CN102456758A - 光伏模块背板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏模块的背板及其制备方法，所述光伏模块的背板包含有介电层、黏着层、阻障层以及耐候层。其中，黏着层配置于介电层之上，阻障层通过黏着层与介电层黏合且配置于黏着层之上，耐候层是通过粉末喷涂方式直接配置且黏合于介电层之上。
Description
技术领域
本发明涉及一种光伏模块(Photovoltaic Module)背板及其制备方法。
背景技术
光伏模块是一种能够将光能转换成电能的组件。光伏模块通常利用层压方式来制备，其主要结构包括至少一个太阳能电池串和一个密封系统。太阳能电池串是由多个太阳能电池所组成，其中太阳能电池密封于透明前板和后保护板(又称背板)之中，利用聚合物材料黏合透明前板与背板。密封系统主要为了保护光伏模块，使之使用寿命延长。而为了降低光伏模块的成本，背板的研究也是业界最感兴趣的部分。其中，背板的最主要功能包含阻隔水气/湿气、抗UV、电绝缘、支撑、保护以及耐候。
已知的背板为多层层压板。已知的背板从上至下可包括介电层、第一黏着层、阻障层、第二黏着层和耐候层。其中，耐候层可保护光伏模块以不致因为UV曝晒、湿气凝结和空气/氧气的渗入而产生风化的现象。通常来说，将含氟聚合物广泛地使用于室外光伏模块的耐候层，因为含氟聚合物具有高抗UV辐射的性质。
然而，在制作背板的层压过程中，因为多个层压步骤而导致制备过程耗费时间长，产率下降。有鉴于此，相关领域必需提出具高经济效应的光伏模块背板的制备方法。
发明内容
发明内容旨在提供本公开内容的简化概要，以使阅读者对本公开内容具备基本的理解。此发明内容并非本公开内容的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键组件或界定本发明的范围。
本发明涉及一种光伏模块背板。不同于现有的背板层压制造过程，本发明的背板的耐候层是以粉末喷涂方式所制备而成。本发明实施方式中的耐候层不需使用多余的黏着剂，减少背板制备的时间且降低制作成本。
一种光伏模块背板，包含介电层、黏着层、阻障层以及耐候层。其中，黏着层配置于介电层之上。阻障层通过黏着层与介电层黏合且配置于黏着层之上，耐候层是通过粉末喷涂方式直接配置且黏合于介电层之上。
依据本发明的另一实施方式，涉及背板的制备方法。背板的耐候层是由粉末喷涂方式所制备而成，而不是使用已知的层压过程。
依据本发明的一个实施方式，其制备的方法与步骤将在下列详细说明。制备的方法包含如下：提供包含至少一个太阳能电池的光电转换层叠薄膜。层压密封剂在光电转换层叠薄膜的背面(背向阳光)。背板的半成品，依顺序包含有介电层、黏着层和阻障层层叠在密封剂之下。通过粉末喷涂方式涂布耐候性涂料在阻障层之上。执行固化过程以固化耐候性涂料，以得具有粉末喷涂的耐候层的光伏模块。
在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域的技术人员可轻易了解本发明的基本精神及其它发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方式。
附图简要说明
为了使本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，提供附图如下：
图1绘示依照本发明一实施方式的背板示意图；
图2A绘示依照本发明一实施方式的光伏模块示意图；
图2B绘示依照本发明另一实施方式的光伏模块示意图；
图3绘示依照本发明一实施方式的背板制备方法流程图；以及
图4绘示依照本发明另一实施方式的背板制备方法流程图。
在上述附图中，以相似的数字代表相似的组件。
具体实施方式
下面将更详细地讨论本发明的实施方式。然而，此实施方式可为各种发明概念的应用，可被具体实行在各种不同特定的范围内。特定的实施方式仅以说明为目的，且不受限于公开的范围。
除非在内容中有特别提及，参考单数可能包含复数个(如“一”可能意谓一个、至少一个或多个)。本文中所使用的“约”用以修饰任何可些微变化的数量，但这种些微变化并不会改变其本质。文中若无特别说明解释，则代表以“约”所修饰的数值的误差范围一般是容许在近似于本实施方式中界定的上下限范围之内。
根据本发明的一个实施方式，参考图1，背板100包含：介电层105、黏着层110、阻障层115和耐候层120。黏着层110配置于介电层105与阻障层115之间。耐候层120是以粉末喷涂方式直接地配置且黏合于阻障层115之上(在介电层105的相对面上)。
根据本发明的一个实施方式，介电层105可由电绝缘体的材料所组成，且优选为聚合物介电层。依据一实施例，聚合物介电层是聚酯树脂。聚酯树脂包含，但不限制于：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和苯乙烯聚酯共聚物。另一方面来说，聚酯树脂介电层可为定向聚酯树脂薄膜，如双向拉伸聚酯树脂薄膜。另可为聚合物介电层的组合物，包含聚碳酸酯、聚酰胺、聚氨酯、丙烯酸、聚丙烯酸酯、茂金属催化物(metallocene-catalyzed)等。
依据本发明一实施例，黏着层110包含任何可黏合阻障层115与介电层105的材料。其材料可包含，但不限制于胺基硅烷、缩水甘油醚硅烷(glycidoxy-functional silanes)、聚丙烯胺和聚乙烯胺。
阻障层115在本实施方式中可用来隔离湿气/氧气，其主要用来阻挡湿气/水汽的渗入。举例来说，阻障层可为金属箔。金属箔例如可由铁箔、铜箔、铝箔或合金箔所组成。阻障层115可为金属氧化物，金属氧化物可为，但不限制于氧化铝和氧化硅。除此之外，阻障层可为聚合物层，其聚合物层可为，但不限制于聚对二甲苯基、聚酰亚胺、聚丙酰胺、环氧树脂、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯亚乙烯、聚氯乙烯聚偏二氟乙烯和丙烯腈。
阻障层115可先进行前处理以去除脏污，如油或脏污等，同时也可增进阻障层115与黏着剂的黏着效果。举例来说，阻障层115的表面前处理法可为镀锌(Galvanization)，该处理可提供阻障层115有更好的防腐特性。另一方面来说，阻障层115可经过铬酸盐或磷酸的表面处理以达到防腐和增加黏着性。在另一可选择的实施方式中，在阻障层115表面上处理一层聚合物材料，如乙烯丙烯酸共聚物或乙烯马来酸酐共聚物(ethylene maleic anhydride copolymers)，以用来增加与其它聚合物材料的黏着性。
本发明的实施方式，其特征在于背板100是通过粉末喷涂方式所得的耐候层120。通常适合用来形成耐候层120的涂料组合物可能包含热固性聚酯粉末和交联粉末。举例来说，热固性聚酯粉末包含，但不限制于聚氨酯基树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯树脂、环氧树脂和聚酯树脂-环氧树脂混合。也可使用其它热固性具有抗紫外线、耐化学性且/或耐候性的树脂。其中，热固性聚酯粉末比交联粉末的重量比例约为90∶10至98∶2。
本发明的一个实施例中，热固性聚酯粉末是羧基聚酯树脂，如市售可得的聚酯树脂包含，但不限于：
2682-1、
4488-0、4430-0、
4659-0和
4540(Cytec Industries Inc.，New Jersey，US)和
P880、
P883和
P3220(Powder Coating Resins，AP Zwolle，Netherlands)。
可使用的交联粉末包含，但不限于XL-552(Rohm and Haas AustraliaPty Ltd)、triglycidyl isocyanurate(TGIC)和
PT 910(HuntsmanInternational LLC)。
表1为根据本发明实施方式的热固性聚酯粉末、交联粉末和其它组合的固化温度和固化时间。
表1
除此之外，耐候层120的涂料组合物可选择性的还包含添加物，所述添加物可与热固性聚酯粉末均匀的搅拌。举例来说，添加剂可包含，但不限于：颜料、光稳定剂、助流剂、填充材料(如硫酸钡)、抗黄剂(如安息香)、反光材料或增硬剂。
添加颜料可使得耐候层120达到理想的颜色，所述颜料可包括，但不限于：二氧化钛(白色)、碳黑(黑色)、氧化铁(如
303T黑色颜料和645T咖啡颜料)。当使用颜料时，颜料至少占总涂料组合物重量百分比约0.05至10。
若要防止耐候层120因UV照射而衰退，可加入吸收紫外光的光稳定剂(如
326、
327和
328，Ciba-Geigy Corp.)；或为了要防止因光照而产生的自由基导致耐候层120开裂或粉化，可加入位阻胺光稳定剂(如
292、
622和
770，Ciba-Geigy Corp.)。若加入光稳定剂，光稳定剂至少占总涂料组合物重量百分比约0.05至10。
通过添加助流剂可增加耐候层120的流动性、均匀和分散性质。其可选择的助流剂可包含但不限于DY-88和TP503。若加入助流剂时，助流剂至少占总涂料组合物重量百分比约约0.05至10。
通过添加反光材料可使耐候层120具有反光特性。此外，通过添加硬化剂，可使得耐候层120具有更好的机械性质和耐磨性质。
基本上，涂料组合物可包含热固性聚酯粉末和交联粉末，其通常至少占总涂料组合物重量百分比约50至100。更精确地，热固性聚酯粉末和交联粉末的重量百分比可约为50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100。
除此之外，添加剂占总涂料组合物重量百分比最多约50。更精确地，添加剂的重量百分比约为0、5、10、15、20、25、30、35、40、45或50。
表2为根据本发明的实施方式的涂料组合物包含不同的添加剂和重量比例。
表2
在表2中所举出的例子，例1和例2涂料组合物的外观为白色，而例3和例4涂料组合物的外观为黑色。
根本发明的实施方式，耐候层120的厚度至少为10-1000μm。举例来说，耐候层120的厚度可能约10-500μm，优选为40-200μm，更优选60-120μm。更精确地，耐候层120的厚度可约为10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、150、200、250、300、350、400、450、500、550、600、650、700、750、800、850、900、950或1000μm。
粉末喷涂通常是以干粉末直接涂布。举例来说，涂料组合物由干粉末所组成，可直接地被喷涂至需被涂布的表面上。经常使用的粉末喷涂法包含静电充电喷涂法或摩擦充电喷涂法。关于粉末喷涂方式形成的细节将在下面讨论。
根据上述实施方式，本发明也涉及光伏模块背板。举例来说，背板100可为图1的背板组件。
在本发明的实施范围中，太阳能电池可包含任何可将光转换成电能的物品。通常，太阳能电池分为为晶体太阳能电池和薄膜太阳能电池。然而，本发明不限于上述描述范围内。使用在晶体太阳能电池的太阳能材料可为单晶硅、聚多晶硅或微晶硅。
根据本发明的实施方式，图2A和图2B是分别绘示薄膜光伏模块200和晶体光伏模块250的示意图。
参考图2A，光伏模块200可包含：前基板210、光电转换层叠薄膜220、背板230和密封层240。如上所述，光电转换层叠薄膜220包含至少一个以上的薄膜太阳能电池，且太阳能电池是直接地配置在前基板210之上。密封层240可使背板230黏合于光电转换层叠薄膜220，其中背板230的介电层105直接地与密封层240接触。
图2B中，光伏模块250可包含：前基板260、光电转换层叠薄膜270、背板280和两个密封层290。同上所述，光电转换层叠薄膜270包含至少一个以上的晶体太阳能电池。因此，黏着层可使光电转换层叠薄膜270黏合于前基板260。综合上面所述，就本实施方式而言，密封层240是主要用来分别黏合前基板260、背板280与光电转换层叠薄膜270。
前基板210或260为一种透光性材料，其材料包含但不限于玻璃板和聚合物薄膜。光电转换层叠薄膜220可包含一个或多个电力并联或/且串联的薄膜太阳能电池。薄膜太阳能电池是通过层积一或多个太阳能材料薄膜在基板上。薄膜太阳能电池通常依照太阳能材料的使用而分类：半结晶硅(a-Si)和其它薄膜硅、硒化铜铟(CIS)、碲化镉(CdTe)和干敏化过的太阳能电池(dye sensitized solar cells；DSC)和其它有机太阳能电池。光电转换层叠薄膜270可能包含一或多个电力并联或/且串连连结的晶体太阳能电池。在本发明的实施方式中，背板230或280可为上述背板100，因此，在此省略背板的详细说明。
密封层240或290可为至少一种以上的聚合物材料所组成，如酸性共聚物、乙烯(甲基)丙烯酸酯共聚物、离子聚合物、乙酸乙烯酯、聚乙烯醇缩醛、聚乙烯丁醛、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚氯乙烯(PVC)、茂金属催化线性低密度聚乙烯、聚烯烃弹性嵌段(block)弹性体、乙烯共聚丙烯酸酯物(如乙烯甲基共聚丙烯酸酯和乙烯丁基共聚丙烯酸酯)、硅氧弹性体、环氧树脂树脂及其上述所组成的混合物。本发明的实施例中，黏着剂层240或290可包含乙酸乙烯酯(EVA)。除此之外，光伏模块200或250可包含添加组件，如太阳能电极膜(photovoltaic metallization sheet)、接线盒和其它结构体等。为了文字简洁清楚起见，在此省略背板结构的详细说明。
光伏模块和背板结构已在上列讨论过，光伏模块的背板制备过程将参考图3讨论，图3为流程图，绘示根据本发明的一个实施方式的制备过程300。制备过程公开了包含一或多个以上的步骤以达到上述过程。步骤和/或行为可互相交换而不偏离此项的范围。
在步骤305中提供一介电层。在步骤310中，黏着层涂布在介电层的其中一面。在步骤315中，阻障层层压于黏着层上，据此阻障层通过黏着层与介电层黏合。
除此之外，前处理步骤可选在步骤315之前或后执行。需要被涂布的底层(在本实施例中为阻障层)，可先进行前处理以去除污染物，如除油和脏污等，同时也可增进其黏着和涂布性质。依据材料需要被涂布的大小、要除去的脏污类型和成品所要表现的特性，前处理可以选择化学或机械方式处理。
在步骤320中，利用粉末喷涂方式涂布耐候性涂料组合物于介电层对面的阻障层的表面上。耐候性涂料组合物可包含上述热固性聚酯粉末和交联粉末，因此省略背板的详细说明以精简篇幅。通常来说，带有电荷的粉末可直接地喷涂在阻障层的表面上，其中阻障层优选为经过表面处理。目前，粉末喷涂法涂布耐候性涂料组合物最常用的方式是电子枪或电晕枪(Corona gun)。电晕枪可让粉末带有正电荷，然后通过机械或压缩空气将粉末喷撒在其下的结构上，并可通过静电来加速它。另一种为摩擦枪(Tribo gun)，此方法可让粉末通过摩擦(triboelectric friction)的方式而带电。通常在枪管中，粉末通过与带电模块产生摩擦而带电。带电模块的材料可依照耐候性涂料组合物的不同来选择不同的材料。耐候性涂料组合物的粉末微粒大小和粉末表面的平滑度皆会影响粉末带电程度和均匀性。根据本发明的实施方式，耐候性涂料组合物的微粒可具有直径约10-200μm。
在执行粉末喷涂步骤时，可选择性地提供屏蔽，以防止粉末黏着介电层的背面及光电转换层叠薄膜的侧面。其中，屏蔽的材料可为聚合物材料。
图3中，制备过程300的步骤325，固化喷洒至阻障层上的耐候性涂料组合物，以形成耐候层。当完成步骤325后，可得光伏模块背板(如背板100)。
在固化过程中，当温度到达聚酯粉末的玻璃转移温度(Tg)时，热固性的聚酯粉末会融化，交联粉末可与热固性聚酯粉进行化学作用，而产生具有交联结构的较大分子量的聚酯。此外，固化步骤可促使耐候层黏着于阻障层上。固化步骤可在烤箱中加温至特定的固化温度和足够的时间。固化步骤所用的烤箱可为现有的烤箱或红外线烤箱。固化温度和固化时间则依耐候性涂料组合物的不同而需要调整。
根据本发明的精神，固化温度可约为140-200℃，优选为160-180℃。其中，固化温度可约为140、145、150、155、160、165、170、175、180、185、190、195或200℃。此外，固化时间可约为20-60分钟，也就是固化时间可为20、25、30、35、40、45、50、55或60分钟。
依据本发明的选择实施方式，耐候性涂料组合物可选择地调配至与光伏模块具有相配的固化特性。因此，耐候性涂料组合物和密封剂可有相同固化时间以及相同的固化温度。
在图3中，制备过程300包含步骤330，以提供一光电转换层叠薄膜。光电转换层叠薄膜(如同上述光电转换层叠薄膜220)，具有一或多个电性连结的太阳能电池。在光电转换层叠薄膜的制备步骤330中，可能包含下列所述步骤。起先，提供有透明导电氧化层的前基板，再利用沉积法在透明导电氧化层上形成半导体薄膜层。接下来，在薄膜半导体层上形成导电电极，就可完成光电转换层叠薄膜的制备。其中，光电转换层叠薄膜220和图2A的前基板210皆可利用上述制备过程。
在步骤335中，涂布密封剂在光电转换层叠薄膜的背面。上述所提及的密封剂240也可运用在此。之后，在步骤340中，使光电转换层叠薄膜层压在背板介电层的正面。在步骤345中，通过固化密封剂可让光电转换层叠薄膜黏合于介电层之上，完成光伏模块(如光伏模块200)的制备。
图4绘示根据本发明另一实施方式的制备过程400的流程图。在此实施方式中，耐候性涂料组合物和密封剂是同时固化。步骤405、410和415分别与305、310和315是相同的步骤，因此省略详细叙述以精简文字。步骤430和435分别与步骤330和335相同，因此省略详细叙述以精简文字。
步骤440与步骤340相似，除了光电转换层叠薄膜是层压在半成品的背板介电层上。在步骤450中，耐候性涂料组合物通过粉末喷涂方式涂布在位于介电层对面的阻障层的表面上。因此，在步骤460中，可以同时固化耐候性涂料组合物和密封剂。
由此可知，因需同时进行固化耐候性涂料组合物和密封剂，所以可调配耐候性涂料组合物与密封剂有相配的固化特性。
虽然本发明已以实施方式公开如上，并非用以限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种修改与改变，因此本发明的保护范围视权利要求书所界定的范围为准。以上所陈述的说明、实施例和数据和本发明所举的实施例，提供一完整的发明说明。鉴于依附项所定义，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，各种的改变、取代或交替方式，皆不偏离本实施方式的精神与范围。
Claims (10)
1.一种光伏模块背板，包括：
一介电层；
一黏着层，配置于该介电层之上；
一阻障层，配置于该黏着层之上，且通过该黏着层与该介电层黏合；以及
一耐候层，通过粉末喷涂方式直接配置且黏合于该介电层之上。
2.根据权利要求1所述的光伏模块背板，其中该介电层为一聚酯树脂介电层，该聚酯树脂介电层选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和苯乙烯聚酯共聚物所组成的族群。
3.根据权利要求1所述的光伏模块背板，其中该阻障层为一金属箔、金属氧化物或聚合物层，该金属箔的材料选自由铁、铜、铝和合金所组成的族群。
4.根据权利要求1所述的光伏模块背板，其中该耐候层的涂料组合物包含一热固性聚酯粉末和一交联粉末，该热固性聚酯粉末选自由聚氨酯基树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯基树脂、环氧树脂和聚酯环氧混合所组成的族群。
5.根据权利要求4所述的光伏模块背板，其中该涂料组合物还包含添加剂。
6.根据权利要求1所述的光伏模块背板，其中该耐候层的厚度约为1-1000μm。
7.根据权利要求1所述的光伏模块背板，其中该粉末喷涂方法为一静电充电喷涂法或一摩擦充电喷涂法。
8.一种光伏模块背板的制备方法，包括：
提供一介电层，其中该介电层有第一面和第二面；
于该介电层的该第一面之上涂布一黏着层；
于该黏着层之上层压一阻障层，且将该阻障层与该介电层黏合；
通过粉末喷涂方式于该阻障层之上涂布一耐候性涂料；
于该介电层的该第二面上提供一光电转换层叠薄膜，其中该光电转换层叠薄膜包含一太阳能电池和一密封剂；以及
执行至少一固化过程以形成一耐候层，且通过该密封剂黏合光电转换层叠薄膜与该介电层。
9.根据权利要求8所述的光伏模块背板的制备方法，其中执行该至少一固化过程包含同时固化该耐候性涂料和该密封剂。
10.根据权利要求8所述的光伏模块背板的制备方法，其中该耐候性涂料包含具有多个直径为10-200微米的微粒。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120516 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |