CN114702911B - 一种无氟环保型光伏背板及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏背板技术领域，具体涉及一种无氟环保型光伏背板，包括粘结层、结构层、空气层，所述空气层的一面经电晕处理后镀铝，镀铝层的厚度为10‑40nm，将粘结层、结构层、空气层的镀铝面通过胶水复合成型。本发明通过特定的成分配比所得到的光伏背板具有较好的高低温、耐湿热和抗紫外的性能；本发明通过在结构层的原料中加入一定的硅烷偶联剂和填料，能够与特定的聚酯型热塑性弹性体产生较好的协同作用，共同提高了所述光伏背板的水汽的抗侵蚀性能，能有效防止水汽的侵蚀，提高了光伏板的使用寿命，通过选用特定的胶粘剂使各层之间的粘结效果优异，大大提升了各层之间的剥离强度，减少背板片层间的分层、脱落现象，增强背板耐候性，提高使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及光伏背板技术领域，具体涉及IPC分类号H01L31/049，更具体涉及一种无氟环保型光伏背板及其应用。
背景技术
太阳能光伏组件是由多层结构复合而成的，主要包括玻璃、EVA、电池片、EVA、光伏背板。其中光伏背板作为光伏电池的最外层结构，是太阳能光伏组件中的重要组成部分，不但可以起到封装的作用，同时还需要经受住环境的侵袭，避免影响内部的电池片的使用效率和寿命。
目前市面上很多的光伏背板都会有含氟聚合物成分，尽管能够产生良好的效果，但是价格昂贵，成本较高，同时含氟化合物会对环境造成污染，不环保。中国专利CN204506045U公开了一种三层结构的PET薄膜及由其组成的太阳能电池背板，所述薄膜由位于中间的中间层和位于中间层两侧的外层和内层三层PET薄膜双向拉伸共挤形成，其厚度薄，具有导热率高、反光率高，长期耐老化性能好等优良性能，但是该背板三层结构均采用PET薄膜，当实际应用在光伏组件中与EVA胶膜之间可能存在粘结力差，尤其是在严苛的环境中，容易出现背板脱离光伏组件的问题。
发明内容
针对上述提到的技术问题，本发明一方面提供了一种无氟环保型光伏背板，包括粘结层、结构层、空气层，所述空气层的一面经电晕处理后镀铝，镀铝层的厚度为10-40nm，将粘结层、结构层、空气层的镀铝面通过胶水复合成型。
在一些实施方式中，所述粘结层的厚度为10-50μm，结构层的厚度为150-300μm，空气层的厚度为10-50μm。
本发明通过对空气层的一面进行电晕处理，利用产生的大量等离子气体以及臭氧与空气层中聚酯型热塑性弹性体的分子链上产生极性基团，使得表面张力有所提升，同时通过强烈的离子冲击使得空气层表面产生粗化，再通过镀一定厚度的铝层能够产生优异的结合强度，使铝层在严苛的环境中不会与空气层发生脱离，进一步阻隔了水蒸汽的渗透。
在一些实施方式中，所述粘结层包括以下重量份的原料：聚乙烯40-50份、紫外线吸收剂1-2.5份、抗氧剂1-3份、钛白粉4-6份。
在一些实施方式中，所述聚乙烯的熔融指数为3-5g/10min。
优选地，所述聚乙烯的熔融指数为3.5g/10min。
更加优选地，所述聚乙烯的品牌为埃克森化学，牌号为3518CB。
其中聚乙烯的熔融指数是按照ASTM D-1238标准进行的，测试条件为190℃/2.16kg。
在一些实施方式中，所述结构层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体48-55份、抗水解剂5-7份、填料5-10份、紫外线吸收剂0.5-2份、抗氧剂1-3份、钛白粉5-8份、硅烷偶联剂2-6份。
在一些实施方式中，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷和/或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
在一些实施方式中，所述空气层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体45-55份、抗水解剂5-7份、填料5-10份、紫外线吸收剂0.5-2份、抗氧剂1-3份、钛白粉5-8份。
在一些实施方式中，所述聚酯型热塑性弹性体的熔融指数为3-7g/10min。
优选地，所述聚酯型热塑性弹性体的熔融指数为5g/10min。
更加优选地，所述聚酯型热塑性弹性体的牌号为美国杜邦，HTR8425 NC010。
所述聚酯型热塑性弹性体的熔融指数是在190℃/2.16kg条件下测定的。
在一些实施方式中，所述填料包括滑石粉、水滑石、云母粉、氮化硅中的一种或多种。
优选地，所述填料包括滑石粉和氮化硅，重量比为1：(0.3-0.6)。
更加优选地，所述填料包括滑石粉和氮化硅，重量比为1：0.45。
在一些实施方式中，所述氮化硅的平均粒度为15-25nm，比表面积为65-75m2/g。
优选地，所述氮化硅的平均粒度为20nm，比表面积为70m2/g。
本发明对氮化硅的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于，所述氮化硅购自合肥中航纳米技术发展有限公司。
在一些实施方式中，所述滑石粉的粒径为1000-1500目。
优选地，所述滑石粉的粒径为1250目。
目前市面上的一些PET背板的耐湿热性能相对较差，容易出现脱落、鼓包、气泡等问题，最终导致电池片受到损伤，输出功率降低，使用寿命下降。本申请通过特定的成分配比所得到的光伏背板具有较好的高低温、耐湿热和抗紫外的性能，一方面通过粘结层中选用特定的聚乙烯，保证了背板与EVA热压过程中产生较好的粘结力，从而提升了背板的耐老化性能，另一方面通过在结构层的原料中加入一定的硅烷偶联剂和填料，能够与特定的聚酯型热塑性弹性体产生较好的协同作用，共同提高了所述光伏背板的水汽的抗侵蚀性能，能有效防止水汽的侵蚀，提高光伏板的使用寿命，申请人认为可能的原因在于聚酯型热塑性弹性体在硅烷偶联剂的作用下能够与滑石粉产生交联作用，通过加入特定粒径的钛白粉和纳米氮化硅，能够很好地分散到交联体系中，在体系中吸附分子链，形成物理交联点，使体系形成更致密的结构，减少了聚合物中抗氧化剂、紫外线吸收剂在水蒸汽的作用下向表面迁移的现象，并且在背板受到外部作用力时，能够避免银纹向裂纹拓展，防止背板在老化后产生的撕裂问题，同时聚酯型热塑性弹性体还进一步提升了结构层和空气层的耐温性和韧性。尽管通过原料的特殊配比使得背板的各层结构都具有优异的性能，但是申请人发现连接各层的胶粘剂会对背板的整体性能具有关键影响，申请人经过大量的实验后发现通过选用特定的胶粘剂使各层之间的粘结效果优异，大大提升了各层之间的剥离强度，减少背板片层间的分层、脱落现象，增强背板耐候性，提高使用寿命。
在一些实施方式中，所述抗水解剂包括聚碳化二亚胺类抗水解和/或N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺。
优选地，所述抗水解剂包括聚碳化二亚胺类抗水解和N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺，重量比为1：1。
在一些实施方式中，所述紫外线吸收剂包括4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶、2-(4,6-二苯基-1,3,5-三嗪-2)-5-[(己基)氧基-]苯酚、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的至少一种。
在一些实施方式中，所述抗氧剂包括抗氧剂802，抗氧剂168，抗氧剂1010，抗氧剂264中的至少一种。
优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂802和抗氧剂168的混合，重量比为1：(0.5-1)。
更加优选地，所述抗氧剂包括抗氧剂802和抗氧剂168的混合，重量比为1：0.75。
在一些实施方式中，所述胶水包括聚氨酯胶粘剂、环氧树脂胶粘剂、丙烯酸树脂胶粘剂中的一种。
优选地，所述胶水为聚氨酯胶粘剂。
更加优选地，所述聚氨酯胶粘剂的固含量为32％，购自武汉戴尔惠科技有限公司，型号包括D 5906A/B聚氨酯复合胶粘剂、D 5908聚氨酯复合胶粘剂中的一种。
本发明的另一方面提供了一种无氟环保型光伏背板的应用，用于制备太阳能电池组件。
有益效果：
(1)本发明通过特定的成分配比所得到的光伏背板具有较好的高低温、耐湿热和抗紫外的性能；
(2)本发明通过粘结层中选用特定的聚乙烯，保证了背板与EVA热压过程中产生较好的粘结力，从而提升了背板的耐老化性能；
(3)本发明通过在结构层的原料中加入一定的硅烷偶联剂和填料，能够与特定的聚酯型热塑性弹性体产生较好的协同作用，共同提高了所述光伏背板的水汽的抗侵蚀性能，能有效防止水汽的侵蚀，提高光伏板的使用寿命；
(4)本发明通过特殊的成分配比使得背板受到外部作用力时，能够避免银纹向裂纹拓展，防止背板在老化后产生的撕裂问题，同时聚酯型热塑性弹性体还进一步提升了结构层和空气层的耐温性和韧性
(5)本发明通过选用特定的胶粘剂使各层之间的粘结效果优异，大大提升了各层之间的剥离强度，减少背板片层间的分层、脱落现象，增强背板耐候性，提高使用寿命。
具体实施方式
实施例1
一种无氟环保型光伏背板，依次包括粘结层、结构层、空气层，所述空气层的一面经电晕处理后镀铝，镀铝层的厚度为30nm，将粘结层、结构层、空气层的镀铝面通过胶水复合成型。
所述粘结层的厚度为30μm，结构层的厚度为220μm，空气层的厚度为30μm。
所述粘结层包括以下重量份的原料：聚乙烯45份、紫外线吸收剂1.5份、抗氧剂2份、钛白粉5份。
所述结构层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体52份、抗水解剂6份、填料8份、紫外线吸收剂1份、抗氧剂2份、钛白粉7份、硅烷偶联剂4份。
所述空气层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体50份、抗水解剂6份、填料8份、紫外线吸收剂1份、抗氧剂2份、钛白粉7份。
所述聚乙烯的品牌为埃克森化学，牌号为3518CB，按照ASTM D-1238标准测试的熔融指数为3.5g/10min，测试条件为190℃/2.16kg。
所述聚酯型热塑性弹性体的牌号为美国杜邦，HTR8425 NC010，在190℃/2.16kg条件下测定的熔融指数为5g/10min。
所述填料包括滑石粉和氮化硅，重量比为1：0.45。
所述氮化硅的平均粒度为20nm，比表面积为70m2/g，购自合肥中航纳米技术发展有限公司。
所述滑石粉的粒径为1250目，购自灵寿县石峰矿业加工厂。
所述钛白粉为锐钛矿型，粒度为10nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-A10。
所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述抗水解剂包括聚碳化二亚胺类抗水解和N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺，重量比为1：1。
所述紫外线吸收剂包括4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，重量比为1：0.6。
所述抗氧剂包括抗氧剂802和抗氧剂168的混合，重量比为1：0.75。
所述胶水的固含量为32％，购自武汉戴尔惠科技有限公司，型号包括D5906A/B聚氨酯复合胶粘剂。
实施例2
一种无氟环保型光伏背板，依次包括粘结层、结构层、空气层，所述空气层的一面经电晕处理后镀铝，镀铝层的厚度为10nm，将粘结层、结构层、空气层的镀铝面通过胶水复合成型。
所述粘结层的厚度为10μm，结构层的厚度为150μm，空气层的厚度为10μm。
所述粘结层包括以下重量份的原料：聚乙烯40份、紫外线吸收剂0.5份、抗氧剂1份、钛白粉4份。
所述结构层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体52份、抗水解剂6份、填料8份、紫外线吸收剂1份、抗氧剂2份、钛白粉7份、硅烷偶联剂4份。
所述空气层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体45份、抗水解剂5份、填料5份、紫外线吸收剂0.5份、抗氧剂1份、钛白粉5份。
所述聚乙烯的品牌为埃克森化学，牌号为3518CB，按照ASTM D-1238标准测试的熔融指数为3.5g/10min，测试条件为190℃/2.16kg。
所述聚酯型热塑性弹性体的牌号为美国杜邦，HTR8425 NC010，在190℃/2.16kg条件下测定的熔融指数为5g/10min。
所述填料包括滑石粉和氮化硅，重量比为1：0.3。
所述氮化硅的平均粒度为20nm，比表面积为70m2/g，购自合肥中航纳米技术发展有限公司。
所述滑石粉的粒径为1250目，购自灵寿县石峰矿业加工厂。
所述钛白粉为锐钛矿型，粒度为10nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-A10。
所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述抗水解剂包括聚碳化二亚胺类抗水解和N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺，重量比为1：1。
所述紫外线吸收剂包括4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，重量比为1：0.6。
所述抗氧剂包括抗氧剂802和抗氧剂168的混合，重量比为1：0.5。
所述胶水的固含量为32％，购自武汉戴尔惠科技有限公司，型号包括D5906A/B聚氨酯复合胶粘剂。
实施例3
一种无氟环保型光伏背板，依次包括粘结层、结构层、空气层，所述空气层的一面经电晕处理后镀铝，镀铝层的厚度为30nm，将粘结层、结构层、空气层的镀铝面通过胶水复合成型。
所述粘结层的厚度为50μm，结构层的厚度为300μm，空气层的厚度为50μm。
所述粘结层包括以下重量份的原料：聚乙烯50份、紫外线吸收剂2.5份、抗氧剂3份、钛白粉6份。
所述结构层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体55份、抗水解剂7份、填料8份、紫外线吸收剂1份、抗氧剂2份、钛白粉7份、硅烷偶联剂4份。
所述空气层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体50份、抗水解剂6份、填料8份、紫外线吸收剂1份、抗氧剂2份、钛白粉7份。
所述聚乙烯的品牌为埃克森化学，牌号为3518CB，按照ASTM D-1238标准测试的熔融指数为3.5g/10min，测试条件为190℃/2.16kg。
所述聚酯型热塑性弹性体的牌号为美国杜邦，HTR8425 NC010，在190℃/2.16kg条件下测定的熔融指数为5g/10min。
所述填料包括滑石粉和氮化硅，重量比为1：0.6。
所述氮化硅的平均粒度为20nm，比表面积为70m2/g，购自合肥中航纳米技术发展有限公司。
所述滑石粉的粒径为1250目，购自灵寿县石峰矿业加工厂。
所述钛白粉为锐钛矿型，粒度为10nm，购自宁波极微纳新材料科技有限公司，型号为MZT-A10。
所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
所述抗水解剂包括聚碳化二亚胺类抗水解和N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺，重量比为1：1。
所述紫外线吸收剂包括4-苯甲酰氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶和2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，重量比为1：0.6。
所述抗氧剂包括抗氧剂802和抗氧剂168的混合，重量比为1：1。
所述胶水的固含量为32％，购自武汉戴尔惠科技有限公司，型号包括D5906A/B聚氨酯复合胶粘剂。
实施例4
本实施例提供了一种无氟环保型光伏背板，具体实施方式同实施例1，区别在于，所述填料不包括氮化硅。
实施例5
本实施例提供了一种无氟环保型光伏背板，具体实施方式同实施例1，区别在于，所述氮化硅购自昂星新型碳材料常州有限公司，粒度为50nm，比表面积为70m2/g。
性能测试
1.水蒸气透过率
按照标准ISO 15106-2测试实施例1-5所述背板的水蒸气透过率，结果见表1。
表1
| 编号 | 水蒸气透过率(g﹒m-2﹒d-1) |
| 实施例1 | 0.054 |
| 实施例2 | 0.081 |
| 实施例3 | 0.066 |
| 实施例4 | 0.253 |
| 实施例5 | 0.178 |
Claims (9)
1.一种无氟环保型光伏背板，其特征在于，包括粘结层、结构层、空气层，所述空气层的一面经电晕处理后镀铝，镀铝层的厚度为10-40nm，将粘结层、结构层、空气层的镀铝面通过胶水复合成型；
所述结构层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体48-55份、抗水解剂5-7份、填料5-10份、紫外线吸收剂0.5-2份、抗氧剂1-3份、钛白粉5-8份、硅烷偶联剂2-6份；
所述填料包括滑石粉和氮化硅，重量比为1：(0.3-0.6)；
所述氮化硅的平均粒度为20nm，比表面积为70m2/g。
2.根据权利要求1所述的一种无氟环保型光伏背板，其特征在于，所述粘结层的厚度为10-50μm，结构层的厚度为150-300μm，空气层的厚度为10-50μm。
3.根据权利要求1所述的一种无氟环保型光伏背板，其特征在于，所述粘结层包括以下重量份的原料：聚乙烯40-50份、紫外线吸收剂1-2.5份、抗氧剂1-3份、钛白粉4-6份。
4.根据权利要求3所述的一种无氟环保型光伏背板，其特征在于，所述聚乙烯的熔融指数为3-5g/10min。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种无氟环保型光伏背板，其特征在于，所述空气层包括以下重量份的原料：聚酯型热塑性弹性体45-55份、抗水解剂5-7份、填料5-10份、紫外线吸收剂0.5-2份、抗氧剂1-3份、钛白粉5-8份。
6.根据权利要求5所述的一种无氟环保型光伏背板，其特征在于，所述聚酯型热塑性弹性体的熔融指数为3-7g/10min。
7.根据权利要求5所述的一种无氟环保型光伏背板，其特征在于，所述抗水解剂包括聚碳化二亚胺类抗水解和/或N,N-二(2,6-二异丙基苯基)碳二亚胺。
8.根据权利要求1所述的一种无氟环保型光伏背板，其特征在于，所述胶水包括聚氨酯胶粘剂、环氧树脂胶粘剂、丙烯酸树脂胶粘剂中的一种。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的无氟环保型光伏背板的应用，其特征在于，用于制备太阳能电池组件。
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