CN216915146U - 一种光伏背板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种光伏背板，包括依次叠层设置的第一耐候层、支撑层、粘结层、镀膜层、镀膜基层和第二耐候层；所述粘结层为高支化耐水解聚氨酯胶黏剂材质的胶膜。采用高支化耐水解聚氨酯胶黏剂为胶膜，有效提升镀膜层与支撑层的粘接性能，确保光伏背板的长效阻水性能，且通过第一耐候层、支撑层、胶膜、镀膜层、镀膜基层和第二耐候层的层间搭配，将镀膜层置于光伏背板内侧，支撑层与镀膜基层均能对镀膜层起到支撑和保护作用，能有效保护镀膜层在长期户外使用中的完整性；因此，其制得的光伏背板的水汽透过率＜0.1g/(m²*d)、层间粘接强度高，能长期保持低水汽透过率，进而能长期对光伏组件进行阻水保护。

Description

一种光伏背板

技术领域

本实用新型属于光伏组件技术领域，具体涉及一种光伏背板。

背景技术

近年来，光伏产业每年以40％～50％速度飞速增长，成为中国对外展示的又一张名片。新型太阳能电池技术(如HIT、TOPcon)以其高转化效率成为新一代高效太阳能电池的首选，但与此同时这些太阳能电池对于封装材料的水蒸气透过率有着严苛的要求。

当前，普通光伏背板的水蒸气透过率为1.8～2.0g/m².d^-1，使用普通光伏背板封装高效太阳能电池所得的光伏组件年衰减达0.7％，且光伏组件会因为水蒸气的进入导致焊带锈蚀、胶膜脱层而造成失效，而使用低水蒸气透过率(如＜0.3g/m².d^-1)的光伏背板封装高效太阳能电池所制得的光伏组件年衰减低于0.4％，光伏组件更加安全可靠，这意味着低水蒸气透过率的光伏背板的使用不仅能使光伏组件每年多发0.3％的电量，还能降低光伏组件的失效风险，延长其使用寿命，进一步提高发电收益。

据推算，2021年，全球新增光伏装机量将超过140GW，按光伏组件发电量 1.3～1.4KW.h/W/年计算，多发的0.3％的电量将达到5000-6000万度/年，且每年随着新增装机，这一数据将呈指数增长。随着国家节能减排政策的进一步落实以及全球碳排放的限制，预计到2030年将达到碳达峰，届时全球光伏新增装机量将达到1000GW，意味着使用低水蒸气透过率的光伏背板，一年将多发3.9～4.2亿度电；不仅会产生巨大的经济收益，同时能进一步保障我国的能源安全。基于此，开发适合光伏行业的阻水的光伏背板势在必行。

而现有阻水的光伏背板，如申请号CN201910908615.7公开的一种高耐候、高水汽阻隔型太阳能电池背膜及其制备方法，其将高耐候的高分子材料与金属材料相结合，能制备出低水汽透过率的光伏背板；但是，这种光伏背板由于是将高分子材料、金属材料的不同种类材料叠层制成，各层由于材质大不相同，在长期户外使用过程中，容易出现层间分离的现象，这样，外界的水蒸气容易从层间分离的层状结构侧面渗入光伏背板内部，进而导致光伏背板难以保持较好的长效阻水性能，影响其使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种具有优异的阻水及长效阻水性能的光伏背板，以可靠持久的对光伏组件进行保护。

基于此，本实用新型公开了一种光伏背板，包括依次叠层设置的第一耐候层、支撑层、粘结层、镀膜层、镀膜基层和第二耐候层；

所述粘结层为高支化耐水解聚氨酯胶黏剂材质的胶膜，以有效提升无机镀膜层与有机支撑层的粘接性能，避免因长期户外使用而使光伏背板出现层间分离现象，进而有效避免外界水蒸气从层间分离的层状结构侧面渗入光伏背板内部而影响其长效阻水性能。其中，高支化耐水解聚氨酯胶黏剂是指采用高度支化的改性剂(如高支化的树状高分子或高支化的硅烷偶联剂)进行修饰的聚氨酯胶黏剂。

优选地，所述镀膜层为氮化硅、氧化铝、氧化锌、氧化硅、氧化钛、氧化铜、氟化镁、氟化钇中的至少一种材质的单层或多层镀膜，优选为氮化硅、氧化铝、氧化硅中的至少一种材质的单层或多层镀膜。

进一步优选地，所述镀膜层包括依次叠设的第一层镀膜和第二层镀膜，且所述第二层镀膜表面的粒子粒径小于第一层镀膜表面的粒子粒径。

优选地，单层镀膜的厚度为2-200nm、优选为10-80nm、更优选为30-50nm；所述镀膜层的总厚度为10-400nm、优选为50-160nm。

优选地，所述粘结层的厚度为2-50μm、优选为8-20μm、更优选为12μm。

优选地，所述支撑层和镀膜基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的至少一种材质的膜层，所述支撑层和镀膜基层优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的单层膜层。

优选地，所述支撑层的厚度为100-1000μm、优选为200-350μm、更优选为250μm。所述镀膜基层的厚度为20-1000μm、优选为30-100μm、更优选为50μm。

优选地，所述第一耐候层和第二耐候层为耐候涂层或耐候薄膜层；

所述耐候涂层为聚酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂中的至少一种材质的涂层；

所述耐候薄膜层为聚氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、改性聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚氯乙烯中的至少一种材质的薄膜。

其中，所述第一耐候层优选为氟碳树脂与聚酯树脂混合形成的透明耐候涂层。所述第二耐候层优选为氟碳树脂材质的透明耐候涂层；或者，第二耐候层优选为聚氟烯烃材质的透明耐候薄膜。

优选地，所述第一耐候层的厚度为2-30μm；第二耐候层的厚度为5-50μm。

优选地，所述光伏背板的颜色为白色、黑色或透明。

与现有技术相比，本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型的光伏背板，其采用高支化耐水解聚氨酯胶黏剂为胶膜，有效提升镀膜层与支撑层的粘接性能，确保光伏背板的长效阻水性能，且通过第一耐候层、支撑层、胶膜、镀膜层、镀膜基层和第二耐候层的层间搭配，将镀膜层置于光伏背板内侧，支撑层与镀膜基层均能对镀膜层起到支撑和保护作用，能有效保护镀膜层在长期户外使用中的完整性。因此，本实用新型的光伏背板的层间粘接强度高，其水汽透过率降至＜0.1g/ (m²*d)(现有常规光伏背板的水汽透过率为2.0g/(m²*d))，并能长期保持低水汽透过率，因此该光伏背板能长期对光伏组件进行阻水保护，进而有效解决光伏组件在户外使用过程中因水汽透过所引起的黄变、功率衰减、失效。

附图说明

图1为本实用新型的一种光伏背板的结构示意图。

图2为高支化耐水解聚氨酯胶黏剂的分子结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例的一种光伏背板，其结构参照图1，包括依次叠层设置的第一耐候层、支撑层、粘结层、镀膜层、镀膜基层和第二耐候层；粘结层为高支化耐水解聚氨酯胶黏剂材质的胶膜。其中，粘结层的厚度为2-50μm、优选为8-20μm、更优选为12μm。该厚度的粘结层在确保镀膜层与支撑层之间的层间粘接强度的同时，不会因粘结层过厚而提高成本。

其中，高支化耐水解聚氨酯胶黏剂是指采用高度支化的改性剂(如高支化的树状高分子或高支化的硅烷偶联剂)进行修饰的聚氨酯胶黏剂，其分子结构如图2所示。该光伏背板的粘结层采用高支化耐水解聚氨酯胶黏剂材质的胶膜，能有效提升无机镀膜层与有机支撑层的粘接性能，避免因长期户外使用而使光伏背板出现层间分离现象，进而有效避免外界水蒸气从层间分离的层状结构侧面渗入光伏背板内部而影响其长效阻水性能。

其中，镀膜层为氮化硅、氧化铝、氧化锌、氧化硅、氧化钛、氧化铜、氟化镁、氟化钇中的至少一种材质的单层或多层镀膜，优选为氮化硅、氧化铝、氧化硅中的至少一种材质的单层或多层镀膜，更优选为氮化硅、氧化铝中的至少一种材质的单层或多层镀膜。单层镀膜的厚度为2-200nm、优选为10-80nm、更优选为30-50nm，其厚度具体可选为30nm、40nm、50nm；镀膜层的总厚度为10-400nm、优选为50-160nm，其总厚度具体可选为50nm、60nm、80nm、120nm、160nm。通过对镀膜材料、镀膜层结构及其厚度的优化以改善光伏背板的阻水及长效阻水性能，使光伏背板能可靠持久的对光伏组件进行保护。

本实施例中的一个优选方案为，镀膜层包括依次叠设的第一层镀膜(如第一氧化铝层)和第二层镀膜(如第二氧化铝层)，也即，该镀膜层为双层镀膜，且第二层镀膜表面的粒子粒径小于第一层镀膜表面的粒子粒径。这样，粒径较小的第二层镀膜能填补粒径较大的第二层镀膜的表面，进而得到更致密、层间界面更加稳定的双层镀膜，以有效改善单层镀膜带来的缺陷，而且，相比四层镀膜，该双层镀膜的成本更低、层间界面更加稳定，因此，能达到进一步改善光伏背板的阻水及长效阻水性能的效果。

其中，所述支撑层和镀膜基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的至少一种材质的单层或多层膜层，所述支撑层和镀膜基层优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的单层膜层。所述支撑层的厚度为100-1000μm、优选为200-350μm、更优选为250μm。所述镀膜基层的厚度为20-1000μm、优选为30-100μm、更优选为50μm。该支撑层与镀膜基层均能对镀膜层起到支撑和保护作用，因此能有效保护镀膜层在长期户外使用中的完整性。

其中，所述第一耐候层和第二耐候层为耐候涂层或耐候薄膜层；所述耐候涂层为聚酯树脂、丙烯酸树脂、氟碳树脂中的至少一种材质的涂层；所述耐候薄膜层为聚氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、改性聚丙烯、改性聚乙烯、改性聚氯乙烯中的至少一种材质的薄膜。第一耐候层优选为氟碳树脂与聚酯树脂混合形成的透明耐候涂层。所述第二耐候层优选为氟碳树脂材质的透明耐候涂层；或者，第二耐候层优选为聚氟烯烃材质的透明耐候薄膜。所述第一耐候层和第二耐候层的厚度为2-50μm；所述第一耐候层的厚度优选为2-30μm，其厚度具体可选为2μm、6μm、10μm、15μm、20μm、 30μm；第二耐候层的厚度优选为5-50μm，其厚度具体可选为5μm、10μm、20μm、30μm、 40μm、50μm。

其中，光伏背板的颜色为白色、黑色或透明，优选为白色或透明。

该光伏背板通过第一耐候层、支撑层、胶膜、镀膜层、镀膜基层和第二耐候层的层间搭配，将镀膜层置于光伏背板内的支撑层与镀膜基层之间，支撑层与镀膜基层均能对镀膜层起到支撑和保护作用，能有效保护镀膜层在长期户外使用中的完整性；且其粘结层采用高支化耐水解聚氨酯胶黏剂材质的胶膜，能有效提升无机镀膜层与有机支撑层的粘接性能，避免因长期户外使用而使光伏背板出现层间分离现象，进而有效避免外界水蒸气从层间分离的层状结构侧面渗入光伏背板内部而影响其长效阻水性能。因此，本实用新型的光伏背板的层间粘接强度高，其水汽透过率降至＜0.1g/(m²*d)(现有常规光伏背板的水汽透过率为2.0g/(m²*d))，并能长期保持低水汽透过率，因此该光伏背板能长期对光伏组件进行阻水保护，进而有效解决光伏组件在户外使用过程中因水汽透过所引起的黄变、功率衰减、失效。

本实施例的一种光伏背板的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，对镀膜基层的表面进行等离子体处理，得到处理后的镀膜基层，以清除镀膜基层表面的污染物，并对镀膜基层的表面进行刻蚀，从而增加镀膜层对镀膜基层的粘附力。步骤一中，等离子体处理的功率为4.5-12kw，其功率具体可选为4.5kw、6kw、8kw、 10kw、12kw。

步骤二，采用真空镀膜将镀膜材料镀至等离子体处理后的镀膜基层的表面，以形成镀膜层。

步骤二中，真空镀膜的方法为磁控溅射、原子层沉积中的至少一种；所述镀膜材料为氮化硅、氧化铝、氧化锌、氧化硅、氧化钛、氧化铜、氟化镁、氟化钇中的至少一种，优选为氮化硅、氧化铝、氧化硅中的至少一种，更优选为氮化硅、氧化铝中的至少一种；镀膜层采用一种镀膜材料单层形成或多层叠加形成，或者采用至少两种镀膜材料往复叠加形成。

本实施例中的一个优选方案为，步骤二中，镀膜层为双层镀膜；双层镀膜的制备方法为：先采用磁控溅射将镀膜材料沉积于等离子体处理后的镀膜基层的表面以形成单层镀膜，再采用原子层沉积将镀膜材料沉积于单层镀膜的表面，以制得所述双层镀膜。由于原子层沉积的镀膜粒子较磁控溅射沉积的镀膜粒子的粒径更小，因此，步骤二优选为在磁控溅射沉积的单层镀膜表面再添加原子层沉积的单层镀膜，使粒径较小的原子层沉积的单层镀膜填补粒径较大的磁控溅射沉积的单层镀膜的表面，这样相互搭配能得到更致密、层间界面更加稳定的双层镀膜，以有效改善单层镀膜带来的镀膜缺陷。

进一步，步骤二中，镀膜层的镀膜设备为卷对卷真空镀膜设备；所述卷对卷真空镀膜设备包括至少一个真空镀膜腔体，且所述真空镀膜腔体的前方和后方均设有至少一个真空缓冲腔，以保障真空镀膜有效进行，并在镀膜前后的外部环境下实现卷材的收放卷。步骤二中，所述卷对卷真空镀膜设备的真空镀膜腔体优选为两个，在真空镀膜腔体的前方和后方均设有两个真空缓冲腔。

步骤三，真空镀膜后，对镀膜层进行热处理，使镀膜层松弛，以消除镀膜层表面缺陷。步骤三中，热处理的温度为80-200℃、优选为150-200℃、更优选为150℃。

步骤四，采用高支化耐水解聚氨酯胶黏剂材质的胶膜将所述镀膜层与支撑层进行粘结。步骤四中，镀膜层与支撑层之间的粘结强度不低于8N/CM。

步骤五，在所述支撑层和镀膜基层的外表面分别制备第一耐候层和第二耐候层，即得所述光伏背板，其结构参照图1。

综上，本实施例的制备方法通过上述真空镀膜制得低水汽透过率的镀膜层；而且，本实施例所制得的光伏背板通过第一耐候层、支撑层、胶膜、镀膜层、镀膜基层和第二耐候层的层间搭配，将镀膜层置于光伏背板内侧，支撑层与镀膜基层均能对镀膜层起到支撑和保护作用，因此能有效保护镀膜层在长期户外使用中的完整性；且事先对镀膜基层的表面进行等离子体处理，能有效提升镀膜层对镀膜基层表面的粘附性能，避免光伏背板出现层间分离现象；再配合采用高支化耐水解聚氨酯胶黏剂作为胶膜，有效提升无机镀膜层与有机支撑层的粘接性能，避免因长期户外使用而使光伏背板出现层间分离现象，进而有效避免外界水蒸气从层间分离的层状结构侧面渗入光伏背板内部而影响其长效阻水性能。因此，本实施例所制得的光伏背板的镀膜生产工艺连续、层间粘接强度高，其水汽透过率降至＜0.1g/(m²*d)(现有常规光伏背板的水汽透过率为2.0g/(m²*d))，并能长期保持低水汽透过率，因此，该光伏背板能长期对光伏组件进行阻水保护。

实施例2

本实施例的一种光伏背板，其结构及制备方法参照实施例1，该光伏背板具体包括依次叠层设置的第一耐候层、支撑层、粘结层、镀膜层、镀膜基层及位于镀膜基层外表面的第二耐候层。

其中，第一耐候层为氟碳树脂与聚酯树脂混合形成的透明耐候涂层；支撑层为聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的透明膜层；粘结层为高支化的热固型聚氨酯胶黏剂材质的耐水解胶膜；镀膜层为磁控溅射法制得的氧化铝材质的单层镀膜，该单层镀膜的厚度为50nm；镀膜基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的透明膜层；第二耐候层为氟碳树脂的透明耐候涂层，即得本实施例的光伏背板。

实施例3

本实施例的一种光伏背板，与实施例2的区别仅在于：

本实施例的光伏背板的镀膜层为30nm氧化铝层和30nm氮化硅层依次叠设的双层镀膜，即得本实施例的光伏背板。

实施例4

本实施例的一种光伏背板，与实施例2的区别仅在于：

本实施例的光伏背板的镀膜层为30nm第一氧化铝层和30nm第二氧化铝层依次叠设的双层镀膜，即得本实施例的光伏背板。

实施例5

本实施例的一种光伏背板，与实施例2的区别仅在于：

本实施例的光伏背板的镀膜层为30nm第一氧化铝层和30nm第二氧化铝层依次叠设的双层镀膜，其中，第二氧化铝层采用原子层沉积法形成，即得本实施例的光伏背板。

实施例6

本实施例的一种光伏背板，与实施例2的区别仅在于：

本实施例的光伏背板的镀膜层为30nm第一氧化铝层、50nm第一氮化硅层、30nm 第二氧化铝层及50nm第二氮化硅层依次叠设的四层镀膜，即得本实施例的光伏背板。。

实施例7

本实施例的一种光伏背板，与实施例5的区别仅在于：

本实施例还在镀膜基层的下表面(即在镀膜基层的面向第二耐候层的表面)，依次叠设有30nm第三氧化铝层和30nm第四氧化铝层，即得本实施例的光伏背板。

实施例8

本实施例的一种光伏背板，与实施例6的区别仅在于：

本实施例的光伏背板的第二耐候层为聚氟烯烃材质的透明耐候薄膜，即得本实施例的光伏背板。

实施例9

本实施例的一种光伏背板，与实施例8的区别仅在于：所用粘结层为常规聚氨酯胶黏剂材质的胶膜，即得本实施例的光伏背板。

实施例10

本实施例的一种光伏背板，与实施例8的区别仅在于：所用材料的颜色不同，具体地：第一耐候层为氟碳树脂与聚酯树脂混合形成的白色耐候涂层，支撑层与镀膜基层均为聚对苯二甲酸乙二醇酯材质的白色膜层，第二耐候层为聚氟烯烃材质的白色耐候薄膜，即得本实施例的光伏背板。

对比例1

本对比例的一种光伏背板，为福斯特BEC-306T光伏背板。

性能测试

将实施例2-10及对比例1的光伏背板进行水蒸气透过率测试分析，测试方法为红外法测试，测试条件为38℃，90％RH相对湿度，其测试结果如下表1所示：

表1

表1中，经PCT 24H、DH 1000或UV 150KwH处理后，部分光伏背板的镀膜层间剥离强度相比其初始镀膜层间剥离强度有所上浮，这属于光伏背板领域的常见现象。

由表1的测试数据可知，实施例2-10的光伏背板的初期水汽透过率及长效水汽透过率均＜0.1g/(m²*d)，相比对比例1的常规光伏背板，实施例2-10的光伏背板的初期水汽透过率及长效水汽透过率均明显下降，阻水及长效阻水性能得到优化；其中，实施例5 的光伏背板的初期水汽透过率(为0.02g/(m²*d))及长效水汽透过率(分别进行PCT 24H 和DH1000测试后，其水汽透过率均仍然保持在0.02g/(m²*d)，进行UV 150KwH测试后，其水汽透过率保持在0.03g/(m²*d))最佳；而且，相比实施例9，实施例2-8和10采用高支化的热固型聚氨酯胶黏剂材质的耐水解胶膜作为粘结层，能有效提升镀膜层与支撑层之间的粘接强度，进而能进一步改善光伏背板的阻水及长效阻水性能。因此，本实用新型通过对光伏背板的镀膜层及粘结层的组合优化，能实现对镀膜层的有效保护，进而使光伏背板能可靠持久的对光伏组件进行保护。

尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。

以上对本实用新型所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (9)

1.一种光伏背板，其特征在于，包括依次叠层设置的第一耐候层、支撑层、粘结层、镀膜层、镀膜基层和第二耐候层；

所述粘结层为高支化耐水解聚氨酯胶黏剂材质的胶膜。

2.根据权利要求1所述的一种光伏背板，其特征在于，所述镀膜层为氮化硅、氧化铝或氧化硅材质的单层或多层镀膜。

3.根据权利要求2所述的一种光伏背板，其特征在于，所述镀膜层包括依次叠设的第一层镀膜和第二层镀膜，且所述第二层镀膜表面的粒子粒径小于第一层镀膜表面的粒子粒径。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种光伏背板，其特征在于，所述镀膜层的厚度为10-400nm。

5.根据权利要求1所述的一种光伏背板，其特征在于，所述粘结层的厚度为2-50μm。

6.根据权利要求1所述的一种光伏背板，其特征在于，所述支撑层和镀膜基层为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯或聚酰胺材质的膜层。

7.根据权利要求1或6所述的一种光伏背板，其特征在于，所述支撑层的厚度为100-1000μm；所述镀膜基层的厚度为20-1000μm。

8.根据权利要求1所述的一种光伏背板，其特征在于，所述第一耐候层和第二耐候层为耐候涂层或耐候薄膜层；

所述耐候涂层为聚酯树脂、丙烯酸树脂或氟碳树脂材质的涂层；

所述耐候薄膜层为聚氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、改性聚丙烯、改性聚乙烯或改性聚氯乙烯材质的薄膜。

9.根据权利要求1或8所述的一种光伏背板，其特征在于，所述第一耐候层的厚度为2-30μm；第二耐候层的厚度为5-50μm。

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