本发明涉及具有改善的背板的光伏太阳能电池模块。
背景技术：
太阳能电池模块或光伏(PV)模块的常用形式通过以下来制成：将独立形成且分开的太阳能电池例如晶硅太阳能电池互连并且然后通过将电池集成到层压的太阳能电池模块上机械支撑电池并避免电池环境劣化。层合模块通常包括刚性透明保护前面板或顶板，和通常被称为“背板”或“背皮”的后面板或后板。互连的太阳能电池和包封物布置在顶板和背板之间以便形成夹心布置。包封物(或至少其在电池的前侧和透明前面板之间延伸的那个部分)的必要需求是其对太阳能辐射是可透过的。形成层合模块的典型模式是组装夹心件，所述夹心件依次包括透明面板，例如由玻璃或透明聚合物制成的前面板，包封物的至少一个片材的前层，通过电导体互连的太阳能电池的阵列(其中电池的正面面向透明面板)，包封物的至少一个片材的背层，有助于在层合过程中除去气体的稀松布片材，以及背板或背面板，并且然后在热和压力下使用真空型层压机将那些组件结合在一起。包封物的背层可以为透明的或任何其它颜色，并且现有技术模块使用由热塑性聚合物、玻璃或一些其它材料组成的背板形成。
虽然层压过程在模块的全区域范围内将多个分层组件密封在一起，然而将保护性聚合物边缘密封件施用于模块以便确保水分将不渗透模块的边缘部分是常见的做法。聚合物边缘密封件可以呈胶条或填缝型化合物的形式。另一种常见做法是提供具有边框的模块，所述边框通常由金属如铝制成，以提供机械边缘保护。那些技术在美国专利5,741,370中公开或提出。所述专利还公开了消除包封物的背层并且将热塑性背皮直接粘结到互连的太阳能电池的概念。
大量材料已经用于或被认为用作由单独的有机硅太阳能电池组成的模块中的包封物。直至至少1995年左右，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(通常称为“EVA”)才被认为是用于包括结晶硅太阳能电池的模块的最佳包封物。然而，EVA具有某些限制：(1)其在阳光下分解，结果是其脱色并且逐渐变暗，以及(2)其分解释放乙酸，所述乙酸继而促进进一步降解，尤其是在氧和/或热存在时。
美国专利5,478,402公开了将离聚物用作电池包封物取代EVA。离聚物用作包封物还公开于美国专利5,741,370中。离聚物为酸共聚物，其中所述共聚物中的羧酸基团的一部分被中和成包含金属离子的盐。美国专利3,264,272公开了组合物，所述组合物包含以下共聚单元的无规共聚物：具有二至十个碳原子的α-烯烃，具有三至八个碳原子的α，β-烯键式不饱和羧酸，其中10至90％的酸基团被中和成盐，所述盐具有来自下列的金属离子：元素周期表第1族、第II族、或第III族，值得注意的是钠、锌、锂或镁，以及任选的第三单烯键式不饱和共聚单体诸如甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸丁酯。
使用由与前面板相同的材料制成的后面板或背板是已知的，但优选且常用的做法是由不同的材料，优选地重量显著小于玻璃的材料，诸如以商品名购自E.I.Du Pont de Nemours Co.(DuPont)的聚氟乙烯聚合物将其制成。广泛使用的背板材料是/聚酯/乙烯-乙酸乙烯酯层合体。另一种常用的背板使用三层结构/聚酯/三层结构，也称为TPTTM，其公开于WO 94/22172中。该结构允许含氟聚合物保护聚酯的两侧免受光降解。然而，知层合体不完全对水分不可渗透，并且因此随时间推移由这种背板材料制成的模块的功率输出和/或使用寿命减小，这是由于吸收水分导致的电短路。
由于价格和供应考虑，PV工业逐渐评估新的替代物，诸如衍生自PET、聚酰胺等的背板。例如，WO 2008/138021公开了PV模块，其具有基于衍生自直链和/或支链脂族和/或环脂族单体的聚酰胺的背板，所述单体具有至少8个且最多17个碳原子的平均值，诸如尼龙12。然而，聚酰胺是具有高结晶度的半结晶聚合物，这可导致脆性、低柔韧性和过度收缩。就最廉价的聚酰胺，尼龙-6和尼龙-66而言，高水分吸收尤其是问题。水吸收造成尺寸不稳定性、差耐候性，并且最重要的是降低了绝缘能力。虽然尼龙-11和尼龙-12具有更好的防水性和耐候性，但熔融温度对于用于PV模块组件的一些层压方法中而言可能太低。
美国专利5,741,370公开了将热塑性聚烯烃用作背皮材料，所述热塑性聚烯烃包含两种不同离聚物的组合，例如钠离聚物和锌第二离聚物，其中所述组合被描述为产生使背皮材料的水蒸汽阻隔特性提高到超过且高于单独的离聚物组分中任一种的阻隔特性的协同效应。所述专利还公开了使用具有双离聚物背皮的离聚物包封物。
已知基于离聚物和聚酰胺的热塑性共混物或合金(alloy)具有期望特性的组合(参见美国专利4,174,358、5,688,868、5,866,658、6,399,684、6,569,947、6,756,443和7,144,938、7,592,056、8,057,910、8,062,757和8,119,235)。例如，美国专利5,866,658公开了离聚物以60/40重量％至40/60重量％的范围分散于连续或共连续聚酰胺相中的共混物，其用于模塑部件，所述模塑部件表现出韧性、高光泽性、耐磨损/刮擦性和高温特性。美国专利6,399,684公开了类似的共混物，所述共混物还包含磷盐，诸如次磷酸盐。还可参见美国专利申请2002/0055006、2005/007462、2006/0142489、2008/0161503、2009/0298372、2013/0167966、2013/0171390、2013/0171394、2013/0172470和2013/0172488。
美国专利5,700,890、5,859,137、7,267,884和美国专利申请公布2005/0020762A1，以及2006/0142489A1公开了用包含一元羧酸和二元羧酸或其衍生物的乙烯共聚物的离聚物增韧的聚酰胺。美国专利申请公布2011/0020573公开了一种共混物，所述共混物包含聚酰胺、含有一元羧酸和二元羧酸或它们的衍生物的乙烯共聚物的离聚物、以及磺酰胺。美国专利8,586,663公开了一种共混物，其包含聚酰胺、含有一元羧酸和二元羧酸或它们的衍生物的乙烯共聚物的离聚物、以及第二离聚物。美国专利7,592,056公开了聚酰胺与混合的离子离聚物的共混物，所述混合的离子离聚物包括锌和钠混合物。
美国专利6,660,930公开了光伏模块，其包括含有尼龙/离聚物合金的背皮。
可通过在标准“应力测试”中用高湿度和高温和低温循环处理来评估光伏模块的水分渗透性和耐候性。期望提供PV模块，所述PV模块能够承受此类应力测试并持续基本上大于1000小时。因此，还期望提供背板材料，所述背板材料提供能够承受此类应力测试的PV模块。
技术实现要素：
本发明涉及适用于光伏模块中的背板的聚酰胺-离聚物组合物。
所述聚酰胺-离聚物共混组合物包含，或基本上由下列物质组成：
(i)聚合物组分，所述聚合物组分包含，或基本上由下列组成：
1)基于(1)和(2)的组合计，53重量％至64重量％的聚酰胺；
2)基于(1)和(2)的组合计，36重量％至47重量％的酸酐离聚物，所述酸酐离聚物包含以下物质的共聚物：
(a)乙烯；
(b)5重量％至15重量％的α，β-不饱和C3-C8羧酸；
(c)0.5重量％至12重量％的至少一种共聚单体，所述共聚单体为选自下列的烯键式不饱和二元羧酸或其衍生物：马来酸、富马酸、衣康酸、马来酸酐、和马来酸的C1-C4烷基半酯；以及
(d)0重量％至30重量％的选自丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯的单体，其中所述烷基基团具有一至十二个碳原子；其中所述存在的羧酸官能团至少部分地被一种或多种碱金属、过渡金属或碱土金属阳离子中和；
(ii)0重量％至20重量％的颜料；以及
(iii)0重量％至40重量％的填料，优选地其中所述(ii)和(iii)的组合占(i)、(ii)、(iii)和(iv)的组合的8重量％至50重量％；以及
(iv)0重量％至5重量％的添加剂，所述添加剂选自氧化抑制剂、UV稳定剂和受阻胺光稳定剂。
本发明提供包含上述组合物或基本上由其组成的用于光伏模块的背板。
本发明还提供一种层合的太阳能电池模块，其包括或基本上由下列组成：前支撑层，所述前支撑层由透光材料形成并具有第一表面和第二表面；多个互连的太阳能电池，其具有面向所述前支撑层的第一表面和背离所述前支撑层的第二表面；围绕并包封所述互连的太阳能电池的透明包封物，所述透明包封物结合到所述前支撑层的第二表面；以及如上所述的背板，其中所述背板的一个表面结合到所述透明包封物的第二表面。
本发明还提供一种用于在热和压力下转换成层合的太阳能电池模块的组件，所述组件包括由透光材料形成并具有前表面和后表面的前支撑层，邻近所述前支撑层的后表面的第一透明热塑性包封层；邻近所述第一透明包封层的具有第一表面和第二表面的多个互连的太阳能电池；与所述第一透明包封层成平行关系邻近太阳能电池布置的第二透明热塑性包封层；以及如上所述的热塑性背板。
本发明还提供制造太阳能电池模块的方法，所述方法包括提供前支撑层，所述前支撑层由透光材料形成并且具有前表面和后表面；邻近所述前支撑层的后表面放置第一透明热塑性包封层；定位具有第一表面和第二表面的多个互连太阳能电池使得其第一表面邻近所述第一透明包封层；邻近太阳能电池的第二表面放置第二透明热塑性包封层；邻近所述第二透明热塑性包封层放置如上所述的背板从而形成组件；使所述组件经受热和压力以便熔融包封层并使得包封物围绕所述太阳能电池，并且冷却所述组件以便使得包封物固化并结合到所述前支撑层、太阳能电池和背板，从而将各层和太阳能电池层合在一起以形成集成的太阳能电池模块。
具体实施方式
如本文所用，术语“包含”、“包括”、“含有”、“涵盖”、“具有”、“带有”或它们的任何其它变型均旨在涵盖非排它性的包括。例如，包括要素列表的工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或该工艺、方法、制品或设备所固有的其它要素。此外，除非明确指明相反，“或”是指包含性的“或”而非排他性的“或”。例如，条件A或B满足下列中的任一项：A为真实的(或存在的)且B为虚假的(或不存在的)，A为虚假的(或不存在的)且B为真实的(或存在的)，以及A和B均为真实的(或存在的)。如本文所用，术语“一个(种)”包括“至少一个(种)”和“一个或多于一个(一种或多于一种)”的概念。
除非另外指明，否则所有百分比、份数、比率等均按重量计。此外，当量、浓度或其它值或参数以范围、优选范围或优选上限数值和优选下限数值的列表形式给出时，其应被理解为具体地公开由任何范围上限或优选数值和任何范围下限或优选数值中的任何一对所构成的所有范围，而不管这些范围是否被单独地公开。凡在本文中给出某一数值范围之处，除非另行指出，该范围均旨在包含其端点以及在该范围内的所有整数和分数。不旨在将本发明的范围限制为限定范围时所列举的具体数值。当组分被表示为以从0开始的范围存在时，则此类组分为任选组分(即它可能存在，也可能不存在)。当存在时，任选的组分可以为所述组合物或共聚物的至少0.1重量％。
当材料、方法、或机械用术语“本领域的技术人员已知的”、“常规的”或同义的单词或短语在本文中描述时，该术语表示在提交本专利申请时常规的材料、方法、或机械涵盖于该描述中。还被包括的是目前并不常规但是本领域已公认为适用于类似用途的材料、方法和机械。
如本文所用，术语“共聚物”是指由两种或更多种共聚单体的共聚作用产生的包含共聚单元的聚合物，并且可根据其共聚单体成分或根据其共聚单体成分的量进行描述，诸如例如“包含乙烯和15重量％丙烯酸的共聚物”。根据其共聚单体成分或根据其共聚单体成分的量对共聚物进行的描述是指，共聚物(当详细说明时以指定的量)包含指定共聚单体的共聚单元。
在本专利申请中，术语“片材”、“层”和“膜”可在其广义上互换使用，以描述其中所述组合物被加工成大体平面形式的单层或多层制品。加工方法和/或厚度可影响本文是使用术语“片材”还是“膜”，但是可使用两者中的任何一个术语来描述此类基本平面的制品。
“顶板”是定位成光伏模块面向光源的一面上最外层的片材、层或膜，并且还可描述为入射层。由于它的位置，通常期望顶板对于期望的入射光具有高透射率以使得阳光有效透射到太阳能电池中。还期望顶板具有高水分阻隔特性以防止水分进入光伏模块中。此类水分侵入可降解光伏模块组分和/或降低模块的电效率。
“背板”是光伏组件背离光源的一侧上的片材、层或膜，并且常常是不透明的。在一些情况下，可能期望装置(例如双面装置)的两个面均接收光，在这种情况下组件在装置的两个面上均可具有透明层。
“包封材料”层是用于将易碎的生成电压的太阳能电池层包封以防止其损坏并将其保持在光伏模块的适当位置中并且通常定位在太阳能电池层和入射层以及背衬层之间的层。适用于这些包封层的聚合物材料通常具有多种特性的组合，这些特性包括例如高透射率、高抗冲击性、高耐穿透性、高防潮性、良好的耐紫外光(UV)性、良好的长期热稳定性、对顶板、背板和其它刚性聚合物片材以及电池表面足够的粘合强度，以及良好的长期耐候性。
本发明涉及呈片材形式的聚酰胺-离聚物合金作为背板材料的用途。如本文所用，术语“合金”用于描述形成独特聚合物物质的聚合物共混物。各种聚酰胺-离聚物合金是可用的。如上文发明内容中限定的组成限制规定聚酰胺的级分足以确保聚酰胺在合金化和后续转换成膜期间保留连续相并且离聚物的级分足以确保在制备时和老化之后的足够韧性以及对包封物的良好粘附性。
热塑性树脂是在加压受热时可流动的聚合物材料。熔融指数(MI)为聚合物在受控的温度和压力条件下通过指定毛细管的质量流量率。它通常根据ASTM 1238测得。
本发明提供聚合物共混物，其为聚酰胺诸如尼龙6和选自特定离聚物家族的离聚物(以酸酐离聚物为代表)的组合，以提供高度适用于PV模块用聚合物背板的材料。在本质上，所述新材料克服了聚酰胺和离聚物两者的一些主要缺陷，但是继续保持大部分期望的属性。如上文所指示的，用于本发明的离聚物选自包含二元羧酸部分的离聚物家族，或其衍生物。如本文所用，术语“酸酐离聚物”用于描述包括二酸羧酸部分、其衍生物诸如酸酐或其它已知的羧酸衍生物的离聚物。离聚物中存在二元羧酸部分尤其是在较高含量下增强了与聚酰胺的相容性，并且提供了具有非常良好的韧性、低温冲击强度和耐水解分层性的共混物。较高含量的二元羧酸部分向此类离聚物和聚酰胺诸如尼龙6的共混物提供两种独特的特征结构。第一，酸酐离聚物以极细颗粒形式分散于聚酰胺中，以及第二，粒度分布非常窄。
如上文所指示的，本发明提供用于PV模块的背板，所述背板包含热塑性组合物，所述热塑性组合物包含聚酰胺和离聚物组合物，所述离聚物组合物包含下列物质的共聚物：乙烯、α，β-不饱和C3-C8羧酸、为烯键式不饱和单体或其衍生物的至少一种共聚单体，以及任选地选自丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯的至少一种共聚单体。
离聚物树脂(“离聚物”)为烯烃诸如乙烯(E)与不饱和羧酸诸如丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸(MAA)和/或其它酸的金属盐，以及任选地软化共聚单体的离子共聚物。可使用至少一种碱金属、过渡金属或碱土金属阳离子诸如锂、钠、钾、镁、钙或锌，或者此类阳离子的组合，来中和所述共聚物中的某些酸性基团部分，从而产生表现出增强的特性的热塑性树脂。例如，然后可将乙烯和丙烯酸的共聚物至少部分地中和成包含一种或多种碱金属、过渡金属、或碱土金属阳离子的盐以形成离聚物。共聚物还可由烯烃诸如乙烯、不饱和的羧酸和其它共聚单体诸如(甲基)丙烯酸烷基酯制成，从而提供可中和以形成较软离聚物的“较软”树脂。
可用于本发明的离聚物由包含二元羧酸部分的离聚物家族组成，所述二元羧酸部分可衍生自二元羧酸共聚单体的烯键式不饱和衍生物，诸如马来酸酐和以马来酸单乙酯，其至少部分地被一种或多种碱金属、过渡金属、或碱土金属阳离子中和(表示为酸酐离聚物)。它们是以下物质的共聚物：乙烯、α，β-不饱和C3-C8羧酸和至少一种共聚单体，所述共聚单体为含量为0.5重量％至12重量％，另选地3重量％至12重量％的烯键式不饱和二元羧酸。优选地，一种或多种二元羧酸共聚单体以4重量％至10重量％的量存在。不饱和二元羧酸共聚单体或它们的衍生物可选自例如马来酸酐(MAH)、马来酸单乙酯(也称为马来酸单乙基酯-MAME)、以及衣康酸(ITA)。更优选地，共聚物包含乙烯/马来酸/马来酸单甲基酯共聚物中的4重量％至8重量％的马来酸单甲基酯共聚单体，其中共聚物中的总酸性基团的20％至70％被中和以提供包含碱金属、过渡金属或碱土金属阳离子的羧酸盐。
包含较低含量烯键式不饱和二元羧酸共聚单体的某些未中和的乙烯酸共聚物是已知的(参见美国专利5,902,869)，它们的离聚物衍生物也是已知的(参见美国专利5,700,890)。
如上文所指示的，共聚单体诸如(甲基)丙烯酸烷基酯可包含在乙烯酸共聚物中以形成可被中和以提供具有碱金属、碱土金属和过渡金属阳离子的羧酸盐的共聚物。优选的是选自丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯的共聚单体，其中所述烷基基团具有1至8个碳原子，并且更优选的是选自下列的共聚单体：丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丁酯(iBA)和丙烯酸正丁酯(nBA)。当存在时，(甲基)丙烯酸烷基酯的含量任选地为0至30重量％(甲基)丙烯酸烷基酯，诸如0.1至30重量％，并且优选地占共聚物的0.1重量％至15重量％。
可用于本发明中的共聚物的示例包括乙烯、甲基丙烯酸和马来酸单乙酯的共聚物(E/MAA/MAME)以及乙烯、丙烯酸和马来酸酐(E/AA/MAH)的共聚物。
通过首先制得乙烯酸共聚物，并且用具有一种或多种碱金属、碱土金属或过渡金属阳离子的一种或多种无机碱处理所述共聚物，可实现乙烯酸共聚物的中和。可用至少一种金属离子将所述共聚物中和10％至99.5％，所述金属离子选自锂、钠、钾、镁、钙、钡、铅、锡、锌、铝；或此类阳离子的组合。中和可以为10至70％。优选地，共聚物具有20％，或者35％至70％的可用的羧酸基团，所述羧酸基团通过用至少一种选自钠、锌、锂、镁和钙，还更优选地锌或钠的金属离子中和来离子化。值得注意的是，存在的羧酸官能团至少部分地中和成包含锌或钠，优选地锌的羧酸盐。特别值得注意的是包含锌作为中和阳离子的酸酐离聚物。
混合金属离聚物可对具有聚酰胺的共混物提供比包含单一类型阳离子的离聚物更好的特性的组合。例如，与聚酰胺共混的锌/钠混合的离子离聚物可提供比由仅包含诸如钠的碱金属的相应离聚物所提供的那些更低的吸水性、更好的耐刮擦性和更好的加工能力。所述锌/钠混合的离子离聚物还可提供比仅包含锌的相应离聚物所提供的更高的硬度和更高的机械强度。混合的离子离聚物便利地通过将具有单一阳离子的离聚物组合物，诸如含锌离聚物与具有不同阳离子的离聚物诸如含钠离聚物共混来制备。另选地，混合的离子离聚物可通过随后或同时用不同中和剂中和酸共聚物来制备。
用于由共聚物制备离聚物的方法是本领域熟知的。
特别值得注意的是聚酰胺和酸酐离聚物的共混物还包含由不包含二元羧酸或衍生物的酸共聚物制备的常规离聚物。因此，本发明的组合物包括聚酰胺与组分(2)的共混物，所述组分(2)还包含与酸酐离聚物组合的一种或多种常规离聚物，所述常规离聚物包含E/X/Y共聚物，其中E为乙烯，X为C3至C8α，β-烯键式不饱和一元羧酸，并且Y为选自下列的共聚单体：丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯，其中烷基基团具有1至8个碳原子，其中X的含量为E/X/Y共聚物的2重量％至30重量％，Y的含量为E/X/Y共聚物的0重量％至40重量％，其中存在的羧酸官能团被一种或多种碱金属、过渡金属或碱土金属阳离子至少部分地中和。优选地，α，β-烯键式不饱和一元羧酸包括丙烯酸和甲基丙烯酸。常规离聚物的非限制性示例性示例包括E/15MAA/Na、E/19MAA/Na、E/15AA/Na、E/19AA/Na、E/15MAA/Mg、E/19MAA/Li和E/15MAA/60Zn(其中E代表乙烯，MAA代表甲基丙烯酸，AA代表丙烯酸，数字代表存在于所述共聚物中的一种或多种共聚单体的重量％或可用的羧酸基团的中和量，并且原子符号代表中和阳离子)。
根据具体应用的需要，可控制组分(2)中与酸酐离聚物组合的此类常规离聚物或常规离聚物混合物的量，以提供韧性、低温冲击强度和耐水解分层性的适当平衡。例如，通过使用较大量的常规离聚物以及较小量的酸酐离聚物(例如30重量％的常规离聚物和6重量％的酸酐离聚物)，可获得高度韧化的聚酰胺组合物。使用较大量的酸酐离聚物以及较小量的常规离聚物(例如30重量％的酸酐离聚物和6重量％的常规离聚物)，可制得韧化的聚酰胺膜。值得注意的是调节剂共混物，所述共混物包含等量的酸酐离聚物和常规离聚物(例如18重量％的酸酐离聚物和18重量％的常规离聚物)。当常规离聚物与酸酐离聚物共混时，共混物有利地包含在发明内容中对于离聚共聚物所述范围内的每种共聚单体的组合量。
值得注意的是，当聚酰胺为聚(己内酰胺)(尼龙-6)时，离聚物组分由酸酐离聚物组成。
聚酰胺-离聚物共混物可包含以下物质、基本上由以下物质组成、由以下物质组成、或由以下物质制得：下限为53重量％、58重量％或60重量％至上限为64重量％的聚酰胺，以及下限为36重量％或40重量％至上限为42重量％或47重量％的离聚物，所有物质均基于所述聚酰胺和离聚物的组合的重量计。
聚酰胺(本文缩写为PA)还被称为尼龙，是一种或多种二羧酸与一种或多种二胺、和/或一种或多种氨基羧酸如11-氨基十二烷酸的缩合产物，和/或是一种或多种环状内酰胺如己内酰胺和月桂内酰胺的开-环聚合产物。聚酰胺可以是全脂族的或半芳族的。
来自单一反应物诸如内酰胺或氨基酸的聚酰胺称为AB型聚酰胺，公开于“Nylon Plastics”(由Melvin L.Kohan编辑，1973，John Wiley and Sons，Inc.)中，并且包括尼龙-6、尼龙-11、尼龙-12、或它们中两种或多种的组合。由多于一种的内酰胺或氨基酸制备的聚酰胺包括尼龙-6，12。
可用于组合物中的其它熟知的聚酰胺包括由二胺和二酸缩合制得的那些，称为AABB型聚酰胺(包括尼龙-66、尼龙-610、尼龙-612、尼龙-1010和尼龙-1212)，以及由内酰胺、二胺和二酸的组合制得的那些，如尼龙-6/66、尼龙-6/610、尼龙-6/66/610、尼龙-66/610、或它们中两种或多种的组合。
用于组合物中的全脂族聚酰胺由脂族和脂环族单体形成，所述单体如二胺、二元羧酸、内酰胺、氨基羧酸、以及它们的反应等同物。在上下文中，术语“全脂族聚酰胺”也指衍生自两种或更多种此类单体的共聚物以及两种或更多种全脂族聚酰胺的共混物。可使用直链、支链和环状的单体。
全脂族聚酰胺中包含的羧酸单体包括但不限于脂族二羧酸，诸如例如己二酸(C6)、庚二酸(C7)、辛二酸(C8)、壬二酸(C9)、癸二酸(C10)、十二烷二酸(C12)、十三烷二酸(C13)、十四烷二酸(C14)和十五烷二酸(C15)。二胺可选自具有四个或更多个碳原子的二胺，包括但不限于四亚甲基二胺、1，6-己二胺、1，8-辛二胺、癸二胺、十亚甲基二胺、2-甲基戊二胺、2-乙基四亚甲基二胺、2-甲基辛二胺、三甲基六亚甲基二胺、间苯二甲基二胺、和/或它们的混合物。
半芳族聚酰胺包括由包含芳族基团的单体形成的均聚物、共聚物、三元共聚物或更高级的聚合物。一种或多种芳族羧酸可为对苯二甲酸或对苯二甲酸与一种或多种其他羧酸(诸如间苯二甲酸、邻苯二甲酸、2-甲基对苯二甲酸和萘二甲酸)的混合物。此外，一种或多种芳族羧酸可与一种或多种脂族二元羧酸混合，如上文所公开。另选地，可以用芳族二胺(例如间苯二甲基二胺(MXD))形成半芳族聚酰胺，这样的一个示例为MXD6，它是包含MXD和己二酸的均聚物。
本文所公开的优选的聚酰胺为均聚物或共聚物，其中术语共聚物是指具有两种或更多种酰胺和/或二酰胺分子重复单元的聚酰胺。通过均聚物和共聚物各自的重复单元对其进行标识。对于本文所公开的共聚物，重复单元是以它们在共聚物中存在的摩尔％的顺序列出的。以下列表例示了用于标识均聚物和共聚物聚酰胺中的单体和重复单元的缩写：
HMD 1，6-己二胺(或6，与二酸结合地使用时)
T 对苯二甲酸
6 ε-己内酰胺
AA 己二酸
DDA 癸二酸
DDDA 十二烷二酸
I 间苯二甲酸
MXD 间苯二甲基二胺
TMD 1,4-丁二胺
6T 由HMD和T形成的聚合物重复单元
MXD6 由MXD和AA形成的聚合物重复单元
66 由HMD和AA形成的聚合物重复单元
610 由HMD和DDA形成的聚合物重复单元
612 由HMD和DDDA形成的聚合物重复单元
11 由11-氨基十一烷酸形成的聚合物重复单元
12 由12-氨基十二烷酸形成的聚合物重复单元
在本领域中，术语“6”当单独使用时是指由ε-己内酰胺形成的聚合物重复单元。另选地，当“6”与二酸(诸如T)结合地使用时，例如6T，“6”是指HMD。在包含二胺和二酸的重复单元中，首先指定的是二胺。此外，当“6”与二胺结合地使用时，例如66，第一个“6”是指二胺HMD，并且第二个“6”是指己二酸。同样地，衍生自其它氨基酸或内酰胺的重复单元指定为表明碳原子数的单个数字。
在各种实施方案中，聚酰胺包含一种或多种聚酰胺，所述聚酰胺选自以下各组(其中PA是聚酰胺或“尼龙”的缩写)：
第I组聚酰胺具有小于210℃的熔点，并且包含脂族或半芳族聚酰胺，诸如聚(十二烷二酰己二胺/对苯二甲酰己二胺)(PA612/6T)。参见PCT专利申请公布ＷO2011/94542。第I组聚酰胺可具有一定含量的半芳族重复单元，使得熔点小于210℃，并且该组的半芳族聚酰胺一般具有小于40摩尔％的半芳族重复单元。将半芳族重复单元定义为衍生自单体的那些，所述单体选自以下中的一种或多种：具有8至20个碳原子的芳族二元羧酸和具有4至20个碳原子的脂族二胺。其它值得注意的第I组聚酰胺包括PA6/66、PA6/610、PA6/66/610、PA6/6T、PA1010、PA11和PA12。
第II组聚酰胺具有至少210℃的熔点，并且包括脂族聚酰胺。值得注意的第II组聚酰胺包括PA6、PA66、PA610和PA612。PA6的RV通常根据ISO测试方法307使用1％的聚合物的96％硫酸溶液来测量。PA66的RV通常根据ISO测试方法307使用1％的聚合物的90％甲酸溶液来测量。
第III组聚酰胺具有至少210℃的熔点，并且包括
(aa)20至35摩尔％的半芳族重复单元，其衍生自选自以下中的一种或多种单体：
(i)具有8至20个碳原子的芳族二元羧酸和具有4至20个碳原子的脂族二胺；和
(bb)65至80摩尔％的脂族重复单元，其衍生自选自以下中的一种或多种单体：
(ii)具有6至20个碳原子的脂族二元羧酸和具有4至20个碳原子的脂族二胺；和
(iii)具有4至20个碳原子的内酰胺和/或氨基羧酸。
优选的第III组聚酰胺为PA 66/6T。
第IV组聚酰胺具有大于230℃的熔点，并且包含
(cc)50至95摩尔％的半芳族重复单元，其衍生自选自以下中的一种或多种单体：
(i)具有8至20个碳原子的芳族二元羧酸和具有4至20个碳原子的脂族二胺；和
(dd)5至50摩尔％的脂族重复单元，其衍生自选自以下中的一种或多种单体：
(ii)具有6至20个碳原子的脂族二元羧酸和具有4至20个碳原子的所述脂族二胺；和
(iii)具有4至20个碳原子的内酰胺和/或氨基羧酸。
优选的第IV组聚酰胺为PA6T/66。
第V组聚酰胺具有至少260℃的熔点，并且包含
(ee)大于95摩尔％的半芳族重复单元，其衍生自选自以下中的一种或多种单体：
(i)具有8至20个碳原子的芳族二元羧酸和具有4至20个碳原子的脂族二胺；和
(ff)小于5摩尔％的脂族重复单元，其衍生自选自以下中的一种或多种单体：
(ii)具有6至20个碳原子的脂族二元羧酸和具有4至20个碳原子的所述脂族二胺；和
(iii)具有4至20个碳原子的内酰胺和/或氨基羧酸。
优选的第V组聚酰胺为PA6T/DT。
第VI组聚酰胺不具有熔点，并且包括聚(间苯二甲酰己二胺/对苯二甲酰己二胺)(PA6I/6T)和聚(间苯二甲酰己二胺/对苯二甲酰己二胺/己二酰己二胺)(PA6I/6T/66)。
在各种不同的实施方案中，聚酰胺分别为第I组聚酰胺、第II组聚酰胺、第III组聚酰胺、第IV组聚酰胺、第V组聚酰胺或第VI组聚酰胺。
优选的聚酰胺包括PA6、PA66、PA610、PA612、PA6/66、PA6/610、PA6/66/610、PA6/6T、PA610/6T、P612/6T、PA1010、PA11、PA12、以及它们的组合。更优选的聚酰胺包括PA6、PA66、PA610、PA612、PA610/6T、PA612/6T、PA1010、PA11、PA12以及它们的组合，包括PA6、PA612、P612/6T或PA12，其中PA6最优选。
聚酰胺组分还可为两种或更多种聚酰胺的共混物。优选的共混物包括选自下列的那些：第I组和第II组聚酰胺、第I组和第III组聚酰胺、第I组和第VI组聚酰胺、第II组和第III组聚酰胺、第II组和第IV组聚酰胺、第II组和第V组聚酰胺、第II组和第VI组聚酰胺、第III组和第VI组聚酰胺、以及第IV组和第V组聚酰胺。值得注意的共混物是PA612和PA612/6T的共混物，尤其是以1∶3的PA612∶PA612/6T共混物比率。参见美国专利申请公布2012/0196973。
聚酰胺及其制备方法是本领域技术人员熟知的，因此为简短起见，省略其公开内容。
聚酰胺可具有2.5至4.0，优选2.6至3.5的相对粘度(RV)。相对粘度与熔体粘度相关。不同的方法可用于测量RV值，并且不是所有商业聚酰胺均列出RV值。RV通过将特定体积的聚合物溶液流动通过毛细管所需的时间与相同体积的纯溶剂的相应流动时间进行比较来测定。可根据感兴趣的聚酰胺使用不同的溶剂。常用溶剂包括96％硫酸和90％甲酸。例如，尼龙-6的RV根据ISO测试方法307使用1％的96％硫酸溶液来测量。用于测定RV的类似方法根据ASTM D789。
RV在3.3左右，针对挤出等级的尼龙-6(诸如得自BASF的B33)是合适的。RV在2.7左右的模塑等级的尼龙-6(诸如得自BASF的B27)也适用于该应用。
聚酰胺-离聚物共混物还包含0重量％至20重量％的颜料；以及0重量％至40重量％的填料；使得颜料和/或填料占总组合物的8重量％至50重量％。
如本文所用，颜料具有大于1.8，优选地大于2的折射率，以及小于0.5微米诸如0.2至0.4微米的粒度。组合物可包含无机颜料诸如氧化物颜料，例如二氧化钛、氧化锌和氧化锑。其它颜料包括锌钡白、铬钼酸、硫硒化合物、亚铁氰化铁和炭黑颜料。值得注意的是，颜料包括二氧化钛、氧化锌、或氧化锑，优选二氧化钛。包含无机颜料的组合物保持良好的流动性并且即使在少量使用时也使模塑制品着色。
如本文所用，填料具有1.6或更小的折射率和0.8微米或更大的粒度。合适的填料包括矿物填料诸如无机氧化物、碳酸盐、硫酸盐、二氧化硅、碱金属和碱土金属硅酸盐、以及元素周期表中第IA族、第IIA族、第IIIA族、第IIB族、第VIB族或第VIII族金属的重晶石，包括硅酸镁，诸如滑石(Mg3Si4O10(OH)2)、硅灰石(CaSiO3)、层状硅酸盐(云母)和碳酸钙。值得注意的是，填料包括无机氧化物、碳酸盐、硫酸盐、二氧化硅、碱金属硅酸盐和碱土金属硅酸盐、或元素周期表中第IA族、第IIA族、第IIIA族、第IIB族、第VIB族或第VIII族金属的重晶石，优选地其中所述填料包括碳酸钙、硫酸钡、硅灰石和滑石，更优选滑石。填料可任选地用诸如硅烷处理剂涂覆以改善填料和聚合物基体之间的润湿。填料的形状、粒度、粒度分布均影响其作为填料的效果，但是在高含量下，填料的颗粒特性变得较不重要。优选地，填料颗粒具有大于5的最大尺寸与最小尺寸的比率。填料还包括玻璃纤维。有利地，填料提供加强(改善杨氏模量ASTM D882)并减小组合物的线性热膨胀系数(ASTM E831)同时保持良好的断裂伸长率(ASTM D882)。大颗粒诸如具有至少一个尺寸大于200微米的粒度的那些，诸如云母或玻璃纤维，提供良好的加强但可减小断裂伸长率。优选具有至少一个尺寸小于20微米，或小于5微米的颗粒。滑石(板状填料)和硅灰石(棒状填料)提供最小的线性热膨胀系数、最大的刚性，同时仍然保持合理量的断裂伸长率。优选地，填料为透明的，诸如玻璃纤维，或白色的以产生更白的组合物。例如，可以商品名3CA商购获得的滑石比3CC更白，当将其掺入聚合物基体中时导致更白的组合物。这在与白色颜料如二氧化钛组合使用时是特别期望的。
例如但不限于，所述组合物可包含8重量％至20重量％的颜料，诸如TiO2和0重量％的填料，或所述组合物可包含8重量％至40重量％的填料诸如滑石和0重量％的颜料，或所述组合物可包含10重量％至40重量％的填料诸如滑石和8重量％至15重量％的颜料。值得注意的组合物包含或具有8重量％至12重量％的颜料和12重量％至18重量％的填料诸如10重量％的颜料和15重量％的填料。
聚酰胺-离聚物共混物还可包含附加的添加剂，所述附加的添加剂提供耐候性、稳定性或改善的加工。聚酰胺-离聚物组合物或共混物可包含基于所述总组合物的重量计，0.1至5重量％的任选的添加剂。此类添加剂包括稳定剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、水解稳定剂、抗静电剂、阻燃剂、加工助剂如润滑剂、防粘连剂、剥离剂、或它们中两种或更多种的组合。尤其值得注意的是氧化抑制剂(抗氧化剂)，UV稳定剂和受阻胺光稳定剂。这些添加剂的相对百分比可根据所需物体的具体用途而变化。可将添加剂加入典型的熔融配混设备中的聚合物共混物中。
合适的稳定剂包括抗氧化剂如由Ciba-Geigy(现在属于BASF)制备的家族，以及UV稳定剂诸如由Ciba-Geigy以商品名出售的那些或由Cytec生产的光稳定剂和光吸收剂。优选的抗氧化剂基于受阻酚，并且优选的UV稳定剂基于受阻胺光稳定剂(HALS)诸如以商品名从BASF出售的那些。
值得注意的润滑剂包括脂肪酸的盐诸如硬脂酸钠或硬脂酸锌，其可以总组合物的0.1重量％至1重量％添加。
共混物还可包含磷盐，诸如次磷酸盐。适用于共混物的磷盐更详细地描述于美国专利6,399,684中。包括次磷酸钠、次磷酸锂或次磷酸钾在内的盐可以所述组合物的0.1重量％至3重量％加入共混组合物中。次磷酸盐可对共混物提供改善的形态或物理特性，诸如改善的维卡温度
和/或改善的拉伸特性。值得注意的是如本文所述，基本上由以下物质组成的组合物：(1)如上所述的聚酰胺；(2)如上所述的离聚物；以及(3)次磷酸盐。
可使用熟知的熔体混合方法采用挤出机或其它合适的混合机如班伯里密炼机或法雷尔连续混合机或辊磨机将聚合物共混组合物与颜料、填料和/或附加添加剂混合。
组合物的实施方案包括：
其中聚酰胺组分包含尼龙6、尼龙12、尼龙610、尼龙612、尼龙610/6T、尼龙612/6T、或它们的组合的组合物。
其中聚酰胺组分包含尼龙6的组合物。
其中(c)的共聚单体为马来酸的C1-C4烷基半酯的组合物。
其中存在的羧酸官能团至少部分地中和成包含锌或钠，优选锌的羧酸盐的组合物。
其中存在的羧酸官能团至少部分地中和成包含锌或钠的羧酸盐的组合物。
其中存在的羧酸官能团至少部分地中和成包含锌的羧酸盐的组合物。
以下组合物：其中酸酐离聚物组分还包含与酸酐离聚物组合的一种或多种离聚物，所述离聚物包含E/X/Y共聚物，其中E为乙烯，X为C3至C8α，β-烯键式不饱和一元羧酸，并且Y为选自下列的共聚单体：丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯，其中烷基基团具有1至8个碳原子，其中X的含量为E/X/Y共聚物的2重量％至30重量％，Y的含量为E/X/Y共聚物的0重量％至40重量％，其中存在的羧酸官能团至少部分地中和成包含一种或多种碱金属、过渡金属或碱土金属阳离子的羧酸盐。
包含8重量％至20重量％的颜料和0重量％的填料的组合物。
包含8重量％至40重量％的填料和0重量％的颜料的组合物。
包含10重量％至40重量％的填料和8重量％至15重量％的颜料的组合物。
包含8重量％至12重量％的颜料和12重量％至18重量％的填料的组合物。
其中颜料包括二氧化钛、氧化锌、或氧化锑，优选二氧化钛的组合物。
其中颜料包括二氧化钛的组合物。
其中填料包括无机氧化物、碳酸盐、硫酸盐、二氧化硅、碱金属硅酸盐和碱土金属硅酸盐、或元素周期表中第IA族、第IIA族、第IIIA族、第IIB族、第VIB族或第VIII族金属的重晶石，优选地其中所述填料包括碳酸钙、硫酸钡、硅灰石和滑石，更优选滑石的组合物。
其中填料包括无机氧化物、碳酸盐、硫酸盐、二氧化硅、碱金属硅酸盐和碱土金属硅酸盐、或元素周期表中第IA族、第IIA族、第IIIA族、第IIB族、第VIB族或第VIII族金属的重晶石的组合物。
其中填料包括碳酸钙、硫酸钡、硅灰石或滑石的组合物。
其中填料包括滑石的组合物。
包含10重量％至40重量％的滑石和8重量％至15重量％的二氧化钛的组合物。
包括上述实施方案的任何组合的组合物。
一旦如上所述制备聚酰胺-离聚物共混物，则可将它们进一步加工成可用作光伏模块的背板的单层或多层结构。可使用本领域的技术人员已知的任何技术将熔融挤出的热塑性组合物转变成膜或片材。合适的附加方法包括但不限于吹塑膜挤出、流延膜挤出、流延片材挤出、层压、共挤出、挤压涂布等。值得注意的多层背板结构可包括邻近光伏模块的包封层的包含聚乙烯和离聚物的共混物的层。
背板的实施方案包含上述组合物中的任一种。值得注意的实施方案包括：
其中聚酰胺组分包含尼龙6的背板。
其中颜料包括二氧化钛的背板。
其中填料包括碳酸钙、硫酸钡、硅灰石或滑石的背板。
其中填料包括滑石的背板。
其中聚酰胺-离聚物共混组合物包含10重量％至40重量％的滑石和8重量％至15重量％的二氧化钛的背板。
膜或片材可越过其直接淬火或浇铸而进一步被取向。所述方法包括以下步骤：(共)挤出熔融聚合物的层流，骤冷(共)挤出物然后在至少一个方向上对骤冷的(共)挤出物进行取向。可对膜进行单向取向，或可通过在膜平面中两个互相垂直的方向上拉伸来对膜进行双向取向，以获得满意的机械性能和物理特性的组合。取向和拉伸为本领域的技术人员所熟知，为了简洁，本文省略了该描述。
就多层结构而言，可将各层共挤出，或者它们可单独形成，并且然后彼此粘附以形成背板。可通过共挤出，任选地之后层压到一个或多个其它层上来制得背板。可通过将层中的一些或全部挤压涂布或层压到基底上来制得所述背板。例如，可制备芯层的片材或膜，在所述片材或膜上附接表层和任选的接合层。一些背板结构包含“e-层”或具有特定亲和力以附接到包封物上的层。可通过使用可共挤出粘合剂将e-层共挤出或层压到主体背板组合物上。然而，不需要将附加的“e-层”涂覆或层压到瞬时背板结构上。聚酰胺-离聚物合金包括具有对包封层诸如标准商业EVA包封材料的强粘附性的背板，但不具有附加的“e-层”。
可通过热成形为成型制品来进一步加工片材。在热成形中，将平板加热至其软化点并拉伸成所需的形状。例如，可将包含聚酰胺-酸酐离聚物组合物的片材热成形为适形于光伏电池中的光伏元件的形状的形状。
就用作光伏模块中的背板而言，片材的厚度为8至20密耳(200至500微米)。
本发明的层合的太阳能电池模块包括或基本上由下列组成：顶板，其提供由透光材料形成的前支撑层并具有第一表面和第二表面；多个互连的太阳能电池，其具有面向所述前支撑层的第一表面和背向所述前支撑层的第二表面；围绕并包封所述互连的太阳能电池的透明包封物，所述透明包封物结合到所述前支撑层的第二表面；以及如上所述的背板，其中所述背板的一个表面结合到所述透明包封物的第二表面。
顶板或入射层可衍生自任何合适的片材或膜。合适的片材可以为玻璃片或塑料片，诸如包含选自下列的聚合物的那些：聚碳酸酯、丙烯酸类、聚丙烯酸酯、环状聚烯烃(例如，乙烯降冰片烯聚合物)、聚苯乙烯(优选茂金属催化的聚苯乙烯)、聚酰胺、聚酯、含氟聚合物、或它们中两种或更多种的组合。
术语“玻璃”不仅包括窗玻璃、平板玻璃、硅酸盐玻璃、玻璃片、低铁玻璃、钢化玻璃、钢化无氧化铈玻璃和浮法玻璃，还包括彩色玻璃、特种玻璃(诸如那些包含控制太阳能加热的成分的玻璃)、镀膜玻璃(诸如那些溅射有金属(如银或氧化铟锡)以控制日照的玻璃)、电子玻璃、Toroglass、玻璃(PPG Industries(Pittsburgh，PA))和玻璃(PPG Industries)。此类特种玻璃在例如美国专利4,615,989、5,173,212、5,264,286、6,150,028、6,340,646、6,461,736、和6,468,934中有所公开。然而应当理解的是，应根据预期用途为具体的组件选择玻璃类型。
例如，含氟聚合物膜，诸如乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)膜可代替更常见的玻璃层用作光伏模块中的顶板。另一种替代方案是由全氟化共聚物树脂，诸如四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)制成的膜。
太阳能电池层的受光面有时可称为正面，并且在实际使用条件下通常面向光源。太阳能电池层的非受光面有时可称为下面或背面，并且在实际使用条件下通常背离光源。
单晶硅(c-Si)、多晶硅(poly-Si或mc-Si)和带状硅是用来形成更为传统的基于晶片的太阳能电池的最常用材料。源自基于晶片的太阳能电池的光伏模块通常包括焊接在一起的一系列自承晶片(或电池)。这些晶片通常具有介于180μm和240μm之间的厚度。
太阳能电池层可显著地厚于其它层并且在形状和/或厚度上不规则，其包括介于和围绕太阳能电池和太阳能电池层的其它组件之间的空间。就这一点而言，应当注意的是互连太阳能电池的导体通常被布置成形成应力消除环以补偿由温度变化造成的膨胀和收缩。那些环需要由电池包封。然而，当使用聚合物背板时，必须仔细确保在加热下压缩多个层以形成层压模块时应力环将不刺穿背板。背板被一个或多个应力环刺穿将例如通过在应力环刺穿背板的一个或多个点处的湿度进入导致的短路促使模块容易地损坏。
因此，背板层合体的部分将接触太阳能电池层的周边之外的包封层并且可在施加热时粘附。如本文所用，太阳能电池的周边是被太阳能电池层包括的区域的外部界限的轮廓。在许多情况下，期望包封材料流入空间并紧密包封太阳能电池和其它组件以物理地加固光伏模块。因此，可能必要的是施加热并持续足以允许此类流动的时间段，所述时间段可能比粘附更规则形状的较薄层所需的更长。例如，可以使组件保持高于包封层的软化点并持续5至30分钟以有效加固光伏模块的形式施加热。
用于制备本文所述的光伏模块的包封层可各自包括独立地选自下列的聚合物材料：烯属不饱和羧酸共聚物、烯属不饱和羧酸共聚物的离聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚(乙烯醇缩醛)(包括隔音级聚(乙烯醇缩醛))、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯(例如，线性低密度聚乙烯)、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、μ-烯烃和烯键式不饱和羧酸酯的共聚物(例如乙烯丙烯酸甲酯共聚物和乙烯丙烯酸丁酯共聚物)、有机硅弹性体、环氧树脂、或它们中两种或更多种的组合。
包封层可优选地包含热塑性聚合物，所述热塑性聚合物包含乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、烯属不饱和羧酸共聚物、烯属不饱和羧酸共聚物的离聚物、以及它们的组合(例如，两种或更多种烯属不饱和羧酸共聚物的组合、两种或更多种烯属不饱和羧酸共聚物的离聚物的组合、或至少一种不饱和羧酸共聚物与一种或多种不饱和羧酸共聚物的离聚物的组合)。
太阳能电池模块和制备其的组件还可任选地包括嵌入所述模块内的其它功能膜或片材层(例如，介电层或阻隔层)。此类功能层可源自任何上述聚合物膜或涂覆有附加功能涂层的那些。例如，涂覆有金属氧化物涂层的聚(对苯二甲酸乙二醇酯)膜(诸如美国专利6,521,825和6,818,819以及欧洲专利EP1182710中公开的那些)可以用作层压板中的氧气和水分阻挡层。
如果需要，太阳能电池层和包封材料之间还可存在一层非织造玻璃纤维(稀松布)，以利于在层压过程中脱气或起到加强包封的作用。此类稀松布层的用途在例如美国专利5,583,057、6,075,202、6,204,443、6,320,115和6,323,416以及欧洲专利EP0769818中有所公开。
此外，除了本文所述的聚合物背板之外，可利用金属膜，诸如铝箔或金属片，诸如铝、钢、镀锌钢或陶瓷板作为用于光伏模块的背层。
可以包括特殊的膜或片材以同时起到包封层和外层的作用。还可以设想，包括在模块中的任何膜或片材层可以为预成形的单层或多层膜或片材的形式。
如果需要，可在层压工序前对并入太阳能电池模块内的入射层膜和片材、背板膜和片材、包封层和其他层的一个表面或两个表面进行处理，以增强它们对其它层压层的粘附力。这种粘附性增强处理可采取本领域已知的任何形式，并且包括美国专利申请公布2010/0108126中所述的那些。
制造太阳能电池模块包括提供前支撑层，所述前支撑层由透光材料形成并且具有前表面和后表面；邻近所述前支撑层的后表面防止第一透明热塑性包封层；定位具有第一表面和第二表面的多个互连太阳能电池使得其第一表面邻近所述第一透明包封层；邻近太阳能电池的第二表面放置第二透明热塑性包封层；邻近所述第二透明热塑性包封层放置如上所述的背板从而形成组件；使所述组件经受热和压力以便熔融包封层并使得包封物围绕所述太阳能电池，并且冷却所述组件以便使得包封物固化并结合到所述前支撑层、太阳能电池和背板，从而将各层和太阳能电池层合在一起以形成集成的太阳能电池模块。
光伏模块通过以下方法制备：提供一种用于在热和压力下转换成层合的太阳能电池模块的组件，所述组件包括由透光材料形成并具有前表面和后表面的前支撑层；邻近所述前支撑层的后表面的第一透明热塑性包封层；邻近所述第一透明包封层的具有第一表面和第二表面的多个互连的太阳能电池；与所述第一透明包封层成平行关系邻近太阳能电池布置的第二透明热塑性包封层；以及如上所述的热塑性背板。
可将真空层压机用于将组件的层附接在一起以提供光伏模块。层压机包括压板基座，其上以重叠方式放置组件的层用于层压。层压机还包括覆盖并完全围绕压板基座的封装件。可以将被压板和封装件包封的区域抽真空。层压机还包括在封装件内的柔性筒胆，其附接到封装件的上内表面，所述筒胆可充气到大于抽真空区域中的压力的压力。例如，筒胆上方的压力可以为大气压并且筒胆下方的层合体可保持在真空下以除去空气。当将筒胆充气时，筒胆的柔性表面从密封件的顶部朝向压板推动并且向多层组件施加表面压力以确保组件和压板之间的良好热接触。就模块的层压而言，将层压机预热至高于一个或多个包封层的软化温度的温度并在整个层压过程中保持在所述温度下。
可将耐热片材放置在组件下以延迟热流动并使得样品脱气和脱挥发成分。可将防粘片置于组件的下方和/或上方以防止样品层粘附到层压机的部件上。将组件置于压板上并且将层压机的封装件下降到适当位置并密封。接着，将介于层压机的压板和封装件之间围绕组件的区域抽真空(例如，至1豪巴的压力)以有助于进一步防止空隙、缺陷和气泡。接着，将橡胶筒胆充气(例如，至999豪巴的压力)使得其针对组件挤压并且确保与压板的良好热接触。维持压力和热并持续足够的时间段(持续1至10分钟)以软化包封层并且粘附到太阳能电池和相邻的层。
当完成加热步骤时，将筒胆减压至0豪巴使得其可从与多层膜层合体接触中移除，封装件释压至大气压并且封装件未密封并打开。然后从压板中取出多层膜层合体，并且使其冷却至室温。
本文所述的层压方法并不意味着进行此类层压的仅有可能的方式。例如，更先进的层压机具有可回缩的销，所述销将多层层合体结构保持在热源上方直至进行接触和加热需要的时间。这将在大多数情况下免去对耐热层的需要。
实施例
所用的材料
AI-1：乙烯、11重量％甲基丙烯酸和6重量％的马来酸单乙酯的共聚物，其用Zn阳离子中和至50-60％的水平，MI为0.1g/10min。
AI-2：包含乙烯、13重量％丙烯酸和4重量％马来酸单乙酯的酸酐离聚物三元共聚物，其用Zn阳离子中和至50％的水平。
ION-1：乙烯和19重量％的马来酸的共聚物，其用Zn阳离子中和至约36％的水平，MI为1.3g/10min。
ION-2：乙烯和15重量％的马来酸的共聚物，其用Zn阳离子中和至约60％的水平，MI为0.7g/10min。
PA-6：可以商品名B27E从BASF商购获得的尼龙-6均聚物。
PA-12A：可以商品名AMNO从Arkema商购获得的尼龙-12均聚物。
PA-12B：可以商品名AESNO从Arkema商购获得的尼龙-12均聚物。
PA-612/6T：可以商品名购自DuPont的尼龙-612/6T共聚物。
Tie-1：马来酸酐改性的线性低密度聚乙烯(LLDPE)，其中密度为0.91g/cm3且熔体指数为1.7g/10min，可从DuPont商购获得。
Tie-2：马来酸酐改性的线性低密度聚乙烯(LLDPE)，其中密度为0.91g/cm3且熔体指数为2.7g/10min，可从DuPont商购获得。
Tie-3：马来酸酐改性的线性低密度聚乙烯(LLDPE)，其中密度为0.91g/cm3且熔体指数为3.1g/10min，可从DuPont商购获得。
TiO2：可以商品名R105从DuPont商购获得的二氧化钛或相当材料。
TiO2浓缩物：可以商品名111676White COP MB从Ampacet(660White Plains Road，Tarrytown，NY 10591)商购获得的预分散于乙烯甲基丙烯酸酯共聚物中的70重量％的二氧化钛。
ZnO浓缩物：预分散于乙烯甲基丙烯酸共聚物中的45重量％的氧化锌。
所用的填料汇总于下表中。
所用的添加剂汇总于下表中。
按照以下标准评价多种商业背板结构：
HRPET：耐水解PET，12密耳厚，以商品名PYE3000从Coveme SPA(Bologna，Italy)商购获得。
TPT：/PET/12密耳厚，以商品名2442从Isovoltaic AG(Leibring，Austria)商购获得，或1200Dun-solar TPT背板，可从DUNMORE Corporation(145Wharton Rd.，Bristol，PA 19007)商购获得。
APA：三层片材，其包括包含聚酯的芯层和两个包含改性的聚酰胺的表层，可以商品名APA 4004从Isovoltaic AG(Liebring，Austria)商购获得。
AAA：三层片材，其包括包含改性的聚酰胺的芯层和两个包含改性的聚酰胺的表层，可以商品名AAA 3554从Isovoltaic AG(Liebring，Austria)商购获得。
上文所列材料的共混物通过熔融共混，之后进行本发明所述的程序或类似方法来制备。使用25mm 38/1 L/D ZSK-25 World Lab双螺杆挤出机或类似方法进行配混，所述挤出机由九个100mm长的圆筒构成，由Krupp Werner&Pfleiderer(Coperion)制造。将聚合物预共混并且然后使用失重式喂料机给料到挤出机的喉部(圆筒1)。使用第二喂料机将填料给料于挤出机，其使用圆筒4处的侧喂料机。在添加填料之前和之后(在圆筒4和圆筒8处)，对熔体抽真空。使用Gala切割器将离开挤出机模面的熔融共混物(在圆筒9之后)模面切割。
用于表2中比较例C4的操作条件示于表1中。类似地制备其它实施例。
表1
熔融共混物的组成示于表2中。
表2
在配备有氮气吹扫的空气循环Blue M托盘式干燥烘箱中在70至85℃下将收集的粒料干燥过夜。将干燥的聚合物样品中的每一种用于铸塑8-英寸(228mm)宽，通常0.33至0.35mm厚的片材。使用31.75mm直径的30/1L/D单螺杆挤出机铸塑片材，所述挤出机由Wayne Machine(Totowa，New Jersey)建造，装有3/1压缩比率的单一飞行螺杆并具有5L/D的熔混段。挤出机模头是203-mm宽的涂覆吊钩型平膜模头，模头间隙为0.35mm。将从模头排出的熔融聚合物膜铸塑到装有控温冷却水的203mm宽乘203mm直径的双层薄壳螺旋挡板铸塑辊上。所述铸塑辊和模头是由Killion Extruders(Davis Standard，Cedar Grove，New Jersey)建造的。组合物的典型挤出条件在表3中提供。
表3
将0.35-mm厚的聚合物片材用于测试与PV背板相关的特性。
测试方法
灰分：将样品称量到坩埚中并在800℃马弗炉中加热15分钟。记录的数字表示坩埚中剩余的样品的％。该测试用于验证实现了填料的正确加载。
拉伸特性(ASTM D882-12)对于从片材中冲切的25mm乘150mm取样片来测量。将五个取样片取向使得长度方向在纵向(MD)上并且将五个取样片取向使得长度方向在横向(TD)上。在50％RH和23℃下测试前，将取样片在50％RH和23℃下调理至少七天。标距为25mm并且夹头速度为508mm/min。记录的结果为五个取样片的平均值。优选高杨氏模量(刚度的量度)和至少100％断裂伸长率(伸长率越高表示韧性越好)的组合。
线性热膨胀系数(ASTM E813-13)对于从片材中冲切的4.9乘65mm取样片来测量。将三个取样片取向使得长度方向在MD上并且将三个取样片取向使得长度方向在TD上。在测试之前，将取样片在50％RH和23℃下调理至少七天。热力学分析仪设有膜纤维探针并施加0.1N预载力。在开始运行之前将样本冷却至-60℃，并以5℃/min的速率加热至90℃。介于-60℃和90℃之间的最佳拟合直线的斜率被认为是CLTE(μm/m/℃)。记录每个取向上的两个测试结果。较低的线性热膨胀系数是优选的，使得热塑性背板膨胀并且接触包封层。
在38℃和100％RH下的湿气透过率(MVTR)根据ASTM F1249对从片材切割的取样片进行测量。
在85℃和100％RH下的湿气透过率(MVTR)使用Yamato DKN402烘箱对Permatran 3/33模型进行测量。按照ASTM F1249-06，不同的是温度为85℃。
在50％RH和23℃下的水分吸收或在85℃下的水浸法。该测试测量在指示的暴露调理之后吸收到从片材中冲切的片材样品(通常25mm宽乘150mm长)中的水量。吸收的水分根据ASTM D6869-03(150℃烘箱温度)通过Karl Fischer滴定来测定。
在150℃下在空气循环烘箱中热处理30分钟之后的收缩。从片材中剪出矩形。在MD和TD上测量片材尺寸之前，使样品在50％RH和23℃下调理至少七天。然后将样品通过钩悬挂在150℃下的预热空气循环烘箱中30分钟，此后，从烘箱中取出片材样品使其在50％RH和23℃下调理至少48小时，然后再次测量MD和CD长度。尺寸的变化记录为由于在150℃下调理的尺寸的减少百分比。
颜色测量(ASTM E1347-06)使用Hunter Lab Colorquest XE比色计测量样品的颜色(L*、a*、b*)。L是白度的量度；白色材料具有较高的L*值。
测试结果的总结在表4和5中给出。
表4
表4中的测试结果示出添加填料增加刚度(如通过较高的样式模量所测量的)，并且减小韧性(如通过断裂伸长率或断裂应变所测量的)。填料还减小线性热膨胀系数，并且按重量计，较大的棒状或板状填料更多地减小CLTE。比较例C1不包含填料并且具有大于200μm/m/℃的CLTE。包含15重量％硅灰石的比较例C3具有小于155μm/m/℃的MD CLTE，并且包含15重量％云母的比较例C5具有小于142μm/m/℃的MD CLTE。
表5
如表5中所示，添加填料趋于减小湿气透过率，具有一些例外。实施例5包含40重量％的云母并且具有非常高的MVTR(高于不包含填料的样品)。在较小杆形填料的情况下，聚酰胺-酸酐离聚物实施例具有比相当的聚酰胺-常规离聚物组合物更低的MVTR。在云母填料的情况下，观察到相反结果。添加填料可导致水分吸收减少。在150℃下30分钟之后片材的收缩方面，所有样品均具有极低的收缩(具有或不具有填料)。这些收缩数非常接近测量装置中的误差。
表4和5中的结果表明较大的填料类型(如纤维玻璃或云母)在减小片材CLTE和增加片材刚度方面更好但导致极低的断裂伸长率并对水分透过具有负面效应。
用如表6中所示的添加剂制备附加的共混物。
表6
*可从LTL Color Compounders，Inc.20 Progress Drive(Morrisville，PA 19067)商购获得。
附加的UV稳定剂和抗氧化剂添加剂也可存在(不包括在重量％中)。
将表6中的共混物组合并且与附加的材料熔融共混以提供表7中总结的可用于PV背板的聚酰胺-离聚物组合物。可包括其它填料诸如滑石。实施例10不具有填料但具有21.5重量％TiO2浓缩物作为颜料。
表7
测量组合物10-13的粒料的颜色并且值示于表7中。使用滑石填料F6的组合物比具有滑石填料F7的组合物更白，如由L*指示的。
表8和9列出了对片材样品的特性测试。
表8
表8中的测试结果示出可以高达30重量％的加载将较小的板状填料如滑石添加到聚酰胺-离聚物共混物中以减小CLTE并且仍然维持至少100％的断裂伸长率。聚酰胺-酸酐离聚物组合物具有与相当的聚酰胺-常规离聚物组合物大致相当的刚度和更好的断裂应变。组合物具有比商业背板材料更低的杨氏模量和更高的断裂应变。
表9
在表9中，当将填料加入聚酰胺-离聚物共混物中时观察到MVIR的显著减小和水分吸收。与具有超过300g-密耳/m2/日的MVTR和85℃下6.3％的水分吸收的未填充共混物(C7)相比，实施例8和比较例C8包含30重量％滑石并具有75或更少的MVTR以及在85℃下少于4.5重量％的水分吸收。聚酰胺-酸酐离聚物组合物具有与相当的聚酰胺-常规离聚物组合物相比大致相当的水分吸收和更低的MVTR。
下一个比较示出在等同的配混条件下，与将无机填料添加到尼龙-6聚酰胺-标准离聚物合金中相比，当将无机填料添加到尼龙-6聚酰胺-酸酐离聚物合金中时获得更好的机械和热特性。
表10
拉伸特性对于在23℃和50％RH下调理一周的膜样品来测量并总结于表11中。水分渗透、吸收和湿热老化也总结于表11中。
表11
如表11中所示，两种组合物的杨氏模量相当，但聚酰胺-酸酐离聚物组合物的断裂应变显著更高。聚酰胺-酸酐离聚物组合物在MD和TD上的线性热膨胀系数均更低。在聚酰胺-酸酐离聚物组合物的情况下渗透率更低。在聚酰胺-酸酐离聚物组合物的情况下，在50％RH下1周之后或在水中浸泡1周之后的水分吸收显著更低。
表11还记录了MD取向的取样片在湿热调理72小时、1000小时和2000小时之后的刚度(杨氏模量)和伸长率(断裂应变)。基于聚酰胺-酸酐离聚物组合物的无机填充的合金产生比由常规离聚物制备的合金更好的对湿热的耐水解性。聚酰胺-离聚物合金的聚酰胺部分推测在85℃和100％RH调理下经历进一步结晶，因此观察到随时间增加的刚度(杨氏模量)。因为水解和热降解也出现，所以在取样片断裂之前存在所述取样片中的伸长量的减少。得自酸酐离聚物-聚酰胺组合物的取样片表现出在该2000小时调理时间段范围内的更好的断裂伸长率保留。
由总结于表12中的结构制备三层共挤出背板结构。术语“外皮”是指在光伏模块中面朝外的背板结构层，术语“芯”是指背板结构内部的层，并且术语“内皮”是指面向光伏模块的包封层的背板的层。三层片材由15重量％TiO2-填充的和10重量％滑石填充的聚酰胺-离聚物组合物制备。在具有标称0.002英寸(0.05mm)厚表层和0.010英寸(0.25mm)厚芯层的三层共挤出片材上生产线上铸塑片材。片材结构在表12中给出。
表12
表13和14记录了对三层片材的测试结果。
表13
表14
相比于比较例C11和C12，实施例13示出非常良好(低)的水蒸气透射率和吸收。
以下一般程序用于将底板材料层压到玻璃和包封片材以测试光伏模块的特性。就这些测试而言，不包括光伏层，但可类似地进行具有光伏层的层压。
玻璃：得自Kingston Plate and Glass(Kingston，Ontario Canada)的4mm厚退火玻璃。
包封片材：0.015英寸厚EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物包封片材(由STR Corporation(18Craftsman Road，East Windsor，CT 06088 USA)出售的15420或15295))。
用于制造玻璃/包封物/背板层合体的一般程序
层压矩形的玻璃/包封物/背板[2.5英寸乘5英寸(62乘125mm)或者5英寸乘5英寸(125乘125mm)]。在层压之前，将背板样品在30℃下真空干燥过夜。用皂水洗涤玻璃并且如下组装各层：
玻璃/包封物/背板/10密耳厚含氟聚合物涂覆的布料/0.25-英寸有机硅橡胶。如果背板包含内层，则所述层与包封物接触。将一英寸(25mm)宽的含氟聚合物涂覆的防粘片插片置于玻璃和包封物之间以及包封物和背板之间。包括含氟聚合物防粘片在玻璃和包封物之间或者背板和包封物之间提供插片以引发对层压玻璃的后续剥离。将组件置于12英寸乘9英寸(300mm乘225mm)真空袋中(阻隔袋，零件号SI-BA-7033，由Smith Induspac Ltd 140 Iber Road(Stittsville，Ontario，Canada K2S 1E9)提供)。在热密封(密封时间2秒，冷却时间2.1秒)之前，使用Promarks TC-420LC真空密封机(Promarks，Inc.(1915E.Acacia Street，Ontario，CA 91761，USA))真空60秒将组件真空密封在袋中。通过将真空袋装组件置于设为150℃的预热空气循环烘箱中30分钟将各层热粘结在一起。将2.6kg铝块置于真空袋的顶部以改善玻璃层合体的一致性。在热粘结期间，层合体的玻璃侧向下。在烘箱中30分钟之后，移除真空袋组件并使其冷却10分钟，然后且切开袋并取出层合体。
粘附性：在23℃，50％RH下调理之后，使用4英寸/分钟(100mm/min夹头速度)进行剥离测试。通过测试机上的固定夹将玻璃保持在适当位置。来自背板的插片夹持在移动夹中。测试结果记录为每种材料的四次剥离的平均值。表15记录了最弱界面(背板对包封物)或(包封物对玻璃)之间的平均剥离强度。
表15
这些剥离强度数展示背片和包封物之间的强粘结，这确认了聚酰胺/离聚物合金片材不需要任何特定表面处理来实现对基于EVA的包封物的强粘结。
测试片材还制成具有2×2阵列的太阳能电池的小型光伏模块。表16列出了多种组件。将材料铺设在适当位置中以制备功能光伏模块并使用Meier真空层压机进行层压，其中层压条件为145℃，持续十五分钟，抽真空3分钟，并压制11分钟。
表16
片材用于制造小型太阳能模块之后的测试
湿热：在0、1000和/或2000小时的湿热暴露之后，将每种状态的两个模块暴露于85℃/85％RH。如上所述测量模块的前面和背面上的颜色变化(通过玻璃的颜色)
紫外测试：使用IEC 61215 UV预调理标准(3％UVB)，一个模块从前部暴露并且一个模块从背部暴露。在IEC标准持续时间0倍、1倍、2倍、3倍、4倍和5倍之后进行测试。
热循环(TC)：根据IEC 61215标准，将每种状态的两个模块暴露于-40℃至85℃的循环。在0、200、400和600次循环之后测量标准特性(参见下文)。
热循环-湿冷冻(TC-HF)：将每种状态的两个模块暴露于50次热循环(-40℃至85℃)，之后暴露于10次湿冷冻(在85％RH下，-40℃至85℃)的IEC 61215方案。测量50次热循环和10次湿冷冻循环的0、1、2、和3次间歇之后的标准特性。在循环的湿冷冻部分之后进行测试。在下表中，指示了每种类型循环的数量。
表17报告了对使用表12中的背板制造的微型模块的测试。
表17
在85℃和85％RH下湿热调理1000小时之后，发现通过前玻璃观察，某些模块黄化。发现发黄是由于包封物而不是背板的黄变。如图17所示，b色值的微小变化在背侧面上明显(-3b偏移)但是b值的较大变化对于某些模块上的前侧面而言是明显的。还发现，在高湿度暴露之后在热循环和冷冻时间段处理的模块中的所选背板上显现裂纹。
与表14中可用的MVTR数据相比，在观察到的包封物的黄变与MVTR之间存在相关性。较低的MVTR对应于较少的变黄。对于由具有包含滑石的聚酰胺-离聚物制剂的片材制造的微型模块没有观察到裂纹。
根据表18制备附加的背板。表18中的共混物K为下列的混合物：85重量％的高密度聚乙烯和ION-1的65∶35共混物与15重量％的TiO2和以商品名M002132WTPEP购自Mosaic Color and Additives(110 Sulphur Springs Road，Greenville，SC)的UV稳定剂。如以下程序中所述，在85℃和100％相对湿度下测试片材的MVTR。MVTR通过测量在85℃空气循环烘箱中的用背板盖住的水填充的、带凸缘铝杯的重量损失来估计。为最小化背板由于85℃下水蒸气压力的凸出，80目不锈钢筛网在杯的非水侧上支撑背板。通过螺栓连接到铝杯凸缘的扣环将背板和目筛网固定在适当的位置。在七天的过程中，每天测量杯的重量损失(水损失)。通常在85℃下调理24小时之后，每天质量损失是一致的。然后对于封盖背板的表面积校正平均每天质量损失以估计透过率。每个背板测试两次并且报告两次测量的平均值。带凸缘铝杯的内侧的标称尺寸为直径76mm和深度50mm。杯通常用水填充一半(将150ml水加入杯中)。
表18