CN104538474A - 一种光伏电池用背板及其制备方法 - Google Patents

一种光伏电池用背板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏电池用背板，从内到外包括内表层、中间层和外表层，所述外表层由改性聚酰胺树脂组合物制成，所述改性聚酰胺树脂组合物包括如下组分，聚酰胺树脂、接枝聚合物树脂、功能填料、添加剂；所述功能填料为异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐粘土；所述中间层由改性聚丙烯树脂组合物制成；所述改性聚丙烯树脂组合物包括如下组分：聚丙烯树脂、接枝聚乙烯树脂、笼型聚倍半硅氧烷、添加剂。本发明的背板与EVA粘结性能、耐老化性能和水汽阻隔性能均非常优异，完全可以满足太阳能电池组件的使用寿命要求，取得了显著效果，具有积极的现实意义。

Description

一种光伏电池用背板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种光伏电池用背板及其制备方法。
背景技术
随着不可再生能源的衰竭及愈发严重的环境问题，作为清洁能源的太阳能受到前所未有的关注和重视。太阳能发电(又称为光伏发电)是有效利用太阳能的主要途径之一，而作为太阳能发电的核心部件，太阳能电池组件的可靠性直接决定了太阳能发电的效能。背板是太阳能电池组件不可或缺的组成部分，其应具备良好的机械性能、绝缘性、阻隔性和耐老化性能。
目前，国内外所使用的背板主要是在聚酯薄膜两侧复合含氟薄膜或涂覆含氟材料制备而成。然而，含氟材料价格较高，且其与中间层的剥离强度差而容易脱落，且表面含氟材料与EVA的粘结性能不佳。
针对上述情况，近年来出现了相关的无氟背板方案。例如：中国发明专利申请CN103456817A公开了一种无氟太阳能电池背板和制备方法，该背板分为改性PC的耐候层、改性PBT的中间层和改性PC的粘结层，通过多层共挤装置进行共挤出得到背板材料。中国发明专利申请CN103280479A公开了一种新型无氟多层共挤太阳能电池背板及其制备方法。该背板含改性PA的耐候层、改性PET的增强层和改性PA的粘结层，并通过多层共挤装置将耐候层、增强层和粘结层进行三层共挤得到背板材料。
然而，上述方案采用聚酯作为背板中间层，其吸水率大，容易水解而导致背板耐老化性能不佳。另外，上述PC膜和PA膜阻隔性能差，容易造成水汽的渗透。因此，有必要开发一种与EVA粘结性能、耐老化性能和水汽阻隔性能俱佳的背板，以满足太阳能电池组件的使用寿命要求。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种光伏电池用背板及其制备方法。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种光伏电池用背板，从内到外包括内表层、中间层和外表层，所述内表层、中间层和外表层的质量比为10～20∶20～40∶40～60；
其中，所述内表层由聚乙烯树脂或者乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂混合填料、添加剂制成；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；
所述外表层由改性聚酰胺树脂组合物制成，所述改性聚酰胺树脂组合物包括如下组分，以质量份计：
所述接枝聚合物树脂选自接枝聚乙烯树脂、接枝聚丙烯树脂和接枝聚烯烃弹性体树脂中的一种或几种；
所述功能填料为异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐粘土，其片层的间距为4～6nm；
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；
所述中间层由改性聚丙烯树脂组合物制成；所述改性聚丙烯树脂组合物，以质量份计，包括如下组分：
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，所述笼型聚倍半硅氧烷是现有技术，其英文名称polyhedraloligomeric silsesquioxane，简称POSS，通式为(RSiO3/2)n。
上述技术方案中，异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐粘土制备方法如下：
将层状硅酸盐粘土溶于适量蒸馏水，搅拌分散并静置12h，取上层的悬浮液备用；称取适量异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷，搅拌下滴加四氢呋喃至完全溶解，缓慢滴加盐酸至异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷完全酸化，将上述溶液缓慢全部加入到层状硅酸盐粘土悬浮液中并高速搅拌24h，静置并抽滤，洗涤至无Cl-；真空干燥后研磨，过筛，即得到异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐粘土。
上述技术方案中，所述改性聚丙烯树脂组合物中，笼型聚倍半硅氧烷的粒径为0.5～3nm，其相对分子量为600～2000。
本发明同时请求保护一种光伏电池用背板的制备方法，包括如下步骤：按上述配比将内表层、中间层和外表层的物料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，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。
本发明的机理如下：首先，如何替代背板中间层的聚酯薄膜是核心，一方面，该中间层需有良好的耐老化性能、水汽阻隔性能及层间剥离强度；另一方面，中间层还需较高的强度和抗蠕变性；针对以上两点，本发明采用改性聚丙烯树脂组合物作为中间层，聚丙烯材料具有良好的水汽阻隔性能，通过添加抗老化助剂可使其具备良好的耐老化性能；在聚丙烯材料中添加接枝聚乙烯树脂，解决中间层与外表层粘结性能的问题，另外接枝聚乙烯的引入可以改善聚丙烯的低温脆性，通过添加笼型聚倍半硅氧烷，在聚丙烯材料中形成以笼型聚倍半硅氧烷为物理交联点的三维网络结构，提高聚丙烯的强度、降低蠕变性。其次，作为背板的外表层材料，需具有较高的拉伸强度、冲击强度、优异的耐磨性，并且和硅胶之间有良好的粘结性，本发明采用聚酰胺作为外表层的基材可满足上述要求，但是聚酰胺的水汽透过性需进一步提升，因此本发明采用氨基笼型聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐黏土作为功能填料，层状硅酸盐赋予聚酰胺极低的水汽透过性，以氨基笼型聚倍半硅氧烷为层状硅酸盐的改性剂避免了聚酰胺在生产过程中的高温导致其他普通改性剂分解的弊端；同时，氨基笼型聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐也可赋予背板良好的阻燃和绝缘性能；添加适量的极性基团接枝组分以保证氨基笼型聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐在聚酰胺基材中良好的分散性。第三，为保证背板与EVA具有良好的粘结性能，本发明的背板内表层采用聚乙烯树脂或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1.本发明设计了一种光伏电池用背板，采用聚丙烯基材作为背板的中间层，赋予了背板良好的水汽阻隔性能；同时，添加接枝聚乙烯树脂一方面用于改善聚丙烯的低温脆性，另一方面使中间层与外表层具有良好的粘结性能；中间层添加笼型聚倍半硅氧烷(POSS)，POSS作为物理交联点以提高中间层材料的机械性能和耐温性能；
2.本发明的外表层添加氨基笼型聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐黏土，赋予了背板优越的水汽阻隔性能、阻燃性能和绝缘性能；同时添加接枝聚合物树脂(即接枝高分子组分)使氨基笼型聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐黏土高度分散与聚酰胺机体中，提高了外表层的强度和降低蠕变性；
3.本发明的内表层采用聚乙烯树脂或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂，赋予了背板与EVA封装胶膜良好的粘结性能；
4.实验证明，本发明的背板与EVA粘结性能、耐老化性能和水汽阻隔性能均非常优异，完全可以满足太阳能电池组件的使用寿命要求，取得了显著效果，具有积极的现实意义。
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
(1)内表层材料的准备
将100份茂金属聚乙烯1327ED(美国埃克森化学公司)投入高度搅拌机中，加入0.15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)、0.15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650转/分钟，将物料均匀混合均匀后投入三层共挤片材机组的A螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(2)中间层材料的制备
将100份聚丙烯树脂BI750(韩国三星道达尔公司)、15份接枝聚丙烯树脂BONDYRAM 1001(以色列普利朗公司)投入高速搅拌机中，加入10份笼型聚倍半硅氧烷SH1311(美国Hybrid Plastics公司)、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.2份抗氧剂四[β-(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)搅拌30分钟，转速650转/分钟，将物料混合后投入三层共挤片材机组的B螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(3)外表层材料的制备
将100份聚十二碳二酰已二胺PA612(山东东辰工程塑料有限公司)加入干燥器内，在100℃下干燥4小时后投入高速搅拌机中，同时加入10份马来酸酐接枝聚烯烃弹性体N410(宁波能之光新材料科技有限公司)、10份异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐粘土(自制)、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.2份抗氧剂四[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯搅拌30分钟，转速650转/分钟，将物料混合后投入三层共挤片材机组的C螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(4)光伏电池用背板的制备
将三种物料同时在螺杆挤出机熔融挤出，螺杆温度控制在160-240℃，螺杆转速控制在80-120转/分钟，物料在螺杆内的停留时间为2-4分钟。内表层、中间层以及外表层三种物料在分配器内进行分配，比例为20/30/50，然后进入T-型模头，模头宽度为1200mm，经冷却、牵引、卷取等工序得到成品S1，三辊冷却水温度为60-70℃，牵引速度为3-4米/分钟。产品厚度为0.33mm，宽度为1000mm。产品记为A1，检测结果见表1。
实施例二
(1)内表层材料的准备
将100份EVA树脂14-2(北京有机化工厂)投入高度搅拌机中，加入0.15份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.15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650转/分钟，将物料均匀混合均匀后投入三层共挤片材机组的A螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(2)中间层材料的制备
将100份聚丙烯树脂50E725(美国杜邦公司)、15份接枝聚丙烯树脂FUSABOND 353D(美国杜邦公司)投入高速搅拌机中，加入8份笼型聚倍半硅氧烷SH1311(美国Hybrid Plastics公司)、0.3份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.3份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.3份抗氧剂四[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯搅拌30分钟，转速650转/分钟，将物料混合后投入三层共挤片材机组的B螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(3)外表层材料的制备
将100份聚十二碳二酰已二胺PA612加入干燥器内，在100℃下干燥4小时后投入高速搅拌机中，同时加入10份马来酸酐接枝聚乙烯GR380(美国陶氏公司)、10份异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐粘土(自制)、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.2份抗氧剂四[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯搅拌30分钟，转速650转/分钟，将物料混合后投入三层共挤片材机组的C螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(4)光伏电池用背板的制备
将三种物料同时在螺杆挤出机熔融挤出，螺杆温度控制在160-240℃，螺杆转速控制在80-120转/分钟，物料在螺杆内的停留时间为2-4分钟。内表层、中间层以及外表层三种物料在分配器内进行分配，比例为20/40/40，然后进入T-型模头，模头宽度为1200mm，经冷却、牵引、卷取等工序得到成品S1，三辊冷却水温度为60-70℃，牵引速度为3-4米/分钟。产品厚度为0.33mm，宽度为1000mm。产品记为A2，检测结果见表1。
实施例三
(1)内表层材料的准备
将100份EVA树脂14-2(北京有机化工厂)投入高度搅拌机中，加入0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2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650转/分钟，将物料均匀混合均匀后投入三层共挤片材机组的A螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(2)中间层材料的制备
将100份聚丙烯树脂PT182(台湾福聚公司)、10份接枝聚丙烯树脂FH118(宁波能之光新材料科技有限公司)投入高速搅拌机中，加入10份笼型聚倍半硅氧烷SH1311(美国Hybrid Plastics公司)、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.2份抗氧剂四[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯搅拌30分钟，转速650转/分钟，将物料混合后投入三层共挤片材机组的B螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(3)外表层材料的制备
将100份聚癸二酰癸二胺PA1010(山东东辰工程塑料有限公司)加入干燥器内，在100℃下干燥4小时后投入高速搅拌机中，同时加入10份马来酸酐接枝聚乙烯GR380(美国陶氏公司)、10份异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐粘土(自制)、0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份光稳定剂双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.2份抗氧剂四[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯搅拌30分钟，转速650转/分钟，将物料混合后投入三层共挤片材机组的C螺杆，螺杆直径60毫米，长径比33。
(4)光伏电池用背板的制备
将三种物料同时在螺杆挤出机熔融挤出，螺杆温度控制在160-240℃，螺杆转速控制在80-120转/分钟，物料在螺杆内的停留时间为2-4分钟。内表层、中间层以及外表层三种物料在分配器内进行分配，比例为30/35/35，然后进入T-型模头，模头宽度为1200mm，经冷却、牵引、卷取等工序得到成品S1，三辊冷却水温度为60-70℃，牵引速度为3-4米/分钟。产品厚度为0.33mm，宽度为1000mm。产品记为A3，检测结果见表1。
对比例一：
TPE类型背板(日本东阳铝公司)，产品结构为PVDF/PET/PE，厚度0.33mm，记为B1，检测结果见表1。
对比例二：
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B2，检测结果见表1。
对比例三：
FEVE类型背板(苏州中来公司)，产品结构为FEVE/PET/FEVE，厚度为0.30mm，记为B3，检测结果见表1。
表1实施例和对比例中各种背板的检测结果
☆：剥离强度很大，拉不开。
从表1的结果可以看出，与现有的对比例相比，本发明的光伏电池用背板本发明的背板与EVA粘结性能、耐老化性能和水汽阻隔性能均非常优异，完全可以满足太阳能电池组件的使用寿命要求。
上述各实施例及对比例中的表征方法采用如下标准：
拉伸强度/断裂伸长率ASTM D638塑料拉伸性能的标准试验方法；
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；
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 (3)

1.一种光伏电池用背板，从内到外包括内表层、中间层和外表层，其特征在于，所述内表层、中间层和外表层的质量比为10~20∶20~40∶40~60；
其中，所述内表层由聚乙烯树脂或者乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂混合填料、添加剂制成；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；
所述外表层由改性聚酰胺树脂组合物制成，所述改性聚酰胺树脂组合物包括如下组分，以质量份计：
聚酰胺树脂             100份
接枝聚合物树脂          5~15份
功能填料               1~10份
添加剂                 0~2.5份；
所述接枝聚合物树脂选自接枝聚乙烯树脂、接枝聚丙烯树脂和接枝聚烯烃弹性体树脂中的一种或几种；
所述功能填料为异丁胺基多面齐聚倍半硅氧烷改性的层状硅酸盐粘土，其片层的间距为4~6 nm；
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；
所述中间层由改性聚丙烯树脂组合物制成；所述改性聚丙烯树脂组合物，以质量份计，包括如下组分：
聚丙烯树脂             100份
接枝聚丙烯树脂          5~15份
笼型聚倍半硅氧烷        1~10份
添加剂                 0~2.5份；
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。
2.根据权利要求1所述的光伏电池用背板，其特征在于：所述改性聚丙烯树脂组合物中，笼型聚倍半硅氧烷的粒径为0.5~3 nm，其相对分子量为600~2000。
3.一种如权利要求1所述的光伏电池用背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：按权利要求1所述的配比将内表层、中间层和外表层的物料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，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。
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