專利名稱：用于光伏模塊的背板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光伏模塊。更具體地，本發(fā)明涉及保護(hù)背板。相關(guān)技術(shù)描述光伏模塊使用的太陽能是本世紀(jì)正在耗盡的化石燃料的最有希望的替代之一。然而，光伏模塊的生產(chǎn)及安裝依然是一個(gè)昂貴的過程。典型的光伏模塊由玻璃或柔性透明前板、太陽能電池、封裝材料、保護(hù)背板、覆蓋模塊邊緣的保護(hù)密封件和覆蓋密封件的鋁制周邊框架構(gòu)成。如

圖1所圖示，前板10、背板20以及封裝材料30和30’被設(shè)計(jì)為保護(hù)電池40陣列免受氣候劑、濕度、機(jī)械負(fù)載和碰撞的影響。此外，其還為人們的安全以及電流損耗提供電隔離。保護(hù)背板20用于延長(zhǎng)光伏模塊生命周期并提高其效率，從而降低每瓦光伏電的費(fèi)用。為了高的光透射率，前板10以及封裝材料30和30’必須透明，而為了美學(xué)目的背板必須高度不透明，為了功能目的背板必須且具有高反射性。需要輕而薄的太陽能電池模塊有多種原因，包括減輕重量，尤其是建筑(建造一體化PV)和空間應(yīng)用以及軍事應(yīng)用(整合入士兵裝備等)。此外，輕而薄的模塊有助于降低成本。此外，所消耗材料量的降低使得本發(fā)明更加“綠色”，從而節(jié)省更多自然資源。制造輕而薄的太陽能電池的一種方法是合并輕而薄的背板。然而，背面覆蓋材料還必須防潮以防止?jié)裾羝退臐B透，濕蒸汽和水可引起下面的部件(例如電線和電極)生銹并損害太陽能電池。此外 ，背板應(yīng)提供電隔離、機(jī)械保護(hù)、一定的UV穩(wěn)定性、對(duì)封裝材料的附著以及附接輸出引線的能力。目前使用的保護(hù)背板通常為層壓制品。圖2圖示了典型的層壓背板20。層壓制品
由聚氟乙烯22膜(其通常為Tedlara )、聚酯(PET)24和作為主要成分的乙烯醋酸乙烯酯
(EVA) 26的共聚物組成。EVA層26與封裝材料層30在模塊內(nèi)結(jié)合，并作為電介質(zhì)層且具有良好的防濕性能。其在尺寸上是穩(wěn)定的。白色EVA允許電能有效升高。聚酯層24非常強(qiáng)韌、具有出色的介電性能、尺寸穩(wěn)定且具有良好的防濕性能。聚氟乙烯層22作為非常強(qiáng)的耐候?qū)?。即便這些膜在所需的測(cè)試和實(shí)際使用過程中已達(dá)到了性能標(biāo)準(zhǔn)，但是其仍存在某些限制性，例如成本高以及Tedlars:膜的可用性有限?，F(xiàn)有技術(shù)材料(例如PVF(Tedlai1g))>ECTFE (Halar )和其它含氟聚合物)的另一個(gè)缺點(diǎn)是這類材料在環(huán)境溫度或適當(dāng)升高的溫度下不能被加工。例如，PVF膜是利用高沸點(diǎn)溶劑(通常為用于導(dǎo)向Tedlar 的二甲基乙酰胺，和用于鑄造Tedhr 的碳酸丙烯酯)通過鑄造過程從分散體生產(chǎn)。二甲基乙酰胺的沸點(diǎn)為164-166° C，且碳酸丙烯酯的沸點(diǎn)為200° C。分散體必須在160° C且溶劑含量為90%或更高的條件下加工以確保形成適當(dāng)?shù)哪?。由于PVF樹脂的熱不穩(wěn)定性，因而無法接受更高的溫度其熔融溫度和分解溫度如此接近以至于PVF在烘焙過程中會(huì)分解。結(jié)果，Tedlar 膜中總是存在殘余溶劑。DuPont報(bào)道顯示存在于所有導(dǎo)向Tedlar PVF膜中的二甲基乙酰胺(DMAC)殘留量的在0. 05至1. Owt%的范圍內(nèi)?？商娲?，ECTFE(Halar )膜可在350° C-375。C的溫度下通過熔體擠出生
產(chǎn)。結(jié)果，其不能很容易地與顏料、粘土等混合，且費(fèi)用高。美國(guó)專利No. 5，741，370建議可通過使用熱塑性烯烴(其包括兩種不同離聚物(例如鈉離聚物和鋅離聚物)的組合)作為后表皮材料來降低制造和模塊安裝成本，該組合被描述為產(chǎn)生可提高后表皮材料的水蒸汽阻擋特性使其超過各個(gè)離聚物成分的阻擋特性的協(xié)同效應(yīng)。此外，該專利公開了離聚物封裝材料與雙離聚物后表皮一起使用。然而，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的報(bào)道稱離聚物樹脂包含游離和結(jié)合甲基丙烯酸，其在熔體加工過程中需要使用不銹鋼工具，因此增加了制造成本。光伏模塊制造技術(shù)年度轉(zhuǎn)包合同報(bào)告中 PVMaT 的改進(jìn)(PVMaT Improvements in the Solarex PhotovoltaicModule Manufacturing Technology Annual Subcontract Report), Solarex, 1998 年 5 月5日-1999年4月30日，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室，2000年I月，NREL/SR-520-27643。
發(fā)明概要本發(fā)明提供用于光伏模塊的保護(hù)背板。本發(fā)明的背板具有出色的耐候性、耐熱性、保色性、層和封裝材料之間的附著性以及抗劃性。背板可使由于濕氣滲透而導(dǎo)致的太陽能模塊性能降低最小化。其還可在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)獲得所需的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，所述的背板(或可替代地稱為后表皮)可制成美觀的形式。本發(fā)明的背板通過使用液態(tài)涂料涂覆技術(shù)，之后用EVA層壓生產(chǎn)，且可根據(jù)涂覆需要進(jìn)行調(diào)整。此外，使用所述的后表皮材料的太陽能電池模塊的優(yōu)點(diǎn)包括有效降低了制造成本。后表皮中使用的液態(tài)涂料制劑克服了現(xiàn)有技術(shù)后表皮的一個(gè)或多個(gè)缺陷。該后表皮可被制成薄于目前可用的后表皮。背襯材料包括可在環(huán)境溫度或適當(dāng)升高的溫度下加工的更容易獲得的材料。這些液態(tài)涂料可直接涂覆在層壓制品的第二層，從而避免了使用粘合劑的需要。此外，其可很容易地與添加劑(例如顏料、粘土等)混合。一方面，用于光伏模塊的背板被描述為具有包括可溶于有機(jī)溶劑的可交聯(lián)無定形含氟聚合物的層。含氟聚合物可以是三氟氯乙烯(CTFE)和一種或多種烷基乙烯基醚(包括具有反應(yīng)性O(shè)H官能團(tuán)的烷基乙烯基醚)的含氟共聚物。背板可包括與含氟共聚物混合的交聯(lián)劑。背板也可包括附加層，例如聚酯層。另一個(gè)實(shí)例中，背板也可包括EVA層。其它可選擇的附加層可包括聚酯與EVA共擠、聚酯與離聚物共擠、聚碳酸酯、聚烯烴、聚氨基甲酸酯、液晶聚合物、三氟氯乙烯均聚物(aclar)、鋁、濺射氧化鋁聚酯、濺射二氧化硅或氮化硅聚酯、濺射氧化鋁聚碳酸酯 以及濺射二氧化硅或氮化硅聚碳酸酯的一種或多種。背板的含氟共聚物層可使用粘合劑或不使用粘合劑施加于聚酯層，或其它類型的層。此外，其可作為單個(gè)層或多個(gè)層施加。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氟共聚物層的厚度小于lmil。在另一方面，含氟共聚物具有厚度大于Imil的層。在另一個(gè)實(shí)施方案中，背板包括
二氧化硅。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氟共聚物層包括氮化硼。添加氮化硼起到提高含氟共聚物層對(duì)聚酯層或其它類型層的粘附的作用以形成背板。當(dāng)背板暴露于氣候因素時(shí)，氮化硼在提聞?wù)掣椒矫嫣貏e有用。在本發(fā)明的另一方面，描述了用于光伏模塊的背板。背板具有包括四氟乙烯(TFE)和具有反應(yīng)性O(shè)H官能團(tuán)的烯烴的共聚物的層。背板還可包括與含氟共聚物混合的交聯(lián)劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氟共聚物層的厚度小于lmil。在另一個(gè)實(shí)施方案中，含氟共聚物層的厚度大于lmil。在另一個(gè)實(shí)施方案中，背板還具有離聚物層。在本發(fā)明的另一方面，描述了用于光伏模塊的背板。背板具有包括聚偏二氟乙烯的層。背板還可包括與含氟共聚物混合的交聯(lián)劑。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氟共聚物層的厚度小于lmil。在另一個(gè)實(shí)施方案中，含氟共聚物層的厚度大于lmil。在另一個(gè)實(shí)施方案中，背板還具有離聚物層。含氟共聚物可以是或包括一種或多種含氟單體的三元共聚物。在一個(gè)實(shí)施方案中，三元共聚物包括偏二氟乙烯、四氟乙烯和六氟丙烯。再者，背板也可包括附加層(例如聚酯層)?？墒褂没虿皇褂谜澈蟿⒑簿畚飳邮┘佑诰埘?。含氟共聚物層可作為單個(gè)層或透明且著色的多個(gè)層的組合施加。此外，可采用電暈或化學(xué)方法處理聚酯膜來提高粘附。在一個(gè)實(shí)施方案中，含氟共聚物涂料制劑中添加氮化硼。添加氮化硼可顯著提高涂料對(duì)附加襯底層(尤其是聚酯襯底)的粘附。氮化硼(例如來自ZypCoatings的粉末形式)的添加量以重量計(jì)優(yōu)選為大約2. 5%_12%，更優(yōu)選為大約5-10%。背板也可包 括EVA層。在另一個(gè)實(shí)施方案中，背板包含二氧化硅。其它可選擇的附加層可包括聚碳酸酯、聚酯與EVA共擠、聚烯烴、聚氨基甲酸酯、液晶聚合物、三氟氯乙烯均聚物、鋁、濺射氧化鋁聚酯、濺射二氧化硅或氮化硅聚酯、濺射氧化鋁聚碳酸酯以及濺射二氧化硅或氮化硅聚碳
酸酯、濺射氧化鋁Lumifkm 、濺射氧化鋁Zeffle 、濺射二氧化硅或氮化硅LumiflonJi射二氧化硅或氮化硅Zeffle 的一個(gè)或多個(gè)。在另一方面，提供了修復(fù)光伏模塊的背板的方法。該方法包括將包括三氟氯乙烯(CTFE)與一種或多種烷基乙烯基醚(包括具有反應(yīng)性O(shè)H官能團(tuán)的烷基乙烯基醚)的無定形含氟共聚物的制劑施加到背板上需要修復(fù)的區(qū)域的步驟。在一個(gè)實(shí)施方案中，該制劑在環(huán)境溫度或適當(dāng)升高的溫度下被施加到背板上。在另一個(gè)實(shí)施方案中，制劑由第一和第二成分組成，第一和第二成分置于配備有靜態(tài)混合器的雙筒注射器內(nèi)且通過附在注射器上的涂覆器涂覆。在一個(gè)實(shí)施方案中，制劑的第一成分由交聯(lián)劑和溶劑的混合物組成，且第二成分由溶劑和含氟共聚物的混合物組成。在本發(fā)明的另一方面，描述了另一個(gè)用于光伏模塊的背板。該背板具有包括固化在襯底上的含氟聚合物的層，且該包括含氟聚合物的層包括疏水性二氧化硅。在一個(gè)實(shí)施方案中，襯底可由聚酯樹脂制成，并可用聚二甲基硅氧烷聚合物對(duì)疏水性二氧化硅進(jìn)行表面處理。包括含氟聚合物的層中含有的二氧化硅的量以重量計(jì)在2. 5至15. 0%的范圍內(nèi)，且優(yōu)選在7. 5至12. 5%的范圍內(nèi)。此外，包括含氟聚合物的層還可包括二氧化鈦。附圖簡(jiǎn)沭為了更好地理解本發(fā)明，可參考附圖。圖1示出典型光伏模塊的組件的展開圖。圖2示出典型背板的一個(gè)實(shí)施方案。圖3是示出與基于Tedlar的背板相比，基于Lumiflon的背板的UV穩(wěn)定性的圖。圖4示出與修復(fù)工具一起使用的涂覆器的實(shí)施例。圖5是示出水蒸汽的透過率(WVTR)相對(duì)于添加的疏水性二氧化硅的量的圖。圖6是示出WVTR相對(duì)于添加的二氧化鈦的量的圖。圖7是示出當(dāng)將二氧化鈦的量固定為以重量計(jì)25. 3%時(shí)，WVTR相對(duì)于添加的二氧化硅的量的圖。

迸述本發(fā)明提供了用于光伏模塊的保護(hù)背板。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過利用液態(tài)涂料涂覆技術(shù)生產(chǎn)背板。在優(yōu)選實(shí)施方案中，液態(tài)涂料涂覆后進(jìn)行EVA層壓。可根據(jù)涂覆需要調(diào)整該過程。在另一個(gè)實(shí)施方案中，提供了封裝材料。封裝材料具有出色的耐候性、耐熱性和UV穩(wěn)定性、對(duì)背襯材料和太陽能模塊的其它組件的粘附、電隔離以及出色的保色性(不變黃)。所描述的封裝材料通過噴涂施加，因此不再需要在升高的溫度下進(jìn)行真空層壓過程并降低了制造成本。在另一方面，使用“修復(fù)工具”提供了快速簡(jiǎn)單地修復(fù)破損或其他被損壞的后表皮的方法。該方法和修復(fù)工具使得可快速對(duì)劃傷的背板進(jìn)行美觀、牢固的涂布，而無需極端溫度和壓力。此外，這樣的“修復(fù)工具”允許快速有效的“原位”修復(fù)。根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行的修復(fù)工具涂覆滿足IEC60664-1、IEC61730、IEC1646和ASTMF1249的所有要求。在本發(fā)明的該方面的優(yōu)選實(shí)施方案中，通過使用配備有靜態(tài)混合器和涂覆器的雙筒注射器來涂覆“修復(fù)”制劑。本發(fā)明中使用的液態(tài)涂料制劑可在環(huán)境溫度或適當(dāng)升高的溫度下涂覆。液態(tài)涂料制劑的主要成分為含氟聚合物，且優(yōu)選為可溶于有機(jī)溶劑或水分散的可交聯(lián)無定形含氟聚合物。本發(fā)明中可使用的含氟聚合物的非限制性實(shí)例包括三氟氯乙烯(CTFE)(例如T,IimifIon(R) (Asahi Glass Co. , Ltd.) )、Cefral Coat (Central Glass Co. Ltd)和
Fluonate (Die Corporation)的含氟共聚物；四氟乙烯(TFE)聚合物，例如Zeffle
(Daikin Industries, LTD);以及具有氟燒基并包括氟燒基單元的聚合物,例如Zonyl
(E.1. du Pont de Nemours and Company)和 Ullidyne (Daikin Industries, LTD)和聚
偏二氟乙烯?？紤]到CTFE和TFE的色素可分散性、耐候性、可共聚性和耐化學(xué)性很出色，因此這些物質(zhì)之中優(yōu)選這二者。具有可固化官能團(tuán)的氟烯烴聚合體的實(shí)例包括TFE、異丁烯、羥丁基乙烯基醚和另一種單體的共聚物以及TFE、VdF、羥丁基乙烯基醚和另一種單體的共聚物。其它可共聚單體的非限制性實(shí)例為(例如)羧酸的乙烯酯，例如醋酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、異丁酸乙烯酯、新戊酸乙烯酯、己酸乙烯酯、柯赫酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、環(huán)己基羧酸乙烯酯和苯甲酸乙烯酯；烷基乙烯基醚，例如甲基乙烯基醚、乙烯基乙醚、乙烯基丁醚和環(huán)己基乙烯基醚；和含氟單體，例如三氟氯乙烯(CTFE)、氟乙烯(VF)、偏二氟乙烯(VdF)和氟化乙烯基醚。涂料的優(yōu)選成分包括具有以下結(jié)構(gòu)的含氟共聚物
權(quán)利要求
1.用于促進(jìn)含氟聚合物涂料粘附至用于光伏模塊的背板的襯底的方法，包括 在背板襯底上涂覆包括含氟聚合物的層， 其中，所述包括含氟聚合物的層包括足夠量的氮化硼以促進(jìn)粘附至襯底以形成背板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述襯底由聚酯樹脂制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述包括含氟聚合物的層包括疏水性二氧化硅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，包含在所述包括含氟聚合物的層中的氮化硼的量以重量計(jì)在2-30%的范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述包括含氟聚合物的層還包括二氧化鈦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述包括含氟聚合物的層包括三氟氯乙烯(CTFE)和一種或多種烷基乙烯基醚的含氟共聚物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其還包括與所述含氟共聚物混合的交聯(lián)劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其還包括添加一個(gè)或多個(gè)附加層的步驟，所述一個(gè)或多個(gè)附加層包括聚酯、聚碳酸酯、聚烯烴、聚氨基甲酸酯、液晶聚合物、三氟氯乙烯均聚物、鋁、濺射氧化鋁聚酯、濺射二氧化硅聚酯、濺射氧化鋁聚碳酸酯和濺射二氧化硅聚碳酸酯的一種或多種。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，包括與所述含氟共聚物混合的交聯(lián)劑的層在未使用粘合劑的情況下被涂覆到聚酯層上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其還包括添加EVA層。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所包括的所述氮化硼在約5-10重量％的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于光伏模塊的保護(hù)背板。該背板具有包括固化在襯底上的含氟聚合物的層，且該層包括氮化硼。該層中含有的氮化硼的量以重量計(jì)在2至30.0%的范圍內(nèi)，且優(yōu)選在5至10%的范圍內(nèi)。此外，包括含氟聚合物的該層還可包括二氧化鈦。
文檔編號(hào)C08K3/38GK103068895SQ201180041232
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2011年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者瑪麗娜·塔姆申科, 大衛(wèi)·威廉·埃維森, 弗蘭克·安東尼·曼納里諾, 賽繆爾·林 申請(qǐng)人:馬迪可公司