CN114854331B - 一种紫外截止型eva光伏胶膜及其制备方法和光伏组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光伏胶膜技术领域，提供了一种紫外截止型EVA光伏胶膜及其制备方法和光伏组件，该紫外截止型EVA光伏胶膜，按重量百分比计的原料配方为：EVA树脂87‑98％、抗氧剂0.05‑5％、交联剂0.25‑2％、硅烷偶联剂0.1‑4％、紫外吸收剂0.1‑4％、纳米金属氧化物0.05‑4％和抗PID功能材料0.1‑8％；其中，所述紫外吸收剂为对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷。该EVA光伏胶膜通过各原料的协同配合，具备优异的紫外截止和抗PID效果，并能保持优良的可见光透过率，故而该EVA光伏胶膜应用于光伏组件后，能对光伏组件及背板起到更好的保护作用，进而能有效提升光伏组件的使用寿命和发电功率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏胶膜技术领域，特别是涉及一种紫外截止型EVA光伏胶膜及其制备方法和光伏组件。
背景技术
光伏胶膜是太阳能技术产业中的重要材料之一，起到粘接太阳能电池片与前板玻璃及背板的重要作用。由于光伏胶膜作为高分子材料，必然会受到自然环境的侵蚀而产生老化，所以光伏胶膜是影响光伏组件的使用寿命和发电功率的关键材料之一。光伏胶膜的研究和改进对光伏产业的推动具有重要的意义。
其中，传统的光伏胶膜是以EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)聚合物为基本材料制成，称为EVA光伏胶膜，如公开号CN102604557A提供的一种太阳能光伏组件用EVA封装胶膜及其制备方法。然而，这种EVA封装胶膜的EVA树脂中的醋酸乙烯酯的化学结构具有极性，其电子在电压条件下能够迁移，故而采用这种EVA光伏胶膜的光伏组件在发电过程中会发生PID效应，进而会导致光伏组件的发电功率明显下降。而且，如公开号CN106634649A提供的一种红外屏蔽型EVA光伏胶膜的制备方法所示，现有的EVA光伏胶膜也难以对紫外光进行有效截止，因此，采用这种EVA光伏胶膜所得的光伏组件难以对背板起到较好的保护作用，使得背板在UV照射下易老化开裂、粉化，进而影响了背板及光伏组件的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种紫外截止型EVA光伏胶膜及其制备方法和光伏组件，该EVA光伏胶膜具有优异的紫外截止和抗PID效果，且其可见光透过率好。
基于此，本发明公开了一种紫外截止型EVA光伏胶膜，
其按重量百分比计的原料配方为：
其中，所述紫外吸收剂为对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
优选地，所述紫外吸收剂与纳米金属氧化物的质量比为1.5-3：1。
进一步优选地，所述抗PID功能材料为金刚烷和富勒烯，且所述金刚烷和富勒烯在紫外截止型EVA光伏胶膜中的重量百分比均为0.05-4％。
更进一步优选地，所述金刚烷与富勒烯的质量比为1-2：1。
更进一步优选地，所述EVA树脂：抗氧剂：交联剂：硅烷偶联剂：金刚烷：富勒烯：紫外吸收剂：纳米金属氧化物的质量比为100：0.5：2：0.5：0.15-0.2：0.1-0.15：0.2-0.3：0.1-0.2。
优选地，所述无机纳米氧化物为纳米氧化铝、纳米硫酸钡、纳米氧化钛、纳米氧化镁和纳米氧化锌中的一种或任意几种的组合。
优选地，所述EVA树脂中，醋酸乙烯酯的摩尔含量为20-30％，所述EVA树脂的熔体流动速率为1.5-18g/min；
所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；所述主抗氧基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯；所述辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯；
所述交联剂包括交联固化剂和助交联剂；所述交联固化剂为有机过氧化物和/或偶氮化合物；所述助交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸二乙二醇酯中的一种或任意几种的组合；
所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或任意几种的组合。
其中，有机过氧化物优选为过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷、4,4-二(叔戊基过氧)戊酸正丁基酯、过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯和3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯中的一种或任意几种的组合。
本发明还公开了上述的一种紫外截止型EVA光伏胶膜的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1，将配方量的所述EVA树脂、抗氧剂、交联剂、硅烷偶联剂、紫外吸收剂、纳米金属氧化物和抗PID功能材料混合均匀，以制得混合料；
步骤S2，将所述混合料加入至挤出设备进行熔融挤出，并经流延设备冷却后，进行定型处理，即得紫外截止型EVA光伏胶膜。
优选地，所述步骤S2中，熔融挤出的温度为80-90℃。
优选地，所述步骤S2中，在定型处理之后，还包括：对定型处理后的紫外截止型EVA光伏胶膜进行厚度测量、切边、收卷后，包装入库。
本发明还公开了一种光伏组件，包括依次叠设的前板、第一封装胶膜、太阳能电池片、第二封装胶膜和背板，所述第一封装胶膜和/或第二封装胶膜为上述发明内容所述的一种紫外截止型EVA光伏胶膜。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
本发明的紫外截止型EVA光伏胶膜中，以廉价且粘接性能好的EVA树脂为主料，成本低，并能增强其与太阳能电池片、前板及背板的粘接力，改善光伏组件的封装效果；而且，该EVA光伏胶膜在EVA树脂中配合添加了紫外吸收剂与无机纳米氧化物，加之该紫外吸收剂为对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷，因此能有效改善EVA光伏胶膜的UV截止功效，且该对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷能与硅烷偶联剂反应，从而能永久牢靠地存在于EVA光伏胶膜中而不迁移，使EVA光伏胶膜起到长效的UV截止效果，能对光伏组件及背板起到更好的保护作用；进一步，该EVA光伏胶膜中还配合添加了抗PID功能材料，能改善该EVA光伏胶膜的抗PID效果。因此，该EVA光伏胶膜通过各原料的协同配合，具备优异的紫外截止和抗PID效果，并能保持优良的可见光透过率，故而该EVA光伏胶膜应用于光伏组件后，能对光伏组件及背板起到更好的保护作用，进而能有效提升光伏组件的使用寿命和发电功率。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的一种紫外截止型EVA光伏胶膜，其按重量百分比计的原料配方为：
其中，所述紫外吸收剂为对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
该紫外截止型EVA光伏胶膜的原料配方中，以EVA树脂为主料，相比POE树脂，该EVA树脂的原料价格较低，因此能降低EVA光伏胶膜的成本，且EVA树脂的粘接性能比POE树脂要好，因此还能增强该EVA光伏胶膜与太阳能电池片、前板及背板的粘接力，改善光伏组件的封装效果。
为进一步改善该EVA光伏胶膜的热密封性能，该EVA树脂中，醋酸乙烯酯的摩尔含量为20-30％，EVA树脂的熔体流动速率为1.5-18g/min。优选为，该EVA树脂中，醋酸乙烯酯的摩尔含量为28％。
该EVA光伏胶膜的原料配方中，在EVA树脂的基础上，添加一定量的抗氧剂，能避免在熔融挤出及长期使用过程中的EVA树脂的氧化分解，从而能有效避免该EVA光伏胶膜在熔融挤出及长期使用过程中出现老化和粘接力下降的问题。
进一步，该EVA光伏胶膜的原料配方中，在EVA树脂和抗氧剂的基础上，添加一定量的交联剂，以使EVA树脂适当交联形成网状的分子结构，以改善该EVA光伏胶膜在熔融挤出及长期使用过程中的耐热性、机械强度和电性能。
更进一步，该EVA光伏胶膜的原料配方中，在EVA树脂、抗氧剂和交联剂的基础上，添加一定量的硅烷偶联剂，以有效改善该EVA光伏胶膜的附着、耐水、耐化学、耐盐雾及湿态下的电气绝缘性能。
本发明的EVA光伏胶膜中，在EVA树脂、抗氧剂、交联剂和硅烷偶联剂的基础上，配合添加了适量的紫外吸收剂和纳米金属氧化物，加之该紫外吸收剂为对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷。这样，通过上述紫外吸收剂与无机纳米氧化物的协同配合，能有效改善EVA光伏胶膜的UV截止功效；而且，由于该对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷含有硅烷氧基团，所以该对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷与硅烷偶联剂能很好的相容，并能与硅烷偶联剂发生反应，故而该对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷能永久牢靠地存在于EVA光伏胶膜中而不迁移，使EVA光伏胶膜起到长效的UV截止效果。
优选为，紫外吸收剂与纳米金属氧化物的质量比为1.5-3：1；以进一步提升该EVA光伏胶膜的UV截止及长效UV截止的功效。
更进一步，该EVA光伏胶膜在上述原料配方的基础上，进一步配合添加了抗PID功能材料，能改善该EVA光伏胶膜的抗PID效果。
优选为，该抗PID功能材料为金刚烷和富勒烯；金刚烷在紫外截止型EVA光伏胶膜中的重量百分比为0.05-4％，且富勒烯在紫外截止型EVA光伏胶膜中的重量百分比也为0.05-4％。如此，该EVA光伏胶膜在上述原料配方的基础上，进一步配合添加了适量的金刚烷和富勒烯，金刚烷与富勒烯协同配合，能提供稳定的共轭网状结构来起到阻挡电子迁移的作用，因此，该EVA光伏胶膜能克服传统的EVA光伏胶膜的抗PID效果差的缺陷，故而采用本发明的EVA光伏胶膜所得的光伏组件在发电过程中不会发生PID效应，也即该EVA光伏胶膜具备高抗PID的效果，同时还能保持优良的透光性能。
因此，通过上述各原料的协同作用，该EVA光伏胶膜具备优异的紫外截止和抗PID效果，并能保持优良的可见光透过率，故而该EVA光伏胶膜应用于光伏组件后，能对光伏组件及背板起到更好的保护作用，进而能有效提升光伏组件的使用寿命和发电功率。
更优选为，该紫外截止型EVA光伏胶膜中，金刚烷与富勒烯的质量比为1-2：1；以进一步提升该EVA光伏胶膜的高抗PID的效果。
更优选为，该紫外截止型EVA光伏胶膜中，EVA树脂：抗氧剂：交联剂：硅烷偶联剂：金刚烷：富勒烯：紫外吸收剂：纳米金属氧化物的质量比为100：0.5：2：0.5：0.15-0.2：0.1-0.15：0.2-0.3：0.1-0.2；以在提高该EVA光伏胶膜的UV截止及长效UV截止效果的同时，还使该EVA光伏胶膜具有优异的高抗PID效果、热密封性能和可见光透过率。
其中，无机纳米氧化物为纳米氧化铝、纳米硫酸钡、纳米氧化钛、纳米氧化镁和纳米氧化锌中的一种或任意几种的组合。
优选为，无机纳米氧化物为纳米氧化锌。通过紫外吸收剂与无机纳米氧化物的搭配，并对无机纳米氧化物及紫外吸收剂及的具体种类进行优化择，以进一步改善该EVA光伏胶膜的紫外截止及长效的UV截止的功效。
其中，该抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂。通过主抗氧剂与辅抗氧剂的搭配，并对主抗氧剂及辅抗氧剂的具体种类进行如下优化，以进一步改善该EVA光伏胶膜在熔融挤出及长期使用过程中的耐老化和粘接性能。
具体地，该主抗氧基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
优选为，辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯与亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的复配物。
其中，该交联剂包括交联固化剂和助交联剂。通过交联固化剂与助交联剂的搭配，并对交联固化剂及助交联剂的具体种类进行如下优化，以进一步改善该EVA光伏胶膜在熔融挤出及长期使用过程中的耐热性、机械强度和电性能。
具体地，交联固化剂为有机过氧化物和/或偶氮化合物；有机过氧化物为过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷、4,4-二(叔戊基过氧)戊酸正丁基酯、过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯和3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯中的一种或任意几种的组合。
优选为，交联固化剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯与3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯的复配物。
具体地，助交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸二乙二醇酯中的一种或任意几种的组合。
优选为，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的复配物。
其中，硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或任意几种的组合。
优选为，该硅烷偶联剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷；对硅烷偶联剂的具体种类进行优化，以进一步改善该UV截止型EVA光伏胶膜的附着、耐水、耐化学、耐盐雾及湿态下的电气绝缘性能。
上述的一种紫外截止型EVA光伏胶膜的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1，将配方量的EVA树脂、抗氧剂、交联剂、硅烷偶联剂、紫外吸收剂、纳米金属氧化物和抗PID功能材料混合均匀，以制得混合料；
步骤S2，将上述混合料加入至挤出设备进行熔融挤出，并经流延设备冷却后，进行定型处理，再进行厚度测量、切边、收卷后、包装入库，即得本发明的紫外截止型EVA光伏胶膜。
其中，步骤S2中，熔融挤出的温度优选为80-90℃，以确保经熔融挤出后的EVA光伏胶膜的粘连效果，并避免混合料在熔融挤出中出现老化。
本发明的一种光伏组件，包括依次叠设的前板、第一封装胶膜、太阳能电池片、第二封装胶膜和背板，其中，第一封装胶膜和/或第二封装胶膜采用本发明上述的一种紫外截止型EVA光伏胶膜，以提升该光伏组件的UV截止及长效UV截止效果和抗PID效果，同时使该光伏组件保持优良的可见光透过率，故而该背板在UV照射下易老化开裂、粉化，进而能提升该光伏组件的使用寿命和发电功率。
实施例1
本实施例的一种紫外截止型EVA光伏胶膜，包括：
EVA树脂：即乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中，醋酸乙烯酯在该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的摩尔含量为28％；
抗氧剂：主抗氧剂基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯，辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯与亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的复配物；
交联剂：交联固化剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯与3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯的复配物，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的复配物；
硅烷偶联剂：乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷；
金刚烷：即三环[3.3.1.13˙]癸烷；
富勒烯：为由碳组成的中空分子，含有六元环、五元环及七元环；
紫外吸收剂：为对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
纳米金属氧化物：为纳米氧化锌。
本实施例的一种紫外截止型EVA光伏胶膜中，按质量比计，EVA树脂：抗氧剂：交联剂：硅烷偶联剂：金刚烷：富勒烯：紫外吸收剂：纳米金属氧化物＝100：0.5：2：0.5：X：Y：S：T。
本实施例的一种紫外截止型EVA光伏胶膜的制备方法，包括：先将上述质量配比的EVA树脂、抗氧剂、交联剂、硅烷偶联剂、金刚烷、富勒烯、紫外吸收剂和纳米金属氧化物混合均匀，以制得混合料；再将上述混合料加入至挤出机料斗中，进行熔融挤出，此时，挤出机及模头各区域的温度控制在80-90℃，经模头挤出，途经流延辊冷却，压花工序后，进行定型，最后再测厚、切边、收卷、包装入库，即得本实施例的紫外截止型EVA光伏胶膜。
采用本实施例的紫外截止型EVA光伏胶膜作为第一封装胶膜和第二封装胶膜，封装制成单玻光伏组件后，根据行标IEC-62804测试单玻光伏组件的PID，以观察单玻光伏组件的抗PID效果；并根据国标GB/T29848-2018测试单玻光伏组件的透光率；以及观察单玻光伏组件在UV60KWh测试后背板是否不开裂、不粉化及△b＜2，以验证该UV截止型EVA光伏胶膜是否能保护好背板。其测试结果如下表1所示：
表1
| X | 0 | 0.05 | 0.1 | 0.15 | 0.2 | 0.2 |
| Y | 0 | 0.05 | 0.10 | 0.10 | 0.10 | 0.15 |
| S | 0 | 0.05 | 0.1 | 0.2 | 0.3 | 0.3 |
| T | 0 | 0.05 | 0.05 | 0.1 | 0.1 | 0.2 |
| 透光率(％)(280-1100nm) | 92.5 | 92.2 | 92.0 | 91.7 | 91.3 | 90.5 |
| 透光率(％)(280-380nm) | 78.5 | 50.6 | 24.3 | 6.5 | 4.9 | 4.7 |
| 背板防护 | NG | NG | NG | OK | OK | OK |
| PID(％) | NG | NG | OK | OK | OK | OK |
从表1可以看出，本发明的紫外截止型EVA光伏胶膜作为第一封装胶膜和第二封装胶膜封装所得的光伏组件，不仅具备高抗PID效果和良好的可见光透过率，还能有效保护好背板，也即光伏组件在UV60KWh测试后，背板不开裂、不粉化且△b＜2。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种紫外截止型EVA光伏胶膜，其特征在于，其原料配方为：
EVA树脂：抗氧剂：交联剂：硅烷偶联剂：金刚烷：富勒烯：紫外吸收剂：纳米金属氧化物的质量比为100：0.5：2：0.5：0.15-0.2：0.1-0.15：0.2-0.3：0.1-0.2；
其中，所述紫外吸收剂为对二甲氨基肉桂酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
所述纳米金属氧化物为纳米氧化铝、纳米氧化钛、纳米氧化镁和纳米氧化锌中的一种或任意几种的组合。
2.根据权利要求1所述的一种紫外截止型EVA光伏胶膜，其特征在于，所述EVA树脂中，醋酸乙烯酯的摩尔含量为20-30%，所述EVA树脂的熔体流动速率为1.5-18g/min；
所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；所述主抗氧基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯；所述辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯；
所述交联剂包括交联固化剂和助交联剂；所述交联固化剂为有机过氧化物和/或偶氮化合物；所述助交联剂为三聚氰酸三烯丙酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸二乙二醇酯中的一种或任意几种的组合；
所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷和乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷中的一种或任意几种的组合。
3.权利要求1-2任意一项所述的一种紫外截止型EVA光伏胶膜的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
步骤S1，将配方量的所述EVA树脂、抗氧剂、交联剂、硅烷偶联剂、紫外吸收剂、纳米金属氧化物、金刚烷和富勒烯混合均匀，以制得混合料；
步骤S2，将所述混合料加入至挤出设备进行熔融挤出，并经流延设备冷却后，进行定型处理，即得紫外截止型EVA光伏胶膜。
4.根据权利要求3所述的一种紫外截止型EVA光伏胶膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，熔融挤出的温度为80-90℃。
5.一种光伏组件，包括依次叠设的前板、第一封装胶膜、太阳能电池片、第二封装胶膜和背板，其特征在于，所述第一封装胶膜和/或第二封装胶膜为权利要求1-2任意一项所述的一种紫外截止型EVA光伏胶膜。
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