CN104576796B - 光伏组件背面保护膜及其制备方法 - Google Patents

光伏组件背面保护膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光伏组件背面保护膜，涉及光伏组件的技术领域，所述光伏组件包括封装有一个或多个光伏电池的EVA封装层，所述封装层的背面依次形成有第一膜层，和位于第一膜层上的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层；并且所述第一膜层含有聚烯烃树脂的组合物。所述组合物包括聚烯烃树脂、萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯和改性填料。本发明所述的光伏组件背面保护膜粘结性好，而且具有优异水汽阻隔性、耐高温高湿性以及尺寸稳定性。

Description

光伏组件背面保护膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏组件的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种光伏组件背面保护膜及其制备方法。
背景技术
光伏组件包括封闭在封装物中的光伏电池，而光伏电池的两侧上分别为上部保护膜和位于背面的背面保护膜。传统光伏组件背面保护膜是由具有高使用寿命的含氟元素薄膜或含氟涂料作保护层，与作为基层的耐高压绝缘性能优异的阻水性基材(如聚酯薄膜)复合而成。一方面氟材料在生产制造过程中对环境污染，另一方面在材料燃烧或回收过程中均易产生有毒氟化物，而且氟膜生产工艺复杂，产量难以满足日益膨胀的光伏行业发展需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种光伏组件背面保护膜及其制备方法，该薄膜不仅可以取代传统聚氟乙烯复合膜结构保护膜，而且环保。
本发明涉及一种光伏组件背面保护膜，所述光伏组件包括封装有一个或多个光伏电池的EVA封装层，其特征在于：所述封装层的背面形成有第一膜层，所述第一膜层含有聚烯烃树脂的组合物。
其中，所述第一膜层上还形成有聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层。所述的聚对苯二甲酸乙二醇酯为耐候性聚对苯二甲酸乙二醇酯，并且通过胶黏剂涂覆。
其中，所述第一膜层的厚度为15～150μm，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层的厚度为50～200μm。
其中，所述组合物包括聚烯烃树脂、萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯和改性填料。
其中，所述聚烯烃树脂选自聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的至少一种。
其中，所述不饱和二羧酸二酯选自顺丁烯二酸二甲酯、顺丁烯二酸二乙酯、顺丁烯二酸二丁酯、顺丁烯二酸二辛酯的至少一种。
其中，所述改性填料通过以下工艺制备得到：步骤①将纳米SiO2和甲基丙烯酸基官能硅烷反应得到改性的纳米SiO2；步骤②利用顺丁烯二酸与所述改性的纳米SiO2反应得到所述改性填料；所述甲基丙烯酸基官能硅烷与纳米SiO2的质量比为1：18～20，所述顺丁烯二酸与所述甲基丙烯酸基官能硅烷的质量比为1：2～3。
其中，在步骤①中将纳米SiO2和甲基丙烯酸基官能硅烷在无水甲苯溶液中在80～100℃进行反应10小时以上，减压蒸馏以及真空干燥后即可得到改性的纳米SiO2；在步骤②中将顺丁烯二酸和改性的纳米SiO2在N，N-二甲基乙酰胺溶液中于60～80℃进行反应3小时以上，然后利用去离子水洗涤、真空干燥即可得到所述改性填料。
其中，作为示例性地，所述甲基丙烯酸基官能硅烷可以选择道康宁Z-6030、Z-6040、Z-6020、Z-6011、Z-6121、Z-6137；美国迈图Alink25、A-187、迈图A-LINK35、迈图A-151、迈图A-186、迈图A-1128等硅烷偶联剂。
其中，所述组合物可含有添加剂，本领域技术人员会容易地知晓如何选择添加剂，所述的添加剂可选择抗氧剂、紫外光吸收剂、阻燃剂、润滑剂、交联剂等中的一种或几种。
其中，所述组合物中聚烯烃树脂的含量为30～50wt％，优选为35～40wt％；所述组合物中萜烯树脂的含量为10～15wt％，优选为12～15wt％；所述组合物中不饱和二羧酸二酯的含量为2～5wt％，优选为2～3wt％；所述组合物中改性填料的含量为35～50wt％，优选为35～45wt％；所述组合物中添加剂的含量为2.0～10.0wt％，优选为2.0～5.0wt％。例如，所述组合物包括35～40wt％的聚烯烃树脂、10～15wt％的萜烯树脂、2～5wt％的不饱和二羧酸二酯、2.0～10.0wt％的添加剂，和35～50wt％的改性填料。所述组合物由35～40wt％的聚烯烃树脂、12～15wt％的萜烯树脂、2～3wt％的不饱和二羧酸二酯、2.0～5.0wt％的添加剂，和余量的改性填料组成。
本发明的第二方面还涉及一种光伏组件背面保护膜的制备方法。
所述的光伏组件背面保护膜，其包括封装有一个或多个光伏电池的EVA封装层，所述封装层的背面依次形成有第一膜层，和位于第一膜层上的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层；并且所述第一膜层含有聚烯烃树脂的组合物，所述组合物包括聚烯烃树脂、萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯、添加剂和改性填料；所述制备方法包括以下步骤：①将萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯、添加剂和改性填料与部分聚烯烃树脂混合，采用螺杆挤出机在120～180℃制成功能性母粒；然后将所述功能性母粒与剩余的聚烯烃树脂混合，在200～230℃采用挤出流延工艺或吹塑工艺形成所述第一膜层；②在所述第一膜层上涂布聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层。
其中，所述改性填料通过以下工艺制备得到：步骤①将纳米SiO2和甲基丙烯酸基官能硅烷反应得到改性的纳米SiO2；步骤②利用顺丁烯二酸与所述改性的纳米SiO2反应得到所述改性填料；所述甲基丙烯酸基官能硅烷与纳米SiO2的质量比为1：18～20，所述顺丁烯二酸与所述甲基丙烯酸基官能硅烷的质量比为1：2～3。
与现有技术相比，本发明所述光伏组件背面保护膜及其制备方法具有以下有益效果：
本发明所述的光伏组件背面保护膜粘结性好，而且具有优异水汽阻隔性、耐高温高湿性以及尺寸稳定性。
具体实施方式
以下将通过参考示范性实施例，阐明本发明的技术方案、制备工艺和性能。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。
本发明涉及一种光伏组件背面保护膜，所述光伏组件包括封装有一个或多个光伏电池的EVA封装层，而在所述封装层的背面形成有保护膜。所述保护膜包括形成在封装层背面的第一膜层，和位于第一膜层上的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层；所述第一膜层的厚度通常为15～150μm，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层的厚度通常为50～200μm。并且所述第一膜层含有聚烯烃树脂的组合物，所述组合物包括聚烯烃树脂、萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯和改性填料。此外，所述组合物通常还包括添加剂。所述聚烯烃树脂选自聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的至少一种。所述不饱和二羧酸二酯选自顺丁烯二酸二甲酯、顺丁烯二酸二乙酯、顺丁烯二酸二丁酯、顺丁烯二酸二辛酯的至少一种。所述萜烯树脂可选择T-90、T-110或T-120。所述的添加剂可选择抗氧剂、紫外光吸收剂、阻燃剂、润滑剂、交联剂等中的一种或几种。所述抗氧剂用于限制膜层的降解，所述抗氧剂可以为芳香胺类抗氧剂或受阻酚类抗氧剂，以组合物的质量计其含量一般为0.05～2.0wt％。添加紫外线吸收剂可以防止因紫外辐射而导致的封装物变黄。所述紫外线吸收剂可以选自2-羟基-4-丙烯酰氧基乙氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、4-十二烷基-2-羟基二苯甲酮、水杨酸苯酯、水杨酸对辛基苯酯等。以组合物的质量计其含量一般为0.05～2.0wt％。作为阻燃剂可以适用有机阻燃剂、无机阻燃剂，例如氯化聚乙烯、氢氧化铝、氢氧化镁、三氧化二锑等，以组合物的质量计其含量一般为1.0～5.0wt％。作为润滑剂可以选择高级脂肪酸酯、高级脂肪酸酰胺、金属皂、聚二甲基硅氧烷和石蜡等，以组合物的质量计其含量一般为0.1～3.0wt％。作为交联剂可以选择过氧化苯甲酰(BPO)、过氧化二异丙苯(DCP)和二叔丁基过氧化物(DTBP)等，以组合物的质量计其含量一般为0.5～2.0wt％。所述改性填料通过以下工艺制备得到：步骤①将纳米SiO2和甲基丙烯酸基官能硅烷反应得到改性的纳米SiO2；步骤②利用顺丁烯二酸与所述改性的纳米SiO2反应得到所述改性填料；所述甲基丙烯酸基官能硅烷与纳米SiO2的质量比为1：18～20，所述顺丁烯二酸与所述甲基丙烯酸基官能硅烷的质量比为1：2～3。
作为示例性地，在本发明中具体采用以下两种改性填料。
改性填料A的制备，在步骤①中将纳米SiO2(SP30)和道康宁Z-6030硅烷偶联剂在无水甲苯溶液中在80℃进行反应10小时以上，减压蒸馏以及真空干燥后即可得到改性的纳米SiO2；在步骤②中将顺丁烯二酸和改性的纳米SiO2在N，N-二甲基乙酰胺溶液中于70℃反应3小时以上，然后利用去离子水洗涤、真空干燥即可得到所述改性填料A。其中，所述道康宁Z-6030硅烷偶联剂与纳米SiO2的质量比为1：20，所述顺丁烯二酸与所述道康宁Z-6030硅烷偶联剂的质量比为1：2。
改性填料B的制备，在步骤①中将纳米SiO2(SP50)和迈图A-151硅烷偶联剂在无水甲苯溶液中在80℃进行反应10小时以上，减压蒸馏以及真空干燥后即可得到改性的纳米SiO2；在步骤②中将顺丁烯二酸和改性的纳米SiO2在N，N-二甲基乙酰胺溶液中于70℃反应3小时以上，然后利用去离子水洗涤、真空干燥即可得到所述改性填料B。其中，所述迈图A-151硅烷偶联剂与纳米SiO2的质量比为1：18，所述顺丁烯二酸与所述迈图A-151硅烷偶联剂的质量比为1：2。
实施例1
本实施例涉及背面保护膜中第一膜层的制备。所述第一膜层由含有由聚烯烃树脂、萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯、添加剂和改性填料组成的组合物制成；首先，将萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯、添加剂和改性填料与聚烯烃树脂质量的1/3混合，采用螺杆挤出机在150℃制成功能性母粒；然后将所述功能性母粒与剩余2/3质量的聚烯烃树脂混合，在200℃采用挤出流延工艺或吹塑工艺形成所述第一膜层，并通过热固化交联，为了便于比较各样品中的第一膜层中的厚度均为50μm。其中各样品组合物的组成和配比如表1所示。
表1(wt％)
比较例1
在本比较例中，还可能使用以下填料。
改性填料C的制备，将纳米SiO2(SP30)和道康宁Z-6030硅烷偶联剂在无水甲苯溶液中在80℃进行反应10小时以上，减压蒸馏以及真空干燥后即可得到改性的纳米SiO2；所述道康宁Z-6030硅烷偶联剂与纳米SiO2的质量比为1：20。
改性填料D的制备，将纳米SiO2(SP30)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷加入无水甲苯溶液中，然后再加入适量过氧化苯甲酰并在80℃进行反应5小时，减压蒸馏以及真空干燥后即可得到改性的纳米SiO2；所述γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷与纳米SiO2的质量比为1：15。
在本比较例中，同样是将除聚烯烃树脂以外的功能组分与聚烯烃树脂质量的1/3混合，采用螺杆挤出机在150℃制成功能性母粒；然后将所述功能性母粒与剩余2/3质量的聚烯烃树脂混合，在200℃采用挤出流延工艺或吹塑工艺形成所述第一膜层，并通过热固化交联，为了便于比较各样品中的第一膜层中的厚度同样均为50μm。其中各样品组合物的组成和配比如表2所示。
表2(wt％)
实施例1和比较例1各样品制备的膜层的性能如表3和表4所示。
表3
其中，拉伸强度与断裂伸长率依据ASTMD882测定，粘结力依据GB/T8808测定，水汽渗透率依据ASTMF-1249测定。
表4
其中，尺寸稳定性依据ASTMD882测定，条件为80℃，30min。所述冷热循环是指在-40～85℃的条件下经受1200h。
实施例2
在第一膜层上还可以采用耐候性胶黏剂涂覆耐候性的苯二甲酸乙二醇酯膜层(通常为50～200μm)形成复合保护膜，可以使得水汽透过率低于1.0g.m2.day-1，击穿强度可以达到24.4kV以上。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光伏组件背面保护膜，所述光伏组件包括封装有一个或多个光伏电池的EVA封装层，其特征在于：所述封装层的背面形成有第一膜层，所述第一膜层含有聚烯烃树脂的组合物；所述组合物包括35～40wt％的聚烯烃树脂、10～15wt％的萜烯树脂、2～5wt％的不饱和二羧酸二酯、2.0～10.0wt％的添加剂，和35～50wt％的改性填料。
2.根据权利要求1所述的光伏组件背面保护膜，其特征在于：所述第一膜层上还形成有聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层。
3.根据权利要求2所述的光伏组件背面保护膜，其特征在于：所述第一膜层的厚度为15～150μm，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层的厚度为50～200μm。
4.根据权利要求1所述的光伏组件背面保护膜，其特征在于：所述聚烯烃树脂选自聚乙烯、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物和乙烯-丙烯酸乙酯共聚物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的光伏组件背面保护膜，其特征在于：所述不饱和二羧酸二酯选自顺丁烯二酸二甲酯、顺丁烯二酸二乙酯、顺丁烯二酸二丁酯、顺丁烯二酸二辛酯的至少一种。
6.根据权利要求1所述的光伏组件背面保护膜，其特征在于：所述改性填料通过以下工艺制备得到：步骤①将纳米SiO2和甲基丙烯酸基官能硅烷反应得到改性的纳米SiO2；步骤②利用顺丁烯二酸与所述改性的纳米SiO2反应得到所述改性填料；所述甲基丙烯酸基官能硅烷与纳米SiO2的质量比为1：18～20，所述顺丁烯二酸与所述甲基丙烯酸基官能硅烷的质量比为1：2～3。
7.根据权利要求6所述的光伏组件背面保护膜，其特征在于：在步骤①中将纳米SiO2和甲基丙烯酸基官能硅烷在无水甲苯溶液中在80～100℃进行反应10小时以上，减压蒸馏以及真空干燥后即可得到改性的纳米SiO2；在步骤②中将顺丁烯二酸和改性的纳米SiO2在N，N-二甲基乙酰胺溶液中于60～80℃进行反应3小时以上，然后利用去离子水洗涤、真空干燥即可得到所述改性填料。
8.一种光伏组件背面保护膜的制备方法，其特征在于：所述光伏组件包括封装有一个或多个光伏电池的EVA封装层，所述封装层的背面依次形成有第一膜层，和位于第一膜层上的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层；并且所述第一膜层含有聚烯烃树脂的组合物，所述组合物包括聚烯烃树脂、萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯、添加剂和改性填料；所述制备方法包括以下步骤：①将萜烯树脂、不饱和二羧酸二酯、添加剂和改性填料与部分聚烯烃树脂混合，采用螺杆挤出机在120～180℃制成功能性母粒；然后将所述功能性母粒与剩余的聚烯烃树脂混合，在200～230℃采用挤出流延工艺或吹塑工艺形成所述第一膜层；②在所述第一膜层上涂布聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层。
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