用于光伏电池模块的背板以及包括该背板的光伏电池模块的制作方法
【专利摘要】在光伏电池模块(22)中使用的背板(10)包含氟树脂(12)和分散在氟树脂(12)中的多个包封颗粒(14)。分散在氟树脂(12)中的每个包封颗粒(14)包含核颗粒(16)，核颗粒(16)包含二氧化钛(HO2)。每个包封颗粒(14)还包含设置核颗粒(16)周围的金属氧化物层(18)。进一步地，每个包封颗粒(14)还包含设置在金属氧化物层(18)周围的有机保护层(20)。还公开了包含背板(10)的光伏电池模块(22)。
【专利说明】用于光伏电池模块的背板以及包括该背板的光伏电池模块
【技术领域】
[0001] 本公开主要涉及用于光伏电池模块的背板，更具体地涉及用于光伏电池模块的包 含氟树脂和分散在氟树脂中的多个包封颗粒的背板。本公开还涉及包括该背板的光伏电池 模块。
【背景技术】
[0002] 光伏电池模块是现有技术中公知的，并且一般利用其将太阳辐射转变为电能。光 伏电池模块包括背板，其是光伏电池模块的最外层。光伏电池模块进一步包括设置在背板 上的光伏电池，利用该光伏电池将太阳辐射转变为电能。通常通过包封剂层包封该光伏电 池。最后，光伏电池模块包括通常由玻璃形成的盖板，使得包括光伏电池的包封剂层夹在背 板和盖板之间。盖板通常暴露在阳光下，阳光穿过盖板和包封剂层与光伏电池接触。
[0003] 因为背板是光伏电池模块的最外层，所以背板必须具有足够的电绝缘性能、防潮 性和寿命，寿命一般归因于耐候性和耐热性。例如，因为光伏电池模块长期（例如长达数十 年）暴露于自然条件，光伏电池模块必须能够耐受自然条件而不劣化。此外，因为越来越多 地将光伏电池模块以优化角度安装在地面上（而不是安装在建筑物的顶部上）来接收阳 光，取决于太阳方位，光伏电池模块的背板也会接收大量阳光，这可不需要地引起常规背板 的劣化和褪色。
[0004] 常规背板通常由氟树脂或聚酯形成，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)。此外，许 多常规背板是包含层的组合的多层结构，其往往需要包含金属箔或聚合物阻挡层以防止水 渗透通过常规背板，这可不利地影响光伏电池模块。此类层合体一般需要粘合剂，还利用其 粘合背板和光伏电池模块的其余部分。然而，紫外光劣化许多粘合剂，因此使背板的紫外光 透射率最小化以防止紫外光穿过背板和劣化粘合剂是所需的。
[0005] 在常规背板中依靠白色颜料例如二氧化钛，以使这样的常规背板的紫外光透射率 最小化。然而，必须以相对高的浓度利用这样的颜料，这增加了与常规背板相关的成本，并 且这增加了常规背板的平均表面粗糙度。此外，在利用这些颜料时，常规背板通常必须具有 至少25微米（μm)的厚度，以具有任何令人满意的物理性能，即不能完成常规背板的厚度 减小而不牺牲常规背板的物理性能和寿命，而这进一步地增加了与常规背板相关的成本。 进一步地，这些颜料，特别是二氧化钛，具有光活性。当常规二氧化钛被紫外光辐照时，常规 二氧化钛的这种光活性分解背板的氟树脂，这是不需要的，因为这种光活性可过早地劣化 氟树脂本身和光伏电池模块的背板。
【发明内容】
[0006] 本公开提供了在光伏电池模块中使用的背板。该背板包含氟树脂和分散在氟树脂 中的多个包封颗粒。分散在氟树脂中的每个包封颗粒包含核颗粒，其包含二氧化钛（TiO 2)。 每个包封颗粒进一步包含设置在核颗粒周围的金属氧化物层。包封颗粒的金属氧化物层包 含氧化铝。每个包封颗粒还包含设置在金属氧化物层周围的有机保护层。有机保护层由有 机化合物形成。
[0007] 本公开还提供了包含背板的光伏电池模块。该光伏电池模块进一步包含邻近背板 设置的光伏电池。此外，该光伏电池模块包含设置在光伏电池上的包封剂层，使得光伏电池 夹在背板和包封剂层之间。最后，光伏电池模块包含邻近包封剂层设置的盖板，使得光伏电 池和包封剂层夹在背板和盖板之间。
[0008] 本公开的背板具有优异的物理性能，包括但不限于光稳定性、热稳定性、光催化稳 定性、紫外光透射率、寿命、颜色稳定性和防潮性。事实上，本公开的背板即使在具有的厚 度小于常规背板的厚度时仍然具有这些优异的物理性能，因而减小了与制作背板相关的成 本。进一步地，本公开的背板与常规背板相比，在相对低的包封颗粒浓度下仍然具有这些优 异的物理性能，这进一步减小了背板的成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 在联系附图而进行考虑时，本发明的其它优点和方面可在下面的详细说明中得到 描述，其中：
[0010] 图1是包括多个包封颗粒的背板的俯视示意图；
[0011] 图2是包封颗粒的横截面示意图；
[0012] 图3是包括背板的光伏电池模块的横截面示意图。
【具体实施方式】
[0013] 参考附图，其中相同数字表示贯穿若干视图的相同部件，根据本公开的背板通常 显示为10。背板10具有优异的物理性能，并且特别适用于光伏电池模块。本公开还提供了 包括背板10的光伏电池模块22。
[0014] 背板10包含氟树脂12。氟树脂12例如可以选自聚氟乙烯聚合物、聚偏氟乙烯聚 合物、偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯/偏氟乙烯类共聚物、四氟乙烯/ 丙烯共聚物、四氟乙烯/六氟丙烯/丙烯共聚物、乙烯/四氟乙烯类共聚物、乙烯/三氟氯 乙烯共聚物、六氟丙烯/四氟乙烯共聚物、全氟（烷基乙烯基醚）/四氟乙烯类共聚物及其 组合。在某些实施方案中，氟树脂12选自乙烯/四氟乙烯共聚物、乙烯/三氟氯乙烯共聚 物、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯及其组合。在其它实施方案中，氟树脂12选自乙烯/四氟乙烯共 聚物、乙烯/三氟氯乙烯共聚物及其组合。在一个特定的实施方案中，氟树脂12包含乙烯/ 四氟乙烯共聚物，并且在另一个特定的实施方案中，氟树脂12包含乙烯/三氟氯乙烯共聚 物。
[0015] 如图1所示，背板10进一步包含分散在氟树脂12中的多个包封颗粒14。为了清 楚起见，本公开描述了适用于背板10的典型包封颗粒14的各个方面。然而，一些分散在背 板10的氟树脂中的包封颗粒14可与另外一些在尺寸、形状和/或质量方面不同。为此，以 下与包封颗粒14相关的描述一般涉及在背板10中利用的包封颗粒14的平均和典型的属 性，但是与以下描述不同的颗粒也可以与背板10中的包封颗粒14结合利用。
[0016] 如图2所示，每个包封颗粒14包含核颗粒16,核颗粒16含有二氧化钛（TiO2)。包 封颗粒14进一步包含设置在核颗粒16周围的金属氧化物层18。此外，包封颗粒14包含设 置在金属氧化物层18周围的有机保护层20。
[0017] 核颗粒16可包含二氧化钛（TiO2)，或核颗粒16可包含包覆有氧化钛或含氧化钛 的复合氧化物颜料的云母。然而，最通常地，核颗粒16基本上由二氧化钛（TiO 2)构成，即 基于100重量份的核颗粒，核颗粒16包含以至少约95重量％、或者至少约96重量％、或者 至少约97重量％、或者至少约98重量％、或者至少约99重量％、或者至少约99. 9重量％ 的二氧化钛（TiO2)的量包含二氧化钛（TiO2)。在其它实施方案中，核颗粒16由二氧化钛 (TiO 2)构成。核颗粒16可以具有各种形状，例如核颗粒16可以是大致球形或大致椭圆形， 或核颗粒16可以具有不规则形状。然而，通常地，核颗粒16是球形的。
[0018] 核颗粒16 -般是二氧化钛（TiO2)晶体，即核颗粒16包含结晶形态的二氧化钛 (TiO2)。核颗粒16的结晶形态可以独立地是，例如金红石形态、锐钛矿形态或板钛矿形态， 因为二氧化钛（TiO 2)是多晶型的。然而，通常核颗粒16的结晶形态是金红石形态，其与二 氧化钛（TiO2)的其它结晶形态相比一般具有更低的光活性。然而，不同的包封颗粒14可 以包含不同结晶形态的二氧化钛（TiO 2)作为本公开的背板10中的核颗粒16。
[0019] 包封颗粒14的金属氧化物层18设置于二氧化钛（TiO2)核颗粒16的周围，包含氧 化铝。金属氧化物层18的氧化铝通常是三氧化二铝（III) (Al2O3),或矾土。在某些实施方 案中，金属氧化物层18基本上由氧化铝组成。"基本上由…组成"，参照基本上由氧化铝组成 的金属氧化物层18,是指极少量的其它金属氧化物可以与金属氧化物层18中的氧化铝一 起存在，只要大部分金属氧化物层18包含氧化铝。例如，基于金属氧化物层的金属氧化物 的总重量，氧化铝一般以至少约70重量％、或者至少约75重量％、或者至少约80重量％、 或者至少约85重量％的量存在于金属氧化物层18中。
[0020] 尽管其它金属氧化物可以极少地与金属氧化物层18中的氧化铝一起存在，但是 在某些实施方案中金属氧化物层18基本上不含二氧化硅（SiO 2)。"基本上不含"，参照基本 上不含二氧化硅（SiO2)的金属氧化物层18,是指如果既然存在，那么基于金属氧化物层18 中存在的金属氧化物的总重量，二氧化硅（SiO 2)以小于约5重量％、或者小于约4重量％、 或者小于约3重量％、或者小于约2. 5重量％、或者小于约2. 25重量％的量存在于金属氧 化物层18中。
[0021] 在核颗粒16上形成金属氧化物层18时，基于100重量份的核颗粒16,通常以约 0. 5到约2. 9重量份的量利用氧化铝。在一个特定的实施方案中，基于100重量份的核颗粒 16,以约1. 2至约1. 4重量份的量利用氧化铝。该重量基准仅涉及实际形成金属氧化物层 18的氧化铝，即这个重量基准不包括在金属氧化物层18形成之后任何的残留氧化铝。
[0022] 如上所述，包封颗粒14进一步包含有机保护层20,其设置在金属氧化物层18周 围。有机保护层20由有机化合物形成。该有机化合物可以是适合于形成有机保护层20的 任何有机化合物。例如，该有机化合物可以是单体化合物、低聚物化合物、聚合物化合物及 这样的化合物的组合，其可独立地任选具有反应性官能团。该有机化合物可反应形成有机 保护层20,或该有机化合物可以粘附、粘结和/或以其它方式与金属氧化物层18结合，反 应或不反应以形成有机保护层20。在前一实施方案中，有机保护层20是该有机化合物的 反应产物，而在后一实施方案中，该有机化合物本身与金属氧化物层18结合以形成有机保 护层20。当该有机化合物是反应性的时，该有机化合物可以自聚合或反应以形成有机保护 层20,或该有机化合物可与金属氧化物层18的表面官能团反应。或者，该有机化合物可以 与金属氧化物层18物理结合而不反应。换而言之，有机保护层20可以与金属氧化物层18 化学和/或物理结合。
[0023] 在各种实施方案中，有机保护层20是疏水性的。一般通过有机化合物将有机保护 层20的疏水性赋予有机保护层20。为此，在这样的实施方案中，有机化合物通常包括至少 一种亲脂性取代基。
[0024] 在某些实施方案中，用于形成有机保护层20的有机化合物是有机磷酸酯化合物。 如本领域理解的，有机磷酸酯化合物一般是磷酸的酯。特别地，磷酸可容易地通过酯化形成 三酯，其中有机基团经由二价氧原子与磷结合。在这样的实施方案中，有机磷酸酯化合物可 包含磷酸酯化合物。
[0025] 在某些实施方案中，其中有机化合物包含有机磷酸酯化合物，该有机化合物具有
【权利要求】
1. 在光伏电池模块中使用的背板，所述背板包含： 氟树脂；和 分散在所述氟树脂中的多个包封颗粒； 其中每个所述包封颗粒包含： 含有二氧化钛（Ti02)的核颗粒； 金属氧化物层，设置在所述核颗粒周围并且包含氧化铝；和 有机保护层，设置在所述金属氧化物层周围，所述有机保护层由有机化合物形成。
2. 根据权利要求1所述的背板，其中所述金属氧化物层基本上不含二氧化硅（SiO 2)。
3. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其中基于存在于所述金属氧化物层中的任何 金属氧化物的总重量，所述氧化铝以至少约80重量％的量存在于所述金属氧化物层中。
4. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其中基于100重量份的所述核颗粒，在所述 金属氧化物层中以约〇. 5-约2. 9重量份的量利用所述氧化铝。
5. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其中所述有机化合物包含有机磷酸酯化合 物。
6. 根据权利要求5所述的背板，其中所述有机磷酸酯化合物包含磷酸酯化合物。
7. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其中基于100份的所述核颗粒和所述金属氧 化物层的总重量，以约0. 1-约1. 0重量份的量利用所述有机化合物，从而形成所述有机保 护层。
8. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其具有约12至约100微米（y m)的平均厚 度。
9. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其中所述包封颗粒具有约0. 1-约0. 4微米 (um)的平均颗粒尺寸。
10. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其中基于所述背板的总重量，所述包封颗粒 以约2-约30重量％的量存在于所述背板的所述氟树脂中。
11. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其中基于所述包封颗粒的总重量，所述包封 颗粒以至少约97重量％的量包含二氧化钛（Ti02)。
12. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其中所述氟树脂选自乙烯/四氟乙烯共聚 物、乙烯/三氟氯乙烯共聚物、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯以及它们的组合。
13. 根据权利要求1-11中任一项所述的背板，其中所述氟树脂选自乙烯/四氟乙烯共 聚物、乙烯/三氟氯乙烯共聚物以及它们的组合。
14. 根据权利要求1-11中任一项所述的背板，其中所述氟树脂包含乙烯/四氟乙烯共 聚物。
15. 根据权利要求1-11中任一项所述的背板，其中所述氟树脂包含乙烯/三氟氯乙烯 共聚物。
16. 根据前述任一项权利要求所述的背板，其在360纳米（nm)的波长下具有不大于约 0.03的紫外光透射率（％ )。
17. 根据前述任一项权利要求所述的背板，当基于所述背板的总重量所述包封颗粒以 25重量％的量存在于所述背板中时，所述背板在400°C下具有至少约99. 2%的重量保持 率。
18. 根据权利要求1所述的背板的用途，用于光伏电池模块。
19. 光伏电池模块，其包含： 根据权利要求1所述的背板； 邻近所述背板设置的光伏电池； 设置在所述光伏电池上的包封剂层，使得所述光伏电池夹在所述背板和所述包封剂层 之间；和 邻近所述包封剂层设置的盖板，使得所述光伏电池和所述包封剂层夹在所述背板和所 述盖板之间。
20. 根据权利要求19所述的光伏电池模块，其中所述背板在360纳米（nm)的波长下具 有不大于约0. 03的紫外光透射率（％)。
【文档编号】B32B27/20GK104487246SQ201380038786
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年6月11日 优先权日:2012年6月19日
【发明者】R·A·德卢卡, E·D·拉加尼斯, 樋口义明, 汤川裕正 申请人:旭硝子化学美国有限公司, 旭硝子株式会社