專利名稱：彩色光伏建筑一體化(bipv)模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種彩色光伏建筑一體化(BIPV)模塊。更明確地說，本發明涉及一種在彩色BIPV模塊中有用的彩色背板(backsheet)的制造。
背景技術：
BIPV是一種光伏材料，其尤其用于替換在建筑封圍物(例如房頂、天窗或正面)的部分中的傳統建筑材料。BIPV正日益并入到建筑的構造中以作為輔助的電力源甚至是主要電力源。BIPV可為多色且視覺上引人注目的，且由于BIPV是設計的組成部分，所以其通常比其它太陽能裝置融合得更好。在過去的十年中，事實證明，BIPV在住宅、商業、工業和公共機構建筑及結構中是一種有效的建筑能源技術。BIPV還實現遮陽和防護風雨。另外，當天氣寒冷時，不通風的BIPV模塊可提供熱絕緣。這意味著來自內部的熱損耗浪費了較少的能量，且從而降低了加熱成本。當天氣較熱時，BIPV吸收來自太陽的光線的能量，以便將建筑保持在環境溫度。已在若干文獻中揭示各種彩色BIPV結構。JP 02-094575揭示一種具有有色保護膜的光伏裝置。在所述光伏裝置中，通過向印刷在ITO膜上的無色透明的氟樹脂和網篩添加例如氧化鐵紅、鋁以及錫的細辛腦 (Asarin)色淀顏料等顏料來提供顏色。WO 2007/134742揭示一種色敏化太陽能電池，其包括吸收光且單分子的染料層。JP 2004-200322揭示一種具有后表面保護板的彩色太陽能電池模塊。將無機氧化物的蒸鍍膜(evaporated film)形成于基膜(base film)的一個表面上。將耐熱聚烯烴樹脂膜層壓在基膜的已沉積有無機氧化物蒸鍍膜的一個表面上，所述耐熱聚烯烴樹脂膜含有著色添加劑、紫外線吸收劑和光穩定劑。將含有色澤(shade)上不同于以上著色添加劑、紫外線吸收劑和光穩定劑的著色添加劑的耐熱聚烯烴樹脂膜層壓在基膜的其它表面上，以用于形成后表面保護板。JP 2001-53298揭示一種在表面透明保護膜與硅伏元件之間配置有調色粘合膜的太陽能電池。US 2003/0178058提供一種有色太陽能電池單元。揭示了太陽能電池單元的表面的一些部分不產生能量。通過在非能量產生部分的至少一部分上提供著色材料，并使太陽能電池單元的能量產生部分的至少一部分無著色材料，可在不影響太陽能電池單元的輸出的同時對所述太陽能電池單元進行著色。JP 61-196584揭示一種a_Si光伏元件，其包括藍色保護膜、白色保護膜和紅色保護膜，用以防止由于強光造成的惡化，且用以增加設計a-Si光伏元件時的任意性。然而，被染色的電極層無可避免地降低了透明度，因此可由光轉化層吸收的光能減少。另外，密封劑層(例如，EVA層)中的染料或顏料可顯著降低BIPV模塊對建筑的封圍物的粘合強度，尤其在BIPV模塊將被安裝在玻璃材料上時。考慮到上文，仍需要一種沒有以上缺點的新穎的BIPV模塊。
發明內容
本發明提供一種在BIPV模塊中有用的新穎的彩色背板和一種用于產生所述彩色背板的工藝。根據本發明的彩色背板不具有上文所提及的缺點，且保留耐候性膜(weather film)的耐候性(weather resistance)0根據本發明的彩色背板包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜；阻擋層；以及含氟聚合物膜，其中所述PET膜和/或含氟聚合物膜包括支持載體粒子和染料或顏料。根據本發明的用于產生彩色背板的方法包括以下步驟a)通過溶膠凝膠工藝混合支持載體粒子與染料或顏料；b)將在a)中所獲得的混合物與含氟聚合物材料或PET復合；c)擠壓在b)中所獲得的產物以形成彩色含氟聚合物膜或彩色PET膜；以及d)將在c)中所獲得的彩色含氟聚合物膜或彩色PET膜與阻擋層和彩色/透明PET 膜或彩色/透明含氟聚合物膜進行層壓，以形成彩色背板。本發明還提供一種彩色BIPV模塊，其包括透明襯底；第一電極層；光吸收層；第二電極層；密封劑層；以及根據本發明的彩色背板。根據本發明的用于產生彩色BIPV模塊的方法包含以下步驟a)提供透明襯底；b)沉積第一電極層；c)沉積光吸收層；d)沉積第二電極層；e)將在d)中所獲得的結構與密封劑層進行層壓；以及f)將在e)中所獲得的結構與根據本發明的彩色背板進行層壓。
圖1展示根據本發明的彩色BIPV的示意性結構。根據本發明的彩色BIPV包括 透明襯底(101)、第一電極層(102)、光吸收層(103)、第二電極層(104)、密封劑層(105)以及彩色背板(106)，所述彩色背板(106)包括PET層(1061，彩色或透明的)、阻擋層(1062) 和含氟聚合物層(1063，彩色或透明的)。
具體實施例方式下文參考圖式通過實施例詳細說明本發明，其不希望限制本發明的范圍。將了解，所屬領域的技術人員易于明白的任何修改或變更均落在說明書的揭示內容的范圍內。本發明的一個方面是提供一種用于BIPV模塊的新穎的彩色背板。根據本發明的彩色背板包括PET膜、阻擋層和含氟聚合物膜。PET膜是用來提供電絕緣。PET膜應具有在IO12歐姆-厘米到IO15歐姆-厘米范圍中的體積電阻率。例如鋁箔等阻擋層是用來提供抗濕性。Al箔的透濕性低于10_4克/平方米·天。 阻擋層的厚度不受特別的限制，且優選為10 μ m到100 μ m,更優選為20 μ m到50 μ m。含氟聚合物膜優選由聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)、聚氟乙 M (polyvinyl fluoride, PVF) $乙 四it乙 (ethylene tetrafluoroethylene, ETEF) 或其組合制成。含氟聚合物膜充當耐候性膜，且用以提供抗UV性和耐候性。含氟聚合物膜的透濕性應為3克/平方米·天到50克/平方米·天，優選為3克/平方米·天到30克 /平方米·天，最優選為10克/平方米·天到30克/平方米·天。將所要顏色的染料和顏料并入PET和/或含氟膜中。合適的染料或顏料包含(但不限于)Rohanimide染料、偶氮染料、酞菁染料、顏料綠10 (Pig Gr 10) (3- -(氯苯基)偶氮基]-4-羥基-2-(1Η)_喹啉酮鎳絡合物)、顏料藍15(Pig Blue 15)((酞菁根Q-)銅))、 溶劑黃(Sol Yell 16) (2，4-二氫-5-甲基-2-苯基-4-(苯偶氮基)-3h-吡唑-3-酮)、 溶劑橙1 (Sol Or 1)(對苯基偶氮間苯二酚)、溶劑紅1 (Sol Red 1)(1-(鄰甲氧苯基偶氮基)-2-萘酚)、顏料黃37 (Pig Yell 37)(硫化鎘)、顏料藍33 (錳藍)、顏料藍四(群青藍 (ultramarine blue))、顏料綠 17 (三氧化鉻綠)、顏料黑 11 (Pig Blk 11)(鐵(II，III)氧化物，黑色)、金屬顏料1 (Pig Metal 1)(鋁)和金屬顏料2 (銅)。為了很好地散布染料或顏料，首先通過溶膠凝膠工藝將染料或顏料與支持載體粒子混合，且接著將其與PET或含氟聚合物前驅體溶液(precursor solution)復合并進行擠壓，以形成彩色PET或含氟聚合物膜。溶膠凝膠工藝是此項技術中已知的技藝。本發明的優選支持載體粒子是金屬氧化物 (例如，TiO2)和粒子大小為9 μ m到500 μ m的S^2粒子。接著將彩色PET或含氟膜與阻擋層和彩色/透明含氟聚合物或PET膜進行層壓，以形成本發明的彩色背板。可通過包含以下步驟的工藝來制備根據本發明的彩色背板a)通過溶膠凝膠工藝混合支持載體粒子與染料或顏料；b)將在a)中所獲得的混合物與PET或含氟聚合物復合；c)擠壓在b)中所獲得的產物以形成彩色PET或含氟膜；以及d)將在C)中所獲得的彩色PET或含氟膜與阻擋層和彩色/透明含氟聚合物或彩色/透明PET膜進行層壓，以形成彩色背板。以上混合、復合、擠壓和層壓技術是材料科學領域中已知的，且已在各種文獻中進行了揭示。舉例來說，可通過以下示范的工藝來制備根據本發明的彩色背板a)將TW2或Si02/Ti&納米粒子與聚(丙烯酸-co-甲基丙烯酸甲酯)(聚 (AA-co-MMA))納米粒子雜凝聚。通過在100°C到150°C下在DMF(N，N-二甲基甲酰胺)水溶液或甲苯介質中進行水解和濃縮，之后與聚(AA-co-MMA)和顏料或染料混合以形成復合粒子，來制備TW2或Si02/Ti&納米粒子；b)在130°C到150°C下，將在a)中獲得的復合粒子與PET(或含氟聚合物)丸粒、抗UV劑(例如，Cyasorb UV_531，氰特工業有限公司(Cytec Industries Inc.))、抗氧化劑(例如，ETHANOX 330，雅寶公司(Albemarle Corporation))以及自由基捕獲劑(例如， Tinuvin ^2，汽巴有限公司(Ciba Inc.))復合;c)擠壓在b)中所獲得的產物以形成彩色PET (或含氟聚合物)膜；以及d)在70°C到100°C下對在c)中所獲得的產物、20 μ m到50 μ m的阻擋層、150 μ m 到250 μ m的含氟聚合物(或PET)膜以及Adhesives 506 (杜邦(DuPont))進行層壓。本發明的另一方面是提供一種彩色BIPV模塊。所述彩色BIPV模塊包括透明襯底；第一電極層；光吸收層；第二電極層；密封劑層；以及根據本發明的彩色背板。襯底和第一電極層優選為透明的以允許陽光穿過。襯底可為任何透明材料，且優選為玻璃。第一電極層可由任何合適的材料制成。在本發明的一個實施例中，用于第一電極層的材料是透明導電氧化物(TCO)。合適的TCO材料包含Ag、Al、Cu、Cr、Zn、Mo、Wo、Ca、Ti、 In、Sn、Ba、Ti或Ni的金屬氧化物。TCO層可任選地以例如Al、Ga和Sb等金屬摻雜。根據本發明的用于第一電極層的優選材料是氧化銦錫(ITO)、摻雜氟的氧化錫(FTO)、SnO2和摻雜 Sb 的 SnO2 (ATO)。根據本發明的光吸收層是由能夠將光能轉換成電能的材料制成。用于根據本發明的光吸收層的優選材料是非晶硅(amorphous silicon, a-Si)、銅銦二硒(copper indium diselenide, CIS)、銅銦嫁二硒(copper indium gallium diselenide, CIGS)、多晶娃 (multicrystalline silicon, mc-Si)以及聚晶娃(polycrystalline silicon, poly-Si)。 所述光吸收層可為例如單結元件、串接結元件或三結元件中的任何類型，且其可通過公開案(例如，第5，334，259號美國專利)中所描述的合適的方式制成。第二電極層可以是透明、半透明或者甚至不透明的。在本發明的一個實施例中，第二電極層由上述TCO或例如Ag、Cr和Al等金屬膜或者TCO與金屬膜的組合制成。所述金屬膜厚度優選為30A到100A，更優選50A到100A。根據本發明的密封劑層是由乙烯-醋酸乙烯酯(ethylene-vinyl acetate, EVA) 或聚乙烯醇縮丁醛(polyvinyl butyral, PVB)制成，優選由EVA制成。用于制作BIPV模塊的工藝是此項技術中已知的技藝。舉例來說，可通過以下步驟來制備彩色BIPV模塊a)提供玻璃襯底；b)通過濺鍍或大氣壓化學汽相沉積(APCVD)將SnA層(約3600A)沉積在玻璃襯底上，作為第一電極層；c)通過PECVD將一層PIN a-Si層作為光吸收層沉積在第一電極層上；d)將厚度為30A到100A的Ag層和SnA層沉積在光吸收層上，作為第二電極；以及
e)將在d)中所獲得的結構與根據本發明的EVA層和彩色背板進行層壓。
權利要求
1.一種用于光伏建筑一體化(BIPV)模塊的彩色背板，其包括 聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜；阻擋層；以及含氟聚合物膜，其中所述PET膜或所述含氟聚合物膜或所述兩者包括支持載體粒子和染料或顏料。
2.根據權利要求1所述的彩色背板，其中所述支持載體粒子是T^2粒子。
3.根據權利要求1所述的彩色背板，其中所述含氟聚合物材料是選自由聚偏二氟乙烯 (PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯四氟乙烯(ETEF)以及其組合組成的群組。
4.根據權利要求1所述的彩色背板，其中所述阻擋層是鋁箔。
5.根據權利要求1所述的彩色背板，其中所述阻擋層的厚度為 ομπι到100μ m。
6.根據權利要求5所述的彩色背板，其中所述阻擋層的厚度為20μ m到50 μ m。
7.一種用于產生用于光伏建筑一體化模塊的彩色背板的方法，其包括以下步驟a)通過溶膠凝膠工藝混合載體粒子與染料或顏料；b)將在a)中所獲得的混合物與PET復合；c)擠壓在b)中所獲得的產物以形成彩色PET膜；以及d)將在c)中所獲得的所述彩色PET膜與阻擋層和彩色或透明的含氟聚合物膜進行層壓。
8.一種用于產生用于光伏建筑一體化模塊的彩色背板的方法，其包括以下步驟a)通過溶膠凝膠工藝混合載體粒子與染料或顏料；b)將在a)中所獲得的混合物與含氟聚合物復合；c)擠壓在b)中所獲得的產物以形成彩色含氟聚合物膜；以及d)將在c)中所獲得的所述彩色含氟聚合物膜與阻擋層和彩色或透明的PET膜進行層壓。
9.一種彩色BIPV模塊，其包括 透明襯底；第一電極層； 光吸收層； 第二電極層； 密封劑層；以及根據權利要求1所述的所述彩色背板。
10.根據權利要求9所述的彩色BIPV模塊，其中所述透明襯底是玻璃襯底。
全文摘要
本發明提供一種彩色光伏建筑一體化(BIPV)模塊，特別是用于光伏建筑一體化(BIPV)模塊的彩色背板，所述彩色背板包括聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、阻擋層和含氟聚合物膜，所述膜中的至少一者用染料或顏料進行摻雜。本發明還提供一種彩色BIPV模塊，所述彩色BIPV模塊包括根據本發明的所述彩色背板。
文檔編號H01L31/048GK102330489SQ201110184999
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月28日 優先權日2010年6月28日
發明者林于庭, 蔡宏駿, 陳良吉 申請人:杜邦太陽能有限公司