CN102931263A - 一种太阳能电池背膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池背膜及其制备方法，该背膜包括基材和含氟聚合物层，含氟聚合物层的组分及其重量份数为：含氟树脂50～60份，交联剂4～10份，无机填料10～15份，溶剂15～35份。本发明具有优异的抗划伤性能，适应在干燥甚至风沙等环境中的使用要求；本发明提供的制备方法，生产成本低，工艺简单，可以实现连续工业化生产。

Description

一种太阳能电池背膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池背膜及其制备方法。

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光产生电能。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轻环境作用如湿气、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膜保护层的结构。由于具有优良的强度、耐候性、抗紫外性和阻湿性能，用氟聚合物薄膜和聚酯（PET）薄膜层叠而成的背板在光伏电池组件中发挥着重要作用。传统的背板生产方式是将预先制造好的氟聚合物薄膜特别是聚氟乙烯（PVF）薄膜粘贴于聚酯（PET）基材上，典型的是在PET两侧贴附氟聚合物薄膜而形成“三明治”结构。当氟聚合物薄膜（如PVF）用作光伏电池组件背板时，它的性能明显地改善了组件的使用寿命，使组件保证使用寿命达到25年。

然而，预生产的氟聚合物薄膜与聚合物基底材料间紧密粘附，暴露在户外若干年后也不会脱开是很难实现的。此前采用的技术措施，如申请号为CN200710185202.8的中国专利公开了一种太阳能电池背板及其制备方法，该背板在制备中不需要使用附加的底层或粘合剂层，其生产成本低，性能优良，但是，它的抗划伤性能尚不能完全满足使用的需求，造成背板在加工过程中其涂层表面的光滑性和完整性不容易保持、在干燥甚至风沙环境中的使用中受到一定的限制，它的抗划伤性能尚需进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能电池背膜，该背板在保证生产成本低、性能优良的同时、提高了其抗划伤性能。

本发明要解决的另一技术问题是提供这种太阳能电池背膜的制备方法，该方法工艺简单，可以实现连续工业化生产。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种太阳能电池背膜，它包括基材和含氟聚合物层，所述含氟聚合物层的组分及其重量份数为：

含氟树脂                    50～60份，

交联剂                      4～10份，

无机填料                    10～15份，

溶剂                       15～35份，

上述太阳能电池背膜中，所述含氟树脂是偏氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯的均聚物或它们的共聚物。

上述太阳能电池背膜中，所述交联剂是异氰酸酯类、氨基树脂类交联剂。

上述太阳能电池背膜中，所述交联剂选自六亚甲基二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯三聚体、氨基树脂的一种或几种混合物。

上述太阳能电池背膜中，所述含氟聚合物层包括选自如下元素的氧化物的无机填料：钛、铝、锡或硅。

上述太阳能电池背膜中，所述溶剂是甲苯、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯中的一种或几种。

上述太阳能电池背膜中，所述含氟聚合物层的厚度为10～50μm。

一种太阳能电池背膜的制备方法，它在基材表面上涂布含氟聚合物层，固化得到太阳能电池背膜。

与现有技术相比，本发明通过对氟碳涂料和交联剂的选择，并通过调整不同氟碳涂料与不同交联剂之间的用量配比，使背膜涂层的抗划伤性能达到2H以上；通过在涂层中使用无机填料，使背膜的耐候性能、剥离强度和耐溶剂性满足使用要求；本发明提供的制备方法，工艺简单，可以实现连续工业化生产。

具体实施方式

一般用于太阳能电池背板的基材是聚酯，例如，它可以是聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚萘二甲酸乙二酯PEN或它们的双层共挤的产物。根据用途不同，基材可以是透明、白色或黑色。

为了能够更好的体现出含氟聚合物的特性例如耐候性、耐溶剂性和阻隔性，用于本发明的含氟树脂可以是偏氟乙烯、四氟乙烯、三氟氯乙烯、六氟丙烯的均聚物或它们的共聚物，优选下列含氟树脂：

聚偏氟乙烯树脂；

聚四氟乙烯树脂；

聚三氟氯乙烯树脂；

聚偏氟乙烯－四氟乙烯树脂；

聚偏氟乙烯－六氟丙烯树脂；

聚偏氟乙烯－四氟乙烯－六氟丙烯树脂。

为了保持背膜涂层表面的光滑性和完整性，并且满足其在干燥甚至风沙等环境中的使用要求，为提高背膜涂层的抗划伤性能，本发明的涂层中使用了交联剂。适合本发明的交联剂可以使用异氰酸酯类、氨基树脂类交联剂，并优选下列交联剂：六亚甲基二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯三聚体、氨基树脂的一种或几种混合物。

为了增强含氟聚合物层的耐候性、耐溶剂性和阻隔性，本发明的含氟聚合物层中含有无机填料，这些无机填料选自如下元素的氧化物中的一种或几种：钛、铝、锡和硅，例如石英颗粒、云母颗粒、二氧化钛颗粒。

适合本发明的溶剂可以是甲苯、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯中的一种或几种。

在本发明的太阳能电池背膜中，先制备含氟聚合物层的涂布液，该涂布液含有以上所列的含氟树脂，交联剂，无机填料，并通过溶剂将组合物粘度调整到适宜涂布的范围。含氟聚合物层的组分及其重量份数为：

含氟树脂                    50～60份，

交联剂                      4～10份，

无机填料                    10～15份，

溶剂                       15～35份，

本发明提供的太阳能电池背膜，可以通过下述方法制备：

将基材展开，在它的表面上涂布含氟聚合物层，涂布之后通过固化得到太阳能电池背膜。

本发明方法采取的固化方法包括通过紫外线照射使含氟聚合物交联固化或通过采用 X射线、钴60、静电加速器和大功率电子直线加速器等作为辐照源由高能射线引发含氟聚合物交联固化。

本发明中，含氟聚合物层可以通过浸涂法、气刀涂布法、刮刀涂布法、凹版涂布法、狭缝涂布法等方法涂布在基材上。

本发明的太阳能电池背膜的厚度为10～50μm，优选20～40μm。

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但其实施方式不限于此。

实施例1

聚偏氟乙烯（Aldrich制）                        51份，

二氧化钛粉（DU PONT制）                     15份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体                       4份，

丁酮                                          20份，

醋酸乙酯                                      10份，

在装有搅拌装置的容器中加入20份丁酮、10份的醋酸乙酯，开动搅拌，将51份的聚偏氟乙烯、15份的二氧化钛粉和4份的六亚甲基二异氰酸酯三聚体依次加入溶剂中，搅拌60分钟，制得含氟聚合物层涂布液。通过刮刀涂布法将涂布液涂布在PET基材上，热风干燥，得到含氟聚合物层厚度为25μm的太阳能电池背膜，测其性能。

类似地，将一面涂好含氟聚合物层的基材翻转，按以上步骤在基材的另一面涂布得到第二个含氟聚合物层。

实施例2

聚四氟乙烯（Aldrich制）                       50份，

石英颗粒（DU PONT制）                      15份，

异佛尔酮二异氰酸酯三聚体                      5份，

醋酸丁酯                                     30份，

在装有搅拌装置的容器中加入30份的醋酸丁酯，开动搅拌，将50份的聚四氟乙烯、15份的石英颗粒和5份的异佛尔酮二异氰酸酯三聚体依次加入溶剂中，搅拌50分钟，制得含氟聚合物层涂布液。通过浸涂法将涂布液涂布在PEN基材上，热风干燥，得到含氟聚合物层厚度为40μm的太阳能电池背膜，测其性能。

类似地，将一面涂好含氟聚合物层的基材翻转，按以上步骤在基材的另一面涂布得到第二个含氟聚合物层。

实施例3

聚偏氟乙烯－六氟丙烯（3M Dyneon制）              55份，

云母颗粒（DU PONT制）                           15份，

甲苯二异氰酸酯三聚体                              5份，

甲苯                                              25份，

在装有搅拌装置的容器中加入25份的甲苯，开动搅拌，将55份的聚偏氟乙烯－六氟丙烯、15份的云母颗粒和5份的甲苯二异氰酸酯三聚体依次加入溶剂中，搅拌80分钟，制得含氟聚合物层涂布液。通过凹版涂布法将涂布液涂布在PET基材上，热风干燥，得到含氟聚合物层厚度为50μm的太阳能电池背膜，测其性能。

类似地，将一面涂好含氟聚合物层的基材翻转，按以上步骤在基材的另一面涂布得到第二个含氟聚合物层。

实施例4

聚四氟乙烯－六氟丙烯（3M Dyneon制）              52份，

二氧化钛粉（DU PONT制）                         15份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体                          5份，

醋酸乙酯                                          10份，

醋酸丁酯                                          18份，

在装有搅拌装置的容器中加入10份醋酸乙酯、18份醋酸丁酯，开动搅拌，将52份的聚四氟乙烯－六氟丙烯、15份的二氧化钛粉和5份的六亚甲基二异氰酸酯三聚体依次加入溶剂中，搅拌60分钟，制得含氟聚合物层涂布液。通过刮刀涂布法将涂布液涂布在PEN基材上，热辐射固化，得到含氟聚合物层厚度为30μm的太阳能电池背膜，测其性能。

类似地，将一面涂好含氟聚合物层的基材翻转，按以上步骤在基材的另一面涂布得到第二个含氟聚合物层。

实施例5

聚偏氟乙烯－四氟乙烯－六氟丙烯

（中国乐凯胶片集团公司制）                       57份，

云母颗粒（DU PONT制）                          15份，

六亚甲基二异氰酸酯三聚体                           5份，

醋酸丁酮                                         23份，

在装有搅拌装置的容器中加入23份醋酸丁酮，开动搅拌，将57份的聚偏氟乙烯－四氟乙烯－六氟丙烯、15份的云母颗粒粉和5份的六亚甲基二异氰酸酯三聚体依次加入溶剂中，搅拌60分钟，制得含氟聚合物层涂布液。通过刮刀涂布法将涂布液涂布在PET基材上，热辐射固化，得到含氟聚合物层厚度为50μm的太阳能电池背膜，测其性能。

类似地，将一面涂好含氟聚合物层的基材翻转，按以上步骤在基材的另一面涂布得到第二个含氟聚合物层。

对比例

聚偏氟乙烯（Aldrich制）                        25份，

羟基改性的聚偏氟乙烯—四氟乙烯—六氟丙烯树脂

（中国乐凯胶片集团公司制）                       3份，

聚四氟乙烯（Solvay Solexis制）                   2份，

二氧化钛粉（DU PONT制）                      0.2份，

丁酮                                           20份，

醋酸乙酯                                       50份。

在装有搅拌装置的容器中加入20份丁酮、50份醋酸乙酯，开动搅拌，将25份的聚偏氟乙烯、3份的羟基改性的聚偏氟乙烯—四氟乙烯—六氟丙烯树脂、2份的聚四氟乙烯粉和0.2份的二氧化钛粉加入溶剂中，搅拌60分钟，制得含氟聚合物层涂布液。通过刮刀涂布法将涂布液涂布在PET基材上，热辐射固化，得到含氟聚合物层厚度为25μm的太阳能电池背膜，测其性能。

类似地，将一面涂好含氟聚合物层的基材翻转，按以上步骤在基材的另一面涂布得到第二个含氟聚合物层。

表1：各实施例的性能数据表

 表中：

1.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。

2. 耐候性测试：

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

3. 涂层附着力测试

依据标准ASTM 3359进行测试。

使用百格刀划格器在涂层上切出十字格子图形，切口直至底材，这样可以得到由100个小方格组成的被测单元。

使用3M公司的PSA467胶带，使胶带长度方向与其中一个划痕平行的紧密的贴附在测试区域表面上，用力压实，然后将胶带从和涂层面为0度角的方向迅速的用力撕开，观察涂层面的变化，任何面积的涂层脱落均判定为剥离强度不合格。

4. 铅笔硬度

依据标准GB/T6739-2006 涂膜硬度铅笔测定法进行测试。

将涂层面水平向上放置，使用铅笔硬度计测试。

Claims (8)

1.一种太阳能电池背膜，包括基材和含氟聚合物层，其特征是，所述含氟聚合物层的组分及其重量份数为： 

含氟树脂                    50～60份；

交联剂                      4～10份；

无机填料                    10～15份；

溶剂                       15～35份。

2.根据权利要求1所述太阳能电池背膜，其特征是，所述含氟树脂是偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、三氟氯乙烯的均聚物或它们的共聚物。

3.根据权利要求2所述太阳能电池背膜，其特征是，所述交联剂是异氰酸酯、氨基树脂类。

4.根据权利要求3所述太阳能电池背膜，其特征是，所述交联剂是六亚甲基二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯三聚体、氨基树脂的一种或几种混合物。

5.根据权利要求4所述太阳能电池背膜，其特征是，所述含氟聚合物层包括选自如下元素的氧化物的无机填料：钛、铝、锡或硅。

6.根据权利要求5所述太阳能电池背膜，其特征是，所述溶剂是甲苯、丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯中的一种或几种。

7.根据权利要求6所述太阳能电池背膜，其特征是，所述含氟聚合物层的厚度为10～50μm。

8.一种制备权利要求1～7所述太阳能电池背膜的方法，其特征是，所述方法包括在基材表面上涂布含氟聚合物层，固化得到太阳能电池背板。