具有熱塑性聚烯烴復(fù)合層的光伏模塊背膜的制作方法
【專利說明】具有熱塑性聚烯烴復(fù)合層的光伏模塊背膜
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求2012年11月29日提交的美國臨時專利申請No. 61/731,400的權(quán)益， 其公開內(nèi)容整體并入本文中作為參考。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及到可與光伏模塊一起使用的含有配制的熱塑性聚烯烴（TPO)的背膜 (backsheet)〇
[0004] 相關(guān)摶術(shù)的描沐
[0005] 當(dāng)前，含氟聚合物與聚（對苯二酸乙二醇酯）（PET)的復(fù)合物通常用于光伏模塊的 背膜。例如，在外側(cè)的含氟聚合物層提供耐候性，和芯層中的PET提供介電絕緣性和機(jī)械強(qiáng) 度。此外，在芯層另一側(cè)上的另一層含氟聚合物能提供與光伏模塊中封裝劑材料的結(jié)合，例 如，乙稀丙稀酸乙稀醋（EVA)封裝劑。
[0006] 但是，使用含氟聚合物和PET的背膜具有幾點缺陷。首先，PET容易水解，且因此， 在熱和/或潮濕條件下會失效。第二，含氟聚合物諸如PVE、PVDF或者ETFE難以處理成膜， 昂貴，且在原材料供應(yīng)方面存在限制。第三，使用不同聚合物層需要粘合劑以將它們結(jié)合到 一起，且該粘合劑可能在長時間戶外使用中失效。
[0007] 因此，已經(jīng)研宄了與光伏模塊一起使用的多種替代背膜組合物。例如， EP2390093，US2008/0078445, US 2010/0108128, WO 2011/009568, WO 2012/024262 以及 US 2012/0111407提出了在背膜層中使用熱塑性烯烴，包括聚丙烯和聚乙烯基塑料。但是，這 種非極性聚丙烯類和聚乙烯類通常顯示出與光伏模塊中的EVA封裝劑材料低的粘合度。結(jié) 果，建議添加低熔點粘合材料，或者，在替換方式中，使用聚丙烯或者聚乙烯接枝低熔點粘 合材料或者與低熔點粘合材料共聚。例如，尤其是在面對封裝劑的層中建議使用乙烯-丙 烯共聚物、乙烯丙烯二烯橡膠、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物（EAA)、馬來酸 酐（MAH)接枝的乙烯聚合物、乙烯丙烯酸共聚物（EAA)、乙烯丙烯酸甲酯（EMA)和乙烯丙烯 酸乙烯酯（EVA)。
[0008] 在模塊層壓條件下，例如在140-150°C溫度下約20分鐘，這些低熔點組合物熔化 且與EVA封裝劑互相滲透，由此產(chǎn)生粘合。但是，這種層容易發(fā)生熱變形、厚度變化、不希望 的邊緣流，且由此在模塊層壓工藝中絕緣特性退化。這種層也顯示出低耐熱性和/或在較 高的光伏模塊工作溫度下容易高度變形。
[0009] 所研宄的其他材料沒有這種耐熱性和變形問題，但是具有其他缺陷。 US2010/0059105和US 2012/0028060提議使用聚酰胺組合物用于光伏模塊的背膜層；但 是，聚酰胺具有相對高的水蒸氣穿透率（WVTR)，和水蒸氣的穿透會極大降低光伏模塊性能。 雖然一些外來的聚酰胺等級具有相對高的抗水特性，但是這種材料昂貴且難以制備。不奇 怪的是，之后，US 2012/0028060提出了使用阻擋層解決當(dāng)使用聚酰胺時遇到的水蒸氣穿透 問題。
[0010]因此，希望配制與典型光伏模塊封裝劑諸如EVA具有高粘合度，而不具有低耐熱 性、高操作溫度下變形、以及高水蒸氣滲透率的問題的背膜層。
[0011] 發(fā)明簡沐
[0012] 為了解決上述問題，開發(fā)了用在光伏模塊背膜中的新型配制的熱塑性聚烯烴層。 這些配制的TPO層很好地粘附到封裝的光伏模塊，而且，與現(xiàn)有技術(shù)相反，在高操作溫度下 具有良好性能且不具有高水蒸氣穿透率。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，背膜層含有TPO材料，和第二聚合物材料諸如聚酰胺、環(huán) 氧樹脂、熱塑性聚氨酯（TPU)、聚苯醚、和聚碳酸酯，使得背膜層在150°C下層壓后的剩余熔 化熱至少為40J/g以便在層壓溫度下具有良好尺寸穩(wěn)定性。更優(yōu)選地，背膜層在150°C下層 壓之后的剩余熔化熱至少為50J/g。更優(yōu)選地，TPO材料是聚乙烯和第二聚合物材料是聚酰 胺。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，背膜層與一個或多個層合并以形成光伏模塊的復(fù)合背 膜。優(yōu)選地，復(fù)合背膜的附加層中的每一個都具有與第一背膜層相同的TPO材料，使得這些 層是在化學(xué)上親和的（affinitive)，且因此在它們之間不需要連接層（tie layer)或者額 外的粘合劑層。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，背膜層含有添加劑諸如增容劑、填充劑、色料、UV添加劑、 阻燃劑等。此外，或者替換地，這些添加劑可含在復(fù)合背膜的其他背膜層中。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的第四方面，光伏模塊含有TPO背膜層或者含有TPO背膜層的復(fù)合背 膜，使得接觸光伏模塊的封裝劑的TPO背膜層具有至少40J/g的例如在150°C下層壓后的剩 余熔化熱。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的第五方面，經(jīng)由擠出處理形成含有TPO材料和第二聚合物材料諸如 聚酰胺、環(huán)氧樹脂、熱塑性聚氨酯（TTO)、聚苯醚、和聚碳酸酯的背膜層。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的第六方面，與其他背膜層共擠出該背膜層以便產(chǎn)生復(fù)合背膜。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的第七方面，至少一層含TPO的復(fù)合背膜是耐候性含氟聚合物。
[0020] 附圖簡沐
[0021] 為了示例和描述的目的選擇且在附圖中示出具體實例，附圖形成了本說明書的一 部分。
[0022] 圖1示例了本發(fā)明背膜層的差示掃描量熱法（DSC)分析。
[0023] 圖2示例了本發(fā)明三層復(fù)合背膜的一個實例。
[0024] 具體描沐
[0025] 根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，背膜由僅單層構(gòu)成，該單層具有聚丙烯聚合物和聚酰 胺聚合物，使得150°C下層壓之后的剩余熔化熱為至少40J/g。
[0026] 優(yōu)選地，含有這種聚丙烯聚合物的背膜層可含有至少35wt%的聚丙烯聚合物，但 是優(yōu)選較高量諸如50wt%，65wt%或者70wt%與聚酰胺聚合物結(jié)合使用以獲得在150°C下 層壓之后足夠的剩余熔化熱，并獲得與EVA的充分結(jié)合。
[0027] 而且，雖然優(yōu)選PA6聚酰胺用作該層中的聚酰胺成分，但是，可使用不同的聚酰胺 代替，條件是在一定溫度范圍諸如210-280°C內(nèi)，聚酰胺能夠借助于增容劑與聚丙烯配混 到一起，且能實現(xiàn)與光伏模塊封裝劑足夠的結(jié)合。可使用的其他聚酰胺的實例包括PA11， PA12，PA13，PA46，PA66，PA610，PA612，PA1010，Nylon MXD6，PA共聚物諸如 PA6-PA66-PA1010 共聚物，及其混合物。優(yōu)選地，選擇材料使得能實現(xiàn)與EVA至少40N/cm的結(jié)合強(qiáng)度，但優(yōu) 選實現(xiàn)甚至更高的結(jié)合強(qiáng)度，例如至少50N/cm。為了實現(xiàn)這種結(jié)合強(qiáng)度，層優(yōu)選含有至少 5wt%聚酰胺，且更優(yōu)選至少20wt%聚酰胺；但是，預(yù)期對于一定應(yīng)用，僅小量聚酰胺諸如1 或者2wt %就能實現(xiàn)充分結(jié)合。而且，優(yōu)選不超過50wt %或者更優(yōu)選40wt %的聚酰胺含量， 使得背膜不具有會導(dǎo)致模塊性能變差的過高水蒸氣穿透率。更優(yōu)選地，背膜層在層壓之后 具有甚至更高的剩余熔化熱，例如50J/g或更高。
[0028] 下表表1比較當(dāng)改變層的主要成分（如以wt%測量的）時的各實例。
[0029] 表 1 :
【主權(quán)項】
1. 一種具有第一外部層（101)的用于光伏模塊的背膜（1〇〇)，所述第一外部層（101) 包括： 至少35wt%熱塑性烯烴聚合物，其選自由聚丙烯、聚甲基戊烯（PMP)和乙烯乙烯醇共 聚物（EVOH)構(gòu)成的組；和 至少2wt %的第二聚合物， 其中所述第一外部層（101)具有至少40J/g的150°C下層壓后的剩余熔化熱。
2. 如權(quán)利要求1所述的背膜（100)，其中熱塑性烯烴聚合物是聚丙烯，和第二聚合物是 聚酰胺或者聚酰胺的混合物。
3. 如權(quán)利要求1所述的背膜（100)，其中所述第一外部層（101)具有至少50J/g的 150 °C下層壓后的剩余熔化熱。
4. 如權(quán)利要求1所述的背膜（100)，其中所述背膜（100)包括至少兩層，使得所述背膜 (101)包括所述背膜（100)的與所述第一外部層（101)相反側(cè)的第二外部層（103)。
5. 如權(quán)利要求4所述的背膜（100)，其中與所述第一外部層（101) -起共擠出所述第 二外部層（103)。
6. 如權(quán)利要求5所述的背膜（100)，其中第二外部層（103)包括含氟聚合物。
7. 如權(quán)利要求5所述的背膜（100)，其中在所述第一外部層（101)中的熱塑性烯烴聚 合物存在于背膜（100)的每個附加層中，使得各背膜層是化學(xué)上親和的，且因此在它們之 間不需要連接層或者額外的粘合劑層。
8. 如權(quán)利要求4所述的背膜（100)，其中至少第一內(nèi)部層（102)用于將第一外部層 (101)結(jié)合到第二外部層（103)。
9. 如權(quán)利要求4所述的背膜（100)，其中第二外部層（103)包括含氟聚合物。
10. 如權(quán)利要求9所述的背膜（100)，其中含氟聚合物是乙烯-氯三氟乙烯共聚物。
11. 如權(quán)利要求1所述的背膜（100)，其中所述第一外部層（101)包括至少65wt%的聚 丙烯聚合物。
12. 如權(quán)利要求1所述的背膜（100)，其中在約140-150°C的溫度下層壓到EVA之后，所 述第一外部層（101)具有大于約40N/cm的與EVA的結(jié)合粘合度。
13. 如權(quán)利要求10所述的背膜（100)，其中第二聚合物選自由環(huán)氧樹脂、熱塑性聚氨 酯、聚苯醚、和聚碳酸酯構(gòu)成的組。
14. 如權(quán)利要求1所述的背膜（100)，其中第一外部層（101)包括至少5wt%的所述第 二聚合物。
15. -種制備用在光伏模塊背膜（100)中的層（101)的方法，所述方法包括步驟： 共混熱塑性烯烴聚合物和第二聚合物，該熱塑性烯烴聚合物選自由聚丙烯、聚甲基戊 烯（PMP)和乙烯乙烯醇共聚物（EVOH)構(gòu)成的組，第二聚合物選自由聚酰胺、環(huán)氧樹脂、熱塑 性聚氨酯、聚苯醚、和聚碳酸酯構(gòu)成的組；和， 擠出熱塑性烯烴聚合物和第二聚合物以形成具有第一外部層（101)的背膜（100)，第 一外部層（101)構(gòu)造成結(jié)合到光伏模塊，所述第一外部層（101)包括： 至少35wt%的熱塑性烯烴聚合物；和， 至少2wt %的第二聚合物， 其中該層（101)具有至少40J/g的150°C下層壓后的剩余熔化熱。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可與光伏模塊一起使用的含有配制的熱塑性聚烯烴(TPO)的背膜(100)。更具體地，本發(fā)明的背膜(100)具有第一外部層(101)，其包括TPO和聚酰胺，使得該層層壓后的剩余熔化熱至少為40J/g。使用這種層(101)，能實現(xiàn)與光伏模塊封裝劑的充分結(jié)合，同時保持高耐熱性，具有高操作溫度下的低變形，并具有相對較低的高水蒸氣穿透率。本發(fā)明還涉及到含有本發(fā)明背膜的光伏模塊，以及用于制備本發(fā)明背膜的方法。
【IPC分類】B32B27-32, B32B27-38, B32B27-36, B32B27-30, B32B27-28, B32B27-34, H01L31-049, B32B27-08, B32B27-40
【公開號】CN104870189
【申請?zhí)枴緾N201380062357
【發(fā)明人】N·黃, 彭樹文, 張洪生, 崔麗梅
【申請人】霍尼韋爾國際公司
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2013年10月24日
【公告號】US20140144499, WO2014084991A1