CN117901518A - 一种多层结构太阳能组件用封装胶膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多层结构太阳能组件用封装胶膜及其制备方法，属于光伏封装材料领域。所述多层结构太阳能组件用封装胶膜包括依序设置的EVA层、粘结层、POE层、粘结层和EVA层；POE层的原料配方为：主体树脂POE 95~98%、引发剂0.1~2%、交联剂0.1~2%、硅烷偶联剂0.1~2%份；EVA层的原料配方为：主体树脂EVA 95‑98%、引发剂0.1~2%、交联剂0.1~2%、硅烷偶联剂0.05~1%份；EVA层和POE层通过熔融挤出形成，粘结层是通过将UV光反应聚合物涂布于EVA层和POE层之间，再通过UV固化后形成。本发明所述的封装胶膜可以解决因POE与EVA层的极性不同而导致的分层现象。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能光伏组件封装领域，尤其涉及一种多层结构太阳能组件用封装胶膜及其制备方法。
背景技术
目前，晶硅太阳能组件结构为玻璃/光伏组件封装胶膜/晶硅电池片/光伏组件封装胶膜/背板的五层结构。光伏组件封装胶膜是晶硅太阳能组件的重要组成部分，起着粘接保护玻璃与电池片及电池片与背板的作用。太阳电池封装胶膜主要分为三类，EVA封装胶膜、EPE封装胶膜和POE封装胶膜，胶膜是光伏组件封装的关键材料，对太阳能电池组件起封装和保护的作用，能提高组件的光电转换效率，并延长组件使用寿命。由于光伏组件的封装过程具有不可逆性，加之光伏组件运营寿命要求25年以上，一旦组件胶膜开始黄变、龟裂，电池易失效报废，对组件的转换效率也有一定影响，所以尽管胶膜的绝对价值不高(晶硅电池组件的生产成本中，约70％～80％来自电池片，约3％～7％来自胶膜、背板)，但其在光伏组件质量及寿命中起着重要作用，是组件的核心封装材料，对其性能、品质及稳定性均有较高要求。
传统的光伏胶膜是以EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)聚合物为基本材料制成.然而，醋酸乙烯酯的化学结构具有极性，其电子在电压条件下能够迁移，采用EVA光伏胶膜的光伏组件在发电过程中会发生PID效应，进而会导致光伏组件的发电功率明显下降。所以，光伏组件逐渐采用POE(乙烯-辛烯共聚物)光伏胶膜。但是，POE原材料紧缺，同时POE光伏胶膜粘接性能比EVA光伏胶膜低。故而，现有光伏组件逐渐采用EPE(即EVA、POE、EVA)的三层结构的光伏胶膜。但由于EVA与POE的化学结构、极性差异较大，剪切熔体升温速率都有明显的差别，会导致共挤后的胶膜出现相应分层的现象。这种共挤胶膜在长期老化加速过程中，会扩大两种材料分层的风险，最终带来EVA-POE界面之间结合力衰减，造成封装材料内部层间脱层的现象。所以，现有EPE光伏胶膜在湿热老化后，VA与POE层间易分离，影响光伏组件的使用寿命和发电功率。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多层结构太阳能组件用封装胶膜及其制备方法，在EVA表层与POE中间层之间设置UV光反应聚合物层作为粘接层，形成五层复合结构，提高EVA与POE界面之间的结合力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其包括依序设置的EVA层、粘结层、POE层、粘结层和EVA层；
所述POE层的原料配方为：主体树脂POE 95～98％、引发剂0.1～2％、交联剂0.1～2％、硅烷偶联剂0.1～2％份；
所述EVA层的原料配方为：主体树脂EVA 95-98％、引发剂0.1～2％、交联剂0.1～2％、硅烷偶联剂0.05～1％份；
所述粘结层是通过将UV光反应聚合物涂布于EVA层和POE层之间，再通过UV固化后形成。
进一步地，按质量份数计，所述粘结层的UV光反应聚合物由如下原料组成：甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯40～85份、四氢呋喃丙烯酸酯10～40份、丙烯酸羟乙酯5～20份、1,6-己二醇二丙烯酸酯2～10份，引发剂2,4,6-三甲基二苯甲酮0.1～1.5份。
进一步地，所述引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸脂、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化二叔戊基、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯中的一种或任意几种的组合。
进一步地，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三烯丙基异氰酸酯、三异丙基异三聚氰酸酯、异氰脲酸三烯丙酯和异氰尿酸三烯丙酯中的一种或任意几种的组合。
进一步地的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯三乙氧基硅烷、三乙氧基乙烯硅烷、乙烯基三乙氧硅烷、(三乙氧基甲硅烷基)乙烯、三乙氧基乙烯基硅烷中的一种或任意组合。
进一步地，所述POE层的厚度为100-350μm，优选为150-200μm。
进一步地，所述EVA层的厚度为150-300μm。
进一步地，所述粘结层的厚度为10-50μm。
进一步地，所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将EVA层、POE层和粘结层原料混合均匀，分别制得EVA层、POE层和粘结层的混合料；
2)将EVA层、POE层的混合料加入至流延设备进行熔融挤出，分别得到EVA层、POE层；
3)将粘结层的混合料涂布到EVA层和POE层之间，并经设备冷却后进行UV固化定型处理，得到多层结构太阳能组件用封装胶膜。
优选的，步骤2)中，熔融挤出的温度为75～100℃。
优选的，步骤2)中，UV固化定型处理过程UV的能量为1500～10000mj/cm2。
本发明采用以上技术方案，通过熔融挤出形成中间POE层和外侧EVA层，然后将粘结层混合料涂布于POE层和EVA层之间形成粘结层，从而形成五层结构的多层结构太阳能组件用封装胶膜。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：本发明的多层结构太阳能组件用光伏封装胶膜中，以介于外层EVA与中间层POE层之间的UV光反应聚合物作为粘接层，形成多层复合结构，提高了EVA与POE界面之间的结合力，以此来避免POE层与EVA层之间的分层现象，从而使得该多层结构光伏胶膜在兼具优异的抗PID效果和粘接力的情况下，还避免了抗湿热老化分层现象，更进一步地提升采用该多层结构光伏胶膜封装后的光伏组件的使用寿命和发电功率。
附图说明
图1为本发明的一种多层结构太阳能组件用光伏封装胶膜的截面结构示意图；其中，1：EVA层；2：粘结层；3：POE层。
具体实施方式
以下结合具体实施方式，对本发明作进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
以下实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。
如图1所示，一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其包括依序设置的EVA层1、粘结层2、POE层3、粘结层2和EVA层1；
所述POE层的原料配方为：主体树脂POE95～98％、引发剂0.1～2％、交联剂0.1～2％、硅烷偶联剂0.1～2％份；
所述EVA层的原料配方为：主体树脂EVA 95-98％、引发剂0.1～2％、交联剂0.1～2％、硅烷偶联剂0.05～1％份；
所述粘结层是通过将UV光反应聚合物涂布于EVA层和POE层之间，再通过UV固化后形成。
进一步地，按重量份数计，所述粘结层的UV光反应聚合物由如下原料组成：甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯40～85份、四氢呋喃丙烯酸酯10～40份、丙烯酸羟乙酯5～20份、1,6-己二醇二丙烯酸酯2～10份，引发剂2,4,6-三甲基二苯甲酮0.1～1.5份。
进一步地，所述引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸脂、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化二叔戊基、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯中的一种或任意几种的组合。
进一步地，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三烯丙基异氰酸酯、三异丙基异三聚氰酸酯、异氰脲酸三烯丙酯和异氰尿酸三烯丙酯中的一种或任意几种的组合。
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进一步地，所述POE层的厚度为100-350μm，优选为150-200μm；所述EVA层的厚度为150-300μm；所述粘结层的厚度为10-50μm。
所述的多层结构太阳能组件用封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将EVA层、POE层和粘结层原料混合均匀，分别制得EVA层、POE层和粘结层的混合料；
2)将EVA层、POE层的混合料加入至流延设备进行熔融挤出，熔融挤出的温度为75～100℃，分别得到EVA层、POE层；
3)将粘结层的混合料涂布到EVA层和POE层之间，并经设备冷却后进行UV固化定型处理，UV能量为1500～10000mj/cm2，得到多层结构太阳能组件用封装胶膜。
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述：
实施例1
一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其包括依序设置的EVA层、粘结层、POE层、粘结层和EVA层；
(1)POE层的原料配方：
按质量比计，POE树脂:引发剂:交联剂:硅烷偶联剂＝95:2:2:1；
其中，POE树脂为乙烯-丁烯共聚物，MI为14g/10min；
引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸脂、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的复配物；
交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯的复配物；
偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯三乙氧基硅烷的复配物。
(2)EVA层的原料配方：
按质量比计，EVA树脂:引发剂:交联剂:硅烷偶联剂＝96:1:2:1；
其中，EVA树脂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯VA的质量比为28％，MI为25g/10min；
引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸脂、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的复配物；
交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯的复配物；
偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯三乙氧基硅烷的复配物。
(3)粘结层的原料配方：
按质量份计，甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯55份、四氢呋喃丙烯酸酯15份、丙烯酸羟乙酯20份、1,6-己二醇二丙烯酸酯10份和引发剂2,4,6-三甲基二苯甲酮0.15份。
(4)多层结构太阳能组件用封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将EVA层、POE层和粘结层原料混合均匀，分别制得EVA层、POE层和粘结层的混合料；
2)将EVA层、POE层的混合料加入至流延设备进行熔融挤出，熔融挤出的温度为85℃，分别得到EVA层、POE层；
3)将粘结层的混合料涂布到EVA层和POE层之间，并经设备冷却后进行UV固化定型处理，UV能量为3000mj/cm2，得到多层结构太阳能组件用封装胶膜；其中，EVA层的厚度为150um，粘结层的厚度为50um，POE层的厚度为200um。
实施例2
一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其包括依序设置的EVA层、粘结层、POE层、粘结层和EVA层；
(1)POE层的原料配方：
按质量比计，POE树脂:引发剂:交联剂:硅烷偶联剂＝96:1:2:1；
其中，POE树脂为乙烯-丁烯共聚物，MI为14g/10min；
引发剂为1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的复配物；
交联剂为1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三烯丙基异三聚氰酸酯的复配物；
硅烷偶联剂为三乙氧基乙烯硅烷、乙烯三乙氧基硅烷的复配物；
(2)EVA层的原料配方：
按质量比计，EVA树脂:引发剂:交联剂:硅烷偶联剂＝97:1:1:1；
其中，EVA树脂为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯VA的质量比为28％，MI为25g/10min；
引发剂为1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯的复配物；
交联剂为1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三烯丙基异三聚氰酸酯的复配物；
硅烷偶联剂为三乙氧基乙烯硅烷、乙烯三乙氧基硅烷的复配物。
(3)粘结层的原料配方：
按质量份计，甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯60份、四氢呋喃丙烯酸酯15份、丙烯酸羟乙酯20份、1,6-己二醇二丙烯酸酯5份和引发剂2,4,6-三甲基二苯甲酮0.5份。
(4)多层结构太阳能组件用封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将EVA层、POE层和粘结层原料混合均匀，分别制得EVA层、POE层和粘结层的混合料；
2)将EVA层、POE层的混合料加入至流延设备进行熔融挤出，熔融挤出的温度为85℃，分别得到EVA层、POE层；
3)将粘结层的混合料涂布到EVA层和POE层之间，并经设备冷却后进行UV固化定型处理，UV能量为4000mj/cm2，得到多层结构太阳能组件用封装胶膜；其中，EVA层的厚度为180um，粘结层的厚度为40um，POE层的厚度为180um。
实施例3
一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其包括依序设置的EVA层、粘结层、POE层、粘结层和EVA层；
(1)POE层的原料配方：
按质量比计，POE树脂:引发剂:交联剂:硅烷偶联剂＝97:1:1:1；
其中，POE树脂即乙烯-丁烯共聚物，MI为14g/10min；
引发剂为1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯的复配物；
交联剂为1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三异丙基异三聚氰酸酯的复配物；
硅烷偶联剂为三乙氧基乙烯硅烷、乙烯基三乙氧硅烷的复配物；
(2)EVA层的原料配方：
按质量比计，EVA树脂:引发剂:交联剂:硅烷偶联剂＝98:1:0.5:0.5；
其中，EVA树脂即乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯VA的质量比为28％，MI为25g/10min；
引发剂为1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯的复配物；
交联剂为1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、三异丙基异三聚氰酸酯的复配物；
硅烷偶联剂为三乙氧基乙烯硅烷、乙烯基三乙氧硅烷的复配物；
(3)粘结层的原料配方：
按质量份计，甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯65份、四氢呋喃丙烯酸酯15份、丙烯酸羟乙酯10份、1,6-己二醇二丙烯酸10份和引发剂、2,4,6-三甲基二苯甲酮0.8份。
(4)多层结构太阳能组件用封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将EVA层、POE层和粘结层原料混合均匀，分别制得EVA层、POE层和粘结层的混合料；
2)将EVA层、POE层的混合料加入至流延设备进行熔融挤出，熔融挤出的温度为85℃，分别得到EVA层、POE层；
3)将粘结层的混合料涂布到EVA层和POE层之间，并经设备冷却后进行UV固化定型处理，UV能量为5000mj/cm2，得到多层结构太阳能组件用封装胶膜；其中，EVA层的厚度为170um，粘结层的厚度为30um，POE层的厚度为200um。
实施例4
一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其包括依序设置的EVA层、粘结层、POE层、粘结层和EVA层；
(1)POE层的原料配方：
按质量比计，POE树脂:引发剂:交联剂:硅烷偶联剂＝97.5:0.7:0.8:1；
其中，POE树脂即乙烯-丁烯共聚物，MI为14g/10min；
引发剂为过氧化二叔戊基、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯的复配物；
交联剂为异氰脲酸三烯丙酯和异氰尿酸三烯丙酯、三异丙基异三聚氰酸酯的复配物；
偶联剂为三乙氧基乙烯硅烷、乙烯基三乙氧硅烷的复配物；
(2)EVA层的原料配方：
按质量比计，EVA树脂:引发剂:交联剂:硅烷偶联剂＝98.5:0.5:0.5:0.5；
其中，EVA树脂即乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯VA的质量比为28％，MI为25g/10min；
引发剂为过氧化二叔戊基、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯的复配物；
交联剂为异氰脲酸三烯丙酯和异氰尿酸三烯丙酯、三异丙基异三聚氰酸酯的复配物；
偶联剂为三乙氧基乙烯硅烷、乙烯基三乙氧硅烷的复配物；
(3)粘结层的原料配方：
按质量份计，甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯70份、四氢呋喃丙烯酸酯10份、丙烯酸羟乙酯10份、1,6-己二醇二丙烯酸10份和引发剂、2,4,6-三甲基二苯甲酮1.0份。
(4)多层结构太阳能组件用封装胶膜的制备方法，包括如下步骤：
1)将EVA层、POE层和粘结层原料混合均匀，分别制得EVA层、POE层和粘结层的混合料；
2)将EVA层、POE层的混合料加入至流延设备进行熔融挤出，熔融挤出的温度为85℃，分别得到EVA层、POE层；
3)将粘结层的混合料涂布到EVA层和POE层之间，并经设备冷却后进行UV固化定型处理，UV能量为8000mj/cm2，得到多层结构太阳能组件用封装胶膜；其中，EVA层的厚度为200um，粘结层的厚度为20um，POE层的厚度为180um。
对比例1～4
对比例1～4分别参照实施例1～4的原料配方比例，不设置粘结层，EVA层和POE层的厚度与实施例1～4相同。
采用实施例1～4和对比例1～4制成的光伏胶膜，按玻璃/胶膜/玻璃的结构封装制成光伏组件后，根据行标IEC-62804测试光伏组件在85℃、85％RH、1000h下的老化数据，观察光伏组件湿热老化后胶膜层间是否分离。其测试结果如表1所示。
表1实施例1～4与对比例1～4的老化现象
| 样品 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 是否分层 | 否 | 否 | 否 | 否 |
| 样品 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 是否分层 | 分层 | 分层 | 分层 | 分层 |
从表1可以看出，本发明实施例1～4的多层结构太阳能组件用封装胶膜封装制成光伏组件后，在85℃、85％RH、1000h的条件下进行湿热老化后不会出现分层现象，而对比例1-4出现分层现象。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其特征在于，其包括依序设置的EVA层、粘结层、POE层、粘结层和EVA层；
所述POE层的原料配方为：主体树脂POE 95~98%、引发剂0.1~2%、交联剂0.1~2%、硅烷偶联剂0.1~2%份；
所述EVA层的原料配方为：主体树脂EVA 95-98%、引发剂0.1~2%、交联剂0.1~2%、硅烷偶联剂0.05~1%份；
所述粘结层是通过将UV光反应聚合物涂布于EVA层和POE层之间，再通过UV固化后形成。
2.根据权利要求1所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其特征在于，按质量份数计，所述粘结层的UV光反应聚合物由如下原料组成：甲氧基聚乙二醇(550)单甲基丙烯酸酯40~85份、四氢呋喃丙烯酸酯10~40份、丙烯酸羟乙酯5~20份、1,6-己二醇二丙烯酸酯2~10份，引发剂2,4,6-三甲基二苯甲酮0.1~1.5份。
3.根据权利要求1所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其特征在于，所述引发剂为过氧化-2-乙基己基碳酸脂、过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯、1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷、过氧化二叔戊基、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯中的一种或任意几种的组合。
4. 根据权利要求1所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其特征在于，所述交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基异三聚氰酸酯、1,3,5-三-2-丙烯基-1,3,5-三嗪-2,4, 6(1H,3H,5H)-三酮、三烯丙基异氰酸酯、三异丙基异三聚氰酸酯、异氰脲酸三烯丙酯和异氰 尿酸三烯丙酯中的一种或任意几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯三乙氧基硅烷、三乙氧基乙烯硅烷、乙烯基三乙氧硅烷、(三乙氧基甲硅烷基)乙烯、三乙氧基乙烯基硅烷中的一种或任意组合。
6.根据权利要求1所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其特征在于，所述POE层的厚度为100-350μm。
7.根据权利要求1所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其特征在于，所述EVA层的厚度为150-300μm。
8.根据权利要求1所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜，其特征在于，所述粘结层的厚度为10-50μm。
9.如权利要求1~8任一项所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将EVA层、POE层和粘结层原料混合均匀，分别制得EVA层、POE层和粘结层的混合料；
2）将EVA层、POE层的混合料加入至流延设备进行熔融挤出，分别得到EVA层、POE层；
3）将粘结层的混合料涂布到EVA层和POE层之间，并经设备冷却后进行UV固化定型处理，得到多层结构太阳能组件用封装胶膜。
10. 根据权利要9所述的一种多层结构太阳能组件用封装胶膜的制备方法，其特征在于，步骤2）所述熔融挤出的温度为75~100℃，步骤3）所述 UV固化定型处理过程UV的能量为1500~10000 mj/cm2。
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