背板涂层材料研制

研制耐刮擦、超疏水光伏电池背板涂层材料，具有良好的热稳定性、绝缘性和疏水性；


背景
光伏电池背板的主要作用是耐环境、湿热老化性能和电气绝缘性能，它直接与外部环境接触，必须达到25年晶硅电池组件使用要求，满足电池组件的可靠性、稳定性。目前使用的光伏电池背板材料主要是含氟材料，如美国杜邦的聚氟乙烯（PVF）薄膜，是阿克玛等公司的聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜等。含氟材料具有优异的耐侯性能，可保障长期户外使用的可靠性。PVF薄膜由于其制造工艺的特殊性，其表面形成很多的针孔，所以PVF薄膜的水汽阻隔性能较差，一般需要较厚的厚度来保证其性能。PVDF薄膜的水汽阻隔性能较好，但是PVDF制膜过程中常加入PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为增塑剂以提高其成膜性，但是加入PMMA后其抗老化性能严重下降。含氟太阳电池背膜目前为复膜型结构，大多为5层结构，通过胶粘剂将(PVF、PVDF)氟膜与PET黏结在一起复合而成。目前生产厂家主要集中在国外，如Isovolta、Krempel、Madico、Coveme、SFC等厂家。由于制造技术限制，目前氟膜还没有实现国产化，采用氟膜的复合型背膜厂家长期受制于国外氟膜制造商，其成本也一直居高不下。此外，由于含氟背膜的表面能低，为非极性，膜表面与水无氢键作用，故有极强疏水性，难以与其他基材粘接，大大限制了其应用范围。

目标
（3）将开发新型含硅聚苯并噁嗪超疏水材料作为耐刮擦、自清洁太阳能背板涂层材料。聚苯并噁嗪是继全氟硅聚合物之后发现的一种新型低表面能材料，具有固化体积收缩率小、热稳定性好、绝缘性好、表面能低等特点，且其原料便宜，合成工艺简单。含硅聚苯并噁嗪超疏水材料可通过Si-O-Si基团的化学键合作用可牢固粘附在基体表面，构建具有持久低表面能的新型材料。

开发新型无氟含硅聚苯并噁嗪超疏水材料作为耐刮擦、自清洁太阳能背板涂层材料，具有固化体积收缩率小、热稳定性好、绝缘性好、与基体粘附力强等特点。关键技术包括：设计合成无氟含硅聚苯并噁嗪低表面能材料；通过在低表面能膜层中添加纳米粒子，构建表面微结构，制备新型超疏水、自清洁材料。
设计制备具有表面微结构的超疏水聚苯并噁嗪膜层，得到与基体粘附牢固、耐刮擦的新型超疏水自清洁光伏电池背板涂层。预期涂层具有如下的性能：
水接触角≥150o。


基础
（1）合成了十余种不含氟硅的聚苯并噁嗪材料，并对其热固化行为、表面能等进行了一系列的研究，结果表明该类聚苯并噁嗪材料的表面能在15~20 mJ/m2之间，优于特氟龙材料的表面能（22 mJ/m2）。
（2）苯并噁嗪衍生物结构与表面性能的关系：分别采用甲胺、乙胺、丁胺和叔丁胺合成了具有不同N-取代基团的苯并噁嗪衍生物，研究了苯并噁嗪衍生物分子结构与表面能和氢键网络的关系。结果表明聚苯并噁嗪的表面能随着N-取代烷基链长的增加而降低，而叔丁基的位阻效应对聚合物的表面能影响不大，其中含丁基的苯并噁嗪聚合物在固化18 h后表面能为15.7 mJ/m2。采用红外跟踪苯并噁嗪固化过程，结合聚苯并噁嗪的热分解机理首次提出了其在热固化过程中分子内和分子间氢键转变的机理。
（3）含氟硅聚苯并噁嗪抗粘材料：设计开发出新的具有低表面能含氟硅氧烷聚苯并噁嗪材料，一端含有可以与基板化学键合连接在一起的基团，另一端仍然具有苯并噁嗪结构，可提供低表面性能，从而同时实现抗粘材料的低表面性能和高的基板粘附性，其表面能为15.5 mJ/m2，采用该新型材料处理的基材将会在抗粘及疏水领域具有广泛的应用前景。