CN103187466B - 一种太阳能电池封装膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池封装膜及其制备方法。太阳能电池封装膜是在聚酯基层两侧通过涂布胶黏剂粘结层与耐候层复合；所述耐候层是通过将氟塑料与无机填料、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含氟薄膜；所述氟塑料为改性氟乙烯树脂，占耐候层质量的70-90wt％；所述无机填料为含钛、铝、锡、硅元素的氧化物，占耐候层质量的10-30wt％；所述的功能助剂占耐候层质量的0-2wt％。本发明的太阳能电池封装膜性能优异，且该背板膜结构紧密，生产工序少、成本低。

Description

一种太阳能电池封装膜及其制备方法
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封装膜及其制备方法。
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。由于背板在光伏组件中起着决定太阳能电池使用寿命的重要作用，近年来随着光伏行业的兴起，背板行业也成为人们关注的热点。太阳能光伏电池背板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，PVF加工存在困难且工艺麻烦，常用的PVF在国际上被美国杜邦公司垄断。
针对现有技术的不足，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，含氟聚合物层包括含氟树脂、改性树脂、聚合物填料、无机填料和溶剂。该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。
发明内容
本发明提供一种结构简单、性能指标高、易于加工制造的太阳能电池封装膜及其制备方法。
本发明的技术方案如下：
太阳能电池封装膜，包括耐候层和聚酯基层，聚酯基层两侧通过涂布胶黏剂粘结层与耐候层复合；所述耐候层为含氟材料层，是通过将氟塑料与无机填料、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含氟薄膜；其中，所述氟塑料为改性氟乙烯树脂，占耐候层质量的70-90wt％；所述无机填料为含钛、铝、锡、硅元素的氧化物，占耐候层质量的10-30wt％；所述的功能助剂占耐候层质量的0-2wt％。
所述的改性氟乙烯树脂是由单体氟乙烯(CFH＝CH2)、乙烯(C2H4)、CF2＝CXY、CF2＝CFRf共聚而成的共聚物，具有如下式所示的组成结构：
其中：X，Y分别是H、F、Cl中的一种，Rf为全氟烷基或全氟烷氧基。所述结构式的共聚物中氟乙烯的含量为60-95mol％，优选含量为65-80mol％；C2H4含量为1-15mol％，优选含量为3-10mol％；CF2＝CXY含量为0-30mol％，优选含量为3-15mol％；CF2＝CFRf含量为0-15mol％，优选含量为3-10mol％。
根据本发明优选的，CF2＝CXY代表偏氟乙烯、三氟氯乙烯、四氟乙烯或三氟乙烯，其中进一步优选三氟氯乙烯或偏氟乙烯。
根据本发明优选的，CF2＝CFRf代表含有3个碳以上的全氟烯烃或全氟烯醚单体，包括六氟丙烯、全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚或全氟丙基乙烯基醚，其中进一步优选为六氟丙烯或全氟丙基乙烯基醚。
根据本发明优选的，所述的改性氟乙烯树脂共聚物分子量范围在10-40万为宜。
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、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，所述无机填料为纳米级的二氧化钛、二氧化硅或三氧化二铝。
所述的聚酯基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等具有良好机械性能的聚合物或其共混物，厚度为50-250μm。
所述的含氟材料层厚度为5-30μm；含氟材料层是将氟塑料与聚合物填料、无机填料、功能助剂的共混塑料层。
所述胶黏剂为环氧胶、丙烯酸胶或聚氨酯胶中的一种，胶黏剂粘结层厚度为2-25μm。
根据本发明进一步优选的，所述含氟材料层中，所述氟塑料为改性氟乙烯树脂，占耐候层质量的80-90wt％；所述无机填料为TiO2，占耐候层质量的10-20wt％；所述的功能助剂占耐候层质量的0.5-2wt％。各组分的质量百分比之和为100％。
本发明所述的太阳能电池封装膜的制备方法，步骤如下：
(1)将耐候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。将混合好的物料进行流延挤出或吹膜，制成耐候层薄膜；
(2)耐候层表面经电晕、等离子体或火焰处理；按现有技术即可。
(3)通过涂胶机将胶黏剂均匀涂覆在聚酯基层薄膜两侧，然后将步骤(2)制备的耐候层薄膜粘附在基层薄膜两侧，压延凝胶后，得到依次为耐候层、胶黏剂粘结层、聚酯基层、胶黏剂粘结层、耐候层复合结构的背板膜产品。
本发明提供的是以含氟材料为耐候层的太阳能电池封装膜，所述含氟材料耐候层是氟塑料与无机填料、功能助剂的共混层，通过挤出流延或吹膜的方式制的得到含氟材料薄膜，用胶黏剂与聚酯基层薄膜粘结而制成太阳能电池封装膜。且此背板膜结构简单，材料易得，性能优良，符合对背板的要求，对太阳能电池行业有非常重要的意义。
本发明所用改性聚氟乙烯树脂的制备工艺按本领域现有技术即可。
本发明提供以下可供选用的方法，但不限于此：在引发剂作用下使单体氟乙烯(CFH＝CH2)、乙烯(C2H4)、CF2＝CXY、CF2＝CFRf进行共聚合反应，该聚合反应在水相中进行或者在乳液中进行，反应温度40-100℃，反应压力1-10MPa，反应时间1-15小时。所述的引发剂为常规引发剂如偶氮二异丁基脒二盐酸盐、偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、过硫酸钾、过硫酸铵或过碳酸钾；引发剂用量按现有技术不超过总物料量的0.05wt％为宜。将共聚反应单体按比例加入反应釜，使反应釜达到反应压力。通过计量泵加入引发剂溶液，开始反应，在反应过程中为了保证反应釜内单体组成不变，向反应釜内按比例补加混合单体，维持反应釜压力恒定，同时补加适量引发剂溶液。反应结束降温，放出未反应单体，得到的物料经过分离，洗涤，干燥，得到改性氟乙烯共聚物。更为详细的制备示例参见CN 201110440985.6的实施例。
本发明以改性聚氟乙烯树脂氟塑料为耐候层的主材，可以和普通的热塑性塑料一样采用挤出流延或者吹膜的方式制备成薄膜，且用聚酯薄膜为基材，提供一种新型的结构简单，性能指标高，易于加工制造的太阳能电池封装膜。
附图说明
图1是本发明太阳能电池封装膜的结构示意图。1为耐候层、2为粘结层、3为聚酯基层。
具体实施方式
下面通过具体实例对本发明作进一步说明，但保护内容不仅限于此。实施例中的物料用量的百分比均为质量百分比，特别说明的除外。实施例中的改性氟乙烯树脂的共聚物分子量范围为15-30万。
实施例1：太阳能电池封装膜的结构如图1所示，聚酯基层两侧通过涂布胶黏剂粘结层与耐候层复合；由上往下依次为耐候层1、粘结层2、聚酯基层3、粘结层2、耐候层1。
耐候层1为氟塑料改性氟乙烯树脂88％与无机填料10％、功能助剂2％的混合物，厚度为25μm。无机填料为纳米级TiO2粉，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％。粘结层2为聚氨酯胶层，厚度为25μm。聚酯层3为聚碳酸酯，厚度为250μm。
所述改性氟乙烯树脂共聚物组成结构式如下：
在上述改性氟乙烯共聚物中氟乙烯成份占摩尔百分含量为83％；乙烯成份占摩尔百分含量为9.2％；六氟丙烯乙烯成份占摩尔百分含量为7.8％。
制备步骤如下：
(1)耐候层薄膜的制备方法：将耐候层各组分按上述比例混合后，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。将混合好的物料进行流延挤出，制成厚度25μm的耐候层薄膜。
(2)耐候层表面经电晕处理，提高耐候层表面能。
(3)背板膜的制备：通过涂胶机将胶黏剂聚氨酯胶均匀涂覆在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜两侧面为粘结层2，然后将耐候层1薄膜粘附在PET薄膜层两侧的粘结层上。
实施例2：背板膜的结构和制备方法如实施例1所述，所不同的是：耐候层中改性氟乙烯树脂(PVF)、TiO2的质量比例不同，见表1。
所述改性氟乙烯树脂共聚物组成结构式如下：
上述结构式的改性氟乙烯共聚物中氟乙烯成份占摩尔百分含量为79.5％；乙烯成份占摩尔百分含量为7.5％；偏氟乙烯成分占摩尔含量为4.3％，六氟丙烯成分占摩尔含量为8.7％。
实施例3：背板膜的结构和制备方法如实施例1所述，所不同的是：耐候层中改性氟乙烯树脂(PVF)、TiO2的质量比例不同，见表1。
所述改性氟乙烯树脂共聚物组成结构式如下：
上述改性氟乙烯共聚物中氟乙烯成份占摩尔百分含量为75.5％；乙烯成份占摩尔百分含量为8.5％；偏氟乙烯成分占摩尔含量为7.8％，全氟丙基乙烯基醚占摩尔含量为7.3％。
实施例1-3耐候层中物料的质量比例如下表1所示。
表1、产品耐候层中改性氟乙烯树脂与TiO2
以上实施例1-3制备的复合膜按下表2中的标准检测，本复合膜机械性能优异，耐老化性能好，结果列于表2。
表2、产品性能
实施例4：太阳能电池封装膜的结构如图1所示。聚酯基层两侧通过涂布胶黏剂粘结层与耐候层复合；由上往下依次为耐候层1、粘结层2、聚酯基层3、粘结层2、耐候层1。
耐候层1为含氟塑料改性氟乙烯树脂，83％与无机填料15％、功能助剂1％的混合物，厚度为20μm。无机填料为SiO2，功能助剂为抗氧剂1076 0.3％、光稳定剂770 0.2％、光吸收剂UV-O 0.2％和硅烷偶联剂KH550 0.3％。粘结层2为环氧胶层，厚度为20μm。聚酯基层3为聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，厚度为200μm。所述改性氟乙烯树脂共聚物结构式及各单体比例与实施例1相同。制备步骤如实施例1。
实施例5：太阳能电池封装膜的结构如图1所示。
耐候层1为含氟塑料改性氟乙烯树脂78％与无机填料20％、功能助剂0.6％的混合物。无机填料为Al2O3粉，功能助剂：抗氧剂BHT 0.2％，光稳定剂622LD 0.1％，光吸收剂UV-9 0.1％，硅烷偶联剂KH570 0.2％，厚度为10μm。粘结层2为丙烯酸胶层，厚度为15μm。聚酯层3为聚碳酸酯，厚度为100μm。制备步骤如实施例1。所述改性氟乙烯树脂结构式及各单体比例与实施例1相同。
以上实施例4-5制备的复合膜按下表3中的标准检测可知，本复合膜机械性能优异，耐老化性能好，结果列于表3。
表3、产品性能

Claims (10)

1.太阳能电池封装膜，包括耐候层和聚酯基层，聚酯基层两侧通过涂布胶黏剂粘结层与耐候层复合;其特征在于所述耐候层为含氟材料层，是通过将氟塑料与无机填料、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含氟薄膜；其中，所述氟塑料为改性氟乙烯树脂，占耐候层质量的70-90wt%；所述无机填料为含钛、铝、锡、硅元素的氧化物纳米级粒子，占耐候层质量的10-30wt%；所述的功能助剂占耐候层质量的0-2wt%；
所述的氟塑料为改性氟乙烯树脂，是由单体氟乙烯（CFH=CH2）、乙烯（C2H4）、CF2=CXY、CF2=CFRf共聚而成的共聚物，具有的组成结构如下式所示：
其中：X，Y分别是H、F、Cl中的一种，Rf为全氟烷基或全氟烷氧基；所述结构式的共聚物中，氟乙烯的含量为60-95mol%；C2H4含量为1-15mol%；CF2=CXY含量为0-30mol%；CF2=CFRf含量为3-10mol%；
含氟材料耐候层厚度为5-30μm；
所述改性氟乙烯树脂结构式中CF2=CFRf代表含有3个碳以上的全氟烯烃或全氟烯醚单体；CF2=CFRf选自六氟丙烯、全氟甲基乙烯基醚、全氟乙基乙烯基醚或全氟丙基乙烯基醚；
所述太阳能电池封装膜为背板膜。
2. 权利要求1所述的太阳能电池封装膜，其特征在于，所述改性氟乙烯树脂结构式中CF2=CXY代表偏氟乙烯、三氟氯乙烯、四氟乙烯或三氟乙烯。
3. 权利要求1所述的太阳能电池封装膜，其特征在于，其中CF2=CFRf为六氟丙烯或全氟丙基乙烯基醚。
4.如权利要求1所述的太阳能电池封装膜，其特征在于所述的聚酯基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）或聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的聚合物或者共混物，厚度为50-250μm。
5.如权利要求1所述的太阳能电池封装膜，其特征在于所述结构式的共聚物中，氟乙烯的含量为65-80mol%；C2H4含量为3-10mol%；CF2=CXY含量为3-15mol%。
6.如权利要求1所述的太阳能电池封装膜，其特征在于所述胶黏剂为环氧胶、丙烯酸胶或聚氨酯胶，胶黏剂粘结层厚度为2-25μm。
7.如权利要求1所述的太阳能电池封装膜，其特征在于所述无机填料为纳米级的二氧化钛、二氧化硅或三氧化二铝。
8.如权利要求1所述的太阳能电池封装膜，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。
9.如权利要求8所述的太阳能电池封装膜，其特征在于所述的功能助剂具体选自如下：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或硅烷偶联剂KH560。
10.权利要求1～9任一项所述的太阳能电池封装膜的制备方法，步骤如下：
（1）将耐候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，将混合好的物料进行流延挤出或吹膜，制成耐候层薄膜；
（2）耐候层表面经电晕、等离子体或火焰处理；
（3）通过涂胶机将胶黏剂均匀涂覆在聚酯基层薄膜两侧，然后将步骤（1）制备的耐候层薄膜粘附在基层薄膜两侧，压延固化后，得到依次为耐候层、胶黏剂粘结层、聚酯基层、胶黏剂粘结层、耐候层复合结构的背板膜产品。
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