CN105237855B - 一种太阳能电池背板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池背板，包括耐候层、基材层和聚烯烃层，所述聚烯烃层由聚烯烃组合物经混合后挤出造粒，再通过流延或吹塑的方式制得；所述聚烯烃组合物的组成及质量份数为：聚烯烃树脂 70～90份；无机填料 10～30份；抗氧剂0.1～1份；光稳定剂0.1～1份；所述无机填料由10%~100%中空无机填料和0~90%的实心无机填料组成。本发明通过对无机填料进行预处理，提高了无机填料在聚烯烃层组合物中的加入量，并且通过优化中空填料与实心填料的比例，使太阳能电池背板的局放电压可提高至1500V以上。

Description

一种太阳能电池背板

技术领域

本发明涉及太阳能技术领域，特别涉及一种太阳能电池背板。

背景技术

近年来，作为绿色能源的代表，太阳能发电越来越受到人们的瞩目。目前，太阳能的应用主要是利用太阳发电组件将太阳能转换成电能加以利用，太阳能发电组件主要由前板、封装材料、晶硅电池片、背板组成。太阳能背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用。

目前，主流的光伏组件及配套部件均基于直流端1000V的电压要求设计和制造的，现有的背板不能用于最大系统电压1500V的太阳能发电系统，局部放电只能达到1000～1200V。例如专利CN201110316402.9、CN201120314438.9所述采用玻璃纤维布，赋予背板高耐压性能来提高背板的局放电压，该方案中玻璃纤维布覆合工艺繁琐、且玻璃纤维布成本较高；专利：CN201320878102.4所述采用增厚背板基材层，通过提高背板的整体厚度来达到提高背板的局放电压，该方案制得的背板过厚导致后续加工困难；专利CN200980159535.0所述通过在背板的表面设置导电层控制表面电阻，在向背板厚度方向上施加高电压时，一部分电场能够沿表面适当地导通、扩散，降低施加在背板厚度方向上的电压来提高整体背板的局放电压，该方案在一定程度上达到提高背板局放电压的目的，但是单纯的设置导电层并不能使得现有主流光伏背板达到耐局放电压1500V的目的。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足、提供一种太阳能背板，所述太阳能背板生产工艺简单、产品的耐局放电压可达1500V，并且具有良好的水汽阻隔性和耐候性。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种太阳能电池背板，包括耐候层、基材层和聚烯烃层，所述聚烯烃层由聚烯烃组合物经混合后挤出造粒，再通过流延或吹塑的方式制得；所述聚烯烃组合物的组成及质量份数为：

聚烯烃树脂 70～90份

无机填料 10～30份

抗氧剂 0.1～1份

光稳定剂 0.1～1份；

所述无机填料由10%~100%中空无机填料和0~90%的实心无机填料组成；

所述无机填料经质量浓度小于20%的稀盐酸洗涤，再用水冲洗后100～120℃烘干；再将质量浓度0.5%~1%的硅烷偶联剂的酒精溶液加入到干燥的无机填料中，搅拌均匀至60～80℃烘干后得到；

上述太阳能电池背板，所述聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、乙烯共聚物或丙烯共聚物。

上述太阳能电池背板，所述中空无机填料和实心无机填料为氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化锆、氧化镁、玻璃、陶瓷质、碳素、硅酸钠、烟道灰、硼酸盐、磷酸盐的聚合体中的一种或几种。

上述太阳能电池背板，所述中空无机填料平均粒径为12~100nm，中空结构的壁厚为10～40nm。

上述太阳能电池背板，所述基材层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，厚度为100～400μm。

上述太阳能电池背板，所述耐候层为添加抗静电处理剂的氟碳树脂涂层或添加抗静电处理剂的聚偏氟乙烯、聚氟乙烯或乙烯—四氟乙烯共聚物薄膜中的一种。

有益效果：

本发明通过改进聚烯烃层组合物配方，特别是在聚烯烃层中添加具有中空结构的无机填料，在不改变其与封装EVA粘结性和耐候性的情况下，有良好的水汽阻隔性和耐候性，且提高了太阳能电池背板的局放电压，使其能耐1500V。

本发明中的无机填料经预处理，改善了与聚烯烃树脂的相容性，提高了填料在树脂中的分散性，使得填料的加入量提高，从而提高了太阳能电池背板的局放电压。同时，添加大量的无机填料，增强了界面粘结性能，从而提高了材料的力学性能，可以在填料表面形成一层树脂保护层，提高了无机填料的抗挤压性能。

本发明中通过对无机填料进行预处理，提高了无机填料在聚烯烃层组合物中的加入量，并且通过优化中空填料与实心填料的比例，使太阳能电池背板的局放电压可提高至1500V以上。而使用1500V耐高压组件以及配套部件，对于各种大规模地面电站来说，可以明显降低系统成本。一方面，直流侧输入电压提高后，每串可连接更多组件，系统电压提升到1500V可增加50%的组串长度，同时接到逆变器的直流缆线使用量减少，汇流箱逆变器的数量也可相应减少，从而能够有效降低系统端的成本；另一方面，电压提高后，线损减少也让输出电量增加，对提高投资收益大有帮助。

具体实施方式

本发明太阳能背板，依次由聚烯烃层、基材层和耐候层构成；所述聚烯烃层厚度为100～300微米，所述聚烯烃层由聚烯烃组合物混合后挤出造粒，再通过流延或吹塑的方式制得；所述聚烯烃组合物的组成及质量份数为：聚烯烃树脂70～90份，无机填料 10～30份，抗氧剂0.1～1份，光稳定剂0.1～1份；所述无机填料由10%~100%中空无机填料和0~90%的实心无机填料组成，所述的无机填料为用稀盐酸洗涤，再用水冲洗后100～120℃烘干；再将一定比例浓度的硅烷偶联剂的酒精溶液加入到干燥的无机填料中，搅拌均匀至60～80℃烘干后使用；所述聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、乙烯共聚物或丙烯共聚物。

本发明中的中空无机填料优选中空微球结构，材质优选氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化锆、氧化镁、玻璃、陶瓷质、碳素、硅酸钠、烟道灰、硼酸盐、磷酸盐的聚合体中的一种或几种，最优选为二氧化硅或二氧化钛中的一种。中空无机填料平均粒径为12-100nm，纳米级中空无机填料的加入使得聚烯烃生产过程中不会产生2次凝集，保证了聚烯烃层的稳定性。中空无机填料的壁厚为10～40nm，若壁厚小于10nm，则填料的壁厚过薄，不能维持形状，壁厚大于40nm则对改善聚烯烃层的低介电率化效果不明显。

本发明无机填料的质量份为10～30，优选为15～30。质量份低于10，则改善无机/有机材料的低介电率化效果不明显，质量份高于30，则成本增加的同时影响聚烯烃层与EVA的粘结性。

本发明中无机填料由10~100%中空无机填料和0~90%的实心无机填料组成，中空无机填料的用量小于10%则改善聚烯烃层的低介率化效果不明显，用量越接近于100%则效果越明显。

在分散有无机填料的无机/有机混合材料（即聚烯烃层）时，如果能够降低无机填料的介电率，就可以降低聚烯烃层的介电率。但是通常无机填料的介电率比有机材料高，很难达到低介电率化。密度对材料的介电常数影响很大，降低密度可以使材料的介电常数接近极限值1。目前常用的方法是在材料中引入含多孔或中空结构的无机填料在材料中制造空隙来降低材料的介电常数。但是具有中空微球结构的无机填料与聚烯烃树脂不相容，同时无机中空填料与树脂混合时容易发生严重破碎，严重影响中空微球的密度调节作用，随着无机填料的添加还会影响最终聚烯烃层的拉伸强度和断裂伸长率等力学性能。因此现有技术中中空无机填料添加量过少且容易破碎或影响材料的力学性能。

为了提高无机填料的加入量，特别是中空无机填料的加入量，本发明在使用前对中空无机填料进行预处理。将无机填料先用质量分数低于20%的稀盐酸洗涤，再用水冲洗后在100~120℃下烘干；再将质量分数0.5%~1%的硅烷偶联剂的酒精（分析纯）溶液加入到干燥的无机填料中，搅拌均匀后60~80℃烘干，处理完成。将干燥的无机填料加入聚烯烃树脂中并搅拌均匀。硅烷偶联剂在无机填料表面发生化学偶联反应，改善了其与聚烯烃树脂的相容性，有利于填料在树脂中的分散，增强了界面粘结性能，从而提高了材料的力学性能，同时在填料表面形成一层树脂保护层，提高了无机填料的抗挤压性能。

本发明使用的硅烷偶联剂为乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷、γ-氯丙基-三甲氧基硅烷、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷、γ-氨丙基-三甲氧基硅烷中的一种。

本发明使用的抗氧剂为2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚、四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯、硫代二丙酸双酯中的一种或几种。

本发明使用的光稳定剂为邻羟基苯甲酸苯酯、2-（2ˊ-羟基-5ˊ-甲基苯基）苯并三氮唑、 2，4-二羟基二苯甲酮、 2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-（2’-羟基-3’，5’-二叔苯基）-5-氯化苯并三唑、单苯甲酸间苯二酚酯、2，2’-硫代双（4-叔辛基酚氧基）镍、三（1，2，2，6，6-五甲哌啶基）亚磷酸酯、 4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶、2，4，6-三（2’正丁氧基苯基）-1，3，5-三嗪、 六甲基磷酰三胺中的一种或几种。

本发明使用的耐候层为添加抗静电处理剂的氟碳树脂涂层或添加抗静电处理剂的聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、乙烯—四氟乙烯共聚物薄膜中的一种。

本发明使用的抗静电处理剂为聚环氧乙烷、聚醚指酰胺、聚醚酰胺亚胺、含季铵盐与甲基丙烯酸酯缩聚物的共聚物、含季铵盐与马来酸亚胺缩聚物的共聚物、羧基内铵盐接枝共具体、高分子电荷移动结合体中的一种或几种。耐候层中添加抗静电处理剂，能够在耐候层表面形成半导电层。当高电压施加到背板的厚度方向上时，耐候层外的半导电层使得受到的一部分电场沿表面疏导、扩散，因此能减少厚度方向上每单位体积所施加的电场。结果即使施加高电压时，也能抑制电场集中在绝缘性能差的部分，抑制部分局部放电的发生，从而提高背板的局部放电起始电压，达到提高局部放电电压的目的。

本发明提供的高局放电压的太阳能背板，在基材的一侧涂布添加抗静电处理剂的氟碳树脂涂层或者通过胶黏剂粘接添加抗静电处理剂的氟膜，另一侧通过胶黏剂粘接根据上述比例制备的聚烯烃层，从而得到高局放电压的太阳能背板。

以下提供几个实施例、以便对本发明做更进一步的说明。

实施例1

耐候层：添加聚环氧乙烷的氟碳树脂涂层，厚度20μm。

基材层：厚度300μm的PET。

聚烯烃层：

将200克中空二氧化硅填料用质量浓度为18%的稀盐酸洗涤，再用水冲洗2遍，在120℃烘干；再将浓度0.5%的乙烯基三氯硅烷的酒精（分析纯）溶液加入到干燥的中空二氧化硅中，搅拌均匀并80℃烘干备用；

将80克的聚乙烯树脂、15克的中空二氧化硅（粒径100nm、壁厚40nm）、4克实心二氧化硅、0.1克的2，6-三级丁基-4-甲基苯酚和0.9克的 2，4-二羟基二苯甲酮混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，使各组分混合均匀。将混合好的物料进行流延挤出，制得100μm厚度的聚烯烃层。

背板的制备：在厚度300μm的PET的一侧涂布耐候涂层，另一侧通过胶黏剂覆合聚烯烃层，在50℃条件下熟化72h，得到本发明提供的高局放电压的太阳能背板。测试其性能指标，列于表1。

实施例2

耐候层：添加聚醚指酰胺的聚偏氟氯乙烯薄膜，厚度25μm。

基材层：厚度300μm的PET基材。

聚烯烃层：

将200克中空二氧化硅填料用浓度为10%的稀盐酸洗涤，再用水冲洗2遍，在100℃烘干；再将浓度1%的乙烯基三乙氧基硅烷的酒精（分析纯）溶液加入到干燥的中空二氧化硅中，搅拌均匀并60℃烘干备用；

将82克的聚乙烯树脂、8.5克中空二氧化硅（粒径80nm、壁厚10nm）、8.5克实心二氧化硅、0.3克的双（3，5-三级丁基-4-羟基苯基）硫醚和0.7克的2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，使各组分混合均匀。将混合好的物料进行流延挤出，制得110μm厚度的聚烯烃层。

背板的制备：在厚度300μm的PET的一侧通过胶黏剂复合耐候膜层，另一侧通过胶黏剂覆合聚烯烃层，在50℃条件下熟化72h，得到本发明提供的高局放电压的太阳能背板。测试其性能指标，列于表1。

实施例3

耐候层：添加聚醚酰胺亚胺的聚偏氟氯乙烯薄膜，厚度25μm。

基材层：厚度300μm的PET基材。

聚烯烃层：

将200克中空二氧化硅填料用浓度15%的稀盐酸洗涤，再用水冲洗2遍，在110℃烘干；再将浓度0.6%的γ-缩水甘油丙基-三甲氧基硅烷的酒精（分析纯）溶液加入到干燥的中空二氧化硅中，搅拌均匀并70℃烘干备用；

将85克的聚乙烯树脂、10克中空二氧化硅（粒径70nm、壁厚20nm）、4克实心二氧化硅、0.5克的硫代二丙酸双酯和0.5克的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，使各组分混合均匀。将混合好的物料进行流延挤出，制得120μm厚度的聚烯烃层。

背板的制备：在厚度300μm的PET的一侧通过胶黏剂复合耐候膜层，另一侧通过胶黏剂覆合聚烯烃层，在50℃条件下熟化72h，得到本发明提供的高局放电压的太阳能背板。测试其性能指标，列于表1。

实施例4

耐候层：添加含季铵盐与甲基丙烯酸酯缩聚物的共聚物的乙烯—四氟乙烯共聚物薄膜，厚度25μm。

基材层：厚度300μm的PET基材。

聚烯烃层：

将200克中空二氧化硅填料用浓度5%的稀盐酸洗涤，再用水冲洗2遍，在105℃烘干；再将浓度0.7%的γ-氨丙基-三甲氧基硅烷的酒精（分析纯）溶液加入到干燥的中空二氧化硅中，搅拌均匀并65℃烘干备用；

将88克的聚乙烯树脂、9克中空二氧化钛（粒径30nm、壁厚10nm）、2克实心二氧化钛、0.7克的2，6-三级丁基-4-甲基苯酚和0.3克的2，2’-硫代双（4-叔辛基酚氧基）镍混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，使各组分混合均匀。将混合好的物料进行流延挤出，制得130μm厚度的聚烯烃层。

背板的制备：在厚度300μm的PET的一侧通过胶黏剂复合耐候膜层，另一侧通过胶黏剂覆合聚烯烃层，在50℃条件下熟化72h，得到本发明提供的高局放电压的太阳能背板。测试其性能指标，列于表1。

实施例5

耐候层：添加聚醚指酰胺的氟碳树脂涂层，厚度25μm。

基材层：厚度300μm的PET基材。

聚烯烃层：

将200克中空二氧化硅填料用浓度2%的稀盐酸洗涤，再用水冲洗2遍，在115℃烘干；再将浓度0.9%的γ-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷的酒精（分析纯）溶液加入到干燥的中空二氧化硅中，搅拌均匀并75℃烘干备用；

将90克的聚乙烯树脂、7克中空二氧化钛（粒径80nm、壁厚10nm）、2克实心二氧化钛、0.9克的四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和0.1克的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，使各组分混合均匀。将混合好的物料进行流延挤出，制得150μm厚度的聚烯烃层。。

背板的制备：在厚度300μm的PET的一侧涂布耐候涂层，另一侧通过胶黏剂覆合聚烯烃层，在50℃条件下熟化72h，得到本发明提供的高局放电压的太阳能背板。测试其性能指标，列于表1。

对比例

耐候层：氟碳树脂涂层，厚度25μm。

基材层：厚度300μm的PET基材。

聚烯烃层：

未处理的实心二氧化硅200克备用；

将78克的聚乙烯树脂、21克实心二氧化硅、0.5克的四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和0.5克的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮混合后，通过双螺杆挤出机挤出造粒，使各组分混合均匀。将混合好的物料进行流延挤出，制得125μm厚度的聚烯烃层。

背板的制备：在厚度300μm的PET的一侧涂布耐候涂层，另一侧通过胶黏剂覆合聚烯烃层，在50℃条件下熟化72h，得到太阳能电池背板。测试其性能指标，列于表1。

对比实施例1～5的高局放电压太阳能背板和对比例的太阳能背板进行性能测试，结果见表1。

表1 背板各项性能数据

从表中数据可知，本发明通过添加中空无机颗粒，以及调整中空无机颗粒的含量，得到的太阳能电池背板具有很高的局放电压和很好的水汽透过率，同时具有良好的耐老化性能，能够满足太阳能组件的长期使用。

测试方法：

1、局部放电

参考GB/T 7354-2003局部放电测量(IEC 60270:2000)

2、水汽透过率

参考GB/T 21529-2008塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定 电解传感器法

3、耐湿热老化

参考GB/T 2423.3-2006电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验Cab:恒定湿热方法。

Claims (4)

1.一种太阳能电池背板，包括耐候层、基材层和聚烯烃层，其特征在于，所述聚烯烃层由聚烯烃组合物经混合后挤出造粒，再通过流延或吹塑的方式制得；所述的聚烯烃组合物的组成及质量份数为：

聚烯烃树脂 70～90份，

无机填料 10～30份，

抗氧剂 0.1～1份，

光稳定剂 0.1～1份；

所述无机填料由10%-100%中空无机填料和0-90%的实心无机填料组成，所述中空无机填料平均粒径为12-100nm，中空结构的壁厚为10～40nm；

所述无机填料经质量浓度小于20%的稀盐酸洗涤，再用水冲洗后100～120℃烘干；再将质量浓度0.5%-1%的硅烷偶联剂的酒精溶液加入到干燥的无机填料中，搅拌均匀至60～80℃烘干后得到；

所述聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、乙烯共聚物或丙烯共聚物。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述中空无机填料和实心无机填料为氧化铝、二氧化钛、二氧化硅、氧化锆、氧化镁、玻璃、陶瓷质、碳素、硅酸钠、烟道灰、硼酸盐、磷酸盐的聚合体中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述基材层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，厚度为100～400μm。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述耐候层为添加抗静电处理剂的氟碳树脂涂层或添加抗静电处理剂的聚偏氟乙烯、聚氟乙烯、乙烯—四氟乙烯共聚物薄膜中的一种。