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CN100424126C - 耐老化太阳能电池封装用eva胶膜及其制备方法 - Google Patents

耐老化太阳能电池封装用eva胶膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐热氧和紫外光老化太阳能电池封装用EVA胶膜及制备方法。该胶膜的制备组分包括乙烯-醋酸乙烯的共聚物(EVA)、交联固化剂、紫外光吸收剂、抗氧剂、受阻胺类光稳定剂。制备时，先将EVA粒料与交联固化剂和增粘剂混合均匀；再将抗氧剂、紫外吸收剂、紫外稳定剂加入上述混合物中，然后将混合物倒入挤出机进行共混挤出，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取等工序，最后得到耐热氧和紫外光老化太阳电池用EVA胶膜。该EVA胶膜能经受长时间的热氧老化和紫外光老化而不变色，并保持较高的可见光透过率，应用范围广，其生产成本低于同质量的国外产品。

Description

耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池封装材料，特别涉及一种耐热氧和紫外光老化，用于太阳能电池封装的EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)胶膜及其制备方法。
背景技术
太阳电池是借助于两层高分子封装膜将硅晶片包装于其中，再和上下保护层材料玻璃及TPT膜粘结。首先，封装材料必须是透光的，而且透过率要高，这样才能保证封装后的太阳能电池组件具有足够的光电转换效率；另外，封装材料粘合力必须要强，这样才能更好的固定和保护好太阳电池片；封装材料在固化封装之前必须是柔软的，易于改变形状的，这样才能根据太阳电池的形状进行封装而不会损坏电池片。但封装固化后它必须是热固性的，因为太阳能组件要在高温的条件下运行，如果是热塑性的就会发生形变，严重地还会流胶，失去了对太阳能电池的保护作用。
本世纪八十年代前，国内外曾试用过液态硅树脂和聚乙烯醇缩丁醛树脂片(PVB)，均因价格高、施工条件苛刻、物性不好而被淘汰。八十年代开始，美国Jet Propulsion和Springbom实验室，国家可再生能源实验室(NREL)的F.J.Pern等就开始对太阳电池封装材料进行了研究，根据材料的透光性、模数、可加工性、价格等特点，将乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和乙烯-甲基丙烯酸甲酯(EMMA)列入JPL计划，然后又针对EVA胶膜在恶劣的天候条件下容易变黄，从而影响太阳能电池光电转换率的缺点进行了一些研究，最后研制成功了耐老化EVA封装胶膜。然而，国外公开发表的文献中，主要对EVA胶膜的组成和老化性能进行了研究，对EVA胶膜的制备流程涉及甚少，而且EVA胶膜价格高。国内也对EVA太阳能封装胶膜进行了研究，已有成品在市场上销售，但其效果仍不能完全满足太阳能电池封装的要求，比较突出的问题仍然是胶膜的耐天候性差，容易变黄，影响本身的透光率，从而降低太阳能组件的光电转换效率。此外，若采用透光率好、质量轻、耐天候老化性能好的PC做上盖板的情况下，目前国产的EVA胶膜与PC的粘合力就达不到要求，容易脱胶。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中太阳能电池用EVA胶膜的耐候性的不足，提供一种耐热氧、耐紫外光老化太阳能电池封装用EVA胶膜的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述方法制备的耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜。
本发明的机理：以EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)为基体，选用合适的耐老化体系(包括抗氧剂、紫外光吸收剂和紫外光稳定剂)、交联固化剂和增粘剂，采用机械挤出压延成型的方式制得EVA胶膜。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜制备方法，包括如下步骤和工艺条件：
(1)以质量份数计，将100份乙烯-醋酸乙烯的共聚物、0.5～1.25份交联固化剂和0～0.4份增粘剂混合均匀；
(2)以质量份数计，将0.1～0.2份抗氧剂、0.1～0.2份紫外吸收剂、0.1～0.2份受阻胺类光稳定剂加入到步骤(1)制备的混合物中，并混合均匀；
(3)将步骤(2)制备的混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在80～88℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，得到太阳能电池封装用EVA胶膜；
所述EVA粒料的醋酸乙烯含量为28％～35％；
所述交联固化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷或1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷；
所述抗氧剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，或者为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，或者为β-(4-羟基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，或者为N，N′-1，6-己二基二(3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酰)，或者为亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)；
所述紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或2-[4，6-双(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚；
所述紫外光稳定剂为受阻胺类光稳定剂双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯，或者为双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。
一种耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜，由上述方法制备；所述EVA胶膜厚为0.3～0.8mm；所述厚为0.5mm EVA胶膜与玻璃和PC的粘合强度按照标准GB/T 2790-1995测试分别为33.8～56.6N/cm和26.5～53.7N/cm。
本发明在确保EVA胶膜与玻璃、TPT和PC的粘合力达到要求值，即EVA/玻璃≥30N/cm；EVA/TPT≥30N/cm；EVA/PC≥25N/cm的前提下，选择和复配能大幅度提高EVA封装胶的耐热氧和耐紫外光老化性能的体系，成功地研制出耐热氧、耐紫外光的EVA胶膜，性能优于国内产品，接近国外产品，价格大大低于国外产品。
与现有技术相比本发明方法具有如下的优点：
(1)耐热氧、耐紫外光老化性能优于现有国产产品，接近国外产品；
(2)EVA树脂和其它组份能够经共混挤出、流延、冷却、牵引、卷取等工序一次加工成膜，与现有的共混挤出造粒，然后再熔融、压延成型的加工方式相比，加工过程对EVA树脂分子的破坏较小，生产效率高，节能；
(3)本发明得到的EVA胶膜能够满足用不同材料(如透光率好、质量轻、耐天候老化性能好的PC)作上盖板时的粘合力要求，比现有的国产产品应用面要广，前景要好。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
以质量份数计，将0.25份增粘剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.25份的2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷作为交联固化剂加到100份VA含量为33％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯的共聚物)中混合均匀；再将0.2份β-(4-羟基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯作为抗氧剂，0.1份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在80℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜B-1。将交联后的EVA胶膜进行热氧老化实验和紫外光老化实验。前者的条件是100℃，720h；后者条件是UVB 313型紫外灯，辐射能为0.63W/m2/nm；暴露条件，先在黑板温度为60℃条件下辐射4小时，后停止辐射在50℃下冷凝4小时。暴露时间1000h。
实施例2
将0.40份增粘剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.50份的交联固化剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷加到100份VA含量为33％的EVA粒料中混合均匀；再将0.2份抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，0.10份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯和0.05份双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯加入上述混合物，并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在85℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜B-2。将交联后的EVA胶膜进行热氧老化实验和紫外光老化实验，前者的条件是100℃，720h；后者条件是UVB 313型紫外灯，辐射能为0.63W/m2/nm；暴露条件，先在黑板温度为60℃条件下辐射4小时，后停止辐射在50℃下冷凝4小时。暴露时间1000h。
实施例3
将0.25份增粘剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.00份的交联固化剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷加到100份VA含量为33％的EVA粒料中混合均匀；再将0.2份抗氧剂三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，0.2份紫外光吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.1份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在83℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜B-3。将交联后的EVA胶膜进行热氧老化实验和紫外光老化实验。前者的条件是100℃，720h；后者条件是UVB 313型紫外灯，辐射能为0.63W/m2/nm；暴露条件，先在黑板温度为60℃条件下辐射4小时，后停止辐射在50℃下冷凝4小时。暴露时间1000h。
实施例4
将0.40份增粘剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.25份的交联固化剂2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷加到100份VA含量为28％的EVA粒料中混合均匀；再将0.2份抗氧剂四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.1份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在88℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜B-4。将交联后的EVA胶膜进行热氧老化实验和紫外光老化实验。前者的条件是100℃，720h；后者条件是UVB 313型紫外灯，辐射能为0.63W/m2/nm；暴露条件，先在黑板温度为60℃条件下辐射4小时，后停止辐射在50℃下冷凝4小时。暴露时间1000h。
实施例5
将0.25份增粘剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.25份的交联固化剂1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷加到100份VA含量为33％的EVA粒料中混合均匀；再将0.2份抗氧剂N，N′-1，6-己二基二(3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酰)，0.3份紫外光吸收剂2-[4，6-双(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚，0.2份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在82℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜B-5。将交联后的EVA胶膜进行热氧老化实验和紫外光老化实验。前者的条件是100℃，720h；后者条件是UVB 313型紫外灯，辐射能为0.63W/m2/nm；暴露条件，先在黑板温度为60℃条件下辐射4小时，后停止辐射在50℃下冷凝4小时。暴露时间1000h。
实施例6
将0.25份增粘剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.00份的交联固化剂1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷加到100份VA含量为33％的EVA粒料中混合均匀；再将0.2份抗氧剂亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)，0.2份紫外光吸收剂2-[4，6-双(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚，0.1份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在84℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.5mm的EVA胶膜B-6。将交联后的EVA胶膜进行热氧老化实验和紫外光老化实验。前者的条件是100℃，720h；后者条件是UVB 313型紫外灯，辐射能为0.63W/m2/nm；暴露条件，先在黑板温度为60℃条件下辐射4小时，后停止辐射在50℃下冷凝4小时。暴露时间1000h。
实施例7
将0.25份增粘剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.00份的交联固化剂1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷加到100份VA含量为33％的EVA粒料中混合均匀；再将0.2份抗氧剂亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)，0.2份紫外光吸收剂2-[4，6-双(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚，0.1份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在84℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.3mm的EVA胶膜B-7。将交联后的EVA胶膜进行热氧老化实验和紫外光老化实验。前者的条件是100℃，720h；后者条件是UVB 313型紫外灯，辐射能为0.63W/m2/nm；暴露条件，先在黑板温度为60℃条件下辐射4小时，后停止辐射在50℃下冷凝4小时。暴露时间1000h。
实施例8
将0.25份增粘剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.00份的交联固化剂1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷加到100份VA含量为33％的EVA粒料中混合均匀；再将0.2份抗氧剂亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)，0.2份紫外光吸收剂2-[4，6-双(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚，0.1份紫外光稳定剂双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均匀。将混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在84℃，在挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，即得厚度为0.8mm的EVA胶膜B-8。将交联后的EVA胶膜进行热氧老化实验和紫外光老化实验。前者的条件是100℃，720h；后者条件是UVB 313型紫外灯，辐射能为0.63W/m2/nm；暴露条件，先在黑板温度为60℃条件下辐射4小时，后停止辐射在50℃下冷凝4小时。暴露时间1000h。
按照本发明所制备的EVA胶膜的粘合性能和耐热氧、耐紫外光老化性能的测试结果如表1、表2所示。为了使测试结果具有可比性，用于测试的胶膜均为0.5mm厚。
1.粘合性能的测试结果
EVA胶膜与玻璃或TPT的粘合强度按照标准GB/T 2790-1995测试；EVA胶膜与PC的粘合强度按照标准GB/T 2791-1995测试。
表1EVA胶膜与玻璃、TPT及PC的粘合强度
Figure C20051003475000101
2.热氧和紫外光老化前后对可见光的透过率的变化(ΔT)和
黄色指数的变化(ΔYI)
表2EVA胶膜热氧和紫外光老化前后对可见光的透过率的变化(ΔT)
和黄色指数的变化(ΔYI)
Figure C20051003475000102
Figure C20051003475000111

Claims (6)

1. 一种耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：
(1)以质量份数计，将100份乙烯-醋酸乙烯的共聚物、0.5～1.25份交联固化剂和0～0.4份增粘剂混合均匀；
(2)以质量份数计，将0.1～0.2份抗氧剂、0.1～0.2份紫外吸收剂、0.1～0.2份受阻胺类光稳定剂加入到步骤(1)制备的混合物中，并混合均匀；
(3)将步骤(2)制备的混合物倒入挤出机进行共混挤出，温度控制在80～88℃，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序，得到太阳能电池封装用EVA胶膜；
所述受阻胺类光稳定剂为双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯或双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯；
所述交联固化剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷或1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷；
所述紫外光吸收剂为2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或2-[4，6-双(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚；
所述抗氧剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(4-羟基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯或N，N′-1，6-己二基二(3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羟基苯丙酰)。
2. 根据权利要求1所述一种耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜的制备方法，其特征在于：所述增粘剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
3. 根据权利要求1所述一种耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜的制备方法，其特征在于：其中所述乙烯-醋酸乙烯共聚物具有28％～35％的醋酸乙烯的含量。
4. 一种耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于该EVA胶膜由权利要求1所述方法制备；所述EVA胶膜厚为0.3～0.8mm；所述厚为0.5mm EVA胶膜与玻璃和PC的粘合强度按照标准GB/T 2790-1995测试分别为33.8～56.6N/cm和26.5～53.7N/cm。
5. 根据权利要求4所述耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于：所述厚为0.5mm的EVA胶膜720小时热氧老化试验的试验前后对可见光的透过率变化为-3.5～-1.1％；其试验前后黄色指数变化为0.3～2.3。
6. 根据权利要求4所述耐老化太阳能电池封装用EVA胶膜，其特征在于：所述厚为0.5mm EVA胶膜紫外光老化1000小时试验的试验前后对可见光的透过率变化为-0.1～21.3％，其试验前后黄色指数变化为-3.4～3.4。
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