CN109735177B - 一种太阳能电池背板用涂料 - Google Patents

一种太阳能电池背板用涂料 Download PDF

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Abstract

一种太阳能电池背板用涂料，所述涂料包含氟碳树脂、丙烯酸树脂、颜料、助剂、溶剂以及异氰酸酯固化剂；所述氟碳树脂的质量百分含量9.2‑14.4％，所述丙烯酸树脂3.6‑9.2％、颜料的质量百分含量20.5‑25.3％，溶剂的质量百分含量为37.6‑48.1％，所述助剂的质量百分含量0.6‑1％，所述氟碳树脂、丙烯酸树脂中的羟基之和与固化剂中异氰酸根的摩尔比为0.8‑1.6；所述各组分之和满足100％的含量要求。本发明的层间性能良好，涂层湿热老化后与EVA的粘结力良好，解决了氟涂料的耐候性与粘结性不能兼顾的问题。

Description

一种太阳能电池背板用涂料
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别是用于太阳能背板的涂料。
背景技术
太阳能因清洁、可再生等优点而被广泛应用，其中应用最多的是太阳能电池发电。太阳能电池的结构为玻璃-EVA-电池片-背板，背板位于太阳能电池背面的最外层，是太阳能电池最重要的组成部分，不仅起到封装的作用，同时还起到保护太阳能电池不受环境中水汽、氧气及紫外的影响，因此背板必须具有良好的耐紫外、耐湿热、耐腐蚀、耐冷热以及耐高温的能力。
背板主要由三层结构组成，由外到内依次为耐候层、绝缘层、粘结层。由于电池厂商对电池的使用寿命要求越来越高，具有高耐候性的双面含氟背板成了顺应市场的主流产品。双面含氟背板有双面复合型背板和双面涂布型背板，双面复合型(含氟面为氟膜) 背板制造成本高，而且氟膜作为粘结层，其与EVA封装胶膜的粘结性能差，因此双面涂布型(含氟面为含氟涂料涂布形成)成为背板厂家关注的焦点。但是，涂布型的含氟粘结层中由于含有氟碳树脂而与EVA封装胶膜的粘结强度不够，不能满足太阳能电池背板的要求。
近几年从光伏电站反馈的问题来看，背板粘结层的黄变严重，粘结层与EVA封装胶膜分层，严重影响了光伏电池的发电效率以及使用寿命。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供了一种太阳能电池背板用涂料，所述涂料制得的背板耐紫外性能良好，尤其在湿热老化后仍能保持较好的粘结力水平，解决了氟涂料的耐候性与粘结性不能兼顾的问题。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种太阳能电池背板用涂料，所述涂料包含氟碳树脂、丙烯酸树脂、颜料、助剂、溶剂以及异氰酸酯固化剂；所述氟碳树脂的质量百分含量9.2-14.4％，所述丙烯酸树脂 3.6-9.2％、颜料的质量百分含量20.5-25.3％，溶剂的质量百分含量为37.6-48.1％，所述助剂的质量百分含量0.6-1％，所述氟碳树脂、丙烯酸树脂中的羟基之和与固化剂中异氰酸根的摩尔比为0.8-1.6；所述各组分之和满足100％的含量要求。
上述太阳能电池背板用涂料，所述氟碳树脂为含氟单体与乙烯基醚或乙烯基酯的共聚物。更进一步的，所述氟碳树脂为三氟氯乙烯和乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯与乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯与乙烯基酯的共聚物中的一种或几种，例如大金的氟碳树脂 GK570，长兴41011树脂、长兴41018树脂。
上述太阳能电池背板用涂料，所述氟碳树脂的羟值为25-60mgKOH/g，酸值为1-5mgKOH/g，固含量≥60％，氟含量为20-30％。
上述太阳能电池背板用涂料，所述丙烯酸树脂含有羟基和碳碳双键，所述丙烯酸树脂链段中含碳碳双键的侧链占全侧链的摩尔比例为0.003-0.2，优选0.01-0.03，当高于0.2时，涂层与EVA交联度太高，涂层发脆，耐湿热性能差；当低于0.003时，涂层与 EVA的粘结力较低。
上述太阳能电池背板用涂料，所述侧链为除聚合反应形成的碳碳主链外，其余均为侧链，例如一个共聚单体，当作一个侧链计数。
上述太阳能电池背板用涂料，所述丙烯酸树脂的羟值为1-30mg/gKOH，若羟值大于30mg/gKOH，涂层的交联密度过高，而导致涂层发脆；若羟值小于1mg/gKOH，丙烯酸树脂与氟碳树脂的交联点少，形成的化学键力少，从而导致涂层的层间力较差。
上述太阳能电池背板用涂料，所述丙烯酸树脂的数均分子量为6000-,18000,若分子量低于6000，则制得涂料与基材、EVA的粘结力低，若分子量高18000，树脂的粘度过高而导致涂料不易施工。
所述丙烯酸树脂的制备方法为，将丙烯酸酯单体、丙烯酸羟基酯单体、丙烯酸环氧单体、甲苯，加入到具有冷却管、搅拌装置、温度计氮气导入管的四口烧瓶中，加入引发剂，例如偶氮二异丁腈反应一段时间。然后再加入氢醌、二甲基苄胺、丙烯酸，在100℃下搅拌反应一段时间。最后得到具有羟基、侧链含双键的丙烯酸树脂。
所述丙烯酸树脂的制备方法为，将丙烯酸酯单体、丙烯酸羟基酯单体、丙烯酸单体、甲苯，加入到具有冷却管、搅拌装置、温度计氮气导入管的四口烧瓶中，加入引发剂，100℃反应一段时间，然后加入阻聚剂、三乙胺、丙烯酸羟基酯单体，升温110℃反应一段时间。最后得到具有羟基、侧链含双键的丙烯酸树脂。
上述太阳能电池背板用涂料，所述氟碳树脂与丙烯酸树脂的质量比为1-4。若两者的比例小于1，丙烯酸树脂的含量过多，导致涂层的耐紫外性能差，若两者的比例高于4, 涂料中的氟碳树脂含量多，导致与EVA的粘结力差。
上述太阳能电池背板用涂料，所述固化剂为脂肪族异氰酸酯或脂肪族聚异氰酸酯中的一种或几种，例如拜耳N3790、E3370、N3790、N75，所述氟碳树脂、丙烯酸树脂中的羟基之和与固化剂中异氰酸根的摩尔比为0.8-1.6。
上述太阳能电池背板用涂料，所述颜料为钛白粉、氧化铁、硫酸钡、钛酸钡、碳酸钙、硫化锌、氧化铝、氧化锆中的一种或几种，优选耐候性好的钛白粉，所述涂料中颜料的质量百分含量为20.5-25.3％。
上述太阳能电池背板用涂料，所述涂料还包括溶剂，所述溶剂为乙酯、丁酯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、丙二醇甲醚醋酸酯等中的一种或几种，溶剂的质量百分含量为 37.6-48.1％。
上述太阳能电池背板用涂料，所述涂料还包括助剂，助剂包括消泡剂、流平剂和润湿分散剂中的一种或几种，流平剂为Tego Glide 450，BYK310，润湿分散剂为BYK-2000、BYK-2009、BYK-2025，催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述氟涂料中的助剂含量为 0.6％-1.0％。
另外，本发明还提供一种太阳能电池背板，所述背板由上述氟涂料涂布在基材至少一侧上得到。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、采用丙烯酸树脂中含有羟基，可与固化剂中的异氰酸酯反应，同时氟碳树脂中的羟基也与固化剂反应，在固化剂的交联作用下，氟碳树脂与丙烯酸树脂形成化学键力，保证涂层的层间力良好。
2、采用的丙烯酸树脂还含有一定数量的碳碳双键，层压时在EVA胶膜中交联剂的作用下与EVA中的活性自由基反应，形成化学键力，增大了与EVA的初始粘结力，涂层不用电晕处理，简化了涂层的工艺，此外，涂层不会因储存时间延长降低与EVA的粘结力。因涂层与EVA的粘结力增大，从而可以增大氟碳树脂与丙烯酸树脂的比例，使丙烯酸树脂的含量在50％以下，因此确保了涂层的耐紫外性能良好，且该化学键在湿热老化后不易降解，从而保证了涂层湿热老化后与EVA的粘结力良好。
3、用本发明涂料制得的背板耐紫外性能良好，紫外辐射300kwh/m2，黄变值小于2；涂层与EVA的粘结力优良，尤其在湿热老化后仍能保持60N/cm以上的水平，解决了氟涂料的耐候性与粘结性不能兼顾的问题。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详述。
实施例1
丙烯酸树脂的合成方法：11.4g丙烯酸甲酯、81g丙烯酸丁酯、0.3g甲基丙烯酸羟乙酯、4.3g甲基丙烯酸环氧丙酯、100g甲苯，加入到具有冷却管、搅拌装置、温度计氮气导入管的四口烧瓶中，加入引发剂偶氮二异丁腈0.08g反应6h。然后再加入0.03g氢醌、 0.8g二甲基苄胺、2.2g丙烯酸，在100℃下搅拌15h至酸值低至0.1mgKOH/g。最后得到具有羟基、双键丙烯酸树脂,其中树脂链段中含碳碳双键的侧链占全侧链的摩尔比例为0.03，羟值为1mgKOH/g，丙烯酸树脂的分子量为6000，固体含量50％的丙烯酸树脂溶液。
太阳能背板用氟碳涂料，由22g GK570溶液，上述丙烯酸树脂溶液7.3g，钛白粉R706 21.7g，流平剂BYK310 0.5g，润湿分散剂BYK-2000 0.5g，丁酯、乙酯43.3g；按羟基与异氰酸酯基的摩尔比1.6取拜耳固化剂N3300 4.7g配制成太阳能背板涂料。
将上述偏氟乙烯聚合物涂料涂布于PET基材上，150℃烘干，然后将未涂布PET面也可以按上述配方涂布，150℃烘干，55℃熟化3天，即制得太阳能背板。
实施例2
丙烯酸树脂的制备方法：15.4g丙烯酸甲酯、76.8g丙烯酸丁酯、2.7g丙烯酸羟乙酯、 2.8g甲基丙烯酸环氧丙酯、100g甲苯，加入到具有冷却管、搅拌装置、温度计氮气导入管的四口烧瓶中，加入引发剂偶氮二异丁腈0.08g反应4h。然后再加入0.03氢醌、0.8g 二甲基苄胺、1.5g丙烯酸，在100℃下搅拌15h。最后得到具有羟基、双键丙烯酸树脂,其中树脂链段中含碳碳双键的侧链占全侧链的摩尔比例为0.02，羟值13mg KOH/g，丙烯酸树脂的分子量为9000，固体含量50％的丙烯酸树脂溶液。
太阳能背板用氟碳涂料，由24g长兴41011树脂溶液，上述丙烯酸树脂溶液7.2g，钛白粉R706 22.5g，流平剂BYK310 0.1g，润湿分散剂BYK-2000 0.5g，丁酯、乙酯 40.7g；按羟基与异氰酸酯基的摩尔比1.4取拜耳固化剂N3790 5.0g配制成太阳能背板涂料。
将上述偏氟乙烯聚合物涂料涂布于PET基材上，150℃烘干，然后将未涂布PET面与杜邦PVF膜复合，55℃熟化3天，即制得太阳能背板。
实施例3
丙烯酸树脂的制备：12.7g甲基丙烯酸甲酯、79.2g甲基丙烯酸丁酯、5.8g丙烯酸羟丙酯、1.5g甲基丙烯酸环氧丙酯、100g甲苯，加入到具有冷却管、搅拌装置、温度计氮气导入管的四口烧瓶中，加入偶氮二异丁腈反应4h。然后再加入0.03g氢醌、0.8二甲基苄胺、0.8g丙烯酸，在100℃下搅拌15h，最后得到具有羟基、双键丙烯酸树脂。该树脂链段中含碳碳双键的侧链占全侧链的摩尔比例为0.02，羟值20mg KOH/g，丙烯酸树脂的分子量为12000，固体含量50％的丙烯酸树脂溶液。
太阳能背板用氟碳涂料，由19g GK570溶液，上述丙烯酸树脂溶液8.2g，钛白粉R706 20.5，流平剂BYK310 0.4g，润湿分散剂BYK-2000 0.4g，丁酯、乙酯48.1g；按羟基与异氰酸酯基的摩尔比1.2取拜耳固化剂N3300 3.4g配制成太阳能背板涂料。
将上述涂料涂布于PET基材上，150℃烘干，然后将未涂布PET面也可以按上述配方涂布，150℃烘干，55℃熟化3天，即制得太阳能背板。
实施例4
所述丙烯酸树脂的制备方法：将25.8g丙烯酸甲酯、65.2g丙烯酸丁酯、5.8g甲丙烯酸羟乙酯、1.1g甲基丙烯酸、100g甲苯，加入到具有冷却管、搅拌装置、温度计氮气导入管的四口烧瓶中，加入偶氮二异丁腈，100℃反应6小时，然后加入0.03g氢醌、2.1g 甲基丙烯酸羟丁酯单体反应7小时。最后得到具有羟基、侧链含双键的丙烯酸树脂。该树脂链段中含碳碳双键的侧链占全侧链的摩尔比例为0.01，羟值25mg KOH/g，丙烯酸树脂的分子量为15000，固体含量50％的树脂。
太阳能背板用氟碳涂料，由20g GK570溶液，上述丙烯酸树脂溶液13g，钛白粉R70623.1g，流平剂BYK310 0.4g，润湿分散剂BYK-2000 0.6g，丁酯、乙酯39.7g；按羟基与异氰酸酯基的摩尔比1.0取拜耳固化剂N3300 3.2g配制成太阳能背板涂料。
将上述偏氟乙烯聚合物涂料涂布于PET基材上，150℃烘干，然后将未涂布PET面与杜邦PVF膜复合，55℃熟化3天，即制得太阳能背板。
实施例5
丙烯酸树脂的制备方法：将27g丙烯酸甲酯、62.9g甲基丙烯酸乙酯、8g甲基丙烯酸羟丁酯、2g丙烯酸、100g甲苯，加入到具有冷却管、搅拌装置、温度计氮气导入管的四口烧瓶中，加入偶氮二异丁腈，100℃反应6小时，然后加入0.03g氢醌、2.1g甲基丙烯酸羟丁酯单体反应7小时，最后得到具有羟基、侧链含双键的丙烯酸树脂。该树脂链段中含碳碳双键的侧链占全侧链的摩尔比例为0.01，羟值30mg KOH/g，丙烯酸树脂的分子量为18000，固体含量50％的树脂。
太阳能背板用氟碳涂料，由15.4g长兴41018溶液，上述丙烯酸树脂溶液18.5g，钛白粉R706 25.3g，流平剂BYK310 0.3g，润湿分散剂BYK-2000 0.3g，丁酯、乙酯37.6g；按羟基与异氰酸酯基的摩尔比0.8取拜耳固化剂N3390 2.6g配制成太阳能背板涂料。
将上述偏氟乙烯聚合物涂料涂布于PET基材上，150℃烘干，然后将未涂布PET面与杜邦PVF膜复合即制得太阳能背板。
对比例1
太阳能背板用氟碳涂料，由27.5g GK570溶液，钛白粉R706 21.4g，流平剂BYK3100.2g，润湿分散剂BYK-2000 0.6g，丁酯、乙酯45.9g；取A组分，按羟基与异氰酸酯基的摩尔比1.2(计算)取固化剂3300 4.4g配制成太阳能背板涂料。
将上述偏氟乙烯聚合物涂料涂布于PET基材上，150℃烘干，然后将未涂布PET面与杜邦PVF膜复合，55℃熟化3天，即制得太阳能背板。
对比例2
本发明的太阳能背板用氟碳涂料，由15.4g长兴41011溶液，德谦化学 HypomerFS-1560(丙烯酸树脂羟值30，固体含量60％的树脂)18.5g。钛白粉R706 20.4g，流平剂BYK3100.3g，润湿分散剂BYK-2000 0.3g，丁酯、乙酯41.2g；按羟基与异氰酸酯基的摩尔1.6取固化剂3390 3.9g配制成太阳能背板涂料。
将上述偏氟乙烯聚合物涂料涂布于PET基材上，150℃烘干，然后将未涂布PET面与杜邦PVF膜复合，55℃熟化3天，即制得太阳能背板。
性能测试方法：
1、羟值
羟值按标准HG/T2709-1995测试。
2、酸值
酸值按标准HG/T2709-1995测试。
本实施例1-5制得的涂料以及对比例制得的涂料，按GB/T31034-2014(晶体硅太阳电池组件用绝缘背板)、CQC3308-2013(光伏组件封装用背板技术规范)标准制样并检测性能，检测结果如表1所示：
表1本发明实施例及对比例检测结果
Figure RE-GDA0001968829940000071

Claims (6)

1.一种太阳能背板用涂料，其特征在于，所述涂料包含氟碳树脂、丙烯酸树脂、颜料、助剂、溶剂以及异氰酸酯固化剂；所述氟碳树脂的质量百分含量9.2-14.4%，所述丙烯酸树脂3.6-9.2%、颜料的质量百分含量20.5-25.3%，溶剂的质量百分含量为37.6-48.1%，所述助剂的质量百分含量0.6-1%，所述氟碳树脂、丙烯酸树脂中的羟基之和与固化剂中异氰酸根的摩尔比为0.8-1.6，所述各组分之和满足100%的含量要求；
所述丙烯酸树脂含有羟基和碳碳双键，所述丙烯酸树脂链段中含碳碳双键的侧链占全侧链的摩尔比例为0.003-0.2，所述丙烯酸树脂的羟值为1-30mgKOH/g ，所述丙烯酸树脂的数均分子量为6000-18000；其制备方法为，将丙烯酸酯单体、丙烯酸羟基酯单体、丙烯酸环氧单体、甲苯，加入到具有冷却管、搅拌装置、温度计、 氮气导入管的四口烧瓶中，加入引发剂偶氮二异丁腈反应一段时间；然后再加入氢醌、二甲基苄胺、丙烯酸，在100℃下搅拌反应一段时间；最后得到具有羟基、侧链含双键的丙烯酸树脂；
所述涂料中的颜料为钛白粉；
所述氟碳树脂为三氟氯乙烯和乙烯基醚的共聚物、三氟氯乙烯与乙烯基酯的共聚物、四氟乙烯与乙烯基醚的共聚物或四氟乙烯与乙烯基酯的共聚物中的一种或几种；
所述氟碳树脂与丙烯酸树脂的质量比为1-4。
2.根据权利要求1所述的太阳能背板用涂料，其特征在于，所述氟碳树脂的羟值为25-60mgKOH/g，酸值为1-12 mgKOH/g，固含量≥50%，氟含量为20-30%。
3.根据权利要求1所述的太阳能背板用涂料，其特征在于，所述涂料中的固化剂为脂肪族异氰酸酯或脂肪族聚异氰酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的太阳能背板用涂料，其特征在于，所述涂料中的溶剂为乙酯、丁酯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮或丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的太阳能背板用涂料，其特征在于，所述涂料还包括助剂，所述助剂包括流平剂和润湿分散剂中的一种或几种。
6.一种太阳能电池背板，其特征在于，所述背板由所述权利要求1-5中任一项权利所述的涂料涂布在基材至少一侧上得到。
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