TWI813720B - Ｎｉｒ反射多層材料片 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種多層材料片，其包含一NIR反射半透明聚合層，其對於一波長為從750 nm至1000 nm之所有光具有多於20%之一反射率且對於一波長為從380 nm至750 nm之所有光具有多於50%之一透射率；及一NIR反射著色聚合層，其對於一波長為從1000 nm至2100 nm之所有光具有多於25%之一反射率。本發明亦關於適用於光伏打模組之一背層，該背層包含該多層材料片；及關於包含該背層之一光伏打模組。

Description

NIR反射多層材料片
發明領域 本發明係關於近紅外(NIR)反射多層材料片。本發明另外係關於適合於包含NIR反射多層材料片之光伏打模組的背層；及包含該背層之光伏打模組。
發明背景 光伏打模組用於自日光發電且一般由包含太陽能電池系統作為核心層之層合物組成。為了形成光伏打模組，經由適當電導體(通常使用稱作「帶」之金屬導體)串聯分組之光伏打電池通常藉由例如EVA之囊封材料囊封。囊封材料圍封光伏打電池，充當針對機械及風化相關影響的保護措施。核心層存在於表面層與基底層或背層之間，以完成光伏打模組。模組之表面層或主表面通常由玻璃製成，覆蓋暴露於日光之模組表面且允許日光到達電池。基底層或背層執行多重任務。其保證保護囊封材料及太陽能電池免受環境影響，同時預防電連接經氧化。背層亦可藉由將光經由遮光玻璃反射向太陽能電池而增強模組之功率輸出。通常，背層預防水分、氧氣及取決於大氣條件之其他因素損壞囊封材料、太陽能電池及電連接。背層亦向光伏打電池及對應電路提供電絕緣。
光伏打模組傳統地安裝於戶外，安裝在使其日光暴露最大化的車頂上或開敞空間中。當日光強度增加時，自光伏打模組之電輸出亦增加。然而，光伏打模組將日光轉化為電力之效率通常為大致20%。其餘的80%日光經反射返回或由模組以熱量形式吸收。以熱量形式吸收之能量導致模組之操作溫度升高。過多熱量降低光伏打模組將日光轉化為電力之效率。大部分光伏打模組之典型操作溫度為約40-60℃。許多光伏打模組之操作溫度每升高一攝氏度便損失約0.3-0.5%效率。多種因素可促成升高之操作溫度，諸如在白天期間較高的環境空氣溫度、自地表及其他可發出由日曬產生之熱量之附近表面的輻射熱及太陽能模組自身由於長時間日曬而升高之溫度。
此問題通常出現於光伏打模組整合於建築物結構中之情況下，該等光伏打模組出於美觀原因而包含例如黑色背層。儘管光伏打模組中通常呈矩形之光伏打電池極為貼近，但其間通常存在使得底下之背層暴露於日光之小間隙。多達10至15%之總面積由包含60或72個電池之典型單晶矽光伏打模組覆蓋，背層暴露於直射日光。
當光伏打模組整合於建築物結構中時，其背層通常經著色，尤其為深色，例如黑色，以使得光伏打模組與現有建築顏色調和及提供更均勻外觀。背層之著色、深色或甚至黑色外觀通常藉由用諸如碳黑或氧化鐵之顏料塗佈背層，或藉由在製造背層期間將此等顏料與製成背層之聚合物混合來產生。碳黑吸收基本上所有人類可見的光。另外，碳黑亦吸收紅外光，其為波長比人類一般可見的光更長，亦即波長在可見紅光的邊緣、在約750 nm至約1 mm範圍內的電磁輻射。紅外光吸收將使背層溫度升高且最終使整個光伏打模組之操作溫度升高。相比於例如碳黑之黑色顏料，呈現完全白色之顏料反射大部分，且因此吸收極少人類可見的光，且其亦反射大部分紅外光。因此，儘管出於美觀原因而在光伏打模組中需要深色或甚至黑色背層，但此類背層傾向於升高光伏打模組之操作溫度。此降低光伏打模組將日光轉化為電力之效率。另外，黑色背層亦吸收IR及可見光，其進一步降低光伏打模組之總效率。
包含NIR反射顏料之光伏打模組背層為吾人所知。舉例而言，US 2013/276876描述用於光伏打模組之背層，其包含黑色(低顏色反射)紅外反射層。任擇地，此可背襯有白色層。另外，EP2860764描述一背層，其具有為黑色但透射NIR之第一(前)層，及反射NIR之第二(背)層。
然而，仍需要優化包含黑色背層之光伏打模組的操作溫度及效率。
發明概要 本發明之目標因此為提供一NIR反射多層背層，其降低背層中之NIR光吸收。
本發明之另一目標為提供一NIR反射多層背層，其在應用於PV (光伏打)模組中時將經由增加太陽能電池中之光吸收及降低操作溫度而提高模組效率。
此目標已由提供多層材料片實現，該多層材料片包含一NIR反射半透明聚合層，其對於波長為從750 nm至1000 nm之所有光具有多於20%之反射率且對於波長為從380 nm至750 nm之所有光具有多於50%之透射率；及一NIR反射著色聚合層，其對於波長為從1000 nm至2100 nm之所有光具有多於25%之反射率。較佳地，NIR反射著色聚合層對於波長為從380 nm至750 nm之所有光具有少於35%之反射率。
一般而言，電磁輻射係根據其波長分類為無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光、X射線及γ射線。人眼可見光為波長在從約380 nm至約750 nm範圍內之電磁輻射。近紅外(NIR)光為波長比可見光長之電磁輻射。習知地，認為近紅外光之波長在從約750 nm至約2100 nm範圍內。當可見光或紅外光照射物體時，光可由物體反射、穿過物體(亦即，經物體透射)或由物體吸收。部分地，人類眼睛感知之物體顏色係由照射物體之可見光的波長及由經物體反射至人眼中之可見光的波長決定。
已出乎意料地發現，近紅外光之反射可藉由提供包含NIR反射半透明聚合層及NIR反射著色聚合層之多層材料片來增強。
在本發明之上下文中，半透明意謂對於可見光半透明。
在本發明之上下文中，術語著色涵蓋黑色。因此，術語NIR反射著色聚合層涵蓋NIR反射黑色聚合層。著色較佳為黑色。
除非另外規定，否則如本文所用，透射率係藉由使用累計球設備根據ISO13468-2，以100 µm之樣品厚度來量測。
除非另外規定，否則如本文所用，反射率係藉由使用累計球設備基於根據ISO13468-2之方法，以100 µm之樣品厚度來量測。
NIR反射半透明聚合層較佳面向電池且較佳位於NIR反射著色層之頂部上。著色層頂部上之NIR反射半透明聚合層之益處為增強背層之效能，提供增加之功率輸出、減少之積熱，同時維持著色層之多彩外觀。由於其NIR反射特性，引入NIR反射半透明聚合層增加近紅外(NIR)範圍(750 nm-1000 nm)內之總反射光，其轉而將增加PV電池之總功率輸出及降低熱積聚。舉例而言，相比於非NIR反射黑色層，藉由在背層中之NIR反射黑色層的頂部上引入NIR反射半透明層，PV模組之功率輸出的相對增加(根據IEC 61215量測)可多於0.2%，更佳多於0.5%且甚至更佳多於1.0%。該增加可隨總顏料負載及NIR反射層之厚度而變化，且取決於光伏打模組之設計。
NIR反射半透明聚合層及NIR反射著色聚合層可彼此鄰接。亦有可能的是NIR反射半透明聚合層及NIR反射著色聚合層可由黏著劑隔開；換言之，在聚合層之間包含連接或黏著層。NIR反射半透明聚合層較佳面向電池。NIR反射著色聚合層較佳位於NIR反射半透明聚合層與背層外層之間。
NIR反射半透明聚合層較佳包含一種或多種無機近紅外反射顏料。無機近紅外反射顏料係選自由以下組成之群組：雲母、SiO2 、TiO2 、氧化錫(SnO或SnO2 )、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2 、氧化鐵黑Fe3 O4 (磁鐵礦)、氧化鉻綠Cr2 O3 或鉻鐵棕(Fe,Cr)2 O3 及其等之混合物。較佳地，無機近紅外反射顏料選自由以下組成之群組：雲母、SiO2 、TiO2 、氧化錫(SnO或SnO2 )、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2 及其等之混合物。更佳地，NIR反射半透明聚合層包含選自雲母及SiO2 之NIR反射顏料。商業上已知的包含適合顏料之組合物為Iriotec®，例如Iriotec® 9870。Iriotec® 9870包含雲母+SiO2 、TiO2 (金紅石)、SnO2 及ZrO2 。以NIR反射半透明聚合層之總重量為基準，NIR反射半透明聚合層可包含從0.1重量%至8重量%之無機NIR反射顏料。更佳地，NIR反射半透明聚合層包含從0.15重量%至6重量%之無機NIR反射顏料。更佳地，NIR反射半透明聚合層包含從0.2重量%至4重量%之無機NIR反射顏料。
根據本發明之NIR反射半透明聚合層較佳為薄膜層；較佳厚度為少於300 µm；其可透射可見光，總(規則及漫射)透射率≥50%，如藉由使用累計球設備根據ISO13468-2所量測。較佳地，厚度為從5至200 µm；更佳為從10至150 µm；更佳為從20至100 µm；最佳為30至80 µm。較佳地，總透射比為至少60%；更佳為至少70%，例如至少80%，或甚至至少90%。
通常，NIR反射半透明聚合層對於波長為從750 nm至1000 nm之光的反射率為多於30%；較佳為多於40%；更佳為多於50%；或甚至多於60%。
NIR反射半透明聚合層較佳包含熱塑性聚合物。熱塑性聚合物通常選自由以下組成之群組：聚烯烴、聚烯烴混合物、來自聚烯烴之TPO或摻合物及半結晶聚合物。熱塑性聚合物較佳為聚烯烴或聚烯烴混合物。聚烯烴較佳選自由以下組成之群組：任擇地經官能化之聚乙烯均聚物或共聚物、任擇地經官能化之聚丙烯均聚物或(嵌段)共聚物、環狀烯烴共聚物、聚甲基戊烯、熱塑性聚烯烴(TPO)或其摻合物。
如本文所述之熱塑性聚烯烴(TPO)意謂例如PP/EPR反應器摻合樹脂(諸如Hifax CA 10、Hifax CA 12、Hifax CA 02、Hifax CA 60，由Basell供應)或彈性聚丙烯(PP)樹脂(以商標名Versify 2300.01或2400.01已知，與例如無規PP共聚物混合)或熱塑性硫化產品(以商標名Santoprene已知)。
經官能化之聚乙烯或聚丙烯均聚物或(嵌段)共聚物之實例例如為與選自以下之極性共聚單體共聚合之乙烯或丙烯：順丁烯二酸酐、乙酸乙烯酯、丙烯酸及甲基丙烯酸酯，諸如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸乙基己酯。較佳地，乙烯與丙烯酸甲酯共聚合。
較佳地，NIR反射半透明聚合層包含經官能化之聚乙烯、聚乙烯及任擇地聚丙烯。
NIR反射著色聚合層包含聚合材料及至少一種NIR反射顏料。該層亦為著色的。因此，其通常包含著色顏料。NIR反射顏料及著色顏料可相同。NIR反射著色聚合層較佳包含聚合材料及至少一種NIR反射著色顏料。
根據本發明之NIR反射著色聚合層的厚度通常為從50至600 µm；更佳為從100至400 µm；最佳為從200至300 µm。
根據本發明之NIR反射著色聚合層的反射率通常為波長為1000 nm至2100 nm之所有光的多於40%。更佳地，反射率為波長為1000 nm至2100 nm之所有光的多於50%、多於60%或甚至多於70%。根據本發明之NIR反射著色聚合層的反射率通常為波長為1200 nm至1600 nm之所有光的多於40%。更佳地，反射率為波長為1200 nm至1600 nm之所有光的多於50%、多於60%、多於70%或甚至多於80%。
NIR反射著色聚合層之聚合材料較佳為熱塑性聚合物。熱塑性聚合物選自由以下組成之群組：聚烯烴、經官能化之聚烯烴、聚酯、聚醯胺、橡膠改質聚酯、PMMA、PEEK、聚碳酸酯、聚醚碸、聚甲醛、聚醯亞胺、聚苯硫醚或聚苯醚。較佳地，NIR反射著色聚合層之熱塑性聚合物選自由以下組成之群組：聚醯胺、聚酯、橡膠改質聚酯、聚烯烴以，及其等之組合。
聚烯烴之實例為聚乙烯或聚丙烯均聚物或(嵌段)共聚物。較佳地，聚烯烴為聚丙烯。
經官能化之聚烯烴之實例為經官能化之聚乙烯或聚丙烯均聚物或(嵌段)共聚物，例如與選自以下之極性共聚單體共聚合之乙烯或丙烯：順丁烯二酸酐、乙酸乙烯酯、丙烯酸及甲基丙烯酸酯，諸如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或丙烯酸乙基己酯。較佳地，經官能化之聚烯烴為與順丁烯二酸酐共聚合之丙烯。
聚酯之實例包括聚(反-1,4-伸環己基烷烴二甲酸酯，諸如聚(反-1,4-伸環己基丁二酸酯)及聚(反-1,4-伸環己基己二酸酯)；聚(順或反-1,4-環己烷二亞甲基)；烷二羧酸酯，諸如聚(順1,4-環己烷二亞甲基)草酸酯及聚(順1,4-環己烷二亞甲基)丁二酸酯；聚(伸烷基對苯二甲酸酯)，諸如聚對苯二甲酸伸乙酯及聚對苯二甲酸丁二酯；聚(伸烷基間苯二甲酸酯，諸如聚間苯二甲酸伸乙酯及聚間苯二甲酸丁二酯；聚(對伸苯基烷二羧酸酯，諸如聚(戊二酸對亞苯酯)及聚(己二酸對亞苯酯)；聚(草酸對二甲苯酯)；聚(草酸鄰二甲苯酯)；聚(對伸苯基二伸烷基對苯二甲酸酯)，諸如聚(對伸苯基二亞甲基對苯二甲酸酯)及聚(對亞苯基-二-1,4-伸丁基對苯二甲酸酯；聚(伸烷基-1,2-伸乙二氧基-4,4'-二苯甲酸酯)，諸如聚(伸乙基-1,2-伸乙二氧基-4,4'-二苯甲酸酯)、聚(四亞甲基-1,2-伸乙二氧基-4,4'-二苯甲酸酯)及聚(六亞甲基-1,2-伸乙二氧基-4,4'-二苯甲酸酯)；聚(伸烷基-4,4'-二苯甲酸酯)，諸如聚(五亞甲基-4,4'-二苯甲酸酯)、聚(六亞甲基-4,4'-二苯甲酸酯及聚(十亞甲基-4,4'-二苯甲酸酯)；聚(伸烷基-2,6-萘二甲酸酯)，諸如聚(伸乙基-2,6-萘二甲酸酯)、聚(伸丙基-2,6-萘二甲酸酯)及聚(四亞甲基-2,6-萘二甲酸酯)；及聚(伸烷基磺醯基-4,4'-二苯甲酸酯)，諸如聚(八亞甲基磺醯基-4,4'-二苯甲酸酯)及聚-(十亞甲基磺醯基-4,4'-二苯甲酸酯。較佳聚酯為聚(對苯二甲酸伸烷酯)，諸如聚對苯二甲酸伸乙酯(PET)或聚對苯二甲酸伸丁酯(PBT)。
聚酯可藉由含有與聚酯化學鍵合及/或物理相互作用之官能基的彈性體衝擊改質。官能基選自由以下組成之群組：酸酐、酸、環氧化物、矽烷、異氰酸酯、噁唑啉、硫醇及/或(甲基)丙烯酸酯。較佳地，官能基為環氧化物。
如本文中所提及之彈性體意謂選自由以下組成之群組的彈性體：EPDM、SBS、SEBS、乙烯-丙烯彈性體(諸如EPDM)、苯乙烯-丁二烯彈性體(諸如SBS或SEBS)。與聚酯化學鍵合及/或物理相互作用之官能基的量較佳為從0.01至5重量%。(以衝擊改質聚酯之總重量為基準)。
聚醯胺之實例為聚醯胺6、聚醯胺6,6；聚醯胺4,6；聚醯胺6,10；聚醯胺6,12；聚醯胺6,14；聚醯胺6,13；聚醯胺6,15；聚醯胺6,16；聚醯胺11；聚醯胺12、聚醯胺10、聚醯胺9,12、聚醯胺9,13、聚醯胺9,14、聚醯胺9,15、聚醯胺6,16、聚醯胺10,10、聚醯胺10,12、聚醯胺10 13、聚醯胺10,14、聚醯胺12,10、聚醯胺12,12、聚醯胺12,13、聚醯胺12,14、己二酸己二醯胺/對苯二甲酸己二醯胺共聚醯胺、對苯二甲酸己二醯胺/間苯二甲酸己二醯胺共聚醯胺、聚(己二酸間-二甲基苯甲醯胺)、對苯二甲酸己二醯胺/對苯二甲酸2-甲基戊二醯胺、己二酸己二醯胺/對苯二甲酸己二醯胺/間苯二甲酸己二醯胺共聚醯胺及聚己內醯胺-對苯二甲酸己二醯胺。
較佳地，NIR反射著色聚合層包含聚丙烯或與順丁烯二酸酐共聚合之丙烯。
NIR反射著色顏料之實例在下表1中給出。 表1：
用於深色層之較佳NIR反射著色顏料為氧化鐵鉻，如獲自BASF之Sicopal Black K0095或獲自Shepherd之Shepherd black 10G996。
以NIR反射著色聚合層之總重量為基準，NIR反射著色聚合層可包含從0.1重量%至8重量%之NIR反射著色顏料。更佳地，NIR反射著色聚合層包含從0.15重量%至6重量%之NIR反射著色顏料。更佳地，NIR反射著色聚合層包含從0.2重量%至4重量%之NIR反射著色顏料。
本發明之多層材料片可進一步包含其他聚合層，諸如一或多個黏著層、結構增強層及/或耐候層。較佳地，其包含耐候層。
耐候層可包含聚醯胺、PTFE、聚烯烴或聚酯。適合之聚烯烴、聚酯或聚醯胺之實例如先前所描述。較佳地，耐候層包含聚醯胺12。或者，耐候層包含聚丙烯。
耐候層可進一步包含無機填充劑，諸如碳酸鈣、二氧化鈦、硫酸鋇、雲母、滑石、高嶺土、玻璃微珠及玻璃纖維或添加劑，諸如UV穩定劑、熱穩定劑或抗氧化劑。更佳地，耐候層可藉由如先前所指示之任一著色(包括黑色)顏料(包括IR反射著色顏料)或藉由白色顏料著色。最佳地，耐候層包含白色顏料。
在一個實施例中，黏著層為如本發明中所定義之NIR反射著色聚合層。
在另一實施例中，結構層為如本發明中所定義之NIR反射著色聚合層。
在一個實施例中，多層材料片包含以下層： a)面向電池之NIR反射半透明聚合層 b)包含特定顏色(包括深色)之NIR反射顏料的黏著聚合層 c)結構聚合層 d)可與層(b)相同或不同之黏著聚合層 e)面向聚合層之空氣側或耐候層
在此實施例中，層a)及b)包含如先前所指示之成分。此意謂黏著層為如先前所描述之NIR反射著色聚合層。
結構層c)例如包含熱塑性聚合物，諸如聚烯烴或聚烯烴混合物，例如聚丙烯或聚丙烯混合物，聚酯，例如PET或PBT (任擇地經橡膠改質)或聚醯胺。任擇地，結構層可包含NIR反射著色顏料，例如氧化鐵鉻，更特定言之獲自BasF之Sicopal Black K0095或獲自Shepherd之Shepherd black 10G996。
諸如PET或PBT之聚酯可藉由含有與聚酯化學鍵合及/或物理相互作用之官能基的彈性體衝擊改質。官能基選自由以下組成之群組：酸酐、酸、環氧化物、矽烷、異氰酸酯、噁唑啉、硫醇及/或(甲基)丙烯酸酯。較佳地，官能基為環氧化物。
如本文中所提及之彈性體意謂選自由以下組成之群組的彈性體：EPDM、SBS、SEBS、乙烯-丙烯彈性體(諸如EPDM)、苯乙烯-丁二烯彈性體(諸如SBS或SEBS)。與聚酯化學鍵合及/或物理相互作用之官能基的量較佳為從0.01至5重量% (以衝擊改質聚酯之總重量為基準)。
聚醯胺之實例為聚醯胺6、聚醯胺6,6、聚醯胺4,6、聚醯胺6,10、聚醯胺6,12、聚醯胺6,14、聚醯胺6,13、聚醯胺6,15、聚醯胺6,16、聚醯胺11、聚醯胺12、聚醯胺10、聚醯胺9,12、聚醯胺9,13、聚醯胺9,14、聚醯胺9,15、聚醯胺6,16、聚醯胺10,10、聚醯胺10,12、聚醯胺10 13、聚醯胺10,14、聚醯胺12,10、聚醯胺12,12、聚醯胺12,13、聚醯胺12,14、己二酸己二醯胺/對苯二甲酸己二醯胺共聚醯胺、對苯二甲酸己二醯胺/間苯二甲酸己二醯胺共聚醯胺、聚(己二酸間-二甲基苯甲醯胺)、對苯二甲酸己二醯胺/對苯二甲酸2-甲基戊二醯胺、己二酸己二醯胺/對苯二甲酸己二醯胺/間苯二甲酸己二醯胺共聚醯胺及聚己內醯胺-對苯二甲酸己二醯胺。
位於背層外部的面向聚合層之空氣側或耐候層e)可包含聚醯胺、PTFE、聚烯烴或聚酯。聚烯烴、聚酯或聚醯胺之實例如先前所描述。較佳地，耐候層e)包含聚醯胺12。或者，耐候層包含聚烯烴，例如聚丙烯。
耐候層e)可進一步包含無機填充劑，諸如碳酸鈣、二氧化鈦、硫酸鋇、雲母、滑石、高嶺土、玻璃微珠及玻璃纖維或添加劑，諸如UV穩定劑、熱穩定劑或抗氧化劑。更佳地，耐候層可藉由如先前所指示之任一NIR反射顏料或藉由白色顏料著色。最佳地，耐候層e)包含白色顏料。
在另一實施例中，多層背層可包含以下層： a)面向電池之NIR反射半透明聚合層 b)包含特定顏色(包括深色)之NIR反射顏料的黏著聚合層 c)包含特定顏色(包括深色)之NIR反射顏料的結構聚合層 d)可與層(b)相同或不同之黏著聚合層 e)面向聚合層之空氣側或耐候層。
在此實施例中，可能的是二個黏著層均包含特定顏色(包括深色)之NIR反射顏料。層a)-e)包含如先前所描述之成分。
在另一實施例中，多層背層可包含以下層： a)面向電池之NIR反射半透明聚合層，其包含選自由以下組成之群組的NIR反射顏料：雲母、SiO2 、TiO2 、氧化錫、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2 或其混合物。 b)黏著聚合層，其包含選自由以下組成之群組的NIR反射顏料：雲母、SiO2 、TiO2 、氧化錫、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2 或其混合物、氧化鐵鉻，如獲自BASF之Sicopal Black K0095或獲自Shepherd之Shepherd black 10G996 c)結構聚合層，其包含選自氧化鐵鉻，如獲自BASF之Sicopal Black K0095或獲自Shepherd之Shepherd black 10G996的NIR反射顏料 d)可與層(b)相同或不同之黏著聚合層 e)面向聚合層之空氣側或耐候層，較佳包含白色顏料。
在此實施例中，層a)-e)包含如先前所描述之成分。
聚合層可進一步包含此項技術中已知之添加劑。較佳地，聚合層包含選自UV穩定劑、UV吸收劑、抗氧化劑、熱穩定劑及/或水解穩定劑之至少一種添加劑。當存在此類添加劑穩定劑時，以聚合物之總重量為基準，聚合層可包含從0.05至10重量%之添加劑，更佳從1至5重量%之添加劑。
亦可添加白色顏料，諸如滑石、雲母、TiO2 、ZnO或ZnS。
在另一實施例中，多層背層可包含以下層： a)面向電池之NIR反射半透明聚合層，其包含選自由以下組成之群組的NIR反射顏料：雲母、SiO2 、TiO2 、氧化錫、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2 或其混合物 b)黏著聚合層，其包含選自氧化鐵鉻，如獲自BASF之Sicopal Black K0095或獲自Shepherd之Shepherd black 10G996的NIR反射顏料 c)結構聚合層，其包含選自氧化鐵鉻，如獲自BASF之Sicopal Black K0095或獲自Shepherd之Shepherd black 10G996的NIR反射顏料 d)可與層(b)相同或不同之黏著聚合層 e)面向聚合層之空氣側或耐候層，較佳包含白色顏料
在此實施例中，層a)-e)包含如先前所描述之聚合材料及可能的添加劑。
在一個實施例中，本發明提供多層材料片，其包含： a)NIR反射半透明聚合層，該層包含經官能化之聚乙烯、聚乙烯及任擇地聚丙烯及NIR反射顏料； b)NIR反射著色層，該層包含聚烯烴、NIR反射顏料，及著色顏料；及 c)耐候層。
通常，多層材料片進一步包含耐候層(c)，該層包含聚烯烴或聚醯胺。聚烯烴及聚醯胺如本文中所定義。
通常，NIR反射半透明聚合層包含與甲基丙烯酸酯共聚合之乙烯。通常，NIR反射半透明聚合層(a)之NIR反射顏料包含雲母、SiO2或二者。通常，以NIR反射半透明聚合層之總重量為基準，NIR反射半透明聚合層(a)之NIR反射顏料的量為從0.1至8重量%。通常，NIR反射半透明聚合層(a)之厚度為從10至150 µm。
通常，NIR反射著色層包含聚丙烯或與順丁烯二酸酐共聚合之丙烯。通常，在NIR反射著色層(b)中，NIR反射顏料亦為著色顏料。通常，在NIR反射著色層(b)中，以該層之總重量為基準，NIR反射顏料以從0.1至8重量%之量存在。通常，NIR反射著色層(b)之厚度為從100至400 µm。通常，顏色為黑色。
通常，耐候層包含聚醯胺12或聚丙烯。通常，耐候層之厚度為從10至50 µm。通常，耐候層包含白色顏料。
尤其較佳的實施例為如上文所述之多層材料片，其中： a) NIR反射半透明聚合層具有從10至150 µm之厚度，包含與甲基丙烯酸酯共聚合之乙烯，及從0.1至8重量%之NIR反射顏料，其包含雲母及SiO2； b) NIR反射著色層(b)具有從100至400 µm之厚度，包含聚丙烯或與順丁烯二酸酐共聚合之丙烯，及從0.1至8重量%之NIR反射顏料，其亦為著色顏料；且 c)耐候層包含聚醯胺12或聚丙烯。
根據本發明之多層材料片可使用多層融合或共擠出製程製備。製程包含以下步驟：混配包括無機填充劑、添加劑及穩定劑之不同層的個別調配物，接著擠出不同層且將其層壓。
或者，根據本發明之多層材料片亦可如下地製造：(1)在擠出機中粒化不同層之材料以獲得不同層之粒子或丸粒，及(2)經由擠出機融合及共擠出步驟(1)中製備之丸粒或粒子。
或者，可能的是經由以下步驟藉由熔融共擠出多層材料片中的不同層而獲得多層材料片：(1)藉由分開混合不同層之組分製備不同層之聚合物組合物，(2)將不同聚合物組合物熔融以獲得不同熔體流，(3)藉由在一擠出模中共擠出來組合熔體流，(4)冷卻共擠出層。
本發明另外提供適合於光伏打模組之背層，該背層包含如本文中所定義之多層材料片。多層材料片通常適用作光伏打模組中之背層。通常，將多層材料片簡單地切割成一定尺寸以產生背層。因此，較佳地，多層材料片為適合於光伏打模組之背層。
當用作背層時，NIR反射半透明層朝向前方，亦即朝向太陽能電池定向，且NIR反射著色層朝向背面，亦即遠離太陽能電池定向。
本發明另外係關於包含根據本發明之多層材料片(或背層)的光伏打模組。光伏打模組以自面向太陽之前側至非面向太陽之背側的位置次序包含至少以下層：(1)透明前片，(2)任擇地前密封劑層，(3)太陽能電池層，(4)任擇地背密封劑層，及(5)根據本發明之多層背層，表示PV模組之後保護層。
前片通常為玻璃板。
前密封劑及背密封劑經設計以囊封及保護脆弱的太陽能電池。「前側」對應於經光輻照之光伏打電池側，亦即光接收側，而術語「背側」對應於光伏打電池之光接收側的相反側。適合之密封劑通常具有諸如高抗衝擊性、高抗穿透性、良好耐紫外(UV)光性、良好長期熱穩定性、足夠的玻璃及/或其他剛性聚合片材黏著強度、高防潮性及良好長期耐候能力的特徵組合。密封劑之實例為離聚物、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚(乙烯基縮乙醛)、聚乙烯基縮丁醛(PVB)、熱塑性聚胺基甲酸酯(TPU)、聚氯乙烯(PVC)、茂金屬催化之線性低密度聚乙烯、聚烯烴嵌段彈性體、聚(乙烯-共-丙烯酸甲酯)及聚(乙烯-共-丙烯酸丁酯)、聚矽氧彈性體或環氧樹脂。EVA為最常用的密封劑材料。EVA片材通常插入太陽能電池與頂表面之間(稱作前密封劑)及太陽能電池與後表面之間(稱作背密封劑)。
太陽電池層中之太陽能電池可為任何種類之太陽能電池，諸如薄膜太陽能電池(例如，硒化銅銦鎵太陽能電池及碲化鎘太陽能電池)及基於晶圓之太陽能電池。
本發明另外係關於用於光伏打模組之多層背層，其包含一NIR反射半透明聚合層，其對於波長為從750 nm至1000 nm之所有光具有多於20%之反射率且對於波長為從380 nm至750 nm之所有光具有多於50%之透射率；及一著色聚合層，其對於波長為從380 nm至2100 nm之所有光具有少於35%之反射率。較佳地，著色聚合層包含碳黑。NIR反射半透明聚合層及著色聚合層由如先前所描述之材料構成。多層材料片亦可進一步包含至少黏著層、結構層及耐候層。
通常，著色聚合層對於波長為從380 nm至2100 nm之所有光的反射率為少於30%；更佳為少於25%；更佳為少於20%。
通常，NIR反射半透明聚合層對於波長為從380 nm至750 nm之所有光的總透射率為至少60%，較佳為至少70%；更佳為至少80%，例如至少90%。
通常，NIR反射半透明聚合層對於波長為從750 nm至1000 nm之光的反射率為多於30%；較佳為多於40%；更佳為多於50%；或甚至多於60%。
在一較佳實施例中，多層背層包含以下層： a)面向電池之NIR反射半透明聚合層，其包含選自由以下組成之群組的NIR反射顏料：雲母、SiO2 、TiO2 、氧化錫、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2 或其混合物 b)黏著聚合層，其包含選自由以下組成之群組的NIR反射顏料：雲母、SiO2 、TiO2 、氧化錫、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2 或其混合物、氧化鐵鉻，如獲自BASF之Sicopal Black K0095或獲自Shepherd之Shepherd black 10G996 c)包含碳黑之結構聚合層 d)可與層(b)相同或不同之黏著聚合層 e)面向聚合層之空氣側或耐候層，較佳包含白色顏料
在甚至更佳實施例中，多層背層包含以下層； a)面向電池之NIR反射半透明聚合層，其包含選自由以下組成之群組的NIR反射顏料：雲母、SiO2 、TiO2 、氧化錫、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2 或其混合物 b)無顏料之黏著聚合層 c)包含碳黑之結構聚合層 d)可與層(b)相同或不同之黏著聚合層 e)面向聚合層之空氣側或耐候層，較佳包含白色顏料
此等實施例中之不同層較佳由如先前所描述之聚合材料及添加劑構成。
較佳實施例之詳細說明 現將參看以說明方式之以下非限制性實例詳細描述本發明。 實例 實例1：製備NIR反射半透明顆粒1
NIR反射半透明聚合材料顆粒係由將Iriotec® 9870粉末添加至包括添加劑之70重量%聚乙烯及30重量%聚乙烯共聚物的聚合混合物粉末，添加至雙螺桿擠出機中而產生，該雙螺桿擠出機裝備有給料器，含有用於混合、熔融及輸送熔體、真空汽室、常壓脫氣之元件的18 mm螺桿及1×4 mm之模板。在壓模之後，以連續次序安裝1.5 m長水浴、氣刀及粒化機。化合物中Iriotec® 9870之總濃度為相對於聚合材料之總重量的3重量%。所有材料在導入口上投加。區1之溫度係設定為200℃，且其他區係設定為230℃。在離開壓模時量測之熔體溫度為270℃。擠出機係設定為300 RPM且通量為5 kg/h。真空係設定為-0.7巴。 實例2：製備NIR反射黑色顆粒2
NIR反射黑色聚合材料顆粒係由將Shepherd Black BK10G966粉末添加至呈粉末狀之包括添加劑之聚丙烯，添加至雙螺桿擠出機中而產生，該雙螺桿擠出機裝備有給料器，含有用於混合、熔融及輸送熔體、真空汽室、常壓脫氣之元件的18 mm螺桿及1×4 mm之模板。在壓模之後，以連續次序安裝1.5 m長水浴、氣刀及粒化機。化合物中Shepherd Black BK10G966之總濃度為相對於聚合材料之總重量的8重量%。所有材料在導入口上投加。區1之溫度係設定為200℃，其他區係設定為230℃。在離開壓模時量測之熔體溫度為270℃。擠出機係設定為300 RPM且通量為5 kg/h。真空係設定為-0.7巴。 實例3：NIR反射半透明顆粒1之膜加工
顆粒1 (實例1)係藉由使用裝備有單螺桿擠出機30/25D之Collin平線裝置加工成大致20 µm厚度之鑄造膜，該單螺桿擠出機具有3段螺桿、進料塊、300×0.4 mm之無光塗層模及牽引裝置。筒溫自入口處經水冷變為結束處之225℃。連接器、進料塊及模溫度係設定至225℃。牽引速度為5 m/min。螺桿速度為15 RPM。
此膜之全反射率及總透射率係使用累計球設備且基於ISO 13468-2在20 µm厚度處量測且顯示於圖1及圖2中。 實例4：NIR反射黑色顆粒2之膜加工
顆粒2 (實例2)係藉由使用裝備有單螺桿擠出機30/25D之Collin平線裝置加工成大致150 µm厚度之鑄造膜，該單螺桿擠出機具有3段螺桿、進料塊、300×0.4 mm之無光塗層模及牽引裝置。筒溫自入口處經水冷變為結束處之225℃。連接器、進料塊及模溫度係設定至225℃。牽引速度為3 m/min。螺桿速度為60 RPM。此膜之全反射率係使用累計球設備且基於ISO 13468-2在150 µm厚度處量測且顯示於圖3中。 實例5：NIR反射多層背層
顆粒1及2係藉由使用具有2個擠出機之多層設定的Collin平膜線共擠為170 µm厚度之多層鑄造膜。擠出機A為具有3段螺桿之單螺桿擠出機30/25D。擠出機B為具有3段螺桿之單螺桿擠出機25/25D。其另外裝備有進料塊2層裝置、無光塗層模300×0.4 mm及牽引裝置。筒溫自入口處經水冷變至結束處之225℃。連接器、進料塊及模溫度係設定至225℃。牽引速度為3 m/min。將顆粒2饋送至擠出機A上且螺桿速度為60 RPM，其得出150 µm的厚度。將顆粒1饋送至擠出機B上且螺桿速度為16 RPM，其得出20 µm的厚度。此膜之全反射率係用NIR反射半透明層針對光源使用累計球設備且基於ISO 13468-2在170 µm厚度處量測且顯示於圖4中。 實例6至8
針對各實例之各層列於下表2中之成分各自連同標準添加劑在擠出機中熔融混合且粒化以獲得用於各別層之丸粒。給出之份數為重量份，各組分之總重量為100。 表2：
對於各實例，將丸粒饋入至多個擠出機中之一者，在高溫下熔融擠出，穿過轉接器及模具，藉由冷卻輥冷卻且成形為具有300 µm總厚度之多層膜。各實例依序具有以下組成： ‧ 30 µm耐候層； ‧ 25 µm連接層； ‧ 190 µm結構增強層； ‧ 25 µm連接層； ‧ 30 µm功能層。 比較實驗1：高反射黑色背層
根據US 2013/276876之實例1及2之實施例(3)產生高反射黑色背層。
實例6、7、8及比較實例1中之每一者之全反射率係使用累計球設備且基於ISO 13468-2，用功能聚合層針對光源來量測。結果顯示於圖5中。實例6、7及尤其8在從750 nm至1000 nm之NIR區中得出較高全反射率。實例6、7及尤其8在從750 nm至1000 nm之NIR區中得出較高全反射率。此波長範圍為最相關的，因為此範圍高於人眼之可見光譜範圍(大致380-740 nm)且在此範圍內，典型矽太陽能電池之(外部)量子效率相對較高(>90%)。 實例9：NIR反射綠色聚合層
一連串NIR反射聚合材料係由添加Shepherd Green 10C650粉末至包括添加劑之70重量%聚乙烯及30重量%聚乙烯共聚物的聚合混合物粉末而產生。將混合物引入至小規模雙螺桿擠出機中。化合物中Shepherd Green 10C650之總濃度為相對於聚合材料之總重量的8重量%。
混合物在175℃及200 rpm下經2分鐘熔融擠出，其中材料以串形式收集。藉由將大致1公克置於尺寸為100 mm×100 mm×65 µm之預切割鋁模具中而自此串壓製膜。壓製係使用THB400手持式壓機在175℃下進行3分鐘。壓力自100 kN逐步增加至200 kN且最後增加至300 kN。各步驟持續1分鐘。在3分鐘之後，樣品在壓力下冷卻至室溫。獲得厚度為100 µm之膜。膜之全反射率係使用累計球設備且基於ISO 13468-2來量測且顯示於圖6中。產生在高於750 nm波長顯示顯著反射率之綠色膜。 實例10：NIR反射橙色聚合層
重複實例9，除了使用8重量% Shepherd Orange 10P340粉末替代8重量% Shepherd Green 10C650。膜之全反射率係使用累計球設備且基於ISO 13468-2來量測且顯示於圖7中。產生在高於600 nm波長顯示顯著反射率之橙色膜。
1‧‧‧功能層 2‧‧‧連接層 3‧‧‧結構增強層 4‧‧‧第二連接層 5‧‧‧耐候層
本發明將藉助於圖式及實例進一步解釋，然而不限於此。
圖1為針對實例3之膜，NIR反射半透明聚合層之波長之反射率的曲線圖。
圖2為針對實例3之膜，NIR反射半透明聚合層之波長之透射率的曲線圖。
圖3為針對實例4之膜，NIR反射著色聚合層之波長之反射率的曲線圖。
圖4為針對實例5之共擠出膜，多層材料片之波長之反射率的曲線圖。
圖5為針對實例6、7、8之共擠出膜，多層材料薄片及比較實驗1之波長之反射率的曲線圖。
圖6為針對實例4之膜，NIR反射著色聚合層之波長之反射率的曲線圖。
圖7為針對實例4之膜，NIR反射著色聚合層之波長之反射率的曲線圖。
圖8顯示根據本發明之例示性多層材料片。功能層(1)經由連接層(2)連接至結構增強層(3)。耐候層(5)經由第二連接層(4)連接至結構增強層(3)之另一側。
1‧‧‧功能層
2‧‧‧連接層
3‧‧‧結構增強層
4‧‧‧第二連接層
5‧‧‧耐候層

Claims (21)

  1. 一種多層材料片，其包含：一NIR反射半透明聚合層，其對於一波長為從750nm至1000nm之所有光具有多於20%之一反射率，且對於一波長為從380nm至750nm之所有光具有多於50%之一透射率；及一NIR反射著色聚合層，其對於一波長為從1000nm至2100nm之所有光具有多於25%之一反射率。
  2. 如請求項1之多層材料片，其中該NIR反射著色聚合層對於一波長為從380nm至750nm之所有光具有少於35%之一反射率。
  3. 如請求項1或2之多層材料片，其中該NIR反射半透明聚合層及該NIR反射著色聚合層彼此鄰接或藉由一黏著層隔開。
  4. 如請求項1之多層材料片，其中該NIR反射半透明聚合層包含一無機近紅外反射顏料。
  5. 如請求項4之多層材料片，其中該無機近紅外反射顏料選自由以下組成之群組：雲母、SiO2、TiO2、氧化錫、ZnO、ZnSnO、摻鋁ZnO、氧化銦錫、氧化銻錫、ZrO2，及其等之混合物。
  6. 如請求項4或5之多層材料片，其中以該NIR反射半透明聚合層之總重量為基準，該NIR反射半透明聚合層包含從0.1重量%至8重量%之該無機近紅外反射顏料。
  7. 如請求項1之多層材料片，其中該NIR反射半透明聚合層具有如根據ISO13468-2所量測之
    Figure 108124123-A0305-02-0033-1
    50%之一總透射率。
  8. 如請求項1之多層材料片，其中該NIR反射半透明聚合層包含一熱塑性聚合物。
  9. 如請求項8之多層材料片，其中該熱塑性聚合物為一聚烯烴或一聚烯烴混合物。
  10. 如請求項1之多層材料片，其中該NIR反射著色聚合層包含一熱塑性聚合物。
  11. 如請求項10之多層材料片，其中該NIR反射著色聚合層之該熱塑性聚合物選自由以下組成之群組：聚醯胺、聚酯、經橡膠改質之聚酯、聚烯烴，及其等之組合。
  12. 如請求項1之多層材料片，其中該NIR反射半透明聚合層具有從10μm至150μm之一厚度。
  13. 如請求項1之多層材料片，其中該NIR反射著色聚合層具有從100μm至400μm之一厚度。
  14. 如請求項1之多層材料片，其進一步包含一耐候層。
  15. 一種多層材料片，其包含：一NIR反射半透明聚合層，其對於一波長為從750nm至1000nm之所有光具有多於20%之一反射率，且對於一波長為從380nm至750nm之所有光具有多於50%之一透射率；及 一著色聚合層，其對於一波長為從380nm至2100nm之所有光具有少於35%之一反射率。
  16. 如請求項15之多層材料片，其中該著色聚合層包含碳黑。
  17. 一種多層材料片，其包含：a)一NIR反射半透明聚合層，該層包含經官能化之聚乙烯、聚乙烯及聚丙烯，及一NIR反射顏料；b)一NIR反射著色層，該層包含一聚烯烴、一NIR反射顏料，及一著色顏料；及c)一耐候層。
  18. 如請求項17之多層材料片，其中：a)該NIR反射半透明聚合層具有從10至150μm之一厚度，且包含與甲基丙烯酸酯共聚合之乙烯及從0.1至8重量%之一NIR反射顏料，其包含雲母及SiO2；b)該NIR反射著色層具有從100至400μm之一厚度，且包含聚丙烯或與順丁烯二酸酐共聚合之丙烯及從0.1至8重量%之NIR反射顏料，其亦為一著色顏料；且c)該耐候層包含聚醯胺12或聚丙烯。
  19. 一種適用於一光伏打模組之背層，該背層包含如請求項1至18中任一項之多層材料片。
  20. 一種光伏打模組，其包含如請求項19之背層。
  21. 如請求項20之光伏打模組，其以自面向太陽之前側至非面向太陽之背側的位置次序包含：一透 明頂部層；一前密封劑層；一太陽能電池層，其包含一或多個電互連的太陽能電池；一背密封劑層；及該背層。
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