CN101931012B

CN101931012B - 一种太阳能电池背板及其制备方法以及使用该背板的太阳能电池组件

Info

Publication number: CN101931012B
Application number: CN 200910108472
Authority: CN
Inventors: 饶先花; 杨卫国
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2009-06-26
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2029-06-26
Also published as: CN101931012A

Abstract

本发明提供一种太阳能电池背板及其制备方法以及应用该背板的太阳能电池组件，该太阳能电池背板包括基材和耐候层，其特征在于，在基材的至少一侧覆有耐候层，其中所述的耐候层各组分及含量为：以耐候层总重量为基准，含氟有机聚硅氧烷：10-20wt％，氟碳树脂：20-30wt％，交联剂2-6wt％，无机填料：15-40wt％，本发明所提供的太阳能电池背板具有基材与耐候层之间的结合力好，太阳能电池背板的尺寸稳定性高的特点。

Description

一种太阳能电池背板及其制备方法以及使用该背板的太阳能电池组件

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池背板及其制备方法以及使用该背板的太阳能电池组件。

背景技术

太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。它是一种大有前途的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，其市场前景广阔。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

太阳能电池板通常是一个叠层结构，主要包括玻璃表层，太阳能电池片，乙烯-醋酸乙烯酯密封层和太阳能电池背板，其中太阳能电池片被两层乙烯-醋酸乙烯共聚物密封层密封包裹。太阳能电池背板的主要作用是提高太阳能电池板的整体机械强度，另外可以防止水汽渗透到密封层中，影响电池片的使用寿命。背板用于太阳电池的封装，具有耐电击穿、耐老化、耐气候影响和耐腐蚀等特性，所以背膜一般都是由几种高分子材料复合而成。太阳能电池背膜随着太阳能电池行业的发展而迅速增长。

国际上太阳能电池封装背膜的主要供应商有杜邦、美国3M公司、德国Krempel公司，日本SolarPET、奥地利ISOVOLTA等。背板产品大多通过多层膜热压成型方式生产。一项现有技术中公开了一种太阳能电池背板，是以聚氟乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚氟乙烯三层薄膜通过高分子胶粘剂的粘结热压成型。以聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜作为基体，主要起绝缘和支撑的作用，聚氟乙烯薄膜由于分子骨架上含有氟基团，所以具有好的耐老化和耐腐蚀作用。

但是由于含氟聚合物一般表面能低，采用聚氟乙烯与聚对苯二甲酸乙二醇酯之间采用胶层热压粘结工艺对高分子胶粘剂配方要求苛刻，容易造成薄膜层与层之间的粘合强度不够，同时层与层之间容易造成气泡残留，在长时间的应用中，气体、盐雾、一些污染物会沿着薄膜的边缘向中间渗透和侵蚀，从而造成薄膜层由于高分子胶粘层的老化而导致层和层之间的剥离，导致太阳能电池耐气候、耐紫外线及绝缘性的下降，从而影响太阳能电池的寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中太阳能电池背板氟树脂与基材之间容易脱落的问题，提供一种太阳能电池背板，包括基材和耐候层，其特征在于，在基材的至少一侧覆有耐候层，其中所述的耐候层各组分及含量为：以耐候层总重量为基准，含氟有机聚硅氧烷：10-20wt％，氟碳树脂：20-30wt％，交联剂2-6wt％，无机填料：15-40wt％。

本发明提供一种太阳能电池背板的制备方法，该方法包括：

(1)将基材依次进行，除静电处理，表面等离子处理或表面电晕处理获得经过表面处理的基材；

(2)按比例称取氟碳树脂、溶剂、氟硅氧烷、交联剂、填料(由三氟丙基甲基环三硅氧烷聚合得到的，原料来自于Dowcorning道康宁公司)，将氟碳树脂、氟硅氧烷溶于溶剂中，然后加入交联剂、填料形成混合乳液；

(3)将(2)步骤中获得的混合乳液直接涂覆在(1)步骤中获得的经过表面处理的基材的至少一侧上，在加热条件下，发生交联固化反应，得到太阳能电池背板。

本发明还提供一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件包括电池、透光层、背板，所述透光层、电池和背板从上到下依次层叠排布，其特征在于，所述的背板为权利要求1-6中任意一项所述的太阳能电池背板。

本发明所提供的太阳能电池背板，具有优异的尺寸稳定性，涂料与基板之间不易剥离的特点。

具体实施方式

本发明提供一种太阳能电池背板，包括基材和耐候层，其特征在为：以耐候层总重量为基准，含氟有机聚硅氧烷：10-20wt％，氟碳树脂：20-30wt％，交联剂2-6wt％，无机填料：15-40wt％，余量为溶剂。含氟有机聚硅氧烷选自具有以下结构的硅氧烷中的一种或几种：

氟碳树脂选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚、偏二氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟异丙烯树脂共聚物中的一种或几种，氟碳树脂可以通过合成或商购获得，如杜邦公司的聚四氟乙烯(Teflon)，法国Arkema公司的聚偏氟乙烯树脂(KYNAR500或HYLAR5000)，日本大金公司的四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，聚氟乙烯，氟化乙烯丙稀共聚物，聚三氟氯乙烯树脂，在优选的情况下氟碳树脂选自以上中的一种或几种。

上述太阳能电池背板中基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

本发明中所采用的交联剂为本领域所公知的各种交联剂，如可以选自聚酯树脂、多异腈酸酯、氨基树脂、环氧树脂、脲醛树脂、r-丁内酯中的一种或几种，上面提到的交联剂可以通过商购获得，如二甲基丙烯酸乙二醇酯，浙江奥仕化学有限公司OS303-98(HM3)、韩国P&ID株式会社氨基树脂570-1。

无机填料可以选自二氧化钛、二氧化硅、超细硫酸钡、轻质碳酸钙中的一种或几种，无机填料的平均直径为10-5000nm，无机填料可以提高涂料的硬度，降低成型制件的收缩率，提高制品的尺寸稳定性、表面光洁度、平滑性以及平光性或无光性等；提高耐磨性，另外，可降低成本，提高产品在市场上的竞争能力。

本发明中耐候层的厚度为15-60微米，如果耐候层太厚，由于涂料与基膜之间热膨胀系数不匹配会容易出现涂料龟裂现象，耐候层太薄则达不到对太阳能电池背板的耐老化和阻隔性能要求。

对于耐候层与基材的厚度比一般选择在1∶25-1∶5之间，如果涂层太薄，则背板性能不能满足长期耐老化和阻隔性能要求，如果太厚则会容易出现龟裂现象，另外也会增加背板的成本。

本发明提供一种上述太阳能电池背板的制备方法，该方法包括：

(2)按比例称取氟碳树脂、溶剂、氟硅氧烷、交联剂、填料(由三氟丙基甲基环三硅氧烷(D3F)聚合得到的，原料来自于Dowcorning道康宁公司)，将氟碳树脂、氟硅氧烷溶于溶剂中，然后加入交联剂、填料形成混合乳液；

本发明中所提到的基板材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯中的一种，优选情况下采用聚对苯二甲酸乙二醇酯作为基板材料。

在(1)步骤中所述的除静电的方法为本领域所公知的除静电方法，如CN1835653中记述的绝缘体的除静电方法，通过对基材进行硬X射线照射，去除表面的静电。

表面等离子处理方法为本领域所公知的表面等离子处理方法。

本发明中所采用优选处理方法为电晕处理方法。

电晕原理是通过对电极施加9～50kHz频率的高压(可达30kV)而产生的。电极利用空气间隙与接地桌分开，当空气间隙被电流击穿时(3000～5000volts/mm)，电流从空气间隙穿过。当电流击穿空气时会产生自由电子。这些带有巨大能量的自由电子向正极运动，并对空气间隙中的分子的电子产生置换作用，从而进一步产生电子和相应的离子，使电流通过间隙。随着电离电流的增大，电晕放电率也不断增加(即粒子运动加快)。这样，就产生了电晕现象，同时激发了表面放电。此技术适用于薄膜与层板复合材料。

电晕会使得材料表面变粗糙并增加其对极性溶剂的润湿性-这些离子体由电击和渗透进入被电晕体的表面破坏其分子结构，进而将被处理的表面分子氧化和极化，离子电击侵蚀表面，以致增加承印物表面的附着能力。

步骤(2)中氟碳树脂、氟硅氧烷、交联剂、填料的重量比为氟碳树脂：20-30wt％，含氟有机聚硅氧烷：10-20wt％，交联剂2-6wt％，无机填料：15-40wt％。溶剂与氟碳树脂的重量比为0.8-1.5∶1。优选情况为氟碳树脂：20-25wt％，含氟有机聚硅氧烷：10-15wt％，交联剂2-3wt％，无机填料：15-20wt％，溶剂为15％-40％。具体配制混合乳液的工艺如下：将称取的氟碳树脂、氟硅氧烷溶于溶剂中，进行搅拌，搅拌速度为50-200转/分，在搅拌过程中通过添加pH值调节剂，保持pH值为7.5-10，然后加入称取好的交联剂、填料，混合搅拌，搅拌速度为50-200转/分，搅拌时间为10-120min，获得混合乳液。

然后将得到的混合乳液涂覆于经过表面处理的基板的至少一侧，涂覆厚度为100-200微米，然后将涂覆有混合乳液的基板加热，在加热过程中氟碳树脂与氟硅氧烷发生了交联固化反应，其中加热温度为80-200℃，加热时间为1-30min，经过上述步骤获得了太阳能电池背板。

本发明还提供一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件包括电池、透光层、背板和所述透光层、电池和背板从上到下依次层叠排布，这种太阳能电池的背板为本发明中所提供的太阳能电池背板。

下面以实施例来说明本发明所提供的太阳能电池背板及其制备方法。

实施例1

本实施例用来说明本发明所提供的太阳能电池背板及其制备方法。

将厚度为250微米的聚对苯二甲酸乙二醇酯基材放入电晕机中(Techmach公司)进行双面表面处理，电晕处理强度为80watt/m²/min，处理前薄膜的表面能通过测试为30dyn/cm，处理后表面能为55dyn/cm。

称取25g的聚氟乙烯，10g的氟硅氧烷，6g的多异腈酸酯，40g的丙二醇甲醚，15g的二氧化钛，先将聚氟乙烯，氟硅氧烷溶于丙二醇甲醚中，以150转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入多异腈酸酯和二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为100转/分，搅拌时间为20min，获得混合乳液；

将混合乳液用自制涂布器，涂布方式可采用线棒涂或刮刀涂覆于尺寸为30mm×40mm×20um的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板一侧，涂覆厚度为100um，将覆有混合乳液的基板放入加热炉，加热，加热温度为80℃，加热时间为30min，重复以上涂布方法在另一侧涂布同样厚度树脂，可得到样品T1。

实施例2

将厚度为250微米的PET基膜用专用电晕处理设备进行双面表面处理，电晕处理强度为90watt/m²/min，处理前薄膜的表面能通过测试为30dyn/cm，处理后表面能为60dyn/cm。

称取30g的聚偏氟乙烯(PVDF)，8g的氟硅氧烷，？5g的多异腈酸酯，50g的二甲基乙酰胺，8g的二氧化钛。先将聚偏氟乙烯，氟硅氧烷溶于二甲基乙酰胺，以100转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入多异腈酸酯和二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为80转/分，搅拌时间为30min，获得混合乳液；

将混合乳液用自制涂布器，涂布方式可采用线棒涂或刮刀涂覆于尺寸为40mm×30mm×20um的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板一侧，涂覆厚度为100um，将覆有混合乳液的基板放入加热炉，加热，加热温度为150℃，加热时间为15min，冷却。重复以上涂布方法在另一侧涂布同样厚度树脂，可得到样品T2，样品总厚度为330微米。

实施例3

将厚度为250微米的聚对苯二甲酸乙二醇酯基材放入电晕机中进行双面表面处理，电晕处理强度为70watt/m²/min，处理前薄膜的表面能通过测试为30dyn/cm，处理后表面能为55dyn/cm。

称取30g的聚四氟乙烯(PTFE)，8g的氟硅氧烷，5g的氨基树脂，50g的丁醚醋酸酯，8g的二氧化钛。先将聚偏氟乙烯(PVDF)，氟硅氧烷溶于丁醚醋酸酯，以100转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入多异腈酸酯和二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为80转/分，搅拌时间为30min，获得混合乳液；

将混合乳液用自制涂布器，涂布方式可采用线棒涂或刮刀涂覆于尺寸为30mm×40mm×20um(宽×长×厚)的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板一侧，涂覆厚度为100um，将覆有混合乳液的基板放入加热炉，加热，加热温度为180℃，加热时间为5min。重复以上涂布方法在另一侧涂布同样厚度树脂，可得到样品T1。

实施例4

将厚度为150微米的PET基膜用专用电晕处理设备进行双面表面处理，电晕处理强度为50watt/m²/min，处理前薄膜的表面能通过测试为35dyn/cm，处理后表面能为50dyn/cm，。

称取30g的聚偏氟乙烯(PFA)，8g的氟硅氧烷，5g的多异腈酸酯，45g的二甲基乙酰胺，8g的二氧化钛。先将聚偏氟乙烯(PVDF)，氟硅氧烷溶于二甲基乙酰胺，以100转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入多异腈酸酯和二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为80转/分，搅拌时间为30min，获得混合乳液；

将混合乳液用自制涂布器，涂布方式可采用线棒涂或刮刀涂覆于尺寸为40mm×30mm×20um的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板一侧，涂覆厚度为50um，将覆有混合乳液的基板放入加热炉，加热，加热温度为150℃，加热时间为15min；重复以上涂布方法在另一侧涂布同样厚度树脂，可得到样品T4。

实施例5

将厚度为150微米的聚对苯二甲酸乙二醇酯基材用电晕处理机进行双面表面处理，电晕处理强度为50watt/m²/min，处理前薄膜的表面能通过测试为35dyn/cm，处理后表面能为50dyn/cm。

称取30g的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟异丙烯树脂，8g的氟硅氧烷，5g的多异腈酸酯，50g的二甲基乙酰胺，8g的二氧化钛。先将聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟异丙烯树脂，氟硅氧烷溶于二甲基乙酰胺，以100转/分的速度搅拌，搅拌30min后加入多异腈酸酯和二氧化钛，混合搅拌，搅拌速度为80转/分，搅拌时间为30min，获得混合乳液；

将混合乳液用自制涂布器，涂布方式可采用线棒涂或刮刀涂覆于尺寸为30mm×40mm×20um的聚对苯二甲酸乙二醇酯基板一侧，涂覆厚度为30um，将覆有混合乳液的基板放入加热炉，加热，加热温度为150℃，加热时间为5min，重复以上涂布方法在另一侧涂布同样厚度树脂，得到样品T5，样品总厚度为200微米。

对比例1

将两张厚度为30微米的聚偏氟乙烯(PVF)膜分别用电晕处理机进行单面处理，电晕处理强度为50watt/m²/min，处理前薄膜的表面能通过测试为30dyn/cm，处理后表面能为55dyn/cm，得到经过电晕处理的聚偏氟乙烯膜。

用涂布器在两张经过处理后的PVF薄膜处理层表面涂覆环氧树脂溶液，将覆有环氧树脂的PVF薄膜，放入干燥箱(SYSBERY立式电热干燥箱)干燥温度温度80度，干燥时间1h，以便使环氧树脂中的溶剂挥发，将覆有环氧树脂的PVF膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(PET)、覆有环氧树脂的PVF膜依次叠放，其中环氧树脂层位于PVF膜聚和对苯二甲酸乙二醇酯膜之间，将叠放好的PVF/PET/PVF三层膜放入压塑机(无锡市美之电高频电子设备厂KAS-5000/AS)热压复合，得到总厚度为340微米的样品TC1。

实施例6-10

本实施例用来测试实施例1-5所制备的样品T1-T5的各项性能

测试性能主要包括：

附着力测试：

用百格网在喷涂表面划100个1毫米×1毫米的正方形格，用美国3M公司生产的型号为600的透明胶带平整粘结在方格上，不留一丝空隙，然后以最快速度垂直揭起，观察划痕边缘处有无脱漆。如脱漆量在0-5面积％之间为5B，在5-10面积％之间为4B，在10-20面积％之间为3B，在20-30面积％之间为2B，在30-50面积％之间为B，在50面积％以上为0B，测试结果见表1。

尺寸稳定性能测试：

按照标准号ASTM D-1204中记述的方法测试实施例1-5所制备的样品T1-T5的尺寸稳定性能，测试结果见表1。

对比例2

本实施例用来测试对比例1制备的样品TC1的各项性能，测试的性能与实施例6-10中测试的各项性能相同，测试结果见表1。

表1实施例1-5的样品性能

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

实施例5

对比例1

附着力测试

5B

3B

尺寸稳定性(％)

MD＜0.8TD＜0.7

MD＜0.9TD＜0.8

MD＜0.9TD＜0.7

MD＜0.8TD＜0.7

MD＜1.5TD＜1.2

从表1可以看出，本发明所提供的太阳能电池背板基材与耐候层的结合力为5B，而对比例中所提供的太阳能电池背板的基材与耐候层之间的结合力只有3B，在尺寸稳定性方面从表1可以看出，本发明所提供的太阳能电池背板在MD、TD方向上的尺寸稳定性好于对比例所提供的样品的尺寸稳定性，由此可以说明本发明可以提供一种附着力好、尺寸稳定性好的太阳能电池背板。

Claims

1.一种太阳能电池背板，包括基材和耐候层，其特征在于，在基材的至少一侧覆有耐候层，其中所述的耐候层各组分及含量为：以耐候层总重量为基准，含氟有机聚硅氧烷：10-20wt％，氟碳树脂：20-30wt％，交联剂2-6wt％，无机填料：15-40wt％，余量为溶剂；其中所述的含氟有机聚硅氧烷选自具有以下结构的硅氧烷中的一种或几种：

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中所述的氟碳树脂选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚、偏二氟乙烯树脂共聚物中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中所述的交联剂选自聚酯树脂、多异腈酸酯、氨基树脂、环氧树脂、脲醛树脂、r-丁内酯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的无机填料选自二氧化钛、二氧化硅、硫酸钡、轻质碳酸钙中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中耐候层的厚度为15-30微米。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中所述的基材为聚对苯二甲酸乙二醇酯。

7.一种权利要求1所述太阳能电池背板的制备方法，该方法包括：

(1)将基材依次进行，除静电处理，表面等离子处理或表面电晕处理获得经过表面处理的基板；

(2)按比例称取氟碳树脂、溶剂、交联剂、无机填料、含氟有机聚硅氧烷、将氟碳树脂、氟硅氧烷溶于溶剂中，然后加入交联剂、填料形成混合乳液；

8.根据权利要求7所述的制备方法，其中所述的溶剂选自二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯、丙二醇甲醚、丁醚醋酸酯、六氟间二甲苯、氯苯中的一种或几种。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其中所述的溶剂与氟碳树脂的重量比为0.8-1.2∶1。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其中(3)步骤中所述加热的温度为50-200℃，加热时间为1-30min。

11.一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件包括电池、透光层、背板，所述透光层、电池和背板从上到下依次层叠排布，其特征在于，所述的背板为权利要求1-5中任意一项所述的太阳能电池背板。