本發明涉及一種光伏組件，并且特別是涉及一種光伏組件的集成背板。
背景技術：
太陽能似乎是一種用之不竭的能源，因此太陽能的相關研究引起了許多注意。光伏電池便是為了將太陽能直接轉換成電能而開發的裝置。
通常，太陽能模塊機械性地支撐光伏電池，且保護光伏電池免受環境影響而劣化。太陽能模塊通常包括一個剛性且透明的保護前板(例如玻璃)以及一個后板或背板。前板及背板將光伏電池封裝起來，并因此保護光伏電池免受環境影響而劣化。
現有技術公開了一種背板，其包括一耐候層、一阻隔水氣層以及一絕緣層。現有技術中是以鋁箔作為阻隔水氣層。然而，鋁箔是導電材料，對于背板的絕緣性要求將因為鋁箔存在發生漏電的可能性而產生疑慮。再者，鋁箔并不透光，因此具有鋁箔的背板無法應用在穿透式薄膜光伏電池中。
有鑒于此，目前亟需一種能夠改善上述問題的改良式背板。
技術實現要素：
本發明公開提供了一種光伏組件，其包括：(a)光伏電池層，該光伏電池層包括一個或多個電互連的光伏電池，且具有正面和背面；和(b)多層保護板，該多層保護板包括具有內表面和外表面的柔性基底和直接擠出涂布在所述柔性基底的內表面上的乙烯共聚物層，其中，所述乙烯共聚物層由選自以下組中的乙烯共聚物構成：乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物、乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物、離聚物、及其兩種或多種的組合，并且不含交聯劑和硅烷，和摻雜于乙烯共聚物層中始終帶有電荷的二氧化硅顆粒，并且其中，所述多層保護板的所述乙烯共聚物層直接與所述光伏電池層的正面或背面結合。
在光伏組件的一個實施方式中，所述乙烯共聚物層在280-330℃的擠出溫度下直接擠出涂布到所述柔性基底的內表面上。
在光伏組件的另一實施方式中，所述多層保護板的柔性基底由金屬薄膜或者選自以下組中的聚合物材料形成：聚酯、含氟聚合物、及其組合。
在光伏組件的再一實施方式中，所述乙烯共聚物選自乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物。
在光伏組件的再一實施方式中，所述多層保護板用作前板，并且所述乙烯共聚物層直接與光伏電池層的正面結合，其間沒有封裝材料。或者，所述多層保護板用作背板，并且所述乙烯共聚物層直接與光伏電池層的背面結合，其間沒有封裝材料。
在光伏組件的再一實施方式中，所述光伏電池選自晶硅電池和薄膜光伏電池。
根據本發明公開，當一個范圍用兩個特定端點給出時，應理解該范圍包括在這兩個特定端點內的任意值和等于或約等于任意這兩個端點的任意值。
具體實施方式
本發明公開了光伏組件，它包括：(a)光伏電池層，該太陽能電池層包括一個或多個電互連的光伏電池，并且具有正面和背面；和(b)多層保護板，該多層保護板包括具有內表面和外表面的柔性基底和直接擠出涂布在所述柔性基底的內表面上的乙烯共聚物層，其中，所所述乙烯共聚物層由選自以下組中的乙烯共聚物構成：乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物、乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物、離聚物、及其兩種或多種的組合，并且不含交聯劑和硅烷，和摻雜于乙烯共聚物層中始終帶有電荷的二氧化硅顆粒，并且其中，所述多層保護板的所述乙烯共聚物層直接與所述光伏電池層的正面或背面結合。
包含在光伏組件中的光伏電池層包括一個或多個光伏電池。所述光伏電池可以是能夠將太陽輻射轉化為電能的任何光電轉換設備。它們可以由光電轉換體和形成在其兩個主表面上的電極構成。光電轉換體可以由任何合適的光電轉換材料如晶體硅(c-Si)、無定形硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、碲化鎘(CdTe)、硒化銅銦(CuInSe2或CIS)、二硒化銅銦/鎵(CuInxGa(1-x)Se2或CIGS)、吸光染料和有機半導體來制成。前電極可以由通過任何合適的印刷法如絲網印刷或噴墨印刷而涂布在光電轉換體的前表面上的導電漿料如銀漿形成。前導電漿料可以包括多個平行的導電柵線以及垂直于導電柵線并與其連接的一個或多個以上的導電主柵線，而背電極可以通過在光電轉換體的整個背表面上印刷金屬漿料形成。形成背電極的適合金屬包括但不限于鋁、銅、銀、金、鎳、鎘及它們的合金。
光伏電池層可以具有面對陽光的正面(也稱之為正面，并且在實際使用條件下通常面對陽光)和不面對陽光的背面(也稱之為背面，并且在實際使用條件下通常背離陽光)。在光伏組件內，設置于光伏電池層的面對陽光的正面上的層壓層中的所有材料應具有足夠的透明度，以使足夠的陽光到達光伏電池。設置于在光伏電池層的不面對陽光的背面上的層壓層中的材料不需要透明。
本發明公開所用的柔性基底可以是由金屬箔(如鋁箔)或任意合適的聚合物材料形成的薄膜。本發明公開用于形成基底的合適的聚合物材料可以包括，但不限于，以下的材料：聚酯(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、聚烯烴(例如，聚丙烯、聚乙烯和環狀聚烯烴)、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯(例如，間同聚苯乙烯)、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜類(例如，聚醚砜、聚砜，等)、聚酰胺類、聚氨酯類、丙烯酸樹脂、乙酸纖維素類(例如，乙酸纖維素、三乙酸纖維素，等)、玻璃紙、聚硅氧烷、聚氯化乙烯類)(例如，聚偏二氯乙烯)、含氟聚合物(例如，聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯和乙烯-四氟乙烯共聚物)、及其兩種或多種的組合。在一些實施方式中，柔性基底由包含聚酯和/或含氟聚合物的材料形成。在另一實施方式中，柔性基底由包含聚酯的材料或者主要由聚酯組成的材料形成。柔性基底薄膜可以為非取向的，或者經單軸取向的，或者經雙軸取向的。
在本發明公開中可用作柔性基底的薄膜的具體實例包括，但不限于，聚酯薄膜(例如，聚(對苯二甲酸乙二醇酯)薄膜)、含氟聚合物薄膜、金屬薄膜(例如，鋁箔)。而且本發明公開所用的柔性基底也可以是多層薄膜的形式，例如含氟聚合物/聚酯/含氟聚合物多層薄膜。
本發明公開所用的術語“(甲基)丙烯酸烷基酯”是指丙烯酸烷基酯或甲基丙烯酸烷基酯，并且本發明公開所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物是包含乙烯聚合單元和約6-40wt％的至少一種(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合單元的共聚物。(甲基)丙烯酸烷基酯的烷基部分可以含有1-6或1-4個碳原子，可以選自甲基、乙基、和支化或未支化的丙基、丁基、戊基和己基。示例性的(甲基)丙烯酸烷基酯包括，但不限于，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸異丁酯和丙烯酸正丁酯。(甲基)丙烯酸烷基酯共聚單體的極性可以通過改變存在于共聚單體內的烷基的相對量和同一性來控制。類似地，可以使用甲基丙烯酸C1-C6烷基酯共聚單體作為共聚單體。這些共聚單體包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸異丁酯和甲基丙烯酸正丁酯。
本發明公開所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以是二元共聚物或較高級別共聚物的形式，例如三元共聚物。當為較高級別共聚物的形式時，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物還可以包含一種或多種其它合適的共聚單體的聚合單元。例如，本發明公開所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以為三元共聚物的形式，基于乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物的總重量，還包括低于約5wt％的選自如下的第三共聚單體的聚合單元：丙烯酸類、甲基丙烯酸類及其衍生物。
在某些實施方式中，本發明公開所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物選自乙烯/丙烯酸酯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物。在另一實施方式中，本發明公開所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物是乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
本發明公開所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以使用高壓釜或者管式反應器通過聚合物領域公知的工藝制得。例如，該共聚反應可以在高壓釜中以連續工藝進行，其中將乙烯、(甲基)丙烯酸烷基酯和任選存在的溶劑如甲醇與引發劑一起加入到攪拌高壓釜中。在又一實施方式中，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以在高壓管式反應器中于升溫下沿管另外添加反應物共聚單體獲得。在又一實施方式中，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以在一系列高壓釜反應器中制得，其中共聚單體的替換是通過多區域添加反應物共聚單體實現的。
基于共聚物的總重量，乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物包含乙烯聚合單元和大于或等于約10wt％，或者約15-25wt％，或者約18-23wt％的丙烯酸和/或甲基丙烯酸的聚合單元。
本發明公開所用的乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物還可以含有其它不飽和共聚單體的聚合單元。該其它不飽和共聚單體的具體實例包括，但不限于，丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丙酯、丙烯酸異丙酯、甲基丙烯酸異丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、丙烯酸叔丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸辛酯、丙烯酸十一烷酯、甲基丙烯酸十一烷酯、丙烯酸十八烷酯、甲基丙烯酸十八烷酯、丙烯酸十二烷酯、甲基丙烯酸十二烷酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸異冰片酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-羥基乙酯、甲基丙烯酸2-羥基乙酯、丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、聚(乙二醇)丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)甲基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)4-壬基苯基醚甲基丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚丙烯酸酯、聚(乙二醇)苯基醚甲基丙烯酸酯、馬來酸二甲酯、馬來酸二乙酯、馬來酸二丁酯、富馬酸二甲酯、富馬酸二乙酯、富馬酸二丁酯、富馬酸二薄荷酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、和類似物及其混合物。優選，所述其它不飽和共聚單體選自以下組中：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、乙酸乙烯酯及其混合物。基于共聚物的總重量，本發明公開所用的乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物可以加入不大于約50wt％，或者不大于約30wt％，或者不大于約20wt％的所述其它不飽和共聚單體的共聚單元。
本發明公開所用的離聚物由上面所述的乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物衍生得到。具體地說，該離聚物是通過用金屬離子部分或全部中和該乙烯/(甲基)丙烯酸母酸共聚物而獲得的。優選，基于離聚共聚物中羧酸酯基的總摩爾數，該乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物約10-100％，或者約10-50％，或者約20-40％被金屬離子中和。金屬離子可以是一價、二價、三價、多價及其混合物。優選的一價金屬離子包括，但不限于，鈉、鉀、鋰、銀、汞、銅、和類似物及其混合物。優選的二價金屬離子包括，但不限于，鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、銅、鎘、汞、錫、鉛、鐵、鈷、鎳、鋅、和類似物及其混合物。優選的三價金屬離子包括，但不限于，鋁、鈧、鐵、釔、和類似物及其混合物。優選的多價金屬離子包括，但不限于，鈦、鋯、鉿、釩、鉭、鎢、鉻、鈰、鐵、和類似物及其混合物。優選當金屬離子是多價的時，包括配位劑，例如硬脂酸根、油酸根、水楊酸根和酚酸根，如美國專利3,404,134中公開的。更優選，所述金屬離子選自以下組中：鈉、鋰、鎂、鋅、鋁及其混合物。進一步優選，金屬離子選自鈉、鋅及其混合物。最優選，金屬離子是鋅。
根據本發明公開，所述乙烯共聚物層主要由乙烯共聚物組成并且基本上不含交聯劑和硅烷。“基本上不含”是指在組合物中含有不大于約0.1wt％的該特定組分。
正如本發明所用的，術語“交聯劑”用來指能夠促進或者調節聚合物鏈之間的分子間共價鍵并因此產生更剛性結構的化合物。根據本發明公開，乙烯共聚物層基本上不含任意交聯劑，所述交聯劑包括過氧化物、硅烷、環氧化物、異氰酸酯化合物、氨基甲酸酯化合物、金屬氧化物、硫和雙官能化合物(例如二烯、二酸、二醇、二胺，等)。
本發明公開所用的術語“硅烷”用來指含有硅-碳鍵并且沒有任何氫-硅鍵的化合物。乙烯共聚物層基本上不含任何硅烷，所述硅烷包括，三烷氧基硅烷(例如，乙烯基三甲氧基硅烷；乙烯基三乙氧基硅烷；3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷；3-縮水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷；3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；3-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷；3-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；3-脲基丙基三乙氧基硅烷；3-氯丙基三甲氧基硅烷；3-異氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷；3-氨基丙基三甲氧基硅烷；3-氨基丙基三乙氧基硅烷等)和二烷氧基硅烷(例如，N-2-(氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷；3-巰基丙基甲基二甲氧基硅烷等)。
根據本發明公開，所述乙烯共聚物直接擠出涂布在基底層的內表面上，形成多層保護板。即，在基底層的內表面和乙烯共聚物層之間不含粘合劑或底漆層或底漆材料。然而，應理解在擠出涂布過程之前基底層的內表面可以經過一定的表面處理。該表面處理改善薄膜表面并且可以采取本領域已知的任意形式，包括火焰處理、等離子體處理、電子束處理、氧化處理、化學處理、鉻酸處理、熱空氣處理、臭氧處理、紫外光處理、噴砂處理、溶劑處理、電暈處理、及其兩種或多種的組合。
通過使薄膜表面經過表面處理，其改善了薄膜的表面能(以dynes/cm計)并因此改善了它與其它材料，例如粘合劑、溶劑或者其它聚合薄膜，的結合強度。
值得一提的表面處理是電暈處理，電暈處理(有時稱之為空氣等離子體)是一種表面改性技術，它使用低溫電暈放電等離子體賦予目標材料的表面性能(例如，粘合性能)的改變。電暈等離子體是通過對尖的電極末端施加高壓，從而在該尖端末端形成等離子體而產生的。經常使用線性排列的電極產生電暈等離子體幕簾。當目標例如塑料、布或紙通過該電暈等離子體幕簾時，將該電暈等離子體經過氣體間隙或介質施加到目標的表面上。這里可以使用各種氣體形成氣體間隙，它包括，但不限于，空氣；反應性烴蒸汽；或其它蒸汽例如酮類(例如，丙酮或甲基乙烯基酮)、醇類(例如，甲醇)、對氯苯乙烯、丙烯腈、無水氨、胺類(例如，丙二胺、四亞乙基五胺、環己胺、癸胺、二亞乙基三胺、叔丁胺、乙二胺、三亞乙基四胺、三乙基胺，或者甲基異丙基胺)，等的蒸汽。在一個實施方式中，該電暈處理是在由空氣或醇蒸汽形成的氣體間隙上進行的。在另一實施方式中，第一薄膜層的至少一個表面在空氣間隙上經過電暈處理改性。在又一實施方式中，第一薄膜層的至少一個表面在空氣間隙上以劑量約20-1000W·min/m2或約25-600W·min/m2經過電暈處理。
而且，為了改善基底層和乙烯共聚物層之間的結合強度，優選擠出溫度設定在270-330℃。
根據本發明公開，如此獲得的多層保護板的平均總厚度為約8-1000μm，或者約50-600μm，或者約100-400μm，而所述乙烯共聚物層的平均厚度為約10-400μm或約40-200μm。
根據本發明公開，所述多層保護板與光伏電池層直接結合。即，在所得光伏組件內，在多層保護板和光伏電池層之間不含封裝材料或其它聚合物材料。
在本發明公開的光伏組件的一個實施方式中，多層保護板與光伏電池層的背面直接結合并用作集成背板。在這種實施方式中，多層保護板經定位使得所述乙烯共聚物層與光伏電池層直接結合并且在該乙烯共聚物層和光伏電池層之間沒有封裝材料。
在這些實施方式中，光伏組件還可以包括層壓在光伏電池層的正面上的透明前封裝層，并且該前封裝層可以包括任意合適的聚合物材料，例如酸共聚物、離聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基縮醛類(包括聲學級聚乙烯基縮醛類)、聚氨酯類、聚氯化乙烯類、聚乙烯類(例如，線性低密度聚乙烯類)、聚烯烴嵌段共聚物彈性體、α-烯烴和α,β-烯鍵式不飽和羧酸酯類的共聚物)(例如，乙烯/丙烯酸甲酯共聚物和乙烯/丙烯酸丁酯共聚物)、聚硅氧烷彈性體、環氧樹脂、及其兩種或多種的組合。
光伏組件還可以包括層壓在前封裝層上的透明前板。該透明前板可以由任意合適的板或薄膜形成。合適的板包括，例如，玻璃或塑料板，例如聚碳酸酯類、丙烯酸樹脂、聚丙烯酸酯類、環狀聚烯烴(例如，乙烯/降冰片烯聚合物)、聚苯乙烯類(優選在有茂金屬催化劑的情況下制得的聚苯乙烯類)、聚酰胺類、聚酯、含氟聚合物，或者其兩種或多種的組合。用作所述前板的合適的薄膜可以包括聚合物，該聚合物包括，但不限于，聚酯(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯類、聚烯烴(例如，聚丙烯、聚乙烯,和環狀聚烯烴)、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯(例如，間同聚苯乙烯)、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜類(例如，聚醚砜、聚砜，等)、聚酰胺類、聚氨酯類、丙烯酸樹脂、乙酸纖維素類(例如，乙酸纖維素、三乙酸纖維素，等)、玻璃紙、聚硅氧烷、聚氯化乙烯類(例如，聚偏二氯乙烯)、含氟聚合物(例如，聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯,和乙烯-四氟乙烯共聚物)、及其兩種或多種的組合。該聚合物薄膜可以不經取向，或者單軸取向，或者雙軸取向。
光伏組件還可以包括嵌入該模塊內的其它功能薄膜或板層(例如，介電層或屏障層)。這些功能層可以包括上述的聚合物薄膜或涂布有其它功能涂層的那些，可以在層壓板中起氧和水分屏障層的作用。
如果需要，在光伏電池層和封裝層之間也可以包括非織造玻璃纖維(稀松布scrim)層以利于在層壓過程中脫氣和/或用作包封劑的強化。而且，加入到光伏組件中的任意組成層的一個或兩個表面可以任選經過任意合適的粘合強化處理。該粘合強化處理可以是本領域已知的任意形式并包括火焰處理、等離子體處理、電子束處理、氧化處理、電暈放電處理、化學處理、鉻酸處理、熱空氣處理、臭氧處理、紫外光處理、噴砂處理、溶劑處理、及其兩種或多種的組合。
本發明還公開了一種用于光伏組件的多層保護板的制備方法，包括將擠出溫度設定在270-330℃或者優選280-330℃下，在柔性基底層上直接擠出涂布所述乙烯共聚物材料。