太阳能电池背板

摘要

本发明提供了一种耐候性、阻燃性优异的太阳能电池背板，包括耐候层、绝缘层和粘结层，所述粘接层是由氟碳树脂与异氰酸酯组合而成的高耐候、高阻燃涂层，所述粘结层中含有功能型偶联剂，如钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，铝‑锆酸酯偶联剂及铝‑钛复合偶联剂中的一种或几种，功能型偶联剂的加入使氟碳树脂与EVA封装胶膜中的EVA具有良好地粘结性。本发明中的太阳能电池背板具有良好的耐候性能以及阻燃性，为太阳能电池组件提供更高的安全性。

权利要求

1.一种太阳能电池背板，包括耐候层、绝缘层和粘结层，所述粘结层是由氟碳树脂与异氰酸酯加热固化而成的高耐候、高阻燃涂层，其包括：氟碳树脂、异氰酸酯和功能型偶联剂，其特征在于，所述粘结层中氟碳树脂中羟基和异氰酸酯中的异氰酸基团的摩尔比为0.6～

1.5，功能型偶联剂占氟碳树脂重量份的0.1％～10％，所述功能型偶联剂为钛酸酯偶联剂；

其通式为下述通式(1)或通式(2)所示结构中的一种或几种，

式中：m＝1～3,n＝4-m；

R1＝-Me，-Et，-iPr，-nBu，-iBu；

X＝酰基，磷酸基，磺酸基，焦磷酸基；

R2＝碳原子数大于8的长链烃基。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述粘结层中氟碳树脂中羟基和异氰酸酯中的异氰酸基团的摩尔比为0.8～1.1。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池背板，其特征在于，功能型偶联剂占氟碳树脂重量份的0.3％～5％。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述氟碳树脂选自含羟基或氨基改性的四氟乙烯-乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-乙烯基酯共聚物、三氟氯乙烯-乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-乙烯基酯共聚物、聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物中的一种或两种以上混合物。

5.根据权利要求4所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯二聚体、异佛尔酮二异氰酸酯二聚体、六亚甲基二异氰酸酯二聚体或二苯基甲烷二异氰酸酯二聚体中的一种或两种以上的混合物。

6.根据权利要求5所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述氟碳树脂粘结层厚度为3μm～20μm。

说明书

太阳能电池背板

技术领域

[0001] 本发明涉及一种太阳能电池背板，特别涉及一种耐候性好、与EVA封装胶膜粘结性、阻燃性优异的太阳能电池背板。

背景技术

[0002] 近年来，作为绿色能源的代表，太阳能发电越来越受到人们的瞩目。目前，太阳能的应用主要是利用太阳发电组件将太阳能转换成电能加以利用，太阳能发电组件主要由前板、封装材料、晶硅电池片、背板组成。太阳能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，因此必须具有可靠的电气绝缘性、良好的力学性能、水气阻隔性能以及耐候性能。

[0003] 太阳能电池背板主要由三层结构组成，由外到内依次为耐候层，绝缘层，粘结[0004] 层。由于组件厂商对电池组件的使用寿命要求越来越高，具有高耐候性的双面含氟背板成了顺应市场的主流产品。双面复合氟膜（TPT、KPK）背板制造成本高，而且氟膜作为粘结层，其与EVA封装胶膜的粘结性能差，因此涂布型的含氟粘结层成为背板厂家关注的焦点。但是，涂布型的含氟粘结层中由于含有氟碳树脂而与EVA封装胶膜的粘结强度不够，不能满足太阳能电池背板的要求。解决这一问题的技术手段主要有两种，其一，氟碳树脂与丙烯酸类树脂或改性聚酯类树脂混合使用，这种措施使太阳能电池背板的阻燃性能降低；其二，对粘结层进行电晕处理，使粘结层表面的极性官能团增加，从而增大与EVA封装胶膜的粘结力。所述技术存在时效性差，工艺繁琐等问题。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术存在的不足，提供一种与绝缘层附着性优良、与EVA封装胶膜粘接性能良好，阻燃性及耐侯性优良的太阳能电池背板。

[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0007] 一种太阳能电池背板，包括耐候层、绝缘层和粘结层，所述粘接层是由氟碳树脂与异氰酸酯加热固化而成的高耐候、高阻燃涂层，其包括：氟碳树脂、异氰酸酯和功能型偶联剂，所述粘结层中氟碳树脂中羟基和异氰酸酯中的异氰酸基团的摩尔比为0.6～1.5，优选0.8～1.1，功能型偶联剂占氟碳树脂重量份的0.1%～10%，优选0.3%～5%，

[0008] 上述太阳能电池背板，所述功能型偶联剂为钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，铝-锆酸酯偶联剂及铝-钛复合偶联剂中的一种或几种。

[0009] 上述太阳能电池背板，所述功能型偶联剂为钛酸酯偶联剂，其通式为下述通式（1）或通式（2）所示结构中的一种或几种。

[0010]

[0011] 式中：m=1 3, n=4-m；~

[0012] R1=-Me，-Et，-iPr，-nBu，-iBu；

[0013] X=酰基，磷酸基，磺酸基，焦磷酸基；

[0014] R2=碳原子数大于8的长链烃基。

[0015] 上述太阳能电池背板，所述氟碳树脂选自含羟基或氨基改性的四氟乙烯-乙烯基醚共聚物、四氟乙烯-乙烯基酯共聚物、三氟氯乙烯-乙烯基醚共聚物、三氟氯乙烯-乙烯基酯共聚物、聚氟乙烯（PVF）、聚偏氟乙烯（PVDF）、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物（PFA）中的一种或两种以上混合物。

[0016] 上述太阳能电池背板，所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯三聚体、异佛尔酮二异氰酸酯三聚体、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、二苯基甲烷二异氰酸酯三聚体、甲苯二异氰酸酯二聚体、异佛尔酮二异氰酸酯二聚体、六亚甲基二异氰酸酯二聚体或二苯基甲烷二异氰酸酯二聚体的一种或两种以上的混合物。

[0017] 上述太阳能电池背板，所述氟碳树脂粘结层厚度为3μm ～20μm。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：

[0019] 1. 本发明中太阳能电池背板的粘结层的树脂为氟碳树脂，不含有其他树脂，因而具有高耐候性，高阻燃性；

[0020] 2. 本发明中太阳能电池背板的粘结层中使用的功能型偶联剂能显著提高氟碳树脂与EVA封装胶膜之间的剥离力，无需对固化好的粘结涂层做后续处理，在保证了高粘结性能的前提下，简化了制备工艺。

具体实施方式

[0021] 通常，太阳能电池背板的粘结层，在保证与EVA封装胶膜具有优良的粘结性的同时，还需兼顾优异的耐候性和阻燃性，因而粘结层的树脂选用了氟碳树脂，然而氟碳树脂中C-F的键能大，太阳能电池背板粘结层与EVA封装胶膜在层压过程中，高温会引发EVA封装胶膜中过氧化物裂解产生自由基，所述自由基很难引发C-F键及其周围-CH产生自由基，发生后续链反应，因此氟碳粘结层难以通过EVA封装胶膜中的过氧化物实现与EVA分子间形成化学键，实现粘结同时氟碳树脂的极性较弱，与EVA封装胶膜中的EVA分子间作用力小，因此，氟碳树脂制备的粘结层与EVA封装胶膜的粘结力小，不能满足太阳能电池背板粘结层要求。

[0022] 本发明人发现在氟碳树脂中添加功能型偶联剂，制备的粘结层能够满足太阳能电池背板粘结层的要求。本发明所选用的功能型偶联剂为钛酸酯偶联剂，铝酸酯偶联剂，锆酸酯偶联剂，锆铝酸酯偶联剂及铝-钛复合偶联剂，通过结构分析及实验验证，这五类功能型偶联剂含有与氟碳树脂中活性官能团发生化学反应的基团，同时含有与EVA封装胶膜中EVA分子通过过氧化物形成化学键以及与EVA分子发生缠绕作用的长链有机官能团，从而能实现使不同极性的氟碳树脂与EVA分子间的作用力增大的效果。

[0023] 本发明优选的钛酸酯偶联剂的结构如通式（1）或通式（2）所示，当m=1 3时，小分子~的烷氧基与氟碳树脂中的羟基发生酯交换反应，实现了氟碳树脂与偶联剂的连接，同时，钛酸酯偶联剂中的 -X为羰基、磷酸基、焦磷酸基或磺酸基，与其相连的α-C在层压过程中通过与EVA分子中的有机过氧化物作用形成自由基，与EVA分子形成化学键，-R2为碳原子数为大于8的长链烃基，可以与EVA高分子发生弯曲缠结作用，从而在界面间起到了“桥梁”的作用，若-R2烃基碳链的碳原子数小于8，与EVA分子的缠绕作用弱，表现出剥离力偏低；当m=4，n=0时，没有与EVA分子交联的有机长链官能团，起不到增大界面粘结力的作用；当m=4，n=2时，即为配位型钛酸酯（不能用下通式表示），同样不具有提高与EVA封装胶膜粘结力的作用，因为钛原子中心已配位饱和而且钛原子附近空间位阻大，不容易与氟碳树脂中的羟基发生酯交换反应；

[0024]

[0025] 式中：m=1 3, n=4-m；~

[0026] R1=-Me，-Et，-iPr，-nBu，-iBu；

[0027] X=酰基，磷酸基，磺酸基，焦磷酸基；

[0028] R2=碳原子数大于8的长链烃基。

[0029] 适用于本发明的功能型偶联剂的添加量为氟碳树脂重量的0.1% 10%，优选0.3%-~5%，若添加量低于0.1%，不能起到很好的粘结作用；若添加量大于10%，功能型偶联剂将会降低粘结涂层与基材的附着力，表现在与EVA封装胶膜进行剥离试验时粘结涂层残留在EVA封装胶膜上，造成使用所述太阳能电池背板返修组件外观良品率降低。

[0030] 适用本发明的溶剂可以选择丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯、甲基异丁酮中的一种或几种。

[0031] 本发明中，异氰酸酯中的异氰酸基团与氟碳树脂中的羟基的摩尔比为0.6～1.5，优选：0.8～1.1。若异氰酸基团和羟基的摩尔比低于0.6，氟碳树脂中的羟基反应不完全，导致粘结涂层的交联密度低，粘结涂层的成膜性能较差，在进行与EVA封装胶膜的剥离试验时会出现粘结涂层残留在EVA封装胶膜上，太阳能电池背板的完整性易受到破坏，造成使用所述太阳能电池背板返修组件外观良品率降低，而且会降低粘结涂层的耐湿热老化性能；若异氰酸基团和羟基的摩尔比高于1.5，则未反应的异氰酸酯基团会与空气中的水分发生反应，导致粘结涂层固化交联密度较高，粘结涂层较硬，在进行与EVA封装胶膜的剥离试验时会出现涂层残留在EVA封装胶膜上，太阳能电池背板背板的完整性同样易受到破坏，造成使用所述太阳能电池背板返修组件外观良品率降低。

[0032] 本发明中，粘结涂层的厚度范围为3μm ～20μm。当粘结涂层厚度小于3μm时，粘结涂层对绝缘层的保护不足，不能起到完全屏蔽紫外光的作用；当粘结涂层的厚度大于20μm时，粘结涂层的成本增加，且粘结涂层在干燥过程中容易出现表干里不干现象，影响粘结涂层的表观甚至性能。

[0033] 本发明中的绝缘层可以是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）树脂、聚对萘二甲酸乙二醇酯（PEN）树脂等构成的单层或多层薄膜。从热稳定性、电绝缘性、成本等评价，本发明优选选择聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）薄膜作为绝缘层。根据太阳能电池背板的用途不同，可选择不同厚度、不同颜色的绝缘层

[0034] 本发明的耐候层可以是氟碳树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯和聚酯类涂层中的一种，或者为聚氟乙烯膜（PVF）、聚偏氟乙烯膜（PVDF）、聚四氟乙烯-乙烯共聚物膜（ETFE）、中的一种。

[0035] 本发明各涂层的涂布方式采用公知的涂布方式，公知的涂布方法包括但不限于浸涂、辊涂、喷涂、微凹版等。

[0036] 下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式及保护范围并不限于此。

[0037] 实施例1

[0038] 在一广口容器中加入200g氟碳树脂GK 570（大金氟化工制，OH值为60mgKOH/g），20g HDI三聚体N 3300（德国Bayer Material science制），60g乙酸乙酯，0.06g钛酸酯LD 
144（扬州立达树脂有限公司制），搅拌20min，过滤，得到粘结层涂布液。

[0039] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在90℃干燥3分钟，得到20μm的粘结层；随后在PET的另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0040] 实施例2

[0041] 在一广口容器中加入200g氟碳树脂ETERFILON 4101（长兴化学工业股份公司制，OH值为56mgKOH/g），36g IPDI 三聚体Z 4470BA（德国Bayer Materialscience制），60g乙酸丁酯， 0.3g铝酸酯DL-411-A（南京道宁化工有限公司制），搅拌20min，过滤，得到粘结层涂布液。

[0042] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在140℃干燥3分钟，得到10μm的粘结层；随后在PET的另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0043] 实施例3

[0044] 在一广口容器中加入175g氟碳树脂ETERFILON 41011（长兴化学工业股份公司制，OH值为56mgKOH/g），18g HDI 二聚体N 100 （德国Bayer Material science制），50g乙酸乙酯，0.6g锆酸酯DN-807（南京品宁偶联剂有限公司制），搅拌20min，过滤，得到粘结层涂布液。

[0045] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在90℃干燥3分钟，得到15μm的粘结层；随后在PET的另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0046] 实施例4

[0047] 在一广口容器中加入200g氟碳树脂ETERFILON 4102（长兴化学工业股份公司制，OH值为56mgKOH/g），20g HDI三聚体D-170（日本三井化学株式会社制），60g乙酸乙酯， 2.5g钛酸酯TC-F（安徽泰昌化工有限公司制），搅拌20min，过滤，得到粘结层涂布液。

[0048] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在90℃干燥3分钟，得到3μm的粘结层；随后在PET的另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0049] 实施例5

[0050] 在一广口容器中加入200g氟碳树脂ETERFILON 4102（长兴化学工业股份公司制，OH值为56mgKOH/g），34g HDI三聚体N 3300 （德国Bayer Material science制）， 60g乙酸乙酯， 6g钛酸酯LD-311（扬州立达树脂有限公司制），搅拌20min，过滤，得到粘结层涂布液。

[0051] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在90℃干燥3分钟，得到10μm的粘结层；随后在PET的另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0052] 实施例6

[0053] 在一广口容器中加入175g氟碳树脂ETERFILON 41011（长兴化学工业股份公司制，OH值为56mgKOH/g），18g HDI二聚体N 100 （德国Bayer Materialscience制），50g乙酸乙酯，0.6g铝钛复合偶联剂XY-AL82 （南京旭杨化工有限公司制），搅拌20min，过滤，得到粘结层涂布液。

[0054] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在90℃干燥3分钟，得到15μm的粘结层；再在PET另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0055] 实施例7

[0056] 在一广口容器中加入175g氟碳树脂ETERFILON 41011（长兴化学工业股份公司制，OH值为56mgKOH/g），18gHDI 二聚体N 100 （德国Bayer Material science制），50g乙酸乙酯，0.6g铝锆偶联剂LD-139（扬州立达树脂有限公司制），搅拌20min，过滤，得到粘结层涂料。

[0057] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在90℃干燥3分钟，得到15μm的粘结层；再在PET另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0058] 实施例8

[0059] 在一广口容器中加入200g氟碳树脂GK 570（大金氟化工制，OH值为60mgKOH/g），20g HDI三聚体N 3300（德国Bayer Material science制），60g乙酸乙酯，1.8g钛酸酯LD 
144（扬州立达树脂有限公司制），1.2g锆酸酯DN-807（南京品宁偶联剂有限公司制），搅拌
20min，过滤，得到粘结层涂布液。

[0060] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在90℃干燥3分钟，得到8μm的粘结层；随后在PET的另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0061] 对比例

[0062] 在一广口容器中加入200g氟碳树脂ETERFILON 4101（长兴化学工业股份公司制，OH值为56mgKOH/g），28g HDI 二聚体N 100 （德国Bayer Materialscience制），50g乙酸丁酯，搅拌20min，过滤，得到粘结层涂布液。

[0063] 在已清洁并电晕处理的PET的一面经凹版涂布法涂布上述粘结层涂布液，在140℃干燥3分钟，得到8μm的粘结层；随后在PET的另一侧通过涂布或者复合的方法形成耐候层，将制得产品经过50℃，3天的熟化期过后，得到太阳能电池背板。

[0064] 评价方法：

[0065] 30.太阳能电池背板与EVA封装胶膜间剥离强度测试

[0066] 依据标准 GB/T2790-1995进行测试；

[0067] 2.太阳能电池背板阻燃性测试

[0068] 依据标准 UL94-2010，水平燃烧测试。

[0069]  测试结果见表1。

[0070] 表1 太阳能电池背板阻燃性测试结果

[0071] 。