CN110854229A - 一种复合封装胶膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种复合封装胶膜及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种复合封装胶膜及其制备方法和应用，所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层；所述芯层的组成成分包括离子聚合物。本发明所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层，且所述芯层的组成成分包括了离子聚合物，该离子聚合物中含有的阴离子可以作为钠离子捕捉剂，实现对钠离子迁移的阻隔，从而有效提高了所述复合封装胶膜的抗PID效果。

Description

一种复合封装胶膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及太阳能光伏组件用封装胶膜技术领域，具体涉及一种复合封装胶膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着人们环保意识的提升和对可再生能源的重视，太阳能发电作为一种环保能源得到了迅速发展。
现有的太阳能光伏组件用封装胶膜主要是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜，这主要是由于EVA是极性树脂，与极性助剂相容性较好，在组件层压时不容易产生气泡、未融和并片问题。然而，太能光伏组件在发电过程中，通过外边框会产生负电压，从而导致玻璃中的钠离子和钾离子会穿过胶膜层到达电池片表面，在电池片表面集聚形成正电场，进而导致电池片内部产生负电荷集聚形成负电场来抗衡，减少了电池片中的载流子，从而降低电池片的发电效率，产生PID现象。
同时，太阳能光伏组件在室外长期使用会受到水汽的侵蚀渗透，水汽会透过背板和玻璃渗透到组件内部，如果只采用常规EVA封装胶膜，由于EVA分子链段中的VA链段遇到水汽会发生降解，释放出醋酸，容易产生气泡、脱层和黄变现象，降低胶膜的透光率和体积电阻率，使电池片上的电势降低，从而降低组件的发电效率，缩短组件的使用寿命。
为了缓解PID现象，延长光伏组件的使用寿命，人们在光伏发电封装材料方面进行了非常多研究和改善，但其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中公开了一种在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中公开了在EVA中混入离聚物树脂来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。但上述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
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合封装胶膜及其制备方法和应用。本发明所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层，且所述芯层的组成成分包括了离子聚合物，该离子聚合物中含有的阴离子可以作为钠离子捕捉剂，实现对钠离子迁移的阻隔，从而有效提高了所述复合封装胶膜的抗PID效果。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种复合封装胶膜，所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层；所述芯层的组成成分包括离子聚合物。
本发明所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层，且所述芯层的组成成分包括了离子聚合物，该离子聚合物中含有的阴离子可以作为钠离子捕捉剂，实现对钠离子迁移的阻隔，从而有效提高了所述复合封装胶膜的抗PID效果。
优选地，所述离子聚合物的制备方法包括含羧基的树脂与碱反应，得到所述离子聚合物。
本发明所述离子聚合物优选通过含羧基的树脂与碱反应得到，即制得的离子聚合物中含有可以完全电离的羧酸根，该羧酸根可以作为钠离子捕捉剂，实现对钠离子迁移的阻隔，从而有效提高所述复合封装胶膜的抗PID效果。
优选地，所述离子聚合物包括Surlyn树脂和/或PRIMACORTM IO树脂。
优选地，所述芯层的厚度为30-350μm，例如可以是30μm、40μm、50μm、80μm、90μm、100μm、130μm、150μm、180μm、200μm、230μm、250μm、280μm、300μm、330μm或350μm等，优选为30-200μm，进一步优选为30-80μm。
本发明优选所述芯层的厚度控制在上述范围内，是为了保证制得的复合封装胶膜具有良好的抗PID效果。
优选地，所述第一皮层中的主体树脂包括EVA树脂和/或POE树脂。
优选地，所述第一皮层的厚度为50-400μm，例如可以是50μm、80μm、90μm、100μm、130μm、150μm、180μm、200μm、230μm、250μm、280μm、300μm、350μm或400μm、等。
优选地，所述第一皮层中的主体树脂为EVA树脂，以所述第一皮层的组成成分的总质量为100％计，包括以下组分：EVA树脂97.9-98.8％、主交联剂0.4-0.6％、助交联剂0.5-0.7％、偶联剂0.2-0.5％、抗老化助剂0.1-0.3％。
所述EVA树脂97.9-98.8％，例如可以是97.9％、98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％、98.5％、98.6％、98.7％或98.8％等。
主交联剂0.4-0.6％，例如可以是0.4％、0.42％、0.45％、0.48％、0.5％、0.53％、0.55％或0.6％等。
助交联剂0.5-0.7％，例如可以是0.5％、0.55％、0.6％、0.65％或0.7％等。
偶联剂0.2-0.5％，例如可以是0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等。
抗老化助剂0.1-0.3％，例如可以是0.1％、0.15％、0.2％、0.25％或0.3％等。
优选地，所述第一皮层中的主体树脂为POE树脂，以所述第一皮层的组成成分的总质量为100％计，包括以下组分：POE树脂97.4-98.6％、主交联剂0.5-0.8％、助交联剂0.6-0.9％、偶联剂0.2-0.6％、抗老化助剂0.1-0.3％。
所述POE树脂97.4-98.6％，例如可以是97.4％、97.5％、97.6％、97.7％、97.8％、97.9％、98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％、98.5％或98.6％等。
主交联剂0.5-0.8％，例如可以是0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％或0.8％等。
助交联剂0.6-0.9％，例如可以是0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％或0.9％等。
偶联剂0.2-0.6％，例如可以是0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％或0.6％等。
抗老化助剂0.1-0.3％，例如可以是0.1％、0.15％、0.2％、0.25％或0.3％等。
优选地，所述复合封装胶膜还包括第二皮层，所述第二皮层位于所述芯层远离所述第一皮层的一侧。
优选地，所述第二皮层中的主体树脂包括EVA树脂和/或POE树脂。
优选地，所述第二皮层的厚度为50-400μm，例如可以是50μm、80μm、90μm、100μm、130μm、150μm、180μm、200μm、230μm、250μm、280μm、300μm、350μm或400μm等。
优选地，所述第二皮层中的主体树脂为EVA树脂，以所述第二皮层的组成成分的总质量为100％计，包括以下组分：EVA树脂97.9-98.8％、主交联剂0.4-0.6％、助交联剂0.5-0.7％、偶联剂0.2-0.5％、抗老化助剂0.1-0.3％。
所述EVA树脂97.9-98.8％，例如可以是97.9％、98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％、98.5％、98.6％、98.7％或98.8％等。
主交联剂0.4-0.6％，例如可以是0.4％、0.42％、0.45％、0.48％、0.5％、0.53％、0.55％或0.6％等。
助交联剂0.5-0.7％，例如可以是0.5％、0.55％、0.6％、0.65％或0.7％等。
偶联剂0.2-0.5％，例如可以是0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等。
抗老化助剂0.1-0.3％，例如可以是0.1％、0.15％、0.2％、0.25％或0.3％等。
优选地，所述第二皮层中的主体树脂为POE树脂，以所述第二皮层的组成成分的总质量为100％计，包括以下组分：POE树脂97.4-98.6％、主交联剂0.5-0.8％、助交联剂0.6-0.9％、偶联剂0.2-0.6％、抗老化助剂0.1-0.3％。
所述POE树脂97.4-98.6％，例如可以是97.4％、97.5％、97.6％、97.7％、97.8％、97.9％、98％、98.1％、98.2％、98.3％、98.4％、98.5％或98.6％等。
主交联剂0.5-0.8％，例如可以是0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％或0.8％等。
助交联剂0.6-0.9％，例如可以是0.6％、0.65％、0.7％、0.75％、0.8％、0.85％或0.9％等。
偶联剂0.2-0.6％，例如可以是0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％、0.5％、0.55％或0.6％等。
抗老化助剂0.1-0.3％，例如可以是0.1％、0.15％、0.2％、0.25％或0.3％等。
优选地，所述第一皮层和第二皮层中的EVA树脂中醋酸乙烯酯含量各自独立地为26-30％，例如可以是26％、27％、28％、29％或30％等。
优选地，所述第一皮层和第二皮层中的EVA树脂的熔融指数各自独立地为5-30g/10min，例如可以是5g/10min、6g/10min、7g/10min、8g/10min、9g/10min、10g/10min、11g/10min、12g/10min、13g/10min、14g/10min、15g/10min、16g/10min、17g/10min、18g/10min、19g/10min、20g/10min、21g/10min、22g/10min、23g/10min、24g/10min、25g/10min、26g/10min、27g/10min、28g/10min、29g/10min或30g/10min等。
优选地，所述第一皮层和第二皮层中的POE树脂体积电阻率各自独立地为≥1.0E+16Ω·cm，例如可以是1.0E+16Ω·cm、2.0E+16Ω·cm、3.0E+16Ω·cm、4.0E+16Ω·cm、5.0E+16Ω·cm、6.0E+16Ω·cm、7.0E+16Ω·cm、8.0E+16Ω·cm、9.0E+16Ω·cm或1.0E+17Ω·cm等。
优选地，所述第一皮层和第二皮层中的POE树脂的熔融指数各自独立地为5-30g/10min，例如可以是5g/10min、6g/10min、7g/10min、8g/10min、9g/10min、10g/10min、11g/10min、12g/10min、13g/10min、14g/10min、15g/10min、16g/10min、17g/10min、18g/10min、19g/10min、20g/10min、21g/10min、22g/10min、23g/10min、24g/10min、25g/10min、26g/10min、27g/10min、28g/10min、29g/10min或30g/10min等。
第二方面，本发明还提供了一种如第一方面所述的复合封装胶膜的制备方法，所述制备方法包括：将芯层的组成成分、第一皮层的组成成分和任选地第二皮层的组成成分通过共挤出成型得到所述复合封装胶膜。
优选地，所述制备方法包括：先将芯层的组成成分、第一皮层的组成成分和任选地第二皮层的组成成分分别进行混合，再进行共挤出成型，得到所述复合封装胶膜。
优选地，所述共挤出成型的温度为80-100℃，例如可以是80℃、82℃、85℃、88℃、90℃、95℃、98℃或100℃等。
优选地，所述制备方法还包括：在所述共挤出成型后，进行压花、冷却、牵引和收卷，得到所述复合封装胶膜。
第三方面，本发明还提供了一种如第一方面所述的复合封装胶膜在光伏发电封装胶膜中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层，且所述芯层的组成成分包括了离子聚合物，该离子聚合物中含有的阴离子可以作为钠离子捕捉剂，实现对钠离子迁移的阻隔，从而有效提高了所述复合封装胶膜的抗PID效果。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明实施例和对比例使用的部分原料的厂家和牌号如下：
EVA树脂(购于韩华公司，牌号为E280PV，醋酸乙烯酯含量为28％，熔融指数为15g/10min)；
POE树脂(购于DOW公司，牌号为38669，体积电阻率为1.9E+16Ω·cm，熔融指数为14g/10min)；
Surlyn树脂(购于杜邦公司，牌号为8940)；
PRIMACORTM IO树脂(购于SK公司，牌号为3801)。
实施例1
本实施例提供了一种复合封装胶膜及其制备方法。
其中，所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层。
所述芯层的总质量为100g，包括以下组分：Surlyn树脂100g。
所述第一皮层的总质量为100g，包括以下组分：EVA树脂98.2g、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯(交联剂)0.5g、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸甲酯(助交联剂)0.6g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(偶联剂)0.5g、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(抗老化助剂)0.2g。
制备方法：
先将第一皮层的组成成分混合，再和芯层的组成成分在90℃下进行共挤出成型，再将得到的共挤出成型产品进行压花、冷却、牵引和收卷，得到所述复合封装胶膜，其中，控制芯层的挤出厚度为50μm，第一皮层的厚度为400μm。
实施例2
本实施例提供了一种复合封装胶膜及其制备方法。
其中，所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层。
所述芯层的总质量为100g，包括以下组分：PRIMACORTM IO树脂100g。
所述第一皮层的总质量为100g，包括以下组分：POE树脂98.2g、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯(交联剂)0.6g、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸甲酯(助交联剂)0.7g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(偶联剂)0.2g、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(抗老化助剂)0.3g。
制备方法：
先将第一皮层的组成成分混合，再和芯层的组成成分在100℃下进行共挤出成型，再将得到的共挤出成型产品进行压花、冷却、牵引和收卷，得到所述复合封装胶膜，其中，控制芯层的挤出厚度为80μm，第一皮层的厚度为320μm。
实施例3
本实施例提供了一种复合封装胶膜及其制备方法。
其中，所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层。
所述芯层的总质量为100g，包括以下组分：Surlyn树脂50g、PRIMACORTM IO 50g。
所述第一皮层的总质量为100g，包括以下组分：EVA树脂50g、POE树脂48.2g、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯(交联剂)0.6g、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸甲酯(助交联剂)0.7g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(偶联剂)0.2g、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(抗老化助剂)0.3g。
制备方法：
先将第一皮层的组成成分混合，再和芯层的组成成分在80℃下进行共挤出成型，再将得到的共挤出成型产品进行压花、冷却、牵引和收卷，得到所述复合封装胶膜，其中，控制芯层的挤出厚度为30μm，第一皮层的厚度为400μm。
实施例4
与实施例1的区别仅在于，所述复合封装胶膜还包括第二皮层，且所述第二皮层位于所述芯层远离所述第一皮层的一侧。
所述第二皮层的总质量为100g，包括以下组分：EVA树脂98.2g、叔丁基过氧化-2-乙基己基碳酸酯(交联剂)0.5g、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸甲酯(助交联剂)0.6g、3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(偶联剂)0.5g、双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯(抗老化助剂)0.2g。
制备方法：
先将第一皮层的组成成分、第二皮层的组成成分分别混合，再和芯层的组成成分在80℃下进行共挤出成型，再将得到的共挤出成型产品进行压花、冷却、牵引和收卷，得到所述复合封装胶膜，其中，控制芯层的挤出厚度为50μm，第一皮层的厚度为200μm，第二皮层的厚度为200μm。
实施例5
与实施例4的区别在于，利用POE树脂分别替代第一皮层中的EVA树脂和第二皮层中的EVA树脂。
实施例6
与实施例4的区别在于，利用POE树脂替代第一皮层中的EVA树脂。
实施例7
与实施例4的区别在于，利用POE树脂替代第二皮层中的EVA树脂。
实施例8
与实施例1的区别仅在于，控制芯层的挤出厚度为20μm。
实施例9
与实施例1的区别仅在于，控制芯层的挤出厚度为100μm。
实施例10
与实施例1的区别仅在于，控制芯层的挤出厚度为300μm。
实施例11
与实施例1的区别仅在于，控制芯层的挤出厚度为400μm。
对比例1
与实施例1相比，不含有芯层。
对比例2
与实施例4相比，不含有芯层。
应用例1-11
应用例1-11分别对应使用实施例1-11制得的复合封装胶膜，与相同的钢化玻璃、电池片、背板按照太阳能电池组件的制备方法制得太阳能电池组件。
对比应用例1-2
对比应用例1-2分别对应使用对比例1-2制得的复合封装胶膜，与相同的钢化玻璃、电池片、背板按照太阳能电池组件的制备方法制得太阳能电池组件。
性能测试：
1、抗PID效果测试：根据IEC TS62804-1对本发明应用例和对比应用例得到的太阳能组件进行抗PID性能测试。
具体测试结果见表1。
2、Damp Heat湿热老化测试：根据IEC 61215对本发明应用例和对比应用例得到的太阳能组件进行Damp Heat湿热老化测试。
具体测试结果见表1。
表1
由实施例和性能测试可知，利用本发明实施例的复合封装胶膜制得的太阳能组件的功率衰减幅度明显小于对比例中未添加离子聚合物的的复合封装胶膜制得的太阳能组件的功率衰减幅度，即本发明应用例的太阳能组件的抗PID性能明显好于对比应用例。这说明在所述复合封装膜中增加包含离子聚合物的芯层可以大幅提升其抗PID效果，有效减少了发电功率的衰减。
与实施例1相比，实施例8-11中改变了芯层的厚度，从中对比可以看出，实施例6中芯层的厚度为20μm，实施例11中芯层的厚度为400μm，这两个实施例中芯层的厚度超出本发明的范围，其对应的应用例中制得太阳能组件的抗PID和DH1000后的功率衰减幅度均大于实施例1，即其抗PID性能明显变差，这说明只有将芯层的厚度控制本发明所述的范围内，才能最大程度提升其抗PID的效果。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种复合封装胶膜，其特征在于，所述复合封装胶膜包括芯层和第一皮层；
所述芯层的组成成分包括离子聚合物。
2.根据权利要求1所述的复合封装胶膜，其特征在于，所述离子聚合物的制备方法包括含羧基的树脂与碱反应，得到所述离子聚合物；
优选地，所述离子聚合物包括Surlyn树脂和/或PRIMACORTM IO树脂。
3.根据权利要求1或2所述的复合封装胶膜，其特征在于，所述芯层的厚度为30-350μm，优选为30-200μm，进一步优选为30-80μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的复合封装胶膜，其特征在于，所述第一皮层中的主体树脂包括EVA树脂和/或POE树脂；
优选地，所述第一皮层的厚度为50-400μm；
优选地，所述第一皮层中的主体树脂为EVA树脂，以所述第一皮层的组成成分的总质量为100％计，包括以下组分：EVA树脂97.9-98.8％、主交联剂0.4-0.6％、助交联剂0.5-0.7％、偶联剂0.2-0.5％、抗老化助剂0.1-0.3％；
优选地，所述第一皮层中的主体树脂为POE树脂，以所述第一皮层的组成成分的总质量为100％计，包括以下组分：POE树脂97.4-98.6％、主交联剂0.5-0.8％、助交联剂0.6-0.9％、偶联剂0.2-0.6％、抗老化助剂0.1-0.3％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的复合封装胶膜，其特征在于，所述复合封装胶膜还包括第二皮层，所述第二皮层位于所述芯层远离所述第一皮层的一侧；
优选地，所述第二皮层中的主体树脂包括EVA树脂和/或POE树脂；
优选地，所述第二皮层的厚度为50-400μm；
优选地，所述第二皮层中的主体树脂为EVA树脂，以所述第二皮层的组成成分的总质量为100％计，包括以下组分：EVA树脂97.9-98.8％、主交联剂0.4-0.6％、助交联剂0.5-0.7％、偶联剂0.2-0.5％、抗老化助剂0.1-0.3％；
优选地，所述第二皮层中的主体树脂为POE树脂，以所述第二皮层的组成成分的总质量为100％计，包括以下组分：POE树脂97.4-98.6％、主交联剂0.5-0.8％、助交联剂0.6-0.9％、偶联剂0.2-0.6％、抗老化助剂0.1-0.3％。
6.根据权利要求5所述的复合封装胶膜，其特征在于，所述第一皮层和第二皮层中EVA树脂中的醋酸乙烯酯含量各自独立地为26-30％；
优选地，所述第一皮层和第二皮层中EVA树脂的熔融指数各自独立地为5-30g/10min；
优选地，所述第一皮层和第二皮层中POE树脂体积电阻率各自独立地为≥1.0E+16Ω·cm；
优选地，所述第一皮层和第二皮层中POE树脂的熔融指数各自独立地为5-30g/10min。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的复合封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将芯层的组成成分、第一皮层的组成成分和任选地第二皮层的组成成分通过共挤出成型得到所述复合封装胶膜。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：先将芯层的组成成分、第一皮层的组成成分和任选地第二皮层的组成成分分别进行混合，再进行共挤出成型，得到所述复合封装胶膜；
优选地，所述共挤出成型的温度为80-100℃。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在所述共挤出成型后，进行压花、冷却、牵引和收卷，得到所述复合封装胶膜。
10.根据权利要求1-6任一项所述的复合封装胶膜在光伏发电封装胶膜中的应用。
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