CN102082192A - 一种太阳能电池背膜及其制备方法及太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能电池技术领域，具体公开一种太阳能电池背膜。该背膜包括依次层叠的基层、中间层和耐候层；所述基层与中间层之间胶合层压，所述耐候层涂覆在中间层上；所述基层为金属层或者镀附复合层，所述镀附复合层为聚酯膜镀附Si、AlOx或者SiOy中的一种，其中，4/3≤x≤3/2，0＜y≤2；所述中间层为聚对苯二甲酸乙二醇酯层；所述耐候层包括氟碳树脂、含氟有机聚硅氧烷、交联剂和无机填料。本发明还公开了该背膜的制备方法以及使用该背膜的太阳能电池。本发明提供的太阳能背膜，其水汽透过率低，具有很好的隔水性能；并且层与层的结合力好，避免了层与层的剥离；两者均可以有效提高电池的使用寿命。

Description

一种太阳能电池背膜及其制备方法及太阳能电池
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池背膜及其制备方法及太阳能电池。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。它是一种未来主要发展的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，其市场前景广阔。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。
太阳能电池板通常是一个叠层结构：主要包括透光层、胶层、电池片、胶层、背膜等层，依次层压而成。其中，太阳能电池背膜的主要作用是提高太阳能电池板的整体机械强度，另外可以防止水汽渗透到密封层中，影响电池片的使用寿命。所以太阳能电池背膜必须具有绝缘(耐电击穿)、耐老化、耐气候影响和耐腐蚀等特性。
目前，现有太阳能电池背膜通过多层膜热压成型方式生产。以最常用的TPT为例，它是以聚氟乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚氟乙烯(即PVF/PET/PVF)三层独立的薄膜通过胶水的粘结热压成型。
但是由于含氟聚合物一般表面能低，采用PVF与PET之间热压胶合时，对胶水配方要求苛刻，而且容易造成薄膜层与层之间的粘合强度不够，同时层与层之间容易造成气泡残留，在长时间的应用中，气体、盐雾、一些污染物会沿着薄膜的边缘向中间渗透和侵蚀，从而造成薄膜层由于胶水的老化而导致层和层之间的剥离，导致太阳能电池耐气候、耐紫外线及绝缘性的下降，从而影响太阳能电池的寿命。
并且现有的材料的水汽透过率高，经过长时间使用之后，会严重影响电池的性能，导致电池使用寿命缩短。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，现有的太阳能电池背膜水汽透过率高，层与层的结合力差，从而提供一种水汽透过率低、层与层结合力好的太阳能电池背膜。
一种太阳能电池背膜，其包括依次层叠的基层、中间层和耐候层；所述基层与中间层之间胶合层压，所述耐候层涂覆在中间层上；
所述基层为金属层或者镀附复合层，所述镀附复合层为聚酯膜上镀附Si、AlOx或者SiOy中的一种，其中，4/3≤x≤3/2，0＜y≤2；
所述中间层为聚对苯二甲酸乙二醇酯层；
所述耐候层包括氟碳树脂、含氟有机聚硅氧烷、交联剂和无机填料。
本发明的第二个目的是提供了一种上述太阳能电池背膜的制备方法。
一种太阳能背膜的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将中间层表面处理后，在中间层的一面上涂覆浆料形成涂层；所述浆料为氟碳树脂、含氟有机聚硅氧烷、无机填料、交联剂、溶剂的混合物；
(2)将涂层在50～150℃交联固化，形成耐候层；
(3)将中间层的另一面与基层层叠，然后层压胶合。
本发明的第三个目的是提供了一种太阳能电池。
一种太阳能电池，其包括依次层叠的透光层、胶层、电池片、胶层和背膜；其特征在于，所述的背膜为本发明所提供的太阳能电池背膜。
本发明所提供的太阳能电池背膜，其水汽透过率低，具有很好的隔水性能；并且层与层的结合力好，避免了层与层的剥离；两者均可以有效提高电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明太阳能电池背膜的三层结构示意图。
图2是本发明太阳能电池背膜的五层结构示意图。
具体实施方式
一种太阳能电池背膜，其包括依次层叠的基层、中间层和耐候层；所述基层与中间层之间胶合层压，所述耐候层涂覆在中间层上；
所述基层为金属层或者镀附复合层，所述镀附复合层为聚酯膜镀附Si、AlOx或者SiOy中的一种，其中，4/3≤x≤3/2，0＜y≤2；
所述中间层为聚对苯二甲酸乙二醇酯层；
所述耐候层包括氟碳树脂、含氟有机聚硅氧烷、交联剂和无机填料。
本发明优选选用依次层叠基层、中间层和耐候层的三层结构(可参见图1)，或者依次层叠耐候层、中间层、基层、中间层和耐候层的五层结构(可参见图2)。其中，图1、图2中1表示基层，2表示中间层，3表示耐候层。
其中，本发明采用金属层或者镀附复合层可以增加太阳能电池背膜的机械强度，提高水汽阻隔性能，增加与中间层的层间剥离强度。
本发明中的金属层优选铝层或者不锈钢层。
镀附复合层为聚酯膜上镀附Si、AlOx或者SiOy，其中镀附为本领域技术人员所公知的蒸镀和溅镀。
镀附复合层中的聚酯膜亦为本领域技术人员所公知的，本发明优选聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜。
本发明基层的厚度优选为100～300μm。
其中，中间层选用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层。PET具有良好的电绝缘性。
本发明中间层的厚度优选10～50μm。
其中，本发明的耐候层包含：氟碳树脂、含氟有机聚硅氧烷、交联剂、无机填料的组合物。
优选地，以耐候层的质量为基准，各组分的含量为：氟碳树脂40～60wt％、含氟有机聚硅氧烷2～20wt％、交联剂5～20wt％、无机填料20～50wt％。
耐候层中含氟有机聚硅氧烷可以选自具有以下结构的硅氧烷中的一种或几种：
Figure G200910188448XD00041
优选地，氟碳树脂选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、三氟氯乙烯-乙烯基醚树脂、三氟氯乙烯-乙烯基酯树脂、聚偏二氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟异丙烯树脂中的一种或几种。
耐候层中的交联剂为本领域技术人员所公知的交联剂。例如聚酯树脂、聚氨酯、氨基树脂、环氧树脂、脲醛树脂等。
本发明优选异氰酸酯类交联剂，如拜耳公司生产的N75、N3390，TPA-100等。
耐候层中的无机填料，可以提高耐候层的硬度、耐磨性，降低收缩率，提高稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或哑光性等。
本发明的无机填料优选选自二氧化钛、二氧化硅、硫酸钡、轻质碳酸钙中的一种或几种。其中，无机填料的平均粒径优选为10-5000nm，更优选为200～300nm。
本发明中耐候层的厚度优选为10-60μm，优选为20～40μm。
这样既可以达到太阳能电池背膜对耐老化和阻隔性能要求，又可以避免背膜龟裂现象(耐候层与其它几层的热膨胀系数不匹配容易出现龟裂现象)。同时也可以降低太阳能背膜的成本。
本发明提供的太阳能电池背膜，将耐候层直接涂覆在PET层，利用PET层与基板粘合，可采用一般的具有耐候性的胶水即可，既保证了粘结强度，提高了背板材料的性能稳定性，更进一步地降低了成本。
另一方面，本发明采用不同的基板材料，不透水性优异的Si、AlOx或SiOY蒸镀聚酯薄膜、铝和不锈钢等材料，可以更好地降低水汽透过率，提高了背板材料的安全性能。
一种太阳能背膜的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将中间层表面处理后，在中间层的一面上涂覆浆料形成涂层；所述浆料为氟碳树脂、含氟有机聚硅氧烷、无机填料、交联剂、溶剂的混合物；
(2)将涂层在50～150℃交联固化，形成耐候层；
(3)将中间层的另一面与基层层叠，然后层压胶合。
其中，表面处理的目的是去除表面杂质以及对表面改性，一般包括除油、除静电、表面电晕处理或表面等离子处理等。
除静电可以采用本领域技术人员所公知的除静电方法，例如利用台式离子风机或离子风枪扫描的方式以去除静电。
表面等离子处理亦采用本领域所公知的表面等离子处理方法。
电晕处理也为本领域技术人员所公知的。
经过表面处理后的中间层附着能力增大。
本发明中浆料的具体制备过程为：按比例称取各原料，先将氟碳树脂和含氟的有机硅氧烷溶于溶剂中，进行搅拌，搅拌速度为50～200转/分；在搅拌过程中通过添加pH值调节剂，保持pH值为7.5～10；然后加入无机填料，混合搅拌，搅拌速度为50～200转/分，搅拌时间为10～120min，最后加入交联剂，混匀得混合乳液；最后将混合乳液砂磨处理，至细度小于5μm，形成浆料。
将制好的浆料涂覆在经过表面处理的中间层的一面上，涂覆湿膜厚度为100～200μm。
步骤(2)，将涂层在50～150℃交联固化。
其中，交联固化为本领域技术人员所公知的，即将氟碳树脂分子与含氟有机聚硅氧烷分子之间交联。一般采用加热的方式。
本发明优选加热时间为1～30min。
步骤(3)将中间层的另一面与基层层叠，然后层压胶合。
层压胶合为本领域技术人员所公知的操作，一般为利用有机胶黏剂将中间层和基层粘结在一起，并层压成型。在此不作赘述。
其中，有机胶黏剂亦为本领技术人员所公知的，例如聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂等胶黏剂。
一种太阳能电池，其包括依次层叠的透光层、胶层、电池片、胶层和背膜；其中，所述的背膜本发明所提供的太阳能电池背膜。
其中，透光层、胶层、电池片均为本领域技术人员所公知的。在此不做赘述。
背膜的放置方式也为本领域技术人员所公知的，例如当太阳能电池背膜为三层膜时，其中耐候层裸露在空气中，基层与胶层接触粘合。其他不再多做赘述。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。
实施例1
①对50μm厚的PET膜依次进行除油、表面电晕处理。
将25g三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯树脂(FEVE)，10g氟硅氧烷溶于40g丙二醇甲醚中，以150转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入15g二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为100转/分，搅拌时间为20min，再加入5g三聚异腈酸酯N3375，混匀得混合乳液。将混合乳液砂磨处理，至细度小于5μm，形成浆料。
将制好的浆料用涂布机涂覆在经过表面处理PET材料的一面上，涂覆湿膜厚度为100μm。
②再将涂覆好的PET放入加热炉中加热，在80℃下加热30min，形成耐候层。
③取表面蒸镀Si(Si层厚2μm)的PEN膜作为基层，基层厚250μm。用涂布机在蒸镀层表面上涂覆环氧树脂溶液，然后放入干燥箱中干燥，以使环氧树脂溶液中的溶剂挥发。
将中间层的另一面与基层层叠，即按照从上到下依次为：耐候层/中间层/基层的方式层叠，放入压塑机中热压复合。
制得太阳能电池背膜，记作A1。
实施例2
①对50μm厚的PET膜依次进行除油、表面电晕处理。
将25g三氟氯乙烯-乙烯乙烯基醚树脂(FEVE)，8g氟硅氧烷溶于40g乙酸丁酯中，以150转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入15g二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为100转/分，搅拌时间为30min，再加入6gTPA-100，混匀得混合乳液。将混合乳液砂磨处理，至细度小于5μm，形成浆料。
将制好的浆料用涂布机涂覆在经过表面处理PET材料的一面上，涂覆湿膜厚度为80μm。
②再将涂覆好的PET放入加热炉中加热，在80℃下加热30min。
③取两面蒸镀Si(Si层厚2μm)的PEN膜作为基层，基层厚210μm。用涂布机在基层层两面上均涂覆环氧树脂溶液，然后放入干燥箱中干燥，以使环氧树脂溶液中的溶剂挥发。
将基层与2个中间层的另一面层叠，即按照从上到下依次为：耐候层/中间层/基层/中间层/耐候层的方式层叠，放入压塑机中热压复合。
所得太阳能电池背膜，记作A2。
实施例3
①对50μm厚的PET膜依次进行除油、表面电晕处理。
将25g三氟氯乙烯-乙烯乙烯基醚树脂(FEVE)，5g氟硅氧烷溶于40g乙酸丁酯中，以150转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入15g二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为100转/分，搅拌时间为20min，再加入5g N75，混匀得混合乳液。将混合乳液砂磨处理，至细度小于5μm，形成浆料。
将制好的浆料用涂布机涂覆在经过表面处理PET材料的一面上，涂覆湿膜厚度为100μm。
②再将涂覆好的PET放入加热炉中加热，在80℃下加热30min。
③用涂布机在不锈钢箔基层(200μm)两面上均涂覆环氧树脂溶液，然后放入干燥箱中干燥，以使环氧树脂溶液中的溶剂挥发。
将基层与2个中间层的另一面层叠，即按照从上到下依次为：耐候层/中间层/基层/中间层/耐候层的方式层叠，放入压塑机中热压复合。
所得太阳能电池背膜，记作A3。
实施例4
①对30μm厚的PET膜依次进行除油、表面电晕处理。
将40g三氟氯乙烯-乙烯乙烯基醚树脂(FEVE)，10g氟硅氧烷溶于40g乙酸丁酯中，以150转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入15g二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为100转/分，搅拌时间为20min，再加入9g多异腈酸酯，混匀得混合乳液。将混合乳液砂磨处理，至细度小于5μm，形成浆料。
将制好的浆料用涂布机涂覆在经过表面处理PET材料的一面上，涂覆湿膜厚度为100μm。
②再将涂覆好的PET放入加热炉中加热，在80℃下加热30min。
③取两面蒸镀Si(Si层厚2μm)的PEN膜作为基层，基层厚300μm。用涂布机在基层上涂覆聚氨酯溶液，然后放入干燥箱中干燥，以使聚氨酯溶液中的溶剂挥发。
将基层与2个中间层的另一面层叠，即按照从上到下依次为：耐候层/中间层/基层/中间层/耐候层的方式层叠，放入压塑机中热压复合。
所得太阳能电池背膜，记作A4。
实施例5
①对50μm厚的PET膜依次进行除油、表面电晕处理。
将25g三氟氯乙烯-乙烯乙烯基醚树脂(FEVE)，10g氟硅氧烷溶于40g乙酸丁酯中，以150转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入15g二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为100转/分，搅拌时间为20min，获得混合乳液，再加入6g多异腈酸酯。将混合乳液砂磨处理，至细度小于5μm，形成浆料。
将制好的浆料用涂布机涂覆在经过表面处理PET材料的一面上，涂覆湿膜厚度为100μm。
②再将涂覆好的PET放入加热炉中加热，在80℃下加热30min。
③取两面蒸镀SiO2(SiO2层厚2μm)的PEN膜作为基层，基层厚250μm。用涂布机在基层上涂覆环氧树脂溶液，然后放入干燥箱中干燥，以使环氧树脂溶液中的溶剂挥发。
将基层与2个中间层的另一面层叠，即按照从上到下依次为：耐候层/中间层/基层/中间层/耐候层的方式层叠，放入压塑机中热压复合。
所得太阳能电池背膜，记作A5。
对比例1
将两张厚度为30μm的聚偏氟乙烯(PVF)膜分别单面电晕处理。
用涂布器在两张经过处理后的PVF薄膜处理层表面涂覆环氧树脂溶液，将覆有环氧树脂的PVF薄膜，放入干燥箱，干燥温度80度，干燥时间1h，以使环氧树脂中的溶剂挥发，将覆有环氧树脂的PVF膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)、覆有环氧树脂的PVF膜依次叠放，其中环氧树脂层位于PVF膜和PET膜之间，将叠放好的PVF/PET/PVF三层膜放入压塑机热压复合，得到总厚度为340μm的样品TPT。
记作AC1。
性能测试：
水汽透过率测试：按ASTM F-1249进行，测试参数：温度38℃，湿度：90％，时间24h。结果见表1。
附着力测试：用百格网在涂覆表面层划100个1毫米×1毫米的正方形格，用美国3M公司生产的型号为600的透明胶带平整粘结在方格上，不留一丝空隙，然后以最快速度垂直揭起，观察划痕边缘处有无脱落。如脱落量在0～5面积％之间为5B，在5～10面积％之间为4B，在10～20面积％之间为3B，在20～30面积％之间为2B，在30～50面积％之间为B，在50面积％以上为0B，测试结果见表1。
机械强度以及断裂伸长率测试：按照ASTM D-882标准进行，将待测材料制成10mm×150mm大小的矩形样品，在温度为20+2℃，湿度为65±5％的条件下，以50mm/min的速度进行拉伸。测其机械强度以及断裂伸长率。结果见表1。
层间剥离强度测试：
按照IPC-TM650标准进行，将材料按照测试要求制作成一定形状尺寸的样品(2.5cm*20cm)。试样自由端剥开一定长度，试样夹持，以角度为180°，速度为0.2m/min，有效剥离长度为12.5cm，测试其剥离强度。结果见表1。
表1
样品   厚度(μm) 涂层附着力   水汽透过率(g/m2.d)   层间剥离强度(N/cm) 机械强度(N/cm)   断裂伸长率(％)
  A1   350   5B   1.3   9   400   80
  A2   390   5B   0.5   8   350   100
  A3   410   5B   0.1   8   400   50
  A4   420   5B   0.6   12   344   100
  A5   460   5B   0.3   13   370   70
  AC1   340   3B   2.5   6   350   115
从表1可以看出，本发明实施例1-5的太阳能电池背膜的水汽透过率有了大幅的降低，表明太阳能电池背膜的隔水性优异，从而可以延长太阳能电池的寿命。另外，还以看出其表层的附着力有了明显的提高。层间剥离强度、机械强度以及断裂伸长率基本与对比例保持相同水平，可以满足太阳能电池的需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池背膜，其包括依次层叠的基层、中间层和耐候层；所述基层与中间层之间胶合层压，所述耐候层涂覆在中间层上；
所述基层为金属层或者镀附复合层，所述镀附复合层为聚酯膜上镀附Si、AlOx或者SiOy中的一种，其中，4/3≤x≤3/2，0＜y≤2；
所述中间层为聚对苯二甲酸乙二醇酯层；
所述耐候层包括氟碳树脂、含氟有机聚硅氧烷、交联剂和无机填料。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜，其特征在于：所述太阳能电池背膜为依次层叠的耐候层、中间层、基层、中间层、耐候层的五层结构。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜，其特征在于：所述中间层的厚度为10～50μm。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜，其特征在于：所述耐候层的厚度为10～60μm。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜，其特征在于：所述基层的厚度为100～300μm。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜，其特征在于：所述耐候层包括如下组分，以重量百分比表示：氟碳树脂40～60wt％、含氟有机聚硅氧烷2～20wt％、交联剂5～20wt％、无机填料20～50wt％。
7.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜，其特征在于：所述氟碳树脂选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、三氟氯乙烯-乙烯基醚树脂、三氟氯乙烯-乙烯基酯树脂、聚偏二氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟异丙烯树脂中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜，其特征在于：所述含氟有机聚硅氧烷选自具有以下结构的硅氧烷中的一种或几种：
Figure F200910188448XC00021
Figure F200910188448XC00022
Figure F200910188448XC00031
9.一种权利要求1所述的太阳能电池背膜的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将中间层表面处理后，在中间层的一面上涂覆浆料形成涂层；所述浆料为氟碳树脂、含氟有机聚硅氧烷、无机填料、交联剂、溶剂的混合物；
(2)将涂层在50～150℃交联固化，形成耐候层；
(3)将中间层的另一面与基层层叠，然后层压胶合。
10.一种太阳能电池，其包括依次层叠的透光层、胶层、电池片、胶层和背膜；其特征在于，所述的背膜为权利要求1～8所述的太阳能电池背膜。
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