專利名稱：一種新型光伏封裝膠膜、其制備方法及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種新型光伏封裝膠膜，用于剛性光伏組件封裝。
背景技術：
美國第2001/0045229A1號專利指出構建電子元件模組的聚合物材料應具備幾種性質(1)對長期曝置于外環境中(例如水氣和空氣)的元件起防護作用；⑵抗沖擊性；(3)對電子元件及基材具有粘著性；(4)易加工處理，易密封；(5)良好透明性，特別是針對光線或其他電磁輻射；(6)短的固化時間，且防護電子元件免于固化期間由于聚合物收縮而產生機械應力；(7)高電阻，且極少(若有的話)的電導性；(8)低成本。沒有一種聚合物材料這幾種性能均表現最好，通常需要權衡最重要的性能。 基于上述性能要求，具有醋酸含量28%至35%的EVA被普遍用作光伏組件的封裝膠膜。例如，見 W095/22844、99/ 0497199/04971、99/05206 及 2004/055908。EVA 具有下述特性⑴優良的柔韌性、耐沖擊性、彈性；⑵具有光學透明性；⑶低溫繞曲性、粘著性；⑷耐環境應力開裂性、耐候性、耐腐蝕性；(5)熱密封性及電絕緣性。EVA樹脂需添加紫外光穩定齊U，且在太陽能電池層壓處理期間使用過氧化物交聯，以改良約80-90°C間的耐熱性和耐蠕變性。但是EVA膠膜并不是一種非常理想的光電電池封裝膠膜，EVA膠膜在紫外光影響下易化學降解而逐漸黃變。此變色會造成曝置環境中短短四年后功率損失大于30%，此外，EVA樹脂也吸收水汽且遭受分解。因為EVA分子結構內的C=O鍵吸收UV輻射和固化后系統內殘留交聯劑而生成發色團。該封裝膠膜阻隔360nm的UV波長。光電模組效率是基于光電電池效率和通過封裝劑的太陽光波長而定。對于太陽能電池效率最基本限制之一是其半導材料能隙，即使電子從基價帶激發至可動導帶內所需的能量。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則被吸收，但其過多的能量是以熱的形式消散掉。為增加光電電池效率，“串疊型”電池或多接面電池被用于加寬波長范圍。此外，與許多薄膜技術相比，多晶硅、碲化鎘或銅銦鎵硒半導體材料的能隙不同于單晶硅，其可將低于360nm波長轉化成電能，可以透過360nm波長的封裝劑對于維持PV模組效率非常必要。EVA分子結構式
H HH H
[II] I I I
——C—C—----C---c — ^-
I I .I Ly
lHHH O
I
Cv
/
CH3 u
聚乙烯醇縮丁醛(PVB)材料具備高的清晰度(低的霧度)，高抗沖擊和抗滲透，對玻璃的良好粘附力，低的水汽吸收率，高抗水汽，以及不依賴于天氣變化的穩定性。但是PVB存在缺點，PVB是水汽敏感型的，增大內膜濕度將導致霧性增大，并在最終層壓成平板玻璃制品時導致氣泡。這一問題在層壓制片邊緣表現明顯，并且隨著時間增加，氣泡增多。通過使用特別的控制技術可在一定程度上緩解。PVB的其他缺點是在成膜過程中對于塑化劑的需求，塑化劑將會產生遷移，并最終導致層離，此外，PVB膜的抗沖擊性具有溫度依賴性，隨著溫度下降而降低。
PVB分子結構式
以茂金屬催化劑為基礎制得的PE(mPE)，產品密度范圍可由極低密度(0. 880g/cm3)到高密度(0. 980 g/cm3)，分子量也可根據需要進行調整，且用茂金屬催化劑合成線性低密度聚乙烯(LLDPE)，因為是單活性位點，得到的LLDPE分子量分布 窄，組成分布均勻。mPE (茂金屬聚乙烯)具備超高體積電阻率，低泄露電流，較高的濕熱性能，對焊帶的化學腐蝕程度較低，低透濕性，價格合理等優勢。特別地，mPE替代傳統EVA膠膜可規避由分子結構中醋酸基團而導致的黃變以及由于小分子酸泄露所導致的對于焊帶的化學腐蝕，故其可作為一種新型膠膜用于光伏封裝。
發明內容
本專利目的之一在于提供一種mPE膠膜作為一種新型材料替換常規EVA膠膜用于剛性光伏組件封裝，從而達到耐腐蝕、耐水解，提高安全性能且降低成本的作用。本發明的目的之二在于提供一種可替換常規EVA膠膜用于剛性光伏組件封裝的新型光伏封裝膠膜的制備方法。本發明目的之三在于提供該種薄膜的使用方法。本發明目的是這樣實現的一種新型光伏封裝膠膜，其原料包含 mPE樹脂100份
交聯劑0. 2-8. 4份 增粘劑0.01-4份 抗氧劑0. 05-5份 光穩定劑0.01-0. 5份
mPE原材料是采用埃克森美孚化工的茂金屬催化劑催化制得，其熔體流動速率為30g/10min(JIS K6922-2)，密度(25°C條件下)0. 880g/cm3，DSC 熔點為 58-60。。。所述交聯劑為下列之一或幾種以上任意比例的混合物1，I-二 (叔丁基過氧化)_3，3，5-三甲基環己烷，I, I- 二 (叔丁基過氧化)環己烷，4，4-雙(叔丁基過氧化)戊酸丁酯，過氧化二異丙苯，雙(2-叔丁基過氧化異丙基)苯,2, 5- 二甲基-2，5- 二 (叔丁基過氧化)己烷。所述增粘劑為下列之一或其中幾種的混合物r_縮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燒、3_硫基丙基二甲氧基娃燒、N- ( ^ -氛乙基)-Y -氛丙基二甲氧基娃燒。所述抗氧劑為下列之一或幾種任意比例的混合物二丁基羥基甲苯，四[￠- (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，I, 3，5-三(3，5- 二叔丁基-4-羥基芐基)異氰尿酸，￠- (3，5-二叔丁基-4-輕基苯基)丙酸正十八碳醇酯,三(2. 4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯，雙[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-聯苯基)磷酸酯，雙(2，4- 二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯，(2，4，6-三叔丁基-2- 丁基-2-乙基)-I, 3-丙二醇亞磷酸酯，二(2，4- 二對異丙基苯基)季戊四醇雙亞磷酸酯，四(2，4- 二叔丁基苯基-4，4-聯苯基)雙磷酸酯。所述光穩定劑為下列之一或其中幾種的混合物2_羥基-4-正辛氧基二苯甲酮，2- (2’ -羥基_3’，5’ -二叔苯基)-5-氯化苯并三唑，三(1，2，2，6，6_五甲哌啶基)亞磷酸酯，4-苯甲酰氧基-2,2,6,6-四甲基哌唳。該膠膜按如下方法制備
(1)將光穩定劑與抗氧劑進行混合均勻；
(2)將交聯固化劑與mPE粒料混合均勻；
將余下材料及上述(I)所獲得的混合物加入到(2)中，混合均勻后進行共混擠出，溫度控制在140-200°C，擠出物經流延、冷卻、牽引、卷取工序得到膠膜。本發明的有益效果是
1、本發明的新型mPE膠膜中所需助劑較EVA膠膜明顯減少，有效的提高了安全性，并降低了成本；
2、本發明的mPE膠膜與EVA相比，分子結構中無醋酸基團，故其體積電阻率較EVA將顯著提高，漏電率下降；其次，使用中無醋酸小分子溢出，有效降低了對焊帶的腐蝕程度；由于分子鏈極性降低，將有效減少水分子透過率。
圖I為El和E2透光率數據比較 圖2為E2和E3透光率數據比較 圖3為E2和E4硫化曲線比較 圖4為E2和E5在2000h濕熱條件下剝離強度比較圖。具體實施方案
下面結合具體實施例子對本發明進行進一步描述，但本發明的保護范圍并不僅限于
此；
實施例I :
取0. 8份1，I- 二 (叔丁基過氧化)_3，3，5-三甲基環己烷與100份mPE粒料(MFR=30g/10min)混合均勻，取質量份數為0.8的四[￠- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與0. 05的(2，4，6-三叔丁基-2- 丁基-2-乙基)_1，3-丙二醇亞磷酸酯混合均勻，并將混合物連同I. 5份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加入到含交聯劑的mPE粒料中共混擠出，溫度控制在140-200°C，擠出物經流延、冷卻、牽引、卷取工序得到膠膜，膠膜命名為E1。實施例2:
取0. 8份1，I- 二 (叔丁基過氧化)_3，3，5-三甲基環己烷與100份mPE粒料(MFR=30g/10min)混合均勻，取質量數為0. I的2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮和質量數為0. 03的三(1，2，2，6，6_五甲哌啶基)亞磷酸酯進行混合，將混合好的光穩定劑與0. 8份四[￠- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)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-丙二醇亞磷酸酯混合均勻，并將混合物連同I. 5份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加入到含交聯劑的mPE粒料中共混擠出，溫度控制在140-200°C，擠出物經流延、冷卻、牽引、卷取工序得到膠膜，膠膜命名為E2。實施例3:
選擇市售的氣相二氧化硅作為成核增透劑，將質量份數為0. I的成核增透劑氣相二氧化硅直接加入到I. 5份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中混合均勻，加入到100份mPE粒料(MFR=30g/10min)中混合均勻，向混合物中添加0. 8份1，I- 二 (叔丁基過氧化)_3，3，5-三甲基環己烷。取質量數為0. I的2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮和質量數為0. 03的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亞磷酸 酯進行混合，將混合好的光穩定劑與0. 8份抗氧劑四[￠- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)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-丙二醇亞磷酸酯一并加入到mPE粒料中共混擠出，溫度控制在140-200°C，擠出物經流延、冷卻、牽引、卷取工序得到膠膜，膠膜命名為E3。實施例4:
取0. 4份叔丁基過氧化碳酸-2-乙基己酯與100份mPE粒料(MFR=30g/10min)混合均勻，取質量數為0. I的2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮和質量數為0. 03的三(I，2，2，6，6-五甲哌啶基)亞磷酸酯進行混合，將混合好的光穩定劑與0. 8份四[P -(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)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-丙二醇亞磷酸酯混合均勻，并將混合物連同0. 5份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加入到含交聯劑的mPE粒料中共混擠出，溫度控制在140-200°C，擠出物經流延、冷卻、牽引、卷取工序得到膠膜，膠膜命名為E4。實施例5
取0. 8份1，I- 二 (叔丁基過氧化)_3，3，5-三甲基環己烷與100份mPE粒料(MFR=3. 5g/10min)混合均勻，取質量數為0. I的2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮和質量數為
0.03的三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亞磷酸酯進行混合，將混合好的光穩定劑與0. 8份四[￠-(3,5- 二叔丁基-4-羥基苯基)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-丙二醇亞磷酸酯混合均勻，并將混合物連同I. 5份增粘劑3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，加入到含交聯劑的mPE粒料中共混擠出，溫度控制在140-200°C，擠出物經流延、冷卻、牽引、卷取工序得到膠膜，膠膜命名為E5。對比實施例1-5,其區別僅在于例I未加光穩定劑,例2中添加了光穩定劑，例3在例2基礎上添加了市售的氣相二氧化硅作為成核增透劑，例4較例2中交聯劑有所改變，例5較例2中所用mPE粒料不同。性能測試方案及結果
(I)比較El和E2透光率
制樣標準分別裁取El和E2，規格6. 5cm*13cm,裁切PV玻璃至合適規格；按照玻璃/mPE/玻璃疊放，140度條件下抽真空6min,加壓30s,層壓llmin。測試結果如下(參見圖I)
比較El和E2紫外輻照(0. 63ff/m2, 60°C ) IOOOhYI變化
按照國際電工委員會標準IEC61345規定要求進行紫外輻照老化測試測試條件 試樣表面溫度60±5°C,試驗時間IOOOh
權利要求
1.一種新型光伏封裝膠膜，其特征在于所述膠膜為茂金屬聚乙烯膜，所述茂金屬聚乙烯膠膜是由以下質量份數的原料組成 茂金屬聚乙烯樹脂100份 交聯劑0. 8-8. 4份 增粘劑0. 01-4份 抗氧劑0. 05-5份 光穩定劑0. 01-0. 5份。
2.根據權利要求I所述的一種新型光伏封裝膠膜，其特征在于所述茂金屬聚乙烯樹脂 JIS K6922-2 法熔體流動速率為 2-30g/10min，密度 0. 880g/cm3, DSC 熔點為 58_60°C。
3.根據權利要求I所述的一種新型光伏封裝膠膜，其特征在于所述交聯劑為下列一種或幾種的混合物1，I-二 (叔丁基過氧化)_3，3，5-三甲基環己烷，1，I-二 (叔丁基過氧化)環己烷，4，4-雙(叔丁基過氧化)戊酸丁酯，過氧化二異丙苯，雙(2-叔丁基過氧化異丙基)苯，2，5-二甲基-2，5-二 (叔丁基過氧化)己烷。
4.根據權利要求I所述的一種新型光伏封裝膠膜，其特征在于所述增粘劑為下列之一或其中幾種的混合物r-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基娃燒、乙稀基二(2_甲氧基乙氧基)娃燒、Y _甲基丙稀酸氧基丙基二甲氧基娃燒、3-硫基丙基二甲氧基娃燒、N- ( ^ -氛乙基)-Y -氛丙基二甲氧基娃燒。
5.根據權利要求I所述的一種新型光伏封裝膠膜，其特征在于所述抗氧劑為下列之一或其中兩種以上任意比例的混合物二丁基羥基甲苯，四[￠-(3, 5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯，1，3，5-三(3，5- 二叔丁基-4-羥基芐基)異氰尿酸，￠- (3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸正十八碳醇酯，三(2. 4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯，雙[2-甲基_4，6_ 二( 1，I- 二甲基乙基)苯酌■]憐酸乙基脂，四(2，4_ 二叔丁基八燒氧基_4，4-聯苯基)磷酸酯，雙(2，4- 二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯，(2，4，6-三叔丁基-2- 丁基-2-乙基)-I, 3-丙二醇亞磷酸酯，二(2，4- 二對異丙基苯基)季戊四醇雙亞磷酸酯，四(2，4- 二叔丁基苯基-4，4-聯苯基)雙磷酸酯。
6.根據權利要求I所述的一種新型光伏封裝膠膜，其特征在于所述光穩定劑為下列之一或其中兩種或兩種以上的混合物2_羥基-4-正辛氧基二苯甲酮，2- (2’ -羥基-3’，5’ - 二叔苯基)-5-氯化苯并三，三(1，2，2，6，6-五甲哌啶基)亞磷酸酯，4-苯甲酰氧基_2，2，6，6-四甲基哌啶。
7.根據權利要求I所述的一種新型光伏封裝膠膜，其特征在于所述膠膜的原料中還含有成核增透劑，所述成核增透劑為氣相二氧化硅。
8.制備如權利要求1-7之一所述的一種新型光伏封裝膠膜的方法 (1)將光穩定劑與抗氧劑進行混合均勻； (2)將交聯固化劑與茂金屬聚乙烯樹脂粒料混合均勻； 將余下材料與上述(I)所獲得的混合物加入到(2)中，混合均勻后進行共混擠出，溫度控制在140-200°C，擠出物經流延、冷卻、牽引、卷取工序得到膠膜。
9.一種新型光伏封裝膠膜的使用方法，其特征在于將上述權利要求7制備的茂金屬聚乙烯膠膜，按照玻璃/茂金屬聚乙烯膠膜/電池/茂金屬聚乙烯膠膜/背板疊放，層壓之后即可。
10.根據權利要求9所述的新型光伏封裝膠膜的使用方法其特征在于所述的茂金屬聚乙烯膠膜單面設有花紋，疊放時，兩層膠膜的花紋面相對。
全文摘要
一種新型光伏封裝膠膜、其制備方法及使用方法，所述膠膜為茂金屬聚乙烯膜，所述茂金屬聚乙烯膠膜是由以下質量份數的原料組成:茂金屬聚乙烯樹脂100份、交聯劑0.8-8.4份、增粘劑0.01-4份、抗氧劑0.05-5份和光穩定劑0.01-0.5份。制備方法是(1)將光穩定劑與抗氧劑進行混合均勻；(2)將交聯固化劑與mPE粒料混合均勻；將余下材料與上述(1)所獲得的混合物加入到(2)中，混合均勻后進行共混擠出，得到膠膜。通過茂金屬催化劑催化設計的茂金屬聚乙烯(mPE)較EVA具更強的耐濕熱性，低金屬腐蝕性，較高體積電阻率，低漏電率，低透濕性等，可作為一種新型太陽能電池封裝膠膜。
文檔編號H01L31/048GK102766412SQ20121024445
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月16日 優先權日2012年7月16日
發明者周良, 許慶 申請人:蘇州愛康光伏新材料有限公司