CN109896752A - 一种石墨烯散热涂膜玻璃及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种石墨烯散热涂膜玻璃及其制备方法。本发明的石墨烯散热涂膜玻璃，包括玻璃基板及设于所述玻璃基板上的石墨烯散热涂膜，所述石墨烯散热涂膜主要由以下质量百分数的原料制成：3～40％的无机成膜材料，3～40％的黏结剂，1～10％的石墨烯，0.1～20％的助剂，0.1～1％的催化剂，20～70％的溶剂。本发明的石墨烯散热涂膜玻璃，其导热系数为1.529～2.121W/m·K，表面电阻为5.25*10¹¹～1.04*10¹²Ω，本发明的石墨烯散热涂膜玻璃表面电阻较低，导热系数较高，在不影响双玻光伏组件的同时具有较好的散热性能。

Description

一种石墨烯散热涂膜玻璃及其制备方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种石墨烯散热涂膜玻璃及其制备方法。

背景技术

光伏组件在工作过程中的发电性能会受多种因素的影响，其中，光伏组件的工作温度是影响光伏发电效率的重要因素之一。光伏组件的设计工作温度一般为25℃，但在实际工作过程中，组件的工作温度可达60℃以上，组件工作温度升高会对电池的开路电压及峰值功率等参数产生消极影响，从而影响发电效率。现有的光伏组件的散热方式主要还是依靠光伏组件的自然散热，散热效果较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有优异散热性能的石墨烯散热涂膜玻璃及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种石墨烯散热涂膜玻璃，包括玻璃基板及设于所述玻璃基板上的石墨烯散热涂膜，所述石墨烯散热涂膜主要由以下质量百分数的组分制成：3～40％的无机成膜材料，3～40％的黏结剂，1～10％的石墨烯，0.1～20％的助剂，0.1～1％的催化剂，20～70％的溶剂；所述黏结剂为钛酸四丁酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-乙酯乙烯酯、聚氨酯、丙烯酸酯、聚苯乙烯类、醇酸树脂、聚异氰酸酯、丙烯酸双酯、硅烷类、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、丁烯橡胶中的一种或几种。

所述无机成膜材料为SiO₂、ZrO₂、BaSO₄、Al₂O₃、CaCO₃、CaSO₄、ZnO、Pb₃O₄、Sb₂O₃、TiO₂、MgO、MgCO₃、云母、铅白、滑石粉中的任意一种或几种。

所述无机成膜材料的粒径为0.001～50μm。

优选的，所述无机成膜材料的粒径为0.1～5μm。

进一步优选的，所述无机成膜材料的粒径为0.2～3μm。若无机成膜材料的粒径过大会影响膜层表面的粗糙度，对膜层在基底上的附着性产生消极影响。

优选的，所述无机成膜材料的含量为4～20％。进一步优选的，所述无机成膜材料的含量为10～18％。

优选的，所述黏结剂为丙烯酸酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、聚氨酯、正硅酸四乙酯中的任意一种或几种。所述丙烯酸酯、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、聚氨酯、正硅酸四乙酯，强度高、耐冲击性好、耐候性佳，可油面粘结，使用方便、抗冲击及剪切力强，应用到本发明的石墨烯散热涂膜能够达到增强散热的效果。

优选的，所述黏结剂的含量为4～20％。进一步优选的，所述黏结剂的含量为10～18％。

所述石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯。

所述助剂为乳化剂、分散剂、阻聚剂、流变剂、防沉剂、催干剂、防结皮剂、防缩剂、抗刮伤剂、抗氧化剂、润滑剂、脱模剂、热稳定剂、光稳定剂、抗静电剂、耐磨剂、增稠剂、消泡剂中的任意一种或几种。

优选的，所述助剂为分散剂、抗氧化剂、消泡剂、光稳定剂、热稳定剂、耐磨剂、抗结皮剂中的任意一种或几种。所述抗氧化剂可以防止或延缓膜层材料氧化，提高膜材料的稳定性。所述消泡剂能够在膜材料成膜过程中降低表面张力，抑制泡沫产生或消除已产生泡沫的助剂。所述光稳定剂或热稳定剂能够保证本发明的石墨烯散热涂膜在使用过程中受阳光照射，高、低温冲击的情况下保持优良的特性不变。

优选的，所述助剂的含量为1～18％。进一步优选的，所述助剂的含量为5～16％。

所述催化剂为无机酸、有机酸、酸式盐、碱式盐、有机铵盐中的任意一种。

优选的，所述催化剂的含量为0.3～0.8％。进一步优选的，所述催化剂的含量为0.4～0.7％。

优选的，所述催化剂为草酸、盐酸中的任意一种。草酸、盐酸作为催化剂，催化反应相对比较温和，催化过程相对比较平稳，和本发明所用的黏结剂联用能够提高黏结剂的干燥速度和黏结强度。

所述溶剂为水、石油溶剂、苯系溶剂、萜烯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、氯代烃类溶剂、硝基烃类溶剂、胺类溶剂中的任意一种或几种。

优选的，所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、异丙醇、二乙胺中的任意一种或几种。

优选的，所述溶剂的含量为25～65％。进一步优选的，所述溶剂的含量为35～50％。

所述石墨烯散热涂膜的厚度为0.2～200μm。

所述玻璃基板为平板玻璃或压延玻璃。

本发明的石墨烯散热涂膜玻璃用作双玻光伏组件的背板玻璃。

上述石墨烯散热涂膜玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将无机成膜材料、黏结剂、助剂、溶剂混合后于25～30℃条件下搅拌6～8h，之后加入催化剂继续搅拌14～16h，然后再加入石墨烯混匀，得散热涂膜材料；

2)将步骤1)中的散热涂膜材料采用丝网印刷的方法丝印在玻璃基板上，之后于180～200℃烘干10～15min即得。

本发明的石墨烯散热涂膜玻璃，包括玻璃基板及设于所述玻璃基板上的石墨烯散热涂膜，所述石墨烯散热涂膜的组分中含有石墨烯，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有极高的导热系数，可达5300W/m·K，本发明以无机成膜材料、石墨烯、黏结剂为主要原料制备散热涂膜材料，之后采用丝网印刷的方法将散热涂膜材料涂覆在玻璃基板上制得石墨烯散热涂膜玻璃，本发明的石墨烯散热涂膜玻璃，其导热系数为1.529～2.121W/m·K，表面电阻为5.25*10¹¹～1.04*10¹²Ω，本发明的石墨烯散热涂膜玻璃表面电阻较低，导热系数较高，在不影响双玻光伏组件的同时具有具有较好的散热性能。

具体实施方式

实施例1-4

实施例1-4中的石墨烯散热涂膜玻璃，包括玻璃基板及设于所述玻璃基板上的石墨烯散热涂膜，其中石墨烯散热涂膜的主要原料组成见表1。

实施例1-4中的石墨烯散热涂膜的主要原料组成(质量分数％)

实施例1中的石墨烯散热涂膜玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将10％的SiO₂、5％的BaSO₄、10％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、5％丙烯酸酯、5％分散剂(粉体分散剂AD767)、2％光稳定剂(2-羟基二苯甲酮)、2％的耐磨剂(高分子量硅酮分散体)、2％的消泡剂(聚二甲基硅氧烷)、20％乙醇、20％水、5％乙二醇、3.5％异丙醇混合后于30℃条件下搅拌6h，之后加入0.5％的HCl继续搅拌16h，然后再加入10％单层石墨烯高速搅拌震荡均匀，得散热涂膜材料；

2)将步骤1)中的散热涂膜材料采用丝网印刷的方法丝印在玻璃基板上，之后于180℃烘干15min即得。

实施例2中的石墨烯散热涂膜玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将6％的Al₂O₃、8％的SiO₂、7％正硅酸四乙酯、8％聚氨酯、5％增稠剂(聚乙烯吡咯烷酮)、3％防结皮剂(甲基乙基酮肟)、2％阻聚剂(无机化合物阻聚剂)、1％耐磨剂(高分子量硅酮分散体)、3％消泡剂(聚二甲基硅氧烷)、1％防缩剂(无机媒介物乙二醇的混合物)、16％水、5.4％二乙胺、24％异丙醇混合后于25℃条件下搅拌8h，之后加入0.6％的草酸继续搅拌14h，然后再加入10％多层石墨烯高速搅拌震荡均匀，得散热涂膜材料；

2)将步骤1)中的散热涂膜材料采用丝网印刷的方法丝印在玻璃基板上，之后于200℃烘干10min即得。

实施例3中的石墨烯散热涂膜玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将9％的TiO₂、9％MgO、10％聚异氰酸酯、16.9％正硅酸四乙酯、1％耐磨剂(高分子量硅酮分散体)、2％分散剂(粉体分散剂AD767)、2％防结皮剂(甲基乙基酮肟)、30％水、4％二乙胺、15％异丙醇混合后于28℃条件下搅拌7h，之后加入0.1％的HCl继续搅拌15h，然后再加入1％单层石墨烯高速搅拌震荡均匀，得散热涂膜材料；

2)将步骤1)中的散热涂膜材料采用丝网印刷的方法丝印在玻璃基板上，之后于190℃烘干12min即得。

实施例4中的石墨烯散热涂膜玻璃的制备方法，包括以下步骤：

1)将15％的BaSO₄、20％的TiO₂、10％γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、8％正硅酸四乙酯、4％光稳定剂(2-羟基二苯甲酮)、5％分散剂(粉体分散剂AD767)、3％消泡剂(聚二甲基硅氧烷)、8％阻聚剂(无机化合物阻聚剂)、10％水、5％乙二醇、6.2％异丙醇混合后于28℃条件下搅拌7h，之后加入0.8％的草酸继续搅拌15h，然后再加入5％单层石墨烯高速搅拌震荡均匀，得散热涂膜材料；

2)将步骤1)中的散热涂膜材料采用丝网印刷的方法丝印在玻璃基板上，之后于190℃烘干12min即得。

对比例1

本对比例中的石墨烯散热涂膜玻璃与实施例1的区别仅在于，单层石墨烯的质量百分数为20％，溶剂水的含量为10％。

对比例2

本对比例中的石墨烯散热涂膜玻璃与实施例1的区别仅在于，单层石墨烯的含量为0，溶剂水的含量为30％。

实验例

对实施例1-4及对比例1-2中的石墨烯散热涂膜玻璃进行导热系数及表面电阻测试，结果如表1所示：

表1实施例1-4及对比例中石墨烯散热涂膜玻璃的导热系数及表面电阻

项目

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

对比例1

对比例2

导热系数(W/(m*K))

2.071

2.121

1.529

1.747

2.608

1.478

表面电阻(Ω)

5.67*10<sup>11</sup>

5.25*10<sup>11</sup>

1.04*10<sup>12</sup>

7.83*10<sup>11</sup>

3.19*10<sup>10</sup>

1.62*10<sup>12</sup>

比较实施例1-4及对比例1-2所得的数据，发现石墨烯的掺杂有利于提高涂膜的导热性能，对比例1制备的石墨烯散热涂膜玻璃，即石墨烯掺杂比例达20％时，膜层的表面电阻值较低，会影响光伏组件的老化性能，所以优选石墨烯的掺杂比例≤10％。

本发明实施例的石墨烯散热涂膜玻璃，包括玻璃基板及设于所述玻璃基板上的石墨烯散热涂膜，所述石墨烯散热涂膜的组分中含有石墨烯，石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有极高的导热系数，可达5300W/m·K，本发明以无机成膜材料、石墨烯、具有较高导热系数的黏结剂为主要原料，以消泡剂、分散剂、耐磨剂、光稳定剂、防结皮剂等助剂制备散热涂膜材料，其中消泡剂能够在膜材料成膜过程中降低表面张力，抑制泡沫产生或消除已产生泡沫的助剂，光稳定剂能够保证本发明的石墨烯散热涂膜在使用过程中受阳光照射，高、低温冲击的情况下保持优良的特性不变；另外草酸、盐酸作为催化剂，催化反应相对比较温和，催化过程相对比较平稳，和本发明所用的黏结剂联用能够提高黏结剂的干燥速度和黏结强度。本发明采用丝网印刷的方法将散热涂膜材料涂覆在玻璃基板上制得石墨烯散热涂膜玻璃，本发明的石墨烯散热涂膜玻璃，其导热系数为1.529～2.121W/m·K，表面电阻为5.25*10¹¹～1.04*10¹²Ω，本发明的石墨烯散热涂膜玻璃表面电阻较低，导热系数较高，在不影响双玻光伏组件的同时具有较好的散热性能。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种石墨烯散热涂膜玻璃，其特征在于，包括玻璃基板及设于所述玻璃基板上的石墨烯散热涂膜，所述石墨烯散热涂膜主要由以下质量百分数的原料制成：3～40％的无机成膜材料，3～40％的黏结剂，1～10％的石墨烯，0.1～20％的助剂，0.1～1％的催化剂，20～70％的溶剂；所述黏结剂为钛酸四丁酯、正硅酸四乙酯、正硅酸四甲酯、酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-乙酯乙烯酯、聚氨酯、丙烯酸酯、聚苯乙烯类、醇酸树脂、聚异氰酸酯、丙烯酸双酯、硅烷类、聚苯并咪唑、聚酰亚胺、丁烯橡胶中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂膜玻璃，其特征在于，所述无机成膜材料为SiO₂、ZrO₂、BaSO₄、Al₂O₃、CaCO₃、CaSO₄、ZnO、Pb₃O₄、Sb₂O₃、TiO₂、MgO、MgCO₃、云母、铅白、滑石粉中的任意一种或几种。

3.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂膜玻璃，其特征在于，所述无机成膜材料的粒径为0.001～50μm。

4.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂膜玻璃，其特征在于，所述石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯。

5.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂膜玻璃，其特征在于，所述助剂为乳化剂、分散剂、阻聚剂、流变剂、防沉剂、催干剂、防结皮剂、防缩剂、抗刮伤剂、抗氧化剂、润滑剂、脱模剂、热稳定剂、光稳定剂、抗静电剂、耐磨剂、增稠剂、消泡剂中的任意一种或几种。

6.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂膜玻璃，其特征在于，所述催化剂为无机酸、有机酸、酸式盐、碱式盐、有机铵盐中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂膜玻璃，其特征在于，所述溶剂为水、石油溶剂、苯系溶剂、萜烯类溶剂、醇类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、酯类溶剂、氯代烃类溶剂、硝基烃类溶剂、胺类溶剂中的任意一种或几种。

8.根据权利要求1所述的石墨烯散热涂膜玻璃，其特征在于，所述石墨烯散热涂膜的厚度为0.2～200μm。

9.一种如权利要求1所述的石墨烯散热涂膜玻璃的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将无机成膜材料、黏结剂、助剂、溶剂混合后于25～30℃条件下搅拌6～8h，之后加入催化剂继续搅拌14～16h，然后再加入石墨烯混匀，得散热涂膜材料；

2)将步骤1)中的散热涂膜材料采用丝网印刷的方法丝印在玻璃基板上，之后于180～200℃烘干10～15min即得。