CN103280479A - 新型无氟多层共挤太阳能电池背板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池组件，特别涉及一种新型无氟多层共挤太阳能电池背板及其制备方法，背板主要有三层，耐候层为改性PA，厚25um；结构增强层为改性PET，厚300um；粘接层为改性PA，厚25um。制备方法为先对PA以及PET进行改性，然后通过多层共挤装置将耐候层及增强层、粘接层进行三层共挤。本发明不使用含氟树脂，采用三层共挤的加工方式制备得到的太阳能电池背板，不需要使用胶黏剂，对PA以及PET进行改性，共挤出得到的APA结构具有更好的力学性能，层与层之间的粘接性能优异、耐候性以及抗水解能力得到大幅度提高，保证了太阳能电池的使用寿命。

Description

新型无氟多层共挤太阳能电池背板及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池组件，特别涉及一种新型无氟多层共挤太阳能电池背板及其制备方法。

背景技术

2012年，东京电力福岛第一核电站事故以后，社会各界重新思考可再生能源的发展问题。太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，越发的受到人们的重视。太阳能电池背膜位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，要求具有一定的绝缘性、阻水性、耐老化性等。目前，主流背膜产品主要包括：（1）涂胶复合型背膜，在PET聚酯薄膜两面复合氟膜或者EVA胶膜，三层结构，常见的有TPT、TPE、KPK、KPE等结构。（2）涂覆型背板膜，在PET聚酯薄膜两面涂覆氟树脂，经干燥固化成膜。随着技术的发展和成本的压力，太阳能电池背膜经历了从双面含氟背膜—单面含氟背膜—无氟背膜的发展历程，双氟背板的造价是最贵的，但是太阳能电池组件在使用过程中，太阳光中的紫外线经由钢化玻璃、电池片及EVA胶膜之后，真正照射到太阳能背板表面的并不多，所以作为传统的双面含氟背板中与EVA层压的氟膜面并没有真正体现他的价值，性能过剩。目前市场上使用较为广泛的氟材料多数采用聚偏氟乙烯，研究发现聚偏氟乙烯在加工成膜的过程，局部温度过高，导致降解，产生大量的HF气体，被人体吸收后会导致人体钙质流失。同时聚偏氟乙烯的表面润湿性很差，未经处理时与其他的塑料基材难以粘合。因此开发出一种无氟的，具有良好的绝缘性、阻水性、耐老化性能优异的，加工简单的新型太阳能背膜具有非常重大的意义。

专利CN 102642360 A中公开了《一种无氟太阳能电池背板及其制备方法》，其背板主要由粘接层（成分环氧树脂胶、聚酰胺胶、有机硅胶或者丙烯酸树脂较重的一种）、基体层（改性聚乙烯）组成，制备过程中需使用大量的有机溶剂制备粘接层，生产费时，污染性强。

聚酰胺是一种线性和热塑性的缩聚聚合物，具有透明性好、热成型性好、机械性能优异、表面硬度大、耐磨且有润滑性和较高的冲击性能等特点，且分子链中的C=O 和NH基团具有一定的极性，与极性的聚合物材料能很好的粘接到一起，提高复合膜的挺度以及拉伸强度。本发明专利采用多层共挤装置制备一种新型的无氟太阳能背板，APA结构，其中A为酰胺类聚合物，P为聚对苯二甲酸丁二醇酯。

发明内容

为了克服现有的技术不足，本发明提供了一种新型无氟多层共挤太阳能电池背板及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型无氟多层共挤太阳能电池背板，第一层为耐候层，第二层为结构增强层，第三层为粘接层，所述的耐候层为改性PA，厚25um，其中改性PA由100份的PA6、PA66、PA11、PA1012或PA12，5~10份紫外屏蔽剂，1~10份紫外吸收剂，0.5~1份抗氧剂，及1~10份改性聚合物树脂Ⅰ组成；所述的结构增强层为改性PET，厚300um，其中改性PET由70~80份的PET，5~10份的紫外屏蔽剂，1~5份的抗水解剂，10~15份无碱玻纤组成；所述的粘结层为改性PA，厚25um，其中改性PA由80~90份的PA6、PA66、PA11、PA1012或PA12，10~20份的聚烯烃类共聚物组成。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的紫外屏蔽剂为经过表面改性的TiO₂、ZnO或ZnS。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的紫外吸收剂为苯酮类，苯并三唑类，取代丙烯晴类或三嗪类。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的抗氧剂为芳香胺或受阻酚。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的聚合物树脂Ⅰ为聚烯烃类的改性物。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的抗水剂为聚碳化二亚胺。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的无碱玻纤表面经过硅烷偶联处理，与PET具有很好的亲和性。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述的聚烯烃类的共聚物为乙烯丙烯酸乙酯共聚物（EEA）、乙烯马来酸酐共聚物（EMA）、乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、乙烯-甲基丙烯酸共聚物（EMAA、EAA）等中的一种或者两种共混物。

本发明进一步包括新型无氟多层共挤太阳能电池背板的制备方法，先对PA以及PET进行改性，后通过多层共挤装置将耐候层及增强层、粘接层进行三层共挤，制备得到新型无氟多层共挤太阳能电池背板。

本发明的有益效果是，不使用含氟树脂，采用三层共挤的加工方式制备得到的太阳能电池背板，不需要使用胶黏剂，对PA以及PET进行改性，共挤出得到的APA结构具有更好的力学性能，层与层之间的粘接性能优异、耐候性以及抗水解能力得到大幅度提高，保证了太阳能电池的使用寿命。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为实施例1制备得到的太阳能背板结构示意图；

图2为实施例1制备得到的太阳能电池背板断面的扫描电镜图片；

其中，1、耐候层，2 、结构增强层，3、粘接层。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种新型无氟多层共挤太阳能电池背板，第一层为耐候层1，第二层为结构增强层2，第三层为粘接层3，所述的耐候层1为改性PA，厚25um，其中改性PA由100份的PA6、PA66、PA11、PA1012或PA12，5~10份紫外屏蔽剂，1~10份紫外吸收剂，0.5~1份抗氧剂，及1~10份改性聚合物树脂Ⅰ组成；所述的结构增强层2为改性PET，厚300um，其中改性PET由70~80份的PET，5~10份的紫外屏蔽剂，1~5份的抗水解剂，10~15份无碱玻纤组成；所述的粘结层3为改性PA，厚25um，其中改性PA由80~90份的PA6、PA66、PA11、PA1012或PA12，10~20份的聚烯烃类共聚物组成。

所述的紫外屏蔽剂包括经过表面改性的TiO₂、ZnO、ZnS，主要是为了提高PA的抗紫外效果，防止PA高分子链发生降解，材料的老化。TiO₂、ZnO、ZnS等，有效作用时间长，具有很好的化学稳定性和热稳定性、无毒、无刺激性，而且与其他的助剂不发生化学反应，经过表面改性，在树脂基体中分散性好，不易团聚，如杜邦生产的R706、R902等。耐候层1与结构增强层2中所采用的紫外屏蔽剂相类似，其中结构增强层2改性的PET还可采用莎哈利本生产的R420等。

所述的紫外吸收剂为苯酮类，苯并三唑类，取代丙烯晴类或三嗪类。如，UV-P，UV-O，UV-9，UV-531等。

所述的抗氧剂为芳香胺或受阻酚，如抗氧剂1010等，主要是防止PA在加工过程中由于温度过高引起分子链热氧化降解。

所述的聚合物树脂Ⅰ为聚烯烃类的改性物，可以大幅度降低PA的吸水性，提高其薄膜的耐水解性，如HD900P、PC-33C、TRD-428P等。

所述的抗水剂为聚碳化二亚胺，与聚酯的相容性好，在高温条件下对聚酯的高分子链修补作用，起到防止和减少高分子链降解的作用，有效的保持高分子的分子量，保持材料的物理机械性能。如莱茵化学的Stabaxol l等。

所述的无碱玻纤表面经过硅烷偶联处理，与PET具有很好的亲和性，如巨石的988A等，起到增强的作用。

所述的聚烯烃类的共聚物为乙烯丙烯酸乙酯共聚物（EEA）、乙烯马来酸酐共聚物（EMA）、乙烯醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、乙烯-甲基丙烯酸共聚物（EMAA、EAA）等中的一种或者两种共混物。

一种新型无氟多层共挤太阳能电池背板的制备方法：先对PA以及PET进行改性，后通过多层共挤装置将耐候层及增强层、粘接层进行三层共挤，制备得到新型无氟多层共挤太阳能电池背板。

下面结合实施例进一步说明本发明。

实施例1

将100份PA6（UBE 1013B）、5份二氧化钛（Ti-Pure R902）、1份UV-P、0.5份抗氧剂1010以及5份改性聚合物树脂HD900P混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，挤出造粒后待用，记为1#，挤出机温度设定为：170℃，200℃，230℃，245℃，245℃，240℃。

将100份PET（仪征化纤BG80）、5份二氧化钛（Ti-Pure R960）以及1份聚碳化二亚胺（莱茵化学 Stabaxol l）混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，无碱玻纤（巨石 988A）在第三段加热处的喂料口加入，然后造粒待用，记为2#，挤出机温度设定为：200，230，240，245，250，240。

将80份PA6（UBE 1013B）、20份EAA（美国陶氏 1040）混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，挤出造粒待用，记为3#，挤出机温度设定为：170，200，230，245，250，240。

上述三种经过改性造粒的粒子1#，2#，3#分别加入到对应的1#，2#，3#三个单螺杆挤出机，挤出温度分别为1# 180℃，200℃，220℃，240℃；2# 190℃，220℃，230℃，245℃；3# 180℃，200℃，220℃，240℃，三种熔体经过各自的流道到三层共挤模头的模唇处汇合，模头的温度：260℃，255℃，250℃，250℃，250℃，250℃，255℃，260℃，三层的厚度通过三种物料的挤出量来控制，挤出量之比为1:12:1，挤出的薄膜经过流延辊冷却定型，烘箱热处理，切边，收卷得到三层共挤太阳能电池背膜。

实施例2

将100份PA12（赢创德固赛 E40-S3）、5份二氧化钛（莎哈利本 R420）、1份UV-P、0.5份抗氧剂1010以及5份改性聚合物树脂HD900P混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，挤出造粒后待用，记为1#，挤出机温度设定为：170℃，190℃，220℃，240℃，240℃，230℃。

将100份PET（仪征化纤BG80）、5份二氧化钛（Ti-Pure R960）以及1份聚碳化二亚胺（莱茵化学 Stabaxol l）混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，无碱玻纤（巨石 988A）在第三段加热处的喂料口加入，然后造粒待用，记为2#，挤出机温度设定为：200℃，230℃，240℃，245℃，250℃，240℃。

将80份PA12（赢创德固赛 E40-S3）、20份EMA（美国杜邦 1125AC）混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，挤出造粒待用，记为3#，挤出机温度设定为：170℃，190℃，220℃，240℃，240℃，230℃。

上述三种经过改性造粒的粒子1#，2#，3#分别加入到对应的1#，2#，3#三个单螺杆挤出机，挤出温度分别为1# 170℃，190℃，220℃，240℃；2# 190℃，220℃，230℃，245℃；3# 170℃，190℃，220℃，240℃，三种熔体经过各自的流道到三层共挤模头的模唇处汇合，模头的温度：260℃，255℃，250℃，250℃，250℃，250℃，255℃，260℃，三层的厚度通过三种物料的挤出量来控制，挤出量之比为1:12:1，挤出的薄膜经过流延辊冷却定型，烘箱热处理，切边，收卷得到三层共挤太阳能电池背膜。

实施例3

将100份PA11（法国阿科玛 5161MAC）、5份二氧化钛（Ti-Pure R350）、1份UV-P、0.5份抗氧剂1010以及5份改性聚合物树脂HD900P混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，挤出造粒后待用，记为1#，挤出机温度设定为：180℃，210℃，230℃，245℃，245℃，240℃。

将100份PET（仪征化纤BG80）、5份二氧化钛（Ti-Pure R960）以及1份聚碳化二亚胺（莱茵化学 Stabaxol l）混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，无碱玻纤（巨石 988A）在第三段加热处的喂料口加入，然后造粒待用，记为2#，挤出机温度设定为：200℃，230℃，240℃，245℃，250℃，240℃。

将80份PA11（法国阿科玛 5161MAC）、20份EVA（北京有机 14-2）混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机中，挤出造粒待用，记为3#，挤出机温度设定为：180℃，210℃，230℃，245℃，245℃，240℃。

上述三种经过改性造粒的粒子1#，2#，3#分别加入到对应的1#，2#，3#三个单螺杆挤出机，挤出温度分别为1# 180℃，200℃，220℃，240℃；2# 190℃，220℃，230℃，245℃；3# 180℃，200℃，220℃，240℃，三种熔体经过各自的流道到三层共挤模头的模唇处汇合，模头的温度：260℃，255℃，250℃，250℃，250℃，250℃，255℃，260℃，三层的厚度通过三种物料的挤出量来控制，挤出量之比为1:12:1，挤出的薄膜经过流延辊冷却定型，烘箱热处理，切边，收卷得到三层共挤太阳能电池背膜。

实施例1~3制备得到的太阳能背板进行力学性能测试、湿热老化测试、紫外测试和层压实验。拉伸强度和断裂伸长率按照ASTM D882标准测试；紫外老化测试条件，UVA+UVB其中UVB占10%，辐照功率0.68W/m2，总辐照量60kwh；测试辐照前后的色差变化；湿热老化条件为：温度85℃，湿度85%，2000h后观察黄变情况，有无脱层。层压实验为背板与EVA胶膜层压，测试两者之间的剥离力。结果测试如下表：

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

本发明不使用含氟树脂，采用三层共挤的加工方式制备得到的太阳能电池背板，不需要使用胶黏剂，对PA以及PET进行改性，共挤出得到的APA结构具有更好的力学性能，层与层之间的粘接性能优异、耐候性以及抗水解能力得到大幅度提高，保证了太阳能电池的使用寿命，而且制备方法简单，连续化生产快，成本大幅下降，具有非常好的应用前景。

Claims (9)

1.一种新型无氟多层共挤太阳能电池背板，第一层为耐候层（1），第二层为结构增强层（2），第三层为粘接层（3），其特征是，所述的耐候层（1）为改性PA，厚25um，其中改性PA由100份的PA6、PA66、PA11、PA1012或PA12，5~10份紫外屏蔽剂，1~10份紫外吸收剂，0.5~1份抗氧剂，及1~10份改性聚合物树脂Ⅰ组成；所述的结构增强层（2）为改性PET，厚300um，其中改性PET由70~80份的PET，5~10份的紫外屏蔽剂，1~5份的抗水解剂，10~15份无碱玻纤组成；所述的粘接层（3）为改性PA，厚25um，其中改性PA由80~90份的PA6、PA66、PA11、PA1012或PA12，10~20份的聚烯烃类共聚物组成。

2.根据权利要求1所述的新型无氟多层共挤太阳能电池背板，其特征是，所述的紫外屏蔽剂为经过表面改性的TiO₂、ZnO或ZnS。

3.根据权利要求1所述的新型无氟多层共挤太阳能电池背板，其特征是，所述的紫外吸收剂为苯酮类，苯并三唑类，取代丙烯晴类或三嗪类。

4.根据权利要求1所述的新型无氟多层共挤太阳能电池背板，其特征是，所述的抗氧剂为芳香胺或受阻酚。

5.根据权利要求1所述的新型无氟多层共挤太阳能电池背板，其特征是，所述的聚合物树脂Ⅰ为聚烯烃类的改性物。

6.根据权利要求1所述的新型无氟多层共挤太阳能电池背板，其特征是，所述的抗水剂为聚碳化二亚胺。

7.根据权利要求1所述的新型无氟多层共挤太阳能电池背板，其特征是，所述的无碱玻纤表面经过硅烷偶联处理，与PET具有亲和性。

8.根据权利要求1所述的新型无氟多层共挤太阳能电池背板，其特征是，所述的聚烯烃类的共聚物为乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯马来酸酐共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物等中的一种或者两种共混物。

9.一种根据权利要求1-8所述的新型无氟多层共挤太阳能电池背板的制备方法，其特征是，先对PA以及PET进行改性，后通过多层共挤装置将耐候层及增强层、粘接层进行三层共挤，制备得到新型无氟多层共挤太阳能电池背板。

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