CN103059676A - 一种太阳能电池背膜 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池背膜，所述背膜包括基材、耐候层和粘接层，所述的耐候层是由耐候性优良的丙烯酸酯类树脂涂覆在基材表面经固化而得到，所述的耐候层涂布液的组分及其重量份为：丙烯酸类树脂乳液100～200份；固化剂33～100份；溶剂6～12份；聚合物填料1.5～5份；硅烷偶联剂2～10份。本发明的耐候层涂布液活化期长，施工方便；耐候层的附着力高、耐溶剂好；紫外老化和双85湿热老化后的附着力高；具有环保效益。

Description

一种太阳能电池背膜

技术领域

本发明属于新能源领域，特别涉及一种太阳能电池背膜。

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再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，由耐候层和聚酯（PET）薄膜层叠的背膜在光伏电池组件中发挥着重要的作用。耐候层一般是耐候性优良的氟膜或氟涂层，但是由于氟材料价格较高，使得太阳能电池背膜的成本居高不下。使用具有较高耐候性能的涂层代替氟聚合物层能够降低背膜的成本，同时也克服了氟材料不易降解的缺陷。

公开号为CN102315285A的中国专利公开了一种耐候性涂层及使用该涂层的太阳能背板，该太阳能电池背板包括基材和耐候层，该含耐候层由耐候性树脂直接涂覆在基材表面经固化而得到。但是该专利所用涂料为溶剂型耐候涂料，且耐候涂料活化期短，不适合于大规模化生产；并且存在耐候涂层与PET基材的附着力较差、耐丁酮擦试性能差，UV老化和双85湿热老化后涂层的附着力差的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的问题是：针对现有技术存在的不足之处，提供一种耐溶剂性能良好、附着力高、且具有环保性能的太阳能电池背膜。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种太阳能电池背膜，包括基材、耐候层和粘接层，所述的耐候层由丙烯酸酯类涂料涂覆在基材表面经固化而得到，所述的涂布液的组分及其重量份为：

丙烯酸类树脂水乳液 100～200份；

固化剂 33～100份；

助溶剂 6～12份；

聚合物填料 1.5～3份；

硅烷偶联剂 2～10份。

上述太阳能电池背膜，所述丙烯酸类树脂水乳液所含树脂是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯中的一种；甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯中的一种；羟基丙烯酸甲酯、羟基丙烯酸丁酯中的一种；进行均聚和共聚后提到的聚合物。优选丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甲酯-羟基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸甲酯，更优选丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸丁酯。

上述太阳能电池背膜，所述固化剂是封端基异氰酸酯和氨基树脂两种固化剂的混合物。

上述太阳能电池背膜，所述溶剂是丁酮、乙酸乙酯、甲基异丁酮。

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，所述硅烷偶联剂为环氧基硅氧烷、烯烃基硅氧烷和烷烃基硅氧烷中的一种。

上述太阳能电池背膜，所述粘接层是聚醋酸乙烯层、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.本发明耐候层涂料中使用水和助溶剂，在固化过程中存在挥发梯度，而使得交联更加完全，涂层更加致密，大大提高了涂层的耐溶剂擦试性能；同时具有环保效益。

2.本发明耐候层涂料选用两种不同的固化剂配制成单组分涂布液，涂料的活化期长，施工方便，更适合于大规模化生产；同时因涂布液的粘度稳定，对生产设备的要求低。

3.本发明中耐候层直接涂覆在PET上制备太阳能电池背板，不需要底涂或胶层，减少了生产工序，提高了生产效率。

4.本发明耐候层的附着力为0级、耐溶剂擦试次数在200次以上；紫外老化和双85湿热老化后的附着力均为0级，达到太阳能电池背膜的使用要求。

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耐候层的耐侯性能，用于本发明的丙烯酸类树脂可以是丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯中的一种；甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯中的一种；羟基丙烯酸甲酯、羟基丙烯酸丁酯中的一种；进行均聚和共聚后得到的聚合物。优选丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甲酯-羟基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸甲酯，更优选丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸丁酯-羟基丙烯酸丁酯。

丙烯酸类树脂乳液为水乳化丙烯酸酯聚合物，助溶剂为丁酮、乙酸乙酯或甲基异丁酮中的一种或两种。在固化过程中，溶剂与水形成不同温度梯度的挥发，涂层致密度更均匀，交联度更高从而提高了涂层的硬度和耐溶剂性能。

本发明中选用的固化剂为封端基异氰酸酯和氨基树脂的混合物制备单组分体系的涂料，该涂料活化期长，经实验室检验保存6个月后的涂布液性能合格。封端基异氰酸酯和氨基树脂之间的重量比为9：1～15：1，优选10：1～12：1。

为提高进一步提高含氟聚合物层的硬度，本发明的涂料中含有聚合物填料，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。

由于太阳能电池组件制备过程中，需用硅胶对边框四周进行密封。为提高耐候涂层与硅胶的粘接性能，本发明加入了硅氧烷偶联剂，硅氧烷偶联剂与水反应水解后缩聚为含硅醇低聚体，硅醇低聚体与固化剂反应形成有机硅的高分子链，易于与硅胶粘接，同时进一步提高了涂层的交联密度，体现耐溶剂性能的提高。

本发明中，先制备耐候层涂料，该涂料含有丙烯酸类树脂乳液、固化剂、聚合物填料、硅烷偶联剂，并通过溶剂将涂布液的粘度调整到合适的范围，耐候涂料的组份及重量分数为：

丙烯酸类树脂水乳液 100～200份；

固化剂 33～100份；

助溶剂 6～12份；

聚合物填料 1.5～5份；

硅烷偶联剂 2～10份；

本发明的耐候性涂布液涂覆在基材表面，经干燥得到。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。

通过耐候涂料的原材料中主体树脂、固化剂的选择和各组分用量的调整，达到了太阳能电池背膜制备的使用要求。本发明解决了因耐候涂料的活化期短的问题，太阳能电池背膜生产时经常清理涂布嘴的困扰；提高了耐候涂层的附着力到0级、耐丁酮擦试200次以上，紫外和双85湿热老化后涂层的附着力也能够达到0级。

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

丙烯酸类树脂水乳液LK-301W 150份，

封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL XP 2706 65份，

氨基树脂Cymel 325 6份，

丁酮 8份，

聚酰胺颗粒 3份，

偶联剂Z-6040 5份，

在装有搅拌装置的容器中加入150份丙烯酸类树脂乳液LK-301W（乐凯胶片股份公司制）、65份封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL XP 2706（ Bayer Materialscience制）、6份氨基树脂Cymel 325（美国氰特公司制）和8份丁酮，搅拌20分钟后，加入3份聚酰胺颗粒（上海焦耳蜡业有限公司制，平均粒径4μm）和5份Z-6040（美国道康宁公司制），继续搅拌20分钟后，过滤，得到单组份的耐候层涂料。

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耐候层涂布液，在150℃干燥5分钟，得到25μm的耐候层；再在基材的另一侧通过复合粘贴厚度40微米的聚乙烯（PE）粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

实施例2

丙烯酸类树脂水乳液Bayhydrol 2754 100份，

封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL 5335 30份，

氨基树脂FY5100 3份，

乙酸乙酯 6份，

丙烯酸酯聚合物颗粒 1.5份，

偶联剂SH-6030 2份，

在装有搅拌装置的容器中加入100份丙烯酸类树脂乳液Bayhydrol 2754（Bayer Materialscience制）、30份封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL 5335（ Bayer Materialscience制）、3份氨基树脂FY5100(玉山县方宇贸易有限公司)和6份乙酸乙酯，搅拌20分钟后加入1.5份丙烯酸酯聚合物颗粒（Solvay solexis制，平均粒径1μm）和2份SH-6030（美国道康宁公司制），继续搅拌20分钟后，过滤，制得单组份的耐候层涂料。

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耐候层涂布液，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

聚丙烯酸类树脂乳液ACURE2743 200份；

封端基异氰酸酯ELASTRON SF-2840D 90份；

氨基树脂Cymel 327 10份；

丁酮 12份；

聚四氟乙烯粉 5份；

偶联剂CG-171 10份 ；

在装有搅拌装置的容器中加入200份丙烯酸类树脂乳液（上海源禾化工有限公司制）、90份封端基异氰酸酯ELASTRON SF-2840D（日本第一工业制药株式会社制）、10份氨基树脂Cymel 327(美国氰特公司制)、丁酮12份、聚四氟乙烯粉5份（烟台云开化工有限责任公司制，平均粒径2μm）和10份CG-171（江苏晨光公司制），搅拌20分钟后，过滤，得到单组份的耐候层涂料。

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耐候层涂布液，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

丙烯酸类树脂乳液LK-303W 130份，

封端基异氰酸酯ELASTRON F-2921E 48份，

水性氨基树脂 4份，

乙酸乙酯 8份，

甲基异丁酮 2份，

聚丙烯酸酯聚合物颗粒 4份，

偶联剂CG-302 8份 ，

在装有搅拌装置的容器中加入130份丙烯酸类树脂乳液LK-303W（乐凯胶片股份公司制）、4份水性氨基树脂(济南乾来环保技术有限公司制)、48份封端基异氰酸酯ELASTRON F-2921E（日本第一工业制药株式会社制）和乙酸乙酯8份、甲基异丁酮2份搅拌20分钟后加入4份丙烯酸酯聚合物颗粒（Solvay solexis制，平均粒径1μm）和8份CG-302（江苏晨光公司制），继续搅拌20分钟后，过滤，得到单组份的耐候层涂料。

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耐候层涂料，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

丙烯酸类树脂乳液 HD2081 180份，

氨基树脂Cymel 303 5份，

封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL XP 2706 55份 ，

丁酮 10份，

聚四氟乙烯粉 3份，

偶联剂Z-6040 6份 ，

在装有搅拌装置的容器中加入180份丙烯酸类树脂乳液HD2081（美国华津思公司制）、5份氨基树脂 Cymel 303（美国氰特公司制）、55份封端基异氰酸酯BAYHYDUR® BL XP 2706 （Bayer Materialscience制）和丁酮10份，搅拌20分钟后加入3份聚四氟乙烯粉（烟台云开化工有限责任公司制，平均粒径2μm）和6份Z-6040（美国道康宁公司制），继续搅拌20分钟后，过滤，得到单组份的耐候层涂料。

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耐候层涂布液，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专利号CN102315285A提供的耐候涂层，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.耐丁酮擦试

依据标准ASTM D5402-2006测试。

2.涂层附着力测试：

依据标准GB/T 9286-88进行测试。

3.与封装材料的粘合性能测试：

依据标准GB/T 2790测试。

Claims (7)

1.一种太阳能电池背膜，包括基材、耐候层和粘接层，其特征在于，所述的耐候层由丙烯酸酯类涂料涂覆在基材表面经固化而得到，所述的涂布液的组分及其重量份为：

丙烯酸类树脂水乳液 100～200份；

固化剂 33～100份；

助溶剂 6～12份；

聚合物填料 1.5～5份；

硅烷偶联剂 2～10份。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述丙烯酸类树脂水乳液所含树脂是丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸丁酯共聚物中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述固化剂是封端基异氰酸酯和氨基树脂混合物，封端基异氰酸酯和氨基树脂的比例为9：1～15：1。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述助溶剂是丁酮、乙酸乙酯、甲基异丁酮中的一种或两种。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池背膜，其特征在于，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。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂为环氧基硅氧烷、烯烃基硅氧烷和烷烃基硅氧烷中的一种。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述粘接层是聚醋酸乙烯层、聚乙烯醇缩丁醛层、烯烃类聚合物层中的一种。