CN113416495A - 光伏组件封装用白色热熔胶胶膜 - Google Patents

光伏组件封装用白色热熔胶胶膜 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，所述的白色热熔胶胶膜包括中间部和位于中间部两侧的两个外侧部，中间部具有至少一层POE层，外侧部具有至少一层EVA层，所述的至少一层POE层和至少一层EVA层中的至少一层为白色层，所述的白色热熔胶胶膜具有预交联度。本发明的制备方法简单，生产效率高，成本低，并且可以实现大规模生产。

Description

光伏组件封装用白色热熔胶胶膜
技术领域
本发明涉及一种太阳能光伏组件用封装胶膜技术领域，具体涉及一种光伏组件封装用白色热熔胶胶膜。
背景技术
乙烯-醋酸乙烯醋树脂(EVA)是一种常见的热熔胶。当EVA树脂中醋酸乙烯醋(即VA)含量在25％～33％时，其透明度很高，透光率高于90％，同时也非常柔软性，广泛应用于太阳能电池光伏组件中处于玻璃后侧非常脆性的光伏电池片。此VA范围的EVA树脂熔点在60～80℃之间，其软化点更远低于室温，其在室温下无法长期保持尺寸稳定性和自身的强度，所以应用于光伏组件中的EVA必须在组件制造中进行交联后才能长时间使用。EVA树脂是极性高分子材料，本身的水汽透过率很高，长时间在户外VA链段容易导致电池片被腐蚀。非极性的聚烯烃共聚物(POE)，分子结构中没有极性基团和不饱和键，具有优异的耐老化性能，容易加工且可以用有机或氧化物交联。POE胶膜越来越多的应用到一些对胶膜要求较高的光伏组件中，比如单晶PERC电池组件。但由于POE是非极性材料，所以助剂容易析出，而且在实际使用中反应速度慢导致组件生产效率降低。将EVA与聚烯烃共聚物结合起来形成一种新的多层共挤胶膜，不仅可以有效降低胶膜的水汽透过率避免了EVA胶膜的缺点，同时兼顾EVA胶膜在制造光伏组件中容易操作的特点，是一个非常有优势的产品。
在EVA胶膜中有白色预交联的胶膜可用于组件电池片的下侧，来提高光伏组件发电效率，比如上海海优威新材料股份公司有多项白色EVA和白色POE的专利。EVA和POE一起挤出的多层共挤胶膜，如果制成白色胶膜，因其结构更为复杂而生产更难控制，所以尚未有三层共挤的EVA/POE/EVA白色胶膜的报导和产品。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开一种光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，既兼顾了EVA胶膜和POE胶膜的优点，又提高了反射率而提高光伏组件的发电效率，可以大规模生产。
为达到上述目的，本发明的技术方案具体如下：
所述的白色热熔胶胶膜包括中间部和位于中间部两侧的两个外侧部，中间部具有至少一层POE层，外侧部具有至少一层EVA层，所述的至少一层POE层和至少一层EVA层中的至少一层为白色层，所述的白色热熔胶胶膜具有预交联度。
本发明提供一种优选的白色热熔胶胶膜，具有三层结构，由中间层和位于中间层两侧的两层外层组成，其中间层为POE层，主要成分为改性聚烯烃共聚物，两个外层为EVA层，主要成分为改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。在具有三层结构的热熔胶胶膜中，至少有一层为白色，且任何层均可为白色。此外，本发明的白色热熔胶胶膜通过合适的方法使胶膜产生预交联。
在本发明提供的白色热熔胶胶膜中，POE层的主要成分可以为聚烯烃共聚物，聚烯烃共聚物可以为乙烯-α烯烃共聚物，其中α烯烃部分包含四个或更多个碳，包括但不限于乙烯-丁烯共聚物，也可以是乙烯-辛烯共聚物或者是乙烯-丁烯-辛烯共聚物。
聚烯烃共聚物可以用可参与反应的单体或预聚物进行接枝改性或者直接添加进行混合改性。
可参与反应的单体或预聚物进行包括但不限于各种硅烷偶联剂、马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪、三聚氰酸三烯丙酯等反应单体或N，N-亚甲基双丙烯酰胺、N-(1,1-二甲基-3-氧代丁基)丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺等丙烯酰胺类单体和其预聚物或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6-已二醇双丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙烯酸酯等各类丙烯酸酯的单体和其预聚物的一种或多种按照任意配比混合而成。其中硅烷偶联剂指在分子中具有两种以上不同的反应基的有机硅单体,包括但不限于乙烯基硅烷、氨烃基硅烷、酰氧基硅烷等。硅烷偶联剂本身也可以是一种或多者按照任意配比混合而成。其中预聚物是指单体初步聚合而成的物质，分子量为几百到几千。
在本发明提供的白色热熔胶胶膜中，POE层包括：以质量含量计，聚烯烃共聚物55～99.5％、有机过氧化物0.4～1.5％、可参与反应的单体或预聚物0.1～5.0％、抗氧剂0～1.0％、光稳定剂0～1.0％、光引发剂0～1.5％、颜料0～40％。
在本发明提供的白色热熔胶胶膜中，EVA层的主要成分为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为18～34wt％。
在本发明提供的白色热熔胶胶膜中，EVA层包括：以质量含量计，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物51～99.5％、有机过氧化物0.3～2％、可参与反应的单体或预聚物0.1～5.0％、抗氧剂0～1.0％、光稳定剂0.1～1.0％、光引发剂0～1.5％、颜料0～40％。
可以使用合适的方法使本发明的胶膜产生预交联，所述的预交联是指胶膜在进入光伏组件的生产前已经有一定的交联度，其交联度或者预交联度在1～74％之间，在制造光伏组件过程中经加热层压，胶膜的交联度进一步上升至75～95％之间。其中，所述的合适方法包括但不限于电子束、紫外线、热交联、β射线、γ射线等。优选采用电子束交联。
在EVA层中的可参与反应的单体或预聚物的选择范围与POE层中的可参与反应的单体或预聚物一致，但两者可以独立地选择不同的单体或预聚物。
在POE层和EVA层中都使用了有机过氧化物，其指二烷基过氧化物(ROOR’)、二酰基过氧化物(RCOOOOCR’)、过氧酯(RCOOOR’)、过氧化碳酸酯(ROCOOOOCOR’)及酮过氧化物[R2C(OOH)2]等可以引发高分子材料交联反应的有机过氧化物，其中的一种或多种按任意配比混合而成，包括但不限于过氧化二异丙苯、叔丁基过氧基甲酸2-乙基己酯、2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷、1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)苯、过氧化(二)苯甲酰。
在POE层和EVA层中均有抗氧剂和光稳定剂，其指各类提高塑料抗热氧老化、光老化的添加剂，包括但不限于受阻酚类、亚磷酸酯类、对苯甲酮类、苯并三唑类、受阻胺类衍生物、邻羟基二苯甲酮类、水杨酸酯类、三嗪类一种或多种按任意配比混合而成。优选的，所述的抗氧剂为受阻酚类；所述的光稳定剂为受阻胺类、对苯甲酮类和苯并三唑类。
如采用紫外光辐照预交联，则外层必须是透明或着接近透明，且必须添加光引发剂。光引发剂包括但不限于自由基聚合引发类、阳离子聚合引发类、离子反应型引发类中的一种或多种按任意配比混合而成。优选的，所述的光引发剂为自由基聚合引发类。
POE层或EVA层膜中至少一层为白色，且任何一层均可，也可以二层或者三层为白色。白色层可以需要通过在组分中添加把胶膜变成白色的添加剂即白色颜料制成，白色颜料包括但不限于锌钡白、硫化锌、钛白粉、超细硫酸钡、玻璃微珠一种或多种按任意配比混合。优选的，所述的颜料是钛白粉。
本发明的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜中，所述的POE层和EVA层的厚度比例为60：20至4：48之间。优选的，厚度比例为50：25至10：45之间。
本发明的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜中，白色热熔胶胶膜的总厚度在200μm到1000μm之间。优选的，厚度在300μm到900μm。
本发明提供的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，通过采用中间层为改性聚烯烃共聚物和二个外层为改性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的三层结构的光伏组件封装用胶膜，其中至少一层为白色且任何层均可，并对胶膜进行适当的预交联。本发明既兼顾了EVA胶膜和POE胶膜的优点，又提高了反射率而提高光伏组件的发电效率，可以大规模生产。
具体实施方式
为了使本发明的优点、技术方案更清楚，下面结合具体实施例对本发明做详细说明：
本发明以具有三层结构的白色热熔胶胶膜为例进行说明，由中间层和位于中间层两侧的两层外层组成。
实施例1
中间层配料：
聚烯烃共聚物：99.5％
有机过氧化物：0.4％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：0.1％马来酸酐
抗氧剂：0
光稳定剂：0
光引发剂：0
颜料：0
外层配料：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：51.0％
有机过氧化物：2.0％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：5.0％马来酸酐
抗氧剂：1.0％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：1.0％癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯
光引发剂：0
颜料：40％钛白粉
其中三层的厚度比例为20:60:20，总厚度为200μm，采用电子束辐照法预交联，预交联度为1％，所得的三层胶膜记作S1。
实施例2
中间层配料：
聚烯烃共聚物：75.8％
有机过氧化物：0.7％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：3.0％聚乙二醇二丙烯酸酯
抗氧剂：0.5％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：0
光引发剂：0
颜料：20％钛白粉
外层配料：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：75.5％
有机过氧化物：1.5％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：2.5％聚乙二醇二丙烯酸酯
抗氧剂：0.5％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：0
光引发剂：0
颜料：20％钛白粉
其中三层的厚度比例为25:50:25，总厚度为300μm，采用热交联法预交联，预交联度为15％，所得的三层胶膜记作S2。
实施例3
中间层配料：
聚烯烃共聚物：55.0％
有机过氧化物：1.5％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：2.5％N，N-亚甲基双丙烯酰胺
抗氧剂：1.0％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：0
光引发剂：0
颜料：40％钛白粉
外层配料：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：99.5％
有机过氧化物：0.3％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：0.1％N,N-亚甲基双丙烯酰胺
抗氧剂：0
光稳定剂：0.1％癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯
光引发剂：0
颜料：0
其中三层的厚度比例为35:30:35，总厚度为500μm，采用电子束辐照法预交联，预交联度为35％，所得的三层胶膜记作S3。
实施例4
中间层配料：
聚烯烃共聚物：68.1％
有机过氧化物：1.0％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：0.5％N，N-亚甲基双丙烯酰胺
抗氧剂：0.3％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：0.1％癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯
光引发剂：0
颜料：30％钛白粉
外层配料：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：95.9％
有机过氧化物：0.5％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：1.5％N,N-亚甲基双丙烯酰胺
抗氧剂：0.3％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：0.3％癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯
光引发剂：1.5％2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦
颜料：0
其中三层的厚度比例为45:10:45，总厚度为900μm，采用紫外线辐照法预交联，预交联度为50％，所得的三层胶膜记作S4。
实施例5
中间层配料：
聚烯烃共聚物：90.7％
有机过氧化物：1.3％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：5.0％三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯
抗氧剂：0.5％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：1.0％癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯
光引发剂：1.5％2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦
颜料：0
外层1配料：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：74.0％
有机过氧化物：1.8％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：3.0％三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯
抗氧剂：0.7％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：0.5％癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯
光引发剂：0
颜料：20％钛白粉
外层2配料：
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物：93.3％
有机过氧化物：0.5％1,3-双-(2-叔丁基过氧化异丙基)
可反应的单体或预聚物：4.0％三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯
抗氧剂：0.6％四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯
光稳定剂：0.8％癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯
光引发剂：0.8％2,4,6(三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦
颜料：0
其中三层的厚度比例为48:4:48，总厚度为1000μm，采用紫外线辐照法预交联，预交联度为74％，所得的三层胶膜记作S5。
注：在制造光伏组件过程中经加热层压，胶膜的交联度进一步上升至75～95％之间。
为了更好地证明本发明的有益效果，这里给出两个对比例，分别为普通型白色乙烯-醋酸乙烯酯胶膜(记作D1)、普通型白色聚烯烃(记作D2)。
表1为实施例1～5的配方及对比例1-2
Figure BDA0002397028110000071
Figure BDA0002397028110000081
性能测试
实施例和对比例对比层压外观、水汽透过率、剥离强度。
性能测试方案
组件外观
采用双玻封装的形式，使用常规晶硅电池片，电池片正面放置透明膜，背面放置白色胶膜，然后置于层压机中层压，层压工艺为145℃，18分钟，冷却后观察组件是否有褶皱、溢白等明显缺陷。
水汽透过率
准备试样两块，将两块试样重叠放入层压机中层压，层压工艺为145℃，18分钟。所测试样厚度均为450μm。水汽透过率的测试条件为38℃，100％RH，单位：g/(m2˙day)。
剥离强度
取200mm*300mm的试样两块，将试样重叠，按照玻璃-重叠试样-背板依次放好后，置于层压机中层压，层压工艺为145℃，18分钟，冷却后按照15mm的宽幅割5条，用于测试试样与玻璃之间的剥离强度。
测试结果如表2所示
表2实施例与对比例的性能测试结果
Figure BDA0002397028110000082
Figure BDA0002397028110000091
实施例S1～S3于白色EVA相比水汽透过率大幅度降低；实施例S1～S3于白色POE相比，剥离强度大幅度提高，并且层压后并没有缺陷。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的白色热熔胶胶膜包括中间部和位于中间部两侧的两个外侧部，中间部具有至少一层POE层，外侧部具有至少一层EVA层，所述的至少一层POE层和至少一层EVA层中的至少一层为白色层，所述的白色热熔胶胶膜具有预交联度。
2.根据权利要求1所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的POE层以聚烯烃共聚物为主要成分，所述的聚烯烃共聚物为乙烯-α烯烃共聚物，其中α烯烃部分包含四个或更多个碳，所述聚烯烃共聚物可以用可参与反应的单体或预聚物进行接枝改性或者直接添加进行混合改性。
3.根据权利要求2所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的POE层包括：以质量含量计，聚烯烃共聚物55～99.5％、有机过氧化物0.4～1.5％、可参与反应的单体或预聚物0.1～5.0％、抗氧剂0～1.0％、光稳定剂0～1.0％、光引发剂0～1.5％、颜料0～40％。
4.根据权利要求1所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的EVA层以乙烯-醋酸乙烯酯共聚物为主要成分，所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯含量为18～34wt％。
5.根据权利要求4所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的EVA层包括：以质量含量计，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物51～99.5％、有机过氧化物0.3～2％、可参与反应的单体或预聚物0.1～5.0％、抗氧剂0～1.0％、光稳定剂0.1～1.0％、光引发剂0～1.5％、颜料0～40％。
6.根据权利要求1所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的白色胶膜经电子束、紫外线、热交联、β射线或γ射线方法进行交联，所述的白色胶膜的预交联度为1～74％。
7.根据权利要求2、3或5所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的可参与反应的单体或预聚物包括硅烷偶联剂、马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、2,4,6-三(烯丙氧基)均三嗪、三聚氰酸三烯丙酯等反应单体或N，N-亚甲基双丙烯酰胺、N-(1,1-二甲基-3-氧代丁基)丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺等丙烯酰胺类单体和其预聚物或三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6-已二醇双丙烯酸酯、丙氧化甘油三丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷丙烯酸酯或其预聚物的一种或多种。
8.根据权利要求3或5所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的有机过氧化物为二烷基过氧化物、二酰基过氧化物、过氧酯、过氧化碳酸酯或酮过氧化物的一种或多种；
所述的抗氧剂和光稳定剂为受阻酚类、亚磷酸酯类、对苯甲酮类、苯并三唑类、受阻胺类衍生物、邻羟基二苯甲酮类、水杨酸酯类或三嗪类的一种或多种；
所述的光引发剂为自由基聚合引发类、阳离子聚合引发类或离子反应型引发类中的一种或多种；
所述的颜料包括锌钡白、硫化锌、钛白粉、超细硫酸钡或玻璃微珠中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的POE层和EVA层的厚度比例为60：20至4：48。
10.根据权利要求1所述的光伏组件封装用白色热熔胶胶膜，其特征在于，所述的白色热熔胶胶膜的总厚度为200μm到1000μm。
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