CN102024854B - 一种太阳能电池背板及其制备方法、含有该背板的太阳能电池组件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池背板及其制备方法，含有该背板的太阳能电池组件及其制备方法，该太阳能电池背板为含氟聚酯膜，所述的含氟聚酯膜为含有交联剂和含氟聚酯的组合物经热固化得到，所述含氟聚酯的结构式如下：
其中，A为
B为
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池背板及其制备方法，含有该背板的太阳能电池组件及太阳能电池组件的制备方法。
背景技术
太阳能电池组件(也称“光伏组件”)是将若干的单体电池按照电性能分类进行串、并联，经过封装后组合成可以独立作为电源使用的最小单元。太阳能电池组件有各种各样的尺寸和形状，典型组件是矩形平板。
常规太阳能电池组件的结构从上到下依次为玻璃/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)薄膜/太阳能电池/EVA薄膜/背板。通过层压法将其压制后再密封四侧面装框而成。封装过程中，在真空条件下加热到一定的温度，EVA薄膜发生熔化，随温度的降低而固化，从而将电池紧密固定；然后在组件底板、顶板的边缘涂胶密封、加边框等。
而这些组件中太阳能电池背板的作用不容小觑，太阳能电池背板起着保护光伏组件中的电池片的作用。用于太阳能电池组件封装的背板一般又被称为聚氟乙烯复合膜(TPT)，是由两层聚氟乙烯(PVF)膜和中间的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜利用胶水(或固化剂)粘接热压成型而成，形成PVF/PET/PVF三层结构，外层保护层PVF膜具有良好的耐候性，中间层PET膜具有良好的绝缘性能，内层PVF需经表面处理(如电晕处理)后和EVA薄膜具有良好的粘接性能。这种材料引入了胶水，增加了背板制作的工序和产品品质控制中的变量，加之PVF的难粘性能，要对其做表面处理如电晕处理才能保证其与EVA的粘接效果，增加了产品的成本。
为了减少背板制作的工序，进而减少背板制作过程中的产品品质控制变量，现有技术中利用偏氟乙烯(PVDF)涂料或者其他改性含氟涂料通过涂布或者物理改性在PET膜上，上生成一层含氟高分子膜，用这一层含氟高分子膜来替代传统的PVF膜和胶水层。但是这类含氟涂料在PET表面的附着性能较差，与EVA膜的粘合效果不佳，不能满足商用太阳能电池对背板材料的苛刻要求，因此并未得到大规模的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是简化背板结构，同时，背板在组合成太阳能组件时，背板与其相邻层的层间粘结性能较好，进而提高太阳能电池背板的耐候性。
本发明提供一种结构简单，且背板的各层之间的粘结性较好的一种背板。一种太阳能电池背板，该太阳能电池背板为含氟聚酯膜，所述的含氟聚酯膜为含有交联剂和含氟聚酯的组合物经热固化得到，所述含氟聚酯的结构式如下：
其中，A为
B为
为对苯二甲酸酰基、间苯二甲酸酰基、2，6-萘二甲酸酰基、4，4-二苯基二甲酸的芳香族二酰基中的一种，m/n为0.2～1.2，且m、n为1-10的整数，控制P的数值使含氟聚酯的数均分子量为3000～20000，R1为含氟C4-C12的烷基或者含氟双酚基中的一种，R2为含氟C4-C12的烷基或者含氟双酚基中的一种，且R1与R2不相同。
一种上述的太阳能电池背板的制备方法，将含有交联剂和含氟聚酯的组合物经流延固化或拉伸固化得到太阳能电池背板，所述的含有交联剂和含氟聚酯的组合物为上述的含有交联剂和含氟聚酯的组合物。
一种太阳能电池组件，从上到下依次为玻璃/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/太阳能电池/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/背板，所述的背板为上述的背板。
一种太阳能电池组件的制备方法，从上到下依次为玻璃/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/太阳能电池/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/背板进行组装、层压得到太阳能电池组件，其中，与背板相接触的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜面为经过电晕处理的一面，所述背板为上述的背板。
在本发明中，背板的结构得到简化，可以减少背板制作过程的工序，进而减少了背板制作过程中的产品品质控制变量；同时，背板在组合成太阳能组件时，背板与其相邻层的层间粘结性能较好，可以使氧气、水气等不能进入太阳能组件的各层之间而使材料老化，进而能提高太阳能电池背板的耐候性。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种太阳能电池背板，该太阳能电池背板为含氟聚酯膜，所述的含氟聚酯膜为含有交联剂和含氟聚酯的组合物经热固化得到，所述含氟聚酯的结构式如下：
其中，A为
B为 
为对苯二甲酸酰基、间苯二甲酸酰基、2，6-萘二甲酸酰基、4，4-二苯基二甲酸的芳香族二酰基中的一种，m/n为0.2～1.2，且m、n为1-10的整数，控制P的数值使含氟聚酯的数均分子量为3000～20000，R1为含氟C4-C12的烷基或者含氟双酚基中的一种，R2为含氟C4-C12的烷基或者含氟双酚基中的一种，且R1与R2不相同。
上述含氟聚酯的制备方法为现有技术中公开的一种制备方法，具体地为下式所示：
其中，
反应得到，
的反应条件为：将反应原料在溶剂和催化剂的存在下，发生酯化反应，回流12-20小时，再继续反应4-8小时。其中，
的量比按照理论计算(m+n+1)对应的量要大一些，为过量反应，后续可通过提纯步骤，将过量的
从得到的含氟聚酯中去除，所述的提纯方法为本领域的技术人员常见的提纯方法，如本发明将上述反应产物滴加在甲醇溶液中，利用含氟聚酯为大分子在甲醇中沉淀，过量的
等小分子溶解于甲醇的性质，过滤、烘干，使含氟聚酯得到提纯。所述的溶剂为本领域的技术人员公知的用于溶解反应原料的反应物的溶剂，比如邻二氯苯。所述的催化剂为本领域的技术人员公知的用于酯化反应的催化剂，如吡啶。
反应得到，
的反应条件为：在溶剂邻二氯苯的存在下，加入甲基丙烯酸羟乙酯封端，发生酯化反应，回流反应12-24小时。采用甲基丙烯酸羟乙酯作为封端剂可以引入即可交联的双键，提供粘结性能，而且甲基丙烯酸羟乙酯的成本低，耐候性好。
其中，A为
B为
为对苯二甲酸酰基、间苯二甲酸酰基、2，6-萘二甲酸酰基、4，4-二苯基二甲酸的芳香族二酰基中的一种，m/n为0.2～1.2，且m、n为1-10的整数，控制P的数值使含氟聚酯的数均分子量为3000～20000，R1为含氟C4-C12的烷基或者含氟双酚基中的一种，R2为含氟C4-C12的烷基或者含氟双酚基中的一种，且R1与R2不相同。如果R1和R2相同，那么该第一步的聚合反应就是二元聚合，是不能通过调节比例来调节含氟聚酯的分子量和其他性能的。
上述交联剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、二乙烯基苯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基氰尿酸酯中的一种或多种，以含有交联剂和含氟聚酯的组合物为基准，交联剂为0.3-1wt％。
上述含有交联剂和含氟聚酯的组合物还含有填料、光稳定剂、溶剂。所述填料为石英颗粒、云母颗粒、二氧化钛颗粒中的一种或多种、光稳定剂为癸二酸双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶)酯、1-(甲基)-8-(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯中的一种或多种、溶剂为甲苯、邻二甲苯、丁酮、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的一种或多种。所述的光稳定剂为本领域的技术人员公知的用于抑制日光或强的荧光下，树脂或涂层因吸收紫外线而引发光氧化或光老化过程的物质。本发明采用本领域技术人员常见的光稳定剂中的受阻胺类光稳定剂，例如癸二酸双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶)酯、1-(甲基)-8-(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯中的一种或多种。受阻胺类光稳定剂可商购，如(汽巴公司)生产的牌号为Tinuvin622LD、Tinuvin770、Tinuvin492、Tinuvin783、Tinuvin791、Chimassorb944FL、Cyasorb UV3346的受阻胺类光稳定剂中的一种。
优选地，上述含有交联剂和含氟聚酯的组合物还含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物，即EVA，可以使背板在组合成太阳能组件时，背板与其相邻层的层(即EVA薄膜层)的粘结性能更好。当上述含有交联剂和含氟聚酯的组合物还含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物时，以含有交联剂和含氟聚酯的组合物为基准，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物为15-25wt％。
上述的太阳能电池背板，以含有交联剂和含氟聚酯的组合物为基准，所述含氟聚酯为30-40wt％、所述填料为0.3-1wt％、光稳定剂0.3-1wt％、溶剂为58-70wt％。
上述的太阳能电池背板的制备方法，将含有交联剂和含氟聚酯的组合物经流延固化或拉伸固化得到太阳能电池背板，所述的含有交联剂和含氟聚酯的组合物为上述的含有交联剂和含氟聚酯的组合物。
一种太阳能电池组件，从上到下依次为玻璃/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/太阳能电池/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/背板，所述的背板为上述的背板。
一种太阳能电池组件的制备方法，从上到下依次为玻璃/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/太阳能电池/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/背板进行组装、层压得到太阳能电池组件，其中，与背板相接触的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜面为经过电晕处理的一面，所述背板为上述的背板。
太阳能电池背板的厚度为100～350微米，优选200～250微米。
下面通过具体的实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
1、合成含氟聚酯：
将原料10mol(最好与本发明的说明书中的反应式m、n相对应))2，2，3，3-四氟1，4-丁二醇(即HO-R1-OH)、22mol的对苯二甲酸酰氯(即
)、10mol的六氟双酚A(即HO-R2-OH)，以邻二氯苯作为反应溶剂，以吡啶作为催化剂，发生酯化反应，回流18小时，加入封端剂甲基丙烯酸羟乙酯2.1mol，得到含氟聚酯，滴加在甲醇中，过滤、烘干，得到白色絮状物质，即提纯后的含氟聚酯。
制备本发明的含氟聚酯膜，即本发明的太阳能电池背板，以下以重量份计制备本发明的含氟聚酯膜的原料：
上述物质混合搅拌1h，将此混合物在流延机上流延干燥成膜，得到厚度为250微米的含氟聚酯膜，即本发明的太阳能电池背板样品A1。
实施例2
同实施例1，区别在于，制备本发明的含氟聚酯的含氟聚酯膜的混合物中还含有20份EVA树脂。制备得到本发明的太阳能电池背板样品B1。
实施例3
同实施例1，区别在于，制备本发明的含氟聚酯的原料为3mol的2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9-十六氟1，10-癸二醇(即HO-R1-OH)、11mol的2，6-萘二甲酸酰氯(即
)、7mol的六氟双酚A(即HO-R2-OH)。制备得到本发明的太阳能电池背板样品C1。
实施例4
同实施例1，区别在于，制备本发明的含氟聚酯的原料为10mol的2，2，3，3，4，4-六氟1，5-戊二醇(即HO-R1-OH)、22mol的4，4-二苯基二甲酸的芳香族二酰基(即
)、10mol的2，2，3，3，4，4，5，5-八氟1，6-已二醇(即HO-R2-OH)。制备得到本发明的太阳能电池背板样品D1。
实施例5
同实施例1，区别在于，不含有二氧化钛颗粒和受阻胺类光稳定剂。制备得到本发明的太阳能电池背板样品E1。
对比例1
本对比例为PET树脂表面涂布含氟树脂的混合物制备的太阳能电池背板。
CN101177514A的实施例1制备得到太阳能电池背板样品X1。
对比例2
本对比例用于PET树脂与含氟树脂的混合物制备的基膜上涂布EVA树脂膜构成的背板的制作方法。
CN101037584A的实施例1制备得到太阳能电池背板样品Y1。
对比例3
本对比例用于说明TPT三层膜构成的背板的制作方法。
按照CN101123278A的实施例1制备得到TPT三层膜构成的背板。
太阳能电池组件的制备
将本发明的太阳能电池背板样品A1、B1、C1、D1、E1，以及对比例X1、Y1、Z1，分别在太阳能电池背板样品上复合一层EVA树脂层、太阳能电池、EVA树脂层、玻璃从下向上依次叠合，真空热压，得到太阳能组件测试件，所述的EVA树脂层的厚度为本领域的技术人员常见的300～800微米，所述的真空热压的条件为本领域的技术人员公知，例如：140℃下抽真空6分钟，0.05mpa下压合1分钟，0.03mpa下压合1分钟，12分钟放气到大气压。本发明在太阳能电池背板样品上复合一层300微米厚的EVA树脂层(杭州福斯特生产)、得到本发明的太阳能组件样品A11、B11、C11、D11、E11、X11、Y11、Z11。依次进行下述的“与EVA树脂层的粘合性”测试和“与EVA的粘合持久性”测试，测试结果如表1所示。
测试方法
1)与EVA树脂层的粘合性
分别准备2片本发明的太阳能电池背板样品A1、B1、C1、D1、E1，以及对比例X1、Y1、Z1，和300微米厚的EVA树脂层(杭州福斯特生产)，以太阳能电池背板样品/EVA片/太阳能电池背板样品的顺序重叠，用真空热压机压合，条件如下：140℃下抽真空6分钟，0.05mpa下压合1分钟，0.03mpa下压合1分钟，12分钟放气到大气压。将热压合的样品室温条件下，依照剥离测试标准JIS-Z0237，测试180°、拉伸速度为0.2m/min，的条件下测定粘合力。
◎：40N/cm以上，则粘合性非常好
○：20～40N/cm，则粘合性良好
×：20N/cm以下，则粘合性差
2)与EVA的粘合持久性
依照测试标准JIS-C8917-1998，在85℃、85％的湿度下将通过上述1)制备的太阳能电池背板样品/EVA片/太阳能电池背板样品处理1000小时后，与上述1)同样的评估处理后的粘合力与处理前的粘结力的比值。
◎：粘合力保持率75％以上的，则粘合持久性非常好
○：粘合力保持率30％～75％，则粘合持久性良好
×：粘合力保持率30％以下，则粘合持久性差
表1
从上述实施例1-5与对比例1的测试结果可以看出，本发明的太阳能背板的粘结性能明显优于对比例1。
从上述实施例1-5与对比例2的测试结果可以看出，对比例2的“与EVA的粘合持久性”的测试结果较差。
从上述实施例1-5与对比例3的测试结果可以看出，本发明制备的太阳能电池背板结构简单，而且与现有技术中普遍采用的TPT三层膜的粘结性能效果不相上下，有些实施例的测试结果较对比例3更优。
综上所述，本发明在简化背板结构的同时，同时，背板在组合成太阳能组件时，背板与其相邻层的层间粘结性能较好，进而提高太阳能电池背板的耐候性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种太阳能电池背板，该太阳能电池背板为含氟聚酯膜，所述的含氟聚酯膜为含有交联剂和含氟聚酯的组合物经热固化得到，所述含氟聚酯的结构式如下：
其中，A为
B为为对苯二甲酸酰基、间苯二甲酸酰基、2，6-萘二甲酸酰基的芳香族二酰基中的一种，m/n为0.2～1.2，且m、n为1-10的整数，控制p的数值使含氟聚酯的数均分子量为3000～20000，R1为含氟C4-C12的烷基或者含氟双酚基中的一种，R2为含氟C4-C12的烷基或者含氟双酚基中的一种，且R1与R2不相同。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，所述交联剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、二乙烯基苯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基氰尿酸酯中的一种或多种，以含有交联剂和含氟聚酯的组合物为基准，交联剂为0.3-1wt％。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，所述含有交联剂和含氟聚酯的组合物还含有填料、光稳定剂和溶剂。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池背板，以含有交联剂和含氟聚酯的组合物为基准，所述含氟聚酯为30-40wt％、所述填料为0.3-1wt％、光稳定剂0.3-1wt％、溶剂为58-70wt％。
5.根据权利要求3所述的太阳能电池背板，所述填料为石英颗粒、云母颗粒、二氧化钛颗粒中的一种或多种、光稳定剂为癸二酸双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶)酯、1-(甲基)-8-(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯中的一种或多种、溶剂为甲苯、邻二甲苯、丁酮、丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的太阳能电池背板，所述含有交联剂和含氟聚酯的组合物还含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池背板，以含有交联剂和含氟聚酯的组合物为基准，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物为15-25wt％。
8.一种太阳能电池组件，从上到下依次为玻璃/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/太阳能电池/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/背板，所述的背板为权利要求1-7任意一项所述的背板。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池组件，所述的含有交联剂和含氟聚酯的组合物还含有填料、光稳定剂和溶剂。
10.根据权利要求8所述的太阳能电池组件，所述含有交联剂和含氟聚酯的组合物还含有乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
11.一种太阳能电池组件的制备方法，从上到下依次为玻璃/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/太阳能电池/乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜/背板进行叠合，叠合后进行层压得到太阳能电池组件，其中，与背板相接触的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物薄膜面为经过电晕处理的一面，所述背板为权利要求1-7任意一项所述的背板。
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