CN103897366A - 柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜及其制备方法，该膜由下述重量份的如下组分制成：聚脂树脂100；纳米铝粉0.0001-0.1；光固化剂0.5~1.25；抗氧剂0.1~0.2；紫外光吸收剂0.1~0.2；胺类光稳定剂0.1~0.2。利用螺杆式共混、挤出设备将聚脂；纳米铝粉；光固化剂；抗氧剂；胺类光稳定剂等共混，幷挤出经过滤导入流延模头，经冷却、牵伸、复合离型纸、卷取等工序得到柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜及其制备方法。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聚脂膜及其制备方法

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聚脂膜及其制备方法，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。

聚酯，由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称,包括饱和聚脂和不饱和聚脂等。聚酯分子结构高度对称，具有一定的结晶取向能力，故而具有较高的成膜性和成型性。主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET),习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯 (PBT)和聚芳酯等线型热塑性树脂。是一类性能优异、用途广泛的工程塑料。也可制成聚酯纤维和聚酯薄膜。聚酯具有很好的光学性能和耐候性，非晶态的聚酯塑料具有良好的光学透明性。另外聚酯塑料具有优良的耐磨耗摩擦性和尺寸稳定性及电绝缘性。PBT与PET分子链结构相似，大部分性质也是一样的，只是分子主链由两个亚甲基变成了四个，所以分子更加柔顺，加工性能更加优良。 合成聚酯树脂时，若通过化学反应引入一些其它成份，可拥有聚酯树脂原本不具备的性能，达到改善和突出某种性能目的，来达到特殊的应用性能要求，目前使用较多的是环氧、丙烯酸、有机硅改性聚酯树脂。不饱和聚脂有室温固化和热固化两种：①室温固化，向上述制得的不饱和聚酯溶液中分别加入引发剂（例如过氧化苯甲酰、环己酮过氧化物等）和促进剂（如N,N-二甲基苯胺、钴盐）,使聚酯液在室温下先形成凝胶,再进行固化。②热固化，可以只加过氧化苯甲酰引发剂，加热至100℃左右而固化。无论是室温固化还是热固化,其反应都是首先由引发剂分解产生的初级自由基引发苯乙烯聚合，形成低聚体的活性自由基，然后再连接到不饱和聚酯主链上的双键上，进行共聚交联反应。此外，也可用紫外线、电子束、γ射线等辐照固化。

聚脂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聚脂膜。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。

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聚脂膜及其制备方法，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。

本发明的柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜，由下述重量份的如下组分制成：聚脂树脂100；纳米铝粉0.0001-0.1；光固化剂0.5~1.25；抗氧剂0.1~0.2；紫外光吸收剂0.1~0.2；胺类光稳定剂0.1~0.2。

所述的聚脂树脂为不饱和聚脂树脂或不饱和聚脂树脂与环氧树脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、有机硅改性树脂中的任意一种。

所述的聚脂树脂为不饱和聚脂，包括邻苯型、间苯型、对苯型、双酚A型、卤代不饱和聚酯、乙烯基酯型等。牌号如191、196、199、2608、902A3、Xm-1、Xm-2、 197、3301、323。

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、或聚丁二酸（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，优选为苯基酮系化合物，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，或N‘-1，6-己二基二（3，5-二（1，1-二甲基乙基）-4-羟基苯丙酰）中的任意一种。

本发明中所述的紫外光吸收剂为紫外光吸收剂为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聚脂膜，包括如下步骤：

（1）将配方量的聚脂树脂、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度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220~290度，挤出物经过滤、计量挤出、流延、冷却、牵伸、牵引、复合离型纸、卷取等工序，得到柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜。

本发明为适应聚脂膜做为太阳能电池应用的封装用膜等工业需求，公开了一种纳米铝粉改性聚脂膜，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）将聚酯树脂 191（温州市中侨高分子材料实业公司）100 Kg、纳米铝粉0.0001Kg、光固化剂（苯甲酰）0.5 Kg、抗氧剂（三（2，4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯）0.1 Kg、紫外光吸收剂（2-羟基-4甲氧基二苯甲酮）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℃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280℃，挤出物经100目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差3MPa）、流延机流延40UM厚薄膜、10℃空气冷却、2倍牵伸率欠伸、牵引、复合离型纸、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜。

实施例2

（1）将聚酯树脂 196（温州市中侨高分子材料实业公司）100 Kg、纳米铝粉0.1 Kg、光固化剂（二苯甲酮）0.8 Kg、抗氧剂（二硬脂酸基季戊四醇二亚磷酸酯）0.2Kg、紫外光吸收剂（2-羟基-4正辛氧基二苯甲酮）0.1Kg、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℃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280℃，挤出物经100目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差3MPa）、流延机流延40UM厚薄膜、10℃空气冷却、2倍牵伸率欠伸、牵引、复合离型纸、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜。

实施例3

（1）将聚酯树脂 2608（德国拜耳）100 Kg、纳米铝粉0.002Kg、光固化剂（安息香）1.2 Kg、抗氧剂（亚磷酸三（单壬基苯和二壬基苯）混合酯0.15 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）0.15 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）0.15Kg，用搅拌器在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280℃，挤出物经100目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差3MPa）、流延机流延40UM厚薄膜、10℃空气冷却、2倍牵伸率欠伸、牵引、复合离型纸、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜。

实施例4

（1）将聚酯树脂 Xm-1（无锡市阿尔兹化工有限公司）100 Kg、纳米铝粉0.008Kg、光固化剂（安息香）0.6Kg、抗氧剂0.1Kg、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）0.15Kg、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）0.16 Kg，用搅拌器在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280℃，挤出物经100目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差3MPa）、流延机流延40UM厚薄膜、10℃空气冷却、2倍牵伸率欠伸、牵引、复合离型纸、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜。

实施例5

（1）将聚酯树脂 3301（济南化工助剂有限公司）100 Kg、纳米铝粉0.05Kg、光固化剂（联苯甲酰）1.25Kg、抗氧剂（三（壬基苯）亚磷酸酯）0.18Kg、紫外光吸收剂（2-羟基-4甲氧基二苯甲酮）0.18Kg、胺类光稳定剂0.18Kg，用搅拌器在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280℃，挤出物经100目过滤器过滤、计量挤出（计量泵进出压力差3MPa）、流延机流延40UM厚薄膜、10℃空气冷却、2倍牵伸率欠伸、牵引、复合离型纸、卷取等工序，得到一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜。

Claims (7)

1.一种柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜，其特征在于：由下述重量份的如下组分制成：聚脂树脂100；纳米铝粉0.0001-0.1；光固化剂0.5~1.25；抗氧剂0.1~0.2；紫外光吸收剂0.1~0.2；胺类光稳定剂0.1~0.2。

2.根据权利要求1所述柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜，其特征在于：所述的聚脂树脂为不饱和聚脂树脂或不饱和聚脂树脂与环氧树脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、有机硅改性树脂中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的柔性或薄膜太阳能电池用聚脂膜，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、或聚丁二酸（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。

4.根据权利要求1所述的柔性或薄膜太阳能电池用聚脂膜，其特征在于：所述的光固化剂为芳香族羰基化合物。

5.根据权利要求4所述的柔性或薄膜太阳能电池用聚脂膜，其特征在于：所述的光固化剂为苯基酮系化合物，如联苯甲酰，二苯甲酮，安息香及其醚类衍生物。

6.根据权利要求1所述的柔性或薄膜太阳能电池用聚脂膜，其特征在于：所述抗氧化剂为三（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，或N‘-1，6-己二基二（3，5-二（1，1-二甲基乙基）-4-羟基苯丙酰）中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的柔性或薄膜太阳能电池用聚脂膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将配方量的聚脂树脂、纳米铝粉、光固化剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、胺类光稳定剂粉用搅拌器在-10~40度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220~290度，挤出物经过滤、计量挤出、流延、冷却、牵伸、牵引、复合离型纸、卷取等工序，得到柔性或薄膜太阳能电池用光固化聚脂膜。