耐濕熱太陽能電池背板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及耐濕熱太陽能電池背板，包括依次復(fù)合的耐候?qū)?、連接層、結(jié)構(gòu)增強層和反射層，其特征在于：耐候?qū)訛镻ET膜，或由無機材料和熱穩(wěn)定劑改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯制成；結(jié)構(gòu)增強層由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金為聚丙烯與工程塑料的合金，或者為改性聚丙烯與工程塑料的合金。本發(fā)明的太陽能電池背板，以耐候PET膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氟膜材料作為耐候?qū)?，不僅能保證耐候性能，而且成本大大降低。同時以聚丙烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PET材料作為結(jié)構(gòu)增強層，避免了傳統(tǒng)PET結(jié)構(gòu)增強層耐濕熱水解性能差，在長期濕熱環(huán)境使用中會脆化開裂的問題，從而能配合PET耐候?qū)舆M一步提高背板的耐濕熱老化性能。
【專利說明】耐濕熱太陽能電池背板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電領(lǐng)域，尤其涉及一種太陽能背板。
【背景技術(shù)】
[0002]人類對能源的需求持續(xù)不斷的增長，目前以煤和石油等傳統(tǒng)能源為主的情形將無法得以持久，使用可再生能源是解決人類能源挑戰(zhàn)的唯一途徑。太陽能光伏發(fā)電是可再生能源中最重要的一種。世界各國都在爭相發(fā)展太陽能光伏發(fā)電，并制定和實施光伏發(fā)電的線路圖。全球太陽能光伏產(chǎn)業(yè)在過去的五年，以50%以上的速度高速增長，據(jù)預(yù)測，在未來十年將以30%以上的速度持續(xù)發(fā)展。
[0003]太陽能背板廣泛應(yīng)用于太陽能電池(光伏)組件，位于太陽能電池板的背面，對電池片起保護和支撐作用，需具備可靠的絕緣性、阻水性和耐老化性。氟塑料薄膜耐長期戶外老化性能優(yōu)異，被大量用來制備太陽能電池背板。背板主要包括耐候?qū)?、結(jié)構(gòu)增強層和反射層三層結(jié)構(gòu)，而目前通常用到的背板結(jié)構(gòu)有TPT結(jié)構(gòu)和TPE結(jié)構(gòu)，其中T指杜邦公司的Tedlar薄膜，成分為聚氟乙烯(PVF)，P指聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，E指乙烯-醋酸乙烯樹脂(EVA)薄膜，因此，TPT結(jié)構(gòu)指PVF薄膜/PET薄膜/PVF薄膜結(jié)構(gòu)，而TPE結(jié)構(gòu)指PVF薄膜/PET薄膜/EVA薄膜結(jié)構(gòu)，三層薄膜間用膠黏劑粘接。TPT結(jié)構(gòu)的背板其典型生產(chǎn)商為歐洲的Isovolta公司。TPE結(jié)構(gòu)的背板為美國的Madico公司的專利產(chǎn)品(見專利申請W02004/091901A2)。目前，還有一些公司用聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜替代PVF薄膜，提供KPK結(jié)構(gòu)和KPE結(jié)構(gòu)，其中K指PVDF薄膜。另外還有一些美國和日本公司嘗試采用ECTFE (乙烯三氟氯乙烯共聚物)、ETFE(乙烯四氟乙烯共聚物)替代PVF薄膜或PVDF薄膜作為背板耐候?qū)硬牧稀?M公司則使用THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯)薄膜做太陽能電池背板的耐候?qū)?見專利申請US2006/0280922A1)，其結(jié)構(gòu)為THV/PET/EVA。
[0004]雖然傳統(tǒng)的背板中使用氟塑料薄膜，其耐長期戶外老化性能優(yōu)異，但是，氟塑料薄膜本身的成本高昂，會限制其更大規(guī)模的應(yīng)用。另外，傳統(tǒng)背板的結(jié)構(gòu)增強層使用的PET薄膜塑料，其耐濕熱水解性能差，在長期濕熱環(huán)境使用中會脆化開裂，導(dǎo)致太陽能電池性能的劣化或失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種層間聯(lián)接牢固、耐濕熱老化性能優(yōu)良且成本低廉的太陽能電池背板，對太陽能行業(yè)有非常重要的意義。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:耐濕熱太陽能電池背板，包括依次復(fù)合的耐候?qū)印⑦B接層、結(jié)構(gòu)增強層和反射層，其特征在于:所述耐候?qū)訛镻ET膜，或由無機材料和熱穩(wěn)定劑改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯制成；所述結(jié)構(gòu)增強層由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金為聚丙烯與工程塑料的合金，或者為改性聚丙烯與工程塑料的合金。
[0007]優(yōu)選的，所述耐候?qū)佑蔁o機材料和熱穩(wěn)定劑改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯制成，，所述無機材料選自結(jié)構(gòu)式為AxBy的無機物中的一種或幾種，其中A是硅(Si)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鑰(Mo)或鋇(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(S04)，x和y分別為1、2或3。
[0008]進一步優(yōu)選的，所述無機材料包括二氧化硅和二氧化鈦，或者包括二氧化硅、二氧化鈦、三氧化二招和硫化鑰，或者包括二氧化娃、硫化鋅和二氧化鈦，或者包括二氧化鈦、硫化鋅和硫酸鋇。
[0009]優(yōu)選的，所述結(jié)構(gòu)增強層的熔點大于145°C。
[0010]優(yōu)選的，所述改性聚丙烯由所述聚丙烯和熱穩(wěn)定劑共混改性而成，或者由所述聚丙烯、接枝聚丙烯和熱穩(wěn)定劑共混改性而成，或者由所述聚丙烯、熱穩(wěn)定劑和無機填料共混改性而成。
[0011]進一步優(yōu)選的，所述聚丙烯選自均聚聚丙烯(均聚PP)、共聚聚丙烯和嵌段共聚聚丙烯中的一種或幾種。
[0012]進一步優(yōu)選的，所述改性聚丙烯由所述聚丙烯、熱穩(wěn)定劑和無機填料共混改性而成。無機填料選自碳酸鈣、二氧化鈦、硫酸鋇、云母、滑石、高嶺土、玻璃微珠和玻璃纖維中的一種。
[0013]優(yōu)選的，所述工程塑料為聚酰胺或聚苯醚。
[0014]優(yōu)選的，所述連接層由馬來酸酐接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸共聚物、或乙烯丙烯酸酯馬來酸酐三元共聚物制成。
[0015]進一步優(yōu)選的，所述連接層為乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)，乙烯/丙烯酸丁酯/馬來酸酐共聚物，或馬來酸酐接枝聚丙烯。
[0016]優(yōu)選的，所述耐候?qū)?、結(jié)構(gòu)增強層和反射層的厚度比例為20-100:40-400:20-150。
[0017]優(yōu)選的，所述耐候?qū)?、結(jié)構(gòu)增強層和反射層的厚度比例為30-60:150-300:20-150。
[0018]優(yōu)選的，所述耐候?qū)印⒔Y(jié)構(gòu)增強層和反射層的厚度比例為25-50:150-300:20-80。
[0019]優(yōu)選的，所述反射層是聚乙烯合金層。
[0020]進一步優(yōu)選的，所述反射層是由聚乙烯、含乙烯鏈段(-CH2-CH2-)的共聚物、抗紫外線穩(wěn)定劑和無機白色顏料共混改性而成。
[0021]進一步優(yōu)選的，所述反射層是由低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯和醋酸的共聚物(EVA)、抗紫外線穩(wěn)定劑和二氧化鈦(TiO2)共混改性而成。
[0022]進一步優(yōu)選的，所述反射層是由低密度聚乙烯(LLDPE)、三元乙丙橡膠(EPDM)、抗紫外線穩(wěn)定劑和二氧化鈦(TiO2)共混改性而成。
[0023]優(yōu)選的，所述結(jié)構(gòu)增強層和反射層之間也設(shè)有所述連接層，即太陽能電池背板由依次復(fù)合的耐候?qū)印⑦B接層、結(jié)構(gòu)增強層、連接層和反射層組成。
[0024]本發(fā)明還提供以下兩種制造上述太陽能背板的方法。
[0025]方法一，包括如下步驟:
(1)耐候?qū)拥牟牧稀⑦B接層的材料、結(jié)構(gòu)增強層的材料和反射層的材料分別經(jīng)擠出機造粒，得到耐候?qū)铀芰狭Ｗ?、連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子備用；
(2)將步驟(I)準備的耐候?qū)铀芰狭Ｗ?、連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子通過擠出機熔融共擠。
[0026]方法二，包括如下步驟: (1)連接層的材料、結(jié)構(gòu)增強層的材料和反射層的材料分別經(jīng)擠出機造粒，得到連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子備用；
(2)將步驟(I)準備的連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子通過擠出機熔融共擠，并涂覆在耐候?qū)由稀?br> [0027]本發(fā)明解決了【背景技術(shù)】中存在的缺陷，具有如下有益效果:
1.本發(fā)明的太陽能電池背板，以耐候PET膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氟膜材料作為耐候?qū)?，不僅能保證耐候性能，而且成本大大降低。同時以聚丙烯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PET材料作為結(jié)構(gòu)增強層，避免了傳統(tǒng)PET結(jié)構(gòu)增強層耐濕熱水解性能差，在長期濕熱環(huán)境使用中會脆化開裂的問題，從而能配合PET耐候?qū)舆M一步提高背板的耐濕熱老化性能。
[0028]2.耐候?qū)?、結(jié)構(gòu)增強層和反射層的厚度比例控制在20-100:40_400:20-150，尤其是30-60:150-300:20-150，或25-50:150-300:20_80，層間連接更加牢固，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，同時可獲得最佳的耐濕熱老化性能。
[0029]3.本發(fā)明背板可以采用多層熔融共擠的方式制備，從而免去傳統(tǒng)膠黏劑，提高生產(chǎn)率，并且有利于環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0031]圖1是本發(fā)明實施例1、3-4的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中:2、耐候?qū)樱?、第一連接層，6、結(jié)構(gòu)增強層，8、第二連接層，12、反射層，14、耐候?qū)樱?6、第一連接層，18、結(jié)構(gòu)增強層,22、反射層。
【具體實施方式】
[0032]現(xiàn)在結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明，這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0033]實施例1、3-4
如圖1所示，耐濕熱太陽能電池背板，由依次復(fù)合的耐候?qū)?、第一連接層4、結(jié)構(gòu)增強層6、第二連接層8和反射層12組成。
[0034]耐候?qū)?為PET膜，或由無機材料和熱穩(wěn)定劑改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成。當耐候?qū)?由無機材料和熱穩(wěn)定劑改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯制成時,無機材料選自結(jié)構(gòu)式為AxBy的無機物中的一種或幾種，其中A是硅(Si)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鑰(Mo)或鋇(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(S04)，x和y分別為1、2或3。顯然，其中Ax、By正負電荷匹配。
[0035]第一連接層4為乙烯/甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMA)，或乙烯/丙烯酸丁酯/馬來酸酐共聚物。
[0036]結(jié)構(gòu)增強層6的熔點大于145°C，由改性聚丙烯或合金制成。合金為改性聚丙烯與工程塑料的合金。其中，改性聚丙烯由均聚聚丙烯(均聚PP)和熱穩(wěn)定劑共混改性而成，或者由均聚聚丙烯、接枝聚丙烯和熱穩(wěn)定劑共混改性而成。工程塑料為聚酰胺。
[0037]第二連接層8的材料與第一連接層4相同。[0038]反射層12是聚乙烯合金層。由聚乙烯、含乙烯鏈段(-CH2-CH2-)的共聚物、抗紫外線穩(wěn)定劑和無機白色顏料共混改性而成。更具體的，反射層12是由低密度聚乙烯(LLDPE)、乙烯和醋酸的共聚物(EVA)、抗紫外線穩(wěn)定劑和二氧化鈦(TiO2)共混改性而成。
[0039]背板的耐候?qū)?、結(jié)構(gòu)增強層6、和反射層12的厚度分別為25-100um、150-250um、50-80um。第一連接層4和第二連接層8的厚度分別在20_30um。
[0040]實施例2
如圖2所示，耐濕熱太陽能電池背板，與實施例1、3-4的區(qū)別在于:
由依次復(fù)合的耐候?qū)?4、第一連接層16、結(jié)構(gòu)增強層18和反射層22組成。
[0041]耐候?qū)?4為PET膜。
[0042]第一連接層16為乙烯/丙烯酸丁酯/馬來酸酐共聚物。
[0043]結(jié)構(gòu)增強層18由改性聚丙烯制成。改性聚丙烯由均聚聚丙烯(均聚PP)和熱穩(wěn)定劑共混改性而成。
[0044]反射層22由低密度聚乙烯(LLDPE)、三元乙丙橡膠(EPDM)、抗紫外線穩(wěn)定劑和二氧化鈦(TiO2)共混改性而成。
[0045]背板的耐候?qū)?4、第一連接層16、結(jié)構(gòu)增強層18、和反射層22的厚度分別為50um、10um 、300um、20um。
[0046]實施例1-4太陽能背板的具體參數(shù)見表I。
[0047]下面以實施例1-2太陽能背板的制造方法來說明本發(fā)明的第一種制造方法，該方法包括如下步驟:
(I)第一、第二連接層的材料、結(jié)構(gòu)增強層的材料和反射層的材料分別經(jīng)擠出機造粒，得到第一、第二連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子備用。采用本行業(yè)通用方法按耐候?qū)优浞街苽渥鳛槟秃驅(qū)拥腜ET膜備用。
[0048]第一、第二連接層的材料、結(jié)構(gòu)增強層的材料和反射層的材料分別是按照對應(yīng)層的配方采用本行業(yè)通用之方法準備或外購。
[0049](2)將步驟(I)準備的第一、第二連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子通過擠出機熔融共擠，并涂覆在步驟(I)準備的PET膜上。熔融擠出溫度在180°C-310°C，優(yōu)選 260°C - 280°C。
[0050]實施例2的背板中沒有第二連接層，采用上述方法相應(yīng)不添加第二連接層塑料粒子即可。
[0051]下面以實施例3-4太陽能背板的制造方法來說明本發(fā)明的第二種制造方法，該方法包括如下步驟:
(I)耐候?qū)拥牟牧稀⒌谝?、第二連接層的材料、結(jié)構(gòu)增強層的材料和反射層的材料分別經(jīng)擠出機造粒，得到耐候?qū)铀芰狭Ｗ?、第一、第二連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子備用。
[0052]耐候?qū)拥牟牧?、第一、第二連接層的材料、結(jié)構(gòu)增強層的材料和反射層的材料分別是按照對應(yīng)層的配方采用本行業(yè)通用之方法準備或外購。
[0053](2)將步驟(I)準備的耐候?qū)铀芰狭Ｗ印⒌谝?、第二連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子通過擠出機熔融共擠成膜。熔融擠出溫度在180°C - 310°C，優(yōu)選220 °C - 270 °C。[0054]為證明本發(fā)明太陽能背板的耐候性能和強度，對其進行下述的測定實驗。并且選取對比例1-2兩種背板作為對比。其中，對比例1:FPE背板采用傳統(tǒng)PVDF膜、雙向拉伸PET膜和EVA膜依次涂覆聚氨酯膠黏劑復(fù)合，高溫去除溶劑固化的方式制得。對比例2采用PET膜、雙向拉伸PET膜和EVA膜依次涂覆聚氨酯膠黏劑復(fù)合，高溫去除溶劑固化的方法制得。測定實驗包括:1.耐候?qū)雍徒Y(jié)構(gòu)增強層間的剝離強度測試(180度，0.2m/min的剝離速度)，采用ASTM D1876標準方法；2.QUV紫外加速老化測試(UVA+UVB, 30kWh/m2)，采用IEC61215標準方法，測定外觀及黃變；3.HAST高壓加速老化試驗機96小時老化(121°C，100%濕度)后的外觀，采用ASTM D1868標準方法；4.Damp-Heat3000小時老化(85°C，85%濕度)后的組件功率衰減，采用的IEC61215標準方法。
[0055]對比例1-2和實施例1-4的測定結(jié)果記錄在表2中。
[0056]表1
【權(quán)利要求】
1.耐濕熱太陽能電池背板，包括依次復(fù)合的耐候?qū)印⑦B接層、結(jié)構(gòu)增強層和反射層，其特征在于:所述耐候?qū)訛镻ET膜，或由無機材料和熱穩(wěn)定劑改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯制成；所述結(jié)構(gòu)增強層由聚丙烯、改性聚丙烯、或者合金制成，所述合金為聚丙烯與工程塑料的合金，或者為改性聚丙烯與工程塑料的合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐濕熱太陽能電池背板，其特征在于:所述耐候?qū)佑蔁o機材料和熱穩(wěn)定劑改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯制成，所述無機材料選自結(jié)構(gòu)式為AxBy的無機物中的一種或幾種，其中A是硅(Si)、鎂(Mg)、鈦(Ti)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鑰(Mo)或鋇(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(S04)，X和y分別為1、2或3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐濕熱太陽能電池背板，其特征在于:所述耐候?qū)?、結(jié)構(gòu)增強層和反射層的厚度比例為20-100:40-400:20-150。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐濕熱太陽能電池背板，其特征在于:所述耐候?qū)?、結(jié)構(gòu)增強層和反射層的厚度比例為30-60:150-300:20-150。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耐濕熱太陽能電池背板，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)增強層和反射層之間也設(shè)有所述連接層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的耐濕熱太陽能電池背板，其特征在于:所述連接層由馬來酸酐接枝聚乙烯、乙烯丙烯酸共聚物、或乙烯丙烯酸酯馬來酸酐三元共聚物制成。
7.制造如權(quán)利要求1-6任一項所述的耐濕熱太陽能電池背板的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)耐候?qū)拥牟牧?、連接層的材料、結(jié)構(gòu)增強層的材料和反射層的材料分別經(jīng)擠出機造粒，得到耐候?qū)铀芰狭Ｗ印⑦B接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子備用； (2)將步驟(I)準備的耐候?qū)铀芰狭Ｗ?、連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子通過擠出機熔融共擠。
8.制造如權(quán)利要求1-6任一項所述的耐濕熱太陽能電池背板的方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)連接層的材料、結(jié)構(gòu)增強層的材料和反射層的材料分別經(jīng)擠出機造粒，得到連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子備用； (2)將步驟(I)準備的連接層塑料粒子、結(jié)構(gòu)增強層塑料粒子和反射層塑料粒子通過擠出機熔融共擠，并涂覆在耐候?qū)由稀?br> 【文檔編號】H01L31/049GK103715288SQ201410007110
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】趙若飛, 蔡書義, 黃偉 申請人:蘇州尚善新材料科技有限公司