CN104356498B - 一种太阳能电池背膜材料及其制备方法 - Google Patents

一种太阳能电池背膜材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池背膜材料及其制备方法，材料包括以下组分：EVA，PU，PPE，硬脂酸钡，环氧氯丙烷，二氧化硅，石墨烯，丙烯磺酸钠，抗氧剂，辅助抗氧剂，乙酸乙烯酯，丁基橡胶，丙烯酰胺和三乙胺。制备方法为将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在一定温度下反应后加入三乙胺，升温反应后再与环氧氯丙烷、抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，转入高速捏合机中进行捏合后出料，最后于双螺杆挤出机中进行挤出即得。本发明提供的太阳能电池背膜材料具有优异的耐老化，耐高温，抗水蒸气透过以及高的击穿电压性能。

Description

一种太阳能电池背膜材料及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池材料制备技术领域，具体涉及一种太阳能电池背膜材料及其制备方法。
背景技术
作为传统电能生产方法的绿色替代方案，光伏电池组件被用来利用太阳能产生电能。光伏电池组件通常由各种半导体元件系统组装而成，因而必须加以保护以减少环境作用如湿气、氧气和紫外线的影响和破坏。光伏电池组件通常采用的是在硅片两侧层压贴附玻璃或塑料薄膜保护层的结构。太阳能电池背膜由于具有优良的强度、耐侯性、抗紫外性和阻湿性能，因而在光伏电池组件中发挥着重要的保护作用。公知的复合型太阳能电池背膜一般使用胶粘剂复合氟膜或聚烯烃膜来作为耐候层或粘接层，但是，这些公知的复合型太阳能电池背膜在长期湿热老化后由于胶粘剂的降解而造成氟膜或聚烯烃膜在基材表面出现缩边现象，并且背膜阻燃效果较差，从而影响了太阳能电池组件的使用寿命。随着不可再生能源的日渐紧缺，太阳能电池已作为传统电能生产方法的绿色替代方案，被用来利用太阳光产生电能，大量应用在各个领域。而作为太阳能电池组件的背膜对电池使用寿命，输出功率，安全可靠性起到关键作用，背膜位于太阳能电池板的背面，对电池片起到保护和支撑作用，而现有的背膜耐候性、阻水性、绝缘性和耐老化性比较差，无法保证电池的可靠性、稳定性和耐久性，影响性能和使用寿命。
申请号为201210274474.6的中国专利公开了一种高效太阳能电池背膜。其包括膜体，膜体由PVC膜和PET板组成，PVC膜有两层，分别位于PET板的上下两侧，膜体内设有反射层。在PET板上部覆盖一层以玻璃珠反光膜为材质的反射层，可将透过电池的光反射回电池，从而大大提高电池的发电效率，延长使用寿命。申请号为201410230434.0的中国专利公开了一种复合型太阳能电池背膜，它包括耐候层、胶粘剂层、基材、胶粘剂层和粘接层，所述的胶粘剂层是由以下组分组成的组合物涂敷在基材表面经固化形成：胶粘剂100～200重量份，固化剂8～18重量份，笼型倍半硅氧烷8～35重量份，溶剂200～390重量份。其具有较好的耐湿热性能、阻燃性能，无缩边现象，保证了太阳能电池组件的使用寿命。以上公开的材料虽然进行了一定的改进，但是还没有明显的增强材料的各项性能，如材料的耐老化性、透水蒸气性、耐高温性能以及较强的击穿电压性能，因此还需要进一步研究开发出一种性能更为优越的材料。
发明内容
本发明的目的在于为了克服以上现有技术的不足而提供一种太阳能电池背膜材料及其制备方法，提高材料的耐老化，耐高温，抗水蒸气透过以及高的击穿电压性能。
本发明通过以下技术手段实现：
一种太阳能电池背膜材料，以重量组分计包括：EVA70-80份，PU20-30份，PPE10-20份，硬脂酸钡1-3份，环氧氯丙烷5-10份，二氧化硅1-4份，石墨烯3-9份，丙烯磺酸钠2-6份，抗氧剂0.3-0.8份，辅助抗氧剂0.1-0.5份，乙酸乙烯酯5-10份，丁基橡胶2-6份，丙烯酰胺1-5份，三乙胺1-3份。
所述的太阳能电池背膜材料，可以优选为以重量组分计包括：EVA75-78份，PU23-26份，PPE14-18份，硬脂酸钡2-3份，环氧氯丙烷6-9份，二氧化硅2-4份，石墨烯6-8份，丙烯磺酸钠4-6份，抗氧剂0.5-0.7份，辅助抗氧剂0.3-0.5份，乙酸乙烯酯7-9份，丁基橡胶4-6份，丙烯酰胺3-5份，三乙胺2-3份。
以上所述的太阳能电池背膜材料，抗氧剂可以为抗氧剂1010。
以上所述的太阳能电池背膜材料，辅助抗氧剂可以为辅助抗氧剂TNP。
以上所述的太阳能电池背膜材料，二氧化硅可以为纳米二氧化硅。
一种以上所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在70-80℃下搅拌40-60分钟，然后加入三乙胺，升温至90-100℃，搅拌反应30-50分钟，得到物料一；
步骤二，将物料一以及环氧氯丙烷、抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，然后转入高速捏合机中进行捏合，捏合后出料，得到物料二；
步骤三，将捏合后的物料二于双螺杆挤出机中进行挤出，得到太阳能电池背膜材料。
所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，步骤一中所述搅拌反应的搅拌速度可以为130-150转/分钟。
所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，步骤二中搅拌混合均匀的搅拌速度可以为280-300转/分钟，搅拌时间可以为20-30分钟。
所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，步骤二中捏合的条件可以为捏合温度150-170℃，转速600-700转/分钟，捏合时间为8-15分钟。
所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，步骤三双螺杆挤出机挤出条件可以为螺杆长径比为12:1，挤出机挤出温度分四段，第一段温度160-180℃，第二段温度180-190℃，第三段温度190-200℃，第四段温度190-210℃。
本发明提供的太阳能电池背膜材料具有良好的综合性能，其制备成厚度为2-3mm的膜以后，伸长率能够达到182％以上，击穿电压强度能够达到23KV以上，水蒸气透过率低于1.4g/m2·d，人工辐射抗老化时间达到了2500以上无异常，热变形温度达到了188℃以上，可以很好地作为太阳能电池背板的膜材料进行应用。
具体实施方式
实施例1
一种太阳能电池背膜材料，以重量组分计包括：EVA70份，PU20份，PPE10份，硬脂酸钡1份，环氧氯丙烷5份，纳米二氧化硅1份，石墨烯3份，丙烯磺酸钠2份，抗氧剂10100.3份，辅助抗氧剂TNP0.1份，乙酸乙烯酯5份，丁基橡胶2份，丙烯酰胺1份，三乙胺1份。
以上所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在70℃下搅拌40分钟，然后加入三乙胺，升温至90℃，搅拌反应30分钟，搅拌速度为130转/分钟，得到物料一；
步骤二，将物料一以及环氧氯丙烷、抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，搅拌速度为280转/分钟，搅拌时间为20分钟，然后转入高速捏合机中进行捏合，捏合温度150℃，转速600转/分钟，捏合时间为8分钟，捏合后出料，得到物料二；
步骤三，将捏合后的物料二于双螺杆挤出机中进行挤出，其中螺杆长径比为12:1，挤出机挤出温度分四段，第一段温度160℃，第二段温度180℃，第三段温度190℃，第四段温度190℃，得到太阳能电池背膜材料。
实施例2
一种太阳能电池背膜材料，以重量组分计包括：EVA75份，PU23份，PPE14份，硬脂酸钡2份，环氧氯丙烷6份，纳米二氧化硅2份，石墨烯6份，丙烯磺酸钠4份，抗氧剂10100.5份，辅助抗氧剂TNP0.3份，乙酸乙烯酯7份，丁基橡胶4份，丙烯酰胺3份，三乙胺2份。
以上所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在73℃下搅拌45分钟，然后加入三乙胺，升温至92℃，搅拌反应38分钟，搅拌速度为136转/分钟，得到物料一；
步骤二，将物料一以及环氧氯丙烷、抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，搅拌速度为288转/分钟，搅拌时间为23分钟，然后转入高速捏合机中进行捏合，捏合温度156℃，转速620转/分钟，捏合时间为9分钟，捏合后出料，得到物料二；
步骤三，将捏合后的物料二于双螺杆挤出机中进行挤出，其中螺杆长径比为12:1，挤出机挤出温度分四段，第一段温度165℃，第二段温度182℃，第三段温度191℃，第四段温度195℃，得到太阳能电池背膜材料。
实施例3
一种太阳能电池背膜材料，以重量组分计包括：EVA77份，PU25份，PPE16份，硬脂酸钡3份，环氧氯丙烷7份，纳米二氧化硅3份，石墨烯7份，丙烯磺酸钠5份，抗氧剂10100.6份，辅助抗氧剂TNP0.4份，乙酸乙烯酯8份，丁基橡胶5份，丙烯酰胺4份，三乙胺2份。
以上所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在75℃下搅拌50分钟，然后加入三乙胺，升温至96℃，搅拌反应42分钟，搅拌速度为145转/分钟，得到物料一；
步骤二，将物料一以及环氧氯丙烷、抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，搅拌速度为290转/分钟，搅拌时间为26分钟，然后转入高速捏合机中进行捏合，捏合温度163℃，转速650转/分钟，捏合时间为10分钟，捏合后出料，得到物料二；
步骤三，将捏合后的物料二于双螺杆挤出机中进行挤出，其中螺杆长径比为12:1，挤出机挤出温度分四段，第一段温度162℃，第二段温度185℃，第三段温度196℃，第四段温度202℃，得到太阳能电池背膜材料。
实施例4
一种太阳能电池背膜材料，以重量组分计包括：EVA78份，PU26份，PPE18份，硬脂酸钡3份，环氧氯丙烷9份，纳米二氧化硅4份，石墨烯8份，丙烯磺酸钠6份，抗氧剂10100.7份，辅助抗氧剂TNP0.5份，乙酸乙烯酯9份，丁基橡胶6份，丙烯酰胺5份，三乙胺3份。
以上所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在80℃下搅拌56分钟，然后加入三乙胺，升温至98℃，搅拌反应46分钟，搅拌速度为146转/分钟，得到物料一；
步骤二，将物料一以及环氧氯丙烷、抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，搅拌速度为300转/分钟，搅拌时间为30分钟，然后转入高速捏合机中进行捏合，捏合温度166℃，转速680转/分钟，捏合时间为12分钟，捏合后出料，得到物料二；
步骤三，将捏合后的物料二于双螺杆挤出机中进行挤出，其中螺杆长径比为12:1，挤出机挤出温度分四段，第一段温度175℃，第二段温度186℃，第三段温度197℃，第四段温度206℃，得到太阳能电池背膜材料。
实施例5
一种太阳能电池背膜材料，以重量组分计包括：EVA78份，PU26份，PPE18份，硬脂酸钡3份，环氧氯丙烷9份，纳米二氧化硅4份，石墨烯8份，丙烯磺酸钠6份，抗氧剂10100.7份，辅助抗氧剂TNP0.5份，乙酸乙烯酯9份，丁基橡胶6份，丙烯酰胺5份，三乙胺3份。
以上所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在80℃下搅拌60分钟，然后加入三乙胺，升温至100℃，搅拌反应50分钟，搅拌速度为150转/分钟，得到物料一；
步骤二，将物料一以及环氧氯丙烷、抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，搅拌速度为300转/分钟，搅拌时间为30分钟，然后转入高速捏合机中进行捏合，捏合温度170℃，转速700转/分钟，捏合时间为15分钟，捏合后出料，得到物料二；
步骤三，将捏合后的物料二于双螺杆挤出机中进行挤出，其中螺杆长径比为12:1，挤出机挤出温度分四段，第一段温度180℃，第二段温度190℃，第三段温度200℃，第四段温度210℃，得到太阳能电池背膜材料。
对照例
一种太阳能电池背膜材料，以重量组分计包括：EVA77份，PU25份，PPE16份，硬脂酸钡3份，纳米二氧化硅3份，石墨烯7份，丙烯磺酸钠5份，抗氧剂10100.6份，辅助抗氧剂TNP0.4份，乙酸乙烯酯8份，丁基橡胶5份，丙烯酰胺4份，三乙胺2份。
以上所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在75℃下搅拌50分钟，然后加入三乙胺，升温至96℃，搅拌反应42分钟，搅拌速度为145转/分钟，得到物料一；
步骤二，将物料一以及抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，搅拌速度为290转/分钟，搅拌时间为26分钟，然后转入高速捏合机中进行捏合，捏合温度163℃，转速650转/分钟，捏合时间为10分钟，捏合后出料，得到物料二；
步骤三，将捏合后的物料二于双螺杆挤出机中进行挤出，其中螺杆长径比为12:1，挤出机挤出温度分四段，第一段温度162℃，第二段温度185℃，第三段温度196℃，第四段温度202℃，得到太阳能电池背膜材料。
将以上实施例和对照例制备得到的材料经过吹塑机挤出成膜，膜厚度为2-3mm，进行性能测试，结果如下：
项目 伸长率％ 击穿电压强度KV 水蒸气透过率g/m2·d 人工辐射抗老化时间 热变形温度℃
实施例1 182 23 1.4 2500小时无异常 188
实施例2 193 25 1.2 2700小时无异常 196
实施例3 202 28 0.7 3000小时无异常 206
实施例4 196 26 0.9 2800小时无异常 196
实施例5 188 24 1.3 2600小时无异常 192
对照例 196 15 4.8 2200小时无异常 198
从以上试验结果可以看出，本发明提供的太阳能电池背膜材料具有良好的综合性能，其制备成厚度为2-3mm的膜以后，伸长率能够达到182％以上，击穿电压强度能够达到23KV以上，水蒸气透过率低于1.4g/m2·d，人工辐射抗老化时间达到了2500以上无异常，热变形温度达到了188℃以上，因此，可以很好地作为太阳能电池背板的膜材料进行应用。从以上可以看出，实施例3制备得到的太阳能电池背膜材料具有更为突出的综合性能，因此可以作为最优选实施例。
对照例是在实施例3的基础上进行的进一步试验，其中对照例中没有加入环氧氯丙烷，其他与实施例3相同，结果导致击穿电压强度明显下降，同时水蒸气透过率也明显增大，人工辐射抗老化时间也有所下降，表明该组分的加入可以起到增强击穿电压强度、降低水蒸气透过率以及提升抗老化性能的作用。

Claims (9)

1.一种太阳能电池背膜材料，其特征在于，以重量组分计包括：EVA70-80份，PU20-30份，PPE10-20份，硬脂酸钡1-3份，环氧氯丙烷5-10份，二氧化硅1-4份，石墨烯3-9份，丙烯磺酸钠2-6份，抗氧剂0.3-0.8份，辅助抗氧剂0.1-0.5份，乙酸乙烯酯5-10份，丁基橡胶2-6份，丙烯酰胺1-5份，三乙胺1-3份;
所述的太阳能电池背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将EVA、PU、PPE、硬脂酸钡、二氧化硅、石墨烯、丙烯磺酸钠、乙酸乙烯酯、丁基橡胶和丙烯酰胺加入到反应釜中，在70-80℃下搅拌40-60分钟，然后加入三乙胺，升温至90-100℃，搅拌反应30-50分钟，得到物料一；
步骤二，将物料一以及环氧氯丙烷、抗氧剂和辅助抗氧剂加入到混合搅拌机中搅拌混合均匀，然后转入高速捏合机中进行捏合，捏合后出料，得到物料二；
步骤三，将捏合后的物料二于双螺杆挤出机中进行挤出，得到太阳能电池背膜材料。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜材料，其特征在于，以重量组分计包括：EVA75-78份，PU23-26份，PPE14-18份，硬脂酸钡2-3份，环氧氯丙烷6-9份，二氧化硅2-4份，石墨烯6-8份，丙烯磺酸钠4-6份，抗氧剂0.5-0.7份，辅助抗氧剂0.3-0.5份，乙酸乙烯酯7-9份，丁基橡胶4-6份，丙烯酰胺3-5份，三乙胺2-3份。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜材料，其特征在于，抗氧剂为抗氧剂1010。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜材料，其特征在于，辅助抗氧剂为辅助抗氧剂TNP。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池背膜材料，其特征在于，二氧化硅为纳米二氧化硅。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜材料，其特征在于，制备方法步骤一中所述搅拌反应的搅拌速度为130-150转/分钟。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜材料，其特征在于，制备方法步骤二中搅拌混合均匀的搅拌速度为280-300转/分钟，搅拌时间为20-30分钟。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜材料，其特征在于，制备方法步骤二中捏合的条件为捏合温度150-170℃，转速600-700转/分钟，捏合时间为8-15分钟。
9.根据权利要求1所述的太阳能电池背膜材料，其特征在于，制备方法步骤三双螺杆挤出机挤出条件为螺杆长径比为12:1，挤出机挤出温度分四段，第一段温度160-180℃，第二段温度180-190℃，第三段温度190-200℃，第四段温度190-210℃。
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