CN106632991B - 一种用于太阳能电池的封装材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于太阳能电池的封装材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种太阳能电池制造领域，特别是涉及一种用于太阳能电池的封装材料及其制备方法。该封装材料是由芳香族环氧树脂和戊二烯经过交联剂固化反应制得，原料组成按摩尔份数计算，配方包括：芳香族环氧树脂50份，戊二烯50份，交联剂乙烯基三胺3份，Lewis酸4份，1010抗氧剂0.5份，无机填料8份，溶剂120份。该材料解决了目前太阳能电池封装材料存在透光率不高、绝缘性不良以及不耐老化等问题。本发明制备的共混改性材料具有原料来源广泛，制备方法简单易得，降低了反应成本，经济效果显著。

Description

一种用于太阳能电池的封装材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池制造领域，特别是涉及一种用于太阳能电池的封装材料及其应用。
背景技术
太阳能(solar energy)一般指太阳光的辐射能量，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源利用方式。使用太阳电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能。到目前为止，太阳能的利用还不很普及，利用太阳能发电存在成本高、转换效率低等问题。
因此，如何提高太阳电池的转换效率已成为光伏企业研发的核心内容，但光伏电池及其组件长期在高电压作用下使得玻璃和封装材料之间存在漏电流，大量的电荷聚集在电池片表面，使得电池表面的钝化效果恶化，导致FF、Jsc、Voc降低，使组件功率急剧下降，组件性能低于设计标准。现有的封装材料存在透光率不高、绝缘性不良以及不耐老化等缺点，光利用率低，使得转换的光能不高，且已转换的电能在较高电导的封装材料中消耗较大，不利于光电转化效率的提高，同时太阳能电池长期暴露在强辐射、大温差、易氧化等恶劣环境中，对电池的可靠性以及寿命等造成了较大的负面影响。
目前太阳能电池一般采用EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)作封装材料，虽然能够满足太阳能电池的一般需求，但仍存在上述的缺点。有必要开发一种新的封装材料以改善太阳能电池的性能。
发明内容
本发明的目的：针对目前封装材料存在透光率不高、绝缘性不良以及不耐老化等问题，提供一种用于太阳能电池的高透光绝缘性封装材料及其制备方法，以提高太阳能电池的光利用效率。
本发明的方案：针对上述问题提供一种材料，基材为芳香族环氧树脂和戊二烯，使用固化剂和其他添加剂对基材进行共混改性，得到共混改性材料为高透光绝缘性封装材料。将原料组成按摩尔份数计算，配方如下:
芳香族环氧树脂50份，戊二烯50份，交联剂乙烯基三胺3份，催化剂Lewis酸4份，1010抗氧剂0.5份，无机填料8份，溶剂120份。
作为优选，所述的芳香族环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或多酚型缩水甘油醚环氧树脂。
作为优选，所述的戊二烯为1,4-戊二烯。
作为优选，所述的Lewis酸为氯化铝、氯化铁、氯化锌或三氟化硼。
作为优选，所述的无机填料为碳酸钙或滑石粉。
作为优选，所述的溶剂为氯苯。
经过固化剂的交联固化作用得到高透光绝缘性封装材料，其制备方法包括：
①选取洁净的三口烧瓶，按照摩尔分数，先添加50份芳香族环氧树脂，再添加50份戊二烯、0.5份1010抗氧剂和8份无机填料，最后添加120份溶剂，使用油浴加热，保证混合物温度为50～70℃，以40～60r/min的速度搅拌0.5～2h；
作为优选，所述的搅拌速度为50～55r/min。
作为优选，所述的搅拌时间为1～1.5h。
②按照摩尔分数，向步骤①所述的混合物中添加3份交联剂，边添加边搅拌，搅拌速度为70～120r/min，油浴继续加热，保证混合物温度为70～90℃，反应时间为4～8h；
作为优选，所述的搅拌速度为80～90r/min。
作为优选，所述的反应时间为5～6h。
③向步骤②所述的混合物中添加4份Lewis酸，以70～120r/min搅拌速度、90～110℃温度环境反应3～4h；
④将反应产物真空抽滤，然后在50℃烘箱中干燥1h，制得共混改性材料。
本发明的技术效果：本发明使用的是Lewis酸作为催化剂，使用其他催化剂例如质子酸作为催化剂，烯烃中的双键和仲胺不发生反应。芳香族环氧树脂开环和交联剂乙烯基三胺中的伯胺发生反应，剩下的仲胺在Lewis酸催化条件下和1,4-戊二烯发生反应，添加相应的抗氧剂等助剂，制得共混改性材料。该材料不容易结晶，透光率高；发挥了酚类和烯烃类材料，特别是烯烃类材料极性基团少的特点，不容易导电，绝缘性良好；同时具有多苯基基团，分子量适中，耐老化性能良好。该材料解决了目前太阳能电池封装材料存在透光率不高、绝缘性不良以及不耐老化等问题，具有原料来源广泛，制备方法简单易得，降低了反应成本。
具体实施方式
从透光率、绝缘性和耐老化性对常规材料和本发明制备的材料进行检测，其中：
透光率按照国家标准GB/T 2410-2008执行；
绝缘性按照国家标准GB2900.5-2013执行；
耐老化性按照国家标准GB/T 15596-2009执行。
实施例1
①选取洁净的三口烧瓶，先添加2mol双酚A型环氧树脂，再添加2mol的1,4-戊二烯、0.02mol的1010抗氧剂和0.32mol碳酸钙，最后添加4.8mol氯苯，使用油浴加热，保证混合物温度为60～65℃，以50r/min的速度搅拌1h；
②向步骤①所述的混合物中添加0.12mol乙烯基三胺，边添加边搅拌，搅拌速度为90r/min，油浴继续加热，保证混合物温度为80～90℃，反应6h；
③向步骤②所述的混合物中添加0.16mol氯化铝，以90r/min搅拌速度、100～105℃温度环境反应3h；
④将反应产物真空抽滤，然后在50℃烘箱中干燥1h，制得共混改性材料。
实施例2
①选取洁净的三口烧瓶，先添加2mol双酚F型环氧树脂，再添加2mol的1,4-戊二烯、0.02mol的1010抗氧剂和0.32mol碳酸钙，最后添加4.8mol氯苯，使用油浴加热，保证混合物温度为60～65℃，以50r/min的速度搅拌1h；
②向步骤①所述的混合物中添加0.12mol乙烯基三胺，边添加边搅拌，搅拌速度为90r/min，油浴继续加热，保证混合物温度为80～90℃，反应5h；
③向步骤②所述的混合物中添加0.16mol氯化铁，以100r/min搅拌速度、100～105℃温度环境反应3h；
④将反应产物真空抽滤，然后在50℃烘箱中干燥1h，制得共混改性材料。
实施例3
①选取洁净的三口烧瓶，先添加2mol多酚型缩水甘油醚环氧树脂，再添加2mol的1,4-戊二烯、0.02mol的1010抗氧剂和0.32mol碳酸钙，最后添加4.8mol氯苯，使用油浴加热，保证混合物温度为65～70℃，以50r/min的速度搅拌1.5h；
②向步骤①所述的混合物中添加0.12mol乙烯基三胺，边添加边搅拌，搅拌速度为90r/min，油浴继续加热，保证混合物温度为70～80℃，反应6h；
③向步骤②所述的混合物中添加0.16mol氯化锌，以85r/min搅拌速度、95～100℃温度环境反应4h；
④将反应产物真空抽滤，然后在50℃烘箱中干燥1h，制得共混改性材料。
对比实施例1
不添加1,4-戊二烯，其余步骤同实施例1，制备共混改性材料。
对比实施例2
将实施例1中的氯化铝(Lewis酸)改为HCl(质子酸)，其余步骤同实施例1，制备共混改性材料。
选取太阳能电池常规使用的封装材料有机硅胶和EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)，同时选取实施例1-3和对比实施例1、2制得的共混改性材料，从透光率、绝缘性和耐老化三个方面进行对比，对比数据如表1所示：
表1透光率、绝缘性和耐老化性能对照表
透光率/％ 绝缘性/Ω·m 耐老化
实施例1 96 2.1×1017 无黄变、无裂纹或银纹
实施例2 95 1.7×1018 无黄变、无裂纹或银纹
实施例3 98 8.3×1019 无黄变、无裂纹或银纹
对比实施例1 89 5.2×1012 有黄变、有轻微裂纹或银纹
对比实施例2 87 6.7×1011 有黄变、有轻微裂纹或银纹
有机硅胶 78 7.3×1014 无黄变、有轻微裂纹或银纹
EVA 82 5.2×1013 有轻微黄变、无裂纹或银纹
从表1可以看出，实施例1-3制备的材料在透光率、绝缘性和耐老化性能方面，较传统材料均有不同程度的改善。

Claims (10)

1.一种用于太阳能电池的封装材料，其特征在于，所述的封装材料基材为芳香族环氧树脂和戊二烯，使用交联剂和其他添加剂对基材进行共混改性，将原料组成按摩尔份数计算，配方包括：芳香族环氧树脂50份，戊二烯50份，交联剂乙烯基三胺3份，Lewis酸4份，1010抗氧剂0.5份，无机填料8份，溶剂120份。
2.如权利要求1所述的用于太阳能电池的封装材料，其特征在于，所述的芳香族环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂或多酚型缩水甘油醚环氧树脂。
3.如权利要求1所述的用于太阳能电池的封装材料，其特征在于，所述的戊二烯为1,4-戊二烯。
4.如权利要求1所述的用于太阳能电池的封装材料，其特征在于，所述的Lewis酸为氯化铝、氯化铁、氯化锌或三氟化硼。
5.如权利要求1所述的用于太阳能电池的封装材料，其特征在于，所述的无机填料为碳酸钙，所述的溶剂为氯苯。
6.一种如权利要求1所述的用于太阳能电池的封装材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括：
①选取洁净的三口烧瓶，按照摩尔份数，先添加50份芳香族环氧树脂，再添加50份戊二烯、0.5份1010抗氧剂和8份无机填料，最后添加120份溶剂，使用油浴加热，保证混合物温度为50～70℃，以40～60r/min的速度搅拌0.5～2h；
②按照摩尔份数，向步骤①所述的混合物中添加3份交联剂，边添加边搅拌，搅拌速度为70～120r/min，油浴继续加热，保证混合物温度为70～90℃，反应时间为4～8h；
③向步骤②所述的混合物中添加4份Lewis酸，以70～120r/min搅拌速度、90～110℃温度环境反应3～4h；
④将反应产物真空抽滤，然后在50℃烘箱中干燥1h，制得共混改性材料。
7.如权利要求6所述的用于太阳能电池的封装材料的制备方法，其特征在于，步骤①所述的搅拌速度为50～55r/min。
8.如权利要求6所述的用于太阳能电池的封装材料的制备方法，其特征在于，步骤①所述的搅拌时间为1～1.5h。
9.如权利要求6所述的用于太阳能电池的封装材料的制备方法，其特征在于，步骤②所述的搅拌速度为80～90r/min。
10.如权利要求6所述的用于太阳能电池的封装材料的制备方法，其特征在于，步骤②所述的反应时间为5～6h。
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