CN114591691B - 一种用于光伏组件的封装胶膜、其制备方法及光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种用于光伏组件的封装胶膜、其制备方法及光伏组件，该封装胶膜依次包括第一表层、中间层和第二表层，第一表层、中间层和第二表层的制备原料均包括POE树脂；中间层的制备原料还包括中间层助剂，中间层助剂在所述中间层的制备原料中的质量份占比为W1；第一表层和第二表层中的至少一个的制备原料还包括表层助剂，且表层助剂在第一表层或第二表层的制备原料中的质量份占比为W2；W2/W1为0～0.1。采用本申请提供的封装胶膜对光伏组件进行封装，既可避免极性功能助剂在胶膜表面聚集所导致的胶膜表面光滑以及在层压熔融固化过程中出现的电池滑移现象，也能保证封装胶膜整体具有较好的交联固化性能。
Description
技术领域
本申请涉及光伏技术领域，具体地讲，涉及一种用于光伏组件的封装胶膜、其制备方法及光伏组件。
背景技术
太阳能发电主要依赖于太阳能电池(也称光伏电池)将太阳能直接转化为电能。太阳能电池组件包括电池片、玻璃盖板、背板材料及封装胶膜。其中，封装胶膜起到支持和固定电池片、保持太阳光高透过率、隔离对电池片有害的环境因素、保证组件的电绝缘性能以及保证热传导性能等作用。光伏组件的封装过程是用两层封装胶膜将电池片夹在玻璃盖板和背板之间，在光伏组件层压机上进行真空加热层压，通过胶膜与电池片、玻璃盖板和背板的良好粘结，将电池片密封在玻璃盖板和背板之间。封装胶膜的各方面特性影响了太阳能电池的产品性能和使用寿命。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本申请提供一种用于光伏组件的封装胶膜、其制备方法及光伏组件。
本申请的第一方面提供一种用于光伏组件的封装胶膜，依次包括第一表层、中间层和第二表层，所述第一表层、所述中间层和所述第二表层的制备原料均包括POE树脂；所述中间层的制备原料还包括中间层助剂，所述中间层助剂在所述中间层的制备原料中的质量份占比为W1；所述第一表层和所述第二表层中的至少一个的制备原料还包括表层助剂，且所述表层助剂在所述第一表层或所述第二表层的制备原料中的质量份占比为W2；W2/W1为0～0.1。
本申请是基于如下发明构思而提出的：POE树脂基胶膜具有较好的耐老化性、耐热性和耐寒性，因而在光伏组件中被作为封装胶膜使用。现有的POE树脂基胶膜在制备过程中需要添加各类助剂，如含极性基团的单体、自由基活化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗氧化剂、阻燃剂等。POE树脂本身是非极性的，添加的各类助剂是极性物质，在胶膜的储存、运输过程中，极性助剂会在POE的表面聚集，从而使得胶膜表面变得光滑，导致在组件封装过程中POE胶膜与电池片/玻璃接触面发生滑移。对此，本申请提供的用于光伏组件的封装胶膜依次包括第一表层、中间层和第二表层三层复合结构，中间层的制备原料包含POE树脂和极性功能助剂；第一表层和第二表层的制备原料不包含表层助剂或仅含有质量份占比较低的表层助剂。采用本发明提供的封装胶膜对光伏组件进行封装，可实现如下两方面技术效果：一方面，由于第一表层和第二表层的制备原料不包含表层助剂或仅含有质量份占比较低的表层助剂，从而避免了极性功能助剂在胶膜表面聚集所导致的胶膜表面光滑以及在层压熔融固化过程中电池滑移的现象；另一方面，在封装胶膜的层压熔融固化过程中，中间层助剂可部分扩散至第一表层和第二表层中，与第一表层和第二表层中原有的少量表层助剂一同作用，使封装胶膜整体具有较好的交联固化效果。
本申请的第二方面提供第一方面所述的用于光伏组件的封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：(1)获取所述中间层的制备原料，混合均匀，得到中间层物料；(2)分别获取所述第一表层和所述第二表层的制备原料，混合均匀，得到第一表层物料、第二表层物料；(3)将所述第一表层物料、中间层物料、第二表层物料加入共挤装置中，三层共挤，得到依次包括第一表层、中间层和第二表层的封装胶膜。本申请提供的封装胶膜采用三层共挤的方法制备，可高效地制得封装胶膜。
本申请的第三方面提供一种光伏组件，该光伏组件包括本申请第一方面所述的封装胶膜。采用本发明提供的封装胶膜对光伏组件进行封装，既保证了较优的交联固化效果，又避免了极性助剂在胶膜表面聚集而导致的胶膜表面光滑现象，可有效解决组件制备过程中电池串滑移的问题。
附图说明
图1为根据本申请一实施方式的封装胶膜的结构示意图；
图2为根据本申请另一实施方式的封装胶膜的结构示意图；
图3为根据本申请再一实施方式的封装胶膜的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本申请技术方案的实施方式进行详细的描述。以下实施方式仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本文中提及“实施方式”意味着，结合实施方式描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施方式中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施方式，也不是与其它实施方式互斥的独立的或备选的实施方式。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施方式可以与其它实施方式相结合。
本申请的部分实施方式提供一种用于光伏组件的封装胶膜。图1为根据本申请一实施方式的封装胶膜的结构示意图。如图1所示，封装胶膜依次包括第一表层11、中间层10和第二表层12。所述第一表层11的制备原料包括POE树脂和表层助剂，所述表层助剂在所述第一表层11的制备原料中的质量份占比为W2。所述第二表层12的制备原料包括POE树脂和表层助剂，所述表层助剂在所述第二表层12的制备原料中的质量份占比为W2。所述中间层10的制备原料包括POE树脂和中间层助剂，所述中间层助剂在所述中间层10的制备原料中的质量份占比为W1，W2/W1的比值在0.1以下。
图2为根据本申请另一实施方式的封装胶膜的结构示意图。如图2所示，封装胶膜依次包括第一表层21、中间层20和第二表层22。所述第一表层21的制备原料包括POE树脂和表层助剂，所述表层助剂在第一表层21的制备原料中的质量份占比为W2；所述第二表层22的制备原料仅包括POE树脂，不包含表层助剂；所述中间层20的制备原料包括POE树脂和中间层助剂，所述中间层助剂在所述中间层20的制备原料中的质量份占比为W1，W2/W1的比值在0.1以下。
图3为根据本申请再一实施方式的封装胶膜的结构示意图。如图3所示，封装胶膜依次包括第一表层31、中间层30和第二表层32。所述第一表层31的制备原料仅包括POE树脂，不包括表层助剂；所述第二表层32的制备原料仅包括POE树脂，不包含表层助剂；所述中间层30的制备原料包括POE树脂和中间层助剂。
在本申请的上述三种实施方式中，用于光伏组件的封装胶膜依次包括第一表层、中间层和第二表层，中间层的制备原料包含POE树脂和极性功能助剂；第一表层和第二表层的制备原料不包含表层助剂或仅含有质量份占比较低的表层助剂，从而可实现两方面技术效果：一方面，由于第一表层和第二表层的制备原料不包含表层助剂或仅含有质量份占比较低的表层助剂，避免了极性功能助剂在胶膜表面聚集所导致的胶膜表面光滑以及在层压熔融固化过程中电池滑移的现象；另一方面，在封装胶膜的层压熔融固化过程中，中间层助剂可部分扩散至第一表层和第二表层中(或与第一表层和第二表层中原有的少量表层助剂一同作用)，使封装胶膜整体具有较好的交联固化性能。
在本申请的部分实施方式中，以质量份计，所述中间层的制备原料包括：POE树脂100份、交联剂0.5～5份、交联助剂0.5～5份、硅烷偶联剂0.5～3份。其中，所述交联剂可选自1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷、过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、1，1-二叔丁基过氧化环己烷、过氧化2-乙基己酸叔丁酯中的至少一种。所述交联助剂可选自三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种。所述硅烷偶联剂可选自乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸酯硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
中间层中的交联剂、交联助剂、硅烷偶联剂三种助剂与交联固化效果密切相关。当三种助剂的含量过低，封装胶膜整体的交联固化效果受到影响；当三种助剂的含量过高，则可扩散至第一表层和第二表层的极性助剂的量也变多，甚至扩散至第一表层和第二表层的表面，则无法完全避免胶膜表面光滑的问题。当中间层的制备原料包括：POE树脂100份、交联剂0.5～5份、交联助剂0.5～5份、硅烷偶联剂0.5～3份时，中间层中的交联剂、交联助剂、硅烷偶联剂三种助剂的含量在最优范围内，使封装胶膜既得到较好的交联固化效果，且胶膜表面光滑的问题得到较好的改善。
在本申请的部分实施方式中，所述中间层的制备原料还包括：抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂、引发剂、增粘剂、增塑剂、扩链剂、阻燃剂、无机填料、防焦剂、着色剂、增透改性剂、自由基活化剂中的至少一种。上述抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂、引发剂、增粘剂、增塑剂、扩链剂、阻燃剂、无机填料、防焦剂、着色剂、增透改性剂、自由基活化剂均可选用本领域常规使用的助剂，均可通过公知的市售渠道购买获得。
在本申请的部分实施方式中，第一表层和第二表层的制备原料POE树脂以及可选用的助剂：交联剂、交联助剂、硅烷偶联剂、抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂、引发剂、增粘剂、增塑剂、扩链剂、阻燃剂、无机填料、防焦剂、着色剂、增透改性剂、自由基活化剂等的种类可与上述中间层的种类相同。
在本申请的部分实施方式中，所述第一表层和第二表层的厚度均为0.01～0.2mm。在本申请的部分实施方式中，所述中间层的厚度为0.1～0.5mm。
在本申请的部分实施方式中，所述第一表层与所述中间层的厚度比R10为1:10～1:2；所述第二表层与所述中间层的厚度比R20为1:10～1:2。
在本申请的部分实施方式中，所述第一表层与所述中间层的厚度比R10为1:6～1:5；所述第二表层与所述中间层的厚度比R20为1:6～1:5。
第一表层、中间层及第二表层的厚度也影响了本申请技术效果的获得。当第一表层、第二表层过厚或第一表层/中间层(第二表层/中间层)厚度比值过大，虽能彻底解决封装胶膜表面光滑的问题，但不利于实现较优的交联固化效果；当第一表层、第二表层过薄或第一表层/中间层(第二表层/中间层)厚度比值过小，虽能获得极佳的交联固化效果，但不利于胶膜表面防滑效果的实现。
在本申请的部分实施方式中，还提供了本申请所述的用于光伏组件的封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：(1)获取所述中间层的制备原料，混合均匀，得到中间层物料；(2)获取所述第一表层和第二表层的制备原料，混合均匀，得到第一表层物料、第二表层物料；(3)将所述第一表层物料、中间层物料、第二表层物料加入共挤装置中，三层共挤，得到依次包括第一表层、中间层和第二表层的封装胶膜。基于本申请提供的上述方法，可高效地制备得到本申请的封装胶膜。
在本申请的部分实施方式中，还提供了一种光伏组件，该光伏组件包括本申请所述的封装胶膜。一般来说，光伏组件可包括层压件及边框；所述层压件依次包括层叠的透明盖板、上封装层、太阳能电池串、下封装层及背板，所述太阳能电池串包括多个太阳能电池片，所述边框位于所述层压件的侧面对所述层压件进行封边；所述边框朝向所述层压件的表面设有本申请提供的封装胶膜。本发明提供的封装胶膜既保证了在组件层压过程中获得较优的交联固化效果，又避免了极性助剂在胶膜表面聚集而导致胶膜表面光滑，可有效解决组件制备过程中电池串滑移的问题。
以下结合具体实施例进一步说明本申请的优势。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。
实施例1～实施例11、对比例1～对比例2：
(1)按照表1所示质量份获取中间层的制备原料：POE树脂、交联剂1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷、交联助剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷，同时获取常规用量的抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂，混合均匀，得到中间层物料。
(2)按照表1所示质量份获取第一表层和第二表层的制备原料：POE树脂、交联剂1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷、交联助剂三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷，同时获取常规用量的抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂，混合均匀，得到第一表层物料、第二表层物料。
(3)将所述第一表层物料、中间层物料、第二表层物料加入共挤装置中，三层共挤，得到依次包括第一表层、中间层和第二表层的封装胶膜，第一表层、中间层和第二表层的厚度如表1中参数所示。
利用实施例1～实施例11、对比例1～对比例2制备得到的封装胶膜对光伏组件进行封装，并对封装后的组件进行层压固化交联性能检测和电池串相对偏移度检测，检测结果记录于表2中。
组件封装：
(1)利用实施例1～实施例11、对比例1～对比例2制备得到的封装胶膜对光伏组件进行封装：以182N型双玻双POE-72H版型为例，首先进行层叠工序，层叠顺序依次为：玻璃、封装胶膜、由12个182尺寸半片电池组成的电池串共24串、封装胶膜、玻璃。
(2)层叠完成后送入层压机进行层压固化步骤：以双腔层压机为例，层叠后的组件是首先进入一腔，一腔的预设温度为122℃，抽真空420秒，以-50KPa压力压30s，压力切换为-30KPa压30s，压力切换为-20KPa压60s。然后，组件进入二腔，二腔的预设温度为145℃，抽真空30秒，以-50KPa压力压30s，压力切换为-30KPa压30s，压力切换为-20KPa压450s。
(3)将经过层压机后的层压固化件进行装框，即得到光伏组件。
层压固化交联度检测：
(1)将120目不锈钢丝网折成60mm*40mm的网袋进行称重，即为W11。称取0.5g层压固化后的组件样品，裁切成小于3mm*3mm小块作为试样。将制作好的试样放入网袋一起称重，即为W21。将钢网袋折叠成条状，用钢丝缠绕封口。
(2)在烧瓶内加入烧瓶容量1500ml的二甲苯溶剂，加入0.1～0.15g的抗氧化剂，打开烧瓶上的橡胶塞，将试样包从瓶侧口放到瓶内部，试样包要完全浸入二甲苯中，不能放到烧瓶底部，然后盖住橡胶塞，用加热套加热至140℃左右，以二甲苯溶剂沸腾为宜，回流速度保持在20滴/分钟～40滴/分钟，将试样包在溶剂中萃取5小时。待试样包萃取结束后，取出，悬挂在烧瓶中20分钟，除去溶剂液滴。
(3)待干燥箱温度达到150℃时，打开真空干燥箱，将经过萃取后冷却的试样包放入干燥箱内，关闭干燥箱门，使其在真空干燥箱内加热干燥3小时，完全除去溶剂。
(4)将试样包从烘箱内取出，放置到铁丝架中冷却30分钟左右，除去铁丝并进行称重，即为W23。
(5)按照以下公式计算交联度D，得到的结果用％表示。每台层压机测试五个点，测试结果按均值判定：
D＝(W23-W21)/(W22-W21)*100％
其中，D表示交联度，用百分数表示；W21表示不锈钢网袋重量，单位为g；W22表示装有试样的袋重量，单位为g；W23表示萃取、干燥后的试样包重量，单位为g。
电池串相对偏移度检测：
(1)以182N型双玻双POE-72H版型为例，电池串相对偏移度通过对比层压前后的左右两边靠着组件长边方向的共计四个电池串沿组件长边方向水平滑移量的平均值得出。
(2)在组件进入层压机前，先记录上述电池串中每个电池片外边缘到玻璃边缘的距离，取平均值；然后，在层压完成后再记录每个电池片边缘到玻璃边缘的距离，取平均值。
(3)上述层压前后每个电池片边缘到玻璃边缘的距离平均值的差值为电池串的相对滑移量，即电池串相对偏移度。
实施例1～实施例11及对比例1～对比例2的相关参数如表1所示；实施例1～实施例11及对比例1～对比例2的效果检测数据如表2所示。
表1
(注：表1中的单位“份”为质量份数，R10为第一表层与中间层的厚度比，R20为第二表层与中间层的厚度比。)
表2
(注：表2中层压固化交联度≥75％所需时间，不包括层压固化步骤中的抽真空时间。)
实施例1～3的封装胶膜，中间层的制备原料包含POE树脂和中间层助剂，第一表层和第二表层的制备原料仅包含POE树脂，不包含助剂。实施例4～6的封装胶膜，中间层的制备原料包含POE树脂和中间层助剂，第一表层和第二表层的制备原料包含POE树脂，也包含表层助剂；但表层助剂在第一表层或第二表层的制备原料中的质量份占比W2与中间层助剂在中间层的制备原料中的质量份占比W1的比值W2/W1在0.1以下。从表2的检测数据可知，使用实施例1～6的封装胶膜对组件进行封装，兼具较小的电池串相对偏移度(封装胶膜的电池串相对偏移度均小于1mm)和较优的层压固化交联性能(封装胶膜的层压固化交联度在75％以上即可满足封装需求)。与实施例1～6形成对比的，对比例1～2的封装胶膜，表层助剂在第一表层或第二表层的制备原料中的质量份占比W2与中间层助剂在中间层的制备原料中的质量份占比W1的比值W2/W1在0.1以上，也就是说，第一表层或第二表层的制备原料中的表层助剂含量较多，在此情况下，使用封装胶膜对组件进行封装，极性助剂容易在胶膜表面聚集而导致胶膜表面光滑，组件制备过程中容易出现电池串滑移，封装后电池串相对偏移度变大(大于1mm)。
实施例7～11则示出了第一表层、中间层及第二表层的厚度对封装效果的影响。当第一表层、第二表层过厚或第一表层/中间层(第二表层/中间层)厚度比值过大时(如实施例11)，虽能彻底解决封装胶膜表面光滑的问题，但不利于实现较优的交联固化性能；当第一表层、第二表层过薄或第一表层/中间层(第二表层/中间层)厚度比值过小(如实施例7)，虽能获得极佳的交联固化性能，但不利于胶膜表面防滑效果的实现。在本申请中，当第一表层和第二表层的厚度均为0.01～0.2mm、中间层的厚度为0.1～0.5mm；第一表层与中间层的厚度比R10为1:10～1:2，优选1:6～1:5；第二表层与中间层的厚度比R20为1:10～1:2，优选1:6～1:5的情况下，封装后电池串相对偏移度和层压固化交联性能均在最佳范围内。
根据上述说明书的揭示和教导，本领域技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本申请并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本申请的一些修改和变更也应当落入本申请的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本申请构成任何限制。
Claims (9)
1.一种用于光伏组件的封装胶膜，其特征在于，依次包括第一表层、中间层和第二表层，所述第一表层、所述中间层和所述第二表层的制备原料均包括POE树脂；
所述中间层的制备原料还包括中间层助剂，所述中间层助剂在所述中间层的制备原料中的质量份占比为W1，所述中间层助剂包括交联剂、交联助剂和硅烷偶联剂；
所述第一表层和所述第二表层中的至少一个的制备原料还包括表层助剂，且所述表层助剂在所述第一表层或所述第二表层的制备原料中的质量份占比为W2，所述表层助剂包括交联剂、交联助剂和硅烷偶联剂；
W2/W1为0～0.1；
所述第一表层的厚度为0.01～0.2mm、所述第二表层的厚度为0.01～0.2mm、所述中间层的厚度为0.1～0.5mm。
2.根据权利要求1所述的用于光伏组件的封装胶膜，其特征在于，所述第一表层和所述第二表层的制备原料仅包含POE树脂。
3.根据权利要求1所述的用于光伏组件的封装胶膜，其特征在于，以质量份计，
所述中间层的制备原料包括：POE树脂100份、交联剂0.5～5份、交联助剂0.5～5份、硅烷偶联剂0.5～3份。
4.根据权利要求3所述的用于光伏组件的封装胶膜，其特征在于，
所述交联剂选自1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷、过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、1，1-二叔丁基过氧化环己烷、过氧化2-乙基己酸叔丁酯中的至少一种；
所述交联助剂选自三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的至少一种；
所述硅烷偶联剂选自乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸酯硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于光伏组件的封装胶膜，其特征在于，所述中间层的制备原料还包括：抗氧化剂、紫外吸收剂、光稳定剂、引发剂、增粘剂、增塑剂、扩链剂、阻燃剂、无机填料、防焦剂、着色剂、增透改性剂、自由基活化剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的用于光伏组件的封装胶膜，其特征在于，
所述第一表层与所述中间层的厚度比R10为1:10～1:2；
所述第二表层与所述中间层的厚度比R20为1:10～1:2。
7.根据权利要求6所述的用于光伏组件的封装胶膜，其特征在于，
所述第一表层与所述中间层的厚度比R10为1:6～1:5；
所述第二表层与所述中间层的厚度比R20为1:6～1:5。
8.权利要求1至7中任一项所述的用于光伏组件的封装胶膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)获取所述中间层的制备原料，混合均匀，得到中间层物料；
(2)分别获取所述第一表层和所述第二表层的制备原料，混合均匀，得到第一表层物料、第二表层物料；
(3)将所述第一表层物料、中间层物料、第二表层物料加入共挤装置中，三层共挤，得到依次包括第一表层、中间层和第二表层的封装胶膜。
9.一种光伏组件，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的封装胶膜。
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