一種太陽能電池背板用ptfe涂料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能電池背板用PTFE涂料及其制備方法。該涂料由以下重量份的原料制得：PTFE72-80份、丙烯酸羥乙酯10-15份、甲基丙烯酸六氟丁酯13-17份、二苯基甲烷二異氰酸酯7-11份、新戊二醇單丙烯酸酯7-11份、過氧化二苯甲酰5-9份、N-甲基嗎啡啉5-9份、二乙胺二胺3-6份、聚二甲基硅氧烷3-6份、烯酸4-6份、流平劑2-5份、KH5604-7份、聚3-甲基噻吩1-4份。本發(fā)明中的涂料在不改變其優(yōu)異的耐候性能的前提下，賦予涂料導(dǎo)熱，耐磨的性能，可以提高涂覆型太陽能背板的環(huán)境適應(yīng)，延長(zhǎng)使用壽命。且本發(fā)明生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，環(huán)保。
【專利說明】一種太陽能電池背板用PTFE涂料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽能電池背板用PTFE涂料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著不可再生資源的逐步減少以及礦物類資源生產(chǎn)、使用中產(chǎn)生的各種污染問 趣，各國(guó)都在用政策的、法律的手段逐步加大對(duì)再生能源和清潔能源的開發(fā)利用，并努力提 高其在整個(gè)能源使用中的比例。在這些清潔和可再生能源中，太陽能是其中最重要的能源 之一。太陽能光伏發(fā)電越來越多的成為我們生活中的一部分，國(guó)家十二五計(jì)劃把2015年總 安裝量設(shè)定在15GW，這就預(yù)示了我們生活用電的一部分會(huì)在不久的將來悄然變?yōu)閬碜蕴?能發(fā)電。對(duì)于光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)來說，在不斷提高技術(shù)的同時(shí)，更要降低成本。目前太陽能設(shè)備 常用的是太陽能電池板，它是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的一個(gè)重要設(shè)備。太陽電池板主要包括 玻璃、EVA膠膜、邊框、背膜、接線盒、硅膠等，目前除背膜以外的其它材料均已在中國(guó)光伏 產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高度國(guó)產(chǎn)化，大大降低了太陽電池組件單位發(fā)電功率的制造成本。但是，背膜作為 一類重要的太陽電池組件封裝材料，其技術(shù)門檻要求相當(dāng)高，加之相關(guān)原材料長(zhǎng)期受到國(guó) 外氟化工巨頭的專利技術(shù)制約，時(shí)至今日其國(guó)產(chǎn)化程度仍極低，造成現(xiàn)在國(guó)內(nèi)太陽電池組 件生產(chǎn)商所采用的背膜大多為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，價(jià)格較高且供貨期不能保證。因此，從降低太 陽電池組件單位發(fā)電功率的制造成本角度來講，背膜國(guó)產(chǎn)化是中國(guó)光伏企業(yè)的必然選擇。
[0003] 由于太舊能電池模組是放置在室外的電氣產(chǎn)品，因此背板除了具有保護(hù)功能以 夕卜，還必須具備25年之久的可靠的絕緣性能、阻水性、耐老化性能。若太陽能背板阻隔水蒸 氣滲透的性能不良，則空氣中的濕氣（尤其是陰雨濕氣更大）會(huì)透過太陽能背板進(jìn)入到內(nèi) 偵牝水蒸氣的滲透會(huì)影響到EVA(乙烯一醋酸乙烯共聚物）的粘結(jié)性能，導(dǎo)致背板與EVA脫 離，進(jìn)而使更多濕氣直接接觸電池片而使電池片被氧化。此類產(chǎn)品使用年限一般按照25年 以上進(jìn)行設(shè)計(jì)，要確保產(chǎn)品達(dá)到如此長(zhǎng)的使用期限，就需要嚴(yán)格控制各組件質(zhì)量，而這些組 件中太陽能電池背板的作用不容小覷，太陽能電池背板起著保護(hù)光伏組件中的電池片的作 用。作為太陽能發(fā)電的主要部件，光伏組件的質(zhì)量非常的重要，而光伏組件的壽命與其使用 的原料密切相關(guān)。在所有的原料中，塑料部件壽命是最短的。所以光伏組件中塑料部件的 壽命決定了光伏組件的壽命。在所有塑料部件中，背板無疑是最重要的。背板是所有封裝 材料中成本比重最大的部分，由于硅材料價(jià)格的迅速降低，其也成為組件成本重要構(gòu)成之 一。背板的成本由其所用的材料所決定，而不同材料的壽命是不同的，是否能滿足組件要 求的25年壽命也成為越來越多組件廠和發(fā)電用戶所關(guān)心的問題。如果背膜在耐老化、耐 絕緣、耐水氣等方面無法滿足太陽電池組件25年的環(huán)境考驗(yàn)，最終將導(dǎo)致太陽電池的可靠 性、穩(wěn)定性與耐久性無法得到保障，造成電池模塊脫落、電池片滑移、電池有效輸出功率降 低等不良，更危險(xiǎn)的是電池組件會(huì)在較低電壓和電流值的情況下出現(xiàn)電打弧現(xiàn)象，引起電 池組件燃燒并促發(fā)火災(zāi)，造成人員安全損害和財(cái)產(chǎn)損失。
[0004] 目前常用的背板有多種結(jié)構(gòu)，可以分為雙面含氟背膜(如TPT)、單面含氟背膜(如 TPE)、不含氟的背膜(多通過膠粘劑將多層PET膠粘復(fù)合而成)和涂層背膜四類。而其中有 關(guān)不含氟的背膜的研究，研究表明，PET分子主鏈中含有大量的酯基，與水具有很好的親和 性，容易產(chǎn)生水增塑，同時(shí)即使微量的水分也會(huì)導(dǎo)致分子主鏈的降解。PET在濕熱老化過程 中老化性能的變化受三個(gè)因素影響：結(jié)晶度、水增塑、水解，各因素自始至終都在起作用， 不同的環(huán)境和不同的階段內(nèi)各種不同因素起主導(dǎo)作用。老化初期，結(jié)晶為主導(dǎo)因素，它增 加楊氏模量、最大拉伸應(yīng)力，但使材料變脆，降低沖擊強(qiáng)度，然后水增塑成為主要因素，它 使材料韌性增加，但是很快水解反應(yīng)上升為主要因素，它引起PET大分子鏈斷裂，分子量 下降，從而引起機(jī)械性能的破壞。而溫度的升高則會(huì)使上述過程明顯加快，因此水和熱是 導(dǎo)致PET物理機(jī)械性能急劇下降的主要原因。此外，紫外輻射也會(huì)使PET的分子量、強(qiáng)伸 度大幅度下降，結(jié)晶度有所提高，從而使材料脆化。因此，通過膠粘劑將多層PET膠粘復(fù) 合而成的不含氟背膜從材料本身特性上就無法滿足商用晶硅太陽電池組件25年的濕熱、 干熱、紫外等環(huán)境考驗(yàn)與使用要求，也就很難適合用于晶硅太陽電池組件的封裝。
[0005] 含氟背膜表面的氟材料由于氟元素電負(fù)性大，范德華半徑小，碳氟鍵鍵能極強(qiáng)(高 達(dá)485KJ/mol)，且其獨(dú)特的氟化鏈整體結(jié)構(gòu)中的螺旋形棒狀分子緊密、剛硬、表面平滑，使 得氟樹脂的耐候性、耐熱性、耐高低溫性和耐化學(xué)藥品性等各項(xiàng)性能均十分優(yōu)越。氟樹脂的 優(yōu)異特性使得含氟材料(氟膜或氟碳涂料）具有優(yōu)異的耐侯性能，可保障長(zhǎng)期戶外使用的可 靠性。但是氟樹脂具有突出的不粘性，限制了其工業(yè)上的應(yīng)用。它是極好的防粘材料，這種 性能又使它與其他物件的表面粘合極為困難。含氟的復(fù)膠型太陽電池背膜（TPT、KPK等)多 是以PVF或PTFE等氟膜通過膠粘劑與PET基材粘結(jié)復(fù)合而成。而由于膠粘劑的質(zhì)量水準(zhǔn) 不一，加之復(fù)合工藝良莠不齊，在電池組件戶外長(zhǎng)期使用過程中復(fù)合型背膜受濕度與溫度 雙重因素的綜合影響，易發(fā)生粘結(jié)膠層水解等損害，最終導(dǎo)致氟膜（PVF或PTFE等）與PET 基材的層間剝離，難以滿足電池組件長(zhǎng)期的可靠性要求。同時(shí)，由于制造專利技術(shù)制約和氟 膜表面的親水性改性處理技術(shù)等原因，目前PVF和PTFE等氟膜產(chǎn)品還沒有在中國(guó)實(shí)現(xiàn)國(guó) 產(chǎn)化。因此，采用PVF或PTFE等氟膜開發(fā)生產(chǎn)雙面含氟太陽電池背膜的中國(guó)企業(yè)長(zhǎng)期受制 于外國(guó)氟膜制造商，其背膜制造成本居高不下，且適用于氟膜與PET粘結(jié)的高品質(zhì)膠粘劑 多為國(guó)外極少數(shù)廠商技術(shù)壟斷，很難進(jìn)口。而國(guó)內(nèi)一些背膜生產(chǎn)企業(yè)只能采用一些普通的 聚氨酯、環(huán)氧或丙烯酸類膠粘劑，這些膠粘劑容易老化，在性能上無法滿足25年的耐久性 要求。
[0006] 氟碳涂料經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，在建筑、化學(xué)工業(yè)、電器電子工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、航 空航天產(chǎn)業(yè)、家庭用品的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為繼丙烯酸涂料、聚氨酯涂料、有機(jī)硅 涂料等高性能涂料之后，綜合性能最高的涂料品種。目前，應(yīng)用比較廣泛的氟樹脂涂料主要 有PVDF、PCTFE、PTFE三大類型，我國(guó)也是繼美國(guó)、日本之后第三個(gè)擁有氟碳涂料合成技術(shù) 并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的國(guó)家。以氟樹脂跨國(guó)企業(yè)(如日本旭硝子、大金和法國(guó)阿科瑪?shù)萚2])開發(fā)生 產(chǎn)的PTFE、CTFE、PTFE樹脂為主體樹脂制備的氟碳涂料，廣泛應(yīng)用于橋梁、大廈、鐵路、通信 設(shè)施的表面防護(hù)上，并經(jīng)受了 40年以上的戶外嚴(yán)酷考驗(yàn)，表現(xiàn)出極佳的耐候性能。因此，將 氟碳涂料、PET表面改性技術(shù)、氟涂層表面改性技術(shù)等應(yīng)用于太陽電池背膜的開發(fā)，從而實(shí) 現(xiàn)不使用膠粘劑并具有優(yōu)異長(zhǎng)期耐候性能的低成本高品質(zhì)涂覆型背膜產(chǎn)品是完全可行的， 也是今后背膜材料發(fā)展和國(guó)產(chǎn)化的必由之路。
[0007] 鑒于復(fù)膠型太陽電池背膜用氟膜未實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的現(xiàn)實(shí)情況和背膜內(nèi)部復(fù)合用膠 粘劑難以經(jīng)受組件戶外長(zhǎng)期使用過程中濕熱老化的考驗(yàn)，開發(fā)一類不使用膠粘劑的、具有 較高一體化程度和具有優(yōu)異長(zhǎng)期耐候性能的低成本的高品質(zhì)背膜產(chǎn)品，是目前背膜開發(fā)與 技術(shù)發(fā)展的方向和趨勢(shì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能電池背板用PTFE涂料及其制備方法，該涂料 在背板的制備中避免使用膠粘劑、同時(shí)具有較高一體化程度和具有優(yōu)異長(zhǎng)期耐候性能。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種太陽能電池背板用PTFE涂料，由以下重量 份的原料制得：PTFE72-80份、丙烯酸羥乙酯10-15份、甲基丙烯酸六氟丁酯13-17份、二 苯基甲烷二異氰酸酯7-11份、新戊二醇單丙烯酸酯7-11份、過氧化二苯甲酰5-9份、N-甲 基嗎啡啉5-9份、二乙胺二胺3-6份、聚二甲基硅氧烷3-6份、烯酸4-6份、流平劑2-5份、 KH560 4-7份、聚3-甲基噻吩1-4份。
[0010] 優(yōu)選配方為由以下重量份的原料制得：PTFE72份、丙烯酸羥乙酯10份、甲基丙烯 酸六氟丁酯13份、二苯基甲烷二異氰酸酯7份、新戊二醇單丙烯酸酯7份、過氧化二苯甲酰 5份、N-甲基嗎啡啉5份、二乙胺二胺3份、聚二甲基硅氧烷3份、烯酸4份、流平劑2份、 KH560 4份、聚3-甲基噻吩1份。
[0011] 優(yōu)選配方為由以下重量份的原料制得：PTFE80份、丙烯酸羥乙酯15份、甲基丙烯 酸六氟丁酯17份、二苯基甲烷二異氰酸酯11份、新戊二醇單丙烯酸酯11份、過氧化二苯甲 酰9份、N-甲基嗎啡啉9份、二乙胺二胺6份、聚二甲基硅氧烷6份、烯酸6份、流平劑5份、 KH560 7份、聚3-甲基噻吩4份。
[0012] 優(yōu)選配方為由以下重量份的原料制得：PTFE74份、丙烯酸羥乙酯12份、甲基丙烯 酸六氟丁酯14份、二苯基甲烷二異氰酸酯8份、新戊二醇單丙烯酸酯8份、過氧化二苯甲酰 6份、N-甲基嗎啡啉6份、二乙胺二胺4份、聚二甲基硅氧烷4份、烯酸5份、流平劑3份、 KH560 5份、聚3-甲基噻吩2份。
[0013] 優(yōu)選配方為由以下重量份的原料制得：PTFE78份、丙烯酸羥乙酯14份、甲基丙烯 酸六氟丁酯16份、二苯基甲烷二異氰酸酯10份、新戊二醇單丙烯酸酯9份、過氧化二苯甲 酰8份、N-甲基嗎啡啉7份、二乙胺二胺5份、聚二甲基硅氧烷5份、烯酸5份、流平劑4份、 KH560 6份、聚3-甲基噻吩3份。
[0014] 所述烯酸為丙烯酸、甲基丙烯酸或十一烯酸。
[0015] 所述所述流平劑為丙二醇甲醚乙酸酯。
[0016] 一種太陽能電池背板用PTFE涂料的制備方法，包括以下步驟：按照重量份比稱取 各原料，加入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜于70-75°C下攪拌2. 5-3小時(shí)，然后冷卻至室溫出料，得 到的產(chǎn)物。
[0017] 本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明中的涂料在不改變其優(yōu)異的耐候性能的前提 下，賦予涂料導(dǎo)熱，耐磨的性能，可以提高涂覆型太陽能背板的環(huán)境適應(yīng)，延長(zhǎng)使用壽命。且 本發(fā)明生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低廉,環(huán)保。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例1 本實(shí)施例的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，由以下重量份的原料制得：PTFE72份、 丙烯酸羥乙酯10份、甲基丙烯酸六氟丁酯13份、二苯基甲烷二異氰酸酯7份、新戊二醇單 丙烯酸酯7份、過氧化二苯甲酰5份、N-甲基嗎啡啉5份、二乙胺二胺3份、聚二甲基硅氧 烷3份、烯酸4份、流平劑2份、KH560 4份、聚3-甲基噻吩1份。
[0019] 所述烯酸為丙烯酸。
[0020] 所述所述流平劑為丙二醇甲醚乙酸酯。
[0021] 本實(shí)施例的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，包括以下步驟：按照重量份比稱取 各原料，加入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜于75°C下攪拌2. 5小時(shí)，然后冷卻至室溫出料，得到的 產(chǎn)物。
[0022] 實(shí)施例2 本實(shí)施例的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，由以下重量份的原料制得：PTFE80份、 丙烯酸羥乙酯15份、甲基丙烯酸六氟丁酯17份、二苯基甲烷二異氰酸酯11份、新戊二醇單 丙烯酸酯11份、過氧化二苯甲酰9份、N-甲基嗎啡啉9份、二乙胺二胺6份、聚二甲基硅氧 烷6份、烯酸6份、流平劑5份、KH560 7份、聚3-甲基噻吩4份。
[0023] 所述烯酸為甲基丙烯酸。
[0024] 所述所述流平劑為丙二醇甲醚乙酸酯。
[0025] 本實(shí)施例的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，包括以下步驟：按照重量份比稱取 各原料，加入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜于75°C下攪拌3小時(shí)，然后冷卻至室溫出料，得到的產(chǎn) 物。
[0026] 實(shí)施例3 本實(shí)施例的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，由以下重量份的原料制得：PTFE74份、 丙烯酸羥乙酯12份、甲基丙烯酸六氟丁酯14份、二苯基甲烷二異氰酸酯8份、新戊二醇單 丙烯酸酯8份、過氧化二苯甲酰6份、N-甲基嗎啡啉6份、二乙胺二胺4份、聚二甲基硅氧 烷4份、烯酸5份、流平劑3份、KH560 5份、聚3-甲基噻吩2份。
[0027] 所述烯酸為i^一烯酸。
[0028] 所述所述流平劑為丙二醇甲醚乙酸酯。
[0029] 本實(shí)施例的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，包括以下步驟：按照重量份比稱取 各原料，加入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜于70°C下攪拌2. 5小時(shí)，然后冷卻至室溫出料，得到的 產(chǎn)物。
[0030] 實(shí)施例4 本實(shí)施例的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，由以下重量份的原料制得：PTFE78份、 丙烯酸羥乙酯14份、甲基丙烯酸六氟丁酯16份、二苯基甲烷二異氰酸酯10份、新戊二醇單 丙烯酸酯9份、過氧化二苯甲酰8份、N-甲基嗎啡啉7份、二乙胺二胺5份、聚二甲基硅氧 烷5份、烯酸5份、流平劑4份、KH560 6份、聚3-甲基噻吩3份。
[0031] 所述烯酸為丙烯酸。
[0032] 所述所述流平劑為丙二醇甲醚乙酸酯。
[0033] 本實(shí)施例的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，包括以下步驟：按照重量份比稱取 各原料，加入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜于70°C下攪拌3小時(shí)，然后冷卻至室溫出料，得到的產(chǎn) 物。
[0034] 實(shí)施例5 將實(shí)施例1-4制得的涂料，按HG/T-3792-2005標(biāo)準(zhǔn)制樣并檢測(cè)性能，檢測(cè)結(jié)果如表I 所示。
[0035] 表1本發(fā)明實(shí)施例制得的涂料檢測(cè)結(jié)果

【權(quán)利要求】
1. 一種太陽能電池背板用PTFE涂料，其特征在于包括以下重量份的原料：PTFE72-80 份、丙烯酸羥乙酯10-15份、甲基丙烯酸六氟丁酯13-17份、二苯基甲烷二異氰酸酯7-11 份、新戊二醇單丙烯酸酯7-11份、過氧化二苯甲酰5-9份、N-甲基嗎啡啉5-9份、二乙胺二 胺3-6份、聚二甲基硅氧烷3-6份、烯酸4-6份、流平劑2-5份、KH560 4-7份、聚3-甲基噻 吩1-4份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，其特征在于由以下重量 份的原料制得：PTFE72份、丙烯酸羥乙酯10份、甲基丙烯酸六氟丁酯13份、二苯基甲烷二 異氰酸酯7份、新戊二醇單丙烯酸酯7份、過氧化二苯甲酰5份、N-甲基嗎啡啉5份、二乙胺 二胺3份、聚二甲基硅氧烷3份、烯酸4份、流平劑2份、KH560 4份、聚3-甲基噻吩1份。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，其特征在于由以下重量 份的原料制得：PTFE80份、丙烯酸羥乙酯15份、甲基丙烯酸六氟丁酯17份、二苯基甲烷二 異氰酸酯11份、新戊二醇單丙烯酸酯11份、過氧化二苯甲酰9份、N-甲基嗎啡啉9份、二 乙胺二胺6份、聚二甲基硅氧烷6份、烯酸6份、流平劑5份、KH560 7份、聚3-甲基噻吩4 份。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，其特征在于由以下重量 份的原料制得：PTFE74份、丙烯酸羥乙酯12份、甲基丙烯酸六氟丁酯14份、二苯基甲烷二 異氰酸酯8份、新戊二醇單丙烯酸酯8份、過氧化二苯甲酰6份、N-甲基嗎啡啉6份、二乙胺 二胺4份、聚二甲基硅氧烷4份、烯酸5份、流平劑3份、KH560 5份、聚3-甲基噻吩2份。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，其特征在于由以下重量 份的原料制得：PTFE78份、丙烯酸羥乙酯14份、甲基丙烯酸六氟丁酯16份、二苯基甲烷二 異氰酸酯10份、新戊二醇單丙烯酸酯9份、過氧化二苯甲酰8份、N-甲基嗎啡啉7份、二乙 胺二胺5份、聚二甲基硅氧烷5份、烯酸5份、流平劑4份、KH560 6份、聚3-甲基噻吩3份。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，其特征在于所述烯酸為 丙烯酸、甲基丙烯酸或十一烯酸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽能電池背板用PTFE涂料，其特征在于所述所述流 平劑為丙二醇甲醚乙酸酯。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 _7中任一項(xiàng)所述的一種太陽能電池背板用PTFE涂料的制備方 法，其特征在于包括以下步驟：按照重量份比稱取各原料，加入反應(yīng)釜中，開啟反應(yīng)釜于 70-75°C下攪拌2. 5-3小時(shí)，然后冷卻至室溫出料，得到的產(chǎn)物。
【文檔編號(hào)】C09D7/12GK104403388SQ201410644622
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月14日
【發(fā)明者】黃新東, 劉天人 申請(qǐng)人:無錫中潔能源技術(shù)有限公司