耐湿热太阳能电池背板及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及耐湿热太阳能电池背板，包括依次复合的耐候层、连接层、结构增强层和反射层，其特征在于：耐候层为PET膜，或由无机材料和热稳定剂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成；结构增强层由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金为聚丙烯与工程塑料的合金，或者为改性聚丙烯与工程塑料的合金。本发明的太阳能电池背板，以耐候PET膜代替传统的氟膜材料作为耐候层，不仅能保证耐候性能，而且成本大大降低。同时以聚丙烯代替传统的PET材料作为结构增强层，避免了传统PET结构增强层耐湿热水解性能差，在长期湿热环境使用中会脆化开裂的问题，从而能配合PET耐候层进一步提高背板的耐湿热老化性能。
【专利说明】耐湿热太阳能电池背板及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏发电领域，尤其涉及一种太阳能背板。
【背景技术】
[0002]人类对能源的需求持续不断的增长，目前以煤和石油等传统能源为主的情形将无法得以持久，使用可再生能源是解决人类能源挑战的唯一途径。太阳能光伏发电是可再生能源中最重要的一种。世界各国都在争相发展太阳能光伏发电，并制定和实施光伏发电的线路图。全球太阳能光伏产业在过去的五年，以50%以上的速度高速增长，据预测，在未来十年将以30%以上的速度持续发展。
[0003]太阳能背板广泛应用于太阳能电池(光伏)组件，位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，需具备可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性。氟塑料薄膜耐长期户外老化性能优异，被大量用来制备太阳能电池背板。背板主要包括耐候层、结构增强层和反射层三层结构，而目前通常用到的背板结构有TPT结构和TPE结构，其中T指杜邦公司的Tedlar薄膜，成分为聚氟乙烯(PVF)，P指聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，E指乙烯-醋酸乙烯树脂(EVA)薄膜，因此，TPT结构指PVF薄膜/PET薄膜/PVF薄膜结构，而TPE结构指PVF薄膜/PET薄膜/EVA薄膜结构，三层薄膜间用胶黏剂粘接。TPT结构的背板其典型生产商为欧洲的Isovolta公司。TPE结构的背板为美国的Madico公司的专利产品(见专利申请W02004/091901A2)。目前，还有一些公司用聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜替代PVF薄膜，提供KPK结构和KPE结构，其中K指PVDF薄膜。另外还有一些美国和日本公司尝试采用ECTFE (乙烯三氟氯乙烯共聚物)、ETFE(乙烯四氟乙烯共聚物)替代PVF薄膜或PVDF薄膜作为背板耐候层材料。3M公司则使用THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯)薄膜做太阳能电池背板的耐候层(见专利申请US2006/0280922A1)，其结构为THV/PET/EVA。
[0004]虽然传统的背板中使用氟塑料薄膜，其耐长期户外老化性能优异，但是，氟塑料薄膜本身的成本高昂，会限制其更大规模的应用。另外，传统背板的结构增强层使用的PET薄膜塑料，其耐湿热水解性能差，在长期湿热环境使用中会脆化开裂，导致太阳能电池性能的劣化或失效。
【发明内容】
[0005]本发明克服了现有技术的不足，提供一种层间联接牢固、耐湿热老化性能优良且成本低廉的太阳能电池背板，对太阳能行业有非常重要的意义。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案为:耐湿热太阳能电池背板，包括依次复合的耐候层、连接层、结构增强层和反射层，其特征在于:所述耐候层为PET膜，或由无机材料和热稳定剂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成；所述结构增强层由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金为聚丙烯与工程塑料的合金，或者为改性聚丙烯与工程塑料的合金。
[0007]优选的，所述耐候层由无机材料和热稳定剂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，，所述无机材料选自结构式为AxBy的无机物中的一种或几种，其中A是硅(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)、铝(Al)、钥(Mo)或钡(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(S04)，x和y分别为1、2或3。
[0008]进一步优选的，所述无机材料包括二氧化硅和二氧化钛，或者包括二氧化硅、二氧化钛、三氧化二招和硫化钥，或者包括二氧化娃、硫化锌和二氧化钛，或者包括二氧化钛、硫化锌和硫酸钡。
[0009]优选的，所述结构增强层的熔点大于145°C。
[0010]优选的，所述改性聚丙烯由所述聚丙烯和热稳定剂共混改性而成，或者由所述聚丙烯、接枝聚丙烯和热稳定剂共混改性而成，或者由所述聚丙烯、热稳定剂和无机填料共混改性而成。
[0011]进一步优选的，所述聚丙烯选自均聚聚丙烯(均聚PP)、共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或几种。
[0012]进一步优选的，所述改性聚丙烯由所述聚丙烯、热稳定剂和无机填料共混改性而成。无机填料选自碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、云母、滑石、高岭土、玻璃微珠和玻璃纤维中的一种。
[0013]优选的，所述工程塑料为聚酰胺或聚苯醚。
[0014]优选的，所述连接层由马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸共聚物、或乙烯丙烯酸酯马来酸酐三元共聚物制成。
[0015]进一步优选的，所述连接层为乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)，乙烯/丙烯酸丁酯/马来酸酐共聚物，或马来酸酐接枝聚丙烯。
[0016]优选的，所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为20-100:40-400:20-150。
[0017]优选的，所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为30-60:150-300:20-150。
[0018]优选的，所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为25-50:150-300:20-80。
[0019]优选的，所述反射层是聚乙烯合金层。
[0020]进一步优选的，所述反射层是由聚乙烯、含乙烯链段(-CH2-CH2-)的共聚物、抗紫外线稳定剂和无机白色颜料共混改性而成。
[0021]进一步优选的，所述反射层是由低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯和醋酸的共聚物(EVA)、抗紫外线稳定剂和二氧化钛(TiO2)共混改性而成。
[0022]进一步优选的，所述反射层是由低密度聚乙烯(LLDPE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、抗紫外线稳定剂和二氧化钛(TiO2)共混改性而成。
[0023]优选的，所述结构增强层和反射层之间也设有所述连接层，即太阳能电池背板由依次复合的耐候层、连接层、结构增强层、连接层和反射层组成。
[0024]本发明还提供以下两种制造上述太阳能背板的方法。
[0025]方法一，包括如下步骤:
(1)耐候层的材料、连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到耐候层塑料粒子、连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用；
(2)将步骤(I)准备的耐候层塑料粒子、连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤。
[0026]方法二，包括如下步骤: (1)连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用；
(2)将步骤(I)准备的连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤，并涂覆在耐候层上。
[0027]本发明解决了【背景技术】中存在的缺陷，具有如下有益效果:
1.本发明的太阳能电池背板，以耐候PET膜代替传统的氟膜材料作为耐候层，不仅能保证耐候性能，而且成本大大降低。同时以聚丙烯代替传统的PET材料作为结构增强层，避免了传统PET结构增强层耐湿热水解性能差，在长期湿热环境使用中会脆化开裂的问题，从而能配合PET耐候层进一步提高背板的耐湿热老化性能。
[0028]2.耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例控制在20-100:40_400:20-150，尤其是30-60:150-300:20-150，或25-50:150-300:20_80，层间连接更加牢固，结构更稳定，同时可获得最佳的耐湿热老化性能。
[0029]3.本发明背板可以采用多层熔融共挤的方式制备，从而免去传统胶黏剂，提高生产率，并且有利于环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0031]图1是本发明实施例1、3-4的结构示意图；
图2是本发明实施例2的结构示意图；
图中:2、耐候层，4、第一连接层，6、结构增强层，8、第二连接层，12、反射层，14、耐候层，16、第一连接层，18、结构增强层,22、反射层。
【具体实施方式】
[0032]现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0033]实施例1、3-4
如图1所示，耐湿热太阳能电池背板，由依次复合的耐候层2、第一连接层4、结构增强层6、第二连接层8和反射层12组成。
[0034]耐候层2为PET膜，或由无机材料和热稳定剂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成。当耐候层2由无机材料和热稳定剂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成时,无机材料选自结构式为AxBy的无机物中的一种或几种，其中A是硅(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)、铝(Al)、钥(Mo)或钡(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(S04)，x和y分别为1、2或3。显然，其中Ax、By正负电荷匹配。
[0035]第一连接层4为乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)，或乙烯/丙烯酸丁酯/马来酸酐共聚物。
[0036]结构增强层6的熔点大于145°C，由改性聚丙烯或合金制成。合金为改性聚丙烯与工程塑料的合金。其中，改性聚丙烯由均聚聚丙烯(均聚PP)和热稳定剂共混改性而成，或者由均聚聚丙烯、接枝聚丙烯和热稳定剂共混改性而成。工程塑料为聚酰胺。
[0037]第二连接层8的材料与第一连接层4相同。[0038]反射层12是聚乙烯合金层。由聚乙烯、含乙烯链段(-CH2-CH2-)的共聚物、抗紫外线稳定剂和无机白色颜料共混改性而成。更具体的，反射层12是由低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯和醋酸的共聚物(EVA)、抗紫外线稳定剂和二氧化钛(TiO2)共混改性而成。
[0039]背板的耐候层2、结构增强层6、和反射层12的厚度分别为25-100um、150-250um、50-80um。第一连接层4和第二连接层8的厚度分别在20_30um。
[0040]实施例2
如图2所示，耐湿热太阳能电池背板，与实施例1、3-4的区别在于:
由依次复合的耐候层14、第一连接层16、结构增强层18和反射层22组成。
[0041]耐候层14为PET膜。
[0042]第一连接层16为乙烯/丙烯酸丁酯/马来酸酐共聚物。
[0043]结构增强层18由改性聚丙烯制成。改性聚丙烯由均聚聚丙烯(均聚PP)和热稳定剂共混改性而成。
[0044]反射层22由低密度聚乙烯(LLDPE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、抗紫外线稳定剂和二氧化钛(TiO2)共混改性而成。
[0045]背板的耐候层14、第一连接层16、结构增强层18、和反射层22的厚度分别为50um、10um 、300um、20um。
[0046]实施例1-4太阳能背板的具体参数见表I。
[0047]下面以实施例1-2太阳能背板的制造方法来说明本发明的第一种制造方法，该方法包括如下步骤:
(I)第一、第二连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到第一、第二连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用。采用本行业通用方法按耐候层配方制备作为耐候层的PET膜备用。
[0048]第一、第二连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别是按照对应层的配方采用本行业通用之方法准备或外购。
[0049](2)将步骤(I)准备的第一、第二连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤，并涂覆在步骤(I)准备的PET膜上。熔融挤出温度在180°C-310°C，优选 260°C - 280°C。
[0050]实施例2的背板中没有第二连接层，采用上述方法相应不添加第二连接层塑料粒子即可。
[0051]下面以实施例3-4太阳能背板的制造方法来说明本发明的第二种制造方法，该方法包括如下步骤:
(I)耐候层的材料、第一、第二连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到耐候层塑料粒子、第一、第二连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用。
[0052]耐候层的材料、第一、第二连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别是按照对应层的配方采用本行业通用之方法准备或外购。
[0053](2)将步骤(I)准备的耐候层塑料粒子、第一、第二连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤成膜。熔融挤出温度在180°C - 310°C，优选220 °C - 270 °C。[0054]为证明本发明太阳能背板的耐候性能和强度，对其进行下述的测定实验。并且选取对比例1-2两种背板作为对比。其中，对比例1:FPE背板采用传统PVDF膜、双向拉伸PET膜和EVA膜依次涂覆聚氨酯胶黏剂复合，高温去除溶剂固化的方式制得。对比例2采用PET膜、双向拉伸PET膜和EVA膜依次涂覆聚氨酯胶黏剂复合，高温去除溶剂固化的方法制得。测定实验包括:1.耐候层和结构增强层间的剥离强度测试(180度，0.2m/min的剥离速度)，采用ASTM D1876标准方法；2.QUV紫外加速老化测试(UVA+UVB, 30kWh/m2)，采用IEC61215标准方法，测定外观及黄变；3.HAST高压加速老化试验机96小时老化(121°C，100%湿度)后的外观，采用ASTM D1868标准方法；4.Damp-Heat3000小时老化(85°C，85%湿度)后的组件功率衰减，采用的IEC61215标准方法。
[0055]对比例1-2和实施例1-4的测定结果记录在表2中。
[0056]表1
【权利要求】
1.耐湿热太阳能电池背板，包括依次复合的耐候层、连接层、结构增强层和反射层，其特征在于:所述耐候层为PET膜，或由无机材料和热稳定剂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成；所述结构增强层由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金为聚丙烯与工程塑料的合金，或者为改性聚丙烯与工程塑料的合金。
2.根据权利要求1所述的耐湿热太阳能电池背板，其特征在于:所述耐候层由无机材料和热稳定剂改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，所述无机材料选自结构式为AxBy的无机物中的一种或几种，其中A是硅(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)、铝(Al)、钥(Mo)或钡(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(S04)，X和y分别为1、2或3。
3.根据权利要求1所述的耐湿热太阳能电池背板，其特征在于:所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为20-100:40-400:20-150。
4.根据权利要求1所述的耐湿热太阳能电池背板，其特征在于:所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为30-60:150-300:20-150。
5.根据权利要求1所述的耐湿热太阳能电池背板，其特征在于:所述结构增强层和反射层之间也设有所述连接层。
6.根据权利要求1-5任一项所述的耐湿热太阳能电池背板，其特征在于:所述连接层由马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸共聚物、或乙烯丙烯酸酯马来酸酐三元共聚物制成。
7.制造如权利要求1-6任一项所述的耐湿热太阳能电池背板的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)耐候层的材料、连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到耐候层塑料粒子、连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用； (2)将步骤(I)准备的耐候层塑料粒子、连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤。
8.制造如权利要求1-6任一项所述的耐湿热太阳能电池背板的方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用； (2)将步骤(I)准备的连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤，并涂覆在耐候层上。
【文档编号】H01L31/049GK103715288SQ201410007110
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】赵若飞, 蔡书义, 黄伟 申请人:苏州尚善新材料科技有限公司