柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜及其制備方法
【專利摘要】一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜及其制備方法，該膜由下述重量份的如下組分制成：聚脂樹脂100；納米鋁粉0.0001-0.1；光固化劑0.5~1.25；抗氧劑0.1~0.2；紫外光吸收劑0.1~0.2；胺類光穩(wěn)定劑0.1~0.2。利用螺桿式共混、擠出設(shè)備將聚脂；納米鋁粉；光固化劑；抗氧劑；胺類光穩(wěn)定劑等共混，幷擠出經(jīng)過濾導(dǎo)入流延模頭，經(jīng)冷卻、牽伸、復(fù)合離型紙、卷取等工序得到柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜及其制備方法。本發(fā)明所制作出來的產(chǎn)品，附于薄膜太陽能電池受光表面或做太陽能電池的上封裝膜，直接提高柔性或薄膜太陽能電池的發(fā)電效率。
【專利說明】柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜及其制備方法，通過使用該膜封裝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(shù)】
[0002]在太陽能的有效利用項目當(dāng)中:光電利用是近些年來發(fā)展最快，最具活力的研究領(lǐng)域。一般太陽能電池的制作主要是以半導(dǎo)體材料為基礎(chǔ)，利用光電材料吸收光能后發(fā)生光電轉(zhuǎn)換反應(yīng)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(jī)鹽如砷化鎵II1-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。[0003]現(xiàn)有技術(shù)工作效率最高的是以II1-V族半導(dǎo)體無機(jī)材料為原材料的產(chǎn)品。例如:砷化鎵/鍺單一接面型的量子井陷晶結(jié)構(gòu)，其光電轉(zhuǎn)換效率可達(dá)>18 % ;而多重接面量子井陷晶結(jié)構(gòu)之太陽電池，例如:磷化銦鎵/砷化鎵/鍺，其光電轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)>30 %。目前應(yīng)用最廣，以硅為主:包括非晶硅，光電轉(zhuǎn)換效率約9 % ;多晶硅，光電轉(zhuǎn)換效率約14 % ；單晶硅，光電轉(zhuǎn)換效率約17 %。雖然在價格上，VI族元素Si要比II1-V族半導(dǎo)體GaAs便宜，但其制造的價格，與高分子有機(jī)太陽能電池相比，還是昂貴許多；而在應(yīng)用上，質(zhì)輕又無破裂之虞的全塑化有機(jī)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(chǎn)品的需求，且在室內(nèi)或陰天均能正常使用(這是硅質(zhì)太陽能電池所無法達(dá)到的)，使得它的實用性及市場應(yīng)用廣度更加提升。
[0004]太陽能電池是一項關(guān)鍵技術(shù)，會推進(jìn)更清潔的能源生產(chǎn)。但是太陽能電池的成本問題，降低了太陽能技術(shù)的經(jīng)濟(jì)競爭力。為克服這個問題，薄膜太陽能電池是目前廣泛應(yīng)用的技術(shù)，可以大量減少昂貴半導(dǎo)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。
[0005]薄膜太陽能模塊是由玻璃基板、金屬層、透明導(dǎo)電層、電器功能盒、膠合材料、半導(dǎo)體層等所構(gòu)成的。有機(jī)-無機(jī)復(fù)合太陽能電池是基于有機(jī)共軛高分子-無機(jī)納米晶復(fù)合材料體系的太陽能電池，因同時具有機(jī)高分子材料成膜性好，能級結(jié)構(gòu)及帶隙易于調(diào)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(jī)納米晶材料高穩(wěn)定性，高遷移率，可構(gòu)筑有序納米結(jié)構(gòu)等優(yōu)點，而成為近年來太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點。金屬納米粒子可以引導(dǎo)光更好地進(jìn)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(dá)到一種水平，可以媲美傳統(tǒng)的太陽能電池。
[0006]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(jìn)入太陽能電池。但是光學(xué)共振也會導(dǎo)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(guān)鍵吸收光譜部分，所以光的吸收是相當(dāng)可觀的。鋁納米粒子共振超出了太陽能電池關(guān)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(jìn)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。
[0007]聚酯，由多元醇和多元酸縮聚而得的聚合物總稱，包括飽和聚脂和不飽和聚脂等。聚酯分子結(jié)構(gòu)高度對稱，具有一定的結(jié)晶取向能力，故而具有較高的成膜性和成型性。主要指聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，習(xí)慣上也包括聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚芳酯等線型熱塑性樹脂。是一類性能優(yōu)異、用途廣泛的工程塑料。也可制成聚酯纖維和聚酯薄膜。聚酯具有很好的光學(xué)性能和耐候性，非晶態(tài)的聚酯塑料具有良好的光學(xué)透明性。另外聚酯塑料具有優(yōu)良的耐磨耗摩擦性和尺寸穩(wěn)定性及電絕緣性。PBT與PET分子鏈結(jié)構(gòu)相似，大部分性質(zhì)也是一樣的，只是分子主鏈由兩個亞甲基變成了四個，所以分子更加柔順，加工性能更加優(yōu)良。合成聚酯樹脂時，若通過化學(xué)反應(yīng)引入一些其它成份，可擁有聚酯樹脂原本不具備的性能，達(dá)到改善和突出某種性能目的，來達(dá)到特殊的應(yīng)用性能要求，目前使用較多的是環(huán)氧、丙烯酸、有機(jī)硅改性聚酯樹脂。不飽和聚脂有室溫固化和熱固化兩種:①室溫固化，向上述制得的不飽和聚酯溶液中分別加入引發(fā)劑(例如過氧化苯甲酰、環(huán)己酮過氧化物等)和促進(jìn)劑(如N，N-二甲基苯胺、鈷鹽)，使聚酯液在室溫下先形成凝膠，再進(jìn)行固化。②熱固化，可以只加過氧化苯甲酰引發(fā)劑，加熱至100°C左右而固化。無論是室溫固化還是熱固化，其反應(yīng)都是首先由引發(fā)劑分解產(chǎn)生的初級自由基引發(fā)苯乙烯聚合，形成低聚體的活性自由基，然后再連接到不飽和聚酯主鏈上的雙鍵上，進(jìn)行共聚交聯(lián)反應(yīng)。此外，也可用紫外線、電子束、Y射線等輻照固化。
[0008]聚脂膜本身為太陽能電池廣泛應(yīng)用的封裝用膜，為適應(yīng)以上工業(yè)需求，我們發(fā)明了納米鋁粉改性光固化聚脂膜。該膜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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜及其制備方法，通過使用該膜封裝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)封裝的柔性或薄膜太陽能電池具有自清潔的作用。
[0010]本發(fā)明的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜，由下述重量份的如下組分制成:聚脂樹脂100 ;納米鋁粉0.0001-0.1 ;光固化劑0.5~1.25 ;抗氧劑0.1~0.2 ;紫外光吸收劑0.1-0.2 ;胺類光穩(wěn)定劑0.1-0.2。
[0011]所述的聚脂樹脂為不飽和聚脂樹脂或不飽和聚脂樹脂與環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、有機(jī)硅改性樹脂中的任意一種。
[0012]所述的聚脂樹脂為不飽和聚脂，包括鄰苯型、間苯型、對苯型、雙酚A型、鹵代不飽和聚酯、乙烯基酯型等。牌號如 191、196、199、2608、902A3、Xm-l、Xm-2、197、3301、323。
[0013]所述的胺類光穩(wěn)定劑為雙(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基_4_哌啶基)癸二酯、(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、或聚丁二酸(4羥基-2，2，6，6-四甲基-1哌啶乙醇)酯中的一種或幾種的混合。
[0014]所述的光固化劑為芳香族羰基化合物，優(yōu)選為苯基酮系化合物，如聯(lián)苯甲酰，二苯甲酮，安息香及其醚類衍生物。
[0015]所述抗氧化劑為三(2，4_ 二叔丁基苯基)亞磷酸酯、二硬脂酸基季戊四醇二亞磷酸酯、亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯)混合酯、三(壬基苯)亞磷酸酯、四[B- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、B- (4-羥基-3，5 二叔丁基苯基)丙酸正十八蠶碳醇酯或N，或N ‘-1，6_己二基二(3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羥基苯丙酰)中的任意一種。
[0016]本發(fā)明中所述的紫外光吸收劑為紫外光吸收劑為2-羥基-4甲氧基二苯甲酮、2-羥基-4正辛氧基二苯甲酮或2-【4，5-雙(2，4- 二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基】_5_(辛氧基)酚中的任意一種。
[0017]本發(fā)明的柔性或薄膜太陽能電池用聚脂膜，包括如下步驟:
(1)將配方量的聚脂樹脂、納米鋁粉、光固化劑、抗氧劑、紫外光吸收劑、胺類光穩(wěn)定劑，用攪拌器在-10-40度溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在220-290度，擠出物經(jīng)過濾、計量擠出、流延、冷卻、牽伸、牽引、復(fù)合離型紙、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜。
[0018]本發(fā)明為適應(yīng)聚脂膜做為太陽能電池應(yīng)用的封裝用膜等工業(yè)需求，公開了一種納米鋁粉改性聚脂膜，該膜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。
[0019]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(jìn)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(dá)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)明薄膜處理的薄膜太陽能電池比未經(jīng)本薄膜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薄膜后，金屬鋁納米粒子可以引導(dǎo)光較好地進(jìn)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。
[0020]【具體實施方式】 實施例1
(1)將聚酯樹脂191(溫州市中僑高分子材料實業(yè)公司)100 Kg、納米鋁粉0.0OOlKg、光固化劑(苯甲酰)0.5 Kg、抗氧劑(三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯)0.1 Kg、紫外光吸收劑(2-羥基-4甲氧基二苯甲酮)0.2 Kg、胺類光穩(wěn)定劑(雙(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯)0.1 Kg，用攪拌器在10°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在280°C，擠出物經(jīng)100目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差3MPa)、流延機(jī)流延40UM厚薄膜、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率欠伸、牽引、復(fù)合離型紙、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜。
[0021]實施例2
(I)將聚酯樹脂196 (溫州市中僑高分子材料實業(yè)公司)100 Kg、納米鋁粉0.1 Kg、光固化劑(二苯甲酮)0 .8 Kg、抗氧劑(二硬脂酸基季戊四醇二亞磷酸酯)0.2Kg、紫外光吸收劑(2-羥基-4正辛氧基二苯甲酮)0.lKg、胺類光穩(wěn)定劑(雙(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯)0.2 Kg，用攪拌器在10°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在280°C，擠出物經(jīng)100目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差3MPa)、流延機(jī)流延40UM厚薄膜、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率欠伸、牽引、復(fù)合離型紙、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜。
[0022]實施例3
(1)將聚酯樹脂2608(德國拜耳)100 Kg、納米鋁粉0.002Kg、光固化劑(安息香)1.2Kg、抗氧劑(亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯)混合酯0.15 Kg、紫外光吸收劑(2-【4，5-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基】-5-(辛氧基)酚)0.15 Kg、胺類光穩(wěn)定劑(聚丁二酸(4羥基-2，2，6，6-四甲基-1哌啶乙醇)酯)0.15Kg，用攪拌器在10°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在280°C，擠出物經(jīng)100目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差3MPa)、流延機(jī)流延40UM厚薄膜、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率欠伸、牽引、復(fù)合離型紙、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜。
[0023]實施例4
(1)將聚酯樹脂Xm-1(無錫市阿爾茲化工有限公司)100Kg、納米鋁粉0.008Kg、光固化劑(安息香)0.6Kg、抗氧劑0.lKg、紫外光吸收劑(2-【4，5-雙(2，4- 二甲基苯基)_1，3，5-三嗪-2-基】-5-(辛氧基)酚)0.15Kg、胺類光穩(wěn)定劑(聚丁二酸(4羥基-2，2，6，6-四甲基-1哌啶乙醇)酯)0.16 Kg，用攪拌器在10°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在280°C，擠出物經(jīng)100目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差3MPa)、流延機(jī)流延40UM厚薄膜、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率欠伸、牽引、復(fù)合離型紙、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜。
[0024]實施例5
(1)將聚酯樹脂3301(濟(jì)南化工助劑有限公司)100 Kg、納米鋁粉0.05Kg、光固化劑(聯(lián)苯甲酰)1.25Kg、抗氧劑(三(壬基苯)亞磷酸酯)0.18Kg、紫外光吸收劑(2-羥基-4甲氧基二苯甲酮)0.18Kg、胺類光穩(wěn)定劑0.18Kg,用攪拌器在10°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在280°C，擠出物經(jīng)100目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差3MPa)、流延機(jī)流延40UM厚薄膜、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率欠伸、牽引、復(fù)合離型紙、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜，其特征在于:由下述重量份的如下組分制成:聚脂樹脂100 ;納米鋁粉0.0001-0.1 ;光固化劑0.5~1.25 ;抗氧劑0.1~0.2 ;紫外光吸收劑0.1-0.2 ;胺類光穩(wěn)定劑0.1-0.2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜，其特征在于:所述的聚脂樹脂為不飽和聚脂樹脂或不飽和聚脂樹脂與環(huán)氧樹脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、有機(jī)硅改性樹脂中的任意一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用聚脂膜，其特征在于:所述的胺類光穩(wěn)定劑為雙(1-辛氧基_2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯、(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、或聚丁二酸(4羥基-2，2，6，6-四甲基-1哌啶乙醇)酯中的一種或幾種的混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用聚脂膜，其特征在于:所述的光固化劑為芳香族羰基化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的柔性或薄膜太陽能電池用聚脂膜，其特征在于:所述的光固化劑為苯基酮系化合物，如聯(lián)苯甲酰，二苯甲酮，安息香及其醚類衍生物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用聚脂膜，其特征在于:所述抗氧化劑為三(2，4_ 二叔丁基苯基)亞磷酸酯、二硬脂酸基季戊四醇二亞磷酸酯、亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯)混合酯、三(壬基苯)亞磷酸酯、四[B- (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、B- (4 -羥基-3，5 二叔丁基苯基)丙酸正十八蠶碳醇酯或N，或N ‘-1，6_己二基二( 3，5- 二( I，1- 二甲基乙基)-4-羥基苯丙酰)中的任意一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用聚脂膜的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將配方量的聚脂樹脂、納米鋁粉、光固化劑、抗氧劑、紫外光吸收劑、胺類光穩(wěn)定劑粉用攪拌器在-10-40度溫度環(huán)境下攪拌共混均勻； (2)將以上共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在220-290度，擠出物經(jīng)過濾、計量擠出、流延、冷卻、牽伸、牽引、復(fù)合離型紙、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚脂膜。
【文檔編號】H01L31/048GK103897366SQ201210589340
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月31日
【發(fā)明者】張迎晨, 吳紅艷 申請人:中原工學(xué)院