CN114854314A - 一种短波紫外光预交联胶膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种短波紫外光预交联胶膜及其制备方法，包括如下重量份的原料：聚合物树脂90‑110份、短波紫外光引发剂0.2‑2份、热引发剂0.2‑2份、交联助剂0.5‑5份、偶联剂0.1‑1份、光稳定剂0.01‑0.5份、紫外吸收助剂0.01‑0.5份、抗氧剂0‑0.5和色母粒10‑20份。本发明的短波紫外光预交联胶膜通过添加短波紫外光引发剂，使胶膜在短波紫外光条件下进行预交联，一方面助剂在短波紫外下充分引发反应，达到一定的预交联度，另一方面不会对胶膜中的光稳定助剂产生衰减；将其用在太阳能电池中可提高电池组件的高光电转化率及封装成型性，并能够延长使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种短波紫外光预交联胶膜及其制备方法。
背景技术
随着社会的不断发展，环境污染和能源短缺成为人类面临的最大挑战，利用太阳电池将清洁的、可再生的太阳能转换成电能是解决这两个问题最有效的方法之一。提高组件的发电功率也日益成为光伏行业的研发方向，目前通过把背面的透明胶膜替换成白色高反射率胶膜，来增加光伏组件对长波段的吸收以增加电池片的发电功率，可提高0.5-1.5％的组件功率。
专利CN108997957A公开了一种白色EVA封装胶膜及其制备方法，所述的白色EVA封装胶膜经过300-400nm波段的紫外灯照射后，通过300-400nm波段激发光引发剂，得到具有交联度为10-60％的预交联胶膜，进而有效的降低了白色胶膜的溢白起皱，但该技术方案中存在不足为：白色EVA封装胶膜经过300-400nm，一部分紫外波段会被其中光稳定剂所吸收，易造成两种负面影响：1、胶膜中的光稳定剂吸收了紫外波段会被衰减一部分，对组件后面长期老化有影响；2、胶膜中的光引发剂没有完全吸收紫外波段，造成反应不完全，有残留，在组件成型阶段易产生气泡。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种短波紫外光预交联胶膜，该短波紫外光预交联胶膜通过添加短波紫外光引发剂，使胶膜在短波紫外光条件下进行预交联，一方面助剂在短波紫外下充分引发反应，达到一定的预交联度，另一方面不会对胶膜中的光稳定助剂产生衰减；将本发明的短波紫外光预交联胶膜用在太阳能电池中可提高电池组件的高光电转化率及封装成型性，并且能够延长太阳能电池组件的使用寿命。
本发明的另一目的在于提供一种短波紫外光预交联胶膜的制备方法，制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，有利于工业化生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种短波紫外光预交联胶膜，包括如下重量份的原料：聚合物树脂90-110份、短波紫外光引发剂0.2-2份、热引发剂0.2-2份、交联助剂0.5-5份、偶联剂0.1-1份、光稳定剂0.01-0.5份、紫外吸收助剂0.01-0.5份、抗氧剂0-0.5和色母粒10-20份；述短波紫外光引发剂为紫外吸收波长为200-280nm的光引发剂。
本发明通过引入短波段为200-280nm短波紫外光引发剂，使胶膜在短波紫外光条件下进行预交联，一方面助剂在短波紫外下充分引发反应，达到一定的预交联度，在层压组件过程中没有溢色现象，另一方面不会对胶膜中的光稳定助剂产生衰减。本发明可提高电池组件的高光电转化率及封装成型性，并且能够延长太阳能电池组件的使用寿命。
优选的，所述聚合物树脂为EVA树脂、POE树脂中的一种；所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸、双十八酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或多种。
优选的，所述短波紫外光引发剂为4-甲基二苯甲酮、邻苯甲酰基苯甲酸甲酯、苯甲酮、1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或多种。
优选的，所述热引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、1,1-二(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷中的一种或多种。
优选的，所述交联助剂为三烯丙基异氰尿酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种；所述色母粒为含二氧化钛或炭黑中的一种。
优选的，所述偶联剂为乙烯基类硅烷偶联剂、氯烃基类硅烷偶联剂、氨烃基类硅烷偶联剂、环氧烃基类硅烷偶联剂、甲基丙烯酰氧烷基类硅烷偶联剂、含硫烃基类硅烷偶联剂、拟卤素类硅烷偶联剂、季氨烃基类硅烷偶联剂中的一种或多种。
优选的，所述光稳定剂为癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、N,N’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺、2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯中的一种或多种。更优选的，所述光稳定剂是由癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、N,N’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪按照重量比为0.8-1.2:0.6-1.0:0.4-0.8组成的混合物。本发明中通过采用上述特定比例组成的光稳定剂可进一步提高胶膜的耐光性。
优选的，所述紫外吸收助剂为2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二特丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或多种。
本发明还提了一种短波紫外光预交联胶膜的制备方法，通过如下步骤制得：
S1、按照重量份称取原料，将聚合物树脂、短波紫外光引发剂、热引发剂、交联助剂、偶联剂、光稳定剂、外吸收助剂、抗氧剂和色母粒混合，搅拌2-5h后，采用螺杆挤出机在70-110℃下挤出成克重为300-650g/cm3的胶膜，备用；
S2、将步骤S1中得到的胶膜经过200-280nm波段的短波紫外灯照射，照射能量500-5000mJ/cm2，得到具有20-50％预交联度的短波紫外光预交联胶膜。
本发明中的短波紫外光预交联胶膜通过上述方法制得，而利用上述方法制得的短波紫外光预交联胶膜具有较高的反射率、很低的封装损失，大大提高了太阳能组件的光电转化率，降低了发电成本。
本发明的有益效果在于：本发明的短波紫外光预交联胶膜通过添加短波紫外光引发剂，使胶膜在短波紫外光条件下进行预交联，一方面助剂在短波紫外下充分引发反应，达到一定的预交联度，另一方面不会对胶膜中的光稳定助剂产生衰减；将本发明的短波紫外光预交联胶膜用在太阳能电池中可提高电池组件的高光电转化率及封装成型性，并且能够延长太阳能电池组件的使用寿命。
本发明的一种短波紫外光预交联胶膜的制备方法，制备方法操作简单，控制方便，生产效率高，生产成本低，有利于工业化生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种短波紫外光预交联胶膜，包括如下重量份的原料：聚合物树脂90份、短波紫外光引发剂0.2份、热引发剂0.2份、交联助剂0.5份、偶联剂0.1份、光稳定剂0.01份、紫外吸收助剂0.01份、抗氧剂0.001份和色母粒10份。
所述聚合物树脂为EVA树脂；所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸。
所述短波紫外光引发剂为4-甲基二苯甲酮。所述热引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯。
所述交联助剂为三烯丙基异氰尿酸酯；所述色母粒为白色母。所述偶联剂为乙烯基类硅烷偶联剂。
所述光稳定剂是由癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、N,N’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪按照重量比为0.8:0.6:0.4组成的混合物。
所述紫外吸收助剂为2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑。
所述短波紫外光预交联胶膜的制备方法，通过如下步骤制得：
S1、按照重量份称取原料，将聚合物树脂、短波紫外光引发剂、热引发剂、交联助剂、偶联剂、光稳定剂、外吸收助剂、抗氧剂和色母粒混合，搅拌2h后，采用螺杆挤出机在70℃下挤出成克重为300g/cm3的胶膜，备用；
S2、将步骤S1中得到的胶膜经过200nm波段的短波紫外灯照射，照射能量5000mJ/cm2，得到具有20％预交联度的短波紫外光预交联胶膜。
实施例2
一种短波紫外光预交联胶膜，包括如下重量份的原料：聚合物树脂100份、短波紫外光引发剂1.1份、热引发剂1.1份、交联助剂3份、偶联剂0.6份、光稳定剂0.3份、紫外吸收助剂0.3份、抗氧剂0.3份和色母粒15份。
所述聚合物树脂为EVA树脂；所述抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
所述短波紫外光引发剂为邻苯甲酰基苯甲酸甲酯。所述热引发剂为3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯。
所述交联助剂为三聚氰酸三烯丙酯；所述色母粒为白色母粒。所述偶联剂为氨烃基类硅烷偶联剂。
所述光稳定剂是由癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、N,N’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪按照重量比为01.0:0.8:0.6组成的混合物。
所述紫外吸收助剂为2-(2'-羟基-3',5'-二特丁基苯基)-5-氯苯并三唑。
所述短波紫外光预交联胶膜的制备方法，通过如下步骤制得：
S1、按照重量份称取原料，将聚合物树脂、短波紫外光引发剂、热引发剂、交联助剂、偶联剂、光稳定剂、外吸收助剂、抗氧剂和色母粒混合，搅拌3.5h后，采用螺杆挤出机在90℃下挤出成克重为420g/cm3的胶膜，备用；
S2、将步骤S1中得到的胶膜经过240nm波段的短波紫外灯照射，照射能量35000mJ/cm2，得到具有30％预交联度的短波紫外光预交联胶膜。
实施例3
一种短波紫外光预交联胶膜，包括如下重量份的原料：聚合物树脂110份、短波紫外光引发剂2份、热引发剂2份、交联助剂5份、偶联剂1份、光稳定剂0.5份、紫外吸收助剂0.5份、抗氧剂0.5份和色母粒20份。
所述聚合物树脂为EVA树脂；所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸。
所述短波紫外光引发剂为1-羟基环己基苯基甲酮；所述热引发剂为1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷。
所述交联助剂为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯；所述色母粒为白色母粒。所述偶联剂为乙烯基类硅烷偶联剂。
所述光稳定剂是由癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、N,N’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺和2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪按照重量比为1.2:1.0:0.8组成的混合物。
所述紫外吸收助剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
所述短波紫外光预交联胶膜的制备方法，通过如下步骤制得：
S1、按照重量份称取原料，将聚合物树脂、短波紫外光引发剂、热引发剂、交联助剂、偶联剂、光稳定剂、外吸收助剂、抗氧剂和色母粒混合，搅拌5h后，采用螺杆挤出机在110℃下挤出成克重为650g/cm3的胶膜，备用；
S2、将步骤S1中得到的胶膜经过280nm波段的短波紫外灯照射，照射能量5000mJ/cm2，得到具有50％预交联度的短波紫外光预交联胶膜。
实施例4
一种短波紫外光预交联胶膜，包括如下重量份的原料：聚合物树脂100份、短波紫外光引发剂0份、热引发剂0.8份、交联助剂0.5份、偶联剂0.5份、光稳定剂0.05份、紫外吸收助剂0.02份、抗氧剂0.05份和色母粒15份。
所述聚合物树脂为EVA树脂；所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸。
所述短波紫外光引发剂为4-甲基二苯甲酮。所述热引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯。
所述交联助剂为三烯丙基异氰尿酸酯；所述色母粒为白色母粒。所述偶联剂为甲基丙烯酰氧烷基类硅烷偶联剂，所述甲基丙烯酰氧烷基类硅烷偶联剂为甲基丙烯酰氧烷基硅烷偶联剂。
所述光稳定剂为癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯。
所述紫外吸收助剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。
所述短波紫外光预交联胶膜的制备方法，通过如下步骤制得：
S1、按照重量份称取原料，将聚合物树脂、短波紫外光引发剂、热引发剂、交联助剂、偶联剂、光稳定剂、外吸收助剂、抗氧剂和色母粒混合，搅拌5h后，采用螺杆挤出机在90℃下挤出成克重为450g/cm3的胶膜，备用；
S2、将步骤S1中得到的胶膜经过200-280nm波段的短波紫外灯照射，照射能量35000mJ/cm2，得到具有20-30％预交联度的短波紫外光预交联胶膜。
实施例5
本实施例与上述实施例4的区别在于：本实施例的短波紫外光引发剂的用量为0.2份，热引发剂的用量为0.6份。本对比例的其余内容与实施例4相同，这里不再赘述。
实施例6
本实施例与上述实施例4的区别在于：本实施例的短波紫外光引发剂的用量为0.3份，热引发剂的用量为0.3份。本对比例的其余内容与实施例4相同，这里不再赘述。
实施例7
本实施例与上述实施例4的区别在于：本实施例的短波紫外光引发剂的用量为0.6份，热引发剂的用量为0.2份。本对比例的其余内容与实施例4相同，这里不再赘述。
实施例8
本实施例与上述实施例4的区别在于：本实施例的短波紫外光引发剂为邻苯甲酰基苯甲酸甲酯，其用量为0.3份，热引发剂为过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯，其用量为0.3份。本对比例的其余内容与实施例4相同，这里不再赘述。
对实施例4-8制得胶膜的性能测试：由上到下一次为超白玻璃、透明EVA胶膜、电池片、短波紫外光预交联胶膜(实施例4-8制得胶膜)、背板(KPE)依次层叠后，用层压机在温度为145℃，抽真空时间为5min，层压10min制得样品。
参照T/CPIA 0004-2017光伏组件封装用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)胶膜标准对采用实施例4-8的方案制得胶膜进行测试，结果如表1所示：
表1
由以上指标可以看出，本发明的短波紫外光预交联胶膜，在引入短波紫外光引发剂后，一方面可提高一定的预交联度，层压过程中无颜色溢到电池片上，减少了功率损失；另一方面短波紫外光固化不会对短波紫外光预交联胶膜内的光稳定剂有衰减，可提高组件的长期老化性能，并且能够延长太阳能电池组件的使用寿命。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：包括如下重量份的原料：聚合物树脂90-110份、短波紫外光引发剂0.2-2份、热引发剂0.2-2份、交联助剂0.5-5份、偶联剂0.1-1份、光稳定剂0.01-0.5份、紫外吸收助剂0.01-0.5份、抗氧剂0-0.5和色母粒10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：所述聚合物树脂为EVA树脂、POE树脂中的一种；所述抗氧剂为3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸、双十八酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：所述短波紫外光引发剂为紫外吸收波长为200-280nm的光引发剂。
4.根据权利要求3所述的一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：所述短波紫外光引发剂为4-甲基二苯甲酮、邻苯甲酰基苯甲酸甲酯、苯甲酮、1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：所述热引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、1,1-二(叔丁基过氧化)-3,3,5-三甲基环己烷、1,1-二(叔丁基过氧化)环己烷中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：所述交联助剂为三烯丙基异氰尿酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或多种；所述色母粒为含二氧化钛或炭黑中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：所述偶联剂为乙烯基类硅烷偶联剂、氯烃基类硅烷偶联剂、氨烃基类硅烷偶联剂、环氧烃基类硅烷偶联剂、甲基丙烯酰氧烷基类硅烷偶联剂、含硫烃基类硅烷偶联剂、拟卤素类硅烷偶联剂、季氨烃基类硅烷偶联剂中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：所述光稳定剂为癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、N,N’-双-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-1,6-己二胺、2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪、双(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶)癸二酸酯中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种短波紫外光预交联胶膜，其特征在于：所述紫外吸收助剂为2'-(2'-羟基-3'-叔丁基-5'-甲基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二特丁基苯基)-5-氯苯并三唑、2-(2'-羟基-3',5'-二特戊基苯基)苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或多种。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的短波紫外光预交联胶膜的制备方法，其特征在于：通过如下步骤制得：
S1、按照重量份称取原料，将聚合物树脂、短波紫外光引发剂、热引发剂、交联助剂、偶联剂、光稳定剂、外吸收助剂、抗氧剂和色母粒混合，搅拌2-5h后，采用螺杆挤出机在70-110℃下挤出成克重为300-650g/cm3的胶膜，备用；
S2、将步骤S1中得到的胶膜经过200-280nm波段的短波紫外灯照射，照射能量500-5000mJ/cm2，得到具有20-50％预交联度的短波紫外光预交联胶膜。
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