一种光伏背板用的转光透明涂料及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于光伏组件技术领域，具体涉及一种光伏背板用的转光透明涂料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.近些年来双面发电已然成为光伏行业的发展趋势，因此双面组件受到越来越多的关注。传统的双面组件采用双面玻璃作为主要封装材料，但双玻组件不仅存在工艺难度大、良品率低等缺点，还具有重量重、难安装和破损率高等问题，很大程度上限制了双玻组件的发展。目前，透明背板单玻组件也可以实现双面发电，而且其还具有重量轻、易于安装和运输、生产工艺兼容性高和制程良率高的特点，这使得制备透明背板组件成为双面发电的一个重要研究方向。
3.cn110885593a公开了一种光伏背板用透明涂料和光伏背板。所述透明涂料包括固形成分和溶剂，所述固形成分包括：含羟基的耐候树脂、无机填料、低聚物烷烃偶联剂和固化剂。所述光伏背板包括透明基材层和设置在透明基材层上的透明涂层，所述透明涂层由上述光伏背板用透明涂料固化后形成。所述涂层具有良好的耐候性、可见光透明性，无需电晕即可与光伏组件的封装胶膜牢固粘结。
4.cn109054531a公开了一种耐候性透明涂料及其应用，所述耐候性透明涂料由氟碳树脂、改性树脂、第一助剂、无机填料、有机溶剂、第二助剂、固化剂、催化剂组成。所述透明涂料的透光率高，具有优异的粘结性、绝缘性、耐紫外性和耐湿热老化性能，可用于制备光伏背板，能够满足光伏组件在户外长期使用的可靠性要求。
5.基于以上研究可以看到，相较于双玻组件等无机材料，透明背板具有良好的耐候、耐磨等功能，但对于产品竞争力无明显优势，而转光功能作为光伏行业最大的关注点，可以将有害的紫外光转变为红外光，提高终端产品的功率，增加收益，因此，找到一种转光涂料，使得光伏透明背板具有转光功能，对于光伏行业具有重大的现实意义。


技术实现要素：

6.针对现有技术的不足和现实实际的需求，本发明的目的在于提供一种光伏背板用的转光透明涂料及其制备方法和应用。所述转光透明涂料可用于光伏背板的制备，使得光伏背板具有转光功能，将有害的紫外光转变为红外光，提高终端产品的功率，增加收益。
7.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
8.第一方面，本发明提供一种光伏背板用的转光透明涂料，所述光伏背板用的转光透明涂料按重量份计包括：主体树脂70-100份，附着力促进剂5-8份，流平剂0.1-1份，分散剂0.3-1份，紫外助剂5-10份，紫外屏蔽剂5-25份，转光纳米助剂1-10份，聚异氰酸酯固化剂5-20份，溶剂10-60份。
9.本发明所述的转光透明涂料通过上述几种组分搭配使用，使得涂料具有优异的转光功能，能够将有害的紫外光转变为红外光，通过涂布在光伏背板的基材表面，使得光伏背
板具有转光功能，提高终端产品的功率，增加收益。
10.所述70-100份，可以是70份、72份、74份、76份、78份、80份、82份、 84份、86份、88份、90份、92份、94份、96份、98份或100份等。
11.所述5-8份，可以是5份、5.2份、5.4份、5.6份、5.8份、6份、6.2份、 6.4份、6.6份、6.8份、7份、7.2份、7.4份、7.6份、7.8份或8份等。
12.所述0.1-1份，可以是0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7 份、0.8份、0.9份或1份等。
13.所述0.3-1份，可以是0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9 份或1份等。
14.所述5-10份，可以是5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份、8.5 份、9份、9.5份或10份等。
15.所述5-25份，可以是5份、7份、9份、11份、13份、15份、17份、19 份、21份、23份或25份等。
16.所述1-10份，可以是1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9 份或10份等。
17.所述5-20份，可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、 13份、14份、15份、16份、17份、18份、19份或20份等。
18.所述10-60份，可以是10份、15份、20份、25份、30份、35份、40份、 45份、50份、55份或60份等。
19.上述数值范围内的其他点值均可选择，在此便不再一一赘述。
20.需要说明的是，所述主体树脂(含有羟基基团)作为转光透明涂料的主要成分，是涂层中的连续相，可以与聚异氰酸酯固化剂(含有异氰酸根基团)进行交联反应，形成网状结构，对涂层的物理及化学性能起主要作用。
21.所述附着力促进剂可以与光伏背板的聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，pet)基材之间形成稳定的化学键(包括范德华力、氢键等)，使得使涂料耐受湿热侵蚀而不易脱离基材。
22.所述流平剂能促使涂料在干燥过程中形成一个平整、均匀的涂层，改善涂料对基材的渗透性，减少涂刷时产生的外观瑕疵。
23.所述分散剂的活性基团一端能吸附在粉碎的纳米颗粒(包括转光纳米助剂和紫外屏蔽剂)表面，另一端溶剂化形成吸附层，能够使得纳米颗粒之间产生斥力，保证纳米颗粒稳定分散于涂料中，从而保证制成的涂料的储存稳定性。
24.所述紫外助剂能够吸收紫外线，稳定产生的自由基，防止涂层中的有机成分(如主体树脂、附着力促进剂等)被紫外线破坏降解。
25.所述紫外屏蔽剂(主要为纳米颗粒)能够屏蔽紫外线，其尺寸与光波相当或更小，从而产生的尺寸效应使导带及价带的间隔增加，400-1100nm的太阳光吸收显著增强。
26.所述转光纳米助剂通过与主体树脂相容，稳定分散在涂料中，在经过一段时间后，转光纳米助剂由于低表面能会向涂层表面迁移，从而太阳光照射时，可以将有害的紫外光转变为红光，并使得400-1100nm的太阳光透过率增加。
27.所述聚异氰酸酯固化剂含有异氰酸根基团，可与涂料中各组分(如主体树脂、附着力促进剂)的羟基基团反应，使得涂料受热交联固化，形成互穿网络结构。
28.所述溶剂能很好地将有机反应物溶解，形成均相体系，使反应顺利进行。
29.本发明中，所述主体树脂包括feve氟碳树脂、改性feve氟碳树脂、etfe 树脂、改性etfe树脂、环氧树脂、聚酯树脂或羟基丙烯酸树脂中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合可以是feve氟树脂与etfe氟树脂的组合或etfe氟树脂与环氧树脂的组合等，其余任意组的方式均可选择，在此便不再一一赘述，优选为feve氟碳树脂和/或改性feve氟碳树脂。
30.本发明优选feve氟碳树脂和/或改性feve氟碳树脂作为主体树脂，原因在于c-f键键能较大，可以保护碳骨架不被紫外线破坏，具有优异的耐候性。
31.本发明中，所述附着力促进剂包括改性聚酯树脂、改性羟基丙烯酸树脂、改性聚醚树脂、环氧磷酸酯或硅烷偶联剂中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合可以是改性聚酯树脂与改性羟基丙烯酸树脂的组合或改性聚醚树脂与环氧磷酸酯的组合等，其余任意组合的方式均可选择，在此便不再一一赘述，优选为改性聚酯树脂与改性聚醚树脂的组合。
32.本发明中，所述流平剂包括丙烯酸流平剂、有机硅流平剂或氟碳类流平剂中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合可以是丙烯酸流平剂与有机硅流平剂的组合或有机硅流平剂与氟碳类流平剂的组合等，其余任意组合的方式均可选择，在此便不再一一赘述。
33.本发明中，所述分散剂包括高分子型超分散剂、受控自由基型超分散剂、阴离子型分散剂、阳离子型分散剂或电中性型分散剂中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合可以是高分子型超分散剂与受控自由基型超分散剂的组合或阳离子型分散剂与电中性型分散剂的组合等，其余任意组合的方式均可选择，在此便不再一一赘述。
34.本发明中，所述紫外助剂包括水杨酸酯类紫外助剂、二苯甲酮类紫外助剂、苯并三唑类紫外助剂、取代丙烯腈类紫外助剂或三嗪类紫外助剂中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合可以是水杨酸酯类紫外助剂与二苯甲酮类紫外助剂的组合或取代丙烯腈类紫外助剂与三嗪类紫外助剂的组合等，其余任意组合的方式均可选择，在此便不再一一赘述，优选为苯并三唑类紫外助剂、三嗪类紫外助剂或水杨酸酯类紫外助剂中的的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为苯并三唑类紫外助剂与水杨酸酯类紫外助剂的组合。
35.本发明优选苯并三唑类紫外助剂、三嗪类紫外助剂二苯甲酮类紫外助剂中的的任意一种或至少两种的组合作为紫外助剂，原因在于光谱波段范围广，可以吸收的紫外线波段多，有效减少紫外线对涂层的破坏。
36.本发明中，所述紫外屏蔽剂包括纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米氧化铝、纳米氧化钛或改性蜡粉中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合可以是纳米二氧化硅与纳米氧化锌的组合或纳米氧化锌与纳米氧化铝的组合等，其余任意组合的方式均可选择，在此便不再一一赘述。
37.本发明中，所述转光纳米助剂包括氧化镧纳米颗粒、氧化铕纳米颗粒、氧化锆纳米颗粒、氧化钆纳米颗粒、氧化钇纳米颗粒、氧化镝纳米颗粒、氧化铈纳米颗粒或氧化钕纳米颗粒中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合可以是氧化镧纳米颗粒与氧化铕纳米颗粒的组合或氧化铕纳米颗粒与氧化锆纳米颗粒的组合等，其余任意组合的方式均可选择，在此便不再一一赘述，优选为氧化铕纳米颗粒、氧化钇纳米颗粒或氧化铈纳米颗粒
中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为氧化铕纳米颗粒与氧化钇纳米颗粒的组合。
38.本发明优选氧化铕纳米颗粒、氧化钇纳米颗粒或氧化铈纳米颗粒中的任意一种或至少两种的组合作为转光纳米助剂，原因在于转光波段合适，吸收的紫外线波段是要屏蔽的波段，转化为长波段的光，可以被太阳能电池有效利用。
39.本发明中，所述聚异氰酸酯固化剂包括六亚甲基二异氰酸酯(hdi)三聚体、甲苯二异氰酸酯(toluene diisocyanate，tdi)、二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯 (methylene diphenyl diisocyanate，mdi)、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯(takenate600，h6xdi)加成物或苯二亚甲基二异氰酸酯(xylylene diisocyanate，xdi) 加成物中的任意一种或至少两种的组合，所述至少两种的组合可以是hdi三聚体与tdi的组合或tdi与mdi的组合等，其余任意组合的方式均可选择，在此便不再一一赘述。
40.所述h6xdi加成物指脂环族二异氰酸酯。
41.所述xdi加成物指间苯二甲基异氰酸酯。
42.第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述的光伏背板用的转光透明涂料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
43.(1)制备分散浆：将溶剂、分散剂和紫外屏蔽剂混合均匀，得到分散浆；
44.(2)制备涂料半成品：将主体树脂、流平剂、附着力促进剂、紫外助剂和转光纳米助剂混合均匀，随后加入步骤(1)制备的分散浆，分散，得到涂料半成品；
45.(3)制备涂料成品：将步骤(2)得到的涂料半成品与聚异氰酸酯固化剂混合均匀，得到所述光伏背板用的转光透明涂料。
46.优选地，步骤(1)所述混合的方式为搅拌，所述搅拌的速度为2000-3000 r/min，所述搅拌的时间为30-60min。
47.所述2000-3000r/min，可以是2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、 2400r/min、2500r/min、2600r/min、2700r/min、2800r/min、2900r/min或3000 r/min。
48.所述30-60min，可以是30min、32min、34min、36min、38min、40min、 42min、44min、46min、48min、50min、52min、54min、56min、58min或 60min等。
49.上述数值范围内的其他点值均可选择，在此便不再一一赘述。
50.优选地，步骤(2)所述分散的方式为搅拌，所述搅拌的速度为2000-3000 r/min，所述搅拌的时间为60-120min。
51.所述2000-3000r/min，可以是2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、 2400r/min、2500r/min、2600r/min、2700r/min、2800r/min、2900r/min或3000 r/min。
52.所述60-120min，可以是60min、65min、70min、75min、80min、85min、 90min、95min、100min、105min、110min、115min或120min等。
53.上述数值范围内的其他点值均可选择，在此便不再一一赘述。
54.第三方面，本发明提供一种根据第一方面所述的光伏背板用的转光透明涂料在制备光伏背板中的应用。
55.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
56.本发明在不改变光伏背板结构和生产工艺的情况下，通过所述转光透明涂料中的转光纳米助剂，使得涂料具有优异的转光功能，能够将有害的紫外光转变为红外光，增加了
太阳光透过率，通过涂布在光伏背板的基材表面，使得光伏背板具有转光功能，提高终端产品的功率，增加收益，同时能够确保不降低光伏背板的耐候性能。
附图说明
57.图1是本发明涉及的pet单涂品的结构示意图；
58.其中，1为pet基材，2为转光透明涂料，3为转光纳米助剂。
具体实施方式
59.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
60.下述实施例中相应材料和原料的购买来源如下：
61.其中，改性feve氟碳树脂购自日本三井有限公司；feve氟碳树脂购自日本大金工业株式会社；改性聚酯树脂购自日本东洋纺株式会社；改性聚醚树脂购自日本旭硝子公司；磷酸酯购自邦普化学有限公司；硅烷偶联剂购自中科院；丙烯酸类流平剂、氟碳类流平剂和有机硅流平剂均购自巴斯夫集团有限公司；高分子型超分散剂购自巴斯夫集团有限公司；二苯甲酮类紫外助剂、水杨酸酯类紫外助剂和苯并三唑类紫外助剂均购自中国台湾永光有限公司；改性聚乙烯蜡粉购自科莱恩公司；纳米氧化硅、纳米氧化锌和纳米氧化钛均购自凯茵化工有限公司；氧化铕纳米颗粒、氧化钇纳米颗粒和氧化铈纳米颗粒均购自sigma-aldrich 有限公司。其余材料和原料无特殊说明，均可从其他商业途径获得。
62.实施例1
63.本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，按重量份计包括以下组分：
[0064][0065]
其制备方法如下：
[0066]
(1)制备分散浆：按配方量称取溶剂和分散剂混合，在2500r/min下搅拌均匀，随后分3次加入配方量的紫外屏蔽剂，在2500r/min下保持40min，得到分散浆；
[0067]
(2)制备涂料半成品：按配方量称取主体树脂、流平剂、附着力促进剂、紫外助剂和转光纳米助剂混合，在3000r/min下搅拌均匀，随后加入步骤(1) 制备的分散浆，在3000r/min下分散90min，得到涂料半成品；
[0068]
(3)制备涂料成品：向步骤(2)得到的涂料半成品中加入配方量的聚异氰酸酯固化剂，搅拌均匀，得到所述转光透明涂料。
[0069]
实施例2
[0070]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，按重量份计包括以下组分：
[0071][0072][0073]
其制备方法如下：
[0074]
(1)制备分散浆：按配方量称取溶剂和分散剂混合，在2000r/min下搅拌均匀，随后分3次加入配方量的紫外屏蔽剂，在2000r/min下保持50min，得到分散浆；
[0075]
(2)制备涂料半成品：按配方量称取主体树脂、流平剂、附着力促进剂、紫外助剂和转光纳米助剂混合，在2800r/min下搅拌均匀，随后加入步骤(1) 制备的分散浆，在2800r/min下分散100min，得到涂料半成品；
[0076]
(3)制备涂料成品：向步骤(2)得到的涂料半成品中加入配方量的聚异氰酸酯固化剂，搅拌均匀，得到所述转光透明涂料。
[0077]
实施例3
[0078]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，按重量份计包括以下组分：
[0079][0080][0081]
其制备方法如下：
[0082]
(1)制备分散浆：按配方量称取溶剂和分散剂混合，在3000r/min下搅拌均匀，随后分3次加入配方量的紫外屏蔽剂，在3000r/min下保持35min，得到分散浆；
[0083]
(2)制备涂料半成品：按配方量称取主体树脂、流平剂、附着力促进剂、紫外助剂和转光纳米助剂混合，在3000r/min下搅拌均匀，随后加入步骤(1) 制备的分散浆，在3000r/min下分散80min，得到涂料半成品；
[0084]
(3)制备涂料成品：向步骤(2)得到的涂料半成品中加入配方量的聚异氰酸酯固化剂，搅拌均匀，得到所述转光透明涂料。
[0085]
实施例4
[0086]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述改性feve氟碳树脂等量替换为环氧树脂，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考实施例1。
[0087]
实施例5
[0088]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述改性feve氟碳树脂等量替换为羟基丙烯酸树脂，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考实施例1。
[0089]
实施例6
[0090]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述苯并三唑类紫外助剂等量替换为二苯甲酮类紫外助剂，其余参数与实施例1 保持一致。制备方法参考实施例1。
[0091]
实施例7
[0092]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述苯并三唑类紫外助剂等量替换为水杨酸酯类紫外助剂，其余参数与实施例1 保持一致。制备方法参考实施例1。
[0093]
实施例8
[0094]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述水杨酸酯类紫外助剂等量替换为苯并三唑类紫外助剂，其余参数与实施例1 保持一致。制备方法参考实施例1。
[0095]
实施例9
[0096]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述氧化铕纳米颗粒等量替换为氧化锆纳米颗粒，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考实施例1。
[0097]
实施例10
[0098]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述氧化钇纳米颗粒等量替换为氧化镧纳米颗粒，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考实施例1。
[0099]
实施例11
[0100]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述改性聚酯树脂等量替换为改性羟基丙烯酸树脂，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考实施例1。
[0101]
实施例12
[0102]
本实施例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述改性聚醚树脂等量替换为改性羟基丙烯酸树脂，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考实施例1。
[0103]
对比例1
[0104]
本对比例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述氧化铕纳米颗粒等量替换为硫铟铜荧光量子点，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考
实施例1。
[0105]
对比例2
[0106]
本对比例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述氧化钇纳米颗粒等量替换为硫铟铜荧光量子点，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考实施例1。
[0107]
对比例3
[0108]
本对比例提供一种光伏背板用的转光透明涂料，与实施例1的区别仅在于，所述转光透明涂料不包括转光纳米助剂，其余参数与实施例1保持一致。制备方法参考实施例1。
[0109]
应用例1
[0110]
本应用例提供一种pet单涂品，所述pet单涂品的基材表面涂覆有实施例 1制备的转光透明涂料，涂层的厚度为21μm。涂覆有转光透明涂料的pet基材的结构示意图如图1所示，其中，1为pet基材，2为转光透明涂料，3为转光纳米助剂。
[0111]
应用例2
[0112]
本应用例提供一种pet单涂品，所述pet单涂品的基材表面涂覆有实施例 2制备的转光透明涂料，涂层的厚度为20μm。
[0113]
应用例3-12
[0114]
本应用例提供10种pet单涂品，与实施例1的区别仅在于，所述实施例1 制备的转光透明涂料替换为实施例3-12制备的转光透明涂料。其余参数与应用例1保持一致。
[0115]
对比应用例1-3
[0116]
本对比应用例提供一种pet单涂品，与实施例1的区别仅在于，所述实施例1制备的转光透明涂料替换为对比例1-3制备的转光透明涂料。其余参数与应用例1保持一致。
[0117]
测试例1
[0118]
本测试例对应用例1-12与对比应用例1-3制备得到的pet单涂品进行不同波长的光波透过率的测试，测试方法如下：
[0119]
依据gb2410-80《透明塑料透光率和雾度试验方法》进行测试；
[0120]
测试结果统计如下表1所示：
[0121]
表1
[0122]
组别280-400nm透过率(％)400-1100nm透过率(％)实施例15.691.2实施例27.190.5实施例38.289.8实施例46.085.2实施例56.284.8实施例69.386.7实施例710.287.2实施例89.087.1实施例96.487.7实施例106.987.3实施例115.686.8
实施例125.685.9对比例15.983.6对比例25.982.9对比例310.379.7空白对照组13.776.5
[0123] 由上表数据可知，采用本发明提供的转光透明涂料涂布在pet基材表面后获得的pet单涂品具有优异的转光性能，能够降低红外光透过率，增加太阳光透过率。其中，由实施例4-12、对比例1-2可知：主体树脂、紫外助剂和转光纳米助剂的选择，会对pet单涂品的转光性能造成影响。
[0124]
测试例2
[0125]
本测试例对应用例1-12制备得到的pet单涂品进行耐候性的测试，测试方法如下：
[0126]
依据gbt 1767-1979《漆膜耐候性测定法》进行测试；
[0127]
测试结果统计如下表2所示：
[0128]
表2
[0129]
[0130][0131]
由上表数据可知：本发明提供的转光透明涂料涂覆在pet基材表面，不会对pet单涂品的耐候性造成影响。
[0132]
本发明在不改变光伏背板结构和生产工艺的情况下，通过所述转光透明涂料中的转光纳米助剂，使得涂料具有优异的转光功能，能够将有害的紫外光转变为红外光，增加了太阳光透过率，将其涂布在光伏背板的基材表面，使得光伏背板具有转光功能，提高终端产品的功率，增加收益，同时能够确保不降低光伏背板的耐候性能。
[0133]
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。