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CN106129258A - 柔性太阳能电池封装用多层复合薄膜及其应用 - Google Patents

柔性太阳能电池封装用多层复合薄膜及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于柔性太阳能电池封装的多层复合薄膜及其应用，所述复合薄膜由封装薄膜和保护薄膜构成，所述封装薄膜透光率为80％～95％，由依次设置的基膜层、底涂层和气体阻隔层组成,基膜层厚度为10μm～150μm，透光率85％以上；所述保护薄膜由基材及其上形成的离型层构成。本发明的封装薄膜质量轻、只有现有常规封装膜产品的1/4，方便携带使用和组件产品运输；封装薄膜光线的利用率高，使得组件的发电效率提高；因带有气体阻隔层对水汽阻隔性好，能够满足太阳能电池日常使用需求。

Description

柔性太阳能电池封装用多层复合薄膜及其应用
技术领域
本发明提供太阳能封装薄膜，特别是一种用于柔性太阳能电池封装的隔膜。
背景技术
随着太阳能电池技术的发展和日趋成熟，以及人们对新能源的认识，太阳能电池已经不局限于常规太阳能电站，而越来越广泛应用于日常生活之中。光伏建筑一体化(BIPV)、车载太阳能电池、便携式太阳能充电器、太阳能帐篷、太阳能背包等各类民用产品争相涌现。
与传统太阳能电池组件相比，日常生活使用的太阳能电池产品要求更低的质量以及易弯折的性能。然而传统组件封装用玻璃难以满足新兴市场对于封装材料轻质和易弯折的需求。
纵观现有的高阻隔封装技术，多以聚酯薄膜作为基材在其上制备水蒸气阻隔层，而后经过多层复合制成，造成封装膜厚度大且可弯折性差。组件封装后柔折性差且不便于携带、安装和运输。而可用于封装的易柔折基材，一方面目前未见有高柔性高阻隔封装薄膜产品出现，也未见有相关技术公开；另一方面由于其柔软不易铺展，在组件封装过程中很容易形成缺陷，造成产品良品率低。
发明内容
本发明目的是针对目前高阻隔封装薄膜材料的不足，提供一种柔性太阳能电池封装用多层复合薄膜及其应用，该多层复合薄膜具有阻隔性高、厚度薄、易弯折、适应层压工艺便于生产线封装加工等特点，特别适用于柔性太阳能电池组件前侧封装。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于柔性太阳能电池封装的多层复合薄膜，由封装薄膜和保护薄膜构成，所述封装薄膜透光率为80％～95％，由依次设置的基膜层、底涂层和气体阻隔层组成,基膜层厚度为10μm～150μm，透光率85％以上；所述保护薄膜由基材及其上形成的离型层构成。
上述多层复合薄膜，所述封装薄膜与保护薄膜之间的剥离力为3g/25mm～30g/25mm，优选剥离力为5g/25mm～15g/25mm。
上述多层复合薄膜，所述封装薄膜的水蒸气透过率为1×10-5g/m2·day～0.1g/m2·day。
上述多层复合薄膜，所述基膜层厚度为25μm～75μm，透光率90％以上。
上述多层复合薄膜，所述保护薄膜厚度为50μm～250μm，优选厚度为50μm～150μm。
上述多层复合薄膜，所述封装薄膜的基膜层为含氟聚合物薄膜或聚酰亚胺薄膜。
上述多层复合薄膜，所述含氟聚合物薄膜为乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、氯代全氟乙烯共聚物或者聚酰亚胺薄膜中的任意一种。
上述多层复合薄膜，所述封装薄膜的气体阻隔层为厚度50nm～1500nm的含氧、碳或氮的硅化合物层。
本发明的另一个目的是这样实现的：
一种柔性太阳能电池封装用多层复合薄膜的应用，其办法是：首先使用多层复合薄膜直接用于太阳能电池组件封装层压，层压温度120℃～160℃，层压时间5min～60min；在层压工艺完成后，揭除最外侧的保护薄膜。
有益效果：
1.与现有技术相比，本发明的多层复合薄膜由封装薄膜和保护薄膜构成，封装薄膜由透光率85％以上、厚度为10μm～150μm的基膜层，其上形成的底涂层和气体阻隔层组成；因基膜层的厚度较薄，使得到的多层复合薄膜和封装薄膜质量轻、只有现有常规封装膜产品的1/4，方便携带使用和组件产品运输；因基膜层的透光率高，优选控制底涂层的组分和厚度保持高透光率，得到的封装薄膜光线的利用率高，使得组件的发电效率提高；因带有气体阻隔层对水汽阻隔性好，能够满足太阳能电池日常使用需求。
2.本发明使用封装薄膜和保护薄膜组成的多层复合薄膜，在多层复合薄膜结构中引入可剥离的保护薄膜，在封装加工中起到一定的支撑作用，通过封装薄膜和保护薄膜厚度的优选，成功解决了柔软薄膜材料在封装过程中容易出现缺陷的问题，能够达到封装加工中的要求，显著提高组件产品良品率。
3.本发明使用封装薄膜和保护薄膜的多层复合薄膜，在多层复合薄膜结构中引入可剥离的保护膜，在封装加工中起到一定的支撑作用，封装薄膜的基膜层选用更为轻薄、柔软的薄膜，底涂层和气体阻隔层为柔性涂层或薄膜，得到的封装薄膜兼具优异的透过率、耐弯折性、阻隔性和耐候性等。
4.本发明封装薄膜的气体阻隔层为厚度50nm～1500nm的含氧、碳或氮的硅化合物层,对于气体阻隔性能优异且具有良好的弯折性能。
附图说明
图1为本发明太阳能电池用封装薄膜的结构示意图。
图中各标号分别表示为：1-基材，2-封装薄膜，3-基膜层，4-底涂层，5-气体阻隔层，6-离型层，7-保护薄膜。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明进行详细说明。
本发明的太阳能电池封装多层复合薄膜的由保护薄膜和封装薄膜组成，其中封装薄膜由基膜层，底涂层和气体阻隔层组成。
本发明的封装薄膜能够应用于柔性CIGS太阳能电池、薄晶硅太阳能电池、有机聚合物太阳能电池等多种柔性太阳能电池前侧封装。
保护薄膜基材
作为本发明的保护薄膜基材，优选热塑性高分子薄膜。优选聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚2,6-萘二甲酸乙二醇酯等聚酯薄膜或乙烯、丙烯、丁烯等的均聚物或共聚物等聚烯烃薄膜，或尼龙6，尼龙66，尼龙12，共聚尼龙等聚酰胺树脂薄膜。可以是未拉伸膜也可以是经过拉伸的膜。另外，还可以与其它塑料薄膜材料进行叠层。
从材料的机械强度、挠性、用途等方面以及封装加工过程对多层复合薄膜的要求方面考虑，通常选择在25μm～250μm厚的保护薄膜基材，优选基材厚度50μm～150μm。
作为本发明的保护薄膜，在薄膜材料一侧涂布有公知的有机硅胶或亚克力胶作为离型层，从后续制程工艺及材料实际使用方式考虑，离行层剥离力为3g/25mm～30g/25mm，优选剥离力5g/25mm～15g/25mm。
封装薄膜
基膜层
为了得到透明的封装薄膜，同时，兼具优异的耐候性、柔韧性和质量轻的特点，本发明中的基膜层优选透光率为85％以上的薄膜。基膜层优选高透光率和优异耐候性能的含氟薄膜或聚酰亚胺薄膜，最优选乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)薄膜，氯代全氟乙烯共聚物(PCTFE)和聚酰亚胺(PI)薄膜。基膜层厚度在10μm～150μm范围内选择，优选25μm～75μm。
底涂层
在本发明中，为提高基膜材料表面平整度以及改善气体阻隔层与基膜层之间的密合性，优选在基膜层与气体阻隔层之间涂布底涂层。从生产性方面考虑，可以单独或组合两种以上的使用公知的聚酯类树脂、聚氨酯类树脂、丙烯酸酯类树脂、硝化纤维素类树脂、有机硅类树脂、乙烯醇类树脂等。
底涂层的厚度通常选择0.2μm～5μm，其中优选底涂层厚度0.5μm～2μm。
气体阻隔层
在本发明中，作为气体阻隔层材料，优选含有碳、氧或氮的硅化合物，其中特别优选含有少量碳掺杂的氧化硅。
作为气体阻隔层，厚度选择为50nm～1500nm，但阻隔层在较厚条件下容易产生裂纹造成阻隔性下降，同时膜层较厚时透光率降低，因此气体阻隔层厚度优选50nm～500nm，特别优选100nm～300nm。
为同时具有优异的弯折性和气体阻隔性能，气体阻隔层由多层碳元素掺杂含量呈阶梯变化的硅氧化物单层组成。阻隔层由内靠近底涂层一侧向外，掺杂碳元素的含量逐步升高。气体阻隔层的层数可以选择2～9层，考虑实际生产工艺的简化和产品性能的优化，优选气体阻隔层数为2～5层，其中特别优选3层。
气体阻隔层成膜方法
在本发明中，气体阻隔层可以通过PECVD镀膜、溅射或涂布方式实现，综合考虑成膜工艺复杂程度和成膜质量，优选PECVD成膜。
PECVD成膜
作为本发明使用的PECVD的工艺条件，只需要根据情况适当选定即可，优选的成膜功率范围0.5kW～5kW，镀膜压强范围0.5Pa～5Pa，镀膜电源频率10kHz～120kHz，镀膜车速0.5m/min～10m/min。
为获得更优异的性能，气体阻隔层由多层镀膜组合而成。每层镀层的成膜功率根据产品设计进行调整，成膜功率在优选范围由内向外不断增大。特别优选的3层镀层的优选成膜功率分别为1kW～2kW，1.5～2.5kW，2kW～3kW。
溅射成膜
作为本发明使用的溅射成膜方式，可以根据性能需求选用公知的溅射成膜技术，为解决单层溅射阻隔层容易开裂的问题，可以使用不同靶材进行多层溅射，或者在多层溅射的阻隔层之间加入使用旋涂、闪蒸等公知方式获得的涂层或镀层。
涂布成膜
作为本发明使用的涂布成膜方式，可以根据实际情况选择刮刀涂布、微凹版涂布、条缝涂布或其它涂布方式，其中优选使用微凹版涂布和条缝涂布。涂布对于成膜的固化工艺没有特别的限制。
多层复合薄膜的应用方法
本发明的多层复合薄膜使用方法与一般封装薄膜类似，可以使用层压胶膜或涂布胶黏剂的太阳能电池封装薄膜方式进行组件封装。从与现有光伏组件生产企业设备匹配考虑，优选使用层压胶膜进行组件封装。所使用的胶膜可以是聚烯烃或乙烯-醋酸乙烯共聚物中的任意一种。层压封装时，首先太阳能电池封装多层复合薄膜保护薄膜向外，由上至下按照太阳能电池封装薄膜、胶膜、太阳能电池片、胶膜、背板的顺序进行叠放；然后使用层压机进行层压，控制层压温度120℃～160℃，层压时间5min～60min；在层压工艺完成后，揭除最外侧的保护薄膜，即可获得封装好的太阳能电池组件。
实施例
下面通过一些实施例对本发明作更具体的说明，但本发明的实施方式并不受这些实施例的限定。
实施例1
作为基膜层材料，选择厚度50μm、透光率为92％的ETFE薄膜(旭硝子50N1250DSC)，使用井上金属微凹版涂布机在其表面上涂布丙烯酸酯化合物底涂层(CN201110133880.6)，放卷张力50N～150N，涂布车速10～15m/min，辊速比75％，干燥道温度控制40℃/40℃/60℃/80℃/60℃，收卷张力100N～150N。最终形成膜厚1.5μm的底涂层。
使用PECVD镀膜装置在成膜压力1.5Pa，电源频率90kHz，使用六甲基二硅氧烷(HMDSO)和氧气作为反应原料气体，两气体流量比HMDSO：O2＝10:1，车速2m/min，分3次进行镀膜，三次使用的功率分别为1.5kW/2.2kW/2.6kW。获得厚度300nm的气体阻隔层。
保护薄膜材料由100μmPET基材和其上涂布的有机硅胶黏剂的离型层(道康宁)组成，剥离力7g/25mm。使用分切机对支撑层和镀有气体阻隔层的ETFE基材进行复合，贴合张力3kg，贴合压力5kg，车速10m/min。最终获得如附图1所示结构的柔性太阳能电池封装薄膜产品。对于产品的水气透过率和透光率进行表征，结果如表1所示。
实施例2
其它同实施例1，基材选用厚度25μm、透光率91％的ETFE薄膜，底涂层和气体阻隔层的制备工艺不变，最终产品的水气透过率和透光率性能如表1所示。
实施例3
其它同实施例1，基材选用厚度75μm、透光率85％的PI薄膜，底涂层和气体阻隔层的制备工艺不变，最终产品的水气透过率和透光率性能如表1所示。
实施例4
其它同实施例1，保护膜使用剥离力15g/25mm，厚度150μm的PET薄膜，最终产品的水气透过率和透光率性能如表1所示。
实施例5
其它同实施例1，使用剥离力3g/25mm，基材为厚度50μm的PET薄膜的保护薄膜，最终产品的水气透过率和透光率性能如表1所示。
实施例效果列表：
对比例1
不使用底涂层，直接在ETFE基膜层上镀制气体阻隔层，除此以外，与实施例1同样操作。对所得复合膜进行测试表征，结果如表1所示。
对比例2
不进行镀膜，直接将带有底涂层的ETFE基材与支撑层复合，除此以外，与实施例1同样操作。对复合膜进行测试，结果如表1所示。
对比例3
镀膜后的中间产品不与保护薄膜复合，除此以外，与实施例1同样操作。对无保护薄膜的产品进行性能测试，结果如表1所示。同时，将实施例1与对比例3所得产品使用同款层压机进行层压对比，层压样片的规格和工艺如下：层压样片尺寸20cm×20cm，使用乐凯制造200μmEVA胶膜，和相同尺寸太阳能电池背板，150μmCIGS电池片。层压温度150℃，抽真空预热30min，层压后结果对比如表2所示。
对比例4
使用常规PET基材进行阻隔层镀膜，PET厚度100μm，镀膜工艺与实施例1相同。对薄膜性能进行测试，结果如表1所示。
效果及测试方法
水蒸气透过率
按照GB/T 21529“塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定电解传感器法”使用MOCON公司AQUATRAN Model 2MG设备进行测定。
透光率
按照GB/T 2410“透明塑料透光率和雾度的测定”中规定的方法，使用雾度计进行测定。
表1
注：测试透水率与透光率时均去除支撑层，以保证与实际使用状况一致。
表2
由上表可知，本发明是具有低面密度、优异的气体阻隔性能、光学透过率和小的弯曲半径等性能兼具的封装薄膜，能够满足太阳能电池组件层压工艺的需求，特别适用于柔性太阳能电池组件封装。
另一方面，不具有底涂层的对比例1气体阻隔性能明显下降，不能满足到柔性太阳能电池组件对于水气阻隔的需求；而不带有气体阻隔层的对比例2具有很高的水蒸气透过率，说明本方案中基材层和底涂层对于气体阻隔贡献很低，气体阻隔性能主要源自气体阻隔层；不带有保护薄膜的结构虽然具有满足光伏组件需求的气体阻隔性能和光学透过率，但是在实际层压过程中会有明显的缩边已经大量的折皱和明显的气泡产品，不能满足组件层压工艺的需求。

Claims (10)

1.一种用于柔性太阳能电池封装的多层复合薄膜，其特征在于，由封装薄膜和保护薄膜构成，所述封装薄膜透光率为80％～95％，由依次设置的基膜层、底涂层和气体阻隔层组成,基膜层厚度为10μm～150μm，透光率85％以上；所述保护薄膜由基材及其上形成的离型层构成。
2.根据权利要求1所述多层复合薄膜，其特征在于，所述封装薄膜与保护薄膜之间的剥离力为3g/25mm～30g/25mm。
3.根据权利要求1所述多层复合薄膜，其特征在于，所述封装薄膜的水蒸气透过率为1×10-5g/m2·day～0.1g/m2·day。
4.根据权利要求1所述多层复合薄膜，其特征在于，所述封装薄膜的基膜层厚度为25μm～75μm，透光率90％以上。
5.根据权利要求1所述多层复合薄膜，其特征在于，所述保护薄膜基材厚度为50μm～250μm。
6.根据权利要求1所述多层复合薄膜，其特征在于，所述保护薄膜基材厚度为50μm～150μm。
7.根据权利要求1或4所述多层复合薄膜，其特征在于，所述封装薄膜的基膜层为含氟聚合物薄膜或聚酰亚胺薄膜。
8.根据权利要求7所述多层复合薄膜，其特征在于，所述含氟聚合物薄膜为乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜、全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、氯代全氟乙烯共聚物或者聚酰亚胺薄膜中的任意一种。
9.根据权利要求1所述多层复合薄膜，其特征在于，所述封装薄膜的气体阻隔层为厚度50nm～1500nm的含氧、碳或氮的硅化合物层。
10.根据权利要求1-6所述柔性太阳能电池封装用多层复合薄膜的应用，其特征在于：首先使用多层复合薄膜直接用于太阳能电池组件封装层压，层压温度120℃～160℃，层压时间5min～60min；在层压工艺完成后，揭除最外侧的保护薄膜。
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