CN114664962B

CN114664962B - 用光固化液体胶膜粘结封装光伏组件的冷层压生产方法及光伏组件

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Publication number: CN114664962B
Application number: CN202210186818.1A
Authority: CN
Inventors: 何平; 王军
Original assignee: Hangzhou Bomei Culture Co ltd
Current assignee: Hangzhou Bomei Culture Co ltd
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2024-03-08
Anticipated expiration: 2042-02-28
Also published as: CN114664962A

Abstract

本发明公开了一种用光固化液体胶膜粘结封装光伏组件的冷层压生产方法及光伏组件，该冷层压生产方法包括以下步骤：(1)将第一透明板清洗烘干，在第一透明板表面涂布第一层光固化液体胶膜组合物；(2)在第一层光固化液体胶膜组合物上铺设发电层，再在发电层上涂布第二层光固化液体胶膜组合物；(3)在第二层光固化液体胶膜组合物上覆盖第二透明板，抽真空、紫外光照射或电子束辐射固化，再安装好引线及边框即得到光伏组件；所述的第一透明板为面板，第二透明板为背板；或，所述的第一透明板为背板，第二透明板为面板。本发明的冷层压生产方法，能大大缩短组件生产周期，降低光伏发电成本。

Description

用光固化液体胶膜粘结封装光伏组件的冷层压生产方法及光伏组件

技术领域

本发明涉及光伏组件的封装，具体涉及一种用光固化液体胶膜粘结封装光伏组件的冷层压生产方法及光伏组件。

背景技术

光伏组件通常具有五层夹心结构，从上往下依次为光伏玻璃、透明胶膜、电池、胶膜和塑料背板或钢化玻璃。用于封装光伏组件的EVA、POE或PVB胶膜均为固态胶膜，厚度在0.3-1.52毫米范围。

光伏组件的胶膜热层压固化工艺需25-30分钟，几乎占用了光伏组件一半生产时间，严重制约着生产周期和效率。

光伏组件的层压周期主要由固体胶膜的特性所决定，目前所用的封装材料都是固体的热塑性胶膜，必须在层压过程中发生交联反应，包括加热、熔化、充气、层压粘合(140-170℃/15-30分钟)、固化、冷却等多个过程，每一个步骤都不能少，因此增加了生产周期和成本。尽管人们做出了很大努力，但始终无法大幅度降低层压固化时间。

玻璃在钢化过程中常出现波形弯、弓形弯等翘曲缺陷，固体胶膜流动性差，在层压过程中常出现胶膜与玻璃粘结不牢，导致局部脱胶现象。

一条全自动光伏组件生产线的投资约需几亿元，常要求几年折旧完毕，因此，缩短组件层压固化时间，提高生产效率，对降低组件的生产成本和光伏发电成本至关重要。

因此，必须跳出用固体胶膜热层压粘合组件的传统思路，发明新材料和新工艺，才可能大幅度缩短组件生产周期，降低光伏发电成本。

根据现有技术存在的问题，本发明采用光固化液体胶膜封装光伏组件的冷层压工艺，能够大幅度提高组件生产效率。

发明内容

本发明提供了一种用光固化液体胶膜粘结封装光伏组件的冷层压生产方法，能大大缩短组件生产周期，降低光伏发电成本。

本发明的技术方案如下：

一种用光固化液体胶膜粘结封装光伏组件的冷层压生产方法，包括以下步骤：

(1)将第一透明板清洗烘干，在第一透明板表面涂布第一层光固化液体胶膜组合物；

(2)在第一层光固化液体胶膜组合物上铺设发电层，再在发电层上涂布第二层光固化液体胶膜组合物；

(3)在第二层光固化液体胶膜组合物上覆盖第二透明板，抽真空、紫外光照射或电子束辐射固化，再安装好引线及边框即得到光伏组件；

所述的第一透明板为面板，第二透明板为背板；

或，所述的第一透明板为背板，第二透明板为面板。

本发明的冷层压生产方法采用冷层压及辐射固化工艺粘结封装光伏组件，无需高温加热及冷却过程，颠覆了传统热层压工艺，节能效果突出，具有明显的低碳优势；采用光固化液体胶膜代替热塑性固体胶膜，经胶液涂布、抽气、冷层压、辐射固化，能够快速固化封装光伏玻璃和电池层，大大缩短组件生产周期，降低光伏发电成本。

本发明中，可通过常用的方法如丝网印刷法、辊涂法、淋涂法、注射涂布法、喷涂法、旋涂法、浸渍法、刮涂法、棒涂法、灌注法等，把光固化液体胶膜组合物均匀地涂布在光伏玻璃面板表面。

优选的，在涂布光固化液体胶膜组合物之前，对光固化液体胶膜组合物30-100℃进行预热。对光固化液体胶膜组合物进行预热，可以降低组合物的粘度，更便于涂布均匀。

第一层光固化液体胶膜组合物和第二层光固化液体胶膜组合物颜色可以相同，也可以不同。

优选的，第一层光固化液体胶膜组合物和第二层光固化液体胶膜组合物的厚度独立地为0.1-2.0毫米；进一步优选独立地为0.3-1.55毫米。

所述的发电层为发电玻璃(薄膜电池)或晶硅电池组串(晶硅电池)。将发电玻璃或晶硅电池组串按设计要求铺设在第一层光固化液体胶膜组合物表面。

面板和背板均可以为光伏玻璃或透明塑料。

第一透明板、第一层光固化液体胶膜组合物、发电层、第二层光固化液体胶膜组合物以及第二透明板，形成五层夹心结构。

抽真空除去光固化液体胶膜组合物中的气泡，多余的光固化液体胶膜组合物收集起来循环再利用。

脱除了气泡的光固化液体组合物在紫外光或电子束照射下，从组件玻璃正反双面同时光照固化，快速发生光交联固化反应，瞬间变成富有弹性的透明固体胶膜，从而把玻璃面板、发电玻璃或电池片、玻璃背板封装成一个整体。

采用紫外光照射进行固化时，紫外光波长为250-500nm。可以用单波长LED灯光固化，如365nm、385nm、395nm、405nm或两种以上波长的组合，也可以用高压汞灯、碘镓灯、金属卤素灯等紫外灯光固化；照射能量为200-5000mj/cm²。

采用电子束辐射进行固化时，电子束固化能量优选为100-500eV。

紫外光或电子束辐射照射的能量大小取决于玻璃厚度、光固化液体组合物胶膜的厚度及胶膜的颜色。光照能量太大，涂层会发生黄变，还会导致超白玻璃泛黄，从而影响透光率和光电转换效率。

优选的，所述的光固化液体胶膜组合物，包含以下质量百分比的原料：

所述光敏聚合物为折光率在1.50-1.52的光固化聚丁二烯聚合物和/或聚异戊二烯低聚物；

所述光敏剂为自由基型或阳离子型的大分子光敏剂；

所述透明粒子为刚性或弹性固态粒子，折光率为1.49-1.52，粒径为0.05-2.0毫米。

由于透明粒子具有适当的刚度，在固化时通过液体胶中的透明粒子支撑液体胶两侧的光伏玻璃或电池片，控制固化后胶膜的厚度，通过改变所述透明粒子的粒径大小，可直接控制固化胶膜的厚度，可满足不同类型组件的封装需求；采用大分子光敏剂使胶膜光固化过程中不产生小分子物质，无表面迁移、无气泡产生，胶膜透光率高，折光率与玻璃接近，界面反射率低；胶膜具有优异的电绝缘性能、耐水解、耐黄变和耐低温性能，断裂伸长率高。

所述的光敏聚合物含量优选为45-75％。

所述的光敏聚合物为聚丁二烯丙烯酸酯、聚丁二烯聚氨酯丙烯酸酯、氢化聚丁二烯聚氨酯丙烯酸酯、环氧当量为200-800的环氧基聚丁二烯低聚物、聚异戊二烯二丙烯酸酯中的至少一种。

所述的聚丁二烯/异戊二烯丙烯酸酯可选自大阪有机化学工业株式会社的BAC-15、BAC-45，PIPA(聚异戊二烯二丙烯酸酯)，沙多玛公司的CN301、CN302、CN303、Ricary3801等；所述的聚丁二烯聚氨酯丙烯酸酯可选自广州润奥化工公司的FSP8002，戴马斯(Dymax)的BR-643，中山千佑公司的UV7697、UV7698(折光率1.51)；所述的氢化聚丁二烯聚氨酯丙烯酸酯可选自沙多玛公司的CN9014，戴马斯(Dymax)的BR-641D、BR641D、BR-641E等；所述的环氧基聚丁二烯低聚物可选自沙多玛公司的PolyBD-600E、605E等树脂中的至少一种。

光活性单体主要用于调节液体胶膜的粘度和固化胶膜的性能。所述的光活性单体为常用的低极性、低粘度、1-3官能度的不饱和丙烯酸酯化合物，可选自异冰片丙烯酸酯(IBOA)、丙烯酸异葵酯(IDA)、丙烯酸异辛酯(IOA)、异冰片甲基丙烯酸酯(IBOMA)、3,3,5-三羟甲基环己基丙烯酸酯(TMCHA)、己内脂丙烯酸酯(K-CA)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)、三(乙)丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等单体中的至少一种。

光固化液体胶膜厚度较大，固化膜内若含有挥发性小分子物质，无法很快挥发出去，会迁移至胶膜表面，还会导致真空抽气过程中形成气泡，严重影响胶膜的透光率和封装质量。

大部分自由基型小分子光敏剂光解后都会分解出小分子，如丙酮、甲醛、乙醛、苯甲醛、甲酸乙酯等挥发性物质，小分子碎片还会向涂层表面迁移，不但使固化膜气味难闻，还会使胶膜的透光率降低，影响胶膜与电池片及光伏玻璃的粘结强度。本发明的光敏剂为自由基型或阳离子型大分子光敏剂，大分子光敏剂光分解后无小分子气体产生，不会在胶膜中形成小气泡，具有低气味、低迁移、高速光固化特性，尤其适合于厚涂层及食品包装产品的应用。

通过紫外光照射进行固化时，光敏剂含量不为0；通过电子束辐射进行固化时，光敏剂含量可以为0。

优选的，所述的光敏剂为KIP系列大分子光敏剂、大分子二苯甲酮光敏剂、大分子硫杂蒽酮光敏剂、大分子氨基苯乙酮光敏剂、大分子苯甲酰甲酸酯光敏剂、大分子圬酮酯光敏剂、大分子酰基磷化氧光敏剂、大分子胺烷基酮光敏剂、大分子阳离子光敏剂和大分子助引发剂中的至少一种。

进一步的，所述的光敏剂选自IGM公司的2-羟基-2-甲基-1-(4-甲基乙烯基-苯基)丙酮KIP150，北京英力科技发展有限公司的聚合哌嗪基α-氨基苯乙酮(polymeric 910)、聚合哌嗪基苯乙酮(PPA)，奇钛科技股份有限公司的大分子α-羟基酮Chivacure150、Chivacure160及Chivacure300，大分子碘鎓光敏剂CD1012、Uvacure1590中的至少一种。

所述的透明粒子为具有一定形状、刚度和粒径范围、折光率与玻璃(1.51-1.52)接近的高透明度颗粒，含量0.1-10％。

优选的，透明粒子为玻璃颗粒、透明树脂颗粒(如交联的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)树脂颗粒)、由光固化后的光固化液体胶膜裁切成的颗粒或由折光率为1.49-1.52的透明塑料薄膜裁切成的颗粒。

透明粒子的形状可以是球形、立方体、片状或纤维状，粒径或厚度范围为0.05-2.0毫米。

透明粒子可以是热塑性，也可以热固性的。

优选的，所述的透明粒子的粒径为0.30-1.52毫米；折光率为1.51-1.52；形状为球形或立方体；质量百分比为0.5-5.0％。

透明粒子、封装胶膜的折光率影响着玻璃-封装层界面以及硅-减反射膜(ARC)-封装层界面的反射损失，因此，透明粒子、光固化液体胶膜与光伏玻璃的折光率越接近，阳光的界面反射损失越小，光伏组件的发电效率越高。

把含有透明粒子的光固化液体胶膜组合物涂布在玻璃表面，悬浮在胶液中的透明颗粒，起支撑发电玻璃或电池片的作用，避免光固化液体胶液被挤压出去。透明粒子的大小，还决定着胶膜的厚度，粒子越小，胶膜越薄，反之胶膜越厚。通过改变粒子的尺寸，可以控制光固化液体胶膜的厚度，满足不同厚度玻璃的粘结强度要求。

所述的附着力促进剂为市售的硅烷偶联剂和丙烯酸酯磷酸酯中的至少一种，含量为1-5％。

进一步的，所述的附着力促进剂优选自氨基硅烷偶联剂r-氨丙基甲基二乙氧基硅烷KH902等，环氧基硅烷偶联剂r-缩水甘油醚氧丙基三甲基硅烷KH-560等，丙烯酰基硅烷偶联剂KH-570r-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等；烷基改性丙烯酸酯磷酸酯如广州谨诚化工科技公司的长链烷基改性丙烯酸酯磷酸酯KM2110、KM2130、KM2140、KM2160等。

所述附着力促进剂可直接加入光固化组合物中，用于改善固化胶膜与玻璃或晶硅电池片附着力及耐水性能，也可以用硅烷偶联剂对透明粒子的表面预处理，以改善粒子与液体胶膜树脂的粘结性能，处理方法可按硅烷偶联剂处理填料的常规方法进行。

除上述五种成分外，所述的光固化液体胶膜组合物中还可以含有颜料、紫外光吸收剂、耐黄变添加剂、消泡剂等组分。

所述的颜料可以是无机颜料、有机颜料中的任意一种或多种组合，含量为0-12％，如珠光粉、酞青颜料等。

所述的光固化液体胶膜组合物的制备方法包括：

将各原料按比例称量、混合、搅拌均匀，经真空脱泡后即得到所述的光固化液体胶膜组合物；

或，

将透明粒子用附着力促进剂进行表面预处理；

将表面预处理后的透明粒子与除透明粒子外的其余各原料按比例称量、混合、搅拌均匀，经真空脱泡后即得到所述的光固化液体胶膜组合物。

本发明还提供了一种通过上述冷层压生产方法生产的光伏组件。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用光固化液体胶膜代替固体胶膜，通过冷层压及辐射固化工艺，快速粘结封装光伏组件，大大缩短了生产周期，提高了生产效率，能够显著降低光伏发电成本；

(2)本发明的冷层压及辐射固化工艺无需高温加热及冷却过程，颠覆了传统热层压工艺，大大节省了生产能耗，具有突出的低碳优势；

(3)通过改变胶液中透明粒子的大小，直接控制固化胶膜的厚度，能够满足不同类型组件的封装需求；

(4)光固化胶膜透光率高、折光率与玻璃接近，界面反射率低，具有优异的电绝缘性能、抗水解、耐酸碱耐黄变和耐低温性，断裂伸长率高。

附图说明

图1为光固化液体胶膜冷层压工艺流程示意图。

具体实施方式

图1为以薄膜电池为例，本发明冷层压生产方法的流程示意图。

实施例1

光固化液体胶膜配方为：

将上述配方中各组分搅拌均匀、真空脱泡后得到光固化液体胶膜组合物，折光率1.518，预热至60℃进行涂布，先涂布第一层液体胶膜组合物于玻璃背板表面，涂层厚度0.76毫米，铺设电池层，再涂第二层液体胶膜组合物于电池层表面，厚度0.76毫米，覆盖玻璃面板，真空脱泡后UV光固化，照射时间110秒，照射能量1800mj/cm²，得到封装好的玻璃，安装好引线及边框即得到光伏组件。

实施例2

将上述配方中各组分搅拌均匀、真空脱泡后得到光固化液体胶膜组合物，折光率1.52，预热至50℃进行涂布，先涂布第一层液体胶膜于玻璃面板表面，覆盖发电层，再涂布第二层液体胶膜，涂层厚度1.5毫米，铺设好玻璃背板，真空脱泡后UV光固化，照射时间160秒，照射能2500mj/cm²，得到封装好的玻璃，安装好引线及边框即得到光伏组件。

实施例3

将上述配方中各组分搅拌均匀、真空脱泡后得到光固化液体胶膜组合物，折光率1.52，预热至60℃进行涂布，涂布方法同实例2，涂层厚度0.38毫米，铺设好玻璃背板，真空脱泡后UV光固化，照射时间80秒，照射能量1300mj/cm²，得到封装好的玻璃，安装好引线及边框即得到光伏组件。

透明光固树脂粒子D038制作方法：将实例3的组合物涂布成厚度0.38厚度的薄膜，真空脱泡后UV光固化、光固化能量为1000mj/cm²，用激光刀裁切成边长0.38毫米、折光率1.52的透明立方颗粒，作为填料加入上述光固化组合物中。

实施例4

将上述配方中各组分搅拌均匀、真空脱泡后得到光固化液体胶膜组合物，预热至60℃进行涂布，涂布方法同实例2，涂层厚度0.30毫米，铺设好玻璃背板，真空脱泡后UV光固化，照射时间60秒，照射能量1000mj/cm²，得到封装好的玻璃，安装好引线及边框即得到光伏组件。

透明EVA树脂粒子D030制作方法：将0.30毫米厚度的市售EVA胶膜加热固化，变成透明薄膜，用激光刀裁切成边长0.30毫米的透明立方颗粒，作为填料加入上述光固化组合物中。

对比例1

将实例3中大分子光敏剂替换成等量的小分子光敏剂1173，其余组分不变，照射时间80秒，照射能量1300mj/cm2，同等条件下制作光伏组件。

对比例2

将实例3中的氢化聚丁二烯聚氨酯丙烯酸酯BR-641D替换成湛新公司的2官能聚氨酯丙烯酸酯EB230，其余组分不变，同等条件下制作光伏组件。

对比例3

将实例3中的光固化液体胶膜替换成同样厚度EVA胶膜，用传统热层压方法(145℃/25分钟)生产光伏组件。

对比例4

将实例3中的光固化液体胶膜替换成同样厚度的POE胶膜，用传统的热层压方法(155℃/25分钟)生产光伏组件。

对比例5

将实例3中的光固化液体胶膜替换成同样厚度的PVB胶膜，用传统高压釜热层压(170℃/30分钟)生产同样的光伏组件。

光固化液体封装胶膜性能评价方法

实例1-4与对比例1-5性能测试结果见表1。

表1光固化液体封装胶膜性能测试结果

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用光固化液体胶膜粘结封装光伏组件的冷层压生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述的第一透明板为面板，第二透明板为背板；

或，所述的第一透明板为背板，第二透明板为面板；

所述的光固化液体胶膜组合物，包含以下质量百分比的原料：

所述光敏剂为自由基型或阳离子型的大分子光敏剂；

2.根据权利要求1所述的冷层压生产方法，其特征在于，第一层光固化液体胶膜组合物和第二层光固化液体胶膜组合物的厚度独立地为0.1-2.0毫米。

3.根据权利要求1所述的冷层压生产方法，其特征在于，采用紫外光照射进行固化时，紫外光波长为250-500nm；照射能量为200-5000mj/cm²；

4.根据权利要求1所述的冷层压生产方法，其特征在于，所述的光敏聚合物为聚丁二烯丙烯酸酯、聚丁二烯聚氨酯丙烯酸酯、氢化聚丁二烯聚氨酯丙烯酸酯、环氧当量为200-800的环氧基聚丁二烯低聚物、聚异戊二烯二丙烯酸酯中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的冷层压生产方法，其特征在于，所述的光敏剂为KIP系列大分子光敏剂、大分子二苯甲酮光敏剂、大分子硫杂蒽酮光敏剂、大分子氨基苯乙酮光敏剂、大分子苯甲酰甲酸酯光敏剂、大分子圬酮酯光敏剂、大分子酰基磷化氧光敏剂、大分子胺烷基酮光敏剂、大分子阳离子光敏剂和大分子助引发剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的冷层压生产方法，其特征在于，透明粒子为玻璃颗粒、透明树脂颗粒、由光固化后的光固化液体胶膜裁切成的颗粒或由折光率为1.49-1.52的透明塑料薄膜裁切成的颗粒。

7.根据权利要求1或6所述的冷层压生产方法，其特征在于，所述的透明粒子的形状为球形、立方体、片状或纤维状。

8.根据权利要求1所述的冷层压生产方法，其特征在于，所述的光固化液体胶膜组合物的制备方法包括：

或，

将透明粒子用附着力促进剂进行表面预处理；

9.一种光伏组件，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的冷层压生产方法生产得到。