CN104479272A - 一种用于光伏封装胶膜的光转换母料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于光伏封装胶膜的光转换母料，属于光伏组件封装胶膜技术领域。该光转换母料是以聚甲基丙烯酸甲酯为基体树脂，添加无机光转换粉末、相容剂和抗氧化剂混合均匀后经挤出、磨粉、过筛制备而成的。本发明的光转换母料能够很好地克服有机光转换化合物不稳定易变黄且寿命短的缺陷，能够有效解决无机光转换化合物难分散的问题，且具有较好的光转换效率。本发明还提供了采用上述光转换母料制成的EVA胶膜，该EVA胶膜具有较好的透光率和光转换效率。

Description

一种用于光伏封装胶膜的光转换母料及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏组件封装胶膜技术领域，具体涉及一种用于光伏封装胶膜的光转换母料及其制备方法。
背景技术
太阳能电池片对不同波长光线的量子效应存在较大差异，光电转换效率较高的区间为可见光和近红外光线(400-900nm)，而对200-400nm的紫外光线光电转换效率较低。为了提高光伏组件的使用效率，若可以将电池片表面的EVA膜制备为具有光转换功能的材料，也即是这层EVA膜具备将紫外光转换为可见光能力，则可以提高电池片的实际光转换效率，进一步降低光伏组件的使用成本。具备光转换功能的物质可分为有机荧光类化合物和无机类荧光化合物，其中有机类也具有较好的光转换效果，但由于结构特性存在光转换不持久，化合物不稳定易变黄的缺陷，并不能真正应用于光转换EVA中；无机的光转换物质种类较多，光转换效果差异较大，同时由于添加量较小，很难有效添加进EVA膜中，因此这方面需要技术上有一些突破。
申请号为CN102386271A的专利提出了一种制备光转换EVA或PVB的方法，通过添加含氟化合物，稀土金属卤化物、稀土金属氧化物、稀土金属硫化物的方法来达到目的，但其一方面所使用添加剂涵盖了有机和无机光转换化合物，在光转换效率以及黄变方面需要进一步验证外，同时没有明确如何有效将这些物质分散在EVA或PVB中而不影响产品透光率，因此是否能用于实际产品中有待考证。
申请号为CN102093628A的专利提出了一种光转换用EVA胶膜，将含β-二酮与吡啶类衍生物的混合稀土配合物添加EVA中达到目的，由于其为有机添加剂，相对容易均匀分散在EVA中，且不影响透光率，但由于其结构限制，光转换效率也是需要进一步验证；申请号为CN102965039A、CN103709946、CN103739926的专利也是添加有机稀土配合物来达到光转换效果，并非为最佳的无机光转换化合物，光转换效率也是需要进一步验证。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于光伏封装胶膜的光转换母料，该光转换母料能够很好地克服有机光转换化合物不稳定易变黄且寿命短的缺陷，能够有效解决无机光转换化合物难分散的问题，具有较好的光转换效率。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于光伏封装胶膜的光转换母料，其是由以下重量份数的组分制备而成：
所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为光学级粉料，其透光率＞91％，其维卡软化点＞100℃。
所述无机光转换粉末为铕、锰掺杂的钡镁铝氧化物。所述的无机光转换粉末的分子式为BaMgAl10O17·Eu·Mn或BaMg2Al16O27·Eu·Mn。
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4,4'-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇双亚磷酸酯二(十八醇)酯、三壬基苯酯、硫代二丙酸双十八醇酯、硫代二丙酸双十二醇酯中的任一种或两种以上的任意比混合。
所述相容剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任一种。
本发明还提供了上述的光转换母料的制备方法，其包括以下步骤：
a、将聚甲基丙烯酸甲酯与无机光转换粉末、抗氧剂、相容剂按配方量预混合均匀得到预混物；
b、将步聚a得到的预混物投入双螺杆挤出机中，在200℃下挤出造粒，并在70-80℃下烘干除去水份；
c、将步骤b中烘干的母粒投入塑料冷冻磨粉机中，在-20℃下磨粉过筛处理，得到粒径为90-110um的光转换母料。
本发明还提供了一种EVA胶膜，其是由如权利要求1～7中任一项所述的光转换母料0.1-2份和EVA预混料80-120份制备而成的。
作为上述技术方案的优选，所述的EVA胶膜是由按重量份计的0.5份光转换母料和100份EVA预混料制备而成的。
本发明还提供了上述的EVA胶膜的制备方法，具体是将配方量的光转换母料和EVA预混料混合均匀后投入流延机中，在90℃下经过塑化挤出、拉伸，牵引、收卷制成厚度为0.3-0.7mm的EVA胶膜。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过多次试验筛选出了两种铕、锰掺杂的钡镁铝氧化物，将其与基体树脂PMMA按照一定的比例混合制备成具有优异的光转换效率的光转换母料；光转换母料中添加了相容剂，使铕、锰掺杂的钡镁铝氧化物与PMMA具有较好的相容性；同时由于PMMA为高熔点的刚性塑料，且折光率约为1.49，与玻璃和EVA的折光率相近，将其磨粉处理后与EVA预混料混合，在流延成膜过程中并不会熔化，而是以颗粒状态分散在EVA中，因此以此种母粒的方式作为EVA胶膜的添加剂不会影响EVA胶膜的透光率，同时也保证了较好的光转换效率；本发明的光转换母料能够很好地克服有机光转换化合物不稳定易变黄且寿命短的缺陷，能够有效解决无机光转换化合物难分散的问题，并具有较好的光转换效率。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
具体实施方式
实施例1：
选择透光率为92％、维卡软化点为102℃、熔指为16g/10min(230℃/3.8Kg)的市售PMMA树脂粉为母料基体树脂，添加1份无机光转换粉末BaMgAl10O17·Eu·Mn、0.5份的抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.1份的相容剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷搅拌混合均匀后得到预混物，将预混物投入挤出温度为200℃的双螺杆挤出机挤出造粒，并烘干得到母粒，最后将母粒在-20℃下磨粉过筛，得到粒径为90um的光转换母料。
将0.5份上述的光转换母料加入100份的未添加紫外吸收剂的太阳能电池封装用EVA预混料中混合均匀后投入流延机中，在90℃下，经过塑化挤出、拉伸，牵引、收卷制成厚度约为0.5mm的EVA胶膜。
实施例2：
选择透光率为92％、维卡软化点为102℃，熔指为16g/10min(230℃/3.8Kg)的市售PMMA树脂粉为母料基体树脂，添加10份无机光转换粉末BaMgAl10O17·Eu·Mn和0.1份的相容剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷搅拌混合均匀后得到预混物，将预混物投入挤出温度为200℃的双螺杆挤出机挤出造粒，并烘干得到母粒，最后将母粒在-20℃下磨粉过筛，得到粒径为100um的光转换母料。
将0.5份上述的光转换母料加入100份的未添加紫外吸收剂的太阳能电池封装用EVA预混料中混合均匀后投入流延机中，在90℃下，经过塑化挤出、拉伸，牵引、收卷制成厚度为0.4mm的EVA胶膜。
实施例3:
选择透光率为92％、维卡软化点为102℃，熔指为16g/10min(230℃/3.8Kg)的市售PMMA树脂粉为母料基体树脂，然后添加5份无机光转换母料BaMgAl10O17·Eu·Mn、0.3份的抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.5份的相容剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷搅拌混合均匀后得到预混物，将预混物投入挤出温度为200℃的双螺杆挤出机挤出造粒，并烘干得到母粒，最后将母粒在-20℃下磨粉过筛，得到粒径为110um的光转换母料。
将0.2份上述的光转换母料加入100份的未添加紫外吸收剂的太阳能电池封装用EVA预混料中混合均匀后投入流延机中，在90℃下，经过塑化挤出、拉伸，牵引、收卷制成厚度为0.5mm的EVA胶膜。
实施例4:
选择透光率为92％、维卡软化点为102℃、熔指为16g/10min(230℃/3.8Kg)的市售PMMA树脂粉为母料基体树脂，添加10份无机光转换母料BaMgAl10O17·Eu·Mn、0.3份的抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.5份的相容剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷搅拌混合均匀后得到预混物，将预混物投入挤出温度为200℃的双螺杆挤出机挤出造粒，并烘干得到母粒，最后将母粒在-20℃下磨粉过筛，得到粒径为110um的光转换母料。
将0.2份上述的光转换母料加入100份的未添加紫外吸收剂的太阳能电池封装用EVA预混料中混合均匀后投入流延机中，在90℃下，经过塑化挤出、拉伸，牵引、收卷制成厚度为0.6mm的EVA胶膜。
实施例5:
选择透光率为92％、维卡软化点为102℃，熔指为16g/10min(230℃/3.8Kg)的市售PMMA树脂粉为母料基体树脂，添加5份无机光转换母料BaMg2Al16O27·Eu·Mn、0.3份的抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.5份的相容剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷搅拌混合均匀后得到预混物，将预混物投入挤出温度为200℃的双螺杆挤出机挤出造粒，并烘干得到母粒，最后将母粒在-20℃下磨粉过筛，得到粒径为100um的光转换母料。
将0.2份上述的光转换母料加入100份的未添加紫外吸收剂的太阳能电池封装用EVA预混料中混合均匀后投入流延机中，在90℃下，经过塑化挤出、拉伸，牵引、收卷制成厚度为0.7mm的EVA胶膜。
实施例6:
选择透光率为92％、维卡软化点为102℃，熔指为16g/10min(230℃/3.8Kg)的市售PMMA树脂粉为母料基体树脂，添加5份无机光转换母料BaMg2Al16O27·Eu·Mn、0.3份的抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.5份的相容剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷搅拌混合均匀后得到预混物，将预混物投入挤出温度为200℃的双螺杆挤出机挤出造粒，并烘干母粒，最后将母粒在-20℃下磨粉过筛，得到粒径为105um的光转换母料。
将0.2份上述的光转换母料加入100份的未添加紫外吸收剂的太阳能电池封装用EVA预混料中混合均匀后投入流延机中，在90℃下，经过塑化挤出、拉伸，牵引、收卷制成厚度为0.5mm的EVA胶膜。
性能测试方案：
采用普通无紫外吸收EVA胶膜作为对照组，将上述具体实施例1～6所制得的EVA胶膜和普通无紫外吸收EVA胶膜分别通过层压工艺制成待测样品，其中层压工艺参数为温度140℃，抽气5min，加压1min(压力为100KPa)，保压15min。
分别对所制得的样品采用以下测试方法进行各种性能测试：
1、透光率
测试方法：将待测样品按高温布/EVA(0.5mm)/超白压花玻璃(3.2mm)结构层叠，放入设定工艺的层压机中层压，层压完成后取出冷却，去掉高温布，在含有积分球的紫外分光光度计测试380-1100nm区间的透光率。
2、耐紫外光辐射性能
试验条件：试样表面温度60±5℃，波长为280-400nm，辐照量为15KWh/m2。
测试方法：按背板/EVA(0.5mm)/超白玻璃(3.2mm)结构层叠，放入设定工艺的层压机中层压，层压完成后取出冷却制得样品。将样品放入紫外加速老化箱中，紫外辐照量达到15KWh/m2后，采用反射法测试计算EVA紫外辐照前后的黄色指数变化。
3、功率以及发电量测试
用所制得的EVA胶膜分别封装额定功率为250w的多晶硅光伏组件，在标准光源下(400-1100nm，不含紫外线)测试组件功率，同时选取天气晴朗条件下，测试对比11：00—16：00期间不同EVA封装的组件发电量。
实施例1～6和对照组的测试结果如表1所示。
表1性能测试结果
从上述实施例的结果可以看到，添加本发明所述的光转换母料所制得的EVA胶膜耐紫外性能优异，与普通EVA胶膜相比，各实施例EVA胶膜样品紫外黄变无明显差异。样品透光率受母料添加量以及无机光转换粉末添加量有一定影响，其中实施例3、5、8仍可保证EVA胶膜透光率在91％以上。比较400-1100nm光源下测试的组件功率，此项测试由于光源不含紫外线部分，因此测试结果主要受EVA透光率影响以及组件制样中的系统误差影响，综合结果来看实施例1、2、3、4由于EVA胶膜透光率相比普通EVA胶膜略有下降或制样系统误差，功率测试偏低，而实施例5、6相比普通EVA胶膜差别较小，甚至实施例6的测试功率还高于对照组。比较各实施例以及对照组的实际发电情况，根据结果来看，实施例2、3、4、5、6均有不同程度的增加，特别是实施例5、6发电量增益达到0.75％以及0.66％，综合效果最理想。
综上所述，本发明所述的一种用于光伏封装胶膜的光转换母料可以较好的分散在EVA中，不影响EVA的透光率以及耐黄变性能，同时由于添加了光转化效果优异的无机铕锰掺杂的钡镁铝氧化物，达到了提升光伏组件发电效率的效果，进一步降低了光伏组件发电成本，能够促进太阳能电池的进一步推广。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于光伏封装胶膜的光转换母料，其特征在于：其是由以下重量份数的组分制备而成：
。
2.根据权利要求1所述的用于光伏封装胶膜的光转换母料，其特征在于：所述聚甲基丙烯酸甲酯为光学级粉料，其透光率＞91％，其维卡软化点＞100℃。
3.根据权利要求1所述的用于光伏封装胶膜的光转换母料，其特征在于：所述无机光转换粉末为铕、锰掺杂的钡镁铝氧化物。
4.根据权利要求3所述的用于光伏封装胶膜的光转换母料，其特征在于：所述的无机光转换粉末的分子式为BaMgAl10O17·Eu·Mn或BaMg2Al16O27·Eu·Mn。
5.根据权利要求所述的用于光伏封装胶膜的光转换母料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、4,4'-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇双亚磷酸酯二(十八醇)酯、三壬基苯酯、硫代二丙酸双十八醇酯、硫代二丙酸双十二醇酯中的任一种或两种以上的任意比混合。
6.根据权利要求1所述的用于光伏封装胶膜的光转换母料，其特征在于：所述相容剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任一种。
7.如权利要求1～6中任一项所述的光转换母料的制备方法，其特征在于： 其包括以下步骤：
a、将聚甲基丙烯酸甲酯与无机光转换粉末、抗氧剂、相容剂按配方量预混合均匀得到预混物；
b、将步聚a得到的预混物投入双螺杆挤出机中，在200℃下挤出造粒，并在70-80℃下烘干除去水份；
c、将步骤b中烘干的母粒投入塑料冷冻磨粉机中，在-20℃下磨粉过筛处理，得到粒径为90-110um的光转换母料。
8.一种EVA胶膜，其特征在于：其是由如权利要求1～6中任一项所述的光转换母料0.1-2份和EVA预混料80-120份制备而成的。
9.根据权利要求8所述的EVA胶膜，其特征在于：其是由按重量份计的0.5份光转换母料和100份EVA预混料制备而成的。
10.如权利要求8所述的EVA胶膜的制备方法，其特征在于：将配方量的光转换母料和EVA预混料混合均匀后投入流延机中，在90℃下经过塑化挤出、拉伸，牵引、收卷制成厚度为0.3-0.7mm的EVA胶膜。
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