图案化透明光伏背片的制作方法

图案化透明光伏背片的制作方法
【专利摘要】多层光伏背片，包括在基底的两侧上具有相同聚合物涂层、或者在基底的任一侧上具有不同聚合物涂层的透明基底。使用涂层而不是层合的层提供这样的制造方法，该方法是更快的，具有更少步骤，并且是更加成本有效的。可以调整涂层以提供优异的粘附性，而没有现有技术的层合的背片中所看到的分层的问题。基底的外部侧面的涂层也可以被调整以在模块层合的过程中软化。图案化遮蔽层或者其他图案化或纹理化表面可以在层合过程中挤压在外部侧面涂层上。这样图案或纹理转移至背片的外部侧面，这将使得光线穿过背片而扩散。潜在的交联反应可以进一步硬化外部侧面涂层以增强外部侧面涂层硬度和改善其耐久性。
【专利说明】图案化透明光伏背片
【技术领域】
[0001]本公开通常涉及光伏背片，特别是具有图案化表面的透明光伏背片。
【背景技术】
[0002]光伏或太阳能电池用于从太阳光产生电能。这些太阳能电池由多种半导体系统构建而成，这些系统必须被保护避免环境影响，例如湿气、氧气和UV光。这些电池通常通过密封玻璃层和/或塑料膜以形成称为光伏模块的多层结构，从而堆叠在两侧上。如本文使用的，光伏模块是能够将来自辐射、特别是太阳辐射的能量转化为电能的模块，该定义包括混合动力光伏/热模块。常规地，光伏太阳能模块呈现为插入透明前基底纸件的光伏电池的形式，分配以放置到太阳辐射入射到模块上的侧面上，透明或不透明后基底，也称为分配以放置面向形成安装模块的结构。
[0003]图1示出现有技术光伏模块100。如图1中所示，光伏模块100通常具有前面的玻璃层102和被密封剂层106、通常是乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)包围的太阳能电池104，其粘附至前玻璃和后面板或片，这称为背片108。背片使得太阳能模块避免湿气和其他环境损坏以及电气绝缘。
[0004]传统地，光伏背片通过层合方法来制备。另外参照图1，核心基底110例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜使用粘合剂层116两侧层合含氟聚合物膜112，114例如TEDLAR (来自DuPont的PVF膜)或KYNAR (来自Arkema的PVDF膜)。PET起到机械支撑和绝缘隔离的作用，而含氟聚合物膜提供对于耐候性。
[0005]然而，现有技术层合的背片遭受多个缺点。其难于制造层合的结构，该结构会在暴露于户外多年之后而不分层。另外，现有技术层合的背片的制造方法是昂贵和费时的。TEDLAR膜通常同时层合至核心PET膜的一侧上。典型地，在实际层合发生之前，需要施加单独底漆和粘合剂。此外，层合粘合剂需要时间来硬化(在一些情况下需要数天)。在完成层合之后粘合剂扔是软的，并且层合的材料易于损坏，例如材料辊的叠缩。
[0006]另外，TEDLAR膜是软的材料，其易于被金属部件所损坏。在模块制造、处理和运输的过程中，具有TEDLAR基背片的模块可以接触机械金属部件，这在背片上留下刻痕或划痕。一些层合的背片在核心PET膜上具有一层TEDLAR(或KYNAR)和一层聚烯烃(或乙烯-醋酸乙烯酯层)。TEDLAR和聚烯烃膜的厚度和弹性的差别可以引起这种层合的背片卷曲，这可能引起模块制造问题。
[0007]还已知，现有技术使用涂层而不是层合的膜来制备背片。典型地，含氟聚合物涂层施加至核心PET膜的两侧上。然而，在对于含氟涂层表面没有一些特别处理的情况下，含氟聚合物通常对EVA密封剂具有较差粘附性，例如化学蚀刻或电晕处理。这些类型的表面处理增加制造方法的成本和复杂性。还知道在核心PET膜的仅仅一侧上使用含氟聚合物涂层，而一层聚烯烃膜层合至PET的另一侧上。在该情况下，仍旧需要层合方法，导致分层问题。卷曲问题也可能出现，因为在基底的仅仅一侧上聚烯烃膜的粘层而引起张力的差别。
[0008]常规地，光伏背片是不透明的(通常白色或黑色)。然而，在一些应用中一例如当光伏模块置于建筑物正面、天窗或太阳房的屋顶一期望模块背片是透明的以让光透过。在该情况下，透明PVF或PVDF膜典型地用于背片层合。如本文使用的，如果其总透光率大于80%，背片定义为透明。
[0009]然而，现有技术透明层合的背片遭受不少缺点。在使用现有技术透明背片的光伏模块中，光线直接闪过电池盖。在太阳天，闪过电池盖的光线可能是不希望地强烈，在太阳光闪到开放空间例如商场或建筑物中时更是如此。更期望具有这样的透明背片，其能够扩散太阳光，如同办公室光线覆盖，其是图案化塑料。
[0010]这样，期望改善的光伏背片。
[0011]发明概述
[0012]根据本发明的优选实施方案的新型背片使用涂料配制和涂层加工来制造，这可以在模块层合过程中调整用于表面图案化，并且具有比TEDLA或KYNAR层合的背片更低的成本。在优选实施方案中，背片通过直接施加涂层至膜基底的两侧上而形成。外部涂层(在背片层合至光伏模块后暴露于空气的一侧)优选含有潜在交联剂。在一些实施方案中，夕卜部涂层可以在模块层合过程中软化，并且可以经历进一步交联反应。另外，背片可以例如通过图案化或纹理化表面、例如脱模剂遮蔽层来图案化，在层合过程中放置在外部涂层的顶部上。这样，遮蔽层图案可以在其软化期间在层合器中转移至外部涂层。在层合过程中，背片也优选经历潜在交联反应。在层合之后，进一步交联的外部涂层将硬化，并且在背片表面上储存遮蔽层图案。外部涂层的图案化表面将优选扩散光线通过透明背片和光伏模块。
[0013]前面已经广义地概括了本发明的特点和技术优越性，以便可以更好地理解后续的本发明的详细说明.本发明的其它特点和技术优越性将在此后说明，他们构成本发明的权利要求的主题。应该理解，这里公开的概念和具体实施例可以很容易地用于修正或设计实现本发明的相同目的的构造的基础。还应认识到，这样的等同结构不脱离所附权利要求定义的本发明范围。本发明的特征的创新点，即指其结构也包括操作方法，以及其它的目的和优点，这些将在后面结合附图的说明中更好地理解。但是还应理解，每个附图是用于说明的目的，不用来限定本发明的范围。
[0014]附图简述
[0015]通过参照下列附图，可以更好地理解本公开，并且其多种特征和优点对于本领域技术人员来说是明显的。
[0016]图1示出现有技术光伏模块。
[0017]图2A-2C示意性示出根据本发明的优选实施方案创造用于光伏模块的背片的步骤。
[0018]图3示意性示出包括根据本发明的优选实施方案的背片的光伏模块的剖视图。
[0019]图4是示出根据本发明的优选实施方案制备用于光伏模块的背片的方法的步骤的流程图。
[0020]附图不必按比例绘制。在附图中，在各图中示出的各相同或接近相同的组件由类似的标记来表示。为了清楚，并非每个组件可以在各附图中标记。
[0021]发明详述
[0022]本发明提供多层光伏背片，包括在基底的两侧上具有相同聚合物涂层、或者在基底的任一侧上具有不同聚合物涂层的透明基底。使用涂层而不是层合的层提供这样的制造方法，该方法是更快的，具有更少步骤，并且是更加成本有效的。可以调整涂层以提供优异的粘附性，而没有现有技术的层合的背片中所看到的分层的问题。
[0023]在优选实施方案中，期望暴露于环境的背片侧面上的涂层是透明的，并且在模块层合施加之前是可变性的涂层。如本文使用的，该涂层被称为外部涂层。优选地，外部涂层包含溶液或分散状态的聚合物树脂，这将在下文详细描述。内部涂层，称为最接近EVA密封剂的基底的侧面上的涂层，优选是透明的，并且对基底和EVA密封剂提供优异的粘附性。
[0024]一旦已经制得涂覆的背片，其可以使用层合方法附接至光伏模块中的其他元件，本文中这称为模块层合，通常通过在真空、压力、或两者都存在的条件下加热装配的背片和其他光伏模块元件。用于背片基底的外部侧面的涂层也可以被调整以在模块层合过程中软化。然后在层合过程中，图案化脱模剂膜/遮蔽层或其他图案化或纹理化表面可以挤压在外部侧面涂层上。这样，图案或纹理转移至背片的外部侧面，这使得穿过所述背片的光线扩散。潜在交联反应可以进一步硬化外部侧面涂层以增强外部侧面涂层硬度，并且改善其耐久性。
[0025]图2A-2C示意性示出根据本发明的优选实施方案创造用于光伏模块的背片的步骤。如图2A中所示，第一内部涂层212施加至基底的第一侧面上的基底的内表面上，内部涂层优选包含聚合物树脂和交联剂。第二外部涂层214施加至聚合物膜基底的第二侧面上的基底的外部表面上。在一个优选实施方案中，外部涂层214具有和内部涂层212相同的组成。在另外优选的实施方案中，外部涂层214具有和内部涂层212不同的组成，优选包含聚酯树脂和交联剂。在优选实施方案中，聚酯树脂具有I至25的酸值，更优选具有1.5至5的酸值。酸值定义为需要中和一克的化学物质所需要的毫克的氢氧化钾(KOH)的质量。因此酸值是这样的量度:在化学化合物或化合物混合物中羧酸基团或其他酸性基团的量。
[0026]聚合物膜基底可以是任何合适的透明聚合物膜，其提供足够的电气绝缘和机械强度。合适的透明聚合物膜基底包括:来自DuPont的PET膜例如MYLAR膜，来自Mitsubishi的H0STAPHAN，或来自SKC的SKYR0L。在其他优选的实施方案中，可以使用其他聚合物膜，包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜(得自DuPont)，聚碳酸酯膜或氟塑料膜。
[0027]根据本发明的优选实施方案的外部涂层是可以在模块层合温度例如130°C至160°C期间变形的聚合物树脂。在一个优选实施方案中，聚合物树脂是聚酯树脂.在另外优选的实施方案中，聚合物树脂是含氟聚合物树脂。
[0028]其他添加剂例如流平剂、催化剂、UV阻断剂、热稳定剂和/或UV或光稳定剂也可以加入含氟聚合物涂料。
[0029]聚合物可以使用Meyer棒法、狭缝式模头法、凹版印刷法、或涂覆工业已知的其他涂覆方法来涂覆到聚合物膜基底上。聚合物涂层的涂覆重量优选为lg/m2至100g/m2。更优选，含氟聚合物涂层的涂覆重量为2g/m2至50g/m2。
[0030]根据本发明实施方案的内部涂层对基底和EVA密封剂显示优异的粘附。例如，用于内部涂层的合适的聚合物树脂可以包括聚酯树脂、丙烯酸系树脂或聚氨酯。适于用作内部涂层的优选的聚合物树脂将具有官能团，例如羟基、羧基和胺基，这将促进内部涂层与基底和EVA密封剂之间的较强粘附。在优选实施方案中，聚合物树脂选自具有酸性和羟基的高分子量聚酯树脂。
[0031]相对于外部涂层，内部涂层也可以包含多种交联剂，或上述任何一种其他添加剂。[0032]优选地，内部涂层材料可以分散在水中，或甚至更优选分散在有机溶剂中。内部涂层溶液可以使用常规涂覆方法涂覆在聚合物基底上，例如Meyer棒法、狭缝式模头法、凹版印刷法等。内部涂层的涂覆重量优选为lg/m2至50g/m2。更优选，内部涂层的涂覆重量为2至 10g/m2。
[0033]在特定例子中，外部涂层可以由高分子量、线性饱和共聚酯树脂例如VITEL2700B和VITEL2200B (购自Bostik Findley)以及异氰酸酯交联剂形成。明显地，VITEL2700B和VITEL2200B的酸值为1-3，这也起到促进内部涂层与基底和EVA密封剂之间粘附的作用。在优选实施方案中，用于本发明实施方案的聚合物树脂的酸值为I至20，更优选为1.0至5。
[0034]外部涂层(在背片层合至光伏模块后暴露于空气的一侧)优选含有潜在交联剂。合适的交联剂可以选自异氰酸酯、氮丙啶或任何其他已知合适的交联剂。
[0035]一旦已经使用上述方法形成背片，涂覆的背片可以使用层合方法附接至光伏模块，这在工业上是已知的。在典型的层合过程中，光伏模块元件一包括前保护基底、密封剂层例如EVA、多个内部连接的太阳能电池、另一层密封剂、和背片一根据需要布置(呈三明治样式)，并且在真空、压力或两者存在的条件下使用加热来层合在一起。
[0036]例如，真空层合器可以用于使背片粘附至光伏模块。真空层合器典型地包括基底，其上布置光伏模块层，盖子或其他封闭物完全覆盖和围绕布置的元件。封闭的区域(包括光伏模块元件)可以加热，并且抽真空。可以施加压力至叠堆的元件在它们加热时，通常通过附接封闭物的顶部内表面的可膨胀梯子。当盖子密封并且梯子膨胀时，梯子从封闭物的顶部朝向层合器基底施加表面压力，使得光伏模块层挤压在一起。非-粘性脱模剂膜/遮蔽层可以用于避免加热的层粘附至基底或梯子或盖子。
[0037]在一些实施方案中，外部涂层212在模块层合过程中软化，此时背片被加热(通常约150°C )。如图2B-2C中所示，一旦外部涂层软化，图案化或纹理化表面216可以压在软化的表面212’，使得图案转移至软化的外部涂层212’。优选地，该纹理化表面将是挠性梯子本身上的纹理化脱模剂遮蔽层或甚至纹理化表面。所得图案化外部表面213将容易扩散或软化光线透过层，这导致更加高质量的光线穿过透明背片。如本领域技术人员所意识到的，具有高度表面粗糙度的透明材料将容易使光线偏差穿过粗糙表面，远离原始光线入射角度。这通常称为光线扩散。
[0038]对于穿过透明材料的光线，光线扩散可以用雾度和透明度来定义。根据ASTMD1003，其通过引用并入本文，雾度定义为偏离入射角度平均超过2.5°的光线的透过率。透明度定义为偏离入射角度平均高于0°、但小于2.5°的光线的透过率。雾度值大于30%的材料通常被认为是高扩散材料。
[0039]优选地，高于90%的穿过图案化背片的光被扩散，更优选100%的光被扩散。优选，图案化导致背片的雾度值大于30%，大于35%，大于40%，大于50%，或大于75%。另外，图案化优选导致背片的透明度小于85%,小于80%,小于75%或小于50%。和未图案化背片的相同组成和构造相比，图案化还优选导致更大的光扩散，而通过背片的总透光百分率保持完全或基本上不变。在优选实施方案中，穿过图案化背片的光线的百分率在穿过相同组成和构造的未图案化背片的光线的百分率的5%之内。更优选，穿过图案化背片的光线的百分率相等于穿过相同组成和构造的未图案化背片的光线的百分率。
[0040]一旦外层已被软化，使图案或纹理可被应用，该背片最好也经历了一个潜在交联反应，这是由施加在层合过程中过程的热激活。层压之后，将进一步交联的外部涂层将硬化并保持遮蔽层图案的背表面上的片。潜在交联反应也将有助于增加外部侧面涂层硬度，并提闻其耐用性。
[0041]图3是光伏模块包括一个背片根据本发明的优选实施方案一剖视图的示意图。背片200包括透明聚合物膜基底210具有第一侧面朝向一个光伏模块(朝向顶玻璃层)的前表面和第二外部侧面朝向光伏的背面模块(朝向环境在背片的背面侧)。
[0042]图4是表示在制造背片的光伏的方法的步骤的流程图模块安装到光伏模块，聚合物膜基底将具有第一侧面朝向一个光伏模块(朝向顶玻璃层)的前表面和第二侧朝向光伏模块的后表面(朝向环境上背面侧的背的片)。接着，在步骤402中，第一内部涂层可以的聚合物膜基底(朝向EVA密封剂的侧面)施加到第一侧面的第一内涂层含有聚合物树脂和交联齐U，如上所讨论的。在步骤403中，第二涂层被施加到所述第二外部侧面的聚合物膜基底，所述第二涂层是相同的第一涂层和包括聚酯树脂，以及交联剂。优选地，外部涂层是由聚酯树脂为I至25的酸值，更优选为1.5至5形成的。交联剂最好是一个潜在交联剂不会被完全激活，直到背后片已图案化和层压到其它光伏模块元件。
[0043]在步骤404中，通过层压内部涂层到EVA密封的背片(由基底和两个涂层构成)的光伏背面模块的过程中密封剂开始。在步骤405，外部涂层就是第一软化，最好是通过热在层合过程中过程中的应用。一旦外部涂层已经软化，在步骤406 —个图案化表面例如纹理化脱模剂遮蔽层被压进软化的外部涂层材料。这将从脱模剂遮蔽层(或其他纹理的表面)的外部涂层产生了图案化表面上的外部涂层将图案转移。在步骤406中，潜在交联剂将导致外部涂层硬化并保持遮蔽层图案的背表面上的片。潜在交联反应也将有助于增加外部侧面涂层硬度，并提高其耐用性。在步骤407中，完成层合与交联过程。
[0044]在下列实施例中的样品可能会去虽然一些或所有下列试验。
[0045]粘附试验
[0046]样品涂层表面被切断了交叉影线的工具。一种磁带被施加到切割区域。如果涂层被拉断的基底表面，当胶带被拉开，附着力被评为1，如果没有涂层被拉断的表面，粘附额定为5。该评级越高，涂膜粘附性越好的基底。
[0047]EVA剥离试验
[0048]背片的附着力EVA被评为5，如果背片是很难用手工剥离和额定1，如果背片很容易用手剥离。评级越高，越好的背片的附着力EVA。背片的附着力EVA是由英斯特朗附着力测试还测得，如果样品是足够大的。对于这些样品中，背片切成I英寸宽的部分的剥离试验，和实际的剥离强度是由于在磅/下面。
[0049]在下列例子中进一步阐述本发明:
[0050]实施例1
[0051]可以如下制备涂液:50-60克的VITEL V2200B树脂(聚酯树脂，来自Bostik), 80至120克的乙酸乙烯酯，30至60克的甲乙酮，0.5至1.2克的TINUVIN292以及0.5至1.2克的TINUVIN384-2 (来自Ciba Chemicals的两种类型的TINUVIN)混合，直到VITEL树脂溶解。增加5.0至8.0的LiofolHaerter UR7395-22至溶液以制备合适的内部涂层溶液。
[0052]涂液如上述那样由涂敷在两侧的PET的膜用涂覆重量磅/令的4。该涂层具有很好的附着力在PET膜(粘附评级5)。VITEL V2200B树脂是一种聚酯树脂具有酸值1_3毫克KOH/克的聚合物和3-5毫克KOH/g-聚合物的OH值。
[0053]背片实施例1的层压到玻璃带的EVA作为密封剂背片层压到密封剂的EVA层以形成结构如下:外部涂层/PET/内涂层/EVA/玻璃。结果发现实施例1的本发明的背片具有优异的粘合性的EVA。
[0054]在层合过程中，脱模剂遮蔽层与图案被放置在外部的顶涂层。遮蔽层图案被如此转移到外部涂层的表面上。
[0055]比较例I
[0056]实施例1中的相同背片层合至玻璃。在层合过程中，光滑的脱模剂衬底膜置于外部涂层的顶部上。在层合后，外部涂层的表面上没有图案。
[0057]表1一试验结果.[0058]
【权利要求】
1.一种用于光伏模块的透明背片，包括: 用作光伏模块的背片的聚合物膜基底； 在所述聚合物膜基底的至少一个侧面上的涂层，所述涂层包含透明聚合物树脂和交联剂，其中所述透明聚合物树脂具有I至25的酸值，所述涂层是图案化层； 其中所述聚合物膜基底和任何施加的涂层对可见光是透明的，并且其中所述具有图案化涂层的背片的雾度大于30%和透明度小于85%。
2.—种用于光伏模块的透明背片，包括: 用作光伏模块的背片的聚合物膜基底； 在所述聚合物膜基底的第一侧面上的第一涂层，所述第一涂层包含透明聚合物树脂和交联剂，其中所述透明聚合物树脂具有至少一种官能性酸性基团，并且其中所述涂层被图案化，使得透过所述涂层的光线被扩散， 其中包括所述基底和任何施加的涂层的所述背片是透明的。
3.一种用作用于光伏模块的透明背片的涂覆的膜，所述涂覆的膜包括: 未层合的透明基底膜； 施加至所述基底膜的至少一侧的涂层，所述涂层包含透明聚合物树脂，所述透明聚合物树脂具有至少一种官能性酸性基团，并且进一步包含丙烯酸系树脂、聚氨酯和/或含氟聚合物树脂； 其中图案被施加至 所述涂层，所述图案使得穿过所述透明基底的光线至少90%被扩散。
4.权利要求3所述的涂覆的膜，其中在所述图案被施加后，所述涂层是交联的。
5.一种形成用于光伏模块的透明背片的方法，该方法包括: 提供透明聚合物膜基底； 将涂层施加至所述聚合物膜基底的至少一侧，所述涂层包含透明聚合物树脂和交联剂，其中所述透明聚合物树脂具有I至25的酸值； 施加图案至所述涂层，所述图案导致所述背片具有至少30%的透过雾度值。
6.权利要求5所述的方法，还包括在施加图案化，交联所述涂层。
7.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，对于可见光的透过具有至少80%的可见光透过率、至少85%的可见光透过率或至少90%的可见光透过率。
8.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述图案化涂层具有至少30%、至少35%、至少40%、至少50%或至少75%的雾度值。
9.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中穿过所述背片的光线至少90%扩散。
10.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中穿过所述背片的光线100%扩散。
11.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述基底膜是未层合的膜。
12.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述基底膜包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜。
13.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述基底膜包括聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜。
14.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述基底膜包括聚碳酸酯或氟塑料膜。
15.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层包含具有至少一个羟基、羧基或胺官能团的聚合物树脂。
16.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层包含聚酯树脂、丙烯酸系树脂和/或聚氨酯。
17.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层包含具有至少一种酸性和一个羟基官能团的高分子量聚酯树脂。
18.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层的涂覆重量为lg/m2至20g/m2。
19.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层的涂覆重量为2g/m2至10g/m2。
20.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层的涂覆重量为10g/m2至100g/m2。
21.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述第二涂层的涂覆重量为20g/m2至 50g/m2。
22.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层包含含氟聚合物树脂。
23.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层包含四氟乙烯(TFE)和乙烯共聚物的含氟聚合物树脂。
24.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层包含氯三氟乙烯(CTFE)和乙烯基醚共聚物的含氟聚合物树脂。
25.前面权利要求中任一 项所述的背片或膜，其中所述涂层还包含选自异氰酸酯和/或氮丙啶的交联剂。
26.前面权利要求中任一项所述的背片或膜，其中所述涂层还包含选自下列的至少一种另外的添加剂:流平剂、催化剂、UV阻断剂、UV稳定剂及其组合。
【文档编号】H01L31/0232GK103855235SQ201310647774
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】Y·Z·王 申请人:美国圣戈班性能塑料公司