CN102863914A - 一种太阳能电池封装胶膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能电池封装胶膜及其制备方法，其组分按照质量份数包括：聚合物树脂100份、极性树脂1-50份、交联固化剂0.5-2份、交联固化促进剂0.05-0.2份、增粘剂0.2-0.6份、抗氧剂0.1-0.5份、紫外光稳定剂0.05-0.25份、紫外光吸收剂0.05-0.25份。其制备包括：（1）按配比将各原料混合均匀，得混合物；（2）将上述混合物倒入挤出机进行混炼塑化得挤出物，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序即得。本发明的封装胶膜具有较高的透光率，能有效抗老化，长时间使用后电绝缘性能基本不变；本发明制备方法的加工效率高，成本低，可规模化生产。

Description

一种太阳能电池封装胶膜及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池封装材料及其制备领域，特别涉及一种太阳能电池封装胶膜及其制备方法。

背景技术

当电力、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实行“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动力。欧洲一些高水平的核研究机构也开始转向可再生能源。在国际光伏市场巨大潜力的推动下，各国的太阳能电池制造业争相投入巨资，扩大生产，以争一席之地。

太阳能光伏发电在不远的将来会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。预计到2030年，可再生能源在总绿色环保节能太阳能能源结构中将占到30%以上，而太阳能光伏发电在世界总电力供应中的占比也将达到10%以上；到2040年，可再生能源将占总能耗的50%以上，太阳能光伏发电将占总电力的20%以上；到21世纪末，可再生能源在能源结构中将占到80%以上，太阳能发电将占到60%以上。这些数字足以显示出太阳能光伏产业的发展前景及其在能源领域重要的战略地位。由此可以看出，太阳能电池市场前景广阔。

太阳能电池又称为“太阳能芯片”或光电池，是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，受到光照，就可以瞬间输出电压及电流。太阳能电池的种类很多，其中单晶硅太阳能电池转换效率最高，技术也最为成熟，规模生产时的效率为18%（截止到2011年），在大规模应用和工业生产中仍占据主导地位，但由于单晶硅***格高，大幅度降低其成本很困难，为了节省硅材料，发展了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜作为单晶硅太阳能电池的替代产品。多晶硅薄膜太阳能电池与单晶硅比较成本低廉，不久将会在太阳能电池市场中占据主导地位。

在太阳能电池的实际应用中，如果硅片直接接触外部环境，其光电转换效率会迅速衰减，而失去使用价值。因此，必须借助一种封装材料对太阳能电池进行保护。本世纪八十年代前，国内外曾试用过液态硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂片(PVB)，均因价格高、施工条件苛刻、物性不好而被淘汰。现在市场上应用最多的封装材料是乙烯-醋酸乙烯酯聚合物（EVA），然而EVA材料在光、热的作用下易降解产生酸性物质，会腐蚀电池片中的金属电极，有可能造成短路或断路，从而使太阳能电池组件损坏。更重要的是，EVA材料由于降解会产生C=C双键，使胶膜变黄，有数据表明，变黄的胶膜会使太阳能电池的光电转换效率大幅度降低。因此，寻找一种具有卓越性能的太阳能电池封装材料成为各生产厂商主要的目标之一。

根据太阳能电池的特点，封装材料必须满足以下几个条件：首先，封装材料必须具有足够高的透光率，以保证封装后的电池组件有较高的光电转换效率；其次，封装材料需要有良好的抗老化能力，以电池长时间的高效率运行；另外，封装材料的电绝缘性能也要达到一定要求，否则也会使电池片在工作时相互影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种太阳能电池封装胶膜及其制备方法，该太阳能电池封装胶膜能有效耐老化、耐水汽渗透，该制备方法操作简单，成本低，加工效率高。

本发明的一种太阳能电池封装胶膜，其组分按照质量份数包括：

聚合物树脂          100份、

极性树脂            1-50份、

交联固化剂          0.5-2份、

交联固化促进剂      0.05-0.2份、

增粘剂              0.2-0.6份、

抗氧剂              0.1-0.5份、

紫外光稳定剂        0.05-0.25份、

紫外光吸收剂        0.05-0.25份。

所述聚合物树脂为α-烯烃的二元共聚物中的一种或几种。

所述的α-烯烃为乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯中的一种或几种。

所述的聚合物树脂具体为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、丁烯-辛烯共聚物中的一种或几种。

所述的极性树脂为极性基团接枝改性功能树脂，或者极性基团多元共聚功能树脂。

所述的极性基团接枝改性功能树脂为极性单体与聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、乙烯和辛烯的共聚物（POE）等树脂的共混接枝改性产物；所述的极性单体为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸酯中的一种或几种。

所述的极性基团多元共聚功能树脂为极性单体与乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯等烯烃单体中的一种或几种共聚形成的多元极性共聚物；所述的极性单体为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸酯中的一种或几种。

所述的极性基团接枝改性功能树脂具体为聚乙烯接枝马来酸酐共聚物、聚乙烯接枝丙烯酸酯共聚物、聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、聚丁烯接枝马来酸酐共聚物、聚丁烯接枝丙烯酸酯共聚物、POE接枝马来酸酐共聚物、POE接枝丙烯酸酯共聚物、POE接枝甲基丙烯酸酯共聚物、聚乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯接枝共聚物、POE-马来酸酐-甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚物中的一种或几种；

所述的极性基团多元共聚功能树脂具体为乙烯-丙烯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-丁烯-马来酸酐三元共聚物、丁烯-辛烯-丙烯酸酯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物中的一种或几种。

所述的聚合物树脂的熔点在70-100℃之间，熔融指数在0.5-30g/10分钟之间，透光率大于80%。

所述的交联固化剂为叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯。

所述的交联固化促进剂为三烯丙基异腈尿酸酯。

所述增粘剂为r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

所述抗氧剂为二（2,4-二枯基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯，二硬酯基季戊四醇二亚磷酸酯，三（壬基苯基）亚磷酸酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯中的一种或几种。

所述紫外光稳定剂为聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇）酯或双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯。

所述的紫外光吸收剂是气相二氧化硅、水杨酸、N-（乙氧基羰基苯基）-N’-甲基-N’-苯基甲醚、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-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-丙烯酰氧基乙氧基二苯甲酮、2-（2’-羟基-3’叔丁基-5’-甲基苯基）-5-氯代苯并***、2-（2H-苯并***-2-基）-4,6-二叔戊基苯酚、2-（2’-羟基-5-甲基苯基）苯并***、2-苯并***-2-基-4,6-二叔丁基苯酚、2-（2H-苯丙苯并***-2-羟基）-4-（叔丁基-6-仲丁基）苯酚、2-（2’-羟基-5-叔辛基苯基）苯并***、2，（2H-苯并***-2-羟基）-4,6-二（1-甲基-1-苯基乙基）苯酚、2,2’-亚甲基双（6-（2H-苯并***-2-基）-4-（1,1,3,3-四甲基丁基））苯酚、2,2’-亚甲基双（6-（2H-苯并***-2-基）-6-十二烷基-4-甲基苯酚中的一种或几种。

本发明的一种太阳能电池封装胶膜的制备方法，包括：

（1）按配比将各原料混合均匀，得混合物；

（2）将上述混合物倒入挤出机进行混炼塑化得挤出物，挤出机温度控制在50-100℃(优选82-88℃)，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序得到耐紫外、耐黄变、抗老化的太阳能电池封装胶膜。

本发明的有益之处体现在：

本发明中的聚合物树脂具有价格低，相对密度小，体积价格低廉，耐热性、耐寒性优异，耐候性、耐老化性良好等优点。

本发明采用的聚合物树脂是具有窄相对分子质量分布和均匀的短支链分布的热塑性聚合物树脂。这种聚合物树脂具有耐老化、耐臭氧、耐化学介质等优异性能，通过对其进行交联，材料的耐热温度能明显提高，永久变形减小，拉伸强度、撕裂强度等主要力学性能都有很大程度的提高。多用途的聚合物树脂能够超过EVA等目前流行的太阳能电池封装胶膜，成为更加性能更加优异，价格更加低廉的封装材料。

本发明在确保封装胶膜与玻璃、TPT的粘结强度达到要求，即聚合物/玻璃为40-55N/cm，聚合物/TPT为38-54N/cm的前提下，选用合适的助剂体系，使其满足以下要求：（1）能够有效降低紫外光等外界因素对聚合物的破坏，延长封装胶膜的户外使用寿命；（2）能够长时间保持较高的电绝缘性，是电池片之间的工作互不影响；（3）保持较高的可见光透过率，减弱了黄变作用。

本发明于针对目前市场上太阳能电池用封装胶膜抗紫外能力不强，耐老化性能不够的缺点，提供一种能有效耐老化、耐水汽渗透、加工效率高、价格低廉的新型聚合物封装材料。

本发明实施例1-5所制备的厚度为0.5毫米胶膜与玻璃、TPT的粘结强度为40-55N/cm、38-54N/cm，其所用标准为GB/T2790-1995。

性能测试方案：

（1）紫外光老化：

按照国际电工委员会标准IEC61345规定要求进行了紫外辐照老化测试，测试条件：

试样表面温度60±5℃，试验时间2000小时

波长：280-400纳米，辐照强度为1.5Kwh/m²

黄变指数（ΔYI）按GB2409-80《塑料黄变指数试验方法》进行分析。

（2）耐湿热老化性能

按GB/T2423.3试验方法进行湿热老化试验

试验条件：温度85℃，相对湿度85%，时间2000小时

黄变指数（ΔYI）按GB2409-80《塑料黄变指数试验方法》进行分析。

（3）热氧老化：

试验条件：温度100℃，时间2000小时

黄变指数（ΔYI）按GB2409-80《塑料黄变指数试验方法》进行分析。

（4）透光率：

按照标准GB/T2410-1980进行测试。

（5）体积电阻率：

按照国家标准GB/T15662-1995相关方法进行测试。

（6）剥离强度：

具体方法是：先在同样压力，不同温度不同真空条件下，将胶膜与玻璃片进行层压粘合，冷却。然后取25毫米宽、300毫米长的层压封装材料，以300毫米/分钟的速度，180°剥离胶膜层，测定胶膜与玻璃之间的剥离力的最大值F(N)，然后计算出剥离强度D。计算公式为：

D=F/2.5

本发明实施例1-5得到的太阳能电池封装胶膜，经过上述测试方法进行测试后的结果见表1：

表1本发明实施例1-5所得产品的测试结果

上述结果证明，此发明所生产的太阳能电池封装胶膜在耐紫外老化、耐黄变、热氧老化、透光率等性能方面，经过连续2000小时的测试后黄变指数都较低。另外，应用本发明所制备出的胶膜，与EVA胶膜相比其体积电阻率有4个数量级的提高，大大提高了封装组件的导电效率和降低了电荷损失率，且对反应粘结性能的剥离强度有40~80%的提高。因此本发明所生产的太阳能电池封装胶膜可以保证组件的使用要求。

有益效果

（1）本发明的太阳能电池封装胶膜能有效耐老化、耐水汽渗透，长时间使用后电绝缘性能基本不变；

（2）本发明的制备方法操作简单，成本低，加工效率高，可规模化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

以100份质量份聚合物树脂乙烯-丁烯共聚物原料中加入5份质量份极性树脂聚乙烯接枝马来酸酐共聚物、1质量份的交联固化剂叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯、0.1质量份的交联固化促进剂三烯丙基异腈尿酸酯、0.5质量份增粘剂r-缩水甘油醚氧丙基三级氧基硅烷、0.2质量份的抗氧剂二（2,4-二枯基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、0.1质量份的紫外光稳定剂聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-1哌啶乙醇）酯和0.1质量份的紫外光吸收剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮混合均匀后投入挤出机进行混炼塑化，挤出机温度控制在83℃，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-1。

实施例2

以100份质量份聚合物树脂乙烯-丙烯共聚物原料中加入2份质量份极性树脂聚丁烯接枝马来酸酐共聚物、1质量份的交联固化剂叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯、0.1质量份的交联固化促进剂三烯丙基异腈尿酸酯、0.5质量份增粘剂r-缩水甘油醚氧丙基三级氧基硅烷、0.2质量份的抗氧剂二（2,4-二枯基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、0.1质量份的紫外光稳定剂聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-1哌啶乙醇）酯和0.1质量份的紫外光吸收剂2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮，混合均匀后投入挤出机进行混炼塑化，挤出机温度控制在82℃，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-2。

实施例3

以100份质量份聚合物树脂乙烯-丁烯共聚物原料中加入10份质量份极性树脂POE接枝丙烯酸酯共聚物、1质量份的交联固化剂叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯、0.1质量份的交联固化促进剂三烯丙基异腈尿酸酯、0.5质量份增粘剂r-缩水甘油醚氧丙基三级氧基硅烷、0.2质量份的抗氧剂三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、0.1质量份的紫外光稳定剂聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-1哌啶乙醇）酯和0.1质量份的紫外光吸收剂N-（乙氧基羰基苯基）-N’-甲基-N’-苯基甲醚混合均匀后投入挤出机进行混炼塑化，挤出机温度控制在88℃，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-3。

实施例4

以100份质量份聚合物树脂乙烯-辛烯共聚物原料中加入25份质量份极性树脂POE-马来酸酐-甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚物、1.4质量份的交联固化剂叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯、0.15质量份的交联固化促进剂三烯丙基异腈尿酸酯、0.6质量份增粘剂r-缩水甘油醚氧丙基三级氧基硅烷、0.5质量份的抗氧剂三（壬基苯基）亚磷酸酯、0.25质量份的紫外光稳定剂聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-1哌啶乙醇）酯和0.25质量份的紫外光吸收剂气相二氧化硅混合均匀后投入挤出机进行混炼塑化，挤出机温度控制在85℃，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-4。

实施例5

以100份质量份聚合物树脂乙烯-丙烯共聚物原料中加入50份质量份极性树脂乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物、0.8质量份的交联固化剂叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯、0.05质量份的交联固化促进剂三烯丙基异腈尿酸酯、0.2质量份增粘剂r-缩水甘油醚氧丙基三级氧基硅烷、0.1质量份的抗氧剂二硬酯基季戊四醇二亚磷酸酯和0.05质量份的紫外光稳定剂双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯和0.05质量份的紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮混合均匀后投入挤出机进行混炼塑化，挤出机温度控制在84℃，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-5。

对比例1

在100份质量份乙烯-乙酸乙酯共聚物（EVA）树脂原料中，加入1质量份的交联固化剂叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯、0.1质量份的交联固化促进剂三烯丙基异腈尿酸酯、0.5质量份增粘剂r-缩水甘油醚氧丙基三级氧基硅烷、0.2质量份的抗氧剂二（2,4-二枯基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、0.1质量份的紫外光稳定剂聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-1哌啶乙醇）酯和0.1质量份的紫外光吸收剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮混合均匀后投入挤出机进行混炼塑化，挤出机温度控制在83℃，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜C-1。

表2实施例1-5中各实施例的组分配方（均为质量份）

Claims (10)

1.一种太阳能电池封装胶膜，其组分按照质量份数包括：

聚合物树脂        100份、

极性树脂          1-50份、

交联固化剂        0.5-2份、

交联固化促进剂    0.05-0.2份、

增粘剂            0.2-0.6份、

抗氧剂            0.1-0.5份、

紫外光稳定剂      0.05-0.25份、

紫外光吸收剂      0.05-0.25份。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述聚合物树脂为α-烯烃的二元共聚物中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述的α-烯烃为乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述的极性树脂为极性基团接枝改性功能树脂，或者极性基团多元共聚功能树脂；

所述的极性基团接枝改性功能树脂为极性单体与聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯或POE的共混接枝改性产物；所述的极性单体为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸酯中的一种或几种；

所述的极性基团多元共聚功能树脂为极性单体与乙烯、丙烯、丁烯、己烯、辛烯中的一种或几种共聚形成的多元极性共聚物；所述的极性单体为马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸酯中的一种或几种；

所述的极性基团接枝改性功能树脂具体为聚乙烯接枝马来酸酐共聚物、聚乙烯接枝丙烯酸酯共聚物、聚丙烯接枝马来酸酐共聚物、聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、聚丁烯接枝马来酸酐共聚物、聚丁烯接枝丙烯酸酯共聚物、POE接枝马来酸酐共聚物、POE接枝丙烯酸酯共聚物、POE接枝甲基丙烯酸酯共聚物、聚乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯接枝共聚物、POE-马来酸酐-甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝共聚物中的一种或几种；

所述的极性基团多元共聚功能树脂具体为乙烯-丙烯-马来酸酐三元共聚物、乙烯-丁烯-马来酸酐三元共聚物、丁烯-辛烯-丙烯酸酯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐三元共聚物中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能电池封装胶膜，其特征在于：

所述的交联固化剂为叔丁基过氧化2-乙基己基碳酸酯；

所述的交联固化促进剂为三烯丙基异腈尿酸酯。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能电池封装胶膜，其特征在于：

所述增粘剂为r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；

所述抗氧剂为二（2,4-二枯基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、二硬酯基季戊四醇二亚磷酸酯、三（壬基苯基）亚磷酸酯、三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述紫外光稳定剂为聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇）酯或双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述的紫外光吸收剂是气相二氧化硅、水杨酸、N-（乙氧基羰基苯基）-N’-甲基-N’-苯基甲醚、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-甲氧基-5-磺酸基二苯甲酮、2,2’-二羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-丙烯酰氧基乙氧基二苯甲酮、2-（2’-羟基-3’叔丁基-5’-甲基苯基）-5-氯代苯并***、2-（2H-苯并***-2-基）-4,6-二叔戊基苯酚、2-（2’-羟基-5-甲基苯基）苯并***、2-苯并***-2-基-4,6-二叔丁基苯酚、2-（2H-苯丙苯并***-2-羟基）-4-（叔丁基-6-仲丁基）苯酚、2-（2’-羟基-5-叔辛基苯基）苯并***、2，（2H-苯并***-2-羟基）-4,6-二（1-甲基-1-苯基乙基）苯酚、2,2’-亚甲基双（6-（2H-苯并***-2-基）-4-（1,1,3,3-四甲基丁基））苯酚、2,2’-亚甲基双（6-（2H-苯并***-2-基）-6-十二烷基-4-甲基苯酚中的一种或几种。

9.如权利要求1所述的一种太阳能电池封装胶膜的制备方法，包括：

（1）按配比将各原料混合均匀，得混合物；

（2）将上述混合物倒入挤出机进行混炼塑化得挤出物，挤出机温度控制在50-100℃，将所得挤出物经流延、压延进行成膜，通过冷却、牵引进行整形，最后通过收卷工序即得。

10.根据权利要求9所述的一种太阳能电池封装胶膜的制备方法，其特征在于：所述挤出机的温度控制在82-88℃。