CN104327428B - 纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料及其制备方法 - Google Patents
纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料及其制备方法，组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯30~60份，聚苯乙烯磺酸10~20份，聚丙烯腈5~15份，纳米二氧化硅5~10份，二甲基硅氧烷低聚物1~5份，马来酸2~5份，偶联剂2~4份，二氧化钛5~8份，碳酸钙0.1~1份，十二烷基苯磺酸钠0.15~0.8份，邻苯二甲酸二辛酯0.02~0.65份，环氧大豆油2~6份。纳米二氧化硅的粒径为5~20nm。偶联剂为钛酸酯偶联剂NDZ‑201。以纳米硅对聚偏氟乙烯进行改性后制备得到太阳能电池背膜材料，具有良好的力学性能，能够与基材完好的粘结在一起，剥离强度高。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池背膜材料技术领域，具体涉及一种纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料及其制备方法。
背景技术
在社会高速发展的今天,不可再生资源不断减少,为此寻找和开发新能源成摆在了人类发展的进程中。众所周知,不可再生能源的使用经常会伴随着生态环境的污染,这也是人类不得不要去解决的难题。太阳能作为一种绿色能源对环境没有任何无污染性,而且它的来源简单,可以说是在人类的生存年限内其是取之不尽用之不竭的。太阳能不仅是一次性能源,还是清洁能源,它资源丰富、普遍存在、无需运输、还可免费使用、最重要的是对环境没有任何污染。太阳能电池也因太阳能的特殊性具有许多其他发电方式所不具备的优点:不受地域限制、不消耗燃料、规模可大可小、灵活性大、无污染、无噪音、安全可靠、建设周期短、维护简单、最具有大规模应用的可能性。所以很多专家把太阳能能源作为可替代的能源去开发,希望太阳能够造福于人类。现如今所使用的太阳能有很大一部分是由太阳电池转换得来的。因为太阳能电池对光有感应,能够把照射在其表面的光能转换为电能。目前,在有关专家的努力下,太阳能电池己经走向了商业化和产业化。
现在太阳能电池背膜的涂装工艺是使由粘合剂级别的EVA在热压条件下把TPT(PVF和PET的三层膜结构)粘接到太阳能电池板上,进而起到保护电池内部的作用。已产品化了的太阳能电池背膜TPT出现了剥离现象,究其原因是TPT膜表面粘结能力差所致。所以要开发出一种既具有良好的耐化学腐蚀性、耐紫外光线、具有良好的力学性能,还要能够与基材完好的粘结在一起的新的太阳能电池背膜。PVDF不同于其他氟塑料,有着极好的耐辐射性,其薄膜制品在室外阳光风雨中淋晒3000h,抗张强度无大变化;在化工大气中使用一年,其机械性能也未见下降。这是任何其他氟塑料所不具备的耐候性。PVDF薄膜经3x108拉特γ-射线辐照后,其性能未见严重下降。研究发现PVDF树脂优秀的耐化学性能,压电性能也很好,耐候性也是非常好的,它的加工也是相对容易的。但是PVDF本身的很强的C-F键致使它的表面亲水性较差,要想使用PVDF来代替TPT作为太阳能电池的背膜就要改善它的表面亲水性，需要对其进一步研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料及其制备方法，以纳米硅对聚偏氟乙烯进行改性后制备得到太阳能电池背膜材料，具有良好的力学性能，能够与基材完好的粘结在一起，同时具备耐化学腐蚀性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 30~60份，聚苯乙烯磺酸 10~20份，聚丙烯腈 5~15份，纳米二氧化硅 5~10份，二甲基硅氧烷低聚物 1~5份，马来酸 2~5份，偶联剂 2~4份，二氧化钛 5~8份，碳酸钙 0.1~1份，十二烷基苯磺酸钠 0.15~0.8份，邻苯二甲酸二辛酯 0.02~0.65份，环氧大豆油 2~6份。
所述纳米二氧化硅的粒径为5~20nm。
所述偶联剂为钛酸酯偶联剂 NDZ-201。
纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，组分及各组分质量分数优选如下：聚偏氟乙烯 40~50份，聚苯乙烯磺酸 12~18份，聚丙烯腈 8~12份，纳米二氧化硅 6~8份，二甲基硅氧烷低聚物 3~4份，马来酸 3~4份，偶联剂 3份，二氧化钛 6~7份，碳酸钙 0.3~0.7份，十二烷基苯磺酸钠 0.35~0.65份，邻苯二甲酸二辛酯 0.18~0.40份，环氧大豆油 3~5份。
纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，组分及各组分质量分数优选如下：聚偏氟乙烯 45份，聚苯乙烯磺酸 16份，聚丙烯腈 10份，纳米二氧化硅 7份，二甲基硅氧烷低聚物 3.5份，马来酸 3.5份，偶联剂 3份，二氧化钛 6.5份，碳酸钙 0.45份，十二烷基苯磺酸钠 0.5份，邻苯二甲酸二辛酯 0.22份，环氧大豆油 4份。
所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料的制备方法，包括如下步骤：
1）将聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合均匀，放入烘箱中，烘箱温度为120~140℃，烘干时间为1~3h，备用；
2）将纳米二氧化硅、二甲基硅氧烷低聚物、马来酸 、十二烷基苯磺酸钠，邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油混合均匀，然后加入聚偏氟乙烯，暴露于紫外光下，紫外光功率为600~900W，暴露时间为5~8h，得到纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液；
3）将步骤1）烘干的聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合物和二氧化钛、碳酸钙加入到步骤2）得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液中，搅拌，加入偶联剂，混合均匀后经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型。
步骤1）中烘箱温度为130℃，烘干时间为2h。
步骤2）中紫外光功率为800W，暴露时间为6h。
步骤3）中挤出造粒条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 190℃，四段 210℃，口膜温度为200℃。
步骤3）中吹膜成型条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 210℃，四段 220℃，口膜温度为220℃。
有益效果：本发明提供的一种纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料及其制备方法，以纳米硅对聚偏氟乙烯进行改性后制备得到太阳能电池背膜材料，具有良好的力学性能，能够与基材完好的粘结在一起，剥离强度高，同时具备耐化学腐蚀性。
具体实施方式
实施例1
一种纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 30份，聚苯乙烯磺酸 10份，聚丙烯腈 5份，纳米二氧化硅粒径为10nm左右 5份，二甲基硅氧烷低聚物 1份，马来酸 2份，偶联剂 钛酸酯偶联剂 NDZ-201 2份，二氧化钛5份，碳酸钙 0.1份，十二烷基苯磺酸钠 0.15份，邻苯二甲酸二辛酯 0.02份，环氧大豆油 2份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合均匀，放入烘箱中，烘箱温度为130℃，烘干时间为2h，备用；
2）将纳米二氧化硅、二甲基硅氧烷低聚物、马来酸 、十二烷基苯磺酸钠，邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油混合均匀，然后加入聚偏氟乙烯，暴露于紫外光下，紫外光功率为800W，暴露时间为6h，得到纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液，备用；
3）将步骤1）烘干的聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合物和二氧化钛、碳酸钙加入到步骤2）得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液中，搅拌，加入偶联剂，混合均匀后经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型。
挤出造粒条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 190℃，四段 210℃，口膜温度为200℃。
吹膜成型条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 210℃，四段 220℃，口膜温度为220℃。
实施例2
一种纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 60份，聚苯乙烯磺酸 20份，聚丙烯腈 15份，纳米二氧化硅粒径为10nm左右 10份，二甲基硅氧烷低聚物 5份，马来酸 5份，偶联剂 钛酸酯偶联剂 NDZ-2014份，二氧化钛8份，碳酸钙 1份，十二烷基苯磺酸钠 0.8份，邻苯二甲酸二辛酯 0.65份，环氧大豆油 6份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合均匀，放入烘箱中，烘箱温度为130℃，烘干时间为2h，备用；
2）将纳米二氧化硅、二甲基硅氧烷低聚物、马来酸 、十二烷基苯磺酸钠，邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油混合均匀，然后加入聚偏氟乙烯，暴露于紫外光下，紫外光功率为800W，暴露时间为6h，得到纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液，备用；
3）将步骤1）烘干的聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合物和二氧化钛、碳酸钙加入到步骤2）得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液中，搅拌，加入偶联剂，混合均匀后经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型。
挤出造粒条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 190℃，四段 210℃，口膜温度为200℃。
吹膜成型条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 210℃，四段 220℃，口膜温度为220℃。
实施例3
纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 40份，聚苯乙烯磺酸 18份，聚丙烯腈 8份，纳米二氧化硅粒径为10~15nm 8份，二甲基硅氧烷低聚物 3份，马来酸 4份，偶联剂 钛酸酯偶联剂 NDZ-201 3份，二氧化钛 6份，碳酸钙 0.3份，十二烷基苯磺酸钠 0.35份，邻苯二甲酸二辛酯 0.18份，环氧大豆油 3份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合均匀，放入烘箱中，烘箱温度为130℃，烘干时间为2h，备用；
2）将纳米二氧化硅、二甲基硅氧烷低聚物、马来酸 、十二烷基苯磺酸钠，邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油混合均匀，然后加入聚偏氟乙烯，暴露于紫外光下，紫外光功率为800W，暴露时间为6h，得到纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液，备用；
3）将步骤1）烘干的聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合物和二氧化钛、碳酸钙加入到步骤2）得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液中，搅拌，加入偶联剂，混合均匀后经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型。
挤出造粒条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 190℃，四段 210℃，口膜温度为200℃。
吹膜成型条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 210℃，四段 220℃，口膜温度为220℃。
实施例4
纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 50份，聚苯乙烯磺酸 12份，聚丙烯腈 12份，纳米二氧化硅粒径为10~15nm 6份，二甲基硅氧烷低聚物 4份，马来酸 3份，偶联剂 钛酸酯偶联剂 NDZ-201 3份，二氧化钛 7份，碳酸钙 0.7份，十二烷基苯磺酸钠 0.65份，邻苯二甲酸二辛酯 0.40份，环氧大豆油 5份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合均匀，放入烘箱中，烘箱温度为130℃，烘干时间为2h，备用；
2）将纳米二氧化硅、二甲基硅氧烷低聚物、马来酸 、十二烷基苯磺酸钠，邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油混合均匀，然后加入聚偏氟乙烯，暴露于紫外光下，紫外光功率为800W，暴露时间为6h，得到纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液，备用；
3）将步骤1）烘干的聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合物和二氧化钛、碳酸钙加入到步骤2）得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液中，搅拌，加入偶联剂，混合均匀后经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型。
挤出造粒条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 190℃，四段 210℃，口膜温度为200℃。 吹膜成型条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 210℃，四段 220℃，口膜温度为220℃。
实施例5
纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 45份，聚苯乙烯磺酸 16份，聚丙烯腈 10份，纳米二氧化硅 粒径为5~15nm 7份，二甲基硅氧烷低聚物 3.5份，马来酸 3.5份，偶联剂 钛酸酯偶联剂 NDZ-201 3份，二氧化钛6.5份，碳酸钙 0.45份，十二烷基苯磺酸钠 0.5份，邻苯二甲酸二辛酯 0.22份，环氧大豆油4份。
制备方法，包括如下步骤：
1）将聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合均匀，放入烘箱中，烘箱温度为130℃，烘干时间为2h，备用；
2）将纳米二氧化硅、二甲基硅氧烷低聚物、马来酸 、十二烷基苯磺酸钠，邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油混合均匀，然后加入聚偏氟乙烯，暴露于紫外光下，紫外光功率为800W，暴露时间为6h，得到纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液，备用；
3）将步骤1）烘干的聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合物和二氧化钛、碳酸钙加入到步骤2）得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯混合液中，搅拌，加入偶联剂，混合均匀后经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型。
挤出造粒条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 190℃，四段 210℃，口膜温度为200℃。
吹膜成型条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 210℃，四段 220℃，口膜温度为220℃。
对实施例1~5得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料进行性能测试，测试方法为：
力学性能分析:型号:wDW3O20微控电子万能试验机;最大试验力:20KN;准确度等级:0.5%,长春科新试验仪器有限公司。复合材料膜用刀片切成一定长、宽、厚的矩形,采用WDW3O20型电子万能试验机进行力学拉伸,设定初试验力值0.5N,横梁速度2mm/min。
剥离强度：测试方法参见ASTMD-1876；
局部放电：测试方法参见IEC60664-1；
变黄指数：测试方法参见ASTME-313-05；测试结果见表1。
表1：
| 拉伸强度/MPa | 断裂伸长度/% | 剥离强度/(N/cm) | 局部放电/VDC | 变黄指数 | |
| 实施例1 | 35.18 | 20.3 | 62.5 | 1500 | 1.8 |
| 实施例2 | 36.25 | 19.8 | 63.1 | 1500 | 1.7 |
| 实施例3 | 44.52 | 30.4 | 86.1 | 2200 | 0.8 |
| 实施例4 | 47.73 | 31.2 | 84.9 | 2200 | 0.8 |
| 实施例5 | 55.61 | 38.9 | 93.2 | 2300 | 0.7 |
Claims (10)
1.一种纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，其特征在于组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 30~60份，聚苯乙烯磺酸 10~20份，聚丙烯腈 5~15份，纳米二氧化硅 5~10份，二甲基硅氧烷低聚物 1~5份，马来酸 2~5份，偶联剂 2~4份，二氧化钛 5~8份，碳酸钙 0.1~1份，十二烷基苯磺酸钠 0.15~0.8份，邻苯二甲酸二辛酯 0.02~0.65份，环氧大豆油 2~6份；制备方法包括如下步骤：
1）将聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合均匀，放入烘箱中，烘箱温度为120~140℃，烘干时间为1~3h，备用；
2）将纳米二氧化硅、二甲基硅氧烷低聚物、马来酸 、十二烷基苯磺酸钠，邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油混合均匀，然后加入聚偏氟乙烯，暴露于紫外光下，紫外光功率为600~900W，暴露时间为5~8h，得到纳米硅改性聚偏氟乙烯；
3）将步骤1）烘干的聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合物和二氧化钛、碳酸钙加入到步骤2）得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯中，搅拌，加入偶联剂，混合均匀后经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型。
2.根据权利要求1所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，其特征在于：所述纳米二氧化硅的粒径为5~20nm。
3.根据权利要求1所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，其特征在于：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂 NDZ-201。
4.根据权利要求1所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，其特征在于组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 40~50份，聚苯乙烯磺酸 12~18份，聚丙烯腈 8~12份，纳米二氧化硅 6~8份，二甲基硅氧烷低聚物 3~4份，马来酸 3~4份，偶联剂 3份，二氧化钛6~7份，碳酸钙 0.3~0.7份，十二烷基苯磺酸钠 0.35~0.65份，邻苯二甲酸二辛酯 0.18~0.40份，环氧大豆油 3~5份。
5.根据权利要求4所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料，其特征在于组分及各组分质量分数如下：聚偏氟乙烯 45份，聚苯乙烯磺酸 16份，聚丙烯腈 10份，纳米二氧化硅 7份，二甲基硅氧烷低聚物 3.5份，马来酸 3.5份，偶联剂 3份，二氧化钛 6.5份，碳酸钙 0.45份，十二烷基苯磺酸钠 0.5份，邻苯二甲酸二辛酯 0.22份，环氧大豆油 4份。
6.权利要求1~5中任意一项所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1）将聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合均匀，放入烘箱中，烘箱温度为120~140℃，烘干时间为1~3h，备用；
2）将纳米二氧化硅、二甲基硅氧烷低聚物、马来酸 、十二烷基苯磺酸钠，邻苯二甲酸二辛酯和环氧大豆油混合均匀，然后加入聚偏氟乙烯，暴露于紫外光下，紫外光功率为600~900W，暴露时间为5~8h，得到纳米硅改性聚偏氟乙烯；
3）将步骤1）烘干的聚苯乙烯磺酸与聚丙烯腈混合物和二氧化钛、碳酸钙加入到步骤2）得到的纳米硅改性聚偏氟乙烯中，搅拌，加入偶联剂，混合均匀后经单螺杆挤出造粒，然后将造好的粒料由单螺杆吹膜成型。
7.根据权利要求6所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中烘箱温度为130℃，烘干时间为2h。
8.根据权利要求6所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料的制备方法，其特征在于：步骤2）中紫外光功率为800W，暴露时间为6h。
9.根据权利要求6所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料的制备方法，其特征在于：步骤3）中挤出造粒条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 190℃，四段 210℃，口膜温度为200℃。
10.根据权利要求6所述纳米硅改性聚偏氟乙烯太阳能电池背膜材料的制备方法，其特征在于：步骤3）中吹膜成型条件为：一段 160℃，二段 170℃，三段 210℃，四段 220℃，口膜温度为220℃。
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