薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜及制備方法
【專利摘要】一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜及其制備方法，該膜由下述重量份的如下組分制成：氟改性環氧樹脂100；納米鋁粉0.0001-0.1；光固化劑0.5-1.25；抗氧劑0.1-0.2；紫外吸收劑0.1~0.2；胺類光穩定劑0.1~0.2。利用螺桿式共混、擠出設備將氟改性環氧樹脂、納米鋁粉、光固化劑、抗氧劑、受阻胺類光穩定劑等共混，擠出經過濾導入流延模頭，冷卻、牽伸、卷取等工序得到柔性或薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜及其制備方法。本發明所制作出來的產品，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電效率。
【專利說明】薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜及其制備方法，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】
[0002]在太陽能的有效利用項目當中:光電利用是近些年來發展最快，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生光電轉換反應發電。根據所用材料的不同，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]現有技術工作效率最高的是以II1-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II1-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由印刷的加工實現，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。
[0004]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，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定性，高遷移率，可構筑有序納米結構等優點，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。
[0007]由于氟原子的特殊性質，含氟聚合物形成F原子在外圍包裹C-C主鏈的螺旋體結構，C-F鍵非常穩定，鍵能為485 kj/mol，氟原子在碳骨架外層的排列十分緊密，可以對主鏈以及內部分子形成屏蔽保護。保護C-C主鏈不受惡劣環境條件破壞，并保持高度的穩定性。有機氟聚合物材料分子側基或側鏈上含有空間位阻較小而親電能力較強的氟原子，使其表面自由能很低，表現出優異的防水防油、耐沾污性能.因此氟碳涂料具有一些其他涂料難以比擬的獨特性能，例如:極好的耐候性、優良的耐化學腐蝕性、低磨擦性、憎水性、憎油性、不燃性等，使得其在許多應用領域中得到應用，愈來愈受到涂料界人士的關注。
[0008]環氧樹脂具有優異的附著性、熱穩定性、耐化學品性、絕緣性及機械強度等，被廣泛用于涂料、粘合劑及復合材料等領域。環氧樹脂本身難溶于水，也不易在水中分散，要制備水性環氧乳液目前主要有3種方法:機械法、相反轉法(固化劑乳化法)和化學改性法。其中化學改性法相對于前兩種方法具有諸多優點:不需要外加乳化劑、耐水耐溶劑性能高、乳液粒徑小(納米級)、儲存穩定性好、固化程度高、涂膜致密均勻。近年來，利用丙烯酸類單體來接枝改性環氧樹脂，不消耗環氧基與羥基，得到的乳液粒徑小，乳液的穩定性好，既具有環氧樹脂的高模量、高強度、耐化學品和優良防腐性，又具有丙烯酸樹脂光澤、豐滿度、耐候性好等特點。水性環氧樹脂具有優良的附著力、高模量、高強度、耐化學品性和防腐性等優點，利用環氧樹脂對含氟丙烯酸酯乳液進行共混改性，能夠提高涂料的耐水、耐溶劑、附著力和力學性能，同時在不影響使用要求的條件下大幅度降低涂料成本。王藝峰等通過物理共混法制備了環氧樹脂改性丙烯酸酯共聚物復合乳液，秦總根等將含氟乳液與環氧乳液進行共混，發現成膜時樹脂會產生自分層，這樣得到的涂膜具有優異的表面性能和良好的附著性能。(1.王月欣、王晶珂、張倩、翟赫、王芳，帶有環氧基團含氟共聚物對環氧涂料的改性，《高分子材料科學與工程》2012年03期。2.徐小龍、李保松、烏學東，甲基丙烯酸六氟丁酯接枝環氧粉末涂料研究，《涂料工業》，2010年第4期56-59頁)

【發明內容】

[0009]本發明的目的是提供一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜及其制備方法，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。并具經封裝的柔性或薄膜太陽能電池具有自清潔的作用。
[0010]為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:
本發明的薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜，由下述重量份的如下組分制成:氟改性環氧樹脂100 ;納米鋁粉0.0001-0.1 ;光固化劑0.5-1.25 ;抗氧劑0.1-0.2 ;紫外吸收劑0.1~0.2 ;胺類光穩定劑0.1~0.2。
[0011]所述的氟改性環氧樹脂是指帶有環氧基團的聚丙烯酸全氟烷基乙酯、含納米蒙脫土的帶有環氧基團的聚丙烯酸全氟烷基乙酯、含納米粉體的甲基丙烯酸六氟丁酯環氧樹月旨、雙酚A環氧-甲基丙烯酸六氟丁酯樹脂、雙酚A環氧-丙烯酸全氟烷基乙酯樹脂中的一種或多種的混合。
[0012] 所述的胺類光穩定劑為雙(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、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。
[0013]所述的光固化劑為芳香族羰基化合物，優選為苯基酮系化合物，如聯苯甲酰，二苯甲酮，安息香及其醚類衍生物。
[0014]所述的抗氧化劑為三(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)丙酸正十八碳醇酯中的一種或幾種的混合。
[0015]本發明的柔性或薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)將氟改性環氧樹脂基；納米鋁粉；光固化劑；抗氧劑；胺類光穩定劑等用攪拌器在-1(T40°C溫度環境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導入螺桿混合擠出機進行共混擠出，溫度控制在20-290度，擠出物經過濾、計量擠出、流延、冷卻、牽伸、牽引、卷取工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜。
[0016]氟改性環氧樹脂基膜本身為太陽能電池廣泛應用的封裝用膜，為適應以上工業需求，我們發明了納米鋁粉改性光固化氟改性環氧樹脂基膜。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電效率。
[0017]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，可以媲美傳統的太陽能電池。經使用本發明薄膜處理的薄膜太陽能電池比未經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光較好地進入太陽能電池，防止光逃逸。解決傳統的“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】
[0018]實施例1
(1)將帶有環氧基團的聚丙烯酸全氟烷基乙酯100 kg ;納米鋁粉0.0OOlkg ;光固化劑(2，5-二甲基-2，5雙(叔丁基過氧)己烷)0.8kg ;紫外光吸收劑(2-羥基-4甲氧基二苯甲酮)0.1 kg;抗氧劑(四[B- (3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戍四醇酯)0.1 kg ;胺類光穩定劑(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-10-5°C溫度環境下攪拌共混均勻；
(2 )將以上共混物導入螺桿混合擠出機進行共混擠出，溫度控制在120-290 °C，擠出物經180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進出壓力差為IMPa)、流延膜厚度80UM、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用聚碳酸酯膜。經使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高3.3%。
[0019]實施例2(I)將含納米蒙脫土的帶有環氧基團的聚丙烯酸全氟烷基乙酯100 kg ;納米鋁粉0.1kg ;光固化劑(2，5- 二甲基-2，5雙(叔丁基過氧)己烷)0.5 kg ;紫外光吸收劑(2-羥基-4甲氧基二苯甲酮)0.12 kg;抗氧劑(三(壬基苯)亞磷酸酯)0.2 kg;胺類光穩定劑(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-10-40°C溫度環境下攪拌共混均勻；
(2 )將以上共混物導入螺桿混合擠出機進行共混擠出，溫度控制在120-290 °C，擠出物經180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進出壓力差為IMPa)、流延膜厚度60UM、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用聚碳酸酯膜。
[0020]經使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高9.6%。
[0021]實施例3
(1)將含納米粉體的甲基丙烯酸六氟丁酯環氧樹脂100kg ;納米鋁粉，0.05kg ;光固化劑(1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環己烷)1.25kg ;紫外光吸收劑(2-羥基-4正辛氧基二苯甲酮)0.16 kg ;抗氧劑(亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯)混合酯)0.15 kg ;胺類光穩定劑((2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯)0.15 kg,用攪拌器在0_10°C溫度環境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導入螺桿混合擠出機進行共混擠出，溫度控制在120-290°C，擠出物經180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進出壓力差為2MPa)、流延膜厚度100UM、10°C空氣冷卻、3倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用聚碳酸酯膜。
[0022]經使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高13.9%。
[0023]實施例4
(1)將雙酚A環氧-甲基丙烯酸六氟丁酯樹脂100kg;納米鋁粉0.008 kg;光固化劑(I，1_(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環己烷)1.0 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)0.18 kg;抗氧劑(二硬脂酸基季戊四醇二亞磷酸酯)0.18kg ;胺類光穩定劑(聚丁二酸(4羥基-2，2，6，6-四甲基-1哌啶乙醇)酯)0.12 kg,用攪拌器在10-20°C溫度環境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導入螺桿混合擠出機進行共混擠出，溫度控制在120-290°C，擠出物經180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進出壓力差為IMPa)、流延膜厚度100UM、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用聚碳酸酯膜。
[0024]經使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高6.8%。
[0025]實施例5
(1)將雙酚A環氧-丙烯酸全氟烷基乙酯樹脂100kg;納米鋁粉0.002 kg;光固化劑 (叔丁基過氧2-乙基己基碳酸酯)1.2 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)0.2 kg;抗氧劑(三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯)0.12 kg ;胺類光穩定劑(聚丁二酸(4羥基-2，2，6，6-四甲基-1哌啶乙醇)酯)0.18kg，用攪拌器在30-40°C溫度環境下攪拌共混均勻；
(2)將以上共混物導入螺桿混合擠出機進行共混擠出，溫度控制在120-290°C，擠出物經180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進出壓力差為IMPa)、流延膜厚度100UM、10°C空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、離型紙覆膜、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用聚碳酸酯膜。[0026]經使用本薄膜的薄膜太陽能電池比未使用的薄膜太陽能電池性能提高8.6%。
[0027]本發明實施例中所用到的氟改性環氧樹脂均購于永州立大樹脂原料有限公司。
【權利要求】
1.一種薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜，其特征在于:由下述重量份的如下組分制成:氟改性環氧樹脂100 ;納米鋁粉0.0001-0.1 ;光固化劑0.5-1.25 ;抗氧劑.0.1-0.2 ;紫外吸收劑0.1-0.2 ;胺類光穩定劑0.1-0.2。
2.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜，其特征在于:所述的氟改性環氧樹脂是指帶有環氧基團的聚丙烯酸全氟烷基乙酯、含納米蒙脫土的帶有環氧基團的聚丙烯酸全氟烷基乙酯、含納米粉體的甲基丙烯酸六氟丁酯環氧樹脂、雙酚A環氧-甲基丙烯酸六氟丁酯樹脂、雙酚A環氧-丙烯酸全氟烷基乙酯樹脂中的一種或多種的混合。
3.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜，其特征在于:所述的胺類光穩定劑為雙(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、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.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜，其特征在于:所述的光固化劑為芳香族羰基化合物，優選為苯基酮系化合物，如聯苯甲酰，二苯甲酮，安息香及其醚類衍生物。
5.根據權利要求1所述的薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜，其特征在于:所述的抗氧化劑為三(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)丙酸正十八碳醇酯中的一種或幾種的混合。
6.權利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (O將氟改性環氧樹脂基；納米鋁粉；光固化劑；抗氧劑；胺類光穩定劑等用攪拌器在-1(T40°C溫度環境下攪拌共混均勻； (2)將以上共混物導入螺桿混合擠出機進行共混擠出，溫度控制在20-290度，擠出物經過濾、計量擠出、流延、冷卻、牽伸、牽引、卷取工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用光固化氟改性環氧樹脂基膜。
【文檔編號】C08K5/3435GK103897318SQ201210588766
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月31日 優先權日:2012年12月31日
【發明者】張迎晨, 吳紅艷 申請人:中原工學院