CN108503959A - 一种太阳能电池背板用聚烯烃薄膜 - Google Patents

一种太阳能电池背板用聚烯烃薄膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池背板用聚烯烃薄膜，该薄膜至少包含三层结构，其特征在于，所述薄膜中含有60wt％以上的聚丙烯，所述第一层的组分及质量份数为：第一聚烯烃100份、α烯烃共聚物20份‑80份、填料1份‑30份、防老化剂0.1份‑5份，其中，所述组合物A中含有至少70wt％以上的无规聚丙烯；所述第二层的组分及质量份数为：第二聚烯烃100份、填料1份‑30份、防老化剂0.1份‑5份，其中，所述组合物B中含有70wt％以上的均聚聚丙烯和/或嵌段聚丙烯；所述第三层的主要组分及质量份数为：第三聚烯烃100份、α烯烃共聚物5份‑80份、防老化剂0.1份‑5份，其中，所述第三聚烯烃中含有70wt％以上的等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种。本发明获得的产品与EVA粘结性能良好，与PET复合牢度较强，同时具有优异的耐老化性能。通过本发明公开的聚烯烃薄膜所制备的太阳能电池背板也具有较高的反射率，较好的耐高温性能及绝缘性能。

Description

一种太阳能电池背板用聚烯烃薄膜
技术领域
本发明涉及薄膜技术领域，特别涉及一种太阳能电池背板用聚烯烃薄膜。
背景技术
太阳能是最丰富的可再生资源，具有独特的优势和巨大的开发应用潜力，太阳能电池发电是有效利用太阳光的一种方式。背板是太阳能电池的封装材料，对于延长太阳能电池组件的使用寿命起到重要的作用。目前市场上复合型背板占据重要地位，而绝大多数复合型背板与EVA的接触面所使用的材料为PE膜，但使用PE膜制成的背板的反射率低。此外光伏组件在制作过程中需要经历层压的工序，PE在层压过程中会融化，导致背板进行 DTI测试时厚度降低，而行业内目前推荐用DTI来表征背板的绝缘性能，这就导致了使用 PE作为粘结层材料的背板绝缘性能较低。
研究发现使用聚丙烯膜代替PE膜制成的背板的反射率较高，但聚丙烯膜与EVA的粘结性太差，原因是太阳能电池组件在封装的时候，聚丙烯膜在层压过程中不融化，与EVA分子间无法相互缠绕；但是聚丙烯在层压过程中不熔化这一特征恰巧提高了背板的DTI厚度，进而提高了背板的绝缘性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种太阳能电池背板用烯烃薄膜，它既能与EVA具有良好的粘结性，也能与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)实现粘结复合，同时具有优异的耐老化性能，用其制作的背板具有较高的反射率，较好的耐高温性及绝缘性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种太阳能电池背板用聚烯烃薄膜，所述薄膜至少包含三层结构，所述薄膜中含有 60wt％以上的聚丙烯，所述第一层的组分及质量份数为：
其中，所述组合物A中含有至少70wt％以上的无规聚丙烯；
所述第二层的组分及质量份数为：
第二聚烯烃 100份
填料 1份-30份
防老化剂 0.1份-5份
其中，所述组合物B中含有70wt％以上的均聚聚丙烯和/或嵌段聚丙烯；
所述第三层的主要组分及质量份数为：
第三聚烯烃 100份
α烯烃共聚物 5份-80份
防老化剂 0.1份-5份
其中，所述第三聚烯烃中含有70wt％以上的等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种。
上述聚烯烃薄膜，所述第一层中组合物A中还含高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或几种。
上述聚烯烃薄膜，所述第二层中组合物B中还含无规聚丙烯、聚乙烯。
上述聚烯烃薄膜，所述第三层中第三聚烯烃中还含高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或多种。
上述聚烯烃薄膜，所述α烯烃共聚物为乙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物中的一种或者两种。
上述聚烯烃薄膜，所述α烯烃共聚物DSC测试的熔融峰范围为30℃-80℃，190℃2.16kg 条件下测试的熔体流动速率为0.5g/10min-15g/10min。
上述聚烯烃薄膜，所述填料为氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、硫酸铝、硫酸钡、硅酸铝、硅酸镁、二氧化钛、二氧化硅中的一种或者多种。
上述聚烯烃薄膜，所述防老化剂为酸吸收剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和自由基猝灭剂中的一种或者多种。
上述聚烯烃薄膜，所述聚烯烃薄膜在第一层和第二层之间设置过渡层。
上述聚烯烃薄膜，所述聚烯烃薄膜在第二层和第三层之间设置过渡层。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明提供的聚烯烃薄膜，以聚丙烯树脂为主体，参入α烯烃共聚性，由于α烯烃共聚物无规程度较高，层压过程中与EVA熔体界面处有链段缠结，分子间作用力增加，制得的聚烯烃薄膜既与EVA的粘结力好，又与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)之间的剥离力优良。
2、本发明提供的聚烯烃薄膜，其制备的背板耐热性良好，能够增加DTI测试有效厚度，在减薄PET基材的同时还能使背板保持较好的绝缘性能。
3、本发明提供的聚烯烃薄膜，其制备的背板具有较高的反射率，可以有效增加光伏组件的功率。
具体实施方式
本发明的聚烯烃薄膜至少包含三层结构，第一层与光伏组件中的封装胶膜EVA粘结，第三层与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材通过胶黏剂粘结，为了满足聚烯烃薄膜复合成背板后进行的DTI测试聚丙烯膜厚度保持率在60％以上，该薄膜中聚丙烯占到薄膜总量的60％以上。
所述第一层的组分及质量份数为：
其中，所述组合物A中含有至少70wt％以上的无规聚丙烯。
本发明中第一层与封装胶膜EVA粘结，聚丙烯类材料熔点较高，一般都在140℃以上，经过层压机的一个层压过程几乎不会融化，与EVA分子间无法相互缠绕，因此单纯的聚丙烯与EVA之间基本没有粘结性。由于无规聚丙烯为共聚物，其中含有乙烯链段，在聚丙烯材料中刚性相对较小、熔点较低，但具有一定的耐热性能，与EVA材料之间存在一定的粘结性，所以第一层中添加了无规聚丙烯。为了保证第一层的耐热性能，无规聚丙烯在组合物A中的含量不少于70wt％。
所述第二层的组分及质量份数为：
第二聚烯烃 100份
填料 1份-30份
防老化剂 0.1份-5份
其中，所述组合物B中含有70wt％以上的均聚聚丙烯和/或嵌段聚丙烯。
本发明中第二层作为芯层，其中组合物B中含有均聚聚丙烯和/或嵌段聚丙烯，由于均聚聚丙烯和嵌段聚丙烯熔点相对较高，含量占到组合物B的70wt％以上，才能满足聚烯烃薄膜耐热性的要求。
所述第三层的主要组分及质量份数为：
第三聚烯烃 100份
α烯烃共聚物 5份-80份
防老化剂 0.1份-5份
其中，所述第三聚烯烃中含有70wt％以上的等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种。
本发明中第三层与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基材通过胶黏剂粘结，一般都会对该层作电晕处理，因此相较于第一层而言，该层对于聚丙烯的选型相对宽松，但也要保证其耐热性能，其中第三聚烯烃中至少含有等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种，其含量占到第三聚烯烃的70wt％以上。
本发明中组合物A和第三聚烯烃中可以含有聚乙烯，聚乙烯不但价格便宜并且它能够改善聚丙烯的耐低温性能和电绝缘性能，提高聚丙烯与EVA和胶黏剂之间的粘结性能，使聚丙烯更好的应用于太阳能电池背板上；同时降低了第三层的硬度，在胶黏剂与聚烯烃的粘结过程中起到了一个缓冲作用，更好的实现了胶黏剂对聚烯烃的持久粘结性。但是聚乙烯层压过程中会融化，减小DTI测试厚度，降低背板的绝缘性能，因此聚乙烯的使用不能超过组合物A或者第三聚烯烃的30％。
本发明中第一和第三层中含有α烯烃共聚物可以是乙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物中的一种或者两种，并且α烯烃共聚物的熔融峰范围为30℃-80℃，熔体流动速率为 0.5g/10min-15g/10min。
α烯烃共聚物是一类弹性体材料，它有很多自身的优点，比如软化点低、可增加柔韧性、提高耐冲击性、改进粘着力以及减少或消除应力，此外，作为一种聚烯烃，它与聚丙烯相容性良好，混料均匀。α烯烃共聚物无规程度较高，层压过程中与EVA熔体界面处有链段缠结，分子间作用力增加，提高与EVA之间的粘结性能。选择DSC测试熔融峰范围为30-80℃，190℃2.16kg条件下测试熔体流动速率为0.5-15g/10min的α烯烃共聚物主要是为了满足聚丙烯薄膜加工的需要，第一层和第三层的软化点如果过低、流动性能过好或者软化点过高、流动性较差，加工时会出现与聚丙烯材料的相容性问题，加工出来的薄膜很容易出现局部分层的现象，因此要对α烯烃共聚物的熔融峰范围及熔体流动速率有一个限定。
本发明中第一和第二层中的填料为氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、硫酸铝、硫酸钡、硅酸铝、硅酸镁、二氧化钛、二氧化硅中的一种或者多种。
本发明中使用的填料具有较强的反射性能，能够提高背板在400nm～1100nm波长范围的太阳光反射率，从而增加单位面积太阳光的利用率，提高太阳能电池的光电转换效率。
本发明填料的用量占各层膜总量的1％～30％，低于1％时，填料在膜中分散较少，达不到较高的反射效果；填料在一定添加量范围内能够提升膜的反射率，但含量过高，如高于30％时，会降低膜的机械强度，同时成本增加。因此没有必要填料的含量超过30％。
本发明所述的防老化剂选自酸吸收剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和自由基猝灭剂中的一种或者多种，用量为0.1质量份-5质量份。
本发明中酸吸收剂为硬脂酸钙，主要用于消除聚丙烯中存在的卤素。
本发明对于抗氧剂的种类没有特别限制。受阻酚型、亚磷酸酯型和硫酯型等抗氧剂都可以作为本发明的抗氧剂，优选的抗氧剂为[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
本发明对于紫外吸收剂和光稳定剂的种类没有特别限制，优选的紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，优选的光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。优选的，光稳定剂配合紫外吸收剂一起使用，可以起到单一紫外吸收剂无法达到的最佳效果，有效的防止材料的黄变和阻滞物理性能的损失，抑制或减弱光降解作用，提高耐光老化性能。
本发明中自由基猝灭剂为受阻氨类。
在本发明中如果防老化剂的量少于0.1质量份，则起不到预期的防老化效果。如果防老化的量多于5质量份，不但成本上增加有增加，而且防老化的效果不会因为含量的增多而增大，且影响到材料的伸缩性，因此没有必要使防老化剂的含量超过5质量份。
本发明中对第一层与第二层之间以及第二层与第三层之间设置的过渡层不做明确限定，只要是满足背板使用要求，能将第一层与第二层以及第二层与第三层粘合在一起的材料均可。
本发明中制备该薄膜所用的工艺可以是多层共挤，也可以是单层挤出后进行复合。
本发明中的具体实施例中，为了彰显聚丙烯基薄膜在太阳能电池背板中使用的有益效果，选择将聚丙烯基薄膜与其他材料制备成背板后进行性能测试，选择复合的方式制备太阳能电池背板，但是不限于仅用该种方式，耐候层选择厚度为25μm的聚氟乙烯薄膜。基层为绝缘耐候聚酯层，可以采用公知的市售产品聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂，选取的厚度为250μm。所用胶黏剂采用公知的市售产品，如聚氨酯胶黏剂或丙烯酸酯胶黏剂。
下面结合实施例对本发明做优选的说明，但本发明的保护范围并不限于这些实施例。
实施例1
通过T-模头三台挤出机挤出(流延法)，具有第一层、第二层和第三层三层结构的太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜，具体结构为：第一层基体为无规聚丙烯70份，低密度聚乙烯30份，乙烯-α烯烃共聚物20份，添加二氧化硅1份，受阻胺抗氧剂0.1份；第二层基体为均聚聚丙烯70份，无规聚丙烯30份，添加二氧化钛30份，苯并三唑紫外吸收剂5 份；第三层基体为无规聚丙烯70份，高密度聚乙烯30份，乙烯-α烯烃共聚物5份，添加 2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.1份。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后，分别装于单螺杆挤出机中，通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜，根据需要对第三层进行电晕处理，得到太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜。
在PET一侧涂布第一粘合层胶液，复合PVF薄膜，另一侧涂布第二粘合层胶液，复合85μm的上述聚丙烯薄膜，经熟化后得到太阳能电池背板，测其性能。
实施例2
通过T-模头三台挤出机挤出(流延法)，具有第一层、第二层和第三层三层结构的太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜，具体结构为：第一层基体为无规聚丙烯100份，乙烯-α烯烃共聚物80份，添加硅酸镁30份，亚磷酸酯抗氧剂5份；第二层基体为均聚聚丙烯100 份，添加二氧化钛1份，受阻胺类自由基猝灭剂0.1份；第三层基体为无规聚丙烯100份，丙烯烯-α烯烃共聚物80份，添加2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮5份。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后，分别装于单螺杆挤出机中，通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜，根据需要对第三层进行电晕处理，得到太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜。
在PET一侧涂布第一粘合层胶液，复合PVF薄膜，另一侧涂布第二粘合层胶液，复合80μm的上述聚丙烯薄膜，经熟化后得到太阳能电池背板，测其性能。
实施例3
通过三台挤出机共挤出(管型薄膜吹塑法)，具有第一层、第二层和第三层三层结构的太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜，具体结构为：第一层基体为无规聚丙烯80份，低密度聚乙烯20份，乙烯-α烯烃共聚物40份，添加二氧化钛10份，受阻胺抗氧剂2份，苯并三唑紫外吸收剂1份；第二层基体为均聚聚丙烯90份，无规聚丙烯10份，添加二氧化硅25份，苯并三唑紫外吸收剂2份；第三层基体为无规聚丙烯75份，低密度聚乙烯25 份，乙烯-α烯烃共聚物80份，添加2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮4份。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后，分别装于单螺杆挤出机中，通过环状模头吹塑成型后，经切边、收卷成膜，根据需要对第三层进行电晕处理，得到太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜。
在PET一侧涂布第一粘合层胶液，复合PVF薄膜，另一侧涂布第二粘合层胶液，复合60μm的上述聚丙烯薄膜，经熟化后得到太阳能电池背板，测其性能。
实施例4
通过三台挤出机分别挤出、第一层、第二层和第三层，具体配方为：第一层基体为无规聚丙烯90份，低密度聚乙烯10份，丙烯-α烯烃共聚物60份，添加二氧化钛15份，受阻胺抗氧剂2份，苯并三唑紫外吸收剂2份；第二层基体为均聚聚丙烯75份，嵌段聚丙烯25份，添加碳酸钙20份，亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯3份；第三层基体为嵌段聚丙烯80份，线性低密度聚乙烯20份，丙烯-α烯烃共聚物75份，添加2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮3份。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后，分别装于单螺杆挤出机中，各自挤出成膜，然后将三层膜通过胶黏剂进行涂布复合，根据需要对第三层进行电晕处理，得到太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜。
在PET一侧涂布第一粘合层胶液，复合PVF薄膜，另一侧涂布第二粘合层胶液，复合60μm的上述聚丙烯薄膜，经熟化后得到太阳能电池背板，测其性能。
实施例5
通过T-模头三台挤出机挤出(流延法)，具有第一层、第二层和第三层三层结构的太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜，具体结构为：第一层基体为无规聚丙烯75份，线性低密度聚乙烯25份，丙烯-α烯烃共聚物70份，添加二氧化钛20份，受阻胺抗氧剂2份；第二层基体为嵌段丙烯80份，嵌段聚丙烯20份，添加二氧化钛10份，2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮4份；第三层基体为无规聚丙烯40份，等规聚丙烯50份，低密度聚乙烯10份，乙烯-α烯烃共聚物25份，添加2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮3份。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后，分别装于单螺杆挤出机中，通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜，根据需要对第三层进行电晕处理，得到太阳能电池背板用聚丙烯基薄膜。
在PET一侧涂布第一粘合层胶液，复合PVF薄膜，另一侧涂布第二粘合层胶液，复合50μm的上述聚丙烯薄膜，经熟化后得到太阳能电池背板，测其性能。
对比例1
在PET一侧涂布聚氨酯胶黏剂层，复合PVF薄膜，另一侧涂布丙烯酸酯胶黏剂层，复合60μm的聚乙烯薄膜，经熟化后得到传统太阳能电池背板，测其性能。
对比例2
在PET一侧涂布聚氨酯胶黏剂层，复合PVF薄膜，另一侧涂布丙烯酸酯胶黏剂层，复合80μm的聚乙烯薄膜，经熟化后得到传统太阳能电池背板，测其性能。
表1各实施例、对比例性能数据表
如由上表可知，本发明通过将改性聚丙烯材料应用到背板的粘结层中，使得背板反射率提高到88％以上，层间粘结力较未传统背板略有增加，通过DTI测试厚度衰减可以得出绝背板缘性能明显增加，同时组件的输出功率较普通背板提高了1.1w/m2-3.9w/m2，增效效果明显。
性能测试方法如下：
1.第三层/PET粘结力测试：使用型号为ETM-104B的万能拉力机进行测试。粘结力大于5N/cm视为合格。
2.第一层/EVA粘结力测试：使用型号为ETM-104B的万能拉力机进行测试。粘结力大于40N/cm视为合格。
3.耐候性测试：使用Q-Sum Xe-3-H型氙灯耐候老化试验箱，依据标准ISO 4892-2进行测试。
4.反射率测试：使用岛津UV3600仪器进行测试。
5.太阳能电池的输出功率测试：太阳能电池的输出功率由Spire太阳能电池组件测试仪4600SLP测试得到，并与普通背板制备的太阳能电池板进行比较。

Claims (10)

1.一种太阳能电池背板用聚烯烃薄膜，所述薄膜至少包含三层结构，其特征在于，所述薄膜中含有60wt％以上的聚丙烯，
所述第一层的组分及质量份数为：
其中，所述组合物A中含有至少70wt％以上的无规聚丙烯；
所述第二层的组分及质量份数为：
第二聚烯烃 100份
填料 1份-30份
防老化剂 0.1份-5份
其中，所述组合物B中含有70wt％以上的均聚聚丙烯和/或嵌段聚丙烯；
所述第三层的主要组分及质量份数为：
第三聚烯烃 100份
α烯烃共聚物 5份-80份
防老化剂 0.1份-5份
其中，所述第三聚烯烃中含有70wt％以上的等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述第一层中组合物A中含高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述第二层中组合物B中含无规聚丙烯、聚乙烯。
4.根据权利要求1所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述第三层中第三聚烯烃中含高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述α烯烃共聚物为乙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物中的一种或者两种。
6.根据权利要求2所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述α烯烃共聚物的熔融峰范围为30℃-80℃，熔体流动速率为0.5g/10min-15g/10min。
7.根据权利要求1所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述填料为氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、硫酸铝、硫酸钡、硅酸铝、硅酸镁、二氧化钛、二氧化硅中的一种或者多种。
8.根据权利要求1所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述防老化剂为酸吸收剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和自由基猝灭剂中的一种或者多种。
9.根据权利要求1所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述聚烯烃薄膜在第一层和第二层之间设置过渡层。
10.根据权利要求1所述聚烯烃薄膜，其特征在于，所述聚烯烃薄膜在第二层和第三层之间设置过渡层。
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