CN105238324B - 一种光伏背板用胶黏剂及其光伏背板 - Google Patents

一种光伏背板用胶黏剂及其光伏背板 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光伏背板用胶黏剂及其光伏背板，胶黏剂由甲组分和乙组分组成，其质量份数的组成如下：甲组分：聚氨酯树脂40‑60份、环氧树脂5‑10份、扩链剂1‑10份、催化剂1‑10份、水解稳定剂1‑5份、偶联剂1‑5份、纳米二硫化钼1‑5份、稀释剂20‑30份；乙组分：交联剂0.1‑1份、稀释剂B‑3份。本发明的胶黏剂具有良好的耐水解性能，可以有效提高光伏背板的户外使用寿命。

Description

一种光伏背板用胶黏剂及其光伏背板
技术领域
本发明为光伏材料技术领域，特别涉及一种光伏背板用胶黏剂及其制备的光伏背板。
技术背景
光伏背板是太阳能发电系统的重要组成部分，其作用是保护太阳能电池，使太阳能电池可以在户外长期使用。随着光伏行业的发展，国内建设电站的迫切需求，市场对光伏背板的耐候性提出了更高的要求，尤其对要应用于环境比较恶劣的地区的电站所用背板更是如此。复合型光伏背板大多采用“三明治”结构，及三层薄膜结构，中间用胶黏剂进行粘合。复合型背板的中间层一般为支持体PET，内层为粘接层，用于与EVA粘接，通常为PE膜，外层为耐候层，一般采用含氟薄膜，比如PVF薄膜、PVDF薄膜、ETFE薄膜等。由于粘接层制作成光伏组件后，部分区域会接受到太阳光照射，而PE的耐紫外性相对氟膜材料差，因此，双面氟背板作为高质量的封装材料应运而生。双面氟背板作为太阳能电池的封装材料，由于耐候面与粘结面都用了氟膜材料，使其耐候性能更加优异。但TPT（氟膜/PET/氟膜）背板较TPE(氟膜/PET/EPA)背板有更高的水汽透过率，当两种背板制作成组件后，TPT型背板较TPE型背板的胶层更容易受到水的破坏，造成背板的损坏。这样就对TPT（氟膜/PET/氟膜）背板胶层的耐水解性提出了更高的要求。为了改善胶层的耐水解性，申请号为201310028717.2的中国专利公开了一种胶黏剂组合物及其制备方法和在太阳能电池背板的应用，由（1）20-80%重量份的合成树脂；（2）0.1-20重量份的纳米包覆氧化物；（3）0.01-3重量份的高分子分散剂；余量为溶剂及异氰酸酯固化剂。通过接枝技术和内层粘接膜进行充分融合，使粘接层具有抗水解及耐紫外作用。但是，该专利仅仅为在树脂中添加纳米材料，对胶层的抗水解性提高作用不明显。申请号为201310542566.2的中国专利公开了一种晶硅电池背板用胶黏剂及其应用。胶黏剂应用于TPT型光伏背板，由A;B二组分组成，A成分包括含有羟基或羧基树脂的至少一种；扩链剂；水解稳定剂；抗氧剂；催化剂；溶剂。B成分包括醚化多羟甲基三聚氰胺树脂。通过A;B二组分固化剂比例的控制（9-10:1）及涂胶量的控制得到了耐水，耐碱，耐老化的胶黏剂。但该专利实际操作中降低胶液的保存时间，会增加操作难度。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏背板用胶黏剂、以及使用该胶黏剂制备的光伏背板。所述背板具有双面含氟结构，具有更好的耐候性，复合用的胶层具有很好的耐水解性能。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种光伏背板用胶黏剂，由甲组分和乙组分组成，其中，甲组分的质量份数为：聚氨酯树脂 40份～ 60份； 环氧树脂5份～10份；水解稳定剂1份～5份；扩链剂1份～10份；催化剂1份～10份；偶联剂 1份～5份；纳米二硫化钼1份～5份；稀释剂A 20份～30份；
乙组分的质量份数为： 交联剂0.1份～1 份;稀释剂B 2份～3份；
所述聚氨酯树脂结构式[-OC-NH-R-NH-CO-OR′O-]n,其中R或R′的结构式为-CH2-(C3H7)2C-CH2-、-CH2-(C4H9)2C-CH2-、-CH2-(C5H11)2C-CH2-、-CH2-(C6H13)2C-CH2-、-CH2-(C7H15)2C-CH2-、-CH2-(C3H7)C(C4H9)-CH2-、-CH2-(C5H11)C(C4H9)-CH2-、-C H2-(C5H11)C(C6H13)-CH2-、-CH2-(C7H15)C(C6H13)-CH2-、-CH2-CH(C3H7)-CH(C3H7)- 、-CH2-CH(C3H7)-CH(C4H9)- 、-CH2-CH(C3H7)-CH(C5H11)- 、-CH2-CH(C3H7)-CH(C6H13)- 、-CH2-CH(C3H7)-CH(C7H15)- 中的一种或几种；聚氨酯树脂的重均分子量为20000-40000；
所述稀释剂A与稀释剂B为酮类、油脂类、醇类或醚类的一种或两种以上的混合物。
上述光伏背板用胶黏剂，所述胶黏剂的组成及质量份数如下：甲组分：聚氨酯树脂49份～ 54份；环氧树脂6份～7份；水解稳定剂1份～3份；扩链剂1份～5份；催化剂1份～5份；偶联剂 1份～5份；纳米二硫化钼3份～5份；稀释剂A 20份～30份；
乙组分：交联剂 0.1～1 份；稀释剂B 2～3份。
上述光伏背板用胶黏剂，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或双酚S型环氧树脂。
上述光伏背板用胶黏剂，所述纳米二硫化钼为粒径小于100纳米的球型微粒。
一种光伏背板，由依次设置的处理面氟膜层、胶黏剂层、支持体层、胶黏剂层和非处理面氟膜层组成，其中，所述胶黏剂层为上述的胶黏剂涂布而成。
一种光伏背板，所述处理面氟膜层为氟乙烯、偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯或氯三氟乙烯的均聚物或共聚物。
有益效果
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1）本发明采用含较多支链的聚氨酯树脂原材料，利用侧基对酯键进行保护，改善了聚氨酯的耐水解性，从而改善了胶层的耐水解性能。
2）本发明在主体树脂中添加了球形二硫化钼纳米材料，二硫化钼具有优异的阻水性能，且二硫化钼较纳米氧化物具有更好的分散性，而球形二硫化钼则分散性更优异，由于具备了更好的分散性，使得在多支链的树脂体系中分散更均匀，有利于树脂耐水解性的提高。
3）本发明的胶黏剂具有良好的耐水解性，适用于各种光伏背板，特别适用于双面复合型背板，即TPT型背板，同时也适用普通背板，对普通背板的耐水解性也同样有提高作用。
4）本发明采用聚氨酯树脂与环氧树脂组合，同时控制聚氨酯树脂与环氧树脂质量比7：1—9:1范围内，使得混合树脂具有优异的力学性能，并具有较好的涂布性能。
5）本发明通过对树脂原材料的选择、两种树脂的比例选择以及通过添加特定粒径、特定形状的无机微粒，达到了改善光伏背板用胶黏剂的耐水解性能，满足了光伏背板对耐候性等性能的要求。
具体实施方式
本发明的光伏背板用胶黏剂，由甲组分和乙组分组成，其中甲组分的质量份数为：聚氨酯树脂 40份～ 60份； 环氧树脂5份～10份；水解稳定剂1份～5份；扩链剂1份～10份；催化剂1份～10份；偶联剂 1份～5份；纳米二硫化钼1份～5份；稀释剂A 20份～30份；
乙组分的质量份数为： 交联剂0.1份～1 份;稀释剂B 2份～3份；
所述聚氨酯树脂结构式[-OC-NH-R-NH-CO-OR′O-]n,其中R或R′的结构式为-CH2-(C3H7)2C-CH2-、-CH2-(C4H9)2C-CH2-、-CH2-(C5H11)2C-CH2-、-CH2-(C6H13)2C-CH2-、-CH2-(C7H15)2C-CH2-、-CH2-(C3H7)C(C4H9)-CH2-、-CH2-(C5H11)C(C4H9)-CH2-、-C H2-(C5H11)C(C6H13)-CH2-、-CH2-(C7H15)C(C6H13)-CH2-、-CH2-CH(C3H7)-CH(C3H7)- 、-CH2-CH(C3H7)-CH(C4H9)- 、-CH2-CH(C3H7)-CH(C5H11)- 、-CH2-CH(C3H7)-CH(C6H13)- 、-CH2-CH(C3H7)-CH(C7H15)- 中的一种或几种；聚氨酯树脂的重均分子量为20000-40000；
本发明通过选用含较多支链的聚氨酯树脂原材料，利用侧基对酯键进行保护，且优选聚氨酯树脂的分子量，改善了聚氨酯的耐水解性，从而改善了胶层的耐水解性能。本发明中的聚氨酯树脂可以选用德国汉高的产品。
所述稀释剂A与稀释剂B为酮类、油脂类、醇类、醚类的一种或两种以上的混合物。如丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、正丁醇等。
本发明的环氧树脂可以选用市售的双酚A型环氧和/或双酚S型环氧树脂。
所述聚氨酯树脂与环氧树脂的重量比例为4：1-12：1，优选范围为7：1-9：1。使得混合树脂具有优异的力学性能，并具有较好的涂布性能。
水解稳定剂为公知的单体碳化二亚胺类水解稳定剂和/或聚碳化二亚胺类水解稳定剂。
扩链剂为市售的乙二醇、丙三醇、聚乙二醇、新戊二醇、一缩二乙二醇中的一种或两种。
催化剂为市售的对甲苯磺酸、邻苯二甲酸、异辛酸、醋酸中的一种或两种。
偶联剂为市售的γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷、环氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
所述纳米二硫化钼为粒径小于100纳米的球型微粒。二硫化钼具有优异的阻水性能，且二硫化钼较纳米氧化物具有更好的分散性，而球形二硫化钼则分散性更优异，由于具备了更好的分散性，使得在多支链的树脂体系中分散更均匀，有利于树脂耐水解性的提高
交联剂为市售的甲苯二异氰酸酯。
胶黏剂的制备方法：
将按比例选取上述甲组分所需物质，搅拌混合均匀。按比例选取乙组分所需物质，搅拌混合均匀。使用前将甲组分与乙组分混合，得到胶黏剂。
光伏背板的制备方法
本发明的胶黏剂适用于各种光伏背板的层间交联。特别适用于双面复合型光伏背板。最适用于双面为氟膜层的复合型光伏背板。
以双面为氟膜层的复合型光伏背板为例，其制备方法为：在PET基材两面分别用刮刀涂布的方式涂布胶黏剂，并复合氟膜形成双面氟膜背板，之后将已经熟化完成的双面氟光伏背板通过一个亚光金属辊与硅橡胶的胶辊组合，两辊间压力在1.5-5.5公斤，金属辊的表面温度为190-280°C，橡胶辊的表面温度为100-250°C，处理面为与金属辊接触的表面。胶黏剂的涂布量为7-9克/m2。
其中，双面氟光伏背板的氟膜层为公知的氟乙烯、偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯、氯三氟乙烯的均聚物或共聚物。双面氟光伏背板的氟膜层可以是两个氟膜层均不进行处理，优选一个的氟膜层的一侧是经过热处理的氟膜。即得到的背板的结构为：热处理的氟膜层/胶黏剂层/PET层/胶黏剂层/未经处理的氟膜层，其中热处理的氟膜层的外表面为经过热处理。经过热处理的氟膜表面可以牢固的与EVA胶膜结合，在制作组件即层压工艺后，保证氟膜与EVA间的粘结力达到组件标准要求。而未经过热处理的氟膜表面与EVA层压后粘接力小，制作的组件在户外使用可能存在分层的危险。
下面结合实施例对本发明做优选的说明，但本发明的实施例并不限于此。
实施例1
胶黏剂：由甲组分和乙组分组成，其中甲组分由分子量为20000，含有-CH2-(C3H7)2C-CH2-结构单元的聚氨酯树脂500克、双酚A型环氧树脂70克、单体碳化二亚胺类水解稳定剂30克、乙二醇50克、对甲苯磺酸50克、γ-氨丙基三乙氧基硅烷30克、粒径为100纳米的球型二硫化钼30克、丁酮200克均匀混合制成。
乙组分为二苯基甲烷二异氰酸酯5克、丙酮20克均匀混合组成。将甲组分与乙组分混合均匀。编号为F1。
在支持体（PET膜）表面一侧用刮刀涂布的方式涂布上述制备的胶黏剂F1，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合处理面氟膜层，在支持体(PET膜)另一侧用刮刀涂布的方式再涂布胶黏剂F1，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合非处理面氟膜层。进行热压处理工艺后，得到耐候性能优异的双面氟膜光伏背板B1。测其性能。
实施例2
胶黏剂：由甲组分和乙组分组成，其中甲组分由分子量为20000、含有-CH2-(C4H9)2C-CH2-结构单元的聚氨酯树脂500克，双酚A型环氧树脂30克、双酚S型环氧树脂40克、单体碳化二亚胺类水解稳定剂40克、乙二醇40克、对甲苯磺酸60克、γ-氨丙基三乙氧基硅烷30克、粒径为80纳米的球型二硫化钼30克、丁酮200克均匀混合制成。乙组分为二苯基甲烷二异氰酸酯5克、乙酸丁酯20克均匀混合组成。将甲组分与乙组分混合均匀。编号为F2。
在支持体（PET膜）表面一侧用刮刀涂布的方式涂布上述制备的耐水解胶层F2，涂胶量为9g/m2，干燥，然后复合处理面氟膜层，在支持体(PET膜)另一侧用刮刀涂布的方式再涂布耐水解胶层F2，涂胶量为9g/m2，干燥，然后复合非处理面氟膜层。进行热压处理工艺后，得到耐候性能优异的双面氟膜光伏背板B2。测其性能。
实施例3
胶黏剂：由甲组分和乙组分组成，其中甲组分由分子量为40000，含有-CH2-(C3H7)C(C4H9)-CH2-结构单元的聚氨酯树脂600克、双酚A型环氧树脂80克、单体碳化二亚胺类水解稳定剂30克、乙二醇50克、对甲苯磺酸70克、γ-氨丙基三乙氧基硅烷20克、粒径为50纳米的球型二硫化钼30克、丙酮200克均匀混合制成。
乙组分为二苯基甲烷二异氰酸酯5克、丙酮20克均匀混合组成。将甲组分与乙组分混合均匀。编号为F3。在支持体（PET膜）表面一侧用刮刀涂布的方式涂布上述制备的耐水解胶层F3，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合处理面氟膜层，在支持体(PET膜)另一侧用刮刀涂布的方式再涂布耐水解胶层F3，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合非处理面氟膜层。进行热压处理工艺后，得到耐候性能优异的双面氟膜光伏背板B3。测其性能。
实施例4
胶黏剂：由甲组分和乙组分组成，其中甲组分由分子量为40000，结构为含有-CH2-(C6H13)2C-CH2-结构单元的聚氨酯树脂400克、双酚S型环氧树脂75克、单体碳化二亚胺类水解稳定剂35克、乙二醇55克、对甲苯磺酸55克、γ-氨丙基三乙氧基硅烷30克、粒径为100纳米的球型二硫化钼35克、丙酮200克均匀混合制成。乙组分为二苯基甲烷二异氰酸酯50克、丙酮200克均匀混合组成。将甲组分与乙组分按10:1的重量比例混合均匀。编号为F4。在支持体（PET膜）表面一侧用刮刀涂布的方式涂布上述制备的耐水解胶层F4，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合处理面氟膜层，在支持体(PET膜)另一侧用刮刀涂布的方式再涂布耐水解胶层F4，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合非处理面氟膜层。进行热压处理工艺后，得到耐候性能优异的双面氟膜光伏背板B4。测其性能。
实施例 5
胶黏剂：由甲组分和乙组分组成，其中甲组分由分子量为40000，含有-CH2-CH(C3H7)-CH(C6H13)-结构单元的聚氨酯树脂400克、双酚A型环氧树脂80克、单体碳化二亚胺类水解稳定剂40克、乙二醇55克、对甲苯磺酸55克、γ-氨丙基三乙氧基硅烷45克、粒径为80纳米的球型二硫化钼30克、丙酮200克均匀混合制成。乙组分为二苯基甲烷二异氰酸酯50克、乙酸乙酯200克均匀混合组成。将甲组分与乙组分按10:1的重量比例混合均匀。编号为F5。
在支持体（PET膜）表面一侧用刮刀涂布的方式涂布上述制备的耐水解胶层F5，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合处理面氟膜层，在支持体(PET膜)另一侧用刮刀涂布的方式再涂布耐水解胶层F5，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合非处理面氟膜层。进行热压处理工艺后，得到耐候性能优异的双面氟膜光伏背板B5。测其性能。
实施例 6
胶黏剂：由甲组分和乙组分组成，其中甲组分由分子量为40000，结构为含有-CH2-CH(C3H7)-CH(C5H11)-结构单元的聚氨酯树脂500克、双酚A型环氧树脂100克、单体碳化二亚胺类水解稳定剂50克、乙二醇100克、对甲苯磺酸100克、γ-氨丙基三乙氧基硅烷50克、粒径为100纳米的球型二硫化钼30克、丙酮300克均匀混合制成。乙组分为二苯基甲烷二异氰酸酯50克、乙酸乙酯200克均匀混合组成。将甲组分与乙组分按10:1的重量比例混合均匀。编号为F6。
在支持体（PET膜）表面一侧用刮刀涂布的方式涂布上述制备的耐水解胶层F6，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合处理面氟膜层，在支持体(PET膜)另一侧用刮刀涂布的方式再涂布耐水解胶层F6，涂胶量为7g/m2，干燥，然后复合非处理面氟膜层。进行热压处理工艺后，得到耐候性能优异的双面氟膜光伏背板B6。测其性能。
实施例 7
胶黏剂：由甲组分和乙组分组成，其中甲组分由分子量为40000,含有-CH2-(C6H13)2C-CH2-结构单元的聚氨酯树脂200克与分子量为20000，结构为含有-CH2-(C4H9)2C-CH2-结构单元的聚氨酯树脂300克的混合物共500克、双酚A型环氧树脂50克、单体碳化二亚胺类水解稳定剂30克、乙二醇50克、对甲苯磺酸20克、γ-氨丙基三乙氧基硅烷20克、粒径为100纳米的球型二硫化钼10克、乙酸乙酯200克均匀混合制成。乙组分为二苯基甲烷二异氰酸酯50克、丙酮200克均匀混合组成。将甲组分与乙组分按10:1的重量比例混合均匀。编号为F7。
在支持体（PET膜）表面一侧用刮刀涂布的方式涂布上述制备的耐水解胶层F7，涂胶量为9g/m2，干燥，然后复合处理面氟膜层，在支持体(PET膜)另一侧用刮刀涂布的方式再涂布耐水解胶层F7，涂胶量为9g/m2，干燥，然后复合非处理面氟膜层。进行热压处理工艺后，得到耐候性能优异的双面氟膜光伏背板B7。测其性能。
对比例
取与实施例相同PET膜，在PET膜一侧涂布公知的聚氨酯胶，涂胶量为6.5g/m2复合与实施例相同的氟膜，另一侧涂布公知的聚氨酯胶，涂胶量为6.5g/m2复合与实施例相同的氟膜。采用与实施例相同的热压处理方法。
表1：各实施例的性能数据表
从上表可知，使用本发明的胶黏剂，使得热处理面氟膜与EVA粘接力得到提高,Pct25小时后不分层，得到的背板的水蒸气透过性能得到改善，同时满足耐候性要求。
表中：各项性能采用如下测试方法：
1.耐候性：
按照GB/T 61215-2005的相关规定进行。
2.层间剥离力测试：
按照GB/T 2790-1995的相关规定进行。
3.水汽透过率测试：
按照GB/T 21529-2008的规定进行。

Claims (6)

1.一种光伏背板用胶黏剂，其特征在于，由甲组分和乙组分组成，其中，甲组分的质量份数为：
乙组分的质量份数为：
交联剂 0.1份～1份
稀释剂B 2份～3份；
所述聚氨酯树脂结构式为[-OC-NH-R-NH-CO-OR′O-]n,其中R或R′的结构式为-CH2-(C3H7)2C-CH2-、-CH2-(C4H9)2C-CH2-、-CH2-(C5H11)2C-CH2-、-CH2-(C6H13)2C-CH2-、-CH2-(C7H15)2C-CH2-、-CH2-(C3H7)C(C4H9)-CH2-、-CH2-(C5H11)C(C4H9)-CH2-、-CH2-(C5H11)C(C6H13)-CH2-、-CH2-(C7H15)C(C6H13)-CH2-、-CH2-CH(C3H7)-CH(C3H7)-、-CH2-CH(C3H7)-CH(C4H9)-、-CH2-CH(C3H7)-CH(C5H11)-、-CH2-CH(C3H7)-CH(C6H13)-、-CH2-CH(C3H7)-CH(C7H15)-中的一种或几种；聚氨酯树脂的重均分子量为20000-40000；
所述稀释剂A与稀释剂B为酮类、油脂类、醇类、醚类的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的光伏背板用胶黏剂，其特征在于，所述胶黏剂的质量份数如下：
乙组分的质量份数为：
交联剂 0.1～1份
稀释剂B 2份～3份。
3.根据权利要求1或2所述的光伏背板用胶黏剂，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂和/或双酚S型环氧树脂。
4.根据权利要求3所述的光伏背板用胶黏剂，其特征在于，所述纳米二硫化钼为粒径小于100纳米的球型微粒。
5.一种光伏背板，由依次设置的处理面氟膜层、胶黏剂层、支持体层、胶黏剂层和非处理面氟膜层组成，其特征在于，所述胶黏剂层为权利要求1-4任一项所述的胶黏剂涂布而成。
6.根据权利要求5所述的光伏背板，其特征在于，所述处理面氟膜层为氟乙烯、偏氟乙烯、四氟乙烯、六氟丙烯或氯三氟乙烯的均聚物或共聚物。
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