CN115404012A - 一种光伏封装胶膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种光伏封装胶膜及其制备方法，该方法包括：(1)将含有聚合物的前驱体溶液通过静电纺丝喷头喷向收集板，得到附着于收集板上的纤维子层；(2)将附有纤维子层的收集板在板面所在平面内绕中心旋转α角度，在旋转后的收集板上继续形成纤维子层；(3)可选地重复步骤(2)；(4)使步骤(3)得到的包含多个纤维子层的纤维体与基体树脂溶液接触并进行成型处理，得到抗冲击层；(4)将抗冲击层与胶膜层进行固化处理；其中，α角度为大于0°且小于360°。该方法可以得到具有三维螺旋结构的光伏封装胶膜，这种三维螺旋结构可以有效地吸收冲击能量，达到保护电池的目的。
Description
技术领域
本公开涉及光伏电池技术领域，具体地，涉及一种光伏封装胶膜及其制备方法。
背景技术
太阳能电池封装材料作为光伏组件的核心材料，已成为全球光伏领域大力研究的热点之一。随着我国太阳能电池的生产量以惊人的数量增长，相关封装材料的研究与开发也越来越重要。太阳能电池封装胶膜，在我国太阳能电池领域发挥着重要作用。光伏组件作为一款需要服役25年甚至30年的产品，其设计应充分考量抵御极端气候下的各种应力的能力。冰雹天气作为自然灾害的一种，其发生的频率往往更高，多数集中在春夏季，冰雹每年都给人民生命财产带来巨大损失。
现有的抗冰雹组件主要通过更换更厚的玻璃实现，但是带来组件超重且无法适用一些对轻质要求较高的应用场景。
发明内容
本公开的目的是提供一种光伏封装胶膜及其制备方法，该方法可以得到具有三维螺旋结构的光伏封装胶膜，这种三维螺旋结构可以有效地吸收冲击能量，达到保护电池的目的。
为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种制备光伏封装胶膜的方法，所述方法包括：
(1)将含有聚合物的前驱体溶液通过静电纺丝喷头喷向收集板，得到附着于所述收集板上的纤维子层；
(2)将附有纤维子层的收集板在板面所在平面内绕中心旋转α角度，在旋转后的收集板上继续形成纤维子层；
(3)可选地重复步骤(2)；
(4)使步骤(3)得到的包含多个所述纤维子层的纤维体与基体树脂溶液接触并进行成型处理，得到抗冲击层；
(5)将所述抗冲击层与胶膜层进行固化处理；
其中，所述α角度为大于0°且小于360°。
可选地，所述纤维子层包括聚合物形成的纤维，所述纤维的直径为 100～1000nm；和/或，每个纤维子层的厚度为20～40μm；和/或，所述纤维子层的个数为2～20个。
可选地，所述聚合物的熔点为140～200℃，重均分子量为20000～100000，透光率为80～95％。
可选地，所述聚合物为热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚烯烃中的一种或几种；所述前驱体溶液中还包括第一溶剂、偶联剂、抗氧剂、抗PID助剂和光稳定剂中的一种或几种，所述第一溶剂选自酰胺和/或酮。
可选地，所述前驱体溶液包括所述聚合物、第一溶剂、偶联剂、抗氧剂、抗PID助剂和光稳定剂；以所述聚合物和第一溶剂的总重量为基准，所述聚合物的含量为5～20重量％，所述第一溶剂的含量为80～95重量％，所述偶联剂的含量为0.1～0.3重量％，所述抗氧剂的含量为0.05～0.3重量％，所述抗 PID助剂的含量为0.5～1重量％，所述光稳定剂的含量为0.05～0.3重量％；
所述第一溶剂为酰胺和酮的混合液，所述酰胺与酮的重量比为 (0.1～0.5)：(0.9～1.5)；其中，所述第一溶剂中的酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种，所述酮选自丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮和二丙酮醇中的一种或几种；所述偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三 (β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种；所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂BHT中的一种或几种；所述光稳定剂选自光稳定剂UV944、光稳定剂UV770、光稳定剂UV3853和光稳定剂UV531中的一种或几种。
可选地，所述基体树脂选自聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、硅树脂、离子聚合物和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种；所述基体树脂溶液还包括第二溶剂和表面活性剂，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、吐温20和聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或几种，所述第二溶剂选自酰胺和/或酮；其中，所述酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、 N-甲基甲酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种，所述酮选自丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮和二丙酮醇中的一种或几种。
可选地，以所述基体树脂和第二溶剂的总重量为基准，所述基体树脂的含量为5～10重量％，所述第二溶剂的含量为90～95重量％，所述表面活性剂的含量为0.1～2重量％；其中，所述第二溶剂为酰胺和酮的混合液，所述酰胺与所述酮的重量比为(0.1～0.5)：(0.9～1.5)；所述第二溶剂中的酰胺选自 N,N-二甲基乙酰胺和/或N,N-二甲基甲酰胺，所述酮选自丙酮。
可选地，所述α角度为大于0°且不超过90°，所述收集板每次旋转的角度和方向相同或不同。
所述静电纺丝的条件包括：电压为10～30KV，所述前驱体溶液的推柱速度为0.05～2mm/min。
可选地，使步骤(3)得到的包含多个所述纤维子层的纤维体与基体树脂溶液接触；所述接触的条件包括：使所述纤维体浸入所述基体树脂溶液中。
可选地，将所述抗冲击层与胶膜层进行固化处理，包括：将所述抗冲击层一侧或两侧与胶膜层叠置后进行固化处理，得到所述光伏封装胶膜；或者，将胶膜涂覆于所述抗冲击层的一侧或两侧，然后进行固化处理，得到所述光伏封装胶膜；
和/或，所述胶膜层选自EVA胶膜、白膜、POE胶膜、EPE胶膜、TPU 膜、硅树脂膜、PVB膜和离子树脂膜中的一种或几种；和/或，所述胶膜层的交联度为75％以上，所述胶膜层的厚度为150μm以上。
本公开第二方面提供一种光伏封装胶膜，所述光伏封装胶膜采用本公开第一方面所述的方法制备。
本公开第三方面提供一种光伏封装胶膜，所述光伏封装胶膜包括胶膜层和抗冲击层，所述抗冲击层包括基体树脂和分布于所述基体树脂内的纤维体，所述纤维体包括多个层叠的纤维子层；每个所述纤维子层包括至少一个特征点，且相邻两个纤维子层的特征点在所述抗冲击层表面的投影与抗冲击层表面中心的夹角α为大于0°且小于360°；和/或，每个所述纤维子层包括至少一个特征纤维，相邻两个纤维子层的特征纤维的延伸方向在所述抗冲击层表面的投影的夹角α为大于0°且小于360°。
可选地，任意两个夹角α相差不超过±2°。
可选地，所述夹角α大于0°且不超过90°。
可选地，所述光伏封装胶膜包括一个或两个所述胶膜层，两个所述胶膜层分别覆于所述抗冲击层的两侧；和/或，所述胶膜层的厚度为150μm以上。
可选地，所述纤维子层的个数为2～20个，和/或，每个纤维子层的厚度为20～40μm，所述抗冲击层的厚度为200～400μm；所述光伏封装胶膜的总厚度为500～1100μm。
可选地，所述纤维子层包括聚合物形成的纤维，所述聚合物的熔点为 140～200℃，重均分子量为20000～100000，透光率为80～95％；和/或，所述纤维的直径为100～1000nm。
可选地，形成所述纤维子层的聚合物选自聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚烯烃中的一种或几种；和/或，所述基体树脂选自聚烯烃、乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、硅树脂、离子聚合物和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种；和/或，所述胶膜层选自EVA胶膜、白膜、POE胶膜、EPE胶膜、 TPU膜、硅树脂膜、PVB膜和离子树脂膜中的一种或几种。
通过上述技术方案，本公开提供一种光伏封装胶膜及其制备方法，该光伏封装胶膜通过静电纺丝法制得，在制备过程中通过旋转收集板，使得收集板上形成的纤维子层顺次旋转并层叠，形成三维螺旋状结构的纤维体，这种螺旋结构削弱了单个纤维子层内的各向异性，可有效吸收冲击能量，达到保护电池的目的；同时基体树脂的加入不仅提高纤维体稳定性，而且增加与胶膜层的粘结力，提高光伏封装胶膜的整体稳定性，使光伏组件具有更强的抗冲击能力、结构完整性和可靠性。
本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
图1是本公开一种实施方式中纤维子层在所在平面内绕中心旋转的示意图；
图2是本公开实施例1制备得到的光伏封装胶膜1的截面图。
附图标记说明
A 纤维子层的厚度特征点 A' 相邻纤维子层的厚度特征点
O 抗冲击层表面中心 a 胶膜层
b 抗冲击层 c 胶膜层。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
本公开第一方面提供一种制备光伏封装胶膜的方法，所述方法包括：
(1)将含有聚合物的前驱体溶液通过静电纺丝喷头喷向收集板，得到附着于所述收集板上的纤维子层；
(2)将附有纤维子层的收集板在板面所在平面内绕中心旋转α角度，在旋转后的收集板上继续形成纤维子层；
(3)可选地重复步骤(2)；
(4)使步骤(3)得到的包含多个所述纤维子层的纤维体与基体树脂溶液接触并进行成型处理，得到抗冲击层；
(5)将所述抗冲击层与胶膜层进行固化处理；
其中，所述α角度为大于0°且小于360°。
本公开的发明人在深入研究中发现，采用静电纺丝法制备光伏封装胶膜时，先形成具有一定厚度和取向的单层纤维子层，然后调整收集板的方向，可以在单层纤维子层上形成具有一定偏转角度的第二层纤维子层，重复此操作，即获得具有多个纤维子层的纤维体，该纤维体宏观上具有三维螺旋结构，当光伏封装胶膜受到冲击时，冲击能量沿着纤维子层的取向进行传播并耗散能量，当能量传递到下一层纤维子层时，由于纤维子层的取向发生偏转，传播方向也发生偏转，使得能量进一步被耗散，最终传播到电池片表面时的能量已经耗散很多，达到保护电池的目的；而且冲击能量沿着纤维子层的取向传播时，会遇到规律模量的变化，也会进一步耗散冲击能量。
其次，本公开通过将静电纺丝形成的纤维体浸渍于基体树脂溶液中，形成纤维体分布于基体树脂之间的复合体，其中基体树脂的大分子链可以缠绕纤维体，起到支撑作用，有效增加纤维体的稳定性；抵抗冲击时基体树脂的大分子链与三维螺旋结构的纤维体之间产生剧烈的摩擦，可将部分冲击能量转化为热能，从而降低冲击能量对电池片带来的损害；且基体树脂与胶膜层的粘结力较好，可以提升光伏封装胶膜整体稳定性，使光伏组件具有更强的抗冲击能力、结构完整性和可靠性。在上述实施方式中，静电纺丝喷头朝向收集板的板面，收集板绕中心旋转指的是以收集板板面中心为点，收集板绕该点垂直于收集板所在平面的轴旋转；在一种实施方式中，将收集板上附着的纤维体取下来后与基体树脂溶液接触。
在本公开的一种实施方式中，所述纤维子层包括聚合物形成的纤维，所述纤维的直径为100～1000nm，优选为100～500nm，例如，所述纤维的直径可以为150nm、200nm、350nm、550nm、750nm、900nm或950nm；每个纤维子层的厚度为20～40μm，优选为20～30μm，例如，纤维子层的厚度可以为 22μm、25μm、28μm、31μm、33μm、35μm或38μm；所述纤维子层的个数为2～20个，优选为10～20个，例如纤维子层的个数可以为3个、5个、9个、 13个、17个或19个。在上述实施方式中，选用优选直径的纤维，有利于形成具有三维螺旋结构的纤维体；选用优选厚度和个数的纤维子层，可以进一步提高纤维体的机械强度，以更加有效的耗散冲击能量。
在本公开的一种实施方式中，所述聚合物的熔点为140～200℃，优选为 150～200℃，例如，聚合物的熔点可以为145℃、155℃、162℃、170℃、180℃或195℃；重均分子量为20000～100000，优选为50000～100000，例如重均分子量可以为25000、40000、55000、70000、80000或95000；透光率为 80～95％，优选为85～95％，例如，透光率可以为82％、84％、87％、89％、 91％或94％。在上述实施方式中，通过选用优选的高熔点、高透光率聚合物，有利于层压过程中使纤维体保持三维螺旋结构的同时且兼具透光性，从而进一步提高纤维体的抗冲击性和稳定性。
在本公开的一种实施方式中，所述聚合物为热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚烯烃中的一种或几种；所述前驱体溶液中还包括第一溶剂、偶联剂、抗氧剂、抗PID助剂和光稳定剂中的一种或几种，所述第一溶剂选自酰胺和/或酮。在上述实施方式中，通过选用优选的热塑性聚合物，有利于进一步形成结构稳定的纤维体。
在本公开的一种实施方式中，所述前驱体溶液包括所述聚合物、第一溶剂、偶联剂、抗氧剂、抗PID助剂和光稳定剂；以所述聚合物和第一溶剂的总重量为基准，所述聚合物的含量为5～20重量％，所述第一溶剂的含量为 80～95重量％，所述偶联剂的含量为0.1～0.3重量％，所述抗氧剂的含量为 0.05～0.3重量％，所述抗PID助剂的含量为0.5～1重量％，所述光稳定剂的含量为0.05～0.3重量％；所述第一溶剂为酰胺和酮的混合液，所述酰胺与酮的重量比为(0.1～0.5)：(0.9～1.5)，优选为(0.3～0.4)：(1.0～1.2)；其中，所述第一溶剂中的酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种，所述酮选自丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮和二丙酮醇中的一种或几种；在一种优选实施方式中，所述第一溶剂中的酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺和/或N,N-二甲基甲酰胺，所述酮选自丙酮；所述偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷(A151)、乙烯基三甲氧基硅烷(A171)和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷(A172)中的一种或几种；所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂BHT 中的一种或几种；所述光稳定剂选自光稳定剂UV944、光稳定剂UV770、光稳定剂UV3853和光稳定剂UV531中的一种或几种。在上述实施方式中，通过选用优选组成和配比的前驱体溶液，可以有效溶解聚合物，便于静电纺丝操作，同时有利于第一溶剂在成型处理时被去除；选用优选的偶联剂、抗氧剂、抗PID助剂和光稳定剂，有利于提高光伏封装胶膜的抗紫外老化性能和耐湿热老化性能。
在本公开的一种实施方式中，所述基体树脂选自聚烯烃(POE)、乙烯- 醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚氨酯、硅树脂、离子聚合物和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)中的一种或几种；所述基体树脂溶液还包括第二溶剂和表面活性剂，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、吐温20和聚乙二醇辛基苯基醚(Triton X-100)中的一种或几种，所述第二溶剂选自酰胺和/或酮；其中，所述酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种，所述酮选自丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮和二丙酮醇中的一种或几种。在上述实施方式中，通过选用优选的基体树脂，有利于基体树脂与纤维体之间形成连续的砖-泥结构，从而对三维螺旋结构纤维体起到支撑作用，增加纤维体的稳定性和抗冲击性，并增加纤维体与胶膜层之间的粘结力；选用优选的表面活性剂，有利于降低基体树脂溶液的表面张力，提高基体树脂的分散程度。
在本公开的一种实施方式中，以所述基体树脂和第二溶剂的总重量为基准，所述基体树脂的含量为5～10重量％，所述第二溶剂的含量为90～95重量％，所述表面活性剂的含量为0.1～2重量％；其中，所述第二溶剂为酰胺和酮的混合液，所述酰胺与所述酮的重量比为(0.1～0.5)：(0.9～1.5)，优选为(0.2～0.5)：(0.9～1.4)；所述第二溶剂中的酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺和 /或N,N-二甲基甲酰胺，所述酮选自丙酮。在上述实施方式中，通过选用优选组成和配比的基体树脂溶液，可以有效溶解基体树脂，同时有利于第二溶剂在成型处理时被去除。
在本公开的一种实施方式中，所述α角度为大于0°且不超过90°，例如α角度可以为15°、30°、45°、60°、75°或85°；所述收集板每次旋转的角度和方向相同或不同。在上述实施方式中，收集板旋转的角度和方向不受限制，例如收集板可以顺时针方向旋转，也可以逆时针方向旋转。在一种优选地实施方式中，收集板每次旋转的角度和方向均相同，这有利于减少各向异性，增加各向同性，便于形成结构稳定的纤维体。在另一种实施方式中，当收集板收集5～10min纤维后，将收集板旋转α角度，继续形成下一层纤维子层。
在本公开的一种实施方式中，所述静电纺丝的条件包括：电压为 10～30KV，所述前驱体溶液的推柱速度为0.05～2mm/min。其中，静电纺丝喷头和收集板可以为本领域常规的，没有特殊要求。静电纺丝喷头相对于收集板板面的运动轨迹也没有特殊要求，优选地，在形成纤维体过程中，静电纺丝喷头相对于收集板板面的运动模式不变。
在本公开的一种实施方式中，使步骤(3)得到的包含多个所述纤维子层的纤维体与基体树脂溶液接触；一种实施方式中，接触的条件包括：使所述纤维体浸入所述基体树脂溶液中；另一种实施方式中，将基体树脂溶液直接涂覆在纤维体上；第三种实施方式中，可以先将纤维体置于装置中，然后将基体树脂溶液压到装置中以与纤维体接触。所述成型处理的条件不受限制，例如可以为干燥，干燥的方式可以为加热干燥、真空干燥、冷冻干燥或红外干燥；其中，加热干燥可以为热风干燥或烘干。在上述实施方式中，选用优选的接触条件，有利于基体树脂在纤维体中分散均匀，以便基体树脂充分有效嵌入纤维体中。
在本公开的一种实施方式中，将所述抗冲击层与胶膜层进行固化处理，包括：将所述抗冲击层一侧或两侧与胶膜层叠置后进行固化处理，得到所述光伏封装胶膜；在另一种实施方式中，将胶膜涂覆于所述抗冲击层的一侧或两侧，然后进行固化处理，得到所述光伏封装胶膜；其中固化处理例如可以为层压处理、光固化处理或辐射固化处理。层压处理可以包括加热处理、加压处理和真空处理中的一种或几种。在一种优选地实施方式中，胶膜层有两层，分别位于抗冲击层的两侧。胶膜层可以为常规胶膜层，在一种实施方式中，胶膜层选自EVA胶膜、白膜、POE胶膜、EPE胶膜、TPU膜、硅树脂膜、PVB膜和离子树脂膜中的一种或几种；所述胶膜层的交联度为75％以上，优选为80～90％，例如，胶膜层的交联度可以为76％、78％、82％、85％、87％或89％；所述胶膜层的厚度为150μm以上，优选为150～200μm，例如，胶膜层的厚度可以为155μm、160μm、170μm、180μm、190μm或195μm。在上述实施方式中，通过选用优选交联度和厚度的胶膜层，可以提高光伏封装胶膜的力学强度、高体积电阻、抗老化性能和抗PID性能，进一步提高光伏封装胶膜的抗冲击能力。
本公开第二方面提供一种光伏封装胶膜，所述光伏封装胶膜采用本公开第一方面所述的方法制备。
本公开第三方面提供一种光伏封装胶膜，所述光伏封装胶膜包括胶膜层和抗冲击层，所述抗冲击层包括基体树脂和分布于所述基体树脂内的纤维体，所述纤维体包括多个层叠的纤维子层；每个所述纤维子层包括至少一个特征点，且相邻两个纤维子层的特征点在所述抗冲击层表面的投影与抗冲击层表面中心的夹角α为大于0°且小于360°；和/或，每个所述纤维子层包括至少一个特征纤维，相邻两个纤维子层的特征纤维的延伸方向在所述抗冲击层表面的投影的夹角α为大于0°且小于360°。
其中，特征点是指纤维子层中的某个区域，该区域的某种特性与该层其他位置的这种特性有明显不同，特征点可以包括体积密度特征点、面密度特征点、厚度特征点、纤维平均直径特征点和纤维平均长度特征点中的一种或几种，例如，体积密度特征点处的体积密度与纤维子层的平均体积密度相差可以为5～20％，优选为10～20％；面密度特征点处的面密度与纤维子层的平均面密度相差可以为5～20％，优选为10～20％；厚度特征点处的厚度与纤维子层的平均厚度相差可以为5～20％，优选为10～20％，纤维平均直径特征点处的纤维平均直径与纤维子层整体的纤维平均直径相差可以为5～20％，优选为10～20％，纤维平均长度特征点处的纤维平均长度与纤维子层整体的纤维平均长度相差可以为5～20％，优选为10～20％。其中，特征点的面积例如为 1～50μm2；其中，相邻两个纤维子层的特征点是指同类型特征点，“相邻两个纤维子层的特征点在所述抗冲击层表面的投影与抗冲击层表面中心的夹角α”例如为第五纤维子层的右上角处有一厚度特征点A，A的厚度与第五纤维子层的平均厚度相差10％，相邻的第六纤维子层的右上角处有一厚度特征点A'，A'的厚度与第六纤维子层的平均厚度相差10％，A与A'在抗冲击层表面的投影与抗冲击层表面中心O的夹角为α，如图1所示。其中，夹角α与本公开第一方面所述的收集板旋转α角度的α相等。特征纤维指的是纤维子层上某个固定位置的纤维，例如在每一层纤维子层的中心处的纤维。相比于常规封装胶膜，本公开提供的光伏封装胶膜具有宏观的三维螺旋状结构，均匀性和各向同性更好，抗冲击性能更优异。
在本公开的一种实施方式中，任意两个夹角α相差不超过±2°；例如，第一层纤维子层和第二层纤维子层的面密度特征点在抗冲击层表面的投影与抗冲击层表面中心的夹角为α1，第二层纤维子层和第三层纤维子层的面密度特征点在抗冲击层表面的投影与抗冲击层表面中心的夹角为α2，第三层纤维子层和第四层纤维子层的面密度特征点在抗冲击层表面的投影与抗冲击层表面中心的夹角为α3。其中，α1、α2、α3相差不超过±2°。
在另一种实施方式中，第一层纤维子层和第二层纤维子层在中心处的特征纤维的延伸方向在抗冲击层表面的投影的夹角为α4，第二层纤维子层和第三层纤维子层在中心处的特征纤维的延伸方向在抗冲击层表面的投影的夹角为α5，第三层纤维子层和第四层纤维子层在中心处的特征纤维的延伸方向在抗冲击层表面的投影的夹角为α6，其中，α4、α5、α6相差不超过±2°，特征纤维为大体上呈直线延伸的纤维。在上述实施方式中，所有纤维子层的特征纤维形成了三维螺旋结构，进一步耗散冲击能量，达到保护电池的目的。
在本公开的一种实施方式中，所述夹角α为大于0°且不超过90°，例如夹角α可以为15°、30°、45°、60°、75°或85°。在上述实施方式中，通过选用优选的夹角α，有利于形成三维螺旋结构更完整的纤维体。
在本公开的一种实施方式中，所述光伏封装胶膜包括一个所述胶膜层，所述胶膜层覆于抗冲击层的一侧，例如覆于抗冲击层面向电池片的一侧，或者覆于抗冲击层面向玻璃的一侧；在另一种实施方式中，所述光伏封装胶膜包括两个所述胶膜层，两个所述胶膜层分别覆于所述抗冲击层的两侧；例如，光伏封装胶膜包括胶膜层a、抗冲击层b和胶膜层c，胶膜层a覆于抗冲击层b面向电池片的一侧，胶膜层c覆于抗冲击层b面向玻璃的一侧，如图2所示。所述胶膜层的厚度为150μm以上，优选为150～200μm，例如，胶膜层的厚度可以为155μm、160μm、170μm、180μm、190μm或195μm。在上述实施方式中，通过选用优选的胶膜层，可进一步提高光伏封装胶膜的抗冲击性能。
在本公开的一种实施方式中，所述纤维子层的个数为2～20个，优选为 10～20个，例如纤维子层的个数可以为3个、5个、9个、13个、17个或19 个；和/或，每个纤维子层的厚度为20～40μm，优选为20～30μm，例如，纤维子层的厚度可以为22μm、25μm、28μm、31μm、33μm、35μm或38μm；所述抗冲击层的厚度为200～400μm，优选为300～400μm，例如，抗冲击层的厚度可以为220μm、250μm、280μm、320μm、350μm、370μm或390μm；所述光伏封装胶膜的总厚度为500～1100μm，优选为500～800μm，例如，光伏封装胶膜的总厚度可以为550μm、600μm、700μm、850μm、900μm、1000μm 或1050μm。在上述实施方式中，通过选用优选的纤维子层和抗冲击层，可进一步提高光伏封装胶膜的抗冲击性能。
在本公开的一种实施方式中，所述纤维子层包括聚合物形成的纤维，所述聚合物的熔点为140～200℃，优选为150～200℃，例如，聚合物的熔点可以为145℃、155℃、162℃、170℃、180℃或195℃；重均分子量为 20000～100000，优选为50000～100000，例如重均分子量可以为25000、40000、 55000、70000、80000或95000；透光率为80～95％，优选为85～95％，例如，透光率可以为82％、84％、87％、89％、91％或94％；和/或，所述纤维的直径为100～1000nm，例如可以为150nm、200nm、350nm、550nm、750nm、 900nm或950nm。在上述实施方式中，通过选用优选的高熔点、高透光率的聚合物，有利于纤维体在保持三维螺旋结构的同时且兼具透光性，从而进一步提高纤维体的抗冲击性和稳定性。
在本公开的一种实施方式中，形成所述纤维子层的聚合物选自聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚烯烃中的一种或几种；和/或，所述基体树脂选自聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、硅树脂、离子聚合物和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种；和/或，所述胶膜层选自EVA胶膜、白膜、POE胶膜、EPE胶膜、TPU膜、硅树脂膜、PVB膜和离子树脂膜中的一种或几种。在上述实施方式中，通过选用优选的聚合物、基体树脂和胶膜层，有利于基体树脂与纤维体的相结合，并提高抗冲击层与胶膜层的粘结力，提升整个封装胶膜的稳定性。
下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。
以下实施例和对比例中，如无特殊说明，所使用的其他原料均为商购产品。
透光率的测试方法为紫外-可见分光光度计；交联度的测试方法为二甲苯萃取法。
实施例1
(1)将熔点为165℃，重均分子量为50000，透光率为90％的20份聚碳酸酯(聚合物)、0.3份A172(偶联剂)、0.3份抗氧剂1010、0.5份离子捕捉剂(抗PID助剂)和0.2份光稳定剂UV534加入80份第一溶剂中，搅拌均匀得到前驱体溶液；将前驱体溶液经过静电纺丝喷头喷向收集板，得到纤维子层，纤维子层的厚度为20μm；静电纺丝条件包括：电压为20KV，所述前驱体溶液的推柱速度为1mm/min；其中第一溶剂为N,N-二甲基乙酰胺与丙酮的混合液，N,N-二甲基乙酰胺与丙酮的重量比为0.4：1.1；
(2)将附有纤维子层的收集板在板面所在平面内绕中心顺时针旋转 30°，在旋转后的收集板上继续收集下一层纤维子层，得到附着于收集板上的纤维体，其中纤维体包含两个纤维子层；将附有两个纤维子层的收集板在板面所在平面内绕中心顺时针旋转30°，在旋转后的收集板上继续收集下一层纤维子层，得到附着于收集板上的纤维体，其中纤维体包含三个纤维子层；重复此操作，至纤维子层的个数为20；
(3)将纤维体从收集板上取下来，将取下来的纤维体浸泡在基体树脂溶液中，至纤维体的质量不再变化为止，随后将浸泡后的纤维体进行烘干处理(成型处理)，得到抗冲击层，抗冲击层的厚度为400μm；其中基体树脂溶液含有10份POE(基体树脂，购自DOW公司，牌号为ENGAGE8660)、 0.2份Tritonx-100(表面活性剂)和90份的第二溶剂，第二溶剂为N,N-二甲基乙酰胺与丙酮的混合液，N,N-二甲基乙酰胺与丙酮的重量比为0.3：1.0；
(4)将两个EVA胶膜层(购自韩华道达尔公司，牌号为280PV)分别叠加在抗冲击层的两侧，然后进行层压处理，胶膜层的交联度为85％，胶膜层的厚度为150μm，得到光伏封装胶膜1，光伏封装胶膜1的厚度为700μm。
实施例2
与实施例1相同，区别仅在于：收集板在板面所在平面内绕中心顺时针旋转90°，得到光伏封装胶膜2。
实施例3
与实施例1相同，区别仅在于：纤维子层的个数为6个，得到光伏封装胶膜3，光伏封装胶膜3的厚度为420μm。
实施例4
与实施例1相同，区别仅在于：纤维子层的厚度为15μm，得到光伏封装胶膜4，光伏封装胶膜4的厚度为600μm。
实施例5
与实施例1相同，区别仅在于：将聚碳酸酯(聚合物)替换成相同重量的聚乙烯(熔点为110℃，重均分子量为80000，透光率为90％)，得到光伏封装胶膜5。
实施例6
与实施例1相同，区别仅在于：第一溶剂中酰胺与酮的重量比为1：1，得到光伏封装胶膜6。
实施例7
与实施例1相同，区别仅在于：聚合物为PMMA(熔点180℃，重均分子量为100000，透光率为92％)，基体树脂为POE(购自DOW公司，牌号为POE8200)，第一溶剂为N,N-二甲基甲酰胺与丙酮的混合液(重量比0.4： 1)，将附有纤维子层的收集板在板面所在平面内绕中心顺时针旋转60°，重复旋转操作15次，使每个纤维子层的厚度为25μm，抗冲击层的厚度为 375μm；得到光伏封装胶膜7，光伏封装胶膜7的厚度为675μm。
实施例8
与实施例1相同，区别仅在于：步骤(4)中，将一个EVA胶膜层叠加在抗冲击层面向电池片的一侧，得到光伏封装胶膜8。
实施例9
与实施例1相同，区别仅在于：步骤(4)中，将一个EVA胶膜层叠加在抗冲击层面向玻璃的一侧，得到光伏封装胶膜9。
对比例1
与实施例1相同，区别仅在于：收集板不旋转，形成的纤维子层的厚度和个数与实施例1相同，得到对比封装胶膜1，对比封装胶膜1的厚度为 700μm。
对比例2
与实施例1相同，区别仅在于：步骤(3)中，纤维体不浸入基体树脂溶液中，直接进行成型处理，得到对比封装胶膜2，对比封装胶膜2的厚度为700μm。
测试例
将实施例1～9得到的光伏封装胶膜和对比例1～2得到的对比封装胶膜分别进行冲击性能测试和功率损失测试，测试标准为IEC61215，测试结果如表1所示：
表1
| 外观缺陷 | 功率损失％ | |
| 实施例1 | 无外观缺陷 | 0.5％ |
| 实施例2 | 无外观缺陷 | 1.0％ |
| 实施例3 | 轻微外观缺陷 | 1.7％ |
| 实施例4 | 轻微外观缺陷 | 1.6％ |
| 实施例5 | 明显外观缺陷 | 3.1％ |
| 实施例6 | 轻微外观缺陷 | 1.2％ |
| 实施例7 | 无外观缺陷 | 0.7％ |
| 实施例8 | 轻微外观缺陷 | 1.1％ |
| 实施例9 | 轻微外观缺陷 | 1.2％ |
| 对比例1 | 外观缺陷严重 | 无法测量 |
| 对比例2 | 外观缺陷严重 | 无法测量 |
通过以上数据可知，实施例1～9采用本公开的方法，得到光伏封装胶膜的抗冲击性能更好，功率损失更低；其中，实施例1与实施例3数据对比可知，实施例1采用本公开优选的纤维子层的个数为10～20个的实施方式时，可以更有效地耗散冲击能量，封装胶膜的功率损失更低；实施例1与实施例4数据对比可知，实施例1采用本公开优选的每个纤维子层的厚度为 20～40μm的实施方式时，封装胶膜的抗冲击性能更好，功率损失更低；实施例1与实施例5数据对比可知，实施例1采用本公开优选的聚合物的熔点为140～200℃的实施方式时，纤维体在层压过程中可以更好的保持三维螺旋结构，有利于耗散冲击能量，降低功率损失；实施例1与实施例6数据对比可知，实施例1采用本公开优选的第一溶剂中酰胺与酮的重量比为(0.1～0.5)： (0.9～1.5)的实施方式时，纤维体的三维螺旋结构更稳定、抗冲击性能更好，光伏封装胶膜的功率损失也更低；实施例1与实施例8～9数据对比可知，实施例1采用本公开优选的胶膜层位于抗冲击层的两侧的实施方式时，有利于增加抗冲击层与胶膜层之间的粘接力，提高封装胶膜的抗冲击能力，并降低功率损失。
对比例1～2未采用本公开的方法，得到的对比封装胶膜的抗冲击性能更差，功率损失更多。因此本公开实施例1～9提供的方法相比于对比例1～2更优异。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (19)
1.一种制备光伏封装胶膜的方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)将含有聚合物的前驱体溶液通过静电纺丝喷头喷向收集板，得到附着于所述收集板上的纤维子层；
(2)将附有纤维子层的收集板在板面所在平面内绕中心旋转α角度，在旋转后的收集板上继续形成纤维子层；
(3)可选地重复步骤(2)；
(4)使步骤(3)得到的包含多个所述纤维子层的纤维体与基体树脂溶液接触并进行成型处理，得到抗冲击层；
(5)将所述抗冲击层与胶膜层进行固化处理；
其中，所述α角度为大于0°且小于360°。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维子层包括聚合物形成的纤维，所述纤维的直径为100～1000nm；和/或，每个纤维子层的厚度为20～40μm；和/或，所述纤维子层的个数为2～20个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物的熔点为140～200℃，重均分子量为20000～100000，透光率为80～95％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物为热塑性聚合物，所述热塑性聚合物选自聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚烯烃中的一种或几种；
所述前驱体溶液中还包括第一溶剂、偶联剂、抗氧剂、抗PID助剂和光稳定剂中的一种或几种，所述第一溶剂选自酰胺和/或酮。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述前驱体溶液包括所述聚合物、第一溶剂、偶联剂、抗氧剂、抗PID助剂和光稳定剂；以所述聚合物和第一溶剂的总重量为基准，所述聚合物的含量为5～20重量％，所述第一溶剂的含量为80～95重量％，所述偶联剂的含量为0.1～0.3重量％，所述抗氧剂的含量为0.05～0.3重量％，所述抗PID助剂的含量为0.5～1重量％，所述光稳定剂的含量为0.05～0.3重量％；
所述第一溶剂为酰胺和酮的混合液，所述酰胺与酮的重量比为(0.1～0.5)：(0.9～1.5)；其中，所述第一溶剂中的酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种，所述酮选自丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮和二丙酮醇中的一种或几种；所述偶联剂选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷中的一种或几种；
所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076和抗氧剂BHT中的一种或几种；
所述光稳定剂选自光稳定剂UV944、光稳定剂UV770、光稳定剂UV3853和光稳定剂UV531中的一种或几种。
6.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述基体树脂选自聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、硅树脂、离子聚合物和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种；
所述基体树脂溶液还包括第二溶剂和表面活性剂，所述表面活性剂选自十六烷基三甲基溴化铵、吐温20和聚乙二醇辛基苯基醚中的一种或几种，所述第二溶剂选自酰胺和/或酮；其中，所述酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基甲酰胺和N-甲基乙酰胺中的一种或几种，所述酮选自丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、环己酮和二丙酮醇中的一种或几种。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，以所述基体树脂和第二溶剂的总重量为基准，所述基体树脂的含量为5～10重量％，所述第二溶剂的含量为90～95重量％，所述表面活性剂的含量为0.1～2重量％；
其中，所述第二溶剂为酰胺和酮的混合液，所述酰胺与所述酮的重量比为(0.1～0.5)：(0.9～1.5)；所述第二溶剂中的酰胺选自N,N-二甲基乙酰胺和/或N,N-二甲基甲酰胺，所述酮选自丙酮。
8.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述α角度为大于0°且不超过90°，所述收集板每次旋转的角度和方向相同或不同。
9.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，所述静电纺丝的条件包括：电压为10～30KV，所述前驱体溶液的推柱速度为0.05～2mm/min。
10.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，使步骤(3)得到的包含多个所述纤维子层的纤维体与基体树脂溶液接触；所述接触的条件包括：使所述纤维体浸入所述基体树脂溶液中。
11.根据权利要求1～5任一项所述的方法，其特征在于，将所述抗冲击层与胶膜层进行固化处理，包括：将所述抗冲击层一侧或两侧与胶膜层叠置后进行固化处理，得到所述光伏封装胶膜；或者，将胶膜涂覆于所述抗冲击层的一侧或两侧，然后进行固化处理，得到所述光伏封装胶膜；
和/或，所述胶膜层选自EVA胶膜、白膜、POE胶膜、EPE胶膜、TPU膜、硅树脂膜、PVB膜和离子树脂膜中的一种或几种；
和/或，所述胶膜层的交联度为75％以上，所述胶膜层的厚度为150μm以上。
12.一种光伏封装胶膜，其特征在于，所述光伏封装胶膜根据权利要求1～11中任意一项所述的方法制备。
13.一种光伏封装胶膜，其特征在于，所述光伏封装胶膜包括胶膜层和抗冲击层，所述抗冲击层包括基体树脂和分布于所述基体树脂内的纤维体，所述纤维体包括多个层叠的纤维子层；每个所述纤维子层包括至少一个特征点，且相邻两个纤维子层的特征点在所述抗冲击层表面的投影与抗冲击层表面中心的夹角α为大于0°且小于360°；和/或，
每个所述纤维子层包括至少一个特征纤维，相邻两个纤维子层的特征纤维的延伸方向在所述抗冲击层表面的投影的夹角α为大于0°且小于360°。
14.根据权利要求13所述的光伏封装胶膜，其中，任意两个夹角α相差不超过±2°。
15.根据权利要求13或14所述的光伏封装胶膜，其中，所述夹角α为大于0°且不超过90°。
16.根据权利要求13或14所述的光伏封装胶膜，其中，所述光伏封装胶膜包括一个或两个所述胶膜层，两个所述胶膜层分别覆于所述抗冲击层的两侧；和/或，所述胶膜层的厚度为150μm以上。
17.根据权利要求13或14所述的光伏封装胶膜，其中，所述纤维子层的个数为2～20个，和/或，
每个纤维子层的厚度为20～40μm，所述抗冲击层的厚度为200～400μm；所述光伏封装胶膜的总厚度为500～1100μm。
18.根据权利要求13或14所述的光伏封装胶膜，其中，所述纤维子层包括聚合物形成的纤维，所述聚合物的熔点为140～200℃，重均分子量为20000～100000，透光率为80～95％；和/或，所述纤维的直径为100～1000nm。
19.根据权利要求13或14所述的光伏封装胶膜，其中，形成所述纤维子层的聚合物选自聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈和聚烯烃中的一种或几种；和/或，
所述基体树脂选自聚烯烃、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、硅树脂、离子聚合物和聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种；和/或，
所述胶膜层选自EVA胶膜、白膜、POE胶膜、EPE胶膜、TPU膜、硅树脂膜、PVB膜和离子树脂膜中的一种或几种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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