CN103921519B - 一种太阳能电池背板膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池背板膜及其制备方法，背板膜包括基材膜和设在基材膜两侧的含氟膜，基材膜和含氟膜之间通过粘结剂相连，含氟膜由外向内依次由第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜组成；其中，第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜由55-75%的含氟树脂，15-35%的丙烯酸类聚合物，5-10%的钛白粉，3-5%的无机填料组成，第三含氟膜中还添加有1-2%的增容剂。其制备方法包括配料、烘干、混合均匀后挤出造粒，然后将粒料按由外向内为第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的顺序挤出吹塑成含氟膜，最后在基材膜两侧涂上粘结剂与含氟膜连接，烘干得到性能优异，对太阳能电池保护较好，使用寿命长的太阳能电池背板膜。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池技术，尤其涉及一种太阳能电池背板膜及其制备方法。
背景技术
目前，人类的主要能源来自化石能源石油、煤和天然气，由于化石能源的日益枯竭，人们对新兴能源的探索也日益迫切。太阳能作为一种来源广泛、用之不竭的新兴能源逐渐受到人们的关注，太阳能技术也日益成熟。但是由于太阳能组件长期暴露在室外使用，所以需要能对太阳能组件起保护支撑作用太阳能电池背板膜。
太阳能电池背板膜位于组件背面的最外层，在户外环境下保护太阳能电池不受水汽侵蚀，阻隔氧气防止氧化。太阳能电池背板膜还具有耐高低温、耐老化性、耐腐蚀性和良好的绝缘性，可反射阳光，提高组件的转化效率，具有较高的红外发射率，可降低组件的温度。太阳能电池背板膜分为两种：一种是涂覆背板膜，在PET聚酯薄膜两面涂覆氟树脂，经干燥固化成膜；另一种是涂胶复合式背板膜，在PET聚酯薄膜两面复合氟膜或者EVA胶膜，三层结构，目前应用最多的是TPT结构（含氟膜+PET膜+含氟膜），由于产品成本等因素，有小部分为TPE结构（含氟膜+PET膜+EVA膜），还有少量用含氟涂层替代含氟膜，不含氟材料的背应用很小。
关于太阳能电池背板膜，现有技术中已有报道，如中国发明专利（公开号：CN102569452A）涉及一种太阳能电池组件聚合物背板及其制造方法，它包括基膜层、基膜层两侧的粘合层、粘合层另两侧的第四薄膜层和第五薄膜层，基膜层包括以下至少一种成分：聚酰胺聚合物、聚丙烯及丙烯类聚合物、聚乙烯及乙烯类聚合物、聚偏二氯乙烯，苯乙烯类聚合物、ABS系树脂、液晶聚合物，丙烯酸系聚合物、聚苯醚、聚碳酸酯、以及聚碳酸酯与聚苯二甲酸C2-6烷二醇酯的聚合物合金。第四薄膜层为氟塑料薄膜，第五薄膜层选自氟塑料薄膜、聚烯烃或热塑性聚氨酯中的一种。虽然该发明基膜层采用一种或多种聚合物的混合物制成，阻隔性能和耐老化性能较好，但是该发明第四薄膜层为氟塑料薄膜，第五薄膜层为氟塑料薄膜、聚烯烃或热塑性聚氨酯中的一种，在户外环境下使用水汽透过率、耐腐蚀性、耐候性、耐高低温效果一般，对太阳能电池保护作用一般，使用寿命短。
发明内容
本发明针对现有技术所存在的缺陷，提供一种性能优异，粘结强度好，对太阳能电池保护较好，使用寿命长的太阳能电池背板膜。
本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种太阳能电池背板膜，所述背板膜包括基材膜和设在基材膜两侧的含氟膜，所述基材膜和含氟膜之间通过粘结剂相连，所述含氟膜由外向内依次由第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜组成；其中，所述第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜由以下质量分数百分比的成分组成：含氟树脂：55-75%，丙烯酸类聚合物：15-35%，钛白粉：5-10%，无机填料：3-5%；所述第三含氟膜中还添加有1-2%的增容剂。
本发明太阳能电池背板膜包括基材膜和设在基材膜两侧的含氟膜，基材膜和含氟膜之间通过粘结剂相连，其中，含氟膜由外向内依次由第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜组成。本发明含氟膜由三层组成，在户外环境下保护太阳能电池不受水汽侵蚀，阻隔氧气防止氧化、耐高低温、绝缘性、耐老化性效果更好，而且，含氟膜反射阳光、提高太阳能转化效率高，降低太阳能组件温度效果好。此外，本发明第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜均通过含氟树脂，丙烯酸类聚合物，钛白粉和无机填料合理复配制得，加入丙烯酸类聚合物，钛白粉和无机填料减少了含氟树脂的使用，性能更好，而且降低了含氟膜的生产成本。另外，第三含氟膜中还加入了少量的增容剂，促进第三含氟膜与粘结剂之间的相容性，提高含氟膜与粘结剂粘结强度。
作为优选，所述基材膜为PET膜。太阳能电池背板膜一般都用PET膜来做支撑体，PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）具有优良的物理机械性能，长期使用温度可高达120℃，短期使用可耐150℃高温、-70℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。PET电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电绝缘性仍较好，而且PET的抗蠕变性、耐用疲劳性、耐磨擦性、尺寸稳定性都很好。除此之外，气体和水蒸汽对PET制成的膜的渗透率低，PET具有优良的阻气、阻水等性能，但是PET抗紫外能力差。
作为优选，所述粘结剂为聚氨酯胶黏剂、乙烯-醋酸乙烯酯胶黏剂、聚乙烯醇缩丁醛树脂胶黏剂或环氧树脂胶黏剂中的一种。本发明含氟膜与PET膜之间不能直接连接，需要通过粘结剂连接。
作为优选，所述含氟树脂为聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂、氟化乙烯丙烯树脂和聚氟乙烯树脂中的一种。含氟树脂具有超高的抗紫外线辐射、化学稳定性、机械强度和韧性，而且防粘性、抗沾污性较强、耐热性非常好，尤其是超高的耐候性，使其在室外使用寿命可高达25年之久。所以，含氟树脂被广泛运用于太阳能电池背板膜中。
作为优选，所述丙烯酸类聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸环己酯中的一种。丙烯酸类聚合物含有羰基侧基，能与含氟树脂中的碳氢键基团之间形成化学作用力，具有很好的相容性，同时能够降低含氟树脂的结晶和熔融温度，改善结晶结构，晶相中以β晶型为主。而且，丙烯酸类聚合物有利于熔融强度的降低和含氟树脂薄膜的流延成型，起到增塑剂的作用。丙烯酸类聚合物在含氟树脂中加入太少，起不到增塑作用，不利于薄膜成型，加入量太大，就会影响含氟树脂薄膜的耐化学稳定性和耐温性能。因此，必须将丙烯酸类聚合物的加入量控制在本发明范围内。
作为优选，所述无机填料为高岭土、玻璃微粉、硫酸钡、氧化锌中的一种或多种。无机填料可以通过体积位阻效应，对含氟膜中的分子链产生屏蔽和隔离作用，从而消弱分子间的作用力，进而改善含氟膜的流动性和加工性能。
钛白粉的主要成分为TiO2，是一种惰性、无毒、使用非常安全的白色颜料，具有很高的折射率，对光有很强的散射效果，同时能够吸收紫外光辐射，从而保护含氟膜，阻止其光降解，可提高含氟膜的耐老化性和化学稳定性，延长使用寿命。虽然由于钛白粉的热催化效应，在含氟膜中加入钛白粉，不利于含氟树脂和聚甲基丙烯酸甲酯共混膜的热稳定性。但在聚甲基丙烯酸甲酯和钛白粉的共混物中，钛白粉阻碍了聚甲基丙烯酸甲酯的热分解，钛白粉的加入反而提高了聚甲基丙烯酸甲酯的热稳定性，随着钛白粉加入量的增加，聚甲基丙烯酸甲酯和钛白粉共混物的热稳定性呈下降趋势。所以，钛白粉的加入量必须严格控制在本发明范围内。
钛白粉有金红石型和锐钛型两种结构，它们的晶体结构都属于扭曲的八面体，都是每个钛原子被6个氧原子包围，每个氧原子被3个钛原子包围。金红石型的晶型是轻微扭曲的正交晶系结构，单元晶胞向远处伸展形成立方体形状；锐钛型的立方晶格的扭曲更明显，形成更加不对称的正交晶系结构。因此，金红石型是最稳定的结晶形态，结构致密，与锐钛型相比有较高的硬度、密度、介电常数与折光率，因而耐候性好，同时具有较高的遮盖力和消色力。所以，本发明含氟膜的组成成分中进一步优选金红石型钛白粉。
此外，钛白粉和无机填料中的高岭土、玻璃微粉具有特殊的化学结构，其自身具有优良的光学性能且物理、化学性能稳定，具有较高的折射系数和较强的反射太阳光的作用，在含氟膜中形成致密的反射层，降低太阳光对含氟膜内部结构的破坏作用。
作为优选，所述第三含氟膜中的增容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或多种。增容剂可以与含氟树脂、丙烯酸类聚合物发生化学键间的化学作用，并且与粘结剂的分子间形成化学键合力，能够促进第三含氟膜与粘结剂之间的相容性，提高粘结强度。增容剂加入太多，会影响第三含氟膜的力学性能和耐候性，若加入太少就起不到增容效果，因此，本发明第三含氟膜中还可以加入1-2%的增容剂。
作为优选，所述基材膜厚度为150-250μm，粘结剂厚度为2-8μm，第一含氟膜厚度为10-30μm，第二含氟膜厚度为10-30μm，第三含氟膜厚度为10-30μm，含氟膜厚度为40-80μm。
本发明的另一个目的在于提供上述太阳能电池背板膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
S1、根据上述的第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的组成成分及其质量百分比称取原料，第三含氟膜还称取一定质量百分比的增容剂，然后将丙烯酸类聚合物、钛白粉和无机填料放在80-100℃的烘箱中10-12小时，除去水分；
S2、将上述称取并处理后的第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的原料分别混合均匀，混合后分别加入双螺杆挤出机造粒，造粒后将粒料按由外向内为第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的顺序加入多层共挤吹膜机挤出吹塑成含氟膜；
S3、在基材膜两侧涂上粘结剂，并与上述制得的含氟膜连接，然后放入烘箱中烘干，得到太阳能电池背板膜。
本发明太阳能电池背板膜中的含氟膜由第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜通过多层共挤吹膜机挤出吹塑而成，简化了逐层复合的工艺，操作更简单，而且膜层之间不会剥离。
作为优选，步骤S2中所述双螺杆挤出温度为150-200℃，多层共挤吹膜机温度为180-250℃；步骤S3中所述烘箱温度为100-150℃，烘干时间为10-40分钟。
本发明具有以下优点：
1.本发明太阳能电池背板膜中的含氟膜由第一含氟膜、第二含氟膜、第三含氟膜组成，使含氟膜的抗紫外线辐射、机械强度、韧性、抗沾污性、耐热性、耐候性都有很大的提高，延长了太阳能电池在户外的使用寿命。
2.本发明太阳能电池背板膜中的含氟膜中第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜组成成分简单，配伍合理，流动性和加工性较好，而且减少了含氟树脂的使用，降低成本，制成的第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜性能较好。
3.本发明太阳能电池背板膜中的含氟膜中第三含氟膜配方中还加入了适量的增容剂，促进第三含氟膜与粘结剂之间的相容性，提高粘结强度。
4.本发明太阳能电池背板膜中的第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜通过多层共挤吹膜机挤出吹塑成含氟膜，工艺简单，而且膜层之间不会剥离。
附图说明
图1为本发明太阳能电池背板膜结构示意图。
如图所示：10：基材膜；20：粘结剂；30：含氟膜；31：第一含氟膜；32：第二含氟膜；33：第三含氟膜。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图说明对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1第一含氟膜的组成成分及质量百分比
表2第二含氟膜的组成成分及质量百分比
表3第三含氟膜的组成成分及质量百分比
实施例1：
按表1实施例1第一含氟膜、表2实施例1第二含氟膜和表3实施例1第三含氟膜的组成成分及其质量百分比称取原料，第三含氟膜还称取一定质量百分比的增容剂，然后将丙烯酸类聚合物、钛白粉和无机填料放在100℃的烘箱中11小时，除去水分。然后将称取并处理后的第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的原料分别混合均匀，混合后分别加入到温度为200℃的双螺杆挤出机造粒，造粒后将粒料按由外向内为第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的顺序加入到温度为250℃的多层共挤吹膜机挤出吹塑成含氟膜。
在厚度为180μm的PET膜两侧涂上厚度为3μm粘结剂聚氨酯胶黏剂、乙烯-醋酸乙烯酯胶黏剂、聚乙烯醇缩丁醛树脂胶黏剂或环氧树脂胶黏剂，并与上述制得的由外向内厚度为15μm的第一含氟膜、厚度为15μm的第二含氟膜和厚度为15μm的第三含氟膜组成的厚度为45μm的含氟膜连接，然后放入温度为150℃的烘箱中20分钟烘干，得到太阳能电池背板膜。
实施例2：
按表1实施例2第一含氟膜、表2实施例2第二含氟膜和表3实施例2第三含氟膜的组成成分及其质量百分比称取原料，第三含氟膜还称取一定质量百分比的增容剂，然后将丙烯酸类聚合物、钛白粉和无机填料放在100℃的烘箱中11小时，除去水分。然后将称取并处理后的第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的原料分别混合均匀，混合后分别加入到温度为200℃的双螺杆挤出机造粒，造粒后将粒料按由外向内为第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的顺序加入到温度为250℃的多层共挤吹膜机挤出吹塑成含氟膜。
在厚度为200μm的PET膜两侧涂上厚度为4μm粘结剂聚氨酯胶黏剂、乙烯-醋酸乙烯酯胶黏剂、聚乙烯醇缩丁醛树脂胶黏剂或环氧树脂胶黏剂，并与上述制得的由外向内厚度为19μm的第一含氟膜、厚度为19μm的第二含氟膜和厚度为19μm的第三含氟膜组成的厚度为57μm的含氟膜连接，然后放入温度为150℃的烘箱中20分钟烘干，得到太阳能电池背板膜。
实施例3：
按表1实施例3第一含氟膜、表2实施例3第二含氟膜和表3实施例3第三含氟膜的组成成分及其质量百分比称取原料，第三含氟膜还称取一定质量百分比的增容剂，然后将丙烯酸类聚合物、钛白粉和无机填料放在90℃的烘箱中12小时，除去水分。然后将称取并处理后的第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的原料分别混合均匀，混合后分别加入到温度为180℃的双螺杆挤出机造粒，造粒后将粒料按由外向内为第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的顺序加入到温度为220℃的多层共挤吹膜机挤出吹塑成含氟膜。
在厚度为220μm的PET膜两侧涂上厚度为6μm粘结剂聚氨酯胶黏剂、乙烯-醋酸乙烯酯胶黏剂、聚乙烯醇缩丁醛树脂胶黏剂或环氧树脂胶黏剂，并与上述制得的由外向内厚度为22μm的第一含氟膜、厚度为22μm的第二含氟膜和厚度为22μm的第三含氟膜组成的厚度为66μm的含氟膜连接，然后放入温度为120℃的烘箱中30分钟烘干，得到太阳能电池背板膜。
实施例4：
按表1实施例4第一含氟膜、表2实施例4第二含氟膜和表3实施例4第三含氟膜的组成成分及其质量百分比称取原料，第三含氟膜还称取一定质量百分比的增容剂，然后将丙烯酸类聚合物、钛白粉和无机填料放在90℃的烘箱中12小时，除去水分。然后将称取并处理后的第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的原料分别混合均匀，混合后分别加入到温度为180℃的双螺杆挤出机造粒，造粒后将粒料按由外向内为第一含氟膜、第二含氟膜和第三含氟膜的顺序加入到温度为220℃的多层共挤吹膜机挤出吹塑成含氟膜。
在厚度为240μm的PET膜两侧涂上厚度为8μm粘结剂聚氨酯胶黏剂、乙烯-醋酸乙烯酯胶黏剂、聚乙烯醇缩丁醛树脂胶黏剂或环氧树脂胶黏剂，并与上述制得的由外向内厚度为25μm的第一含氟膜、厚度为25μm的第二含氟膜和厚度为25μm的第三含氟膜组成的厚度为75μm的含氟膜连接，然后放入温度为120℃的烘箱中30分钟烘干，得到太阳能电池背板膜。
对比例1：
从市场上购买的普通的太阳能电池背板膜。
对比例2：
从市场上购买的TPT（含氟膜+PET膜+含氟膜）结构的太阳能电池背板膜。
将本发明实施例1-4制得的太阳能电池背板膜和对比例1、对比例2中的太阳能电池背板膜进行耐候性、水汽透过率和含氟膜与PET膜之间的粘结强度进行测试。其中，含氟膜与PET膜粘结强度的测试方法按照ASTMD1876标准进行测试，耐候性是在温度为100℃、湿度为90%的条件下保温1200h进行测试，观察有无发黄现象，水汽透过率是在35℃、湿度为90%的条件下进行测试。测试结果如表4所示。
表4本发明实施例1-4和对比例1-2的太阳能电池背板膜性能测试结果
从表4可以得出，本发明制得的太阳能电池背板膜含氟膜与PET膜粘结强度较好，水汽透过率低，耐候性等性能较为理想，更适合太阳能电池使用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。
Claims (10)
1.一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述背板膜包括基材膜(10)和设在基材膜(10)两侧的含氟膜(30)，所述基材膜(10)和含氟膜(30)之间通过粘结剂(20)相连，所述含氟膜(30)由外向内依次由第一含氟膜(31)、第二含氟膜(32)和第三含氟膜(33)组成；其中，所述第一含氟膜(31)、第二含氟膜(32)和第三含氟膜(33)由以下质量分数百分比的成分组成：含氟树脂：55-75％，丙烯酸类聚合物：15-35％，钛白粉：5-10％，无机填料：3-5％；所述第三含氟膜中还添加有1-2％的增容剂。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述基材膜(10)为PET膜。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述粘结剂(20)为聚氨酯胶黏剂、乙烯-醋酸乙烯酯胶黏剂、聚乙烯醇缩丁醛树脂胶黏剂或环氧树脂胶黏剂中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述含氟树脂为聚四氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂、氟化乙烯丙烯树脂中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述丙烯酸类聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸环己酯中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述无机填料为高岭土、玻璃微粉、硫酸钡、氧化锌中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述第三含氟膜中的增容剂为马来酸酐接枝高密度聚乙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-丁烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述基材膜(10)厚度为150-250μm，粘结剂(20)厚度为2-8μm，第一含氟膜(31)厚度为10-30μm，第二含氟膜(32)厚度为10-30μm，第三含氟膜(33)厚度为10-30μm，含氟膜(30)厚度为40-80μm。
9.一种太阳能电池背板膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1、根据权利要求1所述的第一含氟膜(31)、第二含氟膜(32)和第三含氟膜(33)的组成成分及其质量百分比称取原料，第三含氟膜(33)还称取一定质量百分比的增容剂，然后将丙烯酸类聚合物、钛白粉和无机填料放在80-100℃的烘箱中10-12小时，除去水分；
S2、将上述称取并处理后的第一含氟膜(31)、第二含氟膜(32)和第三含氟膜(33)的原料分别混合均匀，混合后分别加入双螺杆挤出机造粒，造粒后将粒料按由外向内为第一含氟膜(31)、第二含氟膜(32)和第三含氟膜(33)的顺序加入多层共挤吹膜机挤出吹塑成含氟膜(30)；
S3、在基材膜(10)两侧涂上粘结剂(20)，并与上述制得的含氟膜(30)连接，然后放入烘箱中烘干，得到太阳能电池背板膜。
10.根据权利要求9所述的一种太阳能电池背板膜的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述双螺杆挤出温度为150-200℃，多层共挤吹膜机温度为180-250℃；步骤S3中所述烘箱温度为100-150℃，烘干时间为10-40分钟。
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