CN103897341B

CN103897341B - 柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜及制备方法

Info

Publication number: CN103897341B
Application number: CN201210589278.8A
Authority: CN
Inventors: 张迎晨; 吴红艳
Original assignee: Zhongyuan University of Technology
Current assignee: Zhongyuan University of Technology
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103897341A

Abstract

本发明公开了一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜及其制备方法，该膜由下述重量份的如下组份制成：环氧树脂100；纳米铝粉0.0001‑0.1；光固化剂0.5~1.25；抗氧剂0.1~0.2；紫外吸收剂0.1~0.2；胺类光稳定剂0.1~0.2。本发明所制作出来的产品，附于薄膜太阳能电池受光表面或做太阳能电池的上封装膜，直接提高柔性或薄膜太阳能电池的发电效率。

Description

柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜及制备方法

技术领域

本发明涉及一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜及其制备方法，通过使用该膜封装在柔性或薄膜太阳能电池入光面的表面，直接提高柔性或薄膜太阳能电池的效率。

背景技术

在太阳能的有效利用项目当中：光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域。一般太阳能电池的制作主要是以半导体材料为基础，利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应发电。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为：1、硅太阳能电池；2、以无机盐如砷化镓III-V化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的太阳能电池；3、以功能高分子材料制备的太阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。

现有技术工作效率最高的是以III-V族半导体无机材料为原材料的产品。例如:砷化镓/锗单一接面型的量子井陷晶结构，其光电转换效率可达>18 % ；而多重接面量子井陷晶结构之太阳电池，例如: 磷化铟镓/砷化镓/锗，其光电转换效率可高达>30 %。目前应用最广，以硅为主：包括非晶硅，光电转换效率约9 %；多晶硅，光电转换效率约14 %；单晶硅，光电转换效率约17 %。虽然在价格上，VI族元素Si要比III-V族半导体GaAs便宜，但其制造的价格，与高分子有机太阳能电池相比，还是昂贵许多；而在应用上，质轻又无破裂之虞的全塑化有机太阳能电池可经由印刷的加工实现，除价格降低外，更适合可携式电子产品的需求，且在室内或阴天均能正常使用（这是硅质太阳能电池所无法达到的），使得它的实用性及市场应用广度更加提升。

太阳能电池是一项关键技术，会推进更清洁的能源生产。但是太阳能电池的成本问题，降低了太阳能技术的经济竞争力。为克服这个问题，薄膜太阳能电池是目前广泛应用的技术，可以大量减少昂贵半导体材料的使用量，但薄膜太阳能电池的光吸收量较低，性能比不上传统的太阳能电池。薄膜太阳能模块是由玻璃基板、金属层、透明导电层、电器功能盒、胶合材料、半导体层等所构成的。有机-无机复合太阳能电池是基于有机共轭高分子-无机纳米晶复合材料体系的太阳能电池，因同时具有机高分子材料成膜性好，能级结构及带隙易于调节，可以通过湿法制备低成本、大面积、柔性太阳能电池器件以及无机纳米晶材料高稳定性，高迁移率，可构筑有序纳米结构等优点，而成为近年来太阳能电池领域的研究热点。金属纳米粒子可以引导光更好地进入太阳能电池，防止光逃逸。在传统的“厚膜”太阳能电池中，纳米粒子没有什么效果，因为所有的光线吸收都是通过这种膜，这就依赖它的厚度。然而，对于薄膜而言，纳米粒子就可以发挥很大作用。它们的散射增加了光停留在薄膜中的时间，使总体吸收的光达到一种水平，可以媲美传统的太阳能电池。

铝与银纳米粒子在可见部分的频谱中，可以很好地聚焦光线进入太阳能电池。但是光学共振也会导致纳米粒子吸收光，这就意味着太阳能电池的效率会较低。银纳米粒子共振正好处在太阳能电池关键吸收光谱部分，所以光的吸收是相当可观的。铝纳米粒子共振超出了太阳能电池关键光谱部分。对能量的损耗较小，此外，铝粒子很容易钝化，虽然会改变形状和大小，钝化后纳米粒子属性变化很小。纳米粒子有凹凸不平的表面，散射光线会更多地进入广谱波长范围。这会带来更大的吸收，从而提高电池的整体效率。

凡分子结构中含有环氧基团的高分子化合物统称为环氧树脂。固化后的环氧树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘接强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性较好，对碱及大部分溶剂稳定，因而广泛应用于国防、国民经济各部门，作浇注、浸渍、层压料、粘接剂、涂料等用途。就环氧树脂而言其特点为：1．形式多样。各种树脂、固化剂、改性剂体系几乎可以适应各种应用对形式提出的要求，其范围可以从极低的粘度到高熔点固体。 2．固化方便。选用各种不同的固化剂，环氧树脂体系几乎可以在0～180℃温度范围内固化。 3．粘附力强。环氧树脂分子链中固有的极性羟基和醚键的存在，使其对各种物质具有很高的粘附力。环氧树脂固化时的收缩性低，产生的内应力小，这也有助于提高粘附强度。 4．收缩性低。环氧树脂和所用的固化剂的反应是通过直接加成反应或树脂分子中环氧基的开环聚合反应来进行的，没有水或其它挥发性副产物放出。它们和不饱和聚酯树脂、酚醛树脂相比，在固化过程中显示出很低的收缩性（小于2%）。 5．力学性能。固化后的环氧树脂体系具有优良的力学性能。 6．电性能。固化后的环氧树脂体系是一种具有高介电性能、耐表面漏电、耐电弧的优良绝缘材料。7．化学稳定性。通常，固化后的环氧树脂体系具有优良的耐碱性、耐酸性和耐溶剂性。像固化环氧体系的其它性能一样，化学稳定性也取决于所选用的树脂和固化剂。适当地选用环氧树脂和固化剂，可以使其具有特殊的化学稳定性能。 8．尺寸稳定性。上述的许多性能的综合，使环氧树脂体系具有突出的尺寸稳定性和耐久性。 9．耐霉菌。固化的环氧树脂体系耐大多数霉菌，可以在苛刻的热带条件下使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜及其制备方法，通过使用该膜封装在柔性或薄膜太阳能电池入光面的表面，直接提高柔性或薄膜太阳能电池的效率。并具经封装的柔性或薄膜太阳能电池具有自清洁的作用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜，由下述重量份的如下组份制成：环氧树脂100；纳米铝粉0.0001-0.1；光固化剂0.5~1.25；抗氧剂0.1~0.2；紫外吸收剂0.1~0.2；胺类光稳定剂0.1~0.2。

所述的环氧树脂基树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂中的一种或几种混合。

所述的胺类光稳定剂为双（1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酯、（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、聚丁二酸（4羟基-2,2,6,6-四甲基-1哌啶乙醇酯）中的一种或几种的混合。

所述的光固化剂为芳香族羰基化合物，主要是苯基酮系化合物，如联苯甲酰，二苯甲酮，安息香及其醚类衍生物。

所述的抗氧化剂为三（2，4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、二硬脂酸基季戊四醇二亚磷酸酯、亚磷酸三（单壬基苯和二壬基苯混合酯）、三（壬基苯）亚磷酸酯、四[B-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、B-（4-羟基-3，5二叔丁基苯基）丙酸正十八蚕碳醇酯或N，N‘-1，6-己二基二（3，5-二（1，1-二甲基乙基）-4-羟基苯丙酰）中一种或几种的混合。

所述的紫外光吸收剂为2-羟基-4甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4正辛氧基二苯甲酮或2-[4,5-双（2,4-二甲基苯基）-1,3,5-三嗪-2-基]-5-（辛氧基）酚中的任意一种。

本发明的柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将环氧树脂基；纳米铝粉；光固化剂；抗氧剂；胺类光稳定剂等用搅拌器在-10~40℃温度环境下搅拌共混均匀；

（2）将以上共混物导入螺杆混合挤出机进行共混挤出，温度控制在20~290℃，挤出物经过滤、计量挤出、流延、冷却、牵伸、牵引、卷取等工序，得到柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜。

环氧树脂基膜本身为太阳能电池广泛应用的封装用膜，为适应以上工业需求，我们发明了纳米铝粉改性光固化环氧树脂基膜。该膜既可以使用于薄膜太阳能电池的背光板处，也可以使用于薄膜太阳能电池的入光膜表面，同时也可以使用于薄膜太阳能电池的中间层，提高太阳能电池的光吸收效率。提高太阳能电池的发电效率。

纳米金属铝粒子很容易钝化，虽然会改变形状和大小，钝化后纳米粒子属性变化很小。纳米粒子有凹凸不平的表面，散射光线会更多地进入广谱波长范围。这会带来更大的吸收，从而提高电池的整体效率。金属铝纳米粒子的散射增加了光停留在薄膜中的时间，使总体吸收的光达到一种水平，可以媲美传统的太阳能电池。经使用本发明薄膜处理的薄膜太阳能电池比未经本薄膜处理的薄膜太阳能电池性能提高3-15%。薄膜太阳能电池使用该薄膜后，金属铝纳米粒子可以引导光较好地进入太阳能电池，防止光逃逸。解决传统的“厚膜”太阳能电池中，纳米粒子没有什么效果而所有的光线吸收必需依赖厚度解决的问题。

具体实施方式

实施例1

（1）将缩水甘油醚类环氧树脂（浙江开化诚信树脂有限公司）100 Kg；纳米铝粉0.0001Kg；交联固化剂（2,5-二甲基-2,5双（叔丁基过氧）己烷）0.8Kg；紫外光吸收剂（2-羟基-4甲氧基二苯甲酮）0.1 Kg；抗氧剂（四[B-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯）0.1 Kg；胺类光稳定剂（双（1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酯）0.2 Kg，用搅拌器在-10-5℃温度环境下搅拌共混均匀；

（2）将以上共混物导入螺杆混合挤出机进行共混挤出，温度控制在120-290℃，挤出物经180目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差为2MPa）、流延膜厚度50UM、10℃空气冷却、4倍牵伸率牵伸、离型纸覆膜、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用聚碳酸酯膜。经使用本薄膜的薄膜太阳能电池比未使用的薄膜太阳能电池性能提高3.6%。

实施例2

（1）缩水甘油酯类环氧树脂（佛山市龙翔树脂原料有限公司）100 Kg；纳米铝粉0.1Kg；交联固化剂（2,5-二甲基-2,5双（叔丁基过氧）己烷）0.5 Kg；紫外光吸收剂（2-羟基-4甲氧基二苯甲酮）0.12 Kg；抗氧剂（三（壬基苯）亚磷酸酯）0.2 Kg；胺类光稳定剂（双（1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酯）0.1 Kg，用搅拌器在-10-40℃温度环境下搅拌共混均匀；

（2）将以上共混物导入螺杆混合挤出机进行共混挤出，温度控制在120-290℃，挤出物经180目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差为2MPa）、流延膜厚度50UM、10℃空气冷却、4倍牵伸率牵伸、离型纸覆膜、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用聚碳酸酯膜。经使用本薄膜的薄膜太阳能电池比未使用的薄膜太阳能电池性能提高6.6%。

实施例3

（1）将缩水甘油胺类环氧树脂（佛山市龙翔树脂原料有限公司）100 Kg；纳米铝粉,0.05Kg；交联固化剂（1,1-（双过氧化叔丁基）3，3,5-三甲基环己烷）1.25Kg；紫外光吸收剂（2-羟基-4正辛氧基二苯甲酮）0.16 Kg；抗氧剂（亚磷酸三（单壬基苯和二壬基苯）混合酯）0.15 Kg；胺类光稳定剂（（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯）0.15 Kg,用搅拌器在0-10℃温度环境下搅拌共混均匀；

（2）将以上共混物导入螺杆混合挤出机进行共混挤出，温度控制在120-290℃，挤出物经180目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差为2MPa）、流延膜厚度50UM、10℃空气冷却、4倍牵伸率牵伸、离型纸覆膜、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用聚碳酸酯膜。

经使用本薄膜的薄膜太阳能电池比未使用的薄膜太阳能电池性能提高14.8%。

实施例4

（1）将线型脂肪族类环氧树脂（永州立大树脂原料有限公司）100 Kg；纳米铝粉0.008 Kg；交联固化剂（1,1-（双过氧化叔丁基）3，3,5-三甲基环己烷）1.0 Kg；紫外光吸收剂（2-[4,5-双（2,4-二甲基苯基）-1,3,5-三嗪-2-基]-5-（辛氧基）酚）0.18 Kg；抗氧剂（二硬脂酸基季戊四醇二亚磷酸酯）0.18Kg；胺类光稳定剂（聚丁二酸（4羟基-2,2,6,6-四甲基-1哌啶乙醇）酯）0.12 Kg,用搅拌器在10-20℃温度环境下搅拌共混均匀；

经使用本薄膜的薄膜太阳能电池比未使用的薄膜太阳能电池性能提高8.2%。

实施例5

（1）将脂环族类环氧树脂（永州立大树脂原料有限公司）100 Kg；纳米铝粉0.002Kg；交联固化剂（叔丁基过氧2-乙基己基碳酸酯）1.2 Kg；紫外光吸收剂（2-[4,5-双（2,4-二甲基苯基）-1,3,5-三嗪-2-基]-5-（辛氧基）酚）0.2 Kg；抗氧剂（三（2，4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯）0.12 Kg；胺类光稳定剂（聚丁二酸（4羟基-2,2,6,6-四甲基-1哌啶乙醇）酯）0.18Kg，用搅拌器在30-40℃温度环境下搅拌共混均匀；

（2）将以上共混物导入螺杆混合挤出机进行共混挤出，温度控制在120-290℃，挤出物经180目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差为2MPa）、流延膜厚度50UM、10℃空气冷却、4倍牵伸率牵伸、离型纸覆膜、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用聚碳酸酯膜经使用本薄膜的薄膜太阳能电池比未使用的薄膜太阳能电池性能提高11.3%。

Claims

1.一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜，其特征在于：由下述重量份的如下组份制成：环氧树脂100；纳米铝粉0.0001-0.1；光固化剂0.5~1.25；抗氧剂0.1~0.2；紫外吸收剂0.1~0.2；胺类光稳定剂0.1~0.2；

所述的环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂中的一种或几种混合。

2.根据权利要求1所述的柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜，其特征在于：所述的胺类光稳定剂为双（1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酯、（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇酯）中的一种或几种的混合。

3.根据权利要求1所述的柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜，其特征在于：所述的光固化剂为芳香族羰基化合物。

4.根据权利要求1所述的柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜，其特征在于：所述的紫外光吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或2-[4,5-双（2,4-二甲基苯基）-1,3,5-三嗪-2-基]-5-（辛氧基）酚中的任意一种。

5.权利要求1所述的柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将环氧树脂、纳米铝粉、光固化剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、胺类光稳定剂用搅拌器在-10~40℃温度环境下搅拌共混均匀；

（2）将以上共混物导入螺杆混合挤出机进行共混挤出，温度控制在20~290℃，挤出物经过滤、计量挤出、流延、冷却、牵伸、牵引、卷取工序，得到柔性或薄膜太阳能电池用光固化环氧树脂基膜。