CN114497252A - 光伏背板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了光伏背板及其制备方法和应用。该光伏背板至少包括由内向外依次布置的粘结层、芯层和耐候层，其中，粘结层包括50‑80质量份的耐热聚酰胺、5‑20质量份的增粘树脂、1‑10质量份的离子聚合物、1‑30质量份的第一填料、0.1‑5质量份的第一防老化剂；芯层包括50‑80质量份的第一聚丙烯、5‑20质量份的第一改性料、1‑30质量份的第二填料、0.1‑5质量份的第二防老化剂；耐候层包括50‑80质量份的第二聚丙烯、5‑20质量份的第二改性料、1‑30质量份的第三填料、0～25质量份的聚酰胺、0.1‑5质量份的第三防老化剂。该光伏背板具有良好的耐热性能、耐候性、粘结性以及层间粘结力，能够大幅提升光伏背板的耐热性。
Description
技术领域
本发明属于光伏技术领域，具体而言，涉及光伏背板及其制备方法和应用。
背景技术
太阳能作为一种清洁无污染、资源最丰富的可再生能源而受到人们的广泛关注。随着“碳达峰、碳中和”目标的提出，国家在政策方面将会对优化产业结构和能源结构进行欧化，清洁能源也将会迎来更大市场空间。太阳能电池在长期的室外风吹雨淋，紫外线等自然因素的侵蚀环境下，其背板应该使用具有优异的耐候性和耐久性的背板，以便于保护太阳能电池，延长其使用寿命。目前市场主流的太阳能电池背板仍以多层复合结构为主，主要分为复合型和涂布型，均以聚酯膜(PET)为基材。背板整个制备工艺复杂，操作周期长，且在生产过程中伴随有机溶剂的挥发，污染环境。另外，在长期户外使用过程中，存在层间粘结力下降的问题，易造成层间分离和脱落，使背板丧失保护作用。
另外，迫于成本的压力，市场上电池组件的尺寸开始朝大尺寸高功率发展，组件工作温度也会出现攀升，如果个别电池单元出现瑕疵或者异物遮挡等问题，发电元件就会转化为负载元件，会导致组件局部温度异常偏高，进而出现背板鼓泡、热斑等异常现象，如果背板耐热性不够，局部高温点对应区域的背板可能被烧穿，进而导致封装失效。而相关技术中鲜少有解决背板热斑问题的研究，因此，提高共挤背板的耐热性也是迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出光伏背板及其制备方法和应用，以改善光伏背板的耐热性、耐候性、粘结性以及层间粘结力。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种光伏背板。根据本发明的实施例，该光伏背板至少包括由内向外依次布置的粘结层、芯层和耐候层，其中：
所述粘结层包括：50-80质量份的耐热聚酰胺、5-20质量份的增粘树脂、1-10质量份的离子聚合物、1-30质量份的第一填料、0.1-5质量份的第一防老化剂；
所述芯层包括：50-80质量份的第一聚丙烯、5-20质量份的第一改性料、1-30质量份的第二填料、0.1-5质量份的第二防老化剂；
所述耐候层包括：50-80质量份的第二聚丙烯、5-20质量份的第二改性料、1-30质量份的第三填料、0～25重量份的聚酰胺、0.1-5质量份的第三防老化剂；
其中，所述第一改性料和所述第二改性料分别独立地包括选自聚乙烯、弹性体和相容剂中至少之一。
本发明上述实施例的光伏背板包括至少三层结构，耐候层和粘结层位于光伏背板的两个外表面，芯层则位于光伏背板内部，耐候层直接与空气接触，粘结层与光伏封装热熔胶膜层(通常为EVA层)粘结。其中，粘结层中通过选用耐热聚酰胺作为主体树脂，通过增粘树脂和离子聚合物对其进行改性，可以使得到的粘结层体系具有很好的耐热性能，同时与EVA粘结性能优异。由此，通过上述结构设计和各层组成选择，既可以实现聚酰胺与聚烯烃材料的多层共挤出，简化制备工艺并缩短制备周期，还能使各层之间粘结性能优异，同时能够解决光伏背板耐热性差的问题，使光伏背板具有良好的耐热性能，此外，具有上述结构及组成的光伏背板还具有耐候性、粘结性以及层间粘结力好的优点，使用该背板制成的光伏组件背板粘结层在一定温度范围内不存在熔融流动的风险，能够大大提升光伏组件的耐热斑性能，降低光伏组件因背板原因导致失效的概率。
另外，根据本发明上述实施例的光伏背板还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述耐热聚酰胺的熔点不低于180℃。
在本发明的一些实施例中，所述耐热聚酰胺包括选自PA1010、PA11、PA1212、PA6、PA66、PA46、PA6T和PA9T中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述增粘树脂包括乙烯和丙烯酸树脂的共聚物。
在本发明的一些实施例中，所述增粘树脂包括选自EVA树脂、EMA树脂、EAA树脂、EEA树脂和EBA树脂中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述离子聚合物的主链为乙烯和甲基丙烯酸的共聚体，其上引入有钠离子和/或锌离子。
在本发明的一些实施例中，所述聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、茂金属催化聚乙烯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述弹性体包括乙烯-α-烯烃共聚物和/或丙烯-α-烯烃共聚物。
在本发明的一些实施例中，所述相容剂包括至少一种聚烯烃极性基团接枝共聚物，所述接枝共聚物的主链包括选自聚丙烯、乙烯-α-烯烃共聚物和丙烯-α-烯烃共聚物中的至少之一，所述极性基团包括可与聚酰胺产生化学键合的基团。
在本发明的一些实施例中，所述第一聚丙烯和所述第二聚丙烯分别独立地包括选自等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述第一填料、所述第二填料和所述第三填料分别独立地包括选自钛白粉、滑石粉、碳酸钙、三氧化二铝、硅酸铝、硅酸镁、金刚石粉、氢氧化铝、二氧化硅、云母粉、硫酸钡、硅藻土和浮石粉中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述第一防老化剂、所述第二防老化剂和所述第三防老化剂分别独立地包括选自抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、酸吸收剂和自由基猝灭剂中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述第一改性料包括所述弹性体；和/或，所述第二改性料包括所述弹性体和所述相容剂。
在本发明的一些实施例中，光伏背板进一步包括：第一增粘过渡层和/或第二增粘过渡层，所述第一增粘过渡层设在所述粘结层和所述芯层之间，所述第二增粘过渡层设在所述芯层和所述耐候层之间。
在本发明的一些实施例中，所述第一增粘过渡层和所述第二增粘过渡层分别独立地包括选自聚乙烯、乙烯类共聚物、聚丙烯、改性聚丙烯、热塑性聚氨酯、丙烯酸树脂和ABS系树脂中的至少之一；和/或，所述第一增粘过渡层和所述第二增粘过渡层分别独立地包括多个子过渡层。
在本发明的一些实施例中，所述光伏背板采用共挤工艺一次成型得到。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种制备上述光伏背板的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将粘结层原料、芯层原料和耐候层原料供给至不同的挤出机内；(2)同时对各层原料进行挤出，使挤出产物经过多层共挤出模头流延至定型辊上成型；(3)对成型板材进行切边收卷，得到共挤型光伏背板。该方法采用共挤工艺一次成型得到，不仅工艺流程简单，生产周期短，而且制得的光伏背板具有较好的耐热性、耐候性、粘结性以及层间粘结力，将其用于光伏组件能够大大提升光伏组件的耐热斑性能，降低光伏组件因背板原因导致失效的概率。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，将粘结层原料、第一增粘过渡层原料、芯层原料、第二增粘过渡层原料和耐候层原料供给至不同的挤出机内。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述挤出的温度为170～260℃，挤出杆转速为200～300r/min。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种光伏组件。根据本发明的实施例，该光伏组件包括：光伏前板；第一热熔胶膜层，所述第一热熔胶膜层位于所述光伏前板的一侧；电池片，所述电池片位于所述第一热熔胶膜层远离所述光伏前板的一侧；第二热熔胶膜层，所述第二热熔胶膜层位于所述电池片远离所述光伏前板的一侧；光伏背板，所述光伏背板位于所述第二热熔胶膜层远离所述光伏前板的一侧。其中，所述光伏背板为上述光伏背板或采用上述制备光伏背板的方法制得的光伏背板。由此，该光伏组件具有前面所述的光伏背板及制备光伏背板的方法所具有的全部特征及优点，在此不再赘述。总的来说，该光伏组件具有较好的耐热斑性能。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的光伏背板的结构示意图。
图2是根据本发明再一个实施例的光伏背板的结构示意图。
图3是根据本发明一个实施例的制备光伏背板的方法流程图。
图4是根据本发明一个实施例的光伏组件的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
目前，相关技术中公开的太阳能电池背板均存在有这样或那样的问题，例如，有结构为聚酰胺上表层/改性聚酰胺芯层/聚酰胺下表层的挤出型光伏电池背板，虽然其内层(粘结层)使用了一定量的偶联剂，但是无法知晓聚酰胺与EVA胶膜经过长期老化之后粘结力稳定性，且该背板三层结构中都使用聚酰胺材料，成本较高；还有结构为改性PA耐候层/改性PET结构增强层/改性PA粘合层的无氟多层共挤背板，但由于选用熔点较低的改性PA，背板的耐热性难以保证，且PET和PA的共挤出工艺可行性也存疑；此外，还有具有聚烯烃改性材料作为芯层和胶膜侧粘结层的聚烯烃共挤背板，但该背板的耐热性能较差。
为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种光伏背板。根据本发明的实施例，该光伏背板100至少包括由内向外依次布置的粘结层110、芯层120和耐候层130，其中，粘结层110包括：50-80质量份的耐热聚酰胺、5-20质量份的增粘树脂、1-10质量份的离子聚合物、1-30质量份的第一填料、0.1-5质量份的第一防老化剂；芯层120包括：50-80质量份的第一聚丙烯、5-20质量份的第一改性料、1-30质量份的第二填料、0.1-5质量份的第二防老化剂；耐候层130包括：50-80质量份的第二聚丙烯、5-20质量份的第二改性料、1-30质量份的第三填料、0～25重量份的聚酰胺、0.1-5质量份的第三防老化剂；其中，第一改性料和第二改性料分别独立地包括选自聚乙烯、弹性体和相容剂中至少之一。该光伏背板包括至少三层结构，耐候层和粘结层位于光伏背板的两个外表面，芯层则位于光伏背板内部，耐候层直接与空气接触，粘结层与光伏封装热熔胶膜层(通常为EVA层)粘结。其中，粘结层中通过选用耐热聚酰胺作为主体树脂，通过增粘树脂和离子聚合物对其进行改性，可以使得到的粘结层体系具有很好的耐热性能，同时与EVA粘结性能优异。由此，通过上述结构设计和各层组成选择，既可以实现聚酰胺与聚烯烃材料的多层共挤出，简化制备工艺并缩短制备周期，还能使各层之间粘结性能优异，同时能够解决光伏背板耐热性差的问题，使光伏背板具有良好的耐热性能，此外，具有上述结构及组成的光伏背板还具有耐候性、粘结性以及层间粘结力好的优点，使用该背板制成的光伏组件背板粘结层在一定温度范围内不存在熔融流动的风险，能够大大提升光伏组件的耐热斑性能，降低光伏组件因背板原因导致失效的概率。需要说明的是，本发明中所述“由内向外依次布置”中，“内”指的是光伏背板靠近光伏组件电池片的一侧，“外”指的是光伏背板远离光伏组件电池片的一侧。下面参考图1～2对本发明上述实施例的光伏背板100进行详细描述。
粘结层110
根据本发明的实施例，粘结层110的配方包括：50-80质量份的耐热聚酰胺(例如可以为55、60、65、70或75质量份等)、5-20质量份的增粘树脂(例如可以为6、8、10、12、15或18质量份等)、1-10质量份的离子聚合物(例如可以为2、4、6或8质量份等)、1-30质量份的第一填料(例如可以为3、6、9、12、15、18、21、24或27质量份等)、0.1-5质量份的第一防老化剂(例如可以为0.5、1、2、3或4质量份等)。优选地，粘结层配方中各组分的总质量份数可以100重量份。本发明中，耐热聚酰胺的熔点不低于180℃。该粘结层110以聚酰胺作为主体树脂，其中，尼龙是一种主链上含有酰胺键(-CONH-)的聚合物，相对于聚烯烃熔点较高，且具有良好的综合力学性能，本发明中通过选用熔点不低于180℃的聚酰胺树脂，并控制熔点不低于180℃的聚酰胺树脂在粘结层中为上述占比，优选不低于50wt％，可以保证粘结层具有优异的耐热性能。另外，可以理解的是，本发明中耐热聚酰胺的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，耐热聚酰胺可以包括但不限于PA1010(聚葵二酰葵二胺)、PA11(聚十一内酰胺)、PA1212(聚十二烷二酰十二烷二胺)、PA6(尼龙6)、PA66(尼龙66，即聚己二酰己二胺)、PA46(聚己二酰丁二胺)、PA6T(对苯二甲酰己二胺)、PA9T(聚1,9-亚壬基对苯二酰胺)中的至少之一。
根据本发明的实施例，粘结层110的配方中还添加了增粘树脂，其中增粘树脂可以优选由乙烯和丙烯酸树脂的共聚物组成，此类增粘树脂是具有热塑性和极高粘接性的聚合物，可以与所有烯烃聚合物相容，在层压过程中与EVA熔体界面处有链段的缠结，可以保证与EVA封装胶膜的粘结性能；此外，发明人还发现，若该增粘树脂在粘结层配方中的添加量过少，粘结层与EVA粘结力难以达到标准要求，而其添加量过高又会造成光伏背板整体成本增加，通过控制增粘树脂在粘结层配方中为上述占比，既可以保证粘结层与EVA具有优异的粘结性能，还能控制较低的生产成本。优选地，增粘树脂在粘结层配方中的质量占比可以为5wt％-20wt％，如10wt％或15wt％等。另外，可以理解的是，本发明中增粘树脂的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以包括但不限于EVA树脂、EMA树脂(烯-丙烯酸甲酯共聚物)、EAA树脂(乙烯丙烯酸共聚物)、EEA树脂(乙烯-丙烯酸乙酯共聚物)和EBA树脂(乙烯丙烯酸丁酯)中的至少之一
根据本发明的实施例，粘结层110的配方中还添加了离子聚合物，其中，离子聚合物优选以乙烯和甲基丙烯酸的共聚体为主链，并使其上引入钠离子和/或锌离子。发明人发现，离子型聚合物有优良的熔体强度、韧度和抗紫外能力，添加后不仅可以提高粘结层整体成膜的强度和均匀性，同时还能大幅减弱聚酰胺组分中常见的吸湿作用，若其添加量过少起不到增加强度和均匀度的目的，其添加量过多又会带来成本增加，通过控制离子聚合物在粘结层配方中为上述占比，既可以保证粘结层具有较好的整体强度及均匀性，还有利于降低生产成本。优选地，离子聚合物在粘结层配方中的质量占比可以为1-10wt％。
根据本发明的实施例，粘结层100配方中采用的第一填料的种类并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如第一填料可以包括选自钛白粉、滑石粉、碳酸钙、三氧化二铝、硅酸铝、硅酸镁、金刚石粉、氢氧化铝、二氧化硅、云母粉、硫酸钡、硅藻土和浮石粉中的至少之一。发明人发现，在粘结层中掺入少量第一填料可以提高粘结层的反射效果，但若填料掺入量过少，其在膜层中的分散较少，达不到较高的反射效果，一定添加量范围内提高填料用量能够提高膜层的反射率，但若其掺入量过高，如高于30wt％时，又会降低粘结层的机械强度及粘结效果，同时增加制造成本，本发明中通过控制第一填料在粘结层配方中为上述占比，可以在不影响粘结层机械强度和粘结性能的前提下使粘结层达到较好的反射效果，从而更有利于提高光伏组件的光利用率及效率。
根据本发明的实施例，通过在粘结层配方中加入一定量的防老剂可以延缓粘结层的老化，延长粘结层的作用时间及光伏背板对光伏组件的保护作用。其中，本发明中第一防老化剂的组成并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如第一防老化剂可以包括选自抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、酸吸收剂和自由基猝灭剂中的至少之一。另外，可以理解的是，本发明中对抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、酸吸收剂和自由基猝灭剂的种类并没有特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如抗氧剂可以为选自受阻酚型抗氧剂、亚磷酸酯型抗氧剂和硫酯型抗氧剂中的至少之一，优选可以为[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；再例如，酸吸收剂可以为硬脂酸钙，用于消除聚丙烯中存在的卤素；自由基猝灭剂可以为受阻胺类自由基猝灭剂；另外，优选的紫外线吸收剂可以为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，优选的光稳定剂可以为双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，更优选地，光稳定剂可以配合紫外线吸收剂一起使用，发明人发现，二者配合使用可以起到单一使用紫外线吸收剂无法达到的最佳效果，能更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。进一步地，发明人还发现，如果防老化剂在粘结层配方中的用量少于0.1质量份，则起不到预期的防老化效果；而当防老化剂的量达到一定量时(如5质量份)，粘结层抗老化的效果并不会因为防老化剂含量的增多而继续增大，相反还会影响到材料的伸缩性和与EVA的粘结性能，本发明中通过控制第一防老化剂在粘结层配方中为上述占比，可以在不影响材料伸缩性和粘结性的前提下使粘结层具有更好的抗老化效果。
芯层120
根据本发明的实施例，芯层120的配方包括：50-80质量份的第一聚丙烯(例如可以为55、60、65、70或75质量份等)、5-20质量份的第一改性料(例如可以为6、8、10、12、15或18质量份等)、1-30质量份的第二填料(例如可以为3、6、9、12、15、18、21、24或27质量份等)、0.1-5质量份的第二防老化剂(例如可以为0.5、1、2、3或4质量份等)。优选地，芯层配方中各组分的总质量份数可以100重量份。本发明中，芯层的主体树脂为聚丙烯，聚丙烯价格便宜，力学性能优异，可作为背板的整体支撑层，且熔点高于层压温度，层压的时候不会压溃，能够最大限度的保持背板的绝缘穿透(DTI)。可以理解的是，本发明中第一聚丙烯的类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，第一聚丙烯可以包括选自等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种。
根据本发明的实施例，芯层配方中加入了第一改性料来对第一聚丙烯进行改性，以改善第一聚丙烯的耐低温性能、电绝缘性能、相容性或与相邻层之间的粘结性能等。其中，本发明中，第一改性料包括选自聚乙烯、弹性体和相容剂中至少之一，通过在芯层中加入少量的聚乙烯，能够改善聚丙烯材料的耐低温性能和电绝缘性能，且聚乙烯价格便宜，还有利于降低生产成本；可以理解的是，本发明中作为改性料使用的聚乙烯的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，聚乙烯可以包括选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、茂金属催化聚乙烯中的至少之一，其中，超高分子量聚乙烯指的是分子量在100万以上的聚乙烯。另外，弹性体可以为α烯烃共聚物，例如可以包括乙烯-α-烯烃共聚物和/或丙烯-α-烯烃共聚物，发明人发现，采用上述弹性体可以增加芯层聚丙烯与聚乙烯材料间的相容性，同时可以增加芯层与相邻层之间的粘结性能，但弹性体软化点较低、耐热性差，添加量不宜过高，否则会影响芯层的耐热性，进而影响背板的绝缘穿透(DTI)，可以优选控制α烯烃共聚物在配方中的含量在20wt％以下，由此既可以保证体系具有较好的相容性，不会出现自身相分离或者内聚力不足的现象，还不会影响背板的耐热性和绝缘穿透。再者，相容剂可以包括至少一种聚烯烃极性基团接枝共聚物，接枝共聚物的主链可以包括选自聚丙烯、乙烯-α-烯烃共聚物和丙烯-α-烯烃共聚物中的至少之一，极性基团包括可与聚酰胺产生化学键合的基团，例如可以包括选自酸酐、酸、环氧化物、硅烷和异氰酸酯中的至少之一，其中，在芯层中添加相容剂不仅可以改善聚丙烯与聚酰胺的相容性，而且将相容剂和聚烯烃弹性体共同使用还可以同时提升系统的低温性能和耐热氧性能。优选地，第一改性料中包括弹性体，由此，可以进一步确保芯层与相邻层间的相容性和粘结性能。
根据本发明的实施例，芯层配方中还加入了第二填料和第二防老化剂，其中，芯层配方中的第二填料的种类也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如第二填料的可选范围及具体选择可以同第一填料，且第二填料的组成与第一填料的组成可以相同，也可以不同，此处不再一一赘述，发明人发现，在芯层中掺入少量第二填料也可以提高反射率，但若其掺入量过高同样会降低芯层的机械强度及其与相邻层的粘结效果，同时增加制造成本，本发明中通过控制第二填料在芯层配方中为上述占比，可以在不影响芯层机械强度和与相邻层粘结性能的前提下使芯层达到较好的反射效果，从而更有利于提高光伏组件的光利用率及效率；优选地，由于芯层位于背板的内侧，不直接参与反射，在兼顾成本的前提下，第二填料的含量可以不超过20质量份。另外，通过在芯层配方中加入第二防老化剂也可以延缓芯层的老化，其中，用于芯层的第二防老化剂的组成也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如第二防老化剂的可选范围及具体选择可以同第一防老化剂，且第二防老化剂的组成与第一防老化剂的组成可以相同，也可以不同，此处不再一一赘述。进一步地，发明人还发现，如果防老化剂在芯层配方中的用量少于0.1质量份，则起不到预期的防老化效果；而当防老化剂的量达到一定量时(如5质量份)，芯层抗老化的效果并不会因为防老化剂含量的增多而继续增大，相反还会影响到材料的伸缩性和与相邻层的粘结性能，本发明中通过控制第二防老化剂在芯层配方中为上述占比，可以在不影响材料伸缩性和与相邻层粘结性的前提下使芯层具有更好的抗老化效果。
耐候层130
根据本发明的实施例，耐候层130的配方包括：50-80质量份的第二聚丙烯(例如可以为55、60、65、70或75质量份等)、5-20质量份的第二改性料(例如可以为6、8、10、12、15或18质量份等)、1-30质量份的第三填料(例如可以为3、6、9、12、15、18、21、24或27质量份等)、0～25重量份的聚酰胺(例如可以为3、6、9、12、15、18、21或24质量份等)、0.1-5质量份的第三防老化剂(例如可以为0.5、1、2、3或4质量份等)。优选地，耐候层配方中各组分的总质量份数可以100重量份。本发明中，耐候层的主体树脂也为聚丙烯，可以通过添加少量聚酰胺进行改性，用以提高耐候层的耐老化性能和耐磨损性能，其中，选用聚丙烯作为耐候层的主体树脂，可以进一步确保采用共挤出工艺制备光伏背板时，在层压过程中不会压溃。可以理解的是，本发明中第二聚丙烯的类型也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，第二聚丙烯可以包括选自等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种，另外，第二聚丙烯和第一聚丙烯的种类可以相同也可以不同。
根据本发明的实施例，耐候层中的聚酰胺可以由二元酸和二元胺缩聚得到，其中，该聚酰胺与聚丙烯的相容性较好，且自身具有较优的耐候性能，价格低廉，将其用于耐候层中既有利于形成耐候性较好的层状结构，也有助于降低光伏背板的制造成本。进一步地，发明人还发现，当耐候层中聚酰胺的含量过多时，不利于在耐候层与芯层之间形成良好的粘结，本发明中通过控制聚酰胺在耐候层配方中的占比不大于25质量份，既可以确保耐候层与芯层之间具有较好的粘结性能，还有利于形成更好的层状结构。
根据本发明的实施例，耐候层配方中加入了第二改性料来对第二聚丙烯进行改性，以改善第一聚丙烯的耐低温性能、电绝缘性能、相容性或与相邻层之间的粘结性能等。本发明中，第二改性料在耐候层中起到的作用与第一改性料在芯层中起到的作用相同，第二改性料也可以包括选自聚乙烯、弹性体和相容剂中至少之一，其中，通过在耐候层中加入少量的聚乙烯，能够改善聚丙烯材料的耐低温性能和电绝缘性能，在耐候层中加入弹性体可以增加耐候层聚丙烯与聚乙烯材料间的相容性，同时可以增加耐候层与芯层之间的粘结性能，但弹性体软化点较低、耐热性差，添加量不宜过高，否则会影响耐候层的耐热性，进而影响背板的绝缘穿透(DTI)，在耐候层中添加相容剂不仅可以改善聚丙烯与聚酰胺的相容性，而且将相容剂和聚烯烃弹性体共同使用还可以同时提升系统的低温性能和耐热氧性能，优选地，第二改性料可以同时包括相容剂和聚烯烃弹性体，二者在耐候层配方中的含量可以不高于20wt％，由此更有利于保证体系的相容性、低温性能和耐热氧性能。需要说明的是，其中聚乙烯、弹性体和相容剂的可选范围和具体选择也可以同第一改性料，此处不再一一赘述，具体地，第二改性料的组成与第一改性料的组成可以相同，也可以不同。
根据本发明的实施例，耐候层配方中还加入了第三填料和第三防老化剂，其中，耐候层配方中的第三填料的种类也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如第三填料的可选范围及具体选择可以同第一填料，且第三填料的组成与第一填料的组成可以相同，也可以不同，此处不再一一赘述，发明人发现，在耐候层中掺入少量第三填料也可以提高反射率，但若其掺入量过高同样会降低耐候层的机械强度及其与芯层的粘结效果，同时增加制造成本，本发明中通过控制第三填料在耐候层配方中为上述占比，可以在不影响耐候层机械强度和与芯层粘结性能的前提下达到较好的反射效果，从而更有利于提高光伏组件的光利用率及效率。另外，通过在耐候层配方中加入第三防老化剂也可以延缓耐候层的老化，其中，用于耐候层的第三防老化剂的组成也不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如第三防老化剂的可选范围及具体选择可以同第一防老化剂，且第三防老化剂的组成与第一防老化剂的组成可以相同，也可以不同，此处不再一一赘述，进一步地，发明人还发现，如果防老化剂在耐候层配方中的用量少于0.1质量份，则起不到预期的防老化效果；而当防老化剂的量达到一定量时(如5质量份)，耐候层抗老化的效果并不会因为防老化剂含量的增多而继续增大，相反还会影响到材料的伸缩性和与芯层的粘结性能，本发明中通过控制第三防老化剂在耐候层配方中为上述占比，可以在不影响材料伸缩性和与芯层粘结性的前提下使耐候层具有更好的抗老化效果。
根据本发明的实施例，参考图2所示，光伏背板100可以进一步包括：第一增粘过渡层140和/或第二增粘过渡层150，其中，第一增粘过渡层140可以设在粘结层110和芯层120之间，第二增粘过渡层150可以设在芯层120和耐候层130之间，本发明中通过设置第一增粘过渡层和第二增粘过渡层来增加相邻两层之间的粘结性能。其中，第一增粘过渡层140的原料配方可以为粘结层和芯层的中间组分，第二增粘过渡层150的原料配方可以为耐候层和芯层的中间组分，二者的主体材料可以根据要结合在一起的相邻两层的具体组成进行选择，例如，第一增粘过渡层140和第二增粘过渡层150的配方材料可以分别独立地包括选自聚乙烯、乙烯类共聚物、聚丙烯、改性聚丙烯、热塑性聚氨酯、丙烯酸树脂和ABS系树脂中的至少之一，由此可以进一步有利于提高相邻两层之间的粘结性能。另外，第一增粘过渡层140和第二增粘过渡层150的具体结构并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如，第一增粘过渡层140和第二增粘过渡层150既可以分别独立地为单层结构，也可以分别独立地包括多个子过渡层，只能能够达到较好的增粘效果即可。
根据本发明的实施例，光伏背板100可以采用共挤工艺一次成型得到，具体地，可以将各层原材料通过共挤工艺一次成型形成最终产品，共挤出工艺的温度可以为170-260℃，各层通过不同的挤出机进行挤出，共挤出工艺的挤出杆转速可以为200-300r/min，各层材料经过多层共挤出模头流延到定型辊之上，经过切边收卷完成共挤型光伏背板的制备。该工艺不仅简单，而且生产周期短，更有利于降低生产成本。
在本发明的又一个方面，本发明提出了一种制备上述光伏背板的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将粘结层原料、芯层原料和耐候层原料供给至不同的挤出机内；(2)同时对各层原料进行挤出，使挤出产物经过多层共挤出模头流延至定型辊上成型；(3)对成型板材进行切边收卷，得到共挤型光伏背板。该方法采用共挤工艺一次成型得到，不仅工艺流程简单，生产周期短，而且制得的光伏背板具有较好的耐热性、耐候性、粘结性以及层间粘结力，将其用于光伏组件能够大大提升光伏组件的耐热斑性能，降低光伏组件因背板原因导致失效的概率。
根据本发明的实施例，当粘结层和芯层以及芯层和耐候层之间需要设置增粘过渡层时，还可以将粘结层原料、第一增粘过渡层原料、芯层原料、第二增粘过渡层原料和耐候层原料供给至不同的挤出机内，之后再进行共挤出制备光伏背板。其中，需要说明的是，粘结层原料、芯层原料、耐候层原料、第一增粘过渡层原料和第二增粘过渡层原料均可以根据在先描述的预定配方组成或材料进行选择，此处不再一一赘述。
根据本发明的实施例，共挤出工艺的温度可以为170～260℃，挤出杆的转速可以为200～300r/min，发明人发现，当共挤出工艺的温度过低时，形成光伏背板的材料无法充分的熔融共混，无法形成共挤出膜层；而当共挤出工艺的温度过高时，又会导致形成光伏背板的材料的熔体流动性过高，不利于形成共挤出膜层或得到的共挤出膜层出现层间相互穿插的现象，无法满足光伏背板的使用要求；另外，挤出杆的转速过大或过小均不利于形成适宜的光伏背板厚度，本发明中通过控制共挤出工艺为上述参数范围，既更有利于获得具有良好层状结构的光伏背板，还能获得更适宜的背板厚度，能够满足光伏背板对光伏组件的保护作用和耐候性等需求，同时避免原材料浪费。
需要说明的是，针对上述光伏背板所描述的特征及效果同样适用于该制备光伏背板的方法，此处不再一一赘述。
在本发明的再一个方面，本发明提出了一种光伏组件。根据本发明的实施例，参考图4所示，该光伏组件包括：光伏前板500、第一热熔胶膜层400、电池片300、第二热熔胶膜层200和光伏背板100，其中，第一热熔胶膜层400位于光伏前板500的一侧；电池片300位于第一热熔胶膜层400远离光伏前板500的一侧；第二热熔胶膜层200位于电池片300远离光伏前板500的一侧；光伏背板100位于第二热熔胶膜层200远离光伏前板500的一侧。其中，光伏背板100为上述光伏背板或采用上述制备光伏背板的方法制得的光伏背板，光伏前板可以为透明板材，如光伏玻璃等，第二热熔胶膜层可以为EVA胶层等。由此，该光伏组件具有前面的光伏背板及制备光伏背板的方法所具有的全部特征及优点，在此不再一一赘述。总的来说，该光伏组件具有较好的耐热斑性能。
下面通过具体的实施例对本申请的方案进行说明(以下配方中的用量均为质量份)，需要说明的是，下面的实施例仅用于说明本申请，而不应视为限定本申请的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1～4及对比例1～4
其中，实施例1～4及对比例1～4中光伏背板的结构均为粘结层、芯层和耐候层三层结构，且实施例1～4及对比例1～4的芯层和耐候层配方相同，详见表1；实施例1～4及对比例1～4的粘结层配方详见表2。
实施例1～4及对比例1～4主要以耐热粘结层的配方变化，并经相关测试验证本发明的共挤背板的耐热性、与EVA粘结性、层间粘结牢度、耐老化方面具有优异的性能，测试结果详见表3。
表1实施例1～4及对比例1～4的芯层和耐候层配方
表1实施例1～4及对比例1～4的光伏背板配方
其中，表1和表2中，粘结层、芯层和耐候层中的填料组成相同，均为质量比为1:1:1的钛白粉、滑石粉和碳酸钙；粘结层、芯层和耐候层中，采用的防老化剂组成相同，均为质量比为1:1:2的抗氧剂、紫外线吸收剂和光稳定剂。对比例1中，改性聚烯烃配方组成为：聚乙烯30质量份、聚丙烯50质量份、弹性体10质量份、防老化剂组合物2质量份、填料8质量份。
按表1和表2中的配方分别将实施例1～4及对比例1～4中光伏背板各层组合物混合之后加入挤出机，在挤出机螺杆中熔融，通过T-模头挤出(流延法)，制备具有三层结构的太阳能电池背板。根据需要对耐热粘结层进行电晕处理，得到太阳能电池组件用背板。之后测试其性能。耐热粘结层单独进行淋膜，制备单层膜进行耐热性能测试。所有测试结果如下：
表3实施例1～4及对比例1～4的光伏背板测试结果
其中，表3依据的性能测试方法如下：
1)耐热粘结层负重形变测试：将耐热粘结层样品膜垂直悬挂于180℃鼓风烘箱中，膜下端固定100g的砝码，1h后观察膜的变形情况。
2)与胶膜粘结力测试：按照《T/CPIA 0015-2019》进行测试。
3)粘结层与芯层粘结牢度测试：制备出背板之后，将背板粘结层与芯层剥开，之后按照《GB/T 31034-2014》中6.7项进行测试，使用型号为ETM-104B的万能拉力机进行测试。
结果与结论：综合表1～3中内容对比可知，本发明上述实施例的光伏背板具有较好的耐热性和耐热变形能力，且具有较好的粘接性能，能够满足光伏组件的使用需求。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种光伏背板，其特征在于，至少包括由内向外依次布置的粘结层、芯层和耐候层，其中：
所述粘结层包括：50-80质量份的耐热聚酰胺、5-20质量份的增粘树脂、1-10质量份的离子聚合物、1-30质量份的第一填料、0.1-5质量份的第一防老化剂；
所述芯层包括：50-80质量份的第一聚丙烯、5-20质量份的第一改性料、1-30质量份的第二填料、0.1-5质量份的第二防老化剂；
所述耐候层包括：50-80质量份的第二聚丙烯、5-20质量份的第二改性料、1-30质量份的第三填料、0～25重量份的聚酰胺、0.1-5质量份的第三防老化剂；
其中，所述第一改性料和所述第二改性料分别独立地包括选自聚乙烯、弹性体和相容剂中至少之一。
2.根据权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：
所述耐热聚酰胺的熔点不低于180℃；
所述耐热聚酰胺包括选自PA1010、PA11、PA1212、PA6、PA66、PA46、PA6T和PA9T中的至少之一；
所述增粘树脂包括乙烯和丙烯酸树脂的共聚物；
所述增粘树脂包括选自EVA树脂、EMA树脂、EAA树脂、EEA树脂和EBA树脂中的至少之一；
所述离子聚合物的主链为乙烯和甲基丙烯酸的共聚体，其上引入有钠离子和/或锌离子。
3.根据权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：
所述聚乙烯包括选自高密度聚乙烯、中密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、茂金属催化聚乙烯中的至少之一；
所述弹性体包括乙烯-α-烯烃共聚物和/或丙烯-α-烯烃共聚物；
所述相容剂包括至少一种聚烯烃极性基团接枝共聚物，所述接枝共聚物的主链包括选自聚丙烯、乙烯-α-烯烃共聚物和丙烯-α-烯烃共聚物中的至少之一，所述极性基团包括可与聚酰胺产生化学键合的基团；
所述第一聚丙烯和所述第二聚丙烯分别独立地包括选自等规聚丙烯、嵌段聚丙烯、无规聚丙烯中的至少之一；
所述第一填料、所述第二填料和所述第三填料分别独立地包括选自钛白粉、滑石粉、碳酸钙、三氧化二铝、硅酸铝、硅酸镁、金刚石粉、氢氧化铝、二氧化硅、云母粉、硫酸钡、硅藻土和浮石粉中的至少之一；
所述第一防老化剂、所述第二防老化剂和所述第三防老化剂分别独立地包括选自抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、酸吸收剂和自由基猝灭剂中的至少之一。
4.根据权利要求3所述的光伏背板，其特征在于，所述第一改性料包括所述弹性体；和/或，所述第二改性料包括所述弹性体和所述相容剂。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的光伏背板，其特征在于，进一步包括：
第一增粘过渡层和/或第二增粘过渡层，所述第一增粘过渡层设在所述粘结层和所述芯层之间，所述第二增粘过渡层设在所述芯层和所述耐候层之间。
6.根据权利要求5所述的光伏背板，其特征在于，所述第一增粘过渡层和所述第二增粘过渡层分别独立地包括选自聚乙烯、乙烯类共聚物、聚丙烯、改性聚丙烯、热塑性聚氨酯、丙烯酸树脂和ABS系树脂中的至少之一；和/或，
所述第一增粘过渡层和所述第二增粘过渡层分别独立地包括多个子过渡层。
7.根据权利要求1所述的光伏背板，其特征在于，所述光伏背板采用共挤工艺一次成型得到。
8.一种制备权利要求1～7中任一项所述的光伏背板的方法，其特征在于，包括：
(1)将粘结层原料、芯层原料和耐候层原料供给至不同的挤出机内；
(2)同时对各层原料进行挤出，使挤出产物经过多层共挤出模头流延至定型辊上成型；
(3)对成型板材进行切边收卷，得到共挤型光伏背板。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，将粘结层原料、第一增粘过渡层原料、芯层原料、第二增粘过渡层原料和耐候层原料供给至不同的挤出机内；
任选地，步骤(2)中，所述挤出的温度为170～260℃，挤出杆转速为200～300r/min。
10.一种光伏组件，其特征在于，包括：
光伏前板；
第一热熔胶膜层，所述第一热熔胶膜层位于所述光伏前板的一侧；
电池片，所述电池片位于所述第一热熔胶膜层远离所述光伏前板的一侧；
第二热熔胶膜层，所述第二热熔胶膜层位于所述电池片远离所述光伏前板的一侧；
光伏背板，所述光伏背板位于所述第二热熔胶膜层远离所述光伏前板的一侧，
其中，所述光伏背板为权利要求1～7中任一项所述的光伏背板或采用权利要求8～9中任一项所述的方法制得的光伏背板。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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