CN102376805B - 一种太阳能电池背板及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能电池背板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池背板及其制备方法,所述背板由一玻璃纤维布基体层,四氟树脂薄膜层、两PET薄膜层和两胶黏层构成,且依次排列为:氟树脂薄膜、PET薄膜、胶黏层、氟树脂薄膜、玻璃纤维布、氟树脂薄膜、胶黏层、PET薄膜、氟树脂薄膜。本发明由于采用多层氟树脂薄膜,大大提高了背板的耐候性;基材采用玻璃纤维布,赋予背板具有高耐压、高强度、高模量与极高的阻燃性能;采用双层PET结构,保证了该背板极高的水汽阻隔性能。

Description

一种太阳能电池背板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池背板。
技术背景
煤炭、石油等传统能源仍然是当今社会的主要能源。然而,随着常规能源一天天的消耗以及由此带来的全球污染与气候问题,人们将目光都投向了可再生能源,并希望可再生能源能够改变人类目前的能源结构,以维持人类的可持续发展。在这之中,太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。目前人类利用太阳能的方式主要有:光转热、光转热再转电、光直接转电(即光伏发电)。其中光伏发电以其清洁性、安全性的特点备受青睐,近年来得到了长足的发展。各国政府都高度重视这一技术的发展,并纷纷启用补贴政策来支持太阳能光伏产业的研究、使用与推广。最近几年全球太阳能光伏装机量与产量都以40%左右的速度增长。在该领域内,我国后来居上,2009年已经成为全球最大的太阳能电池组件的生产国,并在长三角、环渤海、珠三角、中西部等地区形成了各具特色的太阳能产业集群。
在目前的各种太阳能电池中,晶体硅太阳能电池的技术最为成熟,因而应用最为广泛。晶体硅太阳能电池组件是一个多层结构,是由透光层、胶层、电池片、胶层、背板依次层压封装而成。其中,透光层一般采用玻璃,胶层通常采用EVA胶膜。背板通常是一种多层复合材料,以最常用的TPT背板为例,它是由聚氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氟乙烯三层独立的薄膜通过胶水的粘结热压成型的。太阳能电池背板的主要作用是用来提高太阳能电池板的整体机械强度,保护晶体硅片,防止水汽渗透到密封层中影响电池片的使用寿命。由于太阳能电池要达到二十五年的使用寿命,因此,背板必须在这么长的时间内要具备抵抗阳光、雨水、风吹、击打以及温湿度变化等任何外界因素带来的破坏作用,并保护好电池中的硅片。具体对于性能来讲,背板必须具有极高的绝缘、耐老化、抗紫外、水汽阻隔等性能以及较好的尺寸稳定性能、足够的机械强度等等。作为一个关系到太阳能电池组件安全的部件,背板在光伏产业中扮演着越来越重要的角色。
以目前市场上常用的TPT(Tedlar/PET/Tedlar)背板为例,该背板最外层采用Tedlar膜(PVF,聚氟乙稀),保证了背板具有良好的耐老化、抗紫外性能,中间采用PET(聚对苯甲酸乙二醇)薄膜,保证了背板具有良好的绝缘及水汽阻隔性能。公开号为CN201841726U的发明便是这样的结构,各层分别为:聚氟乙烯薄膜、胶层、聚对苯二甲酸乙二醇薄膜、胶层、聚氟乙烯薄膜。此外,可以用其他含氟薄膜代替Tedlar薄膜与PET薄膜复合,压合成背板。例如公开号为CN201387885的发明公开的一种五层结构:上下表面为PVDF材料层,中间层为PET薄膜层,以上三层之间用胶水层粘结。由于PVF及其它含氟薄膜的价格昂贵且产量有限,目前一些太阳能组件开始采用涂料性背板,即采用氟树脂涂覆在PET薄膜上,形成含氟涂层,以此取代含氟薄膜,从而大大降低了成本。如国内公开号为CN201199525的专利公开了一种七层结构:包括依次复合在一起的氟硅氧烷化成膜层、氟基膜层、氟硅氧烷化成膜层、基层、氟硅氧烷化成膜层、氟基膜层和氟硅氧烷化成膜层。公开号为CN201199524的专利公开了一种五层结构:依次为氟硅氧烷化成膜层、基层、氟硅氧烷化成膜层、氟基膜层和氟硅氧烷化成膜层。其中基层为PET或PE。公开号为CN201527978U的专利公开了一种三层结构:氟树脂薄膜层、PET聚酯膜层、氟树脂薄膜层。这种背板大大降低了成本。
由于目前PVF、PVDF等含氟薄膜的产品都被国外企业垄断,并且价格较高,因此开发氟树脂薄膜类型的背板对我国太阳能产业的发展具有重要的意义。由于氟树脂薄膜能够大大降低成本,并且可以做得很薄,研究发现,当采用多层氟树脂薄膜做成背板时,能够在保障低成本的同时,大大提高背板的水汽阻隔性与耐候性。
另一方面,无论是目前TPT类型的背板还是氟树脂薄膜类型的背板,其基层大多采用PET薄膜。由于PET刚性较低、弹性模量一般在2-2.5GPa,而晶体硅电池片的模量一般在100GPa左右,二者相差巨大、匹配性较差,因而在组件层压的过程中容易产生气泡等缺陷,进而影响到太阳能电池组件封装工艺的良率、影响了生产成本。如果能够采用一种弹性模量与硅更接近的材料作为背板的基材,则能够减少层压过程的缺陷、提高良率、降低成本。
公开号为CN201289852的专利公开了一种有四层薄膜复合而成的背板:第一层为0.05-0.40mm厚的乙烯醋酸乙烯共聚物EVA膜层,第二层为0.05-0.20mm厚的聚四氟乙烯PTFE膜层,第三层为0.05-0.30mm厚的高性能纤维HPF基布层,第四层为0.05-0.20mm厚的聚四氟乙烯PTFE膜层。该背板采用了HPF基布层与PTFE薄膜,相对于PET与PVF薄膜而言,提高了背板的刚性;然而,该背板采用了两层造价昂贵的PTFE薄膜,导致其成本上没有优势,另外,该背板缺乏水汽隔绝性能优良的薄膜,不能保证整个背板具有较高的水汽阻隔性能。
综上所述,目前尚缺乏一种高模量、综合性能优良的太阳能电池背板。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中所存在的问题,提供一种高模量的综合性能优良的太阳能电池背板。
为了达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
一种太阳能电池背板,由一玻璃纤维布基体层,四氟树脂薄膜层、两PET薄膜层和两胶黏层构成,且依次排列为:氟树脂薄膜、PET薄膜、胶黏层、氟树脂薄膜、玻璃纤维布、氟树脂薄膜、胶黏层、PET薄膜、氟树脂薄膜。
所述的玻璃纤维布的厚度为0.1-0.3mm。
所述氟树脂薄膜由四氟乙烯树脂或三氟氯乙烯树脂固化而成;厚度为0.01-0.025mm。
所述的PET薄膜的厚度为0.025-0.050mm。
所述的胶黏层为聚氨酯或丙烯酸胶;厚度为0.01-0.025mm。
为了达到上述目的,本发明所采用的另一个技术方案是:
一种太阳能电池背板的制备方法,包括如下步骤:
(1)将PET薄膜、玻璃纤维布进行表面清洁与表面化学处理,保证表面能大于45达因。
(2)在PET薄膜的外表面与玻璃纤维布的两个表面涂覆氟树脂,然后在90-280℃的温度范围内干燥,干燥时间控制在1分钟以内,分别得到氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜和氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜。
(3)在步骤(2)制得的氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜的两个表面涂覆胶黏层,接着在50-120℃干燥,干燥时间控制在30秒钟以内,然后将它与步骤(2)制得的氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜在温度范围为80-100℃,压力为15-25Kg/cm2进行压合,获得九层复合薄膜。
(4)将步骤(3)制得的九层复合薄膜在温度为50-60℃范围进行固化1248小时。
其中,步骤1所述的表面化学处理为表面等离子处理或表面电晕处理。
步骤2所述的涂覆的方式可以是刮涂、逆转辊涂布、喷涂、挤压式涂布、凹版印刷中的任一种。
本发明与现有技术相比,具有以下优点和有益效果:
一是在本发明中,采用氟树脂薄膜,而不采用进口的含氟薄膜,大大降低了成本;采用多层氟树脂薄膜,在降低成本的同时,保证了背板具有极高的耐候性能;同时采用两层较薄的PET薄膜,在减少PET用量的同时,提高了背板的水汽阻隔性能。
二是在本发明中,采用玻璃纤维布作为基层,而不采用PET薄膜。因为玻璃纤维布是一种常用的绝缘、耐压、阻燃材料,已经广泛被用来制作电器绝缘制品、印刷电路板、防火板、绝缘板,并成功应用于航空、军工等要求严苛的领域,是制作背板基层的理想材料。玻璃纤维布的弹性模量一般在70GPa以上,与硅片较为接近。本发明由于采用了玻璃纤维布,提高了背板的耐压、阻燃性能,提高了背板弹性模量,大大降低了太阳能电池组件层压过程中出现的凹坑等缺陷、提高了层压工艺的良率,有利于降低成本。
附图说明:
图1为本发明的结构示意图。
图中:1.为氟树脂薄膜、2.为PET薄膜、3.为胶层、4.为玻璃纤维布。
具体实施方式:
下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1:
1.材料的准备:
准备三氟氯乙烯树脂涂料、厚度为25微米PET薄膜、聚氨酯胶水、厚度为200微米的玻璃纤维布。
2.背板的制备:
(1)将PET薄膜、玻璃纤维布进行表面清洁与等离子处理。处理后测量PET薄膜表面能为48达因。
(2)在PET薄膜的外表面与玻璃纤维布的两个表面涂覆氟树脂,涂覆厚度为50微米,然后在90℃、120℃、180℃、200℃、220℃、100℃的温度分别干燥5秒钟,分别得到氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜和氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜。通过测量,氟树脂薄膜的厚度为25微米。
(3)在步骤(2)制得的氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜的两面涂覆胶水,涂覆厚度为60微米,然后在60℃、80℃、100℃、80℃、60℃的温度分别干燥2秒钟,再将它的两面与步骤(2)制得的氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜在温度为80℃、压力为25Kg/cm2的条件下进行压合,最终形成九层的复合薄膜。
(4)将步骤(3)制得的复合薄膜在60℃进行后固化,固化时间为24小时。
3、性能检测
采用千分尺测量得到背板的厚度为408微米,采用ASTMF-1249标准测量水汽隔绝能力,测量结果为1.3g/m2.24H;采用ASTM D-149标准测量耐电压能力,测量结果为23KV;采用IEC60664-1标准测量局部放电能力测试,测试结果为1200V;采用双85实验(在温度85℃、湿度85%RH的条件下,连续紫外照射3000h)测试耐候性,结果表明:样品无鼓包、无脱层、黄变指数△b为1.5。
实施例2:
1.材料的准备:
准备三氟氯乙烯树脂涂料、厚度为50微米PET薄膜、丙烯酸胶水、厚度为300微米的玻璃纤维布。
2.背板的制备:
(1)将PET薄膜、玻璃纤维布进行预处理;预处理工艺包括表面清洁与表面电晕处理。测量PET薄膜表面能为49达因。
(2)在PET薄膜的外表面与玻璃纤维布的两个表面涂覆氟树脂,涂覆厚度为20微米,然后在120℃、180℃、260℃、220℃、100℃的温度分别干燥5秒钟,分别得到氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜和氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜。通过测量,氟树脂薄膜的厚度为10微米。
(3)在步骤(2)制得的氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜的两面涂覆胶水,涂覆厚度为40微米,然后在50℃、80℃、120℃、80℃、60℃的温度分别干燥1秒钟,再将它的两面与步骤(2)制得的氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜在温度为90℃、压力15Kg/cm2的条件下进行压合,最终形成九层的复合薄膜。
(4)将步骤(3)制得的复合薄膜在50℃的温度下进行固化,固化时间为48小时。
3.性能检测
采用千分尺测量得到背板的厚度为515微米,采用ASTM F-1249标准测量水汽隔绝能力,测量结果为1.1g/m2.24H;采用ASTM D-149标准测量耐电压能力,测量结果为25KV;采用IEC60664-1标准测量局部放电能力测试,测试结果为1200V;采用双85实验(在温度85℃、湿度85%RH的条件下,连续紫外照射3000h)测试耐候性,结果表明:样品无鼓包、无脱层、黄变指数△b为1.3。
实施例3:
1.材料的准备:
准备四氟乙烯树脂涂料、厚度为30微米PET薄膜、丙烯酸胶水、厚度为100微米的玻璃纤维布。
2.背板的制备:
(1)将PET薄膜、玻璃纤维布进行预处理;预处理工艺包括表面清洁与表面电晕处理。测量PET薄膜表面能为49达因。
(2)在PET薄膜的外表面与玻璃纤维布的两个表面涂覆氟树脂,涂覆厚度为20微米,然后在90℃、120℃、180℃、280℃、220℃、100℃的温度分别干燥5秒钟,分别得到氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜和氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜。通过测量,氟树脂薄膜的厚度为11微米。
(3)在步骤(2)制得的氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜的两面涂覆胶水,涂覆厚度为20微米,然后在50℃、80℃、100℃、80℃、60℃的温度分别干燥1秒钟,再将它的两面与步骤(2)制得的氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜在温度为100℃、压力20Kg/cm2的条件下进行压合,最终形成九层的复合薄膜。
(4)将步骤(3)制得的复合薄膜在60℃的温度下进行固化,固化时间为12小时。
3.性能检测
采用千分尺测量得到背板的厚度为255微米,采用ASTM F-1249标准测量水汽隔绝能力,测量结果为1.6g/m2.24H;采用ASTM D-149标准测量耐电压能力,测量结果为21KV;采用IEC60664-1标准测量局部放电能力测试,测试结果为1300V;采用双85实验(在温度85℃、湿度85%RH的条件下,连续紫外照射3000h)测试耐候性,结果表明:样品无鼓包、无脱层、黄变指数△b为1.4。

Claims (3)

1.一种太阳能电池背板的制备方法,所述的制备方法基于的背板由一玻璃纤维布基体层,四氟树脂薄膜层、两PET薄膜层和两胶黏层构成,且依次排列为:氟树脂薄膜、PET薄膜、胶黏层、氟树脂薄膜、玻璃纤维布、氟树脂薄膜、胶黏层、PET薄膜、氟树脂薄膜,其中所述的玻璃纤维布的厚度为0.1-0.3mm;所述的氟树脂薄膜由四氟乙烯树脂或三氟氯乙烯树脂固化而成,厚度为0.01-0.025mm;所述的PET薄膜的厚度为0.025-0.050mm;所述的胶黏层为聚氨酯或丙烯酸胶,厚度为0.01-0.025mm;其特征在于:制备方法包括如下步骤:
(1)将PET薄膜、玻璃纤维布进行表面清洁与表面化学处理,保证表面能大于45达因;
(2)在PET薄膜的外表面与玻璃纤维布的两个表面涂覆氟树脂,然后在90-280℃的温度范围内干燥,干燥时间控制在1分钟以内,分别得到氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜和氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜;
(3)在步骤(2)制得的氟树脂薄膜/玻璃纤维布/氟树脂薄膜三层复合膜的两个表面涂覆胶黏层,接着在50-120℃干燥,干燥时间控制在30秒钟以内,然后将它与步骤(2)制得的氟树脂薄膜/PET膜二层复合薄膜在温度范围为80-100℃,压力为15-25Kg/cm2进行压合,获得九层复合薄膜;
(4)将步骤(3)制得的九层复合薄膜在温度为50-60℃范围进行固化12-48小时。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板的制备方法,其特征在于:步骤(1)所述的表面化学处理为表面等离子处理或表面电晕处理。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板的制备方法,其特征在于:步骤(2)所述的涂覆的方式可以是刮涂、逆转辊涂布、喷涂、挤压式涂布、凹版印刷中的任一种。
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