CN110948977A - 一种具有高复合牢度的太阳能电池背板膜 - Google Patents

一种具有高复合牢度的太阳能电池背板膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池背板膜，由外层、中层和内层材料组成。外层材料为烯烃共聚物，中层材料为茂金属聚烯烃，内层材料为聚烯烃。其中太阳能电池背板膜的外层、中层和内层材料之间、内层材料与太阳能电池背板的EVA层之间、外层材料与太阳能电池背板的中层PET之间由于协同作用，均有紧密的复合牢度，从而最大程度的降低了太阳能电池背板脱层的几率。并且太阳能电池背板膜的外层、中层和内层材料相互之间具有较强的分子间作用力，从而提高了太阳能电池背板膜的阻水性和抗水汽的腐蚀性。

Description

一种具有高复合牢度的太阳能电池背板膜
技术领域
本发明涉及功能薄膜领域，具体涉及一种具有高复合牢度的太阳能电池背板膜。
背景技术
随着全球能源的不断消耗以及日益严峻的环境问题，人们开始逐步将注意力放在绿色清洁可再生能源上。太阳能作为取之不尽、用之不竭的能源，成为新一代可再生能源的研究热点。据报道，到了2050年，太阳能利用率将在整个能源体系中占比超过40％以上。目前在太阳能转化成电能的设备中，太阳能电池板是常用的设备。在太阳能电池板组件结构中，太阳能电池背板位于组件背面的最外层，对电池板起到保护和支撑的作用，并且保护太阳能电池核心组件不受水汽的侵蚀；同时兼有防氧化、耐高低温、绝缘和耐腐蚀等特性，因此是太阳能电池组件结构中非常关键的部分。
常见的太阳能背板，一般具有三层材料结构，分别为内、中和外层，其中，内层材料一般为EVA，具有优异的回弹耐老化性、耐龟裂性能；外层材料一般选自聚氟乙烯(PVF)或聚偏氟乙烯(PVDF)等含氟的材料，具有优异的耐侯性、稳定性和抗疲劳性；而中层材料是太阳能电池背板的支撑性结构，所选材料为PET，其材料的优点在于：具有其良好的刚性，可用来作为整个太阳能电池背板的骨架；具有良好的绝缘性能和强度，是高度结晶的聚合物，表面平滑有光泽；具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120℃，短期使用时可耐150℃高温和-70℃低温，且高低温均对其机械性能影响很小；高温高频下，其电性能仍较好，抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。
太阳能电池由低铁钢化玻璃、硅片、EVA胶或聚乙烯膜和背板材料经过层压制备，由于太阳能电池直接暴露在空气中，易受到水蒸气、酸性气体、高低温和紫外线的侵蚀，从而造成太阳能电池的光电转换性能衰减，因此太阳能背板膜对太阳能电池的保护作用尤为重要。太阳能背板膜位于太阳能背板的内层和中层之间，即EVA层和PET层之间。其主要作用在于有效的复合太阳能背板膜的中层和内层，以及对内层及内部的太阳能背板的核心部件，即对太阳能电池形成有效的隔离保护作用。目前太阳能背板膜多采用聚乙烯膜，均为普通的高压低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯及部分茂金属低密度聚乙烯共混制成，其主要缺陷有：复合牢度差，因此容易从粘合的EVA层上剥离，造成脱层；阻水性差、水汽透过量大，从而易导致腐蚀组件；耐候性不良，容易造成黄变导致功率衰减甚至失效。以上缺陷极大的影响了太阳能电池的使用寿命。
因此亟需找到一种可替代现有技术太阳能电池背板膜，能克服上述技术的缺陷。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有高复合牢度的太阳能电池背板膜。所述具有高复合牢度的太阳能电池背板膜具有三层结构，分别为内层、中层和外层，三层材料结构各不相同，但是均为包含烯烃结构的聚合物。所述太阳能电池背板膜中还可以添加紫外吸收色母粒成分。所制得的太阳能电池背板膜与EVA、PET层复合牢度大，不易脱层，并且具有良好的耐候性和良好的与紫外吸收母粒的相容性。
本发明的目的通过以下技术手段得以实现：
一种太阳能电池背板膜，由外层、中层和内层材料组成，其中所述外层材料包括烯烃共聚物，中层材料包括茂金属聚烯烃，内层材料包括聚烯烃。
太阳能背板膜的外层材料烯烃共聚物与太阳能背板的中层材料PET具有强烈的复合作用，从而紧密附着在基材PET上；此外，太阳能背板膜的外层材料烯烃共聚物与太阳能背板膜的中层材料茂金属聚烯烃具有协同作用，茂金属聚烯烃密度比烯烃共聚物更高，因此茂金属聚烯烃的分子单元能插入到烯烃共聚物空隙中，产生规整严密的排布，从而有效提高太阳能背板膜的挺度和阻隔水蒸气的效果；太阳能背板膜的中层材料茂金属聚烯烃与太阳能背板膜的内层材料聚烯烃能产生强烈的复合作用，从而提升太阳能背板膜的本身的复合牢度，避免分层。太阳能背板膜的内层材料聚烯烃能提高与太阳能背板的内层材料EVA的热压效果，紧密复合在EVA上。
进一步地，所述烯烃共聚物选自乙烯-辛烯共聚物、丙烯-辛烯共聚物、丁烯-辛烯共聚物、己烯-辛烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、丙烯-己烯共聚物或丁烯-己烯共聚物。
进一步地，所述茂金属聚烯烃选自茂金属聚乙烯、茂金属聚丙烯、茂金属聚苯乙烯或茂金属环丙烯。
进一步地，所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚己烯或聚辛烯。
进一步地，所述烯烃共聚物的熔融指数为2-7g/10min，密度为0.810-0.895g/cm3。
进一步地，所述烯烃共聚物的熔融指数为所述茂金属聚烯烃的熔融指数为0.05-6g/10min，密度为0.900-0.970g/cm3。
进一步地，所述聚烯烃的熔融指数为2-15g/10min，密度为0.900-0.940g/cm3。
外层材料烯烃共聚物熔融指数大，而密度低，因此与PET有更好的复合性；中层材料茂金属聚烯烃密度较高，可以提高薄膜的挺度；内层材料聚烯烃具有高熔融指数，可以与EVA有更好的低温热粘性，从而紧密复合在EVA上。
进一步地，所述外层、中层和内层材料中包括紫外吸收母粒。
三层材料均可以添加紫外吸收母粒与烯烃共聚物进行物理共混，从而使得太阳能电池背板膜具有吸收的紫外光的作用。
当太阳能电池背板膜的外层、中层和内层材料分别与吸收太阳光紫外线的成分紫外吸收母粒共混时，外层、中层和内层材料均与紫外吸收母粒具有良好的相容性，将外层、中层和内层材料分别与紫外吸收母粒复配所形成的太阳能电池背板膜具有吸收紫外线的功能，从而提升了太阳能电池背板膜的耐候性。而长期暴露于室外高温的工作环境中的太阳能电池背板膜，不会发生由于成分相容性导致相分离的现象，具有优异的物理稳定性。
进一步地，所述外层、中层和内层材料中包括紫外吸收母粒，且紫外吸收母粒的吸收太阳光的波长范围是≤400nm。
进一步地，所述紫外吸收母粒在各层的质量百分比为7.3-20.5％。
进一步地，所述外层材料的质量百分比为20-34％，所述中层材料的质量百分比为34-65％，所述内层材料的质量百分比为15-35％。
本发明具有以下有益效果：
1.太阳能电池背板膜的外层、中层和内层材料具有高度的复合牢度，其中太阳能电池背板膜的内层材料能与太阳能电池背板的内层EVA层紧密的粘接，而太阳能电池背板膜的外层材料又能与太阳能电池背板的中层PET层紧密的粘接，从而最大程度的降低了太阳能电池背板脱层的几率。
2.太阳能电池背板膜的外层、中层和内层材料相互之间具有较强的分子间作用力，外层材料烯烃共聚物与中层材料茂金属聚烯烃具有协同作用，茂金属聚烯烃密度比烯烃共聚物更高，因此茂金属聚烯烃的分子单元能插入到外层的烯烃共聚物空隙中，产生规整严密的排布，从而有效提高薄膜的挺度和阻隔水蒸气的效果；中层材料茂金属聚烯烃与内层材料聚烯烃产生强烈的复合作用，从而提升背板膜本身的复合牢度，避免分层。
具体实施方式
实施例1
一种太阳能背板膜，由外层、中层和内层材料组成，各层组分如下所示。
表1实施例1各层组分占比
Figure BDA0002280364250000031
Figure BDA0002280364250000041
其中外层材料乙烯-辛烯共聚物的熔融指数为2g/10min，密度为0.810g/cm3；中层材料茂金属高密度聚乙烯的熔融指数为0.05/10min，密度为0.900g/cm3；内层材料低密度聚乙烯的熔融指数为2g/10min，密度为0.900g/cm3。
上述太阳能背板膜的制备方法如下：
1.将各层的原料分别加入外层挤出机、中层挤出机、内层挤出机进行熔融塑化后输出，将各挤出机输出的材料输送至模头，挤出吹膜并将熔融的外层材料、中层材料和内层材料融合成一层，再经过模口吹出；
2、通过自动风环的10-25℃的冷却风冷却成需要的膜泡；
3、冷却后经过稳泡架稳定膜泡，由在线测厚仪360℃旋转测量整个膜泡的厚度分布，并由厚度调节系统将信息反馈至自动风环调节；
4、进入人字排的膜泡被夹成扁平的筒膜进入上牵引选装装置，将膜展平后依次进入8条直径为120-200mm的导辊进一步冷却；
5、冷却后的薄膜再进入电晕处理装置，经过电晕处理后切边，进入下牵引分成单张进入前后装置收成品包装。
挤出机工艺参数的设定过程：
根据原材料的熔融指数及特性，设定对于外层、中层、内层材料分别对应的挤出机每个区的温度及压力：
对于外层材料：外层挤出机1区为进料段，温度设定为165℃、2-3区为压缩段，温度分别设定为172和175℃，目的在于使材料充分压缩熔融；4-5区为计量段(均化段)，温度分别设定为170和163℃，使熔融的材料均匀挤出；压力控制在23-41MPa之间。
对于中层材料：中层挤出机1区为进料段，温度设定为171℃、2-3区为压缩段，温度分别设定为176和178℃，目的在于使材料充分压缩熔融；4-5区为计量段，温度分别设定为172和171℃，使熔融的材料均匀挤出；压力控制在28-43MPa之间。
对于内层材料：内层挤出机1区为进料段，温度设定为142℃、2-3区为压缩段，温度分别设定为148和151℃，目的在于使材料充分压缩熔融；4-5区为计量段，温度分别设定为146和143℃，使熔融的材料均匀挤出；压力控制在21-32MPa之间。
熔融后的三层材料进入模头，设定每个区的模头温度，三层材料进入模头后彼此融合，形成一张薄膜挤出模口成膜。
具体的工艺参数如下表所示：
表2实施例1中挤出机对于各层组分制备参数
Figure BDA0002280364250000051
实施例2
一种太阳能背板膜，由外层、中层和内层材料组成，各层组分如下所示。
表3实施例2各层组分占比
Figure BDA0002280364250000052
上述太阳能背板膜的制备方法同实施例1。
其中外层材料丙烯-辛烯共聚物的熔融指数为7g/10min，密度为0.895g/cm3；中层材料茂金属高密度聚苯乙烯的熔融指数为6g/10min，密度为0.970g/cm3；内层低密度聚丙烯的熔融指数为15g/10min，密度为0.940g/cm3。
挤出机工艺参数的设定过程与实施例1类似，具体的工艺参数如下表所示：
表4实施例2中挤出机对于各层组分制备参数
Figure BDA0002280364250000053
实施例3
一种太阳能背板膜，由外层、中层和内层材料组成，各层组分如下所示。
表5实施例3各层组分占比
Figure BDA0002280364250000054
Figure BDA0002280364250000061
上述太阳能背板膜的制备方法同实施例1。
其中外层材料乙烯-丁烯共聚物的熔融指数为3.5/10min，密度为0.882/cm3；中层材料茂金属聚丙烯的熔融指数为2.3g/10min，密度为0.900g/cm3；内层材料聚己烯的熔融指数为7g/10min，密度为0.900g/cm3。
挤出机工艺参数的设定过程与实施例1类似，工艺参数如下表所示：
表6实施例3中挤出机对于各层组分制备参数
Figure BDA0002280364250000062
实施例4
一种太阳能背板膜，由外层、中层和内层材料组成，各层组分如下所示。
表7实施例4各层组分占比
Figure BDA0002280364250000063
上述太阳能背板膜的制备方法同实施例1。
其中外层材料丙烯-己烯共聚物的熔融指数为5g/10min，密度为0.845/cm3；中层材料茂金属环丙烯的熔融指数为3.5g/10min，密度为0.945g/cm3；内层材料聚辛烯的熔融指数为8g/10min，密度为0.936g/cm3。
挤出机工艺参数的设定过程与实施例1类似，具体的工艺参数如下表所示：
表8实施例4中挤出机对于各层组分制备参数
温度 1区 2区 3区 4区 5区 压力(mpa)
外层 165 172 174 170 163 23-46
中层 203 208 210 205 202 32-49
内层 142 148 151 146 143 21-38
模头 208 218 215 212
实施例5
一种太阳能背板膜，由外层、中层和内层材料组成，各层组分如下所示。
表9实施例5各层组分占比
Figure BDA0002280364250000071
上述太阳能背板膜的制备方法同实施例1。
其中外层材料丁烯-己烯共聚物的熔融指数为6g/10min，密度为0.865g/cm3；中层材料茂金属环苯烯材料的熔融指数为5.5g/10min，密度为0.900g/cm3，聚丙烯熔融指数为8g/10min，密度为0.900g/cm3；内层材料聚乙烯的熔融指数为3.2g/10min，密度为0.908g/cm3。
挤出机工艺参数的设定过程与实施例1类似，具体的工艺参数如下表所示：
表10实施例5中挤出机对于各层组分制备参数
温度 1区 2区 3区 4区 5区 压力(mpa)
外层 165 172 174 170 163 28-47
中层 191 197 201 194 189 34-46
内层 142 148 151 146 143 21-32
模头 196 201 205 193
实施例6
一种太阳能背板膜，由外层、中层和内层材料组成，各层组分如下所示。
表11实施例6各层组分占比
Figure BDA0002280364250000081
上述太阳能背板膜的制备方法同实施例1。
其中外层材料丁烯-己烯共聚物的熔融指数为4.2g/10min，密度为0.825/cm3；中层材料茂金属高密度聚乙烯的熔融指数为1.2g/10min，密度为0.961g/cm3，聚丙烯熔融指数为8g/10min，密度为0.900g/cm3；内层材料聚己烯的熔融指数为7g/10min，密度为0.916g/cm3。
挤出机工艺参数的设定过程与实施例1类似，具体的工艺参数如下表所示：
表12实施例6中挤出机对于各层组分制备参数
温度 1区 2区 3区 4区 5区 压力(mpa)
外层 165 172 174 170 163 23-41
中层 181 186 187 184 180 28-51
内层 142 148 151 146 143 21-28
模头 190 193 195 191
对比例1
一种太阳能背板膜，由外层、中层和内层材料组成，各层组分如下所示。
表13对比例1各层组分占比
Figure BDA0002280364250000082
Figure BDA0002280364250000091
上述太阳能背板膜的制备方法如下：
将各层的原料分别加入外层挤出机、中层挤出机、内层挤出机进行熔融塑化后输出，将各挤出机输出的材料输送至模头，挤出吹膜并形成三层的融合，在经过风冷冷却，即可得到太阳能背板膜。
具体的工艺参数如下表所示：
表14对比例1中挤出机对于各层组分制备参数
温度 1区 2区 3区 4区 5区 压力(mpa)
外层 160 160 160 158 158 28-45
中层 160 165 168 165 160 30-50
内层 165 168 168 160 160 28-52
模头 170 175 180 175
将实施例1-6、对比实施例1的太阳能电池背板膜进行相关性能测试，所测试的项目和参照的标准如下表所示。
表15太阳能电池背板膜的测试项目及参照标准
测试项目 参照标准
拉伸强度 GB/T 13542.2-2009
弹性模量 GB/T 1040.1-2006
复合层剥离强度 GB/T 2790-1995
老化实验 IEC 61215-2005
EVA层剥离强度 GB/T 2790-1995
水蒸气透过率 GB/T 21529-2008
按上述标准测试出的结果如表16所示。
表16太阳能电池背板膜各测试项目结果
Figure BDA0002280364250000101
由上表可知，实施例1-6中的太阳能电池背板膜比对比例1中全聚乙烯材料的太阳能电池背板膜的测试的相关性能都要优异。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行若干推演或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种太阳能电池背板膜，由外层、中层和内层材料组成，其特征在于，所述外层材料包括烯烃共聚物，中层材料包括茂金属聚烯烃，内层材料包括聚烯烃。
2.根据权利要求1所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述烯烃共聚物选自乙烯-辛烯共聚物、丙烯-辛烯共聚物、丁烯-辛烯共聚物、己烯-辛烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、丙烯-己烯共聚物或丁烯-己烯共聚物。
3.根据权利要求1所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述茂金属聚烯烃选自茂金属聚乙烯、茂金属聚丙烯、茂金属聚苯乙烯或茂金属环丙烯。
4.根据权利要求1所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述聚烯烃选自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚己烯或聚辛烯。
5.根据权利要求1所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述烯烃共聚物的熔融指数为2-7g/10min，密度为0.810-0.895g/cm3。
6.根据权利要求1所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述茂金属聚烯烃的熔融指数为0.05-6g/10min，密度为0.900-0.970g/cm3。
7.根据权利要求1所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述聚烯烃的熔融指数为2-15g/10min，密度为0.900-0.940g/cm3。
8.根据权利要求1所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述外层、中层和内层材料中包括紫外吸收母粒，所述紫外吸收母粒的吸收太阳光的波长范围是≤400nm。
9.根据权利要求8所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述紫外吸收母粒在各层的质量百分比为7.3％-20.5％。
10.根据权利要求1所述一种太阳能电池背板膜，其特征在于，所述外层材料的质量百分比为20-34％，所述中层材料的质量百分比为34-65％，所述内层材料的质量百分比为15-35％。
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