CN104263285A

CN104263285A - 一种光伏组件用聚烯烃封装胶膜

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Publication number: CN104263285A
Application number: CN201410481738.4A
Authority: CN
Inventors: 徐晓龙; 范云峰; 郑凯; 孟丹; 樊仔欣
Original assignee: Lucky Film Co Ltd
Current assignee: Lucky Film Co Ltd
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2015-01-07

Abstract

一种光伏组件用聚烯烃封装胶膜，其组成及质量份数为：聚烯烃100份，交联剂0.1-1份，偶联剂0.1-3份，抗老化剂0.01-1份，所述聚烯烃为熔指为0.5-18g/10min，熔点在55-93℃的聚烯烃聚。本发明聚烯烃胶膜为微交联型聚烯烃胶膜，它能够有效的解决聚烯烃胶膜在封装过程中的气泡等表观问题和抗热蠕变性差的问题，具有优异的光学性能、粘接性能、耐紫外老化性能和耐湿热老化性能，本发明的胶膜生产易于控制，完全能够满足现有的光伏组件层压工艺的要求。

Description

一种光伏组件用聚烯烃封装胶膜

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别涉及一种太阳能电池用聚烯烃封装胶膜。

背景技术

光伏组件用的封装胶膜主要包括离子型聚合物、热塑性聚氨酯（TPU）、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等，而其中EVA胶膜凭借着便宜的价格和可靠的质量占据市场的绝大部分份额。

伴随着薄膜太阳能电池发展以及市场对抗组件PID性能的需求，一些用以替换EVA胶膜的新型封装材料逐渐出现，而其中聚烯烃封装胶膜的成本和使用方法与EVA胶膜相近，将会是未来封装胶膜发展的新趋势，也是最有可能对EVA胶膜的绝对优势地位发起挑战的新产品。

与EVA相比，聚烯烃封装胶膜具有长久的稳定性、超级水汽阻隔性和优异的电绝缘性，其制作的组件在加速老化测试中明显优于EVA胶膜制作的组件，聚烯烃胶膜的体积绝缘电阻比EVA至少高出一个数量级，因而其制作的组件漏电流更低，稳定性更好。同时由于具有超级水汽阻隔性，其抗PID的效果也显著优于EVA胶膜。

如今，国内外光伏聚烯烃胶膜技术已有一定的进展，如陶氏、三井化学等公司均有聚烯烃封装胶膜产品面市。目前，根据聚烯烃封装胶膜的加工和使用，其主要分为两大种类，即交联型聚烯烃胶膜与非交联型聚烯烃胶膜。

交联型聚烯烃胶膜主要是以3M、三井化学、福斯特为代表的，多选用熔指高、熔点低的聚烯烃，配以交联剂、交联助剂，其在层压使用时，聚烯烃胶膜会发生交联反应，其反应前后交联度发生明显改变，能够利用二甲苯萃取法直接测得。由于交联型聚烯烃中使用较大份量的交联剂，其在层压过程中容易产生气泡现象。

非交联型聚烯烃胶膜主要是以陶氏化学的ENLIGHT为代表的，其目前已经实现了批量生产，此外DNP、三菱化学研发的也是非交联型聚烯烃胶膜。非交联型聚烯烃胶膜，其无需配以交联剂、交联助剂，因而其在层压过程中不容易产生气泡现象，但因考虑其加工和使用的因素，虽然多选用了熔指较低、熔点较高的聚烯烃，但其在老化过程中仍然容易出现抗热蠕变较差的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种太阳能电池用聚烯烃封装胶膜，它既能解决交联型聚烯烃封装气泡的问题，也能解决非交联型聚烯烃抗热蠕变性差的问题，具有优于非交联型聚烯烃封装胶膜的光学性能和粘接性能，也具有优于交联型聚烯烃封装胶膜的耐紫外老化性能和耐湿热老化性能，所述胶膜生产易于控制，能够满足现有的光伏组件层压工艺的要求。

为解决上技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种光伏组件用聚烯烃封装胶膜，其组成按质量份数计为：

聚烯烃 100份，

交联剂 0.1-1份，

偶联剂 0.1-3份，

抗老化剂 0.01-1份，

所述聚烯烃熔指为0.5-18g/10min，熔点为55-93℃。

上述光伏组件用聚烯烃封装胶膜，聚烯烃胶膜的交联剂为0.2-0.5质量份。

上述光伏组件用聚烯烃封装胶膜，聚烯烃为乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种。

上述光伏组件用聚烯烃封装胶膜，交联剂为有机过氧化物交联剂。

上述光伏组件用聚烯烃封装胶膜，交联剂为1,1- 二（叔丁基过氧化）-3,3,5- 三甲基环己烷、2,5- 二甲基己烷-2,5- 二叔丁基过氧化物、2,5- 二甲基-2,5- 双（苯甲酰过氧）- 己烷、过氧化二异丙苯、双（2- 叔丁基过氧化异丙基）苯中的一种或几种。

上述光伏组件用聚烯烃封装胶膜，偶联剂为硅烷偶联剂。

上述光伏组件用聚烯烃封装胶膜，偶联剂为γ- 氯丙基甲氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、乙烯基三（β- 甲氧基乙氧基）硅烷、γ- 甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ- 缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。

上述光伏组件用聚烯烃封装胶膜，抗老化剂是紫外光吸收剂、光稳定剂、抗氧剂中的一种或几种。

上述光伏组件用聚烯烃封装胶膜，在通过用无转子硫化仪在150℃，摇摆角度0.5°条件下，测试20min，扭矩变化为0.1~0.5 Lbf.in。

本发明的有益效果如下：

本发明的聚烯烃胶膜，由于采用适宜熔点、适宜熔指的聚烯烃原料，添加适量的交联剂与偶联剂，因而相比于非交联型聚烯烃封装胶膜，交联剂和偶联剂的使用能够提供更佳的光学性能和粘接性能，相比于交联型聚烯烃封装胶膜，搭配适宜熔点和熔指的原料使得交联剂的用量得到了适量的减少，能够提供更佳的耐紫外老化性能和耐湿热老化性能。

本发明采用低含量的交联剂与一定熔指范围和熔点范围的聚烯烃配合使用，得到微交联的聚烯烃胶膜，本发明所谓的微交联，可以通过用无转子硫化仪在150℃，摇摆角度0.5°条件下，测试20min得到；本发明聚烯烃胶膜在上述条件下扭矩变化为0.1~0.5 Lbf.in。

本发明中聚烯烃胶膜含有100质量份的一种或几种聚烯烃，0.1-1质量份的交联剂、0.1-3质量份的偶联剂，除此之外还包含0.01-1质量份的抗老化剂等助剂中的一种或几种。

本发明中聚烯烃胶膜中的聚烯烃为熔指0.5-18g/10min，熔点在55-93℃的一种或几种聚烯烃，之所以需要具有上述特征是因为：当所用聚烯烃熔指过高、熔点过低时，分子量小，柔性较大，流动性较好，导致在使用过程中胶膜的高温抗蠕变性能较差，又由于分子中活性交联点较多，导致聚烯烃封装过程中整个配方体系的反应控制难度大，造成偶联剂与聚烯烃分子的结合效果不理想，胶膜粘结性能差，长期户外使用后，有剥离强度大幅衰减的风险，影响封装组件的户外长期正常使用；当聚烯烃的熔指过低、熔点过高时，分子中的结晶成分较多，光学性能差，胶膜加工温度较高，体系中加入的各种添加剂在加工过程中会提前发生反应，容易造成晶点问题。

本发明聚烯烃可以是乙烯与丙烯共聚物、乙烯与丁烯共聚物、乙烯与辛烯共聚物或其他聚烯烃。较优的选取乙烯与丁烯或辛烯共聚物。

为了提高胶膜层压后抗热蠕变的性能，需在体系中加入少量的交联剂。

所述交联剂优选有机过氧化物交联剂，可以是一种或几种有机过氧化物组成的混合物，如 1,1- 二（叔丁基过氧化）-3,3,5- 三甲基环己烷、2,5- 二甲基己烷-2,5- 二叔丁基过氧化物、2,5- 二甲基-2,5- 双（苯甲酰过氧）- 己烷、过氧化二异丙苯、双（2- 叔丁基过氧化异丙基）苯等有机过氧化物。交联剂用量为0.1-1质量份，优选0.2-0.5质量份。交联剂用量过少，则不能保证聚烯烃分子链得到足够的增长，抗热蠕变性能不足，机械强度不足，对组件的机械保护不足；交联剂用量过多，则一方面胶膜在加工过程中有预聚风险，封装过程中容易产生气泡等表观质量问题；另一方面，则会造成胶膜老化后黄变较大。

为了提高改善胶膜层压后与玻璃等无机封装材料的粘接性能，需在体系中加入一定量的偶联剂。

所述偶联剂为硅烷偶联剂，可以是一种或几种硅烷偶联剂组成的混合物，如γ- 氯丙基甲氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、乙烯基三（β- 甲氧基乙氧基）硅烷、γ- 甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ- 缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等硅烷偶联剂。偶联剂用量为0.1-3质量份，优选0.3-1质量份。偶联剂用量过少，则不能保证偶联剂与聚烯烃分子接枝反应充分，胶膜与玻璃等无机封装材料的粘接不足，影响组件耐湿热老化性能，影响组件的水汽阻隔性；偶联剂用量过多，则偶联剂与聚烯烃分子接枝反应后残余较多，富余的偶联剂也会影响到聚烯烃分子与交联剂的反应，影响组件后期耐湿热老化黄变性能等，而且富余的偶联剂还会发生自聚，降低胶膜湿热老化后的粘结性能。

为了增强聚烯烃胶膜的耐紫外、耐湿热等老化的性能，保障胶膜加工过程中聚烯烃性能的正常稳定，可在体系中添加一定量的抗老化剂。

所述抗老化剂可以是紫外光吸收剂、光稳定剂、抗氧剂中的一种或几种。

上述紫外光吸收剂可以是光伏封装胶膜常用的二苯酮类、苯并三唑类、三嗪类、水杨酸酯类等各种类型的紫外光吸收剂中的一种或几种。

上述光稳定剂主要是指受阻胺类的有机物，其可以是一种或几种，如CYASORB UV-3346、CYASORB UV-3529、Tinuvin 144、Tinuvin 622LD 、Tinuvin 770DF等光稳定剂。

上述抗氧剂可以是一种或几种由受阻酚抗氧剂或亚磷酸酯抗氧剂组成，如Anox-20、Anox-330、Lowinox-1790、Lowinox CA-22等受阻酚抗氧剂；或STAB-1178、STAB-317、STAB-517、STAB-2112、STAB-1500、STAB-AS4500等亚磷酸酯抗氧剂。

将上述聚烯烃与交联剂、偶联剂、抗老化剂等助剂混合均匀，加工温度根据聚烯烃的流动性设定，加入到熔融挤出流延机上挤出，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲等工序即可制得本发明所述的聚烯烃封装胶膜。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特结合以下实施例详细说明。

以下为所用原料：

聚烯烃粒子：乙烯-丙烯共聚物（DOW化学公司，VERSIFY 3300）；乙烯-丁烯共聚物（三井公司，DF 840）；乙烯-辛烯共聚物（DOW化学公司，ENGAGE系列）；各聚烯烃粒子的商品牌号及主要物性指标如下：

交联剂：叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯（AKEMA公司，LUPEROX TBEC）；2，5-二甲基-2，5-双-（叔丁基过氧）己烷（AKEMA公司，LUPEROX 101）

偶联剂：γ- 甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷（道康宁公司，z-6030）；乙烯基三甲氧基硅烷（道康宁公司，z-6300）

抗老化剂：紫外吸收剂（广州裕昌化工科技有限公司，CHIGUARD BP-12）；光稳定剂（广州裕昌化工科技有限公司，CHIGUARD 101）；抗氧剂（广州裕昌化工科技有限公司，DEOX 1035）

实施例1：

DF 840 90g

ENGAGE 8150 10g

LUPEROX 101 0.2g

z-6300 0.7g

CHIGUARD BP-12 0.3g

CHIGUARD 101 0.2g

DEOX 1035 0.2g

将原料按上述配比在混料机中混合均匀，待各助剂被聚烯烃吸附包裹完全后，加入到单螺杆挤出机中，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即可制得聚烯烃胶膜。

对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

实施例2：

DF 840 75g

ENGAGE 8150 20g

VERSIFY 3300 5g

LUPEROX TBEC 0.1g

LUPEROX 101 0.2g

z-6030 0.5g

z-6300 0.5g

CHIGUARD BP-12 0.3g

DEOX 1035 0.2g

对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

实施例3：

DF 840 80g

ENGAGE 8440 20g

LUPEROX 101 0.4g

z-6030 0.5g

DEOX 1035 0.1g

对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

实施例4：

DF 840 70g

ENGAGE 8411 5g

ENGAGE 8440 25g

LUPEROX 101 0.5g

z-6300 0.3g

DEOX 1035 0.2g

对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

实施例5：

DF 840 75g

ENGAGE 8150 15g

ENGAGE 8411 10g

LUPEROX 101 0.1g

z-6030 0.8g

CHIGUARD BP-12 0.3g

CHIGUARD 101 0.1g

DEOX 1035 0.1g

对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

实施例6：

DF 840 70g

ENGAGE 8150 5g

ENGAGE 8440 25g

LUPEROX 101 0.1g

z-6030 0.8g

CHIGUARD BP-12 0.3g

CHIGUARD 101 0.1g

DEOX 1035 0.1g

对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

对比例1：

ENGAGE 8407 100g

LUPEROX 101 0.8g

z-6030 0.3g

CHIGUARD BP-12 0.3g

CHIGUARD 101 0.1g

DEOX 1035 0.1g

对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

对比例2：

DF 840 90g

ENGAGE 8150 10g

z-6300 0.7g

CHIGUARD BP-12 0.3g

CHIGUARD 101 0.2g

DEOX 1035 0.2g

将原料按上述配比在混料机中混合均匀，待各助剂被聚烯烃吸附包裹完全后，加入到单螺杆挤出机中，挤出物经流延、冷却、牵引、卷曲工序，即可制得聚烯烃胶膜。对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

对比例3：

DF 840 90g

ENGAGE 8150 10g

LUPEROX TBEC 1.5g

z-6030 0.3g

CHIGUARD BP-12 0.3g

CHIGUARD 101 0.1g

DEOX 1035 0.1g

对聚烯烃胶膜进行测试，测试结果列于表1。

表1

测试方法：

1.聚烯烃胶膜的透光率测试：

将胶膜切成 50mm×50mm 的大小，使用两块太阳能超白布纹玻璃（厚 4mm，大小 50mm×50mm），依次按玻璃/胶膜/玻璃层叠后放入层压机中，层压条件为145℃，抽真空6 分钟，加压至 0.06MPa，保压13 分钟。然后使用透光率测试仪（济南三泉中石实验仪器有限公司WGT-S）测定层叠体厚度方向的光线透光率。测试结果列于表1。

2.聚烯烃胶膜的交联扭矩测试：

秤取3.2g胶膜，放入无转子硫化仪中，在150℃，摇摆角度0.5°条件下，测试20min。测试过程中最大扭矩与最小扭矩之差即为交联扭矩。测试结果列于表1。

3.聚烯烃胶膜的老化测试：

将双层胶膜切成 150mm×200mm 的大小，一块太阳能超白布纹玻璃（厚 4mm，大小 150mm×200mm），一块背板（日本东丽公司生产的LTW-07S背板，150mm×200mm）。依次按背板/胶膜/玻璃层叠后放入层压机中，玻璃在下，层压条件为145℃，抽真空6 分钟，加压至 0.06MPa，保压13 分钟。

按照 GB/T2423.3 试验方法进行湿热老化实验：实验条件为温度 85℃，相对湿度85%，1000h，黄变指数（ΔYI）由GB2409-80 进行分析。

按照国际电工委员会标准 IEC61345 标注进行紫外老化实验：实验条件为试样表面温度 60±5℃，紫外灯波长为 280-400nm 范围，辐照度为 15KW·h/m²，黄变指数（ΔYI）由 GB2409-80 进行分析。

4.聚烯烃胶膜的抗热蠕变性能测试：

将双层胶膜切成 70mm×150mm 的大小，两块太阳能超白布纹玻璃（厚 4mm，大小分别为70mm×150mm，150mm×200mm），依次按玻璃/胶膜/玻璃层叠后放入层压机中，大尺寸玻璃在下，层压条件为145℃，抽真空6 分钟，加压至 0.06MPa，保压13 分钟。将层压好后的层压件竖直放置在100℃的烘箱中100h，观察过程中小玻璃相对大玻璃是否发生滑移，如滑移距离小于0.5mm，则判定抗热蠕变性能测试合格。

5.聚烯烃胶膜的层压表观测试：

将双层胶膜切成 150mm×200mm 的大小，使用两块太阳能超白布纹玻璃（厚 4mm，大小 150mm×200mm），依次按玻璃/胶膜/玻璃层叠后放入层压机中，层压条件为145℃，抽真空6 分钟，加压至 0.06MPa，保压13 分钟。层压后观察是否出现胶膜中是否气泡等表观问题，如表观正常，则判定层压表观测试合格。

由上表结果可见，本发明的聚烯烃封装胶膜，在解决层压表观问题，提高抗热蠕变性能的同时拥有优异的光学性能和粘接性能，具备优异的耐紫外老化性能和耐湿热老化性能。

本发明中的实施例只是为了举例说明实施效果，其保护范围并不受限于这几个实施例。对本发明所作的任何修改、以及对各种原料、助剂的等效替换等，均应在本发明的专利保护范围之内。

Claims

1.一种光伏组件用聚烯烃封装胶膜，其特征在于，制备聚烯烃封装胶膜的各组分按质量份数计为：

聚烯烃 100份，

交联剂 0.1-1份，

偶联剂 0.1-3份，

抗老化剂 0.01-1份，

所述聚烯烃熔指为0.5-18g/10min，熔点为55-93℃。

2.根据权利要求1所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述交联剂为0.2-0.5质量份。

3.根据权利要求2所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述聚烯烃是乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述交联剂为有机过氧化物交联剂。

5.根据权利要求4所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述交联剂为1,1- 二（叔丁基过氧化）-3,3,5- 三甲基环己烷、2,5- 二甲基己烷-2,5- 二叔丁基过氧化物、2,5- 二甲基-2,5- 双（苯甲酰过氧）- 己烷、过氧化二异丙苯、双（2- 叔丁基过氧化异丙基）苯中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

7.根据权利要求6所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述偶联剂为γ- 氯丙基甲氧基硅烷、乙烯基乙氧基硅烷、乙烯基三（β- 甲氧基乙氧基）硅烷、γ- 甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ- 缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷等的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述抗老化剂是紫外光吸收剂、光稳定剂、抗氧剂中的一种或几种。

9.根据权利要求8所述的聚烯烃封装胶膜，其特征在于，所述聚烯烃封装胶膜在通过用无转子硫化仪在150℃，摇摆角度0.5°条件下，测试20min，扭矩变化为0.1~0.5 Lbf.in。