CN113809194A - 含有效果颜料和散射添加剂的层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有一种或多种薄片状效果颜料和一种或多种光散射中心的层、片或膜，涉及其制备方法，涉及其用于任何类型的收集太阳能电池能量的器件，包括但不限于彩色太阳能电池或太阳能电池模块的用途，以及涉及收集太阳能电池能量的器件，包括但不限于包含这种层、片或膜的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，以及它们的制备方法。

Description

含有效果颜料和散射添加剂的层
技术领域
本发明涉及含有一种或多种薄片状效果颜料和一种或多种光散射中心的层、片或膜，涉及其制备方法，涉及其用于任何类型的收集太阳能电池能量的器件，包括但不限于彩色太阳能电池或太阳能电池模块的用途，以及涉及收集太阳能电池能量的器件，包括但不限于包含这种层、片或膜的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，以及它们的制备方法。
背景技术
太阳能电池在过去几年取得了巨大成功，并在2019年超过了600GW的全球并网光伏安装量，其中大部分以公用事业规模安装。所有太阳能电池的基本功能都依赖于吸收光并产生激发的电子-空穴对的光敏材料。该电子-空穴对在太阳能电池内被具有不同电子和空穴迁移率的区域隔开，即所谓的p-n结。由于可以使用不同种类的光敏材料，因此在太阳能行业中，已知不同种类的太阳能电池技术：
1)晶体硅太阳能电池(单晶c-Si和多晶mc-Si)
2)碲化镉太阳能电池(CdTe)
3)铜铟镓二硒化物(CIGS/CIS)
4)非晶硅太阳能电池(a-Si)
5)III/V太阳能电池，例如砷化镓(GaAs)太阳能电池或由III族和V族元素堆叠组成的多结太阳能电池，例如锗/铟-(铝)-镓-砷化物或-磷化物(In(Al)GaAs/P)
6)染料敏化太阳能电池(DSSC)
7)有机太阳能电池(OSC)
8)钙钛矿太阳能电池(PSC)
9)量子点太阳能电池(QSC)
10)由第II族和第VI族元素组成的其他II/VI太阳能电池，例如硒化锌(ZnSe)或硫化铁(FeS)
11)层叠太阳能电池
尽管如此，使用更多的表面，例如建筑物的表面和物体(例如汽车)上的其他表面会增加可用于太阳能生产的总表面积。为此目的，制造具有吸引人的颜色和色调的太阳能电池以及在不同入射角下提高效率的新技术和方法是太阳能行业的主要关注点。
WO 2019/122079A1公开了一种对现有技术的单个太阳能电池或由多个电互连太阳能电池制成的太阳能电池模块进行着色的方法，其通过将效果颜料掺入应用介质中，例如玻璃色或透明层压材料或封装材料，然后将其施加到太阳能电池的正面。效果颜料是半透明的，并且控制光入射表面的颜色，而不会影响太阳能电池的效率。
然而，已经观察到，由于由光入射表面处的含颜料层提供的半透明色彩，太阳能电池结构和/或其导电部分仍然可以至少部分地通过保护玻璃和封装膜可见。这种不希望有的图案的出现是一个缺点，它会限制彩色太阳能电池的使用，尤其是在例如建筑物的外墙或集成光伏的建筑物其他区域的区域中的使用。此外，已经观察到，颜色的强度取决于视角，这可能会使颜色效果对某些用途不那么有吸引力。
WO 2019/122079A1提出使用均匀的深色背景来增强外观的均匀性，和/或使太阳能电池模块的导电部分变黑以抑制不期望图案的出现。然而，这需要额外的工艺步骤或组件并增加太阳能模块生产工艺的时间和成本。
US 5,807,440描述了一种彩色光伏器件，其在其光入射侧包括含有着色剂、颜料或染料的着色层，并且还包括提供15至90％雾度特性的漫射层。漫射层可以包括白色或接近无色的颜料、多孔树脂或分散在半透明树脂中的不溶性树脂。然而，该文献的实施例报道，与没有漫射层的参考器件相比，包括具有吸收染料的着色层和额外的漫射层的光伏器件显示出32％至36％的短路电流损失。此外，除了着色层之外，使用单独的漫射层使得太阳能模块的生产工艺更加复杂并且增加了工艺时间和成本。
发明内容
发明概述
因此，本发明的一个目的是提供用于太阳能电池和太阳能电池模块的改进的着色层，其没有现有技术膜中观察到的缺点并且在宽视角范围内显示出良好的颜色反射强度，同时避免不希望的可见图案例如串或汇流条的可见图案。本发明的另一个目的是提供改进的包含此类彩色层的彩色太阳能电池和彩色太阳能电池模块以及用于它们的时间和成本更加有效的制造方法。
令人惊讶地发现，这些目的中的一个或多个可以通过提供如下文所公开和要求保护的层、片或膜来实现，其包含一种或多种效果颜料并且还包含一种或多种光散射中心，例如散射颗粒，并因此看起来不透明，但显示出一定的雾度，同时在深色背景下仍能提供所需的颜色效果。令人惊讶地发现，通过在太阳能电池模块的正面添加这样的层，可以减少在彩色太阳能电池或太阳能电池模块中电池和串/汇流条的不期望的暗图案的出现并且降低颜色强度对视角的依赖性，同时仍保持含颜料层的高透射率，从而有助于提高太阳能电池效率。
还令人惊奇地发现，光散射中心使着色层更加不透明并隐藏不均匀的颜色，从而使整个太阳能电池板具有更均匀的颜色。同时，太阳能电池的效率不会因光散射中心而显著降低，并且甚至可以提高，如下面的实施例所示。
因此，本申请涉及包含一种或多种效果颜料并且还包含一种或多种光散射中心的层、片或膜，所述效果颜料由涂覆有一层或多层透明或半透明材料的透明或半透明薄片状基材和任选的后涂层组成。
本申请还涉及制备如上文和下文所述的层、片或膜的方法。
本申请还涉及如上文和下文所述的层、片或膜作为太阳能电池模块的着色层，特别是作为着色封装层或玻璃色的用途。
本申请还涉及包括如上文和下文所述的层、片或膜的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块。
本申请还涉及彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其包括以下组件：
-透明的前覆盖层(以下也简称为“前片”)，
-任选地，在太阳能电池正面的其他透明层，
-一个或多个太阳能电池，或通过导电部件，优选地通过汇流条电互连的太阳能电池阵列，
-后片，
其中透明的前覆盖层或太阳能电池正面的其他透明层包含一种或多种效果颜料并且还包含一个或多个光散射中心，所述效果颜料由涂覆有一层或多层透明或半透明材料的透明或半透明薄片状基材和任选的后涂层组成。
本申请还涉及制造如上文和下文所述的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块的方法。
定义
上文和下文中，术语“光散射中心”应理解为包括各种散射中心，包括但不限于散射颗粒或其他添加剂、气泡、液滴、流体中的密度波动、多晶固体中的微晶、单晶固体中的缺陷、表面粗糙点等。由根据本发明的散射中心引起的散射效应也可以理解为漫反射，与镜面反射相反，并且除非另有说明，否则意指在可见光、UV和IR范围内的光散射，优选在200至1200nm的范围内，更优选在300至1000nm的范围内。
上文和下文中，术语太阳能电池或太阳能电池模块的“正面”意指光接收面或面向入射光的一面，并且术语太阳能电池或太阳能电池模块的“反面”或“背面”意指“背面”是指与辐射接收面相反或背离入射光的面。术语“前玻璃/片”或“前封装膜”意指设置在太阳能电池或太阳能电池模块正面的玻璃、片或封装膜，并且术语“后玻璃/片”和“后封装膜”意指设置在太阳能电池或太阳能电池模块反面的玻璃、片或封装膜。
在上文和下文中，除非另有说明，否则术语“太阳能电池”被理解为包括单个太阳能电池和太阳能电池模块两者，以及上述的阵列、串或图案。同样，除非另有说明，否则术语“太阳能电池模块”被理解为也包括单个太阳能电池。
在上文和下文中，除非另有说明，否则光散射颗粒和效果颜料的重量百分比是基于层、片或膜的固体部分的总重量计的。
在上文和下文中，术语“中位粒径D50”是指以微米为单位的粒径，其划分粒径分布，使得50％的颗粒具有低于该值的尺寸，且50％的颗粒具有高于该值的尺寸(也称为中径)。除非另有说明，中位粒径D50的值是使用Malvern MS2000设备获得的。
在下文中，根据本发明的层、片或膜也被简称为“层”，其被理解为包括如上文或下文所述的根据本发明的层、片或膜。
附图说明
以下附图用于说明本发明，不用于限制本发明的范围。
图1描述的是根据本发明的优选实施方案的太阳能电池模块示例性图。
图2描绘了根据本发明的具有如上所列的不同尺寸和类型的散射颗粒的膜a)至e)(Ta-e,Ha-e)，以及没有任何额外散射颗粒的参考膜(Tref,Href)的相应的透射值(图Ta等)以及相应的雾度值(图Ha等)。
图3描绘了根据本发明的具有不同浓度的散射颗粒E+520的膜d)、f)和g)(Td、Tf、Tg、Hd、Hf、Hg)，以及没有任何额外散射颗粒的参考膜(Tref、Href)的相应的透射值(图Td等)以及相应的雾度值(图Hd等)。
图4显示了相对于具有前玻璃的层压太阳能电池的背景没有散射颗粒(A)和具有1％(B)或2％(C)散射颗粒BMH-40的所得膜的光学图像。
图5描绘了具有根据本发明的层1和2的玻璃板(T1-2，H1-2)以及具有参考层Ref1的玻璃板(Tref1，Href1)的相应透射率和雾度值。
图6描绘了涂覆的样品的透射率值。
图7描绘了通过对图6的透射率曲线进行积分获得的涂覆的样品的光损失率。
详述
本发明提供了对现有技术太阳能电池以及由多个电互连太阳能电池制成的太阳能电池模块进行着色的高效方法，其具有极大的灵活性并以低或可忽略不计的太阳能电池效率损失实现大范围的不同颜色，以及高水平的长期稳定性。此外，本发明提供了在每个视角上实现高颜色均匀性和良好的颜色强度的解决方案，其中汇流条和单个太阳能电池不那么可见，并且同时实现低或可忽略不计的太阳能电池效率损失。
因此，令人惊讶地发现，通过向太阳能电池正面的包含效果颜料的层添加光散射添加剂，可以减少甚至避免在彩色太阳能电池或太阳能电池模块中电池和串/汇流条的不希望的暗图案的出现，并减少颜色强度对视角的依赖性，同时保持含颜料层的高透明度，从而确保太阳能电池的高量子效率。
特别地，令人惊讶地发现，当将优选选自直径在低微米范围内的透明颗粒的光散射添加剂用于含颜料层时，这些作为散射中心并且可以通过增加它的雾度而增加着色层的遮盖力，同时对它的透射没有影响或只有很小的影响，并且甚至可以对太阳能电池效率产生积极影响。
此外，令人惊讶地发现，当与选自光学透明颗粒的光散射添加剂组合使用时，甚至可以降低层中效果颜料的浓度，尤其是当用于覆盖玻璃的正面时，使得效果颜料对太阳能电池效率的可能影响甚至可以进一步降低。
对于典型应用，效果颜料的浓度应≥1g/m2，否则太阳能电池结构仍然可见，而颜色印象却已经很强烈。除了更高的遮盖力之外，太阳能电池模块颜色的角度依赖性也降低了。结合由散射颗粒本身提高的效率，这为设计彩色太阳能电池模块同时具有更不明显的由于效果颜料对光的部分反射而造成的功率损失开辟了新的可能性。
已经发现，根据本发明的包含效果颜料和光散射添加剂的层对于提供足够的颜色而不显著降低太阳能电池的总效率是理想的。长期测试显示出高水平的稳定性。由于含效果颜料的膜与太阳能电池之间的直接接触是太阳能电池模块安装中最苛刻的位置，因此可以有把握地假设，如果用于太阳能模块堆叠的任何其他位置，则含效果颜料的膜也不会产生负面影响。
效果颜料反射了一部分入射可见光，但让通过光伏过程产生能量所需的光通过。效果颜料可以被定向以使得可以改变最佳效率的角度，从而发挥色彩和效率的作用。
具有效果颜料和光散射添加剂的层可以很容易地施加于现有技术的太阳能电池，使其应用更加高效。将包含效果颜料和光散射添加剂的层施加到太阳能电池模块的工艺步骤可以容易地整合到用于制造封装的太阳能电池模块的已有现有技术工艺中。
通过使用本发明，太阳能电池的视觉外观可以适应特殊需要。可以改进包括太阳能电池的物体例如建筑物、器件、汽车等的外部视觉外观并且可以控制太阳能电池的透明度和反射率。此外，当使用深色背板并且使汇流条和连接点变暗时，可以降低甚至避免电池和亮色汇流条的可见性。此外，本发明可用于提供具有非凡色彩的太阳能电池以实现特殊效果和设计，例如取决于所使用的效果颜料还可以添加纹理，例如面板上的闪光效果，模仿砖墙或房屋建造中使用的不同材料表面的颜色阴影。
本发明的另一个优点是可以通过将太阳能电池的外观改变为人们习惯的中性外观来将太阳能电池无缝集成到任何表面，例如建筑物表面(立面和屋顶)、手持、便携和已安装的器件、汽车或其他运输物体(轿车、卡车、摩托车、踏板车、火车、轮船、拖车等)、价格标签、塑料、可穿戴物品和家用电器或类似物，或任何其他需要在不改变其光学外观的情况下无缝集成太阳能电池的高度可见表面，或其他类型的太阳能装置，其中太阳能电池的典型技术外观将变为人们习惯的中性外观，并且长期稳定性至关重要。
太阳能电池的着色对于多种颜色是可能的，并且不限于玻璃等刚性基板或单一太阳能电池技术。此外，不需要任何复杂的解决方案，例如层压堆叠中的额外的层。
含有效果颜料的层将太阳能电池的前表面呈现为不同的颜色，例如红色、蓝色、紫色、绿色等及其混合。可以改变层的厚度、其中使用的材料以及效果颜料的浓度或它们的组合以实现所需的颜色效果。尤其是通过不同浓度的红色、绿色和蓝色效果颜料的组合/混合，可以实现较大的色彩空间/范围。
有利地，光散射中心可以与提供太阳能电池模块着色的效果颜料掺入到同一层中，这减少了单独层的数量并使模块生产工艺更加省时和经济。
此外，太阳能的成本并没有显著增加，因为与目前可用的技术相比，彩色太阳能电池的效率不会受到太大影响，所述目前可用的技术具有影响太阳能电池性能的巨大缺点，并且在现实生活的条件下，太阳能电池的效率可能会从>15％的初始性能下降到10％以下。
令人惊讶的是，如果相应地选择效果颜料的浓度，则效果颜料显示出对太阳能电池均匀着色且对电池效率影响较小的可能性。还令人惊奇地发现，尤其是常规效果颜料如珠光颜料、干涉颜料和/或多层颜料显示出所需的效果。由于这些效果颜料的工作原理基于特定波长区域的选择性反射，因此可以选择性地调整颜色效果，并且所得效率可以与光的透射部分直接相关。通常，在特定波长的低反射下已经可以获得所需的颜色效果。太阳能电池的性能和效率甚至可以通过适当选择颜料和散射添加剂来提高，如以下实施例所示。
此外，令人惊讶地发现，光散射中心的掺入一方面确实在根据本发明的含颜料层中提供了雾度，这有利地减少了太阳能电池阵列结构或电互连汇流条等形状中暗图案的出现，但另一方面确实不会显著降低含颜料层的透射，因此不会负面影响太阳能电池的功率转换效率。
根据本发明的层中的光散射中心优选地选自颗粒、气泡，例如玻璃泡、液滴和颜料层中的密度波动，所有这些都能够散射光，更优选选自光学透明或半透明并且可以是有机或无机的颗粒，下文中也称为“(光)散射颗粒”。
非常优选地，根据本发明的层中的光散射颗粒选自SiO2，优选二氧化硅球或粉，球形有机硅树脂粉末，还有BaSO4、Al2O3、BaMgAlOx或Eu掺杂的BaMgAlOx颗粒或玻璃泡。
硫酸钡颗粒可从例如Sakai Chemical Industry Co.,LTD.以各种尺寸商购获得，例如BMH系列或B系列，例如BMH 40或B-1。
球形有机硅树脂粉末可例如从ABC NanoTech Co.Ltd.以各种尺寸商购获得，例如E+508、E+520、E+540。
玻璃泡可以例如从3M以各种尺寸的获得，例如S60。
二氧化硅粉可以例如从Sibelco以各种尺寸的获得，例如M500和M800。
光散射颗粒，例如球形有机硅树脂粉末，优选地具有球状形状，如球体或颗粒，即它们不是片状的。光散射颗粒优选具有平均粒径，优选中位粒径D50，为0.1至10μm，更优选0.2至8μm，非常优选0.5至6μm，最优选1至4μm。在另一个优选的实施方案中，颗粒具有平均粒径，优选中位粒径D50，为2至10μm，非常优选3至6μm。
在玻璃泡的情况下，中位粒径D50优选在10至50μm的范围内，更优选在20至50μm的范围内。
优选地，根据本发明的层中的光散射颗粒的浓度在0.01至10重量％的范围内，更优选地0.05至10重量％，甚至更优选地0.05至5重量％，非常优选地0.05至重量3％，最优选地0.1至1.5重量％，并且优选0.1至10g/m2。
根据本发明的层中的效果颜料优选选自珠光颜料、干涉颜料和多层颜料。效果颜料优选基于合成或天然云母、薄片状玻璃基材、薄片状SiO2基材或薄片状Al2O3基材。薄片状基材优选涂覆有一层或多层Ti、Sn、Si、Al、Zr、Fe、Cr和Zn的金属氧化物和/或金属氧化物水合物。
在根据本发明的层中使用的效果颜料优选是透明的或至少是半透明的。可用于本发明的效果颜料优选呈现红色、蓝色或绿色。然而，其他颜色例如灰色、白色、紫色、红色或橙色也是合适的。可以使用其他颜色或它们的混合来产生特定的颜色和色调。效果颜料还可以产生金属效果，例如但不限于：银、铂、金、铜和各种其他金属。还可以使用不同颜色的混合和层厚的变化来创建打印的图像/图片/颜色深浅。
效果颜料优选包含并且非常优选由透明或半透明薄片状基材和任选的后涂层组成，所述基材涂覆有一层或多层透明或半透明材料。
优选地，效果颜料包含薄片状基材，所述基材包含至少一个包含金属氧化物、金属氧化物水合物或其混合物的涂层。优选地，效果颜料由透明或半透明、无色、薄片状基材组成，其已涂覆有一层或多层透明或半透明、无色材料。优选使用珠光颜料、干涉颜料和/或多层颜料。效果颜料的长期稳定性可优选通过使用有机涂层和/或无机涂层的后涂层作为效果颜料的最后层来改进，例如在WO 2011/095326 A1和下文中所述。
用于效果颜料的合适基材是例如所有已知的涂覆或未涂覆的薄片状基材，优选透明或半透明的，优选无色薄片。合适的是例如层状硅酸盐，特别是合成或天然云母、玻璃薄片、SiO2薄片、Al2O3薄片、TiO2薄片、液晶聚合物(LCP)、全息颜料、BiOCl薄片或所述薄片的混合物。根据本发明，也可以在低浓度下使用具有介电涂层的铝薄片以获得活性光伏层的非常高的遮盖力。
玻璃薄片可由本领域技术人员已知的所有玻璃类型组成，例如由A玻璃、E玻璃、C玻璃、ECR玻璃、再生玻璃、窗玻璃、硼硅酸盐玻璃、
Figure BDA0003267359300000101
玻璃、实验室器皿玻璃或光学玻璃组成。玻璃薄片的折射率优选为1.45-1.80，特别是1.50-1.70。尤其优选的玻璃薄片由A玻璃、C玻璃、E玻璃、ECR玻璃、石英玻璃和硼硅酸盐玻璃组成。
优选涂覆或未涂覆的合成或天然云母薄片、SiO2薄片、Al2O3薄片和玻璃薄片，特别是C玻璃、ECR玻璃或钙铝硼硅酸盐的玻璃薄片。尤其地，优选使用基于钙铝硼硅酸盐玻璃的效果颜料。在本发明的变体中，优选Al2O3薄片。
基材的厚度通常为0.01至5μm，特别是0.05至4.5μm，并且特别优选0.1至1μm。长度或宽度尺寸通常为1至500μm，优选1至200μm，并且特别是5至125μm。它们的纵横比(平均直径与平均颗粒厚度之比)通常为2:1至25,000:1，优选3:1至1000:1，并且特别是6:1至250:1。薄片状基材的所述尺寸原则上也适用于根据本发明使用的涂覆的效果颜料，因为额外的涂层通常仅在几百纳米的范围内，因此不会显著影响效果颜料的厚度或长度或宽度(粒径)。
效果颜料及其基材的粒径和粒径分布可通过本领域中常用的各种方法确定。然而，优选使用激光衍射法，借助于Malvern Mastersizer2000、Beckman Coulter、Microtrac以标准工艺进行。此外，可以使用其他技术，例如SEM(扫描电子显微镜)图像。
在一个优选的实施方案中，基材涂覆有一层或多层包括金属氧化物、金属氧化物水合物、金属氢氧化物、金属低价氧化物、金属氟化物、金属氮化物、金属氧氮化物或这些材料的混合物的透明或半透明层。优选地，基材部分或全部被这些层包裹。
此外，还可以存在包括高和低折射率层的多层结构，其中高和低折射率层优选交替。特别优选包含高折射率层(折射率≥2.0)和低折射率层(折射率<1.8)的层包，其中这些层包中的一个或多个可能已施加至基材。在这里，高折射率层和低折射率层的顺序可以与基材匹配，以将基材包括在多层结构中。
特别优选金属氧化物、金属氧化物水合物或它们的混合物，优选Ti、Sn、Si、Al、Zr、Fe、Cr和Zn，尤其是Ti、Sn和Si。氧化物和/或氧化物水合物可存在于单层或分开的层中。特别地，使用在金红石或锐钛矿变体中，优选在金红石变体中的二氧化钛。为了将二氧化钛转化为金红石变体，优选在二氧化钛层下方施加二氧化锡层。优选的多层涂层包括交替的高和低折射率层，优选例如TiO2-SiO2-TiO2。
金属氧化物、氢氧化物和/或氧化物水合物层优选通过已知的湿化学方法施加，其中可以使用为制备效果颜料而开发的湿化学涂覆方法，其导致基材的包覆。在湿化学施加之后，涂覆的产品随后被分离、洗涤、干燥并优选地煅烧。
其各层的厚度通常为10至1000nm，优选15至800nm，特别是20至600nm，尤其是20至200nm。
为了增加光、温度、水和气候稳定性，效果颜料可进行后涂覆或后处理。后涂层可以是作为最后一层的有机涂层和/或无机涂层。后涂层优选包含一层或多层元素Al、Si、Zr、Ce、Fe、Cr或其混合物或混合相的金属氧化物层。此外，有机的或有机/无机组合的后涂层是可能的。硅烷和/或有机官能硅烷也可以单独使用或与金属氧化物组合使用。合适的后涂覆或后处理方法是例如在DE 22 15 191、DE-A 31 51 354、DE-A 32 35 017或DE-A 33 34598、EP 0090259、EP 0 634 459、WO 99/57204、WO 96/32446、WO 99/57204、US 5,759,255、US 5,571,851、WO 01/92425、WO 2011/095326中描述的方法或本领域技术人员已知的其他方法。
可用于本发明的效果颜料是例如以商品名
Figure BDA0003267359300000121
Figure BDA0003267359300000122
Figure BDA0003267359300000123
和Lumina
Figure BDA0003267359300000124
提供的可商购获得的干涉颜料或珠光颜料。也可以使用其他可商购获得的效果颜料。尤其是，可以使用
Figure BDA0003267359300000125
和
Figure BDA0003267359300000126
颜料。
在优选的实施方案中，根据本发明的层包含不同效果颜料，更优选两种或更多种，非常优选三种或更多种不同效果颜料的混合物。这能够获得特殊效果。在该优选的实施方案中，效果颜料可以以任何比例混合，但优选层中所有效果颜料的总含量不应超过60重量％。
在非常优选的实施方案中，根据本发明的层包含红色、绿色和蓝色效果颜料的混合物。因此取决于浓度，可以实现大的色彩空间/范围。
在根据本发明层中的效果颜料的浓度优选在0.01至40重量％，优选0.01至20重量％的范围内。更优选地，在根据本发明层中的效果颜料的浓度在0.01至15重量％的范围内，特别是在0.1至10重量％的范围内，最优选0.1至8重量％。
在另一个优选的实施方案中，每平方米根据本发明的层的效果颜料的量在0.1g/m2至75g/m2范围内，更优选在0.2至30g/m2范围内，非常优选0.5至15g/m2范围内，最优选0.5至6g/m2。
根据本发明的包含一种或多种效果颜料和一种或多种光散射中心的层原则上可选自任何合适的透明材料，包括但不限于基于聚合物的层、基于溶胶-凝胶的层、基于聚硅氮烷的层、基于玻璃的层或基于陶瓷的层。
在本发明的一个优选实施方案中，包含一种或多种效果颜料和一种或多种光散射中心的层是聚合物膜。
优选的聚合物膜选自聚烯烃聚合物或共聚物，特别是聚乙烯聚合物或共聚物，包括但不限于聚乙烯、EVA(乙烯醋酸乙烯酯)、EBA(乙烯丙烯酸丁酯)、EMA(乙烯丙烯酸甲酯)、EEA(乙烯丙烯酸乙酯)、POE(聚烯烃弹性体)、BPO(聚烯烃共聚物)，此外还有PVB或TPU(热塑性聚氨酯)，优选EVA或聚乙烯共聚物。
在本发明的另一个优选实施方案中，包含一种或多种效果颜料和一种或多种光散射中心的层是玻璃层、陶瓷层或搪瓷层。对于这种用途，该层优选提供在玻璃片或玻璃制品上。
在聚合物膜的情况下，包含效果颜料和光散射中心的层的厚度优选在5μm至1000μm的范围内，更优选20μm至800μm，甚至更优选200μm至600μm，并且对于陶瓷层优选在10μm至300μm的范围内，在玻璃层、陶瓷层或搪瓷层的情况下，更优选为20μm至200μm，最优选为30μm至100μm。
效果颜料和光散射颗粒可以通过技术人员已知的和文献中描述的方法掺入到根据本发明的层中。
在根据本发明的层是玻璃、陶瓷或搪瓷层的情况下，它可以例如通过将一种或多种效果颜料和一种或多种光散射颗粒与玻璃料或熔剂、陶瓷或一种或多种搪瓷前体混合，将混合物置于基材上，并分别在高于玻璃料、熔剂、陶瓷或搪瓷的玻璃温度的温度焙烧或烧制混合物来制备。
前体组合物在基材上的典型施加方法包括辊涂、丝网印刷或喷涂熔剂、搪瓷或陶瓷前体、散射剂和颜料在溶剂例如水或乙二醇醚中的混合物。
尤其是在玻璃制品，特别是玻璃板的装饰中，优选使用包含一种或多种颜料、一种或多种光散射添加剂和一种或多种玻璃料或熔剂的前体组合物。前体组合物在涂覆到基材上之后被焙烧，由此形成包含颜料和光散射添加剂的玻璃-搪瓷。在将前体组合物施加到玻璃板上时，前体组合物的熔融行为应根据回火过程的典型条件进行调整。典型的焙烧条件是约580℃至650℃的玻璃温度，并且焙烧时间为几分钟。对于建筑和仪器玻璃领域的玻璃板的彩色装饰而言，需要组合物中所含的玻璃料与无机颜料之间的良好的相容性。在许多使用领域对焙烧的组合物(即玻璃-搪瓷)的要求包括在尽可能低的温度下以短焙烧时间平稳运行、避免裂纹、对酸和碱性材料具有良好的耐化学性以及良好的耐候性。优选助焊剂是以Si、Zn和B为主要成分的无镉和铅的熔剂，例如基于硼硅酸盐的玻璃。
在根据本发明的层是聚合物膜的情况下，它可以通过例如挤出方法制备，例如聚合物材料的熔融挤出，其中在挤出前将一种或多种效果颜料和一种或多种散射颗粒添加到聚合物熔体中。
在挤出过程中，热塑性塑料在螺杆中熔化成粘性物质，然后通过平膜模头压制成形状。可能的形状的变化是巨大的。膜、箔和板通过平模挤出。
母料或化合物通常用于为具有效果颜料和散射颗粒的熔融物质着色。为了在使用效果颜料和添加剂的塑料挤出中获得令人满意的结果，必须在混合物能量与尽可能未损坏的颜料和/或颗粒之间保持平衡的比例。混合部分的过度剪切或不合适的螺杆或过滤器会破坏效果颜料并显著降低珠光效果。颜料的取向对于平均效果至关重要。这必须在过程中通过相应的机械工程和设计来确保。
在本发明的一个优选实施方案中，在聚合物材料中包含所需量，例如5至30重量％的效果颜料和散射颗粒的母料在聚合物膜的挤出过程中加入。这可以例如通过创建彩色母料粒料与EVA粒料的预混物或通过任何其他已知方法来完成。
由于在熔融挤出过程中作用于效果颜料的剪切力，效果颜料基本上平行于封装膜表面取向。
在另一个优选实施方案中，包含一种或多种效果颜料和一种或多种散射颗粒的层是两层或更多层相同或不同聚合物材料的共挤出膜，其中一层，优选面向前片的层，含有一种或多种效果颜料。
用作PV模块层压的封装材料的EVA是一种热塑性聚合物，其配方尤其适用于太阳能应用。它带来高电绝缘性、透明度、柔韧性和柔软性。在交联配方(如封装材料)中，它表现出额外的高尺寸稳定性、快速固化和易于层压。除了聚合物树脂外，常见的EVA配方通常还包含交联剂、粘合促进剂、UV吸收剂、UV稳定剂和抗氧化剂。交联剂是一种自由基引发剂——通常是过氧化物——其在层压过程中受热分解并形成引发聚合物骨架上的残基的自由基。形成的残基又会导致聚合物链之间形成共价键。
根据本发明的层还允许提供色调或颜色图案，例如用于模仿砖墙，这可以例如通过以所需图案丝网印刷两种不同颜色实现，或在房屋建造中使用的材料的不同表面的色调，这可以例如通过将两种不同的色调相互喷涂实现。
可以通过反射数据评估颜料和层对c-Si太阳能电池的影响。反射数据用于估计处理电池的最大功率吸收/最大光电流产生。反射和透射的测量和计算通过本领域技术人员已知的常用方法进行，并在实验部分中进一步描述。
包含效果颜料和光散射中心的层的雾度可以如实施例1中所述由透射率确定。
对于500至800nm范围内，更优选450至900nm范围内，非常优选400至1000nm范围内，最优选350至1150nm范围内的光，包含效果颜料和散射添加剂的层的透射率优选≥60％，更优选≥70％，非常优选≥75％，最优选≥80％。
对于450至800nm范围内，更优选400至1000nm范围内，最优选300至1150nm范围内的光，包含效果颜料和散射添加剂的层的反射率优选<40％，更优选<30％，非常优选<25％，最优选<20％。
对于500至800nm范围内，更优选450至900nm范围内，最优选350至1150nm范围内的光，包含效果颜料和散射添加剂的层的雾度优选≥50％，更优选≥60％，非常优选≥70％，最优选≥80％。
本申请还涉及如上文和下文所述的层作为着色层，特别是作为着色封装层在收集和转换太阳能的任何类型的器件中的用途，例如太阳能热或光伏器件，包括但不限于有机光电二极管、太阳能电池或太阳能电池模块，其可以是有机、无机或混合类型。
本申请进一步涉及收集和转换太阳能的器件，例如太阳能热或光伏器件，包括但不限于有机光电二极管、太阳能电池或太阳能电池模块，其可以是有机、无机或混合类型，包括如上文和下文所述的根据本发明的层。
优选的根据本发明的太阳能电池或太阳能电池模块包括以下组件：
1)透明的前片，优选为玻璃或塑料膜的，例如聚碳酸酯、有机玻璃、TPT(
Figure BDA0003267359300000161
其中
Figure BDA0003267359300000162
是可从DuPont商购获得的PVF(聚氟乙烯)膜)，
2)任选地，在太阳能电池的正面的一个或多个其他透明层，其优选地选自聚合物膜或提供在玻璃前片上的陶瓷层，并且其也可以用作封装膜或前片，
3)太阳能电池或电互连的太阳能电池串或阵列，
4)任选地，在太阳能电池的反面的一个或多个其他层，其优选地选自聚合物膜，
5)后片，优选为玻璃或塑料膜的，例如聚碳酸酯、有机玻璃、TPT(
Figure BDA0003267359300000171
其中
Figure BDA0003267359300000172
是可从DuPont商购获得的PVF(聚氟乙烯)膜)，
其中组件1)的前片包含如上文和下文所述的一种或多种效果颜料和一种或多种光散射中心，或者太阳能电池或太阳能电池模块包含其他正面透明层作为组件2)，其包含如上文和下文所述的一种或多种效果颜料和一个或多个光散射中心。
组件按以下顺序堆叠：1)前片，2)正面任选的一个或多个其他透明层，3)一个或多个太阳能电池，4)反面任选的一个或多个其他层，5)后片。
根据本发明的优选实施方案的太阳能电池模块示例性和示意性地示于图1中并且包括优选为玻璃片的透明的前片(11)、包含一种或多种效果颜料和一种或多种光散射中心的根据本发明的透明层(12)、具有汇流条的太阳能电池阵列(13)和优选为黑色或深色的后片(14)。箭头表示入射光的方向。
在一个优选实施方案中，在含颜料层(12)与太阳能电池(13)之间，和/或在太阳能电池(13)与后片(14)之间提供有一个或多个其他封装膜(未在图1中示出)。一个或多个其他封装膜不包含效果颜料或光散射中心。
在另一个优选实施方案中(未在图1中示出)，太阳能电池模块不包含前片(11)，而包含效果颜料和光散射中心的透明层(12)用作前片。
在另一个优选实施方案中(未在图1中示出)，包含效果颜料和光散射中心的层(12)用作封装膜。
在另一个优选实施方案中(未在图1中示出)，保护箔或外部箔被施加在完成的太阳能电池或太阳能电池模块的顶部。
位于太阳能电池模块正面的组件，如前片(11)、层膜(12)和任选的其他前封装膜对于穿过太阳能电池或太阳能电池阵列(13)的入射光基本上是透明的。
前片(11)和后片(14)优选地选自玻璃片。在另一个优选实施方案中，前片(11)和/或后片(14)，更优选后片(14)是聚合物片，优选TPT或聚碳酸酯片。
正面和反面的聚合物膜优选选自有机聚合物，包括但不限于聚烯烃，例如聚乙烯聚合物或共聚物，例如聚乙烯、EVA(乙烯醋酸乙烯酯)、EBA(乙烯丙烯酸丁酯)、EMA(乙烯丙烯酸甲酯)、EEA(乙烯丙烯酸乙酯)、POE(聚烯烃弹性体)、BPO，此外还有聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚乙烯醇缩丁醛PVB、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、多元醇、聚异氰酸酯或聚胺，以及前述这些的共聚物、树脂、共混物或多层，例如含聚碳酸酯的聚氨酯树脂、含氯乙烯-醋酸乙烯酯的聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸酯树脂、聚酯树脂或TPU(热塑性聚氨酯)。
如果透明的前层是聚合物膜，则其优选选自聚烯烃聚合物或共聚物膜，非常优选选自聚乙烯聚合物或共聚物膜，特别是选自EVA、EBA、EMA、EEA、POE、BPO、PVB或TPU膜，最优选选自聚乙烯共聚物或EVA膜。
用作后片或用于后片中的其他优选的聚合物可分为双氟聚合物、单氟聚合物和非氟聚合物以及每一类别内的各种构造。双氟聚合物后片通常主要由
Figure BDA0003267359300000181
聚氟乙烯(PVF)膜或
Figure BDA0003267359300000182
聚偏二氟乙烯(PVDF)膜外层和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)芯层组成。单氟聚合物后片通常由空气侧的Tedlar或
Figure BDA0003267359300000183
和内侧的PET和底漆或EVA层组成。非氟聚合物后片通常由两层PET和一层底漆或EVA层组成。
图1中示例性示出的太阳能电池阵列(13)也可以由单个太阳能电池代替。
太阳能电池(13)可以选自任何类型的太阳能电池技术，包括非晶、单晶和多晶硅太阳能电池、CIGS、CdTe、III/V太阳能电池、II/VI太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池、量子点太阳能电池和染料敏化太阳能电池，以及由单个电池制成的太阳能电池模块。晶体太阳能电池包括电池结构，例如Al-BSF、PERC、PERL、PERT、HIT、IBC、双面或任何其他基于晶体硅基板的电池类型。
后片(14)优选为黑色或深色，和/或黑色或深色片例如在太阳能电池或太阳能电池模块的反面，即太阳能电池(13)和后片(14)之间，提供后封装膜或额外的封装膜，其中深色优选为与太阳能电池颜色相同的深蓝色。
在太阳能电池(13)中，导电部分优选地包括基于金属的导电部分(件)，包括但不限于以下部分(件)：
i)由主要垂直连接器组成的H-网格——所谓的汇流条，
ii)水平集流部件——所谓的指状件，
iii)电池之间的连接器和焊接点，
在本发明的优选实施方案中，为了实现太阳能电池(13)的完全均匀的外观，在施加具有效果颜料和光散射中心的层(12)之前，基于金属的导电部分(件)，包括但不限于上述部分(件)i)至iii)，优选着色为黑色或深色如深太阳蓝。
在本发明的另一优选实施方案中，将深色，优选为黑色或深蓝色的网格引入一层或多层太阳能电池中，所述网格覆盖明亮区域，例如单个太阳能电池和导电部分(件)之间的空间，所述导电部分(件)包括汇流条、导电路径和焊接点。在本发明的另一个优选实施方案中，为了隐藏单个太阳能电池之间的空间，在太阳能电池后面施加黑色或深蓝色背层。黑色或深蓝色背层可以印刷或作为箔施加。
使具有H-网格前图案的太阳能电池(13)出现的其他白色金属部分变暗的合适且优选的方式包括用黑色聚合物箔覆盖金属条或用黑色漆刷金属部分。在印刷的银H-网格的情况下，银可以通过形成硫化银的薄层(例如通过用H2S处理)或通过镀覆并氧化铜而直接变黑。在镀金属网格的情况下，金属叠层的顶层可以直接镀上强吸收性金属氧化物或硫化物，例如CuO或Ag2S或类似的深色金属氧化物或其他。在使用新的金属化方案(如智能线技术)的情况下，也可以根据本发明使用变黑的线或具有降低反射率的微结构的线，从而使金属网格呈现暗色外观。如果使用黑色或深太阳蓝色后片作为模块背景，可以实现即使从近距离来看的整个模块非常均匀的外观。
前、后和另外的封装膜优选包含、非常优选由TPU或聚烯烃组成，包括但不限于EVA、EBA、EMA、EEA、POE或BPO，最优选EVA。
包含一种或多种效果颜料和光散射中心的层(12)位于辐射接收侧，即在根据本发明的太阳能电池或太阳能电池模块的可见部分内。它可以位于太阳能电池模块中前片(11)的内侧，即面向太阳能电池或太阳能电池阵列的一侧，如图1所示，或者它也可以位于前片(11)的外侧，即面向入射光的一侧。
如果将根据本发明的着色陶瓷层用于覆盖玻璃的外(面向气候的)表面上，则优选添加透明的保护层。该保护层可以基于例如氧化物的CVD层或湿涂膜，例如聚硅氮烷。
具有效果颜料和光散射中心的层(12)可以局部且灵活地施加在任何表面上。因此，它可以施加于成品太阳能电池或太阳能电池模块的外部上、施加于覆盖太阳能电池或太阳能电池模块的保护基板(玻璃或塑料)上，或直接施加在光敏材料/太阳能电池上。
有利地，具有效果颜料和光散射中心的层(12)也可以用作抗反射膜。
根据本发明的太阳能电池模块或多个太阳能电池模块可以通过技术人员已知的并且在文献中描述的方法来制备。
如果具有效果颜料和光散射中心的层是玻璃层、陶瓷层或搪瓷层，则优选在如上所述的玻璃基板上制备，并且然后将由具有效果颜料和光散射中心的层覆盖的玻璃基板提供在如上文和下文所述的太阳能电池模块的其他单独组件或层上，它们以所需顺序堆叠。在玻璃基板上具有效果颜料和光散射中心的陶瓷层或搪瓷层可以引入到太阳能电池中或可以形成外层。如果它形成外层，则优选由保护层保护。保护层可以施加在着色的搪瓷或陶瓷层的顶部。
如果具有效果颜料和光散射中心的层是聚合物膜，则优选地，所述聚合物膜和如上文和下文所述的太阳能电池模块的其他单独组件或层以所需顺序堆叠，然后例如通过施加热和/或压力，或使用粘合剂或粘接剂而层压在一起。
或者，制备太阳能电池模块或多个太阳能电池模块的层压工艺也可以分两步进行，以使得包含效果颜料和光散射中心的层在第一层压(或预层压)步骤中被层压到前片，然后在第二层压步骤中将前片加上包含效果颜料和光散射中心的层压层层压到其余组件的堆叠上。
因此，根据本发明的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块的优选的制备方法包括以下步骤：
a)将包含一种或多种效果颜料和一种或多种光散射中心的层，优选聚合物膜层压到前片上，优选通过施加热和/或压力，或使用粘合剂或粘接剂或层，优选在真空压力机中，
b)任选地将具有包含效果颜料和光散射中心的层压层的前片冷却，优选冷却至室温，
c)在具有包含效果颜料和光散射中心的层压层的前片顶部提供包含以下层的堆叠
C1)任选地一个或多个前封装膜，
C2)一个或多个太阳能电池，或通过导电部件，优选地通过汇流条电互连的太阳能电池阵列，
C3)任选地一个或多个后封装膜，
C4)后片，
或者在层C1至C4的堆叠顶部提供具有包含效果颜料和光散射中心的层压层的前片，
d)将层C1至C4的堆叠层压到具有包含效果颜料和光散射中心的层压层的前片上，优选通过施加热和/或压力，或使用粘合剂或粘接剂，优选在真空压力中。
层压步骤，例如上面的步骤a)和d)，可以使用标准方法进行，例如使两层经受热和压力，例如通过在一定的时间间隔内施加真空和/或任何其他形式的物理压力，例如在层压机中。
替代地和/或另外地，可以通过使用一种或多种粘合剂和/或粘接剂或层来实现或支持层压。粘合剂/粘接剂可以是反应性的或非反应性的，并且可以包含天然或合成来源或由天然或合成来源组成。合适且优选的实例包括但不限于聚氨酯(PUR)、热塑性聚氨酯(TPU)、橡胶、丙烯酸和有机硅粘合剂，取决于所需的应用。
在第一或预层压步骤a)之后，在施加热用于层压的情况下，优选在步骤b)中冷却具有包含效果颜料和光散射中心的层压层的前片，非常优选冷却至室温。含有效果颜料和光散射中心的层现在永久固定在玻璃上，并且无法用手拉开。颜料均匀分布在表面。
在步骤c)中，将剩余的任选的前封装膜、太阳能电池、任选的后封装膜和后片的堆叠放置在前玻璃和具有效果颜料和光散射中心的层的预层压双层的顶部，或替代地，预层压的双层被放置在剩余叠层的顶部。优选地，预层压双层被放置成使得具有效果颜料和光散射中心的层面向太阳能电池。
然后在步骤d)中在优选类似于预层压步骤的条件下进行堆叠的最终层压。
在层压步骤中，例如上面的步骤a)和d)，合适的施加热和压力以及时间间隔取决于所使用的片和膜的类型并且可以由本领域技术人员容易地选择。在使用前玻璃片和EVA聚合物膜的情况下，优选加热温度在130℃至160℃的范围内，非常优选约135℃，时间间隔优选为20至30分钟。优选使用真空压力机。优选施加400至900mbar的压力。
在最终层压步骤d)之后，层压的堆叠被再次冷却，优选冷却至室温。封装膜和后片(如果使用塑料后片)的多余材料可以被切除，并且可以附接接线盒用于太阳能电池模块的电连接。最后，层压件可以被框起来。
在一个或多个层压步骤之后，膜厚度通常会根据层压条件而减小。
优选地，所得层压件是完全密封的，并且在理想情况下，可以保护太阳能电池至少25年。
优选地，根据本发明的太阳能电池和太阳能电池模块显示出>-5％，更优选地>-2％，非常优选地>0.1％的功率变化ΔP，其中
Figure BDA0003267359300000221
并且Pi是根据本发明的如上文和下文所述的具有包括效果颜料和散射中心的层的太阳能电池或太阳能电池模块SCi的功率，并且Pref是除了具有效果颜料的层不包含光散射中心之外，与SCi具有相同组件的参考太阳能电池或太阳能电池模块SCref的功率。因此，ΔP的负值表示相对于参考的功率损失，而ΔP的正值表示相对于参考的功率增加。
以下实施例旨在解释本发明而不是限制本发明。
具体实施方式
实施例1-具有效果颜料和散射颗粒的聚合物膜
膜的制备
制备根据本发明的不同聚乙烯膜，其含有0.15％的效果颜料
Figure BDA0003267359300000231
7235Ultra Rutile Green Pearl，导致效果颜料的浓度为1g/m2，并且在每种情况下还包含一种类型的以下列出的光散射颗粒。
a)1％硫酸钡BMH-40颗粒，中位粒径D50为5μm
b)1％硫酸钡B-1颗粒，中位粒径D50为0.5μm
c)1％球形有机硅树脂粉末E+508，中位粒径D50为0.8μm
d)1％球形有机硅树脂粉末E+520，中位粒径D50为2μm
e)1％球形有机硅树脂粉末E+540，中位粒径D50为4μm
f)0.5％球形硅树脂粉末E+520，中位粒径D50为2μm
g)2％球形硅树脂粉末E+520，中位粒径D50为2μm
h)0.5％球形硅树脂粉末E+540，中位粒径D50为4μm
i)2％球形硅树脂粉末E+540，中位粒径D50为2μm
j)1％玻璃泡S60，中位粒径D50为30μm。
所有添加的颗粒在光散射的同时都是光学透明的。
出于比较的目的，如上所述制备了含有0.15％效果颜料
Figure BDA0003267359300000232
7235 UltraRutile Green Pearl但不添加任何散射颗粒的参考膜。
虽然封装膜通常通过流延膜的挤出制备，但出于实践原因，在本实施例中，尺寸为10x15cm、厚度为700μm的膜样品是通过包含颜料和颗粒的聚乙烯树脂如下注塑制备的：
使用Kraus-Maffei CX-130-380型注塑机。模具闭合后，将透明塑料熔体(
Figure BDA0003267359300000241
28-25PV，来自Arkema的产品)注入注塑模具中。注射操作在180至200℃范围内的温度和450至900bar(4.5×107N/m2至9×107N/m2)范围内的压力下进行。为了给塑料熔体着色或添加散射颗粒，相应地使用所需浓度的母料。当需要时，聚合物膜可以在后步骤中压花。压花结构通常支持在太阳能模块的层压步骤中去除空气。
透射率和雾度测量
根据本发明的膜和参考膜的透射率在配备有Ulbrich球体的Cary UV/Vis光谱仪中测量(根据ASTM D1003)。根据本发明的膜和参考膜的雾度通过以下等式由透射测量值计算：
雾度(％)＝((T4/T2)-(T3/T1))·100
其中T1代表样品架中没有样品且测量位置有反射标准的入射光的参考，T2代表样品架中有样品且测量位置有反射标准的通过被检查样品的透射光(仅测量直接透过样品的光)，T3测量来自光谱仪本身的参考散射光，样品架中没有样品且测量点没有反射标准，T4测量来自光谱仪和样品的散射光，样品架中有样品且测量点没有反射标准(测量通过样品的所有透射光)。
图2描绘了根据本发明的具有如上所列的不同尺寸和类型的散射颗粒的膜a)至e)(Ta-e,Ha-e)，以及没有任何额外散射颗粒的参考膜(Tref,Href)的相应的透射值(图Ta等)以及相应的雾度值(图Ha等)。
从图2可以看出，与参考膜相比，具有散射颗粒的膜显示出良好的雾度，尤其是在可见光范围内。还可以看出，雾度随着散射颗粒尺寸的增加而增加，而散射颗粒对膜的透射率的影响很小。
图3描绘了根据本发明的具有不同浓度的散射颗粒E+520的膜d)、f)和g)(Td、Tf、Tg、Hd、Hf、Hg)，以及没有任何额外散射颗粒的参考膜(Tref、Href)的相应的透射值(图Td等)以及相应的雾度值(图Hd等)。
从图3可以看出，与参考膜相比，具有散射颗粒的膜显示出良好的雾度，尤其是在可见光范围内。还可以看出，雾度随着散射颗粒浓度的增加而增加，而散射颗粒对膜的透射率影响很小。
聚合物膜作为太阳能电池封装材料的用途
根据本发明的分别具有1％的不同尺寸的球形有机硅树脂粉末E+508、E-520和E-540的膜c)、d)和e)和参考膜各自作为封装材料提供在太阳能电池的太阳能闪光器上，并使用Wavelab Sinus 7太阳能模拟器测量对太阳能电池效率的影响。
为了测量太阳能PV模块的输出性能的一致性，使用了闪光测试机(太阳能闪光器或太阳模拟器)。在闪光测试期间，PV模块暴露于氙气弧光灯发出的短(1ms至30ms)、明亮(每平方厘米100mW)的闪光下。该灯的输出光谱选择为尽可能接近太阳光谱。输出由计算机和电压表收集，数据可以与参考太阳能模块进行比较。
结果示于下表1中。
表1–太阳能电池的效率
Figure BDA0003267359300000251
从表2可以看出，粒径为0.8μm的较小颗粒对太阳能效率的影响很小，而粒径为2或4μm的较大颗粒d)和e)对太阳能效率的影响非常小。同时，图2显示这些颗粒导致膜雾度增加，透射率仅略有下降。
为了研究散射颗粒浓度的影响效果，将根据本发明的膜d)-i)和参考膜各自作为封装材料提供在太阳能电池的太阳能闪光器上，并且使用Wavelab Sinus 7太阳能模拟器如上所述测量对太阳能电池效率的影响。
结果示于下表2中。
表2–太阳能电池的效率
Figure BDA0003267359300000261
从表2可以看出，在所有情况下，颗粒对太阳能效率的影响很小，并且随着颗粒浓度的增加，影响更加明显。出人意料地还可以看出，对于小颗粒浓度，与参考相比，太阳能电池效率甚至增加。这可能归因于太阳能电池更好地吸收散射光子，这可以从增加的光电流中看出。
总的来说，一方面是上述膜的透射率和雾度值的结果，另一方面是包含膜作为封装材料的太阳能电池的效率数据，表明将散射颗粒添加到包含颜料的膜中提供了所需的雾度仅略微降低透射率，而另一方面太阳能电池效率没有被显著影响甚至略微提高。
实施例2-具有效果颜料和散射颗粒的聚合物膜
膜的制备
为了检查散射添加剂对太阳能电池结构的光学外观以及效率的影响，制备了玻璃样品，该样品由2块3mm厚的层压有700μm厚的挤出EVA膜的玻璃面板组成，含有0.15％(或1g/m2)效果颜料
Figure BDA0003267359300000262
7235Ultra Rutile Green Pearl以及浓度为1％或2％的选自硫酸钡颗粒BMH-40(D50为5μm)或硫酸钡颗粒B-1(D50为0.55μm)或玻璃泡S60(D50为30μm)的散射添加剂。
出于比较的目的，如上所述制备具有0.15％的颜料
Figure BDA0003267359300000263
7235UltraRutile Green Pearl，但没有任何额外的散射颗粒的参考膜。
透射率和雾度
图4显示了相对于具有前玻璃的层压太阳能电池的背景没有散射颗粒(A)和具有1％(B)或2％(C)散射颗粒BMH-40的所得膜的光学图像。可以看出，具有散射颗粒的膜显示出使背景不太明显(B)或几乎不可见(C)的雾度。
聚合物膜作为太阳能电池封装材料的用途
为了检查对效率的影响，使用置于可商购获得的钙钛矿单太阳能电池上的闪光试验机对膜进行了测试。使用提供350nm至1100nm光谱范围的受控LED组作为光源，并使用Wavelab Sinus 7太阳模拟器和电压表测量功率输出。
结果示于下表3中。
表3-太阳能电池的效率
Figure BDA0003267359300000271
从表3可以看出，颗粒的加入对电池效率只有轻微的负面影响。
总体而言，结果表明将散射颗粒添加到含颜料的膜中提供了所需的雾度，而另一方面太阳能电池效率没有显著被影响或甚至略微提高。
实施例3-具有效果颜料和散射颗粒的搪瓷层
层的制备
使用具有48mesh丝网的手动丝网印刷机将搪瓷层印刷在玻璃板上，膜厚为36μm。所使用的搪瓷是来自陶瓷行业的标准搪瓷，含有2％的
Figure BDA0003267359300000272
7235 Ultra RutileGreen Pearl或
Figure BDA0003267359300000273
7225Ultra Rutile Blue Pearl作为着色颜料，导致在干膜中颜料浓度为约1.4g/m2。此外，添加不同粒径的硅粉并测量雾度以及透射率。所使用的颗粒是平均直径D50为4μm的石英粉(M500)，在糊剂中的浓度为0.5％或者在干膜中的浓度为0.4g/m2，或者平均直径D50为1.8μm的石英粉(M800)，在糊剂中的浓度为0.5％或者在干膜中的浓度为0.4g/m2。随后将膜在快速烧制炉中烧制至620℃的玻璃温度以熔化搪瓷，留下含有颜料和硅粉的透明玻璃层。
出于比较的目的，如上所述制备具有相同的颜料浓度但没有任何额外的散射颗粒的参考搪瓷层。
各层中的颜料和颗粒浓度列于下表4中。
表4-颜料和颗粒浓度
Figure BDA0003267359300000281
透射率和雾度测量
如实施例1所述测量并计算了根据本发明的具有包含效果颜料和二氧化硅粉的搪瓷层1-4的玻璃板以及具有仅包含效果颜料的参考搪瓷层Ref1和Ref2的玻璃板的透射率和雾度。
图5描绘了具有根据本发明的层1和2的玻璃板(T1-2，H1-2)以及具有参考层Ref1的玻璃板(Tref1，Href1)的相应透射率和雾度值。
从图5中可以看出，与参考层相比，散射颗粒未改变搪瓷层的透射率，但增加其雾度。
搪瓷层作为太阳能电池封装材料的用途
将具有根据本发明的搪瓷层1-4和参考层1和2的玻璃板放在太阳能电池上的太阳能闪光器上，如实施例1中所述测量搪瓷层对太阳能电池效率的影响。
结果示于下表5中。
表5-太阳能电池的效率
Figure BDA0003267359300000282
Figure BDA0003267359300000291
从表5可以看出，在所有情况下，功率输出没有因添加散射颗粒受到负面影响，而是而增加。这可能归因于颗粒的光散射导致太阳能电池更好地吸收光量子，因为光在散射后不会以陡峭的角度撞击它。
总的来说，结果表明向含颜料的搪瓷层添加散射颗粒提供了所需的雾度，而另一方面太阳能电池效率没有受到显著影响，反而甚至被改进。
实施例4-具有效果颜料和散射颗粒的涂层
涂层的制备
将喷涂制剂施加到太阳能模块的覆盖玻璃上。该制剂由作为粘合剂的聚硅氮烷在作为溶剂的乙酸丁酯中的20％溶液和在溶液中浓度为6％的效果颜料
Figure BDA0003267359300000292
T-60-23组成。使用的散射颗粒是硫酸钡颗粒BMH-40，平均粒径D50为5μm。制备了不同的制剂，其中颗粒的浓度在0至3％之间变化。每种制剂均使用标准喷涂设备手动施加，并在施加后在200℃下干燥2小时。
在所有情况下选择涂膜厚度以提供2g/m2的颜料浓度。
出于比较的目的，如上所述制备具有相同的颜料浓度但没有任何额外的散射颗粒的参考涂层。
各个膜中的颜料和颗粒浓度列于下表6中。
表6-颜料和颗粒浓度
Figure BDA0003267359300000293
Figure BDA0003267359300000301
透射率和雾度测量
在干燥步骤之后，如实施例1中所述，使用Cary Photo光谱仪和Ulbricht-sphere测量涂覆的样品的透射率。
图6描绘了涂覆的样品的透射率值。
从图6可以看出，浓度高达3％的散射颗粒，虽然显示出对玻璃后面任何结构的遮盖力增加，但不会降低总透射率。
图7描绘了通过对图6的透射率曲线进行积分获得的涂覆的样品的光损失率。
从图7可以看出，当散射颗粒的浓度高达3％时，光损失率下降。
结果表明，根据本发明的层能够对太阳能电池模块进行有效着色，并具有额外的雾度，防止通过着色层出现不希望的阴影或图案，而不会显著负面影响甚至正面影响太阳能电池效率。

Claims (32)

1.层、片或膜，其包含一种或多种效果颜料并且还包含一种或多种光散射中心，所述效果颜料由涂覆有一层或多层透明或半透明材料的透明或半透明薄片状基材和任选的后涂层组成。
2.根据权利要求1所述的层、片或膜，其中所述光散射中心选自颗粒、气泡、液滴和密度波动。
3.根据权利要求1或2所述的层、片或膜，其中所述光散射中心选自透明或半透明的有机或无机颗粒。
4.根据权利要求1至3中一项或多项所述的层、片或膜，其中所述光散射中心选自SiO2，优选二氧化硅球或粉，球形有机硅树脂粉末，BaSO4，Al2O3，BaMgAlOx或Eu掺杂的BaMgAlOx颗粒或玻璃泡。
5.根据权利要求1至4中一项或多项所述的层、片或膜，其特征在于，所述层中的光散射中心的浓度在0.01至5重量％的范围内。
6.根据权利要求1至5中一项或多项所述的层、片或膜，其特征在于，其对于400至1000nm范围内的光的透射率≥70％。
7.根据权利要求1至6中一项或多项所述的层、片或膜，其特征在于，其对于400至1000nm范围内的光的雾度≥50％。
8.根据权利要求1至7中一项或多项所述的层、片或膜，其特征在于，所述效果颜料选自珠光颜料、干涉颜料和多层颜料。
9.根据权利要求1至8中一项或多项所述的层、片或膜，其特征在于，所述效果颜料基于合成或天然云母、薄片状玻璃基材、薄片状SiO2基材或薄片状Al2O3基材。
10.根据权利要求9所述的层、片或膜，其特征在于，薄片状基材涂覆有一层或多层Ti、Sn、Si、Al、Zr、Fe、Cr和Zn的金属氧化物和/或金属氧化物水合物。
11.根据权利要求1至10中一项或多项所述的层、片或膜，其特征在于，其包含两种或更多种不同的效果颜料。
12.根据权利要求1至11中一项或多项所述的层、片或膜，其特征在于，在所述层中的效果颜料的量在0.01至15重量％的范围内。
13.根据权利要求1至12中一项或多项所述的层、片或膜，其特征在于，包含效果颜料和光散射添加剂的层的厚度在5至1000μm的范围。
14.根据权利要求1至13中一项或多项所述的层、片或膜，其为基于聚合物的层、基于溶胶-凝胶的层、基于聚硅氮烷的层、基于玻璃的层或基于陶瓷的层。
15.根据权利要求1至14中一项或多项所述的层、片或膜，其为聚合物膜。
16.根据权利要求1至15中一项或多项所述的层、片或膜，其为选自聚烯烃，非常优选聚乙烯或其共聚物的聚合物片/膜。
17.根据权利要求1至16中一项或多项所述的层、片或膜，其为选自EVA、EBA、EMA、EEA、POE、PC和BPO膜的聚合物片/膜，或者为PVB或TPU片/膜。
18.根据权利要求1至17中一项或多项所述的层、片或膜，其为玻璃层、陶瓷层或搪瓷层。
19.通过聚合物材料的熔融挤出制备根据权利要求1至18中一项或多项所述的层、片或膜的方法，其中在挤出前将所述一种或多种效果颜料和一种或多种散射添加剂加入到聚合物熔体中。
20.根据权利要求19所述的制备层、片或膜的方法，其通过将一种或多种效果颜料和一种或多种散射添加剂与玻璃料或者陶瓷或搪瓷前体混合，将混合物涂覆、印刷或喷涂在基材上，并分别在高于玻璃料、陶瓷或搪瓷的玻璃温度的温度烧制所述混合物。
21.根据权利要求1至20中一项或多项所述的层、片或膜，其为太阳能电池模块的封装膜或片。
22.彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其包括根据权利要求1至21中一项或多项所述的层、片或膜。
23.彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其包括以下组件：
-透明的前覆盖层，
-任选地，在太阳能电池正面的其他透明层，
-一个或多个太阳能电池，或通过导电部件，优选地通过汇流条电互连的太阳能电池阵列，
-后片，
其中所述透明的前覆盖层或太阳能电池正面的其他透明层为根据权利要求1至18中一项或多项所述的层、片或膜。
24.根据权利要求23所述的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其特征在于，所述后片为黑色或深色，和/或所述彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块包括提供在所述一个或多个太阳能电池或太阳能电池阵列与所述后片之间的额外的片或封装膜，其中所述额外的片或封装膜为黑色或深色。
25.根据权利要求21或22所述的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其特征在于，在施加具有效果颜料和光散射添加剂的层之前，将连接太阳能电池的导电部件着色为黑色或深色。
26.根据权利要求23至25中一项或多项所述的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其特征在于，将深色的网格引入所述一个或多个太阳能电池或太阳能电池阵列中，所述网格覆盖包括但不限于太阳能电池和导电部件之间的空间的明亮区域。
27.根据权利要求23至26中一项或多项所述的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其特征在于，所述前片和/或后片为玻璃片。
28.根据权利要求23至27中一项或多项所述的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其特征在于，所述前片和/或后片为聚合物片。
29.根据权利要求23至28中一项或多项所述的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块，其特征在于，其选自非晶、单晶和多晶硅太阳能电池、CIGS-、CdTe-、III/V-或II/VI太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、量子点太阳能电池、有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池。
30.根据权利要求23至29中一项或多项所述的彩色太阳能电池或彩色太阳能电池模块的制备方法，其通过按所需顺序堆叠权利要求1至17和23至29中一项或多项中定义的组件或层，然后通过施加热和/或压力或使用粘合剂或粘接剂将所述组件或层层压在一起。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，在第一层压步骤中将包含效果颜料和光散射添加剂的层、片或膜层压到所述前片，和在第二层压步骤中将具有包含效果颜料和光散射添加剂的层压的层、片或膜的前片层压到其余组件的堆叠上。
32.根据权利要求30或31所述的方法，其特征在于，所述层压步骤通过施加热和/或压力，或使用粘合剂或粘接剂或层，优选在真空压力机中进行。
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