CN109206728A - 应力变色组合物、应力变色膜及其制备方法和应力变色光伏组件 - Google Patents

应力变色组合物、应力变色膜及其制备方法和应力变色光伏组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光伏组件制备领域，具体涉及一种应力变色组合物、应力变色膜及其制备方法和应力变色光伏组件。本发明公开了一种应力变色组合物，该组合物含有基础树脂和应力变色材料，所述应力变色材料为具有聚集诱导发光效应的压致变色荧光材料。还公开了一种制备应力变色膜的方法，包括：将应力变色组合物中的各组分混合后依次进行造粒和流延成膜。还公开了上述方法制得的应力变色膜。还公开了一种应力变色光伏组件。本发明的应力变色膜通过颜色变化能够及时检测组件中的内应力变化，为后续批次组件的制备工艺的改进提供了参考依据。

Description

应力变色组合物、应力变色膜及其制备方法和应力变色光伏 组件
技术领域
本发明涉及光伏组件制备领域，具体涉及应力变色组合物、应力变色膜及其制备方法和应力变色光伏组件。
背景技术
随着传统化石能源的日益减少，人们一直在寻找新的能源替代方案。太阳能是目前公认的绿色可再生能源。常规太阳能光伏组件由光伏钢化玻璃、上层EVA膜、晶体硅电池片、下层EVA膜和光伏背板组成。
一般情况下，光伏组件置于室外的自然环境中，组件经受自然环境的变化，包括温度、湿度、光照等条件，光伏组件的工作温度约为50-80℃，而且组件的不同位置温度分布极不均匀，同时组件为最大利用自然光，与地面倾斜成一定角度放置。组件在使用过程中，由于温度变化、组件放置或者电池片的错位等，使组件内部产生内应力。若不能及时检测内应力位置，长期作用下内应力会对电池片、封装材料有破坏作用，造成电池片破裂、组件背板等失效，无法阻隔水汽等，造成输出功率降低，影响组件的整体输出效率。
因此，现在急需一种能够及时探测组件内应力变化的光伏组件。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中光伏组件中内应力无法检测的问题，提供应力变色组合物、应力变色膜及其制备方法和应力变色光伏组件，该应力变色膜能够检测应力变色光伏组件中内应力的变化，从而为后续组件的安装、放置等提供参考，进而提高光伏组件的整体寿命。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种应力变色组合物，该组合物含有基础树脂和应力变色材料，所述应力变色材料为具有聚集诱导发光效应的压致变色荧光材料。
本发明第二方面提供了一种制备应力变色膜的方法，该方法包括：将应力变色组合物中的各组分混合后依次进行造粒和流延成膜，其中，所述应力变色组合物为上述应力变色组合物。
本发明第三方面提供了由上述方法制得的应力变色膜。
本发明第四方面提供了一种应力变色光伏组件，该应力变色光伏组件包括：依次层叠的光伏玻璃、第一树脂胶膜、太阳能电池片、第二树脂胶膜、应力变色膜和光伏背板，其中，所述应力变色膜为上述应力变色膜。
本发明由于在组件内层叠设置了能够指示压力变化的应力变色膜，从而能够无损定性探测组件中的内应力变化，方便快捷。另外，本发明的应力变色膜通过颜色变化能够及时反映组件中的内应力变化，为后续批次组件的制备工艺改进提供了参考依据。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供了一种应力变色组合物，该组合物含有基础树脂和应力变色材料，所述应力变色材料为具有聚集诱导发光效应的压致变色荧光材料。
根据本发明所述的应力变色组合物，具有聚集诱导发光效应的压致变色荧光材料简称PAIE材料，该材料是指在压力的作用下，材料的吸收及荧光光谱发生显著改变。
根据本发明所述的应力变色组合物，优选地，相对于100重量份的基础树脂，应力变色材料的含量为5-30重量份，更优选为10-20重量份，进一步优选为12-18重量份，从而能够提高由该组合物制得的应力变色膜在内应力检测时的灵敏性。
根据本发明所述的应力变色组合物，应力变色材料可以为本领域各种常规的具有聚集诱导发光效应的压致变色荧光材料，例如可以为二乙烯基蒽类化合物和/或氰基二苯乙烯类化合物，进一步优选地，所述二乙烯基蒽类化合物为己基吩噻嗪取代9,10-二乙烯基蒽、咔唑基取代9,10-二苯乙烯基蒽、芴基取代9,10-二乙烯基蒽和吡啶基取代9,10-二乙烯基蒽中的至少一种，从而能够提高由该组合物制得的应力变色膜在内应力检测时的灵敏性。上述各种应力变色材料可以根据其上所施加的应力不同，而呈现出不同的颜色变化，例如，应力变色材料为9,10-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽时，该材料会随着其所受应力由小变大，其颜色会由绿色逐渐转变为橙色，应力再增大时该材料的颜色会由橙色逐渐转变为红色。本发明中的9,10-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽可以参照本领域各种常规的方法制备，也可以商购获得。另外，所述氰基二苯乙烯类化合物可以为氰基二苯乙烯基苯、氰基四苯乙烯和氰基三苯胺中的至少一种。
根据本发明所述的应力变色组合物，优选地，该组合物还含有交联剂，更优选地，所述交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯和/或2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷，从而能够在制备应力变色膜过程中使得应力变色组合物中的基础树脂和应力变色材料预交联，防止应力变色材料迁移至表面污染太阳能电池片，同时预交联处理后的膜稳定性较好，易于存储，并且，光伏组件在层压时，由于应力变色膜进行了预交联，因此，该膜尺寸收缩性小，从而能够防止溢胶污染层压设备。
根据本发明所述的应力变色组合物，优选地，相对于100重量份的基础树脂，所述交联剂的含量为0.05-3重量份，更优选为0.1-1.5重量份，从而能够进一步提高制得的应力变色膜中基础树脂与应力变色材料之间的交联效果。
根据本发明所述的应力变色组合物，为了进一步提高交联效果，优选地，该组合物还含有交联剂助剂，更优选地，所述交联剂助剂为季戊四醇三丙烯酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。
根据本发明所述的应力变色组合物，优选地，相对于100重量份的基础树脂，所述交联剂助剂的含量为0.1-5重量份，更优选为0.3-1.5重量份。
根据本发明所述的应力变色组合物，该应力变色组合物中还优选含有各种添加剂，例如可以含有抗氧化剂，所述抗氧化剂的种类可以为本领域各种常规的种类，例如可以为三(壬基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇四(双-T-丁基羟基氢化肉桂酸)酯和3,5-双(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酸硫代二-2,1-乙二醇酯中的至少一种。相对于100重量份的基础树脂，所述抗氧化剂的含量可以为0.01-0.5重量份，优选为0.02-0.05重量份。
另外，该应力变色组合物中还可以含有抗紫外剂，所述抗紫外剂的种类可以为本领域各种常规的种类，例如可以为2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮、2,2-四亚甲基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2-羟基-4-甲氧基-2-羧基二苯甲酮和双-(2-甲基-4-羟基-5-苯甲酰基苯基)甲烷中的至少一种。相对于100重量份的基础树脂，所述抗紫外剂的含量可以为0.01-0.4重量份，优选为0.05-0.1重量份。
根据本发明所述的应力变色组合物，所述基础树脂可以为本领域各种常规的树脂，例如可以为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)。优选地，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为20-50重量％，更优选为26-34重量％。
本发明第二方面提供了一种制备应力变色膜的方法，该方法包括：将应力变色组合物中的各组分混合后依次进行造粒和流延成膜，其中，所述应力变色组合物为上述应力变色组合物。
根据本发明所述的方法，将应力变色组合物中的各组分混合的方式只要使得各组分混合均匀即可，例如可以将各组分放入高速混合机中混合均匀。
根据本发明所述的方法，流延成膜的方法可以为本领域常规的流延成膜方法，例如可以包括：将混合均匀的组分混合物在挤出机中混合、熔融和塑化，之后在80-100℃下经口模流延成膜。根据本发明所述的方法，该方法还可以包括：将流延成膜的应力变色膜冷却、切边后收卷。
根据本发明所述的方法，优选地，该方法还包括：将流延成膜得到的膜进行预交联反应，从而能够在制备应力变色膜过程中使得应力变色组合物中的基础树脂和应力变色材料预交联，防止应力变色材料迁移至表面污染太阳能电池片，同时预交联处理后的膜稳定性较好，易于存储，并且，光伏组件在层压时，由于应力变色膜进行了预交联，因此，该膜尺寸收缩性小，从而能够防止溢胶污染层压设备。
根据本发明所述的方法，优选地，所述预交联反应的条件包括：温度为60-110℃，更优选为70-100℃，时间为8-30h，更优选为12-24h，从而能够进一步提高预交联的效果。
本发明第三方面提供了由上述方法制得的应力变色膜。
本发明的制备方法并不会影响应力变色组合物中应力变色材料的性能，即使是制成应力变色膜，该应力变色材料仍然能够通过颜色变化来反应压力，表征其所承受的压力变化。
优选地，本发明制得的应力变色膜的交联度为30-60％，从而能够防止应力变色材料向电池片的迁移而污染电池片等。
本发明第四方面提供了一种应力变色光伏组件，该应力变色光伏组件包括：依次层叠的光伏玻璃、第一树脂胶膜、太阳能电池片、第二树脂胶膜、应力变色膜和光伏背板，其中，所述应力变色膜为上述应力变色膜。
根据本发明所述的应力变色光伏组件，优选地，应力变色光伏组件中应力变色膜的交联度为30-60％，从而能够防止应力变色材料向电池片的迁移而污染电池片等。
本发明的应力变色光伏组件中光伏玻璃、第一树脂胶膜、太阳能电池片、第二树脂胶膜和光伏背板均为本领域常规的部件，其中，第一树脂胶膜和第二树脂胶膜的材质可以相同也可以不同，例如第一树脂胶膜可以为EVA膜，第二树脂胶膜也可以为EVA膜，其中的“第一”和“第二”仅仅是为了区别树脂胶膜在光伏组件中的位置不同。
本发明中，应力变色光伏组件的制备方法可以为本领域常规的各种制备方法，例如制备方法包括：将光伏玻璃、第一树脂胶膜、太阳能电池片、第二树脂胶膜、应力变色膜和光伏背板在层压机中在140-145℃下层压15-30min，以得到应力变色光伏组件。上述层压过程由于高温作用可以使得应力变色膜中的基础树脂和应力变色材料之间进一步发生交联反应。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下制备例中，应力变色材料(9,10-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽参照文献P.J.Chung,M.J.Cho,J.Korea,Ind.Eng.Chem.2005第16卷第755页的方法制备。
制备例1
将EVA树脂(醋酸乙烯酯含量为28重量％，购自韩华道达尔公司，牌号为E280PV)70重量份、应力变色材料(9,10-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽)10重量份、交联剂(叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯)0.3重量份、交联剂助剂(季戊四醇三丙烯酸酯)0.8重量份、抗氧化剂(三(壬基苯基)亚磷酸酯)0.05重量份、抗紫外剂(2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮、2,2-四亚甲基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮))0.01重量份放入高速混合机中混合均匀，然后将混合物在挤出机中混合、熔融和塑化，之后在90℃下经口模流延成膜。经冷却、切边后收卷，然后置于鼓风干燥箱中并在70℃下预交联处理12h，得到交联度为40％的预交联应力变色膜A1。
制备例2
将EVA树脂(醋酸乙烯酯含量为28重量％，购自韩华道达尔公司，牌号为E280PV)85重量份、应力变色材料(9,10-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽)12重量份、交联剂(2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷)0.5重量份、交联剂助剂(三烯丙基异三聚氰酸酯)1.2重量份、抗氧化剂(季戊四醇四(双-T-丁基羟基氢化肉桂酸)酯)0.1重量份、抗紫外剂(2,2-四亚甲基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮))0.05重量份放入高速混合机中混合均匀，然后将混合物在挤出机中混合、熔融和塑化，之后在100℃下经口模流延成膜。经冷却、切边后收卷，然后置于鼓风干燥箱中并在80℃下预交联处理20h，得到交联度为45％的预交联应力变色膜A2。
制备例3
将EVA树脂(醋酸乙烯酯含量为28重量％，购自韩华道达尔公司，牌号为E280PV)90重量份、应力变色材料(9,10-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽)15重量份、交联剂(叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯)0.7重量份、交联剂助剂(三聚氰酸三烯丙酯)1.4重量份、抗氧化剂(3,5-双(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酸硫代二-2,1-乙二醇酯)0.1重量份、抗紫外剂(双-(2-甲基-4-羟基-5-苯甲酰基苯基))0.05重量份放入高速混合机中混合均匀，然后将混合物在挤出机中混合、熔融和塑化，之后在80℃下经口模流延成膜，经冷却、切边后收卷，然后置于鼓风干燥箱中并在100℃下预交联处理24h，得到交联度为60％的预交联应力变色膜A3。
制备例4
按照制备例1的方法制备应力变色膜A4，不同的是，相对于100重量份的EVA树脂，应力变色材料(9,10-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽)的含量为30重量份，其它制备原料与EVA树脂的比例不变。
制备例5
按照制备例1的方法制备应力变色膜A5，不同的是，相对于100重量份的EVA树脂，应力变色材料(9,10-双((E)-2-(吡啶-2-基)乙烯基)蒽)的含量为4重量份，其它制备原料与EVA树脂的比例不变。
制备例6
按照制备例1的方法制备应力变色膜A6，不同的是，在60℃下预交联处理8h，得到交联度为25％的预交联应力变色膜A6。
制备例7
按照制备例1的方法制备应力变色膜A7，不同的是，在120℃下预交联处理8h，得到交联度为80％的预交联应力变色膜A7。
制备例8
按照制备例1的方法制备应力变色膜A8，不同的是，省略预交联步骤，得到未交联的应力变色膜A8。
实施例1-8
将光伏玻璃、EVA树脂胶膜、太阳能电池片、EVA树脂胶膜、应力变色膜和光伏背板在层压机中在142℃下层压15min，以得到应力变色光伏组件，其中，应力变色膜为制备例1-8制得的应力变色膜B1-B8。
当通过电池片间隙观察到实施例1-8中的应力变色材料的颜色为绿色时，说明电池片内的应力较小，当应力变色材料的颜色为橙色时，说明电池片内的应力较大，当应力变色材料的颜色为红色时，说明电池片内的应力已经严重超标。在实际生产中，当观察到电池片在使用过程中应力变色材料的颜色变成红色时，应该考虑在下批次制备电池片时改变电池片的组装方式以及放置方式等来降低应力产生的可能性。
对比例1
按照实施例1-8的方法制备应力变色光伏组件，不同的是，省略应力变色膜，仅将光伏玻璃、EVA树脂胶膜、太阳能电池片、EVA树脂胶膜和光伏背板在层压机中在142℃下层压15min，以得到应力变色光伏组件D1。
测试例1
采用太阳能电池组件EL测试仪(购自沛德光电科技(上海)有限公司，具体型号为EL-DHL-M)对实施例1-8制得的应力变色光伏组件B1-B8进行电致发光(EL)检测，以测定实施例1-8制得的应力变色光伏组件B1-B8中太阳能电池片是否被应力变色材料污染，检测结果见下表1。
表1
编号 太阳能电池片是否被应力变色材料污染
实施例1 否
实施例2 否
实施例3 否
实施例4 否
实施例5 否
实施例6 否
实施例7 否
实施例8 是
对比例1 未检测
现有的光伏组件在使用过程中，由于温度变化、组件放置或者电池片的错位等，使组件内部产生内应力。若不能及时检测内应力位置，长期作用下内应力会对电池片、封装材料有破坏作用，造成电池片破裂、组件背板等失效，无法阻隔水汽等，造成输出功率降低，影响组件的整体输出效率。通过实施例1-8和对比例1的比较可以看出，本发明由于在组件内层叠设置了能够指示压力变化的应力变色膜，从而能够无损定性探测组件中的内应力变化，方便快捷。另外，本发明的应力变色膜通过颜色变化能够及时反映组件中的内应力变化，为后续批次组件的制备工艺改进提供了参考依据。具体地，本领域技术人员可以研究不同制备工艺以及参数改变与本发明制得的组件中内应力产生的关系，从而确定影响组件内应力变化的因素，使得在后续制备组件过程中尽量避免工艺中的不利因素。
通过表1的数据可以看出，当由应力变色组合物制得的应力变色膜进行预交联反应后，能够防止应力变色材料迁移至表面污染太阳能电池片，从而影响太阳能电池片工作效率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种应力变色组合物，其特征在于，该组合物含有基础树脂和应力变色材料，所述应力变色材料为具有聚集诱导发光效应的压致变色荧光材料。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，相对于100重量份的基础树脂，应力变色材料的含量为5-30重量份，优选为10-20重量份，进一步优选为12-18重量份。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述应力变色材料为二乙烯基蒽类化合物和/或氰基二苯乙烯类化合物；
优选地，所述二乙烯基蒽类化合物为己基吩噻嗪取代9,10-二乙烯基蒽、咔唑基取代9,10-二苯乙烯基蒽、芴基取代9,10-二乙烯基蒽和吡啶基取代9,10-二乙烯基蒽中的至少一种；
优选地，所述氰基二苯乙烯类化合物为氰基二苯乙烯基苯、氰基四苯乙烯和氰基三苯胺中的至少一种。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的组合物，其中，该组合物还含有交联剂，优选地，所述交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯和/或2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷；
优选地，相对于100重量份的基础树脂，所述交联剂的含量为0.05-3重量份，优选为0.1-1.5重量份。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中，该组合物还含有交联剂助剂，所述交联剂助剂为季戊四醇三丙烯酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种；
优选地，相对于100重量份的基础树脂，所述交联剂助剂的含量为0.1-5重量份，优选为0.3-1.5重量份。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的组合物，其中，该组合物还含有抗氧化剂，所述抗氧化剂为三(壬基苯基)亚磷酸酯、季戊四醇四(双-T-丁基羟基氢化肉桂酸)酯和3,5-双(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酸硫代二-2,1-乙二醇酯中的至少一种，相对于100重量份的基础树脂，所述抗氧化剂的含量为0.01-0.5重量份，优选为0.02-0.05重量份；
优选地，该组合物还含有抗紫外剂，所述抗紫外剂为2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮、2,2-四亚甲基双(3,1-苯并噁嗪-4-酮)、2-羟基-4-甲氧基-2-羧基二苯甲酮和双-(2-甲基-4-羟基-5-苯甲酰基苯基)甲烷中的至少一种，相对于100重量份的基础树脂，所述抗紫外剂的含量为0.01-0.4重量份，优选为0.05-0.1重量份。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的组合物，其中，所述基础树脂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，优选地，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为20-50重量％，更优选为26-34重量％。
8.一种制备应力变色膜的方法，其特征在于，该方法包括：将应力变色组合物中的各组分混合后依次进行造粒和流延成膜，其中，所述应力变色组合物为权利要求1-7中任意一项所述的应力变色组合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，该方法还包括：将流延成膜得到的膜进行预交联反应；
优选地，所述预交联反应的条件包括：温度为60-110℃，优选为70-100℃，时间为8-30h，优选为12-24h。
10.由权利要求8或9所述的方法制得的应力变色膜。
11.一种应力变色光伏组件，其特征在于，该应力变色光伏组件包括：依次层叠的光伏玻璃、第一树脂胶膜、太阳能电池片、第二树脂胶膜、应力变色膜和光伏背板，其中，所述应力变色膜为权利要求10所述的应力变色膜。
12.根据权利要求11所述的应力变色光伏组件，其中，应力变色膜的交联度为30-60％。
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