专利名称：一种新型光伏封装胶膜、其制备方法及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种新型光伏封装胶膜，用于刚性光伏组件封装。
背景技术：
美国第2001/0045229A1号专利指出构建电子元件模组的聚合物材料应具备几种性质(1)对长期曝置于外环境中(例如水气和空气)的元件起防护作用；⑵抗冲击性；(3)对电子元件及基材具有粘着性；(4)易加工处理，易密封；(5)良好透明性，特别是针对光线或其他电磁辐射；(6)短的固化时间，且防护电子元件免于固化期间由于聚合物收缩而产生机械应力；(7)高电阻，且极少(若有的话)的电导性；(8)低成本。没有一种聚合物材料这几种性能均表现最好，通常需要权衡最重要的性能。 基于上述性能要求，具有醋酸含量28%至35%的EVA被普遍用作光伏组件的封装胶膜。例如，见 W095/22844、99/ 0497199/04971、99/05206 及 2004/055908。EVA 具有下述特性⑴优良的柔韧性、耐冲击性、弹性；⑵具有光学透明性；⑶低温绕曲性、粘着性；⑷耐环境应力开裂性、耐候性、耐腐蚀性；(5)热密封性及电绝缘性。EVA树脂需添加紫外光稳定齐U，且在太阳能电池层压处理期间使用过氧化物交联，以改良约80-90°C间的耐热性和耐蠕变性。但是EVA胶膜并不是一种非常理想的光电电池封装胶膜，EVA胶膜在紫外光影响下易化学降解而逐渐黄变。此变色会造成曝置环境中短短四年后功率损失大于30%，此外，EVA树脂也吸收水汽且遭受分解。因为EVA分子结构内的C=O键吸收UV辐射和固化后系统内残留交联剂而生成发色团。该封装胶膜阻隔360nm的UV波长。光电模组效率是基于光电电池效率和通过封装剂的太阳光波长而定。对于太阳能电池效率最基本限制之一是其半导材料能隙，即使电子从基价带激发至可动导带内所需的能量。具有比能隙更少的能量的光子未被吸收，具有比能隙更高的能量的光子则被吸收，但其过多的能量是以热的形式消散掉。为增加光电电池效率，“串叠型”电池或多接面电池被用于加宽波长范围。此外，与许多薄膜技术相比，多晶硅、碲化镉或铜铟镓硒半导体材料的能隙不同于单晶硅，其可将低于360nm波长转化成电能，可以透过360nm波长的封装剂对于维持PV模组效率非常必要。EVA分子结构式
H HH H
[II] I I I
——C—C—----C---c — ^-
I I .I Ly
lHHH O
I
Cv
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CH3 u
聚乙烯醇缩丁醛(PVB)材料具备高的清晰度(低的雾度)，高抗冲击和抗渗透，对玻璃的良好粘附力，低的水汽吸收率，高抗水汽，以及不依赖于天气变化的稳定性。但是PVB存在缺点，PVB是水汽敏感型的，增大内膜湿度将导致雾性增大，并在最终层压成平板玻璃制品时导致气泡。这一问题在层压制片边缘表现明显，并且随着时间增加，气泡增多。通过使用特别的控制技术可在一定程度上缓解。PVB的其他缺点是在成膜过程中对于塑化剂的需求，塑化剂将会产生迁移，并最终导致层离，此外，PVB膜的抗冲击性具有温度依赖性，随着温度下降而降低。
PVB分子结构式
以茂金属催化剂为基础制得的PE(mPE)，产品密度范围可由极低密度(0. 880g/cm3)到高密度(0. 980 g/cm3)，分子量也可根据需要进行调整，且用茂金属催化剂合成线性低密度聚乙烯(LLDPE)，因为是单活性位点，得到的LLDPE分子量分布 窄，组成分布均匀。mPE (茂金属聚乙烯)具备超高体积电阻率，低泄露电流，较高的湿热性能，对焊带的化学腐蚀程度较低，低透湿性，价格合理等优势。特别地，mPE替代传统EVA胶膜可规避由分子结构中醋酸基团而导致的黄变以及由于小分子酸泄露所导致的对于焊带的化学腐蚀，故其可作为一种新型胶膜用于光伏封装。
发明内容
本专利目的之一在于提供一种mPE胶膜作为一种新型材料替换常规EVA胶膜用于刚性光伏组件封装，从而达到耐腐蚀、耐水解，提高安全性能且降低成本的作用。本发明的目的之二在于提供一种可替换常规EVA胶膜用于刚性光伏组件封装的新型光伏封装胶膜的制备方法。本发明目的之三在于提供该种薄膜的使用方法。本发明目的是这样实现的一种新型光伏封装胶膜，其原料包含 mPE树脂100份
交联剂0. 2-8. 4份 增粘剂0.01-4份 抗氧剂0. 05-5份 光稳定剂0.01-0. 5份
mPE原材料是采用埃克森美孚化工的茂金属催化剂催化制得，其熔体流动速率为30g/10min(JIS K6922-2)，密度(25°C条件下)0. 880g/cm3，DSC 熔点为 58-60。。。所述交联剂为下列之一或几种以上任意比例的混合物1，I-二 (叔丁基过氧化)_3，3，5-三甲基环己烷，I, I- 二 (叔丁基过氧化)环己烷，4，4-双(叔丁基过氧化)戊酸丁酯，过氧化二异丙苯，双(2-叔丁基过氧化异丙基)苯,2, 5- 二甲基-2，5- 二 (叔丁基过氧化)己烷。所述增粘剂为下列之一或其中几种的混合物r_缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅
烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、Y-甲基丙稀酸氧基丙基二甲氧基娃烧、3_硫基丙基二甲氧基娃烧、N- ( ^ -氛乙基)-Y -氛丙基二甲氧基娃烧。所述抗氧剂为下列之一或几种任意比例的混合物二丁基羟基甲苯，四[￠- (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，I, 3，5-三(3，5- 二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸，￠- (3，5-二叔丁基-4-轻基苯基)丙酸正十八碳醇酯,三(2. 4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，双[2-甲基-4，6- 二( 1，I- 二甲基乙基)苯酚]磷酸乙基脂，四(2，4- 二叔丁基八烷氧基_4，4-联苯基)磷酸酯，双(2，4- 二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯，(2，4，6-三叔丁基-2- 丁基-2-乙基)-I, 3-丙二醇亚磷酸酯，二(2，4- 二对异丙基苯基)季戊四醇双亚磷酸酯，四(2，4- 二叔丁基苯基-4，4-联苯基)双磷酸酯。所述光稳定剂为下列之一或其中几种的混合物2_羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，2- (2’ -羟基_3’，5’ -二叔苯基)-5-氯化苯并三唑，三(1，2，2，6，6_五甲哌啶基)亚磷酸酯，4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌唳。该胶膜按如下方法制备
(1)将光稳定剂与抗氧剂进行混合均匀；
(2)将交联固化剂与mPE粒料混合均匀；
将余下材料及上述(I)所获得的混合物加入到(2)中，混合均匀后进行共混挤出，温度控制在140-200°C，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序得到胶膜。本发明的有益效果是
1、本发明的新型mPE胶膜中所需助剂较EVA胶膜明显减少，有效的提高了安全性，并降低了成本；
2、本发明的mPE胶膜与EVA相比，分子结构中无醋酸基团，故其体积电阻率较EVA将显著提高，漏电率下降；其次，使用中无醋酸小分子溢出，有效降低了对焊带的腐蚀程度；由于分子链极性降低，将有效减少水分子透过率。
图I为El和E2透光率数据比较 图2为E2和E3透光率数据比较 图3为E2和E4硫化曲线比较 图4为E2和E5在2000h湿热条件下剥离强度比较图。具体实施方案
下面结合具体实施例子对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于
此；
实施例I :
取0. 8份1，I- 二 (叔丁基过氧化)_3，3，5-三甲基环己烷与100份mPE粒料(MFR=30g/10min)混合均匀，取质量份数为0.8的四[￠- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯与0. 05的(2，4，6-三叔丁基-2- 丁基-2-乙基)_1，3-丙二醇亚磷酸酯混合均匀，并将混合物连同I. 5份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加入到含交联剂的mPE粒料中共混挤出，温度控制在140-200°C，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序得到胶膜，胶膜命名为E1。实施例2:
取0. 8份1，I- 二 (叔丁基过氧化)_3，3，5-三甲基环己烷与100份mPE粒料(MFR=30g/10min)混合均匀，取质量数为0. I的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和质量数为0. 03的三(1，2，2，6，6_五甲哌啶基)亚磷酸酯进行混合，将混合好的光稳定剂与0. 8份四[￠- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.05的(2，4，6-三叔丁基-2-丁基-2-乙基)-1，3-丙二醇亚磷酸酯混合均匀，并将混合物连同I. 5份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加入到含交联剂的mPE粒料中共混挤出，温度控制在140-200°C，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序得到胶膜，胶膜命名为E2。实施例3:
选择市售的气相二氧化硅作为成核增透剂，将质量份数为0. I的成核增透剂气相二氧化硅直接加入到I. 5份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中混合均匀，加入到100份mPE粒料(MFR=30g/10min)中混合均匀，向混合物中添加0. 8份1，I- 二 (叔丁基过氧化)_3，3，5-三甲基环己烷。取质量数为0. I的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和质量数为0. 03的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸 酯进行混合，将混合好的光稳定剂与0. 8份抗氧剂四[￠- (3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.05的(2，4，6-三叔丁基-2- 丁基-2-乙基)-1，3-丙二醇亚磷酸酯一并加入到mPE粒料中共混挤出，温度控制在140-200°C，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序得到胶膜，胶膜命名为E3。实施例4:
取0. 4份叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯与100份mPE粒料(MFR=30g/10min)混合均匀，取质量数为0. I的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和质量数为0. 03的三(I，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯进行混合，将混合好的光稳定剂与0. 8份四[P -(3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和0. 05份的(2，4，6-三叔丁基-2- 丁基-2-乙基)-I, 3-丙二醇亚磷酸酯混合均匀，并将混合物连同0. 5份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加入到含交联剂的mPE粒料中共混挤出，温度控制在140-200°C，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序得到胶膜，胶膜命名为E4。实施例5
取0. 8份1，I- 二 (叔丁基过氧化)_3，3，5-三甲基环己烷与100份mPE粒料(MFR=3. 5g/10min)混合均匀，取质量数为0. I的2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮和质量数为
0.03的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯进行混合，将混合好的光稳定剂与0. 8份四[￠-(3,5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、0. 05份的(2，4，6-三叔丁基_2_ 丁基-2-乙基)-1，3-丙二醇亚磷酸酯混合均匀，并将混合物连同I. 5份增粘剂3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加入到含交联剂的mPE粒料中共混挤出，温度控制在140-200°C，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序得到胶膜，胶膜命名为E5。对比实施例1-5,其区别仅在于例I未加光稳定剂,例2中添加了光稳定剂，例3在例2基础上添加了市售的气相二氧化硅作为成核增透剂，例4较例2中交联剂有所改变，例5较例2中所用mPE粒料不同。性能测试方案及结果
(I)比较El和E2透光率
制样标准分别裁取El和E2，规格6. 5cm*13cm,裁切PV玻璃至合适规格；按照玻璃/mPE/玻璃叠放，140度条件下抽真空6min,加压30s,层压llmin。测试结果如下(参见图I)
比较El和E2紫外辐照(0. 63ff/m2, 60°C ) IOOOhYI变化
按照国际电工委员会标准IEC61345规定要求进行紫外辐照老化测试测试条件 试样表面温度60±5°C,试验时间IOOOh
权利要求
1.一种新型光伏封装胶膜，其特征在于所述胶膜为茂金属聚乙烯膜，所述茂金属聚乙烯胶膜是由以下质量份数的原料组成 茂金属聚乙烯树脂100份 交联剂0. 8-8. 4份 增粘剂0. 01-4份 抗氧剂0. 05-5份 光稳定剂0. 01-0. 5份。
2.根据权利要求I所述的一种新型光伏封装胶膜，其特征在于所述茂金属聚乙烯树脂 JIS K6922-2 法熔体流动速率为 2-30g/10min，密度 0. 880g/cm3, DSC 熔点为 58_60°C。
3.根据权利要求I所述的一种新型光伏封装胶膜，其特征在于所述交联剂为下列一种或几种的混合物1，I-二 (叔丁基过氧化)_3，3，5-三甲基环己烷，1，I-二 (叔丁基过氧化)环己烷，4，4-双(叔丁基过氧化)戊酸丁酯，过氧化二异丙苯，双(2-叔丁基过氧化异丙基)苯，2，5-二甲基-2，5-二 (叔丁基过氧化)己烷。
4.根据权利要求I所述的一种新型光伏封装胶膜，其特征在于所述增粘剂为下列之一或其中几种的混合物r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基娃烧、乙稀基二(2_甲氧基乙氧基)娃烧、Y _甲基丙稀酸氧基丙基二甲氧基娃烧、3-硫基丙基二甲氧基娃烧、N- ( ^ -氛乙基)-Y -氛丙基二甲氧基娃烧。
5.根据权利要求I所述的一种新型光伏封装胶膜，其特征在于所述抗氧剂为下列之一或其中两种以上任意比例的混合物二丁基羟基甲苯，四[￠-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，1，3，5-三(3，5- 二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸，￠- (3，5- 二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，三(2. 4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，双[2-甲基_4，6_ 二( 1，I- 二甲基乙基)苯酌■]憐酸乙基脂，四(2，4_ 二叔丁基八烧氧基_4，4-联苯基)磷酸酯，双(2，4- 二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯，(2，4，6-三叔丁基-2- 丁基-2-乙基)-I, 3-丙二醇亚磷酸酯，二(2，4- 二对异丙基苯基)季戊四醇双亚磷酸酯，四(2，4- 二叔丁基苯基-4，4-联苯基)双磷酸酯。
6.根据权利要求I所述的一种新型光伏封装胶膜，其特征在于所述光稳定剂为下列之一或其中两种或两种以上的混合物2_羟基-4-正辛氧基二苯甲酮，2- (2’ -羟基-3’，5’ - 二叔苯基)-5-氯化苯并三，三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亚磷酸酯，4-苯甲酰氧基_2，2，6，6-四甲基哌啶。
7.根据权利要求I所述的一种新型光伏封装胶膜，其特征在于所述胶膜的原料中还含有成核增透剂，所述成核增透剂为气相二氧化硅。
8.制备如权利要求1-7之一所述的一种新型光伏封装胶膜的方法 (1)将光稳定剂与抗氧剂进行混合均匀； (2)将交联固化剂与茂金属聚乙烯树脂粒料混合均匀； 将余下材料与上述(I)所获得的混合物加入到(2)中，混合均匀后进行共混挤出，温度控制在140-200°C，挤出物经流延、冷却、牵引、卷取工序得到胶膜。
9.一种新型光伏封装胶膜的使用方法，其特征在于将上述权利要求7制备的茂金属聚乙烯胶膜，按照玻璃/茂金属聚乙烯胶膜/电池/茂金属聚乙烯胶膜/背板叠放，层压之后即可。
10.根据权利要求9所述的新型光伏封装胶膜的使用方法其特征在于所述的茂金属聚乙烯胶膜单面设有花纹，叠放时，两层胶膜的花纹面相对。
全文摘要
一种新型光伏封装胶膜、其制备方法及使用方法，所述胶膜为茂金属聚乙烯膜，所述茂金属聚乙烯胶膜是由以下质量份数的原料组成:茂金属聚乙烯树脂100份、交联剂0.8-8.4份、增粘剂0.01-4份、抗氧剂0.05-5份和光稳定剂0.01-0.5份。制备方法是(1)将光稳定剂与抗氧剂进行混合均匀；(2)将交联固化剂与mPE粒料混合均匀；将余下材料与上述(1)所获得的混合物加入到(2)中，混合均匀后进行共混挤出，得到胶膜。通过茂金属催化剂催化设计的茂金属聚乙烯(mPE)较EVA具更强的耐湿热性，低金属腐蚀性，较高体积电阻率，低漏电率，低透湿性等，可作为一种新型太阳能电池封装胶膜。
文档编号H01L31/048GK102766412SQ20121024445
公开日2012年11月7日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者周良, 许庆 申请人:苏州爱康光伏新材料有限公司