本发明涉及太阳能电池领域，具体地，涉及一种聚烯烃封装胶膜、一种聚烯烃封装胶膜的制备方法、由该方法制备得到的聚烯烃封装胶膜、所述聚烯烃封装胶膜在制备太阳能电池中的应用、一种太阳能电池的制备方法以及由该方法制备得到的太阳能电池。
背景技术：
太阳能电池可利用其光生伏打效应将太阳能转化为电能，具有绿色环保、取之不尽用之不竭的优点，是一种可替代常规油气能源的重要发展方向。太阳能电池一般可分为晶体硅太阳能电池、薄膜太阳能电池、染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池。其中，经过多年的研发和市场推广，目前晶体硅太阳能电池已经逐步在太阳能电池领域中占据主导地位。
通常来说，晶体硅太阳能电池的制备方法包括将玻璃片、透明胶膜、电池片、聚烯烃封装胶膜和背板依次叠放在一起并进行热压成型，所述电池片的正面贴合所述透明胶膜且背面贴合所述聚烯烃封装胶膜，所述聚烯烃封装胶膜为将聚烯烃树脂、引发剂、交联剂、偶联剂、光稳定剂、颜料等物料经混合之后再挤出成型而得到，且所述聚烯烃封装胶膜在后续与其他部件一起的热压成型过程中会进行热交联。然而，当采用该方法制备太阳能电池时，颜料在热压成型时容易溢出而遮挡电池片，这样会减少太阳能电池的受光入射面积，并进而降低其光电转化效率。为了解决该技术问题，现有技术通常通过在聚烯烃封装胶膜和电池片之间铺设玻纤布和无纺布。然而，研究表明，采用这种新增玻纤布和无纺布的方式不仅工艺繁琐，而且新增的材料有一定的耐老化风险，并且在提高光电转化效率上效果一般。综上，目前亟需开发一种能够提高太阳能电池的光电转化效率的方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有的太阳能电池光电转化效率差的问题，而提供一种新的聚烯烃封装胶膜、一种聚烯烃封装胶膜的制备方法、由该方法制备得到的聚烯烃封装胶膜、所述聚烯烃封装胶膜在制备太阳能电池中的应用、一种太阳能电池的制备方法以及由该方法制备得到的太阳能电池。
为了实现上述目的，本发明提供了一种聚烯烃封装胶膜，其中，所述聚烯烃封装胶膜中含有聚烯烃树脂和颜料，所述聚烯烃封装胶膜一侧表面的聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的聚烯烃树脂未经交联，且所述聚烯烃封装胶膜中聚烯烃树脂的整体交联度为5-50％。
本发明还提供了一种聚烯烃封装胶膜的制备方法，其中，该方法包括将含有聚烯烃树脂、引发剂、交联剂和颜料的聚烯烃树脂组合物挤出成膜，之后将膜的一侧表面进行辐射交联处理，以使得该侧表面的聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的聚烯烃树脂未经交联且所述聚烯烃树脂的整体交联度为5-50％。
本发明还提供了由上述方法制备得到的聚烯烃封装胶膜。
本发明还提供了所述聚烯烃封装胶膜在制备太阳能电池中的应用。
本发明还提供了一种太阳能电池的制备方法，该方法包括将玻璃片、透明胶膜、电池片、聚烯烃封装胶膜和背板依次叠放在一起并进行热压成型，所述聚烯烃封装胶膜为本发明的聚烯烃封装胶膜，且所述聚烯烃封装胶膜的经交联的表面与所述电池片的背面贴合且未经交联的表面与所述背板贴合。
此外，本发明还提供了由上述方法制备得到的太阳能电池。
本发明提供的聚烯烃封装胶膜具有较高的反射率，能够有效提高光伏组件的光电转化效率，尤其是在双玻组件中具有更好的效果，同时在后续的热压成型过程中无填料溢出到电池片，能够有效解决翻边问题。此外，本发明提供的聚烯烃封装胶膜在具有一定交联度的同时还能够保持一定的粘结性能，与电池片和背板均具有良好的粘结性，由此得到的太阳能电池具有更长的使用寿命，极具工业应用前景。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供的聚烯烃封装胶膜中含有聚烯烃树脂和颜料，所述聚烯烃封装胶膜一侧表面的聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的聚烯烃树脂未经交联，且所述聚烯烃封装胶膜中聚烯烃树脂的整体交联度为5-50％，优选为10-40％，更优选为15-30％。其中，经交联的表面具有一定交联度，而未经交联的表面则具有较高的粘结性，这样能够使得到的聚烯烃封装胶膜的流动性能大幅降低，同时还能够保持一定的粘结性，从而不仅能够提高太阳能电池的光电转化效率，还能够减少颜料的溢流量。
本发明对所述聚烯烃封装胶膜中聚烯烃树脂和颜料的含量没有特别的限定，但为了提高对太阳光的反射率并进而提高太阳能电池的光电转化效率，优选地，相对于100重量份的所述聚烯烃树脂，所述颜料的含量为5-30重量份，更优选为10-25重量份，最优选为10-20重量份。
本发明对所述聚烯烃树脂的种类没有特别的限定，例如，可以为烯烃均聚物和/或烯烃共聚物，优选为聚乙烯和/或乙烯和α-烯烃的共聚物。其中，所述α-烯烃是指双键在分子端部的单烯烃，其可以用通式R-CH＝CH2表示，其中，R为C1-C20的取代或非取代烃基。从原料易得性和应用广泛性的角度考虑，所述α-烯烃优选为丙烯、1-丁烯、2-丁烯、己烯、辛烯等中的至少一种。相应地，所述聚烯烃树脂特别优选为聚乙烯、乙烯-己烯共聚物、乙烯-丙烯-己烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物和乙烯-己烯-辛烯共聚物中的至少一种。所述颜料起作反射太阳光的作用，其可以为现有的各种不透光且能够反射太阳光的物质，例如，可以为白色颜料、黑色颜料等中的至少一种。其中，所述白色颜料的实例包括但不限于二氧化钛、三氧化二铝和二氧化硅中的至少一种。所述黑色颜料例如可以为炭黑。
根据本发明提供的聚烯烃封装胶膜，优选地，所述聚烯烃封装胶膜中还含有偶联剂和/或光稳定剂。其中，所述偶联剂能够起到促进粘结作用，能够进一步减少聚烯烃封装胶膜中颜料的溢流量。所述偶联剂优选为硅烷偶联剂。所述硅烷偶联剂的具体实例包括但不限于γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅等中的至少一种。所述光稳定剂可吸收紫外光或猝灭游离态的自由基、减缓和避免紫外老化，从而使得到的聚烯烃封装胶膜具有更好的耐紫外老化性能和稳定性能。所述光稳定剂包括紫外吸收剂和/或紫外光稳定剂。其中，所述紫外吸收剂的具体实例包括但不限于苯并三唑系紫外吸收剂、二苯甲酮系紫外吸收剂、三嗪系紫外吸收剂中的至少一种。所述紫外光稳定剂的具体实例包括但不限于受阻胺类光稳定剂。此外，在所述聚烯烃树脂组合物中，相对于100重量份的所述聚烯烃树脂，所述偶联剂的含量优选为0.1-1重量份，更优选为0.2-0.8重量份，最优选为0.3-0.6重量份；所述光稳定剂的含量优选为0.1-1重量份，更优选为0.2-0.8重量份，最优选为0.4-0.6重量份。
本发明对所述聚烯烃封装胶膜的厚度没有特别的限定，可以为0.1-1mm，优选0.1-0.7mm，更优选0.4-0.5mm。
本发明提供的聚烯烃封装胶膜的制备方法包括将含有聚烯烃树脂、引发剂、交联剂和颜料的聚烯烃树脂组合物挤出成膜，之后将膜的一侧表面进行辐射交联处理，以使得该侧表面的聚烯烃树脂经交联而另一侧表面的聚烯烃树脂未经交联且所述聚烯烃树脂的整体交联度为5-50％，优选为10-40％，更优选为15-30％。
本发明对所述聚烯烃树脂组合物中各组分的含量没有特别的限定，优选地，相对于100重量份的所述聚烯烃树脂，所述引发剂的含量为0.1-3重量份，更优选为0.5-2重量份，最优选为0.8-1.8重量份；所述交联剂的含量为0.1-1.5重量份，更优选为0.3-1.2重量份，最优选为0.4-1重量份；所述颜料的含量为5-30重量份，更优选为10-25重量份，最优选为10-20重量份。
本发明对所述引发剂的种类没有特别的限定，可以为现有的各种能够引发所述聚烯烃树脂与交联剂进行交联反应的物质，例如，可以为过氧化氢异丙苯、过氧化环己酮、叔丁基过氧化氢、过氧化氢二异丙苯、过氧乙酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己基碳酸叔戊酯和过氧化-2-乙基己基碳酸叔丁酯中的至少一种。
本发明对所述交联剂的种类没有特别的限定，可以为有机异氰酸酯类化合物和/或丙烯酸酯类化合物。其中，所述有机异氰酸酯类化合物特别优选为三烯丙基异氰脲酸酯。所述丙烯酸酯类化合物特别优选为季戊四醇三丙烯酸酯。
所述聚烯烃树脂和颜料的种类已经在上文中有所描述，在此不作赘述。
根据本发明提供的聚烯烃封装胶膜的制备方法，优选地，所述聚烯烃树脂组合物中还含有偶联剂和/或光稳定剂。其中，所述偶联剂能够起到促进粘结作用，能够进一步减少聚烯烃封装胶膜中颜料的溢流量。所述光稳定剂可吸收紫外光或猝灭游离态的自由基、减缓和避免紫外老化，从而使得到的聚烯烃封装胶膜具有更好的耐紫外老化性能和稳定性能。所述偶联剂和光稳定剂的具体种类已经在上文中有所描述，在此不作赘述。在所述聚烯烃树脂组合物中，相对于100重量份的所述聚烯烃树脂，所述偶联剂的含量优选为0.1-1重量份，更优选为0.2-0.8重量份，最优选为0.3-0.6重量份；所述光稳定剂的含量优选为0.1-1重量份，更优选为0.2-0.8重量份，最优选为0.4-0.6重量份。
根据本发明提供的聚烯烃封装胶膜的制备方法，所述聚烯烃树脂组合物的用量以及挤出成膜的条件可以使得到的膜的厚度为0.1-1mm，优选0.1-0.7mm，更优选0.4-0.5mm。
本发明对所述挤出成膜的具体过程和条件均没有特别的限定，通常将所述聚烯烃树脂组合物加入挤出机中，控制挤出流延温度为50-120℃，物料从挤出机口模流出后，依次通过流延辊、牵引辊，再经裁边即可。其中，挤出所得膜的厚度可以通过挤出机口模的宽度进行控制。
本发明对所述辐射交联处理的条件没有特别的限定，只要能够使得所述聚烯烃树脂的整体交联度达到以上范围即可，优选地，所述辐射交联处理的条件包括辐射能量为10-250KGY，更优选为15-200KGY，最优选为20-150KGY。此外，所述辐射交联处理的辐射源可以为α射线(快速亥核流)、β射线(电子束)、γ射线(电磁波)、X射线(电磁波)和中子射线(不带电的粒子流)中的至少一种。
本发明还提供了由上述方法制备得到的聚烯烃封装胶膜。
本发明还提供了所述聚烯烃封装胶膜在制备太阳能电池中的应用。
本发明还提供了一种太阳能电池的制备方法，该方法包括将玻璃片、透明胶膜、电池片、聚烯烃封装胶膜和背板依次叠放在一起并进行热压成型，所述聚烯烃封装胶膜为本发明的聚烯烃封装胶膜，且所述聚烯烃封装胶膜的经交联的表面与所述电池片的背面贴合且未经交联的表面与所述背板贴合。
本发明提供的太阳能电池的制备方法的改进之处在于采用一种新的聚烯烃封装胶膜，而玻璃片、透明胶膜、电池片和背板的具体尺寸和材质以及这些部件与聚烯烃封装胶膜之间的连接关系等均可以与现有技术相同。
本发明对所述热压成型的条件没有特别的限定，通常包括温度优选为100-180℃，更优选为120-160℃，最优选为130-150℃。此外，所述热压成型通常在真空条件下进行。
本发明还提供了由上述方法制备得到的太阳能电池。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实施例和对比例中，交联度按照ASTM-D2765中规定的方法进行测定，具体地，取一定量的聚烯烃封装胶膜试样，包于120目的铜网内，放入带有回流装置的锥形瓶中，以二甲苯为溶剂，沸腾回流24小时后，将不溶物干燥至恒重，交联度为不溶物的干重与聚烯烃封装胶膜试样(需要扣除颜料)的干重。
制备例1
该制备例用于说明本发明提供的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
将聚烯烃树脂(乙烯和辛烯的共聚物，由三井化学生产，牌号为DF7350)100重量份、引发剂(过氧化氢异丙苯)1.2重量份、交联剂(季戊四醇三丙烯酸酯)0.5重量份、光稳定剂(2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，UV531)0.5重量份、颜料二氧化钛(由杜邦公司生产，牌号为R960)15重量份、硅烷偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)0.5重量份共混均匀后，于68℃下挤出成膜，所得膜的厚度为0.45mm，接着采用X射线辐射膜的一侧表面以使得该侧表面的至少部分聚烯烃树脂发生交联反应，辐射剂量为150KGY，得到聚烯烃封装胶膜M1。经检测，该聚烯烃封装胶膜M1中聚烯烃树脂的整体交联度为22％。
制备例2
该制备例用于说明本发明提供的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
将聚烯烃树脂(聚乙烯，由JPE公司生产，牌号为KJ640T)100重量份、引发剂(过氧乙酸叔丁酯)0.8重量份、交联剂(三烯丙基异氰脲酸酯，TAIC)0.4重量份、光稳定剂(2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，UV531)0.4重量份、颜料三氧化二铝10重量份、硅烷偶联剂(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)0.3重量份共混均匀后，于60℃下挤出成膜，所得膜的厚度为0.4mm，接着采用X射线辐射膜的一侧表面以使得该侧表面的至少部分聚烯烃树脂发生交联反应，辐射剂量为60KGY，得到聚烯烃封装胶膜M2。经检测，该聚烯烃封装胶膜M2中聚烯烃树脂的整体交联度为15％。
制备例3
该制备例用于说明本发明提供的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
将聚烯烃树脂(乙烯和辛烯的共聚物，由三井化学生产，牌号为DF7350)100重量份、引发剂(过氧化-2-乙基己酯碳酸叔丁酯，TBEC)1.8重量份、交联剂(三烯丙基异氰脲酸酯，TAIC)1.0重量份、光稳定剂(2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮，UV531)0.6重量份、颜料炭黑20重量份、硅烷偶联剂(γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷)0.6重量份共混均匀后，于63℃下挤出成膜，所得膜的厚度为0.5mm，接着采用X射线辐射膜的一侧表面以使得该侧表面的至少部分聚烯烃树脂发生交联反应，辐射剂量为20KGY，得到聚烯烃封装胶膜M3。经检测，该聚烯烃封装胶膜M3中聚烯烃树脂的整体交联度为30％。
制备例4
该制备例用于说明本发明提供的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
按照制备例1的方法制备聚烯烃封装胶膜，不同的是，不加入硅烷偶联剂，得到聚烯烃封装胶膜M4。经检测，该聚烯烃封装胶膜M4中聚烯烃树脂的整体交联度为18％。
制备例5
该制备例用于说明本发明提供的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
按照制备例4的方法制备聚烯烃封装胶膜，不同的是，不加入光稳定剂，得到聚烯烃封装胶膜M5。经检测，该聚烯烃封装胶膜M5中聚烯烃树脂的整体交联度为20％。
制备例6
该制备例用于说明本发明提供的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
按照制备例1的方法制备聚烯烃封装胶膜，不同的是，辐射源为β射线，且辐射剂量为20KGY，得到聚烯烃封装胶膜M6。经检测，该聚烯烃封装胶膜M6中聚烯烃树脂的整体交联度为15％。
对比制备例1
该对比制备例用于说明参比的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
按照制备例1的方法制备聚烯烃封装胶膜，不同的是，不包括辐射交联的步骤，而是直接将挤出成型所得的膜作为参比聚烯烃封装胶膜，记为DM1。
对比制备例2
该对比制备例用于说明参比的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
按照制备例1的方法制备聚烯烃封装胶膜，不同的是，辐射剂量为5KGY以使得聚烯烃树脂的整体交联度为4％，得到参比聚烯烃封装胶膜DM2。
对比制备例3
该对比制备例用于说明参比的聚烯烃封装胶膜及其制备方法。
按照制备例1的方法制备聚烯烃封装胶膜，不同的是，辐射剂量为300KGY以使得聚烯烃树脂的整体交联度为80％，得到参比聚烯烃封装胶膜DM3。
实施例1
该实施例用于说明本发明提供的太阳能电池及其制备方法。
将3.2mm的玻璃片、0.45mm的透明胶膜(购自杭州福斯特光伏材料股份有限公司，牌号为TF4)、晶硅电池片、聚烯烃封装胶膜M1和2.0mm的背板(玻璃片)依次放入层压机中，保证电池片的正面与所述透明胶膜贴合且背面与所述聚烯烃封装胶膜贴合，并保证聚烯烃封装胶膜的经交联的表面与所述电池片的背面贴合且未经交联的表面与所述背板贴合，接着在温度为140℃下抽真空热压成型，得到太阳能电池T1。在热压成型后观察电池片正面边缘处溢出颜料的情况，所得结果见表1。
实施例2-6
实施例2-6用于说明本发明提供的太阳能电池及其制备方法。
按照实施例1的方法制备太阳能电池，不同的是，将聚烯烃封装胶膜M1分别采用聚烯烃封装胶膜M2-M6替代，分别得到太阳能电池T2-T6。在热压成型后观察电池片正面边缘处溢出颜料的情况，所得结果见表1。
对比例1-3
对比例1-3用于说明参比的太阳能电池及其制备方法。
按照实施例1的方法制备太阳能电池，不同的是，将聚烯烃封装胶膜M1分别采用参比聚烯烃封装胶膜DM2-DM3替代，分别得到参比太阳能电池DT2-DT3。在热压成型后观察电池片正面边缘处溢出颜料的情况，所得结果见表1。
测试例
(1)层间粘结性：
按照GB/T2790-1995中规定的方法对胶膜与玻璃的粘结性进行测定，其中，胶膜的厚度与相应的实施例或对比例相同，结果见表1，粘结力结果＞50N/cm则判定为合格。
(2)最大功率(Pmax)：
按照IEC61215规定测定太阳能电池的最大功率Pmax，结果见表1。
表1
从以上结果可以看出，包括本发明提供的聚烯烃封装胶膜的太阳能电池具有较高的光电转化效率(通过最大功率Pmax得以反映)，并且在热压成型过程中基本无填料溢出到电池片，能够有效解决翻边问题。此外，本发明提供的聚烯烃封装胶膜由于采用了一侧表面交联而另一侧表面未交联，这样能够使得其在具有一定交联度的同时还能够保持一定的粘结性能，从而与电池片和背板均具有良好的粘结性，由此得到的太阳能电池具有更长的使用寿命，并且所述聚烯烃封装胶膜和太阳能电池的制备方法简单，极具工业应用前景。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。