CN109849445B

CN109849445B - 一种太阳能背板

Info

Publication number: CN109849445B
Application number: CN201811375728.7A
Authority: CN
Inventors: 李楠楠; 蔡欣; 张宇辉; 张云飞
Original assignee: Suzhou First Pv Material Co ltd
Current assignee: Suzhou First Pv Material Co ltd
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2021-11-16
Anticipated expiration: 2038-11-19
Also published as: CN109849445A

Abstract

本发明公开了一种太阳能背板，其包括位于所述太阳能背板最内层的耐候粘结层和位于所述太阳能背板最外层的耐候层，所述耐候粘结层和/或所述耐候层中含有着色物质，所述着色物质选自染料、颜料或填料；通过着色物质使背板呈现出所需的各种颜色，如黄色、红色等，满足不同颜色外观需求。所述太阳能背板还包括位于所述耐候粘结层和所述耐候层之间的基材层及金属层，利用金属层增加光的反射率，提高光的利用率，同时金属层具有良好的对水汽和氧的阻隔性能，增加背板的使用寿命。

Description

一种太阳能背板

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种太阳能背板，特别是一种光伏组件的太阳能背板。

背景技术

太阳能光伏行业是全球具有战略性和先导性的新兴产业，近半年来，光伏行业在补贴退坡的同时发展仍然保持景气，政策逐步改善产业环境，光伏发电逐步走向平价。对于太阳能电池来说，其转换效率是较为重要的参数，一般而言，硅基电池的转化率在10%-30%，这意味着剩下的太阳能将转化为热能等其它形式损失掉。因此，不断提高光伏组件的转化率是降低发电成本的关键。为了尽可能提高组件的光电转换效率，在制备组件的过程中使用了各种方法，比如前板材料表面的增透减反膜，提高背板反射率以增加对入射光的反射。其中，高反射率、较高可靠性的功能型背板是提高太阳能电池组件输出功率的主要方法之一。此外，现在市场上背板主要以白色、灰色和黑色背板为主，不符合特殊环境对背板颜色的要求。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术中存在的不足和问题，提出了一种太阳能背板，其将背板设计为彩色，满足特殊环境的要求。

本发明采用如下技术方案：

一种太阳能背板，包括位于所述太阳能背板最内层的耐候粘结层和位于所述太阳能背板最外层的耐候层，所述耐候粘结层和/或所述耐候层中含有着色物质，所述着色物质选自染料、颜料或填料。通过着色物质使背板呈现出所需的各种颜色，优选为彩色，如黄色、红色等，满足不同颜色外观需求；通过耐候粘结层保证背板与光伏组件封装用的EVA良好的粘结力，满足背板对于耐腐蚀及绝缘性能的需求；而耐候层良好的阻隔及耐紫外性能，提高了光伏组件耐气候老化性能。

进一步地，所述耐候粘结层和/或所述耐候层的原料含有质量百分比为0.2~20%的所述着色物质。

更进一步地，所述耐候粘结层和/或所述耐候层为着色的聚合物涂层或为着色的聚烯烃膜。

更进一步地，所述耐候粘结层和/或所述耐候层的原料还包括改性聚四氟乙烯树脂、改性聚三氟氯乙烯树脂、改性聚偏氟乙烯树脂、改性聚烯烃树脂、改性丙烯酸树脂中的一种或多种；或，所述耐候粘结层和/或所述耐候层的原料还包括聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物、聚己内酰胺、聚碳酸酯中的一种或多种。

进一步地，所述耐候粘结层和/或所述耐候层包括着色粘结层，所述着色层添加在所述着色粘结层中，所述着色粘结层位于所述耐候粘结层的外侧部，或，所述着色粘结层位于所述耐候层的内侧部。

更进一步地，所述着色粘结层的原料包括胶黏剂及着色物质，所述着色物质的质量百分比为0.2~20%，所述着色物质选自染料、颜料或填料。

更进一步地，所述着色粘结层的厚度为1~10微米。

进一步地，所述太阳能背板还包括位于所述耐候粘结层和所述耐候层之间的基材层及金属层。金属层优选为表面光滑的金属层，利用金属层增加光的反射率，提高光的利用率；同时金属层具有良好的对水汽和氧的阻隔性能，增加背板的使用寿命。

更进一步地，所述金属层通过胶黏剂层粘结于所述基材层的外侧表面。

更进一步地，所述金属层为铝箔。

本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：

所述耐候粘结层和/或所述耐候层中添加有着色物质（染料、颜料或填料等），通过着色物质使背板呈现出所需的各种颜色，如黄色、红色等，满足不同颜色外观需求；通过耐候粘结层保证背板与光伏组件封装用的EVA等良好的粘结力，满足背板对于耐腐蚀及绝缘性能的需求；而耐候层良好的阻隔及耐紫外性能，提高了光伏组件耐气候老化性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明的一种太阳能背板的结构示意图；

图2为根据本发明的另一种太阳能背板的结构示意图；

图3为根据本发明的又一种太阳能背板的结构示意图；

图4为对比例1的太阳能背板的结构示意图。

上述附图中，

1、耐候粘结层；11、本体层；12、着色粘结层；2、基材层；3、胶黏剂层；4、金属层；5、耐候层；51、着色粘结层；52、本体层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解。本发明对“内”、“外”方位的定义是根据本领域人员的惯常观察视角和为了叙述方便而定义的，以背板的在光伏组件中面向太阳能电池片的一面为内，反之为外。

本发明涉及光伏组件，具体涉及光伏组件的太阳能背板，该太阳能背板位于太阳能电池片的背面，用于对其进行封装。

图1示出了根据本发明的第一种太阳能背板。参照图1所示，该太阳能背板由自内至外依次层叠的耐候粘结层1、基材层2、胶黏剂层3、金属层4以及耐候层5组成。其中，耐候粘结层1、耐候层5中的至少一层中添加有着色物质，优选为两层中均含有着色物质，且耐候粘结层1和耐候层5均为单层膜结构。耐候粘结层1和耐候层5优选为彩色，本发明述及的“彩色”是指除黑、白、灰以外的其他颜色，如黄色、红色、蓝色等。

耐侯粘结层1和耐候层5均可以为添加有着色物质的着色聚合物涂层或聚烯烃薄膜。除添加有质量百分比为0.2~20%的着色物质外，所述聚合物涂层的原料还包括改性聚四氟乙烯树脂、改性聚三氟氯乙烯树脂、改性聚偏氟乙烯树脂、改性聚烯烃树脂、改性丙烯酸树脂中的一种或多种；所述聚烯烃薄膜的原料还包括聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物、聚己内酰胺、聚碳酸酯中的一种或多种。

耐候粘结层1，作为太阳能电池背板的内层，具有良好的粘结力及耐腐蚀性能。优选地，耐候粘结层1的原料包括含氟聚合物，所述含氟聚合物可以为一种，也可以是多种的混合物，如聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯与乙烯的共聚物、四氟乙烯与乙烯基酯或乙烯基醚的共聚物、三氟氯乙烯与乙烯基酯或乙烯基醚的共聚物、聚全氟乙丙烯中的一种或多种。上述聚合物材料中还添加有添加剂，所述添加剂包括颜料、染料、填料、紫外光吸收剂、抗氧剂、加工助剂或交联剂等。该耐候粘结层1可通过浸渍、喷涂、辊涂或淋涂等方法覆盖于金属层之上，耐候粘结层1优选厚度为3~20μm。

耐候层5，作为太阳能电池背板的外层，具有优异的耐紫外作用和阻隔能力。耐候层5优选为着色的聚烯烃薄膜，原料包括聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物、聚己内酰胺、聚碳酸酯中的一种或多种。所述耐候层5中还添加有添加剂，所述添加剂包括颜料、染料、填料、紫外光吸收剂、抗氧剂、加工助剂或交联剂等，耐候层5优选厚度为10~50μm。

金属层4，用来阻隔氧和水分从外部浸入到太阳能电池内部和通过高反射增加太阳光利用率，其材料为不锈钢箔、铜箔、镍箔、铝箔以及它们的包覆物，优选为厚度为3~20μm的铝箔。

胶黏剂层3，可以为聚丙烯酸酯类胶黏剂、聚醋酸乙烯酯类胶黏剂、乙烯共聚物类胶黏剂、聚氨酯类胶黏剂、有机硅类胶黏剂、弹性体类胶黏剂等中的一种或多种的组合。胶黏剂层3优选聚氨酯类胶黏剂，进一步优选双组份聚氨酯类胶黏剂，以提供良好的耐候和粘结性。

基材层2的厚度为50～500μm。优选地，基材层2的厚度为200～350μm。所用材料是改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚己酰二己二胺、聚己内酰胺或聚碳酸酯中的一种或多种。本实施例中，优选PET。

耐侯粘结层1和耐候层5的着色优选通过着色颜料或染料或填料等着色物质实现，着色物质分散在耐侯粘结层1和耐候层5的其他原料中。着色颜料优选彩色类有机着色颜料或无机类的着色颜料。彩色类有机着色颜料优选偶氮类颜料、酞菁类颜料和稠环类颜料等；偶氮类颜料包括：汉沙黄、联苯胺黄、颜料红144、颜料棕23等，酞菁类颜料包括：酞菁蓝、铜酞首、钴酞育等；稠环类颜料包括：二氧氮芑紫等。无机类的着色颜料优选氧化钛、炭黑、氧化铝、氧化铁、铬酸铅、硫酸铅、碳酸钙、高岭土、氯化氧铋和二氧化硅片等。

图2示出了根据本发明的第二种太阳能背板。参照图2所示，该太阳能背板与图1所示的第一种太阳能背板的区别在于：耐候粘结层1和耐候层5均为双层结构，其中一层为着色粘结层，耐候粘结层的着色粘结层位于其外侧部，耐候层的着色粘结层位于其内侧部。具体地，耐候粘结层1包括自内至外层叠的本体层11和着色粘结层12，本体层11通过着色粘结层12接合在基材层2的内表面上；耐候层包括自内至外层叠的着色粘结层51和本体层52，本体层52通过着色粘结层51接合在金属层4的外表面上。其中，本体层11和本体层12为上述的聚合物涂层或聚烯烃薄膜，其不含着色物质；着色粘结层12和着色粘结层51中含有上述着色物质，添加量为0.2-20%，具体为着色的PVDF膜，厚度为1~10微米。在制备着色粘结层时，需要分散上述着色物质，先用分散剂将上述着色颜料分散在溶剂中，用砂磨机研磨着色颜料到所需的粒径，再将研磨好的颜料用分散剂分散到聚酯树脂中，上述分散过程采用分散剂、表面活性剂、稀释剂、流平剂等。进一步地优选地，上述着色颜料为无机颜料，形成特定色调的着色涂料。上述聚酯树脂采用聚酯多元醇和聚醚多元醇，是二醇和二羧酸为原料形成的共聚物；上述异氰酸酯采用芳香族类、脂肪族类、脂环族类的多官能团异氰酸酯化合。以聚酯树脂中羟基（OH）和异氰酸酯中异氰酸基（NCO）为参照，优选（NCO）/（OH）=1~10：1（即聚酯树脂中羟基与异氰酸酯中异氰酸基的摩尔比为1：1~10）。上述着色颜料相比于着色涂料的固体含有率为0.2%~50%，进一步优选着色颜料相比于着色粘结层的固体含有率为0.5%~30%。

图3示出了根据本发明的第三种太阳能背板。参照图3所示，该太阳能背板与图1所示的第一种太阳能背板、图2所示的第二种太阳能背板的区别在于：耐候粘结层1为双层结构，耐候层5为单层结构。该太阳能背板中，耐候粘结层1同图2中的耐候粘结层，耐候层5同图1中的耐候层。而在另一种太阳能背板中，耐候层为双层结构（同图2中的耐候层），耐候粘结层为单层结构（同图1中的耐候粘结层）。

下面提供几种图1或2或3中的太阳能电池背板的制备实例。

实例1

如图2所示的一种新型太阳能背板，选用PET作为基材层2。该太阳能背板的制备过程具体如下：

（a）在厚度为260μm的PET内侧上涂布双组份聚氨酯胶黏剂，80℃烘干，将15um的铝箔金属层4通过压辊与胶黏剂层3复合，形成PET与金属复合层；

（b）将着色颜料：聚酯多元醇：乙酸乙酯按照质量比为2：58：40用聚丙烯酸钠分散剂混合均匀，并与异氰酸酯固化剂（NCO%=10%、固体含有率为80%）：乙酸乙酯按照质量比为100：8：22，进行混合搅拌均匀，得到着色混合物；

（c）在15um透明的PVDF膜电晕面涂布(b)所述着色混合物，80℃烘干，形成含有3μm厚度着色粘结层的耐候粘结层1和耐候层5；

（d）在PET与金属复合层的二侧涂布双组分聚氨酯胶黏剂，80℃烘干后，通过压辊分别与耐候粘结层1和耐候层5进行复合，将上述层叠体在50℃环境下熟化5天，得到所述新型太阳能背板。

实例2

一种新型太阳能背板，选用PET作为基材层。该太阳能背板的制备过程具体如下：

（a）在厚度为260μm的PET内侧上涂布双组份聚氨酯胶黏剂，80℃烘干，将15um的铝箔金属层通过压辊与胶黏剂层复合，形成PET与金属复合层；

（c）在15umPVDF膜电晕面涂布(b)所述着色混合物，80℃烘干，形成含有3um厚度着色粘结层的耐候层；

（d）耐候粘结层的厚度为10μm，将上述着色混合物与现有技术中常规的耐粘结涂料混合，涂覆在金属层上高温固化得到，即形成具有10um厚度着色耐候粘结层的基材金属复合层；

（e）在具有耐粘结层的基材金属复合层的另一侧涂布双组分聚氨酯胶黏剂，80℃烘干后，通过压辊与耐候层进行复合，将上述层叠体在50℃环境下熟化5天，得到所述新型太阳能背板。

实例3

如图1所示的一种新型太阳能背板，选用PET作为基材层2。该太阳能背板的制备过程具体如下：

（b）将着色颜料：聚酯多元醇：乙酸乙酯按照质量比为2：58：40用聚丙烯酸钠分散剂混合均匀，在与异氰酸酯固化剂（NCO%=10%、固体含有率为80%）：乙酸乙酯按照质量比为100：8：22，进行混合搅拌均匀，得到着色混合物；

（c）将着色混合物与现有技术中常规的耐候保护涂料或耐粘结涂料混合，涂覆在PET外侧或金属层上高温固化得到含有着色的耐候粘结层1或耐候层5；着色耐候粘结层1的厚度为5μm，着色耐候层5的厚度为10μm。

实例4

一种新型太阳能背板，其与实例2中原材料和结构一致，不同的是缺少步骤(d)中的着色，仅涂布现有技术中常规的耐粘结涂料，高温固化形成具有10μm厚度耐粘结层。

实例5

一种新型太阳能背板，其与实例1中原材料和结构一致，不同的是：步骤(a)中，在厚度为260μm的PET内侧上涂布双组份聚氨酯胶黏剂，80℃烘干，将5μm的铝箔金属层通过压辊与胶黏剂层复合，形成PET与金属复合层；

实例6

一种新型太阳能背板，其与实例1中原材料和结构一致，不同的是：步骤(a)中，在厚度为260μm的PET内侧上涂布双组份聚氨酯胶黏剂，80℃烘干，将20μm的铝箔金属层通过压辊与胶黏剂层复合，形成PET与金属复合层；

实例7

一种新型太阳能背板，其与实例1中原材料和结构一致，不同的是：步骤(c)中，在15μm透明PVDF膜电晕面涂布上述着色混合物，80℃烘干，形成含有7μm厚度着色粘结层的耐候粘结层1和耐候层5；

实例8

一种新型太阳能背板，其与实例1中原材料和结构一致，不同的是：步骤(c)中，在15μm透明PVDF膜电晕面涂布上述着色混合物，80℃烘干，形成含有1.5μm厚度着色粘结层的耐候粘结层1和耐候层5；

实例9

一种新型太阳能背板，其与实例2中原材料和结构一致，不同的是：步骤(d)中，耐候粘结层1的厚度为5μm，将上述着色混合物与现有技术中常规的耐粘结涂料混合，涂覆在金属层上高温固化得到，即形成具有5μm厚度耐粘结层的基材金属复合层；

对比例1

一种太阳能背板，其与实例1中原材料一致，不同的是：缺少步骤（a），即没有金属层3和胶黏剂层4，具体结构如图4所示；

对比例2

一种新型太阳能背板，其与实例1中原材料和结构一致，不同的是：缺少步骤（b）中着色步骤，无着色层。

性能测试

对实例1~9和对比例1~2中得到的太阳能背板材料用下述方法进行基本性能测试，以验证该新型结构太阳能背板的可靠性。具体如下：

1、关于涂层的反射率测试，在室温下使用紫外-可见分光光度计测量在波长范围400~700nm下样品的反射率，光源为D65/10，测试结果如表1。

表1.实施例及对比例背板样品涂层的反射率

样品	反射率(%)
		实例1	89.7
实例2	87.3
		实例3	86.1
实例4	90.6
		实例5	88.5
实例6	89.7
		实例7	86.3
实例8	87.9
		实例9	85.8
对比例1	78.5
		对比例2	90.2

2、关于背板的阻隔性能，通过测试背板的水汽透过率进行评价，将背板样品按照模型大小剪切后，测定参照ASTMF-1249《用调制红外线传感器测定塑料膜和薄膜水汽透过性的试验方法》，测试结果如表2。

表2.实施例及对比例背板样品的水汽透过率

样品	水汽透过率(g/m<sup>2</sup>.d)
		实例1	0.0011
实例2	0.0017
		实例3	0.0016
实例4	0.0014
		实例5	0.0011
实例6	0.0005
		实例7	0.0010
实例8	0.0020
		实例9	0.0015
对比例1	1.9237
		对比例2	0.0018

3、关于背板的绝缘性能，通过测试背板样品的体积电阻率进行评价，测定参照ASTM D257-2007《绝缘材料体积电阻表面电阻测试仪》，测量电压选择100V，时间设定30s，供电电源AC220V、50 HZ，外形尺寸8*8cm测试结果如表3。

4、

表3.实施例及对比例背板样品的体积电阻率

样品	体积电阻率(Ω·cm)
		实例1	1.50E+16
实例2	1.01E+16
		实例3	7.90E+15
实例4	1.90E+16
		实例5	8.80E+15
实例6	1.49E+16
		实例7	1.47 E+16
实例8	8.78 E+15
		实例9	9.31E+15
对比例1	2.10E+16
		对比例2	9.70E+15

5、关于耐粘结涂层与EVA间的粘结能力，通过测试背板样品剥离强度进行评价，测定参照GB/T2790《胶粘剂180°剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料》，使用F406P+F806胶膜组合层压，切10mm宽样条，拉力机速度100mm/min，测试结果如表4。

表4.实施例及对比例背板样品与EVA的剥离强度

样品	与EVA剥离强度(N/cm)
		实例1	118
实例2	107
		实例3	120
实例4	105
		实例5	114
实例6	108
		实例7	100
实例8	110
		实例9	103
对比例1	120
		对比例2	109

6、老化性能评价，其中包括PCT老化后耐候粘结涂层的黄变变化、附着力性能，UV处理后耐候粘结涂层的黄变变化、附着力性能及耐候层的黄变变化、层间剥离强度。

将样品放入PCT老化箱老化处理72小时，后取出参照GB/T 9286-1998《色漆和清漆漆膜的划格试验》，修补涂层的黄变性能主要考察PCT老化后黄变指数，光源为D65/10，测试结果如表5。

表5.PCT老化后实施例及对比例背板样品耐候粘结层性能

样品	黄变△Yi	附着力
			实例1	0.49	0级
实例2	0.74	0级
			实例3	0.67	0级
实例4	0.58	0级
			实例5	0.89	0级
实例6	0.71	0级
			实例7	0.77	0级
实例8	0.63	0级
			实例9	0.84	1级
对比例1	1.03	0级
			对比例2	0.97	0级

按照IEC61215：2005中10.10的规定。截取3个100mm×100mm试样，试验温度为60℃。施加UVA波长：320nm～400nm，最小施加UVB波长：300nm～320nm，辐照总能量350kwh·m^-2。测试外观及按照ASTM D1925-1970规定测试试样的黄色指数。按照GB/T 9286-1998规定测试试样的附着力性能，测试结果如表6。

表6.UV处理后实施例及对比例背板样品耐候层性能

样品	层间剥离强度N/15mm	黄变△Yi
			实例1	6.4	2.01
实例2	6.1	1.87
			实例3	/	1.90
实例4	6.8	2.03
			实例5	5.8	2.17
实例6	6.3	2.33
			实例7	6.5	1.87
实例8	6.0	1.44
			实例9	6.0	2.03
对比例1	6.3	1.97
			对比例2	5.7	2.09

7、关于着色层颜色，通过目视观察，耐候层或耐候粘结层一侧颜色与着色颜料一致的样品用◎表示，颜色与基材颜色一致或接近的样品用×表示，具体结果如表7.

表7.目视观察背板颜色结果

样品	耐候粘结层	耐候层
			实例1	◎	◎
实例2	◎	◎
			实例3	◎	◎
实例4	×	◎
			实例5	◎	◎
实例6	◎	◎
			实例7	◎	◎
实例8	◎	◎
			实例9	◎	◎
对比例1	◎	◎
			对比例2	×	×

从上述各表中结果可以看出，实例1至实例6的太阳能背板样品具有较高的反射率，与EVA间有着较好的粘结力、优异的耐候性、非常高的水汽阻隔性，能够满足不同颜色需求的太阳能电池背板的应用要求。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种太阳能背板，其特征在于：包括自内至外层叠的耐候粘结层、基材层、胶黏剂层、金属层和耐候层，所述耐候粘结层和所述耐候层中含有着色物质而使所述耐候粘结层和所述耐候层为彩色，所述着色物质选自染料、颜料或填料，所述耐候粘结层的原料包括含氟聚合物；所述耐候粘结层和所述耐候层均为双层结构，其中一层为着色粘结层，所述耐候粘结层的着色粘结层位于其外侧部，所述耐候层的着色粘结层位于其内侧部；所述着色粘结层含有重量百分比为0.2~20%的所述着色物质，用分散剂将所述着色物质分散到聚酯树脂中形成着色涂料，所述着色物质为无机颜料，所述聚酯树脂采用聚酯多元醇；所述着色涂料还包括异氰酸酯，所述异氰酸酯采用芳香族类、脂肪族类、脂环族类的多官能团异氰酸酯；所述聚酯树脂中羟基和所述异氰酸酯中异氰酸基的摩尔比为1:1~10；所述着色物质相比于所述着色涂料的固体含有率为0.2%~50%。

2.根据权利要求1所述的太阳能背板，其特征在于：所述着色粘结层的厚度为1~10微米。

3.根据权利要求1所述的太阳能背板，其特征在于：所述金属层通过胶黏剂层粘结于所述基材层的外侧表面。

4.根据权利要求1所述的太阳能背板，其特征在于：所述金属层为铝箔。