一种用于太阳能电池背板的阻隔缓冲层涂布液的制作方法

1.本发明属于光伏组件技术领域，特别涉及一种用于太阳能电池背板的阻隔缓冲层涂布液。


背景技术：

2.2013年以来，太阳能光伏发电在我国呈现爆发式增长。晶硅太阳能电池一直在光伏技术中占主导地位，晶硅太阳能电池技术持续发展与进步，topcon、hjt、ibc等先进电池技术连续刷新世界记录。为了使太阳能电池保持25年的使用寿命，所用背板材料必须具有抗紫外线、水汽阻隔、耐气候等特性。新型n型电池技术(topcon/hjt)对水汽更为敏感，需要针对性开发高阻水光伏背板，提升组件整体水汽阻隔性。
3.水汽透过率是衡量背板阻隔性能好坏的重要指标之一。渗透率越低表明阻隔性能越好。若背板水蒸气阻隔性能不良，则湿气会透过背板进入电池板内侧，还会影响eva的粘结性能，导致背板与eva脱离，进而使更多湿气直接接触电池片而使电池片被氧化。目前背板材料的水汽透过率通常在0.3-4g/m2/day。提高材料的水氧阻隔性能最有效手段是在pet上沉积无机阻隔层如al2o3、sio
x
、sin
x
或其它阻水材料。但是al2o3、sio
x
、sin
x
等无机阻隔材料自身脆性较大，厚度增加会产生裂纹风险，无法通过持续增加厚度大幅提升阻隔性能。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种用于太阳能电池背板的阻隔缓冲层涂布液，通过在太阳能电池背板中引入阻隔缓冲层，降低背板的水汽透过率，提高水氧阻隔层与镀膜基材之间的牢度，防止老化后水氧阻隔层从镀膜基材脱落，提高背板的使用寿命。
5.为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：
6.一种阻隔缓冲层涂布液，包括聚氨酯丙烯酸酯低聚物、有机硅改性丙烯酸酯低聚物、有机硅氧烷助剂、活性稀释剂和光引发剂。
7.优选地，有机硅氧烷助剂选自八甲基四硅氧烷、二甲基二乙烯基硅烷、环五聚二甲基硅氧烷、五甲基苯基二氢三硅氧烷、二甲基四苯基二硅氧烷、八苯基环四硅氧烷、氢封端苯基聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、苯基三(二甲基硅氧烷基)硅烷、五甲基苯基二氢三硅氧烷、环氧基封端的苯基三硅氧烷、二甲基四苯基二硅氧烷、二苯基四硅氧烷、乙烯基封端t型苯基聚硅氧烷中的一种或多种。
8.优选地，活性稀释剂选自多官能团丙烯酸酯类活性稀释剂。
9.进一步优选地，活性稀释剂选自丙氧基化多官能团丙烯酸酯、乙氧基化多官能团丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二缩季戊四醇五/六丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰酸酯三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯中的一种或多种。
10.优选地，光引发剂选自1-羟基环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、二苯甲
酮中的至少一种
11.优选地，以质量百分数计，阻隔缓冲层涂布液包括如下组份：
[0012][0013]
为解决以上技术问题，本发明采取的又一技术方案是：
[0014]
如上所述的阻隔缓冲层涂布液用于太阳能电池背板。
[0015]
为解决以上技术问题，本发明采取的又一技术方案是：
[0016]
一种太阳能电池背板，包括镀膜基材，设置在镀膜基材上的水氧阻隔层，镀膜基材与水氧阻隔层之间设置有阻隔缓冲层，阻隔缓冲层由如上所述的阻隔缓冲层涂布液涂布于镀膜基材表面，经紫外固化后得到的复合聚合物薄膜。
[0017]
优选地，阻隔缓冲层的厚度为1-10μm，优选为2-5μm。
[0018]
优选地，镀膜基材的外表面上设置有耐候粘结层，水氧阻隔层通过粘结层与支撑基材相连接，支撑基材的外表面上设置有耐候层。
[0019]
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0020]
1、本发明从太阳能电池背板结构出发，在镀膜基材与水氧阻隔层之间引入具有应力互补结构的阻隔缓冲层，该层主体树脂为聚氨酯丙烯酸酯与有机硅改性丙烯酸酯混合物，有机硅改性丙烯酸酯的引入，使阻隔缓冲层具有一定阻隔性的同时，还能有效降低镀膜基材的表面粗糙度，提高水氧阻隔层的镀膜厚度及镀膜质量，大幅提升背板的阻隔性，降低水汽透过率至10-2
g/m2/day以下；
[0021]
2、本发明阻隔缓冲层中添加了有机硅氧烷助剂作为增韧及阻水组份，参与阻隔缓冲层的固化或聚合反应，降低内聚能，在提高水氧阻隔层厚度的同时，较大限度增大水氧阻隔层与镀膜基材的应力释放，赋予缓冲层共聚物的抗高低温冲击性能，改善水氧阻隔层的耐水耐候性能，形成更致密的体系提高无机镀层与镀膜基材的相容性，防止水氧阻隔层从镀膜基材脱落及裂纹产生，提高背板的老化寿命。
附图说明
[0022]
图1为本发明的太阳能电池背板；
[0023]
其中：1、耐候层；2、支撑基材；3、粘结层；4、水氧阻隔层；5、阻隔缓冲层；6、镀膜基材；7、耐候粘结层。
具体实施方式
[0024]
为使本发明的技术方案和有益效果能够更加明显易懂，下面通过列举具体实施例的方式进行详细说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，
18％，13％-18％，15％-18％。
[0038]
在某些实施例中，有机硅氧烷助剂的范围还可以为1％-5％，1％-4％，2％-4％，2％-3％。
[0039]
在某些实施例中，活性稀释剂的范围还可以为30％-45％，30％-42％，30％-40％，30％-38％，30％-35％。
[0040]
在某些实施例中，光引发剂的范围还可以为1％-4％，1％-3.5％，1％-3％，1％-2％。
[0041]
本发明阻隔缓冲层涂布液用于太阳能电池背板。
[0042]
本发明一种太阳能电池背板，包括镀膜基材，设置在镀膜基材上的水氧阻隔层，镀膜基材与水氧阻隔层之间设置有阻隔缓冲层，阻隔缓冲层由如上所述的阻隔缓冲层涂布液涂布于镀膜基材表面，经紫外固化后得到的复合聚合物薄膜。
[0043]
为得到高质量致密无针孔的水氧阻隔层薄膜，本发明在镀膜基材与水氧阻隔层之间引入具有应力互补结构的阻隔缓冲层，阻隔缓冲层以聚氨酯丙烯酸酯及有机硅改性丙烯酸酯为主体聚合物，其中聚氨酯丙烯酸酯低聚物在活性稀释剂及光引发剂作用下形成低粗糙度高硬度聚合物，硬化达到3h以上，表面粗糙度达5nm以下，有效提高了镀膜基材表面硬度，改善了镀膜基材表面的平整度。有机硅改性丙烯酸酯低聚物中有机硅基团的引入，不仅有效降低镀膜基材的表面粗糙度，还能改善阻隔缓冲层的水氧阻隔性能，这是因为阻隔缓冲层硬度及平整度直接影响了提高水氧阻隔层的镀膜质量，降低基材凸起造成的水氧阻隔层孔洞，提升了背板的阻隔性，降低水汽透过率至10-2
g/m2/day以下。
[0044]
在某些实施例中，阻隔缓冲层的厚度为1-10μm，优选为2-5μm，更具体的可以为1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、8μm、9μm。阻隔缓冲层厚度太薄，无法起到增加基材硬度及平坦化基材表面的作用，太厚则容易从镀膜基材表面分层脱落。
[0045]
在某些实施例中，水氧阻隔层为无机阻隔层或由无机阻隔层和有机阻隔层组成的成对层，成对层可以为一个或几个。
[0046]
在某些实施例中，无机阻隔层包含金属氧化物或氮化物，该金属选自al、si、zr、ti、hf、ta、in、sn、zn中的至少一种。
[0047]
在某些实施例中，金属氧化物或氮化物选自氮化硅、氧化铝、氧化硅中的至少一种。
[0048]
在某些实施例中，无机阻隔层的厚度为10-600nm，优选为50-200nm。无机阻隔层太薄阻隔性不佳，太厚薄膜脆性增加，易产生开裂现象，形成水汽通道导致阻隔性降低。
[0049]
在某些实施例中，有机阻隔层为含硅元素的聚丙烯酸树脂，厚度为0.5-20μm，优选为0.8-2μm。有机阻隔层太薄无法覆盖无机阻隔层的缺陷，太厚则附着力不佳。有机阻隔层在无机阻隔层上方还可以掩盖无机阻隔层缺陷并起到保护作用。
[0050]
在某些实施例中，水氧阻隔层的水汽渗透率wvtr＜10-2
g/m2/day。
[0051]
在某些实施例中，水氧阻隔层采用真空镀膜方法制备，真空镀膜方法为等离子化学气相沉积、磁控溅射、原子层沉积中的至少一种。对于水氧阻隔层的材料，多采用结构致密，性质稳定的材料。沉积成膜过程的不同，会导致膜层结构的变化，但在沉积过程中始终需要保持材料原有的致密性，减少缺陷的出现，这样能够使得膜层中的水汽通路数量下降，最终呈现出良好的水氧阻隔性。不同的薄膜沉积方式具有不同的沉积原理，所能够达到的
阻隔性能极限也不尽相同，形成水汽透过通路的多少是决定阻隔效果好坏的重要因素。因此，提高无机阻隔层成膜质量，减少水汽通路的形成是降低水汽透过率的关键。
[0052]
在某些实施例中，镀膜基材选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯中的至少一种材质的单层或多层膜层。
[0053]
在某些实施例中，镀膜基材厚度为5-500μm，优选为12-100μm。镀膜基材主要作为水氧阻隔层的支撑基材。镀膜基材太薄，加工性能变差，收放卷过程中容易出现褶皱，影响无机阻隔镀层的成膜均匀性及成膜质量，降低阻隔性能。镀膜基材在一定范围内增加厚度，可加工性能提升，但是厚度太厚则会增加背板重量，增加生产成本。
[0054]
在某些实施例中，镀膜基材的外表面上设置有耐候粘结层，水氧阻隔层通过粘结层与支撑基材相连接，支撑基材的外表面上设置有耐候层。
[0055]
在某些实施例中，镀膜基材的外表面上设置有耐候粘结层，耐候粘结层包括70-80wt％聚烯烃，15-20wt％α烯烃共聚物，1-5wt％防老化剂；
[0056]
在某些实施例中，聚烯烃选自乙烯类共聚物、聚丙烯、改性聚丙烯的至少一种。
[0057]
在某些实施例中，α烯烃共聚物选自乙烯-α烯烃共聚物和丙烯-α烯烃共聚物中的至少一种。
[0058]
在某些实施例中，防老化剂包括酸吸收剂、抗氧剂、紫外吸收剂、光稳定剂和自由基猝灭剂中的至少一种。防老化剂为本领域常用助剂，不作为本发明的发明点，在此不详细展开。
[0059]
在某些实施例中，耐候粘结层厚度为15-60μm。耐候粘结层主要作用是改善背板与胶膜的粘结性能，同时耐候粘结层自身具有良好的耐候性能。
[0060]
在某些实施例中，水氧阻隔层通过粘结层与支撑基材相连接，支撑基材的外表面上设置有耐候层。
[0061]
在某些实施例中，支撑基材选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺中的至少一种材质的单层或多层膜层。
[0062]
在某些实施例中，支撑基材的厚度为100-800μm，优选为150-300μm。支撑基材作为整个背板的主体材料，薄膜厚度大于镀膜基材厚度。支撑基材太薄不能很好的起到支撑及对组件的保护作用，太厚则会增加背板重量，增加生产成本。
[0063]
在某些实施例中，耐候层选自耐候涂层或耐候薄膜层。
[0064]
在某些实施例中，耐候涂层选自含氟涂料、丙烯酸涂料、聚酯涂料、环氧涂料和聚氨酯涂料中的一种或多种。
[0065]
在某些实施例中，耐候薄膜层选自聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-三氟氯乙烯共聚物、改性聚氯乙烯中的至少一种材质的薄膜。
[0066]
在某些实施例中，粘结层的材料选自双组分聚氨酯胶水、无溶剂性的热熔胶或者水溶性的丙烯酸酯胶水中的一种。
[0067]
在某些实施例中，粘结层厚度为5-15μm。粘结层的作用主要是粘接支撑基材和水氧阻隔层，要求粘结层具有优异的耐高低温及耐紫外老化性能，经过老化实验后，粘接后界面剥离力＞10n/cm，避免因长期户外使用而使光伏背板出现层间分层现象，外界水蒸气从层间渗入光伏背板内部而影响其长期阻水性能。
[0068]
在某一具体的实施例中，本发明一种长寿命高阻隔太阳能电池背板的结构如附图1所示，包括支撑基材2，设置在支撑基材外表面的耐候层1，在镀膜基材6内表面形成的阻隔缓冲层5，在阻隔缓冲层5上形成的水氧阻隔层4，在水氧阻隔层4与支撑基材2的内表面之间形成的粘结层3，在镀膜基材6外表面形成的耐候粘结层7。
[0069]
本发明太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：
[0070]
(1)将镀膜基材内表面进行等离子处理，然后涂布阻隔缓冲层涂布液，紫外固化成膜得到阻隔缓冲层；
[0071]
(2)将步骤(1)得到的阻隔缓冲层表面进行等离子处理，采用真空镀膜方法沉积无机阻隔层形成水氧阻隔层；或采用真空镀膜方法沉积无机阻隔层，接着涂布有机阻隔层，形成水氧阻隔层成对层；
[0072]
(3)将步骤(2)形成的水氧阻隔层采用胶黏剂与支撑基材进行粘结，形成粘结层；
[0073]
(4)在步骤(3)在支撑基材的外表面制备耐候层，在镀膜基材的外表面制备耐候粘结层，完成太阳能电池背板的制备。
[0074]
在某些实施例中，步骤(1)中等离子体处理的功率为2.5-10kw。阻隔缓冲层可以通过条缝涂布、微凹版涂布、刮刀涂布、丝网印刷等溶液涂布方式成膜，经过紫外光固化形成阻隔缓冲层。
[0075]
在某些实施例中，步骤(2)中真空镀膜方法为等离子化学气相沉积、磁控溅射、原子层沉积中的至少一种。
[0076]
实施例1
[0077]
本实施例阻隔缓冲层涂布液配方如下：
[0078][0079]
实施例2
[0080]
本实施例阻隔缓冲层涂布液配方如下：
[0081]
[0082]
实施例3
[0083]
本实施例阻隔缓冲层涂布液配方如下：
[0084]
实施例4
[0085]
本实施例阻隔缓冲层涂布液配方如下：
[0086]
实施例5
[0087]
本实施例阻隔缓冲层涂布液配方如下：
[0088][0089]
实施例6
[0090]
本实施例阻隔缓冲层涂布液配方如下：
72h老化后，背板的水汽透过率及层间剥离力测试结果见表2和表3。
[0125]
表1本发明应用例1、2背板和对比例背板的初始值数据对比
[0126][0127]
表2本发明应用例1、2应用于背板和对比例背板的dh3000h数据对比
[0128][0129]
表3本发明应用例1、2应用于背板和对比例背板的pct 72h后数据对比
[0130][0131]
由上述对比数据可知，本发明通过引入阻隔缓冲层，降低背板的水汽透过率，提高水氧阻隔层与镀膜基材之间的牢度，防止老化后水氧阻隔层从镀膜基材脱落，提高了背板的使用寿命。
[0132]
应当理解，以上实施例均为示例性的，不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的，也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合，以形成可能没有被明确描述的本发明的另外的实施例。因此，上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不对本发明专利的保护范围进行限制。

技术特征：
1.一种阻隔缓冲层涂布液，其特征在于，包括聚氨酯丙烯酸酯低聚物、有机硅改性丙烯酸酯低聚物、有机硅氧烷助剂、活性稀释剂和光引发剂。2.根据权利要求1所述的阻隔缓冲层涂布液，其特征在于，所述有机硅氧烷助剂选自八甲基四硅氧烷、二甲基二乙烯基硅烷、环五聚二甲基硅氧烷、五甲基苯基二氢三硅氧烷、二甲基四苯基二硅氧烷、八苯基环四硅氧烷、氢封端苯基聚硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、苯基三(二甲基硅氧烷基)硅烷、五甲基苯基二氢三硅氧烷、环氧基封端的苯基三硅氧烷、二甲基四苯基二硅氧烷、二苯基四硅氧烷、乙烯基封端t型苯基聚硅氧烷中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的阻隔缓冲层涂布液，其特征在于，所述活性稀释剂选自多官能团丙烯酸酯类活性稀释剂。4.根据权利要求3所述的阻隔缓冲层涂布液，其特征在于，所述活性稀释剂选自丙氧基化多官能团丙烯酸酯、乙氧基化多官能团丙烯酸酯、二缩三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二缩季戊四醇五/六丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰酸酯三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的阻隔缓冲层涂布液，其特征在于，所述光引发剂选自1-羟基环己基苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、二苯甲酮中的至少一种。6.根据权利要求1所述的阻隔缓冲层涂布液，其特征在于，以质量百分数计，所述阻隔缓冲层涂布液包括如下组份：缓冲层涂布液包括如下组份：7.如权利要求1至6中任一项所述的阻隔缓冲层涂布液用于太阳能电池背板。8.一种太阳能电池背板，其特征在于，包括镀膜基材，设置在镀膜基材上的水氧阻隔层，所述镀膜基材与水氧阻隔层之间设置有阻隔缓冲层，所述阻隔缓冲层由如权利要求1至6中任一项所述的阻隔缓冲层涂布液涂布于所述镀膜基材表面，经紫外固化后得到的复合聚合物薄膜。9.根据权利要求8所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述阻隔缓冲层的厚度为1-10μm，优选为2-5μm。10.根据权利要求8所述的太阳能电池背板，其特征在于，所述镀膜基材的外表面上设置有耐候粘结层，所述水氧阻隔层通过粘结层与支撑基材相连接，所述支撑基材的外表面上设置有耐候层。

技术总结
本发明涉及一种阻隔缓冲层涂布液，包括聚氨酯丙烯酸酯低聚物、有机硅改性丙烯酸酯低聚物、有机硅氧烷助剂、活性稀释剂和光引发剂。本发明通过在太阳能电池中引入阻隔缓冲层，降低背板的水汽透过率，提高水氧阻隔层与镀膜基材之间的牢度，防止老化后水氧阻隔层从镀膜基材脱落，提高背板的使用寿命。提高背板的使用寿命。


技术研发人员：王素敏 王同心
受保护的技术使用者：苏州弘道新材料有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/8/5