CN102364694B - 太阳能电池背板及太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池背板，包括：基板，所述基板由纤维增强热固性树脂形成；复合在所述基板上的水汽阻隔层。本发明还提供了一种太阳能电池，包括依次相复合的前板、前封装膜、导线、硅片、后封装膜和上述技术方案所述的背板。在本发明提供的太阳能电池背板中，所述纤维增强热固性树脂形成的基板不仅具有良好的机械强度和尺寸稳定性，而且具有良好的绝缘性能、耐热性能、耐老化性能和耐腐蚀性能；涂覆在所述基板上的水汽阻隔层具有良好的水汽阻隔性能、耐腐蚀性能和光泽度，使得得到的背板具有良好的性能，尤其具有突出的耐热性能、耐水解稳定性、耐气候老化性和水汽阻隔性，能够使太阳能电池长期在户外使用。

Description

太阳能电池背板及太阳能电池
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池背板及太阳能电池。
背景技术
随着石化能源的枯竭，各种可再生新能源产业蓬勃兴起，据欧盟联合研究中心(JRC，Joint Research Center European Commission)预测，到2050年，可再生能源的比例将超过传统能源，约占52％，其中太阳能占1/2强，约28％；到本世纪末，可再生能源的比例将占到86％，太阳能将占据其中的约67％。
太阳能发电是太阳能能源战略中的重要组成部分，其中，太阳能光伏产业尤其得到各国政府的重视，产业化速度非常快。现有技术公开了多种光伏电池，又称太阳能电池。太阳能电池主要分为以硅元素为主体的电池和以多元素半导体为主体的电池。以元素半导体为主的太阳能电池主要包括硒光电池、硫化镉电池、铜铟镓硒电池、碲化镉电池、砷化镓电池、磷化铟太阳电池、染料敏化太阳电池和有机薄膜太阳电池等，以元素半导体为主的太阳能电池具有元素使用量小的优点，有些还可以做成聚光太阳能电池以增加光电转化效率，但是目前以元素半导体为主的光伏电池商业化成功的案例比较少，缺乏现场发电的工程积累经验。此外，某些元素在地壳中含量有限，且提炼和使用过程中对环境有污染，如镓、镉和砷等。而硅在地壳中的含量为27.6％，仅次于氧；并且，提纯高纯度硅(≥99.9999％)的技术在工业上已较为成熟可靠，因此，包括多晶硅和单晶硅在内的晶硅太阳能电池等硅元素电池已形成一个蓬勃发展的产业，在可预见的将来将占据主流地位。
晶硅太阳能电池的主要构造为由高透明前板、封装膜、银浆或铝浆导线、多晶或单晶硅片、封装膜和电池背板等多层结构形成的叠层结构。将这些材料通过加热层压的方式成型，使用密封胶条和边框组装后，配上接线盒，即可得到晶硅太阳能电池。其中，背板的作用在于保护和支撑电池片，对晶硅太阳能电池的性能具有重要影响。
现有技术中，背板主要采用含氟材料制成，包括涂覆型背板和复合型背板。涂覆型背板是把含氟塑料喷涂或流延到塑料基板，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)双向拉伸片材上，加热固化成型；复合型背板采用含氟材料薄膜和PET基板干式复合或共挤出成型，如TPT型背板。TPT型背板中，T指Tedlar，即杜邦公司的聚氟乙烯氟(PVF)塑料薄膜或福膜新材料科技有限公司的聚偏氟乙烯(PVDF)塑料薄膜，P指双向拉伸PET薄板。为了节省成本，可以采用其他塑料薄膜取代TPT型背板中的一层氟塑料薄膜，如TPE型背板，其中，E一般是指LLDPE、EVA或其它乙烯共聚物等。含氟材料制备的背板具有优越的耐紫外、气候老化性能、较高的水汽阻隔性能、优良的绝缘性能和耐腐蚀性，能够为太阳能光伏电池提供长达25年的户外使用寿命。但是，含氟材料不仅价格昂贵，而且加工成型较为困难。
目前，市场上也出现了非氟背板，主要是采用尼龙和热塑性聚酯等材料，但是该类材料制备的背板耐紫外性能较差，且不具备水解稳定性，尤其是在光照和温度上升的情况下水解稳定性更差，降低了太阳能电池的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种太阳能电池背板及太阳能电池，本发明提供的太阳能背板具有良好的耐热性能、耐水解稳定性、耐气候老化性和水汽阻隔性。
本发明提供了一种太阳能电池背板，包括：
基板，所述基板由纤维增强热固性树脂形成；
复合在所述基板上的水汽阻隔层。
优选的，所述热固性树脂为不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、氨基树脂和双马来酰亚胺树脂中的一种或多种。
优选的，所述纤维为玻璃纤维、聚合物纤维、碳纤维、麻纤维和竹纤维中的一种或多种。
优选的，所述纤维增强热固性树脂由纤维、树脂和添加剂固化形成，所述添加剂包括稀释剂、固化剂、增韧剂、矿物添加剂和防紫外线老化剂中的一种或多种。
优选的，所述增韧剂为丙烯酸酯弹性体、液体丁腈橡胶、聚氨酯和环氧改性液体丁腈橡胶中的一种或多种。
优选的，所述热固性树脂占所述纤维增强热固性树脂的质量百分比为20％～80％。
优选的，所述背板的厚度为0.2mm～3mm。
优选的，所述水汽阻隔层为丙烯酸树脂、有机硅、含氟树脂、聚酰胺、乙烯-乙烯醇共聚物或无机物。
优选的，所述水汽阻隔层的厚度H满足以下条件：0＜H≤0.05mm。
本发明还提供了一种太阳能电池，包括依次相复合的前板、前封装膜、导线、硅片、后封装膜和上述技术方案所述的背板。
与现有技术相比，本发明提供的太阳能电池背板包括纤维增强的热固性树脂形成的基板和复合在所述基板上的水汽阻隔层。在本发明提供的太阳能电池背板中，所述纤维增强热固性树脂形成的基板不仅具有良好的机械强度和尺寸稳定性，而且具有良好的绝缘性能、耐热性能、耐老化性能和耐腐蚀性能；涂覆在所述基板上的水汽阻隔层具有良好的水汽阻隔性能、耐腐蚀性能和光泽度，使得得到的背板具有良好的性能，尤其具有突出的耐热性能、耐水解稳定性、耐气候老化性和水汽阻隔性，能够使太阳能电池长期在户外使用。另外，本发明以纤维增强热固性树脂为主要材料，原料便宜、来源广泛，而且易于加工成型，能够大幅降低太阳能电池背板的生产成本。实验表明，本发明提供的太阳能电池背板的热收缩率、对EVA的剥离强度、介电击穿强度等性能与TPT背板和TPE背板相当，其耐紫外老化性能优于TPE背板，与TPT背板相当；其水汽阻隔性能均优于TPE背板和TPT背板；而相对于TPT背板，其成本可下降60％。
附图说明
图1为本发明实施例提供的太阳能电池背板的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种太阳能电池背板，包括：
基板，所述基板由纤维增强热固性树脂形成；
复合在所述基板上的水汽阻隔层。
本发明以性能优越、成本较低的纤维增强热固性树脂为基板，并在其表面复合水汽阻隔层，得到的太阳能电池背板具有良好的性能，尤其具有突出的耐热性能、耐水解稳定性、耐气候老化性和水汽阻隔性，能够使太阳能电池长期在户外使用。
参见图1，图1为本发明实施例提供的太阳能电池背板的结构示意图，其中，1为基板，2为复合在基板1上的水汽阻隔层。
所述基板由纤维增强热固性树脂形成，不仅具有良好的机械强度和尺寸稳定性，而且具有良好的绝缘性能、耐热性能、耐老化性能和耐腐蚀性能。在所述纤维增强热固性树脂中，热固性树脂为基体材料，纤维为增强材料，纤维能够增强热固性树脂的机械强度。
在本发明中，所述纤维优选为玻璃纤维、聚合物纤维、碳纤维、麻纤维和竹纤维中的一种或多种，更优选为玻璃纤维，最优选为无碱电子级玻璃纤维。所述纤维的物理形式可以为粗纱、短切纤维、短切纤维毡(Chopped StrandMat，CSM)、连续纤维毡(Continuous Fiber Mat，CFM)、表面毡(Veil)、平纹纤维布、斜纹纤维布和缎纹纤维布等，本发明并没有特殊限制。
在本发明中，所述热固性树脂优选为不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、氨基树脂和双马来酰亚胺树脂中的一种或多种，更优选为不饱和聚酯。
在本发明中，所述热固性树脂优选由纤维、树脂和添加剂固化形成，其中，所述纤维即为上文所述的玻璃纤维、聚合物纤维、碳纤维、麻纤维或竹纤维等增强材料；所述树脂即为上文所述的不饱和聚酯、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、氨基树脂或双马来酰亚胺树脂等可形成热固性树脂的树脂；所述添加剂包括稀释剂、固化剂、增韧剂、矿物添加剂和防紫外线老化剂中的一种或多种，能够提高得到的纤维增强热固性树脂的韧性、耐紫外老化性能等。本发明对所述稀释剂、固化剂、矿物添加剂、增韧剂和防紫外线老化剂没有特殊限制，本领域技术人员可以根据选用的纤维和树脂进行选择，如所述纤维增强热固性树脂为玻璃纤维增强不饱和聚酯时，即为玻璃钢时，稀释剂、固化剂、矿物添加剂和防紫外线老化剂为玻璃钢工业中常用的添加剂即可，而增韧剂优选为丙烯酸酯弹性体、液体丁腈橡胶、聚氨酯和环氧改性液体丁腈橡胶中的一种或多种，更优选为液体丙烯酸酯弹性体。
本发明对所述纤维增强热固性树脂中纤维和热固性树脂的质量比没有特殊限制，所述热固性树脂占所述纤维增强热固性树脂的质量百分比优选为20％～80％，更优选为35％～65％。
本发明对所述基板的制备方法没有特殊限制，可以通过连续板材的加工方式生产成卷薄膜板材，如使用粗纱、短切纤维毡、连续纤维毡、表面毡或纤维布等作为增强材料，将这些增强材料经由导辊放卷，通过装有树脂和添加剂等原料的树脂浸渍槽浸渍热固性树脂后，使用履带式连续压片机加热成型使树脂固化，经收卷、分切后得到成卷的纤维增强热固性树脂薄膜板材；当增强材料为连续粗纱时，可以采用简单的拉挤工艺制备纤维增强热固性板材。
所述基板也可以采用间歇生产的方式制备，如将纤维、树脂和添加剂混合后，使用片状模塑料(Sheet Molding Compound，SMC)或团状模塑料(BulkMolding Compound，BMC)，通过加热压片的方式成型得到纤维增强热固性树脂板材。当以各种织造和非织造玻璃纤维布为增强材料时，还可以使用真空灌注(Vacuum Infusion Process，VIP)、树脂转移注塑(Resin Transfer Molding，RTM)或真空罐(Autoclave)等热固性片材的成型方式。
在本发明提供的太阳能电池背板中，所述基板上还复合有水汽阻隔层，所述水汽阻隔层的作用在于阻隔水汽，提高太阳能电池背板的水汽阻隔性能、耐腐蚀性和光泽度。在本发明中，所述水汽阻隔层优选为丙烯酸树脂、有机硅、含氟树脂、聚酰胺、乙烯-乙烯醇共聚物或无机物，其中，所述含氟树脂优选为聚偏氟乙烯或聚氟乙烯；所述聚酰胺优选为聚酰胺6I；所述无机物优选为二氧化硅-三氧化二铝；所述有机硅可以为甲基氯硅烷、苯基氯硅烷、甲基乙烯基氯硅烷、乙基三氯硅烷、丙基三氯硅烷、乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基三氯硅烷或氟硅等。在本发明中，所述水汽阻隔层更优选为丙烯酸树脂、有机硅或含氟树脂，最优选为丙烯酸树脂或有机硅。
在本发明中，所述太阳能电池背板的总厚度优选为0.2mm～3mm，更优选为0.5mm～2.5mm；所述水汽阻隔层的厚度H优选满足以下条件：0＜H≤0.05mm，更优选满足以下条件：0.01≤H≤0.04mm。
本发明对所述太阳能电池背板的制备方法没有特殊限制，可以采用涂覆的方式将水汽阻隔层复合于所述基板表面，也可以采用干式复合的方法将水汽阻隔层复合于所述基板表面。当水汽阻隔层为丙烯酸树脂、有机硅、含氟塑料或无机物时，优选采用涂覆方式制备太阳能电池背板，可以辊涂，也可以喷涂，涂覆完毕后，采用加热或紫外光照射的方法固化，形成硬度和性能满足要求的水汽阻隔层；当水汽阻隔层为含氟塑料或其他聚合物，如聚酰胺或乙烯-乙烯醇共聚物等时，也可以采用干式复合的方法制备太阳能电池背板。
得到太阳能电池背板后，对所述太阳能电池背板进行性能测试，结果表面，其热收缩率、对EVA的剥离强度、介电击穿强度等性能与TPT背板和TPE背板相当，其耐紫外老化性能优于TPE背板，与TPT背板相当；其水汽阻隔性能均优于TPE背板和TPT背板。
本发明还提供了一种太阳能电池，包括依次相复合的前板、前封装膜、导线、硅片、后封装膜和上述技术方案所述的背板。
在所述太阳能电池中，所述前板为本领域技术人员熟知的透明前板；所述前封装膜可以采用本领域技术人员熟知的封装膜；所述导线优选为银浆导线或铝浆导线；所述硅片优选为本领域技术人员熟知的单晶硅片或多晶硅片；所述后封装膜为本领域技术人员熟知的封装膜；所述背板即为上述技术方案所述的由纤维增强热固性树脂基板和复合在所述基板上的水汽阻隔层形成的背板。
将所述各层材料通过加热层压的方式成型后，使用密封胶条和边框组装、配上接线盒后，即可得到太阳能电池。
由于所述背板具有良好的耐热性能、耐水解稳定性、耐气候老化性和水汽阻隔性，所述太阳能电池具有良好的户外使用性能和较长的户外使用寿命，在光照和温度上升的情况下，所述太阳能电池依然具有较好的户外使用性能和较长的户外使用寿命。
本发明提供的太阳能电池背板包括纤维增强的热固性树脂形成的基板和复合在所述基板上的水汽阻隔层。在本发明提供的太阳能电池背板中，所述纤维增强热固性树脂形成的基板不仅具有良好的机械强度和尺寸稳定性，而且具有良好的绝缘性能、耐热性能、耐老化性能和耐腐蚀性能；涂覆在所述基板上的水汽阻隔层具有良好的水汽阻隔性能、耐腐蚀性能和光泽度，使得得到的背板具有良好的性能，尤其具有突出的耐热性能、耐水解稳定性、耐气候老化性和水汽阻隔性，能够使太阳能电池长期在户外使用。另外，本发明以纤维增强热固性树脂为主要材料，原料便宜、来源广泛，而且易于加工成型，能够大幅降低太阳能电池背板的生产成本。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的太阳能电池背板及太阳能电池进行详细描述。
实施例1
选取无碱玻璃纤维短切毡(CSM)，克重150g/m2，厚度1.0mm，由放卷辊放卷，通过装有不饱和聚酯树脂的树脂浸渍槽浸渍，所述不饱和聚酯树脂包括：100质量份不饱和聚酯；35质量份苯乙烯；1.5质量份过氧化甲乙酮；0.5质量份质量浓度为6％的萘酸钴溶液；浸渍时，使无碱玻璃纤维短切毡与不饱和聚酯树脂的质量比为65∶35；浸渍完毕，将得到的浸渍有树脂的无碱玻璃纤维短切毡通过履带式连续压片机，加热压制成型，得到基板；将成型后的基板通过下半部分浸渍在液体丙烯酸酯单体中的辊轮，浸渍完毕，继续由辊轮传送，通过紫外光光固化室进行紫外光固化，固化完毕，经分切和收卷得到厚度为1.1mm的太阳能电池背板。
对所述太阳能电池背板进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的太阳能电池背板的性能参数。
实施例2
选取无碱玻璃连续纤维毡(Continuous Fiber Mat，CFM)，克重150g/m2，厚度2.0mm，由放卷辊放卷，通过装有不饱和聚酯树脂的树脂浸渍槽浸渍，所述不饱和聚酯树脂包括：100质量份不饱和聚酯；40质量份苯乙烯；1.5质量份过氧化甲乙酮；0.5质量份质量浓度为6％的萘酸钴溶液；浸渍时，使无碱玻璃连续纤维毡与不饱和聚酯树脂的质量比为50∶50；浸渍完毕，将得到的浸渍有树脂的无碱玻璃连续纤维毡通过履带式连续压片机，加热压制成型，得到基板；将成型后的基板通过上方放置有带液体槽的刮刀的辊轮，所述液体槽中为含有引发剂的液体甲基氯硅烷单体，使用刮刀将甲基氯硅烷单体刮涂到所述基板表面上，继续由辊轮传送，通过热风通道，采用加热的方法进行固化，固化完毕，经分切和收卷得到厚度为2.1mm的太阳能电池背板。
对所述太阳能电池背板进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的太阳能电池背板的性能参数。
实施例3
选取无碱玻璃连续纤维织造布，克重300g/m2，厚度1.0mm，由放卷辊放卷，通过装有不饱和聚酯树脂的树脂浸渍槽浸渍，所述不饱和聚酯树脂包括：100质量份不饱和聚酯；40质量份苯乙烯；1.5质量份过氧化甲乙酮；0.5质量份质量浓度为6％的萘酸钴溶液；50质量份碳酸钙；浸渍时，使无碱玻璃连续纤维织造布与不饱和聚酯树脂的质量比为35∶65；浸渍完毕，将得到的浸渍有树脂的无碱玻璃连续纤维织造布通过履带式连续压片机，加热压制成型，得到基板；将成型后的基板通过下半部分浸渍在液体丙烯酸酯单体中的辊轮，浸渍完毕，继续由辊轮传送，通过紫外光光固化室进行紫外光固化，固化完毕，经分切和收卷得到厚度为1.1mm的太阳能电池背板。
对所述太阳能电池背板进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的太阳能电池背板的性能参数。
实施例4
选取无碱玻璃纤维表面毡(Veil)，克重50g/m2，厚度0.3mm，由放卷辊放卷，通过装有不饱和聚酯树脂的树脂浸渍槽浸渍，所述不饱和聚酯树脂包括：100质量份不饱和聚酯；38质量份苯乙烯；1.5质量份过氧化甲乙酮；0.5质量份质量浓度为6％的萘酸钴溶液；50质量份碳酸钙；浸渍时，使无碱玻璃纤维表面毡与不饱和聚酯树脂的质量比为80∶20；浸渍完毕，将得到的浸渍有树脂的无碱玻璃纤维表面毡通过履带式连续压片机，加热压制成型，得到基板；将成型后的基板通过下半部分浸渍在液体丙烯酸酯单体中的辊轮，浸渍完毕，继续由辊轮传送，通过紫外光光固化室进行紫外光固化，固化完毕，经分切和收卷得到厚度为0.32mm的太阳能电池背板。
对所述太阳能电池背板进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的太阳能电池背板的性能参数。
实施例5
选取多卷无碱玻璃粗纱，单卷粗纱的捻数为2400Tex，由放卷辊放卷，通过一组张力辊把玻璃纤维粗纱张开，然后进入可加热的平板模具中固化成型，模具中装有不饱和聚酯树脂，所述不饱和聚酯树脂包括：100质量份不饱和聚酯；38质量份苯乙烯；1.5质量份过氧化甲乙酮；0.5质量份质量浓度为6％的萘酸钴溶液；固化时，使无碱玻璃粗纱与不饱和聚酯树脂的质量比为50∶50；固化成型后由前置导辊拉出成型得到基板；将成型后的基板通过下半部分浸渍在液体丙烯酸酯单体中的辊轮，浸渍完毕，继续由辊轮传送，通过紫外光光固化室进行紫外光固化，固化完毕，经分切和收卷得到厚度为0.35mm的太阳能电池背板。
对所述太阳能电池背板进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的太阳能电池背板的性能参数。
实施例6
选取无碱玻璃纤维表面毡(Veil)，克重100g/m2，厚度0.3mm，裁切成规定的尺寸，采用通用VIP工艺制备玻璃纤维增强不饱和聚酯，不饱和聚酯树脂包括：100质量份不饱和聚酯；38质量份苯乙烯；1.5质量份过氧化甲乙酮；0.5质量份质量浓度为6％的萘酸钴溶液；所述无碱玻璃纤维表面毡与不饱和聚酯树脂的质量比为80∶20；经完全固化后，得到基板，将得到的薄膜垂直浸渍于含有引发剂的丙烯酸单体中，随即取出，置于热风烘箱中，丙烯酸单体固化完全后得到厚度为0.32mm的太阳能电池。
对所述太阳能电池背板进行性能测试，结果参见表1，表1为本发明实施例及比较例提供的太阳能电池背板的性能参数。
表1本发明实施例及比较例提供的太阳能电池背板的性能参数
表1中，TPE背板和TPT背板均购自杜邦公司。
由表1可知，本发明提供的太阳能电池背板的热收缩率、对EVA的剥离强度、介电击穿强度等性能与TPT背板和TPE背板相当，其耐紫外老化性能优于TPE背板，与TPT背板相当；其水汽阻隔性能均优于TPE背板和TPT背板。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种太阳能电池背板，包括：
基板，所述基板由纤维增强热固性树脂形成；
复合在所述基板上的水汽阻隔层；
所述热固性树脂为不饱和聚酯、乙烯基树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚氨酯树脂、三聚氰胺树脂、氨基树脂和双马来酰亚胺树脂中的一种或多种；
所述水汽阻隔层为丙烯酸树脂、有机硅或无机物；
所述水汽阻隔层采用涂覆的方式复合于所述基板表面。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述纤维增强热固性树脂中，以纤维为增强材料，所述纤维为玻璃纤维、聚合物纤维、碳纤维、麻纤维和竹纤维中的一种或多种。
3.根据权利要求1～2任意一项所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述纤维增强热固性树脂由纤维、热固性树脂和添加剂固化形成，所述添加剂包括稀释剂、固化剂、增韧剂、矿物添加剂和防紫外线老化剂中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述增韧剂为丙烯酸酯弹性体、液体丁腈橡胶、聚氨酯和环氧改性液体丁腈橡胶中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述热固性树脂占所述纤维增强热固性树脂的质量百分比为20％～80％。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述背板的厚度为0.2mm～3mm。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述水汽阻隔层的厚度H满足以下条件：0＜H≤0.05mm。
8.一种太阳能电池，包括依次相复合的前板、前封装膜、导线、硅片、后封装膜和权利要求1～7任意一项所述的背板。
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