CN114133860B - 一种高强度硅制光伏板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度硅制光伏板及其制备方法，该光伏板由钢化玻璃、EVA胶膜层、高强度多晶硅太阳能电池片、EVA胶膜层、背板从上往下依次层叠封装制得。钢化玻璃上表面设置有改性聚氨酯透明薄膜，其制备方法包括：壳聚糖与丙烯酸溶液在1‑(3‑二甲氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺催化作用下生成丙烯酰化壳聚糖；将丙烯酰化壳聚糖与六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶于混合溶剂，水浴搅拌，制得改性聚氨酯溶液，用混合溶剂稀释溶液，并加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱中高温固化。光伏板钢化玻璃表面改性聚氨酯透明薄膜可增强光伏板的疏水性、抗菌性和抗腐蚀性能。

Description

一种高强度硅制光伏板及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏板技术领域，尤其是一种高强度硅制光伏板及其制备方法。
背景技术
随着地球矿物、化石能源日益枯竭，为满足社会日益趋增的发展需求，寻求可替代再生能源已刻不容缓。太阳能电池利用丰富、安全、环保的太阳能发电，作为可再生清洁能源，就有巨大的市场潜力。
光伏板是太阳能电池将太阳能通过光电效应转变为电能的装置，是太阳能电池的重要组成部分，直接影响着太阳能电池的性能。由于光伏板表面的钢化玻璃直接与自然环境接触，当钢化玻璃表面滋生细菌或被液体污染物，均可直接影响光伏板接收太阳能，而清洗光伏板难度大、成本高且还会影响光伏板使用寿命；在酸雨地带安装太阳能电池时，钢化玻璃容易被酸雨腐蚀，使钢化玻璃表面受到破坏，从而影响光伏板的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度硅制光伏板及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高强度硅制光伏板及其制备方法，所述光伏板由钢化玻璃、EVA胶膜层、高强度多晶硅太阳能电池片、EVA胶膜层、背板从上往下依次层叠封装制得。采用高强度的多晶硅制备太阳能电池片，使太阳能电池具有良好的转化效率，可延长光伏板的使用寿命。
所述钢化玻璃上表面设置有改性聚氨酯透明薄膜,改性聚氨酯透明薄膜的制备包括以下步骤：
(1)向容器内加入壳聚糖、丙烯酸、蒸馏水，5-10r/min转速搅拌完全溶解，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于蒸馏水中，并缓慢加入到容器内，转速调至200-250r/min，容器内通入保护高纯氮气，水浴恒温20-30℃，反应2-4h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖。
壳聚糖作为碱性高聚物，具有优异的成膜性、通透性和吸附性，是一种天然杀菌剂，通过丙烯酸对-NH2酰化程度，改变分子中-NH2与酰氨基的相对含量，增强分子的疏水性，同时丙烯酰基还能增加涂层的吸附性。控制壳聚糖与丙烯酸的质量比在1：(0.3-0.6),丙烯酸过量时，丙烯酰化壳聚糖疏水性基本不变，但抗菌性能下降较大；丙烯酸不足时，则丙烯酰化壳聚糖疏水性能不强。
(2)将丙烯酰化壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的混合溶剂中，70-80℃水浴搅拌4-6h，制得改性聚氨酯溶液。
(3)在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
壳聚糖作为多元醇，与六亚甲基二异氰酸酯三聚体生成改性聚氨酯，虽然聚氨酯不能降解，但壳聚糖作为生物质可降解材料，使得改性聚氨酯也可降解，而聚二甲基硅氧烷与壳聚糖多元醇结合，形成的改性聚氨酯，具有耐腐蚀性能，而纳米二氧化钛作为光敏催化剂可以增强涂层的抗菌性。
(4)将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，丙烯酰化壳聚糖15-25份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体8-12份、纳米二氧化钛1-2份、分散剂1-2份、混合溶剂80-100份。
所述步骤(2)中，混合溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺混合液，丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:(5-7)。丙烯酰化壳聚糖在丙酮和N,N-二甲基甲酰胺溶剂中均可以溶解，如果单独使用一种溶剂，涂层将会出现宏观分离现象，涂层透光率将低于92％，如果选用合适的配比的丙酮、N,N-二甲基甲酰胺溶剂混合溶剂，则涂层的透光率将高于96％。
所述步骤(3)中，分散剂为BYK-180；步骤(4)中，固化温度：110-130℃，固化时长：12-18h。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过在光伏板钢化玻璃上涂覆改性聚氨酯透明薄膜，该改性聚氨酯透明薄膜选用生物质壳聚糖为多元醇，经丙烯酸酰化，再与聚六亚甲基二异氰酸酯三聚体反应生成生物可降解改性聚氨酯透明涂层，使光伏板具有疏水性能，同时还具有抗菌、抗腐蚀性能，使光伏板可以在酸雨地带等恶劣自然环境下工作，而且改性聚氨酯透明薄膜的透光性较好，可达到96％以上，采用高强度多晶硅太阳能电池片，电池转化效率达到20％以上。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
1、向容器内加入20g壳聚糖、6g丙烯酸、蒸馏水，5r/min转速搅拌完全溶解，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于蒸馏水中，并缓慢加入到容器内，转速调至200r/min，容器内通入保护高纯氮气，水浴恒温20℃，反应4h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖。
2、将丙烯酰化壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的混合溶剂中，70℃水浴搅拌6h，制得改性聚氨酯溶液。
3、在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
4、将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，丙烯酰化壳聚糖15份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体8份、纳米二氧化钛1份、分散剂1份、混合溶剂80份。
所述步骤(2)中，混合溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺混合液，丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:5。
所述步骤(3)中，分散剂为BYK-180；步骤(4)中，固化温度：110℃，固化时长：18h。
实施例2
1、向容器内加入20g壳聚糖、9g丙烯酸、蒸馏水，8r/min转速搅拌完全溶解，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于蒸馏水中，并缓慢加入到容器内，转速调至230r/min，容器内通入保护高纯氮气，水浴恒温25℃，反应3h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖。
2、将丙烯酰化壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的混合溶剂中，75℃水浴搅拌5h，制得改性聚氨酯溶液。
3、在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
4、将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，丙烯酰化壳聚糖20份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体10份、纳米二氧化钛1.5份、分散剂1.5份、混合溶剂90份。
所述步骤(2)中，混合溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺混合液，丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:6。
所述步骤(3)中，分散剂为BYK-180；固化温度：120℃，固化时长：15h。
实施例3
1、向容器内加入20g壳聚糖、12g丙烯酸、蒸馏水，7r/min转速搅拌完全溶解，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于蒸馏水中，并缓慢加入到容器内，转速调至215r/min，容器内通入保护高纯氮气，水浴恒温25℃，反应2h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖。
2、将丙烯酰化壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的混合溶剂中，75℃水浴搅拌6h，制得改性聚氨酯溶液。
3、在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
4、将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，丙烯酰化壳聚糖20份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体8份、纳米二氧化钛1份、分散剂1份、混合溶剂100份。
所述步骤(2)中，混合溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺混合液，丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:5。
所述步骤(3)中，分散剂为BYK-180；固化温度：130℃，固化时长：16h。
对比例1
与实施例2比较，对比例1未将壳聚糖与丙烯酸发生酰化反应，其他条件均与实施例2一致。
1、将20g壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的混合溶剂中，75℃水浴搅拌5h，制得改性聚氨酯溶液。
2、在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
3、将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，壳聚糖20份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体10份、纳米二氧化钛1.5份、分散剂1.5份、混合溶剂90份。
所述步骤(1)中，混合溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺混合液，丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:7。
所述步骤(2)中，分散剂为BYK-180；步骤(3)中，固化温度：120℃，固化时长：15h。
对比例2
与实施例2比较，对比例2未在涂层中加入纳米二氧化钛和分散剂，其他条件均与实施例2一致。
1、向容器内加入壳聚糖、丙烯酸、蒸馏水，8r/min转速搅拌完全溶解，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于蒸馏水中，并缓慢加入到容器内，转速调至230r/min，容器内通入保护高纯氮气，水浴恒温25℃，反应3h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖。
2、将丙烯酰化壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的混合溶剂中，75℃水浴搅拌5h，制得改性聚氨酯溶液。
3、将改性聚氨酯溶液涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
4、将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，壳聚糖20份、丙烯酸9份、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺5份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体10份、混合溶剂90份。
所述步骤(2)中，混合溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺混合液，丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:6。
所述步骤(3)中，分散剂为BYK-180；固化温度：120℃，固化时长：15h。
对比例3
与实施例2比较，对比例3将混合溶剂改为丙酮，其他条件均与实施例2一致。
1、向容器内加入20g壳聚糖、丙烯酸、蒸馏水，8r/min转速搅拌完全溶解，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于蒸馏水中，并缓慢加入到容器内，转速调至230r/min，容器内通入保护高纯氮气，水浴恒温25℃，反应3h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖。
2、将丙烯酰化壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的丙酮中，75℃水浴搅拌5h，制得改性聚氨酯溶液。
3、在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
4、将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，壳聚糖20份、丙烯酸9份、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺5份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体10份、纳米二氧化钛1.5份、分散剂1.5份、丙酮90份。
所述步骤(3)中，分散剂为BYK-180；固化温度：120℃，固化时长：15h。
对比例4
与实施例2比较，对比例4将混合溶剂改为N,N-二甲基甲酰胺，其他条件均与实施例2一致。
1、向容器内加入20g壳聚糖、丙烯酸、蒸馏水，8r/min转速搅拌完全溶解，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于蒸馏水中，并缓慢加入到容器内，转速调至230r/min，容器内通入保护高纯氮气，水浴恒温25℃，反应3h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖。
2、将丙烯酰化壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的N,N-二甲基甲酰胺中，75℃水浴搅拌5h，制得改性聚氨酯溶液。
3、在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
4、将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，壳聚糖20份、丙烯酸9份、1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺5份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体10份、纳米二氧化钛1.5份、分散剂1.5份、N,N-二甲基甲酰胺90份。
所述步骤(3)中，分散剂为BYK-180；固化温度：120℃，固化时长：15h。
对比例5
与实施例2比较，对比例5将聚糖与丙烯酸的质量比改为1：1，其他条件均与实施例2一致。
1、向容器内加入20g壳聚糖、20g丙烯酸、蒸馏水，8r/min转速搅拌完全溶解，将1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺溶于蒸馏水中，并缓慢加入到容器内，转速调至230r/min，容器内通入保护高纯氮气，水浴恒温25℃，反应3h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖。
2、将丙烯酰化壳聚糖和六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶解于容器内的混合溶剂中，75℃水浴搅拌5h，制得改性聚氨酯溶液。
3、在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发。
4、将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，形成改性聚氨酯透明薄膜。
所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，丙烯酰化壳聚糖20份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体10份、纳米二氧化钛1.5份、分散剂1.5份、混合溶剂90份。
所述步骤(2)中，混合溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺混合液，丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:6。
所述步骤(3)中，分散剂为BYK-180；固化温度：120℃，固化时长：15h。
实验1
将实施例1-4和对比例1-4中制备的钢化玻璃改性聚氨酯透明薄膜进行性能测试，对光伏板表面性能测试，(1)透光率的测定。采用紫外分光光度计测定各样品的透光度，以未涂覆改性聚氨酯透明薄膜的钢化玻璃为标准样品，设定波长为500nm，在相同条件下测定各涂覆改性聚氨酯透明薄膜样品的透光率。(2)接触角。采用TAPPI T558测量接触角。(3)抑菌率。分别以平板计数法测试大肠杆菌、黄金色葡萄球菌的抑菌率。(4)耐腐蚀性。将样品放入盐酸溶液中，测试改性聚氨酯透明薄膜被腐蚀至钢化玻璃表层需要的耐腐蚀时间。
测试结果如下表所示：
Figure BDA0003408403290000101
表1
由表1可知，实施例1-4样品均具有优异的疏水性、耐腐蚀性、透光性和抗菌性。与实施例2比较，对比例1未将壳聚糖与丙烯酸发生酰化反应，其他条件均与实施例2一致，对比例1的透光率、耐腐蚀性基本不变，而接触角较实施例2减小了20°，抗菌性能提升了将近1％，说明壳聚糖经丙烯酸酰化后，减少了分子中-NH2量，增加了酰氨基的量，抗菌性能减弱，疏水性能增强。
与实施例2比较，对比例2未在涂层中加入纳米二氧化钛和分散剂，其他条件均与实施例2一致，对比例2较实施例2的疏水性能保持不变，但由于缺少了纳米二氧化钛，其对大肠杆菌和黄金色葡萄球菌的抑菌率分别降低了3.2％和3.6％，耐腐蚀时间减短了30h，透光率增加0.4％，说明纳米二氧化钛能提升改性聚氨酯透明薄膜的抗菌性能和耐腐蚀性能，而纳米二氧化钛的掺杂，将对改性聚氨酯透明薄膜的透光率有所下降，但影响不大。
与实施例2比较，对比例3、4选用单一溶剂，其他条件均与实施例2一致，比较发现对比例3较实施例2透光率下降了4.4％，对比例4较实施例2透光率下降了5.1％，对比例3、4的疏水性、透光性和耐腐蚀性基本与实施例2相近，说明溶剂的选择对改性聚氨酯透明薄膜的透光性影响较大。
与实施例2比较，对比例5将聚糖与丙烯酸的质量比由1：0.45改为1：1，其他条件均与实施例2一致，比较发现对比例5较实施例2透光率、疏水性、耐腐蚀性基本与实施例2相近，其对大肠杆菌和黄金色葡萄球菌的抑菌率分别降低了2.3％和2.7％，说明丙烯酸过量时，丙烯酰化壳聚糖疏水性基本不变，但抗菌性能下降较大。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种高强度硅制光伏板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)钢化玻璃上表面设置一层改性聚氨酯透明薄膜；
a1.壳聚糖与丙烯酸加入蒸馏水中，搅拌完全溶解后，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺，继续搅拌，并在高纯氮气保护下，水浴恒温20-30℃反应2-4h，透析分离制得丙烯酰化壳聚糖；
a2.将丙烯酰化壳聚糖与六亚甲基二异氰酸酯三聚体溶于混合溶剂，70-80℃水浴搅拌4-6h，制得改性聚氨酯溶液；
a3.在改性聚氨酯溶液中加入纳米二氧化钛、分散剂混合均匀，涂覆在钢化玻璃上表面，用保鲜膜密封，保鲜膜表面留小孔使溶剂完全挥发；
a4.将涂覆涂层的钢化玻璃放入真空干燥箱内，高温固化，其中高温固化温度为110-130℃，固化时长为12-18h，形成改性聚氨酯透明薄膜；
(2)将钢化玻璃、EVA胶膜层、高强度多晶硅太阳能电池片、EVA胶膜层、背板从上往下依次层叠，封装制得光伏板。
2.根据权利要求1所述的一种高强度硅制光伏板的制备方法，其特征在于：所述改性聚氨酯透明薄膜的原料各组分配比为，以质量份数计，丙烯酰化壳聚糖15-25份、六亚甲基二异氰酸酯三聚体8-12份、纳米二氧化钛1-2份、分散剂1-2份、混合溶剂80-100份。
3.根据权利要求1所述的一种高强度硅制光伏板的制备方法，其特征在于：所述步骤a2中，混合溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺混合液，丙酮、N,N-二甲基甲酰胺的体积比为1:(5-7)。
4.根据权利要求1所述的一种高强度硅制光伏板的制备方法，其特征在于：所述步骤a3中，分散剂为BYK-180。
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