一種EVA膠膜及其製備方法和在光伏組件中的應用與流程
2023-05-28 10:00:11
本發明涉及光伏組件的封裝材料技術領域，尤其涉及一種eva膠膜及其製備方法和在光伏組件中的應用。
背景技術：
光伏組件是太陽能光伏發電的主要設備，當太陽光照射到光伏組件上時會發出電流，並通過相關設備向外輸出電流，結構上依次包括鋼化玻璃面板、eva(乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)膠膜、晶體矽電池片、eva膠膜和背板(tpt板)。隨著光伏組件科技的不斷發展及使用中發現的一些問題，即組件長期在高電壓作用下，使得玻璃、封裝材料之間存在漏電流，大量電荷聚集在電池片表面，使得電池表面的鈍化效果惡化，導致ff、jsc、voc降低，使組件性能低於設計標準。在2010年，nrel和solon證實了無論組件採用何種技術的p型晶矽電池片，組件在負偏壓下都有光伏組件潛在電勢誘導衰減(pid)的風險。鑑於目前光伏產業科學技術的發展和光伏電站對光伏組件要求的提高，光伏組件生產企業都對產品品質加嚴要求，把pid測試合格作為光伏組件合格的一項附加指標。
現有技術中，為了降低光伏組件的pid，常用的技術手段是提高eva膠膜的體積電阻率，如cn103146315a公開了一種體積電阻率高達1015ω.cm的eva膠膜，包括eva樹脂、聚烯烴彈性體、耐紫外老化助劑、液態過氧化物交聯劑和液態矽烷偶聯劑，eva分子是極性的，容易導電，聚烯烴分子是非極性的，摻加聚烯烴的主要目的是減少eva分子極性對體積電阻率的影響，但是摻加聚烯烴的缺點會使eva膠膜的透光率和交聯度降低，因此，摻加的量不能多，才能把聚烯烴的不利影響控制在很小的範圍內。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種eva膠膜，防止鈉離子遷移，降低pid的影響。
為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：
本發明提供了一種eva膠膜，包括以下重量百分含量的組分：
eva樹脂：93.5％～98.5％；
納米二氧化矽：0.1％～2％；
耐紫外老化助劑：0.1％～0.5％；
過氧化物引發劑：0.3％～1.5％；
液態交聯劑：0.3％～1.5％，所述液態交聯劑的電導率＜0.1μs/cm；
液態矽烷偶聯劑：0.1％～1.0％，所述液態矽烷偶聯劑的電導率＜0.1μs/cm。
優選地，所述的eva膠膜包括以下重量百分含量的組分：
eva樹脂：96％～98％；
納米二氧化矽：0.2％～1％；
耐紫外老化助劑：0.15％～0.45％；
過氧化物引發劑：0.5％～1％；
液態交聯劑：0.5％～1％；
液態矽烷偶聯劑：0.15％～0.5％。
優選地，所述eva樹脂中乙酸乙烯酯的質量含量為24％～29％，所述eva樹脂的熔體流動速率為15～40g/min。
優選地，所述納米二氧化矽的粒徑為5～100nm。
優選地，所述耐紫外老化助劑包括二苯甲酮類化合物或受阻胺類化合物。
優選地，所述過氧化物引發劑包括過氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯或2,5-二甲基-2,5-二叔丁基過氧化已烷。
優選地，所述液態交聯劑包括三烯丙基異三聚氰酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和二乙烯基苯中的一種或幾種的混合物。
本發明還提供了上述技術方案所述的eva膠膜的製備方法，包括以下步驟：
(1)將佔總eva樹脂質量1～8％的eva樹脂、納米二氧化矽和耐紫外老化助劑混合後造粒，得到成型粒子；
(2)將所述步驟(1)得到的成型粒子與過氧化物引發劑、液態矽烷偶聯劑、液態交聯劑和餘量的eva樹脂混合，得到混合物料；
(3)將所述步驟(2)得到的混合物料熔融後擠出成薄膜狀，得到eva膠膜。
優選地，所述熔融的溫度為70℃～100℃。
本發明還提供了上述技術方案所述的eva膠膜或上述技術方案所述製備方法得到的eva膠膜在光伏組件中的應用。
本發明提供的一種eva膠膜，包括以下重量百分含量的組分：eva樹脂：93.5％～98.5％；納米二氧化矽：0.1％～2％；耐紫外老化助劑：0.1％～0.5％；過氧化物引發劑：0.3％～1.5％；液態交聯劑：0.3％～1.5％，所述液態交聯劑的電導率＜0.1μs/cm；液態矽烷偶聯劑：0.1％～1.0％，所述液態矽烷偶聯劑的電導率＜0.1μs/cm。本發明中，所述交聯劑把eva樹脂交聯成一個三維網狀結構的大分子；在eva膠膜中摻加能捕捉鈉離子的納米級二氧化矽，從而使鈉離子在遷移過程中掉到鈉離子捕捉劑的空隙中，同時，納米二氧化矽還填充了鈉離子遷移的通道，成功地防止了鈉離子遷移到晶體矽電池片表面，從而使光伏組件具有抗pid性能，且納米二氧化矽表面為親油性，在eva膠膜中能夠良好分散，同時納米二氧化矽不會對光線產生散射、吸收等過程，對eva膠膜的透光性沒有影響。由實施例表明，本發明提供的eva膠膜生產的光伏組件，經pid試驗後，輸出功率衰減不超過3％。同時，由於納米級二氧化矽添加量不多，還可降低eva膠膜生產成本。
附圖說明
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明eva膠膜的製備流程圖。
具體實施方式
本發明提供了一種eva膠膜，包括以下重量百分含量的組分：
eva樹脂：93.5％～98.5％；
納米二氧化矽：0.1％～2％；
耐紫外老化助劑：0.1％～0.45％；
過氧化物引發劑：0.3％～1.5％；
液態交聯劑：0.3％～1.5％，所述液態交聯劑的電導率＜0.1μs/cm；
液態矽烷偶聯劑：0.1％～1.0％，所述液態矽烷偶聯劑的電導率＜0.1μs/cm。
本發明提供的eva膠膜包括重量百分含量為93.5％～98.5％的eva樹脂，優選為96％～98％。在本發明中，所述eva樹脂中乙酸乙烯酯的質量百分含量優選為24％～29％，更優選為27％～28％。
在本發明中，所述eva樹脂的熔體流動速率優選為15～40g/min，更優選為20～35g/min，最優選為25～30g/min。
本發明提供的eva膠膜包括重量百分含量為0.1％～2％的納米二氧化矽，優選為0.2％～1％。在本發明中，所述納米二氧化矽的粒徑優選為5～100nm，更優選為10～80nm，最優選為50～80nm。
本發明提供的eva膠膜包括重量百分含量為0.1％～0.5％的耐紫外老化助劑，優選為0.15％～0.45％。在本發明中，所述耐紫外老化助劑包括二苯甲酮類化合物或受阻胺類化合物，所述二苯甲酮類化合物包括2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮和/或2-羥基-4-甲氧基二苯甲酮，所述受阻胺類化合物包括雙(2，2,6,6,-四甲基-4-哌啶基)癸二酸脂、雙(1,2,2,6,6-五甲基-4-哌啶基)癸二酸酯和雙(1-辛氧基-2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯。本發明對所述混合物中各耐紫外老化助劑的質量比沒有限制，本領域技術人員可根據實際需要選擇任意質量比的耐紫外老化助劑的混合物。
本發明提供的eva膠膜包括重量百分含量為0.3％～1.5％的過氧化物引發劑，優選為0.5％～1％。在本發明中，所述過氧化物引發劑包括過氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯或2,5-二甲基-2,5-二叔丁基過氧化已烷。
本發明提供的eva膠膜包括重量百分含量為0.3％～1.5％的液態交聯劑，優選為0.5％～1％。在本發明中，所述液態交聯劑包括三烯丙基異三聚氰酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和二乙烯基苯中的一種或幾種的混合物，當所述液態交聯劑優選為上述組分中的兩種時，優選為三烯丙基異三聚氰酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的混合物，本發明對所述混合物中各液態交聯劑的質量比沒有限制，本領域技術人員可根據實際需要選擇任意質量比的液態交聯劑的混合物；在本發明實施例中三烯丙基異三聚氰酸酯和三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯的質量比優選為1:(0.2～1)，更優選為1:0.5。
在本發明中，所述液態交聯劑的電導率＜0.1μs/cm，優選為＜0.01μs/cm。
本發明提供的eva膠膜包括重量百分含量為0.1％～1.0％的液態矽烷偶聯劑，優選為0.15％～0.5％。在本發明中，所述液態矽烷偶聯劑為3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷。
在本發明中，所述液態矽烷偶聯劑的電導率＜0.1μs/cm，優選為＜0.01μs/cm。
在本發明中，對所述eva樹脂、納米二氧化矽、耐紫外老化助劑、過氧化物引發劑、液態交聯劑和液態矽烷偶聯劑的來源沒有任何特殊的限定，採用本領技術人員熟知的市售商品即可。
本發明還提供了上述技術方案所述的eva膠膜的製備方法，包括以下步驟：
(1)將佔總eva樹脂質量1～8％的eva樹脂、納米二氧化矽和耐紫外老化助劑混合後造粒，得到成型粒子；
(2)將所述步驟(1)得到的成型粒子與過氧化物引發劑、液態矽烷偶聯劑、液態交聯劑和餘量的eva樹脂混合，得到混合物料；
(3)將所述步驟(2)得到的混合物料熔融後擠出成薄膜狀，得到eva膠膜。
本發明將eva樹脂質量含量的1～8％、納米二氧化矽和耐紫外老化助劑混合後造粒，得到成型粒子。
在本發明中，所述eva樹脂、納米二氧化矽和耐紫外老化助劑的混合方式沒有任何特殊的限制，採用本領域技術人員熟知的混合方式即可。本發明對所述eva樹脂、納米二氧化矽和耐紫外老化助劑的加料順序沒有任何特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的加料順序即可；在本發明實施例中，優選將eva樹脂、納米二氧化矽和耐紫外老化助劑同時混合。在本發明實施例中，優選採用攪拌的方式進行混合。
在本發明中，所述eva樹脂、納米二氧化矽和耐紫外老化助劑的造粒方式沒有任何特殊的限制，採用本領域技術人員熟知的造粒方式即可。在本發明實施例中，優選採用在造粒機中進行造粒成型，所述造粒機為擠出機，出口裝有切刀把擠出的熔融物料切成粒狀，並落在冷卻水中冷卻，再通過旋風分離器將粒子和水分分離，所述擠出機的溫度優選為60℃～95℃，所述擠出機的壓力優選為10mpa～25mpa。
在本發明中，所述成型粒子的粒徑優選為2mm～8mm，更優選為3mm～5mm。
得到成型粒子後，本發明將成型粒子與過氧化物引發劑、液態矽烷偶聯劑、液態交聯劑和餘量的eva樹脂混合，得到混合物料。
在本發明中，所述成型粒子與過氧化物引發劑、液態矽烷偶聯劑、液態交聯劑和餘量的eva樹脂的混合方式沒有任何特殊的限制，採用本領域技術人員熟知的混合方式即可。在本發明實施例中，優選採用攪拌的方式進行混合。
得到混合物料後，本發明將混合物料熔融後擠出成薄膜狀，得到eva膠膜。在本發明中，所述熔融的溫度優選為70℃～100℃，更優選為80℃～95℃，最優選為85℃～90℃。
本發明對所述混合物料的擠出方式沒有任何特殊的限制，採用本領域技術人員熟知的擠出方式即可。在本發明實施例中，優選採用在擠出機中進行擠出，所述擠出機的壓力優選為10mpa～25mpa。
所述熔融擠出後，本發明優選對得到的薄膜狀產品依次進行壓膜成型、預收縮，得到eva膠膜成品。
在本發明中，所述預收縮通過對膠膜進行快速冷卻進行預收縮，所述冷卻輥中冷卻水的溫度優選為7℃～15℃，快速冷卻後優選在室溫中進行自然冷卻。
本發明還提供了上述技術方案所述的eva膠膜或上述技術方案所述製備方法得到的eva膠膜在光伏組件中的應用。
本發明提供的一種eva膠膜，包括以下重量百分含量的組分：eva樹脂：93.5％～98.5％；納米二氧化矽：0.1％～2％；耐紫外老化助劑：0.1％～0.5％；過氧化物引發劑：0.3％～1.5％；液態交聯劑：0.3％～1.5％，所述液態交聯劑的電導率＜0.1μs/cm；液態矽烷偶聯劑：0.1％～1.0％，所述液態矽烷偶聯劑的電導率＜0.1μs/cm，在eva膠膜中摻加能捕捉鈉離子的納米級二氧化矽，從而使鈉離子在遷移過程中掉到鈉離子捕捉劑的空隙中，同時，納米二氧化矽還填充了鈉離子遷移的通道，成功地防止了鈉離子遷移到晶體矽電池片表面，從而使光伏組件具有抗pid性能，且納米二氧化矽表面為親油性，在eva膠膜中能夠良好分散，同時納米二氧化矽不會對光線產生散射、吸收等過程，對eva膠膜的透光性沒有影響。由實施例表明，本發明提供的eva膠膜生產的光伏組件，經pid試驗後，輸出功率衰減不超過3％。同時，由於納米級二氧化矽添加量不多，還可降低eva膠膜生產成本。
下面結合實施例對本發明提供的eva膠膜及其製備方法和在光伏組件中的應用進行詳細的說明，但是不能把它們理解為對本發明保護範圍的限定。
實施例1
將eva樹脂40kg、粒徑為50nm的二氧化矽3kg和二苯甲酮類化合物2kg，在攪拌機中攪拌混合後，在造粒機中造粒，得到粒徑為2mm的成型粒子，然後成型粒子與過氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯7kg、三烯丙基異三聚氰酸酯6kg、3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷2kg和餘量的eva樹脂940kg混合，得到混合物料，將混合物料於80℃熔融後擠出成薄膜狀，經壓膜成型、預收縮和切邊和收卷包裝處理得到eva膠膜。
對本實施例製得的eva膠膜的性能進行測定，結果如表1所示。
將本實施例生產的eva樹脂用於光伏組件封裝，對光伏組件進行pid試驗，pid試驗時，對光伏組件輸入一個-1000v的反向電壓，在85℃，相對溼度85％的條件下，在試驗箱中放置96小時，其輸出功率衰減為0.9％。
實施例2
將eva樹脂70kg、粒徑為100nm的二氧化矽10kg和受阻胺類化合物4kg在攪拌機中攪拌混合後，在造粒機中造粒，得到粒徑為8mm的成型粒子，然後成型粒子與2,5-二甲基-2,5-二叔丁基過氧化已烷10kg、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯10kg、3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷5kg和餘量的eva樹脂891kg混合，得到混合物料，將混合物料於100℃熔融後擠出成薄膜狀，經壓膜成型、預收縮和切邊和收卷包裝處理得到eva膠膜。
對本實施例製得的eva膠膜的性能進行測定，結果如表1所示。
將本實施例生產的eva樹脂用於光伏組件封裝，對光伏組件進行pid試驗，pid試驗時，對光伏組件輸入一個-1000v的反向電壓，在85℃，相對溼度85％的條件下，在試驗箱中放置96小時，其輸出功率衰減為1.1％。
實施例3
將eva樹脂75kg、粒徑為20nm的二氧化矽7kg和二苯甲酮類化合物3kg，在攪拌機中攪拌混合後，在造粒機中造粒，得到粒徑為3mm的成型粒子，然後成型粒子與過氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯8kg、二乙烯基苯8kg、3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷4kg和餘量的eva樹脂895kg混合，得到混合物料，將混合物料於95℃熔融後擠出成薄膜狀，經壓膜成型、預收縮和切邊和收卷包裝處理得到eva膠膜。
對本實施例製得的eva膠膜的性能進行測定，結果如表1所示。
將本實施例生產的eva樹脂用於光伏組件封裝，對光伏組件進行pid試驗，pid試驗時，對光伏組件輸入一個-1000v的反向電壓，在85℃，相對溼度85％的條件下，在試驗箱中放置96小時，其輸出功率衰減為1％。
對比例
將eva樹脂25kg、受阻胺類化合物3kg，在攪拌機中攪拌混合後，在造粒機中造粒，得到粒徑為3mm的成型粒子，然後成型粒子與聚烯烴樹脂90kg，過氧化2-乙基己基碳酸叔丁酯7kg、三烯丙基異三聚氰酸酯6kg、3-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷4kg和餘量的eva樹脂865kg混合，得到混合物料，將混合物料於93℃熔融後擠出成薄膜狀，經壓膜成型、預收縮和切邊和收卷包裝處理得到eva膠膜。
對本對比例製得的摻加聚烯烴的eva膠膜的性能進行測定，結果如表1所示。
表1本發明實施例以及對比例製得的eva膠膜的性能測定結果
gb/t29848-2013為《光伏組件封裝用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)膠膜》測試標準。
由表1可以看出，本發明提供的eva膠膜的體積電阻率、擊穿電壓強度、耐紫外老化性能以及耐溼熱老化等性能滿足國家的相關標準，且各項指標明顯優於對比例。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。