CN109337599B - 一种抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜及制备方法与应用 - Google Patents

一种抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜及制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜及制备方法与应用，该多层复合光伏封装胶膜由多个粘结层和阻隔层依次间隔复合而成，所述多层复合光伏封装胶膜共2～5层，其中所述阻隔层有1～3层。本发明在多层复合封装胶膜中设有阻隔层，对阻隔层进行配方优化设计，可提高光伏封装胶膜的抗电势诱导衰减性能。通过在阻隔层添加电荷消散剂，吸收并消除电池片表面富集的电荷，使电荷淬灭，增强胶膜的抗电势诱导衰减性能；阻隔层的基体材料具有较高的体积电阻率，较低的水汽透过率，达到阻水阻氧的目的。

Description

一种抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜及制备方法与 应用
技术领域
本发明属于光伏组件用封装胶膜领域，具体涉及一种抗电势诱导衰减(PotentialInduced Degradation，PID)的多层复合光伏封装胶膜及其制备方法，主要应用于光伏组件的封装。
背景技术
晶体硅太阳能电池组件长期可靠稳定运行面临着一个严峻挑战，即电势诱导衰减(PID)效应。电势诱导衰减现象是组件长期在偏置电压作用下，玻璃、封装材料、电池片、边框之间形成漏电流，从而导致大量电荷聚集在电池片表面，使电池片表面钝化效果变差，最终导致FF、Isc、Voc降低，严重时导致组件功率衰减达50％以上，造成发电量严重下降，影响整个光伏电站的收益。
在领跑者项目的驱动下，双面发电组件快速发展。它具有光致衰减小、弱光响应好、温度系数低等优势，正面和反面均具有把光能转换成电能的能力，与传统的单面发电光伏组件相比，双面发电组件输出功率更大，从而可降低其在光伏系统应用中的度电成本。相比常规组件，双面发电组件的发电量可以提高10-30％。但双面电池由于背钝化问题，封装成组件后，也存在PID问题，是常规封装胶膜无法解决的。
目前，关于抗PID的研究也有一些文献专利报道。专利CN105950039 A公开了一种用于太阳能组件的抗PID的聚烯烃胶膜，用聚烯烃POE取代EVA作为封装材料，以提高胶膜的体积电阻率，但聚烯烃树脂原料价格较高，提高了组件的封装成本，并且POE的材料内聚能大，与玻璃的粘结力差，长期户外使用容易出现胶膜与玻璃的脱层。专利CN103421443 B提供一种太阳能电池组件用封装胶膜，所述封装胶膜包括聚烯烃阻隔层和位于阻隔层两侧的第一粘结层和第二粘结层(硅氧烷接枝聚合物与乙烯-α烯烃的组合物或硅氧烷接枝聚合物与EVA的组合物)，该封装胶膜由于硅氧烷接枝共聚物的引入可以解决胶膜与玻璃和电池片的粘结力差的问题，但该封装胶膜只能用于常规电池片组件的抗PID，对双面电池片组件的抗PID效果不理想。在封装材料生产工艺方面：美国DupontTM提出杜邦离子型聚合物的PID保护膜，该PID保护膜基于超过15年晶硅组件实验验证的离子型聚合物技术制备获得，厚度50μm左右，将其置于光伏玻璃与EVA封装胶膜之间能有效阻挡钠离子迁移到电池片的表面，彻底解决PID问题，但该材料价格较为昂贵，限制了其在市场上的推广和应用。在电池片生产工艺方面，CN104576826 B公开一种电池片后处理方法，在铝背场表面制备不粘涂层，提高氮化硅薄膜的致密性，及后续高温退火工艺，提高电池片抗PID能力，但该方法提高了电池片的制作成本，不利于光伏组件节支降本。
由此可知，为降低PID现象的发生及其对组件性能的影响，阻止电荷在电池片背面与玻璃之间的迁移是行之有效的解决方案。光伏组件用封装胶膜，作为电池片与玻璃之间的缓冲介质，是太阳能组件中不可或缺的组成部分，其性能对组件的长期可靠稳定运行有举足轻重的作用。并且与电池片和组件等相比，从生产工艺、光伏领域降本的趋势等诸方面出发，改善封装胶膜的生产配方及生产工艺，以阻隔电荷在电池片与玻璃之间的迁移将切实有效地提高光伏组件的抗PID性能，更能得到光伏行业的接受、使用和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜及制备方法与应用。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，该多层复合光伏封装胶膜由粘结层和阻隔层依次间隔复合而成，所述多层复合光伏封装胶膜共2～5层，其中所述阻隔层有1～3层。所述多层复合光伏封装胶膜的厚度为0.1～1.0mm，优选0.3～0.6mm；所述阻隔层的厚度为10～500μm，优选100～400μm；
所述阻隔层包括：100质量份的基体材料、0.01～5质量份的电荷消散剂、0.01～10质量份的助交联剂、0.05～5质量份的引发剂，0～0.4质量份的紫外光吸收剂，0～1.0质量份的光稳定剂，0～3.0质量份的增粘剂；
所述粘结层包括：100质量份的光伏封装材料EVA树脂、0.1～10质量份的引发剂，0～10质量份的助交联剂、0～0.4质量份的紫外光吸收剂，0～1.0质量份的光稳定剂，0～3.0质量份的增粘剂。
进一步地，所述阻隔层胶膜的基体材料由聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-戊烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物、乙烯-(甲基)丙烯酸共聚物中的一种或多种按任意配比混合组成。
进一步地，所述阻隔层胶膜的基体材料可直接使用，也可经乙烯基硅氧烷、不饱和一元酸、不饱和二元酸、马来酸酐、马来酸二丁酯等接枝单体进行接枝改性，接枝率为0.1～20wt％；优选接枝率为1～10wt％，更优选接枝率为1～5wt％。
进一步地，所述粘结层胶膜的光伏封装材料EVA树脂的VA含量为8～33wt％，优选12-28wt％。
进一步地，所述电荷消散剂由聚乙二醇酯或醚类、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪胺乙氧基醚、聚环氧乙烷及其衍生物、聚醚酯酰胺、聚醚酯酰亚胺、甲氧基聚乙醇甲基丙烯酸酯共聚物、含季铵盐的甲基丙烯酸酯聚合物、聚氧乙烯烷基胺复合物、二组分或三组分硬脂酸单甘脂复合物、羟乙基脂肪胺与配合剂复合物、甘油乙撑双硬酯酰胺中的一种或多种按任意配比混合组成。
进一步地，所述助交联剂为多官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类助交联剂，具体选自季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化甘油三丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二丙烯酸酯、聚乙二醇(400)二丙烯酸酯、聚乙二醇(600)二丙烯酸酯、聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(400)二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(600)二甲基丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯、1，3-丁二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯。
所述引发剂由叔丁基过氧化碳酸异丙酯、2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、1-双(过氧化叔丁基)-3,3,5-三甲基环己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧化)己烷、1,1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双(叔戊基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双(叔戊基过氧)环己烷、2,2-双(叔丁基过氧)丁烷、过氧化碳酸叔戊酯、过氧化3,3,5-三甲基己酸叔丁酯、二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基甲酮的一种或多种按任意配比混合组成。
所述紫外光吸收剂由2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-叔辛基苯基)苯并三唑的一种或多种按任意配比混合组成。
所述增粘剂为硅烷偶联剂，选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三异丙氧基硅烷。
所述光稳定剂为受阻胺类光稳定剂，具体选自双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、单(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯的一种或多种按任意配比混合组成。
本发明还提供了一种上述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜的制备方法：将各粘结层和阻隔层的材料分别混匀后，加入不同的挤出机，所述粘结层的挤出物料、阻隔层的挤出物料分别熔融塑化后注入同一模头中，在T模头内合并形成一个熔体流，经过熔融挤出、流延成膜、冷却、分切和收卷等工序制备多层复合光伏封装胶膜。
进一步地，所述多层复合光伏封装胶膜可以在收卷前或收卷后进行预交联，进一步提升交联密度，提升抗PID性能，交联方法选自UV交联、热交联、辐射交联中的一种或几种。经交联处理后，交联度小于等于50％。采用辐射电子束进行处理时，电子束能量为80keV～1000keV，辐射剂量0.8～60kGy。采用UV交联处理时，紫外灯照射的辐照量为0.01～0.10kWh/m2。
本发明还提供了一种上述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜的应用，该应用具体为：将抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜应用于光伏组件的封装，优选用于双面电池组件的封装。
本发明的有益效果是：本发明在多层复合封装胶膜中设有阻隔层，对阻隔层进行配方优化设计，可提高光伏封装胶膜的抗PID性能，所得多层复合封装胶膜具有持久稳定的抗PID性能。本发明的技术方案所制备的多层复合封装胶膜比较显著的优点在于含有一层或多层阻隔层，阻隔层材料的厚度和层间分布均可根据需要进行调整，同时可以对中间阻隔层进行选择性的预交联。有益效果具体表现如下：
(1)通过在阻隔层胶膜配方中添加电荷消散剂，吸收并消除电池片表面富集的电荷，使电荷淬灭，减弱甚至消除在电池片减反层引起的钝化现象，增强胶膜的抗电势诱导衰减性能；
(2)阻隔层胶膜的基体材料体积电阻率高，水汽透过率低，达到阻水阻氧的目的，同时阻隔层的基体材料与粘结层材料EVA具有相似的碳碳长链结构，相容性优异，可以保证多层复合封装胶膜具有优异的层间粘结力、透光率、加工性等性能不受影响；通过对阻隔层基体材料进行接枝改性可进一步提高阻隔层材料与电荷消散剂的相容性，使电荷吸附剂均匀分布；
(3)阻隔层胶膜配方添加交联助剂，当高聚物发生交联反应时，分子结构更加致密化，密度增加，分子体积电阻率升高，以进一步提高胶膜的交联密度来增加其电荷阻隔性能，减少甚至杜绝漏电流的发生，进而增强胶膜的抗PID性能。
具体实施方式
本发明在多层复合封装胶膜中设有阻隔层，对阻隔层进行配方优化设计，可提高光伏封装胶膜的抗电势诱导衰减性能。通过在阻隔层添加电荷消散剂，吸收并消除富集的电荷；阻隔层的基体材料具有较高的体积电阻率，较低的水汽透过率，达到阻水阻氧的目的；阻隔层添加交联助剂，以进一步提高胶膜的交联密度来增加其电荷阻隔性能。本发明通过多层共挤技术通过熔融挤出、流延成膜、冷却、分切和收卷等工序制备抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜。
根据本发明的技术方案，将各粘结层和阻隔层的树脂与助剂的组合物分别混匀后，加入不同的挤出机，树脂熔融塑化，在螺杆的推动作用下，塑料流体以旋转流动方式通过滤网，滤去未塑化的物粒和不熔的杂质，变熔体旋转为平直流动，各粘结层和阻隔层的原料熔体以相同的速率，不同的排列顺序，平衡地导入T模头，在T模头内合并形成一个熔体流，经过熔融挤出、流延成膜、冷却、分切和收卷等工序制备得到多层复合光伏封装胶膜。采用多层共挤生产工艺，可通过厚度的有效调整使多层复合封装胶膜的性能得到量化控制，多层复合封装胶膜的各层结构组合灵活方便，利用多层共挤技术生产多层复合封装胶膜能够简化流程降低成本，节约能源能耗，对氧和水汽的阻隔性好，粘结性强，热封性好，加工精度高，生产效率高，有利于大批量生产。多层共挤出复合是根据分子相容性原理发展起来的，而本发明阻隔层的基体材料和粘结层胶膜的EVA具有相似的碳碳长链结构，相容性优异，适合于多层共挤工艺。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种封装材料，具有抗PID性能。
粘结层：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为21％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入0.8份叔丁基过氧化碳酸异丙酯、0.8份三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.1份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份乙烯基三乙氧基硅烷、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层：以质量分数计，取100份的乙烯-辛烯共聚物、5份的聚环氧乙烷、0.5份的季戊四醇四丙烯酸酯、0.1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷，0.1份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份乙烯基三乙氧基硅烷、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
将上述粘结层与阻隔层的树脂与助剂的组合物混匀后，加入不同的挤出机。所述粘结层的挤出物料、阻隔层的挤出物料分别熔融塑化后注入同一模头中，在T模头内合并形成一个熔体流，经过熔融挤出、流延成膜、冷却、分切和收卷等工序制备双层复合光伏封装胶膜，记为E1，通过分配器计算所得封装胶膜阻隔层厚度为0.2mm，粘结层厚度0.3mm。
单玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E1(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、晶硅电池片、封装胶膜E1、背板，经层压机在145℃层压制得单玻光伏组件PV-1。
双玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜(普通EVA胶膜)、晶硅电池片、封装胶膜E1(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、浮法玻璃，经层压机在145℃层压制得双玻光伏组件PV-1’。
实施例2
本实施例提供一种封装材料，具有抗PID性能。
粘结层：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为26％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入0.8份叔丁基过氧化碳酸异丙酯、10份乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、0.4份2-(2'-羟基-3',5'-二戊基苯基)苯并三唑、3份氨丙基三异丙氧基硅烷、1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层：以质量分数计，取100份的乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐(接枝率5％)、5份的聚醚酯酰胺、0.5份的三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷，0.1份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份氨丙基三异丙氧基硅烷、0.5份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
通过多层共挤挤出成膜，经冷却收卷后，运至电子辐射室，放卷传送至500keV能量的电子辐射设备下方，对阻隔层胶膜进行电子辐射，辐射强度5kGy，辐射后收卷制备双层复合光伏封装胶膜，记为E2，通过分配器计算所得封装胶膜阻隔层厚度为0.5mm，粘结层厚度0.1mm。裁取阻隔层胶膜0.2mm，测得阻隔层胶膜预交联度21％。
单玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E2(粘结层朝向电池片，阻隔层朝向玻璃)、晶硅电池片、封装胶膜(普通EVA胶膜)、背板，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-2。
双玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E2(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、晶硅电池片、封装胶膜E2(粘结层朝向电池片，阻隔层朝向玻璃)、浮法玻璃，经层压机在145℃层压制得双玻光伏组件PV-2’。
实施例3
本实施例提供一种封装材料，具有抗PID性能。
粘结层1：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为12％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、5份的乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1份的氨丙基三甲氧基硅烷、0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层：以质量分数计，取100份的乙烯-丁烯共聚物接枝乙烯基三甲氧基硅烷(接枝率20％)、5份的甲氧基聚乙醇甲基丙烯酸酯共聚物、0.5份的乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷，0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.2份氨丙基三甲氧基硅烷、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
粘结层2：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为12％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、5份的乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1份的氨丙基三甲氧基硅烷、0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
采用多层共挤制备三层复合光伏封装胶膜，记为E3，所得封装胶膜阻隔层厚度为10μm，粘结层1厚度50μm，粘结层2厚度40μm。
单玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E3、晶硅电池片、封装胶膜(普通EVA胶膜)、背板，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-3。
双玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜(普通EVA胶膜)、晶硅电池片、封装胶膜E3、浮法玻璃，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-3’。
实施例4
本实施例提供一种封装材料，具有抗PID性能。
粘结层1：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为28％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、5份的丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1份的氨丙基三甲氧基硅烷、0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层1：以质量分数计，取100份的乙烯-丁烯共聚物、5份的甲氧基聚乙醇甲基丙烯酸酯共聚物、5份的丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷，0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.2份氨丙基三甲氧基硅烷、0.1份双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层2：以质量分数计，取100份的乙烯-辛烯共聚物、5份的甲氧基聚乙醇甲基丙烯酸酯共聚物、5份的丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷，0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.2份氨丙基三甲氧基硅烷、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
粘结层2：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为28％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、5份的丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1份的氨丙基三甲氧基硅烷、0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
采用多层共挤制备四层复合光伏封装胶膜，记为E4，所得封装胶膜阻隔层1厚度为0.2mm，阻隔层2厚度为20μm，粘结层1厚度0.1mm，粘结层2厚度0.1mm。
单玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E4、晶硅电池片、封装胶膜E4、背板，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-4。
双玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E4、晶硅电池片、封装胶膜E4、浮法玻璃，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-4’。
实施例5
本实施例提供一种封装材料，具有抗PID性能。
粘结层1：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为28％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、5份的季戊四醇四丙烯酸酯、1份的氨丙基三异丙氧基硅烷、0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层1：以质量分数计，取100份的乙烯-戊烯共聚物、5份的脂肪胺乙氧基醚、3份氨丙基三异丙氧基硅烷。
粘结层2：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为8％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，1.5份的过氧化3,3,5-三甲基己酸叔丁酯、10份的季戊四醇三丙烯酸酯、3份的氨丙基三异丙氧基硅烷、0.2份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.5份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层2：以质量分数计，取100份的乙烯-戊烯共聚物、5份的脂肪胺乙氧基醚、3份氨丙基三异丙氧基硅烷。
粘结层3：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为28％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷、5份的季戊四醇四丙烯酸酯、1份的氨丙基三异丙氧基硅烷、0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
采用多层共挤制备五层复合光伏封装胶膜，记为E5，所得封装胶膜阻隔层厚度均为0.3mm，粘结层1厚度0.1mm，粘结层2厚度0.2mm，粘结层3厚度为0.1mm。
单玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E5、晶硅电池片、封装胶膜E5、背板，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-5。
双玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E5、晶硅电池片、封装胶膜E5、浮法玻璃，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-5’。
实施例6
本实施例提供一种封装材料，具有抗PID性能。
粘结层：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为26％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1份的过氧化碳酸叔戊酯、5份的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1份的乙烯基三乙氧基硅烷、0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.8份双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层1：以质量分数计，取100份的乙烯-辛烯共聚物接枝丙烯酸羟乙酯(接枝率0.1％)、5份的聚氧乙烯烷基胺复合物、3份乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
阻隔层2：以质量分数计，取100份的乙烯-丙烯共聚物接枝丙烯酸羟乙酯(接枝率5％)、5份的聚氧乙烯烷基胺复合物、3份乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
通过多层共挤挤出成膜，传送至100keV能量的电子辐射设备下方，对阻隔层2胶膜进行电子辐射，辐射强度30kGy，辐射后收卷制备三层复合光伏封装胶膜，记为E6，通过分配器计算所得封装胶膜阻隔层1厚度为0.1mm，阻隔层2厚度为0.4mm，粘结层厚度0.25mm。裁取阻隔层2胶膜0.2mm，测得阻隔层胶膜预交联度49％。
单玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E6(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、晶硅电池片、封装胶膜(普通EVA胶膜)、背板，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-6。
双玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E6(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、晶硅电池片、封装胶膜E6(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、浮法玻璃，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-6’。
实施例7
本实施例提供一种封装材料，具有抗PID性能。
粘结层：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为28％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1.5份的1-双(过氧化叔丁基)-3,3,5-三甲基环己烷、5份的乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、0.3份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
阻隔层：以质量分数计，取100份的聚乙烯接枝马来酸酐(接枝率10％)、5份的聚醚酯酰胺、0.5份的三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.5份的2,5-二甲基2,5-双(叔丁过氧基)己烷，0.1份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、1份氨丙基三异丙氧基硅烷、0.5份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
通过多层共挤挤出成膜，传送至80keV能量的电子辐射设备下方，对阻隔层胶膜进行电子辐射，辐射强度30kGy，辐射后收卷制备双层复合光伏封装胶膜，记为E7，通过分配器计算所得封装胶膜阻隔层厚度为0.3mm，粘结层厚度0.3mm。裁取阻隔层胶膜0.2mm，测得阻隔层胶膜预交联度30％。
单玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E7(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、晶硅电池片、封装胶膜(普通EVA胶膜)、背板，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-7。
双玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜(普通EVA胶膜)、晶硅电池片、封装胶膜E7(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、浮法玻璃，经层压机在145℃层压制得双玻光伏组件PV-7’。
实施例8
本实施例提供一种封装材料，具有抗PID性能。
粘结层：以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为33％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入1份的叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、5份的季戊四醇四丙烯酸酯、2份的甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、0.2份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.5份聚丁二酸(4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯。
阻隔层：以质量分数计，取100份的聚丙烯接枝马来酸二丁酯(接枝率5％)、5份的聚醚酯酰胺、1份的叔丁基过氧化碳酸异丙酯、1份的乙氧化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，0.2份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2份的乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、0.5份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
通过多层共挤挤出成膜，在75℃烘道中使用辐照强度为1800W/m2的紫外灯辐照150s，后经冷却、分切、收卷制备双层复合光伏封装胶膜，记为E8，所得封装胶膜阻隔层厚度为0.2mm，粘结层厚度0.35mm，其中阻隔层胶膜预交联深度0.1mm。
单玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜E8(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、晶硅电池片、封装胶膜(普通EVA胶膜)、背板，经层压机在145℃层压制得光伏组件PV-8。
双玻组件：按照从上到下顺序放置钢化玻璃、封装胶膜(普通EVA胶膜)、晶硅电池片、封装胶膜E8(粘结层朝向玻璃，阻隔层朝向电池片)、浮法玻璃，经层压机在145℃层压制得双玻光伏组件PV-8’。
比较例1
本例中，以质量分数计，取100份VA(醋酸乙烯酯)质量含量为21％的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，加入0.8份叔丁基过氧化碳酸异丙酯、0.8份三乙二醇二甲基丙烯酸酯、0.1份2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.2份乙烯基三乙氧基硅烷、0.1份双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。将上述乙烯-醋酸乙烯酯及其他助剂的混合物经预混合、熔融挤出、流延成膜、冷却、分切和收卷等工序，制得所述EVA胶膜，胶膜厚度0.5mm，记为C1。
比较例2
混合物组成与实施例1相同，阻隔层配方中不加5份的聚环氧乙烷(电荷吸附剂)，不改变其他组成、膜层厚度及生产工艺，采用多层共挤制备双层结构光伏封装胶膜，记为C2，所得封装胶膜阻隔层厚度为0.2mm，粘结层厚度0.3mm。
性能测试
对实施例1～8和比较例1～2的封装材料制备层压件进行体积电阻率、与玻璃剥离强度和PID测试。其中，体积电阻率依据GB/T 1410-2006进行测试，与玻璃剥离强度依据GB/T 2790-1995进行测试。光伏组件PID试验依据IEC TS 62804-1:2015进行测试，测试条件加严到85℃，85％RH，外加-1500V恒定直流电压，经192h后，测定光伏组件PID试验前后的功率衰减。
表1：实施例1～8和比较例1～2的封装材料的测试结果
Figure BDA0001833868820000111
由上表1所述实施例和比较例的各项性能测试数据对比可知：本发明方案的太阳能电池封装材料，其原料和配方及生产工艺的选用，实施例的体积电阻率稍高于比较例胶膜的体积电阻率，同时实施例胶膜与玻璃的剥离强度高于比较例C1的常规EVA胶膜，测试组件功率衰减长期低于5％。
由上述实施例可知，本发明在多层复合封装胶膜中设有阻隔层，对阻隔层进行配方优化设计，可提高光伏封装胶膜的抗电势诱导衰减性能，所得多层复合封装胶膜具有持久稳定的抗PID性能。通过在阻隔层胶膜配方中添加电荷吸附剂，吸收并消除电池片表面富集的电荷，使电荷淬灭，减弱甚至消除在电池片减反层引起的钝化现象，增强胶膜的抗电势诱导衰减性能。阻隔层胶膜的基体材料体积电阻率高，水汽透过率低，达到阻水阻氧的目的，同时阻隔层的基体材料与粘结层材料EVA具有相似的碳碳长链结构，相容性优异，可以保证多层复合封装胶膜具有优异的层间粘结力、透光率、加工性等性能不受影响。阻隔层胶膜配方添加交联助剂，当高聚物发生交联反应时，分子结构更加致密化，密度增加，分子体积电阻率升高，以进一步提高胶膜的交联密度来增加其电荷阻隔性能，减少甚至杜绝漏电流的发生，进而增强胶膜的抗PID性能。
本发明方案可以给光伏组件提供一种抗电势诱导衰减的太阳能电池封装材料，不仅能提高体积电阻率和与玻璃的粘结强度，同时能够保持组件长期可靠稳定运行。
以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，且本发明不限于上述的实施例，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，该多层复合光伏封装胶膜由粘结层和阻隔层依次间隔复合而成，所述多层复合光伏封装胶膜共2~5层，其中所述阻隔层有1~3层；所述多层复合光伏封装胶膜的厚度为0.1~1.0mm；所述每个阻隔层的厚度为10~500μm；
所述阻隔层包括：100质量份的基体材料、0.01~5质量份的电荷消散剂、0.01~10质量份的助交联剂、0.05~5质量份的引发剂，0~0.4质量份的紫外光吸收剂，0~1.0质量份的光稳定剂，0~3.0质量份的增粘剂；
所述粘结层包括：100质量份的光伏封装材料EVA树脂、0.1~10质量份的引发剂，0~10质量份的助交联剂、0~0.4质量份的紫外光吸收剂，0~1.0质量份的光稳定剂，0~3.0质量份的增粘剂；
所述电荷消散剂选自脂肪胺乙氧基醚、聚环氧乙烷、聚醚酯酰胺、聚氧乙烯烷基胺复合物。
2.根据权利要求1所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述阻隔层的基体材料由乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-戊烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-（甲基）丙烯酸酯共聚物、乙烯-（甲基）丙烯酸共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种按任意配比混合组成。
3.根据权利要求1所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述阻隔层的基体材料选自乙烯-丙烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-戊烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-（甲基）丙烯酸酯共聚物、乙烯-（甲基）丙烯酸共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯经接枝单体接枝改性后的改性物，所述接枝单体为乙烯基硅氧烷、不饱和一元酸、不饱和二元酸、马来酸酐或马来酸二丁酯，接枝率为0.1~20wt%。
4.根据权利要求1所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述粘结层中光伏封装材料EVA树脂的VA含量为8~33wt%。
5.根据权利要求1所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述助交联剂选自季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化甘油三丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三乙二醇二甲基丙烯酸酯、二乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯、1，3-丁二醇二丙烯酸酯、1，4-丁二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯；
所述引发剂由叔丁基过氧化碳酸异丙酯、2,5-二甲基2,5-双（叔丁过氧基）己烷、1-双（过氧化叔丁基）-3,3,5-三甲基环己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、2,5-二甲基2,5-双（叔丁过氧化）己烷、1,1-双（叔丁基过氧）-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双（叔戊基过氧）-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-双（叔戊基过氧）环己烷、2,2-双（叔丁基过氧）丁烷、过氧化碳酸叔戊酯、过氧化3,3,5-三甲基己酸叔丁酯、二苯甲酮、4-甲基二苯甲酮、4-苯基二苯甲酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基甲酮的一种或多种按任意配比混合组成；
所述紫外光吸收剂由2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2,4- 二羟基二苯甲酮、2- 羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-(2'- 羟基-5'-甲基苯基) 苯并三唑、2-(2'- 羟基-3',5'-二戊基苯基) 苯并三唑、2-(2'- 羟基-5'- 叔辛基苯基) 苯并三唑的一种或多种按任意配比混合组成；
所述增粘剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、氨丙基三异丙氧基硅烷；
所述光稳定剂选自双（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、单（2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、双（1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基）癸二酸酯、聚丁二酸（4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶乙醇）酯的一种或多种按任意配比混合组成。
6.一种权利要求1所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜的制备方法，其特征在于，将各粘结层和阻隔层的材料分别混匀后，加入不同的挤出机，所述粘结层的挤出物料、阻隔层的挤出物料分别熔融塑化后注入同一模头中，在T模头内合并形成一个熔体流，经过熔融挤出、流延成膜、冷却、分切和收卷的工序制备成多层复合光伏封装胶膜。
7.根据权利要求6所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述多层复合光伏封装胶膜在收卷前或收卷后进行预交联，交联方法选自热交联、辐射交联中的一种或两种；经交联处理后，交联度小于等于50%。
8.一种权利要求1所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜的应用，其特征在于，该应用为：将抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜应用于光伏组件的封装。
9.根据权利要求1所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述多层复合光伏封装胶膜的厚度为0.3~0.6mm。
10.根据权利要求1所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述每个阻隔层的厚度为100~400μm。
11.根据权利要求3所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述接枝率为1~10wt%。
12.根据权利要求11所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述接枝率为1~5wt%。
13.根据权利要求4所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜，其特征在于，所述粘结层中光伏封装材料EVA树脂的VA含量为12-28wt%。
14.根据权利要求8所述的抗电势诱导衰减的多层复合光伏封装胶膜的应用，其特征在于，所述光伏组件为双面电池组件。
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