CN116355540A - 一种poe封装胶膜及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种POE封装胶膜及其制备方法和应用，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：POE树脂100份；主交联剂0.4～0.7份；助交联剂0.2～0.9份；光稳定剂0.1～0.5份；偶联剂0.1～0.3份；导热剂0.1～1.5份；所述导热剂包括纳米银‑石墨烯杂化物。本发明的POE封装胶膜具有较好的导热效果，其可以有效导走电池片表面的热量；相比于常规组件，应用了本发明的胶膜的组件，经过同样的曝晒后，其对应的温度降低10‑20℃。

Description

一种POE封装胶膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，涉及一种POE封装胶膜及其制备方法和应用，尤其涉及一种超级导热POE封装胶膜及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着光伏技术的改进，双玻太阳能组件得到迅速发展。但双玻太阳能组件在光伏发电过程中，两面同时发电会产生大量的热量，使得太阳能电池温度升高，电池片发电效率和温度呈负相关性，有研究表明太阳能电池每升高1℃，其光电转换效率下降0.4％～0.6％，所以这对电池片的发电效率影响很大；此外，电池的温度过高也会影响组件的稳定性，为了解决热量对于电池片的影响，还需从与电池片直接接触的封装胶膜开始改性。
常规EVA胶膜的导热系数较差，水汽透过率和吸水率较大，耐候性较差，并且EVA封装胶膜的抗PID衰减较差。所以双面双玻组件现在普遍采用POE胶膜进行封装。
CN110591572A公开了一种太阳能封装材料用抗PID的POE封装胶膜及制备方法，所述太阳能封装材料用抗PID的POE封装胶膜，包括以下成分及相应质量份：POE树脂：100：交联剂：0.3-0.8；偶联剂：0.2-0.4；紫外线吸收剂：0.2-0.5；抗氧化剂：0.1-0.3；抗PID助剂：0.1-0.3。该POE封装胶膜应具有较好的抗PID能力；该制备方法应具有工艺流程简单、生产效率高的特点。但该发明的POE封装胶膜的导热性能有待进一步提高。
因此，在本领域中，期望开发一种具有优异的导热性能的POE封装胶膜。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种POE封装胶膜及其制备方法和应用。本发明的POE封装胶膜具有超强导热效果，它可以迅速将多余的热量从电池片导走，从而提高电池片的实时发电效率，并且可以有效保护电池的寿命。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000021
所述导热剂包括纳米银-石墨烯杂化物。
在本发明中，纳米银-石墨烯杂化物作为导热剂添加到POE封装胶膜中可以明显提高POE封装胶膜的导热效果，导热机理如下：石墨烯和纳米银在封装胶膜中形成如图1所示的三维网络空间结构，纳米银在石墨烯之间形成桥接，石墨烯具有很大的受热面积，可以接收很多的热量，而纳米银具有较高的导热系数，其可以将石墨烯接收的能量传导出去，同时石墨烯也具有优异的导热能力，两者协同作用，从而使得POE封装胶膜具有优异的导热效果，有助于将热量传递到铝边框。
常规组件发电时表面温度会明显升高，本发明提供的胶膜中由于添加了导热剂，其具有较好的导热效果，可以有效导走电池片表面的热量，相比于常规组件，应用了本发明的胶膜的组件，经过同样的曝晒后，其对应的温度降低10-20℃。
常规EVA胶膜的水汽透过率为15％-25％，老化降解后产生的醋酸会腐蚀电池片、焊带等，常规POE胶膜的导热系数为0.65KJ/m.hr.℃，本发明的新型导热POE封装胶膜的水汽渗透率仅有3.2％且不会产生醋酸，导热系数达到了1.8KJ/m.hr.℃，导热性能明显优于常规POE封装胶膜。
在本发明中，所述POE封装胶膜的制备原料中，主交联剂的用量可以为0.4份、0.5份、0.6份或0.7份等。
在本发明中，所述POE封装胶膜的制备原料中，助交联剂的用量可以为0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份或0.9份等。
在本发明中，所述POE封装胶膜的制备原料中，光稳定剂的用量可以为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份或0.5份等。
在本发明中，所述POE封装胶膜的制备原料中，偶联剂的用量可以为0.1份、0.15份、0.2份、0.25份或0.3份等。
在本发明中，所述POE封装胶膜的制备原料中，导热剂的用量可以为0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份、1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份或1.5份等。
优选地，所述导热剂包括纳米银-石墨烯杂化物。
优选地，所述纳米银-石墨烯杂化物中纳米银和石墨烯的质量比为1:10～10:1，例如1:10、1:8、1:5、1:2、1:1、2:1、5:1、8:1或10:1等。
优选地，所述纳米银-石墨烯杂化物通过以下制备方法制备得到：
(1)将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到氧化石墨烯分散液，将纳米银分散在去离子水中得到纳米银分散液；
(2)将氧化石墨烯分散液和纳米银分散液混合，加热，而后滴加碱性溶液调节pH，再加入水合肼进行还原，继续搅拌至黑色絮状沉淀完全，得到所述纳米银-石墨烯杂化物。
优选地，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.05-0.2mg/mL，例如0.05mg/mL、0.1mg/mL、0.15mg/mL或0.2mg/mL等。
优选地，步骤(1)所述纳米银分散液的浓度为0.3-0.8mg/mL，例如0.3mg/mL、0.4mg/mL、0.5mg/mL、0.6mg/mL、0.7mg/mL或0.8mg/mL等。
优选地，步骤(2)所述加热为加热至90-100℃，例如90℃、95℃或100℃等。
优选地，步骤(2)所述碱性溶液包括NaOH水溶液，所述碱性溶液的浓度为1mol/L。
优选地，步骤(2)所述调节pH为将pH调节至pH＝10。
优选地，所述水合肼的用量为氧化石墨烯和纳米银总质量的1-20倍，例如1倍、3倍、5倍、8倍、10倍、13倍、15倍或20倍等。
优选地，所述POE树脂在190℃下的熔融指数为3g/10min～30g/10min，例如3g/10min、5g/10min、8g/10min、10g/10min、15g/10min、20g/10min、25g/10min或30g/10min等。
优选地，所述POE树脂包括38669或38669和38660的组合物。
优选地，所述主交联剂包括过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯和/或过氧化(2-乙基己基)碳酸叔丁酯。
优选地，所述助交联剂包括三烯丙基异氰脲酸酯和/或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
优选地，所述光稳定剂包括光稳定剂770、光稳定剂622或光稳定剂944中的任意一种或至少两种的组合。
优选地，所述偶联剂包括γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的POE封装胶膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将配方量的POE、主交联剂、助交联剂、光稳定剂、偶联剂和导热剂混合，挤出，将挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，即得到所述POE封装胶膜。
优选地，所述挤出在挤出机中进行。
优选地，所述挤出的温度为80～100℃，例如80℃、85℃、90℃、95℃或100℃等。
第三方面，本发明提供第一方面所述的POE封装胶膜在太阳能组件中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
在本发明中，纳米银-石墨烯杂化物作为导热剂添加到POE封装胶膜中，使得制备的POE封装胶膜具有较好的导热效果(热斑实验后引起的功率衰减：0.01％-0.18％)，其可以有效导走电池片表面的热量；相比于常规组件，应用了本发明的胶膜的组件，经过同样的曝晒后，其对应的温度降低10-20℃。
附图说明
图1为本发明中纳米银-石墨烯杂化物在POE封装胶膜中形成的三维网络空间结构示意图。
其中，1-石墨烯，2-纳米银。
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。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000061
所述导热剂为纳米银-石墨烯杂化物。
其中，纳米银-石墨烯杂化物中纳米银和石墨烯的质量比为1:1；POE树脂为陶氏化学购买的38669和38660(重量比：1:1)；主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；光稳定剂为光稳定剂770；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
纳米银-石墨烯杂化物通过以下制备方法制备得到：
(1)将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到浓度为0.1mg/mL的氧化石墨烯分散液，将纳米银分散在去离子水中得到浓度为0.5mg/mL的纳米银分散液；
(2)将体积比为5:1的氧化石墨烯分散液和纳米银分散液混合，加热至95℃，而后滴加浓度为1mol/L的NaOH水溶液调节pH＝10，再加入水合肼进行还原，继续搅拌至黑色絮状沉淀完全，得到所述纳米银-石墨烯杂化物。其中，水合肼的用量为氧化石墨烯和纳米银总质量的10倍。
POE封装胶膜的制备方法包括以下步骤：
将配方量的POE、主交联剂、助交联剂、光稳定剂、偶联剂和导热剂混合，在挤出机中进行共混挤出，挤出温度为90℃，将挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，即得到所述POE封装胶膜。
实施例2
在本实施例中提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000071
所述导热剂为纳米银-石墨烯杂化物。
其中，纳米银-石墨烯杂化物中纳米银和石墨烯的质量比为1:1；POE树脂为陶氏化学购买的38669；主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；光稳定剂为光稳定剂770；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
纳米银-石墨烯杂化物的制备方法同实施例1。
POE封装胶膜的制备方法同实施例1。
实施例3
在本实施例中提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000081
所述导热剂为纳米银-石墨烯杂化物。
其中，纳米银-石墨烯杂化物中纳米银和石墨烯的质量比为1:1；POE树脂为陶氏化学购买的38669和38660(重量比：1:1)；主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；助交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯；光稳定剂为光稳定剂770；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
纳米银-石墨烯杂化物的制备方法同实施例1。
POE封装胶膜的制备方法同实施例1。
实施例4
在本实施例中提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000082
Figure BDA0003439653680000091
所述导热剂为纳米银-石墨烯杂化物。
其中，纳米银-石墨烯杂化物中纳米银和石墨烯的质量比为1:1；POE树脂为陶氏化学购买的38669和38660(重量比：1:1)；主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；光稳定剂为光稳定剂770；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
纳米银-石墨烯杂化物的制备方法同实施例1。
POE封装胶膜的制备方法同实施例1。
实施例5
在本实施例中提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000092
所述导热剂为纳米银-石墨烯杂化物。
其中，纳米银-石墨烯杂化物中纳米银和石墨烯的质量比为1:1；POE树脂为陶氏化学购买的38669和38660(重量比：1:1)；主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；光稳定剂为光稳定剂770；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
纳米银-石墨烯杂化物的制备方法同实施例1。
POE封装胶膜的制备方法同实施例1。
对比例1
在本对比例中提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000101
其中，POE树脂为陶氏化学购买的38669和38660(重量比：1:1)；主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；光稳定剂为光稳定剂770；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
制备方法包括以下步骤：
将配方量的POE、主交联剂、助交联剂、光稳定剂、偶联剂混合，在挤出机中进行共混挤出，挤出温度为90℃，将挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，即得到所述POE封装胶膜。
对比例2
在本对比例中提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000102
Figure BDA0003439653680000111
所述导热剂为纳米银-石墨烯杂化物。
其中，纳米银-石墨烯杂化物中纳米银和石墨烯的质量比为1:1；POE树脂为陶氏化学购买的38669和38660(重量比：1:1)；主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；光稳定剂为光稳定剂770；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
纳米银-石墨烯杂化物的制备方法同实施例1。
POE封装胶膜的制备方法同实施例1。
对比例3
在本对比例中提供一种POE封装胶膜，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure BDA0003439653680000112
其中，导热剂为石墨烯粉末；POE树脂为陶氏化学购买的38669和38660(重量比：1:1)；主交联剂为过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯；助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯；光稳定剂为光稳定剂770；偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
POE封装胶膜的制备方法同实施例1。
对实施例1-5以及对比例1-3的POE封装胶膜进行性能测试，测试方法如下：
(1)将POE封装胶膜层压制备太阳能组件，太阳能组件的结构为从上至下依次包括钢化玻璃、POE封装胶膜、太阳能电池片、POE封装胶膜和钢化玻璃，测试记录太阳能组件的初始功率，在热斑实验(按照IEC61215进行测试)后，观察衰减程度；
(2)透光率测试：根据标准ISO 9050对太阳能组件进行透光率测试；
(3)热斑实验后观察太阳能组件样件边缘是否有气泡、是否脱层，并观察电池片有无腐蚀现象。
性能测试结果如表1所示。
表1
Figure BDA0003439653680000121
由表1可以看出，本发明实施例1-5提供的POE封装胶膜可以大大降低太阳能组件热斑实验后引起的功率衰减(0.01％-0.18％)，并且太阳能组件的透光率(90.9％-92.5％)仍可满足要求。实施例4和实施例5中由于加入的导热剂的量稍多，太阳能组件的功率衰减程度稍微升高，这可能是因为导热剂出现了部分团聚，但仍可满足使用要求。
相比于实施例1，对比例1和对比例3提供的POE封装胶膜用于太阳能组件，其功率衰减程度明显升高；对比例2提供的POE封装胶膜用于太阳能组件，其功率衰减程度升高较多，这是因为对比例2中导热剂的添加量较多，出现了明显的团聚。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的POE封装胶膜及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用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 (10)

1.一种POE封装胶膜，其特征在于，所述POE封装胶膜的制备原料按照重量份数计，包括如下组分：
Figure FDA0003439653670000011
所述导热剂包括纳米银-石墨烯杂化物。
2.根据权利要求1所述的POE封装胶膜，其特征在于，所述纳米银-石墨烯杂化物中纳米银和石墨烯的质量比为1:10～10:1。
3.根据权利要求1或2所述的POE封装胶膜，其特征在于，所述纳米银-石墨烯杂化物通过以下制备方法制备得到：
(1)将氧化石墨烯分散在去离子水中，得到氧化石墨烯分散液，将纳米银分散在去离子水中得到纳米银分散液；
(2)将氧化石墨烯分散液和纳米银分散液混合，加热，而后滴加碱性溶液调节pH，再加入水合肼进行还原，继续搅拌至黑色絮状沉淀完全，得到所述纳米银-石墨烯杂化物。
4.根据权利要求3所述的POE封装胶膜，其特征在于，步骤(1)所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.05-0.2mg/mL；
优选地，步骤(1)所述纳米银分散液的浓度为0.3-0.8mg/mL；
优选地，步骤(2)所述加热为加热至90-100℃；
优选地，步骤(2)所述碱性溶液包括NaOH水溶液，所述碱性溶液的浓度为1mol/L；
优选地，步骤(2)所述调节pH为将pH调节至pH＝10；
优选地，所述水合肼的用量为氧化石墨烯和纳米银总质量的1-20倍。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的POE封装胶膜，其特征在于，所述POE树脂在190℃下的熔融指数为3g/10min～30g/10min。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的POE封装胶膜，其特征在于，所述主交联剂包括过氧化(2-乙基己基)碳酸叔戊酯和/或过氧化(2-乙基己基)碳酸叔丁酯；
优选地，所述助交联剂包括三烯丙基异氰脲酸酯和/或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的POE封装胶膜，其特征在于，所述光稳定剂包括光稳定剂770、光稳定剂622或光稳定剂944中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述偶联剂包括γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的任意一种或至少两种的组合。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的POE封装胶膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将配方量的POE、主交联剂、助交联剂、光稳定剂、偶联剂和导热剂混合，挤出，将挤出物经过流延、冷却、分切、卷取工序，即得到所述POE封装胶膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述挤出在挤出机中进行；
优选地，所述挤出的温度为80～100℃。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的POE封装胶膜在太阳能组件中的应用。
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