CN107195718A - 一种多层导热型光伏背板材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层导热型光伏背板材料，将石墨烯溶解至无水乙醇中，并加入聚乙烯吡咯烷酮、发泡剂和填料，减压蒸馏后加入去离子水，经二次蒸馏得到导热悬浊液；然后将导热悬浊液提拉涂覆在超薄铝片上加温加压反应得到导热铝基薄片，最后在表面喷洒导热硅胶与无水乙醇，减压烘干得到多层导热型光伏背板材料。本发明制备的背板具有较高的导热寿命，以及良好耐高温效果。
Description
技术领域
本发明属于光伏材料技术领域，具体涉及一种多层导热型光伏背板材料。
背景技术
伴随全球化石能源的不断消耗以及由此产生的巨大的能源环境问题，可以将太阳光转化为电能的光伏业方兴未艾。光伏组件在实际使用过程中，一般需要经受高温、紫外线照射、水汽的破坏侵蚀。背板主要用于光伏组件的封装，具有耐点击穿、耐候性、耐腐蚀等特点，可以对组件起到良好的保护作用。
现有的背板材料一般由几种高分子材料复合而成，如采用TPT、TPE、FPE等结构，但由于高分子材料的导热系数一般都较低无法有效散热，使得组件运行产生的热量不能有效的导出，导致热量积蓄。而晶硅电池工作效率与负温度系数相关，过高的温度不但导致发电效率急剧下降，同时由此产生的高温还会影响封装材料的稳定性，导致组件老化加速，难以满足25年的寿命。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层导热型光伏背板材料，制备的背板具有较高的导热寿命，以及良好耐高温效果。
本发明的技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种多层导热型光伏背板材料，其步骤如下：
步骤1，将石墨烯粉末加入至无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮超声搅拌形成均匀悬浊液；
步骤2，将发泡剂与填料加入至均匀悬浊液中得到混合液，然后进行减压蒸馏10-30min，得到浓缩液；
步骤3，将去离子水加入至浓缩液中，超声搅拌均匀后进行二次减压蒸馏30-60min，得到导热悬浊液；
步骤4，将超薄铝片进行清洗后浸渍提拉1-3h，密封加热加压反应1-3h，自然冷却后取出得到导热铝基薄片；
步骤5，将导热硅胶与无水乙醇依次喷洒至导热铝基薄片表面，然后进行减压烘干得到多层导热型光伏背板材料。
所述石墨烯采用微米级石墨烯粉体
所述步骤1的石墨烯的摩尔量是0.1-0.3mol/L，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯摩尔量的40-60%，所述超声频率为0.6-1.8kHz，超声时间为10-15min；该步骤将石墨烯溶解至无水乙醇中，然后加入聚乙烯吡咯烷酮，利用聚乙烯吡咯烷酮在水中的可溶性以及石墨烯表面的附着，保证石墨烯均匀分散至无水乙醇中。
所述步骤2中国的发泡剂采用偶氮二异丁腈，所述填料采用氧化钛，所述氧化钛采用纳米金红石型氧化钛。
所述步骤2中的发泡剂加入量是石墨烯摩尔量的2-8%，填料为石墨烯摩尔量的10-15%，减压蒸馏的温度为75-80℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的60-80%，浓缩液的体积是混合液的70-80%。该步骤采用偶氮二异丁腈作为发泡剂能够溶解与乙醇中，形成稳定的发泡分散液，能够有效的分散至颗粒表面，减压蒸馏温度控制在75-80℃是基于发泡剂的保护，同时乙醇在该温度转化为气态，完全可以达到减压蒸馏的目的。
步骤3中的去离子水加入量与浓缩液一致，超声频率为8-12kHz，所述超声时间为10-15min，所述二次蒸馏的温度为80-90℃，所述压力为大气压的40-50%，所述导热悬浊液的体积是浓缩液的60-80%，该步骤通过将去离子水与浓缩液的混合达到混溶的效果，同时二次减压蒸馏的方式将乙醇全部去除，同时溶液中的不溶物在聚乙烯吡咯烷酮的作用均匀分布。
所述步骤4中的提拉速度为500mm/min，浸渍速度为300mm/min，加热加压反应的温度为100-110℃，所述压力为10-15MPa，该步骤通过浸渍提拉的方式将导热悬浊液镀膜在超薄铝片上，通过缓慢浸渍与提拉的方式保证，采用加温加压的方式能够保证发泡剂的反应产生孔隙，同时在聚乙烯吡咯烷酮作用下通过石墨烯和填料进行填补，起到密封效果。
步骤5中的导热硅胶的喷洒量为3-5mg/cm2，所述乙醇的喷洒量是10-15mg/cm2，所述减压烘干的温度为80-90℃，所述压力为大气压的70-80%，采用喷洒的方式将导热硅胶与无水乙醇依次平铺在表面，并在减压烘干的方式将无水乙醇去除，同时导热硅胶呈液态，将表现孔隙去除，保证其平整效果。
本发明将石墨烯溶解至无水乙醇中，并加入聚乙烯吡咯烷酮、发泡剂和填料，减压蒸馏后加入去离子水，经二次蒸馏得到导热悬浊液；然后将导热悬浊液提拉涂覆在超薄铝片上加温加压反应得到导热铝基薄片，最后在表面喷洒导热硅胶与无水乙醇，减压烘干得到多层导热型光伏背板材料。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
本发明制备方法简单可行，实践性和通用性强。本发明制备的背板材料通过石墨烯、铝片和导热硅胶形成多层导热效果，能够起到良好的导热效果，同时石墨烯内掺杂导热硅胶，能够大大提高导热效果，与表面热量均匀度，保证了其导热均匀效果，降低了界面热阻，保证散热均匀效果。本发明的背板具有较高的导热寿命，以及良好耐高温效果。
具体实施方式
实施例1
一种多层导热型光伏背板材料，其步骤如下：
步骤1，将石墨烯粉末加入至无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮超声搅拌形成均匀悬浊液；
步骤2，将发泡剂与填料加入至均匀悬浊液中得到混合液，然后进行减压蒸馏10min，得到浓缩液；
步骤3，将去离子水加入至浓缩液中，超声搅拌均匀后进行二次减压蒸馏30min，得到导热悬浊液；
步骤4，将超薄铝片进行清洗后浸渍提拉1h，密封加热加压反应1h，自然冷却后取出得到导热铝基薄片；
步骤5，将导热硅胶与无水乙醇依次喷洒至导热铝基薄片表面，然后进行减压烘干得到多层导热型光伏背板材料。
所述石墨烯采用微米级石墨烯粉体
所述步骤1的石墨烯的摩尔量是0.1mol/L，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯摩尔量的40%，所述超声频率为0.6kHz，超声时间为10min。
所述步骤2中国的发泡剂采用偶氮二异丁腈，所述填料采用氧化钛，所述氧化钛采用纳米金红石型氧化钛。
所述步骤2中的发泡剂加入量是石墨烯摩尔量的2%，填料为石墨烯摩尔量的10%，减压蒸馏的温度为75℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的60-80%，浓缩液的体积是混合液的70%。
步骤3中的去离子水加入量与浓缩液一致，超声频率为8kHz，所述超声时间为10min，所述二次蒸馏的温度为80℃，所述压力为大气压的40%，所述导热悬浊液的体积是浓缩液的60%。
所述步骤4中的提拉速度为500mm/min，浸渍速度为300mm/min，加热加压反应的温度为100℃，所述压力为10MPa。
步骤5中的导热硅胶的喷洒量为3mg/cm2，所述乙醇的喷洒量是10mg/cm2，所述减压烘干的温度为80℃，所述压力为大气压的70%。
实施例2
一种多层导热型光伏背板材料，其步骤如下：
步骤1，将石墨烯粉末加入至无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮超声搅拌形成均匀悬浊液；
步骤2，将发泡剂与填料加入至均匀悬浊液中得到混合液，然后进行减压蒸馏30min，得到浓缩液；
步骤3，将去离子水加入至浓缩液中，超声搅拌均匀后进行二次减压蒸馏60min，得到导热悬浊液；
步骤4，将超薄铝片进行清洗后浸渍提拉3h，密封加热加压反应3h，自然冷却后取出得到导热铝基薄片；
步骤5，将导热硅胶与无水乙醇依次喷洒至导热铝基薄片表面，然后进行减压烘干得到多层导热型光伏背板材料。
所述石墨烯采用微米级石墨烯粉体
所述步骤1的石墨烯的摩尔量是0.3mol/L，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯摩尔量的60%，所述超声频率为1.8kHz，超声时间为15min。
所述步骤2中国的发泡剂采用偶氮二异丁腈，所述填料采用氧化钛，所述氧化钛采用纳米金红石型氧化钛。
所述步骤2中的发泡剂加入量是石墨烯摩尔量的8%，填料为石墨烯摩尔量的15%，减压蒸馏的温度为80℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的80%，浓缩液的体积是混合液的80%。
步骤3中的去离子水加入量与浓缩液一致，超声频率为12kHz，所述超声时间为15min，所述二次蒸馏的温度为90℃，所述压力为大气压的50%，所述导热悬浊液的体积是浓缩液的80%。
所述步骤4中的提拉速度为500mm/min，浸渍速度为300mm/min，加热加压反应的温度为110℃，所述压力为15MPa。
步骤5中的导热硅胶的喷洒量为5mg/cm2，所述乙醇的喷洒量是15mg/cm2，所述减压烘干的温度为90℃，所述压力为大气压的80%。
实施例3
一种多层导热型光伏背板材料，其步骤如下：
步骤1，将石墨烯粉末加入至无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮超声搅拌形成均匀悬浊液；
步骤2，将发泡剂与填料加入至均匀悬浊液中得到混合液，然后进行减压蒸馏20min，得到浓缩液；
步骤3，将去离子水加入至浓缩液中，超声搅拌均匀后进行二次减压蒸馏50min，得到导热悬浊液；
步骤4，将超薄铝片进行清洗后浸渍提拉2h，密封加热加压反应2h，自然冷却后取出得到导热铝基薄片；
步骤5，将导热硅胶与无水乙醇依次喷洒至导热铝基薄片表面，然后进行减压烘干得到多层导热型光伏背板材料。
所述石墨烯采用微米级石墨烯粉体
所述步骤1的石墨烯的摩尔量是0.2mol/L，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯摩尔量的50%，所述超声频率为1.2kHz，超声时间为13min。
所述步骤2中国的发泡剂采用偶氮二异丁腈，所述填料采用氧化钛，所述氧化钛采用纳米金红石型氧化钛。
所述步骤2中的发泡剂加入量是石墨烯摩尔量的5%，填料为石墨烯摩尔量的13%，减压蒸馏的温度为78℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的70%，浓缩液的体积是混合液的75%。
步骤3中的去离子水加入量与浓缩液一致，超声频率为10kHz，所述超声时间为13min，所述二次蒸馏的温度为85℃，所述压力为大气压的45%，所述导热悬浊液的体积是浓缩液的70%。
所述步骤4中的提拉速度为500mm/min，浸渍速度为300mm/min，加热加压反应的温度为105℃，所述压力为13MPa。
步骤5中的导热硅胶的喷洒量为4mg/cm2，所述乙醇的喷洒量是13mg/cm2，所述减压烘干的温度为85℃，所述压力为大气压的75%。
实施例4
以全金属背板作为对比例。
各项性能采用如下测试方法：
1.耐湿热老化性能：按照GB/T2423.3试验方法进行，恒定湿热老化3000h外观无开裂、无气泡、无粉化即为合格。
2.绝缘性能：按照UL1703测试方法进行，能够耐受3000V的高压，而不被击穿视为合格。
3.导热系数测试：采用DRL-III导热系数测试仪测试。
4.组件温度测试：将背板组装成常用的165cm*100cm规格大小的太阳能电池组件，并将两电极短路，在室外温度下照射2小时，利用红外测温仪对电池取10点测试温度，取平均值。
5.输出功率测试：采用将背板组装成常用的165cm*100cm规格大小的组件，在1000w/m2标称辐照度和30℃环境温度下用Quicksun820A组件功率测试仪进行测试。
表1是性能数据表。
| 实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 |
| 耐湿热老化性能 | 合格 | 合格 | 合格 | 合格 |
| 绝缘性能 | 合格 | 合格 | 合格 | 不合格 |
| 导热系数（w/mk） | 22.4 | 20.1 | 21.4 | 18.2. |
| 组件温度测试（℃） | 45.3 | 46.1 | 47.2 | 43.1 |
| 输出功率（W/m2） | 265 | 259 | 257 | 253 |
本发明中背板可以满足背板材料所需绝缘性能要求，解决了金属背板绝缘性差的问题。同时相较于现有的金属背板，本发明有效降低界面热阻。与现有技术相比，在使用过程中可以有效降低组件整体温度，提高组件发电效率。
以上所述仅为本发明的一实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种多层导热型光伏背板材料，其特征在于：其步骤如下：
步骤1，将石墨烯粉末加入至无水乙醇中，加入聚乙烯吡咯烷酮超声搅拌形成均匀悬浊液；
步骤2，将发泡剂与填料加入至均匀悬浊液中得到混合液，然后进行减压蒸馏10-30min，得到浓缩液；
步骤3，将去离子水加入至浓缩液中，超声搅拌均匀后进行二次减压蒸馏30-60min，得到导热悬浊液；
步骤4，将超薄铝片进行清洗后浸渍提拉1-3h，密封加热加压反应1-3h，自然冷却后取出得到导热铝基薄片；
步骤5，将导热硅胶与无水乙醇依次喷洒至导热铝基薄片表面，然后进行减压烘干得到多层导热型光伏背板材料。
2.根据权利要求 1 所述的一种多层导热型光伏背板材料，其特征在于：所述石墨烯采用微米级石墨烯粉体。
3.根据权利要求 1 所述的一种多层导热型光伏背板材料，其特征在于：所述步骤1的石墨烯的摩尔量是0.1-0.3mol/L，所述聚乙烯吡咯烷酮的加入量是石墨烯摩尔量的40-60%，所述超声频率为0.6-1.8kHz，超声时间为10-15min。
4.根据权利要求 1 所述的一种多层导热型光伏背板材料，其特征在于：所述步骤2中国的发泡剂采用偶氮二异丁腈，所述填料采用氧化钛，所述氧化钛采用纳米金红石型氧化钛。
5.根据权利要求 1 所述的一种多层导热型光伏背板材料，其特征在于：所述步骤2中的发泡剂加入量是石墨烯摩尔量的2-8%，填料为石墨烯摩尔量的10-15%，减压蒸馏的温度为75-80℃，所述减压蒸馏的压力为大气压的60-80%，浓缩液的体积是混合液的70-80%。
6.根据权利要求 1 所述的一种多层导热型光伏背板材料，其特征在于：步骤3中的去离子水加入量与浓缩液一致，超声频率为8-12kHz，所述超声时间为10-15min，所述二次蒸馏的温度为80-90℃，所述压力为大气压的40-50%，所述导热悬浊液的体积是浓缩液的60-80%。
7.根据权利要求 1 所述的一种多层导热型光伏背板材料，其特征在于：所述步骤4中的提拉速度为500mm/min，浸渍速度为300mm/min，加热加压反应的温度为100-110℃，所述压力为10-15MPa。
8.根据权利要求 1 所述的一种多层导热型光伏背板材料，其特征在于：步骤5中的导热硅胶的喷洒量为3-5mg/cm2，所述乙醇的喷洒量是10-15mg/cm2，所述减压烘干的温度为80-90℃，所述压力为大气压的70-80%。
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