一种高阻隔性光伏背板及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及ipc分类的b32b27/00领域，尤其涉及一种高阻隔性光伏背板及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着社会的进步和经济的发展，民众的生活水平的不断提高，从而对生活环境提出了更高的要求。所以近些年来，容易产生大量污染的化石能源的使用，受到了越来越多的各国政府管控。而能够作为绿色可再生资源的太阳能，成为了解决人类能源挑战的最佳方案之一，尤其是太阳能光伏电池领域，近些年发展较为迅猛。但是，太阳能电池的使用也存在着一些挑战，其中以如何能够在长时间的户外使用过程中使得太阳能电池具有优异的耐候性和可靠性成为了人们光伏研究的课题之一。
3.太阳能电池背板，作为能够有效地保护太阳能光伏电池组件，具有良好的环境适应性的电池结构，其在太阳能电池领域得到了广泛的运用，但是现有的光伏背板产品也存在有相应的缺点。例如，现有技术(cn201010512663.3)提供了一种太阳能电池组件聚合物背板，其主要包括基膜层，粘合层以及聚合物薄膜层，其声称制备的背板具有优异的机械性能，阻隔性能以及耐老化性能。但是，其专利中为了提高的背板韧性以及耐热效果而加入的二氧化钛、二氧化硅等填料，因为其带有的亲水性效果，以及加入后的微观裂纹现象，容易导致在长时间的背板使用过程中，出现水气的渗透和吸附现象，从而影响聚合物层的粘结性，从而出现导热性和粘结性的减低，从而降低背板的使用寿命。
4.因此，亟需一种在具有优异的导热耐热，力学性和粘结性的同时，还具有优异的长期阻隔性能的光伏背板产品。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种高阻隔性光伏背板，结构包括粘结层，结构层以及耐候层；所述粘结层位于背板底部；所述耐候层位于背板顶部；所述结构层位于粘结层和耐候层之间，结构层与粘结层和耐候层之间通过胶黏剂固定连接。
6.作为一种优选的方案，所述粘结层的厚度为10～50微米；所述结构层的厚度为150～300微米；所述耐候层的厚度为50～100微米。
7.作为一种优选的方案，所述粘结层的厚度为20～30微米；所述结构层的厚度为200～240微米；所述耐候层的厚度为60～80微米。
8.作为一种优选的方案，所述耐候层为聚偏氟乙烯膜层或聚氟乙烯膜层。
9.作为一种优选的方案，所述耐候层为聚氟乙烯膜层。
10.作为一种优选的方案，所述聚偏氟乙烯膜层或聚氟乙烯膜层还经过了上下表面的镀铝处理。
11.作为一种优选的方案，聚氟乙烯膜层层表面镀铝厚度为10～50纳米。
12.作为一种优选的方案，所述结构层的原料，以质量份计，至少包括以下成分：聚酯
树脂50～100份，抗氧剂1～10份，功能填料20～40份，增韧剂20～30份，助剂5～20份。
13.作为一种优选的方案，所述聚酯树脂为pet。
14.作为一种优选的方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1098、抗氧剂3114、抗氧剂264中的至少一种。
15.作为一种优选的方案，所述增韧剂为橡胶增韧剂、热塑性树脂增韧剂、三元聚合物增韧剂中的至少一种。
16.作为一种优选的方案，所述功能填料为钛白粉、白炭黑、炭黑、氧化锌、云母粉、勃姆石、滑石粉、硫化锌、碳酸钙、玻璃纤维、硫化钼、金属氧化物中的至少一种。
17.作为一种优选的方案，所述功能填料为氧化锌和云母粉的混合物。
18.作为一种优选的方案，所述氧化锌和云母粉的质量比为2～3:1。
19.作为一种优选的方案，所述氧化锌为包覆改性氧化锌。
20.作为一种优选的方案，所述包覆改性氧化锌的制备方法包括以下几步：(1)将氧化锌加入丁二酸酐和硅烷偶联剂的dmf溶液中，升温至60～80℃，预处理2～4小时；(2)将预处理后的氧化锌与硝酸锌，对苯二甲酸同时加入dmf溶液，60～100℃，200～400w超声反应2～4小时；(3)反应完成后过滤，dmf冲洗，氯仿浸泡，烘干既得。
21.作为一种优选的方案，所述包覆改性氧化锌的平均粒径为100～500nm。
22.作为一种优选的方案，所述包覆改性氧化锌的平均粒径为200～300nm。
23.本技术中，通过对于氧化锌的包覆改性，不仅进一步的提高了氧化锌的热传导效率，还提供了电子的运动集合点，使得电子与电子空穴在复合材料内富集，减少板材内部的电子流动，并且提供包覆的疏水表面，从而实现了疏水改性，耐光性和防静电的三重增强。避免了因为氧化锌的加入，因为其表面的多羟基等基团的存在具有非常明显的吸湿性效果，从而降低了背板的防透湿效果，使得在其获得良好导热性能的同时产生背板负面性能影响；同时，改性粒子的光吸收性能的提高，能够有效的提高光吸收性能，能够在不加入额外的紫外吸收剂的前提下具有良好的耐光性效果。
24.作为一种优选的方案，所述云母粉为片层状绢云母粉。
25.作为一种优选的方案，没所述片层状绢云母粉的平均细度为8000～14000目。
26.作为一种优选的方案，没所述片层状绢云母粉的平均细度为12000目。
27.本技术中，通过采用12000目特定细度下的绢云母粉添加到板层当中后，能够最大程度的有效分散并在形成的板片中以密集且细致的片层状层层排列，这种密集且细致的排列方式能够大幅增加大介质的渗透距离和渗透难度，有效抑制了水气和挥发的化学物质以及等氧气等气体对板层的渗透作用，使得背板起到了很好的抗透湿和隔离腐蚀介质的作用。且此细度下的绢云母粉能够有效的填充在橡胶的微小微气孔中，此时绢云母粉在内、外应力作用下，可进入橡胶因内、外应力形成的微裂缝空隙内部，通过活性表面和活性原子中心与胶料的高分子链的作用力形成“丝状连接”结构，而使产生的裂缝转化为银纹状态。由于裂缝被终止而转化为银纹状态阻延了背板的破裂，因此需要再消耗更多的外界能量或更大的应力，才能使背板破裂，从而提高了背板的冲击韧性和拉伸强度。
28.作为一种优选的方案，所述粘结层的原料，以质量份计，至少包括以下成分：聚烯烃树脂50～100份，抗氧剂1～10份，助剂1～20份。
29.作为一种优选的方案，所述聚烯烃树脂为聚乙烯树脂。
30.作为一种优选的方案，所述粘结层中还加入了20～40份聚乙烯醇；所述聚乙烯醇的平均分子量为15～20万。
31.作为一种优选的方案，所述聚乙烯树脂与聚乙烯醇的质量比为14～16：5～7。
32.作为一种优选的方案，所述聚乙烯树脂与聚乙烯醇的质量比为16：6。
33.本技术中，通过采用复配聚乙烯树脂和特定分子量的聚乙烯醇，有效提高了背板的氧气阻隔性的同时，保持了背板粘结层的防水性以及力学性能，从而保证了背板的整体性能。本技术人认为：本技术中通过限定聚乙烯树脂与聚乙烯醇的质量比为16：6时，能够有效地促进非极性的聚乙烯树脂中的偶极-偶极相互作用，降低整体的树脂体系中的分子链的链移动性，从而能够在po体系的树脂中形成良好的渗透物扩散限制效果。而选取特定分子量下的聚乙烯醇，能够控制其长链段在po体系中的链缠绕现象，避免局部内应力的加大而导致的整体力学性能下降的问题。当聚乙烯树脂与聚乙烯醇无论谁的添加量较低以及较高时，都难以平衡其各自加入而带来的氧气亲和性以及亲水性的问题。
34.作为一种优选的方案，所述助剂为抗水解剂、耐紫外吸收剂、阻燃剂、防水剂、防静电剂中的至少一种。
35.作为一种优选的方案，所述抗水解剂为sw-100。
36.作为一种优选的方案，所述耐紫外吸收剂为水杨酸酯类、二苯甲酮类、苯并三唑类中的至少一种。
37.作为一种优选的方案，所述阻燃剂氧化镁、氢氧化铝、磷系阻燃剂中的至少一种。
38.本发明第二方面提供了一种上述高阻隔性光伏背板的制备方法，将粘结层，耐候层和结构层的固定粘结面表面涂覆胶黏剂，三层复合辊压既得。
39.本发明第三方面提供了一种上述高阻隔性光伏背板的应用，包括该高阻隔性光伏背板在太阳能光伏电池组件中的应用。
40.有益效果：
41.1、本技术中制备的一种光伏背板，通过结构层中的对于加入氧化锌粒子的包覆改性，有效地提高了背板的导热耐热效率的同时，还能够有效地避免因为氧化锌粒子加入而导致降低的防透湿性，使得背板能够在长时间的使用过程中，具有优异的水气阻隔性和粘结性；同时，改性粒子的光吸收性能的提高，能够有效的提高光吸收性能，能够在不加入额外的紫外吸收剂的前提下具有良好的耐光性效果。
42.2、本技术中制备的一种光伏背板，通过采用12000目特定细度下的绢云母粉添加到板层当中后，能够最大程度的有效分散并在形成的板片中以密集且细致的片层状层层排列，这种密集且细致的排列方式能够大幅增加大介质的渗透距离和渗透难度，有效抑制了水气和挥发的化学物质以及等氧气等气体对板层的渗透作用，使得背板起到了很好的抗透湿和隔离腐蚀介质的作用。
43.3、本技术中制备的一种光伏背板，通过采用复配聚乙烯树脂和特定分子量的聚乙烯醇，有效提高了背板的氧气阻隔性的同时，保持了背板粘结层的防水性以及力学性能，从而保证了背板的整体性能。
具体实施方式
44.实施例1
45.实施例1第一方面提供了一种高阻隔性光伏背板，结构包括粘结层，结构层以及耐候层；所述粘结层位于背板底部；所述耐候层位于背板顶部；所述结构层位于粘结层和耐候层之间，结构层与粘结层和耐候层之间通过胶黏剂固定连接。
46.其中，粘结层的厚度为25微米；结构层的厚度为220微米；耐候层的厚度为70微米；耐候层的下表面还经过镀铝处理，覆盖有铝层薄膜，厚度为20nm。
47.其中，耐候层为聚氟乙烯膜层；聚氟乙烯膜层购买自美国杜邦公司出售的tedlar-pvf型号的聚氟乙烯膜。
48.结构层的原料，以质量份计，包括以下成分：pet树脂80份，抗氧剂4份，功能填料25份，增韧剂25份，助剂10份。
49.其中，pet树脂购买自美国杜邦公司出售的nc011型号的pet树脂产品；抗氧剂为抗氧剂1010；增韧剂为日本钟渊mbs-m210型号的增韧剂。
50.功能填料为氧化锌和云母粉的混合物，质量比为2.5:1。
51.氧化锌为包覆改性氧化锌，制备方法包括以下几步(以重量份计)：(1)将1.5份氧化锌加入10份丁二酸酐和10份(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的100份dmf溶液中，升温至70℃，预处理2.5小时；(2)将预处理后的1.5份氧化锌与10份硝酸锌，15份对苯二甲酸同时加入160份dmf溶液，70℃，250w超声反应3小时；(3)反应完成后过滤，dmf冲洗，氯仿浸泡，烘干既得。
52.包覆改性氧化锌的平均粒径为280nm；云母粉为片层状绢云母粉，平均细度为12000目。
53.结构层助剂为抗水解剂sw-100。
54.粘结层的原料，以质量份计，包括以下成分：聚乙烯树脂80份，聚乙烯醇30份，抗氧剂5份，助剂5份。
55.抗氧剂为抗氧剂1010；助剂为抗水解剂sw-100；聚乙烯醇的平均分子量为15万，购买自山东柯普化工有限公司出售的中粘度级聚乙烯醇产品。
56.本发明第二方面提供了一种上述高阻隔性光伏背板的制备方法，将粘结层，耐候层和结构层的固定粘结面表面涂覆厚度为10微米厚度的胶黏剂，三层复合辊压既得。
57.胶黏剂为东营市盛基环保工程有限公司出售的epi无醛胶黏剂产品。
58.实施例2
59.本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：氧化锌和云母粉的质量比为2:1。
60.对比例1
61.本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：采用常规氧化锌粒子替代包覆改性氧化锌，氧化锌的平均粒径为50nm。
62.对比例2
63.本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：片层状绢云母粉的平均细度为20000目。
64.对比例3
65.本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：聚乙烯醇为10份。
66.性能评价
67.1.水汽透过率：将实施例和对比例中制得的结构层材料进行制样测试，参考测试标准gb/t 21529，每个实施例对比例测试10个试样，测得的数值的平均值记入表1。
68.2.耐候性：将实施例和对比例中制得的结构层材料进行制样测试，样品规格为2cm
×
2cm
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2cm，将样品置入水-紫外辐照试验箱观察，测试条件为温度40℃，汞灯功率300w，30天后查看制样表面是否有发黄，开裂现象记为不合格，每个实施例对比例测试100个试样，小于等于10个试样为a，小于等于20个试样不合格为b，大于20个试样不合格为c，测得的结果记入表1。
69.表1
[0070][0071][0072]
通过实施例1～2、对比例1～3和表1可以得知，本发明提供的一种高阻隔性光伏背板及其制备方法和应用，本技术制备的光伏背板具有良好的长期水气和气体隔绝性，使得其在具有良好的散热耐热性能同时，避免了长期使用过程中水气，气体的侵入而导致的背板粘结性下降和开裂等现象，适宜在太阳能光伏电池领域推广，具有广阔的发展前景。其中实施例1在具有最佳的板材结构，制备原料配比和制备工艺等因素下获得了最佳性能指数。