本发明涉及一种光伏组件，并且特别是涉及一种光伏组件的集成背板。
背景技术：
太阳能似乎是一种用之不竭的能源，因此太阳能的相关研究引起了许多注意。光伏电池便是为了将太阳能直接转换成电能而开发的装置。
通常，太阳能模块机械性地支撑光伏电池，且保护光伏电池免受环境影响而劣化。太阳能模块通常包括一个刚性且透明的保护前板(例如玻璃)以及一个后板或背板。前板及背板将光伏电池封装起来，并因此保护光伏电池免受环境影响而劣化。
现有技术公开了一种背板，其包括一耐候层、一阻隔水气层以及一绝缘层。现有技术中是以铝箔作为阻隔水气层。然而，铝箔是导电材料，对于背板的绝缘性要求将因为铝箔存在发生漏电的可能性而产生疑虑。再者，铝箔并不透光，因此具有铝箔的背板无法应用在穿透式薄膜光伏电池中。
有鉴于此，目前亟需一种能够改善上述问题的改良式背板。
技术实现要素：
本发明公开提供了一种光伏组件，其包括：(a)光伏电池层，该光伏电池层包括一个或多个电互连的光伏电池，且具有正面和背面；和(b)多层保护板，该多层保护板包括具有内表面和外表面的柔性基底和直接挤出涂布在所述柔性基底的内表面上的乙烯共聚物层，其中，所述乙烯共聚物层由选自以下组中的乙烯共聚物构成：乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物、乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物、离聚物、及其两种或多种的组合，并且不含交联剂和硅烷，和掺杂于乙烯共聚物层中始终带有电荷的二氧化硅颗粒，并且其中，所述多层保护板的所述乙烯共聚物层直接与所述光伏电池层的正面或背面结合。
在光伏组件的一个实施方式中，所述乙烯共聚物层在280-330℃的挤出温度下直接挤出涂布到所述柔性基底的内表面上。
在光伏组件的另一实施方式中，所述多层保护板的柔性基底由金属薄膜或者选自以下组中的聚合物材料形成：聚酯、含氟聚合物、及其组合。
在光伏组件的再一实施方式中，所述乙烯共聚物选自乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物。
在光伏组件的再一实施方式中，所述多层保护板用作前板，并且所述乙烯共聚物层直接与光伏电池层的正面结合，其间没有封装材料。或者，所述多层保护板用作背板，并且所述乙烯共聚物层直接与光伏电池层的背面结合，其间没有封装材料。
在光伏组件的再一实施方式中，所述光伏电池选自晶硅电池和薄膜光伏电池。
根据本发明公开，当一个范围用两个特定端点给出时，应理解该范围包括在这两个特定端点内的任意值和等于或约等于任意这两个端点的任意值。
具体实施方式
本发明公开了光伏组件，它包括：(a)光伏电池层，该太阳能电池层包括一个或多个电互连的光伏电池，并且具有正面和背面；和(b)多层保护板，该多层保护板包括具有内表面和外表面的柔性基底和直接挤出涂布在所述柔性基底的内表面上的乙烯共聚物层，其中，所所述乙烯共聚物层由选自以下组中的乙烯共聚物构成：乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物、乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物、离聚物、及其两种或多种的组合，并且不含交联剂和硅烷，和掺杂于乙烯共聚物层中始终带有电荷的二氧化硅颗粒，并且其中，所述多层保护板的所述乙烯共聚物层直接与所述光伏电池层的正面或背面结合。
包含在光伏组件中的光伏电池层包括一个或多个光伏电池。所述光伏电池可以是能够将太阳辐射转化为电能的任何光电转换设备。它们可以由光电转换体和形成在其两个主表面上的电极构成。光电转换体可以由任何合适的光电转换材料如晶体硅(c-Si)、无定形硅(a-Si)、微晶硅(μc-Si)、碲化镉(CdTe)、硒化铜铟(CuInSe2或CIS)、二硒化铜铟/镓(CuInxGa(1-x)Se2或CIGS)、吸光染料和有机半导体来制成。前电极可以由通过任何合适的印刷法如丝网印刷或喷墨印刷而涂布在光电转换体的前表面上的导电浆料如银浆形成。前导电浆料可以包括多个平行的导电栅线以及垂直于导电栅线并与其连接的一个或多个以上的导电主栅线，而背电极可以通过在光电转换体的整个背表面上印刷金属浆料形成。形成背电极的适合金属包括但不限于铝、铜、银、金、镍、镉及它们的合金。
光伏电池层可以具有面对阳光的正面(也称之为正面，并且在实际使用条件下通常面对阳光)和不面对阳光的背面(也称之为背面，并且在实际使用条件下通常背离阳光)。在光伏组件内，设置于光伏电池层的面对阳光的正面上的层压层中的所有材料应具有足够的透明度，以使足够的阳光到达光伏电池。设置于在光伏电池层的不面对阳光的背面上的层压层中的材料不需要透明。
本发明公开所用的柔性基底可以是由金属箔(如铝箔)或任意合适的聚合物材料形成的薄膜。本发明公开用于形成基底的合适的聚合物材料可以包括，但不限于，以下的材料：聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯、聚烯烃(例如，聚丙烯、聚乙烯和环状聚烯烃)、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯(例如，间同聚苯乙烯)、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜类(例如，聚醚砜、聚砜，等)、聚酰胺类、聚氨酯类、丙烯酸树脂、乙酸纤维素类(例如，乙酸纤维素、三乙酸纤维素，等)、玻璃纸、聚硅氧烷、聚氯化乙烯类)(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)、及其两种或多种的组合。在一些实施方式中，柔性基底由包含聚酯和/或含氟聚合物的材料形成。在另一实施方式中，柔性基底由包含聚酯的材料或者主要由聚酯组成的材料形成。柔性基底薄膜可以为非取向的，或者经单轴取向的，或者经双轴取向的。
在本发明公开中可用作柔性基底的薄膜的具体实例包括，但不限于，聚酯薄膜(例如，聚(对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜)、含氟聚合物薄膜、金属薄膜(例如，铝箔)。而且本发明公开所用的柔性基底也可以是多层薄膜的形式，例如含氟聚合物/聚酯/含氟聚合物多层薄膜。
本发明公开所用的术语“(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，并且本发明公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物是包含乙烯聚合单元和约6-40wt％的至少一种(甲基)丙烯酸烷基酯的聚合单元的共聚物。(甲基)丙烯酸烷基酯的烷基部分可以含有1-6或1-4个碳原子，可以选自甲基、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、丙烯酸异丁酯和丙烯酸正丁酯。(甲基)丙烯酸烷基酯共聚单体的极性可以通过改变存在于共聚单体内的烷基的相对量和同一性来控制。类似地，可以使用甲基丙烯酸C1-C6烷基酯共聚单体作为共聚单体。这些共聚单体包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丁酯和甲基丙烯酸正丁酯。
本发明公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以是二元共聚物或较高级别共聚物的形式，例如三元共聚物。当为较高级别共聚物的形式时，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物还可以包含一种或多种其它合适的共聚单体的聚合单元。例如，本发明公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以为三元共聚物的形式，基于乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物的总重量，还包括低于约5wt％的选自如下的第三共聚单体的聚合单元：丙烯酸类、甲基丙烯酸类及其衍生物。
在某些实施方式中，本发明公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物选自乙烯/丙烯酸酯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物。在另一实施方式中，本发明公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物是乙烯/丙烯酸甲酯共聚物。
本发明公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以使用高压釜或者管式反应器通过聚合物领域公知的工艺制得。例如，该共聚反应可以在高压釜中以连续工艺进行，其中将乙烯、(甲基)丙烯酸烷基酯和任选存在的溶剂如甲醇与引发剂一起加入到搅拌高压釜中。在又一实施方式中，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以在高压管式反应器中于升温下沿管另外添加反应物共聚单体获得。在又一实施方式中，乙烯/(甲基)丙烯酸烷基酯共聚物可以在一系列高压釜反应器中制得，其中共聚单体的替换是通过多区域添加反应物共聚单体实现的。
基于共聚物的总重量，乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物包含乙烯聚合单元和大于或等于约10wt％，或者约15-25wt％，或者约18-23wt％的丙烯酸和/或甲基丙烯酸的聚合单元。
本发明公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物还可以含有其它不饱和共聚单体的聚合单元。该其它不饱和共聚单体的具体实例包括，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、丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、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、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸异冰片酯、丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸2-羟基乙酯、甲基丙烯酸2-羟基乙酯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、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、马来酸二甲酯、马来酸二乙酯、马来酸二丁酯、富马酸二甲酯、富马酸二乙酯、富马酸二丁酯、富马酸二薄荷酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、和类似物及其混合物。优选，所述其它不饱和共聚单体选自以下组中：丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、乙酸乙烯酯及其混合物。基于共聚物的总重量，本发明公开所用的乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物可以加入不大于约50wt％，或者不大于约30wt％，或者不大于约20wt％的所述其它不饱和共聚单体的共聚单元。
本发明公开所用的离聚物由上面所述的乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物衍生得到。具体地说，该离聚物是通过用金属离子部分或全部中和该乙烯/(甲基)丙烯酸母酸共聚物而获得的。优选，基于离聚共聚物中羧酸酯基的总摩尔数，该乙烯/(甲基)丙烯酸共聚物约10-100％，或者约10-50％，或者约20-40％被金属离子中和。金属离子可以是一价、二价、三价、多价及其混合物。优选的一价金属离子包括，但不限于，钠、钾、锂、银、汞、铜、和类似物及其混合物。优选的二价金属离子包括，但不限于，铍、镁、钙、锶、钡、铜、镉、汞、锡、铅、铁、钴、镍、锌、和类似物及其混合物。优选的三价金属离子包括，但不限于，铝、钪、铁、钇、和类似物及其混合物。优选的多价金属离子包括，但不限于，钛、锆、铪、钒、钽、钨、铬、铈、铁、和类似物及其混合物。优选当金属离子是多价的时，包括配位剂，例如硬脂酸根、油酸根、水杨酸根和酚酸根，如美国专利3,404,134中公开的。更优选，所述金属离子选自以下组中：钠、锂、镁、锌、铝及其混合物。进一步优选，金属离子选自钠、锌及其混合物。最优选，金属离子是锌。
根据本发明公开，所述乙烯共聚物层主要由乙烯共聚物组成并且基本上不含交联剂和硅烷。“基本上不含”是指在组合物中含有不大于约0.1wt％的该特定组分。
正如本发明所用的，术语“交联剂”用来指能够促进或者调节聚合物链之间的分子间共价键并因此产生更刚性结构的化合物。根据本发明公开，乙烯共聚物层基本上不含任意交联剂，所述交联剂包括过氧化物、硅烷、环氧化物、异氰酸酯化合物、氨基甲酸酯化合物、金属氧化物、硫和双官能化合物(例如二烯、二酸、二醇、二胺，等)。
本发明公开所用的术语“硅烷”用来指含有硅-碳键并且没有任何氢-硅键的化合物。乙烯共聚物层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-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷；3-缩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-异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-巯基丙基甲基二甲氧基硅烷等)。
根据本发明公开，所述乙烯共聚物直接挤出涂布在基底层的内表面上，形成多层保护板。即，在基底层的内表面和乙烯共聚物层之间不含粘合剂或底漆层或底漆材料。然而，应理解在挤出涂布过程之前基底层的内表面可以经过一定的表面处理。该表面处理改善薄膜表面并且可以采取本领域已知的任意形式，包括火焰处理、等离子体处理、电子束处理、氧化处理、化学处理、铬酸处理、热空气处理、臭氧处理、紫外光处理、喷砂处理、溶剂处理、电晕处理、及其两种或多种的组合。
通过使薄膜表面经过表面处理，其改善了薄膜的表面能(以dynes/cm计)并因此改善了它与其它材料，例如粘合剂、溶剂或者其它聚合薄膜，的结合强度。
值得一提的表面处理是电晕处理，电晕处理(有时称之为空气等离子体)是一种表面改性技术，它使用低温电晕放电等离子体赋予目标材料的表面性能(例如，粘合性能)的改变。电晕等离子体是通过对尖的电极末端施加高压，从而在该尖端末端形成等离子体而产生的。经常使用线性排列的电极产生电晕等离子体幕帘。当目标例如塑料、布或纸通过该电晕等离子体幕帘时，将该电晕等离子体经过气体间隙或介质施加到目标的表面上。这里可以使用各种气体形成气体间隙，它包括，但不限于，空气；反应性烃蒸汽；或其它蒸汽例如酮类(例如，丙酮或甲基乙烯基酮)、醇类(例如，甲醇)、对氯苯乙烯、丙烯腈、无水氨、胺类(例如，丙二胺、四亚乙基五胺、环己胺、癸胺、二亚乙基三胺、叔丁胺、乙二胺、三亚乙基四胺、三乙基胺，或者甲基异丙基胺)，等的蒸汽。在一个实施方式中，该电晕处理是在由空气或醇蒸汽形成的气体间隙上进行的。在另一实施方式中，第一薄膜层的至少一个表面在空气间隙上经过电晕处理改性。在又一实施方式中，第一薄膜层的至少一个表面在空气间隙上以剂量约20-1000W·min/m2或约25-600W·min/m2经过电晕处理。
而且，为了改善基底层和乙烯共聚物层之间的结合强度，优选挤出温度设定在270-330℃。
根据本发明公开，如此获得的多层保护板的平均总厚度为约8-1000μm，或者约50-600μm，或者约100-400μm，而所述乙烯共聚物层的平均厚度为约10-400μm或约40-200μm。
根据本发明公开，所述多层保护板与光伏电池层直接结合。即，在所得光伏组件内，在多层保护板和光伏电池层之间不含封装材料或其它聚合物材料。
在本发明公开的光伏组件的一个实施方式中，多层保护板与光伏电池层的背面直接结合并用作集成背板。在这种实施方式中，多层保护板经定位使得所述乙烯共聚物层与光伏电池层直接结合并且在该乙烯共聚物层和光伏电池层之间没有封装材料。
在这些实施方式中，光伏组件还可以包括层压在光伏电池层的正面上的透明前封装层，并且该前封装层可以包括任意合适的聚合物材料，例如酸共聚物、离聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯基缩醛类(包括声学级聚乙烯基缩醛类)、聚氨酯类、聚氯化乙烯类、聚乙烯类(例如，线性低密度聚乙烯类)、聚烯烃嵌段共聚物弹性体、α-烯烃和α,β-烯键式不饱和羧酸酯类的共聚物)(例如，乙烯/丙烯酸甲酯共聚物和乙烯/丙烯酸丁酯共聚物)、聚硅氧烷弹性体、环氧树脂、及其两种或多种的组合。
光伏组件还可以包括层压在前封装层上的透明前板。该透明前板可以由任意合适的板或薄膜形成。合适的板包括，例如，玻璃或塑料板，例如聚碳酸酯类、丙烯酸树脂、聚丙烯酸酯类、环状聚烯烃(例如，乙烯/降冰片烯聚合物)、聚苯乙烯类(优选在有茂金属催化剂的情况下制得的聚苯乙烯类)、聚酰胺类、聚酯、含氟聚合物，或者其两种或多种的组合。用作所述前板的合适的薄膜可以包括聚合物，该聚合物包括，但不限于，聚酯(例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯)、聚碳酸酯类、聚烯烃(例如，聚丙烯、聚乙烯,和环状聚烯烃)、降冰片烯聚合物、聚苯乙烯(例如，间同聚苯乙烯)、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、丙烯腈-苯乙烯共聚物、聚砜类(例如，聚醚砜、聚砜，等)、聚酰胺类、聚氨酯类、丙烯酸树脂、乙酸纤维素类(例如，乙酸纤维素、三乙酸纤维素，等)、玻璃纸、聚硅氧烷、聚氯化乙烯类(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)、及其两种或多种的组合。该聚合物薄膜可以不经取向，或者单轴取向，或者双轴取向。
光伏组件还可以包括嵌入该模块内的其它功能薄膜或板层(例如，介电层或屏障层)。这些功能层可以包括上述的聚合物薄膜或涂布有其它功能涂层的那些，可以在层压板中起氧和水分屏障层的作用。
如果需要，在光伏电池层和封装层之间也可以包括非织造玻璃纤维(稀松布scrim)层以利于在层压过程中脱气和/或用作包封剂的强化。而且，加入到光伏组件中的任意组成层的一个或两个表面可以任选经过任意合适的粘合强化处理。该粘合强化处理可以是本领域已知的任意形式并包括火焰处理、等离子体处理、电子束处理、氧化处理、电晕放电处理、化学处理、铬酸处理、热空气处理、臭氧处理、紫外光处理、喷砂处理、溶剂处理、及其两种或多种的组合。
本发明还公开了一种用于光伏组件的多层保护板的制备方法，包括将挤出温度设定在270-330℃或者优选280-330℃下，在柔性基底层上直接挤出涂布所述乙烯共聚物材料。