一种在干湿交替环境下能够延缓失效的背板

摘要

本发明涉及一种在干湿交替环境下能够延缓失效的背板，它包括中间绝缘层、形成在所述中间绝缘层任一表面的第一耐候层以及形成在所述中间绝缘层另一表面的第二耐候层，所述第一耐候层为有机硅‑氟碳互穿网络涂料层，所述第二耐候层为氟碳涂层。采用的第一耐候层为有机硅‑氟碳互穿网络涂料层、第二耐候层为氟碳涂层，有机硅‑氟碳互穿网络涂料层由于引入具有优异疏水性的有机硅预聚体，室温下可以发生缩合反应，受热条件下可以进一步交联固化形成互穿网络涂层，这样可以将有机硅优异的疏水性与氟碳优异的耐候性完美结合，从而减弱涂层吸水膨胀能够降低涂层起泡、剥离发生的几率。

说明书

技术领域

本发明太阳能电池组件零部件领域，涉及一种背板，具体涉及一种在干湿交替环境下能够延缓失效的背板。

背景技术

目前传统能源的日益枯竭以及其所带来的环境污染促使人类寻求可再生的清洁能源。太阳能因具有储量丰富、无污染、开发方便而被各国大力倡导与推广。目前大量的研究开发工作主要集中在提高系统的发电效率，系统的长效稳定性等方面。电池片作为整个光伏发电系统的核心部件，其稳定的运行是整个系统长效运行的根本。

背板是整个电池片组件的重要防护部件。背板基材一方面起到保护电池片免受到外力的撞击，另一方面减缓水汽、紫外线、氧气对电池片的侵蚀，进而减弱电池片发电效率的衰减，延长组件工作寿命。而基材主要靠涂层的保护，特别是外涂层的保护。传统的组件长期暴露在户外，如戈壁、海边、沙漠、水塘、田地等，长期经受雨雪、干燥、高温、寒冷的交替循环考验，这些极端的环境对涂层的可靠性要求较高。

传统的含氟涂层具有优异的耐候性，能够保证组件25年的使用保证，且价格低，每年的出货率很高。但从已公布的电站或分布式组件失效案例统计结果看，背板的失效为主因占比较大，而涂层起泡、剥离问题则在背板失效占比较大。研究人员认为：在干湿交替环境下，氟碳涂层内部分子链及官能团性质未发生显著变化，涂层在此环境下的失效原因不是涂层化学结构的改变所致。后期研究认为由于有机溶剂在涂层固化过程中挥发原因，会在涂层中产生微小孔隙。在浸泡阶段，水和离子等介质会通过涂层微孔或缺陷不断渗入涂层内部，从而打开了外界通向涂层内部的通道。涂层由于吸水作用发生溶胀，导致涂层体积的增大。当涂层离开溶液浸泡，进入干燥阶段后，涂层中积存的溶液通过上述微孔通道向大气蒸发。由于涂层水分蒸发，涂层体积较吸水饱和状态会发生缩小。在干湿交替循环下，氟碳涂层体积经历增大和缩小的交替过程，促进了微孔隙的增大并最终导致涂层与基体附着力持续降低。当涂层试样处在浸泡阶段，由于涂层内、外下存在渗透压差，使得电解质溶液不断渗入涂层下，导致涂层产生不规则起泡。同时，腐蚀性离子不断通过微孔隙到达基材，致使涂层产生剥离。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种在干湿交替环境下能够延缓失效的背板。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种在干湿交替环境下能够延缓失效的背板，它包括中间绝缘层、形成在所述中间绝缘层任一表面的第一耐候层以及形成在所述中间绝缘层另一表面的第二耐候层，所述第一耐候层为有机硅-氟碳互穿网络涂料层，所述第二耐候层为氟碳涂层。

优化地，所述有机硅-氟碳互穿网络涂料层的原料配方包括以下重量份数的组分：

含氟树脂30～60份，

有机硅预聚体5～15份，

聚酯树脂10～30份，

无机填料5～20份，

助剂1～5份，

稀释剂10～50份，

异氰酸酯固化剂10～30份。

进一步地，所述有机硅预聚体的分子量控制为1万～8万，R为所述有机硅预聚体对应单体结构式中的烷基数，则R/Si为1.3～1.7。

进一步地，所述有机硅预聚体对应的单体为CH₃SiCl₃与(C₆H₅CH₂)₂SiCl₂的混合物。

进一步地，所述氟碳涂层原料配方包括以下重量份数的组分：

含氟树脂25～55份，

聚酯树脂10～30份，

无机填料5～20份，

助剂1～5份，

稀释剂10～30份，

异氰酸酯固化剂10～30份。

进一步地，所述含氟树脂为带有羟基的聚四氟乙烯树脂、聚三氟氯乙烯树脂和聚偏氟乙烯树脂中的一种或多种组成的混合物，所述聚酯树脂为含芳香烃结构的直链饱和聚酯树脂。

进一步地，所述无机填料为钛白粉、炭黑、铜铬黑和二氧化硅微粉中的一种或多种组成混合物，所述助剂为分散剂、流平剂、消泡剂、阻聚剂和催化剂中的一种或多种组成混合物，所述稀释剂为非醇类有机溶剂，所述异氰酸酯固化剂为多臂型异氰酸酯。

进一步地，所述稀释剂为醚类、酮类或酯类，所述异氰酸酯固化剂为脂肪族异氰酸酯固化剂、芳香族异氰酸酯固化剂和封闭型异氰酸酯固化剂中一种或几种的混合物。

优化地，所述第一耐候层为哑光型，光泽度在40以下；所述第二耐候层为高光型，光泽度为70以上；所述第一耐候层的厚度为10～30μm，所述中间绝缘层的厚度为125～400μm，所述第二耐候层的厚度为5～20μm。

优化地，所述中间绝缘层为聚酯薄膜、聚酰胺薄膜或聚酰亚胺薄膜

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明在干湿交替环境下能够延缓失效的背板，采用的第一耐候层为有机硅-氟碳互穿网络涂料层、第二耐候层为氟碳涂层，有机硅-氟碳互穿网络涂料层由于引入具有优异疏水性的有机硅预聚体，室温下可以发生缩合反应，受热条件下可以进一步交联固化形成互穿网络涂层，这样可以将有机硅优异的疏水性与氟碳优异的耐候性完美结合，从而减弱涂层吸水膨胀能够降低涂层起泡、剥离发生的几率。

附图说明

附图1为本发明在干湿交替环境下能够延缓失效的背板的结构示意图；

其中，1、第一耐候层；2、中间绝缘层；3、第二耐候层。

具体实施方式

本发明在干湿交替环境下能够延缓失效的背板，它包括中间绝缘层、形成在所述中间绝缘层任一表面的第一耐候层以及形成在所述中间绝缘层另一表面的第二耐候层，所述第一耐候层为有机硅-氟碳互穿网络涂料层，所述第二耐候层为氟碳涂层。

所述有机硅-氟碳互穿网络涂料层的原料配方包括以下重量份数的组分：含氟树脂30～60份、有机硅预聚体5～15份、聚酯树脂10～30份、无机填料5～20份、助剂1～5份、稀释剂10～50份、异氰酸酯固化剂10～30份。所述有机硅预聚体对应的单体优选为CH₃SiCl₃与(C₆H₅CH₂)₂SiCl₂的混合物。这是因为在第一耐候层的配方中引入具有优异疏水性的有机硅预聚体，室温下可以发生缩合反应，受热条件下可以进一步交联固化而形成空间网状结构；氟碳树脂为线性聚合物，有机硅预聚体和氟碳树脂通过冷拼，加入固化剂，从而空间网状有机硅链上羟基(水解后产生羟基)以及氟碳分子直链上羟基会与异氰酸根反应，不同树脂链上羟基也会受热交联，而形成互穿网络涂层，这样可以将有机硅优异的疏水性与氟碳优异的耐候性进一步结合。有机硅树脂R/Si值会明显影响树脂的属性；R/Si值越小，树脂固化温度越低，涂层发脆，固化速度越大，因此优选使用羟基封端的有机硅预聚体，该预聚体由CH₃Si(OH)₃与(C₆H₅CH₂)₂Si(OH)₂(由CH₃SiCl₃与(C₆H₅CH₂)₂SiCl₂水解得到)轻度交联而成，分子量控制在1万～8万；甲基提供优异的疏水性，苯基明显改善有机硅树脂与氟碳树脂的相容性，亚乙基的存在可以增大苯基自由旋转的空间体积与角度，羟基的氢原子与水的氢原子相互排斥，水分子难以与亲水的氧原子接近，因而进一步提高疏水效果，显著提高了涂层的疏水性。为保证有机硅树脂固化温度降低至200℃以下，固化可在数分钟内完成，涂层柔韧性佳，有机硅预聚体的R/Si控制在1.3～1.7(R为所述有机硅预聚体对应单体结构式中的烷基数，R/Si为烷基与硅原子的数量比值)。

所述氟碳涂层的原料配方包括以下重量份数的组分：含氟树脂25～55份、聚酯树脂10～30份、无机填料5～20份、助剂1～5份、稀释剂10～30份、异氰酸酯固化剂10～30份。该氟碳涂层和上述有机硅-氟碳互穿网络涂料层中的原料种类基本一致，优选如下：所述含氟树脂为含羟基的含氟聚合物，如聚四氟乙烯树脂、聚三氟氯乙烯树脂、聚偏氟乙烯树脂和聚氟乙烯树脂中一种或几种组成的混合物，所述聚酯树脂为含芳香烃结构的直链饱和聚酯树脂，所述无机填料为钛白粉、炭黑、铜铬黑和二氧化硅微粉中的一种或多种组成混合物，所述助剂为分散剂、流平剂、消泡剂、阻聚剂和催化剂中的一种或多种组成混合物；所述稀释剂为非醇类有机溶剂，如醚类、酮类或酯类；所述异氰酸酯固化剂为多臂型异氰酸酯；如脂肪族异氰酸酯固化剂、芳香族异氰酸酯固化剂和封闭型异氰酸酯固化剂中一种或几种的混合物。

所述第一耐候层1为哑光型，光泽度在40以下；所述第二耐候层3为高光型，光泽度为70以上；所述第一耐候层1的厚度为10～30μm，所述中间绝缘层2的厚度为125～400μm，所述第二耐候层3的厚度为5～20μm。所述中间绝缘层为聚酯薄膜、聚酰胺薄膜或聚酰亚胺薄膜。

下面将结合通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种在干湿交替环境下能够延缓失效的背板，如图1所示，它包括中间绝缘层2、形成在中间绝缘层2上表面的第一耐候层1以及形成在中间绝缘层2下表面的第二耐候层3，第一耐候层1为有机硅-氟碳互穿网络涂料层，第二耐候层3为氟碳涂层。该背板通过在中间绝缘层2的两个表面上经喷涂、蘸涂、辊涂、刮涂等方式涂覆对应的涂料(涂覆前对中间绝缘层2做电晕处理)，后在200℃以下烘烤(紫外或红外等)固化而成。第一耐候层1为哑光型，光泽度在40以下；第二耐候层3为高光型，光泽度为70以上；第一耐候层1的厚度为10μm，所述中间绝缘层2(聚酯薄膜材质)的厚度为125μm，第二耐候层3的厚度为5μm(各层的厚度通常对背板的性能不构成影响)。

有机硅-氟碳互穿网络涂料层的原料包括以下重量份数的组分：含氟树脂30份、有机硅预聚体15份、聚酯树脂30份、无机填料20份、助剂5份、稀释剂50份和异氰酸酯固化剂30份；氟碳涂层的原料包括以下重量份数的组分：含氟树脂25份、聚酯树脂30份、无机填料20份、助剂5份、稀释剂30份、异氰酸酯固化剂30份；含氟树脂为含羟基的聚四氟乙烯树脂；聚酯树脂的分子量在2万以内，羟值为20～30，酸值为2以内；无机填料为钛白粉；助剂为流平剂和消泡剂按1:1组成的混合物；稀释剂为丙酮；异氰酸酯固化剂为拜耳公司的Desmodur系列。有机硅预聚体的反应单体为CH₃SiCl₃与(C₆H₅CH₂)₂SiCl₂按1:1组成的混合物，分子量为1万。

实施例2

本实施例提供一种在干湿交替环境下能够延缓失效的背板，其制备方法与实施例1中的一致，不同的是，有机硅-氟碳互穿网络涂料层的原料包括以下重量份数的组分：含氟树脂60份、有机硅预聚体5份、聚酯树脂10份、无机填料5份、助剂1份、稀释剂10份、异氰酸酯固化剂10份；氟碳涂层的原料包括以下重量份数的组分：含氟树脂55份、聚酯树脂10份、无机填料5份、助剂1份、稀释剂10份、异氰酸酯固化剂10份。

实施例3

本实施例提供一种在干湿交替环境下能够延缓失效的背板，其制备方法与实施例1中的一致，不同的是，有机硅-氟碳互穿网络涂料层的原料包括以下重量份数的组分：含氟树脂50份、有机硅预聚体10份、聚酯树脂20份、无机填料15份、助剂2份、稀释剂20份、异氰酸酯固化剂20份；氟碳涂层的原料包括以下重量份数的组分：含氟树脂50份、聚酯树脂20份、无机填料15份、助剂2份、稀释剂20份、异氰酸酯固化剂20份。此实施例中，有机硅-氟碳互穿网络涂料层的原料和氟碳涂层的原料除有机硅预聚体10份外，其余的一致，因此可以先按配方制备氟碳涂层原料的混合浆料，随后一部分用于涂覆形成氟碳涂层，另一部分与有机硅预聚体调制后在进行涂覆。

对比例1

本实例主要对比目前一款涂覆型背板A与实施例1/2/3中样品的涂层疏水性能。我们主要从两个方面考察涂层的疏水性能。其一，涂层对水的静态接触角；其二，初始涂层吸水率与湿热老化处理涂层的吸水率。

涂层对水的静态接触角测试采用上海中晨数字技术设备有限公司的JC2000C1型接触角测量仪，水滴大小为5μL。本实验取用的目前一款涂覆型背板A，涂层与水的接触角为99.8°，而实施例1/2/3样品因引入有机硅-氟碳互穿网络结构的涂层使得与水的接触角得到明显增大，与水接触角分别为116.8°、112.3°、117.7°，展现出更优良的疏水性。

关于涂层吸水率，测定参照GB/T 1738-1979《绝缘漆漆膜吸水率测定法》，将制备的涂层在常温下浸泡于25±1℃去离子水中。浸泡48小时，用镊子将样品取出，迅速用滤纸吸干漆膜表面水分，称量。吸水率(W)＝(m₂-m₁)/m₁×100％。其中，m₁为浸水前涂层质量，m₂为浸水后涂层质量。分别将两个样品经温度85℃，湿度85％老化处理。经对比样品测试结果知，湿热老化1600小时之前涂层吸水率呈现快速增加，之后则增长缓慢。实施例2样品吸水率小于目前一款涂覆产品A的吸水率增长幅度，如下表所示：

表1湿热老化处理后样品涂层吸水率。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。