一种太阳能电池背板及其制备方法

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池背板（或称太 阳能背板）及其制备方法。

太阳能电池是通过光电效应把光能转化为电能的装置。由于具有永久性、 清洁性、灵活性等优点，它被认为是一种未来主要发展的新型能源，在不远的 将来，太阳能电池会替代部分常规能源，成为世界能源供应的主体。

太阳能电池通常是一个层叠结构，从上到下依次为透明玻璃盖板/密封层乙 烯－乙酸乙烯共聚物（EVA胶）/电池片/EVA胶/背板。整个太阳能电池通过将 上述各材料层压后再密封四侧面装框而成。其中背板的主要作用是提高太阳能 电池板的整体机械强度，同时阻隔水汽渗透到密封层中，以保障电池片的使用 寿命。因此，太阳能电池背板必须具有良好的耐电击穿、耐老化、耐气候、耐 腐蚀等特性。

目前太阳能电池背板大多通过多层膜热压成型方式生产。以最常用的TPT 为例，其制备方法为以聚氟乙烯/聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚氟乙烯（简称 PVF/PET/PVF）三层独立的薄膜通过高分子胶粘剂的粘结热压成型。其中的PET 层作为基体，主要起绝缘和支撑作用；两外层的PVF由于分子骨架上含有氟基 团，可以起耐老化和耐腐蚀作用。为了得到更好的阻隔性、耐候性等性能，可 以使用聚偏氟乙烯（PVDF）替代PVF。

当前国内太阳能背板的生产存在材料成本高和层间粘合性低等问题，背板 层中PET基膜的生产基本成熟，但PVF或PVDF的生产技术难度较大，几乎 不能自主生产，基本上依靠国外进口，由此造成背板膜材料成本较高的缺陷。 此外，由于含氟聚合物表面能低，使得PET与PVF（或PVDF）膜层之间粘合 强度不够，容易造成背板膜各层之间相互分离而导致整个背板膜的阻隔性、耐 候性、耐腐蚀性等性能下降，从而影响电池的使用寿命。因此，采用多层膜热 压成型工艺，对高分子胶粘剂配方的要求非常苛刻。

目前解决背板成本及各层之间粘结性问题的方法有两种，一方面，使用氟 树脂涂布形成氟层来替代传统的氟膜，达到降低成本的目的；另一方面，在氟 膜或聚酯基膜表面进行电晕处理，适当提高两层膜之间的粘结性。公开号为 CN101272903，公开日为2008年09月24日的中国发明专利，提供了一种采用 含氟涂层替代氟膜的太阳能电池背板，该含氟涂层为导入了固化官能团的含氟 聚合物，用以提高氟层与基层或密封剂层之间的粘结性。公开号为 CN101515603A，公开日为2009年08月26日的中国发明专利申请，提供了一 种太阳能电池背板，给出了三种结构形式：第一种是在不透水性的片材一侧面 涂布含氟涂层，在另一侧面复合含氟薄膜；第二种是在不透水性的片材两侧面 各涂布含氟涂层；第三种是在不透水性的片材一侧面涂布含氟涂层，再在含氟 涂层外涂布表面涂层，最后在片材另一侧面涂布含氟涂层。以上结构的背板膜 通过涂布含氟涂层部分或全部替换氟膜层，从而一定程度上降低材料成本，也 从氟材料或胶粘剂的改进来提高背板膜各层之间的粘结性。

由于太阳能电池使用时间的长久性（需要在户外使用20年以上），要保持 整个电池组件具有良好的阻隔性、耐候性和耐腐蚀性，以保证其使用寿命，背 板膜各层之间的粘结性至关重要。本申请人认为除了对氟树脂或胶粘剂做改进， 或者对氟膜或聚酯基膜表面进行电晕处理之外，有必要对聚酯基材做进一步改 进，以尽可能提高背板膜各层之间的粘结性能。

为了解决现有太阳能背板的生产成本高和层间粘合性差的缺陷，本发明提 供一种太阳能电池背板及其制备方法。本发明提供的太阳能电池背板的聚酯基 膜与氟材料保护层之间的粘结力较高，生产成本较低。本发明提供的太阳能电 池背板的制备方法工艺简单，易于操作。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种太阳能电池背板，所述背板包括树脂片材基层（简称基层/ 基膜，或聚酯基层/聚酯基膜）；所述基层的两个表面涂布有化学预处理层，所 述预处理层上涂布有粘结层，所述粘结层上涂布有保护层；所述化学预处理层 由水溶性聚氨酯、水溶性丙烯酸酯或改性水溶性聚酯固化形成。

所述树脂片材基层采用材料为聚酯材料，选自聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、聚对萘二甲酸乙二醇酯（PEN）及 其共聚改性树脂中的一种。

所述树脂片材基层的厚度为100‑250μm。

所述聚酯材料通过双向拉伸工艺制备成膜状或片状结构。

进一步的，所述树脂片材基层内添加有5‑40%（重量百分含量）的无机颗 粒，所述无机颗粒的粒径为0.01‑1μm。

所述无机颗粒为填充材料，选自氧化铝、硫酸铝、碳酸钙、碳酸镁、硅酸 铝、硅酸镁、二氧化硅或二氧化钛中的一种或至少两种的组合。上述无机填充 材料的添加有助于提高基层的耐候性能及耐老化性能。

进一步的，所述保护层为氟树脂涂料形成的含氟涂层。

所述氟树脂涂料为混合乳液，包括含氟聚合物、溶剂、固化剂、填料和助 剂。所述含氟聚合物选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚全氟丙烯、 三氟氯乙烯－烷基乙烯基醚、偏二氟乙烯树脂、聚偏氟乙烯－四氟乙烯－六氟 异丙烯树脂共聚物中的一种或至少两种的组合；所述溶剂选自甲苯、邻二甲苯、 丙酮、丁酮、乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种或至少两种的组合；所述固化剂选 自二乙烯基苯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基氰尿酸酯、2‑羟基‑2‑ 甲基‑1‑苯基丙酮中的一种或至少两种的组合；所述填料选自石英颗粒、云母颗 粒、二氧化钛颗粒中的一种或至少两种的组合。所述氟树脂涂料直接涂覆在所 述粘结层的表面，经热固化后得到含氟保护层。

进一步的，所述粘结层材料包括树脂基体和固化剂。

所述树脂基体可选择带有固化性官能团的聚丙烯酸酯系或聚酯系，如聚羟 基丙烯酸酯、聚氨基丙烯酸酯、聚羧基丙烯酸酯、带有羟基的聚酯、带有羧基 的聚酯等，其中，优选具有更好粘结性和耐水解性的带有羧基或羟基的聚酯。 所述固化剂可以选用环氧树脂固化剂、异氰酸酯固化剂或碳化二亚胺固化剂中 的一种。

进一步的，所述粘结层由双组分高温固化胶固化而成。

进一步的，所述树脂片材基层的厚度为100‑250μm，所述保护层的厚度为 20‑50μm，所述粘结层的厚度为2‑10μm。

另一方面，本发明提供上述的太阳能电池背板的制备方法，该制备方法中， 所述化学预处理层所用化学材料先配制成涂布液（水溶液），然后将涂布液涂 布于基层表面，最后将涂布液形成的涂层中的水分除去，形成化学预处理层。

进一步的，所述化学预处理层所用化学材料选自水溶性聚氨酯、水溶性丙 烯酸酯或改性水溶性聚酯；所述涂布液包括下述组份（所述百分比为重量百分 比）：

水溶性聚氨酯、水溶性丙烯酸酯或改性水溶性聚酯   5%‑10%

交联剂                 1%‑2%

水                     80%‑90%

异丙醇                 4%－8%，

上述水溶性聚氨酯、水溶性丙烯酸酯或改性水溶性聚酯的重量百分含量为 其固体成份占涂布液总重量的百分比。上述含量太低达不到效用，太高则使加 工工艺有困难。

进一步的，所述制备方法包括如下步骤：

（1）将无机颗粒与聚酯材料通过熔融混合、挤出造粒，制备成含有50% 无机填料的母料；

（2）树脂片材基层的制备：将30%聚酯有光料，30%抗粘连聚酯母料和 40%步骤（1）所得的无机填料母料混合后，熔融挤出，纵向拉伸，冷却至室温 后，在基膜两侧同时在线涂布涂布液，涂布量为5‑15g/m2，预热烘干后，横向 拉伸，热定型，冷却至室温，牵引、收卷，得到所述树脂片材基层；

（3）涂布粘结层：在步骤（2）制得的树脂片材基层的一个表面涂布粘结 层材料，在120℃下烘5‑10分钟，制成粘结层；

（4）保护层的制备：

制备含氟涂料，所述含氟涂料包括含氟树脂，固化剂，固化促进剂，溶剂， 钛白粉，UV吸收剂，

将含氟树脂溶于溶剂中，然后加入固化剂、钛白粉填料、UV吸收剂，搅 拌均匀形成含氟保护层涂料；

然后将含氟保护层涂料刮涂于粘结层上，在120℃下烘20‑30分钟，制得干 燥后的厚度为20‑50μm的保护层；

（5）在聚酯基层的另一表面以同样方法涂布上粘结层和保护层，制得所述的太 阳能电池背板。

进一步的，所述步骤（2）中，具体的工艺条件如下：

将聚酯有光料，抗粘连聚酯母料和步骤（1）所得的无机填料母料混合后， 在260‑280℃下熔融，挤出铸片，在60‑90℃下纵向拉伸2.5‑3.5倍，冷却至室温 后，在基膜两侧同时进行在线涂布涂布液，在80‑100℃下预热烘干后，在 100‑120℃下横向拉伸3‑4倍，在200‑230℃下热定型20‑30秒钟。

进一步的，所述步骤（4）中，按照下述配方制备含氟涂料：

进一步的，所述化学预处理层涂布液的配方如下（所述含量为重量百分 含量）：

另一方面，本发明提供一种太阳能电池背板膜，所述背板包括树脂片材基 层；所述基层的两个表面上设置有化学预处理层，所述预处理层外设置有粘结 层，所述粘结层外为保护层。

进一步的，所述化学预处理层的材料选自水溶性聚氨酯、水溶性丙烯酸酯 或改性水溶性聚酯。

进一步的，所述保护层为氟树脂涂层。

与现有技术相比，本发明提供的太阳能电池背板，通过对基层表面进行化 学预处理，使基层两侧面添加有可改善基层与保护层相容性的化学物质，得到 与氟树脂及胶粘剂相容性更好的基膜。本发明提供的太阳能电池背板的基层与 保护层粘结更牢固。本发明通过对背板基层表面进行化学预处理，使基层与保 护层复合时无须对胶粘剂和氟树脂作特殊要求，可以采用领域内公知的任意一 种氟树脂和胶粘剂，只需考虑其使用效果即可。因此，本发明提供的太阳能电 池背板不仅具有更好的粘结性能、阻隔性、耐候性，而且降低了物料成本以及 太阳能电池背板的生产工艺和设计配方的难度。本发明提供的太阳能电池背板 的制备方法工艺简单，易于操作。

图1为本发明提供的太阳能电池背板的结构示意图；

其中，1为基层，2为保护层，3为粘结层，4为化学预处理层。

如图1所示，本发明提供的太阳能电池背板包括树脂片材基层1；所述基 层1的两个表面涂布有化学预处理层4，所述预处理层4上涂布有粘结层3，所 述粘结层3上涂布有保护层2。

下述实施例1‑4所述的太阳能电池背板的制备方法包括下述步骤：

（1）所述树脂基层材料采用下述配方（所述含量为重量百分含量）：

PET有光料      50%

PET抗粘连母料  30%

钛白粉          20%

其中钛白粉先与20%PET有光料通过熔融混合、挤出造粒，制备成钛白粉 重量百分含量为50%的PET母料；

（2）制备基层：

将步骤（1）得到的PET母料，与30%PET有光料和30%抗粘连母料混合。 所述PET抗粘连母料含有0.25%‑0.50%的二氧化硅。

上述聚酯原料切片混和后，在260‑280℃下熔融，挤出铸片，在60‑90℃下 纵向拉伸3倍，冷却至室温；在基膜两侧面同时进行在线涂布处理，分别采用 不同的丙烯酸酯作为涂布液材料，涂布量为5‑15g/m2；在80‑100℃下预热烘干 后，100‑120℃下横向拉伸3.5倍，在200‑230℃下热定型20秒钟，冷却至室温， 牵引、收卷，得到厚度为100‑250μm的PET基膜。

（3）制备粘结层：

在步骤（2）制得的PET基层的一个表面使用粘结层涂布液进行涂布，在 120℃下烘5‑10分钟制成约5μm厚的粘结层3；

（4）制备保护层：

所述保护层为含氟保护涂层，采用下述配方（所述含量为重量百分含量）：

将含氟树脂溶于溶剂中，然后加入固化剂、填料等助剂，搅拌均匀形成混 合乳液。

然后将含氟保护层涂料刮涂于粘结层3上，在120℃下烘20‑30分钟，制得 干厚约为20‑50μm的保护层2。

（5）在PET基层1的另一个表面以同样方法涂布上粘结层3和保护层2， 制得本发明所述的太阳能电池背板。其结构如图1所示。

本发明提供的太阳能电池背板的粘结性能、阻隔性、耐候性的测试方法， 简述如下：

（1）粘结性测试

将所得背板复合膜裁切成宽15mm，长约1m的条样，在条样一端将保护层 剥离开少许。在拉力机（例如，英国英斯特朗公司生产的INSTRON万能材料 试验机）上分别夹住基层和保护层，以180°角的方向拉伸使基层和保护层持续 完全剥离开，读取拉伸期间所显示的拉力数据，即得剥离时所需的力。剥离力 越大，背板膜的粘结性能就越好。

（2）阻隔性测试

阻隔性通过水汽透过率来表征，参照ISO15106‑3测试标准公开的方法， 测试环境温度为35±5℃，相对湿度为95±5%。

（3）耐候性测试

耐候性通过分层现象、击穿电压以及变现象来表征。采用太阳能电池板 认证/太阳能光伏电池板IEC61215标准公开的方法对样品进行分层检测，测试 条件为：温度为85℃，相对湿度为85%RH，时间为2000小时，观察样品有无 分层，无分层为OK，有分层为NO。采用ASTMF‑149标准公开的方法对样品 进行击穿电压测试。变现象的检测方法为：将样品在60℃下置于1KW紫外 氙灯照射150小时，观测有无变，无变为OK，有变为NO。

实施例1

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层厚度为175μm，采用丙烯 酸乳液作为化学预处理层涂布材料，涂布液的配方如下（所述含量为重量百分 含量）：

上述涂布液在基层表面的涂布量为8g/m2。上述丙烯酸乳液的重量百分含 量为丙烯酸乳液的固体成份占涂布液总重量的百分比。

在上述化学预处理层上涂布粘结层涂布液，所述粘结层涂布液配方如下（所 述含量为重量百分含量）：

按前述方法在粘结层的表面涂布氟保护层，氟保护层干燥后的厚度为 30μm。

所得太阳能电池背板（也可称为复合膜）性能测定结果见表1。

实施例2

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层厚度为200μm，采用丙烯 酸树脂作为化学预处理层涂布材料，涂布液的配方如下（所述含量为重量百分 含量）：

上述涂布液在基层表面的涂布量为12g/m2。上述丙烯酸乳液的重量百分含 量为丙烯酸乳液的固体成份占涂布液总重量的百分比。

使用如下粘结层涂布液配方（所述含量为重量百分含量）：

按前述方法在粘结层的表面涂布氟保护层，氟保护层干燥后的厚度为 28μm。

所得复合膜性能测定结果见表1。

实施例3

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层厚度为225μm，采用丙烯 酸乳液作为化学预处理层涂布材料，涂布液的配方如下（固体份质量百分含量）：

上述涂布液在基层表面的涂布量为10g/m2。上述丙烯酸乳液的重量百分含 量为丙烯酸乳液的固体成份占涂布液总重量的百分比。

使用如下粘结层涂料配方（所述含量为重量百分含量）：

按前述方法在粘结层的表面涂布氟保护层，氟保护层干燥后的厚度为 35μm。

所得复合膜性能测定结果见表1。

实施例4

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层厚度为250μm，采用聚氨 酯丙烯酸乳液作为化学预处理层涂布材料，涂布液的配方如下（所述含量为重 量百分含量）：

上述涂布液在基层表面的涂布量为8g/m2。上述丙烯酸乳液的重量百分含 量为丙烯酸乳液的固体成份占涂布液总重量的百分比。

使用如下粘结层涂布液配方（所述含量为重量百分含量）：

按前述方法在粘结层的表面涂布上氟保护层，氟保护层干燥后的厚度为 36μm。

所得复合膜性能测定结果见表1。

表1.实施例1‑4所得太阳能电池背板的性能测试结果

实施例5

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层的厚度为100μm；所述化 学预处理层所用涂布液包括下述组份（含量为重量百分含量）：

按照实施例1所述配方配置粘结层涂布液，所述粘结层的厚度为2μm。

所述保护层的配方如下：

所述保护层的厚度为20μm。

所得复合膜性能测定结果见表2。

实施例6

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层的厚度为250μm；所述化 学预处理层所用涂布液包括下述组份（含量为重量百分含量）：

按照实施例2所述配方配置粘结层涂布液，所述粘结层的厚度为10μm。

所述保护层的配方如下：

所述保护层的厚度为50μm。

所得复合膜性能测定结果见表2。

实施例7

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层的厚度为150μm；所述化 学预处理层所用涂布液包括下述组份（含量为重量百分含量）：

按照实施例3所述配方配置粘结层涂布液，所述粘结层的厚度为8μm。

所述保护层的配方如下：

所述保护层的厚度为35μm。

所得复合膜性能测定结果见表2。

实施例8

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层的厚度为150μm；所述化 学预处理层所用涂布液包括下述组份（含量为重量百分含量）：

按照实施例4所述配方配置粘结层涂布液，所述粘结层的厚度为4μm。

所述保护层的配方如下：

所述保护层的厚度为40μm。

所得复合膜性能测定结果见表2。

表2.实施例5‑8所得太阳能电池背板的性能测试结果

对比例1

为比较PET基层经表面化学涂布处理之后对粘结性所产生的效果，我们安 排了对比例，即使用不经化学处理的PET基层进行氟保护层的复合。对比例中 所用PET原料、保护层涂布液、粘结层涂布液的配方及工艺与实施例1相同， PET基层厚度为200μm，氟保护层厚度为30μm。所得复合膜性能测定结果见 表3。

对比例2

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层的厚度为230μm；所述化 学预处理层所用涂布液包括下述组份（含量为重量百分含量）：

按照实施例2所述配方配置粘结层涂布液，所述粘结层的厚度为8μm。

所述保护层的配方如下：

所述保护层的厚度为45μm。

所得复合膜化学预处理层所用涂布液中水溶性聚氨酯含量过低，达不到处 理效果，薄膜性能较差，其测定结果见表3。

对比例3

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层的厚度为200μm；所述化 学预处理层所用涂布液包括下述组份（含量为重量百分含量）：

按照实施例2所述配方配置粘结层涂布液，所述粘结层的厚度为6μm。

所述保护层的配方如下：

所述保护层的厚度为40μm。

所得复合膜化学预处理层所用涂布液中水溶性丙烯酸酯含量过高，加工困 难，成本较高，所得的太阳能电池背板性能不均匀，其测定结果见表3。

对比例4

按前述方法制备太阳能电池背板，其中PET基层的厚度为250μm；所述化 学预处理层所用涂布液包括下述组份（含量为重量百分含量）：

按照实施例3所述配方配置粘结层涂布液，所述粘结层的厚度为15μm。

所述保护层的配方如下：

所述保护层的厚度为50μm。

上述化学预处理层涂布液中的水溶性聚氨酯含量高，上述粘结层的厚度大， 保护层中含氟树脂含量过低，所得复合膜的综合性能较差，其性能测定结果见 表3。

表3对比例1‑4所得太阳能电池背板的性能测试结果

从表1‑3所示的实施例及对比例提供的太阳能电池背板的性能测试数据可 以得出，背板基层选用合适的化学预处理层所用涂布液配方，经表面化学预处 理后，可有效增强基层与保护层之间的粘结性。同时，选用适宜的组分和配比， 所得复合膜的阻隔性能和耐候性能较好。

如上所述，我们按照本发明的宗旨进行了说明。但本发明并非局限于上述 实施例和方法，相关技术领域的从业者可在本发明技术许可的范围内进行不同 的变化及实施。