CN103895304A

CN103895304A - 一种太阳能背板及其制备方法

Info

Publication number: CN103895304A
Application number: CN201210582473.8A
Authority: CN
Inventors: 罗吉江; 符书臻
Original assignee: New Materials Co Ltdsuzhou Duchamps
Current assignee: New Materials Co Ltdsuzhou Duchamps
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: CN103895304B

Abstract

本发明公开了一种太阳能背板，从上到下依次包括上表层、芯层和下表层，所述上表层、芯层和下表层的质量比为10~20：60~80：10~20；所述上表层为聚乙烯树脂组合物层，所述下表层为聚丙烯树脂组合物层，所述芯层为聚烯烃树脂组合物层。本发明开发了一种新的太阳能背板，实验表明，本发明的背板在具有优良的粘接性、层间剥离力的同时，还具有耐老化，尤其是耐高温湿热老化的性能，同时具有低饱和吸水率、耐低温冲击性、低水蒸气透过率以及优异的电绝缘性，完全满足太阳能电池组件的背板要求。

Description

一种太阳能背板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳能背板以及制备方法。

背景技术

太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力。太阳能发电是太阳能利用途径中一项新技术，其发电原理是利用硅等半导体的量子效应，直接把太阳光的光能转化为电能。然而，硅晶片若直接暴露大气中，其光电转化功能会衰减。因此，现有技术中一般都是采用EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）胶膜作为封装材料将硅晶片进行包封，并和上层保护材料（如低铁钢化玻璃）、下层保护材料背板粘合为一体，构成太阳能电池。其中，太阳能背板是太阳能电池组件的结构性封装材料，对于延长太阳能电池的使用寿命起到的很大的作用。太阳能背板用于太阳能电池板的衬底，对太阳能电池起到很好的保护作用，其主要作用为密封、绝缘、防水，并保持与EVA有良好的粘结性。

目前，太阳能背板的制作工艺主要有如下2种：(1) 覆膜法：将两张聚氟乙烯（PVF）薄膜通过粘合剂复合到聚酯膜（BOPET）基材上、或者在聚酯膜的一边复合聚偏二氟乙烯（PVDF）膜，另一边淋膜聚乙烯（PE）树脂或EVA树脂；(2) 涂布法：将氟碳涂料（FEVE）涂布到PET薄膜上。由上述工艺可见，现有的背板均为多层复合结构。

从背板的材料上来看，现有的背板一般都是以聚酯膜（BOPET）为基材，覆合含氟材料如聚氟乙烯膜（PVF）、聚偏二氟乙烯膜（PVDF）或者涂布氟碳树脂（FEVE）等制造而成的，主要类型有双面含氟背板和单面含氟背板。还有一类无氟背板，是由聚酯基材膜和其他材料复合而成的。日本专利特开2001-148497号公报、日本专利特开2001-257372号公报、日本专利特开2003-60218号公报都提出了这类结构的技术方案。日本专利特开2002-100788号公报、日本专利特开2002-134770号公报、日本专利特开2002-134771号公报提出了使用高分子量的聚对苯二甲酸乙二醇酯的技术方案，日本专利特开2007-007885号公报、日本专利特开2006-306910号公报提出了使用含2，6-萘二羧酸的聚酯膜的技术方案。但是由于聚酯是不耐水解的聚合物，即使采用这些经过改良的技术，也仍难以达到太阳能背板的耐湿热老化性能要求。中国发明专利申请CN102365172A中又提出了一种新型的添加了金红石型氧化钛粒子的层压聚酯膜，但其与相邻的EVA胶膜的粘结力无法保证，并且仍存在着如下问题：一方面含氟膜层价格昂贵，另一方面结构中仍存在聚酯膜，改变不了这种太阳能背板不耐湿热，吸水率高，电绝缘性差，容易脆化的问题。综上所述，迄今作为光伏背板基材材料的聚酯膜（PET）或聚酰胺膜（PA），由于材料结构特征，难以克服吸水率高，耐湿热老化性能差（脆化）的缺陷。

另一方面，聚丙烯是一种通用的高分子材料，其具有优良的电绝缘性、低吸水率、低水蒸气透过率等特点，但其耐寒性差，低温易脆断。若其直接作为太阳能背板的材料，则无法满足其低温抗冲击性能。

发明内容

本发明目的是提供一种太阳能背板以及制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种太阳能背板，从上到下依次包括上表层、芯层和下表层，所述上表层、芯层和下表层的质量比为10~20：60~80：10~20；

所述上表层为聚乙烯树脂组合物层，所述聚乙烯树脂组合物包括如下组分，以质量计：

聚乙烯树脂或乙烯醋酸乙烯共聚物树脂 100份

预处理的填料 10~50份

添加剂 0~1.5份；

所述预处理的填料为用硅烷偶联剂预处理的填料；所述添加剂选自抗氧剂、紫外吸收剂和光稳定剂中的一种或几种；

所述下表层为聚丙烯树脂组合物层，所述聚丙烯树脂组合物包括如下组分，以质量计：

聚丙烯树脂 100份

预处理的填料 10~50份

添加剂 0~1.5份；

所述芯层为聚烯烃树脂组合物层，所述聚烯烃树脂组合物包括如下组分，以质量计：

组分A 100份

组分B 20~100份

预处理的填料 10~50份

添加剂 0~1.5份；

所述组分A为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或两者的混合物，组分A的DSC熔点为160~165℃，熔体流动速率为1~2 g/10min；所述组分B为均聚聚乙烯、共聚聚乙烯或两者的混合物；组分B的DSC熔点为120~135℃，熔体流动速率为1~2 g/10min，密度为0.941~0.959 g/cm³；所述预处理的填料为用硅烷偶联剂预处理的填料；所述添加剂选自抗氧剂、紫外吸收剂和光稳定剂中的一种或几种。

上文中，所述预处理的填料是指用硅烷偶联剂预处理的填料，硅烷偶联剂可以改善两种化学性质不同的材料间的粘合力，填料等在添加到聚丙烯组合物中之前，预先用硅烷偶联剂进行处理，从而可以保证填料在组合物中的分散均匀性，提高组合物的物理机械性能。

本发明在各层的组分中加入添加剂，该添加剂主要包括抗氧剂、紫外吸收剂和光稳定剂。

抗氧剂可以有效地抑制聚合物的热氧老化，防止太阳能背板在使用过程中的黄变和阻滞物理性能的损失，避免由于背板老化造成太阳能电池组件失效。本发明对于抗氧剂的种类没有特别限制。受阻酚型、亚磷酸酯型和硫酯型等抗氧剂都可以作为本发明的抗氧剂，优选的抗氧剂为四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三（2,4-二叔丁基苯基）酯。

本发明对于紫外光吸收剂和光稳定剂的种类没有特别限制。优选的紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，优选的光稳定剂为双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯。优选的，光稳定剂配合紫外光吸收剂一起使用，可以起到单一使用紫外光吸收剂无法达到的最佳效果，有效地防止材料的黄变和阻滞物理性能的损失，抑制或减弱光降解作用，提高耐光老化性能。

本发明的上表层是作为背板中接近太阳能电池组件中电池片组的一层，其作用是提供与EVA胶膜良好的粘合性能；芯层具有极低的吸水率和水蒸气透过率，保障背板具有优异的湿热老化性能，并且保持各层材料之间良好的层间剥离力；下表层是位于太阳能电池组件的最外侧的一层，其作用是保持背板具有良好的刚性与耐温性，并且具有良好的绝缘性与耐紫外光老化性能。

上述技术方案中，所述填料选自钛白粉、绢云母粉、玻璃纤维、碳纤维、滑石粉、碳酸钙、硅灰石、炭黑和高岭土中的一种或几种。

上述技术方案中，所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。

本发明同时请求保护上述太阳能背板的制备方法，包括如下步骤：按权利要求1所述的配比分别将聚乙烯树脂组合物、聚烯烃树脂组合物和聚丙烯树脂组合物混合均匀后，分别加入到三层共挤出片材机组的A螺杆、B螺杆以及C螺杆中，然后同时在螺杆挤出机熔融挤出，经流延、冷却、牵引、卷取，即得到所述太阳能背板。

上述技术方案中，所述螺杆熔融挤出加工的反应挤出温度为160~220℃。

由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1．本发明开发了一种新的太阳能背板，实验表明，本发明的背板在具有优良的粘接性、层间剥离力的同时，还具有耐老化，尤其是耐高温湿热老化的性能，同时具有低饱和吸水率、耐低温冲击性、低水蒸气透过率以及优异的电绝缘性，完全满足太阳能电池组件的背板要求。

2．本发明所用的上表层、芯层和下表层的物料的流变性以及工艺选择性一致，有利于共挤出生产，其制备方法简单、成本低、适于推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述：

实施例一：

一种太阳能背板的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将10份钛白粉R960和0.3份硅烷偶联剂KH560加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后加入100份高密度聚乙烯5000S、0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（北京加成助剂研究所，KY1010）、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮（北京加成助剂研究所，GW531）、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯（北京加成助剂研究所，GW480），搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；将上述物料投入三层共挤出片材机组的A螺杆，螺杆直径为60毫米，长径比33；

(2) 将10份钛白粉R960（美国杜邦公司）和0.3份硅烷偶联剂KH560（丹阳市有机硅材料实业公司）加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后将处理好的钛白粉和67份嵌段共聚聚丙烯K8303（北京燕山石化公司，其230℃/2.16公斤的熔体流动速率为2.0g/10min）、33份高密度聚乙烯5000S（北京燕山石化公司，其190℃/2.16公斤的熔体流动速率为0.8g/10min）混合均匀，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒；

双螺杆采用排气螺杆，螺杆直径为75毫米，长径比33，螺杆温度控制在160~220℃，螺杆转速控制为100转/分，物料在螺杆内的停留时间为2~4分钟；物料经冷却切粒干燥后即为成品S1，其230℃/2.16公斤的熔体流动速率为1.1克g/10min；

将100份上述制备得到的成品S1投入高搅机中，加入0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；然后将上述物料投入三层共挤出片材机组的B螺杆，螺杆直径为90毫米，长径比33；

(3) 将10份钛白粉R960和0.3份硅烷偶联剂KH560加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后加入100份嵌段共聚聚丙烯K8303、0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；然后将上述物料投入三层共挤出片材机组的C螺杆，螺杆直径为60毫米，长径比33；

(4) 将A、B、C三种物料同时在螺杆挤出机熔融挤出，螺杆温度控制在180~240℃，螺杆转速控制为100转/分，物料在螺杆内的停留时间为2~4分钟；A、B、C三种物料在分配器内进行分配，比例为20/60/20，然后进入T-型模头，模头宽度1200mm，经冷却、牵引、卷取等工序得到成品S2，三辊冷却水温度60~70℃，牵引速度3~4米/分钟；产品厚度0.33mm，宽度1000mm；检测结果见表1。

所述钛白粉R960为美国杜邦公司生产的金红石型钛白粉R960，主要成分为：二氧化钛（TiO₂）89.0%，三氧化二铝（Al₂O₃）3.3%，二氧化硅（SiO₂）5.5%，密度3.9 g/cm³；R960具有突出的户外耐候性，长期使用不会产生黄变。

所述高密度聚乙烯5000S为北京燕山石化公司生产，其密度0.954g/cm³，DSC熔点132℃，熔体流动速率0.8g/10min（190℃，2.16公斤），拉伸强度27MPa，断裂伸长率大于500%，洛氏硬度50R，脆化温度小于-80℃。

所述嵌段共聚聚丙烯K8303为北京燕山石化公司生产的嵌段共聚聚丙烯，DSC熔点163℃，熔体流动速率2.0 g/10min（230℃，2.16公斤），拉伸屈服强度22MPa，断裂伸长率22%，洛氏硬度75R，悬臂梁冲击强度23℃时为480J/M，-20℃时为40J/M。

下面其他实施例同上。

实施例二：

一种太阳能背板的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将10份钛白粉R960和0.3份硅烷偶联剂KH560加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后加入100份EVA树脂14-2（北京有机化工厂）、0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；将上述物料投入三层共挤出片材机组的A螺杆，螺杆直径为60毫米，长径比33；

将100份上述制备的成品S1投入高搅机中，加入0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；然后将上述物料投入三层共挤出片材机组的B螺杆，螺杆直径为90毫米，长径比33；

(4) 将A、B、C三种物料同时在螺杆挤出机熔融挤出，螺杆温度控制在180~240℃，螺杆转速控制为100转/分，物料在螺杆内的停留时间为2~4分钟；A、B、C三种物料在分配器内进行分配，比例为20/60/20，然后进入T-型模头，模头宽度1200mm，经冷却、牵引、卷取等工序得到成品S3，三辊冷却水温度60~70℃，牵引速度3~4米/分钟；产品厚度0.33mm，宽度1000mm；检测结果见表1。

实施例三：

一种太阳能背板的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将10份钛白粉R960和0.3份硅烷偶联剂KH560加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后加入100份高密度聚乙烯5000S、0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；将上述物料投入三层共挤出片材机组的A螺杆，螺杆直径为60毫米，长径比33；

(2) 将10份钛白粉R960（美国杜邦公司）和0.3份硅烷偶联剂KH560（丹阳市有机硅材料实业公司）加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后将处理好的钛白粉和50份嵌段共聚聚丙烯K8303（北京燕山石化公司，其230℃/2.16公斤的熔体流动速率为2.0g/10min）、50份高密度聚乙烯5000S（北京燕山石化公司，其190℃/2.16公斤的熔体流动速率为0.8g/10min）混合均匀，投入双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒；

双螺杆采用排气螺杆，螺杆直径为75毫米，长径比33，螺杆温度控制在160~220℃，螺杆转速控制为100转/分，物料在螺杆内的停留时间为2~4分钟；物料经冷却切粒干燥后即为成品，其230℃/2.16公斤的熔体流动速率为1.1克g/10min；

将100份上述制备的成品投入高搅机中，加入0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；然后将上述物料投入三层共挤出片材机组的B螺杆，螺杆直径为90毫米，长径比33；

(3) 将10份钛白粉R960和0.3份硅烷偶联剂KH560加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后加入100份均聚聚丙烯1300（北京燕山石化公司，其230℃/2.16公斤的熔体流动速率为1.5g/10min）、0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；然后将上述物料投入三层共挤出片材机组的C螺杆，螺杆直径为60毫米，长径比33；

(4) 将A、B、C三种物料同时在螺杆挤出机熔融挤出，螺杆温度控制在180~240℃，螺杆转速控制为100转/分，物料在螺杆内的停留时间为2~4分钟；A、B、C三种物料在分配器内进行分配，比例为20/60/20，然后进入T-型模头，模头宽度1200mm，经冷却、牵引、卷取等工序得到成品S4，三辊冷却水温度60~70℃，牵引速度3~4米/分钟；产品厚度0.33mm，宽度1000mm；检测结果见表1。

所述均聚聚丙烯1300为北京燕山石化公司生产的均聚聚丙烯，DSC熔点166℃，熔体流动速率1.5g/10min（230℃，2.16公斤），数均分子量31000，重均分子量40000，拉伸屈服强度32MPa，断裂伸长率500%，洛氏硬度100R。

实施例四：

一种太阳能背板的制备方法，包括如下步骤：

(1) 将10份钛白粉R960和0.3份硅烷偶联剂KH560加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后加入100份EVA树脂14-2、0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；将上述物料投入三层共挤出片材机组的A螺杆，螺杆直径为60毫米，长径比33；

(3) 将10份钛白粉R960和0.3份硅烷偶联剂KH560加入高搅机中，搅拌30分钟，转速600转/分钟；然后加入100份均聚聚丙烯1300、0.2份抗氧剂四[ß-（3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，搅拌30分钟，转速600转/分钟，将物料混合均匀；然后将上述物料投入三层共挤出片材机组的C螺杆，螺杆直径为60毫米，长径比33；

(4) 将A、B、C三种物料同时在螺杆挤出机熔融挤出，螺杆温度控制在180~240℃，螺杆转速控制为100转/分，物料在螺杆内的停留时间为2~4分钟；A、B、C三种物料在分配器内进行分配，比例为20/60/20，然后进入T-型模头，模头宽度1200mm，经冷却、牵引、卷取等工序得到成品S5，三辊冷却水温度60~70℃，牵引速度3~4米/分钟；产品厚度0.33mm，宽度1000mm；检测结果见表1。

对比例一：

为TPT类型背板（昆山台虹公司），产品结构为PVF/PET/PVF，厚度0.33mm，记为B1。

对比例二：

为TPE类型背板（日本东洋铝公司），产品结构为PVDF/PET/PE，厚度0.33mm，记为B2。

对比例三：

为FEVE类型背板（苏州中来公司），产品结构为FEVE/PET/FEVE，厚度0.30mm，记为B3。

表1、各实施例和对比例的背板的表征

*注：剥离强度很大，拉不开。

由上表可见，本发明的三层共挤复合背板不仅具有满足太阳能背板要求的收缩率、热空气老化性、绝缘性能，还具有优于其他背板的吸水率、水蒸气透过率、耐湿热老化性能，可以用于太阳能电池组件。

上述各实施例及对比例中的表征方法采用如下标准：

收缩率 GB/T 13541电气用塑料薄膜试验方法

饱和吸水率 GB/T 1034 塑料吸水性试验方法

水蒸气透过率 GB/T 21529 塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定

热氧老化 GB/T7141 塑料热老化试验方法

湿热老化 GB/T 2423.40 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法试验Cx：未饱和高压蒸汽恒定湿热

剥离强度 GB/T 2792 压敏胶粘带180^o剥离强度试验方法

体积电阻率GB/T 1410固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法。

Claims

1.一种太阳能背板，从上到下依次包括上表层、芯层和下表层，其特征在于：所述上表层、芯层和下表层的质量比为10~20：60~80：10~20；

聚乙烯树脂或乙烯醋酸乙烯共聚物树脂 100份

预处理的填料 10~50份

添加剂 0~1.5份；

聚丙烯树脂 100份

预处理的填料 10~50份

添加剂 0~1.5份；

组分A 100份

组分B 20~100份

预处理的填料 10~50份

添加剂 0~1.5份；

2.根据权利要求1所述的太阳能背板，其特征在于：所述填料选自钛白粉、绢云母粉、玻璃纤维、碳纤维、滑石粉、碳酸钙、硅灰石、炭黑和高岭土中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的太阳能背板，其特征在于：所述硅烷偶联剂选自氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷或γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷。

4.一种如权利要求1所述的太阳能背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按权利要求1所述的配比分别将聚乙烯树脂组合物、聚烯烃树脂组合物和聚丙烯树脂组合物混合均匀后，分别加入到三层共挤出片材机组的A螺杆、B螺杆以及C螺杆中，然后同时在螺杆挤出机熔融挤出，经流延、冷却、牵引、卷取，即得到所述太阳能背板。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述螺杆熔融挤出加工的反应挤出温度为160~220℃。