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CN102301492A - 太阳能电池背板及制备该太阳能电池背板的方法 - Google Patents

太阳能电池背板及制备该太阳能电池背板的方法 Download PDF

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CN102301492A CN2010800062559A CN201080006255A CN102301492A CN 102301492 A CN102301492 A CN 102301492A CN 2010800062559 A CN2010800062559 A CN 2010800062559A CN 201080006255 A CN201080006255 A CN 201080006255A CN 102301492 A CN102301492 A CN 102301492A
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Abstract

本发明提供了一种包括1)基板层和2)在该基板层上的至少一个表面上形成的混合树脂层的太阳能电池背板，制备该太阳能电池背板的方法和包括该太阳能电池背板的太阳能电池，其中，所述混合树脂层包含基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂，且所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。由于使用本发明提供的太阳能电池背板可以降低太阳能电池的温度，因此能够改善太阳能电池的耐热性、耐候性等。

Description

太阳能电池背板及制备该太阳能电池背板的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享受于2009年2月2日提交的韩国专利申请第10-2009-0008103号的优先权和权益，其公开的内容在此以引用的方式全部并入本文。
技术领域
本发明涉及一种包括基于氟的树脂层和基板层的太阳能电池背板，更具体而言，涉及一种具有改善的耐热性和耐久性的太阳能电池背板，制备该太阳能电池背板的方法，和包括该太阳能电池背板的太阳能电池。
背景技术
近来，全球变暖的问题已经引起了许多领域的关注，并有多种正在进行的努力以减少二氧化碳的排放。化石燃料消耗量的增加导致大气中二氧化碳的增加，其对全球环境造成极大的不利影响，包括通过温室效应导致的全球气温的上升。为了解决这些问题，大量的研究正在进行。特别是，主要由于光伏发电干净、无污染的特点，所以对其预期在增加。
直接将太阳光的能量转化为电力的光伏发电系统的核心是由单晶的、多晶的或无定型的基于硅的半导体制成的太阳能电池。在太阳能电池的结构中，太阳能电池装置是串联或并联排列的，以及进行多种类型的包装以长时间使用并保护电池(大约20年)。所得到的单元称作太阳能电池模块。
一般而言，太阳能电池具有如下结构：其中，被太阳光照射的表面用玻璃覆盖；间隙用为热塑性材料(特别是，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA))的填料填充；以及反面用由耐热性和耐候性的塑料制成的白板保护。
由于太阳能电池的性能需要保持大约20年，基于氟的树脂已经用作背面保护板以提供耐久性、耐候性等。然而，基于氟的树脂具有低的机械强度，并且其在制备太阳能电池模块的热压的140至150℃的温度下降解，并且价格也很昂贵，阻碍了太阳能电池模块价格的下降。
作为基于氟的树脂，与约30wt％的丙烯酸树脂混合的聚偏二氟乙烯(PVDF)树脂显示出良好的粘附性、韧性、光学透明度等性能。然而，与PVDF树脂相比，PVDF/丙烯酸树脂混合物通常具有较低的硬度、磨蚀性等。
因此，需要开发低价且具有改善的耐热性、耐候性等的背板。
发明内容
本发明涉及提供一种能够改善太阳能电池的耐热性、耐候性、生产率等的太阳能电池背板。
本发明还涉及提供一种制备太阳能电池背板的方法和包括该太阳能电池背板的太阳能电池。
根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能电池背板，其包括：1)基板层；和2)在该基板层的至少一个表面上形成的混合树脂层，该混合树脂层包含基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂，该基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
根据本发明的另一方面，提供了一种制备太阳能电池背板的方法，该方法包括：1)制备基板层；和2)用基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的混合物树脂组合物涂布所述基板层的至少一个表面，所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
根据本发明的又一方面，提供了一种制备太阳能电池背板的方法，该方法包括：1)制备基板层；和2)在所述基板层的至少一个表面上层叠基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的混合树脂层，所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
根据本发明的又一方面，提供了一种包括所述太阳能电池背板的太阳能电池。
根据本发明的示例性实施方式的太阳能电池背板和使用该太阳能电池背板的太阳能电池使用了基于氟的树脂和包含基于马来酰亚胺的单体的基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的混合组合物，因而提高了耐热性和机械性能并降低了材料成本。
附图说明
参照附图，通过详细地描述示例性的实施方式，本发明的上述以及其它目的、特征和优点对于本领域的普通的技术人员而言变得更加显而易见，其中：
图1显示根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板的结构。
具体实施方式
参照附图，下面将详细描述本发明的示例性的实施方式。虽然本发明是以示例性实施方式的方式显示和描述，但是对于本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的实质和范围的情况下，可以作出多种修改。
根据本发明的一个示例性的实施方式的太阳能电池背板包括：1)基板层；和2)在所述基板层的至少一个表面上形成的混合树脂层，所述混合树脂层包含基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂，所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
在根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板中，所述基板层1)可以根据所需的功能、用途等来选择，并且更加具体地可以为金属基板、基于聚酯的树脂层等。
所述基于聚酯的树脂层可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等形成。在此，PET比其它聚合物更优选，但是本发明并不限于PET。
在根据本发明的示例性实施方式的太阳能电池背板中，所述混合树脂层2)的基于氟的树脂可以根据所需的功能、用途等来选择，并且更具体地可以为聚偏二氟乙烯(PVDF)。
在根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板，可以理解到所述混合树脂层2)的基于(甲基)丙烯酸的单体包括(甲基)丙烯酸衍生物和(甲基)丙烯酸酯。
具体而言，所述基于(甲基)丙烯酸的单体可以包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸苄基酯等，但并不限于此。具体地，最优选使用MMA。
在根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板中，所述混合树脂层2)的基于马来酰亚胺的单体可以包括N-环己基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-丁基马来酰亚胺、N-苄基马来酰亚胺、N-芘基马来酰亚胺等，但并不限于此。特别地，最优选使用N-环己基马来酰亚胺。
基于100wt％的基于(甲基)丙烯酸的共聚物，所述基于(甲基)丙烯酸的单体的量可以为50至99wt％，优选70～99wt％，且最优选70～98wt％。此外，基于100wt％的基于(甲基)丙烯酸的共聚物，所述基于马来酰亚胺的单体的量可以为1～50wt％，优选1～30wt％，且更优选2～30wt％。
所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体，并且可以通过本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合等方法制备。
在根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池板中，基于100wt％的混合树脂层2)，所述基于氟的树脂的量可以为50～99wt％，并且更优选60～80wt％，以及所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的量可以为1～50wt％，并且更优选20～40wt％。
在根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板中，所述混合树脂层2)的厚度可以为10～250微米，且更优选为20～100微米。
在根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板中，所述混合树脂层2)可以在所述基板层1)的一个面或者所述基板层1)的两个面上形成。
根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板可以包括位于基板层与混合树脂层之间的额外的粘合剂层。
所述粘合剂层可以由干层叠粘合剂形成。更具体地，所述粘合剂层可以包含聚氨酯粘合剂。所述包含聚氨酯粘合剂的粘合剂层可以防止在户外长时间使用太阳能电池背板引起的阻隔板(barrier sheet)的粘附性劣化、脱层等，并也可以降低所述粘合剂层本身的黄化。
在根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板中，所述基板层1)或混合树脂层2)可以额外地包含白色颜料。所述白色颜料可以提高太阳能电池装置的发电效率，并且可以为白色添加剂，例如二氧化钛(TiO2)、二氧化硅、氧化铝、碳酸钙和硫酸钡。
在根据本发明的一个示例性的实施方式的太阳能电池背板中，所述混合树脂层2)可以额外包含一种或多种光稳定剂。所述光稳定剂吸收紫外(UV)线，并且更具体地，可以包含羟基二苯甲酮(hydroxybenzophenone)、羟基苯并三唑(hydroxybenzotriazoles)、受阻胺类光稳定剂(HALS)、抗氧化剂和热稳定剂等。
在根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板中，所述混合树脂层2)可以额外地包括阻隔粒子(barrier particle)。板状粒子(Plate-shapedparticle)优选作为阻隔粒子。这样的粒子可以提高太阳能电池模块中的基于氟的树脂层的湿气阻隔性，而因此可以进一步提高保护太阳能电池的性能。
所述阻隔粒子可以包括云母(mica)粒子、玻璃碎片、不锈钢碎片、铝碎片等，并且更优选地可以包括云母粒子。所述云母粒子通常可以被氧化物(例如氧化铁和二氧化钛)层覆盖。
根据本发明的一个示例性实施方式的制备太阳能电池背板的方法包括：1)制备基板层；2)用基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的混合树脂组合物涂布所述基板层的至少一个表面，所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
根据本发明的一个示例性实施方式的制备太阳能电池背板的方法可以额外地包括在用所述混合树脂组合物涂布所述基板层的至少一个表面之后在25～250℃，优选200℃的温度下干燥涂布的组合物3分钟以上。
根据本发明的另一示例性实施方式的制备太阳能电池背板的方法包括：1)制备基板层；和2)将基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的混合树脂层层叠在所述基板层的至少一个表面上，所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
当将所述混合树脂组合物层叠在所述基板层上时，可以在所述混合树脂层2)与基板层1)之间包括额外的粘合剂层。
在根据本发明的制备太阳能电池背板的方法中，基板层、基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂(该基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体)的混合树脂层、粘合剂层等与上面描述的相同，因此省略关于其的详细描述。
根据本发明的示例性实施方式也提供了包括所述太阳能电池背板的太阳能电池。
根据本发明的太阳能电池具有如下结构：其中，在串联或并联设置的太阳能电池的电池之间的空隙用为热塑性材料(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA))的填料填充；被太阳光照射的表面用玻璃覆盖；和反面用根据本发明的示例性实施方式的太阳能电池背板保护，但是本发明并不仅限于这种结构。
除了包括根据本发明的一个示例性实施方式的太阳能电池背板之外，可以以本领域已知的方式制备所述太阳能电池。
太阳能电池背板和使用根据本发明的示例性实施方式的太阳能电池背板的太阳能电池使用了基于氟的树脂和包含基于马来酰亚胺的单体的基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的混合组合物，而因此改善了耐热性和机械性能，并且降低了材料成本。
实施例
对于本领域的技术人员显而易见的是，在不偏离本发明的实质或范围的情况下，可以对所述的本发明的示例性实施方式作出多种修改。因此，本发明意欲覆盖涵盖在所附权利要求及其等同替代的范围内的所有修改。
实施例1：用基于氟的树脂层涂布PET层
将PVDF树脂和聚(N-环己基马来酰亚胺-共-甲基丙烯酸甲酯)树脂以75∶25的重量比溶解在二甲基乙酰胺(DMAc)中以制备总固体含量(TSC)18wt％的溶液。在此，基于100重量份的总树脂，以15重量份的量加入二氧化钛(TiO2，DuPontTM光稳定剂210)以起到白色颜料的作用并吸收UV线。使该溶液通过5微米的过滤器过滤，而后涂布在PET膜上。使用厚度为100微米的PET(SKC，SH82)作为PET膜，且该PET为两个表面上均涂布有丙烯酸酯聚合物作为底漆的双轴取向膜。使用刮刀，调节涂层的厚度至30～40微米，并且涂布速率为6mm/秒。在涂布后，在室温下干燥该膜5分钟，然后在120℃下干燥30分钟。最后，将膜设置在框架上并在200℃下干燥3分钟。当用所述溶液涂布PET膜的一个表面之后，以相同的方式涂布另一表面。
所制备的背板膜的特征示于下面的表2中。
实施例2：在PET层上层叠基于氟的树脂
1)PVDF和聚(N-环己基马来酰亚胺-共-甲基丙烯酸甲酯)的混合膜的制备
将以75∶25的重量比均匀混合的PVDF树脂和聚(N-环己基马来酰亚胺-共-甲基丙烯酸甲酯)树脂的树脂组合物供料至从原料料斗至挤出机均被氮气置换的16Φ挤出机中，并在230℃下熔融以制备原料颗粒。当制备原料颗粒时，基于100重量份的总树脂，以15重量份的量加入二氧化钛(TiO2，DuPontTM光稳定剂210)以用作白色颜料并吸收UV线。Solvey公司的SOLEF 1010被用作PVDF树脂，聚(N-环己基马来酰亚胺-共-甲基丙烯酸甲酯)树脂的核磁共振(NMR)分析显示N-环己基马来酰亚胺的量为6.5wt％。将得到的原料颗粒在真空中干燥，在230℃的挤出机中熔融，并经过衣架型T-模、镀铬的压延辊(casting roll)、干燥辊(dry roll)等以制备厚度为50微米的膜。
2)PVDF混合膜和PET的层叠
使用GMP公司的EXCELAM-PLUS655RM层压机(laminator)实施层叠。
使用聚氨酯(PU)粘合剂层叠基于氟的膜和PET膜。所使用的聚氨酯粘合剂的组分示于下面的表1中。
[表1]
Figure BPA00001409045300071
多元醇：Desmophen 670拜耳
己二醇二异氰酸酯(HDDI)：己烷-1，6-二异氰酸酯
反应催化剂：1％的四氢呋喃(THF)，二月桂酸酯二正丁基锡(Di-n-butyltindilaurate)＞94％(通常为98+％)
在PET膜上电晕放电15次，将粘合剂涂布到PET膜上，然后在80℃下干燥PET膜两分钟。在PVDF-830HR挤压膜上进行电晕放电15次以后，在110℃下通过层压机层叠这两层膜(往复操作三次)。在80℃下硬化所述膜10分钟，然后在室温下在硬化12小时以上。
所制备的背板膜的特征示于下面的表2中。
<比较实施例1>
除了使用聚甲基丙烯酸甲酯树脂代替聚(N-环己基马来酰亚胺-共-甲基丙烯酸甲酯)树脂之外，以与上述实施例1相同的方式制备膜。
所制备的背板膜的特征示于下面的表2中。
<比较实施例2>
除了使用聚甲基丙烯酸甲酯树脂代替聚(N-环己基马来酰亚胺-共-聚甲基丙烯酸甲酯)树脂之外，以与上述实施例2相同的方式制备膜。
所制备的背板膜的特征示于下面的表2中。
[表2]
Figure BPA00001409045300081
在90％的相对湿度(RH)和38℃下使用PBI Dansensor公司的L80-5000测量水汽透过率(WVTR)的特征。
在实施例1和对比实施例1中，剥离涂布的PVDF混合树脂层以测量作为显示耐热性数据的玻璃化转变温度(Tg)，以及在实施例2和比较实施例2中，测量PVDF混合膜的玻璃化转变温度(Tg)作为显示耐热性的数据。通过TA仪器公司的示差扫描热量计(DSC2010)测量玻璃化转变温度(Tg)。分析是在10℃/分的加热速率下，在氮气氛围中进行的，并且将在第二次扫描时其中热容突然变化的区域的中间温度作为玻璃化转变温度。
可以看到聚(N-环己基马来酰亚胺-共-甲基丙烯酸甲酯)树脂的玻璃化转变温度比聚甲基丙烯酸甲酯的高10℃以上。
<实验实施例>背板性能的测评
1.180°剥离强度
在实验室中，通过在PET上层叠PVDF-830HR层制备背板，因而在PET与PVDF-830HR层之间的粘附性是决定背板的耐久性的主要因素。背板与包覆的EVA之间的粘附性，以及包覆的EVA与玻璃之间的粘附性也是重要的，但是在此仅检测背板的各层间的粘附性。
在使用双面胶带将背板固定在玻璃板上之后，轻轻剥离待剥离的层，然后通过胶带将PET膜连接到所述的层上并固定到上端夹具中。将玻璃板的下面部分固定到下端的夹具上，当上端夹具向上移动时，进行180°剥离以测定剥离强度。结果示于下面的表3中。
[表3]
  层叠方法   样品   剥离强度(N/cm)
  涂布   实施例1   7.6
  PU粘合剂层压   实施例2   9.6
  市售产品   Tedlar/PET   4.2
如上面的表3所示，所测量的通过涂布和层叠制备的背板样品的剥离强度高于市售的Tedlar/PET产品的剥离强度。
2、击穿电压测量
太阳能电池背板的一个主要功能是使被EVA包覆的太阳能电池与外界绝缘。使用击穿电压，即，导致膜变为导电性的最低电压，作为绝缘性能的度量。
ASTM D419和KSC 2127作为测量方法，以及chroma(9056-20k，0～10kV DC)被用作承受电压测量装置。结果示于下面的表4中。
[表4]
  层叠方法   样品   击穿电压(kV)   厚度(μm)
  涂布   实施例1   11   150
  PU粘合剂层压   实施例2   13   240
  市售产品   AKASOL(PDF/PET/PDF)   12   175

Claims (18)

1.一种太阳能电池背板，其包括：
1)基板层；和
2)在所述基板层的至少一个表面上形成的混合树脂层，其包含基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂，其中，所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述基板层1)为金属基板或基于聚酯的树脂层。
3.根据权利要求2所述的太阳能电池背板，其中，所述基于聚酯的树脂层包含选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述混合树脂层2)的基于氟的树脂为聚偏二氟乙烯(PVDF)树脂。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述混合树脂层2)的基于(甲基)丙烯酸的单体包含选自甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸苄基酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述混合树脂层2)的基于马来酰亚胺的单体包含选自N-环己基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-丁基马来酰亚胺、N-苄基马来酰亚胺和N-芘基马来酰亚胺中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，基于100wt％的基于(甲基)丙烯酸的共聚物，所述基于(甲基)丙烯酸的单体的量为50至99wt％，以及所述基于马来酰亚胺的单体的量为1至50wt％。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，基于100wt％的混合树脂层2)，所述基于氟的树脂的量为50至99wt％，以及所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物的量为1为50wt％。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述混合树脂层2)的厚度为10至250微米。
10.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，在所述基板层1)的两个表面上形成所述混合树脂层。
11.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其进一步包括位于所述基板层1)和混合树脂层2)之间的粘合剂层。
12.根据权利要求11所述的太阳能电池背板，其中，所述粘合剂层包含聚氨酯粘合剂。
13.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述基板层1)或混合树脂层2)进一步包含白色颜料。
14.根据权利要求1所述的太阳能电池背板，其中，所述混合树脂层2)进一步包含光稳定剂或阻隔粒子。
15.一种制备太阳能电池背板的方法，该方法包括：
1)制备基板层；和
2)用基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的混合树脂组合物涂布所述基板层的至少一个表面，所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
16.一种制备太阳能电池背板的方法，该方法包括：
1)制备基板层；和
2)将基于氟的树脂和基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂的混合树脂层层叠在所述基板层的至少一个表面上，其中，所述基于(甲基)丙烯酸的共聚物树脂包含基于(甲基)丙烯酸的单体和基于马来酰亚胺的单体。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，将所述混合树脂层2)层叠在所述基板层上包括在所述混合树脂层与基板层之间插入额外的粘合剂层。
18.一种太阳能电池，其包括根据权利要求1～14中任一项所述的太阳能电池背板。
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