CN103311344B - 一种用于太阳能电池背板的材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于太阳能电池背板的材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池背板用的杂化聚合物材料，利用该材料可生产单层的太阳能电池背板，该杂化共聚物由(I)特定质量比(0.3～0.65:1之间)的碳酸铕和氧化石墨烯组成的功能性粉末和(II)间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、3-氟-1,2-丙二醇、1,4丁二醇几种单体共聚得到的共聚物组成，其中功能性粉末在共聚物合成过程中加入。利用本材料制备的单层太阳能电池背板降低了太阳能电池背板生产时的工艺复杂性，避免了胶黏剂的使用，并有着优异的抗阻隔和机械性能。

Description

一种用于太阳能电池背板的材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，特别是一种太阳能电池的背板，更具体的是生产太阳能电池背板用的材料。
技术背景
太阳能是一种可再生能源，也是人类可利用的最丰富的能源。随着不可再生能源的逐渐匮乏以及矿物资源在生产、使用中产生的各种污染问题，太阳能作为可循环使用的清洁能源在各个国家得到了前所未有的迅速发展。太阳能发电又称为光伏发电，通常是利用半导体器件的光伏效应进行光电转换。所需的太阳能电池（又称为光伏电池）通常由玻璃、EVA、硅片电池片、背板组成，其中背板位于光伏电池背面的最外层，是光伏电池的重要组成部分，除了封装以外，最重要的是起到保护光伏电池不受到环境影响的作用。太阳能电池背板直接与外界环境大面积接触，要具备25年之久的长期保护功能，包括可靠的绝缘、耐长期老化(湿热、干热、紫外)、水蒸气阻隔等性能。
用作太阳能电池背板的材料主要有PVDF、PVF、PET、ETFE、ECTFE、PTFE、FEVE、PE、EVA、PEN、PA。通常太阳能电池背板需要由几层材料组成。一类是以PET基膜作为中间层，两面复合上改性的聚酯薄膜构成，即：改性聚酯薄膜/普通聚酯薄膜/改性聚酯薄膜结构，其中改性聚酯薄膜材料的作用相当于含氟薄膜。还有一类是以PET薄膜作为基材，在表面涂覆含氟的树脂，待树脂固化后形成氟膜层，如CN102945877A中公开的一种太阳能电池背板包括耐候层、粘结层、阻隔层、增强层、粘结反射层等，其中的阻隔层又由无机层和聚萘二甲酸乙二醇酯构成的有机层组成，CN102408842A中公开的一种太阳能电池背板用基材膜及其制备方法，这种基材膜包括含有第一聚合物的片形载体和设置在其上的易粘合层，易粘合层又包括无机细粒和粘合剂。
目前使用的太阳能电池背板的多层结构之间通常需要用到胶黏剂，胶黏剂的使用在太阳能电池生产和使用过程中会带来环境问题，同时多层板的结构也带来了生产工艺的复杂性以及生产成本的上升和效率的降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于太阳能电池背板的材料及其制备方法，利用该材料可单独制备太阳能电池背板，而不需与其他材料进行复合，即可达到太阳能电池背板的使用要求。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于太阳能电池背板的材料，通过如下步骤制得：
步骤一，将3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入反应釜中，然后将2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，开动搅拌器；
步骤二，将步骤一得到的混合物加热，再加入催化剂，在搅拌状态下反应，然后加入功能性粉末，搅拌；
步骤三，用真空泵抽取反应釜中空气，反应，得到最终产物；
步骤四，将最终产物经过挤出、双向拉伸和电晕后得到薄膜，切割后可作为太阳能电池背板使用。
本发明与现有技术相比，其显著优点：1.利用将碳酸铕和氧化石墨烯组成的功能性粉末所制备的杂化材料，所制备的单层薄膜具备良好的机械强度的同时，在水汽阻隔性、氧气阻隔性、抗紫外线性能等方面均符合太阳能电池背板的使用要求，并且性能优异。2.本发明的单层结构的太阳能电池背板减少了生产工序，并且避免了胶黏剂的使用，对环境有益，且性能良好。3.利用该材料制备的太阳能电池背板与EVA有着良好的粘结性能，其机械性能、水汽阻隔性等均非常优异。
具体实施方式
本发明的一种用于太阳能电池背板的材料，通过如下步骤制得：
步骤一，将3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入反应釜中，然后将2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，开动搅拌器，转速在每分钟60～100转；其中3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇的摩尔比为1.0～3.0:1；2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸的摩尔比为0.3～2.6:1；3-氟-1,2-丙二醇、1,4丁二醇的总摩尔数与2,6-萘二甲酸、间苯二甲酸的总摩尔数之比为1.0～1.47:1。
步骤二，将步骤一得到的混合物加热至200-220℃，加入催化剂，加入量为步骤一中醇、酸总质量的70-230ppm，在搅拌状态下反应3-6小时，然后加入功能性粉末，将搅拌转速升至每分钟200转以上，搅拌30-50分钟；其中催化剂为钛酸四丁酯、醋酸锌、钨酸钠中的1种或几种；功能性粉末为碳酸铕和氧化石墨烯的混合物，碳酸铕分子式为C3H2Eu2O10，粒径小于20微米，氧化石墨烯粒径在30微米以下；碳酸铕和氧化石墨烯的质量比为0.3～0.65:1，优选0.4～0.55:1；功能性粉末的总质量为步骤一中醇、酸总质量的1.0-11.9%；
步骤三，用真空泵抽取反应釜中空气，在1.5～3小时内使体系内的真空度大于100Pa，然后在210-260℃下反应3-5小时，即得到本发明所述的材料；
步骤四，将步骤三得到的材料经过挤出、双向拉伸和电晕后得到厚度大于250微米的薄膜，切割后可作为太阳能电池背板使用。
本发明对制备的用于太阳能电池背板材料进行性能检测，其中水汽透过率依据GB/T21529所述方法进行测试；击穿电压依据GB/T1408所述方法测试；光伏(PV)组件紫外试验按照GB/T19394-2003所述方法进行测试；EVA附着力测试按照ASTM D-1876所述方法进行测试；拉伸强度按照GB/T13022所述方法进行测试。
本发明的实施例详细说明如下，本发明并非局限在实施例范围。
实施例一：
将摩尔比1:1的3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入带有回流和搅拌装置的反应釜中，然后将摩尔比0.9:1的2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，其中二元醇的总摩尔数和二元酸的总摩尔数之比控制在1.40：1，开动搅拌器，转速为每分钟60转；将该混合物加热至210℃，加入相对醇、酸总质量100ppm的钛酸四丁酯和20ppm的钨酸钠，在搅拌状态下反应4小时，然后加入质量比为0.4:1的水合碳酸铕和氧化石墨烯，加入量为醇、酸总质量的9%；将搅拌转速升至每分钟210转，搅拌30分钟；随后用真空泵抽取反应釜中空气，用1.5小时使体系的真空度大于100Pa，然后在210℃下反应3小时，即得到本发明所述的材料。将该材料经过挤出、双向拉伸和电晕后得到厚度为253微米的薄膜，切割后作为太阳能电池背板使用。
实施例二：
将摩尔比2:1的3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入带有回流和搅拌装置的反应釜中，然后将摩尔比0.4:1的2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，其中二元醇的总摩尔数和二元酸的总摩尔数之比控制在1.2:1，开动搅拌器，转速在每分钟60转；将该混合物加热至220℃，加入相对醇、酸总质量200ppm的醋酸锌和30ppm的钨酸钠，在搅拌状态下反应4小时，然后加入质量比0.48:1的水合碳酸铕和氧化石墨烯，加入量为醇、酸总质量的7%；将搅拌转速升至每分钟210转，搅拌30分钟；随后用真空泵抽取反应釜中空气，用2小时使体系的真空度大于100Pa，然后在240℃下反应4小时，即得到本发明所述的材料。将该材料经过挤出、双向拉伸和电晕后得到厚度为270微米的薄膜，切割后作为太阳能电池背板使用。
实施例三：
将摩尔比3:1的3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入带有回流和搅拌装置的反应釜中，然后将摩尔比1:1的2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，其中二元醇的总摩尔数和二元酸的总摩尔数之比控制在1.4:1，开动搅拌器，转速在每分钟80转；将该混合物加热至210℃，加入相对醇、酸总质量200ppm的醋酸锌和30ppm的钨酸钠，在搅拌状态下反应4小时，然后加入质量比0.6:1的水合碳酸铕和氧化石墨烯，加入量为醇、酸总质量的19%；将搅拌转速升至每分钟220转，搅拌30分钟；随后用真空泵抽取反应釜中空气，用2小时使体系的真空度大于100Pa，然后在240℃下反应5小时，即得到本发明所述的材料。将该材料经过挤出、双向拉伸和电晕后得到厚度为263微米的薄膜，切割后作为太阳能电池背板使用。
实施例四：
将摩尔比1.5:1的3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入带有回流和搅拌装置的反应釜中，然后将摩尔比2.6:1的2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，其中二元醇的总摩尔数和二元酸的总摩尔数之比控制在1.4:1，开动搅拌器，转速在每分钟80转；将该混合物加热至210℃，加入相对醇、酸总质量100ppm的钛酸四丁酯和20ppm的钨酸钠，在搅拌状态下反应3小时，然后加入质量比0.5:1的水合碳酸铕和氧化石墨烯，加入量为醇、酸总质量的19%；将搅拌转速升至每分钟220转，搅拌30分钟；随后用真空泵抽取反应釜中空气，用3小时使体系的真空度大于100Pa，然后在250℃下反应5小时，即得到本发明所述的材料。将该材料经过挤出、双向拉伸和电晕后得到厚度为259微米的薄膜，切割后作为太阳能电池背板使用。
实施例五：
将摩尔比2:1的3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入带有回流和搅拌装置的反应釜中，然后将摩尔比0.5:1的2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，其中二元醇的总摩尔数和二元酸的总摩尔数之比控制在1.35:1，开动搅拌器，转速在每分钟70转；将该混合物加热至210℃，加入相对醇、酸总质量100ppm的钛酸四丁酯，在搅拌状态下反应4小时，然后加入质量比0.62:1的水合碳酸铕和氧化石墨烯，加入量为醇、酸总质量的2%；将搅拌转速升至每分钟200转，搅拌30分钟；随后用真空泵抽取反应釜中空气，用3小时使体系的真空度大于100Pa，然后在250℃下反应5小时，即得到本发明所述的材料。将该材料经过挤出、双向拉伸和电晕后得到厚度为270微米的薄膜，切割后作为太阳能电池背板使用。
实施例六：
将摩尔比1.8:1的3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入带有回流和搅拌装置的反应釜中，然后将摩尔比2.6:1的2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，其中二元醇的总摩尔数和二元酸的总摩尔数之比控制在1:1，开动搅拌器，转速在每分钟70转；将该混合物加热至210℃，加入相对醇、酸总质量100ppm的钛酸四丁酯和20ppm的钨酸钠，在搅拌状态下反应4小时，然后加入质量比0.6:1的水合碳酸铕和氧化石墨烯，加入量为醇、酸总质量的5%；将搅拌转速升至每分钟210转，搅拌30分钟；随后用真空泵抽取反应釜中空气，用3小时使体系的真空度大于100Pa，然后在260℃下反应4小时，即得到本发明所述的材料。将该材料经过挤出、双向拉伸和电晕后得到厚度为267微米的薄膜，切割后作为太阳能电池背板使用。
实施例七：
将摩尔比2:1的3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入带有回流和搅拌装置的反应釜中，然后将摩尔比2:1的2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，其中二元醇的总摩尔数和二元酸的总摩尔数之比控制在1.47:1，开动搅拌器，转速在每分钟80转；将该混合物加热至220℃，加入相对醇、酸总质量70ppm的钨酸钠，在搅拌状态下反应3小时，然后加入质量比0.55:1的水合碳酸铕和氧化石墨烯，加入量为醇、酸总质量的14%；将搅拌转速升至每分钟210转，搅拌30分钟；随后用真空泵抽取反应釜中空气，用3小时使体系的真空度大于100Pa，然后在260℃下反应4小时，即得到本发明所述的材料。将该材料经过挤出、双向拉伸和电
晕后得到厚度为254微米的薄膜，切割后作为太阳能电池背板使用。
本发明所制备的用于太阳能电池背板材料各性能检测结果如表一。
表一各实施例材料所得太阳能电池背板的性能

Claims (10)

1.一种用于太阳能电池背板的材料，其特征在于，通过以下方法制备：
步骤一，将3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入反应釜中，然后将2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，开动搅拌器进行反应；3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇的摩尔比为1.0～3.0:1；2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸的摩尔比为0.3～2.6:1；3-氟-1,2-丙二醇、1,4丁二醇的总摩尔数与2,6-萘二甲酸、间苯二甲酸的总摩尔数之比为1.0～1.47:1；
步骤二，将步骤一得到的混合物加热，再加入催化剂，在搅拌状态下反应，然后加入功能性粉末，搅拌；其中功能性粉末为碳酸铕和氧化石墨烯的混合物，碳酸铕和氧化石墨烯的质量比为0.3～0.65:1，功能性粉末的总质量为步骤一中醇、酸总质量的1.0-11.9％；催化剂为钛酸四丁酯、醋酸锌、钨酸钠中的1种或几种，加入量为步骤一中醇、酸总质量的70-230ppm；
步骤三，用真空泵抽取反应釜中空气，反应，得到最终产物；
步骤四，将最终产物经过挤出、双向拉伸和电晕后得到薄膜，切割后可作为太阳能电池背板使用。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能电池背板的材料，其特征在于，步骤一中，搅拌器转速为每分钟60～100转。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能电池背板的材料，其特征在于，步骤二中，加热温度为200-220℃；在搅拌状态下反应3-6小时；加入功能性粉末后，搅拌转速为每分钟200转以上，搅拌30-50分钟；所述功能性粉末中碳酸铕分子式为C3H2Eu2O10，粒径小于20微米，氧化石墨烯粒径在30微米以下。
4.根据权利要求3所述的用于太阳能电池背板的材料，其特征在于，所述碳酸铕和氧化石墨烯的质量比为0.4～0.55:1。
5.根据权利要求3所述的用于太阳能电池背板的材料，其特征在于，步骤三中，在1.5～3小时内使反应釜中真空度大于100Pa，然后在210-260℃下反应3-5小时。
6.一种用于太阳能电池背板的材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一，将3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇加入反应釜中，然后将2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸加入其中，开动搅拌器进行反应；3-氟-1,2-丙二醇和1,4丁二醇的摩尔比为1.0～3.0:1；2,6-萘二甲酸和间苯二甲酸的摩尔比为0.3～2.6:1；3-氟-1,2-丙二醇、1,4丁二醇的总摩尔数与2,6-萘二甲酸、间苯二甲酸的总摩尔数之比为1.0～1.47:1；
步骤二，将步骤一得到的混合物加热，再加入催化剂，在搅拌状态下反应，然后加入功能性粉末，搅拌；其中功能性粉末为碳酸铕和氧化石墨烯的混合物，碳酸铕和氧化石墨烯的质量比为0.3～0.65:1，功能性粉末的总质量为步骤一中醇、酸总质量的1.0-11.9％；催化剂为钛酸四丁酯、醋酸锌、钨酸钠中的1种或几种，加入量为步骤一中醇、酸总质量的70-230ppm；
步骤三，用真空泵抽取反应釜中空气，反应，得到最终产物；
步骤四，将最终产物经过挤出、双向拉伸和电晕后得到薄膜，切割后可作为太阳能电池背板使用。
7.根据权利要求6所述的用于太阳能电池背板的材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，搅拌器转速为每分钟60～100转。
8.根据权利要求6所述的用于太阳能电池背板的材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，加热温度为200-220℃；在搅拌状态下反应3-6小时；加入功能性粉末后，搅拌转速为每分钟200转以上，搅拌30-50分钟；所述功能性粉末中碳酸铕分子式为C3H2Eu2O10，粒径小于20微米，氧化石墨烯粒径在30微米以下。
9.根据权利要求6所述的用于太阳能电池背板的材料的制备方法，其特征在于，所述碳酸铕和氧化石墨烯的质量比为0.4～0.55:1。
10.根据权利要求6所述的用于太阳能电池背板的材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，在1.5～3小时内使反应釜中真空度大于100Pa，然后在210-260℃下反应3-5小时。
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Inventor after: Xu Yong

Inventor after: Zeng Hao

Inventor after: Li Linshuang

Inventor after: Wang Yating

Inventor after: Lv Panpan

Inventor after: Zhang Jingjing

Inventor after: Li Xuan

Inventor before: Xu Yong

COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: XU YONG TO: XU YONG CENG HAO LI LINSHUANG WANG YATING LV SHANSHAN ZHANG JINGJING LI XUAN

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