CN105990461B - 太阳能电池背板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种太阳能电池背板，包括绝缘层、接着层、含氟树脂层以及非含氟树脂层。绝缘层具有彼此相对的第一表面及第二表面。接着层配置在第一表面上。含氟树脂层配置在接着层上，其中接着层位于含氟树脂层与绝缘层之间。非含氟树脂层配置在所述第二表面上。
Description
技术领域
本发明是有关于一种电池背板，且特别是有关于一种太阳能电池背板。
背景技术
太阳能电池板通过太阳能电池可直接将太阳能转换为电能，而太阳能是一种干净无污染且取之不尽、用之不竭的能源，因此太阳能电池板已成为目前在能源开发上相当重要的方向之一。一般而言，太阳能电池板为一叠层结构，主要包括玻璃层、封装层、太阳能电池及太阳能电池背板。其中，用以提高太阳能电池板机械强度的太阳能电池背板位于太阳能电池板的最外侧，故太阳能电池背板必须具有良好的耐湿热老化性、耐高温、耐水解、耐腐蚀性能以及耐光照射能力等耐候性。而为了提高太阳能电池背板在市场上的竞争力，开发具有良好耐候性且制造成本低的太阳能电池背板是目前此领域极欲发展的目标之一。
发明内容
本发明提供一种太阳能电池背板，其具有良好耐候性、高反射率及低制程成本。
本发明的一种太阳能电池背板，包括绝缘层、接着层、含氟树脂层以及非含氟树脂层。绝缘层具有彼此相对的第一表面及第二表面。接着层配置在第一表面上。含氟树脂层配置在接着层上，其中接着层位于含氟树脂层与绝缘层之间。非含氟树脂层配置在第二表面上。
在本发明的一实施方式中，上述的非含氟树脂层是由非含氟树脂组成物所制得，其中非含氟树脂组成物包括压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子。
在本发明的一实施方式中，以上述的压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子的总量计，压克力树脂的含量为15至55wt％、改质聚烯烃树脂的含量为5至25wt％、硬化剂的含量为5至20wt％及无机粒子的含量为5至60wt％。
在本发明的一实施方式中，上述的改质聚烯烃树脂的分子量为4000至20000。
在本发明的一实施方式中，上述的硬化剂包括异氰酸酯硬化剂或氨基树脂硬化剂。
在本发明的一实施方式中，上述的无机粒子的材质包括二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化锆、硫酸钡、碳酸钙、氧化锌中的一者或多者的组合。
在本发明的一实施方式中，上述的绝缘层的材质包括聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，简称PET)、尼龙(Nylon)或聚酰亚胺(polyimide，简称PI)。
在本发明的一实施方式中，上述的含氟树脂层的材质包括聚氟乙烯(poly vinylflouride)或聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，简称PVDF)。
在本发明的一实施方式中，在波长为400nm至1200nm下，上述的非含氟树脂层的反射率大于80％。
在本发明的一实施方式中，上述的非含氟树脂层的厚度为5至40μm。
在本发明的一实施方式中，上述的非含氟树脂组成物还包括分散剂、抗氧化剂、UV吸收剂，其中以压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子的总量为100重量份计，分散剂的使用量为0.2至1.4重量份、抗氧化剂的使用量为0.08至0.3重量份、UV吸收剂的使用量为0.08至0.3重量份。
基于上述，在本发明的太阳能电池背板中，通过非含氟树脂层是由包括压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子的非含氟树脂组成物所制得，使得非含氟树脂层不但具有良好的耐候性及反射率，且在不需要外加处理的情况下即与绝缘层和封装层皆具有良好的接着能力，藉此提高了本太阳能电池背板在客端的适用性及降低太阳能电池背板的制程成本。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施方式，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一实施方式的太阳能电池背板的剖面示意图。
附图标记说明：
10：太阳能电池背板；
100：绝缘层；
102：第一表面；
104：第二表面；
110：接着层；
120：含氟树脂层；
130：非含氟树脂层。
具体实施方式
在本文中，由“一数值至另一数值”表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
图1是本发明一实施方式的太阳能电池背板的剖面示意图。请参照图1，太阳能电池背板10包括绝缘层100、接着层110、含氟树脂层120以及非含氟树脂层130。以下，将对前述各膜层进行详细说明。
绝缘层100具有彼此相对的第一表面102及第二表面104。详细而言，当太阳能电池背板10应用于太阳能电池板时，第一表面102对应于太阳能电池板的背光面而第二表面104则对应于向光面。另外，在太阳能电池背板10中，绝缘层100作用为支撑材，用以赋予太阳能电池背板10良好的机械性质及耐电性。在本实施方式中，绝缘层100的材质例如是聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，简称PET)、尼龙(Nylon)或聚酰亚胺(polyimide，简称PI)，较佳是聚对苯二甲酸乙二酯。另外，绝缘层100的厚度例如是188至300μm。
接着层110配置在第一表面102上且与第一表面102直接接触。在本实施方式中，接着层110的材质例如是环氧树脂、压克力树脂或聚酯树脂。另外，接着层110的厚度例如是6至25μm。
含氟树脂层120配置在接着层110上。详细而言，在太阳能电池背板10中，接着层110用以使含氟树脂层120能够紧密地附着在绝缘层100上。从另一观点而言，接着层110是位在含氟树脂层120与绝缘层100之间。在本实施方式中，含氟树脂层120的材质例如是聚氟乙烯(poly vinyl flouride)或聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，简称PVDF)。另外，含氟树脂层120的厚度例如是20至50μm。
非含氟树脂层130配置在第二表面104上。非含氟树脂层130的厚度例如是5至40μm。在本实施方式中，非含氟树脂层130是由非含氟树脂组成物所制得。以下，将对非含氟树脂层130的制备方法进行详细说明。
首先，提供非含氟树脂组成物，其包括压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子。详细而言，非含氟树脂组成物是在20℃至40℃的温度范围下，将压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子进行搅拌以充分混合后而制得。另外，在非含氟树脂组成物中，以压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子的总量计，压克力树脂的含量为15至55wt％、改质聚烯烃树脂的含量为5至25wt％、无机粒子的含量为5至60wt％及硬化剂的含量为5至20wt％。
在本实施方式中，压克力树脂可具有线性结构，且重量平均分子量约为3000至20000g/mol。详细而言，压克力树脂可通过聚合丙烯酸单体(acrylic monomer)来制得。丙烯酸单体可包括(但不限于)甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)、甲基丙烯酸乙酯(ethyl methacrylate)、甲基丙烯酸-n-丙酯(n-propyl methacrylate)、甲基丙烯酸-n-丁酯(n-butyl methacrylate)、甲基丙烯酸己酯(hexyl methacrylate)、甲基丙烯酸-2-乙基己基酯(2-ethylhexyl methacrylate)、丙烯酸甲酯(methyl acrylate)、丙烯酸乙酯(ethyl acrylate)、丙烯酸丙酯(propyl acrylate)、丙烯酸丁酯(butyl acrylate)或丙烯酸-2-乙基己基酯(2-ethylhexyl acrylate)。前述丙烯酸单体可单独使用或彼此组合使用。另外，压克力树脂可利用已知的方法来制备，例如乳化聚合(emulsionpolymerization)、悬浮聚合(suspension polymerization)或是整体聚合(bulkpolymerization)。
另外，压克力树脂可为单一聚合物(即使用一种丙烯酸单体)、共聚物或是前述的混合物(即使用二种或多种丙烯酸单体)。
在本实施方式中，改质聚烯烃树脂的重量平均分子量为4000至20000g/mol。详细而言，当改质聚烯烃树脂的重量平均分子量小于4000g/mol时，非含氟树脂层130与封装层之间将不具良好的接着性，其强度低于客端要求；而当改质聚烯烃树脂的重量平均分子量大于20000g/mol时，将会降低改质聚烯烃树脂与压克力树脂之间的分散性与兼容性。
在本实施方式中，无机粒子的材质例如是二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化锆、硫酸钡、碳酸钙、氧化锌中的一者或多者的组合。
在本实施方式中，硬化剂例如是异氰酸酯硬化剂或氨基树脂硬化剂，较佳是异氰酸酯硬化剂。异氰酸酯硬化剂可包括(但不限于)六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯(IPDI)、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)、二聚脂肪酸异氰酸酯(DDI)、环己烷二亚甲基二异氰酸酯(HXDI)。另外，氨基树脂硬化剂可包括(但不限于)脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂。详细而言，硬化剂不含有苯环结构。
另外，在本实施方式中，非含氟树脂组成物还可包括溶剂，其需可溶解压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂、无机粒子及其他添加剂，且不与这些成分相互反应，并具有适当的挥发性者。详细而言，在本实施方式中，溶剂可通过压克力树脂及改质聚烯烃树脂是呈溶液形态以供使用的方式来存在在非含氟树脂组成物中，或是溶剂可通过额外添加的方式来存在在非含氟树脂组成物中。溶剂例如是甲苯(toluene)、乙酸正丁酯(n-butylacetate，简称BAC)、乙酸乙酯(ethyl acetate，简称EAC)、丁酮(methyl ethyl ketone，简称MEK)或其组合。
另外，在本实施方式中，依需要，非含氟树脂组成物还可包括添加剂，例如分散剂、抗氧化剂、UV吸收剂。分散剂用以促使无机粒子能够均匀分散在压克力树脂及改质聚烯烃树脂中，而抗氧化剂、UV吸收剂用以使非含氟树脂层130更具耐热性及耐UV性。详细而言，在非含氟树脂组成物中，以压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子的总量为100重量份计，分散剂的使用量为0.2至1.4重量份、抗氧化剂的使用量为0.08至0.3重量份、UV吸收剂的使用量为0.08至0.3重量份。另外，分散剂的实例可包括BYK110、BYK104或BYK306。抗氧化剂的实例可包括Chinox B225、Chinox B245或Chinox 1010。UV吸收剂的实例可包括Tinurin 328、Tinurin 1130或Chisorb 8818。
另外，在不损及非含氟树脂组成物的效果范围内，非含氟树脂组成物可依需要还包括其他的添加剂。其他的添加剂可单独或混合使用，且其他的添加剂包括但不限于抗沾黏剂、平坦剂、消泡剂或流变剂。
继之，将所得到的非含氟树脂组成物涂布至绝缘层100的第二表面104上。详细而言，涂布方式例如是挤压涂布、滚轮式涂布或刮刀式涂布，且涂布厚度例如是5μm至40μm。
之后，在110℃至140℃的温度范围下，对经涂布的非含氟树脂组成物进行加热1至5分钟来移除溶剂及进行交联反应，以形成具有高交联密度和高机械强度的非含氟树脂层130。
值得说明的是，在本实施方式中，通过非含氟树脂组成物中的压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子的含量在前述范围内，所制得的非含氟树脂层130能够具有良好的耐候性及高反射率，并且能够在不需外加处理的情况下而与封装层(材质例如是乙烯-醋酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate，简称EVA))具有良好的接着能力，藉此提高太阳能电池背板10的客端适用性及降低太阳能电池背板10的制程成本。
详细而言，如上所述，由压克力树脂与改质聚烯烃树脂进行交联反应而形成的交联树脂不但具有良好的热固性特性而使得非含氟树脂层130具有良好耐候性，也因改质聚烯烃树脂的使用，而同时具有热塑性特性，藉此非含氟树脂层130得以在不需外加处理(例如表面经电晕(Corona)处理或电浆(Plasm)处理等辐射处理)的情况下即与封装层具有良好的接着能力。
另外，非含氟树脂组成物同时包括高通过率且低折射率的压克力树脂与改质聚烯烃树脂以及高折射率的无机粒子，可使得非含氟树脂层130能够具有高反射率的特性。具体而言，在波长为400nm至1200nm下，非含氟树脂层130的反射率大于80％，藉此当太阳能电池背板10应用于太阳能电池板时，入射光线的使用率得以提升，因而提高太阳能电池板的发光效率。
另外，如前文所述，作为绝缘层100，较佳使用聚对苯二甲酸乙二酯，而作为硬化剂，较佳使用异氰酸酯硬化剂，这是由于异氰酸酯硬化剂与聚对苯二甲酸乙二酯具有良好的接着能力，藉此得以提升太阳能电池背板10的结构强度。
下文将参照实施例1至实施例3，更具体地描述本发明的特征。虽然描述了以下实施例，但是在不逾越本发明范畴的情况下，可适当地改变所用材料、其量及比率、处理细节以及处理流程等等。因此，不应由下文所述的实施例对本发明作出限制性地解释。
〈实施例〉
制备实施例1至实施例3的非含氟树脂层所使用的主要材料及设备的信息如下所示。
压克力树脂：两液型PU压克力树脂，其可由台湾大立高分子公司、台湾长兴化工或台湾国精化学公司等公司购得。
改质聚烯烃树脂：重量平均分子量为4000至20000，固含量为30％。
硬化剂：六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，可由日本NPU、Rohbia、Bayer、日本三井化学等公司购得。
无机粒子：TiO2可由Dupont、日本石原等公司购得。
分散剂：溶剂型分散剂可由BYK公司购得。
抗氧化剂：由双健化工公司购得。
UV吸收剂：可由双健化工公司或Ciba公司购得。
搅拌机：实验室50Kg防爆型搅拌机，由泰亿搅拌机械企业有限公司制造。
均质机：循环式均质分散机，由铨铭盛制造。
实施例1
在室温下，将53.1wt％的压克力树脂、20wt％的改质聚烯烃树脂、0.227重量份的分散剂、0.217重量份的抗氧化剂与0.217重量份的UV吸收剂加入置于50Kg合胶桶中，并开启搅拌机且调整转速为30±5rpm进行搅拌15分钟。在停止搅拌后，将10wt％的无机粒子加入50Kg合胶桶中并再开启搅拌机且调整转速为45±5rpm进行搅拌60分钟后，将所得混合物置于均质机中分散60分钟，以使无机粒子均匀分散在压克力树脂与改质聚烯烃树脂中。之后，再将11.8wt％的硬化剂置于50Kg合胶桶中并同样开启搅拌机且调整转速为30±5rpm进行搅拌30分钟后，静置30分钟。接着，使用刮刀式涂布法将所得混合物涂布至PET试片后，在温度140℃下加热2分钟来移除溶剂及进行交联反应。之后，在温度50℃下熟化48小时以形成实施例1的非含氟树脂层，其厚度为30μm。
实施例2及实施例3
按照与实施例1相同的制备程序，但使用以下表1所示的各成分的重量百分比及重量份来制造实施例2及实施例3的非含氟树脂层，其中厚度为6～12μm。
之后，分别对实施例1至实施例3的非含氟树脂层进行剥离强度、涂层附着能力、QUV老化及反射率的测试。前述测试项目的说明如下，且测试的结果显示于表1中。
〈剥离强度的测试〉
首先，将实施例1至实施例3的非含氟树脂层分别裁切成五片长条状膜层，其宽度及长度分别为10±0.5mm及250mm至300mm的。接着，在温度150℃下，将所得的实施例1至实施例3的长条状膜层分别与EVA封装层(商品名S11，由普利司通股份有限公司(BridgestoneCo.Ltd.)制造)真空热压15分钟后，将所得叠层压制在毛玻璃板上，以得到由PET试片、非含氟树脂层、EVA封装层及毛玻璃板构成的试样。之后，依照GB/T 2790-1995的规定，使用万能试验机(设备名为AG-1S，岛津科学仪器股份有限公司(SHIMADZU)制造)对各个试样以100mm/min的剥离速度进行角度为180度的剥离强度测试，其中测试结果是取五个测试结果的中间值。另外，在业界中，剥离强度至少要大于40N/cm，且越高表示非含氟树脂层与EVA封装层的接着性越好。
〈涂层接着能力的测试〉
首先，依照GB/T 9286-1998的规定，分别对实施例1至实施例3的非含氟树脂层中的任三个不同的位置重复进行涂层接着能力的测试，其中划格单元的尺寸为1mm×1mm且其数量为10×10个。详细而言，涂层接着能力的测试包括两个部分：第一部分为在一般环境条件下，对各个试样进行涂层接着能力的测试；而第二部分为将各个试样放置在条件设定为120℃、85％RH、1.75atm的环境下48小时后才进行涂层接着能力的测试。
另外，涂层接着能力的测试结果分为0B至5B级，级数越高，表示非含氟树脂层与PET试片的接着能力越好，且各个等级的评估标准如下：
5B：切口的边缘完全平滑，格子边缘没有任何剥落；
4B：在切口交叉处有少许涂层脱落，脱落面积受小于或等于5％；
3B：在切口交叉处和/或沿切口边缘有涂层脱落，受影响的交叉切割面积明显大于5％，但小于或等于15％；
2B：涂层沿切割边缘部分或全部以大碎片脱落，和/或在格子不同部位上部分或全部剥落，受影响的交叉切割面积明显大于15％，但小于或等于35％；
1B：涂层沿切割边缘大碎片剥落，和/或一些方格部分或全部脱落。受影响的交叉切割面积明显大于35％，但小于或等于65％；
0B：涂层剥落面积明显大于65％。
〈QUV老化的测试〉
首先，将实施例1至实施例3的非含氟树脂层分别裁切成尺寸为75mm×140mm的试样。接着，依照IEC 61215：2005中10.10的规定，对各个试样进行QUV老化的测试，其中测试温度为60±5℃、施加UVB波长为280nm至320nm、功率0.89W/m2及照射时间为1235小时。详细而言，在前述测试条件下对各个试样进行UV照射，相当于照射能量为60KWh/m2，而在这照射能量下，各个试样的黄变指数(△B)的结果显示于表1中。
〈反射率的测试〉
使用UV-Vis光谱仪(设备名为U-4100Spectrophotometer，日立股份有限公司(Hitachi,Co.Ltd.)制造)，在波长为550nm下，量测实施例1至实施例3的非含氟树脂层的反射率。在业界中，在波长为550nm下，反射率至少要大于80％。
表1
a单位重量份是以压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子的总量为100重量份计
b表示对任三点进行一次测试的结果都相同
由上述表1可知，实施例1至实施例3的非含氟树脂层在剥离强度、涂层接着能力、QUV老化和反射率方面均有良好表现，其中不论在一般环境条件下进行涂层接着能力测试或是在经历条件为120℃、85％RH、1.75atm的环境下48小时后才进行涂层接着能力测试的结果皆是5B，此表示实施例1至实施例3的非含氟树脂层具有良好的耐候性。
综上所述，在本发明的太阳能电池背板中，通过非含氟树脂层是由包括压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子的非含氟树脂组成物所制得，使得非含氟树脂层不但具有良好的耐候性及反射率，且在不需要外加处理的情况下即与绝缘层和封装层皆具有良好的接着能力，藉此提高了太阳能电池背板的客端适用性及降低太阳能电池背板的制程成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种太阳能电池背板，其特征在于，包括：
一绝缘层，具有彼此相对的一第一表面及一第二表面；
一接着层，配置在所述第一表面上；
一含氟树脂层，配置在所述接着层上，其中所述接着层位于所述含氟树脂层与所述绝缘层之间；以及
一非含氟树脂层，配置在所述第二表面上，
其中所述非含氟树脂层是由非含氟树脂组成物所制得，其中所述非含氟树脂组成物包括压克力树脂、改质聚烯烃树脂、硬化剂及无机粒子，且以所述压克力树脂、所述改质聚烯烃树脂、所述硬化剂及所述无机粒子的总量计，所述压克力树脂的含量为15至55wt％、所述改质聚烯烃树脂的含量为5至25wt％、所述硬化剂的含量为5至20wt％及所述无机粒子的含量为5至60wt％，及其中所述改质聚烯烃树脂的重量平均分子量为4000至20000g/mol。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述硬化剂包括异氰酸酯硬化剂或氨基树脂硬化剂。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述无机粒子的材质包括二氧化钛(TiO2)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)、氧化锆、硫酸钡、碳酸钙、氧化锌中的一者或多者的组合。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述绝缘层的材质包括聚对苯二甲酸乙二酯PET、尼龙(Nylon)或聚酰亚胺PI。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述含氟树脂层的材质包括聚氟乙烯(poly vinyl flouride)或聚偏二氟乙烯PVDF。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，在波长为400nm至1200nm下，所述非含氟树脂层的反射率大于80％。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述非含氟树脂层的厚度为5至40μm。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述非含氟树脂组成物还包括分散剂，其中以所述压克力树脂、所述改质聚烯烃树脂、所述硬化剂及所述无机粒子的总量为100重量份计，所述分散剂的使用量为0.2至1.4重量份。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述非含氟树脂组成物还包括抗氧化剂，其中以所述压克力树脂、所述改质聚烯烃树脂、所述硬化剂及所述无机粒子的总量为100重量份计，所述抗氧化剂的使用量为0.08至0.3重量份。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述非含氟树脂组成物还包括UV吸收剂，其中以所述压克力树脂、所述改质聚烯烃树脂、所述硬化剂及所述无机粒子的总量为100重量份计，所述UV吸收剂的使用量为0.08至0.3重量份。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20181002 Termination date: 20200226 |