CN113327996B - 一种透明背板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透明背板，该透明背板由外至内依次包括第二外层、第一外层、基底层和第一内层；第二外层的折射率<第一外层的折射率<基底层的折射率，且第一内层的折射率<基底层的折射率。本发明的透明背板各层的折射率由基底层向两侧呈逐渐减小趋势，利用多层结构折射率的逐渐变化来减少空气和透明背板界面以及透明背板和封装胶膜界面上的反射，进而提高透明背板的透光率，提高电池组件对太阳光的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池背板技术领域，尤其是，本发明涉及一种透明背板。
背景技术
随着太阳能电池，尤其是双面发电的太阳能电池技术的快速发展，透明太阳能电池背板的应用也越来越广。双面组件、半片技术、大块组件、缩小间隙距等高效率技术的发展，都充分说明透明背板的广阔前景。作为光伏组件最外层的封装保护材料，透明背板要满足常规背板的电气绝缘性、水汽阻隔性等常规性能外，还需要具有良好的粘接性和耐候性，以及优异的透光率。相比光伏玻璃，透明背板具有重量轻，无爆裂风险，供应链成熟，降本空间大等优势。而透光率是透明背板的主要性能指标之一，直接影响了组件的发电效率。
中国专利CN109930110A公开了一种高增透阻隔复合膜及其制备设备和方法。该发明的高增透阻隔复合膜包括柔性薄膜基材层，柔性薄膜基材层的正反两面由内向外依次设有第一高折射率膜层、第一低折射率阻隔膜层、第二高折射率膜层和第二低折射率阻隔膜层，高增透阻隔复合膜的光学透过率高于95％，透过率年衰减量小于2％，透水率小于1×10-3g/m2·day（室温），透氧率小于1ml/day.atm.m2，实现了薄膜太阳能电池封装前后电池短路电流衰减低于5％，有效提高了薄膜太阳能电池封装盖板的高透光性和耐候性，延长了电池的使用寿命，提高了光电转换效率。该专利通过在基材上沉积多层不同折射率的薄膜，达到了增透的效果。但是该产品相对常规太阳能背板来说工艺复杂很多，成本高，适用于对水汽阻隔要求较高的场合。
中国专利CN108682707B公开了一种用于双面发电的太阳能光伏电池组件透明背板。该透明背板从上到下依次由耐候层、第一粘接层、基体层、第二粘接层、高透阻隔层组成；耐候层为透明耐候性PET薄膜，厚度为30~180 μm；第一粘接层和第二粘接层为聚氨酯、丙烯酸酯或环氧树脂体系中的一种，厚度为5~15 μm；基体层为透明耐候PMMA薄膜，厚度为120~200 μm；高透阻隔层为环状聚烯烃COC薄膜，厚度为50~150 μm。该专利采用了高透光率的PMMA作为基材，高透光率的环烯烃共聚物COC材料为内层材料以提高透明背板的透光率。
中国专利CN111690335A公开了一种太阳能电池封装用透明背板，包括透明粘结层、基材层、胶粘层和耐候层，所述透明粘结层由耐候树脂与异氰酸酯制成的涂布液涂覆、固化而成，所述涂布液包括A组分和B组分，所述A组分中各组分按质量份数计为：耐候树脂50份-83份，改性纳米级填料0.5份-3份，毛面剂1份-3份，分散剂0.05份-0.1份，紫外吸收剂0.9份-2.5份，光稳定剂0.3份-1.5份，流平剂0.3份-1份，溶剂20份-50份，所述B组分为异氰酸酯，所述耐候树脂由氟碳树脂与丙烯酸树脂按(1-8):1共混组成，所述异氰酸酯与耐候树脂的NCO/OH的当量比为(0.6-1.2):1。该专利通过在涂层中添加了气相二氧化硅或沉淀二氧化硅作为毛面剂，起到了降低折射率，提高透光率的作用。
然而，目前太阳能电池组件用透明背板的透光率依然不够高，并且现有技术只考虑到透明背板本身的透光率，而透明背板与封装胶膜层压后的总透光率才能真实反映阳光到达硅电池片表面的效率，而现有技术尚没有研究这一点。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种透明背板。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种透明背板，所述透明背板由外至内依次包括第二外层、第一外层、基底层和第一内层；所述第二外层的折射率<所述第一外层的折射率<所述基底层的折射率，且所述第一内层的折射率<所述基底层的折射率。
优选地，所述第一内层的折射率为1.50~1.54。
优选地，所述第二外层的折射率为1.40~1.47，所述第一外层的折射率为1.47~1.54，所述基底层的折射率为1.54~1.60。
优选地，所述第二外层的厚度为5~25 μm，所述第一外层的厚度为5~15 μm，所述基底层的厚度为230~280 μm，所述第一内层的厚度为5~20 μm。
优选地，所述透明背板还包括第二内层，所述第二内层位于所述第一内层的外侧，所述第二内层的折射率为1.40~1.50。
优选地，所述第二内层的厚度为5~25 μm。
优选地，所述第一外层和所述第一内层中含有调变折射率的第一改性树脂，所述第一改性树脂包括含硫环氧树脂、苯基硅树脂、含硫聚氨酯树脂、硫代多元硫醇中的至少一种。
优选地，所述第二外层和所述第二内层材料为透明PVDF薄膜或透明PVF薄膜或氟碳涂料层膜。
优选地，所述氟碳涂料层膜含有以下重量份成分：氟树脂100份，第二改性树脂5~30份，固化剂5~15份，催化剂0.01~1份，填料0~10份，助剂2~10份，溶剂50~100份；所述第二改性树脂包括聚酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、C5/C9石油树脂、萜烯树脂、古马隆树脂中的至少一种。
优选地，所述第一外层和所述第一内层含有以下重量份成分：氟树脂0~50份，第三改性树脂50~100份，所述第一改性树脂5~40份，固化剂5~15份，催化剂0.01~1份，助剂2~10份，溶剂50~100份；所述第三改性树脂包括聚酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、C5/C9石油树脂、萜烯树脂、古马隆树脂中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的技术效果体现在：
本发明的一种透明背板各层的折射率由基底层向两侧呈逐渐减小趋势，利用多层结构折射率的逐渐变化来减少空气和透明背板界面以及透明背板和封装胶膜界面上的反射，进而提高透明背板的透光率，提高电池组件对太阳光的利用率。
另一方面，本发明的一种透明背板的贴近封装胶膜层的折射率与封装胶膜的折射率非常接近，这样，透明背板与封装胶膜层压后的总透光率更高，界面损失的光更少，可进一步提高电池组件对太阳光的利用率。
本发明的附加优点、目的以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本发明的实践而获知。
本领域技术人员将会理解的是，能够用本发明实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本发明能够实现的上述和其他目的。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在详细描述本发明前，应了解，在此使用的术语只在于描述特定的实施方式，而不希望限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。为了更完全地了解在此描述的本发明，采用以下术语，它们的定义如下所示。除非另外定义，在此使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员所理解的相同的含义。
如无特别说明，下述实施例中提及的所有原料均为市售获得。
本发明实施例提供一种透明背板，该透明背板由外至内依次包括第二外层、第一外层、基底层和第一内层；基底层至第一外层、第二外层的折射率依次减小，即第二外层的折射率<第一外层的折射率<基底层的折射率，且第一内层的折射率<基底层的折射率。
本发明的一种透明背板各层的折射率由基底层向两侧呈逐渐减小趋势，利用多层结构折射率的逐渐变化来减少空气和透明背板界面以及透明背板和封装胶膜界面上的反射，进而提高透明背板的透光率，提高电池组件对太阳光的利用率。
目前，对于太阳能电池组件用透明背板的研究一般只考虑到透明背板本身的透光率，着重于提高透明背板本身的透光率，而透明背板与封装胶膜层压后的总透光率才能真实反映阳光到达硅电池片表面的效率，EVA、POE等封装胶膜的折射率为1.48~1.50左右，透明背板贴近封装胶膜的结构层的折射率与封装胶膜的折射率越接近，界面损失的光就越少，对太阳能的利用率就越高。本发明基于提高透明背板与封装胶膜层压后的总透光率，优选地，将透明背板第一内层（即与封装胶膜接触的结构层）的折射率设计为1.50~1.54，与封装胶膜的折射率非常接近，这样，透明背板与封装胶膜层压后的总透光率更高，界面损失的光更少，可进一步提高电池组件对太阳光的利用率。
基底层可选自常用聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）中的任意一种。
优选地，本发明实施例的第二外层的折射率为1.40~1.47，第一外层的折射率为1.47~1.54，基底层的折射率为1.54~1.60。这样，折射率由基底层向两侧呈逐渐减小趋势。
优选地，本发明实施例的第二外层的厚度为5~25 μm，第一外层的厚度为5~15 μm，基底层的厚度为230~280 μm，第一内层的厚度为5~20 μm。
优选地，本发明实施例的透明背板还可以包括第二内层，所述第二内层位于所述第一内层的外侧，且第二内层的折射率为1.40~1.50。更优选地，第二内层的厚度为5~25 μm。此时，第二内层即为与封装胶膜接触的结构层，第二内层的折射率为1.40~1.50，与封装胶膜的折射率也非常接近。
优选地，第一外层和第一内层中含有调变折射率的第一改性树脂，第一改性树脂可选为高折射率的含硫环氧树脂、苯基硅树脂、含硫聚氨酯树脂、硫代多元硫醇中的至少一种。本发明具体实施例中，选用含硫环氧树脂（折射率n=1.610）、硫代多元硫醇（折射率n=1.75）、硫代多元硫醇（折射率n=1.62）和硫代多元硫醇（折射率n=1.68）为例进行说明。这样，本发明的一种透明背板通过向透明背板的结构层中添加调变折射率的改性树脂并控制该改性树脂的添加量来控制透明背板各结构层的折射率，使得各层的折射率由基底层向两侧呈逐渐减小趋势，利用多层结构折射率的逐渐变化来减少空气和透明背板界面以及透明背板和封装胶膜界面上的反射，进而提高透明背板的透光率，提高电池组件对太阳光的利用率。
优选地，第二外层和第二内层材料为透明PVDF薄膜或透明PVF薄膜或氟碳涂料层膜。更优选地，氟碳涂料层膜含有以下重量份成分：氟树脂100份，第二改性树脂5~30份，固化剂5~15份，催化剂0.01~1份，填料0~10份，助剂2~10份，溶剂50~100份。
优选地，第一外层和第一内层含有以下重量份成分：氟树脂0~50份，第三改性树脂50~100份，第一改性树脂5~40份，固化剂5~15份，催化剂0.01~1份，助剂2~10份，溶剂50~100份。
其中，上述第二改性树脂可为聚酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、C5/C9石油树脂、萜烯树脂、古马隆树脂中的至少一种。第三改性树脂也可为聚酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、C5/C9石油树脂、萜烯树脂、古马隆树脂中的至少一种。氟树脂可选自常用乙烯-三氟氯乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-六氟乙烯-偏氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-三氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物中的至少一种。填料可选自为二氧化硅、玻璃粉、云母粉、滑石粉中的至少一种。固化剂可选自乙二胺、乙二撑三胺、异氟尔酮二胺、双(4-胺基环己基)甲烷、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯中的至少一种。助剂为流平剂、消泡剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂的混合物。溶剂可选自二甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮、丙二醇甲醚醋酸酯（PMA）、尼龙酸二甲酯中的任意一种。
以下结合具体实施例做进一步说明。
实施例1
本发明实施例1提供一种透明背板，其各结构层成分及含量如下表所示。
本实施例的一种透明背板按以下方法制备：对PET基底层的一侧进行电晕处理，电晕后达因值应在50~60dyn/cm，按照第一外层的配方进行涂布，140 ℃下处理5 min干燥成膜，得到10 μm的第一外层。然后对第一外层进行电晕处理，涂布第二外层，140 ℃下处理5min烘烤干燥后得到15 μm的第二外层。再对PET另外一侧电晕、涂布第一内层，140 ℃下处理5 min烘烤干燥得到10 μm的第一内层。最后对第一内层电晕处理后收卷，得到成品透明背板。
实施例2
本发明实施例2提供一种透明背板，其各结构层成分及含量如下表所示。
本实施例的一种透明背板按以下方法制备：对PEN基底层的一侧进行电晕处理，电晕后达因值应在50~60dyn/cm，按照第一外层的配方进行涂布，160 ℃下处理4 min干燥成膜，得到7 μm的第一外层。然后对第一外层进行电晕处理，涂布第二外层，160 ℃下处理4min烘烤干燥后得到12 μm的第二外层。再对PET另外一侧电晕、涂布第一内层，160 ℃下处理4 min烘烤干燥得到15 μm的第一内层。最后对第一内层电晕处理后收卷，得到成品透明背板。
实施例3
本发明实施例3提供一种透明背板，其各结构层成分及含量如下表所示。
本实施例的一种透明背板按以下方法制备：对PET基底层的一侧进行电晕处理，电晕后达因值应在50~60dyn/cm，按照第一外层的配方进行涂布，80 ℃下处理4 min干燥成膜，得到10 μm的第一外层。然后将20 μm的第二外层热压贴合上去。再对PET另外一侧电晕、涂布第一内层，150 ℃下处理4 min烘烤干燥得到15μm的第一内层。最后对第一内层电晕处理后收卷，得到成品透明背板。
实施例4
本发明实施例4提供一种透明背板，其各结构层成分及含量如下表所示。
本实施例的一种透明背板按以下方法制备：对PET基底层的一侧进行电晕处理，电晕后达因值应在50~60dyn/cm，按照第一外层的配方进行涂布，80 ℃下处理4 min干燥成膜，得到10 μm的第一外层。然后将20 μm的第二外层热压贴合上去。再对PET另外一侧电晕、涂布第一内层，80 ℃下处理4 min烘烤干燥得到1 0μm的第一内层，然后将20 μm的第二内层热压贴合上去。最后对第二内层电晕处理后收卷，得到成品透明背板。
对比例1
本发明对比例1提供一种透明背板，其各结构层成分及含量如下表所示。
本对比例的一种透明背板按以下方法制备：对PET基底层的一侧进行电晕处理，电晕后达因值应在50~60dyn/cm，按照第一外层的配方进行涂布，160 ℃下处理4 min干燥成膜，得到15 μm的第一外层。再对PET另外一侧电晕、涂布第一内层，160 ℃下处理4 min烘烤干燥得到15 μm的第一内层。最后对第一内层电晕处理后收卷，得到成品透明背板。
对比例2
本发明对比例2提供一种透明背板，其各结构层成分及含量如下表所示。
本对比例的一种太阳能电池组件用透明背板按以下方法制备：对PET基底层的一侧进行电晕处理，电晕后达因值应在50~60dyn/cm，按照第一外层的配方进行涂布，80 ℃下处理4 min干燥成膜，得到10 μm的第一外层。然后将20 μm的第二外层热压贴合上去。再对PET另外一侧电晕、涂布第一内层，80 ℃下处理4 min烘烤干燥得到10 μm的第一内层。然后将20 μm的第二内层热压贴合上去。最后对第二内层电晕处理后收卷，得到成品透明背板。
本发明实施例1~实施例3制备的透明背板各结构层的折射率为：第二外层的折射率为1.40~1.47，第一外层的折射率为1.47~1.54，基底层的折射率为1.54~1.60，第一内层的折射率为1.50~1.54。
本发明实施例4制备的透明背板各结构层的折射率为：第二外层的折射率为1.40~1.47，第一外层的折射率为1.47~1.54，基底层的折射率为1.54~1.60，第一内层的折射率为1.50~1.54，第二内层的折射率为1.40~1.50。
透光率测试：
（1）透明背板透光率：将本发明实施例1~实施例4以及对比例1和对比例2制备的透明背板按照GB/T 2410-2008进行透光率测试，结果取400~700nm的透光率平均值。
（2）层压件透光率测试：将透明背板的内层一面，与市售的太阳能电池封装用透明EVA胶膜（福斯特F806P）层压，然后按照GB/T 2410-2008进行透光率测试，结果取400~700nm的透光率平均值。
透光率测试结果如下表所示。
从上表中看到：（1）实施例1、实施例2和对比例1相比，可以看到增设折射率呈梯度变化的结构层后，透明背板的透光率有提升，而且由于透明背板第一外层和第一内层中添加了高折射率的第一改性树脂，所以和EVA层压复合后，实施例1、实施例2的透光率相比对比例1 ，提升更显著。（2）实施例3、实施例4和对比例2进行对比，其中实施例3由于第一内层中添加了填料，表面粗糙，透光率相比对比例2稍低，但是和EVA层压复合后，由于梯度变化的折射率与封装胶膜的折射率更匹配，透光率反而高于对比例2。此外，实施例4因为本身多层结构折射率匹配更优，所以透明背板透光率比对比例2高；但是因为其第二内层为透明PVDF薄膜，即没有添加高折射率的第一改性树脂来调整折射率，所以在其第二内层与EVA胶膜层压复合后，相比对比例2的透光率没有进一步优势。（3）实施例1~实施例3的第一内层（即与EVA封装胶膜进行直接接触层压的结构层）中都加了高折射率的第一改性树脂，所以和EVA胶膜层压复合后的透明度更高，实施例1~实施例3的透明背板与EVA胶膜层压复合的透光率要高于实施例4的透明背板与EVA胶膜层压复合的透光率。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种透明背板，其特征在于，所述透明背板由外至内依次包括第二外层、第一外层、基底层和第一内层；所述第二外层的折射率<所述第一外层的折射率<所述基底层的折射率，且所述第一内层的折射率<所述基底层的折射率；所述第一外层和所述第一内层中含有调变折射率的第一改性树脂，所述第一改性树脂包括含硫环氧树脂、苯基硅树脂、含硫聚氨酯树脂、硫代多元硫醇中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种透明背板，其特征在于，所述第一内层的折射率为1.50~1.54。
3.根据权利要求2所述的一种透明背板，其特征在于，所述第二外层的折射率为1.40~1.47，所述第一外层的折射率为1.47~1.54，所述基底层的折射率为1.54~1.60。
4.根据权利要求3所述的一种透明背板，其特征在于，所述第二外层的厚度为5~25 μm，所述第一外层的厚度为5~15 μm，所述基底层的厚度为230~280 μm，所述第一内层的厚度为5~20 μm。
5.根据权利要求3所述的一种透明背板，其特征在于，所述透明背板还包括第二内层，所述第二内层位于所述第一内层的外侧，所述第二内层的折射率为1.40~1.50。
6.根据权利要求5所述的一种透明背板，其特征在于，所述第二内层的厚度为5~25μm。
7.根据权利要求5所述的一种透明背板，其特征在于，所述第二外层和所述第二内层材料为透明PVDF薄膜或透明PVF薄膜或氟碳涂料层膜。
8.根据权利要求7所述的一种透明背板，其特征在于，所述氟碳涂料层膜含有以下重量份成分：氟树脂100份，第二改性树脂5~30份，固化剂5~15份，催化剂0.01~1份，填料0~10份，助剂2~10份，溶剂50~100份；所述第二改性树脂包括聚酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、C5/C9石油树脂、萜烯树脂、古马隆树脂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种透明背板，其特征在于，所述第一外层和所述第一内层含有以下重量份成分：氟树脂0~50份，第三改性树脂50~100份，所述第一改性树脂5~40份，固化剂5~15份，催化剂0.01~1份，助剂2~10份，溶剂50~100份；所述第三改性树脂包括聚酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、C5/C9石油树脂、萜烯树脂、古马隆树脂中的至少一种。
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