CN107564984A - 一种高耐候、高增益性太阳能电池背板、组件及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，包括基材层，还包括设置于基材层一面的高耐候、高稳定的空气面接触外层和设置于基材层另一面的具有光定向反射功能和光波转换功能的粘合内层；空气面接触外层与所述基材层之间、粘合内层与基材层之间均通过化学键、氢键或范德华力结合；粘合内层的外表面上设置有精细结构。其有益效果是：本发明提供的太阳能电池背板，背板选用机械强度优异的PET为基材，通过特殊的工艺将功能含氟涂层整合到PET的外层形成背板的空气面接触层，该空气面层同时具有耐候性、耐磨性等优点，并通过在粘合内层上设置精细结构，在接触面反射外层上涂高反射材料和波长转换材料，以提高太阳能的输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高耐候、高增益性太阳能电池背板、组件及制作方法。
背景技术
太阳能电池是一种通过光伏效应将太阳能转换为电能的装置。其电能的获得是一种可再生、可持续的环保发电方式，即发电过程中不会产生二氧化碳等温室气体，不会对环境造成污染，因此太阳能是一种典型的清洁能源。对于太阳能电池来说最重要的参数是太阳能的转换效率，一般而言，硅基电池的转化率在10％到30％之间，这意味着剩下的太阳能将转化为热能等其它形式而损失掉。因此，不断提高光伏组件的转化率是降低发电成本的关键。
为了尽可能地提高组件对太阳能的转化率，在组件的制备过程中采用了大量的方法，例如在前板玻璃表面镀有减反射层以增加太阳光的透过率，背板采用白色光亮的表面以增加对入射光的反射率，当太阳光照到电池片与电池片间隙以及电池片与边框间隙的背板表面时，白色光亮的背板可以将部分入射光进行反射，然后再通过前板玻璃内表面的反射使这部分光被电池片所利用。以目前典型的72片晶硅组件来说，透过电池片间隙的太阳光约占整个组件受光面积的12％，如果这部分光能被电池片二次利用的话，无疑可以大大提高太阳能电池组件的输出功率。
另一方面，硅基太阳能电池对于波长小于350nm和波长大于1200nm的光没有响应或响应很小，在此光谱区域范围内光电响应的峰值在700nm～900nm之间。然而，太阳能辐射光谱的波长范围在150nm到4000nm之间，包含紫外光、可见光和红外光。其中7％的能量分布在紫外区、50％的能量分布在可见区、43％的能量分部在红外区。这就意味着，太阳能辐射光谱中有相当一部分能量不能被电池利用来发电，相反，此部分光则是被电池片吸收转化为热量提升了光伏组件的工作温度，由于晶体硅光伏电池的负的温度系数，从而导致了组件发电量的损失。如果能将没有响应的紫外区和红外区的太阳能加以利用，可以有效提高太阳能组件的输出功率，同时可以极大程度地降低光伏组件的工作温度，进一步提升发电量。
现有技术中有许多关于如何提高组件输出功率的相关描述，例如CN101858570B、CN104835870A和CN103022192A等专利就采用具有高反射率的背板来提高组件的输出功率，它们在背板中引入一个反射层并用胶粘的方法将反射层与基材层粘合起来得到高反射的太阳能电池背板。其中，CN101858570B还在反射层中引入了V型槽以增加对光的反射率，该技术同时还在V型槽表面涂上荧光粉材料以实现对光波的转换。这些现有技术中反射层均是单独的材料层，需要用胶粘剂与基材层进行粘合，在实际应用中具有很大的分层风险，而且反射层所用的材料均为PET，其抗水解性、耐候性等长期稳定性得不到保障。这样的反射层很难长期发挥理想的功能，具有极大的失效风险。因此，如何获得高可靠性、高反射率、高太阳光转化率的功能性背板并进而得到高输出功率的太阳能电池组件是业界的一个技术难题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高耐候、高增益性太阳能电池背板、组件及制作方法。
本发明的一种高耐候、高增益性太阳能电池背板，其技术方案为：
一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，包括基材层，其特征在于：还包括设置于基材层一面的高耐候、高稳定的空气面接触外层和设置于基材层另一面的具有光定向反射功能和光波转换功能的粘合内层；所述空气面接触外层与所述基材层之间、所述粘合内层与所述基材层之间均通过化学键、氢键或范德华力结合；所述粘合内层的外表面上设置有精细结构。
本发明提供的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，还包括如下附属技术方案：
其中，所述空气面接触外层为功能含氟材料组成的涂层，所述涂层的厚度为1-100um；所述基材层为高分子材料或复合材料，其厚度为10-50um。
其中，所述功能含氟材料由功能高分子氟树脂、固化剂、助剂和填料调配，并经固化工艺而成。
其中，所述固化剂为含异氰酸酯基、环氧基或氨基树脂中的一种或多种的组合形成的多官能团固化剂。
其中，所述固化工艺为热固化、辐射、微波固化或光固化中的一种或几种工艺的组合。
其中，所述功能高分子氟树脂为由氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯或四氟乙烯中的一种或多种与含活性基团的功能单体进行共聚的产物；所述活性基团为可反应基团，包括羟基、羧基和氨基；所述单体为含不饱和键的可聚合有机分子；所述高反射材料为空心的二氧化硅、空心的二氧化钛、空心的陶瓷粉末、空心微球、空心机纤维中的一种或几种的组合；所述波长转换材料为具有高转化效率的稀土掺杂氟化物，例如NaYF4：Yb3+、Er3+，SrYF4：Er3+，和YF3：Yb3+、Er3+中的一种或几种的组合。
其中，所述精细结构的形状为V型、弧形或半圆形的一种或几种的组合。
其中，所述空气面接触外层上还接枝有一层极性单分子层。
其中，所述粘合内层由具有活性基团的功能高分子氟树脂、固化剂、助剂、高反射材料和波长转换材料调配而成。
本发明还提供了一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板的制备方法，
一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、将PET的一个表面进行等离子体处理；
(2)、将预先调制好的功能含氟材料的涂料用流延技术均匀地涂覆于经过等离子体处理过的PET表面上，并在温度为120-140℃、有微波场的条件下，固化20-500秒，得到厚度为1-100um的高散热性的空气面接触层；
(3)、在步骤(2)处理后的空气面接触层上通过PECVD技术接枝一层极性单分子层；
(4)、将PET的另一表面进行等离子体处理；
(5)、用流延技术将预先配制好的含氟功能材料、高反射率材料和波长转换材料的涂料均匀地涂覆于PET的另一表面上，并在温度为120-160℃、有微波场的条件下，固化20-500秒，得到厚度为1-100um的与封装材料EVA有良好粘合力，同时具有高反射率和光波转换功能的粘合内层；
(6)、在粘合内层的外表面通过滚压法引入具有能定向反射入射光的精细结构，完成太阳能背板的制作。
本发明还提供了一种高转化率的太阳能电池组件，从上到下依次包括：前板玻璃、普通EVA、电池片、具有波长转换功能的EVA、电池背板；所述电池背板为前述的太阳能电池背板。
其中，所述具有波长转换功能的EVA是由将EVA粒料、抗氧化剂、紫外吸收剂、紫外光稳定剂、交联剂、增粘剂和波长转换剂充分混合进行熔融共挤，并进行热压成型得到具的有波长转换功能的EVA胶膜。
本发明还提供了一种高转化率的太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：首先将前板玻璃、普通EVA、电池片、具有波长转换功能的EVA和电池背板按从上到下的顺序进行叠加；然后放入温度为145℃真空层压机中进行层压22min之后；最后去毛边、加边框、焊接接线盒，得到太阳能电池组件；所述电池背板为前述的太阳能电池背板。
本发明的实施包括以下技术效果：
本发明提供的太阳能电池背板，背板选用机械强度优异的PET为基材，通过特殊的工艺将功能含氟涂层整合到PET的外层形成背板的空气面接触层，该空气面接触外层同时具有耐候性、耐磨性等优点。PET的内层涂以高反射的氟碳材料，使其具有对太阳光的高反射性能。为了进一步提高背板对太阳光的反射率，在背板的内侧表面通过特殊工艺引入精细结构，以保证入射的太阳光以一定的角度被反射到前板玻璃的内侧形成入射角大于临界角的全反射现象，全反射的光进而能被电池片高效利用，不会折射到空气中而损失掉。
为了进一步增加组件对太阳光的利用率，在高反射涂层中还加入了具有波长转换功能的材料。波长转换材料的功能是将不能被电池片响应的波长转换为能产生光电响应的波长范围的光，从而大大增加组件对太阳能的利用率、提高了输出功率，并降低了组件的工作温度。
附图说明
图1为本发明提供的太阳能电池组件的结构图
具体实施方式
下面将结合实施例以及附图对本发明加以详细说明，需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
参见图1所示，本实施例提供的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，包括基材层11，还包括设置于基材层一面的高耐候、高稳定的空气面接触外层12和设置于基材层另一面的具有光定向反射功能和光波转换功能的粘合内层13；所述空气面接触外层12与所述基材层11之间、所述粘合内层13与所述基材层11之间均通过化学键、氢键或范德华力结合；所述粘合内层13的外表面上设置有精细结构。本发明提供的太阳能电池背板1选用机械强度优异的PET为基材层11，通过特殊的工艺将功能含氟涂层整合到PET的外层形成背板的空气面接触外层12，该空气面接触外层12同时具有耐候性、耐磨性等优点。PET的粘合内层13涂以高反射的氟碳材料，使其具有对太阳光的高反射性能。为了进一步提高背板对太阳光的反射率，在背板的内侧表面通过特殊工艺引入精细结构，以保证入射的太阳光以一定的角度被反射到前板玻璃的内侧形成入射角大于临界角的全反射现象，全反射的光进而能被电池片高效利用，不会折射到空气中而损失掉。为了进一步增加组件对太阳光的利用率，在高反射涂层中还加入了具有波长转换功能的材料。波长转换材料的功能是将不能被电池片响应的波长转换为能产生光电响应的波长范围的光，从而大大增加组件对太阳能的利用率、提高了输出功率，并降低了组件的工作温度。
优选地，所述空气面接触外层12为功能含氟材料组成的涂层，所述涂层的厚度为1-100um；所述基材层11为高分子材料或复合材料，其厚度为10-50um。优选所述功能含氟材料由功能高分子氟树脂、固化剂、助剂和填料调配，并经固化工艺而成。进一步优选所述固化剂为含异氰酸酯基、环氧基或氨基树脂中的一种或多种的组合形成的多官能团固化剂。优选所述基材层为PET、PP或PE中的一种或几种的组合。
优选地，所述粘合内层13由具有活性基团的功能高分子氟树脂、固化剂、助剂、高反射材料和波长转换材料调配而成。优选所述功能高分子氟树脂为由氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯或四氟乙烯中的一种或多种与含活性基团的功能单体进行共聚的产物；所述活性基团为可反应基团，包括羟基、羧基和氨基；所述单体为含不饱和键的可聚合有机分子；所述高反射材料为空心的二氧化硅、空心的二氧化钛、空心的陶瓷粉末、空心微球、空心机纤维中的一种或几种的组合；所述波长转换材料为具有高转化效率的稀土掺杂氟化物，例如NaYF4：Yb3+、Er3+，SrYF4：Er3+，和YF3：Yb3+、Er3+中的一种或几种的组合。
优选地，所述精细结构的形状为V型、弧形或半圆形的一种或几种的组合。
优选地，所述空气面接触外层上还接枝有一层极性单分子层。本实施例通过在空气面接触外层上设接枝一层极性单分子层，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点，使背板与组件中的接线盒粘合牢固，避免接线盒的脱落。
本实施例提供的一种高耐候、高增益性太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：
(1)、将PET的一个表面进行等离子体处理，以清洗PET表面的有机污染物，同时对表面进行刻蚀和活化，使表面富含-OH，-NH2，-COOH等活性基团，这些活性基团可以参与涂层的固化交联反应，使涂层与PET完美整合，得到不分层的膜胶一体化的涂层，使涂层与PET之间的粘合力大大提高。
(2)、将预先调制好的功能含氟材料的涂料用流延技术均匀地涂覆于经过等离子体处理过的PET表面上，并在温度为120-140℃、有微波场的条件下，固化20-500秒，得到厚度为1-100um的高散热性的空气面接触层。
(3)、在步骤(2)处理后的空气面接触层上通过PECVD技术接枝一层极性单分子层，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点，使背板与组件中的接线盒粘合牢固，避免接线盒的脱落。
(4)、将PET的另一表面进行等离子体处理；
(5)、用流延技术将预先配制好的含氟功能材料、高反射率材料和波长转换材料的涂料均匀地涂覆于PET的另一表面上，并在温度为120-160℃、有微波场的条件下，固化20-500秒，得到厚度为1-100um的与封装材料EVA有良好粘合力、同时具有高反射率和光波转换功能的粘合内层。内层涂料中的高反射率材料能将透过电池片间隙的太阳光进行最大限度的反射，增加对太阳光的二次利用；内层涂料中的波长转换材料能将不被电池片吸收的光转换为可被电池片吸收的响应光，从而增加对太阳光的利用率。
(6)、在粘合内层的外表面通过滚压法引入具有能定向反射入射光的精细结构，完成太阳能背板的制作。在粘合内层上设置精细结构，使入射的太阳能被定向的反射到前板玻璃的内侧，从而产生全反射，最大限度的利用太阳光。
如图1所示，本实施例还提供了一种高转化率的太阳能电池组件，从上到下依次包括：前板玻璃5、普通EVA 4、电池片3、具有波长转换功能的EVA 2、电池背板1，所述电池背板1为如上所述太阳能电池背板。本实施例提供的太阳能电池组件中的电池背板充分满足了组件对其所需要的各种性能，每一层的功能保持独立和完整、层与层之间的整合完美，避免了实际应用中由于背板分层而导致的背板功能散失和由此导致的组件失效。
优选地，具有波长转换功能的EVA 2是由将EVA粒料、抗氧化剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、交联剂、增粘剂和波长转换剂充分混合进行熔融共挤，并进行热压成型得到的具有波长转换功能的EVA胶膜。
本实施例还提供了一种高转化率的太阳能电池组件的制备方法，首先将前板玻璃5、普通EVA 4、电池片3、具有波长转换功能的EVA 2和电池背板1按从上到下的顺序进行叠加；然后放入温度为145℃真空层压机中进行层压22min之后；最后去毛边、加边框、焊接接线盒，得到太阳能电池组件。
实施例1
1.将功能含氟材料、填料、助剂、流平剂、固化剂等在高速分散器中充分混合得到用于背板空气面的涂料。
2.将功能含氟材料、高反射材料(空心二氧化钛微球)、助剂、流平剂、固化剂和光波长转换材料NaYF4：Yb3+、Er3+(将红外光转化为绿光)在高速分散器中充分混合得到用于背板EVA面的涂料。
3.将厚度为265um、幅宽为1.1m的高导热PET卷材经过在线等离子体表面处理，线速度控制为25m/min，将预先调制好的功能含氟散热涂料用流延技术均匀地涂覆于PET表面，涂料经过160℃、120t的时间并在微波场的存在下进行固化得到厚度为25um的含氟高导热空气面接触保护层(外层)。将空气面中的含氟涂层表面通过PECVD技术接枝上一层极性单分子层，以增加含氟材料表面能、克服其粘合力弱的缺点
4.将PET的另一面进行等离子体处理，用流延法将预先配制好的EVA面涂料均匀地涂覆于PET表面，涂料经过160℃、100t的时间并在微波场的存在下进行固化得到厚度为15um的具有高反射和光波转化功能的背板内层。
5.将背板的内层表面压制成具有V性结构的反射面。
实施例2
与实施例1相似，不同的是用空心陶瓷微球代替空心二氧化硅微球，并将将背板的内层表面压制成具有半圆形结构的反射面。
实施例3
与实施例1相似，不同的是用Y2O3：Eu3+代替NaYF4：Yb3+、Er3+，用于将紫外光转化为可见的红光。
实施例4
与实施例1相似，不同的是用Y2O3：Eu3+和NaYF4：Yb3+、Er3+的混合替代单一的NaYF4：Yb3+、Er3+。
实施例5
本发明所提供的高转化率的太阳能电池组件也可采用传统的层压方式获得。所不同的是，在组件中用到本发明所得到的背板和具有波长转换功能的EVA。具体做法为将前板玻璃、普通EVA、电池片、具有波长转换功能的EVA和本发明的背板按从上到下的顺序进行叠加，在真空层压机中进行层压，层压后的叠合物添加铝并焊接接线盒得到电池组件。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (14)
1.一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，包括基材层，其特征在于：还包括设置于基材层一面的高耐候、高稳定的空气面接触外层和设置于基材层另一面的具有光定向反射功能和光波转换功能的粘合内层；所述空气面接触外层与所述基材层之间、所述粘合内层与所述基材层之间均通过化学键、氢键或范德华力结合；所述粘合内层的外表面上设置有精细结构。
2.根据权利要求1所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述空气面接触外层为功能含氟材料组成的涂层，所述涂层的厚度为1-100um；所述基材层为高分子材料或复合材料，其厚度为10-50um。
3.根据权利要求2所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述功能含氟材料由功能高分子氟树脂、固化剂、助剂和填料调配，并经固化工艺而成。
4.根据权利要求3所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述固化剂为含异氰酸酯基、环氧基或氨基树脂中的一种或多种的组合形成的多官能团固化剂。
5.根据权利要求3所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述固化工艺为热固化、辐射、微波固化或光固化中的一种或几种工艺的组合。
6.根据权利要求2所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述基材层为PET、PP或PE中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述粘合内层由具有活性基团的功能高分子氟树脂、固化剂、助剂、高反射材料和波长转换材料调配而成。
8.根据权利要求7所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述功能高分子氟树脂为由氟乙烯、二氟乙烯、三氟乙烯或四氟乙烯中的一种或多种与含活性基团的功能单体进行共聚的产物；所述活性基团为可反应基团，包括羟基、羧基和氨基；所述单体为含不饱和键的可聚合有机分子；所述高反射材料为空心的二氧化硅、空心的二氧化钛、空心的陶瓷粉末、空心微球、空心机纤维中的一种或几种的组合；所述波长转换材料为具有高转化效率的稀土掺杂氟化物，例如NaYF4：Yb3+、Er3+，SrYF4：Er3+，和YF3：Yb3+、Er3+中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述精细结构的形状为V型、弧形或半圆形的一种或几种的组合。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板，其特征在于：所述空气面接触外层上还接枝有一层极性单分子层。
11.一种高耐候、高增益性的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)、将PET的一个表面进行等离子体处理；
(2)、将预先调制好的功能含氟材料的涂料用流延技术均匀地涂覆于经过等离子体处理过的PET表面上，并在温度为120-140℃、有微波场的条件下，固化20-500秒，得到厚度为1-100um的高散热性的空气面接触层；
(3)、在步骤(2)处理后的空气面接触层上通过PECVD技术接枝一层极性单分子层；
(4)、将PET的另一表面进行等离子体处理；
(5)、用流延技术将预先配制好的含氟功能材料、高反射率材料和波长转换材料的涂料均匀地涂覆于PET的另一表面上，并在温度为120-160℃、有微波场的条件下，固化20-500秒，得到厚度为1-100um的、与封装材料EVA有良好粘合力、同时具有高反射率和光波转换功能的粘合内层；
(6)、在粘合内层的外表面通过滚压法引入具有能定向反射入射光的精细结构，完成太阳能背板的制作。
12.一种高转化率的太阳能电池组件，从上到下依次包括：前板玻璃、普通EVA、电池片、具有波长转换功能的EVA、电池背板；其特征在于：所述电池背板为权利要求1-10任一项所述太阳能电池背板或者根据权利要求11所述的制备方法制备得到的太阳能电池背板。
13.根据权利要求12所述的一种高转化率的太阳能电池组件，其特征在于：所述具有波长转换功能的EVA是由将EVA粒料、抗氧化剂、紫外光吸收剂、紫外光稳定剂、交联剂、增粘剂和波长转换剂充分混合进行熔融共挤，并进行热压成型得到的具有波长转换功能的EVA胶膜。
14.一种高转化率的太阳能电池组件的制备方法，其特征在于：首先将前板玻璃、普通EVA、电池片、具有波长转换功能的EVA和电池背板按从上到下的顺序进行叠加；然后放入温度为145℃真空层压机中进行层压22min之后；最后去毛边、加边框、焊接接线盒，得到太阳能电池组件；其特征在于：所述电池背板为权利要求1-10任一项所述太阳能电池背板或者根据权利要求11所述的制备方法制备得到的太阳能电池背板。
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