用于pv模塊熱管理的相變材料的新型共聚物的制作方法
【專利說明】用于PV模塊熱管理的相變材料的新型共聚物 相關申請的奪叉引用
[0001] 本申請要求于2012年12月10日提交的美國臨時專利申請No. 61/735,413的權 益，其公開內容在此通過引用以其整體并入本文。
技術領域
[0002] 本發明涉及可與光伏（PV)模塊一起使用的相變材料（PCM)。
【背景技術】
[0003] 目前，含氟聚合物和聚（對苯二甲酸乙二醇酯）（PET)的復合物通常用于光伏模塊 的背板中。例如，在外側的含氟聚合物層提供耐候性，并且在芯層中的PET提供介電絕緣 和機械強度。另外，芯層另一面上的另一含氟聚合物層可以提供與光伏模塊中的封裝材料 (encapsulant material)，例如乙稀丙稀酸乙稀醋（EVA)封裝料的粘結。
[0004] 但是，使用含氟聚合物和PET的背板具有若干缺點。其一，PET是易水解的，且因 此可能在高溫和/或潮濕條件下失效。其二，含氟聚合物（如PVF、PVDF或ETFE)難以加工 成膜，其價格昂貴，并且受制于原料的供應。其三，不同聚合物層的使用要求用粘合劑將它 們粘結在一起，并且該粘合劑可能在長時間的戶外使用中失效。
[0005] 因此，已經研宄了大量的可與光伏模塊一起使用的可替換的背板組合物。例如， Honeywell公司已經開發了復配的熱塑性聚烯烴層，其與EVA封裝的光伏模塊粘合良好，然 而，相較于現有技術，其具有在高操作溫度下的有利性能且不具有高水蒸氣滲透率。此類層 的實例可見于在2012年11月29日提交的，題為"Photovoltaic Module Backsheet Having a Thermoplastic Polyolefin Composite Layer"（"具有熱塑性聚稀徑復合層的光伏模塊 背板"）的美國臨時申請61/731，400( "400申請"），其在此通過引用并入本文。
[0006] 然而，光伏模塊中的高溫不僅會影響其中材料的完整性，高溫還可以影響光伏模 塊的電力生產。研宄已經確認，硅光伏電池的電力產出隨著溫度增加急劇下降。例如，如美 國專利申請公開No. 2010/0288333 Al( "333申請"）中指出的那樣，與25°C的測試溫度相 比，在64°C的溫度下晶體硅光伏模塊的效率預期減少69%。"333申請"提出在光伏模塊背 板中使用固/液PCM ;但是與在"400申請"中解決的問題類似，當PCM呈液態時，這類材料 在尚溫下具有不良的尺寸穩定性。 發明概沭
[0007] 為了解決上述問題，本發明人研宄了與光伏模塊一起使用的固/固相變材料（固 /固PCM)。固/固PCM是一種當其用于光伏模塊中時，能夠通過由晶體形式轉變為無定形 形式來清除和儲存多余熱量的材料。固/固PCM可用于或并入各種對有溫度調節和蓄熱有 需求的產品和應用中。例如，按照本發明的固/固PCM可以加工成膜和并入到光伏模塊中。
[0008] 根據本發明的第一方面，提供一種具有聚烯烴骨架聚合物和可結晶側鏈的復配型 固/固PCM。更具體地，該固/固PCM具有帶有聚烯烴重復單元的共聚物骨架，并且可結晶 側鏈接枝至共聚物骨架上。最具體地，該共聚物為聚（乙烯-共-甲基丙烯酸縮水甘油酯） (PE-co-GMA)，并且聚乙二醇（PEG)是可結晶側鏈。
[0009] 根據本發明的第二方面，按照本發明的固/固PCM在約25°C至約75°C的溫度下經 歷相變。甚至更優選地，按照本發明的固/固PCM在約35°C至約70°C的溫度下經歷相變。 最優選地，按照本發明的固/固PCM在約35°C至約60°C的溫度下經歷相變。
[0010] 根據本發明的第三方面，按照本發明的固/固PCM具有至少40kJ/kg的相變潛熱。 甚至更優選地，按照本發明的固/固PCM具有至少50kJ/kg的相變潛熱。
[0011] 根據本發明的第四方面，提供一種制備PCM的方法，其包括將可結晶側鏈接枝至 含有聚烯烴的共聚物的非烯烴單元上。優選地，該可結晶側鏈是PEG，并且甲基丙烯酸縮水 甘油酯是非烯烴單元。
[0012] 根據本發明的第五方面，提供一種包含固/固PCM的背板，該固/固PCM在約25°C 至約75°C的溫度下經歷相變。甚至更優選地，所述背板中的固/固PCM在約35°C至約70°C 的溫度下經歷相變。最優選地，所述背板中的固/固PCM在約35°C至約60°C的溫度下經歷 相變。
[0013] 根據本發明的第六方面，提供一種包含固/固PCM的光伏模塊，該固/固PCM在約 25°C至約75°C的溫度下經歷相變。甚至更優選地，所述背板中的固/固PCM在約35°C至約 70°C的溫度下經歷相變。最優選地，所述背板中的固/固PCM在約35°C至約60°C的溫度下 經歷相變。
【附圖說明】
[0014] 已選擇具體的實施例用于說明和描述，并且這些實施例顯示在附圖中，形成說明 書的一部分。
[0015] 圖1A和1B，分別圖解了本發明的固/固PCM的IR和HNMR波譜分析。
[0016] 圖2A和2B圖解了本發明的固/固PCM的差示掃描量熱（DSC)分析。
[0017] 圖3圖解了本發明的一個三層復合背板的實施例。
[0018] 圖4圖解了可用于本發明的光伏模塊中的第二固/固PCM的差示掃描量熱（DSC) 分析。 詳細說明
[0019] 已合成的固/固PCM共聚物的一個實施例包含具有聚烯烴重復單元和PEG側鏈的 骨架。骨架聚合物為聚（乙烯-共-甲基丙烯酸縮水甘油酯）（PE-co-GMA)。反應性基團是 GMA單元的環氧基團。可結晶側鏈是含有羥基基團的PEG。通過環氧基團與羥基基團之間 的反應，將PEG單元接枝到骨架聚合物上，隨后獲得PCM共聚物聚（乙烯-共-甲基丙烯酸 縮水甘油酯-接枝-乙二醇）（PE-co-GMA-g-PEG)。反應圖示如下所示：
其中X為聚乙烯單元中重復基團的數量，y為甲基丙烯酸縮水甘油酯單元的重復基團 的數量，且n為PEG單元中重復基團的數量。
[0020] 共聚物PE-co-GMA-g-PEG的合成方法如下：將350g的PEG(MW = 4000)加入到裝 有攪拌器、冷凝器、氮氣吹掃和溫度控制器的燒瓶中，隨后加熱至80°C。將30g的PE-co-GMA 溶于1. 5L甲苯中。將PE-co-GMA的溶液逐滴加入到燒瓶中并使溫度在80°C保持6小時。 在溶液冷卻后，將共聚物的溶液與過量的PEG分離。蒸發掉大部分溶劑，在120°C下干燥5 小時后獲得共聚物樹脂。
[0021] 使用IR和H NMR波譜法以及差示掃描量熱儀（DSC)對該固/固PCM進行測試。
[0022] 如從圖1中的NMR波譜中可以看出，在固/固PCM共聚物中出現了歸屬于PEG的 峰（d，3. 6~3. 7)。盡管在該化學位移中存在歸屬于骨架聚合物的峰，這個峰強度的明顯增 加證明了在PCM共聚物中存在PEG。從IR測試可以看出，在PCM共聚物的光譜中出現了歸 屬于PEG的在3500cm- 1 (羥基）和1100cm