CN101582459A - 以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，包括依次粘接的第一耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和第二耐候层，第一耐候层和第二耐候层均为无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层，较佳地，聚偏氟乙烯合金层是聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层，厚度4～40μm，结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层，第一粘接层和第二粘接层可以是聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种，厚度均为1μm～30μm。本发明结构新颖，材料易得，成本大大降低，且性能优良，符合对背板的要求，对太阳能行业有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及太阳能电池背板技术领域，具体是指一种以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板。
背景技术
由于太阳能电池的大量使用，各个国家、公司对太阳能电池的背板提出了许多的结构并相应的申请了许多的专利。目前比较常用的结构有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，TPE结构指PVF薄膜/PET薄膜/EVA薄膜结构，三层薄膜间用合适的粘接剂粘接。TPT结构的背板的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WO2004/091901A2)。3M公司使用THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯)薄膜做太阳能电池背板，其结构为THV/PET/EVA。另外一些美国公司正尝试采用ECTFE(乙烯三氟氯乙烯共聚物)、ETFE(乙烯四氟乙烯共聚物)作为背板材料，但还没有商品化的产品。
氟塑料由于含氟，所以有很好的耐候性，表面能低，有自清洁性，非常适合做太阳能电池背板的最外层。但粘接剂在氟塑料表面不容易铺展，其也不容易和其它的塑料粘合。PVF是所有氟塑料中含氟量最低的塑料，其可粘接性优于大部分氟塑料。THV是氟塑料中较为特殊的一种氟塑料，是最柔软的氟塑料，也是容易粘接的氟塑料，不用表面处理即可和其它塑料粘接。在3M申请的专利(见专利申请US2006/0280922A1)中，其试图覆盖除PVF以外的所有氟塑料，但除其最后提出的THV/PET/EVA结构外，其它的氟塑料由于非常难以粘接，仅按其申请专利的表述无法实现其除以上材料以外的结构。
氟塑料中的PVDF学名为聚偏氟乙烯，分子结构为-(CF2-CH2)n-(CH2-CF2)n-。其供应商多，比如日本的大金、旭硝子、法国阿克玛、意大利苏威、中国的三爱富、东岳化工、巨化等公司。PVDF有非常好的电气绝缘性，可以使用在高要求的特殊电线中。PVDF可以使用热塑性塑料的加工工艺生产成薄膜，比如流延或吹膜，也可以制成涂料，涂布成膜。PVDF薄膜有高的自清洁能力，有非常好的水、氧阻隔性。在日本大金公司对外提供的技术资料中的测试结果显示，厚度同样是100μm的PVDF和PVF薄膜，PVDF的水汽阻隔性优于PVF层近10倍。以PVDF的性能，其应非常适合做太阳能电池背板的耐候保护层。但PVDF表面能低，无法直接使用。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，该太阳能电池背板采用无机材料改性的聚偏氟乙烯(PVDF)合金薄膜为两对外耐候保护层。此塑料合金是PVDF和合适的无机材料的共混塑料合金。此塑料合金通过挤出流延或吹膜得到PVDF合金薄膜。其在电晕、等离子或火焰处理后，表现出高的表面能，从而可以用粘接剂与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜粘接而制成太阳能电池背板。有无机材料的PVDF合金薄膜与PET薄膜的粘接强度明显高于不含无机材料的PVDF薄膜与PET薄膜的粘接强度，结构新颖，材料易得，成本大大降低，且性能优良，符合对背板的要求，对太阳能行业有非常重要的意义。
为了实现上述目的，本发明的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，包括依次粘接的第一耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和第二耐候层，其特点是，所述第一耐候层和所述第二耐候层均为无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层。
较佳地，所述聚偏氟乙烯合金层是聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层。
更佳地，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(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)、铝(Al)、钼(Mo)或钡(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(SO4)，x和y分别选自1、2或3。显然，其中Ax、By正负电荷匹配。
更进一步地，所述无机物包括二氧化硅和二氧化钛，或者包括二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝和硫化钼，或者包括二氧化硅、二氧化钛和硫化钼，或者包括二氧化硅、硫化锌和二氧化钛，或者包括二氧化钛、硫化锌和硫酸钡。
更佳地，所述无机材料为所述聚偏氟乙烯合金层总重量的10％～40％。
较佳地，所述聚偏氟乙烯合金层的厚度为4～40μm。
上述的PVDF合金的制作方法是将无机材料和纯的PVDF塑料粒子混合后，通过双螺杆挤出机或带混料段的单螺杆挤出机挤出造粒。通过造粒，使无机材料和PVDF充分混合而形成塑料合金。再通过流延机或吹膜机，将PVDF合金制成合适厚度的薄膜。也可以先将部分PVDF和无机材料先挤出造粒，然后再将所得到的粒子和剩余的PVDF均匀混合后再制成薄膜。如果流延机或吹膜机可以将无机材料分散均匀，也可以直接制膜。由于无机材料的加入，PVDF合金薄膜在表面处理后，表面能明显提高，使其和PET层的粘接强度明显提高。表面可进行的表面处理可以是电晕、等离子处理或火焰处理。
较佳地，所述结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层。
更佳地，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层是双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)层。
更佳地，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度是40～400μm。
较佳地，所述第一粘接层和所述第二粘接层为聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种。更佳地，为双组份的聚氨酯胶。
较佳地，所述第一粘接层和所述第二粘接层的厚度均为1μm～30μm。更佳地，厚度为5μm～25μm。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层作为第一耐候层和第二耐候层，结构新颖，材料易得，成本低；
2、本发明的无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层的耐候性好，且由于无机材料的加入，聚偏氟乙烯合金薄膜在表面处理后，表面能明显提高，使其和PET层的粘接强度明显提高。
附图说明
图1是本发明的一具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参见图1所示，本发明的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板包括第一耐候层1、第一粘接层2、结构增强层3、第二粘接层4和第二耐候层5，所述第一耐候层1通过所述第一粘接层2粘接所述结构增强层3，所述结构增强层3通过所述第二粘接层4粘接所述第二耐候层5，所述第一耐候层1和所述第二耐候层5均为无机材料改性的聚偏氟乙烯(PVDF)合金层。
较佳地，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(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)、铝(Al)、钼(Mo)或钡(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(SO4)，x和y分别选自1、2或3。显然，其中Ax、By正负电荷匹配。
较佳地，结构增强层3是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层。
较佳地，所述第一粘接层2和所述第二粘接层4为聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种。
在本发明所举的下列6个具体实施例中，实施例1为对比例，使用未用无机材料改性的PVDF层，其它所述PVDF合金层为无机材料改性的PVDF。所述结构增强层3是双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)层。所述第一粘接层2、所述第二粘接层4可以使用不同的胶，但本说明中采用相同的胶。所述的第一粘接层2和第二粘接层4的厚度可以不同，但本说明书中两者采用相同厚度。在各层粘接复合前，PVDF合金薄膜、BOPET薄膜均使用电晕处理。粘接复合后，背板放置48小时使粘接层的胶充分反应。PVDF合金薄膜中使用的无机材料种类、各种无机材料间的比例、无机材料占PVDF合金的总比例、PVDF合金层(耐候层1和5)厚度、第一粘接层2和第二粘接层4的厚度、结构增强层3的厚度，以及PVDF或PVDF合金薄膜与PET层的粘接强度分别如下。
| 实施例 | 第一、二耐候层PVDF合金薄膜中的无机材料种类 | 无机材料间的比例％ | 无机材料总比例％ | 第一耐候层厚度μm | 第二耐候层厚度μm | 第一、二粘接层厚度μm | 第一、二粘接层成分 | 结构增强层PET厚度μm | PVDF层与PET层粘接强度牛顿/1.5厘米 |
| 1 | 没有无机材料 | / | 0 | 25 | 8 | 12 | 聚氨酯胶 | 250 | 5 |
| 2 | TiO2∶SiO2 | 1∶1 | 10％ | 15 | 15 | 15 | 聚氨酯胶 | 280 | 10 |
| 3 | TiO2∶MoS2∶SiO2∶Al2O3 | 3∶3∶2∶2 | 10％ | 25 | 4 | 30 | 环氧胶 | 400 | 10 |
| 4 | TiO2∶SiO2∶MoS2 | 8∶10∶2 | 20％ | 20 | 20 | 10 | 聚氨酯胶 | 250 | 13 |
| 5 | TiO2∶SiO2∶∶ZnS | 15∶14∶1 | 30％ | 20 | 20 | 10 | 聚氨酯胶 | 250 | 11 |
| 6 | ZnS∶BaSO4∶TiO2 | 30∶9∶1 | 40％ | 40 | 40 | 1 | 聚氨酯胶 | 40 | 12 |
上述的PVDF合金的制作方法是将无机材料和纯的PVDF塑料粒子混合后，通过双螺杆挤出机或带混料段的单螺杆挤出机挤出造粒。通过造粒，使无机材料和PVDF充分混合而形成塑料合金。再通过流延机或吹膜机，将PVDF合金制成合适厚度的薄膜。也可以先将部分PVDF和无机材料先挤出造粒，然后再将所得到的粒子和剩余的PVDF均匀混合后再制成薄膜。如果流延机或吹膜机可以将无机材料分散均匀，也可以直接制膜。
从上表可以看出，由于无机材料的加入，PVDF合金薄膜在表面处理后，表面能明显提高，使其和PET层的粘接强度明显提高。
本发明的太阳能电池背板经1000小时的紫外老化和85℃85％湿度的老化后发现聚氨酯胶略微变黄，但背板的物理性能与老化前基本没有变化，两层粘接层的粘接强度略有减小，减小幅度小于25％。其已经完全满足太阳能电池背板的使用要求。
本发明兼顾了原料的容易得到性、易生产性和水、氧阻隔性和成本等综合因素，使用了较为容易得到和生产的PVDF合金为太阳能电池背板的对外的两层氟材料耐候层(第一耐候层1和第二耐候层5)，其成分为由PVDF和合适的无机材料的共混塑料合金，此塑料合金通过挤出流延或吹膜得到PVDF合金薄膜，其在电晕、等离子或火焰处理后，表现出高的表面能，用第一粘接层2和第二粘接层4与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜粘接良好，有无机材料的PVDF合金薄膜与PET薄膜的粘接强度明显高于不含无机材料的PVDF薄膜与PET薄膜的粘接强度；既达到太阳能电池背板需要的性能，也降低了成本，解决了在国内生产背板需要完全使用进口氟材料薄膜的局面，对太阳能行业有非常重要的意义。
综上，本发明的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板采用无机材料改性的聚偏氟乙烯(PVDF)合金薄膜为两对外耐候层，结构新颖，材料易得，成本大大降低，且性能优良，符合对背板的要求，对太阳能行业有非常重要的意义。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (11)
1.一种以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，包括依次粘接的第一耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和第二耐候层，其特征在于，所述第一耐候层和所述第二耐候层均为无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层。
2.根据权利要求1所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚偏氟乙烯合金层是聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层。
3.根据权利要求2所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，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、镁、钛、锌、铝、钼或钡，B是氧、硫或硫酸根，x和y分别选自1、2或3。
4.根据权利要求3所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述无机物包括二氧化硅和二氧化钛，或者包括二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝和硫化钼，或者包括二氧化硅、二氧化钛和硫化钼，或者包括二氧化硅、硫化锌和二氧化钛，或者包括二氧化钛、硫化锌和硫酸钡。
5.根据权利要求2所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述无机材料为所述聚偏氟乙烯合金层总重量的10％～40％。
6.根据权利要求1所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚偏氟乙烯合金层的厚度为4～40μm。
7.根据权利要求1所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层。
8.根据权利要求7所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层是双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯层。
9.根据权利要求7所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度是40～400μm。
10.根据权利要求1所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述第一粘接层和所述第二粘接层为聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种。
11.根据权利要求1所述的以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其特征在于，所述第一粘接层和所述第二粘接层的厚度均为1μm～30μm。
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