CN111019452B - 一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于太阳能光伏薄膜技术领域，具体涉及一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜及制备方法，包括：（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，加片状无机物，缓慢搅拌30～45min，再高速搅拌3～5min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，加锡粉研磨，得到复合粉；（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成聚偏氟乙烯薄膜，然后经热辊辊压定型，即得。本发明为了在二氧化钛前驱液中加入片状无机物，使二氧化钛形成时与片状无机物均匀的结合；进一步加入金属锡粉并热融化将无机粉体链接为牢固的膜，防止涂层的脱落。并且片状物固定后容易形成反射，可有效反射紫外线，显著改善薄膜的耐候性能，具有优异的耐老化性能。

Description

一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜及制备方法
技术领域
本发明属于太阳能光伏薄膜技术领域，具体涉及一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜及制备方法。
背景技术
太阳能电池背板也称为太阳能电池背板膜、光伏背板、光伏背板膜、太阳能背板。广泛应用于太阳能电池(光伏)组件，位于太阳能电池板的背面，在户外环境下保护太阳能电池组件不受水汽侵蚀，阻碍氧气防止组件内部氧化，具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性、耐高低温、耐腐蚀性。可以反射阳光，提高组件转换效率；具有较高的红外反射率，可以降低组件温度。
太阳能背板位于太阳能电池板的背面，对电池片起保护和支撑作用，具有可靠的绝缘性、阻水性、 耐老化性。初期太阳能背板具有三层结构（ PVDF/PET/PVDF ），外层保护层 PVDF 具有良好的抗环境侵蚀能力，中间层为 PET聚脂薄膜具有良好的绝缘性能，内层PVDF和EVA具有良好的粘接性能。后为了降低成本，考虑环保，出现了一些不含氟的背板结构，如APE结构背板。
光伏背板在户外环境下可以用于保护光伏电池组件不受水汽的侵蚀，阻隔氧气防止氧化、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。目前太阳能电池背板中电气绝缘层两侧应用的主要是聚氟乙烯(PVF)和聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，对绝缘背板的品质优劣起着决定性的作用。
由于光伏组件的光利用率低，因此提供一种高反射率光伏背板用PVDF薄膜是非常有必要的。聚偏氟乙烯(PVDF) 是一种白色粉状的结晶聚合物，能溶于某些强的极性溶剂。PVDF 由于具有高韧性、抗氧化性等特点，目前已广泛地应用于膜的制备和应用领域；然而PVDF 的表面能低，容易产生吸附污染，从而直接导致膜通量的下降，缩短了膜的使用寿命。对膜进行亲水化改性显得尤其重要。将无机纳米粒子掺杂到膜基材中，制备出有机–无机复合膜以提高膜的综合性能，现已成为膜技术工作者研究的热点。无机纳米粒子对膜性能的提高主要表现在：增强膜渗透蒸发过程中的传质，提高膜的亲水性、抗污染性以及力学性能，但是附着性较差。
已有技术中，由杜邦公司生产的并且拥有专利的聚氟乙烯薄膜基本上垄断了用于构成绝缘背板的耐候层所用的材料市场，这些材料的成本高，不利于太阳能光伏发电平价上网的推广，并且，常规多层共挤工艺复杂，成本高。因此，需要一种能够降低成本并且具有良好的耐候性的光伏背板。纳米TiO2既能吸收紫外线，又能反射、散射紫外线，是性能优越、极有发展前途的物理屏蔽型的紫外线防护剂。将其制备成涂料用于PVDF薄膜将得到高耐老化性能的薄膜。
因此，在PVDF薄膜均匀的涂敷纳米TiO2并使其余薄膜稳定的附着是目前急需解决的问题。
发明内容
针对目前光伏背板用薄膜材料耐老化性能差，难以在表面稳定形成二氧化钛防紫外线涂层的问题，本发明提出一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜及制备方法。
一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，然后加入片状无机物，缓慢搅拌30～45min，再高速搅拌3～5min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，然后加入锡粉研磨，得到复合粉；
（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成聚偏氟乙烯薄膜，然后经热辊辊压定型，得到一种光伏背板用耐老化薄膜。
本发明为了使二氧化钛在聚四氟乙烯膜面形成均匀分散的牢固膜，通过在二氧化钛前驱液中加入片状无机物，使二氧化钛形成时与片状无机物均匀的结合，一定程度上可以起到固定二氧化钛的作用；进一步的，通过添加金属锡粉，并使金属锡热融化将无机粉体链接为牢固的膜，防止涂层的脱落，彻底固定二氧化钛。
本发明太阳能光伏背板用耐老化薄膜的基础树酯选用聚四氟乙烯（PVDF）树酯，PVDF树脂制备的氟涂料具有无与伦比的耐候性，因此作为膜材料它有着比PVF等材料有着更好的耐候性，进而其黄变指数和老化后的机械强度等性能也都要好于PVF等材料。
本发明采用溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛产品，通过将一定量的钛酸四丁酯溶于适量的无水乙醇中，配制钛酸四丁酯无水乙醇溶液，为防止反应过于剧烈，向反应液中加入一定量的抑制剂三乙醇胺，然后加入片状无机物，搅拌形成均匀分散溶液，使得二氧化钛前驱液与片状无机物分散均匀，进一步通过缓慢加入去离子水，为了防止钛酸四丁酯水解剧烈，本发明采用将混合物陈放24h，反应形成胶体，胶体经稳定、离心、过滤，必要时还可以进一步清洗除去表面的杂质及离子，最后通过快烧制得二氧化钛颗粒。
进一步的，所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，步骤（1）中所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比3～8:8～12:1～3:1～3。
更进一步的，所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，步骤（1）中所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比5:10:2:2。
本发明控制搅拌和加水速率，都是为了控制二氧化钛形成过程中的反应速率，防止钛酸四丁酯反应剧烈。进一步的，所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，步骤（1）中所述缓慢搅拌的转速为10～30r/min；所述高速搅拌的转速为200～300r/min；所述缓慢加入水的速率为2～5mL/min。
现有技术中在太阳能光伏背板用耐老化薄膜中添加片状无机物为云母粉和滑石粉的研究和报道较少。而本发明创造性的选择在太阳能光伏背板用耐老化薄膜中添加片状无机物为云母粉和滑石粉，片状无机物云母粉和滑石粉在太阳能光伏背板用耐老化薄膜中主要起到固定和分散二氧化钛的作用，除此之外，云母粉、滑石粉由于自身具有的一系列优异性能，添加到太阳能光伏背板用耐老化薄膜中还可以起到如下作用：1、阻隔作用，片状无机物在膜内形成基本平行的取向排列，可以阻隔水和其它腐蚀性物质对薄膜的渗透；2、改善漆膜的物理机械性能和抗磨性能，聚四氟乙烯树脂本身的硬度都有限，而添加一定的片状无机物可以提高薄膜整体的物理性能；3、绝缘性能和阻燃性能，云母粉、滑石粉自身是优异的绝缘材料和阻燃填料；4、抗紫外、红外线性能，云母粉具有优异的屏蔽紫外线和红外线等的性能；5、热辐射和耐高温性能，云母粉有良好的红外辐射能力。
进一步的，所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，步骤（1）中所述片状无机物为云母粉、滑石粉中的至少一种；所述片状无机物的添加量为钛酸四丁酯质量的60～80%。
进一步的，所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，步骤（1）中所述快烧的温度为300～500℃，快烧时间为5～10min。
由于目前光伏背板用薄膜材料耐老化性能差，难以在表面稳定形成二氧化钛防紫外线涂层，本发明太阳能光伏背板用耐老化薄膜中通过添加金属锡粉并进一步液化，得到液态锡，液态锡主要起到固定二氧化钛和片状无机物的复合材料，增加光伏背板薄膜的结合力，防止涂层的脱落，还可以作为一种加热介质，大面积支撑光伏背板薄膜，减小光伏背板薄膜受热形变，进一步能提高电池效率。进一步的，所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，步骤（1）中所述锡粉的加入量为钛酸四丁酯质量的10～20%。
进一步的，所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，步骤（2）中所述复合粉与聚四氟乙烯乳液的固液比为10～20g:100～200mL。
由于锡的熔点为231.89℃，为了将锡更好的融化的同时还能避免加热温度过高对太阳能光伏背板用耐老化薄膜的其他性能产生影响，同时还能将液态锡定型固定二氧化钛和偏状无机物，本发明采用可以加热的热辊进行辊压定型。进一步的，所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，步骤（2）中所述热辊辊压定型的温度为240℃。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜。
本发明为了使二氧化钛在聚四氟乙烯膜面形成均匀分散的牢固膜，首先在二氧化钛前驱液中加入片状无机物，使二氧化钛形成时与片状无机物均匀的结合；进一步，得到的复合粉中分散有金属锡粉，喷涂后经240℃的热辊辊压，金属锡热融化将无机粉体链接为牢固的膜，防止涂层的脱落。并且片状物固定后容易形成反射，可有效反射紫外线。可显著改善薄膜的耐候性能，具有优异的耐老化性能。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，然后加入片状无机物，缓慢搅拌40min，再高速搅拌4min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，然后加入锡粉研磨，得到复合粉；
所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比5:10:2:2；
所述片状无机物为云母粉；所述片状无机物的添加量为钛酸四丁酯质量的70%；
所述缓慢搅拌的转速为20r/min；所述高速搅拌的转速为250r/min；所述缓慢加入水的速率为3mL/min；
所述快烧的温度为400℃，快烧时间为8min；
所述锡粉的加入量为钛酸四丁酯质量的15%。
（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成聚偏氟乙烯薄膜，然后经热辊辊压定型，得到一种光伏背板用耐老化薄膜；
所述复合粉与聚四氟乙烯乳液的固液比为15g:150mL；
所述热辊辊压定型的温度为240℃。
实施例2
一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，然后加入片状无机物，缓慢搅拌30min，再高速搅拌3min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，然后加入锡粉研磨，得到复合粉；
所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比3:10:1:1；
所述片状无机物为滑石粉；所述片状无机物的添加量为钛酸四丁酯质量的65%；
所述缓慢搅拌的转速为30r/min；所述高速搅拌的转速为300r/min；所述缓慢加入水的速率为2mL/min；
所述快烧的温度为300℃，快烧时间为10min；
所述锡粉的加入量为钛酸四丁酯质量的20%。
（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成聚偏氟乙烯薄膜，然后经热辊辊压定型，得到一种光伏背板用耐老化薄膜；
所述复合粉与聚四氟乙烯乳液的固液比为20g:200mL；
所述热辊辊压定型的温度为240℃。
实施例3
一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，然后加入片状无机物，缓慢搅拌45min，再高速搅拌5min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，然后加入锡粉研磨，得到复合粉；
所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比8:12:3:2；
所述片状无机物为云母粉；所述片状无机物的添加量为钛酸四丁酯质量的80%；
所述缓慢搅拌的转速为10r/min；所述高速搅拌的转速为200r/min；所述缓慢加入水的速率为5mL/min；
所述快烧的温度为450℃，快烧时间为6min；
所述锡粉的加入量为钛酸四丁酯质量的18%。
（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成聚偏氟乙烯薄膜，然后经热辊辊压定型，得到一种光伏背板用耐老化薄膜；
所述复合粉与聚四氟乙烯乳液的固液比为12g:180mL；
所述热辊辊压定型的温度为240℃。
实施例4
一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，然后加入片状无机物，缓慢搅拌35min，再高速搅拌3min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，然后加入锡粉研磨，得到复合粉；
所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比6:9:3:1；
所述片状无机物为云母粉；所述片状无机物的添加量为钛酸四丁酯质量的70%；
所述缓慢搅拌的转速为25r/min；所述高速搅拌的转速为260r/min；所述缓慢加入水的速率为4mL/min；
所述快烧的温度为420℃，快烧时间为8min；
所述锡粉的加入量为钛酸四丁酯质量的12%。
（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成聚偏氟乙烯薄膜，然后经热辊辊压定型，得到一种光伏背板用耐老化薄膜；
所述复合粉与聚四氟乙烯乳液的固液比为10g:120mL；
所述热辊辊压定型的温度为240℃。
实施例5
一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，然后加入片状无机物，缓慢搅拌36min，再高速搅拌4min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，然后加入锡粉研磨，得到复合粉；
所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比4:10:3:2；
所述片状无机物为滑石粉；所述片状无机物的添加量为钛酸四丁酯质量的75%；
所述缓慢搅拌的转速为15r/min；所述高速搅拌的转速为260r/min；所述缓慢加入水的速率为5mL/min；
所述快烧的温度为300℃，快烧时间为10min；
所述锡粉的加入量为钛酸四丁酯质量的14%。
（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成聚偏氟乙烯薄膜，然后经热辊辊压定型，得到一种光伏背板用耐老化薄膜；
所述复合粉与聚四氟乙烯乳液的固液比为18g:150mL；
所述热辊辊压定型的温度为240℃。
实施例6
一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，包括以下步骤：
（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，然后加入片状无机物，缓慢搅拌35min，再高速搅拌5min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，然后加入锡粉研磨，得到复合粉；
所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比3:12:2:3；
所述片状无机物为云母粉；所述片状无机物的添加量为钛酸四丁酯质量的75%；
所述缓慢搅拌的转速为25r/min；所述高速搅拌的转速为220r/min；所述缓慢加入水的速率为4mL/min；
所述快烧的温度为400℃，快烧时间为7min；
所述锡粉的加入量为钛酸四丁酯质量的16%。
（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成聚偏氟乙烯薄膜，然后经热辊辊压定型，得到一种光伏背板用耐老化薄膜；
所述复合粉与聚四氟乙烯乳液的固液比为16g:150mL；
所述热辊辊压定型的温度为240℃。
对比例1
对比例1在二氧化钛形成时没有加入片状物无机物，其余与实施例1一致。由于缺少片状无机物的负载和引导，在薄膜面形成的涂层光反射降低，二氧化钛分散较差，影响抗紫外线性能，薄膜容易老化。
对比例2
对比例2没有在复合粉中加入锡粉，其余与实施例1一致。由于缺锡粉的热熔连接，使得复合粉涂层致密性较差，容易脱落，影响薄膜的耐老化性。
性能测试：
将实施例1-6、对比例1-2得到的薄膜在紫外线老化试验箱 进行紫外线老化试验，采用290nm波长照射老化，辐射度控制在1.50W/m2，连续照射24h，测试薄膜照射前后的前度变化。如表1所示。
表1：
样品 薄膜初始强度（MPa） 紫外线辐射24h后的强度（MPa）
实施例1 31.6 30.4
实施例2 29.2 27.6
实施例3 30.5 29.4
实施例4 28.5 28.2
实施例5 27.9 26.8
实施例6 29.3 28.0
对比例1 29.8 24.2
对比例2 27.1 23.6

Claims (8)

1.一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）先将钛酸四丁酯和三乙醇胺溶于乙醇，然后加入片状无机物，缓慢搅拌30～45min，再高速搅拌3～5min，在搅拌下缓慢加入水，陈放24h，过滤，快烧，然后加入锡粉研磨，得到复合粉；所述片状无机物为云母粉、滑石粉中的至少一种；所述片状无机物的添加量为钛酸四丁酯质量的60～80%；
（2）将复合粉分散在聚四氟乙烯乳液中，喷涂形成薄膜，然后经热辊辊压定型，得到一种光伏背板用耐老化薄膜；所述热辊辊压定型的温度为240℃。
2.根据权利要求1所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比3～8:8～12:1～3:1～3。
3.根据权利要求1或2所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述钛酸四丁酯、乙醇、三乙醇胺、水的质量比5:10:2:2。
4.根据权利要求1所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述缓慢搅拌的转速为10～30r/min；所述高速搅拌的转速为200～300r/min；所述缓慢加入水的速率为2～5mL/min。
5.根据权利要求1所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述快烧的温度为300～500℃，快烧时间为5～10min。
6.根据权利要求1所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述锡粉的加入量为钛酸四丁酯质量的10～20%。
7.根据权利要求1所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述复合粉与聚四氟乙烯乳液的固液比为10～20g:100～200mL。
8.权利要求1～7任一项所述一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜的制备方法制备得到的一种太阳能光伏背板用耐老化薄膜。
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