TWI544652B - 太陽能電池背板 - Google Patents

Description

太陽能電池背板

本發明是有關於一種太陽能電池背板，且特別是有關於一種包括非含氟樹脂層的太陽能電池背板。

太陽能電池板藉由太陽能電池可直接將太陽能轉換為電能，而太陽能是一種乾淨無污染且取之不盡、用之不竭的能源，因此太陽能電池板已成為目前在能源開發上相當重要的方向之一。一般而言，太陽能電池板為一疊層結構，主要包括玻璃層、封裝層、太陽能電池及太陽能電池背板。其中，用以提高太陽能電池板機械強度的太陽能電池背板位於太陽能電池板的最外側，故太陽能電池背板必須具有良好的耐濕熱老化性、耐高溫、耐水解、耐腐蝕性能以及耐光照射能力等耐候性。而為了提高太陽能電池背板在市場上的競爭力，開發具有良好耐候性且製造成本低的太陽能電池背板是目前此領域極欲發展的目標之一。

本發明提供一種太陽能電池背板，其具有良好耐候性、 高反射率及低製程成本。

本發明的一種太陽能電池背板，包括絕緣層、接著層、含氟樹脂層以及非含氟樹脂層。絕緣層具有彼此相對的第一表面及第二表面。接著層配置在第一表面上。含氟樹脂層配置在接著層上，其中接著層位於含氟樹脂層與絕緣層之間。非含氟樹脂層配置在第二表面上。

在本發明的一實施方式中，上述的非含氟樹脂層是由非含氟樹脂組成物所製得，其中非含氟樹脂組成物包括壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子。

在本發明的一實施方式中，以上述的壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子的總量計，壓克力樹脂的含量為15至55wt%、改質聚烯烴樹脂的含量為5至25wt%、硬化劑的含量為5至20wt%及無機粒子的含量為5至60wt%。

在本發明的一實施方式中，上述的改質聚烯烴樹脂的分子量為4000至20000。

在本發明的一實施方式中，上述的硬化劑包括異氰酸酯硬化劑或氨基樹脂硬化劑。

在本發明的一實施方式中，上述的無機粒子的材質包括二氧化鈦(TiO₂)、二氧化矽(SiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、氧化鋯、硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋅中的一者或多者的組合。

在本發明的一實施方式中，上述的絕緣層的材質包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、尼龍(Nylon) 或聚醯亞胺(polyimide，PI)。

在本發明的一實施方式中，上述的含氟樹脂層的材質包括聚氟乙烯(poly vinyl flouride)或聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)。

在本發明的一實施方式中，在波長為400nm至1200nm下，上述的非含氟樹脂層的反射率大於80%。

在本發明的一實施方式中，上述的非含氟樹脂層的厚度為5至40μm。

在本發明的一實施方式中，上述的非含氟樹脂組成物更包括分散劑、抗氧化劑、UV吸收劑，其中以壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子的總量為100重量份計，分散劑的使用量為0.2至1.4重量份、抗氧化劑的使用量為0.08至0.3重量份、UV吸收劑的使用量為0.08至0.3重量份。

基於上述，在本發明的太陽能電池背板中，透過非含氟樹脂層是由包括壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子的非含氟樹脂組成物所製得，使得非含氟樹脂層不但具有良好的耐候性及反射率，且在不需要外加處理的情況下即與絕緣層和封裝層皆具有良好的接著能力，藉此提高了本太陽能電池背板在客端的適用性及降低太陽能電池背板的製程成本。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施方式，並配合所附圖式作詳細說明如下。

10‧‧‧太陽能電池背板

100‧‧‧絕緣層

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

110‧‧‧接著層

120‧‧‧含氟樹脂層

130‧‧‧非含氟樹脂層

圖1是本發明一實施方式的太陽能電池背板的剖面示意圖。

在本文中，由「一數值至另一數值」表示的範圍，是一種避免在說明書中一一列舉該範圍中的所有數值的概要性表示方式。因此，某一特定數值範圍的記載，涵蓋該數值範圍內的任意數值以及由該數值範圍內的任意數值界定出的較小數值範圍，如同在說明書中明文寫出該任意數值和該較小數值範圍一樣。

圖1是本發明一實施方式的太陽能電池背板的剖面示意圖。請參照圖1，太陽能電池背板10包括絕緣層100、接著層110、含氟樹脂層120以及非含氟樹脂層130。以下，將對前述各膜層進行詳細說明。

絕緣層100具有彼此相對的第一表面102及第二表面104。詳細而言，當太陽能電池背板10應用於太陽能電池板時，第一表面102對應於太陽能電池板的背光面而第二表面104則對應於向光面。另外，在太陽能電池背板10中，絕緣層100作用為支撐材，用以賦予太陽能電池背板10良好的機械性質及耐電性。在本實施方式中，絕緣層100的材質例如是聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、尼龍(Nylon)或聚醯亞胺(polyimide，PI)，較佳是聚對苯二甲酸乙二酯。另外，絕緣層100 的厚度例如是188至300μm。

接著層110配置在第一表面102上且與第一表面102直接接觸。在本實施方式中，接著層110的材質例如是環氧樹脂、壓克力樹脂或聚酯樹脂。另外，接著層110的厚度例如是6至25μm。

含氟樹脂層120配置在接著層110上。詳細而言，在太陽能電池背板10中，接著層110用以使含氟樹脂層120能夠緊密地附著在絕緣層100上。從另一觀點而言，接著層110是位在含氟樹脂層120與絕緣層100之間。在本實施方式中，含氟樹脂層120的材質例如是聚氟乙烯(poly vinyl flouride)或聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)。另外，含氟樹脂層120的厚度例如是20至50μm。

非含氟樹脂層130配置在第二表面104上。非含氟樹脂層130的厚度例如是5至40μm。在本實施方式中，非含氟樹脂層130是由非含氟樹脂組成物所製得。以下，將對非含氟樹脂層130的製備方法進行詳細說明。

首先，提供非含氟樹脂組成物，其包括壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子。詳細而言，非含氟樹脂組成物是在20℃至40℃的溫度範圍下，將壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子進行攪拌以充分混合後而製得。另外，在非含氟樹脂組成物中，以壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子的總量計，壓克力樹脂的含量為15至55wt%、改質 聚烯烴樹脂的含量為5至25wt%、無機粒子的含量為5至60wt%及硬化劑的含量為5至20wt%。

在本實施方式中，壓克力樹脂可具有線性結構，且重量平均分子量約為3000至20000g/mol。詳細而言，壓克力樹脂可藉由聚合丙烯酸單體(acrylic monomer)來製得。丙烯酸單體可包括(但不限於)甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)、甲基丙烯酸乙酯(ethyl methacrylate)、甲基丙烯酸-n-丙酯(n-propyl methacrylate)、甲基丙烯酸-n-丁酯(n-butyl methacrylate)、甲基丙烯酸己酯(hexyl methacrylate)、甲基丙烯酸-2-乙基己基酯(2-ethylhexyl methacrylate)、丙烯酸甲酯(methyl acrylate)、丙烯酸乙酯(ethyl acrylate)、丙烯酸丙酯(propyl acrylate)、丙烯酸丁酯(butyl acrylate)或丙烯酸-2-乙基己基酯(2-ethylhexyl acrylate)。前述丙烯酸單體可單獨使用或彼此組合使用。另外，壓克力樹脂可利用已知的方法來製備，例如乳化聚合(emulsion polymerization)、懸浮聚合(suspension polymerization)或是整體聚合(bulk polymerization)。

另外，壓克力樹脂可為單一聚合物(即使用一種丙烯酸單體)、共聚物或是前述之混合物(即使用二種或多種丙烯酸單體)。

在本實施方式中，改質聚烯烴樹脂的重量平均分子量為4000至20000g/mol。詳細而言，當改質聚烯烴樹脂的重量平均分子量小於4000g/mol時，非含氟樹脂層130與封裝層之間將不具 良好的接著性，其強度低於客端要求；而當改質聚烯烴樹脂的重量平均分子量大於20000g/mol時，將會降低改質聚烯烴樹脂與壓克力樹脂之間的分散性與相容性。

在本實施方式中，無機粒子的材質例如是二氧化鈦(TiO₂)、二氧化矽(SiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、氧化鋯、硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋅中的一者或多者的組合。

在本實施方式中，硬化劑例如是異氰酸酯硬化劑或氨基樹脂硬化劑，較佳是異氰酸酯硬化劑。異氰酸酯硬化劑可包括(但不限於)六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、3-異氰酸酯基亞甲基-3,5,5-三甲基環己基異氰酸酯(IPDI)、4,4’-二環己基甲烷二異氰酸酯(H12MDI)、二聚脂肪酸異氰酸酯(DDI)、環己烷二亞甲基二異氰酸酯(HXDI)。另外，氨基樹脂硬化劑可包括(但不限於)脲醛樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂。詳細而言，硬化劑不含有苯環結構。

另外，在本實施方式中，非含氟樹脂組成物更可包括溶劑，其需可溶解壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑、無機粒子及其他添加劑，且不與這些成分相互反應，並具有適當的揮發性者。詳細而言，在本實施方式中，溶劑可透過壓克力樹脂及改質聚烯烴樹脂是呈溶液形態以供使用的方式來存在在非含氟樹脂組成物中，或是溶劑可透過額外添加的方式來存在在非含氟樹脂組成物中。溶劑例如是甲苯(toluene)、乙酸正丁酯(n-butyl acetate，BAC)、乙酸乙酯(ethyl acetate，EAC)、丁酮(methyl ethyl ketone，MEK)或其組合。

另外，在本實施方式中，依需要，非含氟樹脂組成物更可包括添加劑，例如分散劑、抗氧化劑、UV吸收劑。分散劑用以促使無機粒子能夠均勻分散在壓克力樹脂及改質聚烯烴樹脂中，而抗氧化劑、UV吸收劑用以使非含氟樹脂層130更具耐熱性及耐UV性。詳細而言，在非含氟樹脂組成物中，以壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子的總量為100重量份計，分散劑的使用量為0.2至1.4重量份、抗氧化劑的使用量為0.08至0.3重量份、UV吸收劑的使用量為0.08至0.3重量份。另外，分散劑的實例可包括BYK110、BYK104或BYK306。抗氧化劑的實例可包括Chinox B225、Chinox B245或Chinox 1010。UV吸收劑的實例可包括Tinurin 328、Tinurin 1130或Chisorb 8818。

另外，在不損及非含氟樹脂組成物的效果範圍內，非含氟樹脂組成物可依需要更包括其他的添加劑。其他的添加劑可單獨或混合使用，且其他的添加劑包括但不限於抗沾黏劑、平坦劑、消泡劑或流變劑。

繼之，將所得到的非含氟樹脂組成物塗佈至絕緣層100的第二表面104上。詳細而言，塗佈方式例如是擠壓塗佈、滾輪式塗佈或刮刀式塗佈，且塗佈厚度例如是5μm至40μm。

之後，在110℃至140℃的溫度範圍下，對經塗佈的非含氟樹脂組成物進行加熱1至5分鐘來移除溶劑及進行交聯反應，以形成具有高交聯密度和高機械強度的非含氟樹脂層130。

值得說明的是，在本實施方式中，透過非含氟樹脂組成 物中之壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子的含量在前述範圍內，所製得的非含氟樹脂層130能夠具有良好的耐候性及高反射率，並且能夠在不需外加處理的情況下而與封裝層(材質例如是乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate，EVA))具有良好的接著能力，藉此提高太陽能電池背板10的客端適用性及降低太陽能電池背板10的製程成本。

詳細而言，如上所述，由壓克力樹脂與改質聚烯烴樹脂進行交聯反應而形成的交聯樹脂不但具有良好的熱固性特性而使得非含氟樹脂層130具有良好耐候性，也因改質聚烯烴樹脂的使用，而同時具有熱塑性特性，藉此非含氟樹脂層130得以在不需外加處理(例如表面經電暈(Corona)處理或電漿(Plasm)處理等輻射處理)的情況下即與封裝層具有良好的接著能力。

另外，非含氟樹脂組成物同時包括高透過率且低折射率的壓克力樹脂與改質聚烯烴樹脂以及高折射率的無機粒子，可使得非含氟樹脂層130能夠具有高反射率的特性。具體而言，在波長為400nm至1200nm下，非含氟樹脂層130的反射率大於80%，藉此當太陽能電池背板10應用於太陽能電池板時，入射光線的使用率得以提升，因而提高太陽能電池板的發光效率。

另外，如前文所述，作為絕緣層100，較佳使用聚對苯二甲酸乙二酯，而作為硬化劑，較佳使用異氰酸酯硬化劑，這是由於異氰酸酯硬化劑與聚對苯二甲酸乙二酯具有良好的接著能力，藉此得以提升太陽能電池背板10的結構強度。

下文將參照實施例1至實施例3，更具體地描述本發明的特徵。雖然描述了以下實施例，但是在不逾越本發明範疇之情況下，可適當地改變所用材料、其量及比率、處理細節以及處理流程等等。因此，不應由下文所述之實施例對本發明作出限制性地解釋。

〈實施例〉

製備實施例1至實施例3的非含氟樹脂層所使用之主要材料及設備的資訊如下所示。

壓克力樹脂：兩液型PU壓克力樹脂，其可由台灣大立高分子公司、台灣長興化工或台灣國精化學公司等公司購得。

改質聚烯烴樹脂：重量平均分子量為4000至20000，固含量為30%。

硬化劑：六亞甲基二異氰酸酯(HDI)，可由日本NPU、Rohbia、Bayer、日本三井化學等公司購得。

無機粒子：TiO₂可由Dupont、日本石原等公司購得。

分散劑：溶劑型分散劑可由BYK公司購得。

抗氧化劑：由雙健化工公司購得。

UV吸收劑：可由雙健化工公司或Ciba公司購得。

攪拌機：實驗室50Kg防暴型攪拌機，由泰億攪拌機械企業有限公司製造。

均質機：循環式均質分散機，由銓銘盛製造。

實施例1

在室溫下，將53.1wt%的壓克力樹脂、20wt%的改質聚烯烴樹脂、0.227重量份的分散劑、0.217重量份的抗氧化劑與0.217重量份的UV吸收劑加入置於50Kg合膠桶中，並開啟攪拌機且調整轉速為30±5rpm進行攪拌15分鐘。在停止攪拌後，將10wt%的無機粒子加入50Kg合膠桶中並再開啟攪拌機且調整轉速為45±5rpm進行攪拌60分鐘後，將所得混合物置於均質機中分散60分鐘，以使無機粒子均勻分散在壓克力樹脂與改質聚烯烴樹脂中。之後，再將11.8wt%的硬化劑置於50Kg合膠桶中並同樣開啟攪拌機且調整轉速為30±5rpm進行攪拌30分鐘後，靜置30分鐘。接著，使用刮刀式塗佈法將所得混合物塗佈至PET試片後，在溫度140℃下加熱2分鐘來移除溶劑及進行交聯反應。之後，在溫度50℃下熟化48小時以形成實施例1的非含氟樹脂層，其厚度為30μm。

實施例2及實施例3

按照與實施例1相同的製備程序，但使用以下表1所示之各成分的重量百分比及重量份來製造實施例2及實施例3的非含氟樹脂層，其中厚度為6~12μm。

之後，分別對實施例1至實施例3的非含氟樹脂層進行剝離強度、塗層附著能力、QUV老化及反射率的測試。前述測試項目的說明如下，且測試的結果顯示於表1中。

〈剝離強度的測試〉

首先，將實施例1至實施例3的非含氟樹脂層分別裁切成五片長條狀膜層，其寬度及長度分別為10±0.5mm及250mm至300mm的。接著，在溫度150℃下，將所得的實施例1至實施例3的長條狀膜層分別與EVA封裝層(商品名S11，由普利司通股份有限公司(Bridgestone Co.Ltd.)製造)真空熱壓15分鐘後，將所得疊層壓制在毛玻璃板上，以得到由PET試片、非含氟樹脂層、EVA封裝層及毛玻璃板構成的試樣。之後，依照GB/T 2790-1995的規定，使用萬能試驗機(設備名為AG-1S，島津科學儀器股份有限公司(SHIMADZU)製造)對各個試樣以100mm/min的剝離速度進行角度為180度的剝離強度測試，其中測試結果是取五個測試結果的中間值。另外，在業界中，剝離強度至少要大於40N/cm，且越高表示非含氟樹脂層與EVA封裝層的接著性越好。

〈塗層接著能力的測試〉

首先，依照GB/T 9286-1998的規定，分別對實施例1至實施例3的非含氟樹脂層中的任三個不同的位置重複進行塗層接著能力的測試，其中劃格單元的尺寸為1mm×1mm且其數量為10×10個。詳細而言，塗層接著能力的測試包括兩個部分：第一部分為在一般環境條件下，對各個試樣進行塗層接著能力的測試；而第二部分為將各個試樣放置在條件設定為120℃、85%RH、1.75 atm的環境下48小時後才進行塗層接著能力的測試。

另外，塗層接著能力的測試結果分為0B至5B級，級數越高，表示非含氟樹脂層與PET試片的接著能力越好，且各個等級的評估標準如下：5B：切口的邊緣完全平滑，格子邊緣沒有任何剝落；4B：在切***叉處有少許塗層脫落，脫落面積受小於或等於5%；3B：在切***叉處和/或沿切口邊緣有塗層脫落，受影響的交叉切割面積明顯大於5%，但小於或等於15%；2B：塗層沿切割邊緣部分或全部以大碎片脫落，和/或在格子不同部位上部分或全部剝落，受影響的交叉切割面積明顯大於15%，但小於或等於35%；1B：塗層沿切割邊緣大碎片剝落，和/或一些方格部分或全部脫落。受影響的交叉切割面積明顯大於35%，但小於或等於65%；0B：塗層剝落面積明顯大於65%。

〈QUV老化的測試〉

首先，將實施例1至實施例3的非含氟樹脂層分別裁切成尺寸為75mm×140mm的試樣。接著，依照IEC 61215：2005中10.10的規定，對各個試樣進行QUV老化的測試，其中測試溫度為60±5℃、施加UVB波長為280nm至320nm、功率0.89W/m² 及照射時間為1235小時。詳細而言，在前述測試條件下對各個試樣進行UV照射，相當於照射能量為60KWh/m²，而在這照射能量下，各個試樣的黃變指數(△B)的結果顯示於表1中。

〈反射率的測試〉

使用UV-Vis光譜儀(設備名為U-4100 Spectrophotometer，日立股份有限公司(Hitachi,Co.Ltd.)製造)，在波長為550nm下，量測實施例1至實施例3的非含氟樹脂層的反射率。在業界中，在波長為550nm下，反射率至少要大於80%。

^a單位重量份是以壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子的總量為100重量份計

^b表示對任三點進行一次測試的結果都相同

由上述表1可知，實施例1至實施例3的非含氟樹脂層在剝離強度、塗層接著能力、QUV老化和反射率方面均有良好表現，其中不論在一般環境條件下進行塗層接著能力測試或是在經歷條件為120℃、85%RH、1.75 atm的環境下48小時後才進行塗層接著能力測試的結果皆是5B，此表示實施例1至實施例3的非含氟樹脂層具有良好的耐候性。

綜上所述，在本發明的太陽能電池背板中，透過非含氟樹脂層是由包括壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子的非含氟樹脂組成物所製得，使得非含氟樹脂層不但具有良好的耐候性及反射率，且在不需要外加處理的情況下即與絕緣層和封裝層皆具有良好的接著能力，藉此提高了太陽能電池背板的客端適用性及降低太陽能電池背板的製程成本。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧太陽能電池背板

100‧‧‧絕緣層

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

110‧‧‧接著層

120‧‧‧含氟樹脂層

130‧‧‧非含氟樹脂層

Claims (11)

1. 一種太陽能電池背板，包括：一絕緣層，具有彼此相對的一第一表面及一第二表面；一接著層，配置在所述第一表面上；一含氟樹脂層，配置在所述接著層上，其中所述接著層位於所述含氟樹脂層與所述絕緣層之間；以及一非含氟樹脂層，配置在所述第二表面上，其中所述非含氟樹脂層是由非含氟樹脂組成物所製得，其中所述非含氟樹脂組成物包括壓克力樹脂、改質聚烯烴樹脂、硬化劑及無機粒子，且以所述壓克力樹脂、所述改質聚烯烴樹脂、所述硬化劑及所述無機粒子的總量計，所述壓克力樹脂的含量為15至55wt%、所述改質聚烯烴樹脂的含量為5至25wt%、所述硬化劑的含量為5至20wt%及所述無機粒子的含量為5至60wt%。
2. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述改質聚烯烴樹脂的重量平均分子量為4000至20000g/mol。
3. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述硬化劑包括異氰酸酯硬化劑或氨基樹脂硬化劑。
4. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述無機粒子的材質包括二氧化鈦(TiO₂)、二氧化矽(SiO₂)、三氧化二鋁(Al₂O₃)、氧化鋯、硫酸鋇、碳酸鈣、氧化鋅中的一者或多者的組合。
5. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述 絕緣層的材質包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、尼龍(Nylon)或聚醯亞胺(polyimide，PI)。
6. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述含氟樹脂層的材質包括聚氟乙烯(poly vinyl flouride)或聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)。
7. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中在波長為400nm至1200nm下，所述非含氟樹脂層的反射率大於80%。
8. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述非含氟樹脂層的厚度為5至40μm。
9. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述非含氟樹脂組成物更包括分散劑，其中以所述壓克力樹脂、所述改質聚烯烴樹脂、所述硬化劑及所述無機粒子的總量為100重量份計，所述分散劑的使用量為0.2至1.4重量份。
10. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述非含氟樹脂組成物更包括抗氧化劑，其中以所述壓克力樹脂、所述改質聚烯烴樹脂、所述硬化劑及所述無機粒子的總量為100重量份計，所述抗氧化劑的使用量為0.08至0.3重量份。
11. 如申請專利範圍第1項所述的太陽能電池背板，其中所述非含氟樹脂組成物更包括UV吸收劑，其中以所述壓克力樹脂、所述改質聚烯烴樹脂、所述硬化劑及所述無機粒子的總量為100重量份計，所述UV吸收劑的使用量為0.08至0.3重量份。