专利名称：一种太阳能电池背板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及太阳能光伏电池技术领域，尤其是涉及一种太阳能电池背板及其制备方法。
背景技术：
太阳能作为一种绿色环保、取之不尽的能源，无疑是取代传统火力发电的最佳选择。由于太阳能电池组件需长期暴露在室外使用，所以光伏组件中的电池片必须要加以保护来防止大气中水汽、氧气、紫外线等环境因素的影响和侵蚀。太阳能电池背板是整个太阳能电池的配件之一，主要起力学支撑和保护电池片免受环境因素渗透的作用，因此对背板的耐候性的提高一直以来是该行业的焦点。目前国内外对太阳能电池背板的研究也是层出不穷，但是最主流的主要是以下这·几种I、通过PET聚酯薄膜和上下两层耐候层复合形成三明治结构来提高整个背板耐候性和阻隔性。其代表是欧洲的Isovolta公司的TPT背板，其中T是杜邦公司研发生产的Tedlar薄膜。Tedlar薄膜作为耐候层包覆中间一层PET聚酯薄膜复合而成。2、由于氟材料的价格较为昂贵，所以为节省成本，美国Madico公司研制开发出的TPE太阳能电池背板。其结构和TPT基本一样还是三明治结构，但是采用乙烯-醋酸乙烯共聚(EVA)代替TPT中的内层耐候氟材料层。3、和TPT类似的还有KPK太阳能电池背板。该背板也是采用三明治结构，通过3层复合来提高背板性能。其中K是法国阿科玛公司研发生产的Kynar膜，即聚偏氟二乙烯(PVDF)膜，中间包覆的也是PET聚酯薄膜。从以上3种背板中可以看出，无论背板的结构如何改变，其最外层都是以氟材料为耐候层。氟材料以其优良的耐候性可以有效保护PET结构增强层长时间免受环境因素的侵袭，目前，太阳能电池背板的使用年限理论上为25年，但经过实际PCT老化实验及双85试验箱的湿热检测，其使用年限很难达到这个要求。更重要的是，氟材料会对环境造成污染，不利于环保。所以寻找一种耐水解且环保的背板耐候层是很有必要的。聚醚醚酮(PEEK)是一种综合性能非常优秀的工程塑料，在力学性能上，室温时，PEEK的拉伸强度可达到IlOMPa以上，即便是在100°C时，拉伸强度也可以稳定在80MPa左右；在热学性能上，纯PEEK的热学性能极其稳定，其热变形温度高达160°C，相对温度指数(RTI)可达到250°C ;在绝缘性能方面，PEEK是目前世界上绝缘性最好的高分子材料之一，其体积电阻高达4. 9X IO16欧姆，表面电阻也大于IO15欧姆；PEEK的耐候性能优异，尤其是在抗水解方面，可以说PEEK是所有树脂中抗水解能力最好的树脂，PEEK在23°C时的饱和吸水率是0. 5%，有测试表明，PEEK在100°C的热水中浸泡200天后，其力学性能没有明显下降。另外，在抗辐射方面，PEEK具有很好的抗紫外线、Y射线的性能，在Y射线辐射量高达IIOOMrad (毫拉德，辐射剂量单位)时，PEEK仍能保持良好的绝缘性能和机械性能。由此可见，无论在力学性能、热学性能、电气绝缘性能还是耐候性能上，PEEK都是耐候层材料的良好的选择。
发明内容
为了进一步增强太阳能电池背板力学性能、热学性能、电气绝缘性能和耐候性能，延长其使用年限，本发明提供一种太阳能电池背板及其制备方法。该太阳能电池背板的结构简单、材料新颖、性能优异，远胜于常规背板，尤其是PEEK出色的耐候性足以保证背板顺利通过双85试验箱的湿热检测及PCT检测，且用PEEK作为耐候层有利于环保。本发明提供的太阳能电池背板的制备方法工艺简单，成本较低。为达到上述要求，本发明的技术方案如下本发明提供一种太阳能电池背板，它的特点是，所述背板依次包括耐候层、结构增强层和粘结层；所述耐候层为聚醚醚酮薄膜层，厚度为30-50微米，所述结构增强层材料为聚酯，厚度为150-250微米，所述粘结层材料为粘结剂，厚度为10-30微米。
进一步的，所述聚醚醚酮薄膜层采用等离子喷涂工艺制得。聚醚醚酮材料的重均分子量为30000-32000，密度为I. 28-1. 35g/cm3，如，密度为
I.32g/cm3，熔体粘度为 0. 38-0. 42kN s/m2，玻璃化温度为 143_147°C，熔点为 336_343°C。上述等离子喷涂工艺为现有的工艺。等离子喷涂一般采用非转移型弧、冷却中固体嘴口约束焰流并在焰流上送入待喷涂材料的粉料。喷涂工艺的参数的变化，会影响喷涂所得的耐候层的附着力，密度，耐候性(耐湿热老化性)，水蒸气透过率。进一步的，所述结构增强层材料选自PET、PBT或PTT，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)0所用PET切片的相对分子量为16000-18000，密度为I. 38-1. 40g/cm3，特性粘度为
0.52-0. 65dl/g，玻璃化温度为 82-85°C。进一步的，所述结构增强层为双向拉伸聚酯薄膜。进一步的,所述粘结层材料选自瞬干粘结剂、厌氧粘结剂、压敏粘结剂、热熔粘结齐U、热固性树脂粘结剂、乳液与乳胶型粘结剂、耐高温粘结剂中的一种或至少两种的组合。为了增加聚酯薄膜与粘结层的剥离强度，进一步的，所述粘结层材料选自聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、环氧树脂中的一种或至少两种的组合。为了进一步增加粘结层的粘结强度，所述粘结层材料选自聚醋酸乙烯酯和聚氨酯的组合物；选自聚丙烯酸酯和环氧树脂的组合物；或选自聚丙烯酸酯和聚氨酯的组合物。为了降低成本，同时获得较好的耐候性，本发明所述太阳能电池背板的各层可选择不同的厚度范围。上述耐候层的厚度为35-45微米，36-42微米，40-50微米，30微米，35微米，40微米，45微米或50微米。上述结构增强层的厚度为155-170微米，175-230微米，235-245微米，150微米，160微米，170微米，180微米，190微米，200微米，210微米，220微米，230微米或240微米。上述粘结层的厚度为10-15微米，15-20微米，20-25微米，25-30微米，10微米，12微米，16微米，18微米，22微米，25微米，28微米，30微米。优选的，所述耐候层的厚度为35-45微米，所述结构增强层的厚度为170-230微米，所述粘结层的厚度为12-25微米。优选的，所述耐候层的厚度为36-42微米，所述结构增强层的厚度为180-210微米，所述粘结层的厚度为15-23微米。优选的，所述耐 候层的厚度为40微米，所述结构增强层的厚度为200微米，所述粘结层的厚度为15微米。进一步的，所述耐候层的厚度为30-45微米，所述结构增强层的厚度为150-210微米，所述粘结层的厚度为10-20微米。优选的，所述耐候层的厚度为38微米，所述结构增强层的厚度为190微米，所述粘结层的厚度为12微米。优选的，所述耐候层的厚度为30微米，所述结构增强层的厚度为160微米，所述粘结层的厚度为10微米。进一步的，所述耐候层的厚度为35-50微米，所述结构增强层的厚度为180-250微米，所述粘结层的厚度为15-25微米。优选的，所述耐候层的厚度为42微米，所述结构增强层的厚度为210微米，所述粘结层的厚度为18微米。优选的，所述耐候层的厚度为45微米，所述结构增强层的厚度为240微米，所述粘结层的厚度为25微米。现有太阳能电池背板的厚度高于300um，不利于液晶显示器的超薄化，为了提供厚度较低的太阳能电池背板，本发明还提供下述技术方案一种太阳能电池背板，包括结构增强层，所述结构增强层的上表面喷涂有聚醚醚酮耐候层，所述结构增强层的下表面涂布有粘结层；所述耐候层的厚度为30-40微米，所述结构增强层的厚度为150-180微米，所述粘结层材料的厚度为10-30微米。进一步的，上述耐候层的厚度为30-40微米，所述结构增强层的厚度为150-160微米，所述粘结层材料的厚度为10-20微米。进一步的，上述耐候层的厚度为35微米，所述结构增强层的厚度为170微米，所述粘结层的厚度为25微米。进一步的，上述耐候层的厚度为30微米，所述结构增强层的厚度为150微米，所述粘结层的厚度为10微米。上述太阳能电池背板优化了耐候层，结构增强层，粘结层的厚度组合，耐候性好，厚度薄，成本低。优选的，上述耐候层的厚度为30-40微米，所述结构增强层的厚度为150-160微米，所述粘结层材料的厚度为10-20微米；耐候层材料为聚醚醚酮，结构增强层材料为PET，粘结层材料为聚醋酸乙烯酯。该太阳能电池背板厚度薄，重量轻，同时，耐候性，及力学性能较好。本发明还提供一种上述的太阳能电池背板的制备方法，它的特点是，所述制备方法包括如下步骤(I)制取双向拉伸聚酯薄膜，收卷后，在其下表面涂布粘结剂；(2)在步骤(I)所得聚酯薄膜的上表面进行聚醚醚酮等离子喷涂，得到所述太阳能电池背板。上述步骤(I)中的粘结剂在120°C至140°C的条件下热固化20_40min。上述步骤(2)中所述的聚醚醚酮等离子喷涂工艺在低温下进行，温度控制在120-150°C。将PEEK粉末在150°C _170°C的条件下干燥2_3小时，然后放入送粉器，通电后，使喷嘴和阴极产生电弧，喷嘴直径为2. 8-3. Omm, PEEK喷射时经过该电弧被熔融加速，以140-160m/s的速度喷射到聚酯薄膜的上表面，冷凝后形成薄膜层。优选的，上述喷涂工艺的温度控制在120°C、130°C、14(TC或150°C ;所述PEEK粉末在150°C、160°C，或170°C的条件下干燥2小时、或3小时；喷嘴直径可为2. 8mm、2. 9mm、或3. Omm ；PEEK喷射时经过该电弧被熔融加速，以140m/s、150m/s、或160m/s的速度喷射到聚酯薄膜的上表面。进一步的，上述步骤(2)中所述的聚醚醚酮等离子喷涂工艺在低温下进行，温度控制在120-150°C。将PEEK粉末在150°C的条件下干燥3小时，然后放入送粉器，通电后，使喷嘴和阴极产生电弧，喷嘴直径为2. 8mm, PEEK喷射时经过该电弧被熔融加速，以150m/s的速度喷射到聚酯薄膜的上表面，冷凝后形成薄膜层。进一步的，所述步骤(I)中，上述粘结剂的干燥过程中，在120°C至140°C的条件下热固化20-40分钟，粘结剂的交联度通常会达到40%-60%。上述温度可以为120°C，130°C，或140°C ;热固化时间可以为20，30，或40分钟。 进一步的，所述步骤(2)中的等离子喷涂工艺所用的参数如下等离子气体为N2,电弧功率为80-100kw，供粉速度为140-160m/s，喷涂距离为15_25cm，喷涂角度为70-100°，喷枪与薄膜相对运动速度为30-60cm/s，温度控制在120-150°C。优选的，前述电弧功率为80kw、85kw、90kw、或IOOkw ;供粉速度为140m/s、150m/s、或160m/s ;喷涂距离为15cm、20cm、或25cm，喷涂角度为70°、80。、90。、或100°，喷枪与薄膜相对运动速度为30cm/s、40cm/s、50cm/s、或 60cm/s，温度控制在 120°C、130°C、140°C、或 150。。。进一步的，所述步骤(2)中的等离子喷涂工艺所用的参数如下等离子气体为N2,电弧功率为80kw，供粉速度为150m/s，喷涂距离为15-25cm，喷涂角度为90°，喷枪与薄膜相对运动速度为30-60cm/s，温度控制在120-150°C。采用上述方法喷涂的耐候层牢固地与结构增强层粘接在一起，其耐候性，力学性能等综合性能较好，进而，所制得的太阳能电池背板具有优越的耐候性，力学性能等综合性倉泛。与现有技术相比，本发明提供的太阳能电池背板中由于含有PEEK涂层，所以力学性能远比传统的背板更佳，背板结构更加稳定，对整个太阳能电池片的支撑保护作用更加的突出，而且粘结强度和剥离强度也高于传统背板。本发明提供的背板在耐候性上也明显优于常规背板，使用寿命得以延长，其使用年限在理论上远超过25年。由于没有氟材料组分，本发明提供的背板成本较低，对环境不会产生任何污染，有助于环保。而且，由于PEEK密度较低，厚度也比传统氟膜薄，因此可以大幅度减小整个背板的密度和厚度，从而降低成本，增大经济效益。本发明提供的太阳能电池背板的制备方法工艺简单，成本较低。该方法采用等离子喷涂工艺制备耐候层，所得耐候层与结构增强层的粘结强度较高，结合得较牢固。
图I为本发明提供的太阳能电池背板的剖面示意图。其中，I为耐候层(聚醚醚酮层)，2为结构增强层(聚酯薄膜层)，3为粘结层。
具体实施例方式如图I所示，本发明提供的太阳能电池背板依次包括耐候层I、结构增强层2和粘结层3 ;所述耐候层I的厚度为30-50微米，所述结构增强层2的厚度为150-250微米，所述粘结层3的厚度为10-30微米。本发明提供的太阳能电池背板的耐候层材料为聚醚醚酮。本发明提供的太阳能电池背板的制备方法包括如下步骤(I)采用流延法，在双向拉伸机上制取双向拉伸聚酯薄膜，收卷后，在其下表面涂布上粘结剂，在130°C的恒温条件下热固化30min。(2)在步骤(I)所得聚酯薄膜的上表面进行聚醚醚酮等离子喷涂，采用低温等离子喷射工艺，将PEEK粉末在150°C的条件下干燥3小时，然后放入送粉器，通电后，使喷嘴和阴极产生电弧，喷嘴直径为2. 8mm, PEEK喷射时经过该电弧被熔融加速，以150m/s的速度喷射到聚酯薄膜的上表面，冷凝后形成薄膜层，得到所述太阳能电池背板。按照上述方法制备所得的太阳能电池背板，其性能测试方法如下拉伸强度和断裂伸长率测试ASTMD-882标准，拉伸强度的测试设备为济南兰光机电技术有限公司生产的XLW薄膜拉力机；耐候性(耐湿热老化)按照GB/T 2423. 1-2001标准测试，环境温度85 °C，环境湿度85%RH，采用SH-241环境试验箱测试；水蒸气透过率按照ASTM F 1249标准测试，采用TSY-W2水蒸气透过率测试仪对背膜进行测试；热收缩率采用ASTMD-1204标准；测试条件为150°C，30min。剥离强度采用ASTMD-1876标准，测试条件为180°剥离；绝缘性采用GB12802. 2-2004标准，测试条件为工频交流。下述实施例1-3中，聚酯薄膜层材料为PET，粘结层材料为聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯或环氧树脂。实施例I :按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层的厚度为30 ym，聚酯薄膜层的厚度为150 ym，粘结层的厚度为10 ym，所得背板的相关性能见表I。实施例2 按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层的厚度为40 ym，聚酯薄膜层的厚度为200 ym，粘结层的厚度为15 ym，所得背板的相关性能见表I。
实施例3 按上述方法制备太阳能电池背板，其中耐候层的厚度为50 ym，聚酯薄膜层的厚度为250 ym，粘结层的厚度为20 ym，所得背板的相关性能见表I。表I
权利要求
1.一种太阳能电池背板，其特征在于，所述背板依次包括耐候层、结构增强层和粘结层；所述耐候层为聚醚醚酮薄膜层，厚度为30-50微米，所述结构增强层材料为聚酯，厚度为150-250微米，所述粘结层材料为粘结剂，厚度为10-30微米。
2.根据权利要求I所述太阳能电池背板，其特征在于，所述聚醚醚酮薄膜层采用等离子喷涂工艺制得。
3.根据权利要求I所述太阳能电池背板，其特征在于，所述结构增强层材料选自PET、 PBT或PTT中的一种。
4.根据权利要求I所述太阳能电池背板，其特征在于，所述结构增强层为双向拉伸聚酯薄膜。
5.根据权利要求I所述太阳能电池背板，其特征在于，所述粘结层材料选自瞬干粘结齐U、厌氧粘结剂、压敏粘结剂、热熔粘结剂、热固性树脂粘结剂、乳液与乳胶型粘结剂、耐高温粘结剂中的一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求I所述太阳能电池背板，其特征在于，所述粘结层材料选自聚醋酸乙烯酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、环氧树脂中的一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求I所述太阳能电池背板，其特征在于，所述耐候层的厚度为30-45微米，所述结构增强层的厚度为150-210微米，所述粘结层的厚度为10-20微米。
8.根据权利要求I所述太阳能电池背板，其特征在于，所述耐候层的厚度为30-40微米，所述结构增强层的厚度为150-180微米，所述粘结层的厚度为10-30微米。
9.一种根据权利要求1-8之一所述的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤(O制取双向拉伸聚酯薄膜，收卷后，在其下表面涂布粘结剂；(2)在步骤(I)所得聚酯薄膜的上表面进行聚醚醚酮等离子喷涂，得到所述太阳能电池背板。
10.根据权利要求9所述的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的等离子喷涂工艺所用的参数如下等离子气体为N2,电弧功率为80kw，供粉速度为150m/s，喷涂距离为15-25cm，喷涂角度为90°，喷枪与薄膜相对运动速度为30-60cm/s，温度控制在120_150°C。
全文摘要
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种太阳能电池背板及其制备方法。为了进一步增强太阳能电池背板的耐候性能，延长其使用年限，本发明提供一种太阳能电池背板及其制备方法。本发明提供的太阳能电池背板依次包括耐候层、结构增强层和粘结层；所述耐候层为聚醚醚酮薄膜层，厚度为30-50微米，所述结构增强层材料为聚酯，厚度为150-250微米，所述粘结层材料为粘结剂，厚度为10-30微米。该太阳能电池背板的制备方法包括如下步骤(1)制取双向拉伸聚酯薄膜，收卷后，在其下表面涂布粘结剂；(2)在步骤(1)所得聚酯薄膜的上表面进行聚醚醚酮等离子喷涂。该太阳能电池背板的结构简单、耐候性能优异。所述制备方法工艺简单，成本较低。
文档编号B32B27/36GK102709368SQ2012102119
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者不公告发明人 申请人:宁波长阳科技有限公司