CN109994566B - 太阳能背板膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能背板膜，具有多层结构，包括第一层、第二层和第三层，第一层、第三层位于第二层的两侧，第一层和第三层的组分包括不含氟树脂和抗紫外线助剂，且多层结构通过多层共挤工艺制备得到，既具有良好的耐候性又能够保护环境，且制备工艺简单。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能组件领域，特别是涉及一种太阳能背板膜及其制备方法。
背景技术
太阳能作为一种绿色环保、取之不尽的能源，是取代传统火力发电的最佳选择。而最为太阳能组件的重要组成部分-太阳能电池装置，往往安装于室外，经常会出现由于高温、紫外线、风雨等原因导致的产品老化，发电效率低下等问题。太阳能电池背板的发明，可以作为一层保护膜将太阳能电池的内侧包裹起来，大大延长太阳能电池的使用寿命。
由于太阳能背板膜位于太阳能电池板的背面，起到支撑和保护电池片的作用，这就要求背板膜具有可靠的绝缘性、水汽阻隔性及抗老化性能。我国的太阳能背板膜多使用含氟聚合物背板，例如KPK、KPE或KPF多层复合结构，其中K层为起到抗紫外线的含氟层，由于该聚合物中含有卤族元素，在组件报废后容易造成氟污染，而且此方法涉及贴合等多道步骤，工艺繁锁。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种耐候性能好且制备工艺简单的不含氟太阳能背板膜。
本发明提供一种太阳能背板膜，具有多层结构，包括第一层、第二层和第三层，所述第一层、第三层位于所述第二层的两侧，所述第一层和所述第三层的组分包括不含氟树脂和抗紫外线助剂；所述多层结构通过多层共挤工艺制备得到。
进一步地，所述第一层、第三层的组分包括：质量百分比为82％-90％的不含氟树脂，质量百分比为1％-8％的抗紫外线助剂。
进一步地，所述抗紫外线助剂为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并***类、取代丙烯腈类、三嗪类中的至少一种。
进一步地，所述第二层的组分包括质量百分比为85％-91.5％的不含氟树脂，1.5％-5％的抗水解剂。
进一步地，所述第一层、第二层的不含氟树脂为聚酯树脂，所述聚酯树脂包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
进一步地，所述第三层的所述不含氟树脂包括第一树脂和第二树脂，所述第一树脂为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种，所述第二树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
进一步地，所述第一树脂的质量百分比为13％-83％，所述第二树脂的质量百分比为15％-82％。
进一步地，所述多层结构中的至少一层还添加有无机纳米粒子，所述无机纳米粒子的质量百分比为5％-10％。
进一步地，所述第一层、第三层的所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米硫酸钡、纳米三氧化二铝的至少一种；
进一步地，所述第二层的所述无机纳米粒子为纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米云母片或纳米氮化钛中的至少一种。
本发明还提供一种上述太阳能背板膜的制备方法，其特征在于：
通过三层共挤工艺制备形成第一层，第二层和第三层；
其中所述第一层、第三层添加有抗紫外线助剂。
本发明所述的太阳能背板膜具有以下优点：
本发明的太阳能背板膜，通过在第一层、第三层的不含氟树脂中添加抗紫外线助剂，第一层和第三层提供抗紫外线性能，并通过多层共挤工艺即可获得耐候性能好的背板膜。相比与现有技术中含氟且涉及多层贴合工艺的太阳能背板膜，本发明的太阳能背板膜既具有良好的耐候性又能够保护环境，且制备工艺简单。
本发明的太阳能背板膜，通过在第三层的基体材料中添加不同配比的多种树脂，能够使太阳能背板膜在组装完成后与EVA胶具有良好的结合性，提高剥离难度，结合性能好。
附图说明
图1为本发明太阳能背板膜的结构示意图；
其中，11为第二层，12为第一层，13为第三层，14为无机纳米粒子。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明提供一种太阳能背板膜，为多层结构，具体可包括第一层12、第二层11和第三层13，其中，第一层12、第三层13位于第二层11的两侧，第一层12和第三层13的组分包括不含氟树脂和抗紫外线助剂，所述多层结构通过多层共挤工艺制备得到。
本发明的太阳能背板膜，通过在第一层、第二层的不含氟树脂中添加抗紫外线助剂，并通过多层共挤工艺即可获得耐候性能好的背板膜，相比与现有技术中含氟且涉及多层贴合工艺的太阳能背板膜，既具有良好的耐候性又能够保护环境，且制备工艺简单。
进一步地，太阳能背板膜总厚度为0.125mm-0.350mm，优选地，太阳能背板膜总厚度为0.25mm-0.3mm。
进一步地，第一层12的厚度为0.010mm-0.050mm，第二层11的厚度为0.105mm-0.250mm，第三层13的厚度为0.010mm-0.050mm。本发明的太阳能背板膜通过合理设置各层厚度的比例，能够协同太阳能背板膜的各层结构获得最佳的综合性能。
进一步地，第一层12中不含氟树脂的质量百分比为82％-90％，抗紫外线助剂的质量百分比为1％-8％。抗紫外线助剂的含量太高则不利于膜的成形，含量太低则耐候性不佳。本发明的树脂基体和抗紫外线助剂的配比，能够保证太阳能背板膜良好成形性等综合性能，又能够使其具有优异的耐候性。其中，不含氟树脂可为聚酯树脂，具体可选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种，优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯。抗紫外线助剂为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并***类、取代丙烯腈类、三嗪类中的至少一种，优选为水杨酸酯类。
进一步地，为了提高太阳能背板膜的耐候性，第二层11的组分包括不含氟树脂和抗水解剂。第二层11中不含氟树脂的质量百分比为85％-91.5％，1.5％-5％的抗水解剂。通过在第二层中添加一定量的抗水解剂，能够使背板膜具有良好的耐候性，广泛应用于潮湿环境。
其中，第二层11中不含氟树脂可为聚酯树脂，具体可选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯。其中，抗水解剂可为环氧类的聚合物抗水解剂、异氰酸酯类的聚合物抗水解剂或是酰胺类聚合物抗水解剂中的至少一种，优选为酰胺类聚合物抗水解剂。具体地，抗水解剂可为碳化二亚胺、聚碳化二亚胺中的至少一种。
进一步地，为了提高太阳能背板膜整体的耐候性，第三层13和第一层12同样具有优异的耐候性，组分具体可包括不含氟树脂和抗紫外线助剂。不含氟树脂的质量百分比为82％-90％，抗紫外线助剂的质量百分比为1％-8％。
进一步地，为了保证太阳能背板膜在压合后的剥离力，第三层13的不含氟树脂具体可包括第一树脂和第二树脂。第一树脂可包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种，优选聚乙烯。第二树脂为聚酯树脂，可选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种。由于第三层的基体材料中包括第一树脂和第二树脂，能够使得太阳能背板膜与太阳能电池具有良好的结合性，在将太阳能背板膜与EVA、玻璃层压后，剥离力明显提高。为了保证剥离力的强度，第二层中第一树脂的质量百分比为13％-83％，第二树脂的质量百分比为15％-82％。
进一步地，太阳能背板膜中的至少一层中添加有无机纳米粒子14，无机纳米粒子14的粒径为0.2-0.6μm。参见图1，优选在第一层12、第二层11、第三层13中都添加有无机纳米粒子14。为了防止太阳能背板膜粘度过大，在第一层中添加有无机纳米粒子，所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米硫酸钡、纳米三氧化二铝的至少一种。为了降低太阳能背板膜的透明度以提高反射率，第二层中添加有无机纳米粒子，所述无机纳米粒子为纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米云母片或纳米氮化钛中的至少一种。
进一步地，无机纳米粒子可经过表面处理。表面处理可降低无机纳米粒子的光化学活性和提高无机粒子在聚酯树脂中的分散性，从而使得无机纳米粒子在背板膜中分散均匀。表面处理的具体过程是，在无机纳米粒子的表面包覆至少一层无机氧化物或有机化合物。其中，无机氧化物是SiO2、Al2O3等无机氧化物。
本发明的太阳能背板膜，通过在第一层、第二层的不含氟树脂中添加抗紫外线助剂，并通过多层共挤工艺即可获得耐候性能好的背板膜，相比与现有技术中含氟且涉及多层贴合工艺的太阳能背板膜，既具有良好的耐候性又能够保护环境，且制备工艺简单。
本发明的太阳能背板膜，通过在第三层的基体材料中添加一定配比的多种树脂，能够使太阳能背板膜与EVA胶具有良好的结合性，大大提高剥离难度，结合性能好。
本发明还提供一种上述太阳能背板膜的制作方法，具体包括如下步骤：
通过三层共挤工艺制备形成第一层，第二层和第三层；
其中所述第一层、第三层添加有抗紫外线助剂。
具体地，可通过如下步骤制备获得：
S1造粒：将原材料和功能料，例如抗紫外线助剂或抗水解稳定剂混合均匀并进行双螺杆混炼造粒得到各层的功能母粒；其中功能料指的是，除基体材料之外其它起相应功能的原材料，例如抗紫外线助剂、抗水解稳定剂、纳米无机粒子、着色剂或其它助剂。
S2铸片：采用三层共挤工艺；将不含氟树脂和步骤S1得到的功能母粒按配比混合，混合之后利用三台挤出机进行多层共挤熔融塑化、流延铸片；
S3拉伸成膜：将步骤S2得到的铸片进行纵向拉伸、横向拉伸、热定型、收卷和包装，得到所述的太阳能背板膜。
在步骤S1中，可以依次获得第一层功能母粒、第二层功能母粒和第三层功能母粒。具体地，将不含氟树脂和抗紫外线助剂混合均匀，并进行双螺杆混炼造粒得到第一层功能母粒。将不含氟树脂和抗水解剂混合均匀，并进行双螺杆混炼造粒得到第二层功能母粒。将不含氟树脂和抗紫外线助剂混合均匀，并进行双螺杆混炼造粒得到第三层功能母粒。当然，如果各层中不含抗紫外线助剂、抗水解稳定剂等功能料，可以省略造粒的过程。若需要在各层中添加其它功能料，例如纳米无机粒子等，则可相应的可在造粒过程中添加对应的功能料获得功能母粒。
以下，将结合具体的实施例对本发明的太阳能背板膜作进一步地说明。
本发明提供的太阳能背板膜测试下述主要性能。
耐水解性能：采用东莞泓进公司生产的PCT-35高压加速老化试验机进行试验，温度为121℃，压力为两个大气压，测试时间为60小时。PCT实验后，采用拉力试验机测试背板膜的拉伸强度及断裂伸长率。
抗紫外性能：QUV紫外加速老化试验机，采用UVA340灯管。
黄变b值：按照GB/T3979-2008标准，采用ColorQuest XE分光测色仪(Hunterlab公司制)，在D65光源条件下，通过积分球d/8°结构测试其b值。黄变b值＝背板膜经UVA340灯管照射90kWh后的b值-初始背板膜的b值。
与EVA粘结力：将背板膜与EVA、玻璃层压后利用拉力试验机测试背板与EVA的剥离力。
实施例1
本实施例提供的太阳能背板膜，所述背板膜的第一层包括：PET树脂的质量百分比为88％、二氧化硅的质量百分比为7％、抗紫外线剂的质量百分比为5％；第二层包括：PET树脂的质量百分比为90％、纳米二氧化钛的质量百分比为5％、碳化二亚胺的质量百分比为5％，第三层包括：PET树脂的质量百分比为80％、PE树脂的质量百分比为13％，纳米二氧化硅的质量百分比为5％，抗紫外线剂的质量百分比为2％。所述背板膜为三层共挤结构，所述背板膜总厚度为0.250mm，其中，第一层的厚度为0.02mm，第二层的厚度为0.21mm，第三层厚度为0.02mm。相关性能见表1。
实施例2
本实施例提供的太阳能背板膜，所述背板膜的第一层包括：PET树脂82％、二氧化硅的质量百分比为10％、抗紫外线剂的质量百分比为8％；第二层包括：PET树脂的质量百分比为90％、纳米二氧化钛的质量百分比为5％、碳化二亚胺的质量百分比为5％，第三层包括：PET树脂的质量百分比为15％、PE树脂的质量百分比为67％，纳米二氧化硅的质量百分比为10％，抗紫外线剂的质量百分比为8％。所述背板膜为三层共挤结构，所述背板膜总厚度为0.125mm，其中，第一层的厚度为0.01mm，第二层的厚度为0.105mm，第三层厚度为0.01mm。相关性能见表1。
实施例3
本实施例提供的太阳能背板膜，所述背板膜的第一层包括：PET树脂的质量百分比为90％、无机填料的质量百分比为9％，抗紫外线剂的质量百分比为1％；第二层包括：PET树脂的质量百分比为85％、纳米二氧化钛的质量百分比为10％、碳化二亚胺的质量百分比为5％，第三层包括：PET树脂的质量百分比为15％、PE树脂的质量百分比为83％，纳米二氧化硅的质量百分比为1％，抗紫外线剂的质量百分比为1％。所述背板膜为三层共挤结构，所述背板膜总厚度为0.350mm，其中，第一层的厚度为0.05mm，第二层的厚度为0.25mm，第三层厚度为0.05mm。相关性能见表1。
实施例4
本实施例提供的太阳能背板膜，所述背板膜的第一层包括：PET树脂的质量百分比为89％、二氧化硅的质量百分比为5％、抗紫外线剂的质量百分比为6％；第二层包括：PET树脂的质量百分比为91.5％、纳米二氧化钛的质量百分比为7％、碳化二亚胺的质量百分比为1.5％，第三层包括：PET树脂的质量百分比为80％、PE树脂的质量百分比为13％，纳米二氧化硅的质量百分比为5％，抗紫外线剂的质量百分比为2％。所述背板膜为三层共挤结构，所述背板膜总厚度为0.250mm，其中，第一层的厚度为0.02mm，第二层的厚度为0.21mm，第三层厚度为0.02mm。相关性能见表1。
实施例5
本实施例提供的太阳能背板膜，所述背板膜的第一层包括：PET树脂的质量百分比为89％、二氧化硅的质量百分比为5％、抗紫外线剂的质量百分比为6％；第二层包括：PET树脂的质量百分比为91.5％、纳米二氧化钛的质量百分比为7％、碳化二亚胺的质量百分比为1.5％，第三层包括：PET树脂的质量百分比为80％、PE树脂的质量百分比为13％，纳米二氧化硅的质量百分比为5％，抗紫外线剂的质量百分比为2％。所述背板膜为三层共挤结构，所述背板膜总厚度为0.300mm，其中，第一层的厚度为0.024mm，第二层的厚度为0.252mm，第三层厚度为0.024mm。。相关性能见表1。
实施例6
本实施例提供的太阳能背板膜，所述背板膜的第一层包括：PET树脂的质量百分比为88％、二氧化硅的质量百分比为6％、抗紫外线剂的质量百分比为6％；第二层包括：PET树脂的质量百分比为91.5％、纳米二氧化钛的质量百分比为7％、碳化二亚胺的质量百分比为1.5％，第三层包括PET树脂的质量百分比为82％、EVA的质量百分比为12％，纳米硫酸钡的质量百分比为5％，抗紫外线剂的质量百分比为2％。所述背板膜为三层共挤结构，所述背板膜总厚度为0.250mm，其中，第一层的厚度为0.02mm，第二层的厚度为0.21mm，第三层厚度为0.02mm。相关性能见表1。
由表1中各实施例1-6中的性能参数测试可知，本发明的太阳能背板膜的黄变值较低，具有良好的耐候性，黄变值较低说明即使即使在紫外线的影响下，对太阳能电池对太阳光的吸收效果影响较小，能够保证组件的输出功率。而且本发明的太阳能背板膜具有高的断裂伸长率，且与EVA结合后的剥离力大大提高，结合性能好。因此，本发明的太阳能背板综合性能好，能够广泛适用于各种低温、潮湿、强紫外线等特殊环境下。
为了更好的说明本发明的太阳能背板膜的有益效果，本发明还提供以下对比例：
对比例1
本对比例提供的太阳能背板膜，为单层结构的聚酯薄膜，聚酯薄膜包括：PET树脂的质量百分比为100％，厚度为0.250mm。通过双向拉伸工艺得到聚酯薄膜。相关性能见表1。
由表1的对比例和其它各实施例的性能参数对比可见，单层结构的聚酯薄膜，未添加抗紫外线剂，90kWh辐照后的太阳能背板膜的黄变值大大提高，且脆性变高，断裂伸长率降低。而且单层结构中纯PET树脂与EVA结合后的剥离力较小，结合性不好。
对比例2
本对比例提供的太阳能背板膜，为三层结构，第一层包括PET树脂的质量百分比为100％；第二层包括：PET树脂的质量百分比为95％，碳化二亚胺的质量百分比为5％；第三层包括：PET树脂的质量百分比为100％。所述太阳能背板膜为三层共挤结构，所述背板膜总厚度为0.250mm，其中，第一层的厚度为0.02mm，第二层的厚度为0.21mm，第三层厚度为0.02mm。相关性能见表1。
由表1中的对比例2和其它各实施例的性能参数对比可见，未添加抗紫外线剂，90kWh辐照后的太阳能背板膜的黄变值大大提高，且脆性变高，断裂伸长率降低。对比例1中第三层的基体材料为纯PET，与EVA结合后的剥离力较小，结合性能不好。
表1本发明各实施例和对比例的太阳能背板膜的性能测试结果
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种太阳能背板膜，其特征在于，具有多层结构，包括第一层、第二层和第三层，所述第一层、第三层位于所述第二层的两侧，所述第一层和所述第三层的组分包括不含氟树脂和抗紫外线助剂，其中，所述第三层的所述不含氟树脂包括第一树脂和第二树脂，所述第一树脂为聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少一种，所述第二树脂为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种；所述多层结构通过多层共挤工艺制备得到。
2.根据权利要求1所述的太阳能背板膜，其特征在于，所述第一层、第三层的组分包括：质量百分比为82％-90％的不含氟树脂，质量百分比为1％-8％的抗紫外线助剂。
3.根据权利要求1所述的太阳能背板膜，其特征在于，所述抗紫外线助剂为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并***类、取代丙烯腈类、三嗪类中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的太阳能背板膜，其特征在于，所述第二层的组分包括质量百分比为85％-91.5％的不含氟树脂，1.5％-5％的抗水解剂。
5.根据权利要求1所述的太阳能背板膜，其特征在于，所述第一层、第二层的不含氟树脂为聚酯树脂，所述聚酯树脂包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的太阳能背板膜，其特征在于，所述第一树脂的质量百分比为13％-83％，所述第二树脂的质量百分比为15％-82％。
7.根据权利要求1所述的太阳能背板膜，其特征在于，所述多层结构中的至少一层还添加有无机纳米粒子，所述无机纳米粒子的质量百分比为5％-10％。
8.根据权利要求7所述的太阳能背板膜，其特征在于，所述第一层、第三层的所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米硫酸钡、纳米三氧化二铝的至少一种；所述第二层的所述无机纳米粒子为纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米云母片或纳米氮化钛中的至少一种。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的太阳能背板膜的制备方法，其特征在于：
通过三层共挤工艺制备形成所述第一层，所述第二层和所述三层；
于所述第一层、所述第三层添加抗紫外线助剂。
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