CN109671784B - 一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，包括以下步骤：步骤一，将40‑50份改性魔芋粉、20‑30份脱脂淀粉进行混合，随后再加入25‑35份去离子水，边搅拌边加入，随后加入5‑15份改良蒙脱土，搅拌转速升至300‑400r/min，搅拌20‑30min。本发明的魔芋粉水溶液黏度大，同时粘结强度比其他生物胶黏剂粘结强度大，适合用作粘结剂的主料，通过将其采用木质素酚化液改性，使魔芋粉活性增强，同时表面含有的羟基增多，本发明中的脱脂淀粉同样也含有大量的羟基。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺。
背景技术
太阳能是一种新的能源，越来越受到人们的关注，将太阳能转化为电能需要用到光伏板，光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，太阳能利用由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的固体光伏电池组成，由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗，简单的光伏电池可为手表以及计算机提供能源，较复杂的光伏***可为房屋提供照明以及交通信号灯和监控***，并入电网供电，光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电能；而电极浆料与硅板粘接力不强，因此需要粘结剂作为辅助材料提高电极浆料性能。
现有的粘结剂虽具有环保，但长期光照后性能会变劣，导致电极浆料与光伏板粘接力下降，同时原料之间混配，易导致电极浆料团聚，影响光电转换效率，现有中国专利文献(公告号：CN105469854B)公开了一种多晶硅太阳能电池光背面电极浆料用植物源复合粘结剂，各组分的含量按重量份计为：***胶6-10份、褐藻胶2-6份、田菁胶0.2-2份、滑石粉0.05-0.2份、水100份，该粘结剂虽环保，但交联程度大，易团聚，使电极浆料不能很好的分散，影响光电转换效率。
中国专利文献(公告号：CN106675449B)公开了一种锂离子电池高安全负极浆料粘结剂，其由羧甲基纤维素钠、丁苯橡胶、海藻酸钠和粘结剂添加剂等原料制得，该粘结剂中虽具有良好的粘结性能，但丁苯橡胶原料会影响电极浆料的光电转化效率。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，将40-50份改性魔芋粉、20-30份脱脂淀粉进行混合，随后再加入25-35份去离子水，边搅拌边加入，随后加入5-15份改良蒙脱土，搅拌转速升至300-400r/min，搅拌20-30min，随后再将转速降至80-140r/min，搅拌50-60min，随后再加入4-8份改性纳米二氧化钛，随后转移至高压反应釜中，反应30-40min，反应结束，得到预混料；
所述改性魔芋粉的制备方法为：将魔芋粉、木质素酚化液按照重量比5:1进行混合，随后送入四口烧瓶中反应30-40min，反应温度为65-75℃，随后再加入冰醋酸调节pH至5.0，再超声分散10-20min，随后再静置陈化20-30min，再加入魔芋粉总量4-8％的纳米钛酸钙，随后再进行搅拌，搅拌转速为100-200r/min，搅拌20-30min，然后洗涤、离心、干燥，即可；
步骤二，向步骤一制备的预混料中加入2-7份过硫酸铵，然后进行水浴处理，水浴温度为75-85℃，水浴40-50min，随后将产物再转移至辐照袋中，充满氮气后密封，随后进行辐照处理，即得本发明的粘结剂。
优选地，所述步骤一中木质素酚化液为木质素、苯酚按照重量比5:2进行混合，随后再加入木质素、苯酚总重量4-6％的磷酸，随后在100-120℃下保温液化1-2h，即可。
优选地，所述改良蒙脱土的制备方法为将天然蒙脱土加入到去离子水中进行超声分散，随后再加入冰醋酸调节pH至5.0-6.0，随后送入磁力搅拌器中，加热至65-75℃，随后再加入蒙脱土总量6-10％的十六烷基三甲基溴化铵，反应30-40min，随后离心，再送入80℃干燥箱中干燥2-3h，随后再以5℃/min升温至200℃，保温30-40min，随后以2℃/min冷却至室温，即可。
优选地，所述天然蒙脱土的比表面积为600-1000m2/g，层间距为1-3nm。
优选地，所述改性纳米二氧化钛制备方法为将纳米二氧化钛加入到质量分数为30-40％的氢氧化钠溶液中，超声分散20-30min，随后再加入质量分数90％的过氧化氢溶液，反应15-25min，然后静置10-20min，随后再加入硅烷偶联剂，转移至反应釜中，反应温度为85-95℃，反应1-2h，随后水洗、离子、干燥，即可。
优选地，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
优选地，所述步骤一高压反应釜中反应温度为90-110℃、反应压力为2-6MPa。
优选地，所述步骤一高压反应釜中反应温度为100℃、反应压力为4MPa。
优选地，所述步骤二中辐照处理采用γ射线辐照2-6min，辐照剂量为2-12KGy。
优选地，所述步骤二中辐照处理采用γ射线辐照3min，辐照剂量为7KGy。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的魔芋粉水溶液黏度大，同时粘结强度比其他生物胶黏剂粘结强度大，适合用作粘结剂的主料，通过将其采用木质素酚化液改性，使魔芋粉活性增强，同时表面含有的羟基增多，本发明中的脱脂淀粉同样也含有大量的羟基，二者经过引发剂结合，不仅提高原料之间的结合力，继而提高胶合强度，未结合的羟基基团与原料中活性基团结合，继而进一步提高材料的耐水性能，添加的蒙脱土经过改性后，蒙脱土片层内变的膨松、体积增大，同时其片层带有负电荷，蒙脱土均匀的分散在粘结剂的原料中，与粘接剂形成稳定的体系，电极浆料中导电原料带有正电荷，靠近蒙脱土，继而提高电极浆料中带电离子在粘结剂中的分布，提高光电转换效率，添加的改性纳米二氧化钛与魔芋粉、脱脂淀粉之间的相容性得到改善，同时能够均匀分散在原料之间，提高原料之间结合力，继而增强胶合强度，以及提高材料的耐候性。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1.
本实施例的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，将40份改性魔芋粉、20份脱脂淀粉进行混合，随后再加入25份去离子水，边搅拌边加入，随后加入5份改良蒙脱土，搅拌转速升至300r/min，搅拌20min，随后再将转速降至80r/min，搅拌50min，随后再加入4份改性纳米二氧化钛，随后转移至高压反应釜中，反应30min，反应结束，得到预混料；
所述改性魔芋粉的制备方法为：将魔芋粉、木质素酚化液按照重量比5:1进行混合，随后送入四口烧瓶中反应30min，反应温度为65℃，随后再加入冰醋酸调节pH至5.0，再超声分散10min，随后再静置陈化20min，再加入魔芋粉总量4％的纳米钛酸钙，随后再进行搅拌，搅拌转速为100r/min，搅拌20min，然后洗涤、离心、干燥，即可；
步骤二，向步骤一制备的预混料中加入2份过硫酸铵，然后进行水浴处理，水浴温度为75℃，水浴40min，随后将产物再转移至辐照袋中，充满氮气后密封，随后进行辐照处理，即得本发明的粘结剂。
本实施例的步骤一中木质素酚化液为木质素、苯酚按照重量比5:2进行混合，随后再加入木质素、苯酚总重量4％的磷酸，随后在100℃下保温液化1h，即可。
本实施例的改良蒙脱土的制备方法为将天然蒙脱土加入到去离子水中进行超声分散，随后再加入冰醋酸调节pH至5.0，随后送入磁力搅拌器中，加热至65℃，随后再加入蒙脱土总量6％的十六烷基三甲基溴化铵，反应30min，随后离心，再送入80℃干燥箱中干燥2h，随后再以5℃/min升温至200℃，保温30min，随后以2℃/min冷却至室温，即可。
本实施例的天然蒙脱土的比表面积为600m2/g，层间距为1nm。
本实施例的改性纳米二氧化钛制备方法为将纳米二氧化钛加入到质量分数为30％的氢氧化钠溶液中，超声分散20min，随后再加入质量分数90％的过氧化氢溶液，反应15min，然后静置10min，随后再加入硅烷偶联剂，转移至反应釜中，反应温度为85℃，反应1h，随后水洗、离子、干燥，即可。
本实施例的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
本实施例的步骤一高压反应釜中反应温度为90℃、反应压力为2MPa。
本实施例的步骤二中辐照处理采用γ射线辐照2min，辐照剂量为2KGy。
实施例2.
本实施例的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，将50份改性魔芋粉、30份脱脂淀粉进行混合，随后再加入35份去离子水，边搅拌边加入，随后加入15份改良蒙脱土，搅拌转速升至400r/min，搅拌30min，随后再将转速降至140r/min，搅拌60min，随后再加入8份改性纳米二氧化钛，随后转移至高压反应釜中，反应40min，反应结束，得到预混料；
所述改性魔芋粉的制备方法为：将魔芋粉、木质素酚化液按照重量比5:1进行混合，随后送入四口烧瓶中反应40min，反应温度为75℃，随后再加入冰醋酸调节pH至5.0，再超声分散20min，随后再静置陈化30min，再加入魔芋粉总量8％的纳米钛酸钙，随后再进行搅拌，搅拌转速为200r/min，搅拌30min，然后洗涤、离心、干燥，即可；
步骤二，向步骤一制备的预混料中加入7份过硫酸铵，然后进行水浴处理，水浴温度为85℃，水浴50min，随后将产物再转移至辐照袋中，充满氮气后密封，随后进行辐照处理，即得本发明的粘结剂。
本实施例的步骤一中木质素酚化液为木质素、苯酚按照重量比5:2进行混合，随后再加入木质素、苯酚总重量6％的磷酸，随后在120℃下保温液化2h，即可。
本实施例的改良蒙脱土的制备方法为将天然蒙脱土加入到去离子水中进行超声分散，随后再加入冰醋酸调节pH至6.0，随后送入磁力搅拌器中，加热至75℃，随后再加入蒙脱土总量10％的十六烷基三甲基溴化铵，反应40min，随后离心，再送入80℃干燥箱中干燥3h，随后再以5℃/min升温至200℃，保温40min，随后以2℃/min冷却至室温，即可。
本实施例的天然蒙脱土的比表面积为1000m2/g，层间距为3nm。
本实施例的改性纳米二氧化钛制备方法为将纳米二氧化钛加入到质量分数为40％的氢氧化钠溶液中，超声分散30min，随后再加入质量分数90％的过氧化氢溶液，反应25min，然后静置20min，随后再加入硅烷偶联剂，转移至反应釜中，反应温度为95℃，反应2h，随后水洗、离子、干燥，即可。
本实施例的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
本实施例的步骤一高压反应釜中反应温度为110℃、反应压力为6MPa。
本实施例的步骤二中辐照处理采用γ射线辐照6min，辐照剂量为12KGy。
实施例3.
本实施例的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，包括以下步骤：
步骤一，将45份改性魔芋粉、25份脱脂淀粉进行混合，随后再加入30份去离子水，边搅拌边加入，随后加入10份改良蒙脱土，搅拌转速升至350r/min，搅拌25min，随后再将转速降至110r/min，搅拌55min，随后再加入6份改性纳米二氧化钛，随后转移至高压反应釜中，反应35min，反应结束，得到预混料；
所述改性魔芋粉的制备方法为：将魔芋粉、木质素酚化液按照重量比5:1进行混合，随后送入四口烧瓶中反应35min，反应温度为70℃，随后再加入冰醋酸调节pH至5.0，再超声分散15min，随后再静置陈化25min，再加入魔芋粉总量4-8％的纳米钛酸钙，随后再进行搅拌，搅拌转速为150r/min，搅拌25min，然后洗涤、离心、干燥，即可；
步骤二，向步骤一制备的预混料中加入4.5份过硫酸铵，然后进行水浴处理，水浴温度为80℃，水浴45min，随后将产物再转移至辐照袋中，充满氮气后密封，随后进行辐照处理，即得本发明的粘结剂。
本实施例的步骤一中木质素酚化液为木质素、苯酚按照重量比5:2进行混合，随后再加入木质素、苯酚总重量5％的磷酸，随后在110℃下保温液化1.5h，即可。
本实施例的改良蒙脱土的制备方法为将天然蒙脱土加入到去离子水中进行超声分散，随后再加入冰醋酸调节pH至5.5，随后送入磁力搅拌器中，加热至70℃，随后再加入蒙脱土总量8％的十六烷基三甲基溴化铵，反应35min，随后离心，再送入80℃干燥箱中干燥2.5h，随后再以5℃/min升温至200℃，保温35min，随后以2℃/min冷却至室温，即可。
本实施例的天然蒙脱土的比表面积为800m2/g，层间距为2nm。
本实施例的改性纳米二氧化钛制备方法为将纳米二氧化钛加入到质量分数为35％的氢氧化钠溶液中，超声分散25min，随后再加入质量分数90％的过氧化氢溶液，反应20min，然后静置15min，随后再加入硅烷偶联剂，转移至反应釜中，反应温度为90℃，反应1.5h，随后水洗、离子、干燥，即可。
本实施例的硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
本实施例的步骤一高压反应釜中反应温度为100℃、反应压力为4MPa。
本实施例的步骤二中辐照处理采用γ射线辐照3min，辐照剂量为7KGy。
对比例1.
与实施例3不同是魔芋粉未经过木质素酚化液改性。
对比例2.
与实施例3不同是步骤二中未进行辐照处理。
对比例3.
采用中国专利文献(公告号：CN105469854B)公开了一种多晶硅太阳能电池光背面电极浆料用植物源复合粘结剂中实施例1原料及方法。
将实施例1-3、对比例1-3制备的粘结剂与电极浆料混合，采用印网印刷工艺制成太阳能电池电极，分别在正常条件、26℃水中浸泡1h、光照强度为400LX下光照1h，进行性能测试。
实施例1-3及对比例1-3性能测量结果如下
从实施例1-3及对比例1-3得出，本发明实施例3相对于对比例3，正常条件下，粘结强度提高了2.17MPa，而在26℃水中浸泡1h，对比例3粘结强度为0.98MPa，实施例3为5.98MPa；将水中浸泡/正常条件定为26℃水中浸泡1h稳定率，光照下/正常条件定为光照强度为400LX下光照1h稳定率，实施例3，26℃水中浸泡1h稳定率为86.8％，对比例3为20.6％，提高了66.2％，实施例3，光照强度为400LX下光照1h稳定率为88.8％，对比例3为28.1％，提高了60.7％，可知本发明在水中浸泡后、光照后稳定性好，同理光转化效率也得到显著改善。
本发明也探究了改性纳米二氧化钛对粘结剂粘结强度、光电转化效率影响。
本发明未添加纳米二氧化钛，在光照强度为400LX下光照1h、26℃水中浸泡1h条件下测量，粘结强度、光电转化效率性能显著下降，同时改性中未添加过氧化氢溶液，性能也变差，可能由于过氧化氢溶液可将纳米二氧化钛氧化，保持酸化后纳米二氧化钛活性，提高纳米二氧化钛有机化的反应程度，继而增强纳米二氧化钛与其他原料的相容性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将40-50份改性魔芋粉、20-30份脱脂淀粉进行混合，随后再加入25-35份去离子水，边搅拌边加入，随后加入5-15份改良蒙脱土，搅拌转速升至300-400r/min，搅拌20-30min，随后再将转速降至80-140r/min，搅拌50-60min，随后再加入4-8份改性纳米二氧化钛，随后转移至高压反应釜中，反应30-40min，反应结束，得到预混料；
所述改性魔芋粉的制备方法为：将魔芋粉、木质素酚化液按照重量比5:1进行混合，随后送入四口烧瓶中反应30-40min，反应温度为65-75℃，随后再加入冰醋酸调节pH至5.0，再超声分散10-20min，随后再静置陈化20-30min，再加入魔芋粉总量4-8％的纳米钛酸钙，随后再进行搅拌，搅拌转速为100-200r/min，搅拌20-30min，然后洗涤、离心、干燥，即可；
步骤二，向步骤一制备的预混料中加入2-7份过硫酸铵，然后进行水浴处理，水浴温度为75-85℃，水浴40-50min，随后将产物再转移至辐照袋中，充满氮气后密封，随后进行辐照处理，即得本发明的粘结剂；
所述改良蒙脱土的制备方法为将天然蒙脱土加入到去离子水中进行超声分散，随后再加入冰醋酸调节pH至5.0-6.0，随后送入磁力搅拌器中，加热至65-75℃，随后再加入蒙脱土总量6-10％的十六烷基三甲基溴化铵，反应30-40min，随后离心，再送入80℃干燥箱中干燥2-3h，随后再以5℃/min升温至200℃，保温30-40min，随后以2℃/min冷却至室温，即可；
所述改性纳米二氧化钛制备方法为将纳米二氧化钛加入到质量分数为30-40％的氢氧化钠溶液中，超声分散20-30min，随后再加入质量分数90％的过氧化氢溶液，反应15-25min，然后静置10-20min，随后再加入硅烷偶联剂，转移至反应釜中，反应温度为85-95℃，反应1-2h，随后水洗、离子、干燥，即可。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，其特征在于，所述步骤一中木质素酚化液为木质素、苯酚按照重量比5:2进行混合，随后再加入木质素、苯酚总重量4-6％的磷酸，随后在100-120℃下保温液化1-2h，即可。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，其特征在于，所述天然蒙脱土的比表面积为600-1000m2/g，层间距为1-3nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，其特征在于，所述步骤一高压反应釜中反应温度为90-110℃、反应压力为2-6MPa。
6.根据权利要求5所述的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，其特征在于，所述步骤一高压反应釜中反应温度为100℃、反应压力为4MPa。
7.根据权利要求1所述的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，其特征在于，所述步骤二中辐照处理采用γ射线辐照2-6min，辐照剂量为2-12KGy。
8.根据权利要求7所述的一种用于太阳能电池背面电极浆料的粘结剂制备工艺，其特征在于，所述步骤二中辐照处理采用γ射线辐照3min，辐照剂量为7KGy。
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