CN102275363A - 低收缩率太阳能电池封装用eva/pc复合胶膜 - Google Patents

低收缩率太阳能电池封装用eva/pc复合胶膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低收缩率太阳能电池封装用EVA/PC复合胶膜，由上层EVA薄膜、芯层PC薄膜和下层EVA薄膜依次构成。由于芯层PC薄膜熔点高，强度和模量高，该复合EVA/PC胶膜与普通EVA胶膜相比，不仅具有更好的物理机械性能，而且收缩率降低至0.5％以下，远低于目前EVA胶膜3％的收缩率，同时其透明性和耐老化性完全满足太阳能电池封装胶膜的要求。本发明的层状复合EVA/PC胶膜能够提高太阳能电池的生产效率、提高产品质量、减少次品率并降低成本。

Description

低收缩率太阳能电池封装用EVA/PC复合胶膜
技术领域
本发明属于太阳能电池封装胶膜领域，具体涉及一种具有低收缩率的太阳能电池封装用EVA/PC复合胶膜。
背景技术
太阳能电池通常借助两层高分子胶膜将硅晶片封装于玻璃或聚碳酸酯面板与背板之间。封装胶膜的作用是使硅晶片固定，并隔绝空气和水蒸汽，同时保持很好的透光率，以保证封装后的太阳能电池具有良好的光电转换率和较长的使用寿命。为了保证太阳能电池长期使用过程中不发生黄变、开裂、脱层等问题，封装胶膜必须具有良好的抗湿热老化及光老化的性能，并且与面板及背板之间有足够的粘接力。常见的太阳能电池封装胶膜包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物(EMMA)、聚乙烯醇缩丁醛树脂片(PVB)、离聚物、液态硅树脂、环氧树脂等，综合透光性、物理机械性能、耐老化性能、加工性以及价格等因素，EVA目前成为主流的太阳能电池的封装胶膜材料。
太阳能电池在热压工艺过程中EVA封装胶膜易发生收缩。这主要是由于EVA在流延成形过程中大分子链发生取向，受热时又发生链段松弛的结果。EVA胶膜的收缩率是需要严格控制的指标，因为当收缩率较大时，收缩应力易使背板发生形变，甚至使玻璃面板开裂，从而导致组件报废。虽然可以通过调整EVA胶膜配方、完善加工工艺、进行退火处理等方法减少EVA封装胶膜的收缩率，但是，常常导致生产效率降低，能耗和成本增加。目前，国内外的EVA封装胶膜产品的收缩率通常只能做到约3％(测试条件为120℃，3分钟)，仍然不能完全满足面积较大的太阳能电池的要求。
发明内容
本发明提供了一种太阳能电池封装用层状复合EVA/PC胶膜，其收缩率显著降低，物理机械性能高，且胶膜的透光性和抗老化等性能不降低，克服了现有技术存在的缺陷。
一种太阳能电池封装用层状复合胶膜，由上层乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)薄膜、芯层薄膜和下层乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)薄膜依次构成，所述的芯层薄膜为聚碳酸酯(PC)薄膜。
所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，可通过将所述的上层EVA薄膜、芯层PC薄膜和下层EVA薄膜进行热复合而成。
所述的热复合是将上层EVA薄膜、芯层PC薄膜和下层EVA薄膜在牵引装置作用下叠加并输送到复合辊之间，EVA薄膜受热、受压与芯层PC薄膜黏合在一起，经压花、冷却、切边、卷取等装置连续形成层状复合胶膜。该工艺不使用任何黏合剂，成本低且无污染。
本发明中，所述的PC薄膜的厚度是0.01-0.3毫米。
本发明中，所述的EVA薄膜的厚度是0.1-0.3毫米。
本发明中，所述的PC薄膜是由以下方法制备的：将100份PC树脂、0.02-1.5份抗氧剂、和0.1-1.5份受阻胺类紫外光稳定剂混合均匀后，挤出流延成形。
本发明中，所述的PC薄膜透明度≥92％，雾度≤8％。
本发明中，所述的EVA薄膜是由100份醋酸乙烯酯的质量含量为28％～42％的EVA树脂、1-10份相容剂、0.5-2.0份过氧化物、0.02-1.5份抗氧剂、0.1-1.5份受阻胺类紫外光稳定剂、和0.1-4.0份硅烷偶联剂按比例混合均匀后，在60-110℃温度范围内挤出流延、冷却、牵引、卷取而成。
本发明中，所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)、双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种。
本发明中，所述的紫外光稳定剂为受阻胺类的双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯或双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯中的一种或多种。
本发明中，所述的相容剂为乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)或马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物(MAn-g-EVA)中的一种，其中，羧酸基团的摩尔含量为0.5％至30％。采用所述的相容剂，可以提高EVA与芯层之间的粘接力，长期使用后不发生脱层。而优选的相容剂的增容效果更好。
本发明中，所述的偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
本发明中，所述的过氧化物为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯或过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。
本发明中采用的芯层为高熔点PC，具有透明度高、物理机械性能好的优点，因此，本发明的层状复合EVA/PC胶膜透光性和抗老化等性能均能满足太阳能电池封装的需要。同时，PC的熔点约为210℃，在胶膜收缩率的标准测试条件下(120℃，3分钟)以及太阳能电池封装的工艺条件下(138～160℃)，不发生熔融，因此能够起到物理支撑层的作用，明显限制EVA层的收缩，使层状复合EVA/PC胶膜的收缩率降到0.5％以下，明显低于现有的太阳能电池封装用的EVA胶膜3％的收缩率。因此，本发明得到的层状复合EVA/PC胶膜用于太阳能电池封装时能够提高太阳能电池的生产效率、提高产品质量、减少次品率以及降低成本。
本发明中，所述的收缩率是在120℃加热3min条件下试样处理前后宽度的差对处理前试样宽度之比，用百分比表示。试样制备方法具体如下：取一块胶膜，先沿长度方向切割成长200±0.2mm，然后沿宽度方向按100±0.2mm间隔切割成为100±0.2mm×200±0.2mm试样。测试步骤如下：1)将烘箱升温至120℃±1℃；2)先将试样放在玻璃板上，然后放入烘箱中；3)在120℃±1℃下，加热3min；4)取出冷却，测量距离最小处的长度(Lmin，mm)和宽度(Bmin，mm)。分别按照公式(1)和公式(2)计算收缩率：
C＝[(200-Lmin)/200]×100％              (1)
C＝[(100-Bmin)/100]×100％                (2)
式中：C-收缩率，％；
Lmin-收缩后的长度，mm；
Bmin-收缩后的宽度，mm。
具体实施方式
下面结合实施例来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例1
按质量份数计，将1.5份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.4份偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、和1.3份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷混合均匀，然后与100份EVA树脂和5份EAA树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在100℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.1毫米的EVA薄膜。
按质量份数计，将0.125份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.125份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、与0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PC树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在290℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.3毫米的PC膜。
取上述制得的厚度为0.1毫米的EVA薄膜两张分别作为上、下层薄膜，与厚度为0.3毫米的PC薄膜热复合，得到层状复合胶膜，收缩率为0.2％。
实施例2
按质量份数计，将0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.2份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.4份偶联剂γ-甲基丙烯酰氧乙基三甲氧基硅烷、和1.3份1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷混合均匀，然后与100份EVA树脂和5份EAA树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在100℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.2毫米的EVA薄膜。
按质量份数计，将0.2份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯混合均匀，然后与100份PC树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在290℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.1毫米的PC膜。
取上述制得的厚度为0.2毫米的EVA薄膜两张分别作为上、下层薄膜，与厚度为0.1毫米的PC薄膜热复合，得到层状复合胶膜，收缩率为0.5％。
实施例3
按质量份数计，将0.25份四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯和0.2份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)、0.4份偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、和0.5份过氧化物叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯混合均匀，然后与100份EVA树脂和5份EMA树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在100℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.3毫米的EVA薄膜。
按质量份数计，将0.02份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PC树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在290℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.01毫米的PC膜。
取上述制得的厚度为0.3毫米的EVA薄膜两张分别作为上、下层薄膜，与厚度为0.01毫米的PC薄膜热复合，得到层状复合胶膜，收缩率为0.5％。
实施例4
按质量份数计，将0.01份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.01份双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.4份偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷、和2份过氧化苯甲酸叔丁酯混合均匀，然后与100份EVA树脂和1份Man-g-EVA树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在100℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.1毫米的EVA薄膜。
按质量份数计，将0.25份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.25份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、与0.6份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PC树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在290℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.3毫米的PC膜。
取上述制得的厚度为0.1毫米的EVA薄膜两张分别作为上、下层薄膜，与厚度为0.3毫米的PC薄膜热复合，得到层状复合胶膜。收缩率为0.1％。
实施例5：
按质量份数计，将0.7份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.8份双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.4份偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷、和2份过氧化苯甲酸叔丁酯混合均匀，然后与100份EVA树脂和10份MAn-g-EVA树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在100℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.1毫米的EVA薄膜。
按质量份数计，将0.2份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯混合均匀，然后与100份PC树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在290℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.2毫米PC膜。
取上述制得的厚度为0.1毫米的EVA薄膜两张分别作为上、下外层与厚度为0.2毫米的PC芯层薄膜热复合，得到层状复合胶膜，收缩率为0.2％。
实施例6
按质量份数计，将0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.2份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.4份偶联剂γ-甲基丙烯酰氧乙基三甲氧基硅烷、和1.3份1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷混合均匀，然后与100份EVA树脂和5份EAA树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在100℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.2毫米的EVA薄膜。
按质量份数计，将0.25份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PC树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在290℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.01毫米的PC膜。
取上述制得的厚度为0.2毫米的EVA薄膜两张分别作为上、下外层与厚度为0.01毫米的PC芯层薄膜热复合，得到层状复合胶膜，收缩率为0.4％。
实施例7
按质量份数计，将0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.2份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.4份偶联剂γ-甲基丙烯酰氧乙基三甲氧基硅烷、和1.3份1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷混合均匀，然后与100份EVA树脂和5份EAA树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在100℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.1毫米的EVA薄膜。
按质量份数计，将0.25份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PC树脂混合均匀后，用挤出机共混挤出，温度控制在250℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.3毫米的PC膜。
将两张上述厚度为0.1毫米的EVA胶膜与厚度为0.3毫米的PC薄膜热复合，得到层状复合胶膜，收缩率为0.2％。

Claims (10)

1.一种太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：由上层乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜、芯层聚碳酸酯薄膜和下层乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜构成。
2.如权利要求1所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的聚碳酸酯薄膜的厚度是0.01-0.3毫米。
3.如权利要求1所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜的厚度是0.1-0.3毫米。
4.如权利要求1所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的聚碳酸酯薄膜是由以下方法制备的：
取100份聚碳酸酯树脂，与0.02-1.5份抗氧剂和0.1-1.5份受阻胺类紫外光稳定剂混合均匀后，挤出流延成形。
5.如权利要求1所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物薄膜是由100份醋酸乙烯酯的质量含量为28％～42％的EVA树脂、1-10份相容剂、0.5-2.0份过氧化物、0.02-1.5份抗氧剂、0.1-1.5份受阻胺类紫外光稳定剂、和0.1-4.0份硅烷偶联剂按比例混合均匀后，在60-110℃温度范围内挤出流延、冷却、牵引、卷取而成。
6.如权利要求4或5所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)、双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种。
7.如权利要求4或5所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的紫外光稳定剂为受阻胺类的双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯或双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯中的一种或多种。
8.如权利要求5所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的相容剂为乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物或马来酸酐接枝乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种，其中，羧酸基团的摩尔含量为0.5％至30％。
9.如权利要求5所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
10.如权利要求5所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的过氧化物为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯或过氧化苯甲酸叔丁酯中的一种或多种。
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