CN105576056A

CN105576056A - 一种柔性封装复合膜

Info

Publication number: CN105576056A
Application number: CN201410619556.9A
Authority: CN
Inventors: 马康
Original assignee: Hanergy New Material Technology Co Ltd
Current assignee: Chinese LIAN mobile energy investment Limited
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2016-05-11

Abstract

本发明涉及一种柔性封装复合膜，其包括基底(3)、复合在基底(3)上的吸水层(2)和复合在吸水层(2)上的含氟层(1)。其中所述吸水层(2)为多孔柱状结构致密的透明或不透明薄膜，所述不透明薄膜可以为多元合金的膜，所述透明薄膜可以为金属氧化物的膜。本发明的柔性封装复合膜具有良好的阻水功能和耐候性能，且制备简单、成本低廉。

Description

一种柔性封装复合膜

技术领域

本发明属于封装材料领域，具体涉及一种柔性封装复合膜。

背景技术

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的能源。太阳能作为理想的可再生能源受到了许多国家的关注。柔性薄膜太阳能电池作为太阳能电池的一个新品种，技术先进、性能优良、用途广泛、成本低廉，越来越受到人们的重视，其可以应用于太阳能背包、太阳能敞篷、太阳能手电筒、太阳能汽车、太阳能帆船甚至太阳能飞机上。柔性太阳能电池的一个重要应用领域是光伏建筑一体化，它可以集成在窗户或屋顶、外墙或内墙上。由于柔性薄膜太阳能电池组件要满足户外25年的使用寿命，因此对其中的封装材料要求有一定的耐候性、绝缘性、阻燃性、可绕性，同时由于某些薄膜太阳能电池对水分比较敏感，例如CuInxGa_(1-x)Se₂(CIGS)薄膜太阳能电池，柔性封装材料还要有高的阻水性能，水汽透过率(WVTR)小于5x10^-3(g/m²·天)。

目前柔性薄膜太阳能电池的封装材料采用的是一种复合膜，其包含乙烯聚四氟乙烯(ETFE)薄膜、紫外线(UV)阻隔膜、阻水膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜等；如日本三菱公司所生产的型号为FDK4A的产品及美国3M公司所生产的“Ultrabarrierfilms”(“超阻隔薄膜”)，其中阻水膜的制备一般采用真空工艺，如溅射无机氧化物氧化铝、氧化硅等的膜层来实现阻水功能，阻止水汽进入太阳能组件内部。上述产品虽能满足阻水方面的要求，但是制备工艺复杂，成本较高。

本领域需要一种阻水功能良好、耐候性强，且制备简单、成本低廉的封装材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能优良、结构简单且成本低廉的柔性封装复合膜。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柔性封装复合膜，其包括基底、复合在基底上的吸水层和复合在吸水层上的含氟层。

在优选的实施方案中，所述基底的厚度为25～300μm；所述吸水层的厚度为5～200μm；所述含氟层的厚度为25～100μm。

在优选的实施方案中，所述基底的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等类似材料。

在优选的实施方案中，所述含氟层的材质可以为透明的含氟层或不透明的含氟层，具体而言，所述透明的含氟层包括乙烯聚四氟乙烯(ETFE)薄膜、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)薄膜、或由四氟乙烯、六氟丙烯、偏氟乙烯组成的三元共聚物膜层；所述不透明的含氟层包括聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜、聚氟乙烯(PVF)薄膜或由四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯组成的三元共聚物(THV)膜层。进一步优选地，所述含氟层为透明的含氟层，因为透明含氟层具有良好的透光率，在太阳能电池的封装过程中既可以作为前板也可以作为背板，而不透明的含氟层只可以作为背板使用。

在优选的实施方案中，所述吸水层为多孔柱状结构的致密薄膜。具体而言，当所述吸水层为Zr、Co与选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种金属形成的多元合金的膜时，其为不透明薄膜；当所述吸水层为包括至少一种碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物的金属氧化物薄膜时，其为透明薄膜，可根据具体的需求选择性使用。

进一步优选地，所述吸水层中的金属氧化物呈纳米态，且其平均粒子直径为50nm～90nm。

所述吸水层可采用以下方式制备：1、多元合金薄膜采用溅射的方式制备，即将含有Zr、Co，和选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种材料制成的靶材通过溅射在所述基底上形成所述多元合金薄膜；2、金属氧化物薄膜采用溶胶-凝胶的方式制备，即先将金属氧化物均匀分散在相应的溶剂体系中形成浆料，然后将所述浆料涂覆在所述基底上，所述浆料在所述基底上再经一定化学反应先形成溶胶，再经凝胶化而形成凝胶，最后经干燥得到金属氧化物薄膜，其中常用的溶剂有聚乙烯醇、硬脂酸等。

进一步优选地，所述碱金属氧化物包括Li₂O、Na₂O或K₂O；所述碱土金属氧化物包括BaO、CaO、ZrO₂或MgO。当遇水时，所述金属氧化物可以与水反应，生成相应的金属氢氧化物，实现吸水作用。

在所述基底上复合所述吸水层之前，需对所述基底进行处理，常规的处理方法是采用等离子体处理的方式，以增加所述基底和所述吸水层之间的粘结效果。

本发明的吸水层的吸水作用主要通过表面吸附和内部扩散两种方式，具体原理如下：1、表面吸附：当水汽分子碰撞固体表面时，它可能被弹回，也可能被吸附，被吸附的水汽分子可以被吸附得很牢。表面吸附包括物理吸附和化学吸收。2、内部扩散：表面吸附的水汽，具有较大的表面迁移率，它可以迅速地在整个表面上扩散开来。随着表面扩散的进行，在一定的条件下，表面吸附的水汽将进一步向吸水金属内部进行体扩散。体扩散的主要形式有：深入金属表面凹陷或损伤部位；浸入晶界之间；扩散到结晶本身的缺陷之中等。

本发明的有益效果：

1、本发明的封装复合膜通过所述吸水层来实现阻水功能，其阻水原理相对于传统产品而言截然不同，传统封装材料直接通过阻挡水汽进入来实现阻水功能，而本发明则通过所述吸水层锁住进入的水分，使其不能进一步进入太阳能组件内部，从而实现产品的阻水性能；另外，由于所述吸水层本身具有相当的耐候性能，因此本发明可以使用更薄的基底层来实现与现有产品相同的耐候性；

2、本发明通过所述吸水层来替代现有技术中的阻水层，由于所述吸水层的材料和制造成本远低于传统的阻水层，因此可大幅降低封装材料的成本；且所述吸水层形式多样，与所述基底和含氟层的结合性能好，其本身也具有一定的耐候性，故所得封装复合膜的性能优良、结构简单，且不影响封装复合膜的整体柔性。

附图说明

图1为本发明的柔性封装复合膜的结构示意图。

其中：1、含氟层；2、吸水层；3基底。

具体实施方式

下面的实施例为对本发明的进一步说明，但不应理解为对本发明的限制。

对比例

目前市场上已有的复合膜封装材料，其各层的组成和厚度如下：ETFE(50μm)/UV(25μm)/UltraBarrierFilms(12μm)/粘结层(16μm)/UltraBarrierFilms(12μm)/PET(125μm)，并将其用美国Mocon公司Model2进行测量(测试标准：ASTMF-1249)，测定其水汽透过率(WVTR)为5X10^-3(g/m²·天)。

实施例1

如图1所示的柔性封装复合膜，包括基底3、复合在基底3上的吸水层2和复合在吸水层2上的含氟层1，其中，所述基底3为300μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层；所述吸水层2为采用溅射法制得的5μm厚的Zr-Co-Y三元合金薄膜，其微观结构为多孔柱状结构；所述含氟层1为25μm厚的乙烯聚四氟乙烯(ETFE)薄膜。所述柔性封装复合膜为不透明产品。

采用美国Mocon公司Model2对以上实施例所得柔性封装复合膜进行测量(测试标准：ASTMF-1249)，经测定其水汽透过率(WVTR)为5X10^-5(g/m²·天)。

实施例2

如图1所示的柔性封装复合膜，包括基底3、复合在基底3上的吸水层2和复合在吸水层2上的含氟层1，其中，所述基底3为25μm厚的透明的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)层；所述吸水层2为采用溶胶凝胶法制得的200μm厚的二氧化锆(ZrO₂)薄膜，且所述二氧化锆呈平均粒子直径为60nm的纳米态，其微观结构为多孔柱状结构；所述含氟层1为50μm厚的乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)薄膜。所述柔性封装复合膜为透明产品。

采用美国Mocon公司Model2对以上实施例所得柔性封装复合膜进行测量(测试标准：ASTMF-1249)，测定其水汽透过率(WVTR)为3X10^-4(g/m²·天)。

实施例3

如图1所示的柔性封装复合膜，包括基底3、复合在基底3上的吸水层2和复合在吸水层2上的含氟层1，其中，所述基底3为200μm厚的透明的聚酰亚胺(PI)层；所述吸水层2为采用溶胶凝胶法制得的100μm厚氧化钠(NaO₂)薄膜，且所述氧化钠呈平均粒子直径为50nm的纳米态，其微观结构为多孔柱状结构；所述含氟层1为100μm厚的由四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯组成的三元共聚物膜层。所述柔性封装复合膜为透明产品。

采用美国Mocon公司Model2对以上实施例所得柔性封装复合膜进行测量(测试标准：ASTMF-1249)，测定其水汽透过率(WVTR)为3X10^-5(g/m²·天)。

实施例4

如图1所示的柔性封装复合膜，包括基底3、复合在基底3上的吸水层2和复合在吸水层2上的含氟层1，其中，所述基底3为100μm厚的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)层；所述吸水层2为采用溅射法制得的50μm厚的Zr-Co-Nd三元合金薄膜，其微观结构为多孔柱状结构；所述含氟层1为60μm厚的聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜。所述柔性封装复合膜为不透明产品。

采用美国Mocon公司Model2对以上实施例所得柔性封装复合膜进行测量(测试标准：ASTMF-1249)，测定其水汽透过率(WVTR)为2X10^-4(g/m²·天)。

以上实施例中，所述基底3的厚度可以为25～300μm之间的任意值；所述吸水层2的厚度可以为5～200μm之间的任意值；所述含氟层1的厚度可以为25～100μm之间的任意值；所述含氟层1还可以是聚氟乙烯(PVF)薄膜、或由四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯组成的三元共聚物膜层；所述吸水层2可以是Zr、Co与选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种金属形成的多元合金薄膜；或所述吸水层2为包括至少一种碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物的金属氧化物薄膜，其中，所述金属氧化物呈平均粒子直径为50～90nm的纳米态，具体地，所述碱金属氧化物包括Li₂O、Na₂O或K₂O，所述碱土金属氧化物包括BaO、CaO、ZrO₂或MgO。

通过以上测试结果对比可知，本发明的柔性封装复合膜相对于现有技术已有的复合膜封装材料具有更好的阻水性能，且本发明的柔性封装复合膜还具有耐候性强、制备简单、成本低廉的优点。

以上实施例仅用于对本发明进行具体说明，其并不对本发明的保护范围起到任何限定作用，本发明的保护范围由权利要求确定。根据本领域的公知技术和本发明所公开的技术方案，可以推导或联想出许多变型方案，所有这些变型方案，也应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种柔性封装复合膜，其特征在于包括基底(3)、复合在基底(3)上的吸水层(2)和复合在吸水层(2)上的含氟层(1)。

2.根据权利要求1的柔性封装复合膜，其特征在于所述基底(3)的厚度为25～300μm；所述吸水层(2)的厚度为5～200μm；所述含氟层(1)的厚度为25～100μm。

3.根据权利要求1或2的柔性封装复合膜，其特征在于所述基底(3)的材质为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或聚茶二甲酸乙二醇酯。

4.根据权利要求1或2的柔性封装复合膜，其特征在于所述含氟层(1)的材质为乙烯聚四氟乙烯薄膜、聚偏氟乙烯薄膜、聚氟乙烯薄膜、乙烯三氟氯乙烯共聚物薄膜、由四氟乙烯、六氟丙烯和偏氟乙烯组成的三元共聚物膜层或由四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯组成的三元共聚物膜层。

5.根据权利要求1或2的柔性封装复合膜，其特征在于所述吸水层(2)为多孔柱状结构的致密薄膜。

6.根据权利要求5的柔性封装复合膜，其特征在于所述吸水层(2)为Zr、Co与选自Y、La、Ce、Pr、Nd中的至少一种金属形成的多元合金薄膜。

7.根据权利要求5的柔性封装复合膜，其特征在于所述吸水层(2)为包括至少一种碱金属氧化物和/或碱土金属氧化物的金属氧化物薄膜。

8.根据权利要求7的柔性封装复合膜，其特征在于所述吸水层(2)中的金属氧化物呈纳米态。

9.根据权利要求8的柔性封装复合膜，其特征在于：所述金属氧化物的平均粒子直径为50nm～90nm。

10.根据权利要求7的封装复合膜，其特征在于所述碱金属氧化物包括Li₂O、Na₂O或K₂O；所述碱土金属氧化物包括BaO、CaO、ZrO₂或MgO。