CN103346182A - 一种太阳能电池板背膜及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

一种太阳能电池板背膜，包括厚度100～350μm的PET薄膜基体，所述基体两面涂覆有15～30μm的含氟聚合物涂层，含氟聚合物涂层由各原料组分按配比混合后得到的混合乳液在80～200℃下溶胀后涂覆于PET薄膜基体上得到，所述含氟聚合物涂层的原料包括如下质量配比的组分：聚酯PET粉末、含氟树脂、溶剂、交联剂、填料、乙二醇；聚酯PET粉末是在苯酚-四氯化碳混合溶剂中溶解所得的沉淀物经粉碎制成的粒径小于25微米的聚酯PET粉末；含氟树脂为含氟高分子树脂，本发明提供一种易加工、耐撕裂、电气绝缘性能和耐候性优异的太阳能电池背膜。

Description

一种太阳能电池板背膜及其生产工艺

技术领域

本发明属于半导体器件的封装技术领域，具体涉及太阳能电池板背膜及其生产工艺。

背景技术

太阳能电池背膜是太阳能电池不可或缺的组成部分，主要用于太阳能电池的封装，是电池板背面的保护材料用于支撑和固定太阳能电池。具有绝缘(耐电击穿)、耐老化、耐气候影响和耐腐蚀等特性。

目前，太阳能背膜分为复合型和涂布型，复合型背板膜主要有TPT、TPE和FPF背板膜，TPT以Tedlar/PET/Tedlar三层独立的薄膜通过胶水的粘结热压成型，其中T表示聚氟乙烯PVF(Polyvinylfluoride)，厚度在37μm左右，该层用作太阳能电池封装材料的主要层，其作用是耐气候、抗紫外、耐老化和不感光等，P表示PET薄膜，厚度一般为250μm，主要作用是水气阻隔和电气绝缘，具有尺寸稳定易加工和耐撕裂的优点；TPE背板膜（Tedlar/PET/EVA）是在PET基膜一面复合Tedlar氟膜，另一面复合EVA胶膜或者聚烯烃薄膜，但是TPE的耐紫外性和耐热氧化性较差，会影响光伏组件的使用寿命。FPF背板膜是在PET两面复合FFC氟膜，具有良好电气性能但综合性能较差。但是TPT采用热压工艺容易造成薄膜层与层之间的粘合强度不够，已经不能适应光伏电池组件厂家的要求。涂布型是通过适当工艺将含氟涂料涂布在PET基膜表面，性能与TPT类似，成本上具有较大优势，但是涂布层附着力低、易出现沙孔、阻湿效果差等质量问题，产品的档次较低，未能应用于高档的晶硅太阳能电池组件。

中国发明专利CN101290950（公开日为2011年2月2日）提供一种太阳能电池背膜及其生产工艺，该背膜包括厚度100～350ΜM的PET薄膜基体,所述基体两面涂覆有15～30ΜM的含氟聚合物涂层，其中一面含氟聚合物涂层上涂覆有0.5～5ΜM的粘合剂层；所述的含氟聚合物涂层由各原料组分按配比混合后经砂磨处理得到的混合乳液直接涂覆在PET薄膜基体上得到，所述含氟聚合物涂层的原料包括如下质量配比的组分：含氟涂料30～55%，溶剂20～40%，交联剂和固化剂2～6%，填料15～40%。该发明通过粘合剂层使得背膜层与层之间的结合强度的提高，产品的耐老化、耐气候性能方面提高，多层结构设计提高了背膜的绝缘性和抗水蒸气渗透性，但是该发明方案制造工艺复杂，需要多次涂覆，耗时长，而且实际生产中品质不易控制；含氟聚合物涂层固化后，其中氟聚合物的含量占80%左右。

发明内容

为解决现有技术工艺复杂、透气性和撕裂强度不能符合光伏电池要求的缺陷，本发明提供一种易加工、耐撕裂、电气绝缘性能和耐候性优异的太阳能电池背膜。

针对以上技术问题，本发明相应的解决技术方案是：

一种太阳能电池板背膜，包括厚度100～350μm的PET薄膜基体，所述基体两面涂覆有15～30μm的含氟聚合物涂层，所述的含氟聚合物涂层由各原料组分按配比混合后得到的混合乳液在80～200℃下溶胀后涂覆于PET薄膜基体上得到，所述含氟聚合物涂层的原料包括如下质量配比的组分：

聚酯PET粉末6～10％

含氟树脂30～55％

溶剂10～20％

交联剂2～6％

填料10～30％

乙二醇5～8％；

所述聚酯PET粉末是在苯酚-四氯化碳混合溶剂中溶解所得的沉淀物经粉碎制成的粒径小于25微米的聚酯PET粉末；

所述含氟树脂为含氟高分子树脂，所述含氟高分子树脂为下列一种或两种以上的混合：聚氟乙烯PVF(Polyvinylfluorid)、聚偏氟乙烯PVDF(Polyvinylidene fluoride)、聚四氟乙烯PTFE(Polytetrafluoroethylene)、聚全氟乙丙烯、氟橡胶(PFA)、三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚共聚物及其他含氟树脂，含氟高分子树脂在含氟聚合物涂层的原料中主要起成膜和交联聚合的作用；

所述溶剂为下列一种或两种以上的混合：二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯、丙二醇甲醚、丁醚醋酸酯、甲基吡咯烷酮；

所述交联剂交联剂主要与含氟涂料起交联固化的作用，交联剂为下列一种或两种以上的混合：聚酯树脂、多异腈酸酯、氨基树脂、环氧树脂、脲醛树脂、γ-丁内酯；

所述填料为了增强含氟聚合物涂层的强度。本发明填料为下列一种或两种以上的混合：二氧化钛、二氧化硅、超细硫酸钡、轻质碳酸钙；

进一步，考虑到客户对外观和色泽的具体要求，本发明可以在含氟聚合物涂层的原料中添加各种颜料，所述含氟聚合物涂层的原料还包括颜料，所述的颜料包括碳黑、钴蓝、铬黄、钛白粉、氧化铁，所述含氟聚合物涂层的原料由如下质量配比的组分组成：

聚酯PET粉末6～10％

含氟树脂30～55％

溶剂10～20％

交联剂2～6％

填料10～30％

乙二醇5～8％

颜料0.5～2％。

所述溶剂优选为丙二醇甲醚。

所述含氟树脂优选为聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯，作为主体原料的绝缘性能要好于聚氟乙烯。

本发明还提供了太阳能电池板背膜的生产工艺，其特征在于所述的太阳能电池背膜的生产工艺包括如下步骤：

(1)将PET薄膜基体进行预处理(2)将所述含氟聚合物涂层的各原料组分按配比混合均匀后进行砂磨处理，形成流平性好、细度小于25微米、粘度适中的混合乳液，直接涂覆在经过预处理的PET薄膜基体上，加热到80～200℃烘烤溶胀，含氟聚合物涂层加热中流向PET薄膜基体，加热固化后得到15～30μm的含氟聚合物涂层。

在制备背膜之前，要先对PET薄膜基体进行预处理，预处理可包括去油和除静电处理：首先用表面活性剂对PET薄膜基体进行表面除油处理，然后用去离子水将基体表面的活性剂清洗干净。将经过除油处理后的基体进行除静电处理。除静电可以采用静电刷的方法。一般而言，本领域技术人员可以根据基体的表面状况和实际工艺需要，自行选择预处理方式和步骤，或对预处理步骤进行简化或省略。

在上述步骤(2)中，本领域技术人员可以根据实际需要来选择含氟聚合物涂层的各原料组分和用量配比，如是否加入颜料和/或助剂等。在原料混合均匀后需进行砂磨处理形成流平性好，细度小于25微米，粘度适中的混合乳液，砂磨过程中可以采用细度刮板仪检测细度及流平性，还可以采用黏度仪、扫描电镜等手段来检测处理效果。一般控制砂磨时间为0.5～1小时。

步骤(2)制备含氟聚合物涂层的涂覆方法有丝网印刷、喷涂、滚涂、刮涂、淋涂等。

该含氟聚合物涂层的涂覆可以两面一次完成，或者完成一面后再涂覆另一面。涂覆完成后需在加热到80～200℃烘烤溶胀，固化成膜。

本发明申请含氟聚合物涂层中PET粉末在加热到80—200℃下，PET粉末在乙二醇等醇类溶剂中溶胀，PET薄膜基体同样处在溶胀状态，处于溶状态的PET粉末与PET薄膜基体表面发生接枝聚合反应，使涂层与PET薄膜基体达到很强的层间结合力。由于溶胀状态的PET易于流向PET薄膜基体表面，最后当涂层固化成膜时，涂层表面形成基本以氟材料为主体的薄膜，具有较强的层间结合力，从而使得背膜具有良好的耐候性。本发明应用了溶涨接枝原理，PET粉末因为溶胀而呈现凝胶状，起物理交联作用，高分子链通过蛇行整体迁移，与结合界面区紧密接触，从而使活性链端迅速地扩散到PET薄膜基体并与之紧密结合。

相比现有技术，本发明申请的太阳能电池板背膜有益效果在于：

1.在本发明中，PET基体薄膜经过除油和除静电处理后，直接将含有PET微米粒子、含氟树脂、溶剂、交联剂、溶胀剂、填料等组成的流体经过溶胀后涂覆在基体薄膜表面。由于溶胀状态的PET易于流向PET薄膜基体表面，最后当涂层固化成膜时，涂层内表面的PET微米粒子与PET基体之间产生强烈的结合作用，从而使得含氟聚合物涂层与PET薄膜基体之间达到很强的层间结合力。

2.含氟聚合物涂层乳液在流向PET薄膜基体过程中，由于分离、沉积作用，绝大部分交联剂、溶胀剂、填料附着于PET薄膜基体。烘烤固化后，含氟聚合物涂覆膜中氟聚合物的含量可达95%。而使用传统的涂覆工艺制作的含氟聚合物涂覆膜，氟聚合物的含量仅为80%。氟聚合物含量的提高，使得背膜具有更加优良的耐老化性能，包括较强的抗水蒸气渗透以及耐紫外线性能。

3.由于本发明采用直接涂装、整体成膜的方法制备背膜，涂覆一次性完成，因此制造工艺简便，耗时短，在生产过程中品质易于控制。

具体实施方式

实施例1

用表面活性剂对厚度为150μm的PET薄膜表面进行处理，然后用去离子水清洗，以除去薄膜表面的油污，烘干后备用。

将PET切片在苯酚-四氯化碳溶解后沉淀，沉淀物在粉碎机中粉碎到粒径小于25微米的粉末状PET。

本实施例含氟树脂为聚氟乙烯；溶剂为丙二醇甲醚；交联剂为γ-丁内酯。

将含氟树脂、PET粉末、溶剂、交联剂、钛白粉(TiO2)和乙二醇按49∶10∶10∶6∶20∶5的重量比配合，在玻璃珠砂磨机中均匀混合，砂磨0.5小时，形成流平性好、细度小于25微米、粘度适中的混合溶液，然后加热到180摄氏度，采用滚涂的方法在经过粘合剂处理的PET薄膜上涂装一层含氟聚合物涂层。在180摄氏度的温度下经过10分钟的烘烤溶胀，该薄膜的厚度约为20μm。

该背膜的总厚度约为195μm。

采用扫面电镜(SEM)技术对该背膜表面进行检测，背膜表面非常的致密、平整，TiO2填料分布均匀，颗粒直径约为100-200nm(纳米)。

该产品具有非常好的耐候性和电气绝缘性能，能与EVA胶非常好的结合，可广泛应用于各种太阳能电池的封装。

实施例2

本实施例含氟树脂为聚偏氟乙烯。溶剂为丙二醇甲醚；交联剂为脲醛树脂。

将含氟树脂、PET粉末、溶剂、交联剂、二氧化硅和乙二醇按50∶8∶10∶6∶18∶8的重量比配合，在玻璃珠砂磨机中均匀混合，砂磨1小时，形成流平性好、细度小于25微米、粘度适中的混合溶液，然后加热到80摄氏度，采用滚涂的方法在干净的PET薄膜(厚度约为150μm)上涂装一层PVDF涂层。在180摄氏度的温度下经过15分钟的烘烤，PVDF涂层中的溶剂挥发后形成PVDF薄膜，该薄膜的厚度约为20μm。

实施例3

本实施例含氟树脂为聚四氟乙烯。溶剂为甲基吡咯烷酮；交联剂为多异腈酸酯。

用电晕的方法对厚度为120μm的PET薄膜进行表面去静电处理，

含氟树脂、PET粉末、溶剂、交联剂、二氧化硅和乙二醇按30∶10∶20∶6∶30∶4的重量比配合，在玻璃珠砂磨机中均匀混合，砂磨1小时，形成流平性好、细度小于25微米、粘度适中的混合溶液，然后加热到180摄氏度，采用滚涂的方法在涂覆有EVA胶的PET薄膜(厚度约为124μm)上涂装一层PTFE涂层。在150摄氏度的温度下经过10分钟的烘烤，PTFE涂层中的溶剂挥发后形成薄膜，该薄膜的厚度约为20μm。

实施例4

本实施例含氟树脂为聚全氟乙丙烯。溶剂为丁醚醋酸酯；交联剂为氨基树脂，颜料为碳黑。

用电晕的方法对厚度为100μm的PET薄膜基体进行表面去静电处理，基体两面涂覆有15μm的含氟聚合物涂层，含氟聚合物涂层是由各原料组分按配比混合后得到的混合乳液在150℃下溶胀后再涂覆PET薄膜基体上，含氟聚合物涂层的原料包括如下质量配比的组分：

聚酯PET粉末、含氟树脂、溶剂、交联剂、填料、乙二醇、颜料，重量配比为10:55:15:15:3:2。

实施例5

本实施例含氟树脂为聚氟乙烯和氟橡胶按照4:1的混合，溶剂为醋酸丁酯；交联剂为γ-丁内酯。

用电晕的方法对厚度为350μm的PET薄膜基体进行表面去静电处理，基体两面涂覆有20μm的含氟聚合物涂层，含氟聚合物涂层是由各原料组分按配比混合后得到的混合乳液在80～200℃下溶胀后再涂覆PET薄膜基体上，含氟聚合物涂层的原料包括如下质量配比的组分：

聚酯PET粉末、含氟树脂、溶剂、交联剂、填料、乙二醇，重量配比为6:40:20:6:23:5。

实验例

将上述实施例1-5做如下测试

（1）氟膜层与PET薄膜之间层间结合力（层间剥离强度）

检测方法：《软质复合塑料材料剥离试验方法》（GB8808-88）

测试条件：将试样裁为宽度15.0mm，长度200mm的尺寸，在温度23℃、相对湿度50％的环境中放置4h以上。沿试样长度方向将复合层与基材预先剥开50mm，被剥开部分不得有明显损伤。将试样以300mm／min的速度进行T型剥离，测定复合层与基材的平均剥离力。

（2）背膜的水蒸气阻隔性能

检测方法：《塑料薄膜和片材透水蒸气性试验方法(杯式法)》（GB/T1037-1988）测试条件：在温度38±0.6℃，相对湿度90±2%条件下，试样两侧保持一定的水蒸气压差，测试透过试样的水蒸气量，计算水蒸气透过率。

（3）背膜的耐紫外线性能

检测方法：《塑料黄色指数试验方法》（HG/T3862—2006）

测试条件：85℃下，使用UVA340照射1500小时，测定背膜的黃变指数(Yellowness difference，^△YI)。

背膜性能对比：

对比例按照中国发明专利CN101290950的方法制作。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (5)

1.一种太阳能电池板背膜，包括厚度100～350μm的PET薄膜基体，所述基体两面涂覆有15～30μm的含氟聚合物涂层，所述的含氟聚合物涂层由各原料组分按配比混合后得到的混合乳液在80～200℃下溶胀后涂覆于PET薄膜基体上得到，所述含氟聚合物涂层的原料包括如下质量配比的组分： 

聚酯PET粉末6～10％ 

含氟树脂30～55％ 

溶剂10～20％ 

交联剂2～6％ 

填料10～30％ 

乙二醇5～8％； 

所述聚酯PET粉末是在苯酚-四氯化碳混合溶剂中溶解所得的沉淀物经粉碎制成的粒径小于25微米的聚酯PET粉末； 

所述含氟树脂为含氟高分子树脂，所述含氟高分子树脂为下列一种或两种以上的混合：聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、氟橡胶、三氟氯乙烯-烷基乙烯基醚共聚物； 

所述溶剂选自二甲苯、正丁醇、醋酸丁酯、丙二醇甲醚、丁醚醋酸酯或甲基吡咯烷酮中一种或两种以上的混合； 

所述交联剂为聚酯树脂、多异腈酸酯、氨基树脂、环氧树脂、脲醛树脂或γ-丁内酯中的一种或两种以上的混合； 

所述填料为二氧化钛、二氧化硅、超细硫酸钡或轻质碳酸钙中的一种或两种以上的混合。

2.如权利要求1所述的太阳能电池板背膜，其特征在于所述含氟聚合物涂层的原料还包括颜料，所述的颜料包括碳黑、钴蓝、铬黄、钛白粉、氧化铁，所述含氟聚合物涂层的原料由如下质量配比的组分组成： 

聚酯PET粉末6～10％ 

含氟树脂30～55％ 

溶剂10～20％ 

交联剂2～6％ 

填料10～30％ 

乙二醇5～8％ 

颜料0.5～2％。 

3.如权利要求1所述的太阳能电池板背膜，其特征在于所述溶剂为丙二醇甲醚。 

4.如权利要求1所述的太阳能电池板背膜，其特征在于所述含氟树脂为聚氟乙烯。 

5.一种如权利要求1所述的太阳能电池板背膜的生产工艺，其特征在于所述的太阳能电池背膜的生产工艺包括如下步骤： 

(1)将PET薄膜基体进行预处理；(2)将所述含氟聚合物涂层的各原料组分按配比混合均匀后进行砂磨处理，形成流平性好、细度小于25微米、粘度适中的混合乳液，直接涂覆在经过预处理的PET薄膜基体上，加热到80～200℃烘烤，含氟聚合物涂层加热中流向PET薄膜基体，加热固化后得到15～30μm的含氟聚合物涂层。