串联电阻)。记录了每个值的随时间的百分比变化(即，以使得在时间t＝0时，每个值ΔPmpp，ΔIsc和ΔRs是0％)。在1000h的DH暴露过程中小于5％的Pmpp降低(即，ΔPmpp&gt;-5％)是在IEC 61215下的成功测试。Isc是当横跨电池的电压是0时(即，当电池短路时)，穿过PV电池的电流。这代表了横跨太阳能电池可获得的理论最大电流；值越高越好(即，Isc降低是不期望的)——因此，对于这个值寻求尽可能小的降低。另一方面，Rs的增加是不期望的，因为这倾向于表示PV模块内电触点的腐蚀——因此，对于这个值寻求尽可能小的增加。
图7-10分别显示了PV1-4(即，具有根据表2的基于TPV的背板的4个PV迷你模块)每个的ΔPmpp，ΔIsc和ΔRs。如其中所示的，每个具有基于TPV的背板的PV模块不仅在1000h的D-H暴露后通过了IEC 61215；它们还在3000h之后通过了该测试。还要注意：在图9中，可以看到PV3的Rs在1000h后增加，但是保持非常稳定，从1500h到3000h仅仅+1.8％。这明显不同于每个其他的PV，其中Rs显示了在3000h标记时向上的倾向。
图11和12显示了PV5和PV6是相同的值，其具有表2所示的参考背板。虽然二者在1000h湿热后都通过了IEC 61215，但是PV6最终失效，显示了Pmpp的逐渐降低，其在3000h暴露结束时达到-6.9％。确实地，PV6的Rs在单独的第一1000h测试明显增加(达到+14％)，然后在3000h测试结束时进一步稳定劣化到+28％，这表明对于电线路的明显腐蚀(其可能归因于Pmpp在3000h的最终失效)。另外，PV5表现出相当一致的Pmpp和Rs，直到2000h，在该点时，Pmpp开始稳定下降，在最后单独1000h测试时从0％到-1.5％，而Rs急剧增加，在最后单独1000h测试时从+0.4％到+6.9％。这些倾向表明PV5的常规背板在开始时表现良好，但是由于Pmpp的加速下降而容易受到短寿命期的影响。
总之，下表4还显示了每个迷你PV模块(基于TPV的背板模块PV1-PV4，和常规背板模块PV5和PV6)在3000h湿热后的ΔPmpp，ΔIsc和ΔRs值。
表4.在3000h的D-H暴露后的电性能
样品编号 ΔPmpp ΔIsc ΔRs
PV1 -2.1％ -1.5％ +2.4％
PV2 -1.8％ +0.3％ +3.5％
PV3 -1.5％ -0.1％ +1.8％
PV4 -2.9％ -1.2％ +4.7％
PV5 -1.5％ +0.5％ +6.9％
PV6 -6.9％ -1.5％ +28.0％
实施例3-3
还在0h，1000h，2000h和3000h的湿热暴露以图像记录了每个2电池PV迷你模块的电致发光(EL)，并且分别显示在图13-18中。
图13显示了PV1的EL没有明显变化，这与实施例3-2(其的模块电性能仅仅存在微小的劣化)的结果一致。
图14显示了在500-3000h过程中，在PV2的上部电池上逐渐形成2个暗点，这可能归因于背板的击穿(和最后破裂)，或者电池背面的铝糊的腐蚀。
图15显示了在PV3顶部电池的上部分中形成少量暗条。还可以看到顶部左侧中的裂纹，其在模块制作过程中在玻璃前板上发生。可能的是该裂纹导致EL的局部损失，和可能还已经导致PV3在1000h后增加的Rs所示的腐蚀。
图16显示了PV4的EL在1000h后没有明显变化，并且从2000-3000h在顶部电池的底部分中形成一些小的暗点，这与表4和图10所示的PV4的Rs的劣化一致。
图17类似地显示了PV5的EL在1000h后没有明显变化，但是其后在顶部电池的底部左侧上形成了暗点，这与表4和图11所示的PV5的Rs的劣化一致。
图18显示了两个电池上明显变暗，其表明在整个测试期间，PV6明显较小的EL。这与表4和图12所示的PV6的Rs的明显增加一致。然而，图18的图像显示了EL的损失可以归因于电池背面处Al糊的腐蚀，而非湿气进入穿过该背板，因为后者通常将表现出电池边缘周围变暗，其逐渐扩散到电池中心(例如由于湿气从边缘逐渐扩散到电池中心)。另一方面，因为相同的糊用于每个PV模块中(和每个模块经受了相同的条件)，但是可以注意的是基于TPV的背板通常不表现出所述糊这样明显的腐蚀和降解。即，无论性能劣化的原因如何，测试模块中唯一的变量(除上述的PV3中偶然的玻璃裂纹以外)是每个模块中所用背板的类型。
实施例4
制作了五个不同厚度的背板，并且进行了部分的放电(PD)测试。部分放电指的是背板中局部介电击穿，并且其没有桥连两个导体之间的空间。理想地，背板提供了电绝缘，和因此应当表现出尽可能高的最大可允许的系统电压，而不允许横跨背板的任何部分放电。
PD测试是根据EN 61730：2007进行的。Ui(部分放电的起始电压)和Ue(部分放电的熄灭电压)的测量方法如下：首先增加到电压Ui，然后等待5秒和进一步增加另外10％，然后等待另外5秒。然后，将电压降低到Ue，并且电压下降速率是20V/s。Ue必须是60s自由部分放电。如果在60秒的时间内PD强度下降低于1pC，则被认为达到了熄灭电压。
PD强度是根据IEC 60243-1(测定固体绝缘材料的电强度的标准化测试)，通过将每种类型的背板的10个样品的每一个连续置于两个测试电极(25mm/75mm直径)之间来评价的。阻抗是在测试试样的接地侧上测量的。对于测试装置的绝缘配合来说，依照标准IEC60664-1：2007。该测试是在37％相对湿度和室温(温度在整个测试过程中变化，在这种情况中是21℃-24.5℃)进行的。
对于每个样品背板，记录了10个测试每个的熄灭电压(每种类型背板的10个样品的每个上的1个)，并且计算每种类型的样品的平均熄灭电压和实验标准偏差。此外，每个背板的最大可允许的系统电压(Umax)是基于IEC 60664-1测定的：Umax＝Ue x 1.414/(1.2x1.25)，其中对于每个样品类型来说，Ue是用所计算的平均熄灭电压减去实验标准偏差来确定的，1.414是所述系统峰值电压的计算值，1.2表示安全因子(考虑了环境条件例如湿度和温度的变化)，和1.25表示另外的安全因子(根据IEC 60664-1用于强化的绝缘)。
最后，要注意的是熄灭电压(和因此最大可允许的系统电压)取决于背板的厚度。因此，每个背板的平均厚度是通过测量每个矩形背板样品中心处的厚度，以及每个样品四个拐角的每个处的厚度来确定的。五个厚度测量值的平均值取作平均厚度。下表5列出了所测试的五种背板类型每个的平均熄灭电压，最大可允许的系统电压和厚度。
表5.部分放电测试结果
背板材料 平均厚度 U<sub>e</sub>(平均) 实验标准偏差 U<sub>max</sub>
ICOSOLAR<sup>TM</sup>2442 0.360mm 1133V 75V 997VDC
SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV101-55 0.299mm 1167V 67V 1037VDC
SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV101-80 0.994mm 2368V 59V 2176VDC
SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV251-80W232 0.559mm 1764V 145V 1526VDC
SANtopRENE<sup>TM</sup>TPV101-80 0.287mm 1177V 84V 1031VDC
令人感兴趣地，虽然参考ICOSOLAR板是0.360mm厚度，但是它表现出比由SANTOPRENETM TPV 101-80和101-55制成的甚至更薄的背板稍低的最大可允许的电压，这表示了基于TPV的背板电绝缘性能的明显益处，特别是在厚度为大约0.35mm或更低，或者甚至0.3mm或更低时更是如此。
虽然已经参考具体实施方案来描述和显示了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，本发明可以采取不必须本文所示的变化。由于这个原因，因此应当仅仅参考所附的权利要求书来确定本发明的真正范围。本文所述的全部文件通过引用并入本文，包括任何优先权文件和/或测试程序，只要它们不与本文相矛盾。同样，术语“包含”被认为是与术语“包括”同义的。当组成，要素或者要素组前面带有连接词“包含”时，应理解为除非上下文另有明确指示，否则我们还预期了在所述组成，一种或多种要素的记载前带有连接词“基本上由……组成”、“由……组成”、“选自由……组成的组”或者“是”的相同的组成或者要素组，反之亦然。

Claims (25)

1.光伏模块，其包含：
光伏电池，其至少部分地封装在封装材料中；和
背板，其与至少一部分的该封装材料接触，该背板包含热塑性硫化橡胶，其包含分散在连续的热塑性基体中的至少部分硫化的橡胶，
其中该热塑性硫化橡胶具有下面的性能中的一种或多种：硬度是至少55邵氏A和在100％伸长率的模量(M100)是1-10MPa。
2.权利要求1的光伏模块，其中该热塑性硫化橡胶的M100是1-6MPa。
3.权利要求1或者权利要求2的光伏模块，其中该热塑性硫化橡胶的硬度是至少70邵氏A。
4.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中在该背板和封装材料之间不存在任何粘结剂的情况下，该背板直接粘附到所述的至少一部分的封装材料上。
5.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该热塑性硫化橡胶在放置来与所述的至少一部分的封装材料接触之前，已经经受了电晕处理。
6.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该背板的平均厚度是0.1-1.5mm。
7.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该背板由该热塑性硫化橡胶组成。
8.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该封装材料包含涂覆该光伏电池前侧的前封装材料，和涂覆该光伏电池后侧的后封装材料，和进一步其中该背板与至少一部分的该后封装材料接触。
9.权利要求8的光伏模块，其中该前封装材料和后封装材料的任一或二者独立地包含选自下面的聚合物材料：离聚物、热塑性聚氨酯(TPU)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)及其组合。
10.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该模块具有非平面几何形状。
11.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该模块根据IEC 61215，在暴露于湿热条件(85℃和85％相对湿度)3000h后，表现出下面性能之一或二者：(i)在最大功率点的模块功率输出变化(ΔPmpp)大于-5％，和(ii)在1日光照度的模块串联电阻变化(ΔRs)小于或者等于5％。
12.光伏模块，其包含：
一个或多个光伏电池，其至少部分地封装在多层复合材料中，该多层复合材料包含：(i)包含热塑性硫化橡胶的第一层，和(ii)包含至少部分地交联的聚合物组合物的第二层；
其中该热塑性硫化橡胶包含分散在连续的热塑性基体中的至少部分硫化的橡胶，和进一步其中该热塑性硫化橡胶具有下面的性能之一或二者：硬度是至少55邵氏A，和M100是1-15MPa。
13.权利要求12的光伏模块，其中该至少部分地交联的聚合物组合物选自离聚物、热塑性聚氨酯(TPU)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)及其组合。
14.权利要求12或者权利要求13的光伏模块，其中该一个或多个光伏电池每个的前侧没有封装在该多层复合材料中，和进一步其中该每个光伏电池的前侧被包含选自下面的聚合物材料的前封装材料覆盖：离聚物、热塑性聚氨酯(TPU)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)及其组合。
15.权利要求12-14任一项的光伏模块，其中该多层复合材料的平均厚度是0.1mm-1.5mm。
16.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中小于10wt％的该至少部分硫化的橡胶是可以在沸腾二甲苯中从热塑性硫化橡胶中提取的。
17.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该TPV中至少90wt％的油的赛波特色值是+20到+30，其是通过ASTM D156测定的。
18.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该热塑性硫化橡胶的至少部分硫化的橡胶包含乙烯-丙烯-二烯(EPDM)橡胶；和进一步其中该连续的热塑性基体包含聚丙烯。
19.前述权利要求中任一项的光伏模块，其中该热塑性硫化橡胶包含UV稳定剂和官能化聚合物中的一种或多种。
20.方法，其包括：
(a)形成包含下面的层的堆叠组件：
i.至少部分透明的前封装材料层，其包含前封装材料；
ii.光伏电池阵列，每个光伏电池具有与前封装材料层接触的前表面；
iii.后封装材料层，其与每个光伏电池的后表面接触；和
iv.背板，其与后封装材料层接触，以使得该后封装材料层位于该光伏电池阵列和该背板之间，所述的背板包含热塑性硫化橡胶，其包含分散在连续的热塑性基体中的至少部分硫化的橡胶，并且具有下面的性能之一或二者：硬度是至少55邵氏A和M100是1-15MPa；和
(b)加热该堆叠组件来引起该前封装材料层和后封装材料层之一或二者在一个或多个光伏电池周围流动，由此封装该光伏电池，
其中该背板在加热(b)过程中层合到后封装材料层上，而无需粘结剂。
21.权利要求20的方法，其中该热塑性硫化橡胶在加热(b)过程中基本上不经历交联。
22.权利要求20或者权利要求21的方法，其中该后封装材料层包含可交联聚合物组合物，和进一步其中该可交联聚合物组合物在加热(b)过程中经历了至少部分的交联，由此形成至少部分交联的聚合物组合物。
23.权利要求22的方法，其中该可交联聚合物组合物包含下面中的一种或多种：离聚物、热塑性聚氨酯(TPU)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)及其组合。
24.权利要求22或者权利要求23的方法，其中该后封装材料层在加热(b)期间或之后释放一种或多种交联副产物。
25.权利要求24的方法，其进一步包括在加热(b)之后，使得至少一部分的该一种或多种交联副产物扩散穿过该背板。
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