CN104371230B - 一种太阳能电池用背膜材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池用背膜材料及其制备方法，背膜材料原料包括聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚亚己基己二酸酰胺、重晶石粉、邻苯二甲酸二辛酯、环氧植物油、醋酸酯淀粉、聚乳酸、乙烯基烯烃共聚物、硬脂酸锌、纳米硅粉、偶氮二异丁腈、2，3‑环氧丙基三甲基氯化铵、增容剂、致孔剂和溶剂。制备方法为先将各组分加至混合搅拌机中，搅拌混合均匀，再所得混合物料加入到反应釜中，加热搅拌反应，然后将得到的制膜液在90～100℃条件下真空脱水，最后将所得制膜颗粒送入双螺杆机挤出流延成膜，即得。该背膜材料具有优异的力学性能，良好的耐候性、水汽阻隔效果和疏水性，较好的粘结性能，达到了太阳能电池背膜各项主要性能的要求。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池用材料技术领域，具体涉及一种太阳能电池用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。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。
太阳能电池是一种由于光生伏特效应而将太阳光能直接转化为电能的器件。根据所用材料不同，太阳能电池可以分为：硅太阳能电池、多元化合物薄膜太阳能电池、纳米晶太阳能电池等。其中硅太阳能电池是目前发展最成熟的，且在应用中占据主导地位。
太阳能电池的工作条件多为户外，湿度大、易腐蚀，同时会受到各种恶劣天气的损害，因此太阳能电池的封装会直接影响到其使用寿命。电池背板位于组件背面的最外层，在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽的侵蚀，阻隔氧气纺织氧化、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。
太阳能电池背膜一般具有三层结构，外层保护层具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层的PET聚酯薄膜具有良好的绝缘性能和力学强度，内层薄膜需要和EVA具有良好的粘接性能。
对优异的太阳能电池背膜而言，良好的耐候性十分重要，一般要求至少背板外层材料为耐候性优良的氟材料。氟树脂独特的性能源于其特殊的分子结构C-F。C-F键是有机化合物共价键中键能最大的，C-F键能为485kJ/mol，太阳光于220nm的光子才能离解C-F键。而在阳光中，小于220nm的光子比例很小(不到5％)，且这些短波紫外线容易被大气圈外臭氧层吸收，能达到地面的极少，所以太阳光几乎对氟树脂没有任何影响。氟树脂的缺点是结构高昂，同时不易粘接，为此全球许多大型材料公司做了多年材料探索和研究，寻找可替代产品，但目前尚未找到理想的替代品。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足提供一种太阳能电池用背膜材料及其制备方法，该材料具有优异的力学性能，良好的耐候性、水汽阻隔效果和疏水性，较好的粘结性能，达到了太阳能电池背膜各项主要性能的要求。
一种太阳能电池用背膜材料，原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯5～12份，聚甲基丙烯酸甲酯3～10份，聚亚己基己二酸酰胺2～9份，重晶石粉1～6份，邻苯二甲酸二辛酯3～8份，环氧植物油4～9份，醋酸酯淀粉2～10份，聚乳酸3～12份，乙烯基烯烃共聚物1～7份，硬脂酸锌2～9份，纳米硅粉3～10份，偶氮二异丁腈4～10份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵2～8份，增容剂1～7份，致孔剂1～6份，溶剂10～25份。
作为上述发明的进一步改进，所述太阳能电池用背膜材料，原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯7～11份，聚甲基丙烯酸甲酯5～9份，聚亚己基己二酸酰胺4～8份，重晶石粉2～5份，邻苯二甲酸二辛酯4～6份，环氧植物油5～8份，醋酸酯淀粉4～9份，聚乳酸6～11份，乙烯基烯烃共聚物2～5份，硬脂酸锌3～8份，纳米硅粉4～9份，偶氮二异丁腈6～9份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵4～7份，增容剂2～6份，致孔剂2～5份，溶剂13～19份。
作为上述发明的进一步改进，所述增容剂为硅氧烷、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸、马来酸酐、氧化聚乙烯或铝酸酯中的一种。
作为上述发明的进一步改进，所述致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或氯化锂中的一种。
作为上述发明的进一步改进，所述溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种。
上述太阳能电池用背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将各组分加至混合搅拌机中，搅拌混合均匀，得到混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料加入到反应釜中，加热到65～80℃，搅拌反应30～40min，得到制膜液；
步骤3，将步骤2所得制膜液在90～100℃条件下真空脱水，得制膜颗粒；
步骤4，将步骤3所得制膜颗粒送入双螺杆机挤出流延成膜，即得。
作为上述发明的进一步改进，步骤1中搅拌速度为300～400rpm，搅拌时间为40～50min。
作为上述发明的进一步改进，步骤3中真空脱水的真空度为0.08～0.15MPa，真空脱水时间为1～2h。
作为上述发明的进一步改进，步骤4中挤出流延成膜过程分六个温度阶段，第一阶段温度为140～160℃，第二阶段温度为170～190℃，第三阶段温度为200～220℃，第四阶段温度为220～240℃，第五阶段温度为200～220℃，第六阶段温度为170～190℃。
本发明的太阳能电池用背膜材料具有优异的力学性能，良好的耐候性、水汽阻隔效果和疏水性，较好的粘结性能，达到了太阳能电池背膜各项主要性能的要求。
具体实施方式
实施例1
一种太阳能电池用背膜材料，原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯5份，聚甲基丙烯酸甲酯3份，聚亚己基己二酸酰胺2份，重晶石粉1份，邻苯二甲酸二辛酯3份，环氧植物油4份，醋酸酯淀粉2份，聚乳酸3份，乙烯基烯烃共聚物1份，硬脂酸锌2份，纳米硅粉3份，偶氮二异丁腈4份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵2份，增容剂1份，致孔剂1份，溶剂10份。
上述增容剂为硅氧烷，致孔剂为聚乙二醇400，溶剂为乙醇。
上述太阳能电池用背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将各组分加至混合搅拌机中，在300rpm速度下搅拌50min，混合均匀后，得到混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料加入到反应釜中，加热到65℃，搅拌反应40min，得到制膜液；
步骤3，将步骤2所得制膜液在90℃、0.08MPa条件下真空脱水2h，得制膜颗粒；
步骤4，将步骤3所得制膜颗粒送入双螺杆机挤出流延成膜，挤出流延成膜过程分六个温度阶段，第一阶段温度为140℃，第二阶段温度为170℃，第三阶段温度为200℃，第四阶段温度为220℃，第五阶段温度为200℃，第六阶段温度为170℃，即得。
实施例2
一种太阳能电池用背膜材料，原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯7份，聚甲基丙烯酸甲酯5份，聚亚己基己二酸酰胺4份，重晶石粉2份，邻苯二甲酸二辛酯4份，环氧植物油5份，醋酸酯淀粉4份，聚乳酸6份，乙烯基烯烃共聚物2份，硬脂酸锌3份，纳米硅粉4份，偶氮二异丁腈6份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵4份，增容剂2份，致孔剂2份，溶剂13份。
上述增容剂为乙烯-丙烯酸共聚物，致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮，溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。
上述太阳能电池用背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将各组分加至混合搅拌机中，在400rpm速度下搅拌40min，混合均匀后，得到混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料加入到反应釜中，加热到80℃，搅拌反应30min，得到制膜液；
步骤3，将步骤2所得制膜液在100℃、0.15MPa条件下真空脱水1h，得制膜颗粒；
步骤4，将步骤3所得制膜颗粒送入双螺杆机挤出流延成膜，挤出流延成膜过程分六个温度阶段，第一阶段温度为160℃，第二阶段温度为190℃，第三阶段温度为220℃，第四阶段温度为240℃，第五阶段温度为220℃，第六阶段温度为190℃，即得。
实施例3
一种太阳能电池用背膜材料，原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯9份，聚甲基丙烯酸甲酯7份，聚亚己基己二酸酰胺5份，重晶石粉4份，邻苯二甲酸二辛酯5份，环氧植物油6份，醋酸酯淀粉8份，聚乳酸10份，乙烯基烯烃共聚物3份，硬脂酸锌7份，纳米硅粉8份，偶氮二异丁腈7份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵6份，增容剂5份，致孔剂3份，溶剂17份。
上述增容剂为丙烯酸，致孔剂为氯化锂，溶剂为N，N-二甲基乙酰胺。
上述太阳能电池用背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将各组分加至混合搅拌机中，在300rpm速度下搅拌50min，混合均匀后，得到混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料加入到反应釜中，加热到80℃，搅拌反应40min，得到制膜液；
步骤3，将步骤2所得制膜液在90℃、0.08MPa条件下真空脱水2h，得制膜颗粒；
步骤4，将步骤3所得制膜颗粒送入双螺杆机挤出流延成膜，挤出流延成膜过程分六个温度阶段，第一阶段温度为160℃，第二阶段温度为190℃，第三阶段温度为220℃，第四阶段温度为240℃，第五阶段温度为220℃，第六阶段温度为190℃，即得。
实施例4
一种太阳能电池用背膜材料，原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯11份，聚甲基丙烯酸甲酯9份，聚亚己基己二酸酰胺8份，重晶石粉5份，邻苯二甲酸二辛酯6份，环氧植物油8份，醋酸酯淀粉9份，聚乳酸11份，乙烯基烯烃共聚物5份，硬脂酸锌8份，纳米硅粉9份，偶氮二异丁腈9份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵7份，增容剂6份，致孔剂5份，溶剂19份。
上述增容剂为马来酸酐，致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮，溶剂为二甲基亚砜。
上述太阳能电池用背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将各组分加至混合搅拌机中，在400rpm速度下搅拌40min，混合均匀后，得到混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料加入到反应釜中，加热到65℃，搅拌反应40min，得到制膜液；
步骤3，将步骤2所得制膜液在100℃、0.15MPa条件下真空脱水1h，得制膜颗粒；
步骤4，将步骤3所得制膜颗粒送入双螺杆机挤出流延成膜，挤出流延成膜过程分六个温度阶段，第一阶段温度为140℃，第二阶段温度为170℃，第三阶段温度为200℃，第四阶段温度为220℃，第五阶段温度为200℃，第六阶段温度为170℃，即得。
实施例5
一种太阳能电池用背膜材料，原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯12份，聚甲基丙烯酸甲酯10份，聚亚己基己二酸酰胺9份，重晶石粉6份，邻苯二甲酸二辛酯8份，环氧植物油9份，醋酸酯淀粉10份，聚乳酸12份，乙烯基烯烃共聚物7份，硬脂酸锌9份，纳米硅粉10份，偶氮二异丁腈10份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵8份，增容剂7份，致孔剂6份，溶剂25份。
上述增容剂为铝酸酯，致孔剂为聚乙二醇600，溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。
上述太阳能电池用背膜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将各组分加至混合搅拌机中，在350rpm速度下搅拌45min，混合均匀后，得到混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料加入到反应釜中，加热到70℃，搅拌反应35min，得到制膜液；
步骤3，将步骤2所得制膜液在95℃、0.12MPa条件下真空脱水1.5h，得制膜颗粒；
步骤4，将步骤3所得制膜颗粒送入双螺杆机挤出流延成膜，挤出流延成膜过程分六个温度阶段，第一阶段温度为150℃，第二阶段温度为180℃，第三阶段温度为210℃，第四阶段温度为230℃，第五阶段温度为210℃，第六阶段温度为180℃，即得。
将实施例1至5所得背膜材料及市售产品进行性能测试，结果如下：
由上表可知，本发明的背膜材料具有优异的力学性能，良好的耐候性、水汽阻隔效果和疏水性，较好的粘结性能。
Claims (9)
1.一种太阳能电池用背膜材料，其特征在于：原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯5～12份，聚甲基丙烯酸甲酯3～10份，聚亚己基己二酸酰胺2～9份，重晶石粉1～6份，邻苯二甲酸二辛酯3～8份，环氧植物油4～9份，醋酸酯淀粉2～10份，聚乳酸3～12份，乙烯基烯烃共聚物1～7份，硬脂酸锌2～9份，纳米硅粉3～10份，偶氮二异丁腈4～10份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵2～8份，增容剂1～7份，致孔剂1～6份，溶剂10～25份。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池用背膜材料，其特征在于：原料以重量份计包括：聚偏氟乙烯7～11份，聚甲基丙烯酸甲酯5～9份，聚亚己基己二酸酰胺4～8份，重晶石粉2～5份，邻苯二甲酸二辛酯4～6份，环氧植物油5～8份，醋酸酯淀粉4～9份，聚乳酸6～11份，乙烯基烯烃共聚物2～5份，硬脂酸锌3～8份，纳米硅粉4～9份，偶氮二异丁腈6～9份，2，3-环氧丙基三甲基氯化铵4～7份，增容剂2～6份，致孔剂2～5份，溶剂13～19份。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池用背膜材料，其特征在于：所述增容剂为硅氧烷、乙烯-丙烯酸共聚物、丙烯酸、马来酸酐或铝酸酯中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能电池用背膜材料，其特征在于：所述致孔剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或氯化锂中的一种。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能电池用背膜材料，其特征在于：所述溶剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜中的一种。
6.权利要求1或2所述的太阳能电池用背膜材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将各组分加至混合搅拌机中，搅拌混合均匀，得到混合物料；
步骤2，将步骤1所得混合物料加入到反应釜中，加热到65～80℃，搅拌反应30～40min，得到制膜液；
步骤3，将步骤2所得制膜液在90～100℃条件下真空脱水，得制膜颗粒；
步骤4，将步骤3所得制膜颗粒送入双螺杆机挤出流延成膜，即得。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池用背膜材料的制备方法，其特征在于：步骤1中搅拌速度为300～400rpm，搅拌时间为40～50min。
8.根据权利要求6所述的太阳能电池用背膜材料的制备方法，其特征在于：步骤3中真空脱水的真空度为0.08～0.15MPa，真空脱水时间为1～2h。
9.根据权利要求6所述的太阳能电池用背膜材料的制备方法，其特征在于：步骤4中挤出流延成膜过程分六个温度阶段，第一阶段温度为140～160℃，第二阶段温度为170～190℃，第三阶段温度为200～220℃，第四阶段温度为220～240℃，第五阶段温度为200～220℃，第六阶段温度为170～190℃。
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