CN102408841A - 高透光率太阳能电池封装用eva胶膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种EVA胶膜及其制备方法。目的是提供的胶膜应具有更高透光率和高稳定性。技术方案是：高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物，其特征在于该EVA胶膜所包含的成分及其重量份如下：乙烯-醋酸乙烯共聚物100、交联固化剂0.1～6、成核增透剂0.05～5、光稳定剂0.02～3、抗氧剂0.05～5、增粘剂0.01～4.0。制备方法：（1）将成核增透剂与增粘剂进行混合；（2）将光稳定剂与抗氧剂进行混合均匀；（3）将交联固化剂与乙烯—醋酸乙烯共聚物粒料混合均匀；（4）将（1）、（2）步骤获得的混合物加入到步骤（3）得到的混合物中，并且混合均匀后进行共混挤出。

Description

高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池封装材料，特别涉及一种高透光率、用于太阳能电池封装的EVA胶膜及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是借助于两层高分子封装膜将硅晶片封装于其中，再和上下保护层材料粘接。为保证封装后的太阳能电池组件具有足够的光电转换效率，封装材料必须是透光的，并且透光率越高，则电池组件内硅晶片的受光就越多，光电转换效率就高。另外，封装材料必须有很强的粘接性能和耐老化性能，才能保证太阳能组件的稳定、可靠。
EVA（Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer；乙烯-醋酸乙烯共聚物）树脂是一种非结晶性高分子材料，现已用于制作EVA太阳能电池胶膜。该类胶膜尚存在的不足之处，一是透光率仍有待提高，以利于提高太阳能电池组件的光电转换效率；二是胶膜的强度和韧性有待于加强，以便延长胶膜的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种更高透光率、耐热氧和耐紫外光老化、高稳定性的太阳能电池封装用EVA胶膜。
本发明的另一目的是提供上述太阳能电池封装用EVA胶膜的制备方法。
本发明提供的技术方案是：高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物，其特征在于该EVA胶膜所包含的成分及其重量份如下：
乙烯-醋酸乙烯共聚物100、交联固化剂0.1～6、成核增透剂0.05～5、光稳定剂0.02～3、抗氧剂0.05～5、增粘剂0.01～4.0。
该EVA胶膜所包含的成分及其重量份为：乙烯-醋酸乙烯共聚物100、交联固化剂2、成核增透剂1.5、光稳定剂1、抗氧剂1、增粘剂1。
所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯酯含量为25%～35%，熔体指数35～60g/10min。
所述成核增透剂为下列之一或两种以上任意比例的混合物：纳米氧化镁、4-叔丁基苯甲酸、二苯基乙酸和琥珀酸纳、二环已基-2，6二甲酰胺基奈、三苯二噻嗪以及经过接枝改性的高纯纳米二氧化硅。
所述对高纯纳米二氧化硅进行接枝改性的方法是：用硅烷偶联剂和高纯纳米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流搅拌2小时，升温固化。
所述高纯纳米二氧化硅的粒径小于80nm。
所述增粘剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。
所述的光稳定剂为下列之一种或其中两种以上任意比例的混合物组成的受阻胺类光稳定剂：聚丁二酸（4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇）酯、双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、聚-｛[6-[（1，1，3，3，-四甲基丁基）-胺基]1，3，5，-三嗪-2，4-二基][（2，2，6，6-四甲基哌啶基）-亚胺基]-1，6-己烷二基-[（2，2，6，6-四甲基哌啶基）-亚胺基]｝。
所述的抗氧剂为?-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯。
所述的交联固化剂为下列之一或其中两种以上任意比例的混合物：2.5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基）已烷、过氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯、1，1-（双过氧化叔丁基）3，3，5—三甲基环己烷。
高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜的制备方法，按以下步骤进行：
（1）将成核增透剂与增粘剂进行混合；
（2）将光稳定剂与抗氧剂进行混合均匀；
（3）将交联固化剂与乙烯—醋酸乙烯共聚物粒料混合均匀；
（4）将（1）、（2）步骤获得的混合物加入到步骤（3）得到的混合物中，并且混合均匀后进行共混挤出，温度控制在85—100℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，得到高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜。
所述成核增透剂选择采用以下方法经过接枝改性的高纯纳米二氧化硅：选用1：2重量比的硅烷偶联剂和高纯纳米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流搅拌2小时，升温固化。
所述硅烷偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、二甲基乙烯基甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷。
本发明的有益效果是：
1、本发明的EVA胶膜透光率可达91.5%以上；而现有EVA胶膜（如FIRST EVA太阳能电池胶膜）的透光率约为90.5%，
2、本发明的EVA胶膜透光率的提高，减少了太阳光的射散，使太阳能硅片接受到了更多的太阳光，从而提高了太阳能电池板的光电效率，使太阳能电池效率更高，成本更低。
3、胶膜交联固化形成的网状结构中渗入细小的晶核（小于光波波长），既提高了透光率，又以交联中心的形式存在，提高了分子间的键合力，从而增加了胶膜的强度、韧性和结构稳定性，并使得更多的紫外光区域的光线透过胶膜，减少了紫外光对胶膜的损害，延长了胶膜寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
EVA树脂是一种非结晶性高分子材料。为满足太阳能电池的封装要求，就需要对EVA进行改性，添加交联剂，使EVA胶膜在封装电池片的同时，形成网状交联结构，提高稳定性；在EVA中添加抗氧剂、紫外光吸收剂、光稳定剂等助剂，以提高EVA胶膜的抗老化性能，延长太阳能电池的使用寿命。
本发明的机理：以EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）为基体，选用合适的交联固化剂、紫外光稳定剂、抗氧剂，并添加合适的成核增透剂，参与交联固化改性，所形成的EVA胶膜在交联固化后形成的网状结构中渗入了细小的晶核（小于光波波长），改变了EVA树脂的结晶行为，加快了结晶速率、增加了结晶密度，促使晶粒尺寸细微化，从而进一步减少了胶膜界面光的散射，进一步提高了胶膜的透光率，减少了太阳光透过胶膜时的光能损失，使太阳能电池板接收到更多的太阳光，提高了电池板的光电效率。该晶核又以交联中心的形式存在，提高了分子间的键合力，增加了胶膜的强度、韧性和结构稳定性。
成核增透剂是高分子材料的新功能助剂。目前的应用尚局限于聚乙烯、聚丙烯等不完全结晶塑料。通过改变树脂的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能。增透剂是成核剂的一种，它们作为更细小的晶核，分布于体系中，当晶粒小于光波时，就减少了光的散射，增加了塑料的透明度。
二氧化硅是典型的橡胶类弹性体的补强材料。当二氧化硅粒径充分细化并经表面处理后，又显现出较强的紫外线吸收和成核增透性能。选用高纯纳米二氧化硅（纯度99.99%以上，金属杂质总量小于10ppm，粒径小于80nm）作成核增透剂，在EVA胶膜中既作为晶核，增加透光率，又以交联中心的形式存在，提高了分子间的键合力，使胶膜结构更加稳定。所述高纯纳米二氧化硅可外购获得，或由下述常规方法（四氯化硅水解法）制备：以四氯化硅为原料，以醇作为共溶剂，按反应计量比加入超纯水，通过陈化或减压浓缩，形成无色透明凝胶，经脱酸冷冻干燥即得高纯纳米二氧化硅粉体。
所述对高纯纳米二氧化硅进行接枝改性的方法是：用硅烷偶联剂和高纯纳米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流搅拌1-3小时（优选2小时），升温（通常温度为110℃-120℃）固化即成。
实施例1
选择市售的气相二氧化硅作为成核增透剂。以重量份数计，将0.1份成核增透剂气相二氧化硅，直接加入0.15份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷混合均匀,加入100份EVA粒料中混合均匀,再加入受阻胺类光稳剂即0.1份聚丁二酸（4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇）酯和0.1份双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，0.3份抗氧剂?-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯， 1.3份交联固化剂即2.5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷与过氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯混合物（重量比1：3），并混合均匀。将上述混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜，透光率为90%，杨氏弹性模量5.1MPa。
实施例2
选择市售的气相二氧化硅进行接枝改性后作为成核增透剂，选择3-氨丙基三乙氧基硅烷作改性剂。以重量份数计，将0.1份气相二氧化硅和0.05份改性剂分散在适量的甲苯中回流搅拌2小时，然后再升温（温度为110℃-120℃）固化2小时得改性二氧化硅；加入0.15份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷混合均匀,加入100份EVA粒料中混合均匀,再加入受阻胺类光稳剂即0.1份聚丁二酸（4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇）酯和0.1份双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，0.3份抗氧剂?-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，加入2 份交联固化剂即2.5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基) 己烷与过氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯混合物（重量比1：3），并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜，透光率为91.3%，杨氏弹性模量5.3MPa。
实施例3
选择高纯纳米二氧化硅（由四氯化硅水解法制备）进行接枝改性后作为成核增透剂，选择二甲基乙烯基甲氧基硅烷作改性剂。以重量份数计，将0.1份高纯纳米二氧化硅和0.05份改性剂分散在甲苯中回流搅拌2小时，然后再升温（温度为110℃-120℃）固化2小时得改性高纯纳米二氧化硅；加入0.15份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷混合均匀,加入100份EVA粒料中混合均匀,再加入受阻胺类光稳剂即0.1份聚丁二酸（4-羟基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶乙醇）酯和0.1份双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯，0.3份抗氧剂?-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，1.3份交联固化剂即2.5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基) 己烷与过氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯混合物（重量比1：3），并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜，透光率为92.3%，杨氏弹性模量5.4MPa。
实施例4
选择高纯纳米二氧化硅（由四氯化硅水解法制备）进行接枝改性后作为成核增透剂，选择N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷作改性剂。以重量份数计，将3份高纯纳米二氧化硅和0.5份改性剂分散在甲苯中回流搅拌2小时，然后再升温（温度为110℃-120℃）固化2小时得改性高纯纳米二氧化硅；加入0.15份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷混合均匀,加入100份EVA粒料中混合均匀,再加入受阻胺类光稳剂即0.1份聚丁二酸（4-羟基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶乙醇）酯和0.1份聚-｛[6-[（1，1，3，3，-四甲基丁基）-胺基]1，3，5，-三嗪-2，4-二基][（2，2，6，6-四甲基哌啶基）-亚胺基]-1，6-己烷二基-[（2，2，6，6-四甲基哌啶基）-亚胺基]｝，0.3份抗氧剂?-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，4份交联固化剂即2.5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基) 己烷与1，1-（双过氧化叔丁基）3，3，5—三甲基环己烷混合物（重量比1：3），并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜，透光率为91.5%，杨氏弹性模量5.8MPa。

Claims (10)

1.高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物，其特征在于该EVA胶膜所包含的成分及其重量份如下：
乙烯-醋酸乙烯共聚物100、交联固化剂0.1～6、成核增透剂0.05～5、光稳定剂0.02～3、抗氧剂0.05～5、增粘剂0.01～4.0。
2.根据权利要求1所述的高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于该EVA胶膜所包含的成分及其重量份为：乙烯-醋酸乙烯共聚物100份、交联固化剂2份、成核增透剂1.5份、光稳定剂1份、抗氧剂1份、增粘剂1份。
3.根据权利要求1或2所述的高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯酯含量为25%～35%，熔体指数35～60g/10min。
4.根据权利要求3所述的高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于所述成核增透剂为下列之一或两种以上任意比例的混合物：纳米氧化镁、4-叔丁基苯甲酸、二苯基乙酸和琥珀酸纳、二环已基-2，6二甲酰胺基奈、三苯二噻嗪以及经过接枝改性的高纯纳米二氧化硅。
5.根据权利要求4所述的高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于所述对高纯纳米二氧化硅进行接枝改性的方法是：用硅烷偶联剂和高纯纳米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流搅拌2小时，升温固化。
6.根据权利要求4所述的高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于所述的光稳定剂为下列之一种或其中两种以上任意比例的混合物组成的受阻胺类光稳定剂：聚丁二酸（4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇）酯、双（2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、聚-｛[6-[（1，1，3，3，-四甲基丁基）-胺基]1，3，5，-三嗪-2，4-二基][（2，2，6，6-四甲基哌啶基）-亚胺基]-1，6-己烷二基-[（2，2，6，6-四甲基哌啶基）-亚胺基]｝。
7.根据权利要求4所述的高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于所述增粘剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷；所述的抗氧剂为?-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯。
8.根据权利要求3所述的高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于所述的交联固化剂为下列之一或其中两种以上任意比例的混合物：2.5-二甲基-2，5-双（叔丁基过氧基）已烷、过氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯、1，1-（双过氧化叔丁基）3，3，5—三甲基环己烷。
9.高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜的制备方法，按以下步骤进行：
（1）将成核增透剂与增粘剂进行混合；
（2）将光稳定剂与抗氧剂进行混合均匀；
（3）将交联固化剂与乙烯—醋酸乙烯共聚物粒料混合均匀；
（4）将（1）、（2）步骤获得的混合物加入到步骤（3）得到的混合物中，并且混合均匀后进行共混挤出，温度控制在85—100℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，得到高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜；
所述成核增透剂选择采用以下方法经过接枝改性的高纯纳米二氧化硅：选用1：2重量比的硅烷偶联剂和高纯纳米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流搅拌2小时，升温固化。
10.根据权利要求9所述的高透光率太阳能电池封装用EVA胶膜的制备方法，其特征在于所述硅烷偶联剂包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、二甲基乙烯基甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷。
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