CN110190144B - 一种高反射率太阳能电池背板膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池背板膜技术领域，特别是一种高反射率太阳能电池背板膜及其制备方法，所述的太阳能电池背板膜包括基材、阻隔层和耐水解层，所述的基材包括具有泡孔结构的主层和设置在该主层两侧的辅层，所述的辅层包括90‑98％的聚对苯二甲酸乙二醇酯、1‑3％的光稳定剂，0.5‑2％的紫外线吸收剂，1.5‑5％的开口剂，所述百分含量是质量百分数；阻隔层通过粘结剂连接在所述基材的两侧；耐水解层为添加有耐水解剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，通过粘结剂连接在所述阻隔层远离所述基材的一侧；本发明通过在主层中成型有丰富的泡孔结构，确保了太阳能电池背板膜具有高的反射率；同时，所述的基材具有较好的成膜效果，确保了拉伸成型过程中的稳定成膜。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池背板膜技术领域，特别是一种高反射率太阳能电池背板膜及其制备方法。
背景技术
太阳能电池背板膜位于太阳能电池板的背面，对电池片起到保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性和耐老化性，初期的太阳能电池背板膜包括三层结构(PVDF/PET/PVDF)，外层保护层PVDF具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层PET具有良好的绝缘性能，内层PVDF与EVA具有良好的粘接性能。
传统的太阳能电池背板膜的反射率不高，仅为80-85％，大量的光能被太阳能电池背板膜吸收，直接导致电池组件发热、电池片的温度升高，引起太阳能电池的光电转换率下降；为此现有技术中采用增加金属或导热层的方式来增加散热能力，以防止光电转换率的下降，如申请号为“201310600822.9”的中国专利公开了通过增加铝合金层的方式来增加背板的散热能力；又如申请号为“201180063061.7”中国专利公开了通过增加散热墨层和金属层来增加背板的散热性能，上述方案虽然能够提高散热效果，防止光电转换率因电池组件的发热而降低，但直接导致了太阳能电池背板生产成本的升高。
现有技术中还有通过增加太阳能电池背板膜反射率的方式来改善电池组件的发热来源，即将光能反射回来，该方案能够将光能实现二次反射给电池片利用，提高光能利用率，还能够避免光能导致的电池组件发热问题，减缓光电转换率的下降幅度，因此，该提高太阳能电池背板膜反射率的方案具有极强的实用价值。例如申请号为“201210397317.4”的中国专利公开了一种高反射率太阳能电池背板膜，其结构包括基材，基材两侧设置阻隔层，阻隔层两侧分别设置耐水解层和高反射率耐水解层，也即，在该技术方案中，通过设置单独的高反射率耐水解层来提高整体太阳能电池背板膜的反射率，在其制备方法中，在两阻隔层表面涂布粘合剂，在烘箱中分别于耐水解层和高反射率耐水解层复合来得到最终的成品，由于涂布后的产品在烘箱中需要经历固化、溶剂挥发的过程，而在此阶段进行产品的复合势必会导致固化时间延长，以及有机溶剂难挥发的问题，该太阳能电池背板膜不仅结构复杂，而且生产工艺繁琐，增加了实际运用的难度，为此，综合考虑生产工艺的易于实施和具有高反射率的太阳能电池背板，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高反射率太阳能电池背板膜。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种高反射率太阳能电池背板膜，包括基材、阻隔层和耐水解层，其中，所述的基材包括具有泡孔结构的主层和设置在该主层两侧的辅层，所述的辅层包括90-98％的聚对苯二甲酸乙二醇酯、1-3％的光稳定剂，0.5-2％的紫外线吸收剂，1.5-5％的开口剂，所述百分含量是质量百分数；所述的阻隔层通过粘结剂连接在所述基材的两侧；所述的耐水解层为添加有耐水解剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，通过粘结剂连接在所述阻隔层远离所述基材的一侧。
本发明中所述的基材为三层共挤结构，通过在基材的主层中设置泡孔结构，当光线入射到该基材中时，泡孔结构所具有的诸多界面提供了丰富的反射、折射能力，从而提高了该太阳能电池背板膜的反射率。所述的辅层设置在主层的外侧，且该辅层中包括有90％(质量百分比)及以上的聚对苯二甲酸乙二醇酯，在实际的三层共挤生产过程中具有优异的成膜效果，避免了在主层中设置泡孔结构时容易破膜的弊端。
本发明中，所述基材的厚度为188-250μm；所述阻隔层的厚度为10-35μm；所述耐水解层的厚度为10-50μm。
本发明中，所述的主层包括：57-67.5％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，32-40％的聚丙烯树脂，0.5-3％的无机粒子，所述的百分含量是质量百分数。所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚丙烯树脂构成了不相容体系，在具体的成型过程中，通过双向拉伸，在主层中形成了丰富的泡孔结构，该泡孔结构所具有的界面能够提高丰富的反射面和折射面，使得该太阳能电池背板膜的反射率提高。
本发明的上述方案克服了本领域的技术偏见，即，在不相容体系中，作为常用的不相容树脂，其含量不宜过高，否则对基材的成膜能力造成威胁，即无法确保长时间的稳定拉伸成膜。而本发明的上述方案中，作为不相容树脂，聚丙烯树脂的含量达到32-40％，其明显高出了本领域的常用范围，而通过辅层的改进，确保了该基材在拉伸成型的过程中能够稳定成膜。并且，由于不相容树脂的含量较高，确保了其与聚对苯二甲酸乙二醇酯形成的不相容体系在拉伸后得到更为丰富的泡孔结构，显著的提高了该太阳能电池背板膜的反射率。
根据本发明，所述主层与辅层的厚度比对其稳定成膜也具有重要的影响。具体的，所述主层与辅层的厚度之比为1：(0.09-0.17)，进一步优选为1：0.09，1：0.17；更优选为1：0.13，1：0.14。
根据本发明，所述的无机粒子填充在主层中，在拉伸的过程中，无机粒子与聚对苯二甲酸乙二醇酯也可以形成以无机粒子为核心的孔隙结构，进一步提高对光线的反射效果，所述的无机粒子选自钛白粉、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡中的一种；所述无机粒子的平均粒径为0.1-1μm。进一步优选为0.2-0.8μm，更优选为0.2-0.4μm，处于该范围内的无机粒子可以适度的分散在聚对苯二甲酸乙二醇酯中，不会产生粒子的凝聚，并且，所述的无机粒子可以为任意的形状，例如，所述的无机粒子可以为板状或球状。为了提高无机粒子的分散效果，更优选对所述的无机粒子进行表面处理。
本发明中，所述的光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，所述的紫外线吸收剂为苯丙三唑类紫外线吸收剂，所述的开口剂为含有SiO2粒子的聚对苯二甲酸乙二醇酯粒子；上述原料均为本领域的常规原料，本发明在此不做赘述。
本发明中，所述阻隔层的材料为聚偏氯乙烯或乙烯/乙烯醇共聚物。
本发明中，所述的耐水解剂选自碳化二亚胺、聚碳化二亚胺、环氧基化聚烯烃、马来酸酐化聚烯烃中的一种或至少两种的组合物。
进一步的，根据本发明，所述耐水解剂的添加量为耐水解层的3-8％，所述百分含量是质量百分数。
本发明中，所述的耐水解层是将耐水解剂加入到聚对苯二甲酸乙二醇酯后混合均匀并下料至挤出机中熔融混合，经冷却铸片、双向拉伸后得到。
与之相应，本发明的另一个目的是提供一种高反射率太阳能电池背板膜的制备方法，其包括以下步骤：
(1)基材的制备
将主层、辅层所用的原料按配方称量，经干燥、混料装置后分别经挤出机熔融混合，在模头处主层和辅层共同流延挤出，冷却铸片，再经过纵向拉伸、横向拉伸、热定型处理后得到基材；
(2)产品复合
在耐水解层的表面涂覆粘结剂，与阻隔层复合后入烘箱固化，得到复合产品A；
对两卷复合产品A的表面同时涂覆粘结剂，然后分别复合在步骤(1)中基材的两侧，入烘箱固化，得到所述的太阳能电池背板膜。
本发明中，先将耐水解层与阻隔层进行复合，得到复合产品A，然后将两卷复合产品A的两面同时涂覆粘结剂，再分别复合到基材的两侧，一次入烘箱进行烘干固化；该方法相比于传统的在基材表面复合各层结构，避免了将基材反复的送入到烘箱中烘烤引起泡孔坍塌的问题。确保了制备得到的太阳能电池背板膜具有更好的反射效果。
进一步的，根据本发明，所述的挤出机为双螺杆挤出机，其各加工区域的温度范围为250-300℃，主机转速的范围在400-800rpm，过滤器孔径为20-45μm，铸片冷却温度为18-30℃。
进一步的，根据本发明，所述固化的条件包括：固化温度为80-120℃，固化时间为100-200s。
本发明中，所述的粘结剂为掺杂有超细玻璃纤维粉的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液，通过掺杂该超细玻璃纤维粉，不仅能够提高该粘结剂固化后的强度，同时，由于超细玻璃纤维粉所具有的反光效果，提高了对光线的反射能力。进一步的，所述超细玻璃纤维粉的直径为0.1-0.5μm，长度为0.5-3μm。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明提供的该太阳能电池背板膜，通过在主层中成型有丰富的泡孔结构，确保了制备得到的太阳能电池背板膜具有高的反射率；同时，基于辅层的配合，所述的基材具有较好的成膜效果，确保了拉伸成型过程中的稳定成膜。
2、本发明提供的太阳能电池背板膜的制备方法，对复合的顺序进行了优化，避免将基材反复的送入到烘箱中烘烤，从而避免了在前段工序中形成的丰富泡孔结构在烘烤后发生坍塌的问题，也即避免了过度烘烤导致该太阳能电池背板膜反射率的降低。
附图说明
图1为本发明提供的太阳能电池背板膜的结构示意图；
图中标号说明：10-基材，11-主层，12-辅层，20-阻隔层，30-耐水解层，40-粘接层。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图及实施例，进一步阐明本发明。
结合图1所示，本发明提供了一种高反射率的太阳能电池背板膜，其包括基材10，阻隔层20和耐水解层30，所述的基材10包括主层11和设置在该主层11两侧的辅层12；
所述的阻隔层20通过粘结剂连接在所述基材10的两侧，即在阻隔层20与基材10之间为粘接层40，所述的耐水解层30通过粘结剂连接在所述阻隔层20远离所述基材10的一侧，即在耐水解层30与阻隔层20之间也有一层粘接层40。
本发明中，所述的高反射率的太阳能电池背板膜的制备方法包括以下步骤：
(1)基材的制备
利用罗茨风机将主层所用的原料，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(中国仪征化纤有限公司生产的PET膜级切片，商品牌号为FG620)，聚丙烯树脂(北欧化工生产，商品牌号为WF420HMS)，无机粒子(将无机粒子事先与聚对苯二甲酸乙二醇酯进行造粒形成母粒，并以母粒的形式加入)送入料仓，经流化床干燥后，按配方量下入到混料装置中混合均匀，再下料至挤出机中进行熔融混合、通过熔体泵加压，经过滤器过滤；
辅层用的原料，包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、光稳定剂、紫外线吸收剂和开口剂(其中的光稳定剂和紫外线吸收剂均可事先与聚对苯二甲酸乙二醇酯进行造粒形成母粒，并以母粒的形式加入)，下料至挤出机中进行熔融混合，通过熔体泵加压，经过滤器过滤；
如上形成的主层熔体、辅层熔体在模头处汇合并共同流延挤出到大冷鼓上，冷却铸片；
将铸片先进行纵拉、后横拉、再热定型处理，得到所述的基材；
其中，所述的纵拉的拉伸比为3.75，横向拉伸的拉伸比为3.6。
(2)产品复合
将耐水解剂加入到聚对苯二甲酸乙二醇酯后混合均匀并下料至挤出机中熔融混合，经冷却铸片、双向拉伸后得到耐水解层；
在耐水解层的表面涂覆粘结剂，与阻隔层复合后入烘箱固化，得到复合产品A；
对两卷复合产品A的表面同时涂覆粘结剂，然后分别复合在步骤(1)中基材的两侧，入烘箱固化，得到所述的太阳能电池背板膜。
所述固化的条件包括：固化温度为80-120℃，固化时间为100-200s。
按照上述方法制备得到的高反射率的太阳能电池背板膜，其性能采用以下方法进行测试：
1、拉伸强度、断裂伸长率：
按照GB/T 1040-2006的规定，采用美国英斯特朗公司生产的INSTRON万能材料试验机，测试制备得到的太阳能电池背板膜的拉伸强度和断裂伸长率。
2、水蒸气透过率：
按照GB/T 1037-1988的规定，采用TSY-W2水蒸气透过率测试仪对制备得到的太阳能电池背板膜进行测试。
3、反射率：
按照GB/T 3979-2008的规定，采用美国Hunterlab公司生产的ColorQuest XE分光测色仪，在D65光源条件下，通过积分球d/8°结构测试制备得到的太阳能电池背板膜的反射率，所述的反射率是400-700nm每隔10nm波长的反射率的加权平均值，权值对应D65光源的能量分布曲线。
4、基材拉伸性：
实施例中的基材，制膜时观察能否稳定的进行拉伸成膜，并基于以下几点基准进行评价：
A：可稳定的制膜2小时以上；
B：可稳定的制膜1小时以上且小于2小时；
C：小于1小时即发生破膜，不能稳定的连续制膜。
实施例1
按照上述方法，基材的总厚度为188μm，主层与辅层厚度比为1：0.13，
基材中主层的配方为：63％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，35％的聚丙烯树脂，2％的钛白粉(粒径为0.2μm)，所述的百分含量是质量百分数。
辅层的配方为：94％的聚对苯二甲酸乙二醇酯、2％的光稳定剂，1％的紫外线吸收剂，3％的开口剂，所述的百分含量是质量百分数。
阻隔层的材料为聚偏氯乙烯，厚度为20μm，
耐水解层中耐水解剂为碳化二亚胺，其添加量为5％(质量百分比)，耐水解层的厚度为30μm；
所述的粘结剂为掺杂有超细玻璃纤维粉的乙烯-醋酸乙烯酯共聚乳液(购自重庆赛普那斯科技有限公司)，其中，超细玻璃纤维粉的直径为0.3μm，长度为2μm，其添加量占粘结剂总量的5％(质量百分比)；
在耐水解层的表面涂覆3μm的粘结剂，与阻隔层复合后入烘箱，在100℃固化120s，得到复合产品A；
对两卷复合产品A的表面同时涂覆3μm的粘结剂，然后分别复合在基材的两侧，入烘箱，在100℃固化120s，得到所述的太阳能电池背板膜。
实施例2
本实施例与实施例1的方法相比，不同的是，主层与辅层的厚度比为1：0.14；
基材中主层的配方为：61％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，38％的聚丙烯树脂，1％的钛白粉(粒径为0.2μm)，所述的百分含量是质量百分数。
辅层的配方为：94％的聚对苯二甲酸乙二醇酯、2％的光稳定剂，1％的紫外线吸收剂，3％的开口剂，所述的百分含量是质量百分数。
其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
实施例3
本实施例与实施例1的方法相比，不同的是，主层与辅层的厚度比为1：0.09；其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
实施例4
本实施例与实施例1的方法相比，不同的是，主层与辅层的厚度比为1：0.17；其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
对比例1
本对比例与实施例1的方法相比，不同的是，主层与辅层的厚度比为1：0.07；其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
对比例2
本对比例与实施例1的方法相比，不同的是，主层与辅层的厚度比为1：0.2；其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
实施例5
本实施例与实施例1的方法相比，不同的是，基材中主层的配方为：57％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，40％的聚丙烯树脂，3％的钛白粉(粒径为0.2μm)，所述的百分含量是质量百分数。
其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
实施例6
本实施例与实施例1的方法相比，不同的是，基材中主层的配方为：67.5％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，32％的聚丙烯树脂，0.5％的钛白粉(粒径为0.2μm)，所述的百分含量是质量百分数。
其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
对比例3
本对比例与实施例1的方法相比，不同的是，基材中主层的配方为：78％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，20％的聚丙烯树脂，2％的钛白粉(粒径为0.2μm)，所述的百分含量是质量百分数。
其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
对比例4
本对比例与实施例1的方法相比，不同的是，基材中主层的配方为：48％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，50％的聚丙烯树脂，2％的钛白粉(粒径为0.2μm)，所述的百分含量是质量百分数。
其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
对比例5
本对比例与实施例1的方法相比，不同的是，所述的粘结剂中不含有超细玻璃纤维粉，其余不变，制备得到太阳能电池背板膜。
对比例6
本对比例与实施例1的方法相比，不同的是，本对比例中产品复合的方法为：
在基材的两侧分别涂覆3μm的粘结剂，然后将其两侧分别与阻隔层复合；再在阻隔层的外侧涂覆3μm的粘结剂，在其外侧复合耐水解层；其余不变，相比于实施例1，该方法中基材多通过了一次烘箱。
表1实施例1-6、对比例1-6制备得到的太阳能电池背板膜的性能测试表
其中，MD为纵向，即基材的连续制膜方向，TD为横向，即与MD相垂直的方向。
基于上述测试数据可以看出，本发明提供的太阳能电池背板膜具有较高的反射率。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种高反射率太阳能电池背板膜，其特征在于，包括：
基材，其包括具有泡孔结构的主层和设置在该主层两侧的辅层，所述的辅层包括90-98％的聚对苯二甲酸乙二醇酯、1-3％的光稳定剂，0.5-2％的紫外线吸收剂，1.5-5％的开口剂，百分含量是质量百分数；
阻隔层，其通过粘结剂连接在所述基材的两侧；
耐水解层，其为添加有耐水解剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯材料，通过粘结剂连接在所述阻隔层远离所述基材的一侧；
所述的主层包括：57-67.5％的聚对苯二甲酸乙二醇酯，32-40％的聚丙烯树脂，0.5-3％的无机粒子，百分含量是质量百分数；
所述主层与辅层的厚度之比为1：(0.09-0.17)；
所述高反射率太阳能电池背板膜的制备方法包括以下步骤：
(1)基材的制备
将主层、辅层所用的原料按配方称量，经干燥、混料装置后分别经挤出机熔融混合，在模头处主层和辅层共同流延挤出，冷却铸片，再经过纵向拉伸、横向拉伸、热定型处理后得到基材；
(2)产品复合
在耐水解层的表面涂覆粘结剂，与阻隔层复合后入烘箱固化，得到复合产品A；
对两卷复合产品A的表面同时涂覆粘结剂，然后分别复合在步骤(1)中基材的两侧，入烘箱固化，得到所述的太阳能电池背板膜。
2.根据权利要求1所述的高反射率太阳能电池背板膜，其特征在于，所述基材的厚度为188-250μm；所述阻隔层的厚度为10-35μm；所述耐水解层的厚度为10-50μm。
3.根据权利要求1所述的高反射率太阳能电池背板膜，其特征在于，所述的无机粒子选自钛白粉、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡中的一种；
所述无机粒子的平均粒径为0.1-1μm。
4.根据权利要求1所述的高反射率太阳能电池背板膜，其特征在于，所述阻隔层的材料为聚偏氯乙烯或乙烯/乙烯醇共聚物。
5.根据权利要求1所述的高反射率太阳能电池背板膜，其特征在于，所述的耐水解剂选自碳化二亚胺、聚碳化二亚胺、环氧基化聚烯烃、马来酸酐化聚烯烃中的一种或至少两种的组合物。
6.根据权利要求1所述的高反射率太阳能电池背板膜，其特征在于，所述耐水解剂的添加量为耐水解层的3-8％，百分含量是质量百分数。
7.根据权利要求1所述的高反射率太阳能电池背板膜，其特征在于，所述的挤出机为双螺杆挤出机，其各加工区域的温度范围为250-300℃，主机转速的范围在400-800rpm，过滤器孔径为20-45μm，铸片冷却温度为18-30℃。
8.根据权利要求1所述的高反射率太阳能电池背板膜，其特征在于，所述固化的条件包括：固化温度为80-120℃，固化时间为100-200s。
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