CN105199444A - 一种太阳能封装电池eva薄膜表面纳米涂料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料，按照质量百分比由以下组分组成：碳纳米管15～20%，纳米二氧化硅5～15%，脂肪醇聚氧乙烯醚3～15%，硅烷偶联剂3～5%，丙二醇丁醚3～5%，余量是有机溶剂10～30%，所述脂肪醇聚氧乙烯醚与硅烷偶联剂的质量比为1︰1？至3︰1，其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂。该EVA薄膜表面纳米涂料形成的涂层覆盖的薄膜能够具有导电性、低黄化率、同时提高了电池组的光电转换率，以及一种工艺简单、操作方便，能高效的使碳纳米管和二氧化硅纳米管均匀分散并固定在EVA薄膜表面的制备方法。

Description

一种太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料

技术领域

本发明涉及一种太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料，属于有机化学技术领域。

背景技术

在全球气候变暖、人类生态环境恶化、常规能源短缺的形势下，可持续发展战略被世界各国接受。太阳能具有清洁性、安全性、资源充足性等优点，是二十一世纪最重要的新能源之一，受到各国政府的重视和支持。近几年光伏市场急剧扩大，光伏产品供不应求。

目前，在太阳能电池在生产过程中，需要对电池片进行封装。封装材料的性质将在很大程度上决定太阳能电池组件的性能和寿命。良好的封装材料必须具有高交联度(或低收缩率)、高剥离强度、低黄化率(或高可见光透光率)。

EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)是一种热塑性高分子材料，是线性分子结构的高聚物。EVA由乙烯和乙烯基醋酸酯在高温高压下共聚而成。通过调节乙烯和乙烯基醋酸酯两者比例可得到不同透明度、柔软度及坚韧度的EVA胶膜。加入交联剂后，EVA胶膜在封装电池片的同时发生交联固化，从而消除热胀冷缩现象，提高耐热性。由于EVA胶膜具有低收缩率、高透光率、高剥离强度、优异的耐候性和加工性等特定，目前已经成为最常用的一种封装材料，在EVA薄膜用于电器、电子产品等包装时，则要求薄膜具有一定的防静电性能。

为了使EVA胶膜具有低黄化率，提高EVA胶膜对可见光的高透光率，从而提高电池组的光电转化率，通常采用三种方法：第一种，加入紫外光吸收剂和光稳定剂，虽然屏蔽了紫外线，但由于吸收紫外线的能量转化为热能，促使了EVA胶膜的老化加速；第二种，加入抗氧化剂，消除胶膜在使用过程中由过量的交联剂所产生的活性自由基，因该类自由基将使紫外光吸收剂或(和)光稳定剂生成带生色团的新化合物，从而导致黄化；第三种，在薄膜中添加红外线反射作用的纳米颗粒，然而在屏蔽了红外线的同时，存在可见光部分减弱的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出一种太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料，该涂料所形成的涂层形成的涂层，覆盖在薄膜表面，能够具有导电性、低黄化率、同时提高了电池组的光电转换率，以及一种工艺简单、操作方便，能高效的使碳纳米管和二氧化硅纳米管均匀分散并固定在EVA薄膜表面的制备方法。

为了解决上述其中一个技术问题提出的技术方案是：一种太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料，按照质量百分比由以下组分组成：碳纳米管10～20%，纳米二氧化硅5～15%，脂肪醇聚氧乙烯醚3～15%，硅烷偶联剂3～5%，丙二醇丁醚3～5%，余量是有机溶剂，所述脂肪醇聚氧乙烯醚与硅烷偶联剂的质量比为1︰1至3︰1，其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂。

为了使该太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料的导电性好，一种优选的技术方案是：所述碳纳米管的质量百分比为15～20%。

为了使该太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料的黄化率低、透光性好，一种优选的技术方案是：所述纳米二氧化硅的质量百分比为10～12%。

为了使该太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料分散性更好、粘合性更好，一种优选的技术方案是：所述脂肪醇聚氧乙烯醚与硅烷偶联剂的质量比为2︰1。

为了使该太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料稳定性更好，所述有机溶剂选自乙醇、丙醇或异丙醇的一种。

本发明为解决上述另一个技术问题提出的技术方案是：一种太阳能封装电池EVA

薄膜表面纳米涂料的制备方法，包括以下步骤：

A.配料：称取原料，所述EVA薄膜表面纳米涂料按照质量百分比由以下组成组成：碳纳米管10～20%，纳米二氧化硅5～15%，脂肪醇聚氧乙烯醚3～15%，硅烷偶联剂3～5%，丙二醇丁醚3～5%，有机溶剂10～30%，余量是水，所述脂肪醇聚氧乙烯醚与硅烷偶联剂的质量比为1︰1至3︰1；其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂；

B．混合：加入碳纳米管、纳米二氧化硅、脂肪醇聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂、丙二醇丁醚、有机溶剂和水，充分混合、搅拌形成悬浮液；

C．分散：室温下将上述悬浮液送进高剪切分散机对进行分散得到分散液；

D．涂覆：将上述分散液于20～40℃下超声振荡20～30分钟并稀释2～4倍涂覆到EVA薄膜表面后干燥、固化。

E.热压：对EVA薄膜表面表面附有的纳米涂层进行热压处理。

为了使该EVA薄膜表面纳米涂料的导电性好，一种优选的技术方案是：所述碳纳米管的质量百分比为15～20%。

为了使该EVA薄膜表面纳米涂料的黄化率低、透光性好，一种优选的技术方案是：所述纳米二氧化硅的质量百分比为10～12%。

为了使该EVA薄膜表面纳米涂料分散性更好、粘合性更好，一种优选的技术方案是：所述脂肪醇聚氧乙烯醚与硅烷偶联剂的质量比为2︰1。

为了使该EVA薄膜表面纳米涂料稳定性更好，所述有机溶剂选自乙醇、丙醇或异丙醇的一种。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明的EVA薄膜表面纳米涂料的成分中包含碳纳米管，相比传统的制作工艺是向薄膜中添加大量的碳黑等导电剂，本工艺简单，即可获得具有优良的导电性能。

（2）本发明的EVA薄膜表面纳米涂料使用纳米二氧化硅，该涂料形成的涂层覆盖在薄膜表面，当辐射线作用于薄膜后，透明薄膜等离子体共振波长远小于入射波长，使入射波长在红外区无透过，成高反射，同时对紫外光和红外线的屏蔽较高，而且使得可见光的透过率高，可以解决的薄膜易黄化问题，并且提高了电池组的光电转换率。

（3）本发明的EVA薄膜表面纳米涂料选用适量的脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，选用适量的硅烷偶联剂作为粘结剂，选用适量的丙二醇丁醚作为成膜助剂，可以使涂料分散性好、粘合性好、稳定性高。

(4)本发明的EVA薄膜表面纳米涂料制备方法先将碳纳米管、纳米二氧化硅、脂肪醇聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂、丙二醇丁醚、有机溶剂和水，进行充分混合、搅拌形成悬浮液；再将上述悬浮液送进高剪切分散机对进行分散得到分散液；最后将上述分散液涂覆到EVA薄膜表面后干燥、固化，工艺简单、操作简便，可以使碳纳米管和二氧化硅纳米管均匀分散并固定在EVA薄膜表面，同时保证了涂料分散性好、粘合性好、稳定性高。

（5）本发明的EVA薄膜表面纳米涂料制备方法采用高剪切分散机进行分散，高剪切分散机的核心部件是定子/转子结构，转子高速旋转所产生的高切线速度和高频机械效应带来强劲的动能，使物料在定、转子狭窄的间隙中受到强烈的机械剪切、液力剪切、离心挤压、液层磨擦、撞击撕裂和湍流等综合作用，使不相溶的液相在相应成熟工艺的条件下，瞬间均匀精细地分散，经过高频的循环往复，最终得到稳定的高品质产品，与三辊机、球磨机、砂磨机相比，高剪切分散机具有效率高、能耗低。

具体实施方式

实施例1

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料，由以下组分组成：

碳纳米管15g

纳米二氧化硅5g

脂肪醇聚氧乙烯醚3g

硅烷偶联剂3g

丙二醇丁醚3g

无水乙醇71g；

其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂。

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的制备方法，包括以下具体步骤：

A.配料：按照上述配方用量称取适量的碳纳米管，纳米二氧化硅，脂肪醇聚氧乙烯醚，硅烷偶联剂，丙二醇丁醚，乙醇，水，其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂；

B．混合：加入碳纳米管、纳米二氧化硅、脂肪醇聚氧乙烯醚、硅烷偶联剂、丙二醇丁醚、有机溶剂和水，充分混合、搅拌形成悬浮液；

C．分散：室温下将上述悬浮液送进高剪切分散机对进行分散得到分散液；

D．涂覆：将上述分散液于20～40℃下超声振荡20分钟并稀释4倍涂覆到EVA薄膜表面后干燥、固化。

E.热压：对EVA薄膜表面表面附有的纳米涂层进行热压处理。

实施例2

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的其余部分与实施例1相同，不同之处在于：

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料，由以下组分组成：

碳纳米管20g

纳米二氧化硅12g

脂肪醇聚氧乙烯醚10g

硅烷偶联剂3g

丙二醇丁醚4g

丙醇50g；

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的制备方法的的其余部分与实施例1相同，不同之处在于：步骤D是将分散液于20～40℃下超声振荡30分钟并稀释2倍涂覆到EVA薄膜表面后干燥、固化。

实施例3

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的其余部分与实施例1相同，不同之处在于：

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料，由以下组分组成：

碳纳米管19g

纳米二氧化硅15g

脂肪醇聚氧乙烯醚10g

硅烷偶联剂5g

丙二醇丁醚5g

异丙醇46g；

实施例4

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的其余部分与实施例1相同，不同之处在于：

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料，由以下组分组成：

碳纳米管18g

纳米二氧化硅14g

脂肪醇聚氧乙烯醚8g

硅烷偶联剂4g

丙二醇丁醚4g

无水乙醇41g；

实施例5

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的其余部分与实施例1相同，不同之处在于：

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料，由以下组分组成：

碳纳米管18g

纳米二氧化硅10g

脂肪醇聚氧乙烯醚9g

硅烷偶联剂6g

丙二醇丁醚4g

异丙醇63g；

本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。

（对比例1）

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料，由以下组分组成：

碳纳米管15g

脂肪醇聚氧乙烯醚3g

硅烷偶联剂3g

丙二醇丁醚3g

无水乙醇76g；

其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂。

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的制备方法与实施例1相同。

（对比例2）

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料，由以下组分组成：

碳纳米管15g

纳米二氧化硅5g

自由烷基酚聚氧乙烯醚3g

羧甲基纤维素3g

丙二醇丁醚3g

无水乙醇71g；

其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂。

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的制备方法与实施例1相同。

（对比例3）

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料，由以下组分组成：

碳纳米管15g

纳米二氧化硅5g

脂肪醇聚氧乙烯醚10g

硅烷偶联剂3g

丙二醇丁醚3g

无水乙醇64g；

其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂。

本实施例的EVA薄膜表面纳米涂料的制备方法与实施例1相同。

将上述各实施例和对比例的涂料形成的涂层覆盖在薄膜表面，所得到EVA胶膜的各项性能指标通过以下方法测定：

1、耐紫外线辐射性能

测试样本为0.5mm的胶膜多片。紫外辐射老化测试方法为国际电工委员会IEC61345标准，测试条件为：温度60±5℃，波长200～400nm，辐照强度15KW·h/m2。透光率测定按GB/T2410标准，其透光保持率＝(辐照后样本平均透光率/辐照前样本平均透光率)×100％。黄变指数按照GB2409-80进行分析。

2、耐湿热老化性能

耐湿热老化测试方法按GB/T2423.3标准，测试条件为：温度85℃，相对湿度85％，时间2000h。透光率测定按GB/T2410标准，其透光保持率＝(辐照后样本平均透光率/辐照前样本平均透光率)×100％。黄变指数按照GB2409-80进行分析。

3、光电转换效率

用实施例和对比例所得EVA胶膜分别封装单晶硅太阳能电池组，据此测试光电转换效率。

4、电导率

用实施例和对比例所得EVA薄膜制备的四探针电导率测量：

将所述样品砂磨和抛光，并施加四个包含银导电膏的电极。通过使用连接于Jandel通用探针的KeithleyInstruments610C固态静电计的四探针电导率测量方法，测量所述样品的电导率。

上述测试结果如下表所示：

表1各实施例和对比例的样品的试验结果

对比例1与各实施例进行对比可知，对比例1中没有纳米二氧化硅这个组分，结果EVA薄膜的电导率为1.5，没有导电性能。

对比例2与各实施例进行对比可知，选用自由烷基酚聚氧乙烯醚替代脂肪醇聚氧乙烯醚作为粘合剂，选用羧甲基纤维素替代硅烷偶联剂作为粘合剂，然而薄膜的透光保持率和光电转换率都很低，而采用脂肪醇聚氧乙烯醚和硅烷偶联剂的实施例1至5的实验结果理想。

对比例3与各实施例进行对比可知，选用脂肪醇聚氧乙烯醚和硅烷偶联剂的比例为10：3，透光保持率、光电转换率及其电导率结果都不好，而实施例1至5的透光保持率、光电转换率及其电导率结果明显优于对比例3，显示了配方的优异性。

本发明的太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料及其制备方法不局限于上述各实施例，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种太阳能封装电池EVA薄膜表面纳米涂料，其特征在于：按照质量百分比由以下组分组成：碳纳米管10～20%，纳米二氧化硅5～15%，脂肪醇聚氧乙烯醚3～15%，硅烷偶联剂3～5%，丙二醇丁醚3～5%，余量是有机溶剂，所述脂肪醇聚氧乙烯醚与硅烷偶联剂的质量比为1︰1至3︰1，其中所述脂肪醇聚氧乙烯醚作为分散剂，所述硅烷偶联剂作为粘结剂，所述丙二醇丁醚作为成膜助剂；

所述碳纳米管的质量百分比为15～20%；

所述纳米二氧化硅的质量百分比为10～12%；

所述脂肪醇聚氧乙烯醚与硅烷偶联剂的质量比为2︰1。