改進(jìn)的撓性低模量光伏建筑覆層部件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的光伏建筑覆層部件(“PV器件”)，更具體地涉及一種撓性低模量光伏建筑覆層部件，所述部件包括：撓性光伏電池組件，主體部分，所述主體部分由主體材料組成并且連接至所述光伏電池組件的外圍邊緣段，其中所述主體部分在至少95％的沿外圍邊緣段的點(diǎn)上1cm內(nèi)具有至少35mm2的橫截面積；其中所述主體材料包含在-40至85℃之間的溫度具有5至200MPa的模量的組合物，所述組合物具有低于100x10-6/℃的熱膨脹系數(shù)(CTE)，并且所述主體部分展現(xiàn)小于15mm的翹曲值。
【專利說明】改進(jìn)的撓性低模量光伏建筑覆層部件
[0001]本發(fā)明以在由能源部授予的合同DE-FC36-07G01754下的美國政府資助做出。美國政府在本發(fā)明中具有特定的權(quán)益。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及改進(jìn)的光伏器件(“PVD”或“PV器件”)，更具體地涉及具有多層光伏電池組件和在界面區(qū)域連接的主體部分的改進(jìn)的撓性光伏器件(建筑覆層部件)。
[0003]背景
[0004]改進(jìn)PV器件，特別是集成至建筑結(jié)構(gòu)(例如屋頂瓦片或外墻覆蓋物)的那些器件以成功地使用的努力應(yīng)當(dāng)該滿足一定數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)。PV器件應(yīng)當(dāng)是耐久的(例如長期持久、密封以抗?jié)駳夂推渌h(huán)境條件)和被保護(hù)不受機(jī)械損壞持續(xù)所需的產(chǎn)品壽命，優(yōu)選至少10年，更優(yōu)選至少25年。器件應(yīng)當(dāng)容易地安裝(例如類似于傳統(tǒng)的屋頂瓦片或外墻覆蓋物安裝)或替換(例如如果損壞)。可以適宜的是與有助于滿足所需的耐久性需要如沒有將削弱性能和/或美觀的變形(翹曲)的設(shè)計(jì)特征一起選擇材料和組件。
[0005]為了使這整個(gè)包裝物適合于客戶，并且在市場中獲得廣泛的認(rèn)可，該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對于建造和安裝是便宜的。這可以有助于促進(jìn)更低的能量產(chǎn)生成本，使得PV技術(shù)相對于其他發(fā)電方式更加有競爭力。
[0006]用于PV器件的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)可以允許將器件直接安裝至建筑結(jié)構(gòu)或者它們可以將器件固定至建筑外部(例如屋頂板或外覆板)上方的板條、溝槽或“軌道支腳”)。這些系統(tǒng)可以是復(fù)雜的，典型地不像傳統(tǒng)的覆板材料(例如屋頂瓦片或壁板)那樣安裝并且，作為結(jié)果，對于安裝可能是昂貴的。同樣，它們可能不是在視覺上吸引人的，因?yàn)樗鼈兛雌饋砼c傳統(tǒng)的建筑材料不同。每2-4英尺可能需要安裝PV器件的“支腳”。因此，安裝成本可以與制品的成本一樣高或更高。它們還可能遭遇與環(huán)境條件相關(guān)的問題如翹曲、褪色和其物理性質(zhì)的劣化。
[0007]在文獻(xiàn)中，可能與本技術(shù)相關(guān)的包括以下專利文獻(xiàn):W02020151803A1 ；US20100101627A1 ；W02008137966A2 ；W02007123927A2 ;和 US631028181，其全部為了所有目的通過引用結(jié)合在此。
[0008]發(fā)明概述
[0009]本發(fā)明涉及針對在上面的段落中描述的至少一個(gè)或多個(gè)問題的PV器件。
[0010]因此，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，考慮到一種制品，所述制品包括:撓性低模量光伏建筑覆層部件，所述部件包括:撓性光伏電池組件；主體部分,所述主體部分由主體材料組成并且連接至光伏電池組件的外圍邊緣段，其中主體部分在至少95%的沿外圍邊緣段的點(diǎn)上Icm內(nèi)具有至少35mm2的橫截面積；其中主體材料包括在-40至85°C的溫度之間具有5至200MPa的模量的組合物，所述組合物具有低于100xl0_6/°C的熱膨脹系數(shù)(CTE)，并且所述主體部分展現(xiàn)小于15_的翹曲值。
[0011]本發(fā)明的特征還在于本文所公開的特征的一個(gè)或任意組合，如撓性光伏電池組件具有電池高度和主體部分具有主體高度，其中電池高度與主體高度的比例為至少0.3 ;一個(gè)或多個(gè)增強(qiáng)零件設(shè)置在主體部分上與光伏電池組件相鄰的區(qū)域中；一個(gè)或多個(gè)增強(qiáng)零件包括加強(qiáng)筋；加強(qiáng)筋具有至少3.8的橫向間隔與加強(qiáng)筋高度的比例；加強(qiáng)筋具有小于30.0mm的橫向間隔；加強(qiáng)筋具有每邊約I至4度的加強(qiáng)筋斜度；光伏電池組件具有15KPa至20KPa之間的模量；主體材料的模量高于40MPa并且至多200MPa，熱膨脹系數(shù)(CTE)為10x10—71^ 30X10_7°C ;主體材料的模量為5和40MPa之間并且熱膨脹系數(shù)(CTE)為50Xl(r7°C至約100xl(T7°C之間；當(dāng)模量高于40MPa并且至多200MPa時(shí)主體材料組合物的CTE范圍通過下式確定:CTE = a+(b+cX翹曲)1/2并且將可接受的翹曲值設(shè)定為上限值并且之后設(shè)定為下限值，并且對于每個(gè)相應(yīng)的值求解CTE并且包括多個(gè)常數(shù):a、b和C，此外其中常數(shù)a在-106.0至118.0的值的范圍內(nèi)，常數(shù)b在-18550至18585的值的范圍內(nèi)，并且常數(shù)c在144.5至966.0的值的范圍內(nèi)；并且當(dāng)模量高于5MPa并且至多40MPa時(shí)主體材料組合物的CTE范圍通過下式確定:CTE = aX翹曲+bXE+c并且將可接受的翹曲值設(shè)定為上限值并且之后設(shè)定為下限值并且對于每個(gè)相應(yīng)的值求解CTE并且包括多個(gè)常數(shù):a、b、c和E，此外其中常數(shù)a在約9.75至10.75的值的范圍內(nèi)，常數(shù)b在1.25至2.5的值的范圍內(nèi)，常數(shù)c在44.5至83.25的值的范圍內(nèi)，并且常數(shù)E在10.5至32.0的值的范圍內(nèi)。公式給出Nx 10_6/°C的CTE，其中N是變量。
[0012]應(yīng)當(dāng)明白的是以上參考方面和實(shí)例是非限制性的，因?yàn)樵诒景l(fā)明內(nèi)還存在其他情況，如本文所顯示和描述的。
[0013]附圖簡述
[0014]圖1不例本發(fā)明的一種光伏器件。
[0015]圖1A顯示當(dāng)設(shè)置在結(jié)構(gòu)體上時(shí)展現(xiàn)翹曲的本發(fā)明的器件。
[0016]圖2A示例多層光伏器件的一個(gè)分解圖。
[0017]圖2B示例多層光伏器件的另一個(gè)分解圖。
[0018]圖3顯示可用于光伏器件的不同層的示例材料。
[0019]圖4顯示可用于將相鄰的光伏結(jié)構(gòu)體連接在一起的一種連接器。
[0020]圖5顯示光伏器件的適合于放置在結(jié)構(gòu)體上的那一側(cè)和結(jié)構(gòu)體的數(shù)個(gè)剖視圖，5A至K)。
[0021]圖6顯示可用于在光伏器件上進(jìn)行彎曲測試的一種系統(tǒng)。
[0022]優(yōu)選實(shí)施方案詳述
[0023] 本發(fā)明涉及如圖1中所示的改進(jìn)的光伏器件10(在下文中“PV器件”)，通?？梢悦枋鰹楫?dāng)經(jīng)受太陽光(例如日光)輻射時(shí)發(fā)揮提供電能的功能的多個(gè)部件的組件或部件組件。本公開的特別感興趣的以及主要焦點(diǎn)是至少包括連接至主體部分200的多層光伏電池組件100(在下文“MPCA”)的改進(jìn)的PV器件10。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，PV器件通過取得MPCA (以及潛在地其他部件和組件如連接器部件)并在在MPCA的至少部分周圍形成(例如經(jīng)由注射模塑)主體部分形成。所考慮到的是部件和部件組件之間的關(guān)系(例如至少幾何性質(zhì)和材料性質(zhì))在解決一個(gè)或多個(gè)在上面的背景節(jié)中討論的問題如翹曲中是出乎意料地重要的。翹曲“W”可以定義為器件10的任意部分的升起(從應(yīng)該是平坦的部分)，例如圖1A中所示，特別是當(dāng)安裝在結(jié)構(gòu)體上時(shí)。翹曲作為建筑結(jié)構(gòu)的表面與適合于平放在建筑結(jié)構(gòu)上的光伏器件而未放置在建筑結(jié)構(gòu)上的部分之間的距離以毫米測量。所考慮到的是，在器件中可以接受的翹曲的最大量小于約20mm，更優(yōu)選小于約15mm并且最優(yōu)選小于約10或5mm，其中最終無翹曲將是理想的。特別感興趣的是采用PV器件10用于通常作為建筑集成光伏器件或BIPV已知的情況。部件和部件組件的每一個(gè)和它們的關(guān)系在下面的段落中更詳細(xì)并且具體地公開。
[0024]多層光伏電池組件(MPCA)IOO
[0025]所考慮到的是，MPCA100 (也稱為撓性光伏電池組件)可以是多個(gè)層和部件/組件的集合體(compilation),例如通過引用結(jié)合在此的當(dāng)前待決的國際專利申請?zhí)朠CT/US09/042496中所公開的。MPCA至少含有頂部阻擋層122和光伏電池層110 (通常位于阻擋層122的外圍邊緣內(nèi)側(cè))。所考慮到的是MPCA100還可以含有其他層，如密封劑層和其他保護(hù)層。示例實(shí)例在圖中示出并且在下面討論。示例MPCA100的分解圖在圖2A和2B中示出。
[0026]功能上，這些密封劑層和其他保護(hù)層可以包括許多各自用于保護(hù)MCPA100和/或?qū)⑵溥B接在一起的不同的層。每個(gè)優(yōu)選的層在下面更詳細(xì)描述，從“頂部”(例如最多暴露至元件的層)移動(dòng)至“底部”(例如最接近地接近建筑或結(jié)構(gòu)體的層)。通常每個(gè)優(yōu)選的層或片可以是單個(gè)層或者其自身可以包含子層。優(yōu)選的是MCPA100是撓性的。對于本公開的術(shù)語，優(yōu)選的是“撓性”可以定義為意指MCPA100并且最終PV器件10是比它所連接的基板(例如建筑結(jié)構(gòu))更加撓性的或更低剛性的。更優(yōu)選的是“撓性”可以定義為MCPA100并且最終地PV器件10可以圍繞約I米直徑圓柱體彎曲而不降低性能或臨界損壞。再更優(yōu)選的是撓性器件10在IOOKg的負(fù)載下采用約560mm的支撐體跨度SS將經(jīng)歷大于50mm(?2英寸)的撓曲，而不在性能上降低，例如如采用圖6中所示的儀器的三點(diǎn)彎曲測試示出的。所顯示的是設(shè)置在支撐體603上的多層光伏電池組件100。支撐體跨度55是支撐體603之間的距離。還顯示的是側(cè)力儀601和中央負(fù)載板602。
[0027]如附圖中所示，MCPA具有高度(Hbl)和寬度(Lj，這些分別可以小至IOcm并且高達(dá)IOOcm以上，雖然通常小于主體200的寬度/長度。
[0028]頂部阻擋層122
[0029]頂部阻擋層122可以發(fā)揮通常作為用于MPCA100的環(huán)境遮板的功能，并且更具體地作為用于光伏電池層110的至少一部分的環(huán)境遮板。頂部阻擋層122優(yōu)選由允許光能穿過至光伏電池層110的光活性部分的透明或半透明材料構(gòu)成。該材料應(yīng)當(dāng)是撓性的(例如薄聚合膜或多層膜)，從而允許MPCA容易地彎曲而不損壞。該材料的特征還可以在于耐濕/粒子滲透或積累。頂部阻擋層122還可以發(fā)揮過濾特定波長的光以使得優(yōu)選的波長可以容易地達(dá)到光伏電池的功能。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，頂部阻擋層122材料將也在約70um至約700um的厚度的范圍內(nèi)。其他物理特征，至少在一層膜或多層膜的情況下，可以包括:大于20MPa的抗拉強(qiáng)度(如通過JIS K7127測量)；1%以上的拉伸伸長率(如通過JISK7127測量);和/或0.05%以下的水吸收率(23°C，24小時(shí))(如按ASTM D570測量)；和/或約10X10_7°C至高達(dá)350X10_6/°C的熱膨脹系數(shù)(“CTE”)和至少約85%，優(yōu)選約至少87%，更優(yōu)選至少約90%的可見光透射率。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，頂部阻擋層122，如圖3中所示，可以由許多層組成。在該優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述層包括氟聚合物、粘合層(例如，使用與下面的密封劑層相同的材料)，以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)/AlOx，其具有一個(gè)或多個(gè)平面化層頂層，如可商購的TechniMet FG300。
[0030]第一密封劑層124[0031]在一個(gè)實(shí)例中，第一密封劑層124可以設(shè)置在頂部阻擋層122下方并且通常在光伏電池層110上方。所考慮到的是，第一密封劑層124可以作為連接機(jī)構(gòu)，幫助將相鄰的層保持在一起。還應(yīng)當(dāng)允許所需量和類型的光能的透射，以達(dá)到光伏電池110。第一密封劑層124還可以發(fā)揮補(bǔ)償相鄰的層的幾何機(jī)構(gòu)上的不規(guī)則性或通過那些層轉(zhuǎn)化(例如厚度改變)的功能。它還可以用來允許層之間歸因于溫度變化和物理移動(dòng)和彎曲的撓曲和移動(dòng)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，第一密封劑層124可以基本上由粘合劑膜或網(wǎng)，優(yōu)選EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)，熱塑性聚烯烴或相似的材料組成。該層的優(yōu)選厚度在約0.1mm至1.0mm,更優(yōu)選約0.2mm至0.8mm,并且最優(yōu)選約0.25mm至0.5mm的范圍內(nèi)。
[0032]光伏電池層110
[0033]在本發(fā)明中考慮到的光伏電池層110可以由任意數(shù)目的已知的可商購的光伏電池構(gòu)成，或者可以選自一些未來開發(fā)的光伏電池。這些電池發(fā)揮將光能轉(zhuǎn)化為電能的功能。光伏電池的光活性部分是將光能轉(zhuǎn)化為電能的材料?？梢允褂靡阎峁┰摴δ艿娜我獠牧?，包括無定形娃、CdTe、GaAs、染料敏化的太陽能電池(通常所說的Gratezel電池)、有機(jī)/聚合物太陽能電池或?qū)⑷展饨?jīng)由光電效應(yīng)轉(zhuǎn)化為電的任意其他材料。然而，光活性層優(yōu)選為下列各項(xiàng)的層=IB-1IIA-硫?qū)倩铮鏘B-1IIA-硒化物、IB-1IIA-硫化物或IB-1IIA-硒化硫化物。更具體的實(shí)例包括硒化銅銦、硒化銅銦鎵、硒化銅鎵、硫化銅鋼、硫化銅鋼鎵、硒化銅鎵、硫硒化銅鋼、硫化硒化銅鎵以及硫化硒化銅銦鎵(在本文其全部稱為CIGSS)。這些還可以由式CuIn (1-χ) GaxSe (2-y) Sy表示,其中x為O至I并且y為O至2。硒化銅銦和硒化銅銦鎵是優(yōu)選的。在本文還考慮到如本領(lǐng)域中已知可以在基于CIGSS的電池中使用的另外電活性層如下列中一個(gè)或多個(gè):發(fā)射體(緩沖)層、導(dǎo)電層(例如透明導(dǎo)電層)等。這些電池可以是撓性的或剛性的，并且具有各種形狀和尺寸，但通常為易碎的并且經(jīng)受環(huán)境劣化。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，光伏電池組件Iio是可以彎曲而沒有顯著破裂和/或沒有功能性顯著損失的電池。示例光伏電池教導(dǎo)并描述于許多美國專利和公開中，其包括US3767471、US4465575、US20050011550AU EP841706A2、US20070256734al、EP1032051A2、JP2216874、JP2143468和JP10189924a，用于所有目的通過引用結(jié)合在此。
[0034]光伏電池層110，例如如圖2B中所示，還可以包括電路，如電連接至電池的一根或多根母線111，一個(gè)或多個(gè)連接器組件部件300，并且通常從PV器件10的一側(cè)運(yùn)行至另一偵U。該區(qū)域可以作為母線區(qū)域311已知。第二密封劑層126
[0035]在密封劑層的另一個(gè)實(shí)例中，第二密封劑層126通常連接性地(connectively)位于光伏電池層110下方，雖然在一些情況下，它可以直接接觸頂層122和/或第一密封劑層124。所考慮到的是第二密封劑層126可以發(fā)揮與第一密封劑層相似的功能，雖然不一定需要傳輸電磁福射或光能。
[0036]背板128
[0037]在保護(hù)層的一個(gè)實(shí)例中，可以存在連接性地位于第二密封劑層126下方的背板128。背板128可以充當(dāng)環(huán)境保護(hù)層(例如從上面的層排除濕氣和/或顆粒物)。它優(yōu)選由撓性材料(例如薄聚合膜、金屬箔、多層膜或橡膠片)構(gòu)成。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，背板128材料可以是不能滲透濕氣的，并且還在約0.05mm至10.0mm,更優(yōu)選約0.1mm至4.0mm,并且最優(yōu)選約0.2mm至0.8mm的厚度的范圍內(nèi)。其他物理特征可以包括:約20%以上的斷裂伸長率(如通過ASTM D882測量)；約25MPa以上的抗拉強(qiáng)度(如通過ASTM D882測量)；和約70kN/m以上的抗撕強(qiáng)度(如用Graves方法測量)。優(yōu)選的材料的實(shí)例包括鋁箔和Tedlar? (DuPont的商標(biāo))或它們的組合。另一種優(yōu)選的材料是來自Madico (Woburn,MA)的 Protekt TFB。
[0038]補(bǔ)充阻擋片130
[0039]在保護(hù)層的另一個(gè)實(shí)例中，可以存在補(bǔ)充阻擋片130，其可連接性地位于背板128下方。補(bǔ)充阻擋片130可以充當(dāng)阻擋物，保護(hù)上面的層不受可以由結(jié)構(gòu)的任意特征(例如，屋頂板的不規(guī)則性，凸出物等)導(dǎo)致的在其上的PV器件10經(jīng)歷的環(huán)境條件和物理損壞影響。所考慮到的是，這是任選的層并且可以不需要。還考慮到的是，該層可以充當(dāng)與主體部分200相同的功能。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，補(bǔ)充阻擋片130材料可以是至少部分地濕氣不可滲透的并且也在約0.25mm至10.0mm,更優(yōu)選約0.5mm至2.0mm,并且最優(yōu)選0.8mm至
1.2mm的厚度的范圍內(nèi)。優(yōu)選的是該層展現(xiàn)約20%以上的斷裂伸長率(如通過ASTM D882測量);約IOMPa以上的抗拉強(qiáng)度(如通過ASTM D882測量);和約35kN/m以上的抗撕強(qiáng)度(如用Graves方法測量)。優(yōu)選的材料的實(shí)例包括熱塑性聚烯烴(“ΤΡ0”)、熱塑性彈性體、烯烴嵌段共聚物(“0BC”)、天然橡膠、合成橡膠、聚氯乙烯和其他彈性和塑性材料。另一方面，保護(hù)層可以由更剛性的材料組成，以便提供在結(jié)構(gòu)和環(huán)境(例如風(fēng))負(fù)載下另外的屋頂功能。另外的剛性也可以是適宜的，以便提高PV器件10的熱膨脹系數(shù)并保持溫度波動(dòng)過程中所需的尺寸。用于結(jié)構(gòu)性質(zhì)的保護(hù)層材料的實(shí)例包括聚合材料如聚烯烴、聚酯酰胺、聚砜、縮醛、丙烯酸類、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、酚類、聚醚醚酮、聚對苯二甲酸乙二醇酯、環(huán)氧樹脂，包括玻璃和礦物填充復(fù)合材料，或它們的任意組合。
[0040]上面描述的層可以以許多組合構(gòu)造或?qū)盈B，但優(yōu)選的是頂部阻擋層122是頂層。另外，所考慮到的是這些層可以經(jīng)由任意數(shù)目的方法整體地結(jié)合在一起，所述方法包括但是不限于:粘合劑連接；熱或振動(dòng)焊接；重疊注塑；或機(jī)械扣件。
[0041]主體部分200
[0042]所考慮到的是，主體部分200可以是部件/組件的集合體，但優(yōu)選為通常通過將聚合物(或聚合物共混物)注入至模具(具有或不具有插入物如MPCA100或一個(gè)或多個(gè)其他組件(例如連接器組件)_在本申請中稍后描述的)形成的聚合制品，例如如公開在通過引用結(jié)合在此的當(dāng)前待決的國際專利申請?zhí)朠CT/US09/042496中的。主體部分200發(fā)揮作為用于PV器件10的主要結(jié)構(gòu)載體的功能并且應(yīng)當(dāng)以與此一致的方式構(gòu)造。例如，可以基本上發(fā)揮塑料框架材料的功能。
[0043]所考慮到的是，組合物具有約5MPa至高達(dá)200MPa的范圍內(nèi)的撓曲模量。組合物的撓曲模量通過測試方法ASTM D790-07 (2007)使用2mm/分鐘的測試速度確定。所考慮到的是，構(gòu)成主體部分200的組合物也展現(xiàn)約10xl(T7°C至100xl(T7°C的熱膨脹系數(shù)(“主體CTE” )。匹配包括主體部分200的組合物和MPCA之間的CTE可以對于最小化在溫度改變過程中BIPV器件上熱誘導(dǎo)的應(yīng)力是重要的，所述熱誘導(dǎo)的應(yīng)力可以潛在地導(dǎo)致器件的不適宜的翅曲(例如高于約15mm)。
[0044]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，主體支撐部分200可以包括主體材料(基本上由主體材料組成)。該主體材料可以是填充的或未填充的可模制塑料(例如聚烯烴、丙烯腈丁二烯苯乙烯(SAN)、氫化苯乙烯丁二烯橡膠、聚酯酰胺、聚醚酰亞胺、聚砜、縮醛、丙烯酸類、聚氯乙烯、尼龍、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、熱塑性和熱固性聚氨酯、合成和天然橡膠、環(huán)氧樹脂、SAN、丙烯酸類、聚苯乙烯，或它們的任意組合)。填充劑(優(yōu)選至多約50重量％ )可以包括以下各項(xiàng)中的一個(gè)或多個(gè):著色劑、阻燃劑(FR)或抗點(diǎn)燃(IR)材料、增強(qiáng)材料如玻璃或礦物纖維、表面活性劑。塑料還可以包括抗氧化劑、脫模劑、發(fā)泡劑和其他通用塑料添加劑。
[0045]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，主體材料(一種或多種組合物)具有至少5g/10分鐘，更優(yōu)選至少10g/10分鐘的熔體流動(dòng)速率。熔體流動(dòng)速率為優(yōu)選小于100g/10分鐘，更優(yōu)選小于50g/10分鐘并且最優(yōu)選小于30g/10分鐘。組合物的熔體流動(dòng)速率通過測試方法ASTM D1238-04，“通過擠出塑度計(jì)的用于熱塑性塑料的熔體流動(dòng)速率的REV C標(biāo)準(zhǔn)測試方法(REV C Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by ExtrusionPlastometer) ”, 2004 條件 L(Condition L) (230。。/2.16Kg)確定。在本申請中使用的聚丙烯樹脂也使用該相同的測試方法和條件。本發(fā)明中的聚乙烯和乙烯-α -烯烴共聚物的熔體流動(dòng)速率使用條件E(190°C /2.16Kg)測量，通稱為熔體指數(shù)。
[0046]在所有實(shí)施方案中，組合物具有約5MPa至高達(dá)200MPa的范圍內(nèi)的撓曲模量。組合物的撓曲模量通過測試方法ASTM D790-07 (2007)使用2mm/分鐘的測試速度確定。所考慮到的是，構(gòu)成主體部分200的組合物還展現(xiàn)約10X10_7°C至100X10_6/°C的熱膨脹系數(shù)(“主體 CTE”)。
[0047]所考慮到的是，主體部分200可以是任意數(shù)目的形狀和尺寸。例如，它可以是方形的、矩形的、三角形的、卵形的、圓形的或它們的任意組合。主體部分200還可以描述為具有高度“HBP”和寬度“LBP”，例如如圖2A中標(biāo)記的并且可以分別小至IOcm并且大至200cm以上。它還可以具有可以在小至約5mm至多至20mm以上的范圍內(nèi)的厚度(T)并且可以在主體部分200的不同區(qū)域中變化。優(yōu)選地，主體部分200可以描述為具有主體下表面部分202，主體上表面部分204和在上與下表面部分之間跨接并形成主體外圍邊緣208的主體側(cè)表面部分206。還考慮到的是，至少在器件10的邊緣約Icm范圍內(nèi)，并且在MCPA100的至少95 %的沿外圍邊緣段的點(diǎn)上的主體部分的橫截面積為至少約35_2。所述的橫截面積是主體部分的從主體200的外圍邊緣朝向?qū)盈B結(jié)構(gòu)100的橫截面積。優(yōu)選地，垂直于主體部分的外圍邊緣測量橫截面部分。這通過圖5C和示例。
[0048]連接器組件
[0049]連接器組件發(fā)揮允許至和/或來自PV器件10的電通訊的功能。該通訊可以與連接至光伏電池層110的線路結(jié)合，也可以剛好促進(jìn)經(jīng)由其他電路通過和跨越PV器件10的通訊。連接器組件可以由多個(gè)部件和組件組成，并且本發(fā)明的主要焦點(diǎn)涉及整合至PV器件(埋入其內(nèi))的一個(gè)或多個(gè)連接器部件組件300。通常，如圖4中所示，該組件300包括聚合物外殼310和突出至PV器件10中的電引線320，雖然也考慮到其他構(gòu)造。構(gòu)成外殼310的優(yōu)選的材料的實(shí)例包括=PBT (聚對苯二甲酸丁二醇酯)、PPO (聚環(huán)氧丙烷)、PPE (聚苯醚)、PPS (聚苯硫醚)、PA (聚酰胺)和PEI (聚醚酰亞胺)的聚合化合物或共混物，并且這些可以具有或不具有至多65重量％的填充劑。
[0050]幾何和材料性質(zhì)關(guān)系
[0051]所相信的是，在PV器件10的構(gòu)造中使用的材料的選擇和其構(gòu)成部件，以及幾乎和物理性質(zhì)關(guān)系兩者，都對系統(tǒng)的整體性能(例如耐久性、美學(xué)和多個(gè)PV器件組裝在一起的容易性)具有影響。平衡易于制造、成本和/或產(chǎn)品性能要求的需要可以驅(qū)動(dòng)獨(dú)特的材料選擇和組件設(shè)計(jì)。本發(fā)明考慮到這些因素并為實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)果提供特定的解決方案。
[0052]所考慮到的是，可能想要的是使多個(gè)組件的物理性質(zhì)盡可行地匹配以使得整個(gè)系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)工作(例如所有或大部分組件由相似的材料或材料家族構(gòu)成)。在這不能完全實(shí)現(xiàn)的情況下，所考慮到的是可能需要獨(dú)特的幾何設(shè)計(jì)特征。特別關(guān)心的是主體部分200和MCPA100的材料性質(zhì)的選擇的關(guān)系，以及彼此的幾何關(guān)系。所考慮到的是器件10可以具有可以小至約25cm到大至200cm，或它們之間任意處的高度12和寬度14。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，高度12和寬度14具有約I，更優(yōu)選約0.5并且最優(yōu)選約至少0.3的最小高度與寬度的比例。
[0053]MPCA和主體的關(guān)系
[0054]該節(jié)集中于MCPA100與主體部分200之間的關(guān)系的特定方面。在本文詳述數(shù)個(gè)示例實(shí)例和優(yōu)選的實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，這些實(shí)例不應(yīng)當(dāng)是限制性的并且本發(fā)明考慮到其他潛在的構(gòu)造。
[0055]在第一示例性實(shí)例中，撓性低模量光伏建筑覆層部件可以包括:撓性光伏電池組件；主體部分，所述主體部分由主體材料組成并且連接至光伏電池組件的外圍邊緣段(例如在界面區(qū)域Ik)，其中主體部分在至少95%的沿外圍邊緣段的點(diǎn)上Icm內(nèi)具有至少35mm2的橫截面積；并且主體材料包括在-40至85°C之間的溫度具有5至200MPa的模量的組合物，所組合物具有低于100X10_7°C的熱膨脹系數(shù)(CTE)，并且主體部分展現(xiàn)小于15mm的翹曲值。應(yīng)當(dāng)注意的是MCPA通常小于主體部分并且沿其外圍邊緣(例如其厚度)由主體部分環(huán)繞。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，MCPA的H&(電池高度)為Hbp(主體高度)的至少約一半，換言之，H&與 Hbp的比例為至少約0.5，更優(yōu)選至少約0.4并且最優(yōu)選約至少0.3。多層光伏電池組件的高度H&與其寬度U的比例可以影響光伏器件翹曲的傾向。該比例可以選擇為減少器件翹曲的傾向。優(yōu)選地，比例Η%/Ι^為0.33以上，更優(yōu)選約0.5以上并且最優(yōu)選約1.0以上。該比例的上限是實(shí)有性。優(yōu)選地，比例Η%/Ι^為約4.0以下，更優(yōu)選約3.0以下并且最優(yōu)選約2.0以下。
[0056]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所考慮到的是如果組合物具有約5MPa至高達(dá)40MPa的模量，則優(yōu)選的是主體CTE應(yīng)當(dāng)在約50X10_6/°C至約100xl0_6/°C之間的范圍內(nèi)。還考慮到的是，如果組合物具有高于40MPa至約200MPa的模量，則優(yōu)選的主體CTE應(yīng)當(dāng)在約10X10_6/°C至約30xl(r6/°C之間的范圍內(nèi)。
[0057]在第二示例實(shí)例中，撓性低模量光伏建筑覆層部件還包括設(shè)置在主體部分上與光伏電池組件相鄰的區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)增強(qiáng)零件。增強(qiáng)零件發(fā)揮支撐光伏器件的撓性光伏電池組件的功能同時(shí)在該結(jié)構(gòu)上并防止如果當(dāng)固定至建筑結(jié)構(gòu)的同時(shí)施加壓力例如歸因于站在光伏器件上的人的斷裂或?qū)Χ鄬庸夥M件的損壞。采用增強(qiáng)結(jié)構(gòu)以提供增強(qiáng)和支撐而不需要與建筑結(jié)構(gòu)接口的實(shí)心層，從而減少光伏器件的重量和成本。優(yōu)選地，增強(qiáng)體允許水在光伏器件下流動(dòng)至建筑結(jié)構(gòu)的邊緣?？梢圆捎脠?zhí)行這些功能的任何增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，例如從主體部分向建筑結(jié)構(gòu)的凸出物，其中凸出物可以隨機(jī)或以任意圖案排列以使得獲得所述的功能。凸出物可以是連續(xù)的或間斷的。如果連續(xù)，凸出物可以是實(shí)現(xiàn)所述功能的任意圖案，例如加強(qiáng)筋的形式。加強(qiáng)筋可以在與功能一致的任何排列中提供。加強(qiáng)筋可以以平行排列提供，優(yōu)選排列為允許水流下建筑結(jié)構(gòu)。備選地，加強(qiáng)筋可以設(shè)置在不同方向上并且加強(qiáng)筋可以彼此交叉以形成圖案，例如蜂窩型的圖案。[0058]在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所考慮到的是這些增強(qiáng)零件是加強(qiáng)筋的形式，如圖5中所示。優(yōu)選的是加強(qiáng)筋具有每邊約I至4度的加強(qiáng)筋斜度，在其底部約3.3mm的加強(qiáng)筋的最大厚度和1.5mm的最小加強(qiáng)筋厚度。另外，所考慮到的是最大加強(qiáng)筋聞度為約7.0mm。
[0059]在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，加強(qiáng)筋具有至少3.8的橫向間隔與加強(qiáng)筋高度的比例，并且再更優(yōu)選，加強(qiáng)筋具有小于約30.0mm的橫向間隔(Ls)。
[0060]在第三不例實(shí)施例中，撓性低模量光伏建筑覆層部件可以如第一或第二不例實(shí)例中配置。在該實(shí)例中，主體材料200與MCPA100之間的關(guān)系可以以下式表達(dá)。所考慮到的是，在低模量范圍(5-40MPa)內(nèi)的主體材料組合物的CTE范圍通過下式確定:CTE = aX翹曲+bXE+c，其中將可接受的翹曲值設(shè)定為上限值并且之后設(shè)定為下限值并且對于每個(gè)相應(yīng)的值求解CTE并且包括多個(gè)常數(shù):a、b、c和E，此外其中常數(shù)a在約9.75至10.75的值的范圍內(nèi)，常數(shù)b在1.25至2.5的值的范圍內(nèi)，常數(shù)c在44.5至83.25的值的范圍內(nèi)，并且常數(shù)E在10.5至32.0的值的范圍內(nèi)。還考慮到的是更高范圍(高于40至200MPa)內(nèi)的主體材料組合物的CTE范圍，該CTE范圍通過下式確定:CTE = a+ (b+c X翹曲)1/2，其中將可接受的翹曲值設(shè)定為上限值并且之后設(shè)定為下限值，并且對于每個(gè)相應(yīng)的值求解CTE并且包括多個(gè)常數(shù):a、b和C，此外其中常數(shù)a在-106.0至118.0的值的范圍內(nèi)，常數(shù)b在-18550至18585的值的范圍內(nèi)，并且常數(shù)c在144.5至966.0的值的范圍內(nèi)。
[0061]除非另外聲明，本文描述的多種結(jié)構(gòu)的尺寸和幾形狀不意在是本發(fā)明的限制，并且其他尺寸或幾何形狀是可能的。復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)組件可以通過單個(gè)集成的結(jié)構(gòu)提供。備選地，單一集成的結(jié)構(gòu)可以分為分開的多個(gè)組件。此外，雖然本發(fā)明的特征可能已經(jīng)描述在僅一個(gè)所示實(shí)施方案的上下文中，但是這些特征可以與其他實(shí)施方案的一個(gè)或多個(gè)其他特征組合，用于任何給定應(yīng)用。從上面還將明白的是，本文中獨(dú)特結(jié)構(gòu)的制造及其操作也構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的方法。 [0062]已經(jīng)公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白，在本發(fā)明的教導(dǎo)下可以得到特定的修改。因此，應(yīng)當(dāng)研究以下權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真實(shí)范圍和內(nèi)容。
[0063]以上申請中的敘述的任何數(shù)值包括從下限值以一個(gè)單位的增量至上限值的所有值，條件是任何更低的值與任何更高的值之間存在至少2個(gè)單位的分離。作為實(shí)例，如果所陳述的是組分的量或工藝變量的值如例如溫度、壓力、時(shí)間等為例如，I至90，優(yōu)選20至80，更優(yōu)選30至70，意在的是值如15至85，22至68，43至51，30至32等在該說明書中明確列舉。對于小于一的值，適宜時(shí)一個(gè)單位認(rèn)為是0.0001、0.001、0.01或0.1。這些僅是具體想要的實(shí)例，并且所列舉的最低值與最高值之間的數(shù)值的所有可能組合被認(rèn)為是在本申請中以相似的方式明確地陳述。
[0064]除非另外指出，所有范圍包括兩個(gè)端點(diǎn)以及在端點(diǎn)之間的所有數(shù)。“約”或“大約”與范圍結(jié)合的使用適用于范圍的兩個(gè)端點(diǎn)。因此，“約20至30”意圖覆蓋“約20至約30”，至少包括所指定的端點(diǎn)。
[0065]包括專利申請和公布在內(nèi)的所有文章和參考文件的公開內(nèi)容通過引用用于所有目的結(jié)合在此。
[0066]用來描述組合的術(shù)語“基本上由……組成”應(yīng)當(dāng)包括所指出的要素、成分、組件或步驟，以及不實(shí)質(zhì)上影響該組合的基本并且新的特征的其他要素成分、組件或步驟。
[0067]描述要素、成分、組件或步驟的組合的術(shù)語“包含”或“包括”的使用也考慮到基本上由這些要素、成分、組件或步驟組成的實(shí)施方案。
[0068]多個(gè)要素、成分、組件或步驟可以通過單一集成的要素、成分、組件或步驟提供。備選地，單一集成的要素、成分、組件或步驟可以分為分開的多個(gè)要素、成分、組件或步驟。用來描述要素、成分、組件或步驟的“一個(gè)”或“一種”的公開不意在排出另外的要素、成分、組件或步驟。本文對于屬于特定族的元素或金屬的所有引用是指由CRC Press, Inc.，1989出版并享有版權(quán)的元素周期表。對于一個(gè)或多個(gè)族的任何引用應(yīng)當(dāng)是該元素周期表中使用用于編號族的IUPAC體系反映的一個(gè)或多個(gè)族。
【權(quán)利要求】
1.一種制品，所述制品包括: 撓性低模量光伏建筑覆層部件，所述部件包括: 撓性光伏電池組件； 主體部分，所述主體部分由主體材料組成并且連接至所述光伏電池組件的外圍邊緣段，其中所述主體部分在至少95%的沿所述外圍邊緣段的點(diǎn)上Icm內(nèi)具有至少35_2的橫截面積； 其中所述主體材料包括在-40至85°C的溫度之間具有5至200MPa的模量的組合物，所述組合物具有低于100xl0_6/°C的熱膨脹系數(shù)(CTE)，并且所述主體部分展現(xiàn)小于15mm的翹曲值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中所述撓性光伏電池組件具有電池高度并且所述主體部分具有主體高度，其中所述電池高度與所述主體高度的比例為至少0.3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制品，其中一個(gè)或多個(gè)增強(qiáng)零件設(shè)置在所述主體部分上與所述光伏電池組件相鄰的區(qū)域中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制品，其中所述一個(gè)或多個(gè)增強(qiáng)零件包括加強(qiáng)筋。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制品，其中所述加強(qiáng)筋具有至少3.8的橫向間隔與加強(qiáng)筋高度的比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制品，其中所述加強(qiáng)筋具有小于30.0mm的橫向間隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的制品，其中所述加強(qiáng)筋具有每邊約I至4度的加強(qiáng)筋斜度。
8.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制品，其中光伏電池組件具有15KPa至20KPa之間的模量。
9.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制品，其中所述主體材料的模量高于40MPa并且至多200MPa，所述熱膨脹系數(shù)(CTE)為10xl0_6/°C至30x10—7°C。
10.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制品，其中所述主體材料的模量為5至40MPa之間，并且所述熱膨脹系數(shù)(CTE)為50X10_7°C至約100X10_6/°C之間。
11.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制品，其中當(dāng)所述模量高于40MPa并且至多200MPa時(shí)所述主體材料組合物的CTE范圍通過下式確定:
CTE = a+ (b+cX 翹曲)1/2 其中將可接受的翹曲值設(shè)定為上限值并且之后設(shè)定為下限值并且對于每個(gè)相應(yīng)的值解出CTE并且包括多個(gè)常數(shù):a、b和C，此外其中常數(shù)a在-106.0至118.0的值的范圍內(nèi)，常數(shù)b在-18550至18585的值的范圍內(nèi)，并且常數(shù)c在144.5至966.0的值的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的制品，其中當(dāng)模量高于5MPa并且至多40MPa時(shí)所述主體材料組合物的CTE范圍通過下式確定: CTE = aX 翹曲 +bXE+c 其中將可接受的翹曲值設(shè)定為上限值并且之后設(shè)定為下限值，并且對于每一個(gè)相應(yīng)的值解出CTE并且包括多個(gè)常數(shù):a、b、c和E，此外其中常數(shù)a在約9.75至10.75的值的范圍內(nèi)，常數(shù)b在1.25至2.5的值的范圍內(nèi)，常數(shù)c在44.5至83.25的值的范圍內(nèi)，并且常數(shù)E在10.5至32.0的值的范圍內(nèi)。
【文檔編號】H01L31/042GK103999233SQ201280056109
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月15日
【發(fā)明者】馮捷, 基思·L·考夫曼, 楊冠豪, 劉華, 杰弗里·D·扎維沙, 里奧那多·C·洛佩斯 申請人:陶氏環(huán)球技術(shù)有限責(zé)任公司