一種太陽能熱電利用高導熱絕緣封裝材料及其製備方法
2023-04-30 04:41:21 1
專利名稱：一種太陽能熱電利用高導熱絕緣封裝材料及其製備方法
技術領域：
本發明專利涉及絕緣材料領域，特別涉及一種太陽能光電光熱一體化系統封裝用熱熔粘結導熱絕緣材料。
背景技術：
隨著資源的緊缺、環境的惡化和能源成本的持續增長，使得眾多國家將注意的目光轉向了可再生型新能源，其中太陽能的應用備受重視。不管從資源的數量、分布的普遍性，還是從清潔性、技術的可靠性來看，太陽能都比其它可再生能源更具有優越性，是一種取之不盡用之不竭的無碳排放綠色能源。太陽能的利用主要有兩大重點方向，一是把太陽能轉化為熱能，另一個就是將太陽能轉化為電能(即通常所說的光伏發電)。在標準條件下，實際應用中的矽電池轉換效率約為12-17%，也即至少有83%以上的照射到矽電池表面上的太陽能未能轉換為有用能量，其中產生的熱能將使電池板溫度升高，而這又將導致電池效率的進一步下降。研究表明，矽電池溫度每升高1°C，其光伏電池的開路電壓會下降約0. 4%，斷路電流上升約0. 04%。如果熱量來不及散發而導致元器件工作溫度升高，還將直接影響到使用它們的各種高精密元器件的壽命和可靠性，這使太陽能發電裝置維護成本、發電成本的提高，成為太陽能光伏產業發展的制約因素。因此，如何散熱成為影響產品可靠性的突出問題。本發明通過考察當前國內外太陽能電池組件技術，考慮從僅具粘結性能的太陽能電池封裝材料著手，輔之以高導熱功能，以便快速有效地將矽電池上的熱量傳導、散發出去，降低矽電池的溫度，可以明顯提高光伏轉換率，同時可以把傳導出來的熱量最大程度地利用起來。目前，太陽能電池封裝材料多選用EVA膠膜(即乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)，它是一種熱熔粘結膠膜，常溫下無粘性而具有抗粘結性，以便操作，在一定條件下熱壓便發生熔融粘接及交聯固化。目前，國內的EVA膠膜存在耐溼熱、紫外老化、透光率等問題；另外，EVA 導熱性差，會降低光電轉化效率，而且溫度升高也會加速其老化、分子鏈斷裂，產生黃變，影響使用壽命。美國等發達國家提出了光伏組件使用壽命由20年提高到30年的目標。中國 「十一五」提出建造兆瓦(MW)級聚光型併網電站，該系統中光伏組件需承受4 6倍常規組件的光照量，因而長壽命、高性能的太陽能電池封裝材料技術的研究開發成為太陽能利用的又一關鍵。
發明內容
為了克服現有太陽能封裝材料的導熱性差、易黃變老化的不足，提高太陽能轉換率及提高封裝材料的可靠性，本發明提供一種高導熱絕緣型太陽能電池封裝材料，使之更適於用作封裝和熱界面材料的導熱軟性材料尤其是導熱絕緣材料的越來越高的要求。使用本封裝產品，材料的導熱係數可由原來的0. 2-0. 3ff/m · K提高到0. 9-2. 6ff/m · K，耐電壓值大於3KV，可以有效地降低了光伏電池溫度，提高年光電轉換效率5 % 8 % ；同時充分利用了沉積在電池板上的熱能，使熱能收集率達到38% 48%，太陽能綜合利用達到60%以上；該封裝產品具有良好粘合性和較高強韌性，熱穩定性高，耐候性優異，絕緣性好，可延長光伏電池及整個裝置的使用壽命至25-30年。為達到本發明的目的，本發明所採用的技術方案是以丙烯酸酯改性EVA高聚物 (簡稱AEVA，比EVA有更好的流動性、透明性、耐候性及粘接強度)作為太陽能電池封裝膠膜，摻雜高導熱功能粉體及各種助劑，製成太陽能光電光熱一體化系統封裝用高導熱絕緣封裝功能膠膜。所述高導熱絕緣封裝膠膜由以下質量分數的原料組成(以質量分數計) AEVA100份，交聯固化劑0. 8-1. 5份，交聯固化促進劑0. 05-0. 16份，矽烷偶聯劑0. 1-0. 2 份，高效脫氣劑0. 1-0. 2份，增粘劑0. 4-0. 6份，抗氧劑0. 1-0. 4份，紫外光吸收劑0. 1-0. 3 份，導熱功能粉體30-60份。所述AEVA改性共聚物中醋酸乙烯的含量為25-35 %，熔體流動速率(MI)為 50g/10mino所述交聯固化劑為過氧化二異丙苯(DCP)、過氧化苯甲醯(BPO)中的一種或兩種。所述交聯固化促進劑為1，2_ 二乙烯基苯(TMPTMA)，三烯丙基異氰尿酸酯中的一種或兩種。所述矽烷偶聯劑為KH-550、KH-570中一種或兩種。所述高效脫氣劑為MPP230、MPP620(美國微粉公司，MPI)中的一種或兩種。所述增粘劑為138松香甘油酯。所述抗氧劑為二(2，4_ 二枯基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、二硬酯基季戊四醇二亞磷酸酯中的一種或兩種。所述紫外吸收劑為苯並三唑類UV-326、UV_327，氣相二氧化矽中的一種。所述導熱功能粉體為納米氧化鋅、納米氧化鎂、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽晶須、氮化鋁晶須中的一種或幾種。本發明的上述導熱太陽能封裝材料的製備工藝如下步驟一按上述的配比將原料混合均勻；步驟二 將步驟一所製備的混合物倒入雙螺杆擠出機，混煉塑化，擠出機溫度控制在85-90°C，擠出切粒，模壓成型，即得到不同規格的太陽能電池封裝用高導熱絕緣膠膜。本發明製備的高導熱太陽能絕緣封裝材料的優點為粘結性能優異，交聯密度高， 耐熱性能好，絕緣性優異，耐老化性好，可長久經受戶外紫外光、熱氧化以及溼氣侵蝕，比同類產品耐黃變性有較大提高。
通過下面結合附圖的詳細描述，本發明前述的和其他的目的、特徵和優點將變得顯而易見。其中圖1為本發明的高導熱太陽能絕緣封裝材料的製備流程圖。
具體實施例方式實施例1 按照圖1所示的步驟，將製備一種高導熱絕緣太陽能電池封裝材料的原料按照 100質量份AEVA，0. 5質量份增粘劑138松香甘油酯，0. 8質量份交聯固化劑過氧化二異丙苯，0. 2質量份過氧化苯甲醯，0. 1質量份的交聯固化促進劑1，2_ 二乙烯基苯，0. 1質量份 MPP230，0.3質量份的抗氧劑二(2，4-二枯基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯，0. 2質量份的紫外光吸收劑UV-3^，0. 2質量份矽烷偶聯劑KH-550，40質量份的納米氧化鋅，10質量份的氮化鋁晶須(長徑比為25-30)，混合均勻後投入擠出機進行混煉塑化，擠出機溫度控制在 85°C。擠出切粒，模壓成型，即得到本發明的高導熱絕緣太陽能電池封裝膠膜。實施例2將製備一種高導熱絕緣太陽能電池封裝材料的原料按照100質量AEVA，0. 5質量份增粘劑r-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷，0. 8質量份交聯固化劑過氧化二異丙苯， 0. 2質量份過氧化苯甲醯，0. 1質量份的交聯固化促進劑三烯丙基異氰尿酸酯，0. 15質量份 MPP620，0. 15質量份的抗氧劑二(2，4_ 二枯基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯，0. 15質量份抗氧劑二硬酯基季戊四醇二亞磷酸酯，0. 3質量份的紫外光吸收劑UV-3^，0. 2質量份矽烷偶聯劑KH-570，40質量份的氮化鋁，10質量份的碳化矽晶須(長徑比為20-30)，混合均勻後投入擠出機進行混煉塑化，擠出機溫度控制在88°C。擠出切粒，模壓成型，即得到本發明的高導熱絕緣太陽能電池封裝膠膜。實施例3一種高導熱絕緣太陽能電池封裝材料由100質量份AEVA，0. 5質量份增粘劑r-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基矽烷，0. 7質量份交聯固化劑過氧化二異丙苯，0. 1質量份過氧化苯甲醯，0. 1質量份的交聯固化促進劑三烯丙基異氰尿酸酯，0. 1質量份的交聯固化促進劑 1，2_ 二乙烯基苯，0.2質量份MPP620，0. 15質量份的抗氧劑二(2，4_ 二枯基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯，0. 15質量份抗氧劑二硬酯基季戊四醇二亞磷酸酯，0. 3質量份的紫外光吸收劑UV-327，0. 2質量份矽烷偶聯劑KH-570，40質量份的氮化鋁，15質量份的碳化矽晶須， 混合均勻後投入擠出機進行混煉塑化，擠出機溫度控制在87°C。擠出切粒，模壓成型，即得到本發明的高導熱絕緣太陽能電池封裝膠膜。實施例4一種高導熱絕緣太陽能電池封裝材料由100質量份AEVA，0. 5質量份增粘劑138 松香甘油酯，0. 8質量份交聯固化劑過氧化二異丙苯，0. 2質量份過氧化苯甲醯，0. 1質量份的交聯固化促進劑1，2_ 二乙烯基苯，0. 1質量份MPP230，0.3質量份的抗氧劑二(2，4_ 二枯基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯，0. 3質量份的紫外光吸收劑氣相二氧化矽，0. 2質量份矽烷偶聯劑KH-570，40質量份的碳化矽晶須，10質量份的氮化鋁，混合均勻後投入擠出機進行混煉塑化，擠出機溫度控制在85°C。擠出切粒，模壓成型，即得到本發明的高導熱絕緣太陽能電池封裝膠膜。本發明充分結合導熱粉料的形狀、幾何尺寸及其在高分子材料中的堆積方式對會其導熱係數的影響，使用不同粒徑的粒子混合搭配及不同粉料混合使用能提高材料的導熱係數，將各種納米、微米、晶須等形狀各異的高導熱性功能粉體經篩選、優化配伍，與經改性的高性能粘結高聚物複合、協同作用，在封裝材料體系內部能最大程度地形成熱流方向上的導熱網鏈，使膠膜的導熱係數有很大提高，導熱係數可由原來0. 2-0. 3ff/m · K提高到0. 9-2. 6ff/m · K，耐電壓值大於3KV，能及時傳導矽電池表面由於光照以及自身光伏轉化散發的熱量，有效降低矽電池表面溫度，在長時間光照下，比同等產品其光伏轉化效率提高 5% 8%，產品可靠性及使用壽命大大提高；可經由此高導熱太陽能絕緣封裝膠膜，將傳導出的熱能由吸熱裝置吸收加以利用，進一步提高太陽能的轉換利用率，特別適合於太陽能光電光熱一體化系統封裝使用。 本發明並不局限於所述的實施例，本領域的技術人員在不脫離本發明的精神即公幵範圍內，仍可作一些修正或改變，故本發明的權利保護範圍以權利要求書限定的範圍為準。
權利要求
1.一種高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，按質量份數計，包括丙烯酸酯改性EVA高聚物AEVA100份，交聯固化劑0. 8-1. 5份，交聯固化促進劑0. 05-0. 16份，矽烷偶聯劑0. 1-0. 2 份，高效脫氣劑0. 1-0. 2份，增粘劑0. 4-0. 6份，抗氧劑0. 1-0. 4份，紫外光吸收劑0. 1-0. 3 份，導熱功能粉體30-60份，其中所述AEVA改性共聚物中醋酸乙烯的含量為25-35%，熔體流動速率為50g/10min。
2.如權利要求1所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，其中所述交聯固化劑為過氧化二異丙苯(DCP)、過氧化苯甲醯(BPO)中的一種或兩種。
3.如權利要求1所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，其中所述交聯固化促進劑為 1,2- 二乙烯基苯(TMPTMA)，三烯丙基異氰尿酸酯中的一種或兩種。
4.如權利要求1所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，其中所述矽烷偶聯劑為 KH-550、KH-570中一種或兩種。
5.如權利要求1所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，其中所述高效脫氣劑為 MPP230、MPP620(美國微粉公司，MPI)中的一種或兩種。
6.如權利要求1所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，其中所述增粘劑為138松香甘油酯。
7.如權利要求1所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，其中所述抗氧劑為二(2， 4- 二枯基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、二硬酯基季戊四醇二亞磷酸酯中的一種或兩種。
8.如權利要求1所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，其中所述紫外吸收劑為苯並三唑類UV-3^、UV-327，氣相二氧化矽中的一種。
9.如權利要求1所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料，其中所述導熱功能粉體為納米氧化鋅、納米氧化鎂、氧化鋁、氮化鋁、碳化矽晶須、氮化鋁晶須中的一種或幾種。
10.一種製備如權利要求1至9任一項所述的高導熱絕緣太陽能封裝材料的製備工藝， 包括如下步驟按一定的配比將原料混合均勻；以及將製備的混合物倒入雙螺杆擠出機，混煉塑化，擠出切粒後模壓成型。
11.如權利要求10所述的高導熱絕緣太陽能電池封裝材料的製備方法，其中，所述雙螺杆擠出機的擠出機溫度控制在85-90°C。
全文摘要
本發明提出一種高導熱絕緣太陽能電池封裝膠膜，其以丙烯酸酯改性EVA高聚物作為太陽能電池封裝膠膜，摻雜高導熱功能粉體及各種助劑，製成太陽能光電光熱一體化系統封裝用高導熱絕緣封裝功能膠膜。本發明的封裝膠膜的製備方法包括按一定的配比將原料混合均勻以及將混合物倒入雙螺杆擠出機，混煉塑化，擠出切粒後模壓成型。本發明製備的高導熱太陽能絕緣封裝材料粘結性能優異，交聯密度高，耐熱性能好，絕緣性優異，耐老化性好，可長久經受戶外紫外光、熱氧化以及溼氣侵蝕，比同類產品耐黃變性有較大提高。
文檔編號H01L31/048GK102329596SQ20101025345
公開日2012年1月25日 申請日期2010年8月16日 優先權日2010年8月16日
發明者姚伯龍, 李勇強, 李海平, 褚路軒, 陳東輝 申請人:無錫中陽新能源科技有限公司