CN108250575B - 一种单层太阳能背板及其制备方法 - Google Patents
一种单层太阳能背板及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种单层太阳能背板，所述单层太阳能背板的材质为聚烯烃复合物，所述聚烯烃复合物，包括：聚烯烃、接枝聚烯烃、光稳定剂、抗氧剂及纳米填料等。本发明还提供一种单层太阳能背板的制备方法，包括将各组分混合，挤出造粒，然后将改性造粒物料输送至片材挤出机，经熔融塑化自口型模具挤出，挤出得到的片状熔体经过冷却定型、收卷，得到单层太阳能背板。本发明提供的单层太阳能背板，一体成型，不存在层间剥离现象，提高了太阳能背板的层间强度，防止使用过程出现的脱层。本发明不使用容易水解老化的PET材料，大大提高产品的使用寿命。另外，与EVA材料的粘结性明显高于现有背板的粘结性，防止使用过程中出现的脱层。最后，本发明提供的单层太阳能背板不含氟材料，在使用过程中不会对土壤和地下水产生污染，符合环境友好型材料的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能背板及其制备方法，尤其涉及一种不包括氟材料的单层太阳能背板及其制备方法。
背景技术
太阳能是目前探测到的资源最为丰富的可再生、清洁能源，具有独特的优势和巨大的开发利用潜力，目前研究较多的是利用太阳能发电，太阳能光伏组件是太阳能发电系统中的核心部分。
由于太阳能光伏组件安装在室外，因此，其工作环境相对较差，经常风吹日晒雨淋，因此，对太阳能光伏组件的密封性以及抗紫外线能力具有较高的要求。太阳能背板是太阳能电池组件的结构性封装材料，对于延长太阳能电池的使用寿命起到了很大的作用，是太阳能电池组件不可或缺的组成部分，同时也是太阳能电池组件的成本重要构成之一，优良的背板应具有可靠的绝缘性、阻水性、机械性能、耐紫外光老化性以及耐湿热老化性能。
现有技术中使用的背板一般为多层复合结构，以聚酯膜为基材，在基材的一侧面涂覆一层胶水，在经过烘道的过程中将胶水中的溶剂烘干，然后将含氟材料复合到烘干后的胶水上，形成中间体，然后将中间体的另一侧面涂覆一层胶水，再次通过烘道烘干，并将另一层含氟材料复合到烘干后的胶水上，制备得到多层复合结构的背板。其中，含氟材料可以为聚氟乙烯膜(PVF)、聚偏二氟乙烯膜(PVDF)或者涂布氟碳树脂(FEVE)等。这样制备的多层结构的背板主要存在如下问题：
1)使用PET作为背板的芯层，PET耐水解老化性能差，容易水解开裂。
2)其层间剥离强度差、容易脱落，制备得到的背板粘接性差、电绝缘性低、容易脆化、撕裂。
3)含氟材料价格较贵、生产工艺复杂，导致背板的生产成本较高。
4)包含氟材料的背板在使用过程中可能对土壤和地下水产生污染。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供一种水汽阻隔性高、抗紫外线老化性能优良的单层太阳能背板及其制备方法。
本发明的第一个方面在于提供一种单层太阳能背板，所述单层太阳能背板的材质为聚烯烃复合物，所述聚烯烃复合物，按重量份，包括：
在一个优选实施例汇总，所述聚烯烃复合物不包括含氟聚合物。
在一个优选实施例中，所述聚烯烃复合物，按重量份，包括：
在一个优选实施例中，所述聚烯烃复合物，按重量份，包括：
在一个优选实施例中，所述聚烯烃选自聚乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚异丙烯中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述聚丙烯包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯和聚丙烯基热塑性硫化橡胶(TPV)中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述共聚聚丙烯的共聚单体包括非极性共聚单体和极性共聚单体中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述接枝聚烯烃的接枝单体为马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸丁酯、偶氮二异丁腈等中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述聚乙烯包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、极低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、茂金属催化聚乙烯和乙烯-辛烯共聚物中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述光稳定剂包括无机光屏蔽剂和有机紫外吸收剂中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述光稳定剂包括无机光屏蔽剂，所述无机光屏蔽剂包括二氧化钛、氧化锌、炭黑中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述光稳定剂包括有机紫外吸收剂为苯并三唑类、受阻胺类中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂中的任意一种或几种组合，所述主抗氧剂选自：四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、二苯胺、对苯二胺和二氢喹啉、2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四(β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯和光稳定剂2020中的任意一种或几种组合，所述辅助抗氧剂选自：三辛酯、三癸酯、三(十二碳醇)酯和三(十六碳醇)酯、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的任意一种或几种组合。
在一个优选实施例中，所述纳米填料为无机纳米填料、有机纳米填料中的任意一种或几种组合。
优选地，所述无机纳米填料选自含有Na+、Ca2+、Al3+、Si4+、Fe2+、Fe3+、Ba2+、Mg2+、Ti4+其混合物的至少一种的可交换的阳离子。
更优选地，所述无机纳米填料选自累托石、伊利石、蒙脱土、蒙脱土钠、蒙脱土钙、蒙脱土镁、绿脱石、贝得石、铬岭石、合成粘土、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、水羟硅钠石、富镁蒙脱石、蛭石、铝酸盐氧化物、钛白粉、滑石粉、水滑石、高岭石及其混合物中的任意一种或几种组合。
优选地，所述有机纳米填料为二有机基聚硅氧烷、有机累托石、钛白粉、季铵有机基聚硅氧烷中的任意一种或其组合，其中有机累托石采用期刊《化学世界》1999年版第6期，第291-293页，有机累托石的制备及其应用研究，中公开的制备方法制备。
本发明的第二个方面在于提供一种单层太阳能背板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1、按重量份，将聚烯烃50-90份、接枝聚烯烃1-50份、光稳定剂0.1-10份、抗氧剂0.1-1份、纳米填料5-30份，以500-1000rpm的转速搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至第一挤出机，在150-300℃条件下挤出造粒，制备得到聚烯烃复合物；
步骤2、将步骤1制备的聚烯烃复合物输送至片材挤出机，经熔融、塑化后经矩形模具挤出，得到片状熔体；
步骤3、步骤2得到的片状熔体经过冷却辊筒冷却定型、收卷，得到所述的单层太阳能背板。
在一个优选实施例中，所述矩形口型模具的宽度×厚度＝(800-1300)mm×(0.3-3)mm。该矩形模具所挤出片材在横向、纵向2个方向上性能均匀。
在一个优选实施例中，本发明提供的单层太阳能背板在经紫外线、湿热综合老化后的断裂伸长保留率大于等于70％。
在一个优选实施例中，本发明提供的单层太阳能背板与EVA的剥离强度大于等于200N/cm。
本发明提供的单层太阳能背板，一体成型，不存在两层或多层，不存在层间剥离现象。不使用PET,大大提高产品的使用寿命。另外，与EVA材料的粘结性达到200N/cm以上，明显高于现有技术与EVA材料的粘结性，使用本发明提供的单层太阳能背板制备的太阳能组件不易脱层，能够有效延长太阳能组件的寿命。另外，由于本发明提供的单层太阳能背板不含有含氟材料，因此，在使用过程中不会对土壤和地下水产生污染，符合环境友好型材料的要求。
具体实施方式
太阳能背板的制备
实施例一至实施例五
按重量份，将聚烯烃50-90份、接枝聚丙烯1-50份、光稳定剂0.1-10份、抗氧剂0.1-1份、纳米填料5-30份，以500-1000rpm的转速搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机，在150-300℃条件下挤出造粒，制备得到聚烯烃复合物。并将聚烯烃复合物输送至背板片材挤出机，经熔融、塑化后经矩形口型模具挤出，得到片状熔体；将得到的片状熔体经过冷却辊筒冷却定型、收卷，得到所述的单层太阳能背板。实施例一至实施例五中各组分的含量如表1所示。
表1、实施例一至实施例五中各组分的含量(重量份)
| 组分 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | 实施例五 |
| 聚丙烯 | 80 | 50 | 65 | 50 | 50 |
| 聚乙烯 | 5 | 20 | 10 | 5 | 5 |
| 接枝聚丙烃 | 10 | 20 | 5 | 15 | 30 |
| 光稳定剂 | 0.5 | 5 | 5 | 0.5 | 5 |
| 抗氧剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
| 纳米填料 | 5 | 5 | 15 | 30 | 10 |
其中，本发明的实施例中，光稳定剂为市售Tinuvin 770与二氧化钛按照重量比1：1混合复配，纳米填料是指粒度小于1000nm的颗粒，该粒度一般以直径确定。接枝聚丙烯的接枝单体为马来酸酐，纳米填料为纳米二氧化钛，抗氧剂为市售抗氧剂1010。
对比例一至对比例五
对比例一至对比例五的制备方法与实施例一至实施例五的制备方法相同，不同之处在于各组分的含量，对比例一至对比例五中各组分的含量如表2所示。
表2、对比例一至对比例五中各组分的含量(重量份)
对比例六、对比例七
对比例六为市售TPT背板，对比例七为市售KPK背板。
背板性能测试
本申请制备的单层太阳能背板为实验组，与对比例一至对比例七中提供的背板做对比，以说明本发明提供的单层太阳能背板的性能，具体测试数据如表2、表3所示：
对于耐候性试验，普遍采用的有自然气候老化试验和人工加速光照老化试验，其中人工加速光照老化试验包括氤弧灯照射或碳弧灯照射、紫外光灯照射等人工加速气候老化试验。
自然气候老化试验方法是国内外广泛采用的方法，其主要原因是自然气候老化实验结果更符合实际，所需的费用较低而且操作简单方便。虽然可以在任何地方进行自然气候老化试验，但国际上比较认可的试验场地是类似美国的佛罗里达州的暴露试验场，因为其阳光充足。但自然气候老化试验的不足之处是试验需要的时间长，试验人员可能没有这么多年的时间等待一个产品的测试结果。另外，即使是在理想的暴露试验场，气候不可能年复一年的完全相同，故试验结果的再现性也不理想。因此，很多时候要借助人工耐候性试验。
申请人采用人工加速光照老化试验方法、在试验箱中检测本发明提供的聚烯烃复合物的耐候性，本实施例试验箱的中心安装光源，箱内设有安装待测样品架的转鼓，箱体上设有光源功率、箱内温度、湿度、喷水周期等指示及自控装置，干湿球温度自动记录仪及计时器。另外箱体上还设有一空气调节器，以控制箱内臭氧的含量，试验结果如表3至表5所示，其中DH2000hr是指在85℃、湿度为85％的条件下累计2000小时，UV 300KWh是指在紫外光条件下累计照射能量为300KWh，PCT 72hr是指在121℃累计蒸煮72小时。
表3、实施例一至实施例五制备的太阳能背板的性能
表4、对比例一至对比例五制备的太阳能背板的性能
表5、对比例六、对比例七提供的的太阳能背板的性能
其中，太阳能背板的颜色采用黄变指数方法测试。
拉伸性能和断裂性能采用GB/T 528-1998所述方法测试材料的性能。
表面能采用达因笔测试。
剥离强度采用GB/T2792-1998所述方法测试材料的性能。
水汽透过率采用红外检测法测试，将本发明提供的单层太阳能背板制备成厚度为300μm的样品，测试其水汽透过率。
由表3、表4可知，实施例一至实施例五中制备的太阳能背板在DH2000hr、PCT72hr条件下处理后，太阳能背板的黄变指数均小于等于3.5，而对比例一至对比例五中制备的太阳能背板的黄变指数均大于等于4，其中，对比例四制备的太阳能背板在DH2000hr条件下处理后，其黄变指数高达8。
实施例一至实施例五中制备的太阳能背板与对比例一至对比例五制备的太阳能背板在UV300KWh条件下紫外老化处理后，太阳能背板的黄变指数无明显差别，均小于2。
另外，比较不同条件下处理后的断裂伸长保留率可知，实施例一至实施例五制备的太阳能背板在同一条件下处理后，其断裂伸长保留率性能比较接近，如在DH2000hr处理后，其断裂伸长保留率均在80％-85％之间，如在UV300KWh、PCT 72hr处理后，其断裂伸长保留率均在70％-75％之间。而对比例一至对比例五制备的太阳能背板在同一条件下处理后，其断裂伸长保留率波动较大，且均低于相同条件下实施例一至实施例五制备的太阳能背板的性能。
即本发明提供的太阳能背板的断裂伸长保留率和拉伸强度保留率均高于对比例中的相应值。另外，比较对比例一至对比例五，可知，对比例一、对比例三、对比例五中的各项性能值均高于对比例二和对比例四的相应指标，说明聚乙烯材料耐老化优于聚丙烯材料。由对比例三至对比例五可知，聚乙烯与聚丙烯的复配以及加入复合光稳定剂，也并不能有效的提高太阳能背板的性能。
而本发明提供的单层太阳能背板通过使聚丙烯、聚乙烯按照一定比例混合，加入接枝聚丙烯、复合光稳定剂以及纳米填料后，太阳能背板的性能明显提升，说明各组分在制备的过程中发生协同作用，共同提供了太阳能背板的产品性能。
本发明提供的太阳能背板的表面能均在40-42达因之间，与EVA剥离强度均大于200N/m，与EVA的粘合性能更优，水汽透过率均小于1g/m2.d，阻水性能更优越。本发明提供的太阳能背板的优良性能使其有可能作为太阳能电池背板而大幅提高太阳能电池的使用寿命。
比较实施例一至实施例五与对比例六、对比例七，具体数据如表3、表5所示，实施例一至实施例五中制备的单层太阳能背板在DH2000hr条件下处理后，单层太阳能背板的黄变指数相对于现有技术制备的TPT背板和KPK背板，黄变指数不变或稍微增高，但断裂伸长保持率大幅提高。
实施例一至对比例五中制备的单层太阳能背板在UV300KW/h条件下处理后，单层太阳能背板的黄变指数均约为2，说明本发明提供的单层太阳能背板在UV300KW/h条件下处理后，变色不太明显，现有技术制备的TPT背板和KPK背板抗变色性能接近。
实施例一至实施例五中制备的单层太阳能背板在PCT 72hr条件下处理后，单层太阳能背板的黄变指数均小于等于5，断裂伸长保持率都大于70％；而采用现有技术制备的TPT背板的黄变指数为4，KPK背板的黄变指数为8，断裂伸长保持率都小于40％.
另外，由于本发明制备的太阳能背板为单层结构，因此，其不存在层间剥离力，而对比例六、对比例七提供的太阳能背板为多层结构，层间剥离力均为4N/cm。而且，本发明提供的太阳能背板与EVA的剥离强度大于200N/cm，而对比例六、对比例七提供的太阳能背板与EVA的剥离强度在100N/cm左右，即本发明提供的单纯太阳能背板相对于现有技术制备的多层太阳能背板在使用过程中不易脱层，能够有效的提高太阳能背板的使用寿命。
由表3、表5还可以知道，本发明制备的太阳能背板的水汽通过率均在1g/m2.d以下，而对比例六、对比例七提供的太阳能背板的水汽通过率均在2.5g/m2.d左右，说明本申请提供的太阳能背板相对于现有技术制备的多层太阳能背板，水汽通过率更低，能够明显起到隔水、阻水的作用，以进一步提高太阳能背板的使用寿命。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
Claims (7)
1.一种单层太阳能背板，其特征在于，所述单层太阳能背板的材质为聚烯烃复合物，所述聚烯烃复合物，按重量份，包括：
聚丙烯 50-80份；
聚乙烯 5-50份；
接枝聚丙烯 5-50份；
光稳定剂 0.1-10份；
抗氧剂 0.1-1份；
纳米二氧化钛 5-30份。
2.根据权利要求1所述的单层太阳能背板，其特征在于，所述接枝聚丙烯的接枝单体为马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸丁酯中的任意一种或几种组合。
3.根据权利要求1所述的单层太阳能背板，其特征在于，所述光稳定剂包括无机光屏蔽剂，所述无机光屏蔽剂包括二氧化钛、氧化锌、炭黑中的任意一种或几种组合；
和/或
所述光稳定剂包括有机紫外吸收剂，所述有机紫外吸收剂为苯并三唑类、受阻胺类中的任意一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的单层太阳能背板，其特征在于，所述单层太阳能背板在85℃及湿度为85%的条件下累计2000小时、或在紫外光条件下累计照射能量为300KWh、或在121℃累计蒸煮72小时条件下的断裂伸长保留率大于等于70%。
5.根据权利要求1所述的单层太阳能背板，其特征在于，采用GB/T2792-1998所述方法测试的单层太阳能背板与EVA的剥离强度大于等于200N/cm。
6.一种如权利要求1所述的单层太阳能背板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
步骤1、按重量份，将聚丙烯50-80份、聚乙烯5-50份、接枝聚丙烯5-50份、光稳定剂0.1-10份、抗氧剂0.1-1份、纳米二氧化钛5-30份，以500-1000rpm的转速搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机，在150-300℃条件下挤出造粒，制备得到聚烯烃复合物；
步骤2、将步骤1制备的聚烯烃复合物输送至共挤出背板片材挤出机，经熔融、塑化后经矩形口型模具挤出，得到片状熔体；
步骤3、步骤2得到的片状熔体经过冷却辊筒冷却定型、收卷，得到所述的单层太阳能背板。
7.根据权利要求6所述的单层太阳能背板的制备方法，其特征在于，所述矩形口型模具为中空长方体结构，所述矩形口型模具的宽度×厚度=（800-1300）mm×（0.3-3）mm。
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| CN108250575A (zh) | 2018-07-06 |
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