CN216818357U - 一种高阻隔性太阳能背板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种高阻隔性太阳能背板，结构从上至下依次为：第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、支撑基材层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层、粘结剂层、耐候保护层；本实用新型提供的高阻隔性太阳能背板，在支撑基材层的两面使用原子层沉积的方法在支撑基材层的表面生长超薄纳米级的致密的无机氧化物薄膜，分别为第一抗紫外阻挡层和第一水气阻隔层以及第二水气阻隔层和第二抗紫外阻挡层，可用以增强支撑基材层的水蒸气阻隔性能和抗紫外衰减性能，解决了常规太阳能背板基材在高湿环境下降解以及高水蒸气透过率引起的背板老化、失效等技术问题。

Description

一种高阻隔性太阳能背板
技术领域
本实用新型属于光伏背板技术领域，具体涉及一种高阻隔性太阳能背板。
背景技术
光伏发电作为一种新型无污染的绿色能源，是取代火力发电实现碳中和的有力手段。在光伏发电的应用上，最小的基本单位是太阳能电池组件。太阳能背板是一种位于电池组件背面的封装材料，需要在户外环境下保护组件抵抗光、湿、热等环境因素对乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)胶膜和电池片的侵蚀，起到保护和支撑作用，保证组件的正常工作。
单一的材料通常无法满足如此的综合性能要求。因此，常见的太阳能背板由耐候氟膜、支撑层基材膜、粘结层涂层制备而成，层与层之间采用胶粘剂粘贴。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是最常见的背板基材，但是在长时间户外高温高湿条件下，PET很容易降解成为酸和醇，导致PET的老化；同时PET本身水蒸气透过率较高，对高湿度环境阻隔性较差。水气会渗入背板内部，使EVA粘结性劣变导致与背板脱离，还会导致电池片被氧化，影响组件的发电效率和稳定性。与此同时，多层耐候背板结构的传统背板，制作流程繁琐，工序较多，制造成本大，生产效率低。加工过程中使用的有机溶剂还会污染环境增加处理能耗。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种新型的高阻隔性太阳能背板，具有低水蒸气透过率、结构简单、稳定性强的特点。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
本实用新型提供了一种高阻隔性太阳能背板，结构从上至下依次为：第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、支撑基材层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层、粘结剂层、耐候保护层。
所述第一抗紫外阻挡层的材料为无机抗紫外整理剂，优选为氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化硅、氧化铈中的一种。
所述第一抗紫外阻挡层的厚度为10～100纳米。
所述第一水气阻隔层的材料为致密的无机氧化物，优选为氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化铪中的一种。
所述第一水气阻隔层的厚度为10～100纳米。
所述支撑基材层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜树脂(PES)、聚(2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯)(PEF)等可以用作太阳能背板支撑基材的材料中的一种。
所述支撑基材层的厚度没有特定的要求，在满足其支撑作用的强度基础上，厚度可以从50～300微米范围进行选择。
所述第二水气阻隔层的材料为致密的无机氧化物，优选为氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化铪中的一种。
所述第二水气阻隔层的厚度为10～100纳米。
所述第二抗紫外阻挡层的材料为无机抗紫外整理剂，优选为氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化硅、氧化铈中的一种。
所述第二抗紫外阻挡层的厚度为10～100纳米。
所述粘结剂层的材料为双组分聚氨酯复合材料，选自聚酯型或聚醚型双组分聚氨酯复合材料。
所述粘结剂层的厚度为8～15微米。
所述耐候保护层的材料为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚己酰二己二胺、聚己内酰胺或聚碳酸酯中的一种。
所述耐候保护层的厚度为5～60微米。
优选的，所述第一抗紫外阻挡层的厚度为10～20纳米。
优选的，所述第一水气阻隔层的厚度为10～20纳米。
优选的，所述支撑基材层的厚度为180～230微米。
优选的，所述第二水气阻隔层的厚度为10～20纳米。
优选的，所述第二抗紫外阻挡层的厚度为10～20纳米。
优选的，所述粘结剂层的厚度为10微米。
优选的，所述耐候保护层的厚度为20～30微米。
特别说明的是，所述高阻隔性太阳能背板中第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层采用原子层沉积的手段制备，可以在支撑基材层的两面同时且连续沉积，所述第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、支撑基材层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层各层之间无需任何的粘结剂。支撑基材层原料经过原子层沉积设备的处理，可以得到第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、支撑基材层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层的结构。
由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下优点和有益效果：
本实用新型提供了一种高阻隔性太阳能背板，在支撑基材层的两面使用原子层沉积的方法在支撑基材层的表面生长超薄纳米级的致密的无机氧化物薄膜，分别为第一抗紫外阻挡层和第一水气阻隔层以及第二水气阻隔层和第二抗紫外阻挡层，第一抗紫外阻挡层和第一水气阻隔层以及第二水气阻隔层和第二抗紫外阻挡层可用以增强支撑基材层的水蒸气阻隔性能和抗紫外衰减性能，解决了常规太阳能背板基材在高湿环境下降解以及高水蒸气透过率引起的背板老化、失效等技术问题。致密的无机氧化物薄膜对水蒸气有着非常强的阻碍性，可以大幅降低水气的透过率，保护EVA胶膜和太阳电池片以免遭受水蒸气的侵蚀，提高太阳能背板的防护性能。此外，本实用新型的第一抗紫外阻挡层和第一水气阻隔层以及第二水气阻隔层和第二抗紫外阻挡层致密且厚度仅为几十纳米，不会影响背板材料自身的机械性能和支撑作用，同时还可以代替常规太阳能背板结构中用于增强耐候性的氟碳粘结材料，在极大的简化了太阳能背板的结构和重量的同时，提升太阳能背板的水气阻隔性能和抗紫外能力，降低了太阳能背板生产中的工艺复杂程度和成本。以180微米厚的PET基材为例，当表面沉积20nm厚的氧化铝层时，水蒸气透过率由1.746g/(m2*24h)降低到0.005g/(m2*24h)。
附图说明
图1为施例制备的高阻隔性太阳能背板的结构示意图。
其中，1为第一抗紫外阻挡层，2为第一水气阻隔层，3为支撑基材层，4为第二水气阻隔层，5为第二抗紫外阻挡层，6为粘结剂层，7为耐候保护层。
图2是现有太阳能电池背板的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
实施例1
如图1所示，图1为实施例制备的高阻隔性太阳能背板的结构示意图。
一种高阻隔性太阳能背板，结构从上至下依次为：第一抗紫外阻挡层1、第一水气阻隔层2、支撑基材层3、第二水气阻隔层4、第二抗紫外阻挡层5、粘结剂层6、耐候保护层7。
第一抗紫外阻挡层1的厚度为20纳米，第一水气阻隔层2的厚度为20纳米，支撑基材层3的厚度为180微米，第二水气阻隔层4的厚度为20纳米，第二抗紫外阻挡层5的厚度为20纳米，粘结剂层6的厚度为10微米，耐候保护层7的厚度为30微米。
第一抗紫外阻挡层1的材料为氧化钛，第一水气阻隔层2的材料为氧化铝，支撑基材层3的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，第二水气阻隔层4的材料为氧化铝，第二抗紫外阻挡层5的材料为氧化钛，粘结剂层6的材料为聚酯型双组分聚氨酯复合材料，耐候保护层7的材料为聚偏氟乙烯(PVDF)。
第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层是在120℃的温度下，原子层沉积设备中双面连续同时成膜形成。
一种高阻隔性太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将180微米厚的PET原材料进行表面清洁，去除表面污染；
第二步，将PET基材放置到原子层沉积设备中；
第三步，设定好工艺程序，进行连续、双面同时且依次地沉积第一水气阻隔层2、第二水气阻隔层4和第一抗紫外阻挡层1、第二抗紫外阻挡层5；
第四步，将制备好的复合PET基材一面(该实施例为第二抗紫外阻挡层5这一面)与耐候保护层(30微米PVDF)使用10微米左右厚度的粘结剂进行复合，得到高阻隔性太阳能背板。
以180微米厚的PET基材为例，当表面沉积20纳米厚的氧化铝层时，水蒸气透过率由1.746g/(m2*24h)降低到0.005g/(m2*24h)。
实施例2
一种高阻隔性太阳能背板，结构从上至下依次为：第一抗紫外阻挡层1、第一水气阻隔层2、支撑基材层3、第二水气阻隔层4、第二抗紫外阻挡层5、粘结剂层6、耐候保护层7。
第一抗紫外阻挡层1的厚度为15纳米，第一水气阻隔层2的厚度为15纳米，支撑基材层3的厚度为230微米，第二水气阻隔层4的厚度为15纳米，第二抗紫外阻挡层5的厚度为15纳米，粘结剂层6的厚度为10微米，耐候保护层7的厚度为20微米。
第一抗紫外阻挡层1的材料为氧化锌，第一水气阻隔层2的材料为氧化铝，支撑基材层3的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，第二水气阻隔层4的材料为氧化铝，第二抗紫外阻挡层5的材料为氧化锌，粘结剂层6的材料为聚酯型双组分聚氨酯复合材料，耐候保护层7的材料为聚偏氟乙烯(PVDF)。
第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层是在120℃的温度下，原子层沉积设备中双面连续同时成膜形成。
一种高阻隔性太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将230微米厚的PET原材料进行表面清洁，去除表面污染；
第二步，将PET基材放置到原子层沉积设备中；
第三步，设定好工艺程序，进行连续、双面同时且依次地沉积第一水气阻隔层2、第二水气阻隔层4和第一抗紫外阻挡层1、第二抗紫外阻挡层5；
第四步，将制备好的复合PET基材一面(该实施例为第二抗紫外阻挡层5这一面)与耐候保护层(20微米PVDF)使用10微米左右厚度的粘结剂进行复合，得到高阻隔性太阳能背板。
以230微米厚的PET基材为例，当表面沉积15纳米厚的氧化铝层时，水蒸气透过率由1.233g/(m2*24h)降低到0.045g/(m2*24h)。
实施例3
一种高阻隔性太阳能背板，结构从上至下依次为：第一抗紫外阻挡层1、第一水气阻隔层2、支撑基材层3、第二水气阻隔层4、第二抗紫外阻挡层5、粘结剂层6、耐候保护层7。
第一抗紫外阻挡层1的厚度为20纳米，第一水气阻隔层2的厚度为20纳米，支撑基材层3的厚度为230微米，第二水气阻隔层4的厚度为20纳米，第二抗紫外阻挡层5的厚度为20纳米，粘结剂层6的厚度为10微米，耐候保护层7的厚度为25微米。
第一抗紫外阻挡层1的材料为氧化锌，第一水气阻隔层2的材料为氧化铪，支撑基材层3的材料为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，第二水气阻隔层4的材料为氧化铝，第二抗紫外阻挡层5的材料为氧化钛，粘结剂层6的材料为聚酯型双组分聚氨酯复合材料，耐候保护层7的材料为聚偏氟乙烯(PVDF)。
第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层是在120℃的温度下，原子层沉积设备中双面连续同时成膜形成。
一种高阻隔性太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将230微米厚的PET原材料进行表面清洁，去除表面污染；
第二步，将PET基材放置到原子层沉积设备中；
第三步，设定好工艺程序，进行连续、双面同时且依次地沉积第一水气阻隔层2、第二水气阻隔层4和第一抗紫外阻挡层1、第二抗紫外阻挡层5；
第四步，将制备好的复合PET基材一面(该实施例为第二抗紫外阻挡层5这一面)与耐候保护层(25微米PVDF)使用10微米左右厚度的粘结剂进行复合，得到高阻隔性太阳能背板。
以230微米厚的PET基材为例，当表面沉积20纳米厚的氧化铝层时，水蒸气透过率由1.233g/(m2*24h)降低到0.035g/(m2*24h)。
实施例4
一种高阻隔性太阳能背板，结构从上至下依次为：第一抗紫外阻挡层1、第一水气阻隔层2、支撑基材层3、第二水气阻隔层4、第二抗紫外阻挡层5、粘结剂层6、耐候保护层7。
第一抗紫外阻挡层1的厚度为10纳米，第一水气阻隔层2的厚度为15纳米，支撑基材层3的厚度为230微米，第二水气阻隔层4的厚度为15纳米，第二抗紫外阻挡层5的厚度为10纳米，粘结剂层6的厚度为10微米，耐候保护层7的厚度为20微米。
第一抗紫外阻挡层1的材料为氧化钛，第一水气阻隔层2的材料为氧化铝，支撑基材层3的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，第二水气阻隔层4的材料为氧化铝，第二抗紫外阻挡层5的材料为氧化钛，粘结剂层6的材料为聚酯型双组分聚氨酯复合材料，耐候保护层7的材料为聚偏氟乙烯(PVDF)。
第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层是在120℃的温度下，原子层沉积设备中双面连续同时成膜形成。
一种高阻隔性太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
第一步，将230微米厚的PET原材料进行表面清洁，去除表面污染；
第二步，将PET基材放置到原子层沉积设备中；
第三步，设定好工艺程序，进行连续、双面同时且依次地沉积第一水气阻隔层2、第二水气阻隔层4和第一抗紫外阻挡层1、第二抗紫外阻挡层5；
第四步，将制备好的复合PET基材一面(该实施例为第二抗紫外阻挡层5这一面)与耐候保护层(20微米PVDF)使用10微米左右厚度的粘结剂进行复合，得到高阻隔性太阳能背板。
以230微米厚的PET基材为例，当表面沉积15纳米厚的氧化铝层时，水蒸气透过率由1.233g/(m2*24h)降低到0.045g/(m2*24h)。
对比例1
现有太阳能电池背板中最受电池组件厂家认可和首选的光伏太阳能电池背板结构成为TPT(Tedlar∣PET∣Tedlar)型太阳能电池背板。TPT型太阳能电池背板的结构是以PET为基膜，再复合Tedlar薄膜，Tedlar薄膜的主要成分是聚氟乙烯(PVF)。其结构如图2所示，图2是现有太阳能电池背板的结构示意图。L1指的是PET基材层，L2指的是胶粘剂涂层，L3指的是耐候PVF层。
在水汽阻隔性能方面，PVF氟膜的水汽阻隔性能对背板整体的水汽阻隔能力贡献很小，背板的水汽阻隔主要由PET提供。以180微米厚的PET基材为例，没有进行表面改性的PET背板水蒸气透过率通常大于1.5g/(m2*24h)，而本实用新型在双面沉积20nm氧化铝薄膜后的改性PET背板水汽透过率可以下降到0.005g/(m2*24h)。
在结构上，本实用新型简化太阳能电池背板中靠近电池一端的PVF氟膜和粘结层的使用，通常PET基材层厚度在250微米左右，氟膜的厚度在30微米左右，粘结层的厚度在10微米左右。传统TPT结构背板的厚度在320±10微米左右，重量约450±10g/m2，而本实用新型的背板厚度约为280±5微米左右，重量约420±5g/m2。在提高水汽阻隔性能的同时实现背板的轻质化。
以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (9)

1.一种高阻隔性太阳能背板，其特征在于，结构从上至下依次为：第一抗紫外阻挡层、第一水气阻隔层、支撑基材层、第二水气阻隔层、第二抗紫外阻挡层、粘结剂层、耐候保护层；
所述第一抗紫外阻挡层的材料为氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化硅、氧化铈中的一种；
所述第一抗紫外阻挡层的厚度为10～100纳米；
所述第一水气阻隔层的材料为氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化铪中的一种；所述第一水气阻隔层的厚度为10～100纳米；
所述支撑基材层的材料选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜树脂、聚(2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯)中的一种；
所述第二水气阻隔层的材料为氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锌、氧化锆、氧化铪中的一种；所述第二水气阻隔层的厚度为10～100纳米；
所述第二抗紫外阻挡层的材料为氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化硅、氧化铈中的一种；
所述第二抗紫外阻挡层的厚度为10～100纳米；
所述粘结剂层的材料为双组分聚氨酯复合材料；
所述粘结剂层的厚度为8～15微米；
所述耐候保护层的材料为聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙稀共聚物、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚己酰二己二胺、聚己内酰胺或聚碳酸酯中的一种；
所述耐候保护层的厚度为5～60微米。
2.根据权利要求1所述的高阻隔性太阳能背板，其特征在于，所述支撑基材层的厚度为50～300微米。
3.根据权利要求1所述的高阻隔性太阳能背板，其特征在于，所述第一抗紫外阻挡层的厚度为10～20纳米。
4.根据权利要求1所述的高阻隔性太阳能背板，其特征在于，所述第一水气阻隔层的厚度为10～20纳米。
5.根据权利要求2所述的高阻隔性太阳能背板，其特征在于，所述支撑基材层的厚度为180～230微米。
6.根据权利要求1所述的高阻隔性太阳能背板，其特征在于，所述第二水气阻隔层的厚度为10～20纳米。
7.根据权利要求1所述的高阻隔性太阳能背板，其特征在于，所述第二抗紫外阻挡层的厚度为10～20纳米。
8.根据权利要求1所述的高阻隔性太阳能背板，其特征在于，所述粘结剂层的厚度为10微米。
9.根据权利要求1所述的高阻隔性太阳能背板，其特征在于，所述耐候保护层的厚度为20～30微米。
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