CN102775939B - 一种太阳能电池封装胶膜 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能电池封装胶膜,所述胶膜的原料配比按以下重量份计:乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100份,有机过氧化物0.1~5份,紫外线吸收剂0.05~10份,光稳定剂0.05~5份,抗氧剂0.01~10份,碳自由基捕获剂0.01~10份;乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为25~35%;碳自由基捕获剂是苯并呋喃酮、羟胺、叔胺、双酚单丙烯酸酯中的一种或两种以上的混合物。本发明通过碳自由基捕获剂有效捕获胶膜在稀氧或者无氧状态时所产生的有害的烷基自由基(R·),提高胶膜的耐湿热、耐紫外线、耐高低温和耐湿冻等老化性能,有效降低老化黄变指数,确保胶膜具有较高的透光率,保证了太阳能电池光电转换效率的高效性。

Description

一种太阳能电池封装胶膜
技术领域
本发明涉及太阳能电池封装用的EVA胶膜。
背景技术
太阳能发电有两种方式,一种是光—热—电转换方式,另一种是光—电直接转换方式;其中,光—电直接转换方式是利用光电效应,将太阳辐射能直接转换成电能,这一转换的核心、基本装置便是太阳能电池。为了确保太阳能电池的光电转换性能不被衰减,必须要将太阳能电池封装在具有相应保护作用的胶膜内,要求该胶膜具有高透光率,这样才能保证太阳能电池有较高的光电转换效率。
传统太阳能电池封装胶膜是以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为主要原料,再配以有机过氧化物交联剂、助交联剂、紫外线光稳定剂、抗氧剂等功能性助剂,经混合、挤出、流延、冷却、分切、卷取等工序加工成品。该胶膜的防老化体系是由抗氧剂(受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯抗氧剂)完成的,抗氧剂能够有效捕获胶膜内的烷氧自由基(RO·)、烷基过氧自由基(ROO·),从而提高胶膜的耐紫外线老化性能、耐高低温老化性能和耐湿冻老化性能,延缓胶膜的老化黄变,提高胶膜的透光率。但是,当胶膜处于稀氧或者无氧的状态时(例如胶膜加工过程、太阳能电池封装的层压过程、湿热老化过程等,尤其以湿热老化过程更为凸显),胶膜内的聚合物以及过氧化物引发剂会产生大量的烷基自由基(R·),烷基自由基(R·)是抗氧剂所不能捕获的,烷基自由基(R·)会造成胶膜的老化进程加速,导致胶膜发生黄变等现象,直接降低了胶膜的透光率,使胶膜无法在十分严酷、复杂的户外气候环境中长期服用,从而严重影响了太阳能电池的光电转换效率,使胶膜的使用寿命大幅缩短,增加了太阳能发电的运营成本。
发明内容
本发明的目的在于:针对上述现有技术的不足,提供一种在稀氧或者无氧状态时能够有效捕获有害的烷基自由基(R·),提高耐湿热、耐紫外线、耐高低温和耐湿冻等老化性能,降低老化黄变指数的太阳能电池封装胶膜。
本发明采用的技术方案是,一种太阳能电池封装胶膜,所述胶膜的原料配比按以下重量份计:
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物            100份,
有机过氧化物                     0.1~5份,
紫外线吸收剂                     0.05~10份,
光稳定剂                         0.05~5份,
抗氧剂                           0.01~10份,
碳自由基捕获剂                   0.01~10份;
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为25~35%;
所述碳自由基捕获剂是苯并呋喃酮、羟胺、叔胺、双酚单丙烯酸酯中的一种或两种以上的混合物。
优选的,所述胶膜的原料配比按以下重量份计:
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物            100份,
有机过氧化物                     0.5~2份,
紫外线吸收剂                     0.1~0.6份,
光稳定剂                         0.1~0.3份,
抗氧剂                           0.1~0.3份,
碳自由基捕获剂                   0.1~1份;
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为28~33%;
所述碳自由基捕获剂是苯并呋喃酮。
所述苯并呋喃酮的结构式具体如下:
式中,R1和R2分别表示3~6个碳原子的支链烷烃,R1和R2可以是相同或不同的基团;R3表示6~10个碳原子的烷基取代苯基;
所述苯并呋喃酮具体是5,7-二叔丁基-3-(3,4-二甲基苯基)3H-苯并呋喃-2-酮和5,7-二叔丁基-3-(2,3-二甲基苯基)3H-苯并呋喃-2-酮的混合物,二者的混合质量比为85~95:5~15。
所述羟胺的结构式具体如下: 
式中,R4 和R5分别表示1~30个碳原子的直链烷烃;
所述羟胺具体是N,N-二(十八)烷基羟胺。
所述叔胺的结构式具体如下:
式中,R6表示甲基;R7 和R8分别表示14~24个碳原子的烷烃;
所述叔胺具体是N,N,-二氢化菜籽油烷基-N-甲基氮氧化物。
所述双酚单丙烯酸酯的结构式具体如下:
式中,R9表示H或者甲基;R10和R11分别表示1~6个碳原子的直链烷烃;R12和R13分别表示2~6个碳原子的支链烷烃;
所述双酚单丙烯酸酯具体是2-特丁基-6-(3-特丁基-2-羟基-5甲基苄基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和/或2,4-二特戊基-6-(1-(3,5-二特戊基-2-羟基)苯基)乙基苯基丙烯酸酯。
所述有机过氧化物为过氧化酯交联剂,具体是邻邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯和/或邻邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯。
所述紫外线吸收剂为二苯甲酮系紫外线吸收剂,具体是2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-丙烯酰氧乙氧基二苯甲酮中的一种或两种以上的混合物。
所述光稳定剂为受阻胺系光稳定剂,具体是N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物。
所述抗氧剂为亚磷酸酯系抗氧剂,具体是亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基-4,4’-联苯基)双亚磷酸酯、二亚磷酸季戊二硬脂醇酯、季戊四醇双亚磷酸二(2,4-二特丁基苯基)酯中的一种或两种以上的混合物。
本发明的有益效果是:上述胶膜以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为主要原料,再配以有机过氧化物、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧剂和碳自由基捕获剂,通过碳自由基捕获剂有效捕获胶膜在稀氧或者无氧状态时(也就是在湿热老化过程中)所产生的烷基自由基(R·),提高胶膜的耐湿热、耐紫外线、耐高低温和耐湿冻等老化性能,有效降低胶膜老化黄变指数,确保胶膜具有较高的透光率,保证了太阳能电池光电转换效率的高效性。
具体实施方式
实施例1
本发明的原料配比按以下重量份计。
基础原料:乙烯-醋酸乙烯共聚物-100份;本发明对乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯酯含量具有特定要求,若乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯酯含量过高(通常≥40%),会使乙烯-醋酸乙烯共聚物的粘性降低、强度下降、极性增大,导致在使用过程中容易从太阳能电池组件中流出,同时会影响太阳能电池组件在使用过程中的抗撕裂性;若乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯酯含量过低(通常<25%),会使加工性能降低,成品胶膜变得过硬,太阳能电池组件制造时不容易脱气泡;因而,应对乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯酯含量进行优选,本发明优选的醋酸乙烯酯含量为33%;
有机过氧化物:邻邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)单-过氧化碳酸酯-1.5份;
紫外线吸收剂: 2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-0.5份;
光稳定剂:N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物-0.2份;
抗氧剂:亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯-0.3份;
碳自由基捕获剂:5,7-二叔丁基-3-(3,4-二甲基苯基)3H-苯并呋喃-2-酮和5,7-二叔丁基-3-(2,3-二甲基苯基)3H-苯并呋喃-2-酮的混合物-0.1份,二者混合的质量比为85~95:5~15,例如90:10,或86:14,亦或93:7等。
本发明通过常规的制备方法即可容易获得,具体是:将上述各组分混合均匀,混合物经挤出机共混后挤出,温度控制在90oC左右,挤出物经流延、冷却、分切、卷取工序,即得厚度约为0.5mm的胶膜;将所制得的胶膜,以玻璃、2层胶膜、玻璃的方式叠在一起,然后在真空层压机中加热至约145℃,脱气约6分钟,加压约12分钟,加热压粘制得测试用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜样片E1。
实施例2
本发明的原料配比按以下重量份计。
基础原料:乙烯-醋酸乙烯共聚物-100份,乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为30%;
有机过氧化物:邻邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯-0.6份;
紫外线吸收剂:2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮-0.2份、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮-0.2份、2,4-二羟基二苯甲酮-0.2份;
光稳定剂:N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物-0.3份;
抗氧剂:四(2,4-二叔丁基苯基-4,4’-联苯基)双亚磷酸酯-0.1份、二亚磷酸季戊二硬脂醇酯-0.1份;
碳自由基捕获剂:N,N-二(十八)烷基羟胺-0.7份。
按照实施例1的制备方法制得测试用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜样片E2。
实施例3
本发明的原料配比按以下重量份计。
基础原料:乙烯-醋酸乙烯共聚物-100份,乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为28%;
有机过氧化物:邻邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯-0.5份、邻邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯-0.5份;
紫外线吸收剂:2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮-0.1份、2-羟基-4-丙烯酰氧乙氧基二苯甲酮-0.1份;
光稳定剂:N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物-0.1份;
抗氧剂:季戊四醇双亚磷酸二(2,4-二特丁基苯基)酯-0.07份、三(壬基苯基)亚磷酸酯-0.07份;
碳自由基捕获剂:N,N,-二氢化菜籽油烷基-N-甲基氮氧化物-1份。
按照实施例1的制备方法制得测试用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜样片E3。
实施例4
本发明的原料配比按以下重量份计。
基础原料:乙烯-醋酸乙烯共聚物-100份,乙烯-醋酸乙烯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为32%;
有机过氧化物:邻邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)单过氧化碳酸酯-1.9份;
紫外线吸收剂:2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮-0.3份;
光稳定剂:N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物-0.15份;
抗氧剂:亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯-0.3份;
碳自由基捕获剂:2,4-二特戊基-6-(1-(3,5-二特戊基-2-羟基)苯基)乙基苯基丙烯酸酯-0.4份;前述2,4-二特戊基-6-(1-(3,5-二特戊基-2-羟基)苯基)乙基苯基丙烯酸酯也可以采用2-特丁基-6-(3-特丁基-2-羟基-5甲基苄基)-4-甲基苯基丙烯酸酯代替,还可以采用2-特丁基-6-(3-特丁基-2-羟基-5甲基苄基)-4-甲基苯基丙烯酸酯和2,4-二特戊基-6-(1-(3,5-二特戊基-2-羟基)苯基)乙基苯基丙烯酸酯的混合物代替。
按照实施例1的制备方法制得测试用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜样片E4。
上述每个实施例中的碳自由基捕获剂只是在苯并呋喃酮、羟胺、叔胺和双酚单丙烯酸酯中选用了一个单一的系列,除此之外,碳自由基捕获剂还可以是苯并呋喃酮、羟胺、叔胺和双酚单丙烯酸酯中的至少两种以上系列的混合物,同样能达到本发明的发明目的。
上述实施例只是本发明的四个较佳方案,只能用作理解本发明内容,不能用作限定本发明的保护范围。
下面将上述四个实施例制得的样片(E1~E4)与传统乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜样片C1的耐湿热老化性能进行测试对比,耐湿热老化性能按照GB/T 2423.3试验方法进行试验,试验条件是,试验温度85 oC,相对湿度85%,试验时间1000h,在试验中需要得出每种样片的透光率保持率和黄变指数,透光率保持率和黄变指数通过以下方法进行测定。
1. 透光保持率:
透光率按照GB/T2410进行测定;
透光率保持率按该式计算,透光率保持率=试验后的平均透光率%/试验前的平均透光率%*100%。
2. 黄变指数:黄变指数(△YI)按照GB2409-80进行分析。
通过上述测试方法得到的几种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜的耐湿热老化性能指标结果见表1。
表1           E1~E4和C1的耐湿热老化性能指标结果
通过表1可以清楚的看出:添加了碳自由基捕获剂的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜(E1~E4)相较未添加碳自由基捕获剂的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜(C1),在湿热老化1000h后,二者透光率保持率无较大的、明显的差别,都在90%以上,而黄变指数则E1~E4明显小于C1,因而E1~E4的耐湿热老化性能明显优于C1。
此外,通过表1还可以清楚的看出:添加了苯并呋喃酮(即5,7-二叔丁基-3-(3,4-二甲基苯基)3H-苯并呋喃-2-酮和5,7-二叔丁基-3-(2,3-二甲基苯基)3H-苯并呋喃-2-酮的混合物)碳自由基捕获剂的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜(E1)在湿热老化1000h后,透光率保持率明显高于添加其他碳自由基捕获剂及未添加碳自由基捕获剂的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜,而且黄变指数是最小的,相较未添加碳自由基捕获剂的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物胶膜的黄变指数而言,差别高达2.8倍。
因此,本发明除了具有优异的耐紫外线、耐高低温和耐湿冻等老化性能外,还具有优异的耐湿热性能,老化黄变指数小,适应在十分严酷、复杂的户外气候环境中长期服役(包括稀氧或者无氧的气候环境),使用寿命长。

Claims (5)

1. 一种太阳能电池封装胶膜,其特征在于,所述胶膜的原料配比按以下重量份计:
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物            100份,
有机过氧化物                     0.5~2份,
紫外线吸收剂                     0.1~0.6份,
光稳定剂                         0.1~0.3份,
抗氧剂                           0.1~0.3份,
碳自由基捕获剂                   0.1~1份;
所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯含量为28~33%;
所述碳自由基捕获剂是苯并呋喃酮,该苯并呋喃酮为5,7-二叔丁基-3-(3,4-二甲基苯基)3H-苯并呋喃-2-酮和5,7-二叔丁基-3-(2,3-二甲基苯基)3H-苯并呋喃-2-酮的混合物,二者的混合质量比为85~95:5~15。
2.根据权利要求1所述太阳能电池封装胶膜,其特征在于,所述有机过氧化物为过氧化酯交联剂,具体是邻邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯和/或邻邻-叔丁基-邻-异丙基-单-过氧化碳酸酯。
3.根据权利要求1所述太阳能电池封装胶膜,其特征在于,所述紫外线吸收剂为二苯甲酮系紫外线吸收剂,具体是2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-十二烷氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-丙烯酰氧乙氧基二苯甲酮中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1所述太阳能电池封装胶膜,其特征在于,所述光稳定剂为受阻胺系光稳定剂,具体是N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物。
5.根据权利要求1所述太阳能电池封装胶膜,其特征在于,所述抗氧剂为亚磷酸酯系抗氧剂,具体是亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、三(壬基苯基)亚磷酸酯、四(2,4-二叔丁基苯基-4,4’-联苯基)双亚磷酸酯、二亚磷酸季戊二硬脂醇酯、季戊四醇双亚磷酸二(2,4-二特丁基苯基)酯中的一种或两种以上的混合物。
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