CN117384562B - 一种太阳能电池电极粘合胶膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明太阳能电池技术领域，具体公开了一种太阳能电池电极粘合胶膜，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由45～55％马来酸酐接枝聚丙烯、10～30％改性酚醛树脂和15～20％氮化硼制成，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由70～90％聚丙烯和10～30％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由60～70％弹性体和20～40％胶黏剂制成，用于粘结硅片；本发明大大提升了粘结层一和铜片的粘结性能；本发明有效提升了胶膜的耐热性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种太阳能电池电极粘合胶膜及其制备方法和应用。
背景技术
太阳能电池的概念最早可以追溯到19世纪初期，但真正的实用化应用要等到20世纪。太阳能电池的发展得益于太阳能作为一种可再生、清洁的能源来源日益受到重视。随着对可再生能源需求的增加和技术的进步，太阳能电池得到了广泛的研究和应用。太阳能电池利用光电效应将光能转化为电能。
现有的太阳能电池使用栅线、焊带将电流汇集到接线盒，新的工艺，是将硅片与铜片相焊接到一起，由铜片形成电流的汇集，硅片与铜片的连接需要用到一层CPP膜，通过层压，将硅片与铜片紧密粘接在一起。CPP膜具备同时对金属铜片和硅片都具有热封粘合作用，且CPP具有很高的机械强度和稳定性，能够提供可靠的粘结强度。它的高拉伸强度和撕裂强度使得硅片和铜片能够牢固粘结在一起，确保太阳能电池组件的结构稳定。
申请号为CN201310392491.4的中国专利公开了一种太阳能电池组件用封装胶膜，所述封装胶膜包括阻隔层和位于阻隔层两侧的第一粘结层与第二粘结层，所述阻隔层为含有乙烯-α-烯烃聚合物的聚烯烃阻隔层。该发明所述胶膜具有优异的阻隔性能，能够有效地解决太阳能电池组件在高压湿热环境下出现的PID现象，并且与与玻璃基板及电池片之间具有优异的粘结性能，提高了太阳能电池组件的使用寿命。该胶膜仅仅用于封装上，无法用在太阳能电池的电极粘合上，与铜片的粘结性能无法得到保障，同时用在太阳能电池电极上的胶膜如何提升电绝缘性能和耐热性能，是人们的重点研究发展方向。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种太阳能电池电极粘合胶膜及其制备方法和应用，本发明大大提升了粘结层一和铜片的粘结性能；同时本发明有效提升了胶膜的耐热性能和绝缘性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种太阳能电池电极粘合胶膜，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由45～60％马来酸酐接枝聚丙烯、10～30％改性酚醛树脂和15～20％氮化硼制成，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由70～90％聚丙烯和10～30％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由60～70％弹性体和20～40％胶黏剂制成，用于粘结硅片。
优选的，所述改性酚醛树脂的制备方法包括如下步骤：将酚醛树脂加热，然后加入对甲基苯磺酸催化剂、丁二酸酐进行反应，反应结束后用石油醚沉析产物，然后干燥，得到改性酚醛树脂。
更优选的，所述加热至温度为100～120℃，所述干燥温度为40～50℃，所述反应时间为30～45min。
更优选的，所述酚醛树脂、对甲基苯磺酸催化剂和丁二酸酐的加入质量比为12～15：0.1～0.3：6～8。
优选的，所述铜片采用浓度为10％的NaOH溶液进行碱洗，然后采用浓度为10％的HNO3溶液进行酸洗，最后放入去离子水中超声清洗得到。所述铜片为在铝片上电镀铜而得，镀铜面与太阳能电池电极焊接，用于与硅片上栅线焊接，电流汇流形成电极。
优选的，所述白色母料为选自钛白粉、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种；所述弹性体为选自SBS、SEBS、SEPS、SIS、EVA、POE、TPU中的一种或多种。
优选的，所述粘结层一厚度为10～20μm、支撑层20～30μm，和粘结层二厚度为10～20μm。
优选的，所述胶黏剂为选自有机硅胶粘剂、聚丙烯酸树脂胶黏剂中的一种或多种。
本发明还要求保护一种如上述太阳能电池电极粘合胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯、改性酚醛树脂和氮化硼搅拌均匀，经挤出机进入第一料口；将聚丙烯和白色母料搅拌均匀，经挤出机进入第二料口；弹性体和胶黏剂搅拌均匀，经挤出机进入第三料口；
(2)将步骤(1)中的第一料口、第二料口、第三料口共同挤出，然后经过流延复合机复合在一起，通过流延膜头，形成太阳能电池电极粘合胶膜。
本发明还要求保护一种上述太阳能电池电极粘合胶膜在太阳能电池制造中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明酚醛树脂表面的非晶特征能有效提高和铜片的浸润能力，通过将酚醛树脂上的羟基与丁二酸酐在甲基苯磺酸催化剂的作用下发生酯化反应，制备得到的改性酚醛树脂含有大量的羧基，使改性酚醛树脂与铜片的表面产生物理粘接作用以及氢键作用，提升粘结层一和铜片的粘结性能，同时并且铜片在经碱蚀后金属表面会出现大量微米级别的凹坑，大大增大了铜片的接触面积，进一步提升改性酚醛树脂在铜片上的浸润能力，使粘结层一与铜片的粘结性能更强；本发明通过马来酸酐接枝聚丙烯使马来酸酐接枝聚丙烯拥有大量极性基团，提升粘结层一与铜片的粘结性能，同时提升了与改性酚醛树脂的相容性，使改性酚醛树脂能在粘结层一中具有较好的流动性进而分散均匀，提升和铜片的接触；
(2)本发明改性酚醛树脂具有较强的耐热性能，能够长期用于太阳能电池中，并且通过添加氮化硼，在马来酸酐接枝聚丙烯中，氮化硼在粘结层一的相容性得到提升，通过氮化硼的耐热性能和改性酚醛树脂进行协同，进一步提升粘结层一的耐热性能，同时氮化硼具有优秀的电绝缘性，与支撑层二相互作用进一步提升了粘合胶膜的绝缘性，使粘合胶膜能更好地运用在太阳能电池中。
(3)本发明通过由聚丙烯和白色母料制成的支撑层具有支撑和绝缘性能，同时氮化硼具有优异的电绝缘性，即使在高温和高压下，也能有效稳定绝缘，通过氮化硼、改性酚醛树脂和马来酸酐接枝聚丙烯的共同作用，使粘结层一具有较强的绝缘性能，进而进一步提升太阳能电池电极粘合胶膜的绝缘性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合实施例，对本发明作进一步的详细说明。当然，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。可以理解，本文中所使用的术语“和/或”涉及且涵盖相关联的所列项目中的一者或一者以上的任何和所有可能的组合。
如无特殊说明外，本发明中的化学试剂和材料均通过市场途径购买或通过市场途径购买的原料合成。
所述酚醛树脂从济南大晖化工科技有限公司采购，密度为实施例1.7～1.8g/cm3；
所述马来酸酐接枝聚丙烯从武汉华翔科洁生物技术有限公司采购，纯度为99％；
所述氮化硼从辽宁硼达科技有限公司采购，有效成分含量99.5％，比重为2.4～2.5。
实施例1
一种太阳能电池电极粘合胶膜，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由55％马来酸酐接枝聚丙烯、25％改性酚醛树脂和20％氮化硼制成，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由80％聚丙烯和20％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由65％弹性体和35％胶黏剂制成，用于粘结硅片。
在本实施例中，所述改性酚醛树脂的制备方法包括如下步骤：将酚醛树脂加热，然后加入对甲基苯磺酸催化剂、丁二酸酐进行反应，反应结束后用石油醚沉析产物，然后干燥，得到改性酚醛树脂。
在本实施例中，所述加热至温度为110℃，所述干燥温度为45℃，所述反应时间为40min。
在本实施例中，所述酚醛树脂、对甲基苯磺酸催化剂和丁二酸酐的加入质量比为13：0.2：7。
在本实施例中，所述铜片采用浓度为10％的NaOH溶液进行碱洗，然后采用浓度为10％的HNO3溶液进行酸洗，最后放入去离子水中超声清洗得到。所述铜片为在铝片上电镀铜而得，镀铜面与太阳能电池电极焊接，用于与硅片上栅线焊接，电流汇流形成电极。
在本实施例中，所述白色母料为钛白粉；所述弹性体为SBS。
在本实施例中，所述粘结层一厚度为15μm、支撑层25μm，粘结层二厚度为15μm。
在本实施例中，所述胶黏剂为有机硅胶粘剂。
一种上述太阳能电池电极粘合胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯、改性酚醛树脂和氮化硼搅拌均匀，经挤出机进入第一料口；将聚丙烯和白色母料搅拌均匀，经挤出机进入第二料口；弹性体和胶黏剂搅拌均匀，经挤出机进入第三料口；
(2)将步骤(1)中的第一料口、第二料口、第三料口共同挤出，然后经过流延复合机复合在一起，通过流延膜头，形成太阳能电池电极粘合胶膜。
实施例2
一种太阳能电池电极粘合胶膜，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由60％马来酸酐接枝聚丙烯、22％改性酚醛树脂和18％氮化硼制成，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由90％聚丙烯和10％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由70％弹性体和30％胶黏剂制成，用于粘结硅片。
在本实施例中，所述改性酚醛树脂的制备方法包括如下步骤：将酚醛树脂加热，然后加入对甲基苯磺酸催化剂、丁二酸酐进行反应，反应结束后用石油醚沉析产物，然后干燥，得到改性酚醛树脂。
在本实施例中，所述加热至温度为120℃，所述干燥温度为50℃，所述反应时间为30min。
在本实施例中，所述酚醛树脂、对甲基苯磺酸催化剂和丁二酸酐的加入质量比为14：0.25：7.8。
在本实施例中，所述铜片采用浓度为10％的NaOH溶液进行碱洗，然后采用浓度为10％的HNO3溶液进行酸洗，最后放入去离子水中超声清洗得到。所述铜片为在铝片上电镀铜而得，镀铜面与太阳能电池电极焊接，用于与硅片上栅线焊接，电流汇流形成电极。
在本实施例中，所述白色母料为氧化锌；所述弹性体为SEBS。
在本实施例中，所述粘结层一厚度为20μm、支撑层30μm，和粘结层二厚度为20μm。
在本实施例中，所述胶黏剂为选自聚丙烯酸树脂胶黏剂。
一种上述太阳能电池电极粘合胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯、改性酚醛树脂和氮化硼搅拌均匀，经挤出机进入第一料口；将聚丙烯和白色母料搅拌均匀，经挤出机进入第二料口；弹性体和胶黏剂搅拌均匀，经挤出机进入第三料口；
(2)将步骤(1)中的第一料口、第二料口、第三料口共同挤出，然后经过流延复合机复合在一起，通过流延膜头，形成太阳能电池电极粘合胶膜。
实施例3
一种太阳能电池电极粘合胶膜，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由55％马来酸酐接枝聚丙烯、30％改性酚醛树脂和15％氮化硼制成，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由70％聚丙烯和30％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由60％弹性体和40％胶黏剂制成，用于粘结硅片。
在本实施例中，所述改性酚醛树脂的制备方法包括如下步骤：将酚醛树脂加热，然后加入对甲基苯磺酸催化剂、丁二酸酐进行反应，反应结束后用石油醚沉析产物，然后干燥，得到改性酚醛树脂。
在本实施例中，所述加热至温度为100℃，所述干燥温度为40℃，所述反应时间为45min。
在本实施例中，所述酚醛树脂、对甲基苯磺酸催化剂和丁二酸酐的加入质量比为12：0.1：6。
在本实施例中，所述铜片采用浓度为10％的NaOH溶液进行碱洗，然后采用浓度为10％的HNO3溶液进行酸洗，最后放入去离子水中超声清洗得到。所述铜片为在铝片上电镀铜而得，镀铜面与太阳能电池电极焊接，用于与硅片上栅线焊接，电流汇流形成电极。
在本实施例中，所述白色母料为碳酸钙；所述弹性体为SEPS。
在本实施例中，所述粘结层一厚度为10μm、支撑层20μm，粘结层二厚度为10μm。
在本实施例中，所述胶黏剂为有机硅胶粘剂。
一种上述太阳能电池电极粘合胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯、改性酚醛树脂和氮化硼搅拌均匀，经挤出机进入第一料口；将聚丙烯和白色母料搅拌均匀，经挤出机进入第二料口；弹性体和胶黏剂搅拌均匀，经挤出机进入第三料口；
(2)将步骤(1)中的第一料口、第二料口、第三料口共同挤出，然后经过流延复合机复合在一起，通过流延膜头，形成太阳能电池电极粘合胶膜。
对比例1
一种太阳能电池电极粘合胶膜，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由55％马来酸酐接枝聚丙烯、25％酚醛树脂和20％氮化硼制成，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由80％聚丙烯和20％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由65％弹性体和35％胶黏剂制成，用于粘结硅片。
在本对比例中，所述白色母料为钛白粉；所述弹性体为SBS。
在本对比例中，所述粘结层一厚度为15μm、支撑层25μm，粘结层二厚度为15μm。
在本对比例中，所述胶黏剂为有机硅胶粘剂。
一种上述太阳能电池电极粘合胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯、酚醛树脂和氮化硼搅拌均匀，经挤出机进入第一料口；将聚丙烯和白色母料搅拌均匀，经挤出机进入第二料口；弹性体和胶黏剂搅拌均匀，经挤出机进入第三料口；
(2)将步骤(1)中的第一料口、第二料口、第三料口共同挤出，然后经过流延复合机复合在一起，通过流延膜头，形成太阳能电池电极粘合胶膜。
本对比例和实施例1的区别在于本对比例未对酚醛树脂进行改性以及未对铜片进行处理。
对比例2
一种太阳能电池电极粘合胶膜，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由55％马来酸酐接枝聚丙烯、25％改性酚醛树脂和20％氮化硼制成，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由80％聚丙烯和20％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由65％弹性体和35％胶黏剂制成，用于粘结硅片。
在本对比例中，所述改性酚醛树脂的制备方法包括如下步骤：将酚醛树脂加热，然后加入对甲基苯磺酸催化剂、丁二酸酐进行反应，反应结束后用石油醚沉析产物，然后干燥，得到改性酚醛树脂。
在本对比例中，所述加热至温度为110℃，所述干燥温度为45℃，所述反应时间为40min。
在本对比例中，所述酚醛树脂、对甲基苯磺酸催化剂和丁二酸酐的加入质量比为13：0.2：7。
在本对比例中，所述白色母料为钛白粉；所述弹性体为SBS。
在本对比例中，所述粘结层一厚度为15μm、支撑层25μm，粘结层二厚度为15μm。
在本对比例中，所述胶黏剂为有机硅胶粘剂。
一种上述太阳能电池电极粘合胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯、改性酚醛树脂和氮化硼搅拌均匀，经挤出机进入第一料口；将聚丙烯和白色母料搅拌均匀，经挤出机进入第二料口；弹性体和胶黏剂搅拌均匀，经挤出机进入第三料口；
(2)将步骤(1)中的第一料口、第二料口、第三料口共同挤出，然后经过流延复合机复合在一起，通过流延膜头，形成太阳能电池电极粘合胶膜。
本对比例和实施例1的区别在于本对比例未对铜片进行处理。
对比例3
一种太阳能电池电极粘合胶膜，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由75％马来酸酐接枝聚丙烯和25％改性酚醛树脂制成，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由80％聚丙烯和20％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由65％弹性体和35％胶黏剂制成，用于粘结硅片。
在本对比例中，所述改性酚醛树脂的制备方法包括如下步骤：将酚醛树脂加热，然后加入对甲基苯磺酸催化剂、丁二酸酐进行反应，反应结束后用石油醚沉析产物，然后干燥，得到改性酚醛树脂。
在本对比例中，所述加热至温度为110℃，所述干燥温度为45℃，所述反应时间为40min。
在本对比例中，所述酚醛树脂、对甲基苯磺酸催化剂和丁二酸酐的加入质量比为13：0.2：7。
在本对比例中，所述铜片采用浓度为10％的NaOH溶液进行碱洗，然后采用浓度为10％的HNO3溶液进行酸洗，最后放入去离子水中超声清洗得到。所述铜片为在铝片上电镀铜而得，镀铜面与太阳能电池电极焊接，用于与硅片上栅线焊接，电流汇流形成电极。
在本对比例中，所述白色母料为钛白粉；所述弹性体为SBS。
在本对比例中，所述粘结层一厚度为15μm、支撑层25μm，粘结层二厚度为15μm。
在本对比例中，所述胶黏剂为有机硅胶粘剂。
一种上述太阳能电池电极粘合胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯和改性酚醛树脂搅拌均匀，经挤出机进入第一料口；将聚丙烯和白色母料搅拌均匀，经挤出机进入第二料口；弹性体和胶黏剂搅拌均匀，经挤出机进入第三料口；
(2)将步骤(1)中的第一料口、第二料口、第三料口共同挤出，然后经过流延复合机复合在一起，通过流延膜头，形成太阳能电池电极粘合胶膜。
本对比例和实施例1的区别在于本对比例未加入氮化硼。
通过对实施例1-3和对比例1-3所制备的太阳能电池电极粘合胶膜进行与铜片的剥离强度测试，铜片通过层压机压合到一起，层压试验面积为90*90cm，时间30秒，层压后参照GB T 2790-1995进行180°剥离强度测试，以及对太阳能电池电极粘合胶膜在40℃烘箱放置72h后进行180°剥离强度测试，结果如表1所示：
表1胶膜与铜片的剥离力测试表
根据表1可知，本发明实施例1～3具有更强的剥离强度以及耐热稳定性。
通过对实施例1-3和对比例1-3所制备的太阳能电池电极粘合胶膜参照标准GB/T31838.2-2019进行体积电阻率测试，测试结果如表2所示：
表2胶膜体积电阻率测试表
| 项目 | 体积电阻率Ω*cm |
| 实施例1 | 8.76×1016 |
| 实施例2 | 8.43×1016 |
| 实施例3 | 8.51×1016 |
| 对比例1 | 4.24×1016 |
| 对比例2 | 8.37×1016 |
| 对比例3 | 2.15×1016 |
根据表2可知，本发明实施例1～3以及对比例2所制备的太阳能电池电极粘合胶膜具有更强的电绝缘性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种太阳能电池电极粘合胶膜，其特征在于，由粘结层一、支撑层和粘结层二组成，按重量百分比计，所述粘结层一由45～60％马来酸酐接枝聚丙烯、10～30％改性酚醛树脂和15～20％氮化硼制成，各组分重量百分比合计100％，用于粘结铜片；按重量百分比计，所述支撑层由70～90％聚丙烯和10～30％白色母料制成，用于支撑和绝缘；按重量百分比计，所述粘结层二由60～70％弹性体和20～40％胶黏剂制成，用于粘结硅片；
所述改性酚醛树脂的制备方法包括如下步骤：将酚醛树脂加热，然后加入对甲基苯磺酸催化剂、丁二酸酐进行反应，反应结束后用石油醚沉析产物，然后干燥，得到改性酚醛树脂。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极粘合胶膜，其特征在于，所述加热至温度为100～120℃，所述干燥温度为40～50℃，所述反应时间为30～45min。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极粘合胶膜，其特征在于，所述酚醛树脂、对甲基苯磺酸催化剂和丁二酸酐的加入质量比为12～15：0.1～0.3：6～8。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极粘合胶膜，其特征在于，所述铜片采用浓度为10％的NaOH溶液进行碱洗，然后采用浓度为10％的HNO3溶液进行酸洗，最后放入去离子水中超声清洗得到。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极粘合胶膜，其特征在于，所述白色母料为选自钛白粉、氧化锌、碳酸钙、硫酸钡中的一种或多种；所述弹性体为选自SBS、SEBS、SEPS、SIS、EVA、POE、TPU中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电极粘合胶膜，其特征在于，所述粘结层一厚度为5-25μm、支撑层10-100μm，粘结层二厚度为5-25μm，总厚度20-150μm。
7.一种如权利要求1所述太阳能电池电极粘合胶膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)将马来酸酐接枝聚丙烯、改性酚醛树脂和氮化硼搅拌均匀，经挤出机进入第一料口；将聚丙烯和白色母料搅拌均匀，经挤出机进入第二料口；弹性体和胶黏剂搅拌均匀，经挤出机进入第三料口；
(2)将步骤(1)中的第一料口、第二料口、第三料口共同挤出，然后经过流延复合机复合在一起，通过流延膜头，形成太阳能电池电极粘合胶膜。
8.一种如权利要求1～7任一项所述太阳能电池电极粘合胶膜在太阳能电池制造中的应用。
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