CN102268229A - 太阳能电池封装用层状复合pvb胶膜 - Google Patents

太阳能电池封装用层状复合pvb胶膜 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池封装用层状复合PVB胶膜，由上层PVB层、芯层和下层PVB层依次构成，所述的芯层为PET芯层、PBT芯层、PETG芯层、PEN芯层或PC芯层。与普通PVB膜相比，本发明的复合PVB膜不仅具有理想的透明性和耐老化性，更好的物理机械性能，而且收缩率明显降低，小于0.5％。本发明的复合PVB胶膜用于太阳能电池封装，能够提高太阳能电池的生产效率、提高产品质量、减少次品率以及降低成本。

Description

太阳能电池封装用层状复合PVB胶膜
技术领域
本发明属于太阳能电池封装膜领域，具体涉及一种具有低收缩率的太阳能电池封装用层状复合PVB胶膜。
背景技术
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)可用于太阳能电池封装膜。其作用是使硅晶片固定，并隔绝空气和水蒸汽，同时保持很好的透光率，以保证封装后的太阳能电池具有良好的光电转换率和较长的使用寿命。为了保证太阳能电池长期使用过程中不发生黄变、开裂、脱层等问题，封装膜必须具有良好的抗湿热老化及光老化的性能，并且与面板及背板之间有足够的粘接力。
太阳能电池封装工艺(层压)过程中PVB膜易发生收缩。这主要是由于PVB在流延成膜过程中大分子链发生取向，受热时又发生链段松弛的结果。PVB膜的收缩率是需要严格控制的指标，因为当收缩率较大时，收缩应力易使背板发生形变，甚至使玻璃面板开裂，从而导致组件报废。虽然可以通过调整PVB膜配方、完善加工工艺、进行退火处理等方法减少PVB封装膜的收缩率，但是，常常导致生产效率降低，能耗和成本增加。目前，国内外的PVB封装膜产品的收缩率通常约3％(测试条件为120℃，3分钟)，仍然不能完全满足面积较大的太阳能电池的要求。
发明内容
本发明提供了一种太阳能电池封装用层状复合PVB胶膜，其结构简单，收缩率显著降低，物理机械性能高，且胶膜的透光性和抗老化等性能不降低，克服了现有技术存在的缺陷。
一种太阳能电池封装用层状复合胶膜，由上层聚乙烯醇缩丁醛(PVB)层、芯层和下层聚乙烯醇缩丁醛层依次构成，所述的芯层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)芯层、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PBT)芯层、聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二甲醇酯(PETG)芯层、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)芯层或聚碳酸酯(PC)芯层。
本发明中，所述的PET芯层、PBT芯层、PETG芯层、PEN芯层或PC芯层的厚度是0.01-0.3毫米。
本发明中，所述的PVB层的厚度是0.1-0.3毫米。
所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，可通过将上层聚乙烯醇缩丁醛层混合料、芯层混合料和下层聚乙烯醇缩丁醛层混合料进行三层共挤的方法制备得到；
所述的聚乙烯醇缩丁醛层混合料由100份聚乙烯醇缩丁醛、1-5份相容剂、3-25份增塑剂、0.02-1.5份抗氧剂以及0.1-1.5份受阻胺类紫外光稳定剂组成；
所述的芯层混合料由100份聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二甲醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂或聚碳酸酯树脂，与0.02-1.5份抗氧剂和0.1-1.5份受阻胺类紫外光稳定剂组成。
所述的三层共挤方法是将PVB层混合料及芯层混合料通过两台或两台以上挤出机挤出并经三层共挤模头成型的复合膜制造方法。
本发明中，所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)、双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种。
本发明中，所述的紫外光稳定剂为受阻胺类的双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯或双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯中的一种或多种。
本发明中，所述的相容剂为乙烯-甲基丙烯酸共聚物(EMA)或乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)中的一种，其中，羧酸基团的摩尔含量为0.5％至30％。
本发明中，由于采用的芯层为高熔点芯层，除PETG为大约170℃以外，其它PET、PBT、PEN和PC熔点均高于200℃，在胶膜收缩率的测试条件下(120℃，3分钟)以及太阳能电池封装的工艺条件下(138～160℃)不发生熔融，因此能够起到物理支撑层的作用，明显限制PVB层的收缩，使层状复合PVB膜的收缩率降到0.5％以下，明显低于现有的太阳能电池封装用的PVB膜5％的收缩率。同时，本发明的复合PVB膜结构简单，物理机械性能高，透光性和抗老化等性能均不降低。因此，用于太阳能电池封装时收缩率显著降低，能够显著提高太阳能电池的产品质量、减少次品率并降低成本。
本发明中，所述的收缩率是在120℃加热3min条件下试样处理前后宽度的差对处理前试样宽度之比，用百分比表示。试样制备方法具体如下：取一块胶膜，先沿长度方向切割成长200±0.2mm，然后沿宽度方向按100±0.2mm间隔切割成为100±0.2mm×200±0.2mm试样。测试步骤如下：1)将烘箱升温至120℃±1℃；2)先将试样放在玻璃板上，然后放入烘箱中；3)在120℃±1℃下，加热3min；4)取出冷却，测量距离最小处的长度(Lmin，mm)和宽度(Bmin，mm)。分别按照公式(1)和公式(2)计算收缩率：
C＝[(200-Lmin)/200]×100％    (1)
C＝[(100-Bmin)/100]×100％    (2)
式中：C-收缩率，％；
      Lmin-收缩后的长度，mm；
      Bmin-收缩后的宽度，mm。
具体实施方式
下面结合实施例来详细说明本发明，但本发明并不仅限于此。
实施例1
按质量份数计，将0.2份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.2份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PVB树脂和5份三甘醇-二-2-乙基己酸酯、5份EAA树脂混合均匀，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.125份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.125份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、与0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PET树脂混合均匀，得到PET混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PET混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在280℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.3毫米厚的PET，上下外层为0.1毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.2％。
实施例2
按质量份数计，将0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.2份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、0.3份双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯和0.1份亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)作为紫外光稳定剂混合均匀，然后与100份PVB树脂、3份三甘醇-二-2-乙基己酸酯和5份EAA树脂混合均匀，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.2份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯混合均匀，然后与100份PETG树脂混合均匀，得到PETG混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PETG混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在260℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.2毫米厚的PETG，上下外层为0.2毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.3％。
实施例3
按质量份数计，将0.25份四[3-(3，5-二叔丁基-4-羟苯基)丙酸]季戊醇酯和0.2份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)混合均匀，然后与100份PVB树脂、3份三甘醇-二-2-乙基己酸酯和5份EAA树脂混合均匀，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.25份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PEN树脂混合均匀，得到PEN混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PEN混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在290℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.01毫米厚的PEN，上下外层为0.3毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.5％。
实施例4
按质量份数计，将0.01份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.01份双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PVB树脂、3份三甘醇二异辛酸酯和1份EMA树脂混合均匀，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.01份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.01份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、与0.6份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PET树脂混合均匀，得到PET混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PET混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在280℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.01毫米厚的PET，上下外层为0.3毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.5％。
实施例5：
按质量份数计，将0.2份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.8双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PVB树脂、3份三甘醇二异辛酸酯和5份EMA树脂混合均匀，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.2份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯混合均匀，然后与100份PETG树脂混合均匀，得到PETG混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PETG混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在260℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.1毫米厚的PETG，上下外层为0.3毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.5％。
实施例6
按质量份数计，将0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.2份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PVB树脂、1份三甘醇-二-2-乙基己酸酯、1份三甘醇二异辛酸酯、1份三甘醇癸二酸酯和5份EAA树脂混合均匀，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.25份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PEN树脂混合均匀，得到PEN混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PEN混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在290℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.3毫米厚的PEN，上下外层为0.3毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.2％。
实施例7
按质量份数计，将0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.2份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PVB树脂、5份三甘醇-二-2-乙基己酸酯、5份三甘醇二异辛酸酯和5份EAA树脂混合均匀，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.25份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PETG树脂混合均匀，得到PETG混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PETG混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在260℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.1毫米厚的PETG，上下外层为0.3毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.4％。
实施例8
按质量份数计，将0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.2份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PVB树脂、3份三甘醇-二-2-乙基己酸酯和5份EAA树脂混合，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.25份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PBT树脂混合均匀，得到PBT混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PBT混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在280℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.3毫米厚的PBT，上下外层为0.1毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.2％。
实施例9
按质量份数计，将0.1份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯和0.2份亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)作为抗氧剂、0.3份紫外光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PVB树脂、10份三甘醇-二-2-乙基己酸酯、10份三甘醇二异辛酸酯、5份三甘醇癸二酸酯和5份EAA树脂混合均匀，得到PVB混合料。
按质量份数计，将0.25份β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂、和0.3份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯混合均匀，然后与100份PBT树脂混合均匀，得到PBT混合料。
将上述PVB混合料作为上下外层、PC混合料为芯层进行三层共挤，挤出模头温度控制在290℃，在挤出物经流延、压花、冷却、牵引、卷取工序后，即得芯层为0.3毫米厚的PC，上下外层为0.3毫米厚的PVB的层状复合胶膜，收缩率为0.2％。

Claims (8)

1.一种太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：由上层聚乙烯醇缩丁醛层、芯层和下层聚乙烯醇缩丁醛层构成，所述的芯层为聚对苯二甲酸乙二醇酯芯层、聚对苯二甲酸丙二醇酯芯层、聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二甲醇酯芯层、聚萘二甲酸乙二醇酯芯层或聚碳酸酯芯层。
2.如权利要求1所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯芯层、聚对苯二甲酸丙二醇酯芯层、聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二甲醇酯芯层、聚萘二甲酸乙二醇酯芯层或聚碳酸酯芯层的厚度是0.01-0.3毫米。
3.如权利要求1所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的聚乙烯醇缩丁醛层的厚度是0.1-0.3毫米。
4.如权利要求1～3任一所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：通过将上层聚乙烯醇缩丁醛层混合料、芯层混合料和下层聚乙烯醇缩丁醛层混合料进行三层共挤的方法制备得到；
所述的聚乙烯醇缩丁醛层混合料由100份聚乙烯醇缩丁醛、1-5份相容剂、3-25份增塑剂、0.02-1.5份抗氧剂以及0.1-1.5份受阻胺类紫外光稳定剂组成；
所述的芯层混合料由100份聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸-1，4-环己烷二甲醇酯树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂或聚碳酸酯树脂，与0.02-1.5份抗氧剂和0.1-1.5份受阻胺类紫外光稳定剂组成。
5.如权利要求4所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3，5二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)、双(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或多种。
6.如权利要求4所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的紫外光稳定剂为受阻胺类的双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯或双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯中的一种或多种。
7.如权利要求4所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的相容剂为乙烯-甲基丙烯酸共聚物或乙烯-丙烯酸共聚物中的一种，其中，羧酸基团的摩尔含量为0.5％至30％。
8.如权利要求4所述的太阳能电池封装用层状复合胶膜，其特征在于：所述的增塑剂为三甘醇-二-2-乙基己酸酯、三甘醇二异辛酸酯或三甘醇二癸酸酯中的一种或多种。
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