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CN113299781B - 一种太阳能电池背板用多层功能膜、太阳能电池背板及太阳能电池组件 - Google Patents

一种太阳能电池背板用多层功能膜、太阳能电池背板及太阳能电池组件 Download PDF

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CN113299781B CN202110563192.7A CN202110563192A CN113299781B CN 113299781 B CN113299781 B CN 113299781B CN 202110563192 A CN202110563192 A CN 202110563192A CN 113299781 B CN113299781 B CN 113299781B
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Abstract

本发明提供了一种太阳能电池背板用多层功能膜，包含至少1层黑色氟膜，和至少1层高反膜，并且一个表层为黑色氟膜，另一个表层为高反膜，所述黑色氟膜为包含黑色颜料以及氟树脂组分的聚合物膜或聚合物涂层，高反膜为包含高反颜料无机颗粒的聚合物膜或聚合物涂层，所述高反颜料无机颗粒平均粒径D50范围为1‑200μm，其中，高反颜料无机颗粒粒径分布满足如下关系式：0.01≤(D90‑D10)/D50≤2，该多层功能膜具有高反光率，使太阳能电池组件具有更高的输出功率，同时在耐热性能、以及耐老化性能等方面也具有优异的可靠性。

Description

一种太阳能电池背板用多层功能膜、太阳能电池背板及太阳 能电池组件
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池背板用多层功能膜、太阳能电池背板及太阳能电池组件。
背景技术
太阳能是丰富、环保的可再生资源而具有独特的优势，随着太阳能发电技术的发展，其应用范围越来越广泛，太阳能电池组件作为太阳能发电系统中的核心部件，通常是一个叠层结构，主要由依次设置的前封装钢化玻璃、前层封装胶膜、电池片、后层封装胶膜和光伏背板所构成。
背板作为太阳能电池的封装结构，对于延长太阳能电池组件的使用寿命起到重要的作用，为了增加背板可靠性，现有背板多采用在PET基底上通过胶膜层贴合氟膜或者涂布氟膜来提高背板的耐候性，常见的含氟背板有TPT、TPC、TPE、KPK、KPC、CPC等结构。
随着产业发展，人们对太阳能电池和组件的效率及外观要求越来越高，电池组件已经不再局限于白色一种，在传统白色背板的基础上，通过在基体树脂中加入颜料的形式，已衍生出一系列太阳能电池背板，如黑色、彩色背板等，其中黑色光伏背板因耐脏污、美观等优势而深得客户喜爱。但是，现有黑色背板主要使用碳黑为黑色颜料，一是光反射率低，光的利用率低，限制了太阳能电池组件的输出功率；二是由于氟膜具有疏水疏油的特性，高反填料和无机黑颜料在氟膜中得不到很好的分散，容易团聚形成较大的二次粒子聚集体，一方面导致反射层表面出现较大的凸起影响反射效率，另一方面由于其不均匀的分散，也会影响其反射效率，同时对于黑色空气面还会带来外观上的缺陷；三是黑色颜料中的碳黑、铁黑等无机黑颜料属于红外高吸收颜料，易吸收太阳光近红外区及红外区的光，从而导致太阳能电池背板及电池片的温度上升，特别是对于太阳能电池元件为晶体硅类的情况，晶体硅太阳能电池对温度极为敏感，随着温度的升高转换效率会急剧下降，进而导致太阳能电池组件输出功率下降。
发明内容
基于现有黑色太阳能电池背板反光率低影响电池发电效率的技术问题，本发明的目标在于提供一种具有黑色外观面的太阳能电池背板用多层功能膜，一方面可以进一步提升太阳光的利用率，使太阳能电池组件具有更高的输出功率，另一方面在耐候、耐热以及耐老化性能等方面也具有优异的可靠性。
本发明的另一目的还在于提供一种使用上述多层功能膜的太阳能电池背板及太阳能电池组件。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种太阳能电池背板用多层功能膜，包含至少1层黑色氟膜，和至少1层高反膜，并且一个表层为黑色氟膜，另一个表层为高反膜，所述黑色氟膜为包含黑色颜料以及氟树脂组分的聚合物膜或聚合物涂层，高反膜为包含高反颜料无机颗粒的聚合物膜或聚合物涂层，所述高反颜料无机颗粒平均粒径D50范围为1-200μm，优选为1-50μm，进一步优选为2-10μm；
其中，高反颜料无机颗粒粒径分布满足如下关系式：
0.01≤(D90-D10)/D50≤2。
所述高反颜料无机颗粒为对于380nm至2000nm波长的光具有10％或更高的反射率的近球形无机颗粒，优选地，高反颜料无机颗粒选自二氧化钛、硫酸钡、钛酸钡、钛酸锶、钛酸钙、碳酸钙、钛酸铅、氧化锌、硫化锌、氧化镁、银粉、铝粉、氧化铝中的一种或多种。
高反颜料无机颗粒在高反膜中含量为5-25个/mm2/μm，分散度不低于50％。分散度使用光学显微镜以×40的放大率测量参考面积(1mm2)中无机颗粒的数量，将未团聚的球状无机颗粒数量B1与无机颗粒总数量B2的比值作为分散度。
所述高反膜可以为包含氟树脂的聚合物膜或聚合物涂层，也可以为不包含氟树脂的聚合物膜或聚合物涂层。
所述高反膜还包含红外反射助剂，所述红外反射助剂选自氧化铟、氧化锡、氧化硅、银粉、铝粉、氧化钇、氧化钙、氧化铟锡、氧化砷中的一种或多种，基于高反膜总重量，红外反射助剂的含量为0-5wt％。红外反射助剂的加入，补偿了对红外的反射效果，进一步提高反射效率。
在其中一个实施方案中，位于多层功能膜其中一个表层的高反膜，在表层表面的表面粗糙度(Ra)为0.1-15nm，即反射表面的表面粗糙度(Ra)为0.1-15nm。实验表明，当Ra在该范围内时，具有更佳的反射效率，从原理上推测，漫反射的光路更长，容易出现光损耗。在其中一个实施方案中，其通过镜面辊方式进行轧光处理。
在其中一个实施方案中，位于多层功能膜其中一个表层的高反膜，在表层表面形成多条平行排列的条状反射结构，该条状反射结构的截面为等腰三角形，优选地，其条状反射结构间距、等腰三角形的高和底角如CN204315600U中公开的结构，当在表层表面设置上述特定压花图案时，也可以更好提高反射层反射率。
在其中一个优选的实施方案中，所述一层黑色氟膜与一层高反膜均为单面连续，二者一体成型或连续相互贴合。
所述黑色氟膜中，黑色颜料包括无机黑颜料与有机黑颜料，无机黑颜料与有机黑颜料的质量混合比例为10:0～0:10。
所述无机黑颜料为炭黑、氧化铁黑、铜铬黑、铁铬黑、钴黑、硫化锑中的一种或多种混合，所述有机黑颜料为一种有机类黑颜料或两种以上有机类颜料混合使其为黑色，所述有机黑颜料包括偶氮颜料、酞菁颜料、缩合多环颜料。
优选地，所述黑色颜料为无机黑颜料与有机黑颜料的组合，使所得到的黑色氟膜的黑度L值为26以下，可以有效解决现有黑色背板氟膜单纯使用无机黑颜料所存在的使用量大、分散不均及表面颗粒感的问题，且通过降低无机黑颜料使用量而降低对红外光及近红外光的吸收，进而抑制背板氟膜升温。
所述黑色氟膜中也可以包含红外反射助剂，当黑色氟膜中加入红外反射助剂，有助于将背板方向的红外射线进行反射从而降低背板温度。基于黑色氟膜总重量，红外反射助剂的含量优选为0-5wt％。
在其中一个实施方案中，所述无机黑颜料平均粒径D50范围为3-100nm，进一步优选为10-40nm。
在另一个实施方案中，无机黑颜料在黑色氟膜中含量基于黑色氟膜总重量1-10wt％，分散度不低于50％。
为了呈现更好的散热效果和外观效果，位于多层功能膜其中一个表层的黑色氟膜，在表层表面的表面粗糙度(Ra)为0.1nm-5μm，优选为0.1-10nm，或1-5μm。
在其中一个实施方案中，还可以包含其他助剂，例如：基于多层功能膜总重量，高反膜和黑色氟膜中进一步包含：0.01wt％-2wt％紫外光吸收剂、0wt％-3wt％耐低温助剂、0.1wt％-5wt％分散剂、0.01wt％-2wt％抗老化剂、0.01wt％-2wt％消光剂。
从总体外观上看，单层黑色氟膜厚度为3-200μm，单层高反膜为3-500μm，黑色氟膜与高反膜的厚度比为10:1-1:10，所述多层功能膜的总厚度为6-1000μm。
所述氟树脂选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯中的一种或多种。
所述多层功能膜中，黑色氟膜和高反膜还包括非氟树脂组分，所述非氟树脂选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺类树脂、聚苯醚树脂中的一种或多种。
其中包含氟树脂的聚合物膜中，氟树脂的固含量为50wt％-90wt％，在包含氟树脂的聚合物涂层中，氟树脂的固含量为10-50wt％。
本发明还保护一种太阳能电池背板，其中包含了本发明所述的太阳能电池背板用多层功能膜，位于背板基体树脂层远离电池片一侧，其中空气面为黑色氟膜。
本发明所述的太阳能电池背板，根据太阳能电池片背面的距离由近至远，依次包含背面胶膜层、黑色网格层、白色反光涂层、基体树脂层、胶水层以及太阳能电池背板用多层功能膜。
本发明还保护一种太阳能电池组件，包含太阳能电池片以及本发明所述的太阳能电池背板用多层功能膜，或本发明所述的太阳能电池背板。
根据本发明的技术方案，具有如下有益效果：
(1)通过黑色氟膜和高反膜的设置，实现了背板空气面具有黑色的外观，同时内侧高反膜能够将透过背板基膜的太阳光重新反射回电池元件，从而提高光伏转换效率，具有更大的输出功率。
(2)通过对高反膜中高反颜料无机颗粒含量、粒径大小和分布、分散度等方面的设置，使得高反膜的反射面具有镜面表面，避免表面的颗粒状凸起，同时均匀分布有利于光路的控制，避免粒子漫反射带来的能量损耗，同时与PET基膜的粘接性更优。
(3)通过对黑色氟膜无机颜料与有机颜料的合理搭配，可以降低黑色背板空气面吸收热量所带来的组件升温；将黑色氟膜空气面设置为高比表面积的粗糙面后，其外观呈现哑光光泽度，并视觉上呈现掩盖划痕的效果。
(4)本发明的太阳能电池背板用多层功能膜制备工艺简单，通过共挤出、流延、吹膜、涂覆等方式均可实现，优选通过镜面辊流延或镜面模口共挤出的方式得到一体成型多层氟膜，氟膜中含有氟树脂成分，因此在耐热性能、以及耐老化性能等方面也具有优异的可靠性。
附图说明
图1为本发明太阳能电池背板用多层功能膜的结构示意图；
图2为本发明太阳能电池背板的结构示意图；
图3为本发明太阳能电池组件的结构示意图；
图4为本发明实施例1太阳能电池背板高反膜反射面500倍下SEM图；
图5为本发明实施例1太阳能电池背板高反膜反射面5000倍下SEM图；
图6为本发明实施例1太阳能电池背板黑色氟膜空气面500倍下SEM图；
图7为本发明实施例1太阳能电池背板黑色氟膜空气面5000倍下SEM图；
图8为本发明对比例1太阳能电池背板黑色氟膜空气面5000倍下SEM图；
图9为本发明实施例1太阳能电池背板用多层功能膜断面5000倍下SEM图；
图10为本发明实施例1太阳能电池背板用多层功能膜断面10000倍下SEM图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细地描述。显然，本实施方式中所描述的实施例仅仅只是本发明所包含内容的一个普通案例，并不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出不同于本发明权利要求项之外的其它创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
<高反膜层>
高反膜在本发明太阳能电池背板用多层功能膜中起到补偿反射作用，为了达到高反效果，在聚合物膜或涂层中加入高反颜料无机颗粒。
高反颜料无机颗粒在高反膜中含量为5-25个/mm2/μm，分散度不低于50％，即在单位μm厚度下每mm2的面积范围内，高反颜料无机颗粒的个数。分散度使用光学显微镜以×40的放大率测量参考面积(1mm2)中无机颗粒的数量，将未团聚的球状无机颗粒数量B1与无机颗粒总数量B2的比值作为分散度。当超过25个/mm2/μm时，单位体积下无机颗粒的含量过高，薄膜或涂层的流延性能和加工性能下降，并且容易出现加工过程中无机颗粒在氟树脂中的二次聚集，分散性下降，进而导致反射性能的恶化。当低于5个/mm2/μm时，无机颗粒的含量过低，达不到对于380nm至2000nm波长的光具有10％或更高的反射率的要求。
高反颜料无机颗粒，所述高反颜料无机颗粒平均粒径D50范围为1-200μm，优选为1-50μm，进一步优选为2-10μm；其中，高反颜料无机颗粒粒径分布满足如下关系式：
0.01≤(D90-D10)/D50≤2。
大量实验表明，当高反颜料无机颗粒平均粒径D50选择在所述范围内，并且保持一定的粒径分布均一性，能够更好的提高反射效率，高反颜料无机颗粒优选为规则的近球形结构。另一方面，本发明也发现当进行平均粒径D50、规则球形和粒径分布均一性选择后，有利于在一体成型或涂覆过程中减少反射面的表面晶点，提高平整度，降低反射面的粗糙度，更有利于反射效率的提高。
在其中一个实施例中，由图4和5所示，本发明所述的太阳能电池背板高反膜反射面在SEM图下表面粗糙度与表面突出的高反无机填料粒度大小有关，同时也呈现出高反颜料无机颗粒分布的均一性。
优选地，高反颜料无机颗粒选自二氧化钛、硫酸钡、钛酸钡、钛酸锶、钛酸钙、碳酸钙、钛酸铅、氧化锌、硫化锌、氧化镁、银粉、铝粉、氧化铝中的一种或多种。
所述高反膜还包含红外反射助剂，所述红外反射助剂选自氧化铟、氧化锡、氧化硅、银粉、铝粉、氧化钇、氧化钙、氧化铟锡、氧化砷中的一种或多种，基于高反膜总重量，红外反射助剂的含量为0-5wt％。
红外反射助剂的加入，有助于提升高反膜对于太阳光反射频率范围，提高反射效率。红外反射助剂在粒径大小、粒径分布和形状的选择上与高反颜料无机颗粒一致。
优选地，通过本领域常用分散剂对高反颜料无机颗粒进行分散，使其具有理想的分散度，具体可以选自：脂肪族聚氧化烯醚、十二烷基硫酸钠、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾，优选对于颜料基团具有更好亲和性的高分子量嵌段共聚物，例如DISPERBYK-163或DISPERBYK-2025市售产品。基于高反膜重量，优选为0.1wt％-5wt％。
<黑色氟膜层>
黑色氟膜在本发明的背板氟膜中起到黑色外观与周围环境一致的作用，为了达到自然美观的效果，在氟树脂聚合物膜或氟树脂涂层中加入合适的黑色颜料。
优选所述黑色颜料为无机黑颜料与有机黑颜料的组合，无机黑颜料与有机黑颜料的质量混合比例为10:0～0:10，从而使所得到的黑色氟膜的黑度L值为26以下，可以有效解决现有黑色背板氟膜单纯使用无机黑颜料所存在的使用量大、分散不均及表面颗粒感的问题，且降低无机黑颜料使用量而降低对红外光及近红外光的吸收，进而抑制背板氟膜升温。
所述无机黑颜料为炭黑、氧化铁黑、铜铬黑、铁铬黑、钴黑、硫化锑中的一种或多种混合，所述有机黑颜料为一种有机类黑颜料或两种以上有机类颜料混合使其为黑色，所述有机黑颜料包括偶氮颜料、酞菁颜料、缩合多环颜料。
所述黑色氟膜中也可以包含红外反射助剂，当黑色氟膜中加入红外反射助剂，有助于将背板方向的红外射线进行反射从而降低背板温度。基于黑色氟膜总重量，红外反射助剂的含量优选为0-5wt％。
所述无机黑颜料平均粒径D50范围为5-100nm，进一步优选为10-40nm。无机黑颜料在黑色氟膜中含量基于黑色氟膜总重量1-10wt％，分散度优选不低于50％。无机黑颜料平均粒径，分散度的选择主要是基于其外观色泽的优化进行考虑。
为了呈现更好的外观效果，比如形成高光泽度的外观或形成哑光，黑色氟膜空气面表面粗糙度(Ra)为0.1nm-5μm，优选为0.1-10nm，或1-5μm，进一步优选为1-5μm形成哑光面，这样可以防止运输过程中的划痕。
为了使纳米级黑色颜料在氟膜中具有更好的分散性，通常在黑色氟膜中也会使用本领域常用分散剂对黑色颜料进行分散，使其具有理想的分散度，具体可以选自：脂肪族聚氧化烯醚、十二烷基硫酸钠、单十二烷基磷酸酯钾、月桂醇醚磷酸酯钾，优选对于颜料基团具有更好亲和性的高分子量嵌段共聚物，例如DISPERBYK-163或DISPERBYK-2025市售产品。基于高反膜重量，优选为0.1wt％-5wt％。
在其实施例中，由图6-8所示，本发明所述的太阳能电池背板黑色氟膜反射面在SEM图下显示出黑色氟膜反射面在SEM图下表面粗糙度与表面突出的黑色无机填料粒度大小有关，同时图6-7也呈现出无机黑颜料颗粒分布的均一性。
<整体结构>
在一个示意的实施例中，如图1所示，本发明的太阳能电池背板用多层功能膜，包含单面连续的黑色氟膜11和高反膜12。
在保证存在一层黑色氟膜和一层高反膜紧密贴合的情形下，可以根据实际需求设置多层黑色氟膜进行层叠，也可以设置多层高反膜进行层叠，不同层可以在颜料种类选择上根据实际需求进行搭配。
在一种实施方式中，存在两层高反膜，其中靠近电池元件的反射层选用对900nm至2000nm波长的光具有30％或更高的反射率的材料，远离电池元件的反射层选用对380nm至900nm波长的光具有30％或更高的反射率的材料，在另一种实施方式中，靠近元件的反射层具有更高含量的高反颜料无机颗粒，总之通过这些设置，能够更好的提升高反膜的反射效率。
在其中一种实施方式中，靠近空气的黑色氟膜层无机黑颜料与有机黑颜料的质量混合比例低于远离空气的黑色氟膜层中无机黑颜料与有机黑颜料的质量混合比例，在另一种实施方式中，靠近空气的黑色氟膜层分散度高于远离空气的黑色氟膜层的分散度，总之通过这些设置，能够匹配更多场景下的外观色泽并提升散热性。
从降低成本的角度考虑，本发明还可以引入黑色涂层和高反涂层，优选地，在存在黑色含氟聚合物膜层和高反含氟聚合物膜层连续贴合的情况下，在黑色含氟聚合物膜层外侧涂覆黑色涂层，在高反含氟聚合物膜层外侧涂覆高反涂层。对于含氟树脂涂层而言，其氟树脂的含量比含氟聚合物膜层低，包含氟树脂的聚合物膜中，氟树脂的含量为50wt％-90wt％，在包含氟树脂的聚合物涂层中，氟树脂的含量为10-50wt％。
多层功能膜中黑色氟膜和高反膜还包括非氟树脂组分，非氟树脂可以选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯等聚烯烃类树脂(PO)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺类树脂、聚苯醚树脂等树脂材料中的一种或多种。
从总体外观上看，单层黑色氟膜厚度为3-200μm，单层高反膜为3-500μm，黑色氟膜与高反膜的厚度比为10:1-1:10，多层功能膜总厚度为6-1000μm。
<成膜工艺>
本发明所述的太阳能电池背板用多层功能膜可以通过共挤出一体成型，具体而言，将高反膜原料和黑色氟膜原料分别按照一定的重量比进行混合熔融搅拌，在挤出机中通过多模头多流道进行配合挤出，通过控制不同组分在流道中的挤出速度来控制不同的厚度比例。
在其中一个实施例中，由图9和10所示，本发明所述的太阳能电池背板用多层功能膜断面SEM图下高反膜和黑色氟膜没有明显的分界线，说明高反膜和黑色氟膜一体成型且相容性较好，同时图9-10也呈现出无机颜料颗粒分布的均一性。
高反膜原料和黑色氟膜原料除上述提到的氟树脂、非氟树脂、黑色颜料、高反颜料无机颗粒、红外反射助剂、分散剂外，可选地，还可以加入0.01wt％-2wt％紫外光吸收剂、0wt％-3wt％耐低温助剂、0.01wt％-2wt％抗老化剂、0.01wt％-2wt％消光剂。上述助剂均可以选择本领域常用的相关助剂。
除共挤出法制备太阳能电池背板用多层功能膜外，本领域技术人员还可以采用吹塑法、流延法进行多层膜制备。优选通过镜面辊流延或镜面模口共挤出的方式得到一体成型多层氟膜，降低高反氟膜层的表面粗糙度，并且多层氟膜之间层间粘结性更好。
<太阳能电池背板、电池组件>
基于上述的太阳能电池背板用多层功能膜，如图2所示，本发明还提供一种太阳能电池背板，包含上述的太阳能电池背板用多层功能膜，位于背板基体树脂层远离电池片一侧，其中空气面为黑色氟膜11，进一步地，根据太阳能电池片背面的距离由近至远，依次包含背面胶膜层22、黑色网格层5、白色反光涂层4、基体树脂层3、胶水层21以及上述太阳能电池背板用多层功能膜。上述组件均为本领域的常规选择即可。
基于上述的太阳能电池背板用多层功能膜和太阳能电池背板，如图3所示，本发明还提供一种太阳能电池组件，包含太阳能电池片100、分别设于太阳能电池片100正面和背面的玻璃盖板6及上述太阳能电池背板，其中，玻璃盖板6与太阳能电池片100之间通过前面胶膜层23进行粘结，所述太阳能电池背板通过背面胶膜层22与太阳能电池片100粘结。
其中太阳能电池片100由多个单元电池片101规则排列组合而成，所述黑色网格层5的黑色线条图案对应设置于单元电池片101间隙的下方，从而保证太阳能电池组件从正面观看整体呈黑色，其中，所述白色反光涂层4对透过单元电池片101间隙以及黑色网格层5的可见光进行反射，并将其重新射入太阳能电池片100而提高光利用率以及太阳能电池组件的输出功率。
而太阳能电池片层100背面最外侧的黑色氟膜11保证太阳能电池组件从背面观看整体呈黑色，所述高反膜12对透过单元电池片101的光进一步进行反射，使太阳能电池组件具有更高的输出功率。
<实施例>
实施例1
黑色氟膜母料包括如下质量份数的组分：PVDF树脂成分100份，黑色颜料碳黑4.5份、KN-B0.5份，氧化钙0.5份，脂肪族聚氧化烯醚0.5份，其中碳黑的平均粒径D50为20nm；
高反膜母料包括如下质量份数的组分：PVDF树脂成分100份，二氧化钛5份，其中二氧化钛的平均粒径D50为5μm，(D90-D10)/D50为0.5，氧化钙2份，十二烷基硫酸钠0.5份，0.02份紫外光吸收剂，0.2份耐低温助剂，0.05份抗老化剂，0.02份消光剂。
按照黑色氟膜和高反氟膜厚度均为20μm，一体成型得到太阳能电池背板双层功能膜，使用镜面辊方式对高反氟膜的表面进行轧光处理。
图4-5为本实施例太阳能电池背板双层功能膜高反氟膜面分别在500与5000倍下的SEM图，图5中白色点状颗粒即为高反颜料无机颗粒二氧化钛颗粒，由高倍镜下的图5可以看出，图4-5中高反颜料无机颗粒在高反氟膜中均匀分布，表面平整性好，对光线的反射效果更好；本实施例中的高反氟膜面的平均反射率为77％，较常规全黑组件，本实施例的光伏组件可增益10W，提高了组件的输出功率。
图6-7为本实施例太阳能电池背板双层功能膜黑色氟膜面分别在500与5000倍下的SEM图，由高倍镜下的图7可以看出，图6-7中无机黑颜料炭黑在黑色氟膜中均匀分布，从而保证黑色氟膜面外观的平整性，黑度L值更能够匹配黑硅电池片的颜色，避免色差，确保光伏组件外观的美学要求。
图9和10为本发明实施例1太阳能电池背板用多层功能膜断面分别在5000和10000倍下SEM图，由图9-10可以看出，本实施例中，黑色氟膜和高反膜相容性较好，两者之间不存在界面，同时进一步佐证了高反颜料二氧化钛颗粒和无机黑颜料炭黑在多层功能膜中呈现均匀分布和无机颗粒粒径的一致性，从而提高功能膜封装的光伏组件的发电功率。
实施例2
与实施例1相比，黑色氟膜中无机黑颜料碳黑的平均粒径D50为80nm，高反氟膜中高反颜料无机颗粒二氧化钛的平均粒径D50为30μm，其余组分和工艺保持不变。
实施例3
与实施例1相比，黑色氟膜中无机黑颜料碳黑的平均粒径D50为10nm，高反氟膜中高反颜料无机颗粒二氧化钛的平均粒径D50为2μm，其余组分和工艺保持不变。
实施例4
与实施例1相比，高反氟膜中高反颜料无机颗粒二氧化钛的粒径分布(D90-D10)/D50为1.8，其余组分和工艺保持不变。
实施例5
与实施例1相比，使用高反白色涂层替代高反氟膜，其中高反白色涂层原料为PVDF树脂颗粒20份，PMMA树脂80份，溶剂为DMF，在黑色氟膜镜面辊压延成型的基础上，涂覆高反白色涂层。其余组分和工艺保持不变。
实施例6
与实施例1相比，高反颜料无机颗粒替换为银色铝粉7份，其余组分和工艺保持不变。
实施例7
与实施例1相比，高反氟膜中分散剂十二烷基硫酸钠为3份，黑色氟膜中炭黑和KN-B各2.5份，其余组分和工艺保持不变。
实施例8
黑色氟膜母料包括如下质量份数的组分：PVDF树脂成分100份，黑色颜料碳黑4.5份、KN-B0.5份，氧化钙0.5份，脂肪族聚氧化烯醚0.5份，其中碳黑的平均粒径D50为20nm；
高反膜为两层，第一层母料包括如下质量份数的组分：PVDF树脂成分100份，二氧化钛5份，其中二氧化钛的平均粒径D50为5μm，(D90-D10)/D50为0.3，氧化钙2份，十二烷基硫酸钠0.5份，0.02份紫外光吸收剂，0.2份耐低温助剂，0.05份抗老化剂，0.02份消光剂。
第二层母料包括如下质量份数的组分：PVDF树脂成分100份，二氧化钛3份，其中二氧化钛的平均粒径D50为8μm，(D90-D10)/D50为1.2，氧化钙5份，十二烷基硫酸钠0.5份，0.02份紫外光吸收剂，0.2份耐低温助剂，0.05份抗老化剂，0.02份消光剂。
按照黑色氟膜、第一层高反氟膜和第二层高反氟膜厚度均为20μm，通过多模共挤出后，得到太阳能电池背板三层功能膜，对黑色氟膜表层进行哑光处理。
实施例9
与实施例1相比，高反氟膜厚度为100μm，黑色氟膜厚度为10μm，其余组分和工艺保持不变。
实施例10
与实施例1相比，高反氟膜厚度为10μm，黑色氟膜厚度为100μm，其余组分和工艺保持不变。
实施例11
与实施例1相比，高反膜选用PMMA膜100份替代PVDF膜，其余组分和工艺保持不变。
对比例1
与实施例1相比，高反颜料二氧化钛平均粒径D50为250μm，(D90-D10)/D50为0.5，相应高反膜厚度为250μm，无机黑颜料碳黑的平均粒径D50为150nm，其余组分和工艺保持不变。
图8为对比例1太阳能电池背板用多层功能膜黑色氟膜面5000倍下SEM图，将图8与图7对比可知，对比例1采用的无机黑颜料炭黑颗粒尺寸较大，无机黑颜料在黑色氟膜中分散度较低，黑色氟膜面有肉眼可见的颗粒感，从而使得黑色氟膜面的黑度L值升高，与黑硅电池片的颜色形成色差，同时表面的颗粒感会提高黑色氟膜面的光泽度，使得反射率下降，由地面反射到黑色氟膜面的光线被吸收，从而使得封装好的光伏组件整体温度升高，从而造成功率下降，无法发挥高反氟膜面增益效果。
对比例2
与实施例1相比，高反颜料二氧化钛平均粒径D50为0.5μm，(D90-D10)/D50为0.5，无机黑颜料碳黑的平均粒径D50为3nm，其余组分和工艺保持不变。
对比例3
与实施例1相比，高反颜料二氧化钛(D90-D10)/D50为2.2，其余组分和工艺保持不变。
对比例4
与实施例1相比，高反颜料二氧化钛为20份，其余组分和工艺保持不变。
对比例5
与实施例1相比，高反颜料二氧化钛为1份，其余组分和工艺保持不变。
对比例6
与实施例1相比，使用粗糙辊压延一体成型，其余组分和工艺保持不变。
对比例7
与实施例1相比，高反氟膜和黑色氟膜中均没有加入分散剂，其余成分和工艺保持不变。
对比例8
与实施例11相比，除了高反膜选用PMMA膜100份替代PVDF膜外，黑色氟膜部分用PC膜100份替代PVDF膜，其余组分和工艺保持不变。
对比例9
仅包含实施1中黑色氟膜部分，通过镜面辊压成型。
<实验例>
按照氟膜-胶水层-PET基层-白色涂层-黑色网格层的结构，将实施例1-11及对比例1-9得到的氟膜制备成背板，其中胶水层10μm，PET基层200μm，白色涂层10μm，黑色网格10μm。
将实施例及对比例制备成的背板与电池组件贴合后，分别制成太阳能电池组件。
其中白色涂层与实施例5的组分相同，黑色网格层为PE树脂层参入黑色炭黑，胶水层为EVA胶水层。
太阳能电池片为单晶硅电池片或多晶硅电池片，太阳能电池片为整片或切片的电池片，具体为G12-66P双面双玻组件。
<测量方法>
1)无机颗粒分散度
对实施例1-11和对比例1-9中得到的样品膜，使用光学显微镜(BX51，OLYMPUSCo.,Ltd.)以×40的放大率测量参考面积(1mm2)中对无机颗粒的数量和分散度进行测定。
2)表面粗糙度Ra
对实施例1-11和对比例1-9中得到的样品膜，用非接触型表面粗糙度测量仪器(PLUTO 681，Dukin Co.,Ltd.，使用605nm激光，分辨率0.1μm)测量膜形状的3D图像，测量从底部抬起高度平均值作为表面粗糙度Ra。
3)L值和光泽度测试
对实施例1-11和对比例1-9中得到的样品膜，切割成1cm×1cm片，基于黑色氟膜使用Konica Minolta分光光度计CM-2600d测量L值(基于L*a*b*颜色系统)，使用Byk-Gardner光泽计(Columbia,MD,USA)进行光泽度测定。
4)反射率测定
对实施例1-11和对比例1-9中得到的样品膜，使用X-Rite eXactNGH手持式分光光度计(爱色丽有限公司(X-Rite Inc.)在400nm和940nm的发射波长下分别测定反射率，在可见光和近红外混合光下(波长范围380nm-2000nm)测定平均反射率。
5)太阳能电池组件功率增益
对实施例1-11和对比例1-9中得到的样品膜形成的太阳能电池组件，测定其相比对比例9形成的太阳能电池组件功率的增益。
6)外观划痕测评
对实施例1-11和对比例1-9中得到的样品膜，对黑色氟膜表面采用2H标准铅笔刮划，60度视角评价划痕水平。
7)升温测评
对实施例1-11和对比例1-9中得到的样品膜形成的太阳能电池组件，户外晴天下午2-3点辐照1h，触摸感受表面温度。
对于实施例1-11和对比例1-9的各项性能测评汇总如下表1所示。
Figure BDA0003078811190000221
通过上述实施例表明，高反颜料粒径大小、均一性、含量、分散性、高反膜表面粗糙度均会影响其反射性，控制上述参数在合理范围内，能够增强反射率，进而获得更大的功率增益，与此同时，对于黑色面外观效果，也需要在颜料的配比、厚度、制造工艺等诸多因素下协同考量，甚至可能会在温度控制和哑光效果层面有进一步的优化效果，并且通过一体成型工艺，使得太阳能电池背板用多层功能膜工艺更为简单。对比例4虽然也得到了功率增益较高的光伏组件，但对比例4使用了较高含量的二氧化钛，带来了加工性能和耐老化性能方面的损失。对比例8则主要是黑色膜为非氟膜，其在耐候性和耐老化性方面也存在明显的劣势。
本发明虽已藉由上述实施例加以详细说明，但以上所述仅为使熟悉本技术者能更易于了解本发明，并非限定本发明的实施范围，故凡依本发明权利要求所述的形状构造特征及精神所为的均等变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (15)

1.一种太阳能电池背板用多层功能膜，包含至少1层黑色氟膜，和至少1层高反膜，并且一个表层为黑色氟膜，另一个表层为高反膜，所述黑色氟膜为包含黑色颜料以及氟树脂组分的聚合物膜或聚合物涂层，高反膜为包含高反颜料无机颗粒的聚合物膜或聚合物涂层，其特征在于，
所述高反颜料无机颗粒平均粒径D50范围为1-200μm；
高反颜料无机颗粒粒径分布满足如下关系式：
0.01≤（D90-D10）/D50≤2；
所述高反颜料无机颗粒为对于380nm至2000nm波长的光具有30%或更高反射率的近球形无机颗粒；
所述高反颜料无机颗粒在高反膜中含量为5-25个/mm2/μm，分散度不低于50%；
位于多层功能膜其中一个表层的高反膜在表层表面的表面粗糙度（Ra）为0.1-15nm；
所述位于多层功能膜其中一个表层的高反膜，其表层表面通过镜面辊方式进行轧光处理；位于多层功能膜其中一个表层的黑色氟膜，在表层表面的表面粗糙度（Ra）为0.1nm-5μm；基于多层功能膜总重量，高反膜和黑色氟膜中进一步包含：0.01wt%-2wt%紫外光吸收剂、0wt%-3wt%耐低温助剂、0.1wt%-5wt%分散剂、0.01wt%-2wt%抗老化剂、0.01wt%-2wt%消光剂；单层黑色氟膜厚度为3-200μm，单层高反膜为3-500μm，黑色氟膜与高反膜的厚度比为10:1-1:10，所述多层功能膜的总厚度为6-1000μm；
所述黑色氟膜中，黑色颜料为无机黑颜料、有机黑颜料或其混合；
所述无机黑颜料平均粒径D50范围为3-100nm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述高反颜料无机颗粒选自二氧化钛、硫酸钡、钛酸钡、钛酸锶、钛酸钙、碳酸钙、钛酸铅、氧化锌、硫化锌、氧化镁、银粉、铝粉、氧化铝中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述高反膜为包含氟树脂的聚合物膜或聚合物涂层。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述高反膜为不包含氟树脂的聚合物膜或聚合物涂层。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述高反膜还包含红外反射助剂，所述红外反射助剂选自氧化铟、氧化锡、氧化硅、银粉、铝粉、氧化钇、氧化钙、氧化铟锡、氧化砷中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述位于多层功能膜其中一个表层的高反膜，其表层表面形成多个平行排列的条状反射结构，所述条状反射结构的截面为等腰三角形。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述一层黑色氟膜与一层高反膜均为单面连续，二者一体成型或连续相互贴合。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述无机黑颜料为炭黑、氧化铁黑、铜铬黑、铁铬黑、钴黑、硫化锑中的一种或多种混合，所述有机黑颜料为一种有机类黑颜料或两种以上有机类颜料混合使其为黑色，所述有机黑颜料选自偶氮颜料、酞菁颜料、缩合多环颜料。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述黑色氟膜还包含红外反射助剂，所述红外反射助剂选自氧化铟、氧化锡、氧化硅、银粉、铝粉、氧化钇、氧化钙、氧化铟锡、氧化砷中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，无机黑颜料在黑色氟膜中含量为基于黑色氟膜总重量1-10wt%。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，其特征在于，所述氟树脂选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚四氟乙烯中的一种或多种。
12.根据权利要求1所述的太阳能电池背板用多层功能膜，所述多层功能膜中，黑色氟膜和高反膜还包括非氟树脂组分，所述非氟树脂选自聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚醋酸乙烯酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰胺类树脂、聚苯醚树脂中的一种或多种。
13.一种太阳能电池背板，其特征在于，包含权利要求1-12之一所述的太阳能电池背板用多层功能膜，位于背板基体树脂层远离电池片一侧，其中空气面为黑色氟膜。
14.根据权利要求13所述的太阳能电池背板，其特征在于，根据太阳能电池片背面的距离由近至远，依次包含背面胶膜层、黑色网格层、白色反光涂层、基体树脂层、胶水层以及所述太阳能电池背板用多层功能膜。
15.一种太阳能电池组件，其特征在于，包含太阳能电池片以及根据权利要求1-12之一所述的太阳能电池背板用多层功能膜，或根据权利要求13或14所述的太阳能电池背板。
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