CN101582458A - 新型太阳能电池背板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型太阳能电池背板，包括依次粘接的耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和粘接反射层，耐候层是无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层，粘接反射层是白色聚乙烯层，较佳地，聚偏氟乙烯合金层是聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层，厚度4～40μm，白色聚乙烯层是聚乙烯中混有无机白色颜料、抗紫外线稳定剂和抗热氧老化稳定剂的塑料合金层，厚度是10～300μm，结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层，第一粘接层和所述第二粘接层可以是聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种，厚度均为1μm～30μm。本发明结构新颖，材料易得，成本大大降低，且性能优良，符合对背板的要求，对太阳能行业有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及太阳能电池背板技术领域，具体是指一种新型太阳能电池背板。
背景技术
由于太阳能电池的大量使用，各个国家、公司对太阳能电池的背板提出了许多的结构并相应的申请了许多的专利。目前比较常用的结构为TPT结构，其中T指杜邦公司的Tedlar薄膜，成分为聚氟乙烯(PVF)，P指聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜，因此TPT指PVF/PET/PVF结构，三层薄膜间用合适的粘接剂粘接。TPT结构的背板的典型生产商为欧洲的Isovolta公司。PVF薄膜的主要作用是耐候，全世界只有美国杜邦公司生产，价格高，供应垄断。为节省成本，朝向太阳能电池片的PVF层可以由耐候性差一些的塑料薄膜替代。因此原因，美国的Madico公司发明了TPE结构的背板(见专利申请WO2004/091901A2)。其中E指乙烯-醋酸乙烯树脂，简称EVA。TPE背板的结构是PVF/PET/EVA。3M公司生产的背板也是类似的结构，使用THV(四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯)薄膜为耐候层，结构为THV/PET/EVA，也申请了专利(见专利申请US2006/0280922A1)。3M的专利试图覆盖除PVF以外所有的氟塑料和所有的聚烯烃。聚烯烃的定义覆盖了所有碳-碳结构的塑料，品种非常多，各个塑料性能相差很大。氟塑料表面能低，除PVF和THV是相对而言最容易粘接的种类外，其它的氟塑料非常难以粘接。所以仅按其申请专利的表述无法实现除THV/PET/EVA以外的结构。另外一些美国公司正尝试采用ECTFE(乙烯三氟氯乙烯共聚物)、ETFE(乙烯四氟乙烯共聚物)作为背板材料，但还没有商品化的产品。
氟塑料中的PVDF学名为聚偏氟乙烯，分子结构为-(CF2-CH2)n-(CH2-CF2)n-。其供应商多，比如日本的大金、旭硝子、法国阿克玛、意大利苏威、中国的三爱富、东岳化工、巨化等公司。PVDF可以使用热塑性塑料的加工工艺生产成薄膜，比如流延或吹膜，也可以制成涂料，涂布成膜。PVDF薄膜有高的自清洁能力，有非常好的水、氧阻隔性。以PVDF的性能，其应非常适合做太阳能电池背板的耐候保护层。但PVDF表面能低，无法直接使用。
聚乙烯(PE)为乙烯的聚合物，分子结构为-(CH2-CH2)n-。太阳能电池组件中常用的胶膜EVA分子结构中含有大量的乙烯链段，其和PE的相容性非常好。两者在熔融状态下可以完全粘合在一起。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种新型太阳能电池背板，该新型太阳能电池背板采用无机材料改性的聚偏氟乙烯(PVDF)合金薄膜为耐候层。此塑料合金通过挤出流延或吹膜得到PVDF合金薄膜。其在电晕、等离子或火焰处理后，表现出高的表面能，用粘接剂与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜粘接良好。有无机材料的PVDF合金薄膜与PET薄膜的粘接强度明显高于不含无机材料的PVDF薄膜与PET薄膜的粘接强度。同时以白色聚乙烯(PE)薄膜为粘接反射层，结构新颖，材料易得，成本大大降低，且性能优良，符合对背板的要求，对太阳能行业有非常重要的意义。
为了实现上述目的，本发明的新型太阳能电池背板，包括耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和粘接反射层，所述耐候层通过所述第一粘接层粘接所述结构增强层，所述结构增强层通过所述第二粘接层粘接所述粘接反射层，其特点是，所述耐候层是无机材料改性的聚偏氟乙烯(PVDF)合金层，所述粘接反射层是白色聚乙烯(PE)层。
较佳地，所述聚偏氟乙烯合金层是聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层。
更佳地，所述无机材料选自结构式为AxBy的无机物中的一种或几种，其中A是(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)、铝(Al)、钼(Mo)或钡(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(SO4)，x和y分别选自1、2或3。显然，其中Ax、By正负电荷匹配。
更进一步地，所述无机物包括二氧化硅、二氧化钛和硫化钼，或者包括硫化锌、硫酸钡和二氧化钛，或者包括二氧化硅、三氧化二铝、硫化钼和二氧化钛。
更佳地，所述无机材料为所述聚偏氟乙烯合金层总重量的10％～40％。
较佳地，所述聚偏氟乙烯合金层的厚度为4～40μm。
上述的PVDF合金的制作方法是将无机材料和纯的PVDF塑料粒子混合后，通过双螺杆挤出机或带混料段的单螺杆挤出机挤出造粒。通过造粒，使无机材料和PVDF充分混合而形成塑料合金。再通过流延机或吹膜机，将PVDF合金制成合适厚度的薄膜。也可以先将部分PVDF和无机材料先挤出造粒，然后再将所得到的粒子和剩余的PVDF均匀混合后再制成薄膜。如果流延机或吹膜机可以将无机材料分散均匀，也可以直接制膜。表面可进行的表面处理可以是电晕、等离子处理或火焰处理。
所述白色PE层朝向太阳能电池片，其作用为粘接EVA胶膜并反射阳光返回太阳能电池组件中。较佳地，所述白色聚乙烯层是聚乙烯中混有无机白色颜料、抗紫外线稳定剂和抗热氧老化稳定剂的塑料合金层。其中抗紫外线稳定剂和抗热氧老化稳定剂为少量。
更佳地，所述无机白色颜料是钛白粉(TiO2)或硫酸钡(BaSO4)。更进一步地，无机白色颜料是钛白粉。
更佳地，所述无机白色颜料占所述白色聚乙烯层总重量的3％～10％。无机白色颜料添加的量太少影响白色的反光率，太多了影响薄膜的物理性能。
较佳地，所述白色聚乙烯层的厚度是10～300μm。
较佳地，所述结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层。
更佳地，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层是双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)层。
更佳地，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度是40～400μm。
较佳地，所述第一粘接层和所述第二粘接层为聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种。更佳地，为双组分的聚氨酯胶。
较佳地，所述第一粘接层和所述第二粘接层的厚度均为1μm～30μm。更佳地，厚度为5μm～25μm。
本发明的有益效果在于：
1、本发明采用无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层作为耐候层，白色聚乙烯层作为粘接反射层，结构新颖，材料易得，成本低；
2、本发明的无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层的耐候性好，且由于无机材料的加入，聚偏氟乙烯合金薄膜在表面处理后，表面能明显提高，使其和PET层的粘接强度明显提高；
3、本发明的白色PE层的作用是粘接太阳能电池组件中的胶膜，并反射阳光回到组件中，是粘接反射层，其与太阳能电池组件中常用的胶膜EVA的相容性非常好。
附图说明
图1是本发明的一具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参见图1所示，本发明的新型太阳能电池背板，包括耐候层1、第一粘接层2、结构增强层3、第二粘接层4和粘接反射层5，所述耐候层1通过所述第一粘接层2粘接所述结构增强层3，所述结构增强层3通过所述第二粘接层4粘接所述粘接反射层5，所述耐候层1是无机材料改性的聚偏氟乙烯(PVDF)合金层，所述粘接反射层5是白色聚乙烯(PE)层。
较佳地，所述聚偏氟乙烯合金层是聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层。
更佳地，所述无机材料选自结构式为AxBy的无机物中的一种或几种，其中A是(Si)、镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)、铝(Al)、钼(Mo)或钡(Ba)，B是氧(O)、硫(S)或硫酸根(SO4)，x和y分别选自1、2或3。显然，其中Ax、By正负电荷匹配。
更佳地，所述无机材料为所述聚偏氟乙烯合金层总重量的10％～40％。
在本发明的具体实施例中，无机材料含量为20％，成分是二氧化硅(SiO2)10％、钛白粉(TiO2)8％、硫化钼(MoS2)2％。该合金在未表面电晕处理前，表面能达到35达因，两次电晕处理后表面能达到45达因。而纯PVDF未处理前，表面能只有27达因，电晕处理后不超过38达因。该PVDF合金层与PET的实测粘接强度为13牛顿/15毫米。
较佳地，所述聚偏氟乙烯合金层的厚度为4～40μm。在本发明的具体实施例中，所述聚偏氟乙烯合金层的厚度为20μm。
上述的PVDF合金的制作方法是将无机材料和纯的PVDF塑料粒子混合后，通过双螺杆挤出机或带混料段的单螺杆挤出机挤出造粒。通过造粒，使无机材料和PVDF充分混合而形成塑料合金。再通过流延机或吹膜机，将PVDF合金制成合适厚度的薄膜。也可以先将部分PVDF和无机材料先挤出造粒，然后再将所得到的粒子和剩余的PVDF均匀混合后再制成薄膜。如果流延机或吹膜机可以将无机材料分散均匀，也可以直接制膜。表面可进行的表面处理可以是电晕、等离子处理或火焰处理。
所述白色PE层朝向太阳能电池片，其作用为粘接EVA胶膜并反射阳光返回太阳能电池组件中。较佳地，所述白色聚乙烯层是聚乙烯中混有无机白色颜料、抗紫外线稳定剂和抗热氧老化稳定剂的塑料合金层。其中抗紫外线稳定剂和抗热氧老化稳定剂为少量。
更佳地，所述无机白色颜料是钛白粉(TiO2)或硫酸钡(BaSO4)。
更佳地，所述无机白色颜料占所述白色聚乙烯层总重量的3％～10％。无机白色颜料添加的量太少影响白色的反光率，太多了影响薄膜的物理性能。
较佳地，所述白色聚乙烯层的厚度是10～300μm。
在本发明的具体实施例中，所述白色聚乙烯层的主要成分为低密度聚乙烯，无机颜料为钛白粉，含量为6％，另含少量抗氧剂，该层厚度为50μm，该层与太阳能电池组件中常用的EVA胶膜的粘接强度为82N/15毫米，阳光反射率大于85％。
较佳地，所述结构增强层3是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层。
更佳地，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度是40～400μm。
在本发明的具体实施例中，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层是双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BOPET)层，厚度为250μm。
较佳地，所述第一粘接层2和所述第二粘接层4为聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种。
较佳地，所述第一粘接层2和所述第二粘接层4的厚度均为1μm～30μm。更佳地，厚度为5μm～25μm。
在本发明的具体实施例中，所述第一粘接层2和所述第二粘接层4为聚氨酯粘接层，厚度为10μm。
在本发明的另一具体实施例中，耐候层为无机材料改性的PVDF合金层，其中无机材料含量为40％，其中硫化锌(ZnS)30％、硫酸钡(BaSO4)10％、另含少量二氧化钛(TiO2)。两次电晕后表面能达到40达因。PVDF合金膜为40μm，实测与PET的粘接强度为9牛顿/15毫米。粘接反射层白色PE合金薄膜含钛白粉(TiO2)10％，厚度300μm。该层与太阳能电池组件中常用的EVA胶膜的粘接强度实测72牛顿/15毫米，阳光反射率大于80％。结构增强层为双向拉伸PET薄膜，厚度40μm。两层粘接层为双组份聚氨酯胶，厚度分别为1μm。
在本发明的第三个具体实施例中，耐候层为无机材料改性的PVDF合金层，其中无机材料含量为10％，其中二氧化硅(SiO2)2％、三氧化二铝(Al2O3)2％、硫化钼(MoS2)3％、二氧化钛(TiO2)3％。两次电晕后表面能达到42达因。PVDF合金膜厚度为4μm，实测与PET粘接强度为10牛顿/15毫米。粘接反射层白色PE合金薄膜含钛白粉(TiO2)3％以及少量抗紫外老化稳定剂和抗热氧老化稳定剂，厚度为10μm。该层与太阳能电池组件中常用的EVA胶膜的粘接强度实测为60牛顿/15毫米，阳光反射率大于70％。结构增强层为PET薄膜，厚度为400μm。两层粘接层为环氧树脂胶，厚度分别为30μm。
本发明兼顾了原料的容易得到性、易生产性和水、氧阻隔性和成本等综合因素，使用了较为容易得到和生产的PVDF合金为太阳能电池背板的对外的一层氟材料耐候层1，其成分为由PVDF和合适的无机材料的共混塑料合金，此塑料合金通过挤出流延或吹膜得到PVDF合金薄膜，其在电晕、等离子或火焰处理后，表现出高的表面能，用第一粘接剂2与聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜粘接良好，有无机材料的PVDF合金薄膜与PET薄膜的粘接强度明显高于不含无机材料的PVDF薄膜与PET薄膜的粘接强度；还使用聚乙烯层为太阳能电池背板中对内的粘接反射层5，替代常用的PVF/PET/PVF结构中两层PVF中朝向太阳能电池片的PVF层或PVF/PET/EVA结构中的EVA层，既达到太阳能电池背板需要的性能，也降低了成本，解决了在国内生产背板需要完全使用进口氟材料薄膜的局面，对太阳能行业有非常重要的意义。
综上，本发明的新型太阳能电池背板采用无机材料改性的聚偏氟乙烯(PVDF)合金薄膜为耐候层1，同时以白色聚乙烯(PE)薄膜为粘接反射层5，结构新颖，材料易得，成本大大降低，且性能优良，符合对背板的要求，对太阳能行业有非常重要的意义。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (15)
1.一种新型太阳能电池背板，包括依次粘接的耐候层、第一粘接层、结构增强层、第二粘接层和粘接反射层，其特征在于，所述耐候层是无机材料改性的聚偏氟乙烯合金层，所述粘接反射层是白色聚乙烯层。
2.根据权利要求1所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述聚偏氟乙烯合金层是聚偏氟乙烯与无机材料的共混塑料合金层。
3.根据权利要求2所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述无机材料选自结构式为AxBy的无机物中的一种或几种，其中A是硅、镁、钛、锌、铝、钼或钡，B是氧、硫或硫酸根，x和y分别选自1、2或3。
4.根据权利要求3所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述无机物包括二氧化硅、二氧化钛和硫化钼，或者包括硫化锌、硫酸钡和二氧化钛，或者包括二氧化硅、三氧化二铝、硫化钼和二氧化钛。
5.根据权利要求2所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述无机材料为所述聚偏氟乙烯合金层总重量的10％～40％。
6.根据权利要求1所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述聚偏氟乙烯合金层的厚度为4～40μm。
7.根据权利要求1所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述白色聚乙烯层是聚乙烯中混有无机白色颜料、抗紫外线稳定剂和抗热氧老化稳定剂的塑料合金层。
8.根据权利要求7所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述无机白色颜料是钛白粉或硫酸钡。
9.根据权利要求7所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述无机白色颜料占所述白色聚乙烯层总重量的3％～10％。
10.根据权利要求1所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述白色聚乙烯层的厚度是10～300μm。
11.根据权利要求1所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述结构增强层是聚对苯二甲酸乙二醇酯层。
12.根据权利要求11所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层是双向拉伸的聚对苯二甲酸乙二醇酯层。
13.根据权利要求11所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述聚对苯二甲酸乙二醇酯层的厚度是40～400μm。
14.根据权利要求1所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述第一粘接层和所述第二粘接层为聚氨酯胶层、丙烯酸酯胶层或环氧胶层中的一种。
15.根据权利要求1所述的新型太阳能电池背板，其特征在于，所述第一粘接层和所述第二粘接层的厚度均为1μm～30μm。
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