CN115466480A - 一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料及其制备方法，该方法包含：步骤1，制备氧化石墨烯水溶液；步骤2，制备改性氧化石墨烯；步骤3，制备改性氧化石墨烯母料；步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒；步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。本发明还提供了通过该方法制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。本发明制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料，防腐蚀和抗紫外效果优异，具有出色的抗老化性能，能够延长太阳能电池的寿命，有效增强太阳能电池的效率。
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，涉及一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料及其制备方法。
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，成本低廉，制备方法简单，所得的材料防腐蚀和抗紫外等效果优异，能够延长太阳能电池的寿命，有效增强太阳能电池的效率。
为了达到上述目的，本发明提供了一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，制备氧化石墨烯水溶液；步骤2，制备改性氧化石墨烯；步骤3，制备改性氧化石墨烯母料；步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒；步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。
上述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的步骤1中，采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于或等于99％的氧化石墨烯，然后加水并搅拌均匀，制成质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液。
上述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的步骤2，是在步骤1所得的质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散，得到改性氧化石墨烯水溶液，干燥后得到改性石墨烯。
上述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的改性剂为硬脂酸或十二胺，以醇溶液或者DMF溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中，添加量为150ml的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂的质量是0.05～0.5g。
上述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的步骤3，是将步骤2所得的改性氧化石墨烯与PE树脂熔融共混、开练串片、切粒制得改性氧化石墨烯母料，按质量百分比计改性氧化石墨烯的添加量为5-15％。
上述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的步骤4中，按质量百分比计采用改性氧化石墨烯母粒0.01％-5％，硅烷接枝改性PE树脂90％-99％，分散剂0.1％-3％，抗氧剂0.1％-5％；按比例配料后，搅拌预混合均匀，再进行挤出造粒。
上述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的步骤4中，分散剂为十八醇、十二烷基苯磺酸钠、聚烯烃蜡中的任意一种或多种；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂802、抗氧剂168中的任意一种或多种。
上述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的步骤4中，挤出造粒是将搅拌均匀的预混合物，送入螺杆挤出机，进行造粒，控制螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
上述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其中，所述的步骤5中，将熔融塑化后所得的熔体，通过分配器进入共挤出机的模头，共挤出机各区段工艺温度的范围在110℃～170℃。
本发明还提供了通过上述的方法制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。
本发明提供的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料及其制备方法具有以下优点：
本发明的材料能够提高太阳能电池背板的性能，所制备的太阳能电池背板具有优异的抗紫外、防腐蚀等性能，能够有效抗老化，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。
本发明提供的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其包含：步骤1，制备氧化石墨烯水溶液；步骤2，制备改性氧化石墨烯；步骤3，制备改性氧化石墨烯母料；步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE(polyethylene，聚乙烯)树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒；步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸等工艺，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。
步骤1中，采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于或等于99％的氧化石墨烯，然后加水并搅拌均匀，制成质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液。
步骤2是在步骤1所得的质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散，得到改性氧化石墨烯水溶液，干燥后得到改性石墨烯。
改性剂为硬脂酸或十二胺，以醇溶液或者DMF(N,N-二甲基甲酰胺)溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中，添加量为每150ml的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂的质量是0.05～0.5g。
步骤3是将步骤2所得的改性氧化石墨烯与PE(polyethylene，聚乙烯)树脂熔融共混、开练串片、切粒制得改性氧化石墨烯母料，按质量百分比计改性氧化石墨烯的添加量为5-15％。
步骤4中，按质量百分比计采用改性氧化石墨烯母粒0.01％-5％，硅烷接枝改性PE树脂90％-99％，分散剂0.1％-3％，抗氧剂0.1％-5％；按比例配料后，搅拌预混合均匀，再进行挤出造粒。
分散剂为十八醇、十二烷基苯磺酸钠、聚烯烃蜡中的任意一种或多种；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂802、抗氧剂168中的任意一种或多种。
挤出造粒是将搅拌均匀的预混合物，送入螺杆挤出机，进行造粒，控制螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤5中，将熔融塑化后所得的熔体，通过分配器进入共挤出机的模头，共挤出机各区段工艺温度的范围在110℃～170℃。
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抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。
下面结合实施例对本发明提供的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其包含：
步骤1，制备氧化石墨烯水溶液。
采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于或等于99％的氧化石墨烯，然后加水并搅拌均匀，制成质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液。
步骤2，制备改性氧化石墨烯。
在步骤1所得的质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散，得到改性氧化石墨烯水溶液，干燥后得到改性石墨烯。
改性剂为硬脂酸，以醇溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中，添加量为150ml的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂的质量是0.05g。
步骤3，制备改性氧化石墨烯母料。
将步骤2所得的改性氧化石墨烯与PE树脂熔融共混、开练串片、切粒制得改性氧化石墨烯母料，按质量百分比计改性氧化石墨烯的添加量为5％。
步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒。
按质量百分比计采用改性氧化石墨烯母粒0.01％，硅烷接枝改性PE树脂99％，分散剂0.1％，抗氧剂0.89％；按比例配料后，搅拌预混合均匀，再进行挤出造粒。
分散剂为十八醇；抗氧剂为抗氧剂1010。
挤出造粒是将搅拌均匀的预混合物，送入螺杆挤出机，进行造粒，控制螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。
将熔融塑化后所得的熔体，通过分配器进入共挤出机的模头，共挤出机各区段工艺温度的范围在110℃～170℃。
本实施例还提供了通过该方法制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。
实施例2
一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其包含：
步骤1，制备氧化石墨烯水溶液。
采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于或等于99％的氧化石墨烯，然后加水并搅拌均匀，制成质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液。
步骤2，制备改性氧化石墨烯。
在步骤1所得的质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散，得到改性氧化石墨烯水溶液，干燥后得到改性石墨烯。
改性剂为硬脂酸，以DMF溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中，添加量为150ml的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂的质量是0.15g。
步骤3，制备改性氧化石墨烯母料。
将步骤2所得的改性氧化石墨烯与PE树脂熔融共混、开练串片、切粒制得改性氧化石墨烯母料，按质量百分比计改性氧化石墨烯的添加量为8％。
步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒。
按质量百分比计采用改性氧化石墨烯母粒1％，硅烷接枝改性PE树脂96.9％，分散剂2％，抗氧剂0.1％；按比例配料后，搅拌预混合均匀，再进行挤出造粒。
分散剂为十二烷基苯磺酸钠；抗氧剂为抗氧剂802。
挤出造粒是将搅拌均匀的预混合物，送入螺杆挤出机，进行造粒，控制螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。
将熔融塑化后所得的熔体，通过分配器进入共挤出机的模头，共挤出机各区段工艺温度的范围在110℃～170℃。
本实施例还提供了通过该方法制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。
实施例3
一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其包含：
步骤1，制备氧化石墨烯水溶液。
采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于或等于99％的氧化石墨烯，然后加水并搅拌均匀，制成质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液。
步骤2，制备改性氧化石墨烯。
在步骤1所得的质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散，得到改性氧化石墨烯水溶液，干燥后得到改性石墨烯。
改性剂为十二胺，以醇溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中，添加量为150ml的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂的质量是0.25g。
步骤3，制备改性氧化石墨烯母料。
将步骤2所得的改性氧化石墨烯与PE树脂熔融共混、开练串片、切粒制得改性氧化石墨烯母料，按质量百分比计改性氧化石墨烯的添加量为10％。
步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒。
按质量百分比计采用改性氧化石墨烯母粒2％，硅烷接枝改性PE树脂92％，分散剂1％，抗氧剂5％；按比例配料后，搅拌预混合均匀，再进行挤出造粒。
分散剂为聚烯烃蜡；抗氧剂为抗氧剂168。
挤出造粒是将搅拌均匀的预混合物，送入螺杆挤出机，进行造粒，控制螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。
将熔融塑化后所得的熔体，通过分配器进入共挤出机的模头，共挤出机各区段工艺温度的范围在110℃～170℃。
本实施例还提供了通过该方法制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。
实施例4
一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其包含：
步骤1，制备氧化石墨烯水溶液。
采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于或等于99％的氧化石墨烯，然后加水并搅拌均匀，制成质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液。
步骤2，制备改性氧化石墨烯。
在步骤1所得的质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散，得到改性氧化石墨烯水溶液，干燥后得到改性石墨烯。
改性剂为十二胺，以DMF溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中，添加量为150ml的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂的质量是0.4g。
步骤3，制备改性氧化石墨烯母料。
将步骤2所得的改性氧化石墨烯与PE树脂熔融共混、开练串片、切粒制得改性氧化石墨烯母料，按质量百分比计改性氧化石墨烯的添加量为12％。
步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒。
按质量百分比计采用改性氧化石墨烯母粒3％，硅烷接枝改性PE树脂93％，分散剂0.5％，抗氧剂3.5％；按比例配料后，搅拌预混合均匀，再进行挤出造粒。
分散剂为十八醇、十二烷基苯磺酸钠、聚烯烃蜡中的任意一种；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂802、抗氧剂168中的任意一种。
挤出造粒是将搅拌均匀的预混合物，送入螺杆挤出机，进行造粒，控制螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。
将熔融塑化后所得的熔体，通过分配器进入共挤出机的模头，共挤出机各区段工艺温度的范围在110℃～170℃。
本实施例还提供了通过该方法制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。
实施例5
一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其包含：
步骤1，制备氧化石墨烯水溶液。
采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于或等于99％的氧化石墨烯，然后加水并搅拌均匀，制成质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液。
步骤2，制备改性氧化石墨烯。
在步骤1所得的质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散，得到改性氧化石墨烯水溶液，干燥后得到改性石墨烯。
改性剂为硬脂酸或十二胺，以醇溶液或者DMF溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中，添加量为150ml的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂的质量是0.5g。
步骤3，制备改性氧化石墨烯母料。
将步骤2所得的改性氧化石墨烯与PE树脂熔融共混、开练串片、切粒制得改性氧化石墨烯母料，按质量百分比计改性氧化石墨烯的添加量为15％。
步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒。
按质量百分比计采用改性氧化石墨烯母粒5％，硅烷接枝改性PE树脂90％，分散剂3％，抗氧剂2％；按比例配料后，搅拌预混合均匀，再进行挤出造粒。
分散剂为十八醇、十二烷基苯磺酸钠、聚烯烃蜡中的任意多种；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂802、抗氧剂168中的任意多种。
挤出造粒是将搅拌均匀的预混合物，送入螺杆挤出机，进行造粒，控制螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。
将熔融塑化后所得的熔体，通过分配器进入共挤出机的模头，共挤出机各区段工艺温度的范围在110℃～170℃。
本实施例还提供了通过该方法制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。
对本发明各实施例制备的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料进行测试，具体结果如下表1所示。
表1.测试结果。
本发明的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料及其制备方法，所得的材料能够进一步提高太阳能电池背板的性能，有效增强太阳能电池的效率，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)
1.一种抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，制备氧化石墨烯水溶液；
步骤2，制备改性氧化石墨烯；
步骤3，制备改性氧化石墨烯母料；
步骤4，将改性氧化石墨烯母粒与硅烷接枝改性PE树脂混合，再加入分散剂和抗氧剂，搅拌均匀，挤出造粒；
步骤5，将步骤4所得的粒子熔融塑化，然后将熔体挤出，再经过冷却、铸片、双向拉伸，制得共挤薄膜，裁切后得到太阳能电池背板。
2.如权利要求1所述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤1中，采用氧化还原法，将石墨制成单层率大于或等于99％的氧化石墨烯，然后加水并搅拌均匀，制成质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液。
3.如权利要求1所述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤2，是在步骤1所得的质量浓度为1％的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂，经搅拌、超声分散，得到改性氧化石墨烯水溶液，干燥后得到改性石墨烯。
4.如权利要求3所述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的改性剂为硬脂酸或十二胺，以醇溶液或者DMF溶液的形式加入氧化石墨烯水溶液中，添加量为150ml的氧化石墨烯水溶液中加入改性剂的质量是0.05～0.5g。
5.如权利要求1所述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤3，是将步骤2所得的改性氧化石墨烯与PE树脂熔融共混、开练串片、切粒制得改性氧化石墨烯母料，按质量百分比计改性氧化石墨烯的添加量为5-15％。
6.如权利要求1所述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，按质量百分比计采用改性氧化石墨烯母粒0.01％-5％，硅烷接枝改性PE树脂90％-99％，分散剂0.1％-3％，抗氧剂0.1％-5％；按比例配料后，搅拌预混合均匀，再进行挤出造粒。
7.如权利要求6所述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，分散剂为十八醇、十二烷基苯磺酸钠、聚烯烃蜡中的任意一种或多种；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂802、抗氧剂168中的任意一种或多种。
8.如权利要求6所述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，挤出造粒是将搅拌均匀的预混合物，送入螺杆挤出机，进行造粒，控制螺杆的温度为100～150℃，进料机的转速为10～15rpm，主机的转速为20～30rpm。
9.如权利要求1所述的抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤5中，将熔融塑化后所得的熔体，通过分配器进入共挤出机的模头，共挤出机各区段工艺温度的范围在110℃～170℃。
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抗紫外防腐蚀的太阳能电池背板材料。
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