CN108198884B - 耐湿热的太阳能电池背板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及耐湿热的太阳能电池背板及其制造方法。具体地，所述背板包括依次复合的耐候层、连接层、结构增强层和反射层，其特征在于：所述耐候层为双向拉伸PA耐候膜，或由聚酰胺(PA)、热稳定剂、抗紫外线稳定剂和无机材料制成；所述结构增强层由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金为聚丙烯与工程塑料的合金，或者为改性聚丙烯与工程塑料的合金。太阳能电池背板，以聚酰胺(PA)代替传统的氟膜材料作为耐候层，不仅能保证耐候性能，而且成本大大降低。同时以聚丙烯(PP)代替传统的PET材料作为结构增强层，避免了传统PET结构增强层耐湿热水解性能差，在长期湿热环境使用中会脆化开裂的问题，并能配合PA耐候层进一步提高背板的耐湿热老化性能。
Description
本申请是申请日为2014年08月04日，申请号为201480072489.1，发明名称为“耐湿热的太阳能电池背板及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，尤其涉及一种太阳能背板。
背景技术
人类对能源的需求持续不断的增长，目前以煤和石油等传统能源为主的情形将无法得以持久，使用可再生能源是解决人类能源挑战的唯一途径。太阳能光伏发电是可再生能源中最重要的一种。世界各国都在争相发展太阳能光伏发电，并制定和实施光伏发电的线路图。全球太阳能光伏产业在过去的五年，以50％以上的速度高速增长，据预测，在未来十年将以30％以上的速度持续发展。
太阳能背板广泛应用于太阳能电池(光伏)组件，位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，需具备可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性。氟塑料薄膜耐长期户外老化性能优异，被大量用来制备太阳能电池背板。背板主要包括耐候层、结构增强层和反射层三层结构，而目前通常用到的背板结构有TPT结构和TPE结构，其中T指杜邦公司的Tedlar薄膜，成分为聚氟乙烯(PVF)，P指聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，E指乙烯-醋酸乙烯树脂(EVA)薄膜，因此，TPT结构指PVF薄膜/PET薄膜/PVF薄膜结构，而TPE结构指PVF薄膜/PET薄膜/EVA薄膜结构，三层薄膜间用胶黏剂粘接。TPT结构的背板其典型生产商为欧洲的Isovolta公司。TPE结构的背板为美国的Madico公司的专利产品(见专利申请W02004/091901A2)。目前，还有一些公司用聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜替代PVF薄膜，提供KPK结构和KPE结构，其中K指PVDF薄膜。另外还有一些美国和日本公司尝试采用ECTFE(乙烯三氟氯乙烯共聚物)、ETFE(乙烯四氟乙烯共聚物)替代PVF薄膜或PVDF薄膜作为背板耐候层材料。3M公司则使用THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯)薄膜做太阳能电池背板的耐候层(见专利申请US2006/0280922A1)，其结构为THV/PET/EVA。
虽然传统的背板中使用氟塑料薄膜，其耐长期户外老化性能优异，但是，氟塑料薄膜本身的成本高昂，会限制其更大规模的应用。另外，传统背板的结构增强层使用的PET薄膜塑料，其耐湿热水解性能差，在长期湿热环境使用中会脆化开裂，导致太阳能电池性能的劣化或失效。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种层间联接牢固、耐湿热老化性能优良且成本低廉的太阳能电池背板，对太阳能行业有非常重要的意义。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：耐湿热的太阳能电池背板，包括依次复合的耐候层、连接层、结构增强层和反射层，其特征在于：所述耐候层为双向拉伸PA耐候膜，或由聚酰胺、热稳定剂、抗紫外线稳定剂和无机材料制成；所述结构增强层由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金为聚丙烯与工程塑料的合金，或者为改性聚丙烯与工程塑料的合金。
优选的，所述聚酰胺为选自下述组分中的一种或多种的组合：聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺46、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺614、聚酰胺613、聚酰胺615、聚酰胺616、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺10、聚酰胺912、聚酰胺913、聚酰胺914、聚酰胺915、聚酰胺616、聚酰胺1010、聚酰胺1012、聚酰胺1013、聚酰胺1014、聚酰胺1210、聚酰胺1212、聚酰胺1213、聚酰胺1214、聚对苯二甲酸己二酰胺、聚对苯二甲酸壬二酰胺、聚对苯二甲酸癸二酰胺、聚对苯二甲酸十二二酰胺、己二酸己二酰胺/对苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺、对苯二甲酸己二酰胺/间苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺、聚己二酸间二甲苯酰胺、对苯二甲酸己二酰胺/对苯二甲酸2-甲基戊二酰胺、己二酸己二酰胺/对苯二甲酸己二酰胺/间苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺、聚己内酰胺-对苯二甲酸己二酰胺。
优选的，所述结构增强层的熔点大于145℃。
优选的，所述改性聚丙烯由所述聚丙烯和热稳定剂共混改性而成，或者由所述聚丙烯、接枝聚丙烯和热稳定剂共混改性而成，或者由所述聚丙烯、热稳定剂和无机填料共混改性而成。
进一步优选的，所述聚丙烯选自均聚聚丙烯(均聚PP)、共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或几种。
进一步优选的，所述改性聚丙烯由所述聚丙烯、热稳定剂和无机填料共混改性而成。无机填料选自碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、云母、滑石、高岭土、玻璃微珠和玻璃纤维中的一种。
优选的，所述工程塑料为聚酰胺或聚苯醚。
优选的，所述连接层为马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸共聚物、或乙烯丙烯酸酯马来酸酐三元共聚物。
进一步优选的，所述连接层为乙烯/丙烯酸丁酯/马来酸酐共聚物或马来酸酐接枝聚丙烯。
优选的，所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为20-100：40-400：20-150。
优选的，所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为30-60：150-300：20-150。
优选的，所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为50-100：150-250：50-100。
优选的，所述反射层是聚乙烯合金层。
进一步优选的，所述反射层是由聚乙烯、含乙烯链段(-CH2-CH2-)的共聚物、抗紫外线稳定剂和无机白色颜料共混改性而成。
进一步优选的，所述反射层是由低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯和醋酸的共聚物(EVA)、抗紫外线稳定剂和二氧化钛(TiO2)共混改性而成。
进一步优选的，所述反射层是由低密度聚乙烯(LLDPE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、抗紫外线稳定剂和二氧化钛(TiO2)共混改性而成。
优选的，所述结构增强层和反射层之间也设有所述连接层，即太阳能电池背板由依次复合的耐候层、连接层、结构增强层、连接层和反射层组成。
本发明还提供以下两种制造上述太阳能背板的方法。
方法一，包括如下步骤：
(1)耐候层的材料、连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到耐候层塑料粒子、连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用；
(2)将步骤(1)准备的耐候层塑料粒子、连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤。
方法二，包括如下步骤：
(1)连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用；
(2)将步骤(1)准备的连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤，并涂覆在耐候层上。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，具有如下有益效果：
1.本发明的太阳能电池背板，以聚酰胺(PA)代替传统的氟膜材料作为耐候层，不仅能保证耐候性能，而且成本大大降低。同时以聚丙烯(PP)代替传统的PET材料作为结构增强层，避免了传统PET结构增强层耐湿热水解性能差，在长期湿热环境使用中会脆化开裂的问题，并能配合PA耐候层进一步提高背板的耐湿热老化性能。
2.耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例控制在20-100：40-400：20-150，尤其是30-60：150-300：20-150，或50-100：150-250：50-100，层间连接更加牢固，结构更稳定，同时可获得最佳的耐湿热老化性能。
3.本发明背板可以采用多层熔融共挤的方式制备，从而免去传统胶黏剂，提高生产率，并且有利于环保。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明实施例2-4的结构示意图；
图中：2、耐候层，4、第一连接层，6、结构增强层，12、反射层；14、耐候层，16、第一连接层，18、结构增强层，22、反射层，24、第二连接层。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示，耐湿热的太阳能电池背板，由依次复合的耐候层2、第一连接层4、结构增强层6和反射层12组成。
耐候层2由聚酰胺(PA)、热稳定剂、抗紫外线稳定剂和无机材料制成。
第一连接层4为马来酸酐接枝聚丙烯。
结构增强层6的熔点大于145℃，由改性聚丙烯制成。改性聚丙烯则由均聚聚丙烯(均聚PP)和热稳定剂共混改性而成。
反射层12是聚乙烯合金层。由聚乙烯、含乙烯链段(-CH2-CH2-)的共聚物、抗紫外线稳定剂和无机白色颜料共混改性而成。更具体的，反射层12是由低密度聚乙烯(LLDPE)、三元乙丙橡胶(EPDM)、抗紫外线稳定剂和二氧化钛(TiO2)共混改性而成。
背板的耐候层2、第一连接层4、结构增强层6、和反射层12的厚度分别为50um、25um、250um、50um。
实施例2-4
如图2所示，耐湿热的太阳能电池背板，与实施例1的区别在于：
由依次复合的耐候层14、第一连接层16、结构增强层18、第二连接层24和反射层22组成。
耐候层14为双向拉伸PA耐候膜或由聚酰胺(PA)、热稳定剂、抗紫外线稳定剂和无机材料制成。
第一连接层16为马来酸酐接枝聚丙烯或乙烯/丙烯酸丁酯/马来酸酐共聚物。
结构增强层18的熔点大于145℃，由改性聚丙烯或合金制成。改性聚丙烯由均聚聚丙烯(均聚PP)和热稳定剂共混改性而成，或者由均聚聚丙烯、接枝聚丙烯和热稳定剂共混改性而成。合金为改性聚丙烯与工程塑料的合金。工程塑料为聚酰胺。
第二连接层24与第一连接层16相同。
背板的耐候层14、第一连接层16、结构增强层18、第二连接层24、和反射层22的厚度分别为50-100um、15-40um、150-250um、15-40um、100um。
实施例1-4太阳能背板的具体参数见表1。
下面以实施例2-4太阳能背板的制造方法来说明本发明的第一种制造方法，该方法包括如下步骤：
(1)第一、第二连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到第一、第二连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用。采用本行业通用方法制备耐候层的膜或外购备用。
第一、第二连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别是按照对应层的配方采用本行业通用之方法准备。
(2)将步骤(1)准备的第一、第二连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤，并涂覆在步骤(1)准备的耐候层膜上。熔融挤出温度在180℃-310℃，优选240℃-280℃。
下面以实施例1太阳能背板的制造方法来说明本发明的第二种制造方法，该方法包括如下步骤：
(1)耐候层的材料、第一连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到耐候层塑料粒子、第一连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用。
耐候层的材料、第一连接层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别是按照对应层的配方采用本行业通用之方法准备。
(2)将步骤(1)准备的耐候层塑料粒子、第一连接层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤成膜。熔融挤出温度在180℃-310℃，优选240℃-280℃。
如果结构增强层和反射层之间还设有第二连接层，上述制备方法中在熔融共挤时增加第二连接层材料即可。
为证明本发明太阳能背板的耐候性能和强度，对其进行下述的测定实验。并且选取对比例1-2两种背板作为对比。其中，对比例1：FPE背板采用传统PVDF膜、双向拉伸PET膜和EVA膜依次涂覆聚氨酯胶黏剂复合，高温去除溶剂固化的方式制得。对比例2采用耐候的PET膜、双向拉伸PET膜和EVA膜依次涂覆聚酯胶黏剂复合，高温去除溶剂固化的方法制得。测定实验包括：1.耐候层和结构增强层间的剥离强度测试(180度，0.2m/min的剥离速度)，采用ASTM D1876标准方法；2.QUV紫外加速老化测试(UVA+UVB，30kWh/m2)，用IEC61215标准方法，测定外观及黄变；3.HAST高压加速老化试验机96小时老化(121℃，100％湿度)后的外观，采用ASTM D1868标准方法；4.Damp-Heat3000小时老化(85℃，85％湿度)后的组件功率衰减，采用的IEC61215标准方法。
对比例1-2和实施例1-4的测定结果记录在表2中。
表1
需要说明的是，表1中：相应层为多组分的，各组分间比例为重量份比例。
Tinuvin770为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，巴斯夫股份公司生产。IrganoxB225为巴斯夫股份公司生产的热稳定剂。Lotader4210为乙烯/丙烯酸丁酯/马来酸酐共聚物，由法国阿科玛公司生产。对比例1背板为日本东洋铝业公司生产的FPE板，对比例2中，PET膜为双向拉伸耐候膜，具体可以是杜邦帝人公司生产的牌号为Melinex的双向拉伸白色耐候膜，聚氨酯胶黏剂则为日本三井化学生产，牌号A-969V/A-5。
另外，马来酸酐接枝聚丙烯中的聚丙烯是均聚聚丙烯。
表2
由表1、表2可知，本发明实施例1-4背板的耐候性较对比例1-2背板的耐候性有明显的提高，同时剥离强度也能保持在较好水平。可见本发明的背板以特有材质的耐候层和结构增强层组合，具有很强的优越性。
需要说明的是，实施例1-4仅是从本发明选取的典型方案。本发明背板的耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例控制在20-100：40-400：20-150以内时，进行上述实验的测定结果均优于对比例1-2，尤其在30-60：150-300：20-150时更佳。具体不再一一赘述。本发明背板，在耐候层按本行业通用方法由聚酰胺、热稳定剂、抗紫外线稳定剂和无机材料制成时，进行上述实验的测定结果也均优于对比例1-2，不限于实施例的组分比例，具体不再一一赘述。本发明背板，在结构增强层按本行业通用方法由聚丙烯和热稳定剂，或者由聚丙烯、接枝聚丙烯、热稳定剂和聚酰胺制成时，进行上述实验的测定结果均优于对比例1-2，不限于实施例的组分比例，具体不再一一赘述。本发明背板，在反射层按本行业通用方法由聚乙烯、含乙烯链段(-CH2-CH2-)的共聚物、抗紫外线稳定剂和无机白色颜料制成时，进行上述实验的测定结果均优于对比例1-2，不限于实施例的组分比例，具体不再一一赘述。
需要说明的是，本发明的背板：
1.耐候层中，聚酰胺选自下述材料的一种或多种：聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺46、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺614、聚酰胺613、聚酰胺615、聚酰胺616、聚酰胺11、聚酰胺12、聚酰胺10、聚酰胺912、聚酰胺913、聚酰胺914、聚酰胺915、聚酰胺616、聚酰胺1010、聚酰胺1012、聚酰胺1013、聚酰胺1014、聚酰胺1210、聚酰胺1212、聚酰胺1213、聚酰胺1214、聚对苯二甲酸己二酰胺、聚对苯二甲酸壬二酰胺、聚对苯二甲酸癸二酰胺、聚对苯二甲酸十二二酰胺、己二酸己二酰胺/对苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺、对苯二甲酸己二酰胺/间苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺、聚己二酸间二甲苯酰胺、对苯二甲酸己二酰胺/对苯二甲酸2-甲基戊二酰胺、己二酸己二酰胺/对苯二甲酸己二酰胺/间苯二甲酸己二酰胺共聚酰胺、聚己内酰胺-对苯二甲酸己二酰胺。无机材料可以为二氧化钛或硫酸钡，抗紫外线稳定剂和热稳定剂则可采用本行业通用之相应材料，不限于实施例使用的材料。
2.第一连接层，可以是马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸共聚物，或乙烯丙烯酸酯马来酸酐三元共聚物。不限于实施例的材料。
3.结构增强层，除实施例的材料，还可以是聚丙烯，或聚丙烯与工程塑料的合金。当结构增强层选用改性聚丙烯时，改性聚丙烯还可以是由聚丙烯、热稳定剂和无机填料共混改性而成，或者由聚丙烯、接枝聚丙烯和热稳定剂共混改性而成，或者聚丙烯中加入热稳定剂、抗紫外线稳定剂、增韧剂和无机填料共混改性而成。无机填料选自碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、云母、滑石、高岭土、玻璃微珠和玻璃纤维中的一种。
4.反射层中，含乙烯链段(-CH2-CH2-)的共聚物选自乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和乙烯丙烯酸酯共聚物中的一种或几种。聚乙烯、抗紫外线稳定剂和无机白色颜料分别可以是本行业通用的对应材料，不限于实施例。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (9)
1.耐湿热的太阳能电池背板，包括依次复合的耐候层、结构增强层和反射层，其特征在于：所述耐候层为双向拉伸PA耐候膜，或由聚酰胺(PA)、热稳定剂、抗紫外线稳定剂和无机材料制成；所述结构增强层由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金为聚丙烯与工程塑料的合金，或者为改性聚丙烯与工程塑料的合金，所述耐湿热的太阳能电池背板还包括设置在所述耐候层和所述结构增强层之间的连接层，和设置在所述耐候层和所述反射层之间的连接层；并且
所述结构增强层的熔点大于145℃；所述改性聚丙烯由所述聚丙烯和热稳定剂共混改性而成，或者由所述聚丙烯、接枝聚丙烯和热稳定剂共混改性而成，或者由所述聚丙烯、热稳定剂和无机填料共混改性而成；所述聚丙烯选自均聚聚丙烯(均聚PP)、共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一种或几种，所述无机填料选自碳酸钙、二氧化钛、硫酸钡、云母、滑石、高岭土、玻璃微珠和玻璃纤维中的一种；所述工程塑料为聚酰胺或聚苯醚。
2.根据权利要求1所述的耐湿热的太阳能电池背板，其特征在于：所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为20-100：40-400：20-150。
3.根据权利要求1所述的耐湿热的太阳能电池背板，其特征在于：所述耐候层、结构增强层和反射层的厚度比例为30-60：150-300：20-150。
4.根据权利要求1-3任一项所述的耐湿热的太阳能电池背板，其特征在于：所述连接层由马来酸酐接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸共聚物、或乙烯丙烯酸酯马来酸酐三元共聚物制成。
5.光伏组件，其包含权利要求1至4中任意一项所述的耐湿热的太阳能电池背板。
6.制造如权利要求1-4任一项所述的耐湿热的太阳能电池背板的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)耐候层的材料、结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到耐候层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用；
(2)将步骤(1)准备的耐候层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤。
7.根据权利要求6所述的方法，其还包括如下步骤：
(3)使连接层的材料造粒，得到连接层塑料粒子；
(4)使连接层塑料粒子与步骤(1)准备的耐候层塑料粒子、结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子一起通过挤出机熔融共挤。
8.制造如权利要求1-4任一项所述的耐湿热的太阳能电池背板的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)结构增强层的材料和反射层的材料分别经挤出机造粒，得到结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子备用；
(2)将步骤(1)准备的结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子通过挤出机熔融共挤，并涂覆在耐候层上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，其还包括如下步骤
(3)使连接层的材料造粒，得到连接层塑料粒子；
(4)使连接层塑料粒子与步骤(1)准备的结构增强层塑料粒子和反射层塑料粒子一起通过挤出机熔融共挤，并涂覆在耐候层上。
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