CN103299436B - 太阳能电池用背板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种太阳能电池用背板，其包括基底、存在于基底的一侧上的氟树脂层以及存在于基底的另一侧上的散热墨层。还提供了一种用于制备该太阳能电池用背板的方法。该太阳能电池用背板可以具有优异的散热性能以及高耐久性。此外，用于制备该太阳能电池用背板的方法可以实现太阳能电池的低成本制造。
Description
技术领域
本公开内容涉及太阳能电池用背板及其制备方法。
背景技术
一般地，太阳能电池可以包括在其顶部和底部具有乙烯-乙烯醇(EVA)板120的半导体器件110。此外，玻璃基底130可以形成在一个EVA板120上，背板140可以形成在另一个EVA板120上(参见图1)。
这样的太阳能电池通常可以使用EVA聚合物材料，因而在耗散由太阳能电池和其外围器具产生的热方面不佳，从而导致太阳能电池效率低。
与EVA板接触的常规背板可以包括形成在基底142的一侧和另一侧上的氟树脂层144。氟树脂的具体示例可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚氟乙烯(PVF)(参见图2)。这样的氟树脂层144(例如，PVDF或PVF层)具有优异的耐久性。
然而，这样的常规背板昂贵，因此可能导致制造成本效率低。此外，它们可能不具有或具有差的散热性，从而降低了太阳能电池的发电效率。
本发明的公开内容
技术问题
在本发明的实施方案中，提供了一种具有优异的散热性以及优异的耐久性以提高太阳能电池的效率的太阳能电池用背板。还提供了一种用于制备该太阳能电池用背板的方法。
问题的解决方案
在本发明的实施方案中，提供了一种太阳能电池用背板，其包括基底、存在于基底的一侧上的氟树脂层以及存在于基底的另一侧上的散热墨层。
在本发明的另一实施方案中，提供了一种用于制造太阳能电池用背板的方法，包括在基底的一侧上形成氟树脂层以及在基底的另一侧上形成散热墨层。
在本发明的又一实施方案中，提供了一种包括该太阳能电池用背板的太阳能电池。
在本发明的一个示例性实施方案中，太阳能电池用背板还可以包括在基底与散热墨层之间的金属层。
在本发明的另一示例实施方案中，太阳能电池用背板还可以包括在金属层与散热墨层之间的金属防腐蚀层。
本发明的有益效果
根据本发明的实施方案的太阳能电池用背板包括代替形成在常规太阳能电池用背板的一侧上的氟树脂层的散热墨层。为此，背板可以具有良好的散热性。此外，背板可以具有制造成本效率。此外，在代替氟树脂层的散热墨层还设置有金属层时，可以实现优异的散热性以及更高的耐久性。根据本发明实施方案的用于制备太阳能电池用背板的方法可以实现太阳能电池的低成本制造。
附图说明
结合附图，根据下面的详细描述，公开的实施方案的上述和其它方面、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是示出常规太阳能电池的示意图；
图2是示出常规太阳能电池用背板的示意图；
图3是示出根据本发明的示例性实施方案的包括基底、氟树脂层和散热墨层的太阳能电池用背板的示意图；
图4是示出根据本发明的另一示例性实施方案的包括基底、氟树脂层、金属层和散热墨层的太阳能电池用背板的示意图；以及
图5是示出根据本发明的另一示例性实施方案的包括基底、氟树脂层、金属层、金属防腐蚀层和散热墨层的太阳能电池用背板的示意图。
具体实施方式
下文中，将参照示出示例性实施方案的附图，对示例性实施方案进行更充分地描述。然而，本公开内容可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文中所列举的示例性实施方案。相反，提供这些示例性实施方案是为了使得本公开内容将是彻底和完整的，并且能够向本技术领域技术人员充分地传达本公开内容的范围。在描述中，可以省略公知的特征和技术的细节以避免不必要地使所示出的实施方案不清楚。
本文中所使用的术语仅用于描述具体实施方案的目的而不是意在限制本公开内容。如本文中所使用的，未经修饰的单数形式意在还包括复数形式，除非上下文另外清楚地说明。此外，单数形式的使用不表示对数量的限制，而是表示所引用的项目存在至少一个。
还应当理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时表示所陈述的特征、区域、整体、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但不排除一个或更多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、要素、部件和/或它们的组的存在或添加。
图3是示出根据示例性实施方案的包括基底、氟树脂层和散热墨层的太阳能电池用背板的示意图。
如图3所示，太阳能电池用背板可以包括基底10、氟树脂层20和散热墨层50。氟树脂层20形成在基底10的一侧上，散热墨层50形成在基底10的另一侧上。
图4是示出根据另一示例性实施方案的包括基底、氟树脂层、金属层和散热墨层的太阳能电池用背板的示意图。
如图4所示，太阳能电池用背板可以包括基底10、氟树脂层20、金属层30和散热墨层50。氟树脂层20形成在基底10的一侧上，散热墨层50形成在基底10的另一侧上，金属层30形成在基底10与散热墨层50之间。
图5是示出根据另一示例性实施方案的包括基底、氟树脂层、金属层、金属防腐蚀层和散热墨层的太阳能电池用背板的示意图。
如图5所示，太阳能电池用背板还可以包括形成在金属层30与散热墨层50之间的金属防腐蚀层40。
根据本发明一个示例性实施方案的用于制备太阳能电池用背板的方法可以包括：在基底10的一侧上形成氟树脂层20；用散热墨涂覆基底10的另一侧以在基底10的另一侧上形成散热墨层50。
根据另一示例性实施方案，该方法可以包括：在基底10的一侧上形成氟树脂层20；在基底10的另一侧上形成金属层30；用散热墨涂覆金属层30以在金属层30上形成散热墨层50。
根据另一示例性实施方案，该方法还可以包括：在在金属层30上形成散热墨层50之前，在金属层30上形成金属防腐蚀层40；用散热墨涂覆金属防腐蚀层40以在金属防腐蚀层40上形成散热墨层50。
散热墨可以是包括导热材料的导热墨。在一个示例性实施方案中，散热墨层可以包括碳材料或金属填料。碳材料可以包括石墨、碳纳米纤维或碳纳米管，更优选地为石墨。金属填料可以包括金属粉末作为具有高导热性的金属填料，其具体实例可以包括选自铝、金、银、铜、镍、锡、锌、钨、不锈钢、铁等中的至少一种金属粉末。
更详细地，散热墨可以包括散热材料(导热材料)和粘合剂树脂。散热材料可以是颗粒形式，其可以用作导热有效材料。粘合剂树脂可以在散热材料(如颗粒形式的散热材料)之间提供结合力。粘合剂树脂还可以在散热材料与金属层(或金属防腐蚀层)之间提供结合力。如上所述，在一个实施方案中，散热材料可以是碳材料、作为金属填料的金属颗粒或其任意组合。碳材料可以是石墨、石墨烯、CNT(碳纳米管)、CNF(碳纳米纤维)或其任意组合。在一个非限制性实例中，碳材料的颗粒尺寸可以为200μm或更小，特别是5nm至200μm。如上所述，对于金属颗粒，可以使用Al、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Zn、W、Fe或其任意组合。具体地，作为金属颗粒，可以使用一种单一金属(例如，选自上述金属中的单一金属)、或金属的混合物(例如，选自上述金属中的两种或更多种金属的混合物)、或金属合金(例如，选自上述金属中的两种或更多种金属的金属合金)。作为金属合金，可以使用不锈钢。
粘合剂树脂不限于特定的粘合剂树脂，只要其具有粘结性即可，并且可以选自天然树脂或合成树脂。至于粘合剂树脂，可以使用丙烯酸系树脂、环氧系树脂、聚氨酯系树脂、脲系树脂、聚烯烃系树脂(例如，聚乙烯、聚丙烯等)或其任意组合。
可以通过涂覆如下散热墨组合物来形成散热墨层：该散热墨组合物基于100重量份粘合剂树脂计包括20重量份至300重量份的散热材料。散热墨组合物可以是液体或糊的形式。如果散热材料的量小于20重量份，则热导率可能低，从而导致差的散热性能增强。如果散热材料的量超过300重量份，则涂覆性能可能降低并且结合力可能降低，这是因为散热墨具有相对少量的粘合剂树脂。
此外，如果需要的话，散热墨组合物还可以包括光引发剂、固化剂、分散剂、溶剂、抗氧化剂、消泡剂等或它们的任意组合。
可以通过使用涂覆方法如旋涂、刮棒涂覆、喷墨涂覆、凹版涂覆、显微凹版涂覆、轻触式凹版涂覆(KissGravureCoating)、间断式刀涂覆(CommaKnifeCoating)、辊涂覆、喷涂、迈耶棒涂覆、狭缝式涂覆、逆向涂覆、柔性版涂覆、胶印涂覆等对散热墨组合物进行一次或更多次涂覆。
散热墨层的厚度可以根据需要来控制。在一个非限制性实例中，散热墨层的厚度可以为几十纳米至200μm，优选地，散热墨层的厚度可以为5μm至90μm，并且更优选地为20μm至60μm。当散热墨层的厚度小于5μm时，散热性能和耐久性的增强可能差，热辐射性能可能部分降低，这是由于外部冲击产生了表面划痕。如果散热墨层的厚度超过90μm，则可能导致制造成本增加。如果散热墨层的厚度超过200μm，则可能降低背板的柔性并且在成本方面可能不是优选的。
根据示例性实施方案，散热墨层可以沿着水平方向和垂直方向提供高热导率，而散热墨组合物在散热墨的形成期间被压缩。
根据示例性实施方案，本文中公开的散热墨层代替图2所示的常规的聚偏二氟乙烯(PVDF)层144，从而实现了较高的热导率。因此，散热墨层可以具有比常规的太阳能电池用背板好的散热效果，从而提高了太阳能电池的发电效率。此外，即使在高温和高湿度条件下，散热墨层也可以防止太阳能电池的内部材料与湿气接触，从而提高了太阳能电池用背板的物理性能(如防腐蚀性和防潮性)，由此提高了太阳能电池的使用寿命。此外，在使用散热墨层代替常规的PVDF层144时，可以实现高的制造成本效率。
氟树脂层中的氟树脂具有优异的防潮性，从而防止了湿气渗入太阳能电池的背面中。以这种方式，氟树脂可以用于保护太阳能电池的内部材料免受外部环境侵扰。这样的氟树脂的非限制性示例性可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚氟乙烯(PVF)。
在一个示例性实施方案中，基底可以由聚酯、聚烯烃、聚酰胺或纸制成。优选地，基底可以包括选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)中的至少一种材料。
在一个示例性实施方案中，金属层可以包括具有高热导率的任意金属。优选地，金属层可以包括选自铝、金、银、铜、镍、锡、锌、钨、不锈钢和铁中的至少之一。由于金属层具有比氟树脂层(如PVDF层)高的散热效果，所以可以提高太阳能电池的发电效率。
在一个示例性实施方案中，金属层的厚度可以根据需要来控制。优选地，金属层的厚度为15μm至120μm，更具体地为60μm至100μm。如果金属层的厚度小于15μm，则可能显示出不足的导热效果，导致散热性能降低。如果金属层的厚度超过120μm，则可能导致加工性能和成本效率降低。
在高温和高湿度条件下，金属层可能容易被湿气腐蚀，从而导致太阳能电池的耐久性降低。通过使用金属防腐蚀层，可以提高太阳能电池的耐久性。
金属防腐蚀层不限于特定的一种，只要其可以防止对金属层的腐蚀即可。金属防腐蚀层可以包括公知的通常用于防止金属腐蚀的防腐蚀剂。也可以使用一种或更多种防腐蚀剂(如基于磷酸盐的(经磷酸盐处理的)、基于铬的(经铬处理的)等)来形成金属防腐蚀层。此外，可以涂覆有机材料(如与金属形成硅氧烷键(Si-O-Si)的硅烷基化合物、形成金属-硫(S)共价键的具有硫醇基团(-SH)的烷硫醇基化合物等)以形成金属防腐蚀层。
在一个示例性实施方案中，金属防腐蚀层的厚度可以为0.5μm至10μm。如果金属防腐蚀层的厚度小于0.5μm，则可能显示出不足的防止金属腐蚀的效果。如果金属防腐蚀层的厚度超过10μm，则可能导致散热性能降低和低的成本效率。
在本发明的另一实施方案中，提供了包括本文中所公开的太阳能电池用背板的太阳能电池。
现在将描述示例性和实验。下面的实例和实验仅用于说明目的，而不是意在限制本公开内容的范围。
[实验1]散热性能的测量
在PET基底的一侧上形成PVDF层。接下来，在PET基底的另一侧上形成厚度为25μm的散热墨层，从而制备太阳能电池用背板(实施例1，图3)。在一个变化方案中，在PET基底的一侧上形成PVDF层，在PET基底的另一侧上形成厚度为80μm的铝(Al)层，并且在铝(Al)层上形成厚度为25μm的散热墨层，从而制备太阳能电池用背板(实施例2，图4)。在另一变化方案中，在PET基底的一侧上形成PVDF层，在基底的另一侧上形成厚度为80μm的铝(Al)层，在铝(Al)层上形成厚度为1μm的磷酸盐基金属防腐蚀层，并且在金属防腐蚀层上形成厚度为25μm的散热墨层，以提供太阳能电池用背板(实施例3，图5)。
在此，通过涂覆液体形式的、具有丙烯酸树脂和石墨粉末(丙烯酸树脂和石墨粉末的重量比为1∶1)的散热墨组合物来形成散热墨层。通过用磷酸盐处理铝(Al)的表面来在铝(Al)层上形成磷酸盐基金属防腐蚀层。
此外，在PET基底的一侧和另一侧上形成PVDF层以制备常规的太阳能电池用背板(对比例1，图2)。
对根据实施例1至实施例3和对比例1的太阳能电池用背板进行下面的耐久测试、散热性能测试和发电效率测试。
用氙灯老化试验箱(XenonWeather-Ometer，ATLASCi3000+)3000小时并且在恒温/恒温室(80℃、80％RH)中3000小时执行耐久性测试。如表1所示，基于下面的标准来评估根据每个实施例的背板的耐久性：极好(◎)、良好(○)、不合格(△)。
通过基于100℃热源测量温度落差来执行散热性能测试，表1示出所得到的温度和质量等级(极好(◎)、良好(△)、差(X))。
关于发电效率，将根据实施例1至实施例3和比较实施例1的每个背板供应给消费者，使得他们利用使用实施例1的背板的太阳能电池的生热效率的百分率(100％)来评估使用根据每个实施例的背板的太阳能电池的相对发电效率。表1示出所得到的百分率和每天每个太阳能电池的热生成量。
表1
[表1]
工业实用性
提供了一种太阳能电池用背板及其制备方法。与常规的太阳能电池用背板相比，该太阳能电池用背板可以具有更高的散热性能，并且有助于降低制造成本。
Claims (16)
1.一种太阳能电池用背板，包括：
基底；
存在于所述基底的一侧上的氟树脂层；以及
存在于所述基底的另一侧上的散热墨层，
其中所述散热墨层包括金属填料。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用背板，还包括在所述基底与所述散热墨层之间的金属层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池用背板，还包括在所述金属层与所述散热墨层之间的金属防腐蚀层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池用背板，其中所述散热墨层包括粘合剂树脂以及作为所述金属填料的选自Al、Au、Ag、Cu、Ni、Sn、Zn、W和Fe中的至少之一。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池用背板，其中所述散热墨层的厚度为5μm至90μm。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池用背板，其中所述氟树脂是聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚氟乙烯(PVF)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池用背板，其中所述基底由聚酯、聚烯烃、聚酰胺或纸构成。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池用背板，其中所述基底由选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚萘二甲酸丁二醇酯(PBN)、低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)和聚丙烯(PP)中的至少之一构成。
9.根据权利要求2或3所述的太阳能电池用背板，其中所述金属层的金属是选自铝、金、银、铜、镍、锡、锌、钨、不锈钢和铁中的至少之一。
10.根据权利要求2或3所述的太阳能电池用背板，其中所述金属层的厚度为15μm至120μm。
11.根据权利要求3所述的太阳能电池用背板，其中所述金属防腐蚀层是经磷酸盐处理或经铬处理的防腐蚀层。
12.根据权利要求3所述的太阳能电池用背板，其中所述金属防腐蚀层的厚度为0.5μm至10μm。
13.一种用于制备太阳能电池用背板的方法，包括：
在基底的一侧上形成氟树脂层；以及
在所述基底的另一侧上形成散热墨层，
其中所述散热墨层包括金属填料。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在所述基底的所述另一侧上形成金属层；以及
在所述金属层上形成所述散热墨层。
15.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在所述基底的所述另一侧上形成金属层；
在所述金属层上形成金属防腐蚀层；以及
在所述金属防腐蚀层上形成所述散热墨层。
16.一种太阳能电池，其包括根据权利要求1至3中任一项所述的太阳能电池用背板。
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