一种无氟太阳能电池背板及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种无氟多层共挤太阳能电池背板材料，背板材料分为3层，分别为耐候层、中间层、粘结层，具体地说：耐候层为改性的PC；中间层为改性的PBT；粘结层为改性的PC，各层的混料，先通过双螺杆挤出机挤出，再经过多层共挤装置进行共挤出，得到背板材料。本发明的无氟多层共挤太阳能电池背板，不需要使用含氟材料和粘结剂，采用多层共挤技术实现层与层材料之间的粘接，物理性能优异，价格低廉。
【专利说明】一种无氟太阳能电池背板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及太阳能电池设备，特别涉及一种太阳能电池背板材料及其制备方法。【背景技术】
[0002]东京电力福岛第一核电站事故以后，社会各界重新思考可再生能源的发展问题。太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，越发的受到人们的重视。太阳能电池背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，要求具有一定的性能，如绝缘性、阻水性等特点。目前，市场上出现的背板产品主要包括:
[0003](I) 一种为复合式涂胶背板膜，就是在PET薄膜两面复合氟膜，如PVDF，ETFE或者EVA胶膜，三层结构，常见的有TPT结构。
[0004](2) 一种为涂覆背板膜，在PET聚酯薄膜两面涂覆氟树脂，经干燥固化成膜。
[0005]随着科学技术的发展和劳动力以及原材料成本的压力，背板经历了双氟背板一单氟背板一无氟背板这样的一个发展历程，双氟背板的造价是最贵的，在实际应用的过程中，太阳能电池组件在应用过程中，太阳能紫外线经由钢化玻璃、电池片及EVA胶膜之后，真正照射到太阳能背板表面的并不多，所以作为传统的含氟背板中氟材料并没有真正的实现他的价值，而且目前市场上使用较为广泛的氟材料多数采用聚偏氟乙烯，研究发现聚偏氟乙烯在加工成膜的过程，局部温度过高，会快速的产生HF气体，与人体骨骼中的钙质吸收，损伤骨膜以及骨质。同时聚偏氟乙烯的表面润湿性很差，未经处理时与其他的塑料基材难以粘合。因此开发出一种无氟的，具有良好的绝缘性、阻水性、耐老化性能优异的，加工简单的新型太阳能背板具有非常重大的意义。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是:现有的太阳能电池背板技术中，氟材料并没有得到充分的利用，且氟材料与其他塑料的粘结性较差，且易产生对人体有害的HF气体。
[0007]为解决这一技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0008]本发明提供了一种新型的无氟太阳能背板，耐候层为聚碳酸酯层(改性PC层)，中间层为聚对苯二甲酸丁二醇酯(改性PBT层)，粘结层为改性聚碳酸酯层(PC层)，不需要使用含氟材料和粘结剂，采用多层共挤技术实现层与层材料之间的粘接，物理性能优异，价格低廉，
[0009]聚碳酸酯是一种线性缩聚聚合物，具有透明性好、热成型性好、机械性能优异、表面硬度大、耐磨且有润滑性和较高的冲击性能，绝缘性好等特点，且分子链中的C=O具有一定的极性，与极性的聚合物材料能很好的粘接到一起，提高复合膜的挺度以及拉伸强度。
[0010]背板材料分为3层，分别为耐候层、中间层、粘结层，各层的混料，先通过双螺杆挤出机挤出，再经过多层共挤装置进行共挤出，得到背板材料，
[0011](I)耐候层为改性的PC，具体地说，按重量份数计，由100份的PC，5?10份紫外屏蔽剂，I?10份紫外吸收剂，0.5?I份光稳定剂，及I?10份改性聚合物树脂组成，[0012]紫外屏蔽剂主要是为了提高PC的抗紫外效果，防止PC高分子链发生降解，材料的老化，如Ti02、ZnO、SiO2等，有效作用时间长，具有很好的化学稳定性和热稳定性、无毒、无刺激性，而且与其他的助剂不发生化学反应，经过表面改性的Ti02、ZnO、SiO2在树脂基体中分散性好，不易团聚，如杜邦生产的R706、R902等，
[0013]紫外吸收剂为苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯晴类以及三嗪类的紫外吸收剂，选自UV-P，UV-O, UV-9 或 UV-531,
[0014]光稳定剂，主要是与紫外吸收剂进行复配，达到更好的抗紫外效果，主要成分为受阻胺类，如 AM-101，GW-540, 744，HPT 等，
[0015]改性聚合物树脂为聚烯烃类的改性物，可以大幅度降低PC的吸水性，提高其薄膜的耐水解性，如 HD900P、PC-33C 或 TRD-428P ；
[0016](2)中间层为改性的PBT，具体地说，按重量份数计，由80?90份的PBT，5?10份的抗紫外屏蔽剂，I?5份的抗水解剂组成，
[0017]抗紫外屏蔽剂主要是为了提高PBT的抗紫外效果，防止PBT高分子链发生降解，材料的老化，如Ti02、ZnO、SiO2等，有效作用时间长，具有很好的化学稳定性和热稳定性、无毒、无刺激性，而且与其他的助剂不发生化学反应，经过表面改性的Ti02、ZnO、SiO2在树脂基体中分散性好，不易团聚，如杜邦生产的R706、R902等，
[0018]抗水解剂为聚碳化二亚胺，与聚酯的相容性好，在高温条件下对聚酯的高分子链修补作用，起到防止和减少高分子链降解的作用，有效的保持高分子的分子量，保持材料的物理机械性能；
[0019](3)粘结层为改性的PC，具体地说，按重量份数计，由80?90份的PC，10?20份的聚烯烃类共聚物组成，
[0020]聚烯烃类共聚物选自，乙烯丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物(EMA)、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物(EMAA、EAA)中的一种或者两种共混物。
[0021]本发明还提供了一种上述太阳能背板材料的制备方法，分别将上述耐候层、中间层、粘结层的混料，加入双螺杆挤出机中熔融，各熔体通过各自的流道在多层共挤装置的模头内汇合，经模头共挤出，经过冷却辊的挤压、冷却、二次加热、再冷却，制备得到多层无氟背板。
[0022]本发明的有益效果是:与现有技术相比，本发明专利不使用含氟树脂，采用多层共挤的加工方式制备得到的太阳能电池背板，不需要使用胶黏剂，对PC以及PBT进行改性，共挤出得到的无氟背板结构具有更好的力学性能，层与层之间的粘接性能优异、耐候性以及抗水解能力优异，保证了太阳能电池的使用寿命，而且制备方法简单，连续化生产快，成本大幅下降，具有非常好的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1:实施例1制备得到的太阳能背板结构示意图。按从上到下的顺序，第一层为耐候层，改性PC ;第二层为结构增强层，改性PBT ;第三层为粘结层，改性PC。
【具体实施方式】
[0024]实施例1[0025]按重量份数计:将100份PC (台湾奇美PC-110)、5份二氧化钛(T1-Pure R902)、I份UV-P、0.5份AM-101以及5份改性聚合物树脂HD900P混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(广州市普同实验分析仪器有限公司制造，螺杆长径比为44:1，主机转速120r/min，喂料转速140r/min)中，熔融挤出至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):170，230，250，260 ;模头(°C):270, 280，280。
[0026]按重量份数计:将80份PBT(美国杜邦SK605)、5份二氧化钛(T1-Pure R902)以及I份聚碳化二亚胺(上海尤恩化工有限公司)混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(启东鼎佳机械设备有限公司制造)中，熔融至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200，220，240，270 ;模头(°C) =270,260, 250。
[0027]按重量份数计:将80份PC(台湾奇美PC-110)、20份EAA (美国陶氏3150)混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(广州市普同实验分析仪器有限公司制造)中，熔融至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):170，230，250，260 ;模头(°C):270，280，280。
[0028]上述各熔体通过各自的流道，在多层共挤装置的模头内汇合，经模头共挤出，经过冷却辊的挤压、冷却、二次加热(温度80°C)、再冷却制备得到多层无氟背板，收卷待用。
[0029]实施例2
[0030]按重量份数计:将100份PC (德国拜耳2407)、10份二氧化钛(T1-Pure R706)、10份UV-O、I份AM-101以及10份改性聚合物树脂PC-33C混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(广州市普同实验分析仪器有限公司制造)中，熔融挤出至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200，220,240，270 ;模头(°C ):270，260，250。
[0031]按重量份数计:将90份PBT(日本宝理3116)、10份二氧化钛(T1-Pure R902)、以及5份聚碳化二亚胺(上海尤恩化工有限公司)混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(启东鼎佳机械设备有限公司制造)中，熔融酯分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200，220，240，270 ;模头(°C) =270,260, 250。
[0032]按重量份数计:将90份PC (德国拜耳2407)、10份EVA (美国杜邦1075A)混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(广州市普同实验分析仪器有限公司制造)中，熔融至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200，220,240，270 ;模头(°C ):270，260，250。
[0033]上述各熔体通过各自的流道，在多层共挤装置的模头内汇合，经模头共挤出，经过冷却辊的挤压、冷却、二次加热(加热温度80°C)、再冷却制备得到多层无氟背板，收卷待用。
[0034]实施例3
[0035]按重量份数计:将100份PC (三星1100R)、6份氧化锌、5份UV_0、0.7份GW-540以及10份改性聚合物树脂TRD-428P混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(广州市普同实验分析仪器有限公司制造)中，熔融挤出至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200，220，240，270 ;模头(V ):270，260，250。
[0036]按重量份数计:将85份PBT (美国杜邦SK602)、10份二氧化钛以及2份聚碳化二亚胺(上海尤恩化工有限公司)混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(启东鼎佳机械设备有限公司制造)中，熔融酯分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200，220,240, 270 ;模头 Ο =270,260, 250。
[0037]按重量份数计:将80份PC (三星1100R)、20份EMAA (美国杜邦7940)混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(广州市普同实验分析仪器有限公司制造)中，熔融至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200, 220,240，270 ;模头(°C) =270,260, 250。
[0038]上述各熔体通过各自的流道，在多层共挤装置的模头内汇合，经模头共挤出，经过冷却辊的挤压、冷却、二次加热(加热温度80°C)、再冷却制备得到多层无氟背板，收卷待用。
[0039]实施例4
[0040]按重量份数计:将100份PC (德国拜耳2407)、5份二氧化硅、I份UV-9、0.5份744以及10份改性聚合物树脂HD900P混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(广州市普同实验分析仪器有限公司制造)中，熔融挤出至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200，220,240，270 ;模头(°C):270,260, 250。
[0041]按重量份数计:将80份PBT(美国杜邦SK605)、5份氧化锌以及I份聚碳化二亚胺混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(启东鼎佳机械设备有限公司制造)中，熔融酯分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200，220,240，270 ;模头(°C) =270,260, 250。
[0042]按重量份数计:将85份PC (德国拜耳2407)、15份EMA (美国杜邦E403)混合均匀，将混料加入双螺杆挤出机(广州市普同实验分析仪器有限公司制造)中，熔融至分流模头，挤出机温度设定为:料筒温度(°C):200, 220,240，270 ;模头(°C) =270,260, 250。
[0043]上述各熔体通过各自的流道，在多层共挤装置的模头内汇合，经模头共挤出，经过冷却辊的挤压、冷却、二次加热(加热温度80°C)、再冷却制备得到多层无氟背板，收卷待用。
[0044]实施例1~4制备得到的太阳能背板进行性能测试:
[0045]拉伸强度和断裂伸长率按照ASTM D882标准测试；UVB老化按照老化时间3000h，
0.68ff/m2测试条件，观察有无色差；剥离强度的测试方法是按照ASTM D1876标准来测试；耐候性测试按照GB/T13448-2006标准测试，测试条件为:温度85°C和湿度为85%的条件下保温lOOOh，观察有无发黄变化。测试结果如表I所示。
[0046]表I
[0047]
【权利要求】
1.一种无氟太阳能电池背板，其特征在于:所述背板为无氟多层共挤太阳能电池背板，背板材料分为3层，分别为耐候层、中间层、粘结层， 耐候层为改性的PC，具体地说，按重量份数计，由100份的PC，5?10份紫外屏蔽剂，I?10份紫外吸收剂，0.5?I份光稳定剂，及I?10份改性聚合物树脂组成； 中间层为改性的PBT，具体地说，按重量份数计，由80?90份的PBT，5?10份的抗紫外屏蔽剂，I?5份的抗水解剂组成； 粘结层为改性的PC，具体地说，按重量份数计，由80?90份的PC，10?20份的聚烯烃类共聚物组成。
2.如权利要求1所述的无氟太阳能电池背板，其特征在于:所述的耐候层或中间层中，紫外屏蔽剂选自R706、R902。
3.如权利要求1所述的无氟太阳能电池背板，其特征在于:所述的耐候层中，紫外吸收剂为苯酮类、苯并三唑类、取代丙烯晴类以及三嗪类的紫外吸收剂，选自UV-P，UV-O，UV-9或 UV-531。
4.如权利要求1所述的无氟太阳能电池背板，其特征在于:所述的耐候层中的光稳定齐U，选自 AM-101，GW-540，744 或 HPT。
5.如权利要求1所述的无氟太阳能电池背板，其特征在于:所述的耐候层中，改性聚合物树脂为聚烯烃类的改性物，选自HD900P、PC-33C或TRD-428P。
6.如权利要求1所述的无氟太阳能电池背板，其特征在于:所述的中间层中，抗水解剂为聚碳化二亚胺。
7.如权利要求1所述的无氟太阳能电池背板，其特征在于:所述的粘结层中的聚烯烃类共聚物选自，乙烯丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物。
8.如权利要求1至7任一项所述的无氟太阳能电池背板的制备方法，其特征在于:所述方法为，分别将耐候层、中间层、粘结层的混料，加入双螺杆挤出机中熔融，各熔体通过各自的流道在多层共挤装置的模头内汇合，经模头共挤出，经过冷却辊的挤压、冷却、二次加热、再冷却，制备得到多层无氟背板。
【文档编号】H01L31/18GK103456817SQ201310362380
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】陶国良, 夏艳平 申请人:常州大学