CN103107208A - 用于太阳能电池组件的电极隔离结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于太阳能电池组件的电极隔离结构体，包括：第一层，所述第一层由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚甲基丙烯酸甲酯制成；两个第二层，所述第二层由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA制成，所述两个第二层分别设置在所述第一层的两侧；和至少一个第三层，所述至少一个第三层由90-99重量％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、0-5重量％有机紫外线吸收剂、0-5重量％有机紫外线稳定剂和1-10重量％无机抗紫外线材料制成并且设置在所述两个第二层中的至少一个上。该电极隔离结构体较传统的电极隔离结构体更能耐受紫外线，从而有利于维持太阳能电池组件的性能。

Description

用于太阳能电池组件的电极隔离结构体
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体地，涉及一种用于太阳能电池组件的电极隔离结构体。
背景技术
在太阳能电池组件中，通常用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)材料来隔离电池的正负电极。目前，已出现了用于隔离电池的正负电极的EPE结构(典型的如3M公司的EPE)，其是由一层PET和上下两层EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)构成的。如图1所示，一种示例的太阳能电池组件包括玻璃2、两个EVA层3以及背板5(如3M公司的BBF太阳能背板)，太阳光1透过玻璃2，太阳能电池4被封装在所述的两个EVA层3之间，且所述的EPE结构8设置在电池的正、负极6和7之间，用于隔离这些电池的正和负极。传统上，所述的上下两层EVA是吸收紫外线的，因而不能透过紫外线。然而，现在原来越多的太阳能组件厂商在上述组件结构中采用紫外线透过的EVA封装，以提高组件的输出功率。虽然采用紫外线透过的EVA封装能够提高太阳能电池组件的输出功率，但是也将导致所述的上下两层EVA之间的EPE结构由于受到紫外线的照射而变黄，从而影响太阳能电池组件的外观。更严重地，紫外线照射还可能使PET材料变脆，从而影响组件的稳定性。
发明内容
因此，希望开发一种耐受紫外线的EPE结构，其设置在采用紫外线透过的EVA封装的太阳能电池组件中，能够大大减少到达EPE结构中的PET层的紫外线，从而降低其黄化指数和维持太阳能电池组件的性能。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于太阳能电池组件的电极隔离结构体，包括：
第一层，所述第一层由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚萘二甲
酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚甲基丙烯酸甲酯制成；
两个第二层，所述第二层由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA制成，所述两个第二层分别设置在所述第一层的两侧；和
至少一个第三层，所述第三层由90-99重量％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、0-5重量％有机紫外线吸收剂、0-5重量％有机紫外线稳定剂和1-10重量％无机抗紫外线材料制成并且设置在所述两个第二层中的至少一个上。
优选地，所述电极隔离结构体包括两个第三层，且所述两个第三层分别设置在所述两个第二层上。
或者，所述电极隔离结构体包括一个第三层，且所述一个第三层设置在所述两个第二层中的一个上。
优选地，所述无机抗紫外线材料选自二氧化钛，蒙脱土，高岭土和水滑石中的一种；所述有机紫外线吸收剂选自水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类和三嗪类吸收剂中的一种；所述有机紫外线稳定剂选自受阻胺类稳定剂。
优选地，用于所述第二层的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA具有大于10的熔融流动指数且结构单元中包含5％至45％的醋酸乙烯酯结构单元；用于所述第三层的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA具有小于10的熔融流动指数且结构单元中包含5％至45％的醋酸乙烯酯结构单元。
当所述无机抗紫外线材料为二氧化钛，且在第三层中，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA的重量分数为94.5％，二氧化钛的重量分数为5％，有机稳定剂的重量分数为0.5％时，本发明的效果最佳。
优选地，所述第一层的厚度在90微米至125微米之间，所述第二层的厚度在15微米至35微米之间，且所述第三层的厚度在65微米至85微米之间。
附图说明
图1为一种太阳能电池组件的结构示意图，其示出了传统的EPE结构在该组件中的位置；
图2为根据本发明的一个实施例的EPE结构的示意图。
具体实施方式
如图2所示，根据本发明的一个实施例的EPE结构从上至下呈第三层/第二层/第一层/第二层/第三层的五层结构。具体地，层1为厚度介于90微米和125微米之间的第一层。在该层1的上下两侧分别设置有层2，它们是厚度介于15微米和35微米之间的第二层，起粘结作用。在该两个层2的外侧分别设置有层3，它们是厚度介于65和85微米之间的第三层，具有抗紫外线功能。与前述现有的EPE结构类似，本发明的EPE结构也被设置在太阳能电池组件中的相邻电池的正、负电极之间。
对于处于该五层结构内侧的起粘结作用的EVA层(第二层)，优选地，其为高熔融流动指数(Melt Flow Index，MFI)(例如，熔融流动指数大于10)(按照ASTM D1238，在载荷为2.16kg和190℃条件下)的EVA，优选熔融流动指数介于10至30之间，其中VA(醋酸乙烯酯)含量介于5％至45％之间。例如，可以选用台塑科技的TAISOX7660M EVA，且其厚度选为30微米。
对于处于该五层结构外侧的具有抗紫外线功能的EVA层(第三层)，优选地，其EVA为低熔融流动指数(Melt Flow Index，MFI)(例如，熔融流动指数小于10)(按照ASTM D1238，载荷为2.16kg，190℃)的EVA，优选熔融流动指数小于5，其中VA含量介于5％至45％之间。例如，可以选用台塑科技的TAISOX7360M EVA，且其厚度选为70微米。
对于该五层结构中的第一层(中间层)，其优选地是白色的PET层，且优选地是耐候性较好的背板膜材用的PET层。例如，可以选用东材科技的商品名为DS11的PET产品，且其厚度选为100微米。
特别地，还可以用PC(聚碳酸酯)，PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)，PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)，PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为中间层。
第三层由90-99重量％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、0-5重量％有机紫外线吸收剂、0-5重量％有机紫外线稳定剂和1-10重量％无机抗紫外线材料制成。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA在第三层中的含量优选为93-97重量％，有机紫外线吸收剂在第三层中的含量优选为0-1重量％，有机紫外线稳定剂在第三层中的含量优选为0-1重量％，且无机抗紫外线材料在第三层中的含量优选为3-7重量％。用于第三层的材料组分的重量按第三层的总重量计。
具体地，有机紫外线吸收剂可以分为水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类、三嗪类等。例如，苯酮类的紫外线吸收剂可包括UV-9(2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮)、UV-531(2-羟基-4-正辛氧基-二苯甲酮)、UV-24(2，2’-二羟基-甲氧基二苯甲酮)等，苯并三唑类的紫外线吸收剂可包括UV-326[(2’-羟基-3’-叔丁基-5’-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑]、UV-P[2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑]等，以及三嗪类的紫外线吸收剂可包括三嗪-5[2，4，6-三(2’-羟基-4’-正辛氧基苯基)-1，3，5-三嗪]等。有机稳定剂可包括受阻胺类等。典型的稳定剂可包括例如巴斯夫公司的TINUVIN622，TINUVIN770，TINUVIN783，TINUVIN P，TINUVIN788，还有氰特公司的CYASORB UV1164，CYASORB UV2126，CYASORB UV3346，CYASORB UV3853，及CYASORB THT系列产品等。
另一方面，可用的无机抗紫外线材料包括，二氧化钛，蒙脱土，高岭土和水滑石，例如，牌号为莎哈利本R420，金红石型二氧化钛。
其中，特别地，当所述无机抗紫外线材料为二氧化钛，且在第三层中，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA(如TAISOX7360M)的重量分数为94.5％，二氧化钛(如SACHTLEBEN R420)的重量分数为5％，有机稳定剂(如TINUVIN622)的重量分数为0.5％时，本案实施效果最佳且最经济。
为了制备所述的具有抗紫外线功能的EVA，可以将上述低熔融流动指数小于10的EVA粒子与上述有机或无机抗紫外线材料中的一种或多种的粉末按一定比例(如EVA粒子94.5份，紫外线稳定剂0.5份，二氧化钛5份，按重量比计)，常温(10～30℃)在转速为500转每分钟时，通过侧喂料口分批加入在搅拌机中进行混合并充分搅拌半小时，然后再挤出成形。
该五层EPE结构的一种示例性的制备方法如下：
第一步，在100微米的PET层(DS11，东材科技)的一个面上制备一个30微米的EVA层(TAISOX7660M)，并在该PET层的与该面相对的另一个面上制备另一个30微米的EVA层(TAISOX7660M)，形成30微米EVA/100微米PET/30微米EVA结构；
第二步，在所形成的30微米EVA/100微米PET/30微米EVA结构中的两个EVA层的露出表面上，分别制备70微米的具有抗紫外线功能的EVA层(TAISOX7360M)，从而得到70微米抗紫外线EVA/30微米EVA/100微米PET/30微米EVA/70微米抗紫外线EVA的五层结构。
实施例
实施例1
首先，在100微米的PET层(DS11，东材科技)的一个面上在210度的温度条件下，挤出涂敷一个30微米的EVA层(TAISOX7660M，MFI＝21)，并在该PET层的另一个面上制备另一个30微米的EVA层(TAISOX7660M，MFI＝21)，形成30微米EVA/100微米PET/30微米EVA结构。
然后将EVA(TAISOX7360M，MFI＝3)粒子95.5重量份，紫外线吸收剂UV531，0.5重量份，二氧化钛4重量份)，常温(10～30℃)在转速为500转每分钟时，通过侧喂料口分批加入搅拌机中进行混合并充分搅拌半小时，然后在上述结构上，210度条件下，挤出涂敷制备具有抗紫外线功能的EVA(TAISOX7360M，MFI＝3)层，从而得到电极隔离结构体材料EPE。
实施例2，3
以与实施例1相同的方法制备电极隔离结构体，不同之处在于，通过改变有机紫外线吸收剂的种类，制备抗紫外线功能的EVA层。
实施例4～7
以与实施例1相同的方法制备电极隔离结构体，不同之处在于，分别用不同比例的紫外线吸收剂(UV531，UV5411)与紫外线稳定剂(Tinuvin622)复配，并协同二氧化钛，制备抗紫外线功能的EVA层。
实施例8～14
以与实施例1相同的方法制备电极隔离结构体，不同之处在于，不添加紫外线吸收剂，分别用不同种类和含量的紫外线稳定剂与二氧化钛复配，制备抗紫外线功能的EVA层。
实施例15
以与实施例14相同的方法制备电极隔离结构体，不同之处在于，采用拜尔材料科技的Makrofol TP244PC聚碳酸酯膜作为中间层，得到70微米抗紫外线EVA/30微米EVA/100微米PC/30微米EVA/70微米抗紫外线EVA。
实施例16
以与实施例14相同的方法制备电极隔离结构体，不同之处在于，采用杜邦帝人Teonex Q81的PEN聚萘二甲酸乙二醇酯作为中间层，得到70微米抗紫外线EVA/30微米EVA/100微米PEN/30微米EVA/70微米抗紫外线EVA。
实施例17
以与实施例14相同的方法制备电极隔离结构体，不同之处在于，采用SABIC FR1PBT聚对苯二甲酸丁二醇酯作为中间层，得到70微米抗紫外线EVA/30微米EVA/100微米PBT/30微米EVA/70微米抗紫外线EVA。
实施例18
以与实施例14相同的方法制备电极隔离结构体，不同之处在于，将无机抗紫外线料改变为水滑石，尺寸为3000目，得到70微米抗紫外线EVA/30微米EVA/100微米PBT/30微米EVA/70微米抗紫外线EVA。
实施例19
以与实施例14相同的方法制备电极隔离结构体，不同之处在于，将无机抗紫外线料改变为高岭土，尺寸为3000目，得到70微米抗紫外线EVA/30微米EVA/100微米PBT/30微米EVA/70微米抗紫外线EVA。
在120kWh/m2的累计紫外光辐照剂量下(ASTM G154Cyc le-1，QUV4000h)，用HUNTERLAB仪器按照ASTM Method D1925测试实施例1到19的样品的黄化指数，在一定的配方比例条件下，得到的抗紫外的EPE黄化指数小于8，其中部分配方能小于5。而同样在120kWh/m2的累计紫外光辐照剂量下，传统的EPE结构黄化指数将达到20以上。
根据试验，在90kWh/m2的累计紫外光辐照剂量下，使用HUNTERLAB公司的LabScan XE黄化指数仪，按照ASTM D1925测试方法来测试样品的黄化指数，测得该抗紫外的EPE结构黄化指数小于5。而同样在90kWh/m2的累计紫外光辐照剂量下，传统的EPE结构黄化指数将达到20以上。
而在60kWh/m2的，本案实施的抗紫外EPE隔离材料均能满足黄化指数小于5，而传统的EPE结构黄化指数可到达10左右.
具体上述实施例的电极隔离结构体中的外层中的材料的比例以及电极隔离结构体的黄化指数结果如下(表一)：
Figure BDA00002774402500081
Figure BDA00002774402500091
试验发现，在一定比例紫外线吸收剂和稳定剂，及无机抗紫外线材料的复配下，EPE能达到相应的抗紫外等级，紫外线吸收剂对EPE的抗紫外线能力增加不大，而紫外线稳定剂Tinuvin622与二氧化钛复配，抗紫外能力表现的较强，考虑到成本因素，当EVA与Tinuvin622，二氧化钛三者比例为94.5∶0.5∶5时，试验效果最佳。
而采用PEN聚萘二甲酸乙二醇酯、PC和PBT作为中间层时，并采用实施例14所用的配方，同样发现该结构的EPE黄化指数小于5。
应当理解，根据实际需求的不同，上述具有抗紫外线功能的EPE结构也可以仅仅包括四个层，即比上述五层EPE结构少一个具有抗紫外线功能的EVA层，从而呈现出抗紫外线EVA层/粘结用EVA层/PET层/粘结用EVA层的结构。
虽然结合附图对本发明进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本发明优选实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本发明的一种限制。虽然本总体发明构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例作出改变。本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于太阳能电池组件的电极隔离结构体，包括：
第一层，所述第一层由聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚甲基丙烯酸甲酯制成；
两个第二层，所述第二层由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA制成，所述两个第二层分别设置在所述第一层的两侧；和
至少一个第三层，所述第三层由90-99重量％乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA、0-5重量％有机紫外线吸收剂、0-5重量％有机紫外线稳定剂和1-10重量％无机抗紫外线材料制成并且设置在所述两个第二层中的至少一个上。
2.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，所述电极隔离结构体包括两个第三层，且所述两个第三层分别设置在所述两个第二层上。
3.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，所述电极隔离结构体包括一个第三层，且所述一个第三层设置在所述两个第二层中的一个上。
4.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，所述无机抗紫外线材料选自二氧化钛，蒙脱土，高岭土和水滑石中的一种。
5.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，所述有机紫外线吸收剂选自水杨酸酯类、苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯腈类和三嗪类吸收剂中的一种。
6.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，所述有机紫外线稳定剂选自受阻胺类稳定剂。
7.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，用于所述第二层的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA具有大于10的熔融流动指数且结构单元中包含5％至45％的醋酸乙烯酯结构单元。
8.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，用于所述第三层的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA具有小于10的熔融流动指数且结构单元中包含5％至45％的醋酸乙烯酯结构单元。
9.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，所述无机抗紫外线材料为二氧化钛，且在第三层中，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA的重量分数为94.5％，二氧化钛的重量分数为5％且有机稳定剂的重量分数为0.5％。
10.如权利要求1所述的电极隔离结构体，其中，所述第一层的厚度在90微米至125微米之间，所述第二层的厚度在15微米至35微米之间，且所述第三层的厚度在65微米至85微米之间。
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