CN110358443A - 一种白墨和涂膜玻璃背板及其制备方法和应用及双玻太阳能光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池领域，公开了一种白墨和玻璃背板及其制备方法以及太阳能光伏组件。白墨由如下组分组成：高反射无机填料45～70％、无机烧结剂10～40％、聚合物树脂2％～18％、溶剂12％～28％、助剂0～3％；高反射无机填料选自TiO2、BaSO4、BaCO3、Al2O3、CaCO3、CaSO4、ZrO2、锌钡白、云母、铅白和滑石粉中的至少一种；无机烧结剂含有Bi2O3、SiO2和/或B2O3、MgO和ZnO，且以无机烧结剂的总重量为基准，Bi2O3的含量为20～60wt％，SiO2和B2O3的总含量为25～50wt％，MgO的含量为0.5～10wt％，ZnO的含量为5～20wt％。所述玻璃背板制备方法包括将S1、涂膜制备；S2、预固化涂膜；S3、钢化涂膜。本发明提供的玻璃背板的耐候性好、粘接力强、附着力强，可用于制备双玻太阳能光伏组件。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种白墨和涂膜玻璃背板及其制备方法和应用以双玻太阳能光伏组件。
背景技术
太阳能光伏组件已经被广泛应用于光伏发电，其结构主要由玻璃盖板+EVA胶膜+电池片+EVA胶膜+背板组成。其中，背板位于太阳能光伏组件的最外层，起着支撑和保护整个太阳能电池板的作用。由于太阳能光伏组件大多数在户外使用，长期承受风沙雨雪等恶劣气候的影响。因此，太阳能光伏组件的背板必须具备优异的耐候性、绝缘性、阻水性、抗氧化性、耐热变形性和机械强度等性能。
现有背板主要由含氟聚合物膜复合而成，其通常具有TPT结构或TPE结构。TPT结构由PVF/黏着层/PET/黏着层/PVF组成，而TPE结构由PVF/黏着层/PET/黏着层/EVA组成。其中，PVF为聚氟乙烯膜，PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，EVA为聚乙烯-酸酸乙烯酯共聚物膜。以上背板的制备工艺通常采用多层聚合物薄膜溶剂胶涂覆复合的技术，需要经过两次涂胶、干燥和复合、以及熟化后处理，制备工序重复、繁杂，生产效率较低。此外，现有背板的机械强度以及耐候性能有待进一步提高，并且导热性和反光率也不够好，会影响光伏组件的发电效率。因此，有必要寻找新的材料来替代现有的背板材料。
无机非金属材料--钢化玻璃具有良好的机械强度、阻水性、抗氧化性、耐热变形性、绝缘性及耐候性，可用于恶劣环境。同时，钢化玻璃的导热性能也优于含氟材料或聚合物材料，可将太阳能电池使用过程中产生的热量及时导出，避免电池片温度过高导致发电效率降低。然而，如果用透明钢化玻璃作为双玻组件的玻璃背板，由于透明钢化玻璃缺少现有背板的反射功能，这样会降低太阳光辐照的有效利用率。为提高光伏组件的发电效率，CN104070734A和CN104659129A采用以醇盐、有机盐、无机盐、金属有机化合物为原料生成的胶体或有机聚合物为主的粘结剂，通过粘结剂将成膜材料与钢化玻璃粘接在一起而达到提高玻璃基材的反射率的目的。虽然采用该方法能够在一定程度上提高玻璃基板的反射率，但是膜层与玻璃基材的附着力有待提高，膜层的耐候性能也不够好，反射率也有提高的空间。
综上，目前仍极需研制一种具有高耐候性、高反射率、强附着力的涂膜钢化玻璃背板。
发明内容
本发明旨在提供一种新的白墨和玻璃背板及其制备方法和应用以及太阳能光伏组件，该涂膜玻璃背板具有高耐候、高反射率以及强附着力。
本发明提供了一种白墨，其中，所述白墨由如下重量百分比的组分组成：
高反射无机填料：45％～70％；
无机烧结剂：10％～40％；
聚合物树脂：2％～18％；
溶剂：12％～28％；
助剂：0～3％；
所述高反射无机填料选自TiO2、BaSO4、BaCO3、Al2O3、CaCO3、CaSO4、ZrO2、锌钡白、云母、铅白和滑石粉中的至少一种；
所述无机烧结剂含有Bi2O3、SiO2和/或B2O3、MgO和ZnO，且以所述无机烧结剂的总重量为基准，Bi2O3的含量为20～60wt％，SiO2和B2O3的总含量为25～50wt％，MgO的含量为0.5～10wt％，ZnO的含量为5～20wt％；
所述聚合物树脂和所述溶剂用于调节白墨的粘稠度。
优选地，所述高反射无机填料的粒径为10～500nm，优选地为10～200nm；所述无机烧结剂的粒径为3～15μm，优选地为6.5～8μm。
优选地，所述无机烧结剂的熔点为400～700℃，膨胀系数为6×10-6～10×10-6。
优选地，所述聚合物树脂选自有机硅树脂、改性有机硅树脂、纤维素树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、丁醛树脂、乙烯吡咯烷酮树脂、乙基纤维素、酚醛树脂、乙二醇丁醚醋酸酯、乙基丁缩醛和聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种。
优选地，所述溶剂选自萜烯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂和酯类溶剂中的至少一种。
优选地，所述助剂选自分散剂、流变剂、防沉剂、润湿剂和消泡剂中的至少一种。
本发明还提供了所述白墨作为玻璃背板的高反射膜层的形成材料的应用。
本发明还提供了一种玻璃背板的制备方法，其中，该方法包括：
S1、涂膜制备：将上述白墨在玻璃基板表面上形成一层均匀的膜层，得到涂膜玻璃基板；
S2、预固化涂膜：将所述涂膜玻璃基板在80～200℃下处理180s～600s，得到涂有高反射涂膜的玻璃基板；
S3、钢化涂膜：将所述涂有高反射涂膜的玻璃基板在700±20℃下钢化处理120s～240s。
优选地，所述白墨的涂覆厚度使得形成的高反射涂膜的厚度为10～100μm。
本发明还提供了由上述方法制备得到的玻璃背板。
此外，本发明还提供了一种双玻太阳能光伏组件，所述太阳能光伏组件包括依次层叠的盖板玻璃、EVA胶膜、电池片、EVA胶膜和背板，其中，所述玻璃背板为上述玻璃背板。
本发明提供的玻璃背板为钢化玻璃，因而具有更优异的绝缘性、阻水性、抗氧化性、耐热变形性、机械强度以及导热性。此外，一方面，本发明提供的玻璃背板因采用含有高反射无机填料的白墨形成高反射涂膜层，反射率高，可更有效利用光能。当光线进入太阳能电池组件中的各层材料时，一部分光线透过电池片经由白色高反射涂膜反射回电池片背面进行发电，从而能够提高光电转化效率；另一方面，本发明提供的玻璃背板因采用具有特定组成的无机烧结剂作为粘接材料，该无机烧结剂在700±20℃钢化温度下熔融成透明液体，冷却后熔融的液体转变为玻璃状固体而将高反射无机填料包裹在其中，所得涂膜的耐候性好、粘接力强、附着力强。
附图说明
图1为实施例1所得钢化涂膜玻璃背板与含氟背板反射率对比图。
具体实施方式
本发明提供的白墨由如下重量百分比的组分组成：
高反射无机填料：45％～70％；
无机烧结剂：10％～40％；
聚合物树脂：2％～18％；
溶剂：12％～28％；
助剂：0～3％。
所述高反射无机填料为膜层的骨架，主要起到提高涂膜反射率的作用。所述高反射无机填料选自TiO2、BaSO4、BaCO3、Al2O3、CaCO3、CaSO4、ZrO2、锌钡白、云母、铅白和滑石粉中的至少一种。所述高反射无机填料的粒径优选10～500nm，优选地为10～200nm。当所述高反射无机填料的含量低于45wt％时，所形成的涂层反射率低；当所述高反射无机填料的含量高于70wt％时，涂层的附着力差。
所述无机烧结剂主要起到粘结并包覆高反射无机填料以形成无机强附着膜层的作用。在高温烧结的过程中，随着温度的升高，无机烧结剂发生软化、熔化流动与玻璃基材发生粘结，从而达到将高反射无机填料与玻璃基板牢固粘接在一起成为膜层的目的。当所述无机烧结剂的含量低于10wt％时，膜层与玻璃基材的附着牢度不够；当所述无机烧结剂的含量高于40wt％时，所形成的涂层反射率低。
所述无机烧结剂为由Bi2O3、SiO2和/或B2O3、MgO、ZnO等无机化合物经过熔炼、冷却烘干、球磨、筛选得到的粉末状的纳米级的多元无机化合物。其中，所述熔炼的条件包括温度可以为800～1200℃，时间可为30～60min。在该多元无机化合物中，Bi2O3用以降低无机烧结剂的软化点，占无机烧结剂总质量的20～60％；SiO2和B2O3是形成玻璃网络的主要成分，SiO2和B2O3的总含量占无机烧结剂总质量的25～50％；MgO是提高体系热稳定性的成分，占无机烧结剂总质量的0.5～10％；ZnO是调节热膨胀系的成分，占无机烧结剂总质量的5～20％；各个组分相互作用，形成不可分割的整体。所述无机烧结剂的粒径优选为3～15μm，优选地为6.5～8μm。此外，所述无机烧结剂的熔点优选为400～700℃，膨胀系数优选为6×10-6～10×10-6。
所述聚合物树脂和所述溶剂组成混合溶液，用于调节白墨的粘稠度。
所述聚合物树脂的含量为2～18wt％、更优选为4～16wt％。所述聚合物树脂的具体实例包括但不限于：有机硅树脂、改性有机硅树脂、纤维素树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、丁醛树脂、乙烯吡咯烷酮树脂、乙基纤维素、酚醛树脂、乙二醇丁醚醋酸酯、乙基丁缩醛、聚乙烯醇缩丁醛等中的至少一种。
所述溶剂的含量为12％～28％、更优选为8～22wt％。所述溶剂的具体实例包括但不限于：萜烯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂和酯类溶剂中的至少一种。
所述助剂主要起着调节白墨成膜质量的作用。所述助剂例如可以选自分散剂、流变剂、防沉剂、润湿剂和消泡剂中的至少一种。
本发明提供的白墨通过将所述高反射无机填料、无机烧结剂、聚合物树脂、溶剂和助剂按比例充分混合均匀，研磨过筛后得到。
本发明还提供了所述白墨作为玻璃背板的高反射膜层的形成材料的应用。
本发明还提供了一种玻璃背板的制备方法，其中，该方法包括：
S1、涂膜制备：将上述白墨在玻璃基板表面上形成一层均匀的膜层，得到涂膜玻璃基板；
S2、预固化涂膜：将所述涂膜玻璃基板在80～200℃下处理180s～600s，得到涂有高反射涂膜的玻璃基板；
S3、钢化涂膜：将所述涂有高反射涂膜的玻璃基板在700±20℃下钢化处理120s～240s。
在本发明中，所述玻璃基板包括但不限于：平板玻璃及压延玻璃。所述玻璃基板的厚度可以为0.2～50mm。所述白墨在玻璃基板上形成膜层的成膜方式包括但不限于：丝网印刷法、辊涂法、喷涂法、淋涂法。此外，步骤(1)中，所述白墨的涂覆厚度优选使得形成的高反射涂膜的厚度为10～100μm。
本发明还提供了由上述方法制备得到的涂膜玻璃背板。该涂膜玻璃背板包括玻璃基板以及附着于所述玻璃基板表面的高反射膜层，所述高反射膜层由白墨烧结固化而成。其中，所述高反射膜层的厚度优选为10～100μm。
此外，本发明还提供了一种双玻太阳能光伏组件，所述双玻太阳能光伏组件包括依次层叠的玻璃盖板、EVA胶膜、电池片、EVA胶膜和玻璃背板，其中，所述玻璃背板为上述玻璃背板。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
(1)白墨制备：
按质量分数计，分别称取高反射无机填料、无机烧结剂、聚合物树脂、溶剂和助剂。其中，以白墨的总重量为基准，高反射无机填料的含量为60wt％，无机烧结剂的含量为20wt％，聚合物树脂的含量为9.5wt％，溶剂的含量为10wt％，助剂的含量为0.5wt％。
所述高反射无机填料由TiO2、BaSO4和ZrO2按照重量比9:2:1组成，其粒径为100～300nm。所述无机烧结剂为由Bi2O3-60wt％、SiO2-10wt％、B2O3-15wt％、MgO-1wt％和ZnO-14wt％经过900℃熔炼60min，冷却烘干、球磨、筛选得到的多元无机化合物，其粒径为5～8μm，熔点为450℃，膨胀系数为7.2×10-6。所述聚合物树脂为有机硅树脂。所述溶剂为二乙二醇叔丁醚和乙醇按照重量比1:0.25组成。所述助剂由润湿剂、消泡剂和流平剂按照重量比1:0.5:1组成。
按上述配比将高反射无机填料、无机烧结剂、聚合物树脂、溶剂和助剂充分混合均匀，研磨过筛后制得白墨。
(2)玻璃背板的制备：
将厚度为3.2mm的平板玻璃切割，磨边，清洗，烘干后备用。之后通过120目的聚酯网板将以上白墨印刷在处理后的平板玻璃上形成一层膜厚60μm的涂层，接着在200℃下预固化处理180s，然后在700±20℃下钢化处理180s，得到钢化涂膜玻璃背板，其性能如表1所示。该钢化涂膜玻璃背板的反射率以及含氟塑料背板的反射率对比结果如图1所示。从图1可以看出，在380～1200nm下，该钢化涂膜玻璃背板的最高反射率可达87.1％，平均反射率约为84％；而含氟塑料背板的最高反射率约为80.6％，平均反射率约为70.8％。
实施例2
(1)白墨制备：
按质量分数计，分别称取高反射无机填料、无机烧结剂、聚合物树脂、溶剂和助剂。其中，以白墨的总重量为基准，高反射无机填料的含量为53wt％，无机烧结剂的含量为25wt％，聚合物树脂的含量为9.5wt％，溶剂的含量为10.5wt％，助剂的含量为2wt％。
所述高反射无机填料由TiO2组成，其粒径为200nm。所述无机烧结剂为由Bi2O3-20wt％、SiO2-20wt％、B2O3-30wt％、MgO-10wt％和ZnO-20wt％经过1000℃熔炼30min，冷却烘干、球磨、筛选得到的多元无机化合物，其粒径为5～8μm，熔点为550℃，膨胀系数为7×10-6。所述聚合物树脂为有机硅树脂。所述溶剂为二乙二醇叔丁醚和乙醇按照重量比1:0.25组成。所述助剂由润湿剂、消泡剂和流平剂按照重量比1:0.5:1组成。
按上述配比将高反射无机填料、无机烧结剂、聚合物树脂、溶剂和助剂充分混合均匀，研磨过筛后制得白墨。
(2)玻璃背板的制备：
将厚度为3.2mm的平板玻璃切割，磨边，清洗，烘干后备用。之后通过120目的聚酯网板将以上白墨印刷在处理后的平板玻璃上形成一层膜厚60μm的涂层，接着在200℃下预固化处理180s，然后在700±20℃下钢化处理180s，得到钢化涂膜玻璃背板，其性能如表1所示。
实施例3
(1)白墨制备：
按质量分数计，分别称取高反射无机填料、无机烧结剂、聚合物树脂、溶剂和助剂。其中，以白墨的总重量为基准，高反射无机填料的含量为55wt％，无机烧结剂的含量为18wt％，聚合物树脂的含量为7.5wt％，溶剂的含量为19.5wt％，助剂的含量为0wt％。
所述高反射无机填料由TiO2和BaSO4按照重量比9:2组成，其粒径为100～300nm。所述无机烧结剂为由Bi2O3-40wt％、B2O3-40wt％、MgO-10wt％和ZnO-10wt％经过1200℃熔炼45min，冷却烘干、球磨、筛选得到的多元无机化合物，其粒径为5～8μm，熔点为500℃，膨胀系数为7.5×10-6。所述聚合物树脂为有机硅树脂。所述溶剂为二乙二醇叔丁醚和乙醇按照重量比1:0.25组成。所述助剂由润湿剂、消泡剂和流平剂按照重量比1:0.5:1组成。
按上述配比将高反射无机填料、无机烧结剂、聚合物树脂、溶剂和助剂充分混合均匀，研磨过筛后制得白墨。
(2)玻璃背板的制备：
将厚度为3.2mm的平板玻璃切割，磨边，清洗，烘干后备用。之后通过120目的聚酯网板将以上白墨印刷在处理后的平板玻璃上形成一层膜厚30μm的涂层，接着在200℃下预固化处理180s，然后在700±20℃下钢化处理180s，得到钢化涂膜玻璃背板，得到钢化涂膜玻璃背板，其性能如表1所示。
对比例1
按照实施例1的方法制备钢化涂膜玻璃背板，不同的是，将无机烧结剂采用相同重量份的高反射无机填料替代，其余条件与实施例1相同，得到参比钢化涂膜玻璃背板，其性能如表1所示。
对比例2
按照实施例1的方法制备钢化涂膜玻璃背板，不同的是，将无机烧结剂中的Bi2O3采用相同重量份的SiO2替代，其余条件与实施例1相同，得到参比钢化涂膜玻璃背板，其性能如表1所示。
对比例3
按照实施例1的方法制备钢化涂膜玻璃背板，不同的是，将高反射无机填料采用相同重量份的无机烧结剂替代，其余条件与实施例1相同，得到参比钢化涂膜玻璃背板，其性能如表1所示。
表1
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种白墨，其特征在于，所述白墨由如下重量百分比的组分组成：
高反射无机填料：45％～70％；
无机烧结剂：10％～40％；
聚合物树脂：2％～18％；
溶剂：12％～28％；
助剂：0～3％；
所述高反射无机填料选自TiO2、BaSO4、BaCO3、Al2O3、CaCO3、CaSO4、ZrO2、锌钡白、云母、铅白和滑石粉中的至少一种；
所述无机烧结剂含有Bi2O3、SiO2和/或B2O3、MgO和ZnO，且以所述无机烧结剂的总重量为基准，Bi2O3的含量为20～60wt％，SiO2和B2O3的总含量为25～50wt％，MgO的含量为0.5～10wt％，ZnO的含量为5～20wt％；
所述聚合物树脂和所述溶剂用于调节白墨的粘稠度。
2.根据权利要求1所述的白墨，其特征在于，所述高反射无机填料的粒径为10～500nm，优选地为10～200nm；所述的无机烧结剂的粒径为3～15μm，优选地为6.5～8μm。
3.根据权利要求1所述的白墨，其特征在于，所述无机烧结剂的熔点为400～700℃，膨胀系数为6×10-6～10×10-6。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的白墨，其特征在于，
所述聚合物树脂选自有机硅树脂、改性有机硅树脂、纤维素树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂、丁醛树脂、乙烯吡咯烷酮树脂、乙基纤维素、酚醛树脂、乙二醇丁醚醋酸酯、乙基丁缩醛和聚乙烯醇缩丁醛中的至少一种；
所述溶剂选自萜烯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂和酯类溶剂中的至少一种。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的白墨，其特征在于，所述助剂选自分散剂、流变剂、防沉剂、润湿剂和消泡剂中的至少一种。
6.权利要求1～5中任意一项所述的白墨作为玻璃背板的高反射膜层的形成材料的应用。
7.一种玻璃背板的制备方法，其特征在于，该方法包括：
S1、涂膜制备：将权利要求1～5中任意一项所述的白墨在玻璃基板表面上形成一层均匀的膜层，得到涂膜玻璃基板；
S2、预固化涂膜：将所述涂膜玻璃基板在80～200℃下处理180s～600s，得到涂有高反射涂膜的玻璃基板；
S3、钢化涂膜：将所述涂有高反射涂膜的玻璃基板在700±20℃下钢化处理120s～240s。
8.根据权利要求7所述的玻璃背板的制备方法，其特征在于，所述白墨的涂覆厚度使形成的高反射涂膜的厚度为10～100μm。
9.由权利要求7或8所述的方法制备得到的玻璃背板。
10.一种双玻太阳能光伏组件，所述双玻太阳能光伏组件包括依次层叠的玻璃盖板、EVA胶膜、电池片、EVA胶膜和玻璃背板，其特征在于，所述玻璃背板为权利要求9所述的玻璃背板。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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