CN111435688B - 一种光伏背板及包含所述光伏背板的光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光伏背板，所述背板包括PET层，分别设置在所述PET层两侧的第一材料层和第二材料层；所述第一材料层为表面接枝有硅醇键的PVDF层；所述第一材料层用于与太阳能电池组件的EVA层粘结。本发明提供的背板能够通过直接在未改性的PVDF/PET/PVDF板材的表面进行改性，PVDF层表面首先通过羟基接枝硅醇键，形成硅氧烷，实现PVDF层表面获得硅烷偶联剂，而硅烷偶联剂中的胺官能团可以与EVA中的有机基团发生反应，提高与EVA的粘结性，操作简单，成本低廉，且粘结效果好。

Description

一种光伏背板及包含所述光伏背板的光伏组件
技术领域
本发明属于光伏组件技术领域，具体涉及一种光伏背板及包含所述背板的光伏组件。
背景技术
目前用于太阳能电池组件封装的背板常用TPT聚氟乙烯复合膜，TPT一般常用三层结构(PVF/PET/PVF)，外层保护层PVF具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为PET聚脂薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVF需经表面处理和EVA具有良好的粘接性能。PVDF树脂作为与PVF结构相接近的树脂产品，由于PVDF的含氟量59％远大于PVF的41％，其用于背板有着更好的特性要求。PVDF树脂制备的氟涂料具有无与伦比的耐候性，因此作为膜材料它有着比PVF更好的耐候性，进而其黄变指数和老化后的机械强度等性能也都要好于PVF材料。但是PVDF不易与EVA层粘合，限制了其在光伏组件中的应用。
CN105895722A公开了一种单面磨砂高反射太阳能背板用PVDF薄膜及其制备方法，包括四层熔融共挤形成的从一侧到另一侧依次复合的外层、中间层、内层和反光层，所述外层和内层的材料均为聚偏氟乙烯，所述外层远离中间层的一面为磨砂面，所述反光层的材料为丙烯酸接枝聚偏氟乙烯共聚物。通过引入丙烯酸接枝改性PVDF膜层，解决了EVA的粘结问题，还使得背光膜贴近EVA的面的反光率有所提高，提高了光的利用度。所述烯酸接枝聚偏氟乙烯共聚物通过自由基聚合的方法在聚偏氟乙烯分子上接枝丙烯酸。
CN107199752A公开了一种聚偏氟乙烯复合膜及其制备方法，其中所述的聚偏氟乙烯复合膜包括：外层PVDF层，中间层和内层聚烯烃层，其中所述的中间层为丙烯酸共聚物层或烯烃类共聚物层，所述的烯烃类共聚物层为接枝改性的乙烯-醋酸乙烯酯EVA和接枝改性的聚烯烃弹性体POE中的一种或多种。所述的外层PVDF层，包括以下质量份的原料：PVDF 80～100份，PMMA、丙烯酸弹性体或丙烯酸酯共聚物0～20份，抗氧剂0～2份，紫外吸收剂0～2份。本发明制备的太阳能电池背板采用改性PVDF复合薄膜，粘结性能好、耐老化效果好，大大降低了氟膜的生产成本，且其制备方法过程简单实用，降低了其和其他基材复合的难度。
上述对PVDF材料的改性均是通过向PVDF组分中加入改性组分进行原位改性，提高所述PVDF的粘结性，操作复杂，无法对已经成型的PVDF/PET/PVDF层状结构进行改性。
本领域需要开发一种光伏背板，所述光伏组件能够使用已经成型的PVDF/PET/PVDF板材，直接进行表面改性获得背板。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种光伏背板，所述背板包括PET层，分别设置在所述PET层两侧的第一材料层和第二材料层；
所述第一材料层为表面含硅烷偶联剂的PVDF层；
所述第一材料层用于与太阳能电池组件的EVA层粘结。
本发明提供的光伏背板，只在PVDF层的表面获得硅烷偶联剂，无需对PVDF材料进行原位改性，即可以通过任意方法(如商购)获得的PVDF/PET/PVDF板材直接进行改性，在其表面获得硅烷偶联剂，通过胺官能团实现与光伏组件EVA层的粘结，提高其与EVA层的粘结性。
优选地，所述第二材料层为PVDF层，优选表面通过硅醇键接枝有羟基基团的PVDF层。
优选地，所述表面通过硅醇键接枝有羟基基团的PVDF层上，所述羟基基团的接枝率为100％。
作为优选技术方案之一，当本发明所述第一材料层为表面接枝有硅醇键的PVDF层时，所述光伏背板通过如下方法制备得到：
(1)提供一个基板，所述基板包括PET层，分别设置在所述PET层两侧的第一原材料层和第二原材料层；所述第一原材料层为未改性的PVDF层；将所述基板的第一原材料层进行等离子体轰击；
(2)将等离子体轰击后的基板第一原材料层一侧的表面涂覆硅烷偶联剂溶液，干燥得到所述背板。
作为优选技术方案之二，当本发明所述第一材料层和第二材料层均为表面含有硅烷偶联剂的PVDF层时，本发明所述光伏背板通过如下方法制备得到：
(1)提供一个基板，所述基板包括PET层，分别设置在所述PET层两侧的第一原材料层和第二原材料层；所述第一原材料层和第二原材料层均为未改性的PVDF层；将所述基板的第一原材料层和第二原材料层均进行等离子体轰击；
(2)将等离子体轰击后的基板第一原材料层一侧的表面和第二原材料层一侧的表面均涂覆硅烷偶联剂溶液，干燥得到所述背板。
本发明在进行硅烷偶联剂改性之前先用等离子体轰击，使其表面产生活性基团(如羟基)，在随后与硅烷偶联剂进行接触时，硅烷偶联剂能够与PVDF层表面的羟基结合，实现表面接枝硅醇键，形成硅氧烷，进而实现表面获得硅烷偶联剂的PVDF层，即得到本发明提供的背板，所述背板至少一侧的PVDF层表面接枝有硅醇键，形成硅氧烷，进而实现表面获得硅烷偶联剂的PVDF层，且所述表面有硅烷偶联剂的PVDF层由于其胺官能团可以与EVA中的有机基团发生反应，进而实现此背板与EVA层具有良好的粘结性。
优选地，所述等离子体轰击包括氧等离子体轰击。
氧等离子体轰击能够使PVDF层表面形成羟基。
优选地，所述氧等离子体轰击的条件为轰击电流为50～60mA(例如52mA、55mA、58mA等)，轰击时间为20～25min(例如22min、23min、24min等)。
优选地，所述将基板进行等离子体轰击具体包括：
将基板置于真空腔室中，电极加压放电，同时充入氧气，氧气被电离后，带正电的离子在电场作用下轰击PVDF表面，得到表面带有羟基的基板。
优选地，所述充入氧气的量为至真空室的压强为6.0×10-2Pa。
优选地，所述硅烷偶联剂溶液中，硅烷偶联剂的体积含量为2.5～3.5v％，例如2.6v％、2.8v％、2.9v％、3.2v％、3.4v％等。
优选地，所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
选用3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为硅烷偶联剂能够在PVDF层上通过硅醇键接枝羟基基团，形成硅氧烷，获得表面有硅烷偶联剂的PVDF层，而硅烷偶联剂中的胺官能团可以与EVA中的有机基团发生反应，从而实现与EVA的牢固粘合。
优选地，所述硅烷偶联剂溶液的溶剂为乙醇和/或水，优选体积比2.8～3.2:1，例如2.9:1、3:1、3.1:1，优选3:1。
优选地，所述硅烷偶联剂溶液的pH值为3.8～4.2，例如3.9、4.0、4.1，优选4.0。
优选地，所述硅烷偶联剂溶液的配置过程为：将硅烷偶联剂、水和乙醇混合，调节pH值，并搅拌得到硅烷偶联剂。
优选地，所述搅拌的温度为43～47℃(例如44℃、45℃、46℃等)，时间为22h～26h(例如23h、24h、25h等)。
优选地，所述涂覆的方式包括喷涂、浸泡、涂刷中的任意1种，优选喷涂。
优选地，所述涂覆的量为0.8～1.2g/cm2，优选0.9g/cm2、1.0g/cm2、1.1g/cm2等。
以氧等离子体轰击，硅烷偶联剂处理为例，本发明提供的硅烷偶联剂改性PVDF表面的原理可以推测为：
氧等离子体轰击PVDF后，PVDF表面形成羟基(记为HO-PVDF)；硅烷偶联剂水解后得到的硅羟类化合物与HO-PVDF反应脱水，将硅烷偶联剂的剩余基团以硅羟键的形式(即形成硅氧烷键)接枝到PVDF上。
具体的反应式为：
(1)硅烷偶联剂水解
R1-Si-(OR2)(OR3)(OR4)3+H2O→R1-Si-(OR2)(OR3)(OH)+R4OH
R1-Si-(OR2)(OR3)(OH)+H2O→R1-Si-(OR2)(OH)2+R3OH
R1-Si-(OR2)(OH)2+H2O→R1-Si-(OH)3+R2OH
其中的R1、R2、R3、R4均各自独立地选自取代或未取代的C1～20的烷基、取代或未取代的C1～20的氨基烷基、取代或未取代的C6～30的芳香基团、取代或未取代的C3～30的杂芳香基团等中的任意1种或至少2种的组合。
示例性地，3-氨基丙基三乙氧基硅的R1为3-氨基丙基，R2、R3、R4均为乙基。
示例性地，所述硅烷偶联剂与等离子体轰击后的PVDF层的结合机理推测为：
PVDF-OH+R1-Si-(OH)3→PVDF-O-Si-R1(OH)+H2O。
本发明目的之二是提供一种光伏组件，所述光伏组件沿光入射方向依次包括钢化玻璃、第一EVA层、太阳能电池片、第二EVA层、目的之一所述的光伏背板。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提供的光伏背板能够通过直接在未改性的PVDF/PET/PVDF板材的表面进行改性，PVDF层表面通过硅醇键接枝羟基基团，形成硅氧烷，从而得到表面有硅烷偶联剂的PVDF层，而硅烷偶联剂中的胺官能团能够与EVA中的有机基团发生反应，进而提高与EVA的粘结性，操作简单，成本低廉，且粘结效果好。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
一种光伏背板，通过如下方法制备：
(1)选取具有未改性PVDF/PET/PVDF三层结构的层压板，并将所述层压板的一侧进行氧等离子体轰击，条件为：充入氧气至真空室的压强为6.0×10-2Pa，电极加压放电，轰击电流为55mA，轰击时间为22min；
(2)将步骤(1)氧等离子体轰击后的层压板的轰击面喷涂体积浓度为3v％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液，喷涂量为1g/cm2。所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的配置过程为将硅烷偶联剂、水和乙醇混合，调节pH值为4.0，并在43～47℃下搅拌22h～26h，得到硅烷偶联剂。
实施例2
一种光伏背板，通过如下方法制备：
(1)选取具有未改性PVDF/PET/PVDF三层结构的层压板，并将所述层压板的一侧进行氧等离子体轰击，条件为：充入氧气至真空室的压强为6.0×10-2Pa，电极加压放电，轰击电流为60mA，轰击时间为20min；
(2)将步骤(1)氧等离子体轰击后的层压板的轰击面喷涂体积浓度为2.5v％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液，喷涂量为1.2g/cm2。所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的配置过程为将硅烷偶联剂、水和乙醇混合，调节pH值为4.0，并在43～47℃下搅拌22h～26h，得到硅烷偶联剂。
实施例3
一种光伏背板，通过如下方法制备：
(1)选取具有未改性PVDF/PET/PVDF三层结构的层压板，并将所述层压板的一侧进行氧等离子体轰击，条件为：充入氧气至真空室的压强为6.0×10-2Pa，电极加压放电，轰击电流为50mA，轰击时间为25min；
(2)将步骤(1)氧等离子体轰击后的层压板的轰击面喷涂体积浓度为3.5v％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液，喷涂量为0.8g/cm2。所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的配置过程为将硅烷偶联剂、水和乙醇混合，调节pH值为4.0，并在43～47℃下搅拌22h～26h，得到硅烷偶联剂。
实施例4
与实施例1的区别在于：
氧等离子体轰击，条件为：充入氧气至真空室的压强为6.0×10-2Pa，电极加压放电，轰击电流为45mA，轰击时间为30min。
实施例5
与实施例1的区别在于：
3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的体积浓度为4.0v％，喷涂量为1.3g/cm2。
对比例1
一种光伏背板，通过如下方法制备：
(1)选取具有未改性PVDF/PET/PVDF三层结构的层压板，在所述层压板PVDF一侧喷涂体积浓度为3.0v％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液，喷涂量为1g/cm2。
对比例2
一种光伏背板，通过如下方法制备：
(1)选取具有未改性PVDF/PET/PVDF三层结构的层压板，并将所述层压板的一侧进行氧等离子体轰击，条件为轰击电流为40mA，轰击时间为10min。
性能测试：
将实施例和对比例提供的背板进行如下性能测试：
耐候性：测试方法为ASTMG154，紫外辐照30WKWh/m2无明显变化记为合格；出现开裂等缺陷记为不合格；
与EVA粘结性：测试方法为剥离强度测试，用刀将背板与EVA划出宽1cm的长条，并保证将其划透，用拉力试验机以100mm/min的速度180°方向拉剥离层，在材料匀速剥离时取点，取最小值，判定EVA与背板之间的剥离强度为40N/cm为合格。
测试结果见表1：
表1实施例1～5和对比例1～2提供的石墨烯/高分子片材防静电膜的性能测试结果
Figure BDA0001921234060000081
Figure BDA0001921234060000091
从表1可以看出，本发明提供的背板仅仅对未改性的PVDF/PET/PVDF进行改性，就可以明显提高与EVA的粘结性，且不影响所述背板的耐候性，同时剥离强度测试表明均达到或超过合格标准，证明了此方法对提高PVDF背板与EVA的粘结性起到很好的作用。
从实施例4～5与实施例1～3的测试结果可以看出，所述等离子体轰击的条件为：氧等离子体轰击，轰击电流为50～60mA，轰击时间为20～25min时，与EVA的粘结强度更好；所述硅烷偶联剂溶液的喷涂条件为：硅烷偶联剂的体积含量为2.5～3.5v％，所述涂覆的量为0.8～1.2g/cm2时，与EVA的粘结强度更好。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各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 (21)

1.一种光伏背板，其特征在于，所述背板包括PET层，分别设置在所述PET层两侧的第一材料层和第二材料层；
所述第一材料层为表面含硅烷偶联剂的PVDF层；
所述第一材料层用于与太阳能电池组件的EVA层粘结；
所述光伏背板通过如下方法制备得到：
(1)提供一个基板，所述基板包括PET层，分别设置在所述PET层两侧的第一原材料层和第二原材料层；所述第一原材料层为未改性的PVDF层；将所述基板的第一原材料层进行等离子体轰击；
(2)将等离子体轰击后的基板第一原材料层一侧的表面涂覆硅烷偶联剂溶液，干燥得到所述背板。
2.如权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，所述第二材料层为PVDF层。
3.如权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，所述第二材料层为表面通过硅醇键接枝有羟基基团的PVDF层。
4.如权利要求3所述的光伏背板，其特征在于，所述表面通过硅醇键接枝有羟基基团的PVDF层上，所述羟基基团的接枝率为100％。
5.如权利要求3所述的光伏背板，其特征在于，所述光伏背板通过如下方法制备得到：
(1)提供一个基板，所述基板包括PET层，分别设置在所述PET层两侧的第一原材料层和第二原材料层；所述第一原材料层和第二原材料层均为未改性的PVDF层；将所述基板的第一原材料层和第二原材料层均进行等离子体轰击；
(2)将等离子体轰击后的基板第一原材料层一侧的表面和第二原材料层一侧的表面均涂覆硅烷偶联剂溶液，干燥得到所述背板。
6.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述等离子体轰击包括氧等离子体轰击。
7.如权利要求6所述的光伏背板，其特征在于，所述氧等离子体轰击的条件为轰击电流为50～60mA，轰击时间为20～25min。
8.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，将所述基板进行等离子体轰击具体包括：
将基板置于真空腔室中，电极加压放电，同时充入氧气，氧气被电离后，带正电的离子在电场作用下轰击PVDF表面，得到表面带有羟基的基板。
9.如权利要求8所述的光伏背板，其特征在于，所述充入氧气的量为至真空室的压强为6.0×10-2Pa。
10.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液中，硅烷偶联剂的体积含量为2.5～3.5v％。
11.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。
12.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液的溶剂为乙醇和/或水。
13.如权利要求12所述的光伏背板，其特征在于，所述乙醇与水的体积比为2.8～3.2:1。
14.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液的pH值为3.8～4.2。
15.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液的pH值为4.0。
16.如权利要求12所述的光伏背板，其特征在于，所述硅烷偶联剂溶液的配置过程为：将硅烷偶联剂、水和乙醇混合，调节pH值，并搅拌得到硅烷偶联剂。
17.如权利要求16所述的光伏背板，其特征在于，所述搅拌的温度为43～47℃，时间为22h～26h。
18.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述涂覆的方式包括喷涂、浸泡、涂刷中的任意1种。
19.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述涂覆的方式为喷涂。
20.如权利要求1或5所述的光伏背板，其特征在于，所述涂覆的量为0.8～1.2g/cm2。
21.一种光伏组件，其特征在于，所述光伏组件沿光入射方向依次包括钢化玻璃、第一EVA层、太阳能电池片、第二EVA层、权利要求1～20之一所述的光伏背板。
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