CN102660203B

CN102660203B - 一种导热耐候的太阳能电池封装材料

Info

Publication number: CN102660203B
Application number: CN201210089355.3A
Authority: CN
Inventors: 桑燕; 周光大; 候宏兵; 张恒; 林建华
Original assignee: SUZHOU FOSTER PV MATERIAL CO Ltd
Current assignee: SUZHOU FOSTER PV MATERIAL CO Ltd
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: CN102660203A

Abstract

本发明提供了一种导热耐候的太阳能电池封装材料，所述的封装胶膜由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯基共聚物、丙烯酸酯改性的硅酸盐类填充剂连同其它助剂经过混料、熔融挤出、流延成膜和分切收卷制得厚度为0.1～0.8mm的胶膜。各组分质量配比如下：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物80～100份，乙烯基共聚物0～20份，丙烯酸酯改性的硅酸盐类填充剂0.5～30份，过氧化物类交联剂0.1～10份，酚类或亚磷酸酯类抗氧剂0.05～5份，受阻胺类光稳定剂0.01～5份。本发明通过在基体树脂中添加丙烯酸酯改性的硅酸盐类填充剂，改善填充剂的分散性，增加组件散热，有助于提高组件的光电转换效率，同时改善封装材料的耐候性能。

Description

一种导热耐候的太阳能电池封装材料

技术领域

本发明涉及一种导热耐候的太阳能电池封装材料，属于新能源领域。

背景技术

近年来，随着世界各国对清洁能源的不断渴求，太阳能光伏行业蓬勃发展。其中，晶硅太阳能电池是最广泛应用的太阳能电池。目前，在标准测试条件(STC，电池工作温度25±2℃，光源辐照度为1000W/m²，并具有AM 1.5太阳光辐照度分布条件)下，晶硅太阳能电池组件的光电转换效率最高可达到20％以上。但是，只有在晴朗冬季的电池工作温度才为25±2℃，夏季的光源辐照度才可达到1000W/m²，春季的太阳光辐照度分布才为AM 1.5。因此，太阳能电池组件在户外自然环境中的实际工作条件与该标准测试条件相差甚远，导致组件原本较高的光电转换效率大打折扣。

太阳电池组件的实际工作性能主要有四个影响因素，即电池工作温度、太阳光辐照量、太阳光谱变化和组件光学损失。其中，温度的影响最为关键。研究表明，晶硅太阳能电池温度每升高1℃，输出功率会下降0.4～0.5％。因此，给组件降温是提高组件光电转换效率的方法之一。

目前，太阳电池组件的降温方法从外到内主要有三种：一是在组件后面安装散热装置，如中国专利CN101145743公开了通过在组件下端安装导热片和散热构件的方法，制得一种太阳电池高效发电散热系统；中国专利CN20100896公开了一种水冷式光伏发电系统，在组件下方安装导热水管，水循环流动以冷却聚光式太阳电池。但此种方法不仅增加了成本，而且增加了组件的重量。二是使用金属背板，如中国专利CN101359700A公开了一种铝合金背板太阳能电池组件，通过散热特性良好的铝合金背板将太阳电池的热量迅速散入大气。但金属背板的导电性能不利于组件的正常运行。三是在聚合物封装材料内添加导热填料的方法，以提高封装材料的导热性能，如中国专利CN102329596A提出了通过在封装材料中添加高导热功能粉体(如纳米氧化锌、纳米氧化镁、氧化铝、氮化铝、碳化硅等)制成一种高导热绝缘太阳能电池封装胶膜；中国专利CN101240157A公开了一种太阳能电池封装用乙烯-醋酸乙烯共聚物胶膜及制备方法，将偶联剂改性的导热填料(如氧化铝、氧化镁、氧化铍、氮化铝、碳化硅等)混入乙烯-醋酸乙烯共聚物中，以提高胶膜导热系数。但是，高导热系数的填料(如氮化铝、氮化硼等)价格昂贵。相比，硅酸盐类填料(如膨润土、蒙脱土等)价格非常低廉，且含有一定量的氧化铝或氧化镁成分，同样具有一定的导热效果。此外，若只是通过偶联剂简单改性的方法，填料还是容易在聚合物基体中团聚，较难达到预想的导热效果。而通过聚合物接枝改性填料的方法，可能使填料在基体中得到更加均匀的分散。

目前，作为太阳电池组件封装材料的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜虽然具有良好的封装效果，但导热性能较差，导致组件在使用时很难散热。组件温度升高，不仅会使其光电转换效率下降，而且还会加速EVA胶膜的老化降解，最终影响电池组件的使用寿命。因此，如何提高EVA胶膜的导热性能并进一步改善胶膜的耐候性成为光伏组件系统能否长期正常运转的关键因素之一。

发明内容

本发明目的是提供一种导热的、耐候型强的太阳能电池封装材料，以提高太阳能电池组件在工作时的散热性能。

本发明采用的技术方案是：

一种导热耐候的太阳能电池封装材料，由如下质量份的原料组成：

本发明中，所述丙烯酸酯改性的硅酸盐类填充剂的作用是改善填充剂在基体中的分散性，提高组件封装材料的热传导性能，有利于在户外高温条件下组件的散热，以增加组件的光电转换效率，所述的丙烯酸酯改性的硅酸盐类填充剂由如下步骤制备而成：

第一步：将5～30质量份硅酸盐类填充剂加入100份水中，超声搅拌至分散均匀，加热至50～90℃，搅拌滴加100份浓度为0.5-5％的阳离子交换剂水溶液，恒温搅拌2～6h后，抽滤，去离子水洗涤至滤液不再使硝酸银溶液出现沉淀，滤饼干燥后，碾磨成粉状，过100目或200目筛，得到处理硅酸盐类填充剂；

第二步：在100份无水乙醇中加入5～20份处理硅酸盐类填充剂，超声搅拌至填充剂分散均匀，再滴加含有50～200份丙烯酸酯和1～20份引发剂的溶液，加热至70～90℃，恒温搅拌反应2～8h后，抽滤，干燥后，碾磨成粉状，过100目或200目筛，制得丙烯酸酯改性的硅酸盐类填充剂；

其中，所述硅酸盐类填充剂为平均粒径为5～100μm钠化膨润土、钠化蒙脱土中的一种或多种；所述丙烯酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯中的一种或多种；所述阳离子交换剂为溴代十六烷基吡啶、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或多种；所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的一种或多种。

本发明中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的含量为7～33％。

本发明中，所述乙烯基共聚物为茂金属催化的乙烯-戊烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或多种，乙烯基共聚物中的乙烯含量大于60％，乙烯基共聚物的熔融指数为7～45g/10min。

本发明中，所述过氧化物类交联剂为邻，邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯、正丁基4，4-二(过氧化叔丁基)戊酸酯、2，5-二甲基-2，5-双(苯甲酰过氧)-己烷、1，1-双(叔丁基过氧)-3，3，5-三甲基环己烷中的一种或多种。

本发明中，所述酚类或亚磷酸酯类抗氧剂为2，2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯复配物或1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯复配物中的一种或多种。

本发明中，所述受阻胺类光稳定剂为双-1-癸烷氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶-4-醇癸二酸酯、丁二酸和4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、N，N’-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和2，4-二氯-6-(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基-1，3，5-三嗪的聚合物、双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯/甲基-1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯的复配物中的一种或多种。

本发明中，所述封装材料是厚度为0.1～0.8mm的胶膜。

本发明中，所述封装材料应用于在太阳能电池组件的封装。

本发明中，胶膜的制备方法为：将所述组合物在挤出机中进行共混挤出，温度控制在60-110℃，挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，制得厚度为0.1-0.8mm的封装胶膜。

本发明的有益效果主要体现在：本发明所用的硅酸盐类填充剂价格低廉，有利于降低生产成本；通过添加丙烯酸酯改性的硅酸盐类填充剂，不仅有利于改善填充剂与基体树脂的相容性，有利于组件散热，而且有助于提高封装材料的耐候性能，从而增加组件的光电转换效率，延长组件的使用年限。此外，填充剂的加入使得电池片下层封装材料不透明，可以保护背板材料免受太阳光照射，延长背板的使用寿命，或降低太阳能电池组件对背板的性能要求，减少组件成本。

附图说明

图1为紫外老化100kWh/m2后实施例与对比例样品黄色指数变化图。

具体实施方式

为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

以质量份数计，将5份平均尺寸为50μm的钠化膨润土加入100份水中，超声搅拌至分散均匀，加热至50℃，搅拌滴加100份浓度为0.5％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液，恒温搅拌2h后，抽滤，去离子水洗涤至滤液不再使硝酸银溶液出现沉淀，滤饼干燥后，碾磨成粉状，过100目筛子，得到处理膨润土。

在100份无水乙醇中加入10份处理钠化膨润土，超声搅拌至填充剂分散均匀，再滴加含有100份甲基丙烯酸甲酯和10份偶氮二异丁腈的溶液，加热至80℃，恒温搅拌反应6h后，抽滤，干燥后，碾磨成粉状，过200目筛子，制得甲基丙烯酸甲酯改性的膨润土。

在90份VA含量为33％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入10份茂金属催化的乙烯-戊烯共聚物，15份甲基丙烯酸甲酯改性的膨润土，3份光稳定剂N，N’-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和2，4-二氯-6-(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基-1，3，5-三嗪的聚合物，2份抗氧剂1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯复配物，5份交联剂邻，邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯，并混合均匀。

将混合物在挤出机中进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，制得厚度为0.5mm的封装胶膜，记为S-1。

实施例2：

以质量份数计，将20份平均尺寸为50μm钠化蒙脱土加入100份水中，超声搅拌至分散均匀，加热至80℃，搅拌滴加100份浓度为3％的溴代十六烷基吡啶水溶液，恒温搅拌4h后，抽滤，去离子水洗涤至滤液不再使硝酸银溶液出现沉淀，滤饼干燥后，碾磨成粉状，过200目筛子，得到处理蒙脱土。

在100份无水乙醇中加入20份处理蒙脱土，超声搅拌至填充剂分散均匀，再滴加含有200份丙烯酸丁酯和20份偶氮二异丁腈的溶液，加热至90℃，恒温搅拌反应8h后，抽滤，干燥后，碾磨成粉状，过200目筛子，制得丙烯酸丁酯改性的蒙脱土。

在80份VA含量为33％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入20份茂金属催化的乙烯-辛烯共聚物，0.5份丙烯酸丁酯改性的膨润土，5份光稳定剂双(1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯/甲基-1，2，2，6，6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯的复配物，5份抗氧剂1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯复配物，10份交联剂正丁基4，4-二(过氧化叔丁基)戊酸酯，并混合均匀。

将混合物在挤出机中进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，制得厚度为0.1mm的封装胶膜，记为S-2。

实施例3：

以质量份数计，将30份平均尺寸为100μm钠化膨润土加入100份水中，超声搅拌至分散均匀，加热至90℃，搅拌滴加100份浓度为5％的十八烷基三甲基氯化铵水溶液，恒温搅拌6h后，抽滤，去离子水洗涤至滤液不再使硝酸银溶液出现沉淀，滤饼干燥后，碾磨成粉状，过200目筛子，得到处理膨润土。

在100份无水乙醇中加入5份处理膨润土，超声搅拌至填充剂分散均匀，再滴加含有50份甲基丙烯酸丁酯和1份偶氮二异庚腈的溶液，加热至70℃，恒温搅拌反应2h后，抽滤，干燥后，碾磨成粉状，过200目筛子，制得甲基丙烯酸丁酯改性的膨润土。

在100份VA含量为7％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入30份甲基丙烯酸丁酯改性的膨润土，0.01份光稳定剂丁二酸和4-羟基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物，0.05份抗氧剂二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯，0.1份交联剂2，5-二甲基-2，5-双(苯甲酰过氧)-己烷，并混合均匀。

将混合物在挤出机中进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，制得厚度为0.8mm的封装胶膜，记为S-3。

实施例4：

以质量份数计，将10份平均尺寸为5μm钠化蒙脱土加入100份水中，超声搅拌至分散均匀，加热至75℃，搅拌滴加100份浓度为2％的十六烷基三甲基溴化铵水溶液，恒温搅拌3h后，抽滤，去离子水洗涤至滤液不再使硝酸银溶液出现沉淀，滤饼干燥后，碾磨成粉状，过100目筛子，得到处理蒙脱土。

在100份无水乙醇中加入15份处理蒙脱土，超声搅拌至填充剂分散均匀，再滴加含有50份丙烯酸甲酯、80份丙烯酸乙酯和15份过氧化二苯甲酰的溶液，加热至85℃，恒温搅拌反应8h后，抽滤，干燥后，碾磨成粉状，过100目筛子，制得丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯改性的蒙脱土。

在100份VA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入20份丙烯酸甲酯和丙烯酸乙酯改性的蒙脱土，2份光稳定剂双-1-癸烷氧基-2，2，6，6-四甲基哌啶-4-醇癸二酸酯，2份抗氧剂2，2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)，3份交联剂1，1-双(叔丁基过氧)-3，3，5-三甲基环己烷，并混合均匀。

将混合物在挤出机中进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，制得厚度为0.5mm的封装胶膜，记为S-4。

对比例：

在90份VA含量为33％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中，加入10份茂金属催化的乙烯-戊烯共聚物，3份光稳定剂N，N’-双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和2，4-二氯-6-(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基-1，3，5-三嗪的聚合物，2份抗氧剂1，3，5-三(4-叔丁基-3-羟基-2，6-二甲基苯甲基)-1，3，5-三嗪-2，4，6-(1H，3H，5H)-三酮/三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯复配物，5份交联剂邻，邻-叔丁基-邻-(2-乙基己基)-单-过氧化碳酸酯，并混合均匀。

将混合物在挤出机中进行共混挤出，温度控制在90℃，挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，制得厚度为0.5mm的封装胶膜，记为C-1。

通过上述实施例得到的封装胶膜，经下述测试方法进行评估，评价结果列于表1和图1：

导热系数测试：各实施例所述的封装材料在真空条件下热压成型，按ASTM D5470测导热系数，见表1。

紫外老化100kWh/m2黄变性能测试：将钢化玻璃、透明EVA胶膜(杭州福斯特光伏材料股份有限公司，F806，0.5mm)、各实施例所述的封装材料和TPT背板依次层叠，并在真空条件下热压成型。然后，将各样品放入紫外老化箱中，设置温度为60℃，辐照强度达到100kWh/m2后取出，测试各样品紫外老化前后的黄色指数的变化(ΔYI)，见图1。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

表1.实施例与对比例封装胶膜导热系数比较

Claims

1.一种导热耐候的太阳能电池封装材料，其特征在于，所述太阳能电池封装材料由如下质量份的原料组成：

所述的丙烯酸酯改性的硅酸盐类填充剂由如下步骤制备而成：

其中，所述硅酸盐类填充剂包括平均粒径为5～100μm钠化膨润土、钠化蒙脱土中的一种或多种；所述丙烯酸酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯中的一种或多种；所述阳离子交换剂包括溴代十六烷基吡啶、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵中的一种或多种；所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二苯甲酰中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的导热耐候的太阳能电池封装材料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的含量为7～33％。

3.根据权利要求1所述的导热耐候的太阳能电池封装材料，其特征在于所述乙烯基共聚物为茂金属催化的乙烯-戊烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或多种，乙烯基共聚物中的乙烯含量大于60％，乙烯基共聚物的熔融指数为7～45g/10min。

4.根据权利要求1所述的导热耐候的太阳能电池封装材料，其特征在于，所述过氧化物类交联剂为正丁基-4,4-二(过氧化叔丁基)戊酸酯、2,5-二甲基-2,5-双(苯甲酰过氧)-己烷、1，1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的导热耐候的太阳能电池封装材料，其特征在于，所述酚类或亚磷酸酯类抗氧剂为2，2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、二硬脂基季戊四醇二亚磷酸酯、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮／三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯复配物或1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮／二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯复配物中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的导热耐候的太阳能电池封装材料，其特征在于，所述受阻胺类光稳定剂为双-1-癸烷氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-醇癸二酸酯、丁二酸和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、N，N’-双(2，2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1，6-己二胺和2,4-二氯-6-(1，1，3，3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物、双(1，2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯／甲基-1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯的复配物中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的导热耐候的太阳能电池封装材料，其特征在于，所述封装材料是厚度为0.1～0.8mm的胶膜。

8.根据权利要求1所述的导热耐候的太阳能电池封装材料，其特征在于，所述封装材料应用于太阳能电池组件的封装。