专利名称：彩色光伏建筑一体化(bipv)模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种彩色光伏建筑一体化(BIPV)模块。更明确地说，本发明涉及一种在彩色BIPV模块中有用的彩色背板(backsheet)的制造。
背景技术：
BIPV是一种光伏材料，其尤其用于替换在建筑封围物(例如房顶、天窗或正面)的部分中的传统建筑材料。BIPV正日益并入到建筑的构造中以作为辅助的电力源甚至是主要电力源。BIPV可为多色且视觉上引人注目的，且由于BIPV是设计的组成部分，所以其通常比其它太阳能装置融合得更好。在过去的十年中，事实证明，BIPV在住宅、商业、工业和公共机构建筑及结构中是一种有效的建筑能源技术。BIPV还实现遮阳和防护风雨。另外，当天气寒冷时，不通风的BIPV模块可提供热绝缘。这意味着来自内部的热损耗浪费了较少的能量，且从而降低了加热成本。当天气较热时，BIPV吸收来自太阳的光线的能量，以便将建筑保持在环境温度。已在若干文献中揭示各种彩色BIPV结构。JP 02-094575揭示一种具有有色保护膜的光伏装置。在所述光伏装置中，通过向印刷在ITO膜上的无色透明的氟树脂和网筛添加例如氧化铁红、铝以及锡的细辛脑 (Asarin)色淀颜料等颜料来提供颜色。WO 2007/134742揭示一种色敏化太阳能电池，其包括吸收光且单分子的染料层。JP 2004-200322揭示一种具有后表面保护板的彩色太阳能电池模块。将无机氧化物的蒸镀膜(evaporated film)形成于基膜(base film)的一个表面上。将耐热聚烯烃树脂膜层压在基膜的已沉积有无机氧化物蒸镀膜的一个表面上，所述耐热聚烯烃树脂膜含有着色添加剂、紫外线吸收剂和光稳定剂。将含有色泽(shade)上不同于以上着色添加剂、紫外线吸收剂和光稳定剂的着色添加剂的耐热聚烯烃树脂膜层压在基膜的其它表面上，以用于形成后表面保护板。JP 2001-53298揭示一种在表面透明保护膜与硅伏元件之间配置有调色粘合膜的太阳能电池。US 2003/0178058提供一种有色太阳能电池单元。揭示了太阳能电池单元的表面的一些部分不产生能量。通过在非能量产生部分的至少一部分上提供着色材料，并使太阳能电池单元的能量产生部分的至少一部分无着色材料，可在不影响太阳能电池单元的输出的同时对所述太阳能电池单元进行着色。JP 61-196584揭示一种a_Si光伏元件，其包括蓝色保护膜、白色保护膜和红色保护膜，用以防止由于强光造成的恶化，且用以增加设计a-Si光伏元件时的任意性。然而，被染色的电极层无可避免地降低了透明度，因此可由光转化层吸收的光能减少。另外，密封剂层(例如，EVA层)中的染料或颜料可显著降低BIPV模块对建筑的封围物的粘合强度，尤其在BIPV模块将被安装在玻璃材料上时。考虑到上文，仍需要一种没有以上缺点的新颖的BIPV模块。
发明内容
本发明提供一种在BIPV模块中有用的新颖的彩色背板和一种用于产生所述彩色背板的工艺。根据本发明的彩色背板不具有上文所提及的缺点，且保留耐候性膜(weather film)的耐候性(weather resistance)0根据本发明的彩色背板包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜；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载体粒子和染料或颜料。根据本发明的用于产生彩色背板的方法包括以下步骤a)通过溶胶凝胶工艺混合支持载体粒子与染料或颜料；b)将在a)中所获得的混合物与含氟聚合物材料或PET复合；c)挤压在b)中所获得的产物以形成彩色含氟聚合物膜或彩色PET膜；以及d)将在C)中所获得的彩色含氟聚合物膜或彩色PET膜与彩色/透明PET膜或彩色/透明含氟聚合物膜进行层压，以形成彩色背板。本发明还提供一种彩色BIPV模块，其包括透明衬底；第一电极层；光吸收层；第二电极层；密封剂层；以及根据本发明的彩色背板。根据本发明的用于产生彩色BIPV模块的方法包含以下步骤a)提供透明衬底；b)沉积第一电极层；c)沉积光吸收层；d)沉积第二电极层；e)将在d)中所获得的结构与密封剂层进行层压；以及f)将在e)中所获得的结构与根据本发明的彩色背板进行层压。
图1展示根据本发明的彩色BIPV的示意性结构。根据本发明的彩色BIPV包括 透明衬底(101)、第一电极层(102)、光吸收层(103)、第二电极层(104)、密封剂层(105)以及彩色背板(106)，所述彩色背板(106)包括PET膜(1061)和含氟聚合物膜(1062)。
具体实施例方式下文参考图式通过实施例详细说明本发明，其不希望限制本发明的范围。将了解， 所属领域的技术人员易于明白的任何修改或变更均落在说明书的揭示内容的范围内。本发明的一个方面是提供一种用于BIPV模块的新颖的彩色背板。
根据本发明的彩色背板包括PET膜和含氟聚合物膜。所述含氟聚合物膜优选由聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride, PVDF)、聚氟乙烯(polyvinyl fluoride, PVF) 或乙烯四氟乙烯(ethylene tetrafluoroethylene, ETEF)或其组合制成。PET膜是用来提供电绝缘。PET膜应具有在IO12欧姆-厘米到IO15欧姆-厘米范围中的体积电阻率。为了提高抗湿性和耐氧性，可将氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氮化硅(Si3N4)进一步并入PET膜中。含氟聚合物膜充当耐候性膜，且用以提供抗UV性和耐候性。含氟聚合物膜的透湿性应为3克/平方米·天到50克/平方米·天，优选为3克/平方米·天到30克/平方米·天，且最优选为10克/平方米·天到30克/平方米·天。将所要颜色的染料和颜料并入PET膜和/或含氟聚合物膜中。合适的染料或颜料包含(但不限于)Rohanimide染料、偶氮染料、酞菁染料、颜料绿10 (Pig Gr 10) (3- -(氯苯基)偶氮基]-4-羟基-2-(IH)-喹啉酮镍络合物)、颜料蓝15 (Pig Blue 1幻((酞菁根 O-)铜))、溶剂黄(Sol Yell 16) (2，4-二氢-5-甲基-2-苯基-4-(苯偶氮基)-3H-吡唑-3-酮)、溶剂橙1 (Sol Or 1)(对苯基偶氮间苯二酚)、溶剂红1 (Sol Red 1)(1-(邻甲氧苯基偶氮基)-2-萘酚)、颜料黄37 (Pig Yell 37)(硫化镉)、颜料蓝33 (锰蓝)、颜料蓝 29(群青蓝(ultramarine blue))、颜料绿17 (三氧化铬绿)、颜料黑11 (Pig Blk 11)(铁 (II，III)氧化物，黑色)、金属颜料1 (Pig Metal 1)(铝)和金属颜料2 (铜)。为了很好地散布染料或颜料，首先通过溶胶凝胶工艺将染料或颜料与支持载体粒子混合，且接着将其与PET或含氟聚合物前驱体溶液(precursor solution)复合并进行挤压，以形成彩色PET 或含氟聚合物膜。溶胶凝胶工艺是此项技术中已知的技艺。本发明的优选支持载体粒子是粒子大小为9um到500um的金属氧化物(例如，TiO2)粒子。接着将彩色PET/含氟聚合物膜与彩色或透明含氟聚合物/PET膜进行层压，以形成本发明的彩色背板。可通过包含以下步骤的工艺来制备根据本发明的彩色背板a)通过溶胶凝胶工艺混合支持载体粒子与染料或颜料；b)将在a)中所获得的混合物与含氟聚合物材料复合；c)挤压在b)中所获得的产物以形成彩色含氟聚合物膜；以及d)将在C)中所获得的彩色含氟聚合物膜与彩色或透明PET膜进行层压；或者通过包含以下步骤的工艺来制备根据本发明的彩色背板a)通过溶胶凝胶工艺混合支持载体粒子与染料或颜料；b)将在a)中所获得的混合物与PET复合；c)挤压在b)中所获得的产物以形成彩色PET膜；以及d)将在C)中所获得的彩色PET膜与含氟聚合物膜进行层压。以上混合、复合、挤压和层压技术是材料科学领域中已知的，且已在各种文献中进行了揭示。举例来说，可通过以下步骤来制备根据本发明的彩色背板a)将TW2或Si02/Ti&纳米粒子与聚(丙烯酸-co-甲基丙烯酸甲酯)(聚 (AA-co-MMA))纳米粒子杂凝聚。通过在100°C到150°C下在DMF(N，N-二甲基甲酰胺)水溶液或甲苯介质中进行水解和浓缩，之后与聚(AA-co-MMA)和颜料或染料混合以形成复合粒子，来制备TW2或Si02/Ti&纳米粒子；
b)在130°C到150°C下，将在a)中获得的复合粒子与PET(或含氟聚合物)、抗 UV剂(例如，Cyasorb UV_531，氰特工业有限公司(Cytec Industries Inc.))、抗氧化剂 (例如，ETHAN0X 330，雅宝公司(Albemarle Corporation))以及自由基捕获剂(例如， Tinuvin ^2，汽巴有限公司(Ciba Inc.))复合;c)挤压在b)中所获得的产物以形成彩色PET (或含氟聚合物)膜；d)任选地，在减压下(例如，10_4托)通过(在彩色PET (或含氟聚合物膜)上) 进行溅镀来沉积SiO2、Al2O3和Si3N4 ；以及e)在70°C到100°C下对在c)中所获得的产物、150 μ m到250 μ m的含氟聚合物膜 (或PET膜)以及Adhesives 506 (杜邦(DuPont))进行层压。本发明的另一方面是提供一种彩色BIPV模块。所述彩色BIPV模块包括透明衬底；第一电极层；光吸收层；第二电极层；密封剂层；以及根据本发明的彩色背板。衬底和第一电极层优选为透明的以允许阳光穿过。衬底可为任何透明材料，且优选为玻璃。第一电极层可由任何合适的材料制成。在本发明的一个实施例中，用于第一电极层的材料是透明导电氧化物(TCO)。合适的TCO材料包含Ag、Al、Cu、Cr、Zn、Mo、Wo、Ca、Ti、 In、Sn、Ba、Ti或Ni的金属氧化物。TCO层可任选地以例如Al、Ga和Sb等金属掺杂。根据本发明的用于第一电极层的优选材料是氧化铟锡(ITO)、掺杂氟的氧化锡(FTO)、SnO2和掺杂 Sb 的 SnO2 (ATO)。根据本发明的光吸收层是由能够将光能转换成电能的材料制成。用于根据本发明的光吸收层的优选材料是非晶硅(amorphous silicon, a-Si)、铜铟二硒(copper indium diselenide, CIS)、铜铟嫁二硒(copper indium gallium diselenide, CIGS)、多晶娃 (multicrystalline silicon, mc-Si)以及聚晶娃(polycrystalline silicon, poly-Si)。 所述光吸收层可为例如单结元件、串接结元件或三结元件中的任何类型，且其可通过公开案(例如，第5，334，259号美国专利)中所描述的合适的方式制成。第二电极层可以是透明、半透明或者甚至不透明的。在本发明的一个实施例中，第二电极层由上述TCO或例如Ag、Cr和Al等金属膜或者TCO与金属膜的组合制成。所述金属膜厚度优选为30A到100A，更优选50A到100A。根据本发明的密封剂层是由乙烯-醋酸乙烯酯(ethylene-vinyl acetate, EVA) 或聚乙烯醇缩丁醛(polyvinyl butyral, PVB)制成，优选由EVA制成。用于制作BIPV模块的工艺是此项技术中已知的技艺。举例来说，在本发明的一个实施例中，可通过以下步骤来制备彩色BIPV模块a)提供玻璃衬底；b)通过溅镀或大气压化学汽相沉积(APCVD)将SnA层(约3600A)沉积在玻璃衬底上，作为第一电极层；
c)将一层PIN a-Si层作为光吸收层沉积在第一电极层上；d)将厚度为30A到100A的Ag层和SnA层沉积在光吸收层上；e)将在d)中所获得的结构与根据本发明的EVA层和彩色背板进行层压。
权利要求
1.一种用于光伏建筑一体化(BIPV)模块的彩色背板，其包括 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜；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两者包括支持载体粒子和染料或颜料。
2.根据权利要求1所述的彩色背板，其中所述含氟聚合物膜包括所述支持载体粒子和所述染料或颜料。
3.根据权利要求1所述的彩色背板，其中所述支持载体粒子是TiA粒子。
4.根据权利要求1所述的彩色背板，其中所述PET膜进一步包括S^2或Si3N4。
5.根据权利要求1所述的彩色背板，其中所述含氟聚合物材料是选自由聚偏二氟乙烯 (PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、乙烯四氟乙烯(ETEF)以及其组合组成的群组。
6.一种用于产生用于光伏建筑一体化模块的彩色背板的方法，其包括以下步骤a)通过溶胶凝胶工艺混合载体粒子与染料或颜料；b)将在a)中所获得的混合物与含氟聚合物材料复合；c)挤压在b)中所获得的产物以形成彩色含氟聚合物膜；以及d)将在c)中所获得的所述彩色含氟聚合物膜与PET膜进行层压。
7.一种用于产生用于光伏建筑一体化模块的彩色背板的方法，其包括以下步骤a)通过溶胶凝胶工艺混合载体粒子与染料或颜料；b)将在a)中所获得的混合物与PET复合；c)挤压在b)中所获得的产物以形成彩色PET膜；以及d)将在c)中所获得的所述彩色PET膜与含氟聚合物膜进行层压。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述含氟聚合物膜包括染料或颜料。
9.一种彩色BIPV模块，其包括 透明衬底；第一电极层； 光吸收层； 第二电极层； 密封剂层；以及根据权利要求1所述的所述彩色背板。
10.根据权利要求9所述的彩色BIPV模块，其中所述透明衬底是玻璃衬底。
全文摘要
本发明提供一种彩色光伏建筑一体化(BIPV)模块，特别是用于光伏建筑一体化(BIPV)模块的彩色背板，所述彩色背板包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜和含氟聚合物膜，所述膜中的至少一者用染料或颜料进行掺杂。本发明还提供一种彩色BIPV模块，所述彩色BIPV模块包括根据本发明的所述彩色背板。
文档编号B32B27/08GK102367018SQ201110185050
公开日2012年3月7日 申请日期2011年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者林于庭, 蔡宏骏, 陈良吉 申请人:杜邦太阳能有限公司