CN105914248B - 一种具有高cti值的太阳能电池组件用背板 - Google Patents
一种具有高cti值的太阳能电池组件用背板 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，由基底层、涂覆于基底层表面的耐候层和涂覆于基底层另一表面的粘结层组成；以质量份数计，耐候层由以下物料配置而成：含氟树脂100份，固化剂10～30份，固化促进剂0.5～2份，无机填料5～40份，有机填料0～20份，助剂1～5份，溶剂50～150份；所述粘合层厚度为10μm‑40μm，粘结层由以下物料配置而成：基体树脂100份，固化剂5～25份，固化促进剂0.5～2份，无机填料5～40份，有机填料0～20份，助剂1～5份，溶剂50～150份；本发明具有良好的CTI性能以及优异的耐老化性能，阻燃性能，其制备工艺简单，易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池组件，尤其涉及一种具有高CTI值的太阳能电池组件用背板。
背景技术
聚合物绝缘材料在户外及严酷环境中运行往往受到盐露、水分、灰尘等污秽物的污染,在表面形成电解质,并在电场作用下,在聚合物表面出现一种特殊放电破坏现象———漏电起痕破坏现象,在表面形成不完全导电通道。
为了对绝缘材料耐漏电起痕性进行判定、筛选，都需要对其进行相对漏电起痕指数测试(CTI)，其定义为：材料表面能经受住50滴电解液(0.1％氯化铵水溶液)而没有形成漏电痕迹的最高电压，单位为V。CTI测试方法业内普遍采用IEC60112或GB/4207-2003标准。
作为传统能源的绿色解决方案，光伏电池组件是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。随着光伏组件应用场合越来越广泛，沿海气候，“渔光互补”模式等潮湿环境中，以及大规模的光伏电站中，封装材料的绝缘性能对光伏组件的可靠性与使用寿命有决定性影响。除了常规的评价项目外，如何评价绝缘材料在严酷环境下尤其是污染液与电场联合作用下的耐受能力是人们关心的问题。
由于CTI值可衡量此高分子材料在严苛环境下的绝缘安全性能，故而在光伏组件的封装材料中，高CTI值产品的研发生成会成为将来封装材料的一个重要的发展方向。
其中太阳能背板作为光伏组件的封装材料，保证其潮湿环境以及高压下的绝缘可靠性尤为的重要，而现有能达到CTI 0级(>600v)的背板基本没有，黑色背板更因为配方问题，CTI只能在Ⅲ(<400v,>250v)级，在使用过程中，发生漏电起痕现象并引发燃烧的可能性会显著增大。国际电工委员会(IEC)对耐高压背板提出的新标准之一即为达到CTI 0级(>600v),因此，提高背板的CTI性能迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，本发明明具有良好的CTI性能以及优异的耐老化性能，阻燃性能，其制备方法工艺简单，易于操作。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，由基底层、涂覆于基底层表面的耐候层和涂覆于基底层另一表面的粘结层组成；所述耐候涂层厚度为10μm-40μm，以质量份数计，由以下物料配置而成：含氟树脂100份，固化剂10～30份，固化促进剂0.5～2份，无机填料5～40份，有机填料0～20份，助剂1～5份，溶剂50～150份；所述粘合层厚度为10μm-40μm，以质量份数计，由以下物料配置而成：基体树脂100份，固化剂5～25份，固化促进剂0.5～2份，无机填料5～40份，有机填料0～20份，助剂1～5份，溶剂50～150份；所述无机填料粒径为0.3μm～3μm且经过表面改性，所述有机填料粒径为1μm～5μm。
进一步地，所述的含氟树脂选自偏氟乙烯(PVDF)、三氟乙烯-乙烯基醚共聚物、三氟乙烯-乙烯基酯共聚物、四氟乙烯-乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-乙烯基酯共聚物。
进一步地，所述基体树脂选自聚氨酯、丙烯酸树脂、含氟树脂。
进一步地，所述固化剂选自异氰酸酯、氨基树脂、封闭型异氰酸酯、嵌段异氰酸酯、三聚氰胺。
进一步地，所述无机填料选自自氢氧化铝、氢氧化镁、滑石粉、黏土、硅酸、二氧化硅、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、三氧化二锑；所述有机填料选自PTFE粉末、PVDF粉末、PP粉末、PE粉末、三聚氰胺焦磷酸盐(MPP),三聚氰胺尿酸盐(MCA),聚磷酸铵(APP)。
进一步地，所述无机填料采用偶联剂进行表面改性处理，其具体方案如下：首先在高速分散机中加入一定质量的无机填料，保持釜内氮气氛围下，在3000-8000r/min转速下边搅拌边加入偶联剂，偶联剂用量为无机填料用量的0.5wt％～5wt％，添加完毕后将转速提高到10000-30000r/min，釜内温度保持在至110°-140℃之间，继续搅拌1～2h后自然冷却至室温，得到偶联剂改性的无机填料，密封保存，待用；所述有机填料与耐候层的含氟树脂，粘结层的基体树脂进行预分散处理，采用高速分散机在1000～3000r/min转速下分散5～15min，制备有机填料含量在20～30％的浆料。
进一步地，所述偶联剂选自硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。所述的硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基-丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基三甲氧基硅烷；所述的钛酸酯偶联剂选自异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯。
进一步地，所述的助剂选自分散剂、流平剂、消泡剂；所述溶剂选自甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、丁酮；所述固化促进剂为有机锡类固化促进剂。
进一步地，所述的基底层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯等双向拉伸膜。
本发明的有益效果：
1.本发明具有良好的CTI性能以及优异的耐老化性能，阻燃性能，其制备工艺简单，易于操作。
2.本发明采用了含氟涂层做耐候层，具有优异的耐候性能。粘结层可采用聚氨酯涂层、丙烯酸酯涂层、氟涂层中的一种，可有效控制背板成本。
3.本发明的粘结层与EVA，PVB等具有良好的粘结性能。
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步具体描述，但不局限于此。
在本发明实施例中，以下实施例中采用厚度为250μm对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为基底层。
实施例1：
耐候层的涂覆配方如下(质量份数)：
粘结层的涂覆配方如下(质量份数)：
配方中采用的钛白粉R966处理如下：在高速分散机中加入100份的钛白粉R966，保持釜内氮气氛围下，在3000r/min转速下边搅拌边缓慢加入3份的偶联剂γ-缩水甘油醚氨丙基三甲氧基硅烷，添加完毕后将转速提高到10000r/min，釜内温度保持在至110℃之间，继续搅拌2h后自然冷却至室温，得到改性后的R966。
氢氧化铝处理：在高速分散机中加入100份的氢氧化铝，保持釜内氮气氛围下，在8000r/min转速下边搅拌边缓慢加入5份的偶联剂异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，添加完毕后将转速提高到20000r/min，釜内温度保持在至140℃之间，继续搅拌1h后自然冷却至室温，得到改性后的氢氧化铝。
制作背板过程：
选取250μm厚的PET薄膜，采用电晕设备电晕至50～60dyne/cm。先在PET基膜的表层按耐候层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约30μm厚的耐候层，采用同样的工艺，在基膜的另一侧按粘结层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约30μm厚的粘结层。按以上配方可得到背板A。
实施例2：
耐候层的涂覆配方如下(质量份数)：
粘结层的涂覆配方如下(质量份数)：
配方中采用的铜铬黑YX2801处理如下：在高速分散机中加入100份的铜铬黑YX2801，保持釜内氮气氛围下，在5000r/min转速下边搅拌边缓慢加入1份的偶联剂异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯，添加完毕后将转速提高到20000r/min，釜内温度保持在至120℃之间，继续搅拌1.5h后自然冷却至室温，得到改性后的铜铬黑YX2801。
滑石粉处理：在高速分散机中加入100份的滑石粉，保持釜内氮气氛围下，在8000r/min转速下边搅拌边缓慢加入2份的偶联剂N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，添加完毕后将转速提高到30000r/min，釜内温度保持在至140℃之间，继续搅拌1h后自然冷却至室温，得到改性后的滑石粉。
PTFE粉末预处理：将30份PTFE粉末分别与70份含氟树脂GK570、丙烯酸树脂ACR6730掺混，采用高速分散机在1000r/min转速下分散15min，制备有机填料含量在30％的用于耐候层与粘结层的浆料。
制作背板过程：
选取250μm厚的PET薄膜，采用电晕设备电晕至50～60dyne/cm。先在PET基膜的表层按耐候层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约30μm厚的耐候层，采用同样的工艺，在基膜的另一侧按粘结层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约20μm厚的粘结层。按以上配方可得到背板B。
实施例3：
耐候层的涂覆配方如下(质量份数)：
粘结层的涂覆配方如下(质量份数)：
配方中采用的钛白粉853处理如下：在高速分散机中加入100份的钛白粉853，保持釜内氮气氛围下，在5000r/min转速下边搅拌边缓慢加入1份的偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷，添加完毕后将转速提高到30000r/min，釜内温度保持在至140℃之间，继续搅拌1h后自然冷却至室温，得到改性后的钛白粉853。
氢氧化镁处理：在高速分散机中加入100份的氢氧化镁，保持釜内氮气氛围下，在8000r/min转速下边搅拌边缓慢加入5份的偶联剂异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，添加完毕后将转速提高到20000r/min，釜内温度保持在至140℃之间，继续搅拌1h后自然冷却至室温，得到改性后的氢氧化镁。
三聚氰胺焦磷酸盐(MPP)预处理：将20份三聚氰胺焦磷酸盐(MPP)分别与80份含氟树脂WF-J313、不饱和聚酯WF-P011掺混，采用高速分散机在3000r/min转速下分散5min，制备有机填料含量在20％的用于耐候层与粘结层的浆料。
选取250μm厚的PET薄膜，采用电晕设备电晕至50～60dyne/cm。先在PET基膜的表层按耐候层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约20μm厚的耐候层，采用同样的工艺，在基膜的另一侧按粘结层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约15μm厚的粘结层。以上配方可得到背板C。
实施例4：
耐候层的涂覆配方如下(质量份数)：
粘结层的涂覆配方如下(质量份数)：
配方中的滑石粉处理：在高速分散机中加入100份的氢氧化铝，保持釜内氮气氛围下，在8000r/min转速下边搅拌边缓慢加入0.5份的偶联剂N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，添加完毕后将转速提高到30000r/min，釜内温度保持在至140℃之间，继续搅拌1h后自然冷却至室温，得到改性后的滑石粉。
选取250μm厚的PET薄膜，采用电晕设备电晕至50～60dyne/cm。先在PET基膜的表层按耐候层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约40μm厚的耐候层，采用同样的工艺，在基膜的另一侧按粘结层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约40μm厚的粘结层。以上配方可得到背板D。
对比例1：
在对比例1中，采用厚度为250μm的PET基膜。在涂层配方中不添加提高CTI值的填料。
耐候层的涂覆配方如下(质量份数)：
粘结层的涂覆配方如下(质量份数)：
制作背板过程：
选取250μm厚的PET薄膜，采用电晕设备电晕至50～60dyne/cm。先在PET基膜的表层按耐候层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约30μm厚的耐候层，采用同样的工艺，在基膜的另一侧按粘结层的涂覆配方进行涂覆，在120℃的热风干燥2～5min成膜，制成约30μm厚的粘结层。按以上配方可得到背板E。
对比例2：
其他厂家的白色背板F。
对比例3：
其他厂家的黑色背板G。
下面对本发明实施例1-4提供的背板A-D和对比例1-3提供的背板E-G进行性能测试，测试过程如下：
CTI测试：按GB/T4207-2012标准进行测试。采用漏电起痕试验仪进行测试。
垂直燃烧：按ANSI/UL94-2009标准，采用水平垂直燃烧测定仪测定。黄变指数：按GB2409-80进行检测。
与EVA的剥离强度：按GB/T2790进行剥离强度测试。
湿热实验：按IEC 61215-2005的规定进行，在85℃±2℃，湿度(85±5)％RH的温湿度箱中进行加速老化。记录样品经老化1000h后的黄变指数(△YI)和剥离强度。
通过上述实施例得到的阻燃背板，经上述测试方法进行评价，其评价结果下表1所示：
表1
从测试数据表1可以看出，本发明提供的高CTI值背板具有良好的CTI性能以及优异的耐老化性能，阻燃性能。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非用于现定本发明的保护范围。凡是根据本发明内容所做的均等变化和修饰，均涵盖在本发明的专利范围内。
Claims (9)
1.一种具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，由基底层、涂覆于基底层表面的耐候层和涂覆于基底层另一表面的粘结层组成；其特征在于，所述耐候层厚度为10μm-40μm，以质量份数计，由以下物料配置而成：含氟树脂100份，固化剂10~30份，固化促进剂0.5~2份，无机填料5~40份，有机填料0~20 份，助剂1~5份，溶剂50~150份；所述粘结层厚度为10μm-40μm，以质量份数计，由以下物料配置而成：基体树脂100份，固化剂5~25份，固化促进剂0.5~2份，无机填料5~40份，有机填料0~20份，助剂1~5份，溶剂50~150份；所述无机填料粒径为0.3μm~3μm且经过表面改性，所述有机填料粒径为1μm~5μm；所述无机填料采用偶联剂进行表面改性处理，其具体方案如下：首先在高速分散机中加入一定质量的无机填料，保持釜内氮气氛围下，在3000-8000r/min转速下边搅拌边加入偶联剂，偶联剂用量为无机填料用量的0.5wt%~5wt%，添加完毕后将转速提高到10000-30000r/min，釜内温度保持在至110°-140°C之间，继续搅拌1~2h后自然冷却至室温，得到偶联剂改性的无机填料，密封保存，待用；所述有机填料与耐候层的含氟树脂，粘结层的基体树脂进行预分散处理，采用高速分散机在1000~3000r/min转速下分散5~15min，制备有机填料含量在20~30%的浆料。
2.根据权利要求1所述的具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，其特征在于，所述的含氟树脂选自偏氟乙烯、三氟乙烯-乙烯基醚共聚物、三氟乙烯-乙烯基酯共聚物、四氟乙烯-乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-乙烯基酯共聚物。
3.根据权利要求2所述的具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，其特征在于，所述基体树脂选自聚氨酯、丙烯酸树脂、含氟树脂。
4.根据权利要求1所述的具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，其特征在于，所述固化剂选自异氰酸酯、氨基树脂、封闭型异氰酸酯、嵌段异氰酸酯、三聚氰胺。
5.根据权利要求1所述的具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，其特征在于，所述无机填料选自氢氧化铝、氢氧化镁、滑石粉、黏土、硅酸、二氧化硅、空心玻璃微珠、空心陶瓷微珠、三氧化二锑；所述有机填料选自PTFE粉末、PVDF粉末、PE粉末、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺尿酸盐、聚磷酸铵。
6.根据权利要求1所述的具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。
7.根据权利要求6所述的具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，其特征在于，所述的硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氨丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基-丙基三甲氧基硅烷 、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基三甲氧基硅烷；所述的钛酸酯偶联剂选自异丙基三（二辛基焦磷酸酰氧基）钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基二油酸酰氧基（二辛基磷酸酰氧基）钛酸酯、单烷氧基不饱和脂肪酸钛酸酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯。
8.根据权利要求1所述的具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，其特征在于，所述的助剂选自分散剂、流平剂、消泡剂；所述溶剂选自甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、丁酮；所述固化促进剂为有机锡类固化促进剂。
9.根据权利要求1所述的具有高CTI值的太阳能电池组件用背板，其特征在于，所述的基底层选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸丁二醇酯。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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