[发明专利]具有热塑性聚烯烃复合层的光伏模块背膜

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月29日提交的美国临时专利申请No.61/731,400的权益，其公开内容整体并入本文中作为参考。

发明领域

本发明涉及到可与光伏模块一起使用的含有配制的热塑性聚烯烃(TPO)的背膜(backsheet)。

相关技术的描述

当前，含氟聚合物与聚(对苯二酸乙二醇酯)(PET)的复合物通常用于光伏模块的背膜。例如，在外侧的含氟聚合物层提供耐候性，和芯层中的PET提供介电绝缘性和机械强度。此外，在芯层另一侧上的另一层含氟聚合物能提供与光伏模块中封装剂材料的结合，例如，乙烯丙烯酸乙烯酯(EVA)封装剂。

但是，使用含氟聚合物和PET的背膜具有几点缺陷。首先，PET容易水解，且因此，在热和/或潮湿条件下会失效。第二，含氟聚合物诸如PVE、PVDF或者ETFE难以处理成膜，昂贵，且在原材料供应方面存在限制。第三，使用不同聚合物层需要粘合剂以将它们结合到一起，且该粘合剂可能在长时间户外使用中失效。

因此，已经研究了与光伏模块一起使用的多种替代背膜组合物。例如，EP2390093，US2008/0078445，US 2010/0108128，WO 2011/009568，WO 2012/024262以及US 2012/0111407提出了在背膜层中使用热塑性烯烃，包括聚丙烯和聚乙烯基塑料。但是，这种非极性聚丙烯类和聚乙烯类通常显示出与光伏模块中的EVA封装剂材料低的粘合度。结果，建议添加低熔点粘合材料，或者，在替换方式中，使用聚丙烯或者聚乙烯接枝低熔点粘合材料或者与低熔点粘合材料共聚。例如，尤其是在面对封装剂的层中建议使用乙烯-丙烯共聚物、乙烯丙烯二烯橡胶、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EAA)、马来酸酐(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)。

在模块层压条件下，例如在140-150℃温度下约20分钟，这些低熔点组合物熔化且与EVA封装剂互相渗透，由此产生粘合。但是，这种层容易发生热变形、厚度变化、不希望的边缘流，且由此在模块层压工艺中绝缘特性退化。这种层也显示出低耐热性和/或在较高的光伏模块工作温度下容易高度变形。

所研究的其他材料没有这种耐热性和变形问题，但是具有其他缺陷。US2010/0059105和US 2012/0028060提议使用聚酰胺组合物用于光伏模块的背膜层；但是，聚酰胺具有相对高的水蒸气穿透率(WVTR)，和水蒸气的穿透会极大降低光伏模块性能。虽然一些外来的聚酰胺等级具有相对高的抗水特性，但是这种材料昂贵且难以制备。不奇怪的是，之后，US 2012/0028060提出了使用阻挡层解决当使用聚酰胺时遇到的水蒸气穿透问题。

因此，希望配制与典型光伏模块封装剂诸如EVA具有高粘合度，而不具有低耐热性、高操作温度下变形、以及高水蒸气渗透率的问题的背膜层。

发明简述

为了解决上述问题，开发了用在光伏模块背膜中的新型配制的热塑性聚烯烃层。这些配制的TPO层很好地粘附到封装的光伏模块，而且，与现有技术相反，在高操作温度下具有良好性能且不具有高水蒸气穿透率。

根据本发明的一个方面，背膜层含有TPO材料，和第二聚合物材料诸如聚酰胺、环氧树脂、热塑性聚氨酯(TPU)、聚苯醚、和聚碳酸酯，使得背膜层在150℃下层压后的剩余熔化热至少为40J/g以便在层压温度下具有良好尺寸稳定性。更优选地，背膜层在150℃下层压之后的剩余熔化热至少为50J/g。更优选地，TPO材料是聚乙烯和第二聚合物材料是聚酰胺。

根据本发明的第二方面，背膜层与一个或多个层合并以形成光伏模块的复合背膜。优选地，复合背膜的附加层中的每一个都具有与第一背膜层相同的TPO材料，使得这些层是在化学上亲和的(affinitive)，且因此在它们之间不需要连接层(tie layer)或者额外的粘合剂层。

根据本发明的第三方面，背膜层含有添加剂诸如增容剂、填充剂、色料、UV添加剂、阻燃剂等。此外，或者替换地，这些添加剂可含在复合背膜的其他背膜层中。

根据本发明的第四方面，光伏模块含有TPO背膜层或者含有TPO背膜层的复合背膜，使得接触光伏模块的封装剂的TPO背膜层具有至少40J/g的例如在150℃下层压后的剩余熔化热。