CN114516969A - 一种高耐候性、综合性能优异的太阳能电池背板 - Google Patents

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Abstract

本发明的太阳能电池背板包括改性PE薄膜、改性BOPET膜材、氟材料薄膜、连接改性PE薄膜和改性BOPET膜材的专用背板胶层、和连接改性BOPET膜材和氟材料薄膜的专用背板胶层。本发明的太阳能电池背板具有优异的综合性能，保证背板具有可靠的绝缘性、耐水解性、耐紫外和电、热老化性、耐酸雨盐雾腐蚀等性能，从而达到切实避免太阳能电池因背板质量问题造成其发电效率下降甚至提前报废的可能，同时避免了使用两层氟材料薄膜作为两个表层材料，将经过改性的性价比高的BOPET膜材和PE薄膜作为中间层和一个表层，成本低，具有很好的应用前景。

Description

一种高耐候性、综合性能优异的太阳能电池背板
技术领域
本发明属于太阳能电池材料领域，具体涉及一种高耐候性、综合性能优异的太阳能电池背板。
背景技术
太阳能电池目前已得到了广泛应用。如图1所示，晶硅型太阳能电池常见结构为：表层(接受阳光面)为光伏玻璃，最下层为背板，中间层为EVA胶膜夹持晶硅片发电单元，这个组合在专用封装设备中真空加热封装固化，加装接线盒及边框后即可成为一成品太阳能电池板。
背板作为直接和外部大气环境大面积密切接触的密封材料，必须具备优异的耐候性(耐湿热性、耐干热性、耐紫外性、耐雨雪雾及风沙浸蚀等)、耐电气绝缘性、较高的水蒸气阻隔和尺寸稳定性等。塑料是常见的背板材料。塑料老化现象是指塑料制品因受到阳光照射、温度变化、风吹雨淋等外界条件的影响，而出现的褪色、变色、龟裂、脱层和强度下降等一系列老化的现象。塑料的主要老化方式是光氧化降解和水解。如果背板无法经受长期的变化多端的外界环境影响，出现如龟裂、起泡、脱层、黄变等现象，将导致背板失去密封和对电池的保护作用，从而使电池发电效率降低或者失去发电效能，严重者甚至引发电气事故。
早期的太阳能电池背板结构比较杂乱，质量良莠不齐。既有用双层聚氟乙烯(PVF)膜复合双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)基材而成的高端三层背板[聚氟乙烯/双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚氟乙烯(PVF/BOPET/PVF)]，也有用超过三层的不同材质的塑料薄膜进行复合而成的背板，甚至将铝箔、镀铝膜、镀金属氧化物膜等复合进背板中，以增加背板对水蒸气及氧气阻隔性能。这些背板要么增加了高昂的成本，要么在性能上顾此失彼，如铝箔或镀铝膜的加入，虽然增加了背板的阻隔性能，但影响了背板的耐电气绝缘性，对背板的长期电压耐受性和雷电雷击的防范有很大的隐患。背板市场中还存在使用非氟材料甚至用一些单层不耐老化的塑料膜材充作太阳能电池背板，这类背板将使太阳能电池不能稳定地长效地进行发电运行，更谈不上保证20-25年的太阳能电池使用寿命。近年来，逐渐形成主流的三层结构的背板，但对各层结构材料的选择和性能搭配还比较杂乱。
目前国内主流的三层膜材结构太阳能电池背板有复合型和涂覆型二种。涂覆型背板是通过适当的涂覆工艺，将氟碳涂料(FEVE)双面或单面涂覆于双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)基膜或其他材质基膜上，单面涂覆FEVE的背板是在基膜另一面复合PEVA胶膜[PE和EVA共混挤出成型(吹塑或流延)膜]。涂覆型背板的出现和使用主要是因为氟材料薄膜非常昂贵造成的，双面都用氟材料薄膜与BOPET基膜进行复合的背板价格更加昂贵，特别是多数氟材料薄膜还要进口，如前述的高端背板(PVF/BOPET/PVF)，其中氟材料薄膜PVF就是采用进口而且使用了双层。国内涂覆型背板占据了相当的市场份额，涂覆型背板虽然材料成本有所降低，但氟碳涂层与氟材料薄膜相比，有许多隐患，如氟碳涂料(FEVE)涂覆过程因溶剂挥发易形成针孔、裂纹，影响背板的阻隔性能，还有与氟材料薄膜相比存在韧性差、耐磨性差、易脱层等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐候性、综合性能优异的复合型太阳能电池背板，以满足太阳能电池于露天状态下，长寿命周期(20-25年)的使用要求。本发明精选具有各自优异特性的三种膜材和一种高性能复合胶，形成了一种耐候突出、综合性能优异、性价比高的太阳能电池背板，从而达到切实避免太阳能电池因背板质量问题造成其发电效率下降甚至提前报废的可能，并且具有很好的推广应用前景。
具体而言，本发明提供一种太阳能电池背板，所述太阳能电池背板包括改性聚乙烯薄膜、双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材、氟材料薄膜、连接所述改性聚乙烯薄膜和所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的胶层、和连接所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材和所述氟材料薄膜的胶层，所述改性聚乙烯薄膜为线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯共混挤出吹膜成型得到的改性聚乙烯薄膜，所述改性聚乙烯薄膜含有占所述聚乙烯薄膜总质量1％-10％的硫酸钡和/或二氧化钛。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的厚度为150-250μm。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜的厚度为18-45μm。
在一个或多个实施方案中，所述改性聚乙烯薄膜的厚度为40-60μm。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的纵向拉伸强度和横向拉伸强度≥150MPa。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的纵向断裂伸长率和横向断裂伸长率为100％-150％。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材由特性黏度为0.50-0.80dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片生产得到。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材采用三层或多层共挤双向拉伸法生产得到。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材含有硫酸钡和/或二氧化钛。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的表层含有硫酸钡和/或二氧化钛。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的芯层含有硫酸钡和/或二氧化钛。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材各层含有硫酸钡和/或二氧化钛。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的表层含有占表层总质量的10％-50％、优选20％-40％的硫酸钡和/或二氧化钛。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的芯层含有占芯层总质量的0％-15％、优选5％-15％的硫酸钡和/或二氧化钛。
在一个或多个实施方案中，在所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的各层加入含硫酸钡和/或二氧化钛的母料进行改性。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的各层加入的含硫酸钡和/或二氧化钛的母料的比例不同。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的颜色为白色不透明或乳白色半透明。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材含有苯并三嗟或三嗪类紫外吸收剂。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的工频电气强度≥60V/μm。
在一个或多个实施方案中，所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的温度耐受范围为-70℃至130℃。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜选自聚偏氟乙烯膜、聚氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物膜、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物膜和四氟乙烯与乙烯共聚物膜。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜的颜色为白色。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜的纵向拉伸强度≥4kg/mm2，横向拉伸强度≥2.5kg/mm2。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜的纵横向断裂伸长率＞200％。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜的纵横向热收缩率＜2％。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜的透明度为不透明。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜经85℃温度下、85％湿度测试2000h，拉伸强度保持率≥99％。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜经85℃温度下、85％湿度测试2000h，试验前后色差⊿E≤1。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜经60kwh·m-2耐紫外测试2000h，拉伸强度保持率≥99％。
在一个或多个实施方案中，所述氟材料薄膜经60kwh·m-2耐紫外测试2000h，试验前后色差⊿E≤0.5。
在一个或多个实施方案中，所述线性低密度聚乙烯的熔点为110-125℃。
在一个或多个实施方案中，所述低密度聚乙烯的熔点为105-115℃。
在一个或多个实施方案中，所述线性低密度聚乙烯的熔点高于所述低密度聚乙烯的熔点。
在一个或多个实施方案中，所述线性低密度聚乙烯的分子量分布窄于所述低密度聚乙烯的分子量分布。
在一个或多个实施方案中，所述线性低密度聚乙烯的质量占所述改性聚乙烯薄膜总质量的50％-80％。
在一个或多个实施方案中，所述改性聚乙烯薄膜的颜色为白色。
在一个或多个实施方案中，所述改性聚乙烯薄膜含有占所述聚乙烯薄膜总质量4％-7％的硫酸钡和/或二氧化钛。
在一个或多个实施方案中，所述改性聚乙烯薄膜为线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯共混添加改性母料挤出吹膜成型得到的。
在一个或多个实施方案中，所述胶层由聚氨酯类胶粘剂固化而形成。
在一个或多个实施方案中，所述胶层的厚度为5-10μm。
在一个或多个实施方案中，所述聚氨酯类胶粘剂为双液型聚酯型聚氨酯胶粘剂。
在一个或多个实施方案中，所述聚氨酯类胶粘剂固化后耐120℃以上高温。
在一个或多个实施方案中，所述胶粘剂所用溶剂为纯度≥99.5％、含水量≤0.1％的乙酸乙酯，优选为优级品乙酸乙酯。
本发明还提供制备本文任一实施方案所述的太阳能电池背板的方法，包括在所述改性聚乙烯薄膜和所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材之间以及在所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材和所述氟材料薄膜之间涂覆胶粘剂。
在一个或多个实施方案中，涂覆胶粘剂前或复合前，采用高频高压电晕处理法控制所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的表面张力为48-52mN/m。
在一个或多个实施方案中，涂覆胶粘剂前或复合前，采用高频高压电晕处理法控制改性聚乙烯薄膜的表面张力为38-42mN/m。
在一个或多个实施方案中，涂覆胶粘剂前或复合前，采用高频高压电晕处理法控制氟材料薄膜的表面张力≥38mN/m。
在一个或多个实施方案中，配制胶液时向主剂中加入乙酸乙酯，调整粘合剂浓度为30-35％，加入固化剂，边加入边搅拌，使胶液均匀。
在一个或多个实施方案中，网线凹眼辊使用65-85线，采用逆涂工艺，从而获得涂胶均匀，并按干法复合工艺操作。
在一个或多个实施方案中，使用多次干式复合工艺进行背板复合。
在一个或多个实施方案中，使用二次干式复合工艺进行背板复合。
在一个或多个实施方案中，一次复合半成品的熟化时间不低于24小时，二次复合产品进行3-5天熟化过程(50-60℃)，以使胶层完全固化。
本发明还提供一种太阳能电池背板，所述太阳能电池背板包括改性聚乙烯薄膜、双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材、氟材料薄膜、连接所述改性聚乙烯薄膜和所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的胶层、和连接所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材和所述氟材料薄膜的胶层，其中：
所述改性聚乙烯薄膜由线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯共混添加改性母料挤出吹膜成型得到，所述改性聚乙烯薄膜的厚度为150-250μm，所述改性聚乙烯薄膜含有占所述改性聚乙烯薄膜总质量4％-7％的硫酸钡，所述改性聚乙烯薄膜为白色，所述线性低密度聚乙烯的熔点为110-125℃，所述低密度聚乙烯的熔点为105-115℃，所述线性低密度聚乙烯的质量占所述改性聚乙烯薄膜总质量的60-75％；
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材采用三层共挤双向拉伸法由特性黏度为0.50-0.80dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片生产得到，所述改性聚乙烯薄膜的厚度为40-60μm，芯层体积占所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材总体积的80％-90％，两个表层的体积分别占所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材总体积的5％-10％，表层含有占表层总质量的20％-40％的硫酸钡，芯层含有占芯层总质量的0-15％的硫酸钡；
所述氟材料薄膜的厚度为18-45μm，纵向拉伸强度≥4kg/mm2，横向拉伸强度≥2.5kg/mm2，纵横向断裂伸长率＞200％，纵横向热收缩率＜2％，透明度为不透明，所述氟材料薄膜经85℃温度、85％湿度测试2000h，试验前后色差⊿E≤1，所述氟材料薄膜经60kwh·m-2耐紫外测试2000h，拉伸强度保持率≥99％，试验前后色差⊿E≤0.5；
所述胶层的厚度为5-10μm，所述胶层由双液型聚酯型聚氨酯胶粘剂固化而形成。
附图说明
图1为晶硅型太阳能电池的结构示意图。
图2为本发明的太阳能电池背板的结构示意图。
图3为干式复合生产太阳能电池背板工艺流程简图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，“包含”、“包括”、“含有”以及类似的用语涵盖了“基本由……组成”和“由……组成”的意思，例如，当本文公开了“A包含B和C”时，“A由B和C组成”应当认为已被本文所公开。
在本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，当描述实施方案或实施例时，应理解，其并非用来将本发明限定于这些实施方案或实施例。相反地，本发明所描述的方法及材料的所有的替代物、改良物及均等物，均可涵盖于权利要求书所限定的范围内。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
太阳能电池背板不光要求具有耐热性、耐寒性、耐紫外老化、耐光氧降解、耐水解等耐候性能，还要求具有耐酸雨盐雾腐蚀、绝缘耐雷击高压、机械强度高、热收缩率低等性能，另外就是性价比要高，具有物美价廉的特性，目前市场上的背板品种繁多，但能够全面具有上述特点的很少，有的背板某些方面性能突出，但某些性能又有缺陷，有的背板性能很好，但价格太高，应用就受到限制。
如图2的结构示意图所示，本发明的太阳能电池背板包括改性PE(聚乙烯)层、改性BOPET(双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯)层、氟材料薄膜层、连接改性PE层和改性BOPET层的胶层、和连接改性BOPET层和氟材料薄膜层的胶层。文本中，太阳能电池背板简称背板。本发明发现改性BOPET膜材、氟材料薄膜、改性PE膜三种膜材和高性能复合胶的搭配能够发挥各材料性能取长补短、优势互补的协同作用，复合这些材料能够形成综合性能优异的太阳能电池背板，保证背板具有可靠的绝缘性、耐水解性、耐紫外和电、热老化性、耐酸雨盐雾腐蚀等性能，从而达到切实避免太阳能电池因背板质量问题造成其发电效率下降甚至提前报废的可能，同时避免了使用两层氟材料薄膜作为两个表层材料增加成本，将经过改性的性价比提高的BOPET膜材和PE膜作为中间层和一个表层，具有很好的推广应用前景。
BOPET层
本发明以改性BOPET膜材作为背板中位于改性PE层和氟材料薄膜层之间的中间层。中间层起到支撑、阻隔水蒸汽等作用。BOPET层的体积一般占背板总体积70％以上。
适用于本发明的改性BOPET膜材的厚度一般不低于150μm，例如150μm至250μm、170μm至210μm、188μm。本发明发现，厚度不低于150μm的改性BOPET层能够保证对背板起到足够的支撑作用，同时能够保证阻隔水蒸气进入电池发电单元。
适用于本发明的改性BOPET膜材的纵向拉伸强度和横向拉伸强度≥150MPa，优选纵向拉伸强度和横向拉伸强度≥200MPa。适用于本发明的改性BOPET膜材的纵向断裂伸长率和横向断裂伸长率为100％-150％。适用于本发明的改性BOPET膜材的纵向弹性模量和横向弹性模量≥4000MPa。具有上述良好力学性能的改性BOPET膜材可使用高聚合度(特性粘度为0.5-0.8dl/g、例如0.65dl/g)PET树脂切片通过双向拉伸法生产得到。因其具有较好的力学性能，如纵横向拉伸强度较高，保证背板有较好的强度；同时获得较高的弹性模量，保证背板有较好的挺度及支撑作用。
适用于本发明的改性BOPET膜材的纵向热收缩率和横向热收缩率0-1.5％(150℃，30min)，优选纵向热收缩率和横向热收缩率0-1.0％(150℃，30min)。由于太阳能电池露天使用，昼夜温差的变化，导致背板相应的反复收缩和膨胀，易造成背板开裂和脱层，从而引起水蒸气浸入电池内部，造成电池发电效率下降或损坏，因此必须控制背板的热收缩率越小越好，而背板的主要厚度和力学机械性能由中间基材承载，故控制改性BOPET膜材的热收缩率非常重要和必要，严格执行和控制改性BOPET膜材的双向拉伸工艺条件，加强膜材的热处理定型工艺控制，可以获得较低的热收缩率，从而保证背板尺寸稳定性，避免背板开裂脱层。
适用于本发明的BOPET膜材要由通常的透明膜材改性为乳白色半透明或白色不透明膜材。即在BOPET共挤膜层中加入不同比例的含有硫酸钡和/或二氧化钛、和优选的苯并三嗟或三嗪类紫外吸收剂的母料进行改性。适用于本发明的改性BOPET膜材的透光率可为0-50％。首先，采用透光率为0-50％的乳白色或白色改性BOPET膜材能够提高耐候性；其次，由于改性BOPET的乳白色或白色能够增加对透射光线的反射，从而能够提高电池单元发电效率；第三，硫酸钡等的添加可以使产品成本适当降低。
适用于本发明的BOPET膜材优选为采用三层共挤技术生产的BOPET膜材。芯层体积约占BOPET膜材总体积的80％-90％，两个表层的体积分别约占BOPET膜材总体积的5％-10％。本发明发现，在共挤各层中加入适量的硫酸钡和/或二氧化钛色母料能够获得白色并提高BOPET膜材的耐候性能。优选地，表层中，硫酸钡和/或二氧化钛的质量占表层总质量的10％-50％，例如20％-40％、30％。优选地，芯层中，硫酸钡和/或二氧化钛的质量占芯层总质量的0-15％，例如5％-15％、10％-15％。本文中，如无特别说明改性母料是指硫酸钡或二氧化钛色母料，简称母料。母料由PET切片共混硫酸钡或二氧化钛粉料及任选的抗紫外吸收剂共挤造粒获得。以母料总质量计，母料优选包含39％-75％的硫酸钡或二氧化钛。在一些实施方案中，以母料总质量计，母料包含以下组分或由以下组分组成：39％-75％的硫酸钡或二氧化钛，1-5％的苯并三嗟或三嗪类紫外吸收剂，20％-60％的PET切片。
为了避免硫酸钡、二氧化钛等无机物的加入造成BOPET成膜性和阻隔性的显著下降，除严格控制功能母料的配比及母料添加比例外，还要注意选用0.1-3μm的微米级硫酸钡和/或二氧化钛。
适用于本发明的改性BOPET膜材的工频电气强度≥60V/μm，优选的工频电气强度≥80V/μm。采用高拉伸比双向拉伸工艺生产的改性BOPET膜材具有较高的电绝缘性能，故纵横向拉伸比宜选择3.7以上。
适用于本发明的改性BOPET膜材优选具有较宽的温度耐受范围，以满足日常地区露天使用。在一些实施方案中，本发明使用的改性BOPET膜材的温度耐受范围为-70℃至130℃。
本发明使用的改性BOPET膜材具有优异的力学机械性能、耐热性能、电气绝缘性能及阻隔(水蒸气/氧气)性能。
氟材料薄膜层
本发明以氟材料薄膜作为背板朝向外界环境(如大气环境)的面层，即本发明的背板的一个面层为氟材料薄膜层。氟材料薄膜具有高键能C-F键，化学结构极其稳定，因此具有优异的耐紫外性、耐候性和耐酸雨盐雾腐蚀性能。在沿海盐雾严重地区，使用氟材料薄膜显得尤为必要，非氟类的薄膜在耐候性方面远远赶不上氟材料类薄膜。
适用于本发明的氟材料薄膜可以选自聚偏氟乙烯(PVDF)膜、聚氟乙烯(PVF)膜、聚四氟乙烯(PTFE)膜、四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)膜，四氟乙烯与六氟丙烯共聚物(FEP)膜、四氟乙烯与乙烯共聚物(ETFE)膜等。在一些实施方案中，本发明使用PVDF膜，具有性价比高的优点。
适用于本发明的氟材料薄膜的厚度为18-45μm，优选为21-35μm，更优选为24-25μm，过薄使复合生产困难并影响耐候效果，过厚又会增加产品成本。
适用于本发明的氟材料薄膜的纵向拉伸强度优选≥4kg/mm2、例如4.5kg/mm2，横向拉伸强度优选≥2.5kg/mm2、例如3kg/mm2；纵横向断裂伸长率优选＞200％；纵横向热收缩率优选＜2％。
适用于本发明的氟材料薄膜优选为白色，利于阻止光线透过氟材料薄膜照射背板中的BOPET膜材并引起老化。
适用于本发明的氟材料薄膜优选经双85(85℃，85％RH)测试2000h，拉伸强度保持率≥99％、例如100％，试验前后色差⊿E≤1。
适用于本发明的氟材料薄膜优选经60kwh·m-2耐紫外测试(UV-340Lamp)2000h，拉伸强度保持率≥99％，试验前后色差⊿E≤0.5。
本发明发现，拉伸强度较差的氟材料薄膜与BOPET基材膜复合后，就可以避免氟材料薄膜强度低的问题，另一方面充分发挥了氟材料薄膜的耐候性能。
改性PE层
因背板接触EVA那一面会受到阳光的直接照射，该面要求具有抗UV性能，不宜直接使用基材层朝向阳光，因此那一面也需要覆膜来保护BOPET。普通背板采用PEVA(聚乙烯-乙稀醋酸乙烯共聚物共混挤出吹塑或流延成型)覆膜，该膜为透明膜，生产成本也较高。本发明采用性价比更高的改性PE膜，即PE膜中加入一定量的硫酸钡和/或二氧化钛，以提高抗氧化性能，另外这样生产出的改性白色PE膜能增加对透射光线的反射，有利于晶硅发电单元提高发电效率，同时硫酸钡等无机物的添加也能够降低产品成本。
本发明以改性PE膜作为面向电池单元与密封胶膜EVA粘结的背板面层，本发明发现，改性PE膜和EVA的粘结强度远大于氟材料薄膜和EVA的粘结强度，也不输于PEVA与EVA的粘结强度。
适用于本发明的改性PE膜为线性低密度聚乙烯(LLDPE)与低密度聚乙烯(LDPE)共混挤出吹膜成型得到的。普通PE膜耐温性较差，一般长期使用温度不宜超过60℃，而太阳能电池板在强烈阳光照射下，一般表面玻璃温度会达到30℃以上，甚至在夏季暴晒能达50℃以上，电池板内部甚至会短时超过60℃，因此必须进一步提高PE膜的耐温性能。本发明发现，LLDPE与LDPE共混挤出吹膜成型得到的PE膜具有优良的耐温性能。LLDPE的熔点为110-125℃，LDPE的熔点为105-115℃，LLDPE的熔点高于LDPE，分子量分布也较LDPE窄一些，故本发明优选使用LLDPE共混比例较高的PE膜，LLDPE质量优选占PE膜总质量的50-80％，更优选60-75％，这样制得的PE膜耐龟裂和耐热性都会得到提高。
适用于本发明的改性PE膜的厚度为40-60μm，过薄会使复合加工困难和影响与EVA的粘结牢度，过厚会增加产品成本。
本发明优选使用经改性的PE膜，PE膜共挤吹塑过程中加入硫酸钡和/或二氧化钛，能提高其耐老化性能，同时白色PE膜也有利于反射透射光，有利于晶硅发电单元提高发电效率。
本发明发现，PE膜添加硫酸钡和/或二氧化钛后，将引起PE/BOPET复合膜的剥离强度下降，添加的硫酸钡和/或二氧化钛的质量超过PE膜质量的10％时，将引起PE/BOPET复合膜剥离强度的严重下降，故需要控制适当的添加比例以保证PE膜与EVA胶膜或BOPET基膜的良好的粘接性能。本发明控制PE膜中添加的硫酸钡和/或二氧化钛的质量为改性PE膜质量的1-10％。本发明还发现，PE膜中加入硫酸钡和/或二氧化钛，将引起PE膜拉伸强度和断裂伸长率(韧性)的变化，总的趋势是随着添加量的增加，PE膜拉伸强度和断裂伸长率先是增加而后出现下降，因此本发明控制添加的硫酸钡和/或二氧化钛的质量为改性PE膜质量的1-10％，优选4-7％，以保证改性后的PE膜有较高的拉伸强度和断裂伸长率。
复合胶
本发明使用一种聚氨酯类胶粘剂作为背板复合胶，用来粘接改性PE膜和改性BOPET膜材，以及改性BOPET膜材和氟材料薄膜。
复合胶优选为固化后耐温达120℃以上双液聚酯型聚氨酯粘合剂。该双液聚酯型聚氨酯粘合剂不仅耐温好、耐候性强，而且粘结牢度高，特别是对难粘结的氟材料薄膜粘结强度也能够满足要求。复合胶的实例包括日本东洋纺公司太阳能电池背板专用胶粘剂。
改性PE膜和改性BOPET膜材之间或改性BOPET膜材和氟材料薄膜之间的复合胶固化后形成的胶层，其厚度为5-10μm，优选为5-7μm。过厚将增加产品成本，过薄将会影响复合牢度。
太阳能电池背板
本发明的太阳能电池背板采用干式复合工艺，使用双组分聚氨酯胶经多次复合使改性PE膜、改性BOPET膜材以及氟材料薄膜之间结合，复合后的产品及时经熟化工艺后，并经裁切和质检后得到背板成品。干式复合生产太阳能电池背板的具体工艺流程见图3。
进行背板复合时，首先要求薄膜表面清洁、光滑、平整、薄膜无明显或过多的黑黄点、晶点，其次薄膜表面张力要符合要求，通过电晕处理控制改性BOPET膜材表面张力在42-48mN/m，改性PE膜表面张力在38-42mN/m，氟材料膜表面张力在38mN/m以上，有利于复合牢度的提高。
双液型聚酯型聚氨酯粘合剂作为胶粘剂，配制胶液时向主剂中加入乙酸乙酯稀释剂，调整粘合剂浓度为30-35％，严格按配比加入固化剂，边加入边搅拌，使胶液均匀，网线凹眼辊使用65-85线，采用逆涂工艺，从而获得涂胶均匀，并按干法复合工艺严格操作。一次复合半成品的熟化时间可以适当缩短，但不宜低于24小时，二次复合产品必须进行3-5天熟化过程(50-60℃)，以使胶层完全固化。
本发明具有以下优点：本发明为三层复合型背板，避免了涂覆型背板的缺陷，考虑背板仅一面朝向大气环境，与封装在电池内表面的背板另一面相比，朝向大气环境一面接触的环境更加多变和恶劣，本发明采用单面氟材料薄膜，另二层膜材采用改性BOPET和改性PE，优选了各自材料性能。充分利用BOPET的强度和挺度起支撑作用，并使改性BOPET具有一定的耐老化性能，将易水解的改性BOPET膜材封闭在中间层，也避免了其接触潮湿大气易造成水解及与EVA胶膜直接粘结性差的缺陷；背板另一面选用改性PE膜，充分利用改性PE膜与EVA高粘结性、一定的耐老化性和白色反光能够提高电池发电功率等性能。成本方面，由于上述二种膜材改性使得成本有所降低，不仅成本低于采用双面氟材料薄膜复合的背板，在性能上也完全能够满足背板的要求。
下文将选取具体实施例的方式阐述本发明。应理解，这些实施例仅仅是阐述性的，并非意图限制本发明的范围。实施例中所用到的方法、试剂和材料，除非另有说明，否则为本领域常规的方法、试剂和材料。制备例中的原料化合物均可通过市售途径购得。
实施例1
本实施例提供一种PVDF/改性BOPET/改性PE太阳能电池背板。该太阳能电池背板包括用来与EVA胶膜连接的改性PE层、与外界环境接触的PVDF层、以及介于改性PE层和PVDF层之间的改性BOPET层，其中，改性PE层与改性BOPET层通过复合胶连接，改性BOPET层与PVDF层通过复合胶连接。该太阳能电池背板的总厚度为285μm，其中，改性PE层的厚度为60μm，改性PE层与改性BOPET层之间的胶层的厚度为6μm，改性BOPET层的厚度为188μm，改性BOPET层与PVDF层之间的胶层的厚度为6μm，PVDF层的厚度为25μm。
本实施例的太阳能电池背板使用的材料如下：
改性BOPET膜材：使用特性黏度为0.65dl/g的PET树脂切片采用三层共挤双向拉伸法技术生产，芯层体积约占BOPET膜材总体积的90％，两个表层的体积分别约占BOPET膜材总体积的5％，表层含有占表层总质量的30％的硫酸钡，芯层含有占芯层总质量的15％的硫酸钡。
PVDF薄膜：选取韩国SKC CO.,Ltd的PVDF膜。主要指标为：厚度为25μm；拉伸强度纵向(MD)为4.5kg/mm2，横向(TD)为3.0kg/mm2；断裂伸长率MD>200％，TD>200％；热收缩率MD<2％，TD<2％；透明度为不透明；恒定湿热处理(85℃/86％RH)3000h，表观合格，⊿E<0.75；UV处理(UV-340lamp)3000h，断裂伸长率保留率为100％，⊿E<0.5。
改性PE薄膜：使用LLDPE和LDPE共混挤出吹膜成型得到，LLDPE的熔点为125℃，LDPE的熔点为115℃，LLDPE质量占PE膜总质量的75％，改性PE薄膜含有占PE薄膜总质量7％的硫酸钡，白色。
复合胶：选用进口日本东洋纺公司太阳能电池背板专用胶粘剂，类型：双液型聚酯型聚氨酯胶粘剂。
本实施例1的太阳能电池背板的制备过程如下：
使用干式复合工艺进行背板复合。进行背板所用材料复合时，涂覆胶液或复合前，通过电晕处理，控制BOPET膜材表面张力在42-48mN/m，PE膜表面张力在38-42mN/m，氟材料膜表面张力在38mN/m以上，以保证复合牢度。配制胶液时向主剂中加入乙酸乙酯稀释剂，调整粘合剂浓度为35％，严格按胶粘剂供应商要求的配比加入配套的固化剂，边加入边搅拌，使胶液均匀，使用75线网线凹眼辊涂布，采用逆涂工艺，从而获得涂胶均匀。将改性BOPET膜材涂敷聚氨酯胶粘剂一次，与改性PE膜复合，干式复合工艺完成后，在熟化室60℃温度下进行24小时以上熟化后，再进行二次干式复合工艺操作，即PE/BOPET与氟材料薄膜复合，然后在熟化室于60℃温度下进行5天熟化过程，使胶层完全固化，从而制得太阳能电池背板。
对比例1
选取市场常见普通复合型285μm厚含氟膜太阳能电池背板作对比例，该对比例背板结构为PVDF/BOPET/PEVA，使用国产吹膜工艺生产的PVDF作为背板外表层，普通BOPET透明基材作为中间层，PEVA膜作为内表层，国产双液型聚酯聚氨酯复合胶。
对比例2
选取市场常见普通复合型285μm厚含氟膜太阳能电池背板作对比例，该对比例背板结构为PVDF/BOPET/PEVA，使用国产吹膜工艺生产的PVDF作为背板外表层，加入碳酸钙粉填充的不透明BOPET基材作为中间层，PEVA膜作为内表层，国产双液型聚酯聚氨酯复合胶。
测试例
采用GB/T31034-2014标准对实施例1和对比例背板进行性能测试对照，结果如表1、表2和表3所示。
表1：实施例1背板和对比例1背板的性能对照
Figure BDA0002787253340000161
Figure BDA0002787253340000171
由表1可看出，实施例1的太阳能电池背板在表1中的各项性能普遍优于对比例1普通背板的性能，特别是热收缩率和水蒸气透过率以及沸水处理试验。背板外观和指标都显示本发明的太阳能电池背板在耐候性能上比对比例普通背板更加优异。
表2：实施例1背板和对比例背板的恒温恒湿热处理后的性能对比
Figure BDA0002787253340000172
由表2可以看出，实施例1的背板恒温恒湿试验后完全可以达到一级背板要求，而对比例普通背板仅达到三级或二级背板要求，且无论外观还是表2中黄色指数指标已接近或达到三级或二级背板标准底线，可见本发明的背板在耐湿热老化性能上高于对比例普通背板。
表3：实施例1背板和对比例背板的UV处理试验后性能对比
Figure BDA0002787253340000181
由表3可看出，实施例1的背板耐紫外(UV)老化试验后完全可以达到一级背板要求，而对比例普通背板仅达到三级或二级背板要求，且无论外观还是表3中黄色指数指标已接近或达到三级或二级背板标准底线，可见本发明的背板在耐紫外老化性能上高于对比例普通背板。

Claims (12)

1.一种太阳能电池背板，其特征在于，所述太阳能电池背板包括改性聚乙烯薄膜、双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材、氟材料薄膜、连接所述改性聚乙烯薄膜和所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的胶层、和连接所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材和所述氟材料薄膜的胶层；所述改性聚乙烯薄膜由线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯共混添加改性母料挤出吹膜成型得到，所述改性聚乙烯薄膜含有占所述改性聚乙烯薄膜总质量1％-10％的硫酸钡和/或二氧化钛；所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材采用三层共挤双向拉伸法生产得到，且所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的各层含有硫酸钡和/或二氧化钛。
2.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的厚度为150-250μm；
所述氟材料薄膜的厚度为18-45μm；
所述改性聚乙烯薄膜的厚度为40-60μm。
3.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的纵向拉伸强度和横向拉伸强度≥150MPa；
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的纵向断裂伸长率和横向断裂伸长率为100％-150％；
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材由特性黏度为0.50-0.80dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片生产得到；
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的颜色为白色不透明或乳白色半透明；
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的表层含有占表层总质量的10％-50％的硫酸钡和/或二氧化钛；
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的芯层含有占芯层总质量的5％-15％的硫酸钡和/或二氧化钛；
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材含有苯并三嗟或三嗪类紫外线吸收剂；
所述双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的工频电气强度≥60V/μm；
所述双向拉伸聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的温度耐受范围为-70℃至130℃。
4.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，
所述氟材料薄膜选自聚偏氟乙烯膜、聚氟乙烯膜、聚四氟乙烯膜、四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物膜、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物膜和四氟乙烯与乙烯共聚物膜；
所述氟材料薄膜的颜色为白色；
所述氟材料薄膜的纵向拉伸强度≥4kg/mm2，横向拉伸强度≥2.5kg/mm2；
所述氟材料薄膜的纵横向断裂伸长率＞200％；
所述氟材料薄膜的纵横向热收缩率＜2％；
所述氟材料薄膜的透明度为不透明；
所述氟材料薄膜经85℃温度、85％湿度测试2000h，拉伸强度保持率≥99％，试验前后色差⊿E≤1；
所述氟材料薄膜经60kwh·m-2耐紫外测试2000h，拉伸强度保持率≥99％，试验前后色差⊿E≦0.5。
5.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，
所述线性低密度聚乙烯的熔点为110-125℃；
所述低密度聚乙烯的熔点为105-115℃；
所述线性低密度聚乙烯的熔点高于所述低密度聚乙烯的熔点；
所述线性低密度聚乙烯的分子量分布窄于所述低密度聚乙烯的分子量分布；
所述线性低密度聚乙烯的质量占所述改性聚乙烯薄膜总质量的50％-80％；
所述改性聚乙烯薄膜的颜色为白色；
所述改性聚乙烯薄膜含有占所述改性聚乙烯薄膜总质量4％-7％的硫酸钡和/或二氧化钛。
6.如权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述胶层由聚氨酯类胶粘剂固化而形成；所述胶层的厚度为5-10μm。
7.如权利要求6所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚氨酯类胶粘剂为双液型聚酯型聚氨酯胶粘剂；所述聚氨酯类胶黏剂固化后胶层耐120℃以上高温；所述聚氨酯类胶粘剂所用溶剂为纯度≥99.5％、含水量≤0.1％的乙酸乙酯。
8.如权利要求6或7所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述聚氨酯类胶粘剂涂覆后经50-60℃的温度下放置3-5天进行熟化，达到胶层完全固化。
9.制备权利要求1-8中任一所述的太阳能电池背板的方法，其特征在于，所述方法包括在所述改性聚乙烯薄膜和所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材之间以及在所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材和所述氟材料薄膜之间涂覆胶粘剂。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，涂覆胶粘剂前，通过电晕处理控制所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的表面张力为48-52mN/m，控制所述改性聚乙烯薄膜的表面张力为38-42mN/m，控制所述氟材料薄膜的表面张力≥38mN/m。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使用多次干式复合工艺进行背板复合。
12.一种太阳能电池背板，其特征在于，所述太阳能电池背板包括改性聚乙烯薄膜、双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材、氟材料薄膜、连接所述改性聚乙烯薄膜和所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材的胶层、和连接所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材和所述氟材料薄膜的胶层，其中：
所述改性聚乙烯薄膜由线性低密度聚乙烯与低密度聚乙烯共混添加改性母料挤出吹膜成型得到，所述改性聚乙烯薄膜的厚度为150-250μm，所述改性聚乙烯薄膜含有占所述改性聚乙烯薄膜总质量4％-7％的硫酸钡，所述改性聚乙烯薄膜为白色，所述线性低密度聚乙烯的熔点为110-125℃，所述低密度聚乙烯的熔点为105-115℃，所述线性低密度聚乙烯的质量占所述改性聚乙烯薄膜总质量的60-75％；
所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材采用三层共挤双向拉伸法由特性黏度为0.50-0.80dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片生产得到，所述改性聚乙烯薄膜的厚度为40-60μm，芯层体积占所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材总体积的80％-90％，两个表层的体积分别占所述双向拉伸改性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜材总体积的5％-10％，表层含有占表层总质量的20％-40％的硫酸钡，芯层含有占芯层总质量的0-15％的硫酸钡；
所述氟材料薄膜的厚度为18-45μm，纵向拉伸强度≥4kg/mm2，横向拉伸强度≥2.5kg/mm2，纵横向断裂伸长率＞200％，纵横向热收缩率＜2％，透明度为不透明，所述氟材料薄膜经85℃温度、85％湿度测试2000h，试验前后色差⊿E≤1，所述氟材料薄膜经60kwh·m-2耐紫外测试2000h，拉伸强度保持率≥99％，试验前后色差⊿E≤0.5；
所述胶层的厚度为5-10μm，所述胶层由双液型聚酯型聚氨酯胶粘剂固化而形成。
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Citations (7)

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CN101582458A (zh) * 2009-06-26 2009-11-18 上海海优威电子技术有限公司 新型太阳能电池背板
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