CN114656897B - 一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜及其制备方法和用途 - Google Patents
一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜及其制备方法和用途 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜及其制备方法和用途。乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜包括乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、交联固化剂，还包括玻璃纤维和荧光粉，相对于100质量份所述乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物，所述玻璃纤维和荧光粉合计为1‑10质量份，所述玻璃纤维和荧光粉的质量比为1:0.5‑3，所述玻璃纤维为连续无碱玻璃纤维。由于添加了玻璃纤维和荧光粉，本发明的EVA封装胶膜在保证胶膜透光率的前提下，具有明显提高的光电转化效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜及其制备方法和用途。
背景技术
太阳光是人类和动植物赖以生存和发展的动力来源，太阳能是一种天然无污染的新能源。随着碳达峰、碳中和目标的提出，太阳能产业成为了全球各国发展的重点，目前主要是通过光伏电池板将太阳能转换成电能，然后再将其用作其它用途。
光伏电池在实际使用中需要长期置于户外环境，而光伏电池本身较脆易碎，耐腐蚀性差。因此，在使用前必须对其封装进行保护，目前使用最广泛的光伏电池封装材料是乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜，一般是采用两片相同的EVA胶膜将太阳能电池元件夹在中间，EVA胶膜在太阳能电池组件层压的过程中交联，将玻璃板(前板)和背板材料连接起来，同时将太阳能电池元件封装起来。
太阳光透过玻璃板和EVA胶膜照射到电池片上，受玻璃板自身透光率的影响，提高EVA胶膜的透光率不能特别明显增加照射到电池片上太阳光，而且提高EVA胶膜的透光率必须选择VA含量更高的EVA原料，VA含量越高，合成技术难度越大，其成本也越高，所以通过这种方式提高组件转化效率没有太高实际应用意义。
目前还有在光伏封装EVA胶膜中添加稀土有机配合物(长效光转化材料)，将太阳能电池组件利用率低的紫外光转化成利用率高的红橙光，来提高太阳能电池片的光电转化效率。例如中国专利CN105238284B公开了一种用于太阳能电池封装的EVA胶膜，其组分含有乙烯-醋酸乙烯酯基共聚物、交联固化剂、硅烷偶联剂、红光荧光组合物和NaYF4:Yb3+,Er3+荧光粉，其中红光荧光组合物为YVO4:Eu3+,Sr2+@YVO4:Eu3+,Bi3+@Ag@SiO2红光荧光组合物，该红光荧光组合物具有特定的核壳结构，制备方法极其复杂，且该专利的对比例证明，当不采用特定的制备方法来合成红光荧光组合物时，相应的EVA胶膜的光电转化效率会降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的缺点和不足，提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其用于太阳能电池封装时，在保证胶膜透光率的前提下，具有明显提高的光电转化效率，且胶膜合成工艺简单。
为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案如下：
一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、交联固化剂，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜还包括玻璃纤维和荧光粉，相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述玻璃纤维和荧光粉合计为1-10质量份，所述玻璃纤维和荧光粉的质量比为1:0.5-3，所述玻璃纤维为连续无碱玻璃纤维。
所述玻璃纤维和荧光粉合计为3-8质量份，所述玻璃纤维和荧光粉的质量比为1:1.5-2。
在本发明的一些实施方式中，所述荧光粉选自硅铝酸盐荧光粉和稀土荧光粉中的一种或两种的组合。
在本发明的一些实施方式中，所述玻璃纤维的长度为0.3-0.5mm，直径为3-12μm。
在本发明的一些实施方式中，所述荧光粉的粒径为15-75μm。
本发明人通过研究发现，在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜中加入玻璃纤维和荧光粉，在单位面积上更多的太阳光被照射到太阳能光伏电池上，使光谱能量得到更合理的利用，可以明显提高封装胶膜的光电转化效率。且玻璃纤维和荧光粉存在协同效应，二者能够相互促进提高封装胶膜的光电转化效率。
在本发明的一些实施方式中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的质量含量为18％-45％。
进一步优选地，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的质量含量为28％-33％。
在本发明的一些实施方式中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数为10-40g/10min。EVA的熔融指数过小，会导致挤出困难，影响生产效率；熔融指数过大，会影响压延成膜性，为了满足挤出压延的加工工艺要求，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数选在10-40g/10min之间，优选熔融指数在20-40g/10min之间，更优选熔融指数在25-30g/10min之间。
在本发明的一些实施方式中，相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜中还包括0.01-0.3质量份硼砂。
本发明人通过研究发现，在乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜中再加入硼砂，也能进一步提高封装胶膜的光电转化效率。
在本发明的一些实施方式中，相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述交联固化剂为0.1-10质量份。
在本发明的一些实施方式中，相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜还包括0.05-1份抗氧剂、0.1-5份偶联剂、10-15份润滑油。
优选地，所述抗氧剂选自四[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、亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)、季戊四醇双亚磷酸二异癸酯、季戊四醇双亚磷酸(十八)酯和2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚中的一种或多种的组合。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
进一步优选地，所述硅烷偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和γ-环氧丙氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的组合。
优选地，所述润滑油采用硬脂酸丁酯、棕榈油酸酰胺、硬脂酰胺、硬脂酸锌、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物蜡中的一种或多种的组合。
在本发明的一些实施方式中，相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜还包括0.01-0.3份无机填料，所述无机填料选自石英砂、云母粉和方解石中的一种或多种的组合。
在本发明的一些实施方式中，所述交联固化剂为过氧化物。
优选地，所述过氧化物选自过氧化叔丁基-2-乙基己酸酯、二叔丁基过氧化物、过氧化叔二异丙苯、2,5-二过氧化氢、过氧化叔丁基苯甲酸酯、过氧化叔丁基-3,3,5-三甲基环己酸酯、过氧化叔丁基月桂酸酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯和过氧化4-甲基苯甲酰的一种或多种的组合。
在本发明的一些实施方式中，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜的厚度为0.1-1.0mm。EVA封装胶膜太薄则封装效果不理想，太厚则影响胶膜的透光率。为了进一步满足太阳能电池组件的要求，既能保证良好的封装效果又不影响透光率，本发明中的EVA封装胶膜的厚度可根据需要在0.1-1.0mm之间调节，为了保证EVA封装胶膜的厚度能在上述范围之内，EVA封装胶膜使用过程中发生交联，且交联度最好在70％-90％之间。
本发明进一步提供上述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：将所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物同其它原料混合、熔融挤出、压延成膜。
在本发明的一些实施方式中，所述熔融挤出的温度为80-100℃。
在本发明的一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：将乙烯醋酸乙烯酯共聚物同其它原料经过配料、混料、熔融挤出、压延成膜、压花、修边，最后收卷制得成品。
本发明进一步提供了上述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜用于封装太阳能电池的用途。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
采用玻璃纤维和荧光粉进行复配，可以产生协同作用，显著提高EVA封装胶膜的光电转化效率。
采用硼砂，也可以进一步提高EVA封装胶膜的光电转化效率。
本发明的EVA封装胶膜在保证大于90％的透光率的前提下，光电转化效率可以高达19.8％。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。
实施例1
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备方法如下：
在100质量份醋酸乙烯含量为28％，熔融指数为20g/10min的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA原料中加入1.0份过氧化物过氧化叔丁基苯甲酸酯，0.5份抗氧剂亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)，0.5份偶联剂乙烯基三乙酰氧基硅烷，12份润滑油硬脂酸锌，1份长度为0.3mm，直径为5μm的连续无碱玻璃纤维，2份粒径为45μm的硅铝酸盐荧光粉，经过混料机混合均匀，90℃熔融挤出，在80℃下，经过压延、压花、修边、收卷制成厚度约为0.8mm的EVA封装胶膜。
实施例2
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备方法如下：
在100质量份醋酸乙烯含量为33％，熔融指数为25g/10min的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA原料中加入0.1份过氧化物过氧化叔丁基月桂酸酯，0.05份抗氧剂季戊四醇双亚磷酸二异癸酯，0.1份偶联剂γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，10份润滑油硬脂酰胺，2份长度为0.3mm，直径为5μm的连续无碱玻璃纤维，3份粒径为45μm的硅铝酸盐荧光粉，0.01份石英砂，经过混料机混合均匀，90℃熔融挤出，在80℃下，经过压延、压花、修边、收卷制成厚度约为0.8mm的EVA封装胶膜。
实施例3
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备方法如下：
在100质量份醋酸乙烯含量为28％，熔融指数为30g/10min的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA原料中加入8份过氧化物过氧化4-甲基苯甲酰，1份抗氧剂季戊四醇双亚磷酸(十八)酯，3份偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷，15份润滑油EVA蜡，2份长度为0.5mm，直径为8μm的连续无碱玻璃纤维，4份粒径为60μm的硅铝酸盐荧光粉，0.1份云母粉，经过混料机混合均匀，90℃熔融挤出，在80℃下，经过压延、压花、修边、收卷制成厚度约为0.8mm的EVA封装胶膜。
实施例4
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备方法如下：
在100质量份醋酸乙烯含量为33％，熔融指数为30g/10min的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA原料中加入5份过氧化物二叔丁基过氧化物，0.3份抗氧剂2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚，2份偶联剂乙烯基三氯硅烷，14份润滑油棕榈油酸酰胺，3份长度为0.3mm，直径为5μm的连续无碱玻璃纤维，4.5份粒径为45μm的硅铝酸盐荧光粉，经过混料机混合均匀，90℃熔融挤出，在80℃下，经过压延、压花、修边、收卷制成厚度约为0.8mm的EVA封装胶膜。
实施例5
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备方法如下：
在100质量份醋酸乙烯含量为28％，熔融指数为30g/10min的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA原料中加入7份过氧化物过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.2份抗氧剂β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，3份偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷，13份润滑油硬脂酸丁酯，1份长度为0.3mm，直径为5μm的连续无碱玻璃纤维，2份粒径为45μm的硅铝酸盐荧光粉，0.01份方解石，经过混料机混合均匀，90℃熔融挤出，在80℃下，经过压延、压花、修边、收卷制成厚度约为0.8mm的EVA封装胶膜。
实施例6
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备方法如下：
在100质量份醋酸乙烯含量为28％，熔融指数为20g/10min的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA原料中加入1.0份过氧化物过氧化叔丁基苯甲酸酯，0.5份抗氧剂亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)，0.5份偶联剂乙烯基三乙酰氧基硅烷，12份润滑油硬脂酸锌，1份长度为0.3mm，直径为5μm的连续无碱玻璃纤维，2份粒径为45μm的硅铝酸盐荧光粉，0.01份硼砂，经过混料机混合均匀，90℃熔融挤出，在80℃下，经过压延、压花、修边、收卷制成厚度约为0.8mm的EVA封装胶膜。
对比例1
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备工艺基本同实施例1，区别仅在于将原料中的1份玻璃纤维，2份荧光粉替换为3份玻璃纤维。
对比例2
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备工艺基本同实施例1，区别仅在于将原料中的1份玻璃纤维，2份荧光粉替换为3份荧光粉。
对比例3
本例提供一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其制备工艺基本同实施例1，区别仅在于将原料中的1份连续无碱玻璃纤维替换为1份超细无碱玻璃纤维。
对实施例1-6以及对比例1-3的EVA封装胶膜进行性能测试，测试项目及测试方法如下：
1、透明性
按GB/T 2410试验方法，对EVA胶膜进行透光率测试。
2、耐紫外光辐照性能
按国际电工委员会标准IEC61345规定进行紫外辐照老化性能测试。实验条件：试样表面温度60±5℃，波长200～400nm，辐照强度15KW·h/m2，辐照时间1000h。
测试项目：
A：黄度指数(ΔYI)按照GB2409-80《塑料黄色指数测试方法》进行测试。
B：经紫外光辐照后，观察实施例中的样品有无出现脱层，气泡等不良。
3、耐湿热老化性能
按GB/T 2423.3方法进行耐湿热老化性能测试。实验条件：温度85℃，湿度85％，时间2000h。
A：黄度指数(ΔYI)按照GB2409-80《塑料黄色指数测试方法》进行测试。
B：经耐湿热老化后，观察实施例中的样品有无出现脱层，气泡等不良。
4、太阳能电池光电转换效率测试
将制备好的EVA转光薄膜覆盖在太阳能标准电池(QE-B1型)表面，接入到电化学工作站中，固定光源强度为100mW/m2，光照面积为4cm2，扫描电压范围为-2V～2V，测定太阳能电池的I-V特性曲线，计算出太阳能电池的光电转换效率。
测试结果如表1所示。
表1实施例1-6、对比例1-3EVA封装胶膜的性能结果
从表1可以看出，本发明所述的EVA封装胶膜具有非常好的透明性和优异的耐紫外辐照及耐湿热老化性能，同时由于在EVA胶膜中加入了连续无碱玻璃纤维和荧光粉，二者产生协同作用，在单位面积上更多的太阳光被照射到太阳能光伏电池上，使光谱能量得到更合理的利用，提高了太阳能电池片的光电转化效率，且加入硼砂也能进一步提高太阳能电池片的光电转化效率。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
Claims (13)
1.一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、交联固化剂，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜还包括玻璃纤维和荧光粉，相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述玻璃纤维和荧光粉合计为1-10质量份，所述玻璃纤维和荧光粉的质量比为1:0.5-3，所述玻璃纤维为连续无碱玻璃纤维；所述荧光粉为硅铝酸盐荧光粉。
2.根据权利要求1所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：所述玻璃纤维和荧光粉合计为3-8质量份，所述玻璃纤维和荧光粉的质量比为1:1.5-2。
3.根据权利要求1或2所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：所述玻璃纤维的长度为0.3-0.5mm，直径为3-12μm。
4.根据权利要求1或2所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：所述荧光粉的粒径为15-75μm。
5.根据权利要求1或2所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的质量含量为18％-45％；和/或，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的熔融指数为10-40g/10min。
6.根据权利要求1或2所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜中还包括0.01-0.3质量份硼砂；和/或，相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述交联固化剂为0.1-10质量份。
7.根据权利要求1所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜还包括0.05-1份抗氧剂、0.1-5份偶联剂、10-15份润滑油。
8.根据权利要求7所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：所述抗氧剂选自四[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、亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)、季戊四醇双亚磷酸二异癸酯、季戊四醇双亚磷酸(十八)酯和2,6-二叔丁基-4-乙基苯酚中的一种或多种的组合；和/或，所述偶联剂为硅烷偶联剂；和/或，所述润滑油采用硬脂酸丁酯、棕榈油酸酰胺、硬脂酰胺、硬脂酸锌、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物蜡中的一种或多种的组合。
9.根据权利要求1所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：相对于100质量份所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜还包括0.01-0.3份无机填料，所述无机填料选自石英砂、云母粉和方解石中的一种或多种的组合。
10.根据权利要求1所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜，其特征在于：所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜的厚度为0.1-1.0mm；和/或，所述交联固化剂为过氧化物。
11.一种制备权利要求1至10中任一项权利要求所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：将所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物同其它原料混合、熔融挤出、压延成膜。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于：所述熔融挤出的温度为80-100℃。
13.一种如权利要求1至10中任一项权利要求所述的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物封装胶膜用于封装太阳能电池的用途。
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