CN116731669A - 一种非自由基型低温交联封装胶膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于太阳能电池技术领域，具体公开了一种非自由基型低温交联封装胶膜及其制备方法和应用，该封装胶膜的制备方法包括以下步骤：S1、接枝反应：主树脂与反应型助剂、过氧化物和偶联剂混合，发生熔融接枝或溶液接枝反应得到接枝母粒；S2、流延反应：将接枝母粒与助交联剂和抗老化助剂混合流延得到所述的封装胶膜。本发明通过接枝技术，在主树脂上引入了可反应基团，交联反应为缩合反应，仅添加微量过氧化物，且在接枝过程中基本全部反应，后续交联过程不需要再添加过氧化物，对钙钛矿电池无损伤，同时实现了低温下的交联。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体来说，涉及一种非自由基型低温交联封装胶膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着化石能源的日趋枯竭，太阳能作为一种可再生的绿色能源，成为人们开发和研究的焦点，其中太阳能电池技术得到了快速的发展。太阳能电池技术从最初的P型PERC电池到如今的N型TOPcon和HJT电池，光电转化效率不断提升，而钙钛矿作为下一代太阳能电池也备受关注，有望通过钙钛矿和常规电池的叠层技术进一步提升光电转化效率，获取更高价值。
如中国专利申请CN110628335A公开了一种储能型POE光伏封装胶膜及其制备方法，该封装胶膜的原料包括：POE基体树脂、过氧化物交联剂、交联助剂、硅烷偶联剂，还包括发光剂，且所述发光剂为磷光发光剂；该发明主要是于光伏组件用的POE封装胶膜原料体系中，创造性地引入了特定量比的磷光发光剂，并采用一次混合及熔融流延成型的工艺步骤，使得通过本发明制备所得的POE胶膜，在有效保障主要综合性能指标的情况下，能够将部分光能转变成化学能储存，进而在夜间帮助光伏组件自主发电，克服常规光伏组件夜间发电间断性的问题。但是上述使用的胶膜，由于其中添加了过氧化物作为交联剂，在使用过程中会产生大量自由基，对钙钛矿造成损伤，因此现阶段钙钛矿组件封装只能选择非交联型胶膜。
再比如中国专利CN111117498B公开了一种光伏用光热双重固化POE封装胶膜及其制备方法，该封装胶膜包括如下组分：POE聚烯烃弹性体、自由基热引发剂、光引发剂、丙烯酰胺类助交联剂、丙烯酸酯类助交联剂、光稳定剂、抗氧化剂、大分子偶联剂、增粘树脂、消泡剂及流平剂，该发明由于不同熔融指数POE的复配，改善了流动性，降低了气泡率，同时又保证不发生溢胶和电池串间距的偏移；大分子偶联剂通过化学接枝的方法加入，提高了长期粘结可靠性。
但是现有技术中在后期钙钛矿叠层组件中，由于叠加了常规电池，组件功率大幅提升，发电过程中不可避免会产生大量热量造成组件温度上升，对封装材料的耐热性提出了更高要求，常规的非交联型胶膜难以满足上述要求；同时，钙钛矿组件由于对温度相对敏感，层压温度相对较低，常规交联型胶膜在低温下（≤130℃）也难以达到相应的交联度与粘结性。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种非自由基型低温交联封装胶膜及其制备方法和应用，本发明通过熔融接枝或溶液接枝，在现有POE/EVA树脂上引入可反应的基团，同时配合相应的封闭性交联剂，在生产加工过程中（＜100℃）不发生反应，在较低温度下（100-130℃）可快速解封发生反应，不需要添加过氧化物交联剂，避免了对电池的损伤同时实现了交联效果。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种非自由基型低温交联的封装胶膜，所述封装胶膜的制备方法包括以下步骤：
S1、接枝反应：主树脂与反应型助剂、过氧化物和偶联剂混合，发生熔融接枝或溶液接枝反应得到接枝母粒；
S2、流延反应：将接枝母粒与助交联剂和抗老化助剂混合流延得到所述的封装胶膜。
优选地，步骤S1所述得到接枝母粒，按重量份数计，包括以下组分：主树脂100份，过氧化物0.05-0.3份，偶联剂0.5-3份和反应型助剂0.5-3份；步骤S2所述封装胶膜，按重量份数计，包括以下组分：接枝母粒100份，助交联剂0.5-4份和抗老化助剂0.1-1份。
优选地，步骤S1所述的主树脂包括EVA和/或POE。
优选地，步骤S1所述的反应型助剂包括甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、5-己烯酸、端羟基聚丁二烯和端羟基聚异丁烯中的至少一种。
反应型助剂为羟基，氨基，异氰酸酯基，环氧等反应型官能团封端的，含有双键的预聚体，包括羟基封端的聚丁二烯，异氰酸酯基封端的聚丁二烯。
优选地，步骤S1所述的过氧化物包括过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二（叔丁基过氧基）己烷和4,4-双（叔丁基过氧）戊酸正丁酯中的至少一种。
优选地，步骤S1所述的偶联剂包括乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、异氰酸酯基硅烷偶联剂、含硫硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种。
优选地，步骤S2所述的助交联剂包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、多羟基醇、多羟基醛、多羟基酮和多胺中的至少一种。
优选地，步骤S2所述的抗老化助剂包括酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、受阻胺类光稳定剂、紫外线吸收剂、耐水解助剂和金属离子捕捉剂中的至少一种。
本发明还提供了一种上述封装胶膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、接枝反应：主树脂与反应型助剂、过氧化物和偶联剂混合，发生熔融接枝或溶液接枝反应，得到接枝母粒；
S2、流延反应：将接枝母粒与助交联剂和抗老化助剂混合，流延成膜后，得到所述的封装胶膜。
优选地，步骤S2所述流延成膜的温度为80℃-100℃。
本发明还提供了一种上述的封装胶膜或上述的制备方法制备得到的封装胶膜在制备太阳能电池中的应用。
本发明的有益效果为：
（1）本发明通过接枝技术，在主树脂上引入了可反应基团，交联反应为缩合反应，仅添加微量过氧化物，且在接枝过程中基本全部反应，后续交联过程不需要添加过氧化物交联剂，对钙钛矿电池无损伤。
（2）本发明通过接枝技术将偶联剂预先固定在树脂主链上，既减少了偶联剂的析出，也保证了低温条件下产品与被贴物的粘结性。
（3）本发明在非极性的POE分子链上引入极性基团，增加了主树脂与各种助剂的相容性，进一步减少了助剂析出的风险。
（4）本发明中使用的助交联剂在一定的温度范围内可迅速解封，能够实现低温条件下的交联要求。
具体实施方式
以下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。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。对所公开的实施例的下述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例中，而是可以应用于符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的更宽的范围。虽然在本发明的实施或测试中可以使用与本发明中所述相似或等价的任何方法和材料，本文在此处列举优选的方法和材料。
除非另外定义，本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同意义。
需要说明的是，
LUPEROX 230（阿科玛）代表4,4-双（叔丁基过氧）戊酸正丁酯；
LUPEROX TBEC（阿科玛）代表过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯；
KH570（安徽硅宝）代表3-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；
KH550（安徽硅宝）代表3-氨丙基三乙氧基硅烷；
BI7982（朗盛）代表六亚甲基二异氰酸酯；
IPDI（万华化学）代表异佛尔酮二异氰酸酯；
944（巴斯夫）代表受阻胺类光稳定剂；
1076（BASF）代表β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯；
端羟基聚丁二烯IV型（天元航材）；POE粒子（陶氏）。
实施例1一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
S1、熔融接枝反应：将0.15份LUPEROX 230（过氧化物）、1.5份KH570（偶联剂）、1.5份端羟基聚丁二烯IV型（羟值为0.71-0.8mmol/g，反应型助剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，在30℃条件下搅拌4h以保证混合均匀；然后在160℃条件下，经双螺杆挤出熔融接枝造粒制备成接枝母粒；
S2、流延反应：将100份上述接枝母粒与2.5份BI7982（助交联剂）、0.5份944（抗老化助剂）混合，在30℃条件下搅拌3h以保证混合均匀，然后在80℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
实施例2一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
S1、溶液接枝反应：将0.15份LUPEROX TBEC（过氧化物）、1.5份KH550（偶联剂）、1.5份端羟基聚丁二烯IV型（羟值为0.71-0.8mmol/g，反应型助剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，加入二甲苯300份，逐步升温至140℃，搅拌4h完成接枝，然后将接枝好的树脂沉淀过滤，过滤产物在60℃鼓风烘箱中干燥12h，然后用密炼机在90℃条件下熔融后裁剪成颗粒状接枝母粒；
S2、流延反应：将100份上述接枝母粒与2.5份IPDI（助交联剂）、0.5份1076（抗老化助剂）混合，在30℃条件下搅拌3h以保证混合均匀，然后在80℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
实施例3一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
S1、熔融接枝反应：将0.15份LUPEROX 230（过氧化物）、1.5份KH570（偶联剂）、1.5份高官能度端羟基聚丁二烯HFHTPB-Ⅲ型（羟值为1.5-2.0mmol/g，反应型助剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，在30℃条件下搅拌4h以保证混合均匀；然后在260℃条件下，经双螺杆挤出熔融接枝造粒制备成接枝母粒；
S2、流延反应：将100份上述接枝母粒与2.5份BI7982（助交联剂）、0.5份944（抗老化助剂）混合，在30℃条件下搅拌3h以保证混合均匀，然后在100℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
实施例4一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
S1、熔融接枝反应：将0.05份LUPEROX 230（过氧化物）、3份KH570（偶联剂）、0.5份高官能度端羟基聚丁二烯HFHTPB-Ⅲ型（羟值为1.5-2.0mmol/g，反应型助剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，在30℃条件下搅拌4h以保证混合均匀；然后在260℃条件下，经双螺杆挤出熔融接枝造粒制备成接枝母粒；
S2、流延反应：将100份上述接枝母粒与0.5份BI7982（助交联剂）、1份944（抗老化助剂）混合，在30℃条件下搅拌3h以保证混合均匀，然后在100℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
实施例5一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
S1、熔融接枝反应：将0.3份LUPEROX 230（过氧化物）、0.5份KH570（偶联剂）、3份高官能度端羟基聚丁二烯HFHTPB-Ⅲ型（羟值为1.5-2.0mmol/g，反应型助剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，在30℃条件下搅拌4h以保证混合均匀；然后在260℃条件下，经双螺杆挤出熔融接枝造粒制备成接枝母粒；
S2、流延反应：将100份上述接枝母粒与4份BI7982（助交联剂）、0.1份944（抗老化助剂）混合，在30℃条件下搅拌3h以保证混合均匀，然后在100℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
对比例1一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
S1、熔融接枝反应：将0.15份LUPEROX 230（过氧化物）、1.5份KH570（偶联剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，在30℃条件下搅拌4h以保证混合均匀；然后在260℃条件下，经双螺杆挤出熔融接枝造粒制备成接枝母粒；
S2、流延反应：将100份上述接枝母粒与2.5份BI7982（助交联剂）、0.5份944（抗老化助剂）混合，在30℃条件下搅拌3h以保证混合均匀，然后在100℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
对比例2一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
S1、熔融接枝反应：将0.15份LUPEROX 230（过氧化物）、1.5份KH570（偶联剂）、1.5份高官能度端羟基聚丁二烯HFHTPB-Ⅲ型（羟值为1.5-2.0mmol/g，反应型助剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，在30℃条件下搅拌4h以保证混合均匀；然后在260℃条件下，经双螺杆挤出熔融接枝造粒制备成接枝母粒；
S2、流延反应：将100份上述接枝母粒与0.5份944（抗老化助剂）混合，在30℃条件下搅拌3h以保证混合均匀，然后在100℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
对比例3一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
S1、熔融接枝反应：将0.15份LUPEROX 230（过氧化物）、1.5份高官能度端羟基聚丁二烯HFHTPB-Ⅲ型（羟值为1.5-2.0mmol/g，反应型助剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，在30℃条件下搅拌4h以保证混合均匀；然后在260℃条件下，经双螺杆挤出熔融接枝造粒制备成接枝母粒；
S2、流延反应：将100份上述接枝母粒与2.5份BI7982（助交联剂）、0.5份944（抗老化助剂）混合，在30℃条件下搅拌3h以保证混合均匀，然后在100℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
对比例4一种非自由基型低温交联封装胶膜的制备方法
包括以下步骤：
将0.15份LUPEROX 230（过氧化物）、1.5份KH570（偶联剂）、1.5份高官能度端羟基聚丁二烯HFHTPB-Ⅲ型（羟值为1.5-2.0mmol/g，反应型助剂）、2.5份BI7982（助交联剂）、0.5份944（抗老化助剂）与100份POE粒子PV8669（主树脂）混合，在30℃条件下搅拌4h以保证混合均匀，然后在100℃条件下流延成膜，制备成非自由基型低温交联封装胶膜。
效果例
将实施例1-5和对比例1-4制得的非自由基型低温交联封装胶膜分别进行交联度、与玻璃剥离力、高温烘烤后外观以及组件功率测试，各性能试验采用如下的方法：
交联度测试方法参照GB/T 29848-2018；
与玻璃剥离力测试方法参照GB/T 29848-2018；
组件功率测试方法参照IEC61730-2，其中组件为常规双玻PERC组件；
高温烘烤后外观方法为：取光伏用超白压花玻璃两块，所需的胶膜样品两块，双面太阳能电池片一块，从上往下按照玻璃、胶膜样品、太阳能电池片、胶膜样品和玻璃的顺序层叠好，用封边胶带将样品固定，然后放入层压机中，按照所需条件层压，层压完成后冷却至室温，去除封边胶带后将样品置于温度确定的烘箱中烘烤所需时间，测试结束后观察外观变化。
其中，5+15min表示：模拟光伏组件的正常生产过程，使用单腔层压机制备样品，在120℃条件下，抽真空5min，停止抽真空后再层压15min完成样品制备。各性能测试的结果如下表所示。
表1 实施例与对比例的性能测试结果
根据上表可知，本发明实施例的与玻璃剥离力、高温烘烤外观以及组件功率衰减率的性能均与对比例相比具有显著优势，符合行业生产标准。
以上是结合具体实施例对本发明进一步的描述，但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (11)
1.一种非自由基型低温交联的封装胶膜，其特征在于，所述封装胶膜的制备方法包括以下步骤：
S1、接枝反应：主树脂与反应型助剂、过氧化物和偶联剂混合，发生熔融接枝或溶液接枝反应得到接枝母粒；
S2、流延反应：将接枝母粒与助交联剂和抗老化助剂混合流延得到所述的封装胶膜。
2.根据权利要求1所述的封装胶膜，其特征在于，步骤S1所述的接枝母粒，按重量份数计，包括以下组分：主树脂100份，过氧化物0.05-0.3份，偶联剂0.5-3份和反应型助剂0.5-3份；步骤S2所述的封装胶膜，按重量份数计，包括以下组分：接枝母粒100份，助交联剂0.5-4份和抗老化助剂0.1-1份。
3.根据权利要求1所述的封装胶膜，其特征在于，步骤S1所述的主树脂包括EVA和/或POE。
4.根据权利要求1所述的封装胶膜，其特征在于，步骤S1所述的反应型助剂包括甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异氰基乙酯、5-己烯酸、端羟基聚丁二烯和端羟基聚异丁烯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的封装胶膜，其特征在于，步骤S1所述的过氧化物包括过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-二（叔丁基过氧基）己烷和4,4-双（叔丁基过氧）戊酸正丁酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的封装胶膜，其特征在于，步骤S1所述的偶联剂包括乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、异氰酸酯基硅烷偶联剂、含硫硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的封装胶膜，其特征在于，步骤S2所述的助交联剂包括甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯三聚体、多羟基醇、多羟基醛、多羟基酮和多胺中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的封装胶膜，其特征在于，步骤S2所述的抗老化助剂包括酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、受阻胺类光稳定剂、紫外线吸收剂、耐水解助剂和金属离子捕捉剂中的至少一种。
9.一种权利要求1-8任一项所述封装胶膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、接枝反应：主树脂与反应型助剂、过氧化物和偶联剂混合，发生熔融接枝或溶液接枝反应，得到接枝母粒；
S2、流延反应：将接枝母粒与助交联剂和抗老化助剂混合，流延成膜后，得到所述的封装胶膜。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述流延成膜的温度为80℃-100℃。
11.权利要求1-8任一项所述的封装胶膜或权利要求9-10任一项所述的制备方法制备得到的封装胶膜在制备太阳能电池中的应用。
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