柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，由下述重量份的如下組分制成：聚碳酸酯100；納米鋁粉0.0001~0.1；交聯(lián)固化劑0.5~1.25；紫外光吸收劑0.1~0.2；增粘劑0~0.4；抗氧劑0.1~0.2；胺類光穩(wěn)定劑0.1~0.2。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。
【專利說明】柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜及其制備方法
【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聚碳酸酯膜及其制備方法，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]聚碳酸酯(PC)是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根據(jù)酯基的結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多種類型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族聚碳酸酯的機(jī)械性能較低，從而限制了其在工程塑料方面的應(yīng)用。目前僅有芳香族聚碳酸酯獲的了工業(yè)化生產(chǎn)。
[0008]由于聚碳酸酯結(jié)構(gòu)上的特殊性，聚碳酸酯是一種無定形、無嗅、無味、無毒而透明的熱塑性聚合物，是唯一具有良好透明性的塑料品種，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱性能、耐紫外輻射及耐電綜合性能，耐沖擊強(qiáng)度高，蠕變性小，制品尺寸穩(wěn)定，易增強(qiáng)，無毒衛(wèi)生，能著色，具有良好的性/價比和可化學(xué)修飾物理改性潛力，是綜合性能優(yōu)異、用途極為廣泛的重要工程塑料品種，由于其杰出的性能，聚碳酸酯的用途極為廣泛，尤其在透明材料領(lǐng)域更起著不可替代的作用，現(xiàn)已成為五大工程塑料中增長速度最快的通用工程塑料。

【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聚碳酸酯膜及其制備方法，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]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，由下述重量份的如下組分制成:聚碳酸酯100 ;納米鋁粉0.0001-0.1 ;交聯(lián)固化劑0.5~1.25 ;紫外光吸收劑0.1~0.2 ;增粘劑0-0.4 ;抗氧劑0.1~0.2 ;胺類光穩(wěn)定劑0.1~0.2。
[0011]所述的聚碳酸酯為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族聚碳酸酯，優(yōu)選為芳香族聚碳酸酯。本發(fā)明所用的聚碳酸酯樹脂均購于市售，比如牌號為2458，2805，2858，2605，6555，6485，2405，2407，2807，2865，3103，3105 (德國拜耳生產(chǎn));牌號為 9920，AD-5503，L-1225Y，L-1250Z, L-1250Y, L-1225L，L-1250L (日本帝人)；牌號為:153R-111, HF1130-111，241R-111, 243R-111, 500R-739,940Α-116,945Α (美國 GE (SABIC))等。
[0012]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、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]所述的增粘劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、r -氨丙基三乙氧基硅烷、r -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3 -氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或幾種混合配比而成。
[0014]所述的交聯(lián)固化劑為2，5- 二甲基-2，5雙(叔丁基過氧)己烷、1，1-(雙過氧化叔丁基)3,3, 5-三甲基環(huán)己烷或叔丁基過氧2-乙基己基碳酸酯中的一種或幾種混合。
[0015]所述的紫外光吸收劑為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。
[0016]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)丙酸正十八蠶碳醇酯或N，N ‘-1，6_己二基二(3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羥基苯丙酰中的一種或幾種混
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[0017]本發(fā)明的柔性或薄膜太陽能電池用聚碳酸酯膜的制備方法，包括如下步驟:
(1)將聚碳酸酯樹脂；納米鋁粉；交聯(lián)固化劑；增粘劑；紫外光吸收劑；抗氧劑；受阻胺類光穩(wěn)定劑等用攪拌器在-1(T40°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120-290度，擠出物經(jīng)過濾、計量擠出、流延、冷卻、牽伸、離型紙覆膜、卷取工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用聚碳酸酯膜。
[0018]聚碳酸酯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，本發(fā)明提供了納米鋁粉改性聚碳酸酯膜。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。
【具體實施方式】
[0020]實施例1
(1)將聚碳酸酯樹脂(PC2805德國拜耳)100kg;納米鋁粉0.0001kg;交聯(lián)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(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-10-5°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120-290°C，擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、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。
[0021]實施例2
(1)將聚碳酸酯樹脂(2458，德國拜耳)100kg;納米鋁粉0.1 kg ;交聯(lián)固化劑(2，5-二甲基-2，5雙(叔丁基過氧)己烷)0.5 kg;增粘劑(鈦酸酯偶聯(lián)劑)0.1 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(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-10-40°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120-290°C，擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、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。
[0022]實施例3
(O將聚碳酸酯樹脂(9920，日本帝人)100 kg;納米鋁粉，0.05kg;交聯(lián)固化劑(1,1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷)1.25kg;增粘劑(r-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷)0.2kg ;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(wěn)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(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120-290°C，擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、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。
[0023]實施例4
(1)將聚碳酸酯樹脂(153R-111，美國GE(SABIC))100 kg ;納米鋁粉0.008 kg ;交聯(lián)固化劑(1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷)1.0 kg;增粘劑(乙烯基三乙氧基硅烷)0.3 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(wěn)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(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120-290°C，擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、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]實施例5
(1)將聚碳酸酯樹脂(AD-5503，日本帝人)100kg ;納米鋁粉0.002 kg;交聯(lián)固化劑(叔丁基過氧2-乙基己基碳酸酯)1.2 kg;增粘劑(3-氨丙基三乙氧基硅烷)0.4 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(wěn)定劑(聚丁二酸(4羥基-2，2，6，6-四甲基-1哌啶乙醇)酯)0.18 kg，用攪拌器在30-40°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120-290°C，擠出物經(jīng)180目過濾器過濾、計量擠出(計量泵進(jìn)出壓力差為2MPa)、流延膜厚度50UM、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。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，其特征在于:由下述重量份的如下組分制成:聚碳酸酯100 ;納米鋁粉0.0001-0.1 ;交聯(lián)固化劑0.5~1.25 ;紫外光吸收劑0.1~0.2 ;增粘劑0~0.4 ;抗氧劑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所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，其特征在于:所述的聚碳酸酯為脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族聚碳酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，其特征在于:所述的聚碳酸酯為芳香族聚碳酸酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，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、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。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，其特征在于:所述的增粘劑為鈦酸酯偶聯(lián)劑、r-氨丙基三乙氧基硅烷、r-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、3 -氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，其特征在于:所述的交聯(lián)固化劑為2，5- 二甲基-2，5雙(叔丁基過氧)己烷、1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷或叔丁基過氧2-乙基己基碳酸酯中的一種或幾種混合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，其特征在于:所述的紫外光吸收劑為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。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜，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)丙酸正十八蠶碳醇酯或N，N ‘-1，6_己二基二(3，5- 二(1，1- 二甲基乙基)-4-羥基苯丙酰中的一種或幾種混合。
9.權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將聚碳酸酯樹脂、納米鋁粉、交聯(lián)固化劑、增粘劑、紫外光吸收劑、抗氧劑、受阻胺類光穩(wěn)定劑用攪拌器在-10~40°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻； (2)將共混物導(dǎo)入螺桿混合擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度為120~290°C，擠出物經(jīng)過濾、計量擠出、流延、冷卻、牽伸、離型紙覆膜、卷取工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用光固化聚碳酸酯膜。
【文檔編號】C08L69/00GK103897370SQ201210589327
【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