CN101820001B

CN101820001B - 太阳能电池封装胶膜

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Publication number: CN101820001B
Application number: CN2010101605893A
Authority: CN
Inventors: 祝元龙; 周徐; 韦华
Original assignee: NANJING HONGBAOLI NEW MATERIALS CO Ltd
Current assignee: NANJING HONGBAOLI NEW MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: CN101820001A

Abstract

本发明涉及太阳能电池封装胶膜，可以在保证总交联时间T_C变化不大的前提下，有效延长焦烧时间T₂，提高EVA胶膜的加工、封装性能。所述太阳能电池封装胶膜含有乙烯-醋酸乙烯共聚物、交联剂、交联抑制剂和自由基捕捉剂，其中交联抑制剂和自由基捕捉剂的质量分别为乙烯-醋酸乙烯共聚物质量的0.1％～1.0％，0～0.3％，所述太阳能电池封装胶膜的交联时间为10～30分钟。本发明在现有太阳能电池封装胶膜配方基础上，加入一类交联抑制剂与自由基捕捉剂，可以与过氧化物交联剂中产生的活性自由基形成稳定分子结构，有效预防早期交联和过度交联，从而保证总交联时间T_C满足要求的基础上，有效延长焦烧时间T₂。

Description

太阳能电池封装胶膜

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池封装胶膜，特别是涉及以乙烯-醋酸乙烯共聚物为主要原料的太阳能电池热封胶膜。

背景技术

将钢化玻璃1、封装胶膜2、电池片3、封装胶膜2、TPT背板4按顺序叠放，在130℃～170℃，用层压机真空层压15min～30min固化成型，即可制成薄膜太阳能电池。经过太阳能电池封装胶膜封装的太阳能电池组件的结构如图1所示。

太阳能电池封装胶膜，是以EVA为主要原料，配合过氧化物交联剂、助交联剂、偶联剂、抗氧剂、紫外线稳定剂等功能助剂，经过熔融混炼、流延铸片、切边收卷等工艺过程加工而成的。太阳能电池封装胶膜的主要原料本身是热塑性的高分子，经过过氧化物交联反应后，则变成了弹性、力学性能、粘结性能均很优异的弹性体材料。

就生产太阳能电池而言，如果层压温度越低、层压时间越短，那么生产效率就越高。所以会对用于太阳能电池封装的胶膜提出要求，即固化温度越低越好、固化交联反应越快越好。要满足这一要求，需要在封装胶膜配方中使用在层压温度下半衰期较短的过氧化物和硫化促进剂。

就生产太阳能电池封装胶膜而言，如果使用在层压温度下半衰期较短的过氧化物和硫化促进剂，那么很容易在温度和螺杆挤出机强烈剪切的双重作用下，由于交联导致材料失去流动性，从而在螺杆挤出机和模头中形成堵料而使得加工过程中断。

可见，胶膜加工成型过程要求不能发生早期交联，或者发生早期交联的时间越长、程度越轻则越有利于加工成型；而胶膜使用过程要求，材料在经历较长的硫化诱导期之后，要能够尽快完成硫化，这样可以提高太阳能电池生产效率。

在材料挤出成型过程中，由于有早期交联的发生，扭矩会越来越大。一般来说，扭矩在最小值基础上增加2个扭矩单位，这时材料已经由于交联而失去了流动性，所对应的时间是衡量材料流动性的尺度，称之为加工安全时间或焦烧时间，用T₂表示，它是衡量EVA加工性能的参数。在生产EVA胶膜时，通常需要经历熔融混炼、流延铸片步骤，可能会引发交联反应，如果焦烧时间T₂较长，则大大减小了交联反应发生的可能性，生产中不易出现固化现象，利于得到流动性好的EVA胶膜，用于太阳能电池的封装。而在太阳能电池封装时，焦烧时间T₂较长，EVA保持流动性的时间较长，则利于前期的抽真空脱气。

为了使产品达到符合使用条件的交联度，需要加入0.4～1.5质量份的(相对于100质量份EVA)交联剂，在此范围内，在生产太阳能电池的层压温度下，交联时间与混炼扭矩存在如图1的关系。图1中：A点处有最低扭矩值ML。B点处扭矩值比A点处大2个单位，为ML+2，对应的时间为T₂。C点处有最高扭矩值MH，所用时间为总交联时间T_c。时间点Z前为预热时间。可以看出，到达预热时间后，扭矩随着交联时间的变化是先降低，后升高，下降阶段对应EVA的熔化阶段，上升阶段对应EVA的交联固化阶段。

为了提高生产效率，人们希望尽量降低总交联时间T_C。交联时间取决于交联剂的半衰期、用量和层压固化温度，交联剂的半衰期越长，交联时间越长；层压固化温度越高，交联时间越短；交联剂用量增加，交联速度加快，交联时间变短，但过量使用交联剂易产生气泡，降低了透光率。不管采用上述何种手段来缩短交联时间，T₂和T_C都会同步发生变化，即T_C缩短，同时T₂也会缩短。

这是一对矛盾，由于这一问题的存在，导致目前制造太阳能电池封装胶膜生产线的速度较低。

因此，EVA胶膜的加工、封装性能和生产效率形成了难以调和的矛盾，目前尚未发现有效手段，可以既保证太阳能电池封装的生产效率，又能有效提高EVA胶膜的加工、封装性能。

另外，太阳能电池中的保护层材料一般为玻璃和TPT薄膜，玻璃是无机材料且表面平滑，TPT是高分子难粘材料，这使得EVA胶膜与保护层之间的粘接强度与持久性不高。

发明内容

本发明提供一种太阳能电池封装胶膜，可以在保证总交联时间T_C变化不大的前提下，有效延长焦烧时间T₂，提高EVA胶膜的加工、封装性能。

所述太阳能电池封装胶膜含有乙烯-醋酸乙烯共聚物、交联剂、交联抑制剂和自由基捕捉剂，其中交联抑制剂和自由基捕捉剂的质量分别为乙烯-醋酸乙烯共聚物质量的0.1％～1.0％，0～0.3％，所述太阳能电池封装胶膜的交联时间为10～30分钟。

所述交联抑制剂为无水丙烯酸金属盐、无水异丁烯酸金属盐、硬脂酸、聚乙二醇、乙烯聚合物、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯丁烯共聚物、丁二烯聚合物及其衍生物或环戊二烯聚合物及其衍生物；所述自由基捕捉剂为3，4-二羟基苯甲醛、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼、2-甲基-2-亚硝基甲烷、2-甲基-2-亚硝基丙烷、3-芳基苯并呋喃酮或5，5-二甲基-1-氧化吡咯啉，优选为乙烯聚合物、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯丁烯共聚物、丁二烯聚合物或其衍生物、或环戊二烯聚合物或其衍生物，，优选为乙烯聚合物、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯丁烯共聚物、丁二烯聚合物或其衍生物、或环戊二烯聚合物或其衍生物，更优选为乙烯聚合物、乙烯丙烯共聚物、丁二烯聚合物或环戊二烯聚合物，如聚乙烯蜡；所述自由基捕捉剂为3，4-二羟基苯甲醛、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼、2-甲基-2-亚硝基甲烷、2-甲基-2-亚硝基丙烷、3-芳基苯并呋喃酮或5，5-二甲基-1-氧化吡咯啉。

所述交联剂的质量为乙烯-醋酸乙烯共聚物质量的0.4％～1.5％。所述交联剂可以采用EVA胶膜的常用交联剂，如2，2-二(叔丁基过氧化)丁烷、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、1，1-(双过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化碳酸-2-乙基己酸叔丁酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过氧化二叔丁基或1，1-二叔丁基过氧化环己烷，优选采用的交联剂为2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯或1，1-(双过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷。

所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为25％～40％。

所述太阳能电池封装胶膜中还可以根据现有技术，含有紫外线吸收剂、抗氧剂、光稳定剂和增粘剂。

所述紫外线吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正-十二烷氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或2，2-二羟基-4，4-二甲氧基二苯甲酮。

所述抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或β-(4-羟基苯基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯。

所述光稳定剂是亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯或双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯。

所述硅烷偶联剂是乙烯基乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

如果EVA中的交联剂在层压温度下半衰期过长，那么层压时间变长，不利于提升生产效率。因此，希望在尽可能短的时间内获得较高的交联度，为此普遍使用在层压温度下半衰期较短的交联剂以提高交联速度，一般在130～170℃下进行层压成型。

交联剂用量与交联时间存在如图2的关系。随着交联剂用量的增加，交联速度加快，交联时间变短，但交联时间过短易产生气泡，降低了透光率，理想的交联时间是15～20分钟。

本发明在现有太阳能电池封装胶膜配方基础上，加入一类交联抑制剂与自由基捕捉剂，可以与过氧化物交联剂中产生的活性自由基形成稳定分子结构，有效预防早期交联和过度交联，从而保证总交联时间T_C满足要求的基础上，有效延长焦烧时间T₂。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)在不影响EVA胶膜其它性能的前提下，通过调节交联抑制剂与自由基捕捉剂的添加量调整交联度，改善了加工性能，可以保证太阳能电池封装的生产效率。

(2)通过添加交联抑制剂，在EVA胶膜交联完成总时间T_C不变的情况下，可以延长EVA的焦烧时间T₂，更有利于EVA胶膜的生产。

(3)与未添加交联抑制剂的EVA胶膜相比，本发明涉及的EVA胶膜粘接强度有所增加，更有效地保护了太阳能电池元件，更好地隔绝了氧气、湿气，延长了太阳能电池的使用寿命。

附图说明

图1是太阳能电池组件结构图；

图2是混炼扭矩-交联时间图；

图3是交联时间-交联用量图；

图4是国产市售产品的流变曲线；

图5是比较例2的流变曲线；

图6是实施例1的流变曲线。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行更详细的说明，实施举例中使用的评价方法如下：

(1)交联度

将已交联的EVA胶膜剪成小碎片，准确称取合适质量后放于120目不锈钢网袋里构成试样包，称量网袋和试样总重，试样包用铜丝悬吊在有回流装置的烧瓶中，以二甲苯为溶剂沸腾回流5小时(为防止试样的再度交联，可加入质量分数1％的抗氧剂)，冷却，取出试样袋，悬挂起来以除去过量的溶剂，再放入真空烘箱在140℃下烘3小时，取出试样袋于干燥器内冷却15分钟，取出称量，计算交联度。

(2)粘接强度

按照标准GB/T 2790-1995检测。

(3)混炼扭矩

将EVA胶膜剪裁成粒状，称取适量样品，使用转矩流变仪，获得其在层压温度下的流变曲线。

比较例1

以质量份数计，将100份VA含量为30％的EVA料粒、0.8份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、0.25份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.2份双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.3份γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷在80℃下混合均匀，制得EVA太阳能电池封装胶膜。

比较例2

以质量份数计，将100份VA含量为30％的EVA料粒、1.1份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、0.25份2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.2份双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷在80℃下混合均匀，制得EVA太阳能电池封装胶膜。

比较例3

以质量份数计，将100份VA含量为30％的EVA料粒、1.4份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、0.25份2，4-二羟基二苯甲酮、0.25份三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、0.2份双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯、0.3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷在80℃下混合均匀，制得EVA太阳能电池封装胶膜。

比较例4

以质量份数计，将100份VA含量为30％的EVA料粒、1.1份1，1-(双过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷、0.25份2，4-二羟基二苯甲酮、0.25份四[(β-3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.2份双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯在80℃下混合均匀，制得EVA太阳能电池封装胶膜。

实施例1

以质量份数计，将100份VA含量为30％的EVA料粒、1.1份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、0.25份2，4-二羟基二苯甲酮、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.2份双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.3份γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.3份环戊二烯聚合物、0.1份1，1-二苯基-2-三硝基苯肼在80℃下混合均匀，制得EVA太阳能电池封装胶膜。

实施例2

以质量份数计，将100份VA含量为30％的EVA料粒、1.1份2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、0.25份2，4-二羟基二苯甲酮、0.25份四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.2份双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、0.3份γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.2份丁二烯聚合物、0.2份1，1-二苯基-2-三硝基苯肼在80℃下混合均匀，制得EVA太阳能电池封装胶膜。

实施例3

以质量份数计，将100份VA含量为30％的EVA料粒、1.1份1，1-(双过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷、0.25份2，4-二羟基二苯甲酮、0.25份β-(4-羟基苯基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.2份双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯、0.3份γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.4份聚乙烯蜡、0.05份3，4-二羟基苯甲醛在80℃下混合均匀，制得EVA太阳能电池封装胶膜。

实施例4

以质量份数计，将100份VA含量为30％的EVA料粒、1.1份1，1-(双过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷、0.25份2，4-二羟基二苯甲酮、0.25份β-(4-羟基苯基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、0.2份双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯、0.3份γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、0.4份乙烯丙烯共聚物在80℃下混合均匀，制得EVA太阳能电池封装胶膜。

本发明所制备的EVA胶膜交联后检测交联度与玻璃的粘接强度，检测结果见表1。

表1EVA胶膜交联度及与玻璃的粘接强度

EVA胶膜	交联度(％)	与玻璃的粘接强度(N/cm)
			比较例1	85.3	36.6
比较例2	88.2	39.5
			比较例3	92.0	43.1
比较例4	87.5	30.5
			实施例1	82.7	51.9
实施例2	83.6	53.1
			实施例3	80.2	54.8
实施例4	80.6	54.2

根据图4-6的流变曲线得到硫化数据见表2。

表2EVA胶膜硫化数据

EVA胶膜

ML(Nm)

T₂

T_C(含预热)

国产市售产品	4.6	5′20″	15′25″
				比较例1	5.1	4′55″	14′09″
比较例2	5.9	4′0″	12′15″
				比较例3	6.2	3′34″	10′32″
比较例4	5.8	3′55″	12′17″
				实施例1	4.2	10′29″	15′18″
实施例2	4.5	9′12″	14′24″
				实施例3	4.3	10′40″	15′51″
实施例4	4.3	10′43″	15′46″

取国产市售产品、比较例2与实施例1分别使用转矩流变仪检测获得流变曲线。以上所述仅是发明实施例而已，并非对本发明所作任何形式上的限制，任何熟悉本项技术的人员可利用上述技术内容加以变更或修饰为等同变化的等效实施例，凡是未脱离本发明技术方案的内容，均属本发明技术方案范围。

Claims

1.一种太阳能电池封装胶膜，其特征在于，其含有乙烯-醋酸乙烯共聚物、交联剂、交联抑制剂和自由基捕捉剂，其中交联抑制剂和自由基捕捉剂的质量分别为乙烯-醋酸乙烯共聚物质量的0.1％～1％，0～0.3％，所述太阳能电池封装胶膜的交联时间为10～30分钟，所述交联抑制剂为乙烯聚合物、乙烯丙烯共聚物、乙烯丙烯丁烯共聚物、丁二烯聚合物或其衍生物、或环戊二烯聚合物或其衍生物。

2.如权利要求1所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述自由基捕捉剂为3，4-二羟基苯甲醛、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼、2-甲基-2-亚硝基甲烷、2-甲基-2-亚硝基丙烷、3-芳基苯并呋喃酮或5，5-二甲基-1-氧化吡咯啉。

3.如权利要求1或2所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述交联剂的质量为乙烯-醋酸乙烯共聚物质量的0.4～1.5％。

4.如权利要求3所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述交联剂为2，2-二(叔丁基过氧化)丁烷、2，5-二甲基-2，5-双(叔丁基过氧)己烷、1，1-(双过氧化叔丁基)3，3，5-三甲基环己烷、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化碳酸-2-乙基己酸叔丁酯、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、过氧化二叔丁基或1，1-二叔丁基过氧化环己烷。

5.如权利要求1或2所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯的含量为25％～40％。

6.如权利要求1或2所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述太阳能电池封装胶膜中还含有紫外线吸收剂、抗氧剂、光稳定剂和增粘剂。

7.如权利要求6所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述紫外线吸收剂为2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2，4-二羟基二苯甲酮、2-羟基-4-正-十二烷氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮或2，2-二羟基-4，4-二甲氧基二苯甲酮。

8.如权利要求6所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述抗氧剂是三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、亚磷酸三(单壬基苯和二壬基苯混合酯)、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯或β-(4-羟基苯基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯。

9.如权利要求6所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述光稳定剂是亚磷酸三(1，2，2，6，6-五甲基哌啶酯)、双(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯或双(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯。

10.如权利要求6所述的太阳能电池封装胶膜，其特征在于，所述增粘剂是乙烯基乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷、β-(3，4-环氧基环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。