CN102863915A

CN102863915A - 一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜及其制备方法

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Publication number: CN102863915A
Application number: CN2012103393906A
Authority: CN
Inventors: 张发饶
Original assignee: NINGBO WECREAT FUNCTION PLASTICS Co Ltd
Current assignee: NINGBO WECREAT FUNCTION PLASTICS Co Ltd
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2032-09-14
Also published as: CN102863915B

Abstract

本发明涉及一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜及其制备方法，该胶膜的组分按质量份数包括：聚合物树脂100份、极性树脂1-50份、交联固化剂0.8-1.4份、交联固化促进剂0.05-0.15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，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。本发明的太阳能电池封装用胶膜的户外使用寿命长，且透光率高、韧性好、收缩率低；本发明的制备方法成本低，操作简单。

Description

一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜及其制备方法

技术领域

本发明属于太阳能电池封装用胶膜及其制备领域，特别涉及一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜及其制备方法。

背景技术

随着资源的紧缺、环境的恶化和能源成本的持续增长，使得众多国家将注意的目光转向了可再生型系能源，其中太阳能备受重视。不管从资源的数量、分布的普遍性，还是从情节性、技术的可靠性来看，太阳能都比其他可再生能源更具有优越性，是一种取之不尽用之不竭的无碳排放绿色能源，而太阳能电池就是太阳能利用的一个主要方向。

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胶膜仍然存在易黄变，抗紫外老化性不足等缺点。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紫外老化性能和光热稳定性，以电池长时间的高效率运行；另外，封装材料的耐湿气渗透性也要达到一定要求，否则电池片在水汽的侵蚀下也会失去其光电转换能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜及其制备方法，该太阳能电池封装用胶膜使用寿命长、透光率高，且韧性好、收缩率低，该制备方法操作简单，可规模化生产。

本发明的一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜，其组分按质量份数包括：

聚合物树脂 100份、

极性树脂 1-50份、

交联固化剂 0.8-1.4份、

交联固化促进剂 0.05-0.15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。

所述紫外光吸收剂为金红石型二氧化钛或气相二氧化硅。

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、丙烯-辛烯共聚物、丙烯-己烯共聚物、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或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。

所述的增粘剂为r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

所述的抗氧剂为二（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）亚磷酸酯和三（2,4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯中的一种或几种。

所述的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。

本发明的一种抗紫外老化太阳能电池封装用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，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，最后通过收卷工序即得耐紫外、耐黄变、抗老化的太阳能电池封装胶膜。

本发明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，提供一种能有效抗紫外、耐黄变、耐老化的聚合物封装材料。

本发明具有如下特点：

1.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。

2.本发明与传统产品相比，采用金红石型纳米二氧化钛或无极纳米级气相二氧化硅为紫外光吸收剂，避免了传统产品用二苯基酮类吸收剂与过氧化物自由基之间的反应。反应产生的魏生色基团醌，如：

金红石型纳米TiO₂是一种新型的无机纳米半导体材料，具有显著的纳米效应、表面和界面效应以及量子尺寸效应，其尺寸与紫外光波长、德布罗意波长及超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小，此时周期性边界条件将被破坏，材料产生特殊的光学性能。宏观上金红石型纳米TiO₂在太阳光谱的紫外区有很大的吸收，具有优异的紫外光屏蔽特性，它能够通过超细化后的大比表面和界面漫散射掉进入封装胶膜内的少部分紫外线，并通过电子跃迁吸收大部分紫外线能量后再通过电子-空穴对的复合以振动热或荧光等其它形式释放，避免了聚合物分子链吸收高能的紫外线后发生断裂。另一方面，金红石型纳米TiO₂对紫外线的吸收作用有效地保护了有机紫外光稳定剂，使得它们能够在更长的时间内发挥效能，减缓封装材料的老化速度。

气相二氧化硅的独特结构使得在紫外-可见光范围内具有较强的光反射性，但在波长=230纳米附近有一强度不一的吸收峰，减弱了紫外光的透光率，对300纳米以下的紫外光吸收和反射达到100%，因此提高了封装胶膜的耐紫外光老化性能。并且，由于气相二氧化硅性能稳定，不与本体系中的其他有机物反应，因此没有生色团基团的生成。

本发明在确保聚合物封装胶膜与玻璃、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，使其满足一下要求：（1）能够有效降低紫外光对聚合物的破坏，延长封装胶膜的户外使用寿命；（2）能够有效减少进入背板的紫外光，增加背板的使用寿命；（3）减少或者除去了有机紫外光吸收剂的用量，使得有机紫外光吸收剂在使用过程中产生的有色基团大大减少，从而是透光率保持在较高的水平；（4）共混的无机纳米粒子作为物理交联点能有效增强胶膜的韧性，并降低收缩率。

本发明的实施例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

（3）热氧老化：

试验条件：温度100℃，时间2000小时

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、耐黄变和热氧老化等性能方面，经过连续2000小时的测试后黄变指数都是比较低的，因此本发明所生产的太阳能电池封装胶膜可以保证组件使用寿命达到30年以上。

有益效果：

（1）本发明的太阳能电池封装用胶膜能够有效降低紫外光对聚合物的破坏，延长封装胶膜的户外使用寿命；能够有效减少进入背板的紫外光，增加背板的使用寿命；且透光率高、韧性好、收缩率低；

（2）本发明的制备方法成本低，操作简单，可规模化生产。

附图说明

图1为本发明中所采用的金红石型钛白粉的水悬浮液紫外-可见光吸收光谱（a）和透射光谱（b）。

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份质量份丙烯-辛烯共聚物原料中加入5重量份的极性树脂POE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质量份的抗氧剂二硬酯基季戊四醇二亚磷酸酯、0.25质量份的紫外光吸收剂金红石型钛白粉和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，最后通过收卷工序即制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-1。

实施例2

以100份质量份乙烯-丙烯共聚物原料中加入10重量份的极性树脂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（壬基苯基）亚磷酸酯、0.25质量份的紫外光吸收剂金红石型钛白粉和0.1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，最后通过收卷工序即制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-2。

实施例3

以100份质量份乙烯-丁烯共聚物原料中加入20重量份的极性树脂聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、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、0.25质量份的紫外光吸收剂气相二氧化硅和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）酯混合均匀后投入挤出机进行混炼塑化，挤出机温度控制在86℃，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份质量份乙烯-辛烯共聚物原料中加入30重量份的极性树脂乙烯-丙烯-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、0.5质量份的抗氧剂二（2,4-二枯基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、0.15质量份的紫外光吸收剂金红石型钛白粉和0.25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，最后通过收卷工序即制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-4。

实施例5

以100份质量份乙烯-丙烯共聚物原料中加入50重量份的极性树脂聚乙烯-马来酸酐-丙烯酸酯接枝共聚物、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、0.1质量份的抗氧剂二（2,4-二枯基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯、0.05质量份的紫外光吸收剂气相二氧化硅和0.05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，最后通过收卷工序即制得厚度为0.5毫米的太阳能电池封装胶膜F-5。

表2实施例1-5中各实施例的组分配方（均为质量份）

Claims

1.一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜，其特征在于：该太阳能电池封装用胶膜的组分按质量份数包括：

聚合物树脂 100份、

极性树脂 1-50份、

交联固化剂 0.8-1.4份、

交联固化促进剂 0.05-0.15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所述的一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜，其特征在于：所述紫外光吸收剂为金红石型二氧化钛或气相二氧化硅。

3.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。

4.根据权利要求3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。

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；

6.根据权利要求1中任一所述的一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜，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。

7.根据权利要求1中任一所述的一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜，其特征在于：所述的增粘剂为r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷；

所述的抗氧剂为二（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。

8.根据权利要求1中任一所述的一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜，其特征在于：所述的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。

9.如权利要求1所述的一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜的制备方法，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，挤出机温度控制在50-100℃，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。

10.根据权利要求9所述的一种抗紫外老化太阳能电池封装用胶膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的挤出机的温度控制在82-88℃。