CN118027854A - 一种转光型光伏封装用pvb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封装用胶膜领域，具体涉及一种转光型光伏封装用PVB胶膜及其制备方法和应用；按质量分组成计，包括：聚乙烯醇缩丁醛树脂、增塑剂、丙烯酸酯、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂和转光剂；采用本发明的制备方法制备的PVB胶膜，在各种助剂作用下，具有良好的耐紫外老化能力，通过紫外线长时间照射依旧可以保持较高的的透光率、不易发黄、性能好；可以作为硅基太阳能电池的转光材料，其具有激发宽、发光强度高的特点，可以将太阳光谱中的短波长光子转换为长波长光子，能够把一部分不能吸收利用的紫外光转换为可见光，从而提升太阳能电池的发电效率；对延长组件使用寿命将有十分重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池封装用胶膜领域，具体涉及一种转光型光伏封装用PVB胶膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着科技的不断发展，各种新型材料应运而生，为各个行业带来了新的机遇和挑战。PVB由聚乙烯醇(PVA)和丁醛缩合而成，是目前已工业化生产的聚乙烯醇缩醛类产品中最主要的品种。PVB胶膜作为一种高性能、环保型复合材料，已经在汽车、建筑、电子、航空航天等领域得到了广泛的应用。PVB胶膜与玻璃、金属等材料有很高的粘接力，因此成为一种不可或缺的合成树脂材料。
光伏封装胶膜置于光伏组件的玻璃与太阳能电池或背板与太阳能电池之间，用于封装并保护太阳能电池，是光伏组件的关键材料之一。其主要作用包括：为光伏组件材料起到粘接作用及提供结构支撑；为太阳能电池起到高透光作用及提供最大光耦合；为光伏组件起到物理隔绝作用及提供电气绝缘和水汽阻隔；为光伏组件起到热传导作用及提供优异的耐候性等。
EVA胶膜的抗紫外能力弱，长期日晒容易发黄发黑，且拉伸强度等力学性能差，而PVB胶膜具有良好的力学性能、隔声性、透明性及抗紫外线能力、与玻璃具有良好的粘接力，添加有增塑剂的PVB胶膜还具有良好的柔韧性和挠曲性，已成熟的应用于建筑用安全玻璃和汽车夹层玻璃的制作。
目前关于太阳能封装PVB胶膜的研究已有不少，主要通过胶膜的热导率、耐久性、粘接性和保持透光性来提升性能，但是几乎很少涉及将太阳光谱中的紫外光转为晶硅太阳能电池响应范围的可见光。
发明内容
本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种具有转光效应的PVB封装胶膜，用于解决上述技术问题中的至少一个。
为实现上述目的，本发明中的采用的技术方案如下：
一种转光型光伏封装用PVB胶膜，按质量分组成计，包括：聚乙烯醇缩丁醛树脂100份、增塑剂10～20份、丙烯酸酯5～10份、紫外光吸收剂0.5～1.5份、抗氧剂0.5～1份、硅烷偶联剂0.4～0.8份、转光剂1～10份。
进一步的，所述聚乙烯醇缩丁醛树脂中羟基质量百分比为17％～19％，在170摄氏度下熔融指数为2.3g/10min。
进一步的，所述增塑剂为三乙二醇二-2-乙基己酸酯、三乙二醇二正庚酸酯、四乙二醇二正庚酸酯、三乙二醇二-2-乙基丁酸酯、癸二酸二丁酯、己二酸二正己酯中的至少一种。
进一步的，所述紫外光吸收剂为2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑。
进一步的，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯中的至少一种。
进一步的，所述硅烷偶联剂包括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或乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。
进一步的，所述转光剂为有机芳胺类，有机萘类，有机蒽类，有机芘类，有机硅类，三嗪类，苯并咪唑类，苯并噁唑类，苯乙烯类，香豆素类，苯二甲酰亚胺类，芴类中的至少一种。
进一步的，所述丙烯酸酯选用丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯和2-甲基丙烯酸乙酯中的至少一种。
本发明还有一个目的是：克服现有技术中的不足，提供一种具有转光效应的PVB封装胶膜的制备方法，用于解决上述技术问题中的至少一个。
一种转光型光伏封装用PVB胶膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1)将转光剂和丙烯酸酯依序投加到高速混合机内，转光剂和丙烯酸酯的质量比为1:5，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒；
2)将PVB树脂与转光剂母粒、增塑剂、丙烯酸酯、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂按一定的比例在高速混合机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中混炼，挤出机温度为110～120摄氏度，经过流延、压花、冷却进行成膜。
本发明还有一个目的是：克服现有技术中的不足，提供一种具有转光效应的PVB封装胶膜的应用。
上述转光型PVB封装胶膜在制备光伏组件中的应用。
采用本发明中技术方案具有以下有益效果：
1.PVB分子中乙烯醇单元含有极性较大且易形成氢键的羟基，它的存在使得PVB树脂具有较高的玻璃化转变温度和较差的加工流动性。本发明中通过加入合适的增塑剂来提高PVB胶膜的熔体流动速率，使其能通过熔融挤出的方法加工成膜，并赋予PVB胶膜良好的抗冲击性能。
2.本发明中用于PVB的增塑剂与PVB树脂有良好的相容性，且不影响PVB的透明性，同时具有高沸点和低吸水性。
3.采用本发明的制备方法制备的PVB胶膜，在各种助剂作用下，具有良好的耐紫外老化能力，通过紫外线长时间照射依旧可以保持较高的的透光率、不易发黄、性能好；可以作为硅基太阳能电池的转光材料，其具有激发宽、发光强度高的特点，可以将太阳光谱中的短波长光子转换为长波长光子，能够把一部分不能吸收利用的紫外光转换为可见光，从而提升太阳能电池的发电效率；对延长组件使用寿命将有十分重要的意义。此外，其合成方法简单，适用于大规模生产。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。本发明中的使用的原料、设备均匀已知产品，可通过市售获得，下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
实施例1：
步骤1)：将转光剂双乙酰乙酰芳胺和丙烯酸甲酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂三乙二醇二-2-乙基己酸酯10份、丙烯酸甲酯10份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑1.5份、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷0.4份、步骤1)中制得的转光剂母粒10份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
实施例2：
步骤1)：将转光剂1,8-萘酰亚胺和丙烯酸乙酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂三乙二醇二正庚酸酯10份、丙烯酸乙酯10份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑1.5份、抗氧剂3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯1份、硅烷偶联剂乙烯基三甲氧基硅烷0.4份、步骤1)中制得的转光剂母粒10份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
实施例3：
步骤1)：将转光剂4,8-二甲基-7-羧基香豆素和2-甲基丙烯酸甲酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂四乙二醇二正庚酸酯10份、2-甲基丙烯酸甲酯10份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑1.5份、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、硅烷偶联剂乙烯基三过氧化叔丁基硅烷0.4份、步骤1)中制得的转光剂母粒10份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
实施例4：
步骤1)：将转光剂苯二甲酰亚胺和2-甲基丙烯酸乙酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂三乙二醇二-2-乙基己酸酯10份、2-甲基丙烯酸乙酯10份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑1.5份、抗氧剂3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯1份、硅烷偶联剂乙烯基三乙酰氧基硅烷0.4份、步骤1)中制得的转光剂母粒10份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
实施例5：
步骤1)：将转光剂苯并咪唑和丙烯酸甲酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂三乙二醇二-2-乙基己酸酯10份、丙烯酸甲酯10份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑1.5份、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1份、硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷0.4份、步骤1)中制得的转光剂母粒10份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
实施例6：
步骤1)：将转光剂双乙酰乙酰芳胺和丙烯酸甲酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂三乙二醇二-2-乙基己酸酯10份、丙烯酸甲酯5份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑0.5份、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7份、硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷0.8份、步骤1)中制得的转光剂母粒5份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
实施例7：
步骤1)：将转光剂双乙酰乙酰芳胺和丙烯酸甲酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂三乙二醇二-2-乙基己酸酯20份、丙烯酸甲酯10份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑1.5份、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7份、硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷0.4份、步骤1)中制得的转光剂母粒10份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
实施例8：
步骤1)：将转光剂双乙酰乙酰芳胺和丙烯酸甲酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂三乙二醇二-2-乙基己酸酯10份、丙烯酸甲酯10份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑0.5份、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7份、硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷0.4份、步骤1)中制得的转光剂母粒10份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
实施例9：
步骤1)：将转光剂双乙酰乙酰芳胺和丙烯酸甲酯(质量比为1：5)依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒。
步骤2)：按质量份数计，称取PVB树脂100份、增塑剂三乙二醇二-2-乙基己酸酯10份、丙烯酸甲酯5份、紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑1.5份、抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.5份、硅烷偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷0.8份、步骤1)中制得的转光剂母粒5份。将上述原料按比例混合均匀，之后将混合物倒入挤出机共混挤出，经过流延、压花、冷却成膜，通过牵引裁切，收卷得到PVB封装胶膜，膜的厚度0.5毫米。
对比例1：
与实施例1相比，不含转光剂，其它与实施例1相同。
对比例2：
与实施例7相比，不含转光剂，其它与实施例7相同。
对比例3：
与实施例8相比，不含转光剂，其它与实施例8相同。
对比例4：
与实施例9相比，不含转光剂，其它与实施例9相同。
分别对实施例1～9和对比例1～4的胶膜样品进行了力学性能、透光率和剥离强度测试。其中按照美国标准ASTM D638测试力学性能，依据国际标准TSO 8510-2-2006对PVB胶膜/玻璃组件进行剥离强度测试，按照国家标准GB 2410-2008测试透光率。层压工艺为150～155摄氏度抽真空10分钟层压14分钟，使用太阳能电池组件专用层压机。
并将上述转光型PVB封装胶膜制备光伏组件。
具体测试结果见表1。
表1
由测试结果可以看出，本发明制备的一种转光封装PVB胶膜，基本符合太阳能光伏组件对胶膜的要求。在各种原料的配合作用下，使得封装胶膜具有更佳的力学性能，转光剂能将紫外光转换为可见光，提高了组件的发电功率，降低紫外线对背板的破坏作用，保证光伏组件具有更长的使用寿命。其中转光剂双乙酰乙酰芳胺提升组件功率的效果最好。
综上所述，本发明的一种转光封装胶膜具有良好的透光率和较低的黄色指数，同时还具有良好的耐紫外老化能力，通过紫外线长时间照射依旧能保持较高的透光率，不易发黄，性能好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种转光型光伏封装用PVB胶膜，其特征在于：按质量分组成计，包括：聚乙烯醇缩丁醛树脂100份、增塑剂10~20份、丙烯酸酯5~10份、紫外光吸收剂0.5~1.5份、抗氧剂0.5~1份、硅烷偶联剂0.4~0.8份、转光剂1~10份。
2.根据权利要求1所述的一种转光型光伏封装用PVB胶膜，其特征在于：所述聚乙烯醇缩丁醛树脂中羟基质量百分比为17%~19%，在170摄氏度下熔融指数为2.3 g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种转光型光伏封装用PVB胶膜，其特征在于：所述增塑剂为三乙二醇二-2-乙基己酸酯、三乙二醇二正庚酸酯、四乙二醇二正庚酸酯、三乙二醇二-2-乙基丁酸酯、癸二酸二丁酯、己二酸二正己酯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种转光型光伏封装用PVB胶膜，其特征在于：所述紫外光吸收剂为2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三唑。
5.根据权利要求1所述的一种转光型光伏封装用PVB胶膜，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八烷醇酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种转光型光伏封装用PVB胶膜，其特征在于：所述硅烷偶联剂包括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或乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种转光型光伏封装用PVB胶膜，其特征在于：所述转光剂为有机芳胺类，有机萘类，有机蒽类，有机芘类，有机硅类，三嗪类，苯并咪唑类，苯并噁唑类，苯乙烯类，香豆素类，苯二甲酰亚胺类，芴类中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种转光型光伏封装用PVB胶膜，其特征在于：所述丙烯酸酯选用丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、2-甲基丙烯酸甲酯和2-甲基丙烯酸乙酯中的至少一种。
9.如权利要求1~8中任一项所述的一种转光型光伏封装用PVB胶膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：
1）将转光剂和丙烯酸酯依序投加到高速混合机内，用高速混合机搅拌均匀后，在130摄氏度的操作温度下，在转速为100转/分钟的双螺杆挤出机中进行挤出，风干造粒，剪切制备成转光剂母粒；
2）将PVB树脂与转光剂母粒、增塑剂、丙烯酸酯、紫外光吸收剂、抗氧剂、硅烷偶联剂按一定的比例在高速混合机中混合均匀，然后在双螺杆挤出机中混炼，挤出机温度为110~120摄氏度，经过流延、压花、冷却进行成膜。
10.权利要求1~9中任一项所述的转光型PVB封装胶膜在制备光伏组件中的应用。
Priority Applications (1)
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2024
- 2024-02-02 CN CN202410145165.1A patent/CN118027854A/zh active Pending
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