CN103441171A

CN103441171A - 一种散热性能优异的太阳能电池背板

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Publication number: CN103441171A
Application number: CN2013104091908A
Authority: CN
Inventors: 张艳; 李华峰; 柳青; 宋浩峰
Original assignee: Lucky Film Co Ltd
Current assignee: Lucky Film Co Ltd
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-10
Also published as: CN103441171B

Abstract

一种散热性能优异的太阳能电池背膜，它包括自上而下依次设置的耐侯层、基材层和第一散热涂层，所述的第一散热涂层为碳纳米管、聚丙烯酸树脂、固化剂和稀释剂混合均匀涂布形成的涂层，碳纳米管占聚丙烯酸树脂重量的0.008~0.035%；所述碳纳米管经过电子束辐射处理。本发明所述背膜散热性能优异，能够有效降低组件的运行温度，提高组件的转化效率，延长组件的使用寿命，整体耐侯性能和粘接性能满足组件的使用需求。

Description

一种散热性能优异的太阳能电池背板

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种太阳能电池背膜。

背景技术

作为传统电能生产方法的替代方案，太阳能电池组件被用来利用太阳光产生电能。太阳能电池组件是由各种半导体元件系统组装而成，因而必须加以保护以减轻环境对它的破坏。太阳能电池组件在使用时直接暴露于大气中，要经受温度变化、紫外线照射及水汽的侵蚀，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。

太阳能电池背膜主要用于太阳能电池的封装，具有耐电击穿、耐老化、耐腐蚀等特性，用于太阳能电池的衬底，具有良好的电绝缘性能、抗紫外线和抗腐蚀性能，可起到很好的保护作用。现有的背膜一般是由几种高分子材料复合制成，如采用TPT、TPE、FPE结构等，其散热性能不好，不能将电池运行过程中产生的热量有效导出，造成电池的热量蓄积，导致电池的工作温度上升，尤其是晶体硅太阳电池转换效率与负温度系数相关，转换效率随电池温度的上升而线性下降，温度每升高1℃，功率输出减少0.4%-0.5%，甚至达到0.66%，而效率同比下降，绝对值则降低0.08%-0.1%。高温时组件不能正常工作，各种材料极易老化，从而缩短其使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种太阳能电池背膜，它应具有优良的散热性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种散热性能优异的太阳能电池背膜，它包括自上而下依次设置的耐侯层、基材层和第一散热涂层，所述的第一散热涂层为碳纳米管、聚丙烯酸树脂、固化剂和稀释剂混合均匀涂布形成的涂层，碳纳米管占丙烯酸树脂重量的0.008-0.035%；所述碳纳米管经过电子束辐射处理。

上述太阳能电池背膜，在所述的耐侯层和基材层之间设有第二散热层，第二散热涂层为碳纳米管、聚丙烯酸树脂、固化剂和稀释剂混合均匀涂布形成的涂层，碳纳米管占丙烯酸树脂重量的0.008-0.035%。

上述太阳能电池背膜，所述的第一散热层的厚度为10-15微米。

上述太阳能电池背膜，所述的第二散热层的厚度为10-15微米。

上述太阳能电池背膜，所述的聚丙烯酸树脂可以选自含有叔碳酸乙烯酯的丙烯酸共聚物。

上述太阳能电池背膜，所述碳纳米管为多臂碳纳米管、单臂碳纳米管或者其混合物。

上述太阳能电池背膜，所述电子束辐射处理的辐照剂量为0.1-1000kGy，优选150-250 kGy.

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1.本发明采用碳纳米管作为散热材料，通过控制碳纳米管与聚丙烯酸树脂的用量比例以及对碳纳米管的辐射处理，使太阳能电池背板的热导率大大提高，从而使组件运行过程中产生的热量高温下以1-12.5μm波长的形式发射出去，有效降低了组件的运行温度，提高了组件的转化效率，保证了使用寿命。

2．所述散热涂料通过涂布方式涂布在PET基材上，与PET基材附着力良好，耐湿热稳定性良好，有效避免了传统背板在湿热老化过程由于胶粘剂水解造成中背板脱层的问题，同时使背膜的整体耐侯性能和粘接性能满足组件的使用需求。

附图说明

图1是实施例2、4提供的产品结构示意图。

图2是实施例1、3、5提供的产品结构示意图。

图中各标号表示为：基材层1；第一散热涂层2；第二散热涂层3；耐候层4。

具体实施方式

本发明提供的散热性能优异的太阳能电池背膜，包括自上而下依次设置的耐侯层、基材层和第一散热涂层，也可以在耐侯层和基材层之间设有第二散热层。其中，第一散热涂层和第二散热涂层均为碳纳米管、聚丙烯酸树脂、固化剂和稀释剂混合均匀涂布形成的涂层，碳纳米管占丙烯酸树脂重量的0.008-0.035%。

本发明中，散热涂层中以碳纳米管为导热材料，但是，碳纳米管本身是电的良导体，而太阳能电池背膜整体要求是绝缘的，如何解决碳纳米管在导热的同时不增加整个背板的导电性是本发明需要重点解决的问题。发明人通过研发发现，可以通过控制碳纳米管与聚丙烯酸树脂之间的用量比例，在得到良好导热性的同时，保证背膜整体的绝缘性能满足使用要求。本发明人发现，碳纳米管在散热涂料中的添加量不能超过其渗流阀值，否则将会导致整个背板丧失绝缘性，渗流阀值与碳纳米管在聚丙烯树脂中的分散强相关，与两者的界面结合也有一定关系，本发明中，碳纳米管的用量占聚丙烯酸树脂重量的0.008%～0.035%，如果用量低于0.008%，则无法在树脂中形成导热通道；如果用量高于0.035%，将会超过其渗流阀值，使散热涂料具有导电性，从而使背板丧失绝缘性。

另外，碳纳米管的分散性能也直接影响背膜的散热性能，由于碳纳米管本身容易聚集，为改善碳纳米管的分散性，本发明对碳纳米管进行了电子束辐射处理，在辐照过程中，碳纳米管表面接枝了极性的含氧基团，碳管束被打散，自身的分散性得到很大改善，同时也提高了其在涂布液中的分散性。辐射处理时的辐照剂量控制在0.1-1000kGy,优选150-250 kGy。

适合于本发明的碳纳米管为各向异性的多臂碳纳米管、单臂碳纳米管或者其混合物。

适合于本发明的聚丙烯酸树脂由甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-2-羟基丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯、甲基丙烯酸-2-羟基丙酯、丙烯酰胺、N-羟基丙烯酰胺、叔碳酸乙烯酯、叔碳酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸月桂酯、丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸丁酯单体中的一种或多种共聚而成。为保证太阳能电池背膜要求的散热性、抗水解性、抗氧化性及耐水解性，优选含有叔碳酸乙烯酯的丙烯酸共聚物，例如可以选自市售的丙烯酸酯—叔碳酸乙烯酯。叔碳酸乙烯酯环氧丙烯酸酯等。

适用于本发明的固化剂可以选自市售产品：六亚甲基二异氰酸酯（HDI）及其二聚体、三聚体，4,4二异氰酸酯二苯甲烷（MDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5三甲基环已基异氰酸酯（IPDI）中的一种或多种，从耐UV黄变及抗高温高湿性考虑，优选六亚甲基二异氰酸酯（HDI）及其二聚体、三聚体。

适合本发明的稀释剂可以选自市售产品丁酮、醋酸乙酯、醋酸丁酯等一种或两种及以上的组合物。

适合本发明的耐侯层可以选自公知的聚偏氟乙烯（PVDF）膜、聚乙烯-四氟乙烯（ETFE）膜、聚氟乙烯（PVF）膜中的任意一种，或者由聚偏氟乙烯（PVDF）树脂、聚氟乙烯（PVF）树脂、乙烯-三氟氯乙烯共聚物（ECTFE）树脂、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物（THV）树脂、氟乙烯（四氟乙烯或三氟氯乙烯）和乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂中的任意一种构成的氟碳涂料涂布而成。

适合本发明的基材可以选自公知的聚对苯二甲酸乙二醇酯，其厚度150-300μm。

本发明提供的背膜可以通过下述方法制备：

在PET基材的两面分别涂布第一散热涂层或/和第二散热涂层，干燥后，在PET基材的另一面或第二散热涂层的上面涂胶80-90℃下复合耐候层，亦或在第二散热涂层的上面直接涂布耐候涂层，干燥、收卷、熟化，得到散热性能优异的太阳能电池背板。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将多臂碳纳米管MWCNTs用15%的稀硝酸纯化2h，置于高频高压电子加速台上，以辐照剂量170 kGy对其进行电子束辐射处理；将处理后的多臂碳纳米管MWCNTs 0.0085重量份与100重量份的丙烯酸酯—叔碳酸乙烯酯、15重量份的异氰酸酯LIOFOL LA5896和30重量份的醋酸丁酯混合均匀，得到散热涂布液；将上述散热涂布液涂布在PET基材的两个表面，干燥，分别形成厚度为10微米的第一散热涂层和厚度为10微米的第二散热涂层；在第二散热涂层的上面涂胶80-90℃下复合耐候层，90℃干燥2-3min，收卷，在50-60℃下熟化48h，得到散热性能优异的太阳能电池背板。

实施例2

将单臂碳纳米管NDT-1用20%的稀硝酸纯化2h，置于高频高压电子加速台上，以辐照剂量250 kGy对其进行电子束辐射处理；将处理后的单臂碳纳米管NDT-1 0.03重量份与100重量份的丙烯酸酯—叔碳酸乙烯酯、4重量份的异氰酸酯LIOFOL LA7395和40重量份的醋酸丁酯混合均匀，得到散热涂布液；将上述散热涂布液涂布在PET基材的一个表面，干燥，形成厚度为15微米的第一散热涂层；在PET基材的另一面涂胶80-90℃下复合耐候层，90℃干燥2-3min，收卷，在50-60℃下熟化48h，得到散热性能优异的太阳能电池背板。

实施例3

将多臂碳纳米管MWCNTs用20%的稀硝酸纯化2h，置于高频高压电子加速台上，以辐照剂量200 kGy对其进行电子束辐射处理；将处理后的多臂碳纳米管MWCNTs 0.015重量份与100重量份的叔碳酸乙烯酯环氧丙烯酸酯、8重量份的异氰酸酯N3390和38重量份的醋酸乙酯混合均匀，得到散热涂布液；将上述散热涂布液涂布在PET基材的两个表面，干燥，分别形成厚度为12微米的第一散热涂层和厚度为15微米的第二散热涂层；在第二散热涂层的上面涂胶80-90℃下复合耐候层，90℃干燥2-3min，收卷，在50-60℃下熟化48h，得到散热性能优异的太阳能电池背板。

实施例4

将多臂碳纳米管MWCNTs用20%的稀硝酸纯化2h，置于高频高压电子加速台上，以辐照剂量500 kGy对其进行电子束辐射处理；将处理后的多臂碳纳米管MWCNTs 0.02重量份与100重量份的叔碳酸乙烯酯环氧丙烯酸酯、8重量份的异氰酸酯LIOFOL LA7395和35重量份的醋酸乙酯混合均匀，得到散热涂布液；将上述散热涂布液涂布在PET基材的一个表面，干燥，形成厚度为10微米的第一散热涂层；在PET基材的另一面涂胶80-90℃下复合耐候层，90℃干燥2-3min，收卷，在50-60℃下熟化48h，得到散热性能优异的太阳能电池背板。

实施例5

将多臂碳纳米管MWCNTs和单壁碳纳米管NDT-1分别用20%的稀硝酸纯化2h，置于高频高压电子加速台上，以辐照剂量1000 kGy对其进行电子束辐射处理；将处理后的多臂碳纳米管MWCNTs 0.03重量份、单壁碳纳米管NDT-1 0.005重量份与100重量份的甲基丙烯酸丁酯、8重量份的异氰酸酯LIOFOL LA5896和30重量份的醋酸乙酯混合均匀，得到散热涂布液；将上述散热涂布液涂布在PET基材的两个表面，干燥，分别形成厚度为12微米的第一散热涂层和厚度为12微米的第二散热涂层；在第二散热涂层的上面涂胶80-90℃下复合耐候层，90℃干燥2-3min，收卷，在50-60℃下熟化48h，得到散热性能优异的太阳能电池背板。

对比例：

在实施例1中，取消第一散热涂层和第二散热涂层，将第二散热涂层改用涂胶复合聚烯烃膜。

表1：各实施例性能数据表

将实施例1、实施例2与对比例的背膜制作成组件，对比组件在同样环境下的工作温度，其数据如下：

表中，相关性能的测试方法如下：

1.附着力

按GB/T 9286-1998中的规定进行百格法测试。

2.背膜与EVA的粘结力

将背膜与F806EVA、玻璃进行层压，将EVA胶膜与背膜分开少许用电子拉力试验机，一端固定胶膜与玻璃，一端以100mm/min速度均匀拉动背膜，进行180°剥离试验，记录所用拉力F，F除以试样宽度即为EVA与背膜分离所用剥离强度。

3.黄变指数

用色度仪测定涂层老化前后的色调（X、Y、Z），并按下式计算黄变指数。

ΔYI= YI₁-YI₀

式中：ΔYI——黄变指数；YI₀——未老化样片的黄色指数；YI₁——老化后的样片的黄色指数；其中，YI=100(1.28X-1.06Z)/Y。

4.导热系数

采用TC1000导热系数测试仪瞬态热线法测试。

5.组件温度测试

将背膜组装于1KW的单晶硅组件阵列，在1000w/m²标称辐照度和30℃环境温度下用红外测温仪对电池5点测试温度，取平均值。

6.局部放电的测试

按GB/T 16935.1-2008的规定。

Claims

1.一种散热性能优异的太阳能电池背膜，其特征在于，它包括自上而下依次设置的耐侯层、基材层和第一散热涂层，所述的第一散热涂层为碳纳米管、聚丙烯酸树脂、固化剂和稀释剂混合均匀涂布形成的涂层，碳纳米管占聚丙烯酸树脂重量的0.008~0.035%；所述的碳纳米管经过电子束辐射处理。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜，其特征在于，在所述的耐侯层和基材层之间设有第二散热层，第二散热涂层为碳纳米管、聚丙烯酸树脂、固化剂和稀释剂混合均匀涂布形成的涂层，碳纳米管占丙烯酸树脂重量的0.008-0.035%。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述第一散热层的厚度为10～15微米。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述第二散热层的厚度为10～15微米。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述聚丙烯酸树脂为含有叔碳酸乙烯酯的丙烯酸共聚物。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述碳纳米管为多臂碳纳米管、单臂碳纳米管或者其混合物。

7.根据权利要求6所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述电子束辐射处理的辐照剂量为0.1～1000kGy。