CN114788019B - 光重新定向膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光重新定向膜，所述光重新定向膜包括第一层，所述第一层设置在第二层上，其中所述第一层和所述第二层的结构化主表面彼此面对。光学反射层或金属层设置在所述第一层与所述第二层之间。所述第一层可以是热熔融粘合剂层，并且所述第二层可以是聚合物层。所述第一层和所述第二层可以是一体层。所述第一层可以是具有软化温度T1的第一聚合物层，并且所述第二层可以是具有大于T1的软化温度T2的第二聚合物层。对所述膜加热和/或施加压力使所述膜的光学特性改变小于约5％。

Description

光重新定向膜
背景技术
光伏电池单元可以布置成行并且使用接片条带串联地电连接。光重新定向膜可以施加在接片条带上。
发明内容
本说明书涉及光重新定向膜。光重新定向膜可以用于光伏电池单元(例如，太阳能电池单元)的组件中。在一些实施方案中，光重新定向膜包括第一层，该第一层设置在第二层上，其中第一层和第二层的结构化主表面彼此面对。在一些实施方案中，光学反射层和/或金属层设置在第一层与第二层之间。第一层可以是粘合剂层(诸如热熔融粘合剂层)，并且第二层可以是聚合物层。第一层可以是一体层(例如，一体热熔融粘合剂层)。第二层可以是一体层(例如，一体聚合物层)。光学反射层和/或金属层可以是一体层。第一层可以是具有软化温度T1的第一聚合物层，并且第二层可以是具有大于T1的软化温度T2的第二聚合物层。在一些实施方案中，对膜加热和/或施加压力使膜的光学特性(例如，漫反射率或表面粗糙度或棱柱夹角)改变小于约5％。这些和其他方面将从以下详细描述中变得显而易见。但是，在任何情况下，本简要概述都不应解释为限制可要求保护的主题。
附图说明
图1是根据一些实施方案的光重新定向膜的示意性剖视图；
图2是结构化主表面的示意性平面图；
图3是粘结到表面上的光重新定向膜的示意性剖视图；
图4是温度范围内的温度的示意图；
图5是入射在层的一部分上的光的示意图；
图6是表面的示意性剖视图；
图7是光学反射层的示意性剖视图；并且
图8至图10是光伏组件的示意性剖视图。
具体实施方式
在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中以举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。
光重新定向膜(LRF)诸如美国专利9,972,734(Chen等人)中描述的那些可层压到(例如，硅)光伏电池单元(例如，太阳能电池单元)的导电接片条带(例如，镀锌铜接片条带)上。该膜可以重新定向/反射原本将被接片条带吸收或散射的光线，以增加电池单元的捕获功率(例如，增加大约2％)。此类膜通常包括在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上形成的镀铝的120度微复制型的棱柱，在PET基底上与棱柱相反地具有粘合剂，以用于将膜附接到接片条带。传统LRF膜的一个缺点是，其加剧了热循环时电池单元破裂/开裂的问题，因为接片条带的存在可在光伏电池单元上产生应力，并且设置在接片条带上的接片上的LRF可增加应力。这个问题可以通过增加包封材料(通常是乙烯-乙酸乙烯酯)的厚度以抵消应力来解决。将LRF附接到接片条带以进一步增加应力，并且因此将需要进一步增加包封材料的厚度以抵消应力。对于传统的LRF来说，需要增加包封材料的厚度是一个问题，因为行业正朝着越来越薄的太阳能电池单元发展，以使材料成本最小化。
根据本说明书的一些实施方案，提供薄的(例如，小于约55微米厚，不包括可能存在的任何载体层或剥离层)LRF。薄LRF可以包括设置在聚合物层上的粘合剂层(例如，热熔融粘合剂层)，其中光学反射(例如，金属)层设置在聚合物层和粘合剂层之间。在一些实施方案中，LRF是机械稳定的(例如，即使LRF可以较薄)。例如，在一些实施方案中，通过将粘合剂层施加到预先确定的表面以及升高粘合剂层的至少一部分的温度(例如，升高到至少粘结温度和/或升高到粘合剂层的至少软化温度)以及/或者将压力(例如，至少约1个大气压或至少约100kPa)施加到光重新定向膜的至少一部分来将LRF粘结到预先确定的表面，这使光学反射层的光学特性(例如，漫反射率或表面粗糙度或棱柱夹角)改变小于约5％。
图1是根据一些实施方案的光重新定向膜的示意性剖视图，该光重新定向膜包括层200、300、400和任选的层500。在一些实施方案中，层200是粘合剂层(诸如热熔融粘合剂层)，并且层300是聚合物层。在一些实施方案中，层200和300均为聚合物层(例如，分别为第一聚合物层和第二聚合物层)，其中层200具有比层300更低的软化温度。层200和/或层300和/或层400可以是一体层。层200具有结构化主表面201和在一些实施方案中基本上平坦的相反的主表面202。层300具有基本上平坦的主表面303和相反的结构化主表面304。如果表面是平坦的，或标称平坦的(例如，在最多出现正常制造过程中可能出现的微小的表面变化的程度下为平坦的)，或在最多出现与相对结构化主表面的结构所提供的表面变化相比较小或可忽略不计的微小表面变化的程度下为平坦的，则表面可被描述为基本上平坦的。用于层200的合适材料包括热熔融粘合剂和本文其他地方描述的其他粘合剂。例如，用于层300的合适材料包括热塑性烯烃(TPO)聚合物和共聚物(包括例如线性低密度聚乙烯(LLDPE)或高密度聚乙烯(HDPE))、含氟聚合物(例如，聚偏二氟乙烯(PVDF))或含氟聚合物共混物、环烯烃共聚物或它们的共混物。此类聚合物具有与太阳能电池单元应用中使用的密封剂类似的折射率，并且对太阳能电池单元应用中经历的波长是光化学稳定的。用于层300的其他合适材料包括聚碳酸酯、(共)聚酯(聚酯或共聚酯)或它们的组合，这些材料任选地与其他地方所述的用于层300的一种或多种其他聚合物或共聚物共混以降低例如折射率。合适的TPO树脂包括：TPX DX310级，其是4-甲基戊烯-1-基烯烃共聚物(也称为聚甲基戊烯)，可从美国纽约州瑞布克的美国三井化学公司获得(Mitsui Chemicals America,Inc.,Rye Brook,NY 10573USA)；以及HD6719，其是高密度聚乙烯共聚物，可从美国德克萨斯州贝敦的埃克森美孚化工(Exxon Mobil Chemical,Baytown,TX 77520USA)获得。
层400设置在结构化主表面201和304之间。层400可以是一个或多个光学反射层、金属层或电介质反射体。在一些实施方案中，层400是光学反射层。在一些实施方案中，光学反射层是导电的。在一些实施方案中，光学反射层是金属层或包括金属层。金属层可以包括银、金和铝中的一种或多种。例如，金属层可以是铝层。
层500可以是载体层和/或剥离层，并且可以在将光重新定向膜粘结到表面之前存在，然后可以随后被除去。当包括层500时，其可由提供与层300的期望剥离力的任何聚合物形成。例如，用于层500的材料可以选择为与层300的材料不相容的聚合物，使得层500可以容易地与层300分离。在一些实施方案中，层500是或包括聚碳酸酯或(共)聚酯基树脂。用于层500的合适材料包括MARKROLON 2407，其是可从美国宾夕法尼亚州匹兹堡的科思创北美公司(Covestro North America,Pittsburgh,PA 15205USA)获得的聚碳酸酯，并且EASTARGN071是可从美国田纳西州金斯波特的伊士曼化学公司(Eastman Chemical Company,Kingsport,TN 37660USA)获得的共聚酯。
结构化主表面201和304分别包括结构210和310。结构210和/或310可以是结构阵列和/或可以是沿第一方向(x方向)延伸并沿正交的第二方向(y方向)布置的(例如，线性)微结构。例如，微结构可以是线性棱柱。又如，微结构可以主要沿着第一轴线延伸，但是可以具有相对于第一轴线的横向位移，该横向位移可以沿着微结构的长度变化，使得微结构具有“波状”形状，如在美国专利申请公布2018/0040757(O’Neill等人)中描述的。此类“波状”微结构可以描述为沿着第一方向延伸，并且可以沿着正交的第二方向布置，使得微结构基本上平行。微结构可以具有至少两个正交尺寸(例如，高度h和宽度W)，每个尺寸大于约10nm且小于约1mm。例如，微结构可以具有大于约1mm的第三尺寸(例如，图2中示意性示出的长度L)。在一些实施方案中，主表面201和304面向彼此并且基本上彼此适形(例如，标称地彼此适形或者适形为最多出现例如约层400的厚度或更小的尺度上的变化)。
在一些实施方案中，结构210是多个基本上平行的微结构(例如，在平行的10度或5度以内)。在一些实施方案中，多个基本上平行的(例如，线性)微结构210中的每个微结构包括相对的小平面211和212，在该相对的小平面之间限定第一夹角θ1。在一些实施方案中，多个基本上平行的微结构310中的每个微结构包括相对的小平面311和312，在该相对的小平面之间限定第二夹角θ2。分别示出了第一夹角θ1和第二夹角θ2的平均值D1和D2。在一些实施方案中，D1和D2的每个平均值在110度到130度的范围内。在一些实施方案中，平均值D1和D2中的一者或两者为约120度。
图2是根据一些实施方案的结构化主表面201的示意性平面图，示意性地示出了沿第一方向(x方向)延伸并沿正交的第二方向(y方向)布置的结构210。结构化主表面304的示意性平面图可以类似地出现。
在一些实施方案中，光重新定向膜100包括：热熔融粘合剂层200，该热熔融粘合剂层包括结构化第一主表面201和相反的(例如，基本上平坦的)第二主表面202，其中结构化第一主表面201包括沿第一方向(x方向)延伸并沿正交的第二方向(y方向)布置的多个基本上平行的线性微结构210；聚合物层300，该聚合物层设置在热熔融粘合剂层200上并且包括基本上平坦的第三主表面303和相反的结构化第四主表面304，其中结构化第一主表面(201)和结构化第四主表面(304)彼此面对；以及光学反射层400，该光学反射层设置在结构化第一主表面(201)和结构化第四主表面(304)之间并适形于结构化第一主表面和结构化第四主表面。热熔融粘合剂层200、聚合物层300和光学反射层400可以彼此共同延伸或基本上共同延伸。如果一个层的至少约60％与另一层的至少约60％共同延伸，则层可以被描述为彼此基本上共同延伸。在一些实施方案中，对于描述为基本上共同延伸的层，一个层的至少约80％或至少约90％与另一层的至少约80％或至少约90％共同延伸。在一些实施方案中，结构化第一主表面(201)和结构化第四主表面(304)彼此适形。在一些实施方案中，(例如，基本上平坦的)第二主表面(202)和第三主表面(303)可以间隔开(例如，间距S)小于约65微米、或小于约60微米、或小于约55微米、或小于约50微米、或小于约45微米、或小于约40微米。在一些实施方案中，例如间距S在约10微米至约55微米，或约15微米至约50微米，或约20微米至约45微米的范围内。
图3是光重新定向膜100的示意性剖视图，该光重新定向膜粘结到层150的表面152，该层可以是例如导电接片条带(例如，扁平铜线)。在一些实施方案中，结构210沿第一方向(例如，x方向)延伸，并且层150具有沿着长度方向的长度和沿着与长度方向正交的宽度方向的宽度，其中长度基本上大于宽度。长度方向可具有针对特定应用所需的相对于第一方向的任何取向。例如，长度方向可以基本上平行于第一方向，或者基本上垂直于第一方向，或者与第一方向成大约45度角。在一些实施方案中，光重新定向膜100使得通过将第二主表面202施加到预先确定的表面152并将热熔融粘合剂层200的至少部分(例如，邻近表面152的部分)的温度升高到热熔融粘合剂层200的至少粘结温度(或软化温度，或另一热转变温度，或至少约50℃的温度，或约50℃至约120℃范围内的温度)而将光重新定向膜100粘结到预先确定的表面152，这使光学反射层400的光学特性改变小于约5％。在一些实施方案中，光学反射层400的光学特性改变小于约3％，或小于约2％。
光学特性可以是光学反射层400的与该层的光学性能相关的任何特性。例如，光学特性可以是光学性质(例如，平均镜面反射率、平均漫反射率、平均总(镜面加漫反射)反射率)或影响光学性质的几何性质(例如，表面粗糙度或棱柱夹角)。在一些实施方案中，光学反射层400的光学特性是光学反射层400的平均漫反射率(参见例如图5)。例如，平均漫反射率可以是反射层的某个区域上的平均值以及在约450nm至约650nm、或约350nm至约1100nm、或约350nm至约1500nm的范围内的波长上的平均值。在一些实施方案中，光学反射层400的光学特性是光学反射层400的平均表面粗糙度(参见例如图6)。在一些实施方案中，例如，光学反射层400的光学特性是第一夹角θ1。
如本领域普通技术人员将理解的，热熔融粘合剂的粘结温度是这样的温度，使得热熔融粘合剂在等于或高于粘结温度的温度下基本上粘结到预先确定的表面152，但在明显低于粘结温度的温度下不粘结。粘结温度可以与热熔融粘合剂的热转变温度相关联(例如，粘结温度可以是热转变温度，或者粘结温度可以比热转变温度高一些(例如，约10℃或约20℃))。热转变温度可以是例如玻璃化转变温度、熔融温度或软化温度。在一些实施方案中，粘结温度不低于热转变温度。例如，对于结晶或半结晶热熔融粘合剂，粘结温度可以是熔融温度或者可以比熔融温度高约10℃。又如，对于不具有明确限定的熔点的无定形热熔融粘合剂，粘结温度可以是软化温度或可以比软化温度高约10℃。在一些实施方案中，粘结温度为例如至少约50℃，或在约50℃至约120℃的范围内。
熔融温度可以根据例如D3418-15“用差示扫描量热法测定聚合物转变温度和熔化焓及结晶焓的标准试验方法(Standard Test Method for Transition Temperatures andEnthalpies of Fusion and Crystallization of Polymers by Differential ScanningCalorimetry)”测定。例如，软化温度可以根据ASTM D693-11“通过自动环球仪器测定烃树脂和松香基树脂软化点的标准试验方法(Standard Test Methods for Softening Pointof Hydrocarbon Resins and Rosin Based Resins by Automated Ring-and-BallApparatus)”，或根据ASTM D1525-17e1“塑料维卡(Vicat)软化温度的标准试验方法(Standard Test Method for Vicat Softening Temperature of Plastics)”，或根据ASTM D6090-17“软化点树脂的标准试验方法(梅特勒杯球法)(Standard Test Method forSoftening Point Resins(Mettler Cup and Ball Method))”，或根据ASTM E2347-16“热力学分析压痕软化温度的标准试验方法(Standard Test Method for IndentationSoftening Temperature by Thermomechanical Analysis)”。玻璃化转变温度可根据例如ASTM D7426-08(2013)“测定聚合物或弹性复合材料的Tg用DSC过程分配的标准试验方法(Standard Test Method for Assignment of the DSC Procedure for Determining Tgof a Polymer or an Elastomeric Compound)”确定。
热熔融粘合剂是热塑性材料，其在室温(例如，20℃)下通常是固体且不发粘，但在加热时熔化并流动。热熔融粘合剂在熔融状态下施加并在冷却至固态时形成粘结。合适的热熔融粘合剂包括例如包含乙烯-乙酸乙烯酯(EVA)共聚物、聚烯烃、茂金属聚烯烃(例如，茂金属聚乙烯)、聚酰胺、聚酯、聚氨酯或苯乙烯嵌段共聚物的那些。这些材料可以与增粘剂共混。例如，基于EVA的热熔融粘合剂可包括与萜烯-酚树脂(TPR)增粘剂共混的EVA。例如，合适的基于EVA的热熔融粘合剂可从明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)或密歇根州米德兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Company,Midland,MI)获得。示例性的基于EVA的热熔融粘合剂包括ELVAX 3180和ELVAX 3175，两者均可从陶氏化学公司获得。例如，合适的基于聚烯烃的粘合剂包括无定形聚烯烃热熔融粘合剂。其他合适的热熔融粘合剂包括乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物，诸如可从陶氏化学公司获得的ELVALOY 1224。
在一些实施方案中，热熔融粘合剂层是基本上交联的。例如，热熔融粘合剂层可以通过电子束(e-束)交联基本上交联(例如，交联到至少模量(例如，杨氏模量)增加至少约5％的程度)。在交联之后，粘合剂层仍然是热熔融粘合剂层，其具有可以如在别处所述确定的粘结温度和/或热转变温度(例如，软化温度和/或熔融温度)。已经发现，交联提高了例如与接片条带的粘附力，并且可以提供光重新定向膜的改进的机械稳定性。例如，聚合物层300也可以或替代地是基本上交联的，以提供改进的机械稳定性。
在一些实施方案中，热熔融粘合剂是压敏的，使得当在等于或高于粘结温度的温度下粘结时，通过在粘结期间施加压力来提高粘结强度。例如，压力可以是至少约1个大气压(约100kPa)，或至少约2个大气压，或在约1个大气压至约5个大气压的范围内。压力将被理解为相对于环境大气压，使得例如施加1个大气压的压力意味着所施加的压力比环境压力高1个大气压。
图4是温度T的示意图。可通过升高层200的至少部分(例如，接触表面152的部分，或至少接触表面152的部分的大部分区域)的温度以及任选地还向至少部分施加压力P，将光重新定向膜100粘结到表面152。温度T可以大于温度T1。例如，温度T1可以是层200的熔融温度或软化温度。温度T可以低于温度T2。例如，温度T2可以是层300的软化温度。在一些实施方案中，T1<T<T2，并且T大于约30℃或大于约50℃。例如，可以施加热和/或压力至少10分钟的时间，而不使光学反射层的光学特性改变约5％或更多。
任选层500可以是例如载体层和/或剥离层，或者可以任选地被省略。在一些实施方案中，包括层500以提供对层300的支撑，在一些实施方案中，由于层的薄度，层300在没有层500的情况下难以处理或加工。在一些实施方案中，层300和500通过共挤出一起形成，然后将层400沉积在结构化表面304上(例如，层400可以是通过溅射沉积或蒸发沉积的铝或其他金属层)，然后将层200沉积在层400上。例如，层200可以在高于层200的软化温度的温度下挤出到层400上，并在冷却辊上浇筑，该冷却辊可以具有平坦或粗糙化表面。又如，可通过在辊隙处使用层400热压花膜以在膜中形成结构(例如，使用层400作为“压花辊”)来将膜粘合剂层压到层400的表面上形成层200。在沉积层400之前，可对层300的结构化表面304应用表面处理(例如，氧等离子体处理)，以提高粘附性。在层200和300形成后，这些层中的一者或两者可以如别处所述进行交联。例如，在将光重新定向膜100粘结到表面152之后，可以除去层500。
在一些实施方案中，光重新定向膜100包括设置在聚合物层300的基本上平坦的第三主表面303上并与该基本上平坦的第三主表面接触的载体层500，使得热熔融粘合剂层200和光学反射层400之间的粘结强度大于载体层500和聚合物层300之间的粘结强度。例如，在一些实施方案中，由于层400与层200的粘结比层300与层500的粘结显著更强，所以可以从层300除去层500而基本上不损坏层400。在一些实施方案中，聚合物层300和光学反射层400之间的粘结强度也大于载体层500和聚合物层300之间的粘结强度。在一些实施方案中，光重新定向膜100包括设置在聚合物层300的基本上平坦的第三主表面303上并与该基本上平坦的第三主表面接触的剥离层500，使得当通过将第二主表面202施加到预先确定的表面152并将热熔融粘合剂层200的至少部分的温度T升高到热熔融粘合剂层200的至少粘结温度而将光重新定向膜100粘结到预先确定的表面152时，从聚合物层除去剥离层500不会导致或极少导致对光学反射层400的损坏。例如，导致层的反射率变化小于约5％，或小于约3％或小于约2％的对光学反射层的损坏可以被描述为非常小的损坏。
在一些实施方案中，光重新定向膜100包括：一体热熔融粘合剂层200，该一体热熔融粘合剂层包括结构化第一主表面201和相反的基本上平坦的第二主表面202，其中结构化第一主表面201包括第一结构210的规则阵列，并且其中第一结构210a中的至少一个第一结构包括相对的小平面211和212，该相对的小平面在其间限定第一夹角θ1；一体聚合物层300，该一体聚合物层包括基本上平坦的第三主表面303和相反的结构化第四主表面304，该结构化第四主表面面向结构化第一主表面201并基本上适形于结构化第一主表面；以及金属层400，该金属层设置在结构化第一主表面(201)和结构化第四主表面(304)之间并与结构化第一主表面和结构化第四主表面基本上共同延伸。(例如，基本上平坦的)第二主表面(202)和第三主表面(303)可以间隔开(例如，间距S)小于约55微米，或者间隔开在本文别处描述的范围内的间距。光重新定向膜100可以使得将光重新定向膜100的温度升高到热熔融粘合剂200的至少粘结温度(或软化温度，或另一热转变温度，或至少约50℃的温度，或约50℃至约120℃范围内的温度)，同时至少在光重新定向膜100上对应于第一结构201a中的至少一个第一结构的位置231处将至少约1个大气压(或至少约100kPa)的压力P施加到光重新定向膜100，这使第一夹角θ1改变小于约5％。在一些实施方案中，第一夹角θ1改变小于约3％或小于约2％。
在一些实施方案中，光重新定向膜100和表面152可以基本上共同延伸。在一些实施方案中，光重新定向膜100可以延伸超过表面152的边缘(参见例如图8)。层500具有与层300相反的主表面503。压力P可以施加在主表面202和503的至少一部分上(例如，主表面的大部分或主表面202的与主表面152重叠的部分以及主表面503的对应部分)，或者施加在主表面202和503的基本上整个区域上。如果层500不存在，则压力P可以施加在主表面202和303的至少一部分上。在一些实施方案中，当施加压力P时，层500存在，然后层500随后被除去。在一些实施方案中，施加的压力P至少为2个大气压。
在一些实施方案中，第一结构210具有小于约20微米或小于约10微米的平均高度h。在一些实施方案中，第一结构210具有大于约3微米或大于约5微米的平均高度h。在一些实施方案中，第一结构210具有在约5微米和约20微米之间，或者在约5微米和约10微米之间，或者在约5微米和约7微米之间的平均高度。在一些实施方案中，第一结构210具有约7微米的平均高度h。第二结构310可以具有针对第一结构210描述的任何范围内的平均高度。在一些实施方案中，一体聚合物层300是基本上交联的。在一些实施方案中，一体热熔融粘合剂层200是基本上交联的。
如在别处进一步描述的，在一些实施方案中，光重新定向膜100包括设置在一体聚合物层300的基本上平坦的第三主表面303上并与该基本上平坦的第三主表面接触的载体层500，使得一体热熔融粘合剂层200和金属层400之间的粘结强度大于载体层500和一体聚合物层300之间的粘结强度。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，一体聚合物层300和金属层400之间的粘结强度大于载体层500和一体聚合物层300之间的粘结强度。在一些实施方案中，光重新定向膜100包括设置在一体聚合物层300的基本上平坦的第三主表面303上并与该基本上平坦的第三主表面接触的剥离层500，使得当通过将第二主表面202施加到预先确定的表面152并将一体热熔融粘合剂层200的至少部分的温度升高到一体热熔融粘合剂层200的至少粘结温度而将光重新定向膜100粘结到预先确定的表面152时，从一体聚合物层300除去剥离层500不会导致或极少导致对金属层400的损坏。
在一些实施方案中，光重新定向膜100包括：第一聚合物层200，该第一聚合物层具有软化温度T1和包括第一结构210的规则阵列的结构化第一主表面201，其中第一聚合物层200被构造成在高于T1的粘结温度下粘结到预先确定的表面152；以及第二聚合物层300，该第二聚合物层具有软化温度T2，其中T2>T1。第二聚合物层300包括结构化第二主表面304，该结构化第二主表面面向结构化第一主表面201并包括第二结构310的规则阵列。每个第一结构210包括多个小平面211、212，所述多个小平面在其间限定第一夹角θ1。每个第二结构包括多个小平面311、312，所述多个小平面在其间限定第二夹角θ2。结构化第一主表面(201)和结构化第二主表面(304)在其间限定空间405(参见例如图1)。光重新定向膜100可包括金属层400，该金属层基本上填充结构化第一主表面(201)和结构化第二主表面(304)之间的空间405(例如，填充空间405的至少约60％，或至少约80％，或至少约90％，或填充除了可能接近膜的边缘之外的所有空间405)。光重新定向膜100可以使得在垂直于光重新定向膜100的横截面(例如，y-z横截面)中，第一夹角和第二夹角具有相应的平均值D1和D2，并且使得在将光重新定向膜100在T1和T2之间的温度T下加热至少10分钟同时向光重新定向膜100施加至少约1个大气压(或至少约100kPa)的压力P之后，D1和D2中的每一者改变小于约5％、或小于约3％、或小于约2％。例如，温度T可以大于约50℃。在一些实施方案中，如本文别处所述，第一聚合物层200和/或第二聚合物层300是基本上交联的。
在一些实施方案中，例如，软化温度高于室温或高于约30℃，或高于约40℃，或高于约50℃。在其他实施方案中，软化温度可以低于室温，并且层200可以被构造成在高于室温的温度下(例如，在T1和T2之间的温度T下)固化。在一些实施方案中，软化温度T1在40℃至约120℃或约50℃至约120℃的范围内。在一些实施方案中，软化温度T2比软化温度T1高至少约20℃或至少约40℃。在一些实施方案中，第一聚合物层200是如本文别处所述的热熔融粘合剂层。在一些实施方案中，第一聚合物层200是热熔融粘合剂、热活化粘合剂、压敏粘合剂(例如，用于至少一个温度)、结构化粘合剂或光学透明的粘合剂中的一者或多者或包括其一者或多者。在一些实施方案中，层200同时是热熔融粘合剂层、热活化粘合剂层、压敏粘合剂层、结构化粘合剂和光学透明的粘合剂层中的一者以上。用于第一聚合物层200的有用材料包括例如本文别处所述的热熔融粘合剂和美国专利9,972,734(Chen等人)中所述的粘合剂。
当粘合剂对于至少一个温度是压敏粘合剂时，其是压敏粘合剂。例如，粘合剂或聚合物层可以是在升高的温度(例如，在约50℃或更高)但不是在室温下的压敏粘合剂。压敏粘合剂在所述至少一个温度下具有包括下列各项的性质：(1)干粘性和持久粘性，(2)不超过手指压力下的粘附，(3)足够的粘附到粘附体上的能力，以及(4)足够从粘附体上干净地除去的粘合强度。压敏粘合剂在本领域中是已知的，并且例如在美国专利9,972,734(Chen等人)中有所描述。压敏粘合剂可以作为前体施加，然后将其固化(例如，UV固化的丙烯酸酯)以形成压敏粘合剂层。在一些实施方案中，第一聚合物层200在高于软化温度T1的温度下是压敏粘合剂。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，第一聚合物层200在低于软化温度T1的温度下不是压敏粘合剂。例如，剪切模量G’小于0.1MPa的压敏粘合剂的Dahlquist标准可以在T1和T2之间的温度下满足，但是在低于T1的温度下不能满足。
热活化粘合剂在室温下不发粘，但在升高的温度下变得发粘并能够粘结到基材。这些粘合剂通常具有软化点、玻璃化转变温度或高于室温的熔点中的至少一者。热活化粘合剂是本领域已知的，并且在美国专利4,248,748(McGrath等人)和6,753,379(Kawate等人)中有所描述。
结构化粘合剂是被构造成交联的以提供结构强度(例如，大于约6MPa的粘结强度)的粘合剂。例如，可通过将前体涂覆到层400上，然后干燥和/或部分固化所涂覆的层以形成结构化粘结层来形成结构化粘合剂。结构化粘结层可以施加到表面，然后加热以交联层。结构化粘结层在加热时可首先软化，然后在层交联时随后硬化。在一些实施方案中，结构化粘结层是在室温下非粘性且在交联之前在升高的温度下变得粘性的热活化层。在一些实施方案中，当初始施加到预先确定的表面时，结构化粘结层是压敏粘合剂。此类粘合剂例如在美国专利5,721,289(Karim等人)中有所描述。合适的结构化粘合剂包括混合粘合剂，诸如环氧树脂/丙烯酸酯混合粘合剂，其中至少一种单体或低聚物组分初始被固化以形成结构化粘结层，并且至少一种其他单体或低聚物组分随后在结构化粘结层被施加到表面之后被固化。例如，环氧树脂/丙烯酸酯混合粘合剂可以被涂覆到层400上，然后可以被紫外线(UV)固化以固化丙烯酸酯单体，从而形成结构化粘合剂层。然后可以将结构化粘合剂层施加到表面上，然后加热以固化环氧单体或低聚物。合适的混合粘合剂描述于例如美国专利申请公布2003/0192638(Yang等人)；2007/0092733(Yang等人)；以及2015/0165670(Herbert等人)中。
光学透明的粘合剂是基本上光学透明的粘合剂。例如，光学透明的粘合剂层可以具有小于约5％或小于约3％的光学雾度。例如，光学透明的粘合剂可具有至少约80％或至少约90％的平均透射率(例如，在约450nm至约650nm的波长上)或透光率。光学雾度和透光率可以根据例如ASTM D1003-13“透明塑料的透光率和雾度的测定用标准试验方法(Standard Test Method for Haze and Luminous Transmittance of TransparentPlastics)”来确定。
如在别处进一步描述的，在一些实施方案中，光重新定向膜100包括载体层500，该载体层设置在第二聚合物层300的与结构化第二主表面304相反的基本上平坦的第三主表面303上并与该基本上平坦的第三主表面接触，使得第一聚合物层200和金属层400之间的粘结强度大于载体层500和第二聚合物层300之间的粘结强度。在一些此类实施方案中或在其他实施方案中，第二聚合物层300和金属层400之间的粘结强度大于载体层500和第二聚合物层300之间的粘结强度。在一些实施方案中，光重新定向膜100包括设置在第二聚合物层300的与结构化第二主表面304相反的基本上平坦的第三主表面303上并与该基本上平坦的第三主表面接触的剥离层500，使得当通过将第一聚合物层200的与结构化第一主表面201相反的第四主表面202施加到预先确定的表面152上，并将第一聚合物层200的至少部分的温度升高到T1和T2之间的温度，从而将光重新定向膜100粘结到预先确定的表面152时，从第二聚合物层300除去剥离层500不会导致或极少导致对金属层400的损坏。
图5是层400的一部分的示意性剖视图，示意性地示出了基本上垂直入射的光120和镜面反射光585、漫反射光586、镜面透射光587和漫透射光588。反射光是镜面反射光585和漫反射光586的总和。入射光120可以具有λ1到λ2范围内的波长λ。在一些实施方案中，λ1为约450nm，并且λ2为约650nm。在一些实施方案中，λ1为约350nm，并且λ2为约1100nm或约1500nm。在一些实施方案中，对于基本上垂直入射的光120，并且对于从约450nm到约650nm范围内的至少一个波长λ，光学反射层反射至少60％或至少70％的入射光。在一些实施方案中，对于基本上垂直入射的光120，并且对于从约350nm到约1100nm范围内的至少一个波长λ，光学反射层反射至少60％或至少70％的入射光。在一些实施方案中，对于基本上垂直入射的光120，并且对于从约350nm到约1500nm范围内的至少一个波长λ，光学反射层反射至少60％或至少70％的入射光。在一些实施方案中，对于基本上垂直入射的光120，光学反射层在约450nm至约650nm、或约350nm至约1100nm、或约350nm至约1400nm的波长范围内具有至少60％的平均反射率。透射光是镜面透射光587和漫透射光588的总和。在一些实施方案中，透射光较小(例如，小于入射光120能量的约5％或小于约1％，或小于约0.5％的透射)。总透射率可以用光密度来表征，光密度是入射到该层上的光强度除以透射光强度的以10为底的对数。在一些实施方案中，可以是金属层的层400例如对于在从约450nm至约650nm的范围内的至少一个波长具有大于约1.5或大于约2的光密度。在一些实施方案中，层400例如对于在从约350nm至约1100nm的范围内的至少一个波长具有大于约1.5或大于约2的光密度。在一些实施方案中，层400例如对于在从约350nm至约1500nm的范围内的至少一个波长具有大于约1.5或大于约2的光密度。
层400的平均厚度是t。在一些实施方案中，层400是具有小于约500nm、或小于约120nm、或小于约100nm的平均厚度t的金属层。在一些此类实施方案中，或在其他实施方案中，平均厚度t大于约20nm，或大于约30nm，或大于约40nm。在一些实施方案中，金属层的平均厚度在约30nm和约120nm之间。
在一些实施方案中，层400具有有助于漫反射的表面粗糙度。图6是表面17的示意性剖视图，其可以示意性地表示层400的表面(例如，面向层200的主表面或面向层300的主表面)。表面粗糙度可以是平均位移表面粗糙度Ra。
作为金属层的替代，电介质反射体可以用作光学反射层。包括交替层的电介质反射体是本领域已知的。图7是根据一些实施方案的光学反射层400的示意性剖视图。在例示的实施方案中，光学反射层包括多个交替的较低折射率第一层(10)和较高折射率第二层(20)。第一层10的折射率表示为n1，并且第二层20的折射率表示为n2。除非另有说明，否则折射率在532nm处测定。在一些实施方案中，n2-n1为至少约0.05或至少约0.1。交替的第一层和第二层可以通过气相沉积或本领域已知的任何合适的薄膜沉积技术来沉积。第一层和第二层中的一者或两者可以是无机的或有机的。在一些实施方案中，较低折射率的第一层10是有机聚合物层，并且较高折射率的第二层20是无机层。
光重新定向膜100(参见例如图1)可用于光伏组件中，以提高组件的效率。光伏电池单元可以布置成行和/或列，并且使用导电接片条带电连接。接片条带可以吸收光或将光从光伏电池单元中散射出去。用光重新定向膜覆盖接片条带可重新定向原本将被接片条带吸收或散射的光。例如，重新定向的光可以从与光伏电池单元的组件的最外(例如，玻璃)层的空气界面反射，然后被光伏电池单元中的一个光伏电池单元吸收。
图8是包括至少一个光伏电池单元600(示出了一个光伏电池单元)和设置在至少一个光伏电池单元600上的至少一个导电接片条带150(示出了两个接片条带)的光伏组件1000的示意性剖视图。导电接片条带可以用于电连接光伏电池单元和/或用于提供到所述至少一个光伏电池单元的电连接。光伏组件可被设置成从光源660(例如，太阳)接收能量，并且可用于从接收的能量产生电能。在一些实施方案中，对于每个光伏电池单元600，至少一个导电接片条带150包括设置在至少一个光伏电池单元600上的多个接片条带150。在图8中，光伏组件1000被示出为取向成使得光重新定向膜100具有与图1所示相同的取向。光重新定向膜100可被取向成使得层300面向光源660，并且层200面向光伏电池单元600。
在一些实施方案中，对于每个接片条带150，光重新定向膜100设置在接片条带150上，使得层200(例如，第一聚合物层或(例如，一体)热熔融粘合剂层)将光重新定向膜100粘结到接片条带150。
在一些实施方案中，密封剂630设置在每个光重新定向膜100的至少一部分上和至少一个光伏电池单元600的至少一部分上。例如，密封剂630可以设置在至少一个光伏电池单元600的一侧，或者密封剂630可以完全密封至少一个光伏电池单元600。层300和密封剂630可以具有近似相等的折射率。这可以减少层300和密封剂630之间界面处的菲涅耳反射。在一些实施方案中，密封剂630具有na的折射率，聚合物层300具有nb的折射率，并且|na–nb|<0.05。在一些实施方案中，|na–nb|小于约0.03或小于约0.02。可以使用ASTM D542-14“透明有机塑料折射率的标准试验方法(Standard Test Method for Index of Refractionof Transparent Organic Plastics)”来确定折射率。
图9是包括至少一个光伏电池单元600(示出了三个光伏电池单元)和设置在至少一个光伏电池单元600上的至少一个导电接片条带150(示出了四个接片条带的部分)的光伏组件1100的示意性剖视图。在一些实施方案中，至少一个光伏电池单元600包括间隔开的第一光伏电池单元(601)和第二光伏电池单元(602)，并且至少一个导电接片条带150包括至少一个第一接片条带150a，该第一接片条带具有设置在第一光伏电池单元601的顶表面上的第一端部部分151和设置在第二光伏电池单元602的底表面上的第二端部部分153。图9的光伏组件1100中的光重新定向层100可以被取向成使得层300面向光源660，并且层200面向光伏电池单元600。
在一些实施方案中，光重新定向膜100设置在相邻的间隔开的光伏电池单元之间，以反射和重新定向原本将在光伏电池单元之间穿过的光。在一些实施方案中，光重新定向膜100包括设置在聚合物层200和300之间的金属层400，该聚合物层可以是电绝缘的，使得金属层400与光伏电池单元电绝缘。
图10是光伏组件1200的示意性剖视图，该光伏组件包括间隔开的第一光伏电池单元(601)和第二光伏电池单元(602)以及设置在第一光伏电池单元和第二光伏电池单元上并在其间延伸的光重新定向膜100。光重新定向膜100可设置成层200面向第一光伏电池单元601和第二光伏电池单元602，或者层300面向光伏电池单元601和602。在一些实施方案中，热熔融粘合剂层200将光重新定向膜100粘结到第一光伏电池单元601和第二光伏电池单元602。
实施例
结构化膜通过模制熔融的第一热塑性聚烯烃树脂制成。对这些结构化膜，用其外表面中切有精细棱柱通道的圆柱形金属辊作为模具。在挤出机中使热塑性聚烯烃树脂熔融。使用标准膜挤出模具将熔融的第一树脂递送到结构化辊上。通过被压贴熔融的第一树脂和结构化辊的橡胶展平辊(rubber nip roll)在熔融的第一树脂中赋予结构。在冷却之后，从模具除去结构化膜。图1的层300(没有图中的其他层)代表这种结构化膜。该结构具有大约120度的夹角θ2。
为了能够容易地以期望厚度处理结构化膜，制备结构化膜，其中使用配备有多层供料头的模具将第二热塑性树脂与熔融的第一热塑性聚烯烃树脂共挤出。共挤出这两层，使得第二热塑性树脂接触橡胶展平辊，熔融的第一热塑性聚烯烃树脂接触具有精细棱柱通道的圆柱形金属辊。图1的层300和500(没有图中的其他层)代表这种双层结构化膜。
选择与第一热塑性聚烯烃树脂不相容的第二热塑性树脂，使得当处于膜形式时，两个层可以容易地彼此分离。使用TPX DX310级4-甲基戊烯-1-基烯烃共聚物(可从美国纽约州瑞布克的美国三井化学公司获得)作为第一热塑性聚烯烃树脂和MAKROLON 2407聚碳酸酯(可从美国宾夕法尼亚州匹兹堡的科思创北美公司获得)作为第二热塑性树脂制备双层结构化膜。还使用HD6719高密度聚乙烯共聚物(可从美国德克萨斯州贝敦的埃克森美孚化工获得)作为第一热塑性聚烯烃树脂和EASTAR GN071共聚酯(可从美国田纳西州金斯波特的伊士曼化学公司获得)作为第二热塑性树脂，以及使用HD6719作为第一热塑性聚烯烃树脂和MAKROLON 2407作为第二热塑性树脂来制备另外的双层结构化膜。
使用氧等离子体处理TPX DX310级/MAKROLON 2407膜的结构化表面，然后使用溅射涂布机立即(在同一真空室中)涂覆60-100纳米的铝。
然后通过在热熔融粘合剂的软化点以上挤出粘合剂并将热熔体浇铸在冷却辊上，用热熔融粘合剂涂覆铝金属涂覆的膜，以产生约25微米厚的层。不包括第二热塑性树脂层(层500)的样品的总厚度为约50微米。使用以下热熔融粘合剂制备样品：ELVAX 3180乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物(可从美国密歇根州米德兰的陶氏化学公司获得)；ELVAX 3175乙烯乙酸乙烯酯(EVA)共聚物(可从陶氏化学公司获得)；以及ELVALOY 1224，其是可从陶氏化学公司获得的乙烯和丙烯酸甲酯的共聚物。
用ELVAX 3180热熔融粘合剂涂覆的样品具有夹角为120.2度的棱柱，该夹角由扫描电子显微镜(SEM)图像测定。在145℃的温度和100kPa的压力下，将样品层压到Cybrid225太阳能背板(可从亚利桑那州图森市的赛伍技术公司(Cybrid Technologies,Inc.,Tucson,AZ)获得)上13分钟。根据制造商的产品数据，ELVAX 3180具有70℃的熔点和43℃的维卡软化点。类似的EVA具有约1.48至约1.49的折射率。根据制造商的产品数据，TPX DX310级具有223℃的熔点、147℃的维卡软化点和1.463的折射率(D线波长)。层压后，将样品冷冻切片，并且分析横截面的光学显微镜图像以确定层压后的夹角。结果是平均118.4度。平均夹角约等于(相信在实验误差范围内)原始平均夹角。
诸如“约”的术语将在本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中理解。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征大小、数量和物理特性的量的使用不清楚，则“约”将被理解为是指在指定值的10％以内。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如，如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚，则具有约1的值的量是指该量具有介于0.9和1.1之间的值，并且该值可为1。
上述所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文据此以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。
除非另外指明，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样应用于其他附图中的对应的元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型或组合。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

Claims (15)

1.一种光重新定向膜，所述光重新定向膜包括：
热熔融粘合剂层，所述热熔融粘合剂层包括结构化第一主表面和相反的平坦的第二主表面，所述结构化第一主表面包括沿着第一方向延伸并沿正交的第二方向布置的多个平行的微结构；
聚合物层，所述聚合物层设置在所述热熔融粘合剂层上并且包括平坦的第三主表面和相反的结构化第四主表面，所述结构化第一主表面和所述结构化第四主表面彼此面对；以及
光学反射层，所述光学反射层设置在所述结构化第一主表面和所述结构化第四主表面之间并适形于所述结构化第一主表面和所述结构化第四主表面，所述热熔融粘合剂层、所述聚合物层和所述光学反射层彼此共同延伸，使得通过将所述第二主表面施加到预先确定的表面并将所述热熔融粘合剂层的至少部分的温度升高到所述热熔融粘合剂层的至少粘结温度来将所述光重新定向膜粘结到所述预先确定的表面，这使所述光学反射层的光学特性改变小于5％。
2.根据权利要求1所述的光重新定向膜，其中所述粘结温度为至少50℃。
3.根据权利要求1所述的光重新定向膜，其中所述光学反射层是导电的。
4.根据权利要求1所述的光重新定向膜，其中所述光学反射层的所述光学特性是所述光学反射层的平均表面粗糙度或所述光学反射层的平均漫反射率。
5.根据权利要求1所述的光重新定向膜，其中所述多个平行的微结构中的每个微结构包括相对的小平面，所述相对的小平面在其间限定第一夹角，并且其中所述光学反射层的所述光学特性是所述第一夹角。
6.根据权利要求1所述的光重新定向膜，还包括设置在所述聚合物层的所述平坦的第三主表面上并与所述平坦的第三主表面接触的载体层，使得所述热熔融粘合剂层和所述光学反射层之间的粘结强度大于所述载体层和所述聚合物层之间的粘结强度。
7.根据权利要求1所述的光重新定向膜，还包括设置在所述聚合物层的所述平坦的第三主表面上并与所述平坦的第三主表面接触的剥离层，使得当通过将所述第二主表面施加到所述预先确定的表面并将所述热熔融粘合剂层的所述至少部分的所述温度升高到所述热熔融粘合剂层的至少所述粘结温度而将所述光重新定向膜粘结到所述预先确定的表面时，从所述聚合物层除去所述剥离层不会导致或极少导致对所述光学反射层的损坏。
8.一种光伏组件，所述光伏组件包括：
至少一个光伏电池单元；
至少一个导电接片条带，所述至少一个导电接片条带设置在所述至少一个光伏电池单元上，
其中对于每个接片条带，根据权利要求1至7中任一项所述的光重新定向膜设置在所述接片条带上，使得所述热熔融粘合剂层将所述光重新定向膜粘结到所述接片条带。
9.一种光重新定向膜，所述光重新定向膜包括：
一体热熔融粘合剂层，所述一体热熔融粘合剂层包括结构化第一主表面和相反的平坦的第二主表面，所述结构化第一主表面包括第一结构的规则阵列，所述第一结构中的至少一个第一结构包括相对的小平面，所述相对的小平面在其间限定第一夹角；
一体聚合物层，所述一体聚合物层包括平坦的第三主表面和相反的结构化第四主表面，所述结构化第四主表面面向所述结构化第一主表面并适形于所述结构化第一主表面；以及
金属层，所述金属层设置在所述结构化第一主表面和所述结构化第四主表面之间并与所述结构化第一主表面和所述结构化第四主表面共同延伸，所述平坦的第二主表面和所述平坦的第三主表面间隔开小于55微米，使得将所述光重新定向膜的温度升高到所述热熔融粘合剂的至少粘结温度，同时至少在所述光重新定向膜上对应于所述第一结构中的所述至少一个第一结构的位置处将至少1个大气压的压力施加到所述光重新定向膜，这使所述第一夹角改变小于5％。
10.根据权利要求9所述的光重新定向膜，其中所述第一结构具有小于20微米的平均高度。
11.根据权利要求9所述的光重新定向膜，其中所述金属层对于从350nm至1100nm范围内的至少一个波长具有大于1.5的光密度。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的光重新定向膜，其中所述金属层具有小于500nm的平均厚度。
13.一种光重新定向膜，所述光重新定向膜包括：
第一聚合物层，所述第一聚合物层包括软化温度T1和包含第一结构的规则阵列的结构化第一主表面，每个第一结构包括多个小平面，所述多个小平面在其间限定第一夹角，所述第一聚合物层被构造成在大于T1的粘结温度下粘结到预先确定的表面；
第二聚合物层，所述第二聚合物层包括软化温度T2和面向所述结构化第一主表面且包含第二结构的规则阵列的结构化第二主表面，T2>T1，每个第二结构包括多个小平面，所述多个小平面在其间限定第二夹角，所述结构化第一主表面和所述结构化第二主表面在其间限定空间；以及
金属层，所述金属层填充所述结构化第一主表面和所述结构化第二主表面之间的所述空间，使得在垂直于所述光重新定向膜的横截面中，所述第一夹角和所述第二夹角具有相应的平均值D1和D2，并且使得在T1和T2之间的温度下加热所述光重新定向膜至少10分钟，同时将至少1个大气压的压力施加到所述光重新定向膜之后，D1和D2中的每一者改变小于5％。
14.根据权利要求13所述的光重新定向膜，其中所述软化温度T1在40℃至120℃的范围内。
15.根据权利要求13或14所述的光重新定向膜，其中所述第一聚合物层包括热熔融粘合剂、热活化粘合剂、压敏粘合剂、结构化粘合剂或光学透明的粘合剂中的多者中的一者。
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