环保型太阳能电池背板涂层表观的研究

刘丽英 胡亚召

（乐凯胶片股份有限公司 河北 保定 071054）

环保型太阳能电池背板涂层表观的研究

刘丽英 胡亚召

（乐凯胶片股份有限公司 河北 保定 071054）

采用水性氟碳乳液为基料，配合水性异氰酸酯固化剂，通过对聚对苯二甲酸乙二醇酯基材表面进行电晕处理，结合涂料助剂的选择、涂料固化工艺参数的优化，成功解决了水性氟碳涂料在聚对苯二甲酸乙二醇酯基材表面易出现的表观皲裂、缩孔、针孔问题，开发出了表观优异的环保型太阳能电池背板。

水性氟碳涂料；固化工艺；电晕处理；消泡剂；涂层表观

引言

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为太阳能背板基材，具有优异的绝缘性和极佳的阻水性，但由于耐湿热和耐紫外光性能较差，需要涂覆一层耐候性及耐紫外光性能良好的氟涂层[1]。

随着环境保护的加强、人们的健康意识的加强，全球范围内限制使用挥发性有机化合物（VOC）的法律法规越来越严格，研究和开发更低VOC含量的水性氟碳涂料势在必行[2]。

由于水的表观张力较大，水性含氟涂料在基材PET表面不易铺展、流平、润湿，涂层表观易出现不平整、气泡、缩孔也等表观缺陷[3-4]。上述问题一般可以通过以下两个技术手段解决：①在水性氟碳涂料中加入助剂，此技术手段不仅可以避免因水性氟碳涂料表面张力过大而产生许多涂料的缺陷及涂膜的弊病，同时又可以使涂料的生产和加工过程易于控制，减少对环境的污染[5]。②PET基材使用前进行电晕处理，电晕处理可以改变PET表面的分子极性，提高表面张力；同时使PET表面产生微凹孔穴，增大表面活性，有效降低不浸润、缩孔等表观问题[6]。

本文中通过对涂料中非固体成分的挥发速率干燥工艺设计，电晕处理PET基材，同时优选合适的消泡剂三种技术方法，消除了涂层的表观弊病，实现了环保型太阳能电池背板优异的涂层表观。

1.实验

1.1 主要原料

去离子水；水性氟碳乳液；水性聚异氰酸酯固化剂；分散剂；消泡剂；流平剂；助溶剂

1.2 主要设备

高剪切混合乳化剂：上海威宇机电制造有限公司；RW20数显机械搅拌器：成都明萱电子科技有限公司；数显鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

1.3 实验工艺

1.3.1 实验方案 水性氟碳涂料实验方案见表1。

表1 水性氟碳涂料实验方案Table 1 The ratio of the amount of waterborne fluorocarbon coatings

1.3.2 涂料制备工艺 按表1实验方案中用量加入去离子水、分散剂、消泡剂、颜料，使用高剪切混合乳化剂分散均匀，然后加入水性氟碳乳液、流平剂，使用机械搅拌器搅拌均匀得A组分；将水性聚异氰酸酯固化剂与助溶剂按1:1比例混合，搅拌均匀得B组分；将A、B组分搅拌均匀得水性氟碳涂料。

1.3.3 涂层制备工艺 将基材PET表面进行电晕处理后，用丝棒将水性氟碳涂料涂布在PET上，高温固化得到涂布样片。

2.结果与讨论

2.1 固化工艺对涂层表观性能的影响

由于涂料中同时存在助溶剂和水，同时两者的挥发速率差异较大，因此干燥工艺的设计会直接影响涂层的表观性能。本文中调整了固化温度和固化时间，图1中（a）和（b）分别示出了150℃固化3min和80℃预干燥0.5min后150℃固化2.5min涂层表观性能的变化。

图1 工艺条件对涂层表观性能的影响Fig. 1 The influence of curing process to the properties of coating performances

由图1（a）可知，涂布水性氟碳涂料后直接150℃固化3min，由于环境温度较高，水性氟碳涂料表层水份快速挥发成膜，底层水份挥发不出去，会导致涂层表观皲裂；图1（b）显示，涂布水性氟碳涂料后先80℃预干燥0.5min，再150℃固化2.5min，涂层表观无皲裂。

2.2 电晕处理对涂层表观性能的影响

基材PET表面性能的变化会影响水性氟碳涂料涂布后的表观性能。图2中（a）和（b）分别示出了基材PET未电晕和电晕后涂层表观性能的变化。

图2 电晕处理对涂层表观性能的影响Fig. 2 The influence of corona treatment to the properties of coating performances

由图2（a）可知，基材PET未经电晕处理，PET表面张力小，润湿性能差，水性氟碳涂料涂布后涂层表观存在大量缩孔。图2（b）则显示，基材PET经过电晕处理后，除去了PET表面无定型层，通过对PET表面进行改性，提高表面张力，并由于电晕产生的表面微凹，增大了PET表面活性，因此水性氟碳涂料涂布后涂层表观只存在少量缩孔。

2.3 消泡剂对涂层表观性能的影响

基材PET经过电晕处理后，涂层表观性能得到了很大的提高，但仍存在少量的缩孔与微不可见的“针孔”气泡。这是因为水性氟碳涂料在配制过程中需长时间的剪切与搅拌，会产生大量气泡。同时，涂层干燥过程中，水与异氰酸酯反应产生的CO2也会导致涂膜形成气泡。本文中添加的消泡剂为有机硅类，可有效降低水性氟碳涂料表面张力，消除涂层表观缩孔、气泡，见图3。

图3 添加消泡剂后涂层表观Fig. 3 The influence of defoamer to the properties of coating performances

2.4 结束语

为了解决水性氟碳涂料在实际生产应用中遇到的表观皲裂、缩孔、针孔问题，本文首先采用了分段式固化干燥工艺，消除了表观皲裂；然后对基材PET进行了电晕处理，提高了基材表面张力，大量减少了涂层缩孔；最后在涂料制备过程中添加了有机硅消泡剂，降低了涂料体系表面张力，基本消除了涂层针孔。

相比于目前广泛使用溶剂型氟碳涂料生产涂布型太阳能电池背板，环保型太阳能电池背板在生产加工过程中，由于水性氟碳涂料使用的大部分稀释剂为去离子水，将会带来以下三个优势。①节省大量废气处理成本；②极大的提升对生产操作人员身体健康的保护；③极大的提高整个加工过程的安全性。

[1]韩庆祥，张学建等.太阳能背板保护膜用水性氟碳涂层的应用研究[J].涂料技术与文摘，2014，35(10):9-13.

[2]张金莲.符合较严格VOC法规的水性配方设计[J].涂料技术与文摘，2010(5):18-22.

[3]龚海青，郭洪猷等.表面张力引起的涂层弊病(Ⅱ)[J].现代涂料与涂装，2000(4):1-2.

[4]金迎霞，王合情等.不饱和聚酯涂料常见缺陷及对策[J].上海涂料，2012，50(8):52-54.

[5]刘和平.涂料助剂的现状及发展趋势[J].广东化工，2007，34(7):70-73.

[6]郭喜峰.大功率电晕表面处理机的研究及设计[D].大连:大连理工大学，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

刘丽英（1978-），女，硕士，现从事光伏材料方面的研究。