含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水及其制備方法
【專利摘要】一種柔性或薄膜太陽能電池用噴墨打印機墨水及其制備方法，包括重量百分比的如下組分：含氟不飽和聚酯樹脂的溶液8-12；納米鋁粉0.0001-0.1%；酮類溶劑10-20；醇醚酯10-25；酸脂10-20；環(huán)酮15-30；醇醚10-30.本發(fā)明所制作出來的產品，采用噴墨打印技術，噴印到柔性或薄膜太陽能電池上表面，直接提高柔性或薄膜太陽能電池的發(fā)電效率。
【專利說明】含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種柔性或薄膜太陽能電池用噴墨打印機墨水及其制備方法，通過使 用該墨水打印在柔性或薄膜太陽能電池入光面的表面，直接提高柔性或薄膜太陽能電池的 效率。

【背景技術】
[0002] 不飽和聚酯樹脂原料易得，加工工藝簡便，應用廣泛。不飽和聚酯一般是由不飽和 二元酸二元醇或者飽和二元酸不飽和二元醇縮聚而成的具有酯鍵和不飽和雙鍵的線型高 分子化合物。通常，聚酯化縮聚反應是在190?220°C進行，直至達到預期的酸值（或粘 度），在聚酯化縮反應結束后，趁熱加入一定量的乙烯基單體，配成粘稠的液體，這樣的聚合 物溶液稱之為不飽和聚酯樹脂。聚酯能耐甲苯的腐蝕。不飽和聚酯樹脂的腐蝕主要是因 酯鍵的水解所致。在酸或堿中，該反應可以加速。水解的化學反應描述如下：在酸性介質 中，水解是可逆、不完全的，水解產物不會離開反應區(qū)發(fā)生擴散，所以，聚酯能耐酸性介質的 侵蝕；在堿性介質中，形成了共振穩(wěn)定的赤酸根陰離子，水解成為不可逆，所以，聚酯的耐堿 性較差。因此，對不飽和聚酯耐腐蝕性的改善以提高聚酯的耐堿性能為主。將含氟化合物 引入不飽和聚酯樹脂后，由于氟原子的半徑較氫原子大，可以有效地將C-C鍵屏蔽保 護起來，同時氟原子的半徑又沒有大到足以在碳鏈中引起立體張力，氟原子的屏蔽作用使 酯鍵受到包覆，不容易發(fā)生水解。因此，氟原子的引入使得不飽和聚酯樹脂的耐堿性能提 高。含氟酯來改性不飽和聚脂樹脂，將得到具有良好憎水性、力學性能和耐腐蝕性能的含氟 不飽和聚醋樹脂。
[0003] 在太陽能的有效利用項目當中：光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究 領域。一般太陽能電池的制作主要是以半導體材料為基礎，利用光電材料吸收光能后發(fā)生 光電轉換反應發(fā)電。根據(jù)所用材料的不同，太陽能電池可分為：1、硅太陽能電池；2、以無機 鹽如砷化鎵III-V化合物、硫化鎘、銅銦硒等多元化合物為材料的太陽能電池；3、以功能高 分子材料制備的太陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。
[0004] 現(xiàn)有技術工作效率最高的是以III-V族半導體無機材料為原材料的產品。例如： 砷化鎵/鍺單一接面型的量子井陷晶結構，其光電轉換效率可達>18 % ;而多重接面量子 井陷晶結構之太陽電池，例如：磷化銦鎵/砷化鎵/鍺，其光電轉換效率可高達>30 %。目 前應用最廣，以硅為主：包括非晶硅，光電轉換效率約9 % ;多晶硅，光電轉換效率約14 % ; 單晶硅，光電轉換效率約17 %。雖然在價格上，VI族元素 Si要比III-V族半導體GaAs便 宜，但其制造的價格，與高分子有機太陽能電池相比，還是昂貴許多；而在應用上，質輕又無 破裂之虞的全塑化有機太陽能電池可經(jīng)由印刷的加工實現(xiàn)，除價格降低外，更適合可攜式 電子產品的需求，且在室內或陰天均能正常使用（這是硅質太陽能電池所無法達到的)，使 得它的實用性及市場應用廣度更加提升。
[0005] 太陽能電池是一項關鍵技術，會推進更清潔的能源生產。但是太陽能電池的成本 問題，降低了太陽能技術的經(jīng)濟競爭力。為克服這個問題，薄膜太陽能電池是目前廣泛應用 的技術，可以大量減少昂貴半導體材料的使用量，但薄膜太陽能電池的光吸收量較低，性能 比不上傳統(tǒng)的太陽能電池。
[0006] 薄膜太陽能模塊是由玻璃基板、金屬層、透明導電層、電器功能盒、膠合材料、半導 體層...等所構成的。有機-無機復合太陽能電池是基于有機共軛高分子-無機納米晶復 合材料體系的太陽能電池，因同時具有機高分子材料成膜性好，能級結構及帶隙易于調節(jié)， 可以通過濕法制備低成本、大面積、柔性太陽能電池器件以及無機納米晶材料高穩(wěn)定性，高 遷移率，可構筑有序納米結構等優(yōu)點，而成為近年來太陽能電池領域的研究熱點。金屬納米 粒子可以引導光更好地進入太陽能電池，防止光逃逸。在傳統(tǒng)的"厚膜"太陽能電池中，納 米粒子沒有什么效果，因為所有的光線吸收都是通過這種膜，這就依賴它的厚度。然而，對 于薄膜而言，納米粒子就可以發(fā)揮很大作用。它們的散射增加了光停留在薄膜中的時間，使 總體吸收的光達到一種水平，可以媲美傳統(tǒng)的太陽能電池。
[0007] 鋁與銀納米粒子在可見部分的頻譜中，可以很好地聚焦光線進入太陽能電池。但 是光學共振也會導致納米粒子吸收光，這就意味著太陽能電池的效率會較低。銀納米粒子 共振正好處在太陽能電池關鍵吸收光譜部分，所以光的吸收是相當可觀的。鋁納米粒子共 振超出了太陽能電池關鍵光譜部分。對能量的損耗較小，此外，鋁粒子很容易鈍化，雖然會 改變形狀和大小，鈍化后納米粒子屬性變化很小。納米粒子有凹凸不平的表面，散射光線會 更多地進入廣譜波長范圍。這會帶來更大的吸收，從而提高電池的整體效率。
[0008] 噴墨印刷技術可以通過液態(tài)有機材料的均勻沉積形成薄膜層，因此，這種技術在 理論上能夠更好地解決大的光活化物尺寸問題。按需噴墨工藝，可以精確地按所需量將材 料沉積在適當位置。由于噴墨系統(tǒng)對材料的利用率非常高，可以降低制造生產成本。
[0009] 為適應以上工業(yè)需求，我們發(fā)明了含氟不飽和聚酯型納米鋁粉墨水。該墨水通過 噴墨打印設備，既可以使用于薄膜太陽能電池的背光板處，也可以使用于薄膜太陽能電池 的入光膜表面，同時也可以使用于薄膜太陽能電池的中間層，提高太陽能電池的光吸收效 率。提高太陽能電池的發(fā)電效率。
[0010]


【發(fā)明內容】
本發(fā)明的目的是提供一種柔性或薄膜太陽能電池用噴墨打印機墨水及其制備方法，通 過使用該墨水打印在柔性或薄膜太陽能電池入光面的表面，直接提高柔性或薄膜太陽能電 池的效率。并具經(jīng)該墨水處理過的柔性或薄膜太陽能電池具有自清潔的作用。
[0011] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下： 本發(fā)明的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，其特征在于它包含重量百分比 如下的成分： 0. 5-5%的含氟不飽和聚酯樹脂的溶液； 0. 0001-0. 1%的納米鋁粉； 30-70%的添加劑； 0. 1-5%的黏度調節(jié)劑； 余量為溶劑。
[0012] 所述的添加劑由下述重量份的組分組成：35-55重量份的酮；10-25重量份的醇醚 酯；10-20重量份的酸脂；10-30重量份的醇醚。
[0013] 所述含氟不飽和聚酯樹脂為不飽和醇和氟化酸或過氟聚醚形成的酯，其C數(shù)目在 40以內。全氟烷基基團部分的C數(shù)目小于20。
[0014] 所述的溶劑為醇、酯、醚、硫醚、二醇醚、二醇醚乙酸酯、胺、酰胺、酮或烴中的一種 或多種。
[0015] 所述的醇甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇，氟化醇中的一種或多種。
[0016] 所述的酮為丙酮、環(huán)已酮，甲乙酮、甲異丙酮、甲基乙基酮、二異丁基酮、二丙酮醇、 N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
[0017] 所述的酯為乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙 酸甲酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一種或多種。
[0018] 所述的醚為二乙醚、二丙醚、四氫呋喃、二鄔烷乙二醚、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚、 甲氧基丙醇中的一種或多種。
[0019] 所述的黏度調節(jié)劑為N-甲基-2-吡咯烷酮或聚3-甲基噻吩。
[0020] 本發(fā)明的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，包括下述步驟： (1) 將含氟不飽和聚酯樹脂的溶液、添加劑和溶劑，按照所述比例混合，在高速乳化器 中處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm，加工成均勻混合乳化液； (2) 在以上混合乳化液加工完成后以同樣的加工轉速環(huán)境下，在10-20分鐘內將納米 鋁粉分批次微量連續(xù)加入； (3) 以上乳化液在納米鋁粉完全添加后，再充分乳化10-30分鐘； (4) 以上乳化液用300目以上的濾網(wǎng)過濾后既得需要的柔性或薄膜太陽能電池用噴墨 打印機墨水。
[0021] 本發(fā)明的有益效果：納米金屬鋁粒子很容易鈍化，雖然會改變形狀和大小，鈍化后 納米粒子屬性變化很小。納米粒子有凹凸不平的表面，散射光線會更多地進入廣譜波長范 圍。這會帶來更大的吸收，從而提高電池的整體效率。金屬鋁納米粒子的散射增加了光停 留在薄膜中的時間，使總體吸收的光達到一種水平，可以媲美傳統(tǒng)的太陽能電池。經(jīng)使用本 發(fā)明墨水處理的薄膜太陽能電池比未經(jīng)本墨水處理的薄膜太陽能電池性能提高3-15%。薄 膜太陽能電池使用該墨水后，金屬鋁納米粒子可以引導光較好地進入太陽能電池，防止光 逃逸。解決傳統(tǒng)的"厚膜"太陽能電池中，納米粒子沒有什么效果而所有的光線吸收必需依 賴厚度解決的問題。

【具體實施方式】
[0022] 實施例1 一.本實施例的墨水組成為： 0. 5-5%的含氟不飽和聚酯樹脂的溶液； 0. 0001-0. 1%的納米鋁粉； 30-70%的添加劑； 0. 1-5%的黏度調節(jié)劑； 余量為溶劑。
[0023] 所述的添加劑由下述重量份的組分組成：35-55重量份的酮；10-25重量份的醇醚 酯；10-20重量份的酸脂；10-30重量份的醇醚。
[0024] 所述含氟不飽和聚酯樹脂為不飽和醇和氟化酸或過氟聚醚形成的酯，其C數(shù)目在 40以內。全氟烷基基團部分的C數(shù)目小于20。
[0025] 所述的溶劑為醇、酯、醚、硫醚、二醇醚、二醇醚乙酸酯、胺、酰胺、酮或烴中的一種 或多種。
[0026] 所述的醇甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇，氟化醇中的一種或多種。
[0027] 所述的酮為丙酮、環(huán)已酮，甲乙酮、甲異丙酮、甲基乙基酮、二異丁基酮、二丙酮醇、 N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
[0028] 所述的酯為乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙 酸甲酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一種或多種。
[0029] 所述的醚為二乙醚、二丙醚、四氫呋喃、二鄔烷乙二醚、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚、 甲氧基丙醇中的一種或多種。
[0030] 所述的黏度調節(jié)劑為N-甲基-2-吡咯烷酮或聚3-甲基噻吩。
[0031] 二、制備方法為： 本實施例的含氣不飽和聚醋樹脂基噴墨打印機氣基墨水，包括下述步驟： (1) 將含氟不飽和聚酯樹脂的溶液、酮類溶劑、醇醚酯、酸脂、環(huán)酮和醇醚按照所述比例 混合，在高速乳化器中處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm.加工成均勻混合乳化液； (2) 在以上混合乳化液加工完成后以同樣的加工轉速環(huán)境下，在10-20分鐘內將納米 鋁粉分批次微量連續(xù)加入； (3) 以上乳化液在納米鋁粉完全添加后，再充分乳化10-30分鐘； (4) 以上乳化液用300目以上的濾網(wǎng)過濾后既得需要的柔性或薄膜太陽能電池用噴墨 打印機墨水。
[0032] 將本實施例的墨水，分別按照國家QB/T2730. 1-2005、QB/T2603-2007、GB/ 1'13217.2-2009、68/1'18724-2008/150 2836:2004標準檢測。對墨水的質檢指標，如比重、 PH值、表面張力、粘度、電導率等做了檢測，檢測結果均符合國家國標。將被測墨水倒入耐寒 包裝瓶中，放入（_20± 1)°C低溫恒溫箱中至24h后取出，恢復到室溫后，檢測其打印性 能。檢測結果：其還原性良好，不變質，不變味。
[0033] 實施例2 將含氟不飽和聚酯溶液、丙酮、二醇醚乙酸酯、乙酸乙酯、環(huán)已酮和乙二醇乙醚按照所 述比例0. 5 :20 :10 : 20 : 29. 3 : 20混合，在高速乳化器中以轉速20000rpm處理20分鐘， 加工成均勻混合乳化液；在以上混合乳化液加工完成后以同樣的加工轉速環(huán)境下，在20分 鐘內將重量百分比為〇. 2的納米鋁粉分批次微量連續(xù)加入；以上乳化液在納米鋁粉完全添 加后，再充分乳化20分鐘；以上乳化液用1000目的濾網(wǎng)過濾后既得可以提高柔性或薄膜太 陽能電池發(fā)電性能5%的噴墨打印機墨水。
[0034] 將本實施例的墨水，分別按照國家QB/T2730. 1-2005、QB/T2603-2007、GB/ 1'13217.2-2009、68/1'18724-2008/150 2836:2004標準檢測。對墨水的質檢指標，如比重、 PH值、表面張力、粘度、電導率等做了檢測，檢測結果均符合國家國標。將被測墨水倒入耐寒 包裝瓶中，放入（_20± 1)°C低溫恒溫箱中至24h后取出，恢復到室溫后，檢測其打印性 能。檢測結果：其還原性良好，不變質，不變味。
[0035] 實施例3 將含氟不飽和聚酯溶液、丙酮、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯、環(huán)已酮和甲氧基丙 醇按照所述比例0.5 :20 :10: 20: 29. 4: 20混合，在高速乳化器中以轉速100000 rpm處 理10分鐘，加工成均勻混合乳化液；在以上混合乳化液加工完成后以同樣的加工轉速環(huán)境 下，在10分鐘內將重量百分比為0. 1的納米鋁粉分批次微量連續(xù)加入；以上乳化液在納米 鋁粉完全添加后，再充分乳化10分鐘；以上乳化液用500目的濾網(wǎng)過濾后既得可以提高柔 性或薄膜太陽能電池發(fā)電性能6%的噴墨打印機墨水。
[0036] 將本實施例的墨水，分別按照國家QB/T2730. 1-2005、QB/T2603-2007、GB/ 1'13217.2-2009、68/1'18724-2008/150 2836:2004標準檢測。對墨水的質檢指標，如比重、 PH值、表面張力、粘度、電導率等做了檢測，檢測結果均符合國家國標。將被測墨水倒入耐寒 包裝瓶中，放入（_20± 1)°C低溫恒溫箱中至24h后取出，恢復到室溫后，檢測其打印性 能。檢測結果：其還原性良好，不變質，不變味。
【權利要求】
1. 一種含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，其特征在于它包含重量百分比如 下的成分： 0. 5-5%的含氟不飽和聚酯樹脂的溶液； 0. 0001-0. 1%的納米鋁粉； 30-70%的添加劑； 0. 1-5%的黏度調節(jié)劑； 余量為溶劑。
2. 根據(jù)權利要求1所述的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，其特征在于： 所述的添加劑由下述重量份的組分組成：35-55重量份的酮；10-25重量份的醇醚酯；10-20 重量份的酸脂；10-30重量份的醇醚。
3. 根據(jù)權利要求1所述的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，其特征在于： 所述的溶劑為醇、酯、醚、硫醚、二醇醚、二醇醚乙酸酯、胺、酰胺、酮或烴中的一種或多種。
4. 根據(jù)權利要求2或3所述的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，其特征在 于：所述的醇甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇，氟化醇中的一種或多種。
5. 根據(jù)權利要求2或3所述的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，其特征 在于：所述的酮為丙酮、環(huán)已酮，甲乙酮、甲異丙酮、甲基乙基酮、二異丁基酮、二丙酮醇、 N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
6. 根據(jù)權利要求2或3所述的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，其特征在 于：所述的酯為乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲 酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一種或多種。
7. 根據(jù)權利要求2或3所述的光固化型氟改性丙烯酸基噴墨打印機墨水，其特征在于： 所述的醚為二乙醚、二丙醚、四氫呋喃、二鄔烷乙二醚、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚、甲氧基丙 醇中的一種或多種。
8. 根據(jù)權利要求1所述的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水，其特征在于： 所述的黏度調節(jié)劑為N-甲基-2-吡咯烷酮或聚3-甲基噻吩。
9. 權利要求1所述的含氟不飽和聚酯樹脂基噴墨打印機氟基墨水的制備方法，其特征 在于包括下述步驟： (1) 將含氟不飽和聚酯樹脂的溶液、添加劑和溶劑按照所述比例混合，在高速乳化器中 處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm，加工成均勻混合乳化液； (2) 在以上混合乳化液加工完成后以同樣的加工轉速環(huán)境下，在10-20分鐘內將納米 鋁粉分批次微量連續(xù)加入； (3) 以上乳化液在納米鋁粉完全添加后，再充分乳化10-30分鐘； (4) 以上乳化液用300目以上的濾網(wǎng)過濾后既得需要的柔性或薄膜太陽能電池用噴墨 打印機墨水。
【文檔編號】C09D11/30GK104151941SQ201310174509
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年5月13日 優(yōu)先權日:2013年5月13日
【發(fā)明者】張迎晨, 吳紅艷 申請人:中原工學院