CN106008940B - 一种太阳能电池背板及用于该背板的膜用聚酯的制备方法 - Google Patents

一种太阳能电池背板及用于该背板的膜用聚酯的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于太阳能电池背板的膜用聚酯的制备方法，该方法先将阻燃剂和分散剂均匀分散在二元醇中制备阻燃剂悬浮液，再将含氟二元酸、二元醇、催化剂和阻燃剂悬浮液混合后进行酯化反应，在酯化反应结束后加入稳定剂进行缩聚反应。另外，本发明还公开了通过上述膜用聚酯制备太阳能电池背板的方法，以及还公开了利用上述膜用聚酯制成的切片共挤而成的太阳能电池背板。本发明制成的聚酯薄膜不仅具有优良的机械性能、电气绝缘性能、尺寸稳定性，而且还具有优异的阻燃性、耐候性和耐湿性，可广泛应用于建筑、电子电器、太阳能光伏等领域，尤其适用于高档太阳能电池背材。

Description

一种太阳能电池背板及用于该背板的膜用聚酯的制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池配件及其原料和原料的制备方法，尤其是一种太阳能电池背板及用于该背板的膜用聚酯的制备方法。
背景技术
太阳能电池为一半导体组件，它能够将太阳光转为电能。太阳能电池通常由各种半导体元件系统组装而成，例如通常包括光伏玻璃、EVA、太阳能电池片以及背板等。太阳能电池背板是位于太阳能电池板的背面的多层复合薄膜，对太阳能电池起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。太阳能电池背板也称为太阳能电池背板膜、光伏背板、光伏背板膜等。
现有太阳能电池背板一般具有三层结构，主要为三层结构的TPT、TPE等，其中T代表含氟膜、E代表EVA膜，P代表PET膜。例如，常见的TPT结构通常为聚氟乙烯/聚酯/聚氟乙烯复合结构，常见的TPE结构通常为聚氟乙烯/聚酯/乙烯-醋酸乙烯复合结构，另外还有由聚偏氟乙烯/聚酯/聚偏氟乙烯(KPK)复合的结构。其中，太阳能电池背板的中间层主要为普通聚酯薄膜，外层主要为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯等氟材料薄膜。然而，由于普通聚酯薄膜与聚氟乙烯薄膜或聚偏氟乙烯薄膜之间存在憎水、不易粘合的问题，同时由于普通聚酯薄膜氧指数(LOI)较低，在耐湿热性以及耐候性、阻燃性方面存在明显不足，一旦受到阳光照射、温度变化、风吹雨淋等外界条件的影响，容易出现龟裂、粉化和强度下降等一系列问题，因而现有背板在性能上很难满足太阳能电池的使用要求。
中国专利申请201310594858.0公开了一种太阳能电池背板膜用聚酯及其聚酯薄膜制备方法，所述聚酯薄膜包括表面层一、芯层和表面层二，芯层含聚酯切片和母料聚酯切片，并含有改性高耐湿热阻燃聚酯材料；所述聚酯薄膜选用的聚酯由精对苯二甲酸和乙二醇与反应性磷系阻燃剂共聚制得，产品具有一定的阻燃性，但耐候性较差。
中国专利申请201220553468.X公开了一种全聚酯太阳能电池背膜，包括聚酯基材，所述聚酯基材上侧面及下侧面分别覆有上高耐候聚酯层和下高耐候聚酯层与聚酯基材之间设有聚酯双拉伸薄膜层，聚酯背材与聚酯双拉伸薄膜层之间以及聚酯基材与下高耐候聚酯层之间均设有粘结层；采用该发明制得的聚酯太阳能电池背膜阻燃性和耐湿热性较差。
中国专利申请201310731940.3公开了一种用于双向拉伸太阳能背板聚酯薄膜的原料配方及其制作方法，所配方由专用母料和据对苯二甲酸乙二醇酯组成，所述太阳能背板膜具有低透水率和绝缘性能的特点，但不阻燃，且耐湿热性较差。
中国专利申请201010177281.X公开了一种太阳能电池背板膜用聚酯薄膜的制造方法，所述薄膜采用的聚酯切片由对苯二甲酸、乙二醇和磷系化合物混合后酯化、缩聚制得，经与母料聚酯切片按100：5～30质量比进行混合、拉膜制得太阳能电池背板膜用聚酯薄膜，耐湿热性、阻燃性较低。
中国专利申请200910053911.X公开了一种以改性聚偏氟乙烯合金层为耐候保护层的太阳能电池背板，所述薄膜包括依次粘接的第一耐候层、第一粘接层、结构增强曾、第二粘接层和第二耐候层，其中所述第一耐候层和第二耐候层均为无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层，结构增强层为聚对苯二甲酸乙二醇酯层，第一粘接层和第二粘接层可以是聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种，该太阳能电池背板虽具有一定的耐候性，但阻燃性较差，且耐湿热性难以达到使用要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种太阳能电池背板及用于该背板的膜用聚酯的制备方法，以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于太阳能电池背板的膜用聚酯的制备方法，包括如下步骤：
A、将阻燃剂和分散剂均匀分散在二元醇中制备阻燃剂悬浮液；所述阻燃剂为氢氧化镁和三氧化锑复合粉体；所述复合粉体的粒径为80～380nm，所述复合粉体中氢氧化镁和三氧化锑重量配比为1：1～3：1，所述复合粉体的加入量为相对于所述膜用聚酯的原料组份重量的5～15％；所述分散剂为多聚磷酸钠；所述分散剂的添加重量相当于阻燃剂质量的0.1％～0.5％；所述阻燃剂悬浮液中的所述复合粉体的质量浓度为20％～50％；
B、将含氟二元酸、二元醇、催化剂以及步骤A中所述的阻燃剂悬浮液混合，然后通过直接酯化法进行酯化反应；所述催化剂为含有锗或钛的化合物；
C、酯化反应结束后加入稳定剂进行缩聚反应。
优选地，所述的含氟二元酸为四氟对苯二甲酸类单体；所述二元醇为乙二醇类单体；所述稳定剂为磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯中的一种或几种。
另外，本发明还提出了一种用于太阳能电池背板的制备方法，通过将前述方法制备的膜用聚酯单独或者与普通膜用聚酯共同经预结晶、干燥、融入挤出、双向拉伸、热定型、松弛、冷却、牵引、收卷、分切，制成太阳能电池背板。
另外，本发明还提出了一种太阳能电池背板，所述太阳能电池背板为三层共挤而成的薄膜结构，包括一个中间层和夹持所述中间层的两个表层，所述中间层由未添加任何添加剂的普通膜用聚酯切片共挤而成，所述两个表层由前述的方法制成的膜用聚酯制成的切片共挤而成。
本发明的用于太阳能电池背板的膜用聚酯，以含氟二元酸和二元醇为主要材料，采用直接酯化法生产聚酯，在酯化反应时加入合适的阻燃剂悬浮剂、催化剂和稳定剂，生产工艺简单易行。且由于添加有含有的氢氧化镁和三氧化二锑的复合阻燃剂，其阻燃效果远远强于单一的氢氧化镁阻燃剂，极限氧指数达到31，且由于复合阻燃剂的加入，本发明还可以无须添加任何抗粘结剂，就可以使得制成的聚酯薄膜和太阳能电池背板仍然具有很好的开口性。与普通太阳能电池背板聚酯薄膜相比，本发明所述太阳能电池背板聚酯薄膜中含有复合阻燃剂和氟化物，不仅具有优异持久的阻燃性能，而且还具有很好的耐候性和耐湿热性，具有较好的阻燃性、耐候性，可有效解决因阳光照射、温度变化、风吹雨淋等外界条件而引起的龟裂、粉化和强度下降等一系列老化的问题，可广泛应用于建筑、电子电器、太阳能光伏等领域。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的太阳能电池背板的截面示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
正如前述，为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种用于太阳能电池背板的膜用聚酯的制备方法，包括如下步骤：
A、将阻燃剂和分散剂均匀分散在二元醇中制备阻燃剂悬浮液；
B、将含氟二元酸、二元醇、催化剂以及步骤A中所述的阻燃剂悬浮液混合，然后通过直接酯化法进行酯化反应；
C、酯化反应结束后加入稳定剂进行缩聚反应。
本发明的上述用于太阳能电池背板的膜用聚酯，以含氟二元酸和二元醇为主要材料，采用直接酯化法生产聚酯，在酯化反应时加入合适的阻燃剂悬浮剂、催化剂和稳定剂，生产工艺简单易行。
其中，所述阻燃剂为氢氧化镁和三氧化锑复合粉体，所述复合粉体的粒径为80～380nm，氢氧化镁和三氧化锑重量配比为1：1～3：1，所述复合粉体的加入量为相对于所述膜用聚酯的原料组份重量的5～15％。通过含有的氢氧化镁和三氧化二锑的复合阻燃剂的加入，其阻燃效果远远强于单一的氢氧化镁阻燃剂，极限氧指数达到31，且由于复合阻燃剂的加入，本发明可以无须添加任何抗粘结剂，而获得的聚酯薄膜和太阳能电池背板仍然具有很好的开口性。
所述分散剂为多聚磷酸钠、多聚磷酸钾中的一种或两种，分散剂的加入量相当于阻燃剂质量的0.1％～0.5％。
所述分散剂的添加重量相当于阻燃剂质量的0.1％～0.5％，所述阻燃剂悬浮液中的所述复合粉体的质量浓度为20％～50％。
所述的含氟二元酸为四氟对苯二甲酸类单体，所述二元醇为乙二醇类单体。所述催化剂可以为含有锗或钛的化合物或其有机络合物，其加入量为相对于聚酯质量的0.1％～0.08％。所述稳定剂为磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯中的一种或几种，稳定剂的加入量相对于聚酯质量的0.0005～0.050％。
所述步骤B中的酯化温度为210～285℃，酯化的绝对压力为0.1～0.5MPa，酯化时间为1～5小时；所述步骤C中的缩聚温度为255～295℃，缩聚绝对压力≤1KPa，反应时间为1～4小时，所得聚酯的特性粘度为0.55～0.70dl/g。
实施例1
在砂磨机中加入1500ml玻璃珠，750g氢氧化镁和三氧化二锑复合粉体，3000g乙二醇，1.13g多聚磷酸钠，研磨1小时，制备阻燃剂悬浮液，其中氢氧化镁和三氧化二锑复合粉体平均粒径为100nm。即，上述步骤中的阻燃剂需先经高速分散或砂磨机玻璃珠研磨，使其均匀分散在乙二醇中，研磨分散成质量浓度为20～60％的氢氧化镁和三氧化二锑复合粉体—乙二醇阻燃剂悬浮液，优选复合粉体的质量浓度为30～50％。
在20L通用聚合反应釜中加入5.0kg对苯二甲酸，0.8kg乙二醇，2.0二氧化钛，3600g上述阻燃剂悬浮液，在230～265℃、0.2～0.3Mpa(表压)下进行酯化反应，待出水量达1200ml时，泄压至常压，加入1.025g磷酸三苯酯，常压搅拌10分钟，升温降度压到280℃及100pa以下，反应1～3小时即可获得所需的膜用聚酯。
反应完毕后，可以经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到可用于太阳能电池背板的膜用聚酯的切片。
实施例2
在砂磨机中加入1600ml玻璃珠，1500g氢氧化镁和三氧化二锑复合粉体，1500g乙二醇，2.50g多聚磷酸钠，研磨1.5小时，制备阻燃剂悬浮液，其中氢氧化镁和三氧化二锑复合粉体平均粒径150nm。
在20L通用聚合反应釜中加入5.0kg对苯二甲酸，2.2kg乙二醇，1.10g二氧化锗，2020g上述阻燃剂悬浮液，在230～265℃、0.2～0.3Mpa(表压)下进行酯化反应，待出水量达1200ml时，泄压至常压，加入1.025g磷酸三苯酯，常压搅拌10分钟，升温降度压到280℃及100Pa以下，反应1～3小时即可获得所需的膜用聚酯。
反应完毕后，可以经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到可用于太阳能电池背板的膜用聚酯的切片。
另外，本发明还公开了通过上述膜用聚酯制备太阳能电池背板的方法，包括如下步骤：将前述方法制备的膜用聚酯单独或者与普通膜用聚酯共同经预结晶、干燥、融入挤出、双向拉伸、热定型、松弛、冷却、牵引、收卷、分切，制成太阳能电池背板。
实施例3
将实施例1或实施例2中制得的用于太阳能电池背板的膜用聚酯制成切片，将所述膜用聚酯切片经预结晶、干燥、挤出、纵横向双向拉伸、热定型、松弛、冷却、牵引、收卷、分切，制成厚度30μm的单层薄膜的太阳能电池背板。其中干燥温度为150℃，挤出温度为280℃，纵拉温度为80℃，横拉温度为90℃，纵拉倍率为3.0：1，横拉倍率为3.0：1。
实施例4
将实施例2中制得的用于太阳能电池背板的膜用聚酯制成切片，将所述膜用聚酯切片经预结晶、干燥、挤出、纵横向双向拉伸、热定型、松弛、冷却、牵引、收卷、分切，制成厚度60μm的单层薄膜的太阳能电池背板。其中干燥温度为160℃，挤出温度为285℃，纵拉温度为85℃，横拉温度为90℃，纵拉倍率为3.5：1，横拉倍率为3.5：1。
另外，本发明还公开了利用上述膜用聚酯制成的切片共挤而成的太阳能电池背板，如图1所示，其显示的是根据本发明的一个具体实施例的太阳能电池背板的截面示意图，图中所示太阳能电池背板为三层共挤而成的薄膜结构，包括一个中间层B和夹持所述中间层B的两个表层A，所述中间层B由未添加任何添加剂的普通膜用聚酯切片共挤而成，两个表层A由前述方法制成的膜用聚酯制成的切片共挤而成。
实施例5
将实施例1中制得的用于太阳能电池背板的膜用聚酯制成切片，将所述膜用聚酯切片作为两个表层A，未添加任何添加剂的普通膜用聚酯切片作为中间层B，其中两个表层A占薄膜总量的70％，中间层B占薄膜总量的30％。将上述的聚酯切片预结晶干燥、熔融共挤、纵横向双向拉伸、热定型、松弛、冷却、牵引、收卷、分切，制成厚度130μm的ABA三层共挤薄膜，其中挤出温度为275℃，纵拉温度为105℃，横拉温度为105℃，纵拉倍率为4.0：1，横拉倍率为4.0：1。
实施例6
将实施例1中制得的用于太阳能电池背板的膜用聚酯制成切片，将所述膜用聚酯切片作为两个表层A，未添加任何添加剂的普通膜用聚酯切片作为中间层B，其中两个表层A占薄膜总量的60％，中间层B占薄膜总量的40％。将上述聚酯切片预结晶、干燥、熔融共挤、纵横向双向拉伸、热定型、松弛、冷却、牵引、收卷、分切，制成厚度180μm的ABA三层共挤薄膜，其中挤出温度为285℃，纵拉温度为115℃，横拉温度为115℃，纵拉倍率为4.0：1，横拉倍率为4.0：1。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种用于太阳能电池背板的膜用聚酯的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
A、将阻燃剂和分散剂均匀分散在二元醇中制备阻燃剂悬浮液；所述阻燃剂为氢氧化镁和三氧化锑复合粉体；所述复合粉体的粒径为80~380nm，所述复合粉体中氢氧化镁和三氧化锑重量配比为1：1~3：1，所述复合粉体的加入量为相对于所述膜用聚酯的原料组份重量的5~15%；所述分散剂为多聚磷酸钠；所述分散剂的添加重量相当于阻燃剂质量的0.1%~0.5%；所述阻燃剂悬浮液中的所述复合粉体的质量浓度为20%~50%；
B、将含氟二元酸、二元醇、催化剂以及步骤A中所述的阻燃剂悬浮液混合，然后通过直接酯化法进行酯化反应；所述催化剂为含有锗或钛的化合物；
C、酯化反应结束后加入稳定剂进行缩聚反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的含氟二元酸为四氟对苯二甲酸单体，所述二元醇为乙二醇单体，所述稳定剂为磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯中的一种或几种。
3.一种太阳能电池背板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将权利要求2所述的方法制备的膜用聚酯单独或者与普通膜用聚酯共同经预结晶、干燥、融入挤出、双向拉伸、热定型、松弛、冷却、牵引、收卷、分切，制成太阳能电池背板。
4.一种太阳能电池背板，其特征在于，所述太阳能电池背板为三层共挤而成的薄膜结构，包括一个中间层和夹持所述中间层的两个表层，所述中间层由未添加任何添加剂的普通膜用聚酯切片共挤而成，所述两个表层由权利要求1或2所述的方法制成的膜用聚酯制成的切片共挤而成。
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