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CN107841256B - 抗pid型光伏eva封装胶膜及其制备方法 - Google Patents

抗pid型光伏eva封装胶膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种抗PID型光伏EVA封装胶膜及其制备方法，所述EVA胶膜的制备原料包含EVA树脂和以EVA树脂的质量计，百分含量如下的组分：0.5～0.8％主交联剂、0.4～0.6％助交联剂、0.2～0.5％光稳定剂、0.3～1.2％离子捕捉剂、0.1～0.5％偶联剂和0.1～0.5％抗氧剂。本发明制备得到的EVA胶膜的体积电阻率≥1016Ω.cm，收缩率控制在≤0.5％，在温度85℃，相对湿度85％的条件下测试2000小时后其湿热老化黄变值≤2.5，紫外老化黄变值≤2.5，具有良好的抗PID性能，胶膜的可靠性和稳定性良好。

Description

抗PID型光伏EVA封装胶膜及其制备方法
技术领域
本发明属于光伏材料领域，涉及一种EVA胶膜及其制备方法，尤其涉及一种抗PID型光伏EVA封装胶膜及其制备方法。
背景技术
2013年以来，随着国内外前期投资的光伏电站的陆续并网发电并运行一段时间后，国内外电站的质量问题大规模出现。许多电站爆发出了蜗牛纹、电势诱导衰减(Potential Induced Degradation，PID)等的品质问题。一些国内电站由于使用了劣质的EVA(Ethylene Vinyl Acetate，乙烯-乙酸乙烯共聚物)胶膜，导致电站在运行一年左右就发现了高达60％的衰减。
PID的形成机理与EVA的水解和玻璃中的钠离子有很密切的关系。当水气通过封边的硅胶或背板进入组件内部后，EVA中的酯键遇水分解，产生可以自由移动的醋酸。醋酸和玻璃表面析出的碱反应后，产生可以自由移动的钠离子。这些钠离子在外加电场的作用下向电池片表面移动而形成漏电流。在漏电流的作用下，带正电的载流子穿过玻璃，通过边框流向地面，使得负电荷在电池片表面堆积，吸引光电载流子(空穴)流向N型硅的表面聚集起来，而不是像正常状态下一样流向正极(P极)。从而出现了因表面极化而引起的输出功率衰减的PID效应。
目前从封装材料来解决PID的主要依据是减少EVA材料的水解和增加EVA本身的绝缘电阻。因而多采用降低EVA胶膜中VA(Vinyl Acetate，乙酸乙烯)含量，或适当改变配方，增加体积电阻率，从而阻碍钠离子的迁移，延缓PID衰减。
CN105820764A公开了一种具有抗PID性能的光伏封装用EVA复合胶膜，通过选用VA含量为20％～26％的EVA树脂，配合其他添加剂，使得胶膜具有抗PID作用。降低VA含量，固然可以缓解PID衰减，但却使得材料极性降低、剥离强度变差，交联程度降低，从而增加了EVA胶膜的使用风险。
CN103756578A公开了一种氟化合物改性的EVA封装胶膜，具有良好的抗水解性以及绝缘性，达到了抗PID的目的，然而通过增加其绝缘性，即增加EVA胶膜的体积电阻率，虽然短期内可以很好的控制PID，但从长期来看存在着失效的隐患。因为EVA胶膜在使用过程中会发生老化和降解，体积电阻率会随着时间而降低，从而导致抗PID作用失效。
因此，在本领域中，期望得到一种能够长期有效的抗PID的EVA胶膜。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种EVA胶膜及其制备方法，特别是提供一种抗PID型光伏EVA封装胶膜及其制备方法。本发明所述EVA胶膜具有长期有效的抗PID效果，并且其可靠性和稳定性良好。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种EVA胶膜，所述EVA胶膜的制备原料包含EVA树脂和以EVA树脂的质量计，百分含量如下的组分：
Figure BDA0001116591490000021
在本发明中，通过采用离子捕捉剂，并对EVA胶膜成分及其含量进行选择，使得EVA胶膜克服了材料极性降低、剥离强度变差、交联程度和交联速率较低、易于老化和降解、体积电阻率降低的缺点，可长期保证EVA胶膜的抗PID性能。
在本发明中，所述EVA树脂VA(醋酸乙烯)的质量百分含量为28～33％，例如28％、29％、30％、31％、32％或33％；所述EVA树脂的熔指为22～28g/10min，例如22g/10min、23g/10min、24g/10min、25g/10min、26g/10min、27g/10min或28g/10min。在本发明中无需特意降低VA含量，可选择28～33％的VA含量，避免了因降低VA含量，使得材料极性降低、剥离强度变差，交联程度和速率较低等缺陷导致的EVA胶膜使用风险的增加，防止了VA含量波动带来的质量不稳定性。
优选地，所述EVA树脂的体积电阻率≥1.0×1015Ω.cm，例如1.0×1015Ω.cm、3.0×1015Ω.cm、5.0×1015Ω.cm、8.0×1015Ω.cm或1.0×1016Ω.cm等
在本发明中，所述主交联剂的用量可以为EVA树脂质量的0.5～0.8％，例如0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％、0.75％或0.8％。如果主交联剂的用量过少，则会使得交联程度变差，粘结性变差，耐老化性能也会随之变差；如果主交联剂的用量过多，则会对产品的生产产生一定影响，在生产加工时会产生气泡。
优选地，所述主交联剂为过氧化2-乙基己酸叔丁酯和/或2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷。
在本发明中，所述助交联剂的用量可以为EVA树脂质量的0.4～0.6％，例如0.4％、0.43％、0.45％、0.48％、0.5％、0.52％、0.55％、0.58％或0.6％。如果助交联剂过少，则EVA的交联度会偏低，从而产品无法获得应有的机械性能，如果助交联剂过多，未参加交联反应的助交联剂分子残存在EVA中，会影响EVA的交联速率，使EVA难以顺利生产。
优选地，所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯和/或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
在本发明中，所述光稳定剂的用量可以为EVA树脂质量的0.2～0.5％，例如0.2％、0.23％、0.25％、0.28％、0.3％、0.34％、0.38％、0.4％、0.43％、0.45％、0.48％或0.5％。光稳定剂用量过少则起不到光稳定效果，导致EVA在光照下容易老化，光稳定剂用量过多，会使EVA的体积电阻率降低，从而使其绝缘性能变差。
优选地，所述光稳定剂为癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯。
在本发明中，所述离子捕捉剂的用量可以为EVA树脂质量的0.3～1.2％，例如0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％或1.2％。如果离子捕捉剂用量过少，则无法起到阻隔离子的作用，如果加入了过多的离子捕捉剂，一方面会使EVA的体积电阻率下降，另一方面，由于捕捉剂通常为白色或淡黄色，加入量太大会影响EVA膜的透光性。
优选地，所述离子捕捉剂为黄原酸酯类和/或二硫代胺基甲酸盐类衍生物。
优选地，所述黄原酸酯类离子捕捉剂为异戊基黄原酸丙烯酯。
优选地，所述二硫代胺基甲酸盐类衍生物为二丁基二硫代氨基甲酸锌。
在本发明中，所述离子捕捉剂可以及时捕捉EVA遇水分解产生的醋酸根离子以及醋酸和玻璃表面析出的碱反应后产生的可自由移动的钠离子，从而滞碍PID现象的产生，并且其能够持续发生作用，长期捕捉离子，即便EVA本身存在光热老化和降解，逐渐出现了体积电阻率下降的情况，也不会影响到胶膜的抗PID效果，使得胶膜能够长期发挥规定功能。
在本发明中，所述偶联剂的用量可以为EVA树脂质量的0.1～0.5％，例如0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％。偶联剂用量过多，会导致交联时间的延后，同时也会增加EVA的吸湿性，导致绝缘性能下降。偶联剂用量过少，则导致EVA与玻璃或背板的剥离强度下降。
优选地，所述偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
在本发明中，所述抗氧剂的用量可以为EVA树脂质量的0.1～0.5％，例如0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％。抗氧剂用量过少，则无法起到阻抗热氧老化的效果，若抗氧剂用量过多，由于抗氧剂的反应活性较大，这必然会影响EVA长期使用的稳定性和可靠性。
优选地，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。
在本发明的EVA胶膜中，离子捕捉剂可与光稳定剂协同作用，提高EVA胶膜的耐老化性能以及增大其体积电阻率，具有更好的抗PID效果，保证胶膜的可靠性和稳定性。
另一方面，本发明提供了如上所述的EVA胶膜的制备方法，所述方法为：将EVA树脂、主交联剂、助交联剂、光稳定剂、离子捕捉剂、偶联剂和抗氧剂混合，利用挤出机挤出，压延成胶膜，得到所述EVA胶膜。
优选地，所述挤出时，机筒温度为70-90℃，例如70℃、73℃、75℃、78℃、80℃、82℃、85℃、88℃或90℃。
本发明的EVA胶膜可用作光伏封装材料，具有良好的抗PID性能。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明通过采用离子捕捉剂，并对EVA胶膜成分及其含量进行选择，使得EVA胶膜克服了材料极性降低、剥离强度变差、交联程度和交联速率较低、易于老化和降解、体积电阻率降低的缺点，可长期保证EVA胶膜的抗PID性能，并且离子捕捉剂与光稳定剂协同作用，提高EVA胶膜的耐老化性能以及增大其体积电阻率，保证胶膜的可靠性和稳定性，本发明制备得到的EVA胶膜的体积电阻率≥1016Ω.cm，收缩率控制在≤0.5％，在温度85℃，相对湿度85％的条件下测试2000小时后其湿热老化黄变值≤2.5，紫外老化的累积辐照量达到200KWh/m2后，黄变值≤2.5，具有良好的抗PID性能，胶膜的可靠性和稳定性良好。
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。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
在本实施例中，EVA胶膜的制备原料包含EVA树脂和以EVA树脂的质量计，百分含量如下的组分：
Figure BDA0001116591490000061
将EVA树脂、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、三烯丙基异氰脲酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、异戊基黄原酸丙烯酯、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合，挤出，压延成胶膜，得到所述EVA胶膜。
实施例2
在本实施例中，EVA胶膜包含EVA树脂和以EVA树脂的质量计，百分含量如下的组分：
Figure BDA0001116591490000071
将EVA树脂、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、二丁基二硫代氨基甲酸锌、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合，利用挤出机在机筒温度为80℃下挤出，压延成胶膜，得到所述EVA胶膜。
实施例3
在本实施例中，EVA胶膜包含EVA树脂和以EVA树脂的质量计，百分含量如下的组分：
Figure BDA0001116591490000072
Figure BDA0001116591490000081
将EVA树脂、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、异戊基黄原酸丙烯酯、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合，利用挤出机在机筒温度为70℃下挤出，压延成胶膜，得到所述EVA胶膜。
实施例4
在本实施例中，EVA胶膜包含EVA树脂和以EVA树脂的质量计，百分含量如下的组分：
Figure BDA0001116591490000082
将EVA树脂、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷、三烯丙基异氰脲酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、异戊基黄原酸丙烯酯、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合，利用挤出机在机筒温度为90℃下挤出，压延成胶膜，得到所述EVA胶膜。
实施例5
在本实施例中，EVA胶膜包含EVA树脂和以EVA树脂的质量计，百分含量如下的组分：
Figure BDA0001116591490000083
Figure BDA0001116591490000091
将EVA树脂、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、三烯丙基异氰脲酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、二丁基二硫代氨基甲酸锌、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯混合，利用挤出机在机筒温度为80℃下挤出，压延成胶膜，得到所述EVA胶膜。
对比例1
该对比例与实施例1的区别仅在于，在EVA胶膜的制备原料中不加入离子捕捉剂，其余原料与原料用量均与实施例1相同。
对比例2
该对比例与实施例1的区别仅在于，在EVA胶膜的制备原料中不加入离子捕捉剂和光稳定剂，其余原料与原料用量均与实施例1相同。
对比例3
该对比例与实施例1的区别仅在于，在EVA胶膜的制备原料中不加入离子捕捉剂，光稳定剂癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯的用量为1.1％，其余原料与原料用量均与实施例1相同。
对比例4
该对比例与实施例1的区别仅在于，在EVA胶膜的制备原料中不加入光稳定剂癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯，离子捕捉剂的用量为1.1％，其余原料与原料用量均与实施例1相同。
对实施例1-5以及对比例1-4制备的EVA胶膜的抗PID性能进行测定，其中，体积电阻率、收缩率按照GB/T 29848-2013进行测试，湿热老化性能测试为在温度85℃，相对湿度85％的条件下测试2000小时后，以EVA胶膜的黄变值来表征其湿热老化性能；紫外老化的累积辐照量达到200KWh/m2后，以EVA胶膜的黄变值来表征其紫外老化性能，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0001116591490000101
由表1的结果可以看出，本发明制备的EVA胶膜的体积电阻率≥1016Ω.cm，收缩率≤0.5％，在温度85℃，相对湿度85％的条件下测试2000小时后其湿热老化黄变值≤2.5，紫外老化的累积辐照量达到200KWh/m2后，紫外老化黄变值≤2.5，具有良好的抗PID性能，胶膜的可靠性和稳定性良好。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的抗PID型光伏EVA封装胶膜及其制备方法，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。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 (8)

1.一种湿热老化黄变值≤2.5、紫外老化黄变值≤2.5、体积电阻率≥1016Ω.cm的EVA胶膜，其特征在于，所述EVA胶膜的制备原料包含EVA树脂和以EVA树脂的质量计，由百分含量如下的组分组成：
Figure FDA0002653070810000011
2.根据权利要求1所述的EVA胶膜，其特征在于，所述EVA树脂VA(醋酸乙烯)的质量百分含量为28～33％，所述EVA树脂的熔指为22～28g/10min。
3.根据权利要求1所述的EVA胶膜，其特征在于，所述EVA树脂的体积电阻率≥1.0×1015Ω.cm。
4.根据权利要求1所述的EVA胶膜，其特征在于，所述主交联剂为过氧化2-乙基己酸叔丁酯和/或2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧基)己烷。
5.根据权利要求1所述的EVA胶膜，其特征在于，所述黄原酸酯类离子捕捉剂为异戊基黄原酸丙烯酯。
6.根据权利要求1所述的EVA胶膜，其特征在于，所述偶联剂为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
7.根据权利要求1所述的EVA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。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的EVA胶膜的制备方法，其特征在于，所述方法为：将EVA树脂、主交联剂、三烯丙基异氰脲酸酯和/或三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、癸二酸双-2,2,6,6-四甲基哌啶醇酯、黄原酸酯类离子捕捉剂、偶联剂和抗氧剂混合，利用挤出机挤出，压延成胶膜，得到所述EVA胶膜。
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