CN112341700A - 一种提高太阳能组件转换功率的poe封装胶膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉太阳能电池组及技术领域，尤其为一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，原料组分包括：乙烯‑α‑烯烃共聚物(POE)、乙烯‑醋酸乙烯脂共聚物(EVA)、交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂、马来酸酐(MAH)、抗氧剂、紫外线光稳定剂、紫外线吸收剂，在3种POE胶膜中，S3具有相对最佳的交联度(83％)、透光率(91％)、粘接性能(与玻璃、TPT膜的剥离强度分别达到150N/cm和110N/cm)和耐湿热老化性能(在85℃、85RH％条件老化1000h后黄变指数变化为1.1％、与玻璃的剥离强度下降15％)，适合于太阳能电池封装应用；基于硅烷改性POE胶膜S3的电池组件在抗PID测试192h后输出功率衰减仅为2.2％，大幅优于传统EVA胶膜组件，可以为光伏电站带来更好的运营效益。
Description
技术领域
本发明涉及太能能组件技术领域，尤其涉及一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜。
背景技术
太阳光是一种绿色无污染、取之不尽用之不竭的能源，采用以太阳能为代表的新能源代替传统石化能源是人类社会发展的必然趋势。目前人类大规模利用太阳能的可行方式之一是采用太阳能电池发电，即通过硅晶片的光电效应将太阳能转变为电能，再供人类使用。在太阳能电池组件中，硅晶电池片是最核心和最昂贵部件，但其易碎，直接暴露于空气时光电转换能力会急速下降。当前解决办法是采用具备一定耐候性和粘接性的高分子胶膜将硅晶电池片封装保护起来，以保证组件20～30年的使用寿命。
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜是目前应用相对最广泛的高分子胶膜，但EVA胶膜耐候性较差，长期使用容易降解变色，影响透光率和粘接性，使组件输出效率下降。此外，EVA胶膜容易分解释放醋酸分子，腐蚀铝合金框等部件，使组件使用寿命缩短。近年来，在光伏电站运营中还发现基于EVA胶膜的光伏组件存在严重的电势诱导衰减(PID)现象，导致电站输出功率大幅下降，严重影响电站运营效益，因此提出一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，原料组分包括：乙烯-α-烯烃共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)、交联剂过、助交联剂、硅烷偶联剂、马来酸酐(MAH)、抗氧剂、紫外线光稳定剂、紫外线吸收剂。
POE封装胶膜的制备：
S1，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S2，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(MAH)/g：1.0、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S3，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(硅烷偶联剂)/g：1.0、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S4，m(EVA)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(硅烷偶联剂)/g：0.2、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
胶膜测定或表征：
(1)交联度、剥离强度和耐湿热老化性能；
(2)透光率：采用分光光度计测得胶膜在波长λ＝555、700、900nm处的透光率值，POE胶膜透光率＝[(T555+T700+T900)/3]；
(3)黄变指数：采用分光光度计测得胶膜在波长λ＝445、555、600nm处的透光率值，黄变指数Y＝(T600-T445)/T555，黄变指数变化值△Yn＝Yn-Y0(Yn为老化nh后的黄变指数值，Y0为未老化时的黄变指数值)。
(4)抗PID性能。
优选的，所述S1为纯POE胶膜，所述S2为MAH改性POE胶膜，所述S3为硅烷改性POE胶膜，所述S4为对比EVA胶膜。
优选的，所述交联剂选用过氧化-2-乙基己脂碳酸叔丁酯。
优选的，所述助交联剂选用三烯丙基异氰脲酸脂。
优选的，所述硅烷偶联剂选用乙烯基三甲氧基硅烷。
优选的，所述抗氧剂选用四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂。
优选的，所述紫外线光稳定剂选用癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇脂。
优选的，所述紫外线吸收剂选用2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
优选的，所述胶膜测定或表征：交联度、剥离强度和耐湿热老化性能，通过层压机在140℃层压制备样品；所述透光率：通过层压机在140℃层压固化20min制备样品。
优选的，所述抗PID性能测试条件为85℃、85RH％，并施加-1000V电压进行测试。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，通过采用熔融挤出法制得母粒，再采用流延成膜法制备了纯POE胶膜(S1)、MAH改性POE胶膜(S2)和硅烷改性POE胶膜(S3)；在3种POE胶膜中，S3具有相对最佳的交联度(83％)、透光率(91％)、粘接性能(与玻璃、TPT膜的剥离强度分别达到150N/cm和110N/cm)和耐湿热老化性能(在85℃、85RH％条件老化1000h后黄变指数变化为1.1％、与玻璃的剥离强度下降15％)，适合于太阳能电池封装应用；相比于对比EVA胶膜(S4)，S3表现出更好的粘接性能和耐湿热老化性能；基于硅烷改性POE胶膜S3的电池组件在抗PID测试192h后输出功率衰减仅为2.2％，大幅优于传统EVA胶膜组件，可以为光伏电站带来更好的运营效益。
附图说明
图1为本发明抗PID性能组件连接图。
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，原料组分包括：乙烯-α-烯烃共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)、交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂、马来酸酐(MAH)、抗氧剂、紫外线光稳定剂、紫外线吸收剂。
POE封装胶膜的制备：
S1，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S2，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(MAH)/g：1.0、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S3，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(硅烷偶联剂)/g：1.0、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S4，m(EVA)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(硅烷偶联剂)/g：0.2、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
胶膜测定或表征：
(1)交联度、剥离强度和耐湿热老化性能；
(2)透光率：采用分光光度计测得胶膜在波长λ＝555、700、900nm处的透光率值，POE胶膜透光率＝[(T555+T700+T900)/3]；
(3)黄变指数：采用分光光度计测得胶膜在波长λ＝445、555、600nm处的透光率值，黄变指数Y＝(T600-T445)/T555，黄变指数变化值△Yn＝Yn-Y0(Yn为老化nh后的黄变指数值，Y0为未老化时的黄变指数值)。
(4)抗PID性能。
所述S1为纯POE胶膜，所述S2为MAH改性POE胶膜，所述S3为硅烷改性POE胶膜，所述S4为对比EVA胶膜。
所述交联剂选用过氧化-2-乙基己脂碳酸叔丁酯。
所述助交联剂选用三烯丙基异氰脲酸脂。
所述硅烷偶联剂选用乙烯基三甲氧基硅烷。
所述抗氧剂选用四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂。
所述紫外线光稳定剂选用癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇脂。
所述紫外线吸收剂选用2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
所述胶膜测定或表征：交联度、剥离强度和耐湿热老化性能，通过层压机在140℃层压制备样品；所述透光率：通过层压机在140℃层压固化20min制备样品。
所述抗PID性能测试条件为85℃、85RH％，并施加-1000V电压进行测试。
实施例1：原料组分包括：乙烯-α-烯烃共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)、交联剂过氧化-2-乙基己脂碳酸叔丁酯、助交联剂三烯丙基异氰脲酸脂、硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷、马来酸酐(MAH)、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂、紫外线光稳定剂癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇脂、紫外线吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮；POE封装胶膜的制备：
S1，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S2，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(MAH)/g：1.0、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S3，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(硅烷偶联剂)/g：1.0、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S4，m(EVA)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(硅烷偶联剂)/g：0.2、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S1为纯POE胶膜，S2为MAH改性POE胶膜，S3为硅烷改性POE胶膜，S4为对比EVA胶膜；
胶膜测定或表征：
(1)交联度、剥离强度和耐湿热老化性能：通过层压机在140℃层压制备样品；
(2)透光率：采用分光光度计测得胶膜在波长λ＝555、700、900nm处的透光率值，POE胶膜透光率＝[(T555+T700+T900)/3]；(通过层压机在140℃层压固化20min制备样品)；
(3)黄变指数：采用分光光度计测得胶膜在波长λ＝445、555、600nm处的透光率值，黄变指数Y＝(T600-T445)/T555，黄变指数变化值△Yn＝Yn-Y0(Yn为老化nh后的黄变指数值，Y0为未老化时的黄变指数值)。
(4)抗PID性能，测试条件为85℃、85RH％，并施加-1000V电压进行测试，按附图1进行组件连接。
3种胶膜的交联度先随层压时间增加而快速增大；当层压时间>20min时,3种胶膜的交联度逐渐趋于稳定；当层压时间为20min时，S2的交联度相对最低为63％，S1次之为65％，S3的交联度相对最大为83％。
这是因为MAH改性POE胶膜时,MAH在POE链上的接枝反应以及MAH的自聚反应消耗了部分过氧化物自由基,使引发POE链交联的自由基数量减少,导致整个胶膜的交联度降低；而硅烷改性POE胶膜时,采用的硅烷偶联剂同时含有双键基团和硅氧烷基团,除了可在POE链上接枝外,硅烷偶联剂之间也可产生交联反应,从而使整个胶膜交联度增大。
3种POE胶膜中，S3的透光率相最高为91％，S1次之为88％；由于游离态MAH易引发胶膜变色，S2的透光率相对最低仅为85％。
S1与玻璃、TPT膜的剥离强度较低，分别仅为7N/cm和10N/cm；MAH改性后的S与玻璃、TPT膜的剥离强度有提高但不明显，分别为34N/cm和26N/cm；而硅烷改性后的S3与玻璃、TPT膜的剥离强度得到显著提高，分别达到150N/cm和110Ncm，本试验同时测定了对比EVA胶膜S4与玻璃、TPT膜的的剥离强度,其值分别为104N/cm和72N/cm，从以上结果可得出：纯POE胶膜和MAH改性POE胶膜对玻璃、TPT膜的粘接强度较弱,大幅低于EVA胶膜,难以满足太阳能电池组件封装要求；而硅烷改性POE胶膜与玻璃、TPT膜的粘接强度较好(优于传统EVA胶膜),可以很好满足组件封装要求；
S3具有极佳的耐湿热老化性能，老化1000h后其黄变指数变化仅为1.1％；S1略高为1.6％；S2相对最差为8.4％，本试验同时测定了对比EVA胶膜S4在湿热老化1000h后的黄变指数变化，其值为2.1％，明显高于S3；另外，试验考察了S3和S4在湿热老化过程的粘接性能变化：经湿热老化1000h后，S3与玻璃的剥离强度降低到135N/cm，下降幅度为15％；S4与玻璃的剥离强度降低到71Ncm，下降幅度为32％；以上结果表明，硅烷改性POE胶膜在湿热老化过程中具有出色的粘接保持力，明显优于传统EVA胶膜；
经192h测试后，基于硅烷改性POE胶膜的组件之输出功率衰减仅为2.2％，主流EVA胶膜和自制EVA胶膜(S4)的抗PID性能，在相同测试条件下测试96h后这些组件的输出功率衰减就已经超过5％，大幅高于硅烷改性POE胶膜组件,故采用硅烷改性POE胶膜能有效降低组件PID衰减，可为光伏电站带来更好的长期运营效益。
综上所述：(1)采用熔融挤出法制得母粒，再采用流延成膜法制备了纯POE胶膜(S1)、MAH改性POE胶膜(S2)和硅烷改性POE胶膜(S3)。
(2)在3种POE胶膜中，S3具有相对最佳的交联度(83％)、透光率(91％)、粘接性能(与玻璃、TPT膜的剥离强度分别达到150N/cm和110N/cm)和耐湿热老化性能(在85℃、85RH％条件老化1000h后黄变指数变化为1.1％、与玻璃的剥离强度下降15％)，适合于太阳能电池封装应用。
(3)相比于对比EVA胶膜(S4)，S3表现出更好的粘接性能和耐湿热老化性能。
(4)基于硅烷改性POE胶膜S3的电池组件在抗PID测试192h后输出功率衰减仅为2.2％，大幅优于传统EVA胶膜组件，可以为光伏电站带来更好的运营效益。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，原料组分包括：乙烯-α-烯烃共聚物(POE)、乙烯-醋酸乙烯脂共聚物(EVA)、交联剂、助交联剂、硅烷偶联剂、马来酸酐(MAH)、抗氧剂、紫外线光稳定剂、紫外线吸收剂。
POE封装胶膜的制备：
S1，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S2，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(MAH)/g：1.0、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S3，m(POE)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(硅烷偶联剂)/g：1.0、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
S4，m(EVA)/g：100、m(交联剂)/g：1.0、m(助交联剂)/g：0.5、m(硅烷偶联剂)/g：0.2、m(抗氧剂)/g：0.25、m(紫外光稳定剂)/g：0.15和m(紫外线吸收剂)/g：0.15。
胶膜测定或表征：
(1)交联度、剥离强度和耐湿热老化性能；
(2)透光率：采用分光光度计测得胶膜在波长λ＝555、700、900nm处的透光率值，POE胶膜透光率＝[(T555+T700+T900)/3]；
(3)黄变指数：采用分光光度计测得胶膜在波长λ＝445、555、600nm处的透光率值，黄变指数Y＝(T600-T445)/T555，黄变指数变化值△Yn＝Yn-Y0(Yn为老化nh后的黄变指数值，Y0为未老化时的黄变指数值)。
(4)抗PID性能。
2.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述S1为纯POE胶膜，所述S2为MAH改性POE胶膜，所述S3为硅烷改性POE胶膜，所述S4为对比EVA胶膜。
3.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述交联剂选用过氧化-2-乙基己脂碳酸叔丁酯。
4.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述助交联剂选用三烯丙基异氰脲酸脂。
5.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂选用乙烯基三甲氧基硅烷。
6.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述抗氧剂选用四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇脂。
7.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述紫外线光稳定剂选用癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇脂。
8.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述紫外线吸收剂选用2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
9.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述胶膜测定或表征：交联度、剥离强度和耐湿热老化性能，通过层压机在140℃层压制备样品；所述透光率：通过层压机在140℃层压固化20min制备样品。
10.根据权利要求1所述的一种提高太阳能组件转换功率的POE封装胶膜，其特征在于，所述抗PID性能测试条件为85℃、85RH％，并施加-1000V电压进行测试。
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