CN111732902A - 一种双面电池用抗极化封装胶膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及封装胶膜技术领域，尤其是涉及一种具有提升双面组件抗PID性能的封装胶膜及其制备方法；其质量份组成如下：基体树脂100份、N型半导体0.1~20份、过氧化物交联剂0.01~2份、助交联剂0.1~10份、光稳定剂0.01~5份、抗氧剂剂0.05~5份；偶联剂0.1~5质量份；本发明中的双面电池用抗极化封装胶膜，该胶膜中添加有N型半导体材料，使得胶膜带有一定的电子，可中和双面电池在PID过程中产生的极化正电荷，从而避免PID的产生，显著提高了胶膜的抗PID性能；本发明中的双面电池用抗极化封装胶膜的制备方法，制备工艺简单，生产成本低。

Description

一种双面电池用抗极化封装胶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及封装胶膜技术领域，尤其是涉及一种具有提升双面组件抗PID性能封装胶膜及其制备方法。
背景技术
根据2020年国际光伏技术路线的预测(ITRPV)，到2026年，双面电池的市场份额将超过50％。双面电池由于特殊的电池结构，组件在负偏压、85℃的温蒂，85％的湿度条件下，电池片表面会产生一层正电荷，称之为极化电荷，破坏了电池片的钝化效果，使少子与多子发生复合，造成电流及开压损失，从而导致功率损失(PID衰减)。
这种极化导致的PID衰减，目前主要在组件端通过封装胶膜解决。目前封装胶膜的量产方案，主要是在POE，或者是EVA/POE复合胶膜中添加带有双键的多官能团丙烯酸酯或丙烯酰胺，如专利CN109810639A中提到的，使用了N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、羟甲基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺、羟乙基丙烯酰胺或N,N-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种。CN109337599A中提到的多官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类助剂。CN110964447A专利中提到的乙氧化季戊四醇三丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。
但是这类助剂都极性比较大，而POE极性小，因此相容性较差，在温度较低时易析出，导致胶膜使用过程存在滑移，气泡等情况。而在EVA胶膜中使用这类助剂，仍然无法满足双面电池组件的PID要求。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种抗极化性能优异的双面电池用抗极化封装胶膜。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种双面电池用抗极化封装胶膜，其质量份组成如下：基体树脂100份、N型半导体0.1～20份、过氧化物交联剂0.01～2份、助交联剂0.1～10份、光稳定剂0.01～5份、抗氧剂0.05～5份、偶联剂0.1～1质量份。
进一步的，所述基体树脂由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-α烯烃共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛中的任意一种或多种按照任意配比组成。
进一步的，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔体流动速率为2～27g/min，VA含量为26％～32％，乙烯-α烯烃共聚物熔体流动速率为5～25。
进一步的，所述N型半导体的粒径小于700nm。
进一步的，所述N型半导体的材料为金属氧化物，金属硫化物，或者是含有位于元素周期表IV族的复合物。
进一步的，所述N型半导体的材料选用二氧化钛，铟锡氧化物，掺铝氧化锌，氧化铜，氧化铬，五氧化二钒，三氧化二铁等金属氧化物，硫化镉，硫化锡，硫化铅，CdIn2S4，Cu2ZnSnS4等硫化物，碳纳米管，氮化镓，碳化硅，硒化锌，二氧化硅中的任意一种或多种按照任意配比组成。
进一步的，所述交联剂为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯中的一种或几种。
进一步的，所述助交联剂为三丙烯基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基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、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中的一种或几种。
进一步的，所述光稳定剂为3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯、双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯、三(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)亚磷酸酯、双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯中的一种或几种。
进一步的，所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、2，6-二叔丁基对甲酚、4，4'-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、硫代二丙酸二月桂酸酯、三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或几种。
进一步的，所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或几种
本发明的另一个目的是：克服现有技术中的不足，提供一种生产工艺简单、生产成本低的双面电池用抗计划封装胶膜的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种双面电池用抗极化封装胶膜的制备方法，所述制备方法如下：将基体树脂、N型半导体、过氧化物交联剂、助交联剂、光稳定剂、抗氧剂、偶联剂混合均匀后，用单螺杆挤出机挤出流延成膜，或是压延成膜，所述胶膜厚度优选为50～800μm。
采用本发明的技术方案的有益效果是：
本发明中的双面电池用抗极化封装胶膜，该胶膜中添加有N型半导体材料，使得胶膜带有一定的电子，可中和双面电池在PID过程中产生的极化正电荷，从而避免PID的产生，显著提高了胶膜的抗PID性能。
本发明中的双面电池用抗极化封装胶膜，通过上述原理，可使用乙烯-醋酸乙烯酯的共聚物作为主体树脂，满足双面双玻的抗PID需求，这是目前其它厂家无法实现的。使用乙烯-醋酸乙烯酯作为主体树脂，解决了助剂相容性差的问题，可降低光伏组件制造过程中的气泡、串偏移等不良，提高光伏组件的层压良率。
本发明中的双面电池用抗极化封装胶膜的制备方法，制备工艺简单，生产成本低，适合工业化生产。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本发明，但是这些实施例不是对本发明保护范围的限制。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
本实施例提供的胶膜基材为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述共聚物的熔体流动速率为25g/10min，醋酸乙烯酯的质量含量为28％，胶膜基材乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的质量为100份，二氧化钛半导体材料的添加量为7质量份，硫化锡3质量份，其它助剂含量如下：过氧化二异丙苯为0.5质量份；乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为0.4质量份；3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯为0.04质量份；四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯为0.05质量份；乙烯基三乙氧基硅烷为0.6质量份。
将上述物质预混合后用单螺杆挤出机挤出流延成膜，或是压延成膜，胶膜厚度为50～800μm，本实施例中胶膜厚度为500μm。
实施例2
本实施例提供的胶膜基材为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述共聚物的熔体流动速率为20g/10min，醋酸乙烯酯含量28％。胶膜基材乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的质量为100份，掺铝氧化锌半导体材料的添加量为13质量份，其它助剂含量如下：双叔丁基过氧化二异丙基苯为0.6质量份；丙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为0.3质量份；双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯为0.03质量份；β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯为0.07质量份；乙烯基三甲氧基硅烷为0.9质量份。
将上述物质预混合后用单螺杆挤出机挤出流延成膜，或是压延成膜，胶膜厚度为50～800μm，本实施例中胶膜厚度为100μm。
实施例3
本实施例提供的胶膜基材为乙烯-α烯烃共聚物，所述共聚物的熔体流动速率为15g/10min。添加10质量份二氧化钛半导体材料。其它助剂含量如下：2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷为0.4质量份；季戊四醇三丙烯酸酯为0.3质量份；三(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)亚磷酸酯为0.05质量份；N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺为0.06质量份；；乙烯基三(b-甲氧基乙氧基)硅烷为0.4质量份。
将上述物质预混合后用单螺杆挤出机挤出流延成膜，或是压延成膜，胶膜厚度为50～800μm，本实施例中胶膜厚度为800μm。
实施例4
本实施例提供的胶膜基材为乙烯-α烯烃共聚物，所述共聚物的熔体流动速率为10g/10min。添加11质量份铟锡氧化物半导体材料，3质量份的氮化硅。其它助剂含量如下：2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷为0.65质量份；乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯为0.3质量份；双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯为0.03质量份；4，4'-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)为0.09质量份；γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为0.6质量份。
将上述物质预混合后用单螺杆挤出机挤出流延成膜，或是压延成膜，胶膜厚度为50～800μm，本实施例中胶膜厚度为多少50μm。
对比例1
本实施例提供的胶膜基材为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述树脂的熔体流动速率为25g/10min，醋酸乙烯酯的质量含量为28％，胶膜基材乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的质量为100份，其它助剂含量如下：过氧化二异丙苯为0.5质量份；乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯为0.4质量份；3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯为0.04质量份；四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯为0.05质量份；乙烯基三乙氧基硅烷为0.6质量份。
将上述物质预混合后用单螺杆挤出机挤出流延成膜，或是压延成膜，本实施例中胶膜厚度为多500μm。
对比例2
本实施例提供的胶膜基材为乙烯-α烯烃共聚物，所述乙烯-α烯烃共聚物的熔体流动速率为10g/10min。其它助剂含量如下：2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷为0.65质量份；三丙烯基异氰脲酸酯为0.3质量份；双(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯为0.03质量份；4，4'-硫代双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)为0.09质量份；γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为0.2质量份。
将上述物质预混合后用单螺杆挤出机挤出流延成膜，或是压延成膜，本实施例中胶膜厚度为500μm。
本发明中的流延成膜和压延成膜的具体工艺采用现有技术，本发明中不再赘述。
对实施例1-4以及对比例中制得的封装胶膜进行性能检测，包括拉伸强度、断裂伸长率、可见区透光率、胶膜与玻璃的剥离强度、紫外老化黄变指数以及PID后衰减，具体性能测试数据见表1。
表1
实验项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 对比例2 对比例1 测试标准或方法
拉伸强度/MPa 10.73 9.46 20.53 8.52 8.52 9.15 GB/T13022-1991
断裂伸长率/％ 871.54 810.32 692.88 892.10 892.10 831.76 GB/T13022-1991
可见区透光率/％ ＞90 ＞90 ＞90 ＞90 ＞90 ＞89 ASTM D1003-13
胶膜与玻璃的剥离强度(N/cm) 201.10 223.39 183.41 267.73 267.73 116.04 ASTMD903-98
紫外老化黄变指数(ΔYI) ＜2 ＜1 ＜2 ＜1 ＜1 ＜1 GBT 16422.2-2014
PID后衰减 4.3％ 3.7％ 2.3％ 3.0％ 22％ 7.8％ IEC62804-2015
综述所述，在体系中加入N型半导体粉末，可利用N型半导体产生的电子，中和双面电池在PID过程中产生的极化正电荷，从而避免PID的产生，显著提高了胶膜的抗PID性能，该方法不仅适用于乙烯-α烯烃共聚物，同样适用于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。而且由表1可以看出，当胶膜基材选用EVA且不添加N型半导体材料时，封装胶膜的PID衰减比较厉害，显然是不适用于双面电池组件的。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于：其质量份组成如下：基体树脂100份、N型半导体0.1~20份、过氧化物交联剂0.01~2份、助交联剂0.1~10份、光稳定剂0.01~5份、抗氧剂0.05~5份、偶联剂0.1~1质量份。
2.根据权利要求1所述的一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于：所述基体树脂由乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-α烯烃共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、聚乙烯醇缩丁醛中的任意一种或多种按照任意配比组成。
3.根据权利要求2所述的一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔体流动速率为2～27g/min，VA含量为26%～32%，乙烯-α烯烃共聚物熔体流动速率为5~25g/min。
4.根据权利要求1所述的一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于：所述N型半导体的粒径小于700nm。
5.根据权利要求1所述的一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于：所述N型半导体的材料为金属氧化物，金属硫化物，或者是含有位于元素周期表IV族的复合物
根据权利要求5所述的一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于：所述N型半导体的材料选用二氧化钛，铟锡氧化物，掺铝氧化锌，氧化铜，氧化铬，五氧化二钒，三氧化二铁等金属氧化物，硫化镉，硫化锡，硫化铅，CdIn2S4，Cu2ZnSnS4等硫化物，碳纳米管，氮化镓，碳化硅，硒化锌，二氧化硅中的任意一种或多种按照任意配比组成。
6.根据权利1所述的一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于：所述交联剂为过氧化二异丙苯、双叔丁基过氧化二异丙基苯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧基)己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯中的一种或几种。
7.根据权利1所述的一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于，所述助交联剂为三丙烯基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基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、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中的一种或几种。
8.根据权利1所述的一种双面电池用抗极化封装胶膜，其特征在于，所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(b-甲氧基乙氧基) 硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷中的一种或几种。
9.一种双面电池用抗极化封装胶膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法如下：将基体树脂、N型半导体、过氧化物交联剂、助交联剂、交联促进剂、光稳定剂、抗氧剂剂混合均匀后，用单螺杆挤出机挤出流延成膜，或是压延成膜，胶膜厚度为50~800μm。
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