CN114701223B - 一种太阳能电池背板复合膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及H01L31/049，具体涉及一种太阳能电池背板复合膜及其制备方法。包括保护层、胶层、基体层、胶层、复合层；其中所述保护层、基体层、复合层厚度比为(90‑120)：(200‑250)：(30‑50)。本发明制备得到的一种太阳能电池背板复合膜具有耐高温性能等优点，尤其适用于高原地区太阳能电池背板复合膜的制备。

Description

一种太阳能电池背板复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及H01L31/049，具体涉及一种太阳能电池背板复合膜及其制备方法。
背景技术
太阳能是各种可再生能源中最重要、最巨大的能源，但由于太阳能是一种辐射能必须借助太阳能电池进行转换才能够被充分利用，太阳能电池背板膜是封装太阳能电池背面的材料，作为直接与外部环境进行大面积接触的光伏封装材料。要求具有优异的耐老化、电气绝缘性、水汽阻隔性、尺寸稳定性等性能。
专利CN200910234137.2太阳能光伏电池背板的复合薄膜通过水汽阻隔层、热粘合层、耐候芯层膜层之间的相互配合并限定其制备原料得到薄膜具有水汽阻隔性好，耐候性优异等优点。
专利CN201710306955.3一种三层共挤高反射型太阳能电池背板膜及其制备方法通过PEN或PET切片，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯热塑性弹性体、二氧化硅等为A层原料，采用ABN三层结构制备得到的背板膜具有拉伸强度高，热收缩率和反射率好等优点。
但上述方法制备得到的复合膜的耐高温性一般，由于太阳能背板长期受太阳光照射，不断吸收太阳能，容易形成热斑影响太阳能电池组件的性能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种太阳能电池背板复合膜，包括保护层、胶层、基体层、胶层、复合层。
保护层
优选的，所述保护层的制备原料包括：聚烯烃、聚酯、无机填料、助剂。
优选的，所述聚烯烃的线膨胀系数为(1.0-1.3)*10-41/℃(TMA法，测量范围-10℃-160℃，负载3g，升温速度：5℃/min，氮气流量：100mL/min)。
进一步优选的，所述聚烯烃的线膨胀系数为1.17*10-41/℃。
优选的，所述聚烯烃包括第一聚烯烃和第二聚烯烃。所述第一聚烯烃和第二聚烯烃的重量比为(2-4):1。
优选的，所述第一聚烯烃在260℃/5kg的熔体流动速率为8-10g/10min。
优选的，所述第二聚烯烃在260℃/5kg的熔体流动速率为24-27g/10min。
优选的，所述聚烯烃包括乙烯聚合物、丙烯聚合物、1-丁烯聚合物、1-戊烯聚合物、1-己烯聚合物、1-辛烯聚合物、4-甲基-1-戊烯聚合物的至少一种。
进一步优选的，所述聚烯烃为TPX。
优选的，所述聚酯的线膨胀系数为(1.2-1.6)*10-4 1/℃(按ASTM E831测试，测量范围为60-138℃)
优选的，所述聚酯包括PBN，PET，PBT，PCT，PTT，PTA的至少一种。
进一步优选的，所述聚酯包括PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)。
TPX具有很低的表面张力，甚至比一些氟树脂还低，区别于大部分材料，具有很好的剥离性能的同时，由于其与热塑性树脂的相容性较差，严重限制了其应用。申请人在实验中发现TPX和聚对苯二甲酸丁二酯在实验中相容性较差，本发明人意外的发现，使用线膨胀系数为1.17*10-4的TPX与该特定的聚对苯二甲酸丁二酯混合，在一定程度上提高了体系原料之间的相容性，是得到的背板复合膜具有更高的耐高温性，发明人猜测可能是该特定的TPX和聚对苯二甲酸丁二酯的复合，增大了原子或者分子之间的相互作用力，同时分子的有序排列增大了材料的耐热性，该线膨胀系数为1.17*10-4的TPX与该特定的聚对苯二甲酸丁二酯复合后在一定程度上提高了复合膜的熔点，使得背板复合膜在一定程度上提高了的耐高温性。同时促进了氧化铝和钛白粉在体系中的分散性，避免了有机相和无机相之间的界面层的形成。
优选的，所述无机填料包括白炭黑、硫酸钡、氧化铝、氧化镁、钛白粉、膨润土、石英粉的至少一种。
进一步优选的，所述无机填料包括氧化铝和钛白粉。
优选的，所述氧化铝为片状氧化铝。
优选的，所述氧化铝D50为0.5-3μm。
进一步优选的，所述氧化铝包括D50为3μm的氧化铝和D50为0.5-1μm的氧化铝，重量比为(2-4):1。
更进一步优选的，所述氧化铝包括D50为3μm的氧化铝和D50为0.5-1μm的氧化铝，重量比为3:1。
此外，申请人意外的发现使用重量比为3:1的不同粒径的片状氧化铝结合特定聚烯烃、聚对苯二甲酸丁二酯、钛白粉、1-羟基-3-甲基-4-异丙基苯、2，6-二叔丁基-α-二甲氨基-对甲酚、苯并三唑及其衍生物等物质在一定程度上提高了太阳能电池背板复合膜的性能，可能是由于该特定粒径的2种氧化铝能够相互搭接，同时具有较好的滑移性，避免氧化铝在体系中不规则的分布导致的太阳能电池背板复合膜的性能降低，而使用较大粒径的片状氧化铝，氧化铝之间容易重叠，不仅影响TPX、聚对苯二甲酸丁二酯的流动性，同时造成材料内部缺陷，而使用较小粒径的片状氧化铝，则搭接性降低。
优选的，所述钛白粉为金红石型钛白粉。
进一步优选的，所述钛白粉为硫酸法金红石型钛白粉。
优选的，所述钛白粉的吸油值≥15g/100g。
优选的，所述第一抗氧剂包括2，4-二甲基-6-叔丁基苯酚、1-羟基-3-甲基-4-异丙基苯、2，2′-甲撑双(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、N，N’-二-2-萘基对苯二胺、2，6-二叔丁基-α-二甲氨基-对甲酚的至少一种。
进一步优选的，所述第一抗氧剂包括1-羟基-3-甲基-4-异丙基苯和2，6-二叔丁基-α-二甲氨基-对甲酚，所述1-羟基-3-甲基-4-异丙基苯和2，6-二叔丁基-α-二甲氨基-对甲酚重量比为(2.5-3.5):1。
优选的，所述第一苯并三唑及其衍生物包括UV-123、UV-234、UV-326、UV-1577、UV-2908、UV-3808的至少一种。
进一步优选的，所述第一苯并三唑及其衍生物包括UV-234和UV-326。所述UV-234和UV-326的重量比为(2-3):1。
优选的，按重量份计，所述保护层的制备原料包括：75-85份聚烯烃、20-30份聚酯、10-20份第一氧化铝、3-10份钛白粉、3-8份第一抗氧剂、1-5份第一苯并三唑及其衍生物。
基体层
优选的，按重量份计，所述基体层的制备原料包括：90-100份第一TPX、1-10份第二苯并三唑及其衍生物、0.1-1份第二抗氧剂、5-10份氧化铝。
优选的，所述第一TPX在260℃/5kg的熔体流动速率为18-23g/min。
优选的，所述第二苯并三唑及其衍生物包括2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)苯并三唑。
优选的，所述第二抗氧剂包括抗氧剂1076和抗氧剂168。
优选的，所述氧化铝的平均粒径为10-15nm。
优选的，所述氧化铝的比表面积为80-120m2/g。
复合层
优选的，按重量份计，所述复合层的制备原料包括：10-20份第二TPX、80-90份聚乙烯、1-5份第三抗氧剂、0.1-5份第三苯并三唑及其衍生物。
优选的，所述第二TPX在260℃/5kg的熔体流动速率为95-105g/min。
优选的，所述聚乙烯在190℃/2.16kg的熔体流动速率为3-7g/min。
优选的，所述聚乙烯包括低密度聚乙烯，线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯的至少一种。
进一步优选的，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯。
优选的，所述第三抗氧剂包括抗氧剂1035和抗氧剂5057。所述抗氧剂1035和抗氧剂5057的质量比为(3-5):1。
优选的，所述第三苯并三唑及其衍生物包括2,2'-亚甲基双(6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚)。
胶层
优选的，胶层的制备原料包括聚氨酯。
优选的，所述保护层、基体层、复合层厚度比为(90-120)：(200-250)：(30-50)。
本发明的第二个方面提供了一种太阳能电池背板复合膜的制备方法，包括以下步骤：分别将保护层、基体层和复合层的原料混合，熔融挤出，造粒制备得到保护层母粒、基体层母粒和复合层母粒；然后分别将得到的保护层母粒、基体层母粒和复合层母粒经熔融、塑化后经得到片状熔体，然后经过冷却辊筒冷却定型、裁切片状，得到保护层、基体层、复合层，最后将保护层、基体层、复合层通过胶层压合，固化即得。
有益效果：
1)本发明通过采用保护层、胶层、基体层、胶层、复合层层层复合，并进一步限定各层的原料的具体含量和种类制备得到的多层复合膜具有耐高温性能佳等优点，尤其适用于高原地区太阳能电池背板复合膜的制备。
2)传统的PVF或者PVDF材质的背板复合膜的耐高温性能一般，本发明通过采用线膨胀系数为(1.0-1.3)*10-4的TPX与线膨胀系数为(1.2-1.6)*10-41/℃的聚对苯二甲酸丁二酯，增大了原料之间的相互作用力，在一定程度上提高了背板复合膜的耐高温性和透明性。同时促进了氧化铝和钛白粉在体系中的分散性，避免了有机相和无机相之间的界面层的形成。
3)本发明进一步研究发现不同粒径的片状氧化铝在一定程度上提高了阻隔性，尤其是当二者重量比为(2-4):1时不同粒径的氧化铝相互搭接，提高体系的流动性和可加工性能，避免造成材料内部缺陷，结合本发明其他原料共同作用，在一定程度上提高了太阳能电池背板复合膜的使用性能。
4)本发明进一步研究发现使用熔体质量流动速率为5g/min的聚乙烯，与10-20份TPX复合得到的复合层，链段之间相互影响，控制体系的结晶过程，增加了复合膜的加工性，避免制备得到的太阳能电池背板复合膜的综合性能降低。
5)本申请中特定原料得到的保护层、基体层以及复合膜，经聚氨酯胶水贴合并控制所述保护层、基体层、复合层厚度比为(90-120)：(200-250)：(30-50)，得到的复合膜具有在一定程度上的抗冲击性，使用过程中未出现分层的问题，具有更高的透明性。
具体实施方式
实施例
实施例1
一种太阳能电池背板复合膜，包括保护层、胶层、基体层、胶层、复合层；其中所述保护层、基体层、复合层厚度比为100μm：225μm：40μm。
按重量份计，所述保护层的制备原料包括：80份聚烯烃、25份聚酯、15份第一氧化铝、7份钛白粉、5份第一抗氧剂、1.5份第一苯并三唑及其衍生物。
所述聚烯烃的线膨胀系数为1.17*10-41/℃(TMA法，测量范围-10℃-160℃，负载3g，升温速度：5℃/min，氮气流量：100mL/min)。
所述聚烯烃为TPX。所述聚烯烃包括第一聚烯烃和第二聚烯烃。所述第一聚烯烃和第二聚烯烃的重量比为3:1。所述第一聚烯烃在260℃/5kg的熔体流动速率为9g/10min，型号：DX845。所述第二聚烯烃在260℃/5kg的熔体流动速率为26g/10min，型号：RT18。所述聚烯烃均购自日本三井化学。
所述聚酯的线膨胀系数为1.4*10-41/℃(按ASTM E831测试，测量范围为60-138℃)。所述聚酯包括PBT(聚对苯二甲酸丁二酯)。型号：PBT Valox 315，购自Sabic公司。
所述无机填料包括氧化铝和钛白粉。所述钛白粉为硫酸法金红石型钛白粉，吸油值≥19g/100g，购自湖南龙佰新材料有限公司，型号：R-9899。
所述氧化铝为片状氧化铝，所述氧化铝包括为D50为3μm的氧化铝，型号：CY-300，购自广州昌彧化工有限公司。还包括D50为0.5-1μm的氧化铝，型号：SH-A01，购自广州市新稀冶金化工有限公司。二者重量比为3:1。
所述第一抗氧剂包括1-羟基-3-甲基-4-异丙基苯(抗氧剂HMPB，购自大阪化成)和2，6-二叔丁基-α-二甲氨基-对甲酚(抗氧剂703，购自武汉拉那白医药化工有限公司)，二者重量比为3:1。
所述第一苯并三唑及其衍生物包括UV-234和UV-326。所述UV-234和UV-326的重量比为2.5:1。
按重量份计，所述基体层的制备原料包括：95份第一TPX、2份第二苯并三唑及其衍生物、1份第二抗氧剂、8份氧化铝。
所述第一TPX在260℃/5kg的熔体流动速率为21g/min。购自日本三井化学，型号：RT-31。
所述第二苯并三唑及其衍生物包括2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)苯并三唑，型号：UV-320。
所述第二抗氧剂包括抗氧剂1076和抗氧剂168。所述抗氧剂1076和抗氧剂168的重量比为1:2，购自常州新策高分子材料有限公司，型号：抗氧剂921。
所述氧化铝的平均粒径为13nm，比表面积为100±15m2/g。购自广州市贤人汇国际贸易有限公司，型号：德国赢创德固赛氧化铝AEROXIDE Alu C。
按重量份计，所述复合层的制备原料包括：15份第二TPX、85份聚乙烯、3份第三抗氧剂、2份第三苯并三唑及其衍生物。
所述第二TPX在260℃/5kg的熔体流动速率为100g/min。购自日本三井化学，型号：DX-231。
所述聚乙烯在190℃/2.16kg的熔体流动速率为5g/min。所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯，购自埃克森化工，型号：ExxonMobilTMLLDPE LL 6301Series Wire&Cable。
所述第三抗氧剂包括抗氧剂1035和抗氧剂5057。所述抗氧剂1035和抗氧剂5057的质量比为4:1。购自常州新策高分子材料有限公司。
所述第三苯并三唑及其衍生物包括2,2'-亚甲基双(6-(2H-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)苯酚)，型号：UV-360。
所述胶层的制备原料包括聚氨酯，购自东莞市研思新材料科技有限公司，型号：YSUD-1101。
一种太阳能电池背板复合膜的制备方法，包括以下步骤：分别将保护层、基体层和复合层的原料混合，熔融挤出，造粒制备得到保护层母粒、基体层母粒和复合层母粒；然后分别将得到的保护层母粒、基体层母粒和复合层母粒经熔融、塑化后经得到片状熔体，然后经过冷却辊筒冷却定型、裁切片状，得到保护层、基体层、复合层，最后将保护层、基体层、复合层通过胶层压合，固化即得。
实施例2
一种太阳能电池背板复合膜，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述复合层的制备原料包括：10份第二TPX、80份聚乙烯、1份第三抗氧剂、0.1份第三苯并三唑及其衍生物。
实施例3
一种太阳能电池背板复合膜，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述保护层的制备原料包括：75份聚烯烃、20份聚酯、10份第一氧化铝、3份钛白粉、3份第一抗氧剂、1份第一苯并三唑及其衍生物。
对比例1
一种太阳能电池背板复合膜，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述第一氧化铝为片状氧化铝，所述第一氧化铝包括为D50为3μm的氧化铝，型号：CY-300，购自广州昌彧化工有限公司。还包括D50为0.5-1μm的氧化铝，型号：SH-A01，二者重量比为5:1。
对比例2
一种太阳能电池背板复合膜，具体实施方式同实施例1，不同之处在于所述第一聚烯烃和第二聚烯烃的重量比为5:1。
性能测试
1.耐高温性测试：采用多晶硅156mm*156mm电池组建晶硅组件，按照GB/T9535-2005进行热斑耐久性测试，采用8个组件串联方式辐照源1为800W/m2，辐照源2为1000W/m2，测试最大功率的衰减值。
表1 性能测试结果
衰减值
实施例1 1.17％
实施例2 1.28％
实施例3 1.45％
对比例1 1.98％
对比例2 2.46％

Claims (5)

1.一种太阳能电池背板复合膜，其特征在于，包括保护层、胶层、基体层、胶层、复合层；其中所述保护层的制备原料包括：聚烯烃、聚酯、无机填料、第一抗氧剂、第一苯并三唑及其衍生物；
所述聚烯烃的线膨胀系数为（1.0-1.3）*10-4 1/℃；
所述聚烯烃为TPX；
所述聚酯为聚对苯二甲酸丁二酯；
所述聚酯的线膨胀系数为（1.2-1.6）*10-4 1/℃；
所述无机填料包括氧化铝和钛白粉；
所述氧化铝为片状氧化铝；
所述氧化铝包括D50为3μm的氧化铝和D50为0.5-1μm的氧化铝，重量比为3:1；
所述聚烯烃包括第一聚烯烃和第二聚烯烃；
所述第一聚烯烃和第二聚烯烃的重量比为3:1；
所述第一聚烯烃在260℃/5kg的熔体流动速率为9g/10min，型号：DX845；
所述第二聚烯烃在260℃/5kg的熔体流动速率为26g/10min，型号：RT18。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背板复合膜，其特征在于，按重量份计，所述基体层的制备原料包括：90-100份第一TPX、1-10份第二苯并三唑及其衍生物、0.1-1份第二抗氧剂、5-10份氧化铝。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池背板复合膜，其特征在于，按重量份计，所述复合层的制备原料包括：10-20份第二TPX、80-90份聚乙烯、1-5份第三抗氧剂、0.1-5份第三苯并三唑及其衍生物。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能电池背板复合膜，其特征在于，所述保护层、基体层、复合层厚度比为（90-120）：（200-250）：（30-50）。
5.一种根据权利要求4所述的一种太阳能电池背板复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别将保护层、基体层和复合层的原料混合，熔融挤出，造粒制备得到保护层母粒、基体层母粒和复合层母粒；然后分别将得到的保护层母粒、基体层母粒和复合层母粒经熔融、塑化后经得到片状熔体，然后经过冷却辊筒冷却定型、裁切片状，得到保护层、基体层、复合层，最后将保护层、基体层、复合层通过胶层压合，固化即得。
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