CN104241424B - 一种散热太阳能电池背膜 - Google Patents
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Abstract
一种散热太阳能电池背膜，它在第一绝缘层的表面涂布易粘接层，在第一绝缘层的另一表面涂布绝缘胶层，在绝缘胶层表面复合高导热层，在高导热层另一面涂布绝缘胶层，在绝缘胶层表面复合第二绝缘层，在第二绝缘层表面涂布或复合氟膜层，所述第一绝缘层或第二绝缘层的体积电阻率大于5×1013Ω·M，所述高导热层为合成石墨片或天然石墨片。本发明具有良好的散热效果，可以有效降低太阳能硅片在发电时的温度，提高发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能技术领域，特别是一种散热太阳能电池背膜。
背景技术
太阳能电池板是太阳能发电系统的核心部分，其作用是将太阳能转换为电能并储存到蓄电池当中、或推动负载工作。太阳光谱波长范围主要集中在300-2500nm，大于1100nm的红外光线不发生光电转换，而直接转化为热能，热能使太阳能组件内部升温。太阳能电池的实际工作效率随工作温度升高而下降。因此，提高背膜的散热性，降低太阳能电池片的工作温度，是提高太阳能电池工作效率的途径之一。
背膜作为太阳能电池的封装材料，其散热性能与太阳能电池组件整体的散热性能密切相关。如何有效提高背膜的散热性能成为业界比较关注的技术课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优异散热性能的太阳能电池背膜。
为解决上述技术问题，本发明通过如下技术方案予以实现：
一种散热太阳能电池背膜，依次设置易粘接层、第一绝缘层、第一绝缘胶层、高导热层、第二绝缘胶层、第二绝缘层、氟涂层，所述第一绝缘层或第二绝缘层的体积电阻率大于5×1013Ω·M，所述的高导热层为合成石墨片或天然石墨片。
一种散热太阳能电池背膜，依次设置易粘接层、第一绝缘层、第一绝缘胶层、高导热层、第二绝缘胶层、第二绝缘层、第三绝缘胶层、氟膜，所述的第一绝缘层或第二绝缘层的体积电阻率大于5×1013Ω·M，所述的高导热层为合成石墨片或天然石墨片。
上述散热太阳能电池背膜，所述第一绝缘层或第二绝缘层为含有2%～5%质量份数绝缘填料的PET膜或PEN膜。
上述散热太阳能电池背膜，所述绝缘填料为陶瓷粉、高岭土、碳纳米管、炭粉中的一种或几种。
上述散热太阳能电池背膜，所述第一绝缘层和第二绝缘层厚度均为200um～400um。
上述散热太阳能电池背膜，所述高导热层在厚度方向的导热系数大于10 w/m·k。
上述散热太阳能电池背膜，所述绝缘胶层为聚氨酯胶层。
上述散热太阳能电池背膜，所述易粘接层为PE或聚氨酯层。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用在两层绝缘层之间设置高导热层，并通过对高导热层材料的选择，改善了背膜的散热性能；同时，通过对绝缘层体积电阻率的控制，在保证背膜散热性能的同时，能够满足背膜对绝缘性的要求。通过采用本发明结构的太阳能电池背膜，能够将太阳能硅片的工作温度下降2～5℃，从而理论提高电池的输出功率提高5-10w/m2。
附图说明
图1是本发明涂布型背膜的结构示意图；
图2是本发明复合型背膜的结构示意图。
图中各标号表示为：1、易粘接层；2、第一绝缘层；3、第一绝缘胶层；4、高导热层；5、第二绝缘胶层； 6、第二绝缘层；7、氟涂层；8、第三绝缘胶层；9、氟膜。
具体实施方式
层间结构
本发明提供的散热太阳能电池背膜依次设置易粘接层、第一绝缘层、第一绝缘胶层、高导热层、第二绝缘胶层、第二绝缘层和氟涂层，或易粘接层、第一绝缘层、第一绝缘胶层、高导热层、第二绝缘胶层、第二绝缘层、第三绝缘胶层和氟膜。
绝缘层
本发明的绝缘层为体积电阻率大于5×1013Ω·M的高分子膜。若小于此体积电阻率则背板在使用的过程中可能发生局部电击穿，导致事故发生。
本发明的第一绝缘层与第二绝缘层为添加了绝缘填料的高分子膜,所述的绝缘填料为陶瓷粉、高岭土、碳纳米管、炭粉或其他绝缘填料。绝缘填料的加入量为绝缘层总质量的2%～5%。当绝缘填料加入量小于2%时，绝缘填料不能起到绝缘效果，当绝缘填料加入量大于5%时，会较大降低绝缘层的拉伸性能。
适用于本发明的绝缘填料为纳米级陶瓷粉、高岭土、碳纳米管、炭粉或其他绝缘填料，纳米级绝缘填料能够更均匀地分散在绝缘层中，并且不会造成绝缘层透湿性、耐候性的明显变化。
适用于本发明的绝缘层优选PET膜或PEN膜，厚度优选200～400um。本发明中，绝缘层的厚度小于200 um时，绝缘性达不到要求，绝缘层的厚度大于400 um时，导热路径变长，散热效果不明显。
高导热层
本发明中的高导热层为厚度方向的导热系数为2 ～20 w/m·k材料 ，优选厚度方向的导热系数为10 ~20w/m·k 的石墨片，包括天然石墨片及合成石墨片。石墨片是优良的导热物质，但是也具有优异的导电性能。太阳能电池背膜需要达到一定的绝缘性才能够使用, 本发明将具有优异导热性能的石墨片作为导热材料应用于太阳能电池背膜,使得背膜的导热性能提高。同时，在高导热层的两侧使用体积电阻率大于5×1013Ω·M的绝缘层，避免石墨片等高导热层引起的背膜的绝缘性变差。本发明的结构在两层高绝缘层之间设置一层高导热层，有效改善背膜的散热性能，使之能够更快速的导出电池产生的热量，降低了电池的工作温度，提高电池的工作效率。同时，由于两个绝缘层中增加了2%～5%的绝缘填料，保证了整体背膜在增加了导热层后依然具有背膜要求的绝缘性。
氟膜
本发明的氟膜是聚偏氟乙烯（PVDF）膜、聚乙烯-四氟乙烯(ETFE)膜、聚氟乙烯（PVF）膜中的任意一种。
氟涂料
本发明的氟涂料是由聚偏氟乙烯（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-偏氟乙烯共聚物树脂（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）树脂中的一种或几种构成的氟涂料。
易粘接层
本发明中的易粘接层选用聚氨酯树脂层或PE层。
绝缘胶层
本发明中的绝缘胶层是聚氨酯树脂层。
下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
绝缘层的制备
本发明的绝缘层采用公知的方法制备，以PET膜为例，在成膜前加入本发明相应比例的绝缘填料，采用熔融、双向拉伸的方法得到本发明用绝缘层。也可以使用市售的绝缘层，采用市售的绝缘层时，需测试其绝缘层的体积电阻率大于5×1013Ω·M。
本发明实施例部分采用公知方法制备绝缘层。
绝缘层的制备
表 1
实施例1
取上述M1作为第一绝缘层，在其表面用刮刀涂布的方式涂布聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合厚度方向导热系数为10 w/m·k的天然石墨片层，在石墨片层另一侧用刮刀涂布的方式再涂布一层聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合第二绝缘层M2；在第一绝缘层M1的另一表面用微凹版涂布的方式涂布PE易粘接层，在第二绝缘层M2的另一表面用微凹版涂布的方式涂布含三氟氯乙烯和乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂的氟涂料层，得到散热太阳能电池背膜B1。
将背膜制成1米×1米规格的太阳能电池组件，测其性能，测试结果列于表2。
实施例2
取上述M2作为第一绝缘层，在其表面用刮刀涂布的方式涂布聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合厚度方向导热系数为15 w/m·k的天然石墨片层，在石墨片层另一侧用刮刀涂布的方式再涂布一层聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合上述第二绝缘层M4；在第一绝缘层M2的另一表面用微凹版涂布的方式涂布聚氨酯易粘接层，在第二绝缘层M4的另一表面用微凹版涂布的方式涂布含三氟氯乙烯和乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂的氟涂料层，得到散热太阳能电池背膜B2。
将其应用到太阳能电池组件上，测其性能，测试结果列于表2。
实施例3
取上述M3作为第一绝缘层，其表面用刮刀涂布的方式涂布聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合厚度方向导热系数为15 w/m·k的天然石墨片层，在石墨片层另一侧用刮刀涂布的方式再涂布一层聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合上述第二绝缘层M5；在第一绝缘层M3的另一表面用微凹版涂布的方式涂布PE易粘接层，在第二绝缘层M5的另一表面用微凹版涂布的方式涂布含三氟氯乙烯和乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂的氟涂料层，得到散热太阳能电池背膜B3。
将其应用到太阳能电池组件上，测其性能，测试结果列于表2。
实施例4
取上述M6作为第一绝缘层，在其表面用刮刀涂布的方式涂布聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合厚度方向导热系数为15 w/m·k的天然石墨片层，在石墨片层另一侧用刮刀涂布的方式再涂布一层聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合第二绝缘层M6；在第一绝缘层M6的另一表面用微凹版涂布的方式涂布聚氨酯易粘接层，在第二绝缘层M6的另一表面用微凹版涂布的方式涂布含三氟氯乙烯和乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂的氟涂料层，得到散热太阳能电池背膜B4。
将其应用到太阳能电池组件上，测其性能，测试结果列于表2。
实施例 5
取上述M6作为第一绝缘层，在其表面用刮刀涂布的方式涂布聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合厚度方向导热系数为15 w/m·k的天然石墨片层，在石墨片层另一侧用刮刀涂布的方式再涂布一层聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合第二绝缘层M5；在第一绝缘层M6的另一表面用微凹版涂布的方式涂布PE易粘接层，在第二绝缘层M5的另一表面用微凹版涂布的方式涂布一层聚氨酯绝缘胶层，之后复合一层氟膜层，得到散热太阳能电池背膜B5。
将其应用到太阳能电池组件上，测其性能，测试结果列于表2。
实施例 6
取上述高分子膜M1作为第一绝缘层，在其表面用刮刀涂布的方式涂布聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合厚度方向导热系数为20w/m·k的合成石墨片层，在石墨片层另一侧用刮刀涂布的方式再涂布一层聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合第二绝缘层M7；在第一绝缘层的另一表面用微凹版涂布的方式涂布PE易粘接层，在第二绝缘层M7的另一表面用微凹版涂布的方式涂布含四氟乙烯和乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂的氟涂料层，得到散热太阳能电池背膜B6。
将其应用到太阳能电池组件上，测其性能，测试结果列于表2。
实施例 7
取上述高分子膜M6作为第一绝缘层，表面用刮刀涂布的方式涂布聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合厚度方向导热系数为20 w/m·k的合成石墨片层，在石墨片层另一侧用刮刀涂布的方式再涂布一层聚氨酯绝缘胶层，干燥，然后复合上第二绝缘层M8；在第一绝缘层M6的另一表面用微凹版涂布的方式涂布PE易粘接层，在第二绝缘层的另一表面用微凹版涂布的方式涂布含四氟乙烯和乙烯基醚共聚物（FEVE）树脂的氟涂料层，得到散热太阳能电池背膜B7。
将其应用到太阳能电池组件上，测其性能，测试结果列于表2。
对比例 ： 散热太阳能电池背板制备
取（厚度250um）PET，在PET一侧涂布与实施例相同的易粘接面，另一侧涂布与实施例相同耐候面。
将其应用到太阳能电池组件上，测其性能，测试结果列于表2。
表 2
表中：各项性能采用如下测试方法：
1.硅片温度
按照IEC61215-2005的方法进行。
2. 输出功率
太阳能电池的输出功率由SPIRE太阳能电池组件测试仪4600SLP测试。
3. 击穿电压
按照GB/T1408.1-2006的规定进行。
4.局部放电
按GB/T 16935.1-2008的规定测试。
5.体积电阻率测试：
按GB/T 1410-2006的规定测试。
6.耐候性测试:
1) 附着力测试
按GB/T 9286-1998中的规定进行百格法测试。
2) 背膜与EVA的粘接力测试
将背膜与F806EVA、玻璃进行层压，将玻璃与EVA胶膜分开少许，用电子拉力测试仪，一端固定胶膜与玻璃，一端以10mm/min速度均匀拉动背膜，进行180度剥离实验，记录拉力F，F除以式样宽度即为剥离强度。
3) 黄变指数测试
用色度仪测试样品老化前后的色调（X、Y、Z），按下述公式计算黄变指数。
△YI＝YI1-YI0
式中△YI—黄变指数；YI1—未老化前的黄色指数；YI0—老化后样品的黄色指数；其中，YI=100(1.28X-1.06Z)/Y
效果评价
由表2击穿电压与局部放电数值可知：本发明背板达到行业绝缘性要求。
由表2耐候性指标可知：本发明背板可以满足长期在户外使用的行业标准。
由表2可知，使用本发明背膜的太阳能电池硅片温度比对比例硅片温度降低2-5℃，输出功率提高5-10w/m2。
以上所述仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术方案基础上所作的的变化或替换，都应涵盖在本发明的专利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种散热太阳能电池背膜，其特征在于，所述背膜依次设置易粘接层、第一绝缘层、第一绝缘胶层、高导热层、第二绝缘胶层、第二绝缘层、氟涂层，或所述背膜依次设置易粘接层、第一绝缘层、第一绝缘胶层、高导热层、第二绝缘胶层、第二绝缘层、第三绝缘胶层、氟膜，所述的第一绝缘层或第二绝缘层的体积电阻率大于5×1013Ω·M，所述的高导热层为合成石墨片或天然石墨片；
所述第一绝缘层与第二绝缘层为含有2％～5％质量份数绝缘填料的PET膜或PEN膜；
所述第一绝缘层和第二绝缘层的厚度均为200μm～400μm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述绝缘填料为陶瓷粉、高岭土、碳纳米管、炭粉中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述高导热层在厚度方向的导热系数大于10w/m·k。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述绝缘胶层为聚氨酯胶层。
5.根据权利要求4所述的太阳能电池背膜，其特征在于，所述易粘接层为PE或聚氨酯层。
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