CN103794671A - 一种光伏组件及其无氟背板 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种光伏组件及其无氟背板，所述无氟背板包括：无机耐水汽透过膜层；设置在所述无机耐水汽透过膜层一侧的绝缘层；设置在所述无机耐水汽透过膜层另一侧的无机抗紫外膜层。所述无氟背板通过无氟的无机材料制备的无机耐水汽透过膜层实现防水功能，通过无氟的无机材料制备的无机耐水汽透过膜层实现抗紫外线功能。可见，所述无氟背板不需氟膜材料即可实现防水抗紫外作用。可以采用粘附性较好的无机材料制备无机耐水汽透过膜层以及无机抗紫外膜层，保证光伏组件的质量，且采用无氟的无机材料，避免了氟元素对大气的污染。

Description

一种光伏组件及其无氟背板
技术领域
本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种光伏组件及其无氟背板。
背景技术
随着地球石油、煤炭、天然气等常规能源的日益枯竭，光伏太阳能电池作为一种绿色、可再生能源在人类能源消耗占比中的地位不断提升。为避免实际应用环境中水汽、紫外线等对太阳能电池的破坏和侵蚀，必须对其进行封装保护，形成光伏组件。光伏组件通常由盖板、太阳能电池串、封装材料和背板构成。其中，所述太阳能电池串通过封装材料封装在所述盖板与所述背板之间。
为保证太阳能电池的使用寿命，需要背板具有耐高压击穿、抗紫外老化，耐水汽透过等特性，同时需要具有一定的机械强度。现有技术为了减少大气中紫外线对于封装材料和背板基材的老化降解，一般需要在光伏背板空气面设置具有抗紫外线的氟膜材料，例如聚氟乙烯薄膜等。
但是，一方面，氟膜材料的粘附性较差，氟膜材料与基材复合后存在脱落的风险，影响光伏组件的质量；另一方面，氟膜材料中的氟元素在回收中容易导致严重的环境污染。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种光伏组件及其无氟背板，保证了光伏组件的质量，减少了环境污染。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光伏组件的无氟背板，该无氟背板包括：
无机耐水汽透过膜层；
设置在所述无机耐水汽透过膜层一侧的绝缘层；
设置在所述无机耐水汽透过膜层另一侧的无机抗紫外膜层。
优选的，在上述无氟背板中，所述无机耐水汽透过膜层的水汽透过率不大于2g/m2·24h。
优选的，在上述无氟背板中，所述无机耐水汽透过膜层为硅氧化物薄膜、氮硅化物薄膜、硼氮化物薄膜、类金刚石碳薄膜、铝氧化物薄膜、铝氮化物薄膜、钛氧化物薄膜以及钛氮化物薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。
优选的，在上述无氟背板中，所述无机耐水汽透过膜层的厚度为5μm-50μm，包括端点值。
优选的，在上述无氟背板中，所述无机抗紫外膜层的紫外线反射率大于91%。
优选的，在上述无氟背板中，所述无机抗紫外膜层为氧化铈薄膜、氧化钛薄膜、氧化锆薄膜以及氧化钪薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。
优选的，在上述无氟背板中，所述无机抗紫外膜层的厚度为5μm-50μm，包括端点值。
优选的，在上述无氟背板中，所述绝缘层为聚对苯二甲酸类塑料薄膜、高密度聚乙烯薄膜、纤维纸薄膜以及云母薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。
优选的，在上述无氟背板中，所述绝缘层的厚度为100μm-300μm，包括端点值。
本发明还提供了一种光伏组件，该光伏组包括：
相对设置的无氟背板以及盖板；
太阳能电池串，所述太阳能电池串通过封装材料固定在所述无氟背板与所述盖板之间；
其中，所述无氟背板为上述任一种实施方式所述的无氟背板。
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的无氟背板包括：无机耐水汽透过膜层；设置在所述无机耐水汽透过膜层一侧的绝缘层；设置在所述无机耐水汽透过膜层另一侧的无机抗紫外膜层。所述无氟背板通过无氟的无机材料制备的无机耐水汽透过膜层实现防水功能，通过无氟的无机材料制备的无机耐水汽透过膜层实现抗紫外线功能。可见，所述无氟背板不需氟膜材料即可实现防水抗紫外作用。可以采用粘附性较好的无机材料制备无机耐水汽透过膜层以及无机抗紫外膜层，保证光伏组件的质量，且采用无氟的无机材料，避免了氟元素对大气的污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中常见的一种背板的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种无氟背板的结构示意图。
具体实施方式
参考图1，现有的光伏组件背板包括：绝缘层2以及氟膜1。所述氟膜2用于反射紫外线以及防水。在进行组件封装时，所述绝缘层2用于贴合光伏组件的太阳能电池串，所述氟膜1背离太阳能电池串。
正如背景技术所述，一方面，氟膜材料的粘附性较差，氟膜材料与基材复合后存在脱落的风险，影响光伏组件的质量；另一方面，氟膜材料中的氟元素在回收中容易导致严重的环境污染。
发明人发现，虽然采用加有抗紫外线添加剂的竖直基板作为背板能够起到防紫外抗老化的作用，但是添加剂粒子都是以颗粒状态分布在树脂基板中，无法在整个背板平面内发射紫外线，抗紫外能力较弱，受到紫外照射的树脂基材仍然会发生老化分解，且对于有机树脂基材，还会在紫外线的照射下随着时间推移缓慢聚集，使得背板的抗紫外线能力不断下降。而且抗紫外线添加剂会随着紫外线的照射不断消耗，且额外在基板内添加添加剂会导致基板机械性能下降。
为解决上述问题，本设申请实施例提供了一种光伏组件的无氟背板，包括：无机耐水汽透过膜层；
设置在所述无机耐水汽透过膜层一侧的绝缘层；
设置在所述无机耐水汽透过膜层另一侧的无机抗紫外膜层。
所述无氟背板通过无氟的无机材料制备的无机耐水汽透过膜层实现防水功能，通过无氟的无机材料制备的无机耐水汽透过膜层实现抗紫外线功能。可见，所述无氟背板不需氟膜材料即可实现防水抗紫外作用。可以采用粘附性较好的无机材料制备无机耐水汽透过膜层以及无机抗紫外膜层，保证光伏组件的质量，且采用无氟的无机材料，避免了氟元素对大气的污染。
以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及高度的三维空间尺寸。
基于上述思想，本申请实施例提供了一种无氟背板，参考图2，所述无氟背板包括：相对设置的绝缘层3以及无机抗紫外膜层5，设置在所述绝缘层3与所述无机抗紫外膜层5之间的无机耐水汽透过膜层。其中，所述绝缘层用于和光伏组件的太阳能电池串贴合。
所述绝缘层3可以为具有优良绝缘性能的聚对苯二甲酸类塑料薄膜、高密度聚乙烯薄膜、纤维纸薄膜以及云母薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。所述绝缘层的厚度为100μm-300μm，包括端点值。
本实施例所述无机耐水汽透过膜层4的水汽透过率不大于2g/m2·24h，可以有效防止水汽透过，避免组件受潮老化或是损坏。
所述无机耐水汽透过膜层4可以为硅氧化物薄膜、氮硅化物薄膜、硼氮化物薄膜、类金刚石碳薄膜、铝氧化物薄膜、铝氮化物薄膜、钛氧化物薄膜以及钛氮化物薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。所述无机耐水汽透过膜层4的厚度为5μm-50μm，包括端点值。
所述无机抗紫外膜层5设置在最外层，其紫外线反射率大于91%，可以将绝大多数的紫外线进行反射，防止紫外线造成位于其内部部件的老化。所述无机抗紫外膜层5可以为氧化铈薄膜、氧化钛薄膜、氧化锆薄膜以及氧化钪薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。所述无机抗紫外膜层5的厚度为5μm-50μm，包括端点值。
本实施例采用无机材料制备的无机耐水汽透过膜层4以及无机抗紫外膜层5替换现有背板的氟膜，实现防水抗紫外线功能。所述无机材料相对于与氟膜材料，具有较强的粘附性，不易脱落，保证了光伏组件的质量。
氟膜材料具有较好的化学惰性，不易分解回收，且即便实现回收，工艺成本较高，且氟元素具有严重的污染性。本实施例所述背板，采用上述各种无机材料的薄膜，均可通过简单地氧化与置换反应进行分解回收成本较低，且不会产生含氟元素的污染物，避免了大气污染。
下面通过具体背板样品对本申请所述背板的有益效果进行具体描述：
背板样品1
将厚度为125μm的PET（聚对苯二甲酸二乙醇酯）作为绝缘层经放卷机放卷，然后将正硅乙酸酯：无水乙醇：蒸馏水按摩尔比为1：15：9.5混合成pH值为2.8的混合液喷涂在PET上，喷涂75S，然后在120℃条件下干燥2小时，获得具有15μm氧化硅膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为2g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，在2×10-3Pa、25℃条件下，控制高纯氧气（99.99%）与高纯氩气气体质量流量比为1：3，在所述半成品上磁控溅射(CVD)氧化铈靶300min，获得具有5μm氧化铈膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为94.2%。
背板样品2
将厚度为125μm的PET作为绝缘层经放卷机放卷，在2×10-3Pa、25℃条件下，控制高纯氧气（99.99%）与高纯氩气气体质量流量比为1：3，在PET上磁控溅射(CVD)单晶硅300min，获得具有5μm氧化硅膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为0.4g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，然后将正钛乙酸酯：无水乙醇：蒸馏水按摩尔比为1：15：10混合成pH值为7.6的混合液喷涂在所述半成品上，喷涂160S，然后在120℃条件下干燥2小时，获得具有40μm氧化钛膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为92.9%。
背板样品3
将厚度为125μm的PET作为绝缘层经放卷机放卷，在2×10-3Pa、200℃条件下，控制硅烷（纯度99.99%）：氧气（纯度99.99%）：氨气（纯度99.99%）：氢气（纯度99.99%）的气体质量流量比为3：1：1：20，在PET上采用1000V的电压、2000W的功率进行等离子气相化学沉积（PECVD）300min，获得具有8μm氮氧化硅膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为0.7g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，然后将正钛乙酸酯：无水乙醇：蒸馏水按摩尔比为1：14：10混合成pH值为7.8的混合液喷涂在所述半成品上，喷涂160S，然后在120℃条件下干燥2小时，获得具有40μm氧化钛膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为92.6%。
背板样品4
将厚度为100μm的PEN（聚萘二甲酸二乙醇酯）作为绝缘层经放卷机放卷平铺后，在2×10-3Pa、25℃条件下，控制高纯氧气（99.99%）与高纯氩气气体质量流量比为1：3，在PEN上磁控溅射单晶硅300min，获得具有5μm氧化硅膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为0.5g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，在2×10-3Pa、25℃条件下，控制高纯氧气（99.99%）与高纯氩气气体质量流量比为1：3，在所述半成品上磁控溅射氧化锆靶250min，获得具有5μm氧化锆膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为93.8%。
背板样品5
将厚度为300μm的HDPE（高密度聚乙烯）作为绝缘层经放卷机放卷，然后将正硅乙酸酯：无水乙醇：蒸馏水按摩尔比为1：15：9.5混合为pH值为7.6的混合液喷涂在HDPE上，喷涂200S，然后在120℃条件下干燥2小时，获得具有50μm氧化硅膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为1.4g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，在2×10-3Pa、25℃条件下，控制高纯氧气（99.99%）与高纯氩气气体质量流量比为1：3，在所述半成品上磁控溅射氧化锆靶200min，获得具有4.1μm氧化锆膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为93.4%。
背板样品6
将厚度为150μm的PET作为绝缘层经放卷机放卷平铺后，在2×10-3Pa、25℃条件下，控制高纯氧气（99.99%）与高纯氩气气体质量流量比为1：3，在PET上磁控溅射单晶硅300min，获得具有5μm氧化硅膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为0.9g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，然后喷涂PH值为7.2的氧氯化锆（ZrOCl2·8H2O）：氨水（NH3·H2O，质量百分比18%）的混合溶液160S，然后在100℃条件下干燥1.5小时，获得具有30μm氧化锆膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为92.9%。
背板样品7
将厚度为300μm的HDPE作为绝缘层经放卷机放卷，然后将正硅乙酸酯：无水乙醇：蒸馏水按摩尔比为1：15：9.5混合成pH值为7.6的混合液喷涂在HDPE上，喷涂160S，然后在120℃条件下干燥2小时，获得具有40μm氧化硅膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为1.4g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，然后喷涂PH值为7.2的氧氯化锆（ZrOCl2·8H2O）：氨水（NH3·H2O，质量百分比18%）混合溶液160S，然后在100℃条件下干燥1.5小时，获得具有30μm氧化锆膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为93.2%。
背板样品8
将厚度为250μm的HDPE作为绝缘层经放卷机放卷，在2×10-3Pa、25℃条件下，控制高纯氧气（99.99%）与高纯氩气气体质量流量比为1：3，在HDPE上磁控溅射铝靶300min，获得具有6.4μm氧化铝膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为0.6g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，然后喷涂PH值为7.2的氧氯化锆（ZrOCl2·8H2O）：氨水（NH3·H2O，质量百分比18%）混合溶液80S，然后在100℃条件下干燥1.5小时，获得具有13μm氧化锆膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为91.6%。
背板样品9
将厚度为250μm的HDPE作为绝缘层经放卷机放卷，然后将正钛乙酸酯：无水乙醇：蒸馏水按摩尔比为1：15：10混合成pH值为7.6的混合液喷涂在HDPE上，喷涂160S，然后在120℃条件下干燥2小时，获得具有40μm氧化钛膜层（无机耐水汽透过膜层）的无氟背板的半成品。检测其水汽透过率为1.4g/m2·24h。
按照相同方式将所述半成品经放卷机放卷平铺后，然将硝酸钪（Sc(NO3)2·6H2O）：无水乙醇：蒸馏水按摩尔比为1：14：20混合形成的pH值为5.2的混合液喷涂在所述半成品上，喷涂160S，然后在120℃条件下干燥2小时，获得具有35μm氧化钪膜层（无机抗紫外膜层）的无氟背板。检测紫外反射率为93.0%。
可采用水蒸气透过率测试仪测试水汽透过率，可采用紫外光谱测试仪测试紫外线反射能力。
通过上述描述可知，在上述背板样品1-9的实施方式中，各个无氟背板的水汽透过率不大于2g/m2·24h，紫外线反射率大于91%，具有较好的防水抗紫外线性能。
氟膜较厚时具有脆化问题，背板弯曲易导致氟膜隐裂，从而影响背板的防水抗紫外线能力，而本实施例采用可通过涂覆或是镀膜工艺形成所述无机耐水汽透过膜层以及无机抗紫外膜层，可形成厚度较薄的膜层结构，相对于传统的氟膜背板，具有较好的弯曲性能，避免了由于背板弯曲易导致膜层的隐裂。
本实施例所述背板采用无机材料作为防水防紫外线的膜层，所述无机材料耐腐蚀抗老化能力较强，具有较长的使用寿命，且所述无机材料可通过化学方法进行分解回收，相对于氟膜材料的分解回收，成本较低，且不会产生环境污染。所述无机材料均为优良的绝缘材料，大大增加背板的抗电弧击穿能力。另外，所述无机材料制备的无机耐水汽透过膜层以及无机抗紫外膜层相对于氟膜具有较好的抗老化以及耐磨损性能，可以有效降低背板在生产和使用过程中的划伤的可能性。
本发明另一实施例还提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括：相对设置的无氟背板以及盖板；太阳能电池串，所述太阳能电池串通过封装材料固定在所述无氟背板与所述盖板之间。其中，所述无氟背板为上述实施例所述的无氟背板。
所述太阳能电池串可以为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、类单晶太阳能电池以及基于晶体硅的异质结太阳能电池中的一种或是多种。
所述封装材料可以为聚乙烯-乙烯酸乙酯、或聚乙烯醇缩丁醛、或聚氨酯弹性体、或热塑性聚烯烃、或热固性聚烯烃、或聚乙烯-乙酸酯离子聚合物。
本实施例所述光伏组件采用上述实施例所述无氟背板，具有较好的防水抗紫外辐射性能。且采用低成本的无机材料制备的无氟背板，制作成本低。所述背板相对于氟膜背板，弯曲性较好。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种光伏组件的无氟背板，其特征在于，包括：
无机耐水汽透过膜层；
设置在所述无机耐水汽透过膜层一侧的绝缘层；
设置在所述无机耐水汽透过膜层另一侧的无机抗紫外膜层。
2.根据权利要求1所述的无氟背板，其特征在于，所述无机耐水汽透过膜层的水汽透过率不大于2g/m2·24h。
3.根据权利要求2所述的无氟背板，其特征在于，所述无机耐水汽透过膜层为硅氧化物薄膜、氮硅化物薄膜、硼氮化物薄膜、类金刚石碳薄膜、铝氧化物薄膜、铝氮化物薄膜、钛氧化物薄膜以及钛氮化物薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。
4.根据权利要求2所述的无氟背板，其特征在于，所述无机耐水汽透过膜层的厚度为5μm-50μm，包括端点值。
5.根据权利要求1所述的无氟背板，其特征在于，所述无机抗紫外膜层的紫外线反射率大于91%。
6.根据权利要求5所述的无氟背板，其特征在于，所述无机抗紫外膜层为氧化铈薄膜、氧化钛薄膜、氧化锆薄膜以及氧化钪薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。
7.根据权利要求5所述的无氟背板，其特征在于，所述无机抗紫外膜层的厚度为5μm-50μm，包括端点值。
8.根据权利要求1所述的无氟背板，其特征在于，所述绝缘层为聚对苯二甲酸类塑料薄膜、高密度聚乙烯薄膜、纤维纸薄膜以及云母薄膜中的任一种构成的单层结构或多种构成的多层结构。
9.根据权利要求8所述的无氟背板，其特征在于，所述绝缘层的厚度为100μm-300μm，包括端点值。
10.一种光伏组件，其特征在于，包括：
相对设置的无氟背板以及盖板；
太阳能电池串，所述太阳能电池串通过封装材料固定在所述无氟背板与所述盖板之间；
其中，所述无氟背板为权利要求1-9任一项所述的无氟背板。
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