CN105774154B - 一种太阳能电池用多层封装胶膜及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种太阳能电池用多层封装胶膜及其制备工艺，特别是一种可有效提高太阳能电池组件抗PID性能的多层封装胶膜及其制备工艺，通过本发明所提出的特定配方比例及制备工艺，将三种不同特点的胶膜复合在一起，同时提高了产品的离子阻隔性，绝缘性，水汽透阻隔性，进而有效提高了封装胶膜使用时的抗PID性能。与市场上常规EVA封装胶膜相比，通过本发明制得的产品在使用时的抗PID性能上有明显提升。

Description

一种太阳能电池用多层封装胶膜及其制备工艺
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池用多层封装胶膜及其制备工艺，特别是一种可有效提高太阳能电池组件抗PID性能的多层封装胶膜及其制备工艺。
背景技术
随着人们对环保和可再生能源的重视，太阳能发电作为一种新型能源得到了迅速发展，而EVA封装胶膜以其优良的透光率、粘结性能、加工性能等，已成为目前太阳能电池的主要封装材料。
近几年，太阳能电池的电势诱导发电效率功率衰减（PID）问题越来越受到人们的重视。根据相关研究结果，认为造成组件PID现象的可能原因有很多种，如光伏逆变器阵列的接地方式、系统、组件、电池片等都可能影响PID现象。目前普遍认为引起PID的主要原因为，在高温高湿情况及负电压作用下，玻璃内部的钠离子透过封装材料迁移到电池片表面，在电池片表面形成反向电位差，最终导致PID现象的产生。
针对PID现象发生的原理，人们在封装材料方面进行了研究和改善，主要是针对体积电阻率、水汽透过率和钠离子阻隔性等方面进行的。CN103146315B中介绍了一种在EVA中混入一定比例的POE的方案，以提升封装胶膜的体积电阻率。CN103756579A中介绍了在EVA中混入离聚物树脂的方案，以得到一种具有良好水汽阻隔性能和抗水解性能的封装胶膜。以上发明基本都是针对体积电阻率或水汽透过率方面对EVA封装胶膜进行改性，在抗PID方面也取得了比较好的效果，但仍有可提升的空间。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种太阳能电池用多层封装胶膜及其制备工艺，使得通过本发明制备的多层胶膜，能从阻隔钠离子迁移、水汽透性以及提升体积电阻率三个方面工作作用，提高其抗PID性能。
本发明所采用的技术方案为：
一种太阳能电池用多层封装胶膜，其由EVA-EAA混合层胶膜、POE层胶膜及EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层胶膜复合而成；
上述每一层胶膜的原料组成，按质量份数计，包括：主体树脂100份、交联剂0.1-3份、交联助剂0.1-3份、紫外线吸收剂0.01-0.5份、光稳定剂0.01-0.5份、抗氧剂0.01-0.5份、硅烷偶联剂0.01-2份；
上述EVA-EAA混合层中，主体树脂按质量百分比计，包括：EAA含量60-80%、EVA含量20-40%；且EVA中VA的含量为25-40%，熔指20-40g/10min； EAA中AA的含量为19-30%，熔指10-40g/10min；
上述POE层的主体树脂为乙烯辛烯共聚物，熔指20-40g/10min；
上述EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层胶膜中，主体树脂按质量百分比计，包括：聚丙烯酸钠树脂20-40%、EVA含量60-80%；且EVA中VA的含量为25-40%，熔指20-40g/10min；
上述交联剂为有机过氧化物，选自叔丁基过氧化-2-乙基己酯、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷中的一种；
上述交联助剂为三聚氰酸三烯丙酯或三烯丙基异氰尿酸酯；
上述紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯、2-羟基苯并三唑中的一种；
上述光稳定剂选自癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、丁二酸与(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇)的聚合物、丁二酸二甲酯与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合物、双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸盐中的一种；
上述抗氧剂选自β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、2,6-二叔丁基对甲基苯酚、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）酯中的一种；
上述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、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、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
一种太阳能电池用多层封装胶膜的制备工艺，以上述原料组成为基础，进行下述步骤：
（1）分别选取各层原料成分，将其投入到三个不同的高混机中，高速混合，使各助剂均匀地黏附在主体树脂的粒子表面；
（2）将混合好的各层胶膜物料分别加入到三层共挤流延机的挤出机中，其中，POE层料加入到中间层的挤出机中，EVA-EAA混合层料和EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层料分别加入到两边的挤出机中；
（3）各层混合料经挤出机塑化挤出，再经过三层共挤模头流延、压花、冷却定型；经过切边、收卷、包装等工序，得目标产品。
在实际制备中，可依需求设定生产线速度、各挤出机的螺杆转速、螺杆挤出温度、流到温度、模头温度等。
本发明的有益效果在于，通过本发明所提出的特定配方比例及制备工艺，利用多层共挤技术，制得EVA-EAA/POE/EVA-聚丙烯酸钠树脂的三层复合封装胶膜，其中， EVA-EAA层与玻璃粘结，有效阻隔玻璃中钠离子的透过；POE层具有较高的体积电阻率，可以有效提升封装胶膜在湿热环境下的绝缘性能；EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层可以有效阻隔水汽透过。将三种不同特点的胶膜复合在一起，同时提高了产品的离子阻隔性，绝缘性，水汽透阻隔性，进而有效提高了封装胶膜使用时的抗PID性能。与市场上常规EVA封装胶膜相比，通过本发明制得的产品在使用时的抗PID性能上有明显提升。
具体实施方式
以下通过几个具体实施例来对本发明进行详细说明，但并不以此为限。
实施例一：
一种太阳能电池用多层封装胶膜，由EVA-EAA层、POE层及EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层等三层胶膜复合而成，每层胶膜的成分组成如下：
EVA-EAA层：40份EVA（其中，VA的含量为25%，熔指40g/10min）、60份EAA（其中，AA的含量为19%，熔指10g/10min）、0.1份叔丁基过氧化-2-乙基己酯、0.1份三聚氰酸三烯丙酯、0.01份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.01份癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、0.01份β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.01份γ-氨丙基三乙氧基硅烷；
POE层：100份POE（熔指20g/10min）、1.5份叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、1.5份三烯丙基异氰尿酸酯、0.3份2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯、0.3份丁二酸与(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇)的聚合物、0.1份2,6-二叔丁基对甲基苯酚、0.1份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层：80份EVA（其中，VA的含量为25%，熔指20g/10min）、20份聚丙烯酸钠树脂、3份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、3份三烯丙基异氰尿酸酯、0.5份2-羟基苯并三唑、0.5份丁二酸二甲酯与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合物、0.5份三（2，4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯、2份乙烯基三乙氧基硅烷。
一种太阳能电池用多层封装胶膜的制备工艺，以上述成分组成为基础进行下述步骤：
（1）将各层胶膜的原料分别投入到三个不同的高混机中，高速混合，使各助剂均匀地黏附在主体树脂的粒子表面；
（2）将混合好的各种原料分别加入到三层共挤流延机的挤出机中，其中，POE层料加入到中间层的挤出机中，EVA-EAA混合层料和EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层料分别加入到两边的挤出机中；设定各相关温度及速度如下：
螺杆挤出机温度：70℃、过滤网温度：70℃、流道温度：70℃、模头温度：80℃、各挤出机的螺杆转速20n/min、生产线速度3m/min；
（3）各层混合料经挤出机塑化挤出，再经过三层共挤模头流延、压花、冷却定型；经过切边、收卷、包装等工序，得目标产品。
根据实施例1所制得的产品记为S1。
实施例二：
一种太阳能电池用多层封装胶膜，由EVA-EAA层、POE层及EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层等三层胶膜复合而成，每层胶膜的成分均包括：100份主体树脂、1.5份叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、1.5份三烯丙基异氰尿酸酯、0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.3份双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸盐、0.1β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.1份γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，每层胶膜的主体树脂情况如下：
EVA-EAA层：20份EVA（其中，VA的含量为40%，熔指20g/10min）、80份EAA（其中，AA的含量为30%，熔指40g/10min）；
POE层：00份POE（熔指40g/10min）；
EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层：60份EVA（其中，VA的含量为40%，熔指20g/10min）、40份聚丙烯酸钠树脂。
一种太阳能电池用多层封装胶膜的制备工艺，以上述成分组成为基础进行下述步骤：
（1）将各层胶膜的原料分别投入到三个不同的高混机中，高速混合，使各助剂均匀地黏附在主体树脂的粒子表面；
（2）将混合好的各种原料分别加入到三层共挤流延机的挤出机中，其中，POE层料加入到中间层的挤出机中，EVA-EAA混合层料和EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层料分别加入到两边的挤出机中；设定各相关温度及速度如下：
螺杆挤出机温度：80℃、过滤网温度：80℃、流道温度：80℃、模头温度：90℃、各挤出机的螺杆转速50n/min、生产线速度10m/min；
（3）各层混合料经挤出机塑化挤出，再经过三层共挤模头流延、压花、冷却定型；经过切边、收卷、包装等工序，得目标产品。
根据实施例2所制得的产品记为S2。
实施例三：
一种太阳能电池用多层封装胶膜，由EVA-EAA层、POE层及EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层等三层胶膜复合而成，每层胶膜的成分组成如下：
EVA-EAA层：30份EVA（其中，VA的含量为30%，熔指35g/10min）、70份EAA（其中，AA的含量为25%，熔指30g/10min）、2份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、2份三聚氰酸三烯丙酯、0.15份2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯、0.15份丁二酸二甲酯与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合物、0.05份季戊四醇双亚磷酸酯二（十八醇）酯、1份3-氨丙基三甲氧基硅烷；
POE层：100份POE（熔指40g/10min）、3份叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯3份三烯丙基异氰尿酸酯、0.5份2-羟基苯并三唑、0.5份双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸盐、0.3份2,6-二叔丁基对甲基苯酚、2份乙烯基三乙氧基硅烷；
EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层：70份EVA（其中，VA的含量为30%，熔指35g/10min）、30份聚丙烯酸钠树脂、1份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷、1份三聚氰酸三烯丙酯、0.4份2-羟基苯并三唑、0.4份癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、0.25份季戊四醇双亚磷酸酯二（十八醇）酯、1份3-氨丙基三甲氧基硅烷。
一种太阳能电池用多层封装胶膜的制备工艺，以上述成分组成为基础进行下述步骤：
（1）将各层胶膜的原料分别投入到三个不同的高混机中，高速混合，使各助剂均匀地黏附在主体树脂的粒子表面；
（2）将混合好的各种原料分别加入到三层共挤流延机的挤出机中，其中，POE层料加入到中间层的挤出机中，EVA-EAA混合层料和EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层料分别加入到两边的挤出机中；设定各相关温度及速度如下：
螺杆挤出机温度：70℃、过滤网温度：70℃、流道温度：70℃、模头温度：80℃、各挤出机的螺杆转速30n/min、生产线速度5m/min；
（3）各层混合料经挤出机塑化挤出，再经过三层共挤模头流延、压花、冷却定型；经过切边、收卷、包装等工序，得目标产品。
根据实施例3所制得的产品记为S3。
性能测试
将各实施例所得产品及市场上常规的EVA封装膜进行比对测试，测试依据参考GB/T 29848-2013，具体结果如下表1所述：
测试项目 S1 S2 S3 常规EVA胶膜
与玻璃的剥强（N/cm） 78 81 85 75
与背板的剥强（N/cm） 80 84 82 79
透光率（%） 90.8 91.3 91.0 90.3
体积电阻率（Ω•cm） 1.17×1015 1.26×1015 1.21×1015 0.89×1015
湿热老化黄变ΔYI 1.8 1.66 1.7 1.8
紫外老化黄变ΔYI 2.0 1.6 1.7 2.0
表1：各实施例产品与常规EVA封装膜的性能比对表。
选取同一厂家、同一批次、同一型号的太阳能电池片4件，将上述各实施例所得产品及常规EVA封装膜，采用相同的封装工艺，对太阳能电池片进行封装，然后参考IEC62804（85℃，85%RH）进行电池组件的功率衰减测试，测试结果如下表2所示：
测试项目 S1封装太阳能电池组件 S1封装太阳能电池组件 S1封装太阳能电池组件 常规EVA胶膜封装太阳能电池组件
PID测试（96h功率衰减率） 2.0% 3.2% 1.8% 5.4%
表2：用实施例产品及常规产品封装的太阳能电池组件PID性能比对表。
从上表1及表2中，可明显看出，通过本发明所制备的多层封装胶膜，其综合性能有较明显改善，并且可有效提升太阳能电池组件整体的抗PID性能。

Claims (8)

1.一种太阳能电池用多层封装胶膜，其特征在于，该多层封装胶膜由EVA-EAA混合层、POE层及EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层三层胶膜复合而成；
所述多层封装胶膜的每一层的原料组成，按质量份数计，包括：主体树脂100份、交联剂0.1-3份、交联助剂0.1-3份、紫外线吸收剂0.01-0.5份、光稳定剂0.01-0.5份、抗氧剂0.01-0.5份、硅烷偶联剂0.01-2份；
所述EVA-EAA混合层中，主体树脂按质量百分比计，包括：EAA含量60-80％、EVA含量20-40％，且所述EVA中VA的含量为25-40％，熔融指数20-40g/10min，所述EAA中AA的含量为19-30％，熔融指数10-40g/10min；
所述POE层的主体树脂为乙烯辛烯共聚物，熔融指数20-40g/10min；
所述EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层胶膜中，主体树脂按质量百分比计，包括：聚丙烯酸钠树脂含量20-40％、EVA含量60-80％，且EVA中VA的含量为25-40％，熔融指数20-40g/10min。
2.如权利要求1所述的太阳能电池用多层封装胶膜，其特征在于，所述交联剂为有机过氧化物，选自叔丁基过氧化-2-乙基己酯、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧基)己烷中的一种。
3.如权利要求1所述的太阳能电池用多层封装胶膜，其特征在于，所述交联助剂为三聚氰酸三烯丙酯或三烯丙基异氰尿酸酯。
4.如权利要求1所述的太阳能电池用多层封装胶膜，其特征在于，所述紫外线吸收剂选自2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-乙基己基-4-甲氧基肉桂酸酯、2-羟基苯并三唑中的一种。
5.如权利要求1所述的太阳能电池用多层封装胶膜，其特征在于，所述光稳定剂选自癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、丁二酸与(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇)的聚合物、丁二酸二甲酯与4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇的聚合物、双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸盐中的一种。
6.如权利要求1所述的太阳能电池用多层封装胶膜，其特征在于，所述抗氧剂选自β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、2,6-二叔丁基对甲基苯酚、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)酯中的一种。
7.如权利要求1所述的太阳能电池用多层封装胶膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂选自γ-氨丙基三乙氧基硅烷、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、3-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种。
8.一种太阳能电池用多层封装胶膜的制备工艺，其特征在于，以上述权利要求1～7任一项之所述太阳能电池用多层封装胶膜的成分为基础，进行下述步骤：
(1)将各层胶膜的成分原料分别投入到三个不同的高混机中，高速混合，使各助剂均匀地黏附在主体树脂的粒子表面；
(2)将混合好的不同原料分别加入到三层共挤流延机的挤出机中，其中，POE层料加入到中间层的挤出机中，EVA-EAA混合层料和EVA-聚丙烯酸钠树脂混合层料分别加入到两边的挤出机中；
(3)各层混合料经挤出机塑化挤出，再经过三层共挤模头流延、压花、冷却定型；经过切边、收卷、包装等工序，得目标产品。
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