CN101615635A - 耐热处理的太阳能电池背板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新耐热处理的太阳能电池背板，包括依次粘接的耐候层、结构增强层和粘接反射层，粘接反射层是聚丙烯合金层，较佳地，聚丙烯合金层是由含丙烯链段(－CH2－CH2(CH2)－)的第一塑料、含乙烯链段(－CH2－CH2－)的第二塑料、抗紫外线稳定剂、抗热氧老化稳定剂和无机白色颜料共混改性而成，聚丙烯合金层的熔点大于120℃，丙烯链段的含量至少50％，乙烯链段的含量至少0.5％，厚度是10～300μm，耐候层为无机材料改性的氟材料合金层，厚度为4～40μm，结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层，厚度是40～400μm，本发明的背板结构独特，能进行耐热处理，同时成本低于双层氟材料结构的背板，且性能优良，满足对太阳能电池背板的基本要求，对太阳能行业有非常重要的意义。

Description

耐热处理的太阳能电池背板
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，具体是指一种耐热处理的太阳能电池背板。
背景技术
由于太阳能电池的大量使用，各个公司对太阳能电池的背板提出了多种结构并相应的申请了许多专利。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)，结构为PVF/PET/EVA。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(见专利申请US2006/0280922A1)，其结构为THV/PET/EVA。3M的专利试图覆盖除PVF以外所有的氟塑料和所有的聚烯烃。聚烯烃的定义覆盖了所有碳-碳结构的塑料，品种非常多，各个塑料性能相差很大。氟塑料表面能低，除PVF和THV是相对而言最容易粘接的种类外，其它的氟塑料非常难以粘接。所以仅按其申请专利的表述无法实现除THV/PET/EVA以外的结构。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。
上述的结构中，除两层氟材料的结构外，其它结构的背板均不适合于两步法层压太阳能电池组件前对背板的热处理工艺，原因是乙烯-醋酸乙烯树脂(EVA)的熔点低于热处理温度。高乙烯含量的EVA的熔点可以勉强接近100℃。而一般热处理的温度为120-150℃，时间为十五分钟到一小时。
层压法制作太阳能电池组件有两种常用的工艺。一种方法为一步法，即将玻璃、胶膜、电池片、胶膜和背板放入真空层压机中一次层压成型，层压时间较长。另一种方法为两步法，即将玻璃、胶膜、电池片、胶膜和背板放入真空层压机中用较短的时间初步层压成型，然后放入烘箱中进一步加热固化成型。两种工艺各有优缺点，均有大量的工厂使用。在使用两步法中，放入烘箱的太阳能电池组件由于没有大的压力定位，在第二步固化过程中，背板有热收缩现象，因而引起电池片发生移位而导致产品报废。原因是背板中的聚酯结构增强层一般使用双向拉伸的PET薄膜，PET薄膜在生产过程中通过被双向拉伸而取向，取向后薄膜获得较好的机械强度。生产太阳能电池组件的加热固化温度一般在125-150℃之间。当没有外力定位时，加热过程导致PET释放双向拉伸过程中产生的内应力而发生纵向和横向的尺寸变化。使用两步法的太阳能电池组件生产商通常会在使用背板前将背板在120-150℃条件下加热处理一次，以达到提前收缩的目的而使在实际生产中背板的热收缩大大减小。
目前的太阳能电池背板除使用双层氟材料的结构外，其它结构均使用EVA，其熔点均低于100℃。在热处理中EVA会熔化而使背板损坏或相互粘连在一起使背板报废。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种耐热处理的太阳能电池背板，该太阳能电池背板结构独特，能进行耐热处理，同时成本低于双层氟材料结构的背板，且性能优良，满足对太阳能电池背板的基本要求，对太阳能行业有非常重要的意义。
为了实现上述目的，本发明的新耐热处理的太阳能电池背板，包括依次粘接的耐候层、结构增强层和粘接反射层，其特点是，所述粘接反射层是聚丙烯(PP)合金层。作用为粘接EVA胶膜并反射阳光返回太阳能电池组件中。
较佳地，所述聚丙烯合金层是由含丙烯链段(-CH2-CH2(CH2)-)的第一塑料、含乙烯链段(-CH2-CH2-)的第二塑料、抗紫外线稳定剂、抗热氧老化稳定剂和无机白色颜料共混改性而成，所述聚丙烯合金层的熔点大于120℃，所述丙烯链段的含量至少50％，所述乙烯链段的含量至少0.5％。马来酸酐接枝改性的聚丙烯可替代乙烯链段，含量至少0.5％。丙烯链段的主要作用是为了保证该层有较高的熔融温度，乙烯链段的作用是为了使该层可以和太阳能电池组件中常用的胶膜乙烯-醋酸乙烯树脂(EVA)粘接。
更佳地，所述第一塑料可选自均聚聚丙烯(均聚PP)、共聚聚丙烯(共聚PP)和乙烯-丙烯共聚物中的一种或几种，均聚PP完全由丙烯组成，共聚PP由丙烯和乙烯无规共聚而成，乙烯-丙烯共聚物为丙烯和乙烯的嵌段共聚物。所述第二塑料可选自共聚聚丙烯(共聚PP)、聚乙烯(PE)、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯树脂(EVA)、乙烯-丙烯酸丁酯或甲酯(EBA、EMA)树脂、乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐(EMH)等树脂脂中的一种或几种。乙烯-丙烯共聚物中乙烯含量可以从1％到30％。根据所需整个合金中丙烯和乙烯的比例，使用上述塑料中两种以上的塑料进行共混改性。以上塑料中共聚PP可以单独使用，因为其同时含有丙烯和乙烯成分。
更佳地，所述无机白色颜料是钛白粉或硫酸钡。
更佳地，所述无机白色颜料占所述白色聚乙烯层总重量的3％～10％。
较佳地，所述聚丙烯合金层的厚度是10～300μm。
聚丙烯合金膜的制造使用挤出吹膜或挤出流延工艺，也可以将PP合金直接挤出流延到聚酯层上成膜的办法，这样可以省去聚丙烯合金层和聚酯层之间的粘接层。
较佳地，所述耐候层为无机材料改性的氟材料合金层。
更佳地，所述氟材料合金层是氟材料与无机材料的共混塑料合金层。
更进一步地，所述氟材料选自聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯(THV)、氟乙烯(四氟乙烯或三氟氯乙烯)和乙烯基醚共聚物(FEVE)的一种或几种。
更进一步地，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是硅(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。
尤其，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、硫化锌和二氧化钛，或者包括二氧化钛、硫化锌和硫酸钡。
更进一步地，所述无机材料为所述氟材料合金层总重量的10％～40％。
更佳地，所述氟材料合金层的厚度为4～40μm。
由于无机材料的加入，氟塑料合金在表面处理后，表面能明显提高，使其和PET层的粘接强度明显提高。表面处理可以是电晕、等离子处理或火焰处理。氟塑料合金层可以先将氟塑料合金制成薄膜再粘合到聚酯上，也可以将氟塑料制成涂料后涂布在聚酯膜表面，这样可以省去氟塑料合金层和聚酯层之间的粘接层。较佳的，先将氟塑料合金制成薄膜再使用粘合剂贴合到聚酯表面。氟塑料合金薄膜的制造可以使用挤出吹膜、挤出流延的工艺，一些熔点和分解点接近的氟塑料(如PVF)需要使用溶液挤出成膜。
较佳地，所述结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层(PET)。
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，所述耐候层通过第一粘接层粘接所述结构增强层，所述结构增强层通过第二粘接层粘接所述粘接反射层。
更佳地，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，所述第一粘接层和所述第二粘接层的厚度均为1μm～30μm。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的粘接反射层采用聚丙烯合金层，作用为粘接EVA胶膜并反射阳光返回太阳能电池组件中，且其熔点较高，从而能进行耐热处理，同时成本低于双层氟材料结构的背板，且性能优良，满足对太阳能电池背板的基本要求，对太阳能行业有非常重要的意义；
2、本发明采用无机材料改性的氟材料合金层作为耐候层，结构新颖，耐候性好；
3、本发明的无机材料改性的氟材料合金层结合牢固，由于无机材料的加入，氟材料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，本发明的新耐热处理的太阳能电池背板，包括依次粘接的耐候层1、结构增强层3和粘接反射层5，所述粘接反射层5是聚丙烯(PP)合金层。作用为粘接EVA胶膜并反射阳光返回太阳能电池组件中。
较佳地，所述聚丙烯合金层是以PP为主要成分的塑料合金层，厚度是10～300μm，由含丙烯链段(-CH2-CH2(CH2)-)的第一塑料、含乙烯链段(-CH2-CH2-)的第二塑料、抗紫外线稳定剂、抗热氧老化稳定剂和无机白色颜料共混改性而成，所述聚丙烯合金层的熔点大于120℃，所述丙烯链段的含量至少50％，所述乙烯链段的含量至少0.5％。
所述第一塑料选自均聚聚丙烯(均聚PP)、共聚聚丙烯(共聚PP)和乙烯-丙烯共聚物中的一种或几种，所述第二塑料选自共聚聚丙烯(共聚PP)、聚乙烯(PE)、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯树脂(EVA)、乙烯-丙烯酸丁酯或甲酯(EBA、EMA)和乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐(EMH)树脂中的一种或几种。所述无机白色颜料是钛白粉或硫酸钡，占所述白色聚乙烯层总重量的3％～10％。
在本发明的具体实施例8中，PP合金层中各塑料的配比为均聚PP∶共聚PP∶EVA＝5∶4∶1(即46∶36.8∶9.2)。无机白色颜料为钛白粉，占整个合金体系的比例为6％，该PP合金层厚度为300μm，实测混合物熔点约为141℃。在具体实施例10中，各塑料的配比为共聚PP∶乙烯-丙烯共聚物＝8∶3，钛白粉含量为9％，该PP合金层厚度为300μm，实测混合物熔点约为122℃。
较佳地，所述耐候层1为无机材料改性的氟材料合金层，厚度为4～40μm。。所述氟材料合金层是氟材料与无机材料的共混塑料合金层。所述氟材料选自聚氟乙烯(PVF)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯(THV)、氟乙烯(四氟乙烯或三氟氯乙烯)和乙烯基醚共聚物(FEVE)的一种或几种。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)、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。所述无机材料为所述氟材料合金层总重量的10％～40％。无机材料改性后使用电晕、等离子、火焰或底涂处理，处理后的氟塑料薄膜与PET的粘接力明显提高。在下表的具体实施例1-5中，耐候层1使用改性的PVDF，处理方式为电晕。使用其它氟塑料也有类似的效果。
  实施例   耐候层1采用的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％   耐候层1厚度μm   第一粘接层2厚度μm 第一粘接层2成分   结构增强层3采用的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   8   12   聚氨酯胶   250   5
  2   TiO2∶SiO2   1∶1   10％   15   15   聚氨酯胶   280   10
  3   TiO2∶MoS2∶SiO2∶Al2O3   3∶3∶2∶2   10％   4   30   环氧胶   400   10
  4   TiO2∶SiO2∶∶ZnS   15∶14∶1   30％   20   10   聚氨酯胶   250   11
  5   ZnS∶BaSO4∶TiO2   30∶9∶1   40％   40   1   聚氨酯胶   40   12
所述结构增强层3是聚酯材料，厚度为40～400μm。较佳地，聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层。为双向拉伸薄膜。此层PET薄膜层提供整个产品的机械强度。在本发明的上表的具体实施例中，都采用了透明PET双向拉伸薄膜。
较佳地，所述耐候层1通过第一粘接层2粘接所述结构增强层3，所述结构增强层3通过第二粘接层4粘接所述粘接反射层5。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。厚度均为1μm～30μm。在本发明的上表的具体实施例中，使用了聚氨酯粘接剂和环氧胶粘接剂。
在本发明的具体实施例6和7中，耐候层1均采用上述实施例4制备的PVDF合金，。实施例6和7各层的实际情况如下表所示：
各层 材料  实施例6各层厚度(μm)  实施例7各层厚度(μm) 颜色
 耐候层1(氟材料合金层)   PVDF合金  20  20   白色
 第一粘接层2   聚氨酯胶  10  10   透明微黄
 结构增强层3(聚酯层)   PET  280  40   透明
 第二粘接层4   聚氨酯胶  10  10   透明微黄
 粘接反射层5(聚丙烯合金层)   聚丙烯合金  10  300   白色
本发明的实施例6制备了三种太阳能电池背板，区别仅在于聚丙烯合金层，三种聚丙烯合金层分别采用了实施例8、实施例9和实施例10制备的聚丙烯合金，该三实施例制备的聚丙烯合金的成分和熔点分别如下表所示：
上述实施例制备的本发明的耐热处理的太阳能电池背板，耐热性能大大提升，符合对太阳能电池背板的基本要求，成本低于两层氟塑料结构的太阳能电池背板。根据聚丙烯合金层中塑料的不同配比，可以耐受相应温度的热处理，表面不熔化、不粘连。其是一种适合于两步层压法生产太阳能电池组件的成本相对较低的太阳能电池背板。
需要指出的是，所述第一粘接层2可以省去，如氟材料合金层使用涂料涂布工艺涂到结构增强层3聚酯PET上，此第一粘接层2可以省去。在本发明的具体实施例中未使用此方法。
同样，所述第二粘接层4也可以省去，如聚丙烯合金层使用挤出流延工艺直接流延成膜到结构增强层3聚酯PET上，此第二粘接层4可以省去。在本发明的具体实施例中未使用此方法。
本发明的粘接反射层5采用聚丙烯合金层，作用为粘接EVA胶膜并反射阳光返回太阳能电池组件中，其熔点较高，从而能进行耐热处理，另外，耐候层1采用以无机材料改性的氟材料合金层，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与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜粘接良好，有无机材料的氟材料合金薄膜与PET薄膜的粘接强度明显高于不含无机材料的氟材料薄膜与PET薄膜的粘接强度，同时本发明成本低于双层氟材料结构的背板。
综上，本发明的耐热处理的太阳能电池背板结构独特，能进行耐热处理，同时成本低于双层氟材料结构的背板，且性能优良，满足对太阳能电池背板的基本要求，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 (19)

1.一种耐热处理的太阳能电池背板，包括依次粘接的耐候层、结构增强层和粘接反射层，其特征在于，所述粘接反射层是聚丙烯合金层。
2.根据权利要求1所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚丙烯合金层是由含丙烯链段的第一塑料、含乙烯链段的第二塑料、抗紫外线稳定剂、抗热氧老化稳定剂和无机白色颜料共混改性而成，所述聚丙烯合金层的熔点大于120℃，所述丙烯链段的含量至少50％，所述乙烯链段的含量至少0.5％。
3.根据权利要求2所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述第一塑料选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯和乙烯-丙烯共聚物中的一种或几种，所述第二塑料选自共聚聚丙烯、聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯树脂、乙烯-丙烯酸丁酯或甲酯、乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求2所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述无机白色颜料是钛白粉或硫酸钡。
5.根据权利要求2所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述无机白色颜料占所述白色聚乙烯层总重量的3％～10％。
6.根据权利要求1所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚丙烯合金层的厚度是10～300μm。
7.根据权利要求1所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述耐候层为无机材料改性的氟材料合金层。
8.根据权利要求7所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述氟材料合金层是氟材料与无机材料的共混塑料合金层。
9.根据权利要求8所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述氟材料选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯共聚物、乙烯四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯、氟乙烯(四氟乙烯或三氟氯乙烯)和乙烯基醚共聚物的一种或几种。
10.根据权利要求8所述的耐热处理的太阳能电池背板，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。
11.根据权利要求10所述的耐热处理的太阳能电池背板，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、硫化锌和二氧化钛，或者包括二氧化钛、硫化锌和硫酸钡。
12.根据权利要求8所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述无机材料为所述氟材料合金层总重量的10％～40％。
13.根据权利要求7所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述氟材料合金层的厚度为4～40μm。
14.根据权利要求1所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层。
15.根据权利要求14所述的耐热处理的太阳能电池背板，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。
16.根据权利要求14所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度是40～400μm。
17.根据权利要求1所述的耐热处理的太阳能电池背板，其特征在于，所述耐候层通过第一粘接层粘接所述结构增强层，所述结构增强层通过第二粘接层粘接所述粘接反射层。
18.根据权利要求17所述的耐热处理的太阳能电池背板，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。
19.根据权利要求17所述的耐热处理的太阳能电池背板，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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