CN104371285B - 一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜及其制备方法，电池背板膜包括以下组分：PET，叔丁基酚甲醛树脂，丁基橡胶，抗氧剂，辅助抗氧剂，光稳定剂，甲基丙烯酸甲酯，硬脂酸钡，硅酸镁，氧化锌，糠酮树脂，海藻酸钠，月桂酸二丁基锡，顺丁烯二酸酐，玻璃纤维。制备方法为将各组分加入到反应釜中，混合均匀，一定温度和惰性气体保护的条件下，搅拌反应后得到反应物，然后于双螺杆挤出机中挤出造粒，最后采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜。本发明提供的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜具有良好的物化性能与电学性能，可广泛用于太阳能电池背板材料中。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池材料领域，具体涉及一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电技术日益成熟，据欧洲光伏产业协会EPIA预测，太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。太阳能电池背板是太阳能光伏电池结构中的重要组成部分，对太阳能光伏电池起着绝缘及保护作用。
目前市场上的太阳能电池背板种类繁多，设计年限一般为25年，有的为40年甚至更久。国际上的主流背板可以分为薄膜复合型和涂料复合型两种类型。目前整个全球市场的太阳能电池背板仍是以氟薄膜复合型太阳能电池背板为主，这也就造成了国内主要太阳能模组厂家使用的背板绝大部分依靠进口，造成市场价格高，技术为外国企业所垄断的现象。另外，随着环境要求的提高，太阳能电池背板的回收也受到了人们的重视，无氟太阳能电池背板的研究也日益活跃。
目前太阳能电池背板厂家主要还是以国外厂家为主，它们占据着全球市场的大部分份额。随着国内背板技术的突破，国产背板在光伏市场上占据的份额越来越多，逐渐打破了太阳能光伏背板一直被国外垄断的模式。国产背板的综合性能也在增强，并朝着样品多样化方向发展。背板的生产方式主要有两种，一种是复合工艺，一种是涂布工艺。太阳能电池背板厂家日益增多，而且大部分新增厂家都是把背板作为附带产品进行生产的。由于市场上没有对太阳能电池背板名称进行规范，所以在本研究中含有Tedlar膜的背板称之为TPT或者TPE背板，代表性厂家有韩国SFC、日本三菱、德国Dr.Mueller、昆山台虹电子材料和贝尔卡特等；用PVDF薄膜制备的背板称之为KPK或者KPE背板，代表性厂家有日本东洋铝、意大利SolvaySolexis、苏州赛伍和HanitaCoatings等；使用氟树脂类涂覆的背板称为FPF或者FPE背板；其它不含氟元素的那些背板称为统称为无氟背板，代表性厂家有苏州中来、杭州联合新材和常熟冠日等。另外还有其它的厂家像意大利康维明的PPE背板、日本东丽的PP背板等。国内的背板生产厂家已成规模，且样品呈现多样化发展趋势。
现在所用的太阳能电池背板材料大多数为几种材料复合，通过粘合而成，粘合工艺会大大影响复合材料性能的发挥，因此，尽量减少粘合层数能够减少材料利用效率的损失，因此就需要开发综合性能优异的材料。
发明内容
本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜及其制备方法，使得背板膜达到优异的物化性能以及电学性能，从而取代现有的复合材料。
本发明采取以下技术手段实现：
一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET60-70份，叔丁基酚甲醛树脂10-20份，丁基橡胶3-8份，抗氧剂0.8-2份，辅助抗氧剂0.5-1份，光稳定剂1-3份，甲基丙烯酸甲酯1-5份，硬脂酸钡1-5份，硅酸镁1-4份，氧化锌0.5-1份，糠酮树脂2-7份，海藻酸钠2-4份，月桂酸二丁基锡0.6-1.5份，顺丁烯二酸酐4-9份，玻璃纤维3-7份。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，太阳能电池背板膜原料组成可以优选为以重量组分计包括：PET65-68份，叔丁基酚甲醛树脂15-17份，丁基橡胶4-6份，抗氧剂1-1.5份，辅助抗氧剂0.6-0.9份，光稳定剂2-3份，甲基丙烯酸甲酯3-5份，硬脂酸钡2-4份，硅酸镁2-4份，氧化锌0.6-0.8份，糠酮树脂5-7份，海藻酸钠2-3份，月桂酸二丁基锡0.8-1.2份，顺丁烯二酸酐6-8份，玻璃纤维5-7份。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，抗氧剂可以为抗氧剂264。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，辅助抗氧剂可以为辅助抗氧剂TNP。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，光稳定剂可以为光稳定剂770与光稳定剂292的复合物，其中光稳定剂770与光稳定剂292的质量比为1:3。
一种以上任一项所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将各组分加入到反应釜中，搅拌混合均匀，在温度为100-120℃，惰性气体保护的条件下，搅拌反应50-80分钟，得到反应物；
步骤三，将步骤二得到的反应物于双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母料；
步骤四，将步骤三得到的母料采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜。
其中，步骤二中搅拌反应的搅拌速度可以为130-150转/分钟。
步骤三中挤出造粒温度可以分四段控制，第一段温度为200-210℃，第二段温度为210-230℃，第三段温度为220-240℃，第四段温度为230-250℃。
步骤四中挤出吹膜条件可以为吹膜机料筒后段温度分两段控制，分别控制在210-230℃，料筒前段温度分两段控制，分别控制在220-240℃，吹胀比为1.6-2，螺杆转速50-60转/分钟，牵引速度20-30米/分钟。
本发明提供的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜具有良好的物化性能，其中厚度在120μm左右的情况下，抗张强度达到了162N/mm2以上，伸长率达到了253％以上，击穿电压强度达到了24KV以上，局部放电电压达到了1260VDC以上，水蒸气透过率达到了0.8g/m2·d以下，人工辐射暴露老化时间达到了2460h以上，能够非常好的作为太阳能电池背板膜材料进行应用。
具体实施方式
实施例1
一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET60份，叔丁基酚甲醛树脂10份，丁基橡胶3份，抗氧剂2640.8份，辅助抗氧剂TNP0.5份，光稳定剂1份，甲基丙烯酸甲酯1份，硬脂酸钡1份，硅酸镁1份，氧化锌0.5份，糠酮树脂2份，海藻酸钠2份，月桂酸二丁基锡0.6份，顺丁烯二酸酐4份，玻璃纤维3份。
以上组分中光稳定剂为光稳定剂770与光稳定剂292的复合物，其中光稳定剂770与光稳定剂292的质量比为1:3。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将各组分加入到反应釜中，搅拌混合均匀，搅拌速度为130转/分钟，在温度为100℃，惰性气体保护的条件下，搅拌反应50分钟，得到反应物；
步骤三，将步骤二得到的反应物于双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒温度分四段控制，第一段温度为200℃，第二段温度为210℃，第三段温度为220℃，第四段温度为230℃，得到母料；
步骤四，将步骤三得到的母料采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其中挤出吹膜条件为吹膜机料筒后段温度分两段控制，分别控制在210℃和215℃，料筒前段温度分两段控制，分别控制在220℃和226℃，吹胀比为1.6，螺杆转速50转/分钟，牵引速度20米/分钟。
实施例2
一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET65份，叔丁基酚甲醛树脂15份，丁基橡胶4份，抗氧剂2641份，辅助抗氧剂TNP0.6份，光稳定剂2份，甲基丙烯酸甲酯3份，硬脂酸钡2份，硅酸镁2份，氧化锌0.6份，糠酮树脂5份，海藻酸钠2份，月桂酸二丁基锡0.8份，顺丁烯二酸酐6份，玻璃纤维5份。
以上组分中光稳定剂为光稳定剂770与光稳定剂292的复合物，其中光稳定剂770与光稳定剂292的质量比为1:3。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将各组分加入到反应釜中，搅拌混合均匀，搅拌速度为135转/分钟，在温度为108℃，惰性气体保护的条件下，搅拌反应60分钟，得到反应物；
步骤三，将步骤二得到的反应物于双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒温度分四段控制，第一段温度为203℃，第二段温度为212℃，第三段温度为226℃，第四段温度为237℃，得到母料；
步骤四，将步骤三得到的母料采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其中挤出吹膜条件为吹膜机料筒后段温度分两段控制，分别控制在212℃和216℃，料筒前段温度分两段控制，分别控制在225℃和230℃，吹胀比为1.7，螺杆转速53转/分钟，牵引速度22米/分钟。
实施例3
一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET67份，叔丁基酚甲醛树脂16份，丁基橡胶5份，抗氧剂2641.3份，辅助抗氧剂TNP0.8份，光稳定剂3份，甲基丙烯酸甲酯4份，硬脂酸钡3份，硅酸镁3份，氧化锌0.7份，糠酮树脂6份，海藻酸钠2份，月桂酸二丁基锡1份，顺丁烯二酸酐7份，玻璃纤维6份。
以上组分中光稳定剂为光稳定剂770与光稳定剂292的复合物，其中光稳定剂770与光稳定剂292的质量比为1:3。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将各组分加入到反应釜中，搅拌混合均匀，搅拌速度为140转/分钟，在温度为115℃，惰性气体保护的条件下，搅拌反应68分钟，得到反应物；
步骤三，将步骤二得到的反应物于双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒温度分四段控制，第一段温度为206℃，第二段温度为218℃，第三段温度为230℃，第四段温度为242℃，得到母料；
步骤四，将步骤三得到的母料采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其中挤出吹膜条件为吹膜机料筒后段温度分两段控制，分别控制在216℃和222℃，料筒前段温度分两段控制，分别控制在227℃和235℃，吹胀比为1.8，螺杆转速56转/分钟，牵引速度25米/分钟。
实施例4
一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET68份，叔丁基酚甲醛树脂17份，丁基橡胶6份，抗氧剂2641.5份，辅助抗氧剂TNP0.9份，光稳定剂3份，甲基丙烯酸甲酯5份，硬脂酸钡4份，硅酸镁4份，氧化锌0.8份，糠酮树脂7份，海藻酸钠3份，月桂酸二丁基锡1.2份，顺丁烯二酸酐8份，玻璃纤维7份。
以上组分中光稳定剂为光稳定剂770与光稳定剂292的复合物，其中光稳定剂770与光稳定剂292的质量比为1:3。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将各组分加入到反应釜中，搅拌混合均匀，搅拌速度为145转/分钟，在温度为116℃，惰性气体保护的条件下，搅拌反应70分钟，得到反应物；
步骤三，将步骤二得到的反应物于双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒温度分四段控制，第一段温度为208℃，第二段温度为226℃，第三段温度为235℃，第四段温度为242℃，得到母料；
步骤四，将步骤三得到的母料采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其中挤出吹膜条件为吹膜机料筒后段温度分两段控制，分别控制在216℃和227℃，料筒前段温度分两段控制，分别控制在228℃和234℃，吹胀比为1.8，螺杆转速60转/分钟，牵引速度30米/分钟。
实施例5
一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET70份，叔丁基酚甲醛树脂20份，丁基橡胶8份，抗氧剂2642份，辅助抗氧剂TNP1份，光稳定剂3份，甲基丙烯酸甲酯5份，硬脂酸钡5份，硅酸镁4份，氧化锌1份，糠酮树脂7份，海藻酸钠4份，月桂酸二丁基锡1.5份，顺丁烯二酸酐9份，玻璃纤维7份。
以上组分中光稳定剂为光稳定剂770与光稳定剂292的复合物，其中光稳定剂770与光稳定剂292的质量比为1:3。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将各组分加入到反应釜中，搅拌混合均匀，搅拌速度为150转/分钟，在温度为120℃，惰性气体保护的条件下，搅拌反应80分钟，得到反应物；
步骤三，将步骤二得到的反应物于双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒温度分四段控制，第一段温度为210℃，第二段温度为230℃，第三段温度为240℃，第四段温度为250℃，得到母料；
步骤四，将步骤三得到的母料采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其中挤出吹膜条件为吹膜机料筒后段温度分两段控制，分别控制在223℃和230℃，料筒前段温度分两段控制，分别控制在235℃和240℃，吹胀比为2，螺杆转速60转/分钟，牵引速度30米/分钟。
对比例
一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET67份，叔丁基酚甲醛树脂16份，丁基橡胶5份，抗氧剂2641.3份，辅助抗氧剂TNP0.8份，光稳定剂3份，甲基丙烯酸甲酯4份，硬脂酸钡3份，硅酸镁3份，氧化锌0.7份，月桂酸二丁基锡1份，顺丁烯二酸酐7份，玻璃纤维6份。
以上组分中光稳定剂为光稳定剂770与光稳定剂292的复合物，其中光稳定剂770与光稳定剂292的质量比为1:3。
所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将各组分加入到反应釜中，搅拌混合均匀，搅拌速度为140转/分钟，在温度为115℃，惰性气体保护的条件下，搅拌反应68分钟，得到反应物；
步骤三，将步骤二得到的反应物于双螺杆挤出机中挤出造粒，其中挤出造粒温度分四段控制，第一段温度为206℃，第二段温度为218℃，第三段温度为230℃，第四段温度为242℃，得到母料；
步骤四，将步骤三得到的母料采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其中挤出吹膜条件为吹膜机料筒后段温度分两段控制，分别控制在216℃和222℃，料筒前段温度分两段控制，分别控制在227℃和235℃，吹胀比为1.8，螺杆转速56转/分钟，牵引速度25米/分钟。
对以上实施例和对比例制备得到的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜进行性能测试，结果如下：
从以上试验结果可以看出，本发明提供的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜具有良好的物化性能，其中厚度在120μm左右的情况下，抗张强度达到了162N/mm2以上，伸长率达到了253％以上，击穿电压强度达到了24KV以上，局部放电电压达到了1260VDC以上，水蒸气透过率达到了0.8g/m2·d以下，人工辐射暴露老化时间达到了2460h以上，能够非常好的作为太阳能电池背板膜材料进行应用。以上结果中，实施例3制备得到的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜具有更为突出的综合性能，因此作为最优选实施例。对比例为在实施例3的基础上进行的进一步试验，其中没有加入糠酮树脂和海藻酸钠，其他过程与实施例3相同，结果可以看出，抗张强度、伸长率以及水蒸气透过率都明显变差，因此可以得出，以上两种组分的加入可以明显提高本发明提供的膜的机械性能以及防水性能。
Claims (9)
1.一种耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其特征在于，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET60-70份，叔丁基酚甲醛树脂10-20份，丁基橡胶3-8份，抗氧剂0.8-2份，辅助抗氧剂0.5-1份，光稳定剂1-3份，甲基丙烯酸甲酯1-5份，硬脂酸钡1-5份，硅酸镁1-4份，氧化锌0.5-1份，糠酮树脂2-7份，海藻酸钠2-4份，月桂酸二丁基锡0.6-1.5份，顺丁烯二酸酐4-9份，玻璃纤维3-7份。
2.根据权利要求1所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其特征在于，太阳能电池背板膜原料组成以重量组分计包括：PET65-68份，叔丁基酚甲醛树脂15-17份，丁基橡胶4-6份，抗氧剂1-1.5份，辅助抗氧剂0.6-0.9份，光稳定剂2-3份，甲基丙烯酸甲酯3-5份，硬脂酸钡2-4份，硅酸镁2-4份，氧化锌0.6-0.8份，糠酮树脂5-7份，海藻酸钠2-3份，月桂酸二丁基锡0.8-1.2份，顺丁烯二酸酐6-8份，玻璃纤维5-7份。
3.根据权利要求1所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其特征在于，抗氧剂为抗氧剂264。
4.根据权利要求1所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其特征在于，辅助抗氧剂为辅助抗氧剂TNP。
5.根据权利要求1所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜，其特征在于，光稳定剂为光稳定剂770与光稳定剂292的复合物，其中光稳定剂770与光稳定剂292的质量比为1:3。
6.一种权利要求1-5任一项所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，按照重量份称取各组分；
步骤二，将各组分加入到反应釜中，搅拌混合均匀，在温度为100-120℃，惰性气体保护
的条件下，搅拌反应50-80分钟，得到反应物；
步骤三，将步骤二得到的反应物于双螺杆挤出机中挤出造粒，得到母料；
步骤四，将步骤三得到的母料采用塑料吹膜机挤出吹膜，得到耐高温耐光老化太阳能电池背板膜。
7.根据权利要求6所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，其特征在于，步骤二中搅拌反应的搅拌速度为130-150转/分钟。
8.根据权利要求6所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，其特征在于，步骤三中挤出造粒温度分四段控制，第一段温度为200-210℃，第二段温度为210-230℃，第三段温度为220-240℃，第四段温度为230-250℃。
9.根据权利要求6所述的耐高温耐光老化太阳能电池背板膜的制备方法，其特征在于，步骤四中挤出吹膜条件为吹膜机料筒后段温度分两段控制，分别控制在210-230℃，料筒前段温度分两段控制，分别控制在220-240℃，吹胀比为1.6-2，螺杆转速50-60转/分钟，牵引速度20-30米/分钟。
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