本發(fā)明屬于太陽能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太陽能電池背板。
背景技術(shù)：
太陽能是人類取之不盡、用之不竭的能源。太陽能電池將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能。背板是太陽能電池的封裝材料，其功能是保護(hù)太陽能電池內(nèi)部材料以及支撐、固定太陽能電池。背板是太陽能電池中唯一與外界環(huán)境大范圍接觸的封裝材料，因此背板必須具有良好的抗環(huán)境侵蝕能力。此外，太陽能電池的系統(tǒng)電壓正在逐漸增大，增強(qiáng)背板的絕緣性可以減少光伏電站逆變器和線纜的數(shù)量，增加電站的收益。因此，提高背板的絕緣性也愈來愈重要。
太陽能電池組件的壽命現(xiàn)在一般設(shè)定為25年，長時(shí)間的戶外和較高的系統(tǒng)電壓條件下，背板必須具有優(yōu)良的水汽阻隔性和絕緣性。水蒸氣滲透率是衡量太陽能電池背板性能好壞的重要指標(biāo)之一，水蒸氣的滲透會(huì)影響到背板的層間粘結(jié)力以及與其它封裝材料(如EVA)的粘接性能可能導(dǎo)致背板分層失效和背板與EVA脫層使?jié)駳庵苯咏佑|電池片而使電池片被氧化；局部放電電壓是衡量背板絕緣性能好壞的重要指標(biāo)之一，局部放電較低的背板長期處于較高的系統(tǒng)電壓下，會(huì)逐步被電老化，甚至?xí)粨舸嬖谳^大安全隱患。綜上所述，增強(qiáng)背板水汽阻隔性和絕緣性對提高電池組件壽命有重要意義。
現(xiàn)有的背板阻隔技術(shù)主要采用以下三種方法：一種方法為在背板的結(jié)構(gòu)中增加金屬膜層，如專利CN 104105749 A公開了一種高阻隔背板，將金屬膜，例如，鋁箔、銅箔、不銹鋼箔同基材復(fù)合，雖然這種方法可以增強(qiáng)背板的水汽阻隔性，但背板局部放電電壓降低，絕緣性能下降。第二中方法為在背板的至少一層上蒸鍍SiO2，例如專利CN 202977464 U公開了一種高阻隔背板，在PET基材上通過物理方法蒸鍍一層SiO2，該技術(shù)缺點(diǎn)是沉積速度較慢，不適宜大規(guī)范生產(chǎn)，并且沉積層不均勻，會(huì)形成針孔。第三種方法為在背板所用的膠粘劑中加入普通的無機(jī)粒子，例如專利CN 105419617 A中公開了一種膠粘劑中添加普通的無機(jī)粒子來提高背板水汽阻隔性的方法，該專利中未對層間粘接性能進(jìn)行具體說明。在膠粘劑中添加普通的無機(jī)顆粒后，因與有機(jī)樹脂相容性差，無機(jī)顆粒往往發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，會(huì)使層間粘接力下降。層間粘接力也是背板的一個(gè)重要指標(biāo)，層間粘接力低會(huì)導(dǎo)致背板發(fā)生分層，縮短太陽能電池壽命降低。
目前常見的提高背板絕緣性的方法主要有：一種方法為增加背板基材的厚度，如專利CN 202352704U公開了一種高絕緣背板，將兩層聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜復(fù)合在一起作為基材，可以增加背板局放，但背板厚度過厚，組成材料成本高，；另一種方法為在粘結(jié)層中增加無機(jī)填料，如專利CN 105006497A公開了一種高絕緣背板，乙烯與其它樹脂如丙烯、丁烯、庚烯、醋酸乙烯酯共聚并加入無機(jī)填料，如滑石粉、煅燒高嶺土、蒙脫土、云母粉等得到改性聚烯烴作為粘接層，提高背板的絕緣性，但是，背板層間粘接性能較差，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，成本較高，組件難以返修。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種新型高阻隔、高絕緣的太陽能電池背板，它能夠增強(qiáng)背板的阻隔性能，并具有較高的絕緣性。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種太陽能電池背板，包括耐候?qū)?、基層、粘接層和膠粘劑層，所述膠粘劑層由膠粘劑涂布液涂布干燥得到，所述膠粘劑涂布液的組成及質(zhì)量份數(shù)為：膠粘劑50～95份，有機(jī)層狀硅酸鹽填料5～50份，所述膠粘劑為聚氨酯膠粘劑、丙烯酸酯膠粘劑或環(huán)氧樹脂膠粘劑中的一種，所述有機(jī)層狀硅酸鹽為兩種或兩種以上烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽。
上述太陽能電池背板，所述膠粘劑涂布液的組成及質(zhì)量份數(shù)為：膠粘劑70-90份；有機(jī)層狀硅酸鹽填料10-30份。
上述太陽能電池背板，所述烷基季銨鹽是含有1-3個(gè)C8-C18的直鏈烷基季銨鹽。
上述太陽能電池背板，所述有機(jī)層狀硅酸鹽填料由烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽A，和由胺基、羥基和/或羧基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽B中的一種或幾種組成。
上述太陽能電池背板，所述有機(jī)層狀硅酸鹽填料中由胺基、羥基和/或羧基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽B與烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽A的質(zhì)量比值為0.1-0.5。
上述太陽能電池背板，所述有機(jī)層狀硅酸鹽填料的粒徑范圍在0.1μm-5μm之間，優(yōu)選范圍為0.1μm-1μm。
上述太陽能電池背板，所述層狀硅酸鹽是高嶺土、蒙脫土、云母、蛭石、滑石中的一種或幾種，優(yōu)選蒙脫土。
有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)以下效果。
(1)本發(fā)明通過在膠粘劑涂布液中加入兩種及兩種以上烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽填料，延長了水分子擴(kuò)散路徑和電荷傳輸路徑，提高了背板的水汽阻隔性和絕緣性，使得背板的WVTR小于等于1.22(g/m2.day)，局放大于等于1100V。
(2)本發(fā)明通過控制有機(jī)層狀硅酸鹽填料與膠粘劑的質(zhì)量比，以及有機(jī)層狀硅酸鹽填料的粒徑，滿足了背板所用膠黏劑的層間粘合性、耐濕熱性等常規(guī)性能。
(3)本發(fā)明中通過控制烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽A和由胺基、羥基和/或羧基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽B的比例，既保證有機(jī)層狀硅酸鹽填料在膠粘劑涂布液中均勻分散，又保證了膠粘劑層的粘接效果。
(4)本發(fā)明中的太陽能電池背板具有阻隔性能優(yōu)異、絕緣性能良好、層間粘接性能強(qiáng)、涂層致密、生產(chǎn)工藝簡單的特點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明包括耐候?qū)?、基層、粘接層和膠粘劑層，所述膠粘劑層由膠粘劑涂布液涂布干燥得到，所述膠粘劑涂布液的組成及質(zhì)量份數(shù)為：膠粘劑50～95份，有機(jī)層狀硅酸鹽填料5～50份，所述膠粘劑為聚氨酯膠粘劑、丙烯酸酯膠粘劑或環(huán)氧樹脂膠粘劑中的一種，所述有機(jī)層狀硅酸鹽為兩種或兩種以上烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽。
在背板中，各層的透水率都影響背板的透水率。因此，降低膠粘劑層的透水率是降低背板透水率的方法之一。
天然層狀硅酸鹽具有親水疏油的特性，將其直接與膠粘劑共混很難得到均勻分散的膠粘劑層狀硅酸鹽混合物，同時(shí)膠粘劑中聚合物的大分子鏈也無法進(jìn)入層狀硅酸鹽片層結(jié)構(gòu)中間，無法讓層狀硅酸鹽剝離成納米片層結(jié)構(gòu)。因此，一般需要對天然層狀硅酸鹽進(jìn)行表面有機(jī)改性，以增強(qiáng)其與有機(jī)溶劑、樹脂的相容性。有機(jī)官能團(tuán)修飾的層狀硅酸鹽疏水性增強(qiáng)，對水汽阻隔有利，并且有機(jī)官能團(tuán)修飾的層狀硅酸鹽層間間距增大，容易發(fā)生聚合物插層反應(yīng)和剝離分層。而且，經(jīng)過有機(jī)官能團(tuán)修飾的層狀硅酸鹽能夠較好地分散于膠粘劑中，剝離開的片層易與膠粘劑聚合物分子形成界面層，使電荷遷移途徑變長，有效阻止了局部放電的進(jìn)一步發(fā)展，改善了背板的絕緣性和使用壽命。
本發(fā)明中有機(jī)官能團(tuán)為烷基季銨鹽。本發(fā)明中所述膠粘劑涂布液的組成及質(zhì)量份數(shù)為：膠粘劑50～95份，有機(jī)層狀硅酸鹽填料5～50份；優(yōu)選膠粘劑70～90份，有機(jī)層狀硅酸鹽填料10～30份。膠粘劑涂布液中有機(jī)層狀硅酸鹽填料的質(zhì)量份數(shù)不足5份時(shí)阻隔效果不顯著。有機(jī)層狀硅酸鹽填料的質(zhì)量份數(shù)在10-30份時(shí)，膠粘劑的粘接力明顯增加，背板水汽阻隔性和絕緣性能明顯提高。當(dāng)膠粘劑涂布液中有機(jī)層狀硅酸鹽填料質(zhì)量份數(shù)超過50份時(shí)，有機(jī)層狀硅酸鹽填料會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，使膠粘劑層致密性下降，背板水汽透過率增加，且背板的層間粘接力也會(huì)隨之下降。
本發(fā)明中所述烷基季銨鹽中含有1-3個(gè)C8-C18的直鏈烷基季銨鹽。較長的烷基分子鏈在層狀硅酸鹽片層間以一定方式排列，可使層狀硅酸鹽層間距增加，有利于膠粘劑中的聚合物單體或大分子插入層狀硅酸鹽片層中。碳鏈長度少于八個(gè)碳時(shí)，有機(jī)官能團(tuán)修飾的層狀硅酸鹽不易剝離分離；碳鏈長度大于十八個(gè)碳時(shí)，有機(jī)官能團(tuán)不易插入層狀硅酸鹽層間。借助片層高的縱橫比，膠粘劑內(nèi)部形成曲折通道，延長了水分子擴(kuò)散路徑，對水汽起到阻隔功效。此外，烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽層間距也隨著季銨鹽中烷基鏈個(gè)數(shù)增加而增大，但烷基鏈數(shù)應(yīng)在1-3個(gè)之內(nèi)，大于3個(gè)烷基鏈不利于聚合物分子的插層反應(yīng)。
本發(fā)明中所述直鏈烷基季銨鹽中的直連結(jié)構(gòu)優(yōu)選為十二烷基、十六烷基、十八烷基、雙-十二烷基、雙-十六烷基、雙-十八烷基、三-十二烷基、三-十六烷基、三-十八烷基，更優(yōu)為雙-十六鏈烷基、雙-十八鏈烷基。
本發(fā)明中所述有機(jī)層狀硅酸鹽填料由烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽A，和由胺基、羥基和/或羧基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽B中的一種或幾種組成。
表面帶有不同官能團(tuán)的層狀硅酸鹽層間間距不同，烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽層間距較大，羥基、羧基、胺基官能團(tuán)取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽層間距較小，插入和層間剝離性能較困難，但羥基、羧基、胺基官能團(tuán)可以與膠粘劑中的固化劑-NCO基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，使兩相界面處更加致密。將烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽和羥基、羧基、胺基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽填料共混復(fù)配，不但可以增強(qiáng)背板的水汽阻隔性能，還可以保持粘接層與基材的粘接力，可以將背板水汽透過率降低到0.8g/m2.day。
羥基、胺基、羧基官能團(tuán)中胺基官能團(tuán)與-NCO基團(tuán)反應(yīng)最快，其次是羥基基團(tuán)、羧基基團(tuán)。羧基基團(tuán)的親水性較強(qiáng)，在水汽存在條件下會(huì)發(fā)生解離，使得膠粘劑絕緣性下降，此外，羥基官能團(tuán)的親水性相對胺基也較強(qiáng)。因此，本發(fā)明烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽優(yōu)選為烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽與胺基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽。
本發(fā)明中所述有機(jī)層狀硅酸鹽填料中由胺基、羥基和/或羧基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽中B與烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽A的質(zhì)量比為0.1-0.5。當(dāng)兩者比例低于0.1時(shí)，膠粘劑層間粘接力較小；當(dāng)兩者比例超過0.5時(shí)，羥基、胺基、羧基官能團(tuán)取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽在膠粘劑涂布液中會(huì)發(fā)生團(tuán)聚。
本發(fā)明中所述層狀硅酸鹽是高嶺土、蒙脫土、云母、蛭石、滑石中的一種或幾種，優(yōu)選為蒙脫土。烷基季銨鹽修飾的蒙脫土層間距較大，范圍在為2.4-4.0nm，易于插層反應(yīng)和剝離。
本發(fā)明中通過高剪切或機(jī)械研磨方法可以將有機(jī)層狀硅酸鹽填料的粒徑控制在0.1μm-5μm范圍之間。當(dāng)有機(jī)層狀硅酸鹽填料粒徑小于0.1μm時(shí)，有機(jī)層狀硅酸鹽填料不易分散；而粒徑大于5μm時(shí)，膠粘劑涂布液中有機(jī)層狀硅酸鹽填料會(huì)發(fā)生團(tuán)聚。為了便于有機(jī)層狀硅酸鹽填料在膠粘劑中易于分散和達(dá)到最佳的性能，有機(jī)層狀硅酸鹽填料的粒徑范圍優(yōu)選為0.1μm-1μm。
本發(fā)明中所述膠粘劑層中的膠粘劑為聚氨酯膠粘劑、丙烯酸酯膠粘劑或環(huán)氧樹脂膠粘劑中的一種。
本發(fā)明中所述耐候?qū)邮蔷燮蚁┍∧?PVDF)、聚氟乙烯薄膜(PVF)、乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜(ETFE)或含氟碳樹脂的涂層中的一種。
本發(fā)明中所述基層是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)薄膜或聚對萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜中的一種。
本發(fā)明中所述粘接層是聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚酰胺薄膜或含氟碳樹脂的涂層中的一種。
本發(fā)明中所述膠粘劑為公知的市售產(chǎn)品。有機(jī)層狀硅酸鹽填料即可采用公知的市售產(chǎn)品，也可用公知的方法合成。市售產(chǎn)品選自美國Nanocor公司Nanomer系列產(chǎn)品、美國Southern Clay Products公司Cloisite系列產(chǎn)品以及浙江豐虹新材料股份有限公司Nanolin DK系列產(chǎn)品。羥基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽B可以是Nanomer I.34TCN、Nanolin DK2以及Cloisite 30B中的一種或幾種。羧基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽B可以是Nanomer I.24TL、Nanolin DK5的一種或幾種。胺基取代的烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽B可以是Nanomer I.30P、Nanomer I.31Ps以及Nanolin DK1N。烷基季銨鹽修飾的層狀硅酸鹽A可以是Nanomer 1.44P、Cloisite 15A、Cloisite 20A以及Nanolin DK4的一種或幾種。以上市售有機(jī)層狀硅酸鹽填料結(jié)構(gòu)上均含有1-2個(gè)C16或C17的烷基直鏈。
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做優(yōu)選的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
實(shí)施例1
取聚氨酯膠粘劑100g，雙八烷基二甲基銨鹽修飾的云母10.1g，雙羥乙基八烷基三乙基銨鹽修飾的云母1.05g?；旌暇鶆蚝筮M(jìn)行高剪切分散，有機(jī)層狀硅酸鹽填料混合物粒徑為0.1μm，得到1號(hào)膠粘劑。
在厚度為250μm的PET一側(cè)涂布含氟碳樹脂的涂層，另一側(cè)涂布1號(hào)膠粘劑，復(fù)合60μm的聚乙烯薄膜，經(jīng)熟化后得到太陽能電池背板，測其性能。
實(shí)施例2
取環(huán)氧樹脂膠粘劑100g，雙十八烷基二甲基銨鹽修飾的高嶺土3.51g，三甲基十八烷基羧酸銨鹽修飾的高嶺土1.75g?；旌暇鶆蚝筮M(jìn)行高剪切分散，有機(jī)層狀硅酸鹽粒徑約為5μm，得到2號(hào)膠粘劑。
在厚度為250μm的PEN一側(cè)涂布2號(hào)膠粘劑，復(fù)合25μm的PVF薄膜。另一側(cè)涂布含氟碳樹脂的內(nèi)粘結(jié)涂層，經(jīng)熟化后得到太陽能電池背板，測其性能。
實(shí)施例3
取丙烯酸膠粘劑100g，Cloisite 20A 71.4g，Nanomer I.34TCN 10g，Nanolin DK5 8.3g，NanomerI.31 Ps 10.3g混合均勻后進(jìn)行高剪切分散，有機(jī)層狀硅酸鹽粒徑約為2.5μm，得到3號(hào)膠粘劑。
在厚度為250μm的PBT一側(cè)涂布3號(hào)膠粘劑，復(fù)合20μm的PVDF薄膜。另一側(cè)涂布3號(hào)膠粘劑，復(fù)合60μm的聚酰胺薄膜，經(jīng)熟化后得到太陽能電池背板，測其性能。
實(shí)施例4
取丙烯酸膠粘劑100g，Cloisite 15A 19.23g，Nanomer I.31 Ps 5.77g混合均勻后進(jìn)行高剪切分散，有機(jī)層狀硅酸鹽粒徑約為0.5μm，得到4號(hào)膠粘劑。
在厚度為250μm的PET一側(cè)涂布4號(hào)膠粘劑，復(fù)合20μm的PVDF薄膜。另一側(cè)涂布4號(hào)膠粘劑，復(fù)合60μm的聚乙烯薄膜，經(jīng)熟化后得到太陽能電池背板，測其性能。
實(shí)施例5
取環(huán)氧樹脂膠粘劑100g，雙十二烷基二乙基銨鹽修飾的蒙脫土30.34g，十二烷基羧酸三甲基銨鹽修飾的蒙脫土3.59g，雙羥乙基十二烷基三甲基銨鹽修飾的蒙脫土4.00g混合均勻后進(jìn)行高剪切分散，層狀硅酸鹽粒徑約為1μm，得到5號(hào)膠粘劑。
在厚度為250μm的PET一側(cè)涂布5號(hào)膠粘劑，復(fù)合20μm的PVDF薄膜。另一側(cè)涂布5號(hào)膠粘劑，復(fù)合60μm的聚丙烯薄膜，經(jīng)熟化后得到太陽能電池背板，測其性能。
對比例1
取丙烯酸膠粘劑100g，在厚度為250μm的PET一側(cè)涂布丙烯酸膠粘劑層，復(fù)合25μm的PVF薄膜。另一側(cè)涂布丙烯酸膠粘劑層，復(fù)合60μm的聚乙烯薄膜，經(jīng)熟化后得到太陽能電池背板，測其性能。
對比例2
取聚氨酯膠粘劑100g，云母25g?；旌暇鶆蚝筮M(jìn)行高剪切分散，
層狀硅酸鹽粒徑約為10μm，得到6號(hào)膠粘劑。在厚度為250μm的PEN一側(cè)涂布6號(hào)膠粘劑層，復(fù)合25μm的PVF薄膜。另一側(cè)涂布6號(hào)膠粘劑層，復(fù)合60μm的聚乙烯薄膜，經(jīng)熟化后得到太陽能電池背板，測其性能。
表1為各實(shí)施例、對比例性能數(shù)據(jù)表。
由表1可知，本發(fā)明在膠粘劑涂布液中添加了有機(jī)層狀硅酸鹽填料，使得背板的WVTR小于等于1.22(g/m2.day)，局放大于等于1100V，增強(qiáng)了背板的耐候性，延長了太陽能電池的使用壽命。
性能測試方法如下：
1.背板水透過率(WVTR)：
按照ASTM F1249-06標(biāo)準(zhǔn)測試，測試條件38℃，90％RH。
PCT老化條件：(121℃，100％RH)
2.耐候?qū)?PET粘結(jié)力測試：
按GB/T 9286-1998的規(guī)定進(jìn)行測試。粘結(jié)力為0級(jí)視為合格。
3.粘接層/PET粘結(jié)力測試：
使用型號(hào)為ETM-104B的萬能拉力機(jī)進(jìn)行測試。粘結(jié)力大于5N/cm視為合格。
4.背板局放測定：
參照標(biāo)準(zhǔn)IEC 61730《光伏(PV)組件安全鑒定》進(jìn)行測試，局部放電在1000V以上。