CN104362205A - 一种基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，属于太阳能电池技术领域。包括如下步骤：在反应器中加入水、乳化剂，搅拌均匀，再加入叔丁基苯乙烯、六氟丙烯、偏氟乙烯、苯乙烯、氯丁二烯，搅拌均匀后，再加入引发剂，加热进行聚合反应，再加入二氧化钛颗粒，搅拌均匀，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；将预聚体、聚丙烯树脂颗粒、有机溶剂混合均匀，升温回流，放冷后，得到涂布液；用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板。本发明通过将聚合物单体制备成预聚体，并且包覆氧化钛粉体，使材料之间能够形成较结构，提高了耐候性能，并且使水气透过量下降。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
有关统计显示，全球的石油大约能够再供应人类45年，天然气也只能供应61年，煤炭稍长，但也只有大约230年。中国的能源形势更加严峻，根据目前的统计，中国石油储量仅够开采15年，天然气约可开采30年，而煤炭也不过80年，与此同时，由于经济的高速增长，国内能源需求仍在高速增加。现在进口原油已占总消费量的40%-50%。
太阳能电池是利用光电转换原理使太阳的辐射光通过半导体物质转变为电能的一种器件，这种光电转换过程通常叫做“光生伏打效应”，因此太阳能电池又称为“光伏电池”。 太阳能电池的种类可以包括有：1、硅系太阳能电池，例如：单晶硅、多晶硅太阳能电池，多晶硅薄膜太阳能电池；2、多元化合物薄膜太阳能电池；3、聚合物多层修饰电极型太阳能电池；4、纳米晶化学太阳能电池。从转换效率和材料的来源角度讲，今后发展的重点仍是硅太阳能电池，特别是多晶硅和非晶硅薄膜电池。由于多晶硅和非晶硅薄膜电池具有较高的转换效率和相对较低的成本，将最终取代单晶硅电池，成为市场的主导产品。
电池背板位于组件的背面的最外层，在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽的侵蚀，阻隔氧气防止氧化 、耐高低温、良好的绝缘性和耐老化性能 、 耐腐蚀性能，可以反射阳光，提高组件的转化效率，具有较高的红外发射率，可以降低组件的温度。
太阳能电池背板的材料主要有PET，它是聚对苯二甲酸乙二醇酯的简称。具有优良的物理机械性能，长期使用温度可达120 ℃，短期使用可耐150 ℃高温，可耐-70 ℃低温，且高、低温时对其机械性能影响很小。电绝缘性优良，甚至在高温高频下，其电性能仍较好，但耐电晕性较差，抗蠕变性、耐疲劳性、耐摩擦性、尺寸稳定性都很好。气体和水蒸气渗透率低，具有优良的阻气、阻水等性能。背板一般都用PET膜来作为支持体。由多层PET复合而成的背板也有一定的市场应用。另外，在PET基板的一侧还涂覆有氟树脂，氟树脂的独特的性能源于其特殊的分子结构。C-F键是有机化合物共价键中键能最大的，C-F键能485KJ/mol，太阳光中紫外光波长200～380nm，220nm的光子的能量为544KJ/mol，只有小于220nm的光子才能离解C-F键。在阳光中，小于220nm的光子比例很小（不到5%），而且这些短波紫外线容易被大气圈外臭氧层吸收，能到达地面的极少。
CN101359695A公开一种太阳能电池背板,它包括基材和耐候层,在基材的两侧中至少有一侧设有耐候层,在基材的一侧设有阻隔膜,所述耐候层的组分及其重量份数是:含氟树脂25～45份,改性树脂1.5～3份,聚合物填料0.5～3份,无机填料0.1～1份,溶剂50～70份。CN101515603A公开了一种太阳能电池背板,包含:不透水性片材的基层、形成在所述基层的至少一面上的膜状保护层,该保护层包含由含氟聚合物涂料形成的含氟涂层。所述的保护层还包含涂覆在所述含氟涂层的与所述基层相面对的表面上的粘结层,该粘结层由双组分高温固化胶系固化而成,包含含有固化性官能团的树脂基体和固化剂。但是上述的太阳能电池背板都存在着水气透过率高、耐老化性能不好的问题。
发明内容
本发明所述要解决的技术问题：太阳能电池背板存在的水气透过率高、耐老化性能不好，对其制备方法进行了改进，提出一种基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法。
技术方案：
一种基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，包括如下步骤：
第1步、预聚体的制备：按重量份计，在反应器中加入水100～150份、乳化剂3～5份，搅拌均匀，再加入叔丁基苯乙烯3～5份、六氟丙烯10～20份、偏氟乙烯10～20份、苯乙烯2～4份、氯丁二烯2～4份，搅拌均匀后，再加入引发剂0.1～0.4份，加热进行聚合反应，再加入二氧化钛颗粒3～5份，搅拌均匀，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；
第2步、将预聚体、聚丙烯树脂颗粒4～5份、有机溶剂40～60份混合均匀，升温回流，放冷后，得到涂布液；
第3步、用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板。
所述的第1步中，聚合反应的温度是70～80℃，聚合反应时间是1～3小时。
所述的引发剂选自过氧化氢、过硫酸钾、异丙苯过氧化氢、二异丙苯过氧化氢、对甲基丙苯过氧化氢。
所述的乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠、羟基烷基磺酸钠、二异辛基丁二酸酯磺酸钠、聚丙烯酰胺。
所述的第2步中，有机溶剂选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酯丁酯、二甲苯中的一种或者几种的混合物。
所述的第2步中，升温回流的时间是1～3小时。
所述的第2步中，升温回流的温度是70～80℃。
所述的第3步中，电池背板上的改性含氟聚合物层的厚度是20～30μm。
有益效果
本发明通过将聚合物单体制备成预聚体，并且包覆氧化钛粉体，使材料之间能够形成较结构，提高了耐候性能，并且使水气透过量下降。
具体实施方式
实施例1
太阳能电池背板的制备方法，步骤如下：
第1步、预聚体的制备：在反应器中加入水100g、乳化剂（十二烷基苯磺酸钠）3g，搅拌均匀，再加入叔丁基苯乙烯3g、六氟丙烯10g、偏氟乙烯10g、苯乙烯2g、氯丁二烯2g，搅拌均匀后，再加入引发剂（过氧化氢）0.1g，加热进行聚合反应，聚合反应的温度是70℃，聚合反应时间是1小时，再加入二氧化钛颗粒3g，搅拌均匀，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；
第2步、将预聚体、聚丙烯树脂颗粒4g、有机溶剂（乙醇）40g混合均匀，升温回流，温度是70℃，时间是1小时，放冷后，得到涂布液；
第3步、用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板，电池背板上的改性含氟聚合物层的厚度是25μm。
实施例2
太阳能电池背板的制备方法，步骤如下：
第1步、预聚体的制备：在反应器中加入水150g、乳化剂（十二烷基苯磺酸钠）5g，搅拌均匀，再加入叔丁基苯乙烯5g、六氟丙烯20g、偏氟乙烯20g、苯乙烯4g、氯丁二烯4g，搅拌均匀后，再加入引发剂（过氧化氢）0.4g，加热进行聚合反应，聚合反应的温度是80℃，聚合反应时间是3小时，再加入二氧化钛颗粒5g，搅拌均匀，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；
第2步、将预聚体、聚丙烯树脂颗粒5g、有机溶剂（乙醇）60g混合均匀，升温回流，温度是80℃，时间是3小时，放冷后，得到涂布液；
第3步、用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板，电池背板上的改性含氟聚合物层的厚度是25μm。
实施例3
太阳能电池背板的制备方法，步骤如下：
第1步、预聚体的制备：在反应器中加入水120g、乳化剂（十二烷基苯磺酸钠）4g，搅拌均匀，再加入叔丁基苯乙烯4g、六氟丙烯15g、偏氟乙烯15g、苯乙烯3g、氯丁二烯3g，搅拌均匀后，再加入引发剂（过氧化氢）0.2g，加热进行聚合反应，聚合反应的温度是75℃，聚合反应时间是2小时，再加入二氧化钛颗粒4g，搅拌均匀，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；
第2步、将预聚体、聚丙烯树脂颗粒4g、有机溶剂（乙醇）50g混合均匀，升温回流，温度是75℃，时间是2小时，放冷后，得到涂布液；
第3步、用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板，电池背板上的改性含氟聚合物层的厚度是25μm。
对照例1
与实施例3的区别在于：第1步中的氧化钛颗粒是在第2步中加入。
太阳能电池背板的制备方法，步骤如下：
第1步、预聚体的制备：在反应器中加入水120g、乳化剂（十二烷基苯磺酸钠）4g，搅拌均匀，再加入叔丁基苯乙烯4g、六氟丙烯15g、偏氟乙烯15g、苯乙烯3g、氯丁二烯3g，搅拌均匀后，再加入引发剂（过氧化氢）0.2g，加热进行聚合反应，聚合反应的温度是75℃，聚合反应时间是2小时，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；
第2步、将预聚体、聚丙烯树脂颗粒4g、有机溶剂（乙醇）50g、二氧化钛颗粒4g混合均匀，升温回流，温度是75℃，时间是2小时，放冷后，得到涂布液；
第3步、用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板，电池背板上的改性含氟聚合物层的厚度是25μm。
对照例2
与实施例3的区别在于：第1步中未加入叔丁基苯乙烯。
太阳能电池背板的制备方法，步骤如下：
第1步、预聚体的制备：在反应器中加入水120g、乳化剂（十二烷基苯磺酸钠）4g，搅拌均匀，再加入六氟丙烯15g、偏氟乙烯15g、苯乙烯3g、氯丁二烯3g，搅拌均匀后，再加入引发剂（过氧化氢）0.2g，加热进行聚合反应，聚合反应的温度是75℃，聚合反应时间是2小时，再加入二氧化钛颗粒4g，搅拌均匀，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；
第2步、将预聚体、聚丙烯树脂颗粒4g、有机溶剂（乙醇）50g混合均匀，升温回流，温度是75℃，时间是2小时，放冷后，得到涂布液；
第3步、用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板，电池背板上的改性含氟聚合物层的厚度是25μm。
对照例3
与实施例3的区别在于：第1步中未加入氯丁二烯。
太阳能电池背板的制备方法，步骤如下：
第1步、预聚体的制备：在反应器中加入水120g、乳化剂（十二烷基苯磺酸钠）4g，搅拌均匀，再加入叔丁基苯乙烯4g、六氟丙烯15g、偏氟乙烯15g、苯乙烯3g，搅拌均匀后，再加入引发剂（过氧化氢）0.2g，加热进行聚合反应，聚合反应的温度是75℃，聚合反应时间是2小时，再加入二氧化钛颗粒4g，搅拌均匀，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；
第2步、将预聚体、聚丙烯树脂颗粒4g、有机溶剂（乙醇）50g混合均匀，升温回流，温度是75℃，时间是2小时，放冷后，得到涂布液；
第3步、用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板，电池背板上的改性含氟聚合物层的厚度是25μm。
性能试验
水蒸汽透过性测试照F-1249，击穿电压测试照ASTMD-149，耐候性测试照双85方法（温度85℃，湿度85%RH，当目测出现变黄、鼓包为停止时间）
通过对照例1和实施例进行对比可以看出，将二氧化钛包覆于预聚体中，可以显著地增加耐候性能。通过对照例2和实施例进行对比可以看出，在预聚体中加入叔丁基苯乙烯可以减小水蒸汽的透过性。通过对照例3和实施例进行对比可以看出，在预聚体中加入氯丁二烯可以提高击穿电压。
Claims (8)
1.一种基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步、预聚体的制备：按重量份计，在反应器中加入水100～150份、乳化剂3～5份，搅拌均匀，再加入叔丁基苯乙烯3～5份、六氟丙烯10～20份、偏氟乙烯10～20份、苯乙烯2～4份、氯丁二烯2～4份，搅拌均匀后，再加入引发剂0.1～0.4份，加热进行聚合反应，再加入二氧化钛颗粒3～5份，搅拌均匀，抽滤后得到聚合物，再用乙醇洗涤滤饼，将滤饼烘干后，得到预聚体；
第2步、将预聚体、聚丙烯树脂颗粒4～5份、有机溶剂40～60份混合均匀，升温回流，放冷后，得到涂布液；
第3步、用刮刀涂布法将涂布液涂在PET基材上，热风干燥，得到电池背板。
2.根据权利要求1所述的基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述的第1步中，聚合反应的温度优选是70～80℃，聚合反应时间是1～3小时。
3.根据权利要求1所述的基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述的引发剂选自过氧化氢、过硫酸钾、异丙苯过氧化氢、二异丙苯过氧化氢、对甲基丙苯过氧化氢。
4.根据权利要求1所述的基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述的乳化剂选自十二烷基苯磺酸钠、羟基烷基磺酸钠、二异辛基丁二酸酯磺酸钠、聚丙烯酰胺。
5.根据权利要求1所述的基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，有机溶剂选自乙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙酯丁酯、二甲苯中的一种或者几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，升温回流的时间是1～3小时。
7.根据权利要求1所述的基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述的第2步中，升温回流的温度是70～80℃。
8.根据权利要求1所述的基于改性含氟聚合物的太阳能电池背板的制备方法，其特征在于：所述的第3步中，电池背板上的改性含氟聚合物层的厚度是20～30μm。
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