CN114388645A - 一种石墨烯太阳能电池背板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯太阳能电池背板及其制备方法，该方法包含：步骤1，准备石墨烯‑聚乙烯复合母粒的原料；包含聚乙烯粉末、石墨烯材料、助剂；步骤2，制备石墨烯‑聚乙烯复合母粒；步骤3，采用聚乙烯树脂母粒、石墨烯‑聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头进行三层共挤，共挤出三层复合薄膜，再经过冷却、铸片、双向拉伸，得到三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。本发明还提供了通过该方法制备的石墨烯太阳能电池背板。本发明制备的石墨烯太阳能电池背板，具有优异的抗紫外、抗老化性能，能够延长太阳能电池的寿命，同时使太阳能转换效率提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池背板及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯太阳能电池背板及其制备方法。
背景技术
太阳能电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”，它只要被满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。在物理学上称为太阳能光伏(Photovoltaic，缩写为PV)，简称光伏。
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。太阳能电池板一般有五层：光伏玻璃、EVA、太阳能电池片、EVA和背板。太阳能电池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，需要具有可靠的绝缘性、阻水性、耐老化性。在现有技术水平的基础上进一步提高太阳能电池背板的性能，可以有效增强太阳能的反射效率，以及延长太阳能电池的寿命。
石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过。导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料。化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于太阳能电池的石墨烯材料背板及其制备方法，能够增加太阳能反射效率，抗紫外效果优异，从而延长太阳能电池的寿命。
为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例准备石墨烯-聚乙烯复合母粒的原料；原料中包含聚乙烯粉末、石墨烯材料、助剂；步骤2，制备石墨烯-聚乙烯复合母粒；步骤3，采用聚乙烯树脂母粒、步骤2所得的石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体进行三层共挤，加工成三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。
上述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的步骤1中，原料按质量百分比计包含聚乙烯粉末82-94％，石墨烯材料5-15％，助剂1-3％。
上述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的石墨烯材料为气相沉积石墨烯、氧化还原石墨烯、改性石墨烯中的任意一种或多种。
上述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的助剂为抗氧剂1010、光稳定剂531、乙酸乙酯、胺基树脂、硅油中的任意一种或多种。
上述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的聚乙烯粉末为低密度线状聚乙烯研磨所得的粉末。
上述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的步骤2中，将干燥的石墨烯材料粉末与聚乙烯粉末通过机械共混，混合3-8h，使其均匀，然后加入助剂，继续混合2-8h，再送入螺杆挤出机中，进行熔融造粒。
上述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的造粒，螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
上述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的步骤3中，将聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，共挤出三层复合薄膜，再将所得的三层复合薄膜经过冷却、铸片、双向拉伸，得到三层共挤薄膜。
上述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其中，所述的步骤3中，聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒的质量比为1:1:1；三层复合薄膜是从上至下依次由聚乙烯树脂层、石墨烯-聚乙烯复合层、涤纶树脂层组成的复合结构，三层的厚度分别为第一层5～10μm、第二层8～15μm、第三层10～20μm。
本发明还提供了通过上述的方法制备的石墨烯太阳能电池背板。
本发明提供的石墨烯太阳能电池背板及其制备方法具有以下优点：
本发明所制备的太阳能电池背板，制备过程中石墨烯可以很好将线状聚乙烯进行包覆，减少石墨烯片层堆积，石墨烯形成一层屏蔽作用，从而所得背板具有优异的抗紫外、抗老化性能，能够延长太阳能电池的寿命，同时使太阳能转换效率提高。
本发明提供的制备方法，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其包含：
步骤1，按比例准备石墨烯-聚乙烯复合母粒的原料；原料中包含聚乙烯(PE，Polyethene)粉末、石墨烯材料、助剂；步骤2，制备石墨烯-聚乙烯复合母粒；步骤3，采用纯的聚乙烯(PE)树脂母粒、步骤2所得的石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂(PET，Polyethylene terephthalate)母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体进行三层共挤，加工成三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。
步骤1中，原料按质量百分比计包含聚乙烯粉末82-94％，石墨烯材料5-15％，助剂1-3％。
石墨烯材料为气相沉积石墨烯、氧化还原石墨烯、改性石墨烯等中的任意一种或多种。
助剂为抗氧剂1010、光稳定剂531、乙酸乙酯、胺基树脂、硅油等中的任意一种或多种。
聚乙烯粉末为低密度线状聚乙烯研磨所得的粉末。
步骤2中，将干燥的石墨烯材料粉末与聚乙烯粉末通过机械共混，混合3-8h，使其均匀，然后加入助剂，继续混合2-8h，再送入螺杆挤出机中，进行熔融造粒。
造粒过程中螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤3中，将聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，共挤出三层复合薄膜，再将所得的三层复合薄膜经过冷却、铸片、双向拉伸，得到三层共挤薄膜。
步骤3中，聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒的质量比为1:1:1；三层复合薄膜是从上至下依次由聚乙烯树脂层、石墨烯-聚乙烯复合层、涤纶树脂层组成的复合结构，三层的厚度分别为第一层5～10μm、第二层8～15μm、第三层10～20μm。
本发明中采用的设备和其它工艺参数条件等均为本领域内技术人员已知的。
本发明还提供了通过该方法制备的石墨烯太阳能电池背板。
下面结合实施例对本发明提供的石墨烯太阳能电池背板及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其包含：
步骤1，按比例准备石墨烯-聚乙烯复合母粒的原料；原料中包含聚乙烯粉末、石墨烯材料、助剂。
优选地，原料按质量百分比计包含聚乙烯粉末94％，石墨烯材料5％，助剂1％。
石墨烯材料为气相沉积石墨烯。
助剂为抗氧剂1010。
聚乙烯粉末为低密度线状聚乙烯研磨所得的粉末。
步骤2，制备石墨烯-聚乙烯复合母粒。
将干燥的石墨烯材料粉末与聚乙烯粉末通过机械共混，混合3-8h，使其均匀，然后加入助剂，继续混合2-8h，再送入螺杆挤出机中，进行熔融造粒。
造粒过程中螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤3，采用聚乙烯树脂母粒、步骤2所得的石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头进行三层共挤，共挤出三层复合薄膜，再将所得的三层复合薄膜经过冷却、铸片、双向拉伸，从而加工成三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。
聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒的质量比为1:1:1；三层复合薄膜是从上至下依次由聚乙烯树脂层、石墨烯-聚乙烯复合层、涤纶树脂层组成的复合结构，三层的厚度分别为第一层5～6μm、第二层8～9μm、第三层10～12μm。
本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯太阳能电池背板。
实施例2
一种石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其包含：
步骤1，按比例准备石墨烯-聚乙烯复合母粒的原料；原料中包含聚乙烯粉末、石墨烯材料、助剂。
优选地，原料按质量百分比计包含聚乙烯粉末91％，石墨烯材料7.5％，助剂1.5％。
石墨烯材料为氧化还原石墨烯。
助剂为光稳定剂531。
聚乙烯粉末为低密度线状聚乙烯研磨所得的粉末。
步骤2，制备石墨烯-聚乙烯复合母粒。
将干燥的石墨烯材料粉末与聚乙烯粉末通过机械共混，混合3-8h，使其均匀，然后加入助剂，继续混合2-8h，再送入螺杆挤出机中，进行熔融造粒。
造粒过程中螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤3，采用聚乙烯树脂母粒、步骤2所得的石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头进行三层共挤，共挤出三层复合薄膜，再将所得的三层复合薄膜经过冷却、铸片、双向拉伸，从而加工成三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。
聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒的质量比为1:1:1；三层复合薄膜是从上至下依次由聚乙烯树脂层、石墨烯-聚乙烯复合层、涤纶树脂层组成的复合结构，三层的厚度分别为第一层6～7μm、第二层9～10μm、第三层12～14μm。
本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯太阳能电池背板。
实施例3
一种石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其包含：
步骤1，按比例准备石墨烯-聚乙烯复合母粒的原料；原料中包含聚乙烯粉末、石墨烯材料、助剂。
优选地，原料按质量百分比计包含聚乙烯粉末88％，石墨烯材料10％，助剂2％。
石墨烯材料为改性石墨烯。
助剂为乙酸乙酯。
聚乙烯粉末为低密度线状聚乙烯研磨所得的粉末。
步骤2，制备石墨烯-聚乙烯复合母粒。
将干燥的石墨烯材料粉末与聚乙烯粉末通过机械共混，混合3-8h，使其均匀，然后加入助剂，继续混合2-8h，再送入螺杆挤出机中，进行熔融造粒。
造粒过程中螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤3，采用聚乙烯树脂母粒、步骤2所得的石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头进行三层共挤，共挤出三层复合薄膜，再将所得的三层复合薄膜经过冷却、铸片、双向拉伸，从而加工成三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。
聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒的质量比为1:1:1；三层复合薄膜是从上至下依次由聚乙烯树脂层、石墨烯-聚乙烯复合层、涤纶树脂层组成的复合结构，三层的厚度分别为第一层7～8μm、第二层10～12μm、第三层14～16μm。
本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯太阳能电池背板。
实施例4
一种石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其包含：
步骤1，按比例准备石墨烯-聚乙烯复合母粒的原料；原料中包含聚乙烯粉末、石墨烯材料、助剂。
优选地，原料按质量百分比计包含聚乙烯粉末85.5％，石墨烯材料12％，助剂2.5％。
石墨烯材料为气相沉积石墨烯、氧化还原石墨烯、改性石墨烯中的任意一种。
助剂为胺基树脂或硅油。
聚乙烯粉末为低密度线状聚乙烯研磨所得的粉末。
步骤2，制备石墨烯-聚乙烯复合母粒。
将干燥的石墨烯材料粉末与聚乙烯粉末通过机械共混，混合3-8h，使其均匀，然后加入助剂，继续混合2-8h，再送入螺杆挤出机中，进行熔融造粒。
造粒过程中螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤3，采用聚乙烯树脂母粒、步骤2所得的石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头进行三层共挤，共挤出三层复合薄膜，再将所得的三层复合薄膜经过冷却、铸片、双向拉伸，从而加工成三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。
聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒的质量比为1:1:1；三层复合薄膜是从上至下依次由聚乙烯树脂层、石墨烯-聚乙烯复合层、涤纶树脂层组成的复合结构，三层的厚度分别为第一层8～9μm、第二层12～14μm、第三层16～18μm。
本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯太阳能电池背板。
实施例5
一种石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其包含：
步骤1，按比例准备石墨烯-聚乙烯复合母粒的原料；原料中包含聚乙烯粉末、石墨烯材料、助剂。
优选地，原料按质量百分比计包含聚乙烯粉末82％，石墨烯材料15％，助剂3％。
石墨烯材料为气相沉积石墨烯、氧化还原石墨烯、改性石墨烯中的任意多种。
助剂为抗氧剂1010、光稳定剂531、乙酸乙酯、胺基树脂、硅油中的任意多种。
聚乙烯粉末为低密度线状聚乙烯研磨所得的粉末。
步骤2，制备石墨烯-聚乙烯复合母粒。
将干燥的石墨烯材料粉末与聚乙烯粉末通过机械共混，混合3-8h，使其均匀，然后加入助剂，继续混合2-8h，再送入螺杆挤出机中，进行熔融造粒。
造粒过程中螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤3，采用聚乙烯树脂母粒、步骤2所得的石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头进行三层共挤，共挤出三层复合薄膜，再将所得的三层复合薄膜经过冷却、铸片、双向拉伸，从而加工成三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。
聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒的质量比为1:1:1；三层复合薄膜是从上至下依次由聚乙烯树脂层、石墨烯-聚乙烯复合层、涤纶树脂层组成的复合结构，三层的厚度分别为第一层9～10μm、第二层14～15μm、第三层18～20μm。
本实施例还提供了通过该方法制备的石墨烯太阳能电池背板。
对本发明各实施例制备的石墨烯太阳能电池背板进行测试，具体结果如下表1所示。
表1.测试结果。
本发明的石墨烯太阳能电池背板及其制备方法，制备过程中石墨烯可以很好将线状聚乙烯进行包覆，减少石墨烯片层堆积，石墨烯形成一层屏蔽作用。从而能够进一步提高太阳能电池背板的性能，有效增强太阳能的反射效率，以及抗紫外效果优异，可以延长太阳能电池的寿命。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，按比例准备石墨烯-聚乙烯复合母粒的原料；原料中包含聚乙烯粉末、石墨烯材料、助剂；
步骤2，制备石墨烯-聚乙烯复合母粒；
步骤3，采用聚乙烯树脂母粒、步骤2所得的石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，然后将所得的熔体进行三层共挤，加工成三层共挤薄膜，最后裁切得到石墨烯太阳能电池背板。
2.如权利要求1所述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，原料按质量百分比计包含聚乙烯粉末82-94％，石墨烯材料5-15％，助剂1-3％。
3.如权利要求2所述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的石墨烯材料为气相沉积石墨烯、氧化还原石墨烯、改性石墨烯中的任意一种或多种。
4.如权利要求2所述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的助剂为抗氧剂1010、光稳定剂531、乙酸乙酯、胺基树脂、硅油中的任意一种或多种。
5.如权利要求2所述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的聚乙烯粉末为低密度线状聚乙烯研磨所得的粉末。
6.如权利要求1所述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，将干燥的石墨烯材料粉末与聚乙烯粉末通过机械共混，混合3-8h，使其均匀，然后加入助剂，继续混合2-8h，再送入螺杆挤出机中，进行熔融造粒。
7.如权利要求6所述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的造粒，螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
8.如权利要求1所述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，将聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒分别进行加热熔融，所得的熔体通过分配器进入三层共挤出机的模头，共挤出三层复合薄膜，再将所得的三层复合薄膜经过冷却、铸片、双向拉伸，得到三层共挤薄膜。
9.如权利要求8所述的石墨烯太阳能电池背板的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，聚乙烯树脂母粒、石墨烯-聚乙烯复合母粒、涤纶树脂母粒的质量比为1:1:1；三层复合薄膜是从上至下依次由聚乙烯树脂层、石墨烯-聚乙烯复合层、涤纶树脂层组成的复合结构，三层的厚度分别为第一层5～10μm、第二层8～15μm、第三层10～20μm。
10.一种通过如权利要求1～9中任意一项所述的方法制备的石墨烯太阳能电池背板。
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