CN103178143A - 一种太阳能电池背板及其制备方法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，所述太阳能电池背板从下至上依次包括含氟聚合物涂料固化涂层、聚氨酯涂层、绝缘基片层、胶黏层和耐湿热层；所述耐湿热层为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物与聚烯烃的混合物。本发明还提供了所述太阳能电池背板的制备方法和采用该太阳能电池背板的太阳能电池组件。本发明提供的太阳能电池背板，各层之间粘结性能优异、湿热处理前后均具有良好的耐水汽透过性，且成本低廉。

Description

一种太阳能电池背板及其制备方法和一种太阳能电池组件

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，涉及一种太阳能电池背板及其制备方法和一种太阳能电池组件。

背景技术

太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的装置，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，其市场前景广阔。太阳能电池组件的光电转换元件等易受环境作用如湿气、氧气和紫外线的影响和破坏，而导致光电转换性能衰减严重。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、下层背板一起热压粘合成一体，构成太阳能电池组件。

CN101272903公开了一种与基材层的粘结性优异的太阳能电池背板。其太阳能电池模块的背板是通过在基材层的至少一侧面上形成含有固化性官能团的含氟聚合物涂料的固化涂膜而得到；然而，固化涂膜与基材层之间的粘结性较差。同时基材层易湿热老化，会导致背板的水汽透过率增大。

Madico公司生产一种背板，如图1所示，通过在聚酯基材2’的一个表面采用含氟聚合物保护膜层1’，而在聚酯基材2’的另一表面通过采用胶黏剂3’贴合一层EVA层4’，该EVA层4’用于粘结至电池片背面，起隔绝空气、水汽的作用。该背板仍然存在含氟聚合物膜层与基材层之间粘接力的问题，同时该背板中采用的EVA层厚度较大，成本太高。

发明内容

本发明解决了现有技术中的太阳能电池背板存在的背板各层之间粘结性能差、成本高且易湿热老化导致水汽透过率增大的技术问题。

本发明提供了一种太阳能电池背板，所述太阳能电池背板从下至上依次包括含氟聚合物涂料固化涂层、聚氨酯涂层、绝缘基片层、胶黏层和耐湿热层；所述耐湿热层为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物与聚烯烃的混合物。

本发明还提供了所述太阳能电池背板的制备方法，包括在绝缘基片层的一个表面上形成聚氨酯涂层，然后聚氨酯涂层上形成含氟聚合物涂料固化涂层，最后在绝缘基片层的另一个表面上涂覆胶黏剂，然后与耐湿热层贴合，得到所述太阳能电池背板；所述耐湿热层为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物与聚烯烃的混合物。

最后，本发明提供了一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件从上至下依次包括透光层、电池、背板，所述的背板为本发明提供的太阳能电池背板，所述太阳能电池背板的耐湿热层朝上。

本发明提供的太阳能电池背板与现有技术相比，具有以下优点：

（1）在绝缘基片层与含氟聚合物涂料固化涂层之间设置聚氨酯涂层，可大大提高含氟聚合物涂层固化涂层与绝缘基片层的粘结性能，从而提高所述太阳能电池背板和采用该太阳能电池背板的太阳能电池组件的使用寿命。

（2）在绝缘基片层的另一个表面设置耐湿热层，且耐湿热层为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）与聚烯烃的混合物，使得本发明的太阳能电池背板即使在湿热老化后仍能通过耐湿热层保证本发明提供的太阳能电池背板具有良好的耐水汽透过性。

（3）耐湿热层为含有EVA与聚烯烃的混合物，一方面通过在EVA中采用聚烯烃，降低耐湿热层的成本，另一方面聚烯烃为白色能反光，且其耐水汽透过性优于EVA，因此保证本发明的太阳能电池背板具有良好耐水汽透过性前提下，提高太阳能电池的光利用效率。

附图说明

图1是Madico公司生产的背板的结构示意图。

图2是本发明提供的太阳能电池背板的结构示意图。

图3是本发明提供的太阳能电池组件的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种太阳能电池背板100，如图2所示，所述太阳能电池背板100从下至上依次包括含氟聚合物涂料固化涂层1、聚氨酯涂层5、绝缘基片层2、胶黏层3和耐湿热层4。所述耐湿热层4为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物与聚烯烃的混合物。

本发明中，在绝缘基片层2的另一个表面设置耐湿热层4，且耐湿热层4为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）与聚烯烃的混合物，使得本发明的太阳能电池背板100即使在湿热老化后仍能通过耐湿热层4保证本发明提供的太阳能电池背板100具有良好的耐水汽透过性。

具体地，本发明中，所述耐湿热层4中，聚烯烃与乙烯-醋酸乙烯共聚物的质量比为100：5-60。本发明中，所述耐湿热层4为含有EVA与聚烯烃的混合物，一方面通过在EVA中采用聚烯烃，降低耐湿热层4的成本；另一方面聚烯烃为白色能反光，且其耐水汽透过性由于EVA，因此保证本发明的太阳能电池背板100具有良好耐水汽透过性前提下，提高太阳能电池的光利用效率。

优选乙烯-醋酸乙烯共聚物为现有技术中常用的各种乙烯-醋酸乙烯共聚物，本发明没有特殊限定。优选情况下，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯的含量为4-50wt%。更优选情况下，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯的含量为6-20wt%。

所述聚烯烃为现有技术中常用的各种聚烯烃，例如可以选自聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚异戊二烯、茂金属聚烯烃中的一种或多种。

本发明中，为提高耐湿热层4的性能，还可根据需要加入耐湿热层助剂。例如，为了提高耐湿热层反射可见光的能力，所述耐湿热层4中还可含有钛白粉。为了提高耐湿热层4的耐候性能，所述耐湿热层4中还可含有抗氧剂和/或受阻胺光稳定剂。所述钛白粉、抗氧剂、受阻胺光稳定剂的种类和用量为本领域技术人员所公知，本发明没有特殊限定。

本发明中，所述含氟聚合物涂料固化涂层1由含氟涂料固化形成。具体地，所述含氟涂料中含有含固化性基团的含氟聚合物、固化剂，含或不含紫外光屏蔽剂。

所述含固化性基团的含氟聚合物为含氟单体与含固化性官能团单体的共聚物。其中，所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟烷基乙烯醚、偏氟乙烯、六氟丙烯中的一种或多种。所述含固化性官能团单体中的固化性官能团为现有技术中常见的各种具有反应活性、能赋予所述含固化性基团的含氟聚合物反应活性的官能团，例如可以选自羟基、羧基、氨基、环氧基、异氰酸酯基中的一种或多种。

所述固化剂为能与所述含固化性基团的含氟聚合上的固化型基团发生反应的物质，例如可以选自异氰酸酯类固化剂，但不局限于此。

所述紫外光屏蔽剂是指能吸收和/或反射紫外光的物质，例如可以选自紫外光吸收剂、炭黑和钛白粉中的一种。优选情况下，所述紫外光屏蔽剂为钛白粉。

本发明中，在绝缘基片层2与含氟聚合物涂料固化涂层1之间设置聚氨酯涂层5，可大大提高含氟聚合物涂层固化涂层1与绝缘基片层2的粘结性能，从而提高所述太阳能电池背板和采用该太阳能电池背板的太阳能电池组件的使用寿命。

所述聚氨酯涂层5由聚氨酯涂料固化形成。具体地，所述聚氨酯涂料中含有聚酯树脂、固化剂，含或不含助剂。

其中，所述聚酯树脂选自聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇中的至少一种。所述固化剂为具有两个以上官能团的异氰酸酯。所述官能团为异氰酸根。以100重量份的聚酯树脂为基准，所述固化剂的含量为3-25重量份。

所述助剂选自碳化二亚胺、气相二氧化硅、抗氧剂中的一种或多种。例如，为提高聚氨酯涂层的耐水解性能，所述助剂中含有碳化二亚胺。为提高聚氨酯涂层的初始粘接强度，所述助剂中含有气相二氧化硅。为提高聚氨酯涂层的热老化性能，所述助剂中含有抗氧剂。所述碳化二亚胺、气相二氧化硅、抗氧剂的种类和用量在本领域常用范围内，本发明没有特殊限定。

另外，本发明所采用的涂料体系中，为使涂料中各组分能分散均匀，各涂料体系中还可加入适量的溶剂。所述溶剂可采用涂料领域中常用的溶剂，例如为无水乙醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯。

本发明中，所述绝缘基片层2可以采用现有技术中常用的绝缘性能良好的聚酯片，例如可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、聚碳酸酯（PC）等的片材。从基片的耐热性、电绝缘性和价格方面综合考虑，在本发明中，聚酯片优选采用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）。

所述胶黏层3所采用的胶黏剂为现有技术中常用的各种胶黏剂，例如可以采用DIC粘接剂（主剂TSB-500C与固化剂TSH-901C的质量比为10：1的体系），但不局限于此。

本发明提供的太阳能电池背板100中，含氟聚合物固化涂层1的厚度为15-40μm，优选为15-30μm。聚氨酯涂层5的厚度为1-10μm，优选为3-8μm。绝缘基片层2的厚度为90-150μm，优选为100-130μm。胶黏层3的厚度为1-10μm，优选为3-8μm 。耐湿热层4的厚度为25-300μm，优选为50-150μm。

本发明还提供了所述太阳能电池背板100的制备方法，包括在绝缘基片层2的一个表面上形成聚氨酯涂层5，然后聚氨酯涂层5上形成含氟聚合物涂料固化涂层1，最后在绝缘基片层2的另一个表面上涂覆胶黏剂，然后与耐湿热层4贴合，得到所述太阳能电池背板；所述耐湿热层4为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物与聚烯烃的混合物。

其中，形成聚氨酯涂层5的步骤为：在绝缘基片层2的一个表面涂覆聚氨酯涂料，固化后形成聚氨酯涂层5。所述聚氨酯涂料如前所述，含有聚酯树脂、固化剂，含或不含助剂。

形成含氟聚合物涂料固化涂层1的步骤为：在聚氨酯涂层5的表面上涂覆含氟涂料，固化后形成含氟聚合物涂料固化涂层5。所述含氟涂料如前所述，含有含固化性基团的含氟聚合物、固化剂，含或不含紫外光屏蔽剂。

本发明中，为提高绝缘基片层2的表面反应活性，在绝缘基片层2的一个表面形成聚氨酯涂层5之前，还可对绝缘基片层2进行电晕处理。

最后，本发明提供了一种太阳能电池组件，如图3所示，该太阳能电池组件从上至下依次包括透光层300、电池200、背板100，所述的背板为本发明提供的太阳能电池背板，所述太阳能电池背板的耐湿热层朝上。

本发明中，所述透光层300、电池200均可采用本领域技术人员公知的各种透光层和电池，本发明没有特殊限定。

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例及对比例中，所采用的原料均通过商购得到。

实施例1

（1）配制含氟涂料：将100重量份四氟乙烯系共聚物（大金工业株式会社，Zeffle GK570，固体成分65wt%）、30重量份钛白粉（杜邦公司，R706），10重量份乙酸丁酯在搅拌下预混合后，加入150重量份0.20mm的氧化锆珠，利用颜料分散剂以3000rpm的转速分散30min。然后，以200目筛将氧化锆珠滤出，再加入10重量份的异氰酸酯固化剂（拜耳公司，N3390），得到本实施例的白色的含氟涂料。   

（2）配制聚氨酯涂料：将100重量份的聚酯树脂（东洋纺，680树脂）溶解于300重量份乙酸乙酯中，然后加入10重量份的异氰酸酯固化剂（拜耳公司，N3390），得到本实施例的聚氨酯涂料。   

（3）耐湿热膜的制备：将100重量份EVA（VA含量12wt%，韩国现代EF443）和48重量份钛白粉（杜邦R960）共混造粒，然后与500重量份聚乙烯PE和1重量份稳定剂（台湾双键，CHISORB770）共混并挤出成膜，得到膜厚为100μm的耐湿热膜。   

（4）背板成型：对厚度为120μm绝缘基片PET膜（江苏裕兴薄膜科技股份有限公司，CY11）进行电晕处理，然后在PET膜的一个表面涂覆步骤（2）的聚氨酯涂料，固化后在PET表面形成厚度为5μm的聚氨酯涂层，然后在该聚氨酯涂层上涂覆步骤（1）的含氟涂料，固化后形成厚度为25μm的含氟聚合物涂料固化涂层。在PET膜的另一个表面上涂覆DIC粘接剂（主剂TSB-500C/固化剂TSH-901C=10/1溶液），形成涂布量10g/m²、厚度为9μm的胶黏层，最后贴合步骤（3）的耐湿热膜，得到本实施例的太阳能电池背板，记为S1，具有图2所示结构。

对比例1

采用与实施例1相同的步骤制备本对比例的背板，不同之处在于：

步骤（2）中，无需配制聚氨酯涂料；

步骤（3）中，无需制备耐湿热膜；

步骤（4）中，对厚度为120μmPET膜（江苏裕兴薄膜科技股份有限公司，CY11）进行电晕处理，然后在PET膜的一个表面直接涂覆步骤（1）的含氟涂料，固化后形成厚度为25μm的含氟聚合物涂料固化涂层。在PET膜的另一个表面上涂覆DIC粘接剂（主剂TSB-500C/固化剂TSH-901C=10/1溶液），形成涂布量10g/m²、厚度为9μm的胶黏层，然后直接在胶黏层上贴合厚度为100μm的纯EVA膜，得到本对比例的太阳能电池背板，记为DS1，具有图1所示结构。

对比例2

采用与实施例1相同的步骤制备本对比例的背板，不同之处在于：

步骤（2）中，无需配制聚氨酯涂料；

步骤（4）中，对厚度为120μm的PET膜（江苏裕兴薄膜科技股份有限公司，CY11）进行电晕处理，然后在PET膜的一个表面直接涂覆步骤（1）的含氟涂料，固化后形成厚度为25μm的含氟聚合物涂料固化涂层，得到本对比例的太阳能电池背板，记为DS2。

对比例3

采用与实施例1相同的步骤制备本对比例的背板，不同之处在于：

步骤（4）中，对厚度为120μm的PET膜（江苏裕兴薄膜科技股份有限公司，CY11）进行电晕处理，然后在PET的两个表面均涂覆步骤（2）的聚氨酯涂料，固化后在PET膜的两面分别形成厚度为7μm的聚氨酯涂层，然后在两面的聚氨酯涂层上涂覆步骤（1）的含氟涂料，固化后在两面的聚氨酯涂层上分别形成厚度为30μm的含氟聚合物涂料固化涂层，得到本对比例的背板，记为DS3。

实施例2

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的太阳能电池背板S2，不同之处在于：

步骤（3）中，EVA的用量为300重量份，其中VA的含量为5wt%。

实施例3

采用与实施例1相同的步骤制备本实施例的太阳能电池背板S3，不同之处在于：

步骤（2）中，聚氨酯涂料中还加入0.5重量份的碳化二亚胺、1.0重量份的气相二氧化硅。

性能测试：

1、附着力测试：

测试背板S1-S3和DS1-DS3在初始状态下、湿热处理和抗UV处理后的各层间的附着力，处理方法和测定方法如下：

使用恒温恒湿试验箱（台湾庆声科技有限公司制造），在85℃，相对湿度85%的氛围下处理1000h，按GBT9286-1998中固定的划格法测试湿热处理后背板的附着力。   

使用紫外试验机（Q-LAB公司制造），对样品进行3000h的紫外照射，按GBT9286-1998中规定的划格法测试UV处理前后背板的附着力。  

根据GB/T 9286-1998，附着力共分0、1、2、3、4、5六级，0级为最好，5级为最差。   

2、耐水汽透过率测试：

测试背板S1-S3和DS1-DS3在初始状态下的耐水汽透过率。然后对各背板进行湿热处理：采用PCT实验箱在120℃，相对湿度100%的氛围下对各背板S1-S3和DS1-DS3处理80h，然后测试各背板S1-S3和DS1-DS3湿热处理后在38℃下的耐水汽透过率。

测试结果见表1。   

表1

。

由上表1的测试结果可以看出，本发明提供的太阳能电池背板S1-S3，相对现有技术中的各种背板DS1-DS3，湿热处理前后背板各层之间均具有良好的粘结性能，且湿热处理前后均具有良好的耐水汽透过性。另外，本发明中，由于耐湿热层采用EVA与聚烯烃的混合物，成本得到大大降低；而对比例3制得的背板DS3虽然也具有较好的耐水汽透过性，但是其双面均采用成本昂贵的含氟涂层，同时该背板DS3组装成太阳电池组件时还需采用EVA将背板与电池贴合，因此成本较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种太阳能电池背板，其特征在于，所述太阳能电池背板从下至上依次包括含氟聚合物涂料固化涂层、聚氨酯涂层、绝缘基片层、胶黏层和耐湿热层；所述耐湿热层为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物与聚烯烃的混合物。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述耐湿热层中，聚烯烃与乙烯-醋酸乙烯共聚物的质量比为100：5-60。

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，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中乙烯的含量为4-50wt%；所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、聚异戊二烯、茂金属聚烯烃中的一种或多种。

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，所述耐湿热层还含有钛白粉、抗氧剂、受阻胺光稳定剂中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述含氟聚合物涂料固化涂层由含氟涂料固化形成；所述含氟涂料中含有含固化性基团的含氟聚合物、固化剂，含或不含紫外光屏蔽剂。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述含固化性基团的含氟聚合物为含氟单体与含固化性官能团单体的共聚物；所述含氟单体选自四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟烷基乙烯醚、偏氟乙烯、六氟丙烯中的一种或多种；所述固化性官能团为羟基、羧基、氨基、环氧基、异氰酸酯基中的一种或多种；

所述固化剂为异氰酸酯类固化剂；

所述紫外光屏蔽剂选自紫外光吸收剂、炭黑和钛白粉中的一种。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚氨酯涂层由聚氨酯涂料固化形成，所述聚氨酯涂料中含有聚酯树脂、固化剂，含或不含助剂，所述助剂选自碳化二亚胺、气相二氧化硅、抗氧剂中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚酯树脂选自聚酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇中的至少一种；所述固化剂为具有两个以上官能团的异氰酸酯。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述绝缘基片层为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚萘二甲酸乙二醇酯。

10.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，含氟聚合物固化涂层的厚度为15-40μm，聚氨酯涂层的厚度为1-10μm，绝缘基片层的厚度为90-150μm，胶黏层的厚度为1-10μm，耐湿热层的厚度为25-300μm。

11.权利要求1所述的太阳能电池背板的制备方法，包括在绝缘基片层的一个表面上形成聚氨酯涂层，然后聚氨酯涂层上形成含氟聚合物涂料固化涂层，最后在绝缘基片层的另一个表面上涂覆胶黏剂，然后与耐湿热层贴合，得到所述太阳能电池背板；所述耐湿热层为含有乙烯-醋酸乙烯共聚物与聚烯烃的混合物。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，形成聚氨酯涂层的步骤为：在绝缘基片层的一个表面涂覆聚氨酯涂料，固化后形成聚氨酯涂层；形成含氟聚合物涂料固化涂层的步骤为：在聚氨酯涂层的表面上涂覆含氟涂料，固化后形成含氟聚合物涂料固化涂层；所述聚氨酯涂料中含有聚酯树脂、固化剂，含或不含助剂，所述含氟涂料中含有含固化性基团的含氟聚合物、固化剂，含或不含紫外光屏蔽剂。

13.一种太阳能电池组件，该太阳能电池组件从上至下依次包括透光层、电池、背板，其特征在于，所述的背板为权利要求1-10中任一项所述的太阳能电池背板，所述太阳能电池背板的耐湿热层朝上。

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