CN103287044A - 太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜及其制造方法，该聚偏氟乙烯薄膜包括三层膜层；其中，外层是由如下组合物形成的：90％-100％的聚偏氟乙烯树脂、以及0％-10％的钛白粉和/或炭黑；芯层是由如下组合物形成的：50％-99％的聚偏氟乙烯树脂、1％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及0％-50％的分散剂；内层是由如下组合物形成的：90％-100％的聚偏氟乙烯树脂、以及0％-10％的钛白粉和/或炭黑。本发明的聚偏氟乙烯薄膜既对水汽有较好的阻隔性能，又对紫外线有较高的遮蔽作用，而且本发明的制造工艺相对简单，所得薄膜的质量稳定性高。

Description

太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜及其制造方法；更具体地讲，本发明涉及一种具有三层膜层结构的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜及其制造方法。
背景技术
在这些清洁和可再生能源中，太阳能是其中最重要的能源之一。目前太阳能设备常用的是太阳能电池板，它是将太阳能转化为电能的一个重要设备。太阳能背板是太阳能电池板的一个重要的组件，太阳能电池背板起着保护光伏组件中电池片的作用，防止空气中的灰尘以及湿气(尤其是阴雨天的湿气)会透过太阳能背板进入到内侧，水蒸汽的渗透会影响到粘接层的性能并导致背板剥离，进而使更多湿气直接接触电池片而使电池片被氧化，导致太阳能电池的报废。太阳能电池组件封装的背板一般常用三层结构(PVDF或PVF/PET/PVDF或PVF)，其中，外层保护层PVDF(PVF)具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为PET聚酯薄膜有良好的绝缘性能，内层PVDF(PVF)需经表面处理以便具有良好的粘接性能。
例如，中国专利申请201010022009.4公开了一种太阳能电池组件背面保护层的背板材料。该太阳能电池专用背封膜是由三层层膜材料经真空热压叠层而构成的复合膜，该三层层膜材料为：外层为下列材料之一：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、氟塑料、乙烯一三氟氯乙烯共聚物或三元乙丙橡胶；中层为下列材料之一：乙烯-醋酸乙烯酯或环氧树脂；内层为聚对苯二甲酸乙二醇酯。该申请的背板材料具有良好的空气隔绝性能、良好的防氧化和抗潮湿性能、良好的电绝缘性能、能长期防止粘合物的水解的性能。
中国专利申请200910167211.3公开了一种太阳能电池背板膜及其生产方法。该申请的太阳能电池背板膜包括一PET薄膜基体层以及至少一聚偏氟乙烯膜层，其中，聚偏氟乙烯膜层与PET薄膜基体层通过一粘合剂层复合。该申请的太阳能电池背板膜还进一步包括一EVA膜层，该EVA膜层与PET薄膜基体层采用淋膜复合工艺复合。该申请的太阳能电池背板膜的制备方法包括：将PET薄膜基体层和聚偏氟乙烯膜层进行表面电晕处理；在PET薄膜基体层上涂布粘合剂；将PET薄膜基体层的涂胶面与聚偏氟乙烯膜层热压复合，并进行固化。该申请的太阳能背板膜具有较好的耐候性能、较高的层压剥离强度和优秀阻隔性能和抗电击穿性能。
中国专利申请200910053911.X公开了一种以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，其包括依次粘接的第一耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和第二耐候层，其中能够，第一耐候层和第二耐候层均为无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层，结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层，第一粘接层和第二粘接层可以是聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种。
而中国专利申请201120039608.7则公开了一种太阳能电池板的涂层背板，其包括PET基层、对称设置在PET基层两表面的耐水解处理层，其中一面的耐水解处理层外设置复合而成的PVDF氟膜，另一面的耐水解处理层外涂有高氟合晶型氟涂层。
现有技术中，针对太阳能电池的背板膜的防氧化性能、抗潮湿性能、电绝缘性能等，进行了较多的关注。实践证明，虽然聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜本身就具有一定的抗紫外线性能，然而，仍有必要进一步提高太阳能电池背板膜的遮光性能，以提供性能更为优良的太阳能电池背板膜。
发明内容
本发明目的在于提供一种既有较好的水汽阻隔性能、又有很好的遮光性能的用于太阳能电池背板的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜及其制造方法。
一方面，为了实现本发明的目的，本发明提供了一种太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜，该聚偏氟乙烯薄膜包括三层膜层；其中，该聚偏氟乙烯薄膜之外层是由如下组合物形成的：90％-100％的聚偏氟乙烯树脂、以及0％-10％的钛白粉和/或炭黑；该聚偏氟乙烯薄膜之芯层是由如下组合物形成的：50％-99％的聚偏氟乙烯树脂、1％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及0％-50％的分散剂；该聚偏氟乙烯薄膜之内层是由如下组合物形成的：90％-100％的聚偏氟乙烯树脂、以及0％-10％的钛白粉和/或炭黑。
在本发明的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜膜层成分中，聚偏氟乙烯树脂是整个薄膜的主要成分也为其它成分的承载体；钛白粉(或炭黑)是起遮光和阻挡紫外线的作用；分散剂的作用是提高钛白粉(或炭黑)在聚偏氟乙烯树脂内的分散性。
聚偏氟乙烯(PVDF)树脂本身具有优良的抗紫外线性能和较好的水汽阻隔性能。但对紫外线有更好遮蔽和吸收作用的钛白粉或炭黑则具有一定的吸水性，且与聚偏氟乙烯树脂相容性差，从而有可能使得水汽可通过界面。因而，在本发明的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜中，本发明的发明人采用三层膜层结构，其中外层和内层使用纯PVDF或只加入少量钛白粉(或炭黑)与PVDF材料共混来实现对水汽的阻隔性能，而把实现遮光作用的钛白粉和/或炭黑加入芯层。由于钛白粉和/或炭黑放入芯层后，与空气中的水汽无接触，从而克服了钛白粉或炭黑吸水和水汽易通过前者与PVDF的界面而导致对水汽阻隔性能下降的缺点。这样，本发明的聚偏氟乙烯薄膜做到了在具有较好的水汽阻隔性能同时，又具有较好的紫外线遮蔽性能。
优选地，在本发明的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜中，聚偏氟乙烯薄膜之外层和内层分别是由如下组合物形成的：90％-99％的聚偏氟乙烯树脂、以及1％-10％的钛白粉和/或炭黑。
优选地，在本发明的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜中，聚偏氟乙烯薄膜之芯层是由如下组合物形成的：50％-80％的聚偏氟乙烯树脂、5％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及5％-30％的分散剂；更优选地，聚偏氟乙烯薄膜之芯层是由如下组合物形成的：60％-80％的聚偏氟乙烯树脂、10％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及5％-20％的分散剂。
在本发明的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜中，分散剂是指符合聚乙烯结晶形态之吸附要求、从而能将钛白粉和/或炭黑分散于聚偏氟乙烯中的任何物质。例如，本发明的分散剂可以为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂或其各种衍生物或共混物。
本发明的聚偏氟乙烯薄膜厚度可在5-100μm范围内，优选为10-60μm，更优选为15-40μm。
作为本发明的一具体实施方式，本发明的聚偏氟乙烯薄膜的外层是由如下组合物形成的：90％-98％的聚偏氟乙烯树脂、2％-10％的钛白粉和/或炭黑；芯层是由如下组合物形成的：50％-90％的聚偏氟乙烯树脂、5％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及5％-30％的分散剂；内层是由如下组合物形成的：90％-98％的聚偏氟乙烯树脂、2％-10％的钛白粉和/或炭黑。
作为本发明的另一具体实施方式，本发明的聚偏氟乙烯薄膜的外层是由如下组合物形成的：90％-95％的聚偏氟乙烯树脂、以及5％-10％的钛白粉和/或炭黑；芯层是由如下组合物形成的：50％-80％的聚偏氟乙烯树脂、10％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及10％-20％的分散剂；内层是由如下组合物形成的：90％-95％的聚偏氟乙烯树脂、以及5％-10％的钛白粉和/或炭黑。
另一方面，为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种制备上述太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜的方法，该方法包括以下步骤：
(1)分别为聚偏氟乙烯薄膜的外层、芯层和内层准备配料，并将所得到的外层配料、芯层配料和内层配料分别加入双螺杆挤出机内进行共混处理，分别得到外层原料、芯层原料和内层原料；
(2)将步骤(1)中得到的外层原料、芯层原料和内层原料分别投入三台挤出机内，并汇流于T型或衣架型模头，且通过该模头挤出；
(3)将步骤(2)中经模头挤出所得到的树脂在冷却装置中进行冷却，形成薄膜；
(4)对步骤(3)得到的薄膜的单面或双面进行电晕处理。
在本发明的方法中，步骤(1)中共混处理的工序包括在双螺杆挤出机内于150-260℃温度下进行熔融、塑化、挤出，然后经拉条、水槽冷却、切料，分别制得外层原料、芯层原料和内层原料。
在本发明的方法中，步骤(2)中模头的挤出温度优选为160-260℃。
作为本发明的一具体实施方式，本发明的方法依次由包括以下步骤：
a.配料：外层：：90％-100％的聚偏氟乙烯树脂、以及0％-10％的钛白粉和/或炭黑；芯层：50％-99％的聚偏氟乙烯树脂、1％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及0％-50％的分散剂；内层：90％-100％的聚偏氟乙烯树脂、以及0％-10％的钛白粉和/或炭黑；
b.将上述配料加入双螺杆挤出机内150-260℃进行熔融、塑化、挤出，然后经过拉条，水槽冷却，切料等工序分别制造成外层、芯层和内层的原料；
c.将外层、芯层和内层的原料分别投入相应的三台挤出机内150-260℃进行熔融、塑化，挤压并汇流于T型或衣架型模头，通过模头于160-260℃挤出；
d.将模头挤出树脂经过10-70℃的冷却装置冷却成型，形成薄膜；
e.薄膜冷却成型后经过在线测厚仪进行厚度监控；
f.单面或双面电晕处理；
h.收卷。
在本发明的制造方法种，是先混料造粒，然后采用流延生产工艺的方法，其适用于三层膜层结构的薄膜。
其中，电晕处理装置是牵引收卷区域的一部分，电晕处理主要是提高薄膜表面的润湿张力，有利于在薄膜表面在下一步工序上与PET或EVA薄膜进行粘结。
将上述加工好的薄膜经过牵引后，按照生产的要求收卷到卷取设备上。
本发明的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜既对水汽有较好的阻隔性能，又对紫外线有较高的遮蔽作用。本发明所述的制造方法制造出来的薄膜具有优异的耐腐蚀、耐溶剂、耐污水、耐磨性、自洁性、耐候性、耐久性、遮光性、水汽阻隔性和自熄性等性能，完全可以满足太阳能电池背板材料的要求；而且，本发明的制造工艺相对简单，易于控制，所得薄膜的质量稳定性高，成本相对较低。
下面，结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，但这些具体实施方式并非是对本发明的限定，而只是本发明的某些特定的具体实施方式而已。
具体实施方式
实施例1
本实施例所提供的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，薄膜厚度为25μm，三层结构，外层7.5μm，芯层10μm，内层7.5μm。各膜层原料混合物先进行配料：外层：聚偏氟乙烯树脂100％；芯层：聚偏氟乙烯树脂70％，钛白粉20％，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂10％；内层：聚偏氟乙烯树脂100％。
将配料加入双螺杆挤出机内150-260℃进行熔融、塑化、挤出，然后经过拉条，水槽冷却，切料等工序分别制造成外层、芯层和内层的原料。
接着将外层、芯层和内层的原料分别投入三台挤出机内150-260℃进行熔融、塑化，挤压并汇流于T型或衣架型模头，通过模头于160-260℃挤出。
将模头挤出树脂经过10-70℃的冷却装置冷却成型，形成薄膜。
薄膜冷却成型后经过在线测厚仪进行厚薄监控以及单面或双面电晕处理。
将上述加工好的薄膜经过牵引后，按照生产的要求收卷到卷取设备上。
应当指出的是，本实施例各层膜层包括包含各成分的重量百分比以及各层的厚度比例还可以根据实际客户实际要求进行适当的调整。
实施例2
本实施例所提供的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，薄膜厚度为40μm，三层膜层，外层10μm，芯层20μm，内层10μm。各膜层原料混合物先进行配料：外层：聚偏氟乙烯树脂95％，炭黑5％；芯层：聚偏氟乙烯树脂70％，炭黑20％，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂10％；内层：聚偏氟乙烯树脂95％，炭黑5％。
将配料加入双螺杆挤出机内150-260℃进行熔融、塑化、挤出，然后经过拉条，水槽冷却，切料等工序分别制造成外层、芯层和内层的原料。
接着将外层、芯层和内层的原料分别投入三台挤出机内150-260℃进行熔融、塑化，挤压并汇流于T型或衣架型模头，通过模头于160-260℃挤出。
将模头挤出树脂经过10-70℃的冷却装置冷却成型，形成薄膜。
薄膜冷却成型后经过在线测厚仪进行厚薄监控以及单面或双面电晕处理。
将上述加工好的薄膜经过牵引后，按照生产的要求收卷到卷取设备上。
应当指出的是，本实施例各层膜层包括包含各成分的重量百分比以及各层的厚度比例还可以根据实际客户实际要求进行适当的调整。
实施例3
本实施例所提供的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，薄膜厚度为15μm，三层结构，外层3μm，芯层9μm，内层3μm。各膜层原料混合物先进行配料：外层：聚偏氟乙烯树脂90％，钛白粉10％；芯层：聚偏氟乙烯树脂70％，钛白粉20％，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂10％；内层：聚偏氟乙烯树脂90％，钛白粉10％。
将配料加入双螺杆挤出机内150-260℃进行熔融、塑化、挤出，然后经过拉条，水槽冷却，切料等工序分别制造成外层、芯层和内层的原料。
接着将外层、芯层和内层的原料分别投入三台挤出机内150-260℃进行熔融、塑化，挤压并汇流于T型或衣架型模头，通过模头于160-260℃挤出。
将模头挤出树脂经过10-70℃的冷却装置冷却成型，形成薄膜。
薄膜冷却成型后经过在线测厚仪进行厚薄监控以及单面或双面电晕处理。
将上述加工好的薄膜经过牵引后，按照生产的要求收卷到卷取设备上。
应当指出的是，本实施例各层膜层包括包含各成分的重量百分比以及各层的厚度比例还可以根据实际客户实际要求进行适当的调整。
实施例4
同实施例1，但各膜层原料混合物为：外层：聚偏氟乙烯树脂90％，炭黑10％；芯层：聚偏氟乙烯树脂70％，炭黑20％，聚甲基丙烯酸甲酯(PM MA)树脂10％；内层：聚偏氟乙烯树脂90％，炭黑10％。
实施例5
同实施例1，但各膜层原料混合物为：外层：聚偏氟乙烯树脂97％，炭黑3％；芯层：聚偏氟乙烯树脂70％，炭黑15％，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂15％；内层：聚偏氟乙烯树脂97％，钛白粉3％。
实施例6
同实施例1，但各膜层原料混合物为：外层：聚偏氟乙烯树脂94％，炭黑3％，钛白粉3％；芯层：聚偏氟乙烯树脂50％，炭黑10％，钛白粉15％，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂25％；内层：聚偏氟乙烯树脂94％，炭黑3％，钛白粉3％。

Claims (10)

1.一种太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜，该聚偏氟乙烯薄膜包括三层膜层，其中，
所述聚偏氟乙烯薄膜之外层是由如下组合物形成的：90％-100％的聚偏氟乙烯树脂、以及0％-10％的钛白粉和/或炭黑；
所述聚偏氟乙烯薄膜之芯层是由如下组合物形成的：50％-99％的聚偏氟乙烯树脂、1％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及0％-50％的分散剂；
所述聚偏氟乙烯薄膜之内层是由如下组合物形成的：90％-100％的聚偏氟乙烯树脂、以及0％-10％的钛白粉和/或炭黑。
2.如权利要求1所述的聚偏氟乙烯薄膜，其中，所述聚偏氟乙烯薄膜之外层和内层分别是由如下组合物形成的：90％-99％的聚偏氟乙烯树脂、以及1％-10％的钛白粉和/或炭黑。
3.如权利要求1-3之一所述的聚偏氟乙烯薄膜，其中，所述聚偏氟乙烯薄膜之芯层是由如下组合物形成的：50％-80％的聚偏氟乙烯树脂、5％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及5％-30％的分散剂。
4.如权利要求3的所述的聚偏氟乙烯薄膜，其中，所述聚偏氟乙烯薄膜之芯层是由如下组合物形成的：50％-80％的聚偏氟乙烯树脂、10％-30％的钛白粉和/或炭黑、以及5％-20％的分散剂。
5.如权利要求3的所述的聚偏氟乙烯薄膜，其中，所述的分散剂是指符合聚乙烯结晶形态之吸附要求、从而能将钛白粉和/或炭黑分散于聚偏氟乙烯中的物质。
6.如权利要求5的所述的聚偏氟乙烯薄膜，其中，所述的分散剂为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂。
7.如权利要求3所述的聚偏氟乙烯薄膜，其中，所述的聚偏氟乙烯薄膜厚度为15-40μm。
8.一种制备如权利要求1-7之一所述的太阳能电池背板用的聚偏氟乙烯薄膜的方法，该方法包括以下步骤：
(1)分别为聚偏氟乙烯薄膜的外层、芯层和内层准备配料，并将所得到的外层配料、芯层配料和内层配料分别加入双螺杆挤出机内进行共混处理，分别得到外层原料、芯层原料和内层原料；
(2)将步骤(1)中得到的外层原料、芯层原料和内层原料分别投入三台挤出机内，并汇流于T型或衣架型模头，且通过该模头挤出；
(3)将步骤(2)中经模头挤出所得到的树脂在冷却装置中进行冷却，形成薄膜；
(4)对步骤(3)得到的薄膜的单面或双面进行电晕处理。
9.如权利要求8所述的方法，其中，步骤(1)中共混处理的工序包括在双螺杆挤出机内于150-260℃温度下进行熔融、塑化、挤出，然后经拉条、水槽冷却、切料，分别制得外层原料、芯层原料和内层原料。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中，步骤(2)中模头的挤出温度为160-260℃。
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