CN110690307B - 一种光伏组件用透明背板及其制备方法 - Google Patents

一种光伏组件用透明背板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏组件用透明背板及其制备方法。本发明的透明背板由外至内依次包括疏水改性的聚偏氟乙烯膜层、第一碳氟涂料层、透明基板、第二碳氟涂料层；制备方法包括如下步骤：在透明基板两侧分别涂覆第一碳氟涂料层和第二碳氟涂料层，得到双面涂覆型透明基材；在双面涂覆型透明基材的第一碳氟涂料层外层涂布疏水改性的聚偏氟乙烯铸膜液，疏水改性的聚偏氟乙烯铸膜液经相转化法在双面涂覆型透明基板外层形成疏水改性的聚偏氟乙烯膜层。本发明具有制备工艺简单、经济环保、耐候性佳且可以自清洁等优点。

Description

一种光伏组件用透明背板及其制备方法
技术领域
本发明属于光伏电池封装技术领域，特别是涉及一种光伏组件用透明背板及其制备方法。
背景技术
当前，我国光伏发电持续快速发展，技术水平不断提升，产业体系不断完善，特别是随着高效率技术的发展，光伏组件的发电功率越来越高，产业平价上网时代快速来临，有利促进我国的新能源产业的发展。
双面组件、半片技术、大块组件、缩小间隙距等高效率技术的发展，都充分说明透明背板的广阔前景。作为光伏组件最外层的封装保护材料，透明背板要满足常规背板的电气绝缘性、水汽阻隔性等常规性能外，还需具有高的透过率、良好的粘结性和良好的耐候性，特别是具有优异的抗紫外性能。总体而言，透明背板有两种，玻璃背板和聚合物基透明背板，前者成本高、组件重、有爆裂的风险等，后者耐候性有待考验，纯PET类的耐候性差已淘汰，而复合其它膜层的黄变较大、氟膜成本较高等等问题，但后者的优化设计是个较佳的技术发展趋势。
中国专利CN 104842616B公开了一种光伏太阳能电池复合背板，为了解决太阳电池背板的耐候性、水汽阻隔性、绝缘性以及背板强度较弱的问题，其背板为PET与聚酯共挤膜，其中加入了无机纳米粒子，在外层涂覆了含氟聚合物作为防紫外层。但是耐候性和自清洁能力仍然有待提高。
中国专利CN 103560162B公开了一种太阳能电池背板，该背板的PET基板的外侧表面上设置有聚偏氟乙烯薄膜层， PET基板的内侧表面上涂覆氟碳树脂涂层。但是其通过辐射固化的制备工艺，增加了工艺成本和工艺难度。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种光伏组件用透明背板及其制备方法。本发明具有制备工艺简单、经济环保、耐候性佳且可以自清洁等优点。
为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：
一种光伏组件用透明背板，所述透明背板由外至内依次包括疏水改性的聚偏氟乙烯膜层、第一碳氟涂料层、透明基板、第二碳氟涂料层；所述疏水改性的聚偏氟乙烯膜层通过相转移法制备而成。
进一步地，所述透明基板为PET薄膜。
进一步地，所述疏水改性的聚偏氟乙烯膜层厚度为5-25μm，第一碳氟涂料层的厚度为1-5μm，透明基板的厚度为200-300μm，第二碳氟涂料层的厚度为2-20μm。
优选的，所述第二碳氟涂料层的厚度为5-13μm。
优选的，所述透明基板的厚度为240-280μm。
进一步地，所述疏水改性的聚偏氟乙烯膜层是通过在聚偏氟乙烯中添加气相二氧化硅改性得到。
优选的，所述气相二氧化硅的添加量为聚偏氟乙烯质量的0.05-1%。
优选的，所述聚偏氟乙烯的粘均分子量为70万以上。
进一步地，所述第一碳氟涂料层和第二碳氟涂料层主要由氟碳树脂、改性树脂和无机填料组成。
优选的，所述改性树脂为丁醇醚化氨基树脂、双酚A型环氧树脂、C5石油树脂、双酚F型环氧树脂、多酚型缩水甘油醚环氧树脂、有机硅树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂的一种或几种按任意配比混合组成。
优选的，所述无机填料为纳米二氧化钛、蒙脱土、透明粉、抗划粉、玻璃纤维粉、陶瓷微珠、硅微粉、白炭黑、玻璃粉、纳米氧化锌、消光粉的一种或几种按任意比例混合组成；所述的无机填料的粒径在50nm-10um。
本发明还提供一种上述光伏组件用透明背板的制备方法，包括如下步骤：
（1）在透明基板两侧分别涂覆第一碳氟涂料层和第二碳氟涂料层，得到双面涂覆型透明基材；
（2）在双面涂覆型透明基材的第一碳氟涂料层外层涂布疏水改性的聚偏氟乙烯铸膜液，疏水改性的聚偏氟乙烯铸膜液经相转化法在双面涂覆型透明基板外层形成疏水改性的聚偏氟乙烯膜层。
进一步地，所述相转化法具体步骤为：将铸膜液涂布于双面涂覆型透明基材的第一碳氟涂料层外层，然后将涂有铸膜液的基材在空气中进行预蒸发，再将涂有铸膜液的基材快速通入凝固液进行沉淀固化一段时间，最后晾干成膜，所述快速通入为涂覆好铸膜液后的基材在空气中停留的时间，在20秒内，优选的，沉淀固化时间为0.1-10分钟。
进一步地，所述铸膜液的制备方法为：将5-30份的聚偏氟乙烯粉末加入100份的有机溶剂中，低温搅拌使之完全溶解呈澄清状，再加入聚偏氟乙烯质量0.05-1%的气相二氧化硅搅拌均匀制得。
优选的，所述的有机溶剂选自丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种的组合物。
优选的，所述的低温搅拌温度为20-80℃。
进一步地，所述涂布方式为刮刀涂布，涂布的厚度通过调节刮刀与双面涂覆型透明基材的位置进行调节。涂布的厚度与最终的疏水改性的聚偏氟乙烯膜层厚度基本相当。
进一步地，所述凝固液为水或水与有机溶剂的混合物，所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种的组合物。
进一步地，所述晾干为自然晾干或通过烘道鼓风干燥。
进一步地，为了强化疏水改性的聚偏氟乙烯膜层，在步骤（2）后增加高温热处理步骤。
优选的，所述高温热处理的温度为100-150℃，时间为0.5-5min。
进一步地，所述步骤（1）的具体步骤为：将氟碳树脂、改性树脂、固化剂、无机填料、助剂、溶剂按一定比例调配成透明氟碳涂料后，在透明基板一面涂覆并高温固化得到第一碳氟涂料层，然后再将该涂料在透明基板的另一面涂覆并高温固化得到第二碳氟涂料层。
优选的，所述高温固化温度为150-200℃，时间为1.5-6 min。
本发明具有以下技术特点：
1、本发明的透明背板最外层是采用相转化法制备的疏水改性的聚偏氟乙烯膜层，所制的聚偏氟乙烯膜是热塑性膜层，工艺简单易操作，且所用的凝固液可回收及重复使用，经济环保。
2、本发明所制的聚偏氟乙烯膜属于疏水性的材料，再通过气相二氧化硅增强疏水性，使得该透明背板空气侧表面具有较大的疏水性，高疏水性使得该透明背板具有了自清洁的效果，有效减轻了光伏组件在户外使用过程的脏污程度，保证了其较好的发电效率。
3、本发明的透明背板具有常规背板的户外耐候性，其外层由内到外依次是薄氟碳涂层和厚聚偏氟乙烯膜组成，对这两层进行梯度的设计，从而一定程度使该透明背板的成本得到控制。此外，本发明的方法同样适用于白色或黑色背板。
附图说明
图1本发明光伏组件用透明背板的结构示意图，从上到下依次是疏水改性的聚偏氟乙烯膜层1、第一氟碳涂料层2、透明基板3、第二氟碳涂料层4。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。
图1为本发明光伏组件用透明背板的结构示意图，从上到下依次是疏水改性的聚偏氟乙烯膜层1、第一氟碳涂料层2、透明基板3、第二氟碳涂料层4。
本发明具体实施方式中的光伏组件用透明背板通过如下步骤制备而成：
（1）在透明基板两侧分别涂覆第一碳氟涂料层和第二碳氟涂料层，得到双面涂覆型透明基材；
（2）在双面涂覆型透明基材的第一碳氟涂料层外层涂布疏水改性的聚偏氟乙烯铸膜液，疏水改性的聚偏氟乙烯铸膜液经相转化法在双面涂覆型透明基板外层形成疏水改性的聚偏氟乙烯膜层。
在某些优选的实施例中，步骤（1）的具体步骤为：将氟碳树脂、改性树脂、固化剂、无机填料、助剂、溶剂按一定比例调配成透明氟碳涂料后，在透明基板一面涂覆并高温固化得到第一碳氟涂料层，然后再将该涂料在透明基板的另一面涂覆并高温固化得到第二碳氟涂料层。
在某些优选的实施例中，氟碳树脂选自四氟乙烯/乙烯基醚共聚物、四氟乙烯/乙烯基酯共聚物、四氟乙烯/烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯/烷基乙烯基酯共聚物；改性树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、烷基缩水甘油醚环氧树脂、丁醇醚化氨基树脂；固化剂选自六亚甲基二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯缩二脲、二苯甲烷二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯预聚体；无机填料选自纳米二氧化钛、透明粉、抗划粉、陶瓷微珠、白炭黑、玻璃粉、消光粉；助剂选自含颜料亲和基团的嵌段共聚物类分散剂、聚醚改性聚硅氧烷流平剂、芳烷基改性聚硅氧烷流平剂、聚酯改性聚硅氧烷流平剂、反应型聚硅氧烷流平剂、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2'-羟基-3',5'-二叔苯基)-5-氯化苯并***、双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）-癸二酸酯/单（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）癸二酸酯复配物、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯；溶剂选自二甲苯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基异丁基甲酮、异丙醇；
在某些优选的实施例中，高温固化温度为150-200℃，时间为1.5-6 min。
具体举例如下，以下实施例中的份指的是重量份：
实施例1
在双面涂覆型的透明基材外层涂布由10份聚偏氟乙烯粉末在60℃搅拌状态下溶解在100份N,N-二甲基甲酰胺溶剂所得的铸膜液，铸膜液中加有0.005份的气相二氧化硅，然后在水凝固浴中沉淀固化，再经过100℃烘道处理3min。透明基底选择255μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度10μm，外层厚度2μm，涂布的聚偏氟乙烯膜厚度在13μm。
实施例2
在双面涂覆型的透明基材外层涂布由8份聚偏氟乙烯粉末在室温搅拌状态下溶解在100份N,N-二甲基甲酰胺溶剂所得的铸膜液，铸膜液中加有0.01份的气相二氧化硅，然后在水/乙醇=10/1的凝固浴中沉淀固化，再经过120℃烘道处理3min。透明基底选择275μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度13μm，外层厚度3μm，涂布的聚偏氟乙烯膜厚度在15μm。
实施例3
在双面涂覆型的透明基材外层涂布由20份聚偏氟乙烯粉末在75℃搅拌状态下溶解在100份N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜=1/1溶剂所得的铸膜液，铸膜液中加有0.5份的气相二氧化硅，然后在水凝固浴中沉淀固化，再经过150℃烘道处理2min。透明基底选择245μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度5μm，外层厚度5μm，涂布的聚偏氟乙烯膜厚度在8μm。
实施例4
在双面涂覆型的透明基材外层涂布由30份聚偏氟乙烯粉末在35℃搅拌状态下溶解在100份丙酮/N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜=1/1/2溶剂所得的铸膜液，铸膜液中加有3份的气相二氧化硅，然后在水/N,N-二甲基甲酰胺=9/1的凝固浴中沉淀固化，再经过晾干。透明基底选择270μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度7μm，外层厚度4μm，涂布的聚偏氟乙烯膜厚度在5μm。
实施例5
在双面涂覆型的透明基材外层涂布由5份聚偏氟乙烯粉末在80℃搅拌状态下溶解在100份丙酮/N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜=0.5/1/2溶剂所得的铸膜液，铸膜液中加有0.4份的气相二氧化硅，然后在水凝固浴中沉淀固化，再经过135℃烘道处理2.5min。透明基底选择265μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度18μm，外层厚度1μm，涂布的聚偏氟乙烯膜厚度在20μm。
对比例1
双面涂覆型的透明基材，透明基底选择255um厚的PET薄膜，透明基材内层厚度10μm，外层厚度2μm，再涂布13μm的经高温固化的加有与实施例1中铸膜液中同比例气相二氧化硅的氟碳涂料，该氟碳涂料即为透明基底双面涂覆所用的氟碳涂料。
对比例2
双面涂覆型的透明基材，透明基底选择255μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度10μm，外层厚度2μm。
对实施例1-5和对比例1-2的透明背板进行性能测定，测定结果见表1,具体测试评定方法如下：
1、透过率和雾度：参照ASTM D1003《透明塑料透光率和雾度试验方法》。
2、水接触角：参照GB/T 30693-2014《塑料薄膜与水接触角的测量》。
3、黄变指数：参照GB/T 2409《塑料黄色指数试验方法》。
4、与EVA间剥离强度：参照GB/T 2790《胶粘剂180°剥离强度试验方法 绕性材料对刚性材料》。
5、耐候试验：测试方法参照标准GB/T 2423.3《高低温湿热试验方法》。
表1 实施例1-5和对比例1-2的透明背板性能测定结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
由表1可见，本发明所涉及的实施例样品具有较高的水接触角、较高的透光率和良好的剥离强度，而且老化后样品的黄变指数变化小、外观正常，透过率与剥离性能保持较好。由此可知，本发明所设计的背板样品具有优异的透光性能、良好的耐老化性能，其中较大的疏水性使得该透明背板具有较佳的自清洁效果。此外与对比例相比，实施例中透明背板外层的制备不需要调配2个热固化的氟碳涂料，制备工艺及环保性能都能得到较好提升。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。

Claims (10)

1.一种光伏组件用透明背板，其特征在于，所述透明背板由外至内依次包括疏水改性的聚偏氟乙烯膜层、第一碳氟涂料层、透明基板、第二碳氟涂料层；所述疏水改性的聚偏氟乙烯膜层通过相转移法制备而成，所述疏水改性的聚偏氟乙烯膜层是通过在聚偏氟乙烯中添加气相二氧化硅改性得到。
2.根据权利要求1所述的一种光伏组件用透明背板，其特征在于，所述透明基板为PET薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种光伏组件用透明背板，其特征在于，所述疏水改性的聚偏氟乙烯膜层厚度为5-25μm，第一碳氟涂料层的厚度为1-5μm，透明基板的厚度为200-300μm，第二碳氟涂料层的厚度为2-20μm。
4.根据权利要求1所述的一种光伏组件用透明背板，其特征在于，所述气相二氧化硅的添加量为聚偏氟乙烯质量的0.05-1%。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的光伏组件用透明背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在透明基板两侧分别涂覆第一碳氟涂料层和第二碳氟涂料层，得到双面涂覆型透明基材；
（2）在双面涂覆型透明基材的第一碳氟涂料层外层涂布疏水改性的聚偏氟乙烯铸膜液，疏水改性的聚偏氟乙烯铸膜液经相转化法在双面涂覆型透明基板外层形成疏水改性的聚偏氟乙烯膜层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述相转化法具体步骤为：将铸膜液涂布于双面涂覆型透明基材的第一碳氟涂料层外层，然后将涂有铸膜液的基材在空气中进行预蒸发，再将涂有铸膜液的基材在20s内快速通入凝固液进行沉淀固化0.1-10min，最后晾干成膜。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铸膜液的制备方法为：将5-30份的聚偏氟乙烯粉末加入100份的有机溶剂中，低温搅拌使之完全溶解呈澄清状，再加入聚偏氟乙烯质量0.05-1%的气相二氧化硅搅拌均匀制得。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述凝固液为水与有机溶剂的混合物。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为乙醇、丙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种的组合物。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，为了强化疏水改性的聚偏氟乙烯膜层，在步骤（2）后增加高温热处理步骤。
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CN103214770A (zh) * 2013-04-22 2013-07-24 山东东岳高分子材料有限公司 一种太阳能电池封装膜及其制备方法

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