CN103137732B - 一种太阳能电池背板和一种太阳能电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能电池背板，从下至上依次包括绝缘层、阻隔层和耐候层，所述阻隔层为金属铝层，耐候层为聚苯硫醚层；以聚苯硫醚层的总质量为基准，所述聚苯硫醚层中含有39.99‑94.99wt%的聚苯硫醚树脂、5‑60wt%的填料和0.01‑1wt%的抗氧剂，所述填料中含有钛白粉。本发明还提供了一种采用该太阳能电池背板的太阳能电池组件。本发明的太阳能电池背板成本低、环保，且具有较高的耐候性、附着力、机械强度和反射隔热性，使用寿命得到大大提高。

Description

一种太阳能电池背板和一种太阳能电池组件

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种太阳能电池背板和使用该背板的太阳能电池组件。

背景技术

太阳能电池组件在使用时直接暴露于大气中，要经受温度变化、紫外线照射及水汽的侵蚀。如不能抗拒环境因素的影响，其光电转换性能易于衰减，失去实用价值，因而太阳能电池封装材料的研究十分重要。

为提高耐候性、阻隔紫外线和水汽，目前普遍采用两片聚乙酸乙烯酯（EVA）膜将太阳能电池包封，并和上层玻璃、下层背板材料一起热压粘合成一体，构成太阳能电池板。现有技术中太阳能电池背板常采用Tedlar-PET-Tedlar（TPT）封装结构；Tedlar的主要为聚氟乙烯，耐20年老化；但Tedlar成本较高且存在环境污染。

CN101359695A中公开了一种太阳能电池背板，包括基材和耐候层，在基材的两侧中至少一侧设有耐候层，在基材的一侧设有阻隔膜，所述耐候层的组分及其重量份数为：含氟树脂25-45份，改性树脂1.5-3份，聚合物填料0.5-3份，无机填料0.1-1份，溶剂50-70份。该太阳能电池背板采用含氟树脂耐候层，耐候性较差，且太阳能电池背板各层之间的附着力较低。 同时，由于太阳能电池背板的耐候层置于外部，直接接受太阳光的照射，太阳光中的红外线对背板不断加热，会逐渐降低背板的散热效率，背板易于老化失效，使用寿命较低。

发明内容

本发明解决了现有技术中存在的太阳能电池背板耐候性差、各层之间附着力较低、对红外反射效率较低导致背板的使用寿命较低的技术问题。

本发明提供了一种太阳能电池背板，从下至上依次包括绝缘层、阻隔层和耐候层，所述阻隔层为金属铝层，耐候层为聚苯硫醚层；以聚苯硫醚层的总质量为基准，所述聚苯硫醚层中含有39.99-94.99wt%的聚苯硫醚树脂、5-60wt%的填料和0.01-1wt%的抗氧剂，所述填料中含有钛白粉。

本发明还提供了一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件包括电池、透光层、背板，所述透光层、电池和背板从上到下依次层叠排布；所述的背板为本发明提供的太阳能电池背板。

本发明的太阳能电池背板，采用金属铝层作为阻隔层，聚苯硫醚层作为耐候层，能有效降低背板成本，不会对环境造成污染，且聚苯硫醚耐候性强，各层之间附着力高；同时耐候层中采用适量的含有钛白粉的填料，在保证不降低耐候层的耐候性、附着力和机械强度的前提下，能将太阳光中的波长为800-4000nm的红外线反射，从而减少来自太阳光的热辐射，提高本发明的太阳能电池背板和采用该背板的太阳能电池组件的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的太阳能电池背板的结构示意图。

图2是本发明实施例3提供的太阳能电池背板的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种太阳能电池背板，如图1所示，从下至上依次包括绝缘层1、阻隔层2和耐候层3；所述阻隔层为金属铝层，所述耐候层为聚苯硫醚层。

本发明中，太阳能电池背板的耐候层采用聚苯硫醚层，可以有效降低成本，并提高太阳能电池背板的耐候性能。采用聚苯硫醚作为本发明太阳能电池背板的耐候层，一方面聚苯硫醚能有效耐酸/碱腐蚀、抗氟利昂、抗水解；另一方面，聚苯硫醚耐辐射性能好，对紫外线、γ射线和中子射线有很高的耐久性。此外，聚苯硫醚阻燃性和力学性能好，尺寸稳定性高。

同时，本发明的发明人通过大量实验发现：本发明中，以聚苯硫醚层的总质量为基准，所述聚苯硫醚层中含有39.99-94.99wt%的聚苯硫醚树脂、5-60wt%的填料和0.01-1wt%的抗氧剂，所述填料中含有钛白粉；采用该聚苯硫醚层的太阳能电池背板具有反射隔热功能，能将太阳光中的波长为800-4000nm的红外线反射，从而减少来自太阳光的热辐射，提高本发明的太阳能电池背板的使用寿命。

但是，若聚苯硫醚层中加入5-60wt%的填料，势必会降低聚苯硫醚树脂的含量，导致耐候层的耐候性、附着力和机械强度受到影响。本发明的发明人通过进一步的实验发现，所述聚苯硫醚层中，聚苯硫醚树脂的含量为39.99-94.99wt%、填料的含量为5-60wt%、抗氧剂的含量为0.01-1wt%时，能使聚苯硫醚层的耐候性、附着力、机械强度和反射隔热功能达到最大协同。具体地，若填料的含量高于60wt%，此时得到的聚苯硫醚层的耐候性、附着力以及抗张强度、伸张率都会降低，而填料含量低于5wt%时不能起到反射隔热的作用。

优选情况下，以聚苯硫醚层的总质量为基准，所述聚苯硫醚层中聚苯硫醚树脂的含量为59.8-79.2wt%，填料的含量为20-40wt%，抗氧剂的含量为0.2-0.8wt%。

本发明的太阳能电池背板中，填料中其反射隔热作用的组分为钛白粉。优选情况下，以填料的质量为基准，其中钛白粉的含量为≥40wt%，＜100wt%。若填料中钛白粉的含量低于40wt%，含量过低导致其反射红外的功能较弱。

本发明中，所述钛白粉可直接采用市售各种钛白粉，本发明没有特殊限定。优选情况下，所述钛白粉为经过偶联剂处理的钛白粉，钛白粉经偶联剂处理后与聚苯硫醚具有更好的相容性，混合后不会分相。所述偶联剂为现有技术中常用的各种硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，例如可以选自KH550，KH560、KH570、NDE-311等。

作为本发明的一种优选实施方式，所述填料中还含有紫外反射功能填料、空心微珠中的至少一种。其中，紫外反射功能填料用于反射屏蔽来自大阳的紫外射线，进一步提高本发明的太阳能电池背板的耐候性。空心微珠用于阻隔热量向太阳能电池组件内部传递。更优选情况下，以填料的质量为基准，其中紫外反射功能的含量为大于0至30wt%，空心微珠的含量为大于0至30wt%。本发明中，所述紫外反射功能填料为绢云母粉，可直接采用商购产品，例如可以采用滁州市文龙绢云母有限公司的绢云母粉（≥200目，银白色）。所述空心微珠可采用空心玻璃微珠或空心陶瓷微珠。优选情况下，所述空心微珠的粒径为80-250目。其中，空心玻璃微珠为二氧化硅，空心陶瓷微珠为二氧化硅与氧化铝的混合物。本发明中，所述空心微珠也可直接采用商购产品，例如可以采用秦皇岛秦皇玻璃微珠有限公司的空心玻璃微珠QH700（纯白）。

本发明中，所述抗氧剂为现有技术中常用的各种抗氧剂，例如可以选自多酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代类抗氧剂中的一种或多种。所述抗氧剂可直接采用商购产品，例如可以汽巴公司的抗氧剂1010。

本发明中，所述绝缘层为现有技术中各种常用的树脂，例如可以为聚苯硫醚（PPS）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对萘二甲酸乙二醇酯PEN、低密度聚乙烯（LDPE）、聚碳酸酯（PC）或聚丙烯（PP）。其中，所述.LDPE为本领域技术人员公知的密度为0.916-0.930g/cm³的聚乙烯。从绝缘层的耐热性、电绝缘性和价格方面综合考虑，本发明中，所述绝缘层优选采用PPS或PET。更优选情况下，为提高绝缘层与阻隔层的附着力，所述绝缘层采用PPS。

本发明中所述阻隔层为金属铝层，可以有效阻隔水汽，保护太阳能电池组件。阻隔膜可以是透明的也可以是不透明的。采用阻隔层后可以显著降低太阳能电池背板的水汽透过量，同时，采用不透明的阻隔层可以减少或消除光线的透过进而提高太阳能电池组件的光电转化效率。

根据本发明所提供的太阳能电池背板，所述绝缘层的厚度为0.02-0.05毫米，阻隔层的厚度为0.02-0.3毫米，耐候层的厚度为0.02-0.05毫米。本发明的绝缘层、阻隔层与耐候层的厚度均远小于现有技术中的各种太阳能电池背板，因此在保持太阳能电池背板具有较好的耐老化和阻隔水汽要求的前提下有效降低了太阳能电池背板的成本。

作为本发明的一种优选实施方式，为提高阻隔层2与绝缘层1的附着力和/或阻隔层2与耐候层3的附着力，本发明提供的太阳能电池背板，在绝缘层1与阻隔层2之间和/或耐候层3与阻隔层2之间还含有粘结层4。更优选情况下，绝缘层1与阻隔层2之间和/或耐候层3与阻隔层2之间均含有粘结层4，如图2所示。

所述粘结层采用的粘结剂可以为现有技术中常见的粘结剂，例如可以选自聚乙酸乙烯酯（EVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）或烯烃类聚合物。所述粘结层的厚度不宜过厚，否则造成太阳能电池背板厚度较大，且各种性能也相应降低。优选情况下，所述粘结层的厚度为0.005-0.3毫米。

本发明中，所述太阳能电池背板的制备方法可直接采用现有技术中公开的方法进行制备。其中金属铝层和绝缘层的制备过程为本领域技术人员所公知，本发明中不再赘述。

所述耐候层的制备方法可以采用现有技术中的共挤出或涂膜固化方法。

例如，所述共挤出的方法包括先将聚苯硫醚树脂、填料和抗氧剂在高速混合机中混合均匀，然后采用挤出机挤出形成。在制备本发明的太阳电池背板时，可与金属铝层（即阻隔层）一起共挤出即可。

所述涂膜固化的方法包括先将聚苯硫醚树脂、填料和抗氧剂分散于溶剂中，形成红外反射功能涂料。然后采用喷枪将该红外反射功能涂料喷涂与金属铝层（即阻隔层）表面，固化后即形成所述聚苯硫醚层（耐候层）。其中，所采用的溶剂优选采用乙醇与水的混合溶剂体系。所述红外反射功能涂料中，聚苯硫醚树脂、填料和抗氧剂的总质量与溶剂的质量比为1：1。固化温度为350-400℃，固化时间为2-5min。

为了提高本发明的太阳能电池背板各层之间的附着力，还可以在所述阻隔层的至少一面涂布粘结剂，然后与其它层通过压力和/或固化的方法粘合在一起，此时在绝缘层1与阻隔层2之间和/或耐候层（3）与阻隔层2之间即形成所述粘结层4。涂布粘结剂的方法可为浸涂、挤压涂、气刀涂布、辊涂、凹版涂布、喷涂等公知涂布方式。

作为本领域技术人员的公知常识，本发明提供的制备方法中所述在金属铝层（阻隔层）的两面形成绝缘层和耐候层之前，需对阻隔层进行清洗，除去阻隔层表面的灰尘和油污。所述清洗可以采用现有技术中的各种有机溶剂，如乙醇。

本发明还提供了一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件包括电池、透光层、背板，所述透光层、电池和背板从上到下依次层叠排布；所述的背板为本发明提供的太阳能电池背板。

本发明提供的太阳能电池组件，由于背板的耐候层采用含有聚苯硫醚、填料和抗氧剂，填料中含有钛白粉，使得该背板具有较高的耐候性、附着力、机械强度和反射隔热性能，从而提高本发明的太阳能电池背板和采用该背板的太阳能电池组件的使用寿命。

下面结合实施例来说明本发明所提供的太阳能电池背板和太阳能电池组件。实施例即对比例中，所采用的原料均通过商购得到。

实施例1

（1）将75重量份的聚苯硫醚树脂、15.5重量份的偶联剂KH550处理的钛白粉、4.5重量份紫外反射功能填料绢云母粉（200目，银白色，滁州市文龙绢云母有限公司）、4.5重量份的空心玻璃微珠QH700（100目，纯白）和0.5重量份抗氧剂1010（汽巴公司）置于高速混合机中混合均匀，得到聚苯硫醚混合物。

（2）取0.25mm厚的铝箔作为阻隔层，用无水乙醇棉擦拭铝箔的两面，并用电吹风吹干。采用共挤出复合设备（型号：SJ-LM1250，厂家：常州市三圆塑料机械有限公司），以铝箔作为中间层，在铝箔的一个表面将聚苯硫醚混合物挤出形成0.05mm厚的聚苯硫醚层；在铝箔另一个表面挤出0.05mm厚的PET层。然后通过复合辊将铝箔的两个表面的聚苯硫醚层、PET层与铝箔热压复合，即可在铝箔两面形成耐候层、绝缘层，得到本实施例的太阳能电池背板（具有图1所示结构），记为S1。

实施例2

采用与实施例1相同的方式制备本实施例的太阳电池背板S2，不同之处在于：步骤（1）中，将75重量份的聚苯硫醚树脂、20重量份的偶联剂KH550处理的钛白粉、4.5重量份紫外反射功能填料绢云母粉（200目，滁州市文龙绢云母有限公司）和0.5重量份抗氧剂1010（汽巴公司）置于高速混合机中混合均匀，得到聚苯硫醚混合物。

实施例3

采用将90重量份的聚苯硫醚树脂、6.9重量份的偶联剂KH550处理的钛白粉、1.5重量份紫外反射功能填料绢云母粉（200目，滁州市文龙绢云母有限公司）、1.5重量份的空心玻璃微珠QH700（200目，纯白）和0.1重量份抗氧剂1010（汽巴公司）均匀分散于100重量份的溶剂（50重量份乙醇+50重量份去离子水）中，得到红外反射功能涂料。

取0.25mm厚的铝箔作为阻隔层，用无水乙醇棉擦拭铝箔的两面，并用电吹风吹干。采用喷枪将红外反射功能涂料喷涂与铝箔的一个表面，在铝箔的另一表面喷涂PET树脂，然后将整体转入烘箱中400℃下固化3min，取出自然冷却，即可在铝箔的一个表面形成厚度为0.04mm耐候层，另一个表面形成厚度为0.04mm的PET绝缘层，得到本实施例的太阳能电池背板（具有图1所示结构），记为S3。

实施例4

采用与实施例1相同的方式制备本实施例的太阳电池背板S4，不同之处在于：步骤（1）中，采用将90重量份的聚苯硫醚树脂、6.9重量份的偶联剂KH550处理的钛白粉、3重量份的空心玻璃微珠QH700（150目，纯白）和0.1重量份抗氧剂1010（汽巴公司）均匀分散于100重量份的溶剂（50重量份乙醇+50重量份去离子水）中，得到红外反射功能涂料。

实施例5

取0.25mm厚的铝箔作为阻隔层，用无水乙醇棉擦拭铝箔的两面，并用电吹风吹干。在铝箔的两个表面分别刷涂厚度为0.01mm的粘结剂EVA，然后在一个表面采用实施例1的聚苯硫醚混合物挤出形成厚度为0.02mm的PPS薄膜，在另一个表面挤出厚度为0.02mm的PC薄膜。然后采用复合辊将铝箔两个表面的PPS薄膜、PC薄膜进行热压复合，即可在铝箔两面形成耐候层、绝缘层，得到本实施例的太阳能电池背板（具有图2所示结构），记为S5。

对比例1

采用CN101359695A中实施例1公开的方法，制备本对比例的太阳能电池背板，记为DS1。

对比例2

取0.25mm厚的铝箔作为阻隔层，用无水乙醇棉擦拭铝箔的两面，并用电吹风吹干。采用共挤出复合设备（型号：SJ-LM1250，厂家：常州市三圆塑料机械有限公司），以铝箔作为中间层，在铝箔的一个表面挤出形成0.05mm厚的纯聚苯硫醚层；在铝箔另一个表面挤出0.05mm厚的PET层。然后通过复合辊将铝箔的两个表面的聚苯硫醚层、PET层与铝箔热压复合，即可在铝箔两面形成耐候层、绝缘层，得到本实施例的太阳能电池背板，记为DS2。

性能测试：

1、耐候性测试：

采用太阳能电池板认证/太阳能光伏电池板IEC61215公开的方法，对S1-S5和DS1-DS2进行测试，测试条件为：时间为2000h，相对湿度为85%rh，测试温度为85℃。观察S1-S5和DS1-DS2有无分层。无分层为OK，有分层为NO。测试结果如表1所示。

采用ASTMF-149公开的方法，测试S1-S5和DS1-DS2的击穿电压，测试结果如表1测试。

将S1-S5和DS1-DS2 样品60℃下置于1KW 紫外氙灯下，照射150小时，观测有无变色。无变色为OK，有变色为NO。测试结果如表1测试。

采用UL-94公开的方法，测试S1-S5和DS1-DS2的阻燃级别，测试结果如表1测试。

2、附着力测试：

采用IPV NO.38公开的方法，测试S1-S5和DS1-DS2的层间剥离强度，测试结果如表1测试。

3、水汽透过率测试：

采用ISO 15106-3公开的方法，测试S1-S5和DS1-DS2的水汽透过率，测试结果如表1测试。

4、尺寸稳定性测试：

采用ASTM D-1204 公开的方法，测试S1-S5和DS1-DS2样品的热收缩率（150℃×30min），测试结果见表1。

5、红外反射性能测试：

采用GJB5023.1-2003公开的方法，测试S1-S5和DS1-DS2样品的红外反射率。

表1

。

从表1的测试结果可以看出，采用本发明的方法制备的太阳能电池背板S1-S5无分层、击穿电压高、无变色、阻燃级别高，因此具有优异的耐候性。S1-S5的层间剥离强度均较高，高于DS1-DS2，说明本发明的太阳能电池背板各层之间附着力好。S1-S5的热收缩率明显小于DS1-DS2，这是由于本发明实施例S1-S5均不同程度的加入了无机填料，从而能有效提高太阳能电池背板的尺寸稳定性。S1-S5的红外反射率均在85%以上，明显好于DS1-DS2，因此本发明的太阳能电池背板具有更好屏蔽太阳热辐射的能力，进而提高太阳能电池背板的耐候性和使用寿命。

Claims (11)

1.一种太阳能电池背板，从下至上依次包括绝缘层（1）、阻隔层（2）和耐候层（3）；所述阻隔层为金属铝层，耐候层为聚苯硫醚层；其特征在于，以聚苯硫醚层的总质量为基准，所述聚苯硫醚层中含有39.99-94.99wt%的聚苯硫醚树脂、5-60wt%的填料和0.01-1wt%的抗氧剂，所述填料中含有钛白粉;所述填料中还含有紫外反射功能填料或者还同时含有紫外反射功能填料和空心微珠；所述紫外反射功能填料为绢云母粉。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，以聚苯硫醚层的总质量为基准，所述聚苯硫醚层中聚苯硫醚树脂的含量为59.8-79.2wt%，填料的含量为20-40wt%，抗氧剂的含量为0.2-0.8wt%。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背板，其特征在于，以填料的质量为基准，其中钛白粉的含量为≥40wt%，且＜100wt%。

4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述钛白粉为经过偶联剂处理的钛白粉，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，以填料的质量为基准，其中紫外反射功能的含量为大于0至30wt%，空心微珠的含量为大于0至30wt%。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述空心微珠选自空心玻璃微珠或空心陶瓷微珠，所述空心微珠的粒径为80-250目。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述绝缘层为聚苯硫醚层、聚对苯二甲酸乙二醇酯层、聚对萘二甲酸乙二醇酯层、低密度聚乙烯层、聚碳酸酯层或聚丙烯层。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述绝缘层的厚度为0.02-0.05毫米，阻隔层的厚度为0.02-0.3毫米，耐候层的厚度为0.02-0.05毫米。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，在绝缘层（1）与阻隔层（2）之间和/或耐候层（3）与阻隔层（2）之间还含有粘结层（4）；所述粘结层为聚乙酸乙烯酯层、聚乙烯醇缩丁醛层或烯烃类聚合物层。

10.根据权利要求9所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述粘结层的厚度为0.005-0.3毫米。

11.一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件包括电池、透光层、背板，所述透光层、电池和背板从上到下依次层叠排布，其特征在于，所述的背板为权利要求1-10中任意一项所述的太阳能电池背板。