本发明涉及一种光伏背板。
背景技术：
1、在新能源光伏产业中，为有效保障光伏组件的安全可靠性，对内部电池组需采用前板和背板进行双面封装。其中的光伏背板作为组件的重要保护层，通常使用有机高分子或无机玻璃材质。目前，市场上的高分子光伏背板大多以聚酯为基膜，可提供良好的绝缘性和耐温性等，且相比于玻璃背板具有轻量化、不易爆裂和发电增益高等优势。
2、由于光伏组件的长期户外使用场景，背板经常直接暴露在阳光、雨雪等高温高湿及高辐射的环境中，要求其具有相当的耐候性。同时，背板表面在户外很容易富集沙土等污染物，在影响组件外观的同时，极易使组件出现磨损、开裂等现象，危害组件安全。为维持光伏电池的发电效率，需花费大量成本对组件进行定期清洁。这种情况下，开发一种具备自清洁和耐磨损性能的耐候型背板，具有极其重要的意义。
3、目前，为提升背板耐候性，通常在聚酯基材表面贴合pvf、pvdf等氟膜或使用feve氟碳涂料，起到防止水气侵蚀、保护芯层pet的作用。然而，氟涂层尽管疏水，但通常不具有表面自清洁的效果。为更好地实现自清洁，通常还需要在表面形成类荷叶的粗糙微纳结构，极易影响光学性能，且过于粗糙的表面更易积累灰尘。除此之外，含氟材料往往面临着较高的成本，且伴随着回收过程中的环保问题。因此，在减少氟材料使用的前提下，制备一种不依赖表面粗糙结构而实现耐刮擦的自清洁背板，具有更大的技术难度。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述的不足，本发明提供一种不依赖于表面粗糙结构而实现自清洁和耐刮擦的耐候性光伏背板，同时减少背板涂层对氟材料的依赖性。
2、本发明解决其技术问题的技术方案是：一种自清洁耐刮擦光伏背板，包括聚酯背板基材，所述的背板基材上涂覆有耐刮擦耐候层，所述的耐刮擦耐候层上涂覆有自清洁层。
3、所述耐刮擦耐候层的制备及涂覆方法为：将含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷、光引发剂和光稳定剂混合并溶于溶剂中得到涂层溶液，涂层溶液中光引发剂的质量百分比为1-8%，光稳定剂的质量备份比为0.05-3%，溶剂的质量百分比为15-20%，余量为含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷；将所述的涂层溶液涂覆到所述的聚酯背板基材上，在紫外光照条件下，引发有机链上反应活性环氧基团之间的开环反应，使涂层溶液发生快速的光交联和固化。对于耐刮擦耐候外层，选用的笼型聚倍半硅氧烷具有优异的热稳定性、耐紫外辐照性能以及抗原子氧性，其骨架中富含的si-o-si键键能极高，很难断裂，能够大大提高环氧基底的耐候性，有效防止树脂的老化和降解。同时，该聚合物体系中的siox无机组分，赋予涂层超强的耐磨性和硬度。环氧基底的存在增加了涂层韧性，还使外涂层与背板基材间具有优异的粘合性，无需在二者之间额外引入粘合层。使用的紫外光固化的涂层成膜方式，相比于传统背板涂层的热固化方式，具有固化速度快（5~30min），固化温度低（室温）和能耗小等优点。在紫外线和原子氧的作用下，涂层表面可形成无机二氧化硅层，阻止紫外线和原子氧进入材料内部，有效提升基底耐候性。特别地，还在反应体系中引入了光稳定剂，其能在不影响uv固化效果的前提下，在固化过程中与光引发剂一并反应，生成有效的光稳定成分。其作用机理是一旦材料受到光/热氧化，能通过有效清除体系中产生的自由基，阻止基底树脂的进一步氧化和降解，从而减少涂层在户外使用情况下的黄变问题。
4、所述自清洁层的制备及涂覆方法为：将二甲基二甲氧基硅烷溶解在异丙醇和硫酸的混合液中，均匀混合制备出反应溶液，反应溶液中二甲基二甲氧基硅烷的添加量为异丙醇体积的5%-15%，硫酸的添加量为异丙醇体积的0.5%-2%；以喷涂的方式将反应溶液均匀涂覆在经电晕处理过的耐刮擦耐候层表面，然后在18-28℃、60-75%湿度环境下进行pdms链段在酸催化下的缩聚和接枝反应，待反应结束用水和冲洗干净表面的残余杂质。pdms分子链段的一端通过形成共价键的方式，固定在耐刮擦耐候涂层表面并成为其一部分。该接枝界面同样具有良好的化学稳定性，同时增强了涂层的自清洁效果。pdms分子链的玻璃化转变温度极低（tg = -127℃），其只有一端被共价接枝到基底上，其余部分能通过旋转或弯曲运动保持其高度移动性，实现“类液体”表面性能。水滴和油滴等各类液滴，在该表面都只需很低的势垒变为亚稳态，因而具有低的接触角滞后和极低的滑动角。因此，使得背板表面的污染物很容易在雨水冲刷下，被滑动的水滴一起带走。同时，分子刷的无损运输特性使背板避免受到自然界中的油渍污染。相比之下，交联的pdms表面不具备类液态效果，其表面沉积的水滴接触角滞后通常大于50°。这一值较大的可能原因是，硅氧烷键的流动性会随着交联的增加而降低。
5、优选的，所述的涂层溶液中，所述的含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷为八(3-缩水甘油醚基丙基)笼型倍半硅氧烷(gposs)，或八环氧环己烷基乙基笼型聚倍半硅氧烷（poss）；所述的光引发剂为阳离子引发剂；所述的光稳定剂为癸二酸双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇)酯，或1-(甲基)-8-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯；所述的溶剂为丁酮。
6、优选的，聚酯背板基材在涂覆涂层溶液前，先经电晕处理，使表面产生极性基团，与涂层形成更为牢固的化学键合。
7、本发明的有益效果在于：克服了传统仿荷叶结构的自清洁背板涂层中存在的依赖于表面粗糙结构、多使用含氟低表面能物质、易对透光性造成影响等缺点，通过类液态pdms分子刷与耐磨耐候涂层化学键合的方式，构筑了具有耐刮擦和耐候特性的平滑自清洁表面。该表面具有自清洁效果好、不易积累灰尘、无氟化的绿色配方设计、透光性好、制备流程简单、耐刮擦和耐候性优异等优点，使其在太阳能光伏发电领域，尤其是更为高端的自清洁光伏发电、双面光伏发电领域拥有广阔的应用前景。
8、实施方式
9、下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
10、实施例一，一种自清洁耐刮擦光伏背板，包括聚酯背板基材，所述的背板基材上涂覆有耐刮擦耐候层，所述的耐刮擦耐候层上涂覆有自清洁层。
11、所述耐刮擦耐候层的制备及涂覆方法为：将含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷、光引发剂和光稳定剂混合并溶于溶剂中得到涂层溶液，涂层溶液中光引发剂的质量百分比为5%，光稳定剂的质量备份比为0.1%，溶剂的质量百分比为20%，余量为含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷；将所述的涂层溶液涂覆到所述的聚酯背板基材上，在紫外光照条件下，引发有机链上反应活性环氧基团之间的开环反应，使涂层溶液发生快速的光交联和固化。本实施例中聚酯背板基材在涂覆涂层溶液前，先经电晕处理，使表面产生极性基团，与涂层形成更为牢固的化学键合。
12、本实施例中，含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷选用八(3-缩水甘油醚基丙基)笼型倍半硅氧烷(gposs)；光引发剂为阳离子引发剂，具体选用二芳基碘鎓盐；光稳定剂选用癸二酸双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇)酯；溶剂选用丁酮。
13、所述自清洁层的制备及涂覆方法为：将二甲基二甲氧基硅烷溶解在异丙醇和硫酸的混合液中，均匀混合制备出反应溶液，反应溶液中二甲基二甲氧基硅烷的添加量为异丙醇体积的10%，硫酸的添加量为异丙醇体积的1%；以喷涂的方式将反应溶液均匀涂覆在经电晕处理过的耐刮擦耐候层表面，然后在温度保持在18-28℃之间、湿度保持在60-75%之间的环境下进行pdms链段在酸催化下的缩聚和接枝反应，待反应结束用水和冲洗干净表面的残余杂质。
14、实施例二，一种自清洁耐刮擦光伏背板，包括聚酯背板基材，所述的背板基材上涂覆有耐刮擦耐候层，所述的耐刮擦耐候层上涂覆有自清洁层。
15、所述耐刮擦耐候层的制备及涂覆方法为：将含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷、光引发剂和光稳定剂混合并溶于溶剂中得到涂层溶液，涂层溶液中光引发剂的质量百分比为2%，光稳定剂的质量备份比为0.05%，溶剂的质量百分比为15%，余量为含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷；将所述的涂层溶液涂覆到所述的聚酯背板基材上，在紫外光照条件下，引发有机链上反应活性环氧基团之间的开环反应，使涂层溶液发生快速的光交联和固化。本实施例中聚酯背板基材在涂覆涂层溶液前，先经电晕处理，使表面产生极性基团，与涂层形成更为牢固的化学键合。
16、本实施例中，含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷选用八环氧环己烷基乙基笼型聚倍半硅氧烷(poss)；光引发剂为阳离子引发剂，具体选用三芳基硫鎓盐；光稳定剂选用1-(甲基)-8-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯；溶剂选用丁酮。
17、所述自清洁层的制备及涂覆方法为：将二甲基二甲氧基硅烷溶解在异丙醇和硫酸的混合液中，均匀混合制备出反应溶液，反应溶液中二甲基二甲氧基硅烷的添加量为异丙醇体积的12%，硫酸的添加量为异丙醇体积的1.5%；以喷涂的方式将反应溶液均匀涂覆在经电晕处理过的耐刮擦耐候层表面，然后在温度保持在18-28℃之间、湿度保持在60-75%之间的环境下进行pdms链段在酸催化下的缩聚和接枝反应，待反应结束用水和冲洗干净表面的残余杂质。
18、实施例三，一种自清洁耐刮擦光伏背板，包括聚酯背板基材，所述的背板基材上涂覆有耐刮擦耐候层，所述的耐刮擦耐候层上涂覆有自清洁层。
19、所述耐刮擦耐候层的制备及涂覆方法为：将含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷、光引发剂和光稳定剂混合并溶于溶剂中得到涂层溶液，涂层溶液中光引发剂的质量百分比为5.5%，光稳定剂的质量备份比为0.5%，溶剂的质量百分比为18%，余量为含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷；将所述的涂层溶液涂覆到所述的聚酯背板基材上，在紫外光照条件下，引发有机链上反应活性环氧基团之间的开环反应，使涂层溶液发生快速的光交联和固化。本实施例中聚酯背板基材在涂覆涂层溶液前，先经电晕处理，使表面产生极性基团，与涂层形成更为牢固的化学键合。
20、本实施例中，含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷选用八环氧环己烷基乙基笼型聚倍半硅氧烷(poss)；光引发剂为阳离子引发剂，具体选用三芳基磺酸盐；光稳定剂选用癸二酸双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇)酯；溶剂选用丁酮。
21、所述自清洁层的制备及涂覆方法为：将二甲基二甲氧基硅烷溶解在异丙醇和硫酸的混合液中，均匀混合制备出反应溶液，反应溶液中二甲基二甲氧基硅烷的添加量为异丙醇体积的5%，硫酸的添加量为异丙醇体积的0.8%；以喷涂的方式将反应溶液均匀涂覆在经电晕处理过的耐刮擦耐候层表面，然后在温度保持在18-28℃之间、湿度保持在60-75%之间的环境下进行pdms链段在酸催化下的缩聚和接枝反应，待反应结束用水和冲洗干净表面的残余杂质。
22、实施例四，一种自清洁耐刮擦光伏背板，包括聚酯背板基材，所述的背板基材上涂覆有耐刮擦耐候层，所述的耐刮擦耐候层上涂覆有自清洁层。
23、所述耐刮擦耐候层的制备及涂覆方法为：将含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷、光引发剂和光稳定剂混合并溶于溶剂中得到涂层溶液，涂层溶液中光引发剂的质量百分比为1%，光稳定剂的质量备份比为1%，溶剂的质量百分比为16%，余量为含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷；将所述的涂层溶液涂覆到所述的聚酯背板基材上，在紫外光照条件下，引发有机链上反应活性环氧基团之间的开环反应，使涂层溶液发生快速的光交联和固化。本实施例中聚酯背板基材在涂覆涂层溶液前，先经电晕处理，使表面产生极性基团，与涂层形成更为牢固的化学键合。
24、本实施例中，含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷选用八(3-缩水甘油醚基丙基)笼型倍半硅氧烷（gposs）；光引发剂为阳离子引发剂，具体选用烷基硫鎓盐；光稳定剂选用1-(甲基)-8-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯；溶剂选用丁酮。
25、所述自清洁层的制备及涂覆方法为：将二甲基二甲氧基硅烷溶解在异丙醇和硫酸的混合液中，均匀混合制备出反应溶液，反应溶液中二甲基二甲氧基硅烷的添加量为异丙醇体积的8%，硫酸的添加量为异丙醇体积的1.8%；以喷涂的方式将反应溶液均匀涂覆在经电晕处理过的耐刮擦耐候层表面，然后在温度保持在18-28℃之间、湿度保持在60-75%之间的环境下进行pdms链段在酸催化下的缩聚和接枝反应，待反应结束用水和冲洗干净表面的残余杂质。
26、实施例五，一种自清洁耐刮擦光伏背板，包括聚酯背板基材，所述的背板基材上涂覆有耐刮擦耐候层，所述的耐刮擦耐候层上涂覆有自清洁层。
27、所述耐刮擦耐候层的制备及涂覆方法为：将含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷、光引发剂和光稳定剂混合并溶于溶剂中得到涂层溶液，涂层溶液中光引发剂的质量百分比为7.5%，光稳定剂的质量备份比为0.08%，溶剂的质量百分比为17%，余量为含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷；将所述的涂层溶液涂覆到所述的聚酯背板基材上，在紫外光照条件下，引发有机链上反应活性环氧基团之间的开环反应，使涂层溶液发生快速的光交联和固化。本实施例中聚酯背板基材在涂覆涂层溶液前，先经电晕处理，使表面产生极性基团，与涂层形成更为牢固的化学键合。
28、本实施例中，含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷选用八(3-缩水甘油醚基丙基)笼型倍半硅氧烷（gposs）；光引发剂为阳离子引发剂，具体选用三芳基硫鎓盐；光稳定剂选用1-(甲基)-8-(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯；溶剂选用丁酮。
29、所述自清洁层的制备及涂覆方法为：将二甲基二甲氧基硅烷溶解在异丙醇和硫酸的混合液中，均匀混合制备出反应溶液，反应溶液中二甲基二甲氧基硅烷的添加量为异丙醇体积的13%，硫酸的添加量为异丙醇体积的0.5%；以喷涂的方式将反应溶液均匀涂覆在经电晕处理过的耐刮擦耐候层表面，然后在温度保持在18-28℃之间、湿度保持在60-75%之间的环境下进行pdms链段在酸催化下的缩聚和接枝反应，待反应结束用水和冲洗干净表面的残余杂质。
30、实施例六，一种自清洁耐刮擦光伏背板，包括聚酯背板基材，所述的背板基材上涂覆有耐刮擦耐候层，所述的耐刮擦耐候层上涂覆有自清洁层。
31、所述耐刮擦耐候层的制备及涂覆方法为：将含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷、光引发剂和光稳定剂混合并溶于溶剂中得到涂层溶液，涂层溶液中光引发剂的质量百分比为7%，光稳定剂的质量备份比为3%，溶剂的质量百分比为19%，余量为含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷；将所述的涂层溶液涂覆到所述的聚酯背板基材上，在紫外光照条件下，引发有机链上反应活性环氧基团之间的开环反应，使涂层溶液发生快速的光交联和固化。本实施例中聚酯背板基材在涂覆涂层溶液前，先经电晕处理，使表面产生极性基团，与涂层形成更为牢固的化学键合。
32、本实施例中，含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷选用八(3-缩水甘油醚基丙基)笼型倍半硅氧烷（gposs）；光引发剂为阳离子引发剂，具体选用二芳基碘鎓盐；光稳定剂选用癸二酸双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇)酯；溶剂选用丁酮。
33、所述自清洁层的制备及涂覆方法为：将二甲基二甲氧基硅烷溶解在异丙醇和硫酸的混合液中，均匀混合制备出反应溶液，反应溶液中二甲基二甲氧基硅烷的添加量为异丙醇体积的15%，硫酸的添加量为异丙醇体积的2%；以喷涂的方式将反应溶液均匀涂覆在经电晕处理过的耐刮擦耐候层表面，然后在温度保持在18-28℃之间、湿度保持在60-75%之间的环境下进行pdms链段在酸催化下的缩聚和接枝反应，待反应结束用水和冲洗干净表面的残余杂质。
34、实施例七，一种自清洁耐刮擦光伏背板，包括聚酯背板基材，所述的背板基材上涂覆有耐刮擦耐候层，所述的耐刮擦耐候层上涂覆有自清洁层。
35、所述耐刮擦耐候层的制备及涂覆方法为：将含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷、光引发剂和光稳定剂混合并溶于溶剂中得到涂层溶液，涂层溶液中光引发剂的质量百分比为8%，光稳定剂的质量备份比为2%，溶剂的质量百分比为15%，余量为含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷；将所述的涂层溶液涂覆到所述的聚酯背板基材上，在紫外光照条件下，引发有机链上反应活性环氧基团之间的开环反应，使涂层溶液发生快速的光交联和固化。本实施例中聚酯背板基材在涂覆涂层溶液前，先经电晕处理，使表面产生极性基团，与涂层形成更为牢固的化学键合。
36、本实施例中，含有环氧基的笼型聚倍半硅氧烷选用八环氧环己烷基乙基笼型聚倍半硅氧烷（poss）；光引发剂为阳离子引发剂，具体选用二芳基碘鎓盐；光稳定剂选用癸二酸双(1,2,2,6,6-五甲基哌啶醇)酯；溶剂选用丁酮。
37、所述自清洁层的制备及涂覆方法为：将二甲基二甲氧基硅烷溶解在异丙醇和硫酸的混合液中，均匀混合制备出反应溶液，反应溶液中二甲基二甲氧基硅烷的添加量为异丙醇体积的10%，硫酸的添加量为异丙醇体积的0.6%；以喷涂的方式将反应溶液均匀涂覆在经电晕处理过的耐刮擦耐候层表面，然后在温度保持在18-28℃之间、湿度保持在60-75%之间的环境下进行pdms链段在酸催化下的缩聚和接枝反应，待反应结束用水和冲洗干净表面的残余杂质。
38、在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
39、以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。