CN116779704B - 一种应用高透光率背板材料的光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用高透光率背板材料的光伏组件，其包括透光背板和太阳能电池片；所述透光背板应用高透光率背板材料，其包括透明PET中间层及设置在所述透明PET中间层两侧的表面功能层；所述表面功能层为超支化有机‑无机杂化光学透明聚酯薄膜，所述透光背板的透光率大于等于40％。本发明应用高透光率背板材料的光伏组件，不仅兼具现有背板材料优异的绝缘性、耐老化性和疏水性等性能要求，而且解决了现有光伏组件背板材料为白色或黑色，无法实现高透光性等问题，进而使其满足农业大棚等对透光性有特殊要求的使用场景中。
Description
技术领域
本发明涉及光伏组件的技术领域，尤其涉及一种应用高透光率背板材料的光伏组件。
背景技术
目前市场常规光伏组件主要以白色背板和黑色背板材料为主的背板基材构成光伏组件；另外，光伏组件结构紧凑，电池片只有2-3mm的电气间隙，在农业大棚等户外应用场景中，光伏组件对透光有要求，以白色背板和黑色背板材料为主的背板基材无法满足使用要求，难以推广使用。为此亟需开发一款透光型光伏组件，在不影响产品质量和使用性能的基本条件下，满足透光性功能，从而拓展光伏组件的应用场景。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明一方面提供了一种应用高透光率背板材料的光伏组件，以解决现有光伏组件背板材料为白色或黑色，无法实现高透光性等问题，进而使其满足农业大棚等对透光性有特殊要求的使用场景中。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种应用高透光率背板材料的光伏组件，所述光伏组件包括透光背板和太阳能电池片；所述透光背板应用高透光率背板材料，其包括透明PET中间层及设置在所述透明PET中间层两侧的表面功能层；所述表面功能层为超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜，所述透光背板的透光率大于等于40％。
优选地，所述超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜先由乙二醇与含有有机-无机杂化结构的二元酸进行酯化反应，再经缩聚反应得到。本发明超支化有机-无机杂化结构的聚酯薄膜具有优异的绝缘性，同时具有优异的光学性能，其制备得到的透过背板的透光率大于等于40％，满足了对光伏组件透光性要求高的特殊应用场景。
优选地，所述含有有机-无机杂化结构的二元酸由对苯二甲酸和/或含氟对苯二甲酸与结构式I所示的化合物复配组成，
式中，R为甲基、乙基或丙基中的一种。
优选地，所述含氟对苯二甲酸为2-氟对苯二甲酸、2,5-二氟对苯二甲酸、2,3,5,6-四氟对苯二甲酸中的至少一种。本发明含氟基团的引入，进一步提高了聚酯薄膜的耐老化和疏水性。
优选地，所述结构式I所示的化合物先由2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪与化合物Br-POSS反应，再与溴酸酯进行反应，最后通过水解反应得到。本发明结构式I所示的化合物以吡啶基三嗪为主体结构，通过三个吡啶环上的各自氮原子与化合物Br-POSS所带的端基溴和溴酸酯所带的端基溴分别进行亲核取代反应，使得吡啶基三嗪主体结构上接枝有POSS，同时得到二元酸产物。吡啶基三嗪刚性结构的引入，进一步降低了聚酯的结晶度，提高了聚酯薄膜的透明度。
优选地，所述溴酸酯为溴乙酸丙酯、溴乙酸异丙酯、3-溴丙酸丙酯中的至少一种。
优选地，所述化合物Br-POSS先是通过烷烃基三甲氧基硅烷在碱性溶液中进行水解，制备得到笼型聚倍半硅氧烷中间体；然后加入溴丙基三甲氧基硅烷的三乙胺溶液进行关环反应得到。笼型聚倍半硅氧烷，简称POSS，通式(RSiO3/2)n，其中R为八个顶角Si原子所连接基团。本发明化合物Br-POSS(单溴端基笼型聚倍半硅氧烷)，即为单官能团POSS，指的是八个顶角的基团中只有一个是活性基团溴基，其余七个均为惰性基团甲基、乙基或丙基。单官能团POSS多采用"顶端带帽"的方法来合成，本申请的单溴端基笼型聚倍半硅氧烷是将烷烃基三甲氧基硅烷在碱性溶液中水解制备得到T7(OH)3(即还有一个顶角未闭合，分别为三个羟基)，然后再三乙胺的存在下加入溴丙基三甲氧基硅烷，进行关环反应，得到闭合的笼型结构。本发明利用笼型聚倍半硅氧烷独有的有机-无机杂化笼型结构，通过降低聚酯薄膜的折光系数，进而提高本发明背板材料的光学透过性；同时，也提高了光伏组件背板材料的耐磨、抗氧化和疏水性，使得本发明的光伏组件满足长期使用的性能要求。
优选地，所述烷烃基三甲氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明应用高透光率背板材料的光伏组件，通过超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜与透明PET中间层的复合成背板材料，不仅兼具现有背板材料优异的绝缘性、耐老化性和疏水性等性能要求，而且解决了现有光伏组件背板材料为白色或黑色，无法实现高透光性等问题，进而使其满足农业大棚等对透光性有特殊要求的使用场景中。另外，本发明应用高透光率背板材料的光伏组件，背板材料和光伏组件均具有较高的光电转换效率。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例1
本实施例的应用高透光率背板材料的光伏组件，其包括透光背板和太阳能电池片；所述光伏组件还包括透光前板；所述透光前板和所述太阳能电池片之间设置有PVB胶膜，所述太阳能电池片和所述透光背板之间同样设置有PVB胶膜，所述光伏组件包括若干太阳能电池片，并通过导电条串联而成。所述透过前板为透明玻璃。所述透光背板应用高透光率背板材料，其包括透明PET中间层及设置在所述透明PET中间层两侧的表面功能层；所述表面功能层为超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜，所述透光背板的透光率为45％。
所述超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1化合物Br-POSS合成：所述单乙烯基笼型聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：配制质量浓度为20％的丙酮水溶液500mL，加入氢氧化钠调节pH值至11，再加入50重量份的甲基三甲氧基硅烷进行水解，制备得到笼型聚倍半硅氧烷中间体，然后加入质量浓度为20％的溴丙基三甲氧基硅烷的三乙胺溶液，所述溴丙基三甲氧基硅烷与笼型聚倍半硅氧烷中间体的摩尔比为1：1，进行关环反应，得到化合物Br-POSS，即单溴端基笼型聚倍半硅氧烷。
S2结构式I所示的化合物合成：先将质量体积比为12g/L的2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪与甲苯溶剂搅拌混合均匀，然后加入步骤S1得到的化合物Br-POSS，升温加热至60℃进行取代反应，所述2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪与化合物Br-POSS的摩尔比为1：1；再按溴乙酸丙酯与2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪摩尔比为2：1的量加入溴乙酸丙酯进行反应，最后加入适量的硫酸溶液，通过水解反应得到所述结构式I所示的化合物，
S3透明聚酯薄膜制备：将对苯二甲酸与乙二醇在温度为260℃、操作压力为0.25MPa的反应釜中进行酯化反应，乙二醇与对苯二甲酸的摩尔比为3：1，反应过程中分批次逐步加入步骤S2得到的结构式I所示的化合物继续进行酯化反应，结构式I所示的化合物与对苯二甲酸的摩尔比为1：1，反应12h；再在乙二醇锑催化剂的作用下，控制缩聚反应温度275℃、操作压力为200Pa，经缩聚反应得到超支化有机-无机杂化聚酯产物；将该聚酯产物均匀涂布在玻璃基材上，80℃烘箱干燥30min，再在去离子水中浸泡24h后取下薄膜，并于120℃下真空干燥12h，得到所述超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜。
实施例2
本实施例的应用高透光率背板材料的光伏组件，其包括透光背板和太阳能电池片；所述光伏组件还包括透光前板；所述透光前板和所述太阳能电池片之间设置有PVB胶膜，所述太阳能电池片和所述透光背板之间同样设置有PVB胶膜，所述光伏组件包括若干太阳能电池片，并通过导电条串联而成。所述透过前板为透明玻璃。所述透光背板应用高透光率背板材料，其包括透明PET中间层及设置在所述透明PET中间层两侧的表面功能层；所述表面功能层为超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜，所述透光背板的透光率为44％。
所述超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1化合物Br-POSS合成：所述单乙烯基笼型聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：配制质量浓度为20％的丙酮水溶液500mL，加入氢氧化钠调节pH值至11，再加入55重量份的乙基三甲氧基硅烷进行水解，制备得到笼型聚倍半硅氧烷中间体，然后加入质量浓度为20％的溴丙基三甲氧基硅烷的三乙胺溶液，所述溴丙基三甲氧基硅烷与笼型聚倍半硅氧烷中间体的摩尔比为1：1，进行关环反应，得到化合物Br-POSS，即单溴端基笼型聚倍半硅氧烷。
S2结构式I所示的化合物合成：先将质量体积比为15g/L的2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪与甲苯溶剂搅拌混合均匀，然后加入步骤S1得到的化合物Br-POSS，升温加热至65℃进行取代反应，所述2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪与化合物Br-POSS的摩尔比为1：1；再按溴乙酸异丙酯与2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪摩尔比为5：2的量加入溴乙酸异丙酯进行反应，最后加入适量的硫酸溶液，通过水解反应得到所述结构式I所示的化合物，
S3透明聚酯薄膜制备：将2-氟对苯二甲酸与乙二醇在温度为265℃、操作压力为0.20MPa的反应釜中进行酯化反应，乙二醇与2-氟对苯二甲酸的摩尔比为3：1，反应过程中分批次逐步加入步骤S2得到的结构式I所示的化合物继续进行酯化反应，结构式I所示的化合物与2-氟对苯二甲酸的摩尔比为2：3，反应18h；再在乙二醇锑催化剂的作用下，控制缩聚反应温度270℃、操作压力为100Pa，经缩聚反应得到超支化有机-无机杂化聚酯产物；将该聚酯产物均匀涂布在玻璃基材上，80℃烘箱干燥30min，再在去离子水中浸泡24h后取下薄膜，并于120℃下真空干燥12h，得到所述超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜。
实施例3
本实施例的应用高透光率背板材料的光伏组件，其包括透光背板和太阳能电池片；所述光伏组件还包括透光前板；所述透光前板和所述太阳能电池片之间设置有PVB胶膜，所述太阳能电池片和所述透光背板之间同样设置有PVB胶膜，所述光伏组件包括若干太阳能电池片，并通过导电条串联而成。所述透过前板为透明玻璃。所述透光背板应用高透光率背板材料，其包括透明PET中间层及设置在所述透明PET中间层两侧的表面功能层；所述表面功能层为超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜，所述透光背板的透光率为42％。
所述超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜的制备方法包括以下步骤：
S1化合物Br-POSS合成：所述单乙烯基笼型聚倍半硅氧烷的制备方法包括以下步骤：配制质量浓度为20％的丙酮水溶液500mL，加入氢氧化钠调节pH值至11，再加入60重量份的丙基三甲氧基硅烷进行水解，制备得到笼型聚倍半硅氧烷中间体，然后加入质量浓度为20％的溴丙基三甲氧基硅烷的三乙胺溶液，所述溴丙基三甲氧基硅烷与笼型聚倍半硅氧烷中间体的摩尔比为1：1，进行关环反应，得到化合物Br-POSS，即单溴端基笼型聚倍半硅氧烷。
S2结构式I所示的化合物合成：先将质量体积比为18g/L的2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪与甲苯溶剂搅拌混合均匀，然后加入步骤S1得到的化合物Br-POSS，升温加热至70℃进行取代反应，所述2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪与化合物Br-POSS的摩尔比为1：1；再按3-溴丙酸丙酯与2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪摩尔比为5：2的量加入3-溴丙酸丙酯进行反应，最后加入适量的硫酸溶液，通过水解反应得到所述结构式I所示的化合物，
S3透明聚酯薄膜制备：将2,3,5,6-四氟对苯二甲酸与乙二醇在温度为270℃、操作压力为0.30MPa的反应釜中进行酯化反应，乙二醇与2,3,5,6-四氟对苯二甲酸的摩尔比为3：1，反应过程中分批次逐步加入步骤S2得到的结构式I所示的化合物继续进行酯化反应，结构式I所示的化合物与2,3,5,6-四氟对苯二甲酸的摩尔比为1：2，反应24h；再在乙二醇锑催化剂的作用下，控制缩聚反应温度280℃、操作压力为300Pa，经缩聚反应得到超支化有机-无机杂化聚酯产物；将该聚酯产物均匀涂布在玻璃基材上，80℃烘箱干燥30min，再在去离子水中浸泡24h后取下薄膜，并于120℃下真空干燥12h，得到所述超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜。
实施例4
本实施例应用高透光率背板材料的光伏组件，其背板材料的薄膜组份及其制备步骤基本与实施例1相同，不同之处在于，本实施例中，采用丙基三甲氧基硅烷代替甲基三甲氧基硅烷，采用2,5-二氟对苯二甲酸代替对苯二甲酸，得到透光背板的透光率为45％。
实施例5
本实施例应用高透光率背板材料的光伏组件，其背板材料的薄膜组份及其制备步骤基本与实施例1相同，不同之处在于，本实施例中，采用乙基三甲氧基硅烷代替甲基三甲氧基硅烷，采用溴乙酸异丙酯代替溴乙酸丙酯，采用2,5-二氟对苯二甲酸代替对苯二甲酸，得到透光背板的透光率为44％。
实施例6
本实施例应用高透光率背板材料的光伏组件，其背板材料的薄膜组份及其制备步骤基本与实施例1相同，不同之处在于，本实施例中，采用丙基三甲氧基硅烷代替甲基三甲氧基硅烷，采用3-溴丙酸丙酯代替溴乙酸丙酯，得到透光背板的透光率为43％。
将实施例1～6制备得到的背板材料及其光伏组件进行性能测试，其性能结果如表1所示：
疏水性测试：按照GB/T30693-2014进行测试水接触角。
耐老化性：按照标准GB/T2423.3《高低温湿热试验方法》进行耐湿热老化性能测试，试验条件：+85℃，相对湿度85％。以试验前后对试样黄变指数(ΔYI)按照国标GB 2409《塑料黄变指数试验方法》测定。
表1
由此可见，本发明专利相比目前使用的技术具有相当大的优势。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。
Claims (6)
1.一种应用高透光率背板材料的光伏组件，其特征在于，所述光伏组件包括透光背板和太阳能电池片；所述透光背板应用高透光率背板材料，其包括透明PET中间层及设置在所述透明PET中间层两侧的表面功能层；所述表面功能层为超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜，所述透光背板的透光率大于等于40％；所述超支化有机-无机杂化光学透明聚酯薄膜先由乙二醇与含有有机-无机杂化结构的二元酸进行酯化反应，再经缩聚反应得到；所述含有有机-无机杂化结构的二元酸由对苯二甲酸和/或含氟对苯二甲酸与结构式I所示的化合物复配组成，
式中，R为甲基、乙基或丙基中的一种。
2.如权利要求1所述的应用高透光率背板材料的光伏组件，其特征在于，所述含氟对苯二甲酸为2-氟对苯二甲酸、2,5-二氟对苯二甲酸、2,3,5,6-四氟对苯二甲酸中的至少一种。
3.如权利要求1所述的应用高透光率背板材料的光伏组件，其特征在于，所述结构式I所示的化合物先由2,4,6-三(4-吡啶基)-1,3,5-三嗪与化合物Br-POSS反应，再与溴酸酯进行反应，最后通过水解反应得到。
4.如权利要求3所述的应用高透光率背板材料的光伏组件，其特征在于，所述溴酸酯为溴乙酸丙酯、溴乙酸异丙酯、3-溴丙酸丙酯中的至少一种。
5.如权利要求3所述的应用高透光率背板材料的光伏组件，其特征在于，所述化合物Br-POSS先是通过烷烃基三甲氧基硅烷在碱性溶液中进行水解，制备得到笼型聚倍半硅氧烷中间体；然后加入溴丙基三甲氧基硅烷的三乙胺溶液进行关环反应得到。
6.如权利要求5所述的应用高透光率背板材料的光伏组件，其特征在于，所述烷烃基三甲氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。
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| CN106008940A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-10-12 | 江苏双星彩塑新材料股份有限公司 | 一种太阳能电池背板及用于该背板的膜用聚酯的制备方法 |
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