CN114891456A - 一种抗pid白色导热胶膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种抗PID白色导热胶膜及其制备方法。本发明的抗PID导热胶膜制备过程，包括热塑性弹性体塑料颗粒的导热填料包覆修饰和流延成膜两步。本发明大幅提高了现有胶膜的导热能力，同时保有了白色膜的增益发电效率的作用。制备工艺贴合现阶段光伏胶膜生产的成熟技术，具有极大的量产潜力，且能推动光伏行业的进一步发展。

Description

一种抗PID白色导热胶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及光伏技术领域，具体而言，涉及一种抗PID白色导热胶膜及其制备方法。
背景技术
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。其中，中国是全球光伏发电安装量增长最快的国家，这主要是因为中国的一次性能源储量远远低于世界的平均水平，大约只有世界总储量的10%。太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、确实的长寿命和免维护性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。
而对于整个光伏行业的发展来说，重中之重的便是如何提高光伏的发电效率，其中白色胶膜的研发、生产受到本领域人员和企业的重点关注。CN11346495A公布了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。CN111635707A公布了一种光伏白色胶膜，由层叠设置的白色胶膜反射层Ⅰ、白色胶膜反射层Ⅱ构成，所述白色胶膜中添加有反光填料；反光填料选自二氧化钛、二氧化硅、玻璃微珠等。CN110423562A公布了一种含有光扩散粒子的EVA白色胶膜，胶膜从上到下依次为第一透明EVA层、白色EVA层和第二透明EVA层。CN210489629U公布了一种双层抗PID高增益白色EVA与PO复合光伏胶膜，通过金字塔漫反射结构的设计，能够有效达到光线的漫反射效果，有效增加了组件的发电效率。CN206441747U公布了一种提高组件功率的POE胶膜，包括上层透明的POE胶膜层和下层白色POE胶膜层。
白色胶膜技术可以使组件单体功率得到增加，然而，常规串联型组件功率越高，会使组件运行时温度不断增加，工作温度的上升会造成组件功率的下降，因此组件实际输出功率会降低。另外由于工作温度的升高，会加速高分子材料老化降解、使组件功率降低，而如果出现了热斑，甚至会导致玻璃爆裂、组件烧毁，存在安全隐患。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明提供了一种抗PID白色导热胶膜及其制备方法。本发明利用两步修饰法对热塑性弹性体塑料颗粒进行处理，制备得到导热填料包覆的塑料颗粒，可通过现有光伏领域成熟的流延成膜技术制备得到抗PID白色导热胶膜。该胶膜具有良好的导热性能，可降低光伏组件发电时的热量积聚，保证组件的正常运行。同时，该胶膜兼具了白色胶膜的特点，可以对光伏组件发电效率有一定的增益。
技术方案：本发明实施例以如下方案实现，通过两步预处理，使导热填料完全包覆热塑性弹性体颗粒；后将导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒通过高分子成型的方法制备成胶膜。其中两步预处理决定了后续的导热胶膜性能，分别为：第一步，将热塑性弹性体颗粒分散在聚乙烯亚胺(PEI)水溶液中，搅拌2-10分钟，PEI水溶液浓度为1-10mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤1-5次；第二步，将第一步所得的修饰后的热塑性弹性体颗粒加入含有导热填料的异丙醇(IPA)水溶液中，搅拌5-20分钟，让导热填料充分地包覆塑料颗粒，IPA的浓度为50%，导热填料的浓度为0.5-2 mg/mL，后对导热填料完全包覆热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤1-5次后，烘干备用。导热胶膜的制备采用的是流延成膜的方法。
具体地，流延成膜所使用的工艺依照POE或EVA原始塑料颗粒制备成型所需的工艺参数和设备。
优选地，导热填料为片状陶瓷填料，种类为氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化锌和氧化镁中的一种或多种的混合物。
优选地，热塑性弹性体颗粒为聚烯烃弹性体(POE)，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)中的一种。
另外，抗PID白色导热胶膜的制备所需的塑料颗粒配方可以完全为导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒，也可以为导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒和原始热塑性弹性体颗粒的混合物，配比为9:1-5:5。
具体地，胶膜本体的原材料常规地包括塑料颗粒、交联剂、抗氧化剂、偶联剂、紫外吸收剂和紫外稳定剂等。在一个具体实施例中，如塑料颗粒为EVA时，胶膜本体的原材料可选的按质量份数计包括：EVA塑料颗粒100份，叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯（交联剂）0.3份，三烯丙基异氰尿酸酯（助交联剂）0.15份，改性聚硅氧烷（疏水剂）0.5份，二（2,2,6,6四甲基-4哌啶）癸二酸酯（紫外稳定剂）0.07份，三（4-壬基酚）亚磷酸酯（抗氧剂）0.3份以及磷酸三辛酯（阻燃剂）0.06份；如塑料颗粒为POE时，胶膜本体的原材料可选的按质量分数计包括：POE塑料颗粒100份，过氧化苯甲酸叔丁酯（交联剂）0.3份，三烯丙基异氰尿酸酯（助交联剂）0.15份，二（2,2,6,6四甲基-4哌啶）癸二酸酯（紫外稳定剂）0.06份。按比例配制胶膜本体各原料组分，挤出，流延成膜。采用导热填料包覆热塑性弹性体塑料颗粒或导热填料包覆热塑性弹性体塑料颗粒和原始塑料颗粒混合物作为原材料，也是使用相同的助剂配方和制备流程。
有益结果：1.本发明的采用两步法预处理，可以是导热填料均匀吸附在热塑性弹性体颗粒的表面，可以克服填料、塑料颗粒共混获得混合物长期存在的不均匀的问题。2.分散均匀的所带来的好处是可以导热填料可以在制得的复合材料中更加有效地形成导热网络，提高材料整体地散热能力。3.采用本发明的导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒可以贴合光伏产业现有的胶膜生产技术，另外采用的导热填料及分散方式都能提高所制备的白色胶膜的光反射率，对组件发电效率达到增益效果。
附图说明
图1 是导热填料包覆热塑性弹性体颗粒的制备流程图。
图2 (1)是传统填料、塑料颗粒共混制备得到复合材料的内部热流示意图；(2)是导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒制备得到复合材料的内部热流示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如无具体说明，本发明的各种原材料均可市售购得，其中，EVA成品胶膜为杭州福斯特生产，POE成品胶膜为江苏斯威克生产，后面制成的光伏组件，为常规硅片制成的72片单面电池装的光伏组件。
抗PID白色导热胶膜的导热性能通过导热系数进行衡量，测试所使用的仪器为湘仪DRL-III导热系数测试仪。其中，导热系数越大，说明柔性电热膜的导热性越好。
抗PID白色导热胶膜的柔韧性能通过测试MD和TD方向拉伸强度和断裂伸长率来进行衡量，测试机械性能所使用的仪器为岛津电子万能试验机AGS-X。其中断裂伸长率越大，说明膜的柔韧性越好。
抗PID白色导热胶膜的组件发电效率增益，通过光伏组件功率测试进行衡量，测试组件功率所使用的仪器为I-V测试仪。其中组件功率值越大，说明胶膜的增益效果越好。
本发明实施例以如下方案实现，通过两步预处理，使导热填料完全包覆热塑性弹性体颗粒；后将导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒通过高分子成型的方法制备成胶膜。其中两步预处理决定了后续的导热胶膜性能，分别为：第一步，将热塑性弹性体颗粒分散在聚乙烯亚胺(PEI)水溶液中，搅拌2-10分钟，PEI水溶液浓度为1-10mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤1-5次；第二步，将第一步所得的修饰后的热塑性弹性体颗粒加入含有导热填料的异丙醇(IPA)水溶液中，搅拌5-20分钟，让导热填料充分地包覆塑料颗粒，IPA的浓度为50%，导热填料的浓度为0.5-2 mg/mL，后对导热填料完全包覆热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤1-5次后，烘干备用。导热胶膜的制备采用的是流延成膜的方法。
流延成膜所使用的工艺依照POE或EVA原始塑料颗粒制备成型所需的工艺参数和设备。
优选地，导热填料为片状陶瓷填料，种类为氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化锌和氧化镁中的一种或多种的混合物。
热塑性弹性体颗粒为聚烯烃弹性体(POE)，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)中的一种。
抗PID白色导热胶膜的制备所需的塑料颗粒配方可以完全为导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒，也可以为导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒和原始热塑性弹性体颗粒的混合物，配比为9:1-5:5。
除了上述技术方案外，胶膜本体的原材料常规地包括塑料颗粒、交联剂、抗氧化剂、偶联剂、紫外吸收剂和紫外稳定剂等。在一个具体实施例中，如塑料颗粒为EVA时，胶膜本体的原材料可选的按质量份数计包括：EVA塑料颗粒100份，叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯（交联剂）0.3份，三烯丙基异氰尿酸酯（助交联剂）0.15份，改性聚硅氧烷（疏水剂）0.5份，二（2,2,6,6四甲基-4哌啶）癸二酸酯（紫外稳定剂）0.07份，三（4-壬基酚）亚磷酸酯（抗氧剂）0.3份以及磷酸三辛酯（阻燃剂）0.06份；如塑料颗粒为POE时，胶膜本体的原材料可选的按质量分数计包括：POE塑料颗粒100份，过氧化苯甲酸叔丁酯（交联剂）0.3份，三烯丙基异氰尿酸酯（助交联剂）0.15份，二（2,2,6,6四甲基-4哌啶）癸二酸酯（紫外稳定剂）0.06份。按比例配制胶膜本体各原料组分，挤出，流延成膜。采用导热填料包覆热塑性弹性体塑料颗粒或导热填料包覆热塑性弹性体塑料颗粒和原始塑料颗粒混合物作为原材料，也是使用相同的助剂配方和制备流程。
实施例1
采用氮化硼片导热填料对EVA塑料颗粒进行包覆，将EVA颗粒分散在聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌2分钟，聚乙烯亚胺水溶液浓度为1mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤3次；将所得修饰EVA颗粒加入含有导热填料的50%浓度的异丙醇水溶液中，搅拌5分钟，导热填料的浓度为2 mg/mL，后对导热填料完全包覆EVA颗粒进行过滤，用去离子水洗涤5次后，烘干备用；后采用流延制备成膜，流延温度为65oC，速度为4m/min，搭配EVA成品胶膜制成组件。
实施例2
采用氮化硼片导热填料对POE塑料颗粒进行包覆，将POE颗粒分散在聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌10分钟，聚乙烯亚胺水溶液浓度为10mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤5次；将所得修饰EVA颗粒加入含有导热填料的50%浓度的异丙醇水溶液中，搅拌20分钟，导热填料的浓度为0.5mg/mL，后对导热填料完全包覆EVA颗粒进行过滤，用去离子水洗涤1次后，烘干备用；后采用流延制备成膜，流延温度为75oC，速度为5m/min，搭配POE成品胶膜制成组件。
实施例3
采用氧化铝片导热填料对EVA塑料颗粒进行包覆，将EVA颗粒分散在聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌5分钟，聚乙烯亚胺水溶液浓度为5mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤5次；将所得修饰EVA颗粒加入含有导热填料的50%浓度的异丙醇水溶液中，搅拌10分钟，导热填料的浓度为1 mg/mL，后对导热填料完全包覆EVA颗粒进行过滤，用去离子水洗涤3次后，烘干备用；后采用流延制备成膜，流延温度为65oC，速度为5m/min，搭配EVA成品胶膜制成组件。
实施例4
采用氮化铝片导热填料对EVA塑料颗粒进行包覆，将EVA颗粒分散在聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌3分钟，聚乙烯亚胺水溶液浓度为3mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤3次；将所得修饰EVA颗粒加入含有导热填料的50%浓度的异丙醇水溶液中，搅拌15分钟，导热填料的浓度为1.5 mg/mL，后对导热填料完全包覆EVA颗粒进行过滤，用去离子水洗涤3次后，烘干备用；后采用流延制备成膜，流延温度为65oC，速度为5m/min，搭配EVA成品胶膜制成组件。
实施例5
采用氧化锌片导热填料对EVA塑料颗粒进行包覆，将EVA颗粒分散在聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌5分钟，聚乙烯亚胺水溶液浓度为6.5mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤2次；将所得修饰EVA颗粒加入含有导热填料的50%浓度的异丙醇水溶液中，搅拌10分钟，导热填料的浓度为1.5 mg/mL，后对导热填料完全包覆EVA颗粒进行过滤，用去离子水洗涤3次后，烘干备用；后采用流延制备成膜，流延温度为65oC，速度为5m/min，搭配EVA成品胶膜制成组件。
实施例6
采用氮化硼片、氧化铝片导热填料对EVA塑料颗粒进行包覆，其中氮化硼片和氧化铝片的比列为1:1，将EVA颗粒分散在聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌2分钟，聚乙烯亚胺水溶液浓度为3mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤3次；将所得修饰EVA颗粒加入含有导热填料的50%浓度的异丙醇水溶液中，搅拌15分钟，导热填料的浓度为1 mg/mL，后对导热填料完全包覆EVA颗粒进行过滤，用去离子水洗涤3次后，烘干备用；后采用流延制备成膜，流延温度为65oC，速度为5m/min，搭配EVA成品胶膜制成组件。
对比例1
采用氮化硼片和EVA塑料颗粒直接共混，氮化硼片质量含量为20%，共混时间为30min，搅拌速度为200rpm，后采用流延制备成膜，流延温度为70oC，速度为4m/min，搭配EVA成品胶膜制成组件。
对比例2
采用氧化铝片和POE塑料颗粒直接共混，氧化铝片质量含量为20%，共混时间为30min，搅拌速度为200rpm，后采用流延制备成膜，流延温度为80oC，速度为3m/min，搭配EVA成品胶膜制成组件。
对比例3
使用EVA成品胶膜直接制成组件，其中电池背面为白色EVA。
对比例4
使用POE成品胶膜直接制成组件，其中电池背面为白色POE。
将上述实施例和对比例制备的材料进行响应的测试，测试结果如下表所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
与现有胶膜相比，本发明实施例所制备的抗PID白色导热胶膜在导热性能上有大幅提升，利于组件运行时的热量扩散，同时对发电效率有一定的提升。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种抗PID白色导热胶膜的制备方法，其特征在于，通过两步预处理，使导热填料完全包覆热塑性弹性体颗粒；后将导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒通过高分子成型的方法制备成胶膜；
所述两步预处理为：第一步，将热塑性弹性体颗粒分散在聚乙烯亚胺水溶液中，搅拌2-10分钟，聚乙烯亚胺水溶液浓度为1-10mg/mL，后对修饰完的热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤1-5次；第二步，将第一步所得的修饰后的热塑性弹性体颗粒加入含有导热填料的异丙醇水溶液中，搅拌5-20分钟，让导热填料充分地包覆塑料颗粒，异丙醇的浓度为50%，导热填料的浓度为0.5-2 mg/mL，后对导热填料完全包覆热塑性弹性体颗粒进行过滤，用去离子水洗涤1-5次后，烘干备用；
所述热塑性弹性体颗粒为聚烯烃弹性体，乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一种。
2.根据权利要求1所述的抗PID白色导热胶膜的制备方法，其特征在于，所述的高分子成型方法为流延成膜。
3.根据权利要求1所述的抗PID白色导热胶膜的制备方法，其特征在于，所述导热填料为片状陶瓷填料。
4.根据权利要求3所述的抗PID白色导热胶膜的制备方法，其特征在于，所述片状陶瓷填料为氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化锌和氧化镁中的一种或多种的混合物。
5.一种抗PID白色导热胶膜，使用权利要求1~4任何之一的制备方法，其特征在于，用于高分子成型的塑料颗粒为导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒。
6.根据权利要求5所述抗PID白色导热胶膜，其特征在于，所述塑料颗粒为导热填料包覆的热塑性弹性体颗粒和原始热塑性弹性体颗粒的混合物，质量比为9:1-5:5。
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