专利名称：改进的光伏器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进的光伏器件(“PVD”或“PV器件”)及使用方法，更具体地涉及一种具有在界面区连接的多层光伏电池组件和躯体部分的改进的光伏器件。背景对改进的PV器件，尤其是被集成到建筑物结构体(例如，天花盖板或外壁覆盖物)内的那些器件的将要成功使用的努力应当满足大量的标准。PV器件应当是耐久的(例如，长寿命的，密封抗湿气和其它环境条件的)并且在产品的适宜寿命内保护不受机械损伤， 所述的适宜寿命优选至少10年，更优选至少25年。所述器件应当容易安装(例如，类似于常规天花盖板或外壁覆盖物的安装)或更换(例如，损坏的情况下)。可能需要的是选择材料和部件，并随之选择设计特征，以有助于满足所需的耐久性要求如没有将削弱性能的变形(例如在联合实验室 UL 1703 标准(United Laboratories UL 1703Standard ) -ISBN
0-7629-0760-6和或依照IEC16646的温度循环测试中所公布的)。为了制备这种对于消费者适宜的全封装件(full package)并且为了在市场上得到广泛承认，系统应当对于建造和安装是便宜的。这可以有助于促进能量的更低产生费用，从而使PV技术相对于产生电力的其它手段更有竞争性。用于PV器件的现有技术系统可以允许将器件直接安装到建筑物结构体上，或它们可以将器件紧固到建筑物外部(例如，屋顶板或外包覆层)上的板条、沟槽或“轨道”(“站位(stand-offs)”)上。这些系统可能是复杂的，典型不与常规包覆材料(例如，天花盖板或滑板)安装相同，并且因此，可能安装昂贵。此外，它们可能在视觉上不吸引人，因为它们不像常规建筑材料。为了安装PV器件可以每2-4英尺就需要站位。因此，安装费用可能与制品的费用一样高或更高。它们还可能受到与环境条件相关的问题如翘曲、褪色及其物理性质的退化的困扰。在可能与该技术相关的文献中包括以下专利文献US20080190047 (Al)；US4321416 ；US5575861 ；US5437735 ；US5990414 ；US6840799 ；EP1744372 ；US6875914 ；US5590495 ；US5986203 ；US2008/0115822 ；EP1923920 ；US7365266 ；US20070295393A1 ；US20070295392A1；W0 2008/139102 ； ,WO 2009/042496 ；W02009/042492；W0 2009/042523 ；WO 2009/042522 ;和US临时61/233，527，它们全部出于所有目的通过引用结合在此。发明概述本发明涉及PV器件，所述PV器件解决上面的段落中描述的问题中的至少一个以上。因此，依照本发明的一个方面，考虑到一种光伏器件，所述光伏器件至少包括多层光伏电池组件，所述多层光伏电池组件至少包含具有阻挡物CLTE的多边形阻挡物层和安置在阻挡物层外围边缘内侧的光伏电池层，所述阻挡物层包括阻挡物下表面部分、阻挡物上表面部分和跨在所述上表面部分与下表面部分之间的阻挡物侧表面部分，所述阻挡物侧表面部分具有所述上表面部分与下表面部分之间的阻挡物侧面(profile)和跨在所述多边形阻挡物层周围的阻挡物周界，所述阻挡物侧表面部分形成所述阻挡物层外围边缘；躯体部分，所述躯体部分包含具有躯体CLTE的躯体材料，所述躯体部分具有躯体下表面部分、躯体上表面部分和躯体侧表面部分，所述躯体侧表面部分跨在所述上表面部分与下表面部分之间并且形成躯体外围边缘，其中所述躯体部分的至少一部分邻接所述阻挡物层外围边缘在界面区域处的节段；其中(A)邻接所述躯体部分的所述部分的所述阻挡物层外围边缘的所述节段在所述节段内具有圆形阻挡物周界拐角，和/或(B)所述器件还包括至少一个连接器组件部件，所述连接器组件部件至少部分地嵌入所述躯体侧表面部分内，并且所述连接器组件部件包括连接器组件下表面部分、连接器组件上表面部分和跨在所述上表面部分与下表面部分之间的连接器组件侧表面部分，所述连接器组件侧表面部分形成连接器组件外围边缘，其中最接近所述界面区域的所述连接器组件外围边缘具有至少一个圆形连接器拐角，并且所述连接器组件与所述光伏电池层电通讯。 本发明的特征还在于本文所公开的特征的一个或任意组合，如将所述连接器组件的所述至少一个部件安置为远离所述界面区域安置距离(以mm计)，所述安置距离由大于或等于X* (躯体CLTE/阻挡物CLTE) +C限定，其中X在I. O至4. O的范围内并且C在O. 5至10. O的范围内；将所述连接器组件的所述至少一个部件安置为远离所述界面区域安置距离，所述安置距离作为比例(安置距离/Lbp)计算，其中所述比例在O. 02至O. I的范围内；所述圆形阻挡物周界拐角具有半径，所述半径作为所述Lbp与所述半径的比例(半径/Lbp)确定，所述Lbp在所述圆形阻挡物周界拐角的25. Omm之内测量，其中所述比例在O. 000172至O. 0259的范围内；所述阻挡物层包括玻璃；所述圆形阻挡物周界拐角具有至少2. Omm的半径；所述至少一个圆形连接器拐角具有至少I. Omm的半径；所述躯体材料包括含有至多65重量％的填料的聚丙烯；所述躯体CLTE和所述阻挡物CLTE彼此之间在I. 5至10倍之内；躯体材料具有大于O. 3GPa的在25°C测量的模量；所述填料包括玻璃纤维；所述界面区域在进行依照IEC16646的温度循环测试之后没有突出穿过所述躯体侧表面部分的裂纹；所述光伏器件包括弯曲区域，所述弯曲区域具有远离所述界面区域由大于或等于常数V *(躯体CLTE/阻挡物CLTE) +常数C’限定的距离的起始点，其中X’在I. O至5. O的范围内，并且C’在I. O至5. O的范围内。因此，依照本发明的另一方面，考虑到一种光伏器件，所述光伏器件至少包括多层光伏电池组件，所述多层光伏电池组件至少包含具有阻挡物CLTE的多边形阻挡物层和安置在阻挡物层外围边缘内侧的光伏电池层，所述阻挡物层包括阻挡物下表面部分、阻挡物上表面部分和跨在所述上表面部分与下表面部分之间的阻挡物侧表面部分，所述阻挡物侧表面部分具有所述上表面部分与下表面部分之间的阻挡物侧面和跨在所述多边形阻挡物层周围的阻挡物周界，所述阻挡物侧表面部分形成所述阻挡物层外围边缘；躯体部分，所述躯体部分包含具有躯体CLTE的躯体材料，所述躯体部分具有躯体下表面部分、躯体上表面部分和躯体侧表面部分，所述躯体侧表面部分跨在所述上表面部分与下表面部分之间并且形成躯体外围边缘，其中所述躯体部分的至少一部分邻接所述阻挡物层外围边缘在界面区域处的节段；其中所述躯体部分包括弯曲区域，所述弯曲区域具有约2. 5mm至4. Omm的厚度(“TBK”)，此外其中所述弯曲区域具有远离所述界面区域由大于或等于常数X’ *(躯体CLTE/阻挡物CLTE) +常数C’限定的距离的起始点，其中X’在I. O至5. O的范围内，并且C’在I. O至5. O的范围内。本发明的特征还在于本文所公开的特征的一个或任意组合，如所述厚度(“TBK”)是子组件CLTE与所述躯体CLTE的比例(子组件CLTE/躯体CLTE)的O. 3至I. 9倍；所述比例在I. O至10. O的范围内；所述弯曲区域位于所述界面区域与紧固区域之间；所述光伏器件具有在3. Omm至30. Omm的范围内的杯突值。应当理解，上面提及的在本文中被显示和描述的方面和实例均是非限制性的，因为本发明中存在其它方面和实例。附图描述 图I是根据本发明的一种示例性PV器件的平面图。图2A是根据本发明的一种示例性PV器件的透视图和分解图。图2B是根据本发明的另一种示例性PV器件的透视图和分解图。图3是根据本发明的一种示例性阻挡物层的透视图。图4是图3的平面图。图5是根据本发明的一种示例性连接器外壳的平面图。图6是根据本发明的另一种示例性PV器件的平面图。图7是根据本发明的另一种示例性PV器件的平面图。图8是建筑结构体上数个PV器件的侧视图。图9是根据本发明的一种示例性弯曲区域的封闭截面图。
图10是根据本发明的另一种示例性弯曲区域的封闭截面图。图11是显示示例性合乎需要的斜面的侧视图。图12是显示示例性不合乎需要的斜面的侧视图。优选实施方案详述本发明涉及改进的光伏器件10(在下文“PV器件”)，如图I中所示，可以被一般地描述为起到当经受太阳辐射(例如日光)时提供电能的功能的大量部件的组件和部件组件。本公开所特别关心的和主要焦点是至少包括与躯体部分200连接的多层光伏电池组件100(在下文“10^八”)的改进的PV器件10。在一个优选的实施方案中，PV器件通过取得MPCA (以及潜在地其他部件和组件如连接器部件)并且在至少部分MPCA附近形成(例如经由注射模塑)躯体部分从而形成。考虑到的是部件与部件组件之间的关系(例如至少几何性质和材料性质)在解决以上背景部分讨论的一个或多个问题上令人惊讶地重要。在本发明中特别关心的是采用PV器件10用于通常作为建筑物一体化的光伏或BIPV已知的情况。部件和部件组件的每一个以及它们的关系在以下段落中更详细并具体化地公开。多层光伏电池组件(MPCA) 100考虑到的是MPCA100可以是多个层和部件/组件的复合体，例如在通过引用结合在此的当前未决的国际专利申请号PCT/US09/042496中所公开的。MPCA至少含有多边形阻挡物层122和光伏电池层110(通常位于阻挡物层122的外围边缘内侧)。考虑到的是MPCA 100还可以含有其他层，如密封剂层和其他保护层。示例性实例在附图中给出并且在下面论述。示例性MPCA 100的分解图在图2A和2B中给出。
功能上，这些密封剂层和其他保护层可以包括各自用于保护和/或连接MCPA 100在一起的数个不同的层。下面进一步详细描述每个优选的层，从“顶”(例如，对于元件最暴露的层)移动至“底”(例如，最紧密接触建筑物或结构体的层)进行描述。通常，每个优选的层或片可以是单层或者自身可以包括子层。多边形阻挡物层122多边形阻挡物层122通常可以作为用于MPCA100的环境遮挡物，并且更具体地作为用于光伏电池层110的至少一部分的环境遮挡物。多边形阻挡物层122优选由允许光能通过到光伏电池层110的光活性部分的透明或半透明材料构成。该材料可以是挠性的(例如，薄聚合膜、多层膜、玻璃或玻璃复合材料)，也可以是刚性的(例如，厚玻璃或有机玻璃(Plexiglas)如聚碳酸酯)。该材料还可以具有的特征在于耐湿气/粒子穿透或累积。多边形阻挡物层122还可以起过滤特定波长的光的功能，以使得优选的波长可以容易地到达光伏电池。在一个优选的实施方案中，多边形阻挡物层122材料的厚度也将在约O. 05mm至10. Omm,更优选约O. Imm至4. Omm,并且最优选2. 5至3. 5的范围内。其他物理特性，至少在膜的情况下，可以包括大于20MPa的抗拉强度(如通过JIS K7127所测 量的)；1%以上的拉伸伸长率(如通过JIS K7127所测量的)；和/或O. 05%以下的吸水性(23°C，24 小时)(如按 ASTM D570 测量);和 / 或约 5xlO-6mm/mm°C至 100xl0_6mm/mm°C,更优选约 10xl0-6mm/mm°C 至 80xl0-6mm/mm°C,并且最优选约 20xl0-6mm/mm°C 至50xl0-6mm/mm°C的线性膨胀系数(“CLTE”)。其他物理特性，至少在厚玻璃的情况下，可以包括约 O. 5xlO-6mm/mm°C至约 140xl0-6mm/mm°C,优选约 3xlO-6mm/mm°C至约 50xl0_6mm/mm°C,更优选约 5xlO-6mm/mm°C 至约 30xl0-6mm/mm°C,并且最优选约 7xlO-6mm/mm°C 至约15xlO-6mm/mm°C的线性膨胀系数(“CLTE”)。其他物理特性，至少在厚玻璃的情况下，可以包括约2. 42g/cm3至约2. 52g/cm3的密度，约120至200N/平方米之间的抗拉强度，800至1200N/平方米之间的抗压强度，60-80Gpa之间的弹性模量，约9xlO-6mm/mm°C的CLTE，以及至少约85%，优选至少约87%，更优选至少约90%的可见光透射率。如图3中所示，可以将多边形阻挡物层122进一步描述为包括阻挡物层外围边缘222、阻挡物下表面部分224、阻挡物上表面部分226和跨在上与下表面部分226、224之间的阻挡物侧表面部分228。阻挡物侧表面228被定义为具有上与下表面部分之间的阻挡物侧面230和跨在多边形阻挡物层122周围的阻挡物周界232 (其形成阻挡物层外围边缘222)。第一密封剂层124在密封剂层的一个实例中，可以将第一密封剂层124设置在多边形阻挡物层122之下并且通常在光伏电池层110之上。考虑到的是第一密封剂层124可以起粘合机构的作用，从而有助于将相邻的层保持在一起。它还应当允许适宜量和类型的光能透射以到达光伏电池110。第一密封剂层124还可以起着补偿相邻层几何形状的不规则性的功能或平移通过(though)这些层(例如，厚度变化)。它还可以用来允许层之间由于温度变化和物理移动以及弯曲造成的挠曲和移动。在一个优选的实施方案中，第一密封剂层124可以基本上由粘合剂膜或网(mesh)组成，优选基本上由EVA(乙烯-乙酸乙烯基酯)、热塑性聚烯烃或类似材料组成。该层的优选厚度在约O. Imm至I. Omm,更优选约O. 2mm至O. 8mm,并且最优选约O. 25mm至O. 5mm的范围内。光伏电池层110
本发明中考虑到的光伏电池层110可以由任何数量的可商购的已知光伏电池构造，或者可以选自一些未来开发的光伏电池。这些电池起着将光能转变成电的功能。光伏电池的光活性部是将光能转化成电能的材料。可以使用已知的提供该功能的任何材料，包括结晶娃，非晶娃，CdTe,GaAs,染料增感的太阳能电池(所谓的Gratezel电池)，有机/聚合物太阳能电池，或经由光电效应将太阳光转化成电的任何其它材料。但是，光活性层优选是下列物质的层=IB-IIIA-硫属化物，如IB-IIIA-硒化物，IB-IIIA-硫化物，或IB-IIIA-硒化物硫化物。更具体实例包括硒化铜铟，硒化铜铟镓，硒化铜镓，硫化铜铟，硫化铜铟镓，硒化铜镓，硫化硒化铜铟，硫化硒化铜镓，和硫化硒化铜铟镓(它们全部在本文中称作CIGSS)。这些还可以由式CuIn (l-χ) GaxSe (2-y) Sy表示，其中x为O至1，并且y为O至2。优选硒化铜铟和硒化铜铟镓。本文中还考虑到的是如在本领域中已知可用于基于CIGSS的电池的其它电活性层，如一个或多个发射器(缓冲)层，导电层(例如，透明导电层)等。这些电池可以是挠性或刚性的，并且呈现在各种形状和大小，但是通常是易碎的并且容易环境退化。在一个优选实施方案中，光伏电池组件110是可以弯曲而不实质性破裂和/或不显著损失功能性的电池。示例性光伏电池被教导并且描述于大量美国专利和公开中，所述 专利和公开包括 US3767471，US4465575，US20050011550A1，EP841706A2, US20070256734al，EP1032051A2, JP2216874, JP2143468和JP10189924a，这些专利和公开出于所有的目的都通过引用结合在此。光伏电池层110，例如如图2B中所示，还可以包括电线路，如电连接至电池、一个或多个连接器组件部件300并且通常从PV器件10的一侧到另一侧的一个或多个母线111。该区域可以被称为母线区域311。第二密封剂层126在密封剂层的另一个实例中，第二密封剂层126通常连接性地位于光伏电池层110之下，但是在一些情形下，它可以直接接触顶层122和/或第一密封剂层124。考虑到的是第二密封剂层126可以起着与第一密封剂层类似的功能，尽管它不是必须地需要传送电磁辐射或光能。背板128在保护层的一个实例中，可以存在连接性地位于第二密封剂层126之下的背板128。背板128可以用作环境保护层(例如，使湿气和/或粒状物在上述层之外)。它优选由挠性材料(例如，薄聚合膜，金属箔，多层膜，或橡胶板)构成。在一个优选的实施方案中，背板128材料可以是不透湿气的并且厚度范围也为约O. 05mm至10. Omm,更优选为约O. Imm至4. Omm,并且最优选为约O. 2mm至O. 8mm。其它物理特性可以包括约20%以上的断裂伸长率(如由ASTM D882测量的);约25MPa以上的拉伸强度(如由ASTM D882测量的);和约70kN/m以上的抗撕强度(如采用Graves法测量的)。优选材料的实例包括玻璃板，铝箔，Tedlar (DuPont的商标)或它们的组合。补充阻挡物板130在保护层的另一个实例中，可以存在连接性位于背板128之下的辅助阻挡物板130。辅助阻挡物板130可以用作阻挡物，从而保护上述的层不受环境条件的影响并且不被物理损坏，所述的物理损坏可能是由PV器件10遭受在其上的结构体的任何特征所引起的(例如，如屋顶板中的不规则性，突出物等)。考虑到的是此是任选的层并且可能是不需要的。还考虑到的是此层可以起着与躯体部分200相同的功能。在一个优选的实施方案中，辅助阻挡物板130材料可以至少部分不透湿气的并且厚度范围也为约O. 25mm至10. 0mm，更优选为约O. 5mm至2. Omm,并且最优选为O. 8mm至I. 2mm。优选地,该层显不出约20%以上的断裂伸长率(如由ASTM D882测量的)；约IOMPa以上的拉伸强度(如由ASTM D882测量的);和约35kN/m以上的抗撕强度(如采用Graves法测量的)。优选材料的实例包括热塑性聚烯烃(“TPO”)，热塑性弹性体，烯烃嵌段共聚物(“OBC”)，天然橡胶，合成橡胶，聚氯乙烯，以及其它弹性材料和塑性材料。备选地，保护层可以包含更刚性材料，以在结构和环境(例如，风)负荷下提供另外的屋顶保护功能。辅助的刚性可能也是适宜的，以改善PV器件10的热膨胀系数并且在温度波动期间保持需要的尺度。用于结构性质的保护层材料的实例包括聚合材料如聚烯烃、聚酯酰胺、聚砜、缩醛、丙烯酸类、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、酚类、聚醚醚酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环氧化物，包括玻璃和矿物填充的复合材料，或上述这些的任何组合。可以将以上描述的层以大量组合配置或层叠，但优选的是多边形阻挡物层122是顶部层。另外，考虑到的是这些层可以经由任何数量的方法整体接合在一起，所述的方法包 括但不限于粘合剂接合；热或振动焊接；重叠注塑；或机械紧固件。考虑到下面描述的一些实施方案，为了清楚的原因，可以进一步以另一种方式将MPCA 100描述为两部分组件。第一部分，MPCA子组件101，包含MPCA 100(除多边形阻挡物层122之外)的所有层，并且第二部分为多边形阻挡物层122。也可以将阻挡物层122描述为具有长度“U”和宽度“WBJ，例如图2A中所标注的。优选地，在下面描述的L BP的约O. 75至约I. 25倍的范围内，更优选这些长度在彼此的约5-10%之内。还考虑到的是MPCA子组件 101 可以具有在约 30xl0-6mm/mm°C至 150xl0-6mm/mm°C,更优选约 50xl0-6mm/mm°C至100xl0-6mm/mm°C的范围内的总CLTE ( “子组件CLTE” )。躯体部分200考虑到的是躯体部分200可以是部件/组件的复合体，但通常优选为通过将聚合物(或聚合物共混物)注射至模具形成的聚合制品(具有或不具有插入物如MPCA 100或一个或多个其他部件(例如连接器部件)_稍后在本申请中描述)，例如在通过引用结合在此的当前待决的国际专利申请号PCT/US09/042496中描述的。躯体部分200起用于PV器件10的主要结构载体的作用，并且应该按照与此一致的方式构造。例如，它基本上起塑料框架材料的作用。考虑到的是构成躯体部分200的组合物还可以展现以下线性膨胀系数(“CLTE”)约 O. 5xl0-6mm/mm °C 至约 140xl0_6mm/_ °C,优选约 3xl0_6mm/_ °C 至约 50xl0_6mm/mm°C,更优选约 5xlO-6mm/mm°C 至约 30xl0-6mm/mm°C,并且最优选约 7xlO-6mm/mm°C 至约15xlO-6mm/mm°C。最适宜地，构成躯体部分200的组合物的CLTE应该严格地匹配多边形阻挡物层122的CLTE。构成本文公开的躯体部分200的组合物的优选CLTE的特征还在于在多边形阻挡物层122的CLTE的因数20之内，更优选因数15之内，再更优选因数10之内，再更优选因数5之内，并且最优选因数2之内的线性热膨胀系数(CLTE)。例如，如果多边形阻挡物层122具有9xlO-6mm/mm°C的CLTE，那么模制组合物的CLTE优选在180xl0-6mm/mm°C至 O. 45xlO-6mm/mm°C之间(因数 20);更优选 135xlO-6mm/mm°C至 O. 6xlO-6mm/mm°C (因数15);再更优选 90xl0-6mm/mm°C至 O. 9xlO-6mm/mm°C (因数 10);再更优选 45xlO-6mm/mm°C至 I. 8xlO-6mm/mm°C (因数 5)并且最优选 18xlO-6mm/mm°C至 4. 5xlO-6mm/mm°C (因数 2)。对于最小化在温度变化的过程中BIPV器件上的热诱导的应力，使包含躯体部分200的组合物和多边形阻挡物层122之间的CLTE匹配是重要的，所述温度变化潜在地可以产生裂纹、PV电池的破裂等。对于本文公开的光伏制品的一些实施方案，多边形阻挡物层122包括玻璃阻挡物层。如果多边形阻挡物层122包括玻璃层，模制组合物的CLTE优选为小于80xl0-6mm/mm°C，更优选小于70xl0-6mm/mm°C,再更优选小于50xl0-6mm/mm°C,并且最优选小于30xl0_6mm/mm°C。优选地新组合物的CLTE大于5xlO-6mm/mm°C。在一个优选的实施方案中，躯体支撑部分200可以包括躯体材料(基本上由躯体材料组成)。该躯体材料可以是填充或未填充的可模塑塑料(例如，聚烯烃、丙烯腈丁二烯苯乙烯(SAN)、氢化的苯乙烯丁二烯橡胶、聚酯酰胺、聚醚酰亚胺、聚砜、缩醛、丙烯酸类、聚氯乙烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯和热固性聚氨酯、合成橡胶 和天然橡胶、环氧化物、SAN、丙烯酸类、聚苯乙烯或它们的任何组合)。填料(优选至多约50重量％ )可以包括下列各项中的一种或多种色料，阻燃剂(FR)或耐点火性(IR)材料，增强材料，如玻璃或矿物纤维，表面改性剂。塑料还可以包括抗氧化剂，脱模剂，发泡剂和其它普通的塑料添加剂。在一个优选的实施方案中，使用玻璃纤维填料。玻璃纤维优选具有在约O. Imm至约2. 5mm的范围内的纤维长度(在模制之后)，具有在约O. 7mm至I. 2mm的范围内的平均玻璃长度。在一个优选的实施方案中，躯体材料(一种或多种组合物)具有至少5g/10分钟，更优选至少I0g/10分钟的熔体流动速率。所述熔体流动速率优选小于100g/10分钟，更优选小于50g/10分钟并且最优选小于30g/10分钟。组合物的熔体流动速率通过测试方法ASTM D1238-04，“热塑性塑料的熔体流动速率通过挤出塑度计的REV C标准测试方法(REV C Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by ExtrusionPlastometer) ", 2004条件L(230°C /2. 16Kg)测定。在本申请中使用的聚丙烯树脂也使用该相同的测试方法和条件。本发明中的聚乙烯和乙烯-α -烯烃共聚物的熔体流动速率使用条件E(190°C /2. 16Kg)测量，通常称为熔体指数。在所有的实施方案中，组合物具有至少500MPa，更优选至少600MPa并且最优选至少700MPa的挠曲模量。根据其中MPCA 100包括玻璃层的优选的实施方案，挠曲模量优选为至少1000并且不大于7000MPa。根据第二实施方案，挠曲模量不大于1500MPa，更优选不大于1200MPa，最优选不大于lOOOMPa。组合物的挠曲模量通过测试方法ASTM D790-07 (2007)使用2_/分钟的测试速度测定。考虑到的是构成躯体部分200的组合物还可以展现以下线性膨胀系数(“躯体 CLTE”)约 25xlO-6mm/mm°C至 70xl0-6mm/mm°C,更优选约 27xl0_6mm/mm°C至 60xl0-6mm/mm°C,并且最优选约 30xl0-6mm/mm°C至 40xl0-6mm/mm°C。本文可使用的组合物的特征在于具有RTI电(Electrical)和RTI机械强度等级(Mechanical Strength rating)两者,其每一个为至少85°C,优选至少90°C,更优选至少95°C，再更优选至少100°C，并且最优选至少105°C。优选地，新组合物的特征在于具有RTI电和RTI机械强度，其每一个为至少85°C，优选至少90°C，更优选至少95°C，再更优选至少100°C，并且最优选至少105°C。最优选地，这些组合物的特征在于具有RTI电、RTI机械强度以及RTI机械冲击等级(Mechanical Impact rating),其每一个为至少85°C,优选至少90°C，更优选至少95°C，再更优选至少100°C，并且最优选至少105°C。RTI (相对热系数)通过在UL 746B (2000年11月29日)中详述的测试程序测定。基本上塑料的关键特性在测试的起始测量(例如抗拉强度)，并且之后将样品放置在至少四个升高的温度(例如130、140、150、160°C )并且将样品在数个月内周期性地测量。之后测试关键性质上的降低，并且由已确认的现场服务的已知材料的比较结果建立工作标准。之后测定未知样品的有效寿命与已知材料比较。将RTI表示为摄氏度。测试花费最少5000小时完成，并且可以同时费时并且昂贵。因为RTI是昂贵并且费时的测试，用于引导本领域技术人员选择可用的组合物的可用的代替是如通过差示扫描量热法(DSC)测定的熔点。优选的是，对于作为可在本文使用给出的组合物，在差示扫描量热法中对于组合物的显著部分在低于160°C的温度未观察到熔点，并且优选对于整个组合物在低于160°C未观察到熔点。差示扫描量热法曲线通过测试方法ASTM D7426-08(2008)用10°C /分钟的加热速率测定。如果注射模塑组合物的显著分数在低于160°C的温度熔化，不大可能的是组合物将以足够高的等级通过对于电、机械强度、可燃性以及机械冲击的UL RTI测试746B，以当在PV器件10中使用时(尤其是当用作 BIPV时)充分地发挥作用。考虑到的是躯体部200可以是任何数量的形状和大小。例如，它可以是正方形、矩形、三角形、椭圆形、圆形或它们的任何组合。也可以将躯体部200描述为具有长度“U/’和宽度“WBP”，例如在图2A中所标记的，并且可以是可以分别是小到IOcm并且多到IOOcm以上。它还可以具有可以在小到约5mm至多到20mm以上的范围内并且在躯体200的不同区域中可以变化的厚度(T)。优选地，可以将躯体部分200描述为具有躯体下表面部分202、躯体上表面部分204和跨在上表面部分与下表面部分之间并且形成躯体外围边缘208的躯体侧表面部分206。连接器组件连接器组件起着允许至和/或来自PV器件10的电通讯的功能。该通讯可以与连接至光伏电池层110的电路结合，也可以促进经由其他电路通过和跨在越PV器件10通讯。连接器组件可以由多个部件和组件构成，并且本发明的主要焦点涉及与PV器件成一体(嵌入在其之内)的一个或多个连接器组件部件300。通常，如图5中所示，该部件300包括聚合物外壳310和凸出至PV器件10中的电导线320，尽管也考虑到了其他构造。构成外壳310的优选的材料的实例包括PBT (聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PPO (聚环氧丙烷)、PPE (聚苯醚)、PPS (聚苯硫醚)、PA (聚酰胺)和PEI (聚醚亚胺)的聚合化合物或共混物，并且这些可以具有或不具有至多65重量％的填料。考虑到的是构成外壳310的组合物也可以展现以下线性膨胀系数(“CLTE”)约20xl0-6mm/mm°C至100xl0-6mm/mm°C,更优选约30xl0-6mm/mm°C至 80xl0-6mm/mm°C,并且最优选约 40xl0-6mm/mm°C至 60xl0-6mm/mm°C。在该示例性连接器外壳310中，还可以将外壳定义为具有连接器组件下表面部分312、连接器组件上表面部分314和跨在越上表面部分与下表面部分之间的连接器组件侧表面部分316。侧表面部分316形成连接器组件外围边缘316’。还位于侧表面部分316上的可以是凸缘或凸出物318。还考虑到的是上面描述的“连接器组件”或“连接器外壳310”可以是位于PV器件10内的相同位置的一些其他部件或物体。在下面的段落中描述的关系也适用于这个其他部件或物体。几何和材料性质关系据信在PV器件10及其组成部件的构建中所使用的材料的选择以及几何和物理性质关系两者对于体系的整体性质具有影响(例如多个PV器件在一起的耐久性和易组装性)。平衡易于制造、成本和/或产品性能要求的需要可能推动独特的材料选择和部件设计。本发明考虑到这些因素并且提供独特的解决方案以获得所需的结果。考虑到的是，可能期望匹配物理性质以使尽可能多的多个部件可行，以使得整个系统可以协调地工作(例如所有或大部分部件由相似的材料或材料族构成)。在这不能完全实现的情况下，考虑到的是可能需要独特的几何设计特性。特别关心的是躯体部分200、多边形阻挡物层122的材料性质的选择的关系和以及彼此的几何关系。同样，考虑到的是当存在连接器外壳310时，那些关系同样与它相关。·
阻挡物、躯体和连接器关系该部分关注于阻挡物层122、躯体部分200和/或连接器外壳310之间的关系的特定方面。在本文详细描述数个示例性实例和优选的实施方案。本领域技术人员应认识到这些实例不应是限制性的并且本发明预期其他潜在构造。在图3、4和6中所示的第一示例性实例中，躯体部分200和一部分阻挡物层122沿阻挡物层外围边缘222的节段400 (阻挡物的边缘的周界的节段400)接合(例如接触)。该两个部分在一起之处的该区域可以被认为是界面区域410。考虑到的是该界面可以跨在越整个阻挡物侧面230或仅其一个部分或者跨在越至阻挡物下表面部分224、阻挡物上表面部分226或者两者的一部分。在该实例中，阻挡物层包含具有玻璃的物理性质的玻璃，如在本说明书之前的段落中公开的。在该实例中，阻挡物层外围边缘222在节段400内具有圆形阻挡物周界拐角420。考虑到的是可以等于Lbp，并且阻挡物层外围边缘222在节段400之内不需要具有圆形阻挡物周界拐角420。在第一优选实施方案中，这些圆形拐角420至少位于节段400的面对躯体部分200的大部分的区域中，这可以在图中清楚地看出。优选地，圆形阻挡物周界拐角420具有约
2.O至50. Omm,更优选约12. 5mm至30. Omm,并且最优选约17. O至27. Omm的半径422。在第二优选实施方案中，将圆形阻挡物周界拐角420的半径422按LbJ至少在界面区域410的约25. Omm之内测量)与Lbp的比例确定，该比例按照(I^/LBP)计算。优选地，该比例为约O. 00345至O. 0862，更优选约O. 01000至O. 0500，并且最优选约O. 0400至
O.0450。当在该实例中使用玻璃(作为阻挡物层122)时，躯体材料的组合物优选具有至少3%但典型地不大于50%的断裂伸长率。还考虑到的是，当不使用玻璃时，躯体材料优选具有至少100%，更优选至少200%，再更优选至少300%并且优选不大于500%的断裂伸长率。组合物断裂拉伸伸长率通过测试方法ASTM D638-08(2008)在23°C使用50mm/分钟的测试速度测定。在图5和7中所示的第二示例性实例中，保持躯体部分200与阻挡物层122的几何关系。在该实例中，存在连接器外壳310。考虑到的并且优选的是最近接界面区域的连接器组件外围边缘具有至少一个具有半径432的圆形连接器拐角430。通常，圆形连接器拐角430可以具有以下半径432 :约O. Imm至15. Omm,更优选约O. 5mm至5. Omm,并且最优选约I. Omm至4. 0_。在该实例中，将连接器组件的所述至少一个部件(例如连接器外壳310)安置为以安置距离440远离界面区域(例如在其之间最接近的点)。在第一优选实施方案中，希望的安置距离440(以mm计)可以按一些部件材料的多个物理性质之间的关系计算。优选地，该安置距离440大于或等于X*(躯体CLTE/阻挡物CLTE)+C。在一个优选的实施方案中，X是在约I. O至4.0，更优选约2. 5至3. 8，并且最优选约3. O至3. 75的范围内的常数。在一个优选的实施方案中，C是在约O. 5至10. 0，更优选约I. O至5. 0，并且最优选约I. 25至3. O的范围内的常数。在第二优选实施方案中，可以将希望的安置距离440按照Lbp(至少作为在圆形连接器拐角430的约25. Omm之内测量的)与安置距离440的比例(安置距离440/LBP =比例)计算。优选地，该比例为约O. 02至O. 1，更优选约O. 03至O. 08，并且最优选约O. 035至 O. 044。
在第三优选实施方案中，将(所述至少一个圆形连接器拐角430的)半径432按半径432与Lbp(至少作为在圆形阻挡物周界拐角420的约25. Omm之内测量)的比例(半径432/LBP例)确定。优选地，该比例为约0000172至O. 0259，更优选约O. 001000至O. 015000，并且最优选约O. 001724至O. 00517。在本发明中考虑到的其他关系包括界面区域410与母线区域311之间的距离相对于躯体部分200的长度(Lbp，尤其是在区域410的约25. Omm之内)的关系可以表示为比例。优选地，该比例在约O. 00348至O. 0438的范围内，更优选在约O. 01000至O. 03000的范围内，并且最优选在约O. 01500至O. 02500的范围内。此外，躯体部分的厚度(T)关于长度(Lbp，尤其在区域410的约25. Omm之内)的关系预期为比例(T/LBP)。优选地，该比例在约O. 0017至O. 035的范围内，更优选在约O. 0150至O. 030的范围内，并且最优选在约O. 0100至O. 0200的范围内。弯曲和斜面关系该部分关于MPCA 100、MPCA子组件101与躯体部分200之间的关系的特定方面。数个示例性实例和优选的实施方案在本文详细给出。本领域技术人员应当认识到这些实例将不是限制性的并且本发明预期其他潜在构造。据信可能希望的是控制PV器件10的整体形状，尤其是沿其宽度WBP控制躯体部分200的斜面(或杯突)。当将一个PV器件10布置在(或安装在)表面(例如建筑物结构体451)上的另一个PV器件10上时，杯突或斜面可以是重要的顾虑，如图8、11和12中所示。图12是不杯突并且是不希望的PV器件10的示例性实例。图11显示以希望的方式杯突的PV器件10。杯突454的量(例如离下一个下结构体451或另一个PV器件10的平面的距离-杯突值)优选在约3. Omm至约30mm的范围内，更优选在约5. Omm至25. Omm的范围内，并且最优选在约7. Omm至15_的范围内。据信为实现制造满足上面论述的需要的一些或全部的PV器件10，可能需要另外的设计考虑。本发明考虑到的是，假定在之前的部分中论述的材料和几何关系，可能有益的是包括弯曲区域210。特别注意的是，随着子组件CLTE与躯体部分材料的CLTE的差别百分比增加，对于弯曲区域的需要增加。这些比例和它们对部件应力的影响在应力负载的隔绝上是重要的。可能有益的是以制造和安装负载不与归因于热负载和材料的相对CLTE而导致的应力结合这样一种方式定位这些区域。这也可能在包括临界电部件(连接器，总线等)的器件的临界区域出现，这影响该部分使得厚度和长度不佳。弯曲区域210的位置和/或构造的实例在下面给出。考虑到的是如果这需要，可以组合来自每个实例的方面的任何或所有组合。优选的是该弯曲区域位于非常接近(例如在约25. Omm之内)器件10的紧固位置(或紧固区450)，以使得当将其紧固(例如用机械紧固件如钉子452、螺丝钉等)至安装表面(例如建筑结构体451)时，最上面的和最下面的边缘与安装表面或其他器件完全接触。据信这对于屋顶器件和光伏器件的多个方面可能是重要的。实例包括水密封性、耐风载荷性、在风和振动中的稳定性，并且在环境和服务位置中保持在安装表面上的均匀位置。因此非常希望的是具有弯曲区域，以使得边缘适当地被预载以满足这些需要。在没有弯曲区域的情况下，可能需要过大的力紧固器件至所述安装结构体。备选地，如果所述部分具有不足够的耐弯曲性或不适当的弯曲(或斜面)，不能保持足够的边缘接触。
在图9中所示的第一示例性实例中，通过减小躯体部分200厚度(至少局部地)由PV器件10建立弯曲区域210，并且其中MPCA子组件101在朝向躯体部分200的顶部表面的方向中成梯状。考虑到的是该弯曲区域210优选在远离界面区域至少约5. Omm起始，并至少延伸至MPCA子组件101的顶部附近，虽然它可以进一步延伸至躯体部分200。在第一优选实施方案中，在连接器外壳310所在的区域和/或母线区域311所处的区域中，弯曲区域210通常跨在越PV器件10的长度的至少约70%。弯曲区域210中的躯体部200具有约2. 5mm至4. Omm的厚度(“TBK”)。在第二优选实施方案中，弯曲区域210的起始点211位于远离界面区域并且大于或等于V * (躯体CLTE/阻挡物CLTE) +C’的距离(以mm计)。在该优选实施方案中，X’是在以下范围内的常数约I. O至5. 0，更优选约2. 5至4. 8并且最优选具有3. 75的值。在该优选实施方案中，C’是在以下范围内的常数约I. O至8. 0，更优选约2. O至6. O并且最优选约3. O至5. O。在第三优选实施方案中，优选的厚度(“TBK”)与子组件CLTE与躯体CLTE的比例(子组件CLTE/躯体CLTE)相关。厚度(“TBK”)为该比例的约O. 3至I. 9倍。优选地该比例为约I. O至5. 0，更优选约I. 5至3. 5，并且最优选约I. 8至2. I。在图10中所示的第二示例性实例中，弯曲区域210类似于第一实例的该部分，但弯曲区域不延伸至MPCA子组件101的顶部。弯曲区域仅延伸至MPCA子组件101的顶部的路程约50至75% (例如在宽度Wbp的方向上)。除非有另外说明之外，在本文中描述的各种结构的尺寸和几何形状并不打算限制本发明，而是可以有其它的尺寸或几何形状。通过单个的集成结构体可以提供多个结构部件。备选地，单个的集成结构体可以被分成单独的多个部件。此外，尽管本发明的特征可能在所示例的实施方案中的仅一个的上下文中被描述，但是对于任何给定的应用，这种特征可以与其它实施方案的一个或多个其它特征结合。从上述还应当理解本文中的独特结构体的制备以及其操作也构成根据本发明的方法。除非另外提及，本文公开的材料和组件的线性膨胀系数(“LTE”)在TAInstruments TMA Model 2940 上通过测试方法ASTM E1824-08 (2008)在 _40°C至 90°C 的温度范围，以每分钟5°C，使用随仪器提供的标准软件测定。本领域技术人员将明白组合物可能展现其中随着材料经历热转变而CLTE由其他区域变化的温度范围。在这种情况下，对于以上CLTE优选的范围是指组合物、组件和/或多边形阻挡物层122的最大测量CLTE。光伏器件可以包括很多不同的材料，包括具有非常不同的CLTE的材料。例如，PV组件可以包括太阳能电池、金属导体、聚合密封物、阻挡物材料如玻璃，或者其他完全不同的材料，它们都具有不同的CLTE。PV组件的CLTE可以通过测量组件在数个在_40°C至90°C之间的温度的尺度测定。除非另作说明，对于所有其他物理性质(测试)也采取该温度范围。本发明的优选实施方案已经得到公开。然而，本领域普通技术人员将认识到某些改变落在本发明的教导内。因此，应当研究后附权利要求书以确定本发明的真实范围和内容。上述申请中提及的任何数值均包括以一个单位的增量从低值到高值的所有值，条件是在任何低值和任何高值之间有至少2个单位的分隔。作为实例，如果指出比如组分的量或工艺变量如温度、压力、时间等的值例如为I至90，优选为20至80，更优选为30至70，则意欲值比如15至85，22至68，43至51，30至32等被确切地列举在本说明书中。对于小于一的值，合适时，将一个单位认为是O. 0001、0. 001、0. 01或O. I。这些仅是被具体预期的 实例，并且在所列举的最低值和最高值之间的数值的所有可能组合均被认为是以类似方式确切地表述在本申请中。除另有说明之外，所有的范围均包括两个端点以及介于所述端点之间的所有值。与范围相关的“约”或“大约”的使用应用于范围的两端。因此，“约20至30”意欲是指涵盖“约20至约30”，至少包括所规定的端点在内。包括专利申请和公布在内的所有文章和参考文献的公开内容均出于所有目的通过引用而结合。用于描述一种组合的术语“基本上由......构成”应当包括所规定的要素、成分、
组分或步骤，以及本质上不影响所述组合的基本特性和新的特性的这些其它要素成分、组分或步骤。用于描述本文中的要素、成分、组分或步骤的组合的术语“包括”或“包含”的使用也预期基本上由所述要素、成分、组分或步骤构成的实施方案。通过单个被结合的要素、成分、组分或步骤，可以提供多个要素、成分、组分或步骤。备选地，可以将单个被结合的要素、成分、组分或步骤分成单独的多个要素、成分、组分或步骤。用于描述要素、成分、组分或步骤的“一个”或“一种”的公开并不意欲排除另外的要素、成分、组分或步骤。本文中所有提及的属于某一族的元素或金属是指CRC Press, Inc.,1989出版并且版权所有的元素周期表。任何提及的一个或多个族应当是在这种使用对族编号的IUPAC体系的元素周期表中反映的一个或多个族。
权利要求
1.一种光伏器件，所述光伏器件包括多层光伏电池组件，所述多层光伏电池组件至少包含 具有阻挡物CLTE的多边形阻挡物层和安置在阻挡物层外围边缘内侧的光伏电池层，所述阻挡物层包括阻挡物下表面部分、阻挡物上表面部分和横越在所述上表面部分与下表面部分之间的阻挡物侧表面部分，所述阻挡物侧表面部分具有所述上表面部分与下表面部分之间的阻挡物侧面和跨在所述多边形阻挡物层周围的阻挡物周界，所述阻挡物侧表面部分形成所述阻挡物层外围边缘； 躯体部分，所述躯体部分包含 具有躯体CLTE的躯体材料，所述躯体部分具有躯体下表面部分、躯体上表面部分和躯体侧表面部分，所述躯体侧表面部分跨在所述上表面部分与下表面部分之间并且形成躯体外围边缘，其中所述躯体部分的至少一部分邻接所述阻挡物层外围边缘在界面区域处的节段； 其中(A)邻接所述躯体部分的所述部分的所述阻挡物层外围边缘的所述节段在所述节段内具有圆形阻挡物周界拐角，和/或(B)所述器件还包括至少一个连接器组件部件，所述连接器组件部件至少部分地嵌入所述躯体侧表面部分内，并且所述连接器组件部件包括连接器组件下表面部分、连接器组件上表面部分和跨在所述上表面部分与下表面部分之间的连接器组件侧表面部分，所述连接器组件侧表面部分形成连接器组件外围边缘，其中最接近所述界面区域的所述连接器组件外围边缘具有至少一个圆形连接器拐角，并且所述连接器组件与所述光伏电池层电通讯。
2.权利要求I所述的光伏器件，其中将所述连接器组件的所述至少一个部件安置为远离所述界面区域安置距离(以mm计)，所述安置距离由大于或等于X*(躯体CLTE/阻挡物CLTE) +C限定，其中X在I. O至4. O的范围内并且C在O. 5至10. O的范围内。
3.权利要求I所述的光伏器件，其中将所述连接器组件的所述至少一个部件安置为远离所述界面区域安置距离，所述安置距离作为比例(安置距离/Lbp)计算，其中所述比例在O. 02至O. I的范围内。
4.根据任一在前权利要求所述的光伏器件，其中所述圆形阻挡物周界拐角具有半径，所述半径作为所述Lbp与所述半径的比例(半径/Lbp)确定，所述Lbp在所述圆形阻挡物周界拐角的25. Omm之内测量，其中所述比例在O. 00345至O. 0862的范围内。
5.根据任一在前权利要求所述的光伏器件，其中所述阻挡物层包括玻璃。
6.根据任一在前权利要求所述的光伏器件，其中所述圆形阻挡物周界拐角具有至少2. Omm的半径。
7.根据任一在前权利要求所述的光伏器件，其中所述至少一个圆形连接器拐角具有至少I. Omm的半径。
8.根据任一在前权利要求所述的光伏器件，其中所述躯体材料包括含有至多65重量％的填料的聚丙烯。
9.根据任一在前权利要求所述的光伏器件，其中所述躯体CLTE和所述阻挡物CLTE彼此之间在I. 5至10倍之内。
10.根据任一在前权利要求所述的光伏器件,其中躯体材料具有大于O.3GPa的在25°C测量的模量。
11.根据权利要求6所述的光伏器件，其中所述填料包括玻璃纤维。
12.根据任一在前权利要求所述的光伏器件，其中所述界面区域在进行依照IEC16646的温度循环测试之后没有突出穿过所述躯体侧表面部分的裂纹。
13.根据任一在前权利要求所述的光伏器件，其中所述光伏器件包括弯曲区域，所述弯曲区域具有远离所述界面区域由大于或等于常数V *(躯体CLTE/阻挡物CLTE)+常数C’限定的距离的起始点，其中X’在I. O至5. O的范围内，并且C’在I. O至8. O的范围内。
14.一种光伏器件，所述光伏器件包括 多层光伏电池组件，所述多层光伏电池组件至少包含 具有阻挡物CLTE的多边形阻挡物层和安置在阻挡物层外围边缘内侧的光伏电池层，所述阻挡物层包括阻挡物下表面部分、阻挡物上表面部分和跨在所述上表面部分与下表面部分之间的阻挡物侧表面部分，所述阻挡物侧表面部分具有所述上表面部分与下表面部分之间的阻挡物侧面和跨在所述多边形阻挡物层周围的阻挡物周界，所述阻挡物侧表面部分形成所述阻挡物层外围边缘； 躯体部分，所述躯体部分包含 具有躯体CLTE的躯体材料，所述躯体部分具有躯体下表面部分、躯体上表面部分和躯体侧表面部分，所述躯体侧表面部分跨在所述上表面部分与下表面部分之间并且形成躯体外围边缘，其中所述躯体部分的至少一部分邻接所述阻挡物层外围边缘在界面区域处的节段； 其中所述躯体部分包括弯曲区域，所述弯曲区域具有约2. 5mm至4. Omm的厚度(“TBK”)，此外其中所述弯曲区域具有远离所述界面区域由大于或等于常数V *(躯体CLTE/阻挡物CLTE) +常数C’限定的距离的起始点，其中X’在I. O至5. O的范围内，并且C’在I. O至8. O的范围内。
15.根据权利要求14所述的光伏器件，其中所述厚度(“TBK”)是子组件CLTE与所述躯体CLTE的比例(子组件CLTE/躯体CLTE)的O. 3至I. 9倍。
16.根据权利要求15所述的光伏器件，其中所述比例在I.O至10. O的范围内。
17.根据权利要求14、15或16所述的光伏器件，其中所述弯曲区域位于所述界面区域与紧固区域之间。
18.根据权利要求14、15、16或17所述的光伏器件，其中所述光伏器件具有在3.Omm至.30. Omm的范围内的杯突值。
全文摘要
本发明涉及改进的光伏器件(“PV器件”)，更具体地涉及具有在界面区域连接的多层光伏电池组件和躯体部分的改进的光伏器件。
文档编号H01L31/048GK102893414SQ201180023587
公开日2013年1月23日 申请日期2011年3月10日 优先权日2010年3月12日
发明者迈克尔·E·米尔斯, 詹姆斯·R·基尼安, 凯文·D·马克, 纳拉扬·拉梅什, 贾森·A·里斯, 詹姆斯·C·斯蒂文斯, 萨马尔·R·泰利 申请人:陶氏环球技术有限责任公司