CN106229367A - 适用于太阳能电池的背膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于太阳能电池的背膜及其制备方法和应用，该背膜包括依次层叠设置的基材层、增强层和耐候层，基材层由金属材料制成，增强层为石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯。通过在基材层与耐候层之间增加了增强层，使得背膜的附着力等级得到提高，而采用石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯作为增强层能够提高背膜的耐候性、降低水蒸气透过率；同时，研究还表明，耐候层中的纳米二氧化钛组分能够与其他组分发挥协同作用，从而进一步优化背膜的水蒸气透过率、耐候性及附着力，能够很好地满足太阳能电池的应用需求。

Description

适用于太阳能电池的背膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种背膜，具体涉及一种适用于太阳能电池的背膜及其制备方法和应用；属于太阳能电池技术领域。
背景技术
太阳能电池是一种由于光产生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件，是一个半导体光电二极管，当太阳光照到光电二极管上时，光电二极管就会把太阳的光能变成电能，产生电流。太阳能电池是一种大有前途的新型能源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，具有在交通领域、通讯/通信领域、家庭用电领域、工业用电领域广泛应用的良好前景。
太阳电池背膜主要分为含氟背膜与不含氟背膜两大类。其中含氟背膜又分双面含氟(如TPT)与单面含氟(如TPE)两种；而不含氟的背膜则多通过胶粘剂将多层PET胶粘复合而成。目前，商用晶硅太阳电池组件的使用要求为25年，而背膜作为直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，其应具备卓越的耐长期老化(湿热、干热、紫外)、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能。因此，背膜要在耐老化、耐绝缘、耐水气等方面满足太阳电池组件25年的环境考验。
申请号为201010554637.7的发明专利公开了一种太阳能电池背膜及其制备方法，包括基材，该基材的表面涂布有耐候层，该耐候层组合物包含4-50重量份的聚酯多元醇、0.2-10重量份的异氰酸酯、0.1-5重量份的无机纳米粒子及30-70重量份的溶剂。本发明采用涂布的方式在基材表面涂布耐候层制作太阳能电池背膜，制作工艺简单、成本较低且性能优良，解决了现有技术中的太阳能电池背膜制作工艺复杂、成本较高的问题。但是，经验证，该背膜的水汽透过率较高，约为2.63-2.95g/m2·24h，这样的水汽透过率必然会导致太阳能电池的使用寿命大大缩短，无法满足长年使用的高要求。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种适用于太阳能电池长时间使用的背膜及其制备方法和应用。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
适用于太阳能电池的背膜，包括依次层叠设置的基材层、增强层和耐候层，所述基材层由金属材料制成，所述增强层为石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述耐候层由如下重量份的各组分混合制成：聚酯多元醇30-50份、氟碳树脂20-40份、异氰酸酯10-18份、纳米二氧化钛3-7份、偶联剂5-10份、润滑剂2-5份、羧甲基纤维素2-4份及溶剂5-30份。
优选地，前述基材层的厚度为200-400微米。
更优选地，前述增强层的厚度为50-100微米。
再优选地，前述增强层的制备方法为：将石墨烯超声分散3-5h后，加入聚对苯二甲酸乙二醇酯中，搅拌分散12-24h后静置待用，其中石墨烯的质量百分比为3-5wt％。
进一步优选地，前述耐候层的厚度为100-250微米。
更进一步优选地，前述纳米二氧化钛的平均粒径为80-200nm。
再进一步优选地，前述润滑剂为石墨或植物油。
再优选地，前述溶剂为N,N-二甲基丙烯酰胺。
此外，本发明还公开了如前所述的适用于太阳能电池的背膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、对金属基材层进行抛光清洁处理，待用；
S2、制备石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯：将石墨烯超声分散3-5h后，加入聚对苯二甲酸乙二醇酯中，搅拌分散12-24h后静置待用，其中石墨烯的质量百分比为3-5wt％；
S3、将石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯旋转涂布于金属基材层上，自然晾干；
S4、按照重量份称取各原料组分，混合均匀制得耐候层，旋转涂布于增强层上，自然晾干，制得背膜。
本发明的有益之处在于：本发明通过在基材层与耐候层之间增加了增强层，使得背膜的附着力等级得到提高，而采用石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯作为增强层能够提高背膜的耐候性、降低水蒸气透过率；同时，研究还表明，耐候层中的纳米二氧化钛组分能够与其他组分发挥协同作用，从而进一步优化背膜的水蒸气透过率、耐候性及附着力，能够很好地满足太阳能电池的应用需求。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
本发明中无特殊说明，所有原料均为市购。
实施例1
本实施例的适用于太阳能电池的背膜包括依次层叠设置的基材层、增强层和耐候层。其中，基材层由金属材料制成，增强层为石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，耐候层由如下重量份的各组分混合制成：聚酯多元醇30份、氟碳树脂20份、异氰酸酯10份、纳米二氧化钛3份、偶联剂5份、润滑剂2份、羧甲基纤维素2份及溶剂5份。
需要说明的是，基材层的厚度为200-400微米，增强层的厚度为50-100微米，耐候层的厚度为100-250微米；纳米二氧化钛的平均粒径为80-200nm，润滑剂为石墨或植物油，溶剂为N,N-二甲基丙烯酰胺。
该背膜的制备方法包括如下步骤：
S1、对金属基材层进行抛光清洁处理，待用；
S2、制备石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯：将石墨烯超声分散3-5h后，加入聚对苯二甲酸乙二醇酯中，搅拌分散12-24h后静置待用，其中石墨烯的质量百分比为3-5wt％；
S3、将石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯旋转涂布于金属基材层上，自然晾干；
S4、按照重量份称取各原料组分，混合均匀制得耐候层，旋转涂布于增强层上，自然晾干，制得背膜。
实施例2
本实施例的适用于太阳能电池的背膜包括依次层叠设置的基材层、增强层和耐候层。其中，基材层由金属材料制成，增强层为石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，耐候层由如下重量份的各组分混合制成：聚酯多元醇40份、氟碳树脂30份、异氰酸酯15份、纳米二氧化钛5份、偶联剂8份、润滑剂4份、羧甲基纤维素3份及溶剂20份。
该背膜的制备方法包括如下步骤：
S1、对金属基材层进行抛光清洁处理，待用；
S2、制备石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯：将石墨烯超声分散3-5h后，加入聚对苯二甲酸乙二醇酯中，搅拌分散12-24h后静置待用，其中石墨烯的质量百分比为3-5wt％；
S3、将石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯旋转涂布于金属基材层上，自然晾干；
S4、按照重量份称取各原料组分，混合均匀制得耐候层，旋转涂布于增强层上，自然晾干，制得背膜。
实施例3
本实施例的适用于太阳能电池的背膜包括依次层叠设置的基材层、增强层和耐候层。其中，基材层由金属材料制成，增强层为石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，耐候层由如下重量份的各组分混合制成：聚酯多元醇50份、氟碳树脂40份、异氰酸酯18份、纳米二氧化钛7份、偶联剂10份、润滑剂5份、羧甲基纤维素4份及溶剂30份。
该背膜的制备方法包括如下步骤：
S1、对金属基材层进行抛光清洁处理，待用；
S2、制备石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯：将石墨烯超声分散3-5h后，加入聚对苯二甲酸乙二醇酯中，搅拌分散12-24h后静置待用，其中石墨烯的质量百分比为3-5wt％；
S3、将石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯旋转涂布于金属基材层上，自然晾干；
S4、按照重量份称取各原料组分，混合均匀制得耐候层，旋转涂布于增强层上，自然晾干，制得背膜。
对比例1
本对比例的适用于太阳能电池的背膜包括依次层叠设置的基材层、增强层和耐候层。其中，基材层由金属材料制成，增强层为聚对苯二甲酸乙二醇酯，耐候层由如下重量份的各组分混合制成：聚酯多元醇40份、氟碳树脂30份、异氰酸酯15份、纳米二氧化钛5份、偶联剂8份、润滑剂4份、羧甲基纤维素3份及溶剂20份。
该背膜的制备方法包括如下步骤：
S1、对金属基材层进行抛光清洁处理，待用；
S2、将聚对苯二甲酸乙二醇酯旋转涂布于金属基材层上，自然晾干；
S3、按照重量份称取各原料组分，混合均匀制得耐候层，旋转涂布于增强层上，自然晾干，制得背膜。
对比例2
本实施例的适用于太阳能电池的背膜包括依次层叠设置的基材层、增强层和耐候层。其中，基材层由金属材料制成，增强层为石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，耐候层由如下重量份的各组分混合制成：聚酯多元醇40份、氟碳树脂30份、异氰酸酯15份、偶联剂8份、润滑剂4份、羧甲基纤维素3份及溶剂20份。
该背膜的制备方法包括如下步骤：
S1、对金属基材层进行抛光清洁处理，待用；
S2、制备石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯：将石墨烯超声分散3-5h后，加入聚对苯二甲酸乙二醇酯中，搅拌分散12-24h后静置待用，其中石墨烯的质量百分比为3-5wt％；
S3、将石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯旋转涂布于金属基材层上，自然晾干；
S4、按照重量份称取各原料组分，混合均匀制得耐候层，旋转涂布于增强层上，自然晾干，制得背膜。
应用试验
(1)、水蒸气透过率测试
根据标准ASTM F 1249，采用TSY-W2水蒸气透过率测试仪对背膜1-25的水蒸气透过率进行测试，测试参数：温度38℃，湿度：90％，时间：24h。
(2)、耐候性测试
根据标准ISO 4892-2，采用Q-sun氙灯型耐候试验机对背膜1-25的耐候性进行测试。
(3)、附着力测试
根据标准GB/T 9286-1998，采用漆膜划格仪(昆山三诺仪器QFH漆膜划格仪，划格等级最高级为0级)对背膜1-25的附着力进行测试。
测试结果见表1：
表1实施例1-3及对比例1-2的性能测试
由上表分析可知，本发明通过在基材层与耐候层之间增加了增强层，使得背膜的附着力等级得到提高，而采用石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯作为增强层能够提高背膜的耐候性、降低水蒸气透过率；同时，研究还表明，耐候层中的纳米二氧化钛组分能够与其他组分发挥协同作用，从而进一步优化背膜的水蒸气透过率、耐候性及附着力，能够很好地满足太阳能电池的应用需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.适用于太阳能电池的背膜，其特征在于，包括依次层叠设置的基材层、增强层和耐候层，所述基材层由金属材料制成，所述增强层为石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯，所述耐候层由如下重量份的各组分混合制成：聚酯多元醇30-50份、氟碳树脂20-40份、异氰酸酯10-18份、纳米二氧化钛3-7份、偶联剂5-10份、润滑剂2-5份、羧甲基纤维素2-4份及溶剂5-30份。
2.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池的背膜，其特征在于，所述基材层的厚度为200-400微米。
3.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池的背膜，其特征在于，所述增强层的厚度为50-100微米。
4.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池的背膜，其特征在于，所述增强层的制备方法为：将石墨烯超声分散3-5h后，加入聚对苯二甲酸乙二醇酯中，搅拌分散12-24h后静置待用，其中石墨烯的质量百分比为3-5wt％。
5.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池的背膜，其特征在于，所述耐候层的厚度为100-250微米。
6.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池的背膜，其特征在于，所述纳米二氧化钛的平均粒径为80-200nm。
7.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池的背膜，其特征在于，所述润滑剂为石墨或植物油。
8.根据权利要求1所述的适用于太阳能电池的背膜，其特征在于，所述溶剂为N,N-二甲基丙烯酰胺。
9.如权利要求1-8任一项所述的适用于太阳能电池的背膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、对金属基材层进行抛光清洁处理，待用；
S2、制备石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯：将石墨烯超声分散3-5h后，加入聚对苯二甲酸乙二醇酯中，搅拌分散12-24h后静置待用，其中石墨烯的质量百分比为3-5wt％；
S3、将石墨烯改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯旋转涂布于金属基材层上，自然晾干；
S4、按照重量份称取各原料组分，混合均匀制得耐候层，旋转涂布于增强层上，自然晾干，制得背膜。
10.权利要求1-8任一项所述的背膜应用于太阳能电池上。
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