CN102501514A - 一种太阳能电池背板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能光伏电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池背板及其制备方法。为了解决现有太阳能电池背板使用年限较短的技术问题，进一步延长太阳能电池背板的使用年限，本发明提供了一种太阳能电池背板，该太阳能电池背板依次包括耐候层、结构增强层和耐候层，所述结构增强层和耐候层之间通过粘结层粘结固定。本发明提供的太阳能电池背板的结构简单、材料易得、性能优异，完全符合太阳能电池背板的使用要求。本发明还提供了一种太阳能电池背板的制备方法，该制备方法生产工艺简单，易于操作。

Description

一种太阳能电池背板及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能光伏电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池背板及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种绿色环保、取之不尽的能源是替代传统火力发电的最佳选择。由于太阳能电池需长期暴露在室外使用，所以光伏组件中的电池片必须要加以保护，以防止大气中水汽、氧气、紫外线等环境因素的影响和破坏。因此，需要在电池片的下端加一层背板来保护电池片。

国内外对太阳能电池背板的研究主要包括以下这几种：

1、通过PET聚酯薄膜和上下两层耐候层复合形成三明治结构来提高整个背板耐候性和阻隔性。其代表是奥地利依索沃尔塔(Isovolta)公司的TPT背板，其中T是杜邦公司研发生产的聚氟乙烯薄膜(Tedlar薄膜)。Tedlar薄膜作为耐候层包覆中间一层PET聚酯薄膜复合而成。

2、由于氟材料的价格较为昂贵，所以为节省成本，美国Madico公司研制开发出了的TPE太阳能电池背板。其结构和TPT基本一样，还是ABA三明治结构，但是采用乙烯-醋酸乙烯共聚(EVA)代替TPT中的内层耐候氟材料层。

3、和TPT类似的还有KPK太阳能电池背板。该背板也是采用三明治结构，通过3层复合来提高背板性能。其中K是法国阿科玛公司研发生产的Kynar膜，即PVDF聚偏氟二乙烯膜，中间包覆的也是PET聚酯薄膜。

从以上三种背板中可以看出，无论背板的结构怎么改变，其结构增强层用的都是PET聚酯。在性能上，PET聚酯的拉伸强度可达到152MPa，介电强度也有16.9kv/mm，可见PET突出的力学稳定性和良好电气绝缘性是太阳能电池背板长期户外使用的有力保障。即便如此，用PET做结构增强层的背板的使用年限理论上仅为25年。所以，寻找一种结构稳定性更好，力学强度更大，电气绝缘性更优异的背板基膜是很有必要的。

发明内容

为了解决现有太阳能电池背板(又称太阳能背板)使用年限较短的技术问题，进一步延长太阳能电池背板的使用年限，本发明提供了一种太阳能电池背板及其制备方法。本发明提供的太阳能电池背板的结构简单、材料易得、性能优异，完全符合太阳能电池背板的使用要求。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种太阳能电池背板，它的特点是，所述太阳能电池背板依次包括耐候层、结构增强层(也可称为基膜或基材)和耐候层，所述结构增强层和耐候层之间通过粘结层粘结固定。所述结构增强层材料可以是热塑性均苯聚酰亚胺，所述耐候层材料可以是聚偏氟乙烯。

进一步的，所述耐候层的厚度为10-30μm，所述结构增强层的厚度为150-300μm，所述粘结层的厚度为5-20μm。

进一步的，所述耐候层的厚度为15-25μm，所述结构增强层的厚度为180-250μm，所述粘结层的厚度为8-15μm。

进一步的，所述耐候层为氟材料层，所述结构增强层为聚酰亚胺薄膜。

进一步的，所述氟材料层的材料包括聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、氟乙烯(四氟乙烯或三氟乙烯)和乙烯基醚共聚物中的一种或至少两种的组合，所述聚酰亚胺薄膜的材料包括热固性聚酰亚胺，热塑性聚酰亚胺，聚酰胺酰亚胺，不溶、不熔性聚酰胺酰亚胺，可溶性聚酰亚胺或低温固化聚酰亚胺中的一种或至少两种的组合。

所述氟材料层优选聚偏氟乙烯(PVDF)。所述聚酰亚胺(PI)优选热塑性均苯聚酰亚胺。更佳的，所述热塑性均苯聚酰亚胺为双向拉伸热塑性均苯聚酰亚胺。其重均分子量为20000，特性粘度为0.65dl/g，玻璃化温度200℃-400℃，熔点为228℃。

进一步的，所述粘结层材料为瞬干粘结剂、厌氧粘结剂、压敏粘结剂、热熔粘结剂、热固性树脂粘结剂、乳液与乳胶型粘结剂以及耐高温粘结剂中的一种或至少两种的组合。

优选聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯或环氧树脂中的一种或至少两种以上的组合。

进一步的，所述耐候层的厚度为10-20μm，所述结构增强层的厚度为150-230μm，所述粘结层的厚度为5-12μm。

进一步的，所述耐候层的厚度为20-30μm，所述结构增强层的厚度为230-300μm，所述粘结层的厚度为12-20μm。

本发明还提供一种太阳能电池背板的制备方法，它的特点是，所述制备方法包括下述步骤：

(1)将所述结构增强层的原材料通过双向拉伸工艺制成薄膜，即得到结构增强层；

(2)步骤(1)制得的结构增强层的上表面和下表面分别涂布上粘结剂，加热固化，使其交联度达到60％-80％；

(3)在140℃的温度下，把耐候层粘结在步骤(2)所得的产物的上表面和下表面，即得太阳能电池背板。

本发明还提供一种太阳能电池，它的特点是，所述太阳能电池包括上述的太阳能电池背板。

本发明还提供一种太阳能电池，它的特点是，所述太阳能电池包括的背板由上述制备方法制得。

聚酰亚胺(PI)是一种综合性能非常优秀的工程塑料，在力学性能上未填充的PI塑料的拉伸强度可达到100MPa以上，杜邦生产的均苯型聚酰亚胺(Kapton)可达到170MPa，联苯型聚酰亚胺(Upilex S)能达到400MPa左右。在热学性能方面，PI的最高能耐温400℃以上，最低在-269℃的液态氦中也不会发生脆裂现象。PI的介电强度可达到100-300KV/mm。由此可见，无论在力学性能，热学性能还是电气绝缘性能上，PI比PET的性能更好，所以更适合做太阳能电池背板的结构增强层。本发明提供的上述太阳能电池背板在温度为85℃，湿度为85％的环境下进行老化试验，静置试验2000小时之后，背板没有出现明显黄变、气泡、翘曲等现象。上述老化试验结果说明，用PI做基膜的太阳能电池背板使用年限在理论上可以达到40年之久。

与现有技术相比，本发明提供的太阳能电池背板的力学性能和热学性能稳定，耐阻隔性突出，层与层之间的结合较牢固，背板结构较稳定，可用于支撑保护太阳能电池片；并且由于聚酰亚胺超强的力学性能，稳定的耐高低温性能以及优异的绝缘性能，本发明提供的太阳能电池背板的使用年限在理论上可以达到40年之久。本发明提供的太阳能电池背板的制备方法，生产工艺简单，易于操作。本发明提供的太阳能电池使用寿命较长。

附图说明

图1为本发明提供的太阳能电池背板的剖面示意图；

其中，1为耐候层，2为结构增强层，3为粘结层。

具体实施方式

本发明所用材料和设备为现有的材料和设备。例如，双向拉伸的设备和热固化设备均为现有设备；聚氟乙烯、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯或三氟乙烯和乙烯基醚共聚物以及热固性聚酰亚胺，热塑性聚酰亚胺，聚酰胺酰亚胺，不溶、不熔性聚酰胺酰亚胺，可溶性聚酰亚胺或低温固化聚酰亚胺均为市场上常见的产品；瞬干粘结剂、厌氧粘结剂、压敏粘结剂、热熔粘结剂、热固性树脂粘结剂、乳液与乳胶型粘结剂以及耐高温粘结剂均为常用粘结剂，所述粘结剂包括可从市场上购得的聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯和环氧树脂。

本发明提供的太阳能电池背板的制备方法包括下述步骤：

(1)将所述结构增强层的原材料通过双向拉伸工艺制成薄膜，即得到结构增强层；

(2)将步骤(1)制得的结构增强层的上表面和下表面分别涂布上粘结剂，在130℃的恒温条件下热固化30min，使其交联度达到60％-80％；

(3)在140℃的温度下，把耐候层(氟材料层)粘结在步骤(2)所得的产物的上表面和下表面，即得太阳能电池背板。

如图1所示，本发明提供的太阳能电池背板，包括耐候层1、结构增强层2，所述耐候层1和结构增强层2之间通过粘结层3粘结固定。

实施例1：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层PVDF的厚度为10μm；结构增强层材料为聚酰亚胺，厚度为150μm；粘结层的厚度为5μm。所得背板的相关性能见表1。

实施例2：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层PVDF的厚度为20μm；结构增强层材料为聚酰亚胺，厚度为200μm；粘结层的厚度为10μm。所得背板的相关性能见表1。

实施例3：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层PVDF的厚度为25μm；结构增强层材料为聚酰亚胺，厚度为250μm；粘结层的厚度为15μm。所得背板的相关性能见表1。

实施例4：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层PVDF的厚度为30μm；结构增强层材料为聚酰亚胺，厚度为300μm；粘结层的厚度为20μm。所得背板的相关性能见表1。

比较例1苏州赛伍应用技术有限公司生产的KPK；

比较例2浙江省平湖市华源光伏材料有限公司生产的HY-FTF。

表1

注：表1至表5中，MD为纵向，TD为横向。

实施例5：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为PVDF，厚度为20μm；结构增强层材料为热固性聚酰亚胺，厚度为230μm；粘结层材料为聚丙烯酸酯，厚度为12μm。所得背板的相关性能见表2。

实施例6：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为聚氟乙烯，厚度为15μm；结构增强层材料为聚酰胺酰亚胺，厚度为180μm；粘结层材料为聚氨酯，厚度为8μm。所得背板的相关性能见表2。

实施例7：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为乙烯-三氟氯乙烯共聚物，厚度为20μm；结构增强层材料为不溶、不熔性聚酰胺酰亚胺，厚度为210μm；粘结层材料为环氧树脂，厚度为13μm。所得背板的相关性能见表2。

实施例8：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为PVDF，厚度为15μm；结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺，厚度为200μm；粘结层材料为聚醋酸乙烯酯，厚度为10μm。所得背板的相关性能见表2。

实施例9：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为乙烯-四氟乙烯共聚物，厚度为25μm；结构增强层材料为可溶性聚酰亚胺，厚度为280μm；粘结层材料为环氧树脂，厚度为18μm。所得背板的相关性能见表2。

实施例10：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为聚氟乙烯，厚度为12μm；结构增强层材料为可溶性聚酰亚胺，厚度为270μm；粘结层材料为聚丙烯酸酯，厚度为8μm。所得背板的相关性能见表2。

表2

实施例11：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为三氟乙烯和乙烯基醚共聚物，厚度为18μm；结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺，厚度为180μm；粘结层材料为环氧树脂，厚度为15μm。所得背板的相关性能见表3。

实施例12：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，厚度为23μm；结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺，厚度为180μm；粘结层材料为聚氨酯，厚度为18μm。所得背板的相关性能见表3。

实施例13：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为三氟乙烯与乙烯基醚共聚物，厚度为25μm；结构增强层材料为低温固化聚酰亚胺，厚度为200μm；粘结层材料为聚丙烯酸酯，厚度为20μm。所得背板的相关性能见表3。

实施例14：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为聚四氟乙烯，厚度为30μm；结构增强层材料为聚酰胺酰亚胺，厚度为150μm；粘结层材料为聚醋酸乙烯酯，厚度为5μm。所得背板的相关性能见表3。

实施例15：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为PVDF，厚度为10μm；结构增强层材料为低温固化聚酰亚胺，厚度为300μm；粘结层材料为聚氨酯，厚度为15μm。所得背板的相关性能见表3。

实施例16：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为PVDF，厚度为25μm；结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺，厚度为150μm；粘结层材料为聚醋酸乙烯酯，厚度为20μm。所得背板的相关性能见表3。

表3

实施例17：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为聚氟乙烯，厚度为10μm；结构增强层材料为热固性聚酰亚胺，厚度为150μm；粘结层材料为环氧树脂，厚度为5μm。所得背板的相关性能见表4。

实施例18：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，厚度为20μm；结构增强层材料为可溶性聚酰亚胺，厚度为230μm；粘结层材料为聚氨酯，厚度为12μm。所得背板的相关性能见表4。

实施例19：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为四氟乙烯与乙烯基醚共聚物，厚度为15μm；结构增强层材料为低温固化聚酰亚胺，厚度为190μm；粘结层材料为聚丙烯酸酯，厚度为9μm。所得背板的相关性能见表4。

实施例20：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为聚四氟乙烯，厚度为18μm；结构增强层材料为不溶、不熔性聚酰胺酰亚胺，厚度为210μm；粘结层材料为聚醋酸乙烯酯，厚度为12μm。所得背板的相关性能见表4。

实施例21：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为乙烯-三氟氯乙烯共聚物，厚度为14μm；结构增强层材料为低温固化聚酰亚胺，厚度为220μm；粘结层材料为聚氨酯，厚度为9μm。所得背板的相关性能见表4。

实施例22：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为PVDF，厚度为22μm；结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺，厚度为195μm；粘结层材料为聚醋酸乙烯酯，厚度为12μm。所得背板的相关性能见表4。

表4

实施例23：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为聚氟乙烯，厚度为20μm；结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺，厚度为230μm；粘结层材料为环氧树脂，厚度为12μm。所得背板的相关性能见表5。

实施例24：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，厚度为30μm；结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺，厚度为300μm；粘结层材料为聚氨酯，厚度为20μm。所得背板的相关性能见表5。

实施例25：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为三氟乙烯与乙烯基醚共聚物，厚度为25μm；结构增强层材料为低温固化聚酰亚胺，厚度为270μm；粘结层材料为聚丙烯酸酯，厚度为16μm。所得背板的相关性能见表5。

实施例26：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为聚四氟乙烯，厚度为24μm；结构增强层材料为聚酰胺酰亚胺，厚度为210μm；粘结层材料为聚醋酸乙烯酯，厚度为13μm。所得背板的相关性能见表5。

实施例27：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为PVDF和聚四氟乙烯的混合物(PVDF和聚四氟乙烯的重量比为1：1)，厚度为26μm；结构增强层材料为低温固化聚酰亚胺，厚度为260μm；粘结层材料为聚氨酯和聚醋酸乙烯酯的混合物(聚氨酯和聚醋酸乙烯酯的重量比为1：1)，厚度为18μm。所得背板的相关性能见表5。

实施例28：

按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层材料为PVDF，厚度为25μm；结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺与低温固化聚酰亚胺的混合物(热塑性均苯聚酰亚胺与低温固化聚酰亚胺的重量比为1∶1)，厚度为290μm；粘结层材料为聚醋酸乙烯酯，厚度为19μm。所得背板的相关性能见表5。

表5

由表1-表5的实验数据可以得出，本发明提供的太阳能电池背板的力学性能，热学性能稳定，层与层之间的粘结较牢固，可以广泛应用于太阳能电池领域。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化与修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能电池背板，其特征在于，所述太阳能电池背板依次包括耐候层、结构增强层和耐候层，所述结构增强层和耐候层之间通过粘结层粘结固定。

2.一种如权利要求1所述太阳能电池背板，其特征在于，所述耐候层的厚度为10-30μm，所述结构增强层的厚度为150-300μm，所述粘结层的厚度为5-20μm。

3.一种如权利要求1所述太阳能电池背板，其特征在于，所述耐候层的厚度为15-25μm，所述结构增强层的厚度为180-250μm，所述粘结层的厚度为8-15μm。

4.一种如权利要求1所述太阳能电池背板，其特征在于，所述耐候层为氟材料层，所述结构增强层为聚酰亚胺薄膜。

5.一种如权利要求4所述太阳能电池背板，其特征在于，所述氟材料层的材料包括聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、氟乙烯(四氟乙烯或三氟乙烯)和乙烯基醚共聚物中的一种或至少两种的组合，所述聚酰亚胺薄膜的材料包括热固性聚酰亚胺，热塑性聚酰亚胺，聚酰胺酰亚胺，不溶、不熔性聚酰胺酰亚胺，可溶性聚酰亚胺或低温固化聚酰亚胺中的一种或两种以上的组合。

6.一种如权利要求4所述太阳能电池背板，其特征在于，所述粘结层材料为瞬干粘结剂、厌氧粘结剂、压敏粘结剂、热熔粘结剂、热固性树脂粘结剂、乳液与乳胶型粘结剂以及耐高温粘结剂中的一种或至少两种的组合。

7.一种如权利要求1所述太阳能电池背板，其特征在于，所述结构增强层材料为热塑性均苯聚酰亚胺，所述耐候层材料为聚偏氟乙烯。

8.一种如权利要求1-7之一所述太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下述步骤：

(1)将所述结构增强层的原材料通过双向拉伸工艺制成薄膜，即得到结构增强层；

(2)步骤(1)制得的结构增强层的上表面和下表面分别涂布上粘结剂，加热固化，使其交联度达到60％-80％；

(3)把耐候层粘结在步骤(2)所得的产物的上表面和下表面，即得太阳能电池背板。

9.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括权利要求1-7之一所述的太阳能电池背板。

10.一种太阳能电池，包括太阳能电池背板，其特征在于，所述太阳能电池背板的制备方法如权利要求8所述。

Images