CN103367489A - 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由含氟涂层、绝缘基片层和耐湿热层依次组成；所述含氟涂层由含氟涂料固化得到，所述耐湿热层由聚烯烃树脂固化得到；所述含氟涂料中含有含固化性官能团的含氟聚合物和异氰酸酯固化剂；所述异氰酸酯固化剂包括脂肪族异氰酸酯固化剂和氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂；所述聚烯烃树脂中含有熔点低于85℃的茂金属聚烯烃和有机过氧化物。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。

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，该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，通过在聚酯基材的一个表面采用含氟聚合物保护膜层，而在聚酯基材的另一表面通过采用胶黏剂贴合一层EVA层，该EVA层用于将背板粘结至电池片背面。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，水汽透过率高，湿热老化后对水汽的阻隔性能非常差。

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由含氟涂层、绝缘基片层和耐湿热层依次组成；所述含氟涂层由含氟涂料固化得到，所述耐湿热层由聚烯烃树脂固化得到；

所述含氟涂料中含有含固化性官能团的含氟聚合物和异氰酸酯固化剂；所述异氰酸酯固化剂包括脂肪族异氰酸酯固化剂和氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂；

所述聚烯烃树脂中含有熔点低于85℃的茂金属聚烯烃和有机过氧化物。

本发明还提供了所述太阳能电池背板的制备方法，包括将聚烯烃树脂挤出流延于绝缘基片层的一个表面上，并辊压成型；在绝缘基片层的另一个表面上涂覆含氟涂料，然后整体进行固化，得到所述太阳电池背板。

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）通过对含氟涂料中采用的固化剂进行适当选择，具体通过采用脂肪族异氰酸酯固化剂和氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂的复配体系，使得固化后形成的含氟涂层对绝缘基片层有良好的粘结性能，因此无需再使用中间粘结层，可直接将含氟涂层与绝缘基片层牢固粘结，从而简化本发明的太阳能电池背板的结构，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）耐湿热层通过聚烯烃树脂直接固化形成，无需采用粘结剂层，且无需添加耐水解性能差的EVA；固化过程中茂金属聚烯烃发生进一步交联固化，形成的涂层与绝缘基片层具有良好的粘结性能，且具有比EVA更好的耐水汽透过性能，同时形成的耐湿热层为白色能发射光，使得本发明的太阳能电池背板具有良好的耐水汽透过性，且对入射光的利用率有所提高。

具体实施方式

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由含氟涂层、绝缘基片层和耐湿热层依次组成；所述含氟涂层由含氟涂料固化得到，所述耐湿热层由聚烯烃树脂固化得到；

所述含氟涂料中含有含固化性官能团的含氟聚合物和异氰酸酯固化剂；所述异氰酸酯固化剂包括脂肪族异氰酸酯固化剂和氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂；

所述聚烯烃树脂中含有熔点低于85℃的茂金属聚烯烃和有机过氧化物。

如前所述，所述含氟涂层由含氟涂料固化形成。所述含氟涂料中含有含固化性官能团的含氟聚合物和异氰酸酯固化剂。含氟聚合物与异氰酸酯固化剂的质量比为100：5-100：30。

其中，所述含固化性官能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。从聚合物容易获得和固化反应性良好的方面考虑，本发明中，所述固化性官能团优选采用羟基。

本发明中，所述含氟聚合物可直接采用商购产品，例如可以采用大金工业株式会社的含有羟基的四氟乙烯系共聚物Zeffle GK570，其固体成分含量为65wt%。

本发明中，所述异氰酸酯固化剂用于与含氟聚合物上固化型官能团发生反应，从而形成所述含氟涂层。本发明的发明人通过大量实验，具体通过对固化剂的种类进行适当，发现：采用本发明的脂肪族异氰酸酯固化剂和氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂的复配体系，其与含氟聚合物固化交联后形成的含氟涂层对绝缘基片层有良好的粘结性能，无需再使用聚氨酯涂层作为中间粘结层。

优选情况下，所述脂肪族异氰酸酯固化剂选自1,6－己二异氰酸酯的三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体中的至少一种，所述氢化改性芳香族异氰酸酯选自氢化甲苯二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷－4，4’-二异氰酸酯、氢化二亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。本发明中，所述脂肪族异氰酸酯也可直接采用商购产品，例如可以采用拜尔公司的N3390，但不局限于此。类似的，所述氢化改性异氰酸酯也可直接采用商购产品，例如可以采用拜尔公司的H12MDI，但不局限于此。

本发明中，所述脂肪族异氰酸酯固化剂与氢化改性芳香族异氰酸酯的用量比为1：9-9：1。

作为本发明的一种优选实施方式，所述含氟涂料中还含有紫外光屏蔽剂。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。紫外光屏蔽剂能有效反射照射至太阳能电池背板背面（即含氟涂层表面）的紫外光，防止本发明提供的太阳能电池背板老化，延长其使用寿命。以100重量份的含氟聚合物为基准，紫外光屏蔽剂的用量为20-50重量份。

本发明中，为使含氟涂料中各组分能分散均匀，还可加入适量的稀释剂。所述稀释剂可采用涂料领域中常用的有机溶剂，例如为无水乙醇、乙酸乙酯或乙酸丁酯。

所述含氟涂料中，还可根据实际需要含有各种助剂，例如可以含有消泡剂、流平剂、抗氧剂、分散剂中的一种或多种，但不局限于此。各助剂的作用和种类为本领域技术人员所公知，本发明没有特殊限定，此处不再赘述。

本发明的发明人发现，现有技术中耐湿热层的组分由于选择不当，存在以下缺陷：一方面耐湿热层与绝缘基片层的附着力较差，因此还需增设胶黏层以保证二者之间能牢固粘结；另一方面，所得背板需要与封装材料的EVA具有良好的粘结性能，因此在耐湿热层中添加一定的EVA树脂，但EVA水汽透过率高，湿热老化后对水汽的阻隔性能非常差。

因此，本发明的发明人对耐湿热层的具体组分进行大量实验研究，并发现：采用本发明中所述的聚烯烃树脂能直接在绝缘基片层表面固化形成具有良好粘结性能和耐水汽透过性能的耐湿热层，且该粘结层与封装胶膜中的EVA有良好的粘结性能。具体地，所述聚烯烃树脂中含有熔点低于85℃的茂金属聚烯烃和有机过氧化物。

本发明中，所采用的茂金属聚烯烃的熔点低于85℃，其在可较低的稳定下进行加工。具体地，本发明中，所述熔点低于85℃的茂金属聚烯烃优选采用丁烯、己烯、辛烯中的至少一种与乙烯在茂金属催化剂条件下聚合反应得到的产物。该产物的熔点低于85℃，熔融指数为0.1-40g/10min。本发明中，所述茂金属聚烯烃可直接采用商购产品，例如Dow ENGAGE™系列或埃克森美孚的Exact™系列。

所述引发剂用于在室温条件下引发茂金属聚烯烃发生固化交联，从而形成所述耐湿热层。本发明中，所述引发剂可直接采用现有技术中常见的各种引发剂，例如可以采用有机过氧化物引发剂，但不局限于此。所述有机过氧化物引发剂选自过氧化苯甲酰（BPO）、过氧化二异丙苯（DCP）、过氧化-2-2乙基己基碳酸叔丁酯中的任意一种。所述有机过氧化物引发剂也可直接采用商购产品，例如Trigonox® 117。

所述引发剂的用量无需过高，只需其能引发茂金属聚烯烃发生固化交联反应即可。优选情况下，以100重量份的茂金属聚烯烃为基准，所述聚烯烃树脂中有机过氧化物的含量为0.1-2重量份。。作为本发明的一种优选实施方式，以100重量份的茂金属聚烯烃为基准，所述聚烯烃树脂中还含有0.1-2重量份的助交联剂，用于提高茂金属聚烯烃的交联反应速度。所述助交联剂选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）、三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC）、三烯丙基氰脲酸酯（TAC）中的一种或多种。所述助交联剂可直接采用商购产品，例如Sartomer SR-350。

本发明中，所述聚烯烃树脂中还可含有紫外光反射剂，通过其对紫外光的反射，使得照射至耐湿热层表面的紫外光被反射至电池片，使该紫外光得到二次利用，提高入射光利用率。所述紫外光反射剂为现有技术中常用的各种白色颜料，优选采用钛白粉，但不局限于此。更优选情况下，以100重量份的茂金属聚烯烃为基准，所述聚烯烃树脂中还含有1-10重量份的钛白粉。

本发明中，所述绝缘基片层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）。本发明中，所述绝缘基片层可直接采用商购产品，例如可以采用江苏裕兴薄膜科技股份有限公司的PET，型号为CY11。

本发明提供的太阳能电池背板100中，含氟涂层的厚度为15-40μm，优选为15-30μm。绝缘基片层的厚度为90-300μm，优选为100-250μm。耐湿热层的厚度为25-300μm，优选为50-150μm。

本发明还提供了所述太阳能电池背板的制备方法，包括将聚烯烃树脂挤出流延于绝缘基片层的一个表面上，并辊压成型；在绝缘基片层的另一个表面上涂覆含氟涂料，然后整体进行固化，得到所述太阳电池背板。所述含氟涂料、聚烯烃树脂如前所述。

所述聚烯烃树脂的挤出温度高于其熔融温度即可。优选情况下，所述挤出温度为60-100℃。

优选情况下，辊压成型在真空中进行，且温度为100-130℃。

本发明中，聚烯烃树脂的固化和含氟涂料的固化一起进行，即整体固化，含氟涂料固化形成含氟涂层，而聚烯烃树脂同时固化形成耐湿热层。所述固化的温度为110-130℃。所述固化为热固化，可直接在烘箱中进行。

本发明中，为提高绝缘基片层的表面反应活性，还可对绝缘基片层先进行电晕处理。

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。

本发明中，所述透光层、电池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重量份含有羟基的四氟乙烯系共聚物（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，R960），20重量份乙酸丁酯在搅拌下预混合后，加入150重量份0.2mm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6重量份的脂肪族异氰酸酯固化剂（拜耳公司，N3390）和10重量份的氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂（拜尔公司，H12MDI），搅拌均匀后得到本实施例的白色的含氟涂料。

（2）耐湿热膜的制备：将100重量份茂金属聚烯烃（Dow ENGAGE™8400）0.5重量份有机过氧化物（Trigonox® 117）、0.5重量份助交联剂（Sartomer SR-350）、3重量份钛白粉（杜邦R960）共混，得到聚烯烃树脂。

（3）对厚度为120μm的PET膜（将苏裕兴薄膜科技股份有限公司，CY11）的两面进行电晕处理，然后将步骤（2）的聚烯烃树脂在70℃下熔融挤出并流延于PET膜的一面，流延厚度为100μm，然后在110℃下进行辊压；然后在PET膜的另一面涂布步骤（1）的白色涂料，然后整体放入烘箱中，120℃下加热5min，得到本实施例的太阳电池背板S1。

对比例1

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（1）中，只采用一种固化剂：15重量份的脂肪族异氰酸酯固化剂N3390。

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（1）中，脂肪族异氰酸酯固化剂N3390的用量为8重量份，氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂H12MDI的用量为8重量份；

步骤（2）中，采用BPO取代实施例1中的Trigonox® 117；

步骤（3）中，挤出温度为80℃；流延厚度为120μm。

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（1）中，不加入钛白粉；

步骤（2）中，不加入助交联剂。

实施例4

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S4，不同之处在于：

步骤（1）中，含有羟基的四氟乙烯系共聚物的用量为80重量份。

实施例5

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S5，不同之处在于：

步骤（1）中，脂肪族异氰酸酯固化剂N3390的用量为0.5重量份，氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂H12MDI的用量为4.5重量份。

实施例6

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S6，不同之处在于：

步骤（1）中，脂肪族异氰酸酯固化剂N3390的用量为27重量份，氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂H12MDI的用量为3重量份。

性能测试：

1、耐老化性能测试

使用高压加速老化试验机（东莞市艾思荔检测仪器有限公司，PCT-35），在120℃，相对湿度100%的氛围下对S1-S6和DS1处理100h，观察是否发生脱层，是否有气泡产生。

2、耐水汽透过率测试：

按照GB/T 21529-2008公开的方法分别测试对S1-S6和DS1老化前后的耐水汽透过率。

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-S6，相对DS1，老化处理之后未发生脱层以及冒气泡现象，说明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。

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 (17)

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由含氟涂层、绝缘基片层和耐湿热层依次组成；所述含氟涂层由含氟涂料固化得到，所述耐湿热层由聚烯烃树脂固化得到；

所述含氟涂料中含有含固化性官能团的含氟聚合物和异氰酸酯固化剂；所述异氰酸酯固化剂包括脂肪族异氰酸酯固化剂和氢化改性芳香族异氰酸酯固化剂；

所述聚烯烃树脂中含有熔点低于85℃的茂金属聚烯烃和有机过氧化物。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述含固化性官能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。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述脂肪族异氰酸酯固化剂选自1,6－己二异氰酸酯的三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体中的至少一种，所述氢化改性芳香族异氰酸酯选自氢化甲苯二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷－4，4’-二异氰酸酯、氢化二亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

4.根据权利要求1或3所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述脂肪族异氰酸酯固化剂与氢化改性芳香族异氰酸酯的重量比为1:9-9:1。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，含氟聚合物与异氰酸酯固化剂的质量比为100：5-100：30。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述含氟涂料中还含有紫外光屏蔽剂；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或6所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述含氟涂料中还含有消泡剂、流平剂、抗氧剂、分散剂中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述熔点低于85℃的茂金属聚烯烃为丁烯、己烯、辛烯中的至少一种与乙烯在茂金属催化剂条件下聚合反应得到的产物。

9.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述有机过氧化物选自过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化-2-2乙基己基碳酸叔丁酯中的任意一种。

10.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，以100重量份的茂金属聚烯烃为基准，所述聚烯烃树脂中有机过氧化物的含量为0.1-2重量份。

11.根据权利要求1或10所述的太阳能电池背板，其特征在于，以100重量份的茂金属聚烯烃为基准，所述聚烯烃树脂中还含有0.1-2重量份的助交联剂；所述助交联剂选自三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基氰脲酸酯中的一种或多种。

12.根据权利要求1或10所述的太阳能电池背板，其特征在于，以100重量份的茂金属聚烯烃为基准，所述聚烯烃树脂中还含有1-10重量份的钛白粉。

13.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。

14.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，绝缘基片层的厚度为90-300μm，耐湿热层的厚度为25-300μm。

15.权利要求1所述的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，包括将聚烯烃树脂挤出流延于绝缘基片层的一个表面上，并辊压成型；在绝缘基片层的另一个表面上涂覆含氟涂料，然后整体进行固化，得到所述太阳电池背板。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于，挤出温度为60-100℃；辊压成型在真空中进行，且温度为100-130℃；固化温度为110-130℃。

17.一种太阳能电池组件，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1-14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。