CN117183535A - 一种高反射耐紫外的发泡间隙膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏反射间隙膜领域，为解决现有技术下发泡型间隙膜反射率较低，且挺度低，易出现褶皱的问题，提供一种高反射耐紫外的发泡间隙膜及其制备方法，其为A‑B‑A三层结构，其中A以重量份计包括：70‑90份聚酯，5‑10份无机粒子混合物，3‑8份耐UV剂，1‑2份增韧剂；B以重量份计包括：60‑70份聚酯，15‑20份无机粒子混合物，5‑10份耐水解聚酯切片，5‑10份环烯烃共聚物；所述无机粒子混合物为粒径为200nm的二氧化钛和粒径为400nm的二氧化钛以(1‑1.5)：(1‑1.5)质量比混合得到，该发泡间隙膜结构简单，生产成本低，反射率高，整体挺度高，不易出现褶皱，能有效提高组件的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏反射间隙膜领域，尤其涉及一种高反射耐紫外的发泡间隙膜及其制备方法。
背景技术
在全球传统能源紧张，国家大力倡导节能减排、发展新能源产业的背景下，清洁能源所处的地位越来越重要，其中太阳能是目前清洁能源的重要组成部分。间隙膜是一种用于光伏组件电池片间隙、具有高反射性能的薄膜，可将电池片之间的光反射至电池片表面，起到增加太阳光伏组件的有效面积以提高光能的利用效率的作用。
目前使用较多的间隙膜为棱镜镀铝反射结构，如公开号为CN110112246A的发明公开了“光伏电池间隙反光膜及光伏电池组件”，该间隙膜包括基层和反光层，反光层上平行设置有多条反光微结构，反光微结构包括用于反射光线的反光面，反光面上设置有多个聚光微结构，聚光微结构用于将入射光反射并汇聚至光伏电池间隙反光膜外的一点；该间隙膜为多层结构，工艺复杂，成品率低，导致生产成本高。
有机材料薄膜是间隙膜中另一大类，现有的有机材料薄膜中，反射率较高的应属于发泡型薄膜，但其反射率仍不及镀铝棱镜结构反射膜，并且其挺度较低。如公开号为CN111718670A的发明公开了“一种光伏组件用白色封装胶膜及其制备方法”，该胶膜的中间层为白色发泡泡棉反光层，所述白色发泡泡棉反光层表面具有漫反射效果的压花结构，但该胶膜挺度低，易出现褶皱，并且对于组件层压的生产要求高。
发明内容
本发明为了克服现有技术下发泡型间隙膜反射率较低，且挺度低，易出现褶皱的问题，提供了一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，该发泡间隙膜相比镀铝棱镜结构反射膜，其结构简单，生产成本低；并且该发泡间隙膜反射率高，整体挺度高，不易出现褶皱，能有效提高组件的发电效率。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，所述发泡间隙膜为依次层叠的A-B-A三层结构；A为耐候层，总厚度占比为10-15%，以重量份计其原料包括：70-90份聚酯，5-10份无机粒子混合物，3-8份耐UV剂，1-2份增韧剂；B为反射层，厚度占比为85-90%，以重量份计其原料包括：60-70份聚酯，15-20份无机粒子混合物，5-10份耐水解聚酯切片，5-10份环烯烃共聚物；
所述无机粒子混合物为粒径为200nm的二氧化钛和粒径为400nm的二氧化钛以(1-1.5)：(1-1.5)质量比混合得到，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛。
本发明中A层为耐候层，其含有无机粒子混合物，可提供发泡间隙膜所需的耐UV性能、补足反射性能；B层为高性能反射层，为发泡间隙膜提供力学支撑和高反射率。无机粒子混合物选用金红石型二氧化钛复配，金红石型反射率高，其次根据钛白粉粒径=0.5*反射波段，200nm主要反射可见光，400nm主要反射红外波段，两者联用，可较好的反射400-1200nm波长的光，提高反射率；而大粒径的二氧化钛虽然也具有较好的反射效果，但选用大粒径的二氧化钛会导致力学性能比较差。反射层中除无机粒子混合物外，还添加环烯烃共聚物（COC）作为有机发泡剂，COC与聚酯不相容，其呈玻璃态被包含在聚酯中，在双拉结束后COC所在位置形成泡孔，增强反射层的反射能力。COC具有刚性环状结构，因此材料硬度和模量高，而其余有机发泡剂，如PE、PP、TPX等，是长直链结构，力学性能相对低，而在发泡间隙膜的制备过程中有热定型步骤，COC能提供一定刚性，使发泡间隙膜的外观更优、成品的力学强度更高； 同时COC分解温度高不会在产生异味。
作为优选，所述环烯烃共聚物中降冰片烯质量占比为30~60%，环烯烃共聚物分子量为10W~40 W，玻璃转变化温度为110~140℃。
当环烯烃共聚物的玻璃化转变温度低于110℃时，其玻璃化转变温度较双向拉伸最高温度（90℃）的差值小于20℃，不利于薄膜双向拉伸时发泡；环烯烃玻璃化转变温度大于140℃时，高于热定型温度，并且由于COC硬度较高，双向拉伸时薄膜易破膜，无法正常生产，并且会导致薄膜的力学性能降低。
作为优选，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂，特性粘度不低于0.72 dL/g，端羧基含量不高于12 mol/t。
聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂的特性粘度高，力学性能一般更好；端羧基含量低利于降低聚酯的水解。
作为优选，所述耐UV剂为苯并三唑类吸收剂和三嗪类UV吸收剂，苯并三唑类吸收剂和三嗪类UV吸收剂的质量比为(1-2)：(1-2)。
苯并三唑类耐UVb较好，三嗪类耐UVa较好，复合使用可提高发泡间隙膜的耐紫外老化性能进而提高使用寿命。
作为优选，所述耐水解聚酯切片为含质量分数为10-15%的碳化二胺的对苯二甲酸乙二醇酯树脂切片。
作为优选，所述增韧剂为乙烯三元共聚物。
作为优选，所述二氧化钛为改性的金红石型二氧化钛，改性的金红石型二氧化钛由金红石型二氧化钛与铝酸酯混合得到，铝酸酯质量为金红石型二氧化钛质量的0.1~1%。
改性的金红石型二氧化钛与聚酯的相容性更佳，分散性能更好的同时增加了间隙膜机械性能，但会对发泡效果有轻微负面影响。
本发明的另一目的在于提供一种上述高反射耐紫外发泡间隙膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、将发泡间隙膜各层的原料按配比混合均匀并干燥，将反射层原料加入到主挤出机，耐候层原料加入辅挤出机，熔融挤出、流延、冷却后得到铸片；
S2、将铸片依次进行纵向拉伸、冷却及横向拉伸后热定型，收卷得到厚度为25~200μm的高反射耐紫外发泡型薄膜。
作为优选，所述S1中干燥时间为2-5h干燥温度为120-150℃，主挤出机以及辅挤出机的温度为260-280℃，冷却温度为15-25℃。
作为优选，所述S2中纵向拉伸温度为70-80℃，纵向拉伸比为2.8-3.0，冷却温度为20-30℃；
横向拉伸温度为70-90℃，横向拉伸比为3.4-3.5；
热定型温度为140-210℃，热定型时间为0.2~0.8min。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）相比于镀铝棱镜结构反射膜，本发明结构相对简单，生产成本低；（2）本发明反射率高，并且整体挺度高，不易出现褶皱，能有效提高组件效率，整体发电效率可提高约1.4%；（3）本发明的耐老化性能好，使用寿命长。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明做进一步的描述。
下述实施方法中PET树脂的熔体粘度0.76 dL/g，端羧基含量为8mol/t；乙烯三元共聚物购自美国杜邦，牌号为PTW；苯并三唑类吸收剂购自利安隆，牌号为UV234；三嗪类UV吸收剂购自利安隆，牌号为UV1577；聚甲基戊烯购自三井化学，牌号为RT18；聚丙烯购自中石化，牌号为LI28F。
实施例1
一种间隙膜，其结构为层叠的A-B-A结构，其中A为耐候层，B为反射层；
该间隙膜的膜厚共50μm，单个耐候层的厚度占比为7%，反射层占比为86%，
耐候层原料为：83 wt% PET树脂，10 wt% 无机粒子混合物、2.5 wt%苯并三唑类吸收剂、2.5 wt%三嗪类UV吸收剂、2 wt%乙烯三元共聚物；
反射层原料为：65 wt% PET树脂、20 wt%无机粒子混合物、10 wt%耐水解聚酯切片、5 wt%环烯烃共聚物（COC，分子量20W，降冰片烯含量为40 wt%，玻璃化转变温度为20℃）；
无机粒子混合物为粒径为200nm的金红石型TiO2无机粒子与粒径为400nm的金红石型TiO2无机粒子以1：1的质量比混合得到；
耐水解聚酯切片为含13 wt%碳化二胺的PET母粒；
该间隙膜的制备步骤如下：
S1、将耐候层及反射层原料分别按配比混合均匀150℃下干燥3h后，将耐候层原料加入到辅挤出机，反射层原料加入主挤出机，熔融挤出、流延得到铸片，挤出机温度260-280℃，铸片冷却温度为20℃；
S2、将铸片进行纵向拉伸，纵向拉伸温度为70-80℃，纵向拉伸比为2.95，纵拉后冷却至20℃再将铸片进行横向拉伸，横向拉伸温度为70-90℃，横向拉伸比为3.5，将铸片进行热定型，热定型温度为140-210℃，热定型时间为0.5min；收卷得到厚度为50μm的高反射耐紫外发泡型薄膜。
实施例2
一种间隙膜，与实施例1的区别在于原料配比不同，耐候层原料为：82 wt% PET树脂、8 wt%无机粒子混合物、4 wt%苯并三唑类吸收剂、4 wt%三嗪类UV吸收剂、2 wt%乙烯三元共聚物；
反射层原料为：70 wt% PET树脂、15 wt% 无机粒子混合物、10 wt%耐水解聚酯切片、5 wt%环烯烃共聚物。
实施例3
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，使用的环烯烃共聚物的分子量为40W，降冰片烯含量为50 wt%，玻璃化转变温度约为140℃。
实施例4
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，无机粒子混合物为粒径为200nm的改性的金红石型TiO2无机粒子与粒径为400nm的改性的金红石型TiO2无机粒子以1：1的质量比混合得到，改性的金红石型TiO2无机粒子由向粒径为200nm或400nm的金红石型TiO2无机粒子中加入其质量0.5%的铝酸酯，搅拌5min得到。
对比例1
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，使用200nm 金红石型TiO2无机粒子替换无机粒子混合物。
对比例2
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，使用400nm 金红石型TiO2无机粒子替换无机粒子混合物。
对比例3
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，无机粒子混合物为为粒径为800nm的金红石型TiO2无机粒子与粒径为1μm的金红石型TiO2无机粒子以1：1的质量比混合得到。
对比例4
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，反射层不使用发泡剂，其原料为：70 wt% PET树脂、20 wt% 无机粒子混合物、10 wt%耐水解聚酯切片。
对比例5
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，反射层使用的有机发泡剂不同，使用聚甲基戊烯替换环烯烃共聚物。
对比例6
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，反射层使用的有机发泡剂不同，使用聚丙烯替换环烯烃共聚物。
对比例7
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，使用的环烯烃共聚物的分子量为60W，降冰片烯的比例为70 wt%，玻璃化转变温度为170℃。
对比例8
一种间隙膜，与实施例1的区别在于，使用的环烯烃共聚物的分子量为10W，降冰片烯的比例为10 wt%，玻璃化转变温度为100℃。
检测上述实施例和对比例的拉伸强度、反射率、耐紫外老化、挺度及设置反射条后的电池增益效果。其中拉伸强度检测方法参照GB/T 13542.4-2009；
反射率检测方法参照GB/T 3979-2008，反射率衰减率=（初始反射率-紫外后反射率）/初始反射率*100%；
紫外300kwh的黄变检测方法为：将样品裁成5*5cm的样品，放置在加速紫外老化箱中，UV照射300kwh，老化条件：60℃，干燥环境，样品b值按照GB/T 3979-2008测试；
挺度的检测方法为：将上述实施例和对比例提供的分层叠合反射膜裁成50mm×400mm的长条状，将一端100mm压放在大理石平台桌面上，其余300mm伸出桌面自然垂下，测量膜片另一端弯曲后的位置距离桌面边缘的水平距离，以此距离除以膜片原始伸出长度300mm，比值作为挺度的定量表征；
检测结果如表1所示。
表1
| 项目 | 拉伸强度MD/TD（MPa） | 400-1200nm平均反射率（%） | 紫外300kwh黄变（△b） | 紫外300kwh反射率衰减（%） | 挺度 | 电池增益（%） |
| 实施例1 | 101/123 | 91.1 | 2.8 | 2.5 | 0.21 | 1.4 |
| 实施例2 | 105/124 | 91.0 | 2.7 | 2.5 | 0.20 | 1.4 |
| 实施例3 | 95/118 | 90.9 | 2.9 | 2.5 | 0.22 | 1.3 |
| 实施例4 | 115/137 | 90.9 | 2.8 | 2.5 | 0.22 | 1.3 |
| 对比例1 | 103/128 | 89.9 | 2.8 | 2.6 | 0.20 | 1.1 |
| 对比例2 | 95/110 | 89.1 | 2.8 | 2.7 | 0.21 | 1.1 |
| 对比例3 | 88/95 | 88.4 | 3.0 | 3.0 | 0.22 | 0.9 |
| 对比例4 | 125/147 | 89.0 | 2.9 | 3.0 | 0.29 | 1.0 |
| 对比例5 | 93/119 | 90.7 | 2.9 | 2.5 | 0.10 | 1.2 |
| 对比例6 | 90/120 | 90.1 | 2.9 | 2.5 | 0.11 | 1.2 |
| 对比例7 | 75/93 | 90.0 | 3.3 | 3.1 | 0.22 | 1.1 |
| 对比例8 | 100/121 | 90.1 | 3.0 | 2.7 | 0.15 | 1.1 |
由表1中的测试结果可以得出，本发明提供的发泡型间隙膜具有更高的反射率和更优的电池增益，有良好的抗紫外老化性能，综合性能良好。
比较实施例和对比例1-对比例2可知，选用两种粒径不同的TiO2粒子复配可提高发泡间隙膜的反射率。对比例3也使用了粒径不同的TiO2粒子复配，但其反射效果明显不如200nm及400nm的组合，同时大粒径也使得发泡间隙膜机械性能下降。实施例4中使用了改性二氧化钛，虽然反射率、电池增益有轻微下降，但其力学强度有显著提高。
实施例1相比常规使用PP（对比例6）、TPX（对比例5）作为不相容树脂发泡剂的薄膜具有更高的挺度，这表明选用COC为有机发泡剂时可有效提高挺度，从而提高电池增益效果。由对比例7-对比例8的检测数据可知，COC中的降冰片烯质量及其分子量也会影响发泡间隙膜机械性能及挺度，当COC中降冰片烯质量占比为30~60%、分子量为10~40W、玻璃转变化温度为110~140℃时，所得的发泡间隙膜在有良好反射率的基础上有优良的拉伸性能及挺度。
Claims (10)
1.一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，其特征在于，所述发泡间隙膜为依次层叠的A-B-A三层结构；A为耐候层，总厚度占比为10-15%，以重量份计其原料包括：70-90份聚酯，5-10份无机粒子混合物，3-8份耐UV剂，1-2份增韧剂；B为反射层，厚度占比为85-90%，以重量份计其原料包括：60-70份聚酯，15-20份无机粒子混合物，5-10份耐水解聚酯切片，5-10份环烯烃共聚物；
所述无机粒子混合物为粒径为200nm的二氧化钛和粒径为400nm的二氧化钛以(1-1.5)：(1-1.5)质量比混合得到，所述二氧化钛为金红石型二氧化钛。
2.根据权利要求1所述的一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，其特征在于，所述环烯烃共聚物中降冰片烯质量占比为30~60%，环烯烃共聚物分子量为10W~40W，玻璃转变化温度为110~140℃。
3.根据权利要求1所述的一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，其特征在于，所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂，特性粘度不低于0.72 dL/g，端羧基含量不高于12 mol/t。
4.根据权利要求1所述的一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，其特征在于，所述耐UV剂为苯并三唑类吸收剂和三嗪类UV吸收剂，苯并三唑类吸收剂和三嗪类UV吸收剂的质量比为(1-2)：(1-2)。
5.根据权利要求1或3所述的一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，其特征在于，所述耐水解聚酯切片为含质量分数为10-15%的碳化二胺的对苯二甲酸乙二醇酯树脂切片。
6.根据权利要求1或3所述的一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，其特征在于，所述增韧剂为乙烯三元共聚物。
7.根据权利要求1所述的一种高反射耐紫外的发泡间隙膜，其特征在于，所述二氧化钛为改性的金红石型二氧化钛，改性的金红石型二氧化钛由金红石型二氧化钛与铝酸酯混合得到，铝酸酯质量为金红石型二氧化钛质量的0.1~1%。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述高反射耐紫外的发泡间隙膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将发泡间隙膜各层的原料按配比混合均匀并干燥，将反射层原料加入到主挤出机，耐候层原料加入辅挤出机，熔融挤出、流延、冷却后得到铸片；
S2、将铸片依次进行纵向拉伸、冷却及横向拉伸后热定型，收卷得到厚度为25~200μm高反射耐紫外发泡型薄膜。
9.根据权利要求8所述的一种高反射耐紫外的发泡间隙膜的制备方法，其特征在于，所述S1中干燥时间为2-5h干燥温度为120-150℃，主挤出机以及辅挤出机的温度为260-280℃，冷却温度为15-25℃。
10.根据权利要求8所述的一种高反射耐紫外的发泡间隙膜的制备方法，其特征在于，所述S2中纵向拉伸温度为70-80℃，纵向拉伸比为2.8-3.0，冷却温度为20-30℃；
横向拉伸温度为70-90℃，横向拉伸比为3.4-3.5；
热定型温度为140-210℃，热定型时间为0.2~0.8min。
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