CN114716762A - 一种无胶水三层太阳能背板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能组件技术领域，所述IPC分类号为H01L31/0203，尤其涉及一种无胶水三层太阳能背板及其制备方法。外层的原料包括，按重量份计，聚丙烯70～90份、茂金属乙烯‑己烯共聚物10～20份、填料15～30份、添加剂0～3份；中间层的原料包括，按重量份计，聚丙烯70～90份、聚乙烯8～15份、填料5～10份、烯烃基弹性体(POE)5～10份、添加剂0～3份。内层的原料包括，按重量份计，聚丙烯50～60份、聚乙烯50～60份、聚乙烯接枝物5～10份、填料5～10份、添加剂0～3份。本发明中的无胶水三层太阳能背板避免了胶粘剂的使用，同时层与层之间还具有较好的粘结性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能组件技术领域，所述IPC分类号为H01L31/0203，尤其涉及一种无胶水三层太阳能背板及其制备方法。
背景技术
太阳能背板是处于太阳能电池板的背面，对其起保护和支撑作用的，目前的太阳能背板有多层结构，三层太阳能背板的中间层一般为聚酯结构，或是其他胶粘剂制备得到的粘结层，但是聚酯结构或胶粘剂会使得背板的水汽阻隔率降低。
专利CN107275429A中提供了挤出型太阳能背板，其加入接枝材料，能够提高产品的均匀性和层间粘结力，其不需要粘结层或聚酯结构，同时背板经过电晕处理之后增大背板与太阳能电池封边框时采用的密封硅胶之间的粘结力，使密封性能更好，但是接枝材料的加入造成玻璃中的离子析出和迁移，加剧组件的PID。
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无胶水三层太阳能背板，从外至内依次包括外层、中间层、内层。
所述外层的厚度为100～300μm。
所述中间层的厚度为10～100μm。
所述内层的厚度为200～500μm。
外层的原料包括，按重量份计，聚丙烯70～90份、茂金属乙烯-己烯共聚物10～20份、填料15～30份、添加剂0～3份。
中间层的原料包括，按重量份计，聚丙烯70～90份、聚乙烯8～15份、填料5～10份、烯烃基弹性体(POE)5～10份、添加剂0～3份。
内层的原料包括，按重量份计，聚丙烯50～60份、聚乙烯50～60份、聚乙烯接枝物5～10份、填料5～10份、添加剂0～3份。
在一些优选的实施方式中，外层的原料包括，按重量份计，聚丙烯80份、茂金属乙烯-己烯共聚物15份、填料22份、添加剂1.5份；中间层的原料包括，按重量份计，聚丙烯80份、聚乙烯12份、填料8份、POE8份、添加剂1.5份；内层的原料包括，按重量份计，聚丙烯55份、聚乙烯55份、聚乙烯接枝物8份、填料8份、添加剂1.5份。
聚丙烯
聚丙烯属于热塑性塑料，按单体的种类，聚丙烯分为均聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯。
作为本发明优选的一种实施方式，所述聚丙烯为均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的组合，其重量比为1：(0.3～0.8)，优选为1：(0.4～0.6)，进一步优选为1：0.5。
所述均聚聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为5～12g/10min，比如说上海石化的Sanren F850EA(On-spec.)。
所述嵌段共聚聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为4～9g/10min，比如说上海石化的Sanren M700R(On-spec.)。
聚乙烯
聚乙烯是通过乙烯的加成聚合得到，所述聚乙烯选自低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子链聚乙烯中的一种或多种。
优选的，所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯，进一步优选的，所述线性低密度聚乙烯在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为0.6～2g/10min(优选为1g/10min)，比如说型号为TAISOX 2410的线性低密度聚乙烯。
聚乙烯接枝物
所述聚乙烯接枝物为马来酸酐或丙烯酸类聚乙烯接枝物，优选的，所述聚乙烯接枝物为马来酸酐类聚乙烯接枝物。
马来酸酐类聚乙烯接枝物是通过一些化学反应在聚乙烯分子链上接枝数个马来酸酐分子得到。所述马来酸酐类聚乙烯接枝物在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为0.1～0.5g/10min(优选为0.3g/10min)。比如说牌号有ADMERTM AT2235E的马来酸酐类聚乙烯接枝物。
烯烃基弹性体(POE)
本发明中烯烃基弹性体(POE)是由等规聚丙烯的重复单体与无规分布的乙烯组成，所述POE在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为2～5g/10min，所述POE可通过市售得到，比如说型号为VistamaxxTM 3980FL的POE(在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为3.2g/10min)。
本发明中在中间层和内层引入了聚乙烯接枝物，使得体系中原料的相容性和分散性更好，同时还增加了层与层之间的粘结性，同时聚乙烯接枝物和微纤化纤维素也赋予了内层具有一定的极性，在与EVA胶层粘结的时候能够较好的粘结，使用背板制备得到的太阳能组件也能够很好的与边框，更好的提高了组件的密封性能。
填料
所述填料为水滑石、磷酸铈、微纤化纤维素的组合，其重量比为(8～12)：(4～6)：(2.5～4)，优选为10：5：3。
所述水滑石为镁铝水滑石。
所述微纤化纤维素的长径比为2～20(优选为8～15)、长度为1000～1500nm。
在本发明中，填料混合粉碎至平均粒径小于100μm使用。
现有技术中常常使用二氧化钛来实现紫外屏蔽的效果，但是但其主要抗紫外区为UVA波段，对UVB波段的紫外防护程度较低。磷酸铈中磷酸根离子的电子轨道和铈离子的电子轨道之间存在电子跃迁，使得其具有较好的紫外吸收性，但是可能由于单独的磷酸铈的结构为棒状结构，在体系中容易团聚，其单独在使用的时候紫外吸收效果并不好，申请人意外发现，在本发明中使用水滑石、微纤化纤维素之间相互协同作用能够更好的增加背板的紫外屏蔽效果，可能是因为微纤化纤维素具有一定的长径、水滑石具有层状结构，体系中在两者的协同作用下增加了磷酸铈的分散性，同时微纤化纤维素较特殊的长径结构使得体系的电荷迁移数多，从而不同添加大量的磷酸铈就能够达到更好的以紫外屏蔽效果。
茂金属乙烯-己烯共聚物
所述茂金属乙烯-己烯共聚物在190℃、2.16kg条件下的熔融指数小于5g/10min(比如说小于4g/10min、小于3g/10min、小于2g/10min、小于1g/10min、小于0.6g/10min、小于0.3g/10min或为0.6～2g/10min)。可以列举的销售牌号有ExceedTM 1015HA。
微纤化纤维素的加入虽然能够增加背板的紫外屏蔽效果，但是其在一定程度上会降低背板的水汽阻隔性，申请人意外发现，在本发明中加入水滑石不但能够增加背板的水汽阻隔性能，可能是因为体系中的烷基尤其是茂金属乙烯-己烯共聚物的疏水性烷基在加工过程中能够增大水滑石之间的层板间距，更好的延长水汽分子通过的路径，同时在水滑石、微纤化纤维表面均能够修饰体系烷基长链条，降低了体系的自由体积，并且水滑石具有一定的离子交换性能，茂金属乙烯-己烯共聚物、聚乙烯接枝物在加工过程中的穿插在相邻两阴离子之间类似于分子内氢键的作用，进一步增强了紫外吸收能力。
添加剂
所述添加剂为抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂中的至少一种。
可以列举的抗氧剂有抗氧剂264、抗氧剂DNP、抗氧剂168等。
可以列举的紫外线吸收剂有紫外线吸收剂RMB、紫外线吸收剂UV-P、紫外线吸收剂UV-9等。
可以列举的光稳定剂有光稳定剂770、光稳定剂292、光稳定剂944、光稳定剂3853等，
本发明的第二个方面提供了一种无胶水三层太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述重量份将外层的物料在500～1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在180～240℃条件下挤出造粒，制备得到粒A，备用；
(2)按照上述重量份将中间层的物料在500～1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在180～240℃条件下挤出造粒，制备得到粒B，备用；
(3)按照上述重量份将内层的物料在500～1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在180～240℃条件下挤出造粒，制备得到粒C，备用；
(4)将制备得到的粒A、粒B、粒C分别输送至共挤背板产线挤出机A、挤出机B、挤出机C，经熔融、塑化后经共同的矩形口型模具挤出，得到片状熔体；片状熔体经过冷却辊筒冷却定型、收卷或裁切片状，得到所述的无胶水三层太阳能背板。
本发明至少具有下述有益效果：
1.太阳能背板在使用过程中需具有一定的支撑作用，在本发明中使用均聚聚丙烯使得太阳能背板具有较好的强度。同时添加一定量的嵌段共聚聚丙烯在一定程度上改善了均聚聚丙烯抗冲击性能不佳的缺陷；
2.本发明中使用聚乙烯与嵌段共聚聚丙烯不但能够更好的改善了均聚聚丙烯抗冲击性能不佳的缺陷，同时选择线性低密度聚乙烯还能够很好的改善聚丙烯耐寒性不佳的缺陷，使得太阳能背板不但具有较好的强度还具有很好的耐寒性；
3.通过大量研发试验发现，在本发明选择特定熔融指数的聚烯烃使得不同的聚合烯烃之间具有较好的相容性，在加工时的加工性能更好；
4.本发明中虽然加入了马来酸酐类聚乙烯接枝物，但是太阳能背板还具有较好的抗PID性，可能是因为本发明中使用了特定的填料之间具有特殊的层状结构及物理化学性质阻止了解离生成的离子的现象，从而降低了背板中的载流子；
5.本发明中的无胶水三层太阳能背板避免了胶粘剂的使用，同时层与层之间还具有较好的粘结性能。
具体实施方式
实施例1
一种无胶水三层太阳能背板，从外至内依次包括外层、中间层、内层；外层的厚度为10μm；中间层的厚度为300μm；内层的厚度为30μm；
外层的原料包括，按重量份计，聚丙烯70份、茂金属乙烯-己烯共聚物10份、填料15份、添加剂1份；中间层的原料包括，按重量份计，聚丙烯70份、聚乙烯8份、填料5份、POE5份、添加剂1份；内层的原料包括，按重量份计，聚丙烯50份、聚乙烯50份、聚乙烯接枝物5份、填料5份、添加剂1份；
所述聚丙烯为均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的组合，其重量比为1：0.4；
均聚聚丙烯为上海石化的Sanren F850EA(On-spec.)，在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为8.5g/10min；嵌段共聚聚丙烯为上海石化的Sanren M700R(On-spec.)，在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为6.5g/10min；
所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯；线性低密度聚乙烯的型号为TAISOX 2410，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为1g/10min；
聚乙烯接枝物为马来酸酐类聚乙烯接枝物；马来酸酐类聚乙烯接枝物的牌号有ADMERTM AT2235E，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为0.3g/10min；
POE的型号为VistamaxxTM 3980FL，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为3.2g/10min；
填料为水滑石、磷酸铈、微纤化纤维素的组合，其重量比为8：4：2.5；水滑石为镁铝水滑石；微纤化纤维素的长径比为8、长度为1000nm；填料混合粉碎至平均粒径小于100μm使用；
茂金属乙烯-己烯共聚物的销售牌号为ExceedTM 1015HA，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为1g/10min；
添加剂为抗氧剂264、紫外线吸收剂RMB的组合，其重量比为1：1；
所述无胶水三层太阳能背板的的制备方法，包括以下步骤：(1)按照上述重量份将外层的物料在500rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在190℃条件下挤出造粒，制备得到粒A，备用；(2)按照上述重量份将中间层的物料在500rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在190℃条件下挤出造粒，制备得到粒B，备用；(3)按照上述重量份将内层的物料在500rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在190℃条件下挤出造粒，制备得到粒C，备用；(4)将制备得到的粒A、粒B、粒C分别输送至共挤背板产线挤出机A、挤出机B、挤出机C，经熔融、塑化后经共同的矩形口型模具挤出，得到片状熔体；片状熔体经过冷却辊筒冷却定型、收卷或裁切片状，得到所述的无胶水三层太阳能背板。
实施例2
一种无胶水三层太阳能背板，从外至内依次包括外层、中间层、内层；外层的厚度为50μm；中间层的厚度为200μm；内层的厚度为50μm；
外层的原料包括，按重量份计，聚丙烯90份、茂金属乙烯-己烯共聚物20份、填料30份、添加剂3份；中间层的原料包括，按重量份计，聚丙烯90份、聚乙烯15份、填料10份、POE10份、添加剂3份；内层的原料包括，按重量份计，聚丙烯60份、聚乙烯60份、聚乙烯接枝物10份、填料10份、添加剂3份；
所述聚丙烯为均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的组合，其重量比为1：0.6；
均聚聚丙烯为上海石化的Sanren F850EA(On-spec.)，在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为8.5g/10min；嵌段共聚聚丙烯为上海石化的Sanren M700R(On-spec.)，在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为6.5g/10min；
所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯；线性低密度聚乙烯的型号为TAISOX 2410，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为1g/10min；
聚乙烯接枝物为马来酸酐类聚乙烯接枝物；马来酸酐类聚乙烯接枝物的牌号有ADMERTM AT2235E，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为0.3g/10min；
POE的型号为VistamaxxTM 3980FL，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为3.2g/10min；
填料为水滑石、磷酸铈、微纤化纤维素的组合，其重量比为12：6：4；水滑石为镁铝水滑石；微纤化纤维素的长径比为15、长度为1500nm；填料混合粉碎至平均粒径小于100μm使用；
茂金属乙烯-己烯共聚物的销售牌号为ExceedTM 1015HA，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为1g/10min；
添加剂为抗氧剂168、紫外线吸收剂RMB、光稳定剂292的组合，其重量比为1：1：1；
所述无胶水三层太阳能背板的的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述重量份将外层的物料在1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在230℃条件下挤出造粒，制备得到粒A，备用；(2)按照上述重量份将中间层的物料在1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在230℃条件下挤出造粒，制备得到粒B，备用；(3)按照上述重量份将内层的物料在1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在230℃条件下挤出造粒，制备得到粒C，备用；(4)将制备得到的粒A、粒B、粒C分别输送至共挤背板产线挤出机A、挤出机B、挤出机C，经熔融、塑化后经共同的矩形口型模具挤出，得到片状熔体；片状熔体经过冷却辊筒冷却定型、收卷或裁切片状，得到所述的无胶水三层太阳能背板。
实施例3
一种无胶水三层太阳能背板，从外至内依次包括外层、中间层、内层；外层的厚度为50μm；中间层的厚度为300μm；内层的厚度为50μm；
外层的原料包括，按重量份计，聚丙烯80份、茂金属乙烯-己烯共聚物15份、填料22份、添加剂1.5份；中间层的原料包括，按重量份计，聚丙烯80份、聚乙烯12份、填料8份、POE8份、添加剂1.5份；内层的原料包括，按重量份计，聚丙烯55份、聚乙烯55份、聚乙烯接枝物8份、填料8份、添加剂1.5份。
所述聚丙烯为均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的组合，其重量比为1：0.5；
均聚聚丙烯为上海石化的Sanren F850EA(On-spec.)，在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为8.5g/10min；嵌段共聚聚丙烯为上海石化的Sanren M700R(On-spec.)，在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为6.5g/10min；
所述聚乙烯为线性低密度聚乙烯；线性低密度聚乙烯的型号为TAISOX 2410，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为1g/10min；
聚乙烯接枝物为马来酸酐类聚乙烯接枝物；马来酸酐类聚乙烯接枝物的牌号有ADMERTM AT2235E，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为0.3g/10min；
POE的型号为VistamaxxTM 3980FL，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为3.2g/10min；
填料为水滑石、磷酸铈、微纤化纤维素的组合，其重量比为10：5：3；水滑石为镁铝水滑石；微纤化纤维素的长径比为12、长度为1200nm；填料混合粉碎至平均粒径小于100μm使用；
茂金属乙烯-己烯共聚物的销售牌号为ExceedTM 1015HA，在190℃、2.16kg条件下的熔融指数为1g/10min；
添加剂为抗氧剂168、紫外线吸收剂RMB、光稳定剂292的组合，其重量比为1：1：1；
所述无胶水三层太阳能背板的的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述重量份将外层的物料在800rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在210℃条件下挤出造粒，制备得到粒A，备用；(2)按照上述重量份将中间层的物料在800rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在210℃条件下挤出造粒，制备得到粒B，备用；(3)按照上述重量份将内层的物料在800rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在210℃条件下挤出造粒，制备得到粒C，备用；(4)将制备得到的粒A、粒B、粒C分别输送至共挤背板产线挤出机A、挤出机B、挤出机C，经熔融、塑化后经共同的矩形口型模具挤出，得到片状熔体；片状熔体经过冷却辊筒冷却定型、收卷或裁切片状，得到所述的无胶水三层太阳能背板。
实施例4
一种无胶水三层太阳能背板，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，填料为二氧化钛。
实施例5
一种无胶水三层太阳能背板，其具体实施方式同实施例3，不同之处在于，填料中无水滑石、外层的原料中无茂金属乙烯-己烯共聚物。
性能测试
1.耐紫外老化性测试
按照IEC61215：2005ISO 527.3测试制备得到的无胶水三层太阳能背板UV400KWh断裂伸长保持率；
评价标准：断裂伸长保持率大于等于400％，为A；断裂伸长保持率大于等于360％、小于400％，为B；断裂伸长保持率大于等于320％、小于360％，为C；断裂伸长保持率小于320％，为D。
2.电性能测试
测试试样的制备，按照玻璃/EVA/电池片/EVA/无胶水三层太阳能背板放入层压机层压(层压时的温度为140℃、压力为0.1MPa、时间为5min)后得到测试试样，其中，玻璃、EVA、电池片均为同批次、同型号。
测试方法：按照IEC61215：2005中的方法测试其PID 1000功率变化。
评价标准：PID 1000功率变化小于等于3.8％，为A；PID 1000功率变化小于等于5，大于3.8％，为B；PID 1000功率变化大于5％，为C。
3.水汽透过率
按照ISO 15106-2测试无胶水三层太阳能背板的水汽透过率。
评价标准：水汽透过率小于0.8g/m2.d为A；水水汽透过率小于等于1.5g/m2.d、大于0.8g/m2.d，为B；水汽透过率小于2.5g/m2.d、大于1.5g/m2.d，为C，水汽透过率大于等于2.5g/m2.d为D。
测试结果如表1所示：
表1
Claims (10)
1.一种无胶水三层太阳能背板，从外至内依次包括外层、中间层、内层，其特征在于，外层的原料包括，按重量份计，聚丙烯70～90份、茂金属乙烯-己烯共聚物10～20份、填料15～30份、添加剂0～3份；中间层的原料包括，按重量份计，聚丙烯70～90份、聚乙烯8～15份、填料5～10份、烯烃基弹性体5～10份、添加剂0～3份；内层的原料包括，按重量份计，聚丙烯50～60份、聚乙烯50～60份、聚乙烯接枝物5～10份、填料5～10份、添加剂0～3份。
2.根据权利要求1所述的一种无胶水三层太阳能背板，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯与嵌段共聚聚丙烯的组合，其重量比为1：(0.3～0.8)。
3.根据权利要求2所述的一种无胶水三层太阳能背板，其特征在于，所述聚乙烯选自低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯、高密度聚乙烯、超高分子链聚乙烯中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的一种无胶水三层太阳能背板，其特征在于，所述聚乙烯接枝物为马来酸酐或丙烯酸类聚乙烯接枝物。
5.根据权利要求1或2所述的一种无胶水三层太阳能背板，其特征在于，所述填料为水滑石、磷酸铈、微纤化纤维素的组合。
6.根据权利要求1或2所述的一种无胶水三层太阳能背板，其特征在于，所述微纤化纤维素的长径比为2～20。
7.根据权利要求3所述的一种无胶水三层太阳能背板，其特征在于，所述茂金属乙烯-己烯共聚物在190℃、2.16kg条件下的熔融指数小于5g/10min。
8.根据权利要求7所述的一种无胶水三层太阳能背板，其特征在于，所述均聚聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为5～12g/10min；所述嵌段共聚聚丙烯在230℃、2.16kg条件下的熔融指数为4～9g/10min。
9.根据权利要求1或2所述的一种无胶水三层太阳能背板，其特征在于，述添加剂为抗氧剂、紫外线吸收剂、光稳定剂中的至少一种。
10.一种根据权利要求1～9任一项所述的一种无胶水三层太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照上述重量份将外层的物料在500～1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在180～240℃条件下挤出造粒，制备得到粒A，备用；
(2)按照上述重量份将中间层的物料在500～1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在180～240℃条件下挤出造粒，制备得到粒B，备用；
(3)按照上述重量份将内层的物料在500～1000rpm的转速下搅拌混合，得到预混物，将制备的预混物输送至造粒挤出机中在180～240℃条件下挤出造粒，制备得到粒C，备用；
(4)将制备得到的粒A、粒B、粒C分别输送至共挤背板产线挤出机A、挤出机B、挤出机C，经熔融、塑化后经共同的矩形口型模具挤出，得到片状熔体；片状熔体经过冷却辊筒冷却定型、收卷或裁切片状，得到所述的无胶水三层太阳能背板。
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