專利名稱：高透光率太陽能電池封裝用eva膠膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽能電池封裝材料，特別涉及一種高透光率、用于太陽能電池封裝的EVA膠膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
太陽能電池是借助于兩層高分子封裝膜將硅晶片封裝于其中，再和上下保護(hù)層材料粘接。為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，封裝材料必須是透光的，并且透光率越高，則電池組件內(nèi)硅晶片的受光就越多，光電轉(zhuǎn)換效率就高。另外，封裝材料必須有很強的粘接性能和耐老化性能，才能保證太陽能組件的穩(wěn)定、可靠。EVA (Ethylene-Vinyl Acetate Copolymer ；乙烯-醋酸乙烯共聚物)樹脂是一種非結(jié)晶性高分子材料，現(xiàn)已用于制作EVA太陽能電池膠膜。該類膠膜尚存在的不足之處，一是透光率仍有待提高，以利于提高太陽能電池組件的光電轉(zhuǎn)換效率；二是膠膜的強度和韌性有待于加強，以便延長膠膜的使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種更高透光率、耐熱氧和耐紫外光老化、高穩(wěn)定性的太陽能電池封裝用EVA膠膜。本發(fā)明的另一目的是提供上述太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法。本發(fā)明提供的技術(shù)方案是高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物，其特征在于該EVA膠膜所包含的成分及其重量份如下
乙烯-醋酸乙烯共聚物100、交聯(lián)固化劑0. 1 6、成核增透劑0. 05 5、光穩(wěn)定劑 0. 02 3、抗氧劑0. 05 5、增粘劑0. 01 4. 0。該EVA膠膜所包含的成分及其重量份為乙烯-醋酸乙烯共聚物100、交聯(lián)固化劑 2、成核增透劑1. 5、光穩(wěn)定劑1、抗氧劑1、增粘劑1。所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯酯含量為25% 35%，熔體指數(shù)35 60g/10mino所述成核增透劑為下列之一或兩種以上任意比例的混合物納米氧化鎂、4-叔丁基苯甲酸、二苯基乙酸和琥珀酸納、二環(huán)已基_2，6 二甲酰胺基奈、三苯二噻嗪以及經(jīng)過接枝改性的高純納米二氧化硅。所述對高純納米二氧化硅進(jìn)行接枝改性的方法是用硅烷偶聯(lián)劑和高純納米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流攪拌2小時，升溫固化。所述高純納米二氧化硅的粒徑小于80nm。所述增粘劑為3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。所述的光穩(wěn)定劑為下列之一種或其中兩種以上任意比例的混合物組成的受阻胺類光穩(wěn)定劑聚丁二酸(4-羥基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯、雙(2，2，6，6_四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、聚-U6_[ (1，1，3，3，-四甲基丁基)-胺基]1，3，5，-三嗪-2，4-二基][(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亞胺基]-1，6-己烷二基-[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亞胺基]}。所述的抗氧劑為β- (3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯。所述的交聯(lián)固化劑為下列之一或其中兩種以上任意比例的混合物2. 5-二甲基_2，5-雙(叔丁基過氧基)已烷、過氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯、1，1_(雙過氧化叔丁基) 3，3，5—三甲基環(huán)己烷。高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法，按以下步驟進(jìn)行
(1)將成核增透劑與增粘劑進(jìn)行混合；
(2)將光穩(wěn)定劑與抗氧劑進(jìn)行混合均勻；
(3)將交聯(lián)固化劑與乙烯一醋酸乙烯共聚物粒料混合均勻；
(4)將(1)、(2)步驟獲得的混合物加入到步驟(3)得到的混合物中，并且混合均勻后進(jìn)行共混擠出，溫度控制在85—100°C，擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，得到高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜。所述成核增透劑選擇采用以下方法經(jīng)過接枝改性的高純納米二氧化硅選用1 :2 重量比的硅烷偶聯(lián)劑和高純納米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流攪拌2小時，升溫固化。所述硅烷偶聯(lián)劑包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N- ( β -氨乙基)-γ -氨丙基三乙氧基硅烷、二甲基乙烯基甲氧基硅烷、Y -巰丙基三乙氧基硅烷。本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明的EVA膠膜透光率可達(dá)91.5%以上；而現(xiàn)有EVA膠膜(如FIRST EVA太陽能電池膠膜)的透光率約為90. 5%，
2、本發(fā)明的EVA膠膜透光率的提高，減少了太陽光的射散，使太陽能硅片接受到了更多的太陽光，從而提高了太陽能電池板的光電效率，使太陽能電池效率更高，成本更低。3、膠膜交聯(lián)固化形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中滲入細(xì)小的晶核(小于光波波長)，既提高了透光率，又以交聯(lián)中心的形式存在，提高了分子間的鍵合力，從而增加了膠膜的強度、韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并使得更多的紫外光區(qū)域的光線透過膠膜，減少了紫外光對膠膜的損害，延長了膠膜壽命。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。EVA樹脂是一種非結(jié)晶性高分子材料。為滿足太陽能電池的封裝要求，就需要對 EVA進(jìn)行改性，添加交聯(lián)劑，使EVA膠膜在封裝電池片的同時，形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高穩(wěn)定性；在EVA中添加抗氧劑、紫外光吸收劑、光穩(wěn)定劑等助劑，以提高EVA膠膜的抗老化性能， 延長太陽能電池的使用壽命。本發(fā)明的機(jī)理以EVA (乙烯-醋酸乙烯共聚物)為基體，選用合適的交聯(lián)固化劑、 紫外光穩(wěn)定劑、抗氧劑，并添加合適的成核增透劑，參與交聯(lián)固化改性，所形成的EVA膠膜在交聯(lián)固化后形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中滲入了細(xì)小的晶核(小于光波波長)，改變了 EVA樹脂的結(jié)晶行為，加快了結(jié)晶速率、增加了結(jié)晶密度，促使晶粒尺寸細(xì)微化，從而進(jìn)一步減少了膠膜界面光的散射，進(jìn)一步提高了膠膜的透光率，減少了太陽光透過膠膜時的光能損失，使太陽能電池板接收到更多的太陽光，提高了電池板的光電效率。該晶核又以交聯(lián)中心的形式存在，提高了分子間的鍵合力，增加了膠膜的強度、韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。成核增透劑是高分子材料的新功能助劑。目前的應(yīng)用尚局限于聚乙烯、聚丙烯等不完全結(jié)晶塑料。通過改變樹脂的結(jié)晶行為，加快結(jié)晶速率、增加結(jié)晶密度和促使晶粒尺寸微細(xì)化，達(dá)到縮短成型周期、提高制品透明性、表面光澤、抗拉強度、剛性、熱變形溫度、抗沖擊性、抗蠕變性等物理機(jī)械性能。增透劑是成核劑的一種，它們作為更細(xì)小的晶核，分布于體系中，當(dāng)晶粒小于光波時，就減少了光的散射，增加了塑料的透明度。二氧化硅是典型的橡膠類彈性體的補強材料。當(dāng)二氧化硅粒徑充分細(xì)化并經(jīng)表面處理后，又顯現(xiàn)出較強的紫外線吸收和成核增透性能。選用高純納米二氧化硅(純度99. 99% 以上，金屬雜質(zhì)總量小于lOppm，粒徑小于80nm)作成核增透劑，在EVA膠膜中既作為晶核， 增加透光率，又以交聯(lián)中心的形式存在，提高了分子間的鍵合力，使膠膜結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。所述高純納米二氧化硅可外購獲得，或由下述常規(guī)方法(四氯化硅水解法)制備以四氯化硅為原料，以醇作為共溶劑，按反應(yīng)計量比加入超純水，通過陳化或減壓濃縮，形成無色透明凝膠，經(jīng)脫酸冷凍干燥即得高純納米二氧化硅粉體。所述對高純納米二氧化硅進(jìn)行接枝改性的方法是用硅烷偶聯(lián)劑和高純納米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流攪拌1-3小時(優(yōu)選2小時)，升溫(通常溫度為110°C-120°C) 固化即成。實施例1
選擇市售的氣相二氧化硅作為成核增透劑。以重量份數(shù)計，將0.1份成核增透劑氣相二氧化硅，直接加入0. 15份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷混合均勻，加入 100份EVA粒料中混合均勻，再加入受阻胺類光穩(wěn)劑即0. 1份聚丁二酸(4-羥基-2，2，6， 6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯和0. 1份雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0. 3份抗氧劑β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯，1.3份交聯(lián)固化劑即2. 5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)己烷與過氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯混合物(重量比1 :3)， 并混合均勻。將上述混合物倒入擠出機(jī)進(jìn)行共混擠出，溫度控制在90°C，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，透光率為90%，楊氏彈性模量5. IMPa0實施例2
選擇市售的氣相二氧化硅進(jìn)行接枝改性后作為成核增透劑，選擇3-氨丙基三乙氧基硅烷作改性劑。以重量份數(shù)計，將0. 1份氣相二氧化硅和0. 05份改性劑分散在適量的甲苯中回流攪拌2小時，然后再升溫(溫度為110°C -120°C)固化2小時得改性二氧化硅；加入 0. 15份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷混合均勻，加入100份EVA粒料中混合均勻，再加入受阻胺類光穩(wěn)劑即0. 1份聚丁二酸(4-羥基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶乙醇)酯和0. 1份雙(2，2，6，6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0. 3份抗氧劑β- (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯，加入2份交聯(lián)固化劑即2. 5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)己烷與過氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯混合物(重量比1:3)，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90°C，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，透光率為91. 3%，楊氏彈性模量5. 3MPa。實施例3選擇高純納米二氧化硅(由四氯化硅水解法制備)進(jìn)行接枝改性后作為成核增透劑，選擇二甲基乙烯基甲氧基硅烷作改性劑。以重量份數(shù)計，將0. 1份高純納米二氧化硅和0. 05 份改性劑分散在甲苯中回流攪拌2小時，然后再升溫(溫度為110°C _120°C)固化2小時得改性高純納米二氧化硅；加入0. 15份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷混合均勻，加入100份EVA粒料中混合均勻，再加入受阻胺類光穩(wěn)劑即0.1份聚丁二酸(4-羥基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶乙醇)酯和0. 1份雙(2，2，6，6_四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯，0. 3份抗氧劑β-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯，1. 3份交聯(lián)固化劑即2. 5- 二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)己烷與過氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯混合物 (重量比1 :3)，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90°C，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，透光率為92. 3%，楊氏彈性模量 5. 4MPa。
實施例4
選擇高純納米二氧化硅(由四氯化硅水解法制備)進(jìn)行接枝改性后作為成核增透劑，選擇N- β -氨乙基-γ -氨丙基甲基二甲氧基硅烷作改性劑。以重量份數(shù)計，將3份高純納米二氧化硅和0.5份改性劑分散在甲苯中回流攪拌2小時，然后再升溫(溫度為 IlO0C -120°C)固化2小時得改性高純納米二氧化硅；加入0. 15份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷混合均勻，加入100份EVA粒料中混合均勻，再加入受阻胺類光穩(wěn)劑即0. 1份聚丁二酸(4-羥基-2，2，6，6-四甲基-4-哌啶乙醇)酯和0. 1份聚-U6_[ (1，1， 3，3，-四甲基丁基)-胺基]1，3，5，-三嗪-2，4-二基][(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亞胺基]-1，6-己烷二基-[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亞胺基]}，0. 3份抗氧劑β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯，4份交聯(lián)固化劑即2. 5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)己烷與1，1_ (雙過氧化叔丁基)3，3，5—三甲基環(huán)己烷混合物(重量比1 :3)，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90°C，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，透光率為91. 5%，楊氏彈性模量5. SMPa0
權(quán)利要求
1.高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物，其特征在于該 EVA膠膜所包含的成分及其重量份如下乙烯-醋酸乙烯共聚物100、交聯(lián)固化劑0. 1 6、成核增透劑0. 05 5、光穩(wěn)定劑 0. 02 3、抗氧劑0. 05 5、增粘劑0. 01 4. 0。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于該EVA膠膜所包含的成分及其重量份為乙烯-醋酸乙烯共聚物100份、交聯(lián)固化劑2份、成核增透劑1. 5份、光穩(wěn)定劑1份、抗氧劑1份、增粘劑1份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述乙烯-醋酸乙烯共聚物的醋酸乙烯酯含量為25% 35%，熔體指數(shù)35 60g/10min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述成核增透劑為下列之一或兩種以上任意比例的混合物納米氧化鎂、4-叔丁基苯甲酸、二苯基乙酸和琥珀酸納、二環(huán)已基_2，6 二甲酰胺基奈、三苯二噻嗪以及經(jīng)過接枝改性的高純納米二氧化硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述對高純納米二氧化硅進(jìn)行接枝改性的方法是用硅烷偶聯(lián)劑和高純納米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流攪拌2小時，升溫固化。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述的光穩(wěn)定劑為下列之一種或其中兩種以上任意比例的混合物組成的受阻胺類光穩(wěn)定劑聚丁二酸(4-羥基-2，2，6，6-四甲基-1-哌啶醇)酯、雙(2，2，6，6_四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯、 聚-{[6-[ (1，1，3，3，_ 四甲基丁基)-胺基]1，3，5，_ 三嗪-2，4-二基][(2，2，6，6_ 四甲基哌啶基)-亞胺基]-1，6-己烷二基-[(2，2，6，6_四甲基哌啶基)-亞胺基]}。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述增粘劑為3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷；所述的抗氧劑為β_ (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，其特征在于所述的交聯(lián)固化劑為下列之一或其中兩種以上任意比例的混合物2. 5-二甲基-2，5-雙(叔丁基過氧基)已烷、過氧化-2-乙基已基碳酸叔丁酯、1，1-(雙過氧化叔丁基)3，3，5—三甲基環(huán)己焼。
9.高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法，按以下步驟進(jìn)行(1)將成核增透劑與增粘劑進(jìn)行混合；(2)將光穩(wěn)定劑與抗氧劑進(jìn)行混合均勻；(3)將交聯(lián)固化劑與乙烯一醋酸乙烯共聚物粒料混合均勻；(4)將(1)、(2)步驟獲得的混合物加入到步驟(3)得到的混合物中，并且混合均勻后進(jìn)行共混擠出，溫度控制在85—100°C，擠出物經(jīng)流延、冷卻、牽引、卷取工序，得到高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜；所述成核增透劑選擇采用以下方法經(jīng)過接枝改性的高純納米二氧化硅選用1 :2重量比的硅烷偶聯(lián)劑和高純納米二氧化硅分散在甲苯溶液中，回流攪拌2小時，升溫固化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜的制備方法，其特征在于所述硅烷偶聯(lián)劑包括3-氨丙基三乙氧基硅烷、N- β -氨乙基-γ -氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N- ( β-氨乙基)-Y-氨丙基三乙氧基硅烷、二甲基乙烯基甲氧基硅烷、Y-巰丙基三乙氧基硅烷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種EVA膠膜及其制備方法。目的是提供的膠膜應(yīng)具有更高透光率和高穩(wěn)定性。技術(shù)方案是高透光率太陽能電池封裝用EVA膠膜，包括乙烯-醋酸乙烯共聚物，其特征在于該EVA膠膜所包含的成分及其重量份如下乙烯-醋酸乙烯共聚物100、交聯(lián)固化劑0.1～6、成核增透劑0.05～5、光穩(wěn)定劑0.02～3、抗氧劑0.05～5、增粘劑0.01～4.0。制備方法(1)將成核增透劑與增粘劑進(jìn)行混合；(2)將光穩(wěn)定劑與抗氧劑進(jìn)行混合均勻；(3)將交聯(lián)固化劑與乙烯—醋酸乙烯共聚物粒料混合均勻；(4)將(1)、(2)步驟獲得的混合物加入到步驟(3)得到的混合物中，并且混合均勻后進(jìn)行共混擠出。
文檔編號C09J11/04GK102408841SQ201110277628
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月19日
發(fā)明者陳光偉 申請人:陳光偉