專利名稱：丙烯酸光伏打模塊背板的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及作為一個光伏打模塊背板的一部分有用的一種丙烯酸層(處于一種涂層、薄膜、或薄片的形式)。該丙烯酸層包含至少百分之40的一種或多種丙烯酸聚合物，包括一種丙烯酸聚合物基質以及可任選的多種丙烯酸抗沖擊改性劑。該丙烯酸聚合物優(yōu)選是包含至少50重量百分比的甲基丙烯酸甲酯單體單元的一種聚合物、共聚物、或三聚物。該丙烯酸層是柔性的并且可任選地包含高水平的白色顏料。它還可以包含氟聚合物類(例如聚偏二氟乙烯)以改進耐氣候性、可加工性以及成膜性。該丙烯酸層粘附至一個聚合物支撐層上，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。一種優(yōu)選的基片是預處理過以改進粘附性的PET，但是同樣可以使用未打底漆的PET。該背板作為一個光伏打模塊的一部分提供了優(yōu)異的耐氣候性、環(huán)境穩(wěn)定性以及反射率。
背景技術：
光伏打(PV)模塊由一種外部上釉材料、總體上包封在用于防護的一個透明封裝件中的多個太陽能電池、以及一個背板組成。這些太陽能電池是由已知的用在太陽能收集器中的材料制成的，這些材料包括但不限于硅(結晶的或無定形的)、硒化鎘銦(CIS)、硒化鎘銦鎵(CIGS)、以及量子點。這種背板是在光伏打模塊的背面暴露于環(huán)境中。背板的主要功能是提供電絕緣性、低的水蒸氣透過性、紫外線保護、以及氧氣阻隔特性，這些對于保護光電池(例如硅晶片)免于同水、氧氣、和/或紫外線輻射進行的反應而引起的降解是有必要的。因為這些光電池總體上是包封在乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、或一種熱塑性密封劑中的，當這些部件被層壓在一起時，該背板材料應很好地粘附至EVA或熱塑性密封劑上。在光伏打模塊中已使用了金屬片(如鋼或鋁)作為背板。更近來，已使用了聚合物材料，如TEDLAR，來自DuPont的一種聚氟乙烯(PVF)材料(US 6，646，196)、一種離聚物/尼龍合金(US 6，660，930)、以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET以相對低的成本呈現(xiàn)出優(yōu)異的水蒸汽阻抗性；然而它易于受到因暴露于環(huán)境影響(如紫外和紅外輻射、以及臭氧)造成的降解。在多種背板構造中是通過PVF薄膜來保護PET的，這些薄膜是強韌的、光穩(wěn)定的、耐化學性的、長期暴露于濕氣中不受影響的、并且在表面處理后很好地粘附至EVA上的。光伏背板的典型的構造是PVF/PET/PVF、PVF/A1/PVF、以及PVF/PET/A1/PVF多層的層壓薄膜，厚度為100微米到450微米。不幸的是，PVF是一種相對昂貴的材料。另外，PVF具有相對較差的對PET的粘附性。粘附性典型地是通過處理聚合物表面進行增補以提高PVF薄膜的粘附性。對于有效的粘附需要一種粘合劑，這增加了成本和制造步驟。已經展示了一種聚偏二氟乙烯背板組合物以提供超越PET/PVF技術的性能、加工、以及成本上的改進，如在WO 08/157, 159中所描述的。在US 61/157，022中提議了一種可熱成型的、高Tg的甲基丙烯酸薄片(尤其是用于聚光光伏打模塊)。對一種堅韌的背板材料存在一種需要，該材料可以容易地粘附至PET上并且經受對一個有效背板的嚴格要求，而且還比當前使用的材料更廉價。
出人意料地，申請人已發(fā)現(xiàn)一種丙烯酸涂層、薄膜、或薄片可以容易地直接粘附至PET上，在比當前使用的氟聚合物更低的成本下提供了優(yōu)異的氣候保護和濕氣保護。PET優(yōu)選經過預處理以改進粘附性。本發(fā)明的另一個優(yōu)點是高水平的白色顏料容易摻入到丙烯酸材料中，從而提供了優(yōu)異的太陽光反射率。顏料有時難以分散目前使用的背板構造的組合物，并且因此有時需要多個層用于顏料摻入(尤其當使用大量的顏料時)。這樣的多層結構導致了附加的制造步驟和成本。發(fā)明概述本發(fā)明涉及一個多層背板，該多層背板包括粘附至一個聚合物支撐層的一個丙烯酸層，其中該丙烯酸層包括按重量計至少百分之40的一種或多種丙烯酸聚合物，其中該丙烯酸層處于具有從10微米到200微米的厚度的一種涂層、薄膜、或薄片的形式，并且其中該背板作為光伏打模塊的背板是有用的。本發(fā)明進一步涉及具有本發(fā)明的背板的一種光伏打模塊。發(fā)明詳細說明本發(fā)明涉及具有一個丙烯酸層(處于粘附至一個聚合物支撐層的一種丙烯酸涂層、薄膜、或薄片的形式)的一種多層光伏打背板構造。丙烯酸層使用了一個丙烯酸層(處于一種涂層、薄膜、或薄片的形式)以提供對一個光伏打模塊背面的保護。該丙烯酸層可以是一個單丙烯酸層、或由兩個或多個丙烯酸層彼此密切接觸而形成的一種多層結構。該丙烯酸層粘附至一個支撐基片上，盡管在一些情況下對于該丙烯酸層可能有利的是處于支撐基片面向太陽光收集器的一側，但是優(yōu)選面向環(huán)境。該丙烯酸層必須能夠在加工過程中達到的溫度下并且能夠在PV模塊工作時達到的使用溫度下粘附至支撐層上。該丙烯酸層包含至少40重量百分比、優(yōu)選多于50重量百分比、并且可以包括60或更多的重量百分比的一種或多種丙烯酸聚合物，包括一種丙烯酸基質聚合物以及可任選的多種丙烯酸抗沖擊改性劑。該丙烯酸層可以另外包含一種或多種不同的添加劑，例如顏料、易混合的聚合物、以及其他添加劑。該背板需要高水平的尺寸穩(wěn)定性。尺寸穩(wěn)定性的主要部分來自該支撐層。該丙烯酸聚合物層應該或者具有高于25°C、優(yōu)選高于40°C、并且更優(yōu)選高于55°C的一個Tm(如果所述層是結晶的或半結晶的)，或者具有高于10°C、優(yōu)選高于40°C、并且更優(yōu)選高于40°C、并且甚至更優(yōu)選高于55°C的一個Tg(如果所述層是無定形的)。優(yōu)選地，該丙烯酸層或者具有高于70V的一個Tm或一個Tg，并且對于丙烯酸層可能更優(yōu)選具有高于85°C的Tm或Tg。在一個實施方案中，該丙烯酸層具有一個高的Tm或Tg，對于一個半晶體或晶體層具有高于130°C、更優(yōu)選高于140°C、并且甚至高達高于150°C或160°C的一個Tm，或者對于一個無定形丙烯酸層具有高于90°C、優(yōu)選高于95°C、并且更優(yōu)選高于10(TC的一個Tg。該丙烯酸層甚至可以是一種高Tg的丙烯酸共聚物。在此使用的“高Tg”是指高于聚甲基丙烯酸甲酯的一個Tg，如通過差示掃描熱量法所測得的，優(yōu)選110°c或更高，更優(yōu)選115°c或更高，甚至更優(yōu)選120°C或更高，并且可以甚至高達125°C或更高。該高Tg組合物可以是a)由甲基丙烯酸甲酯和至少一種其他單體組成的一種高Tg共聚物，其中所生成的共聚物具有高于聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA，Tg為105°C )的一個Tg、或b) —種(甲基)丙烯酸聚合物與至少一種易混合的、半混合的或相容
5的聚合物的一個共混物，其中總的Tg(對于一種易混合的聚合物)或Tg中至少一個(對于一種半混合的聚合物)為高于110°C、或c)具有比無規(guī)聚合的PMMA更高水平的間同規(guī)整度的聚(甲基丙烯酸甲酯)。本發(fā)明的丙烯酸基質聚合物是一種丙烯酸均聚物或共聚物。在此使用的“共聚物”是指一種具有兩種或多種不同單體單元的聚合物。該共聚物可以是一種三聚物，具有三種或更多種不同的單體單元、或具有四種或更多種不同的單體單元。該共聚物可以是一種無規(guī)共聚物、一種梯度共聚物、或通過一種受控的聚合反應方法而形成的一種嵌段共聚物。該共聚物還可以是一種接枝共聚物，或具有一個受控的結構，如一個星形或梳形。優(yōu)選地，該共聚物是通過一種自由基聚合方法或一種陰離子聚合方法而形成的，并且該方法可以是本領域中已知的任何聚合方法，包括但不局限于乳液、溶液、懸浮聚合，并且可以批量和半批量地完成。該丙烯酸基質均聚物或共聚物優(yōu)選包含至少50重量百分比的甲基丙烯酸甲酯單體單元，優(yōu)選至少70重量百分比并且更優(yōu)選至少85重量百分比的甲基丙烯酸甲酯單體單元。該丙烯酸共聚物包含從0. 01到50、優(yōu)選3到25、并且更優(yōu)選4到15重量百分比的至少一種共聚單體?？梢再x予一種共聚物一個更高Tg的有用的單體包括但不局限于甲基丙烯酸、丙烯酸、衣康酸、取代的苯乙烯類、α甲基苯乙烯、馬來酸酐、甲丙烯酸異冰片酯、甲丙烯酸降冰片酯、甲基丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯、甲基丙烯酸苯酯、丙烯酰胺、N-異丙基丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、取代的馬來酰亞胺類、戊二酰亞胺、以及馬來酰亞胺。該甲基丙烯酸甲酯共聚物可以另外包含與甲基丙烯酸甲酯可共聚的一種或多種其他的乙烯基單體，包括但不局限于其他丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯單體或其他烯鍵式不飽和單體，包括但不局限于苯乙烯、α甲基苯乙烯、以及丙烯腈。在該單體混合物中有用的其他甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯單體包括，但不限于丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸異辛酯以及丙烯酸異辛酯、丙烯酸月桂酯以及甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸十八酯以及甲基丙烯酸十八酯、丙烯酸異冰片酯以及甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸甲氧乙酯以及甲基丙烯酸甲氧乙酯、丙烯酸-2-乙氧乙酯以及甲基丙烯酸-2-乙氧乙酯、丙烯酸二甲氨基乙酯以及甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的單體。在一個實施方案中，還可以使用少量的多官能的單體作為交聯(lián)劑。適合的交聯(lián)單體包括但不限于，例如，甲基丙烯酸烯丙酯、丙烯酸烯丙酯、二乙烯基苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯以及二丙烯酸乙二醇酯、三丙烯酸乙二醇酯以及三甲基丙烯酸乙二醇酯、二甲基丙烯酸丁二醇酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、異氰尿酸三烯丙酯、N-羥甲基丙烯酰胺、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺以及N，N-亞甲基二甲基丙烯酰胺、檸檬酸三烯丙酯、三羥甲基丙燒三丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、二乙二醇二乙烯基醚、以及類似物。通過輻射或熱方法的交聯(lián)可以被用于在將丙烯酸聚合物施加到PET后形成交聯(lián)。在丙烯酸聚合物中單體的選擇可以取決于有待向丙烯酸聚合物中加入的添加劑。當加入高度親水的顏料(如TiO2和BaSO4納米顆粒)時，親水的單體單元在聚合物中的存在將協(xié)助顏料到丙烯酸聚合物基質的均勻摻入。在一個實施方案中，該丙烯酸基質是一種共聚物，包含至少0.01重量百分比、并且優(yōu)選從1到25重量百分比、更優(yōu)選2到20重量百分比的極性的功能化單體單元。功能化可以產生于一種或多種功能化單體的共聚反應、一種或多種功能化單體的接枝、或者丙烯酸聚合物的后聚合功能化。功能化可以作為功能化的嵌段在一種嵌段共聚物中存在。有用的功能化單體包括但不局限于包含酸、酸酐、羥基、環(huán)氧基、以及胺的基團的那些。有用的功能化共聚單體的實例包括但不限于胺官能的:N, N-二甲基氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、N，N-二乙氨基乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺、N-甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N-乙氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N，N-二乙氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺或N-叔丁基丙烯酰胺或N-乙基(甲基)丙烯酰胺、或這些化合物的氯化物羥某官能血2-羥乙基(甲基)丙烯酸酯、羥丙基(甲基)丙烯酸酯、4-羥丁基(甲基)丙烯酸酯、縮水甘油基(甲基)丙烯酸酯、乙基α -羥基甲基丙烯酸酯、以及2，3- 二羥基丙基(甲基)丙烯酸酯羧酸和酸酐官能度馬來酸酐、馬來酸、取代的馬來酸酐、馬來酸酐的單酯、衣康酸酐、衣康酸、取代的衣康酸酐、戊二酸酐、衣康酸的單酯、富馬酸、富馬酸酐、富馬酸、取代的富馬酸酐、富馬酸的單酯、巴豆酸以及它的衍生物、丙烯酸、以及甲基丙烯酸氰基烷氧基燒基(甲基)丙烯酸酯類,例如ω-氰基乙氧基乙基丙烯酸酯、或ω-氰基乙氧基乙基甲基丙烯酸酯句,含一個芳呑環(huán)和一個羥某某閉的乙烯某單體，例如乙烯某苯酚、對乙烯某芐某醇、間乙烯基苯乙基醇、乙烯基吡咯烷酮、以及乙烯基咪唑；以及其他功能化單體,烯丙基溶纖齊U、烯丙基甲醇、甲基乙烯基甲醇、烯丙基醇、methyllyl alcohol、縮水甘油基甲基丙烯酸酯、3，4_環(huán)氧丁基丙烯酸酯、丙烯腈、甲基丙烯腈、氰基乙基甲基丙烯酸酯、氰基乙基丙烯酸酯、以及摻入三烷氧基硅烷烷基側基的丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯類，除其他之外。具有在本發(fā)明中有用的親水部分的可聚合的表面活性劑或大分子單體的例子包括但不局限于1-烯丙氧基-2-羥基丙烷磺酸鈉、磷酸酯甲基丙烯酸單體、聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯、1-甲基丙烯酰基酰氨基、2-咪唑啉酮乙烷。在一個實施方案中，該丙烯酸共聚物是梯度聚合物的一種嵌段共聚物。該嵌段共聚物可以通過一種受控的自由基聚合(CRP)方法來制成，這種自由基聚合方法例如但不限于原子轉移自由基聚合(ATRP)、可逆加成斷裂鏈轉移聚合(RAFT)、氮氧介導聚合(NMP)、硼介導聚合、以及催化鏈轉移聚合(CCT)。對于丙烯酸嵌段共聚物，一種優(yōu)選的方法是氮氧介導聚合。每個嵌段可以是一種均聚物或一種無規(guī)共聚物。在一個實施方案中，一種有用的嵌段共聚物是聚甲基甲基丙烯酸酯/甲基丙烯酸_b-聚丁基丙烯酸酯-b-聚甲基甲基丙烯酸酯/甲基丙烯酸。本領域的一名普通技術人員將認識到，在本發(fā)明的范圍之內可以形成其他類似的嵌段共聚物。此類嵌段共聚物的一個優(yōu)點是，它們可以提供所需的柔性，而沒有加入添加劑，如抗沖擊改性劑?？箾_擊改性劑丙烯酸基質的韌性和抗沖擊性可以任選地通過一種或多種抗沖擊改性劑的加入而改進。有用的抗沖擊改性劑包括嵌段共聚物類、接枝共聚物類、以及核-殼抗沖擊改性劑。這些抗沖擊改性劑本質上可以是丙烯酸或非丙烯酸。在一個實施方案中，具有柔軟的丙烯酸丁酯核的丙烯酸核-殼抗沖擊改性劑可以分散在丙烯酸共聚物基質中。與包含丁二烯共聚單體的抗沖擊改性劑相比，丙烯酸抗沖擊改性劑具有更好的戶外耐氣候性。因此優(yōu)選丙烯酸抗沖擊改性劑，并且與丙烯酸聚合物基質一起包括丙烯酸層的丙烯酸部分?？箾_擊改性劑的水平是丙烯酸聚合物的0到50重量百分比，并且優(yōu)選10到30重量百分比?？箾_擊改性劑的使用同樣影響了熔體或溶液粘度和流變學(熔體強度，剪切稀化)?？箾_擊改性的丙烯酸共聚物允許人們對機械性能(如韌性和柔性)加以改進。氟聚合物作為一種均勻的共混物，該丙烯酸層可以包含至少一種與(甲基)丙烯酸(共)聚合物易混合/半易混合/相容的聚合物。一種有用的易混合的聚合物是一種氟聚合物，并且尤其是聚偏二氟乙烯(PVDF)?？梢詫⒁环N氟聚合物共混到丙烯酸共聚物基質中以改進多種特性。氟聚合物必須是與該丙烯酸共聚物易混合、半易混合、或相容的。有用的氟聚合物包括聚偏二氟乙烯(PVDF)以及聚氟乙烯(PVF)。一種有用的氟聚合物是PVDF的一種均聚物或共聚物，該均聚物或共聚物包括至少75重量百分比的偏二氟乙烯單體單元。氟聚合物可以在丙烯酸層/氟聚合物共混物中存在，處于從40 60到100 0，優(yōu)選從51 49到95 5，優(yōu)選從60 40到95 5，并且甚至70 30到90 10 (基于一種或多種丙烯酸共聚物以及一種或多種氟聚合物的總重量)。氟聚合物可以是一種均聚物、或共聚物。特別有用的是包含按重量計至少百分之75的偏二氟乙烯單體單元的共聚物和三聚物。有用的共聚單體包括但不局限于偏二氟乙烯、三氟乙烯、四氟乙烯(TFE)、乙烯-四氟乙烯、以及六氟丙烯(HFP)。特別有用的PVDF/HFP共聚物包括來自Arkema Inc.的KYNAR FLEX沘50和3120。丙烯酸聚合物和PVDF的共混物可以通過任何已知的方法來形成，這些方法包括使用一種丙烯酸改性的氟聚合物(AMF)以形成一個涂層；將丙烯酸聚合物和PVDF的溶劑溶液混合以形成一個涂層；并且將丙烯酸聚合物和PVDF在熔融下混合，然后熔融擠出成為一個薄膜或薄片，從而允許以一種非常有成本效益的手段將PVDF混合到丙烯酸聚合物以用于一個光伏打背板。氟聚合物(并且尤其是PVDF均聚物或共聚物)具有優(yōu)異的耐氣候性、抗紫外線輻射性、耐溶劑/濕氣性、以及電絕緣性。它們作為共混物在丙烯酸聚合物中的使用可以在這些特性上帶來改進。該氟聚合物共混物還減小了脆性并且改進了高Tg丙烯酸聚合物的抗沖擊性。顏料本發(fā)明的丙烯酸層優(yōu)選包含基于一種或多種丙烯酸聚合物的重量的從0到50重量百分比的一種或多種顏料。這些顏料可以是一種任何顏色的無機或有機顏料。在一個優(yōu)選實施方案中，這種或這些顏料是白色的，從而提供高的白色反射水平，改進光捕獲效率，并且降低在一個光伏打模塊中的熱量積蓄。在丙烯酸層中使用5-50wt% (基于總的丙烯酸聚合物)、優(yōu)選10-40、并且更優(yōu)選25-35重量百分比的白色顏料。有用的白色顏料包括Ti02、BaS04、CaC03、Al203以及&ι0。在一個實施方案中使用TiO2納米顆粒。該TiO2可以用Al2O3和/或SW2在它的表面上進行修飾，或者用其他有機添加劑進行處理以協(xié)助分散?？梢酝ㄟ^本領域中已知的方法將顏料加入丙烯酸共聚物中。在一個實施方案中，可以使用一種單程混合法以通過雙螺桿混合形成一種丙烯酸/PVDF/Tih納米顆粒合金。通過多程混合提供了 TW2的甚至更好的分散，并且取決于TW2的粒度和表面處理甚至要求更好的分散。親水的丙烯酸共聚物在實現(xiàn)更好的親水性TiO2顏料的分散上是有用的。尤其在高的顏料負載水平上這是重要的。發(fā)現(xiàn)具有少量(甲基)丙烯酸單體單元的一種甲基丙烯酸共聚物、一種PVDF樹脂以及納米顆粒TiA的一個共混物在可見光G00-800nm)和太陽光區(qū)域(300-1200nm)產生了擴散程度更高的太陽光輻射反射率，并且改進了氣候老化和紫外線阻
8擋。其他添加劑在本發(fā)明的一個實施方案中，將與聚合物支撐層具有強的親和力的一種基于丙烯酸的粘合劑共混到丙烯酸層中。這改進了丙烯酸層直接對未處理的或處理過的PET或其他支撐層的粘附性。本發(fā)明的丙烯酸層可以任選地包含處于有效量的一種或多種添加劑，包括但不局限于紫外線穩(wěn)定劑，大約為1_4%，它可以是有機穩(wěn)定劑類(如二苯甲酮、苯并三唑、以及三嗪的衍生物)或用于永久紫外線保護的無機顆粒(例如納米aio)；增塑劑類；填充劑類； 著色劑類；顏料類；抗氧化劑類；抗靜電劑類；表面活性劑類；調色劑類；潤滑劑類；以及分散助劑類。處于從0. Iwt %到1. Owt %水平的抗氧化劑在避免一些高Tg聚合物(包括含有酸單體的那些聚合物)的泛黃上是有用的。少量的潤滑劑(如硬脂酸)在形成過程中作為一種脫模劑是有用的。反應添加劑(例如交聯(lián)劑)(可以是多官能的硅烷類、氮丙啶類、maleamines、異氰酸酯類、以及它們的組合)可以進一步與丙烯酸聚合物中的官能團反應以改進物理性能并且增強對未打底漆的PET薄膜的粘附性。在一個優(yōu)選實施方案中，該丙烯酸層是柔性的。在此使用的“柔性”是指具有100 微米或更小厚度的丙烯酸層可以在一個具有10_直徑的圓柱形桿上彎曲或折疊而不破壞該層的物理或光學特性。高達200微米的一個丙烯酸層可以在一個具有IOOmm直徑的圓柱形桿上彎曲或折疊而不破壞該薄膜/薄片的物理或光學特性。如果出現(xiàn)微裂紋、或者出現(xiàn)其他的物理或光學變化的話該丙烯酸層則不是柔性的。聚合物支撐層在該光伏打背板中，該丙烯酸層直接或間接地粘附至一個聚合物支撐層上。該支撐層被用來支撐該丙烯酸層，并且可以起到其他作用，如一個濕氣屏障、和/或介電層。該聚合物支撐層可以是一個單層，或可以具有一個多層構造(具有兩種或多種材料)。本發(fā)明的有用的支撐層的例子包括但不局限于聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene napthalate) (PEN)、功能化的聚烯烴類以及它們的合金。一個優(yōu)選的支撐層是一種PET層基片。本發(fā)明的支撐層基片處于一個薄片或薄膜的形式，并且具有從50um到500um、優(yōu)選75微米到250微米的厚度。該基片典型地是通過已知的方法形成的，如雙向拉伸法。有可能用一種未處理的支撐層來實踐本發(fā)明并且仍然具有良好的粘附性(例如通過一種功能化丙烯酸的使用)，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯的支撐層總體是由在本領域中已知的方法進行了預處理以改進粘附性，如用一種化學底漆進行涂覆、或用電暈和/或等離子體進行處理。PET在相對低的成本下呈現(xiàn)出優(yōu)異的水蒸汽耐受性；然而它易于受到來自因暴露于環(huán)境影響中(如紫外和紅外輻射、以及臭氧)造成的降解。在以下展現(xiàn)的一個實施方案中，使用PET作為一個示例性的支撐層，然而本領域的一名普通技術人員可以容易地想象出取代PET的其他聚合物支撐層。本發(fā)明的丙烯酸層粘附至聚合物支撐層上以形成一種背板結構。這種粘附可以是通過將丙烯酸層與一個處理過的或未處理的聚合物支撐層進行直接接觸。該粘附還可以是通過使用直接在丙烯酸層與聚合物支撐層之間的一個或多個結系層或粘合劑層。本發(fā)明
9的粘附還包括一種間接的粘附，其中一個或多個材料層存在于丙烯酸層與聚合物支撐層之間，其中每個層在對應的接觸區(qū)域彼此粘附。構造本發(fā)明的背板由粘附至支撐層(通常指的是PET) (P)上的丙烯酸層(A)組成，形成一種結構，縮寫為“AP”。在一個優(yōu)選的實施方案中，僅這兩層構成了整個背板構造。本發(fā)明還預先考慮到具有一個或多個附加層的其他復合結構。以下列出了多種可能的構造中的一些，盡管本領域的一名普通技術人員基于此處的說明可以想象到本發(fā)明的實施方案的其他結構。a)APE 這是丙烯酸層的一種三層結構，丙烯酸層直接連接至一個PET層上，該 PET層直接連接至一種EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)共聚物或其他熱塑性層上。該構造的厚度總體上是從75微米到450微米。這種構造對于在PV模塊中使用的密封劑具有良好的粘附性。這種結構的一個優(yōu)點是，它包括背板以及還有一種光伏打模塊的中間層的一部分，從而使得最終的PV模塊的組裝更為容易。b)打底漆的AP 這是一種三層結構，具有直接連接至一個PET層的一個丙烯酸層，該PET層直接連接至一個薄的底漆(1-100微米)上，例如乙烯乙酸乙烯酯-馬來酸酐 (EVA-MAH)三聚物或其他熱塑性塑料。這種構造對于在PV模塊中的密封劑具有良好的粘附性。這種結構的一個優(yōu)點在于，它是一種更有成本效益的背板，從而使得最終的PV模塊的組裝更為容易。e)APA 這種構造在一個PET層的兩側都具有一個丙烯酸層。在內側上的丙烯酸層是白色的，并且將提供改進的反射率，這是因為它更接近太陽能電池?？梢允褂帽〉牡灼?(例如多官能的硅烷類)用于更堅牢的粘附至一個EVA密封層。外側的丙烯酸層可以是白色、無色、或另一種顏色的。d) KPA這種構造具有一個聚(偏二氟乙烯)的外層(如ARKEMA的KYNAR樹脂) 以及一個內部的白色丙烯酸層。該構造將一個PVDF外層的優(yōu)異的耐氣候性與PET內側的一個白色丙烯酸層的增加的反射率相結合?？梢允褂靡环N底漆用于更好地將內層粘附至EVA 密封層上。e)丙烯酸涂覆的功能化聚烯烴類這是一種雙層結構，具有直接連接至一個厚的功能化聚烯烴層GOO-SOOum)(包括EPDM或EPDM衍生物)上的一個丙烯酸層。這種構造對于在PV模塊中的多種密封劑具有優(yōu)異的粘附性。這種結構的一個優(yōu)點在于，它也是相當有成本效益的，從而使得最終的PV模塊的組裝更為容易。背板形成 丙烯酸層組合物(包含丙烯酸聚合物和所有添加劑)可以通過將添加劑通過本領域中已知的方法共混到丙烯酸基質聚合物中來形成。然后該丙烯酸層組合物形成并且通過多種方法被施用到聚合物支撐層基片上(在此通過PET舉例說明)。雖然不是在所有情況下都要求，該PET基片總體上應是經預處理的以便增加粘附性?；谠诖颂峁┑呐秲热莺蛯嵗绢I域的一名普通技術人員可以想象到將多個組分共混并且將丙烯酸組合物施用到PET基片上的其他方法。 在用于形成該多層背板的一種方法中，首先通過已知的方法將一種丙烯酸組合物共混并且形成為一個單獨的薄片或薄膜，這些方法是例如熔融擠出、吹膜、擠出涂覆、擠出層壓和/或鑄膜。這些單層薄膜或薄片總體上厚度為10微米到200微米，并且優(yōu)選厚度為 15微米到100微米，更優(yōu)選厚度為20微米到50微米。該薄膜/薄片可以甚至是更厚的，對于高水平的顏料而言這允許了每單位的丙烯酸聚合物的顏料水平更低，這是因為決定反射率的將是顏料的總量和顏料分散。這在制造中是有利的，因為顏料/丙烯酸聚合物的母料需要是濃縮程度更低的，從而使得該母料更容易生成并且處理。然后在外部壓力下(或在真空中)在提高的溫度下(大約140°C -150°C )將該薄片或薄膜層壓到PET上。熱層壓溫度可以比高Tg丙烯酸聚合物的Tg更高，同時它可以稍微低于或接近于PVDF的熔融溫度。用于將丙烯酸層組合物施用到PET上的第二種方法是通過一種涂覆法?？梢詫⒈┧峋酆衔锖吞砑觿┕不烊胍环N水性或溶劑溶液或分散體中，并且通過溶液涂覆/流延、 滾涂、刷涂、凹版涂覆、柔版涂覆(flexographic coating)、熱傳遞涂覆(thermal transfer coat)、噴霧、或其他已知的方法將其施用到該PET基片上。然后將該涂層干燥，在PET上產生了一個薄的丙烯酸組合物層。有用的涂層厚度是從5微米到100微米，并且優(yōu)選15um到 50umo在將支撐層層壓到光伏打模塊的剩余部分上之后，可以將丙烯酸施用到該支撐層上。在這種情況下，可以通過本領域中已知的方法將一個涂層施用到已經層壓到PV模塊上的支撐層上。這種后-層壓涂覆法的一個優(yōu)點在于丙烯酸層的Tg或Tm可以更低，這是由于它沒有暴露于層壓條件下?？扇芜x地，可以將一個薄的保護性聚合物層(例如PVDF或另一種氟聚合物)施用到背板的外側，從而面向環(huán)境。特性本發(fā)明的丙烯酸/聚合物支撐層背板提供了優(yōu)異的長期耐氣候性、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性(優(yōu)選小于2%并且更優(yōu)選小于的收縮)、優(yōu)異的光反射/回收、優(yōu)異的耐濕氣性 (小于2. 5g/m2每天)以及優(yōu)異的電絕緣性(介電擊穿大于15KV)。丙烯酸聚合物層在一個濕熱測試中(處于85°C /85%的相對濕度)持續(xù)1000小時優(yōu)選不應該呈現(xiàn)出可見的變形，例如皺折、鼓泡以及分層。使用一種標準劃格剝離法(ASTM 3003/3359)對到PET基片的涂層粘附性進行了評估。對于染色的丙烯酸層(一個優(yōu)選的實施方案)，白色丙烯酸薄膜的光學反射在可見光區(qū)域在560nm處應該超過大約百分之80。另外，該丙烯酸組合物層可以在300-400nm處提供100%的紫外線阻擋保護，作為一種手段來保護PET層免受基于UV的降解。總的太陽光放射率被定義為在300-2500nm波長處的光學反射率。所希望的總的太陽光放射率應該是總夠高的(如高于60%)，這可以進一步增強PV模塊效率。根據(jù)AM 1.5G(在ASTM E927 中定義)在層壓的PV模塊中測量了 PV模塊效率。PV該光伏打模塊由一種正面上釉材料、一個太陽能電池中間層、以及背板組成。該上釉材料可以是玻璃或塑料，并且可以任選地涂覆有一薄層的氟聚合物。一個集中性光伏打模塊將包括透鏡以將太陽光輻射集中到太陽光收集器的更小區(qū)域上。在一個實施方案中，正面上釉材料還可以是一種高Tg甲基丙烯酸甲酯共聚物，它可以與在背板中所使用的相同或不同。該上釉需要允許在光譜的至少略微可用的部分中傳遞太陽光輻射。該上釉可以是清晰或模糊的，并且可以具有一個光滑的或不光滑的表面。該光伏打模塊的內部太陽光收集器是由一種能夠將太陽光輻射轉化成電流的材料構成的。該內層可以由本領域中已知的用于此目的的材料構成，包括但不局限于結晶硅、無定形硅、硒化銅銦(CIQ、硒化銅銦鎵(CIGQ、量子點、碲化鎘(CdTe)、無定形硅/微晶硅共混物。太陽光輻射收集器總體上是易碎的，并且因此被包封起來用于保護。密封劑可以是本領域中已知的任何密封劑。在一個實施方案中，密封劑是聚(乙烯乙酸乙烯酯)、聚(乙烯-丙烯酸)離聚物、有機硅、帶有過氧化物和穩(wěn)定劑的聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或帶有功能化聚烯烴類的熱塑性EVA合金。SM通用的實例中的薄膜是在以下條件下擠出的?？?2060下)，?？?K460 °F )，接頭 (460 °F )，區(qū)域 3 (450 °F )，區(qū)域 2 (440 °F )，區(qū)域 1 000 0F )、熔融 022 0F )，電動機荷載 (15-15AMPS)，螺桿轉速(16)以及壓力 G00_600psi)。使用一臺 Perkin Elmer Lambda 850/800UV/Vis或Lambda 950分光光度計用一個積分球在一個光反射中測定了光學反射率。使用Solar Spectrum RefIectance在300_2500nm處在一個黑色背景上(在用一個白色的陶瓷板B75校準后)測量了太陽光反射率。Kynar 、Plexiglas ⑧、禾口 Altuglas (商標歸 Arkema Inc.禾口 Arkema France PJf 有)以及帶有這些商標的產品可從Arkema Inc和Arkema France得到。ALTUGLAS HT 121 樹脂是甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸的一種共聚物。PLEXIGLAS 樹脂是甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯的一種共聚物。KYNAR 740樹脂是一種聚(偏二氟乙烯)均聚物。在這些實例中使用了來自DuPont的TiO2顏料，商品名為R103、R105、TS 6200、以及 R960。實例1 (薄膜).將包含 ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740 (聚偏二氟乙烯)/TiO2 (R105) (比例為38/37/25)的一個25um的白色光學薄膜與3 %的UV封裝料(lockage)(包含 TINUVIN 234、抗氧化劑 IRGAN0X 1010 以及 IRGAF0S 126) 一起在 440 ?？跍囟认聰D出。TiO2顆粒在25%的水平下使用以改進太陽光反射和紫外線阻擋性能。在3.5g/10分鐘下測量了熔體流動速率(MFR)。25um ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740/Τ 02 (R105)在 560nm 處呈現(xiàn)出高達90%的高的擴散光學反射率(太陽光反射率=74.5% )，在單程混合后伴有高的光學薄膜均勻性。在薄膜中沒有檢測到泛黃。在動態(tài)力學分析(DMA)中測定的儲能模量在 150°C下是 10. 5MPa。實例2 (AP).基于 ALTUGLAS HT 121 丙烯酸/Kynar740/Ti02 (R105) (38/37/25)配制了一種合金復合材料。將白色的、混合的、聚合物復合材料溶解在N-甲基吡咯烷酮(NMP) 中并且涂覆在選定的125um的DuPont預處理的Melinex 454 PET薄膜上。在將這些涂覆的AP薄片樣品干燥后，在一個標準X切口(X-hatch)剝離測試中測量了到PET基片的粘附性，并且發(fā)現(xiàn)粘附性是優(yōu)異的。對于高Tg丙烯酸合金涂覆的PET薄片，在150°C下沿著MD 和TD方向的低的熱收縮是小于1. 0%和0. 5%。除了優(yōu)異的紫外線阻擋外，白色的、混合的、 合金涂覆的PET薄片(涂層厚度為20um)在可見光和太陽光區(qū)域都呈現(xiàn)出高的反射率。性能數(shù)據(jù)在以下表1中示出。
表 1
物理特性單位白色合金涂覆的 PET (Ti02)總的薄片厚度um145±2PET厚度urn125±1涂層厚度um20 士 1涂層構成ALTUGLAS HT 121/Κ740/Τ 02wt. %38/37/25到PET基片的X切口粘附性—級別5B-100%通過熱收縮@150°C/30分鐘%/%-0. 85/-0. 15 (MD/ TD)紫外線阻擋@280-400 nm%100在560 nm處的光學反射率%86. 1-86. 8總的太陽光反射率%70. 9-71. 9實例3 (薄膜).將包含 ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740/Ti02 (R105)的一個!35um 的白色光學薄膜在450 °F的?？跍囟认聰D出。ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740/Ti02 (R105)具有的比例為35/34/31，連同3%的UV封裝料。在3. 3g/10分鐘下測量了熔體流動速率(MFR)。 35um ALTUGLAS HT 121/KYNAR 740/ 02 (R105)在 560nm 處呈現(xiàn)出高達 93% 的高的擴散光學反射率(太陽光反射率=79. 5% )。在薄膜中沒有檢測到泛黃。在動態(tài)力學分析(DMA) 中測量的儲能模量是在150°C下14. 3Mpa(或在140°C下26. 3MPa)。實例4 (AP).基于高 Tg 的 ALTUGLAS HT 121 丙烯酸 /Kynar740/Ti02 (R105) (35/34/31)配制了一種合金復合材料。為了改進太陽光反射和紫外線阻擋性能，以30%的水平使用TW2顆粒。將白色的、混合的、聚合物復合材料溶解在NMP中并且涂覆到選定的 125um的DuPont預處理的Melinex 454PET薄膜上。在將涂覆的AP薄片樣品干燥后，在一個標準X切口剝離測試中測量了對PET基片的粘附性，并且發(fā)現(xiàn)該粘附性是優(yōu)異的。對于高Tg丙烯酸合金涂覆的PET薄片，在150°C下的低的熱收縮沿著MD和TD方向已經實現(xiàn)了小于1.0%和0.5%。除了優(yōu)異的紫外線阻擋外，白色的混合的合金涂覆的PET薄片(涂層厚度為25um)在可見光和太陽光區(qū)域都呈現(xiàn)出相當高的反射率。性能數(shù)據(jù)在以下表2中示出ο表權利要求
1.一種多層背板，包括粘附至一個聚合物支撐層上的一個丙烯酸均聚物或共聚物層(丙烯酸層)，其中所述丙烯酸層包括按重量計至少百分之40的一種或多種丙烯酸聚合物，并且其中所述丙烯酸層處于具有從10微米到200微米的總厚度的一個或多個涂層、薄膜、或薄片的形式，并且其中所述背板作為光伏打模塊的背板是有用的。
2.如權利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸層或者具有一個高于25°C的Tm，如果所述層是結晶的或半結晶的，或者具有一個高于10°C的Tg，如果所述層是無定形的。
3.如權利要求2所述的背板，其中所述丙烯酸層或者具有一個高于70°C的Tm，如果所述層是結晶的或半結晶的，或者具有一個高于70°C的Tg，如果所述層是無定形的。
4.如權利要求3所述的背板，其中所述丙烯酸層或者具有一個高于85°C的Tm，如果所述層是結晶的或半結晶的，或者具有一個高于85°C的Tg，如果所述層是無定形的。
5.如權利要求1所述的背板模塊，其中所述丙烯酸層進一步包括基于丙烯酸聚合物重量的從5重量百分比到50重量百分比的一種或多種顏料。
6.如權利要求5所述的背板，其中所述一種或多種顏料是白色顏料。
7.如權利要求6所述的背板，其中所述白色顏料包括Ti02，、ZnO,以及BaSO4顆粒。
8.如權利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸聚合物包括一種丙烯酸基質以及基于丙烯酸聚合物總重量的從0重量百分比到50重量百分比的一種或多種抗沖擊改性劑。
9.如權利要求8所述的背板，其中所述丙烯酸聚合物包括一種丙烯酸基質以及基于丙烯酸聚合物總重量的從10重量百分比到30重量百分比的一種或多種丙烯酸抗沖擊改性劑。
10.如權利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸聚合物包括從0.01重量百分比到20重量百分比的功能化單體單元。
11.如權利要求10所述的背板，其中所述功能化單體單元包括丙烯酸、甲基丙烯酸、或它們的一種混合物。
12.如權利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸層進一步包括一種或多種氟聚合物，此類氟聚合物與所述丙烯酸聚合物是易混合的、半易混合的或相容的，并且其中所述一種或多種丙烯酸聚合物與所述氟聚合物之比是從40 60到100 0。
13.如權利要求12所述的背板，其中所述氟聚合物包括聚偏二氟乙烯的一種均聚物或共聚物，該均聚物或共聚物包括至少75重量百分比的偏二氟乙烯單體單元。
14.如權利要求12所述的背板，其中所述一種或多種丙烯酸聚合物與所述氟聚合物之比是從51 49至Ij 95 5。
15.如權利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸層具有一個高于110°C的Tg。
16.如權利要求1所述的背板，其中所述聚合物支撐層是選自聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、以及功能化聚烯烴類。
17.如權利要求1所述的背板，進一步包括一個或多個選自下組的附加層，該組由以下各項組成具有相同或不同構成的一個附加的丙烯酸層、一個氟聚合物層、一個乙烯乙酸乙烯酯(EVA)層、以及一個熱塑性層。
18.如權利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸層具有一個高于85°C的Tm亦或Tg，其中所述丙烯酸層包括至少51重量百分比的一種或多種丙烯酸聚合物，其中所述一種或多種丙烯酸聚合物包括具有從0. 01重量百分比到20重量百分比的功能化單體單元的一種丙烯酸聚合物基質，并且其中所述丙烯酸層包括基于該一種或多種聚合物重量的從5重量百分比到50重量百分比的一種或多種白色顏料。
19.如權利要求1所述的背板，其中所述丙烯酸聚合物層進一步是可交聯(lián)的、并且對多功能的基團是有反應性的。
20.如權利要求1所述的背板，其中所述的該丙烯酸層進一步包括多種反應性添加劑。
21.一種光伏打模塊，按順序從前到后包括a)一種太陽輻射透明的上釉材料；b)一個或多個太陽能電池；以及c)權利要求1的背板。
全文摘要
本發(fā)明涉及作為一個光伏打模塊背板的一部分有用的一種丙烯酸層(處于一種涂層、薄膜、或薄片的形式)。該丙烯酸層包含至少百分之40的一種或多種丙烯酸聚合物，包括一種丙烯酸聚合物基質以及可任選的多種丙烯酸抗沖擊改性劑。該丙烯酸聚合物優(yōu)選是一種聚合物、共聚物、或三聚物，包含至少50重量百分比的甲基丙烯酸甲酯單體單元。該丙烯酸層是柔性的并且可任選地包含高水平的白色顏料。它還可以包含氟聚合物類(例如聚偏二氟乙烯)以改進耐氣候性、可加工性以及成膜性。該丙烯酸層粘附至一個聚合物支撐層上，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。一種優(yōu)選的基片是預處理過以改進粘附性的PET，但是同樣可以使用未打底漆的PET。該背板作為一個光伏打模塊的一部分提供了優(yōu)異的耐氣候性、環(huán)境穩(wěn)定性以及反射率。
文檔編號H02N6/00GK102369657SQ201080010842
公開日2012年3月7日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權日2009年3月3日
發(fā)明者M·A·奧巴特, R·A·瓦納特, R·M·胡, 葛家新 申請人:阿科瑪法國公司