专利名称：结构化膜和由其制造的制品的制作方法
技术领域：
本公开涉及结构化膜，制造结构化膜的方法，以及利用结构化膜的设备。
背景技术：
用于太阳能应用的能量转换设备将太阳的能量转换成另一种能量形式，例如电或热。因此，如果能使太阳光线有效地透射到能量转换设备中，那么该设备的效率将会增大。因而，期望在能量转换设备和太阳之间放置抗反射表面以便减少表面反射和增加透射。
发明内容
本申请涉及能量转换组件。该能量转换组件包括太阳能转换设备和与该能量转换设备邻近的非聚光型结构化层。该结构化层包含交联的反应混合物和至少一种UV稳定剂。该混合物包含多元醇、聚异氰酸酯和催化剂。
图1为本文实例部分所示的数据的图示。图2为本发明第一实施例的俯视图。图3为本发明第二实施例的俯视图。图4为本发明第三实施例的俯视图。图5为本发明第四实施例的俯视图。
具体实施例方式如本文使用的术语“能量转换设备”是指将第一能量形式转换成第二能量形式的设备。如本文使用的术语“聚氨酯”是指通过使羟基官能化材料(包含羟基-OH的材料)与异氰酸酯官能化材料(包含异氰酸酯基-ncoWMW)缩聚制备的聚合物，因而包含氨基甲酸酯联键(-O(CO)-NH-)，其中(CO)是指羰基(C = 0)。如本文使用的术语“结构化”是指表面而言，该表面包含一系列特征，其中特征的尺寸(高度、宽度和长度)中的至少一个大于1微米。该特征尺寸(高度、宽度和长度)中的两个或甚至三个都可以大于1微米。通常，该结构的至少一个尺寸小于1毫米，一般该特征尺寸的全部都小于1毫米。如本文使用的术语“非聚光型”是指使入射光，如太阳光的强度保持相对均勻并且不使光聚焦到限定的目标区域。如本文所用的术语“粘合剂”是指可用于将两个粘附体粘附在一起的聚合物组合物。粘合剂的例子为热活化粘合剂、结构粘合剂和压敏粘合剂。热活化粘合剂在室温下是不粘的，但是在升高的温度下变粘并且能够粘结到基材。这些粘合剂的Tg或熔点(Tm)通常高于室温。当将温度升高到高于Tg或Tm时，储能模量通常下降并且粘合剂变粘。结构粘合剂是指可以粘结其他高强度材料(例如，木材、复合材料或金属)而使其粘合强度超过6. OMPa(IOOOpsi)的粘合剂。压敏粘合剂(PSA)组合物是本领域普通技术人员熟知的，具有以下性质(1)具有干粘性和持久粘性，⑵在不超过指压作用下即可粘合，⑶具有足够能力保持在粘附体上，以及(4)具有足够的内聚强度，可从粘附体上完全移除。已发现在功能上跟PSA—样优秀的材料为被设计和配制成表现出必备的粘弹性的聚合物，该聚合物能够获得所需的粘性、剥离粘合力以及剪切保持力的平衡。得到性质的适当平衡并不是一个简单的过程。本申请的能量转换设备可以暴露在户外环境中。所述结构化表面尤其可以具有对抗例如受到的热和紫外线(UV)辐射的耐候性能。这对于在太阳能转换设备中的应用特别重要。该能量转换设备可以是将一种能量形式(例如太阳能如热或辐射)转换成另一种能量形式(例如电)的任何物件。在一些实施例中，该能量转换设备是太阳能转换设备，例如将太阳辐射转换成热的热吸收设备，或将太阳辐照转换成电流的太阳能光伏电池。太阳能转换设备可用于一系列广泛的应用中，既可用于地球范围内的应用，也可用于基于太空的应用。在一些实施例中，可以将该太阳能转换设备附接到交通工具，如汽车、飞机、火车或船舶上。这些环境中的许多环境对有机聚合物材料非常不利。具有平板玻璃或聚合物正面层的太阳能转换设备通常由于正面表面反射而丧失3-5%的可用太阳能。本发明的非聚光型结构化表面层将表面反射减到最少。入射太阳光线有一部分在该结构化表面的斜面上被反射。然而，这些部分被反射的太阳光线反射到相邻的表面结构上，在此处它们要么又直接折射回太阳能转换设备中，要么全内反射到太阳能转换设备中。几乎所有入射太阳光线最终都到达太阳能转换设备中，因而提高了它的效率。非聚光型结构化层与能量转换设备相邻。就本专利申请的目的而言，相邻的方式包括在结构化层和能量转换设备之间加有一个或多个层的实施例，其包括例如，空气隙、聚合物层或玻璃层等。一般地，该结构化层与能量转换设备的距离小于1米。在一些实施例中，该结构化层与能量转换设备相接触。该结构化层包括结构化表面，而该结构化表面包括一系列的结构。该结构化层可以是单一材料也可以是多层构造，其中该结构化层包含一种材料配方、而基部膜和粘合剂包含不同的材料配方。另外，该膜和粘合剂层本身可以包含多个层。一般地，该结构化层具有结构化表面，在这里相当大一部分的反射光又与该表面上的另一结构相交撞。在一些实施例中，该一系列结构包括被一系列大致平行的槽谷分开的一系列基本平行的峰棱。就横截面看，该结构化层可以采取各种波形。例如，该横截面可以采取对称的锯齿状图案，其中每一个峰均相同，每一个谷也均相同；可以是被一系列平行谷分开的具有不同高度的一系列平行峰；也可以是被一系列平行不对称谷分开的交替平行的不对称峰的锯齿状图案。在一些实施例中，峰和谷是连续的，而在其他实施例中，也考虑了不连续峰和谷的图案。因而，例如，峰和谷可以在制品的某个部分终止。随着峰或谷从制品的一端行进到另一端，谷也可以变窄或变宽。更进一步，随着峰或谷从制品的一端行进到另一端，给定峰或谷的高度和/或宽度可以改变。
在一些实施例中，结构化表面与能量转换设备相对，并且该结构化表面是抗反射的。就本专利申请的目的而言，抗反射的结构化表面意味着，其对全部入射角平均的反射少于在相应平坦表面上的反射，例如少于平坦表面上的反射的50%，在特定实施例中，少于平坦表面上的反射的80%。峰的尺寸一般具有至少约10微米(0. 0004英寸)的高度。在另一个实施例中，峰具有多达约250微米(0.010英寸)的高度。在一个实施例中，峰的高度为至少约20微米(0. 0008英寸)，在另一个实施例中，峰的高度高达约150微米(0. 006英寸)。相邻峰之间的峰-峰间距一般为至少约10微米(0. 0004英寸)。在另一个实施例中，该间距高达约250微米(0.010英寸)。在一个实施例中，该间距为至少约20微米(0.0008英寸)，且在一些实施例中，该间距高达约150微米(0.006英寸)。相邻峰之间的夹角也可以变化。谷可以是平坦的、圆的、抛物线形的，或V形的。峰一般是V形的，顶角小于60度，在一些实施例中小于50度，且在特定实施例中小于40度。然而，本申请也涉及顶部为半圆的峰，此种实施例中的顶角则由两侧面的最佳拟合线取得。在一些实施例中，所述一系列结构是不均勻结构。例如，该结构在高度、基部宽度、间距、顶角、或其他结构方面都可以不同。在此种实施例中，在整个表面内结构与该表面平面的倾斜度平均偏离法线方向小于30度。在其他实施例中，该结构在围绕平面的垂直线的一个方向上基本对称。该结构化表面包含结构化聚氨酯层。这种聚氨酯层是通过使包含多元醇、聚异氰酸酯和催化剂的反应混合物缩聚制备的。该反应混合物也可以包含不可缩聚的附加组分，且一般包含至少一种UV稳定剂。如下面描述，该缩聚反应，或固化，一般在模型或模具中进行从而在固化的表面中产生结构化的表面。因为本公开所述的聚氨酯聚合物是由多元醇与聚异氰酸酯的缩合反应形成的，所以它们至少包含聚氨酯联键。在本公开中形成的聚氨酯聚合物可以仅包含聚氨酯联键，或者它们可以包含其他任选的联键如聚脲联键、聚酯联键、聚酰胺联键、硅树脂联键、丙烯酸类联键等。如下面描述的，这些其他任选的联键可以出现在聚氨酯聚合物中，因为它们存在于用于形成聚氨酯聚合物的多元醇或聚异氰酸酯材料中。本公开的聚氨酯聚合物不是通过自由基聚合固化的。例如，带有乙烯基或其他可自由基聚合的端基的聚氨酯低聚物分子是已知材料，通过这些分子的自由基聚合形成的聚合物有时称为“聚氨酯”，但此类聚合物在本公开范围之外。通常，该结构化聚氨酯层具有足以产生所需光学效应的尺寸。该聚氨酯层的厚度一般不超过10毫米，通常比这薄得多。由于经济原因，一般期望使用尽可能薄的结构化聚氨酯层。也许期望将包含在该结构中的聚氨酯材料的量最大化，并期望将构成结构化聚氨酯层基底、但未被结构化的聚氨酯材料量减到最少。在一些情况下，这种基底部分有时称为“基地”，因为它类似于山从其上崛起的基地。可以使用多种多样的多元醇。术语多元醇包括羟基官能化材料，其一般包含至少2个端羟基，且一般可以用结构HO-B-OH表示，其中该B基团可以是脂肪族基团、芳香族基团或者包含脂肪族基团和芳香族基团的组合的基团，并可以包含多种联键或官能团，包括额外的端羟基。通常，HO-B-OH为二元醇或羟基封端的预聚物如聚氨酯、聚酯、聚酰胺、硅树脂、丙烯酸类，或聚脲预聚物。
可用的多元醇的例子包括，但不局限于，聚酯多元醇(如内酯多元醇)、聚醚多元醇(如聚氧亚烷基多元醇)、聚亚烷基多元醇、其混合物以及由它们得到的共聚物。聚酯多元醇特别有用。其中，可用的聚酯多元醇为线性和非线性聚酯多元醇，包括，例如由聚己二酸乙二醇酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚癸二酸己二醇酯、聚十二烷二羧酸己二醇酯、聚己二酸新戊二醇酯、聚己二酸丙二醇酯、聚己二酸环己烷二甲酯，和聚ε -己内酯制成的那些。特别有用的是可以商品名“K-FLEX”如K-FLEX 188或K-FLEX Α308得自KingIndustries (Norwalk, CT)的脂肪族聚酯多元醇。当HO-B-OH为羟基封端的预聚物时，可使用多种多样的前体分子来产生所需的HO-B-OH预聚物。例如，多元醇与低于化学计量量的二异氰酸酯的反应可产生羟基封端的聚氨酯预聚物。合适的二异氰酸酯的例子包括，例如，芳香族二异氰酸酯，如2，6-甲苯二异氰酸酯、2，5-甲苯二异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯、间亚苯基二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、亚甲基双(邻氯苯基二异氰酸酯)、亚甲基二亚苯基_4，4' -二异氰酸酯、聚碳化二亚胺改性的亚甲基二亚苯基二异氰酸酯、G，4' - 二异氰酸根合_3，3' ,5,5'-四乙基)联苯甲烷、4，4' -二异氰酸根合_3，3' -二甲氧基联苯、5-氯-2，4-甲苯二异氰酸酯、1-氯甲基-2，4- 二异氰酸根合苯；芳香族-脂肪族二异氰酸酯如间-苯二甲基二异氰酸酯、四甲基-间-苯二甲基二异氰酸酯；脂肪族二异氰酸酯，如1，4- 二异氰酸根合丁烷、1，6- 二异氰酸根合己烷、1，12-二异氰酸根合十二烷、2-甲基-1，5-二异氰酸根合戊烷；和脂环族二异氰酸酯如亚甲基-二亚环己基_4，4‘ - 二异氰酸酯，和3-异氰酸根合甲基-3，5，5-三甲基-环己基异氰酸酯(异氟尔酮二异氰酸酯)。由于对耐侯性的要求，一般使用脂肪族和脂环族二异氰酸酯。HO-B-OH预聚物的合成的一个实例示于如下反应方案1 (其中(CO)表示羰基C =0)中2H0-R1-0H+0CN-R2-NC0 — HO-R1-O- [ (CO) N-R2-N (CO) O-R1-O-] nH反应方案1其中η为1或更大，取决于多元醇与二异氰酸酯的比率，例如，当比率为2 1时，η为1。多元醇与二羧酸或二酐之间的类似反应可产生具有酯连接基团的HO-B-OH预聚物。每个分子具有多于2个羟基的多元醇在与双官能或更高官能异氰酸酯反应后将形成交联树脂。交联可阻止形成的聚合物蠕变，并有助于维持所需结构。通常，该多元醇是脂肪族聚酯多元醇，如可以商品名“K-FLEX”如K-FLEX 188或K-FLEX Α308得自KingIndustries (Norwalk, CT)的那些。可以使用多种多样的聚异氰酸酯。术语聚异氰酸酯包括异氰酸酯官能化材料，其一般包含至少2个异氰酸酯端基，如一般可以用结构0CN-Z-NC0表示的二异氰酸酯，其中Z基团可以是脂肪族、芳香族，或者包含脂肪族基团和芳香族基团的组合的基团。合适的二异氰酸酯的例子包括，例如，芳香族二异氰酸酯，如2，6-甲苯二异氰酸酯、2，5-甲苯二异氰酸酯、2，4_甲苯二异氰酸酯、间亚苯基二异氰酸酯、对亚苯基二异氰酸酯、亚甲基双(邻氯苯基二异氰酸酯)、亚甲基二亚苯基_4，4‘ - 二异氰酸酯、聚碳化二亚胺改性的亚甲基二亚苯基二异氰酸酯、(4，4' - 二异氰酸根合_3，3' ,5,5'-四乙基)联苯甲烷、4，4' - 二异氰酸根合_3，3' -二甲氧基联苯、5-氯-2，4-甲苯二异氰酸酯、1-氯甲基-2，4-二异氰酸根合苯；芳香族-脂肪族二异氰酸酯如间-苯二甲基二异氰酸酯、四甲基-间-苯二甲基二异氰酸酯；脂肪族二异氰酸酯，如1，4_ 二异氰酸根合丁烷、1，6_ 二异氰酸根合己烷、1，12-二异氰酸根合十二烷、2-甲基-1，5- 二异氰酸根合戊烷；和脂环族二异氰酸酯如亚甲基-二亚环己基_4，4' -二异氰酸酯，和3-异氰酸根合甲基-3，5，5-三甲基-环己基异氰酸酯(异氟尔酮二异氰酸酯)。由于对耐侯性的要求，一般使用脂肪族和脂环族二异氰酸酯。某种程度的交联对维持所需结构化表面有用。一种途径是使用官能度大于2.0的多异氰酸酯。一种特别合适的脂肪族聚异氰酸酯是商购自Bayer (Pittsburgh，PA)的DESMODUR N3300A。在一些实施例中，该结构化层的交联密度在该层整个厚度内是可变的。例如，该结构化层表面处的交联密度可能较高。可以在相对低的电压如IOOkV 150kV下使用电子束辐照来增大该表面结构化的薄膜的表面处的交联密度。用于形成该结构化聚氨酯层的反应混合物还包含催化剂。该催化剂促进多元醇与聚异氰酸酯之间的缩合反应。普遍公认用于氨基甲酸酯聚合中的常规催化剂可以适用于本公开。例如，可以使用铝基、铋基、锡基、钒基、锌基，或锆基催化剂。锡基催化剂特别有用。已发现锡基催化剂能够显著减少存在于聚氨酯中的渗气的量。二丁基锡化合物是最理想的，如二乙酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二乙酰丙酮酸二丁基锡、二硫醇二丁基锡、二辛酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡、丙酮基丙酮酸二丁基锡和氧化二丁基锡。商购自AirProducts and Chemicals Inc. (Allentown, PA)的二月桂酸二丁基锡催化剂DABCO T-12 是特别适合的。所包含的催化剂的量一般为至少25ppm或甚至IOOOppm或更高。大约300pprn可提供适当的固化时间。作为另外一种选择，多元醇与多异氰酸酯的反应可以在无需催化剂的情况下进行，并且利用通过电子束辐照形成的自由基加速交联。这可能是有利的，因为该催化剂会引起聚氨酯聚合物的氧化降解和光降解。在另一个实施例中，利用上面优选的催化剂使该反应混合物聚合，然后利用电子束辐照使其进一步交联。利用电子束辐照获得的较高交联密度可以增大该聚氨酯的耐久性，尤其是对磨损，例如如图1所示的对落砂引起的磨损的耐久性。可以控制电子束辐照从而在聚氨酯结构化表面的表面处提供较该聚氨酯制品本体(bulk)高的交联密度。高的交联密度具有将磨损引起的透射损耗减到最小的理想效果。例如，在120kV下以30兆拉德(megarad)剂量照射表面结构化脂肪族聚氨酯，可以将透射损耗减小到小于3%。测得在磨损前示例表面结构比平板玻璃表面的透射增大4-5%。因为所证明的该表面结构的益处在于提供了较平板玻璃高的透射，所以期望将磨损引起的透射损耗减小到不大于3%。本发明的示例性高度交联的表面结构化聚氨酯在落砂引起磨损之后，可以维持较平板玻璃高的透射。该脂肪族聚氨酯表现出良好的对紫外线环境的稳定性，但添加UV稳定剂可进一步提高它们在暴露于该环境下时的稳定性。合适的UV稳定剂的例子包括紫外线吸收剂(UVA)、位阻胺光稳定剂(HALQ和抗氧化剂。已发现选用可溶于反应混合物、尤其是可溶于多元醇中的添加剂有好处的。可得自CikiCTarrytown，NY)的苯并三唑UVA如化合物TINUVIN P、213、234、3^、327、3^ 和 571 ；可得自 Ciba(Tarrytown，NY)的羟基苯基三嗪如TINUVIN 400 和 405 ；可得自 Ciba (Tarrytown，NY)的 HALS 如 TINUVIN 123、144、622、765、770 ；以及可得自Ciba (Tarrytown, NY)的抗氧化剂IRGANOX 1010、1135和1076特别有用。可得自Ciki (Tarrytown，NY)的材料TINUVIN B75 (含有UVA、HALS和抗氧化剂的产品)也是适合的。
用于形成结构化聚氨酯层的反应混合物还可以包含另外的添加剂，只要该添加剂不干扰氨基甲酸酯聚合反应或不对所形成的结构化聚氨酯层光学性能产生有害影响即可。可加入对反应混合物的混合、加工或涂覆有帮助，或者对所形成的结构化聚氨酯层最终性能有帮助的添加剂。添加剂的例子包括包括纳米颗粒或较大颗粒在内的颗粒；脱模剂；低表面能剂；防霉剂；抗真菌剂；消泡剂；抗静电剂；以及偶联剂如氨基硅烷和异氰酸根合硅烷。也可以使用添加剂的组合。该结构化表面易于通过多种技术制造。例如，可以在制造过程中即赋予该结构。在一种途径中，挤出或涂布用于结构化表面的聚合物。可通过利用热、真空和/或压力等压花技术形成该结构化表面。在一些实施例中，将反应混合物施加到结构化模具中也许是可行的。其他技术也是可行的，而且不难为本领域技术人员想到。在一些实施例中，通过将反应混合物层施加到诸如能量转换设备之类的基材上，并在该基材上制作结构化聚氨酯层来制备结构化膜。该反应混合物可以直接固化到基材上。这个过程可以通常包括以下步骤的多种不同方式实现供应透明基材，给该透明基材涂底漆从而提高粘合力，制备反应混合物，将该反应混合物施加到该透明基材上，将结构化模具施加到该反应混合物上，使该反应混合物聚合并移除模具从而在该透明基材上形成结构化聚氨酯层。可以通过使用粘合剂使该结构化聚氨酯层粘附到能量转换设备上。该粘合剂可以采用多种形式，包括压敏粘合剂、热活化粘合剂以及结构粘合剂。期望选择可将结构化聚氨酯层粘附到透明基材上而不干扰该结构化层光学性能的粘合剂。一般地，可用的结构粘合剂包含可以固化而形成透明基材和结构化聚氨酯层之间的强力粘合作用的反应性材料。该结构粘合剂可以在混合后(如2部分环氧粘合剂)或在暴露于空气中后(如氰基丙烯酸酯粘合剂)自发地固化，或者可以通过加热或辐射(如UV线)进行固化。合适的结构粘合剂的例子包括环氧树脂、丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯、氨基甲酸酯等。在一些实施例中，期望使用与制备结构化聚氨酯层相同的反应混合物来做粘合剂。其一个优点是固化的聚氨酯层可以与用于形成它的反应混合物具有相容性。合适的热活化粘合剂和压敏粘合剂的例子包括(例如)天然橡胶粘合剂、合成橡胶粘合剂、苯乙烯嵌段共聚物粘合剂、聚乙烯醚粘合剂、丙烯酸类粘合剂、聚烯烃和烯烃共聚物粘合剂、硅树脂粘合剂、氨基甲酸酯粘合剂或尿素粘合剂。所述粘合剂，不论是结构粘合剂、热活化粘合剂或压敏粘合剂，都可以施加到透明基材或施加到固化的结构化聚氨酯层上。该粘合剂可以用多种涂布技术施加从而形成粘合剂层，所述多种涂布技术例如凹版涂布、淋幕式涂布、槽式涂布、旋涂、丝网涂布、转移涂布、刷涂或辊涂、喷涂，以及喷墨印刷、热熔融涂布等。该粘合剂层可以是连续或不连续的。如果使用热活化粘合剂，则可以加热来增强粘合剂层的粘性。如果粘合剂层存在于透明基材上，则可以将固化的结构化聚氨酯层施加到该粘合剂层上。如果粘合剂层存在于固化的结构化聚氨酯层上，则把透明基材与该粘合剂层压接。在一些实施例中，在透明基材表面和固化的结构化聚氨酯层表面上都施加粘合剂也是可取的。在一些实施例中，使用底漆提高对基材的粘合力。氨基丙基硅烷底漆(例如可得自Dow Corning and Momentive Performance Materials)可以用于提高交联的聚氨酉旨与玻璃间的粘合力。
在另一个实施例中，可以用液体使结构化聚氨酯层粘附到能量转换设备上。在这个实施例中，应对该液体与基材以及与结构化层之间的表面相互作用加以选择，以便可以很好地润湿该两表面。如果期望在将来某个时间容易地把结构化聚氨酯层剥除，则这种办法尤其有用。选择合适的液体时还要考虑到低蒸发率、对于结构化层和基材的惰性、UV稳定性、UVA、HALS和抗氧化剂，以及抗静电剂。另外，可以在单一透明基材或多个结构化基材上制备多个结构化聚氨酯层，这可以利用这样的技术完成，其中将反应混合物涂布在基材上或涂布在模具上，并将该基材和该模具放在一起，该反应混合物固化从而形成结构化聚氨酯层。此种过程可以分批或连续完成。连续过程的例子是使用涂布机，如切口棒涂布机(notch bar coater)，以多个透明基材作为底层并以模具膜(tooling film)作为顶层。可以连续地将反应混合物引入到透明基材层上，使压在这个涂层上作为底层的模具膜通过涂布机。图2示出本申请的一个实施例。组件20包含结构化层21和能量转换设备22。结构化层21与能量转换设备22接触，且在一些实施例中结构化层21被直接固化到能量转换设备22上。图3示出另一个实施例。组件30包含结构化层31、膜层32、粘合剂层33和能量转换设备34。在此种实施例中，能量转换设备22和34可以是光伏电池。图4示出本申请的另一个实施例。组件40包含粘附到透明基材如玻璃42上的结构化层41。然后存在将结构化层41和玻璃42与能量转换设备44分开的空气间隙43。图5示出本申请的另一个实施例，其中组件50包含位于膜层52上的结构化表面51，膜层52利用粘合剂层53粘附到另一个膜层M上从而形成结构化组件55。空气间隙56将结构化组件阳与能量转换设备57分开。在此种实施例中，能量转换设备44和57可以是太阳能集热设备。该能量转换设备，尤其该结构化层可能暴露在外部环境中，因而易受多种不利条件影响。例如，在外部环境中的暴露使得该结构化层暴露在诸如雨、风、雹、雪、冰、扬沙等恶劣天气中，它们可以损坏其结构化表面。另外，长期暴露于来自太阳的热和UV照射下也可能导致该结构化层劣化。聚合物有机材料在反复暴露于UV辐射之后易于分解。诸如太阳能转换设备之类的设备的耐候性一般以年衡量，因为期望该材料可以运作多年而不出现性能退化或性能损失。期望该材料可以经受多达20年的户外暴露而不出现光透射或机械完整性的显著损失。典型的聚合物有机材料无法经受得起在户外暴露很长时间如20年不出现光透射或机械完整性的损失。通常，该结构化聚氨酯层包含脂肪族聚氨酯，因为包含芳香族分子的聚氨酯可能会因暴露于UV辐射下而随时间的推移变黄。另外，该结构化聚氨酯层中存在至少一种UV稳定剂以便进一步增强其耐候性。在一些实施例中，可以使用UV稳定剂的组合。^M这些实例仅仅是说明性的，而不旨在限制所附的权利要求书的范围。除非另外指明，否则实例和说明书其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。实例1在一个3英寸的芯轴上卷绕着聚丙烯微结构化表面膜，该膜的一个表面具有顶角为53°的线性三角棱的“棱纹(riblet)”图案。在40°C下将商购自Ciba SpecialtyChemicals (Tarrytown, NY)的 UV 吸收剂(2. 0 重量 ％ "TINUVIN 405” 和 1. 0 重量 ％“TINUVIN 123，，)和二月桂酸二丁基锡催化剂(0.03重量％，以商品名‘‘DABCO T12”商购自Air Products (Allentown, PA))的共混物预先溶解在KFLEX 188多元醇(以商品名“KFLEX188”商购自 King Industries Inc. (Norwalk，Connecticut))中。在塑料烧杯中手动搅拌28g此混合物和22g六亚甲基二异氰酸酯(以商品名“DESMODUR N3300”商购自BayerMaterialScience AG (Leverkusen, Germany)，六亚甲基二异氰酸酯的二聚体和三聚体，平均2. 4异氰酸酯)。所有成分均预先加热到40°C。UV吸收剂和催化剂的重量％基于KFLEX188和Desmodur 3300及添加剂。弄齐聚丙烯模具膜的前端，用胶带将其粘在光伏面板边缘上。分配流动性材料从而在模具膜前面形成小的聚氨酯料堆。用手在涂布棒上施加足够压力，以把可固化树脂涂布在整个模具膜的长度上。让该聚氨酯在150° F的烘箱中固化30分钟。一俟聚氨酯固化，且面板冷却至室温，移除模具膜从而暴露出在基材上新形成的微结构化表面。直接将“KFLEX 188” “棱纹”结构施加到一块玻璃上可将反射百分比从4. 19%降低到0. 43%。平均反射％测量使用PerkinElmer Lambda 950 UV-VIS-OTR扫描分光光度计测量经等离子体处理过的表面的平均反射％。将Yamato黑色乙烯胶带#200-38 (Yamato Black Vinyl Tape#200-38)(可得自 Yamato International Corporation (Woodhaven，MI))贴到样品的背面，以准备每种膜的一个样品。利用两侧的透射率和反射率都被预先确定的透明聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)膜来确定该黑色胶带的反射率。使用辊将黑色胶带与样品背面层合，以确保黑色胶带与样品之间无气泡。为了通过积分球检测器测量前表面的总反射率(镜面反射和漫反射)，将样品放入机器中使得无胶带侧对着光孔圈。以8°入射角测量出反射率，通过减去黑色胶带在400-800nm波长范围的反射率而计算平均反射％。实例2在商购自AEE Solar (Redway, CA)的50瓦光伏模组前表面上施加脂肪族聚酯多元醇 Kflex 188 (King Industries)和基于六亚甲基二异氰酸酯 Desmodur N3300 (Bayer)的聚异氰酸酯与含有2% Tinuvin 405 UVA和Tinuvin 123 HALS的二月桂酸二丁基锡催化剂的混合物(如实例1)。在该混合物固化之前，将具有顶角为53度的三角棱的聚丙烯膜复制模具滚压到其表面上。固化之后，移除该聚丙烯三角棱膜，在交联的脂肪族氨基甲酸酯上便留下微复制表面结构。然后，在kandia，MN在接近冬至的某个晴天将该表面结构化了的PV模件垂直于中午阳光放置。光伏模件的功率输出用手持式电压/电流计来测量，并通过将开路电压乘以闭环电流、再乘以0. 75的填充系数来计算，前提假设该填充系数未被正面的表面结构化的薄膜所改变。在早上(9AM)、中午(12PM)和下午(3PM)测量PV的功率输出，在表1中将结果与相同方法制造且型号相同的表面非结构化的光伏对照模件进行比较。表 1
对照(瓦)实例2(瓦)功率增大％上午9点35. 238. 38. 权利要求
1.一种能量转换组件，其包括太阳能能量转换设备；和与所述能量转换设备邻近的非聚光型结构化层，所述结构化层包含交联的反应混合物和至少一种UV稳定剂，所述交联的反应混合物包含多元醇；多异氰酸酯；和催化剂。
2.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层具有结构化表面，且所述结构化表面包含所述反应混合物。
3.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层具有与所述能量转换设备相对的结构化表面，且所述结构化表面是抗反射的。
4.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层包括包含一系列不均勻结构的结构化表面。
5.根据权利要求4所述的组件，其中在整个所述表面内所述结构平均偏离法线方向倾斜小于30度。
6.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层包括包含一系列结构的结构化表面，且所述结构在围绕所述表面垂直线的一个维度上基本对称。
7.根据权利要求1所述的组件，其中所述太阳能能量转换设备是太阳能光伏电池。
8.根据权利要求1所述的组件，其中所述太阳能能量转换设备是热吸收设备。
9.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层与所述能量设备层接触。
10.根据权利要求9所述的组件，其中所述结构化层被直接固化到所述能量设备层上。
11.根据权利要求1所述的组件，其中所述能量转换设备具有平坦表面。
12.根据权利要求1所述的组件，其中所述能量转换设备具有弯曲表面。
13.根据权利要求12所述的组件，其中所述弯曲表面是管状物。
14.根据权利要求12所述的组件，其中所述弯曲表面包围着太阳能能量转换设备。
15.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层包含脂肪族聚氨酯。
16.根据权利要求1所述的组件，其中所述至少一种UV稳定剂选自UV吸收剂(UVA)、位阻胺光稳定剂(HALS)、抗氧化剂或它们的组合。
17.根据权利要求1所述的组件，其中所述UV稳定剂包含三嗪。
18.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层进一步包含至少一种另外的添加剂，所述添加剂选自颗粒、防霉剂、抗真菌剂、消泡剂、抗静电剂、偶联剂、脱模剂、防污剂及其组合。
19.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层包括包含一系列结构的结构化表面，且所述结构的顶角小于60度。
20.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层包括包含一系列结构的结构化表面，且所述结构的顶角小于50度。
21.根据权利要求1所述的组件，其中所述结构化层包括包含一系列结构的结构化表面，且所述结构的顶角小于40度。
22.根据权利要求1所述的组件，其中所述多元醇包含环己醇单元。
23.根据权利要求22所述的组件，其中所述环己醇单元是环己烷二甲醇。
24.根据权利要求1所述的组件，其中所述非聚光型结构化层在所述膜表面的表面处的交联密度较大。
25.根据权利要求1所述的组件，其中所述非聚光型结构化层涂有防潮物涂层。
26.根据权利要求25所述的组件，其中所述防潮物涂布的非聚光型结构化层被附接到光伏电池上。
27.根据权利要求7所述的组件，其中所述光伏电池被附接到汽车、飞机、火车、船、休闲运输工具或人力驱动车辆上。
全文摘要
一种太阳能收集组件，其包括表面结构化聚氨酯层。所述结构化聚氨酯层包括可交联的反应混合物和至少一种UV稳定剂。所述可交联的反应混合物包括多元醇、多异氰酸酯和任选的催化剂。
文档编号H01L31/042GK102598298SQ201080048414
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月18日 优先权日2009年10月26日
发明者蒂莫西·J·赫布林克, 詹姆斯·M·琼扎 申请人:3M创新有限公司