CN107379691A - 一种导热型太阳能背板膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池背板膜技术领域，具体涉及一种导热型太阳能背板膜及其制备方法。为了解决太阳能背板膜导热性差的问题，本发明提供一种导热型太阳能背板膜及其制备方法。本发明提供的导热型太阳能背板膜为ABC三层结构，所述背板膜A层包括聚烯烃，含量为84‑96.5％；所述背板膜B层包括聚酯，含量为84‑97.3％；所述背板膜C层包括氟树脂，含量为70‑92％；所述百分比为重量百分比。本发明提供的太阳能背板膜具有高的导热性，良好的电绝缘性和耐候性；所述背板膜一步成型，制备方法工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池背板膜技术领域，具体涉及一种导热型太阳能背板膜及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，以其可再生性、清洁性和易取得性，利用前景十分光明。太阳能电池由低铁钢化玻璃、硅片、EVA胶和背膜经过层压制备。目前太阳能电池主要是晶硅型太阳能，由于发电效率一直在13-15％的范围内，且并不总是工作在最高效率。在太阳能电池正常工作中，由于太阳能电池在使用过程中会持续发热，导致组件材料发热，而组件材料温度过高将影响发电效率，这是由于工作温度升高会引起短路电流的少量增加，并引起开路电压发生严重降低，太阳能电池发电效率将明显降低。
目前太阳能背板的结构主要是TPT或KPF结构，其中T是杜邦PVF膜，P是BOPET薄膜，K是PVDF膜，F是氟涂料。这些传统背板均需要离线涂布或离线复合的技术路线，多次加工路线将导致背板膜的生产成本较高。现有常用的太阳能背板膜导热性差，导致太阳能电池的发电效率降低。
发明内容
为了解决太阳能背板膜导热性差的问题，本发明供一种导热型太阳能背板膜及其制备方法。本发明提供的导热型太阳能背板膜具有高的导热性，良好的电绝缘性和耐候性；该背板膜一步成型，制备方法工艺简单，具有极好的性价比。本发明提供的太阳能背板膜又称之为太阳能电池背板膜、背板膜或太阳能背板。
为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，所述背板膜A层包括聚烯烃，含量为84-96.5％；所述背板膜B层包括聚酯，含量为84-97.3％；所述背板膜C层包括氟树脂，含量为70-92％；所述百分比为重量百分比。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、或聚丁烯中的一种。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述聚烯烃优选为聚乙烯。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述聚烯烃与EVA或POE具有良好的粘结性。
进一步的，在所述背板膜B层中，所述聚酯选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的一种，
进一步的，在所述的背板膜B层中，所述聚酯优选为PET。
进一步的，在所述的背板膜B层中，所述聚酯的特性粘度为0.7-0.8dL/g。
进一步的，在所述的背板膜B层中，所述聚酯的特性粘度优选为0.75dL/g。
在所述的背板膜B层中，所述聚酯具有良好的耐绝缘性和机械性能。
进一步的，在所述的背板膜C层中，所述氟树脂选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、聚三氟氯乙烯(ECTFE)、或四氟乙烯-六氯丙烯-偏氟乙烯共聚物(THV)中的一种。
进一步的，在所述的背板膜C层中，所述氟树脂优选为PVDF。
在所述的背板膜C层中，所述氟树脂具有良好的耐候性。
进一步的，所述太阳能背板膜的总厚度为250-500μm，其中A层的厚度占背板膜总厚度的5-15％，B层的厚度占背板膜总厚度的70-91％，C层的厚度占背板膜总厚度的4-15％。所述太阳能背板膜的总厚度指ABC三层结构的总厚度。
进一步的，所述太阳能背板膜的总厚度优选为250-350μm。
进一步的，所述太阳能背板膜的总厚度优选为300-320μm。
进一步的，所述的背板膜A层还包括弹性树脂，含量为1-5％，所述百分比为重量百分比。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述弹性树脂选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体(SBS)、或甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)中的一种。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述弹性树脂优选为SBS。
所述SBS热塑性弹性体是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物。
进一步的，所述的背板膜A层还包括无机粒子，含量为0.5-1％，所述百分比为重量百分比。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述无机粒子选自金红石型钛白粉或锐钛型钛白粉中的一种、或两种的组合。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述无机粒子优选为金红石型钛白粉。
进一步的，所述的背板膜A层还包括导热材料，含量为2-10％，所述百分比为重量百分比。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述导热材料选自碳化硅(SiC)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化镁(MgO)、或石墨中的一种或至少两种的组合。
进一步的，在所述背板膜A层中，所述导热材料优选为SiC。
进一步的，所述背板膜A层包括聚烯烃84-96.5％，弹性树脂1-5％，无机粒子0.5-1％，导热材料2-10％，所述百分比为重量百分比。
进一步的，所述A层中的弹性树脂能提高A层的韧性，并能提高A层与B层的相容性。
进一步的，所述A层中的无机粒子为颜料，用于降低A层的透光率。
进一步的，所述A层在太阳能背板膜中作为粘结层，能够与EVA或POE具有很好的粘结力。
进一步的，所述的背板膜B层还包括无机粒子，含量为0.5-5％，所述百分比为重量百分比。
进一步的，所述B层中的无机粒子用于降低B层的透光率。
进一步的，在所述背板膜B层中，所述无机粒子选自金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉、硫酸钡、或碳酸钙中的一种，或前述无机粒子中至少两种的组合。
进一步的，在所述背板膜B层中，所述无机粒子优选为金红石型钛白粉。
进一步的，所述的背板膜B层还包括抗水解剂，含量为0.2-1％；所述的背板膜B层还包括导热材料，含量为2-10％；所述百分比为重量百分比。
进一步的，在所述背板膜B层中，所述抗水解剂选自碳化二亚胺、或聚碳化二亚胺中的一种。
进一步的，在所述背板膜B层中，所述抗水解剂优选为碳化二亚胺。
进一步的，在所述背板膜B层中，所述导热材料选自SiC、Al2O3、MgO或石墨中的一种或至少两种的组合。
进一步的，在所述背板膜B层中，所述导热材料优选为SiC。
进一步的，所述背板膜B层包括聚酯84-97.3％，无机粒子0.5-5％，抗水解剂0.2-1％，导热材料2-10％，所述百分比为重量百分比。
进一步的，B层在太阳能背板膜中作为支撑体和绝缘层。
进一步的，所述的背板膜C层还包括聚酯，含量为4-10％，所述百分比为重量百分比。
进一步的，所述C层中的聚酯作为粘结材料。
进一步的，在所述背板膜C层中，所述聚酯选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的一种。
进一步的，在所述背板膜C层中，所述聚酯优选为PMMA。
进一步的，所述的背板膜C层还包括无机粒子，含量为2-10％；所述的背板膜C层还包括导热材料，含量为2-10％；所述百分比为重量百分比。
进一步的，所述C层中的无机粒子具有抗吸附的作用。
进一步的，在所述背板膜C层中，所述无机粒子选自金红石型钛白粉、锐钛型钛白粉、硫酸钡、或碳酸钙中的一种。
进一步的，在所述背板膜C层中，所述无机粒子优选为金红石型钛白粉。
进一步的，在所述背板膜C层中，所述导热材料选自SiC、Al2O3、MgO或石墨中的一种或至少两种的组合。
进一步的，在所述背板膜C层中，所述导热材料优选为SiC。
进一步的，所述背板膜C层包括氟树脂70-92％，聚酯4-10％，无机粒子2-10％，导热材料2-10％；所述百分比为重量百分比。
进一步的，C层在太阳能背板中作为抗UV层。
进一步的，所述背板膜的原料配比优选为A层91-94％聚乙烯，1-2％SBS，1％金红石型钛白粉，4-6％SiC；B层为91-93％PET切片，1-3％金红石型钛白粉，0.5-1％碳化二亚胺，5-5.5％SiC；C层为85-88％PVDF，5-6％PMMA，2-3％金红石型钛白粉，5-6％SiC。太阳能背板膜总厚度300-320μm，其中A层占背板膜总厚度10％，B层占背板膜总厚度80％，C层占背板膜总厚度10％。上述技术方案包括实施例1、实施例8-9。进一步的，B层中PET切片的特性粘度为0.75dL/g。
进一步的，所述背板膜的原料配比优选为A层93％聚乙烯，1％SBS，1％金红石型钛白粉，5％SiC；B层为92.5％PET切片，特性粘度0.75dL/g，2％金红石型钛白粉，0.5％碳化二亚胺，5％SiC；C层为88％PVDF，5％PMMA，2％金红石型钛白粉，5％SiC。太阳能背板膜总厚度320μm，其中A层占背板膜总厚度10％，B层占背板膜总厚度80％，C层占背板膜总厚度10％。上述技术方案包括实施例1。
本发明还提供一种制备导热型太阳能背板膜的方法，所述导热型太阳能背板膜为ABC三层结构，该背板膜通过ABC三层共挤流延工艺制备得到。
进一步的，所述导热型太阳能背板膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将ABC三层的原料分别加入A层挤出机、B层挤出机和C层挤出机，熔融共挤；
(2)冷却铸片；
(3)热定型处理；
(4)收卷，分切。
进一步的，A层挤出机所用的双螺杆挤出机各区温度为190-210℃，主机转速300-500rpm，过滤器滤网孔径为15-25μm。
进一步的，B层挤出机所用的双螺杆挤出机各区温度为250-280℃，主机转速450-750rpm，过滤器滤网孔径为25-40μm。
进一步的，C层挤出机所用的双螺杆挤出机各区温度为220-250℃，主机转速300-500rpm，过滤器滤网孔径为15-25μm。
进一步的，冷却铸片温度为15-20℃。
进一步的，热定型温度为200-220℃，热定型时间为1-2min。
本发明所述的背板膜A层提供粘结性，背板膜B层提供绝缘性和耐候性，背板膜C层提供抗UV性。
与现有技术相比，本发明提供的太阳能背板膜具有高的导热性，良好的电绝缘性和耐候性，能够及时扩散太阳能电池在使用过程中产生的热量，避免组件材料温度过高，从而提升太阳能电池的发电效率。本发明提供的太阳能背板膜解决了太阳能背板膜导热性差导致的太阳能电池的发电效率降低的问题。本发明通过三层共挤直接制备太阳能背板，该背板一步成型，制备方法工艺简单，具有极好的性价比，具有极高的市场前景。
附图说明
图1为本发明提供的导热型太阳能背板膜的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构。所述的太阳能背板膜的总厚度为250-500μm，其中A层占背板膜总厚度5-15％，B层占背板膜总厚度70-91％，C层占背板膜总厚度4-15％。
所述导热型太阳能背板膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将ABC三层的原料分别进入A层挤出机、B层挤出机和C层挤出机，熔融挤出；其中，A层挤出机所用的双螺杆挤出机各区温度为190-210℃，主机转速300-500rpm，过滤器滤网孔径为15-25μm；B层挤出机所用的双螺杆挤出机各区温度为250-280℃，主机转速450-750rpm，过滤器滤网孔径为25-40μm；C层挤出机所用的双螺杆挤出机各区温度为220-250℃，主机转速300-500rpm，过滤器滤网孔径为15-25μm。
(2)冷却铸片：其中，冷却铸片温度为15-20℃。
(3)热定型处理：其中热定型温度为200-220℃，热定型时间为1-2min。
(4)收卷，分切。
按照上述方法制得的导热型太阳能背板膜，其性能测试方法如下：
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，测试背膜的拉伸强度和断裂伸长率。
水蒸气透过率：按照GB/T 1037-1988标准测试，采用TSY-W2水蒸气透过率测试仪对背膜进行测试。
热收缩率：按照GB/T 13542.4-2009标准测试，将样品放置在150℃烘箱内30min，测定其热收缩率。
击穿电压测试：按照GB/T 13542.2-2009标准测试，采用击穿强度测试仪对背板用聚酯薄膜进行测试。测得的击穿电压值越高，说明绝缘性越好。
局部放电压测试：按照IEC 60664-1-2007标准测试，采用GYJF-II局部放电测试仪进行测试。测得的局放电压值越高，说明绝缘性越好。
耐候性测试：将样品放置在PCT测试烘箱中，PCT测试条件为121℃，100％RH，2atm。60h后取出测试薄膜的断裂伸长率。断裂伸长率越高，说明耐候性越好。
导热率：按照ASTM E461标准，采用激光导热仪LFA447型测试。
实施例1
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层93％聚乙烯，1％SBS，1％金红石型钛白粉，5％SiC。B层为92.5％PET切片，特性粘度0.75dL/g，2％金红石型钛白粉，0.5％碳化二亚胺，5％SiC。C层为88％PVDF，5％PMMA，2％金红石型钛白粉，5％SiC。太阳能背板膜总厚度320μm，其中A层占背板膜总厚度10％，B层占背板膜总厚度80％，C层占背板膜总厚度10％。所得太阳能背板膜相关性能见表1。
实施例2
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层92.5％聚丙烯，2％SBS，0.5％锐钛型钛白粉，5％SiC。B层为92％PET切片，特性粘度0.75dL/g，2％锐钛型钛白粉，1％碳化二亚胺，5％SiC。C层为88％PVF，5％PMMA，2％锐钛型钛白粉，5％SiC。太阳能背板膜总厚度320μm，其中A层占背板膜总厚度10％，B层占背板膜总厚度80％，C层占背板膜总厚度10％。所得太阳能背板膜相关性能见表1。
实施例3
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层84％聚丁烯，5％MBS，1％金红石型钛白粉，10％Al2O3。B层为90％PET切片，特性粘度0.78dL/g，4％锐钛型钛白粉，1％聚碳化二亚胺，5％Al2O3。C层为84％ECTFE，6％PBT，2％硫酸钡，8％Al2O3。太阳能背板膜总厚度320μm，其中A层占背板膜总厚度12％，B层占背板膜总厚度78％，C层占背板膜总厚度10％。所得太阳能背板膜相关性能见表1。
实施例4
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层91％聚乙烯，2％SBS，1％金红石型钛白粉，6％MgO。B层为92.5％PBT切片，4％硫酸钡，0.5％碳化二亚胺，3％石墨。C层为86％THV，4％PMMA，6％碳酸钙，4％石墨。太阳能背板膜总厚度350μm，其中A层占背板膜总厚度10％，B层占背板膜总厚度80％，C层占背板膜总厚度10％。所得太阳能背板膜相关性能见表1。
实施例5
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层89.2％聚丙烯，2％MBS，0.8％金红石型钛白粉，8％石墨。B层为86％PET切片，特性粘度0.76，5％碳酸钙，1％聚碳化二亚胺，8％石墨。C层为74％PVDF，8％PMMA，10％碳酸钙，8％石墨。太阳能背板膜总厚度350μm，其中A层占背板膜总厚度10％，B层占背板膜总厚度80％，C层占背板膜总厚度10％。所得太阳能背板膜相关性能见表1。
实施例6
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层96.5％聚乙烯，1％SBS，0.5％金红石型钛白粉，2％SiC。B层为84％PET切片，特性粘度0.7dL/g，5％金红石型钛白粉，1％碳化二亚胺，10％MgO。C层为70％PVDF，10％PMMA，10％金红石型钛白粉，10％MgO。太阳能背板膜总厚度250μm，其中A层占背板膜总厚度15％，B层占背板膜总厚度70％，C层占背板膜总厚度15％。所得太阳能背板膜相关性能见表2。
实施例7
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层92.5％聚丙烯，2％SBS，0.5％锐钛型钛白粉，5％SiC。B层为97.3％PET切片，特性粘度0.8dL/g，0.5％锐钛型钛白粉，0.2％聚碳化二亚胺，2％SiC。C层为92％PVF，4％PBT，2％锐钛型钛白粉，2％SiC。太阳能背板膜总厚度320μm，其中A层占背板膜总厚度5％，B层占背板膜总厚度91％，C层占背板膜总厚度4％。所得太阳能背板膜相关性能见表2。
实施例8
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层91％聚乙烯，2％SBS，1％金红石型钛白粉，6％SiC。B层为91％PET切片，特性粘度0.75dL/g，3％金红石型钛白粉，1％碳化二亚胺，5％SiC。C层为85％PVDF，6％PMMA，3％金红石型钛白粉，6％SiC。太阳能背板膜总厚度300μm，其中A层占背板膜总厚度10％，B层占背板膜总厚度80％，C层占背板膜总厚度10％。所得太阳能背板膜相关性能见表2。
实施例9
本发明提供的导热型太阳能背板膜，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，原料配比为A层94％聚乙烯，1％SBS，1％金红石型钛白粉，4％SiC。B层为93％PET切片，特性粘度0.75dL/g，1％金红石型钛白粉，0.5％碳化二亚胺，5.5％SiC。C层为86％PVDF，5％PMMA，3％金红石型钛白粉，6％SiC。太阳能背板膜总厚度300μm，其中A层占背板膜总厚度10％，B层占背板膜总厚度80％，C层占背板膜总厚度10％。所得太阳能背板膜相关性能见表2。
对比例1
苏州塞伍应用技术有限公司KPF背板膜，厚度为350μm。
表1实施例1-5所得太阳能背板膜性能测试表
表2实施例6-9及对比例1所得太阳能背板膜性能测试表
由表1和表2中的性能检测结果可知，本发明提供的导热型太阳能背板膜具有较高的导热性，良好的电绝缘性和耐候性。
其中，实施例1、实施例8-9提供的太阳能背板膜具有较高的导热性、良好的电绝缘性和耐候性，MD方向的拉伸强度至少为185MPa，TD方向的拉伸强度至少为182MPa、MD方向的断裂伸长率至少为174％、TD方向的断裂伸长率至少为170％、MD方向的热收缩至多为0.12％，TD方向的热收缩至多为0.01％、水汽透过率(38℃、90％RH)至多为1.6g/m2·24h、击穿电压至少为22KV、局放测试至少为1150VDC、PCT测试60h后断裂伸长率的MD方向至少为110％、PCT测试60h后断裂伸长率的TD方向至少为101％、导热率至少为6.6W/m·k。
特别的，实施例1提供的太阳能背板膜具有更高的导热性、良好的电绝缘性和耐候性，导热率达到6.7W/m·k，击穿电压达到24KV，综合性能更好。
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)
1.一种导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述太阳能背板膜为ABC三层结构，所述背板膜A层包括聚烯烃，含量为84-96.5％；所述背板膜B层包括聚酯，含量为84-97.3％；所述背板膜C层包括氟树脂，含量为70-92％；所述百分比为重量百分比。
2.根据权利要求1所述的导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述太阳能背板膜的总厚度为250-500μm，其中A层的厚度占背板膜总厚度的5-15％，B层的厚度占背板膜总厚度的70-91％，C层的厚度占背板膜总厚度的4-15％。
3.根据权利要求1所述的导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述的背板膜A层还包括弹性树脂，含量为1-5％，所述百分比为重量百分比。
4.根据权利要求1所述的导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述的背板膜A层还包括无机粒子，含量为0.5-1％，所述百分比为重量百分比。
5.根据权利要求1所述的导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述的背板膜A层还包括导热材料，含量为2-10％，所述百分比为重量百分比。
6.根据权利要求1所述的导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述的背板膜B层还包括无机粒子，含量为0.5-5％，所述百分比为重量百分比。
7.根据权利要求1所述的导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述的背板膜B层还包括抗水解剂，含量为0.2-1％；所述的背板膜B层还包括导热材料，含量为2-10％，所述百分比为重量百分比。
8.根据权利要求1所述的导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述的背板膜C层还包括聚酯，含量为4-10％，所述百分比为重量百分比。
9.根据权利要求1所述的导热型太阳能背板膜，其特征在于，所述的背板膜C层还包括无机粒子，含量为2-10％；所述的背板膜C层还包括导热材料，含量为2-10％，所述百分比为重量百分比。
10.一种制备权利要求1所述的导热型太阳能背板膜的方法，其特征在于，所述导热型太阳能背板膜为ABC三层结构，该背板膜通过ABC三层共挤流延工艺制备得到，所述导热型太阳能背板膜的制备方法包括如下步骤：
(1)将ABC三层的原料分别加入A层挤出机、B层挤出机和C层挤出机，熔融共挤；
(2)冷却铸片；
(3)热定型处理；
(4)收卷，分切。
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