CN111645374A - 太阳能电池背板用透明聚烯烃薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池背板用透明聚烯烃薄膜,所述透明聚烯烃薄膜至少具有二层,其中第一层热封层与组件中的封装胶膜粘结,复合层层与背板支撑层(PET)通过胶黏剂粘结;所述热封层与复合层由以下质量份的组分制成;其中热封层为:聚烯烃组合物A 100,α烯烃共聚物5‑20,离聚物15‑30,防老化剂1‑6,所述聚烯烃组合物A含有聚丙烯和聚乙烯;复合层为:聚丙烯70‑98,α烯烃共聚物1‑15,无机填料0.8‑1.8,防老化剂1‑6,所述聚丙烯为等规均聚聚丙烯或者嵌段聚丙烯中的一种或两种。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域,特别是一种太阳能电池背板使用的聚烯烃薄膜。
背景技术
太阳能是最丰富的可再生资源,具有独特的优势和巨大的开发应用潜力,太阳能发电是有效利用太阳光的一种形式。最大限度的提高组件的发电效率,使太阳能的利用率达到最大化是人们追求的目标。提高组件发电效率当前最有效的方法是双面电池组件技术,双面电池组件是近来发展十分迅速,有组件厂家预计2019年双面组件产能将达到25GW,而在2027年双面组件将达到60%甚至70%的市场份额,成为市场的绝对主流。
双面组件对于封装材料的要求就是高透光率和高可靠性,目前双面组件使用的背板为粘合层为涂层结构的背板。背板需要保证电池组件25年的使用寿命,需要有一定的水汽阻隔性。涂层结构背板的阻隔性需要支撑层全部提供,而支撑层一般为PET材料,作为极性材料的PET阻隔性能较差,为了保证背板的整体性能,涂层结构背板需要较大的厚度才能满足使用要求。而且近年随着新的背板IEC标准的实施,涂层结构背板由于涂层厚度较薄,背板有效绝缘厚度(DTI)需要有支撑层全部提供。从两方面来看,涂层结构背板无法满足组件生产厂家降低度电成本的要求。
复合型背板在光伏背板中占据重要地位,开发透明复合型背板可以解决涂层结构背板遇到的难题。透明复合型背板,不同于白色复合型背板,不含有可以大量阻隔紫外线的钛白粉,各层中含有大量的紫外吸收剂与紫外光稳定剂类等抗老化助剂,这类助剂的迁移会导致背板与封装胶膜的粘结力大幅降低。如果使用聚乙烯作为透明背板的粘合层,由于聚乙烯结晶性能差,上述助剂将会大量迁移,导致背板的透光率与粘结性能降低,无法达到使用要求,而且聚乙烯无法提供有效绝缘厚度,因此使用聚乙烯作为粘结层不但无法保证较高的透光率也无法降低背板的成本。聚丙烯由于分子结构不同于聚乙烯,具有较高的结晶性能,可以保持较高的透明度。而且白色背板中出现的聚烯烃(PO)背板粘合层就是依据新的背板IEC标准而开发的新型背板材料,聚烯烃粘合层是由聚丙型改性而得到。由于PO层能够提供一定的DTI,能够降低背板支撑层的厚度,可以降低背板的总体厚度从而达到降低背板整体成本的目的。因此开发透明聚烯烃粘合层可以保证背板同时具有高耐候性能、高透光率与粘结性能,并且可以降低透明背板的成本。
中国专利文献CN110271254A提供了一种透明聚烯烃基膜及其背板,其透明聚烯烃膜由二层结构组成,热封层由聚丙烯、聚乙烯组成,复合层由聚丙烯、聚乙烯、防老化助剂组成。该发明直接将聚丙烯与聚乙烯混合,由于这两种材料相容性差,导致聚烯烃基膜的透光率无法满足要求,或者聚烯烃基膜自身内聚强度过低,导致在测试用其制备的背板与封装胶膜的粘结力时易出现聚烯烃膜分层的现象。
中国专利文献CN108752689A提供了一种透明聚乙烯薄膜,此膜由主树脂聚乙烯、辅助树脂聚乙烯或聚丙烯或聚α烯烃共聚物、离聚物树脂和抗氧剂组成,通过使用离聚物作为成核剂改进了聚乙烯的耐热性。但是离聚物在高温条件下会进行解离,对耐热性的提高不明显,导致背板在DTI测试中无法提供有效厚度,而且膜无法应用于透明光伏组件中。
发明内容
本发明的目的是克服上述已有技术的缺陷、提供一种太阳能电池背板用透明聚烯烃(PO)薄膜,它能够提供有效的绝缘厚度,具有优异的耐紫外光老化性能、同时还具有较高的与封装胶膜粘结力,并且粘结力不会随着时间的增加而减少。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种太阳能电池背板用透明聚烯烃薄膜,所述透明聚烯烃薄膜的结构从上到下依次为复合层、过渡层和热封层,所述热封层与电池组件中的封装胶膜粘结,复合层与太阳能背板支撑层PET通过胶黏剂粘结;所述热封层与复合层由以下质量份的组分制成:
热封层
所述聚烯烃组合物A含有聚丙烯和聚乙烯;
复合层
所述聚丙烯为等规均聚聚丙烯或者嵌段聚丙烯中的一种或两种。
上述透明聚烯烃薄膜,在所述聚烯烃组合物A中,所述聚丙烯与聚乙烯的重量比为70-40:30-60,所述聚丙烯至少含有80%以上的无规共聚聚丙烯;所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯,其密度>0.915g/cm3。
上述透明聚烯烃薄膜,所述α烯烃共聚物是乙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物中的一种或其混合物。
上述透明聚烯烃薄膜,所述α烯烃共聚物使用DSC、升温速率10℃/min测得的熔融峰范围为50-100℃,190℃、2.16kg条件下测得的熔体流动速率为0.5-15g/10min。
上述透明聚烯烃薄膜,所述离聚物为金属阳离子聚合物,且所述金属阳离子聚合物为金属阳离子与聚烯烃反应聚合而制成。
上述透明聚烯烃薄膜,所述无机填料为透明无机填料中粒径D90≤300nm的合成水滑石颗粒。
上述透明聚烯烃薄膜,所述防老化剂选自酸吸收剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和自由基猝灭剂中的一种或其混合物。
上述透明聚烯烃薄膜,所述透明聚烯烃薄膜中各层添加成核剂或爽滑剂。
上述透明聚烯烃薄膜,在所述复合层之外再一个复合层、或者在各层之间设置过渡层。
有益效果
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明的透明聚烯烃薄膜,以聚丙烯为主体,通过α烯烃共聚物、离子聚合物和无机填料对其进行改性,增加了聚丙烯与聚乙烯之间的相容性以及聚烯烃薄膜的整体极性,使得聚烯烃薄膜具有较高的封装胶膜粘结性、高耐候性和长期储存稳定性。用本发明制备的透明太阳能电池背板耐热性良好,增加了DTI测试的有效厚度,相对于涂层结构背板,使用透明聚烯烃薄膜作为背板粘合层可以在保证背板具有较好的绝缘性能的同时降低PET基材的厚度,达到降低背板的成本的目的。
附图说明
图1是本发明薄膜的层间结构示意图。
图中各标号分别表示为:1、复合层;2、过渡层;3、热封层。
具体实施方式
本发明的太阳能电池背板用透明聚烯烃薄膜,至少包含二层结构,其中,热封层用于和电池组件中的封装胶膜粘结,复合层则通过胶黏剂与PET进行复合。
所述热封层与复合层由以下质量份的组分制成:
热封层
所述聚烯烃组合物A含有聚丙烯和聚乙烯;
复合层
所述聚丙烯为等规均聚聚丙烯或者嵌段聚丙烯中的一种或两种。
本发明的热封层中,聚烯烃组合物A中,所述聚丙烯与聚乙烯的重量比为(70-40):(30-60),所述聚丙烯的的比例过高后难以保证薄膜与封装胶膜的粘结力,比例过低时热封层与复合层之间的层间力难以保证;所述聚丙烯至少含有80%以上的无规共聚聚丙烯,所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯,其密度>0.915g/cm3。
在聚丙烯材料中无规共聚聚丙烯刚性相对较小,熔点较低但具有一定的耐热性能,与封装胶膜材料之间存在一定的粘结性,当无规共聚聚丙烯的含量小于80%时,透明聚烯烃薄膜的刚性达不到使用要求,与封装胶膜材料之间的粘结也存在问题。
本发明的热封层中含有聚乙烯,聚乙烯不但价格便宜并且它能够改善聚丙烯材料的耐低温性能和电绝缘性能,可以提高材料与封装胶膜和胶黏剂之间的粘结性能,能使聚丙烯材料更好的应用于太阳能电池背板上。但是聚乙烯层压过程中会融化,减小DTI测试厚度,降低背板的绝缘性能,因此聚乙烯类材料的使用不能超过20%。
本发明的热封层中含有的α烯烃共聚物可以是乙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物中的一种或者二者的混合物,并且α烯烃共聚物使用DSC测得的熔融峰范围为50-100℃,190℃2.16kg条件下测得的熔体流动速率为0.5-15g/10min。
所述α烯烃共聚物是一类弹性体材料,它有很多自身的优点,比如软化点低,层压过程中与封装胶膜熔体界面处有链段的缠结,使聚烯烃与封装胶膜的分子间作用力增加,提高了与封装胶膜之间的粘结性能;并且它与聚丙烯类材料的相容性较好。选择熔融峰范围为50-100℃,熔体流动速率为0.5-15g/10min的α烯烃共聚物材料主要是为了满足聚丙烯薄膜加工的需要,材料的软化点如果过低、流动性能过好或者软化点过高、流动性较差,加工时会出现与聚丙烯材料的相容性问题,加工出来的薄膜很容易出现局部分层的显现,因此在此对α烯烃共聚物的熔融峰范围及熔体流动速率有一个限定。
本发明所述的离聚物为金属阳离子聚合物,所述离子聚合物为使用金属阳离子中和聚烯烃而得到的聚合物。作为优选,可以选择如钠、锌离子中和的乙烯-甲基丙烯酸聚合物或锌离子中和的聚丙烯-马来酸聚合物中的一种或者混合物。
离聚物又称离子聚合物,是指碳分子链中含有少量离子基团的聚合物,由于离聚物自身结构中含有离子聚集体,在共混聚烯烃中引入离聚物可以在共混体系中引入相互作用。本发明中需要对聚乙烯与聚丙烯进行共混,虽然两者可以直接共混或者加入弹性体相容剂即可完成共混使用,但是此种方法得到的树脂体系为非极性体系,此种体系对抗老化助剂的束缚能力差,耐紫外助剂添加量较高时将出现迁移现象,不但无法与封装胶膜保持高的粘结力,而且在经过储存之后,聚烯烃薄膜表面会析出各种添加的助剂,导致制备的背板失效。而加入离聚物,由于离聚物中离子引起的相互作用,使得树脂体系中聚乙烯与聚丙烯之间的相容性可以得到较大幅度增加,完成聚乙烯与聚丙烯的共混,并且由于具有极性的离子的加入使得树脂体系的极性提高,可以将防老化剂的迁移性降到最低,保证长时间的储存性能。
本发明所述的无机填料为合成水滑石颗粒,水滑石具有吸酸剂的作用,可以增加树脂体系的耐热氧老化性能。更重要的水滑石的引入可以增加树脂体系与防老化剂之间的相容性,降低助剂的迁移性并增加膜储存稳定性与透光率。无机填料所占比例为0.8-1.8质量份,用量太少则无法维持树脂体系的高透光率,用量太多会导致大粒径填料过多降低透光率。
本发明所述的防老化剂选自酸吸收剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和自由基猝灭剂中的一种或者多种的混合物,用量为1-6质量份。
本发明中酸吸收剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌,用于消除聚丙烯中存在的卤素。
本发明在抗氧剂选择时,受阻酚型、亚磷酸酯型和硫酯型等抗氧剂都可以作为本发明的抗氧剂,优选的抗氧剂为[β-(3’,5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
本发明选用的紫外线吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮,优选光稳定剂为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。而且,将光稳定剂配合紫外吸收剂一起使用,可以起到单一紫外吸收剂无法达到的最佳效果,有效的防止材料的黄变和阻滞物理性能的损失,抑制或减弱光降解作用,提高耐光老化性能。
本发明中自由基猝灭剂为受阻氨类。
如果防老化剂的用量少于1质量份,则起不到预期的防老化效果。如果防老化的量多于6质量份,则防老化的效果不会因为含量的增多而增大,且影响到材料的伸缩性与透光率,因此没有必要使防老化剂的含量超过6质量份。
本发明中的成核剂与爽滑剂选用市售的塑料助剂。
本发明所述的透明聚烯烃薄膜,所述复合层之外可设置第二复合层,或者在各层之间设置过渡层。
所述第二复合层可以与复合层具有相同的配方,是否设置第二复合层以所述聚烯烃膜的结构能否满足生产设备的生产要求而进行设置。
本发明中对各层之间设置的过渡层不做明确限定,只要是满足背板使用要求,能将第一层与第二层以及第二层与第三层粘合在一起的材料均可。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详述。
实施例1
通过两台T-模头挤出机挤出(流延法),制备具有热封层、复合层结构的透明聚烯烃薄膜,各层的组成配方为:热封层,无规聚丙烯(熔点132℃)70kg,线性低密度聚乙烯(密度0.92g/cm3)30kg,乙烯-α烯烃共聚物5kg,离聚物30kg,受阻胺抗氧剂0.5kg,苯并三唑紫外吸收剂0.5kg;复合层基体为等规均聚聚丙烯70kg,乙烯-α烯烃共聚物15kg,添加水滑石1.8kg,受阻酚抗氧剂0.5kg,苯并三唑紫外吸收剂5.5kg。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后,分别装于单螺杆挤出机中,通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜,根据需要对第二层进行电晕处理,得到透明聚烯烃薄膜,测试其性能。
在厚度为150μm的PET一侧涂布第一粘合层胶液,复合25μm的PVF薄膜,另一侧涂布第二粘合层胶液,复合60μm的上述透明聚烯烃薄膜,经熟化后得到太阳能电池背板,测其性能。
实施例2
通过两台T-模头挤出机挤出(流延法),制备具有热封层、复合层结构的透明聚烯烃薄膜,各层的组成配方为:热封层,无规聚丙烯(熔点132℃)40kg,线性低密度聚乙烯(密度0.92g/cm3)60kg,乙烯-α烯烃共聚物20kg,离聚物30kg,亚磷酸酯抗氧剂0.5kg,受阻胺光稳定剂5.5kg;复合层基体为等规均聚聚丙烯98kg,乙烯-α烯烃共聚物1kg,添加水滑石0.8kg,受阻酚抗氧剂0.5kg,受阻胺类自由基猝灭剂0.5kg。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后,分别装于单螺杆挤出机中,通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜,根据需要对第二层进行电晕处理,得到透明聚烯烃薄膜,测试其性能。
在厚度为225μm的PET一侧涂布第一粘合层胶液,复合25μm的PVF薄膜,另一侧涂布第二粘合层胶液,复合60μm的上述透明聚烯烃薄膜,经熟化后得到太阳能电池背板,测其性能。
实施例3
通过两台T-模头挤出机挤出(流延法),制备具有热封层、复合层结构的透明聚烯烃薄膜,各层的组成配方为:热封层,为无规聚丙烯(熔点125℃)70kg,线性低密度聚乙烯30kg(密度0.923g/cm3),丙烯-α烯烃共聚物20kg,添加离聚物22kg,受阻胺抗氧剂3kg,苯并三唑紫外吸收剂3kg;复合层基体为嵌段聚丙烯60kg,等规均聚聚丙烯10kg,乙烯-α烯烃共聚物1kg,添加水滑石1.8kg,受阻酚抗氧剂1kg,2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮2.5kg。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后,分别装于单螺杆挤出机中,通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜,根据需要对第二层进行电晕处理,得到透明聚烯烃薄膜,测试其性能。
在厚度为285μm的PET一侧涂布第一粘合层胶液,复合25μm的PVF薄膜,另一侧涂布第二粘合层胶液,复合60μm的上述聚烯烃薄膜,经熟化后得到太阳能电池背板,测其性能。
实施例4
通过两台T-模头挤出机挤出(流延法),制备具有热封层、复合层结构的透明聚烯烃薄膜,各层的组成配方为:热封层,为无规聚丙烯(熔点125℃)40kg,线性低密度聚乙烯(密度0.923g/cm3)60kg,乙烯-α烯烃共聚物5kg,添加离聚物22kg,受阻胺抗氧剂1.5kg,苯并三唑紫外吸收剂1.5kg;复合层基体为等规均聚聚丙烯75kg,嵌段聚丙烯23kg,乙烯-α烯烃共聚物1kg,添加水滑石1.8kg,亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯1kg,添加2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮3kg。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后,分别装于单螺杆挤出机中,通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜,根据需要对第二层进行电晕处理,得到透明聚烯烃薄膜,测试其性能。
在厚度为250μm的PET一侧涂布第一粘合层胶液,复合20μm的PVDF薄膜,另一侧涂布第二粘合层胶液,复合60μm的上述透明聚烯烃薄膜,经熟化后得到太阳能电池背板,测其性能。
实施例5
通过两台T-模头挤出机挤出(流延法),制备具有热封层、复合层结构的透明聚烯烃薄膜,各层的组成配方为:热封层,为无规聚丙烯(熔点134℃)50kg,线性低密度聚乙烯(密度0.92g/cm3)50kg,丙烯-α烯烃共聚物20kg,添加离聚物15kg,受阻胺抗氧剂2kg,受阻胺类自由基猝灭剂1kg;复合层基体为等规均聚聚丙烯10kg,嵌段聚丙烯60kg,乙烯-α烯烃共聚物15kg,添加水滑石1.3kg,亚磷酸酯抗氧剂0.5kg,2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5kg。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后,分别装于单螺杆挤出机中,通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜,根据需要对第二层进行电晕处理,得到透明聚烯烃薄膜,测试其性能。
在厚度为350μm的PET一侧涂布第一粘合层胶液,复合20μm的PVDF薄膜,另一侧涂布第二粘合层胶液,复合60μm的上述透明聚烯烃薄膜,经熟化后得到太阳能电池背板,测其性能。
对比例1按照实施例方法,热封层、复合层为同一个聚乙烯配方,配方为线性低密度聚乙烯(密度0.92g/cm3)100kg,添加离聚物20kg,均聚聚丙烯(熔点140℃)5kg,受阻胺抗氧剂2kg,受阻胺类自由基猝灭剂1kg。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后,分别装于单螺杆挤出机中,通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜,根据需要对第二层进行电晕处理,得到太阳能电池背板用聚烯烃薄膜,测试其性能。
在厚度为250μm的PET一侧涂布第一粘合层胶液,复合20μm的PVDF薄膜,另一侧涂布第二粘合层胶液,复合60μm的上述聚乙烯薄膜,经熟化后得到太阳能电池背板,测其性能。
对比例2
通过两台T-模头挤出机挤出(流延法),制备具有热封层、复合层结构的透明聚烯烃薄膜,各层的组成配方为:热封层,无规聚丙烯(熔点134℃)55kg,线性低密度聚乙烯(密度0.92g/cm3)35kg,受阻胺抗氧剂2kg,受阻胺类自由基猝灭剂1kg;第二层基体为嵌段聚丙烯80kg,线性低密度聚乙烯(密度0.92g/cm3)15kg,亚磷酸酯抗氧剂0.5kg,2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮0.5kg。各层树脂在高速混合机中充分混合均匀后,分别装于单螺杆挤出机中,通过多流道T-模头挤出流延成复合薄膜,根据需要对第二层进行电晕处理,得到透明聚烯烃薄膜,测试其性能。
在厚度为250μm的PET一侧涂布第一粘合层胶液,复合20μm的PVDF薄膜,另一侧涂布第二粘合层胶液,复合60μm的上述透明聚烯烃薄膜,经熟化后得到太阳能电池背板,测其性能。
测试结果如表1所示。
表1各实施例、对比例性能数据表
由上表可知,本发明通过将改性聚烯烃材料应用到背板的粘结层中,使得背板能够具有较高的封装胶膜粘结强度,经过高温迁移储存后,背板的透光率与背板与封装胶膜粘结力不会降低,而且具有较高的DTI保持率。而对比例则存在耐高温性能差、封装胶膜粘结强度低或者抗迁移性差的缺点。
本发明的性能测试方法如下:
1.背板与封装胶膜粘结力测试:按照《GB/T 31034-2014》进行测试,使用型号为ETM-104B的万能拉力机进行测试。粘结力大于40N/cm视为合格。
2.透光率与雾度:按照《GB/T 2410-2008》进行测试。
3.耐候性测试:使用Q-Sum Xe-3-H型氙灯耐候老化试验箱,依据标准ISO 4892-2进行测试。
4.DTI测试,按照背板、焊带、封装胶膜和玻璃的方式布置好,在层压机中层压,层压后将样品取出,用手术刀取出被压缩的样品截面,在3D显微镜上查看样品并做标注。
Claims (9)
2.根据权利要求1所述的透明聚烯烃薄膜,其特征在于,在聚烯烃组合物A中,所述聚丙烯与聚乙烯的重量比为70-40:30-60,所述聚丙烯至少含有80%以上的无规共聚聚丙烯;所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯,其密度>0.915g/cm3。
3.根据权利要求2所述的透明聚烯烃薄膜,其特征在于,所述α烯烃共聚物是乙烯-α烯烃共聚物、丙烯-α烯烃共聚物中的一种或其混合物。
4.根据权利要求3所述的透明聚烯烃薄膜,其特征在于,所述α烯烃共聚物使用DSC、升温速率10℃/min测得的熔融峰范围为50-100℃,190℃、2.16kg条件下测得的熔体流动速率为0.5-15g/10min。
5.根据权利要求4所述的透明聚烯烃薄膜,其特征在于,所述离聚物为金属阳离子聚合物,且所述金属阳离子聚合物为金属阳离子与聚烯烃反应聚合而制成。
6.根据权利要求5所述的透明聚烯烃薄膜,其特征在于,所述无机填料为透明无机填料中粒径D90≤300nm的合成水滑石颗粒。
7.根据权利要求6所述的透明聚烯烃薄膜,其特征在于,所述防老化剂选自酸吸收剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和自由基猝灭剂中的一种或其混合物。
8.根据权利要求7所述的透明聚烯烃薄膜,其特征在于,所述透明聚烯烃薄膜中各层添加成核剂或爽滑剂。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的透明聚烯烃薄膜,其特征在于,在所述复合层之外再一个复合层、或者在各层之间设置过渡层。
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