一種太陽能電池保護膜的制備方法及應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種太陽能電池保護膜的制備方法，并涉及該太陽能電池保護膜的應 用。
【背景技術】
[0002] 在全球氣候變暖，生態環境惡化的大背景下，尋找化石能源的替代品，改善能源結 構成為了各國關注的焦點。在諸多清潔能源備選方案中，太陽能以清潔、安全、資源充足等 特點被認為是未來最具發展潛力的能源之一，受到世界各國極大的重視與支持。
[0003]目前對于太陽能的開發和利用，最具有代表性的是太陽能電池，它是一種具有自 產性及環保性的干凈能源，其通過半導體材料對入射光的敏感性來對應地產生帶負電的電 子及帶正電的電洞，接著因電位差或電荷濃度差，使電子移動至負電極且電洞移動至正電 極，進而產生電能。一般來講，太陽能電池是安置在外部的，具體的說設置于物體的外墻或 屋頂直接暴露在日光下，以使其效能最大化。由于太陽能電池長期暴露于外部環境下，因此 對作為用于保護太陽能電池組件的保護膜提出的嚴格的要求，諸如低線性膨脹系數、優良 的氣密性、高透光率、極好的表面平整性及優良的耐熱性與耐化學性等。
[0004] 傳統的太陽能電池保護膜例如玻璃基板，因其低抗震性而容易破裂，且密度高重 量大不適于作為光伏汽車中太陽能電池的保護膜使用，而主要使用的乙烯四氟乙烯共聚物 (ETFE)，由于該高分子聚合物帶有乙烯基，化學活性相對較高，耐候、耐刮等性能相對較差。 中國專利文獻CN102468353A公開了一種太陽能光伏電池組件背板復合膜及其制備方法， 其由七層材料復合而成，其中以聚四氟乙烯膜經過低溫等離子表面處理后，在薄膜上下表 面生成了親水膜，由此PTFE薄膜表面的可粘性大幅增強，這使它與PET膜層有良好的粘接 性能，同時也使本背板復合膜能更穩定的與太陽能光伏電池膠膜固連，提高太陽能光伏電 池整體的穩定性。上述研究為太陽能電池保護膜提供了更為廉價易得到的材料-聚四氟乙 烯，但該專利文獻對于PTFE薄膜的處理僅僅適用于背板復合膜，由于背板并不需要陽光， 因此透明度不高的PTFE薄膜可滿足背板薄膜的需要，但對于太陽能電池的封裝前膜并不 適用，其原因在于，太陽能電池是利用太陽光的照射產生電能，其入射光的強度和多少直接 影響著太陽能電池的性能，上述專利文獻中的PTFE薄膜透光性差，其陽光入射少，太陽能 的轉化利用率太低。
【發明內容】
[0005] 為解決現有技術中PTFE薄膜由于透光性較差無法作為封裝前膜使用的技術問 題，本申請提供了 一種太陽能電池保護膜中封裝前膜的制備方法。
[0006] 為此，本申請采取的技術方案為，
[0007] (1)向煤油中加入表面活性劑，攪拌均勻后加入環氧樹脂，繼續攪拌混勻后再加入 聚四氟乙烯樹脂粉末，攪拌均勻得到混合料；
[0008] (2)在10-18°C恒溫條件下，將步驟⑴制備得到混合料勻速攪拌，攪拌速度為每 分鐘20-80轉，得到第二混合料；
[0009] (3)在5_30°C的恒溫條件下，將步驟（2)處理得到的第二混合料置于惰性氣氛中 恒溫熟化得到熟化料；
[0010] (4)將步驟⑶得到的熟化料，預壓成型得到模成品；
[0011] (5)將步驟（4)得到的模成品靜置l-48h后，進行熱處理，溫度從常溫升到320°C 時保持升溫速度為10_20°C /min，320°C到330°C升溫速率5-6°C /min，之后保溫Ih ;再從 330°C升溫到370°C，升溫速率10°C /min，之后保溫30h ;
[0012] (6)將經過步驟（5)處理得到的模成品，使用_5°C~5°C7K，急速冷卻30min，自然 烘干；
[0013] (7)對經過步驟（6)低溫處理后的樣品進行切片，切片厚度為50-100 μπι ;
[0014] (8)使用氫等離子體對所述步驟（7)處理后的切片進行等離子改性，并用臭氧等 離子體進行羥基改性；
[0015] (9)將經過步驟⑶改性后的切片，在真空度為3.5X103Pa的條件下升溫至 148°C，形成有機物前膜基底；
[0016] (10)在真空度為3. 5X 10 3Pa的條件下，在所述步驟（9)形成的機物前膜基底上， 蒸鍍MgF2薄膜；
[0017] (11)充氧氣至真空度2. 5X 10 2Pa，在已經形成的MgF2薄膜上蒸鍍TiO2-ZrO2-La 2O3混合物薄膜；
[0018] (12)在真空度為2. 5 X 10 2Pa的條件下，在已經形成的TiO2-ZrO2-La2O 3混合物薄 膜上，蒸鍍Al2O3薄膜形成最終的太陽能電池保護膜。
[0019] 上述太陽能電池保護膜的制備方法中，
[0020] 在所述步驟（1)中，聚四氟乙烯樹脂粉末的純度不小于99. 9%，結晶度不大于 60 %，平均分子量為700-1000萬，粒徑0· 1-0. 2 μ m。
[0021] 上述太陽能電池保護膜的制備方法中，在所述步驟（1)中，表面活性劑是甲苯、已 二醇、乙酸乙酯、多烯基丁二酰亞胺、含氟表面活性劑中的一種或幾種；環氧樹脂為雙酚A 型環氧樹脂。
[0022] 上述太陽能電池保護膜的制備方法中，在所述步驟（4)中，成膜壓力為20_90MPa， 成膜時間為1~l〇min，保壓時間5~20min。
[0023] 上述太陽能電池保護膜的制備方法中，在所述步驟（10)、（11)或（12)中，蒸鍍速 度為 0· Ol-lOnm/s。
[0024] 上述太陽能電池保護膜的制備方法中，在所述步驟（1)中，聚四氟乙烯樹脂粉末、 煤油、表面活性劑、環氧樹脂的質量比為100 : (4-7) : (0. 15-0. 2) : (2. 5-3)。
[0025] 上述任一所述的太陽能電池保護膜的應用。
[0026] 上述任一所述太陽能電池保護膜在光伏汽車用耐候型太陽能電池中的應用。
[0027] 與現有技術相比，本發明具有如下優點。
[0028] (1)本申請以聚四氟乙烯作為制備太陽能電池保護膜的原料，聚四氟乙烯（PTFE) 是一種白色蠟狀的直鏈晶形熱塑性塑料。由于分子結構中每個碳原子鏈接的氟原子在構象 上完全對稱，分子中沒有親水性基團和光敏基團，其防潮、耐候性能好。C-F鍵的鍵能高且穩 定，氟原子比氫原子的范德華半徑大，故氟原子完全的取代使聚四氟乙烯形成螺旋形結構， 惰性的螺旋形全氟"圓柱外殼"加之聚合物的非極性和結晶結構，PTFE擁有優異的耐化學腐 蝕性能，絕大多數非氟強酸、強堿、強氧化劑及鹽類對之皆無影響。
[0029] (2)本申請以煤油作為混合料的溶劑，利于聚四氟乙烯分子的優化排列，提高成膜 效果，本申請以采用環氧樹脂為雙酚A環氧樹脂，有利于成膜后膜的固化。并且在原料混合 均勻后，再次進行緩慢的攪拌，在此過程中存在冷熱態的轉變，促進分子鏈結構優化。并輔 以熟化、等壓成型、高溫熱處理，低溫熱處理等的改性方法得到的以聚四氟乙烯為主要材料 制成的透明前膜，透光性好，在400nm到750nm下透光性能達到90%以上，完全可以滿足光 伏汽車對封裝前膜的性能需求，使用壽命長，耐摩擦磨損劃傷，并有出色的機械性能。通過 采用特定的程序升溫方式更有助于提高分子結構的定型性能，改善分子的結構。采用等離 子體對切片進行改性處理，其作用在于提高切片的表面活性，以增強其粘結強度，實現聚四 氟乙烯膜與光伏電池之間的有力粘結。
[0030] 進一步的，還包括在高透改性PTFE膜的表面依次蒸鍍上MgF2膜、 Ti02-Zr02-La203混合物薄膜及A1203膜，以進一步增強封裝前膜的透光性、耐磨損性和阻 水性能。
【具體實施方式】
[0031] 實施例1
[0032] 1、將聚四氟乙烯樹脂粉末、煤油、甲苯和多烯基丁二酰亞胺形成的表面活性劑 (質量比1 :1)、雙酚A型環氧樹脂按質量比為（100:4:0. 2 :3)混合，加料的順序為：先 將表面活性劑加入混合溶劑中攪拌lOmin，再加入環氧樹脂，攪拌lOmin，混勻之后加入 聚四氟乙烯，再混合均勻形成混合料；本步驟中聚四氟乙烯樹脂純度為99. 9%、結晶度 (< 70% )、粒徑為0. 1~0.2 μm，平均分子量為800萬；所述煤油中異構烷烴總量為 90wt %，正烷烴總量為8wt % ;
[0033] 2、攪拌將步驟1形成的混合料在18°C恒溫條件下，勻速攪動0. 5小時，使之混合 充分得到第二混合料，本步驟中攪拌速度為每分鐘20轉；
[0034] 3、熟化將步驟2混合好的第二混合料，裝入恒溫箱中在18°C，惰性氣氛中恒溫12 小時得到熟化料；
[0035] 4、模壓成型將步驟3得到的熟化料裝入模壓機中，預壓成型的壓力65MPa，成膜 時間為lOmin，保壓時間20min，脫模得到模成品；
[0036] 5、高溫熱處理將步驟4脫模得到的膜成品靜止36h，放入熱處理爐中，常溫到 320°C，升溫速率20°C /min，320°C到330°C升溫速率5°C /min，到達330°C后保溫lh，再從 330°C到370°C升溫速率10°C /min，到達370°C后保溫30h ;
[0037] 6、低溫熱處理將步驟5處理后的模成品，使用_5°C水，急速冷卻30min，然后自然 烘干；
[0038] 7、切片對經過步驟6低溫熱處理后的樣品進行切片，切片厚度為50 μπι ;
[0039] 8、等離子處理使用氫等離子體對步驟7處理后的