一种光伏电池用的高强耐候封装板及光伏电池组件的制作方法
1.本发明涉及光伏技术领域，特别涉及一种光伏电池用的高强耐候封装板及光伏电池组件。
背景技术：
2.光伏产业迅速发展，但与其相关的基础材料、配套技术及标准规范的更迭明显滞后于该产业的发展。传统光伏板的结构主要由超白钢化玻璃前板、胶膜、太阳能电池板及背板四大部分组成，其中，光伏前板需要满足自爆率低、颜一致性高、透光率高、紫外透射率低及抗冲强度高等性能要求，因此市场上普遍采用超白钢化玻璃作为光伏前板，超白钢化玻璃具有透光率高、颜一致性好、强度高等优点，但也存在着比重过高、无法卷曲、超薄结构易引起弯曲强度和抗冲强度的下降、紫外光透过率高而引起内部器件老化、表面容易积灰等问题，大幅度限制了光伏建筑一体化、光伏交通工具、光伏穿戴设备等新领域的发展。
3.为此，近年来国内外也逐渐开始研发通过采用高分子材料替代钢化玻璃制作封装板以解决上述技术问题。然而，目前已研制的这些封装板无论是作为光伏前板还是光伏背板使用，大多数在抗冲击、防火等性能上无法满足光伏行业的技术标准。而公开号为cn108022988a的中国发明申请公开了一种光伏组件的层压结构，虽然各性能指标可满足光伏行业的使用要求，但其制作工艺复杂、原材料选择范围窄，生产成本较高，难以适应大批量生产。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光伏电池用的高强耐候封装板，该封装板重量轻、具有高透光率和高水蒸气阻隔率，可大面积推广应用于光伏电池领域中。
5.本发明的另一目的在于提供一种具有上述高强耐候封装板的光伏电池组件，该光伏电池组件整体重量轻、且具有较强的抗冲击性能，其耐候性也可达到国家测试标准。
6.本发明的技术方案为：一种光伏电池用的高强耐候封装板，包括依次连接的抗紫外氟膜层、胶膜层和透明树脂层；其中，抗紫外氟膜层的制作原料主要包括氟塑料和抗紫外剂；透明树脂层的制作原料主要为高强度的热塑性透明树脂材料。该封装板结构中，抗紫外氟膜层可以提高封装板整体结构的耐候性、耐磨性、水蒸气阻隔性能，同时由于加入了抗紫外剂，能够将紫外光阻隔，提高透明树脂层的耐黄变和耐老化性能；透明树脂层具有优异的抗冲击性能和电绝缘性能、以及高透光率；两者协同作用可以提高封装板的整体性能。
7.所述抗紫外氟膜层制作时，其主要原料的重量配比为：氟塑料98～99.8份，抗紫外剂0.2～2份，该抗紫外剂的份数选择可以保证氟膜的透光率超过90％条件下，实现紫外光透光率低于5％，大幅度提高抗紫外氟膜透光率和紫外阻隔性能。
8.进一步地，所述抗紫外氟膜层的一侧或两侧还具有氟塑料层，氟塑料层的制作原料主要为氟塑料；抗紫外氟膜层与氟塑料层采用共挤方式成型。当在抗紫外氟膜层的外侧
(即一侧或两侧)增加氟塑料层时，可进一步提高整个封装板的强度，而采用共挤方式成型，可有效提高抗紫外氟膜层与氟塑料层之间的粘合力，也避免胶水的使用，使成型后的封装板更加符合绿环保需求。这种结构设计一方面是避免单层抗紫外氟膜在制造过程中容易产生抗紫外剂粉体溢出而影响氟膜透光率和表面性能的情况发生；另一方面是为了避免抗紫外氟膜层在封装板使用过程中抗紫外剂迁移外溢的问题，从而提高抗紫外氟膜的抗紫外寿命。
9.所述抗紫外氟膜层挤出成型后还经过单向拉伸或双向拉伸；或者抗紫外氟膜层与氟塑料层共挤成型后还经过单向拉伸或双向拉伸。经过单向拉伸或双向拉伸后，一方面可有效提高抗紫外氟膜层(或者抗紫外氟膜层与氟塑料层)的整体强度、表面硬度和抗划性；另一方面也可大幅度提高氟塑料中无定型区域分子链和结晶区域的规则排列，从而提高整个抗紫外氟膜层(或者抗紫外氟膜层与氟塑料层)的结晶度，有效防止水蒸气从无定型区域透过，从而提高封装板的水蒸气阻隔性能，提高硅晶片的使用寿命，尤其是针对抗紫外氟膜层与氟塑料层所形成的三层结构来说，由于抗紫外氟膜层与氟塑料层分别采用不同分子量的氟塑料进行制作，其中，位于中间的抗紫外氟膜层采用高分子量的氟塑料(分子量为40-60万)进行制作，为成型后的三层结构提供高强度的支撑层结构，而位于两侧的氟塑料层分别采用低分子量的氟塑料(分子量为20-40万) 进行制作，为成型后的三层结构提供可拉伸性的结构，避免在拉伸过程中出现破膜现象。
10.所述抗紫外氟膜层的厚度为10-50μm；或者抗紫外氟膜层与氟塑料层的整体厚度为10-50μm，经试验，该厚度的抗紫外氟膜层可以有效保证水蒸气阻隔性能和抗紫外性能达到要求，同时能够在应用后保证光伏电池组件的使用寿命需求。
11.所述透明树脂层的制作原料主要为pctg(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯)、pcta(聚对苯二甲酸乙二醇酯-醋酸酯)、pc(聚碳酸酯)、 coc(环状烯烃共聚物)、cop(环状烯烃聚合物)、tpx(聚4-甲基-1-戊烯) 中的一种或多种混合。选用上述材料作为原料，一方面可保障透明树脂层的透光率达到光伏电池组件的需求，另一方面也可在不使用玻纤网格布的情况下，保障透明树脂层的强度以及抗冲击性能。
12.所述透明树脂层的制作原料中还加入阻燃剂；或者还加入阻燃剂、抗紫外剂和光稳定剂；或者还加入阻燃剂、抗紫外剂、光稳定剂和母。其中，通过加入阻燃剂可改善或进一步提高透明树脂层的阻燃性能，避免因高温而产生封装板烧毁的现象发生，而抗紫外剂和光稳定剂的加入则可进一步提高透明树脂层乃至整个封装板的耐候性，母的加入可改变透明树脂层的颜，使其与外部环境相适应。
13.所述透明树脂层的厚度为0.2～1.5mm，经试验，只有该厚度范围内的透明树脂层，其力学性能才能有效满足光伏电池组件抗冰雹冲击和抗强风的性能需求。
14.进一步地，在透明树脂层与胶膜层相接的一面，对透明树脂层表面增加电晕处理、纳米涂层或磨砂处理等特殊处理，以提高透明树脂层与胶膜eva/poe 的胶黏性，及长期使用的可靠性。
15.所述胶膜层为热熔胶层或胶水层；胶膜层中还添加有抗紫外剂和光稳定剂。其中，抗紫外剂和光稳定剂的加入，可提高胶膜层的耐候性，从而进一步提高整个封装板的耐候性，有效降低其老化速度，延长其使用寿命。
16.上述高强耐候封装板应用于光伏电池组件时，其原理是：采用高强度热塑性树脂
材料制作透明树脂层，该透明树脂层作为整个封装板的主要支撑结构，具备优异的抗冲击性能、电绝缘性能、以及高透光率，同时通过抗紫外剂对氟塑料进行改进，形成作为封装板表层的抗紫外氟塑料层，该表层可以提高封装板整体结构的耐候性、耐磨性、水蒸气阻隔性能，同时由于加入了抗紫外剂，能够将紫外光阻隔，提高透明树脂层的耐黄变和耐老化性能，两者协同作用可以提高封装板的整体性能。
17.本发明还提供一种光伏电池组件，包括依次连接的前板、第一胶膜层、电池片、第二胶膜层和背板；其中，前板为上述高强耐候封装板；或者，前板和背板均采用上述高强耐候封装板。采用上述高强耐候封装板时，相比传统的钢化玻璃前板，可有效降低整个光伏电池组件的重量，扩大光伏电池组件的应用范围，而相比现有的高分子材料封装板，上述高强耐候封装板的结构更加简化，且能到相应的技术指标，其加工成本更低，可实现大批量生产应用。此外，上述高强耐候封装板不仅可作为光伏电池组件的前板使用，也可同时作为光伏电池组件的背板使用，其应用范围较广，封装使用也更加灵活。
18.本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
19.本光伏电池用的高强耐候封装板通过采用高强度热塑性树脂材料制作的透明树脂层与改性后的抗紫外氟膜层相结合，替换现有光伏电池中所采用钢化玻璃前板和高分子材料封装板，该封装板结构得到较大程度的简化，同时透明树脂层的原料也较为丰富、成本较低，且具有重量轻、抗冲击性能好等特点，通过改性后的抗紫外氟膜层对其耐候性进行弥补，从而保障了封装板的整体强度和耐候性。经测试，本高强耐候封装板应用于光伏电池后，在透光率、水蒸气阻隔率、黄变值、抗冲击性能等指标均可达到甚至高于国家测试标准。
20.本光伏电池用的高强耐候封装板透光率高达89％，在光伏电池组件中，既可采用本高强耐候封装板作为前板，也可同时作为前板和背板，其应用灵活而方便，且应用后，整个光伏电池组件的重量可降至3.5kg/m2以下，其整体重量大幅度下降，但整个电池组件抗冲击性能大幅度提升，可大范围地推广应用于光伏建筑一体化、光伏交通工具、光伏穿戴设备等领域，具有较好的市场前景。
附图说明
21.图1为实施例1中高强耐候封装板的结构示意图。
22.图2为实施例2中高强耐候封装板的结构示意图。
23.图3为实施例3中光伏电池组件的结构示意图。
24.图4为实施例4中光伏电池组件的结构示意图。
25.上述各附图中，各附图标记所示部件如下：1为前板，1-1为抗紫外氟膜层，1-2为胶膜层，1-3为透明树脂层，1-4为氟塑料层，2为第一胶膜层，3 为电池片，4为第二胶膜层，5为背板，5-1为耐候层，5-2为背板胶膜层，5-3 为高反光阻燃树脂层。
具体实施方式
26.下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
27.实施例1
28.本实施例一种光伏电池用的高强耐候封装板，如图1所示，包括依次连接的抗紫外氟膜层1-1、胶膜层1-2和透明树脂层1-3；其中，抗紫外氟膜层的制作原料主要包括氟塑料
和抗紫外剂；透明树脂层的制作原料主要为高强度的热塑性透明树脂材料。该封装板结构中，抗紫外氟膜层可以提高封装板整体结构的耐候性、耐磨性、水蒸气阻隔性能，同时由于加入了抗紫外剂，能够将紫外光阻隔，提高透明树脂层的耐黄变和耐老化性能；透明树脂层具有优异的抗冲击性能和电绝缘性能、以及高透光率；两者协同作用可以提高封装板的整体性能。
29.抗紫外氟膜层制作时，其主要原料的重量配比为：氟塑料98～99.8份，抗紫外剂0.2～2份，该抗紫外剂的份数选择可以保证氟膜的透光率超过90％条件下，实现紫外光透光率低于5％，大幅度提高抗紫外氟膜透光率和紫外阻隔性能。抗紫外氟膜层的厚度为10-50μm，经试验，该厚度的抗紫外氟膜层可以有效保证水蒸气阻隔性能和抗紫外性能达到要求，同时能够在应用后保证光伏电池组件的使用寿命需求。
30.透明树脂层的制作原料主要为pctg(聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯)、pcta(聚对苯二甲酸乙二醇酯-醋酸酯)、pc(聚碳酸酯)、coc (环状烯烃共聚物)、cop(环状烯烃聚合物)、tpx(聚4-甲基-1-戊烯)中的一种或多种混合。选用上述材料作为原料，一方面可保障透明树脂层的透光率达到光伏电池组件的需求，另一方面也可在不使用玻纤网格布的情况下，保障透明树脂层的强度以及抗冲击性能。为了进一步改善透明树脂层的性能，本实施例中，可根据实际需要，在透明树脂层的制作原料中还加入阻燃剂，或者还加入阻燃剂、抗紫外剂和光稳定剂，或者还加入阻燃剂、抗紫外剂、光稳定剂和母。其中，通过加入阻燃剂可改善或进一步提高透明树脂层的阻燃性能，避免因高温而产生封装板烧毁的现象发生，而抗紫外剂和光稳定剂的加入则可进一步提高透明树脂层乃至整个封装板的耐候性，母的加入可改变透明树脂层的颜，使其与外部环境相适应。透明树脂层的厚度为0.2～1.5mm，经试验，只有该厚度范围内的透明树脂层，其力学性能才能有效满足光伏电池组件抗冰雹冲击和抗强风的性能需求。进一步地，在透明树脂层与胶膜层相接的一面，对透明树脂层表面增加电晕处理、纳米涂层或磨砂处理等特殊处理，以提高透明树脂层与胶膜eva/poe的胶黏性，及长期使用的可靠性。
31.胶膜层为热熔胶层或胶水层；胶膜层中还添加有抗紫外剂和光稳定剂。其中，抗紫外剂和光稳定剂的加入，可提高胶膜层的耐候性，从而进一步提高整个封装板的耐候性，有效降低其老化速度，延长其使用寿命。
32.上述高强耐候封装板应用于光伏电池组件时，其原理是：采用高强度热塑性树脂材料制作透明树脂层，该透明树脂层作为整个封装板的主要支撑结构，具备优异的抗冲击性能、电绝缘性能、以及高透光率，同时通过抗紫外剂对氟塑料进行改进，形成作为封装板表层的抗紫外氟塑料层，该表层可以提高封装板整体结构的耐候性、耐磨性、水蒸气阻隔性能，同时由于加入了抗紫外剂，能够将紫外光阻隔，提高透明树脂层的耐黄变和耐老化性能，两者协同作用可以提高封装板的整体性能。
33.实施例2
34.本实施例一种光伏电池用的高强耐候封装板，与实施例1相比较，其不同之处在于：如图2所示，抗紫外氟膜层的两侧还具有氟塑料层1-4(根据实际需要，也可仅在抗紫外氟膜层的一侧增加氟塑料层)，氟塑料层的制作原料主要为氟塑料；抗紫外氟膜层与氟塑料层采用共挤方式成型。当在抗紫外氟膜层的两侧增加氟塑料层时，可进一步提高整个封装板的强度，而采用共挤方式成型，可有效提高抗紫外氟膜层与氟塑料层之间的粘合力，也避
免胶水的使用，使成型后的封装板更加符合绿环保需求。这种结构设计一方面是避免单层抗紫外氟膜在制造过程中容易产生抗紫外剂粉体溢出而影响氟膜透光率和表面性能的情况发生；另一方面是为了避免抗紫外氟膜层在封装板使用过程中抗紫外剂迁移外溢的问题，从而提高抗紫外氟膜的抗紫外寿命。
35.本实施例中，抗紫外氟膜层与氟塑料层的整体厚度为10-50μm，经试验，该厚度的抗紫外氟膜层可以有效保证水蒸气阻隔性能和抗紫外性能达到要求，同时能够在应用后保证光伏电池组件的使用寿命需求。
36.此外，在抗紫外氟膜层与氟塑料层共挤成型后，形成的三层结构还整体经过单向拉伸或双向拉伸。经过单向拉伸或双向拉伸后，一方面可有效提高抗紫外氟膜层(或者抗紫外氟膜层与氟塑料层)的整体强度、表面硬度和抗划性；另一方面也可大幅度提高氟塑料中无定型区域分子链和结晶区域的规则排列，从而提高整个抗紫外氟膜层(或者抗紫外氟膜层与氟塑料层)的结晶度，有效防止水蒸气从无定型区域透过，从而提高封装板的水蒸气阻隔性能，提高硅晶片的使用寿命，尤其是针对抗紫外氟膜层与氟塑料层所形成的三层结构来说，由于抗紫外氟膜层与氟塑料层分别采用不同分子量的氟塑料进行制作，其中，位于中间的抗紫外氟膜层采用高分子量的氟塑料(分子量为40-60万)进行制作，为成型后的三层结构提供高强度的支撑层结构，而位于两侧的氟塑料层分别采用低分子量的氟塑料(分子量为20-40万)进行制作，为成型后的三层结构提供可拉伸性的结构，避免在拉伸过程中出现破膜现象。
37.实施例3
38.本实施例一种光伏电池组件，如图3所示，包括依次连接的前板1、第一胶膜层2、电池片3、第二胶膜层4和背板5；其中，前板和背板均采用实施例2所述的高强耐候封装板。相比传统的光伏电池组件，可有效降低整个光伏电池组件的重量，扩大光伏电池组件的应用范围，而相比现有的高分子材料封装板，上述高强耐候封装板的结构更加简化，且能到相应的技术指标，其加工成本更低，可实现大批量生产应用。此外，上述高强耐候封装板不仅可作为光伏电池组件的前板使用，也可同时作为光伏电池组件的背板使用，其应用范围较广，封装使用也更加灵活。
39.实施例4
40.本实施例一种光伏电池组件，如图4所示，包括依次连接的前板1、第一胶膜层2、电池片3、第二胶膜层4和背板5；其中，前板采用实施例2所述的高强耐候封装板，背板则为进一步改进后形成的高反光阻燃背板。
41.如图4所示，本实施例中的背板包括依次连接的耐候层5-1、背板胶膜层 5-2和高反光阻燃树脂层5-3；其中，高反光阻燃树脂层的制作原料主要包括热塑性树脂和反光无机填料；成型后的高反光阻燃树脂层中，热塑性树脂为基体，反光无机填料分布于基体中。该背板结构中，高反光阻燃树脂层作为最主要的主体结构，采用加入了反光无机填料的热塑性树脂材料进行制备，具有较强的力学支撑能力，同时也能利用反光无机填料分散于热塑性树脂材料中所形成的结构，使整个高反光阻燃树脂层具有较强的反光率，从而能较好地代替现有钢化玻璃背板进行使用。而耐候层的设置，主要是为了增强和提高整个背板结构的耐候性和耐磨性，从而保证其使用寿命。
42.其中，上述高反光阻燃树脂层的制作原料还包括阻燃剂，热塑性树脂、反光无机填
料和阻燃剂三者的重量配比为：热塑性树脂60～95份，反光无机填料 5～40份，阻燃剂0.5～5份。或者，高反光阻燃树脂层的制作原料还包括玻纤，热塑性树脂、反光无机填料和玻纤三者的重量配比为：热塑性树脂60～95份，反光无机填料5～30份，阻燃剂5～20份。
43.上述热塑性树脂为聚酰胺、聚碳酸酯、改性聚苯醚、热塑性聚酯、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种混合。反光无机填料为二氧化钛(tio2)、硫化锌(zns)、一氧化硅(sio)、二氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)、三氧化二镁(ma2o3)、氧化锌(zno)、硫酸钡 (baso4)、氟化物(caf2和mgf2的混合物)、碳化硅(sic)、氧化铬(cr2o3) 或氮化硼(bn)中的一种或多种混合。
44.高反光阻燃树脂层的厚度为0.1～1mm，该厚度保障高反光阻燃树脂层的强度、水蒸气阻隔性能和抗冲击性能。进一步地，在高反光阻燃树脂层与背板胶膜层相接的一面，对高反光阻燃树脂层表面增加电晕处理、纳米涂层或磨砂处理等特殊处理，以提高高反光阻燃树脂层与胶膜eva/poe的胶黏性，及长期使用的可靠性。
45.耐候层为氟塑料层或带有氟涂层的膜层或其他耐候材料制作的膜层。
46.背板胶膜层为热熔胶层或胶水层；背板胶膜层中还添加有抗紫外剂和光稳定剂。其中，抗紫外剂和光稳定剂的加入，可提高胶膜层的耐候性，从而进一步提高整个封装板的耐候性，有效降低其老化速度，延长其使用寿命。
47.上述高反光率阻燃背板的原理是：高反光阻燃树脂层作为最主要的主体结构，要求满足高强度、高反光、阻燃及抗冲强度高等性能要求，因此，通过采用加入了反光无机填料的热塑性树脂材料进行制备，反光无机填料分散于作为基体的热塑性树脂材料中，热塑性树脂基体本身具有较强的力学支撑能力，同时也能利用反光无机填料分散于热塑性树脂材料中所形成的结构，使整个高反光阻燃树脂层具有较强的反光率，从而能较好地代替现有钢化玻璃背板进行使用；耐候层作为背板的表面层结构，主要是利用耐候材料的特性，增强整个背板结构的耐候性和耐磨性，从而保证其使用寿命。
48.如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
技术特征：
1.一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，包括依次连接的抗紫外氟膜层、胶膜层和透明树脂层；其中，抗紫外氟膜层的制作原料主要包括氟塑料和抗紫外剂；透明树脂层的制作原料主要为高强度的热塑性透明树脂材料。2.根据权利要求1所述一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，所述抗紫外氟膜层制作时，其主要原料的重量配比为：氟塑料98～99.8份，抗紫外剂0.2～2份。3.根据权利要求1所述一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，所述抗紫外氟膜层的一侧或两侧还具有氟塑料层，氟塑料层的制作原料主要为氟塑料；抗紫外氟膜层与氟塑料层采用共挤方式成型。4.根据权利要求1或3所述一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，所述抗紫外氟膜层挤出成型后还经过单向拉伸或双向拉伸；或者抗紫外氟膜层与氟塑料层共挤成型后还经过单向拉伸或双向拉伸。5.根据权利要求1或3所述一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，所述抗紫外氟膜层的厚度为10-50μm；或者抗紫外氟膜层与氟塑料层的整体厚度为10-50μm。6.根据权利要求1所述一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，所述透明树脂层的制作原料主要为pctg、pcta、pc、coc、cop、tpx中的一种或多种混合。7.根据权利要求1所述一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，所述透明树脂层的制作原料中还加入阻燃剂；或者还加入阻燃剂和抗紫外剂；或者还加入阻燃剂、抗紫外剂和母。8.根据权利要求1所述一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，所述透明树脂层的厚度为0.2～1.5mm；在透明树脂层与胶膜层相接的一面，对透明树脂层表面增加电晕处理、纳米涂层或磨砂处理。9.根据权利要求1所述一种光伏电池用的高强耐候封装板，其特征在于，所述胶膜层为热熔胶层或胶水层；胶膜层中还添加有抗紫外剂。10.一种光伏电池组件，其特征在于，包括依次连接的前板、第一胶膜层、电池片、第二胶膜层和背板；其中，前板为权利要求1～9任一项所述高强耐候封装板；或者，前板和背板均采用权利要求1～9任一项所述高强耐候封装板。
技术总结
本发明公开一种光伏电池用的高强耐候封装板及光伏电池组件，其高强耐候封装板包括依次连接的抗紫外氟膜层、胶膜层和透明树脂层；抗紫外氟膜层的制作原料主要包括氟塑料和抗紫外剂；透明树脂层的制作原料主要为高强度的热塑性透明树脂材料。其光伏电池组件包括依次连接的前板、第一胶膜层、电池片、第二胶膜层和背板；其中前板为采用上述高强耐候封装板，或者前板和背板均采用上述高强耐候封装板。本发明的封装板重量轻、具有高透光率和高水蒸气阻隔率，可大面积推广应用于光伏电池领域中，且应用后光伏电池组件整体重量轻、且具有较强的抗冲击性能，其耐候性也可达到国家测试标准。其耐候性也可达到国家测试标准。其耐候性也可达到国家测试标准。
