環(huán)保型太陽(yáng)能電池背板涂層表觀(guān)的研究

劉麗英 胡亞召

（樂(lè)凱膠片股份有限公司 河北 保定 071054）

環(huán)保型太陽(yáng)能電池背板涂層表觀(guān)的研究

劉麗英 胡亞召

（樂(lè)凱膠片股份有限公司 河北 保定 071054）

采用水性氟碳乳液為基料，配合水性異氰酸酯固化劑，通過(guò)對(duì)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基材表面進(jìn)行電暈處理，結(jié)合涂料助劑的選擇、涂料固化工藝參數(shù)的優(yōu)化，成功解決了水性氟碳涂料在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯基材表面易出現(xiàn)的表觀(guān)皸裂、縮孔、針孔問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出了表觀(guān)優(yōu)異的環(huán)保型太陽(yáng)能電池背板。

水性氟碳涂料；固化工藝；電暈處理；消泡劑；涂層表觀(guān)

引言

聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）作為太陽(yáng)能背板基材，具有優(yōu)異的絕緣性和極佳的阻水性，但由于耐濕熱和耐紫外光性能較差，需要涂覆一層耐候性及耐紫外光性能良好的氟涂層[1]。

隨著環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)、人們的健康意識(shí)的加強(qiáng)，全球范圍內(nèi)限制使用揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）的法律法規(guī)越來(lái)越嚴(yán)格，研究和開(kāi)發(fā)更低VOC含量的水性氟碳涂料勢(shì)在必行[2]。

由于水的表觀(guān)張力較大，水性含氟涂料在基材PET表面不易鋪展、流平、潤(rùn)濕，涂層表觀(guān)易出現(xiàn)不平整、氣泡、縮孔也等表觀(guān)缺陷[3-4]。上述問(wèn)題一般可以通過(guò)以下兩個(gè)技術(shù)手段解決：①在水性氟碳涂料中加入助劑，此技術(shù)手段不僅可以避免因水性氟碳涂料表面張力過(guò)大而產(chǎn)生許多涂料的缺陷及涂膜的弊病，同時(shí)又可以使涂料的生產(chǎn)和加工過(guò)程易于控制，減少對(duì)環(huán)境的污染[5]。②PET基材使用前進(jìn)行電暈處理，電暈處理可以改變PET表面的分子極性，提高表面張力；同時(shí)使PET表面產(chǎn)生微凹孔穴，增大表面活性，有效降低不浸潤(rùn)、縮孔等表觀(guān)問(wèn)題[6]。

本文中通過(guò)對(duì)涂料中非固體成分的揮發(fā)速率干燥工藝設(shè)計(jì)，電暈處理PET基材，同時(shí)優(yōu)選合適的消泡劑三種技術(shù)方法，消除了涂層的表觀(guān)弊病，實(shí)現(xiàn)了環(huán)保型太陽(yáng)能電池背板優(yōu)異的涂層表觀(guān)。

1.實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原料

去離子水；水性氟碳乳液；水性聚異氰酸酯固化劑；分散劑；消泡劑；流平劑；助溶劑

1.2 主要設(shè)備

高剪切混合乳化劑：上海威宇機(jī)電制造有限公司；RW20數(shù)顯機(jī)械攪拌器：成都明萱電子科技有限公司；數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠(chǎng)。

1.3 實(shí)驗(yàn)工藝

1.3.1 實(shí)驗(yàn)方案 水性氟碳涂料實(shí)驗(yàn)方案見(jiàn)表1。

表1 水性氟碳涂料實(shí)驗(yàn)方案Table 1 The ratio of the amount of waterborne fluorocarbon coatings

1.3.2 涂料制備工藝 按表1實(shí)驗(yàn)方案中用量加入去離子水、分散劑、消泡劑、顏料，使用高剪切混合乳化劑分散均勻，然后加入水性氟碳乳液、流平劑，使用機(jī)械攪拌器攪拌均勻得A組分；將水性聚異氰酸酯固化劑與助溶劑按1:1比例混合，攪拌均勻得B組分；將A、B組分?jǐn)嚢杈鶆虻盟苑纪苛稀?/p>

1.3.3 涂層制備工藝 將基材PET表面進(jìn)行電暈處理后，用絲棒將水性氟碳涂料涂布在PET上，高溫固化得到涂布樣片。

2.結(jié)果與討論

2.1 固化工藝對(duì)涂層表觀(guān)性能的影響

由于涂料中同時(shí)存在助溶劑和水，同時(shí)兩者的揮發(fā)速率差異較大，因此干燥工藝的設(shè)計(jì)會(huì)直接影響涂層的表觀(guān)性能。本文中調(diào)整了固化溫度和固化時(shí)間，圖1中（a）和（b）分別示出了150℃固化3min和80℃預(yù)干燥0.5min后150℃固化2.5min涂層表觀(guān)性能的變化。

圖1 工藝條件對(duì)涂層表觀(guān)性能的影響Fig. 1 The influence of curing process to the properties of coating performances

由圖1（a）可知，涂布水性氟碳涂料后直接150℃固化3min，由于環(huán)境溫度較高，水性氟碳涂料表層水份快速揮發(fā)成膜，底層水份揮發(fā)不出去，會(huì)導(dǎo)致涂層表觀(guān)皸裂；圖1（b）顯示，涂布水性氟碳涂料后先80℃預(yù)干燥0.5min，再150℃固化2.5min，涂層表觀(guān)無(wú)皸裂。

2.2 電暈處理對(duì)涂層表觀(guān)性能的影響

基材PET表面性能的變化會(huì)影響水性氟碳涂料涂布后的表觀(guān)性能。圖2中（a）和（b）分別示出了基材PET未電暈和電暈后涂層表觀(guān)性能的變化。

圖2 電暈處理對(duì)涂層表觀(guān)性能的影響Fig. 2 The influence of corona treatment to the properties of coating performances

由圖2（a）可知，基材PET未經(jīng)電暈處理，PET表面張力小，潤(rùn)濕性能差，水性氟碳涂料涂布后涂層表觀(guān)存在大量縮孔。圖2（b）則顯示，基材PET經(jīng)過(guò)電暈處理后，除去了PET表面無(wú)定型層，通過(guò)對(duì)PET表面進(jìn)行改性，提高表面張力，并由于電暈產(chǎn)生的表面微凹，增大了PET表面活性，因此水性氟碳涂料涂布后涂層表觀(guān)只存在少量縮孔。

2.3 消泡劑對(duì)涂層表觀(guān)性能的影響

基材PET經(jīng)過(guò)電暈處理后，涂層表觀(guān)性能得到了很大的提高，但仍存在少量的縮孔與微不可見(jiàn)的“針孔”氣泡。這是因?yàn)樗苑纪苛显谂渲七^(guò)程中需長(zhǎng)時(shí)間的剪切與攪拌，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡。同時(shí)，涂層干燥過(guò)程中，水與異氰酸酯反應(yīng)產(chǎn)生的CO2也會(huì)導(dǎo)致涂膜形成氣泡。本文中添加的消泡劑為有機(jī)硅類(lèi)，可有效降低水性氟碳涂料表面張力，消除涂層表觀(guān)縮孔、氣泡，見(jiàn)圖3。

圖3 添加消泡劑后涂層表觀(guān)Fig. 3 The influence of defoamer to the properties of coating performances

2.4 結(jié)束語(yǔ)

為了解決水性氟碳涂料在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中遇到的表觀(guān)皸裂、縮孔、針孔問(wèn)題，本文首先采用了分段式固化干燥工藝，消除了表觀(guān)皸裂；然后對(duì)基材PET進(jìn)行了電暈處理，提高了基材表面張力，大量減少了涂層縮孔；最后在涂料制備過(guò)程中添加了有機(jī)硅消泡劑，降低了涂料體系表面張力，基本消除了涂層針孔。

相比于目前廣泛使用溶劑型氟碳涂料生產(chǎn)涂布型太陽(yáng)能電池背板，環(huán)保型太陽(yáng)能電池背板在生產(chǎn)加工過(guò)程中，由于水性氟碳涂料使用的大部分稀釋劑為去離子水，將會(huì)帶來(lái)以下三個(gè)優(yōu)勢(shì)。①節(jié)省大量廢氣處理成本；②極大的提升對(duì)生產(chǎn)操作人員身體健康的保護(hù)；③極大的提高整個(gè)加工過(guò)程的安全性。

[1]韓慶祥，張學(xué)建等.太陽(yáng)能背板保護(hù)膜用水性氟碳涂層的應(yīng)用研究[J].涂料技術(shù)與文摘，2014，35(10):9-13.

[2]張金蓮.符合較嚴(yán)格VOC法規(guī)的水性配方設(shè)計(jì)[J].涂料技術(shù)與文摘，2010(5):18-22.

[3]龔海青，郭洪猷等.表面張力引起的涂層弊病(Ⅱ)[J].現(xiàn)代涂料與涂裝，2000(4):1-2.

[4]金迎霞，王合情等.不飽和聚酯涂料常見(jiàn)缺陷及對(duì)策[J].上海涂料，2012，50(8):52-54.

[5]劉和平.涂料助劑的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].廣東化工，2007，34(7):70-73.

[6]郭喜峰.大功率電暈表面處理機(jī)的研究及設(shè)計(jì)[D].大連:大連理工大學(xué)，2007.

Study on Performances of Environmental Coating for Solar Cell Backsheet

Liu Liying , Hu Yazhao
China Lucky film limit Co., Baoding 071054,China

A waterborne fluorocarbon coatings was prepared, which was based on waterborne fluorocarbon emulsion as binder and water based isocyanate as curing agent. The coatings was applied to the surface of PET. Through the corona treatment on the surface of PET, the selection of additives and curing process parameters, the performances problem of coating was successfully solved. An environmentally-friendly solar cell backsheet with excellent performances properties was developed.

Waterborne fluorocarbon coatings; Curing process; Corona treatment; Defoamer; Coating performances

TP204

A

1009-5624（2016）05-0051-03

劉麗英（1978-），女，碩士，現(xiàn)從事光伏材料方面的研究。