專利名稱：一種太陽能電池背板及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種太陽能電池背板。
背景技術：
煤炭、石油等傳統能源仍然是當今社會的主要能源。然而，隨著常規能源一天天的消耗以及由此帶來的全球污染與氣候問題，人們將目光都投向了可再生能源，并希望可再生能源能夠改變人類目前的能源結構，以維持人類的可持續發展。在這之中，太陽能以其獨有的優勢而成為人們重視的焦點。目前人類利用太陽能的方式主要有光轉熱、光轉熱再轉電、光直接轉電(即光伏發電)。其中光伏發電以其清潔性、安全性的特點備受青睞，近年來得到了長足的發展。各國政府都高度重視這一技術的發展，并紛紛啟用補貼政策來支持太陽能光伏產業的研究、使用與推廣。最近幾年全球太陽能光伏裝機量與產量都以40%左右的速度增長。在該領域內，我國后來居上，2009年已經成為全球最大的太陽能電池組件的生產國，并在長三角、環渤海、珠三角、中西部等地區形成了各具特色的太陽能產業集群。在目前的各種太陽能電池中，晶體硅太陽能電池的技術最為成熟，因而應用最為廣泛。晶體硅太陽能電池組件是一個多層結構，是由透光層、膠層、電池片、膠層、背板依次層壓封裝而成。其中，透光層一般采用玻璃，膠層通常采用EVA膠膜。背板通常是一種多層復合材料，以最常用的TPT背板為例，它是由聚氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氟乙烯三層獨立的薄膜通過膠水的粘結熱壓成型的。太陽能電池背板的主要作用是用來提高太陽能電池板的整體機械強度，保護晶體硅片，防止水汽滲透到密封層中影響電池片的使用壽命。由于太陽能電池要達到二十五年的使用壽命，因此，背板必須在這么長的時間內要具備抵抗陽光、雨水、風吹、擊打以及溫濕度變化等任何外界因素帶來的破壞作用，并保護好電池中的硅片。具體對于性能來講，背板必須具有極高的絕緣、耐老化、抗紫外、水汽阻隔等性能以及較好的尺寸穩定性能、足夠的機械強度等等。作為一個關系到太陽能電池組件安全的部件，背板在光伏產業中扮演著越來越重要的角色。以目前市場上常用的TPT (Tedlar/PET/Tedlar)背板為例，該背板最外層采用Tedlar膜(PVF，聚氟乙稀)，保證了背板具有良好的耐老化、抗紫外性能，中間采用 PET(聚對苯甲酸乙二醇)薄膜，保證了背板具有良好的絕緣及水汽阻隔性能。公開號為 CN201841726U的發明便是這樣的結構，各層分別為聚氟乙烯薄膜、膠層、聚對苯二甲酸乙二醇薄膜、膠層、聚氟乙烯薄膜。此外，可以用其他含氟薄膜代替Tedlar薄膜與PET薄膜復合，壓合成背板。例如公開號為CN201387885的發明公開的一種五層結構上下表面為 PVDF材料層，中間層為PET薄膜層，以上三層之間用膠水層粘結。由于PVF及其它含氟薄膜的價格昂貴且產量有限，目前一些太陽能組件開始采用涂料性背板，即采用氟樹脂涂覆在PET薄膜上，形成含氟涂層，以此取代含氟薄膜，從而大大降低了成本。如國內公開號為 CN201199525的專利公開了一種七層結構包括依次復合在一起的氟硅氧烷化成膜層、氟基膜層、氟硅氧烷化成膜層、基層、氟硅氧烷化成膜層、氟基膜層和氟硅氧烷化成膜層。公開號為CN201199524的專利公開了一種五層結構依次為氟硅氧烷化成膜層、基層、氟硅氧烷化成膜層、氟基膜層和氟硅氧烷化成膜層。其中基層為PET或PE。公開號為CN201527978U 的專利公開了一種三層結構氟樹脂薄膜層、PET聚酯膜層、氟樹脂薄膜層。這種背板大大降低了成本。由于目前PVF、PVDF等含氟薄膜的產品都被國外企業壟斷，并且價格較高，因此開發氟樹脂薄膜類型的背板對我國太陽能產業的發展具有重要的意義。由于氟樹脂薄膜能夠大大降低成本，并且可以做得很薄，研究發現，當采用多層氟樹脂薄膜做成背板時，能夠在保障低成本的同時，大大提高背板的水汽阻隔性與耐候性。另一方面，無論是目前TPT類型的背板還是氟樹脂薄膜類型的背板，其基層大多采用PET薄膜。由于PET剛性較低、彈性模量一般在2-2. 5GPa，而晶體硅電池片的模量一般在IOOGPa左右，二者相差巨大、匹配性較差，因而在組件層壓的過程中容易產生氣泡等缺陷，進而影響到太陽能電池組件封裝工藝的良率、影響了生產成本。如果能夠采用一種彈性模量與硅更接近的材料作為背板的基材，則能夠減少層壓過程的缺陷、提高良率、降低成本。公開號為CN201289852的專利公開了一種有四層薄膜復合而成的背板第一層為 0. 05-0. 40mm厚的乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA膜層，第二層為0. 05-0. 20mm厚的聚四氟乙烯 PTFE膜層，第三層為0. 05-0. 30mm厚的高性能纖維HPF基布層，第四層為0. 05-0. 20mm厚的聚四氟乙烯PTFE膜層。該背板采用了 HPF基布層與PTFE薄膜，相對于PET與PVF薄膜而言，提高了背板的剛性；然而，該背板采用了兩層造價昂貴的PTFE薄膜，導致其成本上沒有優勢，另外，該背板缺乏水汽隔絕性能優良的薄膜，不能保證整個背板具有較高的水汽阻隔性能。綜上所述，目前尚缺乏一種高模量、綜合性能優良的太陽能電池背板。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術中所存在的問題，提供一種高模量的綜合性能優良的太陽能電池背板。為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是一種太陽能電池背板，由一玻璃纖維布基體層，四氟樹脂薄膜層、兩PET薄膜層和兩膠黏層構成，且依次排列為氟樹脂薄膜、PET薄膜、膠黏層、氟樹脂薄膜、玻璃纖維布、氟樹脂薄膜、膠黏層、PET薄膜、氟樹脂薄膜。所述的玻璃纖維布的厚度為0. 1-0. 3mm。所述氟樹脂薄膜由四氟乙烯樹脂或三氟氯乙烯樹脂固化而成；厚度為 0. 01-0. 025mm。所述的PET薄膜的厚度為0. 025-0. 050mm。所述的膠黏層為聚氨酯或丙烯酸膠；厚度為0. 01-0. 025mm。為了達到上述目的，本發明所采用的另一個技術方案是一種太陽能電池背板的制備方法，包括如下步驟(1)將PET薄膜、玻璃纖維布進行表面清潔與表面化學處理，保證表面能大于45達因。(2)在PET薄膜的外表面與玻璃纖維布的兩個表面涂覆氟樹脂，然后在90-280°C的溫度范圍內干燥，干燥時間控制在1分鐘以內，分別得到氟樹脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜、氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜。(3)在步驟( 制得的氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜的兩個表面涂覆膠黏層，接著在50-120°C干燥，干燥時間控制在30秒鐘以內，然后將它與步驟 (2)制得的氟樹脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜三層復合薄膜在溫度范圍為80-100°C，壓力為 15-25Kg/cm2進行壓合，獲得九層復合薄膜。(4)將步驟(3)制得的九層復合薄膜在溫度為50-60°C范圍進行固化12_48小時。其中，步驟1所述的表面化學處理為表面等離子處理或表面電暈處理。步驟2所述的涂覆的方式可以是刮涂、逆轉輥涂布、噴涂、擠壓式涂布、凹版印刷中的任一種。本發明與現有技術相比，具有以下優點和有益效果一是在本發明中，采用氟樹脂薄膜，而不采用進口的含氟薄膜，大大降低了成本； 采用多層氟樹脂薄膜，在降低成本的同時，保證了背板具有極高的耐候性能；同時采用兩層較薄的PET薄膜，在減少PET用量的同時，提高了背板的水汽阻隔性能。二是在本發明中，采用玻璃纖維布作為基層，而不采用PET薄膜。因為玻璃纖維布是一種常用的絕緣、耐壓、阻燃材料，已經廣泛被用來制作電器絕緣制品、印刷電路板、防火板、絕緣板，并成功應用于航空、軍工等要求嚴苛的領域，是制作背板基層的理想材料。玻璃纖維布的彈性模量一般在70GPa以上，與硅片較為接近。本發明由于采用了玻璃纖維布，提高了背板的耐壓、阻燃性能，提高了背板彈性模量，大大降低了太陽能電池組件層壓過程中出現的凹坑等缺陷、提高了層壓工藝的良率，有利于降低成本。
圖1為本發明的結構示意圖。圖中1.為氟樹脂薄膜、2.為PET薄膜、3.為膠層、4.為玻璃纖維布。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1 1.材料的準備準備三氟氯乙烯樹脂涂料、厚度為％微米PET薄膜、聚氨酯膠水、厚度為200微米的玻璃纖維布。2.背板的制備(1)將PET薄膜、玻璃纖維布進行表面清潔與等離子處理。處理后測量PET薄膜表面能為48達因。(2)在PET薄膜的外表面與玻璃纖維布的兩個表面涂覆氟樹脂，涂覆厚度為50微米，然后在90°C、120°C、180 V、200 V、220 V、100 V的溫度分別干燥5秒鐘，分別得到氟樹
脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜、氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜。通過測量，氟樹脂薄膜的厚度為25微米。(3)在步驟( 制得的氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜的兩面涂覆膠水，涂覆厚度為60微米，然后在60°C、80°C、100°C、80°C、60°C的溫度分別干燥2秒鐘，再將它的兩面與步驟( 制得的氟樹脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜三層復合薄膜在溫度為80°C、壓力為25Kg/cm2的條件下進行壓合，最終形成九層的復合薄膜。(4)將步驟(3)制得的復合薄膜在60°C進行后固化，固化時間為M小時。3、性能檢測采用千分尺測量得到背板的厚度為408微米，采用ASTM F-1249標準測量水汽隔絕能力，測量結果為1.3g/m2.24H;采用ASTM D-149標準測量耐電壓能力，測量結果為 23KV ；采用IEC 60664-1標準測量局部放電能力測試，測試結果為1200V ；采用雙85實驗 (在溫度85°C、濕度85% RH的條件下，連續紫外照射3000h)測試耐候性，結果表明樣品無鼓包、無脫層、黃變指數Ab為1. 5。實施例2 1.材料的準備準備三氟氯乙烯樹脂涂料、厚度為50微米PET薄膜、丙烯酸膠水、厚度為300微米的玻璃纖維布。2.背板的制備(1)將PET薄膜、玻璃纖維布進行預處理；預處理工藝包括表面清潔與表面電暈處理。測量PET薄膜表面能為49達因。(2)在PET薄膜的外表面與玻璃纖維布的兩個表面涂覆氟樹脂，涂覆厚度為20微米，然后在120°c、180°c、26(rc、22(rc、10(rc的溫度分別干燥5秒鐘，分別得到氟樹脂薄膜
/PET膜/氟樹脂薄膜、氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜。通過測量，氟樹脂薄膜的厚度為10微米。(3)在步驟( 制得的氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜的兩面涂覆膠水，涂覆厚度為40微米，然后在50°C、80°C、120°C、80°C、60°C的溫度分別干燥1秒鐘，再將它的兩面與步驟( 制得的氟樹脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜三層復合薄膜在溫度為90°C、壓力15Kg/cm2的條件下進行壓合，最終形成九層的復合薄膜。(4)將步驟(3)制得的復合薄膜在50°C的溫度下進行固化，固化時間為48小時。3.性能檢測采用千分尺測量得到背板的厚度為515微米，采用ASTM F-1249標準測量水汽隔絕能力，測量結果為1. lg/m2.24H;采用ASTM D-149標準測量耐電壓能力，測量結果為 25KV ；采用IEC 60664-1標準測量局部放電能力測試，測試結果為1200V ；采用雙85實驗 (在溫度85°C、濕度85% RH的條件下，連續紫外照射3000h)測試耐候性，結果表明樣品無鼓包、無脫層、黃變指數Ab為1. 3。實施例3 1.材料的準備準備四氟乙烯樹脂涂料、厚度為30微米PET薄膜、丙烯酸膠水、厚度為100微米的玻璃纖維布。2.背板的制備(1)將PET薄膜、玻璃纖維布進行預處理；預處理工藝包括表面清潔與表面電暈處理。測量PET薄膜表面能為49達因。
(2)在PET薄膜的外表面與玻璃纖維布的兩個表面涂覆氟樹脂，涂覆厚度為20微米，然后在90°C、120°C、180 V、280 V、220 V、100 V的溫度分別干燥5秒鐘，分別得到氟樹
脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜、氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜。通過測量，氟樹脂薄膜的厚度為11微米。(3)在步驟( 制得的氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜的兩面涂覆膠水，涂覆厚度為20微米，然后在50°C、80°C、100°C、80°C、60°C的溫度分別干燥1秒鐘，再將它的兩面與步驟( 制得的氟樹脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜三層復合薄膜在溫度為100°C、壓力20Kg/cm2的條件下進行壓合，最終形成九層的復合薄膜。(4)將步驟(3)制得的復合薄膜在60°C的溫度下進行固化，固化時間為12小時。3.性能檢測采用千分尺測量得到背板的厚度為255微米，采用ASTM F-1249標準測量水汽隔絕能力，測量結果為1.6g/m2.24H;采用ASTM D-149標準測量耐電壓能力，測量結果為 2IKV ；采用IEC 60664-1標準測量局部放電能力測試，測試結果為1300V ；采用雙85實驗 (在溫度85°C、濕度85% RH的條件下，連續紫外照射3000h)測試耐候性，結果表明樣品無鼓包、無脫層、黃變指數Ab為1. 4。
權利要求
1.一種太陽能電池背板，其特征在于所述背板由一玻璃纖維布基體層，四氟樹脂薄膜層、兩PET薄膜層和兩膠黏層構成，且依次排列為氟樹脂薄膜、PET薄膜、膠黏層、氟樹脂薄膜、玻璃纖維布、氟樹脂薄膜、膠黏層、PET薄膜、氟樹脂薄膜。
2.根據權利要求1所述的太陽能電池背板，其特征在于所述的玻璃纖維布的厚度為 0. 1-0. 3mm。
3.根據權利要求1所述的太陽能電池背板，其特征在于所述氟樹脂薄膜由四氟乙烯樹脂或三氟氯乙烯樹脂固化而成；厚度為0. 01-0. 025mm。
4.根據權利要求1所述的太陽能電池背板，其特征在于所述的PET薄膜的厚度為 0. 025-0. 050mm。
5.根據權利要求1所述的太陽能電池背板，其特征在于所述的膠黏層為聚氨酯或丙烯酸膠；厚度為0. 01-0. 025_。
6.一種如權利要求1所述的太陽能電池背板的制備方法，其特征在于包括如下步驟(1)將PET薄膜、玻璃纖維布進行表面清潔與表面化學處理，保證表面能大于45達因；(2)在PET薄膜的外表面與玻璃纖維布的兩個表面涂覆氟樹脂，然后在90-280°C的溫度范圍內干燥，干燥時間控制在1分鐘以內，分別得到氟樹脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜、氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜；(3)在步驟( 制得的氟樹脂薄膜/玻璃纖維布/氟樹脂薄膜三層復合膜的兩個表面涂覆膠黏層，接著在50-120°C干燥，干燥時間控制在30秒鐘以內，然后將它與步驟(2) 制得的氟樹脂薄膜/PET膜/氟樹脂薄膜三層復合薄膜在溫度范圍為80-100°C，壓力為 15-2^(g/Cm2進行壓合，獲得九層復合薄膜；(4)將步驟( 制得的九層復合薄膜在溫度為50-60°C范圍進行固化12-48小時。
7.根據權利要求6所述的太陽能電池背板的制備方法，其特征在于步驟1所述的表面化學處理為表面等離子處理或表面電暈處理。
8.根據權利要求6所述的太陽能電池背板的制備方法，其特征在于步驟2所述的涂覆的方式可以是刮涂、逆轉輥涂布、噴涂、擠壓式涂布、凹版印刷中的任一種。
全文摘要
本發明公開了一種太陽能電池背板及其制備方法，所述背板由一玻璃纖維布基體層，四氟樹脂薄膜層、兩PET薄膜層和兩膠黏層構成，且依次排列為氟樹脂薄膜、PET薄膜、膠黏層、氟樹脂薄膜、玻璃纖維布、氟樹脂薄膜、膠黏層、PET薄膜、氟樹脂薄膜。本發明由于采用多層氟樹脂薄膜，大大提高了背板的耐候性；基材采用玻璃纖維布，賦予背板具有高耐壓、高強度、高模量與極高的阻燃性能；采用雙層PET結構，保證了該背板極高的水汽阻隔性能。
文檔編號B32B27/08GK102376805SQ20111031640
公開日2012年3月14日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者楊衛國, 項宏福 申請人:江蘇科技大學