CN104151941A - 含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种柔性或薄膜太阳能电池用喷墨打印机墨水及其制备方法，包括重量百分比的如下组分：含氟不饱和聚酯树脂的溶液8-12；纳米铝粉0.0001-0.1%；酮类溶剂10-20；醇醚酯10-25；酸脂10-20；环酮15-30；醇醚10-30.本发明所制作出来的产品，采用喷墨打印技术，喷印到柔性或薄膜太阳能电池上表面，直接提高柔性或薄膜太阳能电池的发电效率。

Description

含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种柔性或薄膜太阳能电池用喷墨打印机墨水及其制备方法，通过使用该墨水打印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

不饱和聚酯树脂原料易得，加工工艺简便，应用广泛。不饱和聚酯一般是由不饱和二元酸二元醇或者饱和二元酸不饱和二元醇缩聚而成的具有酯键和不饱和双键的线型高分子化合物。通常，聚酯化缩聚反应是在190～220℃进行,直至达到预期的酸值(或粘度)，在聚酯化缩反应结束后，趁热加入一定量的乙烯基单体，配成粘稠的液体，这样的聚合物溶液称之为不饱和聚酯树脂。聚酯能耐甲苯的腐蚀。不饱和聚酯树脂的腐蚀主要是因酯键的水解所致。在酸或碱中，该反应可以加速。水解的化学反应描述如下：在酸性介质中，水解是可逆、不完全的，水解产物不会离开反应区发生扩散，所以，聚酯能耐酸性介质的侵蚀；在碱性介质中，形成了共振稳定的赤酸根阴离子，水解成为不可逆，所以，聚酯的耐碱性较差。因此，对不饱和聚酯耐腐蚀性的改善以提高聚酯的耐碱性能为主。将含氟化合物引入 不饱和聚酯树脂后，由于氟原子的半径较氢原子大，可以有效地将 Ｃ-Ｃ 键屏蔽保护起来，同时氟原子的半径又没有大到足以在碳链中引起立体张力，氟原子的屏蔽作用使酯键受到包覆，不容易发生水解。因此，氟原子的引入使得 不饱和聚酯树脂的耐碱性能提高。含氟酯来改性不饱和聚脂树脂，将得到具有良好憎水性、力学性能和耐腐蚀性能的含氟不饱和聚酯树脂。

 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。

喷墨印刷技术可以通过液态有机材料的均匀沉积形成薄膜层，因此，这种技术在理论上能够更好地解决大的光活化物尺寸问题。按需喷墨工艺，可以精确地按所需量将材料沉积在适当位置。由于喷墨系统对材料的利用率非常高，可以降低制造生产成本。

为适应以上工业需求，我们发明了含氟不饱和聚酯型纳米铝粉墨水。该墨水通过喷墨打印设备，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喷墨打印机墨水及其制备方法，通过使用该墨水打印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。并具经该墨水处理过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：

本发明的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，其特征在于它包含重量百分比如下的成分：

0.5-5%的含氟不饱和聚酯树脂的溶液；

0.0001-0.1%的纳米铝粉；

30-70%的添加剂；

0.1-5%的黏度调节剂；

余量为溶剂。

所述的添加剂由下述重量份的组分组成：35-55重量份的酮；10-25重量份的醇醚酯；10-20重量份的酸脂；10-30重量份的醇醚。

所述含氟不饱和聚酯树脂为不饱和醇和氟化酸或过氟聚醚形成的酯，其C数目在40以内。全氟烷基基团部分的C数目小于20。

所述的溶剂为醇、酯、醚、硫醚、二醇醚、二醇醚乙酸酯、胺、酰胺、酮或烃中的一种或多种。

所述的醇甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇，氟化醇中的一种或多种。

所述的酮为丙酮、环已酮，甲乙酮、甲异丙酮、甲基乙基酮、二异丁基酮、二丙酮醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

所述的酯为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一种或多种。

所述的醚为二乙醚、二丙醚、四氢呋喃、二邬烷乙二醚、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚、甲氧基丙醇中的一种或多种。

所述的黏度调节剂为N-甲基-2-吡咯烷酮或聚3-甲基噻吩。

本发明的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，包括下述步骤：

（1）将含氟不饱和聚酯树脂的溶液、添加剂和溶剂，按照所述比例混合，在高速乳化器中处理10-60分钟，转速10000-100000 rpm，加工成均匀混合乳化液；

（2）在以上混合乳化液加工完成后以同样的加工转速环境下，在10-20分钟内将纳米铝粉分批次微量连续加入；

（3）以上乳化液在纳米铝粉完全添加后，再充分乳化10-30分钟；

（4）以上乳化液用300目以上的滤网过滤后既得需要的柔性或薄膜太阳能电池用喷墨打印机墨水。

本发明的有益效果：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。经使用本发明墨水处理的薄膜太阳能电池比未经本墨水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墨水后，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

一．本实施例的墨水组成为：

0.5-5%的含氟不饱和聚酯树脂的溶液；

0.0001-0.1%的纳米铝粉；

30-70%的添加剂；

0.1-5%的黏度调节剂；

余量为溶剂。

所述的添加剂由下述重量份的组分组成：35-55重量份的酮；10-25重量份的醇醚酯；10-20重量份的酸脂；10-30重量份的醇醚。

所述含氟不饱和聚酯树脂为不饱和醇和氟化酸或过氟聚醚形成的酯，其C数目在40以内。全氟烷基基团部分的C数目小于20。

所述的溶剂为醇、酯、醚、硫醚、二醇醚、二醇醚乙酸酯、胺、酰胺、酮或烃中的一种或多种。

所述的醇甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇，氟化醇中的一种或多种。

所述的酮为丙酮、环已酮，甲乙酮、甲异丙酮、甲基乙基酮、二异丁基酮、二丙酮醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

所述的酯为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一种或多种。

所述的醚为二乙醚、二丙醚、四氢呋喃、二邬烷乙二醚、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚、甲氧基丙醇中的一种或多种。

所述的黏度调节剂为N-甲基-2-吡咯烷酮或聚3-甲基噻吩。

二、制备方法为：

本实施例的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，包括下述步骤：

（1）将含氟不饱和聚酯树脂的溶液、酮类溶剂、醇醚酯、酸脂、环酮和醇醚按照所述比例混合，在高速乳化器中处理10-60分钟，转速10000-100000 rpm. 加工成均匀混合乳化液；

（2）在以上混合乳化液加工完成后以同样的加工转速环境下，在10-20分钟内将纳米铝粉分批次微量连续加入；

（3）以上乳化液在纳米铝粉完全添加后，再充分乳化10-30分钟；

（4）以上乳化液用300目以上的滤网过滤后既得需要的柔性或薄膜太阳能电池用喷墨打印机墨水。

将本实施例的墨水，分别按照国家QB/T2730.1-2005、QB/T2603-2007、GB/T13217.2-2009、GB/T 18724-2008/ISO 2836：2004标准检测。对墨水的质检指标，如比重、PH值、表面张力、粘度、电导率等做了检测，检测结果均符合国家国标。将被测墨水倒入耐寒包装瓶中， 放入 (-20± 1)℃低温恒温箱中至24h后取出， 恢复到室温后， 检测其打印性能。检测结果 ：其还原性良好，不变质，不变味。 

实施例2

将含氟不饱和聚酯溶液、丙酮、二醇醚乙酸酯、乙酸乙酯、环已酮和乙二醇乙醚按照所述比例0.5：20：10： 20： 29.3： 20混合，在高速乳化器中以转速20000rpm处理20分钟，加工成均匀混合乳化液；在以上混合乳化液加工完成后以同样的加工转速环境下，在20分钟内将重量百分比为0.2的纳米铝粉分批次微量连续加入；以上乳化液在纳米铝粉完全添加后，再充分乳化20分钟；以上乳化液用1000目的滤网过滤后既得可以提高柔性或薄膜太阳能电池发电性能5%的喷墨打印机墨水。

将本实施例的墨水，分别按照国家QB/T2730.1-2005、QB/T2603-2007、GB/T13217.2-2009、GB/T 18724-2008/ISO 2836：2004标准检测。对墨水的质检指标，如比重、PH值、表面张力、粘度、电导率等做了检测，检测结果均符合国家国标。将被测墨水倒入耐寒包装瓶中， 放入 (-20± 1)℃低温恒温箱中至24h后取出， 恢复到室温后， 检测其打印性能。检测结果 ：其还原性良好，不变质，不变味。 

实施例3

将含氟不饱和聚酯溶液、丙酮、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯、环已酮和甲氧基丙醇按照所述比例0.5：20：10： 20： 29.4： 20混合，在高速乳化器中以转速100000 rpm处理10分钟，加工成均匀混合乳化液；在以上混合乳化液加工完成后以同样的加工转速环境下，在10分钟内将重量百分比为0.1的纳米铝粉分批次微量连续加入；以上乳化液在纳米铝粉完全添加后，再充分乳化10分钟；以上乳化液用500目的滤网过滤后既得可以提高柔性或薄膜太阳能电池发电性能6%的喷墨打印机墨水。

将本实施例的墨水，分别按照国家QB/T2730.1-2005、QB/T2603-2007、GB/T13217.2-2009、GB/T 18724-2008/ISO 2836：2004标准检测。对墨水的质检指标，如比重、PH值、表面张力、粘度、电导率等做了检测，检测结果均符合国家国标。将被测墨水倒入耐寒包装瓶中， 放入 (-20± 1)℃低温恒温箱中至24h后取出， 恢复到室温后， 检测其打印性能。检测结果 ：其还原性良好，不变质，不变味。 

Claims (9)

1.一种含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，其特征在于它包含重量百分比如下的成分：

0.5-5%的含氟不饱和聚酯树脂的溶液；

0.0001-0.1%的纳米铝粉；

30-70%的添加剂；

0.1-5%的黏度调节剂；

余量为溶剂。

2.根据权利要求1所述的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，其特征在于：所述的添加剂由下述重量份的组分组成：35-55重量份的酮；10-25重量份的醇醚酯；10-20重量份的酸脂；10-30重量份的醇醚。

3.根据权利要求1所述的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，其特征在于：所述的溶剂为醇、酯、醚、硫醚、二醇醚、二醇醚乙酸酯、胺、酰胺、酮或烃中的一种或多种。

4.根据权利要求2或3所述的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，其特征在于：所述的醇甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇，氟化醇中的一种或多种。

5.根据权利要求2或3所述的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，其特征在于： 所述的酮为丙酮、环已酮，甲乙酮、甲异丙酮、甲基乙基酮、二异丁基酮、二丙酮醇、N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。

6.根据权利要求2或3所述的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，其特征在于：所述的酯为乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一种或多种。

7.根据权利要求2或3所述的光固化型氟改性丙烯酸基喷墨打印机墨水，其特征在于：所述的醚为二乙醚、二丙醚、四氢呋喃、二邬烷乙二醚、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚、甲氧基丙醇中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水，其特征在于：所述的黏度调节剂为N-甲基-2-吡咯烷酮或聚3-甲基噻吩。

9.权利要求1所述的含氟不饱和聚酯树脂基喷墨打印机氟基墨水的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）将含氟不饱和聚酯树脂的溶液、添加剂和溶剂按照所述比例混合，在高速乳化器中处理10-60分钟，转速10000-100000 rpm，加工成均匀混合乳化液；

（2）在以上混合乳化液加工完成后以同样的加工转速环境下，在10-20分钟内将纳米铝粉分批次微量连续加入；

（3）以上乳化液在纳米铝粉完全添加后，再充分乳化10-30分钟；

（4）以上乳化液用300目以上的滤网过滤后既得需要的柔性或薄膜太阳能电池用喷墨打印机墨水。