CN106601853A - 一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板及制备方法和组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板及制备方法和组件。本发明的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，包括依次设置的含氟导热外涂层、高导热基材层和含氟导热内涂层，高导热基材层中含有碳纳米管和/或石墨烯，以及导热填料。其有益效果是：本发明的背板层间界面由化学键、氢键和范德华力紧密结合，是一种典型的膜胶一体化结构，导热材料在背板内形成导热网络结构使背板的每一个部分都是热的良导体，加速了热量的传递。高导热的基材和涂层可以将太阳能组件在工作中产生的热量快速传导出去，可以有效降低太阳能组件的工作温度，可有效降低组件的工作温度2‑6℃，提高光伏组件的输出功率1‑2％，提高组件发电量，降低组件的发电成本。

Description

一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板及制备方法和组件
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别涉及一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板及制备方法和组件。
背景技术
随着人类社会对能源的需求和消耗的大幅度增加以及地球的生态环境急剧恶化，太阳能光伏发电由于其来源无穷无尽和稳定性，成为最具有发展潜力的可再生新能源。太阳能组件是光伏发电系统的核心，其结构通常由前板玻璃、电池片串和背板通过EVA胶封装而成。其中电池片主要是硅基半导体，例如单晶硅电池、多晶硅电池和无定型硅电池等。太阳能电池背板是组件中除电池片外的最重要部分，主要对组件起保护作用，保证组件在各种气候条件下正常工作25年以上。
光伏发电系统在实际应用中一般处于较高的太阳辐射之下，其发电性能受自然环境的影响很大，其中系统主要部件，太阳能电池组件的工作温度是影响光伏发电效率的主要因素之一。温度对太阳能电池的影响主要反映在太阳能电池的开路电压、短路电流和峰值功率等参数随电池工作温度的变化而变化。电池的开路电压随温度的升高而降低。一般情况下，温度每升高1℃，开路电压降低2mV左右；短路电流随温度的升高而升高，电池的功率峰值随温度的升高而降低，温度每升高1℃，电池的功率损失为0.4％左右。硅基太阳能电池在较高工作温度下，开路电压随温度的升高而大幅下降，同时导致充电工作点的严重偏移，易使系统充电不足而损坏，硅基太阳能电池的输出功率随温度的升高也大幅下降，致使太阳能电池组件不能发挥最大性能，发电成本升高。
鉴于背板的材料多为高分子材料，其传导散热和辐射散热性能偏低，对其进行改性十分必要。中国专利公布号为CN104952955 A，公开日期为2015年09月30日的发明专利中揭示了一种以黑色散热涂料涂敷于组件成品或半成品中的背板上，涂料经固化而在背板外侧形成高散热层。该方法涂料的施工对象是组件的成品或半成品，体积和重量都比较大，操作不便，不利于大规模的连续化生产，而且涂层与背板之间的粘结也不牢固，涂层有脱落的风险。一旦涂层脱落，背板的散热功能就不复存在。中国专利公布号CN103606581 A，公开日期为2014年02月26日的发明专利中提供了一种以导热粘接层粘接导热耐候层的复合型背板，该方法背板的导热粘接层长期耐候性不佳容易导致层间脱落而使得背板整体的耐候性和导热性受到破坏，另外，由于基材本身没有高的导热性，背板整体的导热效果也比较有限。中国专利公布号CN 103441171 A，公开日期为2013年12月11日的发明专利中提供了一种以导热丙烯酸树脂涂层结构的导热背板，该方法的丙烯酸涂层耐候性较差，且基材本身导热性能不足从而影响背板的使用寿命和散热效果。因此，需要寻找一种更为有效和可靠的解决方案来制备高耐候性、高导热性的太阳能背板。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高耐候、高导热、高绝缘型的胶膜一体化高导热太阳能电池背板及制备方法和组件，背板具有高导热系数和高电阻率的高分子薄膜基材和耐候、高绝缘、含氟导热涂层，其中基材和涂层高度整合、无明显界面，属于膜胶一体化结构。
本发明提供的胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其技术方案为：
一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，包括依次设置的含氟导热外涂层、高导热基材层和含氟导热内涂层，高导热基材层中含有碳纳米管和/或石墨烯，以及导热填料。
其中，导热填料包括碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN或SiC中的一种或多种。
其中，高导热基材层还包括母料、增韧剂、增容剂、偶联剂和扩链剂。
其中，母料是PET、PP、PE或PO；增韧剂是SBS或SEBS；增容剂是
MAH-g-SEBS(马来酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物)、GMA-g-SEBS(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物、MAH-g-EPDM(马来酸酐接枝三元乙丙橡胶)、MAH-g-EVA(马来酸酐接枝乙烯醋酸乙烯酯)、MAH-g-LLDPE(马来酸酐接枝线型低密度聚乙烯)；偶联剂是硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂；扩链剂包括双环氧基化合物。
其中，含氟导热外涂层和含氟导热内涂层是含碳纳米管和/或石墨烯的功能含氟涂层。
其中，含氟导热外涂层和含氟导热内涂层还包括碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN或SiC中的一种或多种。
其中，含氟导热外涂层和/或含氟导热内涂层的表面接枝有极性单分子层。
其中，含氟导热外涂层和含氟导热内涂层的厚度均为微米级，高导热基材层的厚度为微米到毫米级。
其中，功能含氟涂层包括具有活性基团的功能高分子氟树脂、固化剂、助剂和填料。
其中，功能高分子氟树脂为由氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯或四氟乙烯中的一种或任几种与含活性基团的功能单体进行共聚得到的氟树脂，活性基团包括羟基、羧基或氨基，功能单体为含不饱和键、双键或三键的可聚合有机分子；固化剂为含异氰酸酯基、环氧基或氨基的多官能团固化剂，共聚指由引发剂引发的由小分子变为大分子的过程，引发剂是在热、光、辐射或微波的作用下可分解并释放出自由基的叠氮类或过氧化物类有机分子。
其中，碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，碳纳米管的直径为纳米级，碳纳米管的长度为微米或毫米级；
石墨烯是单分子层石墨烯或多分子层石墨烯，石墨烯的厚度为纳米级，石墨烯的表观尺寸为微米到毫米级；
导热填料的粒径为纳米级或微米级。
其中，碳纳米管是未经表面修饰的碳纳米管或经过表面修饰的碳纳米管，石墨烯是未经表面修饰的石墨烯或经过表面修饰的石墨烯，导热填料是未经表面修饰的导热填料或经过表面修饰的导热填料。
其中，高导热基材层的两个表面经过等离子体表面活化和刻蚀处理。
其中，碳纳米管和/或石墨烯在含氟导热外涂层和含氟导热内涂层中的质量百分比均为0.1-10％。
其中，碳纳米管和/或石墨烯在高导热基材层中的质量百分比为0.001-10％；导热填料在高导热基材层中的质量百分比小于或等于10％。
本发明化提供了一种高导热太阳能电池组件，包括上述的胶膜一体化高导热太阳能电池背板。
本发明化提供了一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：
1)、取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1-50份、导热填料1-50份、增韧剂1-10份、增容剂1-10份、偶联剂1-10份和扩链剂1-10份，先用偶联剂处理导热填料并进行干燥；
然后与其它物料混合均匀，经螺杆机挤出造粒得到高导热基材层粒料；或者先将偶联剂处理过的导热填料与增容剂和增韧剂经螺杆机挤出造粒，然后将所得的粒料再与母料和其他物料混合进行二次共挤造粒得到高导热基材层粒料；
2)、将高导热基材层粒料熔融铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型、切边收卷得到高导热基材层；
3)、向预先调制好的含氟涂料中添加质量百分比为0.1-10％的碳纳米管和/或石墨烯，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料；
4)、将高导热基材层卷材进行在线等离子体表面处理，处理的线速度为5到100米/分钟，将预先调制好的含碳纳米管和/或石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于高导热基材层表面；在100摄氏度到170摄氏度、30秒到600秒的条件下固化得到含氟导热外涂层，在含氟导热外涂层表面接枝一层极性单分子层；
5)、将高导热基材层的另一面进行等离子体处理，将预先调制好的含碳纳米管和/或石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于基材层表面，在120摄氏度到160摄氏度、50秒到500秒的条件下固化得到含氟导热内涂层，在含氟导热内涂层表面接枝一层极性单分子层。
本发明化还提供了一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：
1)、取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1-50份、导热填料1-50份、增韧剂1-10份、增容剂1-10份、偶联剂1-10份和扩链剂1-10份，先用偶联剂处理导热填料并进行干燥；
然后与其它物料混合均匀，经螺杆机挤出造粒得到高导热基材层粒料；或者先将偶联剂处理过的导热填料与增容剂和增韧剂经螺杆机挤出造粒，然后将所得的粒料再与母料和其他物料混合进行二次共挤造粒得到高导热基材层粒料；
2)、将高导热基材层粒料熔融铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型、切边收卷得到高导热基材层；
3)、向预先调制好的含氟涂料中添加质量百分比为0.1-10％的碳纳米管和/或石墨烯，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料；
4)、将高导热基材层卷材的两个表面进行在线等离子体表面处理，处理的线速度为5到100米/分钟，将预先调制好的含碳纳米管和/或石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于高导热基材层的两个表面；
5)、将高导热基材层在100摄氏度到170摄氏度、30秒到600秒的条件下固化得到含氟导热内涂层和含氟导热外涂层；
6)、在含氟导热外涂层的空气面接枝一层极性单分子层，在含氟导热内涂层的与封装材料的接触面接枝一层极性单分子层。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明提供的一体化高导热太阳能电池背板，由高导热、高绝缘的基材层、能与接线盒有良好粘接力的高导热、高绝缘、高耐候性的涂覆型外层和能与封装材料EVA有良好粘接力的高导热、高绝缘、高耐候性的涂覆型内层组成。整个背板层间界面由化学键、氢键和范德华力紧密结合，是一种典型的膜胶一体化结构背板，导热材料在背板内形成导热网络结构使背板的每一个部分都是热的良导体，加速了热量的传递。内外两层的含氟涂层可以提高背板整体的可靠性、耐候性。高导热的基材和涂层可以将太阳能组件在工作中产生的热量快速传导出去，可以有效降低太阳能组件的工作温度，可有效降低组件的工作温度2-6℃，提高光伏组件的输出功率1-2％，提高组件发电量，降低组件的发电成本。
在内层EVA面含氟耐候粘接涂层和外层空气面含氟耐候保护涂层表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层，克服了含氟材料表面能低、粘合力弱的缺点，使背板分别与组件中的封装材料EVA以及接线盒粘合牢固。本发明所提供的背板充分整合了组件对背板性能的各种要求，尤其是导热性，背板各种性能指标可控、可调，制备工艺灵活，使背板为组件的长期稳定性提供了有力的保证。
附图说明
图1为本发明所用的单壁碳纳米管结构示意图。
图2为本发明所用的多壁碳纳米管结构示意图。
图3为本发明所用的表面修饰的单壁碳纳米管结构示意图(R代表任何化学基团)。
图4为本发明所用的表面修饰的多壁碳纳米管结构示意图(R代表任何化学基团)。
图5为本发明所用的单层石墨烯结构示意图。
图6为本发明所用的多层石墨烯结构示意图。
图7为本发明所用的表面修饰的单层石墨烯结构示意图(R代表任何化学基团)。
图8为本发明所用的表面修饰的多层石墨烯结构示意图(R代表任何化学基团)。
图9为本发明所用的导热填料结构示意图。
图10为本发明所用的表面修饰的导热填料结构示意图(R代表任何化学基团)。
图11为一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图11所示，本发明提供的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，包括依次设置的含氟导热外涂层2、高导热基材层1和含氟导热内涂层4，高导热基材层1中含有碳纳米管和/或石墨烯，以及导热填料；导热填料包括碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、A1N或SiC中的一种或多种。通过在高分子薄膜基材中添加碳纳米管和/或石墨烯等一维和/或二维导热材料，并添加碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等零维导热材料中的一种或多种，在基材内部形成多通道、高比表面积的三维导热网络，有效提高作为太阳能电池背板主体的基材的导热系数。同时基材层还具有高导热系数和高电阻率，基材和涂层高度整合、无明显界面，属于膜胶一体化结构。
高导热基材层1还包括母料、增韧剂、增容剂、偶联剂、扩链剂和其它助剂，母料是PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)或PO(环氧丙烷)，优选PET，可以采用弹性体对PET等高分子母料进行增韧，增韧剂可选用SBS(苯乙烯与丁二烯的嵌段共聚物)、SEBS(聚苯乙烯为末端段，以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物)等弹性体。采用接枝共聚物对PET等高分子母料和导热填料(尤其是表面修饰后的填料)进行增容，增容剂可选用MAH-g-SEBS、GMA-g-SEBS、MAH-g-EPDM、MAH-g-EVA、MAH-g-LLDPE等材料。采用偶联剂对导热填料进行表面修饰，偶联剂可选用硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂等材料。采用扩链剂稳定或扩大高分子(尤其是PET)在加工过程中的分子量，由于PET熔体强度低，且降解严重，扩链剂的存在可以很好的平衡PET的降解，达到了稳定或扩大分子量的作用，提高了熔体强度和力学性能，保证了材料所需大强度，扩链剂包括双环氧基化合物等能在熔融共挤过程中与PET进行化学反应的物质。
本实施例优选，含氟导热外涂层2和含氟导热内涂层4是含碳纳米管和/或石墨烯的功能含氟涂层；含氟导热外涂层2和含氟导热内涂层4还包括碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、A1N、SiC等中的一种或多种。选用物理尺寸和化学性能合适的导热添加剂与含氟功能材料、固化剂和其它助剂一起配制成具有三维导热网络的含氟涂层，有效提高了涂层的导热系数。本实施例的背板的导热系数和热辐射效率可以根据基材和涂层中的碳纳米管、石墨烯、碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等一种或多种的含量来调控，背板的传热方向也可以通过基材和涂层中碳纳米管或石墨烯的取向来调控，可望有效降低组件的工作温度2-6摄氏度，提高光伏组件的输出功率1-2％；高导热的耐候保护涂层与高导热基材层1之间的结合都是通过强有力的化学键、氢键和范德华力完美结合，整个背板是一种一体化的结构。
含碳纳米管和/或石墨烯的功能含氟涂层包括具有活性基团的功能高分子氟树脂、固化剂、助剂和填料，填料可以选择无机和有机填料，将上述组分调配形成涂液，涂制后经固化为功能含氟涂层。功能高分子氟树脂为由氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯或四氟乙烯中的一种或任几种与其它含活性基团的功能单体进行共聚得到的氟树脂，活性基团包括羟基、羧基、氨基等可反应基团，功能单体指含不饱和键(双键或三键)的可聚合有机分子，共聚指由引发剂引发的由小分子变为大分子的过程，例如自由基型共聚、离子型共聚或原子转移自由基聚合等，引发剂指在热、光、辐射或微波的作用下可以分解释放出自由基的叠氮类或过氧化物类有机分子。固化剂为含异氰酸酯基、环氧基或氨基的多官能团固化剂。固化方式为热固化、辐射固化、微波固化或光固化中的一种或几种。
参见图11所示，含氟导热外涂层2和/或含氟导热内涂层4的表面接枝有极性单分子层3。在空气面中的含氟涂层表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，可以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点，使背板与组件中的接线盒粘合牢固，避免接线盒的脱落。将EVA面中的含氟导热内涂层4表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，科以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点。含氟导热外涂层2的涂层厚度为微米级，优选1到100微米。与封装材料EVA有良好结合力的含氟导热内涂层4也是由含有碳纳米管或石墨烯的功能性含氟涂层经固化而成，涂层厚度为微米级，优选1到100微米。同时该层涂料具有与EVA相似的物化性能，从而与电池片的封装材料EVA有良好的粘合力，降低了背板在使用过程中与电池片分离的风险，提高了组件的长期可靠性。
高分子薄膜基材为在母料中添加碳纳米管、石墨烯、碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等一种或多种辅助导热填料经双螺杆熔融共挤造粒、流延铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型等连续工艺形成的卷材，其厚度为微米级，优选30微米到300微米，导热材料在基材内形成三维导热网络提高薄膜基材的导热系数。母料优选PET材料，可以充分发挥PET的机械强度、阻隔性和绝缘性，高导热基材层1的两个表面经过等离子体表面活化和刻蚀处理，然后涂覆含碳纳米管或石墨烯、以及导热填料的功能氟树脂，并经固化工艺形成外层和内层。采用等离子技术对PET进行表面处理，清洗PET表面的有机污染物的同时对表面进行刻蚀和活化，增加了粘接性。
参见图1至图5所示，碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，碳纳米管具有很大的长径比，碳纳米管的直径为纳米级，优选1到100纳米，碳纳米管的长度为微米或毫米级，优选1微米到10毫米。参见图5-图8所示，石墨烯是单分子层石墨烯或多分子层石墨烯，石墨烯的厚度为纳米级，优选1到100纳米，石墨烯的表观尺寸(即石墨烯微片尺寸)为微米到毫米级，优选1微米到10毫米。碳纳米管或石墨烯可以未经表面修饰或经过表面修饰，表面修饰可以是化学修饰，也可以是物理修饰，修饰后的表面具有不同的化学基团。对碳纳米管和石墨烯的物理尺寸和化学性能进行上述限定，具有优异的散热性能。参见图9-图10所示，碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等导热填料可以是未经表面修饰的或经过表面修饰的，其粒径为纳米级或微米级，例如1纳米到100微米。碳纳米管和/或石墨烯在含氟导热外涂层2和含氟导热内涂层4中的质量百分比均为0.1-10％，优选1-8％，导热填料在含氟导热外涂层2和含氟导热内涂层4中的质量百分比小于或等于10％，优选质量百分比为1-8％。碳纳米管和/或石墨烯在高导热基材层1中的质量百分比为0.001-10％，优选1-8％；导热填料在高导热基材层1中的质量百分比小于或等于10％，优选质量百分比为1-8％。
碳纳米管(CNTs)是一种管状的碳分子(图1-图4)，为典型的一维量子材料，是目前世界上已知的最好的导热材料之一。纳米管状的材料与颗粒状和其它散热填料相比，更容易形成导热网络，对涂层增强增韧效果明显，涂层很薄时，比如5-10微米，就能形成均匀光洁、机械性能优异的膜。石墨烯(图5-图8)也是一种特殊材料，是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄(鳞片状)，只有一个碳原子厚度的二维材料，具有性能的各向异性即平行鳞片方向和垂直鳞片方向的性能有很大的差异性。石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光，导热系数高达5300W/m·K(平行鳞片方向)，高于碳纳米管。与碳纳米管相似，基于石墨烯的散热涂料的导热系数和热辐射效率也可以通过石墨烯的用量来调控，并且可以根据石墨烯的取向来调整传热的方向。碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝和氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等(图9-图10)作为传统的高导热材料，通常作为填料用于绝缘导热材料中。所得材料的导热性强烈依赖于填料本身的热导率、填料的颗粒形态及填料的添加量。在本发明中，它们作为碳纳米管和/或石墨烯的辅助导热填料，与碳纳米管和/或石墨烯在背板内部形成三维导热网络，可以增加背板内部热传导的面积和通道，有效提高背板的导热系数。
本实施例还提供了一种高导热太阳能电池组件，包括上述的胶膜一体化高导热太阳能电池背板。
下述以几个实施例对上述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法进行详述：
实施例1
一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：
1)、取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1-50份、导热填料1-50份、增韧剂1-10份、增容剂1-10份、偶联剂1-10份和扩链剂1-10份，先用偶联剂处理导热填料并进行干燥；然后与其它物料混合均匀，经双螺杆机在250-300摄氏度条件下挤出造粒得到高导热基材层1粒料；
2)、将高导热基材层1粒料熔融铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型、切边收卷得到高导热基材层1；
3)、向预先调制好的含氟涂料中添加质量百分比为0.1-10％的经表面修饰的碳纳米管和未经表面修饰石墨烯，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料；
4)、将厚度为38微米到300微米、幅宽为1米到4米的高导热基材层1卷材进行在线等离子体表面处理，处理的线速度为5到100米/分钟，将预先调制好的含经表面修饰的碳纳米管和未经表面修饰石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于高导热基材层1表面；在100摄氏度到170摄氏度、30秒到600秒的条件下，在微波场中固化得到含氟导热外涂层2(空气面接触保护层)，将空气面中的含氟导热外涂层2表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点；
5)、将高导热基材层1的另一面进行等离子体处理，将预先调制好的含经表面修饰的碳纳米管和未经表面修饰石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于基材层表面，在120摄氏度到160摄氏度、50秒到500秒的条件下，在微波场中固化得到含氟导热内涂层4(EVA面粘接保护层)，将EVA面中的含氟导热内涂层4表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点。
本实施例中，导热填料可以选择碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、A1N或SiC中的一种或多种。母料可以选择PET、PP、PE或PO，优选PET；增韧剂可以选择SBS或SEBS；增容剂可以选择MAH-g-SEBS、GMA-g-SEBS、MAH-g-EPDM、MAH-g-EVA或MAH-g-LLDPE；偶联剂可以选择硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂；扩链剂包括双环氧基化合物。碳纳米管是未经表面修饰的碳纳米管或经过表面修饰的碳纳米管，石墨烯是未经表面修饰的石墨烯或经过表面修饰的石墨烯，导热填料是未经表面修饰的导热填料或经过表面修饰的导热填料。
实施例2
本实施例的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：
1)、取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1-50份、导热填料1-50份、增韧剂1-10份、增容剂1-10份、偶联剂1-10份和扩链剂1-10份，先用偶联剂处理导热填料并进行干燥；
然后与其它物料混合均匀，经双螺杆机在270摄氏度条件下挤出造粒得到高导热基材层1粒料；本实施例中，导热填料未经过表面修饰；
2)、将高导热基材层1粒料熔融铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型、切边收卷得到高导热基材层1；
3)、向预先调制好的含氟涂料中添加质量百分比为0.1-10％的碳纳米管，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料；
4)、将厚度为38微米到300微米、幅宽为1米到4米的高导热基材层1卷材的两个表面进行在线等离子体表面处理，处理的线速度为5到100米/分钟，将预先调制好的含碳纳米管的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于高导热基材层1的两个表面；
5)、将高导热基材层1在100摄氏度到170摄氏度、30秒到600秒的条件下，在微波场中固化得到含氟导热内涂层4和含氟导热外涂层2；
6)、将空气面中的含氟导热外涂层2表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点；将EVA面中的含氟导热内涂层4表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点。
实施例3
一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：
1)、取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1-50份、导热填料1-50份、增韧剂1-10份、增容剂1-10份、偶联剂1-10份和扩链剂1-10份，先用偶联剂处理导热填料并进行干燥；再将偶联剂处理过的导热填料与增容剂和增韧剂经双螺杆螺杆机挤出造粒，然后将所得的粒料再与母料和其他物料混合进行二次共挤造粒得到高导热基材层1粒料；挤出温度为250-300摄氏度；
2)、将高导热基材层1粒料熔融铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型、切边收卷得到高导热基材层1；
3)、向预先调制好的含氟涂料中添加质量百分比为0.1-10％的石墨烯，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料；
4)、将厚度为38微米到300微米、幅宽为1米到4米的高导热基材层1卷材进行在线等离子体表面处理，处理的线速度为5到100米/分钟，将预先调制好的含石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于高导热基材层1表面；在100摄氏度到170摄氏度、30秒到600秒的条件下，在微波场中固化得到含氟导热外涂层2(空气面接触保护层)，将空气面中的含氟导热外涂层2表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点；
5)、将高导热基材层1的另一面进行等离子体处理，将预先调制好的含石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于基材层表面，在120摄氏度到160摄氏度、50秒到500秒的条件下，在微波场中固化得到含氟导热内涂层4(EVA面粘接保护层)，将EVA面中的含氟导热内涂层4表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点。
实施例4
本实施例的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：
1)、取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1-50份、导热填料1-50份、增韧剂1-10份、增容剂1-10份、偶联剂1-10份和扩链剂1-10份，先用偶联剂处理导热填料并进行干燥；再将偶联剂处理过的导热填料与增容剂和增韧剂经双螺杆机挤出造粒，然后将所得的粒料再与母料和其他物料混合进行二次共挤造粒得到高导热基材层1粒料；
2)、将高导热基材层1粒料熔融铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型、切边收卷得到高导热基材层1；
3)、向预先调制好的含氟涂料中添加质量百分比为0.1-10％的碳纳米管和/或石墨烯，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料；
4)、将厚度为38微米到300微米、幅宽为1米到4米的高导热基材层1卷材的两个表面进行在线等离子体表面处理，处理的线速度为5到100米/分钟，将预先调制好的含碳纳米管和/或石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于高导热基材层1的两个表面；
5)、将高导热基材层1在100摄氏度到170摄氏度、30秒到600秒的条件下，在微波场中固化得到含氟导热内涂层4和含氟导热外涂层2；
6)、将空气面中的含氟导热外涂层2表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点；将EVA面中的含氟导热内涂层4表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点。
实施例5
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤3)中，向涂料中加入3％(wt％)的经表面修饰的单壁碳纳米管，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料。
实施例6
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤3)中，向涂料中加入5％(wt％)的未经表面修饰的多壁碳纳米管，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料。
实施例7
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤3)中，向涂料中加入0.1％(wt％)的经表面修饰的多壁碳纳米管，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料。
实施例8
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤3)中，向涂料中加入3％(wt％)的未经表面修饰的碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等一种或多种的组合，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料。
实施例9
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤3)中，向涂料中加入10％(wt％)的经表面修饰的碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等一种或多种的组合，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料。
实施例10
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤3)中，向涂料中加入1％(wt％)的碳纳米管和碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等其中的一种或多种的组合，混合搅拌均匀后制备得到碳纳米管基和非碳基导热功能性含氟导热涂料。
实施例11
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤3)中，向涂料中加入8％(wt％)的石墨烯和碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等其中的一种或多种的组合，混合搅拌均匀后制备得到石墨烯基和非碳基导热功能性含氟涂料。
实施例12
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤1)中，取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1份、导热填料50份、增韧剂10份、增容剂1份、偶联剂1份和扩链剂10份，先用硅烷偶联剂处理导热填料并进行干燥；然后与其它物料混合均匀，经双螺杆机在250-300摄氏度条件下挤出造粒得到高导热基材层1粒料
实施例13
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤1)中，取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯50份、导热填料1份、增韧剂1份、增容剂10份、偶联剂1份和扩链剂10份，先用硅烷偶联剂处理导热填料并进行干燥；然后与其它物料混合均匀，经双螺杆机在250-300摄氏度条件下挤出造粒得到高导热基材层1粒料；
实施例14
本实施例采用与实施例1相同的方式制备本实施例的高导热太阳能电池背板，不同之处在于步骤1)中，取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯25份、导热填料20份、增韧剂3份、增容剂5份、偶联剂8份和扩链剂2份，先用硅烷偶联剂处理导热填料并进行干燥；然后与其它物料混合均匀，经双螺杆机在250-300摄氏度条件下挤出造粒得到高导热基材层1粒料；
按照实施例1-14的方法制备得到的一种高耐候、高耐磨、高阻隔、高导热太阳能电池背板与现有技术相比具有如下优点：
1)、选用物理尺寸和化学性能合适的碳纳米管、石墨烯、碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等中的一种或多种与PET等高分子母料、增韧剂、增容剂、偶联剂、扩链剂和其它助剂均匀混合后进行熔融挤出、流延铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型等连续工艺制成高导热、高绝缘高分子基材，在基材内部形成多通道、高比表面积的三维导热网络，有效提高作为太阳能电池背板主体的基材的导热系数，能及时有效地将组件工作过程中产生的热量散发出去，降低组件的工作温度、提高组件的发电量，降低组件的发电成本。同时基材层还具有高导热系数和高电阻率。
2)、采用等离子技术对高导热高分子薄膜基材进行表面处理，清洗基材表面，还可以增加基材的表面积，增大涂层与基材之间的接触面积以增加层间结合力，使基材与涂层的一体化程度提高，在对基材进行刻饰的同时还会对其进行活化，使表面富含-OH，-NH2，-COOH等活性基团，这些活性基团可以参与涂层的固化交联反应，使得高分子薄膜基材与涂层之间由化学键、氢键和范德华力进行结合，基材和涂层高度整合、无明显界面，进一步提高太阳能背板的膜胶一体化程度。
3)、在空气面中的含氟涂层表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点，使背板与组件中的接线盒粘合牢固，避免接线盒的脱落；在空气面和EVA面的含氟涂层表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层3，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点，使背板分别与组件中的接线盒和封装材料EVA粘合牢固。
4)、含氟功能涂料中的碳纳米管、石墨烯等一维和/或二维导热材料以及碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等零维导热材料的引入可以在涂层内部形成多通道、高比表面积的三维导热网络，极大提高背板整体的导热系数。背板内外涂层为含氟材料，有较高的耐候性，充分满足了太阳能组件对其所需要的各种性能，层与层之间由化学键、氢键和范德华力结合，完美实现了一体化结构，避免了实际应用中由于背板分层而导致的组件失效。
5)、背板的导热系数可以通过碳纳米管、石墨烯以及碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN、SiC等的添加量来进行调控。
6)、用流延法将预先配制好的含氟功能涂料均匀地涂覆于高分子薄膜基材表面，可以对涂覆层膜厚进行精确控制；涂料在100度到170度温度、30到600秒的时间下固化过程中使用微波场辅助固化，涂层的高导热含氟功能涂料固化均匀、完全。
7)、高导热背板可望降低组件的工作温度2到6℃，大大提高组件的输出功率，有效降低发电成本。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (18)

1.一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，包括依次设置的含氟导热外涂层、高导热基材层和含氟导热内涂层，其特征在于：所述高导热基材层中含有碳纳米管和/或石墨烯，以及导热填料。
2.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：所述导热填料包括碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、AlN或SiC中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：所述高导热基材层还包括母料、增韧剂、增容剂、偶联剂和扩链剂。
4.根据权利要求3所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：所述母料是PET、PP、PE或PO；所述增韧剂是SBS或SEBS；所述增容剂是MAH-g-SEBS、GMA-g-SEBS、MAH-g-EPDM、MAH-g-EVA或MAH-g-LLDPE；所述偶联剂是硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂；所述扩链剂包括双环氧基化合物。
5.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：含氟导热外涂层和含氟导热内涂层是含碳纳米管和/或石墨烯的功能含氟涂层。
6.根据权利要求5所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：含氟导热外涂层和含氟导热内涂层还包括碳酸钡、硫酸钡、氮化硼、氧化铝、氧化镁、Si3N4、A1N或SiC中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：含氟导热外涂层和/或含氟导热内涂层的表面接枝有极性单分子层。
8.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：含氟导热外涂层和含氟导热内涂层的厚度均为微米级，高导热基材层的厚度为微米到毫米级。
9.根据权利要求5所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：功能含氟涂层包括具有活性基团的功能高分子氟树脂、固化剂、助剂和填料。
10.根据权利要求9所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：功能高分子氟树脂为由氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯或四氟乙烯中的一种或任几种与含活性基团的功能单体进行共聚得到的氟树脂，活性基团包括羟基、羧基或氨基，功能单体为含不饱和键、双键或三键的可聚合有机分子；固化剂为含异氰酸酯基、环氧基或氨基的多官能团固化剂。
11.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，碳纳米管的直径为纳米级，碳纳米管的长度为微米级或毫米级；
石墨烯是单分子层石墨烯或多分子层石墨烯，石墨烯的厚度为纳米级，石墨烯的表观尺寸为微米级到毫米级；
导热填料的粒径为纳米级或微米级。
12.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：碳纳米管是未经表面修饰的碳纳米管或经过表面修饰的碳纳米管，石墨烯是未经表面修饰的石墨烯或经过表面修饰的石墨烯，导热填料是未经表面修饰的导热填料或经过表面修饰的导热填料。
13.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：高导热基材层的两个表面经过等离子体表面活化和刻蚀处理。
14.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：碳纳米管和/或石墨烯在含氟导热外涂层和含氟导热内涂层中的质量百分比均为0.1-10％。
15.根据权利要求1所述的一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板，其特征在于：碳纳米管和/或石墨烯在高导热基材层中的质量百分比为0.001-10％；导热填料在高导热基材层中的质量百分比小于或等于10％。
16.一种高导热太阳能电池组件，其特征在于：包括权利要求1-15任一所述的胶膜一体化高导热太阳能电池背板。
17.一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1-50份、导热填料1-50份、增韧剂1-10份、增容剂1-10份、偶联剂1-10份和扩链剂1-10份，先用偶联剂处理导热填料并进行干燥；
然后与其它物料混合均匀，经螺杆机挤出造粒得到高导热基材层粒料；或者先将偶联剂处理过的导热填料与增容剂和增韧剂经螺杆机挤出造粒，然后将所得的粒料再与母料和其他物料混合进行二次共挤造粒得到高导热基材层粒料；
2)、将高导热基材层粒料熔融铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型、切边收卷得到高导热基材层；
3)、向预先调制好的含氟涂料中添加质量百分比为0.1-10％的碳纳米管和/或石墨烯，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料；
4)、将高导热基材层卷材进行在线等离子体表面处理，处理的线速度为5到100米/分钟，将预先调制好的含碳纳米管和/或石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于高导热基材层表面；在100摄氏度到170摄氏度、30秒到600秒的条件下固化得到含氟导热外涂层，在含氟导热外涂层表面接枝一层极性单分子层；
5)、将高导热基材层的另一面进行等离子体处理，将预先调制好的含碳纳米管和/或石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于基材层表面，在120摄氏度到160摄氏度、50秒到500秒的条件下固化得到含氟导热内涂层，在含氟导热内涂层表面接枝一层极性单分子层。
18.一种胶膜一体化高导热太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、取基材层母料100份、碳纳米管和/或石墨烯0.1-50份、导热填料1-50份、增韧剂1-10份、增容剂1-10份、偶联剂1-10份和扩链剂1-10份，先用偶联剂处理导热填料并进行干燥；
然后与其它物料混合均匀，经螺杆机挤出造粒得到高导热基材层粒料；或者先将偶联剂处理过的导热填料与增容剂和增韧剂经螺杆机挤出造粒，然后将所得的粒料再与母料和其他物料混合进行二次共挤造粒得到高导热基材层粒料；
2)、将高导热基材层粒料熔融铸片、纵向拉伸、横向拉伸、牵引定型、切边收卷得到高导热基材层；
3)、向预先调制好的含氟涂料中添加质量百分比为0.1-10％的碳纳米管和/或石墨烯，混合搅拌均匀后制备得到功能性含氟导热涂料；
4)、将高导热基材层卷材的两个表面进行在线等离子体表面处理，处理的线速度为5到100米/分钟，将预先调制好的含碳纳米管和/或石墨烯的功能性含氟导热涂料用流延技术均匀地涂覆于高导热基材层的两个表面；
5)、将高导热基材层在100摄氏度到170摄氏度、30秒到600秒的条件下固化得到含氟导热内涂层和含氟导热外涂层；
6)、在含氟导热外涂层的空气面接枝一层极性单分子层，在含氟导热内涂层的与封装材料的接触面接枝一层极性单分子层。
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