技术领域本发明涉及硅太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种高导热性能、低成本的含有石墨烯的EVA封装胶膜及其制备方法。
背景技术：
随着现代社会的发展，人类对能源的需求正在逐步加剧，传统能源大多是不可再生能源，且会造成环境污染。而太阳能是一种取之不尽、用之不竭的绿色生态能源，硅太阳能电池是一种能将太阳能转变成电能而被人类利用的器件，具有十分广阔的应用和研究前景。硅电池在发电过程中产生的温度以及在户外暴晒造成的组件温度升高会对电池的效率造成很大的影响(温度越高，电池发电效率越低)。通过提高组件的EVA封装材料的导热性能可以有效缓解由于组件内部温度过高而造成的对电池效率的影响。因此，设计一种高导热性能的太阳能电池组件封装材料尤为重要。为了提高太阳能电池组件用EVA封装材料的导热性能，传统的做法是在EVA树脂中添加钛白粉，通过添加15％的钛白粉，EVA的导热系数可以从0.26W/(m*K)提高到0.3W/(m*K)。若想进一步提高EVA的导热性能，还需进一步添加钛白粉的含量，但在后续应用过程组件的不良率会提高，同时发电效率也会有一定程度的降低。因为在高温层压过程，由于参杂了太多的钛白粉，部分熔融的白色EVA会从电池片的背面流动到电池片的正面，覆盖电池片的边缘部分区域，从而影响组件的发电效率及外观。因此，需要使用新型的高性能的填充材料才能实现更高性能的EVA薄膜。石墨烯是一种非常理想的导热材料，单片石墨烯导热系数达到了5000W/(m*K)，其比表面积高达2630m2/g，远远超越了传统材料。只需要较低比例的石墨烯与EVA复合就可以在不影响EVA薄膜其它性能的前提下极大的提高薄膜的热导率。但是，作为一种纳米材料，石墨烯在实际加工操作过程中容易在复合体系中聚集，极大地影响了复合材料的导热均匀性。如何提高石墨烯在EVA中的分散性，是解决石墨烯复合EVA薄膜的关键问题。另外，随着市场竞争越趋激烈，EVA封装材料的价格呈不断下降趋势。如何在市场竞争中不被淘汰，开发一种低成本、高性能的EVA封装材料成了当务之急。
技术实现要素：
针对现有技术存在的上述问题，本申请提供了一种含有石墨烯的EVA封装胶膜及其制备方法。本发明是一种高导热性能、低成本的太阳能电池组件背面用EVA封装胶膜，通过对石墨烯加入的工艺进行设计，使得石墨烯在EVA树脂中具有良好的分散性，从而制备出高导热性能且导热均匀的EVA封装胶膜。本发明的技术方案如下：一种含有石墨烯的EVA封装胶膜，包括如下重量份数的原材料：EVA母粒：80重量份；粉碎后的EVA切边料：10～40重量份；石墨烯：0.5～5重量份；硅烷偶联剂：0.1～5重量份。所述EVA母粒由100重量份乙烯-醋酸乙烯脂共聚物、0.1～2重量份交联剂、0.1～2重量份助交联剂、0.01～2重量份光稳定剂、0.05～2重量份紫外吸收剂混合而成。所述粉碎后的EVA切边料由EVA生产过程产生的EVA切边料通过轧辊机粉碎获得。所述的含有石墨烯的EVA封装胶膜，其特征在于所述EVA切边料通过以下方法获得：将100重量份乙烯-醋酸乙烯脂共聚物、0.1～2重量份交联剂、0.1～2重量份助交联剂、0.1～5重量份硅烷偶联剂、0.01～2重量份光稳定剂、0.05～2重量份紫外吸收剂混合均匀后，用螺杆挤出机挤出流延成膜，再通过切刀切取。所述石墨烯是层数为1～10层的石墨烯粉末。所述的含有石墨烯的EVA封装胶膜的制备方法：将80重量份的EVA母粒、10～40重量份粉碎后的EVA切边料与含有0.5～5重量份石墨烯及0.1～5重量份硅烷偶联剂的混合物进行混合，搅拌均匀后，经螺杆挤出机挤出流延成型，加工成克重为350g/m2～500g/m2的EVA封装胶膜。所述含有0.5～5重量份石墨烯及0.1～5重量份硅烷偶联剂的混合物通过如下方法获得：用无水乙醇按照2～20:1的重量比将硅烷偶联剂稀释，将0.5～5重量份的石墨烯加入到稀释的硅烷偶联剂中，再用玻璃棒搅拌3～10min及磁力搅拌15～40min后，置于烘箱中将溶剂烘去，冷却备用。所述EVA切边料表面干净、无杂质。本发明有益的技术效果在于：(1)本发明通过在EVA封装胶膜中添加石墨烯，实现了EVA封装胶膜的高导热性能，可有效降低太阳能电池组件的工作温度，提高组件的发电效率。(2)本发明石墨烯的添加是通过先将石墨烯与硅烷偶联剂进行预混，以解决石墨烯很难分散的问题，从而保证导热的均匀性。(3)本发明由于使用EVA切边料作为部分原材料，可以实现切边料的再次利用，从而降低企业生产成本。附图说明图1为本发明制备的含有石墨烯的EVA封装胶膜的工艺流程图。具体实施方式下面结合附图1和实施例，对本发明进行具体描述。实施例1：(1)配料：配取80g的EVA母粒、10g粉碎后的EVA切边料、1g石墨烯与0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的混合物。EVA母粒由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，0.8g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.6g三烯丙基异三聚氰酸酯，0.1g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.2g2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮混合组成。EVA切边料由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，0.8g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.6g三烯丙基异三聚氰酸酯，0.1g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.2g2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮，0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合均匀后，用螺杆挤出机挤出流延成膜，再通过切刀切取。粉碎后的EVA切边料由EVA封装胶膜生产过程产生的EVA切边料通过轧辊机粉碎获得，EVA切边料表面需干净、无杂质。石墨烯与硅烷偶联剂的混合物配取方法如下：无水乙醇按照2:1的比例将0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷稀释，将1g的石墨烯加入到稀释的硅烷偶联剂中，再用玻璃棒搅拌3min及磁力搅拌15min后，置于烘箱中将溶剂烘去，冷却备用。(2)混料：将步骤(1)准备好的80g的EVA母粒、10g粉碎后的EVA切边料、1g石墨烯与0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的混合物混合均匀，得到EVA混合料。(3)加工：将步骤(2)得到的EVA混合料经螺杆挤出机挤出流延成型，所得克重为350g/m2的EVA胶膜。实施例2：(1)配料：配取80g的EVA母粒、25g粉碎后的EVA切边料、2.5g石墨烯与0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的混合物。EVA母粒由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，0.8g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.6g三烯丙基异三聚氰酸酯，0.1g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.2g2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮混合组成。EVA切边料由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，0.8g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.6g三烯丙基异三聚氰酸酯，0.1g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.2g2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮，0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合均匀后，用螺杆挤出机挤出流延成膜，再通过切刀切取。粉碎后的EVA切边料由EVA封装胶膜生产过程产生的EVA切边料通过轧辊机粉碎获得，EVA切边料表面需干净、无杂质。石墨烯与硅烷偶联剂的混合物配取方法如下：无水乙醇按照10:1的比例将0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷稀释，将2.5g的石墨烯加入到稀释的硅烷偶联剂中，再用玻璃棒搅拌7min及磁力搅拌20min后，置于烘箱中将溶剂烘去，冷却备用。(2)混料：将步骤(1)准备好的80g的EVA母粒、25g粉碎后的EVA切边料、2.5g石墨烯与0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的混合物混合均匀，得到EVA混合料。(3)加工：将步骤(2)得到的EVA混合料经螺杆挤出机挤出流延成型，所得克重为400g/m2的EVA胶膜。实施例3：(1)配料：配取80g的EVA母粒、30g粉碎后的EVA切边料、4g石墨烯与0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的混合物。EVA母粒由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，0.8g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.6g三烯丙基异三聚氰酸酯，0.1g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.2g2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮混合组成。EVA切边料由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，0.8g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.6g三烯丙基异三聚氰酸酯，0.1g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.2g2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮，0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷混合均匀后，用螺杆挤出机挤出流延成膜，再通过切刀切取。粉碎后的EVA切边料由EVA封装胶膜生产过程产生的EVA切边料通过轧辊机粉碎获得，EVA切边料表面需干净、无杂质。石墨烯与硅烷偶联剂的混合物配取方法如下：无水乙醇按照20:1的比例将0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷稀释，将4g的石墨烯加入到稀释的硅烷偶联剂中，再用玻璃棒顺时针搅拌10min及磁力搅拌40min后，置于烘箱中将溶剂烘去，冷却备用。(2)混料：将步骤(1)准备好的80g的EVA母粒、30g粉碎后的EVA切边料、4g石墨烯与0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的混合物，混合均匀，得到EVA混合料。(3)加工：将步骤(2)得到的EVA混合料经螺杆挤出机挤出流延成型，所得克重为500g/m2的EVA胶膜。实施例4：(1)配料：配取80g的EVA母粒、25g粉碎后的EVA切边料、0.5g石墨烯与0.1g聚硅氧烷的混合物。EVA母粒由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，0.1g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.1g三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯与三烯丙基异三聚氰酸酯按照1:1质量比混合的混合物，0.01g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.05g2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮混合组成。EVA切边料由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，0.1g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，0.1g三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯与三烯丙基异三聚氰酸酯按照1:1质量比混合的混合物，0.01g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0.05g2-羟基-4-辛氧基二苯甲酮，0.1g聚硅氧烷混合均匀后，用螺杆挤出机挤出流延成膜，再通过切刀切取。粉碎后的EVA切边料由EVA封装胶膜生产过程产生的EVA切边料通过轧辊机粉碎获得，EVA切边料表面需干净、无杂质。石墨烯与硅烷偶联剂的混合物配取方法如下：无水乙醇按照20:1的比例将0.1g聚硅氧烷稀释，将0.5g的石墨烯加入到稀释的硅烷偶联剂中，再用玻璃棒顺时针搅拌3min及磁力搅拌15min后，置于烘箱中将溶剂烘去，冷却备用。(2)混料：将步骤(1)准备好的80g的EVA母粒、25g粉碎后的EVA切边料、4g石墨烯与0.1g聚硅氧烷的混合物，混合均匀，得到EVA混合料。(3)加工：将步骤(2)得到的EVA混合料经螺杆挤出机挤出流延成型，所得克重为480g/m2的EVA胶膜。实施例5：(1)配料：配取80g的EVA母粒、15g粉碎后的EVA切边料、4g石墨烯与5g聚二甲基硅氧烷的混合物。EVA母粒由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，2g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，2g三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，2g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，2g4-甲氧基苯亚甲基丙二酸二甲酯混合组成。EVA切边料由100gVA含量为28％的乙烯-醋酸乙烯脂共聚物，2g过氧-2-乙基己基碳酸叔丁酯，2g三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，2g(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，2g4-甲氧基苯亚甲基丙二酸二甲酯，5g聚二甲基硅氧烷混合均匀后，用螺杆挤出机挤出流延成膜，再通过切刀切取。粉碎后的EVA切边料由EVA封装胶膜生产过程产生的EVA切边料通过轧辊机粉碎获得，EVA切边料表面需干净、无杂质。石墨烯与硅烷偶联剂的混合物配取方法如下：无水乙醇按照2:1的比例将5g聚二甲基硅氧烷稀释，将4g的石墨烯加入到稀释的硅烷偶联剂中，再用玻璃棒顺时针搅拌10min及磁力搅拌40min后，置于烘箱中将溶剂烘去，冷却备用。(2)混料：将步骤(1)准备好的80g的EVA母粒、15g粉碎后的EVA切边料、4g石墨烯与5g聚二甲基硅氧烷的混合物，混合均匀，得到EVA混合料。(3)加工：将步骤(2)得到的EVA混合料经螺杆挤出机挤出流延成型，所得克重为470g/m2的EVA胶膜。对比例：与实施例3的主要区别是4g石墨烯未与硅烷偶联剂进行预混，而是以添加剂的形式与其它添加剂一起加入到EVA母粒(EVA母粒除了含有实施例3所含有的EVA母粒成分外，还含有0.3gγ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷))及EVA切边料中，所得克重为480g/m2的EVA胶膜。通过上述实施例制备的EVA封装胶膜，经下述测试方法评价其性能，制样方法：背板/EVA/EVA/玻璃，测试结果见表1EVA性能指标。1、紫外老化性能试验条件：试验温度60℃，辐照量30KWh/m2，UVA、UVB两种波段辐照，表征方法：黄变(△YI)用色差仪进行检测。2、湿热老化性能试验条件：试验温度85℃，湿度85％。表征方法：2000h黄变(△YI)用色差仪进行检测。3、导热系数试验条件：试验温度25℃。表征方法：用激光法导热仪进行检测。表1EVA性能指标从以上数据可以看出，实施例1、实施例2的30KWh/m2紫外老化黄变及2000h湿热老化黄变都小于2，可以达到EVA胶膜正常出货的控制标准；实施例1、实施例2的导热系数比不添加石墨烯的EVA胶膜(0.26W/(m*K))要有大幅度提高。说明添加石墨烯后未对EVA材料的老化产生不良影响，而导热性能确实产生了有益效果。对比实施例3及对比例的导热系数，说明石墨烯若没有经过很好的分散，导热性能提高不明显。本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之内。