CN103208549A

CN103208549A - 一种太阳能电池组件背膜材料

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Publication number: CN103208549A
Application number: CN2013100847723A
Authority: CN
Inventors: 侯宏兵; 杨楚峰; 周光大; 林国铖
Original assignee: SUZHOU FOSTER PV MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SUZHOU FOSTER PV MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2013-03-15
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2033-03-15
Also published as: CN103208549B

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池组件背膜材料，由外表面耐候层、中间层及内表面封装层构成；其中所述外表面耐候层为含氟薄膜或含氟涂层，所述中间层由玻璃纤维改性聚酯层和聚酰胺层共挤得到，所述内表面封装层为以醋酸乙烯酯-乙烯共聚物等为主体树脂制成的封装胶膜；本发明的有益效果主要体现在：本发明高性能背膜通过对中间层进行改进，用于太阳能电池组件中背侧的封装保护，与普通的一体化背膜材料（EVA+PET+氟膜）相比，本发明力学强度更高，阻湿阻气性能更好，耐候性能更优。

Description

一种太阳能电池组件背膜材料

（一）技术领域

本发明涉及一种高性能太阳能电池组件背膜材料。

（二）背景技术

太阳能电池组件作为将光能转化为电能的设备，越来越受到重视，目前应用最为广泛的晶硅电池组件，其结构是将透明前基板玻璃、EVA胶膜、电池片阵列、EVA胶膜、后基板背板按重上到下顺序进行叠层，然后送入层压机高温层压。

由于太阳能电池组件通常安装在室外支架或建筑物顶部，且能在各种自然条件下保持长期的使用寿命，所以，作为后基板保护和支撑材料的背板要求力学性能好、耐候性好、阻隔性强，能在长期环境侵蚀下保持一定的力学强度及水汽阻隔性能。

传统的背板一般为3层结构，外层含氟膜（PVF、PVDF）具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为PET薄膜具有良好的力学强度，内层含氟膜（PVF、PVDF）需经表面处理和EVA具有良好的粘接性能。这种背板与EVA胶膜结合使用，构成背面封装保护层。双层的含氟膜结构背板虽然耐候性很好，但成本高，其水汽阻隔能力和力学强度也有待改善，长期户外环境侵蚀下，水汽进入导致背板破损开裂，严重影响组件的发电功率。近年来，光伏组件封装材料的革新中，将电池片背面EVA胶膜及背板材料进行一体化改进，去掉内层含氟膜，将EVA胶膜直接粘接在PET膜上，同时对外层氟材料进行强化，组成（EVA+PET+氟膜）的一体化材料。这种材料可节省不少成本，但其耐候性能有一定程度下降。

（三）发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能电池组件用的高性能背膜材料，这种背膜材料在传统的（EVA+PET+氟膜）一体化材料的基础上进行了强化，使其力学强度更好、绝缘性能好、阻湿性能更优越，在太阳能电池组件中可以起到保护和封装电池片的双重作用。

本发明采用的技术方案是：

一种太阳能电池组件背膜材料，由外表面耐候层、中间层及内表面封装层构成；

所述外表面耐候层为含氟薄膜或含氟涂层、厚度为5～50微米；

所述中间层由玻璃纤维改性聚酯层和聚酰胺层共挤得到：

所述玻璃纤维改性聚酯层由聚酯、玻璃纤维、聚乙二醇以100：1～15：0.5～3质量比共混挤出得到、厚度为50～200微米；所述聚酯为下列之一或其中两种以上的混合物：聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚对苯二甲酸二烯丙脂（PDAP）、聚对羟基苯甲酸脂（PHB）；其中玻璃纤维为二氧化硅（SiO₂）、氧化铝（Al₂O₃）、氧化钙（CaO）、氧化硼（B₂O₃）、氧化镁（MgO）、氧化纳（Na₂O）等中的一种或几种，无碱玻璃纤维抗拉强度高、绝缘性能好，防腐、防潮、抗震，主要作为增强材料提高聚酯的力学强度，使之成为优良的结构用材，同时还可提高聚酯的阻湿性能及绝缘性能；聚乙二醇（PEG）作为相容剂，使玻璃纤维与聚酯均匀共混挤出。玻璃纤维强化后的聚酯膜，具有极好的力学强度及抗冲击性能，同时具有优良的阻湿性能及绝缘性能。

所述聚酰胺层厚度为10～100微米；所述聚酰胺为下列之一或其中两种以上的混合物：聚十二内酰胺（PA12）、聚十二酰十二胺（PA1212）、聚十一内酰胺（PA11）、聚葵二酰葵二胺（PA1010）、聚癸二酰己二胺（PA610）、聚十二二酰己二胺（PA612）；

所述内表面封装层为以醋酸乙烯酯-乙烯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛、聚丁二酸二乙酯为主体树脂制成的封装胶膜、厚度为100～800微米。

本发明关键在于中间层的改进，外表面耐候层和内表面封装层均为现有已知常见的材料，本领域普通技术人员可根据常识进行选择。

耐候层采用含氟薄膜或含氟涂料，能够保证背膜足够长的使用寿命，它可以为含氟薄膜复合在中间层聚酯膜上；也可以由含氟涂料涂制在中间层聚酯膜上。含氟薄膜可以选自聚四氟乙烯（PTFE）、聚全氟乙丙烯（FEP）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚氟乙烯（PVF）、四氟乙烯与乙烯共聚物（ETFE）和四氟乙烯—全氟烷氧基乙烯基醚共聚物（PFA）等。含氟涂料可以选自偏氟乙烯（PVDF）涂料、三氟型（FEVE）涂料、四氟型（FEP）涂料，三氟型涂料树脂为氟乙烯-乙烯基醚（酯）共聚物，如三氟氯乙烯与烷基乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯与烷基乙烯基酯共聚物；四氟型涂料树脂为四氟乙烯与烷基乙烯基醚共聚物或四氟乙烯与烷基乙烯基酯共聚物；优选为三氟氯乙烯共聚物。

内表面封装层熔融涂覆在中间层聚酰胺上，封装层除了主体树脂，还含有交联固化剂、紫外吸收剂、光稳定剂、及遮光填料（如钛白粉、炭黑）等。该层EVA具有封装功能和耐老化的性能，并能够阻挡太阳光照射到粘结层上，避免其黄变。

所述交联固化剂为常规用于封装胶膜的交联固化剂，可为下列中的一种或多种：2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)-己烷、邻,邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯、邻,邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯、邻,邻-叔戊基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯、3,3-双（叔戊基过氧）丁酸乙酯、3,3-双（叔丁基过氧）丁酸乙酯、1,1-双（叔丁基过氧）丁烷、1,1-双（叔丁基过氧）-环己烷、正丁基4，4-二（过氧化叔丁基）戊酸酯、1,1-双（叔丁基过氧）-3,3,5-三甲基环己烷、2.2-二（过氧化叔丁基）丁烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化二叔戊基、过氧化2,5-二甲基己烷-2,5-二叔丁基过氧化物或2,5-二甲基-2,5-双(苯甲酰过氧)-己烷；优选为过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯或过氧化二叔戊基。

所述紫外吸收剂为常规用于封装胶膜的紫外吸收剂，可为下列中的一种或多种：2,2’-(1,4-亚苯基)双(4H-3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2,2’-双(3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2,2’-四亚甲基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2,2’-十亚甲基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2,2’-对亚苯基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2,2’-间亚甲基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮)、1,3,5-三(3,1-苯并噁嗪-4-酮-2-基)苯、2,4,6-三(3,1-苯并噁嗪-4-酮-2-基)萘、2,8-二甲基-4H,6H-苯并(1,2-d;5,4-d’)双(1,3)-噁嗪-4,6-二酮、6’,6-磺酰基双（2-甲基-4H,3,1-苯并噁嗪-4-酮）、6,7’-亚甲基双(2-甲基-4H,3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-n-辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-2’-羧基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-苯甲酰基氧基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2-羟基-5-氯二苯甲酮、双-(2-甲氧基-4-羟基-5-苯甲酰基苯基)甲烷、2-(2’-羟基苯基)苯并***、2-(2’-羟基-5-甲基苯基)苯并***、2-(2’-羟基-5-甲基苯基)-5-羧酸丁基酯苯并***、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)-5,6-二氯苯并***、2-(2’-羟基-5-甲基苯基)-5-乙基磺酰苯并***、2-(2’-羟基-5’-叔丁基苯基)-5-氯苯并***、2-(2’-羟基-5’-叔丁基苯基)苯并***、2-(2’-羟基-5’-氨苯基)苯并***、2-(2’-羟基-3’,5’-二甲基苯基)苯并***、2-(2’-甲基-4’-羟基苯基)苯并***、2-(2’-羟基-5-羧酸苯基)苯并***乙基酯、2-(2’-羟基-3’甲基-5’-叔丁基苯基)苯并***、2-(2’-十八烷基氧基-3’,5’-二甲基苯基)-5-甲基苯并***、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯苯并***、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并***、2-(2’-羟基-5’-甲氧基苯基)苯并***、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯苯并***、2-(2’-羟基-5’-环己基苯基)苯并***、2-(2’-羟基-4’,5’-二甲基苯基)-5-羧酸苯并***丁基酯、2-(2’-羟基-3’,5’-二氯苯基)苯并***、2-(2’-羟基-4’,5’-二氯苯基)苯并***、2-(2’-羟基-3’,5’-二甲基苯基)-5-乙基磺酰苯并***、2-(2’-羟基-4’-辛氧基苯基)苯并***、2-(2’-羟基-5’-甲氧基苯基)-5-甲基苯并***、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)-5-羧酸酯苯并***、2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并***或2-(2’-乙酰氧基-5’-甲基苯基)苯并***。优选为2-羟基-4-苯甲酰基氧基二苯甲酮或2-(2’-羟基-4’,5’-二甲基苯基)-5-羧酸苯并***丁基酯。

所述光稳定剂为常规用于封装胶膜的光稳定剂，可为下列中的一种或多种：癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、2,4-二氯-6-(4-吗啉基)-1,3,5-三嗪、双-1-癸烷氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-醇癸二酸酯、丁二酸和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物、N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(4-吗啉基)-1,3,5-三嗪的聚合物、N,N’-双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和吗啉-2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的聚合物、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯/甲基-1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯复配物或丁二酸与（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇）的聚合物。优选为癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯或2,4-二氯-6-(4-吗啉基)-1,3,5-三嗪。

作为优选的方案，所述外表面耐候层含氟薄膜或含氟涂层的原料为下列之一：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯；所述玻璃纤维改性聚酯层中聚酯原料为下列之一：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对羟基苯甲酸脂；所述聚酰胺层原料为下列之一：聚十二内酰胺、聚十二酰十二胺、聚葵二酰葵二胺；所述内表面封装层为以醋酸乙烯酯-乙烯共聚物为主体树脂制成的封装胶膜。

优选的，制备所述封装层的原料质量组成如下：

更为优选的，制备所述封装层的原料质量组成如下：

本发明的有益效果主要体现在：本发明高性能背膜通过对中间层进行改进，用于太阳能电池组件中背侧的封装保护，与普通的一体化背膜材料（EVA+PET+氟膜）相比，本发明力学强度更高，阻湿阻气性能更好，耐候性能更优。

（四）附图说明

图1为本发明所述的高性能背膜结构示意图；A为外表面耐候层，BC组成中间层，分别是玻璃纤维改性聚酯层（B）和聚酰胺层（C），D为内表面封装层。

（五）具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

首先以质量分数计，100份聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，日本宝理公司BN9015）粒料中，加入5份无碱玻璃纤维粉（广州和太丝化工材料有限公司）和1份聚乙二醇（PEG6000，天津天泰精细化学品公司），并混合均匀，组成PET混合物；将PET混合物与聚十二内酰胺（PA12，美国杜邦公司159L）按照70：30的比例双层共挤得到250微米的中间层；然后，在PET表面干法复合25微米厚的聚氟乙烯（PVF，美国杜邦公司

膜，在PA12表面熔融涂覆400微米厚的乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA，杭州福斯特光伏材料股份有限公司F806）。

其中EVA膜由EVA树脂添加交联剂、紫外吸收剂、光稳定剂及遮光性填料熔融挤出，具体为100份EVA树脂（美国杜邦公司EVA250）中，添加1份交联剂过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯（荷兰阿克苏诺贝尔公司），0.1份紫外吸收剂2-羟基-4-苯甲酰基氧基二苯甲酮（南京众何晟科技有限公司），0.1份的光稳定剂癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯（南京众何晟科技有限公司），25份的二氧化钛白色填料（杭州万景新材料有限公司）。

实施例2：

首先以质量分数计，100份聚对苯二甲酸丁二酯（PBT，日本东丽公司1494X02）粒料中，加入10份无碱玻璃纤维粉（杭州高科复合材料有限公司）和2份聚乙二醇（PEG8000，江苏海安石油化工厂），并混合均匀，组成PBT混合物；将PBT混合物与聚葵二酰葵二胺（PA1010，美国杜邦公司09-12）按照65：35的比例双层共挤得到280微米的中间层；然后，在PBT表面干法复合40微米厚的聚偏氟乙烯（PVDF，法国阿科玛公司）膜，在PA1010表面熔融涂覆350微米厚的乙烯-醋酸乙烯共聚物膜（EVA，杭州福斯特光伏材料股份有限公司F806）。

其中EVA膜由EVA树脂添加交联剂、紫外吸收剂、光稳定剂及遮光性填料熔融挤出，具体为100份EVA（新加坡TPC公司，MA-10）树脂中，添加1.5份交联剂过氧化二叔戊基（荷兰阿克苏诺贝尔公司），0.2份紫外吸收剂2-(2’-羟基-4’,5’-二甲基苯基)-5-羧酸苯并***丁基酯（南京众何晟科技有限公司），0.2份的光稳定剂2,4-二氯-6-(4-吗啉基)-1,3,5-三嗪（南京众何晟科技有限公司），30份的炭黑填料（天津金秋实化工有限公司）。

实施例3

首先以质量分数计，100份聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，北京燕山石化）粒料中，加入5份无碱玻璃纤维粉（广州博浩复合材料有限公司）和1份聚乙二醇（PEG6000，天津天泰精细化学品公司），并混合均匀，组成PET混合物；将PET混合物与聚十二酰十二胺（PA1212，法国阿科玛公司）按照70：30的比例双层共挤得到265微米的中间层；然后，在PET表面干法复合40微米厚的聚偏氟乙烯（PVDF，法国阿科玛公司）膜，在PA1212表面熔融涂覆400微米厚的乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）膜。EVA膜的构成与实施例1相同。

实施例4：

首先以质量分数计，100份聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，日本东丽公司）粒料中，加入8份无碱玻璃纤维粉（广州和太丝化工材料有限公司）和2份聚乙二醇（PEG6000，天津天泰精细化学品公司），并混合均匀，组成PET混合物；将PET混合物与聚十二内酰胺（PA12，美国杜邦公司）按照65：35的比例双层共挤得到240微米的中间层；然后，在PET表面干法复合35微米厚的聚四氟乙烯（PTFE，美国杜邦公司），在PA12表面熔融涂覆380微米厚的乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）膜。EVA膜的构成与实施例1相同。

实施例5：

首先以质量分数计，100份聚对苯二甲酸丁二酯（PBT，美国GE公司）粒料中，加入10份的无碱玻璃纤维粉（杭州高科复合材料有限公司）和2份聚乙二醇（PEG8000，江苏海安石油化工厂），并混合均匀，组成PBT混合物；将PBT混合物与聚十二内酰胺（PA12，日本东丽公司）按照65：35的比例双层共挤得到280微米的中间层；然后，在PET表面干法复合35微米厚的聚四氟乙烯（PTFE，美国杜邦公司），在PA12表面熔融涂覆400微米厚的乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）膜。EVA膜的构成与实施例2相同。

实施例6：

首先以质量分数计，100份聚对羟基苯甲酸脂（PHB，上海红叶塑料制品有限公司）中，加入15份的无碱玻璃纤维粉（广州和太丝化工材料有限公司）和3份聚乙二醇（PEG6000，天津天泰精细化学品公司），并混合均匀，组成PHB混合物；将PHB混合物与聚十二内酰胺（PA12，日本东丽公司）按照65：35的比例双层共挤得到280微米的中间层；然后，在PET表面干法复合40微米厚的聚偏氟乙烯（PVDF，法国阿科玛公司）膜，在PA12表面熔融涂覆400微米厚的乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）膜。EVA膜的构成与实施例1相同。

比较例1：

市场上购得3M公司BBF背板，结构为EVA/PET/THV，总厚度400微米。

比较例2：

杭州福斯特公司的BEVA-307背膜产品，结构为EVA-450微米/PET-250微米/PVDF-20微米，总厚度720微米。

采用以上方法制得背膜样品，性能指标通过以下方法测定：

1、水汽透过率

按照ASTM F1249进行测定

2、电气强度

按照ASTM D149进行测定，其中电极选择2号。

3、拉伸强度

按照ASTM D882-02进行测定。

表1：制得各背膜的性能参数

从以上性能检测指标可以看出，本发明的高性能背膜材料与普通型背膜材料相比，具有水汽透过率低，拉伸强度高，绝缘性能好的优点，是非常优秀的太阳能电池组件背面保护材料。

Claims

1.一种太阳能电池组件背膜材料，由外表面耐候层、中间层及内表面封

装层构成；

所述中间层由玻璃纤维改性聚酯层和聚酰胺层共挤得到：

所述玻璃纤维改性聚酯层由聚酯、玻璃纤维、聚乙二醇以100：1～15：0.5～3质量比共混挤出得到、厚度为50～200微米；所述聚酯为下列之一或其中两种以上的混合物：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸二烯丙酯、聚对羟基苯甲酸酯；

所述聚酰胺层厚度为10～100微米；所述聚酰胺为下列之一或其中两种以上的混合物：聚十二内酰胺、聚十二酰十二胺、聚十一内酰胺、聚葵二酰葵二胺、聚癸二酰己二胺、聚十二二酰己二胺；

2.如权利要求1所述的背膜材料，其特征在于：

所述外表面耐候层含氟薄膜或含氟涂层的原料为下列之一：聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯；

所述玻璃纤维改性聚酯层中聚酯原料为下列之一：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对羟基苯甲酸酯；

所述聚酰胺层原料为下列之一：聚十二内酰胺、聚十二酰十二胺、聚葵二酰葵二胺；

所述内表面封装层为以醋酸乙烯酯-乙烯共聚物为主体树脂制成的封装胶膜。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于制备所述封装层的原料质量组成如下：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于制备所述封装层的原料质量组成如下：