一种抗紫外光伏背板PET复合膜材料及制备方法

技术领域

本发明属于光伏电池背膜技术领域，具体为一种抗紫外光伏背板PET复合膜材料及制备方法。

背景技术

太阳能，作为一种绿色的可再生的能源，对减少化石能源的使用和优化能源结构具有重要意义。光伏能源作为其中一部分，在全国能源范围内的份额越来越大。太阳能电池可以直接将太阳能转化为电能，但是使用过程中，必须保证光伏组件的长期稳定性和可靠性。因此需要选择具有出色耐受性、高紫外吸收性、阻燃性、高绝缘性的材料制作光伏组件的背板。目前最常用的背板材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。PET薄膜具有优良的光学性能，同时透光性、抗拉伸性和抗老化性能优异。此外PET是可回收的材料，与一些其他光伏材料相比，PET不含氟，其生产和使用过程中更为环保。避免PET材料降解的基本策略通过添加紫外吸收剂来减少因辐射而发生的损害并抑制自由基的形成。水滑石是一种双层无机复合物，热稳定性和化学稳定性优异，并且具有无毒、抗酸、环保等特点。基于其阴离子交换特性，水滑石广泛应用于紫外吸收剂、催化剂、阻隔剂等。

发明专利CN113321904B公开了一种改性PET树脂材料、太阳能电池背板膜。在PET树脂中加入了2-氰基-3,3-二苯基丙烯酸异辛酯和/或季戊四醇四(2-氰基-3,3-二本丙烯酸酯)作为紫外吸收剂，加入N,N－二(2,6－二异丙基苯基)碳二亚胺为抗水解剂制备改性PET树脂材料，并通过双螺杆挤出机挤出成型，制备太阳能电池背板膜。与纯PET膜相比，改性PET树脂膜初始黄度较低，且具有较高的力学性能。但是小分子紫外抑制剂通常具有迁移率高、稳定性差和二次污染的问题。

发明专利CN101707216A公开了一种水滑石基太阳能光电薄膜材料。通过将硫化锌和二硫化亚铁分散到水滑石层板，再经溶剂蒸发法在ITO玻璃表面形成复合膜，从而获得带隙宽度和粒径可调的水滑石基太阳能光电薄膜材料。该专利是将水滑石直接用于成膜，而非紫外抑制剂。

发明专利CN113999709A公开了一种水滑石或者改性水滑石作为抗紫外型抗氧化剂在润滑油/脂中的应用。利用水滑石表面的羟基脱氢来猝灭光热反应过程中产生的自由基，同时也可以通过物理和化学作用来阻隔紫外线，以减缓润滑油/脂的氧化。

但是PET材料在高温下可能会失去稳定性，从而影响光伏组件的寿命，同时PET材料的耐候性有限，作为光伏组件长期暴露在紫外线下会使其脱色和降解，影响使用效果。因此如果制备兼具抗紫外、抗老化且具有高透明度、高稳定性的光伏膜材料，成为光伏电池背膜技术领域的一个重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种抗紫外光伏背板PET复合膜材料及制备方法。

本发明采用的技术方案如下：一种抗紫外光伏背板PET复合膜材料，所述抗紫外光伏背板PET复合膜材料包括：PET树脂、PP树脂、紫外吸收剂；

所述紫外吸收剂为锌钛水滑石，该薄膜由PET和水滑石混合制备，所述PET复合膜材料包括PET树脂和紫外吸收剂，所述紫外吸收剂为水滑石。水滑石具有特殊的层状结构和阴离子客体，可以显著提高PET薄膜的抗紫外和抗老化能力，同时降低PET材料的初始黄度。该复合膜材料可有效吸收紫外线，具有良好的隔热性、抗老化性。将水滑石嵌入PET材料中，可以有效阻断紫外线，可以延长PET材料的使用寿命，降低其黄度。同时也可以提高PET材料的稳定性。因此使用水滑石作为紫外吸收剂为制备高稳定、高寿命的PET复合膜材料提供了一种可行路线。

在一优选的实施方式中，所述抗紫外光伏背板PET复合膜材料的制备方法包括以下步骤：

S1：先进行制备抗紫外光伏背板PET复合膜材料原材料的称取，称取：PET树脂700-990重量份、PP树脂10-200重量份和紫外吸收剂10-100重量份；

S2：采用熔融插层法，将步骤S1中称取的紫外吸收剂、PP树脂和PET树脂充分混合之后加入到双螺杆挤出机的内部，之后开启双螺杆挤出机的开关开始对混合料进行挤压成型；

S3：将步骤S2中所得的产物进行拉伸，得到厚度为200-300μm的薄膜；

S4：对步骤S3中制得的薄膜进行收集保存，即可结束整个抗紫外光伏背板PET复合膜材料的制备流程。

在一优选的实施方式中，所述锌钛水滑石的制备方法包括以下步骤：在剧烈搅拌下，将锌化合物和钛化合物以及尿素溶解到去离子水中，将得到的反应物在80-150℃的温度下老化20-40h后得到锌钛水滑石。

在一优选的实施方式中，所述锌化合物为ZnCl

在一优选的实施方式中，所述锌化合物为Zn(NO

在一优选的实施方式中，所述钛化合物为TiCl

在一优选的实施方式中，所述的钛化合物为TiCl

在一优选的实施方式中，所述锌化合物和钛化合物的摩尔比为(2-4)：1。

在一优选的实施方式中，所述锌化合物和钛化合物的摩尔比为3:1。

在一优选的实施方式中，所述步骤S2中，加工温度在150-250℃之间，螺杆转速为100-400rmp，停留时间为5-10min。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明中，该薄膜由PET和水滑石混合制备，所述PET复合膜材料包括PET树脂和紫外吸收剂，所述紫外吸收剂为水滑石。水滑石具有特殊的层状结构和阴离子客体，可以显著提高PET薄膜的抗紫外和抗老化能力，同时降低PET材料的初始黄度。该复合膜材料可有效吸收紫外线，具有良好的隔热性、抗老化性。将水滑石嵌入PET材料中，可以有效阻断紫外线，可以延长PET材料的使用寿命，降低其黄度。同时也可以提高PET材料的稳定性。因此使用水滑石作为紫外吸收剂为制备高稳定、高寿命的PET复合膜材料提供了一种可行路线。

附图说明

图1为本发明实施例1中所获得的锌钛水滑石的XRD示意图；

图2为本发明实施例1中所获得的锌钛水滑石的SEM示意图；

图3为本发明实施例1中所获得的锌钛水滑石的UV-Vis示意图；

图4为本发明性能测试中实施例2、3、4和对比例1、2老化后薄膜颜色示意图；

图5为本发明流程原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1-5，

实施例1

先进行锌钛水滑石的制备；

所述的锌化合物为Zn(NO

具体步骤如下：在剧烈搅拌下，将0.44mLTiCl

实施例2

一种水滑石作为紫外吸收剂的光伏背板复合PET膜材料的制备。

将质量分数为84％的PET树脂、15％的PP树脂和1％的锌钛水滑石混合均匀，并使用Lab-30双螺杆挤出机(江苏越升科技股份有限公司)在180℃下以200rpm的转速运行5分钟进行熔融挤出得到复合材料铸片。使用静态双向拉伸机(广州市普同实验分析仪器有限公司)将铸片拉伸成膜，得到厚度为240μm的光伏背板膜。锌钛水滑石的制备方法包括以下步骤：在剧烈搅拌下，将锌化合物和钛化合物以及尿素溶解到去离子水中，将得到的反应物在80-150℃的温度下老化20-40h后得到锌钛水滑石。锌化合物为ZnCl2、Zn(OH)2、Zn(NO3)2、ZnSO4、ZnCO3中的任意一种或其水合物。所述钛化合物为TiCl4、Ti(SO4)2中的任意一种或其水合物。本发明中，该薄膜由PET和水滑石混合制备，所述PET复合膜材料包括PET树脂和紫外吸收剂，所述紫外吸收剂为水滑石。水滑石具有特殊的层状结构和阴离子客体，可以显著提高PET薄膜的抗紫外和抗老化能力，同时降低PET材料的初始黄度。该复合膜材料可有效吸收紫外线，具有良好的隔热性、抗老化性。将水滑石嵌入PET材料中，可以有效阻断紫外线，可以延长PET材料的使用寿命，降低其黄度。同时也可以提高PET材料的稳定性。因此使用水滑石作为紫外吸收剂为制备高稳定、高寿命的PET复合膜材料提供了一种可行路线。

实施例3

一种水滑石作为紫外吸收剂的光伏背板复合PET膜材料的制备。

将质量分数为80％的PET树脂、15％的PP树脂和5％的锌钛水滑石混合均匀，并使用Lab-30双螺杆挤出机(江苏越升科技股份有限公司)在180℃下以200rpm的转速运行5分钟进行熔融挤出得到复合材料铸片。使用静态双向拉伸机(广州市普同实验分析仪器有限公司)将铸片拉伸成膜，得到厚度为240μm的光伏背板膜。锌钛水滑石的制备方法包括以下步骤：在剧烈搅拌下，将锌化合物和钛化合物以及尿素溶解到去离子水中，将得到的反应物在80-150℃的温度下老化20-40h后得到锌钛水滑石。锌化合物为ZnCl2、Zn(OH)2、Zn(NO3)2、ZnSO4、ZnCO3中的任意一种或其水合物。所述钛化合物为TiCl4、Ti(SO4)2中的任意一种或其水合物。本发明中，该薄膜由PET和水滑石混合制备，所述PET复合膜材料包括PET树脂和紫外吸收剂，所述紫外吸收剂为水滑石。水滑石具有特殊的层状结构和阴离子客体，可以显著提高PET薄膜的抗紫外和抗老化能力，同时降低PET材料的初始黄度。该复合膜材料可有效吸收紫外线，具有良好的隔热性、抗老化性。将水滑石嵌入PET材料中，可以有效阻断紫外线，可以延长PET材料的使用寿命，降低其黄度。同时也可以提高PET材料的稳定性。因此使用水滑石作为紫外吸收剂为制备高稳定、高寿命的PET复合膜材料提供了一种可行路线。

实施例4

一种水滑石作为紫外吸收剂的光伏背板复合PET膜材料的制备。

将质量分数为75％的PET树脂、15％的PP树脂和10％的锌钛水滑石混合均匀，并使用Lab-30双螺杆挤出机(江苏越升科技股份有限公司)在180℃下以200rpm的转速运行5分钟进行熔融挤出得到复合材料铸片。使用静态双向拉伸机(广州市普同实验分析仪器有限公司)将铸片拉伸成膜，得到厚度为240μm的光伏背板膜，

锌钛水滑石的制备方法包括以下步骤：在剧烈搅拌下，将锌化合物和钛化合物以及尿素溶解到去离子水中，将得到的反应物在80-150℃的温度下老化20-40h后得到锌钛水滑石。锌化合物为ZnCl2、Zn(OH)2、Zn(NO3)2、ZnSO4、ZnCO3中的任意一种或其水合物。所述钛化合物为TiCl4、Ti(SO4)2中的任意一种或其水合物。本发明中，该薄膜由PET和水滑石混合制备，所述PET复合膜材料包括PET树脂和紫外吸收剂，所述紫外吸收剂为水滑石。水滑石具有特殊的层状结构和阴离子客体，可以显著提高PET薄膜的抗紫外和抗老化能力，同时降低PET材料的初始黄度。该复合膜材料可有效吸收紫外线，具有良好的隔热性、抗老化性。将水滑石嵌入PET材料中，可以有效阻断紫外线，可以延长PET材料的使用寿命，降低其黄度。同时也可以提高PET材料的稳定性。因此使用水滑石作为紫外吸收剂为制备高稳定、高寿命的PET复合膜材料提供了一种可行路线。

对比例1

将PET树脂加入到Lab-30双螺杆挤出机，在180℃下以200rpm的转速运行5分钟进行熔融挤出，得到PET树脂铸片。使用静态双向拉伸机将铸片拉伸成膜，得到厚度为240μm的PET薄膜。

对比例2

将PET树脂(80％)和PP树脂(20％)加入到Lab-30双螺杆挤出机，在180℃下以200rpm的转速运行5分钟进行熔融挤出，得到PET-PP树脂铸片。使用静态双向拉伸机将铸片拉伸成膜，得到厚度为240μm的PET-PP薄膜。

性能测试

将本发明的实施例2和对比例进行老化性能测试。将实施例2-4和对比例1-2得到的太阳能背板膜置于恒温恒湿的紫外线老化试验箱内进行老化试验。老化箱内黑标温度为50℃。采用UVA-351灯，在340nm的波长下，辐照度为0.76W·m-2·nm-1进行暴露循环。循环周期为6h，每光照6h，关灯一小时，再进行下一循环，循环次数为10次。测试结果如表1所示。

表1

由以上实验结果可以得到本发明中将水滑石嵌入PET材料中，可以有效阻断紫外线，可以延长PET材料的使用寿命，降低其黄度。同时也可以提高PET材料的稳定性。因此使用水滑石作为紫外吸收剂为制备高稳定、高寿命的PET复合膜材料提供了一种可行路线。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。