CN110854226A - 一种光伏高效复合背板及其制备方法、应用的光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光伏高效复合背板及其制备方法、应用的光伏组件，包括通过交联固化复合为一体的隔水汽耐候层和复合材料层，复合材料层的原料为纤维和热固性粉末涂料，纤维与热固性粉末涂料的重量份占比为20‑80份：80‑20份；其中，热固性粉末涂料包括热固性树脂和用于热固性树脂交联固化的固化剂；纤维为由纤维材料织造而成的纤维布或由纤维材料非织造而成的纤维布或短切纤维或磨碎纤维；本发明的光伏高效复合背板在具有热固性粉末涂料固有优点的前提下，还具有优异的抗紫外、抗老化、抗冲击及具有柔性、防火、绝缘等性能，同时储存性能稳定，便于存储运输，而且本发明光伏高效复合背板使得后续应用的光伏组件生产工艺流程得到极大简化、有效降低了制造成本。

Description

一种光伏高效复合背板及其制备方法、应用的光伏组件
技术领域
本发明属于光伏封装材料领域，具体涉及一种光伏高效复合背板及其制备方法，本发明还涉及该光伏高效复合背板应用的光伏组件。
背景技术
热固性粉末涂料指的是一种不含溶剂的100％固体粉末状涂料。热固性粉末涂料通常由热固性树脂、固化剂、颜料、填料和助剂等组成，因其具有无溶剂、无污染、可回收、环保、节省能源和资源、减轻劳动强度和涂膜机械强度高等特点，被广泛应用在建筑、木器、汽车以及家电等领域作为基材防护涂膜。
由于热固性粉末涂料自身为粉末特性，始终被认为其仅限应用于各类金属或木质或玻璃等硬质基材的涂膜防护材料。而申请人的关联在先申请号为CN201610685536.0和CN201610685240.9的中国发明专利分别公开了一种光伏组件用封装材料及该封装材料的制备方法，提出将丙烯酸粉末涂料或超耐候聚酯粉末涂料复合纤维布得到复合材料来作为光伏组件的封装材料，来取代传统的钢化玻璃层或背板层来解决光伏封装材料轻量化和安装便利的问题，取得了令人惊喜的技术效果，这是光伏封装行业的技术突破。
而随着本申请人的不断推广应用实施和大量实验研究，发现了将热固性粉末涂料与特定材料进行复合后可以得到具有更加特定优异性能和技术效果的复合材料，特别适合取代现有技术中光伏背光面的封装材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光伏高效复合背板及其制备方法、应用的光伏组件，本发明的光伏高效复合背板在具有热固性粉末涂料固有优点的前提下，还具有优异的抗紫外、抗老化、隔水汽透过、机械强度及具有柔性、防火、绝缘等性能，同时储存性能稳定，便于存储运输，而且本发明光伏高效复合背板使得后续应用的光伏组件生产工艺流程得到极大简化、有效降低了制造成本，同时抗冲击性能优异。
需要说明的是：本发明关联在先申请号为CN201610685536.0和CN201610685240.9的中国发明专利提出丙烯酸粉末涂料或超耐候聚酯粉末涂料热粘合在纤维布上得到复合材料，复合材料在光伏组件层压过程中同时完成交联固化，这是由于本领域的技术人员根据公知常识和常规经验会认为这是最佳的工艺路径，因为层压的加热环境同样适用于粉末涂料的交联固化条件，而且两者同时进行还可以利于该复合材料热固层结构与其他层结构的粘接，因此在此工艺路径下，即便遇到热固性材料热固化时和封装材料通常采用的热塑性材料热塑化时的特性不同等技术问题时，会采用分阶段加热以及加压冷却步骤来尽力解决这些技术问题。
然而本申请人在实际应用中发现，该复合材料由于采用热粘合复合工艺，存储稳定性较差，不便于长时间运输，因此一般规定不能进行长途运输，就近生产封装，且存储期一般不能超过3个月，这无疑增加了制造成本；而且粉末涂料在光伏组件层压过程时进行交联固化通常会产生气泡和/气体，这些在光伏组件层压过程中产生的气泡和气体多少会直接影响光伏层压组件的平整度和层压质量；当然地，光伏层压组件层压时所采用的分阶段加热以及加压冷却步骤也进一步导致了其工艺流程繁琐、制造成本高的问题。
此外，CN201610685536.0和CN201610685240.9提出通过大量实验，发现具体应用丙烯酸粉末涂料和超耐候聚酯粉末涂料时可直接取代传统的钢化玻璃层或背板层来解决光伏封装材料轻量化和安装便利的问题，而实施其他类型的热固性粉末涂料(如环氧粉末涂料)时，耐候性并不理想，因此，所应用的热固性粉末涂料类型仍然存在一定局限性，在成本和原材料选择自由度上来说都是不太利于规模化生产的。
而现有技术典型的光伏背板通常采用PET膜作为主要材料，然后在PET膜单面或双面上复合具有优异耐候性能的氟膜；然而这样的光伏背板结构在硬度、抗冲击性、抗拉伸强度等方面的机械性能较差，而且在后续进行光伏组件层压时，由于其过于柔软，硬度低，从而导致背板背面容易有大量褶皱，影响外观观感且影响背板性能。
也有很多结构改进型或材料改进型的光伏复合背板，但这些改进的光伏复合背板基本使用大量有机溶剂涂覆，不环保且制作流程复杂。
因此，综上所述，基于现有技术的现状以及这些创新复合材料在实际批量化生产时存在的这些具体的技术问题，本申请人希望在这些创新复合材料的基础上进行更多的深入研究实验，争取得到更多既符合光伏行业标准要求且更利于批量化生产的光伏复合背板新产品。
本发明采用的技术方案如下：
一种光伏高效复合背板，所述复合背板包括通过交联固化复合为一体的隔水汽耐候层和复合材料层，所述复合材料层的原料为纤维和热固性粉末涂料，所述纤维与所述热固性粉末涂料的重量份占比为20-80份：80-20份；其中，所述热固性粉末涂料包括热固性树脂和用于所述热固性树脂交联固化的固化剂；所述纤维为由纤维材料织造而成的纤维布或由纤维材料非织造而成的纤维布或短切纤维或磨碎纤维；所述隔水汽耐候层的材料为热塑性塑料膜。
本发明例举了优选方案的纤维形状，这些优选的纤维形状利于光伏高效复合背板的制备以及使其相关性能表现更加优异，当然地，作为次优选实施例，本发明还可以采用其他形状的纤维，只要结合合适的制备工艺，也可以得到本发明所要保护的光伏高效复合背板。
优选地，所述热固性粉末涂料同时在所述纤维和所述隔水汽耐候层上进行交联固化，使得所述隔水汽耐候层和所述复合材料层固化交联复合为一体。
更优选地，所述纤维与所述热固性粉末涂料的重量份占比为30-70份：70-30份；更优选地，所述纤维与所述热固性粉末涂料的重量份占比为30-50份：70-50份。
优选地，所述纤维布的单位面积重量范围为30-400g/m2。
优选地，所述纤维材料是玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种或几种的组合；优选地，所述纤维材料的单丝直径范围为3-23μm。
优选地，所述热固性树脂为丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、氟碳树脂中的一种或几种的混合；为了利于热固性粉末涂料的耐候性以及机械性能同时降低成本，优选地，所述热固性树脂为丙烯酸树脂或聚酯树脂或丙烯酸树脂和聚酯树脂的混合。
优选地，所述隔水汽耐候层采用PET膜、PO膜、EVA膜、含氟类热塑膜中的一种膜结构或几种膜组合而成的多层复合结构。
优选地，所述隔水汽耐候层包括三层复合结构，其中，外部为含氟类热塑膜，中部为PET膜，内部为热塑胶膜。
优选地，所述隔水汽耐候层的厚度范围为150-350μm；所述复合材料层的厚度范围为0.20-0.75mm。
优选地，一种如上所述的光伏高效复合背板的制备方法，所述光伏高效复合背板采用热固化工艺制备得到，其中，所述热固化工艺的加热温度范围为130-220℃，加热时间为8-30分钟；所述热固性粉末涂料同时在所述纤维和所述隔水汽耐候层上进行交联固化，使得所述隔水汽耐候层和所述复合材料层固化交联复合为一体。
更优选地，所述热固化工艺的加热温度范围为150-200℃，加热时间为15-25分钟；
在热固化工艺过程中，可选地，加压压力范围为0.01-0.5Mpa；更优选地，加压压力范围为0.05-0.3Mpa。
需要说明的是，本发明上述热固化工艺是作为本发明优选的热固性粉末涂料交联固化工艺，当然地，本发明也不限制在其他实施方式中采用其他公知的交联固化工艺来进行热固性粉末涂料的固化，只要能满足本发明的隔水汽耐候层和复合材料层固化交联复合为一体即可。
优选地，所述复合材料层采用纤维和热固性粉末涂料通过预复合工艺制备得到，所述预复合工艺采用涂覆工艺或涂覆热粘合工艺或熔融共挤工艺。
优选地，所述复合材料层包括热固性粉末涂料层和纤维布层，所述纤维布层的材料为由纤维材料织造而成的纤维布；其中，所述热固性粉末涂料层通过预复合工艺选择性地预复合在所述隔水汽耐候层或所述纤维布层上，所述预复合工艺采用涂覆工艺或涂覆热粘合工艺。
进一步来说明，本发明提出预复合工艺是利于在实际规模生产时热固化工艺的高效实施应用，便于在实际生产时的半成品材料的周转和运输，通过预复合工艺预先将热固性粉末涂料与隔水汽耐候层或纤维复合；具体来说，涂覆工艺是指将热固性粉末涂料均匀地涂覆在纤维布或隔水汽耐候层上；涂覆热粘合工艺是指将热固性粉末涂料均匀地涂覆在纤维布或隔水汽耐候层上后再进行加热，使得热固性粉末涂料良好地热粘合在纤维布或隔水汽耐候层上；熔融共挤工艺是指将热固性粉末涂料与短切纤维或磨碎纤维共混挤出得到呈片材形状的预复合的纤维和热固性粉末涂料，利于后续的热固化工艺的实施；
优选地，一种光伏组件，所述光伏组件包括光伏组件层结构，所述光伏组件层结构包括层压为一体的受光面封装层、受光面封装膜层、电池串、背光面封装膜层、背光面封装层，其中，所述背光面封装层采用如上所述的光伏高效复合背板。
需要说明的是，本发明中出现的PET是英文Polyethylene terephthalate的缩写，是指聚对苯二甲酸类塑料；PO是英文Polyolefin的缩写，是指聚烯烃类塑料；EVA是英文Ethylene Vinyl Acetate的缩写，是指乙烯-乙酸乙烯共聚物。
还需要说明的是，本发明中所述的含氟类热塑膜是指主要包括PVDF膜(聚偏氟乙烯膜)、PVF膜(聚氟乙烯膜)、ETFE膜(乙烯-四氟乙烯共聚物膜)、ECTFE膜(乙烯-三氟氯乙烯共聚物膜)、THV膜(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物膜)等含氟的热塑性保护膜；
由于ECTFE膜、THV膜由于成本较高，因此，本发明更优选地，所述的含氟类热塑膜是PVDF膜或PVF膜或ETFE膜。
本发明提出光伏复合背板采用交联固化复合为一体的隔水汽耐候层和复合材料层，具体是将热固性粉末涂料同时在纤维和隔水汽耐候层上进行交联固化，使得隔水汽耐候层和复合材料层固化交联复合为一体；经检测发现，本发明在具有热固性粉末涂料固有优点，不需要使用任何液体溶剂，环保且利于实施的基础上，由于复合材料层本身经过交联固化后赋予背板优异的抗冲击机械性能同时具有柔性，而且还具有优异的绝缘以及防火性能；而隔水汽耐候层和复合材料层固化交联复合为一体，使得最终获得的复合背板具有优异的抗紫外、抗老化、隔水汽透过、机械强度及具有柔性、防火等性能，该性能优于当其直接在光伏组件层压时进行交联固化后得到的封装层结构性能，这是CN201610685536.0和CN201610685240.9所没有想到的技术效果，而且本发明的复合背板储存性能稳定，便于存储运输；应用本发明复合背板的光伏组件生产工艺流程也得到极大简化、有效降低了制造成本，同时抗冲击性能优异，而且还有效避免了光伏组件层结构由于热固性粉末涂料在层压过程时产生气泡和气体而影响的层压平整度和层压质量的问题。
此外，本发明还惊喜地发现，由于本发明的光伏背板采用交联固化复合为一体的隔水汽耐候层和复合材料层的一体结构，在满足光伏行业标准对于背板功能要求的前提下，本发明的背板结构使得热固性粉末涂料类型的选择性范围不再受到单一选择限制，不再单单局限于丙烯酸粉末涂料或聚酯粉末涂料，从而可以进一步利于本发明高效复合背板的规模产业化生产；
本发明还进一步提出了光伏高效复合背板的制备方法，提出采用加热温度范围为130-220℃，加热时间为8-30分钟的热固化工艺制备光伏高效复合背板，该热固化工艺用于热固性粉末涂料同时在纤维和隔水汽耐候层上进行交联固化，最终使得隔水汽耐候层和复合材料层固化交联复合为一体；实施过程简单可靠且环保高效。
附图说明
附图1是本发明实施例1光伏高效复合背板150的结构示意图；
附图2是本发明实施例1在进行热固化工艺前的叠合的隔水汽耐候层151和复合材料层152的结构示意图；
附图3是本发明实施例1的热压固化工艺步骤框图；
附图4是本发明实施例1的层压工艺步骤框图；
附图5是本发明实施例1的层压工艺过程时的层结构示意图；
附图6是本发明实施例1光伏组件层压结构100示意图；
附图7是本发明实施例5在进行热固化工艺前的叠合的隔水汽耐候层251和复合材料层252的结构示意图。
具体实施方式
本实施例公开了一种光伏高效复合背板，复合背板包括通过交联固化复合为一体的隔水汽耐候层和复合材料层，复合材料层的原料为纤维和热固性粉末涂料，纤维与热固性粉末涂料的重量份占比为20-80份：80-20份；其中，热固性粉末涂料包括热固性树脂和用于热固性树脂交联固化的固化剂；纤维为由纤维材料织造而成的纤维布或由纤维材料非织造而成的纤维布或短切纤维或磨碎纤维；热固性粉末涂料同时在纤维和隔水汽耐候层上进行交联固化，使得隔水汽耐候层和复合材料层固化交联复合为一体。
本实施例还公开了一种如上的光伏高效复合背板的制备方法，光伏高效复合背板采用热固化工艺制备得到，其中，热固化工艺的加热温度范围为130-220℃，加热时间为8-30分钟；热固性粉末涂料同时在纤维和隔水汽耐候层上进行交联固化，使得隔水汽耐候层和复合材料层固化交联复合为一体。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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。
实施例1：
请参见图1所示的一种光伏高效复合背板150，复合背板150包括通过交联固化复合为一体的隔水汽耐候层151和复合材料层152，复合材料层152的原料为由纤维材料织造而成的纤维布和热固性粉末涂料，优选地，隔水汽耐候层的厚度范围为150-350μm；复合材料层的厚度范围为0.20-0.75mm，这些厚度范围是根据实际应用情况而建议的优选选择，也可以根据实际材料和应用情况来决定本发明复合背板的厚度，本发明对此没有特别限定；
其中，纤维布与热固性粉末涂料的重量份占比为20-80份：80-20份；其中，热固性粉末涂料包括热固性树脂和用于热固性树脂交联固化的固化剂；热固性粉末涂料同时在纤维和隔水汽耐候层上进行交联固化，使得隔水汽耐候层和复合材料层固化交联复合为一体。
更优选地，纤维布与热固性粉末涂料的重量份占比为30-70份：70-30份；更进一步优选地，在本实施方式中，纤维与热固性粉末涂料的重量份占比为30-50份：70-50份，这更有利于光伏高效复合背板在抗紫外、抗老化、抗冲击及柔性、防火等性能上的综合优异表现；
本发明在具体实施时，建议的纤维布与热固性粉末涂料的重量份占比为20-80份：80-20份，在这个范围内可以得到本发明具有多种优异性能表现的复合背板，当然地，在本上下限端点外通过浮动一定重量份范围来获得与本发明接近的技术效果，这些采用适合浮动获得相接近技术效果的技术方案当然也应该被认为是在本发明的保护范围内。
优选地，纤维布的单位面积重量范围为30-400g/m2，在确保纤维布的强度下，保证纤维布的轻量化，具体地，在本实施方式中，纤维布的单位面积重量为100g/m2；纤维材料是玻璃纤维、碳纤维和芳纶纤维中的任意一种或几种的组合；纤维材料的单丝直径范围为3-23μm；具体地，在本实施方式中，纤维材料为玻璃纤维，其原料来源广泛易于取得，而且成本低、制造工艺简单；当然地，在本发明其他实施方式中，也可以采用碳纤维或芳纶纤维或其他合适的纤维材料，同样可以取得与本发明实施例性能相差不大的背板。
在本实施方式中，热固性树脂为丙烯酸树脂，优选地，在本发明实施例中，丙烯酸树脂的折射率范围1.40-1.50，环氧当量范围为300-800g/eq或羟值范围为15-70mgKOH/g或酸值范围为15-85mgKOH/g，玻璃化温度范围为40-70℃，粘度范围为75-600Pa·s，软化点温度范围为100-120℃，用以确保丙烯酸树脂具有良好的绝缘及耐候性和透光性，进一步优选地，在本发明实施例中，丙烯酸树脂是羟基丙烯酸树脂、GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯类)丙烯酸树脂、羧基丙烯酸树脂或者双官能团丙烯酸树脂中的任意一种或几种任意配比的组合，具体地，在本实施方式中，丙烯酸树脂为GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯类)丙烯酸树脂；优选地，固化剂重量份占热固性粉末涂料重量份的5-25％，固化剂是封闭型异氰酸酯、邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、十三烷二酸、十四烷二酸、十五烷二酸、十六烷二酸、羧基聚酯、氢化环氧、GMA丙烯酸中的任意一种或几种任意配比的混合，具体地，在本实施方式中，固化剂是封闭型异氰酸酯，封闭型异氰酸酯占热固性粉末涂料重量份的10％，当然地，本领域的技术人员可以根据丙烯酸树脂的类型和实际情况选择其他类型的固化剂和在5-25％重量比范围(包括5％和25％的端点值)内的固化剂，同样可以取得相同的技术效果，本发明实施例不再一一展开说明；
本发明实施例提供的热固性粉末涂料还可以加入一定重量份数的助剂，助剂重量份占的热固性粉末涂料重量份的0-50％，用于进一步提高热固性粉末涂料的耐候性、绝缘性以及阻燃性，同时还可以根据实际应用实际需求，通过添加助剂来调整热固性粉末涂料的颜色，进一步利于实际应用场景需求；具体地，在本发明实施时，助剂是聚酰胺蜡、聚烯烃蜡、酰胺改性酚脲表面活性剂、苯偶茵、聚二甲基硅氧烷、乙烯基三氯硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、单烷氧基焦磷酸酯、丙烯酸脂类、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、二硬脂酰乙二胺、环氧乙烷与环氧丙烷的混合物、受阻酚、硫代二丙酸双酯、二苯酮、水杨酸酯衍生物、受阻胺、氧化铝、二氧化硅中的任意一种或几种任意配比的混合，当然地，本领域的技术人员可以根据实际应用需要选择其他类型的助剂，本发明实施例不再具体说明。
本发明实施例涉及的热固性粉末涂料可以采用现有任意一种粉末涂料的公知制备技术来制备得到，典型的方法可以采用预混、熔融挤出、磨粉等工序后制备得到，具体地，在本实施方式中，将丙烯酸树脂与固化剂进行预混，优选地，预混时间可以选择在2-10分钟之间(若热固性粉末涂料含有助剂，也一同进行预混)，然后将预混后的混合物用螺杆挤出机挤出并压成薄片，优选地，挤出机的长径比可以选择在15：1-50：1之间，挤出机的加热温度选择在80-120℃之间，螺杆转速选择在200-800rpm；最后将薄片粉碎成小片料进入磨粉机磨成一定粒径的粉末涂料，优选地，磨粉机的转速选择在50-150rpm，优选地，热固性粉末涂料成品的粒径范围控制在35-300μm之间。当然地，还可以采用其他工艺参数或粉末涂料制备工艺来制备得到热固性粉末涂料，相信这些都是本领域技术人员的常规技术选择，因此，热固性粉末涂料的制备过程本文不再详细展开描述。
优选地，请进一步参见图2所示，在本实施方式中，复合材料层152采用纤维布152a和热固性粉末涂料152b通过预复合工艺制备得到，其中，预复合工艺采用涂覆工艺，具体来说，热固性粉末涂料152b通过涂覆机均匀地涂覆在纤维布152a上，涂覆装置也可以采用撒粉头，此时涂覆装置是以撒粉的形式实现涂覆过程，实现将热固性粉末涂料152b均匀地涂覆在纤维布152a上；其中，优选地，热固性粉末涂料152b涂覆在纤维布152a上的单位面积重量范围为100-400g/m2，具体地，在本实施方式中，热固性粉末涂料152b涂覆在纤维布152a上的单位面积重量为100g/m2；在本发明其他实施方式中，也可以采用现有技术中的其他涂覆方式，如直接通过喷涂；
优选地，在本发明其他实施方式中，预复合工艺也可以采用涂覆热粘合工艺，就是在完成上述的涂覆工艺后再进行加热，使得热固性粉末涂料152b良好地热粘合在纤维布152a上，便于本发明在大批量制造过程中复合材料层152作为中间产品的周转运输工序，本领域技术人员可以根据实际生产环境需要来选择具体的预复合工艺；
优选地，在本实施方式中，隔水汽耐候层151为隔水汽耐候层包括三层复合结构，其中，外部为含氟类热塑膜，中部为PET膜，内部为热塑胶膜，本实施例在实际实施时，直接从市场上采购KPE型或TPE型或FPE型三层复合背板，外部的含氟类热塑膜具有非常突出的耐候效果，可以很好地进一步防护中部的PET膜，中部的PET膜本身可以实现良好的耐候、阻隔水汽和绝缘等功能，而且PET材料价格成本低廉，内部热塑胶膜又可以很好地与热固性粉末涂料152b结合，利于热固性粉末涂料152b在隔水汽耐候层151的内部上的交联固化，最终可以实现隔水汽耐候层151和复合材料层152之间的优异固化交联复合，确保光伏高效复合背板150的一体复合效果，从而使得光伏高效复合背板150的相关性能表现更加优异。
请参见图3所示，在本实施方式中，光伏高效复合背板150采用热固化工艺制备得到，其中，热固化工艺的步骤具体包括：
A10)、将叠合的隔水汽耐候层151和复合材料层152置于加热设备中；
A20)、在预先设定的加热条件下，热固性粉末涂料152b同时在纤维布152a和隔水汽耐候层151上进行交联固化，使得隔水汽耐候层151和复合材料层152固化交联复合为一体；
本发明下述的加热条件是申请人根据能耗、交联固化效果、效率等方面考虑而提出的优选技术方案，本领域技术人员在实际实施时，可以根据实际需要来选择热固化工艺条件的加热温度和加热时间，只要确保热固性粉末涂料152b同时在纤维布151a和隔水汽耐候层152上进行交联固化即可，在实施时进行的相关加热条件变化不应视为对本发明的保护范围限定。
优选地，热固化工艺的加热温度范围为130-220℃，加热时间为8-30分钟；具体优选地，在本实施方式中，热固化工艺的的加热温度范围为150-200℃，加热时间为15-25分钟；
A30)、得到光伏高效复合背板150。
进一步优选地，在本实施方式中，在步骤A30)之前还包括A21)、加压冷却，本发明实施例建议的优选冷却温度范围为25-60℃，施加压力优选范围为0.05-0.25Mpa；这样进一步利于复合背板150的平整度以及保持良好的柔性。
优选地，本实施例还提出一种光伏组件，请参见图6所示，光伏组件包括光伏组件层结构100，光伏组件层结构100包括层压为一体的受光面封装层110、第一EVA层120、电池串130、第二EVA层140、背光面封装层，其中，背光面封装层采用本实施例1如上所述的光伏高效复合背板150；其中，在本实施方式中，受光面封装层110采用本申请人的在先申请CN201810552235.X、CN201810552419.6提出的高效防护复合板材；在本发明其他实施方式中，也可以采用CN201610685536.0、CN201610685240.9提出复合封装材料，可以根据实际选用的材料来调整层压工艺条件，也可以采用现有技术中的其他材料作为本发明的受光面封装层；本实施例的第一EVA层120、第二EVA层140是分别作为优选的受光面封装膜和背光面封装膜的材料，在其他实施方式中，也可以选用其他材料的封装膜，例如聚烯烃弹性体(英文简写为POE)或聚乙烯醇缩丁醛(英文简写为PVB)或其他合适的受光面封装膜和背光面封装膜材料。
本发明不限定光伏高效复合背板150具体应用的光伏组件层结构，因此，当然可以根据实际需要应用其他结构的光伏组件层结构，这些应用同样属于本发明的保护范围。
具体地，请参见图4所示，在本实施方式中，光伏组件层结构100采用层压工艺制备得到，层压工艺包括如下操作步骤：
B10)、如图5所示，将受光面封装层110、第一EVA层120、电池串130、第二EVA层140、光伏高效复合背板150依次铺设；
B20)、在上方加盖高温特氟龙布，进入层压机里层压得到层压件；
B30)、对层压件进行边缘裁切，得到光伏组件层结构100。
具体层压工艺条件可以选用现有光伏组件通用的层压工艺，具体地，在本实施方式中，层压工艺条件采用在140-150℃温度条件下层压15分钟，具体层压步骤为公知技术，本实施例不具体展开说明。
实施例2：
本实施例2其余技术方案同实施例1，区别在于：在本实施例2中，热固化工艺包括加压，其中，加压压力范围为0.01-0.5Mpa；更优选地，加压压力范围为0.05-0.3Mpa。
实施例3：
本实施例3其余技术方案同实施例1，区别在于：在本实施例3中，复合材料层包括热固性粉末涂料层和纤维布层；其中，热固性粉末涂料层通过预复合工艺选择性地预复合在隔水汽耐候层上，预复合工艺采用涂覆工艺，具体实施时，涂覆工艺采用在隔水汽耐候层上直接喷涂。
实施例4：
本实施例4其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例4中，本实施例的纤维为由纤维材料非织造而成的纤维布。
实施例5：
本实施例5其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例5中，纤维为长度范围在3-50mm的短切纤维或呈颗粒状的磨碎纤维，且本实施例的预复合工艺采用熔融共挤工艺；具体优选地，在本实施方式中，纤维采用呈3mm的短切纤维；熔融共挤工艺具体为：将热固性粉末涂料与3mm的短切纤维共混后通过双螺杆挤出机挤出得到呈片材形状的复合材料层252，熔融共挤时的加热温度范围可以选择在110-120℃，具体根据实际挤出需要来做选择，只要确保热固性粉末涂料处于熔融状态但未达到交联固化温度即可，相信这些都是属于本领域技术人员的常规技术选择，具体不再一一展开说明。
请参见图7所示，将复合材料层252与隔水汽耐候层251叠合后，按实施例1所述的热固化工艺的步骤制备得到光伏高效复合背板。
实施例6：
本实施例6其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例6中，热固性树脂为聚酯树脂，在本发明实施例中，聚酯树脂是由羟基聚酯树脂或者羧基聚酯树脂中的一种或两种的混合，用以确保聚酯树脂具有良好的绝缘及耐候性，符合相关标准要求，具体地，在本实施方式中，聚酯树脂是羟基聚酯树脂；
优选地，在本发明实施例中，羟基聚酯树脂由新戊二醇、己二酸、乙二醇中的一种或几种单体聚合而成的混合物，当然地，本领域的技术人员可以根据实际需要选择其他类型的单体来聚合得到羟基聚酯树脂，本发明实施例不再一一例举，具体地，在本实施方式中，聚酯树脂由己二酸单体聚合而成；
优选地，在本发明实施例中，羟基聚酯树脂的羟值范围为30-300mgKOH/g，玻璃化温度范围为50-75℃，粘度范围为15-200Pa·s，具体地，在本实施方式中，羟基聚酯树脂的羟值为100mgKOH/g，玻璃化温度范围为60℃，粘度范围为80Pa·s；
在本发明其他实施例中，聚酯树脂也可以是羧基聚酯树脂，由对苯二甲酸、间苯二甲酸中的一种或两种单体聚合而成的混合物，羧基聚酯树脂的酸值范围为15-85mgKOH/g，玻璃化温度范围为50-75℃，粘度范围为15-200Pa·s；
优选地，在本发明实施例中，固化剂重量份占超耐候聚酯粉末涂料重量份的2-20％，固化剂是异氰脲酸三缩水甘油酯、偏苯三酸三缩水甘油酯、对苯二甲酸二缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、羟烷基酰胺、异氰酸酯中的任意一种或几种任意配比的混合，具体地，在本实施方式中，固化剂是异氰脲酸三缩水甘油酯，异氰脲酸三缩水甘油酯占羟基超耐候聚酯粉末涂料重量份的5％，当然地，本领域的技术人员可以根据聚酯树脂的类型和实际情况选择其他类型的固化剂和在2-20％重量比范围(包括2％和20％的端点值)内的固化剂，同样可以取得相同的技术效果，本发明实施例不再一一展开说明；
当然地，在其他具体实施方式中，本发明实施例提供的热固性粉末涂料还可以加入一定重量份数的助剂，优选地，助剂重量份占所述的热固性粉末涂料重量份的0-40％，用于进一步提高热固性粉末涂料的绝缘及耐候性，同时还可以根据实际需求，通过添加助剂来调整热固性粉末涂料的颜色，进一步利于实际安装应用，具体地，在本发明实施时，助剂是聚酰胺蜡、聚烯烃蜡、酰胺改性酚脲表面活性剂、苯偶茵、聚二甲基硅氧烷、乙烯基三氯硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、正硅酸甲酯、单烷氧基焦磷酸酯、丙烯酸脂类、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、二硬脂酰乙二胺、环氧乙烷与环氧丙烷的混合物、受阻酚、硫代二丙酸双酯、二苯酮、水杨酸酯衍生物、受阻胺、氧化铝、气相二氧化硅、四溴双酚A、十溴二苯乙烷、磷酸三甲苯酯、氢氧化铝、氢氧化镁、硫酸钡、钛白粉、炭黑中的任意一种或几种任意配比的混合，当然地，本领域的技术人员可以根据实际需要选择其他类型的助剂，本发明实施例不再具体说明。
实施例7：
本实施例7其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例7中，热固性树脂为40份重量份丙烯酸树脂和60份重量份聚酯树脂的混合，丙烯酸树脂、聚酯树脂和其固化剂以及相关助剂的具体选择可直接参见实施例1和实施例6的技术方案。
实施例8：
本实施例8其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例8中，热固性树脂为聚氨酯树脂，聚氨酯树脂和其固化剂以及相关助剂的具体选择可直接参见现有技术中的聚氨酯粉末涂料。
实施例9：
本实施例9其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例9中，热固性树脂为环氧树脂，环氧树脂和其固化剂以及相关助剂的具体选择可直接参见现有技术中的环氧粉末涂料。
实施例10：
本实施例10其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例10中，热固性树脂为氟碳树脂，氟碳树脂和其固化剂以及相关助剂的具体选择可直接参见现有技术中的氟碳粉末涂料。
实施例11：
本实施例11其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例11中，热固性树脂为60份重量份聚酯树脂和40份重量份氟碳树脂的混合，聚酯树脂、氟碳树脂和其固化剂以及相关助剂的具体选择可直接参见实施例6和现有技术中的氟碳粉末涂料。
实施例12：
本实施例12其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例12中，热固性树脂为40份重量份丙烯酸树脂和60份重量份环氧树脂的混合，丙烯酸树脂、环氧树脂和其固化剂以及相关助剂的具体选择可直接参见实施例1和现有技术中的环氧粉末涂料。
实施例13：
本实施例13其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例13中，隔水汽耐候层采用PET膜。
实施例14：
本实施例14其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例14中，隔水汽耐候层采用PO膜或EVA膜。
实施例15：
本实施例15其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例15中，隔水汽耐候层采用PVDF膜或PVF膜或ETFE膜。
实施例16：
本实施例16其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例16中，隔水汽耐候层为双面含氟结构，本实施例在实际实施时，可以直接从市场上采购KPF型、FPF型、KPK型或TPT型三层复合的双面含氟背板结构，其中，位于背板外部和内部的材料均为含氟类热塑膜，中部为PET膜。
实施例17：
本实施例17其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例17中，隔水汽耐候层具体采用双层复合结构，本实施例在实际实施时，可以直接从市场上采购PE型双层复合结构背板，其中，外部P层为PET膜，内部E层的材料为热塑胶膜。
实施例18：
本实施例18其余技术方案与实施例1相同，区别在于：在本实施例18中，隔水汽耐候层具体采用双层复合结构，外部为PVDF膜或PVF膜或ETFE膜，内部为PET膜。
需要特别说明的是，本发明实施例1-18中涉及的各种类型的热固性粉末涂料以及各种不同材料制成的隔水汽耐候层是直接从市场上直接购得的产品；
本发明实施例将热固性粉末涂料同时在纤维和隔水汽耐候层上进行交联固化，使得隔水汽耐候层和复合材料层固化交联复合为一体，将该固化交联复合为一体的板材作为光伏背板，通过检测，本实施例1-18制备的复合背板的相关优异特性同时表现在：
1、原材料表现：无溶剂、无污染、可回收、环保、节省能源和资源、减轻劳动强度；
2、存储性表现：可长期保存；
3、耐候性表现：通过耐QUVB 1500小时测试，通过耐氙灯3000小时测试，符合光伏背板的耐紫外以及抗老化的相关要求；
4、机械性能表现：铅笔硬度通过2H以上；拉伸强度达到100Mpa以上；
5、柔性表现：进行任意角度弯曲后不变形、不断裂，可以应用于复杂曲面的安装；
6、轻量化表现：单位面积重量等于或小于≤1kg/m2，远小于玻璃的单位面积重量；
7、防火、绝缘表现：具有自熄性、不助燃；绝缘电阻≥40MΩ·m2；
8、隔水汽透过表现：≤1.0g/m2·day；
9、背板平整度表现：非常平整；而且由于本发明具有优异的机械性能，因此后续应用于光伏组件层压结构层压时，不会产生褶皱，也不会对层压平整度和层压质量造成影响；
10、复合背板应用于光伏组件的抗冲击性能表现：将标准直径为25mm、质量为7.53g的冰球以23.0m/s的速度发射出去，撞击完成封装的光伏组件11个位置，通过外观、最大功率衰减和绝缘电阻等三个方面要求来判断光伏组件的抗冲击性能：外观均无缺陷、最大功率衰减≤5％、绝缘电阻≥40MΩ·m2；
相关执行的测试标准说明：本实施例所述的防火性是通过UL1703标准检测得到的结果；所述的铅笔硬度是ASTM D3363-2005(R2011)标准检测得到的结果；所述的拉伸强度是GB/T 1040.3-2006标准检测得到的结果；所述的断裂伸长率是通过GB/T 1040.3-2006标准检测得到的结果；所述耐候性测试是根据QUV老化测试-ASTM G154-12a标准条件测试1500小时，根据加速老化-ISO 11341-2004标准条件测试3000小时；所述的隔水汽透过测试是根据ISO15106-3标准检测得到的结果。
进一步具体来说，实施例2与实施例1的性能类似，加压步骤没有带来明显的性能改善，因此，本发明在实施时完全可以舍去加压步骤；实施例3与实施例1的区别在热固性粉末涂料的预复合顺序，由于两者最终的复合结构均为热固性粉末涂料同时在纤维布和隔水汽耐候层上进行交联固化，通过检测，发现两者得到的背部性能区别不大；实施例4在机械性能表现上要差于实施例1-3，实施例5在制备工艺以及柔性、机械性能表现上要差于实施例1-3；因此，实施例1-3作为本发明更优选的实施技术方案；
本发明实施例6-12提出了采用不同类型的热固性树脂来进行交联固化，同样可以得到具有如上优异特性的复合背板，当然地，在耐候性上会有一些差异，但均可以满足背板的耐候要求，由此可看出，本发明的背板结构使得热固性粉末涂料类型的选择性范围不再受到单一选择限制，不再单单局限于丙烯酸粉末涂料或聚酯粉末涂料，还可以选择环氧或环氧混合型粉末涂料，从而可以进一步利于本发明高效复合背板的规模产业化生产，降低生产制造成本；需要特别说明的是：本发明实施例10提出采用氟碳树脂，虽然在耐候性具有特别优异的表现，但因为氟碳树脂价格昂贵，因此，一般不建议进行规模应用；
本发明实施例13-18提出了采用不同类型的隔水汽耐候层，同样可以得到具有如上优异特性的复合背板，但实施例13、14、17的耐候性要略差于实施例1-3，实施例16的成本表现要高于实施例1-3，实施例15的隔水汽透过表现略差于实施例1-3；
本发明还将实施例1、13-18中的隔水汽耐候层分别直接作为比较例1-7的光伏背板，发现比较例1-7在机械性能、背板平整度表现明显差于其对应的本发明实施例1、13-18，具体表现如下表：
表1比较例1-7的性能检测表现
Figure BDA0001754175930000201
Figure BDA0001754175930000211
而且比较例1-7在后续进行光伏组件层压结构层压时，由于其过于柔软，硬度低，从而导致背板背面容易有大量褶皱，影响外观观感且影响背板性能；而且比较例1-7应用的光伏组件抗冲击性能明显比本发明要差，主要表现在：外观发生较多缺陷，最大功率衰减＞5％；
但当其应用于本发明作为背板的隔水汽耐候层时，可以满足背板对其的相关性能要求，进一步增加了本发明实施例的背板材料选择范围。
本领域技术人员可以基于本发明的以上实施例的实施效果情况，根据实际需求在实际实施时，采用现有技术中的其他类型的热固性粉末涂料以及隔水汽耐候层，应可同样获得如本发明具有优异特性的复合背板，这些组合应用应当也被视为本发明的保护范围。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种光伏高效复合背板，其特征在于，所述复合背板包括通过交联固化复合为一体的隔水汽耐候层和复合材料层，所述复合材料层的原料为纤维和热固性粉末涂料，所述纤维与所述热固性粉末涂料的重量份占比为20-80份：80-20份；其中，所述热固性粉末涂料包括热固性树脂和用于所述热固性树脂交联固化的固化剂；所述纤维为由纤维材料织造而成的纤维布或由纤维材料非织造而成的纤维布或短切纤维或磨碎纤维；所述隔水汽耐候层的材料为热塑性塑料膜。
2.如权利要求1所述的光伏高效复合背板，其特征在于，所述热固性粉末涂料同时在所述纤维和所述隔水汽耐候层上进行交联固化，使得所述隔水汽耐候层和所述复合材料层固化交联复合为一体。
3.如权利要求1或2所述的光伏高效复合背板，其特征在于，所述热固性树脂为丙烯酸树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、氟碳树脂中的一种或几种的混合。
4.如权利要求1或2所述的光伏高效复合背板，其特征在于，所述热固性树脂为丙烯酸树脂或聚酯树脂或丙烯酸树脂和聚酯树脂的混合。
5.如权利要求1或2所述的光伏高效复合背板，其特征在于，所述隔水汽耐候层采用PET膜、PO膜、EVA膜、含氟类热塑膜中的一种膜结构或几种膜组合而成的多层复合结构。
6.如权利要求5所述的光伏高效复合背板，其特征在于，所述隔水汽耐候层包括三层复合结构，其中，外部为含氟类热塑膜，中部为PET膜，内部为热塑胶膜。
7.如权利要求1或2所述的光伏高效复合背板，其特征在于，所述隔水汽耐候层的厚度范围为150-350μm；所述复合材料层的厚度范围为0.20-0.75mm。
8.一种如权利要求1-7之一所述的光伏高效复合背板的制备方法，其特征在于，所述光伏高效复合背板采用热固化工艺制备得到，其中，所述热固化工艺的加热温度范围为130-220℃，加热时间为8-30分钟；所述热固性粉末涂料同时在所述纤维和所述隔水汽耐候层上进行交联固化，使得所述隔水汽耐候层和所述复合材料层固化交联复合为一体。
9.如权利要求8所述的光伏高效复合背板的制备方法，其特征在于，所述复合材料层采用纤维和热固性粉末涂料通过预复合工艺制备得到，所述预复合工艺采用涂覆工艺或涂覆热粘合工艺或熔融共挤工艺。
10.如权利要求8所述的光伏高效复合背板的制备方法，其特征在于，所述复合材料层包括热固性粉末涂料层和纤维布层，所述纤维布层的材料为由纤维材料织造而成的纤维布；其中，所述热固性粉末涂料层通过预复合工艺选择性地预复合在所述隔水汽耐候层或所述纤维布层上，所述预复合工艺采用涂覆工艺或涂覆热粘合工艺。
11.一种光伏组件，所述光伏组件包括光伏组件层结构，所述光伏组件层结构包括层压为一体的受光面封装层、受光面封装膜层、电池串、背光面封装膜层、背光面封装层，其中，所述背光面封装层采用如权利要求1-7之一所述的光伏高效复合背板。
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