CN102863916A - 一种poe光谱转换太阳能电池封装胶膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜及其制备方法，其组分按重量份数包括：光谱转换颗粒a60~80份、光谱转换颗粒b20~40份、有机过氧化物0.01~5份、紫外光稳定剂0.05-0.25份、紫外光吸收剂0.05-0.25份、硅烷偶联剂0.01~5份；其制备包括：（1）将70~95份的POE和5~30份的光谱转换材料加入到挤出机中，挤出造粒得光谱转化颗粒a；（2）将5~30份的POE和70~95份的光谱转换材料加入到挤出机中，挤出造粒得光谱转化颗粒b；（3）将各原料加入到挤出机中，混合挤出，流延成膜，即得。本发明的太阳能电池封装胶膜耐候性好、性状均一；本发明的制备方法操作简单，成本低。

Description

一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池封装胶膜及其制备领域，特别涉及一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜及其制备方法。
背景技术
太阳光光谱组成覆盖了从紫外线到远红外线的波段，随着波长的增大，太阳光光子能量降低。太阳光照射太阳能电池半导体，紫外光线一部分能量用于激发产生空穴-电子对，其余能量以晶格热方式损失；远红外光线由于能量低，无法激发产生空穴-电子对，其能量无法被太阳能电池利用而损失。光谱转换材料是一类能吸收特定波长光并发射其他特定波长光的材料。将光谱转换材料应用于太阳能电池，提供了一种有效提高太阳能电池转换效率的思路。
POE是乙烯和辛烯的嵌段共聚物，辛烯的柔软链卷曲结构和结晶的乙烯链作为交联点，具有优异的韧性又具有良好地加工性；没有不饱和双键，耐候性优异；良好地流动性，可改善填料的分散效果。作为封装材料基材，其性能及成本均优于EVA。
在封装胶膜中混入光谱转换材料是光谱转换材料应用于太阳能电池较为简单、高效的一种方式。中国专利CN200710302510.4在聚乙烯（聚丙乙烯、聚氯乙烯）基材中混入上转换材料、下转换材料、长余辉材料，增加了太阳光的利用率，延长了电池板的发电时间和电池板的寿命。中国专利CN201010620683.2在EVA中掺杂稀土配合物，替换配方中的紫外光稳定剂和吸收剂，使紫外光得到利用，提高太阳能电池效率。中国专利CN201110021649.8在密封材料板(EVA)混入荧光体，可实现生产率优异的光电转换效率高的太阳能电池。
但是，上述专利方案存在如下两个问题：1.EVA作为封装材料的基材，其耐紫外和湿热老化性能不佳，长期暴露在紫外线和水蒸气下易导致降解、变黄，太阳能电池转换效率下降。2.由于光谱转换材料为稀土掺杂的无机物，与有机物混合不均匀，光谱转换材料颗粒之间粘结，导致封装胶膜透光率下降，性能不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜及其制备方法，该太阳能电池封装胶膜耐候性好、性状均一，该方法操作简单，成本较低，适于大规模生成产。
本发明的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其组分按重量份数，包括：
光谱转换颗粒a    60~80份、
光谱转换颗粒b    20~40份、
有机过氧化物     0.01~5份、
紫外光稳定剂     0.05-0.25份、
紫外光吸收剂     0.05-0.25份。
硅烷偶联剂       0.01~5份；
其中光谱转换颗粒a按重量份数是由70~95份的POE和5~30份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数5~30份的POE和70~95份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
所述封装胶膜的组分按重量份数，包括：
光谱转换颗粒a    80份、
光谱转换颗粒b    20份、
有机过氧化物     0.01份、
紫外光稳定剂     0.05份、
紫外光吸收剂     0.1份、
硅烷偶联剂       0.01份；
其中光谱转换颗粒a按重量份数是由70份的POE和30份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数30份的POE和70份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
所述封装胶膜的组分按重量份数，包括：
光谱转换颗粒a    60份、
光谱转换颗粒b    40份、
有机过氧化物     1份、
紫外光稳定剂     0.1份、
紫外光吸收剂     0.1份、
硅烷偶联剂       5份；
其中光谱转换颗粒a按重量份数是由95份的POE和5份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数5份的POE和95份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
所述封装胶膜的组分按重量份数，包括：
光谱转换颗粒a    70份、
光谱转换颗粒b    30份、
有机过氧化物     0.5份、
紫外光稳定剂     0.25份、
紫外光吸收剂     0.25份、
硅烷偶联剂       2份；
其中光谱转换颗粒a按重量份数是由80份的POE和20份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数20份的POE和80份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
所述的有机过氧化物为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）已烷中的一种。
所述的紫外光稳定剂为聚[1-（2′-羟乙基）-2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶丁二酸脂]、癸二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯中的一种。
所述的紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚中的一种。
所述的硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基官能团硅烷(Z-6030)、γ-氯丙基三乙氧基硅烷(KH-550)中任意一种。
所述的POE熔融指数为5~30g/min，透光率为85%~95%。
所述的光谱转换材料为上转换材料、下转换材料中一种或几种。
所述的上转换材料为NaYF4:Er3+、LiYF4:Er3+、NaYF4:Yb3+,Er3+中至少一种，颗粒粒径为10-100纳米。
所述的下转换材料为NaYF4:Eu3+、NaYF4:Yb3+,Pr3+、GdAl3(BO3)4:Yb3+,Tb3+中至少一种，颗粒粒径为15-90纳米。
本发明的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜的制备方法，包括：
（1）按重量份数将70~95份的POE和5~30份的光谱转换材料加入到挤出机中，混合，100-120℃挤出造粒，得光谱转化颗粒a；
（2）按重量份数将5~30份的POE和70~95份的光谱转换材料加入到挤出机中，混合，80-95℃挤出造粒，得光谱转化颗粒b；
（3）将光谱转化颗粒a、光谱转化颗粒b、有机过氧化物、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、偶联剂加入到挤出机中，混合挤出，流延冷却成形，最后将成形的胶膜进行牵引、收卷，即得POE光谱转换太阳能电池封装胶膜。
“极性过渡共混原理”适用于两种（或多种）极性相差大的物料共混，具体操作为：取较少量极性大的物料A与较大量极性小的物料B共混得到共混物1；取较大量极性大的物料A与较小量极性小的物料B共混得到共混物2；再将共混物1与共混物2共混得到最终所需共混产物。
与现有技术相比，本发明的优点在于：所得的封装胶膜具有优异的耐候性、性状均一性。该封装胶膜生成方便，成本较低，适于大规模生成及推广使用。
本发明将POE取代EVA作为封装胶膜基材及应用极性过渡原理设计的步骤（1）、步骤（2）、步骤（3），一方面提高了封装胶膜的耐候性，另一方面将光谱转换材料均匀分散在POE基材中，制备了一种耐候性好、性状均一的光谱转换太阳能电池封装胶膜。
测试：
透光率测试：取260毫米×260毫米胶膜一块，将PET膜/胶膜/PET膜叠合后，放入预先加热至150℃的压模机内，压力一开始为1Mpa，1分钟后加压到3Mpa，固化时间25分钟。固化完成后，冷却至室温，剥去表面的PET膜，然后用刀片切成5厘米×1厘米样条5条。按照GB2410-80要求，测得波长λ=555纳米、700纳米、900纳米下的三组透光率值。胶膜透光率%=（T555+T700+T900）/3×100%
耐紫外老化测试：取260毫米×260毫米胶膜一块，将PET膜/胶膜/PET膜叠合后，放入预先加热至150℃的压模机内，压力一开始为1Mpa，1分钟后加压到3Mpa，固化时间25分钟。固化完成后，冷却至室温，剥去表面的PET膜，然后用刀切成7厘米×4厘米干净样片。将样品放置于紫外老化试验箱内，按GB/T 14522-2008试验方法进行紫外老化性能测试1000小时后取出，测试胶膜透光率。
收缩率测试：将未固化的胶膜切成MD×TD方向为200毫米×100毫米的长方形样块，将样品放置在表面涂覆纸的木板上，放入120℃恒温鼓风箱内，3分钟后取出冷却，测量距离最小处的长度LMD和宽度LTD。计算收缩率：
纵向MD%=（LMD0-LMD）×100%
横向TD%=（LTD0-LTD）×100%
本发明实施例1-3所得产品结果如表1所示：
表1实施例1-3所得产品的测试结果
Figure BDA00002137571000051
上述结果显示，上述实例制得的封装胶膜具有高透光率及优异的耐紫外老化性能，收缩率较小，该POE光谱转换封装胶膜较已有封装胶膜性能有较大幅度的提升。
有益效果
（1）本发明的太阳能电池封装胶膜耐候性好、性状均一；
（2）本发明的制备方法操作简单，成本低，适合规模化生产。
附图说明
图1为本发明的POE光谱转换封装胶膜断面的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）将70份融指为5g/min、透光率为85%的POE，30份NaYF4:Er3+加入挤出机中，120℃混合挤出并造粒，得光谱转化颗粒a。
（2）将30份融指为5g/min、透光率为85%的POE，70份NaYF4:Eu3+加入挤出机中，120℃混合挤出并造粒，得光谱转化颗粒b。
（3）将80份光谱转化颗粒a，20份光谱转化颗粒b，0.01份有机过氧化物过氧化二异丙苯，0.05份紫外光稳定剂聚[1-（2′-羟乙基）-2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶丁二酸脂]，0.1份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.01份硅烷偶联剂Z-6030加入挤出机中，120℃混合挤出，流延冷却成形，最后将成形的胶膜进行牵引、收卷。
实施例2
（1）将95份融指为30g/min、透光率为95%的POE，5份NaYF4:Yb3+,Er3+加入挤出机中，100℃混合挤出并造粒，得光谱转化颗粒a。
（2）将5份融指为30g/min、透光率为95%的POE，95份NaYF4:Yb3+,Pr3+加入挤出机中，100℃混合挤出并造粒，得光谱转化颗粒b。
（3）将60份光谱转化颗粒a，40份光谱转化颗粒b，1份有机过氧化物叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.1份紫外光稳定剂癸二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯，0.1份紫外光吸收剂2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚，5份硅烷偶联剂KH-550加入挤出机中，100℃混合挤出，流延成膜。
实施例3
（1）将80份融指为15g/min、透光率为90%的POE，20份LiYF4:Er3+加入挤出机中，110℃混合挤出并造粒，得光谱转化颗粒a。
（2）将20份融指为15g/min、透光率为90%的POE，80份GdAl3(BO3)4:Yb3+,Tb3+加入挤出机中，110℃混合挤出并造粒，得光谱转化颗粒b。
（3）将70份光谱转化颗粒a，30份光谱转化颗粒b，0.5份有机过氧化物2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）已烷，0.25份紫外光稳定剂癸二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯，0.25份紫外光吸收剂2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚，2份硅烷偶联剂KH-550加入挤出机中，110℃混合挤出，流延冷却成形，最后将成形的胶膜进行牵引、收卷。
表2实施例1-3中各实施例的组分配方（均为质量份）
Figure BDA00002137571000061
上述实施例1中的光谱转换颗粒a按重量份数是由70份的POE和30份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数30份的POE和70份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
上述实施例2中的光谱转换颗粒a按重量份数是由95份的POE和5份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数5份的POE和95份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
上述实施例3中的光谱转换颗粒a按重量份数是由80份的POE和20份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数20份的POE和80份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。

Claims (10)

1.一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其组分按重量份数，包括：
光谱转换颗粒a    60~80份、
光谱转换颗粒b    20~40份、
有机过氧化物     0.01~5份、
紫外光稳定剂     0.05-0.25份、
紫外光吸收剂     0.05-0.25份。
硅烷偶联剂       0.01~5份；
其中光谱转换颗粒a按重量份数是由70~95份的POE和5~30份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数5~30份的POE和70~95份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
2.根据权利要求1所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述封装胶膜的组分按重量份数，包括：
光谱转换颗粒a    80份、
光谱转换颗粒b    20份、
有机过氧化物     0.01份、
紫外光稳定剂     0.05份、
紫外光吸收剂     0.1份、
硅烷偶联剂       0.01份；
其中光谱转换颗粒a按重量份数是由70份的POE和30份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数30份的POE和70份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
3.根据权利要求1所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述封装胶膜的组分按重量份数，包括：
光谱转换颗粒a    60份、
光谱转换颗粒b    40份、
有机过氧化物     1份、
紫外光稳定剂     0.1份、
紫外光吸收剂     0.1份、
硅烷偶联剂       5份；
其中光谱转换颗粒a按重量份数是由95份的POE和5份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数5份的POE和95份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
4.根据权利要求1所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述封装胶膜的组分按重量份数，包括：
光谱转换颗粒a    70份、
光谱转换颗粒b    30份、
有机过氧化物     0.5份、
紫外光稳定剂     0.25份、
紫外光吸收剂     0.25份、
硅烷偶联剂       2份；
其中光谱转换颗粒a按重量份数是由80份的POE和20份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的；光谱转换颗粒b按重量份数20份的POE和80份的光谱转换材料混合后，挤出造粒得到的。
5.根据权利要求1-4中任一所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述的POE熔融指数为5~30g/min，透光率为85%~95%。
6.根据权利要求1-4中任一所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述的光谱转换材料为上转换材料、下转换材料中一种或几种。
7.根据权利要求6所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述的上转换材料为NaYF4:Er3+、LiYF4:Er3+、NaYF4:Yb3+,Er3+中至少一种，颗粒粒径为10-100纳米；下转换材料为NaYF4:Eu3+、NaYF4:Yb3+,Pr3+、GdAl3(BO3)4:Yb3+,Tb3+中至少一种，颗粒粒径为15-90纳米。
8.根据权利要求1-4中任一所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其特征在于：所述的有机过氧化物为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双（叔丁基过氧基）已烷中的一种。
9.根据权利要求1-4中任一所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜，其特征在于：紫外光稳定剂为聚[1-（2′-羟乙基）-2，2，6，6-四甲基-4-羟基哌啶丁二酸脂]、癸二酸双2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯中的一种；
所述的紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2H-苯并三唑-2-基)-6-(十二烷基)-4-甲基苯酚中的一种；硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧基官能团硅烷、γ-氯丙基三乙氧基硅烷中的一种。
10.如权利要求1所述的一种POE光谱转换太阳能电池封装胶膜的制备方法，包括：
（1）按重量份数将70~95份的POE和5~30份的光谱转换材料加入到挤出机中，混合，100-120℃挤出造粒，得光谱转化颗粒a；
（2）按重量份数将5~30份的POE和70~95份的光谱转换材料加入到挤出机中，混合，100-120℃挤出造粒，得光谱转化颗粒b；
（3）将光谱转化颗粒a、光谱转化颗粒b、有机过氧化物、紫外光光稳定剂、紫外光吸收剂、偶联剂加入到挤出机中，混合挤出，流延冷却成形，最后将成形的胶膜进行牵引、收卷，即得。
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