一种新型太阳能电池背板和制备方法及应用与流程

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种新型太阳能电池背板和制备方法及应用。

背景技术：

1、太阳能电池背板是光伏组件的重要组成部分，它位于光伏组件的最外面，起着保护、绝缘、阻隔水汽和向外扩散电池内部的醋酸乙烯酯(eva)胶膜老化产生的醋酸等作用，因此太阳能电池背板性能的优劣直接影响着太阳能电池的使用寿命和转化率。

2、目前，太阳能电池背板结构多为含氟材料层/聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)层/eva粘接层，各层材料通过胶黏剂粘接，总厚度为250-400μm。其中的eva层主要是为了实现和太阳能电池的粘接，中间的pet层主要是提供优异的机械性能，而最外层的含氟材料主要是给背板提供耐候性，因为c-f键的键能大，可以耐强紫外辐照。目前太阳能电池组件的设计使用时间为至少25年，甚至需要30年或者更久。但是在实际使用过程中发现很多太阳能组件都会提前损坏。大多数的功率下降都是由于太阳能电池的电化学腐蚀所致。3m公司监测了在湿热老化条件下使用不同种类背板制备的太阳能电池组件的输出功率的衰减情况，其中一种是pa/pa/pa型背板，三种是pet/pet/eva型背板，两种是pvf/pet/pvf背板，两种是聚烯烃型背板。监测结果发现在湿热老化2500h到4000h时，以pa和pet为背板的太阳能组件都发生了严重的输出功率下降，不管背板上是否有pvf层。而以聚烯烃为背板的组件即使湿热老化时间超过4500h，组件的功率下降仍小于6％。经过研究发现，聚烯烃背板的水蒸汽透过率(wvtr)比pet类的小3-6倍，但是聚烯烃背板的醋酸透过率比pet类背板大80倍左右。可见，太阳能电池组件中的eva胶膜在老化过程中释放的醋酸无法快速的扩散到组件的外面是导致太阳能电池内部电化学腐蚀的主要原因。聚烯烃背板同时具有低的水蒸汽透过率和高的醋酸透过率，可制备湿热老化性能优异的太阳能背板。但是聚烯烃材料的耐候性天然没有含氟材料的耐候性好。但是现有技术中含氟材料比如聚四氟乙烯膜的透气性很低，如果将含氟的材料与聚烯烃材料复合，可以提高材料的耐候性，但是必然会降低聚烯烃材料的醋酸透过率。

3、因此，若提供一种透过率较高的含氟材料作为耐候层，以期从根本上解决醋酸无法快速扩散到组件的外面的问题，从而避免太阳能电池内部过早地电化学腐蚀，是目前的研究重点。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种具有新型结构的太阳能电池背板和制备方法及应用。本发明提供的背板将本发明中的特定的多孔氟材料(聚四氟乙烯多孔膜)和芯层(聚烯烃材料等)相结合，既能提供优异的耐候性，又能保证对eva胶膜老化产生的醋酸有很好的透过率，从根本上解决醋酸透过率低造成太阳能电池内部电化学腐蚀的问题。

2、本发明的第一个方面是提供一种背板，所述背板具有多层结构，包括从上到下依次设置的粘接层、芯层、胶黏剂层和耐候层；其中，所述耐候层为聚四氟乙烯多孔膜，所述聚四氟乙烯多孔膜通过以下聚四氟乙烯复合物制备得到：所述聚四氟乙烯复合物，包括组分a、组分b以及助挤剂；所述组分a和组分b均为平均相对标准密度在2.1-2.2g/cm3之间的聚四氟乙烯树脂，所述组分a的平均相对标准密度大于所述组分b的平均相对标准密度。

3、根据本发明，所述背板可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述背板的厚度为200-500μm，优选为300-400μm。

4、在本发明一种更优选的实施方式中，所述粘接层的厚度为50-120μm，和/或，所述芯层的厚度为150-300μm；和/或，所述胶黏剂层的厚度为3-20μm，优选为5-15μm，和/或，所述耐候层的厚度为10-50μm优选为10-40μm。

5、作为优选，本发明的背板，优选作为太阳能电池背板，其厚度为200-400μm，具体结构如图1所示，从上到下依次为粘接层1、芯层2、胶黏剂层3和耐候层4。该背板具有高耐候同时对醋酸又具有高透过率的特点。

6、作为举例，粘接层1主要为eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)或聚烯烃类材料或聚烯烃类材料与eva的混合物，其厚度为50-120μm；

7、芯层2主要为聚烯烃材料或聚烯烃材料混合物，总厚度为150-300μm；

8、胶黏剂层3为环氧树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、丙烯酸酯胶黏剂、有机硅树脂胶黏剂中的一种或两种组合，其厚度为5-20μm；

9、耐候层4为本发明中的所述的聚四氟乙烯多孔膜，其厚度为10-50μm。

10、根据本发明，所述粘接层的材料可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述粘接层中含有乙烯-醋酸乙烯共聚物和/或聚烯烃类材料；优选地，以重量份计，所述粘接层中含有基体树脂50-90份，抗紫外剂0.1-5份，抗氧剂0.1-5份，反光填料5-30份，所述基体树脂为线性低密度聚乙烯树脂、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯、聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中一种或多种的组合。

11、根据本发明，所述芯层的材料可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述芯层为聚烯烃材料或聚烯烃材料的混合物；优选地，

12、以重量份计，所述芯层中含有基体树脂50-98份，抗紫外剂0.1-5份，抗氧剂0.1-5份，反光填料2-30份，其中，所述基体树脂为线性低密度聚乙烯树脂、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚1-丁烯、聚-4-甲基-1-戊烯、聚异丁烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中一种或多种的组合。

13、根据本发明，优选的粘接层和芯层中的抗紫外剂相同或不同，可以有多种选择。作为优选，抗紫外剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2,2’-(1,4-亚苯基)双-4h-3,1-苯并噁嗪-4-酮、2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2’-羟基-3’,5’-二戊基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-特辛基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑、2,2’-四亚甲基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2,8-二甲基-4h,6h-苯并(1,2-d；5,4-d’)双(1,3)-噁嗪-4,6-二酮、2-羟基-4-甲氧基-2’-羧基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-苯甲酰基氧基二苯甲酮、2,2’,4,4’-四羟基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4,4’-二甲氧基二苯甲酮、2-羟基-5-氯二苯甲酮、2-(2’-羟基-5’-叔丁基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5’-氨苯基)苯并三唑、双水杨酸双酚a酯、2-(2-羟基-3,5-二叔戊基苯基)苯并三唑、2,2′-(1,4-亚苯基)双-4h-3,1-苯并噁嗪-4-酮、2-(2’-羟基-3’,5’-二甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-甲基-4’-羟基苯基)苯并三唑、双-(2-甲氧基-4-羟基-5-苯甲酰基苯基)甲烷、2-(2’-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2’-羟基-5-甲基苯基)-5-羧酸丁基酯苯并三唑、2-羟基-4-烷氧基二苯甲酮、3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、三(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)亚磷酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、丁二酸和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、n,n’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物、n,n’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(4-吗啉基)-1,3,5-三嗪中一种或多种的组合。

14、根据本发明，优选的粘接层和芯层中的抗氧剂相同或不同，可以有多种选择。作为优选，抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁苯基)酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、十八烷基3-(3,5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸酯、季戊四醇四(双-t-丁基羟基氢化肉桂酸)酯、4-[(4,6-二辛硫基-1,3,5-三嗪-2-基)氨基]-2,6-二叔丁基苯酚、3,5-双(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酸硫代二-2,1-乙二醇酯、3,9-双[2-[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)-丙酰氧基]-1,1-二甲基乙基]-2,4、环状季戊烷四基二(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基亚磷酸酯)、4-[(4,6-二辛硫基-1,3,5-三嗪-2-基)氨基]-2,6-二叔丁基苯酚、n,n’-(丙烷-1,3-二基)双(3-(3,5-双-叔丁基-4-羟基苯基)丙酰胺)等中的一种或多种的组合。

15、根据本发明，优选的粘接层和芯层中的反光填料相同或不同，可以有多种选择。作为优选，反光填料为氧化铝、氧化锌、二氧化钛、氧化镁、玻璃珠、锌钡白、滑石粉、水滑石中的一种或多种的组合，优选地，所述反光填料的粒径为0.1-10μm。

16、根据本发明，所述胶黏剂层的材料可以在较宽的范围内选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述胶黏剂层含有环氧树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、丙烯酸酯胶黏剂、有机硅树脂胶黏剂中的至少一种。

17、在本发明一种优选的实施方式中，所述聚四氟乙烯多孔膜的盐性介质过滤效率不小于95％。

18、在本发明一种优选的实施方式中，所述聚四氟乙烯多孔膜在压力为7kpa、测试面积为20cm2条件下的透气率为2-10l/min，优选为2-5l/min。

19、在本发明一种优选的实施方式中，所述组分a的平均相对标准密度为2.161-2.2g/cm3；和/或，所述组分b的平均相对标准密度为2.13-2.160g/cm3；和/或，所述组分a和组分b的热不稳定系数各自均不大于50。

20、作为优选，耐候层4为聚四氟乙烯复合物多孔膜，该聚四氟乙烯复合物包括组分a、组分b以及助挤剂；所述组分a和组分b均为聚四氟乙烯树脂，所述组分a和组分b的平均相对标准密度各自均在2.1-2.2g/cm3之间，且所述组分a的平均相对标准密度大于所述组分b的平均相对标准密度。

21、在本发明一种优选的实施方式中，以所述聚四氟乙烯复合物的总重量为100wt％计，所述组分a的含量为5-90wt％，所述组分b的含量为5-90wt％，所述助挤剂的含量为5-50wt％。更优选地，以所述聚四氟乙烯复合物的总重量为100wt％计，所述组分a的含量为10-50wt％，所述组分b的含量为30-70wt％，所述助挤剂的含量为5-30wt％。

22、根据本发明，以所述聚四氟乙烯复合物的总重量为100wt％计，所述组分a的含量为5-90wt％，优选为10-50wt％，例如可以为10wt％、20wt％、30wt％、40wt％、50wt％，以及10wt％至50wt％之间的任意数值和任意两数值的任意区间。

23、根据本发明，以所述聚四氟乙烯复合物的总重量为100wt％计，所述组分b含量为5-90wt％，优选为30-70wt％，例如可以为30wt％、40wt％、50wt％、60wt％、70wt％，以及30wt％至70wt％之间的任意数值和任意两数值的任意区间。

24、根据本发明，以所述聚四氟乙烯复合物的总重量为100wt％计，所述助挤剂的含量为5-50重量份，优选为5-30wt％，例如可以为5wt％、10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％，以及5wt％至30wt％之间的任意数值和任意两数值的任意区间。

25、在本发明一种优选的实施方式中，所述组分a、组分b各自独立地选自分散法聚合得到的聚四氟乙烯树脂。

26、所述助挤剂可以有多种选择，在本发明一种优选的实施方式中，所述助挤剂选自航空煤油、白油、石脑油、异构烷烃和煤油中至少两种；优选地，所述助挤剂选自航空煤油、白油和异构烷烃中至少两种。更优选地，所述助挤剂选自航空煤油和异构烷烃，以所述助挤剂的总重量为100％计，所述的航空煤油的含量为10-50wt％，所述的异构烷烃的含量为50-90wt％。

27、在本发明一种优选的实施方式中，所述聚四氟乙烯多孔膜通过包括以下步骤的方法制备得到：

28、(1)将包括所述组分a、组分b和助挤剂在内的组分混合，得到所述聚四氟乙烯复合物；

29、(2)再将所述的聚四氟乙烯复合物进行制膜，得到所述聚四氟乙烯多孔膜。

30、在本发明一种优选的实施方式中，步骤(1)中：所述混合在压力下进行，优选地，所述混合的压力为0.2-10mpa；和/或，所述混合的时间为10-150h；进一步优选地，所述混合的方式为非搅拌式混合，优选为转动容器带动容器内物料混合，更优选转速为10-200rpm。

31、在本发明一种更优选的实施方式中，包括将前文所述的聚四氟乙烯复合物的原料经过压力条件下混合，之后静置，得到聚四氟乙烯复合物，再进行制膜，优选制膜的步骤包括经预成型，推压挤出，压延，同步或异步双向拉伸，热定型，之后冷却。

32、根据本发明，静置的条件选择范围较宽，在本发明一种优选的实施方式中，静置的条件包括：时间为10-20h，和/或，温度为40-80℃。

33、根据本发明，所述预成型的条件选择范围较宽，在本发明一种优选的实施方式中，所述预成型为预成型压力为5-50mpa，保压时间为10s-10min。

34、根据本发明，所述推压挤出的条件选择范围较宽，在本发明一种优选的实施方式中，所述推压挤出的压缩比为10-200，优选为10-30。

35、根据本发明，所述压延的条件选择范围较宽，在本发明一种优选的实施方式中，所述压延的压力为0.1-10mpa，优选为0.5-5mpa。

36、根据本发明，拉伸的条件选择范围较宽，在本发明一种优选的实施方式中，采用纵向拉伸和横向拉伸同步进行的方式进行双向拉伸；优选地，拉伸温度为20-300℃，优选为150-250℃。

37、在本发明一种优选的实施方式中，所述双向拉伸采用纵向拉伸和横向拉伸异步进行的方式进行；优选地，拉伸温度为20-300℃，优选为150-250℃。

38、根据本发明，热定型的条件选择范围较宽，在本发明一种优选的实施方式中，所述热定型的温度为300-380℃，热定型时长为20秒-300秒。

39、根据本发明，冷却的条件选择范围较宽，在本发明一种优选的实施方式中，所述冷却的速率为5-100℃/min。

40、在本发明一种更加优选的实施方式中，聚四氟乙烯多孔膜的制备方法包括将所述的聚四氟乙烯复合物的原料，经过压力条件下混合、预成型，推压挤出，压延，同步/异步双向拉伸，热定型、冷却，制备得到聚四氟乙烯多孔膜；所述的压力条件下混合为压力条件为0.2-10mpa，静置时间为10-20h，温度为40-80℃，将聚四氟乙烯复合物中各组分混合所述预成型为预成型压力为5-50mpa，保压时间为10s-10min；所述推压挤出为压缩比为10-200；所述压延为压延压力为0.1-10mpa；所述同步双向拉伸为纵向拉伸和横向拉伸同步进行，拉伸温度为20-300℃；所述异步双向拉伸为纵向拉伸和横向拉伸依次进行，拉伸温度为20-300℃；所述热定型为热定型温度为300-380℃，热定型时长为20秒-300秒；所述冷却为冷却速率为5-100℃每分钟直至达到室温。

41、本发明的第二个方面是提供一种第一个方面所述的背板的制备方法，包括通过胶黏剂层将芯层和耐候层黏结贴合，任选地在黏结贴合前或黏结贴合后，将粘接层设置在所述芯层上，得到所述背板。

42、具体地，上述背板的制备工艺可以采用本领域中已有的工艺，例如可以采用cn102202885 b中的方法进行。

43、本发明的第三个方面是提供一种第一个方面所述的背板或第二个方面所述的制备方法制得的背板在作为太阳能电池背板中的应用。

44、该背板具有高耐候性同时对醋酸又具有高透过率的特点，特别适合作为太阳能电池背板。

45、本发明的优异效果在于：

46、本发明所使用的聚四氟乙烯多孔膜具有较高的盐性介质过滤效率和透气速率，使得醋酸有很好的透过率，将其作为背板的耐候层，结合芯层(聚烯烃材料等)，既能提供优异的耐候性，又能保证对eva胶膜老化产生的醋酸有很好的透过率，从根本上解决了醋酸透过率低造成太阳能电池内部电化学腐蚀的问题，有利于延长太阳能电池的使用寿命。

47、本发明的背板保留了聚烯烃背板高的醋酸透过率和优异的水汽阻隔性，同时又赋予了背板优异的耐候性，可满足在潮湿地区长期使用的要求。既保留了聚烯烃背板的优势，又解决了聚烯烃材料耐候性不足的缺点，具有极高的应用价值。