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CN114774023A - 一种epe光伏胶膜及其制备方法和光伏组件 - Google Patents

一种epe光伏胶膜及其制备方法和光伏组件 Download PDF

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Abstract

本发明属于太阳能电池技术领域，提供了一种EPE光伏胶膜及其制备方法和光伏组件，该EPE光伏胶膜，是经熔融共挤形成的叠层结构，包括POE层、设于POE层两侧面的混合层及设于混合层外侧面的EVA层；EVA层、POE层和混合层按重量百分比计的原料配方为：主体树脂87‑98％、抗氧剂0.05‑5％、交联剂0.25‑5％和偶联剂0.1‑4％；EVA层的主体树脂为EVA树脂；POE层的主体树脂为POE树脂；混合层的主体树脂是采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：25‑300混合制得。提供该EPE光伏胶膜，以克服现有光伏胶膜经湿热老化后容易出现分层现象的缺陷，且该EPE光伏胶膜还具有优异的抗PID效果。

Description

一种EPE光伏胶膜及其制备方法和光伏组件
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种EPE光伏胶膜及其制备方法和光伏组件。
背景技术
光伏封装胶膜，简称光伏胶膜，是太阳能技术产业中的重要材料之一，起到粘接太阳能电池片与前板玻璃、以及太阳能电池片与背板的作用，同时兼具对光伏组件的力学缓冲、封装保护、对背板的抗紫外保护的多重功能。由于光伏胶膜作为高分子材料，必然会受到自然环境的侵蚀而产生老化，所以光伏胶膜是影响光伏组件的使用寿命和发电功率的关键材料之一。光伏胶膜的研究和改进对光伏产业的推动具有重要的意义。
其中，传统的光伏胶膜是以EVA(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)聚合物为基本材料制成，称为EVA光伏胶膜；然而，醋酸乙烯酯的化学结构具有极性，其电子在电压条件下能够迁移，采用EVA光伏胶膜的光伏组件在发电过程中会发生PID效应，进而会导致光伏组件的发电功率明显下降。所以，光伏组件逐渐采用POE(乙烯-辛烯共聚物)光伏胶膜；但是，POE原材料紧缺，同时POE光伏胶膜粘接性能比EVA光伏胶膜要低。故而，现有光伏组件逐渐采用EPE(即EVA、POE、EVA)的三层结构的光伏胶膜；但是，由于EVA与POE的化学结构、极性差异较大，所以，现有EPE光伏胶膜在湿热老化后EVA与POE层间易分离，会影响光伏组件的使用寿命和发电功率。
另外，现有光伏胶膜，如公开号CN103832034B，也公开了一种用于光伏组件封装具有三层结构的PET复合膜，为(EVA&POE)/PET/(EVA&POE)的复合薄膜。这种PET复合膜尽管能降低成本，但由于PET与(EVA&POE)之间的结构和性能的差异，该PET复合膜在湿热老化后也容易出现(EVA&POE)与PET之间分层的现象，因此，这种PET复合膜的抗湿热老化分层效果差，仍然会影响光伏组件的使用寿命和发电功率。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种EPE光伏胶膜及其制备方法和光伏组件，以克服现有光伏胶膜经湿热老化后容易出现分层现象的缺陷，且所得EPE光伏胶膜还具有优异的抗PID效果。
基于此，本发明公开了一种EPE光伏胶膜，是经熔融共挤形成的叠层结构，包括POE层、设于POE层两侧面的混合层及设于混合层外侧面的EVA层；
其中，所述EVA层、POE层和混合层按重量百分比计的原料配方为：主体树脂87-98％、抗氧剂0.05-5％、交联剂0.25-5％和偶联剂0.1-4％；
其中，所述EVA层的主体树脂为EVA树脂；所述POE层的主体树脂为POE树脂；所述混合层的主体树脂是采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：25-300混合制得。
优选地，所述混合层的主体树脂是采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：40-60混合制得。
优选地，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；
所述主抗氧基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯；
所述辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
优选地，所述交联剂包括交联固化剂和助交联剂；
所述交联固化剂为有机过氧化物和/或偶氮化合物；
所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸二乙二醇酯中的一种或任意几种的组合。
其中，有机过氧化物优选为过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷、4,4-二(叔戊基过氧)戊酸正丁基酯、过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯和3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯中的一种或任意几种的组合。
优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述硅烷偶联剂为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和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或任意几种的组合。
优选地，所述EVA层的厚度为50-150μm；所述POE层的厚度为150-350μm；所述混合层的厚度为20-60μm。
其中，所述EPE光伏胶膜的总厚度优选为350-750μm。
进一步优选地，所述EVA层的厚度为80-120μm；所述POE层的厚度为200-250μm；所述混合层的厚度为40-60μm。
本发明还公开了上述的一种EPE光伏胶膜的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1，将配方量的所述主体树脂、抗氧剂、交联剂和偶联剂混合均匀，以分别制得EVA层、POE层和混合层的混合料；
步骤S2，将所述EVA层、POE层和混合层的混合料加入至共挤设备进行熔融共挤，并经流延设备冷却后，进行定型处理，即得所述EPE光伏胶膜。
优选地，所述步骤S2中，熔融共挤的温度为80-90℃。
优选地，所述步骤S2中，在定型处理之后，还包括：对定型处理后的EPE光伏胶膜进行厚度测量、切边、收卷后，包装入库。
本发明还公开了一种光伏组件，包括依次叠设的前板、第一封装胶膜、太阳能电池片、第二封装胶膜和背板，所述第一封装胶膜和/或第二封装胶膜为上述发明内容所述的一种EPE光伏胶膜。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
本发明的EPE光伏胶膜中，POE层的POE的分子结构中由于不含有极性基团、且没有不饱和双键，因此，采用POE层作为中间层，使该EPE光伏胶膜能在电压条件下不会出现PID效应，使该EPE光伏胶膜体现出优异的抗PID效果；再在该EPE光伏胶膜的两外侧面设置EVA层，以减少该EPE光伏胶膜中的POE用量，降低该EPE光伏胶膜的成本，同时增强该EPE光伏胶膜与太阳能电池片、前板及背板的粘接力，改善其封装效果；进一步，各层经熔融共挤来使该EPE光伏胶膜中各层之间的粘连更紧密，加之在POE层与EVA层之间设置混合层，且该混合层的主体树脂采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：25-300混合制得，以此来避免POE层与EVA层之间的湿热老化后的分层现象，从而使得该EPE光伏胶膜在兼具优异的抗PID效果和粘接力的情况下，还具有优异的抗湿热老化分层效果，进而来提升采用该EPE光伏胶膜封装后的光伏组件的使用寿命和发电功率。
附图说明
图1为本实施例的一种EPE光伏胶膜的截面结构示意图。
附图标号说明：POE层1；混合层2；EVA层3。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的一种EPE光伏胶膜，参见图1，是经熔融共挤形成的叠层结构，包括POE层1、设于POE层1两侧面的混合层2及设于混合层2外侧面的EVA层3；也即，该EPE光伏胶膜为依次叠设的EVA层3、混合层2、POE层1、混合层2和EVA层3经熔融共挤形成的五层结构。
其中，该EPE光伏胶膜的各层(即两层EVA层3、POE层1和两层混合层2)按重量百分比计的原料配方均为：主体树脂87-98％、抗氧剂0.05-5％、交联剂0.25-5％和偶联剂0.1-4％。
该EPE光伏胶膜中，EVA层3、POE层1和混合层2均在主体树脂的基础上，添加一定量的抗氧剂，以避免各层在熔融共挤及长期使用过程中出现主体树脂的氧化分解，从而能有效避免该EPE光伏胶膜在熔融共挤及长期使用过程中出现老化和粘接力下降的问题。
进一步，该EPE光伏胶膜中，EVA层3、POE层1和混合层2均在主体树脂和抗氧剂的基础上，添加一定量的交联剂，以使主体树脂适当交联形成网状的分子结构，以改善该EPE光伏胶膜在熔融共挤及长期使用过程中的耐热性、机械强度和电性能。
更进一步，该EPE光伏胶膜中，EVA层3、POE层1和混合层2均在主体树脂、抗氧剂和交联剂的基础上，添加一定量的偶联剂，以改善各层的附着、耐水、耐化学及耐盐雾性能，并改善各层在湿态下的电气绝缘性能，进而有效改善该EPE光伏胶膜的附着、耐水、耐化学、耐盐雾及湿态下的电气绝缘性能。
具体地，两层EVA层3的主体树脂均为EVA树脂。POE层1的主体树脂为POE树脂。两层混合层2的主体树脂均是采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：25-300混合制得；该混合层2的主体树脂按上述质量比将EVA树脂与POE树脂混合后，不仅能综合EVA和POE各自的优点，具有优异的抗湿热老化性能，还与POE层1、EVA层3均有相似的分子结构，因此，与POE层1、EVA层3均具有很好的相容性和粘结性；故而该混合层2能有效避免在湿热老化后的POE层1与EVA层3之间的分层现象。
本发明的EPE光伏胶膜中，POE层1的POE的分子结构中由于不含有极性基团、且没有不饱和双键，因此，采用POE层1作为中间层，使该EPE光伏胶膜能在电压条件下不会出现PID效应，使该EPE光伏胶膜体现出优异的抗PID效果；再在该EPE光伏胶膜的两外侧面设置EVA层3，以减少该EPE光伏胶膜中的POE用量，降低该EPE光伏胶膜的成本，同时增强该EPE光伏胶膜与太阳能电池片、前板及背板的粘接力，改善其封装效果；进一步，各层经熔融共挤来使该EPE光伏胶膜中各层之间的粘连更紧密，加之在POE层1与EVA层3之间设置混合层2，且该混合层2的主体树脂采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：25-300混合制得，以此来避免POE层1与EVA层3之间的湿热老化后的分层现象，从而使得该EPE光伏胶膜在兼具优异的抗PID效果和粘接力的情况下，还具有优异的抗湿热老化分层效果，进而来提升采用该EPE光伏胶膜封装后的光伏组件的使用寿命和发电功率。
优选为，两层混合层2的主体树脂均是采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：40-60混合制得，以进一步提升该EPE光伏胶膜的抗湿热老化分层效果。
其中，EPE光伏胶膜各层的总厚度为350-750μm。
具体地，两层EVA层3的厚度均为50-150μm；POE层1的厚度为150-350μm；两层混合层2的厚度均为20-60μm。
优选为，两层EVA层3的厚度均为80-120μm，例如，两层EVA层3的厚度均为80μm或100μm或120μm；POE层1的厚度为200-250μm；两层混合层2的厚度均为40-60μm。对两层EVA层3、POE层1及两层混合层2的厚度进行上述优化，以进一步提升该EPE光伏胶膜的抗PID效果、粘接力和抗湿热老化分层效果。
其中，该抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂。通过主抗氧剂与辅抗氧剂的搭配，并对主抗氧剂及辅抗氧剂的具体种类进行如下优化选择，以进一步改善该EPE光伏胶膜在熔融共挤及长期使用过程中的耐老化和粘接性能。
具体地，该主抗氧基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯。辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
优选为，辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯与亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的复配物。
其中，该交联剂包括交联固化剂和助交联剂。通过交联固化剂与助交联剂的搭配，并对交联固化剂及助交联剂的具体种类进行如下优化选择，以进一步改善该EPE光伏胶膜在熔融共挤及长期使用过程中的耐热性、机械强度和电性能。
具体地，交联固化剂为有机过氧化物和/或偶氮化合物；有机过氧化物为过氧化异丙苯、二叔丁基过氧化物、过氧化氢二异丙苯、2,5-二甲基-2,5二叔丁基过氧化己烷、4,4-二(叔戊基过氧)戊酸正丁基酯、过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯和3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯中的一种或任意几种的组合。
优选为，交联固化剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯与3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯的复配物。
具体地，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸二乙二醇酯中的一种或任意几种的组合。
优选为，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的复配物。
其中，偶联剂为硅烷偶联剂。优选硅烷偶联剂，并对硅烷偶联剂的具体种类进行如下优化选择，以进一步改善该EPE光伏胶膜的附着、耐水、耐化学、耐盐雾及湿态下的电气绝缘性能。
具体地，硅烷偶联剂为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和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或任意几种的组合。
优选为，该硅烷偶联剂为乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷。
上述的一种EPE光伏胶膜的制备方法，包括如下制备步骤：
步骤S1，将配方量的所述主体树脂、抗氧剂、交联剂和偶联剂混合均匀，以分别制得两层EVA层3的混合料、POE层1的混合料和两层混合层2的混合料；
步骤S2，将上述各层的混合料依次按EVA层3、混合层2、POE层1、混合层2和EVA层3的五层结构的秩序加入至共挤设备进行熔融共挤，并经流延设备冷却后，进行定型处理，再对定型处理后的EPE光伏胶膜进行厚度测量、切边、收卷后，包装入库，即得EPE光伏胶膜。
其中，步骤S2中，熔融共挤的温度优选为80-90℃，以确保各层之间经熔融共挤后的粘连效果，并避免各层在熔融共挤中出现老化。
本发明的一种光伏组件，包括依次叠设的前板、第一封装胶膜、太阳能电池片、第二封装胶膜和背板，其中，第一封装胶膜和/或第二封装胶膜采用本发明上述的一种EPE光伏胶膜，以提升该光伏组件的抗PID效果和粘接力，并使其在湿热老化后不出现分层现象，以提升该光伏组件的使用寿命和发电功率。
实施例1
本实施例的一种EPE光伏胶膜，参见图1，为依次叠设的EVA层3、混合层2、POE层1、混合层2和EVA层3经熔融共挤形成的五层结构。
其中，两层EVA层3的原料配方均包括：
主体树脂：EVA树脂，即乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其中，该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中醋酸乙烯酯的摩尔含量为28％；
抗氧剂：主抗氧剂基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯，辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯与亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的复配物；
交联剂：交联固化剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯与3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯的复配物，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的复配物；
偶联剂：乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷；
上述两层EVA层3中，按质量比计，EVA树脂：抗氧剂：交联剂：硅烷偶联剂＝100：0.5：2：0.5。
其中，POE层1的原料配方均包括：
主体树脂：POE树脂，即乙烯-辛烯共聚物；
抗氧剂：主抗氧剂基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯，辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯与亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的复配物；
交联剂：交联固化剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯与3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯的复配物，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的复配物；
偶联剂：乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷；
上述POE层1中，按质量比计，POE树脂：抗氧剂：交联剂：硅烷偶联剂＝100：0.5：2：0.5。
其中，两层混合层2的原料配方均包括：
主体树脂：是采用EVA树脂与POE树脂混合制得，其中，EVA树脂与POE树脂混合的质量比＝100：X；
抗氧剂：主抗氧剂基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯，辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯与亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯的复配物；
交联剂：交联固化剂为过氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯与3,3-二(叔丁基过氧)丁酸乙酯的复配物，助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯和三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的复配物；
偶联剂：乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷；
上述两层混合层2中，按质量比计，主体树脂：抗氧剂：交联剂：硅烷偶联剂＝100：0.5：2：0.5。
本实施例的一种EPE光伏胶膜的制备方法，包括：先将上述配方量的EVA树脂、抗氧剂、交联剂和偶联剂混合均匀，以制得两层EVA层3所需的混合料；并将上述配方量的POE树脂、抗氧剂、交联剂和偶联剂混合均匀，以制得POE层1所需的混合料；同时将上述配方量的EVA树脂与POE树脂混合形成的主体树脂、抗氧剂、交联剂和偶联剂混合均匀，以制得两层混合层2所需的混合料。完成上述各层的混合料的制备后，再将上述各层的混合料依次按EVA层3、混合层2、POE层1、混合层2和EVA层3的五层结构的秩序加入至挤出机料斗中，进行熔融共挤，此时，挤出机及共挤模头各区域的温度控制在80-90℃，经共挤模头挤出，途经流延辊冷却，压花工序后，进行定型，最后再测厚、切边、收卷、包装入库，以得到EPE光伏胶膜。其中，该EPE光伏胶膜中，两层EVA层3的厚度相同，两层混合层2的厚度相同。
采用本实施例的EPE光伏胶膜作为第一封装胶膜和第二封装胶膜，封装制成光伏组件后，根据行标IEC-62804测试光伏组件的PID及在85℃、85％RH、1000h下的老化数据，以观察光伏组件的抗PID效果以及湿热老化后胶膜层间是否分离。其测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0003575354930000081
Figure BDA0003575354930000091
从表1可以看出，本发明的EPE光伏胶膜作为第一封装胶膜和第二封装胶膜，封装制成光伏组件后，不仅具备优异的抗PID效果，还在85℃、85％RH、1000h的条件下进行湿热老化后不会出现分层现象。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种EPE光伏胶膜，其特征在于，是经熔融共挤形成的叠层结构，包括POE层、设于POE层两侧面的混合层及设于混合层外侧面的EVA层；
其中，所述EVA层、POE层和混合层按重量百分比计的原料配方为：主体树脂87-98％、抗氧剂0.05-5％、交联剂0.25-5％和偶联剂0.1-4％；
其中，所述EVA层的主体树脂为EVA树脂；所述POE层的主体树脂为POE树脂；所述混合层的主体树脂是采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：25-300混合制得。
2.根据权利要求1所述的一种EPE光伏胶膜，其特征在于，所述混合层的主体树脂是采用EVA树脂与POE树脂按质量比100：40-60混合制得。
3.根据权利要求1所述的一种EPE光伏胶膜，其特征在于，所述抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂；
所述主抗氧基为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯；
所述辅抗氧剂为三(4-壬基酚)亚磷酸酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯。
4.根据权利要求1所述的一种EPE光伏胶膜，其特征在于，所述交联剂包括交联固化剂和助交联剂；
所述交联固化剂为有机过氧化物和/或偶氮化合物；
所述助交联剂为三烯丙基异氰脲酸酯、三聚氰酸三烯丙酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和二甲基丙烯酸二乙二醇酯中的一种或任意几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种EPE光伏胶膜，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂；
所述硅烷偶联剂为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和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或任意几种的组合。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种EPE光伏胶膜，其特征在于，所述EVA层的厚度为80-120μm；所述POE层的厚度为200-250μm；所述混合层的厚度为40-60μm。
7.权利要求1-6任意一项所述的一种EPE光伏胶膜的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：
步骤S1，将配方量的所述主体树脂、抗氧剂、交联剂和偶联剂混合均匀，以分别制得EVA层、POE层和混合层的混合料；
步骤S2，将所述EVA层、POE层和混合层的混合料加入至共挤设备进行熔融共挤，并经流延设备冷却后，进行定型处理，即得所述EPE光伏胶膜。
8.根据权利要求7所述的一种EPE光伏胶膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，熔融共挤的温度为80-90℃。
9.根据权利要求7所述的一种EPE光伏胶膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，在定型处理之后，还包括：对定型处理后的EPE光伏胶膜进行厚度测量、切边、收卷后，包装入库。
10.一种光伏组件，包括依次叠设的前板、第一封装胶膜、太阳能电池片、第二封装胶膜和背板，其特征在于，所述第一封装胶膜和/或第二封装胶膜为权利要求1-6任意一项所述的一种EPE光伏胶膜。
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