CN102983193A - 一种高粘结性太阳能电池背板膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高粘结性太阳能电池背板膜及其制备方法。包括过渡层、第一耐候层、聚酯基层和第二耐候层，所述的过渡层和第一耐候层由双层共挤流延或吹膜的方式制成双层复合膜，第一耐候层、第二耐候层与聚酯基层之间采用胶黏剂粘结复合；所述过渡层是通过将聚丙烯酸酯聚合物、氟塑料、无机填料、功能助剂混合后挤出造粒，再通过流延或吹膜的方式制得的薄膜；本发明中的过渡层和含氟耐候层有很好的相容性，没有分层现象，又大大提高了背板膜与EVA胶膜的黏附性，有效改善了太阳能电池背板膜在使用过程中易与EVA胶膜脱落而影响使用寿命的问题。

Description

一种高粘结性太阳能电池背板膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池背板膜及其制备方法。

技术背景

太阳能电池背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，需具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性能。近年来，各个国家、公司对太阳能光伏电池背板提出了各种结构，目前比较常用的结构有TPT结构和TPE结构，其中T指杜邦公司的Tedlar薄膜，成分为聚氟乙烯（PVF）薄膜、Ｐ指聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜，E指乙烯-醋酸乙烯树脂（EVA）薄膜，三层薄膜间用合适的粘结剂粘结，TPT结构指PVF薄膜/PET薄膜/PVF薄膜结构，TPE结构指PVF薄膜/PET薄膜/EVA薄膜结构。但是由于PVF加工困难且麻烦，现在很多专家提出用其它氟塑料聚偏氟乙烯（PVDF）、乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯（THV）来代替PVF薄膜。

氟塑料具有很好的耐候性，能够提高背板的整体性能，但存在表面能低，表面憎水，粘结剂在氟塑料表面不容易展开，也不容易和其它的塑料粘合的问题，因此氟塑料难以直接使用。目前改进的方案有两个：一是将含氟薄膜层进行表面改性，二是采用含氟塑料溶液涂覆等方法以提高含氟塑料层的表面能，进而提高粘附性的报道。如专利CN101582459A（CN200910053911.X）提供的一种以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，包括依次粘接的第一耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和第二耐候层，第一耐候层和第二耐候层均为聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层，结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层，第一粘接层和第二粘接层是聚氨酯胶层、聚丙烯酸酯胶层或环氧胶层。该方法制备的耐候层由于无机填料的加入，不能保持PVDF膜原有的优良性能，会降低PVDF膜的水蒸气透过率等性能。

专利CN101177514A（CN200710185202.8）提供一种太阳能电池背板，该背板包括基材和含氟聚合物层，含氟聚合物层组分为：含氟树脂、改性树脂、聚合物填料、无机填料和溶剂。该本发明是将含氟塑料与聚合物填料、无机填料等在溶剂中进行混合，制备含氟塑料溶液，然后涂覆到基材表面以制备复合膜，但该方法存在溶剂残留及溶剂污染等问题，并且对涂覆技术要求极高。因此，需要改善含氟塑料耐候层的表面黏附性以解决氟塑料作为耐候层在使用过程中易脱落而影响电池使用寿命的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种能与乙烯-醋酸乙烯树脂（EVA）高度粘结的太阳能电池背板膜。

本发明的技术方案如下：

一种高粘结性太阳能电池背板膜，自上而下包括过渡层、第一耐候层、聚酯基层和第二耐候层，所述的过渡层和第一耐候层由双层共挤流延或吹膜的方式制成双层复合膜，其中过渡层厚度为5-10μm，第一耐候层的厚度为5-20μm；第一耐候层、第二耐候层与聚酯基层之间采用胶黏剂粘结复合。

所述过渡层是通过将聚丙烯酸酯聚合物、氟塑料、无机填料、功能助剂混合后挤出造粒，再通过流延或吹膜的方式制得的薄膜。其中，聚丙烯酸酯聚合物的含量为过渡层质量的50-80wt%；氟塑料为聚偏氟乙烯（PVDF）或乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE），占过渡层质量的0-30wt%；无机填料为含钛、铝、锡或硅元素的氧化物，占过渡层质量的10-20wt%；功能助剂占过渡层质量的0-2wt%。

所述第一耐候层、第二耐候层材料相同，优选为聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜或乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）薄膜。第二耐候层厚度为5-30μm。

所述聚酯基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）薄膜之一，或者聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯的共混物薄膜，厚度为50-250μm。PET/PBT都是具有良好机械性能的聚合物，可作为聚酯基材。

所述胶黏剂为聚氨酯胶、环氧胶或丙烯酸胶，胶黏剂粘结层厚度为2-25μm。

根据本发明优选的，无机填料为二氧化钛、二氧化硅或三氧化二铝的纳米级粉末。

所述的功能助剂包括抗氧剂、光稳定剂、光吸收剂、偶联剂之一或组合，其中抗氧剂、光稳定剂、光吸收剂、偶联剂均按本领域常规选择。抗氧剂选自受阻酚类、光稳定剂选自受阻胺类、光吸收剂选自苯酮类或苯并三唑类、偶联剂选自硅烷类偶联剂。所述的功能助剂的进一步优选如下：抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂BHT；光稳定剂770或光稳定剂622LD；光吸收剂UV-P或光吸收剂UV-O；硅烷偶联剂KH570、硅烷偶联剂KH560或硅烷偶联剂KH550。

根据本发明优选的，第一耐候层和第二耐候层为聚偏氟乙烯薄膜或乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜，第一耐候层厚度20μm，第二耐候层厚度30μm，过渡层厚度10μm；过渡层中，聚丙烯酸酯聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯，无机填料为TiO₂纳米粉，氟塑料为聚偏氟乙烯，功能助剂为抗氧剂1010、光稳定剂770、紫外线吸收剂UV-P、偶联剂KH560的组合；聚酯基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，厚度为150-250μm。

所述的太阳能电池背板膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将过渡层各组分按比例混合后，通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，通过造粒使各组分均匀的混合到一起；然后通过双层共挤流延或吹膜的方式制备过渡层和第一耐候层的双层复合膜；并对第一耐候层外露面进行电晕或等离子体处理；

（2）对第二耐候层的一个表面进行电晕或等离子体处理；

（3）在聚酯基层两面涂覆胶黏剂后分别与经电晕或等离子体处理后的第一耐候层面和第二耐候层面粘结复合，压延固化，得到背板膜。

应用背板膜制备太阳能电池时，一般是将乙烯-醋酸乙烯树脂（EVA）胶膜涂覆在过渡层上，第二耐候层暴露在外。目前的太阳能电池组装过程中都是将背板膜用EVA粘结到太阳能电池晶片上，含氟塑料为目前最优选的耐候层材料，但是其与EVA粘结性差，本发明在EVA胶层与耐候层之间设一层过渡层，以连结EVA胶层与耐候层。本发明过渡层和第一耐候层复合薄膜通过双层共挤流延或吹膜的方式得到，两层之间具有良好的黏附性。直接暴露在外界的第二耐候层即由氟塑料PVDF或ECTFE通过挤出流延或吹膜的方式得到，第一耐候层与第二耐候层通过电晕、等离子体处理后，用胶黏剂与聚酯基材薄膜粘结而得到太阳能电池背板膜。此背板膜过渡层与EVA胶膜的粘结强度远远高于单纯的氟塑料薄膜与EVA胶膜的粘结强度。因此，本发明中的过渡层既能与含氟耐候层很好的黏结，又大大提高了背板膜与EVA胶膜的黏附性，有效改善了太阳能电池背板膜在使用过程中易与EVA胶膜脱落而影响使用寿命的问题。且此背板膜结构简单，耐候层保持了PVDF材料本身的优良特性，整体性能优越，符合对背板的要求，对太阳能电池行业有非常重要的意义。

本发明制备的太阳能电池背板膜，耐候层具有优良的耐候性；过渡层和EVA之间具有良好的黏附性，能有效改善背板膜的黏附问题。

附图说明

图1是本发明太阳能电池背板膜实施例的结构示意图。1、过渡层、2、第一耐候层、3、粘结层，4、聚酯基层，5、第二耐候层。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但不仅限于此。实施例中的百分比均为质量百分比。实施例中使用的原料均为市购产品。实施例中使用的抗氧剂、光稳定剂、光吸收剂南京华立明科工贸有限公司有售；硅烷偶联剂KH570、KH560、KH550（济南铭扬化工有限公司有售）。聚偏氟乙烯（山东华夏神舟新材料有限公司售）、聚甲基丙烯酸甲酯（黄江安胜橡塑贸易有限公司有售）。

实施例1:

一种太阳能电池背板膜，结构如图1所示，由上至下依次为过渡层1、第一耐候层2、胶黏剂粘结层3，聚酯基层4，第二耐候层5。

过渡层1为氟塑料聚偏氟乙烯（PVDF）28%与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）50%、无机填料TiO2纳米粉20%、功能助剂2%的混合层，厚度10μm。其中的功能助剂为抗氧剂1010 0.5%，光稳定剂770 0.5%，光吸收剂UV-P 0.5%，硅烷偶联剂KH560 0.5%。

第一耐候层1为聚偏氟乙烯（PVDF）层，厚度20μm。

胶黏剂粘结层2为聚氨酯胶涂覆层，厚度25μm。

聚酯基层3为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，厚度250μm。

第二耐候层5为聚偏氟乙烯（PVDF）层，厚度30μm。

制备方法步骤如下：

（1）将过渡层各组分按比例混合后，通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，通过造粒使各组分均匀的混合到一起。将混合好的物料与氟塑料PVDF通过双层共挤流延或吹膜的方式制备过渡层与第一耐候层的双层复合膜。并对第一耐候层外露面进行电晕处理；

（2）对第二耐候层的一个表面进行电晕处理；

（3）在聚酯基层两面涂覆胶黏剂后分别与经电晕处理后的第一耐候层面和第二耐候层面粘结复合，压延固化，得到背板膜。

实施例2-4：如实施例1，所不同的是过渡层中聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和TiO2的比例不同，列于表1中。

对比例：如实施例1，所不同的是无过渡层，第一耐候层与第二耐候层厚度相同，检测粘结强度时EVA胶膜直接涂覆在纯PVDF耐候层上。

以上是实施例1－4与对比例的产品，采用GB-T2790-1995方法进行检测，检测其与EVA层粘结强度，实施例1－4检测时将EVA胶膜涂覆在过渡层上，对比例的EVA胶膜直接涂覆在纯PVDF耐候层上，结果列于表1。

表1、产品粘结强度

实施例5:一种太阳能电池背板膜，由上至下依次为过渡层1、第一耐候层2、胶黏剂粘结层3，聚酯基层4，第二耐候层5。

过渡层1为氟塑料乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）29%、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）50%、无机填料SiO₂纳米粉20%、功能助剂1%的混合物。功能助剂为抗氧剂10760.3%，光稳定剂622LD 0.2%，光吸收剂UV-O 0.2%，硅烷偶联剂KH5500.3%，厚度5μm。

第一耐候层1为乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）层，厚度25μm。

黏结层2为环氧胶涂覆层，厚度20μm。

聚酯层3为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）层，厚度200μm。

第二耐候层5为乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）层，厚度25μm。

实施例6:一种太阳能电池背板膜，由上至下依次为过渡层1、第一耐候层2、胶黏剂粘结层3，聚酯基层4，第二耐候层5。

过渡层1为氟塑料乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）29.4%、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）50%、无机填料Al ₂O₃纳米粉20%、功能助剂0.5%的混合物，，厚度10μm。功能助剂包括抗氧剂BHT 0.2%，光稳定剂622LD 0.1%，光吸收剂UV-90.1%，硅烷偶联剂KH5700.2%。

第一耐候层1为乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）层，厚度15μm。

胶黏剂粘结层2为丙烯酸10胶涂覆层，厚度10μm。

聚酯基层3为聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）层，厚度150μm。

第二耐候层5为乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）层，厚度30μm。

以上是实施例5－6的产品采用GB-T2790-1995方法进行检测，检测其与EVA层粘结强度，结果列于表2。

表2、产品粘结强度

实施例7：如实施例1所述，所不同的是：

过渡层为氟塑料聚偏氟乙烯（PVDF）30%与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）50%、无机填料TiO₂纳米粉20%的混合物，厚度为8μm。聚酯基层3为聚对苯二甲酸乙二醇酯层，厚度为150μm。所得产品耐候层与EVA层粘结强度69N/cm。

本发明中的过渡层和含氟耐候层有很好的相容性，没有分层现象，又大大提高了背板膜与EVA胶膜的黏附性，有效改善了太阳能电池背板膜在使用过程中易与EVA胶膜脱落而影响使用寿命的问题。

Claims (9)

1.太阳能电池背板膜，自上而下包括过渡层、第一耐候层、聚酯基层和第二耐候层，所述的过渡层和第一耐候层由双层共挤流延或吹膜的方式制成双层复合膜，其中过渡层厚度为5-10μm，第一耐候层的厚度为5-20μm；第一耐候层、第二耐候层与聚酯基层之间采用胶黏剂粘结复合；

所述过渡层是通过将聚丙烯酸酯聚合物、氟塑料、无机填料、功能助剂混合后挤出造粒，再通过流延或吹膜的方式制得的薄膜；其中，聚丙烯酸酯聚合物的含量为过渡层质量的50-80wt%；氟塑料为聚偏氟乙烯或乙烯-三氟氯乙烯共聚物,占过渡层质量的0-30wt%；无机填料为含钛、铝、锡或硅元素的氧化物,占过渡层质量的10-20wt%；功能助剂占过渡层质量的0-2wt%。

2.如权利要求1所述的太阳能电池背板膜，其特征在于所述第一耐候层、第二耐候层材料相同，选自聚偏氟乙烯薄膜或乙烯-三氟氯乙烯共聚物薄膜。

3.如权利要求1或2所述的太阳能电池背板膜，其特征在于第二耐候层厚度为5-30μm。

4.如权利要求1所述的太阳能电池背板膜，其特征在于所述聚酯基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚对苯二甲酸丁二醇酯薄膜之一，或者聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚对苯二甲酸丁二醇酯的共混物薄膜，厚度为50-250μm。

5.如权利要求1所述的太阳能电池背板膜，其特征在于所述胶黏剂为聚氨酯胶、环氧胶或丙烯酸胶，胶黏剂粘结层厚度为2-25μm。

6.如权利要求1所述的太阳能电池背板膜，其特征在于所述无机填料为二氧化钛、二氧化硅或三氧化二铝的纳米级粉末。

7.如权利要求1所述的太阳能电池背板膜，其特征在于所述的功能助剂包括抗氧剂、抗老化剂、光稳定剂、光吸收剂、偶联剂之一或组合，其中抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂BHT；光稳定剂选自光稳定剂770或光稳定剂622LD；光吸收剂选自光吸收剂UV-P或光吸收剂UV-O；偶联剂选自硅烷偶联剂KH570或硅烷偶联剂KH560。

8.如权利要求1所述的太阳能电池背板膜，其特征在于第一耐候层和第二耐候层为聚偏氟乙烯薄膜，第一耐候层厚度20μm，第二耐候层厚度30μm，过渡层厚度10μm；过渡层中，聚丙烯酸酯聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯，无机填料为TiO₂纳米粉，氟塑料为聚偏氟乙烯，功能助剂为抗氧剂1010、光稳定剂770、紫外线吸收剂UV-P、偶联剂KH560的组合；聚酯基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，厚度为150-250μm。

9.权利要求1～8任一项所述的太阳能电池背板膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将过渡层各组分按比例混合后，通过双螺杆挤出机进行挤出造粒，通过造粒使各组分均匀的混合到一起；然后通过双层共挤流延或吹膜的方式制备过渡层和第一耐候层的双层复合膜；并对第一耐候层外露面进行电晕或等离子体处理；

（2）对第二耐候层的一个表面进行电晕或等离子体处理；

（3）在聚酯基层两面涂覆胶黏剂后分别与经电晕或等离子体处理后的第一耐候层面和第二耐候层面粘结复合，压延固化，得到背板膜。

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