CN117467366A - 光伏组件用poe封装胶膜、其制备方法及光伏组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光伏组件封装胶膜技术领域，为解决现有技术下POE封装胶膜在使用过程酸化导致光伏组件的使用寿命降低的问题，提供光伏组件用POE封装胶膜、其制备方法及光伏组件，所述光伏组件用POE封装胶膜包括以下质量份的原料：70～95份的POE基础树脂，2～25份的POE树脂加工粒子，0.02～3份的交联剂，0.02～3份的助交联剂，0.02～2份的硅烷偶联剂，0.01～2份抗PID助剂，0.005～2份的抗氧剂和0.005～2份的光稳定剂；所述POE树脂加工粒子由1～20质量份的POE第二树脂和0.1～5质量份的低酸助剂造粒得到。该封装胶膜透光率好，可避免产生游离酸，使用寿命长。

Description

光伏组件用POE封装胶膜、其制备方法及光伏组件
技术领域
本发明涉及光伏组件封装胶膜技术领域，尤其涉及光伏组件用POE封装胶膜、其制备方法及光伏组件。
背景技术
N型TOPCon电池片是目前光伏行业主流电池型号，该电池片正面银浆含有铝成分，进而对水汽、酸碱度及表面应力更加敏感，因此对封装胶膜提出了更高的要求。POE胶膜因其优异水阻性、高体阻、抗PID性能等各方面性能，更适配于新型N型电池片。
由于POE材料的单体不含酸性基团，因此目前市场上POE封装胶膜在组件端的应用过程中，往往忽略了POE胶膜的在使用过程中的酸化问题。POE胶膜酸值的来源主要在功能助剂，如公开号为CN111518487A的发明公开了“一种光伏双玻组件封装专用抗PID的POE胶膜及其制备方法”，包括如下原料：接枝改性树脂、第一POE树脂、紫外吸收剂、PID调节剂、光稳定剂、交联助剂、偶联剂、抗氧剂和交联剂，该配方中的功能助剂含有过氧酸酯、丙烯酸酯、异氰酸酯等类型官能团，并且偶联剂合成过程中还有氯离子杂质残余，这导致POE封装胶膜在固化反应后会有助剂及其副产物残余、功能交联结构产生。当电池组件在户外长期受到光、热、水等环境因素影响时，这些助剂及其副产物残余、固化结构在老化中会水解产生游离酸，这些游离酸、助剂杂质氯离子不仅会导致胶膜的快速老化、硅烷偶联剂水解粘接失效、引发组件之间离子交换PID衰减，同时也会腐蚀电池银铝涂层、栅线和汇流条等，降低光伏组件的使用寿命。
发明内容
本发明为了克服现有技术下POE封装胶膜在使用过程酸化导致光伏组件的使用寿命降低的问题，提供光伏组件用POE封装胶膜，该封装胶膜透光率好，可避免产生游离酸，使用寿命长。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了光伏组件用POE封装胶膜，包括以下质量份的原料：70～95份的POE基础树脂，2～25份的POE树脂加工粒子，0.02～3份的交联剂，0.02～3份的助交联剂，0.02～2份的硅烷偶联剂，0.01～2份抗PID助剂，0.005～2份的抗氧剂和0.005～2份的光稳定剂；
所述POE树脂加工粒子由1～20质量份的POE第二树脂和0.1～5质量份的低酸助剂造粒得到；
所述低酸助剂为金属氢氧化物、金属氧化物、水滑石和磷酸氢锆中的一种或多种，低酸助剂粒径为0.02～2μm，低酸助剂的晶型为六角片规则晶型。
本发明在POE配方中添加含低酸助剂的POE树脂加工粒子，使POE中维持中性或偏弱碱性环境，以保证硅烷偶联剂粘接性能的长期有效，及中和助剂及其副产物残余、固化结构在长期老化中水解产生的游离酸、助剂杂质氯离子，缓解胶膜对TOPCon电池片正面银铝涂层、栅线和汇流条的腐蚀，电池片PID功率的衰减，延长光伏组件寿命。将低酸助剂以POE树脂加工粒子形式加入，可解决低酸粉体助剂在POE非极性体系团聚分散性差及影响封装胶膜透光率的问题。同时低酸助剂粒径会影响POE封装胶膜的透光率，0.02～2μm的低酸助剂兼顾了对游离酸和助剂杂质氯离子的中和效果，同时也不会对POE封装胶膜的透光率产生影响。六角片规则晶型更有利于低酸助剂在POE树脂中的相容性，改善低酸助剂在POE树脂中的分散效果。
作为优选，所述金属氢氧化物为氢氧化铝、氢氧化镁和氢氧化钙，金属氧化物为氧化铝、氧化锌、氧化镁。
作为优选，所述六角片规则晶型的低酸助剂由如下步骤处理得到：将低酸助剂重悬于含1-5wt%长链烷基胺的水和甲醇的混合溶液中，在密封条件下将混合溶液加热至120-250°C保持12-86h后，分离沉淀物并用无水乙醇洗涤。
作为优选，所述低酸助剂的粒径为0.05～0.1μm。
作为优选，所述POE树脂加工粒子的造粒过程为：将POE第二树脂和低酸助剂混合后熔融挤出，熔融挤出温度为60～100℃。
作为优选，所述POE第二树脂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-己烯共聚物中的一种或多种。
乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-己烯共聚物对低酸助剂的相容性优于其他POE弹性体。
作为优选，所述POE第二树脂的熔融指数为3-25g/10min，体阻电阻率在1.0*1015Ω*cm以上。
作为优选，所述POE树脂加工粒子的造粒过程还包括将POE第二树脂磨粉预处理后和低酸助剂混合后熔融挤出。
作为优选，所述POE基础树脂为由乙烯与丙烯、丁烯、戊烯、己烯和辛烯单体中的任意两种或几种共聚得到的聚烯烃。
作为优选，所述POE基础树脂的熔融指数为3-25g/10min，体阻电阻率在1.0*1015Ω*cm以上。
作为优选，所述交联剂为有机过氧化物交联剂。
作为更优选，所述交联剂为二叔丁基过氧化物、叔丁基过氧化碳酸异丙酯、2 ,5-二甲基-2 ,5-(双叔丁过氧基)己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、1 ,1-双(叔丁基过氧)-3 ,3 ,5-三甲基环己烷、1 ,1-双(叔戊基过氧)环己烷、1 ,1-双(叔丁基过氧)环己烷、2 ,2-双(叔丁基过氧)丁烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、过氧化异丙苯中的一种或多种。
作为优选，所述助交联剂为三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、甘油三羟丙基醚三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷二烯丙基醚、三聚氰酸三烯丙酯、三甲代烯丙基异氰酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺、三乙烯基甲氧基硅烷、三乙烯基乙氧基硅烷、烯丙基三乙氧基硅烷、四甲基四乙烯基环四硅氧烷中的任意一种或多种。
作为优选，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基) 硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酸酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲基硅烷中的一种或多种。
作为优选，所述抗PID助剂为双季戊四醇、多元醇、液体碳化二亚胺、脂环族环氧基甲基丙烯酸酯、脂环族环氧化合物和多官能团脂环族环氧树脂中的一种或多种。
第二方面，本发明提供了一种上述光伏组件用POE封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
S1、将POE封装胶膜的原料按照设定配方比例称取后混合得到混合物；
S2、将混合物熔融挤出后冷却定型，再经收卷制得POE封装胶膜。
作为优选，所述S1中混合温度为40～60℃，混合时搅拌速度为80～300r/min，混合时间为1～5h；
S2中熔融挤出温度为50～100℃。
作为优选，所述制备方法包括如下步骤：
S1、将POE封装胶膜的原料按照设定配方比例称取后加入混料机，在40-60℃温度下以80-300r/min转速充分混合1～5h，直至助剂完全吸收，得到混合物；
S2、将混合物加入单螺杆挤出机，主机、熔体泵速度6～12m/min，单螺杆挤出机Ⅰ的螺杆直径为180mm，长径比为35，控制螺杆各区、模头、连接段滤网温度为50℃～100℃；进入分配器经模唇挤出成膜状熔体，其模口间隙控制为0.07～0.1mm；将从模唇挤出的熔体再经冷却辊与压花辊进行冷却定型，其中控制冷却辊与压花辊内循环水温度为15℃～30℃，最终在牵引收卷区域进行胶膜收卷，控制其牵引辊转速为6m/min～12m/min，收卷张力为10N～20N，得POE封装胶膜。
作为优选，所述制备方法还包括对所得POE封装胶膜进行酸值评估，酸值评估步骤为：（1）将POE封装胶膜剪成小块后加入正庚烷与乙醇混合溶液中，在氮气保护下置于温度为25～35℃超声30～60min得到待测胶膜混合溶液；
（2）使用滴定法检测待测胶膜混合溶液，并用滴定结果计算POE封装胶膜的酸值。
第三方面，本发明提供了一种光伏组件，所述光伏组件包括封装胶膜，所述封装胶膜为上述光伏组件用POE封装胶膜，或为由上述光伏组件用POE封装胶膜的制备方法制备得到的光伏组件用POE封装胶膜。
本发明的封装胶膜透光率好，可避免产生游离酸，用于光伏组件可降低光伏组件中电池片PID功率的衰减，进而延长光伏组件寿命。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）量化了POE封装胶膜的酸值，针对胶膜配方体系酸值高低，添加对应量的低酸助剂，保证挤出的胶膜体系呈现中性或偏弱碱性，保证硅烷偶联剂的粘接性能长期有效，有效的中和助剂及其副产物残余、固化结构在长期老化中水解产生的游离酸、助剂杂质氯离子，保证胶膜长期功效的稳定性，缓解不利成分对TOPCon电池片正面银铝涂层、栅线和汇流条的腐蚀，降低电池片PID功率的衰减，进而延长光伏组件寿命；（2）胶膜采用两种POE树脂制备完成，包括POE基础树脂和POE第二树脂，先将低酸助剂与POE第二树脂混合挤出完成初始加工，再添加到POE胶膜配方里中，可以有效解决低酸粉体助剂在POE非极性体系团聚分散性差问题及同时保证了POE胶膜的高透性。
附图说明
图1为实施例1-5和对比例1-2所得封装胶膜PCT后EL测试图像。
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，POE基础树脂为POE 8411美国陶氏，熔融指数为12g/10min；POE第二树脂为POE 7447美国陶氏；
六角片规则晶型氢氧化镁由如下步骤制备得到：
将水和甲醇以1：1体积比混合后加入1wt%的十八烷基胺得到混合溶液，将250 mL混合溶液加入密封釜中并加入30-45 g氢氧化镁使其重悬，在密封条件下将混合溶液加热至250°C保持12-86h，分离沉淀物并用无水乙醇洗涤得到不同粒径的六角片规则晶型氢氧化镁。
实施例1
光伏组件用POE封装胶膜，厚度为0.1mm，其原料为：95质量份POE基础树脂，2质量份POE树脂加工粒子，0.7质量份的叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.7质量份的三烯丙基异三聚氰酸酯，0.5质量份的乙烯基三乙氧基硅烷，0.05质量份的双季戊四醇，0.05质量份的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯，0.05质量份的双(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯；
其中POE树脂加工粒子由如下步骤制备得到：将POE第二树脂进行磨粉，并按19：1的质量比与氢氧化镁混合均匀后，采用双螺杆挤出的方式进行制备，螺杆各温区温度范围为90℃；其中氢氧化镁为六角片规则晶型，粒径为0.05μm；
该封装胶膜由如下步骤制备得到：
S1、将POE封装胶膜的原料按照设定配方比例称取后加入混料机，在60℃温度下以300r/min转速充分混合3h，直至助剂完全吸收，得到混合物；
S2、将混合物加入单螺杆挤出机，主机、熔体泵速度10m/min，单螺杆挤出机Ⅰ的螺杆直径为180mm，长径比为35，控制螺杆各区、模头、连接段滤网温度为90℃；进入分配器经模唇挤出成膜状熔体，其模口间隙控制为0.1mm；将从模唇挤出的熔体再经冷却辊与压花辊进行冷却定型，其中控制冷却辊与压花辊内循环水温度为15℃，最终在牵引收卷区域进行胶膜收卷，控制其牵引辊转速为10m/min，收卷张力为10N，得POE封装胶膜，记录为P1。
实施例2
光伏组件用POE封装胶膜，记录为P2，与实施例1的区别在于，其原料为95质量份POE基础树脂，2质量份POE树脂加工粒子，0.65质量份的叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.6质量份的三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，0.5质量份的乙烯基三乙氧基硅烷，0.05质量份的双季戊四醇，0.05质量份的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯和0.05质量份的3,5-二叔丁基-4-羟基-苯甲酸十六烷基酯。
实施例3
光伏组件用POE封装胶膜，记录为P3，与实施例1的区别在于，其原料为95质量份POE基础树脂，2质量份POE树脂加工粒子，0.6质量份的过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯，0.6质量份的甘油三羟丙基醚三丙烯酸酯，0.5质量份的乙烯基三乙氧基硅烷，0.05质量份的双季戊四醇，0.05质量份的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯，0.05质量份的双(2,2 ,6 ,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯；
其中POE树脂加工粒子由如下步骤制备得到：将POE第二树脂进行磨粉，并按19：1的质量比与氢氧化钙混合均匀后，采用双螺杆挤出的方式进行制备，螺杆各温区温度范围为90℃；其中氢氧化钙为六角片规则晶型，粒径为1.5μm。
实施例4
光伏组件用POE封装胶膜，记录为P4，与实施例1的区别在于，其原料为95质量份POE基础树脂，2质量份POE树脂加工粒子，0.65质量份的叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.6质量份的三聚氰酸三烯丙酯，0.5质量份的乙烯基三乙氧基硅烷，0.05质量份的双季戊四醇，0.05质量份的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯，0.05质量份的双(2 ,2,6 ,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯；
其中POE树脂加工粒子由如下步骤制备得到：将POE第二树脂进行磨粉，并按19：1的质量比与水滑石混合均匀后，采用双螺杆挤出的方式进行制备，螺杆各温区温度范围为90℃；其中水滑石为六角片规则晶型，粒径为0.1μm。
实施例5
光伏组件用POE封装胶膜，记录为P5，与实施例4的区别在于，POE树脂加工粒子中低酸助剂为粒径为1.4μm的六角片规则晶型的氢氧化镁。
对比例1
光伏组件用POE封装胶膜，记录为D1，与实施例1的区别在于，其原料为97质量份POE基础树脂，0.6质量份的叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.6质量份的三羟基甲基丙烷三丙烯酸酯，0.5质量份的乙烯基三乙氧基硅烷，0.05质量份的双季戊四醇，0.05质量份的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯，0.05质量份的葵二酸双-2 ,2 ,6 ,6-四甲基哌啶醇。
对比例2
光伏组件用POE封装胶膜，记录为D2，与实施例1的区别在于，其POE树脂加工粒子中氢氧化镁为无规则晶型，粒径为0.05μm。
对比例3
光伏组件用POE封装胶膜，记录为D3，与实施例1的区别在于，其原料为95质量份POE基础树脂，1.9质量份POE第二树脂，0.1质量份氢氧化镁（六角片规则晶型，粒径为0.05μm），0.7质量份的叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，0.7质量份的三烯丙基异三聚氰酸酯，0.5质量份的乙烯基三乙氧基硅烷，0.05质量份的双季戊四醇，0.05质量份的β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸异辛醇酯，0.05质量份的双(2 ,2 ,6 ,6-四甲基-4-哌啶基)葵二酸酯。
检测上述实施例和对比例的性能，
其中酸值测试的检测方法为：
（1）将样品胶膜剪成约0.5cm×0.5cm尺寸的小块，称取8g左右样品加入到正庚烷:乙醇=1:1(v/v)的混合溶液中，用氮气鼓吹后用PE膜密封，置于温度为25℃~35℃超声30~60min；
（2）使胶膜充分溶胀，胶膜中的有机酸充分溶解到混合溶液中（空白样也按上述步骤同样操作）。超声结束后，取待测胶膜混合溶液50mL于烧杯中，并滴加三滴溴百里香酚蓝指示剂；
（3）用标定的KOH乙醇溶液进行滴定，至终点颜色（浅绿色）与空白对比样一致，且保持30s不变色，记录KOH乙醇溶液实际消耗的体积（空白样也按上述步骤同样操作）；
（4）最后通过对比胶膜消耗KOH量和空白样消耗KOH量计算得到相应胶膜的酸值；
透光率检测方法参照ASTM D1003；体积电阻率检测方法参照ASTM D257；剥离强度测试方法参照ASTM D903；
将上述实施例和对比例组装为单玻组件：按照玻璃、POE封装胶膜、电池片、POE封装胶膜、背板顺序整齐放置，置于层压机进行加热，抽真空，层压，保压，取出冷却；
将单玻组件放入PCT老化箱进行老化，观察老化后的EL外观并测试双玻黄变；
参照IEC TS 62804-1:2015对单玻组件进行PID功率衰减检测；
检测结果如表1所示。
表1.胶膜生产记录及性能测试数据
由上表1的数据分析可见，本发明的光伏组件用POE封装胶膜具有良好的透光率，可减少对光伏组件的腐蚀，延长光伏组件寿命。
对比不添加低酸助剂的对比例1，本发明的实施例1、实施例2、实施例3、实施例4及实施例5酸值均处于弱碱性偏向于中性，保证电池片处于中性环境，以及长期老化中即使胶膜老化产生酸性物质也会被及时消耗。小粒径且规则晶型的低酸助剂对胶膜透光率、体积电阻率常规性能并没有受到影响，同时比较实施例1和实施例5可知，低酸助剂粒径越小透光性越高，而六角片规则晶型的低酸助剂的分散效果优于无规则晶型的，因此对比例2的捕捉、中和酸性物质能力较实施例1差。老化数据DH1000老化后粘接强度趋势明显优异于不添加，中性环境可以保证硅烷偶联剂长期老化中不易水解失效；实施例1、实施例2、实施例3、实施例4及实施例5的PCT96h黄变普遍更低，PID192h功率衰减也更少；PCT后的EL外观如图1所示，通过单玻组件PCT老化的初始、48h、94h EL外观对比分析，实施例1、实施例2、实施例3、实施例4及实施例5的性能明显优于对比例1、对比例2和对比例3，其中对比例3虽然也添加了低酸助剂，但其不是以POE树脂加工粒子形式加入的，这导致低酸助剂在封装胶膜中分散效果较差，从而无法避免封装胶膜对光伏组件的酸化腐蚀。

Claims (10)

1.光伏组件用POE封装胶膜，其特征是，包括以下质量份的原料：70～95份的POE基础树脂，2～25份的POE树脂加工粒子，0.02～3份的交联剂，0.02～3份的助交联剂，0.02～2份的硅烷偶联剂， 0.01～2份抗PID助剂，0.005～2份的抗氧剂和0.005～2份的光稳定剂；
所述POE树脂加工粒子由1～20质量份的POE第二树脂和0.1～5质量份的低酸助剂造粒得到；
所述低酸助剂为金属氢氧化物、金属氧化物、水滑石和磷酸氢锆中的一种或多种，低酸助剂的粒径为0.02～2μm，低酸助剂的晶型为六角片规则晶型。
2.根据权利要求1所述的光伏组件用POE封装胶膜，其特征是，所述低酸助剂的粒径为0.05～0.1μm。
3.根据权利要求1所述的光伏组件用POE封装胶膜，其特征是，所述POE树脂加工粒子的造粒过程为：将POE第二树脂和低酸助剂混合后熔融挤出，熔融挤出温度为60～100℃。
4.根据权利要求1所述的光伏组件用POE封装胶膜，其特征是，所述POE第二树脂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-丁烯共聚物和乙烯-己烯共聚物中的一种或多种。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的光伏组件用POE封装胶膜，其特征是，所述POE树脂加工粒子的造粒过程还包括将POE第二树脂磨粉预处理后和低酸助剂混合后熔融挤出。
6.根据权利要求1所述的光伏组件用POE封装胶膜，其特征是，所述POE封装胶膜的厚度为0.01～1mm。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述光伏组件用POE封装胶膜的制备方法，其特征是，包括如下步骤：
S1、将POE封装胶膜的原料按照设定配方比例称取后混合得到混合物；
S2、将混合物熔融挤出后冷却定型，再经收卷制得POE封装胶膜。
8.根据权利要求7所述的一种光伏组件用POE封装胶膜的制备方法，其特征是，所述S1中混合温度为40～60℃，混合时搅拌速度为80～300r/min，混合时间为1～5h；
S2中熔融挤出温度为50～100℃。
9.根据权利要求7或8所述的一种光伏组件用POE封装胶膜的制备方法，其特征是，所述制备方法还包括对所得POE封装胶膜进行酸值评估，酸值评估步骤为：
（1）将POE封装胶膜剪成小块后加入正庚烷与乙醇混合溶液中，在氮气保护下置于温度为25～35℃超声30～60min得到待测胶膜混合溶液；
（2）使用滴定法检测待测胶膜混合溶液，并用滴定结果计算POE封装胶膜的酸值。
10.一种光伏组件，所述光伏组件包括封装胶膜，其特征是，所述封装胶膜为如权利要求1-6任意一项所述光伏组件用POE封装胶膜，或为由如权利要求7-9任意一项所述光伏组件用POE封装胶膜的制备方法制备得到的光伏组件用POE封装胶膜。
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