CN104927687A

CN104927687A - 一种太阳能光伏用封装胶膜、制备方法及其用途

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Publication number: CN104927687A
Application number: CN201510292782.5A
Authority: CN
Inventors: 唐景; 刘屹; 傅冬华; 唐应堂
Original assignee: Changshu Tegu New Material Technology CoLtd; Canadian Solar China Investment Co Ltd
Current assignee: CSI Solar Power Group Co Ltd; Changshu Tegu New Material Technology CoLtd; Canadian Solar China Investment Co Ltd
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明提供了一种太阳能光伏用封装胶膜、制备方法及其用途。所述封装胶膜其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：EVA 35～70％；PVB 20～50％。本发明通过将EVA和PVB两种材料共混，形成高分子合金封装胶膜，使得到的封装胶膜集合了EVA和PVB材料的系列优点，同时完美地摒弃了两者缺点，显著改善了光伏组件老化失效的问题。此外，通过将EVA和PVB两种材料共混，还简化了成型封装方法，使用普通层压机即可实现光伏组件层压封装，拓宽了该封装胶膜的使用范围。所述封装胶膜既可用于常规单玻璃光伏组件的封装，又可用于双玻光伏组件和BIPV的封装。

Description

一种太阳能光伏用封装胶膜、制备方法及其用途

技术领域

本发明属于太阳能光伏组件技术领域，具体涉及一种太阳能光伏用封装胶膜、制备方法及其用途。

背景技术

近年来，太阳能光伏行业在国内发展迅速，光伏组件封装用原材料的研究和开发也越来越深入。

光伏组件长期暴露于光、热、氧、水等复杂环境中，这就要求光伏组件材料具有良好的耐热、耐紫外、耐水和耐氧化等综合性能。光伏组件中的封装材料起到固定、保护电池片的作用。目前光伏组件中最常用封装材料是EVA(乙烯和醋酸乙烯酯的共聚物)，它具有良好的透光性、柔韧性、粘结性、操作性和绝缘性，而且价格便宜。但是该材料结构不够致密，水汽透过率高，自身化学结构不稳定，在紫外环境下容易降解，并且分子结构中存在叔氢和醋酸酯，容易被氧化和水解。虽然EVA在光伏组件内部，但是氧气和水汽仍会透过光伏组件的背板进入封装材料，对封装材料造成氧化和腐蚀，尤其在高温环境下，这种氧化和腐蚀会进行得更快，从而导致EVA在使用过程中常出现黄变、脱层、气泡和腐蚀电极等现象，严重影响光伏组件的性能和使用寿命，导致组件外观异常、功率下降、电池栅线变色及蜗牛纹等失效问题。此外，光伏组件PID问题也是影响组件可靠性的一大问题，光伏组件厂一般使用抗PID EVA来解决该问题。但是，EVA的抗PID性能也不太稳定，经常一种电池片可行，另一些电池片缺不行，且在使用过程中，经常会出现各种各样的失效问题，不能满足光伏组件的高可靠和高耐候要求。因此，EVA的质量及可靠性需要进一步提高。

目前生产EVA封装胶膜的厂家较多，但是产品质量参差不齐，耐热氧老化、紫外、湿热等性能差异较大。已有的提高EVA耐候性能的主要方法是在EVA胶膜中添加紫外光吸收剂、紫外稳定剂、抗氧化剂和交联剂等，其中，原材料的选用和配方设计是关键。

PVB(聚乙烯醇缩丁醛)为热塑性胶膜，羟基结构提供了很强的抗撕裂强度及与玻璃的良好粘结性，缩丁醛的六元环结构提高了分子链的强度及非结晶性，PVB的玻璃化温度为50℃，室温下较硬，增塑后的PVB制成的薄膜，就具有了高度的柔韧性和耐寒性。与EVA相比，PVB的储存期更长，不交联固化，耐候性、柔韧性和抗冲击性均较优，水汽透过较低，户外使用年限为50年，广泛应用与双玻光伏组件、BIPV和夹层玻璃领域。而且，PVB结构较为致密，水汽透过率低，抗紫外性能优于EVA。PVB材料对玻璃碎片的粘结性能较好，出于安全性的考虑，IEC及UL标准规定，建筑用双玻光伏组件一般不用EVA作为封装材料，而是使用热塑型的聚乙烯醇缩丁醛PVB来封装。但是，PVB封装双玻光伏组件一般需要先预层压，再用高压釜加压，费工费时。

发明内容

针对已有技术中的问题，本发明通过将EVA和PVB两种材料共混，形成高分子合金封装胶膜，利用EVA和PVB两者之间的协同效应，使得到的封装胶膜集合了EVA和PVB材料的系列优点，同时完美地摒弃了两者缺点，显著改善了光伏组件老化失效的问题。此外，通过将EVA和PVB两种材料共混，还简化了成型封装方法，使用普通层压机即可实现光伏组件层压封装，拓宽了该封装胶膜的使用范围。所述封装胶膜既可用于常规单玻璃光伏组件的封装，又可用于双玻光伏组件(即双玻璃光伏组件)和BIPV的封装，适用性较广。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种太阳能光伏用封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

EVA 35～70％

PVB 20～50％。

所述EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)的含量例如为35％、37％、39％、42％、45％、48％、50％、51％、54％、57％、60％、63％、66％、69％或70％。

所述PVB(聚乙烯醇缩丁醛)的含量例如为20％、23％、26％、29％、32％、35％、38％、40％、41％、44％、47％或50％。

优选地，所述封装胶膜按各组分占的质量百分比主要由如下原料制备得到：

EVA 55～65％

PVB 25～35％。

EVA含量过大，封装胶膜的性能趋向于EVA的优缺点，PVB含量过大，封装胶膜的性能趋向于PVB的优缺点。EVA和PVB的含量在一定范围内时，两者的优缺点得到一定的平衡。

本发明通过在EVA配方体系中加入PVB树脂，通过共混，即可制成高透型封装胶膜，可用于光伏组件电池正面的封装。优选地，在高透型配方的基础上，封装胶膜中再加入0.05～0.5％(例如0.1％、0.4％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％或4.5％)的紫外光吸收剂，则可制成高阻型封装胶膜，可用于光伏组件电池背面的封装。优选地，在高阻型封装胶膜的基础上，如再加入3～8％(例如3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％或7.5％)的钛白粉及2～8％(例如2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％或7.5％)的防溢胶填料，则可制成白色封装材料，用于光伏组件电池背面的封装，可以提高反射率和光伏组件功率。此外，由于PVB的低流动性，可以有效避免白色在电池片正面边缘的溢胶。

优选地，所述紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮(紫外光吸收剂UV531)。

优选地，所述防溢胶填料为超细玻璃纤维。

优选地，所述EVA中VA含量为26～33％。

优选地，所述封装胶膜的原料还包括3～10％的增塑剂。所述增塑剂的含量例如为3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％或9.5％。

优选地，所述增塑剂为三乙二醇二异辛酸酯。

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.1～2％的交联剂。所述交联剂的含量例如为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％或1.9％。

优选地，所述交联剂为过氧化物交联剂，优选叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯。

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.1～2％的助交联剂。所述助交联剂的含量例如为0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％或1.9％。

优选地，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的混合物。

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的紫外光稳定剂。所述紫外光稳定剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.35％。

优选地，所述紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯。

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的辅助抗氧剂。所述辅助抗氧剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.35％。

优选地，所述辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的混合物。

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的增粘剂。所述增粘剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.35％。

优选地，所述增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的阻燃剂。所述阻燃剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.35％。

优选地，所述阻燃剂为磷酸三辛酯。

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的抗酸剂。所述抗酸剂的含量例如为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.35％。

优选地，所述抗酸剂为硬脂酸钙。

优选地，一种太阳能光伏用封装胶膜，为高透型封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

其中，所述EVA中VA含量为26～33％，增塑剂为三乙二醇二异辛酸酯，交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的混合物，紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯，辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的混合物，增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，阻燃剂为磷酸三辛酯，抗酸剂为硬脂酸钙。

优选地，一种太阳能光伏用封装胶膜，为高阻型封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

其中，所述EVA中VA含量为26～33％，增塑剂为三乙二醇二异辛酸酯，交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的混合物，紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯，辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的混合物，增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，阻燃剂为磷酸三辛酯，抗酸剂为硬脂酸钙。

优选地，一种太阳能光伏用封装胶膜，为白色封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

其中，所述EVA中VA含量为26～33％，增塑剂为三乙二醇二异辛酸酯，交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的混合物，紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯，辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的混合物，增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，所阻燃剂为磷酸三辛酯，抗酸剂为硬脂酸钙，防溢胶填料为超细玻璃纤维。

在本发明中，各组分的含量均以封装胶膜的原料质量之和为计算基准，各组分的含量为各组分的质量占封装胶膜的原料质量之和的质量百分比，不管本发明所述封装胶膜包括哪些原料，各原料的含量之和为100％。

在光伏组件中，其包括两层封装胶膜，一层位于电池片上方(高透型封装胶膜)，一层位于电池片下方(高阻型封装胶膜)。

本发明的目的之二在于提供一种如上所述的太阳能光伏用封装胶膜的制备方法，通过将配方量的原料共混挤出流延得到。

本发明的目的之三在于提供一种如上所述的太阳能光伏用封装胶膜的用途，其用于单玻璃光伏组件、双玻光伏组件和BIPV的封装。

所述封装胶膜可使用常规光伏组件层压工艺进行层压，满足了生产工艺的要求。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

所述封装胶膜集成了EVA和PVB材料的系列优点，同时完美地摒弃了两者缺点，既具有EVA的高柔韧性、高透光率以及高绝缘性能，又具有PVB特有的致密结构，低透水透气率，乙酸释放量低，对光伏电池低腐蚀性，对玻璃碎片的高粘附力，使得所述封装胶膜耐候性、光伏组件抗PID性能以及安全性能得以进一步提高，明显改善了光伏组件老化失效的问题，如EVA分层气泡，电池及焊带长期腐蚀，组件PID失效，栅线变色及蜗牛纹等。具体如下：

所述封装胶膜具有优异的耐候性、透光率、体积电阻率、收缩率以及组件湿漏电阻：(1)较强的耐候性，应用在常规单玻璃光伏组件上，可满足质保25～30年的要求；(2)透光率90％以上；(3)体积电阻率高于10¹³Ω.cm；(4)收缩率控制在2.5％以下；(5)透水率在10g/m²*d以下；(5)抗拉强度在15MPa以上，断裂伸长率在2×10²以上；(6)击穿电压在16KV以上。

如下表分别为EVA胶膜和PVB胶膜以及本发明的封装胶膜湿热老化1000h后的乙酸含量，可以看出，老化后，本发明的封装胶膜的乙酸含量显著降低。

此外，所述封装胶膜与其它材料如背板、玻璃、焊带、电池片、助焊剂的相容性好。本发明将EVA和PVB两种材料共混，形成高分子合金封装胶膜，可用于高性能单玻璃光伏组件、双玻光伏组件和BIPV的封装，且使用普通层压机即可实现组件层压封装。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

为了验证本发明封装胶膜的各项性能，以下采用第1-4共四组数据配得的4组封装胶膜分别进行了试验，每组封装胶膜的具体成分和配比如下表所列：

当得到高透型封装胶膜时，则不需要加入0.4％的紫外光吸收剂，此时，阻燃剂的加入量为0.9％。

其中，所述EVA中VA含量为26％，增塑剂为三乙二醇二异辛酸酯，交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的混合物，紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，所述紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯，辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的混合物，增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，阻燃剂为磷酸三辛酯，抗酸剂为硬脂酸钙。

根据上述4组封装胶膜的相关数据，经过试验得到该4组封装胶膜的如下参数：

上述4组封装胶膜的湿热老化1000后，乙酸含量如下表所示：

将1～4组封装胶膜封装常规单玻璃光伏组件，测得光伏组件各项性能如下：

由上述参数可知，封装胶膜的各项性能随EVA与PVB含量比例变化较大，其中第2组EVA各项性能参数较为平衡。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种太阳能光伏用封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

EVA 35～70％

PVB 20～50％。

2.如权利要求1所述的封装胶膜，其特征在于，所述封装胶膜按各组分占的质量百分比主要由如下原料制备得到：

EVA 55～65％

PVB 25～35％；

优选地，所述封装胶膜的原料含有0.05～0.5％的紫外光吸收剂；

优选地，所述紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。

3.如权利要求2所述的封装胶膜，其特征在于，所述封装胶膜的原料含有3～8％的钛白粉及2～8％的防溢胶填料；

优选地，所述防溢胶填料为超细玻璃纤维。

4.如权利要求1-3之一所述的封装胶膜，其特征在于，所述EVA中VA含量为26～33％；

优选地，所述封装胶膜的原料还包括3～10％的增塑剂；

优选地，所述增塑剂为三乙二醇二异辛酸酯；

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.1～2％的交联剂；

优选地，所述交联剂为过氧化物交联剂，优选叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯；

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.1～2％的助交联剂；

5.如权利要求1-4之一所述的封装胶膜，其特征在于，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的紫外光稳定剂；

优选地，所述紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯；

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的辅助抗氧剂；

优选地，所述辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的混合物；

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的增粘剂；

优选地，所述增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷；

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的阻燃剂；

优选地，所述阻燃剂为磷酸三辛酯；

优选地，所述封装胶膜的原料还包括0.05～0.4％的抗酸剂；

优选地，所述抗酸剂为硬脂酸钙。

6.如权利要求1-5之一所述的太阳能光伏用封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

优选地，所述封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

7.如权利要求1-6之一所述的太阳能光伏用封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

优选地，所述太阳能光伏用封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

8.如权利要求1-7之一所述的太阳能光伏用封装胶膜，其按各组分占的质量百分比主要由如下原料通过共混制备得到：

其中，所述EVA中VA含量为26～33％，增塑剂为三乙二醇二异辛酸酯，交联剂为叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的混合物，紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，紫外光稳定剂为二(2,2,6,6四甲基-4哌啶)葵二酸酯，辅助抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的混合物，增粘剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，阻燃剂为磷酸三辛酯，抗酸剂为硬脂酸钙，防溢胶填料为超细玻璃纤维。

9.一种如权利要求1-8之一所述的太阳能光伏用封装胶膜的制备方法，通过将配方量的原料共混挤出流延得到。

10.一种如权利要求1-8之一所述的太阳能光伏用封装胶膜的用途，其用于单玻璃光伏组件、双玻光伏组件和BIPV的封装。