CN101928425B - 树脂组合物及含有该树脂组合物的太阳能电池组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种树脂组合物及含有该组合物的太阳能电池组件，该树脂组合物由树脂基体和重量为所述树脂基体重量的0.01％～40％的添加剂组成，以所述树脂基体总重量为基准，所述树脂基体由树脂A 30％～90％和树脂B10％～70％混合而成，其中，树脂A为聚乙烯，乙烯与碳数3～10的α-烯烃的共聚物或它们的混合物，树脂A的密度为0.910g/cm3～0.940g/cm3、熔点为110℃～127℃；树脂B为乙烯与极性基含有单体的共聚物，树脂B的熔点为75℃～105℃，且所述树脂基体中，基于所述极性基含有单体的树脂含量为2％～20％。本发明树脂组合物形成的树脂板可以直接作为太阳能电池组件的封装用树脂板或粘着剂，不需要通过后续交联反应即可获得满足太阳能电池组件使用要求的热熔性、粘接性以及耐热性。
Description
技术领域
本发明涉及一种树脂组合物及含有该树脂组合物的太阳能电池组件。
背景技术
近些年来，太阳电池备受关注。通常，太阳电池组件按照玻璃板等透明前面基板、前面封装用树脂板(前板)、单晶或多晶硅半导体等发电元件、背面封装用树脂板(背板)、塑料层压板等背面保护板的顺序重叠，在真空下加热加压，层压一体化制造而成。
其中，制造上述组件时，封装用树脂板必须保持良好的热融性、封装性、粘着性，使用时要保持90℃以上的耐热性、电绝缘性、隔水性、耐气候(光)性、粘着性，而且，前面封装树脂板要求具备透明性。为满足这些条件，封装用树脂板要使用乙烯等烯烃单体和醋酸乙烯酯、α-丙烯酸或其衍生的单体的共聚树脂，封装后，与过氧化物，有时要并用多功能不饱和化合物进行热交联反应和利用烷氧甲硅烷基进行水交联反应，同时确保熔化-封装性和使用时的耐热性(参见日本特开2006-36875和日本特开2009-94320)。然而，为了在常温下引发上述的热交联和水交联反应，封装用树脂板的熔化、封装、粘着等特性要随时变化，可以使用的时间段受到限制。此外，虽然背面保护板和封装用树脂板的粘着剂可以使用上述与封装用树脂相同的树脂，但有时还是会产生与上述相同的问题。制造时，为了使这些树脂板不发生交联反应，必须进行保管，而且也要对制造后的板进行保管非常繁琐。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可用于形成太阳能电池组件的封装树脂板或粘着剂的树脂组合物，该树脂组合物制成的封装树脂板或粘着层无需通过交联反应，即可获得满足太阳能电池组件封装时的热融性、粘接性以及太阳能电池所需的耐热性。
本发明同时还要提供一种太阳能电池组件，其制造工艺简便。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：一种用于形成太阳能电池组件封装用树脂板或在太阳能电池组件中作为粘着剂的树脂组合物，该树脂组合物由树脂基体和重量为所述树脂基体重量的0.01％～40％的添加剂组成，以所述树脂基体总重量为基准，所述树脂基体由树脂A 30％～90％和树脂B 10％～70％混合而成，其中，树脂A为聚乙烯，乙烯与碳数3～10的α-烯烃的共聚物或它们的混合物，树脂A的密度为0.910g/cm3～0.940g/cm3、熔点为110℃～127℃；树脂B为乙烯与极性基含有单体的共聚物，树脂B的熔点为75℃～105℃，且所述树脂基体中，基于所述极性基含有单体的树脂含量为2％～20％。
根据本发明，所述的α-烯烃可以为选自丁烯、戊烯、4-甲基戊烯、己烯、辛烯中的一种或多种。极性基含有单体可以为选自醋酸乙烯、丙烯酸、异丁烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、马来酸酐中的一种或多种。优选地，所述树脂基体中，基于极性基含有单体的树脂含量为5％～15％。
优选地，由所述树脂组合物形成的板在190℃下的熔化流率为0.5g/10分～15g/10分。
根据本发明的一个方面，所述添加剂包括添加量为树脂基体总重量的0.01％～40％的紫外线吸收剂或紫外线阻挡剂。优选地，所述添加剂还包括硅烷偶联剂，其添加量为树脂基体总重量的0.001％～4％，另外，所述添加剂还可以包括结晶成核剂例如二氧化硅，且结晶成核剂的添加量为树脂基体总重量的0.1％～1.1％。
本发明采取的又一技术方案是：一种太阳能电池组件，其包括顺序重叠的透明的前板玻璃、前封装用树脂板、光电转化元件、背面封装用树脂板以及背面保护板，其中，背面封装用树脂板由本发明上述的树脂组合物制成。
根据本发明，所述树脂组合物制成的树脂板可直接用作光电转化元件与背面保护板之间的粘着剂。
由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、本发明树脂组合物形成的树脂板可以直接作为太阳能电池组件的封装用树脂板或粘着剂，不需要通过后续交联反应即可获得满足太阳能电池组件使用要求的热熔性、粘接性以及耐热性。此外，本发明树脂组合物的抗紫外线性能较好。
2、本发明的太阳能电池组件的背面封装用树脂板由本发明树脂组合物制成，在组装时，可以利用粘着剂将树脂板粘接于背面保护板上或在背面保护板的表面直接熔化挤压即可，不需要通过后续交联反应，解决了现有树脂板的保管问题，工艺更为简便。
3、本发明的太阳能电池组件的耐热性优异、牢靠，抗紫外线性能较好，因而使用寿命长。
具体实施方式
根据本发明的树脂组合物中，树脂A为聚乙烯或乙烯和碳数为3～10的α-烯烃的共聚物，其中，α-烯烃包括但不限于丁烯、己烯、辛烯、4-甲基戊烯等。由于树脂采用通用的基于高压自由基聚合法、有机金属催化剂和金属茂催化剂的离子聚合法制造，所以可以直接使用市面上销售的产品。树脂A的密度为0.910～0.940g/cm3，熔点在110～127℃范围内。密度低于0.910g/cm3的树脂制造困难，而超过0.940g/cm3的树脂会变硬，无法用于封装和粘着，而且透明性也会降低，无法满足前面所述封装用树脂的要求。熔点如果低于110℃，就无法满足太阳电池组件运作时所需的耐热性，如果高于127℃，在通常的封装温度下就无法进行充分的封装，封装性、粘着性和透明性都达不到要求。
根据本发明的树脂组合物中，树脂B为乙烯和极性基含有单体的共聚物。极性基含有单体包括但不限于醋酸乙烯、丙烯酸、异丁烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、马来酸酐等。应当理解，树脂B不仅包括乙烯与极性基含有单体直接聚合得到的共聚物，还包括了乙烯与极性基含有单体在聚合反应时衍生的共聚物，例如乙烯在与醋酸乙烯共聚时，在聚合反应中衍生的乙烯醇共聚物和聚乙烯醇缩丁醛等有应当包含在树脂B的涵义之内。树脂B的熔点在75℃～105℃范围内。熔点低于75℃的树脂即使与树脂A混合，也无法满足太阳电池组件使用时所需的耐热性。熔点超过105℃的树脂，则无法满足对太阳电池元件的粘着性。
上述树脂A和B，可以通过众所周知的熔化挤压法制成板，或者，也可以预先将A和B混合挤压，制成塑料颗粒。本发明中，树脂A与树脂B的混合重量比为90/10～30/70。如果重量比高于90/10，再熔化封装树脂板时，封装性就会降低，而且，透明性和对太阳电池元件的粘着性也会降低。另一方面，如果树脂A和树脂B的重量比低于30/70时，就无法满足太阳电池组件所需的耐热性。所形成的树脂板中基于极性基含有单体的树脂含量，会对树脂板和太阳电池组件中的封装树脂层的特性产生影响，基于极性基含有单体的树脂含量在一般情况下为2％～20％。如果低于2％，封装性和对太阳电池元件的粘着性就会降低，如果超过20％的重量比，就无法满足太阳电池组件运作时所需的耐热性。基于极性基含有单体的树脂含量最好为5％～15％。
再熔化本发明的树脂板时，190℃下的熔化流率在0.5g/10分～15g/10分的范围内，最好在1g/10分～10g/10分的范围内。如果低于0.5g/10分，制造太阳电池的封装工序中，就无法在不产生气泡的情况下均匀封装，如果超过15g/10分，封装工序中挤出的树脂就会过多。
本发明树脂组合物所形成的树脂板，特别用作前板时，需具备透明性。为改进透明性，优选向树脂A和树脂B组成的树脂基体中添加结晶成核剂，结晶成核剂包括山梨醇类的双(p-苯亚甲基)山梨醇、二氧化硅等，其添加量为树脂基体的重量0.1％～1.1％。一般情况下，预先制作含有高浓度结晶成核剂的塑料颗粒，并与不含结晶成核剂的塑料颗粒混合挤压成形即可。塑料颗粒中同时可以含有其它添加剂。优选地，添加剂还包括紫外线吸收剂或抗紫外辐射剂例如氧化钛，并在同时添加针对紫外线吸收剂或抗紫外辐射剂对太阳能电池元件的粘合增进剂例如硅烷偶联剂，硅烷偶联剂的一般加入量为树脂基体重量的0.001％～4％。
根据本发明，优选将由树脂组合物形成的树脂板用于太阳能电池组件用背面保护板上，在背面保护板生产时使用粘着剂将树脂板粘在基膜(如聚酯或其它基材)上，此处可选择的粘着剂包括聚酯类树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯(或异氰酸酯)树脂、乙烯树脂、环氧树脂、尿素树脂、密胺树脂等，这些树脂可以单独使用，也可以两种以上同时并用。或者，也可以不使用粘着剂，而通过将树脂组合物热熔流延到基膜上构成背面保护板。此外，还可通过在背面保护板的表面直接熔化挤压该树脂组合物，并进行涂膜和层压，从而形成一体化树脂板，取替组件层压时使用的EVA胶膜。这些情况下，在背面保护板的表面进行电晕处理、等离子处理、火焰处理等物理处理，可以改善粘着性，还可以涂敷粘着剂。
太阳电池组件用背面保护板要求电绝缘性、耐热性、耐水性树脂具备粘着性、耐光性、隔水性等多项功能，单个板很难满足这些要求，需使用多个合成树脂膜(板)和层压了涂层的复合板。一般情况下，以电绝缘性、耐热性优异的厚的合成树脂膜(板)为主材料，其单面或双面适当地层压了耐气候性优异的膜或涂层、隔水性优异的膜材料、对组件封装树脂的粘着性优异的膜(板)或涂层等。
膜(板)的主材料有聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚环己乙醇酯、芳香族聚酯，聚碳酸酯、烷基酰胺、芳香族聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚醚、聚苯醚以及这些物质的共聚树脂、混合树脂、树脂合金。
耐气候性优异的膜或涂层包括氟树脂例如聚氟乙烯、聚偏氟乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-羧丁基乙烯醚共聚物、三氟氯乙烯-羧丁基乙烯醚共聚物、氟化亚乙烯基-羧丁基乙烯醚共聚物等；硅树脂例如聚甲基硅氧烷、聚苯基硅氧烷、聚(甲基-苯基硅氧烷)等；丙烯酸树脂例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈等，以及，氟树脂、硅树脂、丙烯酸树脂的共聚树脂、混合树脂、树脂合金、与交联剂的硬化物等。
隔水性优异的膜材料包括铝箔等金属箔，偏二氯乙烯树脂、三氟氯乙烯树脂的膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等合成树脂膜，还有无机氧化物薄膜、偏二氯乙烯树脂、聚三氟氯乙烯树脂等有机树脂涂层的膜。而且，由这些无机氧化物薄膜和涂层构成背面保护板的上述膜(板)上可以直接或通过粘着剂层层压。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。实施例中描述的测量值是按照以下方法测量的：
熔点：JIS K7121
密度：JIS K7112
熔化流率：JIS K6922-2
实施例1
本实施例提供一种用作太阳能电池组件的背板的树脂板，树脂板的原料即树脂组合物包括聚乙烯(扬子石化LLDPE 7042：熔点121℃、密度0.918g/cm3)39.2％、乙烯-醋酸乙烯共聚树脂(北京燕山树脂EVA-14-2：熔点95℃、醋酸乙烯单元14％)55.9％、氧化钛(杜邦制)2.45％、硅烷偶联剂2.45％。
树脂板的制造过程如下：
(1)、塑料颗粒的制造：将聚乙烯30kg、乙烯-醋酸乙烯共聚树脂10kg、氧化钛(R-706)30kg以及30kg硅烷偶联剂，在170℃～180℃下熔化捏合挤压，制成塑料颗粒。
(2)、树脂板的制造：将聚乙烯40kg、乙烯-醋酸乙烯共聚树脂60kg、步骤(1)所得塑料颗粒9kg，通过接驳T型槽的熔化挤压机，在245℃～250℃下挤压，然后在40℃的冷却辊的上面进行制膜。从冷却辊剥离的同时，以30m/分的速度卷绕，制成厚80μm的树脂板。本板的熔化流率为2.4g/10分。
将上述树脂板与太阳能电池组件用背面保护板、前面封装用树脂板贴合制得贴合板，具体过程如下：
(1)、在250μm的丙烯基树脂涂层耐气候性聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的反涂层面上涂敷共聚型聚酯树脂(东洋纺，拜伦560)1kg和多功能异氰酸酯(旭化成化学TPA90SB)0.1kg溶于乙酸乙酯的粘着剂，然后在100℃下干燥5分钟(粘着剂层厚15μm)，最后使用80℃的压辊贴合上述树脂板，接下来，在80℃下硫化50小时，得到层压粘着剂层的太阳能电池组件用背面保护板与树脂板的复合板。
(2)、步骤(1)所得复合板与前面封装用树脂板的贴合：在玻璃板上重叠透明粘着剂层(普利司通，标准硫化型)构成前面封装用树脂板，然后对准上述复合板的所述树脂板的面，在150℃和3kg/cm2的条件下压接贴合得贴合板。
以10cm/分的速度拉拽太阳电池组件用背面保护板，使贴合板的前面封装树脂面与树脂板面之间，进行180度剥离，测得剥离强度为107N/cm(25℃)。
实施例2
本实施例提供一种用作太阳能电池组件的背板的树脂板，其制造过程如下：使用聚乙烯(台塑美国LLDPR L42022E2：熔点124℃、密度0.919g/cm3)40kg、乙烯-丙烯酸乙酯共聚树脂(日本聚乙烯7350F：熔点84℃、醋酸乙烯占18％)60kg、实施例1中的塑料颗粒9kg，通过接驳T型槽的熔化挤压机，在245℃～250℃下挤压，然后在40℃的冷却辊的上面进行制膜。从冷却辊剥离的同时，以以10m/分的速度卷绕，制成厚300μm的树脂板。该板的熔化流率为1.8g/10分。
按照与实施例1相同的方法获得贴合了本实施例树脂板的太阳能电池组件用背面保护板，然后将前面透明玻璃板、前面封装树脂板(普林斯通制透明粘着剂层(标准硫化型)、单晶硅太阳能电池元件、贴合了本实施例树脂板的太阳能电池组件用背面保护板组装成太阳能电池组件重叠，在150℃下进行30分钟真空冲压和层压。
依据JIS C8917对组装的太阳能电池组件的初期发电效率进行了测试，测得该组件的初期发电效率为14.9％。
实施例3
本实施例提供一种用作太阳能电池组件的背板的树脂板，其制造过程如下：将聚乙烯(扬子石化LLDPE 7042：熔点121℃、密度0.918g/cm3)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚树脂(REXPEARL EEA A6200：熔点94℃、丙烯酸乙酯占20％)、实施例1中的塑料颗粒按重量比60/40/6，通过接驳T型槽的熔化挤压机，在245℃～250℃下挤压，然后在40℃的冷却辊的上面进行制膜。从冷却辊剥离的同时，以30m/分的速度卷绕，制成厚80μm的树脂板。
按照与实施例1相同的方法制得带粘着剂层的太阳能电池组件用背面保护板，测得该保护板与太阳能电池组件用封装树脂板(透明粘着剂层)的贴合部位的剥离强度为88N/cm(25℃)。
实施例4
本实施例提供一种用作太阳能电池组件的背板的树脂板，其制造过程如下：将聚乙烯(扬子石化LLDPE 7042：熔点121℃、密度0.918g/cm3)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚树脂(REXPEARL EEA A6200：熔点94℃、丙烯酸乙酯占20％)、实施例1中的塑料颗粒、SiO2(CVG-1丸釜釜户陶料株式会社)按重量比55∶50∶6∶0.1，通过接驳T型槽的熔化挤压机，在245℃～250℃下挤压，然后在40℃的冷却辊的上面进行制膜。从冷却辊剥离的同时，以30m/分的速度卷绕，制成厚80μm的树脂板。
按照与实施例1相同的方法制得带粘着剂层的太阳能电池组件用背面保护板，测得该保护板与太阳能电池组件用封装树脂板(透明粘着剂层)的贴合部位的剥离强度为80N/cm(25℃)。
实施例5
按照本实施例的树脂板的其制造过程如下：将聚乙烯(扬子石化LLDPE7042：熔点121℃、密度0.918g/cm3)、聚乙烯(台塑美国LLDPR L42022E2：熔点124℃、密度0.919g/cm3)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚树脂(REXPEARL EEAA6200：熔点94℃、丙烯酸乙酯占20％)、实施例1中的塑料颗粒、SiO2(CVG-1丸釜釜户陶料株式会社)按重量比25∶30∶50∶6∶0.05，通过接驳T型槽的熔化挤压机，在245℃～250℃下挤压，然后在40℃的冷却辊的上面进行制膜。从冷却辊剥离的同时，以30m/分的速度卷绕，制成厚400μm的树脂板。
所得的树脂板取代乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)粘着剂直接用在背面保护板和单晶硅太阳能电池元件之间，于140℃真空5min、层压30min，测得保护板与单晶硅太阳能电池元件的贴合部位的剥离强度为100N/cm(25℃)。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于形成太阳能电池组件封装用树脂板或在太阳能电池组件中作为粘着剂的树脂组合物，其特征在于：该树脂组合物由树脂基体和重量为所述树脂基体重量的0.01％～40％的添加剂组成，以所述树脂基体总重量为基准，所述树脂基体由树脂A 30％～90％和树脂B 10％～70％混合而成，其中，树脂A为聚乙烯，乙烯与碳数3～10的α-烯烃的共聚物或它们的混合物，树脂A的密度为0.910g/cm3～0.940g/cm3、熔点为110℃～127℃；树脂B为乙烯与含极性基的单体的共聚物，树脂B的熔点为75℃～105℃，且所述树脂基体中，基于所述含极性基的单体的树脂含量为2％～20％。
2.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述的α-烯烃为选自丁烯、戊烯、4-甲基戊烯、己烯以及辛烯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述含极性基的单体为选自醋酸乙烯、丙烯酸、异丁烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯以及马来酸酐中的一种或多种。
4.根据权利要求1或3所述的树脂组合物，其特征在于：所述树脂基体中，基于所述含极性基的单体的树脂含量为5％～15％。
5.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：由所述树脂组合物形成的板在190℃下的熔体流动速率为0.5g/10分～15g/10分。
6.根据权利要求1所述的树脂组合物，其特征在于：所述添加剂包括添加量为所述的树脂基体总重量的0.01％～40％的紫外线吸收剂或紫外线阻挡剂。
7.根据权利要求6所述的树脂组合物，其特征在于：所述添加剂还包括硅烷偶联剂，其添加量为所述树脂基体总重量的0.001％～4％。
8.根据权利要求6所述的树脂组合物，其特征在于：所述添加剂还包括结晶成核剂，且结晶成核剂的添加量为所述树脂基体总重量的0.1％～1.1％。
9.一种太阳能电池组件，包括顺序重叠的透明的前板玻璃、前封装用树脂板、光电转化元件、背面封装用树脂板以及背面保护板，其特征在于：所述背面封装用树脂板由权利要求1所述的树脂组合物制成。
10.一种权利要求1所述的树脂组合物用作粘接太阳能电池组件的背面保护板与光电转化元件的粘着剂的用途。
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