CN102969383B

CN102969383B - 三层结构的太阳能电池背板

Info

Publication number: CN102969383B
Application number: CN201210521038.4A
Authority: CN
Inventors: 李民
Original assignee: Shanghai HIUV New Materials Co Ltd
Current assignee: Shanghai HIUV New Materials Co Ltd
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: CN102969383A

Abstract

本发明涉及一种三层结构的太阳能电池背板，包括内层、外侧耐候层和处于外侧耐候层与内层之间的粘接层。所述内层为聚乙烯和氢化苯乙烯-丁二烯共聚物的塑料合金层。所述外侧耐候层为氟塑料合金的薄膜，是单层薄膜或是多层共挤薄膜。所述粘接层为聚氨酯、丙烯酸或环氧树脂的粘结剂层或者是含极性基团的乙烯类树脂层，通过粘结层将内外层粘结。本发明的结构简单，材料成本低和生产成本都很低，既提高了太阳能电池背板的可靠性，又降低了生产成本，对太阳能行业有非常重要的意义。

Description

三层结构的太阳能电池背板

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及太阳能电池背板技术领域，具体是指一种三层结构的太阳能电池背板。

背景技术

如今，太阳能电池已经被大量的使用，而太阳能电池的背板是其最重要的封装材料之一。太阳能电池的可靠性在很大程度上依赖于背板的可靠性。

目前商品化的太阳能电池的背板大部分使用氟塑料作为最外侧耐候层，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为中间的结构增强层，聚乙烯(PE)或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)作为与EVA胶膜贴合的内层。在外侧耐候层与中间层、中间层与内层之间还需要用胶粘剂粘接。此类结构为五层结构，如美国Madico公司申请的背板(见专利申请WO2004/091901A2)。应用此结构所带来的主要问题有：（1）PET易水解，长期使用时有老化粉碎的危险。PET双向拉伸薄膜的生产设备非常昂贵，导致该类PET的价格较贵，提高了整个背板的生产成本。（2）粘结剂价格贵，背板对抗老化性能的要求很高，所以必须使用非常好的粘结剂，常见的复合型背板需要两层粘结剂，其成本是背板成本无法降低的原因之一。（3）生产复合型背板的复合工序会产生较高的废品率。常用的背板需要复合两次，由此带来的是低的成品率。

如上述，在现有的背板中均使用PET作为结构增强层，在其两侧粘贴或涂敷氟塑料、聚烯烃。PET通常采用双向拉伸的BOPET。但PET作为聚酯材料非常容易水解。市场上有所谓的抗水解PET，其通过添加碱性的抗水解剂中和水解产生的酸而减慢PET的水解速度。但其本身是消耗型的材料，无法真正做到抗水解，只能在一定程度上减缓PET的水解。

聚乙烯（PE）是最为常用的聚烯烃材料，也是目前全球生产量最大的塑料，大量于食品包装、医药包装、农膜、电缆外护套、文具五金配件等。其价格低、供应商多，如中石化、美国陶氏化学、韩国湖石化学等。在太阳能行业，其被用于作为背板中靠近EVA胶膜（乙稀醋酸乙烯共聚物）的一层，通常选用低密度聚乙烯（LDPE）。原因是其链段与EVA中的E（乙烯）相同，而且熔融范围低，在90-120摄氏度之间，在高达150度左右的太阳能组件加工过程中因加热熔融而与熔融温度更低的EVA（60-80摄氏度）完全相融合。但由于其熔融温度低，在加工过程中基本熔化而无法单独作为背板的结构增强层。而其它一些高熔点的烯烃材料如高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）完全无法与EVA熔融粘结，而且熔融温度范围与太阳能组件的加工温度都非常接近。而其它的烯烃材料如POE、EVA熔融温度比LDPE还要低。在聚烯烃中，没有熔融温度超过太阳能组件加工温度20摄氏度以上的材料。聚烯烃材料本身的耐水解性优于PET，所以有些专利采用聚烯烃材料替代PET做太阳能背板的结构增强层，但聚烯烃本身的熔融温度范围并不合适。而PET的熔融温超过180摄氏度，是聚烯烃材料完全无法替代的。如果不改变现有的太阳能组件加工条件，采用全部是烯烃材料的背板是无法使用的。

氢化苯乙烯-丁二烯树脂（SEBS）本质上是一种特殊的橡胶，其是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯结构的聚合物，可以是嵌段聚合物也可以是无规聚合物。其生产制成通过使用氢将苯乙烯-丁二烯橡胶中的丁二烯双键饱和而成的一种特殊的塑料弹性体。其特点是同时具备了橡胶和塑料的特点，有非常高的弹性、韧性和耐候性，但又可以通过塑料加工的方法加工。其单独存在时，不同于聚烯烃塑料的颗粒外形，而是以蓬松的棉絮状存在。同时SEBS的熔融温度范围高，超过170-180摄氏度，个别级别甚至超过200摄氏度。而聚烯烃弹性体POE，即乙烯和辛烯或乙烯和丁烯的共聚物，有较高的弹性却没有韧性，而且熔融温度非常低，通常在50-70摄氏度之间。另外由于SEBS中的苯环结构，其可以和其它含苯环结构的塑料相容，比如聚苯乙烯、聚苯醚等。含苯环结构的塑料通常熔融温度较烯烃类的塑料高很多。SEBS作为一种较为特殊的材料，供应商少，全球主要供应商为美国科腾和台湾台橡公司。

目前对太阳能光伏组件的成本压力非常大，在不改变现有的加工条件下希望其能既成本低又耐老化性能好。因此，迫切需要寻找抗水解性能优于PET、同时成本更低的代替品。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供完全不同于常规五层背板的一种三层结构的太阳能光伏组件背板。该背板只有三层结构，与普通的背板相比减少两层，结构简单。其内层是特别设计的以聚乙烯（PE）和氢化苯乙烯-丁二烯聚合物（SEBS）为主要成分的塑料合金层。即本发明用PE和SEBS为主要成分的塑料合金替代了常用复合型背板中的PET层和另一层为粘结EVA胶膜而复合在PET上的塑料层，该层通常使用低VA含量的EVA或LDPE。PE是以碳碳链为主链的饱和树脂，不容易水解，绝缘性好，熔融温度范围较低，与EVA可以熔融粘结。SEBS有非常好的韧性和耐候性，其熔融温度范围比太阳能组件的加工温度高很多，而且与PE有良好的相容性。由于SEBS的加入，使体系的熔融温度范围移向更高的温度，可以在太阳能组件的加工过程（150摄氏度左右、20分钟左右）中保持不熔化。同时按需要，还可以加入熔点更高的材料以进一步提高整体的熔点，比如聚苯乙烯（PS）、聚苯醚（PPO）、聚苯乙烯-丙烯氰（SAN）等。本发明不仅避免了背板中PET容易水解的缺陷，而且可以直接和封装电池片的EVA胶膜热熔粘结，节省了常规的背板中PET需要再复合一层塑料薄膜。同时本发明也不同于有些背板使用全部聚烯烃材料混合，而是采用了高熔点的SEBS，从而提高了体系的熔融温度范围。其最外侧耐候层为氟塑料薄膜，可以是单层，也可以是多层共挤的氟塑料薄膜。可以看到本发明既降低了材料本身的成本，也因减少了一次复合工艺而节省了生产成本、提高了成品率，更重要的是本发明保证了在加工过程中体系本身不熔化变形。本发明对降低太阳能光伏组件的成本有非常重要的意义。

为了实现上述目的，本发明的三层结构的太阳能电池背板，其特点是，包括内层、外侧耐候层和处于外侧耐候层与内层之间的粘接层。

所述内层为聚乙烯与氢化苯乙烯-丁二烯共聚物的塑料合金层。

较佳的，聚乙烯与氢化苯乙烯-丁二烯共聚物的合金是指聚乙烯、氢化苯乙烯-丁二烯和以下至少一种材料的混合物，包括其它塑料、无机物填料和添加剂。

所述聚乙烯（PE）是指高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）、茂金属催化聚乙烯、线性低密度聚乙烯（LLDPE）等以乙烯为主要链段的高分子聚合物。

所述氢化苯乙烯-丁二烯（SEBS）是指使用氢饱和丁二烯中的双键而形成的苯乙烯和丁烯的嵌段共聚物或无规共聚物。

所述其它塑料指可以与PE或SEBS相容的塑料，包括但不仅仅限于可以和PE相容的烯烃弹性体（POE）、乙烯或丙烯和α-烯烃共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚丙烯（PP）、三元乙丙胶（EPDM）等以及可以和SEBS相容的聚苯乙烯（PS）、聚苯醚（PPO）、聚苯乙烯-丙烯氰共聚物（SAN）等。

所述无机物指可用于塑料的无机填料，包括但不限于碳酸盐（碳酸钙、方解石等）、硫酸盐（硫酸钡等）、氧化物（二氧化硅、二氧化钛、氧化钙等）、硅酸盐（云母、蒙脱土、滑石粉等）、硫化物（硫化锌）、氢氧化物（氢氧化镁、氢氧化铝等）、炭黑等。

所述添加剂助剂包括但不限于抗紫外剂、抗老化剂、抗水解剂、阻燃剂、润滑剂、偶联剂、成膜剂、消光剂、荧光增白剂。

较佳的，在所述PE和SEBS塑料合金中，所述两者的重量之和占整个塑料合金的30%至95%。

较佳地，所述内层厚度为100～1000μm。

所述外侧耐候层是氟塑料合金薄膜，其可以是单层的，也可以是多层共挤的塑料薄膜。

较佳的，所述氟塑料合金为聚偏氟乙烯（PVDF）塑料合金，其主要成分是均聚或共聚的聚偏氟乙烯塑料。

较佳的，聚偏氟乙烯塑料可以指均聚或共聚的聚偏氟乙烯。均聚聚偏氟乙烯指完全是偏氟乙烯单体的聚合物，共聚聚偏氟乙烯指聚合物中除偏氟乙烯单体，共聚的单体可以包括但不限于氟乙烯、三氟氯乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯。

较佳的，聚偏氟乙烯塑料在聚偏氟乙烯塑料合金中的比例为30-99%。

所述聚偏氟乙烯塑料合金是指以聚偏氟乙烯塑料为主要成分，与以下至少一种物质的混合物，包括但不仅仅包括其它塑料、无机填料或添加剂。

较佳的，其它塑料指丙烯酸树脂为主要成分的塑料，如甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、丙烯酸酯弹性体（ACR）、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MBS）等。

较佳的，无机填料指可以作为塑料填料或颜料的无机物，如钛白粉、硫化锌、锌钡白、硫酸钡等。

较佳的，添加剂指塑料稳定剂、加工抗氧剂、颜料分散剂等。

所述氟塑料合金薄膜是指通过同一个T形模具挤出或环形模具吹出的薄膜，可以是单层或是两层以上的共挤薄膜。

较佳的，多层共挤薄膜中至少一层是以氟塑料合金为主要成分的共挤薄膜。

所述氟塑料合金薄膜可以是透明、白色、黑色或者其它颜色，甚至是两侧不同颜色的薄膜。

较佳的，所述外侧耐候层厚度为7～150μm。

所述粘接层为聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂类粘结剂层或极性乙烯类树脂层。

所述聚氨酯、聚丙烯酸树脂、环氧树脂类粘结剂层为用于干式复合的使用溶剂稀释的粘结剂，粘结剂可以是单组分也可以是交联型的双组分。比如Bostik公司的双组分胶Herberts-EPS988和HardenerKS06，东洋油墨公司的Lis07350和CR001等。

所述极性乙烯类树脂是带有极性基团的乙烯类树脂，在室温下以塑料粒子的形态存在，常用于共挤和挤出流延涂布等。如酸酐改性的乙烯-醋酸乙烯共聚物、酸酐改性的线性低密度聚乙烯、酸酐改性的高密度聚乙烯、乙烯同甲基丙烯酸共聚物、以及乙烯同丙烯酸或其酯类共聚物、乙烯同醋酸乙烯酯共聚物、乙烯同顺丁二烯或顺丁二烯酐的共聚物、丙烯酸离子聚合物、环氧树脂或硅烷改性的聚烯烃、丙烯酸缩水甘油脂改性的聚烯烃等。比如杜邦公司的Nucrel系列的EMA树脂和阿克玛公司Lotader系列粘结树脂。

较佳地，所述粘接层厚度为1～30μm。

本发明的有益效果在于：

1、本发明除氟塑料合金薄膜以外只有一层含PE、SEBS的塑料合金和两者间的粘结剂，没有常用背板中最容易水解的PET层，耐水解老化能力更优异。

2、使用氟塑料合金薄膜作为耐候层，能充分利用氟塑料的优异耐候性，保证背板的长期抗老化性能。

3、本发明只有一层粘结层，与常规的背板相比较，只需要一次复合，既节省了粘结剂的用量也降低了生产工序，提高了成品率，极大地降低了生产成本。

通过以上的办法，本发明的背板同时具备了耐水解性能优异、制造成本低和背板本身的可加工性，对太阳能光伏组件的制备具有非常重要的意义。

附图说明

图1是本发明的一具体实施例的结构示意图。

图2是本发明的另一具体实施例的结构示意图。

图3是本发明的又一具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。其中相同的部件采用相同的附图标记。

请参见图1～图3所示，本发明的三层结构的太阳能电池背板1包括外侧耐候层2、粘结层3和内层4，所述外侧耐候层2通过所述粘接层3粘接所述内层4。

所述外侧耐候层2是氟塑料合金的薄膜，可以是单层或是多层共挤得薄膜。氟塑料薄膜的厚度为7～150μm。

所述粘结层3为聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂类粘结剂层或极性乙烯类树脂层。粘接层3的厚度范围为1～30μm。

所述内层4为聚乙烯和氢化苯乙烯-丁二烯共聚物的塑料合金层。该塑料合金层为聚乙烯、氢化苯乙烯-丁二烯共聚物和以下至少一种包括材料的混合物，包括其它塑料、无机填料和添加剂。聚乙烯塑料和氢化苯乙烯-丁二烯共聚物的总含量在合金层中的重量百分比为30%至95%。内层4的厚度范围为100～1000μm。

实施例1

如图1，太阳能电池背板（标识1）中，耐候层为单层的PVDF薄膜（标识2），厚度7μm。其中PVDF含量为65%，TiO₂含量为8%，PMMA含量为25%，其余为各种助剂。粘结层为聚氨酯双组分胶（标识3），Bostik公司的Herberts-EPS988和HardenerKS06，厚度1μm。

内层为白色含钛白粉的PE、SEBS层（标识4），厚度1000μm。其中滑石粉含量为3％，钛白粉含量为5％，其余为40%的HDPE、40%SEBS和12%的PPO树脂。

实施例2

如图2，太阳能电池背板（标识5）中，耐候层为三层共挤的PVDF/丙烯酸酯树脂合金/PVDF（标识6），厚度150μm。其中靠外的两层是PVDF和PMMA的混合物，PVDF含量为75%，PMMA为19.5％，5%的钛白粉，0.5%的各种助剂。两层PVDF间的丙烯酸酯树脂合金层为PMMA、PVDF、钛白粉和增塑剂的混合物，其中PMMA含量为30%、PVDF含量为50%、钛白粉含量为15%、5%的增塑剂DINCH以及少量加工助剂、抗紫外剂、荧光增白剂。

粘结层为EMA和少量抗老化剂（标识7），厚度为30μm。

内层为HDPE、SEBS、蒙脱土、PP、钛白粉和各种助剂的混合物（标识8）。其中蒙脱土含量为30%、钛白粉含量为10%、PE含量为30%，SEBS为15%,PP含量13%，助剂含量为2%。厚度为100μm。

实施例3

如图3，太阳能电池背板（标识9）中，耐候层为PVDF/丙烯酸酯树脂，厚度30μm。PVDF层为PVDF和PMMA的混合物（标识10），其中PVDF85%、PMMA8%、钛白粉5%和消光剂2%，以及少量加工助剂。丙烯酸酯树脂层中的PMMA含量为60%、聚丙烯酸丁酯20%、PVDF含量10%以及10%的钛白粉、少量加工助剂、耐紫外剂、抗氧剂、阻燃剂和荧光增白剂（标识11）。

粘结层为Bostik公司的Herberts-EPS988和HardenerKS06（标识12），厚度10μm。

内层为LDPE、SEBS、PS、云母粉、钛白粉和各种助剂的混合物（标识13）。其中云母粉含量为20%、钛白粉含量为10％，PE含量为50%，SEBS含量15％，PS含量为4％，助剂含量1%。厚度为300μm。

综上，本发明提供了一种三层结构的太阳能光伏电池背板，不但降低了原料成本，也降低了生产成本。通过一方面使用含PE和SEBS的塑料合金层代替常用的PET层，其有较高的熔融温度范围，抗水解性能非常优异，又一方面节省了结构增强层与PE层或EVA层复合的工序，因减少加工工序而降低了生产成本提高了成品率，对太阳能光伏组件的制备具有非常重要的意义。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims

1.一种三层结构的太阳能电池背板，其特征在于，包括内层、外侧耐候层和处于外侧耐候层与内层之间的粘接层；所述内层为聚乙烯和氢化苯乙烯-丁二烯共聚物的塑料合金层；所述外侧耐候层为氟塑料合金的塑料薄膜，其本身是单层或多层共挤薄膜；所述粘接层指聚氨酯、丙烯酸、环氧树脂类粘接剂层或极性乙烯类树脂层，其中所述的外侧耐候层厚度为7μm或150μm，所述的粘接层厚度为1～30μm，所述的内层厚度为100～1000μm。

2.根据权利要求1所述的三层结构的太阳能电池背板，其特征在于，所述的氟塑料合金指以氟塑料和其它塑料、无机物或添加剂的混合物。

3.根据权利要求1所述的三层结构的太阳能电池背板，其特征在于，所述的多层共挤薄膜是指多层中至少一层是氟塑料合金。

4.根据权利要求1所述的三层结构的太阳能电池背板，其特征在于，所述的内层与所述的外侧耐候层通过粘接层粘接。