CN110828595B - 一种网格化光伏背板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种网格化光伏背板及其制备方法。所述制备方法包括如下步骤：利用含有钛白粉的聚偏氟乙烯铸膜液在双面涂覆型透明基材的内层涂布白色网格结构；将处理后的基材通过相转化法进行沉淀固化；将固化处理后的基材进行后处理。本发明的网格化光伏背板具有良好的耐候性，白色网格区域具有较高的反射率，非白色网格区域具有较高的透过率，有效提升了光伏组件的发电功率，且生产工艺成型速度快，工艺温和、经济环保。
Description
技术领域
本发明属于光伏电池封装技术领域，特别是涉及一种网格化光伏背板及其制备方法。
背景技术
光伏平价上网时代的来临，使得光伏组件的技术在不断发展，成本不断得到相应的控制。从白色背板和白色胶膜等衍生的就是增大光伏组件位于电池片各层对太阳光的反射率，增大太阳光的利用效率从而使得电池片发电的功率更高。当相同版型的光伏组件发电功率增大而成本保持不变时，相当于光伏组件的度电成本降低。而随着高效电池技术的发展，特别是其中的双面电池，使得光伏组件的功率越来越高。当前，双面发电技术已经被认为是最具有应用前景的光伏技术，而双面组件只占全球光伏组件安装总量的不到1%；与标准光伏组件相比，双面组件凭借背面发电取得5%-30%的发电量增益，在相同的安装条件下最高可以使得度电成本下降18%左右。高效双面组件将是未来综合性价比最高的光伏组件。
针对双面组件开发设计的透明网格背板，在电池片区域为透明背板，其它非电池片区域为白色网格结构。有的是采用在光伏玻璃上镀高反射层，或白色釉质层；有的采用白色胶膜与透明胶膜的匹配设计；有的采用涂层固化技术涂覆一层白色涂膜。每种方法各有优劣，但所设计的结构基本是网格化图案，网格的形状、尺寸和位置基本大同小异，主要是为了和电池片相镶嵌，最终的目的都是为了提高光线的利用率，从而使得双玻组件的功率有增益。为了从技术进步达到成本降低的目的，生产的效率很关键，如何快速设计形成网格化区域很重要。
目前，已有的网格背板，如中国专利CN 109244167A公开了一种功率增强型透明网格化背板，其达到了提高双面双玻组件的发电效率，功率增益大于3％且老化后衰减小的技术效果。但是其紫外固化的方式达到背板各层复合的效果存在成型效率不够，且工艺条件要求高，增加了生产成本的缺陷。
再如中国专利CN 107759983A公开了一种图案化透明背板材料，其能够大大提高光电转化效率，且在耐热性能、绝缘性能以及耐老化性能等方面也具有优异的可靠性，但是辐射固化方法也同样使得工艺效率较低，成本较高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种网格化光伏背板及其制备方法。本发明的网格化光伏背板具有良好的耐候性，白色网格区域具有较高的反射率，非白色网格区域具有较高的透过率，有效提升了光伏组件的发电功率，且生产工艺成型速度快，工艺温和、经济环保。
为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：
一种网格化光伏背板的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
（1）利用含有钛白粉的聚偏氟乙烯铸膜液在双面涂覆型透明基材的内层涂布白色网格结构；
（2）将步骤（1）处理后的基材通过相转化法进行沉淀固化；
（3）将固化处理后的基材进行后处理。
进一步地，所述步骤（2）的相转化法具体为：将步骤（1）处理后的基材在快速通入凝固液沉浸一段时间，所述快速进入为涂覆好铸膜液后的基材在空气中停留的时间，在20秒内，优选的，沉浸时间为0.1-10分钟。铸膜液在凝固液中发生液液分相，而表皮形成致密皮层，表皮下形成较为适宜的结构。
优选的，所述凝固液为水或水与有机溶剂的混合溶液，所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、丁酮、丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种。
优选的，所述水与有机溶剂的质量比为10/1-1/5。
进一步地，在步骤（2）之前先对涂布白色网格结构的基材在空气中进行预蒸发。该步骤的作用主要是将铸膜液中的溶剂进行部分挥发，降低后续沉淀固化以及后处理所需要的时间和成本，降低能耗。
进一步地，所述步骤（3）的后处理步骤为高温热加工，具体是将固化处理后的基材在100-150℃烘干处理1-5min。
进一步地，所述聚偏氟乙烯为膜用疏水性聚偏氟乙烯粉末，粘均分子量在70万以上。
进一步地，所述铸膜液是通过如下方法制备得到：按照重量份，将5-30份的聚偏氟乙烯粉末加入100份的溶剂中，低温搅拌使之完全溶解呈澄清状，再加入0.1-5%的钛白粉质量的分散剂和10-40份的钛白粉搅拌分散均匀制得。
优选的，所述溶剂为丙酮、丁酮、丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种的组合物。
优选的，所述低温搅拌温度为20-80℃。
优选的，所述钛白粉为粒径范围在0.1-0.5um的金红石型钛白粉。
优选的，所述分散剂是含颜料亲和基团的嵌段共聚物类分散剂，例如，BYK Chemie公司的Disperbyk系列如Disperbyk 160、161、162等。
进一步地，所述涂布方式为丝网印刷或滚涂。白色网格结构是与光伏组件封装时电池片间隙和边框相对应的区域结构，网格结构宽度等按照客户组件封装要求设计。
进一步地，所述双面涂覆型透明基材是通过将包括氟碳树脂、改性树脂、固化剂、无机填料、助剂、溶剂的原料按一定比例调配成的透明氟碳涂料在透明基底两面涂覆并高温固化所得。
优选的，所述高温固化条件为150-200℃烘道热风处理1-6min。
优选的，所述双面涂覆型透明基材的内层厚度为1-20μm，更优选的内层厚度在5-15μm；所述的双面涂覆型透明基材的外层厚度为10-30μm，更优选的外层厚度在15-25μm；所述的透明基底为透明的PET薄膜，薄膜的厚度在200-300μm，更优选为230-280μm。
本发明进一步提供上述制备方法制备得到的网格化光伏背板。
本发明所具有的主要技术效果：
1、本发明所设计的白色网格结构区域的涂布采用的是相转化法进行沉淀固化，其具有较好较快的成型性，而且相转化法制备过程工艺条件较为温和，凝固液可回收循环使用，经济环保。
2、本发明制备的透明网格背板的白色网格区域具有较高的反射率，非白色网格区域具有较高的透过率，从而保证了光伏组件对太阳光的充分利用，有效提升了光伏组件的发电功率。
3、本发明所制备得到的透明网格背板具有良好的耐候性，可以保证光伏组件在户外的长久可靠使用。
附图说明
图1为白色网格结构为十字直角的结构示意图；
图2为白色网格结构为十字折角的结构示意图；
图3为采用十字直角白色网格结构的透明网格背板结构示意图；
图4为采用十字折角白色网格结构的透明网格背板结构示意图；
其中，1-白色网格结构区域、2-电池片区域。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。
一、网格化光伏背板
网格化光伏背板制备方法包括如下步骤：
（1）利用含有钛白粉的聚偏氟乙烯铸膜液在双面涂覆型透明基材的内层涂布白色网格结构；涂布方式为丝网印刷或滚涂。白色网格结构是与光伏组件封装时电池片间隙和边框相对应的区域结构，网格结构宽度等按照客户组件封装要求设计。
（2）对涂布白色网格结构的基材在空气中进行预蒸发；再将步骤（1）处理后的基材通过相转化法进行沉淀固化；相转化法具体为：将步骤（1）处理后的基材快速通入凝固液沉浸0.1-10分钟；所述凝固液为水或水与有机溶剂的混合溶液，所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、丁酮、丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种。水与有机溶剂的质量比为50/1-1/10。
（3）将固化处理后的基材进行高温热加工，具体是将固化处理后的基材在100-150℃烘干处理1-5min。
二、双面涂覆型透明基材
本发明实施例中的双面涂覆型透明基材是通过将包括氟碳树脂、改性树脂、固化剂、无机填料、助剂、溶剂的原料按一定比例调配成的透明氟碳涂料在透明基底两面涂覆并在150-200℃烘道热风处理1-6min固化所得。
其中，基材的各组分为：
氟碳树脂为聚偏氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯、四氟乙烯/六氟化丙烯共聚体、乙烯/四氟乙烯共聚体、乙烯/三氯氟乙烯共聚体、四氟乙烯/过氟化乙烯共聚体、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物的一种或几种按任意配比混合组成；
改性树脂为丁醇醚化氨基树脂、丁醇醚化脲醛树脂、环氧树脂、C5石油树脂、萜烯树脂、有机硅树脂的一种或几种按任意配比混合组成；
固化剂为甲苯二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯预聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯缩二脲、二苯甲烷二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯预聚体、异佛尔酮二异氰酸酯-三羟甲基丙烷甲醇物、甲苯二异氰酸酯-三羟甲基丙烷加成物、甲苯二异氰酸酯-二元醇加成物的一种或几种按任意比例混合组成；
无机填料为纳米二氧化钛、氧化铟锡、蒙脱土、透明粉、抗划粉、玻璃纤维粉、陶瓷微珠、碳化硅、硅微粉、白炭黑、玻璃粉、纳米氧化锌、纳米氧化铌、消光粉的一种或几种按任意比例混合组成；
助剂选自阴离子型润湿分散剂或高分子型润湿分散剂，聚醚改性聚硅氧烷流平剂或芳烷基改性聚硅氧烷流平剂或聚酯改性聚硅氧烷流平剂或反应型聚硅氧烷流平剂，2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2'-羟基-3',5'-二叔苯基)-5-氯化苯并三唑、双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）-癸二酸酯/单（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）癸二酸酯复配物、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、四(3,5-二叔丁基-4-羟基)苯丙酸季戊四醇酯、β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯；
溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙二醇甲醚醋酸酯、乙酰丙酮、甲基异丁基甲酮、乙醇、异丙醇的一种或几种按任意配比混合组成。
三、含有钛白粉的聚偏氟乙烯铸膜液
本发明实施例中的铸膜液是通过如下方法制备得到：按照重量份，将5-30份的聚偏氟乙烯粉末加入100份的溶剂中，20-80℃低温搅拌使之完全溶解呈澄清状，再加入0.1-5%的钛白粉质量的Disperbyk系列的分散剂，和10-40份的粒径范围在0.1-0.5μm的金红石型钛白粉搅拌分散均匀制得。所述聚偏氟乙烯为膜用疏水性聚偏氟乙烯粉末，粘均分子量在70万以上。所述溶剂为丙酮、丁酮、丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种的组合物。
实施例1
在双面涂覆型的透明基材内层以丝网印刷涂布白色聚偏氟乙烯铸膜液，呈十字直角如图1所示，形成的透明网格背板结构如图3所示，该铸膜液由20份聚偏氟乙烯粉末在60℃搅拌状态下溶解在100份N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，再加入2份的Disperbyk 160分散剂和40份的钛白粉搅拌分散均匀即得；然后在水凝固浴中沉淀固化，再经过100℃烘道处理3min，即得15μm的白色网格结构。透明基底选择275μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度10μm，外层厚度18μm。
实施例2
在双面涂覆型的透明基材内层滚涂涂布白色聚偏氟乙烯铸膜液，呈十字直角如图1所示，形成的透明网格背板结构如图3所示，该铸膜液由30份聚偏氟乙烯粉末在35℃搅拌状态下溶解在100份丙酮溶剂中，再加入1份的Disperbyk 161分散剂和30份的钛白粉搅拌分散均匀即得；然后在水/二丙二醇甲醚=10/1的凝固浴中沉淀固化，再经过115℃烘道处理3min，即得25μm的白色网格结构。透明基底选择250μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度14μm，外层厚度16μm。
实施例3
在双面涂覆型的透明基材内层滚涂涂布白色聚偏氟乙烯铸膜液，呈十字折角如图2所示，形成的透明网格背板结构如图4所示，该铸膜液由25份聚偏氟乙烯粉末在40℃搅拌状态下溶解在100份二甲基乙酰胺溶剂中，再加入0.5份的Disperbyk 162分散剂和35份的钛白粉搅拌分散均匀即得；然后在水/N,N-二甲基甲酰胺=3/1的凝固浴中沉淀固化，再经过135℃烘道处理3min，即得5μm的白色网格结构。透明基底选择260um厚的PET薄膜，透明基材内层厚度8μm，外层厚度15μm。
实施例4
在双面涂覆型的透明基材内层以丝网印刷涂布白色聚偏氟乙烯铸膜液，呈十字折角如图2所示，形成的透明网格背板结构如图4所示，该铸膜液由15份聚偏氟乙烯粉末在80℃搅拌状态下溶解在100份二甲基亚砜/丁酮=2/1的溶剂中，再加入0.5份的Disperbyk163分散剂和35份的钛白粉搅拌分散均匀即得；然后在水/二甲基亚砜/乙醇=1/2/2凝固浴中沉淀固化，再经过150℃烘道处理3min，即得28μm的白色网格结构。透明基底选择240μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度5μm，外层厚度25μm。
实施例5
在双面涂覆型的透明基材内层以丝网印刷涂布白色聚偏氟乙烯铸膜液，呈十字折角如图2所示，形成的透明网格背板结构如图4所示，该铸膜液由15份聚偏氟乙烯粉末在50℃搅拌状态下溶解在100份丙二醇乙醇醋酸酯/二甲基亚砜/ N-甲基吡咯烷酮=1/1/1溶剂中，再加入0.2份的Disperbyk 163分散剂和10份的钛白粉搅拌分散均匀即得；然后在水/N-甲基吡咯烷酮=10/1凝固浴中沉淀固化，再经过140℃烘道处理4min，即得9μm的白色网格结构。透明基底选择255μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度13μm，外层厚度20μm。
实施例6
在双面涂覆型的透明基材内层以丝网印刷涂布白色聚偏氟乙烯铸膜液，呈十字折角如图2所示，形成的透明网格背板结构如图4所示，该铸膜液由18份聚偏氟乙烯粉末在65℃搅拌状态下溶解在100份N,N-二甲基甲酰胺/二丙二醇甲醚=1/1的溶剂中，再加入0.6份的Disperbyk 163分散剂和30份的钛白粉搅拌分散均匀即得；然后在水/乙醇=4/1的凝固浴中沉淀固化，再经过110℃烘道处理1min，即得16μm的白色网格结构。透明基底选择235μm厚的PET薄膜，透明基材内层厚度10μm，外层厚度23μm。
对比例1
取实施例6的透明基材，将所用的氟碳涂料加有等比例的钛白粉调配成白色的氟碳涂料，并采用丝网印刷涂覆在该透明基材的内层并高温固化，呈十字折角如图2所示，形成的透明网格背板结构如图4所示。
对比例2
取实施例6的透明基材，选择已热塑性的氟碳树脂，加入与实施例5铸膜液相同比例的溶剂和钛白粉调配，并采用丝网印刷在该透明基材的内层涂覆一层，呈十字折角如图2所示，形成的透明网格背板结构如图4所示，然后经热挥发干燥成膜。
以下，对实施例1-6和对比例1-2得到的网格化光伏背板进行评测，评测结果参见表1。具体评测方法和标准如下：
1. 反射率：测试方法参照CQC 3308-2013《光伏组件封装用背板认证技术规范》。
2. 透光率：测试方法参照ASTM D1003《透明塑料透光率和雾度试验方法》。
3. 黄变指数：测试方法参照GB/T 2409《塑料黄色指数试验方法》。
4. 与EVA间剥离强度：测试方法参照GB/T 2790《胶粘剂180°剥离强度试验方法绕性材料对刚性材料》。
5. 耐候试验：测试方法参照标准GB/T 2423.3《高低温湿热试验方法》。
6. UV试验：测试方法参照标准GB/T 31034《晶体硅太阳电池组件用绝缘背板》。
7. 最大功率：测试方法参照标准IEC 61215《地面用晶体硅光伏组件—设计鉴定和定型》。
表1实施例1-6和对比例1-2网格化光伏背板性能评测结果
由表1可见，本发明所涉及的实施例样品具有较高的反射率和透光率，老化性能测试后性能保持较好，保证了光伏组件在户外使用过程中可靠性；与对比例1相对比，本发明所涉及的实施例不会出现热固性涂料所引起的粘度增大导致的堵板等问题，工艺更为简单；与对比例2相对比，本发明所涉及的实施例老化前后的数据表现更佳，主要是挥发干燥成膜的性能较差，且工艺会产生大量的挥发溶剂，增大后处理工艺的成本。综合对比可以说明采用本发明的相转化法制备透明网格背板的工艺简单，在光伏组件降本增效上具有很大的应用潜力。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护范围内。
Claims (5)
1.一种网格化光伏背板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）利用含有钛白粉的聚偏氟乙烯铸膜液在双面涂覆型透明基材的内层涂布白色网格结构；
（2）将步骤（1）处理后的基材通过相转化法进行沉淀固化；
（3）将固化处理后的基材进行后处理；
其中，步骤（1）中所述铸膜液是通过如下方法制备得到：按照重量份，将5-30份的聚偏氟乙烯粉末加入100份的溶剂中，低温搅拌使之完全溶解，所述低温搅拌温度为20-80℃，再加入0.1-5%的钛白粉质量的分散剂和10-40份的钛白粉搅拌分散均匀制得；所述双面涂覆型透明基材是通过将包括氟碳树脂、改性树脂、固化剂、无机填料、助剂和溶剂的原料按一定比例调配成的透明氟碳涂料在透明基底两面涂覆并高温固化所得，所述高温固化条件为150-200℃烘道热风处理1-6min；
步骤（2）中所述相转化法具体为：将步骤（1）处理后的基材在20s内快速进入凝固液沉浸0.5-10min；所述凝固液为水或水与有机溶剂的混合溶液，所述有机溶剂包括乙醇、丙酮、丁酮、丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种；所述水与有机溶剂的质量比为50/1-1/10。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤（2）之前先对涂布白色网格结构的基材在空气中进行预蒸发。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）的后处理步骤为高温热加工，具体是将固化处理后的基材在100-150℃烘干处理1-5min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂为丙酮、丁酮、丙二醇乙醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种的组合物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法制备得到的网格化光伏背板。
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