CN108314882B - 一种用于光伏电池背板的薄膜及其制备方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于光伏电池背板的薄膜，所述薄膜按重量份数计算，包括40～80份的不饱和聚酯和20～60份的粘结性树脂，所述粘结性树脂为聚烯烃与聚酰胺、聚酰亚胺、聚乳酸、聚碳酸酯中的任意一种聚合物组成的嵌段共聚物，本发明通过选用特定结构的不饱和聚酯和粘结性树脂作为主要组分，得到的薄膜材料通过简单的贴合即可与POE薄膜和EVA薄膜粘结，与POE膜的附着力≥150N，与EVA膜的附着力≥100N，耐老化能力强，经过老化实验后附着力下降率≤10％，与其他类似的薄膜材料相比与以POE或EVA材料为主要组分的封装胶膜具有更好的相容性和粘附性，而且，相应的力学性能和光学性能同样优异，适合作为一种用于光伏电池背板的薄膜使用。

Description

一种用于光伏电池背板的薄膜及其制备方法和使用方法
技术领域
本发明聚合物加工领域，尤其涉及一种用于光伏电池背板的薄膜及其制备方法和使用方法。
背景技术
随着晶体硅光伏技术的进步，光伏电池的产业也逐渐扩大，对于光伏电池的需求也逐渐增多，常见的商业化的光伏电池封装结构自上而下依次为前板玻璃、封装胶膜、电池片、封装胶膜、背板和边缘封装材料，其中，封装胶膜位于电池片的两侧，用于固定电池片，前板玻璃和背板位于结构的最外面一侧，具有一定的结构强度，能够对电池本身进行保护，前板玻璃和背板通过铝制边框和硅胶密封边缘，防止尘埃和水汽的进入。
其中，光伏电池的封装胶膜和背板属于光伏组件中重要性仅次于电池片的组成部分，光伏电池的封装胶膜和背板材料需要具有较好的散热能力、较低的水汽透过率、优异的密封性能和良好的红外发射率，以便降低组件整体的工作温度，同时在户外环境下保护电池片不受水分的侵蚀，阻隔氧气和水汽，防止电池片老化或腐蚀，基于上述对于封装胶膜和背板材料的性能要求，现有技术中大多选择对聚苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料作为光伏电池背板的主体材料，选择乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或者聚烯烃弹性体(POE)作为光伏电池的封装胶膜材料，但是，单纯的PET材料与EVA或者POE材料的粘结性并不好，得到的光伏电池组件密封性能较差，通常需要在PET材料层与EVA或者POE材料层中间添加一层用于粘结二者的涂层或者薄膜，或者对PET材料表面进行一定的处理，例如通过等离子轰击的方式使其表面电离出活性基团等。
由于通常用于粘结PET材料层与EVA或者POE材料层的涂层对加工精度依赖程度较高，涂层不均匀容易降低光伏电池的性能，为了便于加工，现有技术中多采用薄膜材料粘结PET材料层与EVA或者POE材料层，而薄膜材料多选用含氟的聚合物作为主体材料，例如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯等，含氟聚合物通常具有较好的表面平整度、良好的表面相容性和优良的力学性能，适用于作为光伏电池背板的粘结薄膜使用，例如，CN102653154A公开了一种自粘性的以聚偏氟乙烯为结构成分的薄膜材料，能够用于粘附太阳能电池背板中的聚烯烃封装胶膜层和聚酯背板层，然而，上述薄膜材料在制备过程中还需要引入热稳定剂、无机填料、助剂、增粘剂、抗氧剂等添加剂，得到的薄膜与PET层的粘结力仅为8N/cm，与EVA层的粘结力仅为10N/cm，粘度不高，而且，由于聚偏氟乙烯材料价格昂贵，在生产中不便于大规模推广。
本领域的技术人员需要在现有技术的基础上研发一种新的用于光伏电池背板粘结的薄膜材料，得到的薄膜材料与PET、EVA或者POE材料层的粘结力需要进一步加强，力学强度需要进一步提高以便于加工，同时应尽可能的减少氟材料的使用和加工过程中对于添加剂或溶剂的使用，以符合国家所提倡的对于环境友好性的要求。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种用于光伏电池背板的薄膜，所述薄膜按重量份数计算包括如下组分：
不饱和聚酯 40～80份
粘结性树脂 20～60份。
其中，所述粘结性树脂为聚烯烃与聚酰胺、聚酰亚胺、聚乳酸、聚碳酸酯中的任意一种聚合物组成的嵌段共聚物。
所述嵌段共聚物如参考文献(冯雨晨,介素云,李伯耿.烯烃易位聚合制备遥爪聚合物及嵌段共聚物[J].化学进展,2015,27(8):1074-1086.)中所述，通过将含有一种或多种含有双键的烯烃单体在催化剂的作用下单独或共聚合，之后通过与双键两端含有氨基、羧基、酯基等活性基团的烯烃化合物之间发生烯烃易位反应，产物与含有多个氨基、羧基、酯基等活性基团的化合物之间发生缩聚反应得到。
所述不饱和聚酯的重量份数可以为41份、45份、50份、55份、60份、65份、70份、75份、78份等。
所述粘结性树脂的重量份数可以为21份、25份、30份、35份、40份、45份、50份、55份、58份等。
本发明中所述的薄膜中包括不饱和聚酯和粘结性树脂两种材料，作为优选的技术方案，所述薄膜中不含有任何添加剂、填料、交联剂和表面修饰剂等可能对表面结构产生破坏的助剂。
本发明中所述的薄膜的表面光滑平整，不经过任何物理、化学处理，不含有任何修饰基团，其中的不饱和聚酯选用与光伏电池背板材料相容性良好的聚酯材料，其中的粘结性树脂选用与EVA或者POE材料相容性较好的嵌段聚合物材料。
本发明中所述的薄膜中的不饱和聚酯组分与粘结性树脂组分之间具有协同作用，二者的分子链之间能够通过π-π共轭作用形成在韧性较高的共混聚合物中常见的“海岛结构”，上述结构的形成能够有效提高所述薄膜的力学性能，由于二者的分子链中同时具有大量极性较强的链段和极性较弱的不饱和键成分，通过二者共混制备得到的薄膜材料无需经过进一步加工就能具有优异的与PET、EVA或POE膜层的相容性。
本领域的技术人员可以根据实际情况选择任意一种可以获得的粘结性树脂材料，优选地，所述粘结性树脂中聚烯烃的重量百分数为60～80wt％，例如61wt％、65wt％、70wt％、75wt％、78wt％等。
优选地，所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物中的任意一种。
优选地，所述薄膜还包括1～10重量份(例如2份、4份、6份、8份等)的聚烯烃弹性体或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
优选地，所述不饱和聚酯为主链含有苯环的聚酯。
优选地，所述不饱和聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述不饱和聚酯的数均分子量为2000～500000Da，例如3000Da、6000Da、10000Da、50000Da、100000Da、200000Da、300000Da、400000Da、450000Da、480000Da、495000Da等，进一步优选为40000～150000Da。
优选地，所述粘结性树脂的数均分子量为1000～400000Da，例如3000Da、6000Da、20000Da、60000Da、100000Da、150000Da、200000Da、250000Da、300000Da、350000Da、390000Da等，进一步优选为40000～100000Da。
优选地，所述不饱和聚酯与粘结性树脂的数均分子量之比为(1～8):1，例如为2:1、3:1、4:1、5:1、6:1、7:1等，进一步优选为(1～3):1选择合适的分子量比例有利于“海岛结构”的完善，提高不饱和聚酯与粘结性树脂共混后的均匀性，能够得到力学性能更为优良的薄膜材料。
所述薄膜的厚度可以依据加工工艺的参数决定，优选地，所述薄膜的厚度为0.01～1mm，例如0.02mm、0.05mm、0.1mm、0.20mm、0.40mm、0.60mm、0.80mm、0.90mm、0.95mm等。
优选地，所述薄膜对于波长为400～100nm的电磁波的反射率≥80％，例如为82％、85％、90％、95％、98％等。
优选地，所述薄膜对于波长为275～400nm的紫外线的透过率≤0.01％，例如为0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％、0.007％、0.009％等。
优选地，所述薄膜在各个方向上的拉伸强度≥80MPa，例如为81MPa、85MPa、90MPa、95MPa、100MPa等。
优选地，所述薄膜的断裂拉伸率≥100％，例如为110％、120％、130％、140％、160％、180％等。
本发明的目的之二在于提供一种上述薄膜的制备方法，所述制备方法为将40～80重量份的不饱和聚酯与20～60重量份的粘结性树脂共混、挤出后经过双向拉伸、单向拉伸或者流延法成膜得到所述薄膜。
所述共混、挤出过程可以选用与现有技术中制备聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜相同的共混和挤出工艺参数和工艺设备。
所述双向拉伸、单向拉伸和流延法成膜过程可以选用与现有技术中制备聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜相同的共混和挤出工艺参数和工艺设备。
本发明的目的之三在于提供一种上述薄膜的使用方法，所述薄膜固定在含有不饱和聚酯的背板的任意一面，用于粘结乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层或聚烯烃弹性体层。
所述固定方法包括压合、粘合、与背板混合熔融进行双层共挤出或熔融后在背板表面淋膜粘合。
本发明的目的之四在于提供一种含有聚对苯二甲酸乙二醇酯的背板，所述背板的任意一面附着有上述薄膜。
优选地，所述薄膜采用压合工艺附着在上述含有聚对苯二甲酸乙二醇酯的背板的任意一面。
优选地，所述压合的温度为140～150℃，例如为142℃、144℃、146℃、148℃等，压力为0.08～0.15MPa，例如为0.09MPa、0.10MPa、0.12MPa、0.14MPa等。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过选用特定结构的不饱和聚酯和粘结性树脂作为主要组分，得到的薄膜材料通过简单的贴合即可与POE薄膜和EVA薄膜粘结，与POE膜的附着力≥150N，与EVA膜的附着力≥100N，经过老化实验后附着力下降率10≤％，而且，得到的薄膜材料的力学性能优异，断裂伸长率均≥100％，拉伸强度均≥80MPa，光学性能同样优异，对于波长为400～100nm的电磁波的反射率≥80％。
(2)本发明所得到的薄膜与其他类似的薄膜材料相比与以POE或EVA材料为主要组分的封装胶膜具有更好的相容性和粘附性，因此适合作为一种用于光伏电池背板的薄膜使用。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
通过如下步骤制备薄膜1：
取8kg数均分子量为120000Da的聚对苯二甲酸丁二醇酯与2kg分子量为100000Da的聚乙烯与尼龙6的嵌段共聚物，其中嵌段共聚物中聚乙烯的质量百分数为60wt％，二者分别造粒后混合，混合物使用直径为65mm的五级挤出机挤出，挤出机的机筒温度分别为105℃、110℃、145℃、160℃和170℃，机头温度为180℃，螺杆转速为50转/min，混合物料在挤出后通过直径为1200mm的口模，在25N的拉力下进行双向拉伸，得到厚度为0.05mm的薄膜1。
实施例2
通过如下步骤制备薄膜2：
与实施例1的不同之处仅在于聚对苯二甲酸丁二醇酯的加入量为4kg，聚乙烯与尼龙6的嵌段共聚物的加入量为6kg。
实施例2得到厚度为0.015mm的薄膜2。
实施例3
通过如下步骤制备薄膜3：
与实施例1的不同之处仅在于使用聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯替代聚对苯二甲酸丁二醇。
实施例3得到厚度为0.025mm的薄膜3。
实施例4
通过如下步骤制备薄膜4：
与实施例1的不同之处仅在于使用乙烯-丙烯共聚物与聚乳酸的嵌段共聚物替代聚乙烯与尼龙6的嵌段共聚物。
实施例4得到厚度为0.8mm的薄膜4。
实施例5
通过如下步骤制备薄膜5：
与实施例1的不同之处仅在于聚对苯二甲酸丁二醇的数均分子量为150000Da，聚乙烯与尼龙6的嵌段共聚物的数均分子量为50000Da。
实施例5得到厚度为0.01mm的薄膜5。
实施例6
通过如下步骤制备薄膜6：
与实施例1的不同之处仅在于聚对苯二甲酸丁二醇的数均分子量为40000Da，聚乙烯与尼龙6的嵌段共聚物的数均分子量为40000Da。
实施例6得到厚度为0.46mm的薄膜6。
实施例7
通过如下步骤制备薄膜7：
与实施例1的不同之处仅在于嵌段共聚物中聚乙烯的质量百分数为80wt％。
实施例7得到厚度为0.1mm的薄膜7。
实施例8
与实施例1的不同之处仅在于，聚对苯二甲酸丁二醇酯的加入量为7kg，此外还添加有1kg的陶氏化学公司生产的8452型聚烯烃弹性体(POE)材料。
实施例8得到厚度为0.06mm的薄膜8。
实施例9
与实施例1的不同之处仅在于，聚对苯二甲酸丁二醇酯的加入量为7kg，此外还添加有1kg的日本东曹公司生产的EVA633型乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)材料。
实施例9得到厚度为0.06mm的薄膜9。
对照例1
通过如下步骤制备薄膜10：
与实施例1的不同之处仅在于使用如专利CN102149751B的实施例中所述的聚乙烯主链接枝聚己内酰胺的共聚物替代聚乙烯与尼龙6的嵌段共聚物。
对照例1得到厚度为0.6mm的薄膜10。
对照例2
通过如下步骤制备薄膜11：
与实施例1的不同之处仅在于不加入聚对苯二甲酸丁二醇酯组分。
对照例2得到厚度为0.2mm的薄膜11。
对照例3
通过如下步骤制备薄膜12：
与实施例1的不同之处仅在于不加入聚乙烯与尼龙6的嵌段共聚物组分。
对照例3得到厚度为0.3mm的薄膜12。
分别将所述薄膜1～12采用压合工艺附着在聚对苯二甲酸乙二醇酯含量≥90wt％的光伏电池背板的任意一面，压合的温度为150℃，压力为0.15MPa，得到背板1～12。
通过如下表征测试手段对薄膜1～12进行表征测试，测试结果列于表1。
(1)剥离强度测试
通过如《GB/T 2792-2014胶粘带剥离强度的测试方法》中所述的测试方法利用岛津公司生产的AGS-X型万能试验机分别测试薄膜1～12与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA，三井公司生产的250型树脂)薄膜和聚烯烃弹性体(POE，陶氏化学公司生产的38660型树脂)薄膜的剥离强度。
(2)耐老化性能测试
通过如剥离强度测试中所述的方法将薄膜1～12与EVA或POE薄膜粘结，使用台湾弘禹公司生产的的W35型PCT高压加速老化试验机，在121℃、0.2MPa的环境下老化处理48h，之后通过通过如剥离强度测试中所述的方法测试薄膜1～12与EVA或者POE薄膜的剥离强度。
(3)力学性能测试
通过如《GB/T 13022-1991塑料薄膜拉伸性能试验方法》和《GB/T13541-1992电气用塑料薄膜试验方法》中所述的测试方法利用岛津公司生产的AGS-X型万能试验机分别测试薄膜1～12的断裂拉伸率和拉伸强度。
(4)光学性能测试
通过如《GB/T 2410-1980透明塑料透光率和雾度试验方法》中所述利用岛津UV-2600型透光率测试仪测定薄膜1～12在紫外线和可见光波段的反射率和透过率。
表1各实施例和对照例中薄膜1～12的性能对比表
Figure BDA0001557489650000101
Figure BDA0001557489650000111
通过表1可以看出，本发明各实施例中通过选用特定结构的不饱和聚酯和粘结性树脂作为主要组分，得到的薄膜材料通过简单的贴合即可与POE薄膜和EVA薄膜粘结，与POE膜的附着力≥150N，与EVA膜的附着力≥100N，经过老化实验后附着力下降率≤10％，而且，得到的薄膜材料的力学性能优异，断裂伸长率均≥100％，拉伸强度均≥80MPa，光学性能同样优异，对于波长为400～100nm的电磁波的反射率≥80％，与其他具有类似结构的材料(如对照例1中的聚乙烯主链接枝聚己内酰胺接枝聚合物等)相比，在粘结性树脂中选用嵌段结构能够起到更好的相容性和粘附性效果，因此适合作为一种用于光伏电池背板的薄膜使用。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的工艺方法，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (18)

1.一种用于光伏电池背板的薄膜，其特征在于，按重量份数计算，所述薄膜包括如下组分：
不饱和聚酯40～80份
粘结性树脂20～60份；
所述粘结性树脂为聚烯烃与聚酰胺、聚酰亚胺、聚乳酸、聚碳酸酯中的任意一种聚合物组成的嵌段共聚物；
所述不饱和聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯中的任意一种或至少两种的组合。
2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述嵌段共聚物中聚烯烃的质量百分数为60～80wt％。
3.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜还包括1～10重量份的聚烯烃弹性体或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
5.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述不饱和聚酯的数均分子量为2000～500000Da。
6.根据权利要求5所述的薄膜，其特征在于，所述不饱和聚酯的数均分子量为20000～150000Da。
7.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述粘结性树脂的数均分子量为1000～400000Da。
8.根据权利要求7所述的薄膜，其特征在于，所述粘结性树脂的数均分子量为40000～100000Da。
9.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述不饱和聚酯与粘结性树脂的数均分子量之比为(1～8):1。
10.根据权利要求9所述的薄膜，其特征在于，所述不饱和聚酯与粘结性树脂的数均分子量之比为(1～3):1。
11.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的厚度为0.01～1mm。
12.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜对于波长为400～100nm的电磁波的反射率≥80％。
13.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜对于波长为275～400nm的紫外线的透过率≤0.01％。
14.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜在各个方向上的拉伸强度≥80MPa。
15.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的断裂拉伸率≥100％。
16.一种如权利要求1～15之一所述的薄膜的制备方法，其特征在于，所述薄膜通过将40～80重量份的不饱和聚酯与20～60重量份的粘结性树脂共混、挤出后经过双向拉伸、单向拉伸或者流延法成膜得到。
17.一种如权利要求1～15之一所述的薄膜的使用方法，其特征在于，所述薄膜固定在含有不饱和聚酯的背板的任意一面，用于粘结乙烯-醋酸乙烯共聚物层或聚烯烃弹性体层。
18.一种含有聚对苯二甲酸乙二醇酯的背板，其特征在于，所述背板的任意一面附着有如权利要求1～15之一所述的薄膜。
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