CN101764163A - 一种用于太阳能电池组件的背膜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能电池组件的背膜，所述的背膜包括：外表面含氟层、中间层、内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物层，所述中间层包括聚酯层、乙烯-乙烯醇共聚物层和粘结层，所述的中间层由聚酯材料、乙烯-乙烯醇共聚物和粘结层材料三层共挤得到，所述外表面含氟层为复合在中间层的聚酯层上的含氟薄膜或涂制在中间层的聚酯层上的含氟涂料；所述内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物层通过淋涂方式涂布于中间层的粘结层上。本发明提供的用于太阳能电池组件的背膜，水汽透过率低，绝缘性能高，不仅具有优秀的阻隔性能和绝缘性，而且具有封装功能。

Description

一种用于太阳能电池组件的背膜
(一)技术领域
本发明涉及一种可作为太阳能电池组件背面保护层的新型背膜。
(二)背景技术
作为一种把太阳能直接转换为电能的设备，太阳能电池组件在自然资源的使用效率和生态保护方面倍受关注，并且已经发展了多种太阳能电池组件。
在一块太阳能电池组件中，用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜把太阳能电池片(由硅材料制成的光伏元件)封装在透明的前保护层(透光面，由玻璃或类似的材料制成)和背面保护层(背板材料)之间。
这里用到的背板材料应该具有轻巧的特点，并且由于太阳能电池组件通常安装在室外，所以，作为封装材料的背板被要求具有很好的耐候性。其次，背板材料需要具有很好的阻隔性能，能够阻止水汽的渗透进入组件而腐蚀下层的电池片、焊带和电极。
传统的TPT背板有三层结构，外层保护层PVF膜(Tedlar由杜邦公司所产)具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为聚酯PET薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVF膜(Tedlar由杜邦公司所产)需经表面处理和EVA具有良好的粘接性能。这种TPT背板阻隔性能有所欠缺。
传统的背板材料还可以是一种包含有金属箔的复合膜，金属箔可以是铝箔或镀锌铁箔，它作为防潮层被夹在树脂膜中间。使用金属箔的传统背板材料存在几个缺陷：首先使用传统背板的太阳能电池组件存在漏电的现象。第二，下层的电池片和焊带也许会穿透树脂膜而在金属箔上引起短路。近些年，有一种新的方法来增加背板的水汽阻隔性能，这种方法是在背板中间层PET上用化学方法蒸镀无机氧化硅，这种背板水汽阻隔性能极佳，可以和含有金属箔的背板相媲美，但是使用该方法成本较高，生产效率低下。
(三)发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池组件用的新型背膜，这种背膜可以替换传统的背板，阻隔性能和绝缘性能有很大提高，同时具有封装功能，在光伏组件中可以起到保护和封装电池片的双重作用。
本发明的技术方案为：
一种用于太阳能电池组件的背膜，所述的背膜包括：外表面含氟层、中间层、内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)层，所述中间层包括聚酯层、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)层和粘结层，所述的中间层由聚酯材料、乙烯-乙烯醇共聚物和粘结层材料三层共挤得到，所述外表面含氟层为复合在中间层的聚酯层上的含氟薄膜或涂制在中间层的聚酯层上的含氟涂料，所述含氟薄膜为聚四氟乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氟乙烯(PVF)、四氟乙烯与乙烯共聚物(ETFE)或四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)，优选聚偏氟乙烯(PVDF)或聚氟乙烯(PVF)；所述含氟涂料为偏氟乙烯(PVDF)涂料、三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物、四氟乙烯-烷基乙烯基醚共聚物或四氟乙烯-烷基乙烯基酯共聚物，优选为三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚共聚物或三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物。
所述聚酯材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
所述乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯含量为30～50％。
所述粘结层材料为聚癸二酰己二胺(PA610)、聚十二二酰己二胺(PA612)、聚丁二酸二乙酯（PES)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)，优选乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。
所述聚酯材料、乙烯-乙烯醇共聚物和粘结层材料的质量比为100∶30～70∶10～20。
所述EVA层通过淋涂方式涂布于中间层的粘结层上。
本发明所述的外表面含氟层厚度为5～50微米，所述中间层厚度为50～300微米，内表面EVA层厚度为100～800微米。
所述内表面EVA层的材料的组成包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、交联固化剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和遮光性填料，所述遮光性填料为钛白粉或炭黑。所述EVA层具有封装功能和耐老化的性能，并能够阻挡太阳光照射到粘结层上，避免其黄变。
具体的，所述内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物层的由如下质量比的材料组分组成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物59～79wt％、遮光性填料20～40wt％、交联固化剂0.1～5wt％、抗氧剂0.001～2wt％、紫外吸收剂0.01％～2wt％、光稳定剂0.01～2wt％。
所述交联固化剂通常为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)-己烷、邻，邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯、邻，邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯、邻，邻-叔戊基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯、3，3-双(叔戊基过氧)丁酸乙酯、3，3-双(叔丁基过氧)丁酸乙酯、1，1-双(叔丁基过氧)丁烷、1，1-双(叔丁基过氧)-环己烷、正丁基4，4-二(过氧化叔丁基)戊酸酯、1，1-双(叔丁基过氧)-3，3，5-三甲基环己烷、2.2-二(过氧化叔丁基)丁烷、过氧化二叔戊基、过氧化2，5-二甲基己烷-2，5-二叔丁基过氧化物或2，5-二甲基-2，5-双(苯甲酰过氧)-己烷。
所述抗氧剂通常包括酚类抗氧剂：1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮、2，2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、2，2’-亚甲基-双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸正十八酯；亚磷酸酯类抗氧剂：三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯；酚类和亚磷酸酯类抗氧剂复配物：1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯复配物、1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯复配物；以及抗氧稳定剂3，5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯或三(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)亚磷酸酯。
所述紫外吸收剂通常为2，2’-(1，4-亚苯基)双(4H-3，1-苯并噁嗪-4-酮)、2，2’-双(3，1-苯并噁嗪-4-酮)、2，2’-四亚甲基双(3，1-苯并噁嗪-4-酮)、2，2’-十亚甲基双(3，1-苯并噁嗪-4-酮)、2，2’-对亚苯基双(3，1-苯并噁嗪-4-酮)、2，2’-间亚甲基双(3，1-苯并噁嗪-4-酮)、1，3，5-三(3，1-苯并噁嗪-4-酮-2-基)苯、2，4，6-三(3，1-苯并噁嗪-4-酮-2-基)萘、2，8-二甲基-4H，6H-苯并(1，2-d；5，4-d’)双(1，3)-噁嗪-4，6-二酮、6’，6-磺酰基双(2-甲基-4H，3，1-苯并噁嗪-4-酮)、6，7’-亚甲基双(2-甲基-4H，3，1-苯并噁嗪-4-酮)、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-n-辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基-2’-羧基二苯甲酮、2，2’-二羟基-4，4’-二甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-苯甲酰基氧基二苯甲酮、2，2’，4，4’-四羟基二苯甲酮、2，2’-二羟基-4，4’-二甲氧基二苯甲酮、2-羟基-5-氯二苯甲酮、双-(2-甲氧基-4-羟基-5-苯甲酰基苯基)甲烷、2-(2’-羟基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5-甲基苯基)-5-羧酸丁基酯苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)-5，6-二氯苯并三唑、2-(2’-羟基-5-甲基苯基)-5-乙基磺酰苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-氨苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’，5’-二甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-甲基-4’-羟基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5-羧酸苯基)苯并三唑乙基酯、2-(2’-羟基-3’甲基-5’-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2’-十八烷基氧基-3’，5’-二甲基苯基)-5-甲基苯并三唑、2-(2’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-甲氧基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’，5’-二叔丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-环己基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-4’，5’-二甲基苯基)-5-羧酸苯并三唑丁基酯、2-(2’-羟基-3’，5’-二氯苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-4’，5’-二氯苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-3’，5’-二甲基苯基)-5-乙基磺酰苯并三唑、2-(2’-羟基-4’-辛氧基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-甲氧基苯基)-5-甲基苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)-5-羧酸酯苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-叔辛基苯基)苯并三唑或2-(2’-乙酰氧基-5’-甲基苯基)苯并三唑。
所述光稳定剂通常为癸二酸双-2，2，6，6-四甲基哌啶醇酯、双-1-癸烷氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶-4-醇癸二酸酯、丁二酸和4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、N，N’-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和2，4-二氯-6-(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基-1，3，5-三嗪的聚合物、N，N’-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和2，4-二氯-6-(4-吗啉基)-1，3，5-三嗪的聚合物、N，N’-双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和吗啉-2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪的聚合物、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯/甲基-1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯复配物或丁二酸与(4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇)的聚合物。
本发明所述的背膜可用于封装太阳能电池组件，由于本发明的新型背膜内表面是一层EVA膜，具有保护和封装电池片的双重作用，所以本发明的背膜相当于太阳能电池组件中一层背板和一层EVA的作用。
本发明的有益效果在于：
1、中间层包括聚酯层、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)层和粘结层，其中聚酯层具有一定的机械强度，可以承受太阳能电池组件封装过程中及组件安装和使用过程中受到的外力，乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)层具有极高的气体阻隔性和较好的机械强度、弹性、表面硬度，耐磨性和耐气候性，并且有强的抗静电性，三层结合，具有很好的水汽阻隔性能。
2、外表面含氟层可以选择含氟薄膜复合或含氟涂料涂制，增加了结构的多样选择性，可以很好的控制成本。
3、内表面EVA层可以对太阳能电池组件起封装作用，即本发明背板既有背板的保护作用，又有EVA胶膜的封装作用。
综上所述，本发明提供的用于太阳能电池组件的背膜，不仅具有优秀的阻隔性能和绝缘性，而且具有封装功能。
(四)附图说明
图1为本发明所述的用于太阳能电池组件的背膜的横截面图，A为外表面含氟层，BCD组成中间层，依次分别是聚酯层、EVOH层和粘结层，E为内表面EVA层。这些图示仅仅代表本发明一般形式，但本发明内容并不限于图示结构。
(五)具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，但本发明的实施方式并不仅限于此。
实施例1
在背膜制造过程中，首先PET、EVOH和PA610按质量比100∶30∶10三层共挤拉伸制得300微米厚的中间层，所选用的EVOH中乙烯含量为38％；然后，在PET表面复合30微米厚的PVDF膜，在PA610表面淋涂350微米厚的EVA膜，EVA膜的配料为VA(醋酸乙烯)质量含量为33％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(美国杜邦公司)59％，遮光性填料钛白粉R906(美国杜邦公司)40％、加入0.1％紫外吸收剂2，2’-四亚甲基双(3，1-苯并噁嗪-4-酮)(南京众何晟科技有限公司)，0.1％光稳定剂N，N’-双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和吗啉-2，4，6-三氯-1，3，5-三嗪的聚合物(北京天罡有限责任公司)，0.2％的抗氧剂1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯复配物(质量比1∶1；美国氰特公司)，0.6％交联固化剂邻，邻-叔戊基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯(广州力本(巨龙)橡胶原料贸易有限公司)，使其有遮光性、封装性和耐候性。制得样品标记为S1。
实施例2
在背膜制造过程中，首先PEN、EVOH和EVA按质量比100∶30∶10三层共挤拉伸制得250微米厚的中间层，所选用的EVOH中乙烯含量为38％，所选用的EVA不含添加剂，仅仅作为粘结层；然后，在PET表面复合30微米厚的PVF膜，在粘结层表面淋涂400微米厚的EVA膜，该EVA配料中VA(醋酸乙烯)质量含量为33％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(美国杜邦公司)75％，遮光性填料为炭黑N550(德国德固赛公司)20％，加入0.5％的紫外吸收剂2-(2’-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑(南京众何晟科技有限公司)，0.5％的抗氧剂1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯复配物(质量比1∶1；美国氰特公司)、2.5％的光稳定剂丁二酸与(4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇)的聚合物(美国氰特公司)、1.5％的交联固化剂邻，邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯(广州力本(巨龙)橡胶原料贸易有限公司)，使其有遮光性、封装性和耐候性。制得样品标记为S2。
实施例3
在背膜制造过程中，首先PET、EVOH和PA612按质量比100∶70∶10三层共挤拉伸制得50微米厚的中间层，所选用的EVOH中乙烯含量为44％；然后，在PET表面复合30微米厚的ETFE膜，在PA612表面淋涂100微米厚的EVA膜，该EVA配料与实施例1相同，使其有遮光性、封装性和耐候性。制得样品标记为S3。
实施例4
在背膜制造过程中，首先PET、EVOH和PES按质量比100∶70∶20三层共挤拉伸制得200微米厚的中间层，所选用的EVOH中乙烯含量为35％；然后，在PET表面辊涂20微米厚的PVDF涂层，在PES表面淋涂800微米厚的EVA膜，该EVA配料与实施例2相同，使其有遮光性、封装性和耐候性。制得样品标记为S4。
实施例5
在背膜制造过程中，首先PET、EVOH和PA610按质量比100∶30∶20三层共挤拉伸制得50微米厚的中间层，所选用的EVOH中乙烯含量为38％；然后，在PET表面辊涂5微米厚的三氟乙烯-烷基乙烯基醚共聚物涂层，在PA610表面淋涂250微米厚的EVA膜，该EVA配料与实施例1相同，使其有遮光性、封装性和耐候性。制得样品标记为S5。
实施例6
在背膜制造过程中，首先PET、EVOH和PA610按质量比100∶50∶15三层共挤拉伸制得300微米厚的中间层，所选用的EVOH中乙烯含量为38％；然后，在PET表面辊涂50微米厚的四氟乙烯-烷基乙烯基酯共聚物涂层，在PA610表面淋涂550微米厚的EVA膜，该EVA配料与实施例1相同，使其有遮光性、封装性和耐候性。制得样品标记为S6。
比较例1
把30微米PVF，50微米铝箔，250微米PET和30微米PVF按顺序复合，制得样品，标记为C1。
比较例2
市场上购得传统型背板lcosolar
Figure G2009101557789D00101
0711，结构为PVF-38微米/PET-250微米/PVF-38微米，标记为C2.
采用以上方法制得背膜样品，性能指标通过以下方法测定：
1.水汽透过率
按照ASTM F1249进行测定
2.电气强度
按照ASTM D149进行测定，其中电极选择2号。
结果列于下表：
  样品编号   水汽透过率g/m2.day   电气强度kv/mm
  S1   0.72   84
  S2   0.81   86
  样品编号   水汽透过率g/m2.day   电气强度kv/mm
  S3   1.01   93
  S4   0.55   92
  S5   0.69   86
  S6   0.95   81
  C1   0.37   63
  C2   2.89   82
从各项性能测试结果可知，本发明的新型背膜比较传统型的背板材料，具有水汽透过率低，绝缘性能高的优点，非常符合太阳能电池组件背面保护材料的要求。同时，由于本发明的背膜具有封装功能，可以使太阳能电池组件降低成本，减少生产工序。

Claims (8)

1.一种用于太阳能电池组件的背膜，其特征在于所述的背膜包括：外表面含氟层、中间层、内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物层，所述中间层包括聚酯层、乙烯-乙烯醇共聚物层和粘结层，所述的中间层由聚酯材料、乙烯-乙烯醇共聚物和粘结层材料三层共挤得到，所述外表面含氟层为复合在中间层的聚酯层上的含氟薄膜或涂制在中间层的聚酯层上的含氟涂料，所述含氟薄膜为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物或四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物；所述含氟涂料为偏氟乙烯涂料、三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-烷基乙烯基酯共聚物、四氟乙烯-烷基乙烯基醚共聚物或四氟乙烯-烷基乙烯基酯共聚物；
所述聚酯材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯；所述乙烯-乙烯醇共聚物中乙烯含量为30～50％；所述粘结层材料为聚癸二酰己二胺、聚十二二酰己二胺、聚丁二酸二乙酯或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；
所述内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物层通过淋涂方式涂布于中间层的粘结层上。
2.如权利要求1所述的背膜，其特征在于所述的外表面含氟层厚度为5～50微米。
3.如权利要求1所述的背膜，其特征在于所述中间层厚度为50～300微米。
4.如权利要求1所述的背膜，其特征在于所述内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物层厚度为100～800微米。
5.如权利要求1所述的背膜，其特征在于所述聚酯材料、乙烯-乙烯醇共聚物和粘结层材料的质量比为100∶30～70∶10～20。
6.如权利要求1所述的背膜，其特征在于所述内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物层的材料组成包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、交联固化剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和遮光性填料，所述遮光性填料为钛白粉或炭黑。
7.如权利要求6所述的背膜，其特征在于所述内表面乙烯-醋酸乙烯共聚物层的由如下质量比的材料组分组成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物59～79wt％、遮光性填料20～40wt％、交联固化剂0.1～5wt％、抗氧剂0.001～2wt％、紫外吸收剂0.01％～2wt％、光稳定剂0.01～2wt％。
8.如权利要求1所述的背膜在太阳能电池组件背膜封装上的应用。
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