一种HJT专用封装胶膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池，尤其涉及一种hjt专用封装胶膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着光伏技术的迅速发展，晶体硅太阳电池的转换效率逐年提高。在当前光伏工业界，单晶硅太阳额电池的转换效率已达到20％以上，多晶硅太阳电池的转换效率已达19％以上。然而大规模量产的、转换效率达22％以上的硅基太阳电池仅背接触太阳电池(ibc)和带本征薄层的非晶硅/晶体硅异质结太阳电池(hjt)。和ibc电池相比，hjt电池具有能耗少、工艺流程简单、结构对称、低温制造工艺、高开路电压、温度特性好、无lid与pid效应等诸多优点。由于hjt电池具有较低的温度系数，温度升高后效率和输出功率下降的相对较少。单片hjt电池比常规晶体硅电池在一天中能多发电8～10％。同时，由于结构对称，能够制作成双面hjt电池，双面比单面能多发电10％以上。双面沉积的透明导电氧化物薄膜(tco)不仅可以建设收集电流时的串联电阻，还能起到类似晶体硅电池上氮化硅层的减反作用，从而形成较高的开路电压，提高转换效率。另外，hjt电池制造工艺中最高温度就是非晶硅薄膜的形成温度(200℃)，避免了传统晶体硅电池形成p-n结的高温(950℃)，采用低温工艺在降低能耗的同时也可以减少对硅片的热损伤。hjt电池无lid效应，这归结于hjt电池衬底为n型单晶硅。hjt电池也无pid效应，因为其表面沉积tco薄膜，无绝缘层，无表面带电的机会，从结构上避免了pid现象的发生。

2、hjt电池表面沉积层为特殊的惰性金属氧化物氧化铟锡(ito)，疏水性强，对于hjt电池，其封装材料的选择至关重要，但是常规的eva、poe材料对其封装后粘结力较差，复合老化后容易出现脱层、发黄、粘结力大幅度下降等问题。

3、cn112980340a公开了一种封装hjt电池用封装胶膜及其制备方法、制得的光伏组件。其公开的封装hjt电池用封装胶膜，包括粘结层和eva层；所述粘结层主要由按重量份数计的如下组分制得：基体树脂100份、改性树脂5～10份和助剂1～5份；所述改性树脂主要由基体树脂、引发剂和粘结单体反应制得，其公开的封装胶膜通过在粘结层中引入特定的改性树脂，使封装胶膜的增粘机理适应hjt表面复合ito减反陷光层，实现胶膜与异质结电池片的完整粘合，提高胶膜与hjt电池片的剥离强度；同时，eva层对钢化玻璃或背板表面具有强剥离强度，提高hjt组件长期可靠性及使用寿命。但该方法工艺复杂，成本较高，且该粘结层与hjt电池表面之间为简单的物理粘合，在户外复杂的紫外高温高湿环境中容易出现脱层、黄变等风险。

4、综上所述，开发一种与hjt电池片的粘结强度高、具有优异的耐紫外和耐湿热老化性能的hjt专用封装胶膜至关重要。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种hjt专用封装胶膜及其制备方法和应用，所述hjt专用封装胶膜与hjt电池片属于面面接触，所述hjt专用封装胶膜与hjt电池片的粘结强度较高，还具有优异的耐紫外和耐湿热老化性能，保证光伏组件的长使用寿命和低光转换效率衰减率。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种hjt专用封装胶膜，所述hjt专用封装胶膜包括基体树脂和功能性助剂；

4、所述功能性助剂包括含有功能基团的丙烯酸酯类聚合物及其衍生物中的任意一种或至少两种的组合；

5、所述功能性助剂参与交联反应，其分子链与基体树脂形成交联网状结构；

6、所述功能基团包括含磷基团、氨基或羧基中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：含磷基团和氨基的组合，氨基和羧基的组合，含磷基团、氨基和羧基的组合等。

7、常规晶体硅电池表面为氮化硅结构，表面亲水，与常规封装胶膜粘结力强，不容易在长期高温高湿环境中脱层、发黄。hjt电池表面结构为ito，胶膜与电池片的粘结不能深入到齿状沉积层的内部，基本是与电池片表面栅线的点线状接触，这种粘结状态容易在户外紫外光照射和高温高湿的环境下出现粘结力急剧下降的行为。本发明提供的封装胶膜，添加了功能性助剂，所述功能性助剂的功能基团包括含磷基团、氨基或羧基中的任意一种或至少两种的组合，所述功能基团为活性基团，使封装胶膜能够与hjt电池表面ito层发生反应形成氢键、共价键等稳定结构，不同于简单的机械结合力和范德华力，这些化学键的键能较高，可为胶膜与电池片提供长久稳定的粘结力，提高与hjt的粘结强度；而且还使所述封装胶具有优异的耐紫外和耐湿热老化性能，因此，其进一步形成的光伏组件具有长使用寿命和低光转换效率衰减率。

8、除此之外，所述封装胶膜具有优秀的浸润性和延展性，能够在胶膜层压过程中极短的时间内流动到hjt电池片的各个角落，胶膜可以与电池片不规则表面实现完整紧密均匀粘合，不容易在复杂环境中出现脱层、黄变、粘结力下降等异常。

9、优选地，所述功能性助剂的数均分子量为100-5000g/mol，例如500g/mol、1000g/mol、1500g/mol、2000g/mol、2500g/mol、3000g/mol、3500g/mol、4000g/mol、4500g/mol等。

10、本发明所述功能性助剂的数均分子量为100-5000g/mol，具有较小的粘性，与基体树脂具有良好的可吸收性，混合搅拌后粒子表面干爽，可以保证生产工艺的可操作性。

11、优选地，所述功能性助剂的主链至少含有2个双键，例如3个、4个、5个等。

12、本发明所述功能性助剂的至少含有2个双键，不饱和键促使所述功能性助剂与基体树脂在层压后能形成交联网状结构。

13、优选地，所述含磷基团包括磷酸类取代基和/或磷酸酯类取代基。

14、优选地，所述功能基团为含磷基团时，所述功能性助剂包括甲基丙烯酸磷酸酯、丙烯酸磷酸二甲酯、丙烯酸磷酸酯、十六十八醇磷酸酯或月桂醇醚磷酸酯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：甲基丙烯酸磷酸酯和丙烯酸磷酸二甲酯的组合，丙烯酸磷酸二甲酯、丙烯酸磷酸酯和十六十八醇磷酸酯的组合，丙烯酸磷酸二甲酯、丙烯酸磷酸酯、十六十八醇磷酸酯和月桂醇醚磷酸酯的组合等。

15、本发明优选上述功能性助剂的原因在于分子量低，粘性低，可以直接与其它材料混合挤出成膜。

16、优选地，所述功能性助剂包括改性低聚物及其衍生物和/或改性齐聚物及其衍生物；

17、所述改性低聚物及其衍生物的数均分子量为100-1000g/mol，例如200g/mol、300g/mol、400g/mol、500g/mol、600g/mol、700g/mol、800g/mol、900g/mol等；

18、所述改性齐聚物及其衍生物的数均分子量为1000-5000g/mol，例如1500g/mol、2000g/mol、2500g/mol、3000g/mol、3500g/mol、4000g/mol、4500g/mol等。

19、优选地，所述功能性助剂为改性低聚物及其衍生物时，所述功能性助剂包括十六十八醇磷酸酯、月桂醇醚磷酸酯、丙烯酸磷酸酯、丙烯酸磷酸二甲酯、四氢呋喃丙烯酸酯、2-苯氧乙基丙烯酸酯、甲基丙烯酸磷酸酯、两官能聚氨酯丙烯酸酯、2-羟乙基甲基丙烯酸磷酸酯或烷基丙烯酸磷酸酯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：四氢呋喃丙烯酸酯和2-苯氧乙基丙烯酸酯的组合，甲基丙烯酸磷酸酯、月桂醇醚磷酸酯、两官能聚氨酯丙烯酸酯和2-羟乙基甲基丙烯酸磷酸酯的组合，甲基丙烯酸磷酸酯、两官能聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸磷酸酯、2-羟乙基甲基丙烯酸磷酸酯和烷基丙烯酸磷酸酯的组合等。

20、本发明优选上述功能性助剂的原因在于改性低聚物活性高，分子量大，添加量和成本可以选择性的降低。

21、优选地，所述功能性助剂为改性齐聚物及其衍生物时，所述功能性助剂包括磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、多官能度丙烯酸酯磷酸酯、聚磷酸酯、磷氮聚氨酯或聚(磷酸酯-己内酯-磷酸酯)中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯和多官能度丙烯酸酯磷酸酯的组合，聚磷酸酯和磷氮聚氨酯的组合，磷酸氢二(甲基丙烯酰氧乙基)酯、多官能度丙烯酸酯磷酸酯、聚磷酸酯和磷氮聚氨酯的组合等。

22、本发明中，所述多官能度丙烯酸酯磷酸酯指的是官能度至少为2的丙烯酸酯磷酸酯。

23、本发明优选上述功能性助剂的原因在于分子量更高，胶膜与电池片形成的化学键更稳定，粘结致密性更高。

24、优选地，所述基体树脂的透光率≥91％，例如92％、93％等。

25、本发明基体树脂的透光率在91％以上的原因在于较高的透光性可提高组件的功率。

26、优选地，所述基体树脂包括可交联聚烯烃树脂。

27、优选地，所述基体树脂包括乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva树脂)和/或poe塑料。

28、优选地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中，醋酸乙烯结构单元的质量占比为28％-33％(例如29％、30％、31％、32％等)，熔融指数为3-28g/10min(例如5g/10min、10g/10min、15g/10min、20g/10min、25g/10min等)。

29、优选地，所述hjt专用封装胶膜包括其他助剂。

30、优选地，所述hjt专用封装胶膜按照重量份数包括如下组分：

31、基体树脂                                 100份

32、功能性助剂                               0.1-15份

33、其他助剂                                 0-8份。

34、本发明中，所述基体树脂的重量份数为100份。

35、功能性助剂的重量份数为0.1-15份，例如0.5份、1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份等，进一步优选0.1-12份。

36、其他助剂的重量份数为0-8份，例如1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份等。

37、优选地，所述其他助剂包括引发剂、助交联剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、润滑剂或硅烷偶联剂中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：引发剂和助交联剂的组合，紫外光稳定剂、紫外光吸收剂和润滑剂的组合，引发剂、助交联剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、润滑剂和硅烷偶联剂的组合等。

38、优选地，所述引发剂包括过氧化物类引发剂。

39、优选地，所述引发剂包括过氧化-2-乙基已酸叔丁酯、过氧化二苯甲酰、双叔丁基过氧异丙基苯、2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷或过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：过氧化-2-乙基已酸叔丁酯和过氧化二苯甲酰的组合，过氧化二苯甲酰、双叔丁基过氧异丙基苯和2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷的组合，过氧化二苯甲酰、双叔丁基过氧异丙基苯、2,5-二叔丁基过氧化-2,5-二甲基己烷和过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯的组合等。

40、优选地，所述助交联剂包括1,6-己二醇二丙烯酸酯、乙氧化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：1,6-己二醇二丙烯酸酯和乙氧化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的组合，三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯和三烯丙基氰脲酸酯的组合，乙氧化三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、三烯丙基异氰脲酸酯、三烯丙基氰脲酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、二丙烯酸乙二醇酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯的组合等。

41、优选地，所述紫外光吸收剂包括2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮。

42、优选地，所述紫外光稳定剂包括双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。

43、优选地，所述润滑剂包括硅酮母粒。

44、优选地，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：γ-氨丙基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三甲氧基硅烷的组合，n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷的组合，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷的组合等。

45、优选地，所述引发剂的重量份数为0.2-2份，例如0.4份、0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份等。

46、优选地，所述助交联剂的重量份数为0.3-1份，例如0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份等。

47、优选地，所述紫外光稳定剂的重量份数为0.1-1份，例如0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份等。

48、优选地，所述紫外光吸收剂的重量份数为0-1份，例如0.1份、0.2份、0.3份、0.4份、0.5份、0.6份、0.7份、0.8份、0.9份等。

49、优选地，所述润滑剂的重量份数为0.5-1份，例如0.6份、0.7份、0.8份、0.9份等。

50、优选地，所述硅烷偶联剂的重量份数为0.1-2份，例如0.2份、0.4份、0.6份、0.8份、1.0份、1.2份、1.4份、1.6份、1.8份等。

51、作为优选的技术方案，所述hjt专用封装胶膜按照重量份数包括如下组分：

52、

53、

54、所述功能性助剂包括含有功能基团的丙烯酸酯类聚合物及其衍生物中的任意一种或至少两种的组合；

55、所述功能性助剂参与交联反应，其分子链与基体树脂形成交联网状结构；

56、所述功能基团包括含磷基团、氨基或羧基中的任意一种或至少两种的组合。

57、第二方面，本发明提供一种第一方面所述的hjt专用封装胶膜的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

58、将基体树脂与功能性助剂混合，加工，得到所述hjt专用封装胶膜。

59、优选地，所述制备方法具体包括如下步骤：

60、将基体树脂、功能性助剂和硅烷偶联剂混合，熔融剪切，得到改性母粒，再将改性母粒与引发剂、助交联剂、紫外光稳定剂、紫外光吸收剂、润滑剂混合，再将混合物料进行熔融挤出、流延拉伸和收卷，得到所述hjt专用封装胶膜。

61、第三方面，本发明提供一种hjt电池，所述hjt电池包括电池片和第一方面所述的封装胶膜；

62、所述hjt电池为带本征薄层的非晶硅/晶体异质结太阳能电池，其表面沉积的导电氧化膜包括氧化铟锡。

63、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

64、(1)本发明所述封装胶膜与hjt电池片属于面面接触，所述封装胶膜与hjt电池片的粘结强度较高，还具有优异的耐紫外和耐湿热老化性能，保证光伏组件的长使用寿命和低光转换效率衰减率。

65、(2)本发明所述封装胶膜与玻璃的剥离强度在202.2n/cm以上，与与hjt电池片的剥离强度在91.6n/cm以上，经quv复合老化后无脱层、无腐蚀、无黄变，经quv复合老化后与电池片剥离强度保持率在90.1％以上，紫外加速老化后外观无脱层，无黄变，湿热老化性能后外观无脱层，无腐蚀。

66、(3)本发明所述封装胶膜与电池片具有优异的粘结力，且制成的组件可靠性测试后，组件功率衰减较低。具体地，dh2000的衰减率在0.80％以内，uv200的衰减率在0.95％以内，tc200的衰减率在0.76％以内，hf10的衰减率在0.88％以内，pid192的衰减率在0.49％以内。