CN107180893A - 一种太阳能电池背膜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种太阳能电池背膜的制备方法，属于太阳能电池封装技术组件领域。本发明首先以正硅酸乙酯、无水乙醇等为原料，制得二氧化硅溶胶，再以醋酸溶液、十二烷基苯磺酸钠等为原料，制得改性凝胶液，接着将改性凝胶液与二氧化硅溶胶混合，经超声分散、干燥和球磨，得干燥凝胶粉末，再将剑麻纤维进行处理，收集得干燥改性剑麻纤维，并将其与干燥凝胶粉末混合后，经等离子体处理后，与EVA树脂、纳米氧化镁进行混合开炼，最后经热压、冷压即可。本发明制备的太阳能电池背膜热收缩率低于0.3%，背膜不易变形，延长了太阳能电池的使用寿命；且具有优越的电绝缘性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池背膜的制备方法，属于太阳能电池封装技术组件领域。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应直接把光能转化成电能的装置。它是一种未来主要发展的新型电源，具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，其市场前景广阔。太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。太阳能电池板通常是一个叠层结构：主要包括透光层、胶层、电池片、胶层、背膜等层，依次层压而成。其中，太阳能电池背膜的主要作用是提高太阳能电池板的整体机械强度，另外可以防止水汽渗透到密封层中，影响电池片的使用寿命。所以太阳能电池背膜必须具有绝缘（耐电击穿）、耐老化、耐气候影响和耐腐蚀等特性。
现有技术中，多采用含氟聚合物作为耐候层，然后将其涂布或粘接于基材上，以构成太阳能电池背膜。但采用含氟聚合物作为耐候层存在如下缺点：一、采用含氟聚合物作为耐候层，加工困难，生产工艺复杂；二、含氟聚合物价格较高，不利于降低成本；三、含氟聚合物具有良好的化学惰性，且润湿性较差，使耐候层与基材的附着性较差，使用过程中容易发生脱落；五、含氟聚合物的柔韧性较差，收缩率高，导致层压过程中背膜变形，影响光电转换及外观且导致背膜出现开裂等问题。因此，急需寻找一种加工简单，收缩率低，柔韧性较好的太阳能电池背膜。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对传统的太阳能电池背膜收缩率高，导致层压过程中背膜变形，影响光电转换及外观的问题，提供一种太阳能电池背膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，分别称量25～30份去离子水、5～8份正硅酸乙酯、85～90份无水乙醇和1～2份质量分数5%盐酸搅拌混合，经加热静置冷却至室温，得二氧化硅溶胶；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份质量分数15%醋酸溶液、10～15份十二烷基苯磺酸钠、3～5份甲基三甲氧基硅烷搅拌混合，经水浴加热后，静置冷却至室温制备得改性凝胶液；
（3）按体积比1:2，将改性凝胶液与二氧化硅溶胶搅拌混合，经超声分散处理后，得混合凝胶液，将混合凝胶液干燥后碾磨过100目筛，得干燥凝胶粉末；
（4）取剑麻纤维，切割得8～10mm短切剑麻纤维，在按质量比1:8，将短切剑麻纤维与质量分数10%氢氧化钠溶液搅拌混合，水浴加热并过滤得滤饼，经洗涤干燥，得干燥改性剑麻纤维；
（5）按质量比1:5，将干燥改性剑麻纤维与干燥凝胶粉末混合并研磨过120目筛，得凝胶混合纤维，将凝胶混合纤维置于等离子体处理装置中，经等离子体处理得等离子体处理混合纤维，再将等离子体处理混合纤维球磨过200目筛，得等离子体改性混合粉末；
（6）按重量份数计，分别称量25～30份EVA树脂、3～5份等离子体改性混合粉末、1～2份纳米氧化镁、1～2份硅烷偶联剂KH-550、0.5～1.0份过氧化二异丙苯搅拌混合，经干燥后开练10～15min，得开炼物并热压制膜，静置冷却至室温，即可制备得一种太阳能电池背膜。
步骤（5）所述的等离子体处理装置的工作条件为，在氮气气氛下，设置放电电压为30～35V，电极间距离为5～8mm。
步骤（6）所述的开炼机工作条件为，控制开炼机温度为95～100℃，辊间距为0.3～0.5mm。
步骤（6）所述的热压制膜压力为5～10MPa。
本发明的有益效果是：
（1）本发明将剑麻纤维粉碎制备短切纤维，通过短切纤维与凝胶材料等离子体接枝处理后，作为纤维改性填料添加至EVA树脂中，由于在纤维改性填料中，短切剑麻纤维形成交织网络，当太阳能电池背膜发生收缩时，短切剑麻纤维纤维作为起到传递荷载的桥梁，稳定背膜内部应力场，使收缩的背膜应力集中得以钝化，背膜的进一步收缩受到约束，从而使收缩应力消除或削弱。
（2）本发明制备的太阳能背膜中，剑麻纤维形成的交联网络，可有效改善EVA树脂背膜收缩强度，太阳能背膜在剑麻短切纤维的桥梁荷载作用下，降低热收缩率，使背膜不易变形，保护了太阳能电池的相关组件，延长了太阳能电池的使用寿命。
具体实施方式
首先按重量份数计，分别称量25～30份去离子水、5～8份正硅酸乙酯、85～90份无水乙醇和1～2份质量分数5%盐酸置于烧杯中，搅拌混合均匀后，将烧杯置于45～50℃下水浴加热1～2h，待水浴加热完成后，静置冷却至室温，得二氧化硅溶胶，再按重量份数计，分别称量45～50份质量分数15%醋酸溶液、10～15份十二烷基苯磺酸钠、3～5份甲基三甲氧基硅烷置于烧杯中，在45～50℃下水浴加热2～3h后，静置冷却至室温制备得改性凝胶液；按体积比1:2，将改性凝胶液与二氧化硅溶胶搅拌混合并置于200～300W下超声分散处理15～20min，得混合凝胶液，将混合凝胶液真空冷冻干燥后置于球磨罐中，在250～300r/min下球磨1～2h，过100目筛得干燥凝胶粉末；选取剑麻纤维，将其用清水洗净后置于纤维切割机中，切割至8～10mm短切剑麻纤维，随后按质量比1:8，将短切剑麻纤维与质量分数10%氢氧化钠溶液搅拌混合并置于45～50℃下水浴加热3～5h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼3～5次后，真空冷冻干燥，得干燥改性剑麻纤维；再按质量比1:5，将干燥改性剑麻纤维与干燥凝胶粉末混合并置于研钵中，研磨1～2h后过120目筛，得凝胶混合纤维，随后将凝胶混合纤维置于等离子体处理装置中，在氮气保护下，设置放电电压为30～35V，电极间距离为5～8mm，处理60～90s后，制备得等离子体处理混合纤维，并置于球磨罐中，在250～300r/min下球磨3～5h，过200目筛得等离子体改性混合粉末；接着按重量份数计，分别称量25～30份EVA树脂、3～5份等离子体改性混合粉末、1～2份纳米氧化镁、1～2份硅烷偶联剂KH-550、0.5～1.0份过氧化二异丙苯置于烧杯中，搅拌混合并置于55～60℃烘箱中干燥6～8h后，得混合料，将混合料置于开炼机中，控制开炼机温度为95～100℃，辊间距为0.3～0.5mm，待开炼10～15min后，将开炼后的物料置于95～100℃下热压制膜，控制热压压力为5～10MPa，待热压2～3min后，再在5～10MPa下冷压2～3min，随后静置冷却至室温，即可制备得一种太阳能电池背膜。
实例1
首先按重量份数计，分别称量30份去离子水、8份正硅酸乙酯、90份无水乙醇和2份质量分数5%盐酸置于烧杯中，搅拌混合均匀后，将烧杯置于50℃下水浴加热2h，待水浴加热完成后，静置冷却至室温，得二氧化硅溶胶，再按重量份数计，分别称量50份质量分数15%醋酸溶液、15份十二烷基苯磺酸钠、5份甲基三甲氧基硅烷置于烧杯中，在50℃下水浴加热3h后，静置冷却至室温制备得改性凝胶液；按体积比1:2，将改性凝胶液与二氧化硅溶胶搅拌混合并置于300W下超声分散处理20min，得混合凝胶液，将混合凝胶液真空冷冻干燥后置于球磨罐中，在300r/min下球磨2h，过100目筛得干燥凝胶粉末；选取剑麻纤维，将其用清水洗净后置于纤维切割机中，切割至10mm短切剑麻纤维，随后按质量比1:8，将短切剑麻纤维与质量分数10%氢氧化钠溶液搅拌混合并置于50℃下水浴加热5h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼5次后，真空冷冻干燥，得干燥改性剑麻纤维；再按质量比1:5，将干燥改性剑麻纤维与干燥凝胶粉末混合并置于研钵中，研磨2h后过120目筛，得凝胶混合纤维，随后将凝胶混合纤维置于等离子体处理装置中，在氮气保护下，设置放电电压为35V，电极间距离为8mm，处理90s后，制备得等离子体处理混合纤维，并置于球磨罐中，在300r/min下球磨5h，过200目筛得等离子体改性混合粉末；接着按重量份数计，分别称量30份EVA树脂、5份等离子体改性混合粉末、2份纳米氧化镁、2份硅烷偶联剂KH-550、1.0份过氧化二异丙苯置于烧杯中，搅拌混合并置于60℃烘箱中干燥8h后，得混合料，将混合料置于开炼机中，控制开炼机温度为100℃，辊间距为0.5mm，待开炼15min后，将开炼后的物料置于100℃下热压制膜，控制热压压力为10MPa，待热压3min后，再在10MPa下冷压3min，随后静置冷却至室温，即可制备得一种太阳能电池背膜。
实例2
首先按重量份数计，分别称量25份去离子水、5份正硅酸乙酯、85份无水乙醇和1份质量分数5%盐酸置于烧杯中，搅拌混合均匀后，将烧杯置于45℃下水浴加热1h，待水浴加热完成后，静置冷却至室温，得二氧化硅溶胶，再按重量份数计，分别称量45份质量分数15%醋酸溶液、10份十二烷基苯磺酸钠、3份甲基三甲氧基硅烷置于烧杯中，在45℃下水浴加热2h后，静置冷却至室温制备得改性凝胶液；按体积比1:2，将改性凝胶液与二氧化硅溶胶搅拌混合并置于200W下超声分散处理15min，得混合凝胶液，将混合凝胶液真空冷冻干燥后置于球磨罐中，在250r/min下球磨1h，过100目筛得干燥凝胶粉末；选取剑麻纤维，将其用清水洗净后置于纤维切割机中，切割至8mm短切剑麻纤维，随后按质量比1:8，将短切剑麻纤维与质量分数10%氢氧化钠溶液搅拌混合并置于45℃下水浴加热3h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼3次后，真空冷冻干燥，得干燥改性剑麻纤维；再按质量比1:5，将干燥改性剑麻纤维与干燥凝胶粉末混合并置于研钵中，研磨1h后过120目筛，得凝胶混合纤维，随后将凝胶混合纤维置于等离子体处理装置中，在氮气保护下，设置放电电压为30V，电极间距离为5mm，处理60s后，制备得等离子体处理混合纤维，并置于球磨罐中，在250r/min下球磨3h，过200目筛得等离子体改性混合粉末；接着按重量份数计，分别称量25份EVA树脂、3份等离子体改性混合粉末、1份纳米氧化镁、1份硅烷偶联剂KH-550、0.5份过氧化二异丙苯置于烧杯中，搅拌混合并置于55℃烘箱中干燥6h后，得混合料，将混合料置于开炼机中，控制开炼机温度为95℃，辊间距为0.3mm，待开炼10min后，将开炼后的物料置于95℃下热压制膜，控制热压压力为5MPa，待热压2min后，再在5MPa下冷压2min，随后静置冷却至室温，即可制备得一种太阳能电池背膜。
实例3
首先按重量份数计，分别称量27份去离子水、6份正硅酸乙酯、87份无水乙醇和2份质量分数5%盐酸置于烧杯中，搅拌混合均匀后，将烧杯置于47℃下水浴加热2h，待水浴加热完成后，静置冷却至室温，得二氧化硅溶胶，再按重量份数计，分别称量47份质量分数15%醋酸溶液、12份十二烷基苯磺酸钠、4份甲基三甲氧基硅烷置于烧杯中，在47℃下水浴加热2h后，静置冷却至室温制备得改性凝胶液；按体积比1:2，将改性凝胶液与二氧化硅溶胶搅拌混合并置于250W下超声分散处理17min，得混合凝胶液，将混合凝胶液真空冷冻干燥后置于球磨罐中，在270r/min下球磨1h，过100目筛得干燥凝胶粉末；选取剑麻纤维，将其用清水洗净后置于纤维切割机中，切割至9mm短切剑麻纤维，随后按质量比1:8，将短切剑麻纤维与质量分数10%氢氧化钠溶液搅拌混合并置于47℃下水浴加热4h，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼4次后，真空冷冻干燥，得干燥改性剑麻纤维；再按质量比1:5，将干燥改性剑麻纤维与干燥凝胶粉末混合并置于研钵中，研磨1h后过120目筛，得凝胶混合纤维，随后将凝胶混合纤维置于等离子体处理装置中，在氮气保护下，设置放电电压为33V，电极间距离为7mm，处理70s后，制备得等离子体处理混合纤维，并置于球磨罐中，在270r/min下球磨4h，过200目筛得等离子体改性混合粉末；接着按重量份数计，分别称量27份EVA树脂、4份等离子体改性混合粉末、1份纳米氧化镁、1份硅烷偶联剂KH-550、0.7份过氧化二异丙苯置于烧杯中，搅拌混合并置于57℃烘箱中干燥7h后，得混合料，将混合料置于开炼机中，控制开炼机温度为98℃，辊间距为0.4mm，待开炼13min后，将开炼后的物料置于97℃下热压制膜，控制热压压力为7MPa，待热压3min后，再在7MPa下冷压3min，随后静置冷却至室温，即可制备得一种太阳能电池背膜。
检测实例1至实例3制备得到的太阳能电池背膜相关物理性能，检测数据如下：
Claims (4)
1.一种太阳能电池背膜的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量25～30份去离子水、5～8份正硅酸乙酯、85～90份无水乙醇和1～2份质量分数5%盐酸搅拌混合，经加热静置冷却至室温，得二氧化硅溶胶；
（2）按重量份数计，分别称量45～50份质量分数15%醋酸溶液、10～15份十二烷基苯磺酸钠、3～5份甲基三甲氧基硅烷搅拌混合，经水浴加热后，静置冷却至室温制备得改性凝胶液；
（3）按体积比1:2，将改性凝胶液与二氧化硅溶胶搅拌混合，经超声分散处理后，得混合凝胶液，将混合凝胶液干燥后碾磨过100目筛，得干燥凝胶粉末；
（4）取剑麻纤维，切割得8～10mm短切剑麻纤维，在按质量比1:8，将短切剑麻纤维与质量分数10%氢氧化钠溶液搅拌混合，水浴加热并过滤得滤饼，经洗涤干燥，得干燥改性剑麻纤维；
（5）按质量比1:5，将干燥改性剑麻纤维与干燥凝胶粉末混合并研磨过120目筛，得凝胶混合纤维，将凝胶混合纤维置于等离子体处理装置中，经等离子体处理得等离子体处理混合纤维，再将等离子体处理混合纤维球磨过200目筛，得等离子体改性混合粉末；
（6）按重量份数计，分别称量25～30份EVA树脂、3～5份等离子体改性混合粉末、1～2份纳米氧化镁、1～2份硅烷偶联剂KH-550、0.5～1.0份过氧化二异丙苯搅拌混合，经干燥后开练10～15min，得开炼物并热压制膜，静置冷却至室温，即可制备得一种太阳能电池背膜。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背膜的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的等离子体处理装置的工作条件为，在氮气气氛下，设置放电电压为30～35V，电极间距离为5～8mm。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背膜的制备方法，其特征在于：步骤（6）所述的开炼机工作条件为，控制开炼机温度为95～100℃，辊间距为0.3～0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池背膜的制备方法，其特征在于：步骤（6）所述的热压制膜压力为5～10MPa。
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