CN112409942B - 散热型封装胶膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种散热型封装胶膜及其制备方法。该散热型封装胶膜包括基体树脂和分散在基体树脂中的相变材料/导热填料复合物、引发剂和交联剂。本发明有效解决了现有技术中太阳能光伏组件的散热封装方式无法同时兼顾散热性、电池片隐裂问题、光电转换效率、导电安全性、抗PID性能等方面的问题，该封装胶膜散热性好、应用于太阳能光伏组件后封装性能好、导电安全性高、光电转换率高、抗PID性能佳、成本低，应用前景广阔。

Description

散热型封装胶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种散热型封装胶膜及其制备方法。
背景技术
由于石油等不可再生能源大量使用而消耗殆尽，可再生能源将在能源比例中越来越高。光伏太阳能是可再生能源的重要组成部分，近十年来光伏行业发展越来越快，目前光伏组件的发展方向主要是向高功率、高可靠性、低能耗、低成本特点发展。在使用相同电池片情况下，如何通过封装材料获得组件的高功率是行业的重点研究方向，组件功率与工作温度呈反向线性关系，即太阳能电池的峰值功率随温度升高而降低。常规串联型组件功率越高，导致组件运行时温度不断增加，同时组件受太阳光照红外辐射影响也会导致组件温度的升高，组件温度过高将导致加速高分子封装材料老化降解及组件的输出功率降低，因此降低组件的工作温度将提高组件的使用寿命及发电效率。研究表明，温度每升高1℃，组件功率下降0.4％左右，因此降低组件的温度将有效提高其光电转换效率。
目前，降低组件工作温度的方式主要有以下几种方式：
1)通过添加导热填料以提高胶膜的导热系数进行散热。比如中国专利CN102664208B公开了一种增效散热太阳能组件及其制备方法，其使用了导热绝缘填料BN、Si3N4、B4C、晶硅粉、SiC，然而这类填料价格昂贵，同时这类导热填料会降低胶膜的流动性和提高其硬度，在层压加压过程中，大大增加了电池片隐裂的概率。
2)添加红外反射填料来反射红外波长光，从光照源头红外波长光处减缓光照对组件红外加热作用。比如中国专利CN205556535U公开了一种压花EVA胶膜，其使用了纳米红外反射颜料层。然而，其虽然可减少光照红外辐射对电池片的影响而降低温度，但这也会损失电池片对红外光吸收，这将降低组件的光电转换效率。
3)设置含导热金属板的多层结构或空气流动格栅框架的形式进行散热。比如中国专利CN204257676U公开了一种散热性太阳能电池组件，其使用了金属散热背板，金属背板虽然具有较好的导热散热作用，但其存在导电安全性问题，同时也增加了组件的重量。此外也有在组件后面使用散热装置系统如空气流动格栅和水冷循环的方式，这需要额外的成本维护散热装置以保证组件的散热。
此外，现有的太阳能光伏组件还存在PID问题。PID效应(Potential InducedDegradation)全称为电势诱导衰减，是电池片与其接地金属边框之间的高电压作用下，在组件封装材料和其上下表面材料间出现离子迁移而造成组件性能衰减的现象，因此抗PID的封装胶膜将有效延长组件的工作周期。然而，目前的封装胶膜在抗PID方面起到的改善作用有限。
总之，目前的太阳能光伏组件的散热封装方式多存在无法兼顾散热性、电池片隐裂问题、光电转换效率、导电安全性、抗PID性能等方面。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种散热型封装胶膜及其制备方法，以解决现有技术中太阳能光伏组件的散热封装方式无法同时兼顾散热性、电池片隐裂问题、光电转换效率、导电安全性、抗PID性能等方面的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种散热型封装胶膜，其散热型封装胶膜包括基体树脂和分散在基体树脂中的相变材料/导热填料复合物、引发剂和交联剂。
进一步地，相变材料/导热填料复合物为相变材料和导热填料经化学键合形成的复合物，且相变材料/导热填料复合物中的相变材料具有式I所示结构：
Figure BDA0002787633800000021
式I中，n为0～2，m为10～250，R为H、甲基或乙基。
进一步地，相变材料中，n为0～1，m为10～250，R为H或甲基；优选地，n为0，R为H；更优选地，相变材料选自PEG-800、PEG-1000、PEG-2000、PEG-4000、PEG-6000、PEG-8000、PEG-10000中的一种或多种。
进一步地，导热填料选自氧化锌、氧化镁、氧化铝、硅藻土、高岭土、蒙脱石、埃洛石中的一种或多种；优选地，导热填料的粒径为1～100μm。
进一步地，相变材料/导热填料复合物为相变材料和导热填料经第一硅烷偶联剂进行化学键合形成的复合物。
进一步地，按重量份计，散热型封装胶膜包括100份的基体树脂、1～50份的相变材料/导热填料复合物、0.1～1.5份的引发剂和0.5～3份的交联剂；优选地，按重量份计，散热型封装胶膜包括100份的基体树脂、10～50份的相变材料/导热填料复合物、0.3～1份的引发剂和0.5～1.2份的交联剂。
进一步地，基体树脂选自EVA、POE或PVB；优选地，引发剂选自自由基热引发剂，更优选包括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-2,5-二(叔丁基过氧化)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、1,1-双(叔丁基过氧)环己烷、2,2-双(叔丁基过氧)丁烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化碳酸叔戊酯中的一种或多种；优选地，交联剂选自多官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类交联剂，更优选包括三(2—羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、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、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四甲基丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、2,4,6-三(2-丙烯基氧基)-1,3,5-三嗪、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯中的一种或多种。
进一步地，按重量份计，散热型封装胶膜还包括0.1～5份的增粘剂和0.05～1份的抗老剂；优选地，增粘剂选自第二硅烷偶联剂，更优选增粘剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；优选地，抗老剂选自2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、二(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双-1-癸烷氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-醇癸二酸酯、丁二酸和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、甲基-1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯中的一种或多种。
进一步地，散热型封装胶膜的厚度为0.05～1mm。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：将散热型封装胶膜的各组分进行混合，然后依次进行挤出、压花、冷却、牵引、收卷，形成散热型封装胶膜。
进一步地，相变材料/导热填料复合物为相变材料和导热填料经化学键合形成的复合物；在进行混合之前，制备方法还包括制备相变材料/导热填料复合物的步骤，其包括：将相变材料和第一硅烷偶联剂在催化剂的作用下进行反应，改性相变材料；将改性相变材料和导热填料混合并反应，得到相变材料/导热填料复合物；其中相变材料具有式I所示结构：
Figure BDA0002787633800000031
式I中，n为0～2，m为10～250，R为H、甲基或乙基。
进一步地，第一硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种；优选地，催化剂选自有机锡催化剂，更优选包括二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或多种。
进一步地，第一硅烷偶联剂与相变材料的重量比为1:(1～10)，催化剂与相变材料的重量比为1:(10～200)；优选地，相变材料和第一硅烷偶联剂的反应温度为70～100℃。
进一步地，改性相变材料和导热填料的重量比为1:(2～20)；优选地，改性相变材料和导热填料的反应温度为100～110℃。
本发明提供了一种散热型封装胶膜，其包括基体树脂和分散在所述基体树脂中的相变材料/导热填料复合物、引发剂和交联剂。相转变材料是一种能够在温度不变的情况下通过相变焓进行吸收或释放大量热能的功能材料，利用其高相变潜热吸收热量能够有效避免组件温度过高。但因其具有相变时易泄露迁移等缺点，本发明通过以相变材料/导热填料复合物的形式添加至封装胶膜中，一方面利用导热填料束缚了相变材料，能够使其在相变时仅具有微观上的流动性，失去宏观上的流动性，达到既能够相变吸收热量又避免其泄露迁移的目的。另一方面，通过相变材料的相变潜热吸收热量配合导热填料较高的导热系数，应用于封装胶膜能够实现更好的散热作用。
与此同时，利用相变材料的高相变焓在白天吸收光照红外辐射热以避免组件温度过高，在夜间释放相变材料所储存的热量也有利于避免组件温度快速下降，从而可避免胶膜因环境温度急剧变化导致的封装性能下降等问题，也具有更好的导电安全性。且使用相变材料/导热填料复合物，相比于仅采用导热填料还具有更低硬度，填充于胶膜后具有更好的流动性，这大大的降低了电池片隐裂的概率。本发明的封装胶膜还能够提供优异的抗PID作用。同时，利用相变材料/导热填料复合物，导热填料无需使用过于昂贵的导热填料，即使使用，也能够在较少添加量下实现良好散热，因此也具有成本优势。
总之，本发明有效解决了现有技术中太阳能光伏组件的散热封装方式无法同时兼顾散热性、电池片隐裂问题、光电转换效率、导电安全性、抗PID性能等方面的问题，该封装胶膜散热性好、应用于太阳能光伏组件后封装性能好、导电安全性高、光电转换率高、抗PID性能佳、成本低，应用前景广阔。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明实施例1中相变材料的DSC相变焓图；
图2示出了采用本发明实施例1中封装胶膜的光伏组件的初始EL影像；
图3示出了采用本发明实施例1中封装胶膜的光伏组件PID 96小时后的EL影像；
图4示出了采用本发明对比例1中封装胶膜的光伏组件的初始EL影像；
图5示出了采用本发明对比例1中封装胶膜的光伏组件PID 96小时后的EL影像。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中太阳能光伏组件的散热封装方式无法同时兼顾散热性、电池片隐裂问题、光电转换效率、导电安全性等方面。
为了解决上述问题，本发明提供一种散热型封装胶膜，其基体树脂和分散在基体树脂中的相变材料/导热填料复合物、引发剂和交联剂。
相转变材料是一种能够在温度不变的情况下通过相变焓进行吸收或释放大量热能的功能材料，利用其高相变潜热吸收热量能够有效避免组件温度过高。但因其具有相变时易泄露迁移等缺点，本发明通过以相变材料/导热填料复合物的形式添加至封装胶膜中，一方面利用导热填料束缚了相变材料，能够使其在相变时仅具有微观上的流动性，失去宏观上的流动性(相变材料在组件层压温度(140度左右)下只在导热填料表面呈熔融流动状态)，达到既能够相变吸收热量又避免其泄露迁移的目的。另一方面，通过相变材料的相变潜热吸收热量配合导热填料较高的导热系数，应用于封装胶膜能够实现更好的散热作用。
与此同时，利用相变材料的高相变焓在白天吸收光照红外辐射热以避免组件温度过高，在夜间释放相变材料所储存的热量也有利于避免组件温度快速下降，从而可避免胶膜因环境温度急剧变化导致的封装性能下降等问题，也具有更好的导电安全性。且使用相变材料/导热填料复合物，相比于仅采用导热填料还具有更低硬度，填充于胶膜后具有更好的流动性，这大大的降低了电池片隐裂的概率。本发明的封装胶膜还能够提供优异的抗PID作用。同时，利用相变材料/导热填料复合物，导热填料无需使用过于昂贵的导热填料，即使使用，也能够在较少添加量下实现良好散热，因此也具有成本优势。总之，本发明有效解决了现有技术中太阳能光伏组件的散热封装方式无法同时兼顾散热性、电池片隐裂问题、光电转换效率、导电安全性、抗PID性能等方面的问题，该封装胶膜散热性好、应用于太阳能光伏组件后封装性能好、导电安全性高、光电转换率高、抗PID性能佳、成本低，应用前景广阔。
正如前文所述，相变材料/导热填料复合物中导热填料能够起到束缚相变材料相变后宏观上流动的作用，以达到避免其泄露迁移的目的。在一种优选的实施方式中，相变材料/导热填料复合物为相变材料和导热填料经化学键合形成的复合物，且相变材料/导热填料复合物中的相变材料具有式I所示结构：
Figure BDA0002787633800000051
式I中，n为0～2，m为10～250，R为H、甲基或乙基。
利用上述相变材料，其具有更好的相变吸热能力，同时，该相变材料中的端羟基能够与导热填料表面的氧形成更稳定的化学键合，且与基体树脂之间具有更好的相容性，有利于复合物在基体树脂中的分散。更重要的是，该相变材料类似于冠醚的结构具有阳离子束缚作用，减少阳离子向电池片迁移，从而还能够进一步提供优异的抗PID作用。为了进一步兼顾胶膜的散热性、抗PID性能、胶膜流动性等，在一种优选的实施方式中，相变材料中n为0，m为10～250，R为H或甲基；优选地，n为0，R为H；更优选地，相变材料选自PEG、PPG、PTMG、PTMEG等，更优选选自聚乙二醇PEG，具体比如PEG-800、PEG-1000、PEG-2000、PEG-4000、PEG-6000、PEG-8000、PEG-10000中的一种或多种。选择上述类型的相变材料，除了能够更好地兼顾以上性能以外，还具有价格低廉、降低制造成本的优势。
在一种优选的实施方式中，导热填料选自氧化锌、氧化镁、氧化铝、硅藻土、高岭土、蒙脱石、埃洛石中的一种或多种；优选地，导热填料的粒径为1～100μm。上述类型的导热填料的导热系数相对较高，且其表面的含氧官能团更易与上述相变材料的端羟基形成键合，因此能够在进一步改善胶膜散热性的同时更有效地束缚其宏观流动。更优选地，相变材料/导热填料复合物为相变材料和导热填料经第一硅烷偶联剂进行化学键合形成的复合物。具体的第一硅烷偶联剂包括但不限于3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷等。
以聚乙二醇、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷为例，相变材料/导热填料复合物具有如下结构(其中n视聚乙二醇的分子量而定，比如PEG-800，分子量约为800，n即为11～12左右)：
Figure BDA0002787633800000061
为了更好地平衡胶膜散热性、加工性、封装性等方面，在一种优选的实施方式中，按重量份计，散热型封装胶膜包括100份的基体树脂、1～50份的相变材料/导热填料复合物、0.1～1.5份的引发剂和0.5～3份的交联剂；优选地，按重量份计，散热型封装胶膜包括100份的基体树脂、10～50份的相变材料/导热填料复合物、0.3～1份的引发剂和0.5～1.2份的交联剂。
上述基体树脂可采用本领域常用类型，比如基体树脂包括但不限于EVA、POE或PVB。考虑到与相变材料/导热填料复合物的分散以及材料成本等方面，更优选基体树脂为EVA或POE。
优选地，引发剂选自自由基热引发剂，更优选包括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-2,5-二(叔丁基过氧化)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、1,1-双(叔丁基过氧)环己烷、2,2-双(叔丁基过氧)丁烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化碳酸叔戊酯中的一种或多种。
优选地，交联剂选自多官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类交联剂，更优选包括三(2—羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、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、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四甲基丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、2,4,6-三(2-丙烯基氧基)-1,3,5-三嗪、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯中的一种或多种。
为了进一步改善胶膜的成膜性和抗老化性能，在一种优选的实施方式中，按重量份计，散热型封装胶膜还包括0.1～5份的增粘剂和0.05～1份的抗老剂；优选地，增粘剂选自第二硅烷偶联剂，更优选增粘剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种；优选地，抗老剂选自2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、二(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双-1-癸烷氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-醇癸二酸酯、丁二酸和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、甲基-1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯中的一种或多种。
更优选地，散热型封装胶膜的厚度为0.05～1mm。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述散热型封装胶膜的制备方法，其包括以下步骤：将散热型封装胶膜的各组分进行混合，然后依次进行挤出、压花、冷却、牵引、收卷，形成散热型封装胶膜。本发明有效解决了现有技术中太阳能光伏组件的散热封装方式无法同时兼顾散热性、电池片隐裂问题、光电转换效率、导电安全性、抗PID性能等方面的问题，该封装胶膜散热性好、应用于太阳能光伏组件后封装性能好、导电安全性高、光电转换率高、抗PID性能佳、成本低，应用前景广阔。
在一种优选的实施方式中，相变材料/导热填料复合物为相变材料和导热填料经化学键合形成的复合物；在进行混合之前，制备方法还包括制备相变材料/导热填料复合物的步骤，其包括：将相变材料和第一硅烷偶联剂在催化剂的作用下进行反应，改性相变材料；将改性相变材料和导热填料混合并反应，得到相变材料/导热填料复合物；其中相变材料具有式I所示结构：
Figure BDA0002787633800000081
式I中，n为0～2，m为10～250，R为H、甲基或乙基。
上述制备方法中，先利用相变材料和第一硅烷偶联剂在催化剂的作用下反应，能够将硅烷偶联剂预先接枝在相变材料中的端羟基处，形成改性相变材料。进一步将改性相变材料与导热填料反应，能够实现相变材料与导热填料的化学键合。
为了进一步提高键合效果，在一种优选的实施方式中，第一硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷)乙基三甲氧基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种；优选地，催化剂选自有机锡催化剂，更优选包括二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二(十二烷基硫)二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或多种。使用上述几种催化剂，更有利于提高反应效率。进一步优选地，第一硅烷偶联剂与相变材料的重量比为1:(1～10)，催化剂与相变材料的重量比为1:(10～200)。更优选地，第一硅烷偶联剂与相变材料的重量比为1:(2～5)，催化剂与相变材料的重量比为1:(20～100)。
为使相变材料与第一硅烷偶联剂的反应效率更高，优选地，相变材料和第一硅烷偶联剂的反应温度为70～100℃。具体反应时长可以调节，比如3～5h。在一种优选的实施方式中，改性相变材料和导热填料的重量比为1:(2～20)。将二者比例控制在上述范围内，导热填料表面的含氧官能团与该性相变材料的官能团匹配度较高，且考虑到相变材料的位阻，这样形成的复合物更为稳定。优选地，改性相变材料和导热填料的反应温度为100～110℃。具体反应时长可以调节，比如20～30min。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1
该实施例中制备了光伏组件封装胶膜，具体如下：
1)制备相变材料/导热填料复合物
将真空干燥过的5质量份相转变材料PEG-1000加入到三口烧瓶中，向锥形瓶中加入25mL甲苯，滴入1质量份3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，搅拌均匀，然后再滴入0.05质量份的有机锡催化剂二丁基锡二月桂酸酯，在70℃油浴锅中，搅拌反应5h，冷却至0℃过滤除去滤液得到硅烷改性相转变材料。
把100质量平均粒径为50μm的导热填料氧化锌加入到高速混合机中100℃搅拌30分钟，再分量加入50质量份硅烷改性相转变材料搅拌15min得到相转变材料改性导热填料。
2)制备封装胶膜
以质量份计，将100质量份POE与10质量份上述相变材料/导热填料复合物、0.5质量份2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷、1质量份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1质量份γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.2质量份2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)于混料搅拌机混合均匀，再将混合物在90℃下经双螺杆挤出机挤出，后经流延、冷却、分切、卷取获得厚度为0.5mm厚度的封装胶膜。
实施例2
该实施例中制备了光伏组件封装胶膜，具体工艺同实施例1，不同之处在于相变材料/导热填料复合物制备过程如下：
将真空干燥过的10质量份相转变材料PEG-1000加入到三口烧瓶中，向锥形瓶中加入25mL甲苯，滴入5质量份3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷，搅拌均匀，然后再滴入0.5质量份的有机锡催化剂二(十二烷基硫)二丁基锡，在100℃油浴锅中，搅拌反应5h，冷却至0℃过滤除去滤液得到硅烷改性相转变材料。
把100质量平均粒径为30μm的导热填料氧化锌加入到高速混合机中110℃搅拌30分钟，再分量加入50质量份硅烷改性相转变材料搅拌15min得到相转变材料改性导热填料。
实施例3
该实施例中制备了光伏组件封装胶膜，具体工艺同实施例1，不同之处在于：将实施例1中的相转变材料PEG-1000替换为PEG-800。
实施例4
该实施例中制备了光伏组件封装胶膜，具体工艺同实施例1，不同之处在于：将实施例1中的相转变材料PEG-1000替换为PEG-10000。
实施例5
该实施例中制备了光伏组件封装胶膜，具体工艺同实施例1，不同之处在于：将实施例1中的相转变材料PEG-1000替换为聚丙二醇PPG-800。
实施例6
该实施例中制备了光伏组件封装胶膜，具体工艺同实施例1，不同之处在于：将实施例1中的氧化锌导热填料替换为氧化镁。
实施例7
该实施例中制备了光伏组件封装胶膜，具体工艺同实施例1，不同之处在于：将实施例1中的氧化锌导热填料替换为氧化铝。
实施例8
该实施例中制备了光伏组件封装胶膜，具体工艺同实施例1，不同之处在于：将实施例1中的氧化锌导热填料替换为蒙脱石。
实施例9
与实施例1的区别在于制备封装胶膜步骤，具体如下：
以质量份计，将100质量份POE与50质量份上述相变材料/导热填料复合物、1.5质量份2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷、3质量份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5质量份γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、1质量份2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)于混料搅拌机混合均匀，再将混合物在90℃下经双螺杆挤出机挤出，后经流延、冷却、分切、卷取获得厚度为0.5mm厚度的封装胶膜。
实施例10
与实施例1的区别在于制备封装胶膜步骤，具体如下：
以质量份计，将100质量份POE与1质量份上述相变材料/导热填料复合物、0.1质量份2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷、0.5质量份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.1质量份γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.05质量份2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)于混料搅拌机混合均匀，再将混合物在90℃下经双螺杆挤出机挤出，后经流延、冷却、分切、卷取获得厚度为0.5mm厚度的封装胶膜。
实施例11
与实施例1的区别在于制备封装胶膜步骤，具体如下：
以质量份计，将100质量份POE与10质量份上述相变材料/导热填料复合物、0.3质量份2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷、0.5质量份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.5质量份γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.3质量份2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)于混料搅拌机混合均匀，再将混合物在90℃下经双螺杆挤出机挤出，后经流延、冷却、分切、卷取获得厚度为0.5mm厚度的封装胶膜。
实施例12
与实施例1的区别在于制备封装胶膜步骤，具体如下：
以质量份计，将100质量份POE与50质量份上述相变材料/导热填料复合物、1质量份2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷、1.2质量份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、0.5质量份γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.3质量份2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)于混料搅拌机混合均匀，再将混合物在90℃下经双螺杆挤出机挤出，后经流延、冷却、分切、卷取获得厚度为0.5mm厚度的封装胶膜。
实施例13
与实施例1的区别在于制备封装胶膜步骤，具体如下：
以质量份计，将100质量份EVA与10质量份上述相变材料/导热填料复合物、0.5质量份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、1质量份季戊四醇四丙烯酸酯、1质量份乙烯基三甲氧基硅烷、0.2质量份三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯于混料搅拌机混合均匀，再将混合物在90℃下经双螺杆挤出机挤出，后经流延、冷却、分切、卷取获得厚度为0.5mm厚度的封装胶膜。
对比例1
以质量份计，将100质量份POE与10质量份50μm的导热填料氧化锌、0.5质量份2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷、1质量份三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1质量份γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.2质量份2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)于混料搅拌机混合均匀，再将混合物在90℃下经双螺杆挤出机挤出，后经流延、冷却、分切、卷取获得厚度为0.5mm厚度的封装胶膜。
性能测试及评价：
1.光伏组件结构及制备：依次按钢化玻璃基板、前层封装胶膜(杭州福斯特应用材料公司生产的型号TF4胶膜)、电池片串(电池片为多晶电池片，转换效率为16.8％，尺寸为156×156mm2，单片电池片功率为4.08～4.09W，均为A级片，每块组件排列16块电池片)、实施例封装胶膜、背板(杭州福斯特应用材料公司生产的型号为301D背板)叠放，并放入层压机中150度下抽真空6min，加压12min，加压压力0.5～1.0kg/cm2，接线盒、硅胶和铝合金边框采用通常的材料及封合方法。
2.导热系数：各实施例和对比例制备的封装胶膜在与光伏组件相同层压条件下热压成型，按ASTM D5470测导热系数，结果见表1。
3.相变材料的相变焓：使用差示扫描量热仪，5℃/min程序升温测得熔融状态下的相变热，数据见表1。图1为实施例1中相变材料的DSC相变焓图。
4.散热性：将实施例和对比例制作的光伏组件置于户外曝晒1小时(同时暴晒)，测试背板侧温度并测功率，结果见表1。
5.PID测试：先测试组件功率及EL影像，然后将组件放入老化试验箱，老化箱环境为温度85℃，湿度85％，组件缆线和边框之间施加1000V直流电压。测试96小时和192小时之后组件功率，测试96h后的EL影像。其中，图2示出了采用本发明实施例1中封装胶膜的光伏组件的初始EL影像；图3示出了采用本发明实施例1中封装胶膜的光伏组件PID 96小时后的EL影像；图4示出了采用本发明对比例1中封装胶膜的光伏组件的初始EL影像；图5示出了采用本发明对比例1中封装胶膜的光伏组件PID 96小时后的EL影像。光伏组件功率衰减率＝(组件初始功率-组件PID老化后功率)/组件初始功率。
表1
Figure BDA0002787633800000121
从表1可以看出实施例1～13的封装胶膜的导热系数明显高于对比例1的封装胶膜，实施例1～13的光伏组件户外曝晒1小时升高的温度明显低于对比例1的光伏组件，实施例1～13的光伏组件在PID96/192h后的功率衰减明显低于对比例1光伏组件。表明本发明的封装胶膜能够明显改善光伏组件的散热性、电池片隐裂问题、光电转换效率、导电安全性、抗PID性能等方面。
从图2至4明显可以看出，实施例1中光伏组件未出现隐裂问题，对比例1的光伏组件明显出现了隐裂。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (27)

1.一种散热型封装胶膜，其特征在于，所述散热型封装胶膜包括基体树脂和分散在所述基体树脂中的相变材料/导热填料复合物、引发剂和交联剂；所述相变材料/导热填料复合物为相变材料和导热填料经第一硅烷偶联剂进行化学键合形成的复合物；所述相变材料具有式I所示结构：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式I
所述式I中，n为0~2，m为10~250，R为H、甲基或乙基。
2.根据权利要求1所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述相变材料中，n为0~1，m为10~250，R为H或甲基。
3.根据权利要求1所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述相变材料中，n为0，R为H。
4.根据权利要求1所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述相变材料选自PEG-800、PEG-1000、PEG-2000、PEG-4000、PEG-6000、PEG-8000、PEG-10000中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述导热填料选自氧化锌、氧化镁、氧化铝、硅藻土、高岭土、蒙脱石、埃洛石中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述导热填料的粒径为1~100μm。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的散热型封装胶膜，其特征在于，按重量份计，所述散热型封装胶膜包括100份的所述基体树脂、1~50份的所述相变材料/导热填料复合物、0.1~1.5份的所述引发剂和0.5~3份的所述交联剂。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的散热型封装胶膜，其特征在于，按重量份计，所述散热型封装胶膜包括100份的所述基体树脂、10~50份的所述相变材料/导热填料复合物、0.3~1份的所述引发剂和0.5~1.2份的所述交联剂。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述基体树脂选自EVA、POE或PVB。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述引发剂选自自由基热引发剂。
11. 根据权利要求1至6中任一项所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述引发剂包括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-2,5-二（叔丁基过氧化）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、1,1-双（叔丁基过氧）环己烷、2 , 2-双（叔丁基过氧）丁烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化碳酸叔戊酯中的一种或多种。
12.根据权利要求1至6中任一项所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述交联剂选自多官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类交联剂。
13. 根据权利要求1至6中任一项所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述交联剂包括三 (2—羟乙基）异氰脲酸三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、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、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四甲基丙烯酸酯、丙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、2,4,6-三( 2-丙烯基氧基）-1,3,5-三嗪、三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯、丙氧化新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧化双酚A二丙烯酸酯中的一种或多种。
14.根据权利要求7所述的散热型封装胶膜，其特征在于，按重量份计，所述散热型封装胶膜还包括0.1~5份的增粘剂和0.05~1份的抗老剂。
15.根据权利要求14所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述增粘剂选自第二硅烷偶联剂。
16. 根据权利要求14所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述增粘剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ- ( 2,3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种。
17.根据权利要求14所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述抗老剂选自2,2’-亚甲基-双-(4-乙基-6-叔丁基苯酚)、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、1,3,5-三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苯甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-(1H,3H,5H)-三酮、二(2,4-二枯基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、双-1-癸烷氧基-2,2,6,6-四甲基哌啶-4-醇癸二酸酯、丁二酸和4-羟基-2,2,6,6-四甲基-1-哌啶醇的聚合物、N,N’-双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4-二氯-6-(1,1,3,3-四甲基丁基)氨基-1,3,5-三嗪的聚合物、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、甲基-1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基癸二酸酯中的一种或多种。
18.根据权利要求1至6中任一项所述的散热型封装胶膜，其特征在于，所述散热型封装胶膜的厚度为0.05~1mm。
19.一种权利要求1至18中任一项所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将所述散热型封装胶膜的各组分进行混合，然后依次进行挤出、压花、冷却、牵引、收卷，形成所述散热型封装胶膜。
20.根据权利要求19所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述相变材料/导热填料复合物为相变材料和导热填料经化学键合形成的复合物；在进行混合之前，所述制备方法还包括制备所述相变材料/导热填料复合物的步骤，其包括：
将相变材料和第一硅烷偶联剂在催化剂的作用下进行反应，改性相变材料；
将所述改性相变材料和导热填料混合并反应，得到所述相变材料/导热填料复合物；
其中所述相变材料具有式I所示结构：
Figure 710873DEST_PATH_IMAGE002
式I
所述式I中，n为0~2，m为10~250，R为H、甲基或乙基。
21.根据权利要求20所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述第一硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、3-[(2,3)-环氧丙氧]丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种。
22.根据权利要求20所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自有机锡催化剂。
23.根据权利要求20所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述催化剂包括二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡、二（十二烷基硫）二丁基锡、二醋酸二丁基锡中的一种或多种。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述第一硅烷偶联剂与所述相变材料的重量比为1:（1~10），所述催化剂与所述相变材料的重量比为1:（10~200）。
25.根据权利要求20至23中任一项所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述相变材料和所述第一硅烷偶联剂的反应温度为70~100℃。
26.根据权利要求24所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述改性相变材料和所述导热填料的重量比为1:（2~20）。
27.根据权利要求25所述的散热型封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述改性相变材料和所述导热填料的反应温度为100~110℃。
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