本发明属于太阳能电池领域，涉及一种太阳能电池背板，具体涉及一种高效黑色太阳能电池背板及其制备方法。
背景技术：
随着煤、石油、天然气等化石能源的日益枯竭和环境污染的日益严重，人类迫切需要寻求可替代的再生能源。太阳能是自然界中最丰富的可再生能源，太阳能光伏发电是指利用太阳能电池的光电效应，将太阳光辐射能转换成电能的发电方式。太阳能具有安全可靠、无噪声、无污染、可方便地与建筑物相结合等优点，自20世纪80年代以来得到持续高速发展。晶体硅电池是太阳能光伏发电系统的核心部分之一，若将晶体硅电池直接暴露在大气中，由于会受到光、热、雨、雪等气象因素的影响，晶体硅电池的转换效率和使用寿命会大大降低。太阳能电池背板作为太阳能电池背面的支撑和保护材料，是太阳能电池发挥作用不可或缺的组成部分。传统的太阳能背板材料为层状结构，由内、外层的耐候层和中间的基材层组成，这些结构层之间使用胶粘剂进行粘合。为了迎合住宅类光伏组件美观方面的需求，黑色组件被开发出来并逐渐投入使用，目前黑色太阳能电池背板的用量处于逐年上升的趋势。现有的技术中，黑色太阳能背板主要由含氟的薄膜、PET基层、EVA膜三层材料复合而成。此类背板存在诸多缺陷，比如背板较厚导热效率差，组件返修困难，EVA长期老化耐候性差，氟膜与PET基层粘结性差等。授权公告号为CN203733821U的中国实用新型专利公开了一种黑色太阳能电池背板及太阳能电池组件，该黑色太阳能电池背板包括基层、耐候黑色膜层，特别是，所述黑色太阳能电池背板还包括形成在所述基层的一面上的耐候黑色涂层以及形成在所述基层的另一面与所述耐候黑色膜层之间用于将所述基层和所述耐候黑色膜层粘接的高分子胶黏剂层。虽然这种黑色太阳能电池背板具有良好的耐候性能，易于组件返修，同时具有较低的生产成本；但这种背板的基层与耐候的黑色膜层之间采用了厚度较厚的胶粘剂进行粘结，使得层间粘结性较差，而且其反光率低，导致太阳能电池组件的功率降低。公开号为CN103872163A的中国发明专利公开了一种黑色太阳能电池背板，包括依次叠加设置的第一黑色导热耐候层、基板、阻隔层与第二黑色导热耐候层，所述基板内部填充有第一树脂组合物；所述第一黑色导热耐候层由第二树脂组合物形成，所述第二黑色导热耐候层由第三树脂组合物形成，所述第一树脂组合物、第二树脂组合物与第三树脂组合物各自独立的包括：100重量份的含氟树脂，8～20重量份的固化剂，80～200重量份的溶剂，50～100重量份的无机填料，1～5重量份的炭黑，所述阻隔层由铝或二氧化硅形成。虽然该黑色太阳能电池背板采用了高导热系数的树脂组合物，使黑色太阳能电池背板具有较好的导热性；然而它的阻隔层是在基板的一个表面蒸镀铝或二氧化硅得到，这导致其加工工艺复杂且组件返修成本较高，难以投入实际应用。授权公告号为CN203386783U的中国实用新型专利一种反光率高、封装损失低的黑色太阳能组件，该黑色太阳能电池组件包括黑色背板、电池片以及第一封装材料，其中，黑色背板设置在黑色太阳能电池组件的底部；电池片包括多块，多块电池片间隔分布在黑色背板上；第一封装材料设置在黑色背板和电池片之间，并且该第一封装材料包括位于电池片正下方增强反光结构。由于增强反光结构的反射率高，能够将这些光反射到电池片的背面，供电池片吸收，从而降低整个黑色太阳能电池组件的封装损失，提高单位面积的黑色太阳能电池组件的功率；但这种背板的耐气候与耐老化性能较差，难以满足太阳能组件25年以上使用寿命的要求。由此可见，设计并生产出一种黑色太阳能电池背板，使其达到导热率高、组件返修容易、耐老化性能好、成本低等综合性能优异的要求，显得尤为重要。
技术实现要素：
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种综合性能优异的高效黑色太阳能电池背板。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高效黑色太阳能电池背板，它包括基材层、固化成型于所述基材层两面的氟碳层、固化成型于任一所述氟碳层与所述基材层之间的溶胶层。优化地，所述氟碳层由黑色涂料组合物涂覆固化而成，所述黑色涂料组合物的原料配方包括下列重量份数的组分：含氟树脂80~120份；改性树脂10~60份；固化剂5~40份；散热填料5~50份；黑色填料0.5~5份；溶剂50~500份。进一步地，所述含氟树脂为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、氟乙烯-乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-乙烯共聚物、三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物、四氟乙烯-烷基乙烯基酯共聚物和四氟乙烯-烷基乙烯基醚共聚物中的一种或者多种组成的混合物；所述改性树脂为甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸甲脂、丙烯酸乙脂和丙烯酰胺中的一种或多种聚合而成，或者为乙二醇酯、丁二醇酯和季戊四醇酯中的一种。进一步地，所述散热填料为氧化铝、氧化锆、氧化硼、二氧化钛、碳化硅、氮化铝、氮化硼、氮化硅、氮化镓、纳米氧化铝电吸附接枝多壁碳纳米管、纳米氮化铝电吸附接枝多壁碳纳米管中的一种或者多种组成的混合物。进一步地，所述黑色填料为钛黑、锰铁黑、铜铬黑、炭黑中的一种或多种组成的混合物；所述固化剂为环氧树脂固化剂、胺类固化剂、酸酐固化剂和异氰酸酯固化剂中的一种或多种；所述溶剂为丙酮、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、醋酸丁酯、丁酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基吡咯烷酮中的一种或多种。优化地，所述溶胶层为溶胶-乳液组合物涂覆固化而成，所述溶胶-乳液组合物包括50~90份溶胶和10~50份乳液，所述溶胶为氨丙基三乙氧基硅烷溶胶、苯基三乙氧基硅烷溶胶、乙烯三乙氧基硅烷溶胶、乙烯基三甲氧基硅烷溶胶、乙烯基三甲氧基硅烷溶胶和四甲氧基硅烷溶胶中的一种或多种；所述乳液为聚乙酸乙烯乳液、苯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液和苯乙烯-丁二烯共聚乳液中的一种或多种。进一步地，所述溶胶-乳液组合物还包括0.2~2份助剂，所述助剂为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、柠檬酸、乙酰丙酮和无机氯化盐中的一种或两种以上的混合物。优化地，所述基材层的厚度为100~500μm，所述氟碳层的厚度为3~100μm，所述溶胶层的厚度为1~50μm。本发明的另一目的是提供一种高效黑色太阳能电池背板的制备方法，它包括以下步骤：（a）将所述基材层浸入醇/水混合溶液中0.5~5小时，取出在30~60℃下烘干；（b）对烘干后的基材层进行电晕处理，接着用碱液擦拭基材层的任一表面，再用蒸馏水将该面擦拭干净后置于30~60℃下干燥0.5~2小时取出；（c）在所述基材层用碱液擦拭过的表面上涂覆溶胶-乳液组合物，置于100~150℃下固化0.5~2小时形成所述溶胶层；（d）在所述溶胶层表面以及所述基材层另一表面上涂覆黑色涂料组合物，置于150~200℃下固化5~15分钟形成所述氟碳层即可。优化地，所述步骤（b）中，用碱液擦拭基材层（1）任一表面后置于30~60℃下干燥0.5~2小时，再用蒸馏水对该面进行擦拭。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明高效黑色太阳能电池背板，通过在其中一层氟碳层和基材层之间设置能够固化成型的溶胶层，一方面能够阻止水汽的透过，提高了太阳能背板的老化性能；另一方面该溶胶层具有较好的吸附力，使外层的氟碳层不易脱落；而且氟碳层也是固化成型在基材层的上，这样能够降低太阳能电池背板的工艺难度，提高其生产质量和生产效率。附图说明附图1为本发明高效黑色太阳能电池背板的结构示意图；其中，1、基材层；2、溶胶层；3、氟碳层。具体实施方式本发明高效黑色太阳能电池背板，主要包括基材层1、溶胶层2以及氟碳层3。氟碳层3有两层，分别固化成型在基材层1相对的两面上；溶胶层2则固化成型在任一氟碳层3与基材层1之间。这样通过在其中一层氟碳层3和基材层1之间设置能够固化成型的溶胶层2，一方面能够阻止水汽的透过，提高了太阳能背板的老化性能；另一方面该溶胶层2具有较好的吸附力，使外层的氟碳层3不易脱落；并且能够降低太阳能电池背板的工艺难度，提高其生产质量和生产效率。为了提高氟碳层3的散热性、强度、耐候性等性能，对它的原料配方进行了重新研发，使得氟碳层3由黑色涂料组合物涂覆固化而成，该黑色涂料组合物的原料配方包括下列重量份数的组分：含氟树脂80~120份；改性树脂10~60份；固化剂5~40份；散热填料5~50份；黑色填料0.5~5份；溶剂50~500份；在原料配方加入改性树脂能够有效提高氟碳层3的强度；而加入散热填料可以在提高氟碳层3的散热性的同时进一步提高氟碳层3的强度。其中，含氟树脂优选为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、氟乙烯-乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-乙烯共聚物、三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物、四氟乙烯-烷基乙烯基酯共聚物和四氟乙烯-烷基乙烯基醚共聚物中的一种或者多种组成的混合物；而改性树脂优选为甲基丙烯酸甲脂、丙烯酸甲脂、丙烯酸乙脂和丙烯酰胺中的一种或多种聚合而成，或者为乙二醇酯、丁二醇酯和季戊四醇酯中的一种。散热填料优选为氧化铝、氧化锆、氧化硼、二氧化钛、碳化硅、氮化铝、氮化硼、氮化硅、氮化镓、纳米氧化铝电吸附接枝多壁碳纳米管、纳米氮化铝电吸附接枝多壁碳纳米管中的一种或者多种组成的混合物。黑色填料优选为钛黑、锰铁黑、铜铬黑、炭黑中的一种或多种组成的混合物，这些黑色的填料能够有效增加太阳能电池背板的反光率，从而提高整个太阳能电池组件的光电转化效率。固化剂优选为环氧树脂固化剂、胺类固化剂、酸酐固化剂和异氰酸酯固化剂中的一种或多种；溶剂优选为丙酮、甲苯、二甲苯、醋酸乙酯、醋酸丙酯、醋酸丁酯、丁酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯、甲基吡咯烷酮中的一种或多种。为了确保溶胶层2具有良好的吸附力，它优选为溶胶-乳液组合物涂覆固化而成，该溶胶-乳液组合物包括50~90份溶胶和10~50份乳液，溶胶优选为氨丙基三乙氧基硅烷溶胶、苯基三乙氧基硅烷溶胶、乙烯三乙氧基硅烷溶胶、乙烯基三甲氧基硅烷溶胶、乙烯基三甲氧基硅烷溶胶和四甲氧基硅烷溶胶中的一种或多种；乳液优选为聚乙酸乙烯乳液、苯丙乳液、聚丙烯酸酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液和苯乙烯-丁二烯共聚乳液中的一种或多种。该溶胶-乳液组合物还包括0.2~2份助剂，助剂优选为钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、柠檬酸、乙酰丙酮和无机氯化盐中的一种或两种以上的混合物，从而提高溶胶层2的连接强度、抗氧化性能提升（稳定性提高）或者使得增加溶胶-乳液组合物的混合均匀性。基材层1的厚度优选为100~500μm，氟碳层3的厚度优选为3~100μm，溶胶层2的厚度优选为1~50μm。本发明还提供一种高效黑色太阳能电池背板的制备方法，它包括以下步骤：（a）将所述基材层1浸入醇/水混合溶液中0.5~5小时，取出在30~60℃下烘干；（b）对烘干后的基材层1进行电晕处理，接着用碱液擦拭基材层1的任一表面，再用蒸馏水将该面擦拭干净后置于30~60℃下干燥0.5~2小时取出；（c）在所述基材层1用碱液擦拭过的表面上涂覆溶胶-乳液组合物，置于100~150℃下固化0.5~2小时形成所述溶胶层2；（d）在所述溶胶层2表面以及所述基材层1另一表面上涂覆黑色涂料组合物，置于150~200℃下固化5~15分钟形成所述氟碳层3即可。利用电晕处理以及碱液处理能够提高基材层1的附着力，确保溶胶层2与基材层1的充分粘合，其中醇/水混合溶液优选为甲醇与水混合液或者乙醇与水混合液（醇与水的体积比优选为1~5:1~5），碱液优选为质量分数为5~20wt%的氢氧化钠或者氢氧化钾溶液。步骤（b）中，用碱液擦拭基材层1任一表面后置于30~60℃下干燥0.5~2小时，再用蒸馏水对该面进行擦拭，这样能够有效增加碱液中的离子对基材层1表面的腐蚀，从而提高溶胶层2与基材层1之间的附着力。下面将通过具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，包括依次层叠设置的氟碳层3、基材层1、溶胶层2以及氟碳层3。其中基材层1的材料为PET，其厚度为100μm。氟碳层3的厚度为3μm，它由黑色涂料组合物涂覆后经热固化而成，该黑色涂料组合物的原料配方包括下列重量份数的组分：含氟树脂：三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物80份（分子量为5000）；改性树脂：丙烯酸甲脂聚合物10份（分子量为2000）；固化剂：异氰酸酯固化剂5份；散热填料：氮化铝（粒径小于1微米）5份；黑色填料：钛黑0.5份；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯50份。溶胶层2厚度为1μm，它由溶胶-乳液组合物涂覆后经热固化而成，包括50份氨丙基三乙氧基硅烷溶胶、10份苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液以及0.2份硅烷偶联剂。本实施例高效黑色太阳能电池背板的制备方法为：（a）将基材层1浸入甲醇/水（甲醇与水的体积比为1:1）混合溶液中0.5小时，取出在30℃下烘干；（b）对烘干后的基材层1进行电晕处理，接着用氢氧化钠溶液（质量分数为5wt%）擦拭基材层1的其中一个表面，置于30℃下干燥2小时，再用蒸馏水将该面擦拭干净后置于30℃下干燥2小时取出；（c）在该表面上涂覆上述的溶胶-乳液组合物，置于100℃下固化2小时形成溶胶层2；（d）在溶胶层2表面以及基材层1另一表面上涂覆上述的黑色涂料组合物，置于150℃下固化15分钟形成氟碳层3即可。实施例2本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，它的结构与实施例1中的太阳能电池背板结构一致，不同的是其各层厚度以及组成不一样，具体为：基材层1的厚度为500μm，氟碳层3的厚度为100μm，溶胶层2的厚度为50μm。其中，氟碳层3的黑色涂料组合物的原料配方包括下列重量份数的组分：含氟树脂：三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物120份（分子量为20000）；改性树脂：丙烯酸甲脂聚合物60份（分子量为10000）；固化剂：异氰酸酯固化剂40份；散热填料：氮化铝50份；黑色填料：钛黑5份；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯500份。溶胶层2由溶胶-乳液组合物涂覆后经热固化而成，包括90份氨丙基三乙氧基硅烷溶胶、50份苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液以及2份硅烷偶联剂。本实施例中高效黑色太阳能电池背板的制备方法与与实施例1中的制备方法大致相同，不同的是反应条件的具体参数不一致，具体为：（a）将基材层1浸入甲醇/水（甲醇与水的体积比为5:5）混合溶液中5小时，取出在60℃下烘干；（b）对烘干后的基材层1进行电晕处理，接着用氢氧化钠溶液（质量分数为20wt%）擦拭基材层1的其中一个表面，置于60℃下干燥0.5小时，再用蒸馏水将该面擦拭干净后置于60℃下干燥0.5小时取出；（c）在该表面上涂覆上述的溶胶-乳液组合物，置于150℃下固化0.5小时形成溶胶层2；（d）在溶胶层2表面以及基材层1另一表面上涂覆上述的黑色涂料组合物，置于200℃下固化5分钟形成氟碳层3即可。实施例3本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，它的结构与实施例1中的太阳能电池背板结构一致，不同的是其各层厚度以及组成不一样，具体为：基材层1的厚度为300μm，氟碳层3的厚度为50μm，溶胶层2的厚度为20μm。其中，氟碳层3的黑色涂料组合物的原料配方包括下列重量份数的组分：含氟树脂：三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物100份（分子量为15000）；改性树脂：丙烯酸甲脂聚合物50份（分子量为5000）；固化剂：异氰酸酯固化剂20份；散热填料：氮化铝15份；黑色填料：钛黑2份；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯300份。溶胶层2由溶胶-乳液组合物涂覆后经热固化而成，包括80份氨丙基三乙氧基硅烷溶胶、15份苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液以及1份硅烷偶联剂。本实施例中高效黑色太阳能电池背板的制备方法与与实施例1中的制备方法大致相同，不同的是反应条件的具体参数不一致，具体为：（a）将基材层1浸入甲醇/水（甲醇与水的体积比为2:3）混合溶液中2小时，取出在40℃下烘干；（b）对烘干后的基材层1进行电晕处理，接着用氢氧化钠溶液（质量分数为10wt%）擦拭基材层1的其中一个表面，置于50℃下干燥1小时，再用蒸馏水将该面擦拭干净后置于40℃下干燥1小时取出；（c）在该表面上涂覆上述的溶胶-乳液组合物，置于120℃下固化1小时形成溶胶层2；（d）在溶胶层2表面以及基材层1另一表面上涂覆上述的黑色涂料组合物，置于180℃下固化10分钟形成氟碳层3即可。实施例4本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，它的结构与实施例1中的太阳能电池背板结构一致，不同的是其组成不一样，具体为：含氟树脂：三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物100份；改性树脂：丙烯酸甲脂50份；固化剂：异氰酸酯固化剂20份；散热填料：氮化铝5份；钛黑：2份；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯300份。本实施例中所用的溶胶为氨丙基三乙氧基硅烷溶胶，与其共混的乳液为苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液，溶胶涂层中助剂为硅烷偶联剂，溶胶涂层为10μm。本实施例的高效黑色太阳能电池背板的制备方法为：将基材层1（PET）浸入1：1体积比的乙醇/水混合液中0.5h，取出烘干后在基材层1的两个相对的表面进行电晕处理，然后在基材层1的一面用质量分数为10%的氢氧化钠水溶液进行擦拭，在50℃下烘烤60min后取出，再用蒸馏水擦拭干净，干燥待用。用涂膜器将溶胶-乳液组合物涂覆于表面经碱液处理的基材层1一面上，控制涂膜厚度为10μm，在120℃下烘0.5h即得一层透明涂层，该透明涂层为溶胶层2。最后将黑色涂料组合物涂覆在基材层1的另一相对面和溶胶层2的一面上，放置在180℃下固化5分钟，即得到氟碳层3。实施例5本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，其结构和含量与实施例4中的基本一致，不同的是其原料物质不一致，具体为：含氟树脂：三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物100份；改性树脂：丙烯酸甲脂50份；固化剂：异氰酸酯固化剂20份；散热填料：氮化硼5份；钛黑：1份；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯300份。实施例6本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，其结构和含量与实施例4中的基本一致，不同的是其原料物质不一致，具体为：含氟树脂：四氟乙烯-烷基乙烯基醚共聚物100份；改性树脂：季戊四醇酯60份；固化剂：异氰酸酯固化剂20份；散热填料：氮化硼5份；锰铁黑：2份；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯300份。实施例7本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，其结构和含量与实施例4中的基本一致，不同的是其原料物质不一致，具体为：含氟树脂：三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物100份；改性树脂：丙烯酸甲脂50份；固化剂：异氰酸酯固化剂20份；散热填料：氮化硼5份；锰铁黑：1份；溶剂：丙二醇甲醚醋酸酯300份。实施例8本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，其结构和含量与实施例4中的基本一致，不同的是其原料物质不一致，具体为：含氟树脂：三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物100份；改性树脂：丙烯酸甲脂50份；固化剂：异氰酸酯固化剂20份；散热填料：纳米氧化铝电吸附接枝的多壁碳纳米管5份；钛黑：2份；溶剂：醋酸乙酯300份。实施例9本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，其结构和含量与实施例4中的基本一致，不同的是其原料物质不一致，具体为：含氟树脂：四氟乙烯-烷基乙烯基醚共聚物100份；改性树脂：季戊四醇酯60份；固化剂：环氧树脂固化剂20份；散热填料：纳米氮化铝电吸附接枝的多臂碳纳米管5份；钛黑：2份；溶剂：醋酸乙酯300份。实施例10本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，其结构和含量与实施例4中的基本一致，不同的是其原料物质不一致，具体为：含氟树脂：四氟乙烯-烷基乙烯基酯100份；改性树脂：丁二醇脂80份；固化剂：环氧树脂固化剂20份；散热填料：氮化铝/氮化硼（质量比为2：8）5份；钛黑：2份；溶剂：醋酸乙酯300份。实施例11本实施例提供一种高效黑色太阳能电池背板，其结构和含量与实施例4中的基本一致，不同的是其原料物质不一致，具体为：含氟树脂：四氟乙烯-烷基乙烯基酯100份；改性树脂：丁二醇脂80份；固化剂：环氧树脂固化剂20份；散热填料：氮化铝/氮化硼(质量比为2：8)5份；钛黑：2份；溶剂：醋酸乙酯300份。将实施例4至实施例11中的高效黑色太阳能电池背板进行性能测试，其标准或者测试方法如下：1、耐湿热老化（按GB/T2423.3进行测试），实验条件：+85℃，相对湿度85%，老化时间为3000h；2、与EVA的剥离强度（按照GB/T2790进行测试）；3、水汽透过率（按照ASTMF-1249进行测试）；4、导热系数（按照ASTMD-5470进行测试）。将上述测试的结果列于表1中表1实施例4至实施例11中高效黑色太阳能电池背板性能测试结果从以上的测试结果可知，实施例4至实施例11中高效黑色太阳能电池背板具有优异的耐候性、较低的水汽透过率、良好的导热系数，并且与EVA有较高的粘接性，能够满足太阳能电池背板的实际应用要求，达到可以产业化生产的标准。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。