CN107978651A - 一种太阳能电池背板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池背板，其自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层，其中，第一聚合物耐候层的厚度大于第二聚合物耐候层的厚度，第四聚合物耐候层的厚度大于第三聚合物耐候层的厚度，第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层的厚度相同。本发明的太阳能电池背板成本低、耐候性好、耐久性强，并且力学性能优异。
Description
技术领域
本发明提供了一种多层膜及其制造方法，具体而言，提供了一种太阳能电池背板及其制造方法。
背景技术
太阳能电池一般包括如下几个部分：1)钢化玻璃：其作用为保护发电主体(如电池片)；2)EVA：EVA用于粘结固定钢化玻璃和发电主体(如电池片)，透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命；3)电池片：其主要作用就是发电，发电主体市场上主流的是晶体硅太阳电池片、薄膜太阳能电池片，两者各有优劣；4)背板，要求背板密封、绝缘、防水、力学性能好、耐老化(一般要求TPT、TPE等材质必须耐老化，大部分组件厂家都是质保25年，钢化玻璃，铝合金一般都没问题，关键就在与背板和硅胶是否能达到要求)；5)铝合金保护层压件；6)接线盒；7)硅胶密封。一般而言，在太阳能电池的各个组件中，最重要的而且最具有研究价值的组件包括钢化玻璃、电池片和背板，而其中，又由于太阳能电池背板通常是失效率最高的组件，所以提高电池背板的寿命以及各项性能对于提高太阳能电池的整体性能是至关重要的。
有鉴于此，现有技术提出了众多的有关背板的技术方案。例如：欧洲的Isovolta公司的TPT背板：通过PET薄膜和上下两层耐候层，复合形成三明治结构，来提高整个背板耐候性和阻隔性；美国Madico公司的TPE太阳能背板。现有技术文献1(CN102610679A)公开了一种三层结构的太阳能电池背板，这种背板结构简单，生产工艺不复杂，但是这种背板同时也存在较大的问题：首先，该背板剥离强度较低，不能适应复杂的使用环境；其次，这种背板耐久性较差，使用寿命较短；此外，这种背板的力学性能较差。现有技术文献2(CN102610679A)公开了一种太阳能电池背板，该文献提出现有技术中的耐候层制约了太阳能电池背板使用寿命的理论，并由此使用PEI作为耐候层的材料。但是PEI价格昂贵，质量较高的PEI原料每吨报价在数十万元。这样一来使得现有技术文献2的太阳能电池背板无法商业化使用。并且现有技术文献2的背板厚度仍然较厚，不符合太阳能电池轻量化的设计理念。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能电池背板及其制造方法，从而克服现有技术的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能电池背板，其特征在于：太阳能电池背板自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层，其中，第一聚合物耐候层的厚度大于第二聚合物耐候层的厚度，第四聚合物耐候层的厚度大于第三聚合物耐候层的厚度，第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层的厚度相同。
优选地，上述技术方案中，在150-200℃时，第一聚合物耐候层的粘度大于第二聚合物耐候层的粘度，第二聚合物耐候层的粘度大于第一结构增强层的粘度，第一结构增强层的粘度大于第二结构增强层的粘度。
优选地，上述技术方案中，在150-200℃时，第四聚合物耐候层的粘度大于第三聚合物耐候层的粘度，第三聚合物耐候层的粘度大于第三结构增强层的粘度，第三结构增强层的粘度大于第二结构增强层的粘度。
优选地，上述技术方案中，第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层的厚度20-50μm，第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层的厚度为10-20μm。
优选地，上述技术方案中，底层无机物耐候层以及顶层无机物耐候层的厚度为10-30nm。
优选地，上述技术方案中，第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层以及第三聚合物耐候层的两面的表面粗糙度为1μm<Ra<3μm。
优选地，上述技术方案中，第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层所使用的聚合物是聚酰胺。
优选地，上述技术方案中，第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层所使用的材料是聚对苯二甲酸乙二酯。
本发明还提供了太阳能电池背板的制造方法，其特征在于：方法包括如下步骤：提供第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层；将第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层进行层叠，得到层叠体，随后对层叠体进行热压；待热压后的层叠体冷却之后，在第一聚合物耐候层的一侧沉积底层无机物耐候层，然后在第四聚合物的一侧沉积顶层无机物耐候层。
优选地，上述技术方案中，热压为真空热压，热压包括三阶段热压：第一阶段热压，第一阶段热压温度为70-120℃，压力为10-15MPa，时间为30-60s；随后进行第二阶段热压，第二阶段热压温度为230-280℃，压力为70-100MPa，时间为300-600s；随后进行第三阶段热压，第二阶段热压温度为120-150℃，压力为30-40MPa，时间为20-50s。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明不使用价格昂贵的聚合物材料，成本较低，适合于商业化应用。特别设计了多层耐候层叠加的层结构，并且在聚合物外镀敷了无机耐候层，大大提高了结构的使用寿命；特别设计了层厚度关系，使得本发明的背板在保持力学性能和抗剥离性能的前提下，能够实现背板整体的减薄；特别设计了各个树脂层的粘度关系，大幅度提高了背板的抗剥离强度。
附图说明
图1是根据本发明的太阳能电池背板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
本发明使用的无机耐候层可以是本领域公知的高硬度材料，例如氮化硅、碳化硅、氮化钛等。本发明的树脂层可以是本领域公知的用于太阳能背板的树脂层，例如PC(聚碳酸酯)、PVDC(聚偏二氯乙烯)、PET、PETG(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1，4-环己烷二甲醇酯)、PEN(聚苯二甲酸乙二醇酯)。结构增强层可以优选是PET，耐候层优选可以是聚酰胺。在实施例1-15、17中聚合物耐候层是PA，结构增强层是PET。为保证结果的可比较性，以下实施例1-17的样品均使用相同方法制造。
图1是本发明的太阳能电池背板的结构示意图。本发明的背板包括底层无机物耐候层19、第一聚合物耐候层18、第二聚合物耐候层17、第一结构增强层16、第二结构增强层15、第三结构增强层14、第三聚合物耐候层13、第四聚合物耐候层12以及顶层无机物耐候层11。
实施例1
太阳能电池背板自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层，其中，在150-200℃时，第一聚合物耐候层的粘度大于第二聚合物耐候层的粘度，第二聚合物耐候层的粘度大于第一结构增强层的粘度，第一结构增强层的粘度大于第二结构增强层的粘度。在150-200℃时，第四聚合物耐候层的粘度大于第三聚合物耐候层的粘度，第三聚合物耐候层的粘度大于第三结构增强层的粘度，第三结构增强层的粘度大于第二结构增强层的粘度。第一聚合物耐候层的厚度为50μm、第二聚合物耐候层的厚度为40μm、第三聚合物耐候层的厚度为30μm以及第四聚合物耐候层的的厚度为20μm。第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层的厚度为20μm。底层无机物耐候层以及顶层无机物耐候层的厚度为10nm。第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层以及第三聚合物耐候层的两面的表面粗糙度约为3μm。第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层所使用的聚合物是聚酰胺。第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层所使用的材料是聚对苯二甲酸乙二酯。
实施例2
太阳能电池背板自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层，其中，在150-200℃时，第一聚合物耐候层的粘度大于第二聚合物耐候层的粘度，第二聚合物耐候层的粘度大于第一结构增强层的粘度，第一结构增强层的粘度大于第二结构增强层的粘度。在150-200℃时，第四聚合物耐候层的粘度大于第三聚合物耐候层的粘度，第三聚合物耐候层的粘度大于第三结构增强层的粘度，第三结构增强层的粘度大于第二结构增强层的粘度。第一聚合物耐候层的厚度为50μm、第二聚合物耐候层的厚度为45μm、第三聚合物耐候层的厚度为35μm以及第四聚合物耐候层的的厚度为25μm。第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层的厚度为10μm。底层无机物耐候层以及顶层无机物耐候层的厚度为30nm。第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层以及第三聚合物耐候层的两面的表面粗糙度约为1μm。第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层所使用的聚合物是聚酰胺。第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层所使用的材料是聚对苯二甲酸乙二酯。
实施例3
太阳能电池背板自下而上依次包括：第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例4
太阳能电池背板自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第二结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例5
太阳能电池背板自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例6
太阳能电池背板自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例7
在150-200℃时，第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层以及第二结构增强层的粘度相同。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例8
在150-200℃时，第一聚合物耐候层的粘度小于第二聚合物耐候层的粘度，第二聚合物耐候层的粘度小于第一结构增强层的粘度，第一结构增强层的粘度小于第二结构增强层的粘度。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例9
在150-200℃时，第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层的粘度相同。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例10
在150-200℃时，第四聚合物耐候层的粘度小于第三聚合物耐候层的粘度，第三聚合物耐候层的粘度小于第三结构增强层的粘度，第三结构增强层的粘度小于第二结构增强层的粘度。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例11
第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层的厚度为50μm。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例12
第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层的厚度为10μm。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例13
第一结构增强层厚度为10μm、第二结构增强层厚度为20μm以及第三结构增强层厚度为10μm。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例14
第一聚合物耐候层厚度为100μm。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例15
第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层以及第三聚合物耐候层的两面的表面粗糙度约为4μm。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例16
第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层所使用的聚合物是PC。第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层所使用的材料是聚对苯二甲酸乙二酯。其余条件及参数与实施例1相同。
实施例17
太阳能电池背板自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第四结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层。第四结构增强层是PET，厚度与第一结构增强层相同。其余条件及参数与实施例1相同。
为了能够与现有技术文献2中的数值进行比较，本发明使用了现有技术文献2中的测试方法。具体测试以下内容：1、拉伸强度和断裂伸长率：采用ASTMD-882标准，2、热收缩率：采用ASTMD-1204标准，在150℃下，放置30min，3、剥离强度：采用ASTMD-1876标准，180摄氏度剥离，4、水蒸气透过率：采用ASTMF-1249标准。对比例1采用现有技术文献2的实施例1。对比例2采用现有技术文献1的实施例1。需要指出的是，MD和TD模式测试得到的拉伸强度、断裂伸长率以及热收缩率数值差别不大，并且两种模式测得的结果具有相同的变化趋势，本发明统一仅使用MD模式进行测试。结果列于表1。
表1
同时，还对实施例1-2进行了耐湿热老化性实验，将实施例1-17中所有样品放置在85℃，85％环境相对湿度条件下，定期检查背板黄变情况，当明显黄变时，则认为样品已老化。实施例1-2中的样品在放置于上述环境三个月后，均不产生明显黄变。
为保持说明书简洁，以下实施例18-21没有指出各层厚度与组成，各层厚度与组成与实施例1相同。
实施例18
提供第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层；将第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层进行层叠，得到层叠体，随后对层叠体进行热压；待热压后的层叠体冷却之后，在第一聚合物耐候层的一侧沉积底层无机物耐候层，然后在第四聚合物的一侧沉积顶层无机物耐候层。热压为真空热压，热压包括三阶段热压：第一阶段热压，第一阶段热压温度为70℃，压力为15MPa，时间为60s；随后进行第二阶段热压，第二阶段热压温度为230℃，压力为100MPa，时间为600s；随后进行第三阶段热压，第二阶段热压温度为120℃，压力为40MPa，时间为50s。
实施例19
提供第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层；将第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层进行层叠，得到层叠体，随后对层叠体进行热压；待热压后的层叠体冷却之后，在第一聚合物耐候层的一侧沉积底层无机物耐候层，然后在第四聚合物的一侧沉积顶层无机物耐候层。热压为真空热压，热压包括三阶段热压：第一阶段热压，第一阶段热压温度为120℃，压力为10MPa，时间为30s；随后进行第二阶段热压，第二阶段热压温度为280℃，压力为70MPa，时间为300s；随后进行第三阶段热压，第二阶段热压温度为150℃，压力为30MPa，时间为20s。
实施例20
提供第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层；将第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层进行层叠，得到层叠体，随后对层叠体进行热压；待热压后的层叠体冷却之后，在第一聚合物耐候层的一侧沉积底层无机物耐候层，然后在第四聚合物的一侧沉积顶层无机物耐候层。只进行两阶段热压，第一阶段热压，第二阶段热压温度为230℃，压力为100MPa，时间为600s；随后进行第二阶段热压，第二阶段热压温度为120℃，压力为40MPa，时间为50s。
实施例21
提供第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层；将第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层进行层叠，得到层叠体，随后对层叠体进行热压；待热压后的层叠体冷却之后，在第一聚合物耐候层的一侧沉积底层无机物耐候层，然后在第四聚合物的一侧沉积顶层无机物耐候层。只进行两阶段热压，第一阶段热压，第一阶段热压温度为70℃，压力为15MPa，时间为60s；随后进行第二阶段热压，第二阶段热压温度为230℃，压力为100MPa，时间为600s。
表2
| 拉伸强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | 剥离强度(N/cm) | |
| 实施例18 | 520 | 150 | 102 |
| 实施例19 | 518 | 151 | 103 |
| 实施例20 | 426 | 108 | 76 |
| 实施例21 | 457 | 106 | 73 |
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种太阳能电池背板，其特征在于：所述太阳能电池背板自下而上依次包括：底层无机物耐候层、第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层、第四聚合物耐候层以及顶层无机物耐候层，其中，所述第一聚合物耐候层的厚度大于所述第二聚合物耐候层的厚度，所述第四聚合物耐候层的厚度大于所述第三聚合物耐候层的厚度，所述第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层的厚度相同。
2.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于：在150-200℃时，所述第一聚合物耐候层的粘度大于所述第二聚合物耐候层的粘度，所述第二聚合物耐候层的粘度大于所述第一结构增强层的粘度，所述第一结构增强层的粘度大于所述第二结构增强层的粘度。
3.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于：在150-200℃时，所述第四聚合物耐候层的粘度大于所述第三聚合物耐候层的粘度，所述第三聚合物耐候层的粘度大于所述第三结构增强层的粘度，所述第三结构增强层的粘度大于所述第二结构增强层的粘度。
4.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于：所述第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层的厚度为20-50μm，所述第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层的厚度为10-20μm。
5.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于：所述底层无机物耐候层以及所述顶层无机物耐候层的厚度为10-30nm。
6.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于：所述第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层以及第三聚合物耐候层的两面的表面粗糙度为1μm<Ra<3μm。
7.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于：所述第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层所使用的聚合物是聚酰胺。
8.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于：所述第一结构增强层、第二结构增强层以及第三结构增强层所使用的材料是聚对苯二甲酸乙二酯。
9.如权利要求1-8之一所述的太阳能电池背板的制造方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
提供第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层；
将所述第一聚合物耐候层、第二聚合物耐候层、第一结构增强层、第二结构增强层、第三结构增强层、第三聚合物耐候层以及第四聚合物耐候层进行层叠，得到层叠体，随后对所述层叠体进行热压；
待热压后的层叠体冷却之后，在所述第一聚合物耐候层的一侧沉积底层无机物耐候层，然后在所述第四聚合物的一侧沉积顶层无机物耐候层。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于：所述热压为真空热压，所述热压包括三阶段热压：
第一阶段热压，第一阶段热压温度为70-120℃，压力为10-15MPa，时间为30-60s；
随后进行第二阶段热压，第二阶段热压温度为230-280℃，压力为70-100MPa，时间为300-600s；
随后进行第三阶段热压，第二阶段热压温度为120-150℃，压力为30-40MPa，时间为20-50s。
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