CN102476492B - 一种太阳能电池背板及其制备方法以及一种太阳能电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池背板及其制备方法，所述太阳能电池背板包括：基片、耐候层，所述基片为聚酯片，所述耐候层为含固化性基团的含氟聚合物涂料的固化涂层，在所述耐候层与所述基片之间设有聚氨酯涂层；所述制备方法，包括下述步骤：步骤1、在基片的至少一侧面上涂覆聚氨酯涂料，固化后形成聚氨酯涂层；步骤2、在所述聚氨酯涂层上涂覆含固化性基团的含氟聚合物涂料并固化，得到太阳能电池背板。另外，本发明还提供了一种太阳能电池组件。本发明的太阳能电池背板，在耐候层和基片之间设有聚氨酯涂层，能够显著提高太阳能电池背板各层之间的粘结性能和耐候性。

Description

一种太阳能电池背板及其制备方法以及一种太阳能电池组件

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，更具体地说，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，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，其市场前景广阔。太阳能电池组件在使用时直接暴露于大气中，要经受温度变化、紫外线照射及水汽的侵蚀。如不能抗拒环境因素的影响，其光电转换性能易于衰减，失去实用价值，因而太阳能电池封装材料的研究十分重要。为提高耐候性、阻隔紫外线和水汽，目前普遍采用两片聚乙酸乙烯酯（EVA）膜将太阳能电池包封，并和上层玻璃、下层背板一起热压粘合成一体，构成太阳能电池组件。

太阳能电池组件的背板不仅起到提高太阳能电池组件的机械强度的作用，而且还起到防止水分进入EVA膜的作用，并且，由于所述太阳能电池组件多用于户外，使用寿命需要有20-30年，所以背板必须要有优异的耐环境性能。现有技术中的太阳能电池背板常采用Tedlar-PET-Tedlar（TPT）封装结构；PET 指聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，Tedlar的主要为聚氟乙烯，其主要作用是耐候，能耐20年老化；然而，Tedlar由美国杜邦公司生产和垄断，价格较高，并且三层薄膜之间要选用合适的粘结剂粘接。

CN101359695A中公开了一种太阳能电池背板，包括基材和耐候层，在基材的两侧中至少一侧设有耐候层，在基材的一侧设有阻隔膜，所述耐候层的组分及其重量份数为：含氟树脂25-45份，改性树脂1.5-3份，聚合物填料0.5-3份，无机填料0.1-1份，溶剂50-70份。由于含氟树脂一般表面能低，使得含氟树脂的耐候层与阻隔膜的粘合强度不够，同时层与层之间容易造成气泡残留，使得太阳能电池背板各层之间的附着力较低。

CN101272903公开了一种与不透水性片材的粘结性优异的太阳能电池背板。其太阳能电池模块的背板是通过在不透水性片材的至少一侧面上形成含有固化性官能团的含氟聚合物涂料的固化涂膜而得到的；该技术方案通过在不透水性片材的至少一侧面上涂布含有固化性官能团的含氟聚合物涂料并形成固化涂膜而制得背板，不需要使用粘结剂，然而，固化涂膜与不透水性片材之间的粘结性较差。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的太阳能电池背板的价格较高、耐候性差或者各层之间的粘结性能较差的技术问题。

本发明提供了一种太阳能电池背板，包括：基片、耐候层，所述基片为聚酯片，所述耐候层为含固化性基团的含氟聚合物涂料的固化涂层，在所述耐候层与所述基片之间设有聚氨酯涂层。

在本发明的太阳能电池背板中，所述基片为聚对苯二甲酸乙二醇酯片或聚萘二甲酸乙二醇酯片。

在本发明的太阳能电池背板中，所述的聚氨酯涂层由聚氨酯涂料固化形成，所述聚氨酯涂料包含聚酯树脂以及固化剂，以100重量份的聚酯树脂为基准，所述固化剂的含量为3-25重量份；所述聚酯树脂选自聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇中的至少一种；所述固化剂为具有两个以上官能团的异氰酸酯。

在本发明的太阳能电池背板中，所述聚氨酯涂料还包含碳化二亚胺，以100重量份的聚酯树脂为基准，碳化二亚胺的含量为0.3-2重量份。

在本发明的太阳能电池背板中，所述含固化性基团的含氟聚合物涂料包括含固化性基团的含氟聚合物和固化剂，以100重量份的含固化性基团的含氟聚合物为基准，所述固化剂的含量为5-40重量份；所述含固化性基团的含氟聚合物为含氟单体和含固化性官能团的单体的共聚物，其中，所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟烷基乙烯醚、偏氟乙烯、六氟丙烯中的一种或几种；所述固化性官能团为羟基、羧基、氨基、甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基中的一种或几种；所述固化剂为异氰酸酯类固化剂。

在本发明的太阳能电池背板中，所述基片的厚度为100-350微米，耐候层的厚度为10-40微米，聚氨酯涂层的厚度为1-15微米。

本发明还提供了上述太阳能电池背板的制备方法，包括下述步骤：步骤1、在基片的至少一侧面上涂覆聚氨酯涂料，固化后形成聚氨酯涂层；步骤2、在所述聚氨酯涂层上涂覆含固化性基团的含氟聚合物涂料并固化，得到太阳能电池背板。

在本发明的制备方法中，所述聚氨酯涂料包含聚酯树脂以及固化剂，以100重量份的聚酯树脂为基准，所述固化剂的添加量为3-25重量份，所述聚酯树脂选自聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇中的至少一种，所述固化剂为具有两个以上官能团的异氰酸酯。

在本发明的制备方法中，所述含固化性基团的含氟聚合物涂料包括含固化性基团的含氟聚合物和固化剂，以100重量份的含固化性基团的含氟聚合物为基准，所述固化剂的添加量为5-40重量份；所述含固化性基团的含氟聚合物为含氟单体和含固化性官能团的单体的共聚物，其中，所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟烷基乙烯醚、偏氟乙烯、六氟丙烯中的一种或几种，所述固化性官能团为羟基、羧基、氨基、甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基中的一种或几种；所述固化剂为异氰酸酯类固化剂。

本发明进一步提供了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设置，其中，所述的背板为如上所述的太阳能电池背板。

本发明的太阳能电池背板在耐候层和基片之间设有聚氨酯涂层，能够显著提高太阳能电池背板各层之间的粘结性能，进而有利于提高太阳能电池背板的耐候性和断裂伸长率保持率，从表1的测试结果可知，本发明的太阳能电池背板在经湿热老化和UV老化后，仍然具有优异的附着性能和断裂伸长率保持率。

具体实施方式

本发明提供了一种太阳能电池背板，包括：基片、耐候层，所述基片为聚酯片，所述耐候层为含固化性基团的含氟聚合物涂料的固化涂层，在所述耐候层与所述基片之间设有聚氨酯涂层。

在本领域中，背板的制作方法有两种，一种是分别制作基片和耐候薄膜，在基片上涂覆粘结剂，然后采用热压等方式将耐候薄膜压合于粘结剂形成的粘结层上，所制得的背板包括基片，以及形成于基片至少一侧面上的粘结层和耐候薄膜；另一种则不采用粘结剂，而是直接在基片上涂覆具有耐候性的涂料形成耐候涂层，所制得的背板包括基片、以及形成于基片至少一侧面上的耐候涂层。本发明的发明人通过大量实验意外的发现，当所述基片为聚酯片，而所述耐候层为含固化性基团的含氟聚合物涂料的固化涂层时，在所述基片的至少一侧面上先涂覆聚氨酯涂料，固化后形成聚氨酯涂层；再在该聚氨酯涂层上进一步涂覆含固化性基团的含氟聚合物涂料形成耐候层，该耐候层与基片的粘结性相较于现有的背板更好，并能够极大的提高太阳能电池背板的耐候性能以及断裂伸长率保持率，这种太阳能电池背板应用于太阳能电池组件，能够起到提高太阳能电池组件的机械强度以及耐环境性能的作用。

所述的聚氨酯涂层由聚氨酯涂料固化形成，所述聚氨酯涂料包含聚酯树脂以及固化剂，所述聚酯树脂选自聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇中的至少一种；所述固化剂为具有两个以上官能团的异氰酸酯，所述的官能团为异氰酸根；以100重量份的聚酯树脂为基准，所述固化剂的含量为3-25重量份。优选地，为了提高聚氨酯涂层的耐湿热性能，聚氨酯涂料进一步含有碳化二亚胺，所述碳化二亚胺具有提高聚酯树脂的耐水解能力的作用，以100重量份的聚酯树脂为基准，碳化二亚胺的含量为0.3-2重量份，在本发明中，还可根据需要加入抗氧剂、固化促进剂等助剂，助剂的添加量小于10重量份。

另外，为了使上述聚酯树脂、固化剂分散均匀，还可根据需要在体系中加入适量的溶剂，所述溶剂可采用涂料领域中常用的溶剂，例如：无水乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。

本发明中，所述的基片可以为现有技术中常用的绝缘性能良好的聚酯片，例如可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚碳酸酯（PC）等的片材。从基片的耐热性、电绝缘性和价格方面综合考虑，在本发明中，聚酯片优选采用PET片、PEN片中的一种。

在本发明中，所述的耐候层由含固化性基团的含氟聚合物涂料固化后形成，所述含固化性基团的含氟聚合物涂料包括含固化性基团的含氟聚合物和固化剂，以100重量份的含固化性基团的含氟聚合物为基准，所述固化剂的含量为5-40重量份。

在所述含有固化性官能团的含氟聚合物中，作为对含氟聚合物赋予固化性的官能团，可以为羟基、羧基、氨基、缩水甘油基、甲硅烷基、硅烷酸基、环氧基、异氰酸酯基等，可根据聚合物的具体需求来进行选择。其中，从聚合物容易获得和固化反应性良好的方面考虑，优选羟基，这些固化性官能团通常通过将含有固化性官能团的单体和含氟单体共聚而被导入到含氟聚合物中。

其中，含有固化性官能团的单体，可选用下述的单体，但并不局限于下述单体：含有羟基的单体可选择2-羟基乙基乙烯醚、3-羟基丙基乙烯醚、2-羟基丙基乙烯醚、2-羟基-2-甲基丙基乙烯醚、4-羟基丁基乙烯醚、2-羟基乙基烯丙基醚等含有羟基的烯丙基醚类等。再例如：含羧基的单体可选择甲基丙烯酸、丁烯酸、邻苯二甲酸乙烯酯、马来酸等；含氨基的单体可选择氨基甲基苯乙烯、乙烯基胺、丙烯酰胺、乙烯基乙酰胺、乙烯基甲酰胺等；上述选择已为本领域的技术人员所知。

所述含氟单体可选自全氟烯烃单体，例如：四氟乙烯、全氟烷基乙烯醚、六氟丙烯、三氟氯乙烯、偏氟乙烯、氟代烷基单体中的一种或几种；优选全氟烯烃类单体，全氟烯烃类单体形成的含氟聚合物具有较好的耐候性、防湿性。

所述含有固化性官能团的含氟聚合物涂料中还添加有各种添加剂，例如：固化剂、固化促进剂、颜料、颜料分散剂、消泡剂、流平剂、UV吸收剂、光稳定剂等，所述添加剂的种类和含量的选择可通过现有技术实现，根据背板制作的具体要求进行选择。

所述固化剂根据聚合物的官能团来选择，例如：对于含有羟基的含氟聚合物，优选异氰酸酯系固化剂；对于含有羧基的含氟聚合物，通常采用氨系固化剂或环氧系固化剂，对于含有氨基的含氟聚合物，则通常采用含有羰基的固化剂、环氧系固化剂或酸酐系固化剂。

所述固化促进剂可使用本领域常用的锡系、有机酸系、氨基系固化促进剂。

为了使背板具有颜色，可在含氟聚合物涂料中加入颜料，所述颜料可采用现有技术中常用的颜料，例如：作为白色颜料的钛白粉，作为黑色颜料的炭黑；以100重量份的含固化性基团的含氟聚合物为基准，所述颜料的添加量为20-40重量份。本发明中优选的颜料为钛白粉，添加于涂料具有阻隔紫外线和反射太阳光的作用。

所述颜料分散剂、消泡剂、流平剂、UV吸收剂、光稳定剂可采用本领域技术人员所公知的种类和配比。

另外，为了使上述含固化性基团的含氟聚合物、固化剂以及其它助剂分散均匀，还需在体系中加入适量的溶剂，所述溶剂可采用涂料领域中常用的溶剂，例如：无水乙醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯等。

根据本发明所提供的太阳能电池背板，所述基片的厚度为100-350微米，耐候层的厚度为10-40微米，聚氨酯涂层的厚度为1-15微米。本发明的基片、阻隔层与耐候层的厚度在保持太阳能电池背板具有较好的耐老化、阻隔水汽和各层之间粘结性能的前提下有效降低了太阳能电池背板的成本。

本发明还提供了一种太阳能电池背板的制备方法，包括下述步骤：步骤1、在基片的至少一侧面上涂覆聚氨酯涂料，固化后形成聚氨酯涂层；所述聚氨酯涂料包含聚酯树脂以及固化剂，以100重量份的聚酯树脂为基准，所述固化剂的添加量为3-25重量份。所述聚酯树脂选自聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇中的至少一种；所述固化剂为具有两个以上官能团的异氰酸酯。

步骤2、在所述聚氨酯涂层上涂覆含固化性基团的含氟聚合物涂料并固化，得到太阳能电池背板。所述含固化性基团的含氟聚合物涂料包含含固化性基团的含氟聚合物和固化剂，以100重量份的含固化性基团的含氟聚合物为基准，所述固化剂的添加量为5-40重量份；所述含固化性基团的含氟聚合物为含氟单体和含固化性官能团的单体的共聚物；其中，所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟烷基乙烯醚、偏氟乙烯、六氟丙烯中的一种或几种；所述含固化性官能团的单体中的官能团为羟基、羧基、氨基、甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基中的一种或几种；所述固化剂为异氰酸酯类固化剂。

上述步骤1和步骤2中的涂覆可采用本领域的技术人员所知的涂布方式，例如：采用非接触式涂布方式，如刮刀涂布、落帘涂布等。

本发明还提供了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，其中，所述的背板为本发明提供的太阳能电池背板，而所述透光层和电池均可采用本领域的技术人员公知的透光层和电池，在本发明中没有特别限制。

下面结合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。以下实施例中所采用原料均可通过商购得到。

实施例1

（1）、将100质量份四氟乙烯系共聚物（大金工业株式会社制造的Zeffle GK570，固体成分65质量%）、30质量份钛白粉（科米拉公司制造的Kemira660），10质量份乙酸丁酯在搅拌下预混合后，加入150质量份0.20mm的氧化锆珠，利用颜料分散剂以3000rpm分散30min。然后，以200目的筛将氧化锆珠滤出，接着加入10质量份的异氰酸酯固化剂（拜耳公司制造的N3390）制备出白色的含氟聚合物涂料；

（2）、将100质量份的聚酯树脂（韩国SK公司制造的ES900）溶解于300质量份乙酸乙酯中，然后加入10质量份的异氰酸酯固化剂（拜耳公司制造的N3390）制备出聚氨酯涂料；

（3）、将PET膜（江苏裕兴薄膜科技股份有限公司制造的CY11）经电晕处理，然后用上述的聚氨酯涂料在PET表面涂覆上干膜厚度为7微米的聚氨酯涂层。然后在该涂层上用上述含氟聚合物涂料涂覆上干膜厚度为30微米的含氟涂层。再在PET的另一表面上也依次涂覆上聚氨酯涂层和含氟涂层，制作出背板A1。

 实施例2

（1）、采用与实施例1相同的方法制备白色的含氟聚合物涂料；

（2）、向100质量份的聚丙烯酸酯多元醇（上海浩人国际贸易公司的HU65024）中加入15质量份的异氰酸酯固化剂（拜耳公司制造的N3390）制备出聚氨酯涂料；

（3）、将PET膜（江苏裕兴薄膜科技股份有限公司制造的CY11）经电晕处理，然后用上述的聚氨酯涂料在PET表面涂覆上干膜厚度为5微米的聚氨酯涂层。然后在该涂层上用上述含氟聚合物涂料涂覆上干膜厚度为35微米的含氟涂层。再在PET的另一表面上也依次涂覆上聚氨酯涂层和含氟涂层，制作出背板A2。

 实施例3

（1）、采用与实施例1相同的方法制备白色的含氟聚合物涂料和聚氨酯涂料；

（2）、将PEN膜（杜邦公司的Teonex Q51）经电晕处理，然后用上述的聚氨酯涂料在PEN表面涂覆上干膜厚度为13微米的聚氨酯涂层。然后在该涂层上用上述含氟聚合物涂料涂覆上干膜厚度为20微米的含氟涂层。再在PEN的另一表面上也依次涂覆上聚氨酯涂层和含氟涂层。从而制作出背板A3。

 对比例1

按与实施例1相同的方法制备出含氟聚合物涂料。将PET膜（江苏裕兴薄膜科技股份有限公司制造的CY11）经电晕处理，然后在PET膜的两侧表面上分别用该含氟聚合物涂料涂覆上干膜厚度为30微米的含氟涂层，从而制作出背板D1。

 性能测试：

1、附着力测试

测试背板A1-A3和D1在初始状态下、耐湿热和抗UV试验后的各层间的附着力，试验方法和测定方法如下：

使用恒温恒湿试验箱（台湾庆声科技有限公司制造），在85℃，相对湿度85%的氛围下处理1000h，按GBT9286-1998中固定的划格法测试耐湿热试验前后背板的附着力；

使用紫外试验机（Q-LAB公司制造），对样品进行3000h的紫外照射，按GBT9286-1998中固定的划格法测试耐UV试验前后背板的附着力；

根据GB/T 9286-1998，附着力共分0、1、2、3、4、5六级，0级为最好，5级为最差；

测试结果见表1。

2、断裂伸长率保持率

测试背板A1-A3和D1在初始状态下、耐湿热和抗UV试验后MD方向的断裂伸长率，以下面的公式计算断裂伸长率保持率：断裂伸长率保持率=耐湿热或抗UV实验后的断裂伸长率/初始断裂伸长率×100%；

耐湿热和抗UV实验条件如下：使用恒温恒湿试验箱（台湾庆声科技有限公司制造），在85℃，相对湿度85%的氛围下处理1500h；使用紫外试验机（Q-LAB公司制造），对样品进行3000h的紫外照射；

测试结果见表1。

表1

从表1的测试结果可以看出，本发明实施例1-3制得的太阳能电池背板A1-A3以及对比例1制得的太阳能电池背板D1，在初始状态下均具有较佳的附着力；但是本发明实施例1-3制得的太阳能电池背板A1-A3经湿热老化和UV老化后，相较于对比例1制得的太阳能电池背板D1，具有更优异的附着性能和断裂伸长率保持率。

Claims (9)

1.一种太阳能电池背板，其特征在于，包括：基片、耐候层，所述基片为聚酯片，所述耐候层为含固化性基团的含氟聚合物涂料的固化涂层，在所述耐候层与所述基片之间设有聚氨酯涂层；所述的聚氨酯涂层由聚氨酯涂料固化形成，所述聚氨酯涂料包含聚酯树脂以及固化剂；所述聚酯树脂选自聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇中的至少一种；所述固化剂为具有两个以上官能团的异氰酸酯；所述含固化性基团的含氟聚合物涂料包括含固化性基团的含氟聚合物和固化剂，以100重量份的含固化性基团的含氟聚合物为基准，所述固化剂的含量为5-40重量份；所述含固化性基团的含氟聚合物为含氟单体和含固化性官能团的单体的共聚物，其中，所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟烷基乙烯醚、偏氟乙烯、六氟丙烯中的一种或几种；所述固化性官能团为羟基、羧基、氨基、甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基中的一种或几种；所述固化剂为异氰酸酯类固化剂。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述基片为聚对苯二甲酸乙二醇酯片或聚萘二甲酸乙二醇酯片。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，以100重量份的聚酯树脂为基准，所述固化剂的含量为3-25重量份。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚氨酯涂料还包含碳化二亚胺，以100重量份的聚酯树脂为基准，碳化二亚胺的含量为0.3-2重量份。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述基片的厚度为100-350微米，耐候层的厚度为10-40微米，聚氨酯涂层的厚度为1-15微米。

6.一种权利要求1-5任意一项所述的太阳能电池背板的制备方法，包括下述步骤：

步骤1、在基片的至少一侧面上涂覆聚氨酯涂料，固化后形成聚氨酯涂层；

步骤2、在所述聚氨酯涂层上涂覆含固化性基团的含氟聚合物涂料并固化，得到所述太阳能电池背板。

7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯涂料包含聚酯树脂以及固化剂，以100重量份的聚酯树脂为基准，所述固化剂的添加量为3-25重量份，所述聚酯树脂选自聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇中的至少一种，所述固化剂为具有两个以上官能团的异氰酸酯。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述含固化性基团的含氟聚合物涂料包括含固化性基团的含氟聚合物和固化剂，以100重量份的含固化性基团的含氟聚合物为基准，所述固化剂的添加量为5-40重量份；

所述含固化性基团的含氟聚合物为含氟单体和含固化性官能团的单体的共聚物，其中，所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟烷基乙烯醚、偏氟乙烯、六氟丙烯中的一种或几种，所述固化性官能团为羟基、羧基、氨基、甲硅烷基、环氧基、异氰酸酯基中的一种或几种；所述固化剂为异氰酸酯类固化剂。

9.一种太阳能电池组件，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设置，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。