專利名稱：耐老化太陽能電池封裝用eva膠膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及太陽能電池封裝材料，特別涉及一種耐熱氧和紫外光老化，用于太陽能電池封裝的EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)膠膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽電池是借助于兩層高分子封裝膜將硅晶片包裝于其中，再和上下保護(hù)層材料玻璃及TPT膜粘結(jié)。首先，封裝材料必須是透光的，而且透過率要高，這樣才能保證封裝后的太陽能電池組件具有足夠的光電轉(zhuǎn)換效率；另外，封裝材料粘合力必須要強(qiáng)，這樣才能更好的固定和保護(hù)好太陽電池片；封裝材料在固化封裝之前必須是柔軟的，易于改變形狀的，這樣才能根據(jù)太陽電池的形狀進(jìn)行封裝而不會(huì)損壞電池片。但封裝固化后它必須是熱固性的，因?yàn)樘柲芙M件要在高溫的條件下運(yùn)行，如果是熱塑性的就會(huì)發(fā)生形變，嚴(yán)重地還會(huì)流膠，失去了對(duì)太陽能電池的保護(hù)作用。
本世紀(jì)八十年代前，國(guó)內(nèi)外曾試用過液態(tài)硅樹脂和聚乙烯醇縮丁醛樹脂片(PVB)，均因價(jià)格高、施工條件苛刻、物性不好而被淘汰。八十年代開始，美國(guó)Jet Propulsion和Springborn實(shí)驗(yàn)室，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的F.J.Pern等就開始對(duì)太陽電池封裝材料進(jìn)行了研究，根據(jù)材料的透光性、模數(shù)、可加工性、價(jià)格等特點(diǎn)，將乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)和乙烯-甲基丙烯酸甲酯(EMMA)列入JPL計(jì)劃，然后又針對(duì)EVA膠膜在惡劣的天候條件下容易變黃，從而影響太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率的缺點(diǎn)進(jìn)行了一些研究，最后研制成功了耐老化EVA封裝膠膜。然而，國(guó)外公開發(fā)表的文獻(xiàn)中，主要對(duì)EVA膠膜的組成和老化性能進(jìn)行了研究，對(duì)EVA膠膜的制備流程涉及甚少，而且EVA膠膜價(jià)格高。國(guó)內(nèi)也對(duì)EVA太陽能封裝膠膜進(jìn)行了研究，已有成品在市場(chǎng)上銷售，但其效果仍不能完全滿足太陽能電池封裝的要求，比較突出的問題仍然是膠膜的耐天候性差，容易變黃，影響本身的透光率，從而降低太陽能組件的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，若采用透光率好、質(zhì)量輕、耐天候老化性能好的PC做上蓋板的情況下，目前國(guó)產(chǎn)的EVA膠膜與PC的粘合力就達(dá)不到要求，容易脫膠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中太陽能電池用EVA膠膜的耐候性的不足，提供一種耐熱氧、耐紫外光老化太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制備的耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜。
本發(fā)明的機(jī)理以EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)為基體，選用合適的耐老化體系(包括抗氧劑、紫外光吸收劑和紫外光穩(wěn)定劑)、交聯(lián)固化劑和增粘劑，采用機(jī)械擠出壓延成型的方式制得EVA膠膜。
本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜制備方法包括如下步驟和工藝條件(1)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將100份乙烯-醋酸乙烯的共聚物、0.5～1.5份交聯(lián)固化劑和0～0.4份增粘劑混合均勻；(2)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將0.1～0.6份抗氧劑、0.1～0.6份紫外吸收劑、0.05～0.6份受阻胺類光穩(wěn)定劑加入到步驟(1)制備的混合物中，并混合均勻；(3)將步驟(2)制備的混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在80～90℃，擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，得到太陽能電池封裝用EVA膠膜；所述EVA粒料的醋酸乙烯含量為28％～35％；所述交聯(lián)固化劑為2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷或1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷；所述抗氧劑為三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯，或者為四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，或者為β-(4-羥基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯，或者為N，N′-1，6-己二基二(3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羥基苯丙酰)，或者為亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯混合酯)；所述紫外光吸收劑為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮或2-[4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚；所述紫外光穩(wěn)定劑為受阻胺類光穩(wěn)定劑雙(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯，或者為雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯；本發(fā)明在確保EVA膠膜與玻璃、TPT和PC的粘合力達(dá)到要求值，即EVA/玻璃≥30N/cm；EVA/TPT≥30N/cm；EVA/PC≥25N/cm的前提下，選擇和復(fù)配能大幅度提高EVA封裝膠的耐熱氧和耐紫外光老化性能的體系，成功地研制出耐熱氧、耐紫外光的EVA膠膜，性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)產(chǎn)品，接近國(guó)外產(chǎn)品，價(jià)格大大低于國(guó)外產(chǎn)品。
與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明方法具有如下的優(yōu)點(diǎn)(1)耐熱氧、耐紫外光老化性能優(yōu)于現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品，接近國(guó)外產(chǎn)品；(2)EVA樹脂和其它組份能夠經(jīng)共混擠出、流延、冷卻、牽引、卷取等工序一次加工成膜，與現(xiàn)有的共混擠出造粒，然后再熔融、壓延成型的加工方式相比，加工過程對(duì)EVA樹脂分子的破壞較小，生產(chǎn)效率高，節(jié)能；(3)本發(fā)明得到的EVA膠膜能夠滿足用不同材料(如透光率好、質(zhì)量輕、耐天候老化性能好的PC)作上蓋板時(shí)的粘合力要求，比現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品應(yīng)用面要廣，前景要好。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例1以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將0.25份增粘劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.25份的2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷作為交聯(lián)固化劑加到100份VA含量為33％的EVA粒料(乙烯-醋酸乙烯的共聚物)中混合均勻；再將0.2份β-(4-羥基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯作為抗氧劑，0.1份紫外光穩(wěn)定劑雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均勻。將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在80℃，在擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，即得厚度為0.5mm的EVA膠膜B-1。將交聯(lián)后的EVA膠膜進(jìn)行熱氧老化實(shí)驗(yàn)和紫外光老化實(shí)驗(yàn)。前者的條件是100℃，720h；后者條件是UVB 313型紫外燈，輻射能為0.63W/m2/nm；暴露條件，先在黑板溫度為60℃條件下輻射4小時(shí)，后停止輻射在50℃下冷凝4小時(shí)。暴露時(shí)間1000h。
實(shí)施例2將0.40份增粘劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.50份的交聯(lián)固化劑2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷加到100份VA含量為33％的EVA粒料中混合均勻；再將0.2份抗氧劑三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯，0.10份紫外光穩(wěn)定劑雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯和0.05份雙(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯加入上述混合物，并混合均勻。將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在85℃，在擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，即得厚度為0.5mm的EVA膠膜B-2。將交聯(lián)后的EVA膠膜進(jìn)行熱氧老化實(shí)驗(yàn)和紫外光老化實(shí)驗(yàn)，前者的條件是100℃，720h；后者條件是UVB 313型紫外燈，輻射能為0.63W/m2/nm；暴露條件，先在黑板溫度為60℃條件下輻射4小時(shí)，后停止輻射在50℃下冷凝4小時(shí)。暴露時(shí)間1000h。
實(shí)施例3將0.25份增粘劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.00份的交聯(lián)固化劑2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷加到100份VA含量為33％的EVA粒料中混合均勻；再將0.2份抗氧劑三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯，0.2份紫外光吸收劑2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮，0.1份紫外光穩(wěn)定劑雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均勻。將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在83℃，在擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，即得厚度為0.5mm的EVA膠膜B-3。將交聯(lián)后的EVA膠膜進(jìn)行熱氧老化實(shí)驗(yàn)和紫外光老化實(shí)驗(yàn)。前者的條件是100℃，720h；后者條件是UVB 313型紫外燈，輻射能為0.63W/m2/nm；暴露條件，先在黑板溫度為60℃條件下輻射4小時(shí)，后停止輻射在50℃下冷凝4小時(shí)。暴露時(shí)間1000h。
實(shí)施例4將0.40份增粘劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.25份的交聯(lián)固化劑2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷加到100份VA含量為28％的EVA粒料中混合均勻；再將0.2份抗氧劑四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，0.1份紫外光穩(wěn)定劑雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均勻。將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在88℃，在擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，即得厚度為0.5mm的EVA膠膜B-4。將交聯(lián)后的EVA膠膜進(jìn)行熱氧老化實(shí)驗(yàn)和紫外光老化實(shí)驗(yàn)。前者的條件是100℃，720h；后者條件是UVB 313型紫外燈，輻射能為0.63W/m2/nm；暴露條件，先在黑板溫度為60℃條件下輻射4小時(shí)，后停止輻射在50℃下冷凝4小時(shí)。暴露時(shí)間1000h。
實(shí)施例5將0.25份增粘劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.25份的交聯(lián)固化劑1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷加到100份VA含量為33％的EVA粒料中混合均勻；再將0.2份抗氧劑N，N′-1，6-己二基二(3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羥基苯丙酰)，0.3份紫外光吸收劑2-[4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚，0.2份紫外光穩(wěn)定劑雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均勻。將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在82℃，在擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，即得厚度為0.5mm的EVA膠膜B-5。將交聯(lián)后的EVA膠膜進(jìn)行熱氧老化實(shí)驗(yàn)和紫外光老化實(shí)驗(yàn)。前者的條件是100℃，720h；后者條件是UVB 313型紫外燈，輻射能為0.63W/m2/nm；暴露條件，先在黑板溫度為60℃條件下輻射4小時(shí)，后停止輻射在50℃下冷凝4小時(shí)。暴露時(shí)間1000h。
實(shí)施例6將0.25份增粘劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.00份的交聯(lián)固化劑1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷加到100份VA含量為33％的EVA粒料中混合均勻；再將0.2份抗氧劑亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯混合酯)，0.2份紫外光吸收劑2-[4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚，0.1份紫外光穩(wěn)定劑雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均勻。將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在84℃，在擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，即得厚度為0.5mm的EVA膠膜B-6。將交聯(lián)后的EVA膠膜進(jìn)行熱氧老化實(shí)驗(yàn)和紫外光老化實(shí)驗(yàn)。前者的條件是100℃，720h；后者條件是UVB 313型紫外燈，輻射能為0.63W/m2/nm；暴露條件，先在黑板溫度為60℃條件下輻射4小時(shí)，后停止輻射在50℃下冷凝4小時(shí)。暴露時(shí)間1000h。
實(shí)施例7將0.25份增粘劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.00份的交聯(lián)固化劑1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷加到100份VA含量為33％的EVA粒料中混合均勻；再將0.2份抗氧劑亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯混合酯)，0.2份紫外光吸收劑2-[4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚，0.1份紫外光穩(wěn)定劑雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均勻。將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在84℃，在擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，即得厚度為0.3mm的EVA膠膜B-7。將交聯(lián)后的EVA膠膜進(jìn)行熱氧老化實(shí)驗(yàn)和紫外光老化實(shí)驗(yàn)。前者的條件是100℃，720h；后者條件是UVB 313型紫外燈，輻射能為0.63W/m2/nm；暴露條件，先在黑板溫度為60℃條件下輻射4小時(shí)，后停止輻射在50℃下冷凝4小時(shí)。暴露時(shí)間1000h。
實(shí)施例8將0.25份增粘劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷和1.00份的交聯(lián)固化劑1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷加到100份VA含量為33％的EVA粒料中混合均勻；再將0.2份抗氧劑亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯混合酯)，0.2份紫外光吸收劑2-[4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚，0.1份紫外光穩(wěn)定劑雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯加入上述混合物，并混合均勻。將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在84℃，在擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，即得厚度為0.8mm的EVA膠膜B-8。將交聯(lián)后的EVA膠膜進(jìn)行熱氧老化實(shí)驗(yàn)和紫外光老化實(shí)驗(yàn)。前者的條件是100℃，720h；后者條件是UVB 313型紫外燈，輻射能為0.63W/m2/nm；暴露條件，先在黑板溫度為60℃條件下輻射4小時(shí)，后停止輻射在50℃下冷凝4小時(shí)。暴露時(shí)間1000h。
按照本發(fā)明所制備的EVA膠膜的粘合性能和耐熱氧、耐紫外光老化性能的測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示。為了使測(cè)試結(jié)果具有可比性，用于測(cè)試的膠膜均為0.5mm厚。
1.粘合性能的測(cè)試結(jié)果
EVA膠膜與玻璃或TPT的粘合強(qiáng)度按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2790-1995測(cè)試；EVA膠膜與PC的粘合強(qiáng)度按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2791-1995測(cè)試。
表1 EVA膠膜與玻璃、TPT及PC的粘合強(qiáng)度

2.熱氧和紫外光老化前后對(duì)可見光的透過率的變化(ΔT)和黃色指數(shù)的變化(ΔYI)表2 EVA膠膜熱氧和紫外光老化前后對(duì)可見光的透過率的變化(ΔT)和黃色指數(shù)的變化(ΔYI)

權(quán)利要求
1.一種耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟和工藝條件(1)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將100份乙烯-醋酸乙烯的共聚物、0.5～1.5份交聯(lián)固化劑和0～0.4份增粘劑混合均勻；(2)以質(zhì)量份數(shù)計(jì)，將0.1～0.6份抗氧劑、0.1～0.6份紫外吸收劑、0.05～0.6份受阻胺類光穩(wěn)定劑加入到步驟(1)制備的混合物中，并混合均勻；(3)將步驟(2)制備的混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在80～90℃，擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，得到太陽能電池封裝用EVA膠膜；所述受阻胺類光穩(wěn)定劑為雙(1-辛氧基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酯或雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯；所述交聯(lián)固化劑為2，5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧)己烷或1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5-三甲基環(huán)己烷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法，其特征在于所述紫外光吸收劑為2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮或2-[4，6-雙(2，4-二甲基苯基)-1，3，5-三嗪-2-基]-5-(辛氧基)酚。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法，其特征在于所述抗氧劑為三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、β-(4-羥基-3，5二叔丁基苯基)丙酸正十八碳醇酯、N，N′-1，6-己二基二(3，5-二(1，1-二甲基乙基)-4-羥基苯丙酰)或亞磷酸三(單壬基苯和二壬基苯混合酯)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法，其特征在于所述增粘劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法，其特征在于其中所述乙烯-醋酸乙烯共聚物具有28％～35％的醋酸乙烯的含量。
6.一種耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于該EVA膠膜由權(quán)利要求1所述方法制備。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述EVA膠膜厚為0.3～0.8mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述厚為0.5mmEVA膠膜與玻璃和PC的粘合強(qiáng)度按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2790-1995測(cè)試分別為33.8～56.6N/cm和26.5～53.7N/cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述厚為0.5mm的EVA膠膜720小時(shí)熱氧老化試驗(yàn)的試驗(yàn)前后對(duì)可見光的透過率變化(ΔT)為-3.5～-1.1％；其試驗(yàn)前后黃色指數(shù)變化(ΔYI)為0.3～2.3。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述耐老化太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述厚為0.5mmEVA膠膜紫外光老化1000小時(shí)試驗(yàn)的試驗(yàn)前后對(duì)可見光的透過率變化(ΔT)為-0.1～21.3％，其試驗(yàn)前后黃色指數(shù)變化(ΔYI)為-3.4～3.4。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種耐熱氧和紫外光老化太陽能電池封裝用EVA膠膜及制備方法。該膠膜的制備組分包括乙烯－醋酸乙烯的共聚物(EVA)、交聯(lián)固化劑、紫外光吸收劑、抗氧劑、受阻胺類光穩(wěn)定劑。制備時(shí)，先將EVA粒料與交聯(lián)固化劑和增粘劑混合均勻；再將抗氧劑、紫外吸收劑、紫外穩(wěn)定劑加入上述混合物中，然后將混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取等工序，最后得到耐熱氧和紫外光老化太陽電池用EVA膠膜。該EVA膠膜能經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間的熱氧老化和紫外光老化而不變色，并保持較高的可見光透過率，應(yīng)用范圍廣，其生產(chǎn)成本低于同質(zhì)量的國(guó)外產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C08L23/08GK1699458SQ200510034750
公開日2005年11月23日 申請(qǐng)日期2005年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者李光吉, 李連春, 徐雪青, 沈輝 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)