CN103280475B - 一种太阳能电池背板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池背板技术领域，尤其涉及一种耐候型的太阳能电池背板及其制备方法。为了保证太阳能电池背板的使用寿命，同时能够降低氟材料在背板中的使用量以降低成本，本发明提供一种太阳能电池背板及其制备方法，所述背板依次包括外耐候层，阻隔层，结构增强层，内耐候层和粘结层；所述外耐候层为氟膜；所述阻隔层的材料为聚偏二氯乙烯或乙烯/乙烯醇共聚物；所述结构增强层和内耐候层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述粘结层为聚乙烯醇缩丁醛或乙烯-醋酸乙烯共聚物。所述太阳能电池背板具有较好的综合性能，采用五层共挤制备方法，简化了逐层复合的工艺路线，易于操作。

Description

一种太阳能电池背板及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池背板技术领域，尤其涉及一种太阳能电池背板及其制备方法。

背景技术

由于化石能源的日益枯竭，人们对新兴能源的探索也日益迫切，太阳能作为一种来源广泛、用之不竭的新兴能源受到了人们越来越多的关注，太阳能技术也随之日渐成熟，但是由于太阳能组件长期暴露在室外使用，会受到水汽、氧气和紫外线的影响和破坏，所以需要一层起支撑和保护作用的太阳能电池背板。

由于氟材料具有优越的耐候性，所以在产业化的背板材料中氟材料会被作为阻隔层放置在背板的表层以提高太阳能电池背板的耐候性，但是由于氟树脂本身资源稀少导致价格居高不下，而且氟树脂熔点较高，难以加工，所以人们开始探索如何使用其它材料来替换氟材料或者降低氟材料的使用量，但是仍能得到较好的耐候性。

发明内容

为了保证太阳能电池背板的使用寿命，同时能够降低氟材料在背板中的使用量以降低成本，本发明提供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内侧设置有内耐候层，在取代氟材料的同时兼顾了耐候性，而外表面仍然使用氟材料来保持较强的耐候性；本发明提供的太阳能电池背板的耐候性等综合性能较好；另外，该太阳能电池背板采用五层共挤一步法技术，简化了逐层复合的工艺路线，易于操作。

为达到以上目的，本发明的技术方案如下：

本发明所述的太阳能电池背板(也称为太阳能电池背板膜，太阳能背板，或复合膜)依次包括外耐候层，阻隔层，结构增强层，内耐候层和粘结层；所述外耐候层为氟膜；所述阻隔层的材料为聚偏二氯乙烯(PVDC)或乙烯/乙烯醇共聚物(EVOH)；所述结构增强层和内耐候层的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；所述粘结层为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)。进一步的，所述结构增强层和内耐候层的材料相同。进一步的，所述结构增强层和内耐候层的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。

所述粘结层材料为乙烯-醋酸乙烯共聚物，其中，醋酸乙烯含量≤14％。熔融指数≤10g/10min(熔融指数测试条件：190℃，2.16kg)。醋酸乙烯含量较高，或熔融指数较高不利于五层共挤一步法制备工艺，会容易在收卷过程中粘附外耐候层；醋酸乙烯含量较低，或熔融指数较低又会使其粘结性变差。

所述太阳能电池背板厚度为280-400μm，其中外耐候层、阻隔层、结构增强层、内耐候层和粘结层的厚度分别占太阳能电池背板厚度的10-20％、5-10％、50-70％、10-20％和5-10％。

进一步的，所述太阳能电池背板为五层共挤结构。

进一步的，所述外耐候层材料包括聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)的一种；所述结构增强层材料包括85-98％的PET切片、1-10％无机粒子和1-5％扩链剂。所述材料的百分含量为重量百分含量。其中PET切片的特性黏度为0.6-0.8dL/g，无机粒子选自硫酸钡、二氧化钛或其组合；所述扩链剂选自环氧型聚合物。

进一步的，所述内耐候层材料包括90-99％的PET切片和1％-10％的耐水解剂。其中PET切片的特性黏度为0.8-1.2dL/g，所述耐水解剂选自碳化二亚胺型聚合物。

所述的硫酸钡粒子粒径为0.5-2μm，二氧化钛粒径为0.3-0.5μm。所述的扩链剂为缩水甘油醚环氧树脂或是马来酸酐接枝环氧树脂中的一种。所述的耐水解剂为单体型碳化二亚胺或是聚合型碳化二亚胺中的一种。

进一步的，所述外耐候层为PVF或PVDF，所述外耐候层的厚度占太阳能电池背板厚度的10-20％；所述阻隔层的材料为PVDC或EVOH，所述阻隔层的厚度占太阳能电池背板厚度的5-10％；所述结构增强层的材料包括85-98％PET，1-10％硫酸钡、二氧化钛或其组合，和1-5％扩链剂，所述结构增强层的厚度占太阳能电池背板厚度的50-70％；所述内耐候层的材料包括90-99％PET切片和1-10％的耐水解剂，所述内耐候层的厚度占太阳能电池背板厚度的10-20％；所述粘结层为PVB或EVA，所述粘结层的厚度占太阳能电池背板厚度的5-10％。

进一步的，所述外耐候层为PVF或PVDF膜，占太阳能电池背板厚度的10-15％；所述阻隔层的材料为PVDC或EVOH，占太阳能电池背板厚度的5-10％；所述结构增强层的材料包括88-95％PET，3-8％硫酸钡、二氧化钛或其组合，和2-4％扩链剂，占太阳能电池背板厚度的50-60％；所述内耐候层的材料包括92-98％PET切片和2-8％的耐水解剂，占太阳能电池背板厚度的15-20％；所述粘结层为EVA，占太阳能电池背板厚度的5-10％。

进一步的，所述太阳能电池背板的制备方法如下：(1)将各层的原料同时分别进行熔融塑化，塑化良好的熔体通过分配器进入流延模具并挤出形成无界面熔合的复合膜；其中外耐候层的挤出机的加工温度180-220℃，阻隔层的挤出机的加工温度180-200℃，结构增强层的挤出机的加工温度为250-280℃，内耐候层的挤出机的加工温度为250-280℃，粘结层的挤出机的加工温度为120-180℃。上述挤出机为五台挤出机，各层的原料包括单一的原料和混合的原料。(2)从模具挤出的五层复合膜经过80-140℃在线高温定型2min，冷却、收卷。

与现有技术相比，本发明非氟聚酯型的内耐候层在不影响背板的耐候性能前提下，能很好的保护环境；且降低氟材料在背板中的使用量，达到了降低成本的目的。本发明通过对太阳能电池背板各层材料和组份配比的选择和优化，使背板具有较好的综合性能。本发明提供的太阳能电池背板的粘结层(也称粘合层)能与太阳能封装材料中的热熔胶很好的粘合在一起，使太阳能背板起到持久的保护作用。本发明通过多层共挤技术直接制备太阳能电池背板，简化了逐层复合的工艺路线，易于操作。

附图说明

图1是本发明提供的太阳能电池背板的结构示意图。

其中，1为外耐候层，2为阻隔层，3为结构增强层，4为内耐候层，5为粘结层。

具体实施方式

本发明所用的材料和设备均为现有材料和设备。

如图1所示，本发明提供的太阳能电池背板依次包括外耐候层1，阻隔层2，结构增强层3，内耐候层4和粘结层5；所述外耐候层1为氟膜；所述阻隔层2的材料为聚偏二氯乙烯或乙烯/乙烯醇共聚物；所述结构增强层3和内耐候层4的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯；所述粘结层5为聚乙烯醇缩丁醛或乙烯-醋酸乙烯共聚物。

本发明提供的太阳能电池背板的制备方法包括如下步骤：

(1)将各层的混合原料同时分别进行熔融塑化，塑化良好的熔体通过分配器进入流延模具并挤出形成无界面熔合的复合膜；其中外耐候层的挤出机的加工温度为180-220℃，阻隔层的挤出机的加工温度为180-200℃，结构增强层的挤出机的加工温度为250-280℃，内耐候层的挤出机的加工温度为250-280℃，粘结层的挤出机的加工温度为120-180℃；通过模具的口径控制各层的厚度。

(2)从模具挤出的五层复合膜经过80-140℃在线高温定型2min，冷却、收卷。

本发明所制备太阳能电池背板的各项性能的测试标准如下：

拉伸强度和断裂伸长率：按照GB/T1040-2006标准，采用美国英斯特朗公司生产的INSTRON万能材料试验机，测试背板的拉伸强度和断裂伸长率。

剥离强度：按照GB/T2790-1995标准测试。

水蒸气透过率：按照GB/T26253-2001标准测试，采用TSY-W2水蒸气透过率测试仪对背板进行测试。

耐候性测试：PCT试验一般称为压力锅蒸煮试验或是饱和蒸汽试验，样品在121℃，100％相对湿度环境下，放置60小时，之后测试样品的断裂伸长率。

双85实验指的是样品在85℃，85％相对湿度环境下，放置2000小时，之后测试样品的LAB值，其中b值代表蓝到黄色彩变化。

击穿电压测试：按照GB/T13542.2-2009标准测试，采用击穿强度测试仪对背板进行测试。

局部放电压测试：按照IEC60664-1-2007标准测试，采用GYJF-II局部放电测试仪进行测试。

下述实施例中的材料含量百分比为重量百分比。

实施例1

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为330μm。所述外耐候层占复合膜(即，太阳能电池背板)厚度的10％，阻隔层占复合膜总厚度的8％，结构增强层占复合膜总厚度的62％，内耐候层占复合膜总厚度的15％，粘结层占复合膜总厚度的5％。其中，所述外耐候层为PVF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括88％的PET切片，特性粘度为0.7dL/g，9％的硫酸钡粒子，粒径为1μm，3％的环氧聚合物；所述内耐候层包括95％的PET切片，5％的单体型碳化二亚胺；所述粘结层为PVB薄膜。所得背板相关性能见表1。

实施例2

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为330μm。所述外耐候层占复合膜厚度的12％，阻隔层占复合膜总厚度的7％，结构增强层占复合膜总厚度的58％，内耐候层占复合膜总厚度的16％，粘结层占复合膜总厚度的7％。其中，所述外耐候层为PVF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括90％的PET切片，特性粘度为0.7dL/g，6％的硫酸钡粒子，粒径为1.5μm，4％的环氧聚合物；所述内耐候层包括95％的PET切片，5％的单体型碳化二亚胺；所述粘结层为PVB薄膜。所得背板相关性能见表1。

实施例3

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为350μm。所述外耐候层占复合膜厚度的15％，阻隔层占复合膜总厚度的5％，结构增强层占复合膜总厚度的63％，内耐候层占复合膜总厚度的12％，粘结层占复合膜总厚度的5％。其中，所述外耐候层为PVDF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括91％的PET切片，特性粘度为0.7dL/g，5％的二氧化钛粒子，粒径为0.3μm，4％的环氧聚合物；所述内耐候层包括95％的PET切片，5％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表1。

实施例4

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为340μm。所述外耐候层占复合膜厚度的18％，阻隔层占复合膜总厚度的8％，结构增强层占复合膜总厚度的50％，内耐候层占复合膜总厚度的16％，粘结层占复合膜总厚度的8％。其中，所述外耐候层为PVDF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括93％的PET切片，特性粘度为0.8dL/g，4％的二氧化钛粒子，粒径为0.3μm，3％的环氧聚合物；所述内耐候层包括97％的PET切片，3％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表1。

实施例5

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为360μm。所述外耐候层占复合膜厚度的14％，阻隔层占复合膜总厚度的6％，结构增强层占复合膜总厚度的61％，内耐候层占复合膜总厚度的13％，粘结层占复合膜总厚度的6％。其中，所述外耐候层为PVDF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括95％的PET切片，特性粘度为0.75dL/g，3％的二氧化钛粒子，粒径为0.3μm，2％的环氧聚合物；所述内耐候层包括96％的PET切片，4％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表1。

表1实施例1-5所得太阳能电池背板性能测试表

实施例6

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为280μm。所述外耐候层占复合膜厚度的10％，阻隔层占复合膜总厚度的5％，结构增强层占复合膜总厚度的70％，内耐候层占复合膜总厚度的10％，粘结层占复合膜总厚度的5％。其中，所述外耐候层为PVF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括85％的PET切片，特性粘度为0.7dL/g，10％的硫酸钡和二氧化钛粒子的组合(重量比为1:1)，粒径为1μm，5％的环氧聚合物；所述内耐候层包括95％的PET切片，5％的单体型碳化二亚胺；所述粘结层为PVB薄膜。所得背板相关性能见表2。

实施例7

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为400μm。所述外耐候层占复合膜厚度的15％，阻隔层占复合膜总厚度的10％，结构增强层占复合膜总厚度的50％，内耐候层占复合膜总厚度的15％，粘结层占复合膜总厚度的10％。其中，所述外耐候层为PVDF膜；所述阻隔层为EVOH膜；所述结构增强层包括95％的PET切片，特性粘度为0.8dL/g，3％的硫酸钡粒子，粒径为1.5μm，2％的环氧聚合物；所述内耐候层包括99％的PET切片，1％的单体型碳化二亚胺；所述粘结层为PVB薄膜。所得背板相关性能见表2。

实施例8

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为300μm。所述外耐候层占复合膜厚度的20％，阻隔层占复合膜总厚度的7％，结构增强层占复合膜总厚度的53％，内耐候层占复合膜总厚度的12％，粘结层占复合膜总厚度的8％。其中，所述外耐候层为PVF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括98％的PET切片，特性粘度为1.2dL/g，1％的二氧化钛粒子，粒径为0.3μm，1％的环氧聚合物；所述内耐候层包括90％的PET切片，10％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为PVB薄膜。所得背板相关性能见表2。

实施例9

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为340μm。所述外耐候层占复合膜厚度的12％，阻隔层占复合膜总厚度的8％，结构增强层占复合膜总厚度的55％，内耐候层占复合膜总厚度的20％，粘结层占复合膜总厚度的5％。其中，所述外耐候层为PVDF膜；所述阻隔层为EVOH膜；所述结构增强层包括88％的PET切片，特性粘度为0.8dL/g，8％的硫酸钡粒子，粒径为1.3μm，4％的环氧聚合物；所述内耐候层包括98％的PET切片，2％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表2。

实施例10

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为360μm。所述外耐候层占复合膜厚度的15％，阻隔层占复合膜总厚度的5％，结构增强层占复合膜总厚度的60％，内耐候层占复合膜总厚度的15％，粘结层占复合膜总厚度的5％。其中，所述外耐候层为PVF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括95％的PET切片，特性粘度为0.75dL/g，3％的二氧化钛粒子，粒径为0.3μm，2％的环氧聚合物；所述内耐候层包括92％的PET切片，8％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表2。

表2实施例6-10所得太阳能电池背板性能测试表

实施例11

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为380μm。所述外耐候层占复合膜厚度的10％，阻隔层占复合膜总厚度的10％，结构增强层占复合膜总厚度的55％，内耐候层占复合膜总厚度的15％，粘结层占复合膜总厚度的10％。其中，所述外耐候层为PVF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括88％的PET切片，特性粘度为0.7dL/g，8％的硫酸钡和二氧化钛粒子的组合(重量比为1:1)，粒径为1μm，4％的环氧聚合物；所述内耐候层包括95％的PET切片，5％的单体型碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表3。

实施例12

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为300μm。所述外耐候层占复合膜厚度的10％，阻隔层占复合膜总厚度的5％，结构增强层占复合膜总厚度的60％，内耐候层占复合膜总厚度的15％，粘结层占复合膜总厚度的10％。其中，所述外耐候层为PVDF膜；所述阻隔层为EVOH膜；所述结构增强层包括90％的PET切片，特性粘度为0.7dL/g，6％硫酸钡粒子，粒径为1.5μm，4％环氧聚合物；所述内耐候层包括96％的PET切片，4％的单体型碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表3。

实施例13

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为310μm。所述外耐候层占复合膜厚度的13％，阻隔层占复合膜总厚度的7％，结构增强层占复合膜总厚度的60％，内耐候层占复合膜总厚度的12％，粘结层占复合膜总厚度的8％。其中，所述外耐候层为PVF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括96％的PET切片，特性粘度为1.0dL/g，3％的二氧化钛粒子，粒径为0.3μm，1％环氧聚合物；所述内耐候层包括93％的PET切片，7％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表3。

实施例14

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为340μm。所述外耐候层占复合膜厚度的15％，阻隔层占复合膜总厚度的10％，结构增强层占复合膜总厚度的50％，内耐候层占复合膜总厚度的20％，粘结层占复合膜总厚度的5％。其中，所述外耐候层为PVDF膜；所述阻隔层为EVOH膜；所述结构增强层包括92％的PET切片，特性粘度为0.8dL/g，6％的硫酸钡粒子，粒径为1.3μm，2％的环氧聚合物；所述内耐候层包括97％的PET切片，3％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表3。

实施例15

按照上述方法制备太阳能电池背板，总厚度为360μm。所述外耐候层占复合膜厚度的14％，阻隔层占复合膜总厚度的6％，结构增强层占复合膜总厚度的55％，内耐候层占复合膜总厚度的17％，粘结层占复合膜总厚度的8％。其中，所述外耐候层为PVF膜；所述阻隔层为PVDC膜；所述结构增强层包括95％的PET切片，特性粘度为0.75dL/g，3％的二氧化钛粒子，粒径为0.3μm，2％的环氧聚合物；所述内耐候层包括92％的PET切片，8％的聚碳化二亚胺；所述粘结层为EVA薄膜。所得背板相关性能见表3。

表3实施例11-15所得太阳能电池背板性能测试表

对比例1

按照上述方法制备太阳能电池背板，所得背板厚度及各层材料如实施例1所述，不同的是，阻隔层材料选用聚酰胺(PA)。相关性能见表4。

对比例2

按照上述方法制备太阳能电池背板，所得背板厚度及各层材料如实施例2所述，不同的是，结构增强层和内耐候层材料选用聚丙烯(PP)，相关性能见表4。

对比例3

按照上述方法制备太阳能电池背板，所得背板厚度及各层材料如实施例3所述，不同的是，粘结层材料选用聚甲基丙烯酸乙酯，相关性能见表4。

对比例4

制备太阳能电池背板，所得背板厚度及各层材料如实施例4所述，背板各层通过热压复合粘结在一起，相关性能见表4。

表4对比例1-4所得太阳能电池背板性能测试表

如表1至表4中性能测试数据所示，本发明通过对太阳能电池背板各层材料和组份配比的选择和优化，使背板具有较好的耐候性能和力学性能；本发明提供的太阳能电池背板的粘合层能与太阳能封装材料中的热熔胶很好的粘合在一起，使太阳能背板起到持久的保护作用，且太阳能电池背板采用五层共挤一步法技术，简化了逐层复合的工艺路线，易于操作。

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 (2)

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外耐候层，阻隔层，结构增强层，内耐候层和粘结层；

所述太阳能电池背板厚度为280-400μm；

所述太阳能电池背板为五层共挤结构；

所述外耐候层为PVF或PVDF膜，占太阳能电池背板厚度的10-15％；所述阻隔层的材料为PVDC或EVOH，占太阳能电池背板厚度的5-10％；所述结构增强层的材料95％PET，3％二氧化钛，和2％扩链剂，占太阳能电池背板厚度的50-60％；所述内耐候层的材料包括92％PET切片和8％的耐水解剂，占太阳能电池背板厚度的15-20％；所述粘结层为EVA，占太阳能电池背板厚度的5-10％。

2.一种权利要求1所述的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述制备方法如下：

(1)将各层的原料同时分别进行熔融塑化，塑化良好的熔体通过分配器进入流延模具并挤出形成无界面熔合的复合膜；其中外耐候层的挤出机加工温度为180-220℃，阻隔层的挤出机加工温度为180-200℃，结构增强层的挤出机加工温度为250-280℃，内耐候层的挤出机加工温度为250-280℃，粘结层的挤出机加工温度为120-180℃；

(2)从模具挤出的五层复合膜经过80-140℃在线高温定型2min，冷却、收卷。