说明书
[0001]
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池复合背膜及其制备方法。
[0002]
太阳能光伏组件主要由玻璃盖板、乙烯－醋酸乙烯共聚物(EVA)、电池片、背板、接线盒和边框等组成。由于背板对电池片起支撑和保护作用，且背板作为直接与外界自然环境大面积接触的封装材料，其性能直接决定了光伏组件的发电效率和使用寿命，背板必须具备优异的绝缘性、水汽阻隔性和耐候性等，因此背板性能对太阳能光伏组件的影响十分重要。背板对电池使用寿命，输出功率，安全可靠性起到关键作用。性能较差的太阳能电池背板在普通气候环境下使用8～10年、在特殊环境(高原、海岛、湿地等环境)下使用5～8年，即出现脱层、龟裂、起泡、变黄等不良现象，从而造成电池模块脱落、电池片滑移、电池有效输出功率降低等情况，甚至出现电打弧现象，引起电池组件燃烧并促发火灾，造成人员损害和财产损失。
[0003]
现有的背板主要是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为基板，在其单面或双面复合或涂覆具有功能性的氟材料，从而使背板具有良好阻隔、耐候及绝缘性能，因此，基板外面的含氟材料的性能就显得尤为关键。
[0004]
中国专利201110188877.4公开了一种太阳能电池背板，包括阻气层、耐加工层和若干外覆层，且至少有一层外覆层是由聚酰亚胺与铁氟龙制成的复合膜，所述复合膜可以是由聚酰亚胺膜和铁氟龙膜相贴合所构成，也可以是聚酰亚胺与铁氟龙的共挤出膜，阻气层能够有效阻隔水气，耐加工层适于贴合加工或提供缓冲效果，聚酰亚胺树脂具有耐候性质，可保护阻气层，铁氟龙则可进一步阻绝水气和抗紫外线，但该现有技术的方案制备的太阳能电池背板散热差，抗污能力差，在一定程度了降低了太阳能电池的使用寿命。
[0005]
中国专利201310719113.2公开了一种太阳能电池背板，包括基层，所述的基层为塑料层，所述的基层两侧的表面分别通过粘合层连接有树脂层，所述的树脂层表面设有保护膜，所述的保护膜包括设置在所述树脂层表面的硅氧化物涂层，所述的硅氧化物涂层表面通过另一层粘合层连接有涂膜层，所述的塑料层 采用聚对苯二甲酸二乙酯，所述的树脂层为聚偏氟乙烯树脂层，所述的粘合层为乙酸乙酯层，所述的涂膜层为聚酰亚胺薄膜层。该现有技术制备的太阳能背板拉伸强度好、水汽透过率高、热收缩率高，但仍然存在着散热差、抗污能力差等问题，这些都会影响太阳能电池的电气性能。
[0006]
现有技术中，部分太阳能电池背膜(背板)在紫外光的照射下会发生黄变，导致背膜层的分子组成部分被破坏，背膜的整体性能下降，同时背膜的反射率降低，影响组件的整体输出。而且，如果电池片材料的传热系数差，则局部温度过高会导致材料气化，从而在背膜出现鼓包，鼓包还会逐渐扩大致使周围的材料氧化变质，影响组件的使用寿命。可见，开发出一种强度高、水汽阻隔性能好、抗紫外线、散热好、抗污能好的太阳能电池背膜，成为一个技术问题。
[0008]
针对上述技术问题，本发明提供了一种太阳能电池复合背膜。采用本发明的技术方案，可以制备隔绝性能好、抗老化、散热好、耐腐蚀的太阳能电池背膜。
[0009]
本发明的技术方案是：一种太阳能电池复合背膜，依次包括第一背膜，第二背膜、第三背膜，第一背膜和第二背膜之间、第二背膜和第三背膜之间还具有粘结层，第一背膜与太阳能电池的EVA胶膜邻接，其特征在于：所述第一背膜为聚四氟乙烯膜；所述第二背膜为聚对苯二甲酸乙二脂膜与气相白炭黑复合而成的复合膜；所述第三背膜为聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜。
[0010]
进一步，所述第三背膜中的氧化锆为纳米氧化锆。
[0011]
进一步，所述第三背膜中的氧化锆为通过六氟环氧丙烷齐聚物型表面活性剂、钛酸酯偶联剂、高分子相容剂改性后的纳米氧化锆。
[0012]
进一步，所述聚碳酸酯包覆在所述型表面活性剂氧化锆的表面，形成以氧化锆为核、聚碳酸酯为壳的结构。
[0013]
进一步，作为本发明一种可选的实施方式，所述第一背膜也可以用聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜来替代聚四氟乙烯膜。
[0014]
本发明还公开了该太阳能电池复合背膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0015]
1)氧化锆改性：将纳米氧化锆在110℃干燥30min，然后放入盛有甲苯溶剂的容器中，超声分散20min后，加入钛酸酯偶联剂，在在100℃的水浴中保持3 小时，自然降温，抽滤，干燥，将产物置于干燥器中备用；
[0016]
2)制备氧化锆-聚碳酸酯复合粒子：将改性后的氧化锆加入去离子水、丙烯酸高分子相容剂、六氟环氧丙烷齐聚物型表面活性剂，在常温下搅拌30min，使共聚物分散均匀，升温至60℃，再匀速滴加聚碳酸酯单体，同时用机械搅拌引发聚合反应。反应结束后，自然降温至30℃，分离出产物，然后在恒温干燥箱中于50℃干燥4h，即制得氧化锆-聚碳酸酯复合粒子；
[0017]
3)制备第三背膜聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜：将制备氧化锆-聚碳酸酯复合粒子和聚四氟乙烯粒料以重量比0.5～1：9.5～9的比例放入高速粉碎机中，均匀混合，然后将混料放入双螺杆挤出机中挤出，流延成膜；所述双螺杆挤出机中螺杆各段温度从进料口到出口孔共设置6个温度区间，依次是：165℃、180℃、190℃、190℃、185℃、170℃；
[0018]
4)制备第二背膜聚对苯二甲酸乙二脂-气相白炭黑复合膜：按照配比称取气相白炭黑，溶于盛有二甲基甲酰胺溶液的容器中，高速搅拌30min，然后加入苯二甲酸乙二脂，置于80℃的水浴中，持续加热搅拌2h，带待聚合物完全溶解后，蒸去二甲基甲酰胺溶液，于50℃温度下真空脱泡0.5-2h，将所得溶液通过静电纺丝工艺形成厚度为200-250μm的薄膜，吹冷风凝固成型，然后用去离子水清洗干净，晾干，即制得聚对苯二甲酸乙二脂与气相白炭黑复合膜。
[0019]
5)制备太阳能电池复合背膜：在第二背膜聚对苯二甲酸乙二脂-气相白炭黑复合膜的两面涂覆粘结层后，然后将第一背膜、第二背膜和第三背膜通过热压粘合固化后，即制得太阳能电池复合背膜。
[0021]
步骤1)中，所述钛酸酯偶联剂的加入量占纳米氧化锆重量的0.2-0.8％。
[0022]
步骤2)中，所述丙烯酸高分子相容剂占纳米氧化锆重量的1.5-2.8％，优选为2.0％；所述六氟环氧丙烷齐聚物型表面活性剂占纳米氧化锆重量的0.3-1.2％，优选为0.6％；所述氧化锆占聚碳酸酯单体的总重量的为2-4％，优选为2.5％。
[0023]
步骤3)中，所述聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜流延成膜的厚度为20-45μm，优选为30μm。
[0024]
所述步骤4)中，所述气相白炭黑为聚对苯二甲酸乙二脂重量的1.2-2.4％， 优选为2％。
[0025]
步骤5)中，所述第一背膜、第三背膜的厚度为30μ；所述第二背膜的厚度为200-300μm，进一步优选为250μm；所述粘结层为醋酸乙烯脂共聚物，厚度为8-12μm。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0027]
(1)本发明提供的太阳能电池复合背膜，第三背膜采用聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜，制得的太阳能复合背膜具有良好的力学性能和更高的使用温度，而且也降低了复合膜表面的极性，使灰尘的附着力降低，减少背膜表面灰尘沉积，提升了背膜的使用寿命。
[0028]
(2)本发明的第二背膜采用聚对苯二甲酸乙二脂-气相白炭黑复合膜，对紫外光有很强的抵抗能力，在第二背膜和第三背膜的双重作用下，可将紫外线有效地阻挡在电池背膜的外面，提高了背膜的抗老化能力。
[0029]
(3)本发明提供的太阳能电池背膜，具有较高的导热能力，可以将背膜产生的热量尽快地散发出去，防止背膜局部温度过高、产生鼓包而影响太阳能电池的功率。
[0030]
(4)本发明提供的太阳能电池背膜，使用改性后的聚四氟乙烯膜，电气性能优越，耐侯抗老化性能优异，透水率低，可以防止水汽进入内部腐蚀电路，影响太阳能电池组件的寿命。
[0031]
(5)本发明提供的太阳能电池背膜，具有很高的层间剥离强度。
[0032]
(6)采用本发明的技术方案制备的太阳能电池背膜，反射阳光能力强，耐高低温度能力强，而且还可以散射红外线，降低了背膜的温度，散热效果好，延长了背膜的使用寿命。
[0033]
图1是本发明提供的太阳能电池复合背膜结构示意图；
[0034]
图中附图标记说明：第一背膜1、第二背膜2、第三背膜3。
[0035]
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037]
如图1所示，一种太阳能电池复合背膜，依次包括第一背膜1，第二背膜2、第三背膜3，第一背膜1和第二背膜2之间、第二背膜2和第三背膜3之间还具有粘结层4，第一背膜1与太阳能电池的EVA胶膜邻接。而且，第一背膜为聚四氟乙烯膜；第二背膜为聚对苯二甲酸乙二脂膜与气相白炭黑复合而成的复合膜；第三背膜为聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜。
[0038]
此外，所述第三背膜3中的氧化锆为纳米氧化锆。该氧化锆为通过六氟环氧丙烷齐聚物型表面活性剂、钛酸酯偶联剂、高分子相容剂改性后的纳米氧化锆。聚碳酸酯包覆在所述型表面活性剂氧化锆的表面，形成以氧化锆为核、聚碳酸酯为壳的结构。
[0039]
本发明提供的太阳能电池复合背膜，第三背膜采用聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜，制得的太阳能复合背膜具有良好的力学性能和更高的使用温度，而且也降低了复合膜表面的极性，使灰尘的附着力降低，减少背膜表面灰尘沉积，提升了背膜的使用寿命。
[0040]
本发明的第二背膜采用聚对苯二甲酸乙二脂-气相白炭黑复合膜，对紫外光有很强的抵抗能力，在第二背膜和第三背膜的双重作用下，可将紫外线有效地阻挡在电池背膜的外面，提高了背膜的抗老化能力。
[0042]
参考图1，一种太阳能电池复合背膜，依次包括第一背膜1，第二背膜2、第三背膜3，第一背膜1和第二背膜2之间、第二背膜2和第三背膜3之间还具有粘结层4，第一背膜1与太阳能电池的EVA胶膜邻接。而且，所述第二背膜为聚对苯二甲酸乙二脂膜与气相白炭黑复合而成的复合膜；第一、三背膜为聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜。
[0043]
此外，所述第一、三背膜3中的氧化锆为纳米氧化锆。该氧化锆为通过六氟环氧丙烷齐聚物型表面活性剂、钛酸酯偶联剂、高分子相容剂改性后的纳米氧化锆。
[0044]
本发明提供的太阳能电池背膜，使用改性后的聚四氟乙烯膜，电气性能优越，耐侯抗老化性能优异，透水率低，可防止水汽进入内部腐蚀电路，影响太阳能电池组件的寿命。而且，本发明提供的太阳能电池背膜，具有很高的层间剥离强度。
[0046]
一种太阳能电池复合背膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0047]
1)氧化锆改性：将纳米氧化锆在110℃干燥30min，然后放入盛有甲苯溶剂的容器中，超声分散20min后，加入钛酸酯偶联剂(重量占纳米氧化锆重量的0.5％)，在在100℃的水浴中保持3小时，自然降温，抽滤，干燥，将产物置于干燥器中备用；
[0048]
2)制备氧化锆-聚碳酸酯复合粒子：将改性后的氧化锆加入去离子水、丙烯酸高分子相容剂(占纳米氧化锆重量的2.0％)、六氟环氧丙烷齐聚物型表面活性剂(占纳米氧化锆重量的0.6％)，在常温下搅拌30min，使共聚物分散均匀，升温至60℃，再匀速滴加聚碳酸酯单体(氧化锆占聚碳酸酯单体的总重量的为5％)，同时用机械搅拌引发聚合反应，反应结束后，自然降温至30℃，分离出产物，然后在恒温干燥箱中于50℃干燥4h，即制得氧化锆-聚碳酸酯复合粒子；
[0049]
3)制备聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜：将制备氧化锆-聚碳酸酯复合粒子和聚四氟乙烯粒料以重量比0.5～1：9.5～9的比例放入高速粉碎机中，均匀混合，然后将混料放入双螺杆挤出机中挤出，流延成膜，膜厚为30μm；双螺杆挤出机中螺杆各段温度从进料口到出口孔共设置6个温度区间，依次是：165℃、180℃、190℃、190℃、185℃、170℃；
[0050]
4)制备聚对苯二甲酸乙二脂-气相白炭黑复合膜：称取占聚对苯二甲酸乙二脂重量2％的气相白炭黑，溶于盛有二甲基甲酰胺溶液的容器中，高速搅拌30min，然后加入苯二甲酸乙二脂，置于80℃的水浴中，持续加热搅拌2h，带待聚合物完全溶解后，蒸去二甲基甲酰胺溶液，于50℃温度下真空脱泡0.5-2h，将所得溶液通过静电纺丝工艺形成厚度为200-250μm的薄膜，吹冷风凝固成型，然后用去离子水清洗干净，晾干，即制得聚对苯二甲酸乙二脂与气相白炭黑复合膜。
[0051]
5)制备太阳能电池复合背膜：在第二背膜聚对苯二甲酸乙二脂-气相白炭黑复合膜的两面涂覆粘结层后，然后将第一背膜、第二背膜和第三背膜通过热压粘合固化后，即制得太阳能电池复合背膜。
[0052]
本发明提供的太阳能电池背膜，具有较高的导热能力，可以将背膜产生的热量尽快地散发出去，防止背膜局部温度过高、产生鼓包而影响太阳能电池的功率。而且，反射阳光能力强，耐高低温度能力强，而且还可以散射红外线，降低了背膜的温度，散热效果好，延长了背膜的使用寿命。
[0053]
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
权利要求书
[权利要求 1]
一种太阳能电池复合背膜，依次包括第一背膜(1)，第二背膜(2)、第三背膜(3)，第一背膜(1)和第二背膜(2)之间、第二背膜(2)和第三背膜(3)之间还具有粘结层(4)，第一背膜(1)与太阳能电池的EVA胶膜邻接，其特征在于：所述第一背膜(1)为聚四氟乙烯膜；所述第二背膜(2)为聚对苯二甲酸乙二脂与气相白炭黑复合而成的复合膜；所述第三背膜(3)为聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜。
[权利要求 2]
根据权利要求要求1所述的太阳能电池复合背膜，其特征在在于：所述第三背膜(3)中的氧化锆为纳米氧化锆。
[权利要求 3]
根据权利要求要求2所述的太阳能电池复合背膜，其特征在于：所述第三背膜(3)中的氧化锆为通过六氟环氧丙烷齐聚物型表面活性剂、钛酸酯偶联剂、高分子相容剂改性后的纳米氧化锆。
[权利要求 4]
根据权利要求要求3所述的太阳能电池复合背膜，其特征在于：所述聚碳酸酯包覆在所述型表面活性剂氧化锆的表面，形成以氧化锆为核、聚碳酸酯为壳的结构。
[权利要求 5]
根据权利要求要求1所述的太阳能电池复合背膜，其特征在于：所述第一背膜(1)用聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜来替代聚四氟乙烯膜。
[权利要求 6]
一种太阳能电池复合背膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 1)氧化锆改性：将纳米氧化锆在110℃干燥30min，然后放入盛有甲苯溶剂的容器中，超声分散20min后，加入钛酸酯偶联剂，在在100℃的水浴中保持3小时，自然降温，抽滤，干燥，将产物置于干燥器中备用； 2)制备氧化锆-聚碳酸酯复合粒子：将改性后的氧化锆加入去离子水、丙烯酸高分子相容剂、六氟环氧丙烷齐聚物型表面活性剂，在常温下搅拌30min，使共聚物分散均匀，升温至60℃，再匀速滴加聚碳酸酯单体，同时用机械搅拌引发聚合反应，反应结束后，自然降温至30℃，分离出产物，然后在恒温干燥箱中于50℃干燥4h，即制得氧化锆-聚碳酸酯复合粒子； 3)制备第三背膜聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜：将制备氧化锆-聚碳酸酯复合粒子和聚四氟乙烯粒料以重量比为0.5～1：9.5～9的比例放入高速粉碎机中，均匀混合，然后将混料放入双螺杆挤出机中挤出，流延成膜； 4)制备第二背膜聚对苯二甲酸乙二脂-气相白炭黑复合膜：按照配比称取气相白炭黑，溶于盛有二甲基甲酰胺溶液的容器中，高速搅拌30min，然后加入苯二甲酸乙二脂，置于80℃的水浴中，持续加热搅拌2h，带待聚合物完全溶解后，蒸去二甲基甲酰胺溶液，于50℃温度下真空脱泡0.5-2h，将所得溶液通过静电纺丝工艺形成厚度为200-250μm的薄膜，吹冷风凝固成型，然后用去离子水清洗干净，晾干，即制得聚对苯二甲酸乙二脂与气相白炭黑复合膜。 5)制备太阳能电池复合背膜：在第二背膜(2)的两面涂覆粘结层(4)后，然后将第一背膜(1)、第二背膜(2)和第三背膜(3)通过热压粘合固化后，即制得太阳能电池复合背膜。
[权利要求 7]
根据权利要求6所述的太阳能电池复合背膜的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述聚碳酸酯-氧化锆-聚四氟乙烯组成的复合膜流延成膜的厚度为20-45μm。
[权利要求 8]
根据权利要求6所述的太阳能电池复合背膜的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中所述气相白炭黑的重量为聚对苯二甲酸乙二脂重量的1.2-2.4％。
[权利要求 9]
根据权利要求6所述的太阳能电池复合背膜的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中第一背膜(1)、第三背膜(3)的厚度为30μ，所述第二背膜(2)的厚度为200-300μm。
[权利要求 10]
根据权利要求6所述的太阳能电池复合背膜的制备方法，其特征在于：所述粘结层(4)为醋酸乙烯脂共聚物，厚度为8-12μm。
附图
