CN102746754B - 一种环保型太阳能电池背膜 - Google Patents

Abstract

一种环保型太阳能电池背膜，它包括基材、含氟聚合物层和粘接层，所述的含氟聚合物层由水性氟树脂涂布液涂覆在基材表面经固化而得到，所述的水性氟树脂涂布液的组分及其重量份为：含氟树脂15～35份；改性树脂A5～10份；改性树脂B6～12份；聚合物填料0.5～3份；水40～70份；助溶剂1～5份；其中：改性树脂A与改性树脂B的重量比为1:0.8～1:1.5。本发明环保、生产成本低，性能优良，其剥离强度高，阻水性能好，耐候性好。

Description

一种环保型太阳能电池背膜

技术领域

本发明涉及光伏电池技术领域，特别涉及一种含有水性氟树脂涂层的太阳能电池背膜。

背景技术

作为传统电能生产方法的绿色替代方案，光伏电池组件被用来利用太阳能产生电能。光伏电池组件是由各种半导体元件系统组装而成，因而必须加以保护以减少环境作用如湿气、氧气和紫外线的影响和破坏。光伏电池组件通常采用的是在硅片两侧层压贴附玻璃或塑料薄膜保护层的结构，由于具有优良的强度、耐侯性、抗紫外性和阻湿性能，由氟聚合物薄膜和聚酯（PET）薄膜层叠的背膜在光伏电池组件中发挥着重要的作用。

申请号为200710185202.8的中国专利公开了一种太阳能电池背板及其制备方法，该太阳能电池背板包括基材和含氟聚合物层，该含氟聚合物层由溶剂性氟树脂涂覆在基材表面经固化而得到。由于使用溶剂性氟树脂，其存在氟树脂溶液保存时间短、污染环境；背板的含氟聚合物层的致密性较差、容易粉末化等缺点。

发明内容

本发明所要解决的问题是克服现有技术存在的缺陷、提供一种环保型太阳能电池背膜。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种环保型太阳能电池背膜，包括基材、含氟聚合物层和粘接层，所述的含氟聚合物层由水性氟树脂涂布液涂覆在基材表面经固化而得到，所述的水性氟树脂涂布液的组分及其重量份为：

含氟树脂                         15～35份；

改性树脂A                        5～10份；

改性树脂B                        6～12份；

聚合物填料                        0.5～3份；

水                            40～70份；

助溶剂                           1～5份；

其中：改性树脂A与改性树脂B的重量比为1:0.8～1:1.5。

上述太阳能电池背膜，所述含氟树脂是偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯的均聚物或它们的共聚物。

上述太阳能电池背膜，所述改性树脂A是用羧酸基、磺酸基、氮杂环丙烷基、异氰酸酯基、胺基改性处理的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂。

上述太阳能电池背膜，所述改性树脂B是用环氧基、羟基或胺基改性处理的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂。

上述太阳能电池背膜，所述聚合物填料可以是平均粒径为1～4μm的丙烯酸酯聚合物颗粒、聚丙烯酸酯聚合物颗粒、含氟乙烯基聚合物颗粒或聚酰胺颗粒。

上述太阳能电池背膜，所述助溶剂为二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、N-甲基吡咯烷酮或二丙酮醇。

上述太阳能电池背膜，所述粘接层是水性含氟树脂层、聚醋酸乙烯层、聚乙烯醇缩丁醛层、烯烃类聚合物层中的一种。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明采用水性含氟树脂涂布液，大大减少了对环境产生的污染和人身的伤害；同时，生产过程中不再需要采用防爆设备，降低了对设备的腐蚀，对设备的性能要求较低，降低了生产成本。

2.由于水性含氟树脂涂布液主要采用水为稀释剂，克服了溶剂性含氟树脂涂布液存放过程中因溶剂挥发而造成的体系不稳定的缺点，延长了涂布液的保存期限。

3.通过提高涂布液体系中的改性树脂用量、采用两种改性树脂组合使用和控制其用量比例，使涂布液体系更加稳定，形成的含氟聚合物层更加致密，克服了溶剂性含氟树脂涂层出现的粉化现象。

4.通过采用水与助溶剂的组合使用，解决了含氟树脂和改性树脂自身在水中的分散问题，将改性树脂和含氟树脂均匀分散成稳定的体系。

具体实施方式

一般用于太阳能电池背膜的基材是聚酯，例如，它可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）树脂、聚对萘二甲酸乙二醇酯（PEN）树脂等构成的单层或多层薄膜。从热稳定性、电绝缘性、成本等评价，最佳选择为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜。根据太阳能电池背膜的用途不同，可选择不同厚度、不同颜色的基材。

为了能够更好地体现含氟聚合物的特性如耐侯性等，用于本发明的含氟树脂可以是偏氟乙烯均聚物、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，优选为偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物，最佳选为偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物。

本发明提供的含氟聚合物层由水性氟树脂涂布液涂覆在基材表面经固化而得到。由于水性氟树脂涂布液主要采用水为稀释剂，为了保证涂布液体系的稳定和改善涂层与基材间的粘着力，一方面，在涂布液中加入了改性树脂，另一方面提高了改性树脂的用量，并且改性树脂采用由改性树脂A和改性树脂B按一定比例组合使用。提高改性树脂用量的目的是为了提高含氟树脂在水中的分散效率，因为当改性树脂的量过低时，含氟树脂在涂布液中不能够分散均匀；当改性树脂过高时，会降低氟树脂涂层的耐老化性能。改性树脂采用由改性树脂A和改性树脂B按一定比例组合使用，这主要是利用改性树脂A和改性树脂B分别含有不同的改性官能基团，并且这些官能基团之间可以相互发生化学反应，使形成的涂层更加致密，提高了涂层的交联度，克服了溶剂性含氟树脂涂层出现的粉化现象。

适合本发明的改性树脂A是用羧酸基、磺酸基、氮杂环丙烷基、异氰酸酯基、胺基改性处理的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂，优选下列改性树脂：羧基改性聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂；羟基改性聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂；胺基改性聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂；氮杂环丙烷基改性聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂；磺酸基改性聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂；环氧基改性聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂。改性树脂B是能够与改性树脂A反应的用环氧基、羟基或胺基改性处理的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂。改性树脂A与改性树脂B的重量比控制在1:0.8～1:1.5，优选1:1～1:1.2。

为了解决含氟树脂和改性树脂自身在水中的分散问题，本发明的涂布液体系中除水外还使用了少量的助溶剂，通过水和助溶剂的组合使用，将改性树脂和含氟树脂均匀分散成稳定的体系。适合本发明的助溶剂与水和含氟树脂及改性树脂均有相溶能力，它可以选自如二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、二丙二醇丙醚、二丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丙醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、丙二醇丁醚、N-甲基吡咯烷酮、二丙酮醇、二丙二醇甲醚醋酸酯、3-乙氧基丙酸乙酯、丙二醇甲醚醋酸酯等；优选二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、N-甲基吡咯烷酮、丙二醇丙醚、丙二醇丁醚、二丙酮醇和丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种，更优选二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、N-甲基吡咯烷酮或二丙酮醇。

为提高进一步提高含氟聚合物层的硬度，本发明的含氟聚合物层中含有聚合物填料，这些聚合物填料可以是丙烯酸酯聚合物颗粒、聚丙烯酸酯聚合物颗粒、含氟乙烯基聚合物颗粒、聚酰胺颗粒等，其平均粒径为1～4μm，颗粒可以是规则的球形，也可以是片状、棒状或其它不规则形状，颗粒的尺寸可以是均匀的也可以是不规则分布的。

本发明中，先制备水性氟树脂涂布液，该涂布液含有上述所列的含氟树脂、改性树脂A、改性树脂B、聚合物填料，并通过水和助溶剂将涂布液的粘度调整到适宜涂布的范围，水性氟树脂涂布液的组份及其重量分数为：  

含氟树脂                         15～35份；

改性树脂A                        5～10份；

改性树脂B                        6～12份；

聚合物填料                        0.5～3份；

水                             40～70份；

助溶剂                            1～5份。

本发明的水性氟树脂涂布液涂覆在基材表面，涂覆方法可以是浸涂法、气刀涂布法、刮刀涂布法、凹版涂布法、狭缝涂布法等方法。

为使背膜与太阳能电池封装材料之间能够很好的粘合，本发明在基材的另一表面设有粘接层，粘接层可以是水性含氟树脂层、聚醋酸乙烯层、聚乙烯醇缩丁醛层、烯烃类聚合物层中的一种。

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

聚偏氟乙烯（Aldrich制）                             15份，

胺基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂           5份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

羟基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂           7.5份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

聚四氟乙烯粉（Solvay solexis制）                     1.5份，

水                                                    40份，

N-甲基吡咯烷酮（南京瑞泽精细化工有限公司制）          1份，

在装有搅拌装置的容器中加入40份水，将1份助溶剂N-甲基吡咯烷酮加入到水中搅拌均匀，然后将15份的聚偏氟乙烯、5份的胺基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂、7.5份的羟基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂和1.5份的聚四氟乙烯粉依次加入水中，搅拌50分钟，制得水性含氟树脂涂布液。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经凹版涂布法涂布配制好的水性含氟树脂涂布液，在150℃干燥5分钟，得到25μm的水性含氟聚合物层；同样的方法，在基材PET膜的另一侧同样涂布配制好的水性氟树脂，得到20μm的水性含氟聚合物层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

实施例2

聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯                      35份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）

羧基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂        10份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

羟基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂         8份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

丙烯酸酯聚合物颗粒（Solvay solexis制）             2.5份，

水                                                  70份，

二丙二醇甲醚（LyondellBasell制）                   5份，

在装有搅拌装置的容器中加入70份去离子水，将5份助溶剂二丙二醇甲醚加入到水中搅拌均匀，然后将35份的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯、10份的羧基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂、8份的羟基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂和2.5份的丙烯酸酯聚合物颗粒依次加入水中，搅拌80分钟，制得水性含氟树脂涂布液。

在己清洁并电晕处理的基材PEN膜的一面经狭缝涂布法涂布配制好的水性含氟树脂涂布液，在170℃干燥2分钟，得到25μm的水性含氟树脂层；再在基材的另一侧通过复合粘贴厚度70微米的聚醋酸乙烯酯（EVA）粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能 

实施例3

聚偏氟乙烯-六氟丙烯（3M Dyneon）                        30份，

氮杂环丙烷基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂      8份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

羟基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂              12份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

聚酰胺颗粒（Solvay solexis制）                          3份，

水                                                      40份，

丙二醇丁醚（陶氏化学制）                               4份，

在装有搅拌装置的容器中加入40份水，将4份助溶剂丙二醇丁醚加入到水中搅拌均匀，然后将30份的聚偏氟乙烯-六氟丙烯、8份的氮杂环丙烷基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂、12份的羟基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂和3份的聚酰胺颗粒依次加入水中，搅拌60分钟，制得水性含氟树脂涂布液。

在己清洁并电晕处理的基材PEN膜的一面经浸涂涂布法涂布配制好的水性含氟树脂涂布液，在160℃干燥4分钟，得到25μm的水性含氟树脂层；再在基材的另一侧通过复合粘贴厚度5微米的聚醋酸乙烯酯（EVA）粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能 

实施例4

聚四氟乙烯（Aldrich制）                            20份，

胺基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂          6份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

环氧基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂        6份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

聚丙烯酸酯聚合物颗粒（Solvay solexis制）            3份，

水                                                  50份，

二丙二醇乙醚（LyondellBasell制）                   2份，

在装有搅拌装置的容器中加入50份水，将2份助溶剂二丙二醇乙醚加入到水中搅拌均匀，然后将20份的聚四氟乙烯、6份的胺基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂、6份的环氧基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂和3份的聚丙烯酸酯聚合物颗粒依次加入水中，搅拌60分钟，制得水性含氟树脂涂布液。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经刮刀涂布法涂布配制好的水性含氟树脂涂布液，在165℃干燥3分钟，得到25μm的水性氟树脂层；再在PET基材的另一面复合粘接或挤出流延150微米的聚乙烯醇缩丁醛粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

实施例5

聚四氟乙烯-六氟丙烯（3M Dyneon制）                25份，

磺酸基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂       5份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）    

胺基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂        5.5份，

（中国乐凯胶片集团公司乐凯胶片股份有限公司制）   

聚四氟乙烯粉（Solvay solexis制）                  0.5份，

水                                                60份，

二丙酮醇                   3份，

在装有搅拌装置的容器中加入40份水，将3份助溶剂二丙酮醇加入到水中搅拌均匀，然后将25份的聚四氟乙烯-六氟丙烯、5份的磺酸基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂、5.5份的胺基改性的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂和0.5份的聚四氟乙烯粉依次加入水中，搅拌60分钟，制得水性含氟树脂涂布液。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经气刀涂布法涂布配制好的水性含氟树脂涂布液，在155℃干燥5分钟，得到25μm的水性氟树脂层；再在PET基材的另一面复合粘接或挤出流延300微米的聚乙烯醇缩丁醛粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

对比例

在厚度为250μm的PET（四川东方绝缘材料股份有限公司）基材上一面分别涂布、固化干厚25μm溶剂型氟树脂，另一面涂热固性粘合剂（Hexion制）后热压贴合厚度为40μm的聚醋酸乙烯酯（EVA）粘接层薄膜（杭州福斯特光伏材料股份有限公司），得到对比样品。

，表中：

1.粘度测试：

使用Brookfield DV-I+ 数字式粘度计，依据标准GB/T 10247-2008进行测试。

2.水蒸气透过率测试：

使用Mocon permatron-W 700设备，依据标准ATSM 1249进行测试。

3.耐候性能测试：

使用Q-Sum Xe-3-H型氙灯耐候老化试验箱，依据标准ISO 4892-2进行测试。

4.涂层附着力测试：

依据标准GB/T 9286-88进行测试。

5.与封装材料的粘合性能测试：

依据标准GB/T 2790测试。

从表中数据可以看出，与溶剂型含氟聚合物层背膜对比样品相比较，本发明提供的水性氟树脂涂层的背膜完全能够满足作为光伏组件产品背膜的需要。

Claims (4)

1.一种环保型太阳能电池背膜，包括基材、含氟聚合物层和粘接层，其特征在于，所述的含氟聚合物层由水性氟树脂涂布液涂覆在基材表面经固化而得到，所述的水性氟树脂涂布液的组分及其重量份为：

含氟树脂                         15～35份；

改性树脂A                        5～10份；

改性树脂B                        6～12份；

聚合物填料                        0.5～3份；

水                            40～70份；

助溶剂                           1～5份；

其中：改性树脂A与改性树脂B的重量比为1:0.8～1:1.5；

所述改性树脂A是用羧酸基、磺酸基、氮杂环丙烷基、异氰酸酯基或胺基改性处理的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂；

所述改性树脂B是用环氧基、羟基或胺基改性处理的聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯树脂；

所述聚合物填料是平均粒径为1～4μm的丙烯酸酯聚合物颗粒、聚丙烯酸酯聚合物颗粒、含氟乙烯基聚合物颗粒或聚酰胺颗粒。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述含氟树脂是偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯的均聚物或它们的共聚物。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述助溶剂为二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、N-甲基吡咯烷酮或二丙酮醇。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述粘接层是水性含氟树脂层、聚醋酸乙烯层、聚乙烯醇缩丁醛层、烯烃类聚合物层中的一种。