CN113540279B - 散热太阳能电池背板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池背板技术领域，具体涉及一种散热太阳能电池背板及其制备方法；其中，所述散热太阳能电池背板包括：基材层；以及散热涂层，其涂覆于所述基材层的朝向电池片的表面；其中所述散热涂层中含有桥连结构的氮化硼。本发明通过将桥连结构的氮化硼加入聚丙烯基材料中，以在聚丙烯基材料中形成三维空间的导热网络，散热效果更佳；通过减少导热填料的添加量，从而保证了散热材料的熔体强度，降低了散热材料的加工难度；本发明将桥连结构的氮化硼添加到散热涂层中，以提高散热太阳能电池背板的散热性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池背板技术领域，具体涉及一种散热太阳能电池背板及其制备方法。
背景技术
面对化石能源取之有竭和造成的环境污染的难题，可以将取之不尽的光能转换为电能的光伏行业如雨后春笋般涌现出来。而光伏组件在使用过程中需要耐紫外、耐高温和耐水汽。背板对光伏组件起着尤为重要的封装保护作用，它需要有耐腐蚀、耐击穿、耐候等性能，才能对光伏组件起到保护作用，才能使其寿命长达25年。
伴随着晶硅太阳能电池的光电转换，会明显提高组件内部的温度，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，甚至引起火灾的危险。而背板一般都是由几种高分子材料复合而成，而高分子材料的导热系数一般都偏低，导致无法进行有效散热。因此，制备出一款散热效果好又具备耐候性，绝缘性等性能的背板尤为重要。
为了改善背板材料的散热，目前主要采用以下几种方式：
采用全金属背板(CN200820200742.9,CN201120084141.8)；缺陷是单纯依赖表面的氧化层并不能很好的满足背板材料对于长时间绝缘性的要求，使组件面临安全问题。
将基材层换成金属导热层，材质为铜、锡、铝、不锈钢(CN201510371714.8)；缺陷是组件过重不利于运输和安装，延展性较差，长期老化能力较差。
发明内容
本发明提供了一种散热太阳能电池背板及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种散热太阳能电池背板，包括：基材层；以及散热涂层，其涂覆于所述基材层的朝向电池片的表面；其中所述散热涂层中含有桥连结构的氮化硼。
又一方面，本发明还提供了一种散热太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，对氮化硼、金纳米粒子和金纳米棒的水溶液进行磁力搅拌、超声复合、洗涤、干燥后，制得预处理的填料组合物；步骤S2，将预处理的填料组合物和聚丙烯加入混合机后，加入助剂，进行搅拌，制得原料组合物；步骤S3，将原料组合物加入挤出机中挤出、磨粉、过筛，制得聚丙烯基散热粉末；步骤S4，将聚丙烯基散热粉末添加到溶剂中制得聚丙烯基散热涂覆液；步骤S5，将聚丙烯基散热涂覆液涂覆于基材朝向电池片的一面，制得散热太阳能电池背板。
本发明的有益效果是，本发明通过将桥连结构的氮化硼加入聚丙烯基材料中，以在聚丙烯基材料中形成三维空间的导热网络，散热效果更佳；通过减少导热填料的添加量，从而保证了散热材料的熔体强度，降低了散热材料的加工难度；本发明将桥连结构的氮化硼添加到散热涂层中，以提高散热太阳能电池背板的散热性能。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的散热太阳能电池背板的结构示意图；
图2是本发明的桥连结构的氮化硼的结构示意图；
图3是本发明的桥连结构的氮化硼的SEM图。
图中：
1-聚丙烯；2-金纳米粒子；3-金纳米棒；4-氮化硼；5-基材层；6-散热涂层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的聚丙烯基散热材料主要是通过加入石墨烯纳米片等二维片状导热填料，但该种聚丙烯基散热材料仅能实现在同一个平行维度内导热，不能实现三维空间的导热；而其中导热填料的添加量需要达到40％及以上才可以实现导热效果的明显提升，而导热填料的加入量过高会使材料熔体强度降低，提高加工难度。
为了减少导热填料的加入量，降低加工难度，如图1所示，本发明提供了一种散热太阳能电池背板，包括：基材层5；以及散热涂层6，其涂覆于所述基材层5的朝向电池片的表面；其中所述散热涂层6中含有桥连结构的氮化硼。
其中，可选的，所述基材层5可以但不限于为PET层。
具体的，将桥连结构的氮化硼加入聚丙烯基材料中，以形成三维空间的导热网络，散热效果更佳；通过减少导热填料的添加量，从而保证了散热材料的熔体强度，降低了散热材料的加工难度；本发明将桥连结构的氮化硼添加到散热涂层6中，以提高散热太阳能电池背板的散热性能。
金纳米棒与聚合物直接进行混合时，容易出现金纳米棒的团聚；本发明中将金纳米棒进行线性排列后，加入金纳米粒子和片状氮化硼，使其在聚合物内部形成网状结构，实现三维空间的导热，以提高聚合物的散热性。
可选的，如图2和图3所示，所述桥连结构的氮化硼以金纳米粒子2为靶点，金纳米棒3为桥梁，连接片状氮化硼4形成。
具体的，图2中F方向为热量通过所述桥连结构的氮化硼的方向。通过将金纳米棒3为桥梁，金纳米粒子2为靶点，连接片状氮化硼4形成桥连结构的氮化硼；将桥连结构的氮化硼作为填料加入聚丙烯1基体内，使得填料中各组分在聚丙烯1基体内分布均匀，以避免各组分单独添加发生团聚，形成“孤岛”。
进一步的，本发明还提供了一种散热太阳能电池背板的制备方法，包括以下步骤：步骤S1，对氮化硼、金纳米粒子和金纳米棒的水溶液进行磁力搅拌、超声复合、洗涤、干燥后，制得预处理的填料组合物；步骤S2，将预处理的填料组合物和聚丙烯加入混合机后，加入助剂，进行搅拌，制得原料组合物；步骤S3，将原料组合物加入挤出机中挤出、磨粉、过筛，制得聚丙烯基散热粉末；步骤S4，将聚丙烯基散热粉末添加到溶剂中制得聚丙烯基散热涂覆液；步骤S5，将聚丙烯基散热涂覆液涂覆于基材层朝向电池片的一面，制得散热太阳能电池背板。
其中，可选的，所述聚丙烯基散热涂覆液中含有1.5～3.5wt％的聚丙烯基散热粉末。
具体的，将金纳米棒在去离子水中进行磁力搅拌，使各金纳米棒呈同方向的线性排列；向金纳米棒溶液中加入金纳米粒子，继续进行磁力搅拌，以使金纳米粒子分散于线性排列的金纳米棒之间，形成网络靶点；加入片状氮化硼进行超声复合，以将片状氮化硼穿插于金纳米粒子之间，形成桥连结构的氮化硼，制得预处理的填料组合物；将预处理的填料组合物和聚丙烯加入混合机后，依次加入各种助剂，以50～120r/min的速度搅拌1～3h，使其混合均匀，制得原料组合物；将原料组合物加入挤出机中挤出、磨粉、过筛，制得聚丙烯基散热粉末。
其中，可选的，所述挤出机的螺杆段至少是四段加热，温度范围为170～220℃之间，模头段温度为170～200℃。
可选的，所述金纳米棒、金纳米粒子、氮化硼、聚丙烯的质量份数可以但不限于为：1份、1.0～3.0份、1.0～10份、5～80份。
可选的，所述助剂可以但不限于包括以下质量份的各组分：抗氧剂：0.2～0.8份；偶联剂：0.3～1.0份；相容剂：0.5～1.5份；润滑剂：0.3～1.2份。
其中，可选的，所述抗氧剂可以但不限于包括抗氧剂1076([β-3,5-二叔丁基-4-羟基苯基丙酸]十八醇酯)、抗氧剂2246(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、抗氧剂DLTP(硫代二丙酸双月桂酯)、抗氧剂1010(四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)中的至少一种。
可选的，所述偶联剂可以但不限于包括偶联剂A-171(乙烯基三甲氧基硅烷)、NDZ-605(乙烯基三乙氧基硅烷)、KH-550(γ-氨基丙基三乙基硅烷)、KH-570(甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷)中的至少一种。
可选的，所述相容剂可以但不限于包括苯乙烯-马来酸酐接枝共聚物(PS-g-MAH)、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)、苯乙烯-甲基丙烯酸接枝共聚物(PS-g-MAA)、离子聚合物中的至少一种。
可选的，所述润滑剂可以但不限于包括亚乙基双硬脂酸酰胺中的至少一种。
实施例1
先将氮化硼放置60℃真空干燥箱中12h后，将6质量份氮化硼、1质量份金纳米棒和1.5质量份金纳米粒子加入到85质量份去离子水中，进行4h磁力搅拌、4h超声复合，结束后冷却至室温，去离子水洗涤、过滤、干燥后，制得预处理的填料组合物。
将聚丙烯粒子在60℃下干燥12h后，将预处理的填料组合物和68质量份聚丙烯加入混合机中，依次加入0.27质量份抗氧剂1076、0.3质量份KH-570、0.07质量份PP-g-MAH和0.3质量份硬脂酸钙，以60r/min的速度搅拌2h，制得原料组合物；将原料组合物加入双螺杆挤出机中挤出，其中所述挤出机螺杆段至少是四段加热，挤出温度为200℃，模头段温度为190℃；对挤出后的材料进行冷却、磨粉、过筛，制得聚丙烯基散热粉末。
将2.2wt％的上述的聚丙烯基散热粉末制得聚丙烯基散热涂层涂覆于基材层朝向电池片的一面，制得散热太阳能电池背板。
实施例2
制备方法如实施例1，不同点在于，金纳米棒、金纳米粒子、氮化硼的加入量分别为1质量份、1质量份、5质量份。
实施例3
制备方法如实施例1，不同点在于，金纳米棒、金纳米粒子、氮化硼的加入量分别为1质量份、2质量份、7质量份。
实施例4
制备方法如实施例1，不同点在于，金纳米棒、金纳米粒子、氮化硼的加入量分别为1质量份、1.5质量份、10质量份。
实施例5
制备方法如实施例1，不同点在于，金纳米棒、金纳米粒子、氮化硼的加入量分别为1质量份、2质量份、5质量份。
实施例6
制备方法如实施例1，不同点在于，聚丙烯的加入量为21.25质量份，对原料组合物进行充分搅拌后，进行后续步骤。
实施例7
制备方法如实施例1，不同点在于，聚丙烯的加入量为42.5质量份，对原料组合物进行充分搅拌后，进行后续步骤。
实施例8
制备方法如实施例1，不同点在于，聚丙烯的加入量为85质量份，对原料组合物进行充分搅拌后，进行后续步骤。
实施例9
制备方法如实施例1，不同点在于，聚丙烯的加入量为110.5质量份，对原料组合物进行充分搅拌后，进行后续步骤。
实施例10
制备方法如实施例1，不同点在于，聚丙烯的加入量为136质量份，对原料组合物进行充分搅拌后，进行后续步骤。
实施例11
制备方法如实施例1，不同点在于，抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例12
制备方法如实施例1，不同点在于，抗氧剂1076的添加量为0.46质量份。
实施例13
制备方法如实施例1，不同点在于，偶联剂为KH-550。
实施例14
制备方法如实施例1，不同点在于，KH-570的添加量为0.54质量份。
实施例15
制备方法如实施例1，不同点在于，相容剂为PS-g-MAH。
实施例16
制备方法如实施例1，不同点在于，PP-g-MAH的添加量0.54质量份。
实施例17
制备方法如实施例1，不同点在于，润滑剂为亚乙基双硬脂酸酰胺。
实施例18
制备方法如实施例1，不同点在于，硬脂酸钙的添加量为0.54质量份。
对上述实施例1至实施例18中制得的散热太阳能电池背板进行相关性能测试，并将测试结果汇总于表1。
其中黄变PCT60的测试方法为：将层压后的玻璃板放于120℃的高温高压环境下60H，然后测试背板的黄变。
表1 散热太阳能电池背板的性能测试数据
由表1中数据可知，各实施例中制得的散热太阳能电池背板具有较高的导热系数，同时还能保持与光伏胶膜之间具有较高的剥离强度。
综上所述，本发明通过将桥连结构的氮化硼加入聚丙烯基材料中，以实现三维空间的导热网络，散热效果更佳；通过减少导热填料的添加量，从而保证了散热材料的熔体强度，降低了散热材料的加工难度；本发明提供将桥连结构的氮化硼添加到散热涂层6中，以提高散热太阳能电池背板的散热性能。
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，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性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 (5)
1.一种散热太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，对氮化硼、金纳米粒子和金纳米棒的水溶液进行磁力搅拌、超声复合、洗涤、干燥后，制得预处理的填料组合物；
步骤S2，将预处理的填料组合物和聚丙烯加入混合机后，加入助剂，进行搅拌，制得原料组合物；
步骤S3，将原料组合物加入挤出机中挤出、磨粉、过筛，制得聚丙烯基散热粉末；
步骤S4，将聚丙烯基散热粉末添加到溶剂中制得聚丙烯基散热涂覆液；
步骤S5，将聚丙烯基散热涂覆液涂覆于基材层朝向电池片的一面，制得散热太阳能电池背板；
所述金纳米棒、金纳米粒子、氮化硼、聚丙烯的质量份数分别为：1份、1.0～3.0份、1.0～10份、5～80份；
所述助剂包括以下质量份的各组分：
抗氧剂：0.2～0.8份；
偶联剂：0.3～1.0份；
相容剂：0.5～1.5份；
润滑剂：0.3～1.2份。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述抗氧剂包括抗氧剂1076、抗氧剂2246、抗氧剂DLTP、抗氧剂1010中的至少一种。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述偶联剂包括偶联剂A-171、NDZ-605、KH-550、KH-570中的至少一种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述相容剂包括苯乙烯-马来酸酐接枝共聚物、马来酸酐接枝聚丙烯、苯乙烯-甲基丙烯酸接枝共聚物、离子聚合物中的至少一种。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，
所述润滑剂包括脂肪酸酐、硬脂酸钙、脂肪醇、亚乙基双硬脂酸酰胺中的至少一种。
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