CN102329596A

CN102329596A - 一种太阳能热电利用高导热绝缘封装材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102329596A
Application number: CN2010102534522A
Authority: CN
Inventors: 李勇强; 姚伯龙; 褚路轩; 李海平; 陈东辉
Original assignee: C-Solar New Energy Technology Ltd
Current assignee: C-Solar New Energy Technology Ltd
Priority date: 2010-08-16
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2012-01-25

Abstract

本发明提出一种高导热绝缘太阳能电池封装胶膜，其以丙烯酸酯改性EVA高聚物作为太阳能电池封装胶膜，掺杂高导热功能粉体及各种助剂，制成太阳能光电光热一体化系统封装用高导热绝缘封装功能胶膜。本发明的封装胶膜的制备方法包括：按一定的配比将原料混合均匀以及将混合物倒入双螺杆挤出机，混炼塑化，挤出切粒后模压成型。本发明制备的高导热太阳能绝缘封装材料粘结性能优异，交联密度高，耐热性能好，绝缘性优异，耐老化性好，可长久经受户外紫外光、热氧化以及湿气侵蚀，比同类产品耐黄变性有较大提高。

Description

一种太阳能热电利用高导热绝缘封装材料及其制备方法

技术领域

本发明专利涉及绝缘材料领域，特别涉及一种太阳能光电光热一体化系统封装用热熔粘结导热绝缘材料。

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新能源，其中太阳能的应用备受重视。不管从资源的数量、分布的普遍性，还是从清洁性、技术的可靠性来看，太阳能都比其它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。太阳能的利用主要有两大重点方向，一是把太阳能转化为热能，另一个就是将太阳能转化为电能(即通常所说的光伏发电)。在标准条件下，实际应用中的硅电池转换效率约为12-17％，也即至少有83％以上的照射到硅电池表面上的太阳能未能转换为有用能量，其中产生的热能将使电池板温度升高，而这又将导致电池效率的进一步下降。研究表明，硅电池温度每升高1℃，其光伏电池的开路电压会下降约0.4％，断路电流上升约0.04％。如果热量来不及散发而导致元器件工作温度升高，还将直接影响到使用它们的各种高精密元器件的寿命和可靠性，这使太阳能发电装置维护成本、发电成本的提高，成为太阳能光伏产业发展的制约因素。因此，如何散热成为影响产品可靠性的突出问题。本发明通过考察当前国内外太阳能电池组件技术，考虑从仅具粘结性能的太阳能电池封装材料着手，辅之以高导热功能，以便快速有效地将硅电池上的热量传导、散发出去，降低硅电池的温度，可以明显提高光伏转换率，同时可以把传导出来的热量最大程度地利用起来。

目前，太阳能电池封装材料多选用EVA胶膜(即乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)，它是一种热熔粘结胶膜，常温下无粘性而具有抗粘结性，以便操作，在一定条件下热压便发生熔融粘接及交联固化。目前，国内的EVA胶膜存在耐湿热、紫外老化、透光率等问题；另外，EVA导热性差，会降低光电转化效率，而且温度升高也会加速其老化、分子链断裂，产生黄变，影响使用寿命。美国等发达国家提出了光伏组件使用寿命由20年提高到30年的目标。中国“十一五”提出建造兆瓦(MW)级聚光型并网电站，该系统中光伏组件需承受4～6倍常规组件的光照量，因而长寿命、高性能的太阳能电池封装材料技术的研究开发成为太阳能利用的又一关键。

发明内容

为了克服现有太阳能封装材料的导热性差、易黄变老化的不足，提高太阳能转换率及提高封装材料的可靠性，本发明提供一种高导热绝缘型太阳能电池封装材料，使之更适于用作封装和热界面材料的导热软性材料尤其是导热绝缘材料的越来越高的要求。使用本封装产品，材料的导热系数可由原来的0.2-0.3W/m·K提高到0.9-2.6W/m·K，耐电压值大于3KV，可以有效地降低了光伏电池温度，提高年光电转换效率5％～8％；同时充分利用了沉积在电池板上的热能，使热能收集率达到38％～48％，太阳能综合利用达到60％以上；该封装产品具有良好粘合性和较高强韧性，热稳定性高，耐候性优异，绝缘性好，可延长光伏电池及整个装置的使用寿命至25-30年。

为达到本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：以丙烯酸酯改性EVA高聚物(简称AEVA，比EVA有更好的流动性、透明性、耐候性及粘接强度)作为太阳能电池封装胶膜，掺杂高导热功能粉体及各种助剂，制成太阳能光电光热一体化系统封装用高导热绝缘封装功能胶膜。所述高导热绝缘封装胶膜由以下质量分数的原料组成：(以质量分数计)AEVA100份，交联固化剂0.8-1.5份，交联固化促进剂0.05-0.16份，硅烷偶联剂0.1-0.2份，高效脱气剂0.1-0.2份，增粘剂0.4-0.6份，抗氧剂0.1-0.4份，紫外光吸收剂0.1-0.3份，导热功能粉体30-60份。

所述AEVA改性共聚物中醋酸乙烯的含量为25-35％，熔体流动速率(MI)为50g/10min。

所述交联固化剂为过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)中的一种或两种。

所述交联固化促进剂为1，2-二乙烯基苯(TMPTMA)，三烯丙基异氰尿酸酯中的一种或两种。

所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-570中一种或两种。

所述高效脱气剂为MPP230、MPP620(美国微粉公司，MPI)中的一种或两种。

所述增粘剂为138松香甘油酯。

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中的一种或两种。

所述紫外吸收剂为苯并三唑类UV-326、UV-327，气相二氧化硅中的一种。

所述导热功能粉体为纳米氧化锌、纳米氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅晶须、氮化铝晶须中的一种或几种。

本发明的上述导热太阳能封装材料的制备工艺如下：

步骤一：按上述的配比将原料混合均匀；

步骤二：将步骤一所制备的混合物倒入双螺杆挤出机，混炼塑化，挤出机温度控制在85-90℃，挤出切粒，模压成型，即得到不同规格的太阳能电池封装用高导热绝缘胶膜。

本发明制备的高导热太阳能绝缘封装材料的优点为：粘结性能优异，交联密度高，耐热性能好，绝缘性优异，耐老化性好，可长久经受户外紫外光、热氧化以及湿气侵蚀，比同类产品耐黄变性有较大提高。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。其中：

图1为本发明的高导热太阳能绝缘封装材料的制备流程图。

具体实施方式

实施例1：

按照图1所示的步骤，将制备一种高导热绝缘太阳能电池封装材料的原料按照100质量份AEVA，0.5质量份增粘剂138松香甘油酯，0.8质量份交联固化剂过氧化二异丙苯，0.2质量份过氧化苯甲酰，0.1质量份的交联固化促进剂1，2-二乙烯基苯，0.1质量份MPP230，0.3质量份的抗氧剂二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯，0.2质量份的紫外光吸收剂UV-326，0.2质量份硅烷偶联剂KH-550，40质量份的纳米氧化锌，10质量份的氮化铝晶须(长径比为25-30)，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℃。挤出切粒，模压成型，即得到本发明的高导热绝缘太阳能电池封装胶膜。

实施例2

将制备一种高导热绝缘太阳能电池封装材料的原料按照100质量AEVA，0.5质量份增粘剂r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，0.8质量份交联固化剂过氧化二异丙苯，0.2质量份过氧化苯甲酰，0.1质量份的交联固化促进剂三烯丙基异氰尿酸酯，0.15质量份MPP620，0.15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质量份抗氧剂二硬酯基季戊四醇二亚磷酸酯，0.3质量份的紫外光吸收剂UV-326，0.2质量份硅烷偶联剂KH-570，40质量份的氮化铝，10质量份的碳化硅晶须(长径比为20-30)，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℃。挤出切粒，模压成型，即得到本发明的高导热绝缘太阳能电池封装胶膜。

实施例3

一种高导热绝缘太阳能电池封装材料由100质量份AEVA，0.5质量份增粘剂r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，0.7质量份交联固化剂过氧化二异丙苯，0.1质量份过氧化苯甲酰，0.1质量份的交联固化促进剂三烯丙基异氰尿酸酯，0.1质量份的交联固化促进剂1，2-二乙烯基苯，0.2质量份MPP620，0.15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质量份抗氧剂二硬酯基季戊四醇二亚磷酸酯，0.3质量份的紫外光吸收剂UV-327，0.2质量份硅烷偶联剂KH-570，40质量份的氮化铝，15质量份的碳化硅晶须，混合均匀后投入挤出机进行混炼塑化，挤出机温度控制在87℃。挤出切粒，模压成型，即得到本发明的高导热绝缘太阳能电池封装胶膜。

实施例4

一种高导热绝缘太阳能电池封装材料由100质量份AEVA，0.5质量份增粘剂138松香甘油酯，0.8质量份交联固化剂过氧化二异丙苯，0.2质量份过氧化苯甲酰，0.1质量份的交联固化促进剂1，2-二乙烯基苯，0.1质量份MPP230，0.3质量份的抗氧剂二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯，0.3质量份的紫外光吸收剂气相二氧化硅，0.2质量份硅烷偶联剂KH-570，40质量份的碳化硅晶须，10质量份的氮化铝，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℃。挤出切粒，模压成型，即得到本发明的高导热绝缘太阳能电池封装胶膜。

本发明充分结合导热粉料的形状、几何尺寸及其在高分子材料中的堆积方式对会其导热系数的影响，使用不同粒径的粒子混合搭配及不同粉料混合使用能提高材料的导热系数，将各种纳米、微米、晶须等形状各异的高导热性功能粉体经筛选、优化配伍，与经改性的高性能粘结高聚物复合、协同作用，在封装材料体系内部能最大程度地形成热流方向上的导热网链，使胶膜的导热系数有很大提高，导热系数可由原来0.2-0.3W/m·K提高到0.9-2.6W/m·K，耐电压值大于3KV，能及时传导硅电池表面由于光照以及自身光伏转化散发的热量，有效降低硅电池表面温度，在长时间光照下，比同等产品其光伏转化效率提高5％～8％，产品可靠性及使用寿命大大提高；可经由此高导热太阳能绝缘封装胶膜，将传导出的热能由吸热装置吸收加以利用，进一步提高太阳能的转换利用率，特别适合于太阳能光电光热一体化系统封装使用。

本发明并不局限于所述的实施例，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神即公开范围内，仍可作一些修正或改变，故本发明的权利保护范围以权利要求书限定的范围为准。

Claims

1.一种高导热绝缘太阳能电池封装材料，按质量份数计，包括丙烯酸酯改性EVA高聚物AEVA100份，交联固化剂0.8-1.5份，交联固化促进剂0.05-0.16份，硅烷偶联剂0.1-0.2份，高效脱气剂0.1-0.2份，增粘剂0.4-0.6份，抗氧剂0.1-0.4份，紫外光吸收剂0.1-0.3份，导热功能粉体30-60份，其中所述AEVA改性共聚物中醋酸乙烯的含量为25-35％，熔体流动速率为50g/10min。

2.如权利要求1所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料，其中所述交联固化剂为过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰(BPO)中的一种或两种。

3.如权利要求1所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料，其中所述交联固化促进剂为1，2-二乙烯基苯(TMPTMA)，三烯丙基异氰尿酸酯中的一种或两种。

4.如权利要求1所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料，其中所述硅烷偶联剂为KH-550、KH-570中一种或两种。

5.如权利要求1所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料，其中所述高效脱气剂为MPP230、MPP620(美国微粉公司，MPI)中的一种或两种。

6.如权利要求1所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料，其中所述增粘剂为138松香甘油酯。

7.如权利要求1所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料，其中所述抗氧剂为二(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中的一种或两种。

8.如权利要求1所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料，其中所述紫外吸收剂为苯并三唑类UV-326、UV-327，气相二氧化硅中的一种。

9.如权利要求1所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料，其中所述导热功能粉体为纳米氧化锌、纳米氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅晶须、氮化铝晶须中的一种或几种。

10.一种制备如权利要求1至9任一项所述的高导热绝缘太阳能封装材料的制备工艺，包括如下步骤：

按一定的配比将原料混合均匀；以及

将制备的混合物倒入双螺杆挤出机，混炼塑化，挤出切粒后模压成型。

11.如权利要求10所述的高导热绝缘太阳能电池封装材料的制备方法，其中，所述双螺杆挤出机的挤出机温度控制在85-90℃。