阅读说明：本技术 一种多层结构光伏组件封装用胶膜及其制备方法 (Adhesive film for packaging photovoltaic module with multilayer structure and preparation method thereof ) 是由 曹明杰 郑炯洲 桑燕 唐国栋 周光大 林建华 于 2017-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多层结构光伏组件封装用背层胶膜。该光伏组件封装用背层胶膜包括依次叠置的上粘结层、发泡层以及下粘结层,上粘结层、发泡层和下粘结层中至少一种结构层中含有过氧化物。该背层胶膜相较于普通胶膜具有较低的模量,可以大幅降低电池片在封装、使用过程中出现破片、隐裂、断栅等风险。(The invention provides a back layer adhesive film for packaging a photovoltaic module with a multilayer structure. The back layer adhesive film for packaging the photovoltaic module comprises an upper bonding layer, a foaming layer and a lower bonding layer which are sequentially superposed, wherein at least one structural layer of the upper bonding layer, the foaming layer and the lower bonding layer contains peroxide. Compared with the common adhesive film, the back adhesive film has lower modulus, and can greatly reduce the risks of fragment, hidden crack, grid breakage and the like of the battery piece in the packaging and using processes.)

一种多层结构光伏组件封装用胶膜及其制备方法

本申请是基于申请日为2017年8月11日、申请号为201710684937.9、发明创造名称为“一种多层结构光伏组件封装用胶膜及其制备方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明属于光伏应用领域，涉及一种多层结构光伏组件封装用胶膜及其制备方法。

背景技术

随着能源以及环境问题的日益严峻，清洁可再生能源的利用刻不容缓，其中光伏发电技术已飞跃发展、日益成熟，光伏电池的应用也逐渐普及。为了进一步提高光伏电池的转换效率、降低制备成本，以实现平价上网，新的电池与组件技术不断发展。例如PERC电池的转换效率明显高于普通电池，市场占有率也逐年提升。多主栅、无主栅、半片、叠瓦等新型组件技术的发展，使得组件的功率相较于普通光伏组件也有较大提升。随着技术的发展，电池片的厚度也在逐渐降低。然而运用以上电池技术与组件技术的光伏组件，相较于普通光伏组件，其在服役过程中电池片破片、隐裂、断栅等风险明显提升，甚至在电池片或组件生产过程中出现的概率亦较大。

封装材料在组件中起到粘接保护等作用，常规封装材料如EVA胶膜能够在一定程度上增加组件的可靠性。但对于常规封装的高效新型电池及组件，可靠性问题不容忽视，其中对于封装材料提出了更严苛的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种多层结构光伏组件封装用胶膜，该胶膜相较于普通胶膜具有较低的模量，大幅降低电池片在封装、使用过程中出现破片、隐裂、断栅等风险，同时有效解决泡孔结构所带来的吸水严重、粘结性下降等问题。

一种多层结构光伏组件封装用胶膜，其特征在于，所述封装用胶膜包含上粘结层、发泡层以及下粘结层等三层结构，所述的发泡层位于所述的上粘结层与所述的下粘结层中间；所述的上粘结层、下粘结层均由100重量份的粘结层主体材料和0.1～15重量份的助剂组成，所述的发泡层由100重量份的发泡层主体材料、0.1～15重量份的助剂、0.1～10重量份的发泡剂组成；所述三层结构中至少一层的助剂中含有0.01～3重量份的过氧化物。

进一步地，所述的助剂为：0.1～5份助交联剂、0.1～3份紫外吸收剂、0.1～3份抗氧剂、0.1～5份偶联剂中的一种或多种混合物；

所述助交联剂为多官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类，优选为异氨酸三烯丙酯、氰脲酸三烯丙酯、三甲基丙烯酸三羟甲基丙酯、双甲基丙烯酸乙二醇酯中一种或几种混合物；

所述紫外吸收剂为水杨酸酯类、苯酮类、苯并***类、取代丙烯腈类、三嗪类和受阻胺类中的一种或多种按任意配比混合组成，优选由2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮中的一种或多种按任意配比混合组成；

所述抗氧剂由抗氧剂245、抗氧剂1010、抗氧剂1035、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂1135和抗氧剂3114中的一种或多种按任意配比混合组成；

所述偶联剂为硅烷偶联剂，由γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷、二氯甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷的一种或几种按任意比例混合组成。

助交联剂能够加快交联速度，减少过氧化物气泡；紫外吸收剂能够增加耐侯特性；硅烷偶联剂能够增加粘合强度。

进一步地，所述三层结构中至少一层掺有0.1～10重量份的分子筛材料或吸水材料，所述的分子筛材料优选为3A、4A、5A型分子筛，所述的吸水材料优选为氧化钙、氧化镁、氧化锌中的一种或多种混合物。

进一步地，所述的发泡层厚度为20～800μm，泡孔直径为5～500μm，泡孔率为10％～80％，发泡层的预交联度为5％-80％，上粘结层的预交联度为10％-60％。

进一步地，所述的粘结层主体材料由EVA、POE、聚丙烯酸酯的一种或多种按任意配比混合得到，所述的发泡层的主体材料由EVA、POE、PP、PE、聚酯、聚氨酯、聚酰胺的一种或多种按任意配比混合得到。

进一步地，所述的过氧化物由二(4-甲基苯甲酰)过氧化物、叔丁基过氧化碳酸异丙酯、2，5-二甲基-2，5双(叔丁过氧基)己烷、1-双(过氧化叔丁基)-3，3，5-三甲基环己烷、叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯、2，5-二甲基-2，5-二(叔丁基过氧化)己烷、1，1-双(叔丁基过氧)-3，3，5三甲基环己烷、1，1双(叔戊基过氧)-3，3，5三甲基环己烷、1，1-双(叔戊基过氧)环己烷、1，1-双(叔丁基过氧)环己烷、2，2-双(叔丁基过氧)丁烷、过氧化2-乙基己基碳酸叔戊酯、2，5-二甲基2，5-双(苯甲酰过氧)-己烷、过氧化碳酸叔戊酯、过氧化3，3，5三甲基己酸叔丁酯、过氧化二异丙苯、过氧化二苯甲酰一种或多种按任意配比混合得到；所述的发泡剂为物理发泡剂或化学发泡剂，所述的物理发泡剂为惰性气体、低沸点液体、核-壳微球发泡剂或中空玻璃微球的一种或多种按任意配比混合得到；所述的化学发泡剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸铵、偶氮化合物、磺酰肼类化合物或亚硝基化合物的一种或多种按任意配比混合得到。

进一步地，所述上粘结层的上表面为平面或具有规则凹凸结构，所述的规则凹凸结构为圆球凸起、锥形凸起、棱台凸起或微棱镜结构凸起。

进一步地，所述上粘结层为有色胶膜，其通过在所述的上粘结层主体材料中添加有色填料实现，所述的有色填料为钛白粉、高光硫酸钡、中空玻璃微珠、炭黑或其他彩色填料；所述填料的添加量为1～10重量份。

一种上述多层结构光伏组件封装用胶膜的制备方法，具体步骤如下：

(1)将100重量份的发泡层主体材料、0.1～15重量份的助剂、0.1～10重量份的发泡剂混合均匀，熔融挤出发泡层，挤出温度75～120℃；

(2)在挤出流延模头出口处或流延成膜后设置高温发泡腔，发泡腔加热温度为90～150℃，发泡时间0.5～10min，使发泡层内产生泡孔结构；

(3)将100重量份的粘结层主体材料、0.1～15重量份助剂混合均匀，通过喷涂、刮涂、辊涂等方式涂布于发泡层两侧形成上下粘结层；

(4)采用UV辐照或电子束辐照或红外辐照使发泡层主体材料、上粘结层主体材料产生预交联，辐照时间1～15min，辐照剂量0.01～0.1kWh/m²，得到多层结构光伏组件封装用胶膜。

一种上述多层结构光伏组件封装用胶膜的制备方法，具体步骤如下：

(1)将100重量份的发泡层主体材料、0.1～15重量份的助剂、0.1～10重量份的发泡剂混合均匀，将100重量份的粘结层主体材料、0.1～15重量份的助剂混合均匀，通过三层共挤方式制备包括上粘结层、发泡层、下粘结层三层结构的胶膜；

(2)在挤出流延模头出口处或流延成膜后设置高温发泡腔，发泡腔加热温度为90～150℃，发泡时间0.5～10min，使发泡层内产生泡孔结构；

(3)采用UV辐照或电子束辐照或红外辐照使发泡层主体材料、上粘结层主体材料产生预交联，辐照时间1～15min，辐照剂量0.01～0.1kWh/m²，得到多层结构光伏组件封装用胶膜。

进一步地，所述的制备方法中，还可以在辐射工艺之前，采用经过雕有所需微结构的花辊，在上粘结层上表面制备出所需微结构。

本发明提供的多层结构光伏组件封装用胶膜，可应用于光伏组件封装的背层。胶膜铺设、组件层压工艺与使用现有常规封装胶膜时相同。

本发明的有益效果体现在：1)具有发泡结构的封装胶膜，其较低的弹性模量能够增强胶膜的缓冲能力，降低在组件生产以及服役过程中电池片破片、隐裂、断栅等力学性破坏的风险；2)胶膜上表面规则的凹凸结构能够增强光的多角度反射，使入射至电池片间隙处的光能够重新利用，提高组件功率；3)上下粘结层能够增强胶膜与电池片、背板(聚合物或玻璃)以及上层胶膜的粘接强度，有效解决发泡胶膜粘结力问题；4)封装胶膜中掺有吸水材料或分子筛，能够有效消除发泡层的吸水问题，防止电池元件受水气破坏。5)三层结构设计，有效防止单一发泡层胶膜在组件层压时上溢、褶皱等外观缺陷；6)增加定型工艺，保证发泡层中泡孔结构、上粘结层中表面微观结构在光伏组件层压后仍保持原有结构，发挥有益效果。

附图说明

图1是本发明优选实施例中多层结构光伏组件封装用胶膜截面结构示意图；

图2是本发明优选实施例中多层结构光伏组件封装用胶膜上粘结层截面结构示意图；

图中，100-光伏组件封装胶膜，110-上粘结层，120-发泡层，130-下粘结层，111-上粘结层表面微结构，112-上粘结层主体。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明提供的多层结构光伏组件封装用胶膜作进一步的详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

实施例1

将100重量份的发泡层主体材料POE、6.1重量份的助剂(包括0.1份助交联剂异氨酸三烯丙酯、3份紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、3份抗氧剂1035)、10重量份的核-壳微球发泡剂混合均匀，熔融挤出发泡层，挤出温度90℃；

在流延成膜后设置高温发泡腔，发泡腔加热温度为发泡剂最佳发泡温度130℃，发泡时间10min，制备得到具有泡孔结构的发泡层120；

将100重量份的透明EVA、12.1重量份助剂(包括3份助交联剂氰脲酸三烯丙酯、2份紫外吸收剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、0.1份抗氧剂1010、2份偶联剂γ-(2,3-环氧丙氧)丙基兰甲氧基硅烷，5份过氧化物2，5-二甲基-2，5双(叔丁过氧基)己烷)、10重量份5A型分子筛混合均匀，通过喷涂方式涂布于发泡层一侧形成下粘结层120，再将100重量份的白色EVA、12.1重量份与下粘结层相同的助剂、10重量份钛白粉混合均匀，通过喷涂方式涂布于发泡层另一侧形成上粘结层110，后经过雕有所需微结构的花辊，在上粘结层上表面制备出所需微结构111；

采用电子束辐射使发泡层主体材料、上粘结层主体材料产生预交联，辐照时间1min，辐照剂量0.05kWh/m²，得到多层结构光伏组件封装用胶膜100。

实施例2

将100重量份的EVA、4.1重量份的助剂(包括3份助交联剂双甲基丙烯酸乙二醇酯、0.1份紫外吸收剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、1份抗氧剂1135)、0.5重量份的偶氮化合物类化学发泡剂混合均匀，熔融挤出发泡层，挤出温度75℃；

在挤出流延模头出口处设置高温发泡腔，发泡腔加热温度为150℃，发泡时间0.5min，制备得到具有泡孔结构的发泡层120；

将100重量份的透明EVA、9.1重量份助剂(包括1份助交联剂氰脲酸三烯丙酯、2份紫外吸收剂2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮、3份抗氧剂1076、0.1份偶联剂二乙胺基代甲基三乙氧基硅烷，3份过氧化物1，1-双(叔丁基过氧)-3，3，5三甲基环己烷)、0.1重量份的氧化钙混合均匀，通过喷涂方式涂布于发泡层一侧形成下粘结层120，再将100重量份的白色EVA、9.1重量份和下粘结层相同的助剂、5重量份高光钡混合均匀，通过喷涂方式涂布于发泡层另一侧形成上粘结层110，后经过雕有所需微结构的花辊，在上粘结层上表面制备出所需微结构111；

采用电子束辐照使发泡层主体材料、上粘结层主体材料产生预交联，辐照时间15min，辐照剂量0.1kWh/m²，得到多层结构光伏组件封装用胶膜100。

实施例3

将100重量份POE、9.1重量份助剂(包括5份助交联剂三甲基丙烯酸三羟甲基丙酯、3份紫外吸收剂2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、0.1份抗氧剂1010、1份过氧化物2，5-二甲基-2，5双(叔丁过氧基)己烷)、10重量份核-壳微球发泡剂混合均匀，将100重量份的透明EVA、9重量份助剂(包括1份助交联剂三甲基丙烯酸三羟甲基丙酯、2份紫外吸收剂2-(2’-羟基-5’-甲基苯基)苯并三氮唑、3份抗氧剂1098、5份偶联剂γ-巯丙基三乙氧基硅烷，3份过氧化物叔丁基过氧化碳酸-2-乙基己酯)、0.5重量份的4A型分子筛混合均匀，将100重量份的透明EVA、9重量份助剂混合均匀；

通过三层共挤的方式流延出包含上粘结层110、发泡层120、下粘结层130三层结构的胶膜，挤出温度120℃，流延后经过雕有所需微结构的花辊，在上粘结层上表面制备出所需微结构111；

在流延成膜后设置高温发泡腔，发泡腔加热温度为发泡剂最佳发泡温度90℃，发泡时间3min，使三层结构中的发泡层120产生泡孔；

(4)采用红外辐照使发泡层主体材料、上粘结层主体材料产生预交联，辐照时间15min，辐照剂量0.03kWh/m²，得到多层结构光伏组件封装用胶膜100；

比较例1

一种多层结构光伏组件封装用胶膜，其结构与材料同实施例1一致，制备工艺中不经过电子束辐照定型。

比较例2

一种光伏组件封装用胶膜，由单一发泡层组成，发泡层配方、主体材料与实施例2一致，发泡层制备工艺为化学发泡剂、主体材料、助剂混合均匀，在90℃下挤出流延并经过130℃的高温发泡腔完成发泡。

比较例3

一种光伏组件封装用胶膜，其结构与材料同实施例2一致，但下粘结层中未添加吸水材料。制备工艺与实施例2一致。

通过上述实施例得到的多层结构光伏组件封装用胶膜(下称本发明胶膜)应用于太阳能电池组件的封装，经下述测试方法进行评价:

1、玻璃/封装胶膜粘结强度

测试方法参考国家标准GB/T2790《胶粘剂180°剥离强度试验方法挠性材料对刚性材料》。

样品制作:取3mm厚玻璃、本发明胶膜、EVA胶膜、TPT背板，按玻璃/EVA胶膜/本发明胶膜/背板次序放入真空层压机内，在145℃，层压固化15分钟。

在拉力机上进行测试，剥离速度为100mm/min，记录拉伸强度数值。

2、封装胶膜反射率

样品制作:取封装胶膜，按离形膜/本发明胶膜/离形膜次序放入真空层压机内，在145℃，层压固化15分钟。将层压后的胶膜取出测试。

用紫外可见分光光度计测定胶膜400-700nm处的反射率。

3、封装胶膜水汽透过率

样品制作:取封装胶膜，按离形膜/本发明胶膜/离形膜次序放入真空层压机内，在145℃，层压固化15分钟。将层压后的胶膜取出测试。

用水汽透过率测定仪进行测量。

4、老化测试

将玻璃/封装胶膜粘结强度测试用样品放入湿热老化箱内，85℃，85％湿度，时间1000h后取出，进行玻璃/封装胶膜粘结强度以及黄变测量。黄变测量采用分光测色仪，玻璃面朝光源。

5、发泡情况观测

样品制作：样品制作:取封装胶膜，按离形膜/本发明胶膜/离形膜次序放入真空层压机内，在145℃，层压固化15分钟。将层压后的胶膜取出测试。

观测方法：采用强光手电置于胶膜背侧，从胶膜正面进行观测。

实施例与比较例制得的胶膜封装性能对比如表1所示。从表中数据可知实施例所得到的光伏组件封装用胶膜同时具有较高的反射率、较大的剥离强度、较低的水汽透过率，优异的老化性能以及在组件层压后能够保持原有泡孔结构。而比较例1中的胶膜虽具有相近的性能，但是无法在组件层压后保持原有泡孔结构，比较例2中的胶膜反射率较低、剥离强度较小、水汽透过率大，老化后黄变很大，综合性能较差。比较例3中的胶膜水汽透过率较大。

表1实施例与比较例制得的封装性能比较

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。