高反射率黑色太阳能背板及其制备方法与流程

1.本发明属于太阳能背板技术领域，具体涉及高反射率黑色太阳能背板及其制备方法。


背景技术：

2.随着建筑光伏一体化的发展，为了兼顾建筑美学，相当一部分的光伏组件被设计成了全黑色，黑色组件需要黑色太阳能背板。
3.众所周知，太阳能组件是利用光电转化进行发电的，太阳能背板作为一种封装材料，也可以反射一部分太阳光，构成光伏发电的一部分。黑色太阳能背板，相对于白色太阳能背板，对太阳光在可见光波段和红外波段都有强烈吸收，使得相同电池的情况下，黑色的组件会比白色组件的发电功率有所下降。而且，红外部分的吸收也会造成光伏组件的升温，进一步降低其发电效率。
4.太阳能背板是由多层的高分子薄膜通过胶水复合或高分子薄膜经过涂料涂覆构成的多层结构，也可以由聚合物多层共挤出工艺制备。
5.现有高反射率黑色太阳能背板多采用具有红外反射的黑色颜料加入涂料中，涂布固化到高分子薄膜上，得到具有高反射率的黑色太阳能背板。但是上述涂布方式中，由于单次涂布的厚度受限，通常只有几微米到十几微米，所以为保证充足的遮盖能力，通常涂料中的颜料需要较高的浓度，进而产生的问题是高浓度的颜料很难分散均匀，而且采用涂层的方式，在户外长期使用中有涂层脱落的风险。另外，涂料通常需要有机溶剂，有机溶剂的挥发也会带来环境问题。


技术实现要素：

6.为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供高反射率黑色太阳能背板及其制备方法，采用聚合物共挤工艺制备而成，通过创新的配方和结构优化，可以实现较高的反射率，可以有效避免采用涂料涂覆而成的黑色背板存在的上述问题。
7.为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
8.高反射率黑色太阳能背板，包括由上至下依次设置的结构层、过渡层和黑色功能层，所述结构层远离过渡层的一面选择性设置耐候层，结构层与耐候层之间选择性设置第二过渡层，结构层采用反射型颜料制成，过渡层和黑色功能层均采用透射型颜料制成，利用透射型颜料在红外光谱区的透过性将射到结构层的光线反射。
9.进一步的，所述结构层的制备原料包括：反射型颜料1-30wt％、聚丙烯或其与烯烃共聚物的混合物65-95wt％、添加剂0.1-5wt％、功能助剂0-5wt％；所述反射型颜料为二氧化钛、氧化锌、二氧化硅、硫酸钡、氧化镁、氧化铝、滑石中的一种或多种的组合。
10.进一步的，所述过渡层的制备原料包括：透射型颜料0.1-10wt％、聚丙烯50-85wt％、烯烃共聚物4-40wt％、添加剂0.1-5wt％、成核剂0-3wt％；所述过渡层中透射型颜料的添加量为黑色功能层中透射型颜料添加量的20-150％。
11.进一步的，所述黑色功能层的制备原料包括：透射型颜料0.1-10wt％、乙烯基树脂合金82-97wt％、添加剂0.1-5wt％、成核剂0-3wt％；所述黑色功能层中透射型颜料的添加量为该层总制备原料重量的0.1-10％。
12.进一步的，所述透射型颜料为高透有机颜料。
13.进一步的，所述高透有机颜料选自蒽醌类、酞菁类、靛青类、喹吖啶酮类、苝系、二噁嗪类、异吲哚啉类、吲哚啉酮类、苯并咪唑酮类、吡咯并吡咯二酮类中的一种或多种的组合。
14.进一步的，所述高透有机颜料包括黑色有机颜料和配色颜料，所述黑色有机颜料和配色颜料的重量比为1：(0.01-0.5)，高透有机颜料的颗粒粒径为0.01-0.20μm。
15.进一步的，所述黑色有机颜料为c.i.颜料黑31、c.i.颜料黑32中的一种或两种的组合，所述配色颜料为c.i.颜料蓝60、c.i.颜料蓝15、c.i.颜料蓝80、c.i.颜料红177、c.i.颜料红122、c.i.颜料红202、c.i.颜料红209、c.i.颜料红88、c.i.颜料红123、c.i.颜料红149、c.i.颜料红178、c.i.颜料红179、c.i.颜料红189、c.i.颜料红190、c.i.颜料红228、c.i.颜料紫19、c.i.颜料紫23、c.i.颜料紫37、c.i.颜料紫29、c.i.颜料黄109、c.i.颜料黄110、c.i.颜料黄139、c.i.颜料橙36、c.i.颜料绿7、c.i.颜料绿36中的一种或多种的组合。
16.进一步的，所述添加剂包括光稳定剂和抗氧剂，所述光稳定剂由紫外线吸收剂和/或紫外线稳定剂组成，所述抗氧剂由主抗氧剂或由主抗氧剂和副抗氧剂组成。
17.本发明还公开了高反射率黑色太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
18.分别将结构层、过渡层和黑色功能层所用制备原料熔融挤出造粒，再分别投入多层共挤工艺设备挤出片材，按照由上至下的顺序叠放，经过冷却定型即可得到所需高反射率黑色太阳能背板，所述结构层远离过渡层的一面选择性设置耐候层，结构层与耐候层之间选择性设置第二过渡层，结构层的厚度为50-500μm，所述过渡层的厚度为5-100μm，所述黑色功能层的厚度为5-100μm。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20.1)本发明先将结构层、过渡层和黑色功能层的制备原料分别熔融挤出造粒，再分别通过多层共挤工艺制备太阳能背板，结构层采用反射型颜料制成，过渡层和黑色功能层均采用透射型颜料制成，利用透射型颜料在红外光谱区的透过性将射到结构层的光线反射,各层厚度易于调整，特别是提供红外透射的过渡层和黑色功能层，相比现有技术中采用涂料涂层的方式，本发明可以采用低浓度、高厚度的方式实现较高的黑色遮盖和更高的反射率；而且过渡层的加入，可以实现将过渡层和黑色功能层中的透射型颜料的用量设置成浓度梯度，同时控制透射型颜料粒径，达到在遮盖能力不减弱的情况下，反射率的进一步提升；
21.2)本发明可选择加入功能助剂，功能助剂为空心玻璃珠、漂珠、红外陶瓷粉、珠光云母粉中的一种或几种的组合，可以在提升反射和热辐射能力的同时，提升太阳能背板自身耐热性；
22.3)本发明通过颜料粒径的控制、过渡层及黑色功能层中助剂的添加，改善分散性，进一步提升反射率。
0.20μm，优选的，高透有机颜料的颗粒粒径为0.01-0.10μm，更优选的，高透有机颜料的颗粒粒径为0.015-0.05μm，更优选的，高透有机颜料的颗粒粒径为0.015-0.025μm。
34.高透有机颜料选自蒽醌类、酞菁类、靛青类、喹吖啶酮类、苝系、二噁嗪类、异吲哚啉类、吲哚啉酮类、苯并咪唑酮类、吡咯并吡咯二酮类中的一种或多种的组合。
35.更具体的是，高透有机颜料包括黑色有机颜料和配色颜料，黑色有机颜料和配色颜料的重量比为1:(0.01-0.5)。
36.更具体的是，黑色有机颜料为c.i.颜料黑31、c.i.颜料黑32中的一种或两种的组合。配色颜料为c.i.颜料蓝60、c.i.颜料蓝15、c.i.颜料蓝80、c.i.颜料红177、c.i.颜料红122、c.i.颜料红202、c.i.颜料红209、c.i.颜料红88、c.i.颜料红123、c.i.颜料红149、c.i.颜料红178、c.i.颜料红179、c.i.颜料红189、c.i.颜料红190、c.i.颜料红228、c.i.颜料紫19、c.i.颜料紫23、c.i.颜料紫37、c.i.颜料紫29、c.i.颜料黄109、c.i.颜料黄110、c.i.颜料黄139、c.i.颜料橙36、c.i.颜料绿7、c.i.颜料绿36中的一种或多种的组合。
37.本发明可选择性加入成核剂，其加入可改善聚合物的结晶性能，增加透光度，成核剂为二甲亚基山梨醇(dbs)、双(对-甲基-二苯亚甲基山梨醇)(mdbs)、双(对-乙基-二苯亚甲基山梨醇)、双(3,4-二甲基-二苯亚甲基山梨醇)(dmdbs)、2,2'-亚甲基双(4,6-二叔丁基苯基)磷酸酯钠、双(4-叔丁基苯甲酸)羟基铝、n,n
’‑
二环己基-2-6-萘二羧酰胺中的一种或多种的组合。
38.本发明的结构层远离过渡层的一面选择性设置耐候层，耐候层的制备原料包括聚丙烯或其与烯烃共聚物的混合物、填料和添加剂，按重量百分含量计，耐候层的制备原料包括：
39.聚丙烯或其与烯烃共聚物的混合物65-95wt％、填料1-30wt％，添加剂0.1-5wt％。
40.本发明的结构层与耐候层之间选择性设置第二过渡层，按重量百分含量计，第二过渡层的制备原料包括聚丙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯、马来酸酐接枝聚乙烯中的一种或多种的组合或其与烯烃共聚物的合金65-97wt％、填料2-30wt％和添加剂0.1-5wt％。
41.填料为二氧化钛、炭黑、二氧化硅、碳酸钙、硫酸钡、滑石粉中的一种或多种的组合。
42.烯烃共聚物为乙烯与丙烯、丁烯、己烯、辛烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、醋酸乙烯酯中的至少一种合成的共聚物和/或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物。
43.聚丙烯的熔融焓为60-100j/g，熔点160-170℃，维卡软化温度》150℃，熔体流动速率mfi＝1-10g/10min(230℃，2.16kg)，与加工性匹配。本发明选用熔融焓较低的聚丙烯，其结晶度较低，透明度较高，而且低温韧性会较高；选用熔点和维卡软化温度较高的聚丙烯，可以提升背板的整体耐高温性能。
44.另一方面，本发明公开了高反射率黑色太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
45.分别将结构层、过渡层和黑色功能层所用制备原料熔融挤出造粒，再分别投入多层共挤工艺设备挤出片材，按照由上至下的顺序叠放，经过冷却定型即可得到所需高反射率黑色太阳能背板，结构层远离过渡层的一面选择性设置耐候层，结构层与耐候层之间选择性设置第二过渡层，结构层的厚度为50-500μm，优选为100-400μm，过渡层的厚度为5-100μm，优选为10-50μm，黑色功能层的厚度为5-100μm，优选为10-50μm，第二过渡层的厚度为5-100μm，优选为10-50μm，耐候层的厚度为5-100μm，优选为10-50μm。
46.实施例1
47.高反射率黑色太阳能背板，其包括由上至下依次设置的结构层、过渡层和黑色功能层，结构层远离过渡层的一面设置耐候层，结构层与耐候层之间设置第二过渡层，结构层采用反射型颜料提供高反射率，过渡层和黑色功能层均采用透射型颜料，利用透射型颜料在红外光谱区的透过性将射到结构层的光线反射。
48.结构层的制备原料包括：
49.反射型颜料二氧化钛15份、聚丙烯84.6份、光稳定剂uv-531 0.2份、抗氧化剂10760.2份。
50.过渡层的制备原料包括：
51.透射型颜料3.5份、聚丙烯66份、烯烃共聚物乙烯-丙烯共聚物30份、光稳定剂uv-5310.2份、抗氧化剂1076 0.3份。
52.过渡层中透射型颜料粒径为0.015-0.02μm，包括黑色有机颜料c.i.颜料黑32 3份、配色颜料c.i.颜料红149 0.3份、配色颜料c.i.颜料黄110 0.2份。
53.黑色功能层的制备原料包括：
54.透射型颜料3.5份、乙烯基树脂合金96份、光稳定剂uv-531 0.2份、抗氧化剂1076 0.3份。
55.黑色功能层中透射型颜料粒径为0.015-0.02μm，包括黑色有机颜料c.i.颜料黑32 3份、配色颜料c.i.颜料红149 0.3份、配色颜料c.i.颜料黄110 0.2份。
56.耐候层的制备原料包括：
57.聚丙烯80份、烯烃共聚物乙烯-辛烯共聚物15份、炭黑4.6份、光稳定剂uv-531 0.2份、抗氧化剂1076 0.2份。
58.第二过渡层的制备原料包括：
59.聚丙烯50份、马来酸酐接枝聚丙烯45份、炭黑4.6份、光稳定剂uv-531 0.2份、抗氧化剂1076 0.2份。
60.高反射率黑色太阳能背板的制备方法，包括以下步骤：
61.分别将结构层、过渡层、黑色功能层、耐候层、第二过渡层所用制备原料投入双螺杆挤出机熔融挤出造粒，然后烘干待用；
62.将已经烘干的各层粒子分别投入多层共挤工艺设备，根据厚度调整挤出机转速或熔体泵速，挤出五种片材，按照上述顺序叠放，经过冷却定型即可得到所需高反射率黑色太阳能背板，其中，结构层的厚度为200μm，过渡层的厚度为30μm，黑色功能层的厚度为40μm，第二过渡层的厚度为30μm，耐候层的厚度为40μm。
63.实施例2
64.本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的过渡层的制备原料包括：
65.透射型颜料2份、聚丙烯67.6份、烯烃共聚物乙烯-丙烯共聚物30份、光稳定剂uv-5310.2份、抗氧化剂1076 0.2份。
66.过渡层中透射型颜料粒径为0.015-0.02μm，包括黑色有机颜料c.i.颜料黑32 1.7份、配色颜料c.i.颜料红149 0.2份、配色颜料c.i.颜料黄110 0.1份。
67.余同实施例1。
68.实施例3
69.本实施例与实施例的区别在于，本实施例的过渡层的制备原料包括：
70.透射型颜料3.5份、聚丙烯66份、烯烃共聚物乙烯-丙烯共聚物30份、光稳定剂uv-5310.2份、抗氧化剂1076 0.3份。
71.过渡层中透射型颜料粒径为0.015-0.03μm，包括黑色有机颜料c.i.颜料黑32 3份、配色颜料c.i.颜料红149 0.3份、配色颜料c.i.颜料黄110 0.2份。
72.黑色功能层的制备原料包括：
73.透射型颜料3.5份、乙烯基树脂合金96份、光稳定剂uv-531 0.2份、抗氧化剂1076 0.3份。
74.黑色功能层中透射型颜料粒径为0.025-0.03μm，包括黑色有机颜料c.i.颜料黑32 3份、配色颜料c.i.颜料红149 0.3份、配色颜料c.i.颜料黄110 0.2份。
75.余同实施例1。
76.实施例4
77.本实施例与实施例的区别在于，本实施例的结构层的制备原料包括：
78.反射型颜料二氧化钛15份、聚丙烯81.6份、光稳定剂uv-531 0.2份、抗氧化剂10760.2份、空心玻璃珠3份。
79.余同实施例1。
80.对比例1
81.市售普通黑色背板。
82.对比例2
83.市售采用涂料涂覆工艺制备的黑色背板。
84.为验证本发明，对实施例1-4及对比例1-2进行反射率、机械性能、耐热性能测试。反射率测试参考iec 62788：2016；邵氏硬度a测试参考标准gb/t 531.1-2008；耐热性能测试为测试背板结构层的热变形温度hdt，参考标准astm d648(负载455kpa)。测试结果如表1所示。
85.表1
[0086][0087]
通过以上测试，可以看出实施例1-4在700-1100nm的反射率均大于市售涂料涂覆工艺制备的黑色背板。
[0088]
在实施例1-4中，实施例2和实施例1对比可知，过渡层和黑色功能层形成浓度梯
度，有助于提升反射率。实施例3中，颜料粒径增加，反射率发生了明显降低。实施例4空心玻璃珠的加入，背板在反射率提升的同时，硬度及耐热性能也得到了提升。
[0089]
未具体描述的部分采用现有技术即可，可直接市场购买得到，在此不做赘述。
[0090]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，包括由上至下依次设置的结构层、过渡层和黑色功能层，所述结构层远离过渡层的一面选择性设置耐候层，结构层与耐候层之间选择性设置第二过渡层，结构层采用反射型颜料制成，过渡层和黑色功能层均采用透射型颜料制成，利用透射型颜料在红外光谱区的透过性将射到结构层的光线反射。2.根据权利要求1所述的高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，所述结构层的制备原料包括：反射型颜料1-30wt％、聚丙烯或其与烯烃共聚物的混合物65-95wt％、添加剂0.1-5wt％、功能助剂0-5wt％；所述反射型颜料为二氧化钛、氧化锌、二氧化硅、硫酸钡、氧化镁、氧化铝、滑石中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，所述过渡层的制备原料包括：透射型颜料0.1-10wt％、聚丙烯50-85wt％、烯烃共聚物4-40wt％、添加剂0.1-5wt％、成核剂0-3wt％；所述过渡层中透射型颜料的添加量为黑色功能层中透射型颜料添加量的20-150％。4.根据权利要求1所述的高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，所述黑色功能层的制备原料包括：透射型颜料0.1-10wt％、乙烯基树脂合金82-97wt％、添加剂0.1-5wt％、成核剂0-3wt％。5.根据权利要求3或4所述的高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，所述透射型颜料为高透有机颜料。6.根据权利要求5所述的高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，所述高透有机颜料选自蒽醌类、酞菁类、靛青类、喹吖啶酮类、苝系、二噁嗪类、异吲哚啉类、吲哚啉酮类、苯并咪唑酮类、吡咯并吡咯二酮类中的一种或多种的组合。7.根据权利要求5所述的高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，所述高透有机颜料包括黑色有机颜料和配色颜料，所述黑色有机颜料和配色颜料的重量比为1：(0.01-0.5)，高透有机颜料的颗粒粒径为0.01-0.20μm。8.根据权利要求7所述的高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，所述黑色有机颜料为c.i.颜料黑31、c.i.颜料黑32中的一种或两种的组合，所述配色颜料为c.i.颜料蓝60、c.i.颜料蓝15、c.i.颜料蓝80、c.i.颜料红177、c.i.颜料红122、c.i.颜料红202、c.i.颜料红209、c.i.颜料红88、c.i.颜料红123、c.i.颜料红149、c.i.颜料红178、c.i.颜料红179、c.i.颜料红189、c.i.颜料红190、c.i.颜料红228、c.i.颜料紫19、c.i.颜料紫23、c.i.颜料紫37、c.i.颜料紫29、c.i.颜料黄109、c.i.颜料黄110、c.i.颜料黄139、c.i.颜料橙36、c.i.颜料绿7、c.i.颜料绿36中的一种或多种的组合。9.根据权利要求2-4任一所述的高反射率黑色太阳能背板，其特征在于，所述添加剂包括光稳定剂和抗氧剂，所述光稳定剂由紫外线吸收剂和/或紫外线稳定剂组成，所述抗氧剂由主抗氧剂或由主抗氧剂和副抗氧剂组成。10.根据权利要求1-9任一所述的高反射率黑色太阳能背板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：分别将结构层、过渡层和黑色功能层所用制备原料熔融挤出造粒，再分别投入多层共挤工艺设备挤出片材，按照由上至下的顺序叠放，经过冷却定型即可得到所需高反射率黑色太阳能背板，所述结构层远离过渡层的一面选择性设置耐候层，结构层与耐候层之间选择性设置第二过渡层，结构层的厚度为50-500μm，所述过渡层的厚度为5-100μm，所述黑色
功能层的厚度为5-100μm。

技术总结
本发明公开了高反射率黑色太阳能背板及其制备方法，该太阳能背板包括由上至下设置的结构层、过渡层和黑色功能层，结构层远离过渡层的一面选择性设耐候层，结构层与耐候层之间选择性设第二过渡层，结构层采用反射型颜料制成，过渡层和黑色功能层均采用透射型颜料制成，利用透射型颜料在红外光谱区的透过性将射到结构层的光线反射。本发明通过多层共挤工艺制备高反射率黑色太阳能背板，各层厚度可控，可采用低浓度、高厚度的方式实现较高的黑色遮盖和更高的反射率，通过控制过渡层与黑色功能层中透射型颜料的添加量及颜料粒径协同提升反射率，通过添加功能助剂等可在提升反射和热辐射能力的同时，提升太阳能背板自身的耐热性。性。


技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：绍兴华源新材料科技有限公司
技术研发日：2022.01.06
技术公布日：2023/7/20