CN105482372A - 一种树脂组合物和光伏背板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种用于制备光伏背板的树脂组合物，按重量份计，包括如下组分：低吸水性环氧树脂60～100份、聚倍半硅氧烷树脂0～40份、白色填料20～40份、阻隔性填料10～50份、固化剂5～15份、促进剂0.01～1份以及适量有机溶剂；本发明采用该树脂组合物作为基体材料，以玻纤布为增强材料制得一种光伏背板，其反射率在80％以上，且质量轻、强度高、抗风压，该光伏背板中添加有阻隔性填料，水汽阻隔性好，可以防止光伏组件中的EVA胶膜遇水分解，有效避免蜗牛纹现象。

Description

一种树脂组合物和光伏背板及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能光伏发电技术领域，尤其涉及一种用于制备光伏背板的树脂组合物和光伏背板及其制备方法。
背景技术
太阳能具有清洁、取之不尽、用之不竭、开发利用方便等各种优点而被作为新能源大力推广，世界各国都以各种补贴政策来推动本国太阳能光伏终端应用市场；在国内，微电网、分布式发电等也得到大力发展。众所周知，晶硅光伏组件目前主要有两种封装结构，一种是：(按从上到下的顺序)玻璃/EVA胶膜/电池串/EVA胶膜/高分子膜背板，另一种是：玻璃/EVA胶膜/电池串/EVA胶膜/玻璃背板，可知它们的主要区别在于背板的不同。其中后者被称为双玻组件，虽然玻璃背板具备耐磨、绝缘和水汽透过率为零的特点，可以赋予双玻组件很多优点，但其存在笨重及电池片间漏光导致的功率损失现象而未被批量生产和使用。而前者则是在光伏业界被大量使用的结构，这种结构的光伏组件被大量用于光伏电站。然而，自2013年以来，随着前期投资的光伏电站的陆续并网发电并运行一段时间后，国内外电站的光伏组件上爆出大规模的蜗牛纹、PID衰减等各种质量问题，引发了国内外对电站品质的高度关注。。这些问题除了野蛮施工外，和水汽穿透高分子膜背板导致劣质EVA胶膜快速降解有密切关系。由于高分子膜背板的水汽阻隔性不好，很容易导致EVA胶膜遇水分解产生醋酸，腐蚀光伏电池上的银栅线，汇流带等，使光伏组件的发电效率逐年下降；使用高分子膜背板的光伏组件几乎不能适用于一些近水发电项目，如鱼光互补、农业温室、滩涂电站及早晚露水大的地区，上述区域的水汽高，对光伏组件的寿命影响较大。
上述一系列事故导致双玻组件再次被大量研究，如CN201498522U中公布了一种双玻组件，但该专利提出双玻组件的目的只是为了提高安全性，美观和安装方便，也没有解决电池片间漏光而导致的功率损失问题；而关于功率损失的问题，CN204792826U提出了在双玻组件的玻璃背板的向光面设置白色的彩釉层，通过白色的彩釉层将从电池片间隙漏过的光进行反射，起到增加组件功率的作用。CN204720464U也是在同样的位置通过增加一层白色不透明涂层来提高功率。而目前业界还有使用白色热熔胶膜作为后侧的封装材料的方法，即结构为：玻璃/透明热熔胶膜/电池串/白色热熔胶膜/玻璃背板，也就是所谓的白色双玻组件；然而，这种白色热熔胶膜在使用时普遍存在溢胶大而遮挡电池片和焊带的问题，也存在波浪纹及从电池片边缘上翻的问题，组件良品率低；同时上述双玻组件还存在强度差、不抗风压等问题。
因此，本领域现迫切需要一种光伏背板，用于光伏组件的封装，使光伏组件质轻、强度高，且可降低光伏组件功率损失、水汽阻隔性好、能抵抗风压，可以用于替代现有高分子膜背板和玻璃背板。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供了一种用于制备太阳能光伏背板的树脂组合物；
本发明的目的之二在于提供一种采用上述树脂组合物制备的光伏背板，其质轻、反射率高、水汽阻隔性好、能抵抗风压，可替代现有的高分子膜背板和玻璃背板；
本发明的目的之三在于提供上述光伏背板的制备方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种树脂组合物，用于制备光伏背板，按固体重量份计，包括如下组分：低吸水性环氧树脂60～100份、聚倍半硅氧烷树脂0～40份、白色填料20～40份、阻隔性填料10-50份、固化剂5～15份、促进剂0.01-1份和适量有机溶剂。
本发明树脂组合物中采用低吸水性环氧树脂与白色填料和阻隔性填料混合，一方面，其可使该树脂组合物制得的光伏背板呈现白色，与有技术中使用白色胶膜来增加反光性相同，利用白色的反光特性，达到提高制备的光伏组件功率的目的，且相对于现有技术，本发明的树脂组合物在使用中，避免了使用白色胶膜可能存在的溢胶、遮挡电池片等的工艺缺陷；而使得最终制得的白色树脂板可增强光伏组件的反光性，提高光伏组件的功率；另一方面，低吸水性环氧树脂和阻隔性填料的添加，使最终制得的光伏背板具有阻隔水汽的作用，防止水汽渗透，对光伏组件中的其他物质带来不利影响。
具体地，所述低吸水性环氧树脂是指具备一些特殊结构的环氧树脂，可以为联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂和脂环族环氧树脂中的一种或几种；优选联苯型环氧树脂和双环戊二烯环氧树脂，其中，联苯型环氧树脂分子链具有较好的对称性、结晶性强，分子间隙小，具有低吸水性，其结构如下(I)所示，可以使用的联苯型环氧有日本化药株式会社的NC3000等；双环戊二烯型环氧树脂，结构如下(II)所示，可以使用的有大日本油墨化学工业株式会社的HP7200等；
所述低吸水性环氧树脂还可以选择使用脂环族环氧，其也具有低吸水的特性，例如huntsman公司的HCEPAralditeCY5622；本发明选择低吸水性环氧的主要目的是考虑到光伏背板要求低水汽阻隔性，作为构成树脂组合物的主要树脂单元，要求自身低吸水性，才能将水汽阻隔在外。
较佳地，聚倍半硅氧烷树脂的加入可以使其制得的光伏背板具有耐磨的特性，可抵抗风沙的侵蚀，其化学结构式为：其中，R为环氧基、硫醇基、苯基或甲基中的一种或几种；R优选为环氧基或硫醇基；一般以含环氧基或者硫醇基的聚倍半硅氧烷树脂为最佳，因其可以参与树脂的反应，而不是属于添加型的，有利于提高树脂板的耐磨性；所述聚倍半硅氧烷树脂优选荒川化学工业株式会社的コンポセランSQ系列，如SQ101、102-1等。
另外，白色填料的加入在本发明中非常重要，白色双玻组件为了提高功率使用了白色的胶膜，但存在溢胶、遮挡电池片等各种工艺问题，限制了应用；本发明树脂组合物中添加白色填料，最后使得所得的光伏背板为白色，利用了白色的反光特性，在不使用白色胶膜的情况下即可达到增加光伏组件功率的目的。较佳地，所述白色填料为滑石粉、钛白粉、碳酸钙、硫酸钡、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、硅酸钙中的一种或几种；考虑到白色填料最好具有较优异的耐候性，优选钛白粉；钛白粉同时具有高反射率和耐候性，尤其是金红石型的钛白粉，晶格致密、稳定、耐候，适用于户外使用，优选使用的有Dupont公司的Ti-PureR-706；加入白色填料后，可使白色树脂板对400-1100nm范围的光具有80％以上的反射率。
较佳地，所述阻隔性填料为具有平板状结晶的蒙脱石、沸石、滑石、云母、长石中的一种或几种；阻隔性填料的加入可以提高制得的光伏背板的阻隔性，尽管在不添加阻隔性填料的情况下，玻纤布增强的光伏背板(厚0.6mm)的水汽透过率可达0.6g/day.m2，远低于高分子膜背板的一般测试结果(2.1g/day.m2)，已可以满足使用要求；但在添加阻隔性填料后，可使制得的树脂板的阻隔性更低，而考虑阻隔性应越低越好，则添加该阻隔性填料，用以降低制得的树脂板的阻隔性。
具体地，固化剂理论上可以选择环氧固化的各种固化剂，例如DICY、DDS等；但根据经验，DICY固化的环氧树脂易吸水，这与DICY本身易吸潮有一定的关系；故选择DDS类的固化剂较好。较佳地，所述固化剂为4,4-二氨基二苯砜(4,4-DDS)、3,3-二氨基二苯砜(3,3-DDS)中的一种或两种，优选4,4-DDS。
具体地，所述促进剂用于促使环氧的固化反应加速；其中所述促进剂为2-甲基咪唑(2-MZ)、2-苯基咪唑(2-PZ)、2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ)、1-腈乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ-CN)、1-腈乙基-2-苯基咪唑(2PZ-CN)中的一种或几种。
一种采用如上所述的树脂组合物制备的光伏背板。
用上述树脂组合物制备光伏背板的方法，包括如下步骤：
(1)按配方量称取树脂组合物的各组分，将其与适量有机溶剂混合，制得树脂胶液；
(2)将玻纤布浸入树脂胶液中，浸渍完全后，取出烘烤，去除有机溶剂，收卷得到卷状半成品；
(3)将卷状的半成品剪切成合适大小得到半固化片，将多张半固化片叠合在一起，压合固化，得到光伏背板。
本发明光伏背板，以添加白色填料和阻隔性填料的树脂组合物作为基体材料，以玻纤布为增强材料制得，其反射率在80％以上，且质量轻、强度高、水汽阻隔性好；具体地，一方面，由于树脂组合物中添加了聚倍半硅氧烷树脂，其能使制得的光伏背板具有较好的耐磨性；该树脂组合物利用玻纤布增强后，可使光伏背板的抗风压能力得到极大地提高，同时降低了光伏背板的重量，相比于双玻组件，更方便安装，且安装时也不会存在光伏组件易碎的问题，可以用于替代现有光伏组件中的高分子膜背板和玻璃背板，解决现有技术的缺陷；另一方面该树脂组合物中添加了白色填料，提高光伏背板的反射率，进而有效地提高光伏组件的发电效率，解决了现有透明双玻组件的发电效率较低的问题；再者，该树脂组合物中添加低吸水性的环氧树脂和阻隔性填料，所得光伏背板水汽阻隔性好，可以防止光伏组件中的EVA胶膜遇水分解，有效避免蜗牛纹现象。
较佳地，所述玻纤布为106、1078、1080、2112、2116、2119、3313、7628中的一种类型。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明树脂组合物及其制作的光伏背板做进一步详细说明。
实施例1
一种光伏背板的基体材料用树脂组合物，按重量份计，包括：联苯型环氧树脂60份(日本化药株式会社，商品名：NC3000)、聚倍半硅氧烷40份(荒川化学工业株式会社，商品名：コンポセランSQ101)、钛白粉30份(Dupont，商品名：R706)、蒙脱土10份(Nanocor，G105)、4,4-二氨基二苯砜(4,4-DDS)5份、1-腈乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ-CN)0.1份，有机溶剂乙二醇单甲醚、丙酮、丁酮适量；
用该树脂组合物来制备光伏背板，具体包括如下步骤：
(1)按配方量称取该树脂组合物的各组分，配制得树脂胶液，其固含量为40％；
(2)将1080型玻纤布浸入上述树脂胶液中，玻纤布完全浸透后取出，送入烘箱，在80～160℃下烘烤，出去溶剂，收卷得到卷状的半成品；
(3)将卷状的半成品剪切成合适大小的半固化片，将多张半固化片叠合在一起，上下表面个覆一张离型膜，置于压合机中，在压力1.5～3.0MPa、温度150～190℃条件下压合30～90min,使之彻底固化，得到光伏背板；
按上述方法，分别制得厚度分别为1.5mm、2.0mm、2.5mm的三种光伏背板。
实施例2
一种光伏背板的基体材料用树脂组合物，按重量份计，包括：双环戊二烯型环氧树脂80份(日本化药株式会社，商品名：XD1000)、聚倍半硅氧烷10份(荒川化学工业株式会社，商品名：コンポセランSQ105)、钛白粉40份(Dupont，商品名：R706)、蒙脱土20份(Nanocor，G105)、4,4-二氨基二苯砜(4,4-DDS)5份和1-腈乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ-CN)0.1份，有机溶剂丙酮、丁酮适量；
用该树脂组合物来制备光伏背板，具体包括如下步骤：
(1)按配方量称取该树脂组合物的各组分，配制得树脂胶液，其固含量为30％；
(2)将7628型玻纤布浸入上述树脂胶液中，玻纤布完全浸透后取出，送入烘箱，在80～160℃下烘烤，出去溶剂，收卷得到卷状的半成品；
(3)将卷状的半成品剪切成合适大小的半固化片，将多张半固化片叠合在一起，上下表面个覆一张离型膜，置于压合机中，在压力1.5～3.0MPa、温度150～190℃条件下压合30～90min,使之彻底固化，得到光伏背板；
按上述方法，分别制得厚度分别为1.5mm、2.0mm、2.5mm的三种光伏背板。
实施例3
一种光伏背板的基体材料用树脂组合物，按重量份计，包括：双环戊二烯型环氧树脂20份(日本化药株式会社，商品名：XD1000)、联苯型环氧树脂60份(日本化药株式会社，商品名：NC3000)、聚倍半硅氧烷30份(荒川化学工业株式会社，商品名：コンポセランSQ105)、滑石粉10份、碳酸钙20份、滑石10份、4,4-二氨基二苯砜(4,4-DDS)5份和1-腈乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ-CN)0.1份、有机溶剂丙酮、丁酮适量；
用该树脂组合物来制备光伏背板，具体包括如下步骤：
(1)按配方量称取该树脂组合物的各组分，配制得树脂胶液，其固含量为30％；
(2)将1078型玻纤布浸入上述树脂胶液中，玻纤布完全浸透后取出，送入烘箱，在80～160℃下烘烤，出去溶剂，收卷得到卷状的半成品；
(3)将卷状的半成品剪切成合适大小的半固化片，将多张半固化片叠合在一起，上下表面个覆一张离型膜，置于压合机中，在压力1.5～3.0MPa、温度150～190℃条件下压合30～90min,使之彻底固化，得到光伏背板；
按上述方法，分别制得厚度分别为1.5mm、2.0mm、2.5mm的三种光伏背板。
实施例4
一种光伏背板的基体材料用树脂组合物，按重量份计，包括：双环戊二烯型环氧树脂40份(日本化药株式会社，商品名：XD1000)、联苯型环氧树脂40份(日本化药株式会社，商品名：NC3000)、硫酸镁20份、氢氧化镁20份、沸石10份、云母20份、3,3’-二氨基二苯砜(3,3’-DDS)5份和4-甲基咪唑(4-MZ)0.2份、有机溶剂丙酮、丁酮适量；
用该树脂组合物来制备光伏背板，具体包括如下步骤：
(1)按配方量称取该树脂组合物的各组分，配制得树脂胶液，其固含量为30％；
(2)将106型玻纤布浸入上述树脂胶液中，玻纤布完全浸透后取出，送入烘箱，在80～160℃下烘烤，出去溶剂，收卷得到卷状的半成品；
(3)将卷状的半成品剪切成合适大小的半固化片，将多张半固化片叠合在一起，上下表面个覆一张离型膜，置于压合机中，在压力1.5～3.0MPa、温度150～190℃条件下压合30～90min,使之彻底固化，得到光伏背板；
按上述方法，分别制得厚度分别为1.5mm、2.0mm、2.5mm的三种光伏背板。
实施例5
一种光伏背板的基体材料用树脂组合物，按重量份计，包括：双环戊二烯型环氧树脂20份(日本化药株式会社，商品名：XD1000)、联苯型环氧树脂60份(日本化药株式会社，商品名：NC3000)、聚倍半硅氧烷40份(荒川化学工业株式会社，商品名：コンポセランSQ105)、硅酸钙10份、碳酸钙10份、硫酸钡10份、长石10份、蒙脱土10份、3,3’-二氨基二苯砜(3,3’-DDS)5份和2-甲基咪唑(2-MZ)0.3份、有机溶剂丙酮和丁酮适量；
用该树脂组合物来制备光伏背板，具体包括如下步骤：
(1)按配方量称取该树脂组合物的各组分，配制得树脂胶液，其固含量为30％；
(2)将2112型玻纤布浸入上述树脂胶液中，玻纤布完全浸透后取出，送入烘箱，在80～160℃下烘烤，出去溶剂，收卷得到卷状的半成品；
(3)将卷状的半成品剪切成合适大小的半固化片，将多张半固化片叠合在一起，上下表面个覆一张离型膜，置于压合机中，在压力1.5～3.0MPa、温度150～190℃条件下压合30～90min,使之彻底固化，得到光伏背板；
按上述方法，分别制得厚度分别为1.5mm、2.0mm、2.5mm的三种光伏背板。
对比例1
一种光伏背板的基体材料用树脂组合物，按重量份计，包括：联苯型环氧树脂60份(日本化药株式会社，商品名：NC3000)、聚倍半硅氧烷40份(荒川化学工业株式会社，商品名：コンポセランSQ101)、蒙脱土10份(Nanocor，G105)、4,4-二氨基二苯砜(4,4-DDS)5份和1-腈乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ-CN)0.1份、有机溶剂丙酮、丁酮适量；
光伏背板的制备方法参照实施例1，按实施例1的方法，分别制得厚度分别为1.5mm、2.0mm、2.5mm的三种光伏背板。
对比例2
一种光伏背板的基体材料用树脂组合物，按重量份计，包括：联苯型环氧树脂60份(日本化药株式会社，商品名：NC3000)、聚倍半硅氧烷40份(荒川化学工业株式会社，商品名：コンポセランSQ101)、4,4-二氨基二苯砜(4,4-DDS)5份、1-腈乙基-2-乙基-4-甲基咪唑(2E4MZ-CN)0.1份、有机溶剂丙酮、丁酮适量；
光伏背板的制备方法参照实施例1，按实施例1的方法，分别制得厚度分别为1.5mm、2.0mm、2.5mm的三种光伏背板。
先对实施例中制得的光伏背板和对比例中制得的光伏背板进行性能检测，具体如下表1所示：
表1
主要测试了400～1100nm波长光的反射率及水汽透过率；测试方法分别如下：
反射率测试参考以下标准：GB/T7973-2003，使用带有积分球的紫外可见光分光光度计测试；
水汽透过率测试参考ASTMF1249-2006，在38℃/100％RH条件下进行。
如上表1所示，本发明的光伏背板以添加有白色填料和阻隔性填料的树脂组合物作为基体材料，以玻纤布为增强材料制得，其反射率在80％以上，且水汽阻隔性好，其反射率和水汽透过率均较未添加白色填料和和阻隔性填料的树脂组合物支撑的光伏背板好。
综上所述，本发明光伏背板，以添加白色填料和阻隔性填料的树脂组合物作为基体材料，以玻纤布为增强材料制得，其反射率在80％以上，且质量轻、强度高、水汽阻隔性好；具体地，一方面，由于树脂组合物中添加了聚倍半硅氧烷树脂，其能使制得的光伏背板具有较好的耐磨性；该树脂组合物利用玻纤布增强后，可使光伏背板的抗风压能力得到极大地提高，同时降低了光伏背板的重量，相比于双玻组件，更方便安装，且安装时也不会存在光伏组件易碎的问题，可以用于替代现有光伏组件中的高分子膜背板和玻璃背板，解决现有技术的缺陷；另一方面该树脂组合物中添加了白色填料，提高光伏背板的反射率，进而有效地提高光伏组件的发电效率，解决了现有透明双玻组件的发电效率较低的问题；再者，该树脂组合物中添加低吸水性环氧树脂和阻隔性填料，所得光伏背板水汽阻隔性好，可以防止光伏组件中的EVA胶膜遇水分解，有效避免蜗牛纹现象。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种树脂组合物，用于制备光伏背板，其特征在于，按固体重量份计，包括如下组分：低吸水性环氧树脂60～100份、聚倍半硅氧烷树脂0～40份、白色填料20～40份、阻隔性填料10～50份、固化剂5～15份、促进剂0.01～1份以及适量有机溶剂。
2.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述的低吸水性环氧树脂，为联苯型环氧树脂、双环戊二烯型环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂和脂环族环氧树脂中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的树脂组合物，其特征在于：所述的低吸水性环氧树脂为联苯型环氧树脂和双环戊二烯型环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述白色填料为滑石粉、钛白粉、碳酸钙、硫酸钡、勃姆石、氢氧化铝、氢氧化镁、硅酸钙中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述阻隔性填料为具有平板状结晶的蒙脱石、沸石、滑石、云母、长石中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述固化剂为4,4’-二氨基二苯砜和/或3,3’-二氨基二苯砜。
7.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述固化促进剂为2-甲基咪唑、2-苯基咪唑、2-乙基-4-甲基咪唑、1-腈乙基-2-乙基-4-甲基咪唑、1-腈乙基-2-苯基咪唑中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述聚倍半硅氧烷树脂的结构式如下：其中R为环氧基、硫醇基、苯基或甲基中的一种或几种。
9.一种光伏背板，其特征在于：采用如权利要求1～8任一项所述树脂组合物制得。
10.一种如权利要求9所述光伏背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按配方量称取树脂组合物的各组分，混合搅拌制得树脂胶液；
(2)将玻纤布浸入树脂胶液中，浸渍完全后，取出烘烤，烘烤去除有机溶剂，收卷得到卷状半成品；
(3)将卷状的半成品剪切成合适大小得到半固化片，将多张半固化片叠合在一起，压合固化，得到光伏背板。
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