CN114023838B - 一种高反射高阻隔太阳能电池背板膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高反射高阻隔太阳能电池背板膜，所述背板膜包括中间PET基膜及分别设置在所述PET基膜上表面和下表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括Ag‑MOFs材料包覆二氧化钛掺杂的氟树脂，所述Ag‑MOFs材料包覆二氧化钛的掺杂量占第一涂层的质量比为30～40wt％。本发明高反射高阻隔太阳能电池背板膜，整体性能一致性好，不易出现局部缺陷，其膜层不仅具有高反射率、高水汽阻隔的性能，而且具有高温、耐候、耐磨、抗冲击等优异性能，满足恶劣环境下长期使用的寿命要求。

Description

一种高反射高阻隔太阳能电池背板膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏的技术领域，尤其涉及一种高反射高阻隔太阳能电池背板膜及其制备方法。
背景技术
背板(Backsheet)是用在太阳能组件背面，直接与外环境大面积接触的光伏封装材料，通常要求其具备卓越的耐长期老化(湿热、干热、紫外)、耐电气绝缘、水蒸气阻隔等性能。太阳能光伏背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，光伏背板的分类有多种，最常用的有两种，即按制造工艺分为涂布型和复合型；按含氟材料分为双面含氟背板、单面含氟背板、无氟背板三种。现有常用的双面含氟背板，电池背板膜的反射率低，太阳能电池片长期接受阳光的照射后，容易导致电池组件发热，影响电池寿命；同时，太阳光的长期照射，还容易导致背板膜的发黄和破裂，严重时导致电池无法正常使用。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明提供了一种高反射高阻隔太阳能电池背板膜，以解决了现有太阳能电池背板膜整体一致性差，易于局部出现缺陷，及其在反射率、水汽阻隔、耐高温、耐候、抗冲击等性能方面存在的不足问题，以进一步使其满足恶劣环境下长期使用的寿命要求。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种高反射高阻隔太阳能电池背板膜，所述背板膜包括中间PET基膜及分别设置在所述PET基膜上表面和下表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括Ag-MOFs材料包覆二氧化钛掺杂的氟树脂，所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛的掺杂量占第一涂层的质量比为30～40wt％。
本发明通过Ag-MOFs材料的添加，使大量高反射率的金属银离子均匀分布在第一涂层中，减少金属原子积聚，提升膜层整体反射性能；通过Ag-MOFs材料包覆二氧化钛，无需添加其他分散剂，即可使得二氧化钛均匀分布在氟树脂中，避免了由于纳米二氧化钛团聚效应导致其难以分散均匀，造成膜层局部性能缺陷的出现；通过Ag-MOFs材料包覆二氧化钛，还利于提升膜层加工性能。纳米二氧化钛的添加，不仅可提高背板膜的耐候性和耐磨性，而且还可协同金属银进一步提高其反射率。
优选地，所述Ag-MOFs材料为有机MOF配体和金属银离子配位自组装得到的金属有机框架材料，其中所述有机MOF配体如结构式I所示，其CAS号为：1660960-35-9，
本发明有机MOF配体带有多个羧基官能团，通过羧基官能团与银离子的结合，得到具有网络结构的MOF材料；同时由于有机MOF配体所带有的氟原子，使得得到的MOF材料较其他有机配体具有更加优异的疏水性能和耐候性能。
优选地，所述氟树脂为聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(PCTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、聚氟乙烯(PVF)中的至少一种。
优选地，所述第一涂层还包括添加剂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂；所述添加剂、双酚A环氧树脂和丙烯酸树脂分别占第一涂层的质量比为1.5～3.5wt％、5～15wt％和8～10wt％。通过双酚A环氧树脂和丙烯酸树脂的添加，使背板膜具有高阻隔性能，进一步提高了背板膜的疏水性能和降低氧渗透率。
优选地，所述第二涂层为氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂中的至少一种组成。通过改性环氧树脂和丙烯酸树脂的共同作用，提高了第一涂层和第二涂层与中间PET基膜的粘结力，而且易于在太阳能电池背板上形成完整、平滑的膜层。
优选地，所述改性环氧树脂为脂肪族环氧树脂。所述脂肪族环氧树脂为脂肪族缩水甘油醚类环氧树脂或脂肪族缩水甘油酯类环氧树脂；优选的是脂肪族缩水甘油醚类环氧树脂；可以例举乙二醇二缩水甘油醚、丙二醇二缩水甘油醚、二丙二醇二缩水甘油醚、丙三醇缩水甘油醚、1,4-丁二醇二缩水甘油醚、山梨糖醇聚缩水甘油醚、季戊四醇聚缩水甘油醚、聚乙二醇二缩水甘油醚等。
优选地，所述添加剂为紫外线吸收剂和/或全氟基笼型聚倍半硅氧烷。所述紫外线吸收剂为UV-9、UV-531、UV-327中的至少一种。笼型聚倍半硅氧烷，又称POSS，通式(RSiO3/2)n，其中R为八个顶角Si原子所连接基团，本发明中，顶角Si原子所连接基团为全氟基。所述全氟基笼型聚倍半硅氧烷由十三氟辛基三甲氧基硅烷或十三氟辛基三乙氧基硅烷经酸催化水解反应得到。紫外线吸收剂的添加有助于增加膜层的耐候性能，提升其使用寿命；全氟基笼型聚倍半硅氧烷的添加，不仅可发挥笼型聚倍半硅氧烷有机-无机杂化性能的突出优点和笼型结构特点，使得膜层具有优异的耐高温、抗冲击性能，而且通过全氟基团的引入，结合笼型聚倍半硅氧烷上的硅氧键，使得背板膜膜层具有优异的疏水疏油性能。
本发明的另外一方面是提供一种如上述的高反射高阻隔太阳能电池背板膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1：将0.05～0.1mol/L的如结构式I所示的有机MOF配体溶于1L的二甲基甲酰胺，加入纳米二氧化钛粉体搅拌均匀，然后缓慢加入0.15～0.3mol/L的硝酸银水溶液1～1.2L，在120～150℃的条件下冷凝回流反应6～18h，冷却至室温，过滤，然后用丙酮反复冲洗，喷雾干燥得到所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒；
步骤S2：按质量比30～40：40～50：5～15：8～10：1.5～3.5分别称取步骤S1得到的Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒、氟树脂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂和添加剂，搅拌混合均匀后，将其喷涂在PET基膜的上表面，得到涂覆第一涂层的PET基膜；
步骤S3：将质量比50～70：30～40：5～15的氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，然后喷涂在步骤S2的PET基膜的下表面上，得到喷涂有第二涂层的所述高反射高阻隔太阳能电池背板膜。
优选地，所述第一涂层的膜层厚度为15～25um，所述第二涂层的膜层厚度为20～50um。所述中间PET基膜的膜厚为0.18～0.30mm。
本发明的有益效果：
相对于现有太阳能电池背板膜，本发明高反射高阻隔太阳能电池背板膜，整体性能一致性好，不易出现局部缺陷，其膜层不仅具有高反射率、高水汽阻隔的性能，而且具有高温、耐候、耐磨、抗冲击等优异性能，满足恶劣环境下长期使用的寿命要求。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例的高反射高阻隔太阳能电池背板膜，所述背板膜包括中间PET基膜及分别设置在所述PET基膜上表面和下表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括Ag-MOFs材料包覆二氧化钛掺杂的氟树脂，所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛的掺杂量占第一涂层的质量比为30wt％。所述第一涂层还包括添加剂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂；所述添加剂、双酚A环氧树脂和丙烯酸树脂分别占第一涂层的质量比为1.5wt％、15wt％和8wt％。所述氟树脂占第一涂层的质量比为45.5wt％。所述氟树脂为聚四氟乙烯(PTFE)。所述添加剂为质量比为1：2的紫外线吸收剂和全氟基笼型聚倍半硅氧烷。所述紫外线吸收剂为UV-9。所述全氟基笼型聚倍半硅氧烷由十三氟辛基三甲氧基硅烷经酸催化水解反应得到，其采用的酸催化剂选用浓盐酸，基于100质量份的十三氟辛基三甲氧基硅烷，酸催化剂的用量为0.5质量份，水解反应温度为70℃。
所述Ag-MOFs材料为有机MOF配体和金属银离子配位自组装得到的金属有机框架材料，其中所述有机MOF配体如结构式I所示，
所述第二涂层由质量比50：30：5的氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂复配而成。
所述改性环氧树脂为聚乙二醇二缩水甘油醚环氧树脂，其环氧当量440，粘度8500cps。
本实施例高反射高阻隔太阳能电池背板膜的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1：将0.05mol/L的如结构式I所示的有机MOF配体溶于1L的二甲基甲酰胺，加入纳米二氧化钛粉体搅拌均匀，然后缓慢加入0.15mol/L的硝酸银水溶液1L，在130℃的条件下冷凝回流反应10h，冷却至室温，过滤，然后用丙酮反复冲洗，喷雾干燥得到所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒；
步骤S2：按质量比30：45.5：15：8：1.5分别称取步骤S1得到的Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒、氟树脂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂和添加剂，搅拌混合均匀后，将其喷涂在PET基膜的上表面，得到涂覆第一涂层的PET基膜；
步骤S3：将质量比50：30：5的氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，然后喷涂在步骤S2的PET基膜的下表面上，得到喷涂有第二涂层的所述高反射高阻隔太阳能电池背板膜。
所述第一涂层的膜层厚度为15um，所述第二涂层的膜层厚度为20um。所述中间PET基膜的膜厚为0.18mm。
实施例2
本实施例的高反射高阻隔太阳能电池背板膜，所述背板膜包括中间PET基膜及分别设置在所述PET基膜上表面和下表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括Ag-MOFs材料包覆二氧化钛掺杂的氟树脂，所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛的掺杂量占第一涂层的质量比为35wt％。所述第一涂层还包括添加剂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂；所述添加剂、双酚A环氧树脂和丙烯酸树脂分别占第一涂层的质量比为2.5wt％、10wt％和9wt％。所述氟树脂占第一涂层的质量比为43.5wt％。所述氟树脂为聚偏氟乙烯(PVDF)。所述添加剂为质量比为1：2的紫外线吸收剂和全氟基笼型聚倍半硅氧烷。所述紫外线吸收剂为UV-531。
所述Ag-MOFs材料为有机MOF配体和金属银离子配位自组装得到的金属有机框架材料，其中所述有机MOF配体结构式同实施例1。
所述第二涂层由质量比60：35：10的氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂复配而成。
所述改性环氧树脂为山梨糖醇聚缩水甘油醚环氧树脂。其环氧当量470，粘度10500cps。
本实施例高反射高阻隔太阳能电池背板膜的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1：将0.1mol/L的如结构式I所示的有机MOF配体溶于1L的二甲基甲酰胺，加入纳米二氧化钛粉体搅拌均匀，然后缓慢加入0.3mol/L的硝酸银水溶液1.2L，在150℃的条件下冷凝回流反应18h，冷却至室温，过滤，然后用丙酮反复冲洗，喷雾干燥得到所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒；
步骤S2：按质量比35：43.5：10：9：2.5分别称取步骤S1得到的Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒、氟树脂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂和添加剂，搅拌混合均匀后，将其喷涂在PET基膜的上表面，得到涂覆第一涂层的PET基膜；
步骤S3：将质量比60：35：10的氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，然后喷涂在步骤S2的PET基膜的下表面上，得到喷涂有第二涂层的所述高反射高阻隔太阳能电池背板膜。
所述第一涂层的膜层厚度为20um，所述第二涂层的膜层厚度为30um。所述中间PET基膜的膜厚为0.25mm。
本实施例的全氟基笼型聚倍半硅氧烷的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例的高反射高阻隔太阳能电池背板膜，所述背板膜包括中间PET基膜及分别设置在所述PET基膜上表面和下表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括Ag-MOFs材料包覆二氧化钛掺杂的氟树脂，所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛的掺杂量占第一涂层的质量比为40wt％。所述第一涂层还包括添加剂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂；所述添加剂、双酚A环氧树脂和丙烯酸树脂分别占第一涂层的质量比为3.5wt％、5wt％和8wt％。所述氟树脂占第一涂层的质量比为43.5wt％。所述氟树脂为聚四氟乙烯(PTFE)。所述添加剂为质量比为1：2的紫外线吸收剂和全氟基笼型聚倍半硅氧烷。所述紫外线吸收剂为UV-327。
所述Ag-MOFs材料为有机MOF配体和金属银离子配位自组装得到的金属有机框架材料，其中所述有机MOF配体结构式同实施例1。
所述第二涂层由质量比70：40：15的氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂复配而成。
所述改性环氧树脂为聚乙二醇二缩水甘油醚环氧树脂，其环氧当量460，粘度9000cps。
本实施例高反射高阻隔太阳能电池背板膜的制备方法，其包括以下步骤：
步骤S1：将0.1mol/L的如结构式I所示的有机MOF配体溶于1L的二甲基甲酰胺，加入纳米二氧化钛粉体搅拌均匀，然后缓慢加入0.3mol/L的硝酸银水溶液1.2L，在150℃的条件下冷凝回流反应18h，冷却至室温，过滤，然后用丙酮反复冲洗，喷雾干燥得到所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒；
步骤S2：按质量比40：43.5：5：8：3.5分别称取步骤S1得到的Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒、氟树脂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂和添加剂，搅拌混合均匀后，将其喷涂在PET基膜的上表面，得到涂覆第一涂层的PET基膜；
步骤S3：将质量比70：40：15的氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，然后喷涂在步骤S2的PET基膜的下表面上，得到喷涂有第二涂层的所述高反射高阻隔太阳能电池背板膜。
所述第一涂层的膜层厚度为25um，所述第二涂层的膜层厚度为40um。所述中间PET基膜的膜厚为0.30mm。
本实施例的全氟基笼型聚倍半硅氧烷的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例的高反射高阻隔太阳能电池背板膜，其膜层结构及材料与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例背板膜中，第一涂层中的原料仅添加二氧化钛，而不是采用Ag-MOFs材料包覆二氧化钛。
对比例2
本对比例的高反射高阻隔太阳能电池背板膜，其膜层结构及材料与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例背板膜中，第一涂层中的原料直接采用Ag-MOFs材料和二氧化钛复配，而不是采用Ag-MOFs材料包覆二氧化钛。
对比例3
本对比例的高反射高阻隔太阳能电池背板膜，其膜层结构及材料与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例背板膜中，第一涂层中的原料未包括添加剂。
将实施例1～3和对比例1～4制备得到的高反射高阻隔太阳能电池背板膜进行性能测试，其性能结果如表1所示：
表1
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种高反射高阻隔太阳能电池背板膜，其特征在于，所述背板膜包括中间PET基膜及分别设置在所述PET基膜上表面和下表面的第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括Ag-MOFs材料包覆二氧化钛掺杂的氟树脂，所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛的掺杂量占第一涂层的质量比为30～40wt％；所述Ag-MOFs材料为有机MOF配体和金属银离子配位自组装得到的金属有机框架材料，其中所述有机MOF配体如结构式I所示，
所述第一涂层还包括添加剂、双酚A环氧树脂和丙烯酸树脂；所述添加剂、双酚A环氧树脂和丙烯酸树脂分别占第一涂层的质量比为1.5～3.5wt％、5～15wt％和8～10wt％；所述添加剂为紫外线吸收剂和/或全氟基笼型聚倍半硅氧烷；所述第二涂层为氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂中的至少一种组成。
2.如权利要求1所述的高反射高阻隔太阳能电池背板膜，其特征在于，所述氟树脂为聚四氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、聚氟乙烯中的至少一种。
3.如权利要求1所述的高反射高阻隔太阳能电池背板膜，其特征在于，所述改性环氧树脂为脂肪族环氧树脂。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的高反射高阻隔太阳能电池背板膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1：将0.05～0.1mol/L的如结构式I所示的有机MOF配体溶于1L的二甲基甲酰胺，加入纳米二氧化钛粉体搅拌均匀，然后缓慢加入0.15～0.3mol/L的硝酸银水溶液1～1.2L，在120～150℃的条件下冷凝回流反应6～18h，冷却至室温，过滤，然后用丙酮反复冲洗，喷雾干燥得到所述Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒；
步骤S2：按质量比30～40：40～50：5～15：8～10：1.5～3.5分别称取步骤S1得到的Ag-MOFs材料包覆二氧化钛颗粒、氟树脂、双酚A环氧树脂、丙烯酸树脂和添加剂，搅拌混合均匀后，将其喷涂在PET基膜的上表面，得到涂覆第一涂层的PET基膜；
步骤S3：将质量比50～70：30～40：5～15的氟树脂、改性环氧树脂、丙烯酸树脂混合均匀，然后喷涂在步骤S2的PET基膜的下表面上，得到喷涂有第二涂层的所述高反射高阻隔太阳能电池背板膜。
5.如权利要求4所述的高反射高阻隔太阳能电池背板膜的制备方法，其特征在于，所述第一涂层的膜层厚度为15～25um，所述第二涂层的膜层厚度为20～50um。
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