CN112385050A - 近红外反射性多层材料片材 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及多层材料片材，其包含NIR‑反射性半透明聚合物层和NIR‑反射性有色聚合物层，所述NIR‑反射性半透明聚合物层对波长750nm至1000nm的所有光的反射率超过20％并且对波长380nm至750nm的所有光的透射率超过50％，所述NIR‑反射性有色聚合物层对波长1000nm至2100nm的所有光的反射率超过25％。本发明还涉及适合在光伏模块中使用的背板，所述背板包含所述多层材料片材；并且涉及包含所述背板的光伏模块。

Description

近红外反射性多层材料片材
本发明涉及近红外(NIR)反射性多层材料片材。本发明还涉及包含所述NIR-反射性多层材料片材的适合用于光伏模块的背板；以及包含所述背板的光伏模块。
光伏模块用于由太阳光发电，并且通常由层压板组成，该层压板包含太阳能电池系统作为芯层。为了形成光伏模块，典型地通过诸如EVA的封装材料来封装经由适当的电导体通常使用被称为“带”(ribbons)的金属导体串联分组的光伏电池。包围光伏电池的封装材料用作防止机械影响和气候相关影响的保护。芯层存在于表面层和基础层或背板之间，以完成光伏模块。模块(通常由玻璃制成)的表面层或主表面覆盖暴露于太阳光下的模块的表面，并允许太阳光到达电池。基础层或背板执行多种任务。它保证了封装材料和太阳能电池不受环境影响，同时防止了电连接发生氧化。背板也可以通过反射经过前玻璃朝向太阳能电池的光来增强模块的功率输出。典型地，取决于大气条件，背板防止水分、氧气和其他因素损坏封装材料、太阳能电池和电连接。背板还为光伏电池和相应的电路提供电绝缘。
传统上，光伏模块安装在室外的屋顶上或空旷场所中，在这些地方，光伏模块最大限度地暴露在太阳光下。当太阳光强度增加时，光伏模块的电输出也会增加。然而，光伏模块将太阳光转换成电能的效率通常为大约20％。其余80％的太阳光被反射回去或者以热量的形式被模块吸收。以热量形式吸收的能量会导致模块的工作温度升高。过多的热量降低了光伏模块将太阳光转化为电能的效率。大多数光伏模块的典型工作温度约为40-60℃。随着工作温度每升高一摄氏度，许多光伏模块损失约0.3-0.5％的效率。多种因素可导致工作温度升高，例如白天更高的环境空气温度、来自地面和其他附近表面(可能会散发因暴露于太阳光而产生的热量)的辐射热以及因长期暴露在太阳光下而引起太阳能模块本身的温度升高。
该问题经常发生在光伏模块出于美学原因而被集成在包含例如黑色背板的建筑结构中的情况下。尽管光伏模块中的矩形光伏电池通常非常靠近，但它们之间通常存在小的间隙，使下面的背板暴露在太阳光下。背板的由包含60或72个电池的典型单晶硅光伏模块覆盖的总面积的高达10％至15％暴露在直射的太阳光下。
在将光伏模块集成到建筑结构中的情况下，其背板通常是有色、尤其是深色的(例如黑色)，以使光伏模块与现有的建筑颜色融合在一起并提供更均匀的外观。背板的有色、尤其是深色的(例如黑色)外观通常是通过用颜料(例如碳黑或铁氧化物)涂布背板或者将这些颜料与在背板制造过程中用于生成背板的聚合物混合来产生的。碳黑基本上吸收了人类可见的所有光。另外，碳黑还吸收红外光，该红外光是波长比人类通常可见的光的波长要长(即，波长范围为可见红光的边缘在大约750nm到大约1mm)的电磁辐射。红外光的吸收将提高背板的温度，并最终提高整个光伏模块的工作温度。与黑色颜料(如碳黑)不同的是，全白色外观的颜料最多地反射对人类可见的光，因此很少地吸收对人类可见的光，并且它们也反射大部分的红外光。因此，尽管出于美学原因，光伏模块中的深色或甚至黑色的背板是期望的，但是这种背板往往会提高光伏模块的工作温度。这降低了光伏模块将太阳光转换成电能的效率。此外，黑色背板还吸收IR和可见光，这进一步降低了光伏模块的整体效率。
包含NIR-反射性颜料的光伏模块背板是已知的。例如，US2013/276876描述了用于光伏模块的背板，其包含黑色(低色反射性)红外反射层。可选地，其可以带有白色层作为背面。此外，EP2860764描述了一种背板，其具有黑色但透射NIR的第一层(前层)和反射NIR的第二层(后层)。
然而，仍然需要优化包含黑色背板的光伏模块的工作温度和效率。
因此，本发明的目的是提供一种NIR-反射性多层背板，其降低了背板中NIR光的吸收。
本发明的另一个目的是提供NIR-反射性多层背板，当应用于PV(光伏)模块中时其会通过提高太阳能电池中的光吸收并降低工作温度来提高模块效率。
该目的已经通过提供一种多层材料片材来实现，所述多层材料片材包含NIR-反射性半透明聚合物层和NIR-反射性有色聚合物层，其中NIR-反射性半透明聚合物层对波长750nm至1000nm的所有光的反射率超过20％并且对波长380nm至750nm的所有光的透射率超过50％，并且NIR-反射性有色聚合物层对波长1000nm至2100nm的所有光的反射率超过25％。优选地，NIR-反射性有色聚合物层对波长380nm至750nm的所有光的反射率小于35％。
一般来说，电磁辐射根据其波长分为无线电波、微波、红外光、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。人眼可见的光是波长在约380nm至约750nm的范围内的电磁辐射。近红外(NIR)光是波长比可见光的波长要长的电磁辐射。传统上，近红外光被认为具有约750nm至约2100nm范围内的波长。当可见光或红外光撞击物体时，光可以被物体反射，穿过物体(即被物体透射)或者被物体吸收。在某种程度上，人眼感知到的物体的颜色取决于撞击该物体的可见光的波长以及被该物体反射到人眼中的可见光的波长。
令人惊讶地发现，通过提供包含NIR-反射性半透明聚合物层和NIR-反射性有色聚合物层的多层材料片材，可以增强近红外光的反射。
在本发明的上下文中，半透明是指对于可见光是半透明的。
在本发明的上下文中，术语“有色”包括黑色。因此，术语“NIR-反射性有色聚合物层”包括NIR-反射性黑色聚合物层。有色最优选地是黑色。
本文中使用时，除非另有说明，否则透射率是通过根据ISO13468-2使用积分球装置以100μm的样品厚度测量的。
本文中使用时，除非另有说明，否则反射率是通过基于ISO13468-2的方法使用积分球装置以100μm的样品厚度来测量的。
NIR-反射性半透明聚合物层优选地面向电池并且优选地位于NIR-反射性有色层的顶部。NIR-反射性半透明聚合物层在有色层的顶部的优点在于提高背板的性能，从而提供提高的功率输出，减少的积聚热量，同时保持有色彩色外观。由于其具有NIR-反射特性，引入NIR-反射性半透明聚合物层增加了近红外(NIR)范围(750nm-1000nm)内的总反射光，进而将增加PV电池的总功率输出并减少热量积聚。例如，与非NIR-反射性黑色层相比，通过在背板中NIR-反射性黑色层的顶部引入NIR-反射性透明层导致PV模块在功率输出方面的相对增益(根据IEC 61215进行测量)可以大于0.2％，更优选大于0.5％，甚至更优选大于1.0％。该增加可以根据颜料的总负载和NIR-反射性层的厚度而变化，并且取决于光伏模块的设计。
NIR-反射性半透明聚合物层和NIR-反射性有色聚合物层可以彼此相邻。也可能的是，NIR-反射性半透明聚合物层和NIR-反射性有色聚合物层可以通过粘合剂隔开；换句话说，聚合物层包含在其间的连接层或粘合剂层。NIR-反射性半透明聚合物层优选地面向电池。NIR-反射性有色聚合物层优选地位于NIR-反射性半透明聚合物层和背板的外层之间。
NIR-反射性半透明聚合物层优选地包含一种或多种无机近红外反射性颜料。无机近红外反射性颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡(SnO或SnO2)、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2、氧化铁黑Fe3O4(磁铁矿)、氧化铬绿Cr2O3或铬铁棕(Fe,Cr)2O3及其混合物。优选地，无机近红外反射性颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡(SnO或SnO2)、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2及其混合物组成的组。更优选地，NIR-反射性半透明聚合物层包含选自云母和SiO2的NIR反射性颜料。商业上已知的包含合适颜料的组合物是
Figure BDA0002887083390000041
例如
Figure BDA0002887083390000042
9870。
Figure BDA0002887083390000043
9870包含云母+SiO2、TiO2(金红石)、SnO2和ZrO2。基于NIR-反射性半透明聚合物层的总重量，NIR-反射性半透明聚合物层可包含0.1重量％至8重量％的无机NIR-反射性颜料。更优选地，NIR-反射性半透明聚合物层包含0.15重量％至6重量％的无机NIR-反射性颜料。还更优选地，NIR-反射性半透明聚合物层包含0.2重量％至4重量％的无机NIR-反射性颜料。
根据本发明的NIR-反射性半透明聚合物层优选地是薄膜层；优选地厚度小于300μm；其对可见光来说是透明的具有≥50％的总透射率(规则透射率&漫透射率)，这是根据ISO13468–2使用积分球装置测量的。优选地，厚度是5至200μm；更优选地10至150μm；更优选地20至100μm；最优选地30至80μm。优选地，总透射率是至少60％；更优选地至少70％，例如至少80％，或者甚至至少90％。
典型地，NIR-反射性半透明聚合物层对波长750nm至1000nm的光的反射率超过30％；优选地超过40％；更优选地超过50％；或者甚至超过60％。
NIR-反射性半透明聚合物层优选地包含热塑性聚合物。热塑性聚合物典型地选自聚烯烃、聚烯烃的混合物、TPO或聚烯烃与半结晶聚合物的共混物组成的组。热塑性聚合物优选地是聚烯烃或聚烯烃的混合物。聚烯烃优选地选自可选地官能化的聚乙烯均聚物或共聚物、可选地官能化的聚丙烯均聚物或(嵌段)共聚物、环状烯烃共聚物、聚甲基戊烯、热塑性聚烯烃(TPO)或其共混物组成的组。
本文中所描述的热塑性聚烯烃(TPO)是指例如PP/EPR型反应器共混树脂(例如由Basell供应的Hifax CA 10、Hifax CA 12、Hifax CA 02、Hifax CA 60)或弹性聚丙烯(PP)树脂(已知商品名Versify2300.01或2400.01，与例如无规PP共聚物混合)或热塑性硫化橡胶(已知商品名Santoprene)。
官能化的聚乙烯或聚丙烯均聚物或(嵌段)共聚物的示例是例如与极性共聚单体共聚的乙烯或丙烯，极性共聚单体选自马来酸酐、乙酸乙烯酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸乙基己酯。优选地，乙烯是与甲基丙烯酸酯共聚的。
优选地，NIR-反射性半透明聚合物层包含官能化的聚乙烯、聚乙烯和可选地聚丙烯。
NIR-反射性有色聚合物层包含聚合物材料和至少一种NIR-反射性颜料。该层也是有色。因此，其典型地包含有色颜料。NIR-反射性颜料和有色颜料可以是相同的。NIR-反射性有色聚合物层优选地包含聚合物材料和至少一种NIR-反射性有色颜料。
根据本发明的NIR-反射性有色聚合物层典型地具有50至600μm；更优选地100至400μm；最优选地200至300μm的厚度。
根据本发明的NIR-反射性有色聚合物层典型地对波长1000nm至2100nm的所有光的反射率超过40％。更优选地，对波长1000nm至2100nm的所有光的反射率超过50％，超过60％或者甚至超过70％。根据本发明的NIR-反射性有色聚合物层典型地对波长1200nm至1600nm的所有光的反射率超过40％。更优选地，对波长1200nm至1600nm的所有光反射率超过50％，超过60％，超过70％或者甚至超过80％。
NIR-反射性有色聚合物层的聚合物材料优选地是热塑性聚合物。热塑性聚合物选自聚烯烃、官能化的聚烯烃、聚酯、聚酰胺、橡胶改性的聚酯、PMMA、PEEK、聚碳酸酯、聚醚砜、聚甲醛、聚酰亚胺、聚苯硫醚或聚苯醚组成的组。优选地，NIR-反射性有色聚合物层的热塑性聚合物选自聚酰胺、聚酯、橡胶改性的聚酯、聚烯烃及其组合组成的组。
聚烯烃的例子是聚烯烃或聚丙烯均聚物或(嵌段)共聚物。优选地，聚烯烃是聚丙烯。
官能化的聚烯烃的例子是官能化的聚乙烯或聚丙烯均聚物或(嵌段)共聚物，例如与极性共聚单体共聚的乙烯或丙烯，极性共聚单体选自马来酸酐、乙酸乙烯酯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸乙基己酯。优选地，官能化的聚烯烃是与马来酸酐共聚的丙烯。
聚酯的例子包括聚(反式1,4-亚环己基烷二羧酸酯)，例如聚(反式1,4-亚环己基丁二酸酯)和聚(反式1,4-亚环己基己二酸酯)；聚(顺式或反式1,4-环己烷二亚甲基)烷二羧酸酯，例如聚(顺式1,4-环己烷二亚甲基)草酸酯和聚(顺式1,4-环己烷二亚甲基)琥珀酸酯；聚(对苯二甲酸亚烷基酯)，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚(间苯二甲酸亚烷基酯)，例如聚间苯二甲酸乙二醇酯和聚间苯二甲酸丁二醇酯；聚(对亚苯基烷二羧酸酯)，例如聚(对亚苯基戊二酸酯)(poly(p-phenylene glutarate))和聚(对亚苯基己二酸酯)，聚(对二甲苯草酸酯)，聚(邻二甲苯草酸酯)；聚(对亚苯基二亚烷基对苯二甲酸酯)(poly(p-phenylenedialkylene terephthalates))，例如聚(对亚苯基二亚甲基对苯二甲酸酯)和聚(对亚苯基-二-1,4-亚丁基对苯二甲酸酯；聚(亚烷基-1,2-亚乙基二氧-4,4'-二苯甲酸酯)，例如聚(亚乙基-1,2亚乙基二氧-4,4'-二苯甲酸酯)，聚(四亚甲基-1,2-亚乙基二氧-4,4'-二苯甲酸酯)和聚(六亚甲基-1,2-亚乙基二氧-4,4'-二苯甲酸酯)；聚(亚烷基-4,4'-二苯甲酸酯)，例如聚(五亚甲基-4,4'-二苯甲酸酯)，聚(六亚甲基-4,4'-二苯甲酸酯)和聚(十亚甲基-4,4'-二苯甲酸酯)；聚(亚烷基-2,6-萘二羧酸酯)，例如聚(亚乙基-2,6-萘二羧酸酯)，聚(三亚甲基-2,6-萘二羧酸酯)和聚(四亚甲基-2,6-萘二羧酸酯)；和聚(亚烷基磺酰基-4,4'-二苯甲酸酯)，例如聚(八亚甲基磺酰基-4,4'-二苯甲酸酯)，和聚(十亚甲基磺酰基-4,4'-二苯甲酸酯)。优选的聚酯是聚(对苯二甲酸亚烷基酯)，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)。
聚酯可以被弹性体进行冲击改性，该弹性体包含与聚酯化学键合和/或物理相互作用的官能团。该官能团选自酸酐、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。优选地，官能团是环氧化物。
本文提及的弹性体是指选自EPDM、SBS、SEBS、乙烯-丙烯弹性体诸如EPDM、苯乙烯-丁二烯弹性体诸如SBS或SEBS组成的组的弹性体。与聚酯化学键合和/或物理相互作用的官能团的量优选地为0.01至5重量％(基于冲击改性的聚酯的总重量)。
聚酰胺的例子是聚酰胺6，聚酰胺6,6；聚酰胺4,6；聚酰胺6,10；聚酰胺6,12；聚酰胺6,14；聚酰胺6,13；聚酰胺6,15；聚酰胺6,16；聚酰胺11；聚酰胺12，聚酰胺10，聚酰胺9,12，聚酰胺9,13，聚酰胺9,14，聚酰胺9,15，聚酰胺6,16，聚酰胺10,10，聚酰胺10,12，聚酰胺10,13，聚酰胺10,14，聚酰胺12,10，聚酰胺12,12，聚酰胺12,13，聚酰胺12,14，己二酸己二酰胺/对苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺，对苯二甲酸己二酰胺/间苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺，聚(己二酸间二甲基苯甲酰胺)，对苯二甲酸己二酰胺/对苯二甲酸2-甲基戊二酰胺，己二酸己二酰胺/对苯二甲酸己二酰胺/间苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺和聚己内酰胺-对苯二甲酸己二酰胺。
优选地，NIR-反射性有色聚合物层包含聚丙烯或与马来酸酐共聚的丙烯。
下表1中给出了NIR-反射性有色颜料的例子。
表1：
Figure BDA0002887083390000081
Figure BDA0002887083390000091
对于深色的有色层来说，优选的NIR-反射性有色颜料是铬铁氧化物，诸如购自BASF的Sicopal Black K0095或购自Shepherd的Shepherd black 10G996。
基于NIR-反射性有色聚合物层的总重量，NIR-反射性有色聚合物层可以包含0.1重量％至8重量％的NIR-反射性有色颜料。更优选地，NIR-反射性有色聚合物层包含0.15重量％至6重量％的NIR-反射性有色颜料。还更优选地，NIR-反射性有色聚合物层包含0.2重量％至4重量％的NIR-反射性有色颜料。
本发明的多层材料片材可以进一步包含其他聚合物层，例如一个或多个粘合剂层、结构增强层和/或耐候层。优选地，其包含耐候层。
耐候层可以包含聚酰胺、PTFE、聚烯烃或聚酯。合适的聚烯烃、聚酯或聚酰胺的例子如前文所描述。优选地，耐候层包含聚酰胺12。替代性地，耐候层包含聚丙烯。
耐候层可以进一步包含无机填料，例如碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、云母、滑石、高岭土、玻璃微珠和玻璃纤维；或者添加剂，例如UV稳定剂、热稳定剂或抗氧化剂。更优选地，耐候层可以被前文所示的任何有色(包括黑色)的颜料(包括IR-反射性有色颜料)着色，或者被白色颜料着色。最优选地，耐候层包含白色颜料。
在一个实施方式中，粘合剂是本发明中所限定的NIR-反射性有色聚合物层。
在另一个实施方式中，结构增强层是本发明中所限定的NIR-反射性有色聚合物层。
在一个实施方式中，多层材料片材包含以下的层：
a)面向电池的NIR-反射性半透明聚合物层，
b)粘合剂聚合物层，其包含具有特定颜色(包括黑色)的NIR-反射性颜料，
c)结构聚合物层，
d)粘合剂聚合物层，其可以与层(b)相同或者不同，
e)面向空气侧的聚合物层或耐候层。
在该实施方式中，层a)和层b)包含前文所述的成分。这意味着粘合剂层是前文所述的NIR-反射性有色聚合物层。
结构层c)例如包含热塑性聚合物，例如聚烯烃或聚烯烃的混合物，例如聚丙烯或聚丙烯的混合物；聚酯(例如PET或PBT)，其是可选地橡胶改性的；或者聚酰胺。可选地，结构层可以包含NIR-反射性有色颜料，例如铬铁氧化物，更具体地购自BasF的Sicopal BlackK0095或购自Shepherd的Shepherd black 10G996。
聚酯(例如PET或PBT)可以被弹性体进行冲击改性，该弹性体包含与聚酯化学键合和/或物理相互作用的官能团。该官能团选自酸酐、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。优选地，官能团是环氧化物。
本文提及的弹性体是指选自EPDM、SBS、SEBS、乙烯-丙烯弹性体诸如EPDM、苯乙烯-丁二烯弹性体诸如SBS或SEBS组成的组的弹性体。与聚酯化学键合和/或物理相互作用的官能团的量优选地为0.01至5重量％(基于冲击改性的聚酯的总重量)。
聚酰胺的例子是聚酰胺6；聚酰胺6,6；聚酰胺4,6；聚酰胺6,10；聚酰胺6,12；聚酰胺6,14；聚酰胺6,13；聚酰胺6,15；聚酰胺6,16；聚酰胺11；聚酰胺12，聚酰胺10，聚酰胺9,12，聚酰胺9,13，聚酰胺9,14，聚酰胺9,15，聚酰胺6,16，聚酰胺10,10，聚酰胺10,12，聚酰胺10,13，聚酰胺10,14，聚酰胺12,10，聚酰胺12,12，聚酰胺12,13，聚酰胺12,14，己二酸己二酰胺/对苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺，对苯二甲酸己二酰胺/间苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺，聚(己二酸间二甲基苯甲酰胺)，对苯二甲酸己二酰胺/对苯二甲酸2-甲基戊二酰胺，己二酸己二酰胺/对苯二甲酸己二酰胺/间苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺和聚己内酰胺-对苯二甲酸己二酰胺。
位于背板的外侧的面向空气侧的聚合物层或耐候层e)可以包含聚酰胺、PTFE、聚烯烃或聚酯。聚烯烃、聚酯或聚酰胺的例子如前文所述。优选地，耐候层e)包含聚酰胺12。替代性地，耐候层包含聚烯烃，例如聚丙烯。
耐候层e)可以进一步包含无机填料，例如碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、云母、滑石、高岭土、玻璃微珠和玻璃纤维；或者添加剂，例如UV稳定剂、热稳定剂或抗氧化剂。更优选地，耐候层可以被前文所示的任何NIR-反射性颜料着色，或者被白色颜料着色。最优选地，耐候层包含白色颜料。
在另外一个实施方式中，多层背板可以包含以下的层：
a)面向电池的NIR-反射性半透明聚合物层，
b)粘合剂聚合物层，其包含具有特定颜色(包括黑色)的NIR-反射性颜料，
c)结构聚合物层，其包含具有特定颜色(包括黑色)的NIR-反射性颜料
d)粘合剂聚合物层，其可以与层(b)相同或者不同，
e)面向空气侧的聚合物层或耐候层。
在该实施方式中，可能的是，两个粘合剂层均包含具有特定颜色(包括黑色)的NIR-反射性颜料。层a)-e)包含前文所描述的成分。
在另一个实施方式中，多层背板可以包含以下的层：
a)面向电池的NIR-反射性半透明聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2或其混合物组成的组，
b)粘合剂聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2或其混合物、铬铁氧化物(诸如购自BASF的Sicopal Black K0095或购自Shepherd的Shepherd black10G996)组成的组，
c)结构聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自铬铁氧化物，诸如购自BASF的Sicopal Black K0095或购自Shepherd的Shepherd black 10G996，
d)粘合剂聚合物层，其可以与层(b)相同或者不同，
e)面向空气侧的聚合物层或耐候层，优选地包含白色颜料。
在该实施方式中，层a)-e)包含前文所描述的成分。
聚合物层可以进一步包含本文中已知的添加剂。优选地，聚合物层包含至少一种选自UV稳定剂、UV吸收剂、抗氧化剂、热稳定剂和/或水解稳定剂的添加剂。当存在这种添加剂稳定剂时，基于聚合物的总重量，聚合物层可以包含0.05至10重量％添加剂，更优选地1至5重量％添加剂。
也可以添加白色颜料，例如滑石、云母、TiO2、ZnO或ZnS。
另一个实施方式中，多层背板可以包含以下的层：
a)面向电池的NIR-反射性半透明聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2或其混合物组成的组，
b)粘合剂聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自铬铁氧化物，诸如购自BASF的Sicopal Black K0095或购自Shepherd的Shepherd black 10G996，
c)结构聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自铬铁氧化物，诸如购自BASF的Sicopal Black K0095或购自Shepherd的Shepherd black 10G996
d)粘合剂聚合物层，其可以与层(b)相同或者不同，
e)面向空气侧的聚合物层或耐候层，优选地包含白色颜料。
在该实施方式中，层a)-e)包含如前文所述的聚合物材料和可能的添加剂。
在一个实施方式中，本发明提供多层材料片材，其包含：
a)NIR-反射性半透明聚合物层，该层包含官能化的聚乙烯、聚乙烯和可选地聚丙烯以及NIR-反射性颜料；
b)NIR-反射性有色层，该层包含聚烯烃、NIR反射性颜料和有色颜料；以及
c)耐候层。
典型地，多层材料片材进一步包含耐候层(c)，该层包含聚烯烃或聚酰胺。聚烯烃和聚酰胺如本文中所限定。
典型地，NIR-反射性半透明聚合物层包含与甲基丙烯酸酯共聚的乙烯。典型地，NIR-反射性半透明聚合物层(a)的NIR-反射性颜料包含云母、SiO2或二者。典型地，基于NIR-反射性半透明聚合物层的总重量，NIR-反射性半透明聚合物层(a)的NIR-反射性颜料的量是0.1至8重量％。典型地，NIR-反射性半透明聚合物层(a)的厚度为10至150μm。
典型地，NIR-反射性有色层包含聚丙烯或与马来酸酐共聚的丙烯。典型地，在NIR-反射性有色层(b)中，NIR-反射性颜料也是有色颜料。典型地，在NIR-反射性有色层(b)中，基于层的总重量，NIR-反射性颜料以0.1至8重量％的量存在。典型地，NIR-反射性有色层(b)的厚度为100至400μm。典型地，颜色是黑色。
典型地，耐候层包含聚酰胺12或聚丙烯。典型地，耐候层的厚度为10至50μm。典型地，耐候层包含白色颜料。
尤其优选的实施方式是上文所描述的多层材料片材，其中：
a)NIR-反射性半透明聚合物层具有10至150μm的厚度，包含与甲基丙烯酸酯共聚的乙烯，以及0.1至8重量％的包含云母和SiO2的NIR-反射性颜料；
b)NIR-反射性有色层(b)具有100至400μm的厚度，包含聚丙烯或与马来酸酐共聚的丙烯，以及0.1至8重量％的NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料也是有色颜料；并且
c)耐候层包含聚酰胺12或聚丙烯。
根据本发明所述的多层材料片材可以使用多层熔融或共挤出方法来制备。该方法包括以下步骤：混合包含无机填料、添加剂和稳定剂的不同层的各个配方，然后挤出不同的层并将它们层压。
替代性地，根据本发明的多层材料片材也可以通过以下步骤制造：(1)在挤出机中将不同层的材料造粒以获得不同层的颗粒或粒料，以及(2)通过挤出机将步骤(1)中制备的粒料或颗粒熔融并共挤出。替代性地，多层材料片材也可以通过以下步骤将多层材料片中的不同层熔融共挤出来获得：(1)通过分别混合不同层的组分来制备不同层的聚合物组合物，(2)使不同的聚合物组合物熔融以获得不同的熔体流，(3)通过在一个挤出模头中共挤出，来合并熔体流，(4)冷却共挤出的层。
本发明还提供合适用于光伏模块的背板，所述背板包含本文中所限定的多层材料片材。典型地，多层材料片材适合用作光伏模块中的背板。典型地，多层材料片材被简单地切成一定尺寸，来生产背板。因此，优选地，多层材料片材是合适用于光伏模块的背板。
当用作背板时，NIR-反射性半透明层是朝向前面(即朝向太阳能电池)定向的，并且NIR-反射性有色层是朝向背面(即远离太阳能电池)定向的。
本发明还涉及包含根据本发明的多层材料片材(或背板)的光伏模块。光伏模块以从向阳的前侧到非向阳的背侧的位置顺序至少包含以下层：(1)透明前片材，(2)可选地前封装材料层，(3)太阳能电池层，(4)可选地，背封装材料层和(5)根据本发明的多层背板，代表PV模块的背面保护层。
典型地，前片材是玻璃板。
前封装材料和背封装材料被设计用于密封和保护易碎的太阳能电池。“前侧”对应于光伏电池被光照射的一侧，即光接收侧，而术语“背侧”对应于光伏电池的光接收侧的背面。合适的封装材料通常具有以下特征的组合：高抗冲击性，高抗穿透性，良好的抗紫外(UV)光性，良好的长期热稳定性，对玻璃和/或其他刚性聚合物片材的足够的粘合强度，高耐湿性和良好的长期耐候能力。封装材料的例子是离子聚合物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚(乙烯醇缩醛)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚氯乙烯(PVC)、茂金属催化的线性低密度聚乙烯、聚烯烃嵌段弹性体、聚(乙烯-共聚-丙烯酸甲酯)和聚(乙烯-共聚-丙烯酸丁酯)、有机硅弹性体或环氧树脂。EVA是最常用的封装材料。EVA片材通常插入太阳能电池和顶表面(称为前封装材料)之间以及太阳能电池和后表面(称为背封装材料)之间。
太阳能电池层中的太阳能电池可以是任何种类的太阳能电池，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)和基于晶片的太阳能电池。
本发明还涉及用于光伏模块的多层背板，其包含NIR反射性半透明聚合物层和有色聚合物层，所述NIR反射性半透明聚合物层对波长750nm至1000nm的所有光的反射率超过20％且对波长380nm至750nm的所有光的透射率超过50％，所述有色聚合物层对波长380nm至2100nm的所有光的反射率小于35％。优选地，有色聚合物层包含碳黑。NIR反射性半透明聚合物层和有色聚合物层由前文中所描述的材料构成。多层材料片材也可以至少包含粘合剂层、结构层和耐候层。
典型地，有色聚合物层对波长380nm至2100nm的所有光的反射率小于30％；更优选地小于25％；还更优选地小于20％。
典型地，NIR-反射性半透明聚合物层对波长380nm至750nm的所有光的总透射率为至少60％，优选地至少70％；更优选地至少80％，例如至少90％。
典型地，NIR-反射性半透明聚合物层对波长750nm至1000nm的光的反射率为超过30％；优选地超过40％；更优选地超过50％；或者甚至超过60％。
在一个优选的实施方式中，多层背板包含以下层：
a)面向电池的NIR-反射性半透明聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2或其混合物组成的组，
b)粘合剂聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2或其混合物、铬铁氧化物(诸如购自BASF的Sicopal Black K0095或购自Shepherd的Shepherd black10G996)组成的组，
c)结构聚合物层，其包含碳黑，
d)粘合剂聚合物层，其可以与层(b)相同或者不同，
e)面向空气侧的聚合物层或耐候层，优选地包含白色颜料。
在一个甚至更优选的实施方式中，多层背板包含以下层：
a)面向电池的NIR-反射性半透明聚合物层，其包含NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2或其混合物组成的组，
b)不含颜料的粘合剂聚合物层，
c)结构聚合物层，其包含碳黑，
d)粘合剂聚合物层，其可以与层(b)相同或者不同，
e)面向空气侧的聚合物层或耐候层，优选地包含白色颜料。
在这些实施方式中的不同层优选地由前文所描述的聚合物材料和添加剂构成。
将借助于附图和实施例进一步解释本发明，但是本发明不限于此。
图1是实施例3的NIR反射性半透明聚合物层的膜的反射率与波长的图。
图2是实施例3的NIR反射性半透明聚合物层的膜的透射率与波长的图。
图3是实施例4的NIR-反射性有色聚合物层的膜的反射率与波长的图。
图4是实施例5的多层材料片材的共挤出膜的反射率与波长的图。
图5是实施例6、7、8的多层材料片材和对比实验1的共挤出膜的反射率与波长的图。
图6是实施例4的NIR-反射性有色聚合物层的膜的反射率与波长的图。
图7是实施例4的NIR-反射性有色聚合物层的膜的反射率与波长的图。
图8求出了根据本发明的一个多层材料片材示例。功能层(1)经由粘接层(2)连接到结构增强层(3)。耐候层(5)经由第二粘接层(4)连接到结构增强层(3)的另一侧。
现在将参照以下非限制性实施例来详细描述本发明，这些实施例仅仅是示例性的。
实施例
实施例1：NIR-反射性半透明颗粒1的制备
在双螺杆挤出机中通过向包含添加剂的70重量％聚乙烯和30重量％聚乙烯共聚物的聚合物混合物的粉末中添加
Figure BDA0002887083390000181
9870粉末来制备NIR-反射性半透明聚合物材料的颗粒，该双螺杆挤出机配备有进料器(18mm螺杆)，包含用于混合、熔融和运输熔体的元件、真空圆顶、常压脱气(atmospheric degassing)和1x 4mm的模具板。在模具之后以连续顺序安装1.5m长的水浴、气刀和切粒机。混合物中
Figure BDA0002887083390000182
9870的总浓度为相对于聚合物材料的总重量的3重量％。所有材料都进料在喂料口(throat)上。区域1的温度设置为200℃，其他区域设置为230℃。在离开模具时测得的熔体的温度为270℃。挤出机设置在300RPM，并且生产能力为5kg/hr。真空设置为-0.7巴。
实施例2：NIR-反射性黑色颗粒2的制备
在双螺杆挤出机中通过向包含添加剂的粉末形式的聚丙烯中添加ShepherdBlack BK10G966粉末来生产NIR-反射性黑色聚合物材料的颗粒，该双螺杆挤出机配备有进料器(18mm螺杆)，包含用于混合、熔融和运输熔体的元件、真空圆顶、常压脱气和1x 4mm的模具板。在模具之后以连续顺序安装1.5m长的水浴、气刀和切粒机。混合物中ShepherdBlack BK10G966的总浓度为相对于聚合物材料的总重量的8重量％。所有材料都进料在喂料口(throat)上。区域1的温度设置为200℃，其他区域设置为230℃。在离开模具时测得的熔体的温度为270℃。挤出机设置在300RPM，并且生产能力为5kg/hr。真空设置为-0.7巴。
实施例3：NIR-反射性半透明颗粒1的膜加工
通过使用Collin扁平线机构将颗粒1(实施例1)加工成厚度约为20μm的流延膜，Collin扁平线机构配备有单螺杆挤出机30/25D(具有3级螺杆)、进料器、300x 0.4mm的扁平涂布模具和引出(take-off)装置。机筒温度从进口处冷却的水开始直到最后的225℃。连接器、进料器和模具温度设定为至多(till)225℃。引出速度为5m/min。螺杆速度为15RPM。
基于ISO 13468-2以20μm厚度并使用积分球装置测定该膜的总反射率和总透射率，并且示于图1和图2中。
实施例4：NIR-反射性黑色颗粒2的膜加工
通过使用Collin扁平线机构将颗粒2(实施例2)加工成厚度约为150μm厚度的流延膜，Collin扁平线机构配备有单螺杆挤出机30/25D(具有3级螺杆)、进料器、300x 0.4mm的扁平涂布模具和引出装置。机筒温度从进口处冷却的水开始直到最后的225℃。连接器、进料器和模具温度设定为至多225℃。引出速度为3m/min。螺杆速度为60RPM。基于ISO 13468-2以150μm厚度并使用积分球装置测定该膜的总反射率，并且示于图3中。
实施例5：NIR-反射性多层背板
通过使用具有2个挤出机的多层设置的Collin扁平膜线将颗粒1和2共挤出成170μm厚度的多层流延膜。挤出机A是具有3级螺杆的单螺杆挤出机30/25D。挤出机B是同样具有3级螺杆的单螺杆挤出机25/25D。其进一步配备有进料器2-层设置、扁平涂布模具300x0.4mm和引出装置。机筒温度从进口处冷却的水改变直到最后的225℃。连接器、进料器和模具温度设定为至多(till)225℃。引出速度为3m/min。将颗粒2进料到挤出机A上，并且螺杆速度为60RPM，其给出150μm的厚度。将颗粒1进料到挤出机B上，螺杆速度为16RPM，其给出20μm的厚度。采用朝向光源的NIR-反射性半透明层，基于ISO 13468-2以170μm厚度并使用积分球装置测定该膜的总反射率，并且示于图4中。
实施例6至8
将在下表1中对每个实施例的每一层列出的成分在挤出机中分别与标准添加剂一起熔融混合并造粒以获得用于各层的粒料。给出的份数是重量份，每种组分的总重量为100。
表1：
Figure BDA0002887083390000201
对于每个实例，将粒料进料到多个挤出机之一，在高温下熔融挤出，穿过适配器和模具，通过冷却辊冷却，并成型为总厚度为300μm的多层膜。每个实施例按顺序具有以下组成：
·30μm耐候层；
·25μm粘接层；
·190μm结构增强层；
·25μm粘接层；
·30μm功能层。
对比实验1：高反射性黑色背板
根据US 2013/276876的实施例1和2的实施方式(3)生产高反射性黑色背板。
采用朝向光源的功能聚合物层，基于ISO 13468-2并使用积分球装置测定实施例6、7、8和对比例1中每一个的总反射率。结果示于图5中。实施例6、7以及特别是实施例8在750nm至1000nm的NIR区域中给出较高的总反射率。实施例6、7以及特别是实施例8在750nm至1000nm的NIR区域中给出较高的总反射率。此波长范围是最相关的，因为此范围高于人眼的可见光谱范围(约380-740nm)，并且在此范围内，典型的硅太阳能电池的(外部)量子效率相对较高(>90％)。
实施例9：NIR-反射性绿色聚合物层
通过将Shepherd Green 10C650粉末添加到包含添加剂的70重量％的聚乙烯和30重量％的聚乙烯共聚物的聚合物混合物的粉末中来生产NIR-反射性聚合物材料的股线。将该混合物引入小型双螺杆挤出机中。相对于聚合物材料的总重量，混合物中ShepherdGreen 10C650的总浓度为8重量％。将混合物在175℃和200rpm下经2分钟熔融挤出，其中收集材料作为股线。通过将约1克放入尺寸为100mm x 100mm x 65μm的预切铝模具中，从该股线上压制膜。使用THB400手持式压机在175℃下进行压制3分钟。压力从100kN逐步增加到200kN，最终增加到300kN。每个步骤持续1分钟。3分钟后，将样品在压力下冷却至室温。得到厚度为100μm的膜。使用积分球设备并基于ISO 13468-2测量膜的总反射率，并示于图6中。制备得到绿色膜，其在大于750nm的波长上显示出显著的反射率。
实施例10：NIR-反射性橙色聚合物层
重复实施例9，不同之处在于，使用8重量％的Shepherd Orange 10P340粉末代替8重量％的Shepherd Green 10C650。使用积分球设备并根据ISO 13468-2测量膜的总反射率，并示于图7中。制得橙色膜，其在大于600nm的波长上具有显著的反射率。

Claims (21)

1.多层材料片材，其包含NIR-反射性半透明聚合物层和NIR-反射性有色聚合物层，所述NIR-反射性半透明聚合物层对波长750nm至1000nm的所有光的反射率超过20％并且对波长380nm至750nm的所有光的透射率超过50％；并且所述NIR-反射性有色聚合物层对波长1000nm至2100nm的所有光的反射率超过25％。
2.根据权利要求1所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性有色聚合物层对波长380nm至750nm的所有光的反射率小于35％。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性半透明聚合物层和所述NIR-反射性有色聚合物层彼此相邻或被粘合剂层隔开。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性半透明聚合物层包含无机近红外反射颜料。
5.根据权利要求4所述的多层材料片材，其中所述无机近红外反射颜料选自云母、SiO2、TiO2、氧化锡、ZnO、ZnSnO、掺杂铝的ZnO、铟锡氧化物、锑锡氧化物、ZrO2及其混合物组成的组。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的多层材料片材，其中基于所述NIR-反射性半透明聚合物层的总重量，所述NIR-反射性半透明聚合物层包含0.1重量％至8重量％的所述无机近红外反射颜料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性半透明聚合物层的根据ISO13468–2测得的总透射率≥50％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性半透明聚合物层包含热塑性聚合物。
9.根据权利要求8所述的多层材料片材，其中所述热塑性聚合物是聚烯烃或聚烯烃的混合物。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性有色聚合物层包含热塑性聚合物。
11.根据权利要求10所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性有色聚合物层的所述热塑性聚合物选自聚酰胺、聚酯、橡胶改性的聚酯、聚烯烃及其组合。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性半透明聚合物层的厚度为10μm至150μm。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的多层材料片材，其中所述NIR-反射性有色聚合物层的厚度为100μm至400μm。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的多层材料片材，其还包含耐候层。
15.多层材料片材，其包含NIR-反射性半透明聚合物层和有色聚合物层，所述NIR-反射性半透明聚合物层对波长750nm至1000nm的所有光的反射率超过20％并且对波长380nm至750nm的所有光的透射率超过50％；并且所述有色聚合物层对波长380nm至2100nm的所有光的反射率小于35％。
16.根据权利要求15所述的多层材料片材，其中所述有色聚合物层包含碳黑。
17.多层材料片材，其包含：
a)NIR-反射性半透明聚合物层，所述层包含官能的聚乙烯、聚乙烯和可选地聚丙烯以及NIR-反射性颜料；
b)NIR-反射性有色层，所述层包含聚烯烃、NIR反射性颜料和有色颜料；以及
c)耐候层。
18.根据权利要求17所述的多层材料片材，其中：
a)所述NIR-反射性半透明聚合物层具有10至150μm的厚度并且包含与甲基丙烯酸酯共聚的乙烯和0.1至8重量％的NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料包含云母和SiO2；
b)所述NIR-反射性有色层具有100至400μm的厚度并且包含聚丙烯或与马来酸酐共聚的丙烯和0.1至8重量％的NIR-反射性颜料，所述NIR-反射性颜料也是有色颜料；并且
c)所述耐候层包含聚酰胺12或聚丙烯。
19.适合在光伏模块中使用的背板，所述背板包含权利要求1至18中任一项中所限定的多层材料片材。
20.光伏模块，其包含权利要求19中所限定的背板。
21.根据权利要求20所述的光伏模块，其以从向阳的前侧到非向阳的背侧的位置顺序包含：透明顶层；可选地，前封装材料层；太阳能电池层，包含一个或多个电互连的太阳能电池；可选地，背封装材料层；和背板。
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