柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜及其制備方法
【專利摘要】一種柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜及其制備方法，它由下述質(zhì)量百分比的如下組分制成：環(huán)氧樹脂基樹脂溶液（環(huán)氧樹脂固含量為1-10%）8-12%；納米鋁粉0.0001-0.1%；余量為溶劑。以上材料共混后經(jīng)過濾導(dǎo)入流延模頭，經(jīng)冷卻、牽伸、卷取等工序得到太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜。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環(huán)氧樹脂基膜及其制備方法
【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環(huán)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(shù)】
[0002]在太陽能的有效利用項(xiàng)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(jià)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(jià)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(shí)現(xiàn)，除價(jià)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(shí)用性及市場應(yīng)用廣度更加提升。
[0004]太陽能電池是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，會(huì)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(gè)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(shí)具有機(jī)高分子材料成膜性好，能級(jí)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(diǎn)，而成為近年來太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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?yàn)樗械墓饩€吸收都是通過這種膜，這就依賴它的厚度。然而，對(duì)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(shí)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(huì)導(dǎo)致納米粒子吸收光，這就意味著太陽能電池的效率會(huì)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(duì)能量的損耗較小，此外，鋁粒子很容易鈍化，雖然會(huì)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(huì)更多地進(jìn)入廣譜波長范圍。這會(huì)帶來更大的吸收，從而提高電池的整體效率。
[0007]凡分子結(jié)構(gòu)中含有環(huán)氧基團(tuán)的高分子化合物統(tǒng)稱為環(huán)氧樹脂。固化后的環(huán)氧樹脂具有良好的物理、化學(xué)性能，它對(duì)金屬和非金屬材料的表面具有優(yōu)異的粘接強(qiáng)度，介電性能良好，變定收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好，對(duì)堿及大部分溶劑穩(wěn)定，因而廣泛應(yīng)用于國防、國民經(jīng)濟(jì)各部門，作澆注、浸潰、層壓料、粘接劑、涂料等用途。就環(huán)氧樹脂而言其特點(diǎn)為:1.形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應(yīng)各種應(yīng)用對(duì)形式提出的要求，其范圍可以從極低的粘度到高熔點(diǎn)固體。2.固化方便。選用各種不同的固化劑，環(huán)氧樹脂體系幾乎可以在O~180°C溫度范圍內(nèi)固化。3.粘附力強(qiáng)。環(huán)氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對(duì)各種物質(zhì)具有很高的粘附力。環(huán)氧樹脂固化時(shí)的收縮性低，產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，這也有助于提高粘附強(qiáng)度。4.收縮性低。環(huán)氧樹脂和所用的固化劑的反應(yīng)是通過直接加成反應(yīng)或樹脂分子中環(huán)氧基的開環(huán)聚合反應(yīng)來進(jìn)行的，沒有水或其它揮發(fā)性副產(chǎn)物放出。它們和不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂相比，在固化過程中顯示出很低的收縮性(小于2%)。5.力學(xué)性能。固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的力學(xué)性能。
6.電性能。 固化后的環(huán)氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優(yōu)良絕緣材料。7.化學(xué)穩(wěn)定性。通常，固化后的環(huán)氧樹脂體系具有優(yōu)良的耐堿性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環(huán)氧體系的其它性能一樣，化學(xué)穩(wěn)定性也取決于所選用的樹脂和固化劑。適當(dāng)?shù)剡x用環(huán)氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學(xué)穩(wěn)定性能。8.尺寸穩(wěn)定性。上述的許多性能的綜合，使環(huán)氧樹脂體系具有突出的尺寸穩(wěn)定性和耐久性。9.耐霉菌。固化的環(huán)氧樹脂體系耐大多數(shù)霉菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)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(jīng)封裝的柔性或薄膜太陽能電池具有自清潔的作用。
[0009]為實(shí)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環(huán)氧樹脂基膜，它由下述質(zhì)量百分比的如下組分制成:環(huán)氧樹脂基樹脂溶液(環(huán)氧樹脂固含量為1-10%)8-12% ;納米鋁粉0.0001-0.1% ;余量為溶劑。
[0010]所述的環(huán)氧樹脂基樹脂為縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂、線型脂肪族類環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂中的一種或幾
所述的溶劑為醇、酯、醚、胺、酮、或芳烴中的一種或幾種。
[0011]所述的醇為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇，或上述醇的氟化醇中的一種或多種。
[0012]所述的酮為丙酮、環(huán)已酮，甲乙酮、甲異丙酮、甲基乙基酮、二異丁基酮、二丙酮醇、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
[0013]所述的酯為醇醚酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一種或多種。[0014]所述的醚為二乙醚、二丙醚、四氫呋喃、二惡烷、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚中的一種或多種。
[0015]本發(fā)明的柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜的制備方法，包括如下步驟:
(O將環(huán)氧樹脂溶于部分溶劑中制成溶液；將環(huán)氧樹脂基溶液；溶劑用乳化器在
(Tl40°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)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80-90V，擠出物經(jīng)過濾、計(jì)量擠出、流延、冷卻、牽伸、牽引、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基月吳。
[0016]為適應(yīng)環(huán)氧樹脂基膜做為太陽能電池應(yīng)用的封裝用膜等工業(yè)需求，我們發(fā)明了納米鋁粉改性環(huán)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(shí)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。
[0017] 納米金屬鋁粒子很容易鈍化，雖然會(huì)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(huì)更多地進(jìn)入廣譜波長范圍。這會(huì)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(shí)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(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
(1)將8Kg縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂溶液(環(huán)氧樹脂固含量為10%)(浙江開化誠信樹脂有限公司)、用20 Kg N，N-二甲基甲酰胺、IOKg甲苯配制成溶液，將環(huán)氧樹脂基溶液；61.9999Kg四氫呋喃用乳化器在0°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將0.0OOlKg納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)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80-90°C，擠出物經(jīng)150目過濾器過濾、計(jì)量泵進(jìn)出壓力差I(lǐng)MPa計(jì)量擠出、流延膜厚100UMU0度空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、牽引、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜。
[0019]經(jīng)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9.7%。
[0020]實(shí)施例2
(1)將9Kg縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂溶液(環(huán)氧樹脂固含量為8%)(佛山市龍翔樹脂原料有限公司)、用10 Kg N, N-二甲基甲酰胺、IOKg丙酮、IOKg四氫呋喃、IOKg乙酸丁酯制成溶液；將環(huán)氧樹脂基溶液；50.9Kg四氫呋喃用乳化器在140°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將0.1Kg納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；(3)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80°C，擠出物經(jīng)150目過濾器過濾、計(jì)量泵進(jìn)出壓力差I(lǐng)MPa計(jì)量擠出、流延膜厚100UM、10度空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、牽引、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜。
[0021]經(jīng)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3.6%。
[0022]實(shí)施例3
(1)將IOKg縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂溶液(環(huán)氧樹脂固含量為5%)(佛山市龍翔樹脂原料有限公司)、用10 Kg N，N-二甲基甲酰胺、IOKg苯、IOKg四氫呋喃、IOKg乙酸丁酯配制成溶液，將環(huán)氧樹脂基溶液、49.999苯用乳化器在100°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將0.0OlKg納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)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90°C，擠出物經(jīng)150目過濾器過濾、計(jì)量泵進(jìn)出壓力差I(lǐng)MPa計(jì)量擠出、流延膜厚100UM、10度空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、牽引、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜。
[0023]經(jīng)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14.8%。
[0024]實(shí)施例4
(1)將IlKg線型脂肪族類環(huán)氧樹脂溶液(環(huán)氧樹脂固含量為3%)(永州立大樹脂原料有限公司)、用10 Kg丁基乙二醇乙酸酯、IOKg 丁醇、IOKg四氫呋喃、IOKg四氫呋喃配制成溶液；將環(huán)氧樹脂基溶液、48.998 Kg 丁醇用乳化器在20°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將0.002Kg納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)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85°C，擠出物經(jīng)150目過濾器過濾、計(jì)量泵進(jìn)出壓力差I(lǐng)MPa計(jì)量擠出、流延膜厚100UM、10度空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、牽引、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜。
[0025]經(jīng)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8.5%。
[0026]實(shí)施例5
(1)將12Kg脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂溶液(環(huán)氧樹脂固含量為1%)(永州立大樹脂原料有限公司)、用40KgN，N- 二甲基甲酰胺配制成溶液；將環(huán)氧樹脂基溶液、47.95KgN, N- 二甲基甲酰胺用乳化器在80°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻；
(2)在室溫下將0.05Kg納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物；
(3)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85°C，擠出物經(jīng)150目過濾器過濾、計(jì)量泵進(jìn)出壓力差I(lǐng)MPa計(jì)量擠出、流延膜厚100UM、10度空氣冷卻、2倍牽伸率牽伸、牽引、卷取等工序，得到一種柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜。
[0027]經(jīng)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9.3%。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜，其特征在于，它由下述質(zhì)量百分比的如下組分制成:環(huán)氧樹脂基樹脂溶液(環(huán)氧樹脂固含量為1-10%) 8-12%;納米鋁粉0.0001-0.1%;余量為溶劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜，其特征在于:所述的環(huán)氧樹脂基樹脂為縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂、縮水甘油酯類環(huán)氧樹脂、縮水甘油胺類環(huán)氧樹脂、線型脂肪族類環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族類環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜，其特征在于:其特征在于:所述的溶劑為醇、酯、醚、胺、酮、或芳烴中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜，其特征在于:其特征在于:所述的醇為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、丁醇、戊醇、己醇，或上述醇的氟化醇中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜，其特征在于:其特征在于:所述的酮為丙酮、環(huán)已酮，甲乙酮、甲異丙酮、甲基乙基酮、二異丁基酮、二丙酮醇、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜，其特征在于:其特征在于:所述的酯為醇醚酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸1-甲氧基-2-丙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲 酯、或丙酸乙酯、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜，其特征在于:其特征在于:所述的醚為二乙醚、二丙醚、四氫呋喃、二惡烷、乙二醇乙醚或乙二醇甲醚中的一種或多種。
8.如權(quán)利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基膜的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: (O將環(huán)氧樹脂溶于部分溶劑中制成溶液；將環(huán)氧樹脂基溶液；溶劑用乳化器在(Tl40°C溫度環(huán)境下攪拌共混均勻； (2)在室溫下將納米鋁粉加入以上溶液中用乳化器混合，并經(jīng)超聲波處理得到均勻混合的膠體共混物； (3)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8(T90°C，擠出物經(jīng)過濾、計(jì)量擠出、流延、冷卻、牽伸、牽引、卷取等工序，得到柔性或薄膜太陽能電池用環(huán)氧樹脂基月吳。
【文檔編號(hào)】C08L63/00GK103897339SQ201210588956
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中原工學(xué)院