CN103421444B

CN103421444B - 一种阻燃型太阳能电池背膜

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Publication number: CN103421444B
Application number: CN201310392515.6A
Authority: CN
Inventors: 张学建; 张希堂; 李华锋; 柳青; 杜彦飞; 朱志广
Original assignee: Lucky Film Co Ltd
Current assignee: Lucky Film Co Ltd
Priority date: 2013-05-14
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: CN103421444A

Abstract

一种阻燃型太阳能电池背膜，所述背膜在基材的一面设置有阻燃性耐候层，在基材的另一面设置阻燃性粘接层，所述阻燃性耐侯层和阻燃性粘接层由涂覆在基材表面的含有含氟膜树脂的组合物形成，所述含有含氟膜树脂的组合物的组分及其重量份为：含氟树脂75～165份；阻燃剂0.8～3份；固化剂1.5～15份；溶剂50～120份。本发明背膜具有良好的阻燃性能、耐侯性和抗抗湿热老化性，并且与封装材料的粘合强度高。

Description

一种阻燃型太阳能电池背膜

技术领域

本发明涉及一种改进的太阳能电池背膜。

背景技术

太阳能电池是通过光电效应或光化学效应直接把光能转化成电能的装置，太阳能电池由玻璃、硅片、EVA胶和背膜经过层压制备而成。随着人们对安全意识的不断加强，对阻燃性提出了更高的要求，因此通过赋予太阳能电池高等级的阻燃性能，对太阳能行业的发展具有重要的现实意义。在太阳能电池的所使用的材料中，玻璃、硅片、铝框等均具有阻燃性能，而塑料部分特别是最外层的背膜一般不具备阻燃性能，因此赋予背膜具有一定的阻燃性是非常重要的。

申请号为201210493198.2的中国专利公开了一种阻燃型太阳能电池背膜，其背膜通过在基材层添加阻燃剂和粘结层中使用磷氮系或卤系阻燃剂来解决背膜的阻燃性。但是，大量磷氮系或卤系阻燃剂的存在一方面会降低基材和粘结层的耐湿热老化性能，影响太阳能电池的使用寿命，另一方面在较高温度的环境下，磷氮系或卤系阻燃剂会释放出大量有毒气体对环境造成危害。

发明内容

本发明所要解决的问题是：针对现有技术存在的不足之处，提供一种阻燃型太阳能电池背膜。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种阻燃型太阳能电池背膜，在基材的一面设置有阻燃性耐候层，在基材的另一面设置有阻燃性粘接层，所述阻燃性耐侯层和阻燃性粘接层由涂覆在基材表面的含有含氟膜树脂的组合物形成，所述含有含氟膜树脂的组合物的组分及其重量份为：含氟树脂75～165份；阻燃剂0.8～3份；固化剂1.5～15份；溶剂50～120份。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述基材和阻燃性粘接层之间设置有底层。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述含氟树脂选自四氟乙烯共聚物、三氟氯乙烯共聚物中、偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的混合物。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的混合物中的偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的重量比为25～30：70～75。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述阻燃剂为笼形倍半硅氧烷，笼型倍半硅氧烷占组合物中的含氟纯树脂重量的1%～3%。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述阻燃剂为选自笼形六倍硅氧烷、笼形八倍硅氧烷、笼形十倍硅氧烷、笼形十二倍硅氧烷或它们混合物。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述阻燃性耐候层厚度为20～30µm。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述阻燃性粘接层厚度为5～30µm。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述固化剂是异氰酸酯、封端基异氰酸酯或氨基树脂。

上述阻燃型太阳能电池背膜，所述溶剂是乙酸丁酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙酮醇中的两种。

与现有技术相比，本发明通过在基材的两侧设置具有阻燃功能的耐侯层和粘接层，并通过对含氟膜树脂的组合物中的组分及其用量的调整，使得到的太阳能电池背膜具有良好的阻燃性能；通过采用笼形倍半硅氧烷作为阻燃剂，克服了现有技术中使用磷氮系或卤系阻燃剂所造成的环境污染问题和对基材和光伏元件的腐蚀问题，提高了太阳能电池的使用寿命，同时阻止了涂层细微裂纹的产生，提高了涂层的柔性。

具体实施方式

一般用于太阳能电池背膜的基材是聚酯，例如，它可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）树脂、聚对萘二甲酸乙二醇酯（PEN）树脂等构成的单层或多层薄膜。从热稳定性、电绝缘性、成本等评价，最佳选择为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜。根据太阳能电池背膜的用途不同，可选择不同厚度、不同颜色的基材。

本发明中的阻燃性耐侯层由涂覆在基材表面的含有含氟膜树脂的组合物形成，该组合物的组分及其重量份为：含氟树脂75～165份；阻燃剂0.8～3份；固化剂1.5～15份；溶剂50～120份。

为使阻燃性耐侯层具有良好的耐候性能，本发明中的含氟树脂可以是四氟乙烯共聚物、三氟氯乙烯共聚物中的一种，还可以是偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的混合物作为含氟树脂。

偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的混合物中提到的丙烯酸树脂，本发明选用具有耐候性较好的丙烯酸类树脂。可以是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、羟丙烯酸酯的均聚物或共聚物，还可以是聚氨酯改性的丙烯酸树脂、有机硅改性丙烯酸树脂。根据配方需要，选用丙烯酸类树脂的硬度不能太高，否则与阻燃剂反应后的涂层太硬，与基材的附着力会降低。本发明中偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的重量比控制在25～30：70～75的范围。

本发明中的阻燃剂采用笼形倍半硅氧烷（POSS），以解决现有技术中因使用磷氮系或卤系阻燃剂所造成的环境污染问题和对基材和光伏元件的腐蚀问题。POSS为有机-无机杂化的纳米材料，其结构式为XR(SiO_1.5)n，R表示烷烃分子链，官能团X可以是-NH₂、-OH、带双键的烯烃、环氧基等活性基材，还可以是环己基、环戊基、异丁基、甲基等隋性基团，带有官能团的笼形硅烷一方面可以与氟树脂分子链上的官能团或固化剂的官能团进行反应生成带有硅笼的聚合物，POSS硅笼会分布在分子主链上，避免了向涂层表面迁移，阻止了涂层细微裂纹的产生，提高了涂层的柔性；另一方面在高温下能够形成稳定性良好的含硅杂化炭层，能够有效阻止热量与氧传递,从而在燃烧的过程中阻止下部材料进一步燃烧，从而达到阻燃效果。实验数据表明：当组合物中POSS的量为纯树脂量的1%～3%时，涂层阻燃性能够达到UL标准的V-0、V-1级；当POSS的量低于1%时，涂层的阻燃性能略差；当POSS的量高于3%时，涂层硬度较高，湿热老化后涂层的附着力下降比较明显。

适合本发明的POSS可以选自笼形六倍硅氧烷（T6）、笼形八倍硅氧烷（T8）、笼形十倍硅氧烷（T10）、笼形十二倍硅氧烷（T12）或它们的混合物，优选T8、T10或它们的混合物。

本发明中的固化剂可以选用公知的市售固化剂，优选使用异氰酸酯、封端基异氰酸酯或氨基树脂。

本发明中的溶剂可以选用公知的市售溶剂，优选使用乙酸丁酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙酮醇中的任意两种。

本发明中的阻燃性粘接层也是由涂覆在基材表面的含有含氟膜树脂的组合物形成，阻燃性粘接层中的含氟树脂组合物的组成与阻燃性耐侯层相同。

为使阻燃性粘接层与基材之间保持很好的附着性能，在基材和阻燃性粘接层之间涂布底层，底层的厚度控制在3～10µm，达到提高粘接层附着力的效果即可。

本发明的阻燃性粘接层和阻燃性耐候层均由含有含氟膜树脂的组合物经涂覆干燥形成，背膜的最外两个涂层均为阻燃性涂层，保障了背膜的阻燃性能。阻燃性耐候层的厚度为15～50µm ，最佳厚度为20～30µm，高于50µm涂层太厚，能够达到耐候和阻燃性能，但是造成了原材料的浪费；低于15µm涂层太薄时，虽然具有阻燃性能，但是耐候性能提不到保障。阻燃性粘接层厚度为5～30µm，高于30µm涂层太厚，层压EVA后的涂层与基材PET的附着力会下降；低于5µm涂层太薄，达不到阻燃效果。

适合本发明的涂覆方式可以采用公知的方式，如浸涂法、气刀涂布法、刮刀涂布法、凹版涂布法、狭缝涂布法等方法。

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

含氟树脂PVDF T-1 30份；

（上海东氟化工科技有限公司制）

纽佩斯树脂Setalux 1757 100份；

（上海凯茵化工有限公司提供）

二羟基笼型倍半硅氧烷 3份；

（sigma-aldrich公司制）

氨基树脂M-85 8份；

（武汉市友辰化工科技有限责任公司制）

丙二醇甲醚醋酸酯 30份；

（济南城海化工有限公司）

N-甲基吡咯烷酮 30份；

（美国DOW化学公司制）

在装有搅拌装置的容器中加入30份聚偏氟乙烯树脂、100份固含量70%的纽佩斯树脂Setalux 1757丙烯酸类树脂、丙二醇甲醚醋酸酯30份和N-甲基吡咯烷酮30份均匀搅拌30分钟，然后加入8份氨基树脂M-85和3份二羟基笼型倍半硅氧烷搅拌20分钟后，过滤、封装，得到阻燃组合物，备用。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经狭缝涂布法涂布上述配制好的阻燃组合物，在160℃干燥3分钟，得到25μm的阻燃性耐候层；同样，在PET另一面涂布聚氨酯胶粘剂（Hexion制）干燥后，在胶粘剂上面涂布上述配制好的阻燃组合物，干燥得到15μm的阻燃性粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能

实施例2

ETERFLON41021 75份；

（长兴化学工业股份有限公司制）

酸基笼型倍半硅氧烷 CA0296 3份；

(美国Hybrid Plastics™公司制)

氨基树脂Cymel 325 3份；

（美国氰特公司制）

乙酸丁酯 60份；

（广州珠江化工集团）

丙二醇甲醚醋酸酯 60份；

（济南城海化工有限公司）

在装有搅拌装置的容器中加入75份聚三氟乙烯树脂ETERFLON41021、乙酸丁酯60份和丙二醇甲醚醋酸酯60份均匀搅拌30分钟，然后加入3份氨基树脂Cymel 325和3份酸基笼型倍半硅氧烷 CA0296搅拌20分钟后过滤、封装，得到阻燃组合物。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经狭缝涂布法涂布上述配制好的阻燃组合物，在160℃干燥3分钟，得到20μm的阻燃性耐候层；同样，在PET另一面涂布实施例1中的阻燃组合物，干燥得到10μm的阻燃性粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

实施例3

含氟树脂GK-570 165份；

(日本大金制)

烷基笼型倍半硅氧烷 52683-5 1.5份；

（sigma-aldrich公司制）

异氰酸酯N3390 4份；

(Bayer Materialscience制)

丙二醇丁醚 30份；

（济南裕兴精细化工有限公司）

丙二醇甲醚醋酸酯 60份；

（济南城海化工有限公司）

在装有搅拌装置的容器中加入165份固含量65%的聚四氟乙烯树脂GK-570、丙二醇丁醚30份和丙二醇甲醚醋酸酯60份均匀搅拌30分钟，然后加入4份异氰酸酯N3390、10份烷基笼型倍半硅氧烷 52683-5搅拌20分钟后过滤、封装，得到阻燃组合物。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经狭缝涂布法涂布上述配制好的阻燃组合物，在160℃干燥3分钟，得到30μm的阻燃性耐候层；同样，在PET另一面涂布丙烯酸树脂（合肥乐凯科技产业有限公司制）干燥后作底涂，在底涂上面涂布实施例2中的阻燃组合物，干燥得到5μm的阻燃性粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

实施例4

含氟树脂 FEM-301 160份；

(中联弗曼科技（北京）有限公司制)

笼型环氧基倍半硅氧烷齐聚体（T10为主混合物） 0.8份；

（乐凯胶片股份公司）

异氰酸酯TSH900 1.5份；

(日本DIC公司制)

乙酸丁酯 20份；

（广州珠江化工集团）

二丙二醇甲醚 25份；

（美国DOW化学公司制）

在装有搅拌装置的容器中加入160份固含量50%的聚三氟乙烯树脂FEM-301、乙酸丁酯20份和二丙二醇甲醚25份均匀搅拌30分钟，然后加入0.8份笼型环氧基倍半硅氧烷齐聚体（T10为主混合物）和1.5份异氰酸酯TSH900搅拌20分钟后过滤、封装，得到的阻燃组合物。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经狭缝涂布法涂布上述配制好的阻燃组合物，在160℃干燥3分钟，得到25μm的阻燃性耐候层；同样，在PET另一面涂布丙烯酸树脂（合肥乐凯科技产业有限公司制）干燥后，在底涂上面涂布实施例3中的阻燃组合物，干燥得到20μm的阻燃性粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能

实施例5

含氟树脂 PVDF-T22 30份；

（乐凯胶片股份公司制）

丙烯酸类树脂CGS-703 120份；

（常州市晨光树脂有限公司制）

氨基笼型倍半硅氧烷 AM0270 2.5份；

(美国Hybrid Plastics™公司制)

封端基异氰酸酯W-8035 15份；

（江阴摩尔化工新材料有限公司）

N-甲基吡咯烷酮 40份；

（美国DOW化学公司制）

二丙二醇乙醚 30份；

（美国DOW化学公司制）

在装有搅拌装置的容器中加入30份聚偏氟乙烯树脂T22、120份固含量60%的丙烯酸类树脂CGS-703、N-甲基吡咯烷酮 40份和二丙二醇乙醚30份均匀搅拌30分钟，然后加入2.5份氨基笼型倍半硅氧烷 AM0270和15份封端基异氰酸酯W-8035搅拌20分钟后过滤、封装，得到阻燃组合物。

在己清洁并电晕处理的基材PET膜的一面经狭缝涂布法涂布上述配制好的耐阻燃组合物，在170℃干燥3分钟，得到20μm的阻燃性耐候层；同样，在PET另一面涂布聚氨酯胶粘剂（Hexion制）干燥后，在胶粘剂上面涂布实施例1中的阻燃组合物，干燥得到30μm的阻燃性粘接层，得到太阳能电池背膜，测其性能。

对比例：

按照专利申请号201210493198.2制备的太阳能电池背膜，测其性能并进行对比

表1：各实施例性能数据表

	耐候性测试	双85老化1000小时拉伸强度保持率（%）	阻燃性能	氧指数	与EVA粘合性能
						实施例1	通过	70	V-0	35.4	85
实施例2	通过	75	V-0	34.6	90
						实施例3	通过	80	V-1	36.3	88
实施例4	通过	85	V-1	33.8	86
						实施例5	通过	65	V-0	34.9	90
对比例	通过	35	V-0	30.5	86

。表中，各项性能的测试方法如下：

1.耐候性能测试：

使用Q-Sum Xe-3-H型氙灯耐候老化试验箱，依据标准ISO 4892-2进行测试。

2.拉伸强度测试：

依据标准GB/T13022－1991进行测试。

3.阻燃测试

参照UL94燃烧等级标准进行测试。

4. 氧指数测试

依据国家标准有GB 2406-80（塑料）

5.与封装材料EVA的粘合性能测试：

依据标准GB/T 2790测试。

Claims

1.一种阻燃型太阳能电池背膜，其特征在于，在基材的一面设置有阻燃性耐候层，在基材的另一面设置有阻燃性粘接层，所述阻燃性耐侯层和阻燃性粘接层由涂覆在基材表面的含有含氟膜树脂的组合物形成，所述含有含氟膜树脂的组合物的组分及其重量份为：含氟树脂75～165份；阻燃剂0.8～3份；固化剂1.5～15份；溶剂50～120份；

所述阻燃剂为笼形倍半硅氧烷；

所述阻燃性耐候层厚度为20～30µm；

所述阻燃性粘接层厚度为5～30µm；

所述溶剂是乙酸丁酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙酮醇中的两种。

2.根据权利要求1所述阻燃型太阳能电池背膜，其特征在于，在基材和阻燃性粘接层之间设置有底层。

3.根据权利要求2所述阻燃型太阳能电池背膜，其特征在于，所述含氟树脂选自四氟乙烯共聚物、三氟氯乙烯共聚物、偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的混合物。

4.根据权利要求3所述阻燃型太阳能电池背膜，其特征在于，所述偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的混合物中的偏氟乙烯类聚合物与丙烯酸类树脂的重量比为25～30：70～75。

5.根据权利要求4所述阻燃型太阳能电池背膜，其特征在于，所述阻燃剂为笼形倍半硅氧烷，笼型倍半硅氧烷占组合物中的含氟树脂重量的1%～3%。

6.根据权利要求5所述阻燃型太阳能电池背膜，其特征在于，上述阻燃性太阳能电池背膜中，所述阻燃剂为选自笼形六倍硅氧烷、笼形八倍硅氧烷、笼形十倍硅氧烷、笼形十二倍硅氧烷或它们混合物。

7.根据权利要求6所述阻燃型太阳能电池背膜，其特征在于，所述固化剂是异氰酸酯、封端基异氰酸酯或氨基树脂。