柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料及其製備方法
2023-07-07 01:55:16 1
柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料及其製備方法
【專利摘要】一種柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料及其製備方法，塗料包括重量百分比的如下組分：環氧樹脂溶液（環氧樹脂固含量為1-10%）8-12%；納米鋁粉0.0001-0.1%；黏度調節劑0.1-1%；餘量為溶劑。本發明所製作出來的產品，採用噴塗、絲網印花和印刷等技術，塗覆到柔性或薄膜太陽能電池上表面，直接提高柔性或薄膜太陽能電池的發電效率。
【專利說明】柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種柔性或薄膜太陽能電池用塗料及其製備方法，通過使用該塗料在柔性或薄膜太陽能電池入光面的表面形成一層透光塗層，直接提高柔性或薄膜太陽能電池的效率。
【背景技術】
[0002]凡分子結構中含有環氧基團的高分子化合物統稱為環氧樹脂。固化後的環氧樹脂具有良好的物理、化學性能，它對金屬和非金屬材料的表面具有優異的粘接強度，介電性能良好，變定收縮率小，製品尺寸穩定性好，硬度高，柔韌性較好，對鹼及大部分溶劑穩定，因而廣泛應用於國防、國民經濟各部門，作澆注、浸潰、層壓料、粘接劑、塗料等用途。就環氧樹脂而言其特點為:1.形式多樣。各種樹脂、固化劑、改性劑體系幾乎可以適應各種應用對形式提出的要求，其範圍可以從極低的粘度到高熔點固體。2.固化方便。選用各種不同的固化劑，環氧樹脂體系幾乎可以在O~180°C溫度範圍內固化。3.粘附力強。環氧樹脂分子鏈中固有的極性羥基和醚鍵的存在，使其對各種物質具有很高的粘附力。環氧樹脂固化時的收縮性低，產生的內應力小，這也有助於提高粘附強度。4.收縮性低。環氧樹脂和所用的固化劑的反應是通過直接加成反應或樹脂分子中環氧基的開環聚合反應來進行的，沒有水或其它揮發性副產物放出。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(小於2%)。5.力學性能。固化後的環氧樹脂體系具有優良的力學性能。
6.電性能。固化後的環氧樹脂體系是一種具有高介電性能、耐表面漏電、耐電弧的優良絕緣材料。7.化學穩定性。通常，固化後的環氧樹脂體系具有優良的耐鹼性、耐酸性和耐溶劑性。像固化環氧體系的其它性能一樣，化學穩定性也取決於所選用的樹脂和固化劑。適當地選用環氧樹脂和固化劑，可以使其具有特殊的化學穩定性能。8.尺寸穩定性。上述的許多性能的綜合，使環氧樹脂體系具有突出的尺寸穩定性和耐久性。9.耐黴菌。固化的環氧樹脂體系耐大多數黴菌，可以在苛刻的熱帶條件下使用。
[0003]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。一般太陽能電池的製作主要是以半導體材料為基礎，利用光電材料吸收光能後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、矽太陽能電池；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、以功能高分子材料製備的太陽能電池；4、納米晶太陽能電池等。
[0004]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，以矽為主:包括非晶矽，光電轉換效率約9 % ;多晶矽，光電轉換效率約14 % ；單晶矽，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，但其製造的價格，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(這是矽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。
[0005]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。
[0006]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-無機複合太陽能電池是基於有機共軛高分子-無機納米晶複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，能級結構及帶隙易於調節，可以通過溼法製備低成本、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，可構築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，納米粒子沒有什麼效果，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，對於薄膜而言，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。
[0007]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，鈍化後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範圍。這會帶來更大的吸收，從而提高電池的整體效率。
[0008]塗覆、印花和印刷技術可以通過液態有機材料的均勻沉積形成薄膜層，因此，這種技術在理論上能夠更好地解決大的光活化物尺寸問題。按需塗覆、印花和印刷工藝，可以精確地按所需量將材料沉積在適當位置。由於塗覆、印花和印刷系統對材料的利用率非常高，可以降低製造生產成本。
【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環氧樹脂基塗料及其製備方法，通過使用該塗料塗覆、印花和印刷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。並具經該塗料處理過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，本發明採用的技術方案如下:
本發明的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，包括重量百分比的如下組分: 環氧樹脂溶液(環氧樹脂固含量為1-10%) 8-12% ；
納米鋁粉0.0001-0.1% ；
黏度調節劑0.1-1% ;
餘量為溶劑。
[0011] 所述的環氧樹脂為縮水甘油醚類環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺類環氧樹脂、線型脂肪族類環氧樹脂、脂環族類環氧樹脂中的一種或幾種。[0012]所述的溶劑為醇、酯、醚、胺、醯胺、酮或烴中的一種或多種。優選為塗料中至少含有佔塗料質量百分比為20%的酮、20%的酯、10%的醚。
[0013]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。
[0014]所述的酮為丙酮、環已酮，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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]所述的黏度調節劑為N-甲基-2-吡咯烷酮或聚3-甲基噻吩。
[0018]柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料的製備方法，包括如下步驟:
(1)將環氧樹脂樹脂溶液、黏度調節劑和溶劑混合，在高速乳化器中處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm.加工成均勻混合乳化液；
(2)在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在10-20分鐘內將納米鋁粉分批次微量連續加入；
(3)以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化10-30分鐘；以上乳化液用300目以上的濾網過濾後既得需要的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料。
[0019]為適應以上工業需求，我們發明了環氧樹脂基型納米鋁粉塗料。該塗料通過塗覆、印花和印刷設備，既可以使用於薄膜太陽能電池的背光板處，也可以使用於薄膜太陽能電池的入光膜表面，同時也可以使用於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。
[0020]納米金屬鋁粒子很容易鈍化，雖然會改變形狀和大小，鈍化後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範圍。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後，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，納米粒子沒有什麼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】
[0021]實施例1
(1)將SKg縮水甘油醚類環氧樹脂溶液(環氧樹脂固含量為10%)(浙江開化誠信樹脂有限公司)，黏度調節劑(N-甲基-2-吡咯烷酮)0.lKg、91.8995Kg N，N-二甲基甲醯胺混合，在高速乳化器中處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm，加工成均勻混合乳化液；
(2)在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在10-20分鐘內將0.005Kg丙酮納米鋁粉分批次微量連續加入；
(3)以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化10-30分鐘；(5)以上乳化液用300目以上的濾網過濾後既得柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂塗料。[0022]將本實施例的塗料，分別按照國家QB/T2730.1-2005、QB/T2603-2007、GB/T13217.2-2009,GB/T 18724-2008/IS0 2836:2004標準檢測。對墨水的質檢指標，如比重、PH值、表面張力、粘度、電導率等做了檢測，檢測結果均符合國家國標。將被測墨水倒入耐寒包裝瓶中，放入(-20土 1)°C低溫恆溫箱中至24h後取出，恢復到室溫後，檢測其列印性能。檢測結果:其還原性良好，不變質，不變味。
[0023]實施例2
(1)將9Kg縮水甘油酯類環氧樹脂(環氧樹脂固含量為5%)(佛山市龍翔樹脂原料有限公司)、黏度調節劑(N-甲基-2-吡咯烷酮)0.3Kg、用IOKg乙醇、20Kg丙酮、60.6999Kg 二醇醚乙酸酯配製成溶液，在高速乳化器中處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm，加工成均勻混合乳化液；
(2)在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在10-20分鐘內將0.0OOlKg丙酮納米鋁粉分批次微量連續加入；
(3)以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化10-30分鐘；以上乳化液用300目以上的濾網過濾後既得柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂塗料。
[0024]實施例3
(1)將IOKg縮水甘油胺類環氧樹脂(環氧樹脂固含量為3%)(佛山市龍翔樹脂原料有限公司)，黏度調節劑(N-甲基-2-吡咯烷酮)0.8Kg、25Kg甲基乙基酮、24.15Kg乙二醇乙醚、20Kg乙酸丁酯混合，在高速乳化器中處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm,加工成均勻混合乳化液；
(2)在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在10-20分鐘內將0.05Kg丙酮納米鋁粉分批次微量連續加入；
(3)以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化10-30分鐘；以上乳化液用300目以上的濾網過濾後既得柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂塗料。
[0025]實施例4
(1)將IIKg線型脂肪族類環氧樹脂(環氧樹脂固含量為8%)(永州立大樹脂原料有限公司)、黏度調節劑(聚3-甲基噻吩)lKg、用20Kg丁基乙二醇乙酸酯、IOKg丁醇、20Kg四氫呋喃配製成溶液，37.9 Kg丙酸乙酯混合，在高速乳化器中處理10-60分鐘，轉速10000-100000rpm,加工成均勻混合乳化液；
(2)在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在10-20分鐘內將0.1Kg丙酮納米鋁粉分批次微量連續加入；
(3)以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化10-30分鐘；以上乳化液用300目以上的濾網過濾後既得柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂塗料。
[0026]實施例5
(1)將12Kg脂環族類環氧樹脂(環氧樹脂固含量為1%)(永州立大樹脂原料有限公司)，黏度調節劑(聚3-甲基噻吩)0.6Kg、用IOKgN, N-二甲基甲醯胺、20Kg丙酮、20Kg四氫呋喃、37.92Kg乙酸丁酯配製成溶液，在高速乳化器中處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm,加工成均勻混合乳化液；
(2)在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在10-20分鐘內將
0.0SKg丙酮納米鋁粉分批次微量連續加入；(3)以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化10-30分鐘；以上乳化液用300目以上的濾網過濾後既得柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂塗料。
[0027]實施例6
將環氧樹脂溶液、丙酮、二醇醚乙酸酯、乙酸乙酯、環已酮和乙二醇乙醚按照所述比例10:20:10: 20: 29.3: 20混合，在高速乳化器中以轉速20000rpm處理20分鐘，加工成均勻混合乳化液；在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在20分鐘內將重量百分比為0.2的納米鋁粉分批次微量連續加入；以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化20分鐘；以上乳化液用1000目的濾網過濾後既得需要的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料。
[0028]實施例7
將環氧樹脂溶液、丙酮、二醇醚乙酸酯、丁基乙二醇乙酸酯、環已酮和甲氧基丙醇按照所述比例12:20:10: 20: 29.4: 20混合，在高速乳化器中以轉速100000 rpm處理10分鐘，加工成均勻混合乳化液；在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在10分鐘內將重量百分比為0.1的納米鋁粉分批次微量連續加入；以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化10分鐘；以上乳化液用500目的濾網過濾後既得需要的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料。
【權利要求】
1.一種柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，其特徵在於，包括重量百分比的如下組分: 環氧樹脂溶液(環氧樹脂固含量為1-10%) 8-12% ； 納米鋁粉0.0001-0.1% ； 黏度調節劑0.1-1% ; 餘量為溶劑。
2.根據權利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，其特徵在於:所述的環氧樹脂為縮水甘油醚類環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺類環氧樹脂、線型脂肪族類環氧樹脂、脂環族類環氧樹脂中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，其特徵在於:所述的溶劑為醇、酯、醚、胺、醯胺、酮或烴中的一種或多種。
4.根據權利要求3所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，其特徵在於:所述的墨水中同時含有酮、酯和醚。
5.根據權利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，其特徵在於: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。
6.根據權利要求3或4所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，其特徵在於:所述的酮為丙酮、環已酮，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。
7.根據權利要求3或4所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，其特徵在於: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。
8.根據權利要求3或4所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料: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。
9.根據權利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料，其特徵在於:所述的黏度調節劑為N-甲基-2-吡咯烷酮或聚3-甲基噻吩。
10.如權利要求1所述的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料的製備方法，其特徵在於:包括如下步驟: (1)將環氧樹脂樹脂溶液、黏度調節劑和溶劑混合，在高速乳化器中處理10-60分鐘，轉速10000-100000 rpm.加工成均勻混合乳化液； (2)在以上混合乳化液加工完成後以同樣的加工轉速環境下，在10-20分鐘內將納米鋁粉分批次微量連續加入； (3)以上乳化液在納米鋁粉完全添加後，再充分乳化10-30分鐘；以上乳化液用300目以上的濾網過濾後既得需要的柔性或薄膜太陽能電池用環氧樹脂基塗料。
【文檔編號】C09D7/12GK103897552SQ201210588892
【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 申請人:中原工學院